CN111464104A - 电机控制装置、图像形成装置及初始位置推定方法 - Google Patents

电机控制装置、图像形成装置及初始位置推定方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电机控制装置、图像形成装置及初始位置推定方法。电机控制装置的控制电路(50)使用感应传感方式来推定三相电机(30)的转子的初始磁极位置。在推定该初始磁极位置时，驱动电路(40)变更L个电角(L≥5)，并以各电角对定子绕组施加电压。此处，第i次(2≤i≤L)对定子绕组施加的电压的电角与第i－1次对定子绕组施加的电压的电角的差的绝对值是180－360/L度以上且180+360/L度以下。为了初始位置推定而第一次对定子绕组施加的电压的电角与开始初始位置推定之前的最后对定子绕组施加的电压的电角的差的绝对值是180－360/L度以上且180+360/L度以下。

Description

电机控制装置、图像形成装置及初始位置推定方法
技术领域
本公开涉及电机控制装置、图像形成装置以及转子的磁极的初始位置推定方法，特别是用于无传感器方式的无刷DC电机(也称为永久磁铁同步电机)等交流电机的控制。
背景技术
在无传感器方式的无刷DC电机等交流电机中，没有检测转子的永久磁铁相对于定子的各相线圈的磁极位置的传感器。因此，一般进行如下动作：在使电机启动前，以规定的电角对定子进行通电，将转子的磁极引进到与通电的电角(以下，也称为通电角度)对应的位置之后再开始电机的旋转。
然而，在进行转子的引进时，转子从最大偏离±180°的状态被引进，所以转子有时较大地振动。在这样的情况下，需要等待直到振动收敛到电机能够启动的水平。
另外，在使电机启动前不能允许转子运动的应用中，无法采用转子的引进的方法。例如，在电子照片方式的图像形成装置中，在对纸张输送用的供纸辊用的电机采用无刷DC电机的情况下，为了磁极的初始位置推定而不能采用转子引进的方法。这是因为若在电机启动前转子运动，则伴随于此而送出纸张，成为卡纸的原因。
因此，作为不进行转子的引进，而推定处于静止状态的转子的磁极位置的方法，已知感应传感的方法(例如，参照专利第2547778号公报)。该初始位置推定方法利用以多个电角对定子绕组施加转子不旋转的水平的电压时，根据转子的磁极位置与由定子绕组产生的电流磁场的位置关系，有效的电感微妙地变化的性质。
在使用感应传感方式推定初始磁极位置的情况下，存在由于残留在定子的铁芯的磁性的影响而产生较大的测定误差这个问题。日本特开2013－172511号公报公开了在以各电角对定子绕组进行通电之前，使与要通电的电流相反相的电流流过定子绕组，以减少剩磁的影响的方法。
在上述的日本特开2013－172511号公报的方法的情况下，每次变更要通电的电流的电角时，每次都需要使用于减少剩磁的影响的反相电流流过定子绕组。因此，转子的磁极的初始位置推定花费时间，用于使停止状态的电机启动的时间变长。
特别是，在需要频繁地接通断开电机的应用中，转子的磁极的初始位置推定花费时间成为问题。例如，在电子照片方式的图像形成装置的情况下，驱动供纸辊的电机在辊隙夹住纸张的状态下暂时停止，在打印时再启动。因此，花费较长的电机的启动时间导致打印时间变长，在装置性能方面尤其是问题。
发明内容
本公开考虑到上述的问题点，其目的之一在于在控制无传感器方式的三相电机的电机控制装置中，在通过感应传感方式进行转子的初始磁极位置推定时，不会使初始磁极位置推定所需的时间比以往长，并且减少剩磁的影响。
在本公开的一个实施方式中，提供控制无传感器方式的三相电机的电机控制装置。电机控制装置具备用于对三相电机的定子绕组的各相施加电压的驱动电路、和控制驱动电路的控制电路。控制电路在使用感应传感方式进行三相电机的转子的磁极的初始位置推定时，变更相互不同的L个电角，并使驱动电路以各电角对定子绕组施加电压。此处，L是5以上的整数。为了初始位置推定而第i次对定子绕组施加的电压的电角与第i－1次对定子绕组施加的电压的电角的差的绝对值是180－360/L度以上且180+360/L度以下。此处，i是2以上且L以下的整数。为了初始位置推定而第一次对定子绕组施加的电压的电角与开始初始位置推定之前的最后对定子绕组施加的电压的电角的差的绝对值是180－360/L度以上且180+360/L度以下。
优选控制电路响应于三相电机的启动命令来执行初始位置推定。此处，开始初始位置推定之前的最后对定子绕组施加电压的定时是在控制电路接受启动命令之前。
优选控制电路被构成为在控制驱动电路以使得旋转速度逐渐降低并使三相电机停止的情况下，存储转子达到停止状态时的保持角度。上述的开始初始位置推定之前的最后对定子绕组施加的电压的电角是保持角度。
优选控制电路被构成为在控制驱动电路以使得通过制动控制或者自由运转使三相电机停止的情况下，在转子停止后，使驱动电路以第一电角对定子绕组施加转子不旋转的程度的大小的电压。上述的开始初始位置推定之前的最后对定子绕组施加的电压的电角是上述第一电角。
优选控制电路被构成为在开始动作电源的供给后，使驱动电路以第二电角对定子绕组施加转子不旋转的程度的大小的电压。上述的开始初始位置推定之前的最后对定子绕组施加的电压的电角是上述第二电角。
优选控制电路获取通过向定子绕组的电压施加而产生的定子绕组的电流的检测值，以用于初始位置推定。控制电路被构成为根据为了初始位置推定而第k次施加的电压的电角与第k－1次施加的电压的电角的差，来对基于第k次的电压施加的定子绕组的电流的检测值进行修正。此处，k是2以上且L以下的整数。
优选控制电路被构成为在为了初始位置推定而第k次施加的电压的电角与第k－1次施加的电压的电角的差的绝对值不是180度的情况下，对通过第k次的电压施加而生成的定子绕组的电流的检测值进行修正。另一方面，控制电路被构成为在第k次施加的电压的电角与第k－1次施加的电压的电角的差的绝对值是180度的情况下，不对通过第k次的电压施加而生成的定子绕组的电流的检测值进行修正。
优选关于为了初始位置推定而第i次对定子绕组的各相施加的电压和第i－1次对定子绕组的对应的相施加的电压，极性相互不同，或者至少一方是零。关于为了初始位置推定而第一次对定子绕组的各相施加的电压和开始初始位置推定之前的最后对定子绕组的对应的相施加的电压，极性相互不同，或者至少一方是零。
优选关于为了初始位置推定而对定子绕组的任意一相施加的电压，在第j次施加的电压是零的情况下，第j－1次施加的电压的极性与第j+1次施加的电压的极性相互相反。此处，j是2以上且L－1以下的整数。
在本公开的其它实施方式中，提供具备取出纸张的供纸辊以及对取出的纸张进行输送的输送辊并在输送的纸张上形成图像的图像形成装置。图像形成装置具备对用于驱动供纸辊以及输送辊的三相电机的至少一个进行控制的上述的电机控制装置。
在本公开的另外的其它实施方式中，提供无传感器方式的三相电机的转子的磁极的初始位置推定方法。该初始位置推定方法包括如下步骤：变更相互不同的L个电角，并且按照每个电角，使驱动电路以转子不旋转的水平的电压值以及通电时间对定子绕组施加电压。L是5以上的整数。初始位置推定方法还包括：按照每个电角，使电流检测电路检测通过电压施加而在定子绕组的各相流动的电流的步骤；以及基于按照每个电角检测出的电流的峰值推定转子的磁极的初始位置的步骤。为了初始位置推定而第i次对定子绕组施加的电压的电角与第i－1次对定子绕组施加的电压的电角的差的绝对值是180－360/L度以上且180+360/L度以下，i是2以上且L以下的整数。为了初始位置推定而第一次对定子绕组施加的电压的电角与开始初始位置推定之前的最后对定子绕组施加的电压的电角的差的绝对值是180－360/L度以上且180+360/L度以下。
优选转子的磁极的初始位置推定方法还包括接受三相电机的启动命令的步骤。为了初始位置推定而第一次对定子绕组施加电压的定时是在接受到启动命令之后。开始初始位置推定之前的最后对定子绕组施加电压的定时是在接受启动命令之前。
优选转子的磁极的初始位置推定方法还包括控制驱动电路以使得旋转速度逐渐降低并使三相电机停止的步骤；以及存储转子达到停止状态时的保持角度的步骤。开始初始位置推定之前的最后对定子绕组施加的电压的电角是保持角度。
优选转子的磁极的初始位置推定方法还包括控制驱动电路以使得通过制动控制或者自由运转使三相电机停止的步骤；以及在转子停止后，使驱动电路以第一电角对定子绕组施加转子不旋转的程度的大小的电压的步骤。开始初始位置推定之前的最后对定子绕组施加的电压的电角是第一电角。
优选转子的磁极的初始位置推定方法还包括在开始动作电源的供给后，使驱动电路以第二电角对定子绕组施加转子不旋转的程度的大小的电压的步骤。开始初始位置推定之前的最后对定子绕组施加的电压的电角是第二电角。
优选转子的磁极的初始位置推定方法还包括如下步骤：根据为了初始位置推定而第k次施加的电压的电角与第k－1次施加的电压的电角的差，对通过第k次的电压施加而在定子绕组中流动的电流的检测值进行修正。k是2以上且L以下的整数。
优选在为了初始位置推定而第k次施加的电压的电角与第k－1次施加的电压的电角的差的绝对值不是180度的情况下实施对在定子绕组中流动的电流的检测值进行修正的步骤，在第k次施加的电压的电角与第k－1次施加的电压的电角的差的绝对值是180度的情况下，不实施对在定子绕组中流动的电流的检测值进行修正的步骤。
优选关于为了初始位置推定而第i次对定子绕组的各相施加的电压和第i－1次对定子绕组的对应的相施加的电压，极性相互不同，或者至少一方是零。关于为了初始位置推定而第一次对定子绕组的各相施加的电压和开始初始位置推定之前的最后对定子绕组的对应的相施加的电压，极性相互不同，或者至少一方是零。
优选关于为了初始位置推定而对定子绕组的任意一相施加的电压，在第j次施加的电压是零的情况下，第j－1次施加的电压的极性与第j+1次施加的电压的极性相互相反。j是2以上且L－1以下的整数。
根据上述的各实施方式，不会使感应传感方式的初始磁极位置推定所需的时间比以往长，并且能够减少剩磁的影响。
附图说明
关于本发明的上述以及其它目的、特征、方面以及优点，根据与附图关联地理解的与本发明有关的接下来的详细说明将会变得更加明确。
图1是表示电机控制装置的整体结构的框图。
图2是表示从使稳态运转中的电机减速停止到再启动为止的电机的旋转速度的变化的图。
图3是用于对用于显示无传感器矢量控制中的交流电流以及磁极位置的坐标轴进行说明的图。
图4是表示电机的运转中的无传感器矢量控制电路的动作的功能框图。
图5是表示推定处于静止状态的转子的磁极的初始位置的方法的功能框图。
图6是表示U相电压指令值、V相电压指令值以及W相电压指令值与电角之间的关系的图。
图7是示意性地表示γ轴电压指令值Vγ*与检测到的γ轴电流Iγ之间的关系的一个例子的时序图。
图8是表示转子的磁极位置同通电角度的相对位置关系与γ轴电流的峰值之间的关系的图。
图9是以表形式表示在本实施方式的比较例的情况下，通电角度与电压指令值之间的关系的图。
图10是针对用于初始磁极位置推定的电压施加角度的顺序，以表形式表示第一具体例子的图。
图11是针对用于初始磁极位置推定的电压施加角度的顺序，以表形式表示第二具体例子的图。
图12是针对用于初始磁极位置推定的电压施加角度的顺序，以表形式表示第三具体例子的图。
图13是针对用于初始磁极位置推定的电压施加角度的顺序，以表形式表示第四具体例子图。
图14是表示在实施方式1中控制三相电机的流程的流程图。
图15是表示图14的步骤S115的流程的流程图。
图16是表示图14的步骤S120所示的初始磁极位置推定的一个例子的流程图。
图17是表示图14的步骤S120所示的初始磁极位置推定的其它的一个例子的流程图。
图18是表示从使稳态运转中的电机制动停止到再启动为止的电机旋转速度的变化的图。
图19是表示在接通向电机控制装置的电源后，到电机达到稳态运转状态为止的电机的旋转速度的变化的图。
图20是在实施方式2的电机控制装置中，表示用于初始磁极位置推定的通电角度的顺序的具体例子的图。
图21是表示在实施方式2中控制三相电机的流程的流程图。
图22是用于在实施方式3的电机控制装置中说明电流修正值的例子的图。
图23是在实施方式3的电机控制装置中，表示初始磁极位置推定的流程的一个例子的流程图。
图24是在实施方式3的电机控制装置中，表示初始磁极位置推定的流程的其它的一个例子的流程图。
图25是表示图像形成装置的结构的一个例子的剖视图。
图26是表示用于图像形成装置的辊的驱动控制的电机及其控制装置的结构的框图。
具体实施方式
以下，参照附图，详细地对各实施方式进行说明。以下，列举无刷DC电机的例子进行说明，但本公开能够应用于通过多个相的电压进行驱动的无传感器方式的交流电机(无刷DC电机也是交流电机的一种)。此外，对相同或者相当的部分附加相同的参照附图标记，不重复其说明。
＜实施方式1＞
[电机控制装置的整体结构]
图1是表示电机控制装置的整体结构的框图。电机控制装置对无传感器方式的3相无刷DC电机(BLDCM：Brushless DC Motor)30进行驱动控制。如图1所示，电机控制装置包括驱动电路40、无传感器矢量控制电路50以及上位控制电路60。由于是无传感器方式，所以不具备用于检测转子的旋转位置的霍尔元件或者编码器。
驱动电路40是PWM(Pulse Width Modulation：脉冲宽度调制)控制方式的逆变器电路，在电机的通常运转中将直流驱动电压DV转换为3相交流电压并输出。具体地，驱动电路40基于从无传感器矢量控制电路50接受到的PWM信号亦即逆变器驱动信号U+、U－、V+、V－、W+、W－向无刷DC电机30供给U相电压UM、V相电压VM、W相电压WM。驱动电路40包括逆变器电路41、U相电流检测电路43U、V相电流检测电路43V以及预驱动电路44。
逆变器电路41包括U相臂电路42U、V相臂电路42V以及W相臂电路42W。这些臂电路42U、42V、42W相互并联连接在被给予直流驱动电压DV的节点与被给予接地电压GND的节点之间。以下，为了使记载变得简洁，将被给予直流驱动电压DV的节点记载为驱动电压节点DV，将被给予接地电压GND的节点记载为接地节点GND。
U相臂电路42U包括相互串联连接的高电位侧的U相晶体管FU+以及低电位侧的U相晶体管FU－。U相晶体管FU+及FU－的连接节点Nu与无刷DC电机30的U相绕组31U的一端连接。U相绕组31U的另一端与中性点32连接。
此外，如图1所示，无刷DC电机30的U相绕组31U、V相绕组31V以及W相绕组31W的连接是星形连接。在该说明书中，将U相绕组31U、V相绕组31V以及W相绕组31W统称而称为定子绕组31。
同样地，V相臂电路42V包括相互串联连接的高电位侧的V相晶体管FV+以及低电位侧的V相晶体管FV－。V相晶体管FV+及FV－的连接节点Nv与无刷DC电机30的V相绕组31V的一端连接。V相绕组31V的另一端与中性点32连接。
同样地，W相臂电路42W包括相互串联连接的高电位侧的W相晶体管FW+以及低电位侧的W相晶体管FW－。W相晶体管FW+及FW－的连接节点Nw与无刷DC电机30的W相绕组31W的一端连接。W相绕组31W的另一端与中性点32连接。
U相电流检测电路43U以及V相电流检测电路43V是用于以2分流方式检测电机电流的电路。具体地，U相电流检测电路43U连接在低电位侧的U相晶体管FU－与接地节点GND之间。V相电流检测电路43V连接在低电位侧的V相晶体管FV－与接地节点GND之间。
U相电流检测电路43U以及V相电流检测电路43V包括分流电阻。分流电阻的电阻值是1/10Ω级的较小的值。因此，表示由U相电流检测电路43U检测到的U相电流Iu的信号以及表示由V相电流检测电路43V检测到的V相电流Iv的信号由放大器(未图示)放大。之后，表示U相电流Iu的信号以及表示V相电流Iv的信号由AD(Analog-to-Digital：模拟到数字)转换器(未图示)进行AD转换之后，被取入至无传感器矢量控制电路50。
由于W相电流Iw能够从U相电流Iu和V相电流Iv根据基尔霍夫电流定律、即Iw＝－Iu－Iv求出，所以无需检测。更一般而言，只要检测U相电流Iu、V相电流Iv以及W相电流Iw中的任意2相的电流即可，其它的1相的电流值能够根据检测到的2相的电流值来计算。
预驱动电路44对从无传感器矢量控制电路50接受到的PWM信号亦即逆变器驱动信号U+、U－、V+、V－、W+、W－进行放大，并分别输出至晶体管FU+、FU－、FV+、FV－、FW+、FW－的栅极。
晶体管FU+、FU－、FV+、FV－、FW+、FW－的种类没有特别限定。例如，可以是MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)，也可以是双极晶体管，还可以是IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极型晶体管)。
无传感器矢量控制电路50是用于对无刷DC电机30进行矢量控制的电路，生成逆变器驱动信号U+、U－、V+、V－、W+、W－，并供给至驱动电路40。并且，无传感器矢量控制电路50在使无刷DC电机30启动时，通过感应传感方式推定处于静止状态的转子的磁极的初始位置。
无传感器矢量控制电路50可以被构成为ASIC(Application SpecificIntegrated Circuit：专用集成电路)等专用电路，也可以被构成为利用FPGA(FieldProgrammable Gate Array：现场可编程逻辑门阵列)以及/或者微型计算机等来实现其功能。
上位控制电路60以具备CPU(Central Processing Unit：中央处理器)以及存储器等的计算机为基础而构成。上位控制电路60向无传感器矢量控制电路50输出启动指令、停止指令以及旋转角速度指令值等。
此外，与上述不同，无传感器矢量控制电路50以及上位控制电路60也可以作为一个控制电路而由ASIC或者FPGA等构成，也可以由微型计算机构成。
[电机运转的概要]
图2是表示从使稳态运转中的电机减速停止到再启动为止的电机的旋转速度的变化的图。图2的横轴表示时间，纵轴表示电机的旋转速度。
参照图2，电机在时刻t10之前以矢量控制方式稳态运转，在从时刻t10到时刻t11的期间，电机的旋转速度的指令值逐渐减小，由此电机减速停止。在时刻t11，电机的旋转停止，在之后的时刻t12停止向定子的通电。从时刻t12到之后的时刻t13的期间，是向定子的励磁电流的供给停止的状态。
此处，在从时刻t10到时刻t11的减速停止的过程中，也通过无传感器矢量控制方式控制电机的旋转速度。因此，在非常低速的状态下d轴感应电压的检测变得困难，所以转子的磁极的位置推定的精度变差，然而至少到紧接电机停止的时刻t11之前为止，继续以基于磁极的推定位置以及推定旋转速度的电角对定子绕组施加电压。其结果是，在从时刻t11到时刻t12的期间，转子在与最终的电压指令值对应的电角的附近停止。但是，由于并没有进行转子的引进，所以与最终的电压指令值对应的电角与转子的磁极位置不一致。在该公开中，将与最终的电压指令值对应的电角称为保持角度。从时刻t11到时刻t12的期间成为转子在保持角度的附近的磁极位置停止的保持状态。
接下来，在从时刻t14再启动电机之前，在从时刻t13到时刻t14的期间，执行转子的磁极的初始位置推定。为了给予转子旋转方向的扭矩，需要以与转子的磁极的初始位置对应的适当的电角向定子绕组31供给三相交流电流。因此，推定转子的磁极的初始位置。在本公开中，作为转子的磁极的初始位置推定的方法，使用感应传感方式。并且，在实施方式1的电机控制装置中，在初始磁极位置推定时的通电电流的电角的设定中，利用前述的保持角度。
若在时刻t14转子的旋转开始，则以后，通过无传感器矢量控制方式控制无刷DC电机。从时刻t15起进入旋转速度恒定的稳态运转。
[无传感器矢量控制方式的坐标轴]
图3是用于对用于显示无传感器矢量控制中的交流电流以及磁极位置的坐标轴进行说明的图。
参照图3，在矢量控制中，将在3相无刷DC电机30的定子绕组31中流动的3相交流(U相、V相、W相)变量转换为与转子的永久磁铁同步地旋转的2相的成分。具体地，将转子35的磁极的方向设为d轴，将相位从d轴以电角前进90°的方向设为q轴。并且，将从U相坐标轴起的d轴的角度定义为θ。
此处，在作为不具有检测转子的旋转角度的位置传感器的控制方式的、无传感器矢量控制方式的情况下，需要通过某种方法推定表示转子的旋转角度的位置信息。将推定出的磁极方向设为γ轴，将相位从γ轴以电角前进90°的方向设为δ轴。将从U相坐标轴起的γ轴的角度设为θM。将θM相对于θ的延迟定义为Δθ。
在使电机启动时，通过感应传感方式推定处于静止状态的转子的磁极的初始位置时，也使用图3的坐标轴。该情况下，用电角θ表示转子的磁极的真实位置。用θM表示为了推定磁极的初始位置而对定子绕组31施加的电压的电角(也称为通电角度或者电压施加角度)。
[电机运转中的矢量控制]
图4是表示电机的运转中的无传感器矢量控制电路的动作的功能框图。以下，参照图4，简单地对电机运转中的无传感器矢量控制电路50的动作进行说明。
无传感器矢量控制电路50包括坐标转换部55、旋转速度控制部51、电流控制部52、坐标转换部53、PWM转换部54以及磁极位置推定部56。
坐标转换部55接受表示由驱动电路40的U相电流检测电路43U检测到的U相电流Iu、和由V相电流检测电路43V检测到的V相电流Iv的信号。坐标转换部55根据U相电流Iu和V相电流Iv计算W相电流Iw。而且，坐标转换部55通过对U相电流Iu、V相电流Iv以及W相电流Iw进行坐标转换来生成γ轴电流Iγ和δ轴电流Iδ。具体地，按照以下的流程。
首先，按照下式(A1)，坐标转换部55将U相、V相、W相这3相电流转换为α轴电流Iα以及β轴电流Iβ这2相电流。该转换也被称为Clarke(克拉克)转换。
Figure BDA0002371701120000111
接下来，按照下式(A2)，坐标转换部55将α轴电流Iα以及β轴电流Iβ转换为旋转坐标系的γ轴电流Iγ以及δ轴电流Iδ。该转换也被称为Park(帕克)转换。在下式(A2)中，θM是由磁极位置推定部56推定出的磁极方向的电角、即从U相坐标轴起的γ轴的角度。
Figure BDA0002371701120000112
旋转速度控制部51从上位控制电路60接受启动命令、停止命令、目标旋转角速度ω*。旋转速度控制部51根据目标旋转角速度ω*和由磁极位置推定部56推定出的转子35的旋转角速度ωM，例如通过PI控制(比例·积分控制)或者PID控制(比例·积分·微分控制)等，决定向无刷DC电机30的γ轴电流指令值Iγ*以及δ轴电流指令值Iδ*。
电流控制部52根据从旋转速度控制部51给予的γ轴电流指令值Iγ*以及δ轴电流指令值Iδ*、和从坐标转换部55给予的当前时刻的γ轴电流Iγ以及δ轴电流Iδ，例如通过PI控制或者PID控制等，决定γ轴电压指令值Vγ*以及δ轴电压指令值Vδ*。
坐标转换部53从电流控制部52接受γ轴电压指令值Vγ*以及δ轴电压指令值Vδ*。坐标转换部53通过对γ轴电压指令值Vγ*以及δ轴电压指令值Vδ*进行坐标转换，来生成U相电压指令值Vu*、V相电压指令值Vv*以及W相电压指令值Vw*。具体地，按照以下的流程。
首先，按照下式(A3)，坐标转换部53将γ轴电压指令值Vγ*以及δ轴电压指令值Vδ*转换为α轴电压指令值Vα*以及β轴电压指令值Vβ*。该转换被称为逆Park转换。在下式(A3)中，θM是由磁极位置推定部56推定出的磁极方向的电角、即从U相坐标轴起的γ轴的角度。
Figure BDA0002371701120000121
接下来，按照下式(A4)，坐标转换部53将α轴电压指令值Vα*以及β轴电压指令值Vβ*转换为3相的U相电压指令值Vu*、V相电压指令值Vv*以及W相电压指令值Vw*。该转换被称为逆Clarke转换。此外，从α、β这2相向U、V、W这3相的转换也能够使用空间矢量转换来代替逆Clarke转换。
Figure BDA0002371701120000122
PWM转换部54基于U相电压指令值Vu*、V相电压指令值Vv*以及W相电压指令值Vw*，来生成用于分别驱动晶体管FU+、FU－、FV+、FV－、FW+、FW－的栅极的PWM信号亦即逆变器驱动信号U+、U－、V+、V－、W+、W－。
磁极位置推定部56根据γ轴电流Iγ以及δ轴电流Iδ、和γ轴电压指令值Vγ*以及δ轴电压指令值Vδ*，来推定转子35的当前时刻的旋转角速度ωM和表示磁极位置的电角θM。具体地，磁极位置推定部56计算使γ轴感应电压成为零那样的旋转角速度ωM，并根据旋转角速度ωM来推定表示磁极位置的电角θM。磁极位置推定部56将推定出的旋转角速度ωM输出至上位控制电路60，并且输出至旋转速度控制部51。另外，磁极位置推定部56将推定出的表示磁极位置的电角θM的信息输出至坐标转换部53、55。
[处于静止状态的转子的磁极的初始位置推定]
图5是表示推定处于静止状态的转子的磁极的初始位置的方法的功能框图。
由于图4的磁极位置推定部56利用定子绕组31中产生的感应电压，所以不能在转子静止时使用。因此，在图5中，代替磁极位置推定部56，而设置通过感应传感方式推定转子35的磁极的初始位置的初始位置推定部57。
此处，在感应传感方式中，依次变更多个通电角度，并且对定子绕组31连续地或者通过PWM间歇地施加恒压，按照每个通电角度，检测在定子绕组31中流动的电流的变化。此处，向定子绕组31的通电时间以及施加电压的大小被设定为转子35不旋转的水平。但是，如果通电时间过短，或施加电压的大小过小，则不能够检测磁极的初始位置，所以需要注意。
如前述那样，基于感应传感的初始位置推定方法利用在以多个电角对定子绕组施加转子不旋转的水平的电压时，根据转子的磁极位置和由定子绕组产生的电流磁场的位置关系，有效的电感微妙地变化的性质。该电感的变化基于在d轴电流的情况下显著地产生的磁饱和现象。另外，在永久磁铁嵌入型(IPM：Interior Permanent Magnet)电机的情况下，具有q轴向的电感大于d轴向的电感的凸极性，所以有时即使没有产生磁饱和，也能够检测电感的变化。
具体地，为了检测转子的磁极的方向而经常使用的手法是使每个通电角度的通电时间以及施加电压的指令值(具体而言，γ轴电压的指令值)固定，检测通电时间内的γ轴电流的峰值，判定得到最大的峰值的通电角度(即，有效的电感最小的通电角度)是磁极的方向。或者，也可以利用对从通电的开始到γ轴电流达到预先决定的电流阈值为止的时间进行计测这个方法。到γ轴电流达到电流阈值为止的时间最短的情况、即电感最低的情况下的通电角与转子的磁极位置对应。以下，主要说明按照每个通电角度检测γ轴电流的最大峰值这个前者的方法，但本公开的技术也能够应用于后者的情况，还能够应用于基于感应传感方式的其它方法。
参照图5，无传感器矢量控制电路50包括初始位置推定部57、坐标转换部53、PWM转换部54以及坐标转换部55，作为用于推定转子35的磁极的初始位置的功能。这样，在转子的磁极的初始位置推定中利用图4中所说明的矢量控制的功能的一部分。以下，更详细地对各部的功能进行说明。
(1.初始位置推定部对γ轴电压指令值、通电角度以及通电时间的设定)
初始位置推定部57设定γ轴电压指令值Vγ*的大小、对定子绕组31施加的各相电压的电角θM(也称为通电角度θM)以及通电时间。初始位置推定部57将δ轴电压指令值Vδ*设定为零。此外，在对到γ轴电流达到电流阈值为止的时间进行计测的情况下，设定电流阈值来代替通电时间。
γ轴电压指令值Vγ*的大小以及通电时间(或电流阈值)被设定为在不使转子35旋转的范围中获得足够的SN比的γ轴电流Iγ那样的大小。电角θM在从0度到360度的范围中被设定为多个角度。例如，初始位置推定部57使电角θM以30度为单位从0度变化到360度。但是，在本公开的情况下，通电的顺序不是电角的升序或者降序。
(2.坐标转换部53)
坐标转换部53通过对γ轴电压指令值Vγ*以及δ轴电压指令值Vδ*(＝0)进行坐标转换，来生成U相电压指令值Vu*、V相电压指令值Vv*以及W相电压指令值Vw*。该坐标转换例如使用由前述的式(A3)表示的逆Park转换以及由前述的式(A4)表示的逆Clarke转换。
具体地，U相电压指令值Vu*、V相电压指令值Vv*以及W相电压指令值Vw*由下式(A5)表示。在下式(A5)中，将电压指令值的振幅设为V0。
Figure BDA0002371701120000151
图6是表示由上式(A5)表示的U相电压指令值、V相电压指令值以及W相电压指令值与电角之间的关系的图。在图6中，将上式(A5)中的电压指令值的振幅V0归一化为1。
参照图6，能够针对任意的θM规定U相电压指令值Vu*、V相电压指令值Vv*以及W相电压指令值Vw*。例如，在θM＝0°时，Vu*＝1，Vv*＝Vw*＝－0.5。在θM＝30°时，Vu*=(√3)/2≈0.87，Vv*＝0，Vw*=-(√3)/2≈-0.87。
(3.PWM转换部54)
再次参照图5，PWM转换部54基于U相电压指令值Vu*、V相电压指令值Vv*以及W相电压指令值Vw*，来生成用于分别驱动晶体管FU+、FU－、FV+、FV－、FW+、FW－的栅极的PWM信号亦即逆变器驱动信号U+、U－、V+、V－、W+、W－。
按照生成的逆变器驱动信号U+、U－、V+、V－、W+、W－，驱动电路40对无刷DC电机30的U相绕组31U、V相绕组31V以及W相绕组31W供给U相电压UM、V相电压VM以及W相电压WM。逆变器驱动信号的脉冲的总数与所设定的通电时间对应。设置在驱动电路40中的U相电流检测电路43U以及V相电流检测电路43V分别检测U相电流Iu以及V相电流Iv。表示检测到的U相电流Iu以及V相电流Iv的信号被输入至坐标变换部55。
(4.坐标转换部55)
坐标转换部55根据U相电流Iu和V相电流Iv来计算W相电流Iw。然后，坐标转换部55通过对U相电流Iu、V相电流Iv以及W相电流Iw进行坐标转换来生成γ轴电流Iγ和δ轴电流Iδ。该坐标转换使用前述的式(A1)的Clarke转换以及式(A2)的Park转换。
此外，如果假设U相、V相、W相的电特性以及磁特性没有不同，也没有转子35的永久磁铁的影响，则U相电流Iu、V相电流Iv、W相电流Iw的彼此的比率应该与电压指令值Vu*、Vv*、Vw*的彼此的比率相等。因此，在该假设的情况下，δ轴电流Iδ与通电角度无关地为0，γ轴电流Iγ与通电角度无关地为固定值。然而，实际上，γ轴电流Iγ的大小根据转子的永久磁铁相对于定子绕组的位置而变化，而且，根据定子以及转子的构造而各相的电特性以及磁特性产生不同，所以γ轴电流Iγ的大小变化。
图7是示意性地表示γ轴电压指令值Vγ*与检测到的γ轴电流Iγ之间的关系的一个例子的时序图。
参照图7，首先，图5的初始位置推定部57在从时刻t1到时刻t2的期间，将通电角度θM设定为0度，并且将γ轴电压指令值Vγ*设定为所决定的设定值。由此，定子的U相绕组31U、V相绕组31V以及W相绕组31W分别被施加经过脉冲宽度调制的U相电压UM、V相电压VM以及W相电压WM。结果γ轴电流Iγ在从时刻t1到时刻t2的期间从0A逐渐增加，在时刻t2达到峰值Iγp1。由于在时刻t2之后，停止向定子绕组31的电压施加，所以γ轴电流Iγ逐渐减少。在到向定子绕组31接下来施加电压的时刻t3为止的期间，U相电流Iu、V相电流Iv、W相电流Iw的值返回到零，结果γ轴电流Iγ的值也返回到零。
接下来，初始位置推定部57在从时刻t3到时刻t4的期间将通电角度θM设定为180度，并且将γ轴电压指令值Vγ*设定为与前次相同的设定值。其结果是，γ轴电流Iγ在从时刻t3到时刻t4的期间从0A逐渐增加，在时刻t4达到峰值Iγp2。由于在时刻t4之后，停止向定子绕组31的电压施加，所以γ轴电流Iγ逐渐减少。
以下，同样地，变更通电角度θM的设定角度，在变更后的通电角度θM下，将经过脉冲宽度调制的一定电压施加至定子绕组31。γ轴电压指令值Vγ*在各通电角度相同，通电时间也在各通电角度相同。而且，检测电压施加结束时的γ轴电流Iγ的峰值。
(5.初始位置推定部对转子的磁极位置的推定)
再次参照图5，初始位置推定部57基于针对多个通电角度θM分别获得的γ轴电流Iγ的峰值来推定转子35的磁极的位置。或者，也可以基于从通电开始到γ轴电流达到电流阈值为止的时间来推定转子35的磁极的初始位置。
图8是表示转子的磁极位置同通电角度的相对的位置关系与γ轴电流的峰值之间的关系的图。首先，参照图8(a)，对转子35的磁极位置θ与通电角度θM的相对的位置关系进行说明。
在图8(a)的情况下，转子35的磁极位置θ被固定为0°。因此，d轴被决定为电角0°的方向，q轴被决定为电角90°的方向。另一方面，通电角度θM从0°到360°以30°为单位变化。在图8(a)中，示出通电角度θM为0°的情况下的γ轴和δ轴。该情况下，Δθ＝0°。
接下来，参照图8(b)，对磁极位置θ和通电角度θM的角度差Δθ与γ轴电流Iγ的峰值之间的关系进行说明。图8(b)的横轴表示角度差Δθ，纵轴表示γ轴电流Iγ的峰值。纵轴的单位是任意单位。
如图8(b)所示，理想的是，在磁极位置θ与通电角度θM的角度差Δθ为0°时，即，磁极位置θ与通电角度θM一致时(在图8(a)中，θ＝θM＝0°的情况)，γ轴电流Iγ的峰值示出最大值。
[感应传感方式的初始磁极位置推定时的剩磁的影响]
在感应传感方式的初始磁极位置推定中，由于残留在定子铁芯的磁性而有时产生测定误差。例如，在使通电角度θM从0°到330°以30°为单位按升序变化的情况下，剩磁的影响显著出现。以下，参照图9，具体地进行说明。
图9是在本实施方式的比较例的情况下，以表形式表示通电角度与电压指令值之间的关系的图。
在图9中，用编号(No.)1～12示出电压施加的顺序。因此，通电角度θM从0°到330°以30°为单位按升序变化。该情况下，第i个(其中，i＝2～12)的通电时的电角θM[i]与之前的第i－1个通电时的电角θM[i－1]的角度差(即，θM[i]－θM[i－1])是30°。另外，图9的U相、V相、W相的电压指令值Vu*、Vv*、Vw*按照前述的式(A5)计算出。此处，将式(A5)的振幅V0归一化为1。
参照图9，例如，在电角0°的接下来以电角30°进行通电的情况下，在定子的U相绕组中，在电角0°的情况和电角30°的情况下，施加相同的极性的电压。因此，通过电角30°下的通电在U相绕组中产生的磁通被加上通过之前的电角0°下的通电而残留在U相的定子铁芯的磁性所产生的磁通。其结果是，U相的定子铁芯容易产生磁饱和，所以成为初始磁极位置推定的误差的原因。同样地，在电角60°、150°～240°、330°各个电角下的通电时，U相的定子绕组生成的磁通也被加上通过其前一个的通电角下的通电而产生的剩磁通，所以初始磁极位置推定会产生误差。V相以及W相的情况下，也有同样的问题。
为了解决该问题，有如日本特开2013－172511号公报所记载那样，在以各电角对定子绕组进行通电之前，使与要通电的电流反相的电流流过定子绕组，从而减少剩磁的影响的方法。然而，在该方法中，每次变更要通电的电流的电角时，每次都额外需要为了减少剩磁而流过反相电流的时间，产生初始磁极位置推定所需的总时间变长这个问题。
[推定初始磁极位置时的电压施加顺序]
为了在不使初始磁极位置推定所需的总时间比以往长这个前提下，尽可能地不受到剩磁的影响，在本实施方式的电机控制装置中，按照以下说明那样的电角的顺序对定子绕组施加用于初始磁极位置推定的电压。
此外，在本公开中，将施加至定子绕组的电压的电角也称为通电角度或者电压施加角度。通电角度与图3以及图6的θM对应。
具体地，图5的初始位置推定部57依次变更相互不同的L个电角(例如，L是5以上的整数)，并且以各电角通过驱动电路40向定子绕组的各相施加电压。而且，初始位置推定部57基于通过L个电角的各个电角下的电压施加而检测到的定子绕组的电流值来推定转子的磁极的初始位置。
在这种情况下，为了减少剩磁的影响，以第i次(其中，i是2以上且L以下的整数)向定子绕组施加的电压的电角与第i－1次向定子绕组施加的电压的电角的差的绝对值为(180－360/L)度以上且(180+360/L)度以下的方式进行选择。另外，关于为了初始位置推定而第一次向定子绕组施加的电压的电角与开始初始位置推定之前的最后对定子绕组施加的电压的电角，被设定为两者的差的绝对值为180－360/L度以上且180+360/L度以下。此外，在实施方式1的情况下，开始初始位置推定之前的最后对定子绕组施加的电压的电角是图2中所说明的保持角度。
如上述那样设定为了初始位置推定而向定子绕组施加的电压的电角，从而关于为了初始位置推定而第i次(2≤i≤L)对定子绕组的各相施加的电压和第i－1次对定子绕组的对应的相施加的电压(即，相同的相彼此的电压)，极性相互不同，或者至少一方成为零0，或者，即使是相同的极性但各个施加电压的大小也比较小。其结果是，能够尽可能地不受到剩磁的影响。
同样地，关于为了初始位置推定而第一次对定子绕组的各相施加的电压和开始初始位置推定之前的最后对定子绕组的对应的相施加的电压，极性相互不同，或者至少一方成为零，或者，即使是相同的极性但各个施加电压的大小也比较小。其结果是，能够尽可能地不受到剩磁的影响。
以下，列举具体例子进一步进行说明。在以下的具体例子中，L个电角分别相当于将360度L等分时的各角度。并且，在图10～图13中，作为一个例子，示出L＝12的情况，但本公开的技术并不限于L＝12情况。
(具体例子1)
图10是针对用于初始磁极位置推定的电压施加角度的顺序，以表形式表示第一具体例子的图。在图10(a)中示出电压施加角度的顺序的基本模式(以下，也称为基本通电模式)，在图10(b)中示出根据保持角度对基本通电模式进行了修正的情况下的电压施加角度的顺序。
另外，在图10(a)中也示出与通电角度对应的电压指令值Vu*、Vv*、Vw*。并且，在图10(a)、(b)的每个图中示出第i次(2≤i≤12)的通电角度θM[i]与第i－1次的通电角度θM[i－1]的角度差，即θM[i]－θM[i－1]。但是，在角度差为负的情况下，加上360度。换言之，使用求余函数mod示出(θM[i]－θM[i－1])mod360的值。
在具体例子1的基本通电模式中，第i＝2m－1(其中，1≤m≤6)个亦即第奇数个通电角度θM[2m－1]被表示为(m－1)×30°。第i＝2m个亦即第偶数个通电角度θM[2m]被表示为180°+(m－1)×30°。该情况下，第奇数个通电角度是对第偶数个通电角度加上210°所得的值(其中，除以360后的余数)，第偶数个通电角度是对第奇数个通电角度加上180°所得的值(其中，除以360后的余数)。
更一般而言，设为L＝2n(n是3以上的整数)，第(2m－1)个通电角度θM[2m－1](其中，1≤m≤n)被给予为：
θM[2m－1]＝360°×(m－1)/(2n)…(B1)。
另外，第(2m)个通电角度θM[2m]被给予为：
θM[2m]＝180°+360°×(m－1)/(2n)…(B2)。
该情况下，假设1≤m≤n，则某个电角下的电压施加与其下一个的电角下的电压施加之间的电角的差成为：
(θM[2m]－θM[2m－1])mod360＝180°…(B3)，
或者，假设1≤m≤n－1，则成为：
(θM[2m+1]－θM[2m])mod360＝180°+360°/L…(B4)。
并且，在图10(a)中示出在前述的式(A5)中代入通电角度θM[i](其中，1≤i≤12)时的、电压指令值Vu*、Vv*、Vw*。该情况下，式(A5)的电压振幅V0被归一化为1。
如图10(a)所示，关于为了初始位置推定而第i次(其中，2≤i≤12)对定子绕组的各相施加的电压和第i－1次对定子绕组的对应的相施加的电压(即，相同的相彼此的电压)，极性相互不同，或者至少一方成为零，但不会成为相同的极性。其结果是，能够减少剩磁的影响。
接下来，如图10(b)所示，根据开始初始位置推定之前的最后对定子绕组施加的电压的电角、即图2中所说明的保持角度来修正上述的基本通电模式。
具体地，通过将360度L等分而获得的L个角度中(图10的情况下，L＝12)的、最接近保持角度θh加上180度所得的值(其中，360°以上的情况下，除以360后的余数)的角度被设定为修正角度θa。而且，将上述的基本通电模式的通电角度θM[i](其中，1≤i≤L)的各个加上该修正角度θa所得的值决定为最终的通电角度。
在图10(b)的情况下，例示出保持角度θh为0度、90度、180度、270度这四种情况。该情况下，修正角度θa分别是180度、270度、0度、90度。因此，针对满足1≤i≤L的各整数i，最终的通电角度能够通过(θM[i]+θa)mod360来计算。
如图10(b)所示，通过根据保持角度θh来设定每次的通电角度θM[i]，从而关于为了初始位置推定而第一次对定子绕组的各相施加的电压和开始初始位置推定之前的最后对定子绕组的对应的相施加的电压，极性相互不同，或者至少一方成为零。其结果是，能够减少剩磁的影响。
(具体例子2)
图11是针对用于初始磁极位置推定的电压施加角度的顺序，以表形式表示第二具体例子的图。第二具体例子是对第一具体例子进行变形后的例子，图11(a)、(b)分别与图10(a)、(b)对应。
在具体例子2的基本通电模式中，第i＝2m－1(其中，1≤m≤6)个亦即第奇数个通电角度θM[2m－1]被表示为360°－(m－1)×30°。第i＝2m个亦即第偶数个通电角度θM[2m]被表示为180°－(m－1)×30°。该情况下，第奇数个通电角度是对第偶数个通电角度加上150°所得的值(其中，除以360后的余数)，第偶数个通电角度是对第奇数个通电角度加上180°所得的值(其中，除以360后的余数)。
更一般而言，设为L＝2n(n是3以上的整数)，第(2m－1)个通电角度θM[2m－1](其中，1≤m≤n)被给予为：
θM[2m－1]＝360°－360°×(m－1)/(2n)…(B5)。
另外，第(2m)个通电角度θM[2m]被给予为：
θM[2m]＝180°－360°×(m－1)/(2n)…(B6)。
该情况下，假设1≤m≤n，则某个电角下的电压施加与其下一个的电角下的电压施加之间的电角的差成为：
(θM[2m]－θM[2m－1])mod360＝180°…(B7)，
或者，假设1≤m≤n－1，则成为：
(θM[2m+1]－θM[2m])mod360＝180°－360°/L…(B8)。
并且，在图11(a)中示出在前述的式(A5)中代入通电角度θM[i](其中，1≤i≤12)时的、电压指令值Vu*、Vv*、Vw*。该情况下，式(A5)的电压振幅V0被归一化为1。
如图11(a)所示，关于为了初始位置推定而第i次(其中，2≤i≤12)对定子绕组的各相施加的电压和第i－1次对定子绕组的对应的相施加的电压(即，相同的相彼此的电压)，极性相互不同，或者至少一方成为零，但不会成为相同的极性。其结果是，能够减少剩磁的影响。
接下来，如图11(b)所示，根据开始初始位置推定之前的最后对定子绕组施加的电压的电角，即图2中说明的保持角度θh对上述的基本通电模式进行修正。
具体而言，与图10(b)的情况同样地，通过将360度L等分而获得的L个角度中(图10的情况下，L＝12)中的、最接近保持角度θh加上180度所得的值(其中，360°以上的情况下，设为除以360后的余数)的角度被设定为修正角度θa。而且，将上述的基本通电模式的通电角度θM[i](其中，1≤i≤L)的各个角度加上该修正角度θa所得的值(其中，除以360后的余数)决定为最终的通电角度。
如图11(b)所示，通过根据保持角度θh来设定每次的通电角度θM[i]，从而关于为了初始位置推定而第一次对定子绕组的各相施加的电压和开始初始位置推定之前的最后对定子绕组的对应的相施加的电压，极性相互不同，或者至少一方成为零。其结果是，能够减少剩磁的影响。
(具体例子3)
图12是针对用于初始磁极位置推定的电压施加角度的顺序，以表形式表示第三具体例子的图。图12(a)示出基本通电模式，图12(b)示出根据保持角度对基本通电模式进行了修正的情况下的电压施加角度的顺序。
另外，在图12(a)中也示出与通电角度对应的电压指令值Vu*、Vv*、Vw*。并且，在图12(a)、(b)的各个图中，示出第i次(2≤i≤L)的通电角度θM[i]与第i－1次的通电角度θM[i－1]的角度差、即(θM[i]－θM[i－1])mod360的值。
在具体例子3的基本通电模式中，用(i－1)×150°除以360后的余数表示第i个(其中，1≤i≤12)的通电角度θM[i]。
更一般而言，设为L＝2n(其中，n是4以上的整数，n－1和2n互质)，第i个通电角度θM[i](其中，1≤i≤2n)被给予为：
θM[i]＝mod((i-1)×(n-1),2n)×360°/(2n)…(B9)。
此处，mod((i－1)×(n－1)，2n)是(i－1)×(n－1)除以2n后的余数。
上述的情况下，假设2≤i≤L，则某个电角下的电压施加与其下一个的电角下的电压施加之间的电角的差成为：
(θM[i]－θM[i－1])mod360＝180°－360°/L…(B10)。
并且，在图12(a)中示出在前述的式(A5)代入通电角度θM[i](其中，1≤i≤12)时的、电压指令值Vu*、Vv*、Vw*。该情况下，式(A5)的电压振幅V0被归一化为1。
如图12(a)所示，关于为了初始位置推定而第i次(其中，2≤i≤12)对定子绕组的各相施加的电压和第i－1次对定子绕组的对应的相施加的电压(即，相同的相彼此的电压)，极性相互不同，或者一方成为零，但不会成为相同的极性。并且，在第j次(其中，2≤j≤11)对定子绕组的某个相施加的电压为零的情况下，第j－1次对同一相施加的电压的极性和第j+1次对同一相施加的电压的极性相互相反。其结果是，能够减少剩磁的影响。
接下来，如图12(b)所示，根据开始初始位置推定之前的最后对定子绕组施加的电压的电角、即图2中所说明的保持角度对上述的基本通电模式进行修正。
具体地，通过将360度L等分而获得的L个角度中(图12的情况下，L＝12)的、最接近保持角度θh加上(180°+360°/L)度所得的值(其中，360°以上的情况下，设为除以360后的余数)的角度被设定为修正角度θa。而且，将上述的基本通电模式的通电角度θM[i](其中，1≤i≤L)的各个加上该修正角度θa所得的值(其中，除以360后的余数)决定为最终的通电角度。
图12(b)的情况下，例示出保持角度θh为0度、90度、180度、270度这四种情况。该情况下，修正角度θa分别是150度、240度、330度、60度。因此，针对满足1≤i≤L的各整数i，最终的通电角度能够通过(θM[i]+θa)mod360来计算。
如图12(b)所示，通过根据保持角度θh来设定每次的通电角度θM[i]，从而关于为了初始位置推定而第一次对定子绕组的各相施加的电压和开始初始位置推定之前的最后对定子绕组的对应的相施加的电压，极性相互不同，或者任意一方成为零。其结果是，能够减少剩磁的影响。
(具体例子4)
图13是针对用于初始磁极位置推定的电压施加角度的顺序，以表形式表示第四具体例子的图。第四具体例子是对第三具体例子进行变形后的例子，图13(a)、(b)分别与图12(a)、(b)对应。
在具体例子4的基本通电模式中，用(i－1)×210°除以360后的余数表示第i个(其中，1≤i≤12)的通电角度θM[i]。
更一般而言，设为L＝2n(其中，n是4以上的整数，n+1和2n互质)，第i个通电角度θM[i](其中，1≤i≤2n)被给予为：
θM[i]＝mod((i-1)×(n+1),2n)×360°/(2n)…(B11)。
此处，mod((i－1)×(n+1)，2n)是(i－1)×(n+1)除以2n后的余数。
上述的情况下，假设2≤i≤L，则某个电角下的电压施加与其下一个的电角下的电压施加之间的电角的差成为：
(θM[i]－θM[i－1])mod360＝180°+360°/L…(B12)。
在图13(a)所示的例子中，记载n＝6的情况。但是，n的值并不限于6。
并且，在图13(a)中示出在前述的式(A5)代入通电角度θM[i](其中，1≤i≤12)时的、电压指令值Vu*、Vv*、Vw*。该情况下，式(A5)的电压振幅V0被归一化为1。
如图13(a)所示，关于为了初始位置推定而第i次(其中，2≤i≤12)对定子绕组的各相施加的电压和第i－1次对定子绕组的对应的相施加的电压(即，相同的相彼此的电压)，极性相互不同，或者一方成为零，但不会成为相同的极性。并且，在第j次(其中，2≤j≤11)对定子绕组的某个相施加的电压为零的情况下，第j－1次对同一相施加的电压的极性和第j+1次对同一相施加的电压的极性相互相反。其结果是，能够减少剩磁的影响。
接下来，如图13(b)所示，根据开始初始位置推定之前的最后对定子绕组施加的电压的电角、即图2中所说明的保持角度对上述的基本通电模式进行修正。
具体地，通过将360度L等分而获得的L个角度中(图13的情况下，L＝12)的、最接近保持角度θh加上(180°+360°/L)度所得的值(其中，360°以上的情况下，设为除以360后的余数)的角度被设定为修正角度θa。而且，将上述的基本通电模式的通电角度θM[i](其中，1≤i≤L)的各个加上该修正角度θa所得的值(其中，除以360后的余数)决定为最终的通电角度。
在图13(b)的情况下，例示出保持角度θh为0度、90度、180度、270度这四种情况。该情况下，修正角度θa分别是210度、300度、30度、120度。因此，针对满足1≤i≤L的各整数i，最终的通电角度能够通过(θM[i]+θa)mod360来计算。
如图13(b)所示，通过根据保持角度θh来设定每次的通电角度θM[i]，从而关于为了初始位置推定而第一次对定子绕组的各相施加的电压和开始初始位置推定之前的最后对定子绕组的对应的相施加的电压，极性相互不同，或者任意一方成为零。其结果是，能够减少剩磁的影响。
[三相电机的控制流程]
图14是表示在实施方式1中控制三相电机的流程的流程图。图15是表示图14的步骤S115的流程的流程图。以下，主要参照图14以及图15，总结实施方式1的电机控制方法。
参照图14，首先，图5的无传感器矢量控制电路50从上位控制电路60接受电机的启动指令(步骤S110：“是”)。由此，无传感器矢量控制电路50所包括的图5的初始位置推定部57在步骤S115中决定初始磁极位置推定时的通电角的顺序。图15表示具体的流程。
在图15的步骤S200中，首先，初始位置推定部57将通电角的顺序设定为基本通电模式。作为基本通电模式，例如能够使用参照图10(a)、图11(a)、图12(a)、图13(a)所说明的通电模式。能够预先决定使用哪个基本通电模式。
在接下来的步骤S210中，初始位置推定部57基于开始初始位置推定之前的最后使电机减速停止时的保持角度对基本通电模式中的各通电角度θM[i]进行修正。具体的流程例如与参照图10(b)、图11(b)、图12(b)、图13(b)所说明的流程相同。
再次参照图14，在下一个步骤S120中，初始位置推定部57推定转子的磁极的初始位置。对于具体的流程的一个例子，参照图16以及图17后述。
在接下来的步骤S125中，无传感器矢量控制电路50开始电机的旋转驱动。具体地，无传感器矢量控制电路50通过以基于由初始位置推定部57推定出的初始磁极位置将适当的扭矩施加至转子那样的电角向定子绕组施加电压，从而使转子的旋转开始。之后，无传感器矢量控制电路50基于由图4的磁极位置推定部56推定出的磁极位置θM以及旋转角速度ωM来控制驱动电路40，以便电机以从上位控制电路60给予的角速度指令值ω*旋转。
无传感器矢量控制电路50若从上位控制电路60接受减速停止指令(步骤S130：“是”)，则根据角速度指令值ω*使转子的旋转速度逐渐降低(步骤S135)。无传感器矢量控制电路50将与基于减速停止控制的最后的电压指令值对应的电角作为保持角度存储至存储器(步骤S140)。如在步骤S115中所说明那样，保持角度利用于在使电机再启动前进行的初始磁极位置推定时，决定通电角的顺序。以后，重复上述的各步骤。
图16是表示图14的步骤S120所示的初始磁极位置推定的一个例子的流程图。在图16所示的初始磁极位置推定方法中，使每个通电角度的通电时间以及γ轴电压的指令值固定，检测通电时间内的γ轴电流的峰值。该情况下，判定为得到最大的峰值的通电角度(即，有效的电感最小的通电角度)是磁极的方向。
参照图5以及图16，在开始初始位置推定流程前，预先设定γ轴电压指令值Vγ*、每个通电角度θM的向定子绕组31的电压施加时间(即，通电时间)、全部通电次数L。将对通电次数进行计数的参数设为i。i的初始值是1，重复步骤S300～S310，直到i＝L为止。另外，在图14的步骤S115中决定与通电次数i对应的通电角度θM[i]。
在步骤S301中，图5的坐标转换部53根据与参数i对应的通电角θM[i]下的余弦值及正弦值、和预先设定的γ轴电压指令值Vγ*，来计算U相电压指令值Vu*、V相电压指令值Vv*以及W相电压指令值Vw*。并且，PWM转换部54生成作为PWM信号的逆变器驱动信号U+、U－、V+、V－、W+、W－。
在接下来的步骤S302中，驱动电路40的逆变器电路41基于上述的逆变器驱动信号U+、U－、V+、V－、W+、W－向无刷DC电机30的定子绕组31的各相在预先决定的通电时间的期间施加经过脉冲宽度调制的U相电压UM、V相电压VM以及W相电压WM。
在接下来的步骤S303中，图1的U相电流检测电路43U以及V相电流检测电路43V检测各个通电期间内的U相峰值电流Iup以及V相峰值电流Ivp。能够将通电期间的结束时刻的U相电流Iu以及V相电流Iv的值分别设为U相峰值电流Iup以及V相峰值电流Ivp。
在接下来的步骤S304中，坐标转换部55根据U相峰值电流Iup以及V相峰值电流Ivp并按照Iwp＝－Iup－Ivp计算W相峰值电流Iwp。坐标转换部55基于通电角度θM[i]并根据各相的峰值电流Iup、Ivp、Iwp通过坐标转换计算γ轴的峰值电流Iγp以及δ轴的峰值电流Iδp。
上述的步骤S301～S304被重复通电次数的L次。之后，在接下来的步骤S320中，初始位置推定部57将在上述的步骤S304中计算出的γ轴电流的峰值Iγp[i]最大的通电角度θM[i]决定为转子的磁极的初始位置θ。以上，初始磁极位置的推定流程结束。
图17是表示图14的步骤S120所示的初始磁极位置推定的其它的一个例子的流程图。图17所示的初始磁极位置推定方法对从通电的开始到γ轴电流达到预先决定的电流阈值为止的时间进行计测。该情况下，到γ轴电流达到电流阈值为止的时间最短，即电感最低的情况下的通电角与转子的磁极位置对应。
参照图5以及图17，在开始初始位置推定流程前，预先设定γ轴电压指令值Vγ*、全部通电次数L、每次通电时的电流阈值。将对通电次数进行计数的参数设为i。i的初始值是1，重复步骤S350～S360，直到i＝L为止。另外，在图14的步骤S115中决定与通电次数i对应的通电角度θM[i]。
在步骤S351中，图5的坐标转换部53根据与参数i对应的通电角θM[i]下的余弦值及正弦值、和预先设定的γ轴电压指令值Vγ*，来计算U相电压指令值Vu*、V相电压指令值Vv*以及W相电压指令值Vw*。并且，PWM转换部54生成作为PWM信号的逆变器驱动信号U+、U－、V+、V－、W+、W－。
在接下来的步骤S352中，驱动电路40的逆变器电路41基于上述的逆变器驱动信号U+、U－、V+、V－、W+、W－对无刷DC电机30的定子绕组31的各相开始经过脉冲宽度调制的U相电压UM、V相电压VM以及W相电压WM的施加。
在接下来的步骤S353中，图1的U相电流检测电路43U以及V相电流检测电路43V分别检测U相电流Iu以及V相电流Iv。
在接下来的步骤S354中，坐标转换部55根据U相电流Iu以及V相电流Iv并按照Iw＝－Iu－Iv计算W相电流Iw。坐标转换部55基于通电角度θM[i]并根据各相的电流Iu、Iv、Iw通过坐标转换计算γ轴的电流Iγ以及δ轴的电流Iδ。
在接下来的步骤S356中，初始位置推定部57判定γ轴电流Iγ是否达到电流阈值Ith。在γ轴电流Iγ小于电流阈值Ith的情况下(步骤S356：“否”)，重复上述的步骤S353以及S354。在γ轴电流Iγ为电流阈值Ith以上时(步骤S356：“是”)，初始位置推定部57使处理进入至步骤S357。在步骤S357中，初始位置推定部57存储从通电开始起的经过时间T[i]，并使通过驱动电路40的向定子绕组的电压施加结束。
上述的步骤S351～S357被重复通电次数L次。之后，在接下来的步骤S370中，初始位置推定部57将上述的步骤S357中存储的从通电开始起的经过时间T[i]最小的通电角度θM[i]决定为转子的磁极的初始位置θ。以上，初始磁极位置的推定流程结束。
此外，本实施方式中所说明的通电角度的顺序的设定方法也能够应用于图16以及图17所示的以外的初始磁极位置推定方法。
[实施方式1的效果]
如以上那样，实施方式1的电机控制装置在通过感应传感方式进行三相电机的初始磁极位置的推定时，变更相互不同的L个电角(其中，L是5以上的整数)，并且使驱动电路以各电角对定子绕组施加电压。该情况下，第i次(其中，2≤i≤L)对定子绕组施加的电压的电角与第i－1次对定子绕组施加的电压的电角的差的绝对值是180－360/L度以上且180+360/L度以下。并且，为了初始位置推定而第一次对定子绕组施加的电压的电角与开始初始位置推定之前的最后对定子绕组施加的电压的电角的差的绝对值是180－360/L度以上且180+360/L度以下。
特别是在将L个电角设定为对360度进行L等分所得的角度的情况下，上述的电角的差的绝对值是180°或者180°－360°/L或者180°+360°/L。
通过如上述那样设定为了初始位置推定而施加至定子绕组的电压的电角，从而关于为了初始位置推定而第i次(2≤i≤L)对定子绕组的各相施加的电压和第i－1次对定子绕组的对应的相施加的电压(即，相同的相彼此的电压)，极性相互不同，或者至少一方成为零，或者，即使是相同的极性，各个施加电压的大小也比较小。其结果是，能够尽可能地不受到剩磁的影响。
同样地，关于为了初始位置推定而第一次对定子绕组的各相施加的电压和开始初始位置推定之前的最后对定子绕组的对应的相施加的电压，极性相互不同，或者至少一方成为零，或者，即使是相同的极性，各个施加电压的大小也比较小。其结果是，能够尽可能地不受到剩磁的影响。
另外，根据上述的初始磁极位置推定方法，除了用于检测电感的变化的电压施加以外，不需要在用于减少剩磁的目的下来施加电压。因此，不会使初始磁极位置推定所需的总时间比以往长。
＜实施方式2＞
在实施方式2中，对在使电机停止时不是进行减速停止而是进行制动停止或自由运转停止的情况，或者，在紧接向电机控制装置供给电源之后进行初始位置推定的情况进行说明。此时，在为了初始位置推定而向定子施加电压时，不能利用保持角度来设定施加电压的电角。因此，在开始初始位置推定之前，将用于减少剩磁的脉冲电压施加至定子绕组。以下，参照附图，具体地进行说明。
[制动停止的情况下的用于剩磁减少的脉冲电压施加]
图18是表示从使稳态运转中的电机制动停止到再启动为止的电机旋转速度的变化的图。图18的横轴表示时间，纵轴表示电机的旋转速度。
参照图18，电机到时刻t20为止以矢量控制方式稳态运转。在从时刻t20到时刻t21的期间，将图1的逆变器电路41的全部下臂或者全部上臂控制为导通状态，从而无刷DC电机30通过电磁制动器的作用而停止。
在从转子的停止后的时刻t22到时刻t23的期间，为了使剩磁减少而施加脉冲电压。脉冲电压的电角与用于之后的初始磁极位置推定的第一次的施加电压的电角相差180°左右。例如，在通过L次的电压施加进行初始磁极位置推定的情况下，电角的差被设定为180－360/L度以上且180+360/L度以下的范围。由此，能够减少剩磁的影响。从之后的时刻t23到时刻t24的期间，是停止向定子供给励磁电流的状态。
接下来，在从时刻t25再启动电机之前，在从时刻t24到时刻t25的期间，执行转子的磁极的初始位置推定。作为转子的磁极的初始位置推定的方法，使用感应传感方式。如实施方式1所说明那样，在通过L次的电压施加来推定初始磁极位置的情况下，优选第i次的电压施加的电角与第i－1次的电压施加的电角的差的绝对值是180－360/L度以上且180+360/L度以下。由此，能够尽可能地不受到剩磁的影响。
若在时刻t25开始转子的旋转，则以后通过无传感器矢量控制方式控制无刷DC电机。从时刻t26起，进入旋转速度恒定的稳态运转。
此外，在从图18的时刻t20到时刻t21，代替制动停止，而通过切断向定子绕组的电力供给的自由运转停止使电机停止的情况下，也能够在与上述相同的定时施加用于使剩磁减少的脉冲电压。
[电源接通的情况下的用于剩磁减少的脉冲电压的施加]
图19是表示电机控制装置的电源接通后，到电机达到稳态运转状态为止的电机的旋转速度的变化的图。图19的横轴表示时间，纵轴表示电机的旋转速度。
在时刻t30，向电机控制装置的电源供给被接通。在从电源供给开始后的时刻t30到时刻t31的期间，为了减少剩磁而施加脉冲电压。脉冲电压的电角与用于之后的初始磁极位置推定的第一次的施加电压的电角相差180°左右。例如，在通过L次的电压施加进行初始磁极位置推定的情况下，优选电角的差是180－360/L度以上且180+360/L度以下。由此，能够减少剩磁的影响。之后的从时刻t31到时刻t32的期间是停止向定子供给励磁电流的状态。
接下来，在从时刻t33再启动电机之前，在从时刻t32到时刻t33的期间，执行转子的磁极的初始位置推定。作为转子的磁极的初始位置推定的方法，使用感应传感方式。如实施方式1所说明那样，在通过L次的电压施加推定初始磁极位置的情况下，优选第i次的电压施加的电角与第i－1次的电压施加的电角的差的绝对值是180－360/L度以上且180+360/L度以下。由此，能够尽可能地不受到剩磁的影响。
若在时刻t33开始转子的旋转，则以后通过无传感器矢量控制方式控制无刷DC电机。从时刻t34起，进入旋转速度恒定的稳态运转。
[推定初始磁极位置时的电压施加顺序]
图20是在实施方式2的电机控制装置中，表示用于初始磁极位置推定的通电角度的顺序的具体例子的图。图20(a)与图10(a)的基本通电模式对应。图20(b)与图12(a)的基本通电模式对应。
参照图20(a)，用于初始磁极位置推定的各电压施加时的通电角度被设定为与图10(a)的基本通电模式相同。该情况下，第一次的电压施加时的通电角度是0度。
并且，为了剩磁减少而施加的脉冲电压的电角被设定为180度。由此，为了初始位置推定而第一次对定子绕组施加的电压的电角与开始初始位置推定之前的最后对定子绕组施加的电压的电角的差的绝对值成为180度。
参照图20(b)，用于初始磁极位置推定的各电压施加时的通电角度被设定为与图12(a)的基本通电模式相同。该情况下，第一次的电压施加时的通电角度是0度。
并且，为了剩磁减少而施加的脉冲电压的电角被设定为210度。由此，为了初始位置推定而第一次对定子绕组施加的电压的电角与开始初始位置推定之前的最后对定子绕组施加的电压的电角的差的绝对值成为150度。该角度被设定为等于第i次施加的电压的电角与第i－1次(其中，2≤i≤12)施加的电压的电角的差的绝对值。由此，能够尽可能地不受到剩磁的影响。
[三相电机的控制流程]
图21是表示在实施方式2中控制三相电机的流程的流程图。图21的流程图是扩展图14的流程图后的图。存在在图21的流程图中，对与图14的流程图相同或者相当的步骤附加相同的参照附图标记，不重复详细说明的情况。
参照图21，在步骤S100中，接通向电机控制装置的电源供给。
在接下来的步骤S105中，为了使剩磁减少，无传感器矢量控制电路50所包括的图5的初始位置推定部57以转子不旋转的程度的电压水平以及通电时间的期间，通过驱动电路40向定子绕组施加脉冲电压。用于减少该剩磁的电角被设定为与基本通电模式的第一次的通电角度具有180度左右的角度差。
之后，图5的无传感器矢量控制电路50从上位控制电路60接受电机的启动指令(步骤S110：“是”)。由此，初始位置推定部57在步骤S115中决定初始磁极位置推定时的通电角的顺序。具体而言，初始位置推定部57将通电角的顺序设定为与图10(a)、图11(a)、图12(a)、图13(a)等中说明的基本通电模式相同。即，执行图15的步骤S200。能够预先决定使用哪个基本通电模式。在紧接开始向电机控制装置的电源供给之后，不存储保持角度，所以不执行图15的步骤S210。
在接下来的步骤S120中，初始位置推定部57推定转子的磁极的初始位置。具体的流程的一个例子与图16以及图17所说明的流程相同。
在接下来的步骤S125中，无传感器矢量控制电路50开始电机的旋转驱动。具体地，无传感器矢量控制电路50通过以基于由初始位置推定部57推定出的初始磁极位置将适当的扭矩施加至转子那样的电角向定子绕组施加电压，从而使转子的旋转开始。之后，无传感器矢量控制电路50基于由图4的磁极位置推定部56推定出的磁极位置θM以及旋转角速度ωM来控制驱动电路40，以便电机以从上位控制电路60给予的角速度指令值ω*旋转。
接下来，对在从上位控制电路60接受到电机的停止指令的情况下的无传感器矢量控制电路50的动作进行说明。首先，无传感器矢量控制电路50若从上位控制电路60接受减速停止指令(步骤S130：“是”)，则根据角速度指令值ω*使转子的旋转速度逐渐降低(步骤S135)。无传感器矢量控制电路50将与基于减速停止控制的最后的电压指令值对应的电角作为保持角度存储至存储器(步骤S140)。
接下来，若从上位控制电路60接受电机的启动指令(步骤S110：“是”)，则初始位置推定部57在步骤S115中决定推定初始位置时的通电角的顺序。该情况下，如图15的步骤S210中所说明那样，保持角度用于修正基本通电模式。
另一方面，无传感器矢量控制电路50若从上位控制电路60接受制动停止指令(步骤S130“否”且步骤S145“是”)，则使构成驱动电路40的逆变器电路41的全部下臂或者全部上臂成为导通状态，从而对无刷DC电机30进行制动控制(步骤S150)。由此，转子的旋转停止。
在接下来的步骤S165中，为了使剩磁减少，无传感器矢量控制电路50的初始位置推定部57以转子不旋转的程度的电压水平以及通电时间的期间通过驱动电路40向定子绕组施加脉冲电压。用于减少该剩磁的电角被设定为与基本通电模式的第一次的通电角度具有180度左右的角度差。
接下来，若从上位控制电路60接受电机的启动指令(步骤S110：“是”)，则初始位置推定部57在步骤S115中将初始磁极位置推定时的通电角的顺序设定为与图10(a)、图11(a)、图12(a)、图13(a)等中说明的基本通电模式相同(图15的步骤S200)。该情况下，不执行图15的步骤S210。
另一方面，无传感器矢量控制电路50若从上位控制电路60接受自由运转停止指令(步骤S130“否”且步骤S145“否”且步骤S155：“是”)，则控制驱动电路40的逆变器电路41，以切断向无刷DC电机30的电力供给。由此，转子变为自由运转状态并停止(步骤S160)。
之后，在步骤S165中，为了使剩磁减少，无传感器矢量控制电路50的初始位置推定部57以转子不旋转的程度的电压水平以及通电时间的期间通过驱动电路40向定子绕组施加脉冲电压。用于减少该剩磁的电角被设定为与基本通电模式的第一次的通电角度具有180度左右的角度差。
接下来，若从上位控制电路60接受电机的启动指令(步骤S110：“是”)，则初始位置推定部57在步骤S115中将初始磁极位置推定时的通电角的顺序设定为与图10(a)、图11(a)、图12(a)、图13(a)等中说明的基本通电模式相同(图15的步骤S200)。该情况下，不执行图15的步骤S210。
之后，在减速停止(步骤S130：“是”)、制动停止(步骤S145：“是”)、自由运转停止(步骤S155：“是”)的任何一种情况下，都在接下来的步骤S120中，初始位置推定部57推定转子的磁极的初始位置。以下，重复同样的流程。
[实施方式2的效果]
如上述那样，根据实施方式2的电机控制装置，在紧接接通电机控制装置的电源之后，或者紧接通过制动停止或自由运转停止使电机停止之后，将用于减少剩磁的脉冲电压施加至定子绕组。该情况下，脉冲电压的电角与用于之后的初始磁极位置推定的第一次的施加电压的电角相差180°左右。例如，在通过L次的电压施加进行初始磁极位置推定的情况下，电角的差被设定为180－360/L度以上且180+360/L度以下的范围。由此，能够减少剩磁的影响。
另外，如参照图21的流程图所说明的那样，用于减少剩磁的脉冲电压被施加至定子绕组的定时是在接受电机的启动指令之前。因此，在接受到电机的启动指令后，不需要施加用于剩磁减少的脉冲电压，而能够立即执行初始磁极位置推定，所以有即使额外施加电压脉冲，也不会使初始位置推定所需的时间增加这个优点。
＜实施方式3＞
在实施方式3中，对为了提高初始磁极位置的推定精度，而对初始磁极位置推定时的电流检测值进行修正的例子进行说明。具体地，在变更电角并进行L次通电的情况下，初始位置推定部57根据第k次(其中，2≤k≤L)施加的电压的电角与第k－1次施加的电压的电角的差，对基于第i次的电压施加的定子绕组的电流的检测值进行修正。
实施方式3也能够应用于实施方式1以及实施方式2的任何一个。电机控制装置的具体的结构与实施方式1中所说明的相同。
[电流检测值的修正方法的具体例子]
图22是用于在实施方式3的电机控制装置中说明电流修正值的例子的图。图22(a)是以表形式表示与图10中所说明的基本通电模式对应的电流修正值的例子。图22(b)是以表形式表示与图11中所说明的基本通电模式对应的电流修正值的例子。在图22(a)以及图22(b)中，设第0次的通电角度θM[0]相当于实施方式1中的保持角度或者实施方式2中的用于剩磁减少的脉冲电压的电角。
参照图22(a)，在第i次(其中，1≤i≤12)施加的电压的电角θM[i]与第i－1次施加的电压的电角θM[i－1]的差、即(θM[i]－θM[i－1])mod360为180度的情况下，电流修正值是0，不进行电流检测值的修正。
另一方面，在电角的差(θM[i]－θM[i－1])mod360为210度的情况下，认为剩磁的影响比180度的情况大。因此，从电流检测值减去剩磁的影响引起的电流增加量。在图22(a)中，作为一个例子，将电流增加量设为0.1[A]，但实际上通过实验决定。
参照图22(b)，在第i次(其中，1≤i≤12)施加的电压的电角θM[i]与第i－1次施加的电压的电角θM[i－1]的差、即(θM[i]－θM[i－1])mod360为180度的情况下，电流修正值是0，不进行电流检测值的修正。
另一方面，在电角的差(θM[i]－θM[i－1])mod360为150度的情况下，认为剩磁的影响比180度的情况大。因此，从电流检测值减去剩磁的影响引起的电流增加量。在图22(b)中，作为一个例子，将电流增加量设为0.1[A]，但实际上通过实验决定。
[初始磁极位置的推定流程]
以下，对图16以及图17中说明的初始磁极位置推定流程中包括对电流检测值进行修正的步骤的例子进行说明。
图23是在实施方式3的电机控制装置中，表示初始磁极位置推定的流程的一个例子的流程图。图23的流程图与图16的流程图对应。在图23中，对与图16的情况相同或者对应的步骤附加相同的参照附图标记，不重复详细的说明。
参照图5以及图23，以全部通电次数L中的第i个(其中，1≤i≤L)的通电角度θM[i]向定子绕组施加电压(步骤S301、S302)。坐标转换部55基于该通电期间内的U相峰值电流Iup以及V相峰值电流Ivp的检测值(步骤S303)来计算γ轴电流的峰值Iγp[i](步骤S304)。
在接下来的步骤S305中，初始位置推定部57根据第i个通电角度θM[i]与其前一个的第i－1个通电角度θM[i－1]的角度差，对通过第i个通电而得到的γ轴电流的峰值Iγp[i]进行修正。此外，第0次的通电角度θM[0]相当于实施方式1中的保持角度，或者实施方式2中的用于剩磁减少的脉冲电压的电角。
具体地，在第i个通电角度θM[i]与其前一个的第i－1个通电角度θM[i－1]的角度差的绝对值为180度的情况下，初始位置推定部57不修正γ轴电流的峰值Iγp[i]的计算结果。另一方面，在第i个通电角度θM[i]与其前一个的第i－1个通电角度θM[i－1]的角度差的绝对值与180度不同的情况下，初始位置推定部57进行修正，使得γ轴电流的峰值Iγp[i]变小。
上述的步骤S301～S305被重复通电次数L次。之后，在接下来的步骤S320中，初始位置推定部57将在上述的步骤S305中计算出的修正后的γ轴电流的峰值Iγp[i]最大的通电角度θM[i]决定为转子的磁极的初始位置θ。以上，初始磁极位置的推定流程结束。
图24是在实施方式3的电机控制装置中，表示初始磁极位置推定的流程的其它的一个例子的流程图。图24的流程图与图17的流程图对应。在图24中，对与图17的情况相同或者对应的步骤附加相同的参照附图标记，不重复详细的说明。
参照图5以及图24，以全部通电次数L中的第i个(其中，1≤i≤L)的通电角度θM[i]向定子绕组施加电压(步骤S351、S352)。坐标转换部55基于通电中的U相电流Iu以及V相电流Iv的检测值(步骤S353)来计算γ轴电流Iγ(步骤S354)。
在接下来的步骤S355中，根据第i个通电角度θM[i]与其前一个的第i－1个通电角度θM[i－1]的角度差，对计算出的γ轴电流Iγ的值进行修正。此外，第0次的通电角度θM[0]与实施方式1中的保持角度，或者实施方式2中的用于剩磁减少的脉冲电压的电角对应。
具体地，在第i个通电角度θM[i]与其前一个的第i－1个通电角度θM[i－1]的角度差的绝对值为180度的情况下，初始位置推定部57不修正γ轴电流Iγ的计算结果。另一方面，在第i个通电角度θM[i]与其前一个的第i－1个通电角度θM[i－1]的角度差的绝对值与180度不同的情况下，初始位置推定部57进行修正，使得γ轴电流Iγ的值变小。
在接下来的步骤S356中，初始位置推定部57判定修正后的γ轴电流Iγ是否达到电流阈值Ith。但是，初始位置推定部57在不进行修正的情况下，直接使用计算出的γ轴电流Iγ，判定γ轴电流Iγ是否达到电流阈值Ith。
在上述的判定的结果是γ轴电流Iγ小于电流阈值Ith的情况下(步骤S356：“否”)，重复上述的步骤S353～S355。在γ轴电流Iγ为电流阈值Ith以上时(步骤S356：“是”)，初始位置推定部57使处理进入至步骤S357。在步骤S357中，初始位置推定部57对从通电开始起的经过时间T[i]进行存储，并结束通过驱动电路40的通电角度θM[i]下的向定子绕组的电压施加。
上述的步骤S351～S357被重复通电次数L次。之后，在接下来的步骤S370中，初始位置推定部57将在上述的步骤S357中存储的从通电开始起的经过时间T[i]最小的通电角度θM[i]决定为转子的磁极的初始位置θ。以上，初始磁极位置的推定流程结束。
[实施方式3的效果]
如上述那样，根据实施方式3的电机控制装置，在初始磁极位置推定时变更电角并且进行L次通电的情况下，根据第i次(其中，1≤i≤L)施加的电压的电角θM[i]与第i－1次施加的电压的电角θM[i－1]的差，对通过第i次的电压施加而产生的定子绕组电流的检测值进行修正。由此，能够提高初始磁极位置的推定精度。
＜实施方式4＞
在实施方式4中，对将实施方式1～3中所说明的电机控制装置使用于驱动电子照片方式的图像形成装置的各种辊的电机的控制的例子进行说明。
[图像形成装置的结构例]
图25是表示图像形成装置的结构的一个例子的剖视图。图25的剖视图是示意性的，请注意为了使图解变得容易，而放大表示一部分，或变更纵横比这一点。
参照图25，图像形成装置180具备被构成为串联彩色打印机的成像部181、供纸机构182以及原稿读取装置160。图像形成装置180也可以被构成为与网络连接而兼具打印机、扫描仪、复印机、传真机等功能的多功能周边装置(MFP：Multifunction Peripheral)。
成像部181具备四个感光盒191、192、193、194、一次转印辊131、转印带132、调色剂瓶123、二次转印辊133以及定影装置105。
感光盒191、192、193、194分别形成黄色(Y)、品红色(M)、青色(C)以及黑色(K)这四种颜色的调色剂像。感光盒191、192、193、194的各个具备圆筒的感光体110、带电器111、包括光源的图像曝光装置112以及包括显影辊121的显影装置102。
带电器111使感光体110的表面均匀地带电而成为规定电位。图像曝光装置112在感光体110的带电区域对与原稿图像对应的图像进行曝光。由此，在感光体110上形成静电潜像。显影装置102通过利用被施加了显影偏压的显影辊121使调色剂附着于静电潜像，从而形成可视调色剂像。
此外，分别与感光盒191、192、193、194对应地设置四个调色剂瓶123。从调色剂瓶123向对应的感光盒供给调色剂。在调色剂瓶123的内部设置有用于搅拌调色剂的搅拌叶片124。
分别与四个感光体110对置地设置四个一次转印辊131。通过各感光体110和对应的一次转印辊131压接转印带132。并且，向一次转印辊131施加吸引调色剂的偏压。由此，显影后的感光体110表面的可视调色剂像被转印至转印带132。
转印到转印带132上的可视调色剂像被输送到二次转印辊133的位置。与一次转印辊同样地也向二次转印辊133施加转印电压。由此，由转印带132输送来的可视调色剂像在二次转印辊133与转印带132的辊隙部被转印至作为记录介质183的纸张上。
转印到记录介质183上的可视调色剂像被输送到定影装置105。定影装置105具有定影辊150，通过利用定影辊150对记录介质183进行加热以及加压而使可视调色剂像定影于记录介质183上。定影后的记录介质183由排纸辊151排出到排纸托盘152。
供纸机构182从供纸盒140、142取入作为记录介质183的纸张并输送到二次转印辊133。供纸机构182包括供纸盒140、142、供纸辊141、143、输送辊144以及定时辊145。
收容在第一段的供纸盒140中的记录介质183由供纸辊141逐张取出，并被输送到定时辊145。收容在第二段的供纸盒142中的记录介质183由供纸辊143逐张取出，并经由输送辊144被输送到定时辊145。
定时辊145使供给的记录介质183暂时停止。由此，调整转印到转印带132上的可视调色剂像被输送到二次转印辊133的定时和记录介质183向二次转印辊133供给的定时。
原稿读取装置160通过读取原稿纸张161上的原稿图像来生成图像数据。在图25所示的例子中，原稿读取装置160被设置在成像部181的上部。原稿读取装置160具备原稿台162、供纸辊170、原稿输送辊163、171、原稿排出辊172、排纸托盘173、光源164、反射镜165、透镜166、CCD(Charged-Coupled Devices:电荷耦合器件)等图像传感器167。
载置在原稿台162上的原稿纸张161由供纸辊170逐张取入。原稿纸张161由原稿输送辊163、171输送，从而到达原稿读取位置。
在原稿读取位置处，向原稿纸张161上的原稿图像照射来自光源164的光。被原稿纸张161的表面反射的光被反射镜165反射后在透镜166会聚并入射至图像传感器167。其结果是，原稿纸张161上的原稿图像在图像传感器167的传感器面上成像，由图像传感器167生成原稿图像的图像数据。
通过了原稿读取位置的原稿纸张161由原稿排出辊172排出到排纸托盘173。
[对辊的驱动源应用无传感器方式的无刷DC电机]
图26是表示用于图像形成装置的辊的驱动控制的电机及其控制装置的结构的框图。
参照图26，构成图像形成装置180的各种辊90被无传感器方式的无刷DC电机30驱动。如实施方式1～3中说明那样，对该无刷DC电机30进行驱动控制的电机控制装置包括驱动电路40、无传感器矢量控制电路50以及上位控制电路60。
在要启动无传感器型的无刷DC电机30的情况下，在启动前进行的转子的磁极的初始位置推定使用实施方式1～3中所说明的感应传感方式。
此处，应注意如下点：在图像形成装置180中所使用的电机中的、特别是在驱动供纸辊141、143、170以及定时辊145的电机中，作为初始磁极位置推定方法，不能使用一般的转子引进的方法。这是因为通过转子引进，作为记录介质183的纸张也一起移动，所以在供纸辊141、143、170的情况下成为卡纸的原因，在定时辊145的情况下，准确的定时控制变得困难。
另外，驱动上述的供纸辊141、143、170以及定时辊145的无刷DC电机频繁地重复启动以及停止。因此，需要在短时间内进行初始磁极位置的推定。根据实施方式1～3的电机控制装置，与以往技术不同，在初始磁极位置推定时，不需要针对通电的每个电角施加用于减少剩磁的脉冲电压，能够减少剩磁的影响。因此，能够缩短初始磁极位置推定所需的时间，并且能够实现高精度的初始磁极位置推定。
对本发明的实施方式进行了说明，但应该认为本次公开的实施方式在全部方面仅为例示，不起限制作用。本发明的范围由权利要求书示出，预期包括与权利要求书均等意思以及范围内的全部变更。

Claims (19)

1.一种电机控制装置，控制无传感器方式的三相电机，上述电机控制装置具备：
驱动电路，用于对上述三相电机的定子绕组的各相施加电压；以及
控制电路，控制上述驱动电路，
上述控制电路在使用感应传感方式进行上述三相电机的转子的磁极的初始位置推定时，变更相互不同的L个电角，并且使上述驱动电路以各上述电角对上述定子绕组施加电压，上述L是5以上的整数，
为了上述初始位置推定而第i次对上述定子绕组施加的电压的电角与第i－1次对上述定子绕组施加的电压的电角的差的绝对值是180－360/L度以上且180+360/L度以下，上述i是2以上且L以下的整数，
为了上述初始位置推定而第一次对上述定子绕组施加的电压的电角与开始上述初始位置推定之前的最后对上述定子绕组施加的电压的电角的差的绝对值是180－360/L度以上且180+360/L度以下。
2.根据权利要求1所述的电机控制装置，其中，
上述控制电路响应于上述三相电机的启动命令来执行上述初始位置推定，
开始上述初始位置推定之前的上述最后对上述定子绕组施加电压的定时是在上述控制电路接受上述启动命令之前。
3.根据权利要求2所述的电机控制装置，其中，
上述控制电路被构成为在控制上述驱动电路以使得上述三相电机的旋转速度逐渐降低并使上述三相电机停止的情况下，存储上述转子达到停止状态时的保持角度，
开始上述初始位置推定之前的上述最后对上述定子绕组施加的电压的电角是上述保持角度。
4.根据权利要求2或者3所述的电机控制装置，其中，
上述控制电路被构成为在控制上述驱动电路以使得通过制动控制或者自由运转使上述三相电机停止的情况下，在上述转子停止后，使上述驱动电路以第一电角对上述定子绕组施加上述转子不旋转的程度的大小的电压，
开始上述初始位置推定之前的上述最后对上述定子绕组施加的电压的电角是上述第一电角。
5.根据权利要求2～4中的任意一项所述的电机控制装置，其中，
上述控制电路被构成为在开始动作电源的供给后，使上述驱动电路以第二电角对上述定子绕组施加上述转子不旋转的程度的大小的电压，
开始上述初始位置推定之前的上述最后对上述定子绕组施加的电压的电角是上述第二电角。
6.根据权利要求1～5中的任意一项所述的电机控制装置，其中，
上述控制电路获取通过向上述定子绕组的电压施加而产生的上述定子绕组的电流的检测值，以用于上述初始位置推定，
上述控制电路被构成为根据为了上述初始位置推定而第k次施加的电压的电角与第k－1次施加的电压的电角的差，来对基于第k次的电压施加的上述定子绕组的电流的检测值进行修正，上述k是2以上且L以下的整数。
7.根据权利要求6所述的电机控制装置，其中，
上述控制电路被构成为在为了上述初始位置推定而第k次施加的电压的电角与第k－1次施加的电压的电角的差的绝对值不是180度的情况下，对通过第k次的电压施加而生成的上述定子绕组的电流的检测值进行修正，在第k次施加的电压的电角与第k－1次施加的电压的电角的差的绝对值是180度的情况下，不对通过第k次的电压施加而生成的上述定子绕组的电流的检测值进行修正。
8.根据权利要求1～7中的任意一项所述的电机控制装置，其中，
关于为了上述初始位置推定而第i次对上述定子绕组的各相施加的电压和第i－1次对上述定子绕组的对应的相施加的电压，极性相互不同，或者至少一方是零，
关于为了上述初始位置推定而第一次对上述定子绕组的各相施加的电压和开始上述初始位置推定之前的最后对上述定子绕组的对应的相施加的电压，极性相互不同，或者至少一方是零。
9.根据权利要求8所述的电机控制装置，其中，
关于为了上述初始位置推定而对上述定子绕组的任意一相施加的电压，在第j次施加的电压是零的情况下，第j－1次施加的电压的极性与第j+1次施加的电压的极性相互相反，上述j是2以上且L－1以下的整数。
10.一种图像形成装置，具备取出纸张的供纸辊以及对取出的上述纸张进行输送的输送辊，并且在输送的上述纸张上形成图像，其中，
上述图像形成装置具备对用于驱动上述供纸辊以及上述输送辊的电机的至少一个进行控制的权利要求1～9中的任意一项所述的电机控制装置。
11.一种转子的磁极的初始位置推定方法，是无传感器方式的三相电机的转子的磁极的初始位置推定方法，其中，
上述初始位置推定方法包括如下步骤：变更相互不同的L个电角，并且按照每个上述电角，使驱动电路以上述转子不旋转的水平的电压值以及通电时间对定子绕组施加电压，上述L是5以上的整数，
上述初始位置推定方法还包括：
按照每个上述电角，使电流检测电路检测通过电压施加而在上述定子绕组的各相流动的电流的步骤；以及
基于按照每个上述电角检测出的电流的峰值推定上述转子的磁极的初始位置的步骤，
为了初始位置推定而第i次对上述定子绕组施加的电压的电角与第i－1次对上述定子绕组施加的电压的电角的差的绝对值是180－360/L度以上且180+360/L度以下，上述i是2以上且L以下的整数，
为了上述初始位置推定而第一次对上述定子绕组施加的电压的电角与开始上述初始位置推定之前的最后对上述定子绕组施加的电压的电角的差的绝对值是180－360/L度以上且180+360/L度以下。
12.根据权利要求11所述的转子的磁极的初始位置推定方法，其中，上述初始位置推定方法还包括接受上述三相电机的启动命令的步骤，
为了上述初始位置推定而第一次对上述定子绕组施加电压的定时是在接受到上述启动命令之后，
开始上述初始位置推定之前的上述最后对上述定子绕组施加电压的定时是在接受上述启动命令之前。
13.根据权利要求12所述的转子的磁极的初始位置推定方法，其中，
上述初始位置推定方法还包括：
控制上述驱动电路以使得上述三相电机的旋转速度逐渐降低并使上述三相电机停止的步骤；以及
存储上述转子达到停止状态时的保持角度的步骤，
开始上述初始位置推定之前的上述最后对上述定子绕组施加的电压的电角是上述保持角度。
14.根据权利要求12所述的转子的磁极的初始位置推定方法，其中，
上述初始位置推定方法还包括：
控制上述驱动电路以使得通过制动控制或者自由运转使上述三相电机停止的步骤；以及
在上述转子停止后，使上述驱动电路以第一电角对上述定子绕组施加上述转子不旋转的程度的大小的电压的步骤，
开始上述初始位置推定之前的上述最后对上述定子绕组施加的电压的电角是上述第一电角。
15.根据权利要求12所述的转子的磁极的初始位置推定方法，其中，
上述初始位置推定方法还包括在开始动作电源的供给后，使上述驱动电路以第二电角对上述定子绕组施加上述转子不旋转的程度的大小的电压的步骤，
开始上述初始位置推定之前的上述最后对上述定子绕组施加的电压的电角是上述第二电角。
16.根据权利要求11所述的转子的磁极的初始位置推定方法，其中，
上述初始位置推定方法还包括如下步骤：
根据为了上述初始位置推定而第k次施加的电压的电角与第k－1次施加的电压的电角的差，对通过第k次的电压施加而在上述定子绕组中流动的电流的检测值进行修正，上述k是2以上且L以下的整数。
17.根据权利要求16所述的转子的磁极的初始位置推定方法，其中，
在为了上述初始位置推定而第k次施加的电压的电角与第k－1次施加的电压的电角的差的绝对值不是180度的情况下，实施对在上述定子绕组中流动的电流的检测值进行修正的步骤，在第k次施加的电压的电角与第k－1次施加的电压的电角的差的绝对值是180度的情况下，不实施对在上述定子绕组中流动的电流的检测值进行修正的步骤。
18.根据权利要求11所述的转子的磁极的初始位置推定方法，其中，
关于为了上述初始位置推定而第i次对上述定子绕组的各相施加的电压和第i－1次对上述定子绕组的对应的相施加的电压，极性相互不同，或者至少一方是零，
关于为了上述初始位置推定而第一次对上述定子绕组的各相施加的电压和开始上述初始位置推定之前的最后对上述定子绕组的对应的相施加的电压，极性相互不同，或者至少一方是零。
19.根据权利要求18所述的转子的磁极的初始位置推定方法，其中，
关于为了上述初始位置推定而对上述定子绕组的任意一相施加的电压，在第j次施加的电压是零的情况下，第j－1次施加的电压的极性与第j+1次施加的电压的极性相互相反，上述j是2以上且L－1以下的整数。
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