特許 6202078 回転検出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6202078

(24)【登録日】2017年9月8日

(45)【発行日】2017年9月27日

(54)【発明の名称】回転検出装置

(51)【国際特許分類】

   H02P 25/022 20160101AFI20170914BHJP

   H02P 29/024 20160101ALI20170914BHJP

【ＦＩ】

   H02P25/022

   H02P29/024

【請求項の数】6

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2015-242075(P2015-242075)

(22)【出願日】2015年12月11日

(65)【公開番号】特開2017-108573(P2017-108573A)

(43)【公開日】2017年6月15日

【審査請求日】2016年9月21日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002853

【氏名又は名称】ダイキン工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088672

【弁理士】

【氏名又は名称】吉竹 英俊

(74)【代理人】

【識別番号】100088845

【弁理士】

【氏名又は名称】有田 貴弘

(74)【代理人】

【識別番号】100103229

【弁理士】

【氏名又は名称】福市 朋弘

(72)【発明者】

【氏名】井上 達貴

(72)【発明者】

【氏名】安本 竜志

(72)【発明者】

【氏名】小林 直人

【審査官】 池田 貴俊

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−２３８５３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１５３５７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−４１９９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／０２９９５１５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 中国特許出願公開第１０１８７２９７９（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｐ ２５／０２２

Ｈ０２Ｐ ２９／０２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

巻線（２２１）を含む固定子（２２）と、回転子（２１）とを備え、前記巻線のインダクタンス(L)が前記回転子の位置に応じて変化する電動機（２）の回転の有無を検出する回転検出装置であって、
前記電動機へと高調波の交流電圧を印加する電圧出力部（１）と、
前記電動機に流れる交流電流を検出する電流検出部（４）と、
前記交流電流のボトム値からピーク値までの幅(Ipp)の、所定期間における最小値(Ipp_min)と最大値(Ipp_max)との間の相違量が、基準値よりも大きいときに、前記電動機が回転していると判断する、判断部（３２）と
を備える、回転検出装置。

【請求項2】

前記相違量は前記幅の前記最小値に対する前記最大値の比(RI)であり、
前記基準値は、所定の角度範囲における前記インダクタンスの最小値(Lmin1)に対する最大値(Lmax1)の比(RL)である、請求項１に記載の回転検出装置。

【請求項3】

前記角度範囲（Ａ１，Ａ１１）は前記インダクタンスがピーク値を採るときの前記回転子（２１）の電気角を含む、請求項２に記載の回転検出装置。

【請求項4】

前記電気角は前記角度範囲（Ａ１）の中心である、請求項３に記載の回転検出装置。

【請求項5】

前記角度範囲（Ａ３）は前記インダクタンスがボトム値を採るときの前記回転子の電気角を含む、請求項２に記載の回転検出装置。

【請求項6】

前記電気角は前記角度範囲（Ａ３）の中心である、請求項５に記載の回転検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回転検出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１では、例えば電動機を駆動する電動機駆動装置を制御してロックを検出する方法が提案されている。より具体的には、電動機の第１回転位置を検出し、その第１回転位置から所定の角度で離れた停止位置で電動機を停止させるように、電動機駆動装置を制御する。その後、電動機の第２回転位置を検出し、電動機が適切に停止位置まで回転しているかどうかを判断することにより、ロックの有無を検出する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第４４４９２９０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

電動機が回転していることを検出できれば、電動機がロックしていないと判断できる。また、より簡易に回転を検出することが望まれる。

【0005】

そこで本発明は、簡易に回転を検出できる回転検出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】

【0006】

本発明にかかる回転検出装置の第１の態様は、巻線（２２１）を含む固定子（２２）と、回転子（２１）とを備え、前記巻線のインダクタンス(L)が前記回転子の位置に応じて変化する電動機（２）の回転の有無を検出する回転検出装置であって、前記電動機へと高調波の交流電圧を印加する電圧出力部（１）と、前記電動機に流れる交流電流を検出する電流検出部（４）と、前記交流電流のボトム値からピーク値までの幅(Ipp)の、所定期間における最小値(Ipp_min)と最大値(Ipp_max)との間の相違量が、基準値よりも大きいときに、前記電動機が回転していると判断する、判断部（３２）とを備える。

【0007】

本発明にかかる回転検出装置の第２の態様は、第１の態様にかかる回転検出装置であって、前記相違量は前記幅の前記最小値に対する前記最大値の比(RI)であり、前記基準値は、所定の角度範囲における前記インダクタンスの最小値(Lmin1)に対する最大値(Lmax1)の比(RL)である。

【0008】

本発明にかかる回転検出装置の第３の態様は、第２の態様にかかる回転検出装置であって、前記角度範囲（Ａ１，Ａ１１）は前記インダクタンスがピーク値を採るときの前記回転子（２１）の電気角を含む。

【0009】

本発明にかかる回転検出装置の第４の態様は、第３の態様にかかる回転検出装置であって、前記電気角は前記角度範囲（Ａ１）の中心である。

【0010】

本発明にかかる回転検出装置の第５の態様は、第２の態様にかかる回転検出装置であって、前記角度範囲（Ａ３）は前記インダクタンスがボトム値を採るときの前記回転子の電気角を含む。

【0011】

本発明にかかる回転検出装置の第６の態様は、第５の態様にかかる回転検出装置であって、前記電気角は前記角度範囲（Ａ３）の中心である。

【発明の効果】

【0012】

本発明にかかる回転検出装置の第１の態様によれば、簡易に回転を検出できる。

【0013】

本発明にかかる回転検出装置の第２の態様によれば、角度範囲に応じて基準値を設定できる。

【0014】

本発明にかかる回転検出装置の第３，５，６の態様によれば、角度範囲に亘る回転をより確実に検出できる。

【0015】

本発明にかかる回転検出装置の第４の態様によれば、角度範囲に亘る回転を最も確実に検出できる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】回転検出装置の一例を概略的に示す図である。

【図2】電圧出力部の内部構成の一例を概略的に示す図である。

【図3】固定座標における電流の軌跡の一例を模式的に示す図である。

【図4】α軸電流の一例を模式的に示す図である。

【図5】固定座標における電流の軌跡の一例を模式的に示す図である。

【図6】α軸電流の一例を模式的に示す図である。

【図7】インダクタンスの一例を模式的に示す図である。

【図8】インダクタンスの一例を模式的に示す図である。

【図9】インダクタンスの一例を模式的に示す図である。

【図10】回転検出装置の動作の一例を示すフローチャートである。

【図11】インダクタンスの一例を模式的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

＜構成＞
図１は回転検出装置の構成の一例を概略的に示す図である。回転検出装置は電圧出力部１と制御部３と電流検出部４とを備えている。電圧出力部１は電動機２に対して交流電圧を出力する。電圧出力部１は例えばインバータである。この電圧出力部１には、例えば直流電圧が入力される。電圧出力部１は、入力された直流電圧を交流電圧に変換し、変換後の交流電圧を電動機２に出力する。

【0018】

図２は電圧出力部１の内部構成の一例を示す図である。例えば電圧出力部１は三相のインバータであって、Ｕ相のスイッチング素子Ｓｕｐ，Ｓｕｎと、Ｖ相のスイッチング素子Ｓｖｐ，Ｓｖｎと、Ｗ相のスイッチング素子Ｓｗｐ，Ｓｗｎとを有している。スイッチング素子Ｓｕｐ，Ｓｕｎは直流母線ＬＨ，ＬＬの間で出力端Ｐｕを介して相互に直列に接続され、スイッチング素子Ｓｖｐ，Ｓｖｎは直流母線ＬＨ，ＬＬの間で出力端Ｐｖを介して相互に直列に接続され、スイッチング素子Ｓｗｐ，Ｓｗｎは直流母線ＬＨ，ＬＬの間で出力端Ｐｗを介して相互に直列に接続されている。直流母線ＬＨ，ＬＬには直流電圧が印加される。

【0019】

スイッチング素子Ｓｕｐ，Ｓｖｐ，Ｓｗｐ，Ｓｕｎ，Ｓｖｎ，Ｓｗｎが制御部３によって適宜に制御されることにより、電圧出力部１は直流電圧を例えば三相交流電圧に変換し、この三相交流電圧を出力端Ｐｕ，Ｐｖ，Ｐｗから出力する。

【0020】

電動機２は回転子２１と固定子２２とを備えている。固定子２２は巻線２２１を有している。図１の例示では、三相の巻線２２１が設けられている。つまり三相の電動機２が示されている。図１の例示では、各相の巻線２２１の一端はそれぞれ出力端Ｐｕ，Ｐｖ，Ｐｗに接続され、また、他端同士が接続されている。この巻線２２１に三相交流電圧が印加されると、三相交流電流が流れて、三相の巻線２２１が回転子２１へと回転磁界を印加する。

【0021】

回転子２１は永久磁石を有しており、この永久磁石が固定子２２へと界磁磁束を供給する。回転子２１は、固定子２２から印加される回転磁界に応じて回転する。この電動機２は例えば圧縮機またはファンを駆動する。

【0022】

また電動機２は、固定子２２からの回転磁界とは別の原因で回転することもある。例えば固定子２２が回転磁界を印加していない状態で電動機２に外力が発生することで、電動機２が回転することがある。例えば電動機２がファンを駆動する場合、風によってファンから外力を受けて、電動機２が回転することがある。或いは、電動機２が圧縮機を駆動する場合、吸入側の低圧と吐出側の高圧との間の差圧によって、圧縮機から外力を受けて、電動機２が回転することがある。

【0023】

このような回転は電圧出力部１の出力電圧に基づく回転ではないので、この回転を知るにはこの回転を検出する必要がある。本回転検出装置は、後述するように、この回転を検出する。

【0024】

なお電動機２は例えば磁石埋込型の電動機であり、逆突極性を有している。つまり、巻線２２１のインダクタンスは回転子２１の回転位置に応じて変化する。具体的には、当該インダクタンスのｑ軸の成分（以下、ｑ軸インダクタンスとも呼ぶ）はそのｄ軸の成分（以下、ｄ軸インダクタンスとも呼ぶ）よりも大きい。ここでいうｄ軸およびｑ軸とは、回転子２１の回転に応じて回転するｄ−ｑ回転座標系を構成する軸であり、電気角において互いに直交する。例えばｄ軸は界磁磁束と同相に設定される。ｑ軸はｄ軸に対して９０度進相してもよい。後に述べるように、本回転検出装置は、インダクタンスが回転子２１の回転位置に応じて変化することを利用して、外力による電動機２の回転を検出する。

【0025】

電流検出部４は巻線２２１を流れる交流電流を検出する。図１の例示では、３つの電流検出部４が設けられており、それぞれ巻線２２１を流れる交流電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを検出する。なお理想的には三相の交流電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗの和は零であるので、二相の交流電流を検出し、これらに基づいて残りの一相の交流電流を算出してもよい。また、電圧出力部１に流れる直流電流を検出し、電圧出力部１のスイッチングパターンに基づいて、この直流電流を交流電流として検出してもよい。この検出方法は１シャント方式とも呼ばれる。

【0026】

制御部３は出力制御部３１と判断部３２と算出部３３とを備えている。なおここでは、制御部３はマイクロコンピュータと記憶装置を含んで構成される。マイクロコンピュータは、プログラムに記述された各処理ステップ（換言すれば手順）を実行する。上記記憶装置は、例えばＲＯＭ(Read Only Memory)、ＲＡＭ(Random Access Memory)、書き換え可能な不揮発性メモリ（ＥＰＲＯＭ(Erasable Programmable ROM)等）、ハードディスク装置などの各種記憶装置の１つ又は複数で構成可能である。当該記憶装置は、各種の情報やデータ等を格納し、またマイクロコンピュータが実行するプログラムを格納し、また、プログラムを実行するための作業領域を提供する。なお、マイクロコンピュータは、プログラムに記述された各処理ステップに対応する各種手段として機能するとも把握でき、あるいは、各処理ステップに対応する各種機能を実現するとも把握できる。また、制御部３はこれに限らず、制御部３によって実行される各種手順、あるいは実現される各種手段又は各種機能の一部又は全部をハードウェアで実現しても構わない。

【0027】

出力制御部３１は電圧出力部１の出力電圧を制御する。例えば出力制御部３１はスイッチング素子Ｓｕｐ，Ｓｖｐ，Ｓｗｐ，Ｓｕｎ，Ｓｖｎ，Ｓｗｎへとそれぞれスイッチング信号を出力して、電圧出力部１が出力する交流電圧の振幅および周波数を制御する。このようなスイッチング信号の生成は公知であるものの、例えば次のように生成できる。すなわち、電圧出力部１が出力する交流電圧についての電圧指令値を例えば正弦波で生成し、この電圧指令値と三角波との比較に基づいて、スイッチング信号を生成する。

【0028】

算出部３３には、電流検出部４によって検出される交流電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗが入力される。算出部３３は交流電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗに基づいて後に詳述する演算を行って、その演算結果を判断部３２へと出力する。

【0029】

判断部３２は、後に詳述するように、電動機２が外力によって回転しているか否かの判断を、算出部３３からの演算結果に基づいて行う。

【0030】

＜回転検出＞
出力制御部３１は、電圧出力部１に高調波の交流電圧を出力させる。ここでいう高調波の交流電圧とは、静止した電動機２を回転させることができない程度に高い周波数の交流電圧をいう。ただしこのような高調波の交流電圧が出力された状態であっても、電動機２は外力によって回転し得る。

【0031】

かかる高調波の交流電圧によって、巻線２２１には高調波の交流電流が流れる。図３は当該電流の模式的な一例を固定座標系で示している。図３の固定座標系は、電気角において互いに直交するα軸およびβ軸によって構成されている。固定座標系は例えば固定子２２に固定された座標であり、α軸は例えばＵ相の巻線２２１が発生する磁束と同相に設定される軸である。

【0032】

図３の例示では、電流の軌跡が示される。図３は電動機２が静止しているときの電流を示しており、その軌跡は楕円を呈している。かかる楕円において、その長軸が回転子２１の回転位置を示すことになる。具体的には、電気角において、回転子２１の永久磁石の極中心（つまりｄ軸）が楕円の長軸に重なるように、回転子２１が静止している。

【0033】

電動機２が静止しているときには、電流のα軸の成分（以下、α軸電流とも呼ぶ）のボトム値からピーク値までの幅Ｉｐｐは略一定である。図４はα軸電流の一例を概略的に示している。図４に示すように、α軸電流は時間の経過と共に正弦波状に変化し、その幅Ｉｐｐはほぼ一定となる。

【0034】

図５は、電動機２が回転しているときの電流の模式的な一例を、固定座標系で示している。電動機２が回転していれば、電流の軌跡は長軸の方向が異なる複数種の楕円を形成する。したがって、α軸電流の幅は最小値Ｉｐｐ＿ｍｉｎと最大値Ｉｐｐ＿ｍａｘとの間で変動する。図６はα軸電流の一例を概略的に示している。図６に示すように、α軸電流の幅は最小値Ｉｐｐ＿ｍｉｎと最大値Ｉｐｐ＿ｍａｘとの間で変動する。

【0035】

なおβ軸電流についても同様である。つまり、電動機２が回転していないときには、β軸電流の幅は略一定であり、電動機２が回転しているときには、β軸電流の幅は時間の経過と共に変動する。以下では、代表的にα軸電流について述べる。

【0036】

以上のように、α軸電流の幅が最小値Ｉｐｐ＿ｍｉｎと最大値Ｉｐｐ＿ｍａｘとの間で変動する。したがって、その最小値Ｉｐｐ＿ｍｉｎと最大値Ｉｐｐ＿ｍａｘとの間の相違量が基準値よりも大きいときに、電動機２が回転していると判断する。相違量としては、例えば最小値Ｉｐｐ＿ｍｉｎに対する最大値Ｉｐｐ＿ｍａｘの比ＲＩを採用することができる。

【0037】

次に、上述の動作を行うための各構成について述べる。算出部３３は、検出された交流電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗに対して周知の座標変換を施して、α軸電流を算出する。そして算出部３３は所定期間におけるα軸電流の幅Ｉｐｐの最大値Ｉｐｐ＿ｍａｘと最小値Ｉｐｐ＿ｍｉｎとを算出し、これらに基づいて比ＲＩを算出する。算出部３３は、算出した比ＲＩを判断部３２へと出力する。

【0038】

判断部３２は比ＲＩが基準値よりも大きいか否かを判断する。この基準値は例えば予め設定されて記憶部に記憶される。そして、判断部３２は、比ＲＩが基準値よりも大きいと判断したときに、電動機２が回転していると判断する。

【0039】

これによれば、電動機２の回転を、比ＲＩに基づいて簡易に検出することができる。例えば本実施の形態と異なって、電流の軌跡の長軸を検出して回転位置を検出し、その回転位置の時間変化に基づいて電動機２の回転を検出することも考えられる。しかるに、電動機２が回転しているときには、特にその回転速度が高いほど、適切な楕円状の電流の軌跡を得ることができず、長軸の算出が困難となる。一方で、本実施の形態では、回転速度が高まっても電流の幅の最小値Ｉｐｐ＿ｍｉｎと最大値Ｉｐｐ＿ｍａｘとを得ることができるので、簡易に電動機２の回転を検出できる。

【0040】

＜基準値の設定方法＞
ところで、この幅Ｉｐｐは、巻線２２１のインダクタンス、電圧出力部１が出力する交流電圧の振幅および周波数をそれぞれＬ，Ｖ，ｆと表すと、簡易的には以下の式で表される。

【0041】

【数1】

【0042】

交流電圧の振幅Ｖおよび周波数ｆはそれぞれ一定となるように制御される。電動機２が静止していれば、インダクタンスＬは一定であると考えてよいので、電流の幅Ｉｐｐは一定である。これは図３および図４とも整合する。一方で、電動機２が回転しているときには、インダクタンスＬはその回転角度に応じて変化するので、交流電流の幅Ｉｐｐも時間の経過と共に変化すると考えることができる。

【0043】

したがって、交流電流の幅Ｉｐｐの最小値Ｉｐｐ＿ｍｉｎと、交流電流の幅Ｉｐｐの最大値Ｉｐｐ＿ｍａｘとに基づいて、電動機２が回転しているか否かを判断することができる。ここでは、最小値Ｉｐｐ＿ｍｉｎに対する最大値Ｉｐｐ＿ｍａｘの比ＲＩを考える。式（１）に鑑みると、この比ＲＩは以下の式で表される。

【0044】

【数2】

【0045】

Ｌｍｉｎは、幅Ｉｐｐが最大値Ｉｐｐ＿ｍａｘと等しいときのインダクタンスＬを示しており、Ｌｍａｘは、幅Ｉｐｐが最小値Ｉｐｐ＿ｍｉｎと等しいときのインダクタンスＬを示している。そこで、比ＲＬと比較される基準値として、インダクタンスＬの最小値Ｌｍｉｎに対する最大値Ｌｍａｘの比ＲＬを考察する。

【0046】

図７はインダクタンスＬの一例を模式的に示す図である。図７の例示では、電気角に対するインダクタンスＬの変動を示している。インダクタンスＬは正弦波に沿って変動しており、その１周期は電気角において１８０度である。図７の例示では、電動機２が逆突極性を有する場合のインダクタンスＬが示されており、ｑ軸インダクタンスＬｑはｄ軸インダクタンスＬｄよりも大きい。ｑ軸インダクタンスＬｑは正弦波の最大値（ピーク値）であり、ｄ軸インダクタンスＬｄは正弦波の最小値（ボトム値）である。なお正弦波の最大値は波高値とも呼ばれる。

【0047】

ところで、電動機２が電気角において角度幅θｔｈで回転したときの、インダクタンスＬの最大値Ｌｍａｘは、回転した角度範囲に応じて変化する。図７の例示では、角度範囲Ａ１，Ａ２が示されている。角度範囲Ａ１は、インダクタンスＬが最大値（ピーク値）をとるときの電気角を中心とした角度範囲であって、例えばその角度幅θｔｈは４０度程度である。

【0048】

例えば電動機２が角度範囲Ａ１に亘って回転すれば、その回転に伴ってインダクタンスＬは、角度範囲Ａ１における最小値Ｌｍｉｎ１から最大値Ｌｍａｘ１まで変化する。このインダクタンスＬの変化に応じて、α軸電流の幅Ｉｐｐも変動することになる（式（１）参照）。よってこの回転における比ＲＩは（Ｌｍａｘ１／Ｌｍｉｎ１）で表される。

【0049】

角度範囲Ａ２の角度幅は角度範囲Ａ１の角度幅θｔｈと同じであるものの、図７の例示では、角度範囲Ａ２は角度範囲Ａ１とは重なっていない。角度範囲Ａ２は例えば、インダクタンスＬが電気角の増加に対して単調に増加する範囲である。電動機２が角度範囲Ａ２に亘って回転すると、その回転に伴ってインダクタンスＬは角度範囲Ａ２におけるインダクタンスＬの最小値Ｌｍｉｎ２から最大値Ｌｍａｘ２まで変化する。よってこの回転における比ＲＩは（Ｌｍａｘ２／Ｌｍｉｎ２）で表される。以下では、角度範囲におけるインダクタンスＬの最小値Ｌｍｉｎに対する最大値Ｌｍａｘとの比を比ＲＬと呼ぶ。式（２）から、比ＲＩは比ＲＬと等しい。

【0050】

図７には、角度範囲Ａ１における最大値Ｌｍａｘ１（＝ｑ軸インダクタンスＬｑ）および最小値Ｌｍｉｎ１と、角度範囲Ａ２における最大値Ｌｍａｘ２および最小値Ｌｍｉｎ２とが示されている。図７から直感的に、あるいは、後の説明から理解できるように、角度範囲Ａ１における比ＲＬ（＝Ｌｍａｘ１／Ｌｍｉｎ１）は、角度範囲Ａ２における比ＲＬ（＝Ｌｍａｘ２／Ｌｍｉｎ２）よりも小さい。

【0051】

以上のように、角度幅θｔｈが一定であっても比ＲＬは一定ではなく、その角度範囲に応じて変化することが分かる。つまり、電動機２が一定の角度幅θｔｈの分、回転したとしても、そのときの比ＲＬは、電動機２がどの回転位置から回転したかに応じて変化するのである。

【0052】

しかしながら、おおよそ角度幅θｔｈに亘る回転を検出する場合には、その角度幅θｔｈを有する任意の角度範囲における比ＲＬを基準値に採用してもよい。つまり、電動機２を流れる電流の比ＲＩが、この基準値よりも大きいときには、電動機２はおおよそ角度幅θｔｈに亘って回転していると考えるのである。これによれば、基準値をその角度幅に応じて設定することができる。つまり、基準値の設定する指針が示される。

【0053】

その一方で、角度幅θｔｈに亘る回転をより確実に検出するには、その角度幅θｔｈを有する角度範囲における比ＲＬとして、より小さい値を採用することが望ましい。例えば比ＲＬの最小値を基準値に採用する。電動機２が角度幅θｔｈに亘って回転すれば、どの位置から回転しようとも、そのときに算出される比ＲＩ（＝ＲＬ）は理論的には必ず当該最小値よりも大きい。よって、比ＲＩが基準値よりも大きいときには、電動機２は理論的には少なくとも角度幅θｔｈに亘って回転していると判断できる。そこで、電動機２が角度幅θｔｈの分、回転したときの比ＲＬの最小値を求める。

【0054】

結論を述べると、電動機２が角度幅θｔｈの分、回転したときの比ＲＬの最小値は、角度範囲Ａ１における比ＲＬ（＝Ｌｍａｘ１／Ｌｍｉｎ１）である。これを説明すべく、角度範囲Ａ１以外の角度範囲を、次の３種の角度範囲Ａ１１，Ａ２，Ａ３に大別する。角度範囲Ａ１１，Ａ２，Ａ３の角度幅は角度範囲Ａ１と同じく角度幅θｔｈである。角度範囲Ａ１１はインダクタンスＬのピーク値（＝ｑ軸インダクタンスＬｑ）を含むものの、角度範囲Ａ１とは異なる範囲である（図８参照）。角度範囲Ａ２はインダクタンスＬが電気角に対して単調に変化する範囲である（図７参照）。角度範囲Ａ３はインダクタンスＬの最小値（ボトム値）を含む範囲である（図９参照）。ただし図９では、０度から１８０度までの電気角が示されているので、角度範囲Ａ３は２つに分割されて示されている。角度範囲Ａ１における比ＲＬが、これら角度範囲Ａ１１，Ａ２，Ａ３における比ＲＬよりも小さければ、角度範囲Ａ１における比ＲＬが最小となる。

【0055】

まず、角度範囲Ａ２における比ＲＬと、角度範囲Ａ１における比ＲＬとの大小について述べる。角度範囲Ａ２においてインダクタンスＬは単調に変化するのに対して、角度範囲Ａ１においてインダクタンスＬは上に凸の形状を有する。しかも、インダクタンスＬは正弦波を呈するので、いずれも同じ角度幅θｔｈに亘る変動であっても、角度範囲Ａ１における最大値Ｌｍａｘ１と最小値Ｌｍｉｎ１との差は小さく、角度範囲Ａ２における最大値Ｌｍａｘ２と最小値Ｌｍｉｎ２との差は大きい。したがって、角度範囲Ａ１における比ＲＬは、角度範囲Ａ２における比ＲＬよりも小さくなる。

【0056】

次に、角度範囲Ａ１１における比ＲＬと角度範囲Ａ１における比ＲＬとの大小について述べる。図８の例示では、角度範囲Ａ１，Ａ１１の一例が示されている。この角度範囲Ａ１１におけるインダクタンスＬの最大値Ｌｍａｘ１１は、角度範囲Ａ１におけるインダクタンスＬの最大値Ｌｍａｘ１と同じく、インダクタンスＬのピーク値（＝ｑ軸インダクタンスＬｑ）である。一方で、角度範囲Ａ１１におけるインダクタンスＬの最小値Ｌｍｉｎ１１は、角度範囲Ａ１におけるインダクタンスＬの最小値Ｌｍｉｎ１よりも小さい。なぜなら、正弦波は、そのピーク値に対して左右対称となる波形をとるからである。よって、ピーク値が中央に位置しない角度範囲Ａ１１における最小値Ｌｍｉｎ１１が、ピーク値が中央に位置する角度範囲Ａ１における最小値Ｌｍｉｎ１よりも小さくなるのである。最大値Ｌｍａｘ１，Ｌｍａｘ１１が同じであり、最小値Ｌｍｉｎ１１が最小値Ｌｍｉｎ１よりも小さいので、角度範囲Ａ１における比ＲＬは角度範囲Ａ１１における比ＲＬよりも小さい。

【0057】

次に、角度範囲Ａ３における比ＲＬと角度範囲Ａ１における比ＲＬとの大小について述べる。なお、この角度範囲Ａ３における比ＲＬは、インダクタンスＬがボトム値をとるときの電気角が、角度範囲Ａ３の中央に位置するときに最小となる。よって、ここでは、インダクタンスＬのボトム値が中央に位置する角度範囲Ａ３を考慮する。図９の例示では、角度範囲Ａ１，Ａ３の一例が示されている。

【0058】

この角度範囲Ａ３における比ＲＬは、角度範囲Ａ３の最大値Ｌｍａｘ３と最小値Ｌｍｉｎ３（＝ｑ軸インダクタンスＬｑ）とを用いて、（Ｌｍｉｎ３／Ｌｍａｘ３）で表される。角度範囲Ａ１におけるインダクタンスＬの最大値Ｌｍａｘ１と最小値Ｌｍｉｎ１との差ΔＬは、角度範囲Ａ３におけるインダクタンスＬの最大値Ｌｍａｘ３と最小値Ｌｍｉｎ３との差ΔＬと等しい。一方で、角度範囲Ａ１におけるインダクタンスＬの最小値Ｌｍｉｎ１は、角度範囲Ａ３におけるインダクタンスＬの最小値Ｌｍｉｎ３よりも大きい。よって、以下の式が導かれる。

【0059】

【数3】

【0060】

式（３）から理解できるように、角度範囲Ａ１における比ＲＬは角度範囲Ａ３における比ＲＬよりも小さい。

【0061】

以上のように、角度範囲Ａ１における比ＲＬは、角度範囲Ａ１１，Ａ２，Ａ３における比ＲＬの全てよりも小さく、比ＲＬは角度範囲Ａ１において最小となることが分かる。

【0062】

したがって、電動機２を流れる電流についての比ＲＩが、比ＲＬの最小値（角度範囲Ａ１における比ＲＬ）よりも大きいときには、電動機２は電気角において少なくとも角度幅θｔｈの分、回転していると判断することができる。

【0063】

ところで、インダクタンスＬは、振幅（Ｌｑ−Ｌｄ）／２、１周期が１８０度の余弦波に、一定値（Ｌｑ＋Ｌｄ）／２を加算した値である。よって、比ＲＬの最小値（角度範囲Ａ１における比ＲＬ）は以下のように表される。ただし、角度幅θｔｈは１８０度以下である。

【0064】

【数4】

【0065】

図１０は、回転検出装置の動作の一例を示すフローチャートである。この一連の動作は、電圧出力部１が電動機２を駆動していない状態、即ち、電動機２を回転させるための交流電圧を出力していない状態で、開始される。まず、ステップＳＴ１にて、出力制御部３１は電圧出力部１を制御して、電圧出力部１に高調波の交流電圧Ｖｈを出力させる。次にステップＳＴ２にて、電流検出部４は、電動機２に流れる交流電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを検出する。検出された交流電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗは算出部３３に入力される。次にステップＳＴ３にて、算出部３３は、交流電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗに対して周知の座標変換を施して、α軸電流を算出する。そして算出部３３は所定期間におけるα軸電流の幅Ｉｐｐの最大値Ｉｐｐ＿ｍａｘと最小値Ｉｐｐ＿ｍｉｎとを算出し、これらに基づいて第１比として比ＲＩ（＝Ｉｐｐ＿ｍａｘ／Ｉｐｐ＿ｍｉｎ）を算出する。次にステップＳＴ４にて、判断部３２は比ＲＩが所定の閾値たる第２比よりも大きいか否かを判断する。この閾値は角度範囲Ａ１における比ＲＬであり、例えば予め設定されて記憶部などに記憶されている。

【0066】

比ＲＩが閾値よりも大きいと判断したときには、ステップＳＴ５にて、判断部３２は電動機２が回転していると判断する。比ＲＩが閾値以下であると判断したときには、ステップＳＴ６にて、判断部３２は電動機２が静止していると判断する。

【0067】

以上のように、本回転検出装置によれば、角度幅θｔｈを超える回転をより確実に検出することができる。

【0068】

なお上述の例では、基準値として角度範囲Ａ１における比ＲＬを採用しているものの、他の角度範囲を採用してもよい。例えば上述の説明から理解できるように、インダクタンスＬがピーク値をとるときの電気角を含む角度範囲Ａ１１における比ＲＬは、角度範囲Ａ２における比ＲＬよりも小さい。よって、角度範囲Ａ１１における比ＲＬを基準値に採用すれば、角度範囲Ａ２における比ＲＬを基準値に採用する場合に比べて、より確実に角度幅θｔｈに亘る回転を検出できる。

【0069】

同様に、インダクタンスＬがボトム値をとるときの電気角を含む角度範囲Ａ３における比ＲＬは、角度範囲Ａ２における比ＲＬよりも小さい。よって、角度範囲Ａ３における比ＲＬを基準値に採用すれば、角度範囲Ａ２における比ＲＬを基準値に採用する場合に比べて、より確実に角度幅θｔｈに亘る回転を検出できる。

【0070】

またインダクタンスＬがボトム値を採るときの電気角をその中心に含む角度範囲Ａ３（以下、角度範囲Ａ３１と呼ぶ）における比ＲＬは、当該電気角を中心以外に含む角度範囲Ａ３（以下、角度範囲Ａ３２とも呼ぶ）における比ＲＬよりも小さい。よって、角度範囲Ａ３１における比ＲＬを基準値に採用すれば、角度範囲Ａ３２における比ＲＬを基準値に採用する場合に比べて、より確実に角度幅θｔｈに亘る回転を検出できる。

【0071】

また上記の例では、逆突極性の電動機２について述べたものの、突極性の電動機２についても同様である。なお突極性の電動機２の回転子２１は永久磁石を有する必要はない。突極性の電動機２において、回転子２１は突極構造を有している。ｄ軸は例えば回転子２１の突極方向に沿った軸に設定される。

【0072】

図１１は、突極性の電動機２についてのインダクタンスＬの一例を模式的に示している。突極性では、図１１に示すように、ｄ軸インダクタンスＬｄがｑ軸インダクタンスＬｑよりも大きい。この場合であっても、上述の考え方を採用できる。すなわち、電流の比ＲＩが比ＲＬの最小値よりも大きいときには、電動機２が少なくとも角度幅θｔｈの分、回転したと判断することができる。比ＲＬの最小値は上述と同様に、インダクタンスＬが最大値（ピーク値）を採る電気角を中央とした所定の角度範囲Ａ４における比ＲＬである。ただし図１１では、０度から１８０度までの電気角が示されているので、角度範囲Ａ４は２つに分割されて示されている。この比ＲＬの最小値（角度範囲Ａ４における比ＲＬ）は以下の式で表すことができる。

【0073】

【数5】

【0074】

また、上述の例では、角度幅θｔｈを１８０度以下として説明したが、角度幅θｔｈが１８０度以上となる場合には、その角度範囲には、インダクタンスＬの最大値（ピーク値）および最小値（ボトム値）の両方が含まれる。よって、この場合、比ＲＬは角度範囲に依らず一定となる。例えば逆突極性の電動機２では、比ＲＬは（Ｌｑ／Ｌｄ）で表され、突極性では比ＲＬは（Ｌｄ／Ｌｑ）で表される。比ＲＬは、ｄ軸インダクタンスＬｄとｑ軸インダクタンスＬｑとの比のうち、１を超える方とも説明できる。

【0075】

なお上述の例では、α軸電流を例に挙げて説明したが、比ＲＩとして、β軸電流の幅の最小値に対する最大値の比を採用してもよい。あるいは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相電流のいずれかを用いても構わない。

【0076】

また上述の例では、相違量として比ＲＩを採用したものの、最大値Ｉｐｐ＿ｍａｘと最小値Ｉｐｐ＿ｍｉｎとの間の差（＝Ｉｐｐ＿ｍａｘ−Ｉｐｐ＿ｍｉｎ）を採用してもよい。振幅Ｖおよび周波数ｆは既知であるので、式（１）に鑑みて、基準値を｛Ｖ/（π・ｆ・Ｌｍｉｎ）−Ｖ/（π・ｆ・Ｌｍａｘ）｝で設定することができる。角度範囲は上述と同様の思想により設定すればよい。つまり、角度範囲Ａ１，Ａ１１，Ａ２，Ａ３（Ａ３１，Ａ３２）を採用してもよいものの、角度範囲Ａ１１，Ａ３を採用すれば、角度範囲Ａ２を採用する場合に比べて基準値を小さくできる。よって回転を検出しやすい。また角度範囲Ａ３１を採用すれば、角度範囲Ａ３２を採用する場合に比べて基準値を小さくできる。角度範囲Ａ１を採用すれば、基準値を最も小さくできる。

【0077】

また相互に矛盾しない限り、上記の種々の実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

【符号の説明】

【0078】

１ 電圧出力部
２ 電動機
４ 電流検出部
２１ 回転子
２２ 固定子
３２ 判断部
２２１ 巻線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】