特許 7382880 モータ制御装置、モータシステム及びモータ制御方法

(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】2023-11-09

(45)【発行日】2023-11-17

(54)【発明の名称】モータ制御装置、モータシステム及びモータ制御方法

(51)【国際特許分類】

   H02P 6/185 20160101AFI20231110BHJP

【ＦＩ】

H02P6/185

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2020061273

(22)【出願日】2020-03-30

(65)【公開番号】P2021164191

(43)【公開日】2021-10-11

【審査請求日】2023-03-07

(73)【特許権者】

【識別番号】000114215

【氏名又は名称】ミネベアミツミ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】大場 隆志

【審査官】池田 貴俊

(56)【参考文献】

【文献】特開２００９－７７５０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１４７５９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２２０００７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－１６６６９５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｐ ６／１８５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

通電パターンに従って、全アームのうちの一部のアームをオンすることで、ロータが停止又は極低速の状態のモータを通電させるインバータと、
前記インバータの直流側に接続される電流検出器と、
前記一部のアームのオンにより前記電流検出器に流れる電流が電流閾値に到達すると、前記全アームをオフさせ、前記全アームのオフ後の前記電流の減少期間において前記一部のアームと同じアームをオンさせることで前記電流を測定し、前記電流の通電パターン毎の測定値の違いに基づいて、前記状態での前記ロータの磁極位置を推定する初期位置推定部と、を備える、モータ制御装置。

【請求項2】

前記一部のアームがオンしてから、前記減少期間において前記同じアームがオンするまでの経過時間は、複数の通電パターン間で同じである、請求項１に記載のモータ制御装置。

【請求項3】

前記同じアームがオンする期間は、前記一部のアームがオンしてから前記電流が前記電流閾値に到達するまでの時間よりも短い、請求項１又は２に記載のモータ制御装置。

【請求項4】

請求項１から３のいずれか一項に記載のモータ制御装置と、
前記モータと、を備える、モータシステム。

【請求項5】

モータ制御装置が行うモータ制御方法であって、
通電パターンに従って、インバータの全アームのうちの一部のアームをオンすることで、ロータが停止又は極低速の状態のモータを通電させ、
前記一部のアームのオンにより、前記インバータの直流側に接続される電流検出器に流れる電流が電流閾値に到達すると、前記全アームをオフさせ、
前記全アームのオフ後の前記電流の減少期間において前記一部のアームと同じアームをオンさせることで前記電流を測定し、
前記電流の通電パターン毎の測定値の違いに基づいて、前記状態での前記ロータの磁極位置を推定する、モータ制御方法。

【請求項6】

前記減少期間においてアームがオンされる時間は、前記一部のアームがオンしてから、前記電流が前記電流閾値に到達するまでの時間よりも短い、請求項５に記載のモータ制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、モータ制御装置、モータシステム及びモータ制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、定電流制御状態において同期電動機の各相のスイッチング素子のゲートを遮断した後に同期電動機の各相に流れる減衰中の電流を検出し、検出された減衰中の電流に基づいて、回転子の初期磁極位置を推定する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１６－１９４５４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、従来の技術は、同期電動機の各相に流れる電流を検出するタイプのため、いわゆる１シャント電流検出方式には適用できない。また、減衰中の電流のみに基づいて初期磁極位置を推定するため、その推定精度を確保することが難しいことがある。

【0005】

本開示は、１シャント電流検出方式において、磁極位置の推定精度を確保可能なモータ制御装置、モータシステム及びモータ制御方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一実施の形態に係るモータ制御装置は、
通電パターンに従って、全アームのうちの一部のアームをオンすることで、ロータが停止又は極低速の状態のモータを通電させるインバータと、
前記インバータの直流側に接続される電流検出器と、
前記一部のアームのオンにより前記電流検出器に流れる電流が電流閾値に到達すると、前記全アームをオフさせ、前記全アームのオフ後の前記電流の減少期間において前記一部のアームと同じアームをオンさせることで前記電流を測定し、前記電流の通電パターン毎の測定値の違いに基づいて、前記状態での前記ロータの磁極位置を推定する初期位置推定部と、を備える。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、１シャント電流検出方式において、磁極位置の推定精度を確保できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本開示の実施の形態１に係るモータシステムの構成例を示す図である。

【図2】電圧ベクトルの一例を示す図である。

【図3】２相通電パターンに対して印加される電圧の位相を示す表である。

【図4】３相通電パターンに対して印加される電圧の位相を示す表である。

【図5】通電パターン毎の電圧ベクトル方向のイメージ図である。

【図6】ステップ電圧印加時の電流応答特性の一例を示す図である。

【図7】初期位置推定部の構成及び動作の一例を示す図である。

【図8】一比較例のインダクティブセンシングを説明するためのタイミングチャートである。

【図9】本開示に係るインダクティブセンシングを説明するためのタイミングチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を参照して、本開示の実施の形態に係るモータ制御装置、モータシステム及びモータ制御方法について詳細に説明する。

【0010】

図１は、本開示の実施の形態１に係るモータシステム１－１の構成例を示す図である。図１に示されるモータシステム１－１は、モータ４の回転動作を制御する。モータシステム１－１が搭載される機器は、例えば、コピー機、パーソナルコンピュータ、冷蔵庫、ポンプ等であるが、当該機器は、これらに限られない。モータシステム１－１は、モータ４と、モータ制御装置１００－１とを少なくとも備える。

【0011】

モータ４は、複数のコイルを有する永久磁石同期モータである。モータ４は、例えば、Ｕ相コイルとＶ相コイルとＷ相コイルとを含む３相コイルを有する。モータ４の具体例として、３相のブラシレス直流モータなどが挙げられる。モータ４は、少なくとも一つの永久磁石が配置されるロータと、ステータとを有する。モータ４は、ロータの磁石の角度位置（磁極位置）を検出する位置センサを使用しないセンサレス型のモータである。モータ４は、例えば、送風用のファンを回すファンモータである。

【0012】

モータ制御装置１００－１は、３相ブリッジ接続された複数のスイッチング素子を３相のＰＷＭ信号を含む通電パターンに従いオンオフ（ＯＮ、ＯＦＦ）制御することで、直流を３相交流に変換するインバータを介してモータを駆動する。モータ制御装置１００－１は、インバータ２３、電流検出部２７、電流検出タイミング調整部３４、駆動回路３３、通電パターン生成部３５、キャリア発生部３７、及びクロック発生部３６を備える。

【0013】

インバータ２３は、直流電源２１から供給される直流を複数のスイッチング素子のスイッチングによって３相交流に変換し、３相交流の駆動電流をモータ４に流すことによって、モータ４のロータを回転させる回路である。インバータ２３は、通電パターン生成部３５によって生成される複数の通電パターン（より具体的には、通電パターン生成部３５内のＰＷＭ信号生成部３２によって生成される３相のＰＷＭ信号）に基づいて、モータ４を駆動する。ＰＷＭとは、Pulse Width Modulation（パルス幅変調）を意味する。

【0014】

インバータ２３は、３相ブリッジ接続された複数のアームＵｐ，Ｖｐ，Ｗｐ，Ｕｎ，Ｖｎ，Ｗｎを有する。上アームＵｐ，Ｖｐ，Ｗｐは、それぞれ、直流電源２１の正極側に正側母線２２ａを介して接続されるハイサイドスイッチング素子である。下アームＵｎ，Ｖｎ，Ｗｎは、それぞれ、直流電源２１の負極側（具体的には、グランド側）に接続されるローサイドスイッチング素子である。複数のアームＵｐ，Ｖｐ，Ｗｐ，Ｕｎ，Ｖｎ，Ｗｎは、それぞれ、上述の通電パターンに含まれるＰＷＭ信号に基づいて駆動回路３３から供給される複数の駆動信号のうち、対応する駆動信号に従って、オン又はオフとなる。以下では、複数のアームＵｐ，Ｖｐ，Ｗｐ，Ｕｎ，Ｖｎ，Ｗｎを、特に区別しない場合には、単にアームと称する場合がある。

【0015】

Ｕ相上アームＵｐとＵ相下アームＵｎとの接続点は、モータ４のＵ相コイルの一端に接続される。Ｖ相上アームＶｐとＶ相下アームＶｎとの接続点は、モータ４のＶ相コイルの一端に接続される。Ｗ相上アームＷｐとＷ相下アームＷｎとの接続点は、モータ４のＷ相コイルの一端に接続される。Ｕ相コイルとＶ相コイルとＷ相コイルとのそれぞれの他端は、互いに接続されている。

【0016】

アームの具体例として、Ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）やＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などが挙げられる。しかしながら、アームは、これらに限られない。

【0017】

電流検出器２４は、インバータ２３の直流側に接続され、インバータ２３の直流側に流れる電流の電流値に対応する検出信号Ｓｄを出力する。図１に示される電流検出器２４は、負側母線２２ｂに流れる電流の電流値に対応する検出信号Ｓｄを発生させる。電流検出器２４は、例えば、負側母線２２ｂに配置される電流検出素子であり、より具体的には、負側母線２２ｂに挿入されるシャント抵抗である。シャント抵抗等の電流検出素子は、自身に流れる電流の電流値に対応する電圧信号を検出信号Ｓｄとして発生する。

【0018】

電流検出部２７は、通電パターン生成部３５によって生成される複数の通電パターン（より具体的には、３相のＰＷＭ信号）に基づいて、検出信号Ｓｄを取得することによって、モータ４に流れるＵ，Ｖ，Ｗ各相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを検出する。より詳細には、電流検出部２７は、複数の通電パターン（より具体的には、３相のＰＷＭ信号）に同期する取得タイミングで検出信号Ｓｄを取得することによって、モータ４に流れるＵ，Ｖ，Ｗ各相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを検出する。検出信号Ｓｄの取得タイミングは、電流検出タイミング調整部３４により設定される。

【0019】

例えば、電流検出部２７は、電流検出器２４で発生するアナログ電圧の検出信号Ｓｄを、電流検出タイミング調整部３４により設定される取得タイミングでＡＤ（Analog to Digital）変換器に取り込む。当該ＡＤ変換器は、電流検出部２７に設けられている。そして、電流検出部２７は、取り込んだアナログの検出信号Ｓｄをデジタルの検出信号ＳｄにＡＤ変換し、ＡＤ変換後のデジタルの検出信号Ｓｄをデジタル処理することによって、モータ４のＵ，Ｖ，Ｗ各相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを検出する。電流検出部２７により検出された各相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの検出値は、通電パターン生成部３５に供給される。

【0020】

クロック発生部３６は、内蔵する発振回路により所定周波数のクロックを生成し、生成したクロックをキャリア発生部３７へ出力する回路である。なお、クロック発生部３６は、例えば、モータ制御装置１００－１の電源が投入されると同時に、動作を開始する。

【0021】

キャリア発生部３７は、クロック発生部３６により生成されるクロックに基づいて、キャリアＣを生成する。キャリアＣは、レベルが周期的に増減する搬送波信号である。

【0022】

通電パターン生成部３５は、インバータ２３を通電させるパターン（インバータ２３の通電パターン）を生成する。インバータ２３の通電パターンは、モータ４を通電させるパターン（モータ４の通電パターン）と言い換えてもよい。インバータ２３の通電パターンには、インバータ２３を通電させる３相のＰＷＭ信号が含まれる。通電パターン生成部３５は、電流検出部２７により検出されるモータ４の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの検出値に基づいて、モータ４が回転するようにインバータ２３を通電させる３相のＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成部３２を有する。

【0023】

通電パターン生成部３５は、インバータ２３の通電パターンをベクトル制御により生成する場合、ベクトル制御部３０を更に有する。なお、本実施の形態においてはベクトル制御によってインバータの通電パターンを生成しているが、これに限らず、ｖｆ制御等を用いて各相の相電圧を求めてもよい。

【0024】

ベクトル制御部３０は、外部からモータ４の回転速度指令ωｒｅｆが与えられると、モータ４の回転速度の測定値又は推定値と、回転速度指令ωｒｅｆとの差分に基づいて、トルク電流指令Ｉｑｒｅｆと励磁電流指令Ｉｄｒｅｆを生成する。ベクトル制御部３０は、モータ４のＵ，Ｖ，Ｗ各相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗに基づいて、ロータ位置θを用いたベクトル制御演算により、トルク電流Ｉｑ及び励磁電流Ｉｄを算出する。ベクトル制御部３０は、トルク電流指令Ｉｑｒｅｆとトルク電流Ｉｑとの差分に対して例えばＰＩ制御演算を行い、電圧指令Ｖｑを生成する。ベクトル制御部３０は、励磁電流指令Ｉｄｒｅｆと励磁電流Ｉｄとの差分に対して例えばＰＩ制御演算を行い、電圧指令Ｖｄを生成する。ベクトル制御部３０は、電圧指令Ｖｑ，Ｖｄを上記のロータ位置θを用いてＵ，Ｖ，Ｗ各相の相電圧指令Ｖｕ*，Ｖｖ*，Ｖｗ*に変換する。ロータ位置θは、モータ４のロータの磁極位置を表す。

【0025】

ＰＷＭ信号生成部３２は、ベクトル制御部３０により生成される相電圧指令Ｖｕ*，Ｖｖ*，Ｖｗ*を、キャリア発生部３７により生成されるキャリアＣのレベルと比較することによって、３相のＰＷＭ信号を含む通電パターンを生成する。ＰＷＭ信号生成部３２は、上アーム駆動用の３相のＰＷＭ信号を反転させた下アーム駆動用のＰＷＭ信号も生成し、必要に応じてデッドタイムを付加した後、生成したＰＷＭ信号を含む通電パターンを駆動回路３３に出力する。

【0026】

駆動回路３３は、与えられたＰＷＭ信号を含む通電パターンに従い、インバータ２３に含まれる６つのアームＵｐ，Ｖｐ，Ｗｐ，Ｕｎ，Ｖｎ，Ｗｎをスイッチングさせる駆動信号を出力する。これにより、３相交流の駆動電流がモータ４に供給され、モータ４のロータが回転する。

【0027】

電流検出タイミング調整部３４は、キャリア発生部３７から供給されるキャリアＣと、ＰＷＭ信号生成部３２により生成されるＰＷＭ信号を含む通電パターンとに基づいて、電流検出部２７がキャリアＣの１周期内で３つ相の相電流のうちのいずれかの相の相電流を検出するための取得タイミングを決定する。

【0028】

電流検出部２７は、電流検出タイミング調整部３４により決定される複数の取得タイミングで検出信号Ｓｄを取得することによって、相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを検出する。電流検出部２７は、一つの電流検出器２４から複数の相電流を検出する方式（いわゆる、１シャント電流検出方式）で、相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを検出する。

【0029】

ところで、センサレス型の永久磁石同期電動機が停止しているときにロータの磁極位置（初期位置）を推定する方法として、インダクティブセンシングと呼ばれる手法がある。インダクティブセンシングとは、永久磁石同期モータのロータ磁石の磁極位置をインダクタンスのロータ位置依存性を利用して検出する手法である。この位置検出手法は、モータの誘起電圧を使用しないため、モータのロータが停止又は極低速の状態でもロータ磁石の磁極位置を検出できる。ロータが極低速の状態とは、モータ制御装置が誘起電圧を検出できない程度にロータが低速で回転している状態をいう。本明細書では、説明の便宜上、"ロータが停止又は極低速の状態"を、単に、"ロータの停止状態"という。

【0030】

本実施の形態１に係るモータ制御装置１００－１は、インダクティブセンシングによって、モータのロータの停止状態での磁極位置である初期位置θｓを推定する初期位置推定部３８を備える。通電パターン生成部３５は、初期位置推定部３８により推定された初期位置θｓを用いて、モータ４のロータを回転させるＰＷＭ信号を含む通電パターンを駆動回路３３に出力する。

【0031】

インダクティブセンシングは、インダクタンスの違いを検出することによって磁極の初期位置を検出するが、インダクタンスそのものを直接求めて磁極位置情報を取り出す手法ではない。インダクティブセンシングは、停止中のモータをＲＬ直列回路とみなし、モータに所望の位相に対しステップ形状の電圧を印加したときにモータに流れる電流の応答から磁極位置情報を取り出す手法である。

【0032】

所望の位相に対し電圧を印加するとは、モータに印加する電圧をベクトルで考え、その方向を所望の位相に合わせることである。例えば３相インバータのＷ相上アームＷｐとＵ相下アームＵｎをオンすると、図２のような電圧ベクトルが印加される。すなわち、３０度方向に電圧が印加されたことになる。この時に発生する電流ベクトル（Ｗ相コイルに流れる電流とＵ相コイルに流れる電流との合成電流のベクトル）及び磁束ベクトル（Ｗ相コイルで発生した磁束とＵ相コイルで発生した磁束との合成磁束のベクトル）も、電圧ベクトルとほぼ同じ位相に発生する。ただし、磁束ベクトルは、コイルの巻き方向によっては、１８０度逆方向の場合もある。

【0033】

したがって、初期位置推定部３８は、図３及び図４に示す１２個の通電パターンｐ１～ｐ１２に従って各アームをオン又はオフにする駆動信号を駆動回路３３に順番に出力させることによって、３０度毎の１２種類の位相に電圧を印加できる（図５参照）。図３は、２相通電パターンｐ１～ｐ６に対して印加される電圧の位相を示す表である。図４は、３相通電パターンｐ７～ｐ１２に対して印加される電圧の位相を示す表である。図５は、通電パターン毎の電圧ベクトル方向のイメージ図である。

【0034】

例えば図３において、初期位置推定部３８は、通電パターンｐ２に従って、上アームＷｐ及び下アームＶｎをオンし且つ残りの４つのアームをオフする駆動信号を駆動回路３３に出力させると、Ｕ相コイルに対して９０度の方向に電圧を印加できる（図５参照）。図３に示す他の２相通電パターンも同様に、各方向に電圧を印加できる。

【0035】

例えば図４において、初期位置推定部３８は、通電パターンｐ９に従って、上アームＵｐ，Ｗｐ及び下アームＶｎをオンし且つ残りの３つのアームをオフする駆動信号を駆動回路３３に出力させると、Ｕ相コイルに対して１２０度の方向に電圧を印加できる（図５参照）。図４に示す他の３相通電パターンも同様に、各方向に電圧を印加できる。

【0036】

なお、マイコンの汎用ポートを使ってオン又はオフのみの出力の場合、通電パターンは上述の１２種類であるが、マイコンのＰＷＭ機能を用いると、ＰＷＭタイマの分解能を許す限り、より細かい位相に電圧を印加できる。

【0037】

次に、インダクティブセンシングにおいて、ステップ形状の電圧（ステップ電圧）を印加したときにモータに流れる電流の応答から磁極位置情報を取り出すことについて図６を参照して説明する。

【0038】

図６は、ステップ電圧印加時の電流応答特性の一例を示す図である。ＲＬ直列回路の電流の過渡現象より、モータに流れる電流ｉは、印加された５Ｖのステップ電圧Ｅに対して、図６のように応答する。Ｒはコイルの抵抗値、Ｌはコイルのインダクタンスを表す。

【0039】

この時の電流の立ち上がり時間は、コイルの抵抗値ＲとインダクタンスＬに依存し、ロータ位置が変わると、ロータ位置に応じて異なる値となるインダクタンスＬのみに応じて変化する。つまり、インダクタンスが大になるほど(磁気抵抗が小になるほど)、時定数Ｌ／Ｒは大になるので、電流ｉはゆっくり応答する。逆に、インダクタンスが小になるほど(磁気抵抗が大になるほど)、時定数Ｌ／Ｒは小になるので、電流ｉは素早く応答する。

【0040】

以上のようなインダクタンスと電流応答の関係を利用して、初期位置推定部３８は、磁極の初期位置を推定する。まず、初期位置推定部３８は、所望の位相に対してステップ形状の電圧を印加してから、モータ４（電流検出器２４）に流れる電流ｉが所定の電流値(電流閾値)に到達するまでの立ち上がり時間Ｔｒを計測する。そして、初期位置推定部３８は、その立ち上がり時間Ｔｒの通電パターン毎の計測値の違いを少なくとも利用することで、ロータ位置に依存したインダクタンスの大小関係や分布を読み取り、磁極位置情報を取り出す。

【0041】

なお、初期位置推定部３８は、２相通電パターンで計測された立ち上がり時間Ｔｒ同士を比較し、３相通電パターンで計測された立ち上がり時間Ｔｒ同士を比較する。２相通電と３相通電との間では、時定数はほとんど変わらないものの、立ち上がってから収束する電流値は変わるため、立ち上がり時間Ｔｒを単純に比較できないからである。

【0042】

次に、初期位置推定部３８が実行する本開示に係るインダクティブセンシングを説明する前に、初期位置推定部３８が実行する本開示に係るインダクティブセンシングと比較するため、図８を参照して、一比較例のインダクティブセンシングについて説明する。

【0043】

図８は、一比較例のインダクティブセンシングを説明するためのタイミングチャートである。一比較例のインダクティブセンシングは、モータに流れる電流が電流閾値に到達するまで通電を行い、通電開始からカウントを始めるタイマカウンタのカウンタ値を通電終了時に読み出して、他の通電パターンで同様に計測されたカウンタ値と比較する。磁気飽和特性を利用する一比較例のインダクティブセンシングは、カウンタ値が最小となる通電パターンで決まる方向に磁極位置が存在すると推定する。図８に示す例では、カウンタ値Ｃｐ２がカウンタ値Ｃｐ１に比べて小さいので、上アームＷｐ及び下アームＶｎがオン且つ残りのアームがオフとなる通電パターンｐ２（図３参照）で決まる９０度方向付近に、磁極位置が存在すると推定される。

【0044】

ここで、磁極が存在する場合と磁極が存在しない場合との間で立ち上がり時間Ｔｒの差が大きいほど、磁極位置の推定精度が高まると考えられる。例えばモータに流す電流を高くするほど、インダクタンスによる過渡応答の傾斜が変わるので、カウンタ値に大きな差が生じる結果、インダクタンスの違い（つまり、立ち上がり時間Ｔｒの違い）を捉えやすくなる。しかしながら、電流が大きいと、モータから異音が発生しやすく、快適性が損なわれる場合がある。

【0045】

確かに、インダクタンス差による電流上昇時の傾斜変化は、比較的低い電流をモータに流す場合でも発生する。しかしながら、低い電流値ほどカウンタ値の差が小さくなり、タイマカウンタを利用してカウンタ値の差を捉えても、磁極位置が推定困難な場合もある。このため、消費電流の低減の観点からも、インダクティブセンシングのためにモータに流す電流の値は小さいほうが好ましい。

【0046】

また、ファンモータなど、摩擦が小さく、低い電流（小さいトルク）で回転するようなアプリケーションの場合、アプリケーションの状態に与える影響をできる限り小さくするため、インダクティブセンシングのためにモータに流す電流の値は小さい方が好ましい。

【0047】

初期位置推定部３８が実行する本開示に係るインダクティブセンシングは、比較的低い電流値でも磁極位置の推定精度を確保可能な手法である。以下、その手法について説明する。

【0048】

図９は、本開示に係るインダクティブセンシングを説明するためのタイミングチャートである。電流検出器２４に流れる電流ｉが電流閾値に到達してからモータ４の通電をオフした後も、電流ｉの減少時の挙動は、モータ４のコイルのインダクタンスの影響を受ける。この特徴を利用して、本開示に係るインダクティブセンシングは、通電時の電流挙動と通電オフ後の電流挙動とを組み合わせてインダクタンスの違いを測定する。これにより、上述の一比較例のように通電時の電流挙動のみに基づいてインダクタンスの違いを測定する場合に比べて、インダクタンスの違いを捉えることが容易になり、比較的低い電流値でも磁極位置の推定精度を確保できる。

【0049】

ただし、通電オフの期間ではワンシャント電流検出方式では電流検出を行うことができない。そこで、図９に示すように、通電オフの期間に一時的に電流検出のための通電を行う期間（例えば、２μｓ程度）が設けられる。図９には、電流検出のための一時的な通電期間として、期間ｔ３－ｔ４及び期間ｔ７－ｔ８が例示されている。

【0050】

本開示に係るインダクティブセンシングを実現するにあたり、本開示に係る初期位置推定部３８は、以下の工程Ｓ１～Ｓ４に従って、停止状態でのロータの磁極位置を推定する。

【0051】

（工程Ｓ１） 初期位置推定部３８は、複数の通電パターンの中から選択された一の通電パターンに従って、インバータ２３の全アームのうちの一部のアームをオンさせることで、ロータが停止状態のモータ４を通電させる。

【0052】

（工程Ｓ２） 初期位置推定部３８は、工程Ｓ１で一部のアームをオンさせることより、インバータ２３の直流側に接続される電流検出器２４に流れる電流ｉが電流閾値に到達すると、インバータ２３の全アームをオフさせる。

【0053】

（工程Ｓ３） 初期位置推定部３８は、工程Ｓ２で全アームをオフさせた後の電流ｉの減少期間において工程Ｓ１でオンさせた一部のアームと同じアームを一時的にオンさせることで電流ｉを測定する。

【0054】

（工程Ｓ４） 初期位置推定部３８は、電流ｉの通電パターン毎の測定値の違いに基づいて、停止状態でのロータの磁極位置を推定する。

【0055】

初期位置推定部３８は、上記の工程Ｓ１～Ｓ４に従って、停止状態でのロータの磁極位置を推定することで、通電時の電流挙動と通電オフ後の電流挙動とを組み合わせてインダクタンスの違いを測定できる。よって、１シャント電流検出方式において、電流閾値を比較的小さく設定しても磁極位置の推定精度を確保できる。また、電流閾値を下げることができるので、インダクティブセンシング時にモータが発する異音のレベルを下げることができる。

【0056】

初期位置推定部３８は、このような本開示に係るインダクティブセンシングを行うことで、通電する電流を大きくしなくても、通電オフ期間での検出電流値（図９の例では、ｉｐ１とｉｐ２）の大小に基づいて磁極位置を推定できる。磁気飽和が顕在化しているほど、コイルのインダクタンスの低下度合いが大きい。そのため、電流ｉが電流閾値に到達した直後の通電オフ期間では、ロータの磁極位置が存在する方向では、ロータの磁極位置が存在しない方向に比べて、電流ｉが低下しやすい。したがって、図９に示す例では、検出電流値ｉｐ２が検出電流値ｉｐ１よりも低いので、初期位置推定部３８は、上アームＷｐ及び下アームＶｎがオン且つ残りのアームがオフとなる通電パターンｐ２（図３参照）で決まる９０度方向付近に、磁極位置が存在すると推定する。

【0057】

図９には、２種類の通電パターンしか示されていないが、３種類以上の通電パターンを用いてロータ磁石の初期位置を推定してもよい。例えば、初期位置推定部３８は、工程Ｓ４にて、複数の通電パターンのうち電流ｉの測定値が最小の通電パターンで決まる方向に、停止状態でのロータの磁極位置が存在すると推定する。

【0058】

初期位置推定部３８が工程Ｓ１で一部のアームをオンさせてから工程Ｓ３で当該一部のアームを一時的にオンさせるまでの経過時間は、複数の通電パターン間で同じであることが好ましい。これにより、初期位置推定部３８は、工程Ｓ１で一部のアームをオンさせてから、複数の通電パターンに共通の一定時間の経過タイミングで電流ｉを工程Ｓ３で測定できる。したがって、初期位置推定部３８は、複数の通電パターンに共通のタイミングで測定された電流ｉの測定値同士を比較できるので、磁極位置の推定精度が向上する。例えば図９に示す例では、ｔ１からｔ３までの経過時間（期間ｔ１－ｔ３）とｔ５からｔ７までの経過時間（期間ｔ５－ｔ７）は、互いに同じである。

【0059】

初期位置推定部３８は、工程Ｓ３で一部のアームを一時的にオンさせる期間は、当該一部のアームをオンさせてから電流ｉが電流閾値に到達するまでの時間よりも短くする。電流検出用に当該一部のアームを一時的にオンさせる期間をこのように短くすることで、モータ４に流れる電流の一時的な増加による異音の増大を抑制できる。

【0060】

図７は、初期位置推定部の構成及び動作の一例を示す図である。初期位置推定部３８は、モータ４にステップ電圧を印加させてから（工程Ｓ１で一部のアームをオンさせてから）、電流検出器２４に流れる電流ｉが電流閾値に到達するまでの立ち上がり時間Ｔｒを表すタイマカウント値をメモリに記録する。

【0061】

初期位置推定部３８は、例えば、閾値電圧生成回路３９、コンパレータ４０及びタイマカウンタ４１を有する。閾値電圧生成回路３９は、メモリに予め記憶されたデジタルの電流閾値ＩｔｈをＤ／Ａ（Digital to Analog）変換することで、電流閾値Ｉｔｈに対応するアナログの電圧閾値Ｖｔｈを生成する。コンパレータ４０は、電流検出器２４に接続される電流検出部２７（図１参照）のＡＤ変換器と並列に接続されている。コンパレータ４０は、負側母線２２ｂに直列に挿入される電流検出器２４に流れる電流ｉに応じて発生する電圧ｖを、電圧閾値Ｖｔｈと比較し、その比較結果を出力する。コンパレータ４０は、電圧ｖが電圧閾値Ｖｔｈに到達すると、その出力を反転させる。タイマカウンタ４１は、１２個の通電パターンのうち一の通電パターン（例えば、通電パターンｐ１）でパルス状のステップ電圧を一部のアームに印加し始めるタイミングでカウントを開始し、コンパレータ４０の出力が反転するまでカウントを継続する。初期位置推定部３８は、コンパレータ４０の出力反転時（カウント停止時）のタイマカウント値をメモリに記録し、他の通電パターンで順次計測されたタイマカウント値もメモリに記録する。これにより、初期位置推定部３８は、立ち上がり時間Ｔｒ（図９の例では、ｔ１－ｔ２，ｔ５－ｔ６）を測定できる。このようにすると、期間ｔ１－ｔ３（期間ｔ５－ｔ７）を確実に期間ｔ１-ｔ２（期間ｔ５－ｔ６）以上の時間に設定することができる。これにより、立ち上がり時間Ｔｒが上がりきる前に電流ｉを測定してしまい、間違った値を検出することを防ぐことができる。

【0062】

初期位置推定部３８は、コンパレータ４０の出力反転時（タイマカウンタ４１のカウント停止の第１の割り込み信号の発生時）に、工程Ｓ１でオンさせた一部のアームを全てオフさせる。一方、タイマカウンタ４１は、複数の通電パターンのうち一の通電パターンで一部のアームを工程Ｓ１でオンさせてから、複数の通電パターンに共通の一定時間が経過したタイミングで第２の割り込み信号を発生させる。初期位置推定部３８は、第１の割り込み信号の発生後に第２の割り込み信号が発生すると、一旦オフさせた当該一部のアームを一時的にオンさせる。初期位置推定部３８は、この一時的にオンさせた期間に、電流検出器２４に発生した電圧から、電流減少期間での電流ｉの測定値（図９の例では、ｉｐ１又はｉｐ２）を検出する。例えば、初期位置推定部３８は、複数の通電パターンのうち電流ｉの測定値が最小の通電パターンで決まる方向に、停止状態でのロータの磁極位置が存在すると推定する。

【0063】

なお、電流検出部２７、通電パターン生成部３５、電流検出タイミング調整部３４及び初期位置推定部３８の各機能は、不図示の記憶装置に読み出し可能に記憶されるプログラムによってＣＰＵ（Central Processing Unit）が動作することにより実現される。例えば、これらの各機能は、ＣＰＵを含むマイクロコンピュータにおけるハードウェアとソフトウェアとの協働により実現される。

【0064】

以上、モータ制御装置、モータシステム及びモータ制御方法を実施形態により説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。他の実施形態の一部又は全部との組み合わせや置換などの種々の変形及び改良が、本発明の範囲内で可能である。

【0065】

例えば、インバータの直流側に流れる電流の電流値に対応する検出信号を出力する電流検出器は、正側母線に流れる電流の電流値に対応する検出信号を出力するものでもよい。また、電流検出器は、ＣＴ（Current Transformer）等のセンサでもよい。

【符号の説明】

【0066】

１－１ モータシステム
４ モータ
２１ 直流電源
２２ａ 正側母線
２２ｂ 負側母線
２３ インバータ
２４ 電流検出器
２７ 電流検出部
３０ ベクトル制御部
３２ ＰＷＭ信号生成部
３３ 駆動回路
３４ 電流検出タイミング調整部
３５ 通電パターン生成部
３６ クロック発生部
３７ キャリア発生部
３８ 初期位置推定部
１００－１ モータ制御装置
Ｕｐ，Ｖｐ，Ｗｐ，Ｕｎ，Ｖｎ，Ｗｎ アーム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】