JP6170455B2 - ブラシレスモータの制御装置及び制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、ブラシレスモータの制御装置及び制御方法に関し、詳しくは、３相ブラシレスモータの通電モードの切り替え判定を、センサレスで行う制御装置及び制御方法に関する。

従来のブラシレスモータの制御装置及び制御方法として、３相ブラシレスモータにおいて、２相にＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号に応じたパルス電圧を印加する通電モードを、パルス電圧の印加中に非通電相に誘起されるパルス誘起電圧が通電モードごとに定められる閾値を横切ったときに、切り替えるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

ここで、２相にパルス電圧を印加した直後にはパルス誘起電圧が振れるため、ブラシレスモータを低速で回転させるためにＰＷＭ信号のデューティを小さくすると、パルス誘起電圧の振れ期間内でパルス誘起電圧をサンプリングすることになり、通電モードの切り替えタイミングを誤る可能性がある。

このため、特許文献１のブラシレスモータの制御装置及び制御方法では、ＰＷＭ信号の連続する複数周期のうちの所定周期（以下、「主周期」という）において非通電相のパルス誘起電圧を検出するようにして、主周期におけるＰＷＭ信号のデューティ（以下、「主周期デューティ」という）を、パルス誘起電圧が振れ期間内でサンプリングされないように下限デューティに制限し、また、ＰＷＭ信号の複数周期のうち主周期以外の他の周期（以下、「調整周期」という）におけるＰＷＭ信号のデューティ（以下、「調整周期デューティ」という）を主周期デューティよりも小さく設定し、主周期デューティと調整周期デューティとを平均化した平均デューティが、回転速度フィードバック制御などで設定されるデューティ（以下、「設定デューティ」という）となるように調整している。

特開２０１３−６６３４３号公報

ところで、設定デューティを下限デューティより小さい０に近い値にする場合、主周期デューティは下限デューティに制限されているため、調整周期デューティを負の値まで低下させる、すなわち、調整周期において主周期のときと逆方向に電流を流すようにして、主周期と逆の方向にトルクを発生させることが考えられる。

また、電流の上流相・下流相のいずれであるかに応じて、各相に接続された２つのスイッチング素子のうち上段又は下段の一方にＰＷＭ信号を印加するのに対し、他方のスイッチング素子に逆位相のＰＷＭ信号を印加する相補ＰＷＭ方式を実施する場合、上段スイッチング素子がオンしている時間と下段スイッチング素子がオンしている時間とが重複してアーム短絡が発生しないように、２つのスイッチング素子がいずれもオフするデッドタイムを設けることがある。

しかしながら、このようにデッドタイムを設けつつ、調整周期デューティを負の値にして、調整周期において主周期と逆方向に電流を流すようにすると、デッドタイム中に相端子電圧が意に反した変動を起こし、これにより、調整周期における通電時間がデッドタイムに相当する分だけ増大してしまう。

したがって、調整周期デューティが負の値となる範囲では、調整周期デューティがデッドタイムに応じて実質的に減少して平均デューティも実質的に低下するので、調整周期デューティの値が正から負に変わると、ブラシレスモータの回転速度が急激に低下するギャップが発生し、かかるギャップが存在する状態で回転速度フィードバック制御を行うと、設定デューティの値によっては、ブラシレスモータの回転速度がハンチングをおこすおそれがある。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、設定デューティに対するブラシレスモータの回転速度の線形性を向上させる、ブラシレスモータの制御装置及び制御方法を提供することを目的とする。

このため、本発明に係るブラシレスモータの制御装置及び制御方法では、３相ブラシレスモータの２相に対してスイッチング素子がパルス幅変調信号に応じたパルス電圧を印加する通電モードを、非通電相に誘起されるパルス誘起電圧に基づいて切り替えることを前提として、パルス幅変調信号の設定デューティが第１所定値未満である場合、２相の一方に接続されたスイッチング素子に印加するパルス幅変調信号の連続する複数周期のうち所定周期を、パルス誘起電圧を検出する周期として第１所定値に制限し、パルス幅変調信号の連続する複数周期のうち所定周期以外の他の周期において、設定デューティが第１所定値未満の第２所定値以上の場合に２相の一方に接続されたスイッチング素子に印加し、設定デューティが第２所定値未満の場合に２相の他方に接続されたスイッチング素子に印加するパルス幅変調信号のデューティを、制限された所定周期のデューティ、及び設定デューティに基づいて調整し、設定デューティが第２所定値未満である場合に所定周期のデューティを増大補正する。

本発明のブラシレスモータの制御装置及び制御方法によれば、設定デューティに対するブラシレスモータの回転速度の線形性を向上させることができるので、回転速度によるフィードバック制御において、ブラシレスモータの回転速度に発生するハンチングの可能性を低減し得る。

エンジンを冷却する冷却システムの一例を示す構成図である。 ブラシレスモータ及びその制御装置の一例を示す回路構成図である。 制御ユニットの一部の構成を示すブロック図である。 ブラシレスモータの通電モードの一例を示すタイムチャートである。 パルス誘起電圧の検出タイミングを示すタイミングチャートである。 パルス誘起電圧の別の検出タイミングを示すタイムチャートである。 ＰＷＭ信号の主周期と調整周期を示すタイムチャートである。 電動ウォータポンプの駆動条件成立を判定するフローチャートである。 モータ制御処理のうちメインルーチンの一例を示すフローチャートである。 センサレス制御サブルーチンの前半部を例示するフローチャートである。 目標回転速度の演算の一例を示す説明図である。 第１の印加デューティ設定を示すタイムチャートである。 第２の印加デューティ設定を示すタイムチャートである。 第３の印加デューティ設定を示すタイムチャートである。 印加デューティの設定を示すデューティ設定図である。 通電モードＭ３・第３の印加デューティ設定におけるＶ相及びＷ相端子電圧を示すタイムチャートである。 図１６の期間Ｔ１における電流の流れ・大きさを説明する回路図である。 図１６の期間Ｔ２における電流の流れ・大きさを説明する回路図である。 図１６の期間Ｔ３における電流の流れ・大きさを説明する回路図である。 図１６の期間Ｔ４における電流の流れ・大きさを説明する回路図である。 図１６の期間Ｔ５における電流の流れ・大きさを説明する回路図である。 図１６の期間Ｔ６における電流の流れ・大きさを説明する説明図である。 調整周期デューティの実質的な減少を示すデューティ設定図である。 主周期デューティの増大補正を説明するデューティ説明図である。 設定デューティ０における調整周期デューティの狙い値からの乖離を説明する説明図である。 設定デューティの負側における補正主周期デューティの調整を説明する説明図である。 設定デューティの負側における調整周期デューティの調整を説明する説明図である。 センサレス制御サブルーチンの後半部を例示するフローチャートである。

以下、添付された図面を参照し、本発明を実施するための実施形態について詳述する。
図１は、冷媒を循環させてエンジンを冷却する冷却システムの一例を示す。

車両に搭載されたエンジン１０のシリンダブロック、シリンダヘッドなどを冷却した冷媒としての冷却水は、第１の冷却水通路１２を介して、電動式のラジエータファン１４が併設されたラジエータ１６に導かれる。ラジエータ１６に導かれた冷却水は、フィンが取り付けられたラジエータコアを通過するときに外気と熱交換をし、その温度が低下する。そして、ラジエータ１６を通過することで温度が低下した冷却水は、第２の冷却水通路１８を介してエンジン１０へと戻される。なお、エンジン１０を冷却する冷媒として、冷却水以外にＬＬＣ（Long Life Coolant）を用いてもよい。

また、エンジン１０から排出された冷却水がラジエータ１６をバイパスするように、第１の冷却水通路１２と第２の冷却水通路１８とは、バイパス通路２０を介して連通接続されている。バイパス通路２０の下流端と第２の冷却水通路１８との接合箇所には、バイパス通路２０の通路面積を全開から全閉までの間で多段階又は連続的に開閉する電制サーモスタット２２が配設されている。電制サーモスタット２２は、例えば、駆動回路を介してＰＷＭ信号のデューティ（デューティ比）に応じて駆動される内蔵ヒータにより、同じく内蔵されたワックスが熱膨張することを利用して弁を開閉する開閉弁として構成することができる。従って、電制サーモスタット２２をデューティにより制御することで、ラジエータ１６を通過する冷却水の割合を変化させることができる。

第２の冷却水通路１８の下流端と電制サーモスタット２２のとの間には、エンジン１０とラジエータ１６との間で冷却水を強制的に循環させる、機械式ウォータポンプ２４及び電動ウォータポンプ２６が夫々配設されている。機械式ウォータポンプ２４は、エンジン１０の冷却水入口を塞ぐように取り付けられており、例えば、エンジン１０のカムシャフトによって駆動される。電動ウォータポンプ２６は、アイドルストップ機能によりエンジン１０が停止した場合にも冷却性能を発揮あるいは暖房機能を維持できるようにすべく、エンジン１０とは異なる駆動源である、後述のブラシレスモータによって駆動され、車両の電力系統は、アイドルストップ中においても、電動ウォータポンプ２６を駆動できるように構成されている。

ラジエータファン１４、電制サーモスタット２２、及び電動ウォータポンプ２６の駆動を制御する制御系として、エンジン１０から排出される冷却水の温度（冷却水温度）を検出する冷却水温度検出手段としての水温センサ２８、車速を検出する車速センサ３０、外気温を検出する温度センサ３２、エンジン回転速度を検出する回転速度センサ３４、エンジン負荷を検出する負荷センサ３６が取り付けられている。そして、水温センサ２８、車速センサ３０、温度センサ３２、回転速度センサ３４及び負荷センサ３６の出力信号は、コンピュータを内蔵したエンジンコントロールユニット（以下、「ＥＣＵ」という）３８に入力され、そのＲＯＭ（Read Only Memory）などに記憶された制御プログラムに従って、ラジエータファン１４、電制サーモスタット２２及び電動ウォータポンプ２６が制御される。

ＥＣＵ３８は、電動ウォータポンプ２６を駆動させるための駆動条件が成立しているか否かを、少なくともエンジン１０の運転中、繰り返し判定する。ＥＣＵ３８は、この駆動条件が成立していると判定した場合には、電動ウォータポンプ２６に対して駆動指令信号を出力する一方、駆動条件が成立していないと判定した場合には、電動ウォータポンプ２６の駆動を停止あるいは禁止する停止指令信号を出力する。

以上のようなエンジン１０の冷却システムにおいて、エンジン１０の始動時又は暖機途中に、エンジン１０及びその近傍における冷却水温度だけが上昇するホットスポットの発生を抑制して、熱歪みの低減、及び水温の検出性の向上を図るために、電動ウォータポンプ２６により比較的低い流量で冷却水を循環させる必要性が生じている。このため、電動ウォータポンプ２６を駆動するブラシレスモータには、制御可能な回転速度範囲を低回転速度側へ拡大することが求められている。

なお、本実施形態では、ブラシレスモータ１００は、エンジン１０を冷却する冷却システムに組み込まれた電動ウォータポンプ２６を駆動しているが、この他、自動変速機用の油圧ポンプシステムに組み込まれた電動オイルポンプを駆動するものであってもよく、ブラシレスモータ１００が駆動する対象機器を電動ウォータポンプ２６に限定するものではない。

図２は、電動ウォータポンプ２６を駆動するブラシレスモータ１００、及びその制御装置の一例を示す。
ブラシレスモータ１００は、３相ＤＣ（Direct Current）ブラシレスモータ（３相同期電動機）であり、スター結線したＵ相、Ｖ相、及びＷ相の３相巻線１１０ｕ，１１０ｖ，１１０ｗを、図示省略した円筒状のステータ（固定子）に備え、該ステータの中央部に形成した空間にロータ（永久磁石回転子）１２０を回転可能に備えている。

ブラシレスモータ１００の制御装置（以下、「モータ制御装置」という）２００は、駆動回路２１０と、マイクロコンピュータを備えた制御ユニット２２０と、を備え、制御ユニット２２０は、ＥＣＵ３８との間で通信を行う。モータ制御装置２００は、ブラシレスモータ１００の近傍に配置されるものに限られず、例えば、モータ制御装置２００のうち少なくとも制御ユニット２２０が、ＥＣＵ３８あるいは他のコントロールユニットと一体的に形成されてもよい。

駆動回路２１０は、逆並列のダイオード２１２ａ〜２１２ｆを含んでなるスイッチング素子２１４ａ〜２１４ｆを３相ブリッジ接続した回路と、電源電圧Ｖ_Ｂを発生する電源回路２３０とを有している。スイッチング素子２１４ａ，２１４ｃ，及び２１４ｅは、それぞれ、Ｕ相，Ｖ相，及びＷ相に接続された上アームの上段スイッチング素子であり、スイッチング素子２１４ｂ，２１４ｄ，及び２１４ｆは、それぞれ、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相に接続された下アームの下段スイッチング素子である。スイッチング素子２１４ａ〜２１４ｆは、例えば、ＦＥＴやＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）など、電力制御の用途に用いられる半導体素子で構成されている。スイッチング素子２１４ａ〜２１４ｆの制御端子（ゲート端子）は制御ユニット２２０に接続され、制御ユニット２２０は、スイッチング素子２１４ａ〜２１４ｆのオン・オフをパルス幅変調（Pulse Width Modulation：ＰＷＭ）によって制御することで、ブラシレスモータ１００に印加する電圧を制御している。

ＰＷＭ制御においては、三角波で設定されるキャリア信号の値（電圧レベル）と、印加電圧の指令値に基づいて設定される指示信号の値（電圧レベル）と、を比較してＰＷＭ信号を生成することで、各スイッチング素子２１４ａ〜２１４ｆをオン・オフさせるタイミングを検出している。

制御ユニット２２０によるブラシレスモータ１００の駆動制御は、ロータ１２０の位置情報を検出するセンサを用いないセンサレスで行われ、更に、制御ユニット２２０は、センサレス駆動方式として、正弦波駆動方式や矩形波駆動方式を用いる。

正弦波駆動方式は、各相に正弦波電圧を加えてブラシレスモータ１００を駆動する方式である。この正弦波駆動方式では、ロータ１２０が回転することによって発生する誘起電圧（速度起電圧）からロータ１２０の位置情報を得る一方、速度起電圧による回転子位置の検出周期の間で、モータ回転速度に基づきロータ１２０の位置を推定し、推定したロータ１２０の位置とＰＷＭデューティとから３相出力設定値を算出し、相間電圧の差で電流の向きと強さとを制御して３相交流電流を各相に流す。

また、矩形波駆動方式は、３相のうちでパルス電圧を印加する２相の選択パターン（通電モード）を所定のロータ１２０の位置毎に順次切り替えることでブラシレスモータ１００を駆動する方式である。

この矩形波駆動方式では、通電相に対するパルス状の電圧印加によって非通電相に誘起される電圧（変圧器起電圧、パルス誘起電圧）からロータ１２０の位置情報を得て、通電モードの切り替えタイミングである角度位置を検出する。

ここで、正弦波駆動方式において位置検出のために検出する速度起電圧は、モータ回転速度の低下に伴って出力レベルが低下するため、低回転速度域では位置検出の精度が低下する。一方、矩形波駆動方式において位置検出のために検出するパルス誘起電圧は、モータ停止状態を含む低回転速度域においても検出可能であり、低回転速度域でも位置検出の精度を維持できる。

そこで、制御ユニット２２０は、例えば、正弦波駆動方式で位置情報を十分な精度で検出できる高回転速度域、つまり、目標回転速度よりもモータ回転速度が高い領域におけるセンサレス制御（低速センサレス制御）として、正弦波駆動方式でブラシレスモータ１００を制御してもよい。

また、制御ユニット２２０は、例えば、正弦波駆動方式では十分な精度で位置情報を検出できない低回転速度域におけるセンサレス制御（高速センサレス制御）として、矩形波駆動方式でブラシレスモータ１００を制御してもよい。なお、正弦波駆動方式では十分な精度で位置情報を検出できない低回転速度域には、高速センサレス制御で用いる速度起電圧が発生していない、又は発生していてもノイズ等の影響を受けるような回転速度域、及び、モータ起動時が含まれる。

更に、制御ユニット２２０は、ブラシレスモータ１００のＰＷＭ制御において、例えば、モータ回転速度と目標回転速度との偏差に応じてＰＷＭ制御のデューティを決定して、モータ回転速度を目標回転速度に近づける。

図３は、制御ユニット２２０のうち、低速センサレス制御に関する部分を例示する機能ブロック図である。
制御ユニット２２０は、印加電圧演算部３０２、ＰＷＭ発生部３０４、ゲート信号切替部３０６、通電モード決定部３０８、比較部３１０、電圧閾値切替部３１２、電圧閾値学習部３１４、非通電相電圧選択部３１６、主周期デューティ設定部３１８、調整周期デューティ設定部３２０、デューティ補正部３２２を備えている。

印加電圧演算部３０２は、ブラシレスモータ１００の目標回転速度とモータ回転速度とを演算し、演算された目標回転速度とモータ回転速度とに基づいて、印加電圧の指令値を演算する。

ＰＷＭ発生部３０４は、印加電圧演算部３０２で演算された印加電圧の指令値に基づき、パルス幅変調されたＰＷＭ信号を生成する。

通電モード決定部３０８は、駆動回路２１０の通電モードを決定するモード指令信号を出力するデバイスであり、比較部３１０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６通りに切り替える。

通電モードとは、ブラシレスモータ１００のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相のうちでパルス電圧を印加する２相の選択パターンを示し、Ｕ相からＶ相に向けて電流を流す第１通電モードＭ１、Ｕ相からＷ相に向けて電流を流す第２通電モードＭ２、Ｖ相からＷ相に向けて電流を流す第３通電モードＭ３、Ｖ相からＵ相に向けて電流を流す第４通電モードＭ４、Ｗ相からＵ相に向けて電流を流す第５通電モードＭ５、Ｗ相からＶ相に向けて電流を流す第６通電モードＭ６の６種類の通電モードからなる。

そして、通電モード決定部３０８は、比較部３１０が出力するモード切替トリガ信号に応じて、第１通電モードＭ１〜第６通電モードＭ６のいずれか１つを指令するモード指令信号を出力する。

ゲート信号切替部３０６は、駆動回路２１０の各スイッチング素子２１４ａ〜２１４ｆがどのような動作でスイッチングするかを、通電モード決定部３０８の出力であるモード指令信号、及び、ＰＷＭ発生部３０４で生成されたＰＷＭ信号に基づいて決定し、該決定に従い６つのゲートパルス信号をモータ駆動回路２１０に出力する。

電圧閾値切替部３１２は、通電モードの切り替えタイミングの検出に用いる電圧閾値を、通電モードに応じて順次切り替えて出力し、閾値の切り替えタイミングは、通電モード決定部３０８の出力であるモード指令信号に基づき決定される。

非通電相電圧選択部３１６は、モード指令信号に従い、ブラシレスモータ１００の３相端子電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗの中から非通電相の電圧の検出値を選択し、比較部３１０及び電圧閾値学習部３１４に出力する。

なお、非通電相の端子電圧は、厳密にはグランド（ＧＮＤ）−端子間の電圧であるが、本実施形態では、中性点の電圧を検出し、あるいは、中性点の電圧を電源電圧Ｖ_Ｂの１／２とみなして、この中性点の電圧とグランド（ＧＮＤ）−端子間の電圧との差（すなわち、相電圧）を求めて、非通電相の端子電圧とする。

比較部３１０は、電圧閾値切替部３１２が出力する閾値と、非通電相電圧選択部３１６が出力する非通電相の電圧検出値（パルス誘起電圧の検出値）とを比較することで、通電モードの切り替えタイミング、換言すれば、通電モードを切り替える回転子位置（磁極位置）になったか否かを検出し、切り替えタイミングを検出したときに通電モード決定部３０８に向けてモード切替トリガを出力する。

また、電圧閾値学習部３１４は、通電モードの切り替えタイミングの判定に用いる閾値を更新して記憶するデバイスである。

非通電相（開放相）のパルス誘起電圧は、ブラシレスモータ１００の製造ばらつき、電圧検出回路の検出ばらつきなどによって変動するため、閾値として固定値を用いると通電モードの切り替えタイミングを誤って判定する可能性がある。

そこで、電圧閾値学習部３１４は、通電モードの切り替えを行う所定磁極位置でのパルス誘起電圧を検出し、当該検出結果に基づいて電圧閾値切替部３１２が記憶する閾値を修正する閾値の学習処理を実施する。

通電モードは、前述のように６通りの通電モードＭ１〜Ｍ６からなり、矩形波駆動方式では、これらの通電モードＭ１〜Ｍ６を電気角６０deg間隔で設定される切り替え角度位置で順次切り替え、３相のうちパルス電圧（パルス状の電圧）を印加する２相を順次切り替えることでブラシレスモータ１００を駆動する。

制御ユニット２２０は、図４に示すように、Ｕ相のコイルの角度位置を回転子（磁極）の基準位置（角度＝０deg）としたときに、回転子の角度位置（磁極位置）が３０degであるときに第３通電モードＭ３から第４通電モードＭ４への切り替えを行い、回転子角度位置が９０degであるときに第４通電モードＭ４から第５通電モードＭ５への切り替えを行い、回転子角度位置が１５０degであるときに第５通電モードＭ５から第６通電モードＭ６への切り替えを行い、回転子角度位置が２１０degであるときに第６通電モードＭ６から第１通電モードＭ１への切り替えを行い、回転子角度位置が２７０degであるときに第１通電モードＭ１から第２通電モードＭ２への切り替えを行い、回転子角度位置が３３０degであるときに第２通電モードＭ２から第３通電モードＭ３への切り替えを行う。

制御ユニット２２０の電圧閾値切替部３１２は、通電モードの切り替えを行う回転子の角度位置での非通電相の電圧（パルス誘起電圧）を閾値として更新可能に記憶していて、そのときの通電モードに応じた閾値を出力する。

比較部３１０は、非通電相の電圧が閾値に達したときに次の通電モードへの切り替えを実施する角度を検出したことを示す信号を出力し、係る信号に基づき通電モード決定部３０８は通電モードの切り替えを実行する。

ここで、ＰＷＭ発生部３０４で生成されたＰＷＭ信号は、そのデューティが下限デューティ（第１所定値）未満である場合には、次の理由により、主周期デューティ設定部３１８、調整周期デューティ設定部３２０、及びデューティ補正部３２２を経てから、ゲート信号切替部３０６へ出力される。

非通電相のパルス誘起電圧は、ＰＷＭ信号がスイッチング素子２１４ａ〜２１４ｆをオンにする電圧レベルとなって、パルス電圧が２相に印加されている間に検出されるが、図５及び図６に示すように、パルス電圧の印加を開始した直後にはパルス誘起電圧が振れるリンギングが発生するため、ブラシレスモータ１００を低速で回転させるためにＰＷＭ信号のデューティを小さくしてオン期間を短くしていくと（パルス電圧の印加時間を短くしていくと）、リンギング期間内でパルス誘起電圧をサンプリングしてしまい、これによってパルス誘起電圧を誤検出し、通電モードの切り替えタイミングを誤判定してしまう可能性があった。

そこで、主周期デューティ設定部３１８は、図７に示すように、ＰＷＭ発生部３０４で生成されたＰＷＭ信号の連続する複数周期（例えば、Ｎ周期：Ｎは２以上の整数）のうちの所定周期である主周期において非通電相のパルス誘起電圧を検出すべく、主周期におけるＰＷＭ信号のデューティである主周期デューティＤ_１を、パルス誘起電圧がリンギング期間内でサンプリングされないように下限デューティＤmin（第１所定値）に制限する制限手段をなしている。これにより、パルス誘起電圧の検出精度を向上させて、通電モードの切り替えタイミングの判定を安定して行うようにし、ブラシレスモータ１００の脱調の発生を抑制している。なお、主周期としては、ＰＷＭ信号のＮ周期のうちの所定の１周期若しくは複数周期、又は、ＰＷＭ信号のＮ周期のうちの前半若しくは後半の周期など、様々な設定パターンが考えられるが、本実施形態では、説明の便宜上、主周期をＰＷＭ信号のＮ周期のうちの所定の１周期とする。

また、調整周期デューティ設定部３２０は、図７に示すように、ＰＷＭ発生部３０４で生成されたＰＷＭ信号の連続するＮ周期のうちの主周期以外の他の周期である調整周期におけるＰＷＭ信号のデューティ、すなわち、調整周期デューティＤ_２〜Ｄ_Ｎを、主周期デューティ設定部３１８で設定された主周期デューティＤ_１（＝Ｄmin）よりも小さく設定し、主周期デューティＤ_１と調整周期デューティＤ_２〜Ｄ_Ｎとを平均化した平均デューティＤａｖ｛＝（Ｄ_１＋Ｄ_２＋・・・・＋Ｄ_Ｎ）／Ｎ｝が、モータ回転速度及び目標回転速度に基づいて設定されるデューティである設定デューティＤｔとなるように調整する調整手段をなしている。これにより、主周期デューティＤ_１を下限デューティＤmin以下にできない代わりに、調整周期でデューティを小さくして、ＰＷＭ信号のＮ周期で実質的に設定デューティＤｔを印加できるようにし、電動ウォータポンプ２６の作動領域を低回転速度側に拡大させている。

さらに、デューティ補正部３２２は、後述するように、主周期デューティ設定部３１８で設定された主周期デューティＤ_１を増大補正する補正手段をなしている。

主周期及び調整周期の周期数を特定するＮの値は、モータ回転速度、目標回転速度、ＰＷＭ信号の設定デューティＤｔ、ＰＷＭキャリア周波数などの種々のパラメータに基づいて変更可能であるが、以下の実施形態では、説明の便宜上、Ｎ＝２と設定して、制御ユニット２２０が、主周期デューティＤ_１によりパルス誘起電圧の検出精度を担保し、主周期デューティＤ_１と調整周期デューティＤ_２とで設定デューティＤｔを実質的に印加するものとしている。

図８は、イグニッションキーがオンとなったことを契機として、ＥＣＵ３８において繰り返し行われる、ブラシレスモータ１００（電動ウォータポンプ２６）の駆動条件に関する処理の内容を示している。

ステップ１００１（図では「Ｓ１００１」と略記する。以下同様）では、電動ウォータポンプ（電動ＷＰ）２６、すなわち、ブラシレスモータ１００の駆動条件が成立しているか否かを判断する。

例えば、ブラシレスモータ１００の電源電圧Ｖ_Ｂが所定電圧を超えている、各種の診断処理でブラシレスモータ１００や駆動回路２１０について異常が検出されていない、ブラシレスモータ１００の電源リレーがオンになっている、電動ウォータポンプ２６の駆動要求がある、エンジン１０の水温又は油温が所定温度以上であるなどを、ブラシレスモータ１００の駆動条件に含めることができる。

なお、図１に示した冷却システムの場合、電動ウォータポンプ２６の駆動条件の成立／非成立は、ＥＣＵ３８から各種の情報を取得したモータ制御装置２００（制御ユニット２２０）が判断する構成とすることができる。

ブラシレスモータ１００の駆動条件が成立していると判定された場合には、ステップ１００２に進み、駆動フラグＦを、駆動条件が成立していることを意味する値（例えば１）に設定して、ＲＡＭ（Random Access Memory）などの書き込み可能な記憶装置に記憶する（Ｙｅｓ）。一方、ブラシレスモータ１００の駆動条件が成立していないと判定された場合には、ステップ１００３に進み、駆動フラグＦを、駆動条件が成立していないことを意味する値（例えば０）に設定してＲＡＭなどに記憶する（Ｎｏ）。

次に、図９は、イグニッションキーがオンとなったことを契機として、制御ユニット２２０により繰り返し行われる、ブラシレスモータ１００（電動ウォータポンプ２６）の制御のメインルーチンを示す。

ステップ２００１では、駆動フラグＦが０から１に変化したか否か、すなわち、ブラシレスモータ１００の駆動条件が非成立状態から成立状態へ変化したか否かを判定する。駆動フラグＦが０から１に変化したと判定された場合には、ステップ２００３へ進み（Ｙｅｓ）、駆動フラグＦが０若しくは１のまま、または駆動フラグＦが１から０に変化した場合には、ステップ２００２へ進む（Ｎｏ）。

ステップ２００２では、後述するブラシレスモータ１００のセンサレス制御を行う必要があるか否かを判断すべく、駆動フラグＦが０であるか否かを判定する。駆動フラグＦが０である場合には、ブラシレスモータ１００の駆動条件が成立していないので、ブラシレスモータ１００のセンサレス制御を省略すべく、本制御処理を終了する（Ｙｅｓ）。一方、駆動フラグＦが１である場合には、ブラシレスモータ１００の駆動条件が成立しているので、センサレス制御を実行すべく、ステップ２００５へ進む（Ｎｏ）。

制御ユニット２２０は、ステップ２００１で駆動条件が非成立状態から成立状態へ変化したと判定された場合、ステップ２００３において、ブラシレスモータ１００の初期位置（駆動開始時点での磁極位置）の推定処理を実施する条件が成立しているか否かを判断する。

例えば、ブラシレスモータ１００が慣性回転している途中で駆動指令が生じた場合、推定処理の開始から完了までの間に初期位置の推定に影響を与えるほどにブラシレスモータ１００が回転してしまうことがないように、推定処理は、モータ回転速度が所定速度以下であること、換言すれば、ロータ１２０が回転することによって発生する誘起電圧（速度起電圧）が所定電圧以下であることを条件とする。

つまり、上記の初期位置推定処理における所定速度は、初期位置の推定誤差を許容範囲内とすることができるモータ回転速度の上限値であり、前記所定電圧は、上限回転速度のときに発生する誘起電圧（速度起電圧）である。

ここで、所定速度は、所定速度≧０ｒｐｍとすることができ、モータ停止状態若しくは推定処理に要する時間での磁極位置の変化が十分に小さい低速回転状態で、初期位置の推定処理を実施する。

制御ユニット２２０は、ステップ２００３において初期位置の推定処理を実施する条件が成立していないと判断した場合、つまり、モータ回転速度が所定速度を超えている場合にはステップ２００３の処理を繰り返し、実施条件が成立していると判断すると（モータ回転速度≦所定速度が成立すると）ステップ２００４へ進む。

なお、制御ユニット２２０は、ステップ２００３において初期位置の推定処理を実施する条件が成立していないと判断した場合、初期位置の推定が不能であると判断し、ブラシレスモータ１００を所定位置まで回転させて固定する位置決め処理を実施することができる。

ステップ２００４で、制御ユニット２２０は、ブラシレスモータ１００の初期位置を推定する処理を実施し、当該推定処理で推定した初期位置に応じて駆動を開始するときの通電モードを決定し、当該決定に基づいてブラシレスモータ１００の駆動を開始する。

初期位置推定処理の概略を説明すると、ブラシレスモータ１００を回転させないようにして各通電モードでの通電を順次行い、各通電モードで非通電相（開放相）に誘起されるパルス誘起電圧を取得する。

そして、所定の組み合わせで通電モード間でのパルス誘起電圧の差を求め、当該差のレベルを相互に比較することで、ブラシレスモータ１００の初期位置を検出する。ブラシレスモータ１００の初期位置（停止位置）が検出されれば、その初期位置から駆動を開始するのに最適な通電モードが決まることになる。

ブラシレスモータ１００が回転を開始すると、制御ユニット２２０は、ステップ２００５へ進み、前述したセンサレス制御、つまり、低速域では矩形波駆動方式、高速域では正弦波駆動方式でブラシレスモータ１００を駆動する。

次に、図１０のフローチャートは、図９のフローチャートのステップ２００５における回転速度フィードバックによるセンサレス制御のサブルーチンのうち前半部分を示す。
ステップ３００１では、印加電圧演算部３０２がブラシレスモータ１００の目標回転速度を演算する。

本実施形態の電動ウォータポンプ２６を回転駆動するブラシレスモータ１００では、例えば、図１１に示すように、冷却システムの第１の冷却水通路１２、第２の冷却水通路１８、またはバイパス通路２０内を通過する冷却水の温度が高いほど目標回転速度をより高い回転速度に設定することができる。ブラシレスモータ１００が自動変速機などに油圧を供給する油圧ポンプを駆動する場合には、オイル温度（ＡＴＦ（Automatic Transmission Fluid）油温）が高いほど目標回転速度をより高い回転速度に設定する。

なお、目標回転速度は、図１の冷却システムでは、モータ制御装置２００（制御ユニット２２０）において、ＥＣＵ３８からの通信により入力した冷却水温度情報に基づいて演算されるが、これに代えて、ＥＣＵ３８で目標回転速度を演算した後、通信により、モータ制御装置２００（制御ユニット２２０）に目標回転速度の信号が入力されるようにしてもよい。

ステップ３００２では、印加電圧演算部３０２が通電モードの切り替え周期に基づいて、モータ回転速度を演算する。具体的には、印加電圧演算部３０２が、比較部３１０から出力されるモード切替トリガを用いて、通電モードの切り替えが行われる時間間隔を計測し、この時間間隔からモータ回転速度を演算する。例えば、ブラシレスモータ１００の極対数が３である場合、モータ回転速度は、「モータ回転速度＝６０／３／時間間隔」という式から求めることができる。

ステップ３００３では、印加電圧演算部３０２が、ステップ３００１で演算した目標回転速度とステップ３００２で演算したモータ回転速度とに基づいて印加電圧（入力電圧）の指令値を演算する。

例えば、目標回転速度とモータ回転速度との偏差に基づく比例積分制御（ＰＩ制御）によって、下式に従って印加電圧（入力電圧）の指令値を決定する。
印加電圧＝回転速度偏差＊比例ゲイン＋回転速度偏差積分値＊積分ゲイン
回転速度偏差＝目標回転速度−モータ回転速度

ただし、印加電圧の指令値の決定方法を、目標回転速度に基づくものに限定するものではなく、例えば、電動ウォータポンプ２６の目標吐出圧と実吐出圧との偏差に基づき、印加電圧の指令値を決定する方法や、要求トルクに基づき印加電圧の指令値を決定する方法など、公知の決定方法を適宜採用できる。また、目標値に実際値を近づけるための印加電圧の演算処理を、比例積分制御に限定するものではなく、比例積分微分制御（ＰＩＤ制御）など公知の演算処理方法を適宜採用できる。

ステップ３００４では、ＰＷＭ発生部３０４により、ステップ３００３で決定した印加電圧（入力電圧）に基づいて、ブラシレスモータ１００に印加するために設定される設定デューティＤｔを演算する。具体的には、設定デューティＤｔ（％）を以下の式から算出する。
設定デューティＤｔ＝印加電圧／電源電圧Ｖ_Ｂ＊１００

ステップ３００５では、ＰＷＭ発生部３０４により、設定デューティＤｔ≧下限デューティＤminが成立するか否かを判定する。
ここで、下限デューティＤminは、前述のように、リンギングの影響を受けずに非通電相のパルス誘起電圧を検出できるパルス電圧の印加時間、すなわちＰＷＭ信号がスイッチング素子２１４ａ〜２１４ｆをオンにする電圧レベルとなる比率であるデューティの下限値（＞０）であり、リンギング期間やサンプリング時間などの実測値に基づいて演算されるか、あるいはＲＯＭ（Read Only Memory）などに予め記憶されている。

下限デューティＤminは、例えば、図５に示されるように、非通電相のパルス誘起電圧のサンプリング（Ａ／Ｄ変換）を開始するタイミングを、ＰＷＭ制御においてキャリア周期毎に増減を繰り返すキャリア信号の谷、換言すれば、ＰＷＭ信号のパルス幅の中央付近とする場合、リンギング期間にサンプリングが行われることを抑制し、かつ、サンプリング中に２相に対するパルス電圧の印加が停止してしまうことを抑制すべく、下式で示されるように、リンギング期間とサンプリング時間との長い方の２倍としてもよい。
Ｄmin＝max（リンギング期間、サンプリング時間）＊２／キャリア周期＊１００

また、下限デューティＤminは、例えば、図６に示されるように、前述のように、リンギング期間が経過した直後からサンプリングを開始させる場合、リンギング期間にサンプリングが行われることを抑制し、かつ、サンプリング中に２相に対するパルス電圧の印加が停止してしまうことを抑制すべく、下限デューティＤminを下式で示されるように算出してもよい。
Ｄmin＝（リンギング期間＋サンプリング時間）／キャリア周期＊１００

なお、非通電相のパルス誘起電圧は、パルス電圧のデューティによって大きさが変化し、デューティが小さいと、電圧検出の分解能を下回る電圧になってしまい、通電モードの切り替えタイミングの判定が不能になってしまう可能性があるため、必要に応じて、電圧検出の分解能を上回るパルス誘起電圧を発生させるデューティの最小値を下限デューティＤminとしてもよい。

ステップ３００５において、設定デューティＤｔ≧下限デューティＤminが成立すると判定された場合には、ステップ３００６へ進む（Ｙｅｓ）。一方、設定デューティＤｔ≧下限デューティＤminが成立しない、すなわち、設定デューティＤｔ＜下限デューティＤminであると判定された場合には、パルス誘起電圧をリンギング期間内でサンプリングしないようにすべく、ステップ３００７へ進む（Ｎｏ）。

ステップ３００６では、ＰＷＭ発生部３０４が、ステップ３００４で演算された設定デューティＤｔを、スイッチング素子２１４ａ〜２１４ｆに実際に印加するＰＷＭ信号のデューティである第１の印加デューティＤＡとして設定して、第１の印加デューティＤＡ（＝Ｄｔ）のＰＷＭ信号をゲート信号切替部３０６へ伝達する。

第１の印加デューティＤＡの設定により、図１２に示すように、３相のうちの２相に通電する、すなわち、電流方向で上流側の相に接続された上段スイッチング素子（以下、「上流相上段ＳＷ」という）をオンにし、かつ、下流側の相に接続された下段スイッチング素子（以下、「下流相下段ＳＷ」という）をオン・オフする任意の通電モードにおいて、下流相下段ＳＷの制御端子に、オン時間の比率を設定デューティＤｔで特定したＰＷＭ信号をゲート信号として印加する。例えば、Ｖ相に接続された上段スイッチング素子２１４ｃをオンにし、かつ、Ｗ相に接続された下段スイッチング素子２１４ｆをオン・オフする通電モードＭ３では、スイッチング素子２１４ｆの制御端子に、設定デューティＤｔのＰＷＭ信号をゲート信号として印加する。

また、ＰＷＭ発生部３０４は、上流相から下流相に向けて電流を流すために、相補ＰＷＭ方式でＰＷＭ信号を生成する。すなわち、図１２に示すように、下流相下段ＳＷがオンであるとき下流側の相に接続された上段スイッチング素子（以下、「下流相上段ＳＷ」という）がオフとなり、下流相下段ＳＷがオフであるとき下流相上段ＳＷがオンとなるように、下流相上段ＳＷについて、下流相下段ＳＷに印加するＰＷＭ信号と逆位相のＰＷＭ信号を生成する。例えば、通電モードＭ３では、Ｗ相の下段スイッチング素子２１４ｆに印加するＰＷＭ信号と逆位相のＰＷＭ信号をＷ相の上段スイッチング素子２１４ｅに印加する。

相補ＰＷＭ方式によりＰＷＭ信号を生成するのは、通電モードＭ３を例として説明すると、下流側であるＷ相の下段スイッチング素子２１４ｆがオンからオフになったとき、電流は、それまで流れていた方向に流れようとするため、Ｗ相の上段スイッチング素子２１４ｅに逆並列に接続されたダイオード２１２ｅを通るが、スイッチング素子２１４ｅのスイッチング部におけるオン抵抗よりもダイオード２１２ｅの順方向抵抗の方が大きいため、スイッチング素子２１４ｅをオンにしておけば、電流は、スイッチング素子２１２ｅのスイッチング部（例えば、ＦＥＴのチャネルなど）を流れて発熱による電流損失を低減できるからである。

また、ＰＷＭ発生部３０４は、図１２に示すように、下流相上段ＳＷがオンになる期間と下流相下段ＳＷがオンになる期間が重複して生じるアーム短絡を回避するために、下流相上段ＳＷがオンからオフに変化したときと下流相下段ＳＷがオフからオンに変化したときとの間に下流相上段ＳＷ及び下流相下段ＳＷがいずれもオフとなる第１デッドタイム期間Ｚ_１を設け、下流相上段ＳＷがオフからオンに変化したときと下流相下段ＳＷがオンからオフに変化したときとの間に下流相上段ＳＷ及び下流相下段ＳＷがいずれもオフとなる第２デッドタイム期間Ｚ_２を設けている。

図１２に示すように、下流相下段ＳＷに印加するＰＷＭ信号は、下段キャリア信号の値と、下流相に接続されたスイッチング素子に印加するＰＷＭ信号を生成するための下流相指示信号の値と、を比較して生成し、下流相上段ＳＷに印加するＰＷＭ信号は、相補ＰＷＭ方式によるＰＷＭ信号に対してデッドタイム期間を設けるために、下段キャリア信号の電圧レベルをオフセットした上段キャリア信号の値と、下流相指示信号の値と、を比較して生成することができる。

なお、前述した、相補ＰＷＭ方式及びデッドタイム期間については、以下で説明する第２の印加デューティ設定及び第３の印加デューティ設定において、主周期デューティ設定部３１８及び調整周期デューティ設定部３２０が同様にして実施する。

ステップ３００７では、ＰＷＭ発生部３０４が、設定デューティＤｔ≧Ｄmin／２が成立するか否かを判定する。設定デューティＤｔ＝Ｄmin／２（第２所定値）が成立するのは、Ｄｔ＝（Ｄ_１＋Ｄ_２）／２＝（Ｄmin＋Ｄ_２）／２という関係式により、調整周期デューティＤ_２が０となるときであるので、本ステップの判定は、調整周期デューティＤ_２≧０が成立するか否かを判定することと同義である。

ステップ３００７において、設定デューティＤｔ≧Ｄmin／２が成立すると判定された場合には、ステップ３００８へ進む（Ｙｅｓ）。一方、設定デューティＤｔ≧下限デューティＤmin／２が成立しない、すなわち、設定デューティＤｔ＜下限デューティＤmin／２であると判定された場合には、ステップ３００９へ進む（Ｎｏ）。

ステップ３００８では、主周期デューティ設定部３１８及び調整周期デューティ設定部３２０が、それぞれ、主周期デューティＤ_１及び調整周期デューティＤ_２からなる第２の印加デューティＤＢを設定して、第２の印加デューティＤＢのＰＷＭ信号をデューティ補正部３２２へ伝達する。

ここで、主周期デューティＤ_１は下限デューティＤminに設定されて、パルス誘起電圧をリンギング期間内でサンプリングしないようにしている。また、調整周期デューティＤ_２は、０≦Ｄ_２≦Ｄminを満たす範囲で、設定デューティＤｔに応じて求められる（Ｄ_２＝２×Ｄｔ−Ｄmin）。

第２の印加デューティＤＢの設定により、図１３に示すように、任意の通電モードにおいて、主周期で下流相下段ＳＷの制御端子に、オン時間の比率を下限デューティＤminで特定したＰＷＭ信号をゲート信号として印加する一方、調整周期では、下流相指示信号の値を変化させて、下流相下段ＳＷの制御端子に、オン時間の比率をデューティＤ_２（＝２×Ｄｔ−Ｄmin）で特定したＰＷＭ信号をゲート信号として印加する。例えば、Ｖ相に接続された上段側のスイッチング素子２１４ｃをオンにし、かつ、Ｗ相に接続された下段スイッチング素子２１４ｆをオン・オフする通電モードＭ３では、主周期において、スイッチング素子２１４ｆの制御端子に、下限デューティＤminのＰＷＭ信号をゲート信号として印加し、調整周期において、同じくスイッチング素子２１４ｆの制御端子に、デューティＤ_２（＝２×Ｄｔ−Ｄmin）で特定したＰＷＭ信号をゲート信号として印加する。

したがって、第２の印加デューティＤＢでは、主周期において、通電モードの切り替えにより意図される回転方向である正回転方向にトルクを発生させる一方、調整周期において、主周期で流れていた電流を減少させて、主周期と同じ正回転方向に発生するトルクを減少させ、下限デューティＤmin未満かつＤmin／２以上の設定デューティＤｔで特定されたＰＷＭ信号を実質的に印加できるようにする、いわば正側のデューティ調整を行っている。

ステップ３００９では、主周期デューティ設定部３１８及び調整周期デューティ設定部３２０が、それぞれ、下限デューティＤminに制限された主周期デューティＤ_１と、−Ｄmin≦Ｄ_２＜０を満たす、すなわち、−Ｄminを最小値とするマイナス値の調整周期デューティＤ_２と、からなる第３の印加デューティＤＣを設定して、第３の印加デューティＤＣのＰＷＭ信号をデューティ補正部３２２へ伝達する。

第３の印加デューティＤＣの設定により、図１４に示すように、任意の通電モードにおいて、主周期では、上流相指示信号を下段キャリア信号及び上段キャリア信号と交差しない値にしつつ、下流相指示信号を下段キャリア信号及び上段キャリア信号と交差する値に変化させて、下流相指示信号の値と下段キャリア信号の値との比較により、オン時間の比率を下限デューティＤminで特定したＰＷＭ信号を、下流相下段ＳＷの制御端子にゲート信号として印加する。

一方、調整周期では、下流相指示信号を下段キャリア信号及び上段キャリア信号と交差しない値に変化させる代わりに、上流相指示信号を下段キャリア信号及び上段キャリア信号と交差する値に変化させて、上流相指示信号の値と下段キャリア信号の値との比較により、オン時間の比率を｜Ｄ_２｜（＝｜２×Ｄｔ−Ｄmin｜）で特定したＰＷＭ信号を、下流相下段ＳＷではなく、上流相下段ＳＷの制御端子にゲート信号として印加する。このとき、下流相上段ＳＷの制御端子には、前述の相補ＰＷＭ方式により、オン状態のＰＷＭ信号が印加されているので、下流相上段ＳＷは上流側となり、上流相下段ＳＷは下流側となる。このため、例えば、主周期で通電モードＭ３であったのが調整周期で通電モードＭ６となるように、主周期と調整周期とでは、通電相に印加する電圧が逆となる。

したがって、第３の印加デューティＤＣでは、主周期において、通電モードの切り替えにより意図される回転方向である正回転方向にトルクを発生させる一方、調整周期において、正回転方向と逆の負回転方向にトルクを発生させることで、Ｄmin／２未満の設定デューティＤｔで特定されるＰＷＭ信号を実質的に印加できるようにする、いわば負側のデューティ調整を行っている。

以上の第１の印加デューティＤＡ、第２の印加デューティＤＢ、及び第３の印加デューティＤＣを、主周期デューティＤ_１及び調整周期デューティＤ_２により演算される平均デューティＤａｖを含めて、設定デューティＤｔに対して示すと、図１５のようになる。

ステップ３０１０では、デューティ補正部３２２が、ステップ３００８で設定された第３の印加デューティＤＣのうち主周期デューティＤ_１を増大補正する。
ここで、本ステップにおいて、デューティ補正部３２２が主周期デューティＤ_１を増大補正する意義について説明する。

図１６は、Ｖ相からＷ相に電流を流す通電モードＭ３を例として、通電モードＭ３において第３の印加デューティＤＣを設定した場合のＶ相の端子電圧Ｖｖ、及びＷ相の端子電圧Ｖｗを示している。なお、ここでいう端子電圧は、中性点の電圧とグランド（ＧＮＤ）−端子間の電圧との差に基づく非通電相の端子電圧と異なり、グランド（ＧＮＤ）−端子間の電圧をいうものとする。

図１６において、説明の便宜上、Ｖ相の上段スイッチング素子２１４ｃがオン状態でＷ相の下段スイッチング素子２１４ｆがオン状態である主周期デューティＤ_１による期間をＴ_１、Ｖ相の上段スイッチング素子２１４ｃがオン状態でＷ相の上段スイッチング素子２１４ｅがオン状態である期間をＴ_２、Ｗ相の上段スイッチング素子２１４ｅのみがオン状態でＶ相の上段スイッチング素子２１４ｃ及び下段スイッチング素子２１４ｄはいずれもオフ状態である第１デッドタイム期間Ｚ_１をＴ_３、Ｖ相の下段スイッチング素子２１４ｄがオン状態でＷ相の上段スイッチング素子２１４ｅがオン状態である調整周期デューティＤ_２による期間をＴ_４、Ｗ相の上段スイッチング素子２１４ｅのみがオン状態でＶ相の上段スイッチング素子２１４ｃ及び下段スイッチング素子２１４ｄはいずれもオフ状態である第２デッドタイム期間Ｚ_２をＴ_５、Ｖ相の上段のスイッチング素子２１４ｃがオン状態でＷ相の上段のスイッチング素子２１４ｅがオン状態である期間をＴ_６としている。

Ｔ_１の期間においては、図１７に示すように、Ｖ相の上段スイッチング素子２１４ｃをオンしＷ相の下段スイッチング素子２１４ｆをオンしている（図中、オンしているスイッチング素子には丸印を付している。図１８〜図２１においても同様）ので、Ｗ相コイル１１０ｗをグランド（ＧＮＤ）側として、Ｖ相コイル１１０ｖ及びＷ相コイル１１０ｗの両端に電源電圧Ｖ_Ｂが印加されている。このため、Ｖ相コイル１１０ｖからＷ相コイル１１０ｗに電流が流れ、Ｖ相の端子電圧Ｖｖは電源電圧Ｖ_Ｂ相当となり、Ｗ相の端子電圧Ｖｗはグランド（ＧＮＤ）電位相当となる。なお、図中の太線の矢印は電流方向を表し、太線の太さは電流の大きさを大まかに表すものとする（図１８〜図２１においても同様）。

Ｔ_２の期間においては、Ｖ相コイル１１０ｖからＷ相コイル１１０ｗを通って、電源回路２３０のグランド（ＧＮＤ）側に向かうＴ_１期間中の電流の流れが、図１８に示すように、Ｗ相の下段スイッチング素子２１４ｆをオフに切り替えたことで遮断される。しかし、代わりに、Ｗ相の上段スイッチング素子２１４ｅをオンにしているので、Ｖ相コイル１１０ｖからＷ相コイル１１０ｗに向かう電流の流れは、Ｗ相の上段スイッチング素子２１４ｅからＶ相の上段スイッチング素子２１４ｃを通って再びＶ相コイル１１０ｖに流れることで維持される。そして、電源回路２３０により電源電圧Ｖ_Ｂが印加されることで、Ｖ相の端子電圧Ｖｖは電源電圧Ｖ_Ｂ相当となり、Ｗ相の端子電圧Ｖｗも電源電圧Ｖ_Ｂ相当となる。

Ｔ_３の期間、すなわち、第１デッドタイム期間Ｚ_１においては、図１９に示すように、Ｖ相の上段スイッチング素子２１４ｃをオフに切り替えているので、Ｗ相コイル１１０ｗからＷ相の上段スイッチング素子２１４ｅを通った電流は、電源回路２３０を経て、Ｖ相の下段スイッチング素子２１４ｄと逆並列のダイオード２１２ｄを通って再びＶ相コイル１１０ｖに流入する。このため、電源回路２３０とＶ相コイル１１０ｖ及びＷ相コイル１１０ｗとの間にはダイオード２１２ｄ及びＷ相の上段スイッチング素子２１４ｅを通して回路が形成されるので、電源回路２３０により、Ｖ相の端子電圧Ｖｖはグランド（ＧＮＤ）電位相当となり、Ｗ相の端子電圧Ｖｗは電源電圧Ｖ_Ｂ相当となる。そして、かかる端子電圧により、Ｖ相コイル１１０ｖからＷ相コイル１１０ｗに向かう電流の大きさは次第に減少する。

Ｔ_４の期間においては、図２０に示すように、Ｖ相の下段スイッチング素子２１４ｄがオンするので、Ｖ相の端子電圧Ｖｖはグランド（ＧＮＤ）電位相当となりＷ相の端子電圧Ｖｗは電源電圧Ｖ_Ｂ相当となって、Ｖ相コイル１１０ｖ及びＷ相コイル１１０ｗの両端にはＴ_１の期間と逆の電圧が印加される。したがって、Ｗ相コイル１１０ｗ及びＶ相コイル１１０ｖの両端に電源電圧Ｖ_Ｂを印加する通電時間がある程度長くなる調整周期デューティＤ_２の場合、電流は、Ｗ相コイル１１０ｗからＶ相コイル１１０ｖへ流れるようになる。しかし、調整周期デューティＤ_２が−Ｄmin≦Ｄ_２＜０の小さい値である場合、Ｔ_３の期間までにＶ相コイル１１０ｖからＷ相コイル１１０ｗに流れていた電流は、更にその大きさを減少させるものの、電流方向が切り替わるまでには至らない。

Ｔ_５の期間、すなわち、第２デッドタイム期間Ｚ_２においては、Ｔ_４の期間における電流方向が逆にならなければ、図２１に示すように、Ｖ相の下段スイッチング素子２１４ｄをオフに切り替えて、Ｔ_３の期間（図１９参照）と同じ電流経路となるので、Ｖ相の端子電圧Ｖｖはグランド（ＧＮＤ）電位相当となり、Ｗ相の端子電圧Ｖｗは電源電圧Ｖ_Ｂ相当となる。かかる端子電圧により、Ｖ相コイル１１０ｖからＷ相コイル１１０ｗに向かう電流の大きさはＴ_４の期間と比較して更に減少する。

Ｔ_６の期間においては、Ｔ_５の期間における電流方向が逆にならなければ、図２２に示すように、Ｔ_２の期間（図１８参照）と同じ電流経路となり、電源回路２３０により電源電圧Ｖ_Ｂが印加されることで、Ｖ相の端子電圧Ｖｖは電源電圧Ｖ_Ｂ相当となり、Ｗ相の端子電圧Ｖｗも電源電圧Ｖ_Ｂ相当となる。

再び、図１６を参照すると、調整周期デューティＤ_２の絶対値｜Ｄ_２｜に応じたＴ_４の期間中、Ｖ相の端子電圧Ｖｖはグランド（ＧＮＤ）電位となる一方、Ｔ_３及びＴ_５のデッドタイム期間Ｚ_１及びＺ_２中、Ｗ相の上段スイッチング素子２１４ｅがオンしているだけなので、Ｖ相の端子電圧Ｖｖは電源電圧Ｖ_Ｂとなるはずである。したがって、Ｖ相コイル１１０ｖを電源回路２３０のグランド（ＧＮＤ）側として、Ｗ相コイル１１０ｗ及びＶ相コイル１１０ｖの両端に電源電圧Ｖ_Ｂが印加される通電時間は、本来であれば、絶対値｜Ｄ_２｜に応じたＴ_４の期間中だけである。

しかし、実際には、Ｔ_３及びＴ_５のデッドタイム期間Ｚ_１及びＺ_２中、前述のように、電源回路２３０とＶ相コイル１１０ｖ及びＷ相コイル１１０ｗとの間で電流が流れる回路が形成されて、Ｖ相の端子電圧Ｖｖが、意に反して、グランド（ＧＮＤ）電位相当となってしまうので、調整周期における通電時間は、調整周期デューティＤ_２の絶対値｜Ｄ_２｜に応じた時間に対して、デッドタイム期間Ｚ_１及びＺ_２を加えた実際の通電時間Ｘまで増大してしまう。このため、主周期と逆の方向に発生する逆方向トルク量、あるいは、主周期で発生したトルクに対するトルク低下量は、想定した値よりも大きくなる。

したがって、図２３に示すように、調整周期デューティＤ_２が負の値となる第３の印加デューティＤＣの設定範囲では、調整周期デューティＤ_２がデッドタイム期間Ｚ_１及びＺ_２に応じて実質的にαだけ減少した実質調整周期デューティＤ_２１（図中における白抜き破線）となる。また、主周期デューティＤ_１及び調整周期デューティＤ_２から演算される平均デューティＤａｖも、主周期デューティＤ_１及び実質調整周期デューティＤ_２１から演算される実質的に低下した実質平均デューティＤａｖ_１（図中における破線）となる。このため、調整周期デューティＤ_２の値が正から負に変わると、モータ回転速度が急激に低下するギャップが発生するので、かかるギャップが存在する状態で回転速度フィードバック制御を行うと、設定デューティＤｔの値によっては、モータ回転速度がハンチングをおこすおそれがある。

そこで、デューティ補正部３２２は、図２４に示すように、第３の印加デューティＤＣのうち、下限デューティＤminに制限された主周期デューティＤ_１に、デッドタイム期間Ｚ_１及びＺ_２に応じて減少した調整周期デューティＤ_２の実質減少分αを追加して増大補正した補正主周期デューティＤ_１１とすることで、調整周期デューティＤ_２の実質減少分αを相殺している。これにより、主周期デューティＤ_１及び調整周期デューティＤ_２から演算される平均デューティＤａｖは設定デューティＤｔに正比例しないが、補正主周期デューティＤ_１１及び実質調整周期デューティＤ_２１から演算される実質平均デューティＤａｖ_１が、設定デューティＤｔに正比例するようにしている。

デッドタイム期間Ｚ_１及びＺ_２に応じて低下した調整周期デューティＤ_２の実質減少分αを相殺する、主周期デューティＤ_１の補正量αは、デッドタイム期間Ｚ_１及びＺ_２に基づいて設定することができる。例えば、補正量αは、デッドタイム期間Ｚ_１又はＺ_２に対して、１又は２などの整数を乗じた値に基づいて設定してもよい。なお、デッドタイム期間Ｚ_１又はＺ_２に１を乗じた値に基づいて設定する場合として、例えば、前述のＴ_５の第２デッドタイム期間Ｚ_２までに、Ｖ相コイル１１０ｕからＷ相コイル１１０ｗに向かう電流の流れが停止してＶ相の端子電圧Ｖｖが電源電圧Ｖ_Ｂとなり、Ｖ相の端子電圧Ｖｖがグランド（ＧＮＤ）電位となるデッドタイム期間が、Ｔ_３の第１デッドタイム期間Ｚ_１だけとなる場合がある。

デッドタイム期間Ｚ_１及びＺ_２は、ＰＷＭ信号の周波数などに応じた固定値として予めＲＯＭなどに記憶しておくことができるが、これに代えて、図１６における実際の通電時間Ｘを実測した実測通電時間と調整周期デューティＤ_２の絶対値｜Ｄ_２｜とに基づいて、演算することもできる。

また、デッドタイム期間Ｚ_１及びＺ_２を求めてから補正量αを設定する上述の補正量設定方法に代えて、演算された設定デューティＤｔに基づいて、設定デューティＤｔと補正量αとを対応付けたテーブルを参照することにより、補正量αを直接設定することができる。かかるテーブルは、予め実験やシミュレーションによって決定してＲＯＭなどに記憶しておく。

ところで、ステップ３０１０において、デッドタイム期間Ｚ_１及びＺ_２に応じて、第３の印加デューティＤＣの主周期デューティＤ_１に補正量αを付加して増大補正を行っても、実際には、例えば、デッドタイム期間Ｚ_１又はＺ_２で図１９又は図２１に示す電流方向が逆方向に変化した等、何らかの理由により、実質調整周期デューティＤ_２１が調整周期デューティＤ_２に対してα未満のβしか減少しない、すなわち、図２５に示すように絶対値で言えば、｜Ｄ_２１｜が｜Ｄ_２｜に対してα未満のβしか増大しない場合が起こり得る。したがって、設定デューティＤｔ＝０のとき、実質調整周期デューティＤ_２１の絶対値｜Ｄ_２１｜と補正主周期デューティＤ_１１との差は０とならず、実質平均デューティＤａｖ_１も０とならない場合が生じ得るため、設定デューティＤｔが０であっても、モータ回転速度を０にすることができない場合がある。

そこで、設定デューティＤｔ＝０のときに、モータ回転速度が０あるいは０と推定される値にならない場合には、設定デューティＤｔが０未満でさらに減少するにつれて、実質調整周期デューティＤ_２１の絶対値｜Ｄ_２１｜と補正主周期デューティＤ_１１との差が０に近づくように、調整周期デューティＤ_２１及び補正主周期デューティＤ_１１を設定する。

例えば、図２６に示すように、調整周期デューティＤ_２の絶対値｜Ｄ_２｜を、設定デューティＤｔ＝０のときの値である下限デューティＤminに保持しつつ、設定デューティＤｔが０未満でさらに減少するにつれて、補正主周期デューティＤ_１１の値を下限デューティＤminに向けて徐々に減少させ、実質調整周期デューティＤ_２１の絶対値｜Ｄ_２１｜と補正主周期デューティＤ_１１との差が０に近づくようにしてもよい。

あるいは、図２７に示すように、補正主周期デューティＤ_１１を、設定デューティＤｔ＝０のときの値であるＤmin＋αに保持しつつ、設定デューティＤｔが０未満で減少するにつれて、調整周期デューティＤ_２の絶対値｜Ｄ_２｜をＤmin＋αに向けて徐々に増大させ、実質調整周期デューティＤ_２１の絶対値｜Ｄ_２１｜と補正主周期デューティＤ_１１との差が０に近づくようにしてもよい。

次に、図２８のフローチャートは、図９のフローチャートのステップ２００５における回転速度フィードバックによるセンサレス制御のサブルーチンのうち後半部分を示し、図１０のフローチャートのステップ３００６、３００８、又は３０１０の後に引き続き実行される処理である。

ステップ３０１１では、非通電相電圧選択部３１６が、本ステップを実行しているときの通電モードにおける非通電相のパルス誘起電圧を検出する。具体的には、通電モードＭ１及びＭ４の場合はＷ相の電圧Ｖｗを検出し、通電モードＭ２及びＭ５の場合はＶ相の電圧Ｖｖを検出し、通電モードＭ３及びＭ６の場合はＵ相の端子電圧を検出する。

通電モードの切り替え直後は、転流電流が発生し、かかる転流電流の発生区間で検出した電圧を用いると、通電モードの切り替えタイミングを誤判断することになってしまう。そこで、通電モード切替直後の電圧検出値については、初回から設定回にわたって切り替えタイミングの判断には用いないようにすることができる。前記設定回は、モータ回転速度、及び、ブラシレスモータ１００に実際に流れる電流（モータ負荷）に応じて可変に設定することができ、モータ回転速度が高く、実際に流れる電流が高いほど、前記設定回を大きな値に設定することができる。

ステップ３０１２では、低速センサレス制御の実施条件であるか否かを判断する。
具体的には、モータ回転速度が、低速センサレス制御及び高速センサレス制御のいずれを実施するかの選択基準となる設定回転速度よりも高いか否かに基づいて判断する。設定回転速度は、速度起電圧をトリガとする切り替え判断を行えるモータ回転速度の最小値であり、予め実験やシミュレーションによって決定して記憶しておく。なお、設定回転速度として、例えば、低速センサレス制御への移行を判断する第１設定回転速度と、低速センサレス制御の停止を判断する第２設定回転速度（＞第１設定回転速度）とを設定し、センサレス制御の切り替えが短時間で繰り返されることを抑制することが好ましい。

ステップ３０１２において、低速センサレス制御の実施条件であると判断した場合、換言すれば、モータ回転速度が設定回転速度未満である場合には、ステップ３０１３へ進み、比較部３１０が、非通電相電圧選択部３１６からの非通電相のパルス誘起電圧と、電圧閾値切替部３１２からの閾値と、を比較し、非通電相のパルス誘起電圧が閾値を横切ったと判定したときに、通電モードの切り替えタイミングであると判断してステップ３０１４へ進み、通電モード決定部３０８が次の通電モードを決定して、通電モードの切り替えを実施する。

一方、ステップ３０１２で、低速センサレス制御の実施条件ではないと判断した場合、換言すれば、モータ回転速度が設定速度よりも高い場合には、ステップ３０１５へ進み、非通電相のパルス誘起電圧が零レベルを横切った時点から更に３０deg回転したと判断した時点を、次の通電モードへの切り替えタイミングとして検出する、高速センサレス制御を実施する。

詳細には、３０degをそのときのモータ回転速度に基づいて時間に換算し、ゼロクロス時点から３０degに相当する時間が経過した時点で、次の通電モードへの切り替えタイミングを判定し、ステップ３０１４へ進んで、次の通電モードに切り替える。

このようなモータ制御装置２００によれば、第３の印加デューティＤＣのうち、下限デューティＤminに制限された主周期デューティＤ_１に、デッドタイム期間Ｚ_１及びＺ_２に応じて減少した調整周期デューティＤ_２の実質減少分αを追加して、主周期デューティＤ_１を補正主周期デューティＤ_１１に増大補正し、調整周期デューティＤ_２の実質減少分αを相殺するようにしている。これにより、補正主周期デューティＤ_１１及び実質調整周期デューティＤ_２１から演算される実質平均デューティＤａｖ_１が、設定デューティＤｔに正比例するようにして、設定デューティＤｔに対するモータ回転速度の線形性を向上させることができる。

したがって、調整周期デューティＤ_２の値が正から負に変わるときに、ブラシレスモータ１００の回転速度が急激に低下するギャップは発生しにくくなるので、回転速度フィードバック制御を行っても、モータ回転速度がハンチングをおこす可能性は低下する。このため、ブラシレスモータ１００により駆動される電動ウォータポンプ２６が吐出する冷却水の流量に変動が生じにくくなるので、冷却水温度に対する制御の精度が向上し、燃費の低下を抑制することが可能となる。

なお、前述の実施形態では、１周期の主周期と（Ｎ−１）周期の調整周期とで構成されるＰＷＭ信号のＮ周期について、説明の便宜上、Ｎ＝２としたが、これに代えて、Ｎの値を２より大なる整数としてもよく、主周期デューティＤ_１及び調整周期デューティＤ_２〜Ｄ_Ｎについて、前述の補正と同様に補正を行うことができる。

また、前述の実施形態において、デューティ補正部３２２による第３の印加デューティＤＣの主周期デューティＤ_１の増大補正は、水温センサ２８により検出された冷却水温度が、所定温度未満である場合に実施してもよい。冷却水温度が比較的低い場合、すなわち、例えば、エンジン１０の始動時に、エンジン１０及びその近傍における冷却水温度だけが上昇するホットスポットの発生を抑制してエンジン１０の燃費向上を図るべく、電動ウォータポンプ２６により、エンジン１０のフリクションに影響を与えない程度の比較的低い流量で冷却水を循環させる必要性が生じている。このため、設定デューティＤｔが下限デューティＤminを大きく下回る極低回転速度の範囲でブラシレスモータ１００を回転させる必要性がある。したがって、冷却水温度が比較的低い場合に、前述の主周期デューティＤ_１の増大補正を行えば、モータ回転速度が急激に低下するギャップが発生しにくくなり、回転速度フィードバック制御においてモータ回転速度のハンチングを起こす可能性が低くなる。冷却水は、冷却水温度が低くなるほど粘度が低下するので、モータ回転速度のハンチングによる電力消費を抑制できるという点で特に有意義である。
ここで、前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）補正手段は、通電相である２相の一方に接続されたスイッチング素子に印加するＰＷＭ信号の連続する複数周期のうち主周期のデューティに対して、デッドタイム期間の整数倍に応じた補正量を加えて、主周期のデューティを増大補正することを特徴とする請求項３に記載のブラシレスモータの制御装置。
このようにすれば、デッドタイム期間に応じて減少した調整周期のデューティの実質減少分を相殺することができる。

（ロ）補正手段は、設定デューティに基づいた補正量により、主周期のデューティを増大補正することを特徴とする請求項１〜請求項３、又は（イ）のいずれか１つに記載のブラシレスモータの制御装置。
このようにすれば、デッドタイム期間によらず、設定デューティから直接、補正量を演算することができる。

（ハ）補正手段は、調整周期において、通電相である２相の両端子間に電源電圧に相当する電圧が実際に印加される時間に基づいて、主周期のデューティを増大補正することを特徴とする請求項１〜請求項３、又は（イ）若しくは（ロ）のいずれか１つに記載のブラシレスモータの制御装置。
このようにすれば、デッドタイム期間における電流方向が変化して、調整周期のデューティに応じた時間とデッドタイム期間との合計時間が通電時間であるという前提が覆されても、実際の通電時間に基づいて主周期のデューティを増大補正することができる。

（ニ）ブラシレスモータによりエンジン冷却用の電動ウォータポンプを駆動する場合、補正手段は、冷却水温度が所定温度未満のときに、主周期のデューティを増大補正することを特徴とする請求項１〜請求項３、又は（イ）〜（ハ）のいずれか１つに記載のブラシレスモータの制御装置。
このようにすれば、エンジンの始動時に、エンジン及びその近傍における冷却水温度だけが上昇するホットスポットの発生を抑制してエンジンの燃費向上を図るべく、電動ウォータポンプにより、エンジンのフリクションに影響を与えない程度の比較的低い流量で冷却水を循環させる場合に、ブラシレスモータを極低回転速度で回転させるので有意義となる。

１００…ブラシレスモータ、１１０ｕ…Ｕ相、１１０ｖ…Ｖ相、１１０ｗ…Ｗ相、１２０…ロータ、２００…モータ制御装置、２１０…駆動回路、２１２ａ〜２１２ｆ…スイッチング素子、３０２…印加電圧演算部、３０４…ＰＷＭ発生部、３０６…ゲート信号切替部、３０８…通電モード決定部、３１０…比較部、３１２…電圧閾値切替部、３１６…非通電相電圧選択部、３１８…主周期デューティ設定部、３２０…調整周期デューティ設定部、３２２…デューティ補正部

Claims (4)

1. ３相ブラシレスモータの２相に対してスイッチング素子がパルス幅変調信号に応じたパルス電圧を印加する通電モードを、非通電相に誘起されるパルス誘起電圧に基づいて切り替えるブラシレスモータの制御装置であって、
   前記パルス幅変調信号の設定デューティが第１所定値未満である場合、前記２相の一方に接続されたスイッチング素子に印加する前記パルス幅変調信号の連続する複数周期のうち所定周期のデューティを、前記パルス誘起電圧を検出する周期として前記第１所定値に制限する制限手段と、
   前記パルス幅変調信号の連続する複数周期のうち前記所定周期以外の他の周期において、前記設定デューティが前記第１所定値未満の第２所定値以上の場合に前記２相の一方に接続されたスイッチング素子に印加し、前記設定デューティが前記第２所定値未満の場合に前記２相の他方に接続されたスイッチング素子に印加する前記パルス幅変調信号のデューティを、制限された前記所定周期のデューティ、及び前記設定デューティに基づいて調整する調整手段と、
   前記設定デューティが前記第２所定値未満である場合に前記所定周期のデューティを増大補正する補正手段と、
   を含んで構成されるブラシレスモータの制御装置。
2. 前記補正手段は、前記設定デューティが負の値である場合に、前記設定デューティが減少するにつれて、増大補正した前記所定周期のデューティを徐々に減少させることを特徴とする請求項１に記載のブラシレスモータの制御装置。
3. 前記調整手段は、前記２相の他方に接続された２つのスイッチング素子のうち、前記パルス幅変調信号を印加しないスイッチング素子に印加する信号を、前記パルス幅変調信号と逆位相となるように、かつ、前記２つのスイッチング素子の切り替わりの際に前記２つのスイッチング素子がいずれもオフとなるデッドタイム期間を有するように設定し、
   前記補正手段は、前記デッドタイム期間に応じて、前記所定周期のデューティを増大補正することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のブラシレスモータの制御装置。
4. ３相ブラシレスモータの２相に対してスイッチング素子がパルス幅変調信号に応じたパルス電圧を印加する通電モードを、非通電相に誘起されるパルス誘起電圧に基づいて切り替えるブラシレスモータのコントロールユニットが、
   前記パルス幅変調信号の設定デューティが第１所定値未満である場合、前記２相の一方に接続されたスイッチング素子に印加する前記パルス幅変調信号の連続する複数周期のうち所定周期を、前記パルス誘起電圧を検出する周期として前記第１所定値に制限し、
   前記所定周期以外の他の周期において、前記設定デューティが前記第１所定値未満の第２所定値以上の場合に前記２相の一方に接続されたスイッチング素子に印加し、前記設定デューティが前記第２所定値未満の場合に前記２相の他方に接続されたスイッチング素子に印加する前記パルス幅変調信号のデューティを、制限された前記所定周期のデューティ、及び前記設定デューティに基づいて調整し、
   前記設定デューティが前記第２所定値未満である場合に前記所定周期のデューティを増大補正する、
   ブラシレスモータの制御方法。