JP2020054035A - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリからブラシレスモータに供給できる電力の量が少ないときでも、ロータの磁極の向きを特定することができるモータ制御装置を提供すること。【解決手段】モータ制御装置１０は、規定値以上の電力をバッテリ２００からブラシレスモータ１００に供給してロータ１０５の磁極の向きを特定する第１の特定部１６２と、規定値未満の電力をバッテリ２００からブラシレスモータ１００に供給してロータ１０５の磁極の向きを特定する第２の特定部１６３と、規定値以上の電力を供給できるとの判定をなすときには第１の特定部１６２による磁極の向きの特定を許可し、規定値以上の電力を供給できるとの判定をなさないときには第２の特定部１６３による磁極の向きの特定を許可する許可部１６４とを備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、ブラシレスモータを制御するモータ制御装置に関する。

特許文献１には、突極性を有するブラシレスモータのロータの磁極の向きを判別するモータ制御装置の一例が記載されている。このモータ制御装置では、ベクトル制御の回転座標における推定ｄ軸の方向が実際のｄ軸の方向と一致していると判定されている状況下で、ロータの磁極の向きの判別が行われる。

すなわち、推定ｄ軸の方向に正の電圧を印加し、推定ｄ軸の方向に流れる電流成分であるｄ軸成分の電流値が取得される。そして、ｄ軸成分の電流値が第１の電流値であるときにおける推定ｄ軸方向のインダクタンスが第１のインダクタンスとして算出される。続いて、推定ｄ軸の方向に負の電圧を印加し、ｄ軸成分の電流値が取得される。そして、ｄ軸成分の電流値が第２の電流値であるときにおける推定ｄ軸方向のインダクタンスが第２のインダクタンスとして算出される。第２の電流値は、第１の電流値の正負を反転させた値である。そして、第１のインダクタンスと、第２のインダクタンスとの比較結果を基に、ロータの磁極の向きが特定される。

特開２０１４−１１８２２号公報

上記のような方法で磁極の向きを特定する場合、第１の電流値及び第２の電流値の絶対値が大きいほど第１のインダクタンスと第２のインダクタンスとの差分が大きくなりやすい分、特定の精度が高くなる。言い換えると、ブラシレスモータに給電量をあまり大きくできない場合、第１の電流値及び第２の電流値の絶対値をあまり大きくすることができないため、第１のインダクタンスと第２のインダクタンスとの差分が大きくなりにくい。その結果、当該特定の精度が低くなるおそれがある。すなわち、ブラシレスモータに給電を行うバッテリの劣化などによってブラシレスモータに供給できる電力を大きくできない場合、ｄ軸成分の電流値の絶対値を十分に大きくすることができず、ロータの磁極の特定の精度が低くなるおそれがある。

上記課題を解決するためのモータ制御装置は、バッテリからブラシレスモータに電力を供給してブラシレスモータのロータの磁極の向きを特定する装置である。このモータ制御装置は、規定値以上の電力をバッテリからブラシレスモータに供給してロータの磁極の向きを特定する第１の特定部と、規定値未満の電力をバッテリからブラシレスモータに供給してロータの磁極の向きを特定する第１の特定部と異なる第２の特定部と、バッテリからブラシレスモータに規定値以上の電力を供給できるとの判定をなすときには第１の特定部によるロータの磁極の向きの特定を許可し、バッテリからブラシレスモータに規定値以上の電力を供給できるとの判定をなさないときには第２の特定部によるロータの磁極の向きの特定を許可する許可部と、を備えている。

上記構成によれば、規定値以上の電力をバッテリからブラシレスモータに供給できるとの判定がなされているときには、第１の特定部による処理によって、ロータの磁極の向きが特定される。しかし、規定値以上の電力をバッテリからブラシレスモータに供給できるとの判定がなされていないときには、第１の特定部による処理ではなく、第２の特定部による処理によって、ロータの磁極の向きが特定される。すなわち、上記構成では、ブラシレスモータに供給できる電力の量によって、ロータの磁極の向きを特定するための処理を使い分けるようにしている。そのため、バッテリからブラシレスモータに供給できる電力の量が少ないときでも、ロータの磁極の向きを特定することができるようになる。

第１の実施形態のモータ制御装置と、同モータ制御装置によって制御されるブラシレスモータとを示す概略構成図。 ベクトル制御の回転座標における制御軸の方向を連続的に変化させた際における推定ｑ軸高周波電流の推移を示すグラフ。 同ブラシレスモータにおいて、ｄ軸の方向のインダクタンス特性を示すグラフ。 （ａ），（ｂ）は推定ｄ軸の方向に電圧を印加した際におけるｄ軸電流の推移を模式的に示すグラフ。 （ａ），（ｂ）は推定ｄ軸の方向に電圧を印加した際におけるｄ軸電流の推移を模式的に示すグラフ。 第１の実施形態において、ロータ回転角を導出する際に実行される処理ルーチンを説明するフローチャート。 第２の実施形態において、ロータ回転角を導出する際に実行される処理ルーチンの一部を説明するフローチャート。

（第１の実施形態）
以下、モータ制御装置の第１の実施形態を図１〜図６に従って説明する。
図１には、本実施形態のモータ制御装置１０と、モータ制御装置１０によって制御されるブラシレスモータ１００とが図示されている。ブラシレスモータ１００は、車載のブレーキ装置におけるブレーキ液の吐出用の動力源として用いられる。ブラシレスモータ１００は、永久磁石埋込型同期モータである。ブラシレスモータ１００は、複数の相（Ｕ相、Ｖ相及びＷ相）のコイル１０１，１０２，１０３と、突極性を有するロータ１０５とを備えている。ロータ１０５としては、例えば、Ｎ極とＳ極とが一極ずつ着磁されている２極ロータを挙げることができる。

モータ制御装置１０は、ベクトル制御によってブラシレスモータ１００を駆動させる。このようなモータ制御装置１０は、指令電流算出部１１、指令電圧算出部１２、２相／３相変換部１３、インバータ１４、３相／２相変換部１５及びロータ位置推定部１６を有している。

指令電流算出部１１は、ブラシレスモータ１００に対する要求トルクＴＲ＊に基づき、ｄ軸指令電流Ｉｄ＊及びｑ軸指令電流Ｉｑ＊を算出する。ｄ軸指令電流Ｉｄ＊は、ベクトル制御の回転座標におけるｄ軸の方向の電流成分の指令値である。ｑ軸指令電流Ｉｑ＊は、回転座標におけるｑ軸の方向の電流成分の指令値である。ｄ軸及びｑ軸は、回転座標上で互いに直交している。

指令電圧算出部１２は、ｄ軸指令電流Ｉｄ＊と、ｄ軸電流Ｉｄとに基づいたフィードバック制御によって、ｄ軸指令電圧Ｖｄ＊を算出する。ｄ軸電流Ｉｄとは、ブラシレスモータ１００の各コイル１０１〜１０３への給電によって回転座標上で発生した電流ベクトルのうちの推定ｄ軸の方向の電流成分を示す値である。また、指令電圧算出部１２は、ｑ軸指令電流Ｉｑ＊と、ｑ軸電流Ｉｑとに基づいたフィードバック制御によって、ｑ軸指令電圧Ｖｑ＊を算出する。ｑ軸電流Ｉｑとは、各コイル１０１〜１０３への給電によって回転座標上で発生した電流ベクトルのうちの推定ｑ軸の方向の電流成分を示す値である。

なお、推定ｄ軸とは、回転座標のｄ軸と推定される軸のことである。回転座標の実際のｄ軸のことを実ｄ軸という。また、回転座標の実際のｑ軸のことを実ｑ軸といい、回転座標のｑ軸と推定される軸のことを推定ｑ軸という。

２相／３相変換部１３は、ロータ１０５の位置（すなわち、回転角）であるロータ回転角θを基に、ｄ軸指令電圧Ｖｄ＊及びｑ軸指令電圧Ｖｑ＊を、Ｕ相指令電圧ＶＵ＊と、Ｖ相指令電圧ＶＶ＊と、Ｗ相指令電圧ＶＷ＊とに変換する。Ｕ相指令電圧ＶＵ＊は、Ｕ相のコイル１０１に印加する電圧の指令値である。Ｖ相指令電圧ＶＶ＊は、Ｖ相のコイル１０２に印加する電圧の指令値である。Ｗ相指令電圧ＶＷ＊は、Ｗ相のコイル１０３に印加する電圧の指令値である。

インバータ１４は、バッテリ２００から供給される電力によって動作する複数のスイッチング素子を有している。インバータ１４は、２相／３相変換部１３から入力されたＵ相指令電圧ＶＵ＊と、スイッチング素子のオン／オフ動作によってＵ相信号を生成する。また、インバータ１４は、入力されたＶ相指令電圧ＶＶ＊と、スイッチング素子のオン／オフ動作によってＶ相信号を生成する。また、インバータ１４は、入力されたＷ相指令電圧ＶＷ＊と、スイッチング素子のオン／オフ動作によってＷ相信号を生成する。すると、Ｕ相信号がブラシレスモータ１００のＵ相のコイル１０１に入力され、Ｖ相信号がＶ相のコイル１０２に入力され、Ｗ相信号がＷ相のコイル１０３に入力される。

３相／２相変換部１５には、ブラシレスモータ１００のＵ相のコイル１０１に流れた電流であるＵ相電流ＩＵが入力され、Ｖ相のコイル１０２に流れた電流であるＶ相電流ＩＶが入力され、Ｗ相のコイル１０３に流れた電流であるＷ相電流ＩＷが入力される。そして、３相／２相変換部１５は、ロータ回転角θを基に、Ｕ相電流ＩＵ、Ｖ相電流ＩＶ及びＷ相電流ＩＷを、ｄ軸の方向の電流成分であるｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸の方向の電流成分であるｑ軸電流Ｉｑに変換する。

ロータ位置推定部１６は、ロータ回転角θを推定する。こうしたロータ位置推定部１６は、ロータ回転角θを推定するための機能部として、修正部１６１、第１の特定部１６２、第２の特定部１６３及び許可部１６４を有している。

修正部１６１は、推定ｄ軸の方向を実ｄ軸の方向に接近させる修正処理を実行する。すなわち、修正部１６１は、３相／２相変換部１５から入力されたｑ軸電流Ｉｑをバンドパスフィルタに通すことにより、ｑ軸電流Ｉｑの高周波成分である推定ｑ軸高周波電流Ｉｑｈを検出する。そして、修正部１６１は、修正処理では、検出した推定ｑ軸高周波電流Ｉｑｈを用い、実ｄ軸の向きと推定ｄ軸の向きとの位相差Δθが「０°」又は「１８０°」の近傍の値となるように推定ｄ軸の方向及び推定ｑ軸の方向を修正する。ここでいう位相差Δθとは、推定ｄ軸の向きから実ｄ軸の向きを引いた値である。

図２を参照し、修正処理の一例について説明する。
修正部１６１は、修正処理では、高周波で電圧を振動させる外乱電圧信号Ｖｄｈ＊を生成し、外乱電圧信号Ｖｄｈ＊を第１の加算器１７１に出力する。外乱電圧信号Ｖｄｈ＊が修正部１６１から出力されている場合、指令電圧算出部１２によって算出されたｄ軸指令電圧Ｖｄ＊に外乱電圧信号Ｖｄｈ＊が加算され、加算後のｄ軸指令電圧Ｖｄ＊が２相／３相変換部１３に入力される。

図２における実線は、修正部１６１から外乱電圧信号Ｖｄｈ＊が出力されている状況下で推定ｄ軸の方向を連続的に変化させた際における推定ｑ軸高周波電流Ｉｑｈの推移である。修正処理の実行中では、外乱電圧信号Ｖｄｈ＊に基づいた電圧ベクトルが推定ｄ軸上に発生する。ブラシレスモータ１００のロータ１０５が突極性を有しているため、回転座標には、推定ｄ軸の方向に対して実ｄ軸側に偏角した電流ベクトルが発生する。この電流ベクトルのうちの推定ｑ軸の方向の電流成分が、推定ｑ軸高周波電流Ｉｑｈに相当する。つまり、推定ｑ軸高周波電流Ｉｑｈは、推定ｑ軸の方向の電流ベクトルを数値化したものであるといえる。そのため、推定ｑ軸高周波電流Ｉｑｈの絶対値が、推定ｑ軸高周波電流Ｉｑｈの推定ｑ軸の方向の電流成分の大きさに相当する。また、推定ｑ軸高周波電流Ｉｑｈの正負が、推定ｑ軸高周波電流Ｉｑｈの推定ｑ軸の方向に流れる電流成分の向き、すなわち正向き又は負向きを表している。本実施形態では、推定ｑ軸高周波電流Ｉｑｈが正の値である場合、推定ｑ軸高周波電流Ｉｑｈの推定ｄ軸の方向の電流成分の向きが正向きである。一方、推定ｑ軸高周波電流Ｉｑｈが負の値である場合、推定ｑ軸高周波電流Ｉｑｈの推定ｄ軸の方向の電流成分の向きが負向きである。

修正部１６１は、修正処理では、検出した推定ｑ軸高周波電流Ｉｑｈが正の値である場合、推定ｑ軸高周波電流Ｉｑｈの推定ｄ軸の方向の電流成分が正向きであるため、推定ｄ軸の方向を進角させる方向である図中の第１の方向Ｃ１に推定ｄ軸の方向を修正する。一方、修正部１６１は、修正処理では、検出した推定ｑ軸高周波電流Ｉｑｈが負の値である場合、推定ｑ軸高周波電流Ｉｑｈの推定ｄ軸の方向の電流成分が負向きであるため、推定ｄ軸の方向を遅角させる方向である図中の第２の方向Ｃ２に推定ｄ軸の方向を修正する。

そして、修正部１６１は、例えば、推定ｑ軸高周波電流Ｉｑｈの絶対値が所定の閾値ＩｑｈＴｈ以下になったと判定したときに、修正処理を終了する。本実施形態で実行される修正処理は、ロータ１０５の突極性を利用したものであり、ロータ１０５の磁極の向きまでは判別できない。そのため、修正処理の終了時では、ロータ１０５のＮ極の向きが「１８０°」ずれている可能性がある。

図１に戻り、第１の特定部１６２は、規定値ＰｅＴｈ以上の電力をバッテリ２００からインバータ１４を通じてブラシレスモータ１００に供給してロータ１０５の磁極の向きを特定する第１の特定処理を実行する。ここでいう規定値ＰｅＴｈとは、第１の特定処理によるロータ１０５の磁極の向きの特定精度を維持するのに十分な電力のことである。

第２の特定部１６３は、規定値ＰｅＴｈ未満の電力をバッテリ２００からインバータ１４を通じてブラシレスモータ１００に供給してロータ１０５の磁極の向きを特定する第２の特定処理を実行する。第２の特定処理は、第１の特定処理ほどに大きな電力を用いることなく、ロータ１０５の磁極の向きを特定することのできる処理である。

許可部１６４は、バッテリ２００からブラシレスモータ１００に規定値ＰｅＴｈ以上の電力を供給できるか否かを判定する。例えば、許可部１６４は、バッテリ２００の電圧であるバッテリ電圧Ｖｂｂｔを検出する電圧センサ２０１の出力信号を基に、バッテリ電圧Ｖｂｂｔを検出する。そして、許可部１６４は、検出したバッテリ電圧Ｖｂｂｔを基に、ブラシレスモータ１００に規定値ＰｅＴｈ以上の電力を供給できるか否かを判定することができる。そして、許可部１６４は、規定値ＰｅＴｈ以上の電力を供給できるとの判定をなしたときには、第１の特定部１６２によるロータ１０５の磁極の向きの特定を許可する。一方、許可部１６４は、規定値ＰｅＴｈ以上の電力を供給できるとの判定をなしていないときには、第２の特定部１６３によるロータ１０５の磁極の向きの特定を許可する。

次に、図３、図４及び図５を参照し、第１の特定処理の一例について説明する。ここで説明する第１の特定処理は、推定ｄ軸の方向に正の電圧を印加したときに取得したｄ軸電流Ｉｄと、推定ｄ軸の方向に負の電圧を印加したときに取得したｄ軸電流Ｉｄとの比較を基に、ロータ１０５の磁極の向きを特定するｄ軸印加判別処理である。本実施形態では、ｄ軸の方向が「規定方向」に相当する。

図３には、極大点を持つブラシレスモータ１００のインダクタンスとｄ軸電流Ｉｄの絶対値との関係が図示されている。このようなブラシレスモータ１００では、ｄ軸電流Ｉｄが正の値である場合、ｄ軸電流Ｉｄが増加すると、図３に実線で示すように推定ｄ軸のインダクタンスＬＰが増大した後に減少する。一方、ｄ軸電流Ｉｄが負の値である場合、図４に破線で示すように、ｄ軸電流Ｉｄの絶対値が増加しても推定ｄ軸のインダクタンスＬＮがあまり変化しない。このため、ｄ軸電流Ｉｄの絶対値が電流基準値ＩｄＴｈ以下である場合、推定ｄ軸の方向に正の電圧を印加するときのインダクタンスＬＰは、推定ｄ軸の方向に負の電圧を印加するときのインダクタンスＬＮよりも大きい。一方、ｄ軸電流Ｉｄの絶対値が電流基準値ＩｄＴｈよりも大きい場合、インダクタンスＬＰはインダクタンスＬＮよりも小さい。

そこで、第１の特定部１６２は、ｄ軸印加判別処理では、図４（ａ）及び図５（ａ）に示すような判定電圧信号Ｓ１，Ｓ２を生成し、判定電圧信号Ｓ１，Ｓ２を第１の加算器１７１に出力する。すると、指令電圧算出部１２によって算出されたｄ軸指令電圧Ｖｄ＊に判定電圧信号Ｓ１，Ｓ２が加算され、加算後のｄ軸指令電圧Ｖｄ＊が２相／３相変換部１３に入力される。

図４（ａ）に示すように、第１の判定電圧信号Ｓ１は、推定ｄ軸の方向に電圧規定値ＶＳＴｈ以上の正の電圧ＶＳを印加した後に、推定ｄ軸の方向に電圧規定値ＶＳＴｈ以上の負の電圧ＶＳを印加するための１周期分の矩形波の信号である。図５（ａ）に示すように、第２の判定電圧信号Ｓ２は、推定ｄ方向に電圧規定値ＶＳＴｈ以上の負の電圧ＶＳを印加した後に、推定ｄ軸の方向に電圧規定値ＶＳＴｈ以上の正の電圧ＶＳを印加するための１周期分の矩形波の信号である。なお、電圧規定値ＶＳＴｈは、図３に示した電流基準値ＩｄＴｈに応じた値となる。

図４（ｂ）には、図４（ａ）に示す第１の判定電圧信号Ｓ１が第１の加算器１７１に出力された際におけるｄ軸電流Ｉｄの推移が模式的に示されている。図５（ｂ）には、図５（ａ）に示す第２の判定電圧信号Ｓ２が第１の加算器１７１に出力された際におけるｄ軸電流Ｉｄの推移が模式的に示されている。第１の判定電圧信号Ｓ１の出力によって推定ｄ軸の方向に正の電圧ＶＳが印加されているときにおけるｄ軸電流Ｉｄの単位時間あたりの変化量である第１の電流変化速度ＶＩｄ１は、そのときのインダクタンスＬＰに応じた速度となる。また、第２の判定電圧信号Ｓ２の出力によって推定ｄ軸の方向に負の電圧ＶＳが印加されているときにおけるｄ軸電流Ｉｄの単位時間あたりの変化量である第２の電流変化速度ＶＩｄ２は、そのときのインダクタンスＬＮに応じた速度となる。

そこで、第１の特定部１６２は、ｄ軸印加判別処理では、第１の判定電圧信号Ｓ１を第１の加算器１７１に出力し、推定ｄ軸の方向に正の電圧ＶＳが印加されているときのｄ軸電流Ｉｄを取得する。そして、第１の特定部１６２は、取得したｄ軸電流Ｉｄの推移を基に、ｄ軸電流Ｉｄの絶対値が電流基準値ＩｄＴｈよりも大きいときにおける第１の電流変化速度ＶＩｄ１を算出する。また、第１の特定部１６２は、ｄ軸印加判別処理では、第２の判定電圧信号Ｓ２を第１の加算器１７１に出力し、推定ｄ軸の方向に負の電圧ＶＳが印加されているときのｄ軸電流Ｉｄを取得する。そして、第１の特定部１６２は、取得したｄ軸電流Ｉｄの推移を基に、ｄ軸電流Ｉｄの絶対値が電流基準値ＩｄＴｈよりも大きいときにおける第２の電流変化速度ＶＩｄ２を算出する。

そして、第１の特定部１６２は、ｄ軸印加判別処理では、算出した第１の電流変化速度ＶＩｄ１及び第２の電流変化速度ＶＩｄ２を基に、ロータ１０５の磁極の向きを特定する。すなわち、第１の特定部１６２は、第１の電流変化速度ＶＩｄ１が第２の電流変化速度ＶＩｄ２よりも大きい場合には、推定しているロータ１０５のＮ極の位置が実際のＮ極の位置と同じであると判定する。一方、第１の特定部１６２は、第１の電流変化速度ＶＩｄ１が第２の電流変化速度ＶＩｄ２以下である場合には、推定しているロータ１０５のＮ極の位置が実際のＮ極の位置の反対であると判定する。

次に、第２の特定処理の一例について説明する。ここで説明する第２の特定処理は、特定の位置θＴｒまでロータ１０５の位置、すなわちロータ回転角θを変化させることにより、ロータ１０５の磁極を特定する相固定処理である。

特定の位置θＴｒは、予め設定されている位置である。本実施形態では、ブラシレスモータ１００の各コイル１０１〜１０３の位置のうちの何れか一つのコイルの位置が特定の位置θＴｒとされるものとする。

なお、特定の位置θＴｒを、修正処理の終了時点におけるロータ回転角θを基に決めるようにしてもよい。この場合、相固定処理は、例えば、推定ｄ軸上に電圧ベクトルが発生するようにブラシレスモータ１００に給電を行い、このときに回転座標上で発生する電流ベクトルのうち、推定ｑ軸の方向の電流成分であるｑ軸電流成分を取得する電流成分取得制御と、取得されたｑ軸電流成分を基に、特定の位置を決定する特定位置決定制御と、決定された特定の位置までロータ１０５の位置を変化させるロータ変位制御とを含むようにしてもよい。

第２の特定部１６３は、相固定処理では、特定の位置θＴｒまでロータ回転角θが回転するように、第１の加算器１７１及び第２の加算器１７２に信号が出力される。例えば、特定の位置θＴｒがＵ相コイル１０１の位置である場合、相固定処理では、Ｕ相のコイル１０１に正の電流が流れ、Ｖ相のコイル１０２及びＷ相のコイル１０３には負の電流が流れるように、第１の加算器１７１及び第２の加算器１７２に信号が出力される。そして、第２の特定部１６３は、予め設定された規定時間の間、相固定処理を実行すると、ロータ回転角θが特定の位置θＴｒとほぼ一致していると判断できるため、相固定処理を終了する。なお、相固定処理の終了時点では、推定ｄ軸の向きが特定の位置θＴｒとされる。

次に、図６を参照し、ロータ１０５の停止中にロータ回転角θを導出する際に実行される処理ルーチンについて説明する。
本処理ルーチンにおいて、はじめのステップＳ１１では、修正部１６１によって、修正処理の一つである事前修正処理が実行される。事前修正処理とは、第１の特定処理や第２の特定処理の実行前に実行される修正処理のことである。事前修正処理では、推定ｑ軸高周波電流Ｉｑｈの絶対値が小さくなるように推定ｄ軸の方向が修正される。そして、推定ｑ軸高周波電流Ｉｑｈの絶対値が所定の閾値ＩｑｈＴｈ以下になるなどして終了条件が成立すると、事前修正処理が終了される。すると、処理が次のステップＳ１２に移行される。

ステップＳ１２において、許可部１６４によって、検出したバッテリ電圧Ｖｂｂｔが判定電圧ＶｂｂｔＴｈ以上であるか否かの判定が行われる。判定電圧ＶｂｂｔＴｈは、規定値ＰｅＴｈ以上の電力をブラシレスモータ１００に供給できるか否かをバッテリ電圧Ｖｂｂｔから判断するための閾値である。そのため、バッテリ電圧Ｖｂｂｔが判定電圧ＶｂｂｔＴｈ以上である場合には、バッテリ２００からブラシレスモータ１００に規定値ＰｅＴｈ以上の電力を供給できるとの判定がなされる。一方、バッテリ電圧Ｖｂｂｔが判定電圧ＶｂｂｔＴｈ未満である場合には、バッテリ２００からブラシレスモータ１００に規定値ＰｅＴｈ以上の電力を供給できるとの判定がなされない。

そして、バッテリ電圧Ｖｂｂｔが判定電圧ＶｂｂｔＴｈ以上であるとの判定がなされている場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）、第１の特定部１６２によってｄ軸印加判別処理が実行される。ｄ軸印加判別処理が開始されると、ステップＳ１３において、第１の電圧印加制御が実施される。第１の電圧印加制御では、第１の判定電圧信号Ｓ１が第１の加算器１７１に出力され、推定ｄ軸の方向に正の電圧ＶＳが印加されているときのｄ軸電流Ｉｄの推移が取得される。そして、当該ｄ軸電流Ｉｄの推移を基に、ｄ軸電流Ｉｄの絶対値が電流基準値ＩｄＴｈよりも大きいときにおける第１の電流変化速度ＶＩｄ１が算出される。次のステップＳ１４では、第２の電圧印加制御が実施される。第２の電圧印加制御では、第２の判定電圧信号Ｓ２が第１の加算器１７１に出力され、推定ｄ軸の方向に負の電圧ＶＳが印加されているときのｄ軸電流Ｉｄの推移が取得される。そして、当該ｄ軸電流Ｉｄの推移を基に、ｄ軸電流Ｉｄの絶対値が電流基準値ＩｄＴｈよりも大きいときにおける第２の電流変化速度ＶＩｄ２が算出される。続いて、ステップＳ１５において、第１の電流変化速度ＶＩｄ１及び第２の電流変化速度ＶＩｄ２を基にロータ１０５の磁極の向きを特定する磁極判別制御が実施される。そして、ステップＳ１６において、磁極判別制御の結果を基に、ロータ回転角θが決定される。すなわち、推定しているロータ１０５のＮ極の位置が実際のＮ極の位置と同じであると判定されている場合には、推定ｄ軸の向きがロータ回転角θとされる。一方、推定しているロータ１０５のＮ極の位置が実際のＮ極の位置の反対であると判定されている場合には、推定ｄ軸の向きと「１８０°」との和がロータ回転角θとして導出される。そして、ｄ軸印加判別処理が終了されると、処理が後述するステップＳ１８に移行される。

一方、ステップＳ１２において、バッテリ電圧Ｖｂｂｔが判定電圧ＶｂｂｔＴｈ以上であるとの判定がなされていない場合（ＮＯ）、処理が次のステップＳ１７に移行される。ステップＳ１７において、第２の特定部１６３によって、相固定処理が実行される。そして、相固定処理の終了条件が成立して相固定処理が終了されると、処理が次のステップＳ１８に移行される。

ステップＳ１８において、修正処理の一つである事後修正処理が実行される。事後修正処理とは、第１の特定処理や第２の特定処理の実行後に実行される修正処理のことである。事後修正処理では、推定ｑ軸高周波電流Ｉｑｈの絶対値が小さくなるように推定ｄ軸の方向が修正される。そして、推定ｑ軸高周波電流Ｉｑｈの絶対値が所定の閾値ＩｑｈＴｈ以下になるなどして終了条件が成立すると、事後修正処理が終了される。その後、本処理ルーチンが終了される。

本実施形態の作用及び効果について説明する。
本実施形態では、規定値ＰｅＴｈ以上の電力をバッテリ２００からブラシレスモータ１００に供給できるとの判定がなされているときには、ｄ軸印加判別処理の実行によって、ロータ１０５の磁極の向きが特定される。ｄ軸印加判別処理は、相固定処理とは異なり、ロータ１０５を回転させることなく、磁極の向きを特定できる処理である。そのため、ｄ軸印加判別処理による磁極の向きの特定に要する時間は、相固定処理による磁極の向きの特定に要する時間よりも短い。そのため、規定値以上の電力をバッテリ２００からブラシレスモータ１００に供給できるときには、相固定処理ではなくｄ軸印加判別処理を実行することによって、ロータ１０５の磁極の向きを早期に特定することができる。

一方、規定値ＰｅＴｈ以上の電力をバッテリ２００からブラシレスモータ１００に供給できるとの判定がなされていないときには、ｄ軸印加判別処理ではなく、相固定処理の実行によって、ロータ１０５の磁極の向きが特定される。このようにブラシレスモータ１００に供給できる電力の量によって、ロータ１０５の磁極の向きを特定するための処理を使い分けることにより、バッテリ２００からブラシレスモータ１００に供給できる電力の量が少ないときでも、ロータ１０５の磁極の向きを特定することができる。

（第２の実施形態）
次に、モータ制御装置の第２の実施形態を図７に従って説明する。第２の実施形態では、第１の特定処理の内容が第１の実施形態と相違している。そこで、以下の説明においては、第１の実施形態と相違している部分について主に説明するものとし、第１の実施形態と同一又は相当する部材構成には同一符号を付して重複説明を省略するものとする。

第１の特定部１６２は、第１の特定処理として、以下に示す回転方向判別処理を実行する。回転方向判別処理とは、ブラシレスモータ１００への給電によって各コイル１０１〜１０３に流れる電流の向きと、給電時におけるロータ１０５の回転方向とを基に、ロータ１０５の磁極を判別する処理である。例えば、回転方向判別処理は、ブラシレスモータ１００への給電によってロータ１０５を回転させる回転制御と、回転制御の実施によるロータ１０５の回転方向を判別する回転方向判別制御と、回転制御の実施によるブラシレスモータ１００への給電によってコイル１０１〜１０３に流れた電流の向きと、回転方向判別制御によって判定されたロータ１０５の回転方向とを基に、ロータ１０５の磁極を判別する磁極判別制御とを含んでいる。

図７には、第１の特定処理として回転方向判別処理を実行する場合において、ロータ１０５の停止中にロータ回転角θを導出する際に実行される処理ルーチンの一部が図示されている。

図７に示すように、バッテリ電圧Ｖｂｂｔが判定電圧ＶｂｂｔＴｈ以上であるとの判定がなされている場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）、第１の特定部１６２によって回転方向判別処理が実行される。回転方向判別処理が開始されると、ステップＳ２１において、推定ｑ軸の方向に電流ベクトルが発生するように各コイル１０１〜１０３に電流を流すことにより、ロータ１０５を回転させる回転制御が実施される。この際、位相差Δθがほぼ「０°」である状況下で回転制御が実施された場合のロータ１０５の回転方向は、位相差Δθがほぼ「１８０°」である状況下で回転制御が実施された場合のロータ１０５の回転方向とは反対方向となる。

そして、次のステップＳ２２では、判別用修正制御が実施される。判別用修正制御の内容は、上述した事前修正処理や事後修正処理の内容と同じである。すなわち、第１の特定部１６２は、外乱電圧信号Ｖｄｈ＊を生成して第１の加算器１７１に出力する。そして、第１の特定部１６２は、検出した推定ｑ軸高周波電流Ｉｑｈに応じた方向に、推定ｄ軸の方向を修正する。例えば、第１の特定部１６２は、推定ｑ軸高周波電流Ｉｑｈの絶対値が所定の閾値ＩｑｈＴｈ以下になったと判定したときに、判別用修正制御を終了する。

続いて、ステップＳ２３において、回転制御の実施に伴うロータ１０５の回転方向を判別する回転方向判別制御が実施される。回転方向判別制御では、判別用修正制御の実施時における推定ｑ軸高周波電流Ｉｑｈの推移を基に、回転制御の実施に伴うロータ１０５の回転方向を判別することができる。例えば、判別用修正制御の実施によって、推定ｑ軸高周波電流Ｉｑｈが負の値から「０」に向けて変化した場合は、回転制御の実施によって位相差Δθが大きくなる側にロータ１０５が回転したと判別される。

そして、ステップＳ２４において、回転制御の実施に伴うロータ１０５の回転方向を基に、ロータ１０５の磁極を判別する磁極判別制御が実施される。続いて、ステップＳ２５では、ロータ回転角θが決定される。すなわち、推定しているロータ１０５のＮ極の位置が実際のＮ極の位置と同じであると判定されている場合には、推定ｄ軸の向きがロータ回転角θとされる。一方、推定しているロータ１０５のＮ極の位置が実際のＮ極の位置の反対であると判定されている場合には、推定ｄ軸の向きと「１８０°」との和がロータ回転角θとして導出される。そして、回転方向判別処理が終了されると、本処理ルーチンが終了される。

回転方向判別処理は、相固定処理を実行する場合よりもブラシレスモータ１００に大きな電力を供給することにより、ロータ１０５の磁極の向きを精度良く特定することのできる処理である。その一方で、回転方向判別処理による磁極の向きの特定に要する時間は、相固定処理による磁極の向きの特定に要する時間よりも長くなりにくい。これは、回転方向判別処理の実行に伴うロータ１０５の回転量が相固定処理の実行に伴うロータ１０５の回転量よりも多くなりにくいためである。したがって、規定値以上の電力をバッテリ２００からブラシレスモータ１００に供給できるときには、回転方向判別処理を実行することにより、ロータ１０５の磁極の向きの特定の長期化を抑制することが可能となる。

上記各実施形態は、以下のように変更して実施することができる。上記各実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・回転方向判別処理は、ｄ軸印加判別処理を実行する場合よりもブラシレスモータ１００に供給する電力が少なくてもよい処理である。そこで、バッテリ２００からブラシレスモータ１００に規定値以上の電力を供給できるとの判定がなされているときには第１の特定処理としてｄ軸印加判別処理を実行し、バッテリ２００からブラシレスモータ１００に規定値以上の電力を供給できるとの判定がなされていないときには第２の特定処理として回転方向判別処理を実行するようにしてもよい。

・回転座標の規定方向に正の電圧を印加したときにおける規定方向の電流成分の大きさと、規定方向に負の電圧を印加したときにおける規定方向の電流成分の大きさとを基に、ロータ１０５の磁極を特定する方法が知られている。ここでいう規定方向とは、推定ｑ軸の方向とは異なる方向である。この場合、ｄ軸方向に対する規定方向の偏角度合いが大きいほど、規定方向に印加する電圧を低くしてもロータ１０５の磁極を特定することができる。

そこで、バッテリ２００からブラシレスモータ１００に規定値以上の電力を供給できるとの判定がなされているときには、規定方向を推定ｄ軸の方向として磁極の特定を行う処理を第１の特定処理として実行するようにしてもよい。一方、バッテリ２００からブラシレスモータ１００に規定値以上の電力を供給できるとの判定がなされていないときには、推定ｄ軸の方向に対して偏角した方向を規定方向として磁極の特定を行う処理を第２の特定処理として実行するようにしてもよい。この場合、第２の特定処理は、例えば、推定ｄ軸の方向に対して傾いた方向である偏向方向に電圧規定値以上の正の第１電圧が印加されたときに、偏向方向の電流成分として第１電流を取得する第１電流取得制御と、偏向方向に電圧規定値以上の負の第２電圧が印加されたときに、偏向方向の電流成分として第２電流を取得する第２電流取得制御と、第１電流と第２電流とを基に、ロータ１０５の磁極の向きを判定する判定制御とを含んでいる。

・規定値として、第１の規定値と、第１の規定値よりも小さい第２の規定値とを設けてもよい。そして、バッテリ２００からブラシレスモータ１００に第１の規定値以上の電力を供給できるとの判定がなされているときには、ｄ軸印加判別処理の実行を通じてロータ１０５の磁極の向きを特定するようにしてもよい。また、バッテリ２００からブラシレスモータ１００に第１の規定値以上の電力を供給できるとの判定がなされていない場合であっても、第２の規定値以上の電力をブラシレスモータ１００に供給できるとの判定がなされているときには、回転方向判別処理の実行を通じてロータ１０５の磁極の向きを特定するようにしてもよい。また、バッテリ２００からブラシレスモータ１００に第２の規定値以上の電力を供給できるとの判定がなされていないときには、相固定処理の実行を通じてロータ１０５の磁極の向きを特定するようにしてもよい。

・上記実施形態では、バッテリ電圧Ｖｂｂｔが判定電圧ＶｂｂｔＴｈ以上であることを条件に、バッテリ２００からブラシレスモータ１００に規定値ＰｅＴｈ以上の電力を供給できるとの判定をなすようにしている。しかし、インバータ１４の構成素子及びブラシレスモータ１００の各コイル１０１〜１０３の特性の経年変化によって、電流の流れる経路の抵抗が大きくなると、バッテリ電圧Ｖｂｂｔが判定電圧ＶｂｂｔＴｈ以上であってもブラシレスモータ１００に供給できる電力が少なくなるおそれがある。そこで、当該経路の抵抗値が規定抵抗値未満であること、及び、バッテリ電圧Ｖｂｂｔが判定電圧ＶｂｂｔＴｈ以上であることのうち少なくとも一方が成立していないときには、バッテリ２００からブラシレスモータ１００に規定値ＰｅＴｈ以上の電力を供給できるとの判定をなさないようにしてもよい。

また、当該経路の抵抗値が高いほど判定電圧ＶｂｂｔＴｈが高くなるように判定電圧ＶｂｂｔＴｈを調整するようにしてもよい。この場合、バッテリ電圧Ｖｂｂｔが当該判定電圧ＶｂｂｔＴｈ以上であるときに、バッテリ２００からブラシレスモータ１００に規定値ＰｅＴｈ以上の電力を供給できるとの判定をなすことができる。

なお、当該経路の抵抗値は、バッテリ電圧Ｖｂｂｔとコイル１０１〜１０３を流れる電流の値を基に算出することができる。
・モータ制御装置１０は、コンピュータプログラム（ソフトウェア）に従って動作する１つ以上のプロセッサ、各種処理のうち少なくとも一部の処理を実行する専用のハードウェア（特定用途向け集積回路：ＡＳＩＣ）等の１つ以上の専用のハードウェア回路又はこれらの組み合わせを含む回路として構成し得る。プロセッサは、ＣＰＵ並びに、ＲＡＭ及びＲＯＭ等のメモリを含み、メモリは、処理をＣＰＵに実行させるように構成されたプログラムコード又は指令を格納している。メモリ、すなわち記憶媒体は、汎用又は専用のコンピュータでアクセスできるあらゆる利用可能な媒体を含む。

・ブラシレスモータ１００に適用されるロータ１０５は、２極ロータではなく、４極ロータであってもよい。
・モータ制御装置１０が適用されるブラシレスモータは、車載のブレーキ装置とは別のアクチュエータの動力源であってもよい。

次に、上記実施形態及び変更例から把握できる技術的思想について記載する。
（イ）ベクトル制御の回転座標のｄ軸と推定される軸を推定ｄ軸とし、前記回転座標のｑ軸と推定される軸を推定ｑ軸とした場合、前記第２の特定部は、特定の位置まで前記ロータの位置を変化させることにより、当該ロータの磁極の向きを特定するようにしてもよい。

上記構成によれば、特定の位置までロータの位置を変化させることにより、ロータの磁極の向きを特定することができる。
（ロ）ベクトル制御の回転座標のｄ軸と推定される軸を推定ｄ軸とし、前記回転座標のｑ軸と推定される軸を推定ｑ軸とした場合、前記第１の特定部は、前記ブラシレスモータへの給電によって前記ロータを回転させ、このときの前記ロータの回転方向と、前記推定ｑ軸の方向の電流成分の向きとを基に、前記ロータの磁極を特定するようにしてもよい。

ブラシレスモータへの給電に伴うロータの回転方向と、推定ｑ軸の方向の電流成分の向きとの関係は、ロータの磁極によって変わる。上記構成によれば、ブラシレスモータへの給電によってロータを回転させる。そして、給電によって生じた推定ｑ軸の方向の電流成分の向きと、ロータの回転方向とを基に、ロータの磁極が特定される。

（ハ）ベクトル制御の回転座標のｄ軸と推定される軸を推定ｄ軸とし、前記回転座標のｑ軸と推定される軸を推定ｑ軸とした場合、前記第１の特定部は、前記回転座標においてｑ軸の方向とは異なる方向である規定方向に正の電圧を印加し、前記規定方向の電流成分である第１の電流成分を取得し、前記規定方向に負の電圧を印加し、前記規定方向の電流成分である第２の電流成分を取得し、前記第１の電流成分の大きさと前記第２の電流成分の大きさとを基に、前記ロータの磁極の向きを判別するようにしてもよい。

磁気飽和する際のインダクタンスの低下によって電流が流れやすくなる特性を利用して磁極特性を判定する場合には、インダクタンス差が生じる程度に規定方向における正向き及び負向きの双方に電流を流すことが望ましい。上記構成によれば、規定方向に正の電圧を印加したときの規定方向の電流成分である第１の電流成分と、規定方向に負の電圧を印加したときの規定方向の電流成分である第２の電流成分とを基に、ロータの磁極の向きが特定される。

１０…モータ制御装置、１６…ロータ位置推定部、１６２…第１の特定部、１６３…第２の特定部、１６４…許可部、１００…ブラシレスモータ、１０５…ロータ、２００…バッテリ。

Claims (2)

1. バッテリからブラシレスモータに電力を供給して前記ブラシレスモータのロータの磁極の向きを特定するモータ制御装置であって、
   規定値以上の電力を前記バッテリから前記ブラシレスモータに供給して前記ロータの磁極の向きを特定する第１の特定部と、
   前記規定値未満の電力を前記バッテリから前記ブラシレスモータに供給して前記ロータの磁極の向きを特定する前記第１の特定部と異なる第２の特定部と、
   前記バッテリから前記ブラシレスモータに前記規定値以上の電力を供給できるとの判定をなすときには前記第１の特定部による前記ロータの磁極の向きの特定を許可し、前記バッテリから前記ブラシレスモータに前記規定値以上の電力を供給できるとの判定をなさないときには前記第２の特定部による前記ロータの磁極の向きの特定を許可する許可部と、を備える
   モータ制御装置。
2. 前記許可部は、前記バッテリの電圧に基づいて、前記規定値以上の電力を前記バッテリから前記ブラシレスモータに供給できるか否かを判定する
   請求項１に記載のモータ制御装置。

Images