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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2021-12-07
(45)【発行日】2022-01-12
(54)【発明の名称】回転速度算出装置
(51)【国際特許分類】
H02P 6/17 20160101AFI20220104BHJP
G01P 3/46 20060101ALI20220104BHJP
【ＦＩ】
H02P6/17
G01P3/46 X
【請求項の数】
4
(21)【出願番号】P 2017193599
(22)【出願日】2017-10-03
(65)【公開番号】P2019068665
(43)【公開日】2019-04-25
【審査請求日】2020-09-09
(73)【特許権者】
【識別番号】000113791
【氏名又は名称】マブチモーター株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100149548
【弁理士】
【氏名又は名称】松沼 泰史
(74)【代理人】
【識別番号】100188592
【弁理士】
【氏名又は名称】山口 洋
(74)【代理人】
【識別番号】100114937
【弁理士】
【氏名又は名称】松本 裕幸
(72)【発明者】
【氏名】藤井 俊兵
【審査官】大島 等志
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１１－２３０５３１（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｐ ６／１７
Ｇ０１Ｐ ３／４６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ブラシレスモータの回転速度算出装置であって、前記ブラシレスモータのコイルを流れる電流の大きさを取得する電流取得部と、
前記ブラシレスモータに供給される供給電圧を取得する供給電圧取得部と、
前記電流取得部が取得する前記電流の大きさと、前記供給電圧取得部が取得する前記供給電圧と、前記電流の大きさと、前記供給電圧とに基づいて前記ブラシレスモータの回転速度を求める電圧方程式とに基づいて前記回転速度を算出する算出部と
を備え、
前記電圧方程式は、前記ブラシレスモータのコイルの巻線のインダクタンスによる電圧降下を表す項が、前記電流に比例する因子と前記ブラシレスモータの回転速度に比例する因子との積によって表される方程式である
回転速度算出装置。
【請求項2】
前記算出部は、前記ブラシレスモータのコイルを流れる前記電流の平均値と、前記供給電圧取得部が取得する前記供給電圧と、前記電圧方程式とに基づいて前記回転速度を算出する請求項１に記載の回転速度算出装置。
【請求項3】
前記電圧方程式とは、前記電流に比例する因子をＡ、前記ブラシレスモータの回転速度に比例する因子をＢ、前記ブラシレスモータの回転速度をｗ、前記電流の大きさをｉ、相間抵抗をＲ、前記供給電圧をｖ、誘起電圧定数であるモータ定数をＫとしたときに、【数1】
請求項１または請求項２に記載の回転速度算出装置。
【請求項4】
前記算出部は、前記ブラシレスモータの回転位相を検出するホールセンサの出力信号の更新が所定の時間内に生じない場合において、前記回転速度を算出する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の回転速度算出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、回転速度算出装置に関する。
【背景技術】
【0002】
ブラシレスモータの駆動において、ブラシレスモータの回転位相を検出するためにブラシレスモータにホールセンサが取り付けられる。ブラシレスモータにホールセンサが取り付けられる場合、電気角１周に対して１つのパルスを出力するホールセンサが、１２０度ずつ位相がずれた位置に３個取り付けられるのが一般的である。
ホールセンサを用いてブラシレスモータの速度制御を行う場合、ホールセンサのパルス幅を計測して速度に換算し、換算された値をブラシレスモータの速度として制御回路にフィードバックする。
ホールセンサを用いてブラシレスモータの速度制御を行う場合、ホールセンサのパルス幅を計測して速度に換算し、換算された値をブラシレスモータの速度として制御回路にフィードバックする。
【0003】
ホールセンサの場合、電気角１周に対して、３個のホールセンサの各々から、１つのパルスのパルス幅の情報しか得られない。そのため、ブラシレスモータが低速において駆動する場合、速度の分解能が足りずブラシレスモータが安定した速度で駆動することが困難となる。速度の分解能の不足を補うために、光学式エンコーダなどの高分解能パルスが出力されるセンサを、ホールセンサとは別に取り付けることが考えられる。しかし、光学式エンコーダの取りつけにはコストがかかる。
駆動するブラシレスモータが既知である場合に、電圧方程式を用いてブラシレスモータの回転速度を算出する技術が知られている（例えば、特許文献１）。この電圧方程式を用いてブラシレスモータの回転速度を算出する場合、ブラシレスモータのコイルに流れる電流の値及び電流の微分値が必要となる。
駆動するブラシレスモータが既知である場合に、電圧方程式を用いてブラシレスモータの回転速度を算出する技術が知られている（例えば、特許文献１）。この電圧方程式を用いてブラシレスモータの回転速度を算出する場合、ブラシレスモータのコイルに流れる電流の値及び電流の微分値が必要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２００６－２６２５９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、特許文献１に記載されるような従来技術によると、モータ電流の値を読み込む際、ノイズや電流の乱れによりモータ電流の値として誤った値を読み込みこんでしまうことを防止するために、フィルタを入れる必要がある。ところが、フィルタを入れる場合、インダクタンス及び電流の微分値から算出される電圧降下の値の誤差が大きくなってしまい、電圧方程式から算出される予測速度は実測値と合わなくなってしまう。また、ブラシレスモータの回転速度の電圧方程式を用いた算出にマイクロコンピュータ（マイコン）を用いることがある。この場合、電圧方程式に現れる電流の微分値の算出には大きな演算能力を要するため、高性能なマイコンを使用することが求められ、コストが増加してしまう。
すなわち、特許文献１に記載されるような従来技術によると、簡易な構成を用いてブラシレスモータを安定した速度において駆動できないという問題があった。
すなわち、特許文献１に記載されるような従来技術によると、簡易な構成を用いてブラシレスモータを安定した速度において駆動できないという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の一実施形態は、ブラシレスモータの回転速度算出装置であって、前記ブラシレスモータのコイルを流れる電流の大きさを取得する電流取得部と、前記ブラシレスモータに供給される供給電圧を取得する供給電圧取得部と、前記電流取得部が取得する前記電流の大きさと、前記供給電圧取得部が取得する前記供給電圧と、前記電流の大きさと、前記供給電圧とに基づいて前記ブラシレスモータの回転速度を求める電圧方程式とに基づいて前記回転速度を算出する算出部とを備え、前記電圧方程式は、前記ブラシレスモータのコイルの巻線のインダクタンスによる電圧降下を表す項が、前記電流に比例する因子と前記ブラシレスモータの回転速度に比例する因子との積によって表される方程式である回転速度算出装置である。
【0007】
本発明の一実施形態は、上述の回転速度算出装置において、前記算出部は、前記ブラシレスモータのコイルを流れる前記電流の平均値と、前記供給電圧取得部が取得する前記供給電圧と、前記電圧方程式とに基づいて前記回転速度を算出する。
【0008】
本発明の一実施形態は、上述の回転速度算出装置において、前記電圧方程式とは、前記電流に比例する因子をＡ、前記ブラシレスモータの回転速度に比例する因子をＢ、前記ブラシレスモータの回転速度をｗ、前記電流の大きさをｉ、相間抵抗をＲ、前記供給電圧をｖ、誘起電圧定数であるモータ定数をＫとしたときに、
【0009】
【数1】
【0010】
によって表される方程式である。
【0011】
本発明の一実施形態は、上述の回転速度算出装置において、前記算出部は、前記ブラシレスモータの回転位相を検出するホールセンサの出力信号の更新が所定の時間内に生じない場合において、前記回転速度を算出する。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、簡易な構成を用いてブラシレスモータを安定した速度において駆動できる回転速度算出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】本実施形態のモータ制御装置の構成の一例を示す図である。
【図2】本実施形態の低速駆動時回転速度算出部４０２の構成の一例を示す図である。
【図3】本実施形態の回転速度算出処理の一例を示す図である。
【図4】本実施形態の回転速度算出処理の変形例を示す図である。
【図5】本実施形態の電圧方程式の算出に用いる相電流の値の一例を示す図である。
【図6】本実施形態の移動平均電流とインダクタンス電圧降下との関係の一例を示す図である。
【図7】本実施形態のモータ回転数とインダクタンス電圧降下との関係の一例を示す図である。
【図8】本実施形態の予測回転速度と実測値との比較の第一例を示す図である。
【図9】本実施形態の予測回転速度と実測値との比較の第二例を示す図である。
【図10】本実施形態の回転速度の予測に用いたパラメータの値の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
［実施形態］
以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態のモータ制御装置Ｍの構成の一例を示す図である。このモータ制御装置Ｍは、例えば、電動車椅子や電動シルバーカーなどの低速の駆動が要求される電動機器に備えられる。モータ制御装置Ｍは、バッテリ１と、インバータ２と、モータ３と、インバータ制御装置４と、電流検出部５と、電圧検出部６とを備える。
以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態のモータ制御装置Ｍの構成の一例を示す図である。このモータ制御装置Ｍは、例えば、電動車椅子や電動シルバーカーなどの低速の駆動が要求される電動機器に備えられる。モータ制御装置Ｍは、バッテリ１と、インバータ２と、モータ３と、インバータ制御装置４と、電流検出部５と、電圧検出部６とを備える。
【0015】
バッテリ１は、モータ制御装置Ｍに直流電力を供給する。バッテリ１とは、例えば、ニッケルカドミウム電池やリチウムイオン電池などの二次電池であり、モータ制御装置Ｍに対して電力を供給する。なお、このバッテリ１は、二次電池に限られず、乾電池などの一次電池であってもよい。
インバータ２は、バッテリ１から供給される電力をモータ３に供給する。インバータ２は、バッテリ１から供給される直流電圧を三相交流電圧に変換し、変換した三相交流電圧をモータ３に供給する。
モータ３とは、三相ブラシレスモータである。モータ３は、不図示のロータと不図示の駆動コイルとを備える。モータ３は、駆動コイルに供給される電流によって生じる磁力と、ロータが備える永久磁石の磁力とによる吸引力又は反発力により、ロータを回転させる。
インバータ２は、バッテリ１から供給される電力をモータ３に供給する。インバータ２は、バッテリ１から供給される直流電圧を三相交流電圧に変換し、変換した三相交流電圧をモータ３に供給する。
モータ３とは、三相ブラシレスモータである。モータ３は、不図示のロータと不図示の駆動コイルとを備える。モータ３は、駆動コイルに供給される電流によって生じる磁力と、ロータが備える永久磁石の磁力とによる吸引力又は反発力により、ロータを回転させる。
【0016】
電流検出部５は、例えばクランプメータを備えている。電流検出部５は、バッテリ１からインバータ２に供給される直流電流の大きさ（例えば、電流値）を検出する。電流検出部５は、検出した直流電流の大きさを、検出電流ｉとしてインバータ制御装置４に供給する。
電圧検出部６は、例えば電圧センサを備えている。電圧検出部６は、インバータ２に供給される直流電圧の大きさを検出する。電圧検出部６は、検出した直流電圧の大きさを、供給電圧ｖとしてインバータ制御装置４に供給する。
電圧検出部６は、例えば電圧センサを備えている。電圧検出部６は、インバータ２に供給される直流電圧の大きさを検出する。電圧検出部６は、検出した直流電圧の大きさを、供給電圧ｖとしてインバータ制御装置４に供給する。
【0017】
インバータ制御装置４は、モータ３が目標回転速度ＴＲにおいて回転するように、インバータ２をフィードバック制御する。インバータ制御装置４は、回転速度算出部４０と、インバータ駆動信号生成部４１と、記憶部４２とを備える。
回転速度算出部４０は、モータ３の回転速度ｗを算出する。回転速度算出部４０は、算出した回転速度ｗをインバータ駆動信号生成部４１に供給する。回転速度算出部４０は、例えばマイクロコンピュータであって、低速高速駆動切替部４００と、高速駆動時回転速度算出部４０１と、低速駆動時回転速度算出部４０２とを、その機能部として備える。
低速高速駆動切替部４００は、回転速度算出部４０が算出する回転速度ｗに応じて、高速駆動時回転速度算出部４０１と低速駆動時回転速度算出部４０２とのいずれによって回転速度ｗを算出させるかを切り替える。
回転速度算出部４０は、モータ３の回転速度ｗを算出する。回転速度算出部４０は、算出した回転速度ｗをインバータ駆動信号生成部４１に供給する。回転速度算出部４０は、例えばマイクロコンピュータであって、低速高速駆動切替部４００と、高速駆動時回転速度算出部４０１と、低速駆動時回転速度算出部４０２とを、その機能部として備える。
低速高速駆動切替部４００は、回転速度算出部４０が算出する回転速度ｗに応じて、高速駆動時回転速度算出部４０１と低速駆動時回転速度算出部４０２とのいずれによって回転速度ｗを算出させるかを切り替える。
【0018】
高速駆動時回転速度算出部４０１は、モータ制御装置Ｍが高速駆動をしている場合に、回転速度ｗを算出する。ここで、モータ制御装置Ｍが高速駆動をしている場合とは、例えば、モータ３の回転位相を検出するホールセンサの出力信号の更新が所定の時間内に生じる場合や、回転速度ｗが所定の値より大きい場合である。この高速駆動時回転速度算出部４０１は、モータ３に取り付けられた不図示の３個のホールセンサの各々からパルスの時間間隔を取得する。高速駆動時回転速度算出部４０１は、取得したパルスの時間間隔からモータ３の回転速度ｗを算出する。
【0019】
低速駆動時回転速度算出部４０２は、モータ制御装置Ｍが低速駆動をしている場合に、回転速度ｗを算出する。ここで、モータ制御装置Ｍが低速駆動をしている場合とは、例えば、モータ３の回転位相を検出するホールセンサの出力信号の更新が所定の時間内に生じない場合や、回転速度ｗが所定の値より小さい場合である。この低速駆動時回転速度算出部４０２は、後述する電圧方程式を用いて回転速度ｗを算出する。低速駆動時回転速度算出部４０２は、電流検出部５から検出電流ｉを取得する。低速駆動時回転速度算出部４０２は、電圧検出部６から供給電圧ｖを取得する。低速駆動時回転速度算出部４０２は、記憶部４２から電圧方程式のパラメータを取得する。低速駆動時回転速度算出部４０２は、取得した検出電流ｉと、取得した供給電圧ｖと、取得したパラメータとを用いて回転速度ｗを電圧方程式の解として算出する。
【0020】
インバータ駆動信号生成部４１は、インバータ駆動信号ＤＳを生成する。インバータ駆動信号生成部４１は、生成したインバータ駆動信号ＤＳをインバータ２に供給する。インバータ駆動信号生成部４１は、不図示の操作部から目標回転速度ＴＲを取得する。ここで目標回転速度ＴＲとは、モータ制御装置Ｍがモータ３を単位時間に何回転させるように制御するか示す値である。インバータ駆動信号生成部４１は、回転速度算出部４０から回転速度ｗを取得する。インバータ駆動信号生成部４１は、取得した目標回転速度ＴＲと、取得した回転速度ｗとを比較する。インバータ駆動信号生成部４１は、比較結果に基づいてインバータ駆動信号ＤＳを生成する。
記憶部４２には、低速駆動時回転速度算出部４０２が回転速度ｗを算出するために用いる電圧方程式のパラメータが記憶される。
ここで、図２を参照して低速駆動時回転速度算出部４０２の詳細を説明する。
記憶部４２には、低速駆動時回転速度算出部４０２が回転速度ｗを算出するために用いる電圧方程式のパラメータが記憶される。
ここで、図２を参照して低速駆動時回転速度算出部４０２の詳細を説明する。
【0021】
［低速駆動時回転速度算出部４０２の構成］
図２は、本実施形態の低速駆動時回転速度算出部４０２の構成の一例を示す図である。低速駆動時回転速度算出部４０２は、検出電流取得部５０と、移動平均電流算出部５１と、供給電圧取得部５２と、パラメータ取得部５３と、算出部５４とを備える。
検出電流取得部５０は、電流検出部５から検出電流ｉを取得する。つまり、検出電流取得部５０は、モータ３のコイルを流れる電流の大きさを取得する。検出電流取得部５０は、取得した検出電流ｉを移動平均電流算出部５１に供給する。
移動平均電流算出部５１は、検出電流取得部５０から検出電流ｉを取得する。移動平均電流算出部５１は、例えば５０マイクロ秒毎に検出電流ｉを取得する。移動平均電流算出部５１は、取得した検出電流ｉの移動平均を算出する。移動平均電流算出部５１は、検出電流ｉの例えば５０マイクロ秒毎に、３．２ミリ秒間に相当する６４回の検出に対する検出電流ｉについて移動平均を算出する。移動平均電流算出部５１は、算出した移動平均を移動平均電流として算出部５４に供給する。
供給電圧取得部５２は、電圧検出部６から供給電圧ｖを取得する。つまり、供給電圧取得部５２は、モータ３に供給される供給電圧を取得する。供給電圧取得部５２は、取得した供給電圧ｖを算出部５４に供給する。
パラメータ取得部５３は、記憶部４２から記憶部４２に記憶されるパラメータを取得する。パラメータ取得部５３は、取得したパラメータを算出部５４に供給する。ここで、記憶部に記憶されるパラメータとは、相間抵抗Ｒ、モータ定数Ｋ、電流比例係数Ａ、及びモータ速度比例係数Ｂである。
モータ３の電圧方程式を式（２）に示す。
図２は、本実施形態の低速駆動時回転速度算出部４０２の構成の一例を示す図である。低速駆動時回転速度算出部４０２は、検出電流取得部５０と、移動平均電流算出部５１と、供給電圧取得部５２と、パラメータ取得部５３と、算出部５４とを備える。
検出電流取得部５０は、電流検出部５から検出電流ｉを取得する。つまり、検出電流取得部５０は、モータ３のコイルを流れる電流の大きさを取得する。検出電流取得部５０は、取得した検出電流ｉを移動平均電流算出部５１に供給する。
移動平均電流算出部５１は、検出電流取得部５０から検出電流ｉを取得する。移動平均電流算出部５１は、例えば５０マイクロ秒毎に検出電流ｉを取得する。移動平均電流算出部５１は、取得した検出電流ｉの移動平均を算出する。移動平均電流算出部５１は、検出電流ｉの例えば５０マイクロ秒毎に、３．２ミリ秒間に相当する６４回の検出に対する検出電流ｉについて移動平均を算出する。移動平均電流算出部５１は、算出した移動平均を移動平均電流として算出部５４に供給する。
供給電圧取得部５２は、電圧検出部６から供給電圧ｖを取得する。つまり、供給電圧取得部５２は、モータ３に供給される供給電圧を取得する。供給電圧取得部５２は、取得した供給電圧ｖを算出部５４に供給する。
パラメータ取得部５３は、記憶部４２から記憶部４２に記憶されるパラメータを取得する。パラメータ取得部５３は、取得したパラメータを算出部５４に供給する。ここで、記憶部に記憶されるパラメータとは、相間抵抗Ｒ、モータ定数Ｋ、電流比例係数Ａ、及びモータ速度比例係数Ｂである。
モータ３の電圧方程式を式（２）に示す。
【0022】
【数2】
【0023】
ここで、ｉａｖｅは、移動平均電流算出部５１から取得される移動平均電流である。ｗは算出部５４が算出する回転速度ｗである。ｖは、供給電圧取得部５２から取得される供給電圧ｖである。Ｒは、記憶部４２から取得する相間抵抗Ｒである。電流比例係数Ａは、モータ３の駆動コイルのインダクタンスにより生じる電圧降下のうち、この駆動コイルに流れる相電流に比例する成分の係数である。モータ速度比例係数Ｂは、モータ３の駆動コイルのインダクタンスにより生じる電圧降下のうち、モータ３の回転速度に比例する成分の係数である。Ｋはモータ定数Ｋである。モータ定数Ｋとは誘起電圧定数である。式（２）は、モータ３のコイルの巻線のインダクタンスによる電圧降下を表す項が、電流に比例する因子とモータ３の回転速度ｗに比例する因子との積によって表される電圧方程式である。
式（２）から式（３）が導かれる。算出部５４は、式（３）を用いて回転速度ｗを算出する。つまり、算出部５４は、検出電流ｉの大きさと、供給電圧ｖと、検出電流ｉの大きさと、電圧方程式とに基づいて回転速度ｗを算出する。ここで、検出電流ｉは検出電流取得部５０によって取得され、供給電圧は供給電圧取得部５２によって取得される。電圧方程式は、検出電流ｉの大きさと、供給電圧ｖとに基づいてモータ３の回転速度ｗを求める方程式である。さらに、算出部５４は、モータ３のコイルを流れる電流の移動平均電流ｉａｖｅと、供給電圧取得部５２が取得する供給電圧ｖと、電圧方程式とに基づいて回転速度ｗを算出する。
式（２）から式（３）が導かれる。算出部５４は、式（３）を用いて回転速度ｗを算出する。つまり、算出部５４は、検出電流ｉの大きさと、供給電圧ｖと、検出電流ｉの大きさと、電圧方程式とに基づいて回転速度ｗを算出する。ここで、検出電流ｉは検出電流取得部５０によって取得され、供給電圧は供給電圧取得部５２によって取得される。電圧方程式は、検出電流ｉの大きさと、供給電圧ｖとに基づいてモータ３の回転速度ｗを求める方程式である。さらに、算出部５４は、モータ３のコイルを流れる電流の移動平均電流ｉａｖｅと、供給電圧取得部５２が取得する供給電圧ｖと、電圧方程式とに基づいて回転速度ｗを算出する。
【0024】
【数3】
【0025】
［回転速度算出処理］
図３は、本実施形態の回転速度算出処理の一例を示す図である。図３のフローチャートに示す処理は、モータ制御装置Ｍの電源が入れられた場合に開始される。モータ制御装置Ｍの電源が入れられると、インバータ制御装置４は不図示の計時部により計時を開始する。
低速高速駆動切替部４００は、所定の時間内にモータ３に取り付けられた不図示の３個のホールセンサの出力信号の更新があるか否かを判定する（ステップＳ１００）。ここで低速高速駆動切替部４００は、高速駆動時回転速度算出部４０１からパルスの時間間隔を取得し、取得したパルスの時間間隔から所定の時間内にホールセンサの出力信号の更新があるか否かを判定する。所定の時間とは、例えば１秒間である。低速高速駆動切替部４００は、所定の時間の間にホールセンサの更新がないと判定する場合（ステップＳ１００；ＮＯ）、低速駆動への切り替えを行う（ステップＳ１０１）。ただし、インバータ制御装置４が低速駆動を行っている場合、低速高速駆動切替部４００はインバータ制御装置４に低速駆動を続けさせる。一方、低速高速駆動切替部４００は、所定の時間の間にホールセンサの更新があると判定する場合（ステップＳ１００；ＹＥＳ）、高速駆動への切り替えを行う（ステップＳ１０７）。ただし、インバータ制御装置４が高速駆動を行っている場合、低速高速駆動切替部４００はインバータ制御装置４に高速駆動を続けさせる。
図３は、本実施形態の回転速度算出処理の一例を示す図である。図３のフローチャートに示す処理は、モータ制御装置Ｍの電源が入れられた場合に開始される。モータ制御装置Ｍの電源が入れられると、インバータ制御装置４は不図示の計時部により計時を開始する。
低速高速駆動切替部４００は、所定の時間内にモータ３に取り付けられた不図示の３個のホールセンサの出力信号の更新があるか否かを判定する（ステップＳ１００）。ここで低速高速駆動切替部４００は、高速駆動時回転速度算出部４０１からパルスの時間間隔を取得し、取得したパルスの時間間隔から所定の時間内にホールセンサの出力信号の更新があるか否かを判定する。所定の時間とは、例えば１秒間である。低速高速駆動切替部４００は、所定の時間の間にホールセンサの更新がないと判定する場合（ステップＳ１００；ＮＯ）、低速駆動への切り替えを行う（ステップＳ１０１）。ただし、インバータ制御装置４が低速駆動を行っている場合、低速高速駆動切替部４００はインバータ制御装置４に低速駆動を続けさせる。一方、低速高速駆動切替部４００は、所定の時間の間にホールセンサの更新があると判定する場合（ステップＳ１００；ＹＥＳ）、高速駆動への切り替えを行う（ステップＳ１０７）。ただし、インバータ制御装置４が高速駆動を行っている場合、低速高速駆動切替部４００はインバータ制御装置４に高速駆動を続けさせる。
【0026】
低速高速駆動切替部４００が低速駆動への切り替えを行った場合、低速高速駆動切替部４００は、低速駆動時回転速度算出部４０２を動作させる。低速駆動時回転速度算出部４０２は、電流検出部５から検出電流ｉを取得する（ステップＳ１０２）。低速駆動時回転速度算出部４０２は、電圧検出部６から供給電圧ｖを取得する（ステップＳ１０３）。低速駆動時回転速度算出部４０２は、記憶部４２からパラメータを取得する（ステップＳ１０４）。低速駆動時回転速度算出部４０２は、取得した検出電流ｉと、取得した供給電圧ｖと、取得したパラメータと、式（２）に示す電圧方程式とを用いて回転速度ｗを算出する（ステップＳ１０５）。低速駆動時回転速度算出部４０２では、算出部５４が回転速度ｗを算出する。つまり、算出部５４は、モータ３の回転位相を検出するホールセンサの出力信号の更新が所定の時間内に生じない場合において、回転速度ｗを算出する。
【0027】
一方、低速高速駆動切替部４００が高速駆動への切り替えを行った場合、低速高速駆動切替部４００は、高速駆動時回転速度算出部４０１に動作させる。高速駆動時回転速度算出部４０１は、回転速度ｗを算出する（ステップＳ１０８）。
回転速度算出部４０は算出した回転速度ｗをインバータ駆動信号生成部４１に出力する（ステップＳ１０６）。その後、低速高速駆動切替部４００はステップＳ１００の処理を繰り返す。
回転速度算出部４０は算出した回転速度ｗをインバータ駆動信号生成部４１に出力する（ステップＳ１０６）。その後、低速高速駆動切替部４００はステップＳ１００の処理を繰り返す。
【0028】
なお、図３に示す処理の例では、低速高速駆動切替部４００が、ホールセンサの更新があるか否かに基づいて低速駆動と高速駆動とを切り替える例について説明したが、低速高速駆動切替部４００は回転速度ｗに基づいて低速駆動と高速駆動とを切り替えてもよい。低速高速駆動切替部４００が回転速度ｗに基づいて低速駆動と高速駆動とを切り替える場合について、図４を参照し説明する。
【0029】
図４は、本実施形態の回転速度算出処理の変形例を示す図である。なお、ステップＳ２０１、ステップＳ２０２、ステップＳ２０３、ステップＳ２０４、ステップＳ２０５、ステップＳ２０６、ステップＳ２０７、及びステップＳ２０８の各処理は、図３におけるステップＳ１０１、ステップＳ１０２、ステップＳ１０３、ステップＳ１０４、ステップＳ１０５、ステップＳ１０６、ステップＳ１０７、及びステップＳ１０８の各処理と同様であるため、説明を省略する。
【0030】
図４のフローチャートに示す処理は、モータ制御装置Ｍの電源が入れられた場合に開始される。低速高速駆動切替部４００は、高速駆動時回転速度算出部４０１または低速駆動時回転速度算出部４０２から回転速度ｗを取得する。低速高速駆動切替部４００は、取得した回転速度ｗが所定の値以下であるか否かを判定する（ステップＳ２００）。低速高速駆動切替部４００は、回転速度ｗが所定の値以下であると判定する場合（ステップＳ２００；ＹＥＳ）、低速駆動への切り替えを行う（ステップＳ２０１）。一方、低速高速駆動切替部４００は、回転速度ｗが所定の値以下でないと判定する場合（ステップＳ２００；ＮＯ）、高速駆動への切り替えを行う（ステップＳ２０７）。ただし、モータ制御装置Ｍの電源が入れられた直後は、低速高速駆動切替部４００は予め決められた設定に基づいて低速駆動または高速駆動への切り替えをしてよい。
【0031】
[従来技術との比較]
ここで、本実施形態に係る算出部５４のモータ３の回転速度ｗの算出方法と比較するために、従来技術においてモータの回転速度を算出する場合の電圧方程式について説明する。従来、式（４）に示す電圧方程式を用いてモータの回転速度を算出していた。
ここで、本実施形態に係る算出部５４のモータ３の回転速度ｗの算出方法と比較するために、従来技術においてモータの回転速度を算出する場合の電圧方程式について説明する。従来、式（４）に示す電圧方程式を用いてモータの回転速度を算出していた。
【0032】
【数4】
【0033】
ここで、iはモータのコイルに流れる相電流の瞬時値である。式（４）では、モータの駆動コイルのインダクタンスにより生じる電圧降下は、相電流の微分値を含む。この微分値の算出のため、式（４）を用いてモータの回転速度を算出する場合、マイコンの処理の負荷が大きくなってしまう。また、式（４）では相電流の瞬時値を用いているため、相電流のノイズが大きい場合、算出される回転速度の誤差が大きくなってしまう。また、式（４）では、相電流の値が用いられるため、制御装置は３つの相電流の値を取得して処理を行わなくてはならず処理が重くなる。さらに、モータには相電流を検出するための３つの電流センサが取り付けられなくてはならない。
【0034】
一方、本実施形態では、モータ３の回転速度ｗは、式（２）に示す電圧方程式を用いて算出される。式（２）には微分値が含まれていないため、モータ３の回転速度ｗを算出する際にインバータ制御装置４の処理が式（４）を用いる場合に比べて軽くなる。インバータ制御装置４は、低級なマイコンにより実現することができる。また、式（２）では、電流の瞬時値ではなく電流の移動平均が用いられているため、相電流のノイズが大きい場合でも、ノイズが回転速度ｗの算出結果に与える影響を軽減することができる。電流の移動平均を用いた場合、電流の瞬時値を用いた場合に比べノイズの影響を、例えば約１５パーセント軽減することができる。また、式（２）では、相電流ではなく、直流電流の値である検出電流ｉが移動平均の算出に用いられている。直流電流の値という１つの値を用いるため、３つの相電流の値を用いる場合に比べて、処理が軽くなる。さらに、モータに３つの電流センサを取りつける代わりに、バッテリ１が供給する直流電流を検出する１つの電流検出部５を備えるだけでよい。
なお、本実施形態においては、式（２）において、電流の瞬時値ではなく電流の移動平均が用いられている場合について説明したが、低速駆動時回転速度算出部４０２は、電流のノイズが大きくない場合には、式（２）において電流の移動平均の代わりに電流の瞬時値を用いて回転速度ｗを算出してもよい。
なお、本実施形態においては、式（２）において、電流の瞬時値ではなく電流の移動平均が用いられている場合について説明したが、低速駆動時回転速度算出部４０２は、電流のノイズが大きくない場合には、式（２）において電流の移動平均の代わりに電流の瞬時値を用いて回転速度ｗを算出してもよい。
【0035】
［電圧方程式の算出］
ここまで、低速駆動時回転速度算出部４０２が式（３）に示す電圧方程式に基づいて回転速度ｗを算出する仕組みについて説明した。上述したように、式（３）は式（２）に基づいている。この式（２）を算出する方法について図５を参照して説明する。
図５は、本実施形態の電圧方程式の算出に用いる相電流の値の一例を示す図である。図５に示すグラフでは、モータ３のコイルに流れる３つの相電流ＩＵ、相電流ＩＶ、相電流ＩＷの各々の値が時間に対して描かれている。モータ３の駆動コイルのインダクタンスにより生じる電圧降下は、電流周波数Ｔ及び相電流の振幅の大きさによって決まっていると考えられる。
まず、電流比例係数Ａの導出方法について説明する。回転速度ｗは、電流周波数Ｔ及び極対数Ｐを用いて式（５）のように表すことができる。
ここまで、低速駆動時回転速度算出部４０２が式（３）に示す電圧方程式に基づいて回転速度ｗを算出する仕組みについて説明した。上述したように、式（３）は式（２）に基づいている。この式（２）を算出する方法について図５を参照して説明する。
図５は、本実施形態の電圧方程式の算出に用いる相電流の値の一例を示す図である。図５に示すグラフでは、モータ３のコイルに流れる３つの相電流ＩＵ、相電流ＩＶ、相電流ＩＷの各々の値が時間に対して描かれている。モータ３の駆動コイルのインダクタンスにより生じる電圧降下は、電流周波数Ｔ及び相電流の振幅の大きさによって決まっていると考えられる。
まず、電流比例係数Ａの導出方法について説明する。回転速度ｗは、電流周波数Ｔ及び極対数Ｐを用いて式（５）のように表すことができる。
【0036】
【数5】
【0037】
電流周波数Ｔが一定である場合、移動平均電流ｉａｖｅに依存する電圧降下は、周期成分が支配的である。移動平均電流ｉａｖｅに依存する電圧降下は式（６）を用いて表すことができる。
【0038】
【数6】
【0039】
ここで、Ｌはモータ３のインダクタンスＬである。式（６）から電流比例係数Ａは式（７）を用いて表される。
【0040】
【数7】
【0041】
次に、モータ速度比例係数Ｂの導出方法について説明する。モータ３のコイルには、相電流ＩＵ、相電流ＩＶ、相電流ＩＷの各々が時間毎の位相において流れる。相電流ＩＵ、相電流ＩＶ、相電流ＩＷのうちの時間毎の値が最も大きい相電流の値が電流一定値Ｉである場合、回転速度ｗに依存する電圧降下は、式（８）を用いて表すことができる。
【0042】
【数8】
【0043】
したがって、式（８）からモータ速度比例係数Ｂは式（９）を用いて表される。
【0044】
【数9】
【0045】
モータ３の駆動コイルのインダクタンスにより生じる電圧降下は、移動平均電流ｉａｖｅに依存する電圧降下と、回転速度ｗに依存する電圧降下との積を取り、モータ３のインダクタンスＬが重複する分をインダクタンスＬにより除算すると式（１０）となる。
【0046】
【数10】
【0047】
式（１０）が正しいことを、シミュレーションを用いて確かめる。
図６は、本実施形態の移動平均電流とインダクタンス電圧降下との関係の一例を示す図である。図６では、回転速度ｗは一定値１５００ｒｐｍとし、速度一定の負荷を使用し、負荷はＤｕｔｙを変更した。インダクタンス電圧降下は、移動平均電流の二次関数として変化する。図６では、この二次関数を曲線Ｃ１により示している。曲線Ｃ１を直線Ｌ１により近似すると、インダクタンス電圧降下の回転速度ｗに対する比例定数の値は０．１５６１となった。この比例定数は、式（７）の電流比例係数Ａに対応する。
図６は、本実施形態の移動平均電流とインダクタンス電圧降下との関係の一例を示す図である。図６では、回転速度ｗは一定値１５００ｒｐｍとし、速度一定の負荷を使用し、負荷はＤｕｔｙを変更した。インダクタンス電圧降下は、移動平均電流の二次関数として変化する。図６では、この二次関数を曲線Ｃ１により示している。曲線Ｃ１を直線Ｌ１により近似すると、インダクタンス電圧降下の回転速度ｗに対する比例定数の値は０．１５６１となった。この比例定数は、式（７）の電流比例係数Ａに対応する。
【0048】
図７は、本実施形態のモータ回転数とインダクタンス電圧降下との関係の一例を示す図である。図７では、モータ３の負荷を一定値２．３Ｎｍとし、移動平均電流は一定値２３．７アンペアとし、回転数の変更はＤｕｔｙ比を変更した。インダクタンス電圧降下は回転数に比例する。図７では、この比例関係を直線Ｌ２により示している。比例定数の値は０．００２１となった。この比例定数は、式（９）のモータ速度比例係数Ｂに対応する。
【0049】
式（３）を用いて算出される回転速度ｗと回転速度の実測値とを比較する。
図８は、本実施形態の予測回転速度と実測値との比較の第一例を示す図である。図８では、オープンループ制御において、Ｄｕｔｙ比を変更したときの回転速度ｗと、パルス幅速度による回転速度の実測値とを比較している。図８では、式（３）を用いて算出される回転速度ｗを点線ＥＷ１により示し、パルス幅速度による回転速度の実測値を実線ＭＷ１により示している。供給電圧ｖは２４Ｖである。
モータ定数Ｋは、線間電圧に１．３５を乗じた値である。ただし、進角となる場合はモータ定数が変化するため、線間電圧に１．３５を乗じた値に進角を加えたものをモータ定数Ｋとしてよい。
相間抵抗Ｒは、相関抵抗だけでなくＦＥＴのＯＮ抵抗や配線抵抗などの影響を受けるため、相関抵抗に補正値を加えた値を相間抵抗Ｒとしてよい。図８に示す例では、相関抵抗の値８０ｍΩに、補正値４０ｍΩを加えた値を相間抵抗Ｒとしている。
起動時には、Ｄｕｔｙが所定の値以上の供給電圧がないと、モータ３は起動しない。このＤｕｔｙの分をコギングトルクオフセットとして回転速度ｗの値を補正してよい。図８に示す例では、Ｄｕｔｙが３．６パーセント以上の電圧をコギングトルクオフセットとして、回転速度ｗの値を補正している。
式（３）を用いて算出される回転速度ｗと、パルス幅速度による回転速度の実測値とは、プラスマイナス５０ｒｐｍの範囲において一致している。
図８は、本実施形態の予測回転速度と実測値との比較の第一例を示す図である。図８では、オープンループ制御において、Ｄｕｔｙ比を変更したときの回転速度ｗと、パルス幅速度による回転速度の実測値とを比較している。図８では、式（３）を用いて算出される回転速度ｗを点線ＥＷ１により示し、パルス幅速度による回転速度の実測値を実線ＭＷ１により示している。供給電圧ｖは２４Ｖである。
モータ定数Ｋは、線間電圧に１．３５を乗じた値である。ただし、進角となる場合はモータ定数が変化するため、線間電圧に１．３５を乗じた値に進角を加えたものをモータ定数Ｋとしてよい。
相間抵抗Ｒは、相関抵抗だけでなくＦＥＴのＯＮ抵抗や配線抵抗などの影響を受けるため、相関抵抗に補正値を加えた値を相間抵抗Ｒとしてよい。図８に示す例では、相関抵抗の値８０ｍΩに、補正値４０ｍΩを加えた値を相間抵抗Ｒとしている。
起動時には、Ｄｕｔｙが所定の値以上の供給電圧がないと、モータ３は起動しない。このＤｕｔｙの分をコギングトルクオフセットとして回転速度ｗの値を補正してよい。図８に示す例では、Ｄｕｔｙが３．６パーセント以上の電圧をコギングトルクオフセットとして、回転速度ｗの値を補正している。
式（３）を用いて算出される回転速度ｗと、パルス幅速度による回転速度の実測値とは、プラスマイナス５０ｒｐｍの範囲において一致している。
【0050】
次に、同期整流を行った場合の予測回転速度と実測値との比較を行う。
図９は、本実施形態の予測回転速度と実測値との比較の第二例を示す図である。図９に示す例では、同期整流を行い、モータが無負荷の状態において、Ｄｕｔｙ比を変更したときの回転速度ｗと、パルス幅速度による回転速度の実測値とを比較している。図９では、式（３）を用いて算出される回転速度ｗを点線ＥＷ２により示し、パルス幅速度による回転速度の実測値を実線ＭＷ２により示している。式（３）を用いて算出される回転速度ｗと、パルス幅速度による回転速度の実測値とは一致している。
ここで図１０を参照して、図９の比較に用いた各種のパラメータの値について説明する。
図１０は、本実施形態の回転速度の予測に用いたパラメータの値の一例を示す図である。相間抵抗は８０ｍΩ、回路抵抗は４０ｍΩとし、相関抵抗の値８０ｍΩに回路抵抗は４０ｍΩを補正値として加えた値を相間抵抗Ｒとしている。電流比例係数Ａとモータ速度比例係数Ｂとの積は、１５としている。電圧補正値は５１２としている。モータ定数Ｋは、相間逆誘起電圧に１．３５を乗じた値を、進角補正値を用いて補正している。ここで相間逆誘起電圧は６．３Ｖｒｍｓ／ｋｒｐｍであり、進角補正値は１．０１である。
図９は、本実施形態の予測回転速度と実測値との比較の第二例を示す図である。図９に示す例では、同期整流を行い、モータが無負荷の状態において、Ｄｕｔｙ比を変更したときの回転速度ｗと、パルス幅速度による回転速度の実測値とを比較している。図９では、式（３）を用いて算出される回転速度ｗを点線ＥＷ２により示し、パルス幅速度による回転速度の実測値を実線ＭＷ２により示している。式（３）を用いて算出される回転速度ｗと、パルス幅速度による回転速度の実測値とは一致している。
ここで図１０を参照して、図９の比較に用いた各種のパラメータの値について説明する。
図１０は、本実施形態の回転速度の予測に用いたパラメータの値の一例を示す図である。相間抵抗は８０ｍΩ、回路抵抗は４０ｍΩとし、相関抵抗の値８０ｍΩに回路抵抗は４０ｍΩを補正値として加えた値を相間抵抗Ｒとしている。電流比例係数Ａとモータ速度比例係数Ｂとの積は、１５としている。電圧補正値は５１２としている。モータ定数Ｋは、相間逆誘起電圧に１．３５を乗じた値を、進角補正値を用いて補正している。ここで相間逆誘起電圧は６．３Ｖｒｍｓ／ｋｒｐｍであり、進角補正値は１．０１である。
【0051】
（まとめ）
以上に説明したように、本実施形態に係る低速駆動時回転速度算出部４０２は、検出電流取得部５０と、供給電圧取得部５２と、算出部５４とを備える。
検出電流取得部５０は、モータ３のコイルを流れる電流の大きさを取得する。
供給電圧取得部５２は、モータ３に供給される供給電圧ｖを取得する。
算出部５４は、電流の大きさ（検出電流ｉ）と、供給電圧ｖと、電流の大きさ（検出電流ｉ）と、電圧方程式とに基づいて回転速度ｗを算出する。ここで、電流の大きさ（検出電流ｉ）は検出電流取得部５０が取得する。供給電圧ｖは供給電圧取得部５２が取得する。電圧方程式は、電流の大きさ（検出電流ｉ）と、供給電圧ｖとに基づいてモータ３の回転速度ｗを求める方程式である。また、この電圧方程式は、モータ３のコイルの巻線のインダクタンスによる電圧降下を表す項が、電流に比例する因子とモータ３の回転速度ｗに比例する因子との積によって表される方程式である。
この構成により、本実施形態に係る低速駆動時回転速度算出部４０２は、電流の微分値を算出することなく回転速度ｗを算出できるため、簡易な構成を用いてブラシレスモータを安定した速度において駆動できる。
以上に説明したように、本実施形態に係る低速駆動時回転速度算出部４０２は、検出電流取得部５０と、供給電圧取得部５２と、算出部５４とを備える。
検出電流取得部５０は、モータ３のコイルを流れる電流の大きさを取得する。
供給電圧取得部５２は、モータ３に供給される供給電圧ｖを取得する。
算出部５４は、電流の大きさ（検出電流ｉ）と、供給電圧ｖと、電流の大きさ（検出電流ｉ）と、電圧方程式とに基づいて回転速度ｗを算出する。ここで、電流の大きさ（検出電流ｉ）は検出電流取得部５０が取得する。供給電圧ｖは供給電圧取得部５２が取得する。電圧方程式は、電流の大きさ（検出電流ｉ）と、供給電圧ｖとに基づいてモータ３の回転速度ｗを求める方程式である。また、この電圧方程式は、モータ３のコイルの巻線のインダクタンスによる電圧降下を表す項が、電流に比例する因子とモータ３の回転速度ｗに比例する因子との積によって表される方程式である。
この構成により、本実施形態に係る低速駆動時回転速度算出部４０２は、電流の微分値を算出することなく回転速度ｗを算出できるため、簡易な構成を用いてブラシレスモータを安定した速度において駆動できる。
【0052】
また、算出部５４は、モータ３のコイルを流れる電流の移動平均電流と、供給電圧取得部５２が取得する供給電圧と、電圧方程式とに基づいて回転速度ｗを算出する。
この構成により、本実施形態に係る低速駆動時回転速度算出部４０２は、電圧方程式を用いて回転速度ｗを算出する際に、電流のノイズが回転速度ｗに与える影響を軽減できるため、電流のノイズが大きい場合であっても、簡易な構成を用いてブラシレスモータを安定した速度において駆動できる。
この構成により、本実施形態に係る低速駆動時回転速度算出部４０２は、電圧方程式を用いて回転速度ｗを算出する際に、電流のノイズが回転速度ｗに与える影響を軽減できるため、電流のノイズが大きい場合であっても、簡易な構成を用いてブラシレスモータを安定した速度において駆動できる。
【0053】
また、電圧方程式とは、電流に比例する因子をＡ、モータ３の回転速度に比例する因子をＢ、モータ３の回転速度をｗ、電流の大きさをｉ、相間抵抗をＲ、供給電圧をｖ、誘起電圧定数であるモータ定数をＫとしたときに、
【0054】
【数11】
【0055】
によって表される方程式である。
この構成により、本実施形態に係る低速駆動時回転速度算出部４０２は、電流の微分値を算出することなく回転速度ｗを算出できるため、簡易な構成を用いてブラシレスモータを安定した速度において駆動できる。
この構成により、本実施形態に係る低速駆動時回転速度算出部４０２は、電流の微分値を算出することなく回転速度ｗを算出できるため、簡易な構成を用いてブラシレスモータを安定した速度において駆動できる。
【0056】
また、算出部５４は、モータ３の回転位相を検出するホールセンサの出力信号の更新が所定の時間内に生じない場合において、回転速度ｗを算出する。
この構成により、本実施形態に係る低速駆動時回転速度算出部４０２は、低速駆動において電流の微分値を算出することなく回転速度ｗを算出できるため、低速駆動において簡易な構成を用いてブラシレスモータを安定した速度において駆動できる。
この構成により、本実施形態に係る低速駆動時回転速度算出部４０２は、低速駆動において電流の微分値を算出することなく回転速度ｗを算出できるため、低速駆動において簡易な構成を用いてブラシレスモータを安定した速度において駆動できる。
【0057】
以上、本発明の実施形態を、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることができる。
【0058】
なお、上述の各装置は内部にコンピュータを有している。そして、上述した各装置の各処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしてもよい。
【0059】
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。
さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。
さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。
【符号の説明】
【0060】
Ｍ…モータ制御装置、１…バッテリ、２…インバータ、３…モータ、４…インバータ制御装置、５…電流検出部、６…電圧検出部、４０…回転速度算出部、４１…インバータ駆動信号生成部、４２…記憶部、４００…低速高速駆動切替部、４０１…高速駆動時回転速度算出部、４０２…低速駆動時回転速度算出部、５０…検出電流取得部、５１…移動平均電流算出部、５２…供給電圧取得部、５３…パラメータ取得部、５４…算出部、ｉ…検出電流、ｖ…供給電圧、ｗ…回転速度、ＴＲ…目標回転速度、ＤＳ…インバータ駆動信号、Ｔ…電流周波数、Ｉ…電流一定値、Ｒ…相間抵抗、Ｋ…モータ定数Ｋ、Ａ…電流比例係数、Ｂ…モータ速度比例係数、Ｐ…極対数
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】