JP4486195B2 - 位置センサレスモータ制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、位置センサを用いることなくブラシレスモータをスムーズに起動させる位置センサレスモータ制御装置であり、特に、ロータが回転状態であっても、ブラシレスモータをスムーズに起動させることができる位置センサレスモータ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ブラシレスモータは、界磁に永久磁石を使用するため高効率であり、機械的な転流機構を用いないため保守性に優れている。そのため、ブラシレスモータはファン用やポンプ用など様々な用途に使用されている。
しかし、ブラシレスモータは、ロータの回転に同期して、ステータの相巻線に電流を流す必要がある。
このようなブラシレスモータを駆動制御する従来のモータ制御装置においては、ブラシレスモータに取り付けられたホール素子、レゾルバ、あるいは光エンコーダなどの位置センサを用いてロータの角度情報を得ていた。したがって、このような位置センサを設ける必要がある分、従来のブラシレスモータはコストが上昇し、大型化していた。
【０００３】
このような位置センサを省略することにより、低コスト化と小型化とを実現した従来の位置センサレスモータ制御装置としては、電気学会論文集、Ｄ１１７巻、１号、平成９年、９８頁〜１０４頁に記載されたものと、電気学会研究会資料、半導体電力変換研究会、ＳＰＣ−９７−７、３７頁〜４２頁に記載されたものが知られている。以下、これらの従来の位置センサレスモータ制御装置について説明する。
【０００４】
前者の従来の位置センサレスモータ制御装置は、ある程度の速さでの回転時において、ブラシレスモータのロータの角度を推定するものである。
この従来の位置センサレスモータ制御装置は、まず、相巻線に流れる相電流を検知し、これらの相電流値を座標変換して、γ軸電流値ｉγとδ軸電流値ｉδとを作成する。次に、ブラシレスモータのモデルを示すｄ軸とｑ軸の電圧方程式にモータ定数をあてはめ、γ軸電流モデル値ｉγｍとδ軸電流モデル値ｉδｍとを作成する。さらに、これらの電流値と電流モデル値との誤差であるγ軸電流誤差値Δｉγとδ軸電流誤差値Δｉδとを作成する。そして、これらの電流誤差値に基づき推定角度と推定誘起電圧とを補正する。このようにして作成した推定角度を用いて相巻線に所定の電流を流し、ロータを所定の向きに回転させていた。
【０００５】
一方、後者の従来の位置センサレスモータ制御装置は、停止時、あるいは低速時において、突極性を有するブラシレスモータのロータの角度を推定するものである。
この従来の位置センサレスモータ制御装置は、まず、γ軸に電圧パルスを印加する。次に、この電圧パルスによる相電流の電流応答を検知し、これらの相電流の電流応答を座標変換して、γ軸電流応答Δｉγとδ軸電流応答Δｉδとを作成する。ところで、突極性を有するブラシレスモータは、ロータの回転に応じて、インダクタンスが変化する。そこで、インダクタンスにより電流応答が変化することを利用して、これらのγ軸電流応答Δｉγとδ軸電流応答Δｉδとに基づき推定角度を作成する。このようにして作成した推定角度を用いて相巻線に電流を流し、ロータを所定の向きに回転させていた。
【０００６】
また、起動時に停止しているモータを高速で回転させるためには、以下の方法により駆動する。
まず、後者の従来の位置センサレスモータ制御装置で用いられる方式で起動する。次に、適宜、前者の従来の位置センサレスモータ制御装置で用いられる方式に切り替えて、高速まで加速して回転させる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ブラシレスモータをファン用に使用した場合等において、起動時に強い風がふいているとき、その風の影響でモータが回転する場合がある。このようにモータが起動時に回転している場合、前述のように起動時に停止している場合と同様に、後者の従来の位置センサレスモータ制御装置に用いられている方式により起動すると、スムーズに起動させることはできなかった。
本発明は、起動時においてロータが回転している場合であっても、ブラシレスモータをスムーズに起動させることができる位置センサレスモータ制御装置を実現することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明に係る第１の観点の位置センサレスモータ制御装置は、永久磁石が配置され回転自在に支持されたロータと、前記ロータに近接して配置されたステータと、前記ステータに巻回された相巻線と、を有するブラシレスモータを制御する位置センサレスモータ制御装置であって、
前記相巻線に印加する電圧の指令値を表す電圧指令値に基づき電圧を印加する駆動手段と、
前記ブラシレスモータを起動させるための複数の起動手段と、
前記相巻線に流れる電流を零に制御するための電圧指令値を作成する電流零制御部と、
前記電流零制御部の作成した前記電圧指令値に基づき前記複数の起動手段から１つの起動手段を選択する選択手段と、を具備し、
前記選択手段において選択された起動手段において、前記相巻線に流れる電流を零にする前記電圧指令値に基づき前記ロータの角度と速度とを演算するよう構成されている。
この構成により、第１の観点の位置センサレスモータ制御装置は、電流を零に制御したときの電圧指令値の大きさにより適切な起動部を選択し動作させることにより、ロータが回転していても、ブラシレスモータをスムーズに起動する位置センサレスモータ制御装置を実現することができる。また、第１の観点の位置センサレスモータ制御装置は、起動期間において、電流を零に制御することにより、トルクを発生しない位置センサレスモータ制御装置を実現することができる。
【０００９】
本発明に係る第２の観点の位置センサレスモータ制御装置は、前記第１の観点における前記複数の起動手段が、高速時にブラシレスモータを起動させるための第１の起動手段と、低速時に前記ブラシレスモータを起動させるための第２の起動手段と、を有し、
前記選択手段は、前記相巻線に流れる電流を零に制御したときの前記電圧指令値がしきい値より大きいとき前記第１の起動手段を選択し、前記相巻線に流れる電流を零に制御したときの前記電圧指令値がしきい値より小さいとき前記第２の起動手段を選択するよう構成されている。
この構成により、第２の観点の位置センサレスモータ制御装置は、誘起電圧と等価な電圧指令値により起動部を選択することにより、温度変化などで誘起電圧が変化しても、常に最適な起動部を選択することが可能な位置センサレスモータ制御装置を実現することができる。
【００１０】
本発明に係る第３の観点の位置センサレスモータ制御装置は、前記第２の観点における前記第２の起動手段を、前記ブラシレスモータのロータの回転に伴うインダクタンスの変化を利用するよう構成してもよい。この構成により、起動期間において、電流を零に制御することにより、トルクを発生しない位置センサレスモータ制御装置を実現することができる。
【００１１】
本発明に係る第４の観点の位置センサレスモータ制御装置は、前記第２の観点における前記第２の起動手段を、磁束の飽和を利用するよう構成してもよい。この構成により、起動期間において、電流を零に制御することにより、トルクを発生しない位置センサレスモータ制御装置を実現することができる。
【００１２】
本発明に係る第５の観点の位置センサレスモータ制御装置は、前記第２の観点における前記第１の起動手段が、前記相巻線に流れる電流を零にするように前記電圧指令値を制御して、前記電圧指令値に基づき前記ロータの角度と速度とを演算し、
前記第２の起動手段が、前記相巻線に流れる電流を零にするように制御し、前記ロータの回転に伴うインダクタンスの変化を利用して前記ロータの角度と速度とを演算するよう構成されている。
この構成により、電流を零に制御したときの電圧指令値の大きさにより適切な起動部を選択し動作させることにより、ロータが回転していても、ブラシレスモータをスムーズに起動する位置センサレスモータ制御装置を実現することができる。また、この構成により、誘起電圧と等価な電圧指令値により起動部を選択することにより、温度変化などで誘起電圧が変化しても、常に最適な起動部を選択する位置センサレスモータ制御装置を実現することができる。さらに、この構成により、起動期間において、電流を零に制御することにより、トルクを発生しない位置センサレスモータ制御装置を実現することができる。
【００１３】
本発明に係る第６の観点の位置センサレスモータ制御装置は、前記第２の観点における前記第１の起動手段が、前記相巻線に流れる電流を零にするように前記電圧指令値を制御して、前記電圧指令値に基づき前記ロータの角度と速度とを演算し、
前記第２の起動手段が、前記相巻線に流れる電流を零にするように制御し、磁束の飽和を利用して前記ロータの角度と速度とを演算するよう構成されている。
この構成により、電流を零に制御したときの電圧指令値の大きさにより適切な起動部を選択し動作させることにより、ロータが回転していても、ブラシレスモータをスムーズに起動する位置センサレスモータ制御装置を実現することができる。また、この構成により、誘起電圧と等価な電圧指令値により起動部を選択することにより、温度変化などで誘起電圧が変化しても、常に最適な起動部を選択する位置センサレスモータ制御装置を実現することができる。さらに、この構成により、起動期間において、電流を零に制御することにより、トルクを発生しない位置センサレスモータ制御装置を実現することができる。
本発明に係る第７の観点の位置センサレスモータ制御装置は、前記第２の観点における前記第１の起動手段を、前記電圧指令値に基づき誘起電圧を推定し、前記ロータの角度と速度とを演算するよう構成してもよい。
本発明に係る第８の観点の位置センサレスモータ制御装置は、前記第２の観点における前記第２の起動手段を、電圧パルスを印加したときの電流応答に基づき、前記ロータの角度と速度とを演算するよう構成してもよい。
本発明に係る第９の観点の位置センサレスモータ制御装置は、前記第２の観点における前記電流零制御部（６０）が、前記相巻線に流れる電流値（ｉｄ，ｉｑ）が零を示す電流指令値（ｉｄ＊，ｉｑ＊）となるように比例積分制御を用いて電圧指令値を作成するよう構成された請求項２に記載の位置センサレスモータ制御装置。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る位置センサレスモータ制御装置の一実施の形態である具体的な実施例について添付の図面を参照して説明する。
【００１５】
《実施例１》
以下、本発明の実施例１である位置センサレスモータ制御装置について説明する。実施例１の位置センサレスモータ制御装置は、電流を０に制御したときの電圧の大きさに基づき高速用起動部あるいは低速用起動部のうち１つを選択し動作させるものである。
【００１６】
まず、実施例１の位置センサレスモータ制御装置の構成を説明する。図１は、実施例１における位置センサレスモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
ブラシレスモータ１には、電磁鋼板から構成されたステータ（図示せず）と、相電流が流れ被覆銅線から構成されステータに巻回された相巻線２ｕ、２ｖ、２ｗと、このステータに対向し近接して配置されたロータ３とが設けられている。ここで、相巻線２ｕ、２ｖ、２ｗはＹ結線（各相巻線２ｕ、２ｖ、２ｗの片端が１点で接続される結線）されている。ロータ３は、電磁鋼板から構成されたロータヨーク４とこのロータヨーク４の内部に配置された永久磁石５とロータヨーク４と同一の回転中心を持つシャフト６とから構成されている。このロータ３は回転自在に支持され、相電流により生成される磁束と永久磁石５による磁束との相互作用によりロータ３が回転する。
【００１７】
実施例１の位置センサレスモータ制御装置は、マイクロコンピュータ（以下、マイコンと略称）１０と、相巻線２ｕ、２ｖに流れる相電流をそれぞれ検知してアナログｕ相電流値ｉｕａとアナログｖ相電流値ｉｖａをそれぞれ出力する電流センサ８ｕ、８ｖと、スイッチング指令信号ｇｕｈ、ｇｕｌ、ｇｖｈ、ｇｖｌ、ｇｗｈ、ｇｗｌが入力されて相巻線２ｕ、２ｖ、２ｗに印加する電圧を制御する駆動部９とを具備している。
【００１８】
マイコン１０には、アナログｕ相電流値ｉｕａとアナログｖ相電流値ｉｖａがそれぞれ入力され、ｕ相電流値ｉｕとｖ相電流値ｉｖをそれぞれ出力するＡＤＣ（アナログ・デジタル・コンバータ）１１ｕとＡＤＣ１１ｖが設けられている。また、マイコン１０は、ｕ相電流値ｉｕとｖ相電流値ｉｖとが入力されてｕ相電圧指令値ｖｕ＊とｖ相電圧指令値ｖｖ＊とｗ相電圧指令値ｖｗ＊とを出力するモータ制御部１２と、ｕ相電圧指令値ｖｕ＊とｖ相電圧指令値ｖｖ＊とｗ相電圧指令値ｖｗ＊とが入力されてスイッチング信号ｇｕｈ、ｇｕｌ、ｇｖｈ、ｇｖｌ、ｇｗｈ、ｇｗｌを出力するＰＷＭ制御部１３とを有している。
【００１９】
モータ制御部１２は、機能的に、選択部２０と、高速用起動部３０と、低速用起動部４０と、運転部５０と、電流零制御部６０とから構成される。このモータ制御部１２は、ハード的に、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、タイマ、ポート、およびこれらをつなぐバスなどから構成される。
【００２０】
図２は、実施例１における駆動部９の構成を示す回路図である。図２に示すように、駆動部９には、電源９１と、コレクタが電源９１の正極に接続され、エミッタが相巻線２ｕ、２ｖ、２ｗにそれぞれ接続された上側ＩＧＢＴ（絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ）９２ｕ、９２ｖ、９２ｗと、これらの上側ＩＧＢＴ９２ｕ、９２ｖ、９２ｗにそれぞれ逆並列接続された上側フライホイールダイオード９３ｕ、９３ｖ、９３ｗが設けられている。また、駆動部９には、コレクタがステータ巻線２ｕ、２ｖ、２ｗにそれぞれ接続され、エミッタが電源９１の負極に接続された下側ＩＧＢＴ９４ｕ、９４ｖ、９４ｗと、これらの下側ＩＧＢＴ９４ｕ、９４ｖ、９４ｗにそれぞれ逆並列接続された下側フライホイールダイオード９５ｕ、９５ｖ、９５ｗと、スイッチング指令信号ｇｕｈ、ｇｕｌ、ｇｖｈ、ｇｖｌ、ｇｗｈ、ｇｗｌに基づきそれぞれ上側ＩＧＢＴ９２ｕ、９２ｖ、９２ｗのゲート電圧と下側ＩＧＢＴ９４ｕ、９４ｖ、９４ｗのゲート電圧とを制御するプリドライブ器９６が設けられている。
【００２１】
次に、実施例１の位置センサレスモータ制御装置の動作について説明する。
図１に示したマイコン１０におけるモータ制御部１２は、本発明の特徴であり、ブラシレスモータ５の起動制御および運転制御を行う。この動作の詳細については後述する。
【００２２】
電流センサ８ｕ、８ｖは、それぞれ相巻線２ｕ、２ｖに流れる電流を検知し、アナログｕ相電流値ｉｕａ、アナログｖ相電流値ｉｖａを作成する。作成されたアナログｕ相電流値ｉｕａとアナログｖ相電流値ｉｖａは、ＡＤＣ１１ｕとＡＤＣ１１ｖに入力される。
ＡＤＣ１１ｕ、ＡＤＣ１１ｖは、それぞれアナログ値であるアナログｕ相電流値ｉｕａ、アナログｖ相電流値ｉｖａをディジタル値であるｕ相電流値ｉｕ、ｖ相電流値ｉｖに変換する。
【００２３】
マイコン１０におけるＰＷＭ制御部１３は、ｕ相電圧指令値ｖｕ＊とｖ相電圧指令値ｖｖ＊とｗ相電圧指令値ｖｗ＊とをパルス幅変調（ＰＷＭ：Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）する。ＰＷＭ制御部１３においては、ある設定された周波数と振幅とを持つ三角波を発生し、この三角波とｕ相電圧指令値ｖｕ＊とを比較する。そして、ｕ相電圧指令値ｖｕ＊のほうが大きいとき、スイッチング信号ｇｕｈをＨ、スイッチング信号ｇｕｌをＬにする。一方、ｕ相電圧指令値ｖｕ＊のほうが小さいとき、スイッチング信号ｇｕｈをＬ、スイッチング信号ｇｕｌをＨにする。なお、スイッチング信号ｇｕｈ、ｇｕｌの状態が遷移するとき、スイッチング信号ｇｕｈ、ｇｕｌを双方ともＬにする短い時間を設ける（この短い時間はデッドタイムと呼ばれる）。また、ｖ相、およびｗ相についても同様に、それぞれｖ相電圧指令値ｖｖ＊、およびｗ相電圧指令値ｖｗ＊に基づきスイッチング信号ｇｖｈ、ｇｖｌ、およびスイッチング信号ｇｗｈ、ｇｗｌを作成する。
【００２４】
駆動部９は、スイッチング信号ｇｕｈ、ｇｕｌ、ｇｖｈ、ｇｖｌ、ｇｗｈ、ｇｗｌで表される電圧を相巻線２ｕ、２ｖ、２ｗに印加する。
電源９１は、駆動部９に電力を供給する。
そして、プリドライブ器９６は、スイッチング信号ｇｕｈがＨのとき上側ＩＧＢＴ９２ｕが通電し、スイッチング信号ｇｕｈがＬのとき上側ＩＧＢＴ９２ｕが非通電となるように、上側ＩＧＢＴ９２ｕのゲート電圧を制御する。一方、スイッチング信号ｇｕｌがＨのとき下側ＩＧＢＴ９４ｕが通電し、スイッチング信号ｇｕｌがＬのとき下側ＩＧＢＴ９４ｕが非通電となるように、下側ＩＧＢＴ９４ｕのゲート電圧を制御する。また、ｖ相、およびｗ相についても同様に、スイッチング信号ｇｖｈ、ｇｖｌ、ｇｗｈ、ｇｗｌに基づき上側ＩＧＢＴ９２ｖ、９２ｗ、下側ＩＧＢＴ９４ｖ、９４ｗのゲート電圧を制御する。
【００２５】
次に、実施例１の位置センサレスモータ制御装置の動作の原理について説明する。
まず、誘起電圧の大小により、起動方式を切り替える必要があることを説明する。
ブラシレスモータ１は回転すると誘起電圧が誘起される。そのため、高速時において、この誘起電圧を利用し、モータのモデル式を用いて、角度を推定する。
一方、停止時はもちろんのこと低速時においては、十分な誘起電圧が誘起されないため、高速時と同様の方法を用いることができない。ブラシレスモータ１は、永久磁石５がロータヨーク４の内部に埋め込まれた突極性を有するモータである。そのため、ロータ３が回転するとインダクタンスが変化する。そこで、このインダクタンスの変化を利用して、角度を推定する。
このように、誘起電圧の大小により、起動時の角度推定の方式を切り替える必要がある。そのため、起動時に誘起電圧が大きいときは、高速用の方式で起動する。一方、起動時に誘起電圧が小さいときは、低速用の方式で起動する。
【００２６】
次に、誘起電圧の大小の求め方を説明する。
まず、電流指令値を０にし、電流が０になるように比例積分制御を用いて電圧指令値を制御する。そして、この電圧指令値で表される電圧を駆動部９により相巻線２ｕ、２ｖ、２ｗに印加する。
ここで、電流を０に制御するため、印加する電圧は誘起電圧に等しい。したがって、電流を０に制御したときの電圧指令値が誘起電圧を表す。
これらのことから、電流を０に制御したときの電圧指令値の大小により起動方式を切り替える。つまり、電圧指令値の大きさが大きいとき、高速用の方式で起動する。一方、電圧指令値の大きさが小さいとき、低速用の方式で起動する。
【００２７】
次に、実施例１のモータ制御部１２の動作の詳細を説明する。
まず、動作の流れを説明する。
図１に示すように、まず、モータ制御部１２は選択部２０を動作させる。次に、選択部２０は、高速用起動部３０と低速用起動部４０のうちどちらを動作させるかを選択する。次に、高速用起動部３０と低速用起動部４０のうち選択されたものを動作させる。そして、次に、運転部５０を動作させる。なお、選択部２０、および高速用起動部３０または低速用起動部４０の内部において、電流零制御部６０が実行される。
【００２８】
モータ制御部１２において、具体的に高速用起動部３０又は低速用起動部４０が選択されるときの動作について、以下に説明する。
まず、高速用起動部３０が選択される場合には、選択部２０を動作させて高速用起動部３０が選択される。次に、高速用起動部３０を動作させ、続いて運転部５０を動作させる。
一方、低速用起動部４０が選択されるときは、まず、選択部２０を動作させて、低速用起動部４０が選択される。次に、低速用起動部４０を動作させ、続いて運転部５０を動作させる。
【００２９】
［選択部２０の動作］
次に、選択部２０の動作について説明する。
選択部２０は、電流を０に制御し、一定時間経過後に、電圧指令値の大きさを判断する。そして、電圧指令値の大きさがしきい値に比べて大きいとき、高速用起動部３０を選択する。一方、電圧指令値の大きさがしきい値に比べて小さいとき、低速用起動部４０を選択する。
【００３０】
図３は、実施例１における選択部２０の動作を示すフローチャートである。
まず、ステップＳ２０１において、選択部２０の動作を開始する。
次に、ステップＳ２０２を実行する。ステップＳ２０２においては、カウンタｉを０にする。
次に、ステップＳ２０３を実行する。ステップＳ２０３においては、電流零制御部６０を動作させる。この動作の詳細は後述する。
【００３１】
次に、ステップＳ２０４を実行する。ステップＳ２０４において、カウンタｉに１を加える。
次に、ステップＳ２０５を実行する。ステップＳ２０５において、カウンタｉがある設定された値ｉ０２０より小さいとき、次に、ステップＳ２０３を実行する。このようにして、ステップＳ２０３の電流零制御部６０の動作をｉ０２０回だけ繰り返す。
一方、ステップＳ２０５において、カウンタｉがある設定された値ｉ０２０以上のとき、ステップＳ２０６を実行する。このように、ステップＳ２０５においては、カウンタｉの値により分岐する。
【００３２】
ステップＳ２０６においては、電圧指令値の二乗値ｖ２を作成する。下記式（１）のように、ｄ軸電圧指令値ｖｄ＊とｑ軸電圧指令値ｖｑ＊との二乗和を電圧指令値の二乗値ｖ２とする。ここで、ｄ軸電圧指令値ｖｄ＊とｑ軸電圧指令値ｖｑ＊は、電流零制御部６０において求められる。
【００３３】
ｖ２ ＝ ｖｄ＊・ｖｄ＊ ＋ ｖｑ＊・ｖｑ＊ ・・・（１）
【００３４】
次に、ステップＳ２０７を実行する。
ステップＳ２０７において、電圧指令値の二乗値ｖ２の大小により何れかの起動部を選択する。電圧指令値の二乗値ｖ２がある設定された値ｖ０２０より大きいとき、高速用起動部３０を選択するために、ステップＳ２０８を実行する。
また、ステップＳ２０７において、電圧指令値の二乗値ｖ２がｖ０２０以下のとき、低速用起動部４０を選択するために、ステップＳ２０９を実行する。
【００３５】
ステップＳ２０８において、選択部２０の動作を終了する。次に、ステップＳ３０１を実行して、高速用起動部３０の動作を開始する。
一方、ステップＳ２０９において、選択部２０の動作を終了する。次に、ステップＳ４０１を実行して、低速用起動部４０の動作を開始する。
【００３６】
次に、実施例１におけるモータ制御部１２の電流零制御部６０について説明する。
電流零制御部６０は、電流を０に制御するための電圧指令値を作成する。なお、角度と電流指令値とを０にし、通常の電流制御をすることにより、制御ルーチンを共有化している。
【００３７】
［電流零制御部６０の構成］
まず、電流零制御部６０の構成について説明する。
図４は、実施例１における電流零制御部６０の構成を示すブロック図である。図４に示すように、電流零制御部６０は、仮角度θｔを出力する仮角度作成部６１と、ｄ軸電流指令値ｉｄ＊とｑ軸電流指令値ｉｑ＊とを出力する電流指令値作成部６２とを有している。また、電流零制御部６０は、三相二相変換部６３と電圧指令値作成部６４と二相三相変換部６５とを具備している。
三相二相変換部６３は、角度θｔとｕ相電流値ｉｕとｖ相電流値ｉｖとが入力され、ｄ軸電流値ｉｄとｑ軸電流値ｉｑとを出力する。電圧指令値作成部６４は、ｄ軸電流指令値ｉｄ＊とｑ軸電流指令値ｉｑ＊とｄ軸電流値ｉｄとｑ軸電流値ｉｑとが入力され、ｄ軸電圧指令値ｖｄ＊とｑ軸電圧指令値ｖｑ＊とを出力する。二相三相変換部６５は仮角度θｔとｄ軸電圧指令値ｖｄ＊とｑ軸電圧指令値ｖｑ＊とが入力され、ｕ相電圧指令値ｖｕ＊とｖ相電圧指令値ｖｖ＊とｗ相電圧指令値ｖｗ＊とを出力する。
【００３８】
［電流零制御部６０の動作］
次に、電流零制御部６０の動作について説明する。電流零制御部６０は、仮角度作成部６１、電流指令値作成部６２、三相二相変換部６３、電圧指令値作成部６４、および二相三相変換部６５の順に、各構成を動作させる。
仮角度作成部６１は、下記式（２）のように、仮角度θｔを０にする。これは、通常の電流制御と制御ルーチンを共有化するためである。電流零制御部６０において、常に角度を０°とし、後述するように三相二相変換部６３と二相三相変換部６５において演算する。
電流指令値作成部６２は、下記式（３）、（４）のように、ｄ軸電流指令値ｉｄ＊、およびｑ軸電流指令値ｉｑ＊を０にする。
【００３９】
θｔ ＝ ０ ・・・（２）
ｉｄ＊ ＝ ０ ・・・（３）
ｉｑ＊ ＝ ０ ・・・（４）
【００４０】
三相二相変換部６３は、ステータに固定された座標系上の値であるｕ相電流値ｉｕとｖ相電流値ｉｖとをｄｑ軸上の値であるｄ軸電流値ｉｄとｑ軸電流値ｉｑとに変換する。通常は、ロータ３の角度を求め、ｄｑ軸はロータ３の永久磁石５に固定された座標系として変換するが、ここでは、仮角度θｔ＝０を用いて変換する。そのため、この三相二相変換において、実質的に、三相値が二相値に変換されるのみである。具体的には、下記式（５）、（６）のように変換する。以下の式において、ａの平方根を√（ａ）と表示する。
【００４１】
ｉｄ＝｛√（２）｝・｛ｉｕ・ｓｉｎ（θｔ＋６０°）＋ｉｖ・ｓｉｎθｔ｝
・・・（５）
ｉｑ＝｛√（２）｝・｛ｉｕ・ｃｏｓ（θｔ＋６０°）＋ｉｖ・ｃｏｓθｔ｝
・・・（６）
【００４２】
電圧指令値作成部６４は、ｄ軸電流値ｉｄがｄ軸電流指令値ｉｄ＊のとおりになるように比例積分制御（ＰＩ制御）を用いてｄ軸電圧指令値ｖｄ＊を制御する。また、ｑ軸電流値ｉｑがｑ軸電流指令値ｉｑ＊のとおりになるように比例積分制御を用いてｑ軸電圧指令値ｖｑ＊を制御する。
下記式（７）のように、ｄ軸電流指令値ｉｄ＊とｄ軸電流値ｉｄの差に比例ゲインＫＰＤを乗じたものと、ｄ軸電流指令値ｉｄ＊とｄ軸電流値ｉｄの差を積分したものに積分ゲインＫＩＤを乗じたものとを加算した結果をｄ軸電圧指令値ｖｄ＊とする。
また、下記式（８）のように、ｑ軸電流指令値ｉｑ＊とｑ軸電流値ｉｑの差に比例ゲインＫＰＱを乗じたものと、ｑ軸電流指令値ｉｑ＊とｑ軸電流値ｉｑの差を積分したものに積分ゲインＫＩＱを乗じたものとを加算した結果をｑ軸電圧指令値ｖｑ＊とする。
【００４３】
ｖｄ＊ ＝ ＫＰＤ・（ｉｄ＊−ｉｄ）＋ＫＩＤ・Σ（ｉｄ＊−ｉｄ）・・・（７）
ｖｑ＊ ＝ ＫＰＱ・（ｉｑ＊−ｉｑ）＋ＫＩＱ・Σ（ｉｑ＊−ｉｑ）・・・（８）
【００４４】
二相三相変換部６５は、ｄｑ軸上の値であるｄ軸電圧指令値ｖｄ＊とｑ軸電圧指令値ｖｑ＊とをステータに固定された座標系上の値であるｕ相電圧指令値ｖｕ＊とｖ相電圧指令値ｖｖ＊とｗ相電圧指令値ｖｗ＊とに変換する。通常は、ロータ３の角度を求め、ｄｑ軸はロータ３の永久磁石５に固定された座標系として変換するが、ここでは、仮角度θｔ＝０を用いて変換する。そのため、この二相三相変換において、二相値が三相値に変換されるのみである。具体的には、下記式（９）、（１０）、（１１）のように変換する。
【００４５】
ｖｕ＊ ＝｛√（２／３）｝・｛ｖｄ＊・ｃｏｓθｔ−ｖｑ＊・ｓｉｎθｔ｝
・・・（９）
ｖｖ＊ ＝｛√（２／３）｝・｛ｖｄ＊・ｃｏｓ（θｔ−１２０°）
−ｖｑ＊・ｓｉｎ（θｔ−１２０°）｝ ・・・（１０）
ｖｗ＊ ＝｛√（２／３）｝・｛ｖｄ＊・ｃｏｓ（θｔ＋１２０°）
−ｖｑ＊・ｓｉｎ（θｔ＋１２０°）｝ ・・・（１１）
【００４６】
以上のように、実施例１におけるモータ制御部１２の電流零制御部６０は、電流が０になるように、電圧指令値を制御する。
このように、モータ制御部１２における選択部２０は、以上の動作をすることにより、電圧指令値の大きさが大きいとき高速用起動部３０を選択し、電圧指令値の大きさが小さいとき低速用起動部４０を選択する。
【００４７】
［高速用起動部３０の動作］
次に、実施例１におけるモータ制御部１２の高速用起動部３０の動作について説明する。
高速用起動部３０は、誘起電圧が大きいときのための起動方式であり、電流を０に制御したときの電圧指令値に基づき推定角度θｍと推定速度ωｍとを作成する。
図５は、実施例１における高速用起動部３０の動作を示すフローチャートである。
まず、ステップＳ３０１において、高速用起動部３０の動作を開始する。次に、ステップＳ３０２を実行する。ステップＳ３０２において、カウンタｉを０にする。
【００４８】
次に、ステップＳ３０３を実行する。ステップＳ３０３において、電流零制御部６０を動作させる。この電流零制御部６０は前述の動作を行うため、その説明は省略する。
次に、ステップＳ３０４を実行する。ステップＳ３０４において、推定角度θｍを作成する。電流を０に制御したときの電圧指令値は誘起電圧を表す。図６は、実施例１における高速用起動部３０で電流を零に制御したときの電圧指令値の変化を示す波形図である。図６に示すように、角度θ（実際のロータの角度を示す）が変化すると、ｄ軸電圧指令値ｖｄ＊とｑ軸電圧指令値ｖｑ＊とは互いに９０°ずれて正弦波状に変化する。そこで、この関係より角度を推定する。具体的には、下記式（１２）のように、逆正接関数ａｔａｎ（アークタンジェント）を用いて推定角度θｍを求める。ここで、ｄ軸電圧指令値ｖｄ＊の符号により、推定角度θｍを１８０°ずらす。
【００４９】
θｍ ＝ ａｔａｎ（ｖｄ＊／ｖｑ＊） （ｖｄ＊≦０のとき）
θｍ ＝ ａｔａｎ（ｖｄ＊／ｖｑ＊）＋１８０° （ｖｄ＊＞０のとき）
・・・（１２）
【００５０】
次に、ステップＳ３０５を実行する。ステップＳ３０５において、推定速度ωｍを作成する。下記式（１３）のように、推定角度θｍを差分し、ローパスフィルタを作用させたものを推定速度ωｍとする。式（１３）において、ＫＷ３０はローパスフィルタの係数である。このＫＷ３０は、１以下の正値であり、小さいほどローパスフィルタの作用が大きくなる。また、θｍ（ｉ）は今回にステップＳ３０４で作成された推定角度θｍであり、θｍ（ｉ−１）は前回にステップＳ３０４で作成された推定角度θｍである。さらに、ΔＴ３０は、ステップＳ３０５を動作させる周期である。
【００５１】
ωｍ ＝ ＫＷ３０・｛θｍ（ｉ）−θｍ（ｉ−１）｝／ΔＴ３０
＋（１−ＫＷ３０）・ωｍ ・・・（１３）
【００５２】
次に、ステップＳ３０６を実行する。ステップＳ３０６において、カウンタｉに１を加える。
次に、ステップＳ３０７を実行する。ステップＳ３０７において、カウンタｉがある設定された値ｉ０３０より小さいとき、次に、ステップＳ３０３を実行する。このようにして、ステップＳ３０３の電流零制御部６０の動作とステップＳ３０４の推定角度θｍの作成とステップＳ３０５の推定速度ωｍの作成とをｉ０３０回だけ繰り返す。
一方、ステップＳ３０７において、カウンタｉがある設定された値ｉ０３０以上のとき、ステップＳ３０８を実行する。このように、ステップＳ３０７においては、カウンタｉの値により分岐する。ステップＳ３０８においては、高速用起動部３０の動作を終了させる。
【００５３】
次に、ステップＳ５０１を実行し、運転部５０の動作を開始する。高速用起動部３０において求められた推定角度θｍと推定速度ωｍとを初期値として、前述の従来の技術の欄で述べた前者の位置センサレスモータ制御装置で用いられる方式でブラシレスモータ１を駆動する。
【００５４】
［低速用起動部４０の動作］
次に、実施例１におけるモータ制御部１２の低速用起動部４０の動作について説明する。低速用起動部４０は、誘起電圧が小さいときのための起動方式であり、ロータ２の回転に伴いインダクタンスが変化することを利用して推定角度θｍと推定速度ωｍとを作成する。
図７は、実施例１における低速用起動部４０の動作を示すフローチャートである。
まず、ステップＳ４０１において、低速用起動部４０の動作が開始する。次に、ステップＳ４０２を実行する。ステップＳ４０２において、カウンタｉを０にする。
次に、ステップＳ４０３を実行する。ステップＳ４０３において、カウンタｊを０にする。次に、ステップＳ４０４を実行する。ステップＳ４０４において、電流零制御部６０を動作させる。この電流零制御部６０は、前述と同様の動作を行うため、その説明は省略する。
【００５５】
次に、ステップＳ４０５を実行する。ステップＳ４０５において、カウンタｊに１を加える。
次に、ステップＳ４０６を実行する。ステップＳ４０６において、カウンタｊがある設定された値ｊ０４０より小さいとき、次に、ステップＳ４０４を実行する。このようにして、ステップＳ４０４の電流零制御部６０の動作をｊ０４０回だけ繰り返す。
一方、ステップＳ４０６において、カウンタｊがある設定された値ｊ０４０以上のとき、ステップＳ４０７を実行する。このように、ステップＳ４０６においては、カウンタｊの値により分岐する。
ステップＳ４０７において、推定角度θｍを作成する。このステップＳ４０７の動作の詳細は後述する。
【００５６】
次に、ステップＳ４０８において、推定速度ωｍを作成する。下記式（１４）のように、推定角度θｍを差分し、ローパスフィルタを作用させたものを推定速度ωｍとする。式（１４）において、ＫＷ４０はローパスフィルタの係数である。このＫＷ４０は、１以下の正値であり、小さいほどローパスフィルタの作用が大きくなる。また、θｍ（ｉ）は今回にステップＳ４０７で作成された推定角度θｍであり、θｍ（ｉ−１）は前回にステップＳ４０７で作成された推定角度θｍである。さらに、ΔＴ４０は、ステップＳ４０８を動作させる周期である。
【００５７】
ωｍ ＝ ＫＷ４０・｛θｍ（ｉ）−θｍ（ｉ−１）｝／ΔＴ４０
＋（１−ＫＷ４０）・ωｍ ・・・（１４）
【００５８】
次に、ステップＳ４０９を実行する。ステップＳ４０９において、カウンタｉに１を加える。
次に、ステップＳ４１０を実行する。ステップＳ４１０において、カウンタｉがある設定された値ｉ０４０より小さいとき、次に、ステップＳ４０３を実行する。このようにして、ステップＳ４０７の推定角度θｍの作成とステップＳ４０８の推定速度ωｍの作成とをｉ０４０回だけ繰り返す。
一方、ステップＳ４１０において、カウンタｉがある設定された値ｉ０４０以上のとき、ステップＳ４１１を実行する。このように、ステップＳ４１０において、カウンタｉの値により分岐する。
ステップＳ４１１においては、極性が判断される。このステップＳ４１１の動作の詳細については後述する。
【００５９】
次に、ステップＳ４１２を実行する。ステップＳ４１２において、低速用起動部４０の動作を終了する。
次に、ステップＳ５０２を実行し、運転部５０の動作を開始する。低速用起動部４０において求められた推定角度θｍと推定速度ωｍとを初期値として、前述の従来の技術の欄で述べた後者の位置センサレスモータ制御装置で用いられる方式によりブラシレスモータ１を駆動する。
【００６０】
次に、推定角度θｍを作成するステップＳ４０７の動作について説明する。
まず、推定角度θｍを作成するステップＳ４０７の動作の原理を説明する。
図８は、実施例１における電圧パルスと電流応答との関係を示す波形図である。誘起電圧が小さいため、ｄ軸電圧指令値ｖｄ＊、およびｑ軸電圧指令値ｖｑ＊は小さい。ここで、ｄ軸電圧指令値ｖｄ＊にパルス電圧を重畳する。この重畳により、パルス電圧に応答して、ｄ軸電流値ｉｄがｄ軸電流応答Δｉｄだけ変化する。また、ｑ軸電流値ｉｑがｑ軸電流応答Δｉｑだけ変化する。なお、演算における角度は仮角度θｔ＝０として固定する。
【００６１】
図９は、実施例１における角度と電流応答との関係を示す波形図である。ブラシレスモータ１は、突極性を有するため、角度θ（実際のロータの角度を示す）が変化すると、インダクタンスが変化する。そのため、角度θが変化すると、ｄ軸電流応答Δｉｄとｑ軸電流応答Δｉｑとが変化する。この関係から推定角度θｍを求める。なお、インダクタンスの変化は、１８０°の周期を持つため、推定角度θｍは０〜１８０°の範囲で求められるのみである。
【００６２】
次に、推定角度θｍを作成するステップＳ４０７の動作の詳細について説明する。
図１０は、実施例１における低速用起動部４０での推定角度θｍを作成するステップＳ４０７の動作を示すフローチャートである。
まず、ステップＳ７０１において、推定角度θｍを作成するステップＳ４０７の動作を開始する。
次に、ステップＳ７０２を実行する。ステップＳ７０２において、仮角度θｔを０にする。次に、ステップＳ７０３を実行する。ステップＳ７０３において、電圧パルスの正パルス部を印加し、この状態をある設定された時間だけ保持する。下記式（１５）、（１６）、（１７）のように、ｄ軸電圧指令値ｖｄ＊に電圧パルスを重畳し、二相三相変換したものをｕ相電圧指令値ｖｕ＊、ｖ相電圧指令値ｖｖ＊、ｗ相電圧指令値ｖｗ＊とする。そして、この状態をある設定された時間だけ保持する。
【００６３】
ｖｕ＊＝｛√（２／３）｝・｛（ｖｄ＊＋ΔＶ）・ｃｏｓθｔ
−ｖｑ＊・ｓｉｎθｔ｝ ・・・（１５）
ｖｖ＊＝｛√（２／３）｝・｛（ｖｄ＊＋ΔＶ）・ｃｏｓ（θｔ−１２０°）
−ｖｑ＊・ｓｉｎ（θｔ−１２０°）｝ ・・・（１６）
ｖｗ＊＝｛√（２／３）｝・｛（ｖｄ＊＋ΔＶ）・ｃｏｓ（θｔ＋１２０°）
−ｖｑ＊・ｓｉｎ（θｔ＋１２０°）｝ ・・・（１７）
【００６４】
ｕ相電圧指令値ｖｕ＊、ｖ相電圧指令値ｖｖ＊、ｗ相電圧指令値ｖｗ＊が設定された時から、ある設定された時間だけ経過した後、ステップＳ７０４を実行する。
ステップＳ７０４において、ｕ相電流値ｉｕ、およびｖ相電流値ｉｖをそれぞれｕ相電流応答Δｉｕ、およびｖ相電流応答Δｉｖとして保存する。
【００６５】
次に、ステップＳ７０５を実行する。ステップＳ７０５において、電圧パルスの負パルス部を印加し、この状態をある設定された時間だけ保持する。下記式（１８）、（１９）、（２０）のように、ｄ軸電圧指令値ｖｄ＊に電圧パルスを重畳し、二相三相変換したものをｕ相電圧指令値ｖｕ＊、ｖ相電圧指令値ｖｖ＊、ｗ相電圧指令値ｖｗ＊とする。そして、この状態をある設定された時間だけ保持する。
【００６６】
ｖｕ＊＝｛√（２／３）｝・｛（ｖｄ＊−ΔＶ）・ｃｏｓθｔ
−ｖｑ＊・ｓｉｎθｔ｝ ・・・（１８）
ｖｖ＊＝｛√（２／３）｝・｛（ｖｄ＊−ΔＶ）・ｃｏｓ（θｔ−１２０°）
−ｖｑ＊・ｓｉｎ（θｔ−１２０°）｝ ・・・（１９）
ｖｗ＊＝｛√（２／３）｝・｛（ｖｄ＊−ΔＶ）・ｃｏｓ（θｔ＋１２０°）
−ｖｑ＊・ｓｉｎ（θｔ＋１２０°）｝ ・・・（２０）
【００６７】
その後、ｕ相電圧指令値ｖｕ＊、ｖ相電圧指令値ｖｖ＊、ｗ相電圧指令値ｖｗ＊を、それぞれ前述の式（９）、（１０）、（１１）で設定された、電圧パルスを印加する前の値に戻す。
次に、ステップＳ７０６を実行する。ステップＳ７０６において、ステータに固定された座標系上の値であるｕ相電流応答Δｉｕとｖ相電流応答Δｉｖとをｄｑ軸上の値であるｄ軸電流応答Δｉｄとｑ軸電流応答Δｉｑとに変換する。ここで、ｑ軸電流応答Δｉｑは、変換後、さらに、−１を乗じる。通常は、ロータ３の角度を求め、ｄｑ軸はロータ３の永久磁石５に固定された座標系として変換する。しかし、ここでは、仮角度θｔ＝０とし変換する。そのため、この三相二相変換において、実質的に、三相値が二相値に変換されるのみである。具体的には、下記式（２１）、（２２）のように変換する。
【００６８】
Δｉｄ＝｛√（２）｝・｛Δｉｕ・ｓｉｎ（θｔ＋６０°）
＋Δｉｖ・ｓｉｎθｔ｝ ・・・（２１）
Δｉｑ＝ −｛√（２）｝・｛Δｉｕ・ｃｏｓ（θｔ＋６０°）
＋Δｉｖ・ｃｏｓθｔ｝ ・・・（２２）
【００６９】
次に、ステップＳ７０７を実行する。ステップＳ７０７において、推定角度θｍを演算する。角度θ（実際のロータ３の角度）と電流応答には、図９に示した関係がある。そのため、下記式（２３）のように、逆正接関数ａｔａｎ（アークタンジェント）を用いて推定角度θｍを求める。ここで、推定角度θｍの範囲を０〜１８０°に限定する。
【００７０】
θｍ ＝ ａｔａｎ（Δｉｑ／Δｉｄ）／２ （Δｉｑ≧０のとき）
θｍ ＝｛ａｔａｎ（Δｉｑ／Δｉｄ）／２｝＋９０° （Δｉｑ＜０のとき）
・・・（２３）
【００７１】
次に、ステップＳ７０８を実行する。ステップＳ７０８において、推定角度θｍを作成するステップＳ４０７の動作を終了する。
【００７２】
次に、極性を判断するステップＳ４１１の動作について説明する。
まず、推定角度θｍの位置とこの位置と１８０°ずれた位置に電圧パルスを印加する。このように電圧パルスを印加することにより、２つの位置における電流応答の大きさが磁気飽和の影響により異なる。そこで、この大きさから極性を判断する。
【００７３】
図１１は、実施例１における低速起動部４０での極性を判断するステップＳ４１１の動作を示すフローチャートである。
ステップＳ８０１において、極性を判断するステップＳ４１１の動作を開始する。
次に、ステップＳ８１１を実行する。ステップＳ８１１において、カウンタｉを０にする。次に、ステップＳ８１２を実行する。ステップＳ８１２において、電流零制御部６０を動作させる。この電流零制御部６０は、前述の動作と同様に動作するため、その説明は省略する。
【００７４】
次に、ステップＳ８１３を実行する。ステップＳ８１３において、カウンタｉに１を加える。
次に、ステップＳ８１４を実行する。ステップＳ８１４において、カウンタｉがある設定された値ｉ０８０より小さいとき、次に、ステップＳ８１２を実行する。このようにして、ステップＳ８１２の電流零制御部６０の動作をｉ０８０回だけ繰り返す。
一方、ステップＳ８１４において、カウンタｉがある設定された値ｉ０８０以上のとき、ステップＳ８２１を実行する。このように、ステップＳ８１４においては、カウンタｉの値により分岐する。
ステップＳ８２１において、仮角度θｔを推定角度θｍとする。次に、ステップＳ８２２を実行する。ステップＳ８２２からステップＳ８２４までは、前述のステップＳ７０３からステップＳ７０５までと同様の内容を実行する。そのため、その実行内容の説明は、前述のステップＳ７０３からステップＳ７０５までの説明を援用して、ここでは省略する。
【００７５】
次に、ステップＳ８２５を実行する。ステップＳ８２５において、ステータに固定された座標系上の値であるｕ相電流応答Δｉｕとｖ相電流応答Δｉｖとをｄｑ軸上の値であるｄ軸電流応答Δｉｄに変換する。この変換は、前述のステップＳ７０６においてなされたものと同様であり、その説明は省略する。
【００７６】
次に、ステップＳ８２６を実行する。ステップＳ８２６において、ｄ軸電流応答Δｉｄを第１のｄ軸電流応答Δｉｄ１として保存する。次に、ステップＳ８３１を実行する。ステップＳ８３１において、カウンタｉを０にする。次に、ステップＳ８３２を実行する。ステップＳ８３２において、電流零制御部６０を動作させる。この電流零制御部６０の動作は、前述の動作と同様であるため、その説明は省略する。
【００７７】
次に、ステップＳ８３３を実行する。ステップＳ８３３において、カウンタｉに１を加える。
次に、ステップＳ８３４を実行する。ステップＳ８３４において、カウンタｉがある設定された値ｉ０８０より小さいとき、次に、ステップＳ８３２を実行する。このようにして、ステップＳ８３２の電流零制御部６０の動作をｉ０８０回だけ繰り返す。
【００７８】
一方、ステップＳ８３４において、カウンタｉがある設定された値ｉ０８０以上のとき、ステップＳ８４１を実行する。このように、ステップＳ８３４においては、カウンタｉの値により分岐する。
ステップＳ８４１においては、仮角度θｔを推定角度θｍ＋１８０°とする。
次に、ステップＳ８４２を実行する。ステップＳ８４２からステップＳ８４５までは、前述のステップＳ８２２からステップＳ８２５までと同様の内容を実行する。このため、その実行内容の説明を省略する。
【００７９】
ステップＳ８４６において、ｄ軸電流応答Δｉｄを第２のｄ軸電流応答Δｉｄ２として保存する。次に、ステップＳ８５１を実行する。ステップＳ８５１において、第１のｄ軸電流応答Δｉｄ１と第２のｄ軸電流応答Δｉｄ２とを比較し、分岐する。第１のｄ軸電流応答Δｉｄ１が第２のｄ軸電流応答Δｉｄ２以上のとき、ステップＳ８５２を実行する。ステップＳ８５２において、推定角度θｍを推定角度θｍとする。次に、ステップＳ８６１を実行する。
【００８０】
一方、ステップＳ８５１において、第１のｄ軸電流応答Δｉｄ１が第２のｄ軸電流応答Δｉｄ２未満のとき、ステップＳ８５３を実行する。ステップＳ８５３において、推定角度θｍを推定角度θｍ＋１８０°とする。次に、ステップＳ８６１を実行する。
ステップＳ８６１において、極性を判断するステップＳ４１１の動作を終了する。
以上のように、実施例１の位置センサレスモータ制御装置を構成して、動作させることにより、ロータ２が回転していても、ブラシレスモータ５のスムーズな起動が実現可能となる。
【００８１】
次に、実施例１の位置センサレスモータ制御装置の効果について説明する。
従来の位置センサレスモータ制御装置においては、前述の従来の技術の欄で述べたように、ロータ３が停止しているとして、後者の従来の位置センサレスモータ制御装置で用いられる方式により起動する。そして、適宜、前者の従来の位置センサレスモータ制御装置で用いられている方式に切り替えて、高速まで加速させていた。
そのため、起動直前にロータ３が回転しているとき、前述のように起動時に停止しているとして、後者の従来の位置センサレスモータ制御装置で用いられる方式で起動させると、スムーズに起動できないという問題があった。
【００８２】
実施例１の位置センサレスモータ制御装置は、まず、電流を零に制御する。このときの電圧指令値は、誘起電圧と等価になるため、この電圧指令値の大きさにより起動方式を選択する。すなわち、電圧指令値の大きさが大きいとき、電圧指令値に基づき角度と速度とを推定する高速用起動部を動作させる。一方、電圧指令値の大きさが小さいとき、ロータ３の回転に伴うインダクタンスの変化を利用して角度と速度とを推定する低速用起動部を動作させる。
このように、実施例１の位置センサレスモータ制御装置は、電流を零に制御したときの電圧指令値の大きさにより適切な起動部を選択し動作させることで、ロータ３が回転していても、ブラシレスモータ１のスムーズな起動を実現している。
【００８３】
次に、回転数により起動方式を選択することを考える。誘起電圧は、ブラシレスモータ１の製造のばらつきにより、個体差がある。また、永久磁石５の温度が変化すると誘起電圧の大きさが変化する。そのため、回転数により起動方式を選択する場合には、常に最適な起動部を選択することができなかった。
実施例１の位置センサレスモータ制御装置は、まず、電流を零に制御する。このときの電圧指令値は、誘起電圧と等価になるため、この電圧指令値の大きさにより起動方式を選択する。
このように、実施例１の位置センサレスモータ制御装置は、誘起電圧と等価な電圧指令値により起動部を選択することで、温度変化などで誘起電圧が変化しても、常に最適な起動部の選択を実現する。
【００８４】
次に、起動期間中に電流を流すことを考える。起動期間中は、角度を正確に推定することができない。このため、ある電流を流すためにある電流指令値を与えても、この電流指令値のとおりに電流を流すことができなかった。そのため、起動期間中に電流を流すと、不適切な電流が流れ、振動や異音が発生する場合があった。
実施例１の位置センサレスモータ制御装置は、選択部２０において電流を零に制御し、トルクを発生させない。また、高速用起動部３０において電流を零に制御し、トルクを発生させない。同様に、低速用起動部４０において電流を零に制御し、トルクを発生させない。このように、実施例１の位置センサレスモータ制御装置は、起動期間において、電流を零に制御することにより、トルクを発生させない構成である。このため、実施例１の位置センサレスモータ制御装置は、起動期間中に電流を流しても、異常な電流が流れることがなく、振動や異音の発生が防止されている。
【００８５】
《実施例２》
次に、本発明に係る実施例２の位置センサレスモータ制御装置について添付の図面を参照しつつ説明する。
前述の実施例１の位置センサレスモータ制御装置において、低速用起動部４０は、ロータ３の回転に伴うインダクタンスの変化を利用して角度と速度とを推定した。実施例２の位置センサレスモータ制御装置においては、低速用起動部２０４０が磁束の飽和を利用して角度と速度とを推定するものである。
また、実施例１の位置センサレスモータは、永久磁石５がロータヨーク４の内部に埋め込まれた埋込磁石型モータを制御する構成である。実施例２の位置センサレスモータは、永久磁石２００５がロータヨーク２００４の表面に配置された表面磁石型モータを制御するものである。
【００８６】
以下、実施例２の位置センサレスモータ制御装置の構成について説明する。図１２は、実施例２における位置センサレスモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
実施例２のブラシレスモータ２００１には、電磁鋼板から構成されたステータ（図示せず）と、被覆銅線から構成され相電流が流れるステータに巻回された相巻線２ｕ、２ｖ、２ｗと、このステータに対向し近接して配置されたロータ２００３とが設けられている。相巻線２ｕ、２ｖ、２ｗはＹ結線されている。ロータ２００３は、電磁鋼板から構成されたロータヨーク２００４とこのロータヨーク２００４の表面に配置された永久磁石２００５とロータヨーク２００４と同一の回転中心を持つシャフト２００６とから構成される。このロータ２００３は回転自在に支持され、相電流により生成される磁束と永久磁石２００５による磁束との相互作用によりロータ２００３が回転する。
【００８７】
実施例２の位置センサレスモータ制御装置に含まれる構成のうち、マイコン２０１０が実施例１と異なる。このマイコン２０１０に含まれる構成のうち、モータ制御部２０１２が実施例１と異なる。このモータ制御部２０１２に含まれる構成のうち、低速用起動部２０４０が実施例１と異なる。その他の構成は、実施例１と同様であるため、それらの構成と動作の説明は実施例１の説明を援用して、実施例２においては省略する。
【００８８】
次に、実施例２における低速用起動部２０４０の動作について説明する。
低速用起動部２０４０は、誘起電圧が小さいときのための起動方法であり、磁束の飽和を利用して推定角度θｍと推定速度ωｍとを作成する。
まず、低速用起動部２０４０の動作の原理について説明する。
図８に示したように、誘起電圧は小さいため、ｄ軸電圧指令値ｖｄ＊、およびｑ軸電圧指令値ｖｑ＊は小さい。ここで、ｄ軸電圧指令値にパルス電圧を重畳すると、この電圧パルスに応答して、ｄ軸電流値ｉｄがｄ軸電流応答Δｉｄだけ変化する。なお、演算における角度は仮角度θｔ＝０として固定する。
【００８９】
図１３は、実施例２における角度（横軸）と電流応答（縦軸）との関係を示す波形図である。角度θ（実際のロータ２００３の角度）が０のとき、電圧パルスにより、永久磁石２００５が発生する磁束を強める方向に磁束が発生する。このように磁束が発生すると、ステータにおいて磁束飽和が発生するため、電流応答が大きくなる。したがって、電流応答が一番大きくなるとき、推定角度θｍ＝０とすればよい。
【００９０】
次に、低速用起動部２０４０の動作の詳細について説明する。
図１４は、実施例２における低速用起動部２０４０の動作を示すフローチャートである。
ステップＳ２４０１において、低速用起動部２０４０の動作を開始する。
次に、ステップＳ２４０２を実行する。ステップＳ２４０２において、カウンタｉの値を０にする。次に、ステップＳ２４０３を実行する。ステップＳ２４０３において、カウンタｊの値を０にする。
次に、ステップＳ２４０４を実行する。ステップＳ２４０４において、電流零制御部６０を動作させる。この電流零制御部６０の動作は、前述の実施例１における電流零制御部６０の動作と同様であるため、その説明は省略する。
【００９１】
次に、ステップＳ２４０５を実行する。ステップＳ２４０５において、カウンタｊに１を加える。
次に、ステップＳ２４０６を実行する。ステップＳ２４０６において、カウンタｊがある設定された値ｊ０２０４０より小さいとき、次に、ステップＳ２４０４を実行する。このようにして、ステップＳ２４０４の電流零制御部６０の動作をｊ０２０４０回だけ繰り返す。
一方、ステップＳ２４０６において、カウンタｊがある設定された値ｊ０２０４０以上のとき、ステップＳ２４０７を実行する。このように、ステップＳ２４０６においては、カウンタｊの値により分岐する。
ステップＳ２４０７からステップＳ２４１０までは、前述の図１０に示した実施例１におけるステップＳ７０２からステップＳ７０５までの動作と同様の内容を実行する。このため、その実行内容の説明は省略する。
【００９２】
ステップＳ２４１１において、ステータに固定された座標系上の値であるｕ相電流応答Δｉｕとｖ相電流応答Δｉｖとをｄｑ軸上の値であるｄ軸電流応答Δｉｄに変換する。この変換は、前述の実施例１におけるステップＳ８２５の動作と同様であり、その説明は省略する。
次に、ステップＳ２４１２を実行する。ステップＳ２４１２において、ｄ軸電流応答Δｉｄが極大か否かを判断して分岐する。ｄ軸電流応答Δｉｄが極大のとき、ステップＳ２４１３を実行する。一方、ｄ軸電流応答Δｉｄが極大でないとき、ステップＳ２４０３を実行する。なお、ｄ軸電流応答Δｉｄの傾きが正から負に転じたとき、ｄ軸電流応答Δｉｄが極大であると判断する。このようにして、ステップＳ２４１１のｄ軸電流応答Δｉｄの演算をｄ軸電流応答Δｉｄが極大となるまで繰り返す。
【００９３】
ステップＳ２４１３において、推定角度θｍを０にする。次に、ステップＳ２４１４を実行する。ステップＳ２４１４において、推定速度ωｍを作成する。ステップＳ２４１４は、電気角で３６０°おきに実行される。そのため、速度は、３６０°をステップＳ２４１４が実行される時間間隔で除算したものとなる。そして、この除算結果にローパスフィルタを作用させたものを推定速度ωｍとする。具体的には、下記式（２４）のようにする。式（２４）において、ＫＷ２０４０はローパスフィルタの係数である。このＫＷ２０４０は、１以下の正値であり、小さいほどローパスフィルタの作用が大きくなる。また、ΔＴ２０４０は、前回ステップＳ２４１４が実行されたときから今回ステップＳ２４１４が実行されるまでの時間である。
【００９４】
ωｍ ＝ ＫＷ２０４０・３６０°／ΔＴ２０４０
＋（１−ＫＷ２０４０）・ωｍ ・・・（２４）
【００９５】
次に、ステップＳ２４１５を実行する。ステップＳ２４１５において、カウンタｉに１を加える。
次に、ステップＳ２４１６を実行する。ステップＳ２４１６において、カウンタｉがある設定された値ｉ０２０４０より小さいとき、次に、ステップＳ２４０３を実行する。このようにして、ステップＳ２４１３の推定角度θｍの作成とステップＳ２４１４の推定速度ωｍの作成とをｉ０２０４０回だけ繰り返す。
一方、ステップＳ２４１６において、カウンタｉがある設定された値ｉ０２０４０以上のとき、ステップＳ２４１７を実行する。このように、ステップＳ２４１６においては、カウンタｉの値により分岐する。ステップＳ２４１７においては、低速用起動部２０４０の動作を終了させる。
【００９６】
次に、ステップＳ５０３を実行して、運転部５０の動作を開始する。低速用起動部２０４０において求められた推定角度θｍと推定速度ωｍとを初期値として、例えば、特願平１０−３２９０４９号公報に示される位置センサレスモータ制御装置で用いられる方式によりブラシレスモータ２００１を駆動する。
【００９７】
以上のように、実施例２の位置センサレスモータ制御装置を構成して動作させることにより、起動時にロータ２００３が回転していても、ブラシレスモータ２００１のスムーズな起動を実現することができる。
また、実施例２の位置センサレスモータ制御装置は、実施例１の位置センサレスモータ制御装置と同様の作用を有し、実施例１と同様の効果を実現することができる。
【００９８】
なお、実施例１においては埋込磁石型モータ（ブラシレスモータ１）を制御し、実施例２においては表面磁石型モータ（ブラシレスモータ２００１）を制御する構成の例で説明した。しかし、実施例１の方式により表面磁石型モータを制御し、実施例２の方式により埋込磁石型モータを制御する構成でもよい。
一般に、表面磁石型モータは、ロータの回転に伴うインダクタンスの変化が小さい。しかし、特定の表面磁石型モータにおいては、比較的インダクタンスの変化に富むものがある。このような表面磁石型モータにおいては、実施例２の方式よりも実施例１の方式のほうが有効である。
また、一般に、埋込磁石型モータは、ロータの回転に伴うインダクタンスの変化が大きい。しかし、特定の埋込磁石型モータにおいては、インダクタンスの変化が乏しいものがある。このような埋込磁石型モータにおいては、実施例１の方式よりも実施例２の方式がほうが有効である。
【００９９】
また、前述の実施例の低速用起動部４０、２０４０において、電圧パルスを印加する方式を用いたが、本発明はこの方式に限定されるものではない。例えば、高周波電圧や高周波電流を重畳し、その電流応答や電圧応答により角度を推定する方式を用いてもよい。また、ＰＷＭキャリア内での電流応答から角度を推定してもよい。
同様に、前述の実施例の高速用起動部３０においては、実施例１の方式に限定されるものではなく、電流を制御して、このときの電圧指令値を用いる構成のものであれば本発明に含まれる。
【０１００】
さらに、本発明は起動時に正転している場合のみに限定されるものではなく、起動時に逆転している場合でもよい。
起動時に逆転の向きに低速で回転しているとき、正転の向きに高速で回転させるために、本発明の位置センサレスモータ制御装置は、以下のように動作する。
まず、選択部２０が動作し、低速用起動部４０、２０４０を選択し、低速用起動部４０、２０４０が動作する。低速用起動部４０、２０４０は、推定角度θｍと負の推定速度ωｍを作成し、これらに基づき運転部５０が動作する。そして、運転部５０は、低速用の角度推定を行い、正の向きのトルクを発生する。やがて、逆転の向きで回転していたものが、正転の向きに回転し始める。さらに、適宜、高速用の角度推定を行い、高速まで加速する。
【０１０１】
一方、起動時に逆転の向きに高速で回転しているとき、正転の向きに高速で回転させるために、本発明の位置センサレスモータ制御装置は、以下のように動作する。
まず、選択部２０が動作して、高速用起動部３０を選択し、高速用起動部３０を動作させる。高速用起動部３０は、推定角度θｍと負の推定速度ωｍを作成し、これらに基づき運転部５０が動作する。そして、運転部５０は、高速用の角度推定を行い、正の向きのトルクを発生する。やがて、減速され、適宜、低速用の角度推定を行い、逆転の向きで回転していたものが、正転の向きに回転し始める。さらに、適宜、高速用の角度推定を行い、高速まで加速する。
なお、電流零制御部６０において、仮角度θｔを０としたが、その他の角度にしてもよい。この場合、高速起動部３０のステップＳ３０４における推定角度θｍの作成を適切に変更する必要がある。
【０１０２】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、電流を零に制御したときの電圧指令値の大きさにより適切な起動部を選択し動作させることにより、ロータが回転していても、ブラシレスモータをスムーズに起動させる位置センサレスモータ制御装置を実現することができる。
また、本発明によれば、誘起電圧と等価な電圧指令値により起動部を選択することにより、温度変化などで誘起電圧が変化しても、常に最適な起動部を選択する位置センサレスモータ制御装置を実現することができる。
また、本発明によれば、起動期間において、電流を零に制御することにより、トルクが発生せず、スムーズな起動が可能となる位置センサレスモータ制御装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施例１の位置センサレスモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】実施例１における駆動部の構成を示す回路図である。
【図３】実施例１における選択部の動作を示すフローチャートである。
【図４】実施例１における電流零制御部の構成を示すブロック図である。
【図５】実施例１における高速用起動部の動作を示すフローチャートである。
【図６】実施例１における高速用起動部で電流を零に制御したときの電圧指令値の変化を示す波形図である。
【図７】実施例１における低速用起動部の動作を示すフローチャートである。
【図８】実施例１における電圧パルスと電流応答との関係を示す波形図である。
【図９】実施例１における角度と電流応答との関係を示す波形図である。
【図１０】実施例１における低速用起動部での推定角度を作成するステップの動作を示すフローチャートである。
【図１１】実施例１における低速用起動部での極性を判断するステップの動作を示すフローチャートである。
【図１２】本発明に係る実施例２における位置センサレスモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１３】実施例２における角度と電流応答との関係を示す波形図である。
【図１４】実施例２における低速用起動部の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ ブラシレスモータ
２ｕ、２ｖ、２ｗ 相巻線
３ ロータ
５ 永久磁石
８ｕ、８ｖ 電流センサ
９ 駆動部
１０ マイコン
１２ モータ制御部
２０ 選択部
３０ 高速用起動部
４０ 低速用起動部

Claims (9)

1. 永久磁石が配置され回転自在に支持されたロータと、前記ロータに近接して配置されたステータと、前記ステータに巻回された相巻線と、を有するブラシレスモータを制御する位置センサレスモータ制御装置であって、
   前記相巻線に印加する電圧の指令値を表す電圧指令値に基づき電圧を印加する駆動手段と、
   前記ブラシレスモータを起動させるための複数の起動手段と、
   前記相巻線に流れる電流を零に制御するための電圧指令値を作成する電流零制御部と、
   前記電流零制御部の作成した前記電圧指令値に基づき前記複数の起動手段から１つの起動手段を選択する選択手段と、を具備し、
   前記選択手段において選択された起動手段において、前記相巻線に流れる電流を零にする前記電圧指令値に基づき前記ロータの角度と速度とを演算するよう構成された位置センサレスモータ制御装置。
2. 前記複数の起動手段は、高速時にブラシレスモータを起動させるための第１の起動手段と、低速時に前記ブラシレスモータを起動させるための第２の起動手段と、を有し、
   前記選択手段は、前記相巻線に流れる電流を零に制御したときの前記電圧指令値がしきい値より大きいとき前記第１の起動手段を選択し、前記相巻線に流れる電流を零に制御したときの前記電圧指令値がしきい値より小さいとき前記第２の起動手段を選択するよう構成された請求項１に記載の位置センサレスモータ制御装置。
3. 前記第２の起動手段が前記ブラシレスモータのロータの回転に伴うインダクタンスの変化を利用するよう構成された請求項２に記載の位置センサレスモータ制御装置。
4. 前記第２の起動手段が磁束の飽和を利用するよう構成された請求項２に記載の位置センサレスモータ制御装置。
5. 前記第１の起動手段が、前記相巻線に流れる電流を零にするように前記電圧指令値を制御して、前記電圧指令値に基づき前記ロータの角度と速度とを演算し、
   前記第２の起動手段が、前記相巻線に流れる電流を零にするように制御し、前記ロータの回転に伴うインダクタンスの変化を利用して前記ロータの角度と速度とを演算するよう構成された請求項２に記載の位置センサレスモータ制御装置。
6. 前記第１の起動手段が、前記相巻線に流れる電流を零にするように前記電圧指令値を制御して、前記電圧指令値に基づき前記ロータの角度と速度とを演算し、
   前記第２の起動手段が、前記相巻線に流れる電流を零にするように制御し、磁束の飽和を利用して前記ロータの角度と速度とを演算するよう構成された請求項２に記載の位置センサレスモータ制御装置。
7. 前記第１の起動手段は、前記電圧指令値に基づき誘起電圧を推定し、前記ロータの角度と速度とを演算するよう構成された請求項２に記載の位置センサレスモータ制御装置。
8. 前記第２の起動手段は、電圧パルスを印加したときの電流応答に基づき、前記ロータの角度と速度とを演算するよう構成された請求項２に記載の位置センサレスモータ制御装置。
9. 前記電流零制御部が、前記相巻線に流れる電流値が零を示す電流指令値となるように比例積分制御を用いて電圧指令値を作成するよう構成された請求項２に記載の位置センサレスモータ制御装置。

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