JP5857825B2 - モータ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、電力変換回路のスイッチング素子を操作することで、q軸インダクタンスがd軸インダクタンスより大きい三相モータに電圧を印加するモータ制御装置に関する。

ブラシレスモータをセンサレスで駆動する方式として、ステータのコイルに誘起される誘起電圧が基準電圧と一致するゼロクロスタイミングに基づいて、モータの各相に矩形波形状の電圧を印加する方式が知られている。特に、モータの回転速度、トルク、及び電流を制御する場合は、矩形波形状の電圧をパルス幅変調（ＰＷＭ）して印加するＰＷＭ制御方式が知られている。

ＰＷＭ制御方式の１つとして、３相電力変換回路に含まれる３組の上下スイッチング素子のうち、第３相の上下スイッチング素子をオフにし、第２相の下スイッチング素子をオンにし、第１相の上スイッチング素子をオンオフして電圧を印加する方式（非相補ＰＷＭ方式）がある。この方式は、第１相の上スイッチング素子をオンした期間でしかゼロクロスタイミングを検出できないため、デューティ比が小さい低速時においてロータの磁極位置を検出することが困難という問題がある。

これに対し、特許文献１や特許文献２のように、３相電力変換回路に含まれる３組の上下スイッチング素子のうち、第３相の上下スイッチング素子をオフにしたまま、第１相の上スイッチング素子をオンにし第２相の下スイッチング素子をオンにした第１状態と、第１相の下スイッチング素子をオンにし第２相の上スイッチング素子をオンにした第２状態とを交互に切り替えて電圧を印加する方式（相補ＰＷＭ方式）がある。なお、相補ＰＷＭ方式では、各相の上下スイッチング素子の一方がオンの時に他方はオフにされる。

特許第４５１３８６３号公報 特開２０１１−３０３８５号公報

特許文献１では、第３相の端子に現れる誘起電圧と基準電圧とが一致するタイミングを、ゼロクロスタイミングとしている。しかしながら、特許文献１では、ロータの磁極位置の変化による巻線インダクタンスの変化は考慮されていない。q軸インダクタンスがd軸インダクタンスより大きいＩＰＭモータ等では、ロータの磁極位置に応じてインダクタンスが変化する。そのため、第３相の端子に現れる誘起電圧は、スイッチング素子を第１状態と第２状態とに切り替えるごとに、上下に変動する。それゆえ、ロータの磁極位置を誤検出してしまうおそれがある。

一方、特許文献２では、第１状態のときの第３相の端子電圧と、第２状態のときの第３相の端子電圧との差がゼロとなるタイミングを、ゼロクロスタイミングとしている。この検出方法では、電圧デューティ比を１００％とした場合、一方のスイッチング状態が存在しないこととなり、ゼロクロスタイミングを検出できない。よって、電圧デューティ比を１００％とした場合は、第３相の電圧と基準電圧とを比較する方法などに切り替える必要がある。なお、電圧デューティ比が１００％に近い場合でも、いわゆるリンギングにより電圧が安定しないため、第１状態のときの第３相の端子電圧と、第２状態のときの第３相の端子電圧との差がゼロとなるタイミングを検出することは難しい。

本発明は、上記実情を鑑みてなされたものである。本発明は、低速時から高速時まで、簡易な方法で精度良くロータの磁極位置を検出可能なモータ制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明はq軸インダクタンスがd軸インダクタンスより大きい三相モータに接続された電力変換回路のスイッチング素子を操作することで、前記モータに電圧を印加するモータ制御装置であって、前記モータの第１相から第２相へ通電する場合に、前記第１相が前記電力変換回路の高電位側入力端子に前記第２相が前記電力変換回路の低電位側入力端子にそれぞれ導通された第１スイッチング状態と、前記第１相が前記電力変換回路の低電位側入力端子に前記第２相が前記電力変換回路の高電位側入力端子にそれぞれ導通された第２スイッチング状態とを、交互に切り替えるように前記スイッチング素子を操作するパルス幅変調手段と、前記第１相から前記第２相に通電する場合に、前記モータの第３相の端子に生じる誘起電圧が基準電圧と一致するゼロクロスタイミングの検出に基づいて、前記モータに含まれるロータの磁極位置を検出する位置検出手段とを備え、前記位置検出手段は、前記パルス幅変調手段により前記第１スイッチング状態に切り替えられている期間であることを条件として、前記磁極位置を検出する。

上記構成によれば、三相モータの第１相が電力変換回路の高電位側入力端子に第２相が電力変換回路の低電位側入力端子にそれぞれ導通された第１スイッチング状態と、第１相が電力変換回路の低電位側入力端子に第２相が電力変換回路の高電位側入力端子にそれぞれ導通された第２スイッチング状態とを、交互に切り替えるようにスイッチング素子を操作して、モータの第１相から第２相へ通電させる。そして、第１スイッチング状態の期間において、モータの第３相の端子に生じる誘起電圧が基準電圧と一致するゼロタイミングの検出に基づいて、ロータの磁極位置を検出する。

突極性を有するモータの場合、ロータの磁極位置の変化に伴い、巻線インダクタンスが変化する。それにより、第１スイッチング状態の期間において第３相の端子に生じる誘起電圧は、突極性を有しないモータの場合と比較して、基準電圧との差が大きくなる方向に変動する。一方、第２スイッチング状態の期間において第３相の端子に生じる誘起電圧は、突極性を有しないモータの場合と比較して、基準電圧との差が小さくなる方向に変動する。

したがって、基準電圧との差が大きくなる第１スイッチング状態の期間では、ゼロクロスタイミングを精度よく検出することができる。よって、第１スイッチング状態の期間である場合にロータの磁極位置を検出し、第１スイッチング状態の期間でない場合にロータの磁極位置を検出しないようにすることにより、低速回転時から高速回転時まで、簡易な方法でロータの磁極位置を精度良く検出することができる。

モータシステムを示す回路図。 スイッチング操作態様の推移を示すタイミングチャート。 第１スイッチング状態を示す回路図。 第２スイッチング状態を示す回路図。 インダクタンスの変化を示すグラフ。 Ｗ相端子電圧（突極比＝１）を示す図。 Ｗ相端子電圧（突極比＞１）を示す図。 Ｗ相端子電圧（低速回転時）を示す図。 Ｗ相端子電圧（高速回転時）を示す図。 センサレス駆動制御の処理手順を示すフローチャート。 リンキング対策図。

モータ制御装置を車両用エアコンのファンモータに適用した一実施形態について図面を参照しつつ説明する。まず、図１を参照して、本実施形態にかかるモータ制御装置を適用したモータシステムの全体構成を説明する。

モータ１０は、ロータに永久磁石を埋設し、ステータにコイルを巻きつけた３相のＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）モータである。ステータの３つの相は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の順に、０°から電気角１２０°ピッチで配置されている。また、モータ１０は、ロータの磁極位置を検出するホール素子等を備えていない、センサレスモータである。後述するモータ制御装置２０が、コイルの各相に発生する誘起電圧のゼロクロスタイミングに基づいてロータの磁極位置を検出し、モータ１０の通電相を切り替えている。

モータ１０の各相には、電圧を印加するインバータ１２（電力変換回路）が接続されている。インバータ１２は、３相インバータであり、スイッチング素子ＳＷ１とＳＷ２との直列接続体と、スイッチング素子ＳＷ３とＳＷ４との直列接続体と、スイッチング素子ＳＷ５とＳＷ６との直列接続体とが並列接続されたブリッジ回路である。そして、上アーム側スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ３及びＳＷ５は、バッテリ１４の正極側（高電位側入力端子）と接続され、下アーム側スイッチング素子ＳＷ２、ＳＷ４及びＳＷ６は、バッテリ１４の負極側（低電位側入力端子）及びＧＮＤと接続されている。さらに、スイッチング素子ＳＷ１とスイッチング素子ＳＷ２とを直列接続する接続点と、スイッチング素子ＳＷ３とスイッチング素子ＳＷ４とを直列接続する接続点、及びスイッチング素子ＳＷ５とスイッチング素子ＳＷ６とを直列接続する接続点は、それぞれモータのＵ相、Ｖ相、Ｗ相と接続されている。また、スイッチング素子ＳＷ１〜６には、それぞれフライホイールダイオードＤ１〜６が並列接続されている。

なお、上アーム側スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ３及びＳＷ５は、ＰチャネルＭＯＳ電界効果型トランジスタから構成され、モータ制御装置２０から各ゲート電極に負電圧を印加されると、閉状態（オン状態）となる。一方、下アーム側スイッチング素子ＳＷ２、ＳＷ４及びＳＷ６は、ＮチャネルＭＯＳ電解効果トランジスタから構成され、モータ制御装置２０から各ゲート電極に正電圧を印加されると、閉状態となる。また、フライホイールダイオードＤ１〜６は、ＭＯＳ電界効果トランジスタの寄生ダイオードとして構成されている。

モータ制御装置２０は、位置検出手段及びパルス幅変調手段を含み、スイッチング素子ＳＷ１〜６を操作して、モータ１０を矩形波駆動させる。詳しくは、ゼロクロスタイミングに基づいてロータの磁極位置を検出する。そして、ロータの磁極位置に基づいてモータ１０の通電相を切り替え、ロータを回転させる。また、モータ制御装置２０は、ＰＷＭでスイッチング素子ＳＷ１〜６に印加する電圧を制御することにより、モータ１０の回転速度やトルク、電流を制御する。なお、モータ制御装置２０は、例えば専用制御ＩＣやマイクロコンピュータにより構成される。

ロータの磁極位置の検出に用いられるゼロクロスタイミングは、モータ１０の各相の端子電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに誘起電圧が現れる期間において、誘起電圧が基準電圧と一致するタイミングとして検出される。具体的には、各相の端子電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを、それぞれ比較器２４〜２６の＋入力端子に入力し、基準電圧を比較器２４〜２６の−入力端子に入力する。比較器２４〜２６のそれぞれの出力が反転したタイミングを、ゼロクロスタイミングとして検出する。そして、ゼロクロスタイミングから所定の電気角（例えば３０°）遅角したタイミングにおいて、通電相を切り替えるようにスイッチング素子ＳＷ１〜６を操作する。なお、基準電圧は、バッテリ１４の電圧（電源電圧）を、同じ大きさの抵抗Ｒ１とＲ２で分圧した電圧である。すなわち、基準電圧は、電源電圧の半分の電圧である。したがって、基準電圧は、モータ１０の端子電圧を平均化した電圧である仮想中性点電圧のように、誘起電圧に応じて変動することはない。また、端子電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗは、それぞれ抵抗Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗにより比較器２４〜２６の電源電圧範囲内に収まる電圧とされ、比較器２４〜２６に入力される。

図２（ａ）〜（ｆ）に、スイッチング素子ＳＷ１〜６の操作態様の推移をそれぞれ示す。また、図２（ｇ）と（ｈ）に、ゼロクロスタイミングと転流（通電相の切り替え）タイミングとをそれぞれ示す。図示されるように、インバータ１２の３つの相のうち１つの相は、上アーム側と下アーム側の両スイッチング素子が開状態（オフ状態）となっている。一方、他の２つの相は、一方の相の上アーム側スイッチング素子と他の相の下アーム側スイッチング素子とが閉となる第１スイッチング状態と、一方の相の下アーム側スイッチング素子と他の相の上アーム側スイッチング素子とが閉となる第２スイッチング状態とが交互に切り替えられている。この場合、各相の上下スイッチング素子の一方が閉状態のとき、他方は開状態となっている。以下、図３及び図４を参照しつつ、詳しく説明する。

図３及び図４は、図２のＡ期間の回路を示す。Ａ期間では、モータ１０のＶ相（第１相）からＵ相（第２相）へ通電する。図３は、ＳＷ３及びＳＷ２を閉状態とし、Ｖ相がバッテリ１４の正極側（インバータ１２の高電位側入力端子）に、Ｕ相がバッテリ１４の負極側（インバータ１２の低電位側入力端子）にそれぞれ導通された第１スイッチング状態を示す。この場合、Ｖ相の端子電圧Ｖｖは、バッテリ１４の電圧ＶＢ（より正確には、これよりもスイッチング素子ＳＷ３のソースとドレイン間の電圧降下量程度低い値）となる。また、Ｕ相の端子電圧Ｖｕは、接地電位ＧＮＤ（より正確には、これよりもスイッチング素子ＳＷ２のソースとドレイン間の電圧降下量程高い値）となる。なお、開状態のＳＷ５及びＳＷ６と接続されているモータ１０のＷ相（第３相）は、ハイインピーダンス状態となっている。モータ制御装置２０は、非通電相であるＷ相の端子に生じる誘起電圧が基準電圧と一致するゼロクロスタイミングの検出に基づいて、ロータの磁極位置を検出する。

図４は、図３の第１スイッチング状態から、ＳＷ１及びＳＷ４を閉状態とした第２スイッチング状態に切り替えた場合を示す。第２スイッチング状態は、Ｖ相がバッテリ１４の負極側（インバータ１２の低電位側入力端子）に、Ｕ相がバッテリ１４の正極側（インバータ１２の高電位側入力端子）にそれぞれ導通されたスイッチング状態となる。この切り替えに際しては、コイルのインダクタンスにより、スイッチング状態を切り替えた後も、スイッチング状態を切り替える前と同じようにＶ相からＵ相へ電流を流そうとする起電力が生じる。このため、ＳＷ４からＶ相へ電流が流れ、Ｕ相からＳＷ１へ電流が流れる。この場合、Ｖ相の端子電圧Ｖｖは、接地電位ＧＮＤ（より正確には、これよりもスイッチング素子ＳＷ４のソースとドレイン間の電圧降下量程低い値）となる。また、Ｕ相の端子電圧Ｖｕは、バッテリ１４の電圧ＶＢ（より正確には、これよりもスイッチング素子ＳＷ１のソースとドレイン間の電圧降下量程度高い値）となる。なお、Ｗ相は、第１スイッチング状態と同様に、ハイインピーダンス状態となっている。

図２のＡ期間では、図３の第１スイッチング状態と図４の第２スイッチング状態が交互に切り替えられる。すなわち、モータ１０の第１相から第２相へ通電する場合、第１相がインバータ１２の高電位側入力端子に、第２相がインバータ１２の低電位側入力端子にそれぞれ導通された第１スイッチング状態と、第１相がインバータ１２の低電位側入力端子に、第２相がインバータ１２の高電位側入力端子にそれぞれ導通された第２スイッチング状態とを、交互に切り替えるようにスイッチング素子がＰＷＭ信号により制御される。これによりＰＷＭ信号に応じた電圧がモータ１０に印加される。なお、通電相の組み合わせは６パターンあり、６０°ごとに切り替えられて合計で１周期（電気角３６０°）となる。

次に、非通電相に現れる誘起電圧の変動について述べる。図５に、ロータがＵ相からＶ相の方向へ電気角で３６０°回転する際における、モータ１０の各相のインダクタンスＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗを示す。図示されるように、各相のインダクタンスＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗは、ロータの磁極位置に応じて変動している。ここで、ロータの磁極が作る磁束の方向をｄ軸と設定し、ｄ軸と電気的、磁気的に直交する方向をｑ軸と設定する。そうすると、突極性を有するモータ１０では、ｄ軸のインダクタンスＬｄとｑ軸のインダクタンスＬｑの比（突極比）Ｌｑ／Ｌｄが１より大きくなる。よって、モータ１０の各相のインダクタンスＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗは、ロータの磁極位置に応じて変動する。なお、突極性を有しない（突極比＝１）モータの場合は、各相のインダクタンスＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗは、ロータの磁極位置に関わらず一定である。

図６は、突極性を有しないモータのＶ相（第１相）からＵ相（第２相）に通電した際に、Ｗ相（第３相）の端子に現れる誘起電圧を示す。この場合、第１スイッチング状態のデューティ比を５５％、第２スイッチング状態のデューティ比を４５％とし、第１スイッチング状態と第２スイッチング状態を交互に切り替えて、Ｖ相からＵ相に通電している。図示されるように、第１スイッチング状態に切り替えられている期間の誘起電圧と、第２スイッチング状態に切り替えられている期間の誘起電圧とは、同じ曲線上に乗っている。すなわち、第１スイッチング状態に切り替えられている期間と第２スイッチング状態に切り替えられている期間とにおいて、誘起電圧の変動はない。

一方、図７は、突極性を有するモータ１０のＶ相（第１相）からＵ相（第２相）に通電した際に、Ｗ相（第３相）の端子に現れる誘起電圧を示す。破線は、突極比＝１の場合の誘起電圧である。図５に示すように、ロータ位置が０°〜６０°ではＬｕ＜Ｌｖ、６０°〜１２０°ではＬｕ＞Ｌｖとなる。この場合も、図６と同様に、第１スイッチング状態のデューティ比を５５％、第２スイッチング状態のデューティ比を４５％とし、第１スイッチング状態と第２スイッチング状態を交互に切り替えて、Ｖ相からＵ相に通電している。

図示されるように、第１スイッチング状態に切り替えられている期間の誘起電圧は、突極比＝１の場合の誘起電圧より振幅が大きくなっている。すなわち、突極比＝１の場合と比較して、基準電圧との差が大きくなる方向に変動している。これに対し、第２スイッチング状態に切り替えられている期間の誘起電圧は、突極比＝１の場合の誘起電圧より振幅が小さくなっている。すなわち、突極比＝１の場合と比較して、基準電圧との差が小さくなる方向に変動している。そのため、突極性を有するモータの場合、第１スイッチング状態と第２スイッチング状態とを切り替えるごとに、誘起電圧が変動する。

さらに、モータ１０が低速回転している場合及び高速回転している場合において、誘起電圧の変動について詳しく述べる。図８に、モータ１０のロータが低速回転（１０００ｒｐｍ）している場合において、Ｗ相（第３相）の端子に現れる誘起電圧を示す。振幅の大きい曲線（実線）は、第１スイッチング状態でＶ相（第１相）からＵ相（第２相）に通電したときの誘起電圧である。振幅の小さい曲線（一点鎖線）は、第２スイッチング状態でＶ相（第１相）からＵ相（第２相）に通電したときの誘起電圧である。破線は、突極比＝１の場合の誘起電圧である。

図示されるように、第１スイッチング状態においては、基準電圧と一致するゼロクロスタイミングは、ロータの位置が６０°の時にのみ検出される。しかしながら、第２スイッチング状態においては、ロータの位置が６０°のとき以外にも、ゼロクロスタイミングが検出される。低速回転時では、非通電相に生じる誘起電圧が小さい。第２スイッチング状態では、非通電相に生じる誘起電圧と基準電圧との差は特に小さくなる。そのため、本来のゼロクロスタイミング以外のタイミングでも、誘起電圧と基準電圧が一致してしまうことがある。したがって、第２スイッチング状態に切り替えられている期間において、ゼロクロスタイミングの検出に基づいてロータの磁極位置を検出すると、誤検出するおそれがある。一方、第１スイッチング状態に切り替えられている期間では、ゼロクロスタイミングの検出に基づいてロータの磁極位置を精度良く検出できる。そこで、第１スイッチング状態に切り替えられている期間であることを条件として、ロータの磁極位置を検出する。

また、図９に、モータ１０のロータが高速回転（５０００ｒｐｍ）している場合において、Ｖ相（第１相）からＵ相（第２相）に通電した際に、Ｗ相（第３相）の端子に現れる誘起電圧を示す。低速回転時では、非通電相に生じる誘起電圧が小さいため、第２スイッチング状態に切り替えられている期間においてロータの磁極位置を検出すると、誤検出するおそれがあるという問題があった。これに対して、高速回転時では、図示されるように、非通電相に生じる誘起電圧が大きい。そのため、第２スイッチング状態の期間においても、誘起電圧と基準電圧との差が大きくなり、ロータの磁極位置を精度良く検出できる。よって、高速回転時では、第２スイッチング状態に切り替えられている期間であっても、ロータの磁極位置を検出する。

次に、図１０を参照して、モータ１０をセンサレス駆動制御する処理手順を説明する。センサレス矩形波駆動の場合、始動時は誘起電圧が発生していないため、ゼロクロスタイミングの検出に基づいてロータの磁極位置を検出することができない。それゆえ、最初に強制的にロータを回転させ、特定の位置まで移動させる。

まずＳ１では、スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ４及びＳＷ６をオン状態にし、Ｕ相からＶ相とＷ相とに電流を流す。このようにすると、ステータの０°の位置にＳ極が生じ、Ｓ極と電気角１８０°隔てた位置にＮ極が生じる。そしてロータは、ステータに生じた磁極により強制的に回転される。これを１回か２回行うと、ロータは、ステータの磁極位置に対応して、Ｎ極が０°、Ｓ極が１８０°となる位置に移動する。このようにして、ロータの初期位置が決定される。

続いて、Ｓ２において、スイッチング素子ＳＷ３及びＳＷ２をオン状態にし、Ｖ相からＵ相へ通電させる。このとき、Ｗ相はハイインピーダンス状態とする。このようにすると、ステータの電気角１５０°の位置にＳ極が生じ、電気角３３０°の位置にＮ極が生じる。よって、ロータは、０°から１５０°の方向（Ｕ相からＶ相の方向）へ回転を始める。

そして、ロータが電気角６０°回転したところで、Ｗ相の端子に生じる誘起電圧が基準電圧と一致する。よって、Ｗ相の端子に生じる誘起電圧が基準電圧と一致したタイミングにおいて、ロータの磁極位置を６０°と検出する（Ｓ３）。これにより、ロータの磁極位置の最初の検出が行われる。なお、ロータの磁極位置の最初の検出は、周知の他の方法を用いて行ってもよい。

その後は、通常のセンサレス駆動を始める（Ｓ４）。詳しくは、最初に検出した磁極位置６０°から電気角３０°遅角したタイミングで、通電相を切り替え、Ｗ相からＵ相へ電流を流す。そして、Ｖ相に現れる誘起電圧と基準電圧が一致したタイミングをゼロクロスタイミングとして検出し、それから電気角３０°遅角したタイミングで、通電相を切り替える。このように、図３に示したスイッチング操作態様で、順次通電相を切り替えて、モータ１０を駆動させる。ここでは、第１スイッチング状態に切り替えられている期間であることを条件として、ロータの磁極位置の検出を行う。

次に、ロータの回転速度が所定回転速度より速いかどうか判定を行う（Ｓ５）。ロータの回転速度が所定回転速度以下の場合は（Ｎ０）、そのまま、第１スイッチング状態に切り替えられている期間であることを条件として、ロータの磁極位置の検出し、センサレス駆動を行う。

一方、ロータの回転速度が所定回転速度より速い場合は（ＹＥＳ）、第１スイッチング状態に切り替えられている期間に加えて、第２スイッチング状態に切り替えられている期間においても、ロータの磁極位置の検出を行う（Ｓ６）。

なお、図１１に示すように、上アーム側のスイッチング素子と下アーム側のスイッチング素子とを切り替える際に、リンギングが発生する。そこで、Ｓ４及びＳ６において、磁極位置の検出をする際は、スイッチング素子をオンにした直後から所定時間経過するまでは、磁極位置の検出をしない。以上で、モータ１０をセンサレス駆動制御する処理を終える。

以上説明した本実施形態は以下の効果を奏する。

・突極性を有するモータ１０の場合、ロータの磁極位置の変化に伴い、インダクタンスＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗが変化する。それにより、第１スイッチング状態の期間において第３相の端子に生じる誘起電圧は、突極性を有しないモータの場合と比較して、基準電圧との差が大きくなる方向に変動する。一方、第２スイッチング状態の期間において第３相の端子に生じる誘起電圧は、突極性を有しないモータの場合と比較して、基準電圧との差が小さくなる方向に変動する。

したがって、基準電圧との差が大きくなる第１スイッチング状態の期間では、ゼロクロスタイミングを精度よく検出することができる。よって、第１スイッチング状態の期間である場合にロータの磁極位置を検出し、第１スイッチング状態の期間でない場合にロータの磁極位置を検出しないようにすることにより、低速回転時から高速回転時まで、簡易な方法でロータの磁極位置を精度良く検出することができる。また、低速回転時から、センサレス駆動が可能なため、騒音を抑制できる。

・低速回転時では、第３相の端子に生じる誘起電圧が小さいため、第２スイッチング状態の期間においてロータの磁極位置の検出を行うと、誤検出するというおそれがある。しかしながら、高速回転時では、第３相の端子に生じる誘起電圧が大きい。そのため、第２スイッチング状態の期間においても、第３相の端子に生じる誘起電圧と基準電圧との差は大きい。したがって、高速回転時では、第２スイッチ状態の期間においてもゼロクロスタイミングが精度良く検出される。よって、高速回転時では、第２スイッチ状態に切り替えられている期間であっても、ロータの磁極位置の検出を行う。これにより、検出機会が増え、ロータの磁極位置の検出精度が向上する。

・基準電圧を電源電圧の半分の電圧とすると、モータ１０の端子電圧を平均化した電圧である仮想中性点電圧を基準電圧とする場合と比較して、基準電圧が誘起電圧の影響を受けて変動することがない。それゆえ、第３相の端子に生じる誘起電圧と基準電圧との差を大きくできるため、ロータの磁極位置の検出精度が向上する。

・リンキングにより第３相の端子に生じる誘起電圧が不安定になっている期間は、ロータの磁極位置の検出をしないことにより、ゼロクロスタイミングの誤検出を抑制することができる。

さらに、上記実施形態に限定されず、例えば次のように実施することができる。

・ロータの回転速度によらず、第１スイッチング状態に切り替えられている期間でのみ、ロータの磁極位置検出を行うようにしてもよい。ロータが高速回転している場合は上記実施形態よりも位置検出機会は減少するが、第１スイッチング状態に切り替えられている期間でのみ位置検出を行っても、精度良くロータの磁極位置を検出できる。

・上記実施形態よりも位置検出精度は低下するものの、基準電圧をモータ１０の仮想中性点電圧としてもよい。

・ロータの回転速度が所定回速度より速い場合であっても、電圧デューティ比が所定値より大きいときは、第１スイッチング状態に切り替えられている期間でのみ、ロータの磁極位置の検出を行うようにしてもよい。電圧デューティ比が１００％近い値のときは、第２スイッチング状態でのパルス幅は非常に狭くなる。そのため、第２スイッチング状態の期間では、ロータの磁極位置の検出が難しくなるので、位置検出を行わないようにしてもよい。

・モータ１０は、q軸インダクタンスよりd軸インダクタンスが大きいモータとして、インセット型ＳＰＭモータを採用してもよい。また、固定子の磁気飽和により、q軸インダクタンスがd軸インダクタンスより大きくなるＳＰＭモータを採用してもよい。

１０…モータ、１２…インバータ、１４…バッテリ、２０…モータ制御装置、２４〜２６…比較器。

Claims (6)

1. q軸インダクタンスがd軸インダクタンスより大きい三相モータ（１０）に接続された電力変換回路（１２）のスイッチング素子（ＳＷ１〜６）を操作することで、前記モータに電圧を印加するモータ制御装置（２０）であって、
   前記モータの第１相から第２相へ通電する場合に、前記第１相が前記電力変換回路の高電位側入力端子に前記第２相が前記電力変換回路の低電位側入力端子にそれぞれ導通された第１スイッチング状態と、前記第１相が前記電力変換回路の低電位側入力端子に前記第２相が前記電力変換回路の高電位側入力端子にそれぞれ導通された第２スイッチング状態とを、交互に切り替えるように前記スイッチング素子を操作するパルス幅変調手段と、
   前記第１相から前記第２相に通電する場合に、前記モータの第３相の端子に生じる誘起電圧が基準電圧と一致するゼロクロスタイミングの検出に基づいて、前記モータに含まれるロータの磁極位置を検出する位置検出手段とを備え、
   前記位置検出手段は、前記パルス幅変調手段により前記第１スイッチング状態に切り替えられている期間であることを条件として、前記磁極位置を検出することを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記位置検出手段は、前記ロータが所定回転速度より速く回転している場合、前記パルス幅変調手段により前記第２スイッチング状態に切り替えられている期間であっても、前記磁極位置を検出する請求項１に記載のモータ制御装置。
3. q軸インダクタンスがd軸インダクタンスより大きい三相モータ（１０）に接続された電力変換回路（１２）のスイッチング素子（ＳＷ１〜６）を操作することで、前記モータに電圧を印加するモータ制御装置（２０）であって、
   前記モータの第１相から第２相へ通電する場合に、前記第１相が前記電力変換回路の高電位側入力端子に前記第２相が前記電力変換回路の低電位側入力端子にそれぞれ導通された第１スイッチング状態と、前記第１相が前記電力変換回路の低電位側入力端子に前記第２相が前記電力変換回路の高電位側入力端子にそれぞれ導通された第２スイッチング状態とを、交互に切り替えるように前記スイッチング素子を操作するパルス幅変調手段と、
   前記第１相から前記第２相に通電する場合に、前記モータの第３相の端子に生じる誘起電圧が基準電圧と一致するゼロクロスタイミングの検出に基づいて、前記モータに含まれるロータの磁極位置を検出する位置検出手段とを備え、
   前記位置検出手段は、前記パルス幅変調手段により前記第１スイッチング状態に切り替えられている期間のみに、前記磁極位置を検出することを特徴とするモータ制御装置。
4. 前記基準電圧は、電源電圧の半分の電圧である請求項１〜３のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
5. 前記位置検出手段は、前記スイッチング素子をオン状態にした直後から所定時間経過するまでは、前記磁極位置を検出しない請求項１〜４のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
6. 前記モータは、前記ロータに永久磁石を埋設したＩＰＭモータである請求項１〜５のいずれか１項に記載のモータ制御装置。

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