JP2024029279A - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ブラシレスモータをセンサレス制御するモータ制御装置において、ブラシレスモータの脱調を確実に判定すること。【解決手段】モータ制御装置は、３相を有するブラシレスモータをセンサレス制御する制御部と、ブラシレスモータの脱調の有無を判定する判定部と、を備える。制御部は、推定ｄ軸、推定ｑ軸出力電流Ｉｄｓ、Ｉｑｓ、推定ｄ軸、推定ｑ軸指示電圧Ｖｄｃ、Ｖｑｃ、及び、推定回転速度ωｓに基づいてセンサレス制御を実行する。そして、判定部は、推定ｄ軸、推定ｑ軸出力電流Ｉｄｓ、Ｉｑｓ、及び、推定回転速度ωｓに基づいて判定電圧Ｖｑｊを演算する。そして、判定電圧Ｖｑｊと推定ｑ軸指示電圧Ｖｑｃとの差である電圧偏差ｈＶが、判定しきい値Ｈｓを超える場合に、脱調の発生を判定する。例えば、判定部は、判定しきい値Ｈｓを、推定回転速度ωｓが大きいほど、大きくなるように決定する。【選択図】図２

Description

本開示は、モータ制御装置に関する。

特許文献１には、電流検出器や電圧検出器の増設を不要にした簡易な構成で脱調検出を行うことを目的に、以下のことが記載されている。モデル電圧演算部１０は、ＰＭモータ２の電圧方程式を基にしたＰＭモータモデルを使って、ＰＭモータの速度指示の速度と電流指示のｄｑ軸電流からｄｑ軸モデル電圧ｖｄ＊、ｖｑ＊を求め、脱調判定部１１は、モデル電圧とインバータの電圧指示ｖｄ、ｖｑの比較によりＰＭモータの脱調の有無を判定する。また、モデル電圧を演算する際にＰＭモータの電流指示に代えてｄｑ軸電流検出値を用いることができる。更に、ｑ軸成分のモデル電圧のみを使って脱調判定をすることができる。

ブラシレスモータが適正に作動している場合には、同期速度（交流電流を印加した際の磁界の回転速度）と実際の回転子の回転速度とが等しい状態（同期状態）である。モータに対する負荷が過大になると、同期速度と実際の回転速度とが一致しなくなる状態（脱調状態）が生じ得る。脱調状態では、速度指示（「目標回転速度」ともいう）と、実際の回転速度との間にズレ（誤差）が発生する。特許文献１では、脱調の判定において、上記モデル電圧が、速度指示（目標回転速度）から算出されるため、該判定に誤差が生じることがある。

特開２０１０－２５２５０３号公報

本発明の目的は、ブラシレスモータをセンサレス制御するモータ制御装置において、ブラシレスモータの脱調が確実に判定され得るものを提供することである。

本発明に係るモータ制御装置（ＭＳ）は、３相を有するブラシレスモータ（ＢＭ）をセンサレス制御する制御部（ＢＣ）と、前記ブラシレスモータ（ＢＭ）の脱調の有無を判定する判定部（ＢＨ）と、を備える。

本発明に係るモータ制御装置（ＭＳ）では、前記制御部（ＢＣ）は、推定ｄ軸、推定ｑ軸出力電流（Ｉｄｓ、Ｉｑｓ）、推定ｄ軸、推定ｑ軸指示電圧（Ｖｄｃ、Ｖｑｃ）、及び、推定回転速度（ωｓ）に基づいて前記センサレス制御を実行する。そして、前記判定部（ＢＨ）は、前記推定ｄ軸、推定ｑ軸出力電流（Ｉｄｓ、Ｉｑｓ）、及び、前記推定回転速度（ωｓ）に基づいて判定電圧（Ｖｑｊ）を演算し、前記判定電圧（Ｖｑｊ）と前記推定ｑ軸指示電圧（Ｖｑｃ）との差である電圧偏差（ｈＶ）が、判定しきい値（Ｈｓ）に達する場合に、前記脱調の発生を判定する。例えば、前記判定部（ＢＨ）は、前記判定しきい値（Ｈｓ）を、前記推定回転速度（ωｓ）が大きいほど、大きくなるように決定する。

本発明に係るモータ制御装置（ＭＳ）では、前記判定部（ＢＨ）は、前記ブラシレスモータ（ＢＭ）は脱調しておらず、前記推定回転速度（ωｓ）で回転していると仮定して、前記判定電圧（Ｖｑｊ）を決定する。詳細には、前記判定部（ＢＨ）は、前記推定ｑ軸出力電流（Ｉｑｓ）に基づいて、前記ブラシレスモータ（ＢＭ）での電圧降下に相当する第１成分（Ｓｖ１＝Ｒ・Ｉｑｓ）を演算し、前記推定回転速度（ωｓ）、及び、前記推定ｄ軸出力電流（Ｉｄｓ）に基づいて、前記ブラシレスモータ（ＢＭ）での逆起電圧に相当する第２成分（Ｓｖ２＝ωｓ（φ＋Ｌｄ・Ｉｄｓ））を演算し、前記判定電圧（Ｖｑｊ）を、前記第１成分（Ｓｖ１）と前記第２成分（Ｓｖ２）との和（Ｖｑｊ＝Ｓｖ１＋Ｓｖ２）として決定する。

上記構成によれば、ブラシレスモータＢＭの脱調判定に、推定回転速度ωｓが採用されるとともに、電圧偏差ｈＶが、脱調の程度を適切に表現する状態量として決定される。これにより、判定精度が向上され、確実な判定が実行される。

モータ制御装置ＭＳの実施形態を説明するためのブロック図である。 判定部ＢＨを説明するためのブロック図である。

＜構成部材等の記号、及び、値の大小関係の表現＞
以下の説明において、「ＢＭ」等の如く、同一記号を付された構成部材、演算処理、信号、特性、及び、値は、同一機能のものである。加えて、各種状態量（Ｈｓ、ｈＶ等）の値についての大小関係は、それらの大きさ（絶対値）に基づいて表現される。電流、電圧等は、モータの回転方向に応じて、正負（＋／－）の符号が付される。例えば、モータが正転方向に駆動される場合には正符号が付され、モータが逆転方向に駆動される場合には負符号が付される。つまり、モータの回転方向で、状態量の符号が異なる。更に、電圧偏差ｈＶは判定電圧Ｖｑｊと推定ｑ軸指示電圧Ｖｑｃとの差分として演算されるが、電圧偏差ｈＶの演算方法によって符号が逆になる。つまり、「ｈＶ＝Ｖｑｊ－Ｖｑｃ」で演算される場合と、「ｈＶ＝Ｖｑｃ－Ｖｑｊ」で演算される場合とでは、電圧偏差ｈＶの符号は逆になる。このため、以下の説明では、説明の煩雑さが回避されるよう、値の大小（又は、高低）については、値の絶対値（大きさ）を基準として表現する。

＜モータ制御装置ＭＳの実施形態＞
図１のブロック図を参照して、モータ制御装置ＭＳの実施形態について説明する。ブラシレスモータＢＭは、Ｕ相、Ｖ相、及び、Ｗ相の３相のコイルが設けられる同期モータである。ブラシレスモータＢＭは、モータ制御装置ＭＳによって制御（駆動）される。ブラシレスモータＢＭには、センサレス型のものが採用される。このため、ブラシレスモータＢＭの回転子の位置（即ち、回転角）を検出する位置センサ（回転角センサ）が備えられていない。

ブラシレスモータＢＭを駆動するモータ制御装置ＭＳは、制御部ＢＣ、及び、判定部ＢＨにて構成される。

≪制御部ＢＣ≫
ブラシレスモータＢＭはセンサレス型であるため、制御部ＢＣでは、センサレス制御（「センサレスベクトル制御」ともいう）が実行される。センサレス制御は、公知のモータ駆動方法である（例えば、特開２００８－０１１６１６号公報、特開２０１９－２０８３２９号公報、特開２０２２－１１０３０７号公報を参照）。以下、制御部ＢＣについて、簡単に説明する。

制御部ＢＣでは、ｄ軸成分の電流とｄ軸に直交するｑ軸成分の電流とがベクトル制御されることで、ブラシレスモータＢＭが駆動される。「ｄ軸、ｑ軸」は、ベクトル制御の回転座標（「ｄ－ｑ座標」ともいう）における制御軸である。「ｄ軸」は永久磁石の磁束軸の方向に延び、「ｑ軸」はトルク方向に延びる。ここで、ｄ軸とｑ軸とは直交している。回転角センサを有するブラシレスモータでは、実際のｄ軸、実際のｑ軸（「実ｄ軸、実ｑ軸」、或いは、「真のｄ軸、真のｑ軸」ともいう）が、回転角センサの検出結果（即ち、回転角）によって識別される。

センサレス型ブラシレスモータＢＭには、回転角センサが備えられないため、ｄ軸、及び、ｑ軸が推定されて、ベクトル制御（即ち、センサレスベクトル制御）が実行される。センサレス制御において、回転座標のｄ軸として推定される制御軸が、「推定ｄ軸（又は、仮想ｄ軸）」と称呼される。また、回転座標のｑ軸として推定される制御軸が、「推定ｑ軸（又は、仮想ｑ軸）」と称呼される。実ｄ軸、実ｑ軸の関係と同様に、推定ｄ軸と推定ｑ軸とは直交している。なお、実ｄ軸、実ｑ軸と、推定ｄ軸、推定ｑ軸との誤差が、「軸誤差Δθ（角度誤差）」と表記される。

推定ｄ軸、推定ｑ軸における電流指示値が、「推定ｄ軸、推定ｑ軸指示電流Ｉｄｃ、Ｉｑｃ」と称呼される。そして、推定ｄ軸、推定ｑ軸指示電流Ｉｄｃ、Ｉｑｃに対応して、推定ｄ軸、推定ｑ軸にて発生される電流が、「推定ｄ軸、推定ｑ軸出力電流Ｉｄｓ、Ｉｑｓ」と称呼される。推定ｄ軸、推定ｑ軸出力電流Ｉｄｓ、Ｉｑｓは、３相の検出電流Ｉｕｓ、Ｉｖｓ、Ｉｗｓ（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相検出電流）に基づいて推定される。推定ｄ軸、推定ｑ軸出力電流Ｉｄｓ、Ｉｑｓは、「推定ｄ軸、推定ｑ軸推定電流Ｉｄｓ、Ｉｑｓ（又は、推定ｄ軸、推定ｑ軸応答電流Ｉｄｓ、Ｉｑｓ）」とも称呼される。

制御部ＢＣは、指示電流演算ブロックＩＣ、指示電圧演算ブロックＶＣ、第１座標変換ブロックＺＣ、第２座標変換ブロックＺＳ、及び、速度推定ブロックＷＳにて構成される。

指示電流演算ブロックＩＣでは、指示回転速度ωｃ（モータ回転速度の目標値）、及び、推定回転速度ωｓ（モータ回転速度の推定値）に基づいて、推定ｄ軸、推定ｑ軸指示電流Ｉｄｃ、Ｉｑｃが演算される。具体的には、指示電流演算ブロックＩＣでは、指示回転速度ωｃから、速度推定ブロックＷＳにて算出される推定回転速度ωｓが減算される。そして、演算結果「ωｃ－ωｓ」（「回転速度誤差Δω」という）に基づいて、推定ｄ軸出力電流Ｉｄｓが追従すべき推定ｄ軸指示電流Ｉｄｃが決定される。また、指示電流演算ブロックＩＣでは、推定ｄ軸指示電流Ｉｄｃ等に基づいて推定ｑ軸出力電流Ｉｑｓが追従すべき推定ｑ軸指示電流Ｉｑｃが演算される。つまり、回転速度誤差Δωが「０」になり、推定回転速度ωｓが指示回転速度ωｃに一致するように、推定ｄ軸、推定ｑ軸における指示電流Ｉｄｃ、Ｉｑｃが演算される。指示電流演算ブロックＩＣは、推定回転速度ωｓを指示回転速度ωｃに一致するための処理であり、「速度制御器（回転速度を制御するためのコントローラ）」として機能する。

指示電圧演算ブロックＶＣでは、推定ｄ軸、推定ｑ軸指示電流Ｉｄｃ、Ｉｑｃ（目標値）、及び、推定ｄ軸、推定ｑ軸出力電流Ｉｄｓ、Ｉｑｓ（出力値）に基づいて、推定ｄ軸、推定ｑ軸指示電圧Ｖｄｃ、Ｖｑｃ（目標値）が演算される。指示電圧演算ブロックＶＣでは、推定ｄ軸、推定ｄ軸における電流誤差「Ｉｑｃ－Ｉｑｓ」、「Ｉｄｃ－Ｉｄｓ」が共に「０」になり、推定ｄ軸、推定ｑ軸出力電流Ｉｄｓ、Ｉｑｓが、推定ｄ軸、推定ｑ軸指示電流Ｉｄｃ、Ｉｑｃに一致するように、推定ｄ軸、推定ｑ軸における指示電圧Ｖｄｃ、Ｖｑｃが演算される。指示電圧演算ブロックＶＣは、推定ｄ軸、推定ｑ軸出力電流Ｉｄｓ、Ｉｑｓを、推定ｄ軸、推定ｑ軸指示電流Ｉｄｃ、Ｉｑｃに一致するための処理ブロックであるため、「電流制御器（推定電流を制御するためのコントローラ）」として機能する。

第１座標変換ブロックＺＣでは、推定ｄ軸、推定ｑ軸指示電圧Ｖｄｃ、Ｖｑｃ（目標値）に基づいて、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相指示電圧Ｖｕｃ、Ｖｖｃ、Ｖｗｃ（目標値）が演算される。具体的には、推定ｄ軸、推定ｑ軸指示電圧Ｖｄｃ、Ｖｑｃが、速度推定ブロックＷＳにて演算される推定回転角θｓに基づいて、２相から３相に座標変換されることで、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相指示電圧Ｖｕｃ、Ｖｖｃ、Ｖｗｃが決定される。Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相指示電圧Ｖｕｃ、Ｖｖｃ、Ｖｗｃは、インバータＩＮＶに出力される。

インバータＩＮＶでは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相指示電圧Ｖｕｃ、Ｖｖｃ、Ｖｗｃに基づいて、ＰＷＭ制御（パルス幅変調制御）によって、ブラシレスモータＢＭに給電が行われ、ブラシレスモータＢＭが駆動される。具体的には、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相指示電圧Ｖｕｃ、Ｖｖｃ、Ｖｗｃに応じてパルス幅変調された信号が決定される。そして、該信号に応じて、スイッチング素子（ＭＯＳ－ＦＥＴ、ＩＧＢＴ等）が制御されて、ブラシレスモータＢＭへのＵ相、Ｖ相、Ｗ相供給電流Ｉｕｓ、Ｉｕｖ、Ｉｗｓ（「検出電流」ともいう）が調整される。つまり、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相指示電圧Ｖｕｃ、Ｖｖｃ、Ｖｗｃの結果として、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相供給電流Ｉｕｓ、Ｉｕｖ、Ｉｗｓが制御される。

インバータＩＮＶからブラシレスモータＢＭに供給されるモータ電流Ｉｕｓ、Ｉｕｖ、Ｉｗｓを検出するよう、電流センサＩＡが設けられる。Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相供給電流Ｉｕｓ、Ｉｕｖ、Ｉｗｓの位相差は既知であるため、電流センサＩＡによって、３相のうちの２相の供給電流（例えば、Ｕ相検出電流Ｉｕｓ、及び、Ｖ相検出電流Ｉｖｓ）が検出され、残りの１相の供給電流（例えば、Ｗ相検出電流Ｉｗｓ）が推定されてもよい。つまり、電流センサＩＡによって、３相のうちの少なくとも２相の供給電流が検出されることによって、３相に実際に供給される電流が検出される。

第２座標変換ブロックＺＳにて、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相検出電流Ｉｕｓ、Ｉｕｖ、Ｉｗｓに基づいて、推定ｄ軸、推定ｑ軸出力電流Ｉｄｓ、Ｉｑｓが演算される。具体的には、検出電流Ｉｕｓ、Ｉｕｖ、Ｉｗｓが、速度推定ブロックＷＳにて演算される推定回転角θｓに基づいて、３相から２相に座標変換されることで、推定ｄ軸、推定ｑ軸出力電流Ｉｄｓ、Ｉｑｓが決定される。ここで、推定ｄ軸、推定ｑ軸出力電流Ｉｄｓ、Ｉｑｓ（出力値）は、推定ｄ軸、推定ｑ軸指示電流Ｉｄｃ、Ｉｑｃ（入力値であり、目標値）に対応している。

速度推定ブロックＷＳにて、推定ｄ軸、推定ｑ軸出力電流Ｉｄｓ、Ｉｑｓに基づいて、推定回転速度ωｓ、及び、推定回転角θｓが演算される。速度推定ブロックＷＳでは、先ず、推定回転速度ωｓが演算される。そして、推定回転速度ωｓが積分されて、推定回転角θｓが決定される。推定回転速度ωｓの演算には、電流引き込み方式、高調波重畳方式、磁束オブザーバ方式、拡張誘起電圧方式等、公知の方法が採用される。

例えば、速度推定ブロックＷＳでは、吹出部ＸＷＳに示すように、軸誤差Δθが「０（目標値）」に追従するように制御される際のＰＬＬ制御の制御量が推定回転速度ωｓとして決定される。ここで、ＰＬＬ制御（Phase Locked Loop）では、入力される周期的な信号を元にフィードバック制御が加えられ、別の発振器から位相が同期した信号が出力される。

軸誤差Δθの目標値は「０」にされているので、軸誤差Δθが、ＰＬＬ制御ブロックに入力される。ＰＬＬ制御ブロックでは、軸誤差Δθに比例ゲインＫｐが乗算されて、比例項が演算される。また、軸誤差Δθが時間積分され、積分ゲインＫｉが乗算されて、積分項が演算される。そして、比例項と積分項との和が、推定回転速度ωｓとして決定される（即ち、「ωｓ＝Ｋｐ・Δθ＋Ｋｉ・∫Δθ・ｄｔ」）。更に、推定回転速度ωｓが時間積分されて、推定回転角θｓが決定される（即ち、「θｓ＝∫ωｓ・ｄｔ」）。

例えば、速度推定ブロックＷＳでは、回転速度に基づいて、軸誤差Δθ（実ｑ軸と推定ｑ軸との角度誤差）の演算方法が使い分けられる。回転速度が小さい場合（低速時）には、高調波重畳方式に基づいて軸誤差Δθが決定される。高調波重畳方式（「外乱重畳方式」ともいう）では、パルス（又は、正弦波）の高周波電圧が推定ｄ軸指示電圧Ｖｄｃに重畳（印加）される。そして、このときの推定ｑ軸出力電圧Ｉｑｓの高周波成分の振幅変化に基づいて、軸誤差Δθが推定される。

これに対して、回転速度が大きい場合（高速時）には、拡張誘起電圧方式に基づいて軸誤差Δθが演算される。拡張誘起電圧方式では、電圧と電流から誘起電圧が推定されることによって、軸誤差Δθ（角度誤差）が演算される。具体的には、推定回転速度ωｓ（演算周期における前回値）、推定ｄ軸、推定ｑ軸出力電流Ｉｄｓ、Ｉｑｓ、及び、推定ｄ軸、推定ｑ軸指示電圧Ｖｄｃ、Ｖｑｃに基づいて、軸誤差Δθが推定される。

速度推定ブロックＷＳにて演算された推定回転速度ωｓは、指示電流演算ブロックＩＣ、及び、判定部ＢＨに入力される。また、速度推定ブロックＷＳにて演算された推定回転角θｓは、第１、第２座標変換ブロックＺＣ、ＺＳに入力される。

≪判定部ＢＨ≫
判定部ＢＨでは、ブラシレスモータＢＭにおける脱調の有無が判定される。回転角センサを有するブラシレスモータでは、回転角の情報に基づいて、常時、トルク発生に最適なコイル相が決定されるため、脱調（回転磁界と永久磁石を有する回転子との非同期）は生じない。しかし、回転角センサを有しないブラシレスモータでは、回転磁界と回転子との同期が推定によって行われるため、高負荷時、負荷の急変時等で、脱調が発生することがある。

判定部ＢＨでは、推定回転速度ωｓ、推定ｑ軸指示電圧Ｖｑｃ、及び、推定ｄ軸、推定ｑ軸出力電流Ｉｄｓ、Ｉｑｓに基づいて、脱調発生の有無が判定される。そして、脱調の発生が判定されると、判定信号Ｆｄが、指示電流演算ブロックＩＣに向けて出力される。例えば、判定信号Ｆｄは、制御フラグ（「判定フラグ」ともいう）として送信される。具体的には、判定フラグＦｄでは、「０」によって脱調が発生していないことが表され、「１」によって脱調が発生したことが表される。従って、「Ｆｄ＝０」から「Ｆｄ＝１」に遷移する時点（対応する演算周期）が、脱調の発生時点である。

制御部ＢＣの指示電流演算ブロックＩＣでは、判定フラグＦｄに基づいて、脱調状態を回復する処理が実行される。例えば、「Ｆｄ＝１」が受信された時点から、指示回転速度ωｃが減少される。

＜判定部ＢＨの詳細＞
図２のブロック図を参照して、判定部ＢＨの詳細について説明する。判定部ＢＨには、推定回転速度ωｓ、推定ｑ軸指示電圧Ｖｑｃ、及び、推定ｄ軸、推定ｑ軸出力電流Ｉｄｓ、Ｉｑｓが入力される。判定部ＢＨでは、推定回転速度ωｓ、及び、推定ｄ軸、推定ｑ軸出力電流Ｉｄｓ、Ｉｑｓから算出される判定電圧Ｖｑｊと推定ｑ軸指示電圧Ｖｑｃとの偏差ｈＶ（電圧偏差）が演算される。そして、該電圧偏差ｈＶが、判定しきい値Ｈｓと比較されることによって、ブラシレスモータＢＭの脱調の有無が判定される。

判定部ＢＨは、判定電圧演算ブロックＶＪ、電圧偏差演算ブロックＨＶ、判定しきい値演算ブロックＨＳ、及び、判定処理ブロックＨＮにて構成される。

判定電圧演算ブロックＶＪでは、推定回転速度ωｓ、及び、推定ｄ軸、推定ｑ軸出力電流Ｉｄｓ、Ｉｑｓに基づいて、判定電圧Ｖｑｊが演算される。「判定電圧Ｖｑｊ」は、ブラシレスモータＢＭが脱調しておらず、推定回転速度ωｓにて回転していると仮定される場合に、推定ｑ軸に対して付与されるべき電圧である。具体的には、判定電圧Ｖｑｊは、式（１）に基づいて決定される。
Ｖｑｊ＝Ｒ・Ｉｑｓ＋ωｓ・（φ＋Ｌｄ・Ｉｄｓ） …式（１）
ここで、「Ｒ」はブラシレスモータＢＭの抵抗値（ノミナル値）を、「φ」はブラシレスモータＢＭの鎖交磁束（ノミナル値）を、「Ｌｄ」はブラシレスモータＢＭのｄ軸インダクタンス（ノミナル値）を、夫々表す。ここで、「ノミナル値」は、実測データの平均値である。

式（１）の第１項Ｓｖ１（＝「Ｒ・Ｉｑｓ」）は、推定ｑ軸出力電流Ｉｑｓが通電された場合のブラシレスモータＢＭにおける電圧降下に相当する。また、式（１）の第２項Ｓｖ２（＝「ωｓ・（φ＋Ｌｄ・Ｉｄｓ）」）は、推定回転速度ωｓで回転している場合のブラシレスモータＢＭにおける逆起電圧に相当する。従って、判定電圧Ｖｑｊの演算では、推定ｑ軸出力電流Ｉｑｓに基づいて、ブラシレスモータＢＭでの電圧降下に相当する第１項Ｓｖ１（「第１成分」ともいう）が演算される。また、推定回転速度ωｓ、及び、推定ｄ軸出力電流Ｉｄｓに基づいて、ブラシレスモータＢＭでの逆起電圧に相当する第２項Ｓｖ２（「第２成分」ともいう）が演算される。そして、第１成分Ｓｖ１と第２成分Ｓｖ２との和が、判定電圧Ｖｑｊとして決定される。

電圧偏差演算ブロックＨＶにて、判定電圧Ｖｑｊ、及び、推定ｑ軸指示電圧Ｖｑｃに基づいて、判定電圧Ｖｑｊと推定ｑ軸指示電圧Ｖｑｃとの差である電圧偏差ｈＶが演算される。例えば、電圧偏差ｈＶは、式（２）に基づいて決定される。
ｈＶ＝Ｖｑｊ－Ｖｑｃ …式（２）

上述するように、判定電圧Ｖｑｊは、脱調が非発生で、ブラシレスモータＢＭが推定回転速度ωｓにて適切に作動している状態での、推定ｑ軸指示電圧Ｖｑｃに対応する電圧である。従って、判定電圧Ｖｑｊと推定ｑ軸指示電圧Ｖｑｃとの差分である電圧偏差ｈＶは、脱調の程度（度合い）を表す状態量（状態変数）である。従って、ブラシレスモータＢＭの脱調の程度（指示回転速度ωｃと実際のモータ回転速度との差）が大きいほど、電圧偏差ｈＶは大きく演算される。

例えば、ブラシレスモータＢＭが脱調せずに、センサレス制御にて適切に駆動されている状態（即ち、推定回転速度ωｓが実際のモータ回転速度に略一致している状態）では、推定ｑ軸指示電圧Ｖｑｃと判定電圧Ｖｑｊとは等しくなる。従って、該状態では、電圧偏差ｈＶは「０」である。これに対し、ブラシレスモータＢＭが脱調し、完全にその回転が停止した状態（即ち、推定回転速度ωｓは生じているが、実際の回転速度が「０」である状態）では、推定ｑ軸指示電圧Ｖｑｃには、逆起電圧に相当する第２成分Ｓｖ２が含まれない。このため、電圧偏差ｈＶは、第２成分Ｓｖ２に一致する。従って、ブラシレスモータＢＭが脱調し、実際のモータ回転速度が「０」である場合には「ｈＶ＝ωｓ・（φ＋Ｌｄ・Ｉｄｓ）＝Ｓｖ２」が演算される。つまり、電圧偏差ｈＶの最大値は第２成分Ｓｖ２であり、電圧偏差ｈＶは、「０」から第２成分Ｓｖ２の範囲で変化する。

判定しきい値演算ブロックＨＳにて、推定回転速度ωｓに基づいて、判定しきい値Ｈｓが演算される。「判定しきい値Ｈｓ」は、脱調の有無を判定するためのしきい値である。判定しきい値Ｈｓを演算するための特性である演算マップＺｈｓは、推定回転速度ωｓに対する判定しきい値Ｈｓの特性として、予め設定されている。そして、該特性Ｚｈｓは、モータ制御装置ＭＳ内のマイクロプロセッサに記憶されている。判定しきい値Ｈｓは、予め設定された演算マップＺｈｓに従って、推定回転速度ωｓが大きいほど、大きくなるように決定される。

上述するように、ブラシレスモータＢＭが適正に作動している場合（即ち、脱調の非発生時）には、判定電圧Ｖｑｊと推定ｑ軸指示電圧Ｖｑｃとは等しいので、電圧偏差ｈＶは「０」に決定される。しかしながら、モータ制御装置ＭＳにおいて、電流センサＩＡの検出結果Ｉｕｓ、Ｉｖｓ、Ｉｗｓ（電流検出値）にはバラツキ（誤差）が含まれる。同様に、ブラシレスモータＢＭにおいても、抵抗値Ｒ、鎖交磁束φ、及び、ｄ軸、ｑ軸のインダクタンスＬｄ、Ｌｑ（誘導係数）にはバラツキが存在する。更に、電流センサＩＡの検出値（Ｉｕｓ等）、及び、ブラシレスモータＢＭの特性（Ｒ、φ等）は、温度等によって変動する。そこで、ブラシレスモータＢＭが脱調していない状態（即ち、「ｈＶ＝０」の状態）において、センサレス制御に含まれる誤差Ｅｓの特性Ｚｅｓが予め算出される。該誤差Ｅｓが「定常誤差」と称呼され、その特性Ｚｅｓが「定常誤差特性」と称呼される。定常誤差Ｅｓは、電流センサＩＡの検出値、ブラシレスモータＢＭの特性等の誤差（バラツキ、変動）に起因して、センサレス制御に定常的に含まれる誤差である。

定常誤差Ｅｓの最大値（最悪値）が、上記バラツキと温度条件との組み合わせにおいて、モータ回転速度をパラメータにして、モータ回転速度毎に決定される。そして、モータ回転速度に対して、定常誤差Ｅｓの最大値がプロットされて、定常誤差特性Ｚｅｓが設定される。つまり、定常誤差Ｅｓは、横軸（推定回転速度ωｓの軸）と定常偏差特性Ｚｅｓとで囲まれた範囲Ｈｅｓ（「定常誤差範囲」という）で発生する。

判定しきい値Ｈｓを演算するための演算マップＺｈｓは、定常誤差特性Ｚｅｓよりも、常に大きくなるように設定される。具体的には、定常誤差特性Ｚｅｓに対して、所定のマージン（余裕値）が加算されて、演算マップＺｈｓが設定される。これにより、例えば、推定回転速度ωｓが値ω１である場合には、演算マップＺｈｓに応じた判定しきい値Ｈｓは、余裕値ｍｊだけ、定常誤差特性Ｚｅｓに応じた定常誤差Ｅｓよりも大きくなるように演算される。判定しきい値Ｈｓが、定常誤差Ｅｓの範囲Ｈｅｓ（定常誤差範囲）に含まれることがないため、脱調が正確に判定され得る。

定常誤差特性Ｚｅｓでは、モータ回転速度が高いほど、定常誤差Ｅｓは大きくなる。判定しきい値Ｈｓが定常誤差Ｅｓの誤差範囲に含まれることが効率的に回避されるよう、演算マップＺｈｓは、推定回転速度ωｓが大きいほど、大きくなるように設定される。更に、演算マップＺｈｓには、上限値ｈｘが設けられる。また、演算マップＺｈｓには、推定回転速度ωｓが低い場合には脱調判定が制限されるよう、下限速度ωｏが設けられる。つまり、推定回転速度ωｓが下限速度ωｏ未満である場合には脱調に係る判定は実行されない。ここで、「上限値ｈｘ」、及び、「下限速度ωｏ」は、予め設定された所定値（定数）である。

判定処理ブロックＨＮにて、電圧偏差ｈＶと判定しきい値Ｈｓとの比較に基づいて、脱調の有無が判定される。該判定が、「脱調判定」と称呼される。判定処理ブロックＨＮでは、「電圧偏差ｈＶが判定しきい値Ｈｓに達しているか、否か」に基づいて脱調判定が行われる。具体的には、電圧偏差ｈＶが判定しきい値Ｈｓ未満である場合には、脱調の発生は否定される。一方、電圧偏差ｈＶが判定しきい値Ｈｓ以上である場合には、このことが初めて満足された時点（対応する演算周期）から、該状態（即ち、電圧偏差ｈＶが判定しきい値Ｈｓに達した状態）が継続されている時間Ｔｘ（「継続時間」という）がカウントされる。そして、「ｈＶ≧Ｈｓ」である状態の継続時間Ｔｘが判定時間ｔｘに達した場合に、脱調の発生が肯定される。ここで、「判定時間ｔｘ」は予め設定された所定値（定数）である。判定処理ブロックＨＮでは、脱調発生が否定される場合には「Ｆｄ＝０」が出力され、脱調発生が肯定される場合には「Ｆｄ＝１」が出力される。

判定しきい値Ｈｓの決定方法についてまとめる。判定しきい値Ｈｓは、推定回転速度ωｓ、及び、予め設定された演算マップＺｈｓに基づいて演算される。判定しきい値Ｈｓは、演算マップＺｈｓに従って、推定回転速度ωｓが大きい（高い）ほど、大きくなるように決定される。演算マップＺｈｓは、定常誤差特性Ｚｅｓよりも大きくなるように設定される。これにより、判定しきい値Ｈｓは、センサレス制御に含まれる定常誤差Ｅｓよりも、常に大きくなるように決定される。結果、脱調判定において、定常誤差Ｅｓの影響が低減される。

＜実施形態のまとめ＞
以下、モータ制御装置ＭＳの実施形態についてまとめる。

モータ制御装置ＭＳには、３相を有するブラシレスモータＢＭをセンサレス制御する制御部ＢＣと、ブラシレスモータＢＭの脱調の有無を判定する判定部ＢＨと、が備えられる。制御部ＢＣでは、
推定ｄ軸、推定ｑ軸出力電流Ｉｄｓ、Ｉｑｓ、推定ｄ軸、推定ｑ軸指示電圧Ｖｄｃ、Ｖｑｃ、及び、推定回転速度ωｓに基づいて、センサレス制御が実行される。ここで、推定ｄ軸、推定ｑ軸出力電流Ｉｄｓ、Ｉｑｓは、３相のうちの少なくとも２相の検出電流（即ち、検出電流Ｉｕａ、Ｉｖａ、Ｉｗａのうちの少なくとも２つ）から演算される。推定ｄ軸、推定ｑ軸指示電圧Ｖｄｃ、Ｖｑｃは、推定ｄ軸、推定ｑ軸出力電流Ｉｄｓ、Ｉｑｓに基づいて決定される。推定回転速度ωｓは、推定ｄ軸、推定ｑ軸出力電流Ｉｄｓ、Ｉｑｓに基づいて決定される。

判定部ＢＨでは、推定ｄ軸、推定ｑ軸出力電流Ｉｄｓ、Ｉｑｓ、及び、推定回転速度ωｓに基づいて判定電圧Ｖｑｊが演算される。そして、判定電圧Ｖｑｊと推定ｑ軸指示電圧Ｖｑｃとの差である電圧偏差ｈＶが、判定しきい値Ｈｓに達する場合（即ち、電圧偏差ｈＶが判定しきい値Ｈｓ以上になる場合）に、脱調の発生が判定される。判定しきい値Ｈｓは、推定回転速度ωｓが大きいほど、大きくなるように決定される。脱調判定に用いられる判定電圧Ｖｑｊが、推定回転速度ωｓに基づいて演算されるので、判定誤差が低減される。

判定部ＢＨでは、ブラシレスモータＢＭは脱調しておらず、推定回転速度ωｓで回転していると仮定して、判定電圧Ｖｑｊが決定される。詳細には、判定電圧Ｖｑｊは、ブラシレスモータＢＭでの電圧降下に相当する第１成分Ｓｖ１とブラシレスモータＢＭでの逆起電圧に相当する第２成分Ｓｖ２との和として演算される（即ち、「Ｖｑｊ＝Ｓｖ１＋Ｓｖ２」）。ここで、第１成分Ｓｖ１は、推定ｑ軸出力電流Ｉｑｓに基づいて算出される（具体的には、「Ｓｖ１＝Ｒ・Ｉｑｓ」）。また、第２成分Ｓｖ２は、推定回転速度ωｓ、及び、推定ｄ軸出力電流Ｉｄｓに基づいて算出される（具体的には、「Ｓｖ２＝ωｓ・（φ＋Ｌｄ・Ｉｄｓ）」）。

判定電圧Ｖｑｊは、脱調が発生していない状態で、且つ、モータ回転速度が推定回転速度ωｓである状態に対応するように決定される。従って、判定電圧Ｖｑｊと推定ｑ軸指示電圧Ｖｑｃと差分である電圧偏差ｈＶは、脱調の程度（大きさ）を表している。詳細には、電圧偏差ｈＶでは、逆起電圧に相当する第２成分Ｓｖ２の変化に応じて、脱調の程度が表現される。例えば、ブラシレスモータＢＭが正常に駆動されている場合（即ち、脱調の非発生時）には、電圧偏差ｈＶは「０」に決定される。これに対して、ブラシレスモータＢＭが完全に停止している場合（即ち、モータ回転速度が「０」である場合）が、脱調における最悪状態である。該最悪状態では、逆起電圧は発生しないので、電圧偏差ｈＶは第２成分Ｓｖ２に等しく決定される。上記構成によって、センサレス型ブラシレスモータＢＭの脱調度合いが適切に表現されるので、確実な脱調判定が実行される。

判定部ＢＨでは、判定しきい値Ｈｓを演算するための演算マップＺｈｓが、センサレス制御に含まれる誤差Ｅｓの特性Ｚｅｓ（定常誤差特性）よりも大きくなるように設定される。これにより、判定しきい値Ｈｓは、常に、定常誤差Ｅｓよりも大きい値に演算される。つまり、判定しきい値Ｈｓは、定常誤差範囲Ｈｅｓには含まれず、その外側で決定される。これにより、脱調判定において、定常誤差Ｅｓの影響が回避される。

定常誤差特性Ｚｅｓでは、定常誤差Ｅｓは、モータ回転速度の増加に伴って増加する。加えて、脱調度合いを表す第２成分Ｓｖ２は推定回転速度ωｓに応じて変化する。このため、判定しきい値Ｈｓを演算するための演算マップＺｈｓでは、推定回転速度ωｓが大きいほど、判定しきい値Ｈｓは大きな値として決定される。これにより、判定しきい値Ｈｓが、定常誤差範囲Ｈｅｓを効率的に避けることができるとともに、脱調判定が適切に実行され得る。

判定部ＢＨでは、推定回転速度ωｓが予め設定された所定速度ωｏ未満である場合には、脱調判定の実行が禁止される。モータ回転速度が低い場合には、推定回転速度ωｓの精度が確保され難い。また、モータ回転速度が低い場合には、それが高い場合に比較して、脱調発生の蓋然性は低い。このため、「ωｓ＜ωｏ」の場合には、脱調判定が実行されない。これにより、脱調判定の信頼性が向上される。

ＢＭ…ブラシレスモータ（センサレス型）、ＭＳ…モータ制御装置、ＢＣ…制御部（ＢＭをセンサレス制御により駆動する部位）、ＢＨ…判定部（脱調判定を実行する部位）、ＩＡ…電流センサ、Ｉｕａ、Ｉｖａ、Ｉｗａ…Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相検出電流、Ｉｄｃ、Ｉｑｃ…推定ｄ軸、推定ｑ軸指示電流、Ｉｄｓ、Ｉｑｓ…推定ｄ軸、推定ｑ軸出力電流、Ｖｄｃ、Ｖｑｃ…推定ｄ軸、推定ｑ軸指示電圧、ωｃ…指示回転速度、ωｓ…推定回転速度、Ｖｑｊ…判定電圧、ｈＶ…電圧偏差（ＶｑｊとＶｑｃとの差）、Ｈｓ…判定しきい値、Ｚｈｓ…演算マップ（Ｈｓの演算に用いられる特性）、Ｓｖ１…第１成分（ＢＭでの電圧降下に相当）、Ｓｖ２…第２成分（ＢＭでの逆起電圧に相当）、Ｅｓ…定常誤差（センサレス制御に含まれる誤差）、Ｚｅｓ…定常誤差特性（Ｅｓの特性）、Ｆｄ…判定フラグ（脱調判定の結果）。

Claims (4)

1. ３相を有するブラシレスモータをセンサレス制御する制御部と、前記ブラシレスモータの脱調の有無を判定する判定部と、を備えるモータ制御装置において、
   前記制御部は、推定ｄ軸、推定ｑ軸出力電流、推定ｄ軸、推定ｑ軸指示電圧、及び、推定回転速度に基づいて前記センサレス制御を実行し、
   前記判定部は、前記推定ｄ軸、推定ｑ軸出力電流、及び、前記推定回転速度に基づいて判定電圧を演算し、
   前記判定電圧と前記推定ｑ軸指示電圧との差である電圧偏差が、判定しきい値に達する場合に、前記脱調の発生を判定する、モータ制御装置。
2. 請求項１に記載されるモータ制御装置において、
   前記判定部は、前記判定しきい値を、前記推定回転速度が大きいほど、大きくなるように決定する、モータ制御装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載されるモータ制御装置において、
   前記判定部は、前記ブラシレスモータは脱調しておらず、前記推定回転速度で回転していると仮定して、前記判定電圧を決定する、モータ制御装置。
4. 請求項３に記載されるモータ制御装置において、
   前記判定部は、
   前記推定ｑ軸出力電流に基づいて、前記ブラシレスモータでの電圧降下に相当する第１成分を演算し、
   前記推定回転速度、及び、前記推定ｄ軸出力電流に基づいて、前記ブラシレスモータでの逆起電圧に相当する第２成分を演算し、
   前記判定電圧を、前記第１成分と前記第２成分との和として決定する、モータ制御装置。