特開 2024-141394 モータ駆動装置

(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】P2024141394

(43)【公開日】2024-10-10

(54)【発明の名称】モータ駆動装置

(51)【国際特許分類】

   H02P 6/18 20160101AFI20241003BHJP

【ＦＩ】

H02P6/18

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023053003

(22)【出願日】2023-03-29

(71)【出願人】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】澤野 俊輔

【テーマコード（参考）】

5H560

【Ｆターム（参考）】

5H560BB04

5H560BB07

5H560BB12

5H560DC12

5H560EB01

5H560HA03

5H560RR06

5H560SS02

5H560TT11

5H560TT15

5H560UA01

5H560XA02

5H560XA12

5H560XA13

(57)【要約】

【課題】回転子の回転位置が指定位置となるまでの時間を軽減する。
【解決手段】モータ駆動装置４００は、ロータ１１０Ａを有するモータ１１０と、モータ１１０を制御する制御装置３００とを備える。制御装置３００は、モータ１１０のｄ軸電流およびｑ軸電流に基づいて、第１値を算出する。制御装置３００は、第１値を積分することにより第２値を算出する。制御装置３００は、第２値をゼロとするための所定制御を実行することにより第３値を算出する。制御装置３００は、回転子の回転位置を指定位置に一致させるための位置制御を、前記第３値に基づいて実行する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転子および３相のコイルが巻回された固定子を有するモータと、
前記モータを駆動するインバータと、
前記インバータを制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記モータに流れる電流をｄ軸電流およびｑ軸電流に座標変換し、
前記ｄ軸電流と前記ｑ軸電流とに基づく値を積分することにより、前記回転子の位置と指定位置との差分量に相関する相関値を算出し、
前記回転子の回転位置を前記指定位置に一致させるための位置制御を、前記相関値に基づいて実行することを特徴とするモータ駆動装置。

【請求項2】

前記制御装置は、前記相関値をゼロとするための所定制御を実行することにより、前記位置制御を実行する、請求項１に記載のモータ駆動装置。

【請求項3】

前記所定制御は、前記相関値に対するＰＩＤ制御である、請求項２に記載のモータ駆動装置。

【請求項4】

前記ｄ軸電流と前記ｑ軸電流とに基づく値は、前記ｄ軸電流の値および前記ｑ軸電流の値のアークタンジェント値である、請求項１～請求項３のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。

【請求項5】

前記ｄ軸電流と前記ｑ軸電流とに基づく値は、前記ｄ軸電流の値と前記ｑ軸電流の値との除算値である、請求項１～請求項３のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。

【請求項6】

前記制御装置は、前記指定位置を時間経過に応じて変化させる、請求項１～請求項３のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。

【請求項7】

前記制御装置は、前記位置制御を開始したときから所定期間が経過したときに、該位置制御を終了させる、請求項１～請求項３のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。

【請求項8】

前記制御装置は、前記相関値の変化量が閾値未満であるときに、前記位置制御を終了させる、請求項１～請求項３のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。

【請求項9】

前記回転子は、２極磁石により構成される、請求項１～請求項３のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、モータ駆動装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、回転子を有するモータを制御するモータ駆動装置が知られている。たとえば、特開２００２－３６９５７２号公報（特許文献１）に開示されているモータ駆動装置は、センサレスで回転子の位置を推定する。このモータ駆動装置は、モータの制御を開始する場合に、回転子の位置を所定の初期位置（指定位置）とする初期動作を実行する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００２－３６９５７２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記の初期動作が実行される場合において、回転子の位置と、指定位置との角度ズレが大きい場合がある。この場合には、回転子の位置が指定位置となるまでの時間が多大になるという問題が生じ得る。

【0005】

本開示は、このような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、回転子の位置が指定位置となるまでの時間を軽減することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

（１） 本開示のモータ駆動装置は、モータと、インバータと、制御装置とを備える。モータは、回転子および３相のコイルが巻回された固定子を有する。インバータは、モータを駆動する。制御装置は、インバータを制御する。制御装置は、モータに流れる電流をｄ軸電流およびｑ軸電流に座標変換する。制御装置は、ｄ軸電流とｑ軸電流とに基づく値を積分することにより、回転子の位置と指定位置との差分量に相関する相関値を算出する。制御装置は、回転子の位置を指定位置に一致させるための位置制御を、相関値に基づいて実行する。

【0007】

このような構成によれば、モータ駆動装置は、回転子の位置と指定位置との差分量に相関する相関値に基づいて位置制御を実行する。したがって、モータ駆動装置は、回転子の位置が指定位置となるまでの時間を短くできる。

【0008】

（２） （１）に記載のモータ駆動装置であって、制御装置は、相関値をゼロとするための所定制御を実行することにより、位置制御を実行する。

【0009】

このような構成によれば、所定制御により差分量をゼロにすることができる。

【0010】

（３） （１）または（２）に記載のモータ駆動装置であって、所定制御は、相関値に対するＰＩＤ制御である。

【0011】

このような構成によれば、比較的、簡単な演算により差分量をゼロにすることができる。

【0012】

（４） （１）～（３）のいずれか１項に記載のモータ駆動装置であって、ｄ軸電流とｑ軸電流とに基づく値は、ｄ軸電流の値およびｑ軸電流の値のアークタンジェント値である。

【0013】

このような構成によれば、比較的、簡易な構成により、ｄ軸電流とｑ軸電流とに基づく値を算出できる。

【0014】

（５） （１）～（３）のいずれか１項に記載のモータ駆動装置であって、ｄ軸電流とｑ軸電流とに基づく値は、ｄ軸電流の値とｑ軸電流の値との除算値である。

【0015】

このような構成によれば、三角関数の演算といった複雑な演算を行うことなく、ｄ軸電流とｑ軸電流とに基づく値を算出できる。

【0016】

（６） （１）～（５）のいずれか１項に記載のモータ駆動装置であって、制御装置は、指定位置を時間経過に応じて変化させる。

【0017】

このような構成によれば、差分量が１８０度であったとしても、回転子の位置が指定位置となるまでの時間を短くできる。

【0018】

（７） （１）～（６）のいずれか１項に記載のモータ駆動装置であって、制御装置は、位置制御を開始したときから所定期間が経過したときに、該位置制御を終了させる。

【0019】

このような構成によれば、比較的、簡易な構成により、位置制御の終了の有無を判断できる。

【0020】

（８） （１）～（６）のいずれか１項に記載のモータ駆動装置であって、制御装置は、相関値の変化量が閾値未満であるときに、位置制御を終了させる。

【0021】

このような構成によれば、比較的、簡易な構成により、位置制御の終了の有無を判断できる。

【0022】

（９） （１）～（８）のいずれか１項に記載のモータ駆動装置であって、回転子は、２極磁石により構成される。

【0023】

このような構成によれば、回転子が２極磁石により構成されることにより回転子を簡易な構成にできるものの差分量が大きくなる傾向になる。しかしながら、本開示のモータ駆動装置により、差分量を抑制できる。

【発明の効果】

【0024】

本開示においては、回転子の回転位置が指定位置となるまでの時間を軽減できる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】電気システムの機能ブロック図である。

【図2】制御装置の機能ブロック図である。

【図3】初期制御を説明するための図である。

【図4】初期制御を説明するための図である。

【図5】補正演算部の機能ブロック図である。

【図6】実験結果の一例である。

【図7】初期制御を説明するための図である。

【図8】ロバスト性などを説明するための図である。

【図9】モータ駆動装置４００の初期制御の処理を示すフローチャートである。

【図10】シミュレーション結果を示す図である。

【図11】変形例の補正演算部の機能ブロック図である。

【図12】変形例のモータ駆動装置の処理を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0026】

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

【0027】

図１は、電気システム５００のブロック図である。電気システム５００は、たとえば、電動車両に搭載される。電気システム５００は、バッテリ１５０と、ＳＭＲ（System Main Relay）２３０と、インバータ２１０と、モータ１１０と、制御装置３００とを備える。制御装置３００は、演算回路とも称される。

【0028】

モータ１１０は、代表的には、永久磁石モータによって構成された、三相交流回転電機である。モータ１１０は、星型結線されたＵ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルを固定子巻線として有する。各相コイルの一端は、中性点２２で互いに接続される。各相コイルの他端は、インバータ２１０の各相アームのスイッチング素子の接続点（図示せず）とそれぞれ接続される。

【0029】

バッテリ１５０の正極および負極はＳＭＲ２３０に接続されている。また、バッテリ１５０からの電圧は、コンバータ（図示せず）を介して、インバータ２１０に供給される。

【0030】

インバータ２１０は、モータ１１０を駆動する。インバータ２１０は、三相インバータで構成される。インバータ２１０は、電動車両の走行時には、該走行で要求される駆動力（車両駆動トルク、発電トルク等）を発生するために設定される動作指令値（代表的には、後述のトルク値Ｔｒ）に従ってモータ１１０が動作するように、モータ１１０の各相コイルの電流または電圧を制御する。

【0031】

電流センサ２４Ｖは、モータ１１０に流れるＶ相電流Ｉｖを検出する。電流センサ２４Ｗは、モータ１１０に流れるＷ相電流Ｉｗを検出する。Ｖ相電流Ｉｖ、およびＷ相電流Ｉｗは、制御装置３００の座標変換部３２０（図２参照）に入力される。なお、三相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの瞬時値の和はゼロであるので、図１に示すように、２相分のモータ電流（たとえば、Ｖ相電流ＩｖおよびＷ相電流Ｉｗ）を検出するように配置すれば足りる。したがって、後述の図２では、Ｕ相電流Ｉｕは記載されていない。

【0032】

制御装置３００は、ＳＭＲ２３０およびインバータ２１０などを制御する。また、制御装置３００は、主たる構成要素として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３０２と、メモリ３０４とを有する。メモリ３０４は、たとえば、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）とを有する。ＲＯＭには、ＣＰＵ３０２が実行するプログラムを格納する。ＲＡＭは、ＣＰＵ３０２におけるプログラムの実行により生成されるデータ（たとえば、後述の電圧特徴量）などを一時的に格納する。また、モータ駆動装置４００は、モータ１１０と、制御装置３００とを備える。本実施形態のモータ駆動装置４００においては、モータ１１０の回転位置を検出するセンサ（レゾルバ）を有さないセンサレス構成が採用される。

【0033】

［制御装置の機能ブロック図］
図２は、制御装置３００などの機能ブロック図である。図２の例では、制御装置３００は、ＰＩ演算部２４０と、座標変換部２５０と、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）部２６０と、制御部３１０と、座標変換部３２０と、推定部３３０と、角度演算部３４０と、スイッチ部３５０と、補正演算部３６０とを有する。モータ１１０は、ロータ１１０Ａ、および固定子１１０Ｂを有する。ロータ１１０Ａは、本開示の「回転子」に対応する。固定子１１０Ｂは、巻回された３相のコイル（図１のＵ相コイル、Ｖ相コイル、およびＷ相コイル）により構成される。

【0034】

制御装置３００は、上位コントローラ（図示せず）と通信可能である。上位コントローラは、電気システム５００を始動するときに制御装置３００に対して開始信号Ｃを送信する。また、上位コントローラは、初期制御が終了したときに制御信号Ｄを送信する。なお、上位コントローラは、制御装置３００とは別の装置としてもよく、制御装置３００と一体化されていてもよい。開始信号Ｃは、制御装置３００に対して初期制御を実行させるための信号である。制御信号Ｄは、制御装置３００に対して通常制御を実行させるための信号である。

【0035】

制御装置３００は、開始信号Ｃを受信すると、初期制御を実行する。初期制御は、モータ１１０（ロータ１１０Ａ）の回転位置を指定位置に一致させるための制御である（後述の図３など参照）。指定位置は、制御装置３００により指定される位置である。初期制御は、本開示の「位置制御」に対応する。

【0036】

制御装置３００は、制御信号Ｄを受信すると、通常制御を実行する。通常制御は、たとえば、電気システム５００が搭載されている電動車両の駆動中の制御である。なお、初期制御の実行が開始されたときから、初期制御フラグが所定の記憶領域（たとえば、図１のメモリ３０４の一部）に格納される。また、初期制御フラグは、初期制御を実行していることを示すフラグである。そして、初期制御が終了すると、初期制御フラグは消去される。本実施形態の制御装置３００は、所定周期（後述のサンプリング周期）毎に初期制御を実行する。また、制御装置３００は、該所定周期毎に通常制御を実行する。

【0037】

スイッチ部３５０は、制御部３１０の制御により、第１状態または第２状態に切替可能となっている。第１状態は、加算部３７０から出力された角度θ１が角度θ５として、座標変換部２５０および座標変換部３２０に出力される状態である。第２状態は、推定部３３０から出力された角度θ４が角度θ５として座標変換部２５０および座標変換部３２０に出力される状態である。図２の例では、第１状態が示されている。

【0038】

制御部３１０は、スイッチ部３５０の状態を第１状態にした状態で初期制御を実行する。また、制御部３１０は、スイッチ部３５０の状態を第２状態にした状態で通常制御を実行する。

【0039】

［通常制御］
次に、通常制御を説明する。制御信号Ｄには、たとえば、トルク値Ｔｒが含まれており、制御装置３００は、該トルク値Ｔｒのトルクをモータ１１０に発生させる制御を通常制御を実行する。制御部３１０は、予め作成されたテーブル等に従って、該トルク値Ｔｒに応じたトルクをモータ１１０に発生させるために必要なｄ軸電流指令値Ｉｄｃおよびｑ軸電流指令値Ｉｑｃを生成する。なお、ｄ軸電流は、ロータ１１０Ａによって生じる磁界の方向と平行な方向に磁界が生じる電流である。また、ｑ軸電流は、ｄ軸電流と直交する電流である。

【0040】

座標変換部３２０は、スイッチ部３５０から出力された角度θ５を用いた座標変換式（３相→２相）によって、Ｖ相電流ＩｖおよびＷ相電流Ｉｗを指令軸座標ｄｃ－ｑｃでのｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑに変換する。つまり、座標変換部３２０は、モータ１１０に流れる電流をｄ軸電流およびｑ軸電流に座標変換する。座標変換部３２０の座標変換式は、たとえば、式（１）である。なお、式（１）および、後述の式（２）において、電流Ｉｕの“ｕ”、電流Ｉｗの“ｗ”、およびθ５の“５”が添え字で示されている。

【0041】

【数1】

【0042】

Ｖ相電流Ｉｖは、電流センサ２４Ｖにより検出される。また、Ｗ相電流Ｉｗは、電流センサ２４Ｗにより検出される。Ｖ相電流ＩｖおよびＷ相電流Ｉｗは、静止座標である３相交流座標上での電流値である。ｄ軸電流Ｉｄ、およびｑ軸電流Ｉｑは、それぞれ、減算部３１１、および減算部３１２に出力される。また、ｄ軸電流Ｉｄ、およびｑ軸電流Ｉｑは、推定部３３０および補正演算部３６０に出力される。

【0043】

推定部３３０は、ｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑに基づいて、所定の演算によりモータの回転角度θ４を推定する。推定された角度θ４は、スイッチ部３５０に出力される。

【0044】

減算部３１１は、ｄ軸電流値とｄ軸電流の指令値との偏差ΔＩｄ（ΔＩｄ＝Ｉｄｃ－Ｉｄ）を算出し、該ΔＩｄをＰＩ演算部２４０に出力する。減算部３１２は、ｑ軸電流値とｑ軸電流の指令値との偏差ΔＩｑ（ΔＩｑ＝Ｉｑｃ－Ｉｑ）を算出し、該ΔＩｑをＰＩ演算部２４０に出力する。

【0045】

ＰＩ演算部２４０は、ｄ軸電流偏差ΔＩｄおよびｑ軸電流偏差ΔＩｑについて所定ゲインによるＰＩ（比例積分）演算を行なって制御偏差を求める。ＰＩ演算部２４０は、この制御偏差に応じて、指令軸座標ｄｃ－ｑｃでの各軸方向の印加電圧の指令値であるｄ軸電圧指令値Ｖｄｃ及びｑ軸電圧指令値Ｖｑｃを算出する。ｄ軸電圧指令値Ｖｄｃは、ｄ軸の指令値である。ｑ軸電圧指令値Ｖｑｃは、ｑ軸の指令値である。このように、ＰＩ演算部２４０はフィードバック制御を実行する。

【0046】

座標変換部２５０は、後述のスイッチ部３５０から出力された角度θ５を用いた座標変換式（２相→３相）によって、ｄ軸電圧指令値Ｖｄｃおよびｑ軸電圧指令値Ｖｑｃを、静止座標である３相交流座標上でのＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相電圧指令値Ｖｕｃ，Ｖｖｃ，Ｖｗｃに変換する。座標変換部２５０の座標変換式は、たとえば、式（２）である。

【0047】

【数2】

【0048】

ＰＷＭ部２６０は、各相における電圧指令値Ｖｕｃ，Ｖｖｃ，Ｖｗｃと所定の搬送波との比較に基づいて、スイッチング制御信号を生成し、インバータ２１０に出力する。インバータ２１０は、該スイッチング制御信号に従ってスイッチング制御を実行する。モータ１１０には、該スイッチング制御により、制御部３１０に入力されたトルク値Ｔｒに従ったトルクを出力するための交流電圧が印加される。

【0049】

このように、通常制御においては、トルク値Ｔｒに応じた電流指令値（Ｉｄｃ，Ｉｑｃ）へモータ電流を制御する閉ループが構成される。この閉ループにより、モータ１１０の出力トルクはトルク値Ｔｒに従って制御される。つまり、制御部３１０は、制御信号（本実施の形態では、電流指令値（Ｉｄｃ，Ｉｑｃ））に基づいて、モータ１１０を駆動する（ロータ１１０Ａを回転させる）。

【0050】

［初期制御について］
次に、初期制御を説明する。初期制御は上述のように、モータ１１０の回転位置を指定位置（初期位置）に一致させるための制御である。図３は、初期制御を説明するための図である。図３（Ａ）の例においては、平面座標として、γ軸およびδ軸とが示されている。この平面座標にロータ１１０Ａが記載されている。ロータ１１０Ａは、２極の永久磁石で構成されていることから、本実施形態のモータ１１０は、いわゆる２極モータである。

【0051】

ｑ軸電流は、モータ１１０のトルクに対応する電流である。したがって、制御部３１０は、ｑ軸電流をゼロとし、ｄ軸電流を所定値とする。これにより、モータ１１０にトルクを発生させないようにし、かつ指定位置４０に磁界（図４の例ではＳ極の磁界）を発生させることができる。このような磁界を発生させることにより、制御部３１０は、該制御部３１０が指定した指定位置４０（指令角度）に、ロータ１１０Ａの原点Ｃが位置するように該ロータ１１０Ａを回転させる。原点Ｃは、ロータ１１０Ａの所定の位置である。

【0052】

指定位置４０は、角度θ１（角度θ５）に対応した位置となる。角度θ１は、指令角度とも称される。つまり、制御部３１０は、ｑ軸電流をゼロとしかつｄ軸電流を所定値とした状態で、角度θ１を変更することにより、該指定位置４０も変更できる。なお、変形例として、指定位置４０に発生させる磁界はＮ極としてもよい。

【0053】

図３（Ａ）では、初期の指定位置４０がγ軸上の０度である（つまり、角度θ１＝０度）例が示されている。また、図３（Ａ）では、角度ズレΔθが示されている。角度ズレΔθは、指定位置４０と、モータ１１０の実際の回転位置とのズレ量である。角度ズレΔθは、本開示の「差分量」に対応する。ロータ１１０ＡのＮ極は、指定位置４０のＳ極に引き寄せられるため、Δθは徐々に小さくなる。

【0054】

図３（Ｂ）は、初期制御が行われたときから経過した時間ｔと角度ズレΔθとの関係を示す図である。図３（Ｂ）に示すように、時間ｔの経過に応じて、角度ズレΔθは振動しながら小さくなる。そして、角度ズレΔθが、予め定められた基準範囲に属した場合に、初期制御が終了することが好ましい。基準範囲は、０±Ｍにより示される範囲である。Ｍは、予め定められたマージン値である。制御部３１０は、角度ズレΔθが基準範囲に属した後に、通常制御を実行する。したがって、モータ駆動装置４００は、該モータ駆動装置４００が認識しているモータ１１０の回転角度（モータ駆動装置４００による推定角度）と、モータ１１０の実際の回転角度との角度ズレを抑制した状態で、通常制御を実行することができる。

【0055】

図４は、初期制御を実行する場合において、角度ズレΔθが大きい場合が示されている。図４に示すように、角度ズレΔθが大きい場合には、初期制御が実行されたときから、角度ズレΔθが基準範囲に属するときまでの必要時間が多大になってしまう。また、角度ズレΔθが基準範囲に属する前に、初期制御から通常制御に切換わると、モータ１１０の脱調などが生じてしまう。

【0056】

そこで、本実施形態のモータ駆動装置４００は、角度ズレΔθが大きい場合であってもモータ１１０の回転位置が指定位置となるまでの時間を軽減することが可能な初期制御を実行する。以下に、本実施形態の初期制御の詳細を説明する。

【0057】

説明を図２に戻す。上述のように、初期制御においては、スイッチ部３５０の状態が、加算部３７０からの角度θ１が座標変換部３２０に出力される第１状態となる。初期制御においては、制御部３１０は、角度演算部３４０のロータ１１０Ａの角速度の指令値として、角速度ωｃを角度演算部３４０に出力する。後述するように、制御部３１０は、角速度ωｃを時間経過とともに大きくする。初期制御においては、まず、制御部３１０は、角度θ１を初期角度とすることにより、初期の指定位置４０にＳ極の磁界を発生させる。初期角度は、０度とされる。これにより、制御部３１０は、たとえば、図３に示す指定位置４０に磁界を発生させることができる。

【0058】

角度演算部３４０は、所定の演算を実行することにより角度θ３を出力する。該所定の演算は、たとえば、角速度ωｃを積分する演算を含む。角度θ３は、加算部３７０に出力される。

【0059】

補正演算部３６０は、角度ズレΔθに応じた補正値（角度θ２）を算出する。上述のように、角度ズレΔθは、指定位置４０と、モータ１１０の実際の回転位置とのズレ量である。なお、上述のように、モータ駆動装置４００は、レゾルバを有さないことから、モータ１１０の実際の回転位置を検出しない。

【0060】

図５は、補正演算部３６０の機能ブロック図である。補正演算部３６０は、アークタンジェント部３６２と、積分部３６４と、ＰＩＤ部３６６とを有する。また、制御装置３００が、初期の指定位置４０に磁界を発生させることにより、電流センサ２４ＶによりＶ相電流Ｉｖが検出され、電流センサ２４ＷによりＷ相電流Ｉｖが検出される。これらのＶ相電流ＩｖおよびＷ相電流Ｉｖがアークタンジェント部３６２に入力される。アークタンジェント部３６２は、以下の式（３）に示すように、ｄ軸電流Ｉｄの値と、ｑ軸電流Ｉｑの値とのアークタンジェントを算出することにより第１値を算出する。

【0061】

第１値＝ａｒｃｔａｎ（Ｉｑ／Ｉｄ） （３）
この第１値は、本開示の「ｄ軸電流とｑ軸電流とに基づく値」に対応する。より具体的には、第１値は、「ｄ軸電流の位相とｑ軸電流の位相との位相ズレΔｐに基づいた値」の一例である。第１値は、位相ズレΔｐに近似される。この第１値は、積分部３６４に出力される。なお、変形例として、式（３）の「Ｉｑ／Ｉｄ」については、「Ｉｄ／Ｉｑ」としてもよい。

【0062】

積分部３６４は、第１値に対して積分処理を実行することにより第２値を算出する。この積分処理は、時間積分である。第２値は、「角度ズレΔθに相関する相関値」に対応する。換言すれば、第２値は、「ロータ１１０Ａの位置と指定位置４０との差分量に相関する相関値」に対応する。

【0063】

第２値は、ＰＩＤ部３６６に出力される。ＰＩＤ部３６６は、第２値に対してＰＩＤ（Proportional（比例）、Integral（積分）、Derivative（微分））制御を実行する。ＰＩＤ部３６６によるＰＩＤ制御は、本開示の「所定制御」の一例である。

【0064】

ここで、一般的には、ＰＩＤ制御は、実測値と目標値との差分である偏差に対して実行される。本実施形態においては、第２値が実測値に対応する。また、第２値は、角度ズレΔθに基づく値であり、本実施形態においては、第２値をゼロとすることを目標とする。したがって、本実施形態においては、ゼロが目標値に対応する。よって、偏差は、第２値とゼロとの差分であることから、第２値そのものとなる。したがって、ＰＩＤ部３６６には、偏差である第２値が入力される。

【0065】

ＰＩＤ部３６６は、第２値に対してＰＩＤ制御を実行することにより第３値を算出する。この第３値は、角度θ２に該当する。ＰＩＤ部３６６により算出された第３値（角度θ２）は、加算部３７０に出力される。

【0066】

加算部３７０は、角度θ２と角度θ３との合計値である角度θ１をスイッチ部３５０に出力する。スイッチ部３５０から、角度θ１が、角度θ５として、座標変換部２５０および座標変換部３２０に出力される。座標変換部３２０および座標変換部２５０が角度θ１に基づいた角度変換を行うことにより、角度ズレΔθが小さくなる方向に指定位置４０を変化させることができる。したがって、モータ駆動装置４００は、ロータ１１０Ａの回転位置が指定位置４０となるまでの時間を軽減することができる。

【0067】

［第２値について］
次に、本実施形態の補正演算部３６０が、第２値を用いる理由を説明する。図６は、発明者が行った実験の結果の一例である。図６（Ａ）～図６（Ｃ）の横軸は時間を示す。図６（Ａ）の縦軸は、上記角度ズレΔθである。図６（Ｂ）の縦軸は、第１値である。図６（Ｃ）の縦軸は、第２値である。なお、図６（Ａ）の角度ズレθについては、発明者は、レゾルバを用いて検出した。

【0068】

図６（Ａ）～（Ｃ）のそれぞれにおいて、着目された箇所に、枠Ｌ１、枠Ｌ２、および枠Ｌ３が付されている。発明者は、角度ズレΔθ、第１値、および第２値を検出した結果、角度ズレΔθと、第２値との間に相関があることを発見した。

【0069】

特に、枠Ｌ１内の角度ズレΔθと、枠Ｌ３内の第２値とに示されるように、角度ズレΔθが極大値となるタイミングおよび極小値となるタイミングは、それぞれ、第２値が極小値となるタイミングおよび極大値となるタイミングに、おおよそ一致する。したがって、本実施形態のモータ駆動装置４００は、第２値に基づいて角度ズレΔθを小さくするための第２値を算出できる。

【0070】

図７は、図３および図４とは異なる状況での初期制御を説明するための図である。図７（Ａ）では、ロータ１１０Ａの原点と、初期の指定位置４０とが１８０度離れている場合（つまり、Δθが１８０度である場合）が示されている。この場合には、初期の指定位置４０に磁界が発生されたとしても、ロータ１１０Ａは回転しない。したがって、角度ズレΔθは、変化しない（図７（Ｂ）参照）。

【0071】

そこで、本実施形態においては、制御部３１０は、図２の角速度ωｃ（つまり、角度θ３）を時間経過とともに徐々に大きくする変化制御を実行する。この変化制御により、指定位置４０を変化させることができ、角度ズレΔθを１８０度とは異なる角度とすることができる。その結果、ロータ１１０ＡのＮ極を、変化された指定位置４０（Ｓ極）に引き寄せることができる。したがって、角度ズレΔθが１８０度であっても、制御部３１０がこの変化制御を実行することにより、ロータ１１０Ａを回転させることができる。よって、モータ駆動装置４００は、ロータ１１０Ａの原点を指定位置４０に位置させることができる。

【0072】

［ＰＩＤ制御について］
上述のように、ＰＩＤ部３６６は、ＰＩＤ制御を実行する。ＰＩＤ部３６６が、ＰＩＤ制御を実行することにより、より適切に第２値をゼロに近づけることができる。

【0073】

しかしながら、一般的に、ｄ軸電流の位相およびｑ軸電流の位相に与えるノイズが、Ｄ制御が実行される対象信号に含まれる場合がある。この場合には、Ｄ制御による微分項が、制御装置３００のロバスト性を悪化させることが多い。このロバスト性の悪化を懸念して、Ｄ制御を行わずに、ＰＩ制御を行う構成が考えられる。しかしながら、このようなＰＩ制御では、適切に第２値をゼロに近づけることができない場合がある。

【0074】

図８は、Ｄ制御が、ロバスト性を悪化させることを説明するための図である。図８の式（Ａ）は、Ｄ制御が実行される対象信号にノイズが含まれていない場合のＤ制御による微分の式である。図８（Ａ）の式においては、“ｘ（ｔ）”が、Ｄ制御が実行される対象信号を示し、“Ｔ”が、制御装置３００（ＰＩＤ部３６６）のサンプリング周期（制御周期）を示す。

【0075】

ところで、モータ駆動装置４００のＣＰＵ３０２（図１参照）の性能によっては、第１サンプリング周期でＰＩＤ制御を実行する場合と第２サンプリング周期でＰＩＤ制御を実行する場合とが混在する場合がある。第１サンプリング周期は、制御装置３００の設計上の周期Ｔである。第２サンプリング周期は、該設計上の周期Ｔに対して誤差Ｔｅが加味された周期である。このように、第１サンプリング周期と第２サンプリング周期とが混在することを、「周期バラツキ」と称する。

【0076】

図８の式（Ｂ）は、対象信号にエラー信号Ｅｒｒ（ｔ）が加味され、かつ、周期バラツキが発生した場合のＤ制御による微分の式である。また、式（Ｃ）は、式（Ｂ）が展開された式である。

【0077】

式（Ｃ）の部分Ｄ１に示されるように、微分後の信号には、周期バラツキが含まれる。さらに、部分Ｄ２に示すように、微分後の信号には、ｘｅ（ｔ）、およびｘｅ（ｔ－Ｔ）といった２回分のノイズ信号が含まれ、上記のロバスト性が悪化してしまう。

【0078】

これに対し、本実施形態のＰＩＤ部３６６が実行するＰＩＤ制御の対象信号は、積分部３６４による第１値の積分処理が行われることにより算出された第２値に対応する。一般的に、信号に上記ノイズが含まれていたとしても、積分処理が実行されることによりノイズは抑制される。したがって、ＰＩＤ部３６６は、ノイズが抑制された信号に対してＰＩＤ制御を実行できることから、ロバスト性の悪化を抑制できつつ、適切に第２値をゼロに近づけることができる。

【0079】

［フローチャート］
図９は、モータ駆動装置４００の初期制御の処理を示すフローチャートである。図９は、上記の開始信号Ｃをモータ駆動装置４００が受信したときに開始される。また、モータ駆動装置４００は、上記サンプリング周期Ｔ毎に、図９の処理を実行する。つまり、モータ駆動装置４００が開始信号Ｃを受信したときから、後述のステップＳ１２により示される終了条件が成立するときまで、図９の処理は、繰返される。

【0080】

まず、ステップＳ２において、モータ駆動装置４００は、角度θ３を所定値増加させる。このステップＳ２の処理は、上記の変化制御に該当する。次に、ステップＳ４において、モータ駆動装置４００は、上記式（３）に基づいて、位相ズレΔｐに基づく値（第１値）を算出する。

【0081】

次に、ステップＳ６において、モータ駆動装置４００は、第１値を時間積分することより、第２値を算出する。この時間積分は、上記サンプリング周期での時間積分である。また、ステップＳ６は、開始信号Ｃを受信したときからの第２値の合計値を算出する処理である。つまり、ステップＳ６においては、モータ駆動装置４００は、前回のステップＳ６において算出された第２値の合計値に対して、今回算出された第２値を加算する処理である。

【0082】

次に、ステップＳ８において、モータ駆動装置４００は、ステップＳ６で算出された第２値に対してＰＩＤ制御を実行することにより、θ２（第３値）を算出する。次に、ステップＳ１０において、モータ駆動装置４００は、角度θ１（θ２＋θ３）を座標変換部２５０および座標変換部３２０に出力する。次に、ステップＳ１２において、モータ駆動装置４００は、初期制御を開始したときから所定期間が経過したか否かを判断する。所定期間は、たとえば、２００ｍｓである。ステップＳ１２でＹＥＳと判断された場合には、初期制御は終了し（上記の初期制御フラグが消去され）、図９の処理は終了する。

【0083】

一方、ステップＳ１２でＮＯと判断された場合には、初期制御フラグは残存されつつ図９の処理は終了する。つまり、ステップＳ１２でＮＯと判断された場合には、次のサンプリング周期分の初期制御が実行される。

【0084】

［シミュレーション結果］
図１０は、本実施形態のモータ駆動装置４００のシミュレーション結果を示す図である。本実施形態のモータ駆動装置４００は、比較例のモータ駆動装置と比較される。比較例のモータ駆動装置は、上述の変化制御を実行するものの、補正演算部３６０を有さない装置である。このシミュレーションにおいては、ロータ１１０Ａの実際の角度を検出するために、本実施形態のモータ駆動装置４００および比較例のモータ駆動装置にレゾルバが具備された。

【0085】

図１０（Ａ）～図１０（Ｃ）の横軸は、時間を示す。また、図１０（Ａ）および図１０（Ｂ）の縦軸は、電気角を示し、図１０（Ｃ）は、上記角度ズレΔθを示す。

【0086】

図１０（Ａ）は、比較例のモータ駆動装置のシミュレーション結果を示す図である。図１０（Ａ）では、角度θ１（＝θ３）が破線で示されており、比較例のロータ１１０Ａの実際の回転角度が実線で示されている。図１０（Ａ）に示すように、比較例のモータ駆動装置においては、一応、角度θ３が、実際の角度に近づいていることが示されている。

【0087】

図１０（Ｂ）は、本実形態のモータ駆動装置４００のシミュレーション結果を示す図である。図１０（Ｂ）では、角度θ１（＝θ２＋θ３）が実線で示されており、ロータ１１０Ａの実際の回転角度が破線で示されている。また、角度θ３が一点鎖線で示されている。図１０（Ｂ）に示すように、本実施形態のモータ駆動装置４００においては、角度θ１が、実際の角度に近づいていることが示されている。

【0088】

図１０（Ｃ）は、比較例のモータ駆動装置と、本実形態のモータ駆動装置４００との比較結果である。本実形態のモータ駆動装置４００の角度ズレΔθを実線で示し、比較例のモータ駆動装置の角度ズレΔθを破線で示す。図１０（Ｃ）に示すように、比較例のモータ駆動装置よりも、本実形態のモータ駆動装置４００の方が、早く、角度ズレΔθが小さくなる。つまり、比較例のモータ駆動装置よりも、本実形態のモータ駆動装置４００の方が、初期制御を開始したときからロータ１１０Ａの回転位置が指定位置となるときまでの時間が短くなる。

【0089】

［本実施形態のモータ駆動装置の作用・効果］
以上、図５および図６などで説明したように、本実施形態のモータ駆動装置４００は、ｄ軸電流とｑ軸電流とに基づく値（第１値）を積分することにより、相関値（第２値）を算出する。そして、モータ駆動装置４００は、ロータ１１０Ａの回転位置を指定位置４０に一致させるための初期制御を、相関値に基づいて実行する。具体的には、モータ駆動装置４００は、初期制御を、相関値に基づいた指令値を用いて実行する。このように、モータ駆動装置４００は、角度ズレΔθと相関がある相関値を用いて、初期制御を実行することから、ロータ１１０Ａの回転位置が指定位置となるまでの時間を短くできる。

【0090】

また、センサレス構成において、ロータの回転位置の推定精度を向上させる手法として、高調波信号重畳を使用する手法がある。しかしながら、ＳＰＭ(surface permanent magnetic)が採用されているモータでは高調波信号重畳が使用できない。本実施形態のモータ駆動装置４００であれば、高調波信号重畳を使用しなくても、初期制御を実行できる。

【0091】

また、モータ駆動装置４００は、第２値をゼロとするための所定制御を実行することにより、位置制御を実行する。したがって、モータ駆動装置４００は、所定制御により差分量をゼロにすることができる。

【0092】

また、所定制御は、相関値に対するＰＩＤ制御である（図５参照）。したがって、モータ駆動装置４００は、比較的、簡易な制御により、第３値を算出できる。

【0093】

また、モータ駆動装置４００は、ｄ軸電流の値およびｑ軸電流の値のアークタンジェント値を第１値として算出する（図５参照）。したがって、モータ駆動装置４００は、比較的、簡易な制御により、第１値を算出できる。

【0094】

また、モータ駆動装置４００は、ステップＳ１２に示すように、初期制御を開始したときから所定期間が経過したときに、該初期制御を終了させる。したがって、モータ駆動装置４００は、比較的、簡易な制御により、初期制御の終了の有無を判断できる。

【0095】

また、モータ駆動装置４００は、指定位置４０を時間経過とともに徐々に変化させる上記の変化制御を実行する（図９のステップＳ２）。したがって、モータ駆動装置４００は、図７に示すようにΔθの値が１８０度であったとしても、適切に初期制御を実行できる。

【0096】

また、図３に示すように、ロータ１１０Ａは、２極磁石により構成される。したがって、ロータ１１０Ａの構成を簡易に出来る一方、角度ズレΔθが生じやすくなる傾向がある。しかしながら、本実施形態のモータ駆動装置４００によれば、角度ズレΔθが大きくなる２極磁石であるロータ１１０Ａが採用されていたとしても、適切に初期制御を実行できる。

【0097】

［その他の実施形態]
（１） 上述の実施形態によれば、モータ駆動装置４００は、図５で説明したように、ｄ軸電流の値と、ｑ軸電流の値とのアークタンジェント値を、第１値（ｄ軸電流の位相とｑ軸電流の位相との位相ズレΔｐに基づいた値）として算出する構成が説明された。しかしながら、他の手法により第１値が算出されてもよい。

【0098】

図１１は、本変形例のモータ駆動装置４００の補正演算部３６０Ａの機能ブロック図である。図１１の補正演算部３６０Ａは、図５の補正演算部３６０のアークタンジェント部３６２が、除算部３６２Ａに代替された演算部である。除算部３６２Ａは、以下の式（４）に示すように、ｄ軸電流の値と、ｑ軸電流の値との除算値を算出することにより第１値を算出する。

【0099】

第１値＝Ｉｑ／Ｉｄ （４）
このような構成であっても、モータ駆動装置４００は、位相の算出に使用する三角関数といった複雑な演算を行うことなく、第１値を算出できる。なお、変形例として、式（４）の右辺は、Ｉｄ／Ｉｑとしてもよい。

【0100】

（２） 上述の実施形態の初期制御の終了条件は、初期制御の開始から所定期間経過したという条件である構成が説明された（図９のステップＳ１２参照）。しかしながら、終了条件は他の条件としてもよい。図１２は、本変形例のモータ駆動装置４００の処理を示すフローチャートである。

【0101】

図１２のフローチャートは、図９のステップＳ１２がステップＳ１２Ａに代替されたフローチャートである。ステップＳ１２Ａの終了条件は、第２値の変化量が閾値未満であるという条件である。以下では、制御装置３００が、１のサンプリング周期で行う制御は、「周期制御」とも称される。変化量は、前回の周期制御で算出された第２値と、今回の周期制御で算出された第２値との差分値である。

【0102】

図６（Ａ）および図６（Ｃ）に示すように、角度ズレΔθが小さくなることと、第２値の変化量とは相関している。本変形例は、この相関に基づいた例である。このような構成であっても、モータ駆動装置４００は、比較的、簡易な構成により、位置制御の終了の有無を判断できる。

【0103】

（３） 上述のモータ駆動装置４００は、レゾルバを備えない構成が説明された。しかしながら、モータ駆動装置４００は、レゾルバを備えていてもよい。たとえば、モータ駆動装置４００の出荷前において、モータ駆動装置４００がレゾルバを備えていたとしても、角度ズレΔθが生じている場合がある。このような場合であっても、モータ駆動装置４００の上記の位置制御により、角度ズレΔθをゼロにすることができる。

【0104】

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0105】

２２ 中性点、２４Ｖ，２４Ｗ 電流センサ、４０ 指定位置、１１０ モータ、１１０Ａ ロータ、１５０ バッテリ、２１０ インバータ、２４０ ＰＩ演算部、２５０，３２０ 座標変換部、２６０ ＰＷＭ部、３００ 制御装置、３０４ メモリ、３１０ 制御部、３１１，３１２ 減算部、３３０ 推定部、３４０ 角度演算部、３５０ スイッチ部、３６０，３６０Ａ 補正演算部、３６２ アークタンジェント部、３６２Ａ タンジェント部、３６４ 積分部、３６６ ＰＩＤ部、３７０ 加算部、４００ モータ駆動装置、５００ 電気システム。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】