特開 2017-5905 モータ駆動制御装置およびモータ制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2017-5905(P2017-5905A)

(43)【公開日】2017年1月5日

(54)【発明の名称】モータ駆動制御装置およびモータ制御方法

(51)【国際特許分類】

   H02P 6/18 20160101AFI20161209BHJP

【ＦＩ】

   H02P6/02 371T

【審査請求】未請求

【請求項の数】14

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2015-118907(P2015-118907)

(22)【出願日】2015年6月12日

(71)【出願人】

【識別番号】000228730

【氏名又は名称】日本電産サーボ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】000232302

【氏名又は名称】日本電産株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100135013

【弁理士】

【氏名又は名称】西田 隆美

(72)【発明者】

【氏名】石川 理朋

【テーマコード（参考）】

5H560

【Ｆターム（参考）】

5H560BB04

5H560BB07

5H560BB08

5H560DA13

5H560DB20

5H560DC01

5H560DC12

5H560DC13

5H560EB01

5H560HA04

5H560HA09

5H560HB05

5H560HC00

5H560JJ03

5H560TT02

5H560TT08

5H560TT15

5H560UA05

5H560UA06

5H560XA04

5H560XA13

(57)【要約】      （修正有）

【課題】モータの起動前に外力等によりモータが回転している場合であっても、脱調状態の発生やインバータ電圧の上昇を抑制する。
【解決手段】モータ駆動制御装置１は、センサレス駆動処理部３１と、回転状態判定部３２とを有し、センサレスモータ９に駆動電流を供給する３相電圧型インバータ２に対して駆動信号を出力する。センサレス駆動処理部３１は、インバータ２のシャント抵抗に印加される電圧に基づいて、速度クローズドループ制御によるセンサレス駆動処理を行う。回転状態判定部３２は、駆動信号の非出力時において、モータの誘起電圧に基づいてモータの回転状態を判定する。センサレス駆動処理部３１は、回転状態判定部３２の判定に基づいて、センサレス駆動処理を開始する。これにより、モータ９の回転状態に応じて、インバータ２に対して適切な駆動信号を出力できる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

センサレスモータに駆動電流を供給する３相電圧型インバータに対して駆動信号を出力するモータ駆動制御装置であって、
前記インバータのシャント抵抗に印加される電圧に基づいて、速度クローズドループ制御によるセンサレス駆動処理を行うセンサレス駆動処理部と、
前記駆動信号の非出力時において、前記モータの誘起電圧に基づいて前記モータの回転状態を判定する回転状態判定部と、
を有し、
前記センサレス駆動処理部は、前記回転状態判定部の判定に基づいて、前記センサレス駆動処理を開始する、モータ駆動制御装置。

【請求項2】

請求項１に記載のモータ駆動制御装置であって、
強制転流処理を行う強制転流処理部
をさらに有し、
前記回転状態判定部の判定結果に基づいて、
前記センサレス駆動処理部による前記センサレス駆動処理へ移行するセンサレス駆動移行処理と、
前記強制転流処理部による前記強制転流処理と、
のいずれか一方を開始する、モータ駆動制御装置。

【請求項3】

請求項２に記載のモータ駆動装置であって、
前記強制転流処理において、前記強制転流処理部は、前記インバータに対してショートブレーキ処理を行った後で、前記インバータに対して強制転流用駆動信号を出力する、モータ駆動制御装置。

【請求項4】

請求項２または請求項３に記載のモータ駆動制御装置であって、
前記回転状態判定部が、モータ速度が正方向の所定の速度範囲である正回転速度範囲に属すると判断すると、前記センサレス駆動処理部による前記センサレス駆動処理へ移行するセンサレス駆動移行処理を開始し、
前記回転状態判定部が、前記モータ速度が正方向かつ正回転速度範囲よりも小さい、または、逆方向であると判断すると、前記強制転流処理部による前記強制転流処理を開始する、モータ駆動制御装置。

【請求項5】

請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のモータ駆動制御装置であって、
前記回転状態判定部は、
前記誘起電圧の電圧値が所定の大きさより小さい低速回転状態であるか否かを判断する、誘起電圧値判定部と、
前記誘起電圧値判定部が前記モータが低速回転状態でないと判断した後で、前記誘起電圧から前記モータの位相および回転速度を算出し、前記回転速度に基づいて前記モータの回転状態を判断する、回転速度判定部と、
を含む、モータ駆動制御装置。

【請求項6】

請求項４に記載のモータ駆動制御装置であって、
前記回転状態判定部が、前記モータ速度が正方向かつ前記正回転速度範囲よりも大きいと判断すると、前記センサレス駆動処理および前記強制転流処理を行うことなく、前記回転状態判定部による判定を続行する、モータ駆動制御装置。

【請求項7】

請求項１ないし請求項６に記載のモータ駆動制御装置であって、
前記センサレス駆動処理部は、
前記シャント抵抗に印加される電圧に基づいて、復元３相電流を算出する相電流復元部と、
前記復元３相電流をαβ固定座標系に変換し、固定座標系電流を算出するクラーク変換部と、
前記固定座標系電流をｄｑ同期回転座標系に変換し、回転座標系電流を算出するパーク変換部と、
目標回転速度と前記回転座標系電流とに基づいて、ｄｑ同期回転座標系における回転座標系電圧指令値を算出する電流制御部と、
前記回転座標系電圧指令値をαβ固定座標系に変換し、固定座標系電圧指令値を算出する逆パーク変換部と、
前記固定座標系電圧指令値を３相に変換し、相電圧指令値を算出する逆クラーク変換部と、
前記相電圧指令値に基づいて前記駆動信号を生成し、前記インバータへ出力する駆動信号生成部と、
を有する、モータ駆動制御装置。

【請求項8】

請求項７に記載のモータ駆動制御装置であって、
前記シャント抵抗は、前記インバータの３相に共通のグラウンド・ラインに直列接続される抵抗であり、
前記センサレス駆動処理部は、
前記クラーク変換部と前記パーク変換部との間に挿入され、前記固定座標系電流を整形する１次遅れＤ因子フィルタ
をさらに有する、モータ駆動制御装置。

【請求項9】

請求項８に記載のモータ駆動制御装置であって、
前記センサレス駆動処理部は、
前記固定座標電流に基づいて前記モータの位相および角速度を推定する位相速度推定部
をさらに有し、
前記位相速度推定部には、前記１次遅れＤ因子フィルタにより整形された前記固定座標電流が入力される、モータ駆動制御装置。

【請求項10】

シャント抵抗を有する３相電圧型インバータにより駆動されるモータの制御方法であって、
ａ）前記モータの誘起電圧に基づいて、前記モータの回転状態を判定する工程と、
ｂ）前記工程ａ）の判定結果に基づいて、前記モータの起動処理を複数の起動処理方法から選択する工程と、
ｃ）前記工程ｂ）の後に、選択した前記起動処理方法を行う工程と、
を有し、
前記複数の起動処理方法は、
前記モータに対して制動および強制回転を行う、強制転流処理と、
正回転状態の前記モータに対して、速度クローズドループ制御によるセンサレス駆動処理へ移行する、センサレス駆動移行処理と、
を含む、モータ制御方法。

【請求項11】

請求項１０に記載のモータ制御方法であって、
前記工程ｂ）において、
前記工程ａ）において、モータ速度が正方向の所定の速度範囲である正回転速度範囲に属すると判断された場合、前記センサレス駆動移行処理を選択し、
前記工程ａ）において、前記モータ速度が正方向かつ所定の正回転速度範囲よりも小さい、または、逆方向であると判断された場合、前記強制転流処理を選択する、モータ制御方法。

【請求項12】

請求項１１に記載のモータ制御方法であって、
前記工程ａ）は、
ａ１）前記誘起電圧の電圧値が所定の大きさより小さい低速回転状態であるか否かを判断する工程と、
ａ２）前記工程ａ１）において前記低速回転状態でないと判断された後で、前記誘起電圧から前記モータ速度を算出する工程と、
ａ３）前記工程ａ２）において算出された前記モータ速度に基づいて前記回転状態を判定する工程と、
を含む、モータ制御方法。

【請求項13】

請求項１０ないし請求項１２のいずれかに記載のモータ制御方法であって、
前記強制転流処理は、
ｄ）前記インバータにおいてショートブレーキを行う工程と、
ｅ）前記インバータに対して強制転流用駆動信号を出力する工程と、
を有する、モータ制御方法。

【請求項14】

請求項１３に記載のモータ制御方法であって、
前記強制転流処理は、
ｆ）前記工程ｄ）の後かつ前記工程ｅ）の前に、前記インバータに対して微弱電気信号を出力することにより、前記モータの位置を検出する工程
をさらに有する、モータ制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、モータ駆動制御装置およびモータ制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、ブラシレスＤＣモータを駆動させるために、モータの回転子の位置を検出するためのセンサを有さないセンサレス駆動処理を行うモータ制御装置が知られている。一般的なオブザーバ方式のセンサレス駆動制御装置では、モータが停止または低速回転時には、推定演算の精度が悪化する。このため、モータの駆動開始前に、正確にモータの位置検出を行うことができない。

【0003】

特開２０１４−１１０６７５号公報には、センサレス駆動処理を行うモータ制御装置において、モータの停止時におけるモータの位置検出方法が記載されている（段落０００８〜００１０）。この方法を用いれば、モータの回転前における初期位置を検出できるため、停止状態のモータに対して、適切な駆動制御を行うことができる。

【特許文献1】特開２０１４−１１０６７５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、モータが外気にさらされている場合、駆動開始前に、モータが外力により回転している場合がある。モータが停止状態または低速回転状態の場合に、従来のセンサレス駆動処理を開始しようとしても、正確にモータの位置検出を行うことができず、モータが脱調状態に陥いる虞がある。一方、モータが逆回転状態の場合に、初期位置検出を行うためにインバータからモータへ電流を供給すると、インバータ電圧が上昇し、インバータ内のスイッチング素子が破壊される虞がある。そのため、このようなモータでは、モータの回転状態に応じた駆動方法を選択することが好ましい。

【0005】

本発明の目的は、起動前におけるモータの回転状態に応じて、適切な駆動信号を出力できるモータ駆動制御装置およびモータ制御方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本願の例示的な第１発明は、センサレスモータに駆動電流を供給する３相電圧型インバータに対して駆動信号を出力するモータ駆動制御装置であって、前記インバータのシャント抵抗に印加される電圧に基づいて、速度クローズドループ制御によるセンサレス駆動処理を行うセンサレス駆動処理部と、前記駆動信号の非出力時において、前記モータの誘起電圧に基づいて前記モータの回転状態を判定する回転状態判定部と、を有し、前記センサレス駆動処理部は、前記回転状態判定部の判定に基づいて、前記センサレス駆動処理を開始する、モータ駆動制御装置である。

【0007】

本願の例示的な第２発明は、シャント抵抗を有する３相電圧型インバータにより駆動されるモータの制御方法であって、ａ）前記モータの誘起電圧に基づいて、前記モータの回転状態を判定する工程と、ｂ）前記工程ａ）の判定結果に基づいて、前記モータの起動処理を複数の起動処理方法から選択する工程と、ｃ）前記工程ｂ）の後に、選択した前記起動処理方法を行う工程と、を有し、前記複数の起動処理方法は、前記モータに対して制動および強制回転を行う、強制転流処理と、正回転状態の前記モータに対して、速度クローズドループ制御によるセンサレス駆動処理へ移行する、センサレス駆動移行処理と、を含む、モータ制御方法である。

【発明の効果】

【0008】

本願の例示的な第１発明および第２発明によれば、モータの回転状態に応じて、インバータに対して適切な駆動信号を出力できる。このため、モータの起動前に外力等によりモータが回転している場合であっても、脱調状態の発生やインバータ電圧の上昇を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、第１実施形態に係るモータ制御装置の構成を示すブロック図である。

【図2】図２は、第１実施形態に係るインバータおよび分圧回路の構成を示す回路図である。

【図3】図３は、第１実施形態に係るモータ駆動制御装置の駆動方法判定処理の流れを示すフローチャートである。

【図4】図４は、第１実施形態に係るモータ駆動制御装置の強制転流起動処理の流れを示すフローチャートである。

【図5】図５は、第１実施形態に係るモータ駆動制御装置のセンサレスベクトル制御工程の流れを示すフローチャートである。

【図6】図６は、第１実施形態に係るモータ駆動制御装置のＤ因子フィルタのブロック図である。

【図7】図７は、第１実施形態に係るモータ駆動制御装置のＤ因子フィルタのボード線図である。

【図8】図８は、一変形例に係るインバータおよび分圧回路の構成を示す回路図である。

【図9】図９は、他の変形例に係るインバータおよび分圧回路の構成を示す回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照しながら説明する。

【0011】

＜１．装置の構成＞
まず、モータ制御装置１の構成について、図１および図２を参照しつつ、説明する。図１は、モータ制御装置１の構成を示すブロック図である。図２は、本実施形態に係るモータ制御装置１のインバータ２および分圧回路１２の構成の概略を示す回路図である。

【0012】

モータ制御装置１は、モータ９に駆動電流を供給することにより、モータ９の駆動を制御する装置である。図１に示すように、モータ制御装置１は、上位コントローラ１１、分圧回路１２、インバータ２およびマイコン３を有する。

【0013】

上位コントローラ１１は、マイコン３へ、モータ９の回転開始・停止等の動作や、モータ９の目標回転速度等の指令信号を入力するための装置である。上位コントローラ１１は、ユーザがモータ９の動作や目標回転速度等の指令信号を入力すると、マイコン３の後述する主制御部４０に対して回転開始指令信号Ｓ１１１を入力するとともに、マイコン３の後述する速度制御部４８に対して目標回転速度指令信号Ｓ１１２を入力する。

【0014】

分圧回路１２は、モータ９の３相の各相に印加される電圧を検出する回路である。分圧回路１２は、図２に示すように、３つの入力端子１２１、接地端子１２２、３つの第１抵抗Ｒ１、３つの第２抵抗Ｒ２、３つの出力端子１２３および３つのツェナーダイオードＺＤを有する。

【0015】

３つの入力端子１２１はそれぞれ、モータ９の３相各相の駆動電流入力端子９１〜９３と接続している。また、各入力端子１２１と接地端子１２２との間には、第１抵抗Ｒ１および第２抵抗Ｒ２が接続されている。そして、第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２との間には、それぞれ出力端子１２３が設けられる。３つの出力端子１２３は、それぞれマイコン３の誘起電圧入力端子３０１〜３０３に接続される。これにより、モータ９に誘起電圧が生じると、第１抵抗Ｒ１および第２抵抗Ｒ２の抵抗比に従って分圧された各相の誘起電圧Ｓ１２が、誘起電圧入力端子３０１〜３０３へと入力される。

【0016】

各出力端子１２３と誘起電圧入力端子３０１〜３０３との間には、ツェナーダイオードＺＤのカソード側端部が接続される。ツェナーダイオードＺＤのアノード側端部は、接地されている。これにより、誘起電圧入力端子３０１に過電圧が印加されることが防止される。

【0017】

インバータ２は、マイコン３から入力される駆動信号Ｓ３に従って、モータ９に駆動電流Ｓ２を供給する。インバータ２は、図２に示すように、電圧源Ｖｄｃ、６個のスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６、シャント抵抗Ｒｓ、および、３個のモータ接続端子２１〜２３を有する。このインバータ２は、いわゆる３相電圧型インバータである。

【0018】

６つのスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６は、Ｕ相に対応するＳＷ１，ＳＷ２、Ｖ相に対応するＳＷ３，ＳＷ４、およびＷ相に対応するＳＷ５，ＳＷ６の３対のスイッチング素子を含む。スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６は、それぞれ、トランジスタおよびダイオードにより構成されている。本実施形態のスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６には、例えば、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）が用いられる。なお、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６には、ＭＯＳＦＥＴ（電界効果トランジスタ）などの他の種類のスイッチング素子が用いられてもよい。

【0019】

スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２と、スイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４と、スイッチング素子ＳＷ５，ＳＷ６とは、それぞれ、電圧源Ｖｄｃと接地点との間に直列に接続される。そして、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２と、スイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４と、スイッチング素子ＳＷ５，ＳＷ６とは、互いに並列に接続される。

【0020】

スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２、スイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４、およびスイッチング素子ＳＷ５，ＳＷ６の接地点側の接続点と、接地点との間には、３相に共通するシャント抵抗Ｒｓが接続される。すなわち、シャント抵抗Ｒｓは、インバータ２の３相に共通のグラウンド・ラインに直列接続される。

【0021】

モータ接続端子２１〜２３はそれぞれ、Ｕ相に対応する２つのスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２の間、Ｖ相に対応する２つのスイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４の間、および、Ｖ相に対応する２つのスイッチング素子ＳＷ５，ＳＷ６の間に接続される。

【0022】

モータ９の駆動時には、６つのスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６に、後述するマイコン３の駆動信号生成部５３から出力される駆動信号Ｓ３が入力される。これにより、各スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６の駆動タイミングが切り替わり、駆動電流Ｓ２１〜Ｓ２３がモータ接続端子２１〜２３からモータ９の駆動電流入力端子９１〜９３を介してＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相へと出力される。

【0023】

上記の構成により、シャント抵抗Ｒｓには、モータ９のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の相電流が加算されて入力される。これにより、シャント抵抗Ｒｓにシャント電流Ｉｓが流れる。シャント抵抗Ｒｓの接地点とは反対側の端部には、シャント電流検出端子２４が設けられている。シャント電流検出端子２４は、マイコン３のＡＤコンバータ４１と接続される。モータ９の駆動時には、シャント電流検出端子２４からＡＤコンバータ４１へ、シャント抵抗Ｒｓにかかるシャント電圧Ｓ２４が出力される。

【0024】

マイコン３は、外部から入力される目標回転速度指令信号Ｓ１１２と、シャント電圧Ｓ２４と、後述する分圧回路１２から入力される誘起電圧Ｓ１２とに基づいて、駆動信号Ｓ３を生成する。そして、マイコン３は、生成した駆動信号Ｓ３をインバータ２へと出力する。

【0025】

マイコン３は、図１に示すように、主制御部４０、ＡＤコンバータ４１、相電流復元部４２、Ｃｌａｒｋｅ変換部４３、Ｄ因子フィルタ４４、Ｐａｒｋ変換部４５、第１位相速度推定部４６、位相セレクタ４７、速度制御部４８、電流指令セレクタ４９、電流制御部５０、逆Ｐａｒｋ変換部５１、逆Ｃｌａｒｋｅ変換部５２、駆動信号生成部５３、ＡＤコンバータ５４、誘起電圧判定部５５、Ｃｌａｒｋｅ変換部５６、電気角算出部５７、第２位相速度推定部５８、強制転流指令部５９および初期位置推定部６０を有する。

【0026】

このマイコン３は、マイクロコントローラにより構成され、モータ駆動装置１においてモータ９の駆動を主に制御するモータ駆動制御装置である。そのため、これらの各部の機能は、マイコン３を構成するマイクロコントローラ内のＣＰＵがプログラムに従って動作することにより、実現される。なお、マイコン３の機能は、マイクロコントローラに代えて、パーソナルコンピュータや、電気回路により実現されてもよい。

【0027】

主制御部４０は、マイコン３内の各部の動作を制御する。具体的には、主制御部４０は、マイコン３内の各部が出力した信号に基づいて、後述するセンサレス駆動処理部３１、回転状態判定部３２および強制転流処理部３３のいずれを駆動させるかを決定する。また、主制御部４０は、後述する位相セレクタ４７および電流指令セレクタ４９の切替を行う。

【0028】

ＡＤコンバータ４１は、シャント電流検出端子２４から出力されたシャント電圧Ｓ２４をアナログデジタル変換し、デジタル値に変換したデジタルシャント電圧Ｓ４１を、相電流復元部４２および初期位置推定部６０へと出力する。

【0029】

相電流復元部４２は、ＡＤコンバータ４１から入力されたデジタルシャント電圧Ｓ４１に基づいて、復元３相電流Ｓ４２を算出し、Ｃｌａｒｋｅ変換部４３へと出力する。復元３相電流Ｓ４２には、モータ９のＵ相電流を復元した復元Ｕ相電流Ｉｕ、モータ９のＶ相電流を復元した復元Ｖ相電流Ｉｖ、および、モータ９のＷ相電流を復元した復元Ｗ相電流Ｉｗが含まれる。

【0030】

Ｃｌａｒｋｅ変換部４３は、復元３相電流Ｓ４２をαβ固定座標系にＣｌａｒｋｅ変換して固定座標系電流Ｓ４３を算出し、Ｄ因子フィルタ４４へと出力する。固定座標系電流Ｓ４３には、α軸系電流Ｉαおよびβ軸系電流Ｉβが含まれる。

【0031】

Ｄ因子フィルタ４４は、固定座標系電流Ｓ４３を成形する１次遅れＤ因子フィルタである。Ｄ因子フィルタ４４は、固定座標系電流Ｓ４３に重畳されたリプルノイズを除去して修正固定座標系電流Ｓ４４を算出し、Ｐａｒｋ変換部４５および第１位相速度推定部４６へと出力する。修正固定座標系電流Ｓ４４には、修正α軸系電流Ｉα’および修正β軸系電流Ｉβ’が含まれる。Ｄ因子フィルタ４４の具体的な構成については、後述する。

【0032】

Ｐａｒｋ変換部４５は、後述する電気角θを用いて、修正固定座標系電流Ｓ４４をｄｑ同期回転座標系にＰａｒｋ変換して回転座標系電流Ｓ４５を算出し、電流制御部５０へと出力する。回転座標系電流Ｓ４５には、ｄ軸系電流Ｉｄおよびｑ軸系電流Ｉｑが含まれる。

【0033】

第１位相速度推定部４６は、修正固定座標系電流Ｓ４４と、後述する固定座標系電圧指令値Ｓ５１とに基づいて、ロータの電気角θ１およびロータの電気角の角速度ω１を算出する。第１位相速度推定部４６は、算出した電気角θ１を位相セレクタ４７へと出力するとともに、算出した電気角の角速度ω１を速度制御部４８およびＤ因子フィルタ４４へと出力する。

【0034】

なお、本実施形態の第１位相速度推定部４６は、Ｃｌａｒｋｅ変換部４３から出力され、Ｄ因子フィルタ４４により成形された修正固定座標系電流Ｓ４４と、逆Ｐａｒｋ変換部５１から出力される固定座標系電圧指令値Ｓ５１とに基づいて、電気角θ１および電気角の角速度ω１を算出するが、本発明はこれに限られない。第１位相速度推定部４６は、Ｐａｒｋ変換部４５から出力された回転座標系電流Ｓ４５と、電流制御部５０から出力される回転座標系電圧指令値Ｓ５０とに基づいて、電気角θ１および電気角の角速度ω１を算出する構成であってもよい。

【0035】

位相セレクタ４７は、主制御部４０からの選択信号に従って、第１位相速度推定部４６から入力された電気角θ１と、後述する強制転流指令部５９から入力される電気角θ４とのうち、いずれか１つを選択し、電気角θとしてＰａｒｋ変換部４５および逆Ｐａｒｋ変換部５１へと出力する。

【0036】

速度制御部４８は、上位コントローラ１１から入力された目標回転速度Ｓ１１と、第１位相速度推定部４６から入力された角速度ωとに基づいて、ｄｑ同期回転座標系における目標電流値である電流指令値Ｓ４８を算出し、電流指令セレクタ４９へと出力する。電流指令値Ｓ４８には、ｄ軸系電流指令値Ｉｄｒｅｆおよびｑ軸系電流指令値Ｉｑｒｅｆが含まれる。

【0037】

電流指令セレクタ４９は、主制御部４０からの選択信号に従って、速度制御部４８から入力された電流指令値Ｓ４８と、後述する強制転流指令部５９から入力される強制転流電流指令Ｓ５９３とのうち、いずれか１つを選択し、電流指令Ｓ４９として電流制御部５０へと出力する。

【0038】

電流制御部５０は、電流指令Ｓ４９と、回転座標系電流Ｓ４５とに基づいて、回転座標系電圧指令値Ｓ５０を算出する。そして、電流制御部５０は、回転座標系電圧指令値Ｓ５０を、逆Ｐａｒｋ変換部５１へと出力する。回転座標系電圧指令値Ｓ５０には、ｄｑ同期回転座標系における電圧指令値であるｄ軸系電圧指令値Ｖｄおよびｑ軸系電圧指令値Ｖｑが含まれる。

【0039】

センサレス駆動処理において、電流制御部５０には電流指令Ｓ４９として速度制御部４８から出力された電流指令値Ｓ４８が入力される。この場合、電流制御部５０は、回転座標系電流Ｓ４５のｄ軸系電流Ｉｄと、電流指令値Ｓ４８のｄ軸系電流指令値Ｉｄｒｅｆとに基づいてＰＩ制御を行うことにより、ｄ軸系電圧指令値Ｖｄを算出する。また、電流制御部５０は、回転座標系電流Ｓ４５のｑ軸系電流Ｉｑと、電流指令値Ｓ４８のｑ軸系電流指令値Ｉｑｒｅｆとに基づいてＰＩ制御を行うことにより、ｑ軸系電圧指令値Ｖｑを算出する。一方、強制転流処理において、電流制御部５０には電流指令Ｓ４９として強制転流指令部５９から出力された強制転流電流指令Ｓ５９３が入力される。この場合、電流制御部５０は、後述する強制転流電流指令値Ｓ５９３のｄ軸系強制転流電流指令値Ｉｄｆｒｅｆおよびｑ軸系Ｉｑｆｒｅｆに基づいて回転座標系電流Ｓ４５のｄ軸系電圧指令値Ｖｄとｑ軸系電圧指令値Ｖｑとを算出する。

【0040】

逆Ｐａｒｋ変換部５１は、電気角θを用いて、回転座標系電圧指令値Ｓ５０をαβ固定座標系に逆Ｐａｒｋ変換して固定座標系電圧指令値Ｓ５１を算出し、逆Ｃｌａｒｋｅ変換部５２へと出力する。固定座標系電圧指令値Ｓ５１には、αβ固定座標系における電圧指令値であるα軸系電圧指令値Ｖαおよびβ軸系電圧指令値Ｖβが含まれる。

【0041】

逆Ｃｌａｒｋｅ変換部５２は、固定座標系電圧指令値Ｓ５１を３相に逆Ｃｌａｒｋｅ変換して相電圧指令値Ｓ５２を算出し、駆動信号生成部５３へと出力する。相電圧指令値Ｓ５２には、３相に対応する電圧指令値であるＶｕ，Ｖｖ，Ｖｗが含まれる。

【0042】

駆動信号生成部５３は、相電圧指令値Ｓ５２に基づいて駆動信号Ｓ３を生成し、インバータ２へと出力する。

【0043】

本実施形態では、主制御部４０、ＡＤコンバータ４１、相電流復元部４２、Ｃｌａｒｋｅ変換部４３、Ｄ因子フィルタ４４、Ｐａｒｋ変換部４５、第１位相速度推定部４６、位相セレクタ４７、速度制御部４８、電流指令セレクタ４９、電流制御部５０、逆Ｐａｒｋ変換部５１、逆Ｃｌａｒｋｅ変換部５２および駆動信号生成部５３によって、センサレス駆動処理工程を行うセンサレス駆動処理部３１が構成される。上記構成により、このセンサレス駆動処理部３１は、インバータ２のシャント抵抗Ｒｓに印加される電圧に基づいて、速度クローズド制御を行う。

【0044】

ＡＤコンバータ５４は、分圧回路１２から出力された誘起電圧Ｓ１２をそれぞれアナログデジタル変換し、デジタル値に変換したデジタル誘起電圧Ｓ５４を、誘起電圧判定部５５へと出力する。デジタル誘起電圧Ｓ５４には、モータ９内に生じた誘起電圧を分圧し、かつ、デジタル化した３相各相のデジタル誘起電圧値Ｅｕ，Ｅｖ，Ｅｗが含まれる。

【0045】

誘起電圧判定部５５は、デジタル誘起電圧Ｓ５４に基づいて、モータ９の回転状態が第１低速回転状態であるか否かを判断する。具体的には、３相各相のデジタル誘起電圧値Ｅｕ，Ｅｖ，Ｅｗの振幅値Ｅｉの大きさが、所定の閾値電圧Ｅｔｈ未満である場合に第１低速回転状態であると判断し、主制御部４０に判断結果を送信する。一方、振幅値Ｅｉの大きさが閾値電圧Ｅｔｈ以上である場合、ＡＤコンバータ５４から入力されたデジタル誘起電圧Ｓ５４をＣｌａｒｋｅ変換部５６へと引き渡す。

【0046】

Ｃｌａｒｋｅ変換部５６は、デジタル誘起電圧Ｓ５４をαβ固定座標系にＣｌａｒｋｅ変換して固定座標系誘起電圧Ｓ５６を算出し、電気角算出部５７へと出力する。固定座標系誘起電圧Ｓ５６には、α軸系誘起電圧Ｅαおよびβ軸系誘起電圧Ｅβが含まれる。

【0047】

電気角算出部５７は、固定座標系誘起電圧Ｓ５６に基づいて、サンプリング電気角θ’を算出し、第２位相速度推定部５８へと出力する。具体的には、α軸系誘起電圧Ｅαをβ軸系誘起電圧Ｅβで除した値をアークタンジェント演算することにより、サンプリング周期毎のサンプリング電気角θ’を算出する。

【0048】

第２位相速度推定部５８は、サンプリング電気角θ’に基づいて、ロータの電気角θ２およびロータの電気角の角速度ω２を算出する。第２位相速度推定部５８は、算出した電気角θ２および角速度ω２の最終値ω２’を第1位相速度推定部４６へと出力する。

【0049】

本実施形態では、主制御部４０、ＡＤコンバータ５４、誘起電圧判定部５５、Ｃｌａｒｋｅ変換部５６、電気角算出部５７および第２位相速度推定部５８によって、回転状態判定部３２が構成される。主制御部４０は、回転開始指令信号Ｓ１１１が入力されるとまず、回転状態判定部３２を駆動させる。そして、回転状態判定部３２は、角速度ω２に基づいて、次に行う動作を決定する。

【0050】

強制転流指令部５９は、強制転流処理を進行する。強制転流指令部５９は、主制御部４０から強制転流処理開始の指令が入力されると、当該指令に基づいて、インバータ２に対してブレーキ時間Ｔｂの間、ブレーキ指令Ｓ５９１をインバータ２へと出力する。ブレーキ指令Ｓ５９１が入力されている期間、インバータ２はショートブレーキを実施する。これにより、モータ９の回転を制動する。

【0051】

強制転流指令部５９は、ブレーキ指令Ｓ５９１の出力が終了すると、駆動信号生成部５３に対して、位置推定指令Ｓ５９２を出力する。これにより、駆動信号生成部５３は、インバータ２に対して微弱電気信号である微弱パルス信号Ｓ５３を出力する。なお、微弱パルス信号Ｓ５３は通常の駆動信号Ｓ３と比べて十分小さいため、微弱パルス信号Ｓ５３がインバータ２に入力された場合であっても、モータ９に回転が生じない。

【0052】

初期位置推定部６０は、停止状態のモータ９の電気角θ３を検出する。具体的には、駆動信号生成部５３が位置推定指令Ｓ５９２に従ってインバータ２へと微弱パルス信号Ｓ５３を出力すると、モータ９の電気角に応じたシャント電圧Ｓ２４がＡＤコンバータ４１へと入力される。これにより、モータ９の電気角に応じたデジタルシャント電圧Ｓ４１が初期位置推定部６０へと入力される。初期位置推定部６０は、このデジタルシャント電圧Ｓ４１に基づいてモータの電気角θ３を算出し、第1位相速度推定部４６および強制転流指令部５９へと出力する。

【0053】

そして、強制転流指令部５９は、位置推定指令Ｓ５９２に基づいて初期位置推定部６０による電気角θ３の検出が終了すると、続いて、位相セレクタ４７に対して強制転流角θ４を出力し、電流指令セレクタ４９に対して強制転流電流指令値Ｓ５９３を出力する。強制転流電流指令値Ｓ５９３には、ｄ軸系強制転流電流指令値Ｉｄｆｒｅｆおよびｑ軸系Ｉｑｆｒｅｆが含まれる。

【0054】

本実施形態では、主制御部４０、ＡＤコンバータ４１、電流指令セレクタ４９、電流制御部５０、逆Ｐａｒｋ変換部５１、逆Ｃｌａｒｋｅ変換部５２、駆動信号生成部５３、強制転流指令部５９および初期位置推定部６０によって、強制転流処理部３３が構成される。

【0055】

＜２．マイコンの動作＞
＜２−１．駆動方法判定処理＞
続いて、マイコン３の動作について、図面を参照しつつ説明する。まず、マイコン３が行う駆動方法判定処理について、図３を参照しつつ説明する。図３は、モータ９の駆動開始時におけるマイコン３における駆動方法判定処理の流れを示すフローチャートである。本実施形態のモータ制御装置１を用いたモータ９の制御方法では、以下の手順により、モータ９の起動処理を行う。

【0056】

まず、マイコン３の主制御部４０に上位コントローラ１１から回転開始指令信号Ｓ１１１が入力される（ステップＳＴ１０１）。これにより、主制御部４０は駆動方法判定処理を開始する。そして、主制御部４０は、時間経過を計測するカウンタをクリアし、経過時間ＴｐをＴｐ＝０とする。また、主制御部４０は、同時に、回転状態判定部３２を駆動させて、分圧回路１２を介した誘起電圧Ｓ１２の取得を開始する（ステップＳＴ１０２）。これにより、ＡＤコンバータ５４はサンプリング周期毎に誘起電圧Ｓ１２をアナログデジタル変換し、デジタル誘起電圧Ｓ５４を取得する。

【0057】

その後、主制御部４０は、カウンタクリアから時間Ｔ０が経過したか否か、すなわち、Ｔｐ≧Ｔ０か否かを判断する（ステップＳＴ１０３）。主制御部４０がＴｐ＜Ｔ０であると判断した場合、マイコン３はステップＳＴ１０３へ戻り待機する。一方、主制御部４０がＴｐ≧Ｔ０であると判断した場合、主制御部４０は、誘起電圧判定部５５による誘起電圧Ｓ５４の電圧値による判定を行う（ステップＳＴ１０４）。

【0058】

ステップＳＴ１０４では、具体的には、所定期間内におけるデジタル誘起電圧Ｓ５４の３相各相のデジタル誘起電圧Ｅｕ，Ｅｖ，Ｅｗの振幅値Ｅｉが、閾値電圧Ｅｔｈ以上であるか否かを判断する。振幅値Ｅｉが閾値電圧Ｅｔｈ未満である場合、誘起電圧Ｓ５４の電圧値が所定の大きさより小さい第１低速回転状態であると判断し、ステップＳＴ１０６へと進む。ステップＳＴ１０６では、インバータ２に対してショートブレーキを行うブレーキ時間Ｔｂを、Ｔｂ＝Ｔ１と設定する。そして、強制転流起動処理へと移行する。

【0059】

ここで、モータ９の回転状態の定義について説明する。本実施形態では、モータ９の回転状態を、第１低速状態、第２低速状態、逆回転状態、正回転状態および高速正回転状態のいずれかに判定する。

【0060】

第１低速状態は、上記の通り、所定期間内におけるデジタル誘起電圧Ｓ５４の３相各相のデジタル誘起電圧Ｅｕ，Ｅｖ，Ｅｗの振幅値Ｅｉが、閾値電圧Ｅｔｈ未満である状態である。第２低速状態は、回転状態判定部３２により算出されたモータ９の電気角の角速度ω２の絶対値が所定の閾値ωａよりも小さい状態であって、第１低速状態でない場合である。第１低速状態および第２低速状態には、モータ９の回転方向が正方向の場合と、モータ９の回転方向が逆回転の場合と、モータ９が停止状態である場合とが含まれる。

【0061】

逆回転状態は、角速度ω２がω２≦−ωａで表される逆方向の所定の速度範囲に属する状態である。つまり、逆回転状態は、モータ９の回転が逆方向であり、かつ、角速度ω２の絶対値が所定の閾値ωａ以上である状態である。

【0062】

正回転状態は、角速度ω２が＋ωａ≦ω２≦ωｂで表される正方向の所定の速度範囲である正回転速度範囲に属する状態である。つまり、正回転状態は、モータ９の回転が正方向であり、かつ、角速度ω２の絶対値が所定の閾値ωａ以上かつ所定の閾値ωｂ以下である状態である。また、高速正回転状態は、角速度ω２がω２＞ωｂである、すなわち、角速度ω２が正方向かつ正回転速度範囲よりも大きい状態である。つまり、高速正回転状態は、モータ９の回転が正方向であり、かつ、角速度ω２の絶対値が所定の閾値ωｂを超える状態である。

【0063】

ステップＳＴ１０４において、振幅値Ｅｉが閾値電圧Ｅｔｈ以上である場合、ステップＳＴ１０５へと進む。主制御部４０は、Ｃｌａｒｋｅ変換部５６、電気角算出部５７および第２位相速度推定部５８を駆動させて、デジタル誘起電圧Ｓ５４から固定座標系誘起電圧Ｓ５６、サンプリング電気角θ’、電気角θ２および電気角の角速度ω２を算出する。そして、モータ９の回転速度を表す角速度ω２の値の属する範囲を判定する（ステップＳＴ１０５）。これにより、モータ９の回転状態を第２低速状態、逆回転状態および正方向回転状態のいずれかに判定する。具体的には、角速度ω２が−ωａ＜ω２＜＋ωａ、ω２≦−ωａ、ω２≧＋ωａのいずれの範囲に属するかを判定する。

【0064】

ステップＳＴ１０５において、角速度ω２が−ωａ＜ω２＜＋ωａの範囲に属する、すなわちモータ９の回転状態が第２低速状態であると主制御部４０が判断すると、ステップＳＴ１０７へと進む。ステップＳＴ１０７では、インバータ２に対してショートブレーキを行うブレーキ時間Ｔｂを、Ｔｂ＝Ｔ２と設定する。そして、強制転流起動処理へと移行する。なお、第２低速状態におけるブレーキ時間Ｔ２は、第１低速状態におけるブレーキ時間Ｔ１と同一の時間であってもよいし、第１低速状態におけるブレーキ時間Ｔ１よりも長くてもよい。

【0065】

このように、本実施形態のマイコン３では、ステップＳＴ１０５に先がけてステップＳＴ１０４を行う。ステップＳＴ１０５における計算量は、ステップＳＴ１０４における計算量よりも大きいため、結果の算出に時間がかかる。そのため、ステップＳＴ１０４で求められる誘起電圧の大きさのみで判断できる場合は、ステップＳＴ１０５における各速度ω２の算出を待つことなく、低速回転であると判断し、強制転流処理へ移行する。これにより、迅速かつスムーズにモータ９を起動できる。

【0066】

一方、ステップＳＴ１０５において、角速度ω２がω２≦−ωａの範囲に属する、すなわちモータ９の回転状態が逆回転状態であると主制御部４０が判断すると、ステップＳＴ１０７へと進む。ステップＳＴ１０８では、インバータ２に対してショートブレーキを行うブレーキ時間Ｔｂを、Ｔｂ＝Ｔ３と設定する。そして、強制転流起動処理へと移行する。なお、逆回転状態におけるブレーキ時間Ｔ３は、第１低速状態におけるブレーキ時間Ｔ１および第２低速状態におけるブレーキ時間Ｔ２よりも長い。ただし、第２低速状態におけるブレーキ時間Ｔ２および逆回転状態におけるブレーキ時間Ｔ３は、角速度ω２が大きくなるにつれて長くなる可変の値であってもよい。

【0067】

このように、回転状態判定部３２は、モータ９の回転状態が第１低速状態、第２低速状態または逆回転状態であると判断すると、強制転流処理へと移行する。すなわち、回転状態判定部３２は、モータ速度である角速度ω２が正方向かつ正回転速度範囲よりも小さい、または、逆方向であると判断すると、強制転流処理を開始する。

【0068】

また、ステップＳＴ１０５において、角速度ω２がω２≧＋ωａの範囲に属する、すなわちモータ９の回転状態が正回転状態または高速正回転状態であると主制御部４０が判断すると、ステップＳＴ１０９へと進む。そして、主制御部４０は、角速度ω２が所定の閾値ωｂ以下であるか否かを判断する（ステップＳＴ１０９）。

【0069】

ステップＳＴ１０９において、角速度ω２がωｂ以下である、すなわちモータ９の回転状態が正回転状態であると判断すると、センサレス駆動処理へと移行するセンサレス駆動移行処理を行う。これにより、迅速かつスムーズにセンサレス駆動処理を開始できる。

【0070】

一方、角速度ω２がωｂよりも大きい、すなわちモータ９の回転状態が高速正回転状態であると判断すると、モータ９の駆動開始処理を行うことなく、ステップＳＴ１０２へと戻る。モータ９が所望の回転速度よりも高速で正回転している場合、駆動を開始する必要が無い。そのため、このように待機状態とすることで、無駄な電力消費を抑制できる。

【0071】

このように、主制御部４０は、回転開始指令信号Ｓ１１１が入力されると、まず、回転状態判定部３２を駆動させて、モータ９の誘起電圧に基づいてモータ９の回転状態を判定する（ステップＳＴ１０３〜ＳＴ１０５，ＳＴ１０９）。

【0072】

そして、回転状態の判定結果に基づいて、強制転流起動処理と、センサレス駆動移行処理とから、起動処理方法を選択する。

【0073】

また、回転状態の判定結果に基づいて、駆動方法判定処理から強制転流起動処理へと移行すると、主制御部４０は、後述の強制転流起動処理を実施する。

【0074】

一方、回転状態の判定結果に基づいて、センサレス駆動移行処理を行う場合、初めに、主制御部４０は、まず、第２位相速度推定部５８の出力する電気角θ２を、第1位相速度推定部４６の電気角θ１の初期値に設定する。同時に、主制御部４０は、第２位相速度推定部５８の出力する電気角の角速度ω２を、第１位相速度推定部４６の電気角の角速度θ１の初期値に設定する。

【0075】

その後、第１位相速度推定部４６から位相セレクタ４７への電気角θ１の入力が開始されると、主制御部４０は、位相セレクタ４７の出力する電気角θを、第１位相速度推定部４６から出力される電気角θ１に設定する。

【0076】

このように、回転状態判定部３２によりモータの回転状態を判断することにより、すぐにセンサレス駆動処理へと移行するか、強制転流処理を行ってからセンサレス駆動処理へと移行するかが選択される。これにより、回転状態に応じて適切な起動方法を選択できる。したがって、脱調状態の発生やインバータ電圧の上昇を抑制できる。

【0077】

＜２−２．強制転流起動処理＞
次に、マイコン３が行う強制転流起動処理について、図４を参照しつつ説明する。図４は、マイコン３の強制転流処理部３３における強制転流起動処理の流れを示すフローチャートである。

【0078】

まず、強制転流指令部５９は、駆動方法判定処理のステップＳＴ１０６〜ＳＴ１０８において設定されたブレーキ時間Ｔｂの期間、ブレーキ指令Ｓ５９１をインバータ２に対して出力する（ステップＳＴ２０１）。これにより、インバータ２は、ブレーキ時間Ｔｂの期間、ショートブレーキを実施する。その結果、モータ９の回転が停止する。

【0079】

続いて、強制転流指令部５９は、駆動信号生成部５３に対して、位置推定指令Ｓ５９２を出力する。駆動信号生成部５３は、位置推定指令Ｓ５９２に従って、インバータ２に対して微弱電気信号である微弱パルス信号Ｓ５３を出力する。これにより、微弱パルス信号Ｓ５３に応じた微弱な駆動電流Ｓ２がインバータ２からモータ９へ供給され、モータの電気角に応じたシャント電流Ｉｓがインバータ２のシャント抵抗Ｒｓに流れる。ＡＤコンバータ４１は、このシャント抵抗Ｒｓに印加されるシャント電圧Ｓ２４を検知し、デジタルシャント電圧Ｓ４１へと変換し、初期位置推定部６０へ出力する。初期位置推定部６０は、デジタルシャント電圧Ｓ４１に基づいてモータ９の電気角θ３を算出する（ステップＳＴ２０２）。主制御部４０は、初期位置推定部６０で推定された電気角θ３を、第１位相速度推定部４６および強制転流指令部５９の初期電気角として設定する。

【0080】

その後、強制転流指令部５９は、位相セレクタ４７に対して強制転流電気角θ４を出力し、電流指令セレクタ４９に対して強制転流電流指令値Ｓ５９３を出力する。これにより、電流制御部５０が強制転流電流指令値Ｓ５９３に基づいて回転座標系電圧指令値Ｓ５０を出力し、逆Ｐａｒｋ変換部５１および逆Ｃｌａｒｋｅ変換部５２を介して相電圧指令値Ｓ５２が駆動信号生成部５３へと入力される。その結果、駆動信号生成部５３は、モータ９の回転を開始するために、強制転流用の駆動信号Ｓ３をインバータ２に対して出力し、強制転流駆動を開始する（ステップＳＴ２０３）。

【0081】

強制転流駆動が開始されると、主制御部４０は、センサレス駆動処理部３１の第１位相速度推定部４６によるモータ９の電気角の角速度ω１の算出を開始させる。そして、主制御部４０は、角速度ω１の値に基づいて、第１位相速度推定部４６による速度の推定が成立しているか否かを判断する（ステップＳＴ２０４）。

【0082】

ステップＳＴ２０４において、第１位相速度推定部４６による速度の推定が成立しているか否かは、第１位相速度推定部４６により算出される角速度ω１の値が所定の閾値以上であるか否かや、第１位相速度推定部４６により算出される角速度ω１の値が安定して出力されているか否かに基づいて判断される。ステップＳＴ２０４において、第１位相速度推定部による速度の推定が成立していないと主制御部４０が判断すると、ステップＳＴ２０４に戻る。

【0083】

一方、ステップＳＴ２０４において、第１位相速度推定部による速度の推定が成立していると主制御部４０が判断すると、強制転流起動処理を終了し、センサレス駆動処理へと移行する。なお、強制転流起動処理からセンサレス駆動処理へと移行すると、主制御部４０は、位相セレクタ４７の出力する電気角θを強制転流指令部５９が出力する強制転流電気角θ４から、第１位相速度推定部４６が出力する電気角θ１へと切り替える。また、強制転流起動処理からセンサレス駆動処理へと移行すると、主制御部４０は、電流指令セレクタ４９が出力する電流指令値Ｓ４９を、強制転流指令部５９が出力する強制転流電流指令値Ｓ５９から、速度制御部４８が出力する電流指令値Ｓ４８へと切り替える。

【0084】

このように、強制転流処理において、強制転流処理部３３は、インバータ２に対してショートブレーキ処理を行った後で、インバータ２に対して強制転流用の駆動信号Ｓ３を出力する。したがって、ショートブレーキを行うことで一旦モータを停止させることにより、モータの脱調状態の発生や、インバータ電圧の上昇を発生させることなく、強制転流処理を行うことができる。

【0085】

＜２−３．センサレス駆動処理＞
続いて、マイコン３が行うセンサレス駆動処理について、図５を参照しつつ説明する。図５は、マイコン３のセンサレス駆動処理部３１におけるセンサレス駆動処理の流れを示すフローチャートである。

【0086】

まず、マイコン３は、インバータ２のシャント抵抗Ｒｓを流れるシャント電流Ｉｓを検出する（ステップＳＴ３０１）。具体的には、インバータ２のシャント電流検出端子２４から検出されたシャント電圧Ｓ２４が、マイコン３に入力される。シャント電圧Ｓ２４は、ＡＤコンバータ４１においてデジタルシャント電圧Ｓ４１へと変換され、相電流復元部４２へと入力される。

【0087】

次に、相電流復元部４２において、デジタルシャント電圧Ｓ４１に基づいて復元３相電流Ｓ４２、すなわち、復元３相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが算出される（ステップＳＴ３０２）。

【0088】

Ｃｌａｒｋｅ変換部４３は、復元３相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗをαβ固定座標系に変換し、固定座標系電流Ｓ４３、すなわち、固定座標系電流Ｉα，Ｉβを算出する（ステップＳＴ３０３）。そして、Ｄ因子フィルタ４４は、固定座標系電流Ｉα，Ｉβを成形して、修正固定座標系電流Ｓ４４、すなわち、修正固定座標系電流Ｉα’，Ｉβ’を算出する。そして、修正固定座標系電流Ｓ４４が、Ｐａｒｋ変換部４５および第１位相速度推定部４６へと出力される。

【0089】

その後、Ｐａｒｋ変換部４５は、修正固定座標系電流Ｉα’，Ｉβ’をｄｑ同期回転座標系に変換し、回転座標系電流Ｓ４５、すなわち、回転座標系電流Ｉｄ，Ｉｑを算出する（ステップＳＴ３０４）。また、第１位相速度推定部４６では、モータ９の電気角θ１および電気角の角速度ω１が算出される。そして、電気角θ１が位相セレクタ４７を介してＰａｒｋ変換部４５および逆Ｐａｒｋ変換部５１へと出力される。また、電気角の角速度ω１が速度制御部４８へと出力される。

【0090】

そして、上位コントローラ１１から入力された目標回転速度指令信号Ｓ１１２と、電気角の角速度ω１とに基づいて、速度制御部４８が電流指令値Ｓ４８を算出する。これにより、ｄ軸系電流指令値Ｉｄｒｅｆおよびｑ軸系電流指令値Ｉｑｒｅｆが取得される（ステップＳＴ３０５）。なお、ステップＳＴ３０５は、ステップＳＴ３０１〜ＳＴ３０４よりも前に行われてもよいし、ステップＳＴ３０１〜ＳＴ３０４と並行して行われてもよい。

【0091】

続いて、電流制御部５０は、回転座標系電流Ｉｄ，Ｉｑと、電流指令値Ｉｄｒｅｆ，Ｉｑｒｅｆとに基づいて、電圧指令値Ｓ５０、すなわち電圧指令値Ｖｄ，Ｖｑを算出する（ステップＳＴ３０６）。

【0092】

ステップＳＴ３０６において、電圧指令値Ｖｄ，Ｖｑの算出は、ＰＩ制御により行われる。ＰＩ制御とは、理想値と実測値との差に応じて増幅制御を行う比例制御（Ｐ制御）と、理想値と実測値との差の積分値に応じて増幅制御する積分制御（Ｉ制御）とを組み合わせて行う制御方法である。これにより、ｄ軸系電圧指令値Ｖｄは、ｄ軸系電流Ｉｄとｄ軸系電流指令値Ｉｄｒｅｆとの差から求められ、ｑ軸系電圧指令値Ｖｑは、ｑ軸系電流Ｉｑとｑ軸系電流指令値Ｉｑｒｅｆとの差から求められる。

【0093】

なお、電圧指令値Ｖｄ，Ｖｑの算出は、ＰＩ制御以外の制御方法により行われてもよい。電圧指令値Ｖｄ，Ｖｑの算出は、例えば、Ｐ制御、ＰＤ制御、ＰＩＤ制御などの他の制御方法により行われてもよい。

【0094】

このように、ステップＳＴ１０３においてモータ９の各相を流れる相電流を復元した復元相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗをｄｑ同期回転座標系に変換することにより、ステップＳＴ３０６において直流電流とみなすことができる回転座標系電流Ｉｄ，Ｉｑを用いた制御を行うことができる。したがって、トルク特性を表すｑ軸系と磁束特性を表すｄ軸系とによりモータ９の制御を行うことができるため、回転速度とトルクという２つの特性を、複雑な制御方法を用いることなく制御することができる。

【0095】

その後、逆Ｐａｒｋ変換部５１は、電圧指令値Ｖｄ，Ｖｑをαβ固定座標系に変換し、固定座標系電圧指令値Ｓ５１、すなわち、固定座標系電圧指令値Ｖα，Ｖβを算出する（ＳＴ３０７）。そして、逆Ｃｌａｒｋｅ変換部５２が、固定座標系電圧指令値Ｖα，Ｖβを３相に変換し、相電圧指令値Ｓ５２、すなわち、相電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを算出する（ステップＳＴ３０８）。

【0096】

続いて、駆動信号生成部５３において、相電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに基づいて、ＰＷＭ信号である駆動信号Ｓ３が生成され、インバータ２へと出力される（ステップＳＴ３０９）。

【0097】

＜３．Ｄ因子フィルタの構成＞
続いて、Ｄ因子フィルタ４４の構成について、図６を参照しつつ説明する。図６は、本実施形態に係るＤ因子フィルタ４４の構成を示すブロック図である。図７は、Ｄ因子フィルタ４４のボード線図である。

【0098】

図６に示すＤ因子フィルタ４４は、１次遅れローパスフィルタをベースに２入力２出力のＤ因子を適応したフィルタである。Ｄ因子フィルタ４４には、Ｃｌａｒｋｅ変換部４３から出力された固定座標系電流Ｓ４３が入力され、成形されてノイズが除去された修正固定座標系電流Ｓ４４が出力される。ここで、Ｄ因子フィルタ４４に入力される固定座標系電流Ｓ４３を、次式に示す２次の列ベクトルで表すものとする。なお、以下の数式において、ラプラス演算子が「ｓ」で表される。

【0099】

【数1】

【0100】

また、Ｄ因子フィルタ４４から出力される修正固定座標系電流Ｓ４４を、次式に示す２次の列ベクトルで表すものとする。

【0101】

【数2】

【0102】

なお、図６中にＪで示す行列は、次式に示す２次の交代行列である。

【0103】

【数3】

【0104】

このようなＤ因子フィルタ４４では、出力される修正固定座標系電流Ｓ４４は、次式に示す値となる。

【0105】

【数4】

【0106】

【数5】

【0107】

このＤ因子フィルタ４４には、第１位相速度推定部４６から出力される角速度ω１が、シフト信号ω０として入力される。これにより、図７のゲイン線図に示すように、Ｄ因子フィルタ４４は、シフト信号ω０［ｒａｄ］を中心に±ａ０［ｒａｄ］の帯域を持つバンドパスフィルタとなる。すなわち、Ｄ因子フィルタ４４は、角速度ω１が変動しても、駆動周波数成分を確実に抽出することができる。

【0108】

また、図７の位相線図に示すように、位相変移φ［ｒａｄ］がシフト信号ω０付近において０［ｒａｄ］となる。すなわち、Ｄ因子フィルタ４４では、角速度ω１が変動しても、駆動周波数成分を位相遅れなく抽出することができる。

【0109】

本実施形態のセンサレス駆動処理部３１は、１シャント方式のセンサレスベクトル制御を行う。このため、３シャント方式の場合と比べて、復元３相電流Ｓ４２にリプルノイズが重畳される。そのため、固定座標系電流Ｓ４３にもリプルノイズが重畳される。そこで、固定座標系電流Ｓ４３に対してこのＤ因子フィルタ４４を用いることにより、遅れ位相のない正弦波に成形できる。

【0110】

なお、１次遅れＤ因子フィルタは、固定座標系電流Ｓ４３でなく、復元３相電流Ｓ４２や回転座標系電流Ｓ４５に対してフィルタリングを行うものであってもよい。ただし、復元３相電流Ｓ４２に対してフィルタリングを行う場合、入力および出力が３次の列ベクトルで表される３入力３出力のフィルタとなる。この場合、行列Ｊは、上記に示す２次の交代行列に代えて、３次の交代行列となる。

【0111】

復元３相電流Ｓ４２に対してフィルタリングを行うと、２入力２出力の場合と比べて計算量が大きくなるため、固定座標系電流Ｓ４３または回転座標系電流Ｓ４５に対してフィルタリングを行うことが好ましい。

【0112】

また、本実施形態では、第１位相速度推定部４６が固定座標系の各値に基づいて電気角θ１および角速度ω１を算出している。このため、第１位相速度推定部４６に対して固定座標系電流Ｓ４３をフィルタリングしたものを入力している。

【0113】

＜４．変形例＞
以上、本発明の例示的な実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。

【0114】

図８は、一変形例に係るモータ駆動装置１Ａにおけるインバータ２Ａおよび比較回路１２Ａの構成を示す回路図である。このモータ駆動装置１Ａは、星形結線の３相モータであるモータ９Ａを駆動するための装置である。

【0115】

この比較回路１２Ａは、モータ９Ａの３相のうち２相の各相に印加される相電圧を検出する回路である。比較回路１２Ａは、２つの相入力端子１２１Ａ、３つの第３抵抗Ｒ３、１つの中性点入力端子１２４Ａおよび２つの差動増幅回路１２５Ａを有する。

【0116】

２つの差動増幅回路１２５Ａはそれぞれ、第１端子に入力された電圧値と、第２端子に入力された電圧値との差を増幅させた電圧値をマイコン３Ａの誘起電圧入力端子３０１Ａ，３０２Ａへ出力する。なお、図８の例では、差動増幅回路１２５Ａにおける増幅率は１以下であるため、マイコン３Ａの誘起電圧入力端子３０１Ａ，３０２Ａに過電圧が印加されることが防止されている。

【0117】

２つの相入力端子１２１Ａはそれぞれ、モータ９Ａの３相のうちいずれか２相の各相の駆動電流端子９１Ａ，９２Ａと接続している。相入力端子１２１Ａはそれぞれ、第３抵抗Ｒ３を介して差動増幅回路１２５Ａの第１端子に接続されている。中性点入力端子１２４Ａは、モータ９Ａの中性点に接続されている。また、中性点入力端子１２４Ａは、第３抵抗Ｒ３を介して各差動増幅回路１２５Ａの第２端子に接続されている。

【0118】

これにより、差動増幅回路１２５Ａは、モータ９Ａの３相のうち２相について、各相の相電圧に対応する電圧値を誘起電圧入力端子３０１Ａ，３０２Ａへと出力する。マイコン３Ａは、モータ９Ａの３相のうち２相の相電圧を取得することにより、残り１相の相電圧を算出する。

【0119】

上記の実施形態では、モータ９の３相各相について、そのコイル端子の電圧が誘起電圧Ｓ１２としてマイコン３に入力されていた。そのため、誘起電圧判定部５５は、各相のコイル端子の電圧である３つの電圧値から線間電圧を算出し、さらに３つの線間電圧から３相の相電圧を算出していた。マイコン３が３つの誘起電圧入力端子３０１〜３０３を有していれば、このように、単に３相全てのコイル端子の電圧をマイコン３に入力させることで、３相各相の相電圧を求めることができる。

【0120】

しかしながら、誘起電圧入力端子の数が多い場合、対応するＡＤコンバータの数も多くなる。図８の例では、回転状態判定処理に用いるマイコン３Ａの誘起電圧入力端子の数およびＡＤコンバータの数を少なくできる。

【0121】

図９は、他の変形例に係るモータ駆動装置１Ｂにおけるインバータ２Ｂおよび比較回路１２Ｂの構成を示す回路図である。このモータ駆動装置１Ｂは、三角結線の３相モータ、または、星形結線であって中性点に接続不可能な３相モータであるモータ９Ｂを駆動するための装置である。

【0122】

この比較回路１２Ｂは、モータ９Ｂの３相のうち２相の各相に印加される相電圧を検出する回路である。比較回路１２Ｂは、２つの第１相入力端子１２１Ｂ、２つの第４抵抗Ｒ４、３つの第２相入力端子１２６Ｂ、３つの第５抵抗Ｒ５、仮想中性点出力端子１２７Ｂおよび２つの差動増幅回路１２５Ｂを有する。２つの差動増幅回路１２５Ｂは、図８の例の差動増幅回路１２５Ａと同様の構成をしている。

【0123】

２つの第１相入力端子１２１Ｂはそれぞれ、モータ９Ｂの３相のうちいずれか２相の各相の駆動電流端子９１Ｂ，９２Ｂと接続している。第１相入力端子１２１Ｂはそれぞれ、第４抵抗Ｒ４を介して差動増幅回路１２５Ｂの第１端子に接続されている。

【0124】

３つの第２相入力端子１２６Ｂはそれぞれ、モータ９Ｂの３相各相の駆動電流端子９１Ｂ，９２Ｂ，９３Ｂと接続している。第２相入力端子１２６Ｂはそれぞれ、第５抵抗Ｒ５を介して仮想中性点出力端子１２７Ｂに接続されている。そして、仮想中性点出力端子１２７Ｂは、各差動増幅回路１２５Ｂの第２端子に接続されている。

【0125】

差動増幅回路１２５Ｂの第２端子には、３相のコイル端子電圧の平均電圧に対応する仮想中性点電圧が入力される。第４抵抗Ｒ４と第５抵抗Ｒ５との抵抗比を調節することにより、第２端子に入力される仮想中性点電圧を、第１端子に入力されるコイル端子電圧に対応する電圧値とすることができる。これにより、差動増幅回路１２５Ｂは、モータ９Ｂの３相のうち２相について、各相の相電圧に対応する電圧器を誘起電圧入力端子３０１Ｂ，３０２Ｂへと出力する。マイコン３Ｂは、モータ９Ｂの３相のうち２相の相電圧を取得することにより、残り１相の相電圧を算出する。

【0126】

図９の例のように、仮想中性点電圧を差動増幅回路１２５Ｂに入力すれば、中性点から電圧を引き出すことなく、モータ９Ｂの３相のうち２相の相電圧をマイコン３Ｂへと入力できる。これにより、回転状態判定処理に用いるマイコン３Ｂの誘起円圧入力端子の数およびＡＤコンバータの数を少なくできる。

【0127】

また、上記の実施形態のインバータは、シャント抵抗がスイッチング素子のグラウンド側に配置された、いわゆるローサイド検出型であったが、本発明はこの限りではない。本発明のインバータは、シャント抵抗がスイッチング素子の電源側に配置された、いわゆるハイサイド検出型のインバータであってもよい。

【0128】

また、モータ制御装置の各部を実現するための具体的な回路構成については、図２に示された回路構成と、相違していてもよい。また、上記の実施形態や変形例に登場した各要素を、矛盾が生じない範囲で、適宜に組み合わせてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0129】

本発明は、モータ駆動制御装置およびモータ制御方法に利用できる。

【符号の説明】

【0130】

１，１Ａ，１Ｂ モータ制御装置
２，２Ａ，２Ｂ インバータ
３，３Ａ，３Ｂ マイコン
９，９Ａ，９Ｂ モータ
１２ 分圧回路
１２Ａ，１２Ｂ 比較回路
２４ シャント電流検出端子
３１ センサレス駆動処理部
３２ 回転状態判定部
３３ 強制転流処理部
４０ 主制御部
４２ 相電流復元部
４３ Ｃｌａｒｋｅ変換部
４４ Ｄ因子フィルタ
４５ Ｐａｒｋ変換部
４６ 第１位相速度推定部
４８ 速度制御部
５０ 電流制御部
５１ 逆Ｐａｒｋ変換部
５２ 逆Ｃｌａｒｋｅ変換部
５３ 駆動信号生成部
５４ ＡＤコンバータ
５５ 誘起電圧判定部
５６ Ｃｌａｒｋｅ変換部
５７ 電気角算出部
５８ 第２位相速度推定部
５９ 強制転流指令部
６０ 初期位置推定部
Ｒｓ シャント抵抗

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】