特許 7163988 電力変換装置、制御方法及びプログラム

(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】2022-10-24

(45)【発行日】2022-11-01

(54)【発明の名称】電力変換装置、制御方法及びプログラム

(51)【国際特許分類】

   H02P 21/18 20160101AFI20221025BHJP

   H02P 6/185 20160101ALI20221025BHJP

【ＦＩ】

H02P21/18

H02P6/185

【請求項の数】 15

(21)【出願番号】P 2021066779

(22)【出願日】2021-04-09

(65)【公開番号】P2021184692

(43)【公開日】2021-12-02

【審査請求日】2021-04-28

(31)【優先権主張番号】P 2020088091

(32)【優先日】2020-05-20

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000006622

【氏名又は名称】株式会社安川電機

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100145012

【弁理士】

【氏名又は名称】石坂 泰紀

(74)【代理人】

【識別番号】100171099

【弁理士】

【氏名又は名称】松尾 茂樹

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 貞之

(72)【発明者】

【氏名】井浦 英昭

(72)【発明者】

【氏名】古賀 光浩

【審査官】安池 一貴

(56)【参考文献】

【文献】特開２００９－２５４１１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－０９５２８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－１１２９４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０７８４６１６６（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｐ ２１／１８

Ｈ０２Ｐ ６／１８５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電力変換回路から電動機に探索出力を供給させる第１探索制御部と、
前記探索出力に対する応答に基づいて前記電動機の磁極の位置を推定する磁極位置推定部と、
前記磁極の位置の推定結果に応じてパルス供給条件を設定する条件設定部と、
前記パルス供給条件に従い正パルス出力及び負パルス出力を前記電力変換回路から前記電動機に供給させる第２探索制御部と、
前記正パルス出力に対する応答の大きさと、前記負パルス出力に対する応答の大きさとの差分を評価する差分評価部と、
前記正パルス出力及び前記負パルス出力の供給により生じる磁束ベクトルの方向を、前記磁極の位置に対して相対的に変えるように前記パルス供給条件を変更することと、変更後の前記パルス供給条件に従い前記第２探索制御部に前記正パルス出力及び前記負パルス出力を供給させることと、前記差分評価部に前記差分を評価させることとを、前記差分の評価結果が所定のレベルを超えるまで繰り返す条件変更部と、
前記差分の評価結果に基づいて前記磁極の極性を推定する極性推定部と、を備える電力変換装置。

【請求項2】

前記条件設定部は、前記正パルス出力及び前記負パルス出力の供給により生じる磁束ベクトルが前記磁極を通るように前記パルス供給条件を設定する、請求項１記載の電力変換装置。

【請求項3】

前記電動機は、前記磁極の回転方向に沿って所定の角度ピッチで並ぶ複数のコイルを備え、
前記条件変更部は、前記角度ピッチに基づいて前記磁束ベクトルの方向の変更角度を特定し、前記変更角度に応じて前記磁束ベクトルの方向を変えるように前記パルス供給条件を変更するように前記パルス供給条件を変更する、請求項２記載の電力変換装置。

【請求項4】

前記条件変更部は、実質的に、前記角度ピッチの半ピッチを奇数倍した角度で前記磁束ベクトルの方向を変えるように前記パルス供給条件を変更する、請求項３記載の電力変換装置。

【請求項5】

前記磁極位置推定部は、前記探索出力における電圧と電流との関係に基づいて、前記電動機の第２磁極の位置を更に推定し、
前記条件設定部は、前記正パルス出力及び前記負パルス出力の供給により生じる磁束ベクトルが前記磁極を通るように前記パルス供給条件を設定し、
前記条件変更部は、前記正パルス出力及び前記負パルス出力の供給により生じる磁束ベクトルが前記第２磁極を通るように前記パルス供給条件を変更する、請求項２～４のいずれか一項記載の電力変換装置。

【請求項6】

前記条件変更部は、前記正パルス出力及び前記負パルス出力の大きさを変えるように前記パルス供給条件を変更する、請求項１～５のいずれか一項記載の電力変換装置。

【請求項7】

前記条件変更部は、前記正パルス出力及び前記負パルス出力の幅を変えるように前記パルス供給条件を変更する、請求項１～６のいずれか一項記載の電力変換装置。

【請求項8】

前記電動機は、前記磁極の位置の変化を検出するセンサを更に備え、
前記電力変換装置は、
前記磁極位置推定部による前記磁極の位置の推定結果を、前記センサによる検出結果に基づいて更新する磁極位置更新部と、
前記磁極位置更新部により更新された前記磁極の位置の推定結果と、前記極性推定部による前記磁極の極性の推定結果とに基づいて、前記電力変換回路から前記電動機に駆動電力を供給させる駆動制御部と、
前記駆動電力の供給に応じて、前記センサにより検出された前記磁極の位置の変化方向に基づいて、前記磁極の極性の推定エラーを検知するエラー検知部と、を更に備える、請求項１～７のいずれか一項記載の電力変換装置。

【請求項9】

前記極性推定部は、前記エラー検知部により前記推定エラーが検知された場合に、前記磁極の極性の推定結果を反転させる、請求項８記載の電力変換装置。

【請求項10】

磁極の位置の変化を検出するセンサを有する電動機に対し、電力変換回路から探索出力を供給させる第１探索制御部と、
前記探索出力に対する応答に基づいて前記電動機の前記磁極の位置を推定する磁極位置推定部と、
前記磁極の位置の推定結果に応じてパルス供給条件を設定する条件設定部と、
前記パルス供給条件に従い正パルス出力及び負パルス出力を前記電力変換回路から前記電動機に供給させる第２探索制御部と、
前記正パルス出力に対する応答の大きさと、前記負パルス出力に対する応答の大きさとの差分を評価する差分評価部と、
前記差分の評価結果に基づいて前記磁極の極性を推定する極性推定部と、
前記磁極位置推定部による前記磁極の位置の推定結果を、前記センサによる検出結果に基づいて更新する磁極位置更新部と、
前記磁極位置更新部により更新された前記磁極の位置の推定結果と、前記極性推定部による前記磁極の極性の推定結果とに基づいて、前記電力変換回路から前記電動機に駆動電力を供給させる駆動制御部と、
前記駆動電力の供給に応じて、前記センサにより検出された前記磁極の位置の変化方向に基づいて、前記磁極の極性の推定エラーを検知するエラー検知部と、を備える電力変換装置。

【請求項11】

前記極性推定部は、前記エラー検知部により前記推定エラーが検知された場合に、前記磁極の極性の推定結果を反転させる、請求項１０記載の電力変換装置。

【請求項12】

電力変換回路から電動機に探索出力を供給させることと、
前記探索出力に対する応答に基づいて前記電動機の磁極の位置を推定することと、
前記磁極の位置の推定結果に応じてパルス供給条件を設定することと、
前記パルス供給条件に従い正パルス出力及び負パルス出力を前記電力変換回路から前記電動機に供給させることと、
前記正パルス出力に対する応答の大きさと、前記負パルス出力に対する応答の大きさとの差分を評価することと、
前記正パルス出力及び前記負パルス出力の供給により生じる磁束ベクトルの方向を、前記磁極の位置に対して相対的に変えるように前記パルス供給条件を変更することと、変更後の前記パルス供給条件に従い前記正パルス出力及び前記負パルス出力を前記電力変換回路から前記電動機に供給させることと、前記差分を評価することとを、前記差分の評価結果が所定のレベルを超えるまで繰り返すことと、
前記差分の評価結果に基づいて前記磁極の極性を推定することと、を含む制御方法。

【請求項13】

磁極の位置の変化を検出するセンサを有する電動機に対し、電力変換回路から探索出力を供給させることと、
前記探索出力に対する応答に基づいて前記電動機の前記磁極の位置を推定することと、
前記磁極の位置の推定結果に応じてパルス供給条件を設定することと、
前記パルス供給条件に従い正パルス出力及び負パルス出力を前記電力変換回路から前記電動機に供給させることと、
前記正パルス出力に対する応答の大きさと、前記負パルス出力に対する応答の大きさとの差分を評価することと、
前記差分の評価結果に基づいて前記磁極の極性を推定することと、
前記磁極の位置の推定結果を、前記センサによる検出結果に基づいて更新することと、
更新された前記磁極の位置の推定結果と、前記磁極の極性の推定結果とに基づいて、前記電力変換回路から前記電動機に駆動電力を供給させることと、
前記駆動電力の供給に応じて、前記センサにより検出された前記磁極の位置の変化方向に基づいて、前記磁極の極性の推定エラーを検知することと、を含む制御方法。

【請求項14】

電力変換回路から電動機に探索出力を供給させることと、
前記探索出力に対する応答に基づいて前記電動機の磁極の位置を推定することと、
前記磁極の位置の推定結果に応じてパルス供給条件を設定することと、
前記パルス供給条件に従い正パルス出力及び負パルス出力を前記電力変換回路から前記電動機に供給させることと、
前記正パルス出力に対する応答の大きさと、前記負パルス出力に対する応答の大きさとの差分を評価することと、
前記正パルス出力及び前記負パルス出力の供給により生じる磁束ベクトルの方向を、前記磁極の位置に対して相対的に変えるように前記パルス供給条件を変更することと、変更後の前記パルス供給条件に従い前記正パルス出力及び前記負パルス出力を前記電力変換回路から前記電動機に供給させることと、前記差分を評価することとを、前記差分の評価結果が所定のレベルを超えるまで繰り返すことと、
前記差分の評価結果に基づいて前記磁極の極性を推定することと、を装置に実行させるためのプログラム。

【請求項15】

磁極の位置の変化を検出するセンサを有する電動機に対し、電力変換回路から探索出力を供給させることと、
前記探索出力に対する応答に基づいて前記電動機の前記磁極の位置を推定することと、
前記磁極の位置の推定結果に応じてパルス供給条件を設定することと、
前記パルス供給条件に従い正パルス出力及び負パルス出力を前記電力変換回路から前記電動機に供給させることと、
前記正パルス出力に対する応答の大きさと、前記負パルス出力に対する応答の大きさとの差分を評価することと、
前記差分の評価結果に基づいて前記磁極の極性を推定することと、
前記磁極の位置の推定結果を、前記センサによる検出結果に基づいて更新することと、
更新された前記磁極の位置の推定結果と、前記磁極の極性の推定結果とに基づいて、前記電力変換回路から前記電動機に駆動電力を供給させることと、
前記駆動電力の供給に応じて、前記センサにより検出された前記磁極の位置の変化方向に基づいて、前記磁極の極性の推定エラーを検知することと、を装置に実行させるためのプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、電力変換装置、制御方法及びプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、同期電動機の起動時に、出力電圧の位相に所定の位相補正値を加え、位相補正値を１回以上変更し、且つ、出力電流の検出値に基づいて出力電圧の周波数の補正値を演算し、出力電圧の周波数を補正する装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００７－２５９６１０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本開示は、起動時における電動機の逆転抑制に有効な装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一側面に係る電力変換装置は、電力変換回路から電動機に探索出力を供給させる第１探索制御部と、探索出力に対する応答に基づいて電動機の磁極の位置を推定する磁極位置推定部と、磁極の位置の推定結果に応じてパルス供給条件を設定する条件設定部と、パルス供給条件に従い正パルス出力及び負パルス出力を電力変換回路から電動機に供給させる第２探索制御部と、正パルス出力に対する応答の大きさと、負パルス出力に対する応答の大きさとの差分を評価する差分評価部と、パルス供給条件を変更することと、変更後のパルス供給条件に従い第２探索制御部に正パルス出力及び負パルス出力を供給させることと、差分評価部に差分を評価させることとを、差分の評価結果が所定のレベルを超えるまで繰り返す条件変更部と、差分の評価結果に基づいて磁極の極性を推定する極性推定部と、を備える。

【0006】

本開示の他の側面に係る電力変換装置は、磁極の位置の変化を検出するセンサを有する電動機に対し、電力変換回路から探索出力を供給させる第１探索制御部と、探索出力に対する応答に基づいて電動機の磁極の位置を推定する磁極位置推定部と、磁極の位置の推定結果に応じてパルス供給条件を設定する条件設定部と、パルス供給条件に従い正パルス出力及び負パルス出力を電力変換回路から電動機に供給させる第２探索制御部と、正パルス出力に対する応答の大きさと、負パルス出力に対する応答の大きさとの差分を評価する差分評価部と、差分の評価結果に基づいて磁極の極性を推定する極性推定部と、磁極位置推定部による磁極の位置の推定結果を、センサによる検出結果に基づいて更新する磁極位置更新部と、磁極位置更新部により更新された磁極の位置の推定結果と、極性推定部による磁極の極性の推定結果とに基づいて、電力変換回路から電動機に駆動電力を供給させる駆動制御部と、駆動電力の供給に応じて、センサにより検出された磁極の位置の変化方向に基づいて、磁極の極性の推定エラーを検知するエラー検知部と、を備える。

【0007】

本開示の更に他の側面に係る制御方法は、電力変換回路から電動機に探索出力を供給させることと、探索出力に対する応答に基づいて電動機の磁極の位置を推定することと、磁極の位置の推定結果に応じてパルス供給条件を設定することと、パルス供給条件に従い正パルス出力及び負パルス出力を電力変換回路から電動機に供給させることと、正パルス出力に対する応答の大きさと、負パルス出力に対する応答の大きさとの差分を評価することと、パルス供給条件を変更することと、変更後のパルス供給条件に従い正パルス出力及び負パルス出力を電力変換回路から電動機に供給させることと、差分を評価することとを、差分の評価結果が所定のレベルを超えるまで繰り返すことと、差分の評価結果に基づいて磁極の極性を推定することと、を含む。

【0008】

本開示の更に他の側面に係る制御方法は、磁極の位置の変化を検出するセンサを有する電動機に対し、電力変換回路から探索出力を供給させることと、探索出力に対する応答に基づいて電動機の磁極の位置を推定することと、磁極の位置の推定結果に応じてパルス供給条件を設定することと、パルス供給条件に従い正パルス出力及び負パルス出力を電力変換回路から電動機に供給させることと、正パルス出力に対する応答の大きさと、負パルス出力に対する応答の大きさとの差分を評価することと、差分の評価結果に基づいて磁極の極性を推定することと、磁極の位置の推定結果を、センサによる検出結果に基づいて更新することと、更新された磁極の位置の推定結果と、磁極の極性の推定結果とに基づいて、電力変換回路から電動機に駆動電力を供給させることと、駆動電力の供給に応じて、センサにより検出された磁極の位置の変化方向に基づいて、磁極の極性の推定エラーを検知することと、を含む。

【0009】

本開示の更に他の側面に係るプログラムは、電力変換回路から電動機に探索出力を供給させることと、探索出力に対する応答に基づいて電動機の磁極の位置を推定することと、磁極の位置の推定結果に応じてパルス供給条件を設定することと、パルス供給条件に従い正パルス出力及び負パルス出力を電力変換回路から電動機に供給させることと、正パルス出力に対する応答の大きさと、負パルス出力に対する応答の大きさとの差分を評価することと、パルス供給条件を変更することと、変更後のパルス供給条件に従い正パルス出力及び負パルス出力を電力変換回路から電動機に供給させることと、差分を評価することとを、差分の評価結果が所定のレベルを超えるまで繰り返すことと、差分の評価結果に基づいて磁極の極性を推定することと、を装置に実行させるためのプログラムである。

【0010】

本開示の更に他の側面に係るプログラムは、磁極の位置の変化を検出するセンサを有する電動機に対し、電力変換回路から探索出力を供給させることと、探索出力に対する応答に基づいて電動機の磁極の位置を推定することと、磁極の位置の推定結果に応じてパルス供給条件を設定することと、パルス供給条件に従い正パルス出力及び負パルス出力を電力変換回路から電動機に供給させることと、正パルス出力に対する応答の大きさと、負パルス出力に対する応答の大きさとの差分を評価することと、差分の評価結果に基づいて磁極の極性を推定することと、磁極の位置の推定結果を、センサによる検出結果に基づいて更新することと、更新された磁極の位置の推定結果と、磁極の極性の推定結果とに基づいて、電力変換回路から電動機に駆動電力を供給させることと、駆動電力の供給に応じて、センサにより検出された磁極の位置の変化方向に基づいて、磁極の極性の推定エラーを検知することと、を装置に実行させるためのプログラムである。

【発明の効果】

【0011】

本開示によれば、起動時における電動機の逆転抑制に有効な装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】電力変換装置の構成を例示する模式図である。

【図2】磁極位置と、正パルス出力及び負パルス出力との関係を例示する模式図である。

【図3】正パルス出力に対する応答の大きさと、負パルス出力に対する応答の大きさとを例示するグラフである。

【図4】制御回路のハードウェア構成を例示するブロック図である。

【図5】制御手順を例示するフローチャートである。

【図6】第１探索制御手順を例示するフローチャートである。

【図7】第２探索制御手順を例示するフローチャートである。

【図8】電力変換装置の変形例を示す模式図である。

【図9】制御手順の変形例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】

【0013】

以下、実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

【0014】

〔装置〕
本実施形態に係る電力変換装置１は、モータ２０（電動機）に駆動電力を供給する装置である。モータ２０は、ロータが磁極を有する同期電動機である。ロータが磁極を有する同期電動機の具体例としては、永久磁石型の同期電動機等が挙げられる。永久磁石型の同期電動機の具体例としては、ＳＰＭ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）モータ、ＩＰＭ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）モータ等が挙げられる。モータ２０は、ロータが突極性を有する同期電動機であってもよい。ロータが突極性を有する同期電動機の具体例としては、ＩＰＭモータ等が挙げられる。

【0015】

図２に例示するモータ２０は、ＩＰＭモータであり、ステータ３０と、ロータ４０とを有する。ステータ３０は、環状のヨーク３１と、複数のティース３２と、複数のコイル３３とを有する。複数のティース３２は、ヨーク３１の周方向に沿って等間隔に並んでいる。複数のティース３２のそれぞれは、ヨーク３１の内周からヨーク３１の中心に向かって突出している。複数のティース３２は、ロータ４０の回転方向（磁極の回転方向）に沿って所定の角度ピッチ（図示においては６０°）で等間隔に並んでいる。複数のコイル３３は、複数のティース３２にそれぞれ装着されている。ステータ３０は、複数のコイル３３への電力の供給に応じて、ヨーク３１の中心まわりに回転する磁界を発生させる。

【0016】

ロータ４０は、シャフト４１と、ロータコア４２と、複数の永久磁石４３とを有する。シャフト４１は、ヨーク３１の中心まわりに回転する。ロータコア４２は軟質磁性材料により構成され、ヨーク３１の外周に固定されている。複数の永久磁石４３は、ロータコア４２に埋め込まれており、ロータ４０に複数の磁極を形成する。図示の例においては、４つの永久磁石４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄが、４箇所の磁極４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄをそれぞれ形成している。

【0017】

図１に示すように、電力変換装置１は、電源９０の電力（一次側電力）を駆動電力（二次側電力）に変換してモータ２０に供給する。一次側電力は、交流電力であってもよく、直流電力であってもよい。二次側電力は交流電力である。一例として、一次側電力及び二次側電力は、いずれも三相交流電力である。例えば電力変換装置１は、電力変換回路１０と、制御回路１００とを有する。

【0018】

電力変換回路１０は、一次側電力を二次側電力に変換してモータ２０に供給する。電力変換回路１０は、例えば電圧形インバータであり、電圧指令に従った駆動電圧をモータ２０に印加する。例えば電力変換回路１０は、コンバータ回路１１と、平滑コンデンサ１２と、インバータ回路１３と、電流センサ１４とを有する。コンバータ回路１１は、例えばダイオードブリッジ回路又はＰＷＭコンバータ回路であり、上記電源電力を直流電力に変換する。平滑コンデンサ１２は、上記直流電力を平滑化する。

【0019】

インバータ回路１３は、上記直流電力と上記駆動電力との間の電力変換を行う。例えばインバータ回路１３は、複数のスイッチング素子１５を有し、複数のスイッチング素子１５のオン・オフを切り替えることによって上記電力変換を行う。スイッチング素子１５は、例えばパワーＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）又はＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等であり、ゲート駆動信号に応じてオン・オフを切り替える。電流センサ１４は、インバータ回路１３とモータ２０との間に流れる電流を検出する。例えば電流センサ１４は、三相交流の全相（Ｕ相、Ｖ相及びＷ相）の電流を検出するように構成されていてもよいし、三相交流のいずれか２相の電流を検出するように構成されていてもよい。零相電流が生じない限り、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の電流の合計はゼロなので、２相の電流を検出する場合にも全相の電流の情報が得られる。

【0020】

以上に示した電力変換回路１０の構成はあくまで一例であり、モータ２０に駆動電力を供給し得る限りにおいていかようにも変更可能である。例えば電力変換回路１０は、電流形インバータであってもよい。電流形インバータは、電流指令に従った駆動電流をモータ２０に出力する。電力変換回路１０は、直流化を経ることなく電源電力と駆動電力との双方向の電力変換を行うマトリクスコンバータ回路であってもよい。電源電力が直流電力である場合に、電力変換回路１０はコンバータ回路１１を有していなくてもよい。

【0021】

制御回路１００は、モータ２０に駆動電力を供給するように電力変換回路１０を制御する。例えば電力変換回路１０が電圧形インバータである場合、制御回路１００は、電圧指令に従った駆動電圧をモータ２０に印加するように電力変換回路１０を制御する。電力変換回路１０が電流形インバータである場合、制御回路１００は、電流指令に従った駆動電流をモータ２０に供給するように電力変換回路１０を制御する。

【0022】

ここで、モータ２０を駆動するためには、駆動電力の供給によりステータ３０に流れる電流の位相を、ロータ４０の磁極の位置（例えば磁極４０ａの位置）に基づいて調節する必要がある。制御回路１００は、磁極の位置をセンサを用いて、あるいはセンサレスにて検知する機能を有する。モータ２０を駆動している最中において、制御回路１００は、例えばセンサの情報に基づき、あるいは電圧指令と、これに応じてモータ２０に供給された駆動電流と、周波数指令とに基づく推定により、磁極の位置を検知する。しかしながら、制御回路１００に電源が投入された直後は、例えば絶対値エンコーダのようなセンサを用いない限り、磁極の位置を検知することができない。この制御回路１００立ち上がり時における磁極の位置及び極性が未知の状態でモータ２０の駆動を開始すると、以後の磁極の位置の検知も正しく行われず、例えばロータ４０を逆転させてしまうといった可能性を生じる。

【0023】

これに対し、制御回路１００は、電力変換回路１０からモータ２０に探索出力を供給させることと、探索出力に対する応答に基づいてモータ２０の少なくとも一つの磁極の位置を推定することと、磁極の位置の推定結果に応じてパルス供給条件を設定することと、パルス供給条件に従い正パルス出力及び負パルス出力を電力変換回路１０からモータ２０に供給させることと、正パルス出力に対する応答の大きさと、負パルス出力に対する応答の大きさとの差分（以下、「応答差分」という。）を評価することと、パルス供給条件を変更することと、変更後のパルス供給条件に従い正パルス出力及び負パルス出力を電力変換回路１０からモータ２０に供給させることと、応答差分を評価することとを、応答差分の評価結果が所定のレベルを超えるまで繰り返すことと、応答差分の評価結果に基づいてモータ２０の少なくとも一つの磁極の極性を推定することと、を実行するように構成されている。

【0024】

このような構成によれば、正パルス出力と負パルス出力との差分の評価結果が所定のレベルを超えていない場合に、正パルス出力及び負パルス出力の供給と、上記差分の評価とが繰り返されるので、差分に基づく極性の誤検知が抑制される。従って、磁極の極性の誤検知に起因するモータ２０の逆転が抑制されるので、モータ２０の逆転抑制に有効である。

【0025】

例えば制御回路１００は、ロータ４０が追従できない高周波の探索出力を電力変換回路１０からモータ２０に供給させる。電力変換回路１０が電圧形インバータである場合、制御回路１００は、高周波の探索電圧（探索出力）を電力変換回路１０からモータ２０に印加させ、探索電圧の印加に応じてモータ２０に供給された探索電流（応答）に基づいて少なくとも一つの磁極の位置を推定する。また、制御回路１００は、パルス供給条件に従い正パルス電圧（正パルス出力）及び負パルス電圧（負パルス出力）を電力変換回路１０からモータ２０に印加させ、正パルス電圧に応じてモータ２０に供給された正電流と、負パルス電圧に応じてモータ２０に供給された負電流との差分（応答差分）を評価する。

【0026】

電力変換回路１０が電流形インバータである場合、制御回路１００は、高周波の探索電流（探索出力）を電力変換回路１０からモータ２０に供給させ、探索電流の供給に応じてモータ２０に印加された探索電圧（応答）に基づいて少なくとも一つの磁極の位置を推定する。また、制御回路１００は、パルス供給条件に従い正パルス電流（正パルス出力）及び負パルス電流（負パルス出力）を電力変換回路１０からモータ２０に供給させ、正パルス電流に応じてモータ２０に印加された正電圧と、負パルス電流に応じてモータ２０に印加された負電圧との差分（応答差分）を評価する。以下、電力変換回路１０が電圧型インバータである場合の制御回路１００の構成をより具体的に例示する。

【0027】

図１に示すように、制御回路１００は、機能上の構成（以下、「機能ブロック」という。）として、ＰＷＭ制御部１１１と、第１探索制御部１１２と、磁極位置推定部１１３と、条件設定部１１４と、第２探索制御部１１５と、差分評価部１１６と、条件変更部１１７と、極性推定部１１８と、駆動制御部１２１とを有する。

【0028】

ＰＷＭ制御部１１１は、電圧指令に従った駆動電圧をモータ２０に印加するように電力変換回路１０を制御する。例えばＰＷＭ制御部１１１は、ステータ３０に固定された固定座標系における電圧指令ベクトルに対応する駆動電圧をモータ２０に印加するように、インバータ回路１３の複数のスイッチング素子１５のオン・オフを切り替える。

【0029】

第１探索制御部１１２は、電力変換回路１０からモータ２０に高周波の探索電圧を印加させる。例えば第１探索制御部１１２は、上記探索電圧を電力変換回路１０に印加させるための探索電圧指令を生成し、ＰＷＭ制御部１１１に出力する。探索電圧指令は、例えば固定座標系における電圧指令ベクトルの位相の時間変化を含む。

【0030】

図２に示すように、固定座標系は、ロータ４０の回転中心を原点とし、α軸と、α軸と電気角にて９０度の角度を成すβ軸とを有する。探索電圧指令は、α軸に対する電圧指令ベクトルの位相角との時間変化を含む。

【0031】

図１に戻り、磁極位置推定部１１３は、探索電圧の印加に応じてモータ２０に供給された探索電流（探索出力に対する応答）に基づいてモータ２０の少なくとも一つの磁極の位置を推定する。例えば磁極位置推定部１１３は、探索電流の検出結果を電流センサ１４から取得する。磁極位置推定部１１３は、磁極４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄのいずれか一つの位置を推定してもよいし、磁極４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄのそれぞれの位置を推定してもよい。例えば磁極位置推定部１１３は、α軸を基準としたロータ４０の回転中心まわりの角度にて、磁極４０ａの中心の位置である磁極位置θ１と、磁極４０ｂの中心の位置である磁極位置θ２と、磁極４０ｃの中心の位置である磁極位置θ３と、磁極４０ｄの中心の位置である磁極位置θ４とを推定する（図２参照）。

【0032】

条件設定部１１４は、磁極の位置の推定結果に応じてパルス供給条件を設定する。例えば条件設定部１１４は、磁極位置θ１の推定結果に応じてパルス供給条件を設定する。パルス供給条件は、上記正パルス電圧及び負パルス電圧の印加条件である。正パルス電圧は、ロータ４０の動きを微動に留める短期間で、固定座標系における所定方向に単発の磁束ベクトルを発生させる電圧である。負パルス電圧は、ロータ４０の動きを微動に留める短期間で、正パルス電圧による磁束ベクトルと逆向きの磁束ベクトルを発生させる電圧である。

【0033】

正パルス電圧及び負パルス電圧の印加条件は、正パルス電圧及び負パルス電圧の位相を定めるパルス位相条件と、正パルス電圧及び負パルス電圧のパルス幅（時間幅）を定めるパルス幅条件と、正パルス電圧及び負パルス電圧の大きさを定めるパルス大きさ条件とを含む。例えば条件設定部１１４は、磁極位置θ１の推定結果に基づいて、正パルス電圧及び負パルス電圧の位相が磁極位置θ１に対応するようにパルス位相条件を定める。一例として、条件設定部１１４は、正パルス電圧ＰＶ１の印加により生じる磁束ベクトルＭＶ１及び負パルス電圧ＰＶ２の印加により生じる磁束ベクトルＭＶ２が少なくとも一つの磁極の位置（例えば磁極４０ａの位置）を通るようにパルス位相条件を定める（図２参照）。なお、図示の例においては、永久磁石４３を通ることが、磁極を通ることであると認識できるが、永久磁石４３の配置によっては、どこまでが磁極の範囲であるのかが不明瞭な場合もあり得る。そのような場合、磁極を通るとは、例えば、磁極の中心の位置に対して、電気角で±３０°以内を通ることを意味する。

【0034】

条件設定部１１４は、正パルス電圧のパルス幅と負パルス電圧のパルス幅とが同じ所定値となるようにパルス幅条件を定め、正パルス電圧の大きさと負パルス電圧の大きさとが同じ所定値となるようにパルス大きさ条件を定める。所定値は、ロータ４０を動かさないか、ロータ４０の動きを少なくとも微動に留めるように、予め設定されている。例えば所定値は、正パルス電圧及び負パルス電圧の印加によりロータ４０に微動が生じたとしても、磁束ベクトルＭＶ１，ＭＶ２が磁極から外れないように予め設定されている。

【0035】

図３は、経過時間と電圧ベクトルの大きさとの関係を表すグラフである。このグラフにおいて、正パルス電圧ＰＶ１は、正方向に突出した単発の矩形波であり、負パルス電圧ＰＶ２は、負方向に突出した単発の矩形波である。図３においては、印加期間Ｔ１が正パルス電圧ＰＶ１の幅に相当し、印加期間Ｔ２が負パルス電圧ＰＶ２の幅に相当する。また、印加電圧Ｖ１が正パルス電圧ＰＶ１の大きさに相当し、印加電圧Ｖ２が負パルス電圧ＰＶ２の大きさに相当する。

【0036】

図３に示すように、条件設定部１１４は、正パルス電圧ＰＶ１及び負パルス電圧ＰＶ２をこの順で印加するようにパルス供給条件を設定してもよい。これとは逆に、条件設定部１１４は、負パルス電圧ＰＶ２及び正パルス電圧ＰＶ１をこの順で印加するようにパルス供給条件を設定してもよい。また、条件設定部１１４は、正パルス電圧ＰＶ１と負パルス電圧ＰＶ２との間に所定期間をあけるようにパルス供給条件を設定してもよい。例えば所定期間は、先のパルス電圧の印加により生じた電流が、後のパルス電圧の印加前にゼロとなるように定められる。

【0037】

図１に戻り、第２探索制御部１１５は、パルス供給条件に従い正パルス電圧及び負パルス電圧を電力変換回路１０からモータ２０に印加させる。例えば第２探索制御部１１５は、正パルス電圧ＰＶ１及び負パルス電圧ＰＶ２を電力変換回路１０からモータ２０に印加させるための電圧指令を生成し、ＰＷＭ制御部１１１に出力する。

【0038】

差分評価部１１６は、正パルス電圧の印加に応じてモータ２０に供給される正電流の大きさと、負パルス電圧の印加に応じてモータ２０に供給される負電流の大きさとの差分（上記応答差分）を評価する。例えば差分評価部１１６は、正電流及び負電流の検出結果を電流センサ１４から取得する。

【0039】

応答差分の大きさを定量的に評価し得る限り、応答差分の評価手法に特に制限はない。例えば差分評価部１１６は、図３に例示するように、正パルス電圧ＰＶ１の印加に応じてモータ２０に供給される正電流ＲＡ１の大きさと、負パルス電圧ＰＶ２の印加に応じてモータ２０に供給される負電流ＲＡ２の大きさとの差分を応答差分として評価する。

【0040】

差分評価部１１６は、正電流ＲＡ１の大きさの積分値と、負電流ＲＡ２の大きさの積分値との差分に基づいて応答差分を評価してもよい。差分評価部１１６は、正電流ＲＡ１の大きさの平均値と、負電流ＲＡ２の大きさの平均値との差分に基づいて応答差分を評価してもよい。差分評価部１１６は、正電流ＲＡ１の大きさの最大値と、負電流ＲＡ２の大きさの最大値との差分に基づいて応答差分を評価してもよい。

【0041】

正電流ＲＡ１の大きさと、負電流ＲＡ２の大きさとの大小関係は、磁極の極性（例えば磁極４０ａの極性）に応じて変わる。例えば正パルス電圧ＰＶ１の印加により生じる磁束の方向（上記磁束ベクトルＭＶ１の方向）が、磁極位置θ１で磁極４０ａが生じる磁束の方向（以下、「磁石磁束方向」という。）と一致する場合、磁束ベクトルＭＶ１の方向が磁石磁束方向と逆向きである場合に比較して、正電流ＲＡ１が大きくなる。同様に、負パルス電圧ＰＶ２の印加により生じる磁束の方向（上記磁束ベクトルＭＶ２の方向）が、磁石磁束方向と一致する場合、磁束ベクトルＭＶ２の方向が磁石磁束方向と逆向きである場合に比較して、負電流ＲＡ２が大きくなる。このため、正パルス電圧ＰＶ１の幅及び大きさと負パルス電圧ＰＶ２の幅及び大きさとが等しい場合、正電流ＲＡ１と負電流ＲＡ２との大小関係に基づき磁石磁束方向を推定することが可能である。例えば上述した応答差分が正の値である場合、磁極４０ａの極性は、磁石磁束方向が磁束ベクトルＭＶ１に一致する極性（例えばＮ極）であると推定される。また、上記応答差分が負の値である場合、磁極４０ａの極性は、磁石磁束方向が磁束ベクトルＭＶ２に一致する極性（例えばＳ極）であると推定される。しかしながら、実際のモータ２０においては、正パルス電圧ＰＶ１及び負パルス電圧ＰＶ２の印加時に、ティース３２がロータ４０のどの部位に対向しているかによって、応答差分の大きさに変化が生じる。例えば、ティース３２が永久磁石４３に対向する場合と、ティース３２が永久磁石４３同士の間に対向する場合とで、応答差分の大きさは変わる。このような実環境の影響により、応答差分の大きさが小さい場合、磁極の極性の推定結果に誤りが生じる可能性がある。

【0042】

これに対し、条件変更部１１７は、パルス供給条件を変更することと、変更後のパルス供給条件に従い第２探索制御部１１５に正パルス電圧及び負パルス電圧を印加させることと、差分評価部１１６に応答差分を評価させることとを、応答差分の評価結果が所定のレベルを超えるまで繰り返す。

【0043】

例えば条件変更部１１７は、正パルス電圧及び負パルス電圧の供給により生じる磁束ベクトルの方向を変えるようにパルス供給条件を変更してもよい。一例として、条件変更部１１７は、図２の磁束ベクトルＭＶ１，ＭＶ２が同一の磁極から外れない範囲で、磁束ベクトルＭＶ１，ＭＶ２の方向を変えるように上記パルス位相条件を変更する。例えば条件変更部１１７は、条件設定部１１４により定められたパルス位相条件による磁束ベクトルＭＶ１，ＭＶ２が通る磁極の範囲内（当該磁極の中心の位置に対して±３０°以内）で磁束ベクトルＭＶ１，ＭＶ２の方向を変えるようにパルス位相条件を変更する。

【0044】

条件変更部１１７は、コイル３３の角度ピッチに基づいて磁束ベクトルの方向の変更角度を特定し、変更角度に応じて前記磁束ベクトルの方向を変えるようにパルス供給条件を変更してもよい。例えば条件変更部１１７は、実質的に、角度ピッチの半ピッチ（角度ピッチの０．５倍）を奇数倍（例えば１倍、３倍、又は５倍等）したの角度で磁束ベクトルの方向を変えるようにパルス供給条件を変更してもよい。

【0045】

条件変更部１１７は、磁束ベクトルＭＶ１，ＭＶ２が磁極４０ａ（第１磁極）を通る状態で応答差分が所定のレベルを超えない場合に、磁束ベクトルＭＶ１，ＭＶ２が磁極４０ｂ，４０ｃ，４０ｄのいずれか（第２磁極）を通るようにパルス位相条件を変更してもよい。例えば条件変更部１１７は、磁束ベクトルＭＶ１，ＭＶ２が磁極４０ａ（第１磁極）を通る状態で応答差分が所定のレベルを超えない場合に、磁束ベクトルＭＶ１，ＭＶ２が磁極４０ｂ（第２磁極）を通るようにパルス位相条件を変更してもよい。更に条件変更部１１７は、磁束ベクトルＭＶ１，ＭＶ２が磁極４０ｂ（第１磁極）を通る状態で応答差分が所定のレベルを超えない場合に、磁束ベクトルＭＶ１，ＭＶ２が磁極４０ｃ（第２磁極）を通るようにパルス位相条件を変更してもよい。更に条件変更部１１７は、磁束ベクトルＭＶ１，ＭＶ２が磁極４０ｃ（第１磁極）を通る状態で応答差分が所定のレベルを超えない場合に、磁束ベクトルＭＶ１，ＭＶ２が磁極４０ｄ（第２磁極）を通るようにパルス位相条件を変更してもよい。

【0046】

条件変更部１１７は、正パルス電圧及び負パルス電圧の大きさを変えるようにパルス供給条件を変更してもよい。例えば条件変更部１１７は、正パルス電圧ＰＶ１の印加電圧Ｖ１及び負パルス電圧ＰＶ２の印加電圧Ｖ２の大きさを大きくするように上記パルス大きさ条件を変更してもよい。条件変更部１１７は、正パルス電圧及び負パルス電圧の幅を変えるようにパルス供給条件を変更してもよい。例えば条件変更部１１７は、正パルス電圧ＰＶ１の印加期間Ｔ１及び負パルス電圧ＰＶ２の印加期間Ｔ２を長くするように上記パルス幅条件を変更してもよい。条件変更部１１７は、正パルス電圧及び負パルス電圧の供給により生じる磁束ベクトルの方向を変えることと、正パルス電圧及び負パルス電圧の大きさを変えることと、正パルス電圧及び負パルス電圧の幅を変えることと、の３種のうち２種以上を組み合わせて実行してもよい。

【0047】

極性推定部１１８は、上記所定のレベルを超えた応答差分の評価結果に基づいて磁極４０ａの極性を推定する。なお、磁極４０ａの他の磁極を磁束ベクトルＭＶ１，ＭＶ２が通るパルス供給条件に従い、所定のレベルを超える応答差分が得られた場合には、当該応答差分の評価結果に基づいて当該他の磁極の極性が推定される。他の磁極の極性が決まれば、自ずと磁極４０ａの極性も決まるので、他の磁極の極性を推定することは、磁極４０ａの磁極を推定することに相当する。

【0048】

駆動制御部１２１は、磁極位置推定部１１３による磁極の位置の推定結果と、極性推定部１１８による磁極の極性の推定結果とに基づいて、電力変換回路１０からモータ２０への駆動電力の供給を開始させる。例えば駆動制御部１２１は、電力変換回路１０からモータ２０に駆動電力を供給させるための電圧指令を生成し、ＰＷＭ制御部１１１に出力する。例えば駆動制御部１２１は、磁極位置推定部１１３による磁極の位置の推定結果と、極性推定部１１８による磁極の極性の推定結果とに基づいて、磁極の位置を特定する。この場合、磁束ベクトルＭＶ１と方向が一致する磁石磁束を作る磁極の位置の推定値が磁極の位置に特定される。以下、当該位置が特定された磁極を、「正方向磁極」という。駆動制御部１２１は、正方向磁極と同期して回転するよう回転速度が決定される回転座標系における電圧指令を生成する。例えば駆動制御部１２１は、モータ２０に供給する駆動電流を電流指令に追従させるように、回転座標系における電圧指令を生成する。その後、駆動制御部１２１は、回転座標系における電圧指令と、正方向磁極の位置とに基づいて、上述の固定座標系における電圧指令ベクトルを算出し、算出した電圧指令ベクトルをＰＷＭ制御部１１１に出力する。

【0049】

以後、駆動制御部１２１は、回転検出センサ（例えばエンコーダ）の出力に基づく磁極位置演算、又はセンサレスでの磁極位置推定（例えば電圧指令とこれに応じてモータ２０に供給された駆動電流と、周波数指令とに基づく磁極位置推定）を行い、こうして得られた正方向磁極の位置に基づき、固定座標系における電圧指令ベクトルを更新し、ＰＷＭ制御部１１１に出力することを繰り返す。これにより、正方向磁極の位置に応じた駆動電力の供給が継続される。駆動制御部１２１は、駆動電流の検出結果を電流センサ１４から取得する。

【0050】

図４は、制御回路１００のハードウェア構成を例示する模式図である。図４に示すように、制御回路１００は、一つ又は複数のプロセッサ１９１と、メモリ１９２と、ストレージ１９３と、入出力ポート１９４と、スイッチング制御回路１９５とを含む。ストレージ１９３は、例えば不揮発性の半導体メモリ等、コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体を有する。ストレージ１９３は、電力変換回路１０からモータ２０に探索出力を供給させることと、探索出力に対する応答に基づいてモータ２０の少なくとも一つの磁極の位置を推定することと、磁極の位置の推定結果に応じてパルス供給条件を設定することと、パルス供給条件に従い正パルス出力及び負パルス出力を電力変換回路１０からモータ２０に供給させることと、正パルス出力に対する応答の大きさと、負パルス出力に対する応答の大きさとの差分を評価することと、パルス供給条件を変更することと、変更後のパルス供給条件に従い正パルス出力及び負パルス出力を電力変換回路１０からモータ２０に供給させることと、差分を評価することとを、差分の評価結果が所定のレベルを超えるまで繰り返すことと、差分の評価結果に基づいてモータ２０の少なくとも一つの磁極の極性を推定することと、を制御回路１００に実行させるためのプログラムを記憶している。例えばストレージ１９３は、上述した各機能ブロックを制御回路１００に構成させるためのプログラムを記憶している。

【0051】

メモリ１９２は、ストレージ１９３の記憶媒体からロードしたプログラム及びプロセッサ１９１による演算結果を一時的に記憶する。プロセッサ１９１は、メモリ１９２と協働して上記プログラムを実行することで、制御回路１００の各機能ブロックを構成する。入出力ポート１９４は、プロセッサ１９１からの指令に従って、電流センサ１４との間で電気信号の入出力を行う。スイッチング制御回路１９５は、プロセッサ１９１からの指令に従って、インバータ回路１３内の複数のスイッチング素子１５のオン、オフを切り替えることにより、上記駆動電力をモータ２０へ出力する。

【0052】

なお、制御回路１００は、必ずしもプログラムにより各機能を構成するものに限られない。例えば制御回路１００は、専用の論理回路又はこれを集積したＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）により少なくとも一部の機能を構成してもよい。

【0053】

〔制御手順〕
続いて、制御方法の一例として、制御回路１００が実行するモータ２０の起動制御手順を例示する。この手順は、電力変換回路１０からモータ２０に探索出力を供給させることと、探索出力に対する応答に基づいてモータ２０の少なくとも一つの磁極の位置を推定することと、磁極の位置の推定結果に応じてパルス供給条件を設定することと、パルス供給条件に従い正パルス出力及び負パルス出力を電力変換回路１０からモータ２０に供給させることと、正パルス出力に対する応答の大きさと、負パルス出力に対する応答の大きさとの差分を評価することと、パルス供給条件を変更することと、変更後のパルス供給条件に従い正パルス出力及び負パルス出力を電力変換回路１０からモータ２０に供給させることと、差分を評価することとを、差分の評価結果が所定のレベルを超えるまで繰り返すことと、差分の評価結果に基づいてモータ２０の少なくとも一つの磁極の極性を推定することと、を含む。

【0054】

図５に示すように、制御回路１００は、まずステップＳ０１，Ｓ０２，Ｓ０３，Ｓ０４，Ｓ０５，Ｓ０６を実行する。ステップＳ０１では、第１探索制御部１１２が、電力変換回路１０からモータ２０に高周波の探索電圧を印加させる。ステップＳ０１のより詳細な手順については後述する。ステップＳ０２では、磁極位置推定部１１３が、探索電圧の印加に応じてモータ２０に供給された探索電流に基づいてモータ２０の磁極の位置を推定する。ステップＳ０３では、条件設定部１１４が、磁極の位置の推定結果に応じてパルス供給条件を設定する。

【0055】

ステップＳ０４では、第２探索制御部１１５が、パルス供給条件に従い正パルス電圧及び負パルス電圧を電力変換回路１０からモータ２０に印加させる。ステップＳ０４のより詳細な手順については後述する。ステップＳ０５では、差分評価部１１６が、正パルス電圧の印加に応じてモータ２０に供給される正電流の大きさと、負パルス電圧の印加に応じてモータ２０に供給される負電流の大きさとの差分（上記応答差分）を評価する。ステップＳ０６では、応答差分の評価結果が所定のレベルを超えているか否かを条件変更部１１７が確認する。

【0056】

ステップＳ０６において応答差分の評価結果が所定のレベルを超えていないと判定した場合、制御回路１００はステップＳ０７を実行する。ステップＳ０７では、条件変更部１１７がパルス供給条件を変更する。その後、条件変更部１１７は処理をステップＳ０４に戻す。以後、応答差分の評価結果が所定のレベルを超えるまで、パルス供給条件に従い正パルス電圧及び負パルス電圧を電力変換回路１０からモータ２０に印加させることと、応答差分を評価することと、パルス供給条件を変更することとが繰り返される。

【0057】

ステップＳ０６において応答差分の評価結果が所定のレベルを超えていると判定した場合、制御回路１００はステップＳ０８，Ｓ０９を実行する。ステップＳ０８では、極性推定部１１８が、所定のレベルを超えた応答差分の評価結果に基づいて、磁極４０ａの極性を推定する。ステップＳ０９では、駆動制御部１２１が、磁極位置推定部１１３による磁極の位置の推定結果と、極性推定部１１８による磁極の極性の推定結果とに基づいて、電力変換回路１０からモータ２０への駆動電力の供給を開始させる。以後、駆動制御部１２１は、回転検出センサの出力に基づく磁極位置演算、又はセンサレスでの磁極位置推定を行い、こうして得られた磁極の位置に基づき電圧指令を再生成し、ＰＷＭ制御部１１１に出力することを繰り返す。これにより、磁極の位置に応じた駆動電力の供給が継続される。以上でモータ２０の起動制御手順が完了する。

【0058】

図６は、ステップＳ０１における探索電圧の印加手順を例示するフローチャートである。図６に示すように制御回路１００は、まずステップＳ１１，Ｓ１２，Ｓ１３を実行する。ステップＳ１１では、第１探索制御部１１２が、電力変換回路１０からモータ２０への探索電圧の印加を開始させる。ステップＳ１２では、磁極位置推定部１１３が、探索電流の検出結果を電流センサ１４から取得し、取得した検出結果とその時の探索電圧の位相とを記憶する。ステップＳ１３では、所定の探索期間が経過したか否かを第１探索制御部１１２が確認する。

【0059】

ステップＳ１３において探索期間が経過していないと判定した場合、制御回路１００は処理をステップＳ１２に戻す。以後、探索期間が経過するまでは、探索電圧の印加と、これに応じた探索電流の検出結果の取得と記憶とが繰り返される。

【0060】

ステップＳ１３において探索期間が経過したと判定した場合、制御回路１００はステップＳ１４を実行する。ステップＳ１４では、第１探索制御部１１２が、電力変換回路１０からモータ２０への探索電圧の印加を停止させる。以上で探索電圧の印加手順が完了する。

【0061】

図７は、ステップＳ０４における正パルス電圧及び負パルス電圧の印加手順を例示するフローチャートである。図７に示すように、制御回路１００は、まずステップＳ２１，Ｓ２２，Ｓ２３，Ｓ２４を実行する。ステップＳ２１では、第２探索制御部１１５が、正パルス電圧の印加時刻を待機する。ステップＳ２２では、第２探索制御部１１５が、電力変換回路１０からモータ２０への正パルス電圧の印加を開始させる。ステップＳ２３では、差分評価部１１６が、正電流の検出結果を電流センサ１４から取得する。ステップＳ２４では、正パルス電圧の印加期間が経過したか否かを第２探索制御部１１５が確認する。

【0062】

ステップＳ２４において正パルス電圧の印加期間が経過していないと判定した場合、制御回路１００は処理をステップＳ２３に戻す。以後、正パルス電圧の印加期間が経過するまでは、正パルス電圧の印加と正電流の検出結果の取得とが繰り返される。

【0063】

ステップＳ２４において正パルス電圧の印加期間が経過したと判定した場合、制御回路１００はステップＳ２５，Ｓ３１，Ｓ３２，Ｓ３３，Ｓ３４を実行する。ステップＳ２５では、第２探索制御部１１５が、電力変換回路１０からモータ２０への正パルス電圧の印加を停止させる。ステップＳ３１では、第２探索制御部１１５が、負パルス電圧の印加時刻を待機する。ステップＳ３２では、第２探索制御部１１５が、電力変換回路１０からモータ２０への負パルス電圧の印加を開始させる。ステップＳ３３では、差分評価部１１６が、負電流の検出結果を電流センサ１４から取得する。ステップＳ３４では、負パルス電圧の印加期間が経過したか否かを第２探索制御部１１５が確認する。

【0064】

ステップＳ３４において負パルス電圧の印加期間が経過していないと判定した場合、制御回路１００は処理をステップＳ３３に戻す。以後、負パルス電圧の印加期間が経過するまでは、負パルス電圧の印加と負電流の検出結果の取得とが繰り返される。

【0065】

ステップＳ３４において負パルス電圧の印加期間が経過したと判定した場合、制御回路１００はステップＳ３５を実行する。ステップＳ３５では、第２探索制御部１１５が、電力変換回路１０からモータ２０への負パルス電圧の印加を停止させる。以上で正パルス電圧及び負パルス電圧の印加手順が完了する。

【0066】

〔本実施形態の効果〕
以上に説明したように、電力変換装置１は、電力変換回路１０からモータ２０に探索出力を供給させる第１探索制御部１１２と、探索出力に対する応答に基づいてモータ２０の少なくとも一つの磁極の位置を推定する磁極位置推定部１１３と、磁極の位置の推定結果に応じてパルス供給条件を設定する条件設定部１１４と、パルス供給条件に従い正パルス出力及び負パルス出力を電力変換回路１０からモータ２０に供給させる第２探索制御部１１５と、正パルス出力に対する応答の大きさと、負パルス出力に対する応答の大きさとの差分を評価する差分評価部１１６と、パルス供給条件を変更することと、変更後のパルス供給条件に従い第２探索制御部１１５に正パルス出力及び負パルス出力を供給させることと、差分評価部１１６に差分を評価させることとを、差分の評価結果が所定のレベルを超えるまで繰り返す条件変更部１１７と、差分の評価結果に基づいてモータ２０の少なくとも一つの磁極の極性を推定する極性推定部１１８と、を備える。

【0067】

起動時におけるモータ２０の逆転を防ぐには、磁極位置及び極性に対し適切なベクトルにてモータ２０に駆動出力を供給する必要がある。これに対し、電力変換装置１によれば、正パルス出力と負パルス出力との差分の評価結果が所定のレベルを超えていない場合には、正パルス出力及び負パルス出力の供給と、上記差分の評価とが繰り返されるので、差分に基づく極性の誤検知が抑制される。従って、磁極の極性の誤検知に起因するモータ２０の逆転とが抑制されるので、モータ２０の逆転抑制に有効である。

【0068】

条件設定部１１４は、正パルス出力及び負パルス出力の供給により生じる磁束ベクトルがモータ２０の少なくとも一つの磁極の位置を通るようにパルス供給条件を設定してもよい。この場合、正パルス出力及び負パルス出力の供給回数をより確実に抑制することができる。

【0069】

条件変更部１１７は、正パルス出力及び負パルス出力の供給により生じる磁束ベクトルの方向を変えるようにパルス供給条件を変更してもよい。この場合、パルス供給条件を迅速に調節することができる。

【0070】

モータ２０は、磁極の回転方向に沿って所定の角度ピッチで並ぶ複数のコイル３３を備え、条件変更部１１７は、角度ピッチに基づいて磁束ベクトルの方向の変更角度を特定し、変更角度に応じて磁束ベクトルの方向を変えるようにパルス供給条件を変更してもよい。正パルス出力に対する応答の大きさと、負パルス出力に対する応答の大きさとの差分は、各コイル３３が、ロータ４０のどの部位に対向しているかによって変わり得る。角度ピッチに基づき磁束ベクトルの方向を変えることによって、ロータ４０の影響を受け易いコイル３３への供給電流を減らしつつ、ロータ４０の影響を受け難いコイル３３への供給電流を増やし、パルス供給条件を迅速に調節することができる。

【0071】

条件変更部１１７は、実質的に、上記角度ピッチの半ピッチを奇数倍した角度で磁束ベクトルの方向を変えるようにパルス供給条件を変更してもよい。この場合、パルス供給条件をより迅速に調節することができる。

【0072】

磁極位置推定部１１３は、探索出力における電圧と電流との関係に基づいて、少なくともモータ２０の第２磁極の位置を更に推定し、条件設定部１１４は、正パルス出力及び負パルス出力の供給により生じる磁束ベクトルが上記磁極を通るようにパルス供給条件を設定し、条件変更部１１７は、正パルス出力及び負パルス出力の供給により生じる磁束ベクトルが第２磁極を通るようにパルス供給条件を変更してもよい。この場合、パルス供給条件を迅速に調節することができる。

【0073】

条件変更部１１７は、正パルス出力及び負パルス出力の大きさを変えるようにパルス供給条件を変更してもよい。この場合、パルス供給条件を迅速に調節することができる。

【0074】

条件変更部１１７は、正パルス出力及び負パルス出力の幅を変えるようにパルス供給条件を変更してもよい。この場合、パルス供給条件を迅速に調節することができる。

【0075】

図８は、電力変換装置１の変形例を示す模式図である。本変形例において、モータ２０は、センサ２１を有する。センサ２１は、磁極４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄの変位を検出する。磁極４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄの変位を検出することは、磁極４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄの変位方向を検出することを含む。センサ２１の具体例としては、ロータ４０の回転に応じて第１パルス波信号及び第２パルス波信号を出力するパルスジェネレータが挙げられる。第２パルス波信号は、第１パルス波信号とパルス幅が等しく、且つ第１パルス波信号に対して位相がずれた信号である。第１パルス波信号及び第２パルス波信号に基づき、ロータ４０がいずれの方向に回転しているのか（磁極４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄがいずれの方向に変位しているのか）が検出される。また、第１パルス波信号及び第２パルス波信号の周波数に基づき、ロータ４０の回転速度（磁極４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄの変位速度）が検出される。更に、第１パルス波信号及び第２パルス波信号のカウント値に基づき、ロータ４０の回転角度（磁極４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄの変位角度）が検出される。

【0076】

本変形例における制御回路１００は、上述の磁極位置推定部１１３に代えて、磁極位置推定部１３１と、磁極位置更新部１３２とを有する。磁極位置推定部１３１は、上述した磁極位置推定部１１３と同様に、探索電圧の印加に応じてモータ２０に供給された探索電流に基づいてモータ２０の磁極の位置を推定する。

【0077】

磁極位置更新部１３２は、磁極位置推定部１３１による磁極の位置の推定結果を、センサ２１による検出結果に基づいて更新する。例えば磁極位置更新部１３２は、センサ２１が出力する第１パルス波信号及び第２パルス波信号に基づいて磁極の変位方向及び変位角度を特定し、特定した変位方向及び変位角度に基づいて磁極の位置の推定結果を更新する。このように、磁極位置推定部１３１による磁極の位置の推定結果を磁極位置更新部１３２が更新することによって、磁極位置推定部１３１による磁極の位置の推定以降も、磁極の現在位置の情報が継続的に得られる。

【0078】

駆動制御部１２１は、磁極位置更新部１３２により更新された磁極の位置の推定結果と、極性推定部１１８による磁極の極性の推定結果とに基づいて、電力変換回路１０からモータ２０に駆動電力を供給させる。例えば駆動制御部１２１は、磁極位置更新部１３２により更新された磁極の位置の推定結果と、極性推定部１１８による磁極の極性の推定結果とに基づいて、正方向磁極の位置を特定し、回転座標系における電圧指令と、正方向磁極の位置とに基づいて、上述の固定座標系における電圧指令ベクトルを算出する。

【0079】

本変形例における制御回路１００は、エラー検知部１３３を更に有する。エラー検知部１３３は、駆動電力の供給に応じて、センサ２１により検出された磁極の位置の変化方向に基づいて、磁極の極性の推定エラーを検知する。例えばエラー検知部１３３は、駆動電力に応じ発生する回転磁界の回転方向と逆の方向に磁極の位置が変化している場合に、磁極の極性の推定エラーを検知する。

【0080】

極性推定部１１８は、エラー検知部１３３により推定エラーが検知された場合に、磁極の極性の推定結果を反転させてもよい。例えば、極性推定部１１８は、正方向磁極の位置を電気角にて１８０°シフトさせてもよい。正方向磁極を電気角で１８０°シフトさせる場合、それまで正方向磁極とされてきた位置の極性が反転することとなる。このため、正方向磁極の位置を１８０°シフトすることは、磁極の極性の推定結果を判定させることの一例に相当する。その後、駆動制御部１２１は、シフト後の正方向磁極の位置に基づいて、電力変換回路１０からモータ２０に駆動電力を供給させる。この場合、極性推定部１１８は、正方向磁極の位置を、所定期間に亘って徐々にシフトさせてもよい。

【0081】

また、極性推定部１１８は、正方向磁極とされてきた位置を、磁束ベクトルＭＶ１と逆向きの磁石磁束を作る磁極の位置として特定し直してもよい。以下、磁束ベクトルＭＶ１と逆向きの磁石磁束を作る磁極を「負方向磁極」という。この場合、駆動制御部１２１は、正方向磁極に対する制御を、負方向磁極に対する制御に改めるべく、ｄ軸電流指令値、ｑ軸電流指令値、Ｖ／ｆ電圧指令値の符号を反転させてもよい。この場合、駆動制御部１２１は、ｄ軸電流指令値、ｑ軸電流指令値、Ｖ／ｆ電圧指令値の値を符号反転後の値に向かって、所定期間に亘って徐々に反転させてもよい。

【0082】

本変形例における制御回路１００は、例えば、図５のステップＳ０９における駆動制御を開始した後、図９に示す手順を実行する。例えば制御回路１００は、まずステップＳ４１を実行する。ステップＳ４１では、磁極位置更新部１３２が、磁極位置推定部１３１による磁極の位置の推定結果を、センサ２１による検出結果に基づいて更新する。

【0083】

次に、制御回路１００はステップＳ４２を実行する。ステップＳ４２では、エラー検知部１３３が、駆動電力に応じ発生する回転磁界の回転方向と逆の方向に磁極の位置が変化しているか否かを確認する。ステップＳ４２において、回転磁界の回転方向と逆の方向に磁極の位置が変化していると判定した場合、制御回路１００はステップＳ４３，Ｓ４４，Ｓ４５，Ｓ４６を実行する。

【0084】

ステップＳ４３では、エラー検知部１３３が、磁極の極性の推定エラーを検知する。ステップＳ４４では、駆動制御部１２１が、電力変換回路１０からモータ２０への駆動電力の供給を停止させる。ステップＳ４５では、極性推定部１１８が、磁極の極性の推定結果を反転させる。ステップＳ４６では、駆動制御部１２１が、反転された磁極の極性に基づいて、電力変換回路１０からモータ２０への駆動電力の供給を再開させる。

【0085】

以上に示したように、本変形例に係る電力変換装置１は、磁極位置推定部１３１による磁極の位置の推定結果を、センサ２１による検出結果に基づいて更新する磁極位置更新部１３２と、磁極位置更新部１３２により更新された磁極の位置の推定結果と、極性推定部１１８による磁極の極性の推定結果とに基づいて、電力変換回路１０からモータ２０に駆動電力を供給させる駆動制御部１２１と、駆動電力の供給に応じて、センサ２１により検出された磁極の位置の変化方向に基づいて、磁極の極性の推定エラーを検知するエラー検知部１３３と、を備える。これにより、磁極の極性の推定エラーを迅速に検知し、その影響を小さくすることができる。

【0086】

極性推定部１１８は、エラー検知部１３３により推定エラーが検知された場合に、磁極の極性の推定結果を反転させてもよい。この場合、磁極位置更新部１３２により継続的にトラッキングされている磁極位置と、極性推定部１１８により反転された磁極の極性の推定結果とに基づいて、モータ２０の動作を迅速に正常化することができる。

【0087】

なお、磁極位置更新部１３２と、エラー検知部１３３とを更に備える場合、上述のように、推定エラーを迅速に検知し、モータ２０の動作を迅速に正常化することができるので、条件変更部１１７を省略し、極性推定部１１８は、差分の評価結果が所定のレベルを超えているか否かに寄らず、差分の評価結果に基づいて磁極の極性を推定してもよい。

【0088】

以上、実施形態について説明したが、本開示は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。

【符号の説明】

【0089】

１…電力変換装置、１０…電力変換回路、２０…モータ（電動機）、１１２…第１探索制御部、１１３…磁極位置推定部、１１４…条件設定部、１１５…第２探索制御部、１１６…差分評価部、１１７…条件変更部、１１８…極性推定部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】