JP6901678B2 - モータ制御装置及びモータ制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、モータの回転始動時に、回転子の回転に応じて電気角で１８０度毎に出力される検出信号を用いて、モータの駆動を制御するモータ制御装置に関する。

モータの回転始動時に、回転子の回転に応じて電気角で１８０度毎に出力される検出信号を用いて、モータの駆動を制御するモータ制御装置が知られている。このようなモータ制御装置として、例えば特許文献１には、回転子側に取り付けられたセンサターゲットとの周方向の相対位置関係に応じて出力されるＨまたはＬの位置センサ信号と、該位置センサ信号が切り替わる時間間隔から検出される前記回転子の回転速度とに基づいて、前記回転子の位相を推定する推定位相検出装置が開示されている。

詳しくは、前記特許文献１に開示されている推定位相検出装置は、前記位置センサ信号が２回検出されるまでの第一期間では、前記位置センサ信号のＨまたはＬに対応して定まる基準位相と始動加速度を２階積分して得られる補間位相との和から位相を推定する。一方、前記推定位相検出装置は、前記第一期間経過後の第二期間において、切り替わった前記位置センサ信号に基づく前記基準位相と、切り替わり前に検出された回転速度を積分することにより得られる補間位相との和から位相を推定する。

特開２０１５−１００１４２号公報

上述の特許文献１に開示されている構成では、位置センサ信号の切り替わりが２回検出されるまでの第一期間において、位相を算出する際の回転速度（検出速度）が得られないため、始動加速度を用いて、位相を推定している。よって、前記特許文献１に開示されている構成では、回転速度を用いて精度良く位相を推定してモータの駆動制御を行えるようになるには、回転子の回転始動時から前記位置センサ信号の切り替わりが２回検出されるまでの時間を要する。

したがって、上述の特許文献１に開示されている構成では、モータの回転始動時の応答性があまり高くないため、回転子の回転速度が所定速度に達するまでに時間を要する。

本発明の目的は、回転子の回転位置を電気角で１８０度毎に検出可能な回転位置検出部を備えたモータ制御装置において、モータの回転始動時の応答性が高い構成を得ることにある。

本発明の一実施形態に係るモータ制御装置は、モータの回転子を正回転させる所定の位相を用いて、前記モータの駆動を制御するモータ駆動制御部と、前記モータの電気角が１８０度毎に、前記モータの回転子の回転位置に応じて２種類の検出信号を出力する回転位置検出部と、前記回転子の回転始動時から、前記回転位置検出部から出力される前記検出信号の種類が切り替わるまでの経過時間を用いて、前記回転子の回転始動時の停止位置を推定する停止位置推定部と、前記経過時間と前記停止位置とを用いて、前記回転子の回転速度を推定する回転速度推定部と、前記回転速度を用いて、前記所定の位相としての推定位相を算出する推定位相算出部と、を備える（第１の構成）。

以上の構成では、回転子の回転始動時から、回転位置検出部から出力される検出信号の種類が切り替わるまでの経過時間を用いて、回転子の回転始動時の停止位置を推定する。
これにより、前記停止位置を容易に推定することができる。

そして、前記経過時間及び前記停止位置を用いて、前記回転子の回転速度を推定するとともに、該回転速度を用いて推定位相を算出する。これにより、回転子を回転始動させる際に、従来の構成に比べて、回転子の回転速度を用いたモータの駆動制御に迅速に移行することができる。したがって、モータの回転始動時における応答性を向上することができる。

前記第１の構成において、前記停止位置推定部は、前記経過時間に応じて、前記停止位置が、前記回転子の安定停止点のいずれであるかを推定する（第２の構成）。

モータの回転子は、該モータに生じるコギングトルクの影響によって、停止する回転位置が決まっている。すなわち、回転子は、コギングトルクがゼロで且つ電気角に対するコギングトルクの傾きが負である電気角の位置（安定停止点）で停止する。

よって、回転子の回転始動時から、回転位置検出部から出力される検出信号の種類が切り替わるまでの経過時間に基づいて、安定停止点の中から回転子の回転始動時の停止位置を、容易に且つ精度良く推定できる。

前記第１または第２の構成において、モータ制御装置は、前記回転子の回転始動時に、前記検出信号に応じて、前記回転子の安定停止点のうち最大電気角の安定停止点に対して電気角で−９０度以上で且つ最小電気角の安定停止点に対して電気角で９０度以下の固定位相を、前記所定の位相として設定する固定位相設定部をさらに備える（第３の構成）。

これにより、回転子の回転始動時には、モータの駆動制御に固定位相を用いるため、従来構成のように始動加速度を用いた位相の演算が不要になる。よって、回転子の回転始動時の位相が容易に得られる。

ところで、前記固定位相とモータの実際の位相（以下、実位相）との誤差が、電気角の絶対値で９０度よりも大きい場合には、図３に示すように、回転子に負のトルクが生じる。これは、モータを駆動制御する際に、実位相に対して固定子コイルに印加する電流の位相が電気角の絶対値で９０度よりも大きくずれた場合、回転子のマグネットが受けるトルク（以下、マグネットトルク）が逆方向であることを意味している。一方、前記固定位相と実位相との誤差が電気角の絶対値で９０度以下であれば、マグネットトルクは逆方向ではない。

これに対し、上述の構成では、回転子の回転始動時には、前記固定位相を、回転位置検出部から出力される検出信号に応じて、前記回転子の安定停止点のうち最大電気角の安定停止点に対して電気角で−９０度以上で且つ最小電気角の安定停止点に対して電気角で９０度以下の固定位相とする。これにより、安定停止点で停止していた前記回転子の回転位置での位相に対し、前記固定位相の誤差を電気角の絶対値で９０度以下にすることができる。

したがって、上述の構成により、前記固定位相を用いてモータの始動制御を行った場合でも、回転子が逆方向に回転することを防止できる。したがって、モータを迅速に始動させることが可能になる。

本発明の一実施形態に係るモータの制御方法は、前記モータの回転子の回転始動時に、前記モータの電気角が１８０度毎に前記モータの回転子の回転位置に応じて回転位置検出部から出力される２種類の検出信号に応じて、前記回転子の安定停止点のうち最大電気角の安定停止点に対して−９０度以上で且つ最小電気角の安定停止点に対して９０度以下の電気角を、固定位相に設定する固定位相設定工程と、前記回転子の回転始動時から、前記固定位相を用いてモータ駆動制御部によって前記モータの駆動を制御することによって、前記回転位置検出部から出力される前記検出信号の種類が切り替わるまでの経過時間を用いて、前記回転子の回転始動時の停止位置を推定する停止位置推定工程と、前記経過時間と前記停止位置とを用いて、前記回転子の回転速度を推定する回転速度推定工程と、前記回転速度を用いて、推定位相を算出する推定位相算出工程と、を有する（第１の方法）。

本発明の一実施形態に係るモータ制御装置によれば、モータの回転位置を電気角で１８０度毎に検出可能な回転位置検出部を備えた構成において、回転子の回転始動時から、回転位置検出部から出力される検出信号の種類が切り替わるまでの経過時間を用いて、前記回転子の回転始動時の停止位置を推定する。前記経過時間及び前記停止位置を用いて推定される前記回転子の回転速度に基づいて、モータの駆動制御に用いられる推定位相を算出する。

これにより、回転子の回転位置を電気角で１８０度毎に検出可能な回転位置検出部を備えたモータにおいて、回転子の回転始動時の停止位置を容易に推定できるとともに、該停止位置を用いて推定される前記回転子の回転速度に基づいて、モータを駆動制御することができる。よって、モータの回転始動時の応答性が高い構成を実現できる。

図１は、実施形態に係るモータ制御装置の概略構成を示す制御ブロック図である。 図２は、電気角と、コギングトルク及び検出信号との関係を模式的に示す図である。 図３は、固定位相と実位相との誤差と、回転子に生じるトルクとの関係を模式的に示す図である。 図４は、固定位相を設定した場合に、回転子の回転によって該回転子に生じるトルクの変化を模式的に示す図である。 図５は、経過時間を用いて回転子の回転始動時の停止位置を推定する方法を模式的に示す図である。 図６は、モータ制御装置の動作の一例を示すフローである。 図７は、モータ制御装置の動作の一例を示すフローである。

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中の同一または相当部分については同一の符号を付してその説明は繰り返さない。

図１は、本発明の実施形態に係るモータ制御装置１の概略構成を示すブロック図である。このモータ制御装置１は、モータ２を駆動させる駆動回路３に対して、制御信号を出力する。すなわち、モータ制御装置１は、モータ２の駆動を制御する。モータ２は、回転子５１と、固定子５５と、被検出部６０とを備える。図１において、符号１３は、被検出部６０の回転位置を検出する後述の位置検出センサである。

モータ２は、例えば、円筒形の固定子５５の内方に回転子５１が配置された、いわゆるインナーロータタイプのモータである。なお、モータは、回転子が固定子の径方向外方で回転する、いわゆるアウターロータタイプのモータであってもよい。

回転子５１は、回転子コア５２と、回転子コア５２の外周部に周方向に並んで配置される界磁用マグネット５３とを有する。本実施形態では、界磁用マグネット５３は、回転子コア５２の外周部に４つ配置されている。すなわち、本実施形態のモータ２は、極数が４である。なお、界磁用マグネット５３は、回転子コアの内部に配置されていてもよい。

固定子５５は、略円筒状のヨーク５６と、ヨーク５６の内周面から内方に向かって延びる複数（本実施形態では６つ）のティース５７と、ティース５７に巻かれたコイル５８とを有する。ヨーク５６及び複数のティース５７は、一体形成されている。

本実施形態のモータ２は、例えば、極数が４で、スロット数が６のモータである。なお、モータ２は、極数が４以外であってもよいし、スロット数が６以外であってもよい。

被検出部６０は、回転子５１と一体で回転する。被検出部６０は、磁性材料によって構成されている。被検出部６０は、本体部６１と、本体部６１からモータ２の径方向一方及び他方に向かってそれぞれ突出する一対の突出部６２とを有する。すなわち、一対の突出部６２は、本体部６１の外周側に１８０度の間隔で設けられている。これにより、被検出部６０は、外周面に凹凸を有する。

駆動回路３は、モータ２を駆動させるように、３相のブリッジ回路を構成する複数のスイッチング素子（図示省略）を備えたスイッチング回路である。駆動回路３は、一般的なスイッチング回路と同様の構成を有するため、詳しい説明は省略する。

モータ制御装置１は、入力されるモータ駆動指令に応じて、駆動回路３に対し、スイッチング素子を駆動させる制御信号を出力する。また、モータ制御装置１は、前記モータ駆動指令に応じて、モータ２の回転子５１の回転位置に基づく位相制御を行うことによって、モータ２の駆動を制御する。なお、前記モータ駆動指令は、図示しない上位のコントローラからモータ制御装置１に入力される。

具体的には、モータ制御装置１は、モータ駆動制御部１１と、位相設定部１２と、回転位置検出部１３とを備える。モータ駆動制御部１１は、位相設定部１２で設定された位相に応じて、モータ２を駆動させるための制御信号を生成する。モータ駆動制御部１１は、生成した前記制御信号を、駆動回路３に対して出力する。なお、モータ駆動制御部１１の構成は、従来の構成と同様なので、詳しい説明を省略する。

回転位置検出部１３は、回転子５１と一体で回転する被検出部６０との間で磁束を生じさせる磁石を有する。回転位置検出部１３は、外周面に凹凸を有する被検出部６０が回転子５１と一体で回転した際に、被検出部６０との間の磁束の変化を検出して、２種類の検出信号（Ｈｉｇｈ信号、Ｌｏｗ信号）を出力する。回転位置検出部１３は、被検出部６０との間の磁束の変化を検出した際に、前記検出信号の種類を切り替える。

具体的には、回転位置検出部１３は、径方向内方に被検出部６０の一対の突出部６２のいずれか一方が位置する場合には、前記検出信号としてＨｉｇｈ信号を出力する一方、径方向内方に被検出部６０の一対の突出部６２以外が位置する場合には、前記検出信号としてＬｏｗ信号を出力する。回転位置検出部１３から出力された検出信号は、モータ制御装置１内の位相設定部１２に入力される。なお、回転位置検出部１３は、モータ２の始動時にも、被検出部６０の回転位置に応じて２種類の検出信号（Ｈｉｇｈ信号、Ｌｏｗ信号）のうち一方の検出信号を出力する。

位相設定部１２は、回転位置検出部１３から出力された検出信号に応じて、モータ駆動制御部１１で用いる位相を設定する。位相設定部１２は、モータ２の始動時、すなわち回転子５１の回転始動時には、回転位置検出部１３から出力される検出信号に応じて、固定位相を設定する。また、位相設定部１２は、前記固定位相の設定後、回転子５１の回転によって回転位置検出部１３から出力される前記検出信号の種類が切り替わった際に、回転子５１の回転始動後から前記検出信号の切り替わり（以下、エッジという）までの経過時間を用いて、回転子５１の停止位置を推定するとともに、前記経過時間及び前記停止位置を用いて得られる回転速度から推定位相を求める。さらに、位相設定部１２は、前記検出信号のエッジを検出する毎に、推定位相を求める。これらの固定位相及び推定位相は、位相設定部１２によって設定されている間、モータ２の駆動制御に用いられる。

具体的には、位相設定部１２は、検出信号判定部２１と、固定位相設定部２２と、経過時間計測部２３と、初期回転速度算出部３０と、推定位相算出部４０とを有する。

検出信号判定部２１は、回転位置検出部１３から出力される検出信号がＬｏｗ信号またはＨｉｇｈ信号に切り替えられた際に、前記検出信号のエッジを検出する。また、検出信号判定部２１は、前記検出信号のエッジを検出した場合に、算出指示信号を出力する。後述するように、算出指示信号は、経過時間計測部２３及び推定位相算出部４０に入力される。

固定位相設定部２２は、モータ２の始動時から、検出信号判定部２１によって前記算出指示信号が出力されるまでの間、回転位置検出部１３から出力される検出信号に応じて、固定位相を設定する。

詳しくは、固定位相設定部２２は、モータ２の始動時に、回転位置検出部１３から出力される検出信号がＬｏｗ信号の場合には、電気角で９０度を固定位相に設定する。一方、固定位相設定部２２は、モータ２の始動時に、回転位置検出部１３から出力される検出信号がＨｉｇｈ信号の場合には、電気角で２７０度を固定位相に設定する。前記固定位相は、モータ２の駆動制御に用いられる。

ここで、モータ２の回転子５１は、モータ２に生じるコギングトルクの影響によって、停止する回転位置が決まっている。すなわち、回転子５１は、コギングトルクがゼロで且つ電気角に対するコギングトルクの傾きが負である電気角の位置（安定停止点）で停止する。図２に、モータ２に生じるコギングトルクと回転子５１の安定停止点との関係を示す。図２に示すように、前記安定停止点は、電気角が０度から１８０度の範囲内で、３０度（最小電気角の安定停止点）、９０度、１５０度（最大電気角の安定停止点）であり、電気角が１８０度から３６０度の範囲内で、２１０度（最小電気角の安定停止点）、２７０度、３３０度（最大電気角の安定停止点）である。

なお、図２において、回転位置検出部１３から出力される検出信号がＨｉｇｈ信号からＬｏｗ信号に切り替わる位置が、電気角０度である。よって、図２では、回転位置検出部１３から出力される検出信号がＬｏｗ信号からＨｉｇｈ信号に切り替わる位置が、電気角で１８０度である。

ところで、モータ２の駆動制御に用いる位相と、モータ２の実際の位相（実位相）とに誤差がある場合、その誤差に応じて回転子５１に生じるトルクも変化する。前記誤差と回転子５１に生じるトルクとの関係を、図３に示す。なお、図３において、マグネットトルク（以下、単にトルクともいう）の正の値は、モータ２を駆動させる際に、回転子５１をモータ駆動指令における回転方向に回転（以下、正回転という）させるトルクである。一方、図３において、トルクの負の値は、モータ２を駆動させる際に、回転子５１をモータ駆動指令における回転方向とは逆方向に回転（以下、逆回転という）させるトルクである。また、以下の説明において、位相の誤差は、実位相からモータ２の駆動制御に用いる位相を減算した値である。

図３に示すように、前記誤差が電気角で−９０度よりも大きく且つ９０度よりも小さい範囲内では、回転子５１には、正のトルク、すなわち、回転子５１を正回転させるトルクが生じる。一方、前記誤差が電気角で９０度よりも大きい範囲または電気角で−９０度よりも小さい範囲では、回転子５１には、負のトルク、すなわち、回転子５１を逆回転させるトルクが生じる。

したがって、モータ２の駆動制御に用いる位相と、モータ２の実際の位相との誤差が、電気角の絶対値で９０度よりも小さければ、回転子５１を正回転させることができる。これにより、モータ２を迅速に始動させることができる。

図２に、回転位置検出部１３から出力される検出信号と、電気角との関係を示す。図２に示すように、前記検出信号がＬｏｗ信号の場合には、電気角は０度から１８０度の間であり、前記検出信号がＨｉｇｈ信号の場合には、電気角は１８０度から３６０度の間である。

よって、前記検出信号がＬｏｗ信号の場合、回転子５１の停止位置が電気角で３０度、９０度、１５０度のいずれであるかは不明だが、既述のように固定位相を電気角で９０度にすることで、回転子５１の停止位置における実際の位相と、前記固定位相との誤差を電気角の絶対値で９０度以下にすることができる。

同様に、前記検出信号がＨｉｇｈ信号の場合、回転子５１の停止位置が電気角で２１０度、２７０度、３３０度のいずれであるかは不明だが、既述のように固定位相を電気角で２７０度にすることで、回転子５１の停止位置における実際の位相と、前記固定位相との誤差を電気角の絶対値で９０度以下にすることができる。

以上のように、前記検出信号がＬｏｗ信号の場合に、固定位相を電気角で９０度に設定するとともに、前記検出信号がＨｉｇｈ信号の場合に、固定位相を電気角で２７０度に設定することにより、モータ２の始動時に、回転子５１を正回転させることができる。すなわち、固定位相設定部２２は、回転子５１の回転始動時に、前記検出信号に応じて、電気角で９０度または２７０度を前記固定位相とする。これにより、固定位相と実位相との誤差が電気角の絶対値で９０度以下になる。よって、モータ２の回転子５１が逆方向に回転することを防止できる。

経過時間計測部２３は、回転子５１の回転始動時から、検出信号判定部２１によって前記検出信号のエッジが検出されるまで（検出信号判定部２１から算出指示信号が入力されるまで）の経過時間を計測する。また、経過時間計測部２３は、検出信号判定部２１によって前記検出信号のエッジが検出される間隔を計測する。経過時間計測部２３によって計測された前記経過時間は、経過時間信号として、後述の初期回転速度算出部３０に出力される。一方、経過時間計測部２３によって計測された前記間隔は、エッジ間隔信号として、後述の推定位相算出部４０に出力される。

初期回転速度算出部３０は、経過時間計測部２３によって計測された前記経過時間を用いて、回転子５１の回転始動時から前記検出信号のエッジ検出までの回転子５１の回転速度（初期回転速度）を算出する。なお、初期回転速度算出部３０には、経過時間計測部２３から出力される前記経過時間信号が入力される。

初期回転速度算出部３０は、停止位置推定部３１と、回転速度推定部３２とを有する。停止位置推定部３１は、前記経過時間信号に含まれる経過時間に関する情報に基づいて、回転子５１の回転始動時の停止位置を推定する。前記経過時間は、回転子５１の回転始動時の停止位置に応じて異なる。すなわち、回転子５１の前記停止位置によって、前記検出信号のエッジが検出されるまでの回転子５１の回転角度が異なるとともに、前記停止位置に対応する実際の位相（実位相）と前記固定位相との誤差に応じて回転子５１に生じるトルクが異なる（図３参照）。

回転子５１の前記停止位置によって前記経過時間が異なる点について、図４の例を用いて説明する。なお、以下では、回転位置検出部１３から出力される信号がＬｏｗ信号であり、回転子５１の回転始動時に固定位相を電気角で９０度に設定した場合に、安定停止点の３０度、９０度、１５０度（電気角）で回転子５１が停止しているときの前記経過時間について説明する。また、以下では、回転子５１が停止している回転位置（電気角で３０度、９０度、１５０度）をそれぞれパターン１から３として、説明する。

＜パターン１＞
回転子５１が電気角で３０度の回転位置に停止していた場合をパターン１とする。このパターン１の場合には、モータ始動時における固定位相と実位相との誤差は−６０度である。前記誤差に対するトルク変化を示す図４に、パターン１の場合を（１）で示す。パターン１では、回転子５１に、正回転させる正のトルクが生じる。

回転子５１が正回転すると、実位相は徐々に大きくなるため、図４に実線矢印で示すように、前記誤差は徐々に小さくなる。これにより、回転子５１に生じるトルクは徐々に増大する。

回転子５１が正回転して実位相が固定位相と一致した場合に、前記誤差はゼロになるため、回転子５１に生じるトルクは最大になる。回転子５１がさらに正回転すると、実位相が固定位相よりも大きくなるため、正の前記誤差が徐々に増える。これにより、回転子５１に生じるトルクは徐々に減少する。

＜パターン２＞
回転子５１が電気角で９０度の回転位置に停止していた場合をパターン２とする。このパターン２の場合には、モータ始動時における固定位相と実位相との誤差は０度である。図４に、パターン２の場合を（２）で示す。パターン２では、回転子５１に、正回転させる正のトルクが生じる。

モータ始動時に回転子５１に生じる正のトルクは最も大きい。そのため、回転子５１は、モータ始動時に迅速に回転始動する。回転子５１が正回転すると、実位相は徐々に大きくなるため、図４に実線矢印で示すように、前記誤差は徐々に大きくなる。これにより、回転子５１に生じるトルクは徐々に減少する。

＜パターン３＞
回転子５１が電気角で１５０度の回転位置に停止していた場合をパターン３とする。このパターン３の場合には、モータ始動時における固定位相と実位相との誤差は６０度である。図４に、パターン３の場合を（３）で示す。パターン３では、回転子５１に、正回転させる正のトルクが生じる。

回転子５１が正回転すると、実位相は徐々に大きくなるため、図４に実線矢印で示すように前記誤差は徐々に大きくなる。これにより、回転子５１に生じるトルクは徐々に減少する。

上述の各パターンにおいて、回転子５１の回転始動時から検出信号のエッジ検出までの経過時間を、それぞれ、ｔａ，ｔｂ，ｔｃとする。各パターンにおいて、回転子５１の回転始動時の停止位置から検出信号のエッジ検出までの回転角度と、回転子５１の回転始動時から検出信号のエッジ検出までに回転子５１に生じる正のトルクとを考慮すると、ｔｂ＜ｔｃ＜ｔａの関係が成立する。すなわち、パターン２の場合は、回転子５１の回転始動時の停止位置から検出信号のエッジ検出までの回転角度が最も小さいパターン３の場合に比べて前記回転角度は大きいものの、前記パターン３の場合よりも回転子５１に生じる正のトルクが大きい。そのため、パターン３の場合に比べて、パターン２の場合の方が、前記経過時間が短い。なお、パターン１の場合は、回転子５１に生じる正のトルクがパターン３の場合と同様なので、回転子５１の回転始動時の停止位置から検出信号のエッジ検出までの回転角度がパターン３の場合に比べて大きい分、パターン３の場合よりも前記経過時間が長い。

停止位置推定部３１では、上述の図４に示す例では、パターン２の場合の前記経過時間とパターン３の場合の前記経過時間との間、及び、パターン３の場合の前記経過時間とパターン１の場合の前記経過時間との間に、それぞれ、閾値ｔ_ｔｈ１，ｔ_ｔｈ２が設定される。これにより、停止位置推定部３１は、前記経過時間と閾値ｔ_ｔｈ１，ｔ_ｔｈ２との大小関係に応じて、安定停止点の中から、回転子５１の回転始動時の停止位置を推定することができる。

具体的には、図５に示すように、前記経過時間が閾値ｔ_ｔｈ１よりも短い場合（ｔ＜ｔ_ｔｈ１）には、停止位置推定部３１は、回転子５１が、回転始動時にパターン２の位置、すなわち電気角で９０度の安定停止点に停止していると推定する。前記経過時間が閾値ｔ_ｔｈ１以上で閾値ｔ_ｔｈ２以下の場合（ｔ_ｔｈ１≦ｔ≦ｔ_ｔｈ２）には、停止位置推定部３１は、回転子５１が、回転始動時にパターン３の位置、すなわち電気角で１５０度の安定停止点に停止していると推定する。前記経過時間が閾値ｔ_ｔｈ２よりも長い場合（ｔ_ｔｈ２＜ｔ）には、停止位置推定部３１は、回転子５１が、回転始動時にパターン１の位置、すなわち電気角で３０度の安定停止点に停止していると推定する。

以上のように、停止位置推定部３１は、前記経過時間に応じて、回転子５１の回転始動時の停止位置が安定停止点のいずれであるかを推定する。

回転速度推定部３２は、経過時間計測部２３で計測された前記経過時間と、停止位置推定部３１で推定された回転子５１の回転始動時の停止位置とを用いて、回転子５１の回転速度を算出する。詳しくは、回転速度推定部３２は、下式で示すように、前記停止位置から前記検出信号のエッジが検出されるまでの角度を、前記経過時間で除すことにより、前記回転速度を算出する。
ω＝（１８０−ｍ）×π／１８０／ｔ［ｒａｄ／ｓ］
ここで、ｍは、回転子５１の回転始動時の停止位置における電気角であり、ｔは、前記経過時間である。

回転速度推定部３２は、求めた前記回転速度を、回転速度信号として出力する。この回転速度信号は、後述の推定位相算出部４０に入力される。

推定位相算出部４０は、検出信号判定部２１から前記算出指示信号が入力された際、すなわち検出信号判定部２１が前記検出信号に基づいてエッジを検出した際に、推定位相を算出する。推定位相算出部４０は、初期回転速度算出部３０から入力される前記回転速度信号に基づいて、回転速度推定部３２で求めた回転速度を積分することにより、補間位相を算出し、該補間位相を後述の基準位相に加算することにより、推定位相を算出する。また、推定位相算出部４０は、経過時間計測部２３から入力される前記エッジ間隔信号に基づいて、補間位相を算出し、該補間位相を、後述の基準位相に加算することにより、推定位相を算出する。

具体的には、推定位相算出部４０は、基準位相設定部４１と、補間位相算出部４２と、演算部４３とを有する。基準位相設定部４１は、検出信号判定部２１によって前記検出信号のエッジが検出される毎に、回転位置検出部１３から出力された検出信号に応じて、基準位相を設定する。具体的には、基準位相設定部４１は、前記検出信号がＬｏｗ信号の場合に、電気角で０度を基準位相に設定し、前記検出信号がＨｉｇｈ信号の場合に、電気角で１８０度を基準位相に設定する。

補間位相算出部４２は、検出信号判定部２１から前記算出指示信号が入力された際に、すなわち検出信号判定部２１によって前記検出信号のエッジが検出された際に、初期回転速度算出部３０で求められた回転速度を積分することにより、補間位相を算出する。

また、補間位相算出部４２は、経過時間計測部２３から前記エッジ間隔信号が入力された際に、該エッジ間隔信号を用いて、補間位相を算出する。詳しくは、補間位相算出部４２は、検出信号のエッジが検出された際の回転位置と検出信号のエッジが前回検出された際の回転位置との差（電気角で１８０度）を、前回の検出信号のエッジの検出時刻ｔ１と今回の検出信号のエッジの検出時刻ｔ２との差（ｔ２−ｔ１）で除することにより、モータ２の回転速度を求める。そして、補間位相算出部４２は、前記回転速度を積分することにより、補間位相を得る。

演算部４３は、検出信号判定部２１から前記算出指示信号が入力された際に、すなわち検出信号判定部２１によって前記検出信号のエッジが検出された際に、前記基準位相に前記補間位相を加算した値を、推定位相とする。前記推定位相は、モータ２の駆動制御に用いられる。

（モータ制御方法）
次に、上述のような構成を有するモータ制御装置１を動作させることにより実現されるモータ制御方法について、図６に示すフローを用いて説明する。

図６に示すフローがスタートすると、まずステップＳＡ１において、固定位相設定部２２は、回転位置検出部１３から出力される検出信号がＬｏｗ信号（図４においてＬ）かどうかを判定する。

ステップＳＡ１で前記検出信号がＬｏｗ信号であると判定された場合（ＹＥＳの場合）には、ステップＳＡ２に進んで、固定位相設定部２２が電気角で９０度を固定位相に設定する。一方、ステップＳＡ１で前記検出信号がＬｏｗ信号でないと判定された場合（ＮＯの場合）、すなわち前記検出信号がＨｉｇｈ信号の場合には、ステップＳＡ３に進んで、固定位相設定部２２が電気角で２７０度を固定位相に設定する。

ステップＳＡ２，ＳＡ３において固定位相設定部２２が固定位相を設定した後、ステップＳＡ４に進んで、モータ駆動制御部１１が、前記固定位相を用いてモータ２の駆動を制御するための制御信号を生成する。これにより、モータ２は、前記固定位相に基づいて駆動制御され、回転子５１が回転始動する。

その後、ステップＳＡ５に進んで、検出信号判定部２１が前記検出信号のエッジを検出したかどうかを判定する。このステップＳＡ５で前記検出信号のエッジが検出されていないと判定された場合（ＮＯの場合）には、ステップＳＡ４に戻って、ステップＳＡ５で前記検出信号のエッジが検出されたと判定されるまで、モータ２を固定位相で駆動制御する。

一方、ステップＳＡ５で前記検出信号のエッジが検出されたと判定された場合（ＹＥＳの場合）には、ステップＳＡ６に進んで、経過時間計測部２３が、回転子５１の回転始動時から前記検出信号のエッジが検出されるまでの経過時間を経過時間信号として出力する。

続くステップＳＡ７では、停止位置推定部３１が、回転子５１の回転始動時の停止位置（初期停止位置）を推定する。具体的には、停止位置推定部３１は、回転子５１の回転始動時から前記検出信号のエッジ検出までの経過時間を経過時間信号として経過時間計測部２３から得て、この経過時間に基づいて、回転子５１の初期停止位置を推定する。停止位置推定部３１は、図５に示すような閾値ｔ_ｔｈ１，ｔ_ｔｈ２に対する前記経過時間の大小関係を判定することにより、回転子５１の初期停止位置を推定する。

続くステップＳＡ８では、回転速度推定部３２は、前記初期停止位置と前記経過時間とを用いて、回転子５１の回転速度を算出する。詳しくは、回転速度推定部３２は、下式で示すように、前記初期停止位置から前記検出信号のエッジが検出されるまでの角度を、前記経過時間で除すことにより、前記回転速度を算出する。
ω＝（１８０−ｍ）×π／１８０／ｔ［ｒａｄ／ｓ］
ここで、ｍは、回転子５１の初期停止位置における電気角であり、ｔは、前記経過時間である。

ステップＳＡ９では、基準位相設定部４１が、回転位置検出部１３から出力される検出信号がＬｏｗ信号であるかどうかを判定する。ステップＳＡ９において、前記検出信号がＬｏｗ信号であると判定された場合（ＹＥＳの場合）には、ステップＳＡ１０に進んで、基準位相設定部４１が電気角０度を基準位相に設定する。

一方、ステップＳＡ９において、前記検出信号がＬｏｗ信号でないと判定された場合（ＮＯの場合）、すなわち前記検出信号がＨｉｇｈ信号の場合には、ステップＳＡ１１に進んで、基準位相設定部４１が電気角１８０度を基準位相に設定する。

ステップＳＡ１０，ＳＡ１１の後に進むステップＳＡ１２では、補間位相算出部４２が、ステップＳＡ８で算出した前記回転速度を積分することにより、補間位相を算出する。

その後、ステップＳＡ１３に進んで、演算部４３が、前記基準位相に前記補間位相を加算することにより、推定位相を求める。そして、ステップＳＡ１４において、モータ駆動制御部１１は、ステップＳＡ１３で求めた前記推定位相を用いてモータ２の駆動を制御する制御信号を生成する。これにより、モータ２は、ステップＳＡ１３で求めた前記推定位相に基づいて駆動制御される。

その後、ステップＳＡ１５では、モータ制御装置１は、モータ２の駆動が停止したかどうかを判定する。ステップＳＡ１５でモータ２の駆動が停止したと判定された場合（ＹＥＳの場合）には、このフローを終了する（エンド）。

一方、ステップＳＡ１５でモータ２の駆動が停止していないと判定された場合（ＮＯの場合）には、ステップＳＡ１６に進んで、検出信号判定部２１が回転位置検出部１３から出力される検出信号のエッジを検出したかどうかの判定を行う。

ステップＳＡ１６において、前記検出信号のエッジを検出したと判定された場合（ＹＥＳの場合）には、ステップＳＡ８に戻って、補間位相算出部４２が、直近のエッジ検出の時刻と、その前のエッジ検出の時刻との差を用いて、回転速度を算出する。

一方、ステップＳＡ１６において、前記検出信号のエッジを検出していないと判定された場合（ＮＯの場合）には、ステップＳＡ１２に戻る。

ここで、ステップＳＡ１からＳＡ３が固定位相設定工程に対応する。ステップＳＡ４からＳＡ７が停止位置推定工程に対応する。ステップＳＡ８が回転速度推定工程に対応する。ステップＳＡ９からＳＡ１３が推定位相算出工程に対応する。

以上より、回転位置検出部１３から出力される検出信号のエッジを検出した際に、回転子５１の回転始動時から前記検出信号のエッジ検出までの経過時間に基づいて、回転子５１の回転始動時の停止位置を推定することができる。これにより、回転子５１の回転速度を求めて、モータ２の推定位相を算出することができる。すなわち、前記検出信号の１回のエッジ検出によって、モータ２を回転速度に応じて駆動制御することができる。

したがって、従来の構成のように、モータ２を回転速度に応じて駆動制御するまでに、前記検出信号のエッジを２回、検出する必要がない。よって、従来の構成に比べて、モータ２の回転子５１をより迅速に回転始動させることができる。

また、上述の構成では、回転子５１の回転始動時に、前記検出信号に応じて設定される固定位相を用いて、モータ２の駆動制御が行われる。しかも、電気角で９０度または２７０度を前記固定位相に設定することにより、モータ２の回転子５１を逆回転させることなく正回転させることができる。よって、回転子５１の回転始動時に、回転子５１が逆回転しないような位相を容易に設定できる。

したがって、本実施形態の構成により、従来の構成に比べて、簡単な制御によって、モータ２を応答性良く始動させることができる。

（その他の実施形態）
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。

前記実施形態では、回転子５１の回転始動時に、回転位置検出部１３から出力される検出信号のエッジが最初に検出されるまで、モータ２は、前記検出信号に応じて設定される固定位相によって駆動制御される。しかしながら、モータ２は、回転子５１が逆回転をしないように決定された位相であれば、前記固定位相以外の位相を用いて、駆動制御されてもよい。

前記実施形態では、前記固定位相として、電気角で９０度または２７０度が用いられる。しかしながら、前記固定位相は、９０度または２７０度以外の電気角が用いられてもよい。ただし、前記固定位相は、回転子５１の安定停止点のうち電気角で１８０度または３６０度に最も近い安定停止点から電気角の絶対値で９０度以下である。

前記実施形態では、回転子５１の回転始動時の停止位置が電気角で３０度、９０度、１５０度の各パターンにおいて、回転子５１の回転始動時から検出信号のエッジ検出までの経過時間を、それぞれ、ｔａ，ｔｂ，ｔｃとした場合に、ｔｂ＜ｔｃ＜ｔａの一例を挙げている。しかしながら、回転子５１の回転始動時の停止時位置が電気角で２１０度、２７０度、３３０度の各パターンにおいて、前記経過時間を用いて回転子５１の回転始動時の停止位置を推定してもよい。また、前記経過時間の関係は、ｔｂ＜ｔｃ＜ｔａに限定されない。この場合には、前記経過時間によって、回転子５１の回転始動時の停止位置が安定停止点のいずれであるかを推定できるように前記経過時間の閾値を設定すればよい。

前記実施形態では、固定位相設定部２２は、第１固定相を電気角で９０度に設定する。しかしながら、第１固定位相は、回転位置検出部１３から出力される検出信号がＬｏｗ信号の場合には、回転子５１の安定停止点のうち最大電気角の安定停止点（本実施形態では１５０度）に対して電気角で−９０度以上で且つ最小電気角の安定停止点（本実施形態では３０度）に対して電気角で９０度以下であればよい。また、第１固定位相は、回転位置検出部１３から出力される検出信号がＨｉｇｈ信号の場合には、回転子５１の安定停止点のうち最大電気角の安定停止点（本実施形態では３３０度）に対して電気角で−９０度以上で且つ最小電気角の安定停止点（本実施形態では２１０度）に対して電気角で９０度以下であればよい。

前記実施形態では、安定停止点は、電気角が０度から１８０度の範囲内で、３０度、９０度、１５０度であり、電気角が１８０度から３６０度の範囲内で、２１０度、２７０度、３３０度である。しかしながら、前記実施形態とは異なる構造のモータを用いた場合、前記安定停止点の電気角は、前記実施形態の例とは異なる。このような場合にも、前記実施形態の構成は適用可能である。なお、その場合でも、電気角が０度から１８０度の範囲及び１８０度から３６０度の範囲内で、それぞれ、最も電気角が小さい安定停止点が最小電気角の安定停止点であり、最も電気角が大きい安定停止点が最大電気角の安定停止点である。

本発明は、モータの回転始動時に、回転子の回転に応じて電気角で１８０度毎に出力される検出信号を用いて、モータの駆動を制御するモータ制御装置に利用可能である。

１ モータ制御装置
２ モータ
１１ モータ駆動制御部
１２ 位相設定部
１３ 回転位置検出部
２１ 検出信号判定部
２２ 固定位相設定部
２３ 経過時間計測部
３０ 初期回転速度算出部
３１ 停止位置推定部
３２ 回転速度推定部
４０ 推定位相算出部
４１ 基準位相設定部
４２ 補間位相算出部
４３ 演算部
５１ 回転子
６０ 被検出部
６１ 本体部
６２ 突出部

Claims (4)

1. モータ制御装置であって、
   モータの回転子を正回転させる所定の位相を用いて、前記モータの駆動を制御するモータ駆動制御部と、
   前記モータの電気角が１８０度毎に、前記モータの回転子の回転位置に応じて２種類の検出信号を出力する回転位置検出部と、
   前記回転子の回転始動時から、前記回転位置検出部から出力される前記検出信号の種類が切り替わるまでの経過時間を用いて、前記回転子の回転始動時の停止位置を推定する停止位置推定部と、
   前記経過時間と前記停止位置とを用いて、前記回転子の回転速度を推定する回転速度推定部と、
   前記回転速度を用いて、前記所定の位相としての推定位相を算出する推定位相算出部と、
   を備える、モータ制御装置。
2. 請求項１に記載のモータ制御装置において、
   前記停止位置推定部は、前記経過時間に応じて、前記停止位置が、前記回転子の安定停止点のいずれであるかを推定する、モータ制御装置。
3. 請求項１または２に記載のモータ制御装置において、
   前記回転子の回転始動時に、前記検出信号に応じて、前記回転子の安定停止点のうち最大電気角の安定停止点に対して電気角で−９０度以上で且つ最小電気角の安定停止点に対して電気角で９０度以下の固定位相を、前記所定の位相として設定する固定位相設定部をさらに備える、モータ制御装置。
4. モータの制御方法であって、
   前記モータの回転子の回転始動時に、前記モータの電気角が１８０度毎に前記モータの回転子の回転位置に応じて回転位置検出部から出力される２種類の検出信号に応じて、前記回転子の安定停止点のうち最大電気角の安定停止点に対して−９０度以上で且つ最小電気角の安定停止点に対して９０度以下の電気角を、固定位相に設定する固定位相設定工程と、
   前記回転子の回転始動時から、前記固定位相を用いてモータ駆動制御部によって前記モータの駆動を制御することによって、前記回転位置検出部から出力される前記検出信号の種類が切り替わるまでの経過時間を用いて、前記回転子の回転始動時の停止位置を推定する停止位置推定工程と、
   前記経過時間と前記停止位置とを用いて、前記回転子の回転速度を推定する回転速度推定工程と、
   前記回転速度を用いて、推定位相を算出する推定位相算出工程と、
   を有する、モータ制御方法。

Images