(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石が装着されたロータにより構成されている同期モータと前記同期モータを駆動する駆動手段とを、位置センサレスで駆動および制御するモータ制御装置において、
前記同期モータを、１８０度通電駆動するための１８０度通電駆動手段と、
前記同期モータを、通電角１８０度未満の間欠通電駆動するための間欠通電駆動手段と、
前記同期モータまたは前記駆動手段の外乱を監視するモータ外乱監視手段と、
前記モータ外乱監視手段の出力に応じて、前記同期モータの駆動方式を前記１８０度通電駆動とするか、または前記間欠通電駆動とするかを選択する駆動方式選択手段とを備え、
前記１８０度通電駆動から前記間欠通電駆動への切り替えは、コイル端子への全通電をオフする通電休止期間を設け、前記通電休止期間に前記コイル端子に誘起される逆起電圧からモータ回転位置が検出されて前記駆動方式選択手段による切り替えタイミングが算出され、
前記間欠通電駆動から前記１８０度通電駆動への切り替えは、間欠通電タイミングに対する正弦波位相の算出に基づいて前記駆動方式選択手段による切り替えタイミングが算出される、モータ制御装置。
【請求項２】
前記間欠通電駆動手段の通電角は、１２０度であることを特徴とする、請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記駆動手段は、
前記同期モータを駆動するインバータと、
前記インバータに対して設けられる、交流電源電圧を供給するための交流電源供給部とを含み、
前記モータ外乱監視手段は、
前記インバータにおける直流電源電圧または前記交流電源供給手段により供給される交流電源電圧を監視することを特徴とする、請求項１または２に記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記モータ外乱監視手段は、
前記同期モータの回転数を監視することを特徴とする、請求項１または２に記載のモータ制御装置。
【請求項５】
前記モータ外乱監視手段は、
前記同期モータのトルクを監視することを特徴とする、請求項１または２に記載のモータ制御装置。
【請求項６】
前記モータ外乱監視手段は、
前記同期モータのモータ電流を監視することを特徴とする、請求項１または２に記載のモータ制御装置。
【請求項７】
前記モータ外乱監視手段は、
前記同期モータの特定相の駆動電圧と前記同期モータのモータ電流との位相差を監視することを特徴とする、請求項１または２に記載のモータ制御装置。
【請求項８】
前記モータ外乱監視手段は、
前記同期モータの駆動に影響を及ぼす外乱、または前記外乱と同期して変化する外乱信号のうち、いずれか１つ以上の前記外乱または前記外乱信号を監視することを特徴とする、請求項１または２に記載のモータ制御装置。
【請求項９】
前記モータ外乱監視手段は、
定常状態であるか、特異状態であるかを検出し、
前記駆動方式選択手段は、
前記モータ外乱監視手段において前記定常状態が検出されているときには、前記１８０度通電駆動を、前記特異状態が検出されているときには、前記間欠通電駆動を選択するように切換えを行なうことを特徴とする、請求項１ないし８のいずれかに記載のモータ制御装置。
【請求項１０】
前記モータ外乱監視手段は、
定常状態であるか、特異状態であるかを検出し、
前記駆動方式選択手段は、
前記モータ外乱監視手段において、前記定常状態が検出されているときには前記１８０度通電駆動を選択し、前記特異状態が検出されると、前記間欠通電駆動を選択した後、所定時間経過後に前記１８０度通電駆動を選択することを特徴とする、請求項１ないし８のいずれかに記載のモータ制御装置。
【請求項１１】
前記特異状態とは、
電源電圧の変動であることを特徴とする、請求項９または１０に記載のモータ制御装置。
【請求項１２】
前記特異状態とは、
前記同期モータの回転数の変更、または前記回転数の変動であることを特徴とする、請求項９または１０に記載のモータ制御装置。
【請求項１３】
前記特異状態とは、
前記同期モータのトルクの変動であることを特徴とする、請求項９または１０に記載のモータ制御装置。
【請求項１４】
前記特異状態とは、
前記同期モータのモータ電流の変動であることを特徴とする、請求項９または１０に記載のモータ制御装置。
【請求項１５】
前記特異状態とは、
前記同期モータの特定相の駆動電圧と前記同期モータのモータ電流との位相差の変動であることを特徴とする、請求項９または１０に記載のモータ制御装置。
【請求項１６】
前記特異状態とは、
前記同期モータのモータ駆動において影響を及ぼす外乱または前記外乱と同期して変化する外乱信号のうち、いずれか１つ以上外乱または外乱信号の変動であることを特徴とする、請求項９または１０に記載のモータ制御装置。
【請求項１７】
前記モータ外乱監視手段は、
所定のしきい値データに基づき前記定常状態か前記特異状態かを判定し、
前記所定のしきい値データは、
前記同期モータの回転条件によって変更することを特徴とする、請求項９または１０に記載のモータ制御装置。
【請求項１８】
前記同期モータが低速に回転している場合には、前記１８０度通電駆動から前記間欠通電駆動への切換えを行なう際には、前記間欠通電駆動への移行後の回転速度を前記１８０度通電駆動時の回転速度より上げることを特徴とする、請求項１ないし１７のいずれかに記載のモータ制御装置。
【請求項１９】
前記１８０度通電駆動は、前記同期モータにおける特定相のモータ端子に印加する駆動電圧と、前記モータ端子に流れるモータ電流との位相差である電流位相差情報を制御することによりモータ駆動を行なう駆動方式であることを特徴とする、請求項１ないし１８のいずれかに記載のモータ制御装置。
【請求項２０】
前記電流位相差情報は、
前記同期モータにおける駆動電圧位相を基準とした第１の位相期間中のモータ電流の積算値である第１のモータ電流面積と、第２の位相期間中のモータ電流の積算値である第２のモータ電流面積との比を算出することにより得られることを特徴とする、請求項１９に記載のモータ制御装置。
【請求項２１】
前記第１のモータ電流面積は、前記第１の位相期間中の前記モータ電流を所定回数サンプリングし、前記サンプリングされた電流サンプリングデータを積算して求め、前記第２のモータ電流面積は、前記第２の位相期間中の前記モータ電流を所定回数サンプリングし、前記サンプリングされた電流サンプリングデータを積算して求めることを特徴とする、請求項２０に記載のモータ制御装置。
【請求項２２】
前記モータ外乱監視手段は、
しきい値データに基づき定常状態であるかまたは特異状態であるかを判定し、
前記モータ外乱監視手段に入力された外乱または外乱信号に所定量を加算および減算した結果得られる外乱加減算を、次回の外乱あるいは外乱信号入力時の前記判定における前記しきい値データとして使用することを特徴とする、請求項１ないし１６のいずれかに記載のモータ制御装置。
【請求項２３】
前記モータ外乱監視手段は、
しきい値データに基づき定常状態であるかまたは特異状態であるかを判定し、
前記しきい値データとして、前記モータ外乱監視手段に入力された外乱または外乱信号に所定量を加算および減算した結果得られる外乱加減算と、前記外乱または外乱信号の定常的な値から設定したしきい値データとを使用することを特徴とする、請求項１ないし１６のいずれかに記載のモータ制御装置。
【請求項２４】
前記モータ外乱監視手段は、
定常状態であるかまたは特異状態であるかを判定し、
前記モータ外乱監視手段における定常状態または特異状態の判定タイミングを、モータ回転に同期させることを特徴とする、請求項１ないし１６のいずれかに記載のモータ制御装置。
【請求項２５】
前記モータ外乱監視手段に入力する外乱または外乱信号は、前記同期モータのｎ回転分（前記ｎは、１以上の整数）を平均化した値とすることを特徴とする、請求項１ないし１６のいずれかに記載のモータ制御装置。
【請求項２６】
前記モータ外乱監視手段を、前記同期モータの加減速中にオフすることを特徴とする、請求項１ないし１６のいずれかに記載のモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、永久磁石が装着されたロータにより構成されている同期モータを位置センサレスで制御・駆動するモータ制御装置に関し、特に、外乱に応じて同期モータの駆動方式を切換えて使用する構成に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、モータロータ位置センサを用いずに同期モータを制御・駆動するセンサレス駆動方式においては、モータコイルへの通電を行なう際に、一定期間の通電休止期間を設け、その間にモータの回転によってモータコイルに発生する逆起電圧をモータコイル端子から検出し、この逆起電圧からモータへの通電タイミングを決定する間欠通電駆動が行なわれている。このような通電駆動方式の中でも、通電角を１２０度とした、いわゆる１２０度通電駆動方式が特に一般的である。
【０００３】
これに対し、３相のモータコイル中性点と当該３相コイルと並列に抵抗を接続し、この中性点と抵抗中性点との電圧を比較することでモータ起動電圧を検出してモータへの通電タイミングを決定して駆動する方法、モータ電流を高速演算することでモータ位置を検出して通電タイミングを決定して駆動する方法、あるいはモータ駆動電圧とモータ電流との位相差に基づいて通電タイミングを決定して駆動する方法などにより、同期モータを通電休止期間を設けずに駆動する、正弦波通電をはじめとするいわゆる１８０度通電駆動がある。
【０００４】
一般的に、１２０度通電駆動に比べて、１８０度通電駆動方式の方が駆動波形の滑らかさからトルク変動、回転変動が少ない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、永久磁石ロータ構造の同期モータにおいては、永久磁石位置に対応して正確なタイミングでモータに通電を行なう、いわゆる通電タイミングの最適化がモータ駆動の絶対条件となっている。さらに、当該絶対条件に加えて高効率化、回転の安定化のためには、通電タイミングを各回転条件ごとに決まる最適値に設定することが必要である。
【０００６】
１２０度通電駆動をはじめとする間欠通電駆動では、永久磁石磁束および電機子磁束に関する逆起電圧を直接検出しており、実際に永久磁石位置すなわち回転位置を検出している。このため、ノイズ除去などを行ない検出精度を高めることで正確な通電タイミングでのモータ駆動が可能となっている。つまり、モータ回転位置を直接検出しているため、外乱が発生した場合でもモータ停止などの不具合が生じにくい。
【０００７】
一方、位置センサレスの１８０度通電駆動は、１２０度通電駆動をはじめとする間欠通電駆動に比べて高効率、低騒音および低振動であるが、一般的に駆動・制御が複雑で困難であるという課題が存在している。これは、直接モータ回転位置を検出していないため、または通電タイミングの検出精度が低いためであり、外乱に対してモータ停止などの不具合が生じ易い。
【０００８】
たとえば、コイル中性点と抵抗中性点とを比較することで通電タイミングを決定する１８０度通電駆動方式では、駆動電圧の通電タイミングを制御する。しかし、実際にモータトルクに起因するのはモータ電流である。そして、休止期間を設けない１８０度通電駆動では、永久磁石の逆起電圧とコイルインダクタンスとの影響で、駆動電圧とモータ電流との間に位相差が生じてしまう。これを通電タイミングとしてみると、モータ電流は駆動電圧に対して感度が高くなってしまうことになる。実験では回転条件によっては間欠通電駆動時に比べ２〜３倍感度が高くなるという結果が得られた。このため、非常に厳密な通電タイミング検出が要求されてしまう。すなわち、１８０度通電駆動では、間欠通電駆動と比べて２〜３倍の精度が必要になるということである。
【０００９】
また、モータ電流を高速演算によって解析し、通電タイミングを決定する１８０度通電駆動方式では、通電タイミングの検出分解能は、モータ電流の検出誤差、演算誤差、演算遅れ等から間欠通電駆動に比べて電気角で５度程度悪化してしまうのが現状である。
【００１０】
さらに、モータ駆動電圧とモータ電流との位相差に基づいて１８０度通電駆動を行なう方式では、いわゆる強制励磁で時間経過とともに通電を切換えていき、このときのモータ電流位相差すなわち通電タイミングを制御する。ところが、モータ電流位相差の制御誤差はそのまま通電タイミングの誤差となってしまう。このため、安定駆動およびモータ回転の維持のためには位相差を厳密に制御しなくてはならず、外乱が発生していないときはよいが、外乱が発生したときに特に制御が不安定になるという問題がある。なお、間欠通電駆動における通電タイミングは、検出される逆起電圧に依存しているので、制御性能にかかわらずいかなるときでも正確な通電タイミングが実現できる。したがって、位相差制御の場合には、間欠通電駆動に比べて正確で高度な制御が求められる。
【００１１】
このように、１８０度通電駆動では正確でかつ厳密な制御が求められるため、制御マージンを減少させるような外乱要求が発生してしまうと、高効率な運転が実現できないばかりではなく、モータ通電の脱調、モータ停止といった問題が発生する確率が１２０度通電駆動をはじめとする間欠通電駆動に比べて非常に高くなる。
【００１２】
ここでいう外乱要因とは、装置あるいは同期モータを駆動するインバータへの供給電源電圧の変化、モータ回転数の変化および負荷トルクの変化などであり、一般的に見て１８０度通電駆動においては１２０度通電駆動をはじめとする間欠通電駆動に比べて制御が困難であるため、これら外乱に対するロバスト性も低い傾向がある。
【００１３】
このように、１８０度通電駆動方式は、効率、トルク変動、回転むら、騒音の面で優れているが、制御ロバスト性が低い。また、１８０度通電駆動方式は、各外乱要因への対策は、制御ゲインを上げるなどの制御性能そのものを向上させることは行なわれているものの、これらでカバーしきれない外乱に対しては何ら回避策がなく、モータの停止などが発生してしまうという問題がある。
【００１４】
「電気車用制御装置（特開平１０−３４１５９４号公報）」には、１２０度通電駆動方式と１８０度通電駆動方式とを切換える構成が開示されている（文献１と称す）。
【００１５】
しかしながら、文献１に示される構成は、１８０度通電駆動時にエンコーダ等の回転パルス発生手段を使用する構成であり、モータ位置を検出する位置センサを必要とする。したがって、位置センサレスでモータを駆動する構成には適用不可能である。
【００１６】
また、文献１では、位置センサや回転パルス発生手段の出力が得られない場合に、１２０度通電駆動方式に切換え、または、逆起電圧の検出が困難な低速域では１８０度通電駆動、中高速域では１２０度通電駆動と回転数によって一義的に駆動方式を切換えるものである。したがって、モータ駆動に影響を及ぼす外乱の発生状況に対応することができず、高効率、低騒音、低振動かつ信頼性の高いモータ駆動を実現することはできない。
【００１７】
そこで、本発明は係る問題を解決するためになされたものであり、その目的は、位置センサレスで、外乱に対応して、高効率、低騒音、低振動かつ信頼性の高いモータ駆動を実現することができるモータ制御装置を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
この発明によるモータ制御装置は、永久磁石が装着されたロータにより構成されている同期モータと同期モータを駆動する駆動手段とを、位置センサレスで駆動および制御するモータ制御装置において、同期モータを、１８０度通電駆動するための１８０度通電駆動手段と、同期モータを、通電角１８０度未満の間欠通電駆動するための間欠通電駆動手段と、同期モータまたは駆動手段の外乱を監視するモータ外乱監視手段と、モータ外乱監視手段の出力に応じて、同期モータの駆動方式を１８０度通電駆動とするか、または間欠通電駆動とするかを選択する駆動方式選択手段とを備える。１８０度通電駆動から間欠通電駆動への切り替えは、コイル端子への全通電をオフする通電休止期間を設け、通電休止期間にコイル端子に誘起される逆起電圧からモータ回転位置が検出されて駆動方式選択手段による切り替えタイミングが算出される。間欠通電駆動から１８０度通電駆動への切り替えは、間欠通電タイミングに対する正弦波位相の算出に基づいてモータ回転位置が検出されて駆動方式選択手段による切り替えタイミングが算出される。
【００１９】
したがって、外乱に応じて、１８０度通電駆動と間欠通電駆動とを適切に切換えることができる。この結果、外乱の少ない定常状態時には、高効率、低騒音、低振動のモータ駆動を実現し、外乱が検出される特異状態時には、モータ停止などの不具合を生じさせず、信頼性の高いモータ駆動を実現することができる。
また、１８０度通電駆動から間欠通電駆動への切換え時には、同期モータへの通電を休止する期間を設ける。したがって、間欠通電駆動への切換えを確実に行なうことができる。また、間欠通電駆動から、１８０度通電駆動への切換え時には、切換え直前の通電タイミングに基づき、１８０度通電駆動の通電位相を決定する。したがって、確実に駆動方式を切換えることができるので、駆動切換えの信頼性を高めることができる。さらに、間欠通電駆動は、同期モータのモータ端子に発生する逆起電圧を検出することにより通電切換えを行なう駆動方式である。これにより、外乱の影響を受けずに、通電タイミングの検出が確実に行なえる。この結果、モータ駆動における信頼性を高めることができる。
【００２０】
好ましくは、間欠通電駆動手段の通電角は、１２０度とする。したがって、各相に供給する駆動電圧波形が作成しやすく、また、逆起電圧の検出間隔も長くなるため検出の信頼性が向上する。
【００２１】
好ましくは、駆動手段は、同期モータを駆動するインバータと、インバータに対して設けれる交流電源電圧を供給するための交流電源供給部とを含み、モータ外乱監視手段は、インバータにおける直流電源電圧または交流電源電圧供給手段により供給される交流電源電圧を監視する。
【００２２】
したがって、瞬時停電をはじめとする電源電圧の変動を外乱発生と判断して、適切な駆動方式に切換えることができる。この結果、電源電圧変動によって発生してしまうモータ停止などの不具合を防止し、信頼性の高いモータ駆動を実現できる。
【００２３】
好ましくは、モータ外乱監視手段は、同期モータの回転数を監視する。したがって、モータ回転数の変動を外乱発生と判断して、適切な駆動方式に切換えることができる。これにより、回転数変更などに伴うモータ停止などの不具合を防止し、信頼性の高いモータ駆動を実現できる
好ましくは、モータ外乱監視手段は、同期モータのトルクを監視する。したがって、負荷トルクの変動を外乱発生と判断して、適切な駆動方式に切換えることができる。これにより、負荷トルク変動などに伴うモータ停止などの不具合を防止し、信頼性の高いモータ駆動を実現できる。
【００２４】
好ましくは、モータ外乱監視手段は、同期モータのモータ電流を監視する。したがって、モータ電流の変動を外乱発生と判断して、適切な駆動方式に切換えることができる。これにより、モータ電流の変動に伴うモータ停止などの不具合を防止し、信頼性の高いモータ駆動を実現できる。
【００２５】
好ましくは、モータ外乱監視手段は、同期モータの特定相の駆動電圧と同期モータのモータ電流との位相差を監視する。したがって、駆動電圧とモータ電流との位相差の変動を外乱発生と判断して、適切な駆動方式に切換えることができる。これにより、位相差の変動に伴うモータ停止などの不具合を防止し、信頼性の高いモータ駆動を実現できる。
【００２６】
好ましくは、モータ外乱監視手段は、同期モータの駆動に影響を及ぼす外乱、または外乱と同期して変化する外乱信号のうち、いずれか１つ以上の外乱または外乱信号を監視する。したがって、同期モータの駆動に影響を及ぼす外乱、または外乱に起因して変化する信号の変動に基づき外乱の発生を検出し、適切な駆動方式に切換えることができる。これにより、各種外乱の変動などに伴うモータ停止などの不具合を防止し、信頼性の高いモータ駆動を実現できる。
【００２７】
好ましくは、モータ外乱監視手段は、定常状態であるか、特異状態であるかを検出し、駆動方式選択手段は、モータ外乱監視手段において定常状態が検出されているときには、１８０度通電駆動を、特異状態が検出されているときには、間欠通電駆動を選択するように切換えを行なう。
【００２８】
したがって、外乱の少ない定常状態では、高効率、低騒音、低振動、かつ運転性能の高い１８０度通電駆動を、外乱が大きい特異状態では、モータ停止などが少なく信頼性の高い間欠通電駆動を選択することができる。これにより、モータ駆動の高効率、低振動、低騒音、高信頼性を実現することができる。
【００２９】
好ましくは、モータ外乱監視手段は定常状態であるか、特異状態であるかを検出し、駆動方式選択手段は、モータ外乱監視手段において、定常状態が検出されているときには１８０度通電駆動を選択し、特異状態が検出されると、間欠通電駆動を選択した後、所定時間経過後に１８０度通電駆動を選択する。
【００３０】
したがって、外乱の少ない定常状態では、高効率、低騒音、低振動、かつ運転性能の高い１８０度通電駆動を、外乱が大きい特異状態では、モータ停止などが少なく信頼性の高い間欠通電駆動を選択し、外乱の収まる所定期間後に１８０度通電駆動に復帰することができる。これにより、モータ駆動の高効率、低振動、低騒音、高信頼性を実現することができる。
【００３１】
特に、特異状態とは、電源電圧の変動である。したがって、瞬時停電をはじめとする電源電圧の変動に基づき、適切な駆動方式に切換えることができる。この結果、電源電圧変動によって発生してしまうモータ停止などの不具合を防止し、信頼性の高いモータ駆動を実現できる。
【００３２】
特に、特異状態とは、同期モータの回転数の変更、または回転数の変動である。したがって、モータ回転数に基づき、適切な駆動方式に切換えることができる。これにより、回転数変更などに伴うモータ停止などの不具合を防止し、信頼性の高いモータ駆動を実現できる。
【００３３】
特に、特異状態とは、同期モータのトルクの変動である。したがって、負荷トルクの変動に基づき、適切な駆動方式に切換えることができる。これにより、負荷トルク変動などに伴うモータ停止などの不具合を防止し、信頼性の高いモータ駆動を実現できる。
【００３４】
特に、特異状態とは、同期モータのモータ電流の変動である。したがって、モータ電流の変動に基づき、適切な駆動方式に切換えることができる。これにより、モータ電流の変動に伴うモータ停止などの不具合を防止し、信頼性の高いモータ駆動を実現できる。
【００３５】
特に、特異状態とは、同期モータの特定相の駆動電圧と同期モータのモータ電流との位相差の変動である。したがって、駆動電圧とモータ電流との位相差の変動に基づき、適切な駆動方式に切換えることができる。これにより、位相差の変動に伴うモータ停止などの不具合を防止し、信頼性の高いモータ駆動を実現できる。
【００３６】
特に、特異状態とは、同期モータのモータ駆動において影響を及ぼす外乱または外乱と同期して変化する外乱信号のうち、いずれか１つ以上外乱または外乱信号の変動である。したがって、同期モータの駆動に影響を及ぼす外乱、または外乱に起因して変化する信号の変動に基づき、適切な駆動方式に切換えることができる。これにより、各種外乱の変動などに伴うモータ停止などの不具合を防止し、信頼性の高いモータ駆動を実現できる。
【００３７】
好ましくは、モータ外乱監視手段は、所定のしきい値データに基づき定常状態か特異状態かを判定し、所定のしきい値データは、同期モータの回転条件によって変更する。したがって、回転数や定常負荷トルク等の回転条件によってしきい値データを切換えることができる。これにより、的確な通電駆動方式を選択することができる。
【００３９】
好ましくは、同期モータが低速に回転している場合には、１８０度通電駆動から間欠通電駆動への切換えを行なう際には、間欠通電駆動への移行後の回転速度を１８０度通電駆動時の回転速度より上げる。したがって、回転速度を上げることにより、間欠通電駆動の通電タイミング検出が確実になるため、モータ駆動の信頼性を高めることができる。
【００４２】
好ましくは、１８０度通電駆動は、同期モータにおける特定相のモータ端子に印加する駆動電圧と、モータ端子に流れるモータ電流との位相差である電流位相差情報を制御することによりモータ駆動を行なう駆動方式である。したがって、簡単な構成および処理で通電駆動することができ、低コスト化が実現される。
【００４３】
好ましくは、電流位相差情報は、同期モータにおける駆動電圧位相を基準とした第１の位相期間中のモータ電流の積算値である第１のモータ電流面積と、第２の位相期間中のモータ電流の積算値である第２のモータ電流面積との比を算出することにより得られる。したがって、ゼロクロス検出よりも簡単な処理・かつ構成で位相差情報を検出することができる。ノイズやモータ電流の変動に対して誤動作を少なくすることができる。
【００４４】
特に、第１のモータ電流面積は、第１の位相期間中のモータ電流を所定回数サンプリングし、サンプリングされた電流サンプリングデータを積算して求め、第２のモータ電流面積は、第２の位相期間中のモータ電流を所定回数サンプリングし、サンプリングされた電流サンプリングデータを積算して求める。
【００４５】
したがって、モータ電流の面積を求め、その比によって位相差情報を求めることができる。さらに、この面積比検出において、複数回のサンプリングで得られるモータ電流サンプリングデータを用いることで、信頼性の高い位相差検出を簡単な処理で実現することができる。
【００４６】
好ましくは、モータ外乱監視手段は、しきい値データに基づき定常状態であるかまたは特異状態であるかを判定し、モータ外乱監視手段に入力された外乱または外乱信号に所定量を加算および減算した結果得られる外乱加減算を、次回の外乱あるいは外乱信号入力時の判定におけるしきい値データとして使用する。したがって、突発的な外乱に対して的確な通電駆動方式を選択することができる。
【００４７】
好ましくは、モータ外乱監視手段は、しきい値データに基づき定常状態であるかまたは特異状態であるかを判定し、しきい値データとして、モータ外乱監視手段に入力された外乱または外乱信号に所定量を加算および減算した結果得られる外乱加減算と、外乱または外乱信号の定常的な値から設定したしきい値データとを使用する。これにより、さらに的確な通電駆動方式の選択を実現できる。
【００４８】
好ましくは、モータ外乱監視手段は、定常状態であるかまたは特異状態であるかを判定し、モータ外乱監視手段における定常状態または特異状態の判定タイミングを、モータ回転に同期させる。したがって、モータ回転中に周期的な変動が生じる場合であっても的確な通電駆動方式を選択することができる。
【００４９】
モータ外乱監視手段に入力する外乱または外乱信号は、同期モータのｎ回転分（前記ｎは、１以上の整数）を平均化した値とする。したがって、モータ回転中に周期的な変動が生じる場合であっても的確な通電駆動方式を選択することができる。
【００５０】
好ましくは、モータ外乱監視手段を、前記同期モータの加減速中にオフする。したがって、通電駆動方式選択のための誤検出を防止でき、的確な通電駆動方式の選択が実現できる。
【００５１】
このように本発明にかかるモータ制御装置によれば、低騒音、低振動、高効率である正弦波通電をはじめとする１８０度通電駆動におけるモータ駆動を行なう際に、１８０度通電駆動の優位性を保ちつつ、なおかつ各外乱によって１８０度通電駆動による制御・駆動が不能となった場合でも、間欠通電駆動に切換えることで、効率低下あるいはモータ回転を停止させることなくモータ回転を維持することができる。これにより、モータを含める装置全体としての信頼性を高めることが可能となる。
【００５２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態による構成を図面を参照して詳細に説明する。なお、図中同一部分には同一符号または記号を付し、その説明を省略する。
【００５３】
本発明の実施の形態によるモータ制御装置について、図１を用いて説明する。図１において、１は、同期モータ、２は、同期モータ１を駆動するインバータ回路、３は、ＡＣ電源を直流に変換してインバータ回路２に直流電流を供給するコンバータ回路（図中記号ＡＣ−ＤＣ）、４は、ＡＣ電源、５は、同期モータ１を駆動・制御する制御マイコンである。
【００５４】
さらに、図１において、６は、同期モータ１またはインバータ回路２から外乱を示す信号を入力し、駆動状態を監視するモータ外乱監視部、７は、モータ外乱監視部６の出力に基づき、駆動方式を決定する駆動方式選択部、８は、同期モータ１を通電角１８０度未満の通電休止期間を設けた間欠通電駆動とするため、通電タイミングの設定や駆動電圧（ＰＷＭデューティ）基準値の設定などの制御を行なう間欠通電駆動部、９は、同期モータ１を１８０度通電駆動するため、通電タイミングの設定や駆動電圧（ＰＷＭデューティ）基準値の設定などの制御を行なう１８０度通電駆動部、１０は、駆動方式選択部７の選択結果に応じて、選択された駆動方式によるＰＷＭデューティ基準値および通電タイミングをＰＷＭ作成／各相分配部１１に入力するためのスイッチ、１１は、インバータ回路２の各モータ駆動素子を駆動するためのＰＷＭ信号を各駆動素子ごとに作成し出力するＰＷＭ作成／各相分配部である。
【００５５】
なお、インバータ回路２への電源供給は、可変電源供給方式である、いわゆるＰＡＭ方式としてもよい。
【００５６】
モータ外乱監視部６で検出された同期モータ１またはインバータ回路２などの外乱によって、同期モータ１を間欠通電駆動するか、１８０度通電駆動するかを駆動方式選択部７で選択する。
【００５７】
モータ外乱監視部６に入力する同期モータ１またはインバータ回路２などの外乱を示す信号は、モータ制御・駆動においての制御変数に影響を及ぼす、すなわち外乱となるものである。これらはたとえば、インバータ回路２の各駆動素子の電源である直流電源電圧、同期モータ１の回転数、同期モータ１に発生する負荷トルクおよびこれらに付随して変化するモータコイルのモータ電流、駆動電圧とモータ電流との位相差などである。
【００５８】
なお、これらを直接検出する必要はなく、他の外乱要素でもよく、上記した情報以外の付随する外乱情報であってもよい。通常、これらの外乱情報は、定常値がどのくらい変動したかが重要なパラメータであることが多く、モータ外乱監視部６においてこれらの値の変動を検出することが望ましい。
【００５９】
本発明の実施の形態によるモータ制御装置は、各種外乱に対して、その都度適切な、すなわち制御性能のよい、さらに言い換えれば当該外乱に対してモータが停止してしまうなどの不具合が生じない駆動方式を選択してモータ駆動を行なう。これにより、信頼性の高い効果的なモータ運動を実現する。
【００６０】
なお、効率の向上、トルク変動、振動、騒音の抑制のためには、１８０度通電駆動として、駆動波形の滑らかな変化が実現できる正弦波通電であることが望ましい。
【００６１】
また、間欠通電駆動の駆動波形としては、通電角を１８０度未満として駆動波形中に通電休止期間を設け、その間に発生する逆起電圧が検出できればいかなる駆動波形であってもかまわない。たとえば、１２０度通電駆動は、完全二相通電であり、矩形波通電が可能であるため、各相に供給する駆動波形が作成しやすいという利点がある。
【００６２】
ここで、各相の駆動波形について説明する。図２は、１８０度通電駆動の一例である正弦波通電の駆動波形を示す図である。図３は、間欠通電駆動の一例である矩形波１２０度通電の駆動波形を示す図である。また、図４は、間欠通電駆動の他の一例である１５０度通電駆動の駆動波形を示す図である。図２〜４では、インバータ回路２の駆動素子を駆動する信号（ＰＷＭ作成／各相分配部１１の出力）を各コイル端子ごとにアナログ値で示している。なお、実際の通電期間中の駆動波形はＰＷＭ波形であり、通電期間中にＰＷＭデューティは変更される。各図において、横軸はコイル通電電気角、縦軸は電圧にそれぞれ対応している。駆動対象となるモータのコイルは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相である。
【００６３】
図２に示されるように、１８０度通電駆動方式においては、各相は正弦波形通電をしており、たとえばＵ相コイルを基準とすると、Ｖ相、Ｗ相に対する通電波形は、Ｕ相に対する通電波形と１２０度または２４０度の位相差を有している。
【００６４】
図３に示されるように、１２０度矩形波通電駆動方式においては、各相ともに、１２０度期間は矩形波通電をしており、残りの６０度期間は通電休止期間となる。たとえばＵ相コイルを基準とすると、Ｖ相、Ｗ相は、Ｕ相に対して１２０度または２４０度の位相差を有している。
【００６５】
図４に示されるように、１５０度矩形波通電駆動方式においては、各相ともに、１５０度期間は矩形波通電をしており、残りの３０度期間が通電休止期間となる。
【００６６】
ここで、１８０度通電駆動中に外乱が発生したときのＵ相コイル端子の実際のモータ電流波形を、図５および図６を用いて説明する。図５および図６における実験では、正弦波１８０度通電駆動とし、モータ回転数は３０００ｒｐｍ、定常負荷トルクは約１．５Ｎｍとした。
【００６７】
図５は、約０．５Ｎｍのトルク変動を発生させるパルスを与えたときのモータ電流波形を示している。図５に示されるように、トルク変動を発生すると、モータ電流波形の振幅が大きくなってしまい、さらに変動が収まった直後も正弦波波形が乱れていることがわかる。
【００６８】
図６は、インバータ回路２の直流電源電圧が変動したときのモータ電流波形を示すものである。図６に示される実験では、直流電源電圧は約２０Ｖ変動している。図６に示されるように、直流電源電圧が変化しても、負荷トルクが変化したときと同様にモータ電流が乱れてしまうことがわかる。
【００６９】
これは、トルク変動によって通電タイミングが瞬時的に変化してしまい、正確な通電タイミングでの駆動がなされないためである。なお、図５および図６の実験とも、外乱変動による悪影響は、制御が追いつかず、適切な通電タイミングでの駆動ができないことによる効率の低下などの発生のみに留まっている。しかしながら、これよりも各外乱変動量が大きくなる、またはさらに変動終了までの時間が長くなるとモータ回転を続けることができずモータが停止してしまう。
【００７０】
これは、１８０度通電駆動の各駆動方法が、上述したように制御の困難性から制御ロバスト性が低く、外乱に対して影響を受けやすいという特性を有しているためである。
【００７１】
このように外乱の影響を受けやすいという一方で、１８０度通電駆動、とりわけ正弦波１８０度通電駆動は、駆動波形の滑らかさからモータ騒音や振動が低く、巻線使用率の高さから高効率が可能であるという利点がある。このため、上記外乱が存在しない場合には、回転性能の高い１８０度通電駆動によるモータ運動を行なうことが望ましい。
【００７２】
一方、１２０度通電駆動をはじめとする間欠通電駆動では、モータ電流を通電しない休止期間を設け、純粋にモータ回転位置を表わす逆起電圧を検出する。このため、トルク変動などの外乱が発生しても回転速度が変動することはあるものの、通電タイミングが大きく変化してしまうことは少ない。したがって、１８０度通電駆動に比べて、外乱などによってモータが停止してしまうなどの不具合が生じる確率が低く、モータ駆動に関する信頼性は高い。
【００７３】
そこで、本発明の実施の形態によるモータ制御装置は、外乱の発生していない、または外乱が少ない定常状態時には、回転性能の高い１８０度通電駆動を、外乱が検出される、または外乱が大きい特異状態時には、信頼性の高い間欠通電駆動を選択する。
【００７４】
ここで、モータ外乱監視部６および駆動方式選択部７の処理内容を、図７〜図１０のフローチャートを用いて説明する。なお、これらの処理は、駆動電圧（ＰＷＭデューティ）基準値の作成タイミング、またはＰＷＭキャリヤ周期ごとに行なわれ、通常、制御マイコンの割込によって処理が開始される。
【００７５】
まず、現在が１８０度通電駆動であるときの処理を説明する。図７は、１８０度通電駆動時における処理内容を示している。まず、ステップＳ７１で、外乱信号が、その許容変化量を示すしきい値データと比較される。
【００７６】
ここで外乱信号とは、上記の負荷トルク変動を示す信号、電源電圧を示す信号などが挙げられる。負荷トルクの変動を示す信号としては、トルクセンサの信号、あるいは図５から明らかなようにモータ電流の振幅の変動を示す信号、駆動電圧に対するモータ電流の位相差を示す信号、またはトルク変動に伴って発生する回転速度変動であってもよい。また、回転速度変動情報を入力した場合、同期モータの無理な加減速時におけるモータ通電の不良にも対応することが可能になる。また、電源電圧を示す信号とは、直流電源を抵抗分割した電圧値などでもよく、ＡＣ電源電圧を示す値であってもよい。
【００７７】
さらにこのような外乱信号は、１入力だけに留まらず、複数の信号を入力することにより、さらに厳密にモータ駆動を監視することができる。
【００７８】
しきい値データには、外乱に対して１８０度通電駆動が大きな効率低下を生じない、またはモータ停止が発生しないような変化量を示す値が設定されている。図５および図６の結果を例に挙げれば、負荷トルク変動については、モータ回転を維持できる０．５Ｎｍに対応する値を、直流電源電圧変動については、２０Ｖに対応する値を設定すればよい。
【００７９】
なお、しきい値データは、定常回転数、定常負荷トルクによって異なることがあり、各回転条件によって値を切換えるようにすればより効果的な通電駆動選択を行なうことが可能となる。さらに、定常値に対する変動量の割合としてしきい値データを用い、この変動量としきい値データとを比較するように構成してもよい。
【００８０】
なお、ステップＳ７１の比較処理は、検出ノイズの影響を除去するために、比較結果が複数回連続していることを検出するようにすれば信頼性がさらに高まる。
【００８１】
ステップＳ７１において外乱信号がしきい値データを超えていなかった場合には、ステップＳ７２の処理に移る。ステップＳ７２においては、外乱が少なく１８０度通電駆動が可能な状態であるとして、１８０度通電駆動を継続する信号を出力する。
【００８２】
外乱信号がしきい値データを超えていた場合、ステップＳ７３の処理に移る。ステップＳ７３においては、外乱が大きく１８０度通電駆動が不可能な状態であるとして、後述する間欠通電駆動に移行する処理（切換え）が行なわれる。以上で処理を終了する。
【００８３】
上記処理の内容を、図１９を用いて説明する。図１９においては、外乱信号として駆動電圧に対するモータ電流の位相差情報を使用するものとする。これは、位相差によってモータ駆動を制御する場合に、その位相差情報を外乱信号として使用することができ、効率的な方法といえるからである。
【００８４】
図１９には、電源電圧が変動したときの電源電圧波形、モータ電流波形、外乱信号として駆動電圧に対するモータ電流の位相差情報、モータ外乱監視部６の出力、および駆動方式選択部７の選択状態を示している。
【００８５】
外乱発生により位相差情報が変動する。モータ外乱監視部６は、位相差情報が設定されたしきい値データを超えると、出力を変化させる。駆動方式選択部７は、モータ外乱監視部６の出力が変化したことを受けて、駆動方式を選択するための信号を出力する。
【００８６】
モータ外乱監視部６の最も簡単な構成は、ある一定期間出力値をホールドする機能を備えた外乱信号としきい値データとを比較するコンパレータによるものであり、さらに比較結果の平均化などを行なう構成などを取入れることで高精度化が図れる。なお、後述する間欠通電駆動から１８０度通電駆動への復帰についても同様な構成で処理を行なえばよい。
【００８７】
次に、現在が間欠通電駆動であるときの処理状況について説明する。図８は、間欠通電駆動時における処理内容を示している。ステップＳ８１では、外乱信号がしきい値データで表わされる値よりも小さくなったか否かが判断される。なお外乱信号、しきい値データについては、上述したとおりである。
【００８８】
外乱信号がしきい値データ内に収まらなかった場合、ステップＳ８２の処理に移る。ステップＳ８２では、外乱が大きい状態であると判断して、間欠通電駆動を継続する信号が出力される。
【００８９】
外乱信号がしきい値データ内に収まった場合、ステップＳ８３の処理に移る。ステップＳ８３では、外乱が小さい状態であると判断して、後述する１８０度通電駆動に復帰する処理（切換え）が行なわれる。以上で処理を終了する。
【００９０】
ここで、しきい値データの別の設定方法およびそれによる処理の流れについて説明する。外乱信号として電源電圧、駆動電圧に対するモータ電流の位相差などを用いた場合、同期モータ１の回転数、負荷トルクによって外乱信号の値がその都度変化してしまうことがある。これは、たとえば、外乱信号に直流成分遮断フィルタを設けていない時などが考えられる。
【００９１】
したがって、図１９のように定常値をもとにしきい値データを設定した場合、外乱信号と定常値とがずれていると正確な外乱が検出できないという不都合が生じる。
【００９２】
たとえば、図２０に示す例では、ａ点で大きな外乱信号の変動が発生しているが、外乱は検出されない。また、ｂ点では、小さい外乱であるにも関わらず外乱が発生したと誤検出してしまう。
【００９３】
そこで、図２１に示すように、外乱信号の入力ごとに当該入力に対して所定量を加減算して外乱加減値を算出し、当該外乱加減値を次回の外乱信号入力でのしきい値データとして使用する。この結果、正確な外乱発生検出、正確な通電駆動方法の選択が実現できる。
【００９４】
外乱加減値による処理の流れについて、図２２を用いて説明する。現在が１８０度通電駆動であるとする。図２２を参照して、ステップＳ２２１では、外乱信号Ｓｄとしきい値データ＋Ｓｒ，−Ｓｒとを比較する。比較処理の結果、外乱信号Ｓｄがしきい値データを越えていれば、ステップＳ７３で間欠通電駆動が選択され、図１０の処理が行なわれる。
【００９５】
一方、外乱信号Ｓｄがしきい値データ内に入っていれば、ステップＳ７２に移り、１８０度通電駆動を継続する。そして、ステップＳ７２またはＳ７３からステップＳ２２２に移り、外乱信号Ｓｄに所定値Ｓｖを加減算した外乱加減値を計算し、これを新たなしきい値データ＋Ｓｒ，―Ｓｒとする。
【００９６】
図２２では、現在が１８０度通電駆動である場合の処理の流れを示しているが、間欠通電駆動であっても同様の処理を行なえばよいことは言うまでもない。なお、所定値Ｓｖは、たとえば、１８０度通電駆動で外乱によって同期モータ１が停止しないような値を実験的に求めて設定すればよい。
【００９７】
外乱加減値をしきい値データとする方法と、図１９に示すような定常値から設定したしきい値データを使用する方法とを併用するようにしておけば、さらに効果的である。
【００９８】
たとえば、外乱信号が定常値からずれているようであれば、図２２で説明したような外乱加減値からしきい値データを求める方法が有効である。一方、外乱信号の定常値からのずれが少ないと分かった場合には、定常値から設定したしきい値データを使用した方が外乱加減値の計算処理を省けるので処理が簡素化できる。なお、外乱信号と定常値とのずれは、たとえば、外乱信号を所定回数取込み平均化した値と定常値とを比較すればよい。
【００９９】
あるいは、複数の外乱信号を使用して外乱監視を行なう場合には、定常値からのずれが少ないなどといった外乱信号の性質によって、どちらのしきい値データを使用するかを選択するようにしておけば効率的かつ効果的な処理が実現できる。
【０１００】
間欠通電駆動時における他の処理の一例について、図９を用いて説明する。図９に示される処理は、図８に示されるステップＳ８１に代わり、ステップＳ９１の処理を含む。ステップＳ９１では、外乱信号が発生してから所定時間経過したか否かが検出される。外乱信号が発生してから所定時間が経過した場合には、ステップＳ８３に移り１８０度通電駆動に復帰する処理（切換え）が行なわれる。外乱信号が発生してから所定期間が経過していない場合には、ステップＳ８２に移り、間欠通電駆動を選択（継続）する。
【０１０１】
一般に、外乱は、瞬時停電・負荷の切換えなど瞬間的に発生し、その後はもとに戻る、または新たな値を保持することが多い。すなわち、瞬間的な変動が収まれば、その後は定常状態に復帰する。したがって、たとえば２秒などの一定期間経過後は、１８０度通電駆動に復帰するように処理してもかまわない。
【０１０２】
このように、負荷トルク、回転数、電源電圧、またはこれらに付随する信号を監視し、これらの信号の変化量を許容値と比較することにより、適切な駆動方式、すなわち外乱が少ない定常状態時には１８０度通電駆動を、外乱が多い特異状態時には間欠通電駆動を選択するように処理をする。これにより、高効率、低騒音、低振動でかつ信頼性の高いモータ運動を実現することができる。
【０１０３】
続いて、間欠通電駆動への移行処理ステップＳ７３、および１８０度通電駆動への復帰処理ステップＳ８３について説明する。図１０は、図７に示される１８０度通電駆動から間欠通電駆動へ移行するステップＳ７３における処理を示している。ステップＳ１０１では、同期モータの全コイル端子への通電をオフする。これは、１８０度通電駆動では休止期間がないためコイル端子からは正確な逆起電圧が検出できなかったが、全コイル端子をオフすることで純粋な逆起電圧を検出して正確なモータ回転位置を検出するためである。
【０１０４】
ステップＳ１０２では、逆起電圧を検出し、逆起電圧パルスの入力を検出する。そして、パルス入力があるまで逆起電圧の検出を繰返す。
【０１０５】
なお、１８０度通電駆動によるコイル端子電圧の影響を完全になくして正確な回転位置検出を行なうため、パルス入力を２回程度検出し、２回目の検出を正確なパルス検出とすることで正確性を高めることができる。検出回数を増加させるほど正確性は高まるが、この間はモータ通電をオフしている。このため、検出回数を増加させすぎるとモータが停止してしまうことも懸念される。実験的には、２回程度の検出が最適であった。
【０１０６】
逆起電圧パルスが検出された場合、ステップＳ１０３の処理に移る。ステップＳ１０３では、逆起電圧パルスに応じて、図３や図４に示されるような波形で通電相を切換えていく間欠通電駆動を選択し、同期モータを駆動する。以上で処理を終了する。
【０１０７】
なお、効率を向上させるなどの目的で通電タイミングを逆起電圧パルスから進ませる／遅らせる場合には、調整後の逆起電圧パルスを使用して上記処理を行なえばよい。
【０１０８】
なお、移行時における駆動電圧（ＰＷＭデューティ）基準値は、１８０度通電駆動時の値を考慮して設定すればよい。
【０１０９】
低速時においては、回転速度に比例して発生する逆起電圧が低いため正確に移行できないことが考えられる。しかしながら、間欠通電駆動への移行直後の駆動を、駆動電圧（ＰＷＭデューティ）基準値を高く設定し、高速回転にすることでこの問題を回避することができる。あるいは、極低速域では、間欠通電駆動への移行が非常に困難になるため、同期モータによっては移行を禁止することも必要である。
【０１１０】
実験によると、移行直後に高速回転が必要な回転数は５００〜１０００ｒｐｍであり、移行が困難となる極低速回転数は５００ｒｐｍ以下であった。なお、この回転数は逆起電圧の振幅、Ｓ／Ｎなどに左右されるため、これらを考慮して設定することが望ましい。
【０１１１】
１８０度通電駆動から間欠通電駆動への移行を実験した結果について、図１１に示すモータ電流波形を用いて説明する。本実験では、回転数は３０００ｒｐｍ、負荷トルクは１．５Ｎｍであった。外乱であるインバータ回路２の電源電圧変動の発生に応じて、間欠通電駆動に移行させたときの各種波形を示している。なお、間欠通電駆動として１２０度通電駆動を使用している。
【０１１２】
図１１に示されるように、移行時においては、すべてのコイル端子への通電がオフされ、確実に間欠通電駆動へ移行していることがわかる。このように、全コイル端子への通電を休止する期間を設けることで、逆起電圧の正確な検出が可能となり、間欠通電駆動への移行処理が確実に行なえ、信頼性を高めることができる。
【０１１３】
次に、図８および図９における間欠通電駆動から１８０度通電駆動へ復帰するステップＳ８３の処理について、図１２を用いて説明する。ステップＳ１２１では、通電タイミングから現在の通電位相を算出する。これは、たとえば１２０度通電駆動であれば、Ｕ相コイル端子からＶ相コイル端子へ通電を開始した時点では、正弦波波形が正弦波位相で何度に相当するかを計算することで求めることができる。
【０１１４】
ステップＳ１２２では、計算された位相で正弦波データを設定する。ステップＳ１２３では、一度すべてのコイル端子への通電をオフする。これは、復帰時に通電を切換えるに際して、間欠通電駆動の影響を完全に除去するためである。
【０１１５】
ステップＳ１２４では、１８０度通電駆動を選択して復帰処理を終了する。なお、復帰時における駆動電圧（ＰＷＭデューティ）基準値は、間欠通電駆動時の値を考慮して設定すればよい。
【０１１６】
間欠通電駆動から１８０度通電駆動への移行を実験した実験結果について、図１３を用いて説明する。本実験では、回転数は３０００ｒｐｍ、負荷トルクは１．５Ｎｍであった。間欠通電駆動には、１２０度通電駆動を使用している。図１３には、外乱が減少あるいは所定時間が経過したことに対して、１８０度通電駆動に復帰したときのモータ電流波形を示している。
【０１１７】
図１３に示されるように、復帰時においては位相情報が引き継がれ、正確な位相で確実に１８０度通電駆動に復帰していることがわかる。
【０１１８】
このように、間欠通電駆動の位相情報を計算して、１８０度通電駆動の通電位相の設定の際にこれを参考にすることで、モータ駆動動作の信頼性を高めることができる。
【０１１９】
ところで、モータ外乱監視部６での外乱信号としきい値データとの比較処理（すなわち外乱検出）を上記したようにＰＷＭキャリア周期ごとに行なうことで、早急な外乱検出が実現される。しかしながら、モータ回転に同期した負荷トルク変動などの外乱が発生している場合には、モータ回転に同期して外乱検出を行った方が正確な検出が行なえる。
【０１２０】
エアコン用コンプレッサ駆動用モータを例にとると、シングルロータリーコンプレッサなどではモータの１回転に同期した負荷トルク変動が非常に大きく発生することが知られている。
【０１２１】
これら負荷トルク変動はモータ回転中に定常的に発生するものであり、モータ駆動が停止してしまうものではないことが多く、これら負荷トルク変動を外乱とみなしてしまうと本来の外乱に対する処理に影響を及ぼし、不要な通電駆動方法の切換えが生じてしまう。
【０１２２】
モータ回転に同期して変動する外乱信号と定常値に基づき設定したしきい値データとの関係を、図２３に示す。図２３に示す場合、負荷トルク変動により外乱信号がしきい値データ内で変化してしまい、外乱検出の正確性が低下してしまう。したがって、しきい値データ作成時にこの負荷トルク変動分を考慮しなくてはならず、余計な処理が必要となってしまう。
【０１２３】
また、このような負荷トルク変動を有するものは、負荷トルクが変動する箇所もモータ回転に同期していることが多く、ＰＷＭキャリア周期毎に外乱検出を行なわなければならない事は少ない。たとえば、図２３に示す場合であれば、負荷トルク変動がピークとなる点Ｐ（変動ピーク点）は、負荷トルク変動が顕著に発生する箇所であるので、この変動ピーク点Ｐで外乱検出をすることで効率的な外乱検出ができる。
【０１２４】
次に示すモータ制御装置は、これらに着目したもので外乱検出をモータの回転に同期させて行なう。モータ回転に同期した外乱検出を行なうモータ制御装置の一例を、図２４を用いて説明する。図２４に示すモータ制御装置は、モータ外乱監視部６に代わりモータ外乱監視部６１を含む。
【０１２５】
モータ外乱監視部６１には、モータ回転の特定の位置を示す信号を含むモータ回転情報が入力されている。モータ外乱監視部６１では、モータ回転情報にしたがって外乱検出を行なう。これにより、正確な外乱検出を実現する。
【０１２６】
好ましくは、当該モータ回転情報として、図２３の変動ピーク点Ｐを示す場所に対応した情報を入力すれば、外乱検出の正確性が向上できる。あるいは、モータ回転情報をもとに外乱信号を同期モータ１の１回転分取込み、外乱信号のピーク点を検出し、このピーク点で外乱検出しても同様に正確な外乱検出が実現できる。
【０１２７】
なお、モータ回転情報として、同期モータ１の回転軸に取付けたセンサの出力するセンサ信号を用いてもよいし、モータ電流、モータ駆動電圧などモータ駆動に使用している情報を使用すれば新たな回路を追加する必要がなく、コストアップを防ぐことができる。
【０１２８】
上述したモータ回転に同期した負荷トルク変動などに対しては、次の図２５に示す構成を用いても効果的である。モータ回転に同期し外乱検出を行なうモータ制御装置の他の一例を、図２５を用いて説明する。図２５に示すモータ制御装置は、モータ外乱監視部６１と外乱信号とモータ回転情報とを入力に受ける外乱平均部１２とを含む。
【０１２９】
外乱平均部１２は、同期モータ１のｎ回転分（ｎは、１以上の整数）の外乱信号を平均化する。外乱平均部１２で外乱信号をモータの回転に同期して平均化し、この平均化した値をモータ外乱監視部６１に入力して、上記と同様の外乱検出処理を行なう。
【０１３０】
外乱信号を平均化することにより、モータ１の回転中の変動を除去することができる。これにより、上記した場合と同様に正確な外乱検出が実現できる。
【０１３１】
以上説明したモータ外乱監視部６、６１による外乱検出は、モータ回転中、常に行なうものであるが、モータ運転の状況によっては外乱検出を行なわないほうが望ましい場合もある。
【０１３２】
ここで、外乱信号としてモータ電流を用いた場合の外乱検出状況について、図２６を用いて説明する。図２６では、定常値をもとに設定したしきい値データとモータ電流（外乱信号）との関係が示されている。図中、期間Ｔ１では、モータ回転が加速中であり、期間Ｔ２では、モータ回転が減速中である。外乱信号が変動している箇所があるが、これはモータ回転を上昇（すなわち加速）あるいは下降（すなわち減速）させた箇所である。
【０１３３】
通常、モータ回転を加減速させるとモータ電流が変化することが知られている。加速時には、現回転数で回転を持続しようとするモータイナーシャに打ち勝って回転を上昇させるために定常時に比べて多くのモータ電流が必要になる。逆に、減速時には、モータは現回転数で回転を持続しようとするためモータ電流を定常時より落として回転数を下げている。
【０１３４】
したがって、モータ回転を加減速させると図２６のようなモータ電流の変動が発生してしまい、外乱検出の誤検出が発生してしまうのである。
【０１３５】
なお、当然ながらモータ回転加減速時にしきい値データを新たに設定してもよい。しかしながらモータ回転加減速時の外乱信号の変動は制御系の特性などと深く関わっており，正確なしきい値データの設定は困難である。
【０１３６】
そこで、次に示すモータ制御装置はこれらに着目したものでモータ回転の加減速中に外乱検出処理をオフさせる。モータ回転の加減速中に外乱検出処理をオフさせるモータ制御装置の一例を、図２７を用いて説明する。図２７に示すモータ制御装置は、モータ外乱監視部６に代わりモータ外乱監視部６２を含む。
【０１３７】
モータ外乱監視部６２には、モータ回転速度指令が入力されている。モータ外乱監視部６２は、モータ回転速度指令に変化があった場合にモータ回転の加減速が起こっていると判断して外乱検出処理をオフする。
【０１３８】
モータ回転速度指令は、モータ駆動で使用している目標回転数情報を用いればよい。これによって、正確な外乱検出が実現できる。
【０１３９】
次に、間欠通電駆動部８によるモータ駆動の代表的な構成について、図１４を用いて説明する。図１４において、１４１は、モータコイル端子の信号をフィルタリングし、基準電圧比較を行なって同期モータ１の回転位置を検出する磁極位置検出部、１４２は、同期モータ１の目標回転数情報を格納する目標速度情報格納部、１４３は、磁極位置検出部１４１の周期情報と目標速度情報格納部１４２の目標周期情報との誤差を計算する加算器、１４４は、加算器１４３の出力する誤差を増幅する速度制御ゲイン部である。
【０１４０】
速度制御ゲイン部１４４の出力はＰＷＭデューティ基準値として、磁極位置検出部１４１の位置信号は通電タイミングとして、ＰＷＭ作成／各相分配部１１に入力される。インバータ回路２は、ＰＷＭ作成／各相分配部１１から駆動信号を受ける。これに基づき同期モータ１が駆動される。
【０１４１】
１２０度通電駆動の場合、図３に示されるように各モータコイル端子には休止期間が存在し、この休止期間にはモータロータの永久磁石の移動・回転によって逆起電圧が発生する。この休止期間中に現れる逆起電圧波形は通電タイミングによってずれている。したがって、モータコイル端子からモータ回転位置であるモータロータの磁極位置を検出することが可能となる。
【０１４２】
磁極位置検出部１４１におけるフィルタリングとしては、１次遅れのローパスフィルタを、電圧比較としてはモータコイル端子の中間電位との比較を行なうことが簡単かつ確実である。進み位相あるいは遅れ位相で通電を行なう場合、磁極位置検出信号パルスをタイマなどでカウントして、所望の通電タイミングを求めて位置信号として出力する。磁極位置検出部１４１は、フィルタリングなどの複雑な処理が必要であり、電圧変換も必要であることから、制御マイコン５内で行なわず外部の回路で構成してもよい。
【０１４３】
磁極位置検出部１４１は、上述した構成に限定されず、フィルタリングを行なわずにモータコイル端子信号をそのまま基準電圧と比較し、ＰＷＭ成分、ノイズ成分を除去して、モータ回転位置を検出するように構成してもよい。
【０１４４】
このような間欠通電駆動部８を用いることにより、モータコイル端子に発生する逆起電圧から確実にモータ回転位置を検出することができるため、信頼性の高いモータ駆動が実現できる。
【０１４５】
続いて、１８０度通電駆動部９によるモータ駆動の構成を、図１５を用いて説明する。上述したように、１８０度通電駆動では、モータ電流の演算によるもの、中性点を利用するもの等があるが、図１５に示される駆動電圧とモータ電流との位相差に基づく、いわゆる位相差制御は構成および処理が簡単であり、低コスト化が実現できるという利点を有している。
【０１４６】
ところで、位相差制御では、処理の簡単なモータ電流のゼロクロスを検出する方式が一般的であるが、図１５を用いて説明する方式によれば、ゼロクロス検出よりも信頼性が高く、確実な駆動を実現することができる。
【０１４７】
図１５において、１５１は、モータコイル端子Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相の中での特定相（図においては、Ｕ相）に流れるモータ電流を検出する電流センサ、１５２は、検出されたモータ電流を、所定量増幅およびオフセット計算してモータ電流信号を出力するモータ電流検出アンプ部である。この電流センサ１５１、モータ電流検出アンプ部１５２は、制御マイコン５内で構成するより、外部回路で構成した方が簡易的であるし、実用的である。１５３は、モータ電流信号を所定のタイミングでアナログ／デジタル変換して取込み、位相差情報を算出して出力する位相差検出部、１５４は、目標とする位相差情報（目標位相差情報）を格納した目標位相差情報格納部である。
【０１４８】
位相差検出部１５３は、２つのモータ駆動電圧位相期間ごとにモータ電流を複数回サンプリングして積算し、各位相期間におけるモータ電流信号面積を算出する。そして、位相差情報として、これらモータ電流信号面積の面積比を算出し、出力する。
【０１４９】
回転条件やモータ電流のひずみによって最高効率の通電タイミングが変化するので、目標位相差情報は、回転条件等によって随時設定できるように構成されることが好ましい。
【０１５０】
図１５に示される１５５は、目標位相差情報と位相差検出部１５３から出力される位相差情報との誤差データを算出する加算器、１５６は、加算器１５５において算出された誤差データに対して比例誤差データおよび積算誤差データを算出しデューティ基準値を出力するＰＩ演算部である。ＰＩ制御を用いることにより、位相差の残留誤差をゼロに制御することができる。
【０１５１】
さらに図１５において、１５７は、同期モータの回転数指令を設定する回転数設定部、１５８は、所定のデータ個数で構成された正弦波データテーブル、１５９は、正弦波データ作成部である。正弦波データ作成部１５９は、回転数指令と時間経過とに従って正弦波データテーブル１５８からモータコイル端子Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相に対応した正弦波データを読出し、Ｕ相の正弦波データからＵ相のモータ駆動電圧位相情報を出力する。
【０１５２】
電流センサ１５１の一例としては、コイル素子とホール素子とで構成された、いわゆる電流センサでもよく、またカレントトランス等であってもよい。また、本発明の実施の形態では、複数相のうちの１の特定相（Ｕ相）についてモータ電流を検出しているが、これに限定されず、各相のモータ電流を検出するように構成してもよい。この場合、さらに高精度のモータ駆動を実現することが可能となる。
【０１５３】
正弦波データは、予め格納した正弦波データテーブル１５８に基づき作成せずに、演算によって作成するようにしてもよい。
【０１５４】
また、図１５においては、１８０度通電駆動として、正弦波通電駆動の場合の構成を示した。正弦波通電駆動によると、正弦波波形を用いることにより滑らかなモータ電流の供給が可能となるため、振動、騒音を少なくすることができる。しかしながら、駆動波形は正弦波形に限定されず、モータロータの磁束分布に合わせたモータ電流が得られるような駆動波形通電を用いれば、より高効率の駆動が可能となる。
【０１５５】
上述したように、位相差検出部１５３においては、２つのモータ駆動電位位相期間で検出された２つのモータ電流信号面積の面積比を計算し、この結果を位相差情報として出力する。位相差検出部１５３から出力される位相差情報と、目標位相差情報との誤差量に対し、ＰＩ演算が行なわれる。ＰＷＭ作成／各相分配部１１では、ＰＩ演算部１５６の出力であるデューティ基準値と、別途回転数指令から求められる正弦波データとから、その都度の出力デューティを計算する。このようにして計算された値によりインバータ回路２を介してモータコイルを制御することにより、同期モータ１を駆動する。
【０１５６】
すなわち、図１５に示される構成は、モータ駆動電圧（出力デューティ）に対するモータ電流位相差を一定に制御するための位相差制御フィードバックによって、駆動電圧の大きさ（ＰＷＭデューティのデューティ幅）を決定し、同期モータ１を所望の回転数で回転させるために所望の周波数で出力される正弦波データによって回転数を決定する。これによって、所望の位相差および所望の回転数でモータを駆動・制御することができる。
【０１５７】
なお、起動は、各相に強制的に通電し回転磁界を与えていく、強制励磁で行ない、通常駆動時には上記手法により制御を行なえばよい。また、上述のように位相差を制御してもよい。
【０１５８】
ここで、上述した位相差制御により同期モータ１が駆動・制御できることを、ＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）モータでの実験結果をもとに説明する。
【０１５９】
永久磁石をロータ内部に詰込んだ形状のいわゆるＩＰＭモータの場合、磁石磁束とコイル電流とに伴って発生する、いわゆるマグネットトルクと、ロータ形状によってモータコイルのインダクタンスが変化することを利用したリダクタンストルクとを利用する。マグネットトルクとリダクタンストルクとの和が最大となるロータとステータとの相対位置は、回転条件によって変化する。このＩＰＭモータを高効率に駆動させるためには、前記ロータとステータとの相対位置を検出し、最適な位置関係でモータコイルに通電を行なうための通電タイミングの最適化が必要である。また同期モータの場合、効率を考えず単に駆動させる場合でも通電タイミングをある範囲の値にしておかなければ、ブレーキトルクが発生してモータが停止してしまうことがある。たとえば、間欠通電駆動では、ロータとステータとの相対位置を検出するために逆起電圧を利用している。
【０１６０】
本発明の実施の形態による位相差制御に基づき同期モータを駆動させた実験における実験結果について、図１６を用いて説明する。図１６における縦軸は位相差情報、横軸はモータ回転位置を示すエンコーダで測定したロータとステータとの相対位置に対応している。本実験の回転条件は、回転数が１０００ｒｐｍであり、負荷トルクが１５ｋｇｆ・ｃｍであった。
【０１６１】
本発明の実施の形態による位相差制御は、直接ロータとステータとの相対位置を検出するものではない。しかしながら、図１６に示されるように、位相差情報と、ロータとステータとの相対位置との関係は、ほぼ比例関係にあることがわかる。したがって、位相差情報を所定の値に制御することで、間接的にロータとステータとの相対位置を制御することができることになり、目標とする位相差情報を最適化することで最高の効率が得られる通電タイミングでモータを駆動することができることがわかる。
【０１６２】
図１６と同様の実験条件において、駆動電圧（ＰＷＭデューティ基準値）と位相差情報との関係を測定した結果を、図１７を用いて説明する。図１７において、縦軸は位相差情報、横軸はモータ駆動電圧（デューティ基準値）に対応している。図１７に示されるように、位相差情報とモータ駆動電圧とはほぼ比例関係にあることがわかる。したがって、駆動電圧（ＰＷＭデューティ基準値）を増減することにより、位相差情報が制御できることがわかる。
【０１６３】
すなわち、一定の回転数時に駆動電圧（デューティ基準値）を増減させると電流／電圧位相差（位相差情報）が変化するのであり、本発明の実施の形態の構成により位相差情報によって駆動電圧（デューティ基準値）を増減させる位相差制御フィードバックループが有効であることがわかる。
【０１６４】
また、上記実験結果から、実際のモータ電流は純粋な正弦波でなく歪み成分が重畳されているにもかかわらず、位相差制御が可能であることがわかる。さらに、２つの位相期間におけるモータ電流信号面積比に基づく位相差情報の検出精度は、充分であることがわかる。また、ゼロクロスなどのモータ電流のある１点を検出するような位相差検出方法に比べ、上記課題が解消され、検出精度が高まることは言うまでもない。
【０１６５】
なお、これらの実験結果の各特性はほぼ比例と見られるが、厳密には完全な直線上にデータが乗るわけではない。これは、測定誤差の他にモータ電流の歪みが原因になるためと考えられる。このため、位相差制御系の制御系ゲインが位相差の値によって変化してしまうが、この非線形性を見越して制御系としてのゲインを設定すればよく、位相差の値によって制御系のゲインを変更すればさらに高精度な制御系が構成できる。
【０１６６】
また、回転条件によっても各特性の傾きが変化することが考えられるが、回転条件による制御系ゲインの変化量を見越して制御系を構成すればよく、回転条件によって制御系のゲインを変更すればさらに高精度な制御系が構成できる。
【０１６７】
なお、本実験においては、モータ電流検出アンプ部１５２として反転増幅器を使用した。
【０１６８】
次に、位相差制御における回転数の設定について正弦波データテーブルを使用して設定する方法とＰＷＭ出力とについて説明する。
【０１６９】
本発明の実施の形態による位相差制御方式は、逆起電圧パルスなどを検出して、速度制御を行なう方式とは異なり、モータ回転数は、モータコイルに通電する正弦波電圧（ＰＷＭ）の周波数で決定される、いわゆる強制励磁駆動である。
【０１７０】
正弦波データテーブル１５８には、連続的にＤ／Ａ出力すると正弦波波形が出力されるデータ列が格納されている。たとえば、１周期分が３６０個の正弦波データで構成されているとすると、それぞれの正弦波データは電気角で１度ごとに対応する値となる。以下、正弦波データテーブルについては、１周期分として３６０個の正弦波データが格納されているものとし、ＰＷＭキャリア周波数は３ｋＨｚとし、また１相について正弦波２周期で同期モータ１が１回転するものとする。
【０１７１】
正弦波１８０度通電の場合、モータ駆動電圧（出力デューティ）を正弦波波形にする必要があるため、ＰＷＭキャリア周期ごとに正弦波データを更新する必要がある。また、同期モータ１回転分には、３６０×２＝７２０回の更新が必要である。
【０１７２】
ここで、ＰＷＭキャリア周期ごとに正弦波データテーブルの参照データを１づつ更新していくとすれば、ＰＷＭキャリア周期は１／３０００＝０．３３３ｍｓｅｃなので、１回転には７２０×０．３３３＝０．２４ｓｅｃが必要であり、約２５０ｒｐｍの回転数で回転することになる。つまり、モータ回転数は、モータの構造的なものを除外すると、ＰＷＭキャリア周波数と正弦波データテーブルの参照データの更新間隔とで決まる。また、たとえばコイル相数が３相であれば、それぞれの相のデータは、電気角で１２０度づつずらした正弦波データを参照すればいい。なお、その都度正弦波演算を行って、正弦波データを作成してもよい。
【０１７３】
求まった各相ごとの正弦波データは、位相差制御によって算出されたデューティ基準値と乗算される。いわゆるＰＷＭ波形発生器などのＰＷＭ作成部は、乗算された値を受けて、ＰＷＭ波形を出力する。ＰＷＭ波形発生器は、たとえばＰＷＭキャリア周期で三角波を作成し、この三角波の波高値と前記乗算された値とを比較し、比較結果に基づいてハイ／ロウ出力する。
【０１７４】
このＰＷＭ波形発生器は、専用のＩＣで用意されている、あるいは制御用マイコンの機能として設けられていることが多く、これらを利用することで各駆動素子に対応したＰＷＭ波形が簡単に得られる。
【０１７５】
続いて、位相差情報の検出からデューティ基準値の算出までの処理、構成について説明する。
【０１７６】
図１８は、位相差情報の検出について説明するための図である。Ｕ相のモータ電流はゼロレベルを中心としたほぼ正弦波状の波形とする。このモータ電流をモータ電流検出アンプ部１５２によって増幅、オフセット設定して、モータ電流信号を作成する。これは、モータ電流を、図示しないＡ／Ｄ変換器の変換可能電圧範囲（たとえば、０Ｖ〜＋５Ｖ）に合せるために行なわれる。
【０１７７】
また、Ｕ相のモータ駆動電圧位相情報は、正弦波データ作成部１５９においてＵ相の正弦波データから作成される。なお、モータ駆動電圧位相情報は、実際には正弦波波形とする必要はなく、位相情報だけが分かっていればよい。
【０１７８】
位相差検出部１５３には、図１８のようなモータ電流信号およびモータ駆動電圧位相情報が入力される。位相差検出部１５３では、モータ駆動電圧位相情報から、あらかじめ決定された所定の位相期間において、所定のサンプリング位相（サンプリングタイミング）で、１位相期間あたりｎ回（図１８の場合、２回）、モータ電流信号をサンプリングする。
【０１７９】
たとえば、位相期間θ０であれば、サンプリングタイミングｓ０、ｓ１で、モータ電流信号（Ｉ０、Ｉ１）をサンプリングする。位相期間θ１であれば、サンプリングタイミングｓ２、ｓ３で、モータ電流信号（Ｉ２、Ｉ３）をサンプリングする。位相期間θ２であれば、サンプリングタイミングｓ４、ｓ５で、モータ電流信号（Ｉ４、Ｉ５）をサンプリングする。位相期間θ３であれば、サンプリングタイミングｓ６、ｓ７で、モータ電流信号（Ｉ６、Ｉ７）をサンプリングする。
【０１８０】
たとえば、あらかじめ決定された所定の位相期間をθ０、θ１とすると、位相期間θ０、θ１のそれぞれにおいて、サンプリングされた電流サンプリングデータを積算し、モータ電流信号面積Ｉｓ０、Ｉｓ１を算出する（Ｉｓ０＝Ｉ０＋Ｉ１、Ｉｓ１＝Ｉ２＋Ｉ３）。
【０１８１】
そして、各モータ電流信号面積Ｉｓ０、Ｉｓ１の比を計算して。これを位相差情報とする。サンプリングタイミングｓ０〜ｓ３の間隔を一定にすることで処理を簡素化することができる。
【０１８２】
なお、あらかじめ決定された所定の位相期間がθ２、θ３であれば、位相期間θ２、θ３のそれぞれにおいて、サンプリングされた電流サンプリングデータを積算し、モータ電流信号面積Ｉｓ２、Ｉｓ３を算出する（Ｉｓ２＝Ｉ４＋Ｉ５、Ｉｓ３＝Ｉ６＋Ｉ７）。そして、各モータ電流信号面積Ｉｓ２、Ｉｓ３の比を計算する。
【０１８３】
位相期間は、図１８に示されるとおり、駆動電圧電気角９０度、またあるいはその反転である２７０度を中心としたほうが、目標値の設定などで有利である。なお、位相差情報は複数回平均化したほうが信頼性が高くなる。
【０１８４】
このように、１８０度通電駆動の駆動方式として、モータ駆動電圧とモータ電流との位相差を検出する構成とすることで、処理、回路を簡単に実現することができる。また、モータ電流の面積を求め、その比によって位相差情報を求めることで、信頼性の高い位相差検出が実現できる。さらに、この面積比検出において、複数回のサンプリングで得られるモータ電流サンプリングデータを用いることで、信頼性の高い位相差検出を簡単な処理で実現することができる。
【０１８５】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【０１８６】
【発明の効果】
このように、本発明によるモータ制御装置によれば、１８０度通電駆動と間欠通電駆動とを外乱によって適切に切換えることができる。これにより、定常状態時には、高効率、低騒音、低振動のモータ駆動を実現し、特異状態時には、モータ停止などの不具合を生じさせず、信頼性の高いモータ駆動を実現することができる。
【０１８７】
また、本発明によるモータ制御装置によれば、間欠通電駆動手段の通電角を１２０度通電駆動とする。これにより、各相に供給する駆動電圧波形が作成しやすくなる。また、逆起電圧の検出間隔も長くなるため、検出の信頼性が向上する。
【０１８８】
また、本発明によるモータ制御装置によれば、瞬時停電をはじめとする電源電圧の変動を監視し、この変動を外乱発生と判断して、適切な駆動方式に切換える。これにより、電源電圧変動によって発生してしまうモータ停止などの不具合を防止し、信頼性の高いモータ駆動を実現できる。
【０１８９】
また、本発明によるモータ制御装置によれば、モータ回転数の変動を監視し、この変動を外乱発生と判断して、適切な駆動方式に切換える。これにより、回転数変更または変動などに伴うモータ停止などの不具合を防止し、信頼性の高いモータ駆動を実現できる。
【０１９０】
また、本発明によるモータ制御装置によれば、負荷トルクの変動を監視し、この変動を外乱発生と判断して、適切な駆動方式に切換える。これにより、負荷トルク変動に伴うモータ停止などの不具合を防止し、信頼性の高いモータ駆動を実現できる。
【０１９１】
また、本発明によるモータ制御装置によれば、モータ電流の変動を監視し、この変動を外乱発生と判断して、適切な駆動方式に切換える。これにより、モータ電流の変動に伴うモータ停止などの不具合を防止し、信頼性の高いモータ駆動を実現できる。
【０１９２】
また、本発明によるモータ制御装置によれば、駆動電圧とモータ電流との位相差の変動を監視し、この変動を外乱発生と判断して、適切な駆動方式に切換える。これにより、位相差の変動に伴うモータ停止などの不具合を防止し、信頼性の高いモータ駆動を実現できる。
【０１９３】
また、本発明によるモータ制御装置によれば、同期モータの駆動に影響を及ぼす外乱、または外乱に起因して変化する信号の変動を監視し、この変動を外乱発生と判断して、適切な駆動方式に切換えることができる。これにより、各種外乱の変動などに伴うモータ停止などの不具合を防止し、信頼性の高いモータ駆動を実現できる。
【０１９４】
また、本発明によるモータ制御装置によれば、外乱の少ない定常状態では、高効率、低騒音、低振動、かつ運転性能の高い１８０度通電駆動を、外乱が大きい特異状態では、モータ停止などが少なく信頼性の高い間欠通電駆動を選択することで、モータ駆動の高効率、低振動、低騒音、高信頼性を実現することができる。
【０１９５】
また、本発明によるモータ制御装置によれば、どのような回転条件でモータが駆動されていても、的確に駆動方式を切換えることができ、駆動切換えの信頼性を高めることができる。
【０１９６】
また、本発明によるモータ制御装置によれば、確実に駆動方式を切換えることができるので、駆動切換えの信頼性を高めることができる。
【０１９７】
また、本発明によるモータ制御装置によれば、逆起電圧を検出することができる、間欠通電駆動の通電タイミング検出が確実になる。このため、モータ駆動の信頼性を高めることができる。
【０１９８】
また、本発明によるモータ制御装置によれば、ゼロクロス検出よりも簡単な処理・かつ構成で位相差情報を検出することができる。ノイズやモータ電流の変動に対して誤動作を少なくすることができる。また、モータ電流の面積を求め、その比によって位相差情報を求めることで、信頼性の高い位相差検出が実現できる。特に、この面積比検出において、複数回のサンプリングで得られるモータ電流サンプリングデータを用いることで、信頼性の高い位相差検出を簡単な処理で実現することができる。
【０１９９】
また、本発明によるモータ制御装置によれば、モータ外乱監視手段に入力された外乱または外乱信号に所定量を加算および減算した結果得られる外乱加減算を、次回の外乱あるいは外乱信号入力時の判定におけるしきい値データとして使用することができる。したがって、外乱信号が定常値からずれているような場合、定常値をもとにしたしきい値データより正確な外乱検出が実現できる。これにより、信頼性の高いモータ駆動が実現できる。
【０２００】
また、本発明によるモータ制御装置によれば、モータ外乱監視手段における定常状態または特異状態の判定タイミングを、モータ回転に同期させることができる。したがって、モータ１回転中における外乱変動が大きい場合であっても、正確な外乱検出が実現できる。これにより、信頼性の高いモータ駆動が実現できる。
【０２０１】
さらに、本発明によるモータ制御装置によれば、モータ加減速時の外乱検出をオフすることで外乱検出の誤検出を防止でき、正確な外乱検出が実現できる。これにより、信頼性の高いモータ駆動が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態によるモータ制御装置について説明するための図である。
【図２】  １８０度通電駆動の一例である正弦波通電の駆動波形を示す図である。
【図３】  間欠通電駆動の一例である矩形波１２０度通電の駆動波形を示す図である。
【図４】  間欠通電駆動の他の一例である１５０度通電駆動の駆動波形を示す図である。
【図５】  トルク変動を発生させるパルスを与えたときのモータ電流波形を示す図である。
【図６】  インバータ回路２の直流電源電圧の変動に対するモータ電流波形を示す図である。
【図７】  間欠通電駆動時におけるモータ外乱監視部６および駆動方式選択部７の処理の流れを示すフローチャートである。
【図８】  間欠通電駆動時におけるモータ外乱監視部６および駆動方式選択部７の処理の流れを示すフローチャートである。
【図９】  間欠通電駆動時におけるモータ外乱監視部６および駆動方式選択部７の処理の流れを示すフローチャートである。
【図１０】  １８０度通電駆動から間欠通電駆動へ移行する処理の流れを示すフローチャートである。
【図１１】  １８０度通電駆動から間欠通電駆動への移行を実験した実験結果を示す図である。
【図１２】  間欠通電駆動から１８０度通電駆動へ復帰する処理の流れを説明するためのフローチャートである。
【図１３】  間欠通電駆動から１８０度通電駆動への移行を実験した実験結果を示す図である。
【図１４】  間欠通電駆動部８の具体的な構成の一例について説明するための図である。
【図１５】  １８０度通電駆動部９の具体的な構成の一例について説明するための図である。
【図１６】  位相差制御に基づき同期モータを駆動させる実験で得られた実験結果を示す図である。
【図１７】  駆動電圧（ＰＷＭデューティ基準値）と位相差情報との関係を測定した実験の実験結果を示す図である。
【図１８】  位相差情報検出について説明するための図である。
【図１９】  電源電圧が変動した場合のモータ外乱監視部６の出力と駆動方式選択部７の出力とを説明するための図である。
【図２０】  外乱信号が変動した場合における外乱信号と定常値をもとに設定したしきい値データとの関係を示す図である。
【図２１】  外乱信号が変動した場合における外乱信号と外乱加減値（しきい値データ）との関係を示す図である。
【図２２】  外乱加減値を基準とした外乱検出処理の流れを説明するためのフローチャートである。
【図２３】  モータ回転に同期した変動を持つ外乱信号と定常値に基づき設定したしきい値データとの関係を示す図である。
【図２４】  本発明の実施の形態によるモータ回転に同期した外乱検出を行なうモータ制御装置の構成例を示す図である。
【図２５】  本発明の実施の形態によるモータ回転に同期した外乱検出を行なうモータ制御装置の他の構成例を示す図である。
【図２６】  定常値をもとに設定したしきい値データとモータ電流（外乱信号）との関係を示す図である。
【図２７】  本発明の実施の形態によるモータ回転の加減速中に外乱検出をオフするモータ制御装置の構成例を示す図である。
【符号の説明】
１  同期モータ、２  インバータ回路、３  コンバータ回路、４  ＡＣ電源、５  制御マイコン、６，６１，６２  モータ外乱監視部、７  駆動方式選択部、８  間欠通電駆動部、９  １８０度通電駆動部、１０  スイッチ、１１  ＰＷＭ作成／各相分配部、１２  外乱平均部、１４１  磁極位置検出部、１４２  目標速度情報格納部、１４３  加算器、１４４  速度制御ゲイン部、１５１  電流センサ、１５２  モータ電流検出アンプ部、１５３  位相差検出部、１５４  目標位相差情報格納部、１５７  回転数設定部、１５８  正弦波データテーブル、１５９  正弦波データ作成部。
【図１】
0003689327.tif 000002
【図２】
0003689327.tif 000003
【図３】
0003689327.tif 000004
【図４】
0003689327.tif 000005
【図５】
0003689327.tif 000006
【図６】
0003689327.tif 000007
【図７】
0003689327.tif 000008
【図８】
0003689327.tif 000009
【図９】
0003689327.tif 000010
【図１０】
0003689327.tif 000011
【図１１】
0003689327.tif 000012
【図１２】
0003689327.tif 000013
【図１３】
0003689327.tif 000014
【図１４】
0003689327.tif 000015
【図１５】
0003689327.tif 000016
【図１６】
0003689327.tif 000017
【図１７】
0003689327.tif 000018
【図１８】
0003689327.tif 000019
【図１９】
0003689327.tif 000020
【図２０】
0003689327.tif 000021
【図２１】
0003689327.tif 000022
【図２２】
0003689327.tif 000023
【図２３】
0003689327.tif 000024
【図２４】
0003689327.tif 000025
【図２５】
0003689327.tif 000026
【図２６】
0003689327.tif 000027
【図２７】
0003689327.tif 000028