WO2018037830A1 - モータ制御装置 - Google Patents

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竹本修一
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アイシン精機株式会社
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    • H02P6/21—Open loop start

Definitions

  • the present invention relates to a motor control device that controls the rotation of a rotor by supplying power to a plurality of exciting coils of a brushless motor.
  • Patent Document 1 discloses that when a brushless motor is forcibly started (started in the literature), the motor rotation speed does not reach a preset value within a reference time from the start of the forced start. A control mode is described in which power supply is stopped and restarted after a predetermined time has elapsed since the power supply was stopped.
  • Patent Document 2 a motor is started by energizing a predetermined exciting coil (fixed winding), and when the starting fails, the combination of the exciting coils at the time of starting is changed and restarted.
  • a predetermined exciting coil fixed winding
  • forced commutation is performed by rotating a rotor by energizing a plurality of exciting coils in a preset order when the motor is started.
  • the rotor does not stop in a fixed posture. Therefore, in forced commutation, even if power is supplied to a plurality of exciting coils in a preset order, torque cannot be applied to the rotor properly at the start of forced commutation, and the motor cannot be started. There was also.
  • a feature of the present invention is that the rotation control unit controls the rotation of the rotor constituting the brushless motor by controlling the driving power of the three-phase exciting coil of the stator constituting the brushless motor.
  • An induced voltage measuring unit that measures an induced voltage generated in the exciting coil as the rotor rotates,
  • the rotation control unit is A one-phase energization step of energizing one phase of the three-phase excitation coils for a set time at the start of the brushless motor;
  • the induced voltage generated in the exciting coil in a phase different from that of the exciting coil that has been energized with the energization in the one-phase energizing step is measured by the induced voltage measuring unit, and it is determined whether the engine can be started from the measurement result.
  • a forced commutation step in which one of the three-phase excitation coils is set as a supply start coil to which power is first supplied based on the determination result in the determination step, and forced commutation is performed
  • the set excitation coil is energized (one-phase energization) for a set time.
  • the induced voltage generated in the coils of the phases other than the excitation coil used for the one-phase energization is measured by the induced voltage measurement unit, and the motor start is determined in the determination step from the measurement result.
  • the rotation control unit can determine whether or not it is possible.
  • the angle at which the virtual line that connects the pair of slots excited by the supply start coil that is initially supplied with power in forced commutation intersects the virtual line that connects a specific magnetic pole of the rotor is the rotor stop angle. It is defined as In such a case, for example, when the supply start coil is energized (when one-phase energization is performed), when the rotor is at a stop angle that causes the rotor to act on the rotor, it is measured by the induced voltage measurement unit. Since the induced voltage is high, it can be determined that the motor can be started easily. On the other hand, when the torque acting on the rotor is very small or hardly acts, the induced voltage measured by the induced voltage measuring unit is low, and it can be determined that the motor cannot be started.
  • the motor can be reliably started by first supplying power to the set supply start coil.
  • the motor can be reliably started without performing the process of measuring the rotation speed of the rotor after starting the motor start control.
  • a motor control device has been configured that enables proper starting of the motor within a short period of time regardless of the stopping posture of the rotor.
  • the rotation control unit when it is determined in the determination step that the rotation control unit can start, the rotation control unit sets the excitation coil energized in the one-phase energization step as the supply start coil. You may do it.
  • the rotation control unit sets the excitation coil energized in the one-phase energization step as a supply start coil and performs forced commutation. By doing so, the torque required for starting the motor is applied to the rotor by the magnetic field initially generated in the exciting coil, and the motor is reliably started.
  • the rotation control unit when it is determined in the determination step that the rotation control unit cannot start the rotation control unit, the rotation control unit performs the excitation in a phase different from the excitation coil energized in the one-phase energization step.
  • a coil may be set as the supply start coil.
  • the rotation control unit supplies an excitation coil having a phase different from the excitation coil energized in the one-phase energization step to supply forced commutation.
  • the start coil By changing to the start coil, a torque required for starting the motor is applied to the rotor by the magnetic field first generated in the exciting coil, thereby realizing a reliable start of the motor.
  • the rotation control unit determines that the brushless motor can be started when the induced voltage measured during the execution of the one-phase energization step is equal to or greater than a threshold value, and is measured. When the induced voltage is less than the threshold value, it may be determined that the brushless motor cannot be started.
  • the rotation control unit determines whether the motor can be started or the motor cannot be started by comparing the induced voltage measured by the induced voltage measuring unit with a threshold value. Therefore, processing becomes easy.
  • a sensorless brushless DC motor M (hereinafter referred to as a motor M) is configured by housing a rotor R rotatable around a rotation axis Y in a stator S, and controls the motor M.
  • a motor control device 10 is configured.
  • the stator S includes six slots 2 protruding radially inward from the ring-shaped yoke 1, and an excitation coil 3 is wound around each slot 2.
  • the rotor R includes four permanent magnets 4 so that four magnetic poles are formed in the circumferential direction.
  • the motor M is configured as a 4-pole 6-slot type.
  • the motor M is configured to drive, for example, a water pump that circulates cooling water in an internal combustion engine of a vehicle. Therefore, the shaft 6 connected to the rotor R is provided with a water pump impeller 7. In addition to the water pump, the motor M may be used for driving an oil pump, a radiator fan, and the like.
  • the motor control device 10 includes an inverter circuit 11, a drive circuit 12, a voltage measurement unit 13 (an example of an induced voltage measurement unit), and a rotation control unit 14.
  • the inverter circuit 11 includes six switching elements 11 a that control power from the power source B, and includes three power lines 11 b that supply and discharge the power generated by these switching elements 11 a to and from the exciting coil 3.
  • the drive circuit 12 includes a semiconductor element such as a logic gate and a comparator for setting a duty ratio of a signal for driving the six switching elements 11a of the inverter circuit 11.
  • the drive timing of the six switching elements 11 a is set by a control signal from the rotation control unit 14.
  • the voltage measuring unit 13 measures the voltage of each phase based on the neutral point potential based on the current flowing through each of the three power lines 11b. For example, when measuring the voltage of the U phase, the voltage measurement unit 13 measures the voltage by a two-phase comparison that compares the potentials of the power lines 11b corresponding to the V phase and the W phase. The voltage measurement unit 13 outputs the voltage value of the power line 11 b of each phase to the rotation control unit 14.
  • the rotation control unit 14 controls the driving power supplied to the three-phase excitation coil 3 based on a control signal from an engine control unit 21 as an ECU provided in the vehicle, thereby starting and stopping the motor M. Realize.
  • the rotation control unit 14 includes a feedback control unit 14 a that performs rotation control when the motor M is in operation (rotation), and a start control unit 14 b that performs start control when the motor M is started.
  • the feedback control unit 14a acquires the rotation angle of the rotor R from the voltage value of each phase acquired by the voltage measurement unit 13 during rotation of the rotor R in order to realize rotation control, and sends a control signal based on this rotation angle to the drive circuit 12. Sensorless control is realized.
  • the start control unit 14b controls the drive circuit 12 to perform quick and reliable start of the motor M, performs one-phase energization, and determines whether the motor M can be started based on the voltage value measured by the voltage measurement unit 13.
  • the forced commutation control is performed based on the determination. The start control by the start control unit 14b will be described later.
  • the rotation control unit 14 includes hardware including a circuit board having a CPU (Central Processing Unit), a DSP (Digital Signal Processor), an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), and software for controlling the CPU, DSP, ASIC, and the like. It is comprised by the combination of. Although the feedback control unit 14a and the start control unit 14b are assumed to be configured by software, a part of them may be configured by hardware.
  • a CPU Central Processing Unit
  • DSP Digital Signal Processor
  • ASIC Application Specific Integrated Circuit
  • FIG. 3 with reference to a slot line C as a virtual line connecting a pair of U-phase slots 2, a magnetic pole line as a virtual line connecting this slot line C and a pair of S poles of the rotor R in a stopped state.
  • the angle at which D intersects is defined as the stop angle of the rotor R.
  • (a), (b), (c), and (d) of the same figure show 75 °, 45 °, 15 °, and 90 ° as stop angles of the rotor R. .
  • the start control unit 14b controls the drive circuit 12 to perform one-phase energization in a predetermined energization direction for a set time with respect to the U-phase excitation coil 3U set in advance as a supply start coil,
  • the voltage measurement unit 13 measures the induced voltage generated in at least one of the other exciting coils 3 (3V, 3W) at the timing synchronized with the one-phase energization, and the start control unit 14b determines whether the motor M can be started. (Steps # 01 to # 03).
  • the start control unit 14b controls the drive circuit 12 to perform one-phase energization (step # 01) is the one-phase energization step, and the voltage value of the induced voltage measured by the voltage measurement unit 13 is the rotor value. Corresponds to the stop angle of R. Further, the determination step is a process in which the start control unit 14b determines whether the motor M can be started based on the measured voltage value (step # 03).
  • the induced voltage generated in the other exciting coils 3 (3V, 3W) with the one-phase energization repeats the phenomenon that the negative voltage is generated after the positive voltage is generated. Decay over time.
  • the target rotation direction F shown in FIG. 3 is the direction in which the rotor R is rotated.
  • the voltage measuring unit 13 measures the induced voltage, it is not necessary to obtain a plurality of peak values of the induced voltage shown in the chart of FIG. 4, and the maximum (first) induction that occurs due to the one-phase energization. What is necessary is just to acquire a voltage. Therefore, the induced voltage generated in at least one of the other exciting coils 3 (3V, 3W) is measured at a timing parallel to the one-phase energization.
  • the induced voltage generated by the one-phase energization is the highest when the stop angle of the rotor R is 75 ° as shown in FIG. 3A, and the torque acting on the rotor R is large. Further, when the stop angle of the rotor R is 45 ° as shown in FIG. 3B, a slightly lower voltage is generated compared to 75 °, and a slightly smaller torque is applied compared to 75 °. Furthermore, when it is 15 ° as shown in FIG. 3C, a slight induced voltage is generated, and when it is 90 ° as shown in FIG. 3C, almost no induced voltage is generated.
  • the voltage value of the induced voltage corresponds to the stop angle of the rotor R, and the higher the induced voltage measured by the voltage measuring unit 13 with the one-phase energization, the better the startability of the motor M.
  • the stop angle of the rotor R is 75 °, 45 °, and 15 °
  • the start control unit 14b determines that the motor M can be started, and the stop angle of the rotor R is 90 ° (90 °).
  • the threshold value T predetermined voltage value
  • the start control unit 14b determines that the motor M can be started (when the induced voltage measured by the voltage measuring unit 13 is equal to or greater than the threshold T), a predetermined excitation coil 3 ( 3U), the start control unit 14b starts forced commutation control in such a manner that power is first supplied in a predetermined energization direction.
  • the start control unit 14b determines that the motor M cannot be started (when the induced voltage measured by the voltage measuring unit 13 is less than the threshold T)
  • the start control unit 14b excites the supply start coil. Change to the coil 3 (3W), and start the forced commutation control in such a form that power is first supplied to the supply start coil thus changed (steps # 04 to # 07).
  • the rotor R is forced by sequentially energizing the three-phase excitation coils 3 of the U phase, V phase, and W phase in a predetermined cycle. This is a control to make a proper rotation.
  • the start control unit 14b determines that the motor M can be started as described above, the predetermined excitation coil 3 (3U) is energized in the predetermined energization direction at the start of the forced commutation control as described above. In order to supply power first, a large torque is applied to the rotor R at the start of the forced commutation control by the start control unit 14b to enable a reliable start.
  • the start control unit 14b determines that the motor M cannot be started, the start control unit 14b sets the supply start coil to which power is supplied at the start of forced commutation control as the exciting coil 3.
  • the forced commutation control is performed by the start control unit 14b in such a form that power is first supplied to the changed excitation coil 3 (3W) so as to be energized in a predetermined energization direction.
  • the start control unit 14b determines that start is impossible.
  • the start control unit 14b uses the supply start coil as the excitation coil as described above.
  • the start control unit 14b changes the supply start coil to the excitation coil 3 (V). This switching is performed based on the induced voltage measured by the voltage measuring unit 13.
  • the motor M can be started in the same manner as in the state where the stop angle of the rotor R is 30 ° by changing the supply start coil to the exciting coil 3 (3W). . Further, when the stop angle of the rotor R is 15 °, the motor M can be started in the same manner as when the stop angle of the rotor R is 75 ° by changing the supply start coil to the exciting coil 3 (3v).
  • control for feeding back the rotation angle of the rotor R is not performed, and only the rotation speed (the number of rotations per unit time) of the rotor R is determined based on the voltage signal measured by the voltage measurement unit 13. To be acquired.
  • the feedback control unit 14a acquires the rotation angle of the rotor R based on the voltage signal of each phase from the voltage measuring unit 13, and does not step out by driving each switching element 11a of the inverter circuit 11. Realize proper rotation.
  • the start control unit 14b controls the drive circuit 12 in the one-phase energization step for the one-phase energization for temporarily supplying the current to the supply start coil for a short time.
  • the voltage measuring unit 13 measures the induced voltage generated in the other exciting coil 3 in parallel with the one-phase energization. By measuring the induced voltage, it is possible to determine whether the rotor R by the start control unit 14b is in a startable state or in a startable state. That is, even if sensors for detecting the stop angle of the rotor R are not provided, it is determined whether the motor M can be started or cannot be started in accordance with the stop angle of the rotor R.
  • the start control unit 14b determines whether the rotor R can be started. If the result of determination by the start control unit 14b is that the rotor R can be started, forced commutation is performed in such a manner that power is first supplied to the predetermined supply start coil (3U) in the predetermined energization direction. By performing the control, a torque is applied to the rotor R from the initial stage of the forced commutation control to realize a reliable start.
  • the start control unit 14b changes the supply start coil so that the changed supply start coil has a predetermined energization direction. Forced commutation control is performed in the form of supplying power first. As a result, the torque is applied to the rotor R from the initial stage of the forced commutation control to realize reliable start. Furthermore, since the process which compares the induced voltage measured by the voltage measurement part 13 and the threshold value T is performed when determining, the starting control unit 14b can determine very easily.
  • the motor M is started.
  • the time until the forced commutation control is performed after the process of determining the stop angle of the rotor R by the start control unit 14b can be shortened.
  • the motor M can be reliably and quickly started even though the sensors for detecting the stop angle of the rotor R are not provided.
  • the present invention may be configured as follows (the components having the same functions as those of the embodiments are given the same numbers and symbols as those of the embodiments).
  • the start control unit in the predetermined energization direction (the same direction as the energization direction described in the embodiment) with respect to the excitation coil 3 (3U) of the predetermined phase.
  • the control circuit 14b controls the drive circuit 12 to perform one-phase energization
  • the rotor R rotates with a torque acting in a direction opposite to the target rotation direction F. Therefore, the excitation coil 3 (3V) of the other phase is rotated.
  • the induced voltage generated at 3W) appears in the opposite direction to the chart shown in the embodiment as shown in the chart of FIG.
  • step # 101 when a negative induced voltage is generated by the one-phase energization of step # 101 as shown in the chart of FIG. 7, the induced voltage measured by the voltage measuring unit 13 exceeds the threshold T (in the negative direction). Therefore, the start control unit 14b determines that the motor M can be started in # 104, but the start control unit 14b sets (changes) the supply start coil to another excitation coil 3 (3V, 3W) in step # 105. In step # 106, forced commutation control is started.
  • the energization direction of the current supplied to the exciting coil 3 (3U) is reversed as compared with the embodiment without changing the predetermined exciting coil 3 (3U) as the supply start coil. It is also conceivable to start forced commutation control.
  • the stop angle of the rotor R is 90 ° as shown in FIG. 3D, or a stop similar to this. Although it is an angle
  • the start control unit 14b changes the supply start coil to the excitation coil 3 (3W), and the start control unit 14b energizes the excitation coil 3 (3W) in one phase, and the excitation coil 3 (3W) other than the excitation coil 3 (3W)
  • An induced voltage generated in at least one of the exciting coils (3U, 3V) is measured by the voltage measuring unit 13, and a supply start coil is set based on the measured value to start forced commutation control (from # 107 to # 111). Step).
  • the start control unit 14b has changed the supply start coil to the excitation coil 3 (3W). However, since the supply start coil after the change may be other than the excitation coil 3 (3U), supply start is started. The coil may be changed to the excitation coil 3 (3V).
  • step # 104 when it is determined in step # 104 that the rotor R is in a state incapable of starting, the start control unit 14b repeats the one-phase energization, but the voltage measurement unit is activated by the second one-phase energization. Since the rotational direction of the rotor R can be confirmed from the induced voltage (voltage positive / negative) measured and confirmed in 13, the start control unit 14b determines whether or not the supply start coil (3W) after the change is appropriate. Is positive), the changed supply start coil (3W) is set as the supply start coil for forced commutation control.
  • the start control unit 14b determines that it is inappropriate (the induced voltage measured by the voltage measuring unit 13 is negative), the start control unit 14b changes to the excitation coil 3 (V) as a supply start coil.
  • the start control unit 14b sets the supply start coil based on the sign of the induced voltage generated by the second one-phase energization, the forced commutation control is performed regardless of the stop angle of the rotor R. Is started, the rotor R can be rotated by applying a torque in the target rotation direction F.
  • step # 110 when the start control unit 14b determines that it is inappropriate (the induced voltage measured by the voltage measuring unit 13 is negative), the changed exciting coil 3 (3W) is not changed. It is also conceivable to start the forced commutation control by reversing the energization direction of the current supplied to the exciting coil 3 (3W).
  • the rotor R rotates by the forced commutation control at step # 106 or the forced commutation control at step # 111, and it is determined that the rotation control unit 14 can shift from the rotational speed of the rotor R to the feedback control. If so, the process proceeds to feedback control (steps # 112 and # 113). This feedback control is realized by the feedback control unit 14a.
  • the start control unit 14b when the start control unit 14b determines that the motor M cannot be started, the start control unit 14b performs one-phase energization twice. Compared with the control mode in which the start control unit 14b determines the rotation state of the rotor R after the forced commutation control is started, it is possible to shorten the time required to determine whether or not rotation is possible. Time to start can be shortened.
  • the number of poles and the number of slots of the motor M are not limited to those shown in the embodiment, and may be any number. Further, in the case where the number of poles and the number of slots are different, the plurality of stop angles of the rotor R are different from those of the embodiment, but the voltage measuring unit 13 measures the induced voltage after the one-phase energization. Since the start control unit 14b determines whether or not the motor M can be started in comparison with the threshold value T, the determination can be made regardless of the structure of the motor M, and the software of the start control unit 14b can be changed. Realize high versatility.
  • the present invention can be used in a motor control device that controls the rotation of a rotor by supplying electric power to be supplied to a plurality of exciting coils.

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Abstract

ロータの姿勢に拘わらず短時間のうちに適正な始動を可能にするモータ制御装置を構成する。ブラシレスモータＭのロータＲを制御する回転制御部が、始動時に三相の励磁コイルのうちの一相に設定時間だけ通電し、この通電に伴い通電が行われた励磁コイルと異なる励磁コイルに発生する誘起電圧を誘起電圧計測部で計測し、計測結果から始動の可否を判定し、判定結果に基づき三相の励磁コイルのうちの一相を、最初に電力供給が行われる供給開始コイルに設定して強制転流を実行する。

Description

モータ制御装置
　本発明は、ブラシレスモータの複数の励磁コイルに電力を供給することによりロータの回転を制御するモータ制御装置に関する。
　モータ制御装置として特許文献１には、ブラシレスモータの強制的な始動（文献では起動）を行う際に、強制的な始動開始から基準時間内にモータ回転数が予め設定された値に到達しない場合に給電を停止すると共に、この給電の停止から所定時間が経過した後に再始動を行う制御形態が記載されている。
　また、特許文献２には、所定の励磁コイル（固定巻線）に通電してモータの始動を行い、この始動に失敗した場合に、始動時の励磁コイルの組み合わせを変更して再始動を行う技術が記載されている。
特開２００６‐１１５６４１号公報 特開２００３‐２１９６８４号公報
　ブラシレスＤＣモータ（以下、モータとも称する）を例に挙げると、モータの始動時には複数の励磁コイルに対し予め設定された順序で通電することによりロータを回転させる強制転流が行われている。
　また、ブラシレスＤＣモータでは、４極６スロット型のモータのように、ロータの磁極数とスロット数とが異なるため、ロータは決まった姿勢で停止しない。従って、強制転流において、複数の励磁コイルに予め設定された順序で通電を行っても、強制転流の開始時にロータに対して適正にトルクを作用させることができず、モータを始動できないこともあった。
　これに対応して、モータを停止する際には、モータの再始動を確実にする目標姿勢に移行する制御を行うことも考えられる。しかしながら、ロータの回転姿勢を検知するセンサを備えないセンサレスモータでは、モータの停止時にロータを確実に目標姿勢に移行することが困難であり、モータの確実な始動を行えないこともあった。
　そこで、特許文献１に記載されるように、モータの始動時には強制的な始動を行うと共に、ロータの回転数からロータの回転の有無を判定し、この判定の後に再始動する制御を行うことも考えられる。しかしながら、この制御では、モータの始動が行えない場合には、始動までに時間を要するものであった。
　これに対して、特許文献２に記載されるようにモータの始動に失敗した場合に、始動時のコイルの組み合わせを変更する制御を行うものでは、連続して始動に失敗した場合には、その失敗の都度、複数の通電パターンを連続して切り換える必要があるため、モータを始動するまでに時間を要することもあった。
　このような理由から、センサレスモータでもロータの停止姿勢に拘わらず短時間のうちにモータの適正な始動を可能にするモータ制御装置が求められる。
　本発明の特徴は、ブラシレスモータを構成するステータの三相の励磁コイルの駆動電力の制御により前記ブラシレスモータを構成するロータの回転を制御する回転制御部と、
　前記ロータの回転に伴い前記励磁コイルに発生する誘起電圧を計測する誘起電圧計測部とを備え、
　前記回転制御部が、
　前記ブラシレスモータの始動時に、三相の前記励磁コイルのうちの一相に設定時間だけ通電する一相通電ステップと、
　前記一相通電ステップでの通電に伴い当該通電が行われた前記励磁コイルと異なる相の前記励磁コイルに発生する誘起電圧を前記誘起電圧計測部で計測し、計測結果から始動の可否を判定する判定ステップと、
　前記判定ステップでの判定結果に基づき三相の前記励磁コイルのうちの一相を最初に電力供給が行われる供給開始コイルに設定して強制転流を行う強制転流ステップと、を実行する点にある。
　この特徴構成によると、モータの始動時には、一相通電ステップでは、設定されている励磁コイルに設定時間だけ通電（一相通電）を行う。また、この一相通電が行われる際には、一相通電に用いた励磁コイル以外の相のコイルに発生する誘起電圧を誘起電圧計測部で計測し、計測結果から判定ステップにおいてモータの始動の可否を回転制御部が判定できる。
　仮に、強制転流において最初に電力供給が行われる供給開始コイルで励磁される一対のスロット同士を結ぶ仮想ラインと、ロータの特定の磁極とを結ぶ仮想ラインとが交差する角度をロータの停止角と定義する。このように定義した場合において、例えば、供給開始コイルに通電した場合（一相通電を行った場合）に、大きいトルクをロータに作用させるロータの停止角にある場合には誘起電圧計測部で計測される誘起電圧が高く、モータの始動が容易と判断できる。これに対して、ロータに作用するトルクが極めて小さい場合や、殆ど作用しない場合には誘起電圧計測部で計測される誘起電圧が低く、モータを始動不能であると判断できる。
　この理由から、一相通電ステップでの通電に伴う誘起電圧からモータの始動の可否の判断が可能となり、しかも、強制転流ステップでは、判定ステップでの回転制御部の判定に基づいて供給開始コイルを設定し、設定された供給開始コイルに最初に電力供給を行うことによりモータの確実な始動が可能となる。特に、この構成では、モータの始動制御を開始した後に、ロータの回転数を計測する処理を行わずとも、モータの確実な始動が実現する。
　このように、センサレスモータであっても、ロータの停止姿勢に拘わらず短時間のうちにモータの適正な始動を可能にするモータ制御装置が構成された。
　他の構成として、前記判定ステップにおいて、前記回転制御部によって始動可能であると判定された場合に、前記回転制御部は前記一相通電ステップにおいて通電された前記励磁コイルを前記供給開始コイルに設定しても良い。
　このように、判定ステップにおいて、モータを始動可能であると判定された場合には、回転制御部は、一相通電ステップで通電された励磁コイルを、供給開始コイルに設定して強制転流を行うことにより、励磁コイルに最初に作り出される磁界により、モータの始動に必要なトルクをロータに作用させ、モータの確実な始動を実現する。
　他の構成として、前記判定ステップにおいて、前記回転制御部によって始動不能であると判定された場合に、前記回転制御部は、前記一相通電ステップにおいて通電された前記励磁コイルと異なる相の前記励磁コイルを前記供給開始コイルに設定しても良い。
　このように、判定ステップにおいて、モータを始動不能であると判定された場合には、回転制御部は、一相通電ステップで通電された励磁コイルと異なる相の励磁コイルを、強制転流の供給開始コイルに変更することにより、励磁コイルに最初に作り出される磁界により、モータの始動に必要なトルクをロータに作用させ、モータの確実な始動を実現する。
　他の構成として、前記判定ステップにおいて、前記回転制御部は、前記一相通電ステップの実行時に計測された誘起電圧が閾値以上である場合に前記ブラシレスモータを始動可能であると判定し、計測された誘起電圧が閾値未満である場合に前記ブラシレスモータを始動不能であると判定しても良い。
　これによると、回転制御部は、一相通電を行った場合に誘起電圧計測部で計測された誘起電圧と、閾値との比較によりモータの始動可能と、モータの始動不能との何れかの判定を行うため、処理が容易となる。
モータ制御装置の構成を示す回路図である。 モータのステータとロータとを示す断面図である。 ロータの複数の停止角を示す模式的に示す図である。 一相通電に伴う誘起電圧を示すタイミングチャートである。 モータの始動制御のフローチャートである。 別実施形態（ａ）において４５°に対応するロータの停止角を示す図である。 別実施形態（ａ）において一相通電に伴う誘起電圧を示すタイミングチャートである。 別実施形態（ａ）のモータの始動制御のフローチャートである。
　以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔基本構成〕
　図１、図２に示すように、回転軸芯Ｙを中心に回転自在なロータＲをステータＳに収容してセンサレスブラシレスＤＣモータＭ（以下モータＭと称する）が構成され、このモータＭを制御するモータ制御装置１０が構成されている。
　ステータＳは、リング状のヨーク１から半径方向の内方に突出する６つのスロット２を備え、各々のスロット２に励磁コイル３が巻回されている。ロータＲは、４つの永久磁石４を備えることにより周方向に４つの磁極が形成されている。このように、モータＭは、４極６スロット型に構成される。
　モータＭは、例えば、車両の内燃機関において冷却水を循環させるウォータポンプを駆動するように構成されている。そのため、ロータＲに連結するシャフト６にはウォータポンプのインペラ７を備えている。尚、このモータＭは、ウォータポンプ以外に、例えば、オイルポンプの駆動、ラジエータファンの駆動等に用いても良い。
〔モータ制御装置〕
　図１に示すように、モータ制御装置１０は、インバータ回路１１と、駆動回路１２と、電圧計測部１３（誘起電圧計測部の一例）と、回転制御部１４とを備えている。
　励磁コイル３のＵ相とＶ相とＷ相とを区別するため、６つのスロット２の励磁コイル３には３Ｕ，３Ｖ，３Ｗの符号を付している。インバータ回路１１は、電源Ｂからの電力を制御する６つのスイッチング素子１１ａを備え、これらのスイッチング素子１１ａで生成された電力を励磁コイル３に給排する３つの電力ライン１１ｂを備えている。
　駆動回路１２は、インバータ回路１１の６つのスイッチング素子１１ａを駆動する信号のデューティ比を設定する論理ゲートやコンパレータ等の半導体素子等を備えている。この駆動回路１２は、回転制御部１４からの制御信号により６つのスイッチング素子１１ａの駆動タイミングが設定される。
　電圧計測部１３は、３つの電力ライン１１ｂの各々に流れる電流に基づき、中性点電位を基準とする各相の電圧を計測する。この電圧計測部１３では、例えば、Ｕ相の電圧を計測する場合には、Ｖ相とＷ相に対応する電力ライン１１ｂの電位を比較する２相比較により電圧を計測する。この電圧計測部１３は各相の電力ライン１１ｂの電圧値を回転制御部１４に出力する。
　回転制御部１４は、車両に備えられたＥＣＵとしてのエンジン制御部２１からの制御信号に基づいて三相の励磁コイル３に供給する駆動電力を制御することにより、モータＭの始動と停止とを実現する。特に、回転制御部１４は、モータＭの稼動時（回転時）に回転制御を行うフィードバック制御ユニット１４ａと、モータＭの始動時に始動制御を行う始動制御ユニット１４ｂとを備えている。
　フィードバック制御ユニット１４ａは、回転制御を実現するためロータＲの回転時に電圧計測部１３で取得した各相の電圧値からロータＲの回転角を取得し、この回転角に基づく制御信号を駆動回路１２に与えることにより、センサレス制御を実現する。
　始動制御ユニット１４ｂは、迅速で確実なモータＭの始動を実現するため駆動回路１２を制御して一相通電を行い、電圧計測部１３で計測した電圧値に基づいてモータＭの始動の可否を判定し、この判定に基づいて強制転流制御を行う。尚、この始動制御ユニット１４ｂによる始動制御は後述する。
　回転制御部１４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等を有する回路基板で成るハードウエアと、ＣＰＵ、ＤＳＰ、ＡＳＩＣ等を制御するソフトウエアとの組み合わせにより構成されている。フィードバック制御ユニット１４ａと始動制御ユニット１４ｂとはソフトウエアで構成されるものを想定しているが、一部をハードウエアで構成することも可能である。
〔制御形態〕
　このモータＭでは、電磁鋼板等の強磁性体を積層してヨーク１と６つのスロット２とが一体形成され、ロータＲに４つの磁極が形成されるため、モータＭの停止時には磁極と６つのスロット２との間で作用する吸引力により、複数の停止角（ロータＲの停止姿勢）の何れかで停止する。
　図３では、Ｕ相の一対のスロット２を結ぶ仮想ラインとしてのスロットラインＣを基準にして、このスロットラインＣと、停止状態のロータＲの一対のＳ極とを結ぶ仮想ラインとしての磁極ラインＤが交差する角度をロータＲの停止角と定義している。尚、同図の（ａ）と、（ｂ）と、（ｃ）と、（ｄ）とにはロータＲの停止角として７５°と、４５°と、１５°と、９０°と示している。
　このようにロータＲの停止角が一定しないため、エンジン制御部２１からの情報に基づいて回転制御部１４がモータＭを始動する場合には、確実で迅速な始動を可能にするように始動制御ユニット１４ｂが図５のフローチャートに示す制御を実行する。
　つまり、この制御では、始動制御ユニット１４ｂが駆動回路１２を制御して供給開始コイルとして予め設定されているＵ相の励磁コイル３Ｕに対して設定時間だけ既定の通電方向に一相通電を行い、この一相通電に同期するタイミングで他の励磁コイル３（３Ｖ，３Ｗ）の少なくとも一方に発生する誘起電圧を電圧計測部１３で計測し、モータＭの始動の可否を始動制御ユニット１４ｂが判定する（＃０１から＃０３ステップ）。
　この制御では、始動制御ユニット１４ｂが駆動回路１２を制御して一相通電を行う処理（＃０１ステップ）が一相通電ステップであり、電圧計測部１３で計測される誘起電圧の電圧値がロータＲの停止角に対応する。また、計測された電圧値に基づいてモータＭの始動の可否を始動制御ユニット１４ｂが判定する処理（＃０３ステップ）が判定ステップである。
　具体的には、一相通電を行うことにより、Ｕ相の一対のスロット２のロータＲに対向する先端にはＮ極が作り出され、ロータＲは停止角に等しい角度だけ目標回転方向Ｆに向けて回転し、０°を通り過ぎると逆方向回転力が働き、徐々に回転は収束し、元の停止角に復帰する。その結果、一相通電に伴い他の励磁コイル３（３Ｖ，３Ｗ）に発生する誘起電圧も図４に示すように、正電圧が発生した後に負電圧が発生する現象が繰り返し、これらの電圧は時間経過とともに減衰する。尚、このモータＭについての始動制御では、図３に示す目標回転方向ＦがロータＲを回転させる方向である。
　また、電圧計測部１３が誘起電圧を計測する場合に、図４のチャートに示される誘起電圧の複数のピーク値を取得する必要は無く、一相通電に伴って発生する最大（最初）の誘起電圧を取得すれば良い。従って、励磁コイル３Ｕの他の励磁コイル３（３Ｖ，３Ｗ）の少なくとも一方に発生する誘起電圧を、一相通電と並行するタイミングで計測する。
　また、一相通電に伴い発生する誘起電圧は、ロータＲの停止角が図３（ａ）のように７５°にある場合に最も高い電圧が発生し、ロータＲに作用するトルクも大きい。また、ロータＲの停止角が図３（ｂ）のように４５°にある場合には、７５°と比較して少し低い電圧が発生し、７５°と比較して少し小さいトルクが作用する。更に、図３（ｃ）のように１５°にある場合には、僅かな誘起電圧が発生し、図３（ｃ）のように９０°にある場合には殆ど誘起電圧が発生しない。
　このように、誘起電圧の電圧値がロータＲの停止角に対応しており、一相通電に伴って電圧計測部１３で計測される誘起電圧が高い値であるほどモータＭの始動性が良好であり、電圧計測部１３で計測される誘起電圧が低い値であるほど始動性が不良となる。この理由から、ロータＲの停止角が７５°と４５°と１５°とにある場合に、モータＭを始動可能と始動制御ユニット１４ｂが判定し、ロータＲの停止角が９０°（９０°の近傍にある場合も含む）にある場合に、モータＭを始動不能であると始動制御ユニット１４ｂが判定するように、閾値Ｔ（所定の電圧値）を設定している。
　そして、モータＭを始動可能であると始動制御ユニット１４ｂが判定した場合（電圧計測部１３で計測される誘起電圧が閾値Ｔ以上である場合）には、供給開始コイルとして既定の励磁コイル３（３Ｕ）に対して、既定の通電方向で最初に電力を供給する形態で始動制御ユニット１４ｂが強制転流制御を開始する。また、モータＭを始動不能であると始動制御ユニット１４ｂが判定した場合（電圧計測部１３で計測される誘起電圧が閾値Ｔ未満である場合）には、始動制御ユニット１４ｂは供給開始コイルを励磁コイル３（３Ｗ）に変更し、このように変更した供給開始コイルに最初に電力を供給する形態で強制転流制御を開始する（＃０４から＃０７ステップ）。
　強制転流制御（強制転流ステップ）は、所定の周期でＵ相、Ｖ相、Ｗ相の三相の励磁コイル３に対して決まったパターンで順次通電を行うことにより、ロータＲの強制的な回転を行わせる制御である。
　このようにモータＭを始動可能であると始動制御ユニット１４ｂが判定した場合には、前述したように強制転流制御の開始時に既定の励磁コイル３（３Ｕ）に対し、既定の通電方向に通電するように最初に電力を供給するため、始動制御ユニット１４ｂによる強制転流制御の開始時にロータＲに大きいトルクを作用させて確実な始動を可能にする。
　これとは逆に、モータＭを始動不能であると始動制御ユニット１４ｂが判定した場合には、始動制御ユニット１４ｂは、強制転流制御の開始時に電力が供給される供給開始コイルを励磁コイル３（３Ｗ）に変更すると共に、変更した励磁コイル３（３Ｗ）に対し、既定の通電方向に通電するように最初に電力を供給する形態で始動制御ユニット１４ｂによる強制転流制御が行われる。これにより転流制御の開始時にロータＲに大きいトルクを作用させ、モータＭの確実な始動を可能にしている。
　尚、ロータＲの停止角が図３（ｃ）のように１５°である場合にも、図３（ｄ）のようにロータＲの停止角が９０°である場合と同様に、モータＭを始動不能であると始動制御ユニット１４ｂが判定することも可能である。このように始動制御ユニット１４ｂが行う判定の制御形態を設定する場合には、ロータＲの停止角が９０°である場合には、前述と同様に、始動制御ユニット１４ｂが供給開始コイルを励磁コイル３（３Ｗ）に変更することになるが、ロータＲの停止角が１５°である場合には、始動制御ユニット１４ｂが供給開始コイルを励磁コイル３（Ｖ）に変更することになる。この切り換えは電圧計測部１３で計測される誘起電圧に基づいて行うことになる。
　このように、ロータＲの停止角が９０°にある場合に供給開始コイルを励磁コイル３（３Ｗ）に変更することでロータＲの停止角が３０°にある状態と同様にモータＭを始動できる。また、ロータＲの停止角が１５°にある場合に供給開始コイルを励磁コイル３（３ｖ）に変更することでロータＲの停止角が７５°ある状態と同様にモータＭを始動できる。
　また、強制転流制御の実行時にはロータＲの回転角をフィードバックする制御は行われず、電圧計測部１３で計測される電圧信号に基づいてロータＲの回転速度（単位時間あたりの回転数）だけが取得される。
　そして、ロータＲの回転速度が予め設定された値に達し、回転制御部１４がフィードバック制御に移行可能であると判断した場合には、フィードバック制御に移行する（＃０８、＃０９ステップ）。
　フィードバック制御では、フィードバック制御ユニット１４ａが電圧計測部１３からの各相の電圧信号に基づきロータＲの回転角を取得する形態で、インバータ回路１１の各スイッチング素子１１ａを駆動することにより脱調のない適正な回転を実現する。
〔実施形態の作用・効果〕
　このように、モータＭを始動する際には、一相通電ステップにおいて供給開始コイルに対して僅かな時間だけ一時的に電流を供給する一相通電を始動制御ユニット１４ｂが駆動回路１２を制御して行い、この一相通電に並行して他の励磁コイル３に発生する誘起電圧を電圧計測部１３が計測する。この誘起電圧の計測により、始動制御ユニット１４ｂによるロータＲが始動可能と始動不能との何れの状態にあるのかの判定が可能となる。つまり、ロータＲの停止角を検出するためのセンサ類を備えなくとも、ロータＲの停止角に対応してモータＭの始動可能と始動不能との判定を実現している。
　そして、始動制御ユニット１４ｂによる判定の結果、ロータＲが始動可能である場合には、既定の供給開始コイル（３Ｕ）に対して、既定の通電方向で最初に電力を供給する形態で強制転流制御を行うことにより、強制転流制御の初期からトルクをロータＲに作用させて確実な始動を実現する。
　また、始動制御ユニット１４ｂによる判定の結果、ロータＲが回転不能である場合には、始動制御ユニット１４ｂが供給開始コイルを変更することにより、変更後の供給開始コイルに対して既定の通電方向に最初に電力を供給する形態で強制転流制御を行う。これにより、強制転流制御の初期からトルクをロータＲに作用させて確実な始動を実現する。更に、判定を行う場合には、電圧計測部１３で計測される誘起電圧と閾値Ｔとを比較する処理を行うため、極めて容易に始動制御ユニット１４ｂが判定を行える。
　特に、この構成では、例えば、モータＭの始動時に強制転流制御を行い、強制転流制御の開始から所定時間が経過した後にロータＲの回転状態を判定するものと比較すると、モータＭの始動時にロータＲの停止角を始動制御ユニット１４ｂが判定する処理の後に強制転流制御を行うまでの時間を短縮できる。このように、ロータＲの停止角を検出するためのセンサ類を備えないものでありながらモータＭの始動を確実に迅速に行えるのである。
〔別実施形態〕
　本発明は、上記した実施形態以外に以下のように構成しても良い（実施形態と同じ機能を有するものには、実施形態と共通の番号、符号を付している）。
（ａ）実施形態で説明したように、始動制御ユニット１４ｂによってモータＭの始動に適した停止角でロータＲを停止させる制御が行われた場合にも、負荷の作用や他の要因によりロータＲの停止角が実施形態で説明した角度から外れることも考えられる。その一例として、図６に示すように、実施形態で説明した４５°の停止角（停止姿勢）と同じ角度で、ロータＲの磁極の極性が図３（ｂ）と逆になる停止角を一例にして制御形態を説明する。
　このようにロータＲが図６に示す停止角である状況で既定の相の励磁コイル３（３Ｕ）に対して、既定の通電方向（実施形態で説明した通電方向と同じ方向）で始動制御ユニット１４ｂが駆動回路１２を制御して一相通電を行った場合には、ロータＲに対して目標回転方向Ｆと逆方向にトルクが作用して回転するため、他の相の励磁コイル３（３Ｖあるいは３Ｗ）に発生する誘起電圧は、図７のチャートに示すように実施形態に示したチャートと逆に現れる。
　このようなロータＲの停止角であっても、始動制御ユニット１４ｂが供給開始コイルを変更することにより目標回転方向Ｆに沿う適正なトルクを得ることが可能である。この理由から図８のフローチャートに示す制御を設定する。
　図８に示すフローチャートでは、実施形態で説明した制御の流れと基本的に共通するものであるため、ロータＲの停止角が図３（ａ）から（ｃ）に示すものの何れかである場合には、実施形態の＃０１から＃０４ステップと同様に、＃１０１から＃１０４ステップの制御を行う。つまり、モータＭを始動可能であると始動制御ユニット１４ｂが判定した場合には、供給開始コイルとして既定の励磁コイル３（３Ｕ）を設定し、既定の通電方向で最初に電力を供給する形態で強制転流制御を開始する（＃１０５、＃１０６ステップ）。
　しかしながら、＃１０１ステップの一相通電により、図７のチャートに示す如く、負の誘起電圧が発生した場合には、電圧計測部１３で計測される誘起電圧が閾値Ｔを超える（負の方向に超える）ため、＃１０４でモータＭを始動可能と始動制御ユニット１４ｂが判定するものの、＃１０５ステップにおいて始動制御ユニット１４ｂが供給開始コイルを、他の励磁コイル３（３Ｖ，３Ｗ）に設定（変更）し、＃１０６ステップにおいて強制転流制御を開始する。
　尚、この＃１０５ステップの制御として、供給開始コイルとして既定の励磁コイル３（３Ｕ）を変更することなく、この励磁コイル３（３Ｕ）に供給する電流の通電方向を実施形態と比較して逆にして強制転流制御を開始することも考えられる。
　更に、＃１０４ステップにおいて、モータＭを始動不能であると判定された場合には、ロータＲの停止角は、図３（ｄ）のように９０°の停止角、又は、これと同様の停止角であるが、ロータＲの磁極の極性が逆である場合が考えられる。従って、始動制御ユニット１４ｂが供給開始コイルを励磁コイル３（３Ｗ）に変更すると共に、この励磁コイル３（３Ｗ）に始動制御ユニット１４ｂが一相通電を行い、この励磁コイル３（３Ｗ）以外の励磁コイル（３Ｕ，３Ｖ）の少なくとも一方に発生する誘起電圧を電圧計測部１３で計測し、この計測値に基づいて供給開始コイルを設定して強制転流制御を開始する（＃１０７から＃１１１ステップ）。
　この制御では、始動制御ユニット１４ｂが供給開始コイルを励磁コイル３（３Ｗ）に変更していたが、変更後の供給開始コイルとしては、励磁コイル３（３Ｕ）以外であれば良いため、供給開始コイルを励磁コイル３（３Ｖ）に変更しても良い。
　つまり、＃１０４ステップでロータＲが始動不能の状態であると判定された場合には、始動制御ユニット１４ｂが一相通電を繰り返して行うことになるが、２回目の一相通電により電圧計測部１３で計測して確認された誘起電圧（電圧の正負）からロータＲの回転方向を確認できるため、変更後の供給開始コイル（３Ｗ）の適否を始動制御ユニット１４ｂが判定し、適正（誘起電圧が正）である場合には、変更後の供給開始コイル（３Ｗ）を強制転流制御の供給開始コイルに設定する。
　また、不適（電圧計測部１３で計測される誘起電圧が負）であると始動制御ユニット１４ｂが判定した場合には、始動制御ユニット１４ｂは供給開始コイルとして励磁コイル３（Ｖ）に変更する。このように、２回目の一相通電によって発生する誘起電圧の正負に基づいて始動制御ユニット１４ｂが供給開始コイルを設定するため、ロータＲがどのような停止角にあっても、強制転流制御を開始する場合には、目標回転方向Ｆに向けてトルクを作用させてロータＲを回転させることを可能にする。
　尚、不適（電圧計測部１３で計測される誘起電圧が負）であると始動制御ユニット１４ｂが判定した場合における＃１１０ステップの制御として、変更後の励磁コイル３（３Ｗ）を変更することなく、この励磁コイル３（３Ｗ）に供給する電流の通電方向を逆にして強制転流制御を開始することも考えられる。
　次に、＃１０６ステップでの強制転流制御、又は、＃１１１ステップの強制転流制御によりロータＲが回転し、回転制御部１４がロータＲの回転速度からフィードバック制御に移行可能であると判断した場合にはフィードバック制御に移行する（＃１１２、＃１１３ステップ）。尚、このフィードバック制御はフィードバック制御ユニット１４ａが実現する。
　この別実施形態（ａ）では、モータＭを始動不能であると始動制御ユニット１４ｂが判定した場合には、始動制御ユニット１４ｂが一相通電を２回行うため処理ステップが多くなるが、例えば、強制転流制御を開始した後に、ロータＲの回転の状態を始動制御ユニット１４ｂが判定する制御形態と比較すると、回転の可否を判定するまでの時間を短くすることが可能であり、モータＭの始動までの時間を短縮できる。
（ｂ）モータＭの極数とスロット数とは、実施形態で示したものに限らず、任意の数であっても良い。また、このように極数とスロット数とが異なるものについては、ロータＲの複数の停止角が実施形態と異なるものであるが、一相通電の後の誘起電圧を電圧計測部１３が計測して閾値Ｔと比較してモータＭの始動の可否を始動制御ユニット１４ｂが判定するため、モータＭの構造に拘わらず、判定が可能となり、始動制御ユニット１４ｂのソフトウエアを変更せずに済み、高い汎用性を実現する。
（ｃ）誘起電圧の取得時間として、例えば、図４のチャートに示される複数のピーク値を取得するように設定し、取得した複数のピーク値を平均することにより、始動制御ユニット１４ｂが行う判定の精度を高めても良い。
（ｄ）一相通電の後に、ロータＲが正逆方向に僅かに揺動するように回転する際の慣性（動慣性）を利用し、ロータＲが始動方向に回転するタイミングで強制転流制御を開始するように、制御のタイミングを設定する。このように強制転流制御の開始タイミングを設定することにより、ロータＲの慣性による回転を利用して一層確実なモータＭの始動を実現する。
　本発明は、複数の励磁コイルに供給する電力を供給することによりロータの回転を制御するモータ制御装置に利用することができる。
３　　　　　励磁コイル
１３　　　　電圧計測部（誘起電圧計測部）
１４　　　　回転制御部
Ｍ　　　　　ブラシレスモータ
Ｒ　　　　　ロータ
Ｓ　　　　　ステータ
Ｔ　　　　　閾値

Claims (4)

  1. 　ブラシレスモータを構成するステータの三相の励磁コイルの駆動電力の制御により前記ブラシレスモータを構成するロータの回転を制御する回転制御部と、
    　前記ロータの回転に伴い前記励磁コイルに発生する誘起電圧を計測する誘起電圧計測部とを備え、
    　前記回転制御部が、
    　前記ブラシレスモータの始動時に、三相の前記励磁コイルのうちの一相に設定時間だけ通電する一相通電ステップと、
    　前記一相通電ステップでの通電に伴い当該通電が行われた前記励磁コイルと異なる相の前記励磁コイルに発生する誘起電圧を前記誘起電圧計測部で計測し、計測結果から始動の可否を判定する判定ステップと、
    　前記判定ステップでの判定結果に基づき三相の前記励磁コイルのうちの一相を最初に電力供給が行われる供給開始コイルに設定して強制転流を行う強制転流ステップと、を実行するモータ制御装置。
  2. 　前記判定ステップにおいて、前記回転制御部によって始動可能であると判定された場合に、前記回転制御部は、前記一相通電ステップにおいて通電された前記励磁コイルを前記供給開始コイルに設定する請求項１に記載のモータ制御装置。
  3. 　前記判定ステップにおいて、前記回転制御部によって始動不能であると判定された場合に、前記回転制御部は、前記一相通電ステップにおいて通電された前記励磁コイルと異なる相の前記励磁コイルを前記供給開始コイルに設定する請求項１又は２に記載のモータ制御装置。
  4. 　前記判定ステップにおいて、前記回転制御部は、前記一相通電ステップの実行時に計測された誘起電圧が閾値以上である場合に前記ブラシレスモータを始動可能であると判定し、計測された誘起電圧が閾値未満である場合に前記ブラシレスモータを始動不能であると判定する請求項１から３のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
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