JP5653264B2 - 同期電動機の駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、同期電動機の駆動装置に関し、詳しくは、３相同期電動機の３相巻線のうち、通電する２つの相を順次切り替えて、３相同期電動機を回転駆動させる駆動装置に関する。

特許文献１には、同期電動機の起動時に、まず、所定コイルに通電することで位置決めを行い、その後、回転励磁による強制的な同期によってロータ回転数を上昇させる強制同期駆動制御を行って同期電動機を起動させ、同期電動機の電流が安定すると、逆起電圧の検出によりセンサレスで位置制御を行うようにした同期電動機の制御装置が開示されている。

また、特許文献２には、３相同期電動機の３相巻線のうち通電する２相を選択し、６通りの通電モードにて通電制御する同期電動機の駆動システムにおいて、非通電相の端子電位と基準電圧とを比較することで、通電モードの切り替えタイミングを検出することが開示されている。

特開２００９−２８４６８２号公報 特開２００９−１８９１７６号公報

ところで、同期電動機を起動させるときに、強制同期駆動制御を最初に行って、その後にセンサレス位置制御に切り替える場合、強制同期駆動制御中は、正確な磁極位置が分からないので、不用意にトルクを与えると、回転速度が急に立ち上がって通電相の切り替えタイミングを行き過ぎてしまい、同期制御ができなくなってしまうことがある。このため、強制同期駆動制御においては徐々に加速させる必要があり、起動応答が遅いという問題があった。

また、非通電相の端子電位と基準電圧とを比較することで通電モードを切り替える場合、停止状態から位置情報の取得が可能であるものの、非通電相に誘起される電圧の検出を、非通電相を切り替えて全相について行わせ、停止状態での位置情報を取得する構成では、起動開始が遅く、また、磁極位置を判定できない場合が生じるという問題があった。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、同期電動機を高い応答でかつ安定的に起動させることができる同期電動機の駆動装置を提供することを目的とする。

そのため、本願発明は、３相同期電動機の３相巻線のうち、通電する２つの相を選択する６通りの通電モードを切り替えることで、前記３相同期電動機を回転駆動する同期電動機の駆動装置であって、非通電相の電圧と電圧閾値との比較に基づいて前記６通りの通電 モードを順次切り替える通電モード切替手段と、前記３相同期電動機を起動するときに、 前記６通りの通電モードのうちの１つで各相に対する通電を行って前記３相同期電動機を 位置決めする処理を、相互に異なる通電モードに従って２回以上行う位置決め手段と、前 記位置決め手段が前記３相同期電動機を位置決めした角度に対応する通電モードから次の 通電モードを１つ飛ばした通電モードに切り替えて、前記３相同期電動機を起動させ、そ の後、前記通電モード切替手段による通電モードの切り替えを行わせる起動制御手段と、 前記位置決め手段によって切り替えられる通電モードにおける非通電相の誘起電圧に基づ いて前記電圧閾値を学習する学習手段と、を備えるようにした。

上記発明によると、起動直後から位置情報に基づく通電モードの切り替えを適用でき、同期電動機を高い応答で安定的に起動させることができると共に、通電モードの切り替え タイミングの判断に用いる電圧閾値を学習することができる。

実施形態において、本願発明に係る同期電動機の駆動装置を適用する、自動車ＡＴ（オートマチックトランスミッション）用油圧ポンプシステムの構成を示すブロック図である。 実施形態におけるモータ制御装置及び３相同期電動機の構成を示す回路図である。 実施形態における制御器の構成を示すブロック図である。 実施形態における３相同期電動機の通電パターンを示すタイムチャートである。 実施形態における３相同期電動機の起動処理を示すフローチャートである。 実施形態における位置決め処理の詳細を示すフローチャートである。 実施形態における位置決め処理の作用を説明するための図である。 実施形態における通電モードの切り替えを行う角度と各通電モードにおける合成磁極を示す図である。 実施形態における位置決めが不能となる例を示す図である。 実施形態における２回に分けた位置決め処理を示すフローチャートである。 実施形態における２回に分けた位置決め処理の作用を説明するための図である。

以下に本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本願発明に係る同期電動機の駆動装置を適用する、自動車ＡＴ（オートマチックトランスミッション）用油圧ポンプシステムの構成を示すブロック図である。
図１に示す自動車ＡＴ用油圧ポンプシステムでは、変速機７やアクチュエータ８にオイルを供給するオイルポンプとして、図外のエンジン（内燃機関）の出力により駆動される機械式オイルポンプ６と、同期電動機で駆動される電動オイルポンプ１とを備えている。

また、エンジンの制御システムとして、自動停止条件の成立時にエンジンを停止し、自動始動条件が成立するとエンジンを再始動するアイドルストップ制御機能を備えていて、アイドルストップによってエンジンが停止している間は、機械式オイルポンプ６もその動作を停止するため、アイドルストップ中は、電動オイルポンプ１を用いて、変速機７やアクチュエータ８に対するオイルの供給を行い、油圧の低下を抑制する。
電動オイルポンプ１は、直結したモータ２により駆動され、モータ２は、ＡＴ制御装置（ＡＴＣＵ）４からの指令を受け取るモータ制御装置（ＭＣＵ）３によって制御される。

モータ制御装置（駆動装置）３は、モータ２を駆動制御して電動オイルポンプ１を駆動し、オイルパン１０のオイルを、電動オイル配管５を介して変速機７やアクチュエータ８に供給する。
エンジンの運転中は、エンジン駆動の機械式オイルポンプ６により、変速機７やアクチェータ８にオイル配管９を介してオイルパン１０のオイルが供給され、このとき、モータ２はオフ状態（停止状態）であり、電動オイルポンプ１に向かうオイルは逆止弁１１によって遮断される。

エンジンがアイドルストップすると、機械式オイルポンプ６の回転速度が低下してオイル配管９の油圧が低下するので、エンジンのアイドルストップと略同時に、ＡＴ制御装置４がモータ起動の指令をモータ制御装置３に向けて送信する。
起動指令を受けたモータ制御装置３は、モータ２を駆動して電動オイルポンプ１を回転させ、電動オイル配管５内の油圧を徐々に上昇させる。
機械式オイルポンプ６による油圧が低下する一方で、電動オイルポンプ１の吐出圧が逆止弁１１の開弁圧を超えるようになると、オイルは、電動オイル配管５，電動オイルポンプ１，逆止弁１１，変速機７及び／又はアクチェータ８，オイルパン１０の経路を通って循環する動作を行う。

図２は、モータ制御装置３及びモータ２の詳細を示す。
モータ制御装置３は、モータ駆動回路２１２と、マイクロコンピュータを備えた制御器２１３とを含んで構成され、制御器２１３がＡＴ制御装置４との間で通信を行う。
モータ２は、３相同期電動機（３相ＤＣブラシレスモータ）であり、Ｕ相，Ｖ相及びＷ相の３相巻線２１５Ｕ，２１５Ｖ，２１５Ｗが、図示省略した円筒状の固定子に設けられ、該固定子の中央部に形成された空間に永久磁石回転子２１６が配置される。

そして、モータ駆動回路２１２は、逆並列のダイオード２１８ａ〜２１８ｆを含んでなるスイッチング素子２１７ａ〜２１７ｆを３相ブリッジ接続した回路と、電源回路２１９とを有しており、スイッチング素子２１７ａ〜２１７ｆは例えばＦＥＴで構成される。
スイッチング素子２１７ａ〜２１７ｆの制御端子（ゲート端子）は、制御器２１３に接続されており、スイッチング素子２１７ａ〜２１７ｆのオン／オフは、制御器２１３によってデューティ制御される。

制御器２１３は、モータ（３相同期電動機）２の印加電圧を演算し、駆動回路２１２に出力するパルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）を生成する回路であり、図３に示すように、ＰＷＭ発生器２５１、ゲート信号切替器２５２、通電モード決定器２５３、比較器２５４、電圧閾値切替器２５５、非通電相電圧選択器２５６を含んでいる。
ＰＷＭ発生器２５１は、指令トルクに応じて決定した印加電圧指令（指令電圧）に基づき、パルス幅変調されたＰＷＭ波を生成する回路である。

通電モード決定器２５３（通電モード切替手段）は、モータ駆動回路２１２の通電モード（スイッチングモード）を決定するモード指令信号を順次出力するデバイスであり、比較器２５４が出力するモード切替トリガ信号をトリガとして、通電モードを順次切り替える。
尚、前記通電モードとしては、後述するように、３相巻線２１５Ｕ，２１５Ｖ，２１５Ｗのうち、通電する２つの相（巻線）を選択する６通りの通電モードが予め設定されている。

ゲート信号切替器２５２は、モータ駆動回路２１２の各スイッチング素子２１７ａ〜２１７ｆがどのような動作でスイッチングするかを、通電モード決定器２５３の出力であるモード指令信号に基づいて決定し、該決定に従い、最終的な６つのゲートパルス信号をモータ駆動回路２１２に出力する。
電圧閾値切替器２５５は、通電モード毎に設定される非通電相（駆動電流を流さない相）の端子電圧の閾値（電圧閾値）を発生する回路であり、電圧閾値の切り替えタイミングは、通電モード決定器２５３の出力であるモード指令信号に基づき決定される。

非通電相電圧選択器２５６は、モータ（３相同期電動機）２の３相端子電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗの中から非通電相の電圧（端子電位）をモード指令信号に従い選択して出力する回路であり、前記端子電圧は、モータ（３相同期電動機）２の中性点に対する電位差として出力される。
比較器２５４は、電圧閾値切替器２５５が出力する電圧閾値と非通電相電圧選択器２５６が出力する非通電相の電圧（誘起電圧）とを比較し、通電モード決定器２５３にモード切替トリガを出力する。

尚、非通電相に発生する電圧は、２相の印加パルス電圧によって非通電相に誘起される電圧であり、磁極位置により磁気回路の飽和状態が変化することから、磁極位置に応じた誘起電圧が非通電相に発生することになり、非通電相の誘起電圧から、回転子位置（角度）を推定して、通電モードの切り替えタイミングを検出することができる。

図４は、通電モード毎の各相への印加電圧を示す。
通電モードは、電気角６０degごとに順次切り替わる６通りの通電モード（１）〜（６）からなり、各通電モード（１）〜（６）においてスイッチング素子２１７ａ〜２１７ｆは、指令電圧に応じてパルス幅変調された信号で駆動される。

本実施形態では、永久磁石回転子２１６のＮ極がＵ相のコイルに対向する位置を０（deg）としたときに、通電モード（３）から通電モード（４）への切り替えを行う角度位置を３０degに、通電モード（４）から通電モード（５）への切り替えを行う角度位置を９０degに、通電モード（５）から通電モード（６）への切り替えを行う角度位置を１５０degに、通電モード（６）から通電モード（１）への切り替えを行う角度位置を２１０degに、通電モード（１）から通電モード（２）への切り替えを行う角度位置を２７０degに、通電モード（２）から通電モード（３）への切り替えを行う角度位置を３３０degに設定している。

通電モード（１）は、スイッチング素子２１７ａ及びスイッチング素子２１７ｄをオン制御し、他を全てオフとすることで、Ｕ相に電圧Ｖを印加し、Ｖ相に電圧−Ｖを印加し、Ｕ相からＶ相に向けて電流を流す。
通電モード（２）は、スイッチング素子２１７ａ及びスイッチング素子２１７ｆをオン制御し、他を全てオフとすることで、Ｕ相に電圧Ｖを印加し、Ｗ相に電圧−Ｖを印加し、Ｕ相からＷ相に向けて電流を流す。

通電モード（３）は、スイッチング素子２１７ｃ及びスイッチング素子２１７ｆをオン制御し、他を全てオフとすることで、Ｖ相に電圧Ｖを印加し、Ｗ相に電圧−Ｖを印加し、Ｖ相からＷ相に向けて電流を流す。
通電モード（４）は、スイッチング素子２１７ｂ及びスイッチング素子２１７ｃをオン制御し、他を全てオフとすることで、Ｖ相に電圧Ｖを印加し、Ｕ相に電圧−Ｖを印加し、Ｖ相からＵ相に向けて電流を流す。

通電モード（５）は、スイッチング素子２１７ｂ及びスイッチング素子２１７ｅをオン制御し、他を全てオフとすることで、Ｗ相に電圧Ｖを印加し、Ｕ相に電圧−Ｖを印加し、Ｗ相からＵ相に向けて電流を流す。
通電モード（６）は、スイッチング素子２１７ｅ及びスイッチング素子２１７ｄをオン制御し、他を全てオフとすることで、Ｗ相に電圧Ｖを印加し、Ｖ相に電圧−Ｖを印加し、Ｗ相からＶ相に向けて電流を流す。

尚、上記通電制御の場合、例えば通電モード（１）では、スイッチング素子２１７ａ及びスイッチング素子２１７ｄをオン制御し、他を全てオフとすることで、Ｕ相に電圧Ｖを印加し、Ｖ相に電圧−Ｖを印加し、Ｕ相からＶ相に向けて電流を流すようにしたが、下段のスイッチング素子２１７ｄの駆動するＰＷＭ波と逆位相のＰＷＭ波で上段のスイッチング素子２１７ｃを駆動し、下段のスイッチング素子２１７ｄがオンであるときに、上段のスイッチング素子２１７ｃをオフさせ、下段のスイッチング素子２１７ｄがオフであるときに、上段のスイッチング素子２１７ｃをオンさせるようにする相補制御方式で、各通電モード（１）〜（６）での通電制御を行わせることができる。

上記のように、６つの通電モード（１）〜（６）を、電気角６０deg毎に切り替えることで、各スイッチング素子２１７ａ〜２１７ｆは、２４０deg毎に１２０deg間通電されることから、図４に示すような通電方式は１２０度通電方式と呼ばれる。
前記通電モードの切り替えを、本実施形態では、非通電相に発生する電圧（誘起電圧）と電圧閾値との比較に基づき行うようになっており、本実施形態のモータ制御装置３は、所謂センサレスの通電制御を行う。

具体的には、非通電相電圧選択器２５６が３相端子電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗの中から非通電相（開放相）の電圧を選択して出力する一方、電圧閾値切替器２５５が電圧閾値を出力し、比較器２５４が、非通電相の端子電圧が電圧閾値を横切ったか否かを判断する。そして、比較器２５４は、非通電相の端子電圧が電圧閾値を横切って増大変化又は減少変化したときに（非通電相の端子電圧が電圧閾値に一致したときに）、モード切替トリガを通電モード決定器２５３に出力する。

ここで、モータ制御装置３が実行する、モータ（３相同期電動機）２の起動制御を、図５のフローチャートに従って詳細に説明する。
ステップＳ１０１では、モータ（３相同期電動機）２の起動要求が発生したか否かを判断する。前記起動要求は、例えば、アイドルストップ制御によるエンジンの停止指令に伴って出力される。

そして、モータ（３相同期電動機）２の起動要求が発生すると、ステップＳ１０２（位置決め手段）へ進み、モータ（３相同期電動機）２の位置決め処理を行う。
前記位置決め処理とは、モータ（３相同期電動機）２を起動させる前に、モータ（３相同期電動機）２の角度位置（磁極の向き）を既知の初期位置にまで動かす処理である。

ステップＳ１０２における位置決め処理の詳細は、図６のフローチャートに示してある。
まず、ステップＳ２０１では、前記６通りの通電モードのうちから予め選択された１つの通電モードに従って、各相への通電を行う。
例えば図７に示すように、通電モード（３）に対応する相通電、即ち、Ｖｕ＝０、Ｖｖ＝Ｖin、Ｖｗ＝−Ｖinに設定し、係る相通電状態を保持することで、モータ角度を初期値の９０degに向けて変化させる。ここで、Ｖinは、位置決め用のトルクを発生させるために予め設定された電圧値である。

即ち、通電モード（３）に対応する印加電圧を各相に加えた状態を保持させると、Ｕ相，Ｖ相及びＷ相の合成磁束が、図６に示すように９０degの方向となり、係る合成磁束に永久磁石回転子２１６が引かれることでトルクが発生し、永久磁石回転子２１６のＮ極が９０degの位置になるまでモータ（３相同期電動機）２が回転し、９０degの位置を保持することになる。
但し、位置決め処理を、通電モード（３）に対応する相通電による９０degの初期位置への位置決めに限定するものではなく、他の通電モード（１），（２），（４）〜（６）のいずれか１つを選択することができる。

ここで、図８に示すように、位置決め用の通電モードを、通電モード（１），（２），（４）〜（６）のいずれか１つに選択すると、通電モード（１）では３３０degの初期位置に位置決めし、通電モード（２）では３０degの初期位置に位置決めし、通電モード（４）では１５０degの初期位置に位置決めし、通電モード（５）では２１０degの初期位置に位置決めし、通電モード（６）では２７０degの初期位置に位置決めすることになる。

ステップＳ２０１で、モータ（３相同期電動機）２を初期位置に位置決めするための相通電を行うと、次のステップＳ２０２では、ステップＳ２０１での相通電状態を、モータ（３相同期電動機）２が初期位置まで回動するのに要する時間に相当する設定時間ｔＳＬだけ継続したか否かを判断する。
そして、位置決め処理のための通電開始から設定時間ｔＳＬが経過すると、実際にモータ（３相同期電動機）２が初期位置にまで回転して略停止したものと推定して、位置決め処理を完了させる。

ところで、上記のように、例えば通電モード（３）に対応する通電を行わせ、９０degの位置にモータ（３相同期電動機）２を位置決めする設定としている場合に、図９に示すように、モータ（３相同期電動機）２の磁極位置（Ｎ極の向き）が、位置決め処理の開始時点で２７０degであった場合、合成磁束の向きと磁極位置とが正反対となり（合成磁束の向きとＮ極の向きとがなす角度が１８０degとなり）、合成磁束によって回転方向のトルクが作用せず、初期位置（９０deg）にまでモータ（３相同期電動機）２を回転させることができないことになる。
そこで、ステップＳ１０２の位置決め処理においては、初期位置への位置決めが不能になることを抑制するために、相互に異なる通電モードに従った通電を少なくとも２回行い、２回目に選択した通電モードに対応する角度にモータ（３相同期電動機）２を位置決めすることが好ましい。

図１０のフローチャートは、ステップＳ１０２の位置決め処理において、通電モードが相互に異なる２回の通電を行わせる実施形態を示す。
まず、ステップＳ２１１では、第１回目（初回用）の通電処理として、予め定めた第１回用の通電モードに対応する通電を行わせる。

次のステップＳ２１２では、第１回用の通電モードでの通電時間ｔが、第１判定時間ｔＳＬ１よりも長くなったか否かを判断し、第１判定時間ｔＳＬ１よりも通電継続時間ｔが短い場合には、第１回用の通電モードでの通電を継続させる。
そして、第１回用の通電モードでの通電時間ｔが第１判定時間ｔＳＬ１に達すると、ステップＳ２１３へ進み、予め定めた第２回用の通電モードに対応する通電に切り替える。

次のステップＳ２１４では、第２回用の通電モードでの通電時間ｔが、第２判定時間ｔＳＬ２よりも長くなったか否かを判断し、第２判定時間ｔＳＬ２よりも通電継続時間ｔが短い場合には、第２回用の通電モードでの通電を継続させる。
そして、第２回用の通電モードでの通電時間ｔが第２判定時間ｔＳＬ２に達すると、第２回用の通電モードでの合成磁束に引かれ、モータ（３相同期電動機）２の回転位置が、第２回用の通電モードに対応する位置（初期位置）に位置決めされたものと見なして、位置決め処理を完了させる。

ここで、例えば、第１回用の通電モードを通電モード（３）として、第２回用の通電モードを通電モード（４）とすることができる。
第１回目に通電モード（３）を設定した場合、図１１に示したように、位置決め処理の開始時点でのモータ（３相同期電動機）２の磁極位置が２７０degであったとすると、通電モード（３）による合成磁束を与えても、回転方向のトルクが発生せず、モータ（３相同期電動機）２は２７０degの位置を保持することになる。

しかし、２回目の通電において、第１回目とは異なる通電モード（４）に対応する通電を行わせると、モータ（３相同期電動機）２の磁極位置は２７０degであるのに対し、通電モード（４）による合成磁束は１５０degの方向であるから（図８参照）、合成磁束の向きと磁極位置とがなす角度が１８０degではなく、図１１に示したように、１５０degの角度位置に向けてＮ極を引くトルクを発生し、２７０degの角度位置であったモータ（３相同期電動機）２は、１５０degの角度位置に向けて回転し、１５０degに位置決めされる。

一方、位置決め処理の開始時点でモータ（３相同期電動機）２の磁極位置が９０degであった場合も、第１回目の通電モード（３）に対応する相通電では、合成磁束の向きとＮ極の向きとが一致するために、モータ（３相同期電動機）２は回転することなく９０degの位置を保持することになるが、２回目の通電において、通電モード（４）に対応する通電を行わせれば、１５０degの角度位置に向けてモータ（３相同期電動機）２は回転することになり、１５０degに位置決めされる。

但し、第１回用の通電モードと第２回用の通電モードとは、合成磁束の向きが正反対となる組み合わせを除外することが好ましい。
例えば、第１回用の通電モードを合成磁束の向きが９０degである通電モード（３）として、第２回用の通電モードを合成磁束の向きが２７０degである通電モード（６）とすると、位置決め処理の開始時点でモータ（３相同期電動機）２の磁極位置が９０degであった場合、通電モード（３）に対応する相通電を行っても９０degを保持し、更に、通電モード（６）に切り替えても、９０degを保持し、通電モード（６）に対応する２７０degの位置に位置決めすることができない場合が発生する。

従って、第１回用の通電モードと第２回用の通電モードとの組み合わせは、相互に異なる通電モードであって、かつ、合成磁束の向きが正反対とならない組み合わせとする。具体的には、通電モード（１）と通電モード（４）との組み合わせ、通電モード（２）と通電モード（５）との組み合わせ、通電モード（３）と通電モード（６）との組み合わせを除外して、第１回用の通電モード及び第２回用の通電モードを選択する。

このようにして、第１回用の通電モード及び第２回用の通電モードを選択すれば、第１回目又は第２回目の通電モードでの合成磁束の向きに、位置決め処理の開始時点でモータ（３相同期電動機）２の磁極位置が一致するか又は正反対であったとしても、第２回目に選択した通電モードに対応する角度の磁極位置に位置決めできる。
また、第１回用の通電モードと第２回用の通電モードとは、第１回用の通電モードから第２回用の通電モードに向けた回転方向が、モータ（３相同期電動機）２を回転させたい方向に一致していることが好ましい。

例えば、第１回用の通電モードを通電モード（３）に設定した場合、合成磁束の向きが正反対となる通電モードが通電モード（６）であり、第２回用の通電モードとして通電モード（６）が除外され、また、第２回用の通電モードとして通電モード（１）又は通電モード（２）を選択すると、第１回の通電モードから第２回の通電モードに切り替えたときに、モータ（３相同期電動機）２が逆転することになる。
従って、第１回用の通電モードを通電モード（３）に設定した場合、第２回用の通電モードとして、通電モード（４）又は通電モード（５）を選択することになる。

初期位置への位置決めのためにモータ（３相同期電動機）２を逆転させると、初期位置（第２回の通電モードに対応する位置）に達する前の逆転中に起動処理が開始された場合、回転方向を反転させることになり、起動の応答性が悪化する可能性がある。
これに対し、第１回用の通電モードから第２回用の通電モードに向けた回転方向が、モータ（３相同期電動機）２を回転させたい方向に一致していれば、仮に、初期位置に達する前に起動処理が開始されたとしても、そのときの回転方向を継続すればよいので、応答性が悪化することはない。

また、第１回用の通電モードに対応する通電を開始した後、当該通電モードに対応する位置に収束するまでは、第２回用の通電モードへの切り替えを行わないことが好ましく、従って、第１回目の通電時間を規定する第１判定時間ｔＳＬ１は、そのときの通電モードに対応する位置までモータ（３相同期電動機）２が回転するのに要する最大時間よりも長くすることが好ましい。
例えば、第１回用の通電モードを通電モード（３）に設定し、第２回用の通電モードを通電モード（４）に設定した場合に、位置決め開始時点の磁極位置が、例えば、２７０degと３３０degとの中間に位置していたとすると、通電モード（３）に対応する第１回の通電を行うことで、モータ（３相同期電動機）２は９０degの位置に向けて回転するが、そのとき、３３０degの位置を通過することになる。

そして、３３０degの位置を通過するときに通電モード（４）への切り替えを行ってしまうと、２回目の通電モード（４）による合成磁束の方向が１５０degであるから、回転トルクが作用せず、通電モード（４）に対応する１５０degにまで回転させることができなくなる可能性がある。
これに対し、第１回目の通電で、通電モード（３）に対応する９０degの位置に収束させていれば、通電モード（４）に切り替えた時点で、通電モード（４）に対応する１５０degの位置に対して正反対の３３０degに位置していないから、通電モード（４）によって発生する合成磁束によって１５０degの位置に向けてモータ（３相同期電動機）２を回転させることができる。

従って、第１回目の通電時間を規定する第１判定時間ｔＳＬ１は、第１回用の通電モードに対応する角度位置の反対側に位置していない場合に、第１回用の通電モードに対応する角度位置にまで回転するのに要する時間付近に設定する。
また、第２回目の通電時間を規定する第２判定時間ｔＳＬ２も、第１回用の通電モードに対応する角度位置から第２回用の通電モードに対応する角度位置にまで回転するのに要する時間付近に設定することが好ましい。

例えば、第１回用の通電モードを通電モード（３）とし、第２回用の通電モードを通電モード（５）とした場合、通電モード（５）に切り替えた後、回転途中の１５０deg付近で起動のための通電を開始させてしまうと、後述するように、起動のための最初の通電モードは通電モード（１）に設定されるから、通電モード（１）での通電で回転トルクが発生しなくなってしまう可能性がある。
このため、第２回目の通電時間は、第１回用として選択した通電モードに対応する角度位置から第２回用として選択した通電モードに対応する角度位置まで回転するのに要する時間付近に設定する。

ここで、第１回目の通電では、最大で１８０deg近く回転させることがあるのに対し、第２回目の通電では、最大でも１２０degだけ回転させれば良いので、第１判定時間ｔＳＬ１＞第２判定時間ｔＳＬ２とすることができ、また、簡易には、第１回目の通電で磁極位置を収束させるのに要する時間を第１判定時間ｔＳＬ１とし、これと同じ時間に第２判定時間ｔＳＬ２を設定する（ｔＳＬ１＝ｔＳＬ２）とすることができる。

上記のようにして、ステップＳ１０２で初期位置への位置決めを行うと、次のステップＳ１０３（起動制御手段）では、初期位置からモータ（３相同期電動機）２を起動させるための最初の通電モード（起動通電モード）への切り替えを行う。
具体的には、位置決めに用いた通電モードに対して、正規の回転方向にモータを回転させるための通電モードの切り替え順（通電モード（１）→（２）→（３）→（４）→（５）→（６））において、次の通電モードを１つ飛ばした通電モードに切り替える。

位置決め用の通電モードから起動用の通電モードに切り替えて回転トルクを発生させると、ステップＳ１０４へ進んで、そのときの通電モードにおける非通電相の端子電圧と電圧閾値とを比較することで、次の通電モードへの切り替えタイミングを判断し、切り替えタイミングを検出すると、ステップＳ１０５（通電モード切替手段）へ進んで、次の通電モードに切り替える。
即ち、磁極位置により磁気回路の飽和状態が変化することから、３相のうちの２相の印加パルス電圧によって、回転子の位置に応じた誘起電圧が非通電相に発生することになり、非通電相の誘起電圧から、回転子位置を推定して、通電モードの切り替えタイミングを検出する、センサレス制御（低速センサレス制御）を実施する。

例えば、通電モード（３）に対応する９０degに位置決めした場合（２回の通電を行う場合には、第２回目の通電モードを通電モード（３）に設定した場合）には、起動処理として、切り替え順において次の通電モード（４）を１つ飛ばして通電モード（５）に切り替える。
通電モード（５）に対応する相通電を行うと、２１０degの角度に向かう回転トルクが発生し、９０degから２１０degに向けて回転途中で、通電モード（５）から通電モード（６）への切り替えタイミングである１５０degの位置を通過することになり（図８参照）、１５０degの位置を通過した時点（通電モード（５）から通電モード（６）への切り替えタイミング）は、通電モード（５）における非通電相であるＶ相に発生する誘起電圧と閾値との比較に基づいて判断できる。

即ち、通電モード（３）に対応する９０degに位置決めした場合には、次の通電モード（４）を１つ飛ばして通電モード（５）に切り替えることで、非通電相の電圧と閾値との比較に基づく通電モード（６）への切り替えタイミングを検出でき、以後は、通電モードの切り替えタイミングをそのときの非通電相に発生する誘起電圧に基づいて検出して、通電モード（１）→通電モード（２）→通電モード（３）→通電モード（４）・・・と、位置情報に基づき通電モードを順次切り替えることができる。
尚、位置決めに用いた通電モードが通電モード（３）以外の場合でも同様であり、例えば、通電モード（１）で３３０degに位置決めした場合には、次の通電モード（２）を飛ばして通電モード（３）に対応する通電を行うことで、モータ（３相同期電動機）２を起動させ、通電モード（５）で２１０degに位置決めした場合には、次の通電モード（６）を飛ばして通電モード（１）に対応する通電を行うことで、モータ（３相同期電動機）２を起動させればよい。

また、非通電相に発生する誘起電圧と比較させる閾値は、どの通電モードからどの通電モードへの切り替えであるかに応じて個別に記憶させておくことができ、また、温度条件毎に個別に記憶させておくことができる。
また、本実施形態の場合、通電モード（１）→通電モード（２）、通電モード（３）→通電モード（４）、通電モード（５）→通電モード（６）ではマイナスの閾値を用い、通電モード（２）→通電モード（３）、通電モード（４）→通電モード（５）、通電モード（６）→通電モード（１）ではプラスの閾値を用いることになるので、マイナスの閾値を用いて判断する切り替えに共通の閾値と、プラスの閾値を用いて判断する切り替えに共通の閾値とをそれぞれに設定し、これらを使い分けることができる。

更に、１つの通電モードに対応する通電を継続的に行なうことで位置決めされる位置は、通電モードの切り替えを行う位置でもあるので、位置決め処理に伴って前記閾値の学習を行わせることができる。
例えば、初期位置への位置決めの第１回用の通電モードとして通電モード（２）を選択し、第２回用の通電モードとして通電モード（３）を選択し、第２回目の通電において、通電モード（３）に対応する９０degに位置決めした場合、この９０degの位置は、通電モード（４）から通電モード（５）への切り替えタイミングである。従って、この９０degの位置で、通電モード（４）における通電相であるＵ相及びＶ相の印加パルス電圧によって非通電相であるＷ相に誘起される電圧が、９０degの位置を示す誘起電圧である。

そこで、第２回目の通電に続けて、第３回目の通電として次の通電モード（４）に切り替え、この通電モード（４）への切り替え直後のＷ相の端子電圧を、通電モード（４）から通電モード（５）への切り替え判断に用いる閾値として学習させることができる（学習手段）。
通電モード（４）に切り替えた後は、通電モード（４）に対応する位置である１５０degに収束するのに十分な時間の経過を待って初期位置への位置決め完了を判断し、起動処理として、次の通電モードである通電モード（５）を飛ばして通電モード（６）への切り替えを行い、モータ２を起動させるようにすればよい。

同様に、第１回用の通電モードとして通電モード（３）を選択し、第２回用の通電モードとして通電モード（４）を選択し、次いで、第２回用として選択した通電モード（４）の次の通電モード（５）に切り替えれば、通電モード（５）から通電モード（６）への切り替えタイミングの判断に用いる誘起電圧（電圧閾値）を学習でき、通電モードの切り替えタイミングの判断に用いるそれぞれの誘起電圧（電圧閾値）を学習することが可能である。

但し、上記のようにして、モータ（３相同期電動機）２の起動時に、通電モードの切り替えタイミングにおける誘起電圧を学習させるようにすると、位置決めのための通電回数が増え、起動までの時間が長くなるので、電圧閾値の学習は、機械式オイルポンプ６の運転中であって、電動オイルポンプ１がオイルを吐出する必要がないときに行うことができる。

このように、既知の初期位置に位置決めし、位置決めに用いた通電モードの次の通電モードを１つ飛ばした通電モードでモータ起動を開始させるようにすれば、起動の当初からセンサレスによる位置情報に基づく通電モードの切り替えを行えるから、大きなトルクを与えて回転上昇を速くしても、脱調することを抑制でき、モータ（３相同期電動機）２を高い応答で起動させることができる。
従って、油圧ポンプシステムの電動オイルポンプ１を駆動するモータ（３相同期電動機）２においては、電動オイルポンプ１の作動応答を改善でき、機械式オイルポンプ６から電動オイルポンプ１に切り替えるときに、油圧の一時的な落ち込みを抑制でき、アイドルストップ状態から車両を発進させるときの発生性能の低下を抑制できる。

また、モータ（３相同期電動機）２は、エンジンの冷却水を循環させるためのウォータポンプを駆動するモータなどであってもよく、例えば、ハイブリッド車両において、エンジンの一時的な停止に伴ってモータ駆動のウォータポンプを起動させる場合に、上記のようにしてモータ起動を行えば、ウォータポンプによる冷却水の循環が速やかに開始され、エンジン温度の上昇を抑制することができる。
更に、モータ（３相同期電動機）２が回転駆動する機器をオイルポンプやウォータポンプに限定するものではなく、モータ（３相同期電動機）２を高い応答で起動させることができることで、モータ（３相同期電動機）２で駆動される機器の作動応答性を改善できる。

ステップＳ１０６では、モータ回転速度が設定速度以上に高くなったか否かを判断し、モータ回転速度が設定速度以上になると、回転子が回転することによって発生する誘起電圧である速度起電力のゼロクロスポイントで通電モードを切り替える、センサレス制御（高速センサレス制御）に移行する。
前記設定速度は、速度起電力が低下することで、速度起電力に基づき正確な位置情報が得られなくなる低速域と、速度起電力が十分に高く、速度起電力に基づき正確な位置情報が得られる高速域とを分ける閾値である。

そして、前記設定速度未満の低速域では、速度起電力に基づき位置情報を得て通電タイミングの切り替えを行わせると脱調する可能性があるので、非通電相に発生する回転子の位置に応じた誘起電圧に基づき位置情報を得て通電モードの切り替えタイミングを決定する低速センサレス制御を行わせる。
一方、前記設定速度以上の高速域では、速度起電力のゼロクロスポイントに基づき、高い感度で位置情報を得られるので、速度起電力に基づき位置情報を得て通電タイミングを切り替える高速センサレス制御を行わせる。

ここで、上記実施形態から把握し得る請求項以外の技術的思想について、以下に効果と共に記載する。
（イ）請求項１から３のいずれか１つに記載の同期電動機の駆動装置において、
前記位置決め手段が、第１回目の通電と第２回目の通電とで位置決め処理を行い、第１回目に選択した通電モードの次の通電モード又は第１回目に選択した通電モードの次の次の通電モードで第２回目の通電を行う同期電動機の駆動装置。

上記構成によると、第１回目の通電で発生する合成磁束と、第２回目の通電で発生する合成磁束とが正反対の向きではなく、位置決め開始時の磁極位置に関わらず、第２回目の通電モードに対応する磁極位置に位置決めでき、更に、第１回目の通電で位置決めされる位置から第２回目に位置決めされる位置に向けた回転方向が、同期電動機の正規の回転方向に一致し、起動に伴って回転方向を反転させる必要がなく、同期電動機の起動応答を改善できる。

（ロ）請求項１から３のいずれか１つに記載の同期電動機の駆動装置において、
前記位置決め手段が、
第１回目の通電と第２回目の通電とで位置決め処理を行い、かつ、合成磁束の向きが１８０deg異なる通電モードに切り替えての位置決めを禁止すると共に、
第１回目の通電モードでの通電を、当該通電モードに対応する位置に収束するのに要する時間だけ継続する同期電動機の駆動装置。

上記構成によると、第１回目の通電モードに対応する位置に収束してから第２回目の通電モードに切り替えられるから、第１回目の通電モードに対応する位置に向けて回動している途中であって、第２回目の通電モードでの合成磁束の向きと正反対の位置で、第２回目の通電モードに切り替えられてしまうことがなく、第２回目の通電モードに対応する位置に位置決めできる。

１…電動オイルポンプ、２…モータ（３相同期電動機）、３…モータ制御装置、２１２…モータ駆動回路、２１３…制御器、２１５Ｕ，２１５Ｖ，２１５Ｗ…巻線、２１６…永久磁石回転子、２１７ａ〜２１７ｆ…スイッチング素子、２５１…ＰＷＭ発生器、２５２…ゲート信号切替器、２５３…通電モード決定器、２５４…比較器、２５５…電圧閾値切替器、２５６…非通電相電圧選択器

Claims (3)

1. ３相同期電動機の３相巻線のうち、通電する２つの相を選択する６通りの通電モードを切り替えることで、前記３相同期電動機を回転駆動する同期電動機の駆動装置であって、
   非通電相の電圧と電圧閾値との比較に基づいて前記６通りの通電モードを順次切り替える通電モード切替手段と、
   前記３相同期電動機を起動するときに、前記６通りの通電モードのうちの１つで各相に対する通電を行って前記３相同期電動機を位置決めする処理を、相互に異なる通電モード に従って２回以上行う位置決め手段と、
   前記位置決め手段が前記３相同期電動機を位置決めした角度に対応する通電モードから次の通電モードを１つ飛ばした通電モードに切り替えて、前記３相同期電動機を起動させ、その後、前記通電モード切替手段による通電モードの切り替えを行わせる起動制御手段と、
   前記位置決め手段によって切り替えられる通電モードにおける非通電相の誘起電圧に基 づいて前記電圧閾値を学習する学習手段と、
   を備えた同期電動機の駆動装置。
2. 前記位置決め手段は、前記通電モード切替手段による前記通電モードの切り替え順に沿 って位置決め用の通電モードを切り替える、請求項１記載の同期電動機の駆動装置。
3. 前記３相同期電動機は、自動車用オートマチックトランスミッションにオイルを圧送す る電動オイルポンプを駆動する電動機であり、
   エンジンで駆動されてオイルを前記自動車用オートマチックトランスミッションに圧送 する機械式オイルポンプが、前記電動オイルポンプと並列に設けられ、
   前記エンジンが一時的に停止される場合に、前記３相同期電動機によって前記電動オイ ルポンプを駆動するよう構成され、
   前記学習手段は、前記機械式オイルポンプの運転中に前記位置決め手段を作動させて前 記電圧閾値を学習する、請求項１又は２記載の同期電動機の駆動装置。