(57)【要約】【課題】回転位置θの三角関数を用いた軸変換を行う必要がなく、演算負荷を大幅に低減することができるとともに電流制御と同等の精度および応答性が得られる制御装置１を提供することにある。【解決手段】制御装置１によれば、電流センサ３が、Ｕ相、Ｗ相の相電流を検出し、これらの相電流に応じた電流検出信号Ｉｕ、Ｉｗを出力する。そして、ＥＣＵ５が、電流検出信号Ｉｕ、Ｉｗを用いて電流量としての電流ベクトルの大きさＩαβを算出するとともに、電流ベクトルの大きさＩαβを用いて電圧特性としての電圧振幅ＶＡおよび電圧位相Ｖθを算出する。電流ベクトルの大きさＩαβは、相電流のみを変数とする関数なので、回転位置θの三角関数を用いた軸変換を行う必要がない。この結果、制御装置１の演算負荷を大幅に低減することができる。【選択図】図１
2006033976.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータに設けられた複数相の電機子コイルへ通電させ、界磁極を有するロータを回転させる同期モータの制御装置において、
前記電機子コイルに通電される相電流を検出し、この相電流に応じた電流検出信号を出力する電流検出手段と、
前記相電流を互いに直交する２つの静止軸上に変換することにより得られる電流ベクトルの大きさを、前記電流検出信号を用いて算出するとともに、前記電流ベクトルの大きさを前記相電流の大きさを示す電流量とする電流量演算手段と、
前記電流ベクトルの大きさを用いて、前記電機子コイルへの印加電圧の特性を示す電圧特性を算出する電圧特性演算手段と
を備えた同期モータの制御装置。
【請求項２】
ステータに設けられた複数相の電機子コイルへ通電させ、界磁極を有するロータを回転させる同期モータの制御装置において、
前記電機子コイルに通電される相電流を検出し、この相電流に応じた電流検出信号を出力する電流検出手段と、
複数相の相電流の中で絶対値が最大である最大相電流の大きさを、前記電流検出信号を用いて算出するとともに、前記最大相電流の大きさを前記相電流の大きさを示す電流量とする電流量演算手段と、
前記最大相電流の大きさを用いて、前記電機子コイルへの印加電圧の特性を示す電圧特性を算出する電圧特性演算手段と
を備えた同期モータの制御装置。
【請求項３】
ステータに設けられた複数相の電機子コイルへ通電させ、界磁極を有するロータを回転させる同期モータの制御装置において、
前記電機子コイルに通電される相電流を検出し、この相電流に応じた電流検出信号を出力する電流検出手段と、
所定周期における複数相の相電流の絶対値の最大値を、前記電流検出信号を用いて算出するとともに、前記所定周期の次の周期で、前記所定周期における最大値を、前記相電流の大きさを示す電流量とする電流量演算手段と、
前記所定周期における最大値を用いて、前記電機子コイルへの印加電圧の特性を示す電圧特性を算出する電圧特性演算手段と
を備えた同期モータの制御装置。
【請求項４】
ステータに設けられた複数相の電機子コイルへ通電させ、界磁極を有するロータを回転させる同期モータの制御装置において、
電源から供給される電力を、前記電機子コイルに通電される相電流に変換するインバータと、
このインバータの母線に流れる母線電流を検出し、この母線電流に応じた電流検出信号を出力する電流検出手段と、
前記電流検出信号を用いて計測された前記母線電流の大きさを、前記相電流の大きさを示す電流量とする電流量演算手段と、
前記母線電流の大きさを用いて、前記電機子コイルへの印加電圧の特性を示す電圧特性を算出する電圧特性演算手段と
を備えた同期モータの制御装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４に記載の同期モータの制御装置において、
前記電圧特性演算手段は、前記電圧特性と前記電流量との相関を示す電圧特性情報を記憶する電圧特性情報記憶手段を有し、前記電流量と前記電圧特性情報とを用いて前記電圧特性を算出することを特徴とする同期モータの制御装置。
【請求項６】
請求項５に記載の同期モータの制御装置において、
前記電圧特性は、前記印加電圧の振幅および前記印加電圧の位相であることを特徴とする同期モータの制御装置。
【請求項７】
請求項５に記載の同期モータの制御装置において、
前記電圧特性は、前記複数相の電機子コイルに印加される印加電圧を互いに直交する２つの静止軸上に変換することにより得られるα軸電圧およびβ軸電圧であることを特徴とする同期モータの制御装置。
【請求項８】
請求項１ないし請求項４に記載の同期モータの制御装置において、
前記電圧特性演算手段は、前記電流検出信号を用いて前記印加電圧と前記相電流との位相差を算出する位相差演算手段と、前記位相差と前記電流量との相関を示す位相差情報を記憶する位相差情報記憶手段とを有し、前記位相差演算手段により算出された位相差と、前記電流量および前記位相差情報を用いて算出した位相差との差が所定値になるように電圧特性を調節することを特徴とする同期モータの制御装置。
【請求項９】
請求項８に記載の同期モータの制御装置において、
前記位相差演算手段は、所定の正弦関数を前記相電流の所定範囲に対応する期間で定積分し、この定積分で得られた積分値に応じて前記位相差を算出することを特徴とする同期モータの制御装置。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項４に記載の同期モータの制御装置において、
前記同期モータの温度または前記同期モータの周囲温度を検出し、前記同期モータの温度または前記同期モータの周囲温度に応じた温度検出信号を出力する温度検出手段を備え、
前記電流量演算手段は、前記温度検出信号を用いて電流量を補正することを特徴とする同期モータの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同期モータの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
〔従来の技術〕
同期モータは、ステータに設けられた複数相（例えば、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相）の電機子コイルへ通電させ、永久磁石等の界磁極を有するロータを回転させトルクを得るものである。このため、同期モータを最適に駆動制御するには、ロータの回転位置（以下、単に回転位置と呼ぶ）に関する情報が必要不可欠となっている。そこで、従来の同期モータには、回転位置を検出するための専用の位置センサが装着されていた。
【０００３】
ところで、位置センサを装着すると、同期モータの体格が大きくなるとともにコストも高くなる。さらに、位置センサ自体の使用環境に制限があるので、同期モータの用途が限定されてしまう。そこで、位置センサを用いずに、電機子コイルへ通電される相電流や相電圧等に関する情報から回転位置を算出し、この算出された回転位置を用いて同期モータを駆動制御する技術が公知になっている。
【０００４】
このように位置センサを用いずに駆動制御される同期モータの制御装置（以下、単に制御装置と呼ぶ）は、例えば、電機子コイルに通電される相電流を検出し、この相電流に応じた電流検出信号を出力する電流検出器と、電流検出信号を用いて、相電流の大きさを示す電流量を算出する電流量演算器と、電流検出信号を用いて回転位置を算出する位置推定器と、電流量演算器により算出された電流量、および位置推定器により算出された回転位置を用いて、電機子コイルへの印加電圧の特性を示す電圧特性を算出する電圧特性演算器とを備える。
【０００５】
そして、電圧特性演算器は、上位機器（図示せず）からの要求に応じて算出されたロータの回転速度（以下、単に回転速度と呼ぶ）、位置推定器で算出された回転位置などを用いて、電流量演算器で算出された電流量（電流量の計測値）が目標値と略一致するように、印加電圧の振幅、位相などを算出する。つまり、電圧特性演算器は、電流量の計測値が電流量の目標値に略一致するように電圧特性を操作する「電流制御」を行う。
【０００６】
そして、印加電圧の振幅および位相に応じた指令信号がパルス合成器で合成されインバータに出力され、この指令信号に応じて、インバータの各トランジスタが作動状況を変える。これにより、相電流が調節され、同期モータは上位機器からの要求に応じた回転速度に制御される。
【０００７】
ところで、電流制御により同期モータを駆動制御する制御装置を用いた場合、電流制御のゲイン調整を確実に行わないと、同期モータの駆動が不安定になる場合がある。このため、電流制御を行う制御装置では、ゲイン調整作業が極めて煩雑になる。また、電流制御の演算負荷は極めて大きいため、処理能力の高いマイクロコンピュータが必要となり、さらに高精度の電流検出器が必要となる。
【０００８】
そこで、電流制御を行わずに、電流量としてｑ軸電流の大きさを算出し、このｑ軸電流の大きさや回転速度を用いて電圧特性を算出させる制御装置が公知である（例えば、特許文献１参照）。この制御装置は、電流制御を行う制御装置よりも構成が単純化され、かつゲイン調整を行う部分が削減されている。
【０００９】
〔従来技術の不具合〕
しかし、電流量としてｑ軸電流の大きさを用いると、回転位置の三角関数を用いた軸変換を行う必要があり、演算負荷の低減が不充分である。
【特許文献１】特開２００２−２７２１９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、回転位置の三角関数を用いた軸変換を行う必要がなく、演算負荷を大幅に低減することができるとともに電流制御と同等の精度および応答性が得られる制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
〔請求項１の手段〕
請求項１に記載の制御装置は、電機子コイルに通電される相電流を検出し、相電流に応じた電流検出信号を出力する電流検出手段と、相電流を互いに直交する２つの静止軸上に変換することにより得られる電流ベクトルの大きさを、電流検出信号を用いて算出するとともに、電流ベクトルの大きさを相電流の大きさを示す電流量とする電流量演算手段と、電流ベクトルの大きさを用いて、電機子コイルへの印加電圧の特性を示す電圧特性を算出する電圧特性演算手段とを備える。
電流ベクトルの大きさは、相電流のみを変数とする関数である。そして、この手段によれば、相電流が電流検出手段により直接的に検出される。このため、電流量である電流ベクトルの大きさを求める際に、回転位置の三角関数を用いた軸変換を行う必要がない。この結果、制御装置の演算負荷を大幅に低減することができる。
【００１２】
〔請求項２の手段〕
請求項２に記載の制御装置は、電機子コイルに通電される相電流を検出し、相電流に応じた電流検出信号を出力する電流検出手段と、複数相の相電流の中で絶対値が最大である最大相電流の大きさを、電流検出信号を用いて算出するとともに、最大相電流の大きさを相電流の大きさを示す電流量とする電流量演算手段と、最大相電流の大きさを用いて、電機子コイルへの印加電圧の特性を示す電圧特性を算出する電圧特性演算手段とを備える。
この手段によれば、相電流が電流検出手段により直接的に検出される。このため、電流量である最大相電流の大きさを求める際に、回転位置の三角関数を用いた軸変換を行う必要がない。この結果、制御装置の演算負荷を大幅に低減することができる。
【００１３】
〔請求項３の手段〕
請求項３に記載の制御装置は、電機子コイルに通電される相電流を検出し、相電流に応じた電流検出信号を出力する電流検出手段と、所定周期における複数相の相電流の絶対値の最大値を、電流検出信号を用いて算出するとともに、所定周期の次の周期で、所定周期の最大値を相電流の大きさを示す電流量とする電流量演算手段と、所定周期における最大値を用いて、電機子コイルへの印加電圧の特性を示す電圧特性を算出する電圧特性演算手段とを備える。
この手段によれば、相電流が電流検出手段により直接的に検出される。このため、電流量として、所定周期における複数相の相電流の絶対値の最大値を求める際に、回転位置の三角関数を用いた軸変換を行う必要がない。この結果、制御装置の演算負荷を大幅に低減することができる。
【００１４】
〔請求項４の手段〕
請求項４に記載の制御装置は、電源から供給される電力を、電機子コイルに通電される相電流に変換するインバータと、インバータの母線に流れる母線電流を検出し、母線電流に応じた電流検出信号を出力する電流検出手段と、電流検出信号を用いて計測された母線電流の大きさを、相電流の大きさを示す電流量とする電流量演算手段と、母線電流の大きさを用いて、電機子コイルへの印加電圧の特性を示す電圧特性を算出する電圧特性演算手段とを備える。
この手段によれば、インバータの母線電流の大きさは、電流検出手段により直接的に検出される。このため、電流量である母線電流の大きさを求める際に、回転位置の三角関数を用いた軸変換を行う必要がない。この結果、制御装置の演算負荷を大幅に低減することができる。
【００１５】
〔請求項５の手段〕
請求項５に記載の制御装置の電圧特性演算手段は、電圧特性と電流量との相関を示す電圧特性情報を記憶する電圧特性情報記憶手段を有し、電流量と電圧特性情報とを用いて電圧特性を算出する。
【００１６】
〔請求項６の手段〕
請求項６に記載の制御装置の電圧特性は、印加電圧の振幅および印加電圧の位相である。
【００１７】
〔請求項７の手段〕
請求項７に記載の制御装置の電圧特性は、複数相の電機子コイルに印加される印加電圧を互いに直交する２つの静止軸上に変換することにより得られるα軸電圧およびβ軸電圧である。
【００１８】
〔請求項８の手段〕
請求項８に記載の制御装置の電圧特性演算手段は、電流検出信号を用いて印加電圧と相電流との位相差を算出する位相差演算手段と、位相差と電流量との相関を示す位相差情報を記憶する位相差情報記憶手段とを有し、位相差演算手段により算出された位相差と、電流量および位相差情報を用いて算出した位相差との差が所定値になるように電圧特性を調節する。
電圧特性を調節すると位相差を操作することができる。また、モータ効率は位相差が所定値のときに最大値になる。よって、位相差演算手段により算出された位相差と、電流量と位相差情報とを用いて算出した位相差との差が所定値になるように電圧特性を調節することにより、高いモータ効率で同期モータを駆動制御することができる。
【００１９】
〔請求項９の手段〕
請求項９に記載の制御装置の位相差演算手段は、所定の正弦関数を相電流の所定範囲に対応する期間で定積分し、この定積分で得られた積分値に応じて位相差を算出する。
相電流の所定範囲の境界値として相電流の大きさ等の影響を受けない値を選択すれば、相電流の検出に対するノイズ混入、ゲイン誤差等の影響に関わりなく、上記の積分値を正確に算出することができる。このため、相電流の検出に対するノイズ混入、ゲイン誤差等の影響を受けることなく、電流検出信号を用いて位相差を算出することができる。
【００２０】
〔請求項１０の手段〕
請求項１０に記載の制御装置は、同期モータの温度または同期モータの周囲温度を検出し、同期モータの温度または同期モータの周囲温度に応じた温度検出信号を出力する温度検出手段を備え、電流量演算手段は、温度検出信号を用いて電流量を補正する。
界磁極により生成される磁束は、同期モータの温度に応じて変動する。このため、相電流の大きさは、回転速度や電圧特性等が同じであっても同期モータの温度に応じて変動する。そこで、同期モータの温度を用いて電流量を補正することにより、電流量に対する同期モータの温度の影響を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
最良の形態１は、ステータに設けられた複数相の電機子コイルへ通電させ、界磁極を有するロータを回転させる同期モータの制御装置において、電機子コイルに通電される相電流を検出し、相電流に応じた電流検出信号を出力する電流検出手段と、相電流を互いに直交する２つの静止軸上に変換することにより得られる電流ベクトルの大きさを、電流検出信号を用いて算出するとともに、電流ベクトルの大きさを相電流の大きさを示す電流量とする電流量演算手段と、電流ベクトルの大きさを用いて、電機子コイルへの印加電圧の特性を示す電圧特性を算出する電圧特性演算手段とを備える。
【００２２】
電圧特性演算手段は、電圧特性と電流量との相関を示す電圧特性情報を記憶する電圧特性情報記憶手段を有し、電流量と電圧特性情報とを用いて電圧特性を算出する。また、電圧特性は、印加電圧の振幅および印加電圧の位相である。
【００２３】
最良の形態２の電圧特性は、複数相の電機子コイルに印加される印加電圧を互いに直交する２つの静止軸上に変換することにより得られるα軸電圧およびβ軸電圧である。
【００２４】
最良の形態３の電圧特性演算手段は、電流検出信号を用いて印加電圧と相電流との位相差を算出する位相差演算手段と、位相差と電流量との相関を示す位相差情報を記憶する位相差情報記憶手段とを有し、位相差演算手段により算出された位相差と、電流量および位相差情報を用いて算出した位相差との差が所定値になるように電圧特性を調節する。
【００２５】
最良の形態４の位相差演算手段は、所定の正弦関数を相電流の所定範囲に対応する期間で定積分し、この定積分で得られた積分値に応じて位相差を算出する。
【００２６】
最良の形態５は、ステータに設けられた複数相の電機子コイルへ通電させ、界磁極を有するロータを回転させる同期モータの制御装置において、電機子コイルに通電される相電流を検出し、相電流に応じた電流検出信号を出力する電流検出手段と、複数相の相電流の中で絶対値が最大である最大相電流の大きさを、電流検出信号を用いて算出するとともに、最大相電流の大きさを相電流の大きさを示す電流量とする電流量演算手段と、最大相電流の大きさを用いて、電機子コイルへの印加電圧の特性を示す電圧特性を算出する電圧特性演算手段とを備える。
【００２７】
最良の形態６は、ステータに設けられた複数相の電機子コイルへ通電させ、界磁極を有するロータを回転させる同期モータの制御装置において、電機子コイルに通電される相電流を検出し、相電流に応じた電流検出信号を出力する電流検出手段と、所定周期における複数相の相電流の絶対値の最大値を、電流検出信号を用いて算出するとともに、所定周期の次の周期で、所定周期における最大値を、相電流の大きさを示す電流量とする電流量演算手段と、所定周期における最大値を用いて、電機子コイルへの印加電圧の特性を示す電圧特性を算出する電圧特性演算手段とを備える。
【００２８】
最良の形態７は、ステータに設けられた複数相の電機子コイルへ通電させ、界磁極を有するロータを回転させる同期モータの制御装置において、電源から供給される電力を、複数相の電機子コイルに通電される相電流に変換するインバータと、インバータの母線に流れる母線電流を検出し、母線電流に応じた電流検出信号を出力する電流検出手段と、電流検出信号を用いて計測された母線電流の大きさを、相電流の大きさを示す電流量とする電流量演算手段と、母線電流の大きさを用いて、電機子コイルへの印加電圧の特性を示す電圧特性を算出する電圧特性演算手段とを備える。
【００２９】
最良の形態８の制御装置は、同期モータの温度または同期モータの周囲温度を検出し、同期モータの温度または同期モータの周囲温度に応じた温度検出信号を出力する温度検出手段を備え、電流量演算手段は、温度検出信号を用いて電流量を補正する。
【実施例１】
【００３０】
〔実施例１の構成〕
実施例１の制御装置１の構成を図１ないし図３を用いて説明する。
制御装置１は、同期モータ２を駆動制御する装置である。同期モータ２は、ステータ（図示せず）に設けられたＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相の電機子コイル（図示せず）へ交流電流を通電させ、永久磁石等の界磁極（図示せず）を有するロータ（図示せず）を回転させトルクを得るものである。
【００３１】
制御装置１は、図１に示すように、電機子コイルに通電される交流電流（以下、相電流と呼ぶ）を検出する周知の電流センサ３と、電源から供給される電力を相電流に変換するインバータ４と（図１１参照）、インバータ４を作動させるための指令信号を出力する電子制御装置（ＥＣＵ）５とから構成されている。
【００３２】
電流センサ３は、Ｕ相およびＷ相の相電流を検出し、相電流に応じた電流検出信号Ｉｕ、Ｉｗを出力する電流検出手段である。
【００３３】
インバータ４は、少なくとも６個のスイッチング素子を有する。各々のスイッチング素子は、ＥＣＵ５から出力される指令信号に応じて作動状況を変える。これにより、位相が互いに異なる３相の相電流が、電機子コイルへ通電される。
【００３４】
ＥＣＵ５は、ＣＰＵ、記憶装置、出力装置および入力装置を有する周知構造のマイクロコンピュータである。そして、ＥＣＵ５は、電流センサ３から出力される電流検出信号Ｉｕ、Ｉｗなどを用いて、電機子コイルに印加される電圧の特性を示す電圧特性を算出するとともに、この電圧特性に基づいて、インバータ４へ出力される指令信号を合成する。
【００３５】
また、ＥＣＵ５は、電流検出信号Ｉｕ、Ｉｗを用いて、相電流の大きさを示す電流量を算出する電流量演算手段としての電流量演算器７、電流量を用いて、電機子コイルへの印加電圧の特性を示す電圧特性を算出する電圧特性演算手段としての電圧特性演算器８、電圧特性に基づいてインバータ４へ出力されるパルス状の指令信号を合成するパルス合成器９、上位機器（図示せず）からの要求に応じて、ロータの回転速度ωを算出する速度演算器１０の機能を備える。
【００３６】
電流量演算器７は、図２に示すように、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相の相電流を、互いに直交する２つの静止軸上に変換することにより得られる電流ベクトルの大きさＩαβを電流量として算出する。すなわち、互いに直交する２つの静止軸をα軸およびβ軸とし、α軸電流の大きさをＩα、β軸電流の大きさをＩβとすると、電流ベクトルの大きさＩαβは数式１により算出される。
【数１】
2006033976.tif 000003
【００３７】
電圧特性演算器８は、電流検出信号Ｉｕ、Ｉｗを用いて回転位置θを算出する位置推定器１２、電圧特性と電流量との相関を示す電圧特性情報を記憶する電圧特性情報記憶手段としての電圧特性情報格納器１３、電圧特性情報、電流量、回転位置θおよび回転速度ωを用いて電機子コイルに印加される電圧の振幅（以下、電圧振幅と呼ぶ）ＶＡを算出する電圧振幅演算器１４、電圧特性情報、電流量、回転位置θおよび回転速度ωを用いて電機子コイルに印加される電圧の位相（以下、電圧位相と呼ぶ）Ｖθを算出する電圧位相演算器１５の機能を備える。このように、実施例１の電圧特性は、電圧振幅ＶＡおよび電圧位相Ｖθである。
【００３８】
電圧特性情報格納器１３は、電圧特性情報として、電圧振幅ＶＡと回転速度ωおよび電流ベクトルの大きさＩαβとの相関を示す電圧振幅マップ（図３（ａ）参照）、電圧位相Ｖθと回転速度ωおよび電流ベクトルの大きさＩαβとの相関を示す電圧位相マップ（図３（ｂ）参照）を記憶している。なお、電圧振幅マップおよび電圧位相マップに示される相関は、相電流の位相（以下、電流位相と呼ぶ）が所定値であるときの相関である。
【００３９】
電圧振幅演算器１４は、電圧振幅マップに電流ベクトルの大きさＩαβおよび回転速度ωを当てはめることにより、電流位相が所定値であるときの電圧振幅ＶＡを算出する。そして、電圧振幅演算器１４は、電流位相が所定値であるときの電圧振幅ＶＡを回転位置θで補正する。これにより、実際の電流位相に応じた電圧振幅ＶＡが算出され、この電圧振幅ＶＡが、電圧振幅演算器１４からの出力値とされる。
【００４０】
電圧位相演算器１５は、電圧位相マップに電流ベクトルの大きさＩαβおよび回転速度ωを当てはめることにより、電流位相が所定値であるときの電圧位相Ｖθを算出する。そして、電圧位相演算器１５は、電流位相が所定値であるときの電圧位相Ｖθを回転位置θで補正する。これにより、実際の電流位相に応じた電圧位相Ｖθが算出され、この電圧位相Ｖθが、電圧位相演算器１５からの出力値とされる。
【００４１】
〔実施例１の作用〕
実施例１の制御装置１の作用を、図１を用いて説明する。
まず、電流センサ３で、Ｕ相、Ｗ相の相電流が検出され、電流検出信号Ｉｕ、Ｉｗが出力される。電流検出信号Ｉｕ、Ｉｗは、ＥＣＵ５に入力され、電流量演算器７での電流ベクトルの大きさＩαβの算出、および位置推定器１２での回転位置θの算出に用いられる。また、速度演算器１０では、上位機器から要求に応じて回転速度ωが算出される。
【００４２】
電流ベクトルの大きさＩαβは、回転位置θおよび回転速度ωとともに、電圧振幅演算器１４での電圧振幅ＶＡおよび電圧位相演算器１５での電圧位相Ｖθの算出に用いられる。すなわち、電圧振幅演算器１４では、電圧振幅マップに電流ベクトルの大きさＩαβおよび回転速度ωが当てはめられて電圧振幅ＶＡが算出されるとともに、この電圧振幅ＶＡが回転位置θで補正される。また、電圧位相演算器１５では、電圧位相マップに電流ベクトルの大きさＩαβおよび回転速度ωが当てはめられて電圧位相Ｖθが算出されるとともに、この電圧位相Ｖθが回転位置θで補正される。
【００４３】
そして、補正された電圧振幅ＶＡおよび補正された電圧位相Ｖθに応じて、パルス合成器９で指令信号が合成されインバータ４に出力される。そして、この指令信号に応じて、インバータ４の各トランジスタが作動状況を変える。これにより、各相電流が調節され、同期モータ２は上位機器からの要求に応じて最適に駆動制御される。
【００４４】
〔実施例１の効果〕
実施例１の制御装置１によれば、電流センサ３が、Ｕ相、Ｗ相の相電流を検出し、これらの相電流に応じた電流検出信号Ｉｕ、Ｉｗを出力する。そして、ＥＣＵ５が、電流検出信号Ｉｕ、Ｉｗを用いて電流量としての電流ベクトルの大きさＩαβを算出するとともに、電流ベクトルの大きさＩαβを用いて電圧特性としての電圧振幅ＶＡおよび電圧位相Ｖθを算出する。
電流ベクトルの大きさＩαβは、相電流のみを変数とする関数である。そして、制御装置１によれば、Ｕ相、Ｗ相の相電流が電流センサ３により直接的に検出される。このため、電流量である電流ベクトルの大きさＩαβを求める際に、回転位置θの三角関数を用いた軸変換を行う必要がない。この結果、制御装置１の演算負荷を大幅に低減することができる。
【実施例２】
【００４５】
〔実施例２の構成〕
実施例２の制御装置１の構成を、図４を用いて説明する。なお、実施例１と共通する部分は、同一の符号を用いるとともに説明を省略する。
実施例２の電圧特性は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の電機子コイルに印加される印加電圧を互いに直交する２つの静止軸上に変換することにより得られるα軸電圧Ｖαおよびβ軸電圧Ｖβである。
【００４６】
すなわち、電圧特性演算器８は、電圧振幅演算器１４および電圧位相演算器１５にかわり、α軸電圧演算器１７およびβ軸電圧演算器１８としての機能を備え、電圧特性情報格納器１３は、電圧特性情報として、α軸電圧Ｖαと回転速度ωおよび電流ベクトルの大きさＩαβとの相関を示すα軸電圧マップ（図示せず）、β軸電圧Ｖβと回転速度ωおよび電流ベクトルの大きさＩαβとの相関を示すβ軸電圧マップ（図示せず）を記憶している。
【００４７】
〔実施例２の作用〕
実施例２の制御装置１の作用を、図４を用いて説明する。
実施例２の制御装置１では、α軸電圧演算器１７でα軸電圧マップに電流ベクトルの大きさＩαβおよび回転速度ωが当てはめられてα軸電圧Ｖαが算出されるとともに、このα軸電圧Ｖαが回転位置θで補正される。また、β軸電圧演算器１８では、β軸電圧マップに電流ベクトルの大きさＩαβおよび回転速度ωが当てはめられてβ軸電圧Ｖβが算出されるとともに、このβ軸電圧Ｖβが回転位置θで補正される。そして、補正されたα軸電圧Ｖαおよび補正されたβ軸電圧Ｖβに応じて、パルス合成器９で指令信号が合成されインバータ４に出力される。
【実施例３】
【００４８】
〔実施例３の構成〕
実施例３の制御装置１の構成を、図５を用いて説明する。なお、実施例１と共通する部分は、同一の符号を用いるとともに説明を省略する。
【００４９】
実施例３の位置推定器１２は、電圧位相Ｖθと電流位相との位相差を算出する位相差演算器２０、位相差と電流量との相関を示す位相差情報を記憶する位相差情報格納器２１、電流量と位相差情報とを用いて目標位相差を算出する目標位相差演算器２２の機能を有する。そして、位置推定器１２は、位相差演算器２０により算出された位相差と、目標位相差演算器２２により算出された位相差との差εを算出する。
【００５０】
位相差演算器２０は、電流検出信号Ｉｕ、Ｉｗを用いて電圧位相Ｖθと電流位相との位相差を算出する位相差演算手段である。すなわち、位相差演算器２０は、電流検出信号Ｉｕ、Ｉｗを用いて位相差を算出する。
【００５１】
位相差情報格納器２１は、位相差情報を記憶する位相差情報記憶手段である。位相差情報は、図６に示すように位相差と電流量としての電流ベクトルの大きさＩαβおよび回転速度ωとの相関を示す位相差マップである。
【００５２】
目標位相差演算器２２は、位相差マップに電流ベクトルの大きさＩαβおよび回転速度ωを当てはめることにより目標位相差を算出する。
【００５３】
電圧振幅演算器１４は、電圧特性情報、電流ベクトルの大きさＩαβおよび回転速度ωを用いて電圧振幅ＶＡを算出し、さらに差εが所定値になるように電圧振幅ＶＡを調節する。電圧位相演算器１５は、電圧特性情報、電流ベクトルの大きさＩαβおよび回転速度ωを用いて電圧位相Ｖθを算出し、さらに差εが所定値になるように電圧位相Ｖθを調節する。そして、調節された電圧振幅ＶＡおよび調節された電圧位相Ｖθに基づいて指令信号が合成され出力される。
【００５４】
〔実施例３の作用〕
実施例３の制御装置１の作用を、図５を用いて説明する。
実施例３の位置推定器１２では、位相差演算器２０で、電流検出信号Ｉｕ、Ｉｗを用いて位相差が算出される。また、目標位相差演算器２２で、電流ベクトルの大きさＩαβおよび回転速度ωを位相差マップに当てはめることにより目標位相差が算出される。そして、位相差演算器２０により算出された位相差と、目標位相差演算器２２により算出された位相差とを用いて、差εが算出される。
【００５５】
そして、電圧振幅演算器１４で、電圧特性情報、電流ベクトルの大きさＩαβおよび回転速度ωを用いて電圧振幅ＶＡが算出され、さらに差εが所定値になるように電圧振幅ＶＡが調節される。また、電圧位相演算器１５で、電圧特性情報、電流ベクトルの大きさＩαβおよび回転速度ωを用いて電圧位相Ｖθが算出され、さらに差εが所定値になるように電圧位相Ｖθが調節される。
【００５６】
〔実施例３の効果〕
実施例３の制御装置１は、位置推定器１２で位相差と目標位相差との差εを算出し、差εが所定値になるように電圧振幅ＶＡおよび電圧位相Ｖθを調節する。
位相差と電圧振幅ＶＡとは、図７（ａ）に示すような相関を有し、位相差と電圧位相Ｖθとは、図７（ｂ）に示すような相関を有する。また、モータ効率は、図７（ｃ）に示すように、位相差が値ｃのときに最大値になる。よって、差εが所定値になるように電圧振幅ＶＡおよび電圧位相Ｖθを調節すれば、高いモータ効率で同期モータ２を駆動制御することができる。
【実施例４】
【００５７】
〔実施例４の構成〕
実施例４の制御装置１の構成を、図５および図８を用いて説明する。なお、実施例３と共通する部分は、同一の符号を用いるとともに説明を省略する。
【００５８】
実施例４の制御装置１の位相差演算器２０は、図８に示すように、例えば、印加電圧をその振幅値や波高値で規格化した正弦関数（以下、基本関数と呼ぶ）を相電流の所定範囲に対応する期間で定積分し、この定積分で得られた積分値に応じて位相差を算出する。ここで、相電流の所定範囲とは、例えば、相電流が負の値から正の値に反転するゼロクロス時ｔａから、相電流が正の値から負の値に反転するゼロクロス時ｔｂまでの期間である。
【００５９】
これによれば、図８（ａ）に示すように、基本関数が正の値になる範囲と相電流が正の値になる範囲とが一致するとき、基本関数の積分値（基本関数積分値）は最大値Ｓになる。そして、基本関数積分値が最大値Ｓになるときの位相差を０°とすると、位相差が９０°のときに基本関数積分値は０となる（図８（ｃ）参照）。また、位相差が０°から９０°の間にあるとき、基本関数積分値は最大値Ｓよりも小さい正の値となる（図８（ｂ）参照）。
【００６０】
〔実施例４の作用〕
実施例４の制御装置１の作用を、図５および図８に基づいて説明する。
実施例４の位相差演算器２０は、例えば、電流検出信号Ｉｕを用いて、時間ｔがＵ相の相電流のゼロクロス時ｔａおよびゼロクロス時ｔｂを経過したか否かを判定する。そして、ゼロクロス時ｔａを経過したら基本関数積分値の算出を開始し、ゼロクロス時ｔｂを経過したら基本関数積分値の算出を終了する。そして、位置推定器１２は、算出された基本関数積分値に応じた位相差を用いて、差εを算出する。
【００６１】
〔実施例４の効果〕
実施例４の制御装置１の位相差演算器２０は、基本関数をゼロクロス時ｔａからゼロクロス時ｔｂで定積分し、この定積分で得られた基本関数積分値に応じて位相差を算出する。
ゼロクロス時ｔａ、ｔｂにおける相電流の大きさは０である。これにより、ゼロクロス時ｔａ、ｔｂでの相電流の検出は、ノイズ混入、ゲイン誤差等の影響を受けない。このため、基本関数積分値は、相電流の検出に対するノイズ混入、ゲイン誤差等の影響を受けることなく正確に算出される。この結果、電流検出信号を用いて位相差を正確に算出することができる。
【実施例５】
【００６２】
実施例５の制御装置１では、図１に示す電流量演算器７が、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の相電流の中で絶対値が最大である最大相電流の大きさ（以下、単に最大相電流と呼ぶ）Ｉｍａｘを、電流検出信号Ｉｕ、Ｉｗを用いて算出する。そして、電流ベクトルの大きさＩαβのかわりに、最大相電流Ｉｍａｘを電流量とする。すなわち、図９に示すように、同一時間においてＵ相、Ｖ相、Ｗ相の相電流の中で絶対値が最大である相電流の大きさを最大相電流Ｉｍａｘとする。そして、電圧振幅演算器１４は最大相電流Ｉｍａｘを用いて電圧振幅ＶＡを算出し、電圧位相演算器１５は最大相電流Ｉｍａｘを用いて電圧位相Ｖθを算出する。
【００６３】
実施例５の制御装置１によれば、最大相電流Ｉｍａｘは、相電流のみを変数として算出することができる。このため、最大相電流Ｉｍａｘを電流量として求める際に、回転位置θの三角関数を用いた軸変換を行う必要がない。この結果、制御装置１の演算負荷を大幅に低減することができる。
【実施例６】
【００６４】
実施例６の制御装置１では、図１に示す電流量演算器７が、電気角６０°周期におけるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の相電流の絶対値の最大値ｉｐｅａｋを、電流検出信号Ｉｕ、Ｉｗを用いて算出する。そして、電流ベクトルの大きさＩαβのかわりに、最大値ｉｐｅａｋを電流量とする。具体的には、図１０に示すように、所定の６０°周期における最大値ｉｐｅａｋを、次の６０°周期での電流量とする。すなわち、電圧振幅演算器１４は現在の６０°周期の前の６０°周期における最大値ｉｐｅａｋを用いて電圧振幅ＶＡを算出し、電圧位相演算器１５は現在の６０°周期の前の６０°周期における最大値ｉｐｅａｋを用いて電圧位相Ｖθを算出する。
【００６５】
実施例６の制御装置１によれば、６０°周期における最大値ｉｐｅａｋは、相電流のみを変数として算出することができる。このため、６０°周期における最大値ｉｐｅａｋを電流量として求める際に、回転位置θの三角関数を用いた軸変換を行う必要がない。この結果、制御装置１の演算負荷を大幅に低減することができる。
【実施例７】
【００６６】
実施例７の制御装置１は、図１１に示すように、電流検出手段として、インバータ４の母線に流れる母線電流を検出し、母線電流に応じた電流検出信号Ｉｍを出力するシャント抵抗２４を有する。なお、インバータ４は、６個のスイッチング素子２３を有する。そして、電流量演算器７が、電流検出信号Ｉｍを用いて母線電流を計測するとともに、この母線電流の大きさを電流量とする。そして、電圧特性演算器８は、母線電流の大きさを用いて電圧振幅ＶＡおよび電圧位相Ｖθを算出する。
【００６７】
実施例７の制御装置１によれば、母線電流の大きさは、電流検出信号Ｉｍのみを用いて直接的に算出することができる。このため、母線電流の大きさを電流量として求める際に、回転位置θの三角関数を用いた軸変換を行う必要がない。この結果、制御装置１の演算負荷を大幅に低減することができる。
【実施例８】
【００６８】
実施例８の制御装置１は、図１２に示すように、同期モータ２の温度を検出し、同期モータ２の温度に応じた温度検出信号を出力する温度検出手段としての温度センサ２６を備え、電流量演算器７は、温度検出信号を用いて電流量を補正する。
【００６９】
界磁極により生成される磁束は、図１３（ａ）に示すように、同期モータ２の温度の上昇に応じて低下する。このため、相電流の大きさは、回転速度ωや電圧特性等が同じであっても同期モータ２の温度に応じて変動する。例えば、図１３（ｂ）に示すように、相電流の振幅は、回転速度ωや電圧特性等が同じであっても、同期モータ２の温度の上昇に応じて上昇する。
【００７０】
そこで、温度検出信号を用いて電流量を補正することにより、電流量に対する同期モータ２の温度の影響を低減することができる。例えば、同期モータ２の温度の上昇に応じて小さくなる補正係数（図１３（ｃ）参照）を電流量に乗算することにより電流量に対する同期モータ２の温度の影響を低減することができる。この結果、図１３（ｄ）に示すように、回転速度ωや電圧特性等が同じであれば、同期モータ２の温度が上昇しても相電流の振幅を一定に保つことができる。
【００７１】
〔変形例〕
実施例の電圧特性情報は、電圧振幅マップ等のマップで記憶されていたが、テーブルデータや数式などで記憶されていてもよい。
実施例５および実施例６の制御装置１は、Ｕ相、Ｗ相の２相の相電流を検出することにより最大相電流Ｉｍａｘまたは最大値ｉｐｅａｋを求めたが、１相の相電流のみを検出することにより最大相電流Ｉｍａｘまたは最大値ｉｐｅａｋを求めることができる。
実施例８の制御装置１は、温度センサ２６が同期モータ２の温度を検出するように構成されているが、同期モータ２の周囲温度を検出するように構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】制御装置の構成図である（実施例１）。
【図２】Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のαβ軸への変換を示す説明図である（実施例１）。
【図３】（ａ）は、電圧振幅マップであり、（ｂ）は、電圧位相マップである（実施例１）。
【図４】制御装置の構成図である（実施例２）。
【図５】制御装置の構成図である（実施例３、実施例４）
【図６】位相差と電流ベクトルの大きさおよび回転速度との相関を示す位相差マップである（実施例３）。
【図７】（ａ）は、電圧振幅と位相差との相関図であり、（ｂ）は、電圧位相と位相差との相関図であり、（ｃ）は、位相差とモータ効率との相関図である（実施例３）。
【図８】（ａ）は、位相差が０°であるときの相電流と基本関数との関係を示す説明図であり、（ｂ）は、位相差が０°と９０°との間にあるときの相電流と基本関数との関係を示す説明図であり、（ｃ）は、位相差が９０°であるときの相電流と基本関数との関係を示す説明図である（実施例４）。
【図９】相電流および電流量の推移を示すトレンド図である（実施例５）。
【図１０】相電流および電流量の推移を示すトレンド図である（実施例６）。
【図１１】制御装置の要部構成図である（実施例７）。
【図１２】制御装置の要部構成図である（実施例８）。
【図１３】（ａ）は、同期モータの温度と磁束との相関図であり、（ｂ）は、電流量を補正しないときの同期モータの温度と相電流の振幅との相関図であり、（ｃ）は、同期モータの温度と補正係数との相関図であり、（ｄ）は、電流量を補正するときの同期モータの温度と補正係数との相関図である（実施例８）。
【符号の説明】
【００７３】
１  制御装置
２  同期モータ
３  電流センサ（電流検出手段）
４  インバータ
５  ＥＣＵ（電流量演算手段、電圧特性演算手段、電圧特性情報記憶手段、位相差演算手段、位相差情報記憶手段）
７  電流量演算器（電流量演算手段）
８  電圧特性演算器（電圧特性演算手段）
１３  電圧特性情報格納器（電圧特性情報記憶手段）
２０  位相差演算器（位相差演算手段）
２１  位相差情報格納器（位相差情報記憶手段）
２４  シャント抵抗（電流検出手段）
２６  温度センサ（温度検出手段）
Ｉｕ、Ｉｗ、Ｉｍ  電流検出信号
Ｉαβ  電流ベクトルの大きさ（電流量）
ＶＡ  電圧振幅（印加電圧の振幅、電圧特性）
Ｖθ  電圧位相（印加電圧の位相、電圧特性）
Ｖα  α軸電圧（電圧特性）
Ｖβ  β軸電圧（電圧特性）
ε  差
Ｉｍａｘ  最大相電流（最大相電流の大きさ、電流量）
ｉｐｅａｋ  最大値（電流量）
【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】
2006033976.tif 000012
【図１０】
2006033976.tif 000013
【図１１】
2006033976.tif 000014
【図１２】
2006033976.tif 000015
【図１３】
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