(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
同期モータを制御するモータ制御装置であって、
前記同期モータを通電駆動するための複数の通電駆動手段を備え、
前記複数の通電駆動手段は、
少なくとも、前記同期モータを１８０度通電駆動する１８０度通電駆動手段と、前記同期モータを１２０度通電駆動する１２０度通電駆動手段とを含み、
前記同期モータのモータ回転数を算出するモータ回転数算出手段と、
前記１８０度通電駆動および前記１２０度通電駆動のそれぞれについて、前記同期モータに関するモータ回転数と効率との対応関係を記憶した記憶手段と、
前記記憶手段に記憶される情報に基づき、前記算出されたモータ回転数に対して前記同期モータが所望の効率になるように、前記１２０度通電駆動手段または前記１８０度通電駆動手段のいずれか一方を選択する駆動方式選択手段とをさらに備え、
前記同期モータは、磁石が装着されたロータにより構成されるＩＰＭモータである、モータ制御装置。
【請求項２】
同期モータを制御するモータ制御装置であって、
前記同期モータを通電駆動するための複数の通電駆動手段を備え、
前記複数の通電駆動手段は、
少なくとも、前記同期モータを１８０度通電駆動する１８０度通電駆動手段と、前記同期モータを１２０度通電駆動する１２０度通電駆動手段とを含み、
前記同期モータのモータ回転数を算出するモータ回転数算出手段と、
前記同期モータのトルクを算出するトルク算出手段と、
前記算出されたモータ回転数と前記算出されたトルクとに基づき、前記同期モータのモータ出力を算出するモータ出力算出手段と、
前記１８０度通電駆動および前記１２０度通電駆動のそれぞれについて、前記同期モータに関するモータ出力と効率との対応関係を記憶した記憶手段と、
前記記憶手段に記憶される情報に基づき、前記算出されたモータ出力に対して前記同期モータが所望の効率になるように、前記１２０度通電駆動手段または前記１８０度通電駆動手段のいずれか一方を選択する駆動方式選択手段とをさらに備え、
前記同期モータは、磁石が装着されたロータにより構成されるＩＰＭモータである、モータ制御装置。
【請求項３】
前記同期モータは、モータコイルを含み、
前記モータ制御装置は、
前記モータコイル端子に流れるモータ電流と前記同期モータに供給される駆動電圧との位相差情報を検出する位相差検出手段と、
所望の位相差情報を格納する格納部と、
前記モータコイル端子に発生する誘起電圧を検出する誘起電圧検出手段とをさらに備え、
前記１８０度通電駆動手段は、前記検出される位相差情報と前記所望の位相差情報との差に応じて動作が制御され、
前記１２０度通電駆動手段は、前記検出される誘起電圧に応じて動作が制御される、請求項１または２に記載のモータ制御装置。
【請求項４】
所望のモータ回転数を格納し、前記算出されたモータ回転数と前記所望のモータ回転数との差に基づき、前記複数の通電駆動手段のそれぞれにおける前記モータに対する回転速度の設定を調整する手段をさらに備える、請求項１または２に記載のモータ制御装置。
【請求項５】
外部指令に基づき、対応する所定の通電駆動手段を指定する指令手段をさらに備え、
前記駆動方式選択手段は、前記指令手段の制御に基づき、前記１８０度通電駆動手段または前記１２０度通電駆動手段の一方を選択する、請求項１または２に記載のモータ制御装置。
【請求項６】
同期モータを制御するモータ制御装置であって、
前記同期モータの通電幅を任意に設定する通電幅対応駆動手段と、
前記同期モータのモータ回転数を算出するモータ回転数算出手段と、
前記任意に設定される通電幅のそれぞれについて、前記同期モータに関するモータ回転数と効率との対応関係を記憶した記憶手段と、
前記記憶手段に記憶される情報に基づき、前記算出されたモータ回転数に対して前記同期モータが所望の効率を達成するように、前記通電対応駆動手段による通電幅の設定を選択する駆動幅選択手段とを備え、
前記同期モータは、磁石が装着されたロータにより構成されるＩＰＭモータである、モータ制御装置。
【請求項７】
同期モータを制御するモータ制御装置であって、
前記同期モータの通電幅を任意に設定する通電幅対応駆動手段と、
前記同期モータのモータ回転数を算出するモータ回転数算出手段と、
前記同期モータのトルクを算出するトルク算出手段と、
前記算出されるモータ回転数と前記算出されるトルクとに基づき、前記同期モータのモータ出力を算出するモータ出力算出手段と、
前記任意に設定される通電幅のそれぞれについて、前記同期モータに関するモータ出力と効率との対応関係を記憶した記憶手段と、
前記記憶手段に記憶される情報に基づき、前記算出されたモータ出力に対して前記同期モータが所望の効率を達成するように、前記通電対応駆動手段による通電幅の設定を選択する駆動幅選択手段とを備え、
前記同期モータは、磁石が装着されたロータにより構成されるＩＰＭモータである、モータ制御装置。
【請求項８】
所望のモータ回転数を格納し、前記算出されたモータ回転数と前記所望のモータ回転数との誤差に基づき、前記通電幅対応駆動手段での前記設定を調整する手段をさらに備える、請求項６または７に記載のモータ制御装置。
【請求項９】
外部指令に基づき、対応する通電幅を指定する指令手段をさらに備え、
前記駆動制御手段は、前記指令手段の制御に基づき、前記対応する通電幅を選択する、請求項６または７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】
この発明は、モータ制御装置に関し、特に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効率的に駆動することが可能なモータ制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境問題が社会的話題となり省エネルギー化が重要な関心となっている。特に、モータ分野においては、省エネルギーの観点から、小型・高効率化・高出力のモータが切望されている。
【０００３】
従来のモータの代表として誘電モータや磁石をロータ表面に装着したＳＰＭ（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  Ｍａｇｎｅｔ）モータ等があり、双方とも量産性に優れている。
【０００４】
これに対し、従来と異なる構造のモータが開発されている。このうち、効率をさらに高めるために永久磁石をロータ内部に埋込んで、フレミングトルクに加えてリラクタンストルクを利用するＩＰＭ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ  Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  Ｍａｇｎｅｔ）モータが注目されている。
【０００５】
図１６は、このようなＩＰＭモータの構造の一例を示す図である。図１６に示されるＩＰＭモータは、高透磁率材の鉄芯または積層珪素鋼板で構成されているロータコア１３１の内部に永久磁石１３２を埋込んでロータを構成している。図１６に示されるＩＰＭモータは、４極モータであって、４個（図１６は、／２断面を示している）の永久磁石１３２が円周方向に沿ってＮ極とＳ極とが交互になるように配設されている。
【０００６】
なお、図１６において、記号１３４はコイルが巻かれる部分を、記号１３５はステータを、記号１３６はティースを示している。このように構成することにより、永久磁石１３２の中心とロータコア１３１の中心とを結ぶ方向であるｄ軸方向のインダクタンスＬｄと、ｄ軸に対して電気角で９０度回転した方向であるｑ軸方向のインダクタンスＬｑとに差が生じ、永久磁石１３２によるフレミングトルクＴｍに加えてリラクタンストルクＴｒが発生することになる。
【０００７】
これらの関係については、「リラクタンストルクを要した回転機」（松井信行他、Ｔ．ＥＥ  Ｊａｐａｎ，Ｖｏｌ．１１４−Ｄ，Ｎｏ９，１９９４）において解析がなされている（以下、参考文献１と称す）。参考文献１によれば、フレミングトルクＴｍとリラクタンストルクＴｒとの関係は、式（１）を満たす。
【０００８】
0003586593.tif 000002
なお、式（１）において、Ｐｎは極対数を、ψａは鎖交磁束、Ｌｄはｄ軸方向のインダクタンスを、Ｌｑはｑ軸方向のインダクタンスを、ｉｄは、ｄ軸方向の電流を、ｉｑはｑ軸方向の電流を、βは電流位相を、ｉａは電流ベクトルの大きさをそれぞれ表わしている。
【０００９】
電流位相βを変化させた場合のフレミングトルクＴｍ、リラクタンストルクＴｒおよび総合トルクＴｔの変化を、図１７を用いて説明する。図１７に示されるように、フレミングトルクＴｍは、電流位相βが９０度の時点で最大値を示し、９０度を離れるとともに小さくなり、１８０度で０となる。これに対し、リラクタンストルクＴｒは、電流位相βが１３５度の時点で最大値を示す。したがって、リラクタンストルクＴｒとフレミングトルクＴｍとを足し合せた総合トルクＴｔは、それぞれのトルク比により変わるが、電流位相βは１１５度付近で最大値を示す。したがって、リラクタンストルクＴｒを有効に利用するＩＰＭモータは、フレミングトルクＴｍのみを用いて動作するＳＰＭモータよりも、同一電流において高トルクの出力が可能となる。
【００１０】
ところで、モータのトルクの大きさを決定する要因として、モータ駆動制御方法が重要となる。従来の電流駆動方法としては、１２０度矩形波駆動が一般的である。この１２０度矩形波駆動方法とは、モータコイルの３相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）中の２相に対し電流を通電し、１２０度ごとに電流をつなぎ合せて直流となるようにインバータを制御する方法である。１２０度矩形波駆動においては、各々の相についてみれば通電休止期間があり、当該通電休止期間にロータ磁石の回転によりステータコイルに発生する誘起電圧を検出してロータ回転を制御している。上述したリラクタンストルクＴｒを利用するＩＰＭモータにおいては、トルクを最大にするために通電タイミングが重要となる。したがって、ＩＰＭモータに対しては、１２０度矩形波駆動を行ない通電休止期間に誘起電圧を検出してロータ位相を算出している。
【００１１】
これに対し、モータ効率を向上させるモータ駆動制御方法として、通電幅を電気角で１８０度に設定した１８０度正弦波駆動方式がある。「ブラシレスＤＣモータ駆動制御方法およびその装置および電気機器（国際公開番号ＷＯ９５−２７３２８）」は、永久磁石を内部に埋込んだモータに対し、通電幅を電気角１８０度に設定し、モータコイルの第１中心点電位と当該コイルに電気的に並列となるグリッジ回路による第２中心点電位との差に基づいて磁極位置を検出する手法を具備している（参考文献２と称す。）。
【００１２】
ここで、参考文献２に記載さているブラシレスＤＣモータ制御装置について、図１８を用いて説明する。図１８は、参考文献２に記載されるモータ制御装置の構成を概略的に表わす図である。図１８においては、直流電源２１１の端子間に３対のスイッチングトランジスタ２１２ｕ、２１２ｖ、２１２ｗをそれぞれ直列接続してインバータを構成し、各対のスイッチングトランジスタ同士の接続線電圧をブラシレスＤＣモータのＹ結線された各相の固定子巻線２１３ｕ、２１３ｖ、２１３ｗにそれぞれ印加している。そして、各対のスイッチングトランジスタ同士の接続点電圧をＹ結線された抵抗２１４ｕ、２１４ｖ、２１４ｗにもそれぞれ印加している。さらに、中性点２１３ｄの電圧が抵抗２１５ａを介して増幅器２１５の反転入力端子に供給され、Ｙ結線された抵抗の中性点電圧２１４ｄの電圧が増幅器２１５の非反転入力端子に供給されている。そして、増幅器２１５の出力端子と反転入力端子との間に抵抗２１５ｂを接続することにより、差動増幅器として動作させるようにしている。ここで固定子巻線２１３ｕ、２１３ｖ、２１３ｗの中性点２１３ｄの電圧Ｅｎ０は、インバータ出力波形とモータ誘起電圧波形に含まれる３ｎ次調波成分（ｎは整数）との和になる。一方、接続点電圧がＹ結線された抵抗２１４ｕ、２１４ｖ、２１４ｗの中性点２１４ｄの電圧は、インバータ出力波形のみで決定される。したがって中性点２１３ｄの電圧Ｅｎ０と中性点２１４ｄの電圧との差を得ることにより、モータ誘起電圧波形に含まれる３ｎ次調波成分を取出すことができる。以上により、磁極位置センサを用いることなく、モータ誘起電圧波形を検出、すなわちロータ位置を検出することができるため１８０度駆動方式が実現される。
【００１３】
また、「電気車用制御装置（特開平１０−３４１５９４号公報）」では、磁極位置検出器または回転パルス検出器に異常があった場合に、必要に応じて１２０度駆動方式または１８０度駆動方式が選択される構成が開示されている（参考文献３と称す）。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
このように、参考文献２による構成では、モータコイル結線の中心点を与える抵抗結線２１４ｕ、２１４ｖ、２１４ｗには差動増幅器等の外部回路を設けることにより、１８０度正弦波通電状態でロータ位置検出を可能とする。
【００１５】
ところが、同期モータにおいて、１２０度矩形波駆動方式と１８０度正弦波駆動方式とで効率を比較すると、モータの状態（出力や回転数等）によって１８０度正弦波駆動方式より１２０度矩形波駆動方式の方が効率が高くなる場合があり、１８０度正弦波駆動方式のみで駆動するのは必ずしも効率面から最適とは言えない。
【００１６】
また、参考文献３は、異常事態、たとえば、磁極位置検出を持たない電気車用制御装置において回転パルス検出手段に異常を生じた場合や、磁極位置検出器を備えた電気車用制御装置において、磁極位置検出器と回転パルス検出手段との双方に異常が生じた場合に対処することを目的として構成されたものであり、効率の観点からは最適な構成とは言えない。
【００１７】
すなわち、異常が生じた場合に１２０度駆動方式を行なうのは、電動機を停止させることなく運転を継続するためであり、そのときの制御方法は、磁極位置推定手段によって推定された磁極位置推定位置に基づくものである。したがって、効率面については何ら対処するものではない。
【００１８】
それゆえ、この発明の目的は、同期モータを効率的に駆動させることが可能なモータ制御装置を提供することである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
第１発明に係るモータ制御装置は、同期モータを制御するモータ制御装置であって、同期モータを通電駆動するための複数の通電駆動手段を備え、複数の駆動手段は、少なくとも、同期モータを１８０度通電駆動する１８０度通電駆動手段と、同期モータを１２０度通電駆動する１２０度通電駆動手段とを含み、同期モータのモータ効率に応じて、複数の駆動手段のうち１つを選択する駆動制御手段をさらに備える。
【００２０】
したがって、第１発明に係るモータ制御装置によれば、複数の通電駆動手段を備え、これらのうちの１つを選択的に動作させることにより、モータ効率の観点から最適な駆動、より具体的には最高効率で駆動させることが可能となる。
【００２１】
第２発明に係るモータ制御装置は、第１発明に係るモータ制御装置であって、駆動制御手段は、同期モータの状態を検出し、検出された同期モータの状態に対して前記モータ効率が所望の効率になるように、１２０度通電駆動手段または１８０度通電駆動手段のいずれか一方を選択する。
【００２２】
したがって、第２発明に係るモータ制御装置によれば、現行のモータ状態（回転数やモータ出力等）に応じて、１８０度通電駆動方式または１２０度通電駆動方式のうち最適な駆動方式を選択することができる。したがって、より具体的には、最高効率で駆動させることが可能となる。
【００２３】
第３発明に係るモータ制御装置は、第２発明に係るモータ制御装置であって、駆動制御手段は、同期モータのモータ回転数を算出するモータ回転数算出手段と、１８０度通電駆動および１２０度通電駆動のそれぞれについて、同期モータに関するモータ回転数とモータ効率との対応関係を記憶した記憶手段と、記憶手段に記憶される情報に基づき、算出されたモータ回転数に対して所望のモータ効率を達成するように選択を実行する選択手段とを含む。
【００２４】
したがって、第３発明に係るモータ制御装置によれば、現行のモータ回転数に対して最適な駆動方式を選択することができる。
【００２５】
第４発明に係るモータ制御装置は、第２発明に係るモータ制御装置であって、駆動制御手段は、同期モータのモータ回転数を算出するモータ回転数算出手段と、同期モータのトルクを算出するトルク算出手段と、算出されたモータ回転数と前記算出されたトルクとに基づき、同期モータのモータ出力を算出するモータ出力算出手段と、１８０度通電駆動および１２０度通電駆動のそれぞれについて、同期モータに関するモータ出力とモータ効率との対応関係を記憶した記憶手段と、記憶手段に記憶される情報に基づき、算出されたモータ出力に対して所望のモータ効率を達成するように選択を実行する選択手段とを含む。
【００２６】
したがって、第４発明に係るモータ制御装置によれば、現行のモータ出力に対して最適な駆動方式を選択することができる。
【００２７】
第５発明に係るモータ制御装置は、第２発明に係るモータ制御装置であって、同期モータは、モータコイルを含み、モータコイル端子に流れるモータ電流と同期モータに供給される駆動電圧との位相差情報を検出する位相差検出手段と、所望の位相差情報を格納する格納部と、モータコイル端子に発生する誘起電圧を検出する誘起電圧検出手段とをさらに備え、１８０度通電駆動手段は、検出される位相差情報と所望の位相差情報との差に応じて動作が制御され、１２０度通電駆動手段は、検出される誘起電圧に応じて動作が制御される。
【００２８】
したがって、第５発明に係るモータ制御装置によれば、誘起電圧の検出により１２０度通電駆動を、位相差情報により１８０度通電駆動を制御することができるため、特別な位置検出器を用いずに、最適な駆動を実現することが可能となる。
【００２９】
第６発明に係るモータ制御装置は、第１または第２発明に係るモータ制御装置であって、駆動制御手段は、所望のモータ回転数を格納し、算出されたモータ回転数と所望のモータ回転数との差に基づき、複数の通電駆動手段のそれぞれにおける前記モータに対する回転速度の設定を調整する手段をさらに備える。
【００３０】
したがって、第６発明に係るモータ制御装置によれば、現行の回転数を検出して、設定された目標回転数指令により速度補正するフィードバック制御を行なうことが可能となる。
【００３１】
第７発明に係るモータ制御装置は、第３または第４発明に係るモータ制御装置であって、駆動制御手段は、外部指令に基づき、対応する通電駆動手段を指定する指令手段をさらに備え、選択手段は、指令手段の制御に基づき、１８０度通電駆動手段または１２０度通電駆動手段のいずれか一方を選択する。
【００３２】
したがって、第７発明に係るモータ制御装置によれば、現行のモータ状態に基づき最適な駆動方式を選択する制御と、外部指令により駆動方式を任意に選択することが可能な機能とを有することにより、同期モータを最適な効率で、または任意の駆動方式で駆動させることが可能となる。たとえば、夜間等において騒音低減が必要な場合には、効率に係わらず低騒音駆動となる１８０度通電駆動方式を強制的に選択することで、騒音低減を優先させることが可能となる。
【００３３】
第８発明に係るモータ制御装置は、第１または第２発明に係るモータ制御装置であって、同期モータは、磁石が装着されたロータにより構成されるＩＰＭモータである。
【００３４】
したがって、第８発明に係るモータ制御装置によれば、高トルクを発生することが可能なＩＰＭモータを効率面で最適な駆動方式により駆動させることが可能となる。
【００３５】
第９発明に係るモータ制御装置は、同期モータを制御するモータ制御装置であって、同期モータの通電幅を任意に設定する通電幅対応駆動手段と、同期モータのモータ効率に応じて、通電対応駆動手段を制御する駆動制御手段とを備える。
【００３６】
したがって、第９発明に係るモータ制御装置によれば、モータ効率の観点から、最適な通電幅、より具体的には最高効率で駆動させることが可能となる。
【００３７】
第１０発明に係るモータ制御装置は、第９発明に係るモータ制御装置であって、駆動制御手段は、同期モータの状態を検出し、検出された同期モータの状態に対してモータ効率が所望の効率になる通電幅を選択し、通電幅対応駆動手段は、駆動制御手段により選択された通電幅に基づき、設定を変更する。
【００３８】
したがって、第１０発明に係るモータ制御装置によれば、現行のモータ状態（回転数やモータ出力等）に応じて、最適な通電幅を選択することができる。したがって、より具体的には、最高効率で駆動させることが可能となる。
【００３９】
第１１発明に係るモータ制御装置は、第１０発明に係るモータ制御装置であって、通電幅対応駆動手段は、設定した通電幅に応じて、同期モータの回転数情報を出力し、駆動制御手段は、回転数情報に基づき、同期モータのモータ回転数を算出するモータ回転数算出手段と、任意に設定される通電幅のそれぞれについて、同期モータに関するモータ回転数とモータ効率との対応関係を記憶した記憶手段と、記憶手段に記憶される情報に基づき、算出されたモータ回転数に対して所望のモータ効率を達成するように選択を実行する選択手段とを含む。
【００４０】
したがって、第１１発明に係るモータ制御装置によれば、現行のモータ回転数に対して、最適な通電幅を選択することができる。
【００４１】
第１２発明に係るモータ制御装置は、第１０発明に係るモータ制御装置であって、通電幅対応駆動手段は、設定した通電幅に応じて、同期モータの回転数情報を出力し、駆動制御手段は、同期モータのモータ回転数を算出するモータ回転数算出手段と、同期モータのトルクを算出するトルク算出手段と、算出されるモータ回転数と前記算出されるトルクとに基づき、同期モータのモータ出力を算出するモータ出力算出手段と、任意に設定される通電幅のそれぞれについて、同期モータに関するモータ出力とモータ効率との対応関係を記憶した記憶手段と、記憶手段に記憶される情報に基づき、算出されたモータ出力に対して所望のモータ効率を達成するように前記選択を実行する選択手段とを含む。
【００４２】
したがって、第１２発明に係るモータ制御装置によれば、現行のモータ出力に対して、最適な通電幅を選択することができる。
【００４３】
第１３発明に係るモータ制御装置は、第９または第１０発明に係るモータ制御装置であって、駆動制御手段は、所望のモータ回転数を格納し、算出されたモータ回転数と所望のモータ回転数との誤差に基づき、通電幅対応駆動手段での設定を調整する手段をさらに備える。
【００４４】
したがって、第１３発明に係るモータ制御装置によれば、現行の回転数を検出して、設定された目標回転数指令により速度を補正するフィードバック制御を行なうことが可能となる。
【００４５】
第１４発明に係るモータ制御装置は、第１１または第１２発明に係るモータ制御装置であって、外部指令に基づき、対応する通電幅を指定する指令手段をさらに備え、選択手段は、指令手段の制御に基づき、対応する通電幅を選択する。
【００４６】
したがって、第１４発明に係るモータ制御装置によれば、現行のモータ状態に基づき最適な駆動方式を選択する制御と、外部指令により駆動方式を任意に選択することが可能な機能とを有することにより、同期モータを最適な効率で、または任意の駆動方式で駆動させることが可能となる。
【００４７】
第１５発明に係るモータ制御装置は、第９または第１０発明に係るモータ制御装置であって、同期モータは、磁石が装着されたロータにより構成されるＩＰＭモータである。
【００４８】
したがって、第１５発明に係るモータ制御装置によれば、高トルクを発生することが可能なＩＰＭモータを効率面で最適な駆動方式により駆動させることが可能となる。
【００４９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００５０】
［実施の形態１］
本発明の実施の形態１におけるモータ制御装置について、図１を用いて説明する。図１に示すモータ制御装置は、フレミングトルクとリラクタンストルクとを併用して高トルク化を図るＩＰＭモータ（同期モータ１）を駆動するための、インバータ回路２、ＡＣ電源４、ＡＣ電源４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ＡＣ／ＤＣコンバータ回路３、および制御部５を備える。
【００５１】
制御部５は、同期モータ１を１２０度通電駆動するための１２０度通電駆動部６、同期モータ１を１８０度通電駆動するための１８０度通電駆動部７、同期モータ１の回転数を検出または算出する回転数算出部８、回転数算出部８の出力する回転数と後述する回転数−効率テーブルに記憶されている情報とにより最適な効率となる駆動方式を選択する駆動方式選択部９と、同期モータ１の各駆動方式における回転数と効率との対応関係を示すテーブルが予め記憶されている回転数−効率テーブル部１０、１２０度通電駆動部６または１８０度通電駆動部７の出力する通電電圧に基づきインバータ回路２の各駆動素子にＰＷＭ波形を出力するＰＷＭ作成／各相分配部１１、および目標とする回転数（目標回転数）を格納する目標回転数格納部１２を含む。
【００５２】
制御部５は、マイクロコンピュータで構成する。この際、上述した各構成要素６〜１２をソフト的に処理する。これらの処理に関連するプログラム内容は、工場出荷時にＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）等のメモリに記憶させてもよいし、またフラッシュＲＯＭ等の書換え可能なメモリに記憶したならばプログラム内容を随時、更新・修正等することが可能となる。なお、これに限定されず、制御部５を同様の処理を行なうようハード的に構成してもよい。
【００５３】
まず、ＡＣ電源４から供給されるＡＣ電圧は、ＡＣ／ＤＣコンバータ回路３で直流化されてＤＣ電圧となり、インバータ回路２へ印加される。インバータ回路２を構成するＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、トランジスタＴｒ等の駆動素子のそれぞれは、ＰＷＭ作成／各相分配部１１の出力するＰＷＭ波形により所望のデューティでスイッチングされる。これにより、同期モータ１であるＩＰＭモータの各相Ｕ、Ｖ、Ｗへ電圧が印加されることによりモータが駆動される。
【００５４】
１２０度通電駆動部６によると、モータコイルへの印加電圧が１２０度期間にわたって通電される。１２０度通電駆動における通電波形を示したのが図２である。図２において、横軸はコイル通電電気角を、縦軸は電圧をそれぞれ示している。ここで、駆動対象となるモータのステータコイルは、Ｕ、Ｖ、Ｗの３相で構成されているとし、記号２５Ｕ、２５Ｖ、２５Ｗのそれぞれは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の通電電圧波形を示している。
【００５５】
図２に示されるように、Ｕ相に注目すると、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２６Ｕとなる。これに対し、Ｖ相、Ｗ相は、Ｕ相に対して１２０度または２４０度の位相差をもって矩形波通電をしている。Ｖ相、Ｗ相はそれぞれ、６０度期間の通電休止期間２６Ｖ、２６Ｗを有している。
【００５６】
図１を参照して、１８０度通電駆動部７によると、モータコイルへの印加電圧が１８０度期間にわたって通電される。この１８０度通電駆動における通電波形を示したのが図３である。図３において、横軸はコイル通電電気角を、縦軸は電圧をそれぞれ示している。駆動対象であるモータのステータコイルは、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の３相で構成されているとする。記号３１、３２、３３のそれぞれは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の通電電圧波形を示している。
【００５７】
図３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、他の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。
【００５８】
図１を参照して、回転数算出部８は、１２０度通電駆動部６または１８０度通電駆動部７から同期モータ１の回転数に関する情報を受ける。当該回転数情報は、誘起電圧から算出する方法や、センサ等の回転検出器を用いる方法、または外部中心点検出回路を用いる方法等が開示されており、いずれの方法を用いてもよい。
【００５９】
駆動方式選択部９は、回転数算出部８から出力される回転数情報と回転数−効率テーブル部１０に記憶されている各駆動方式による回転数と効率との関係を示すテーブルとにより、回転数に応じて最高効率となる駆動方式を選択する。より具体的には、駆動方式選択部９により、１２０度通電駆動部６または１８０度通電駆動部７のいずれか一方が選択される。
【００６０】
駆動方式選択部９により選択された通電駆動手段（１２０度通電駆動部６または１８０度通電駆動部７）は、ＰＷＭ作成／各相分配部１１に電圧データを出力する。ＰＷＭ作成／各相分配部１１は、電圧データにより、ＰＷＭ信号のデューティを決定し、インバータ回路２に含まれる各駆動素子へＰＷＭ信号を分配し、各駆動素子をスイッチングさせる指令信号を出力する。
【００６１】
目標回転数格納部１２は、回転数算出部８から出力される現行のモータの回転数情報と目標回転数とを比較して誤差を算出し、１２０度通電駆動部６または１８０度通電駆動部７に対し適正な回転数となるように（適正な速度となるように）誤差補正データを出力する。
【００６２】
以上のように構成したモータ制御装置で駆動する同期モータ１について以下に示す実験を行なった。まず実験対象となる２種類のＩＰＭモータ（Ａ）、（Ｂ）について、図４および図５を用いて説明する。図４は、実験対象とするＩＰＭモータ（Ａ）のロータ断面図である。図４において、記号ａ１、ａ２は、ロータ内部に埋込まれ中心側に凸状となる永久磁石を、ａ３は、高透磁率材または積層珪素鋼板で構成されたロータをそれぞれ示している。さらに、記号ａ４は、永久磁石とロータ中心とを結ぶ方向の軸（ｄ軸と称す）、記号ａ５は、当該ｄ軸より電気角で９０度回転した方向の軸（ｑ軸と称す）をそれぞれ示している。
【００６３】
図５は、実験対象となるＩＰＭモータ（Ｂ）のロータ断面図である。図５において記号ｂ１は、ロータ内部に埋め込まれた永久磁石を、記号ｂ２は積層珪素鋼板で構成されたロータをそれぞれ示している。また、記号ｂ３は、永久磁石とロータ中心とを結ぶ方向の軸（ｄ軸）、記号ｂ４は、当該ｄ軸より電気角で９０度回転した方向の軸（ｑ軸）をそれぞれ示している。
【００６４】
ＩＰＭモータにおいては、上述した式（１）により、フレミングトルクは鎖交磁束すなわち磁石による磁界強度に比例し、リラクタンストルクはｄ軸とｑ軸とのインダクタンスの差に比例する。たとえば、ＩＰＭモータ（Ａ）では、磁石ａ１、ａ２によりフレミングトルクが発生し、ｄ軸方向のインダクタンスＬｄとｑ軸方向のインダクタンスＬｑとの差によりリラクタンストルクが発生する。
【００６５】
ＩＰＭモータ（Ａ）では、ｄ軸方向の磁束が透磁率が空気とほぼ同じ永久磁石部分を２回通過するため、磁気抵抗が大きくなり、ｄ軸方向のインダクタンスＬｄは小さくなる。一方、ｑ軸方向の磁束は、永久磁石間の高透磁率材部を通過するため磁気抵抗が小さくなるため、ｑ軸方向のインダクタンスＬｑは大きくなる。したがって、ＩＰＭモータ（Ａ）では、インダクタンスＬｄとＬｑとの差が大きくなる。
【００６６】
一方、ＩＰＭモータ（Ｂ）では、磁石ｂ１によるフレミングトルクはＩＰＭモータ（Ａ）と同程度であるが、ｄ軸方向とｑ軸方向との磁気抵抗の差が小さい。したがって、インダクタンスＬｄとＬｑとの差が小さいため、リラクタンストルクはＩＰＭモータ（Ａ）に比べて小さくなる。したがって、ＩＰＭモータ（Ａ）、（Ｂ）を比較した場合、ＩＰＭモータ（Ａ）の方がリラクタンストルクをより利用して動作しているといえる。
【００６７】
図６は、ＩＰＭモータ（Ａ）のモータ出力に対する効率特性を調べた実験結果を示す図である。図６において、Ｙ軸５１は、総合効率の無次元比を、Ｘ軸５０は、モータ回転数と負荷トルクとの積であるモータ出力の無次元比をそれぞれ示している。なお、負荷トルクはほぼ一定であるため、モータ回転数の無次元比をＸ軸５０にとってもよい。ここで、総合効率とは、モータ部分のモータ効率と回路部分の回路効率との積で表わされる効率を意味する。図６において記号５２、５３は、１８０度通電駆動時の効率特性、１２０度通電駆動時の効率特性をそれぞれ示している。
【００６８】
図６に示されるように、ＩＰＭモータ（Ａ）においては、モータ出力または回転数が低い領域では、１２０度通電駆動方式に比べ１８０度通電駆動方式の方が効率が高い。ところが、さらにモータ出力または回転数が上昇するに従い、両方式とも効率は上昇するが、その上昇効率は異なり、あるモータ出力または回転数で、１２０度通電駆動方式の効率と１８０度通電駆動方式の効率とが逆転する。
【００６９】
図７は、ＩＰＭモータ（Ｂ）のモータ出力に対する効率特性を調べた実験結果を示す図である。図７において、Ｙ軸６０は、総合効率の無次元比を、Ｘ軸６１は、モータ回転数の無次元比を表わす。また記号６２、６３は、１８０度通電駆動時の効率特性、１２０度通電駆動時の効率特性をそれぞれ示している。
【００７０】
図７に示されるように、ＩＰＭモータ（Ｂ）においても、ＩＰＭモータ（Ａ）の場合と同様にモータ出力または回転数が低い領域では、１２０度通電駆動方式に比べ１８０度通電駆動方式の方が効率が高い。また、モータ出力または回転数が上昇するに従い、両方式とも効率は上昇するが、その上昇率が異なり、あるモータ出力または回転数で１２０度通電駆動方式と１８０度通電駆動方式とで効率は逆転する。
【００７１】
続いて、１２０度通電駆動方式と１８０度通電駆動方式とでの効率について説明を行なう。モータの総合効率は、次式（２）で表わされる。
【００７２】
（綜合効率）＝（モータ出力）／（（モータ入力電力）＋（モータ損失＋回路損失））…（２）
式（２）におけるモータ損失について説明する。図８は、ＩＰＭモータ（Ａ）および（Ｂ）のモータ出力に対するモータ効率特性についての実験結果を示す図である。図８において、Ｙ軸７１は、１２０度通電駆動方式と１８０度通電駆動方式とのモータ効率差の無次元比を、Ｘ軸７０は、モータ回転数の無次元比をそれぞれ示している。記号７２、７３は、ＩＰＭモータ（Ａ）のモータ効率差特性、ＩＰＭモータ（Ｂ）のモータ効率差特性をそれぞれ示している。
【００７３】
図８に示されるように、ＩＰＭモータ（Ａ）、（Ｂ）において、モータ出力または回転数が低い領域では、１２０度通電駆動方式に比べ１８０度通電駆動方式の方が効率が高いが、モータ出力または回転数が上昇するに従い１２０度通電駆動方式の効率と１８０度通電駆動方式の効率との差がなくなる。
【００７４】
モータ損失は、銅損と鉄損と機械損とに分類できる。銅損に対しては、１２０度通電駆動方式より１８０度通電駆動方式の方が大きなトルクが発生できるため、同一負荷に対しては１８０度通電駆動方式の方が消費電流が小さく、１８０度通電駆動方式の方が有利である。鉄損の１つである渦電流損については、磁束密度、板厚、周波数の二乗に比例し、電気抵抗率に反比例する。したがって、同一モータであれば回転数が大きくなるほど、言い換えれば周波数が大きくなるほど渦電流損は大きくなる。したがって、低速域では、モータ損失は銅損が支配的であるため１８０度通電駆動方式が優位となるが、高速域では渦電流損が支配的となり、両者の効率の差がなくなる。
【００７５】
次に、回路損失について説明する。図９は、ＩＰＭモータ（Ａ）および（Ｂ）のモータ出力に対する回路効率特性についての実験結果を示す図である。図９において、Ｙ軸８１は、１２０度通電駆動方式と１８０度通電駆動方式との回路効率差の無次元比を、Ｘ軸８０は、モータ回転数の無次元比をそれぞれ示している。また記号８２、８３はそれぞれ、ＩＰＭモータ（Ａ）のモータ効率差特性、ＩＰＭモータ（Ｂ）のモータ効率差特性を示している。ここで、回路効率差とは、式（３）を意味する。
【００７６】
回路効率差＝１８０度通電駆動方式の回路効率−１２０度通電駆動方式の回路効率…（３）
図９に示されるように、ＩＰＭモータ（Ａ）、（Ｂ）において、モータ出力または回転数が低い領域では、１２０度通電駆動方式に比べ１８０度通電駆動方式の方が効率が高いが、モータ出力または回転数が上昇するに従い、１２０度通電駆動方式の効率と１８０度通電駆動方式と効率では差がなくなり、両者の関係が逆転するポイントも存在する。
【００７７】
回路損失は、主に回路の銅損と回路のスイッチング損失（以下、ＳＷ損失と記す）とからなるが、回路の損失については、モータ単体の場合と同様な傾向にある。一方、インバータ回路２のトランジスタのＳＷ損失も回転数に比例し大きくなるが、当該ＳＷ損失を１２０度通電駆動方式と１８０度通電駆動方式とで比較すると、通電期間が多い１８０度通電駆動方式の方が大きくなる。このため、回路損失も低速域では銅損が支配的なため、１８０度通電駆動方式の方が回路損失に対し優位にあるが、高速域に達するとＳＷ損失が大きくなり、当該優位性がなくなるばかりか、ある時点で１２０度通電駆動方式の回路効率と１８０度通電駆動方式の回路効率とが逆転する場合もある。
【００７８】
したがって、モータ損失と回路損失とを考慮した総合効率は、低速域では１８０度通電駆動方式が優位であるが、高速域では１２０度通電駆動方式が優位となる傾向にある。
【００７９】
本発明の実施の形態１におけるモータ制御装置においては、このような結果に基づき、対応するモータの各駆動方式におけるモータ回転数と効率との対応関係についてテーブルを作成し、回転数−効率テーブル部１０に記憶させておく。次に、同期モータ１が回転を開始した後、回転数算出部８によりセンサ等のいずれかの方法で回転数を検出し、駆動方式選択部９に送出する。ここで、回転数−効率テーブル部１０には、各回転数に対する最適な駆動方法の情報が格納されており、駆動方式選択部９において現行速度に対する最適駆動方式が選択される。
【００８０】
同期モータ１として、上述したＩＰＭモータ（Ａ）を用いた場合について説明する。上述したＩＰＭモータ（Ａ）を用いた場合、たとえば初期の低速領域では１８０度駆動方式が選択される。
【００８１】
さらに速度を上げる命令が、図示しないシステムコントローラから目標回転数格納部１２に伝達されると、目標回転数格納部１２では、検出した回転数と目標回転数とを比較し、誤差信号を出力する。これにより、１８０度通電駆動部７から適当な電圧データがＰＷＭ作成／各相分配部１１に伝送され、インバータ回路２を介して同期モータ１に印加される。この結果、回転数が上昇する。
【００８２】
速度がある程度上昇し、効率が１８０度通電駆動と１２０度通電駆動とで逆転する近傍の回転数まで到達すると、駆動方式選択部９により、効率が高い１２０度通電駆動が選択される。
【００８３】
効率が１８０度通電駆動と１２０度通電駆動とで逆転する近傍の回転数（以下、交差回転数Ｎｃと記す）において制御を行なう必要がある場合、あるいは逆に制御したい回転数において１８０度通電駆動時の効率と１２０度通電駆動時の効率とが逆転するモータ特性を有する場合、回転数のわずかな変化によって最大効率が得られる駆動方式が変化することになる。この場合に、１８０度通電駆動と１２０度通電駆動とを忠実に切換えると、駆動方式が頻繁に切換えられることにより制御部（マイコン）が過負荷になるとともに、インバータ回路２、同期モータ１等へのストレスが増加し、寿命短縮の要因となる場合がある。
【００８４】
したがって、このような現象を回避するために、１８０度通電駆動と１２０度通電駆動とを切替える回転数にヒステリシス特性を持たせる手法が挙げられる。たとえば、交差回転数Ｎｃを超えて低回転数から高回転数に制御する場合には、式（４）とし、交差回転数Ｎｃを超えて高回転数から低回転数に制御する場合には、式（５）とする。
【００８５】
切替回転数＝交差回転数Ｎｃ＋△Ｎ１  …（４）
切替回数数＝交差回転数Ｎｃ＋△Ｎ２  …（５）
式（４）、（５）において、△Ｎ１、△Ｎ２は、ヒステリシスを示す。このようにして、ヒステリシス△Ｎ１および△Ｎ２を設定することにより、当該ヒステリシス範囲において回転数が変化しても駆動方式を変化させないようにする。これにより、制御部（マイコン）の負荷を低減させるとともに、インバータ回路２、同期モータ１等のハードウェアを酷使することなく、これらのハードウェアの寿命増大および信頼性向上を図ることが可能となる。
【００８６】
なお、上記ヒステリシス範囲△Ｎ１および△Ｎ２の値は、回転数の変動値およびそのときの効率の変動量とを考慮して予め決定しておいてもよいし、あるいは制御内容（初期回転数、目標回転数等の情報）に応じて演算により随時算出したものを用いるようにしてもよい。また、ヒステリシス範囲△Ｎ１と△Ｎ２とは、同じ値であっても、異なった値であってもよい。
【００８７】
なお、上述した例では、逆転する速度点は１点であったが、複数あっても何ら問題はない。また、ここでは１２０度通電駆動をＰＷＭ（ｐｕｌｓｅ  ｗｉｄｔｈ  ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：パルス幅変調）駆動しているが、ＰＡＭ（ｐｕｌｓｅ  ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：パルス振幅変調）駆動等の別の駆動でも高率特性を求めることにより同様の効果が得られる。
【００８８】
このように、現行のモータの回転数を検出し、目標となる回転数となるように目標回転数指令を発生して速度補正を行なうフィードバック制御と、現在の回転数情報をもとに最適な駆動方式を選択する選択制御とを行なうことにより、同期モータ１を回転数に応じて最適な（最高効率となる）駆動方式で駆動することが可能となる。
【００８９】
［実施の形態２］
本発明の実施の形態２におけるモータ制御について図１０を用いて説明する。図４において、制御部５は、１２０度通電駆動部６、１８０度通電駆動部７、回転数算出部８、後述するモータ出力算出部１４から出力されるモータ出力とモータ出力−効率テーブル部２０に記憶されるモータ出力と効率との関係を示すテーブルとに基づき、最適な効率となる駆動方式を選択する駆動方式選択部９、同期モータ１の各駆動方式におけるモータ出力と効率との関係を示すテーブルが予め記憶されているモータ出力−効率テーブル部２０、ＰＷＭ作成／分相配部１１、目標回転数格納部１２、ＩＰＭモータである同期モータ１の負荷トルク情報を算出する負荷トルク算出部１３、および回転数情報と負荷トルク情報とからモータ出力を算出するモータ出力算出部１４を備える。
【００９０】
制御部５は、マイクロコンピュータで構成する。この際、上述した各構成要素６〜２０の処理をソフト的に行なう。なお、これに限定されず、同様の処理を行なうよう制御部５をハード的に構成してもよい。
【００９１】
まず、ＡＣ電源から供給されるＡＣ電圧は、ＡＣ／ＤＣコンバータ回路３で直流化されてＤＣ電圧となり、インバータ回路２へ印加される。インバータ回路２のＩＧＢＴ、トランジスタＴｒなどの各駆動素子は、制御部５のＰＷＭ作成／各相分配部１１での制御により所望のデューティでスイッチングされる。同期モータ１の各相は、インバータ回路２を介してＤＣ電圧を受ける。これにより同期モータ１が駆動される。
【００９２】
負荷トルク算出部１３は、１２０度通電駆動部６または１８０度通電駆動部７から負荷トルクに関する情報を受け、負荷トルク情報を出力する。当該負荷トルク情報は、トルク検出器から検出する方法、またはコイル電流とトルクとの関係を予め記憶させ、さらに電流検出器等でコイル負荷電流を検出しトルクを算出する方法等のいずれの方法を用いてもよい。
【００９３】
モータ出力算出部１４は、回転数算出部８の出力する回転数情報と負荷トルク算出部１３の出力する負荷トルク情報とからモータ出力を算出する。この算出されたモータ出力と、モータ出力−効率テーブル部２０に記憶されている情報とにより、現行の回転数に応じて最高効率となる駆動方式が選択される。
【００９４】
駆動方式選択部９により選択された通電駆動手段（１２０度通電駆動部６または１８０度通電駆動部７）は、ＰＷＭ作成／各相分配部１１に電圧データを送出する。ＰＷＭ作成／各相分配部１１は、当該電圧データによりＰＷＭ信号のデューティ比を決定するとともに、インバータ回路２を構成する各駆動素子へＰＷＭ信号を分配し、各駆動素子をスイッチングさせる指令信号を出力する。
【００９５】
なお、目標回転数格納部１２は上述したように、回転数算出部８から受ける現在の回転数情報と目標回転数とを比較して誤差を算出し、１２０度通電駆動部６または１８０度通電駆動部７に適正な速度となるように誤差補正データを送る。
【００９６】
このように、現行の回転数を検出し、設定された目標回転数指令により速度補正するフィードバック制御と、現行の回転数および負荷トルク情報をもとに適切な駆動方式を選択する選択制御とを行なうように制御部を構成（またはアルゴリズムを構成）することにより、同期モータ１を最適な駆動方式で駆動することが可能となる。
【００９７】
［実施の形態３］
本発明の実施の形態３におけるモータ制御装置について、図１１を用いて説明する。図１１に示される制御部５は、１２０度通電駆動部６、１８０度通電駆動部７、回転数算出部８、駆動方式選択部９、回転数−効率テーブル部１０、ＰＷＭ作成／各相分配部１１、目標回転数格納部１２、モータコイル端子Ｕ、Ｖ、Ｗの各相の中で特定相に流れるモータ電流を検出して電流位相情報を生成する電流検出部１７、電流検出部１７の出力する電流位相情報と１８０度通電駆動部７から出力される電圧位相情報とから位相差情報を検出する電圧／電流位相差検出部１５、目標となる位相差（目標位相差）を格納する位相差格納部１６、演算器３０、およびモータコイル端子Ｕ、Ｖ、Ｗの各相に発生する誘起電圧を検出する誘起電圧検出部１８を備える。
【００９８】
制御部５は、マイクロコンピュータで構成する。この際、上述した各構成要素６〜１８をソフト的に処理する。なお、これに限定されず、同様の処理を行なうようハード的に制御部５構成してもよい。なお、電流検出部１７は、コイルとホール素子とで構成されたいわゆる電流センサや、カレントトランス等が挙げられる。
【００９９】
１２０度通電駆動部６は、モータコイル４内の印加電圧が１２０度期間にわたって通電されるために用いる。この際の電流通電波形については、図２で説明したとおりである。１２０度通電駆動方式においてコイルが通電されない通電休止期間２６Ｕ、２６Ｖ、２６Ｗでは、ロータに装着された磁石による誘起電圧を誘起電圧検出部１８において検出する。１２０度通電駆動部６は、この誘起電圧検出部１８から出力される情報を得てロータの位相を検出する。
【０１００】
電圧／電流位相差検出部１５では、特定相（図１１においては、Ｗ相）に流れるモータ電流を検出する電流検出部１７から得られる電流位相情報と１８０度通電駆動部７から出力される電圧位相情報とを基準として、電圧に対する電流の位相差を算出する。
【０１０１】
演算器３０は、電圧／電流位相差検出部１５の出力する位相差と位相差格納部１６に格納される目標位相差との誤差を算出する。
【０１０２】
１８０度通電駆動部７は、モータコイルへの印加電圧が１８０度期間にわたって通電されるために用いるものであり、この際の通電波形は図３で説明したとおりである。１８０度通電駆動部７は、演算器３０から、適正な速度となるような誤差補正データを受ける。
【０１０３】
目標回転数格納部１２は、回転数算出部８から現行の回転数情報を得た後、目標回転数と比較して誤差を算出し、１２０度通電駆動部６または１８０度通電駆動部７に対し適正な速度となるように誤差補正データを送る。
【０１０４】
このように、現行の回転数を検出して、設定された目標回転数指令により速度補正するフィードバック制御と、現行の回転数情報をもとに適正な駆動方式を選択する制御とを行なうように制御部を構成することにより、同期モータ１を最適な駆動方式で駆動することが可能となる。
【０１０５】
さらに、誘起電圧により１２０度通電駆動部６を、位相差情報により１８０度通電駆動部７を制御することにより、特別な位置検出器を用いずに、同期モータ１を最適な駆動方式で駆動することができる。
【０１０６】
［実施の形態４］
本発明の実施の形態４によるモータ制御装置について、図１２を用いて説明する。図１２に示される制御部５は、通電幅対応駆動部２１、回転数算出部８、通電幅選択部１９、回転数−効率テーブル部１０、ＰＷＭ作成／各相分配部１１および目標回転数格納部１２を備える。
【０１０７】
制御部５は、マイクロコンピュータで構成する。この際、上述した各構成要素をソフト的に処理する。なお、これに限定されず、同様の処理を行なうようハード的に制御部５を構成してもよい。
【０１０８】
通電幅対応駆動部２１は、ある１相のモータコイルへの印加電圧の期間を１２０度から１８０度まで任意に設定する。他の相の供給される駆動電圧波形は、当該ある相に対して、１２０度または２４０度の位相差を有する。
【０１０９】
回転数算出部８は、通電幅対応駆動部２１から回転数に関する回転数情報に基づき、同期モータ１の回転数を検出または算出する。当該回転数情報は、誘起電圧から算出する方法、またはセンサ等の回転検出器を用いる方法、または外部中心点検出回路を用いる方法等があり、いずれの方法であってもよい。
【０１１０】
回転数−効率テーブル部１０は、各通電幅の駆動方式での同期モータ１に関する回転数と効率との対応関係を示すテーブルが予め記憶されている。通電幅選択部１９は、回転数算出部８から出力される回転数と回転数−効率テーブル部１０に記憶されている回転数と効率との関係を示す情報とにより、現行の回転数に応じて最高効率となる通電幅を選択する。
【０１１１】
通電幅選択部１９により通電幅が選択されると、通電幅対応駆動部２１は、当該選択された通電幅に対応する電圧データをＰＷＭ作成／各相分配部１１に送出する。ＰＷＭ作成／各相分配部１１は、当該電圧データによりＰＷＭ信号のデューティを決定し、インバータ回路２に含まれる各駆動素子へＰＷＭ信号を分配し、各駆動素子をスイッチングさせる指令信号を出力する。
【０１１２】
このように、現行の回転数を検出して、設定された目標回転数指令により速度補正を行なうフィードバック制御と、現行の回転数情報をもとに最適な通電幅の駆動方式を選択する選択制御とを行なうように構成することにより、同期モータ１を最適な通電幅の駆動方式で駆動することが可能となる。
【０１１３】
なお、負荷トルク算出部１３とモータ出力算出部１４とをさらに備え、回転数−効率テーブル部１０に代わってモータ出力−効率テーブル部２０を配置し、モータ出力部１４の出力を、通電幅選択部１９に出力するように構成することも可能である。この場合、同期モータ１は、モータ出力に応じて、最適な通電幅で駆動されることになる。
【０１１４】
［実施の形態５］
本発明の実施の形態５によるモータ制御装置について図１３を用いて説明する。図１３に示される制御部５は、１２０度通電駆動部６、１８０度通電駆動部７、回転数算出部８、駆動方式選択部９、回転数−効率テーブル部１０、ＰＷＭ作成／各相分配部１１、目標回転数格納部１２、および駆動方式指令部２２を備える。
【０１１５】
制御部５は、マイクロコンピュータで構成する。この際、上述した各構成要素をソフト的に処理する。なお、これに限定されず、同様の処理を行なうようハード的に制御部５を構成してもよい。
【０１１６】
駆動方式指令部２２は、本発明の実施の形態５に特有のものであり、駆動方式選択部９における動作を制御する。より詳細に説明すると、駆動方式選択部９は、回転数算出部８からの出力に加えて駆動方式指令部２２からの割込信号に基づき、１２０度通電駆動方式と１８０度通電駆動方式とのいずれか一方を選択する。
【０１１７】
たとえば、騒音低減のために１８０度通電駆動方式を強制的に実施させる必要がある場合には、現在の駆動方式に関わらず１８０度通電駆動を行なうことを示す割込信号を駆動方式選択部９に対して出力する。このとき、現在の駆動方式が１８０度通電駆動方式であれば現状を維持し、１２０度通電駆動方式である場合には、１８０度通電駆動方式に切換わる。
【０１１８】
また、駆動方式指令部２２は、上記割込信号により強制駆動を解除するために、割込み解除のための信号を出力する。これにより、駆動方式選択部９は、回転数算出部８の出力に基づき駆動方式を選択することができる。
【０１１９】
このように、現行の回転数を検出して、設定された目標回転数指令により速度を補正するフィードバック制御と、現行の回転数をもとに最適な駆動方式を選択する制御と、外部指令により駆動方式を任意に選択することが可能な機能とを有することにより、同期モータ１を最適な効率で、または任意の駆動方式で駆動させることが可能となる。
【０１２０】
なお、図１４は、本発明の実施の形態５によるモータ制御装置の他の構成例を示す図である。図１４に示す制御部５は、１２０度通電駆動部６、１８０度通電駆動部７、回転数算出部８、駆動方式選択部９、モータ出力−効率テーブル部２０、ＰＷＭ作成／分相配部１１、目標回転数格納部１２、負荷トルク算出部１３、モータ出力算出部１４、および駆動方式指令部２２を備える。
【０１２１】
図１４に示すように構成することより、設定された目標回転数指令により速度を補正し、現行のモータ出力に応じて最適な駆動方式を選択し、または外部指令により駆動方式を任意に選択することが可能となる。
【０１２２】
なおこれに限らず、図１１の構成に対しても、駆動方式選択部９に対して駆動方式指令部２２を設けることにより、設定された目標回転数指令により速度を補正し、現行のモータ状態に応じて最適な駆動方式を選択し、または外部指令により駆動方式を任意に選択することが可能となる。
【０１２３】
さらに、図１５は、本発明の実施の形態５によるモータ制御装置の他の構成例を示す図である。図１５においては、通電幅選択部１９に対して駆動指令部２３を配置する。駆動指令部２３は、外部指令を受けて、対応する通電幅を強制的に設定するための割込信号を出力し、または割込みを解除するための割込解除信号を出力する。これにより、設定された目標回転数指令により速度を補正し、現行のモータ状態に応じて最適な通電幅を選択し、または外部指令により通電幅を任意に選択することが可能となる。
【０１２４】
なお、上述した実施の形態すべてにおいて１８０度強制駆動の場合を示したが、これに限らず、１２０度強制駆動の場合にあっても同様の手順により駆動方式を強制的に設定することが可能である。
【０１２５】
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。
【０１２６】
【発明の効果】
本発明に係るモータ制御装置によれば、同期モータを１８０度通電駆動する１８０度通電駆動手段と、当該同期モータを１２０度通電駆動する１２０度通電駆動手段とを少なくとも含む複数の通電駆動手段を備え、当該同期モータの効率に応じて駆動方式を選択することにより、同期モータを最高効率で駆動することが可能となる。
【０１２７】
また、本発明に係るモータ制御装置によれば、モータ回転数を算出するモータ回転数算出部と、当該モータの回転数に対する効率を記憶した記憶部と、現行のモータ回転数と記憶部に記憶される情報とを比較して駆動方式を選択する駆動方式選択部とを備えることにより、同期モータの回転数に対して最適な駆動方式を選択することが可能となる。これにより全速度（回転数）領域にわたり最高効率でモータ駆動を実現することが可能となる。
【０１２８】
また本発明に係るモータ制御装置によれば、モータ回転数を算出するモータ回転数算出部と、モータのトルクを算出する負荷トルク算出部と、モータ回転数と負荷トルクとによりモータ出力を算出するモータ出力算出部と、当該モータ出力に対する効率を記憶した記憶部と、算出されたモータ出力と記憶部に記憶される情報とに基づき駆動方式を選択する駆動方式選択部とで構成することにより、同期モータのモータ出力に対して最適な駆動方式を選択することが可能となる。これにより、全モータ出力域にわたり最高効率でモータを駆動させることが可能となる。
【０１２９】
また、本発明に係るモータ制御によれば、モータコイル端子に流れるモータ電流を検出する電流検出部と、電流位相情報と電圧位相情報とを比較して位相差情報として検出する電流／電圧位相差検出部と、目標位相差を格納する位相差格納部と、モータコイル端子に発生する誘起電圧を検出する誘起電圧検出部とを備え、位相差の誤差により１８０度通電駆動部を制御し、検出された誘起電圧により１２０度通電駆動部を制御することにより、特別な位相検出器を用いず各駆動方式における適切なモータの駆動が実現される。
【０１３０】
また、本発明に係るモータ制御装置によれば、同期モータをモータ回転数またはモータ出力に応じて最高効率となる通電幅で駆動することにより、さらに高効率でモータを駆動することが可能となる。
【０１３１】
また、本発明に係るモータ制御装置によれば、モータの状態によりモータを駆動する駆動方式を選択する駆動方式選択部と、当該駆動方式選択部に対し直接指令可能な駆動方式司令部とを備えることにより、駆動方式を任意に変更することが可能となる。たとえば、夜間等において騒音低減の必要な場合には、効率特性に関わらず低騒音駆動となる１８０度通電駆動方式を強制的に選択することで、騒音低減を第１に優先させるといったことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係るモータ制御装置の構成を示す図である。
【図２】１２０度通電駆動方式について説明するための図である。
【図３】１８０度通電駆動方式について説明するための図である。
【図４】ＩＰＭモータ（Ａ）の構造を説明するための断面図である。
【図５】ＩＰＭモータ（Ｂ）の構造を説明するための断面図である。
【図６】ＩＰＭモータ（Ａ）のモータ出力に対する効率特性を測定した実験の結果を示す図である。
【図７】ＩＰＭモータ（Ｂ）のモータ出力に対する効率特性を測定した実験の結果を示す図である。
【図８】ＩＰＭモータ（Ａ）および（Ｂ）のモータ出力に対するモータ効率特性についての実験結果を示す図である。
【図９】ＩＰＭモータ（Ａ）および（Ｂ）のモータ出力に対する回路効率特性についての実験結果を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態２によるモータ制御装置の構成を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態３によるモータ制御装置の構成を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態４によるモータ制御装置の構成を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態５によるモータ制御装置の構成を示す図である。
【図１４】本発明の実施の形態５によるモータ制御装置の他の構成例を示す図である。
【図１５】本発明の実施の形態５によるモータ制御装置の他の構成例を示す図である。
【図１６】ＩＰＭモータの構造の一例を示す図である。
【図１７】ＩＰＭモータにおけるトルクの変化を説明するための図である。
【図１８】参考文献２に記載されたモータ制御装置の構成を概略的に表わす図である。
【符号の説明】
１  ＩＰＭモータ、２  インバータ回路、３  コンバータ回路、４  ＡＣ電源、５  制御部、６  １２０度通電駆動部、７  １８０度通電駆動部、８  回転数算出部、９  駆動方式選択部、１０  回転数−効率テーブル部、１１  ＰＷＭ作成／各相分配部、１２  目標回転数格納部、１３  負荷トルク算出部、１４  モータ出力算出部、１７  電流検出部、１８  誘起電圧検出部、１９  通電幅選択部、２０  モータ出力−効率テーブル部、２１  通電幅対応駆動部、２２  駆動方式指令部、２３  駆動指令部。
【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】
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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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