(57)【要約】【課題】インダクティブセンス方式を用いて、短時間で精度良くローターの磁極の初期位置を推定する。【解決手段】モーター制御装置７０は、センサレス方式のモーター３０のローターの磁極の初期位置を推定する制御部５０を含む。制御部５０は、モーター３０のローターの磁極の初期位置をインダクティブセンス方式を用いて推定する際に、複数の通電角度を順次変更しながら通電角度ごとに、ステーター巻線３１に第１電圧を印加させる。また、制御部５０は、電流検出回路４３が検出した検出電流の値に基づいて第１電圧とは逆極性の第２電圧を決定する。制御部５０は、第２電圧を第１電圧の印加の後ステーター巻線３１に印加させるように駆動回路４０を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサレス方式のモーターを制御するモーター制御装置であって、
前記モーターのステーター巻線の各相に電圧を印加するための駆動回路と、
前記ステーター巻線に流れる電流を検出する電流検出回路と、
前記駆動回路を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記モーターのローターの磁極の初期位置をインダクティブセンス方式を用いて推定する際に、
複数の通電角度を順次変更しながら前記通電角度ごとに、前記ステーター巻線に第１電圧を印加させるとともに、前記電流検出回路が検出した検出電流の値に基づいて前記第１電圧とは逆極性の第２電圧を決定し、当該第２電圧を前記第１電圧の印加の後前記ステーター巻線に印加させるように前記駆動回路を制御する、モーター制御装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記第２電圧が前記ステーター巻線に印加されているとき、前記検出電流の値に基づいて、前記第２電圧の値を変化させる、請求項１に記載のモーター制御装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記第２電圧を前記検出電流の値に基づいて設定するためのフィードバック制御部を含む、請求項２に記載のモーター制御装置。
【請求項４】
前記フィードバック制御部は、比例制御部と積分制御部とを含み、
前記制御部は、前記比例制御部における比例ゲインおよび前記積分制御部における積分ゲインの少なくともいずれかを前記検出電流の値に基づいて変更する、請求項３に記載のモーター制御装置。
【請求項５】
前記フィードバック制御部は、積分制御部を含み、
前記制御部は、前記ステーター巻線の電流特性の時定数に基づいて前記積分制御部の積分ゲインを設定する、請求項３に記載のモーター制御装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記ステーター巻線に流れる電流を、前記ステーター巻線への印加電圧と同じ電気角を有する第１の電流成分と、前記第１の電流成分と電気角が９０度異なる第２の電流成分とに変換し、
前記フィードバック制御部は、前記第１の電流成分の目標値と、前記第１の電流成分の値との偏差に基づいて前記第２電圧を設定する、請求項３に記載のモーター制御装置。
【請求項７】
前記フィードバック制御部は、比例制御部と積分制御部とを含み、
前記制御部は、前記偏差の絶対値が予め定められた値未満の場合に、前記偏差の絶対値が前記予め定められた値以上の場合よりも、前記比例制御部における比例ゲインの値を小さくし、かつ、前記積分制御部における積分ゲインの値を大きくする、請求項６に記載のモーター制御装置。
【請求項８】
前記第１の電流成分の目標値は０である、請求項６に記載のモーター制御装置。
【請求項９】
前記制御部は、前記第１の電流成分の目標値を、連続的またはステップ状に減少させる、請求項６に記載のモーター制御装置。
【請求項１０】
前記制御部は、前記第１の電流成分の目標値を、前記ステーター巻線の電流特性の時定数に基づいて指数関数的に減少させる、請求項９に記載のモーター制御装置。
【請求項１１】
前記モーターは、インナーローター型のモーターである、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のモーター制御装置。
【請求項１２】
記録媒体を１枚ずつ給送する給送ローラーと、
給送した前記記録媒体に画像を形成する画像形成部と、
前記給送ローラーを駆動するためのモーターを制御する、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のモーター制御装置とを備える、画像形成装置。
【請求項１３】
インダクティブセンス方式によるモーターのローターの磁極の初期位置推定方法であって、
それぞれ異なる通電角度で前記モーターのステーター巻線に電圧を印加する複数回の電圧印加ステップを備え、
各回の前記電圧印加ステップは、
対応する前記通電角度で第１電圧を印加するステップと、
前記ステーター巻線に流れる電流の検出値に基づいて、前記第１電圧とは逆極性の第２電圧を印加するステップとを含み、
各回の前記第１電圧の印加時における前記通電角度に応じた前記ステーター巻線の電流値の変化に基づいて、前記ローターの磁極の初期位置を推定するステップをさらに備える、初期位置推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この開示は、モーター制御装置に関し、特に、センサレス方式のモーターを起動させる際のローターの磁極の初期位置推定に関するものである。さらに、この開示は、ローター駆動用のモーターを制御する制御装置としてこのモーター制御装置を備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
センサレス方式のモーターでは、ステーターの各相コイルに対するローターの永久磁石の磁極位置を検出するセンサーがない。このため、ローターの回転中にステーター巻線に発生する誘起電圧に基づいてローターの磁極位置を推定する方法が一般に用いられる。しかしながら、この方法は、誘起電圧が検出できる程度にローターが回転している必要があるので、モーターの起動前の静止状態にあるローターの磁極の初期位置を推定する方法として用いることができない。
【０００３】
そこで、静止状態にあるローターの磁極位置を推定する方法として、インダクティブセンス方式を用いた方法が知られている（たとえば、特許第２５４７７７８号公報（特許文献１）を参照）。インダクティブセンス方式による初期位置推定の方法は、ローターが回転しないレベルの電圧を複数の電気角でステーター巻線に印加したとき、ローターの磁極位置とステーター巻線による電流磁界との位置関係に応じて、実効的なインダクタンスが微妙に変化する性質を利用している。具体的に特許文献１によれば、各電気角においてステーター巻線に電圧を一定の通電時間印加したとき、最も高い電流値を示す電気角がローターの磁極の位置を示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第２５４７７７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
インダクティブセンス方式では、複数の電気角でステーター巻線に電圧を印加する必要がある。ある電気角でステーター巻線にパルス電圧を印加すると巻線電流は増加し始め、一定時間の電圧の印加中に巻線電流は増加を続け、パルス電圧の印加を終了すると巻線電流は徐々に減少する。次の電気角でステーター巻線への電圧の印加を開始すると、巻線電流は再び増加し始め、以下同様の巻線電流の変化が繰り返される。
【０００６】
ここで、ローターの磁極の初期位置を精度良く検出するためには、ある電気角でのステーター巻線への電圧印加の終了後、次の電気角でステーター巻線に電圧の印加を開始するまでの間に、巻線電流は０にまで戻る必要がある。なぜなら、インダクティブセンス方式によるローターの磁極の初期位置推定は、通常、ステーター巻線への電圧印加中における巻線電流のピーク値に基づくので、残留電流があるとピーク電流の値に誤差が生じるからである。
【０００７】
一方で、ローターの磁極の初期位置の推定精度を高めるためには、多くの電気角でステーター巻線に電圧を印加して電圧印加中のピーク電流を検出する必要がある。この場合、各電気角での毎回の電圧印加後にステーター巻線の残留電流が完全に０に戻るのを待つ必要があるので、ローターの磁極の初期位置推定に時間がかかることになる。頻繁にモーターのオンオフが必要なアプリケーションでは、ローターの磁極の初期位置推定に時間がかかることは問題となる。しかしながら、インダクティブセンス方式を用いる場合に、電気角の数を減らすことによって初期位置推定の時間を減らそうとすると、磁極の初期位置の推定精度が劣化するために、モーターの起動中に脱調を起こす危険性が生じる。
【０００８】
この開示は、上記の問題点を考慮したものであり、その目的の１つは、インダクティブセンス方式を用いて、短時間で精度良くローターの磁極の初期位置を推定することが可能なモーターの制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
一実施形態のモーター制御装置は、センサレス方式のモーターを制御するためのものであり、モーターのステーター巻線の各相に電圧を印加するための駆動回路と、ステーター巻線に流れる電流を検出する電流検出回路と、駆動回路を制御する制御部とを備える。制御部は、モーターのローターの磁極の初期位置をインダクティブセンス方式を用いて推定する際に、複数の通電角度を順次変更しながら通電角度ごとに、ステーター巻線に第１電圧を印加させるとともに、電流検出回路が検出した検出電流の値に基づいて第１電圧とは逆極性の第２電圧を決定する。制御部は、当該第２電圧を第１電圧の印加の後ステーター巻線に印加させるように駆動回路を制御する。
【００１０】
好ましくは、制御部は、第２電圧がステーター巻線に印加されているとき、検出電流の値に基づいて、第２電圧の値を変化させる。
【００１１】
好ましくは、制御部は、第２電圧を検出電流の値に基づいて設定するためのフィードバック制御部を含む。
【００１２】
好ましくは、フィードバック制御部は、比例制御部と積分制御部とを含む。制御部は、比例制御部における比例ゲインおよび積分制御部における積分ゲインの少なくともいずれかを検出電流の値に基づいて変更する。
【００１３】
好ましくは、フィードバック制御部は、積分制御部を含む。制御部は、ステーター巻線の電流特性の時定数に基づいて積分制御部の積分ゲインを設定する。
【００１４】
好ましくは、制御部は、ステーター巻線に流れる電流を、ステーター巻線への印加電圧と同じ電気角を有する第１の電流成分と、第１の電流成分と電気角が９０度異なる第２の電流成分とに変換する。フィードバック制御部は、第１の電流成分の目標値と、第１の電流成分の値との偏差に基づいて第２電圧を設定する。
【００１５】
好ましくは、フィードバック制御部は、比例制御部と積分制御部とを含む。制御部は、偏差の絶対値が予め定められた値未満の場合に、偏差の絶対値が予め定められた値以上の場合よりも、比例制御部における比例ゲインの値を小さくし、かつ、積分制御部における積分ゲインの値を大きくする。
【００１６】
好ましくは、第１の電流成分の目標値は０である。
好ましくは、制御部は、第１の電流成分の目標値を、連続的またはステップ状に減少させる。
【００１７】
好ましくは、制御部は、第１の電流成分の目標値を、ステーター巻線の電流特性の時定数に基づいて指数関数的に減少させる。
【００１８】
好ましくは、モーターは、インナーローター型のモーターである。
一実施形態の画像形成装置は、記録媒体を１枚ずつ給送する給送ローラーと、給送した記録媒体に画像を形成する画像形成部と、給送ローラーを駆動するためのモーターを制御する、上記のモーター制御装置とを備える。
【００１９】
一実施形態の初期位置推定方法は、インダクティブセンス方式によりモーターのローターの磁極の初期位置を推定する。初期位置推定方法は、それぞれ異なる通電角度でモーターのステーター巻線に電圧を印加する複数回の電圧印加ステップを備える。各回の電圧印加ステップは、対応する通電角度で第１電圧を印加するステップと、ステーター巻線に流れる電流の検出値に基づいて、第１電圧とは逆極性の第２電圧を印加するステップとを含む。初期位置推定方法は、各回の第１電圧の印加時における通電角度に応じたステーター巻線の電流値の変化に基づいて、ローターの磁極の初期位置を推定するステップをさらに備える。
【発明の効果】
【００２０】
上記の実施形態によれば、インダクティブセンス方式を用いて、短時間で精度良くローターの磁極の初期位置を推定することが可能なモーターの制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】モーター制御装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】定常運転中のモーターを停止させてから再起動するまでのモーター回転速度を示すタイミング図である。
【図３】センサレスベクトル制御における交流電流および磁極位置を表示するための座標軸について説明するための図である。
【図４】モーターの運転中におけるセンサレスベクトル制御部の動作を示す機能ブロック図である。
【図５】静止状態にあるローターの磁極の初期位置を推定する方法を示す機能ブロック図である。
【図６】Ｕ相電圧、Ｖ相電圧、およびＷ相電圧と電気角との関係を示す図である。
【図７】ローターの磁極位置と電気角との相対的位置関係と、γ軸電流のピーク値との関係を示す図である。
【図８】γ軸電圧Ｖγ*と検出されたγ軸電流Ｉγとの関係を模式的に示すタイミング図である。
【図９】ローターの磁極の初期位置推定の手順の一例を示すフローチャーである。
【図１０】初期位置推定部５７が行うフィードバック制御について説明する図である。
【図１１】γ軸電流の検出値と目標値との偏差に応じて、第２電圧が変化することを表わす図である。
【図１２】時刻ｔ１から時刻ｔ３を含むγ軸電圧Ｖγ*とγ軸電流Ｉγとを拡大した図である。
【図１３】偏差に対応付けられた比例ゲインＫｐおよび積分ゲインＫｉの設定値を含むテーブル３１０を表わす図である。
【図１４】実施の形態２において、ローターの磁極の初期位置推定の手順の例を示すフローチャートである。
【図１５】目標値が０の場合の偏差と、目標値が指数関数的に減少する場合の偏差とについて説明する図である。
【図１６】画像形成装置の構成の一例を示す断面図である。
【図１７】画像形成装置のローラーの駆動制御に用いられるモーターとその制御装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、各実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して、その説明を繰り返さない。
【００２３】
＜実施の形態１＞
［モーター制御装置の全体構成］
図１は、モーター制御装置の全体構成を示すブロック図である。モーター制御装置７０は、センサレス方式の３相ブラシレスＤＣモーター（ＢＬＤＣＭ：Brushless  DC  Motor）３０を駆動制御する。図１に示すように、モーター制御装置７０は、駆動回路４０と、センサレスベクトル制御部５０と、上位制御部６０とを含む。センサレス方式であるため、ローターの回転位置を検出するためのホール素子またはエンコーダーは備えられていない。なお、以下ではモーター制御装置７０が駆動制御する対象をブラシレスＤＣモーター３０として説明を行うが、モーター制御装置７０が駆動制御する対象は、センサレス方式のモーターであれば、ブラシレスＤＣモーター３０以外のモーターであってもよい。ブラシレスＤＣモーター３０以外のモーターは、たとえば、ブラシ付きＤＣモーター等である。
【００２４】
駆動回路４０は、ＰＷＭ（Pulse  Width  Modulation）制御方式のインバーター回路であり、直流駆動電圧ＤＶを３相交流電圧に変換して出力する。具体的に、駆動回路４０は、センサレスベクトル制御部５０から受けたＰＷＭ信号であるインバーター駆動信号Ｕ＋，Ｕ−，Ｖ＋，Ｖ−，Ｗ＋，Ｗ−に基づいて、ブラシレスＤＣモーター３０にＵ相電圧ＵＭ、Ｖ相電圧ＶＭ、Ｗ相電圧ＷＭを供給する。駆動回路４０は、インバーター回路４１と、Ｕ相電流検出回路４３Ｕと、Ｖ相電流検出回路４３Ｖと、プリドライブ回路４４とを含む。
【００２５】
インバーター回路４１は、Ｕ相アーム回路４２Ｕと、Ｖ相アーム回路４２Ｖと、Ｗ相アーム回路４２Ｗとを含む。これらのアーム回路４２Ｕ，４２Ｖ，４２Ｗは、直流駆動電圧ＤＶが与えられたノードと、接地電圧ＧＮＤが与えられたノードとの間に互いに並列に接続される。以下、記載を簡潔にするため、直流駆動電圧ＤＶが与えられたノードを駆動電圧ノードＤＶと記載し、接地電圧ＧＮＤが与えられたノードを接地ノードＧＮＤと記載する。
【００２６】
Ｕ相アーム回路４２Ｕは、互いに直列に接続された高電位側のＵ相トランジスタＦＵ＋および低電位側のＵ相トランジスタＦＵ−を含む。Ｕ相トランジスタＦＵ＋およびＦＵ−の接続ノードＮｕは、ブラシレスＤＣモーター３０のＵ相巻線３１Ｕの一端と接続される。Ｕ相巻線３１Ｕの他端は中性点３２に接続される。
【００２７】
なお、図１に示すように、ブラシレスＤＣモーター３０のＵ相巻線３１Ｕ、Ｖ相巻線３１Ｖ、およびＷ相巻線３１Ｗの結線はスター結線である。この明細書では、Ｕ相巻線３１Ｕ、Ｖ相巻線３１Ｖ、およびＷ相巻線３１Ｗを総称して、ステーター巻線３１と称する。
【００２８】
同様に、Ｖ相アーム回路４２Ｖは、互いに直列に接続された高電位側のＶ相トランジスタＦＶ＋および低電位側のＶ相トランジスタＦＶ−を含む。Ｖ相トランジスタＦＶ＋およびＦＶ−の接続ノードＮｖは、ブラシレスＤＣモーター３０のＶ相巻線３１Ｖの一端と接続される。Ｖ相巻線３１Ｖの他端は中性点３２に接続される。
【００２９】
同様に、Ｗ相アーム回路４２Ｗは、互いに直列に接続された高電位側のＷ相トランジスタＦＷ＋および低電位側のＷ相トランジスタＦＷ−を含む。Ｗ相トランジスタＦＷ＋およびＦＷ−の接続ノードＮｗは、ブラシレスＤＣモーター３０のＷ相巻線３１Ｗの一端と接続される。Ｗ相巻線３１Ｗの他端は中性点３２に接続される。
【００３０】
Ｕ相電流検出回路４３ＵおよびＶ相電流検出回路４３Ｖは、２シャント方式でモーター電流を検出する。具体的に、Ｕ相電流検出回路４３Ｕは、低電位側のＵ相トランジスタＦＵ−と接地ノードＧＮＤとの間に接続される。Ｖ相電流検出回路４３Ｖは、低電位側のＶ相トランジスタＦＶ−と接地ノードＧＮＤとの間に接続される。なお、以下ではＵ相電流検出回路４３ＵおよびＶ相電流検出回路４３Ｖを総称して「電流検出回路４３」とも称する。
【００３１】
Ｕ相電流検出回路４３ＵおよびＶ相電流検出回路４３Ｖは、それぞれシャント抵抗を含む。シャント抵抗の抵抗値は１／１０Ωオーダーの小さい値である。このため、Ｕ相電流検出回路４３Ｕによって検出されたＵ相電流Ｉｕを表す信号およびＶ相電流検出回路４３Ｖによって検出されたＶ相電流Ｉｖを表す信号は、アンプ（不図示）によって増幅される。その後、Ｕ相電流Ｉｕを表す信号およびＶ相電流Ｉｖを表す信号は、ＡＤ（Analog-to-Digital）変換器（不図示）によってＡＤ変換されてから、センサレスベクトル制御部５０に取り込まれる。
【００３２】
Ｗ相電流Ｉｗは、Ｕ相電流ＩｕとＶ相電流Ｉｖとからキルヒホッフの電流則、すなわち、Ｉｗ＝−Ｉｕ−Ｉｖから求めることができるので、検出する必要はない。より一般的には、Ｕ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、およびＷ相電流Ｉｗのうち、いずれか２相の電流を検出すればよく、他の１相の電流値は検出した２相の電流値から計算することができる。
【００３３】
プリドライブ回路４４は、センサレスベクトル制御部５０から受けたＰＷＭ信号であるインバーター駆動信号Ｕ＋，Ｕ−，Ｖ＋，Ｖ−，Ｗ＋，Ｗ−を増幅して、トランジスタＦＵ＋，ＦＵ−，ＦＶ＋，ＦＶ−，ＦＷ＋，ＦＷ−のゲートにそれぞれ出力する。
【００３４】
トランジスタＦＵ＋，ＦＵ−，ＦＶ＋，ＦＶ−，ＦＷ＋，ＦＷ−の種類は特に限定されない。たとえば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal  Oxide  Semiconductor  Field  Effect  Transistor）であってもよいし、バイポーラトランジスタであってもよいし、ＩＧＢＴ（Insulated  Gate  Bipolar  Transistor）であってもよい。
【００３５】
センサレスベクトル制御部５０は、ブラシレスＤＣモーター３０をベクトル制御する。インバーター駆動信号Ｕ＋，Ｕ−，Ｖ＋，Ｖ−，Ｗ＋，Ｗ−を生成して駆動回路４０に供給する。さらに、センサレスベクトル制御部５０は、ブラシレスＤＣモーター３０を起動させる際には、静止状態にあるローターの磁極の初期位置をインダクティブセンス方式によって推定する。センサレスベクトル制御部５０は、ＡＳＩＣ（Application  Specific  Integrated  Circuit）などの専用回路として構成されていてもよいし、ＦＰＧＡ（Field  Programmable  Gate  Array）および／またはマイクロコンピュータなどを利用してその機能を実現するように構成されていてもよい。
【００３６】
上位制御部６０は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）およびメモリなどを備えたコンピュータをベースに構成される。上位制御部６０は、センサレスベクトル制御部５０に起動指令、停止指令、および回転角速度指令などを出力する。
【００３７】
なお、上記と異なり、センサレスベクトル制御部５０および上位制御部６０が１つのＡＳＩＣまたはＦＰＧＡなどによって構成されていてもよい。この開示では、駆動回路４０を制御する主体を総称して制御部とも称する。制御部は、センサレスベクトル制御部５０に対応すると考えてもよいし、センサレスベクトル制御部５０と上位制御部６０とを組み合わせた全体と考えてもよい。また、制御部は、ＡＳＩＣなどの専用回路によって構成されていてもよいし、ＦＰＧＡまたはマイクロコンピュータなどによって構成されていてもよいし、それらのうちのいくつかを組み合わせて構成されていてもよい。
【００３８】
［モーター運転の概要について］
図２は、定常運転中のモーターを停止させてから再起動するまでのモーター回転速度を示すタイミング図である。横軸は時間を示し、縦軸はモーターの回転速度を示す。
【００３９】
図２を参照して、時刻ｔ１０から時刻ｔ２０までの間でモーターが減速され、時刻ｔ２０でモーターの回転は停止する。時刻ｔ２０から時刻ｔ３０までの間は、ステーターへの励磁電流の供給が停止されている。
【００４０】
時刻ｔ４０からのモーターの再起動に先立って、時刻ｔ３０から時刻ｔ４０までの間で、ローターの磁極の初期位置推定が実行される。ローターに回転方向のトルクを与えるためには、ローターの磁極の初期位置に応じた適切な電気角でステーター巻線３１に三相交流電流を供給する必要がある。このために、ローターの磁極の初期位置が推定される。本開示では、ローターの磁極の初期位置推定の方法としてインダクティブセンス方式が用いられる。
【００４１】
時刻ｔ４０においてローターの回転が開始されると、以後、センサレスベクトル制御方式によってブラシレスＤＣモーター３０が制御される。時刻ｔ５０から回転速度が一定の定常運転に入る。
【００４２】
［センサレスベクトル制御方式の座標軸について］
図３は、センサレスベクトル制御における交流電流および磁極位置を表示するための座標軸について説明するための図である。
【００４３】
図３を参照して、ベクトル制御では、３相ブラシレスＤＣモーター３０のステーター巻線３１に流れる３相交流（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）を、ローターの永久磁石と同期して回転する２相の成分に変数変換する。具体的に、ローター３５の磁極の方向をｄ軸としｄ軸から電気角で９０°位相が進んだ方向をｑ軸とする。さらに、Ｕ相座標軸からのｄ軸の角度をθと定義する。
【００４４】
ここで、ローターの回転角度を検出する位置センサーを持たない制御方式である、センサレスベクトル制御方式の場合には、ローターの回転角度を表す位置情報を何らかの方法で推定する必要がある。推定された磁極方向をγ軸とし、γ軸から電気角で９０°位相が進んだ方向をδ軸とする。Ｕ相座標軸からのγ軸の角度をθＭとする。θに対するθＭの遅れを、Δθと定義する。
【００４５】
モーターを起動させる際に、インダクティブセンス方式で静止状態にあるローターの磁極の初期位置を推定するときにも、図３の座標軸が用いられる。この場合、ローターの磁極の真の位置を電気角θで表す。磁極の初期位置を推定するために、ステーター巻線３１に流す電流の電気角をθＭで表す。なお、電気角θＭを通電角度とも称する。
【００４６】
［モーター運転中のベクトル制御］
図４は、モーターの運転中におけるセンサレスベクトル制御部の動作を示す機能ブロック図である。以下、図４を参照して、モーター運転中におけるセンサレスベクトル制御部５０の動作について簡単に説明する。
【００４７】
センサレスベクトル制御部５０は、座標変換部５５と、回転速度制御部５１と、電流制御部５２と、座標変換部５３と、ＰＷＭ変換部５４と、磁極位置推定部５６とを含む。
【００４８】
座標変換部５５は、駆動回路４０のＵ相電流検出回路４３Ｕで検出されたＵ相電流Ｉｕと、Ｖ相電流検出回路４３Ｖで検出されたＶ相電流Ｉｖとを表す信号を受け取る。座標変換部５５は、Ｕ相電流ＩｕとＶ相電流ＩｖとからＷ相電流Ｉｗを計算する。そして、座標変換部５５は、Ｕ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、およびＷ相電流Ｉｗ（以下、Ｕ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、およびＷ相電流Ｉｗを総称して「検出電流」とも称する。）を座標変換することによって、γ軸電流Ｉγとδ軸電流Ｉδとを生成する。具体的には以下の手順による。
【００４９】
まず、次式（１）に従って、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相電流をα軸電流Ｉαおよびβ軸電流Ｉβの２相電流に変換する。この変換はClarke変換と呼ばれる。
【００５０】
【数１】
2020137321.tif 000003
【００５１】
次に、次式（２）に従って、α軸電流Ｉαおよびβ軸電流Ｉβを回転座標系であるγ軸電流Ｉγおよびδ軸電流Ｉδに変換する。この変換はPark変換と呼ばれる。次式（２）において、θＭは磁極位置推定部５６によって推定された磁極方向の電気角、すなわち、Ｕ相座標軸からのγ軸の角度である。
【００５２】
【数２】
2020137321.tif 000004
【００５３】
回転速度制御部５１は、上位制御部６０から起動命令、停止命令、目標回転角速度ω*を受け取る。回転速度制御部５１は、目標回転角速度ω*と、磁極位置推定部５６によって推定されたローター３５の回転角速度ωＭとから、たとえば、ＰＩ制御（比例・積分制御）またはＰＩＤ制御（比例・積分・微分制御）などにより、ブラシレスＤＣモーター３０へのγ軸電流Ｉγ*およびδ軸電流Ｉδ*を決定する。
【００５４】
電流制御部５２は、回転速度制御部５１から与えられたγ軸電流Ｉγ*およびδ軸電流Ｉδ*と、座標変換部５５から与えられた現時点のγ軸電流Ｉγおよびδ軸電流Ｉδとから、たとえば、ＰＩ制御またはＰＩＤ制御などにより、γ軸電圧Ｖγ*およびδ軸電圧Ｖδ*を決定する。
【００５５】
座標変換部５３は、電流制御部５２からγ軸電圧Ｖγ*およびδ軸電圧Ｖδ*を受け取る。座標変換部５３は、γ軸電圧Ｖγ*およびδ軸電圧Ｖδ*を座標変換することにより、Ｕ相電圧Ｖｕ*、Ｖ相電圧Ｖｖ*、およびＷ相電圧Ｖｗ*を生成する。具体的には以下の手順による。
【００５６】
まず、次式（３）に従って、γ軸電圧Ｖγ*およびδ軸電圧Ｖδ*を、α軸電圧Ｖα*およびβ軸電圧Ｖβ*に変換する。この変換は、逆Park変換と呼ばれる。次式（３）において、θＭは磁極位置推定部５６によって推定された磁極方向の電気角、すなわち、Ｕ相座標軸からのγ軸の角度である。
【００５７】
【数３】
2020137321.tif 000005
【００５８】
次に、次式（４）に従って、α軸電圧Ｖα*およびβ軸電圧Ｖβ*を、３相のＵ相電圧Ｖｕ*、Ｖ相電圧Ｖｖ*、およびＷ相電圧Ｖｗ*に変換する。この変換は逆Clarke変換と呼ばれる。なお、α，βの２相からＵ，Ｖ，Ｗの３相への変換は、逆Clarke変換に代えて空間ベクトル変換を用いることもできる。
【００５９】
【数４】
2020137321.tif 000006
【００６０】
ＰＷＭ変換部５４は、Ｕ相電圧Ｖｕ*、Ｖ相電圧Ｖｖ*、およびＷ相電圧Ｖｗ*に基づいて、トランジスタＦＵ＋，ＦＵ−，ＦＶ＋，ＦＶ−，ＦＷ＋，ＦＷ−のゲートをそれぞれ駆動するためのＰＷＭ信号であるインバーター駆動信号Ｕ＋，Ｕ−,Ｖ＋，Ｖ−，Ｗ＋，Ｗ−を生成する。
【００６１】
磁極位置推定部５６は、γ軸電流Ｉγおよびδ軸電流Ｉδとγ軸電圧Ｖγ*およびδ軸電圧Ｖδ*とから、ローター３５の現時点の回転角速度ωＭと、磁極位置を表す電気角θＭとを推定する。具体的に、磁極位置推定部５６は、γ軸誘起電圧を０にするような回転角速度ωＭを算出し、回転角速度ωＭから磁極位置を表す電気角θＭを推定する。磁極位置推定部５６は、推定した回転角速度ωＭを上位制御部６０に出力するとともに回転速度制御部５１に出力する。また、磁極位置推定部５６は、推定した磁極位置を表す電気角θＭの情報を、座標変換部５３，５５に出力する。
［静止状態にあるローターの磁極の初期位置推定］
図５は、静止状態にあるローターの磁極の初期位置を推定する方法を示す機能ブロック図である。図４の磁極位置推定部５６は、ステーター巻線３１に生じる誘起電圧を利用したものであるので、ローターが静止しているときには使用することができない。このため、図５では、磁極位置推定部５６に代えて、インダクティブセンス方式でローター３５の磁極の初期位置を推定する初期位置推定部５７が設けられている。
【００６２】
ここで、インダクティブセンス方式では、複数の電気角を順次変更しながらステーター巻線３１に連続的またはＰＷＭによって間欠的に定電圧を印加し、電気角ごとにステーター巻線３１に流れる電流の変化が検出される。ここで、ステーター巻線３１への通電時間および印加電圧の大きさは、ローター３５が回転しないレベルに設定される。ただし、通電時間が短すぎたり、印加電圧の大きさが小さすぎたりすると、磁極の初期位置を検出できなくなるので注意が必要である。
【００６３】
前述のように、インダクティブセンス方式を用いた初期位置推定方法は、ローターが回転しないレベルの電圧を複数の電気角でステーター巻線に印加したとき、ローターの磁極位置とステーター巻線による電流磁界との位置関係に応じて、実効的なインダクタンスが微妙に変化する性質を利用している。このインダクタンスの変化は、ｄ軸電流の場合に顕著に生じる磁気飽和現象に基づいている。また、永久磁石埋め込み型（ＩＰＭ：Interior  Permanent  Magnet）モーターの場合には、ｑ軸方向のインダクタンスがｄ軸方向のインダクタンスよりも大きくなる突極性を有しているので、磁気飽和が生じなくてもインダクタンスの変化を検出できる場合がある。
【００６４】
具体的にローターの磁極の方向を検知するためにしばしば用いられる手法は、電気角ごとの通電時間および印加電圧（具体的にはγ軸電圧）を一定にして、通電時間内でのγ軸電流Ｉγのピーク値を検出し、最大のピーク値が得られた電気角（すなわち、実効的なインダクタンスが最小となる電気角）が磁極の方向であると判定するものである。もしくは、通電の開始からγ軸電流Ｉγが予め定められた電流閾値に達するまでの時間を計測するという方法によってもよい。γ軸電流Ｉγが電流閾値に達するまでの時間が最も短い場合、すなわち、最もインダクタンスが低い場合の電気角が、ローターの磁極位置に対応している。以下では、電気角ことにγ軸電流Ｉγの最大ピーク値を検出するという前者の方法を主に説明するが、本開示の技術は後者の場合にも適用可能である。このように、センサレスベクトル制御部５０は、複数回の電圧印加のうち各回の電圧印加時における通電角度に応じたステーター巻線３１の電流値（γ軸電流Iγの値）の変化に基づいて、ローターの磁極の初期位置を推定できる。さらに、本開示の技術はインダクティブセンス方式に基づくその他の方法にも適用可能である。
【００６５】
本開示のモーター制御装置では、さらに、上記のインダクタンスの変化を検出するための電圧印加の後に、γ軸電流Ｉγを０に戻すために逆極性の電圧を印加する点に特徴がある。以下では、前者の電圧印加のための電圧を第１電圧と称し、後者の逆極性の電圧印加のための電圧を第２電圧と称する。以下、図面を参照して詳しく説明する。
【００６６】
図５を参照して、センサレスベクトル制御部５０は、ローター３５の磁極の初期位置を推定するための機能として、初期位置推定部５７と、座標変換部５３と、ＰＷＭ変換部５４と、座標変換部５５とを含む。このように、ローターの磁極の初期位置推定では、図４で説明したベクトル制御の機能の一部が利用される。以下、各部の機能についてさらに詳しく説明する。
【００６７】
（１．  初期位置推定部によるγ軸電圧、電角度、および通電時間の設定）
初期位置推定部５７は、γ軸電圧Ｖγ*の大きさ、ステーター巻線３１に印加する電気角θＭ、および通電時間を設定する。初期位置推定部５７は、δ軸の電圧Ｖδ*を０に設定する。
【００６８】
初期位置推定部５７は、ローター３５を回転させない範囲で十分なＳＮ比のγ軸電流Ｉγが得られるようなγ軸電圧Ｖγ*を設定する。γ軸電圧Ｖγ*には、たとえば、前述の第１電圧と第２電圧とが含まれる。初期位置推定部５７は、γ軸電圧Ｖγ*と、δ軸の電圧Ｖδ*（＝０）とを座標変換部５３に出力する。なお、電気角θＭは、０度から３６０度の範囲で複数の角度に設定される。たとえば、初期位置推定部５７は、電気角θＭを３０度刻みで０度から３６０度まで変化させる。
【００６９】
（２．  座標変換部５３）
座標変換部５３は、γ軸電圧Ｖγ*およびδ軸の電圧Ｖδ*（＝０）を座標変換することにより、Ｕ相電圧Ｖｕ*、Ｖ相電圧Ｖｖ*、およびＷ相電圧Ｖｗ*を生成する。この座標変換前述の式（３）によって表される逆Park変換および前述の式（４）によって表される逆Clarke変換が用いられる。
【００７０】
具体的に、Ｕ相電圧Ｖｕ*、Ｖ相電圧Ｖｖ*、およびＷ相電圧Ｖｗ*は、次式（５）で表される。次式（５）において、電圧の振幅をＶ0としている。
【００７１】
【数５】
2020137321.tif 000007
【００７２】
図６は、Ｕ相電圧、Ｖ相電圧、およびＷ相電圧と電気角との関係を示す図である。図６では、上式（５）における電圧の振幅Ｖ0を１に規格化している。
【００７３】
図６を参照して、上式（５）で示されるＵ相電圧Ｖｕ*、Ｖ相電圧Ｖｖ*、およびＷ相電圧Ｖｗ*は、任意のθＭに対して定めることができる。たとえば、θＭ＝０°のとき、Ｖｕ*＝１、Ｖｖ*＝Ｖｗ*＝−０．５である。θＭ＝３０度のとき、Ｖｕ*＝（√３）／２、Ｖｖ*＝０、Ｖｗ*＝−（√３）／２である。
【００７４】
（３．  ＰＷＭ変換部５４）
再び図５を参照して、ＰＷＭ変換部５４は、Ｕ相電圧Ｖｕ*、Ｖ相電圧Ｖｖ*、およびＷ相電圧Ｖｗ*に基づいて、トランジスタＦＵ＋，ＦＵ−，ＦＶ＋，ＦＶ−，ＦＷ＋，ＦＷ−のゲートをそれぞれ駆動するためのＰＷＭ信号であるインバーター駆動信号Ｕ＋，Ｕ−，Ｖ＋，Ｖ−，Ｗ＋，Ｗ−を生成する。
【００７５】
生成されたインバーター駆動信号Ｕ＋，Ｕ−，Ｖ＋，Ｖ−，Ｗ＋，Ｗ−に従って、駆動回路４０は、ブラシレスＤＣモーター３０のＵ相巻線３１Ｕ、Ｖ相巻線３１Ｖ、およびＷ相巻線３１Ｗに、パルス幅変調されたＵ相電圧ＵＭ、Ｖ相電圧ＶＭ、およびＷ相電圧ＷＭを供給する。インバーター駆動信号のパルス数は、設定された通電時間に対応している。駆動回路４０に設けられた電流検出回路４３ＵおよびＶ相電流検出回路４３Ｖは、Ｕ相電流ＩｕおよびＶ相電流Ｉｖをそれぞれ検出する。検出されたＵ相電流ＩｕおよびＶ相電流Ｉｖを表す信号は、座標変換部５５に入力される。
【００７６】
（４．  座標変換部５５）
座標変換部５５は、Ｕ相電流ＩｕとＶ相電流ＩｖとからＷ相電流Ｉｗを計算する。そして座標変換部５５は、Ｕ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、およびＷ相電流Ｉｗを座標変換することによって、γ軸電流Ｉγとδ軸電流Ｉδとを生成する。この座標変換には、前述の式（１）のClarke変換および式（２）のPark変換が用いられる。
【００７７】
なお、仮に、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相で電気特性および磁気特性に違いがなく、さらに、ローター３５の永久磁石の影響がなければ、Ｕ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、Ｗ相電流Ｉｗの相互の比率は電圧Ｖｕ*，Ｖｖ*，Ｖｗ*の相互の比率に等しいはずである。したがって、この仮想的な場合には、たとえば、δ軸電流Ｉδは電気角によらず０になり、γ軸電流Ｉγは電気角によらず一定値になる。
【００７８】
初期位置推定部５７は、複数の電気角θＭに対してそれぞれ得られたγ軸電流Ｉγのピーク値に基づいて、ローター３５の磁極の位置を推定する。上記のようにγ軸電流Ｉγが０の値に戻るまで待ってから次の電気角で通電する場合、理想的には、γ軸電流Ｉγのピーク値の最大値が得られたときの電気角θＭが、ローター３５の磁極の位置θにほぼ一致する。
【００７９】
図７は、ローターの磁極位置と電気角との相対的位置関係と、γ軸電流のピーク値との関係を示す図である。まず、図７（Ａ）を参照して、ローター３５の磁極位置θと電気角θＭとの相対的位置関係について説明する。
【００８０】
図７（Ａ）の場合、ローター３５の磁極位置θは０度に固定されている。したがって、ｄ軸は電気角０度の方向に定められ、ｑ軸は電気角９０度の方向に定められる。一方、電気角θＭは０度から３６０度まで３０度刻みで変化する。図７（Ａ）では、電気角θＭが０度の場合のγ軸とδ軸が示されている。この場合、Δθ＝０度である。
【００８１】
次に、図７（Ｂ）を参照して、磁極位置θと電気角θＭとの角度差Δθとγ軸電流Ｉγのピーク値との関係を説明する。図７（Ｂ）の横軸は角度差Δθγ軸電流Ｉγのピーク値を示す。縦軸の単位は任意単位である。
【００８２】
図７（Ｂ）に示すように、理想的には、磁極位置θと電気角θＭとの角度差Δθが０度のとき、すなわち、磁極位置θと電気角θＭとが一致するとき（図７（Ａ）では、θ＝θＭ＝０度の場合）、γ軸電流Ｉγのピーク値が最大値を示す。
【００８３】
図８は、γ軸電圧Ｖγ*と検出されたγ軸電流Ｉγとの関係を模式的に示すタイミング図である。より具体的には、図８（Ａ）では、γ軸電圧Ｖγ*が前述の第１電圧のみを含む場合のγ軸電流Ｉγの推移が示され、図８（Ｂ）では、γ軸電圧Ｖγ*が前述の第１電圧および第２電圧の両方を含む場合のγ軸電流Ｉγの推移が示される。
【００８４】
最初に、γ軸電圧Ｖγ*が第１電圧のみを含む場合のγ軸電流Ｉγの推移について説明する。図８（Ａ）を参照して、図５の初期位置推定部５７は、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間、電気角θＭをたとえば０度に設定するとともに、γ軸電圧Ｖγ*として第１電圧を設定する。第１電圧は、たとえば、正の定電圧である。ステーターのＵ相巻線３１Ｕ、Ｖ相巻線３１Ｖ、およびＷ相巻線３１Ｗには、第１電圧に基づくパルス幅変調されたＵ相電圧ＵＭ、Ｖ相電圧ＶＭ、およびＷ相電圧ＷＭがそれぞれ印加される。この結果、γ軸電流Ｉγは、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間、０から徐々に増加し、時刻ｔ２でピーク値Ｉγｐ１に達する。時刻ｔ２以降、ステーター巻線３１への電圧印加が停止するので、γ軸電流Ｉγはピーク値Ｉγｐ１から電流値が徐々に減少する。ステーター巻線３１に次に電圧が印加される時刻ｔ６までの間に、Ｕ相電流Ｉｕ，Ｖ相電流Ｉｖ，Ｗ相電流Ｉｗの値が０に戻る結果、γ軸電流Ｉγの値も０まで戻る。
【００８５】
次に、初期位置推定部５７は、時刻ｔ６から時刻ｔ８までの間、電気角θＭをたとえば３０度に設定するとともに、γ軸電圧Ｖγ*として前回と同じ第１電圧を設定する。この結果、γ軸電流Ｉγは、時刻ｔ６から時刻ｔ８までの間、０から徐々に増加し、時刻ｔ８でピーク値Ｉγｐ２に達する。時刻ｔ８以降、ステーター巻線３１への電圧印加が停止するので、γ軸電流Ｉγは徐々に減少する。
【００８６】
以下、同様に、初期位置推定部５７は、電気角θＭの設定角度を変更し、変更された電気角θＭにおいて、γ軸電圧Ｖγ*として第１電圧を設定する。設定された第１電圧に基づいてパルス幅変調された電圧がステーター巻線３１に印加される。なお、第１電圧が印加される時間は、たとえば、各電気角で同一の時間となる。そして、たとえば、第１電圧の印加終了時におけるγ軸電流Ｉγがピーク値として検出される。
【００８７】
初期位置推定部５７は、電気角０度におけるピーク値Ｉγｐ１を検出してからγ軸電流Ｉγが０となるまで、次の電気角３０度における電圧印加を開始することができない。すなわち、初期位置推定部５７は、ある電気角でのγ軸電流のピーク値を検出してから次の電気角でのγ軸電流のピーク値を検出するまでに、時間（図８の場合、時刻ｔ２から時刻ｔ６までの時間間隔２１０）を要する。このため、初期位置推定部５７は、電気角θＭを３０度刻みで０度から３６０度まで変化させると、ローターの磁極の初期位置を検出するのに多くの時間を要することとなる。
【００８８】
これに対して、図８（Ｂ）に示すように、本開示のモーター制御装置７０は、たとえば、第１電圧に基づく電圧がステーター巻線３１に印加された後に第１電圧とは逆極性の第２電圧に基づく電圧をステーター巻線３１に印加する。第２電圧に基づく電圧の印加は、１つの電気角においてピーク値を検出した後にγ軸電流Ｉγが０となるまでの時間を短縮するために行われる。
【００８９】
第１電圧は、たとえば、γ軸の正および負いずれかの電圧であり、定電圧である。第１電圧は、たとえば、予め定められた時間だけ出力される。第２電圧は、第１電圧とは逆極性の電圧である。第２電圧は、たとえば、第１電圧の出力直後に出力されてもよい。実施の形態１では、第２電圧は一定値である。第２電圧は、たとえば、第１電圧の出力中の検出電流のピーク値に基づいて設定される。第２電圧は、第１電圧が設定された後に設定される。なお、第２電圧を、第２電圧の出力中の検出電流値に基づくフィードバック制御によって変化させる例については、実施の形態２以降で説明する。
【００９０】
より具体的には、初期位置推定部５７は、第１電圧と第２電圧とを含むγ軸電圧Ｖγ*を設定する。初期位置推定部５７が電気角θＭをたとえば０度に設定すると、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間、第１電圧に基づき決定された電圧がステーター巻線３１の各相に印加される。一例として挙げた図８（Ｂ）の場合、第１電圧は、正の電圧の＋１０である。
【００９１】
次に、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの間、電気角θＭを０度に設定したまま変更せずに、第２電圧に基づき決定された電圧が、ステーター巻線３１の各相に印加される。第２電圧は、たとえば、第１電圧とは逆極性となる負の値である。また第１電圧は予め定められた値であるが、第２電圧は、第１電圧の出力中の検出電流のピーク値に基づいて決定される。検出電流は、上述のとおり、Ｕ相電流検出回路４３Ｕで検出されたＵ相電流Ｉｕと、Ｖ相電流検出回路４３Ｖで検出されたＶ相電流Ｉｖと、Ｗ相電流Ｉｗとを総称したものである。検出電流としてのＵ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流ＩｖおよびＷ相電流Ｉｗが時間とともに増加するにつれて、これら電流値を座標変換することによって得られたγ軸電流Ｉγの電流値も大きくなる。
【００９２】
初期位置推定部５７は、一定の第２電圧を出力する。第２電圧は、第１電圧と同じでもよいし異なってもよい。γ軸電流Ｉγをできるだけ早く０に近づけるために、第２電圧の絶対値を第１電圧の絶対値と比べて大きくしてもよい。また、第１電圧の出力に基づくγ軸電流Ｉγのピーク値Ｉγｐの値は、第１電圧の大きさに応じて変化する。また、ローターの磁極位置とステーター巻線による電流磁界との位置関係に応じて、実効的なインダクタンスが微妙に変化する。そして、ピーク値Ｉγｐの値は、インダクタンスによっても変化する。より具体的には、ピーク値Ｉγｐの値は、インダクタンスが小さいほど大きくなる。また、ピーク値Ｉγｐの値は、第１電圧が大きいほど大きくなる。ピーク値Ｉγｐの値も大きい場合に、γ軸電流Ｉγをできるだけ早く０に近づけるためには、ピーク値Ｉγｐの値に応じて、第２電圧を大きくする必要がある。
【００９３】
第２電圧に基づき決定された電圧がステーター巻線３１の各相に印加されることで、γ軸電流Ｉγの単位時間当たりの減少量は、第２電圧に基づき決定された電圧がステーター巻線３１の各相に印加されない場合に比べて大きくなる。そして、ステーター巻線３１に次に第１電圧に基づく電圧が印加される時刻ｔ４までの間に、Ｕ相電流Ｉｕ，Ｖ相電流Ｉｖ，Ｗ相電流Ｉｗの値が０に戻る結果、γ軸電流Ｉγの値も０まで戻る。
【００９４】
次に、初期位置推定部５７は、γ軸電圧Ｖγ*として、前回と同じ値の第１電圧を、時刻ｔ４から時刻ｔ５までの間に出力し、この第１電圧の出力によって検出された電流ピーク値に基づいて生成された第２電圧を時刻ｔ５から時刻ｔ７までの間出力する。時刻ｔ４から時刻ｔ７までの間、初期位置推定部５７は、電気角θＭをたとえば３０度に設定する。これにより、時刻ｔ４から時刻ｔ５までの間、第１電圧と設定された電気角θＭとに基づき決定された電圧がステーター巻線の各相に印加される。この結果、γ軸電流Ｉγは、時刻ｔ４から時刻ｔ５までの間、０から徐々に増加し、時刻ｔ５でピーク値Ｉγｐ４に達する。時刻ｔ５から時刻ｔ７までの間、第２電圧と設定された電気角θＭとに基づき決定されたと電圧がステーター巻線の各相に印加される。この結果、γ軸電流Ｉγの単位時間当たりの減少量は、第２電圧に基づき決定された電圧がステーター巻線３１の各相に印加されない場合に比べて大きくなる。そのため、γ軸電流Ｉγは比較的短時間で０の値となる。
【００９５】
以降同様に、電気角θＭの設定角度を変更し、変更された電気角θＭにおいて、第１電圧に基づくパルス幅変調された電圧が定められた時間の間ステーター巻線に印加される。その直後に第２電圧と上記の変更された電気角θＭとに基づく電圧がステーター巻線３１に印加される。
【００９６】
図８（Ｂ）の場合、電気角０度においてピーク値Ｉγｐ３が検出されてから、γ軸電流Ｉγが０になって次の電気角３０度におけるＩγが０から増加し始めるまでに時刻ｔ２から時刻ｔ４までの時間間隔２２０に相当する時間が必要となる。時間間隔２２０は、第２電圧に基づく電圧が印加されない図８（Ａ）の場合の時間間隔２１０よりも時間間隔２３０だけ短い。したがって、モーター制御装置７０は、インダクティブセンス方式を用いて、短時間で精度良くローターの磁極の初期位置を推定することが可能となる。
【００９７】
［ローターの磁極の初期位置の推定手順］
図９は、ローターの磁極の初期位置推定の手順の一例を示すフローチャーである。図５および図９を主として参照して、これまでの説明を総括する。
【００９８】
図９のステップＳ１００において、γ軸電圧Ｖγ*、電気角度θＭごとのステーター巻線３１への電圧印加時間（すなわち、通電時間）、全通電回数ｎが設定される。たとえば、３０度ごとにステーター巻線３１に電圧を印加する場合には全通電回数ｎは１２に設定される。通電回数をカウントするパラメーターをｉとする。ｉの初期値は０である。なお、通電回数ｉに対応する電気角θＭ［ｉ］は、たとえば、テーブルの形でメモリに予め格納されている。
【００９９】
次のステップＳ１１０において、初期位置推定部５７は通電回数を表すパラメーターｉを１だけインクリメントする。
【０１００】
その次のステップＳ１１１において、座標変換部５３は、パラメーターｉに対応する電気角θＭ［ｉ］と、その電気角θＭ［ｉ］での余弦値および正弦値とをテーブルから読み出す。座標変換部５３は、読み出した電気角θＭと第１電圧のみを含むγ軸電圧Ｖγ*とから、Ｕ相電圧Ｖｕ*、Ｖ相電圧Ｖｖ*、およびＷ相を算出する。
【０１０１】
その次のステップＳ１１２において、ＰＷＭ変換部５４は、予め設定した電圧印加時間の間、ＰＷＭ信号であるインバーター駆動信号Ｕ＋，Ｕ−，Ｖ＋，Ｖ−，Ｗ＋，Ｗ−を駆動回路４０に出力する。
【０１０２】
その次のステップＳ１１３において、駆動回路４０のインバーター回路４１は、上記のインバーター駆動信号Ｕ＋，Ｕ−，Ｖ＋，Ｖ−，Ｗ＋，Ｗ−に基づいてブラシレスＤＣモーター３０のステーター巻線３１の各相に、パルス幅変調されたＵ相電圧ＵＭ、Ｖ相電圧ＶＭ、およびＷ相電圧ＷＭを印加する。
【０１０３】
その次のステップＳ１１４において、図１のＵ相電流検出回路４３ＵおよびＶ相電流検出回路４３Ｖは、通電期間内でのＵ相ピーク電流ＩｕｐおよびＶ相ピーク電流Ｉｖｐを検出する。たとえば、図１のＵ相電流検出回路４３ＵおよびＶ相電流検出回路４３Ｖは、予め定められたサンプリング周期で通電期間内のＵ相電流ＩｕおよびＶ相電流Ｉｖを検出し、初期位置推定部５７が、検出されたＵ相電流ＩｕおよびＶ相電流Ｉｖからピーク値を特定するようにしてもよい。もしくは、通電期間の終了時点におけるＵ相電流ＩｕおよびＶ相電流Ｉｖの値を、それぞれＵ相ピーク電流ＩｕｐおよびＶ相ピーク電流Ｉｖｐとしてもよい。
【０１０４】
その次のステップＳ１１５において、座標変換部５５は、Ｕ相ピーク電流ＩｕｐおよびＶ相ピーク電流ＩｖｐからＷ相ピーク電流Ｉｗｐを、Ｉｗｐ＝−Ｉｕｐ−Ｉｖｐに従って計算する。座標変換部５５は、ステップＳ１１１で選択した電気角度θＭ［ｉ］に基づいて、各相のピーク電流Ｉｕｐ，Ｉｖｐ，Ｉｗｐから座標変換により、γ軸のピーク電流Ｉγｐおよびδ軸のピーク電流Ｉδｐを計算する。
【０１０５】
その次のステップＳ１１６において、座標変換部５３は、パラメーターｉに対応する電気角度θＭ［ｉ］に１８０°を加えた、電気角θＭ［ｉ］＋１８０°と、その電気角θＭ［ｉ］＋１８０°での余弦値および正弦値とをテーブルから読み出す。座標変換部５３は、読み出した電気角度θＭ（電気角度θＭ＋１８０°）と、第１電圧および第２電圧を含むγ軸電圧Ｖγ*とから、Ｕ相電圧Ｖｕ*、Ｖ相電圧Ｖｖ*、およびＷ相電圧Ｖｗ*を算出する。
【０１０６】
その次のステップＳ１１７において、ＰＷＭ変換部５４は、予め設定した電圧印加時間の間、ＰＷＭ信号であるインバーター駆動信号Ｕ＋，Ｕ−，Ｖ＋，Ｖ−，Ｗ＋，Ｗ−を駆動回路４０に出力する。
【０１０７】
その次のステップＳ１１８において、駆動回路４０のインバーター回路４１は、上記のインバーター駆動信号Ｕ＋，Ｕ−，Ｖ＋，Ｖ−，Ｗ＋，Ｗ−に基づいてブラシレスＤＣモーター３０のステーター巻線３１の各相に、パルス幅変調されたＵ相電圧ＵＭ、Ｖ相電圧ＶＭ、およびＷ相電圧ＷＭを印加する。
【０１０８】
以上のステップＳ１１０〜Ｓ１１８は、全通電回数ｎだけ（すなわち、ステップＳ１１９でｉ≧ｎの判定式がＹＥＳとなるまで）繰り返される。
【０１０９】
次のステップＳ１２０において、初期位置推定部５７は、上記のステップＳ１１６で計算した電気角度θＭ［ｉ］ごとのγ軸電流のピーク値Ｉγｐ［ｉ］の絶対値の最大値を求める。そして、ステップＳ１２１において、初期位置推定部５７は、γ軸電流のピーク値Ｉγｐ［ｉ］の絶対値が最大となる電気角度θＭ［ｉ］をローターの磁極の初期位置θとして設定する。
【０１１０】
［実施の形態１の効果］
実施の形態１のモーター制御装置７０によれば、インダクティブセンス方式でローターの磁極の初期位置が推定される。具体的に、センサレスベクトル制御部５０は、モーター３０のローターの磁極の初期位置をインダクティブセンス方式を用いて推定する際に、複数の通電角度を順次変更しながら通電角度ごとに、ステーター巻線３１に第１電圧を印加させる。また、センサレスベクトル制御部５０は、電流検出回路４３が検出した検出電流の値に基づいて第１電圧とは逆極性の第２電圧を決定する。センサレスベクトル制御部５０は、第２電圧を第１電圧の印加の後ステーター巻線３１に印加させるように駆動回路４０を制御する。センサレスベクトル制御部５０は、電気角ごとの検出電流の値に基づいて、モーター３０のローターの初期位置を推定する。これによって、インダクティブセンス方式を用いて、短時間で精度良くローターの磁極の初期位置を推定することが可能なモーター制御装置７０を提供することができる。
【０１１１】
＜実施の形態２＞
実施の形態１では、インダクティブセンス方式のローターの磁極の初期位置推定において、センサレスベクトル制御部５０の初期位置推定部５７が、γ軸電圧Ｖγ*に含まれる第１電圧および第２電圧のそれぞれに基づいて決定された各電圧を、ステーター巻線３１の各相に印加することについて説明した。
【０１１２】
ここで、初期位置推定部５７は、ステーター巻線の各相に印加する第２電圧を定電圧にすると、図８の時刻ｔ３に示すようにγ軸電流Ｉがアンダーシュートすることにより０を下回った値（たとえば、−０．２）となる。このように定電圧の第２電圧がステーター巻線３１の各相に印加されると、γ軸電流Ｉγがアンダーシュートするので、電流が０になるまでに多くの時間（たとえば、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの時間）を要する。
【０１１３】
実施の形態２では、このように波形の立ち下がりにおいて、電流が０を下回るアンダーシュートを小さくして、より短い時間で電流をピーク値から０に収束させる。より具体的には、初期位置推定部５７は、検出電流に基づくγ軸電流Ｉγの値と、γ軸電流Ｉγの目標値とを用いたフィードバック制御を行う。さらに、定常偏差が残ることを防止するために、ＰＩ制御部１５７の比例ゲインおよび積分ゲインを偏差の大きさに応じて変化させる点についても説明する。
【０１１４】
なお、γ軸電流成分はステーター巻線に印加される電圧と同じ電気角を有する成分であり、δ軸電流成分はγ軸電流成分と電気角が９０度異なる成分である。γ軸電流成分を第１の電流成分とも称し、δ軸電流成分を第２の電流成分とも称する。実施の形態２のその他の点は実施の形態１の場合と同様であるので、説明を繰り返さない。
【０１１５】
［初期位置推定部５７が行うフィードバック制御］
図１０は、初期位置推定部５７が行うフィードバック制御について説明する図である。初期位置推定部５７は、フィードバック制御部としてＰＩ制御部１５７を含む。初期位置推定部５７は、ＰＩ制御部１５７を用いて、γ軸電流Ｉγの目標値とγ軸電流Ｉγの検出値との偏差に基づいて、γ軸電圧Ｖγ*を設定する。初期位置推定部５７は、設定したγ軸電圧Ｖγ*を座標変換部５３に出力する。なお、座標変換部５３と、座標変換部５３からの出力を受け付けるＰＷＭ変換部５４と、ＰＷＭ変換部５４からの出力を受け付ける駆動回路４０と、駆動回路４０から出力を受け付けるブラシレスＤＣモーター３０とは、図５で説明した構成と同じ構成である。そのため、これらの構成の説明を繰り返さない。
【０１１６】
駆動回路４０からは検出電流が出力される。当該検出電流はフィードバックループにより、座標変換部５５に入力される。座標変換部５５は、入力された検出電流をγ軸電流Ｉγに変換する。
【０１１７】
初期位置推定部５７は、座標変換部５５からγ軸電流Ｉγの入力を受け付けて、γ軸電流Ｉγの目標値との偏差を算出する。初期位置推定部５７におけるＰＩ制御部１５７は、偏差の入力を受け付ける。
【０１１８】
ＰＩ制御部１５７は、比例制御部１７１と積分制御部１７２とを含む。比例制御部１７１は比例ゲインＫｐを有する。積分制御部１７２は、積分ゲインＫｉを有する比例要素と積分要素１／Ｓとを含む。比例制御部１７１における比例ゲインＫｐと、積分制御部１７２における積分ゲインＫｉとは、検出電流の値に基づいて、ゲインの値がそれぞれ変更される。より具体的には、比例ゲインＫｐと積分ゲインＫｉとは、γ軸電流Ｉγの目標値とγ軸電流Ｉγの値との偏差に基づいて、それぞれの値が変更される。
【０１１９】
図１１は、γ軸電流の検出値と目標値との偏差に応じて、第２電圧が変化することを表わす図である。図１１（Ａ）は、比較のために図８（Ｂ）で説明した実施の形態１の場合を示し、図１１（Ｂ）は実施の形態２の場合を示す。
【０１２０】
図１１（Ａ）では、第１電圧の直後に一定の第２電圧に基づく電圧がステーター巻線３１に印加される場合を示す。一定の第２電圧に基づく電圧がステーター巻線３１に印加されると、電気角０度におけるピーク値Ｉγｐ３から次の電気角３０度においてγ電流Ｉγが０から増加し始めるまでに比較的長い時間（図１１（Ａ）の場合、時刻ｔ２から時刻ｔ４までの時間間隔２２０）を要する。
【０１２１】
これに対して、図１１（Ｂ）に示すように、第１電圧の直後に出力される第２電圧を変化させた場合、電気角０度におけるピーク値Ｉγｐ５から次の電気角３０度におけるγ電流Ｉγが０から増加し始めるまでの時間間隔（時刻ｔ２から時刻ｔ３ａまでの時間間隔２６０）は、時間間隔２２０よりも短くなる。すなわち、時間間隔２６０は、時間間隔２２０よりも時間間隔２７０だけ短い。このように時間間隔が短くなるのは、第２電圧に基づく各相の電圧がステーター巻線に印加されているときの時刻ｔ２から時刻ｔ３、または、時刻ｔ４から時刻ｔ５において、検出電流の値に基づいて第２電圧を変化させるためである。これにより、第２電圧を定電圧とする場合に比べて、センサレスベクトル制御部５０は、より短時間で精度良くローターの磁極の初期位置を推定することが可能となる。
【０１２２】
図１２は、図１１の時刻ｔ１から時刻ｔ３を含むγ軸電圧Ｖγ*とγ軸電流Ｉγとを拡大した図である。図１２（Ａ）にγ軸電圧Ｖγ*の時間変化を示し、図１２（Ｂ）に対応するγ軸電流Iγの時間変化を示す。
【０１２３】
初期位置推定部５７は、図１２（Ａ）に示すように、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間、電気角θＭをたとえば０度に設定するとともに、γ軸電圧Ｖγ*として第１電圧を設定する。第１電圧は、たとえば、正の値となる。ステーターのＵ相巻線３１Ｕ、Ｖ相巻線３１Ｖ、およびＷ相巻線３１Ｗには、第１電圧に基づくパルス幅変調されたＵ相電圧ＵＭ、Ｖ相電圧ＶＭ、およびＷ相電圧ＷＭがそれぞれ印加される。この結果、図１２（Ｂ）に示すように、γ軸電流Ｉγは、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間、０から徐々に増加し、時刻ｔ２でピーク値Ｉγｐ５に達する。
【０１２４】
次に、フィードバック制御の結果、定常偏差が残ることを防止するために、比例ゲインＫｐおよび積分ゲインＫｉを偏差に応じて変化させる点について説明する。図１０を再び参照して、これまで説明したように、初期位置推定部５７は、γ軸電流Ｉγにおけるピーク値Ｉγｐ５と、γ軸電流Ｉγの目標値との偏差を算出する。γ軸電流Ｉγの目標値は、たとえば、０である。初期位置推定部５７は、フィードバック制御によりγ軸電流Ｉγの目標値とγ軸電流Ｉγとの偏差を算出する。そして、初期位置推定部５７は、ＰＩ制御部１５７に含まれる比例ゲインＫｐを含む比例制御部１７１と、積分ゲインＫｉおよび積分要素１／Ｓを含む積分制御部１７２を用いて電圧を設定する。これにより、センサレスベクトル制御部５０は、ＰＩ制御を用いて偏差に応じた電圧を設定し、短時間で精度良くローターの磁極の初期位置を推定することが可能となる。以下ではＰＩ制御部１５７における比例ゲインＫｐおよび積分ゲインＫｉの具体的な設定例について、図１０、図１２および図１３を参照して説明する。
【０１２５】
図１３は、偏差に対応付けられた比例ゲインＫｐおよび積分ゲインＫｉの設定値を含むテーブル３１０を表わす図である。このテーブル３１０は、たとえば、メモリに予め格納されている。初期位置推定部５７は、図１３のテーブル３１０に基づいて、偏差が３に対応付けられたゲインの値である５を図１０の比例ゲインＫｐに設定し、ゲインの値である０を積分ゲインＫｉに設定する。ＰＩ制御部１５７は、比例制御部１７１が比例ゲインＫｐのゲインの値に基づき偏差を定数倍して値が−１５となる第２電圧を設定する。その結果、図１２における第２電圧は、時刻ｔ２から時刻ｔ２ａの間において−１５となり、第２電圧の−１５に基づき決定された電圧がステーター巻線３１の各相に印加される。
【０１２６】
次に、図１２の時刻ｔ２ａにおいてγ軸電流Ｉγは１の値となる。図１０および図１３を再び参照し、初期位置推定部５７は、γ電流Ｉγの１の値と、γ軸電流Ｉγの目標値の０との偏差を算出する。初期位置推定部５７は、フィードバック制御の偏差である１を算出する。初期位置推定部５７は、図１３のテーブル３１０に基づいて、偏差の１に対応付けられたゲインの値である５を図１０の比例ゲインＫｐに設定し、０を積分ゲインＫｉに設定する。ＰＩ制御部１５７は、比例制御部１７１が比例ゲインＫｐのゲインの値に基づき偏差を定数倍して値が−５となる第２電圧を設定する。その結果、図１２における第２電圧は、時刻ｔ２ａから時刻ｔ２ｂの間において−５となり、第２電圧の−５に基づき決定された電圧がステーター巻線３１の各相に印加される。
【０１２７】
次に、図１２の時刻ｔ２ｂにおいてγ軸電流Ｉγは０.５の値となる。図１０および図１３を再び参照し、初期位置推定部５７は、γ電流Ｉγの０.５の値と、γ軸電流Ｉγの目標値の０との偏差を算出する。初期位置推定部５７は、フィードバック制御により偏差である０.５を算出する。初期位置推定部５７は、図１３のテーブル３１０に基づいて、偏差が０.５に対応付けられたゲインの値である５を図１０の比例ゲインＫｐに設定し、０を積分ゲインＫｉに設定する。ＰＩ制御部１５７は、比例制御部１７１が比例ゲインＫｐのゲインの値に基づき偏差を定数倍して値が−５となる第２電圧を設定する。その結果、図１２における第２電圧は、時刻ｔ２ａから時刻ｔ２ｂの間において−５となり、第２電圧の−２.５に基づき決定された電圧がステーター巻線３１の各相に印加される。
【０１２８】
次に、図１２の時刻ｔ２ｃにおいてγ軸電流Ｉγは０.２の値となる。図１０および図１３を再び参照し、初期位置推定部５７は、γ電流Ｉγの０.２の値と、γ軸電流Ｉγの目標値の０との偏差を算出する。初期位置推定部５７は、フィードバック制御の偏差である０.２を算出する。初期位置推定部５７は、図１３のテーブル３１０に基づいて、偏差が０.２に対応付けられた２を図１０の比例ゲインＫｐに設定し、０.５を積分ゲインＫｉに設定する。ＰＩ制御部１５７は、比例制御部１７１が比例ゲインＫｐのゲインの値に基づき偏差を定数倍して値が−５となる第２電圧を設定する。その結果、図１２における第２電圧は、時刻ｔ２ａから時刻ｔ２ｂの間において−０.５となり、第２電圧の−０.５に基づき決定された電圧がステーター巻線３１の各相に印加される。
【０１２９】
このように初期位置推定部５７は、比例制御部１７１における比例ゲインおよび積分制御部１７２における積分ゲインの少なくともいずれかを検出電流の値に基づいて変更する。これにより、モーター制御装置７０は、ＰＩ制御における比例ゲインと積分ゲインとを適切な値に調整しながら電圧を設定し、短時間で精度良くローターの磁極の初期位置を推定することが可能となる。
【０１３０】
また、初期位置推定部５７は、偏差の絶対値が予め定められた値（たとえば、０.５）以上の場合に、比例制御部１７１における比例ゲインＫｐの値を比較的大きくし、積分制御部１７２における積分ゲインの値を比較的小さくして第２電圧を設定する。たとえば、図１３に示すように、初期位置推定部５７は、偏差が３から０.５の場合は、比例ゲインＫｐのゲインの値を５とし、偏差が０.２の場合におけるゲインの値の２よりも大きくする。また、初期位置推定部５７は、偏差が３から０.５の場合は、比例ゲインＫｐのゲインの値を５とし、偏差が０.２の場合におけるゲインの値の２よりも大きくする。
【０１３１】
また、初期位置推定部５７は、偏差の絶対値が予め定められた値（たとえば、０.５）未満の場合に、比例制御部１７１における比例ゲインＫｐの値を比較的小さくし、積分制御部１７２における積分ゲインの値を比較的大きくして第２電圧を設定する。たとえば、図１３に示すように、初期位置推定部５７は、偏差が０.２の場合は、比例ゲインＫｐのゲインの値を２とし、偏差が０.５の場合におけるゲインの値の５よりも小さくする。また、初期位置推定部５７は、偏差が０.２の場合は、積分ゲインＫｉのゲインの値を０.５とし、偏差が０.２の場合におけるゲインの値の０よりも大きくする。これにより、定常偏差の値をより小さくすることができるので、早期にγ軸電流Ｉγの値を目標値に収束させられる。
【０１３２】
［ローターの磁極の初期位置の推定手順］
図１４は、実施の形態２において、ローターの磁極の初期位置推定の手順の例を示すフローチャートである。実施の形態１における図９のフローチャートのステップと同一または相当するステップには,同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。
【０１３３】
図１４を参照して、ステップＳ１３０において、初期位置推定部５７は、図９のステップＳ１１５で示したγ軸ピーク電流Ｉγｐの計算の後、図１０の比例ゲインＫｐの値の初期値と、積分ゲインＫｉの値の初期値とを設定する。
【０１３４】
ステップＳ１３１において、初期位置推定部５７は、予め定められたタイミングでγ軸電流Ｉγを計算する。予め定められたタイミングは、たとえば、図１２に示した時刻ｔ２、時刻ｔ２ａ，時刻ｔ２ｂ、時刻ｔ２ｃおよび時刻ｔ３のそれぞれである。
【０１３５】
ステップＳ１３２において、初期位置推定部５７は、γ軸電流Ｉγの目標値と、γ軸電流Ｉγの値との偏差を算出する。γ軸電流Ｉγの値は、電流検出回路４３により検出された検出電流に基づく値である。
【０１３６】
ステップＳ１３３において、初期位置推定部５７は、偏差の絶対値が閾値未満か否かを判定する。偏差の絶対値が閾値未満の場合（ステップＳ１３３においてＹＥＳ）には、初期位置推定部５７は、テーブル３１０を参照して偏差の絶対値に応じたゲインの値を比例ゲインＫｐおよび積分ゲインＫｉに設定する。そうでない場合には（ステップＳ１３３においてＮＯ）ステップＳ１１９よりも時間的に前に実行される処理が全通電回数ｎだけ繰り返される。
【０１３７】
［実施の形態２の効果］
実施の形態２のモーター制御装置７０によれば、インダクティブセンス方式でローターの磁極の初期位置が推定される。具体的に、センサレスベクトル制御部５０は、初期位置を推定する際に、ステーター巻線３１の各相に電気角ごとに印加される電圧を決定するための電圧を設定する。電圧は、正および負いずれかの第１電圧と、第１電圧の直後に印加される第１電圧とは逆極性の第２電圧とを含む。センサレスベクトル制御部５０は、第２電圧に基づく各相の電圧がステーター巻線３１に印加されているとき、検出電流の値に基づくフィードバック制御によって、第２電圧の値を変化させる。これによって、インダクティブセンス方式を用いて、第２電圧が定電圧の場合に比べてより短時間で精度良くローターの磁極の初期位置を推定することが可能なモーターの制御装置を提供することができる。さらに、センサレスベクトル制御部５０は、フィードバック制御の偏差の絶対値が閾値未満となった場合に、比例ゲインＫｐの値より小さな値に変更し、積分ゲインＫｉの値をより大きな値に変更する。これによって、定常偏差を小さくすることができる。
【０１３８】
＜実施の形態３＞
実施の形態２では、インダクティブセンス方式のローターの磁極の初期位置推定において、初期位置推定部５７は、γ軸電流Ｉγの目標値を０に設定し、目標値と検出電流に基づくγ軸電流Ｉγの値とを用いたフィードバック制御を行うことについて説明した。
【０１３９】
これに対して、実施の形態３では、初期位置推定部５７は、連続的またはステップ状に目標値を減少させる。より具体的には、初期位置推定部５７は、γ軸電流Ｉγの目標値をステーター巻線３１の電流特性の時定数に基づいて指数関数的に減少させる。
【０１４０】
図１５は、目標値が０の場合の偏差と、目標値が指数関数的に減少する場合の偏差とについて説明する図である。図１５（Ａ）では、目標値４１０に示すように目標値は０である。第２電圧の印加開始時（時刻ｔ２）は偏差が大きく、その後時間が経過するについて偏差は減少する。そして、時刻ｔ３で偏差は０となる。このように目標値が０の場合は、時間の経過に伴う偏差の変化は大きい。
【０１４１】
図１０のＰＩ制御部１５７において、γ電流Ｉγの目標値が目標値４１０のように０の場合、第２電圧の印加開始時（時刻ｔ２）には、γ軸電流Ｉγの目標値とγ軸電流Ｉγとの偏差が大きい。その後、比例制御部１７１を用いた制御により時間の経過とともに偏差は小さくなる。しかしながら、比例制御部１７１を用いた制御のみではその後の制御において、偏差はある値以下とはならずに定常偏差が残る可能性が高い。ＰＩ制御部１５７は、偏差が残った場合は、当該偏差の大きさに応じて、比例制御部１７１の比例ゲインをこれまでよりも小さくし、積分制御部１７２の積分ゲインをこれまでよりも大きくして、γ軸電流Ｉγを目標値の０に収束させる必要がある。
【０１４２】
これに対して、図１５（Ｂ）では、電流検出回路４３がγ軸電流Ｉγのピーク値Ｉγｐ５を検出した時刻ｔ２からγ軸電流Ｉγが目標値４１１に収束する時刻ｔ３までの間、時間の経過に伴う偏差の変化は図１５（Ａ）の目標値が０の場合と比べて小さい。ＰＩ制御部１５７は、γ電流Ｉγの目標値が目標値４１１のように指数関数的に減少する場合、フィードバック制御を開始した当初（たとえば、時刻ｔ１２）からそれ以降において、比例制御部１７１のみを用いた制御だけでも、定常偏差をほとんど残さずに、γ軸電流Ｉγを目標値（たとえば、時刻ｔ１３では目標値が０の値）に収束させられる。なお、指数関数的に減少する目標値４１１は、ブラシレスＤＣモーター３０のインダクタンスに基づき予め実験等により算出されて、上述のとおりメモリに格納される。
【０１４３】
［実施の形態３の効果］
実施の形態３のモーター制御装置７０によれば、モーター制御装置７０は、フィードバック制御を用いて、γ軸電流Ｉγの目標値と、γ軸電流Ｉγの値との偏差を小さくする制御を行う。モーター制御装置７０は、γ軸電流成分の目標値を、連続的またはステップ状に減少させる。より具体的には、モーター制御装置７０は、γ軸電流成分の目標値をステーター巻線の電流特性の時定数に従って指数関数的に減少させる。これにより、モーター制御装置７０は、比例制御部１７１に含まれる比例ゲインＫｐのみの変更により、γ軸電流Ｉγのγ電流の目標値４１１に対する偏差を小さくできる。
【０１４４】
［画像形成装置の構成例］
図１６は、画像形成装置の構成の一例を示す断面図である。図１６の断面図は模式的なものであって、図解を容易にするために一部を拡大して示したり、縦横比を変更したりしている点に注意されたい。
【０１４５】
図１６を参照して、画像形成装置１８０は、タンデムカラープリンターとして構成される作像部１８１と、給紙機構１８２と、原稿読み取り装置１６０とを備える。画像形成装置１８０は、ネットワークに接続されてプリンター、スキャナー、コピー機、ファクシミリなどの機能を兼ね備えた多機能周辺装置（ＭＦＰ：Multifunction  Peripheral）として構成されていてもよい。
【０１４６】
作像部１８１は、４個の感光体カートリッジ１９１，１９２，１９３，１９４と、１次転写ローラー１３１と、転写ベルト１３２と、トナーボトル１２３と、２次転写ローラー１３３と、定着装置１０５とを備える。この開示では、作像部１８１を画像形成部とも称する。
【０１４７】
感光体カートリッジ１９１，１９２，１９３，１９４は、それぞれ、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）およびブラック（Ｋ）の４色のトナー像を形成する。感光体カートリッジ１９１，１９２，１９３，１９４の各々は、円筒の感光体１１０と、帯電器１１１と、光源を含む画像露光装置１１２と、現像ローラー１２１を含む現像装置１０２とを備える。
【０１４８】
帯電器１１１は、感光体１１０の表面を一様に所定電位に帯電する。画像露光装置１１２は、感光体１１０の帯電域に、原稿画像に応じた画像を露光する。これによって、感光体１１０上に静電潜像が形成される。現像装置１０２は、現像バイアスが印加された現像ローラー１２１を利用して静電潜像にトナーを付着させることにより、可視トナー像を形成する。
【０１４９】
なお、感光体カートリッジ１９１，１９２，１９３，１９４にそれぞれ対応して、４個のトナーボトル１２３が設けられる。トナーボトル１２３から対応の感光体カートリッジにトナーが供給される。トナーボトル１２３の内部には、トナーを攪拌するための攪拌羽１２４が設けられる。
【０１５０】
４個の感光体１１０にそれぞれ対向して４個の１次転写ローラー１３１が設けられている。各感光体１１０と対応する１次転写ローラー１３１とで転写ベルト１３２を圧接する。さらに、１次転写ローラー１３１にはトナーを引き寄せるバイアスが印加されている。これによって、現像後の感光体１１０表面の可視トナー像は転写ベルト１３２に転写される。
【０１５１】
転写ベルト１３２の上に転写された可視トナー像は、２次転写ローラー１３３の位置まで搬送される。２次転写ローラー１３３にも１次転写ローラーと同様に転写電圧が印加されている。これによって、転写ベルト１３２によって搬送された可視トナー像は、２次転写ローラー１３３と転写ベルト１３２とのニップ部で、記録媒体１８３である用紙に転写される。
【０１５２】
記録媒体１８３に転写された可視トナー像は、定着装置１０５まで搬送される。定着装置１０５は、定着ローラー１５０を有し、定着ローラー１５０によって記録媒体１８３を加熱および加圧することによって記録媒体１８３上に可視トナー像を定着させる。定着後の記録媒体１８３は、排紙ローラー１５１によって排紙トレー１５２に排出される。
【０１５３】
給紙機構１８２は、記録媒体１８３としての用紙を給紙カセット１４０，１４２から取り込んで２次転写ローラー１３３まで搬送する。給紙機構１８２は、給紙カセット１４０，１４２と、給紙ローラー１４１，１４３と、搬送ローラー１４４と、タイミングローラー１４５とを含む。この開示では、給紙機構１８２を給送機構とも称する。また、給紙ローラーを、記録媒体を給送するための給送ローラーとも称する。
【０１５４】
１段目の給紙カセット１４０に収容された記録媒体１８３は、給紙ローラー１４１によって１枚ずつ取り出され、タイミングローラー１４５まで搬送される。２段目の給紙カセット１４２に収容された記録媒体１８３は、給紙ローラー１４３によって１枚ずつ取り出され、搬送ローラー１４４を介してタイミングローラー１４５まで搬送される。
【０１５５】
タイミングローラー１４５は、供給された記録媒体１８３を一旦停止させる。これによって、転写ベルト１３２上に転写された可視トナー像が２次転写ローラー１３３まで搬送されるタイミングと、記録媒体１８３が２次転写ローラー１３３に供給するタイミングとを調整する。
【０１５６】
原稿読み取り装置１６０は、原稿用紙１６１上の原稿画像を読み取ることによって、画像データを生成する。図１７に示す例では、原稿読み取り装置１６０は、作像部１８１の上部に設けられる。原稿読み取り装置１６０は、原稿台１６２と、給紙ローラー１７０と、原稿搬送ローラー１６３，１７３と、原稿排出ローラー１７４と、排紙トレー１７５と、光源１６４と、ミラー１６５と、レンズ１６６と、ＣＣＤ（Charged-Coupled  Devices）などのイメージセンサー１６７とを備える。
【０１５７】
原稿台１６２に載置された原稿用紙１６１は、給紙ローラー１７０によって１枚ずつ取り込まれる。原稿用紙１６１は、原稿搬送ローラー１６３，１７３によって搬送されることにより、原稿読み取り位置に到達する。
【０１５８】
原稿読み取り位置において、原稿用紙１６１上の原稿画像に、光源１６４からの光が照射される。原稿用紙１６１の表面で反射された光は、ミラー１６５で反射された後にレンズ１６６で集光されてイメージセンサー１６７に入射される。この結果、原稿用紙１６１の上の原稿画像がイメージセンサー１６７のセンサー面上に結像し、イメージセンサー１６７によって原稿画像の画像データが生成される。
【０１５９】
原稿読み取り位置を通過した原稿用紙１６１は、原稿排出ローラー１７４によって排紙トレー１７５に排出される。
【０１６０】
図１７は、画像形成装置のローラーの駆動制御に用いられるモーターとその制御装置の構成を示すブロック図である。以下、図１７を参照してこれまでの説明を総括する。図１７では、頻繁に起動と停止とを繰り返さなければならないローラー９０が代表的に示されている。ローラー９０は、図１６の給紙ローラー１４１，１４３，１７０およびタイミングローラー１４５に対応する。
【０１６１】
ローラー９０を駆動するブラシレスＤＣモーター３０は、頻繁に起動と停止とを繰り返すので、応答性が良いインナーローター型が望ましい。
【０１６２】
モーター制御装置７０は、ブラシレスＤＣモーター３０を駆動制御するための駆動回路４０およびセンサレスベクトル制御部５０と上位制御部６０とを含む。
【０１６３】
駆動回路４０の構成は、図１の駆動回路４０の構成と同じであるので、説明を繰り返さない。
【０１６４】
センサレスベクトル制御部５０は、実施の形態１,２等で説明したセンサレスベクトル制御部５０の構成および動作と同じである。センサレスベクトル制御部５０は、ブラシレスＤＣモーター３０を起動させる際に、インダクティブセンス方式で静止状態にあるローターの磁極の初期位置を推定する。このとき、センサレスベクトル制御部５０は、第１電圧および第２電圧を含む電圧を設定する。そして電圧指定値に基づき決定された電圧がステーター巻線３１の各相に印加される。
【０１６５】
上位制御部６０は、センサレスベクトル制御部５０に起動指令、停止指令、および回転速度指令などを出力する。
【０１６６】
＜変形例＞
実施の形態２では、積分制御部１７２に含まれる積分ゲインＫｉのゲインの値をγ軸電流Ｉγの目標値とγ軸電流Ｉγとの偏差に基づき設定することについて説明した。これに対して、積分ゲインＫｉのゲインの値は、実験等により予め求められたステーター巻線３１の電流特性の時定数に基づいて設定してもよい。これにより、モーター制御装置７０は、積分制御部１７２に含まれる比例ゲインＫｐのみを変更することで、γ軸電流Ｉγの偏差を小さくできる。
【０１６７】
実施の形態の１,２では、γ電流Ｉγの目標値を０として説明した。これに対して、目標値は、センサレスベクトル制御部５０の処理におけるＬＳＢ（Least  Significant  Bit）に応じた値（たとえば、略０の値）としてもよい。
【０１６８】
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ないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、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】
【０１６９】
３０  ブラシレスＤＣモーター、３１  ステーター巻線、３２  中性点、３５  ローター、４０  駆動回路、４１  インバーター回路、４２Ｕ，４２Ｖ，４２Ｗ  アーム回路、４３，４３Ｕ，４３Ｖ  電流検出回路、４４  プリドライブ回路。５０  センサレスベクトル制御部、５１  回転速度制御部、５２  電流制御部、５３  座標変換部、５４  ＰＷＭ変換部、５５  座標変換部、５６  磁極位置推定部、５７  初期位置推定部、６０  上位制御部、７０  モーター制御装置、１０２  現像装置、１０５  定着装置、１１０  感光体、１１１  帯電器、１１２  画像露光装置、１２１  現像ローラー、１２３  トナーボトル、１２４  攪拌羽、１３１  １次転写ローラー、１３３  ２次転写ローラー、１３２  転写ベルト、１４０，１４２  給紙カセット、１４１，１４３，１７０  給紙ローラー、１４４  搬送ローラー、１４５  タイミングローラー、１５０  定着ローラー、１５１  排紙ローラー、１５２，１７５  排紙トレー、１５７  ＰＩ制御部、１６０  原稿読み取り装置、１６１  原稿用紙、１６２  原稿台、１６３，１７３  原稿搬送ローラー、１６４  光源、１６５  ミラー、１６６  レンズ、１６７  イメージセンサー、１７１  比例制御部、１７２  積分制御部、１７４  原稿排出ローラー、１８０  画像形成装置、１８１  作像部、１８２  給紙機構、１８３  記録媒体、１９１，１９２，１９３，１９４  感光体カートリッジ、２１０，２２０，２３０，２６０，２７０  時間間隔、３１０  テーブル、４１０，４１１  目標値。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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