(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも電機子巻線のインダクタンス変化および電機子電流に伴って発生するリラクタンストルクを利用するモータの制御装置であって、
回転子の回転位相を検出する回転子位相検出手段と、
前記回転子位相検出手段で検出された回転位相より得られる前記モータの回転速度に関する値と、予め設定された回転速度設定基準値とを比較する比較手段と、
前記比較手段による比較結果に基づいて、制御モードを切り替え設定する制御モード切替手段と、
前記制御モード切替手段により切り替え設定された制御モードに基づいて所定時間毎に通電位相値を設定する通電位相設定手段と、
前記回転子位相検出手段で検出された回転位相と前記通電位相設定手段で設定された通電位相値から、前記モータにおける各駆動素子毎に通電信号を分配する通電分配手段とを有し、
前記比較手段により、前記モータの回転速度が前記回転速度設定基準値以下であると判定された場合は、前記制御モード切替手段は最大効率制御モードを選択して前記通電位相設定手段は前記モータのモータ効率が最大となる通電位相を設定し、前記比較手段により、前記モータの回転速度が前記回転速度設定基準値よりも大きいと判定された場合は、前記制御モード切替手段は最大トルク制御モードを選択して前記通電位相設定手段は前記モータの出力トルクが最大となる通電位相を設定することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
少なくとも電機子巻線のインダクタンス変化および電機子電流に伴って発生するリラクタンストルクを利用するモータの制御装置であって、
回転子の回転位相を検出する回転子位相検出手段と、
前記回転子位相検出手段で検出された回転位相より得られる前記モータの回転出力に関する値と、予め設定された回転出力に関する基準値とを比較する比較手段と、
前記比較手段による比較結果に基づいて、制御モードを切り替え設定する制御モード切替手段と、
前記制御モード切替手段により切り替え設定された制御モードに基づいて所定時間毎に通電位相値を設定する通電位相設定手段と、
前記回転子位相検出手段で検出された回転位相と前記通電位相設定手段で設定された通電位相値から、前記モータにおける各駆動素子毎に通電信号を分配する通電分配手段とを有し、
前記比較手段により、前記モータの回転出力に関する値が前記設定された基準値以下であると判定された場合は、前記制御モード切替手段は最大効率制御モードを選択して前記通電位相設定手段は前記モータのモータ効率が最大となる通電位相を設定し、前記比較手段により、前記モータの回転出力に関する値が前記設定された基準値よりも大きいと判定された場合は、前記制御モード切替手段は最大トルク制御モードを選択して前記通電位相設定手段は前記モータの出力トルクが最大となる通電位相を設定する構成とし、前記モータの回転出力に関する値は、前記モータに供給する印加電圧の通電率と前記モータに供給する印加電圧の最大値により一義的に導かれる補正通電率であり、前記予め設定された基準値は補正通電率設定基準値であって、前記補正通電率をσ、通電率をδとし、Vdc_nowおよびVdc_lastはそれぞれ印加電圧の最大値の現在値と前歴値、K1は比例定数、Pは微分演算子、KP1、KI1はそれぞれ比例ゲインおよび積分ゲインとすると、前記補正通電率σは下記の式
0004226236.tif 000023
で決定されるモータ制御装置。
【請求項３】
前記制御モード切替手段は、前記制御モードの切り替えの前後でヒステリシスを具備することにより、制御モードの切替えを安定して行う手段を有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】
前記最大効率制御モードでは、前記モータに供給する印加電圧の通電幅を基本通電幅に設定し、前記最大トルク制御モードでは、前記モータの回転速度または前記補正通電率の少なくともいずれかひとつに応じて、前記通電幅を変更する通電幅変更手段を有することを特徴とする請求項１〜３いずれか一項記載のモータ制御装置。
【請求項５】
前記通電幅変更手段は、前記通電幅の変更の前後でヒステリシスを具備することにより、通電幅の変更を安定して行う手段を有することを特徴とする請求項４記載のモータ制御装置。
【請求項６】
前記通電幅変更手段は、前記モータの回転速度または前記補正通電率の少なくともいずれかひとつに応じて設定される前記通電幅の下限値の範囲内において前記通電幅を変更することを特徴とする請求項４または５に記載のモータ制御装置。
【請求項７】
前記通電幅変更手段は、前記モータの回転速度または前記補正通電率の少なくともいずれかひとつに対して、前記モータの通電幅設定値を出力する通電幅保持手段をさらに有し、前記モータの回転速度または前記補正通電率の少なくともいずれかひとつに応じて前記通電幅保持手段から該当する通電幅を読み出すことを特徴とする請求項４〜６のいずれか一項記載のモータ制御装置。
【請求項８】
前記通電幅変更手段は、前記モータの回転速度または前記補正通電率の少なくともいずれかひとつに対して、前記モータの通電幅の変化特性を規定する値を保持した通電幅設定値保持手段と、前記通電幅設定値保持手段に保持した値に基づいて通電幅を線形補間する通電幅線形補間手段とをさらに有し、前記モータの回転速度または前記補正通電率の少なくともいずれかひとつに応じて前記通電幅設定値保持手段から該当する値を読み出し、前記通電幅線形補間手段により線形補間することを特徴とする請求項４〜６のいずれか一項記載のモータ制御装置。
【請求項９】
前記通電位相設定手段は、前記最大効率制御モードでは前記補正通電率が最小となるように前記補正通電率の前歴値およびその時の通電位相設定値と、前記補正通電率の現在値およびその時の通電位相設定値とをそれぞれ比較し、比較結果に基づいて、通電位相設定値を所定の通電位相変化量だけ増減させて新たな通電位相設定値を設定し、前記最大トルク制御モードでは前記補正通電率の現在値と前記補正通電率の基準値とを比較し、前記補正通電率の現在値が前記補正通電率の基準値以上ならば前記通電位相設定値を所定の通電位相変化量だけ増加させることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項記載のモータ制御装置。
【請求項１０】
前記通電位相設定手段は、前記補正通電率の前歴値と現在値との差分により、前記通電位相変化量を補償することを特徴とする請求項９記載のモータ制御装置。
【請求項１１】
前記通電位相設定手段は、前記モータの回転速度の前歴値と現在値との差分がある所定値以下の場合においてのみ前記通電位相を変更し、前記モータの回転速度の前歴値と現在値との差分がある所定値より大きい場合においては、あらかじめ前記モータの回転速度に応じて設定された通電位相を出力することを特徴とする請求項９または１０記載のモータ制御装置。
【請求項１２】
前記通電位相設定手段は、前記通電位相の変更の前後でヒステリシスを具備した通電位相変更手段を有することを特徴とする請求項９〜１１のいずれか一項記載のモータ制御装置。
【請求項１３】
前記通電位相設定手段は、前記モータの回転速度または前記補正通電率の少なくともいずれかひとつに応じて設定される前記通電位相の上限値と下限値の範囲内において前記通電位相設定値を所定の通電位相変化量だけ増減させることを特徴とする請求項９〜１２のいずれか一項記載のモータ制御装置。
【請求項１４】
前記通電位相設定手段は、前記モータに供給する印加電圧の通電幅もしくは前記補正通電率あるいは前記モータの回転速度の少なくともいずれかひとつに対して、モータ効率の最大値あるいはモータトルクの最大値を具現できる位相を保持した通電位相保持手段をさらに有し、前記モータに供給する印加電圧の通電幅もしくは前記補正通電率あるいは前記モータの回転速度の少なくともいずれかひとつに応じて、前記通電位相保持手段から該当する通電位相設定値を前記モータ効率あるいは前記モータトルクをほぼ最大にする位相として読み出すことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項記載のモータ制御装置。
【請求項１５】
前記通電位相設定手段は、前記モータに供給する印加電圧の通電幅もしくは前記補正通電率あるいは前記モータの回転速度の少なくともいずれかひとつに対して、モータ効率の最大値あるいはモータトルクの最大値を得ることができる位相の変化特性を規定する値を保持した通電位相設定値保持手段と、前記通電位相設定値保持手段に保持した値に基づいて通電位相を線形補間する通電位相線形補間手段とをさらに有し、前記モータに供給する印加電圧の通電幅もしくは前記補正通電率あるいは前記モータの回転速度の少なくともいずれかひとつに応じて、前記通電位相設定値保持手段から該当する値を読み出し、前記通電位相線形補間手段により線形補間し、前記モータ効率あるいは前記モータトルクを最大にする位相として設定することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項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】
本発明はモータ制御装置に関し、特に、電機子巻線のインダクタンス変化および電機子電流に伴なって発生するリラクタンストルクを利用するモータ、あるいはリラクタンストルクと永久磁石の磁束および電機子電流に伴なって発生するマグネットトルクとを併用して利用するモータを用いた、モータ制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電機子巻線のインダクタンス変化および電機子電流に伴なって発生するリラクタンストルクと、永久磁石の磁束および電機子電流に伴なって発生するマグネットトルクとを併用して利用する種類のブラシレスモータとしては、永久磁石をロータ内部に埋め込んだ埋め込み型磁石構造のモータ（以下、ＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）モータと称する）が一般的に用いられている。
【０００３】
このＩＰＭモータにおけるトルク発生原理については、例えば、文献「リラクタンストルク応用電動機の現状と動向（電気学会論文誌D,119巻10号,平成11年）」などに詳細に示されている。
【０００４】
図１５は、ＩＰＭモータにおける電機子コイルへ電流を流すタイミング、すなわち通電位相と、発生トルクの関係の一例を示す図である。図１５に示すように、マグネットトルクＴＭ は、進み通電位相β が0゜の時に最大となり、その波形は位相0゜の時の値をピークとするcosβ で表される。また、リラクタンストルクＴＲ は、進み通電位相β が45゜の時に最大となり、その波形は位相45゜の時の値をピークとするsin2β で表される。ここで、モータの出力トルクTは、マグネットトルクＴＭ とリラクタンストルクＴＲ の加算値となっており、式(１)のように表される。
【数１】
0004226236.tif 000002
(１)
【０００５】
上式において、ｎｐ は極対数、Λ０は永久磁石による電機子磁束鎖交数、Iは電機子電流、Ｌｄ ，Ｌｑ は電機子巻線のｄ軸およびｑ軸インダクタンスである。また、式(１)において、第一項はマグネットトルクＴＭ を、第二項はリラクタンストルクＴＲ を表している。
【０００６】
ここで、式(１)からも明らかなように、電機子電流の増減に伴なうマグネットトルクＴＭ およびリラクタンストルクＴＲ の変化は同じ割合にはならない。そのため、出力トルクTが最大となる進み通電位相β は、モータの回転速度あるいは負荷トルク等の運転条件によって変化する。すなわち、効率が最大となる通電位相β は、運転条件によって動的に変化する。
【０００７】
また、図１５におけるマイナストルク領域のように、出力トルクが極端に低くなってしまう通電位相の範囲が存在するため、通電位相によってはモータの脱調や極端な効率の低下が生じてしまう。
【０００８】
このようなＩＰＭモータにおいて、その効率を高めるための制御方法として、例えば図１６に示す特開２０００−２０９８８６号公報に記載のモータ制御装置が提案されている。図１６において、主回路は交流電源１６１と、交流電力を直流電力に変換するＡＣ−ＤＣコンバータ１６２と、スイッチング素子を直列に２個接続したものを３組並列に接続してなり、直流電力を交流電力に変換するインバータ２と、インバータ２により変換された交流電力により駆動するＩＰＭモータ１６３から構成されている。
【０００９】
一方、制御回路では、主回路に取り付けられたＣＴおよび電源電流検出手段１６４より検出される電源電流と、電源電流の前歴値およびその時の通電位相設定値と、電源電流の現在値およびその時の通電位相設定値との比較が行なわれ、比較結果に基づいて、所定時間毎に、ＩＰＭモータ１６３における効率が最大となるように新たな通電位相設定値を設定する通電位相設定手段１６５と、モータの回転子位相を検出する回転子位相検出手段１１と、通電位相設定手段１６５で新たに設定された通電位相設定値と回転子位相検出手段１１で検出された回転子位相とに基づいて、インバータ２のスイッチング素子に対するゲート信号を出力する通電分配手段１５から構成されている。
【００１０】
上記の例では、逐次、電源電流が最小となるような最適通電位相を探索して最高効率運転を実現するものであるが、この他の例として、特開平０８−８０３７９７号公報に記載のモータ制御装置のように、比較演算を行なわずにテーブル参照方式にて電源電流が最小となるような最適通電位相を設定する方法も提案されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の構成では、最高効率運転を達成するためには、電源電流の検出が必要不可欠であり、電源電流検出器および電源電流検出手段といった回路構成要素の部品数が増加することによりコストがアップするだけでなく、電源電流の検出による遅延時間の増加あるいは回路部品公差によるバラツキのによる検出誤差等の悪影響を抑制するための別の手段が必要になり、それに伴なって、さらに構成要素の部品数の増加あるいは演算量の増加が生じてしまうという課題を有していた。
【００１２】
また、上記従来の構成では、交流電源を前提としているため、例えば電気自動車等のバッテリ駆動のモータ制御装置では実現不可能であるため汎用性に欠けるという課題を有していた。
【００１３】
本発明はこのような従来の課題を解決するものであり、回転速度あるいは負荷トルクといった運転条件によって、最適通電位相が動的に変化するリラクタンストルクを活用したモータに対して、どのような運転状況においてもリアルタイムに最適通電位相を探索して最高効率運転あるいは最大トルク運転を低コストで実現するモータ制御装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様によるモータ制御装置は、少なくとも電機子巻線のインダクタンス変化および電機子電流に伴って発生するリラクタンストルクを利用するモータの制御装置であって、回転子の回転位相を検出する回転子位相検出手段と、前記回転子位相検出手段で検出された回転位相より得られる前記モータの回転速度に関する値と、予め設定された回転速度設定基準値とを比較する比較手段と、前記比較手段による比較結果に基づいて、制御モードを切り替え設定する制御モード切替手段と、前記制御モード切替手段により切り替え設定された制御モードに基づいて所定時間毎に通電位相値を設定する通電位相設定手段と、前記回転子位相検出手段で検出された回転位相と前記通電位相設定手段で設定された通電位相値から、前記モータにおける各駆動素子毎に通電信号を分配する通電分配手段とを有する。
【００１５】
前記比較手段により、前記モータの回転速度が前記回転速度設定基準値以下であると判定された場合は、前記制御モード切替手段は最大効率制御モードを選択して前記通電位相設定手段は前記モータのモータ効率が最大となる通電位相を設定し、前記比較手段により、前記モータの回転速度が前記回転速度設定基準値よりも大きいと判定された場合は、前記制御モード切替手段は最大トルク制御モードを選択して前記通電位相設定手段は前記モータの出力トルクが最大となる通電位相を設定する。
【００１７】
上記の構成によって、低速領域ではモータ効率が最大となり、高速領域では出力トルクがそれぞれ最大となる通電位相設定を行なうことが可能であり、それぞれの制御モードで通電位相の最適化を図ることができ、全速度領域で極めて優れた速度制御が実現できる。
【００１８】
本発明の第２の態様によるモータ制御装置は、少なくとも電機子巻線のインダクタンス変化および電機子電流に伴って発生するリラクタンストルクを利用するモータの制御装置であって、回転子の回転位相を検出する回転子位相検出手段と、前記回転子位相検出手段で検出された回転位相より得られる前記モータの回転出力に関する値と、予め設定された回転出力に関する基準値とを比較する比較手段と、前記比較手段による比較結果に基づいて、制御モードを切り替え設定する制御モード切替手段と、前記制御モード切替手段により切り替え設定された制御モードに基づいて所定時間毎に通電位相値を設定する通電位相設定手段と、前記回転子位相検出手段で検出された回転位相と前記通電位相設定手段で設定された通電位相値から、前記モータにおける各駆動素子毎に通電信号を分配する通電分配手段とを有し、
前記比較手段により、前記モータの回転出力に関する値が前記設定された基準値以下であると判定された場合は、前記制御モード切替手段は最大効率制御モードを選択して前記通電位相設定手段は前記モータのモータ効率が最大となる通電位相を設定し、前記比較手段により、前記モータの回転出力に関する値が前記設定された基準値よりも大きいと判定された場合は、前記制御モード切替手段は最大トルク制御モードを選択して前記通電位相設定手段は前記モータの出力トルクが最大となる通電位相を設定する構成とし、前記モータの回転出力に関する値は、前記モータに供給する印加電圧の通電率と前記モータに供給する印加電圧の最大値により一義的に導かれる補正通電率であり、前記予め設定された基準値は補正通電率設定基準値であって、前記補正通電率をσ、通電率をδとし、Vdc_nowおよびVdc_lastはそれぞれ印加電圧の最大値の現在値と前歴値、K1は比例定数、Pは微分演算子、KP1、KI1はそれぞれ比例ゲインおよび積分ゲインとすると、前記補正通電率σは下記の式
0004226236.tif 000003
で決定される。
【００１９】
上記の構成によって、軽負荷領域ではモータ効率が最大となり、重負荷領域では出力トルクがそれぞれ最大となる通電位相設定を行なうことが可能であり、それぞれの制御モードで通電位相の最適化を図ることができ、全負荷領域で極めて優れたトルク制御が実現できる。
【００２２】
また、前記制御モード切替手段は、前記制御モードの切り替えの前後でヒステリシスを具備することにより、制御モードの切替えを安定して行う手段を有することもできる。
【００２３】
上記の構成によって、制御モードの切り替えに伴なう制御安定性の確保および騒音・振動の低減が可能であり、より安定したモータ駆動系を実現できる。
【００２４】
また、前記最大効率制御モードでは、前記モータに供給する印加電圧の通電幅を基本通電幅に設定し、前記最大トルク制御モードでは、前記モータの回転速度または前記補正通電率の少なくともいずれかひとつに応じて、前記通電幅を変更する通電幅変更手段を有することもできる。
【００２５】
上記の構成によって、高速領域あるいは重負荷領域における矩形波通電時の位置センサレス制御の信頼性の向上を図ることが可能であり、基本通電幅で固定する場合に比べてさらに高速領域あるいは重負荷領域まで位置センサレス制御が実現可能である。
【００２６】
また、前記通電幅変更手段は、前記通電幅の変更の前後でヒステリシスを具備することにより、通電幅の変更を安定して行う手段を有することもできる。
【００２７】
上記の構成によって、通電幅の変更に伴なう制御安定性の確保および騒音・振動の低減が可能であり、より安定したモータ駆動系を実現できる。
【００２８】
また、前記通電幅変更手段は、前記モータの回転速度または前記補正通電率の少なくともいずれかひとつに応じて設定される前記通電幅の下限値の範囲内において前記通電幅を変更することもできる。
【００２９】
上記の構成によって、通電幅の設定値はモータの回転速度または補正通電率の少なくともいずれかひとつに応じて設定される下限値の範囲内に常時設定されるため、例えば回転速度が大幅に変更した場合でも、モータの脱調や大幅な効率低下を防止することが可能であり、さらに安定したモータ駆動系を実現できる。
【００３０】
また、前記通電幅変更手段は、前記モータの回転速度または前記補正通電率の少なくともいずれかひとつに対して、前記モータの通電幅設定値を出力する通電幅保持手段をさらに有し、前記モータの回転速度または前記補正通電率の少なくともいずれかひとつに応じて前記通電幅保持手段から該当する通電幅を読み出すこともできる。
【００３１】
上記の構成によって、モータの回転速度または補正通電率の少なくともいずれかひとつに応じて通電幅設定値を出力するデータテーブルを有することにより、通電幅変更に伴なう演算時間を大幅に短縮することが可能であり、通電幅変更に伴なう演算が不必要であるため、演算誤差を減少させることが可能である。
【００３２】
さらに、前記通電幅変更手段は、前記モータの回転速度または前記補正通電率の少なくともいずれかひとつに対して、前記モータの通電幅の変化特性を規定する値を保持した通電幅設定値保持手段と、前記通電幅設定値保持手段に保持した値に基づいて通電幅を線形補間する通電幅線形補間手段とをさらに有し、前記モータの回転速度または前記補正通電率の少なくともいずれかひとつに応じて前記通電幅設定値保持手段から該当する値を読み出し、前記通電幅線形補間手段により線形補間することもできる。
【００３３】
上記の構成によって、データテーブル上に通電幅設定値が無い場合においても、データテーブル上の値から線形補間をすることにより、より高精度に通電幅の設定を行なうことができ、しかも大幅な演算を伴なわないため、演算装置の負荷増大によるコストアップを防止することが可能である。
【００３４】
また、前記通電位相設定手段は、前記最大効率制御モードでは前記補正通電率が最小となるように前記補正通電率の前歴値およびその時の通電位相設定値と、前記補正通電率の現在値およびその時の通電位相設定値とをそれぞれ比較し、比較結果に基づいて、通電位相設定値を所定の通電位相変化量だけ増減させて新たな通電位相設定値を設定し、前記最大トルク制御モードでは前記補正通電率の現在値と前記補正通電率の基準値とを比較し、前記補正通電率の現在値が前記補正通電率の基準値以上ならば前記通電位相設定値を所定の通電位相変化量だけ増加させることもできる。
【００３５】
上記の構成によって、最大効率制御モードでは補正通電率が最小となるように補正通電率の前歴値およびその時の通電位相設定値と、補正通電率の現在値およびその時の通電位相設定値とをそれぞれ比較し、比較結果に基づいて、通電位相設定値を所定の通電位相変化量だけ増減させて新たな通電位相設定値を設定しているため、モータの回転速度あるいは負荷トルク等の運転条件が変動する場合にも、逐次、最適な通電位相を探索して設定し、常時モータ効率を最大とすることが可能である。また、最大トルク制御モードでは補正通電率の現在値と補正通電率の基準値とを比較し、補正通電率の現在値が補正通電率の基準値以上ならば通電位相設定値を所定の通電位相変化量だけ増加させるため、常時出力トルクを最大とすることが可能である。よって、どのような運転状況においても常に最適な通電位相設定を行なうことができ、モータ効率または出力トルクが極めて優れたモータ駆動系を実現できる。
【００３６】
また、前記通電位相設定手段は、前記補正通電率の前歴値と現在値との差分により、前記通電位相変化量を補償することもできる。
【００３７】
上記の構成によって、通電位相設定値を増減させる単位量となる通電位相変化量が、補正通電率の前歴値と現在値の変化の割合に基づいて線形補償されるので、通電位相設定値を、モータの回転速度あるいは負荷トルク等の運転条件によって変動する最適通電位相に高速に設定することが可能であるとともに、通電位相設定値が最適通電位相に収束した後の位相変動も抑制することが可能である。
【００３８】
また、前記通電位相設定手段は、前記モータの回転速度の前歴値と現在値との差分がある所定値以下の場合においてのみ前記通電位相を変更し、前記モータの回転速度の前歴値と現在値との差分がある所定値より大きい場合においては、あらかじめ前記モータの回転速度に応じて設定された通電位相を出力することもできる。
【００３９】
上記の構成によって、モータの回転速度の前歴値と現在値との差分がある所定値以下の場合においてのみ通電位相を変更し、それ以外の場合においては、あらかじめモータの回転速度に応じて設定された通電位相を出力するため、モータの回転速度が大幅に変更した場合においても、通電位相設定値が、その回転速度においてある程度適した通電位相に設定することが可能であり、モータの脱調や極端な効率の低下を防止することができる。
【００４０】
また、前記通電位相設定手段は、前記通電位相の変更の前後でヒステリシスを具備した通電位相変更手段を有することもできる。
【００４１】
上記の構成によって、通電位相の変更に伴なう制御安定性の確保および騒音・振動の低減が可能であり、より安定したモータ駆動系を実現できる。
【００４２】
また、前記通電位相設定手段は、前記モータの回転速度または前記補正通電率の少なくともいずれかひとつに応じて設定される前記通電位相の上限値と下限値の範囲内において前記通電位相設定値を所定の通電位変化量だけ増減させることもできる。
【００４３】
上記の構成によって、通電位相設定値はモータの回転速度または補正通電率の少なくともいずれかひとつに応じて設定される上限値と下限値の範囲内において通電位相設定値を所定の通電位相変化量だけ増減させるため、モータの回転速度が大幅に変更した場合においても、最適通電位相の探索処理において、モータの脱調や極端な効率の低下を防止することが可能であり、位置センサレス制御における信頼性の向上を図ることが可能である。
【００４４】
また、前記通電位相設定手段は、前記モータに供給する印加電圧の通電幅もしくは前記補正通電率あるいは前記モータの回転速度の少なくともいずれかひとつに対して、モータ効率の最大値あるいはモータトルクの最大値を具現できる位相を保持した通電位相保持手段をさらに有し、前記モータに供給する印加電圧の通電幅もしくは前記補正通電率あるいは前記モータの回転速度の少なくともいずれかひとつに応じて、前記通電位相保持手段から該当する通電位相設定値を前記モータ効率あるいは前記モータトルクをほぼ最大にする位相として読み出すこともできる。
【００４５】
上記の構成によって、モータに供給する印加電圧の通電幅もしくは補正通電率あるいはモータの回転速度の少なくともいずれかひとつに応じて通電位相設定値を出力するデータテーブルを有することにより、通電位相の設定に伴なう演算時間を大幅に短縮することが可能であり、通電位相の設定に伴なう演算が不必要であるため、演算誤差を減少させることが可能である。
【００４６】
また、前記通電位相設定手段は、前記モータに供給する印加電圧の通電幅もしくは前記補正通電率あるいは前記モータの回転速度の少なくともいずれかひとつに対して、モータ効率の最大値あるいはモータトルクの最大値を得ることができる位相の変化特性を規定する値を保持した通電位相設定値保持手段と、前記通電位相設定値保持手段に保持した値に基づいて通電位相を線形補間する通電位相線形補間手段とをさらに有し、前記モータに供給する印加電圧の通電幅もしくは前記補正通電率あるいは前記モータの回転速度の少なくともいずれかひとつに応じて、前記通電位相設定値保持手段から該当する値を読み出し、前記通電位相線形補間手段により線形補間し、前記モータ効率あるいは前記モータトルクを最大にする位相として設定することもできる。
【００４７】
上記の構成によって、データテーブル上に通電位相設定値が無い場合においても、データテーブル上の値から線形補間をすることにより、より高精度に通電位相の設定を行なうことができ、しかも大幅な演算を伴なわないため、演算装置の負荷増大によるコストアップを防止することが可能である。
【００４８】
【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て説明する。
（実施の形態１）
本発明に係るモータ制御装置の一実施例のシステム構成を図１に示す。図１において、主回路は直流電源１と、スイッチング素子を直列に２個接続したものを３組並列に接続してなり、直流電力を交流電力に変換するインバータ２と、インバータ２により変換された交流電力により駆動するモータ３から構成されている。
【００４９】
一方、制御回路では、回転子位相検出手段１１より検出される回転子位相により導出されるモータの回転速度ωと予め設定された回転速度設定値ωRとの速度誤差を演算する速度誤差演算器１２と、速度誤差の正負判別に基づいて、最大効率制御モードおよび最大トルク制御モードの二つの制御モードを切り替える制御モード切替手段１３と、制御モード切替手段１３の出力信号に応じて所定時間毎にモータ効率あるいは出力トルクが最大となるように通電位相設定値を設定する通電位相設定手段１４と、通電位相設定手段１４により設定される通電位相設定値と回転子位相検出手段１１より検出される回転子位相θとに基づいて、インバータ２のスイッチング素子に対するゲート信号を出力する通電分配手段１５から構成されている。
【００５０】
具体的には、速度誤差Δωは、モータの回転速度ωと回転速度設定値ωＲより式(２)のように表される。
【数２】
0004226236.tif 000004
(２)
【００５１】
また、制御モード切替手段１３の出力信号ε は、速度誤差Δωより式(３)のように表される。
【数３】
0004226236.tif 000005
(３)
【００５２】
ここで、速度誤差Δωが正のとき、すなわち、モータの回転速度ωが回転速度設定値ωＲよりも小さくなる低速領域では、制御モード切替レベルがLowとなり最大効率制御モードに切替わり、逆に速度誤差Δωが負のとき、すなわち、モータの回転速度ω が回転速度設定値ωＲよりも大きくなる高速領域では、制御モード切替レベルがHighとなり最大トルク制御モードに切替わる。
【００５３】
また、通電位相設定手段１４では、制御モード切替手段１３の出力信号ε に基づき、モータに供給する印加電圧の通電率によって、次のように通電位相設定値の最適化を図る。
【００５４】
まず、制御モード切替レベルがLowの場合（Δωが正）について説明する。この場合、最大効率制御モードに切替わるため、モータ効率が最大となる通電位相の設定を行なう。そこで、通電率の前歴値およびその時の通電位相設定値をそれぞれδｌａｓｔ,βｌａｓｔとし、通電率の現在値およびその時の通電位相設定値をそれぞれδｎｏｗ,βｎｏｗとすると、通電率誤差Δδと通電位相設定値誤差Δβはそれぞれ式(４)のように表される。
【数４】
0004226236.tif 000006
(４)
【００５５】
また、通電率誤差Δδと通電位相設定値誤差Δβを用いると、通電位相設定値βは式(５)のように設定される。
【数５】
0004226236.tif 000007
(５)
【００５６】
ここで、βδは通電位相変動量である。例えば、通電位相設定値β を通電位相変動量βδだけ増加させた場合について考えると、通電率δ が増加したときは通電位相設定値β が最適な通電位相からはずれてしまうため、次回の通電位相設定値β を減少させるように動作させ、逆に通電率δ が減少したときは通電位相設定値β が最適な通電位相に近づいているため、次回の通電位相設定値β をさらに増加させるように動作させることで、通電位相設定値の最適化を図ることが可能である。
【００５７】
次に、制御モード切替レベルがHighの場合（Δω が負）について説明する。この場合、最大トルク制御モードに切替わるため、出力トルクが最大となる通電位相の設定を行なう。そこで、通電率の現在値およびその時の通電位相設定値をそれぞれδｎｏｗ,βｎｏｗとし、通電率設定値をδｓとすると、通電率誤差Δδｓは 式(６)のように表される。
【数６】
0004226236.tif 000008
(６)
【００５８】
また、通電位相設定値β は式(７)のように表される。
【数７】
0004226236.tif 000009
(７)
【００５９】
ここで、先程と同様にβδは通電位相変動量である。例えば、通電率δ が通電率設定値δｓよりも大きくなった場合は、電圧飽和によって出力トルクが限界点に達するのを避けるため、次回の通電位相設定値βδ をさらに増加させるように弱め界磁制御として動作させることで、出力トルクの限界点をより大きくすることが可能である。逆に、通電率δ が通電率設定値δｓよりも小さくなった場合は、前回の通電位相の設定を継続すれば良い。
【００６０】
以上により、低速領域ではモータ効率が最大となり、高速領域では出力トルクがそれぞれ最大となる通電位相設定をリアルタイムで行なうことが可能であり、それぞれの制御モードで通電位相の最適化を図ることができ、全速度領域で極めて優れた速度制御が実現できる。
【００６１】
なお、上記の説明では、回転速度設定値ωＲを一つに設定しているが、必ずしも一つである必要はなく、いくつかの回転数設定値を設定し、各領域において最大効率制御モードあるいは最大トルク制御モードを切り替えるようにしても良い。
【００６２】
（実施の形態２）
本発明に係るモータ制御装置の第二の実施例のシステム構成を図２に示す。図１に示すモータ制御装置と同じ構成要素は同一符号で示してあり、その説明は重複するので省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００６３】
図２において、制御モード切替手段１３は、モータに供給する印加電圧の通電率を印加電圧の最大値により補正演算を行なう通電率補正演算部２１の出力信号である補正通電率σと予め設定された補正通電率設定値σＲとの補正通電率誤差Dsを補正通電率誤差演算器２２により演算し、補正通電率誤差の正負判別に基づいて、最大効率制御モードおよび最大トルク制御モードの二つの制御モードを切り替えるものである。
【００６４】
具体的には、補正通電率σ は、通電率δ と印加電圧の最大値Vdcより式(８)のように表される。
【数８】
0004226236.tif 000010
(８)
【００６５】
ここで、Vdc_nowおよびVdc_lastはそれぞれ印加電圧の最大値の現在値と前歴値であり、K1は比例定数、Pは微分演算子、KP1、KI1はそれぞれ比例ゲインおよび積分ゲインである。電源電圧が急激に変動する場合に対応するため、式(８)のように、 印加電圧の最大値の現在値と前歴値との差をPI補償している。
【００６６】
また、補正通電率誤差Δσは、補正通電率σ と補正通電率設定値σＲより式(９)のように表される。
【数９】
0004226236.tif 000011
(９)
【００６７】
また、制御モード切替手段１３の出力信号ε は、補正通電率誤差Δσ より式(１０)のように表される。
【数１０】
0004226236.tif 000012
(１０)
【００６８】
ここで、補正通電率誤差Δσ が正のとき、すなわち、補正通電率σ が補正通電率設定値σＲよりも小さくなる軽負荷領域では、制御モード切替レベルがLowとなり最大効率制御モードに切替わり、逆に補正通電率誤差Δσ が負のとき、すなわち、補正通電率σ が補正通電率設定値σＲよりも大きくなる重負荷領域では、制御モード切替レベルがHighとなり最大トルク制御モードに切替わる。また、通電位相設定手段１４の具体的方法については、実施の形態１の方法を用いれば良い。
【００６９】
以上により、軽負荷領域ではモータ効率が最大となり、重負荷領域では出力トルクがそれぞれ最大となる通電位相設定をリアルタイムで行なうことが可能であり、それぞれの制御モードで通電位相の最適化を図ることができ、全負荷領域で極めて優れたトルク制御が実現できる。
【００７０】
なお、上記の説明では、補正通電率設定値σＲを一つに設定しているが、必ずしも一つである必要はなく、いくつかの補正通電率設定値を設定し、各領域において最大効率制御モードあるいは最大トルク制御モードを切り替えるようにしても良い。
【００７１】
なお、式(８)の補正通電率の補正演算ではPI補償を行なっているが、電源電圧が急激に変動しない場合には必ずしもPI補償を行なう必要はない。
【００７２】
（実施の形態３）
本発明に係るモータ制御装置の第三の実施例のシステム構成を図３に示す。図１に示すモータ制御装置と同じ構成要素は同一符号で示してあり、その説明は重複するので省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００７３】
図３において、モータに供給する印加電圧の通電率を印加電圧の最大値により補正演算を通電率補正演算部２１で行ない、補正通電率σとモータの回転速度ωとの積和演算を行なう等価モータ出力演算器３１の出力信号である等価モータ出力Ｐｏと予め設定された等価モータ出力設定値ＰｏＲとの等価モータ出力誤差ΔＰｏを等価モータ出力誤差演算器３２で演算し、制御モード切替手段１３は、等価モータ出力誤差ΔＰｏの正負判別に基づいて、最大効率制御モードおよび最大トルク制御モードの二つの制御モードを切り替えるものである。具体的な方法は以下の通りである。
【００７４】
まず、通電率補正演算部２１の具体的方法は、実施の形態２の方法を用いれば良い。
【００７５】
次に、等価モータ出力Ｐｏは、補正通電率σ とモータの回転速度ω より式(１１)のように表される。
【数１１】
0004226236.tif 000013
(１１)
【００７６】
ここで、ωｎｏｗおよびωｌａｓｔはそれぞれモータの回転速度の現在値と前歴値であり、Ｋ２は比例定数、Ｐは微分演算子、ＫＰ２、ＫＩ２はそれぞれ比例ゲインおよび積分ゲインである。モータの回転速度が急激に変動する場合に対応するため、式(１１)のように、 モータの回転速度の現在値と前歴値との差をPI補償している。
また、等価モータ出力誤差ΔＰｏは、等価モータ出力Ｐｏ と等価モータ出力設定値ＰｏＲより式(１２)のように表される。
【数１２】
0004226236.tif 000014
(１２)
【００７７】
また、制御モード切替手段１３の出力信号e は、等価モータ出力誤差ΔＰｏより式(１３)のように表される。
【数１３】
0004226236.tif 000015
(１３)
【００７８】
ここで、等価モータ出力誤差ΔＰｏ が正のとき、すなわち、等価モータ出力Ｐｏが等価モータ出力設定値ＰｏＲよりも小さくなる低出力領域では、制御モード切替レベルがLowとなり最大効率制御モードに切替わり、逆に等価モータ出力設定値ΔＰｏ が負のとき、すなわち、等価モータ出力Ｐｏが等価モータ出力設定値ＰｏＲよりも大きくなる高出力領域では、制御モード切替レベルがHighとなり最大トルク制御モードに切替わる。
【００７９】
また、通電位相設定手段１４の具体的方法については、実施の形態１の方法を用いれば良い。
【００８０】
以上により、低出力領域ではモータ効率が最大となり、高出力領域では出力トルクがそれぞれ最大となる通電位相設定をリアルタイムで行なうことが可能であり、それぞれの制御モードで通電位相の最適化を図ることができ、全負荷領域で極めて優れた速度・トルク制御が実現できるだけでなく、等価モータ出力を演算により導出しているため、電気自動車等で必要とされる高精度な定出力制御が実現可能である。
【００８１】
なお、上記の説明では、等価モータ出力設定値ＰｏＲ を一つに設定しているが、必ずしも一つである必要はなく、いくつかの等価モータ出力設定値を設定し、各領域において最大効率制御モードあるいは最大トルク制御モードを切り替えるようにしても良い。
【００８２】
なお、式(１１)の等価モータ出力の積和演算ではPI補償を行なっているが、モータの回転速度が急激に変動しない場合には必ずしもPI補償を行なう必要はない。
【００８３】
（実施の形態４）
図４は本発明に係る制御モード安定切替手段の一実施例であり、実施の形態１のモータ制御装置において回転速度設定値が一つだけ設定された場合の制御モード安定切替手段である。
【００８４】
回転速度設定値ωＲを境界にωｓの変動幅を持つヒステリシス特性を付与したものであり、回転速度設定値ωＲ付近の速度変動に対して安定に制御モードの切り替えを行なうことが可能である。
【００８５】
ここで、変動幅ωｓを適切に選んでやれば、制御モードの切り替えに伴なうモータ効率の低下あるいは出力トルクの低下を最小減に抑えることが可能である。なお、図４のヒステリシス特性において、制御モードの切り替わりが急であるが、これに傾きを付与して制御モードの切り替わりを緩やかにすることで、さらに制御安定性の向上を図ることが可能である。
【００８６】
なお、上記の説明では、回転速度設定値ωＲを一つに設定しているが、必ずしも一つである必要はなく、いくつかの回転数設定値を設定し、それぞれにヒステリシス特性を付与しても良い。なお、上記の説明では、回転速度設定値に対してヒステリシス特性を付与しているが、前述の補正通電率設定値σＲまたは等価モータ出力設定値ＰｏＲに対してもそれぞれ変動幅を持たせてヒステリシス特性を付与しても良い。
【００８７】
（実施の形態５）
図５は、本発明に係る通電分配手段１５の通電幅において、補正通電率設定値σＲに対して変動幅を付与して通電幅を変更する方法を示す一実施例であり、実施の形態１のモータ制御装置において、回転速度設定値ωＲが一つだけ設定された場合の、制御モードを安定して切替える制御モード切替方法を示す。
【００８８】
モータ回転速度が回転速度設定値ωＲ以下では、通電幅を基本値に設定し、回転速度設定値ωＲ以上ではモータ速度に反比例するように通電幅の設定を行なうことで、例えば、非通電区間を有する矩形波通電時の位置センサレス運転を行なう際に、高速領域あるいは重負荷領域においてインバータ２における還流ダイオードを流れる電流の還流期間が増加しても、信頼性を損なうことなく位置センサレス運転が可能である。
【００８９】
特に、インダクタンス値の大きなモータに対しては、さらに還流期間が増加してしまうため、非常に有効な手段となり得る。また、この際通電幅の下限値に達した場合は、通電幅を固定させ、通電幅が狭くなり過ぎるのを防止することで、モータがトルク不足となって脱調することを防止することが可能である。
【００９０】
以上により、高速領域あるいは重負荷領域における矩形波通電時の位置センサレス制御の信頼性の向上を図ることが可能であり、基本通電幅で固定する場合に比べてさらに高速領域あるいは重負荷領域まで位置センサレス制御が実現可能である。
【００９１】
なお、上記の説明では、モータ速度に対して反比例するように通電幅の設定を行なっているが、前述の補正通電率に対して反比例するように通電幅の設定を行なっても良い。
【００９２】
また、図６は本発明に係る上記通電幅を安定に変更する方法の一実施例を示す図であり、図５に示す通電幅変更方法において、階段状に通電幅の設定を行なうものであり、モータ速度が急変した場合に通電幅が急変するのを防止することで、モータの速度変動あるいは脱調等の不安定要素を取り除くことができ、これにより制御安定性の向上を図ることが可能である。
【００９３】
なお、ヒステリシス特性を付与することでも同等の効果を得ることができる。また、図７は本発明に係る通電幅変更方法の他の実施例を示し、図５のモータ速度ωに反比例するように通電幅の設定を行なう通電幅変更方法に対して、さらに補正通電率σ に対して反比例するような通電幅の設定も併せて行なうものである。
【００９４】
モータ速度の現在値ωｎｏｗ および補正通電率の現在値σｎｏｗを読み込み、それぞれモータ速度−通電幅特性および補正通電率−通電幅特性から該当する通電幅の設定値ＷωおよびＷσを読み出す。そこで、新たな通電幅の設定値ＷｎｏｗはＷωおよびＷσにより式(１４)のように表される。
【数１４】
0004226236.tif 000016
(１４)
【００９５】
すなわち、モータ速度−通電幅特性から得られたＷωと補正通電率−通電幅特性から得られたＷσとの平均値を新たな通電幅の設定値とするものである。
【００９６】
以上により、モータ速度および負荷トルクに応じて最適な通電幅の設定を行なうことが可能である。なお、上記の説明では、ＷωおよびＷσの重みを１対１として平均値を求めているが、必ずしも１対１で平均値を求める必要はなく、運転状況に応じて片方の設定を優先させるため、どちらかに重みをつけて平均値を求めても良い。
【００９７】
（実施の形態６）
図８は本発明に係る通電幅を保持する方法の一実施例を示すものであり、あらかじめ実験等によりモータ速度ωおよび補正通電率σに対して、最適な通電幅を測定しておき、この測定結果をテーブルとしてモータ制御装置の記憶部（不図示）に保持するものである。ただし、この場合にはモータ速度および補正通電率に応じて該当する最適な通電幅設定値をテーブルから読み出すことになる。
【００９８】
ここで、運転条件によりテーブル上に通電幅設定値が無いような場合、例えば、図８においてモータ速度が600rpmで補正通電率が13%のときには、Ｗ１１のように最も運転条件が近いときの通電幅設定値を用いる。なお、データテーブルを詳細に保持すれば、モータ効率および出力トルクの低下を防止するが可能となることは言うまでも無い。
【００９９】
また、図９は本発明に係る通電幅線形補間手段の一実施例であり、それぞれの点は、図８の通電幅保持手段におけるテーブル上の値をプロットしたものである。ここで、図９のようにモータ速度毎に各点を結ぶことで、テーブル上にモータ速度のデータが存在すれば全ての補正通電率に対して、線形補償を行なうことで通電幅の設定を行なうことが可能である。
【０１００】
しかし、図９において（ωｎｏｗ ，σｎｏｗ）の点Ｗｎｏｗのようにテーブル上にモータ速度のデータが存在しない場合は、前述の線形補間が不可能となり別の方法が必要である。そこで、前述の（ωｎｏｗ ，σｎｏｗ）の点を囲む四つの点から線形補間を行なう方法について図１０を用いて説明する。図９の通電幅線形補間方法を示す拡大図を図１０に示す。図１０において▲１▼〜▲４▼の各点が（ωｎｏｗ ，σｎｏｗ）の点を取り囲んでいる。
【０１０１】
まず、▲１▼−▲２▼を結ぶ直線上でσｎｏｗの点（3000rpm, σｎｏｗ）と、▲３▼−▲４▼を結ぶ直線上でσｎｏｗの点（4000rpm, σｎｏｗ）を線形補間により求める。次に、（3000rpm, σｎｏｗ）の点の通電幅設定値Ｗ１−２と（4000rpm, σｎｏｗ）の点の通電幅設定値Ｗ３−４から（ωｎｏｗ ，σｎｏｗ）の点の通電幅設定値Ｗｎｏｗを線形補間により求めるものである。
【０１０２】
ここで、上述のＷ１−２，Ｗ３−４およびＷｎｏｗは▲１▼〜▲４▼の各点を用いると以下のように表される。
▲１▼：Ｗ３０００ｒｐｍ，４０％（ω３０００ｒｐｍ ，σ４０％），▲２▼：Ｗ３０００ｒｐｍ，５０％（ω３０００ｒｐｍ ，σ５０％）
▲３▼：Ｗ４０００ｒｐｍ，４０％（ω３０００ｒｐｍ ，σ４０％），▲４▼：Ｗ４０００ｒｐｍ，５０％（ω４０００ｒｐｍ ，σ５０％）
【数１５】
0004226236.tif 000017
(１５)
【数１６】
0004226236.tif 000018
(１６)
【数１７】
0004226236.tif 000019
(１７)
【０１０３】
一般的には、式(１５)〜式(１７)において、上述の▲１▼〜▲４▼の各点を次にように置き換えて線形補間を行なえば良い。
▲１▼：Ｗｍ，ｎ（ωｍ ，σｎ），▲２▼：Ｗｍ，ｎ＋１（ωｍ ，σｎ＋１）
▲３▼：Ｗｍ＋１，ｎ（ωｍ＋１ ，σｎ），▲４▼：Ｗｍ＋１，ｎ＋１（ωｍ＋１ ，σｎ＋１）
【０１０４】
また、上述の通電幅線形補間動作において一連の処理の流れを図１１のフローチャートを参照して、以下に説明を行なう。
【０１０５】
まず、ステップＳ１では、モータ速度および補正通電率の現在値ωｎｏｗ ，σｎｏｗをそれぞれ読み込み、ステップＳ２においてモータ回転速度の現在値と前歴値との差分演算Δωｎ＝ωｎｏｗ−ωｌａｓｔを行なう。ステップＳ３において速度変動の大きさを判断、即ち、｜Δωｎ｜の値が所定値α以内であるか（｜Δωｎ｜≦αを満たすか）否かの判断が行なわれる。速度変動が所定値αより大きければ（Ｓ３においてＮＯ）、後述するステップＳ１０以降の処理を行なう。速度変動が所定値α以内であれば（Ｓ３においてＹＥＳ）、ステップＳ４およびＳ５において前述の（ωｎｏｗ ，σｎｏｗ）の点を取り囲む四点▲１▼〜▲４▼が存在するかどうかの判断を行なう。
【０１０６】
（ωｎｏｗ ，σｎｏｗ）の点を取り囲む四点が存在しない場合（Ｓ４またはＳ５においてＮＯ）、後述するステップＳ９以降の処理を行なう。（ωｎｏｗ ，σｎｏｗ）の点を取り囲む四点が存在する場合（Ｓ４においてＹＥＳ、かつＳ５においてＹＥＳ）、ステップＳ６において（ωｎｏｗ ，σｎｏｗ）の点を取り囲む四点をテーブルから読み出し、ステップＳ７において式（１５）、（１６）に示すＷ１−２とＷ３−４を求める演算を行ない、ステップＳ８においてＷ１−２とＷ３−４の値を用いて式（１７）に示すように、（ωｎｏｗ ，σｎｏｗ）の点の通電幅を線形補間する。
【０１０７】
ステップＳ９では、ステップＳ４またはＳ５でＮＯ、すなわち（ωｎｏｗ ，σｎｏｗ）の点を取り囲む四点が存在しない場合のみ通電幅Ｗを下限値Ｗｌｏｗｅｒに設定する。また、ステップＳ１０は、ステップＳ３においてＮＯ、すなわち速度変動が所定値αより大きい場合のみ通電幅を初期値Ｗｉｎｉに設定にする。ステップＳ１１では、ωｌａｓｔにはωｎｏｗの値を、ＷｎｏｗにはＷの値をそれぞれ記憶させて一回目の処理を終了する。そして、以上のような処理が繰り返される。
【０１０８】
以上により、テーブル上にデータを保持しない場合においても、全ての運転条件に対して最適な通電幅設定を行なうことが可能である。
【０１０９】
（実施の形態７）
本発明に係る通電位相設定手段１４の実施例を挙げて、具体的な通電位相の設定方法について説明する。
【０１１０】
図１２は、ある運転条件における通電位相設定値β に対する補正通電率σ の特性を示すグラフである。図１２の特性１のグラフにおいて、最小の補正通電率σｍｉｎとなる通電位相βｓ１が最適通電位相であり、通電位相をβｓ１に設定することでモータ入力が最小、つまりモータ効率が最大となる。
【０１１１】
なお、図１２において横軸の通電位相設定値は右に行くほど進み位相となっている。本実施形態における通電位相設定手段は、最大効率制御モードにおいては、この補正通電率が最小となる通電位相βｓ１に自動的に制御するものである。また、最大トルク制御モードにおいては、補正通電率の現在値と予め設定された補正通電率の基準値とを比較し、補正通電率の現在値が補正通電率の基準値以上ならば通電位相設定値を所定の通電位相変化量だけ自動的に増加させるものである。
【０１１２】
以下、図１３を参照して、通電位相設定手段１４における通電位相の設定方法について説明する。
【０１１３】
図１３は、本発明に係る通電位相設定手段における一連の処理の流れを示したフローチャートである。まず、ステップＳ２１において所定時間が経過しているかが判断される。所定時間が経過していなければ（Ｓ２１において、ＮＯ）、所定時間が経過するまで後述の処理が停止される。ステップＳ２２においてモータ回転速度の現在値と前歴値との差分演算Δωｎ＝ωｎｏｗ−ωｌａｓｔを行なう。ステップＳ２３において速度変動の大きさを判断、即ち、｜Δωｎ｜の値が所定値α以内であるか（｜Δωｎ｜≦αを満たすか）否かの判断が行なわれる。
【０１１４】
速度変動が所定値αより大きければ（Ｓ２３においてＮＯ）、後述するステップＳ３２以降の処理を行なう。速度変動が所定値α以内であれば（Ｓ２３においてＹＥＳ）、ステップＳ２４において補正通電率の現在値σｎｏｗを読み込み、ステップＳ２５において制御モードの切り替えが行なわれる。制御モード切替レベルがHighならば（Ｓ２５において、ＮＯ）、最大トルク制御モードに切り替わり、ステップＳ２７において式(１８)で表される補正通電率の現在値と予め設定された補正通電率の基準値との差分演算が行なわれ、ステップＳ２８において上記補正通電率の差分Δσｓの正負判別が行なわれる。
【数１８】
0004226236.tif 000020
(１８)
【０１１５】
ここで、σｎｏｗは補正通電率の現在値、σｓは予め設定された補正通電率の基準値である。Δσｓが負ならば（Ｓ２８において、ＮＯ）、後述するステップＳ３２以降の処理を行ない、Δσｓが正ならば（Ｓ２８において、ＹＥＳ）、後述するステップＳ３１以降の処理を行なう。
【０１１６】
また、ステップＳ２５において制御モード切替レベルがLowならば（Ｓ２５において、ＹＥＳ）、最大効率制御モードに切り替わり、ステップＳ２６において式(１９)で表される補正通電率の現在値と前歴値との差分演算および通電位相設定値の現在値と前歴値との差分演算が行なわれ、ステップＳ２９においてΔσ およびΔβ の正負判別が行なわれる。
【数１９】
0004226236.tif 000021
(１９)
【０１１７】
ここで、σｎｏｗおよびσｌａｓｔはそれぞれ補正通電率の現在値および前歴値であり、βｎｏｗおよびβｌａｓｔはそれぞれ通電位相設定値の現在値および前歴値である。Δσｎ×Δβｎが負ならば（Ｓ２９において、ＮＯ）、後述するステップＳ３１以降の処理を行ない、Δσｎ×Δβｎが正ならば（Ｓ２９において、ＹＥＳ）、ステップＳ３０において通電位相設定値の現在値から通電位相変化量βδだけ減少させる。
【０１１８】
一方、ステップＳ２９でＮＯ、即ち最大効率制御モードにおいてΔσｎ×Δβｎが負、またはステップＳ２８でＹＥＳ、即ち最大トルク制御モードにおいてΔσｓが正の場合にのみ、ステップＳ３１では、通電位相設定値の現在値から通電位相変化量βδだけ増加させる。また、ステップＳ３２では、ステップＳ２３またはＳ２８においてＮＯ、即ち速度変動が所定値αより大きい場合または最大トルク制御モードにおいてΔσｓが負の場合のみ、通電位相設定値を初期値βｉｎｉに設定する。ステップＳ３３では、ωｌａｓｔにはωｎｏｗの値を、σｌａｓｔにはσｎｏｗの値を、βｌａｓｔにはβｎｏｗの値を、βｎｏｗにはβの値をそれぞれ記憶させて一回目の処理を終了する。そして、以上のような処理が所定時間毎に繰り返される。
【０１１９】
次に、以上のような最大効率制御モードにおける処理を、図１２における特性１のグラフに基づいて具体的に説明する。
【０１２０】
まず、初期位相がβ１であった場合、あるいは速度変動が所定値αより大きい場合にβｉｎｉになった場合について考える。そして、この初期位相から通電位相変化量βδだけ通電位相を進めてβ２にしたとする。また、通電位相設定値の大小関係は、β１＜β２であり、補正通電率の大小関係はσ２＜σ１である。このとき、Δσｎ×Δβｎは負であるため、ステップＳ２９およびＳ３１の処理により、通電位相をさらにβδだけ進めてβ３とする。その後、図１３で説明したように、上記と同様の処理を繰り返すことにより、通電位相はβｓ１に収束する。
【０１２１】
なお、図１３で説明した処理を繰り返すと、通電位相はβｓ１が収束した後、図１２の特性１のグラフにおいて、通電位相はβｓ１を中心としたβ３〜β４の間で変動することになるが、βδを適切な値に選ぶことで変動に伴なうモータ効率および出力トルクの低下を最小限にすることが可能である。
【０１２２】
また、図１２において、モータの回転速度あるいは出力トルクの運転条件が変更し、モータの動作特性が特性１のグラフから特性２のグラフに変更された場合には、まず通電位相設定値を初期値βｉｎｉ２に設定し、上述の処理を繰り返すことにより最適位相βｓ２へと自動的に制御することが可能である。
【０１２３】
以上により、どのような運転状況においても常に最適な通電位相設定を行なうことができ、モータ効率または出力トルクが極めて優れたモータ駆動系を実現できる。
【０１２４】
また、図１４は本発明に係る通電位相設定手段１４における一連の処理の流れを示す第２のフローチャートである。まず、ステップＳ４１において所定時間が経過しているかが判断される。所定時間が経過していなければ（Ｓ４１において、ＮＯ）、所定時間が経過するまで後述の処理が停止される。ステップＳ４２においてモータ速度の現在値と前歴値との差分演算を行なう。
【０１２５】
ステップＳ４３において速度変動の大きさの判断、即ち、｜Δωｎ｜の値が所定値α以内であるか（｜Δωｎ｜≦αを満たすか）否かの判断が行なわれる。速度変動が所定値αより大きければ（Ｓ４３においてＮＯ）、後述するステップＳ５３以降の処理を行なう。速度変動が所定値α以内であれば（Ｓ４３においてＹＥＳ）、ステップＳ４４において補正通電率の現在値を読み込み、ステップＳ４５において式(２０)で表される通電位相変化量の補正演算を行なう。
【数２０】
0004226236.tif 000022
(２０)
【０１２６】
ここで、βδおよびβδ０は通電位相変化量の現在値および前歴値であり、σｎｏｗおよびβｌａｓｔは補正通電率の現在値および前歴値である。また、δ はゼロ割を防止するための微小量である。次に、ステップＳ４６において制御モードの切り替えが行なわれる。
【０１２７】
制御モード切替レベルがHighならば（Ｓ４６において、ＮＯ）、最大トルク制御モードに切り替わり、ステップＳ４７において補正通電率の現在値と予め設定された補正通電率の基準値との差分演算が行なわれ、ステップＳ４９において補正通電率の差分Δσｓの正負判別が行なわれる。Δσｓが負ならば（Ｓ４９において、ＮＯ）、後述するステップＳ５３以降の処理を行ない、Δσｓが正ならば（Ｓ４９において、ＹＥＳ）、後述するステップＳ５２以降の処理を行なう。
【０１２８】
また、ステップＳ４６において制御モード切替レベルがLowならば（Ｓ４６において、ＹＥＳ）、最大効率制御モードに切り替わり、ステップＳ４８において補正通電率の現在値と前歴値との差分演算および通電位相設定値の現在値と前歴値との差分演算が行なわれ、ステップＳ５０においてΔσｎ×Δβｎの正負判別が行なわれる。Δσｎ×Δβｎが負ならば（Ｓ５０において、ＮＯ）、後述するステップＳ５２以降の処理を行ない、Δσｎ×Δβｎが正ならば（Ｓ５０において、ＹＥＳ）、ステップＳ５１において通電位相設定値の現在値から通電位相変動量βδだけ減少させ、後述するＳ５５の処理を行なう。
【０１２９】
ステップＳ５２では、ステップＳ５０でＮＯまたはステップＳ４９でＹＥＳ、即ち、最大効率制御モードにおいてΔσｎ×Δβｎが負または最大トルク制御モードにおいてΔσｓが正の場合にのみ、通電位相設定値の現在値から通電位相変動量βδだけ増加させ、後述するステップＳ５５の処理を行なう。また、ステップＳ５３は、ステップＳ４３またはＳ４９においてＮＯ、即ち、速度変動が所定値αより大きい場合または最大トルク制御モードにおいてΔσｓが負の場合のみ、通電位相設定値を初期値βｉｎｉに設定し、ステップＳ５４において新たに通電位相設定値の上限値βｕｐｐｅｒおよび下限値βｌｏｗｅｒを読み込んだ後、後述するステップＳ５７の処理を行なう。
【０１３０】
次に、ステップＳ５５では通電位相設定値が上限値βｕｐｐｅｒおよび下限値βｌｏｗｅｒの範囲内にあるかが判断される。ステップＳ５５において通電位相設定値が上限値βｕｐｐｅｒおよび下限値βｌｏｗｅｒの範囲内にあるならば（Ｓ５５において、ＹＥＳ）、後述するステップＳ５７以降の処理を行ない、通電位相設定値が上限値βｕｐｐｅｒおよび下限値βｌｏｗｅｒの範囲内にないならば（Ｓ５５において、ＮＯ）、ステップＳ５６において通電位相設定値を上限値βｕｐｐｅｒまたは下限値βｌｏｗｅｒに設定する。ステップＳ５７では、ωｌａｓｔにはωｎｏｗの値を、σｌａｓｔにはσｎｏｗの値を、βｌａｓｔにはβｎｏｗの値を、βｎｏｗにはβの値を、βδ０にはβδの値をそれぞれ記憶させて一回目の処理を終了する。そして、以上のような処理が所定時間毎に繰り返される。
【０１３１】
以上により、通電位相設定値を増減させる単位量となる通電位相変化量が、補正通電率の前歴値と現在値の変化の割合に基づいて線形補償されるので、図１３の通電位相設定手段に比べて、通電位相設定値を、モータの回転速度あるいは負荷トルク等の運転条件によって変動する最適通電位相に高速に設定することが可能である。
【０１３２】
【発明の効果】
上記から明らかなように、請求項１及び２に記載の発明によれば、低速領域ではモータ効率が最大となり、高速領域では出力トルクがそれぞれ最大となる通電位相設定を行なうことが可能であり、それぞれの制御モードで通電位相の最適化を図ることができ、全速度領域で極めて優れた速度制御が実現可能であり、さらに、低速領域では常時モータ効率が最大となるため、消費電力量の削減が図れることができ、省エネ化が実現可能であるという効果を奏する。
【０１３３】
請求項３に記載の発明によれば、軽負荷領域ではモータ効率が最大となり、重負荷領域では出力トルクがそれぞれ最大となる通電位相設定を行なうことが可能であり、それぞれの制御モードで通電位相の最適化を図ることができ、全負荷領域で極めて優れたトルク制御が実現可能であり、さらに、軽負荷領域では常時モータ効率が最大となるため、消費電力量の削減が図れることができ、省エネ化が実現可能であるという効果を奏する。
【０１３４】
請求項４に記載の発明によれば、低出力領域ではモータ効率が最大となり、高出力領域では出力トルクがそれぞれ最大となる通電位相設定を行なうことが可能であり、それぞれの制御モードで通電位相の最適化を図ることができ、全負荷領域で極めて優れた速度・トルク制御が実現できるだけでなく、等価モータ出力を演算により導出しているため、電気自動車等で必要とされる高精度な定出力制御が実現可能であるという効果を奏する。
【０１３５】
請求項５に記載の発明によれば、制御モードの切り替えに伴なう制御安定性の確保および騒音・振動の低減が可能であり、より安定したモータ駆動系を実現でき、さらに高精度な速度・トルク制御が可能であるという効果を奏する。
【０１３６】
請求項６記載の発明によれば、高速領域あるいは重負荷領域における矩形波通電時の位置センサレス制御の信頼性の向上を図ることが可能であり、基本通電幅で固定する場合に比べてさらに高速領域あるいは重負荷領域まで位置センサレス制御が実現可能であるという効果を奏する。
【０１３７】
請求項７記載の発明によれば、通電幅の変更に伴なう制御安定性の確保および騒音・振動の低減が可能であり、より安定したモータ駆動系を実現でき、位置センサレス制御における信頼性をさらに向上させることが可能であるという効果を奏する。
【０１３８】
請求項８記載の発明によれば、通電幅の設定値はモータの回転速度または補正通電率の少なくともいずれかひとつに応じて設定される下限値の範囲内に常時設定されるため、例えば回転速度が大幅に変更した場合でも、モータの脱調や大幅な効率低下を防止することが可能であり、さらに安定したモータ駆動系を実現できるという効果を奏する。
【０１３９】
請求項９記載の発明によれば、モータの回転速度または補正通電率の少なくともいずれかひとつに応じて通電幅設定値を出力するデータテーブルを有することにより、通電幅変更に伴なう演算時間を大幅に短縮することが可能であり、通電幅変更に伴なう演算が不必要であるため、演算誤差を減少させることができ、さらに演算の増加に伴う回路構成の複雑化または演算装置の容量増大によるコストアップを防止することが可能であるという効果を奏する。
【０１４０】
請求項１０記載の発明によれば、データテーブル上に通電幅設定値が無い場合においても、データテーブル上の値から線形補間をすることにより、より高精度に通電幅の設定を行なうことができ、しかも大幅な演算を伴なわないため、演算装置の負荷増大によるコストアップを防止し、同等のコストを維持することができるという効果を奏する。
【０１４１】
請求項１１記載の発明によれば、最大効率制御モードでは補正通電率が最小となるように補正通電率の前歴値およびその時の通電位相設定値と、補正通電率の現在値およびその時の通電位相設定値とをそれぞれ比較し、比較結果に基づいて、通電位相設定値を所定の通電位相変化量だけ増減させて新たな通電位相設定値を設定しているため、モータの回転速度あるいは負荷トルク等の運転条件が変動する場合にも、逐次、最適な通電位相を探索して設定し、常時モータ効率を最大とすることが可能である。また、最大トルク制御モードでは補正通電率の現在値と補正通電率の基準値とを比較し、補正通電率の現在値が補正通電率の基準値以上ならば通電位相設定値を所定の通電位相変化量だけ増加させるため、常時出力トルクを最大とすることが可能である。よって、どのような運転状況においても常に最適な通電位相設定を行なうことができ、モータ効率または出力トルクが極めて優れたモータ駆動系を実現できるという効果を奏する。
【０１４２】
請求項１２記載の発明によれば、通電位相設定値を増減させる単位量となる通電位相変化量が、補正通電率の前歴値と現在値の変化の割合に基づいて線形補償されるので、通電位相設定値を、モータの回転速度あるいは負荷トルク等の運転条件によって変動する最適通電位相に高速に設定することが可能であり、通電位相設定に伴なう演算時間の短縮を図ることができ、さらに通電位相設定値が最適通電位相に収束した後の位相変動も抑制することが可能であるという効果を奏する。
【０１４３】
請求項１３記載の発明によれば、モータの回転速度の前歴値と現在値との差分がある所定値以下の場合においてのみ通電位相を変更し、モータの回転速度の前歴値と現在値との差分がある所定値より大きい場合においては、あらかじめモータの回転速度に応じて設定された通電位相を出力するため、モータの回転速度が大幅に変更した場合においても、通電位相設定値が、その回転速度においてある程度適した通電位相に設定することが可能であり、モータの脱調や極端な効率の低下を防止することができ、モータ駆動系における信頼性の向上を図ることが可能であるという効果を奏する。
【０１４４】
請求項１４記載の発明によれば、通電位相の変更に伴なう制御安定性の確保および騒音・振動の低減が可能であり、より安定したモータ駆動系を実現でき、電源電圧・電流の変動を抑制することが可能であるという効果を奏する。
【０１４５】
請求項１５記載の発明によれば、通電位相設定値はモータの回転速度または補正通電率の少なくともいずれかひとつに応じて設定される上限値と下限値の範囲内において通電位相設定値を所定の通電位相変化量だけ増減させるため、モータの回転速度が大幅に変更した場合においても、最適通電位相の探索処理において、モータの脱調や極端な効率の低下を防止することが可能であり、位置センサレス制御における信頼性の向上を図り、安定したモータ駆動系の実現が可能であるという効果を奏する。
【０１４６】
請求項１６記載の発明によれば、モータに供給する印加電圧の通電幅もしくは補正通電率あるいはモータの回転速度の少なくともいずれかひとつに応じて通電位相設定値を出力するデータテーブルを有することにより、通電位相の設定に伴なう演算時間を大幅に短縮することが可能であり、通電位相の設定に伴なう演算が不必要であるため、演算誤差を減少させることができ、さらに演算の増加に伴う回路構成の複雑化または演算装置の容量増大によるコストアップを防止することが可能であるという効果を奏する。
【０１４７】
請求項１７記載の発明によれば、データテーブル上に通電位相設定値が無い場合においても、データテーブル上の値から線形補間をすることにより、より高精度に通電位相の設定を行なうことができ、しかも大幅な演算を伴なわないため、演算装置の負荷増大によるコストアップを防止し、同等のコストを維持することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例を示すモータ制御装置のブロック図
【図２】  本発明の他の実施例を示すモータ制御装置のブロック図
【図３】  本発明の他の実施例を示すモータ制御装置のブロック図
【図４】  本発明に係る制御モード安定切替方法の一実施例を示す図
【図５】  本発明に係る通電幅変更方法の一実施例を示す図
【図６】  本発明に係る通電幅安定変更方法の一実施例を示す図
【図７】  本発明に係る通電幅変更方法の他の実施例を示す図
【図８】  本発明に係る通電幅保持手段の一実施例を示す表
【図９】  本発明に係る通電幅線形補間方法の一実施例を示す図
【図１０】  同一実施例における通電幅線形補間方法の拡大図
【図１１】  本発明に係る通電幅変更動作を示すフローチャート
【図１２】  ある運転条件における通電位相設定値に対する補正通電率の特性を示すグラフ
【図１３】  本発明に係る通電位相設定動作の一実施例を示すフローチャート
【図１４】  本発明に係る通電位相設定動作の他の実施例を示すフローチャート
【図１５】  従来のＩＰＭモータにおける通電位相と発生トルクの関係の一例を示す図
【図１６】  従来例のモータ制御装置を示すブロック図
【符号の説明】
１  直流電源
２  インバータ
３  モータ
１１  回転子位置検出回路
１２  速度誤差演算器
１３  制御モード切替手段
１４  通電位相設定手段
１５  通電分配手段
２１  通電率補正演算部
２２  補正通電率誤差演算器
３１  等価モータ出力演算器
３２  等価モータ出力誤差演算器
１６１  交流電源
１６２  ＡＣ−ＤＣコンバータ
１６３  ＩＰＭモータ
１６４  電源電流検出手段
１６５  通電位相設定手段
【図１】
0004226236.tif 000024
【図２】
0004226236.tif 000025
【図３】
0004226236.tif 000026
【図４】
0004226236.tif 000027
【図５】
0004226236.tif 000028
【図６】
0004226236.tif 000029
【図７】
0004226236.tif 000030
【図８】
0004226236.tif 000031
【図９】
0004226236.tif 000032
【図１０】
0004226236.tif 000033
【図１１】
0004226236.tif 000034
【図１２】
0004226236.tif 000035
【図１３】
0004226236.tif 000036
【図１４】
0004226236.tif 000037
【図１５】
0004226236.tif 000038
【図１６】
0004226236.tif 000039