(57)【要約】【課題】脱調を予知または脱調したことを検出することのできる電動機駆動装置を提供する。【解決手段】脱調予知・検出部４は、電圧ベクトル生成・通電周波数制御部５で切り替える電圧ベクトルと回転検知器２の２値出力とに基づいて、電機子に発生する磁束方向と回転子の界磁磁束方向との差を検出し、脱調の発生を予知したり、脱調が発生したことを検出したりする。電圧ベクトル生成・通電周波数制御部５は、脱調予知・検出部４の脱調予知または脱調検出に応じて電動機１への通電を制御し、脱調の防止または脱調からの回復を図る。【選択図】図１
2014236595.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石の回転子と、複数相の巻線を有する電機子と、当該回転子の回転を検出して２値出力する回転検知器とを備えた電動機を駆動制御する電動機駆動装置であって、
前記回転子を回転駆動する駆動速度に基づいて連続的な通電角を計算し、当該通電角に応じて前記電機子に通電する電圧ベクトルを切り替える電圧ベクトル生成・通電周波数制御部と、
前記電圧ベクトル生成・通電周波数制御部で切り替える前記電圧ベクトルと前記回転検知器の２値出力とに基づいて、前記電機子に発生する磁束方向と前記回転子の界磁磁束方向との差である電圧位相角を検出し、脱調予知および脱調検出のいずれか一方、または両方を行う脱調予知・検出部とを備えることを特徴とする電動機駆動装置。
【請求項２】
前記脱調予知・検出部は、前記電機子に通電する前記電圧ベクトルを切り替えるときの前記回転検知器の出力値から脱調予知または脱調検出を行うことを特徴とする請求項１記載の電動機駆動装置。
【請求項３】
前記回転検知器は、第１の電圧ベクトルが前記電機子に通電されている状態において２値出力の切り替わりが前記電圧位相角０〜πの間で発生する構成であって、
前記脱調予知・検出部は、前記第１の電圧ベクトル通電時の前記回転検知器の出力値に基づいて脱調予知または脱調検出を行うことを特徴とする請求項１または請求項２記載の電動機駆動装置。
【請求項４】
前記脱調予知・検出部は、前記第１の電圧ベクトル通電時の前記回転検知器の出力値に基づいて脱調予知または脱調検出を行うと共に、前記第１の電圧ベクトルとは逆方向に通電を行う第２の電圧ベクトル通電時に前記回転検知器が出力する、前記第１の電圧ベクトル通電時の出力値とは異なる出力値に基づいて脱調予知または脱調検出を行うことを特徴とする請求項３記載の電動機駆動装置。
【請求項５】
前記脱調予知・検出部は、前記第１の電圧ベクトル通電時の前記回転検知器の出力値に基づいて脱調予知または脱調検出を行うと共に、前記第１の電圧ベクトルに隣接する角度である第３の電圧ベクトル通電時の前記回転検知器の出力値に基づいて脱調予知または脱調検出を行うことを特徴とする請求項３記載の電動機駆動装置。
【請求項６】
前記脱調予知・検出部は、前記第１の電圧ベクトル通電時の前記回転検知器の出力値に基づいて脱調予知または脱調検出を行うと共に、前記第１の電圧ベクトルとは異なる通電状態となる第４の電圧ベクトル通電時の前記回転検知器の出力値に基づいて脱調予知または脱調検出を行うことを特徴とする請求項３記載の電動機駆動装置。
【請求項７】
前記回転検知器は、前記回転子と一体に回転する検出体と、当該検出体の接近を検出して２値出力する検知器とから構成され、
前記検出体は、前記永久磁石の磁極からずらして取り付けられていることを特徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれか１項記載の電動機駆動装置。
【請求項８】
前記回転検知器は、前記検出体が前記永久磁石の磁極と異なる大きさであって、前記検知器の出力する２値の長さの比率が異なることを特徴とする請求項７記載の電動機駆動装置。
【請求項９】
前記脱調予知・検出部は、前記電圧ベクトルの代わりに前記通電角を用い、前記回転検知器の出力値が切り替わるときの前記通電角に基づいて前記電圧位相角を検出し、脱調予知および脱調検出のいずれか一方、または両方を行うことを特徴とする請求項１記載の電動機駆動装置。
【請求項１０】
前記脱調予知・検出部は、前記電圧ベクトルまたは前記通電角の１回転中に前記回転検知器の出力値が切り替わらなかった場合に脱調が発生したことを検出することを特徴とする請求項１から請求項９のうちのいずれか１項記載の電動機駆動装置。
【請求項１１】
前記電圧ベクトル生成・通電周波数制御部は、前記脱調予知・検出部で脱調の発生を予知していない間は前記駆動速度を加速し、脱調の発生を予知している間は前記駆動速度を減速することを特徴とする請求項１から請求項１０のうちのいずれか１項記載の電動機駆動装置。
【請求項１２】
前記電圧ベクトル生成・通電周波数制御部は、前記脱調予知・検出部で脱調が発生したことを検出した場合に前記駆動速度を起動開始時の初期速度にリセットすることを特徴とする請求項１から請求項１１のうちのいずれか１項記載の電動機駆動装置。
【請求項１３】
前記電圧ベクトル生成・通電周波数制御部は、前記脱調予知・検出部で検出した前記電圧位相角をフィードバック制御することにより前記駆動速度を制御することを特徴とする請求項１から請求項１０のうちのいずれか１項記載の電動機駆動装置。
【請求項１４】
前記脱調予知・検出部は、検出した前記電圧位相角のとり得る範囲が前記電圧ベクトルまたは前記通電角の１回転中で不連続な値になる範囲である場合に、前記電圧位相角のとり得る範囲を当該１回転中で連続する値になる範囲に変換して前記電圧ベクトル生成・通電周波数制御部へ出力することを特徴とする請求項１３記載の電動機駆動装置。
【請求項１５】
前記電圧ベクトル生成・通電周波数制御部は、前記脱調予知・検出部で脱調の発生を予知している間、前記電圧ベクトルまたは前記通電角の切り替えを行わないことを特徴とする請求項１から請求項１０のうちのいずれか１項記載の電動機駆動装置。
【請求項１６】
前記電圧ベクトル生成・通電周波数制御部は、現在の前記駆動速度に応じて、前記駆動速度の加速度または減速度を変更することを特徴とする請求項１１記載の電動機駆動装置。
【請求項１７】
前記電圧ベクトル生成・通電周波数制御部は、現在の前記駆動速度に応じて、前記フィードバック制御のゲインを変更することを特徴とする請求項１３記載の電動機駆動装置。
【請求項１８】
前記電圧ベクトル生成・通電周波数制御部は、前記脱調予知・検出部で脱調が発生したことを検出していない間は前記フィードバック制御のゲインを大きくし、脱調が発生したことを検出している間は前記フィードバック制御のゲインを小さくすることを特徴とする請求項１３記載の電動機駆動装置。
【請求項１９】
前記電圧ベクトル生成・通電周波数制御部は、前記回転検知器の出力に基づいて前記回転子の回転速度を推定し、前記脱調予知・検出部で脱調が発生したことを検出した場合に前記駆動速度を当該回転速度に対応する値に設定することを特徴とする請求項１から請求項１０のうちのいずれか１項記載の電動機駆動装置。
【請求項２０】
前記電圧ベクトル生成・通電周波数制御部は、前記回転検知器の出力値が切り替わる都度、前記通電角を変更することを特徴とする請求項１から請求項１０のうちのいずれか１項記載の電動機駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、永久磁石同期型の電動機を駆動制御する電動機駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
２値のパルス信号を出力する回転センサ（ホール素子など）を１つしか持たない永久磁石同期電動機では、パルスの周期とパルスが変化した時刻からの時間差を用いて回転子の角度を検知していた。回転子の角度が検知できると、通電により固定子が作る磁束を、回転子の現在角度より先の角度に制御でき、回転方向のトルクを生じさせ回転子を安定回転させることができる。
【０００３】
しかしながら、この検知方法は、回転子の回転が安定している場合に限られ、電動機の起動時には初期の回転子位置が不明であるのでこの検知方法で回転子角度を知ることができなかった。このため、起動運転時は、回転子角度によらず、回転子を１方向に回転させるように通電を切り替えながら固定子の磁束を発生させ、その回転速度を上昇させて安定回転を得た後に、上述の検知方法で回転子角度を検知していた（例えば、特許文献１，２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−８３３９０号公報
【特許文献２】特開２０００−１６６２８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の電動機は以上のように構成されているので、回転子の位置を検知せずに通電周波数を上げていき回転子を回転させる方法では、しばしば脱調と呼ばれる現象が発生する。脱調は、通電による磁束の角度と回転子の角度が大きく乖離して、所望の方向にトルクを発生させることができず、電動機の回転が不安定になった状態である。
【０００６】
脱調の発生は、通電の周波数を上げた場合に限らない。例えば脱調を検出して通電周波数を下げたとしても、適切に周波数を下げなければ脱調から回復することは困難である。特に、回転センサを１つしか持たない場合、その出力から回転の方向を知ることができないので、回転子の角度に対して適切な磁束を発生させる通電角を決められない。このため、一度脱調が発生すると、回転を止めることなく回復するのは容易ではない。
【０００７】
回転センサを１つしか持たない電動機において、起動運転と同期運転を安定的に行うためには、以下に示す４つの課題があった。
（１）脱調を予知する
（２）脱調したことを検出する
（３）脱調しないように通電を切り替える
（４）脱調を防ぎつつ回転速度を高める
【０００８】
脱調が発生した後に、その脱調を検出して対応したのでは、回転が不安定になるので、回転子角度が通電角に再び追従する状態に回復することが難しい。従って、上記（１）脱調を予知することが望まれる。脱調は予知できたが、それでも脱調が発生してしまった場合は、起動運転または同期運転から脱調回復制御への切り替えが必要になるため、上記（２）脱調したことを検出することが望まれる。また、脱調を予知した場合に、上記（３）脱調しないように通電を切り替え、脱調の発生を未然に防止する必要がある。さらに、（４）脱調を防ぎつつ回転速度を高めることで、短時間で、安定回転領域まで回転速度を上昇させ、不安定な状態を短くすることが望まれる。
【０００９】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、（１）脱調を予知する、（２）脱調したことを検出する、（３）脱調しないように通電を切り替える、（４）脱調を防ぎつつ回転速度を高めることのできる電動機駆動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明に係る電動機駆動装置は、永久磁石の回転子と、複数相の巻線を有する電機子と、当該回転子の回転を検出して２値出力する回転検知器とを備えた電動機を駆動制御するものであって、回転子を回転駆動する駆動速度に基づいて連続的な通電角を計算し、当該通電角に応じて電機子に通電する電圧ベクトルを切り替える電圧ベクトル生成・通電周波数制御部と、電圧ベクトル生成・通電周波数制御部で切り替える電圧ベクトルと回転検知器の２値出力とに基づいて、電機子に発生する磁束方向と回転子の界磁磁束方向との差である電圧位相角を検出し、脱調予知および脱調検出のいずれか一方、または両方を行う脱調予知・検出部とを備えるものである。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、電機子に通電する電圧ベクトルと回転検知器の出力に基づいて、電機子に発生する磁束方向と回転子の界磁磁束方向との差である電圧位相角を検出し、脱調予知および脱調検出のいずれか一方、または両方を行うようにしたので、回転子の角度を連続的に検出する検知器または複数の検知器を用いずとも、１個の回転検知器の２値出力に基づいて脱調予知および脱調検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の実施の形態１に係る電動機駆動装置の構成を示すブロック図である。
【図２】実施の形態１に係る電動機駆動装置の通電パターンを示すグラフと、回転検知器の出力を示すグラフである。
【図３】実施の形態１に係る電動機駆動装置が対象とする電動機の構成を示す図である。
【図４】図３の電動機においてα−β座標上でＵＶＷ各電機子励磁コイルが電機子に作る磁束のベクトルを示す図である。
【図５】図２の通電パターンに対する電機子の電流、電圧、磁束のベクトルを示す図である。
【図６】実施の形態１に係る電動機駆動装置が行う１２０°通電方式における電圧ベクトルを説明する図である。
【図７】実施の形態１に係る電動機駆動装置の電圧位相角を説明する図である。
【図８】実施の形態１に係る電動機駆動装置の電圧ベクトル生成・通電周波数制御部の構成を示すブロック図である。
【図９】実施の形態１に係る電動機駆動装置のＦＥＴブリッジの構成を示すブロック図である。
【図１０】実施の形態１に係る電動機駆動装置の駆動信号を説明する図である。
【図１１】実施の形態１に係る電動機駆動装置が行う１２０°通電方式において回転子角度がどのように通電角に追従するのかを示すグラフである。
【図１２】１８０°通電方式における電機子の電流、電圧、磁束のベクトルを示す図である。
【図１３】１８０°通電方式の電圧ベクトルを説明する図である。
【図１４】１５０°通電方式の電圧ベクトルを説明する図である。
【図１５】実施の形態１に係る電動機駆動装置の脱調予知・検出部の構成を示すブロック図である。
【図１６】図１５の脱調予知・検出部でラッチされた回転パルス信号の波形を示すグラフである。
【図１７】実施の形態１において電圧ベクトルと回転パルス信号との関係を示す図である。
【図１８】実施の形態１において電圧ベクトルと回転パルス信号との関係を示す図である。
【図１９】図３の電動機について、電圧ベクトルＶ２の開始時に、ちょうど回転パルス信号が０から１に切り替わるような状態を示す図である。
【図２０】実施の形態１に係る電動機駆動装置の脱調予知・検出部の構成例を示す図である。
【図２１】実施の形態１に係る電動機駆動装置の脱調予知・検出部の構成例を示す図である。
【図２２】実施の形態１に係る電動機駆動装置の脱調予知・検出部の構成例を示す図である。
【図２３】実施の形態１に係る電動機駆動装置の脱調予知・検出部の構成例を示す図である。
【図２４】実施の形態１に係る電動機駆動装置の脱調予知・検出部の構成例を示す図である。
【図２５】実施の形態１に係る電動機駆動装置の脱調予知・検出部の構成例を示す図である。
【図２６】実施の形態１に係る電動機駆動装置の脱調予知・検出部の脱調予知範囲を説明する図である。
【図２７】実施の形態１に係る電動機駆動装置の脱調予知・検出部の構成例を示す図である。
【図２８】実施の形態１に係る電動機駆動装置の脱調予知・検出部の構成例を示す図である。
【図２９】実施の形態１に係る電動機駆動装置の脱調予知・検出部の構成例を示すブロック図である。
【図３０】図２９の脱調予知・検出部を備えた電動機駆動装置の実行結果をシミュレーションしたグラフである。
【図３１】実施の形態１に係る電動機駆動装置の電圧ベクトル生成・通電周波数制御部の構成例を示す図である。
【図３２】図３１の電圧ベクトル生成・通電周波数制御部を備えた電動機駆動装置の実行結果をシミュレーションしたグラフである。
【図３３】実施の形態１に係る電動機駆動装置の電圧ベクトル生成・通電周波数制御部の構成例を示す図である。
【図３４】図３３の電圧ベクトル生成・通電周波数制御部を備えた電動機駆動装置の実行結果をシミュレーションしたグラフである。
【図３５】実施の形態１に係る電動機駆動装置の電圧ベクトル生成・通電周波数制御部の構成例を示す図である。
【図３６】電圧位相角判定部を図３５に示す構成にしたときの動作の様子を説明する図である。
【図３７】図３５の電圧ベクトル生成・通電周波数制御部を備えた電動機駆動装置の実行結果をシミュレーションしたグラフである。
【図３８】実施の形態１に係る電動機駆動装置の電圧ベクトル生成・通電周波数制御部の構成例を示す図である。
【図３９】図３８の電圧ベクトル生成・通電周波数制御部を備えた電動機駆動装置の実行結果をシミュレーションしたグラフである。
【図４０】この発明の実施の形態２に係る電動機駆動装置が対象とする電動機の構成を示す図である。
【図４１】図４０の回転検知器の出力を示すグラフである。
【図４２】実施の形態２に係る電動機駆動装置が対象とする電動機の構成を示す図である。
【図４３】図４２の回転検知器の出力を示すグラフである。
【図４４】実施の形態２に係る脱調予知・検出部の構成例を示す図である。
【図４５】図４４の脱調予知・検出部の動作を説明するグラフである。
【図４６】実施の形態２に係る脱調予知・検出部の構成例を示す図である。
【図４７】図４６の脱調予知・検出部の動作を説明するグラフである。
【図４８】この発明の実施の形態３に係る電動機駆動装置の脱調予知・検出部の動作を説明する図である。
【図４９】実施の形態３に係る電動機駆動装置の脱調予知・検出部の脱調予知範囲を説明する図である。
【図５０】実施の形態３に係る電動機駆動装置の脱調予知・検出部の構成例を示す図である。
【図５１】図５０の脱調予知・検出部を備えた電動機駆動装置の実行結果をシミュレーションしたグラフである。
【図５２】実施の形態３に係る電動機駆動装置の電圧ベクトル生成・通電周波数制御部の構成例を示す図である。
【図５３】図５２の電圧ベクトル生成・通電周波数制御部を備えた電動機駆動装置の実行結果をシミュレーションしたグラフである。
【図５４】図５２の電圧ベクトル生成・通電周波数制御部を備えた電動機駆動装置の実行結果をシミュレーションしたグラフである。
【図５５】実施の形態３に係る電動機駆動装置の電圧ベクトル生成・通電周波数制御部の構成例を示す図である。
【図５６】図５５の電圧ベクトル生成・通電周波数制御部を備えた電動機駆動装置の実行結果をシミュレーションしたグラフである。
【図５７】この発明の実施の形態４に係る電動機駆動装置の電圧ベクトル生成・通電周波数制御部の構成例を示す図である。
【図５８】図５７の電圧ベクトル生成・通電周波数制御部を備えた電動機駆動装置の実行結果をシミュレーションしたグラフである。
【図５９】実施の形態４に係る電動機駆動装置の電圧ベクトル生成・通電周波数制御部の構成例を示す図である。
【図６０】図５９の電圧ベクトル生成・通電周波数制御部を備えた電動機駆動装置の実行結果をシミュレーションしたグラフである。
【図６１】図５９の電圧ベクトル生成・通電周波数制御部を備えた電動機駆動装置の実行結果をシミュレーションしたグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る電動機駆動装置３の構成例を示すブロック図である。この電動機駆動装置３は、３相（Ｕ，Ｖ，Ｗ相）の永久磁石同期型の電動機１を駆動して、その様子を監視するものであり、脱調予知・検出部４と、電圧ベクトル生成・通電周波数制御部５と、ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）ゲート駆動部６と、ＦＥＴブリッジ７とを備えている。電動機駆動装置３の脱調予知・検出部４、電圧ベクトル生成・通電周波数制御部５、およびＦＥＴゲート駆動部６は、マイクロコンピュータ等の演算処理回路から構成されている。
【００１４】
以下の説明では、電動機１を２極３スロットに簡略化して説明するが、９極１２スロットのような多極の電動機に対して本発明を適用可能であることは言うまでもない。
また、機械角はｄｅｇｒｅｅ［°］を使用し、電気角および図中の角度表記はｒａｄｉａｎ［ｒａｄ］を使用している。ただし、「１２０°通電」など、一般的な用語はそのままにした。
【００１５】
図２（ａ）は、矩形波１２０°通電方式による電機子励磁コイルＵ，Ｖ，Ｗの通電パターンを示すグラフである。１２０°通電方式では、電動機１の回転子（ロータ）１０１が機械角で６０°回転する毎に電機子（ステータ）１０２の通電を切り替える。回転子１０１の角度を検出するために、この電動機１には２値の回転パルス信号を出力する１つの回転検知器２が設置されている。図２（ｂ）に示すように、回転検知器２の回転パルス信号から回転子１０１の角度を推定できる。具体的には、電動機駆動装置３の電圧ベクトル生成・通電周波数制御部５が、パルスの周期を計測し、その周期の間の回転子１０１の角度は直線的に０〜２πまで変化すると仮定して、回転子角度θを検出する。
【００１６】
図３に示すように、電動機１のα軸を、電機子励磁コイルＵの方向に設定し、このα軸と直交する図面上方向にβ軸を設定する。α−β軸の原点は回転子１０１の中心かつ電機子１０２の中心と一致させる。また、電機子励磁コイルは、電機子励磁コイルＵから反時計方向にＶとＷを１２０°毎に配置する。
ｄ−ｑ軸は、回転子１０１に固定された座標であり、ｄ軸は回転子１０１の磁束の方向、つまり回転子１０１を構成する永久磁石のＳ極からＮ極に向かう方向である。ｑ軸は、ｄ軸から反時計方向に９０°回転させた方向である。ｄ軸とα軸の間の角度を回転子角度θとし、反時計方向を正にする。
このようにｄ−ｑ軸をとり、ｑ軸方向に電機子１０２の磁束を発生させる電流をｑ軸電流、ｄ軸方向に電機子１０２の磁束を発生させる電流をｄ軸電流と定義する。同様に、ｑ軸電圧、ｄ軸電圧を定義する。
【００１７】
図４は、電機子１０２に発生する磁束の方向を示す図である。図３で説明したようにα−β座標を設定した場合、外周側から各電機子励磁コイルＵ，Ｖ，Ｗへ電流を流し込んだときに作られる磁束は、図４の矢印の方向になる。各電機子励磁コイルＵ，Ｖ，Ｗの電流の流れる向きを逆にすると、磁束の方向も逆になる。従って、図２の各通電パターンに対する電流、電圧、それに対応する磁束は、図５に太い矢印で示す６本のベクトルＶ１〜Ｖ６になる。
【００１８】
ここで、図６および図７を用いて、１２０°通電方式における電機子１０２の電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６を説明する。規格化ＵＶＷ座標は、電機子１０２の電圧ベクトルを、電機子１０２に印加する電圧で割って表現する。静止座標角ψは、α軸から見た各電圧ベクトルの角度であり、−３０°から６０°毎の値をとる。電圧位相角δは、ｄ軸と電圧ベクトルのなす角度である。
【００１９】
電圧ベクトル生成・通電周波数制御部５は、上述したように、回転検知器２の回転パルス信号から回転子角度θを検出することができるが、この検出方法は回転子１０１の回転が安定している場合に限られるため、回転が安定していない起動時はこの検出方法で正確な回転子角度θを検出することができない。このため、電圧ベクトル生成・通電周波数制御部５は、電動機１の起動運転時、回転子角度θによらず電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６を１方向に回転させるように通電を切り替えながら電機子１０２に発生する磁束を回転させ、電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６を切り替える速度（通電周波数）を上昇させていき、安定回転可能な所定の回転速度に到達すると同期運転に切り替えた後に、上記の検出方法で回転子角度θを検出する。このように回転子角度θを検出せずに通電を切り替えて回転子１０１を回転させる起動運転時には、しばしば脱調が発生する。
【００２０】
ここで、図８に、電圧ベクトル生成・通電周波数制御部５のうち、起動運転を行う構成を示す。電圧ベクトル生成・通電周波数制御部５において、駆動速度制御部５０１は、回転子１０１を回転駆動する駆動速度を出力する。上述したようにこの駆動速度は、起動時から回転が安定するまでの間、徐々に上昇する値である。通電角計算部５０２は、駆動速度を積算して通電角を求め、脱調予知・検出部４へ出力する。通電パターン計算部５０３は、通電角計算部５０２の求めた通電角π／３ごとに電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６を決定し、電圧ベクトルの番号を脱調予知・検出部４へ出力すると共に、電圧パターンＶ１〜Ｖ６に切り替えるタイミングを表す通電パターンをＦＥＴゲート駆動部６へ出力する。
入力ポート５１０，５１１から入力を行う脱調予知フラグおよび脱調検出フラグについては後述する。
【００２１】
図９は、電動機１への通電を切り替えるためのＦＥＴブリッジ７のブロック図である。図１０は、ＦＥＴブリッジ７の駆動信号を説明するブロック図である。
ＦＥＴゲート駆動部６は、電圧ベクトル生成・通電周波数制御部５から通電パターンが入力されると、通電パターンで規定される電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６に応じてマルチポートスイッチ６０１を切り替えてＦＥＴブリッジ７のＦＥＴ７０１〜ＦＥＴ７０６を制御し、図２に示したように電動機１への通電を切り替えてゆく。なお、図示例では６個のＭＯＳ−ＦＥＴを使用してＦＥＴブリッジ７を構成しているが、ＩＧＢＴ等の他のスイッチング素子を使用しても構わない。
【００２２】
図１０のＶ１〜Ｖ６は、ＦＥＴ７０１〜７０６の駆動信号であり、［ＦＥＴ７０１，ＦＥＴ７０２，ＦＥＴ７０３，ＦＥＴ７０４，ＦＥＴ７０５，ＦＥＴ７０６］それぞれについて、１なら短絡、０なら開放となる。電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６の順に駆動信号を切り替えることにより、電機子１０２に励磁される磁束ベクトルが図５に示すＶ１〜Ｖ６の順に発生して反時計方向に回転する。この回転方向を正とする。
回転子１０１は、回転子１０１の永久磁石が作る界磁磁束と電機子１０２の発生する磁束が一致する方向にトルクを受ける。このトルクにより回転子１０１は回転する。先ほど定義したｑ軸電流は、回転子１０１に生じる正方向トルクの大きさに比例する。
【００２３】
図１１は、１２０°通電方式において回転子角度がどのように通電角に追従するのかを示すグラフであり、電機子１０２に印加される電圧の通電周波数を上昇させながら測定した結果を示す。図１１（ａ）は回転子１０１の回転速度の測定値と通電周波数から求めた計算値、図１１（ｂ）は回転子１０１の角度の測定値（回転子角度）と通電周波数から求めた計算値（通電角）、図１１（ｃ）は脱調予知・検出部４の脱調予知フラグ（１が脱調予知、０が脱調予知なし）、図１１（ｄ）はｄ軸電流とｑ軸電流、図１１（ｅ）はｄ軸電圧とｑ軸電圧である。通電周波数を上昇させてゆくと、時刻Ｔ１で脱調し、回転子１０１が通電角に追従できなくなる様子が分かる。脱調が始まると、ｑ軸電流が負になり、回転方向のトルクが得られなくなっている。
【００２４】
次に、脱調予知・検出部４による脱調予知・検出方法について説明する。
なお、以下では、ＦＥＴブリッジ７を用いて矩形波１２０°通電方式で電動機１を駆動する場合を例にして説明を進めるが、通電方式は１２０°通電に限定されるものではない。例えば図１２に、１８０°通電方式における電機子１０２の磁束ベクトルベクトルの図を示し、図１３に同じく１８０°通電方式の通電パターンを示す。また、電機子１０２の磁束ベクトルベクトルの図は省略するが、図１４に１２０°通電方式と１８０°通電方式を組み合わせた１５０°通電方式の通電パターンを示す。電動機駆動装置３は、これらの電圧ベクトルに基づいて電動機１を駆動する場合でも、静止座標角ψの違いを考慮することで１２０°通電方式と同じ扱いができる。
【００２５】
脱調は、電機子１０２が作る磁束方向と、回転子１０１が作る界磁磁束方向との差が大きくなると発生する。回転検知器２が複数ある場合、連続的に回転子１０１の角度を検出できる検知器を使用する場合には、複数の回転検知器２の回転パルス信号から回転子角度を高精度に検出し、その角度に合わせて電機子１０２に通電する電圧ベクトルの方向を操作できるので、脱調が発生しない。一方、本実施の形態１の電動機１ように、回転検知器２が１個の場合には、回転子角度を正確に検出できないので、脱調を回避する手段が必要になる。
【００２６】
ただし、回転検知器２が１個の場合であっても、断続的ではあるが回転子１０１の角度を検出できる。また、電機子１０２に与えている電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６は電圧ベクトル生成・通電周波数制御部５が把握している。そこで、回転検知器２の２値出力と電機子１０２の電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６の組み合わせから、回転子角と通電角の差を断続的に検出し、脱調を予知する。そして、電圧ベクトル生成・通電周波数制御部５がその結果に基づいて電動機１への通電を制御して脱調を回避する。
【００２７】
図１５は、脱調予知・検出部４の構成を示すブロック図である。
回転検知器２は、図３に示すように、電圧ベクトルＶ５と同じ角度（静止座標角ψ＝７π／６）に設置され、回転子１０１のＳ極が近づくと１を出力し、Ｎ極が近づくと０を出力する。脱調予知・検出部４において、入力ポート４０１から回転検知器２の回転パルス信号の入力を行う。電圧ベクトル生成・通電周波数制御部５がＦＥＴゲート駆動部６へ電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６の番号を出力する際、脱調予知・検出部４にもその番号を出力し、入力ポート４０２から入力する。
【００２８】
電圧ベクトル検知部４１１は、入力ポート４０２に電圧ベクトルＶ１が入力されたことを検知し、トリガ出力部４２１がラッチタイミングを示すトリガ信号を出力し、トリガ信号を受けたラッチ部４３１が電圧ベクトルがＶ１に切り替わったときの回転パルス信号をラッチする。同様に、電圧ベクトル検知部４１２〜４１６、トリガ出力部４２２〜４２６、およびラッチ部４３２〜４３６によって、電圧ベクトルＶ２〜Ｖ６に切り替わったときの回転パルス信号のラッチを行う。
【００２９】
図１６に、ラッチ部４３１〜４３６にラッチされた回転パルス信号（以下、ラッチパルス信号）の波形を示す。なお、このラッチパルス信号は、図１１と同時に測定されたものである。図１６（ａ）〜図１６（ｆ）では、電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６それぞれの立ち上がりでラッチされた回転パルス信号を表示している。図１６（ｇ）は図１１（ｃ）と同じ脱調予知フラグである。このモデルでは、図３で示した位置に回転検知器２を配置したが、回転検知器２の配置は自由でよく、回転子角度θに対する回転検知器２の出力位相は任意に設定できる。
このようにすると、通電を切り替えるタイミングで回転検知器２の出力をラッチすればよいので、脱調予知・検出のために新たなタイミングで動作させる処理が不要になる。
【００３０】
次に、電圧ベクトルと回転パルス信号の関係を考える。
まず、図１６において脱調していない領域のラッチパルス信号に注目してみる。電圧ベクトルＶ１，Ｖ４では、ラッチパルス信号＃１，＃４が１または０で不定である。電圧ベクトルＶ２，Ｖ３では、ラッチパルス信号＃２，＃３が０に確定している。電圧ベクトルＶ５，Ｖ６では、ラッチパルス信号＃５，＃６が１に確定している。
この図は、各電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６の印加開始時における回転検知器２の出力値であるから、従って、電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６と回転パルス信号との時間関係は図１７のようになる。電圧ベクトルＶ１〜Ｖ４の切り替え速度を速くしてゆくと（通電周波数を上げてゆくと）、回転子１０１が通電角に追従できなくなることで回転検知器２の出力は遅れてゆくと考えられ、図１７の矢印のようにパルスが右側にずれて行くはずである。回転子１０１が通電角に追従できなくなった状態を示したのが、図１８である。この状態では、電圧ベクトルＶ１，Ｖ２，Ｖ６で回転パルス信号が１になり、電圧ベクトルＶ３，Ｖ４，Ｖ５で０になる。
【００３１】
図１９に、電圧ベクトルＶ２の開始時に、ちょうど回転パルス信号が０から１に切り替わるような状態を示す。この状態では、電機子１０２が作る磁束ベクトルと回転子１０１の永久磁石が作る界磁磁束ベクトルの位相差（電圧位相角δ２）は、π／２になる。この状態でも、回転子１０１には正回転方向のトルクが発生する。しかし、これ以上回転子１０１の回転が遅れると、発生トルクは急激に低下して、やがて逆回転方向のトルクになり、完全に脱調してしまう。従って、電圧ベクトルＶ２の通電開始時に回転パルス信号が０なら脱調していない正常な起動状態、１なら未だ脱調はしていないが脱調しそうな状態と判別できる。さらに回転子１０１の回転が遅れると脱調してしまった状態と判別できる。
このように、脱調予知・検出部４の脱調判定部４４０が、電動機１に通電する電圧ベクトルと回転検知器２の出力を比較することで、脱調直前の位相差を検出することができ、脱調を予知できる。
【００３２】
以下では、未だ脱調はしていないが脱調しそうな状態を判定することを脱調予知と呼び、脱調が発生してしまった状態を判定することを脱調検出と呼ぶ。
【００３３】
なお、この例では、電圧ベクトル印加開始時における回転検知器２の出力をラッチして脱調予知に使用するが、印加終了時または印加中の回転検知器２の出力を使用しても同様の判定が可能である。印加終了時に脱調を判定すれば、低速時でも回転子１０１の振動の影響を受けにくい。
【００３４】
次に、脱調判定部４４０による脱調予知の具体例を説明する。
ここでは、電圧ベクトルＶ２を電動機１に通電したときの電圧位相角δ２について考察する。図１９のように回転検知器２を配置すると、回転検知器２の回転パルス信号が１から０に変化したときに、界磁磁束の方向は−２π／６になる。電圧ベクトルＶ２の方向は、図６の表よりπ／６である。このことから電圧ベクトルＶ２の印加時に、回転検知器２の回転パルス信号が１であれば、δ２＞π／２である。一方、回転パルス信号が０であればδ２＜π／２である。本実施の形態１では、回転検知器２の出力が切り替わる回転子角度θから脱調を判定するので、図１９の配置例の場合にはπ／２＜δ２＜２π／３の範囲で脱調を予知できる。ただし、回転検知器２の回転パルス信号が変化する回転子角度θを、電圧位相角δ２がπ／２となる角度に限定する必要はない。しかし、δ２＜０になるような角度では回転子１０１にトルクが発生しない。また、δ２＞πでは完全に脱調してしまっている。従って、回転検知器２の出力変化が、０＜δ２＜πの範囲で切り替わるように構成するとよい。
【００３５】
図２０および図２１は、１つの電圧ベクトル通電時の回転検知器２の出力から脱調を予知する構成例を示す図である。図２０では、脱調判定部４４０が論理否定部４４１を有し、電圧ベクトルＶ５の通電開始時に回転パルス信号をラッチしたラッチパルス信号＃５を論理否定部４４１で反転させて脱調予知フラグとして出力する。既に図１８で説明した通り、ラッチパルス信号＃５の反転結果が１なら脱調予知、０なら予知なし（正常）である。
図２１では、脱調判定部４４０が、電圧ベクトルＶ２の通電開始時に回転パルス信号をラッチしたラッチパルス信号＃２をそのまま脱調予知フラグとして出力しており、ラッチパルス信号＃２が１なら脱調予知、０なら正常である。この電圧ベクトルＶ２は、電圧ベクトルＶ５とは逆方向に通電を行う電圧ベクトルであり、回転パルス信号も異なる値になっている。
【００３６】
図２２は、２つの電圧ベクトル通電時の回転検知器２の出力から脱調を予知する構成例を示す図である。
脱調して回転子１０１が完全に停止し、回転検知器２の回転パルス信号が常に１の場合、図２０の構成では脱調を予知できない。また、回転パルス信号が常に０の場合、図２１の構成では脱調を予知できない。
【００３７】
そこで、図２２では、図２０および図２１の構成を組み合わせて脱調判定部４４０にする。即ち、論理否定部４４２でラッチパルス信号＃２を反転させ、否定論理積部４４３でラッチパルス信号＃５と反転したラッチパルス信号＃２との否定論理積をとって、その結果を脱調予知フラグとして出力する。このようにすると、回転検知器２の出力が１または０で停止している状態を脱調として検出できる。さらに、図２０および図２１の構成では回転子１０１の１回転中に脱調予知の判定は１回のみであったが、図２２の構成では１回転中に２回、つまり電圧ベクトルＶ２，Ｖ５通電時に判定を行う。
【００３８】
図２３〜図２５は、複数の電圧ベクトル通電時の回転検知器２の出力から、脱調予知範囲を拡大する構成例を示す図である。
図２３の脱調判定部４４０では、ラッチパルス信号＃２，＃３を論理否定部４４４，４４５でそれぞれ反転し、否定論理積を否定論理積部４４６で演算して、１なら脱調予知、０なら正常の脱調予知フラグを出力する。
図２４の脱調判定部４４０では、ラッチパルス信号＃５，＃６の否定論理積を否定論理積部４４７で演算する。
【００３９】
図２５では、図２３および図２４の構成を組み合わせて脱調判定部４４０にする。即ち、ラッチパルス信号＃５，＃６および論理否定部４４４，４４５で反転したラッチパルス信号＃２，＃３の否定論理積を否定論理部４５８で演算して、脱調予知フラグを出力する。脱調予知範囲は、図２３および図２４の構成例と同じであるが、図２５では脱調予知の判定頻度が倍になる。
【００４０】
図２６は、脱調予知範囲を説明する図である。回転検知器２の回転パルス信号はπごとに変化するので、図２０〜図２２の構成例では脱調予知を判定する電圧位相角δの幅もπになっていた。例えば電圧ベクトルＶ２通電開始時の回転パルス信号で脱調予知する場合（図２１）、図２６に回転パルス信号の波形に重ねて示した○（脱調予知なし）、△（予知不能）、×（脱調予知）の判定結果のように、脱調予知の範囲は５π／６＜δ＜１１π／６である。
これに対し、例えば電圧ベクトルＶ５，Ｖ６について脱調予知の否定論理積をとると（図２４）、脱調予知の範囲は５π／６＜δ＜１３π／６に拡大する。そのため、より安定して電動機１を起動できる。
【００４１】
図２７は、複数の電圧ベクトル通電時の回転検知器２の出力から、脱調予知の判定頻度を上げる構成例を示す図である。図２７の脱調判定部４４０では、前段の論理積部４４９ａ〜４４９ｄに回転パルス信号とトリガ出力部４２２〜４２６の信号を入力し、後段の論理積部４４９ｅ〜４４９ｈには論理否定部４４９ｉで反転した回転パルス信号とトリガ出力部４２２〜４２６の信号を入力する。論理積部４４９ａ，４４９ｂ，４４９ｇ，４４９ｈのいずれかの出力が１になると、論理和部４４９ｋがフリップフロップ４４９ｌをセット（Ｓ）する。反対に、論理積部４４９ｅ，４４９ｆ，４４９ｃ，４４９ｄのいずれかの出力が１になると、論理和部４４９ｊがフリップフロップ４４９ｌをリセット（Ｒ）する。
【００４２】
例えば電圧ベクトルＶ２通電開始時、トリガ出力部４２２がトリガ信号＃２を出力したときに回転パルス信号が１ならフリップフロップ４４９ｌをセット（Ｓ）、回転パルス信号が０ならリセット（Ｒ）する。このようにして、電圧ベクトルＶ２，Ｖ３，Ｖ５，Ｖ６の各通電開始時に脱調予知の判定を行い、いずれか１つでも脱調が予知されるとフリップフロップ４４９ｌから脱調予知フラグを出力する。
これにより、回転子１０１の１回転中に脱調予知の判定を４回行うので、脱調の発生を早い段階で予知することができ、より確実に脱調を防止できる。さらに、脱調防止のために回転子１０１の回転数が制御される頻度が増えるので、回転数の変動が少なくなる。
【００４３】
図２８は、電圧ベクトルごとに異なる角度を閾値に用いて、脱調の程度を多段階に判定する構成例を示す図である。図２８の脱調判定部４４０は、電圧ベクトルＶ２通電開始時のラッチパルス信号＃２を脱調予知フラグ（１なら脱調予知、０なら正常）として出力し、脱調判定部４４０ａは、電圧ベクトルＶ３通電開始時のラッチパルス信号＃３を脱調検出フラグ（１なら脱調検出、０なら正常）として出力する。つまり、電圧ベクトルＶ２通電開始時の通電角に対する回転子１０１の遅れ（位相ずれ）がπ／２のとき脱調を予知し、電圧ベクトルＶ３通電開始時の通電角に対する回転子１０１の遅れ（位相ずれ）が５π／６のとき脱調している状態を検出するというように、通電角に対する回転子１０１の遅れ度合に基づいて脱調の程度を２段階に判定している。
【００４４】
以上の説明では主に脱調予知について説明してきたが、以下では脱調がすでに発生してしまったことを検出する。
図２９は、脱調予知・検出部４の脱調検出のための構成を示すブロック図である。また、図３０に、電動機駆動装置３の実行結果をシミュレーションしたグラフを示す。
図２９に示す脱調予知・検出部４において、入力ポート４５０から回転検知器２の回転パルス信号の入力を行い（例えば、図３０（ｄ）に示す波形）、入力ポート４５１から電圧ベクトル生成・通電周波数制御部５の通電角の入力を行う（例えば、図３０（ｅ）に示す波形）。パルス検出部４５２は、回転パルス信号の変化を検出して、脱調判定部４５４に通知する。通電周期検出部４５３は、通電角の１周期を検出して、脱調判定部４５４に通知する。脱調判定部４５４は、通電角の１周期中に回転パルス信号が変化しない場合、脱調している状態と判定して、脱調検出の脱調検出フラグ（脱調検出なら１、正常なら０）を出力する。
【００４５】
脱調判定部４５４の出力する脱調検出フラグを、図３０（ｃ）に示す。なお、この例では、脱調を検出しても復帰のための制御は行っていない。
起動運転を開始して通電周波数を上げている時刻Ｔ２において、電動機１が脱調し、回転子角度θの測定値が計算値に追従しなくなっている。この時刻Ｔ２のすぐ後に、脱調判定部４５４が通電角１周期中に回転パルス信号が変化しないことを検出して、脱調検出フラグ＝１を出力している。
なお、図２９の構成例では、通電角の１周期を検出する構成にしたが、これに限定されるものではなく、電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６の１回転を検出して、その１回転中に回転パルス信号が変化しなければ脱調と判定する構成にしてもよい。
【００４６】
次に、脱調を予知した場合の回避方法を説明する。図３１に、図８に示した駆動速度制御部５０１の内部構造を示す。図３２は、電動機駆動装置３の実行結果をシミュレーションしたグラフを示す。
脱調予知・検出部４の脱調予知フラグ（例えば、図３２（ｃ）に示す波形）は、電圧ベクトル生成・通電周波数制御部５の入力ポート５１０に入力される。駆動速度制御部５０１は、脱調予知フラグの値によって加速値５０１ａ（例えば、５０ｒａｄ／ｓｅｃ２）と減速値（例えば、−５０ｒａｄ／ｓｅｃ２）を切り替える切り替え部５０１ｃと、切り替え部５０１ｃで切り替えた値を積算して駆動速度を求める積分部５０１ｄとを有する。これにより、駆動速度制御部５０１は、脱調予知フラグが０である間は駆動速度を５０ｒａｄ／ｓｅｃ２で加速し、脱調を予知して１になると５０ｒａｄ／ｓｅｃ２で減速する。
【００４７】
駆動速度制御部５０１の出力する駆動速度を、図３２（ａ）に示す。起動運転を開始して駆動速度を５０ｒａｄ／ｓｅｃ２で加速している（つまり、通電周波数を上げている）時刻Ｔ３において、脱調が予知されると駆動速度制御部５０１が駆動速度を減速し、その後時刻Ｔ４で正常に戻ると再び駆動速度を加速している。このように、脱調予知時に一時的に駆動速度を減速することにより、脱調を回避できる。
【００４８】
次に、脱調を検出した場合の復帰方法を説明する。図３３に、図８に示した駆動速度制御部５０１の内部構造を示す。図３４は、電動機駆動装置３の実行結果をシミュレーションしたグラフを示す。ただし、図３４では、図３２より負荷の慣性が大きく、より脱調し易い状況をシミュレーションした。
脱調予知・検出部４の脱調検出フラグ（例えば、図３４（ｄ）に示す波形）は、電圧ベクトル生成・通電周波数制御部５の入力ポート５１１に入力される。駆動速度制御部５０１の積分部５０１ｄは、脱調検出フラグが０から１になると、駆動速度を初期化して、起動運転の開始時と同じ初期速度５０１ｅにリセットすることで、電動機１を再起動して脱調から回復する。
【００４９】
図３４において、時刻Ｔ５で脱調が検出されると、駆動速度制御部５０１が駆動速度をリセットし、起動運転開始時の値に戻している。このように、脱調検出時に駆動速度をリセットすることにより、脱調から回復できる。
なお、図３４（ｂ）のグラフでは、脱調から復帰した後も回転子角度θの測定値と計算値が一致していないが、これは駆動速度リセットの際に回転子角度θの計算値をリセットしていないことにより積算の回転数がずれて計算されているためであり、１回転中の回転子１０１の角度は通電角に追従している。
【００５０】
脱調を予知・検出した場合の通電制御方法は、上記の方法に限定されるものではない。
例えば、脱調を予知した場合に、脱調が予想される電圧ベクトルを発生しないように通電の変更を停止してもよい。この場合の構成例を図３５に示す。
図３５に示す電圧ベクトル生成・通電周波数制御部５は、新たに、通電角計算部５０２（図８に示す）で計算した通電角の入力を行う入力ポート５２０と、回転検知器２の回転パルス信号の入力を行う入力ポート５２１と、電圧位相角判定部５２２と、通電角制限部５２３とを備える。
【００５１】
電圧位相角判定部５２２において、通電角が５π／３６以上であることを角度判定部５２２ａで検出し、通電角が増大していることを立ち上がり検出部５２２ｂで検出する。このとき、回転パルス信号が１であれば論理積部５２２ｃがフリップフロップ５２２ｄをセット（Ｓ）して、論理和部５２２ｊを介して通電角制限部５２３の切り替え部５２３ｂの出力を駆動速度「０」５２３ａにすることにより、通電角計算部５０２の計算する通電角を固定する。フリップフロップ５２２ｄは回転パルス信号が０でリセット（Ｒ）されるので、回転パルス信号が０になると切り替え部５２３ｂが駆動速度制御部５０１の出力に切り替える。
【００５２】
一方、通電角が２３π／３６以上であることを角度判定部５２２ｆで検出し、通電角が増大していることを立ち上がり検出部５２２ｇで検出する。このとき回転パルス信号が０であれば論理積部５２２ｈがフリップフロップ５２２ｉをセット（Ｓ）して、論理和部５２２ｊを介して通電角制限部５２３の出力する駆動速度を０にし、通電角を固定する。回転パルス信号が１になると切り替え部５２３ｂが駆動速度制御部５０１の出力に切り替える。
【００５３】
駆動速度制御部５０１は、脱調予知フラグが０である間は駆動速度を５０ｒａｄ／ｓｅｃ２で加速し、脱調を予知して１になると５０ｒａｄ／ｓｅｃ２で減速する構成は図８等と同じであるが、これに加えて、通電角制限部５２３で駆動速度を０にして通電角を固定している間に、論理和部５０１ｆが減速値５０１ｂに切り替えて駆動速度を減速させる。
【００５４】
このように電圧位相角判定部５２２を構成したときの動作の様子を、図３６に示す。
電圧位相角判定部５２２では、フリップフロップ５２２ｄまたは５２２ｉのいずれかがセットされると、論理和部５２２ｊの出力が１になるので、通電角制限部５２３の切り替え部５２３ｂが切り替わり駆動速度が駆動速度制御部５０１の出力から「０」５２３ａになる。図３６の時刻ｔ１，ｔ３では、入力ポート５２０の通電角が、角度判定部５２２ａに設定された閾値である５π／３６を超えるときに、入力ポート５２１の回転パルス信号が０であるので、フリップフロップ５２２ｄはセットされることがない。時刻ｔ２では、入力ポート５２０の通電角が、角度判定部５２２ｆに設定された閾値２３π／３６を超えるときに、入力ポート５２１の回転パルス信号が１であるので、フリップフロップ５２２ｉはセットされることがない。ところが、時刻ｔ４では、入力ポート５２０の通電角が、角度判定部５２２ｆの閾値２３π／３６を超えるときに、入力ポート５２１の回転パルス信号が０である。このときにフリップフロップ５２２ｉはセットされ、電圧位相角判定部５２２の出力は１になる。すると、通電角制限部５２３の出力は０に切り替わり、駆動速度は０になる。入力ポート５２０の通電角が１になると、フリップフロップ５２２ｉはリセットされ、駆動速度は再び駆動速度制御部５０１の出力に戻る。
【００５５】
図３７に、電動機駆動装置３の実行結果をシミュレーションしたグラフを示す。図３７（ａ），（ｃ）に示すように、脱調予知フラグが０の状態では駆動を増加させようとするが、通電角が５π／３６を超えるときに回転パルス信号が１である間、または通電角が２３π／３６を超えるときに回転パルス信号の出力が０である間は、駆動速度が０になるので、電圧ベクトルの切り替えを行わないようにして、脱調を回避する。このようにして、脱調を発生させることなく電動機１を駆動できる。
【００５６】
さらに、図３１、図３３および図３５の構成例では、積分部５０１ｄのフィードバックゲインである加速値５０１ａと減速値５０１ｂを固定していたが、フィードバックゲインを駆動速度に応じて変更してもよい。この場合の構成例を図３８に示す。
図３８に示す電圧ベクトル生成・通電周波数制御部５の駆動速度制御部５０１は、新たに、加減速制御部５０１ｇと、減速部５０１ｈとを備える。
【００５７】
加減速制御部５０１ｇは、駆動速度とフィードバックゲインの関係を規定したテーブルであり、駆動速度が小さいときにはフィードバックゲインを大きくして応答性を改善し、通常使用する駆動速度（同期運転時の速度など）の大きい領域ではフィードバックゲインを小さくして回転を安定させる。正のフィードバックゲインは加速値として切り替え部５０１ｃに入力され、減速部５０１ｈで負にしたフィードバックゲインは減速値として切り替え部５０１ｃに入力される。
【００５８】
この図３８の構成例でも、脱調予知フラグが０のときは加速し、１のときは減速する。さらに加減速制御部５０１ｇが、加減速する大きさを、積分部５０１ｄの駆動速度に応じて変更している。
【００５９】
図３９に、電動機駆動装置３の実行結果をシミュレーションしたグラフを示す。加減速値を変更したときの図３９（ａ）の回転子速度を、加減速値を固定にしたときの図３２（ａ）の回転子速度と比較すると、低速時の振れが小さく、起動運転時の応答が速くなっている。
なお、この説明では駆動速度のフィードバック制御として積分制御を行う例を示したが、これに限定されるものではなく、後述する図５２のようにＰＩＤ制御などを用いて加減速を連続的に行う場合は比例、積分、微分などのゲインを回転数に対してスケジューリングすればよい。
【００６０】
以上より、実施の形態１によれば、電動機駆動装置３は、永久磁石の回転子１０１と、複数相の巻線を有する電機子１０２と、回転子１０１の回転を検出して２値出力する回転検知器２とを備えた電動機１を駆動制御する装置であって、回転子１０１を回転駆動する駆動速度に基づいて連続的な通電角を計算し、当該通電角に応じて電機子１０２に通電する電圧ベクトルを切り替える電圧ベクトル生成・通電周波数制御部５と、電圧ベクトル生成・通電周波数制御部５で切り替える電圧ベクトルと回転検知器２の２値出力とに基づいて、電機子１０２に発生する磁束方向と回転子１０１の界磁磁束方向と差である電圧位相角を検出し、脱調予知および脱調検出のいずれか一方、または両方を行う脱調予知・検出部４とを備える構成にした。このため、回転子１０１の角度を連続的に検出する検知器または複数の検知器を用いずとも、通電角と回転子角の差を検出でき、脱調予知および脱調検出が可能である。
【００６１】
また、実施の形態１によれば、脱調予知・検出部４は、電機子１０２に通電する電圧ベクトルを切り替えるときの回転検知器２の出力値から脱調予知または脱調検出を行う構成にした。通電を切り替えるタイミングは、電圧ベクトル生成・通電周波数制御部５が制御しているので、脱調予知・検出部４がこのタイミングで回転検知器２の出力をラッチすることは容易である。１２０°矩形波および矩形波１８０°などの通電方法では断続的な通電角（つまり、電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６など）を使用し、通電を行った角度と回転検知器２の出力のパターンから通電角と回転子角の差を検出することにより、脱調予知および脱調検出が可能である。
【００６２】
また、実施の形態１によれば、回転検知器２は、第１の電圧ベクトル（例えば、電圧ベクトルＶ５）が電機子１０２に通電されている状態において２値出力の切り替わりが電圧位相角０〜πの間で発生する構成であって、脱調予知・検出部４は、第１の電圧ベクトル通電時の回転検知器２の出力値に基づいて脱調予知または脱調検出を行う構成にした。このため、特定の電圧ベクトルを印加するタイミング、または特定の電圧ベクトルへの通電切り替え時に回転検知器２の出力をラッチすることで、単純な構成で、脱調予知および脱調検出ができる。
【００６３】
また、実施の形態１によれば、脱調予知・検出部４は、第１の電圧ベクトル（例えば、電圧ベクトルＶ５）通電時の回転検知器２の出力値に基づいて脱調予知または脱調検出を行うと共に、第１の電圧ベクトルとは逆方向に通電を行う第２の電圧ベクトル（例えば、電圧ベクトルＶ２）通電時に回転検知器２が出力する、第１の電圧ベクトル通電時の出力値とは異なる出力値に基づいて脱調予知または脱調検出を行う構成にした。このため、脱調予知および脱調検出の頻度を上げることができる。また、回転検知器２の出力値が異なる電圧ベクトルで脱調を判定することにより、電動機１の完全停止を検出できる。
【００６４】
また、実施の形態１によれば、脱調予知・検出部４は、第１の電圧ベクトル（例えば、電圧ベクトルＶ５）通電時の回転検知器２の出力値に基づいて脱調予知または脱調検出を行うと共に、第１の電圧ベクトルに隣接する角度である第３の電圧ベクトル（例えば、電圧ベクトルＶ６）通電時の回転検知器２の出力値に基づいて脱調予知または脱調検出を行う構成にした。このため、脱調予知および脱調検出を行う角度の幅を広げることができる。
【００６５】
また、実施の形態１によれば、脱調予知・検出部４は、第１の電圧ベクトル（例えば、電圧ベクトルＶ２）通電時の回転検知器２の出力値に基づいて脱調予知または脱調検出を行うと共に、第１の電圧ベクトルとは異なる通電状態となる第４の電圧ベクトル（例えば、電圧ベクトルＶ３）通電時の回転検知器２の出力値に基づいて脱調予知または脱調検出を行う構成にした。このため、複数の閾値で異なる脱調の程度を判定することができる。
【００６６】
また、実施の形態１によれば、脱調予知・検出部４は、電圧ベクトルの１回転中に回転検知器２の出力値が切り替わらなかった場合に脱調が発生したことを検出する構成にした。このため、脱調の発生後、早期にこの脱調を検出できる。
【００６７】
また、実施の形態１によれば、電圧ベクトル生成・通電周波数制御部５は、脱調予知・検出部４で脱調の発生を予知していない間は駆動速度を加速し、脱調の発生を予知している間は駆動速度を減速する構成にした。このため、脱調を回避しながら電動機１を加速できる。
【００６８】
また、実施の形態１によれば、電圧ベクトル生成・通電周波数制御部５は、現在の駆動速度に応じて、駆動速度の加速度または減速度を変更する構成にした。あるいは、現在の駆動速度に応じて、フィードバックゲインを変更する構成にしてもよい。これらにより、低速回転時の振れが小さく、起動時の応答が速くなる。
【００６９】
また、実施の形態１によれば、電圧ベクトル生成・通電周波数制御部５は、脱調予知・検出部４で脱調が発生したことを検出した場合に駆動速度を起動開始時の初期速度にリセットする構成にした。脱調してしまったときに初期速度から加速しなおすことで、脱調から回復できる。
【００７０】
また、実施の形態１によれば、電圧ベクトル生成・通電周波数制御部５は、脱調予知・検出部４で脱調の発生を予知している間、電圧ベクトルの切り替えを行わない構成にした。このため、脱調を防止することができる。
【００７１】
実施の形態２．
本実施の形態２に係る電動機駆動装置３の構成は、図面上は上記実施の形態１の電動機駆動装置３の構成と同じであるため、図１〜図３９を援用する。ただし、本実施の形態２では、回転検知器２として、検出体（ターゲット）の位置を検出する近接スイッチ、フォトインタラプタなどを使用する。
【００７２】
図４０（ａ）および図４０（ｂ）に、本実施の形態２に係る電動機駆動装置３が駆動する電動機１の回転子１０１を示す。図示例では、回転検知器２として近接スイッチ２０１，２０３を使用し、回転子１０１のシャフト１０３に固定した検出体２０２，２０４の位置を検出する。図４０（ａ）では、検出体２０２が永久磁石のＳ極と一致するように取り付けられており、近接スイッチ２０１は、検出体２０２が近づいたとき、つまりＳ極検知時に１を出力し、検出体２０２が遠ざかったとき、つまりＮ極検知時に０を出力する。
他方、図４０（ｂ）では、検出体２０４が検出体２０２よりΔθだけずれた位置に取り付けられている。
【００７３】
電圧ベクトル生成・通電周波数制御部５は、図４１に示すように、近接スイッチ２０１または近接スイッチ２０３の回転パルス信号の１周期を電気角２πとし、その周期の間の回転子１０１の角度は直線的に０〜２πまで変化すると仮定して、回転子角度θを推定できる。
ただし、検出体２０２と比べて、検出体２０４の取り付け角度をΔθだけずらしているため、脱調予知・検出部４が脱調を予知する電圧位相角δをΔθだけ微調整できる。例えば脱調の発生をより早い段階で予知する側に検出体２０４をずらして取り付けることにより、早い段階で脱調を予知して回転子１０１の回転数制御等に反映でき、より確実に脱調を防止できる。
【００７４】
さらに、図４０では、π／２ごとに近接スイッチ２０１，２０３の回転パルス信号の１，０を切り替えていたが、この比率を変更することで、脱調予知・検出部４の予知する脱調の程度を多段階にすることができる。例えば、図４２に示すように検出体２０６の周方向の幅を短くして、図４３に示すように近接スイッチ２０５の回転パルス信号の１，０の比率を変更する。
【００７５】
図４４は、図４２に示す近接スイッチ２０５の回転パルス信号を用いて、脱調の程度を２段階に判定する脱調判定部４４０，４４０ａの構成例を示す図である。図４４の脱調判定部４４０は、電圧ベクトルＶ２通電開始時のラッチパルス信号＃２を脱調予知フラグ（１なら脱調予知、０なら正常）として出力する。他方、脱調判定部４４０ａは、電圧ベクトルＶ５通電開始時のラッチパルス信号＃５を論理否定部４６０で反転して、脱調検出フラグ（１なら脱調検出、０なら正常）として出力する。
【００７６】
図４５（ａ）に示すように、近接スイッチ２０１の回転パルス信号の０，１をπ／２ごとに切り替えた場合、ラッチパルス信号＃２と反転したラッチパルス信号＃５は０，１の切り替わる角度が同じになるので、予知する脱調の程度も同じになる。
一方、図４５（ｂ）に示すように、近接スイッチ２０５の回転パルス信号は０，１の比率が異なるので、ラッチパルス信号＃２と反転したラッチパルス信号＃５は０，１の切り替わる角度も異なる。従って、脱調の程度を、脱調予知、脱調検出の２段階で判定できる。
【００７７】
図４６は、電圧ベクトルごとに異なる角度を閾値に用いて、脱調の程度を４段階に判定する脱調判定部４４０，４４０ａ〜４４０ｃの構成例を示す図である。また、図４７に電圧ベクトルＶ２，Ｖ３，Ｖ５，Ｖ６の判定閾値を説明する図を示す。図示例のように、図４４の脱調判定部４４０，４４０ａに対して上記実施の形態１の図２８の構成例を組み合わせることで、電圧ベクトルＶ２，Ｖ３，Ｖ５，Ｖ６通電開始時の脱調判定の閾値となるラッチパルス信号＃２，＃３，＃５，＃６の切り替わりのタイミングが異なるので、脱調の程度を４段階に判定できる。
【００７８】
以上より、実施の形態２によれば、回転検知器２は、回転子１０１と一体に回転する検出体（例えば、検出体２０４）と、検出体の接近を検出して２値出力する検知器（例えば、近接スイッチ２０３）とから構成され、検出体は、回転子１０１の永久磁石の磁極からずらして取り付けられた構成にした。このため、脱調予知および脱調検出する通電角と回転子角の角度差を調整できる。
【００７９】
また、実施の形態２によれば、回転検知器２は、検出体（例えば、検出体２０６）が永久磁石の磁極と異なる大きさであって、検知器（例えば、近接スイッチ２０５）の出力する２値の長さの比率が異なる構成にした。このため、脱調予知および脱調検出する通電角と回転子角の角度差を２段階にして、さらにそれぞれを調整できる。
【００８０】
実施の形態３．
本実施の形態３に係る電動機駆動装置３および電動機１の構成は、図面上は上記実施の形態１，２の電動機駆動装置３および電動機１と同じであるため、図１〜図４７を援用する。
電動機駆動装置３において、回転検知器２の回転パルス信号が０から１に変化するときと、１から０に変化するときには、α軸からの回転子１０１の角度（回転子角度θ）が分かる。そのときに通電している電圧ベクトルのα軸からの角度（静止座標角ψ）を知ると、図６で定義した電圧位相角δが分かる。１２０°通電方式の場合、図６のように静止座標角ψはπ／３毎の離散値になる。電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６は、電圧ベクトル生成・通電周波数制御部５が時間管理しながらＦＥＴゲート駆動部６へ発しているので、これらの電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６の間の静止座標角ψを補間することは容易である。
【００８１】
そこで、本実施の形態３の脱調予知・検出部４は、静止座標角ψを検出および補間した後に電圧位相角δを演算し、この電圧位相角δに閾値を設けることで脱調予知および脱調検出を行う。
【００８２】
図４８は、本実施の形態３に係る電動機駆動装置３の脱調予知・検出部４の動作を説明する図である。電動機駆動装置３は、上記実施の形態１，２と同様に図６に基づいて電動機１を駆動する。図７で説明したように、回転子１０１のｄ軸が電機子１０２のα軸と一致する角度を回転子角度θ＝０とする。図１９によると、電動機１が正転している場合には、回転子角度θ＝−π／３で回転検知器２の出力が１から０に切り替わり、回転子角度θ＝２π／３で０から１に切り替わる。それぞれの時点における静止座標角ψの値をψ１０，ψ０１とすると、それぞれの時点での電圧位相角δは、δ１０＝ψ１０＋π／３、δ０１＝ψ０１−２π／３になる。
【００８３】
なお、本実施の形態３では、矩形波１２０°通電方式で電動機１を駆動する場合を例にして説明を進めるが、離散的な通電方式に限定されるものではなく、正弦波駆動方式においても同様の方法で電圧位相角δを検出することができる。また、この方法は、安定して回転している同期運転時に行う、回転検知器２のパルス周期から電圧位相角δを求める方法と同等の精度で電圧位相角δを検出できるので、起動運転と同期運転とで回転子角度θの検出方法を切り替える必要がなくなる。
【００８４】
次に、電圧位相角δに対する静止座標角ψの脱調予知範囲を考える。図４８に示したように、静止座標角ψの値は、０〜２πの範囲でのこぎり波状に変化する。
図４９に示すように、脱調と判定する電圧位相角δに対する静止座標角ψ１０の最小値をψ１０ｍｉｎ、最大値をψ１０ｍａｘとする。同様に、ψ０１ｍｉｎ，ψ０１ｍａｘを設定する。ψ１０とψ０１はπ離れているので、図４９のように、静止座標角ψ１０の脱調予知範囲は、ψ１０ｍｉｎ＜ψ１０ｍａｘで連続していても、静止座標角ψ０１の脱調予知範囲は、ψ０１ｍｉｎ＞ψ０１ｍａｘで２つの範囲に分離されることがある。
ただし、範囲の設定によっては、逆にψ１０が分離されたり、ψ１０，ψ０１ともに分離されたり、ψ１０，ψ０１ともに分離されなかったりするケースも考えられる。
いずれのケースにおいても、脱調予知・検出部４は、正常と考えられる範囲で、回転検知器２の出力変化がないことを確認できた段階で、脱調予知を判定すればよい。
【００８５】
図５０は、本実施の形態３の脱調予知・検出部４の構成を示すブロック図である。また、図５１に、本実施の形態３に係る電動機駆動装置３の実行結果を示す。
以下、電圧位相角δを検出して脱調を判定する具体的な方法を説明する。脱調予知・検出部４において、入力ポート４７０から回転検知器２の回転パルス信号の入力を行い（例えば、図５１（ｂ）に示す波形）、入力ポート４７１から電圧ベクトル生成・通電周波数制御部５の通電角の入力を行う（例えば、図５１（ａ）に示す波形）。パルス検出部４７２は、回転パルス信号の立ち上がりと立ち下がりを検出して、通電角ラッチ部４７３に通知する。通電角ラッチ部４７３は、回転パルス信号の立ち下がりと立ち上がりのタイミングで通電角をラッチすることにより、回転子角度θと通電角の差を検出して、電圧位相角δとして出力する。
【００８６】
電圧位相角δの値は２π毎に等価な角度になるので、２πの幅をもつ任意の角度範囲に制限することができるが、例えば０＜δ＜２πの範囲に制限した場合は、δが０を横切るたびに０から２π、または２πから０に、δの値が飛んでしまう。
しかしながら、電圧ベクトル生成・通電周波数制御部５が電動機１をフィードバック制御する場合、電圧位相角δの検出値は連続していることが望ましい。そこで、図５０の電圧位相角制限部４７４において、通電角ラッチ部４７３の出力する電圧位相角δに対し、δ＜−π／２の場合は２πを加算し、δ＞３π／２の場合は２πを減算することで、最終的なδの範囲を−π／２〜３π／２に制限している。従って、電圧位相角制限部４７４の出力する電圧位相角δは、図５１（ｃ）に示す波形となり、０付近で不連続にならない。
【００８７】
このようにすると、回転子１０１が通電角に追従して回転している間は、脱調予知・検出部４が連続した電圧位相角δを検出することができ、電圧ベクトル生成・通電周波数制御部５のフィードバック制御に使用できる。δ≒π／２のとき最大トルクになること、低速時にはδ≒０であることを考えると、（１）δが０の近くで不連続にならない、（２）δ＞０の領域を広くする、ことが望ましい。従って、制限の範囲の下限値を−５π／６〜−π／６の間に設定し、その下限値から２πの範囲を制限の範囲として電圧位相角制限部４７４に設定するのがよい。
【００８８】
脱調判定部４７５は、脱調予知を判定するための所定の閾値（一例を図５１（ｃ）に示す）と電圧位相角制限部４７４の出力する電圧位相角δとを比較して、脱調予知フラグ（脱調予知なら１、正常なら０）を出力する。もちろん、脱調したことを検出するための閾値を脱調判定部４７５に設定して、脱調検出フラグ（脱調検出なら１、正常なら０）を出力してもよい。
【００８９】
次に、電圧位相角δを用いた電動機１の制御方法を説明する。図５２に、図８に示した電圧ベクトル生成・通電周波数制御部５の駆動速度制御部５０１の内部構造を示す。図５３は、電動機駆動装置３の実行結果をシミュレーションしたグラフを示す。
脱調予知・検出部４の電圧位相角δは、電圧ベクトル生成・通電周波数制御部５の入力ポート５３０に入力に入力され、脱調検出フラグは入力ポート５１１に入力される。駆動速度制御部５０１は電圧位相角δをＰＩＤ制御して駆動速度を求めることとし、減算部５０１ｊで、目標値５０１ｉ（例えば、π／２）と入力ポート５３０に入力される実際の電圧位相角δの差分を計算してエラー信号（例えば、図５３（ｄ）に示す波形）として出力し、ＰＩＤ制御部５０１ｋがエラー信号に基づいてＰＩＤ制御を行い、駆動速度を演算する（例えば、図５３（ｃ）に示す波形）。
【００９０】
このＰＩＤ制御部５０１ｋは、電圧位相角δが目標のπ／２より大きいと駆動速度を下げ、逆にπ／２より小さいと駆動速度を上げて、電圧位相角δをπ／２に制御している。しかし、電圧位相角δと目標との差分がある範囲よりも大きくなると、脱調の影響で、もはやこのようなフィードバック制御はできなくなる。
そこで、図５２の構成例では、電圧位相角δが−π／４〜３π／４の範囲を超えると、ＰＩＤ制御をリセットする。具体的には、下限側の電圧位相角判定部５０１ｌでδ≦−π／４を判定し、上限側の電圧位相角判定部５０１ｍでδ≧３π／４を判定して、この上下限を超えると、論理和部５０１ｎがＰＩＤ制御５０１ｋにリセット信号（１でリセット）を出力してリセットさせる。また、論理和部５０１ｎは、脱調検出フラグが１になったときもリセット信号を出力してリセットさせる。
【００９１】
図５３のグラフではＰＩＤ制御部５０１ｋのリセットは発生していないが、負荷の慣性を大きくしてより脱調し易い状況をシミュレーションした図５４のグラフでは、電圧位相角δが遅角方向にずれるので、フィードバックが可能な領域を超え、リセットが発生する。
【００９２】
さらに、図５２の構成例では、ＰＩＤ制御部５０１ｋのフィードバックゲインを固定していたが、脱調検出時にフィードバックゲインを変更してもよい。この場合の構成例を図５５に示す。図５６は、電動機駆動装置３の実行結果をシミュレーションしたグラフを示す。
図５５に示す電圧ベクトル生成・通電周波数制御部５の駆動速度制御部５０１は、新たに、切り替え部５０１ｏと、積分部５０１ｐと、乗算部５０１ｑとを備える。
【００９３】
この構成例では、論理和部５０１ｎの出力するリセット信号（例えば、図５６（ｇ）に示す波形）を脱調検出フラグの代わりとして使用している。リセット信号が１なら脱調検出、０なら正常とする。切り替え部５０１ｏは、リセット信号に応じて積分部５０１ｐに入力する値を切り替える。脱調検出状態で負値（例えば、−２）、正常状態で正値（例えば、０．２）になるように切り替え部５０１ｏを切り替えると、積分部５０１ｂの出力は、脱調検出状態では小さな値になる。この値をプレゲインとし、図５６（ｈ）に示す。
【００９４】
積分部５０１ｂの出力するプレゲインを乗算部５０１ｑの入力の片側にして、ＰＩＤ制御部５０１ｋへのエラー信号とを乗算すると、乗算部５０１ｑの出力値が脱調検出状態で小さい値をとるので、脱調検出状態でＰＩＤ制御部５０１ｋのフィードバックゲインが小さくなる。
【００９５】
電圧ベクトル生成・通電周波数制御部５が電動機１の起動運転を開始すると、ＰＩＤ制御部５０１ｋのフィードバック動作により駆動速度が上昇し、電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６の回転がしだいに速くなる。その後、回転子１０１の回転が電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６の回転についてゆけずに、図５６（ｇ）のリセット信号において時刻Ｔ６，Ｔ７部分で脱調が発生した状態が検出される。このとき、ＰＩＤ制御部５０１ｋは、リセット信号によりリセットされるので、電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６の回転速度が遅くなり、脱調からの回復を図る。脱調から回復すると、再び電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６の回転は徐々に速くなってゆくが、今度はプレゲインの値が小さいので、駆動速度の上昇は穏やかである。このようにして脱調の再発を防止する。
【００９６】
なお、上記実施の形態１の図３１で示したように、駆動速度の加減速で脱調を制御している場合は、フィードバックゲインを変更する代わりに、脱調検出時の加減速度を小さくしてもよい。
【００９７】
以上より、実施の形態３によれば、脱調予知・検出部４は、回転検知器２の出力値が切り替わるときの通電角に基づいて電圧位相角を検出し、脱調予知および脱調検出のいずれか一方または両方を行う構成にした。電圧ベクトル生成・通電周波数制御部５では通電角は知ることができるが、正確な回転子角は不明である。その場合でも、通電角を基準にして回転子角の遅れを測定することにより、安定して電圧位相角を測定可能になる。なお、この構成において通電方法は任意でよく、矩形波駆動だけでなく正弦波駆動も可能である。
【００９８】
また、実施の形態３によれば、電圧ベクトル生成・通電周波数制御部５は、脱調予知・検出部４で検出した電圧位相角をフィードバック制御することにより駆動速度を制御する構成にした。このため、通電角に対する回転子角の遅れを最適に保持し、脱調を防止できる。また、起動運転から同期運転への移行時、回転検知器２のパルス周期から回転子角を検出する方法への切り替えが不必要になる。
【００９９】
また、実施の形態３によれば、脱調予知・検出部４は、検出した電圧位相角のとり得る範囲が通電角の１周期中で不連続な値になる範囲である場合に、電圧位相角のとり得る範囲を通電角の１周期中連続する値になる範囲に変換して電圧ベクトル生成・通電周波数制御部５へ出力する構成にした。このため、電圧位相角が連続する値になり、電圧ベクトル生成・通電周波数制御部５のフィードバック制御に適する。
【０１００】
また、実施の形態３によれば、電圧ベクトル生成・通電周波数制御部５は、脱調予知・検出部４で脱調が発生したことを検出していない間はフィードバック制御のゲインを大きくし、脱調が発生したことを検出している間はフィードバック制御のゲインを小さくする構成にした。このため、脱調から回復できる。
【０１０１】
実施の形態４．
本実施の形態４に係る電動機駆動装置３および電動機１の構成は、図面上は上記実施の形態１，２の電動機駆動装置３および電動機１と同じであるため、図１〜図４７を援用する。
本実施の形態４では、電圧ベクトル生成・通電周波数制御部５による電動機１の制御方法の変形例をいくつか説明する。
【０１０２】
図５７に、電圧ベクトル生成・通電周波数制御部５の駆動速度制御部５０１の内部構造を示す。なお、電圧ベクトル生成・通電周波数制御部５の全体構成は、上記実施の形態１の図８である。また、図５７において図３３と同一または相当の部分については同一の符号を付し説明を省略する。図５８は、電動機駆動装置３の実行結果をシミュレーションしたグラフを示す。
駆動速度制御部５０１は、脱調予知・検出部４の脱調予知フラグの入力を行う入力ポート５１０と、脱調検出フラグの入力を行う入力ポート５１１に加え、回転検知器２の回転パルス信号から演算した回転子１０１の回転速度の入力を行う入力ポート５４０を備える。
【０１０３】
脱調予知フラグと脱調検出フラグのいずれか一方でも１になると、論理和部５０１ｓから積分部５０１ｄへリセット信号（１でリセット）が出力される。
初期値切り替えスイッチ５０１ｒを入力ポート５４０側に切り替えると、論理和部５０１ｓの出力するリセット信号が１になる間、積分部５０１ｄの出力が入力ポート５４０に入力する回転子１０１の回転速度にリセットされる。
このようにすると、脱調予知・検出時には、電動機１の駆動速度が検出した回転速度に再設定される。このようにして、回転を制御した結果、図５８に示すように、脱調することなく加速していることが分かる。
【０１０４】
図５９に、電圧ベクトル生成・通電周波数制御部５の通電角計算部５０２の内部構造を示す。なお、電圧ベクトル生成・通電周波数制御部５の全体構成は、上記実施の形態１の図８である。図６０は、電動機駆動装置３の実行結果をシミュレーションしたグラフを示し、このうちの時刻Ｔ８の領域の拡大グラフを図６１に示す。
通電角計算部５０２において、立ち下がり検出部５０２ｂが、入力ポート５０２ａに入力する回転検知器２の回転パルス信号の１から０への変化を検出し、検出時に１を出力する。立ち下がり検出部５０２ｂの出力が１になると、立ち下がり位相調整スイッチ５０２ｄが立ち下がり位相５０２ｅ（例えば、π／３）に切り替わり、通電角としてπ／３が出力される。
【０１０５】
一方、立ち上がり検出部５０２ｃは、回転パルス信号の０から１への変化を検出し、検出時に１を出力する立ち上がり検出部５０２ｃの出力が１になると、立ち上がり位相調整スイッチ５０２ｆが立ち上がり位相５０２ｇ（例えば、４π／３）に切り替わり、通電角として４π／３が出力される。
【０１０６】
このため、図６０および図６１に示すように、回転パルス信号が１から０に変化するたびに通電角がπ／３に設定され、０から１に変化するたびに４π／３に設定される。
このように通電角を切り替えると、回転子１０１の角度と通電角の関係が、１２０°通電方式の駆動状態と同じになる。なお、回転パルス信号の立ち下がりおよび立ち上がり時以外は、通電角演算部５０２ｉが、前回の通電角と入力ポート５０２ｈに入力する駆動速度制御部５０１の駆動速度とから今回の通電角を求める。駆動速度制御部５０１では、上記実施の形態１等で説明したように、脱調予知時に駆動速度を減速し、正常時に駆動速度を加速している。
このように制御すると、脱調することなく回転子１０１の回転を増速できる。
【０１０７】
以上より、実施の形態４によれば、電圧ベクトル生成・通電周波数制御部５は、回転検知器２の出力に基づいて回転子１０１の回転速度を推定し、脱調予知・検出部４で脱調が発生したことを検出した場合に駆動速度を回転速度に対応する値に設定する構成にした。このため、脱調時に、回転子１０１の回転速度が落ち込むことなく回復できる。
【０１０８】
また、実施の形態４によれば、電圧ベクトル生成・通電周波数制御部５は、回転検知器２の出力値が切り替わる都度、通電角を変更する構成にした。このため、脱調が発生しない最適な通電制御を実施できる。
【０１０９】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【０１１０】
１  電動機、２  回転検知器、３  電動機駆動装置、４  脱調予知・検出部、５  電圧ベクトル生成・通電周波数制御部、６  ＦＥＴゲート駆動部、７  ＦＥＴブリッジ、１０１  回転子、１０２  電機子、１０３  シャフト、２０１，２０３  近接スイッチ、２０２，２０４，２０５，２０６  検出体、４０１，４０２  入力ポート、４１１〜４１６  電圧ベクトル検知部、４２１〜４２６  トリガ出力部、４３１〜４３６  ラッチ部、４４０，４４０ａ〜４４０ｃ  脱調判定部、４４１，４４２，４４４，４４５，４４９ｉ  論理否定部４４３，４４６，４４７，４４８  否定論理積部、４４９ａ〜４４９ｈ  論理積部、４４９ｊ，４４９ｋ  論理和部、４４９ｌ  フリップフロップ、４５０，４５１  入力ポート、４５２  パルス検出部、４５３  通電周期検出部、４５４  脱調判定部、４６０，４６１  論理否定部、４７０，４７１  入力ポート、４７２  パルス検出部、４７３  通電角ラッチ部、４７４  電圧位相角制限部、４７５  脱調判定部、４５０，４５１  入力ポート、５０１  駆動速度制御部、５０１ａ  加速値、５０１ｂ  減速値、５０１ｃ  切り替え部、５０１ｄ  積分部、５０１ｅ  初期速度、５０１ｆ  論理和部、５０１ｇ  加減速制御部、５０１ｈ  減速部、５０１ｉ  目標値、５０１ｊ  減算部、５０１ｋ  ＰＩＤ制御部、５０１ｌ  電圧位相角判定部、５０１ｍ  電圧位相角判定部、５０１ｎ  論理和部、５０１ｏ  切り替え部、５０１ｐ  積分部、５０１ｑ  乗算部、５０１ｒ  初期値切り替えスイッチ、５０１ｓ  論理和部、５０２  通電角計算部、５０２ａ  入力ポート、５０２ｂ  立ち下がり検出部、５０２ｃ  立ち上がり検出部、５０２ｄ  立ち下がり位相調整スイッチ、５０２ｅ  立ち下がり位相、５０２ｆ  立ち上がり位相調整スイッチ、５０２ｇ  立ち上がり位相、５０２ｈ  入力ポート、５０２ｉ  通電角演算部、５０３  通電パターン計算部、５１０，５１１，５２０，５２１  入力ポート、５２２  電圧位相角判定部、５２２ａ  角度判定部、５２２ｂ  立ち上がり判定部、５２２ｃ  論理積部、５２２ｄ  フリップフロップ、５２２ｅ  論理否定部、５２２ｆ  角度判定部、５２２ｇ  立ち上がり検出部、５２２ｈ  論理積部、５２２ｉ  フリップフロップ、５２２ｊ  論理和部、５２３  通電角制限部、５３０  入力ポート、５４０  入力ポート、７０１〜７０６  ＦＥＴ、６０１  マルチポートスイッチ、Ｕ，Ｖ，Ｗ  電機子励磁コイル、Ｖ１〜Ｖ６  電圧ベクトル、θ  回転子角度、ψ，ψ１０ｍｉｎ，ψ１０ｍａｘ，ψ０１ｍｉｎ，ψ０１ｍａｘ  静止座標角、δ  電圧位相角。
【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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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