JP2021083246A - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ロータが所定の位置まで回転しないことに起因して、ロータが脱調するのを抑制することが可能なモータ制御装置を提供する。【解決手段】このモータ制御装置１００は、ロータ２の始動時において、３相の励磁コイル３のうちの所定の相の励磁コイル３に通電することにより、ロータ２の始動時に、ロータ２を所定の位置まで回転させる通電を制御する電気角推定部１７を備える。そして、電気角推定部１７は、ロータ２が停止している状態の磁極の位置に基づいて、通電を行う励磁コイル３の相を選択するように構成されている。【選択図】図２

Description

本発明は、モータ制御装置に関し、特に、ロータの始動時にロータを所定の位置まで回転させる１相通電を制御するモータ制御装置に関する。

従来、ロータの始動時にロータを所定の位置まで回転させる１相通電を制御するモータ制御装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１では、３相の励磁コイルを備えるブラシレスモータを制御するモータ制御装置が開示されている。このモータ制御装置は、ブラシレスモータの始動時に、３相の励磁コイルのうちのＵ相の励磁コイルに、設定時間だけ通電（１相通電）するように構成されている。これにより、Ｕ相のスロットのロータに対向する先端側には、Ｎ極が作り出される。その結果、ロータが回転するとともに所定の位置において停止する。このとき、Ｕ相以外のＶ相およびＷ相のコイルには、ロータの回転に起因して誘起電圧が発生する。そして、この発生した誘起電圧を計測する。比較的誘起電圧が高い場合には、ロータの始動性が良好でありロータの始動が可能であると判定される。一方、比較的誘起電圧が低い場合には、ロータの始動が不能であると判定される。そして、ロータの始動が可能であると判定された場合、既定の励磁コイルに対して既定の通電方式によって電力が供給される強制転流制御が開始される。また、ロータの始動が不能であると判定された場合、既定の励磁コイルとは異なる励磁コイルに対して電力が供給されることにより、強制転流制御が開始される。これにより、ロータが強制的に回転される。

特開２０１８−３３２７１号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載のような従来の１相通電が行われるモータにおいて、ロータの位置によっては、ロータの磁極と１相通電によってＵ相の励磁コイルから発生する磁界とが釣り合うことに起因して、ロータが所定の位置（固定位置）まで回転しない場合がある。この場合、１相通電が行われるコイル以外のコイルには、誘起電圧が発生しないので、ロータの始動が可能か否かを正確に判断することができなくなる。その結果、強制転流制御において電力が供給される励磁コイルが適切に選択されないことに起因して、ロータが脱調してしまう場合があると考えられる。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、ロータが所定の位置まで回転しないことに起因して、ロータが脱調するのを抑制することが可能なモータ制御装置を提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の一の局面におけるモータ制御装置は、ロータの始動時において、３相の励磁コイルのうちの所定の相の励磁コイルに通電することにより、ロータを所定の位置まで回転させる通電を制御する通電制御部を備え、通電制御部は、ロータが停止している状態の磁極の位置に基づいて、通電を行う励磁コイルの相を選択するように構成されている。

この発明の一の局面によるモータ制御装置では、上記のように、通電制御部は、ロータが停止している状態の磁極の位置に基づいて、通電を行う励磁コイルの相を選択するように構成されている。これにより、ロータの磁極が、通電が行われる励磁コイルから発生する磁界と釣り合う位置（以下、デッドスポットという）にいる場合でも、磁極の位置に基づいて、デッドスポットとならない励磁コイルを、通電を行う励磁コイルとして選択することができる。その結果、ロータが所定の位置まで回転しないことに起因して、ロータが脱調するのを抑制することができる。

上記一の局面によるモータ制御装置において、好ましくは、通電制御部は、ロータが停止している状態の磁極の位置に基づいて、励磁コイルから発生する磁界と磁極とが釣り合う状態を避けるように、通電を行う励磁コイルの相を選択するように構成されている。

このように構成すれば、ロータの磁極と通電によって励磁コイルから発生する磁界とが釣り合うことに起因して、ロータが所定の位置まで回転しないことを確実に抑制することができる。

上記一の局面によるモータ制御装置において、好ましくは、ロータの回転をベクトル制御により制御するように構成されており、ロータが停止している状態におけるロータの磁極方向とベクトル制御のｄ軸の電圧印加方向との電気角におけるずれ角度が、互いに直交するｑ軸とｄ軸とによって形成された平面座標の４つの象限のうちのいずれの象限に対応しているかを推定する象限推定部をさらに備え、通電制御部は、象限推定部により推定されたずれ角度に対応する象限に基づいて、通電を行う励磁コイルの相を選択するように構成されている。

このように構成すれば、ロータの始動前に、ずれ角度に対応する象限が推定されるので、ロータの磁極がデッドスポットに位置しているか否かを容易に判断することができる。

この場合、好ましくは、通電制御部は、ずれ角度が０度以上９０度未満の場合、ベクトル制御のｄ軸の電圧印加方向を変更せず、ずれ角度が９０度以上１８０度未満の場合、ｄ軸の電圧印加方向を−９０度回転させ、ずれ角度が−１８０度以上−９０度未満の場合、ｄ軸の電圧印加方向を−１８０度回転させ、ずれ角度が−９０度以上０度未満の場合、ｄ軸の電圧印加方向を９０度回転させるように、ｄ軸の電圧印加方向を変更することにより、通電を行う励磁コイルを選択するように構成されている。

このように構成すれば、ロータの磁極方向とｄ軸の電圧印加方向との間の角度を、９０度未満にすることができるので、通電によってロータが回転する回転角度（ロータが停止する所定の位置までの角度）が小さくなる。これにより、通電に要する時間を短縮することができるとともに、通電を行うための電力を省電力化することができる。また、１相通電によるロータの回転に起因するノイズや振動を低減することができる。

上記ベクトル制御により制御を行うモータ制御装置において、好ましくは、象限推定部は、ベクトル制御のｄ軸方向とｑ軸方向とにそれぞれ微小電圧を印加することにより励磁コイルに流れる電流の電流変化率に基づいて、ずれ角度に対応する象限を推定するように構成されている。

このように構成すれば、ずれ角度に対応して電流変化率が異なるので、電流変化率に基づいて、ずれ角度に対応する象限を容易に推定することができる。

なお、本出願では、上記のモータ制御装置において、以下の構成も考えられる。

（付記項１）
上記象限推定部を備えるモータ制御装置において、モータ制御装置は、センサレスブラシレスモータを制御するように構成されている。

このように構成すれば、センサレスブラシレスモータでは、モータの停止時には磁極の位置を検出することができないので、象限推定部によってモータの停止時における磁極の位置（ずれ角度）を推定することは、ロータの脱調を抑制する点において特に有効である。

（付記項２）
上記象限推定部を備えるモータ制御装置において、ｑ軸方向に対して正の電圧を印加するか、または、ｄ軸方向に対して負の電圧を印加することにより、通電を実施するように構成されている。

このように構成すれば、ｑ軸方向に対して正の電圧を印加することにより、ｑ軸方向にＮ極が作り出されるので、９０度未満の回転角度で、ロータのＳ極方向をｑ軸方向に揃える（つまり、９０度未満の回転角度でロータを所定の位置に停止させる）ことができる。同様に、ｄ軸方向に対して負の電圧を印加することにより、ｄ軸方向にＳ極が作り出されるので、９０度未満の回転角度で、ロータのＮ極方向をｄ軸方向に揃える（つまり、９０度未満の回転角度でロータを所定の位置に停止させる）ことができる。

本発明の一実施形態によるモータの模式図である。 本発明の一実施形態によるモータ制御装置のブロック図である。 磁極方向、印加電圧および電流変化率を説明するための図（１）である。 磁極方向、印加電圧および電流変化率を説明するための図（２）である。 印加電圧、計測電流、電流変化率および極性信号を説明するための図である。 ｑ軸、ｑｃ軸、ｄ軸およびｄｃ軸の関係を示す図である。 ずれ角度と極性信号との関係を示す図である。 ずれ角度が、０度以上９０度未満の場合の、ｑ軸、ｑｃ軸、ｄ軸およびｄｃ軸の関係を示す図である。 ずれ角度が、９０度以上１８０度未満の場合の、ｑ軸、ｑｃ軸、ｄ軸およびｄｃ軸の関係を示す図である。 ずれ角度が、−１８０度以上−９０度未満の場合の、ｑ軸、ｑｃ軸、ｄ軸およびｄｃ軸の関係を示す図である。 ずれ角度が、−９０度以上０度未満の場合の、ｑ軸、ｑｃ軸、ｄ軸およびｄｃ軸の関係を示す図である。 磁極がデッドスポットに位置している場合の１相通電を説明するための図である。 本発明の一実施形態によるモータ制御装置の動作を説明するためのフロー図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１〜図１３を参照して、本実施形態によるモータ制御装置１００の構成について説明する。なお、モータ制御装置１００は、モータ１（ロータ２の回転）をベクトル制御により制御するように構成されている。

（モータの構成）
まず、図１を参照して、モータ制御装置１００によって制御されるモータ１について説明する。モータ１は、センサレスブラシレスモータからなる。また、モータ１には、複数の永久磁石（たとえば６極磁石）が設けられている。また、モータ１は、ロータ２に永久磁石が埋め込まれたＩＰＭモータ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ Ｍｏｔｏｒ）、または、ロータ２の表面に永久磁石が配置されたＳＰＭモータ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ Ｍｏｔｏｒ）からなる。また、モータ１は、たとえば、電動ウォータポンプに用いられる。

また、モータ１には、複数の励磁コイル３が設けられている。複数の励磁コイル３は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の励磁コイル３を含む。３相の励磁コイル３は、Ｙ結線、またはΔ結線されている。これにより、電流は、Ｕ相−Ｗ相、Ｖ相−Ｗ相、および、Ｗ相−Ｕ相のいずれかの励磁コイル３を流れる。

（モータ制御装置の構成）
次に、モータ制御装置１００の構成について説明する。

図２に示すように、モータ制御装置１００は、電流指令値／速度推定入力値算出部１１を備えている。電流指令値／速度推定入力値算出部１１には、上位制御部（図示せず）から、速度指令値ω_ｒｅｆが入力される。なお、上位制御部から、電流指令値／速度推定入力値算出部１１、後述する制御電圧値算出部１２および制御出力算出部１３に電源電圧Ｖ_{ｓｕｐｐｌｙ}が供給される。電流指令値／速度推定入力値算出部１１は、入力された速度指令値ω_ｒｅｆに基づいて、ｄ軸／ｑ軸電流指令値Ｉ_{ｄｑｒｅｆ}、および、速度推定入力値ω_ｃを算出する。

モータ制御装置１００は、制御電圧値算出部１２を備えている。制御電圧値算出部１２は、電流指令値／速度推定入力値算出部１１から出力されたｄ軸／ｑ軸電流指令値Ｉ_{ｄｑｒｅｆ}と、電源電圧Ｖ_{ｓｕｐｐｌｙ}と、後述する３相２相変換部１８から出力されたｄ軸／ｑ軸モータ電流値Ｉ_{ｄｑａｃｔ}とに基づいて、ｄ軸／ｑ軸制御電圧値Ｖ_{ｄｑｃｔｒｌ}を算出する。

モータ制御装置１００は、制御出力算出部１３を備えている。制御出力算出部１３は、制御電圧値算出部１２から出力されたｄ軸／ｑ軸制御電圧値Ｖ_{ｄｑｃｔｒｌ}と、電源電圧Ｖ_{ｓｕｐｐｌｙ}とに基づいて、ｄ軸／ｑ軸制御デューティＤ_ｄｑを算出する。

また、モータ制御装置１００は、２相３相変換部１４を備えている。２相３相変換部１４は、制御出力算出部１３から出力されたｄ軸／ｑ軸制御デューティＤ_ｄｑと、後述する電気角推定部１７から出力された逆パーク変換角度θ_{ｒｅｖｐａｒｋ} ^〜とに基づいて、Ｕ相／Ｖ相／Ｗ相制御デューティＤ_ＵＶＷを算出する。

また、モータ制御装置１００は、速度推定部１５を備えている。速度推定部１５は、電流指令値／速度推定入力値算出部１１から出力された速度推定入力値ω_ｃ、制御電圧値算出部１２から出力されたｄ軸／ｑ軸制御電圧値Ｖ_{ｄｑｃｔｒｌ}、および、３相２相変換部１８から出力されたｄ軸／ｑ軸モータ電流値Ｉ_{ｄｑａｃｔ}に基づいて、速度推定値ω^〜を算出する。また、速度推定部１５は、ロータ２の磁極方向とベクトル制御のｄ軸の電圧印加方向（ｄｃ軸）との電気角におけるずれ角度Δθを算出する。なお、ずれ角度Δθの算出の詳細は、後述する。また、算出されたずれ角度Δθは、後述するモータ制御モード選択部２０に入力される。また、速度推定部１５は、特許請求の範囲の「象限推定部」の一例である。

また、モータ制御装置１００は、遅れ補償部１６を備えている。遅れ補償部１６は、モータ１の回転の遅れを補償するように構成されている。一般にモータ１の回転は、ソフトウェアの演算処理やモータ１の応答の遅れ等、複数の要因によって遅れる。そして、遅れ補償部１６は、速度推定部１５によって推定された速度推定値ω^〜に基づいて、遅れ補償オフセット値（パーク変換）θ_{ｏｆｆｓｅｔｐａｒｋ}と、遅れ補償オフセット値（逆パーク変換）θ_{ｏｆｆｓｅｔｒｅｖｐａｒｋ}とを算出する。

また、モータ制御装置１００は、電気角推定部１７を備えている。電気角推定部１７は、速度推定部１５から出力された速度推定値ω^〜と、遅れ補償部１６から出力された遅れ補償オフセット値（パーク変換）θ_{ｏｆｆｓｅｔｐａｒｋ}と、遅れ補償オフセット値（逆パーク変換）θ_{ｏｆｆｓｅｔｒｅｖｐａｒｋ}とに基づいて、パーク変換角度θ_ｐａｒｋ ^〜と、逆パーク変換角度θ_{ｒｅｖｐａｒｋ} ^〜とを算出する。なお、電気角推定部１７の詳細な構成は、後述する。また、電気角推定部１７は、特許請求の範囲の「通電制御部」の一例である。

また、モータ制御装置１００は、３相２相変換部１８を備えている。３相２相変換部１８は、電気角推定部１７から出力されたパーク変換角度θ_ｐａｒｋ ^〜と、モータ１側から出力されたＵ相／Ｖ相／Ｗ相モータ電流値Ｉ_{ＵＶＷａｃｔ}とに基づいて、ｄ軸／ｑ軸モータ電流値Ｉ_{ｄｑａｃｔ}を算出する。

また、モータ制御装置１００は、ＰＷＭ変調部１９を備えている。ＰＷＭ変調部１９は、２相３相変換部１４から出力されたＵ相／Ｖ相／Ｗ相制御デューティＤ_ＵＶＷに基づいて、ＰＷＭ信号のＯＮタイミングであるＰＷＭＯＮ_ＵＶＷと、ＰＷＭ信号のＯＦＦタイミングであるＰＷＭＯＦＦ_ＵＶＷとを算出する。

また、モータ制御装置１００は、駆動部（図示せず）を備えている。駆動部は、ＰＷＭ変調部１９から出力されたＰＷＭＯＮ_ＵＶＷとＰＷＭＯＦＦ_ＵＶＷとに基づいて、駆動部に含まれる複数のスイッチング素子を駆動することにより、モータ１に３相の電圧を印加する。これにより、モータ１は、印加された電圧の周期に応じた速度により回転する。

また、モータ制御装置１００は、モータ制御モード選択部２０を備えている。モータ制御モード選択部２０は、速度推定部１５から出力された速度推定値ω^〜と、上位制御部から出力された速度指令値ω_ｒｅｆと、電流指令値／速度推定入力値算出部１１から出力されたｄ軸／ｑ軸電流指令値Ｉ_{ｄｑｒｅｆ}および速度推定入力値ω_ｃとに基づいて、モータ１の制御モードを選択する。モータ１の制御モードは、電流立ち上がりモード（電流の大きさが徐々に大きくなるモード）、１相通電モード、オープンループ制御モード、および、クローズループ制御モードを含む。

（電気角推定部）
次に、電気角推定部１７の構成について、詳細に説明する。

電気角推定部１７は、ロータ２の始動時において、３相の励磁コイル３のうちの所定の相（本実施形態では、１つの相）の励磁コイル３に通電することにより、ロータ２の始動時に、ロータ２を所定の位置まで回転させる通電（以下、１相通電という）を制御するように構成されている。これにより、ロータ２（磁極）が所定の位置（停止位置）まで回転する。その結果、ロータ２（磁極）が既知の所定の位置まで移動されるので、１相通電の後に行われるオープンループ制御（フィードバックループを有しない制御）において、ロータ２をスムーズに（素早く）始動させることが可能になる。

一方、図１に示すように、励磁コイル３から発生する磁界と、磁極とが釣り合っている場合（以下、デッドスポットという）、ロータ２が所定の位置まで回転できない。

そこで、本実施形態では、電気角推定部１７は、ロータ２が停止している状態の磁極の位置に基づいて、１相通電を行う励磁コイル３の相を選択するように構成されている。また、電気角推定部１７は、ロータ２が停止している状態の磁極の位置に基づいて、励磁コイル３から発生する磁界と磁極とが釣り合っている状態（デッドスポット）を避けるように、１相通電を行う励磁コイル３の相を選択するように構成されている。具体的には、電気角推定部１７は、速度推定部１５から出力される速度推定値ω^〜に基づいて、電気角を算出する。そして、遅れ補償部１６から出力される、遅れ補償オフセット値（パーク変換）θ_{ｏｆｆｓｅｔｐａｒｋ}と、遅れ補償オフセット値（逆パーク変換）θ_{ｏｆｆｓｅｔｒｅｖｐａｒｋ}とに基づいて、電気角を補正する（ｄｃ軸を更新する）。この電気角の補正は、電気角推定部１７から出力される逆パーク変換角度θ_{ｒｅｖｐａｒｋ} ^〜に反映される。

詳細には、速度推定部１５は、ロータ２が停止している状態におけるロータ２の磁極方向とベクトル制御のｄ軸の電圧印加方向（ｄｃ軸）との電気角におけるずれ角度Δθが、互いに直交するｑ軸とｄ軸とによって形成された平面座標の４つの象限のうちのいずれの象限に対応しているかを推定するように構成されている。そして、電気角推定部１７は、速度推定部１５により推定されたずれ角度Δθに対応する象限に基づいて、１相通電を行う励磁コイル３の相を選択するように構成されている。

（ずれ角度Δに対応する象限の推定方法）
次に、ずれ角度Δθ（磁極の位置）に対応する象限の推定方法について説明する。なお、ずれ角度Δθは、速度推定部１５により行われる。また、速度推定部１５は、実際の磁極方向から見た、推定した磁極方向（ｄｃ軸）の誤差を推定している。

図３（ａ）に示すように、励磁コイル３に対して、磁極方向に電流（正の電流）を加えると、図３（ｂ）に示すように、磁束が増加する。しかし、加える電流がある一定以上の大きさになった場合、それ以上磁束が増加できない状態となる。この状態（現象）を磁気飽和という。磁気飽和の状態では、インダクタンスが低下することにより、電流の変化率は大きくなる。一方、励磁コイル３に対して、磁極方向と反対の方向に電流（負の電流）を加えると、磁束飽和は生じないので、インダクタンスは、一定である。この結果、電流変化率も一定である。すなわち、図３（ｃ）に示すように、正の電流を加えたときには、電流変化率は大きくなり、負の電流を加えたときには、電流変化率は小さくなる。

また、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、励磁コイル３に対して、磁極方向と反対方向に電流（正の電流）を加えた場合、上記の場合（磁極方向に正の電流を加えた場合）と反対の現象が起きる。すなわち、磁極方向と反対方向に正の電流と負の電流とを加えると、正の電流を加えたときには、電流変化率は小さくなり、負の電流を加えたときには、電流変化率は大きくなる。以上から、電流変化率を計測することによって、電流を加えた方向と磁極方向とが一致する関係にあるか否かを推定することが可能になる。

（磁極位置の推定）
次に、電流変化率に基づいた磁極位置の推定について説明する。本実施形態では、速度推定部１５は、ベクトル制御のｄ軸方向とｑ軸方向とにそれぞれ微小電圧を印加することにより励磁コイル３に流れる電流の電流変化率に基づいて、ずれ角度Δθに対応する象限を推定するように構成されている。以下、具体的に説明する。

まず、ｄ軸方向に対して、微小な電圧Ｖｄ（ｎ）を印加して、正の電流と負の電流とを加える。

次に、モータ１に流れる電流Ｉｄ（ｎ）を計測（取得）して、電流変化率｜（Ｉｄ（ｎ）−Ｉｄ（ｎ−１））｜を計測する。ここで、微小な電流変化率を捉えるために、下記の極性信号算出式を用いて、極性信号ＰＦｄ（ｎ）を決定する。
ＰＦｄ（ｎ）＝Σ（Ｖｄ（ｎ）×（−１）×｜（Ｉｄ（ｎ）−Ｉｄ（ｎ−１））｜）

次に、ｑ軸に対してもｄ軸と同様の処理を行う。すなわち、下記の極性信号算出式を用いて、極性信号ＰＦｑ（ｎ）を決定する。
ＰＦｑ（ｎ）＝Σ（Ｖｑ（ｎ）×（−１）×｜（Ｉｑ（ｎ）−Ｉｑ（ｎ−１））｜）

なお、図５に示すように、電流Ｉｄ（ｎ）およびＩｑ（ｎ）のサンプリングは、たとえば、ＰＷＭ信号の周期ごとに行われる。また、電流変化率の算出は、モータ制御装置１００の内部のソフトウェアによって行われているため、電流のサンプリングに対して１周期分遅れて算出される。図５の例では、極性信号ＰＦｄ（ＰＦｑ）は、負になっている。

上記の磁極位置の推定の処理中には、磁極方向が既知ではないため、磁極方向とｄ軸およびｑ軸に対する電圧印加方向との間にずれが生じる。このずれと、極性信号との関係について検討する。

図６に示すように、ｄ軸およびｑ軸に対する電圧印加方向を、それぞれ、ｄｃ軸およびｑｃ軸とする。そして、ｄ軸とｄｃ軸とのずれ（角度）を、Δθとする。例として、Δθが、０度〜９０度の場合では、ｄ軸、ｑ軸、ｄｃ軸およびｑｃ軸の間の位置関係は、図６に示す通りである。磁極方向に近い方向（ずれ角度Δθが０度に近い場合）に電流を加えると、ｄ軸方向に正の電流を流した時の電流変化率｜ΔＩｄｃｐ｜は、ｄ軸方向に負の電流を流した時の電流変化率｜ΔＩｄｃｎ｜よりも大きくなり、極性信号ＰＦｄは、正の値となる。また、ｑ軸方向に正の電流を流した時の電流変化率｜ΔＩｑｃｐ｜は、ｑ軸方向に負の電流を流した時の電流変化率｜ΔＩｑｃｎ｜よりも小さくなり、極性信号ＰＦｑは、負の値となる。

以上のことから、ｄ軸の極性信号およびｑ軸の極性信号と、ずれ角度Δθとの関係は、図７に示す通りとなる。そして、下記の表１に基づいて、実際の磁極位置（磁極方向）と、電圧印加方向とのずれ角度Δθが、４つの象限のうちのいずれの象限に対応しているかを推定することが可能になる。

そして、本実施形態では、下記の表２に示すように、電気角推定部１７は、ずれ角度Δθが０度以上９０度未満の場合、ベクトル制御のｄ軸の電圧印加方向を変更せず、ずれ角度Δθが９０度以上１８０度未満の場合、ｄ軸の電圧印加方向を−９０度回転させるように、ｄ軸の電圧印加方向を変更する。また、電気角推定部１７は、ずれ角度Δθが−１８０度以上−９０度未満の場合、ｄ軸の電圧印加方向を−１８０度回転させ、ずれ角度Δθが−９０度以上０度未満の場合、ｄ軸の電圧印加方向を９０度回転させるように、ｄ軸の電圧印加方向を変更する。これにより、電気角推定部１７は、１相通電を行う励磁コイル３を選択するように構成されている。なお、下記の表２において、ｄ軸の電圧印加方向の回転角度を「Ａ」として表している。

具体的には、電気角推定部１７が出力する逆パーク変換角度θ_{ｒｅｖｐａｒｋ} ^〜の値が、ずれ角度Δθに基づいて変更されることにより、ｄ軸の電圧印加方向が回転されることになる。

そして、本実施形態では、ｑ軸方向に対して正の電圧を印加するか、または、ｄ軸方向に対して負の電圧を印加することにより、１相通電を実施するように構成されている。たとえば、図８に示すように、ずれ角度Δθが０度以上９０度未満の場合、ベクトル制御のｄ軸の電圧印加方向は変更されない。そして、図８（ａ）に示すように、ｑ軸方向（ｑｃ軸）に対して正の電圧を印加する。これにより、ｑｃ軸がＮ極となるので、磁極のＳ極が引き寄せられて、通電方向（ｑｃ軸）と磁極方向とが一致するように、ロータ２が回転する。また、通電方向（ｑｃ軸）と磁極方向とが一致した位置（固定位置）において、ロータ２は、停止する。同様に、図８（ｂ）に示すように、ｄ軸方向（ｄｃ軸）に対して負の電圧を印加した場合でも、ｄｃ軸がＳ極となるので、磁極のＮ極が引き寄せられて、通電方向（ｄｃ軸）と磁極方向とが一致するように、ロータ２が回転する。また、１相通電によって、磁極方向（ロータ２）が回転する角度（表２の「Ｂ」参照）は、０度以上９０度未満である。

また、図９に示すように、ずれ角度Δθが９０度以上１８０度未満の場合、ベクトル制御のｄ軸の電圧印加方向は、−９０度回転される。回転後のｑｃ軸を、ｑｃ’軸とし、回転後のｄｃ軸を、ｄｃ’軸とする。そして、図９（ａ）に示すように、ｑｃ’軸方向に対して正の電圧を印加する。または、図９（ｂ）に示すように、ｄｃ’軸方向に対して負の電圧を印加する。これにより、通電方向（ｑｃ’軸、ｄｃ’軸）と磁極方向とが一致するように、ロータ２が回転する。また、１相通電によって、磁極方向（ロータ２）が回転する角度（Ｂ）は、０度以上９０度未満である。なお、ｑｃ軸およびｄｃ軸を回転させない場合では、ずれ角度Δθ（９０度以上１８０度未満）分、磁極方向が回転することになるので、通電時間が長くなるため、消費電力量が増加する。一方、本実施形態のように、ｑｃ軸およびｄｃ軸を回転させることにより、通電時間を短縮することができるので、消費電力量を減少させることが可能になる。

また、図１０に示すように、ずれ角度Δθが−１８０度以上−９０度未満の場合、ベクトル制御のｄ軸の電圧印加方向は、−１８０度回転される。そして、図１０（ａ）に示すように、ｑｃ’軸方向に対して正の電圧を印加する。または、図１０（ｂ）に示すように、ｄｃ’軸方向に対して負の電圧を印加する。これにより、通電方向（ｑｃ’軸、ｄｃ’軸）と磁極方向とが一致するように、ロータ２が回転する。また、１相通電によって、磁極方向（ロータ２）が回転する角度（Ｂ）は、０度以上９０度未満である。また、ｑｃ軸およびｄｃ軸を回転させることにより、通電時間を短縮することができるので、消費電力量を減少させることが可能になる。

また、図１１に示すように、ずれ角度Δθが−９０度以上０度未満の場合、ベクトル制御のｄ軸の電圧印加方向は、９０度回転される。そして、図１１（ａ）に示すように、ｑｃ’軸方向に対して正の電圧を印加する。または、図１１（ｂ）に示すように、ｄｃ’軸方向に対して負の電圧を印加する。これにより、通電方向（ｑｃ’軸、ｄｃ’軸）と磁極方向とが一致するように、ロータ２が回転する。また、１相通電によって、磁極方向（ロータ２）が回転する角度（Ｂ）は、０度以上９０度未満である。また、ｑｃ軸およびｄｃ軸を回転させることにより、通電時間を短縮することができるので、消費電力量を減少させることが可能になる。

（磁極がデッドスポットに位置している場合）
図１２（ａ）に示すように、磁極方向（Ｎ極の方向）と、ｑｃ軸とが揃っている場合において、ｑｃ軸に正の電圧を印加することによりｑｃ軸がＮ極となるので、１相通電が行われても、所定の位置（固定位置）まで、磁極が回転しない。なお、図１２（ａ）では、ずれ角度Δθは、−９０度である。そこで、図１２（ｂ）に示すように、ベクトル制御のｄ軸の電圧印加方向を、９０度回転させる。そして、ｑｃ’軸方向に対して正の電圧を印加する。これにより、磁極を所定の位置（固定位置）まで回転させることが可能になる。また、ｄｃ’軸方向に対して負の電圧を印加することによっても、磁極を所定の位置（固定位置）まで回転させることが可能になる。

次に、図１３を参照して、モータ制御装置１００の動作について説明する。

まず、ステップＳ１において、ロータ２が停止している状態で、磁極位置（磁極方向）を推定する。具体的には、磁極方向とベクトル制御のｄ軸の電圧印加方向との電気角におけるずれ角度Δθが、いずれの象限に対応しているかを推定する。

次に、ステップＳ２において、推定された象限に基づいて、１相通電の方向を決定する。具体的には、上記の表２に示すように、ずれ角度Δθに基づいて、ｄ軸の電圧印加方向が選択（回転）される。なお、象限の推定、および、ｄ軸の電圧印加方向の回転は、ソフトウェアにおいて実施されており、センサなどのハードウェアを別途追加することなく、象限の推定およびｄ軸の電圧印加方向の回転を行うことが可能である。

次に、ステップＳ３において、１相通電（ｑｃ軸への正の電圧の印加、または、ｄｃ軸への負の電圧の印加）が行われる。その後、ステップＳ４において、オープンループ制御が行われる。

次に、ステップＳ４において、励磁コイル３に発生する誘起電圧に基づいて、クローズループ制御に移行可能か否かが判定される。

ステップＳ４において、ｙｅｓの場合、ステップＳ５に進んでクローズループ制御が行われる。ステップＳ４において、ｎｏの場合、ステップＳ３に戻る。

（本実施形態の効果）
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

本実施形態では、ロータ２の磁極が、１相通電が行われる励磁コイル３から発生する磁界と釣り合う位置（以下、デッドスポットという）にいる場合でも、磁極の位置に基づいて、デッドスポットとならない励磁コイル３を、１相通電を行う励磁コイル３として選択することができる。その結果、ロータ２の磁極と１相通電によって励磁コイル３から発生する磁界とが釣り合うことに起因して、ロータ２が脱調するのを抑制することができる。

また、本実施形態では、ロータ２の磁極と１相通電によって励磁コイル３から発生する磁界とが釣り合うことに起因して、ロータ２が所定の位置まで回転しないことを確実に抑制することができる。

また、本実施形態では、ロータ２の始動前に、ずれ角度Δθに対応する象限が推定されるので、ロータ２の磁極がデッドスポットに位置しているか否かを容易に判断することができる。

また、本実施形態では、ロータ２の磁極方向とｄ軸の電圧印加方向との間の角度を、９０度未満にすることができるので、１相通電によってロータ２が回転する回転角度（ロータ２が停止する所定の位置までの角度）が小さくなる。これにより、１相通電に要する時間を短縮することができるとともに、１相通電を行うための電力を省電力化することができる。また、１相通電によるロータ２の回転に起因するノイズや振動を低減することができる。

また、本実施形態では、ずれ角度Δθに対応して電流変化率が異なるので、電流変化率に基づいて、ずれ角度Δθに対応する象限を容易に推定することができる。

また、本実施形態では、センサレスブラシレスモータでは、モータ１の停止時には磁極の位置を検出することができないので、速度推定部１５によってモータ１の停止時における磁極の位置（ずれ角度Δθ）を推定することは、ロータ２の脱調を抑制する点において特に有効である。

また、本実施形態では、ｑ軸方向に対して正の電圧を印加することにより、ｑ軸方向にＮ極が作り出されるので、９０度未満の回転角度で、ロータ２のＳ極方向をｑ軸方向に揃える（つまり、９０度未満の回転角度でロータ２を所定の位置に停止させる）ことができる。同様に、ｄ軸方向に対して負の電圧を印加することにより、ｄ軸方向にＳ極が作り出されるので、９０度未満の回転角度で、ロータ２のＮ極方向をｄ軸方向に揃える（つまり、９０度未満の回転角度でロータ２を所定の位置に停止させる）ことができる。

（変形例）
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。

たとえば、上記実施形態では、モータが、電動ウォータポンプに用いられる例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、電動ウォータポンプ以外の機器に用いられるモータのモータ制御装置に対しても本発明を適用することは可能である。

また、上記実施形態では、ずれ角度に対応する象限（磁極方向の象限）に基づいて、１相通電を行う励磁コイルの相を選択する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、磁極方向そのものを推定するとともに、推定された磁極方向に基づいて、１相通電を行う励磁コイルの相を選択してもよい。

また、上記実施形態では、ベクトル制御のｄ軸方向とｑ軸方向とにそれぞれ微小電圧を印加することにより励磁コイルに流れる電流の電流変化率に基づいて、ずれ角度に対応する象限（磁極方向の象限）を推定する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、上記の方法以外の方法によって、ずれ角度に対応する象限（磁極方向の象限）を推定してもよい。

また、上記実施形態では、モータがベクトル制御により制御されている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、ベクトル制御以外の制御方法によって制御されているモータに対して、モータが停止している状態の磁極方向に基づいて、１相通電を行う励磁コイルの相を選択するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、ロータの始動時において、３相の励磁コイルのうちの１つの相の励磁コイルに通電することにより、ロータを所定の位置まで回転させる１相通電が行われる例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、ロータの始動時において、３相の励磁コイルのうちの２つの相（または３つの相）の励磁コイルに通電することにより、ロータを所定の位置まで回転させる２相通電（または３相通電）を行ってもよい。これにより、ロータを所定の位置に停めることが可能になる。

２ ロータ
３ 励磁コイル
１７ 電気角推定部（通電制御部）
１５ 速度推定部（象限推定部）
Δθ ずれ角度

Claims (5)

1. ロータの始動時において、３相の励磁コイルのうちの所定の相の励磁コイルに通電することにより、前記ロータを所定の位置まで回転させる通電を制御する通電制御部を備え、
   前記通電制御部は、前記ロータが停止している状態の磁極の位置に基づいて、通電を行う前記励磁コイルの相を選択するように構成されている、モータ制御装置。
2. 前記通電制御部は、前記ロータが停止している状態の前記磁極の位置に基づいて、前記励磁コイルから発生する磁界と前記磁極とが釣り合う状態を避けるように、通電を行う前記励磁コイルの相を選択するように構成されている、請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記ロータの回転をベクトル制御により制御するように構成されており、
   前記ロータが停止している状態における前記ロータの磁極方向と前記ベクトル制御のｄ軸の電圧印加方向との電気角におけるずれ角度が、互いに直交するｑ軸とｄ軸とによって形成された平面座標の４つの象限のうちのいずれの象限に対応しているかを推定する象限推定部をさらに備え、
   前記通電制御部は、前記象限推定部により推定された前記ずれ角度に対応する象限に基づいて、通電を行う前記励磁コイルの相を選択するように構成されている、請求項１または２に記載のモータ制御装置。
4. 前記通電制御部は、前記ずれ角度が０度以上９０度未満の場合、前記ベクトル制御のｄ軸の電圧印加方向を変更せず、前記ずれ角度が９０度以上１８０度未満の場合、前記ｄ軸の電圧印加方向を−９０度回転させ、前記ずれ角度が−１８０度以上−９０度未満の場合、前記ｄ軸の電圧印加方向を−１８０度回転させ、前記ずれ角度が−９０度以上０度未満の場合、前記ｄ軸の電圧印加方向を９０度回転させるように、前記ｄ軸の電圧印加方向を変更することにより、通電を行う前記励磁コイルを選択するように構成されている、請求項３に記載のモータ制御装置。
5. 前記象限推定部は、前記ベクトル制御のｄ軸方向とｑ軸方向とにそれぞれ微小電圧を印加することにより前記励磁コイルに流れる電流の電流変化率に基づいて、前記ずれ角度に対応する象限を推定するように構成されている、請求項３または４に記載のモータ制御装置。
   
   

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