(57)【要約】【課題】  永久磁石モータを制御するための方法と装置を含むセンサレス技術である。従来技術では、励磁されていないときのモータ相の逆起電力を測定することでロータ位置を知ることができるが、高トルクレベルでの高速または中側領域では限界がある。【解決手段】  ＰＷＭ(パルス幅変調)制御された電流及び／又は電圧によってモータの相が励磁される間の、その相の逆起電力の値またはその相のインダクタンスの値を求める。【選択図】  図１
2009542186.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの相、コイル、ロータ、及びパワートランジスタステージを備えた永久磁石モータを制御するための、次のステップを含む方法：
相パワートランジスタのOFF状態をハイレベル電流のスレッショルドにて開始し、相パワートランジスタのON状態をローレベル電流のスレッショルドにて開始するパルス幅変調（ＰＷＭ）電流制御方法を用いてモータ各相を励磁するステップ；
同一ＰＷＭ周期での、前記各相のOFF状態またはON状態の持続時間を求めるステップ；
前記各相におけるOFFまたはON状態の持続時間と、前記ハイレベル電流とローレベル電流のスレッショルド値から、各相の逆起電力値とインダクタンス値を求めるステップ；
前記各相の逆起電力値及び／又は前記各相のインダクタンス値から、前記モータのロータ位置及び／又はロータ速度を求めるステップ；
前記ロータ位置及び／又はロータ速度に相関してモータ各相の励磁を制御するステップ。
【請求項２】
前記コイルは、片方向にて励磁される、前記請求項１の方法。
【請求項３】
前記コイルは、双方向にて励磁される、前記請求項１の方法。
【請求項４】
前記OFF状態は、各相に備えられた２個のパワートランジスタのうちの１つに適用される前記請求項１の方法。
【請求項５】
前記OFF状態は、各相に備えられた２個のパワートランジスタの双方に適用される前記請求項１の方法。
【請求項６】
前記ＰＷＭ周期は、前記ローレベル電流のスレッショルドとハイレベル電流のスレッショルドとのあいだのギャップに応じて66マイクロ秒未満に設定し、ＰＷＭの結果生じる周波数が、15kHzよりも高い、可聴域外にあるようにした前記請求項１の方法。
【請求項７】
前記モータの励磁は、前記モータの相の数、前記相を励磁する形式、前記モータの形式、前記モータの運転モード、に相関して切り換えられる、前記請求項１の方法。
【請求項８】
少なくとも１つの相、コイル、ロータ、及びパワートランジスタのステージを持つ永久磁石モータを制御するための、前記ロータの位置に相関してその相インダクタンスがほとんど変化しない特性のモータに好適な、次のステップを含む方法；
ハイレベル電流のスレッショルドにて相パワートランジスタのOFF状態を開始し、タイムアウト時間Toffの経過後に相パワートランジスタのON状態を開始するパルス幅変調（ＰＷＭ）電流制御の方法を用いて各モータ相の励磁を制御するステップ；
同一ＰＷＭ周期内での前記各相でのOFF状態及びON状態の持続時間を求めるステップ；
前記OFF状態及びON状態の持続時間と前記各相のハイレベル電流のスレッショルドの値から、各相の相BEMFの値を求めるステップ；
前記各相のBEMFの値から前記モータのロータ位置及び／又はロータ速度を求めるステップ；
前記ロータ位置及び／又はロータ速度に相関して各モータ相の励磁を制御するステップ。
【請求項９】
前記コイルは、片方向にて励磁される、前記請求項８の方法。
【請求項１０】
前記コイルは、双方向にて励磁される、前記請求項８の方法。
【請求項１１】
前記OFF状態は、各相に備えられた２個のパワートランジスタのうちの１つに適用される前記請求項８の方法。
【請求項１２】
前記OFF状態は、各相に備えられた２個のパワートランジスタの双方に適用される前記請求項８の方法。
【請求項１３】
前記ＰＷＭ周期は、前記OFF状態のタイムアウト時間Toffに応じて66マイクロ秒未満に設定し、ＰＷＭの結果生じる周波数が、15kHzよりも高い、可聴域外にあるようにした前記請求項８の方法。
【請求項１４】
前記モータの励磁は、前記モータの相の数、前記相を励磁する形式、前記モータの形式、前記モータの運転モード、に相関して切り換えられる、前記請求項８の方法。
【請求項１５】
少なくとも１つの相、コイル、ロータ、及びパワートランジスタのステージを持つ永久磁石モータを制御するための装置であって、この装置は：
(a)ハイレベル電流のスレッショルドにて相パワートランジスタのOFF状態を開始し、ローレベル電流のスレッショルドにて相パワートランジスタのON状態を開始する、パルス幅変調（ＰＷＭ）電流制御の方法を用いて各モータ相の励磁を制御し；
(b)同一ＰＷＭ周期内での前記各相でのOFF状態及びON状態の持続時間を求め；
(c)前記OFF状態及びON状態の持続時間と、各相のハイレベル電流及びローレベル電流のスレッショルド値から、各相の相逆起電力（BEMF）の値と相インダクタンスの値を求め；
(d)前記各相のBEMFの値及び／又は相インダクタンスの値から前記モータのロータ位置及び／又はロータ速度を求め；
(e)前記ロータ位置及び／又はロータ速度に相関して各モータ相の励磁を制御する。
【請求項１６】
前記コイルは、片方向にて励磁される、前記請求項１５の装置。
【請求項１７】
前記コイルは、双方向にて励磁される、前記請求項１５の装置。
【請求項１８】
前記OFF状態は、各相に備えられた２個のパワートランジスタのうちの１つに適用される前記請求項１５の装置。
【請求項１９】
前記OFF状態は、各相に備えられた２個のパワートランジスタの双方に適用される前記請求項１５の装置。
【請求項２０】
前記ＰＷＭ周期は、前記ローレベル電流のスレッショルドとハイレベル電流のスレッショルドとのあいだのギャップに応じて66マイクロ秒未満に設定し、ＰＷＭの結果生じる周波数が、15kHzよりも高い、可聴域外にあるようにした前記請求項１５の装置。
【請求項２１】
前記モータの励磁は、前記モータの相の数、前記相を励磁する形式、前記モータの形式、前記モータの運転モード、に相関して切り換えられる、前記請求項１５の装置。
【請求項２２】
少なくとも１つの相、コイル、ロータ、及びパワートランジスタのステージを持つ永久磁石モータを制御するための、前記ロータの位置に相関してその相インダクタンスがほとんど変化しない特性のモータに好適な装置であって、この装置は：
(a)ハイレベル電流のスレッショルドにて相パワートランジスタのOFF状態を開始し、タイムアウト時間Toffの経過後に相パワートランジスタのON状態を開始するパルス幅変調（ＰＷＭ）電流制御の方法を用いて各モータ相の励磁を制御し；
(b)同一ＰＷＭ周期内での前記各相でのOFF状態及びON状態の持続時間を求め；
(c)前記OFF状態及びON状態の持続時間と前記各相のハイレベル電流のスレッショルドの値から、各相の相BEMFの値を求め；
(d)前記各相のBEMFの値と相インダクタンスの値から前記モータのロータ位置及び／又はロータ速度を求め；
(e)前記ロータ位置及び／又はロータ速度に相関して各モータ相の励磁を制御する。
【請求項２３】
前記コイルは、片方向にて励磁される、前記請求項２２の装置。
【請求項２４】
前記コイルは、双方向にて励磁される、前記請求項２２の装置。
【請求項２５】
前記OFF状態は、各相に備えられた２個のパワートランジスタのうちの１つに適用される前記請求項２２の装置。
【請求項２６】
前記OFF状態は、各相に備えられた２個のパワートランジスタの双方に適用される前記請求項２２の装置。
【請求項２７】
前記ＰＷＭ周期は、前記OFF状態のタイムアウト時間Toffに応じて66マイクロ秒未満に設定し、ＰＷＭの結果生じる周波数が、15kHzよりも高い、可聴域外にあるようにした前記請求項２２の装置。
【請求項２８】
前記モータの励磁は、前記モータの相の数、前記相を励磁する形式、前記モータの形式、前記モータの運転モード、に相関して切り換えられる、前記請求項２２の装置。
【請求項２９】
少なくとも１つの相、コイル、ロータ、及びパワートランジスタのステージを持つ永久磁石モータを制御するための、前記ロータの位置に相関してその相インダクタンスがほとんど変化しない特性のモータに好適な、次のステップを含む方法；
ローレベル電流のスレッショルドにて相パワートランジスタのON状態を開始し、タイムアウト時間Tonの経過後に相パワートランジスタのOFF状態を開始するパルス幅変調（ＰＷＭ）電流制御の方法を用いて各モータ相の励磁を制御するステップ；
同一ＰＷＭ周期内での前記各相でのOFF状態及びON状態の持続時間を求めるステップ；
前記OFF状態及びON状態の持続時間と前記各相のハイレベル電流のスレッショルドの値から、各相の相BEMFの値を求めるステップ；
前記各相のBEMFの値から前記モータのロータ位置及び／又はロータ速度を求めるステップ；
前記ロータ位置及び／又はロータ速度に相関して各モータ相の励磁を制御するステップ。
【請求項３０】
前記コイルは、片方向にて励磁される、前記請求項２９の方法。
【請求項３１】
前記コイルは、双方向にて励磁される、前記請求項２９の方法。
【請求項３２】
前記OFF状態は、各相に備えられた２個のパワートランジスタのうちの１つに適用される前記請求項２９の方法。
【請求項３３】
前記OFF状態は、各相に備えられた２個のパワートランジスタの双方に適用される前記請求項２９の方法。
【請求項３４】
前記ＰＷＭ周期は、前記ON状態のタイムアウト時間Tonに応じて66マイクロ秒未満に設定し、ＰＷＭの結果生じる周波数が、15kHzよりも高い、可聴域外にあるようにした前記請求項２９の方法。
【請求項３５】
前記モータの励磁は、前記モータの相の数、前記相を励磁する形式、前記モータの形式、前記モータの運転モード、に相関して切り換えられる、前記請求項２９の方法。
【請求項３６】
少なくとも１つの相、コイル、ロータ、及びパワートランジスタのステージを持つ永久磁石モータを制御するための、前記ロータの位置に相関してその相インダクタンスがほとんど変化しない特性のモータに好適な装置であって、この装置は：
(a)ローレベル電流のスレッショルドにて相パワートランジスタのON状態を開始し、タイムアウト時間Tonの経過後に相パワートランジスタのOFF状態を開始するパルス幅変調（ＰＷＭ）電流制御の方法を用いて各モータ相の励磁を制御し；
(b)同一ＰＷＭ周期内での前記各相でのOFF状態及びON状態の持続時間を求め；
(c)前記OFF状態及びON状態の持続時間と前記各相のハイレベル電流のスレッショルドの値から、各相の相BEMFの値を求め；
(d)前記各相のBEMFの値と相インダクタンスの値から前記モータのロータ位置及び／又はロータ速度を求め；
(e)前記ロータ位置及び／又はロータ速度に相関して各モータ相の励磁を制御する。
【請求項３７】
前記コイルは、片方向にて励磁される、前記請求項３６の装置。
【請求項３８】
前記コイルは、双方向にて励磁される、前記請求項３６の装置。
【請求項３９】
前記OFF状態は、各相に備えられた２個のパワートランジスタのうちの１つに適用される前記請求項３６の装置。
【請求項４０】
前記OFF状態は、各相に備えられた２個のパワートランジスタの双方に適用される前記請求項３６の装置。
【請求項４１】
前記ＰＷＭ周期は、前記ON状態のタイムアウト時間Tonに応じて66マイクロ秒未満に設定し、ＰＷＭの結果生じる周波数が、15kHzよりも高い、可聴域外にあるようにした前記請求項３６の装置。
【請求項４２】
前記モータの励磁は、前記モータの相の数、前記相を励磁する形式、前記モータの形式、前記モータの運転モード、に相関して切り換えられる、前記請求項３６の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明の技術分野は、エレクトロニクス及びセンサレス技術の領域にある。より詳細かつ広義には、この発明は、永久磁石モータを制御するための方法及び装置に関し、モータの相がＰＷＭ（パルス幅変調）制御された電流及び／又は電圧によって励磁されている間の相逆起電力の値及び相インダクタンスの値を求められるようにするための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
同期モータ（例えば、ブラシレスモータやステップモータ）の励磁を適切に制御するには、そのロータ位置を知る必要がある。前記ロータ位置は、例えば、ポジションセンサやセンサレス技術を用いることで知ることができる。
【０００３】
センサレス技術は、ロータ位置と相関して変化する、電気的パラメータ及び／又はモータパラメータの測定に基づいている。前記パラメータは、例えば：
・回転速度とロータ位置に相関して変化する逆起電力、
・一定値またはロータ位置と相電流に相関して変化する値である、相インダクタンス値（飽和時）、である。
（関連する出願についてのクロスレファレンス）
この出願は、2006年7月5日に出願された「センサーレス技術、PWM（パルス幅変調）周期に基づく、サンプルした逆起電力の電圧値及び／又はサンプルしたインダクタンス値の判定」と題する、米国仮特許出願第60/818,321号についての、優先権の利益を主張する。その開示内容は、その全体を参照することによって、この明細書に明確に併合されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の方法では、励磁されていないときのモータ相の逆起電力を測定することでロータ位置を知ることができる。このような解決策は、解決手法として優れており低速では性能がよい。しかし、こうした従来の方法は、高トルクレベルの高速または中速領域では限界がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明の実施形態は、モータの相がＰＷＭ（パルス幅変調）制御された電流及び／又は電圧によって励磁されている間の相逆起電力の値及び相インダクタンスの値を求められるようにするための方法及び装置に関する。このような方法及び装置は、例えば、永久磁石モータの制御に適用することができる。
【０００６】
この発明の一実施形態に見られるように、一つの方法は、少なくとも１つの相、コイル、ロータ、及びパワートランジスタのステージを持つ永久磁石モータを制御する方法を提供する。前記方法は、次のステップを含む：ハイレベル電流のスレッショルドにて相パワートランジスタのOFF状態を開始し、ローレベル電流のスレッショルドにて相パワートランジスタのON状態を開始する、パルス幅変調（ＰＷＭ）電流制御の方法を用いて各モータ相の励磁を制御するステップ；同一ＰＷＭ周期内での前記各相でのOFF状態及びON状態の持続時間を求めるステップ；前記OFF状態及びON状態の持続時間と、各相のハイレベル電流及びローレベル電流のスレッショルド値から、各相の相逆起電力（BEMF）の値と相インダクタンスの値を求めるステップ；前記各相のBEMFの値及び／又は相インダクタンスの値から前記モータのロータ位置及び／又はロータ速度を求めるステップ；前記ロータ位置及び／又はロータ速度に相関して各モータ相の励磁を制御するステップ。
【０００７】
この発明の他の実施形態に関連して、一つの方法は、少なくとも１つの相、コイル、ロータ、及びパワートランジスタのステージを持つ永久磁石モータを制御する方法を提供する。前記方法は、次のステップを含む：ハイレベル電流のスレッショルドにて相パワートランジスタのOFF状態を開始し、タイムアウト時間Toffの経過後に相パワートランジスタのON状態を開始する、パルス幅変調（ＰＷＭ）電流制御の方法を用いて各モータ相の励磁を制御するステップ；同一ＰＷＭ周期内での前記各相でのOFF状態及びON状態の持続時間を求めるステップ；前記OFF状態及びON状態の持続時間と前記各相のハイレベル電流のスレッショルドの値から、各相の相BEMFの値を求めるステップ；前記各相のBEMFの値から前記モータのロータ位置及び／又はロータ速度を求めるステップ；前記ロータ位置及び／又はロータ速度に相関して各モータ相の励磁を制御するステップ。この方法は、ロータ位置に相関してその相インダクタンスがほとんど変化しない特性のモータに好適である。
【０００８】
この発明のさらに他の実施形態に見られるように、一つの装置は、少なくとも１つの相、コイル、ロータ、及びパワートランジスタのステージを持つ永久磁石モータを制御する装置を提供する。前記装置は：ハイレベル電流のスレッショルドにて相パワートランジスタのOFF状態を開始し、ローレベル電流のスレッショルドにて相パワートランジスタのON状態を開始する、パルス幅変調（ＰＷＭ）電流制御の方法を用いて各モータ相の励磁を制御すること；同一ＰＷＭ周期内での前記各相でのOFF状態及びON状態の持続時間を求めること；前記OFF状態及びON状態の持続時間と、各相のハイレベル電流及びローレベル電流のスレッショルド値から、各相の相逆起電力（BEMF）の値と相インダクタンスの値を求めること；前記各相のBEMFの値及び／又は相インダクタンスの値から前記モータのロータ位置及び／又はロータ速度を求めること；前記ロータ位置及び／又はロータ速度に相関して各モータ相の励磁を制御すること、に適用される。
【０００９】
この発明の他の実施形態に関連して、一つの装置は、少なくとも１つの相、コイル、ロータ、及びパワートランジスタのステージを持つ永久磁石モータを制御する装置を提供する。前記装置は：ハイレベル電流のスレッショルドにて相パワートランジスタのOFF状態を開始し、タイムアウト時間Toffの経過後に相パワートランジスタのON状態を開始する、パルス幅変調（ＰＷＭ）電流制御の方法を用いて各モータ相の励磁を制御すること；同一ＰＷＭ周期内での前記各相でのOFF状態及びON状態の持続時間を求めること；前記OFF状態及びON状態の持続時間と前記各相のハイレベル電流のスレッショルドの値から、各相の相BEMFの値を求めること；前記各相のBEMFの値と相インダクタンスの値から前記モータのロータ位置及び／又はロータ速度を求めること；前記ロータ位置及び／又はロータ速度に相関して各モータ相の励磁を制御すること、に適用される。この装置は、ロータ位置に相関してその相インダクタンスがほとんど変化しない特性のモータに好適である。
【００１０】
この発明のさらに他の実施形態に見られるように、一つの方法は、少なくとも１つの相、コイル、ロータ、及びパワートランジスタのステージを持つ永久磁石モータを制御する方法を提供する。前記方法は、次のステップを含む：ローレベル電流のスレッショルドにて相パワートランジスタのON状態を開始し、タイムアウト時間Tonの経過後に相パワートランジスタのOFF状態を開始する、パルス幅変調（ＰＷＭ）電流制御の方法を用いて各モータ相の励磁を制御するステップ；同一ＰＷＭ周期内での前記各相でのOFF状態及びON状態の持続時間を求めるステップ；前記OFF状態及びON状態の持続時間と前記各相のハイレベル電流のスレッショルドの値から、各相の相BEMFの値を求めるステップ；前記各相のBEMFの値から前記モータのロータ位置及び／又はロータ速度を求めるステップ；前記ロータ位置及び／又はロータ速度に相関して各モータ相の励磁を制御するステップ。この方法は、ロータ位置に相関してその相インダクタンスがほとんど変化しない特性のモータに好適である。
【００１１】
この発明のさらに他の実施形態は、少なくとも１つの相、コイル、ロータ、及びパワートランジスタのステージを持つ永久磁石モータを制御する装置に関する。前記装置は：ローレベル電流のスレッショルドにて相パワートランジスタのON状態を開始し、タイムアウト時間Tonの経過後に相パワートランジスタのOFF状態を開始する、パルス幅変調（ＰＷＭ）電流制御の方法を用いて各モータ相の励磁を制御すること；同一ＰＷＭ周期内での前記各相でのOFF状態及びON状態の持続時間を求めること；前記OFF状態及びON状態の持続時間と前記各相のハイレベル電流のスレッショルドの値から、各相の相BEMFの値を求めること；前記各相のBEMFの値と相インダクタンスの値から前記モータのロータ位置及び／又はロータ速度を求めること；前記ロータ位置及び／又はロータ速度に相関して各モータ相の励磁を制御すること、に適用される。この装置は、ロータ位置に相関してその相インダクタンスがほとんど変化しない特性のモータに好適である。
【００１２】
この発明の様々な実施形態によるさらなる目的及び優位性は、この説明の一部に記述され、またはこの発明の実施を通して知ることができる。この発明の実施形態の目的及び優位性は、特に請求項に指摘した要素及び組合せによって理解され、達成される。この発明の実施形態は、この明細書に開示され、請求項に記述されている。
【００１３】
前述した概略的な説明と、以下の詳細な説明は共に、この発明の実施形態の典型例及びその解説に過ぎず、この発明の実施形態を限定するものではない。さらに、特定の実施形態の態様、特徴及び／又は優位性についての説明によって、他の実施形態または請求項が限定的に解釈されてはならない。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
添付図面は、この明細書に組み込まれその一部となるものであって、この発明の典型的な実施形態を図解し、この説明と共にこの発明の原理を解説するものである。
【図１】４個のトランジスタを持つＨ形パワーブリッジにより各相が励磁される２相モータについての典型的な実施形態を示している。
【図２】電流値を正の値である１Aに制限する電流ＰＷＭにおいて、１つのモータ相（図１に記号Φを付して概念的に表わしている）を流れる相電流の一例を示している。
【図３】電流値を負の値である−１Aに制限する電流ＰＷＭにおいて、１つのモータ相（図１に符号Φを付して概念的に表わしている）を流れる相電流の一例を示している。
【図４】ON及びOFF期間についての相電圧の式を適用した一例を示している。
【図５ａ】ダブルＨ形パワーブリッジとして組み込まれる回路の典型的な実施例を示している。
【図５ｂ】ダブルＨ形パワーブリッジとして組み込まれる回路の典型的な実施例を示している。
【図６】ＤＳＰのキャプチャインプットに接続される信号CAP3及びCAP4を含む、典型的な概念図を表わしている。
【図７】典型的な実施形態に関連して、２相のステップモータにおける相電流を示している。
【図８】１つの実施形態に関連して、毎秒4000ステップの速度で回転するステップモータでの測定例を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
この発明の一つの実施形態において、２相モータの各相は４個のトランジスタを持つＨ形パワーブリッジにより励磁される。このようなモータの例は、図１の典型的な実施形態に示されている。
【００１６】
図２は、電流値を正の値である１Aに制限する電流ＰＷＭにおいて、１つのモータ相（図１に記号Φを付して概念的に表わしている）を流れる相電流の一例を示している。前記ＰＷＭは、トランジスタT1とT3の双方によって実行される。これらトランジスタT1とT3は、電流がその目標限界である1Aに達するまでの時間ONになり（その間のTonは可変）、ある決められた期間（電流はダイオードD4とD2を通過する間に減少する）の間OFFになる。
【００１７】
図３は、電流値を負の値である-１Aに制限する電流ＰＷＭにおいて、１つのモータ相（図１に符号Φを付して概念的に表わしている）を流れる相電流の一例を示している。前記ＰＷＭは、トランジスタT2とT4の双方によって実行される。これらトランジスタT2とT4は、電流がその目標限界である-1Aに達するまでの時間ONになり（その間のTonは可変）、ある決められた期間（電流はダイオードD1とD3を通過する間に減少する）の間OFFになる。
【００１８】
この発明の実施形態は、一つのＰＷＭ周期（例えば、あるToff期間とこれに続くTon期間）に基づいて実行され、相インダクタンスの平均値と相逆起電力の平均値を求める。2個の未知数に対しては、2個の方程式が必要である。
【００１９】
一つの実施形態において、その相電圧uappliedの式は次のとおりである：
【００２０】
【数１】
2009542186.tif 000003
この式をOFFの期間及びONの期間（これら考慮の対象である期間の例は図４に示されている）に適用するにあたり、これらの期間は、この式を線形化できるほど十分に短いと仮定する。
【００２１】
off時間Toffの間：
【数２】
2009542186.tif 000004
【００２２】
on時間Tonの間：
【数３】
2009542186.tif 000005
これら２つの式と２つの未知数によって：
・L, PWM期間において計算された相インダクタンスの平均値と、
・uind, PWM期間において計算された相逆起電力の平均値とを、
求めることができる。
【００２３】
この発明の実施形態は、以下の例によってさらに示される。しかしながら、いずれ理解されるように、この発明に関連する実施形態はこれらの例に限定されるものではない。実際に、例えばインダクタンスが一定（この場合、式は1個でよい）か可変（２個の式が必要）かによっても、多くの形態（変形）が考えられる。
【００２４】
他の考えられる形態（変形）は、例えばどのようにＰＷＭ制御を行うかにより、例を挙げれば：
・単一の比較最大電流リミットImaxと固定のoff期間Toffを用いた電流制限：
I2on=I1off=Imax, Tonは可変, I1onとI2offは可変。この電流ＰＷＭ制限は、１個または２個のトランジスタにて行われる（１個または２個のトランジスタは、off期間の間、offになっている）。
・２つの比較電流レベルを用いた電流制限：
I2on=I1off=Imax, I1on=I2off=Imin, TonとToffは可変。この電流ＰＷＭ制限は、１個または２個のトランジスタにて行われる（１個または２個のトランジスタは、off期間の間はoffになっている）。
・電圧制限（平均電圧はＰＷＭデューティサイクルにより制御される）。この場合、期間Ton及びToffが用いられ、電流レベルは可変である。：
I1off, I2off=I1on, I2onは要測定。この電圧ＰＷＭ制御は、１個または２個のトランジスタにて行われる（１個または２個のトランジスタは、off期間の間はoffになっている）。
【００２５】
この発明に関連して示された実施例における、４つの典型的な状態を以下で検討する。
事例１：
Lは一定、単一の比較最大電流リミットをImax、off時間Toffを固定とする二重（双方向）のＰＷＭ（ＰＷＭ double）。
【００２６】
式は一つだけ必要であり、全ＰＷＭ周期は次のとおり：
【数４】
2009542186.tif 000006
【００２７】
【数５】
2009542186.tif 000007
【００２８】
事例２：
Lは一定、単一の比較最大電流リミットをImax、off時間Toff固定とする１個のトランジスタによる（片方向の）ＰＷＭ。
【００２９】
式は一つだけ必要であり、全ＰＷＭ周期は次のとおり：
【数６】
2009542186.tif 000008
【００３０】
【数７】
2009542186.tif 000009
備考：di=I1off-I2on=0が仮定され、検証されなければならない。このことから、使用可能な、連続したONまたはOFFとなる期間を選択することができる（例えば、図４を参照）。
【００３１】
事例３：
２つの比較電流レベル: I2on=I1off=Imax, I1on=I2off=Iminを用いた電流制限, TonとToffは可変。この電流ＰＷＭ制限は、２個のトランジスタにて適用することができる（２個のトランジスタはoff時間の間はoffになっている）：
【００３２】
【数８】
2009542186.tif 000010
【００３３】
【数９】
2009542186.tif 000011
この例においては、２個の式が必要である：
【００３４】
時間Tonの間の式１：
【数１０】
2009542186.tif 000012
【００３５】
【数１１】
2009542186.tif 000013
【００３６】
時間Toffの間の式２：
【数１２】
2009542186.tif 000014
【００３７】
【数１３】
2009542186.tif 000015
【００３８】
２個の式と２個の未知数についての解法：
【数１４】
2009542186.tif 000016
【００３９】
【数１５】
2009542186.tif 000017
【００４０】
【数１６】
2009542186.tif 000018
【００４１】
【数１７】
2009542186.tif 000019
【００４２】
【数１８】
2009542186.tif 000020
【００４３】
【数１９】
2009542186.tif 000021
【００４４】
【数２０】
2009542186.tif 000022
【００４５】
【数２１】
2009542186.tif 000023
【００４６】
事例４：
２つの比較電流レベル: I2on=I1off=Imax, I1on=I2off=Iminを用いた電流制限, TonとToffは可変。この電流ＰＷＭ制限は、１個のトランジスタにて適用することができる（１個のトランジスタはoff時間の間はoffになっている）：
【００４７】
【数２２】
2009542186.tif 000024
【００４８】
【数２３】
2009542186.tif 000025
【００４９】
この例においては、２個の式が必要である：
【００５０】
時間Tonの間の式１：
【数２４】
2009542186.tif 000026
【００５１】
【数２５】
2009542186.tif 000027
【００５２】
時間Toffの間の式２：
【数２６】
2009542186.tif 000028
【００５３】
【数２７】
2009542186.tif 000029
【００５４】
２個の式と２個の未知数についての解法：
【数２８】
2009542186.tif 000030
【００５５】
【数２９】
2009542186.tif 000031
【００５６】
【数３０】
2009542186.tif 000032
【００５７】
【数３１】
2009542186.tif 000033
【００５８】
【数３２】
2009542186.tif 000034
【００５９】
【数３３】
2009542186.tif 000035
【００６０】
【数３４】
2009542186.tif 000036
【００６１】
【数３５】
2009542186.tif 000037
【００６２】
実施例：
この発明の実施形態に関連して、回路U11をダブルＨ形パワーブリッジとして使用することができる（例えば、図５を参照）。このダブルＨ形パワーブリッジは、例えばステップモータの２つの相AとBを励磁することができる：
・モータ相Aは、相Ap（＋接続）と相Am（−接続）に接続される。目標電流リミットの値は、RCフィルタR66〜C67を通した信号PWM4Bdacによって与えられる。信号CAP3は論理レベル信号であり、この信号により、相Aに対するon時間とoff時間TonとToffの持続時間を測ることができる。
・モータ相Bは、相Bp（＋接続）と相Bm（−接続）に接続される。目標電流リミットの値は、RCフィルタR110〜C68を通した信号PWM5Bdacによって与えられる。信号CAP4は論理レベル信号であり、この信号により、相Bに対するon時間とoff時間TonとToffの持続時間を測ることができる。
【００６３】
図６に示されるように、信号CAP3及びCAP4は、DSP TMS320F2808PZのキャプチャインプットに接続される(CAP3はECCAP3 pin 99、CAP4 はECCAP4 pin 79)。キャプチャインプットはそれぞれ、既知の正及び／または負のエッジに基づくカウンタ値（カウンタは連続的にカウントアップしている）を記憶することを可能にする。このことは、on時間とoff時間TonとToffを測定することを意味する。
【００６４】
この電流ＰＷＭ制限は、２個のトランジスタにて適用される（２個のトランジスタはOFF時間の間はoffになっている）。ここでは、単一の比較最大電流リミット（+/-Imax）と、固定のoff時間Toffとが用いられ、I2on=I1off=Imax, Tonは可変, I1on=I2offは可変である。  
【００６５】
図７は、典型的な実施形態に関連して、毎秒4000ステップで回転する２相ステップモータ（例えば、三洋電機製XSH5210-149型、200ステップ／回転）の１つの相の電流を示している。
【００６６】
波形1は、一定のoff時間で+/-2.4 Aに制限された相電流を示している。波形4は、測定モータ相に印加された電圧を示している。この電圧の値は、on時間とoff時間TonとToffの間、24Vまたは -24Vである。波形1:相電流 [A]。波形4:印加された相電圧 [V]。
【００６７】
前記DSP TMS320F2808PZのキャプチャインプットに接続された信号CAP3及びCAP4(CAP3は ECCAP3 pin 99, CAP4はECCAP4 pin 79)は、前記印加された相電圧の論理ステートである：
・電流が正方向に変調されている間（電流は+Imaxに制限される）は、on時間Tonの間の信号CAPxの論理ステートは１であり（アクティブハイ）（印加電圧は24V）、off時間Toffの間の信号CAPｘの論理ステートは0である（印加電圧は-24V）。
・電流が負方向に変調されている間（電流は-Imaxに制限される）は、on時間Tonの間の信号CAPxの論理ステートは１であり（アクティブハイ）（印加電圧は-24V）、off時間Toffの間の信号CAPｘの論理ステートは0である（印加電圧は24V）。
【００６８】
この発明の実施形態に関連して、前記ＤＳＰにプログラムされたアルゴリズムは、論理信号CAP3（相A）のONとOFFの持続時間と、論理信号CAP4（相B）のONとOFFの持続時間の測定ができるように設定される。
【００６９】
図８は、毎秒4000ステップで回転するステップモータでの測定例を示しており：
m_MOT1_cap2_phA = 信号CAP3のToffの持続時間、10ns単位。
m_MOT1_cap3_phA = 信号CAP3のTonの持続時間, 10ns単位。
m_MOT1_cap_phA_Uind = 計測されたTonとToffに基づく逆起電力値[cV]
である。
【００７０】
計測されたTonとToffに基づく逆起電力値は、正弦波状の逆起電力を示す（例えば、図８のm_MOT1_cap_phA_Uindの波形を参照。）。このようにして得られた逆起電力は、しかしながら正の電流変調から負の電流変調への変化または負の電流変調から正の電流変調への変化の何れにおいても変動する（このようなサンプル値は考慮されない）。前記逆起電力のサンプルレートは、ＰＷＭの周波数に対応する（この例では50kHzから25kHzに変化する）。なおＰＷＭ周期は、前記ローレベル電流のスレッショルドとハイレベル電流のスレッショルドとのあいだのギャップ、又は前記OFF状態のタイムアウト時間Toff、又は前記ON状態のタイムアウト時間Tonに応じて66マイクロ秒未満に設定し、ＰＷＭの結果生じる周波数が、15kHzよりも高い、可聴域外とすることが望ましい。
【００７１】
この例では、モータの相インダクタンスは一定と想定され、相逆起電力の平均値は次の２つの式の何れかを用いることで得られる。
【００７２】
正の電流変調に用いる式：
【数３６】
2009542186.tif 000038
【００７３】
負の電流変調に用いる式：
【数３７】
2009542186.tif 000039
【００７４】
上記に示すように、この発明の実施形態では、両方の相が負及び／又は正の電流で励磁されてモータが回転している間の逆起電力の波形が得られる。これらの相逆起電力の電圧値から、モータのロータ位置と速度を知ることが可能になる。
【００７５】
例として、２相のモータは電気角にして90度ずれた相逆起電力を持つと仮定すると、２つの相逆起電力の比の４象限のアークタンジェント関数はある電気的期間におけるロータ位置(rotor_position)を次のようにして与える：
【００７６】
【数３８】
2009542186.tif 000040
前記ロータ位置及びロータ速度から：
・閉ループでのモータへの電力供給の制御（これによるトルクの制御も可能）
・閉ループでのモータ速度の制御  及び／又は
・閉ループでのロータ位置の制御
が可能である。
【００７７】
上述した例は、この発明の原理に則って使用されうる多数の例を代表するものであるにすぎない。もちろん、この発明の実施形態は上述した典型例に限定されるものではなく、この発明の範囲内での変形や改良を行うことができる。例として、この発明の実施形態は２相ステップモータ（これは２相永久磁石同期モータが想定されうる）に関して記述がなされているが、当業者には、この発明が多相回転モータ（ｍ相モータ、ｍ=1,2,3,4,5,…）やリニアモータにも適用可能であることが理解されるだろう。さらには、この発明は、４個のトランジスタを持つＨ形パワーブリッジにより各相が励磁される２相モータについて記述されているが、この発明の実施形態は、６個のトランジスタを持つパワーブリッジを備えた３相モータにも適用可能である。さらに、この発明は、同期モータについて記述されているが、この発明の実施形態は、非同期型のモータにも適用可能である。
【００７８】
この発明の実施形態は、次のうち何れか１つ以上の利点を提供しまたは提示する。
・ロータ位置を、プレーンな電流（最大トルクが得られる）が供給されるモータ相から求められる。
・この発明は、時間間隔が測定される形態で適用されるとき、ＡＤコンバータ不要で良い解決策を得られる。
・この発明は、ＰＷＭの時間間隔（Tonと Toff）が適用され、”initial & end on &off” 電流レベルが測定される(I1off, I2off = I1on and I2on)形態で適用されるとき、より複雑なハードウエアを使用した場合と同様の結果が得られる。
【００７９】
この発明に関するある方法または装置が説明のためにここに提示されてきたが、この発明の特徴が、ハードウエア、ソフトウエア、ファームウエア、及び／またはこれらの適当な組合せにおいて有効であることは当業者には明らかである。
【００８０】
すなわち、この明細書と実施例は見本にすぎないと考えられるべきであって、この発明の真の範囲と趣旨とは請求項の記載によって示されるものである。
【図１】
2009542186.tif 000041
【図２】
2009542186.tif 000042
【図３】
2009542186.tif 000043
【図４】
2009542186.tif 000044
【図５ａ】
2009542186.tif 000045
【図５ｂ】
2009542186.tif 000046
【図６】
2009542186.tif 000047
【図７】
2009542186.tif 000048
【図８】
2009542186.tif 000049
【手続補正書】
【提出日】平成21年5月25日(2009.5.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの相、コイル、ロータ、及びパワートランジスタステージを備えた永久磁石モータを制御するための、次のステップを含む方法：
相パワートランジスタのOFF状態をハイレベル電流のスレッショルドにて開始し、相パワートランジスタのON状態をローレベル電流のスレッショルドにて開始するパルス幅変調（ＰＷＭ）電流制御方法を用いてモータ各相を励磁するステップ；
同一ＰＷＭ周期での、前記各相のOFF状態またはON状態の持続時間を求めるステップ；
前記各相におけるOFFまたはON状態の持続時間と、前記ハイレベル電流とローレベル電流のスレッショルド値から、各相の逆起電力値とインダクタンス値を求めるステップ；
前記各相の逆起電力値及び／又は前記各相のインダクタンス値から、前記モータのロータ位置及び／又はロータ速度を求めるステップ；
前記ロータ位置及び／又はロータ速度に相関してモータ各相の励磁を制御するステップ。
【請求項２】
少なくとも１つの相、コイル、ロータ、及びパワートランジスタのステージを持つ永久磁石モータを制御するための、前記ロータの位置に相関してその相インダクタンスがほとんど変化しない特性のモータに好適な、次のステップを含む方法；
ハイレベル電流のスレッショルドにて相パワートランジスタのOFF状態を開始し、タイムアウト時間Toffの経過後に相パワートランジスタのON状態を開始するパルス幅変調（ＰＷＭ）電流制御の方法を用いて各モータ相の励磁を制御するステップ；
同一ＰＷＭ周期内での前記各相でのOFF状態及びON状態の持続時間を求めるステップ；
前記OFF状態及びON状態の持続時間と前記各相のハイレベル電流のスレッショルドの値から、各相の相BEMFの値を求めるステップ；
前記各相のBEMFの値から前記モータのロータ位置及び／又はロータ速度を求めるステップ；
前記ロータ位置及び／又はロータ速度に相関して各モータ相の励磁を制御するステップ。
【請求項３】
少なくとも１つの相、コイル、ロータ、及びパワートランジスタのステージを持つ永久磁石モータを制御するための、前記ロータの位置に相関してその相インダクタンスがほとんど変化しない特性のモータに好適な、次のステップを含む方法；
ローレベル電流のスレッショルドにて相パワートランジスタのON状態を開始し、タイムアウト時間Tonの経過後に相パワートランジスタのOFF状態を開始するパルス幅変調（ＰＷＭ）電流制御の方法を用いて各モータ相の励磁を制御するステップ；
同一ＰＷＭ周期内での前記各相でのOFF状態及びON状態の持続時間を求めるステップ；
前記OFF状態及びON状態の持続時間と前記各相のハイレベル電流のスレッショルドの値から、各相の相BEMFの値を求めるステップ；
前記各相のBEMFの値から前記モータのロータ位置及び／又はロータ速度を求めるステップ；
前記ロータ位置及び／又はロータ速度に相関して各モータ相の励磁を制御するステップ。
【請求項４】
前記コイルは、片方向にて励磁される、前記請求項１から請求項３の何れか１項の方法。
【請求項５】
前記コイルは、双方向にて励磁される、前記請求項１から請求項３の何れか１項の方法。
【請求項６】
前記OFF状態は、各相に備えられた２個のパワートランジスタのうちの１つに適用される前記請求項１から請求項３の何れか１項の方法。
【請求項７】
前記OFF状態は、各相に備えられた２個のパワートランジスタの双方に適用される前記請求項１から請求項３の何れか１項の方法。
【請求項８】
前記ＰＷＭ周期は、前記ローレベル電流のスレッショルドとハイレベル電流のスレッショルドとのあいだのギャップに応じて66マイクロ秒未満に設定し、ＰＷＭの結果生じる周波数が、15kHzよりも高い、可聴域外にあるようにした前記請求項１の方法。
【請求項９】
前記ＰＷＭ周期は、前記OFF状態のタイムアウト時間Toffに応じて66マイクロ秒未満に設定し、ＰＷＭの結果生じる周波数が、15kHzよりも高い、可聴域外にあるようにした前記請求項２の方法。
【請求項１０】
前記ＰＷＭ周期は、前記ON状態のタイムアウト時間Tonに応じて66マイクロ秒未満に設定し、ＰＷＭの結果生じる周波数が、15kHzよりも高い、可聴域外にあるようにした前記請求項３の方法。
【請求項１１】
前記モータの励磁は、前記モータの相の数、前記相を励磁する形式、前記モータの形式、前記モータの運転モード、に相関して切り換えられる、請求項１から請求項３の何れか１項の方法。
【請求項１２】
少なくとも１つの相、コイル、ロータ、及びパワートランジスタのステージを持つ永久磁石モータを制御するための装置であって、この装置は：
(a)ハイレベル電流のスレッショルドにて相パワートランジスタのOFF状態を開始し、ローレベル電流のスレッショルドにて相パワートランジスタのON状態を開始する、パルス幅変調（ＰＷＭ）電流制御の方法を用いて各モータ相の励磁を制御し；
(b)同一ＰＷＭ周期内での前記各相でのOFF状態及びON状態の持続時間を求め；
(c)前記OFF状態及びON状態の持続時間と、各相のハイレベル電流及びローレベル電流のスレッショルド値から、各相の相逆起電力（BEMF）の値と相インダクタンスの値を求め；
(d)前記各相のBEMFの値及び／又は相インダクタンスの値から前記モータのロータ位置及び／又はロータ速度を求め；
(e)前記ロータ位置及び／又はロータ速度に相関して各モータ相の励磁を制御する。
【請求項１３】
少なくとも１つの相、コイル、ロータ、及びパワートランジスタのステージを持つ永久磁石モータを制御するための、前記ロータの位置に相関してその相インダクタンスがほとんど変化しない特性のモータに好適な装置であって、この装置は：
(a)ハイレベル電流のスレッショルドにて相パワートランジスタのOFF状態を開始し、タイムアウト時間Toffの経過後に相パワートランジスタのON状態を開始するパルス幅変調（ＰＷＭ）電流制御の方法を用いて各モータ相の励磁を制御し；
(b)同一ＰＷＭ周期内での前記各相でのOFF状態及びON状態の持続時間を求め；
(c)前記OFF状態及びON状態の持続時間と前記各相のハイレベル電流のスレッショルドの値から、各相の相BEMFの値を求め；
(d)前記各相のBEMFの値と相インダクタンスの値から前記モータのロータ位置及び／又はロータ速度を求め；
(e)前記ロータ位置及び／又はロータ速度に相関して各モータ相の励磁を制御する。
【請求項１４】
少なくとも１つの相、コイル、ロータ、及びパワートランジスタのステージを持つ永久磁石モータを制御するための、前記ロータの位置に相関してその相インダクタンスがほとんど変化しない特性のモータに好適な装置であって、この装置は：
(a)ローレベル電流のスレッショルドにて相パワートランジスタのON状態を開始し、タイムアウト時間Tonの経過後に相パワートランジスタのOFF状態を開始するパルス幅変調（ＰＷＭ）電流制御の方法を用いて各モータ相の励磁を制御し；
(b)同一ＰＷＭ周期内での前記各相でのOFF状態及びON状態の持続時間を求め；
(c)前記OFF状態及びON状態の持続時間と前記各相のハイレベル電流のスレッショルドの値から、各相の相BEMFの値を求め；
(d)前記各相のBEMFの値と相インダクタンスの値から前記モータのロータ位置及び／又はロータ速度を求め；
(e)前記ロータ位置及び／又はロータ速度に相関して各モータ相の励磁を制御する。
【請求項１５】
前記コイルは、単一方向にて励磁される、前記請求項１２から請求項１４の何れか１項の装置。
【請求項１６】
前記コイルは、双方向にて励磁される、前記請求項１２から請求項１４の何れか１項の装置。
【請求項１７】
前記OFF状態は、各相に備えられた２個のパワートランジスタのうちの１つに適用される前記請求項１２から請求項１４の何れか１項の装置。
【請求項１８】
前記OFF状態は、各相に備えられた２個のパワートランジスタの双方に適用される前記請求項１２から請求項１４の何れか１項の装置。
【請求項１９】
前記ＰＷＭ周期は、前記ローレベル電流のスレッショルドとハイレベル電流のスレッショルドとのあいだのギャップに応じて66マイクロ秒未満に設定し、ＰＷＭの結果生じる周波数が、15kHzよりも高い、可聴域外にあるようにした前記請求項１２の装置。
【請求項２０】
前記ＰＷＭ周期は、前記OFF状態のタイムアウト時間Toffに応じて66マイクロ秒未満に設定し、ＰＷＭの結果生じる周波数が、15kHzよりも高い、可聴域外にあるようにした前記請求項１３の装置。
【請求項２１】
前記ＰＷＭ周期は、前記ON状態のタイムアウト時間Tonに応じて66マイクロ秒未満に設定し、ＰＷＭの結果生じる周波数が、15kHzよりも高い、可聴域外にあるようにした前記請求項１４の装置。
【請求項２２】
前記モータの励磁は、前記モータの相の数、前記相を励磁する形式、前記モータの形式、前記モータの運転モード、に相関して切り換えられる、前記請求項１２から請求項１４の何れか１項の装置。
【国際調査報告】
2009542186.tif 000050
2009542186.tif 000051
2009542186.tif 000052