(57)【要約】【課題】ホール素子等の耐熱性が低いセンサを用いずに回転電機の回転子の位置を判定する回転子位置判定方法を提供する。【解決手段】固定子１Ｂの３相の電機子コイルＬｕないしＬｗのそれぞれに一時的に直流電圧を印加して過渡電流を流す過程を３相の電機子コイルのそれぞれに対して行なう過渡電流通電過程と、過渡電流通電過程で３相の電機子コイルにそれぞれ流れた過渡電流から、回転子１Ａの界磁が電機子コイルに対して如何なる位置にあるかを判定する回転子位置判定過程とを行なう。【選択図】    図１
2006050714.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｍ相（ｍは２以上の整数）の電機子コイルを有する固定子と、界磁を有する回転子とを備えた回転電機の前記回転子が前記ｍ相の電機子コイルに対して如何なる位置にあるかを判定する回転子位置判定方法であって、
前記固定子の各相の電機子コイルに一時的に直流電圧を印加して各相の電機子コイルに過渡電流を流す過程を前記ｍ相の電機子コイルのそれぞれに対して行なう過渡電流通電過程と、
前記過渡電流通電過程で前記ｍ相の電機子コイルにそれぞれ流れた過渡電流から、前記回転子の界磁が前記ｍ相の電機子コイルに対して如何なる位置にあるかを判定する回転子位置判定過程と、
を行なう回転電機の回転子位置判定方法。
【請求項２】
ｍ相（ｍは２以上の整数）の電機子コイルを有する固定子と、界磁を有する回転子とを備えた回転電機の前記回転子が前記ｍ相の電機子コイルに対して如何なる位置にあるかを判定する回転子位置判定装置であって、
前記固定子の各相の電機子コイルに一時的に直流電圧を印加して各相の電機子コイルに過渡電流を流す過渡電流通電過程を前記ｍ相の電機子コイルのそれぞれに対して行なう過渡電流通電手段と、
前記過渡電流通電過程で前記ｍ相の電機子コイルにそれぞれ流れた過渡電流を検出して、検出した過渡電流から前記回転子が前記ｍ相の電機子コイルに対して如何なる位置にあるかを判定する回転子位置判定手段と、
を具備してなる回転電機の回転子位置判定装置。
【請求項３】
中性点を持つように星形結線されたｍ相（ｍは２以上の整数）の電機子コイルを有する固定子と、界磁を有する回転子とを備えた回転電機の前記回転子が前記ｍ相の電機子コイルに対して如何なる位置にあるかを判定する回転電機の回転子位置判定装置であって、
前記固定子の各相の電機子コイルの非中性点側端子と接地電位部との間に一時的に直流電圧を印加することにより各相の電機子コイルに過渡電流を流す過程を前記ｍ相の電機子コイルのそれぞれに対して行なう過渡電流通電手段と、
前記過渡電流通電手段が前記ｍ相の電機子コイルにそれぞれ流した過渡電流を検出して、検出した過渡電流から前記回転子が前記ｍ相の電機子コイルに対して如何なる位置にあるのかを判定する回転子位置判定手段と、
を具備してなる回転電機の回転子位置判定装置。
【請求項４】
前記回転子位置判定手段は、前記過渡電流の波高値から前記回転子が前記ｍ相の電機子コイルに対して如何なる位置にあるのかを判定するように構成されている請求項２または３に記載の回転電機の回転子位置判定装置。
【請求項５】
前記回転子位置判定手段は、前記過渡電流の波高値と波形とから前記回転子が前記ｍ相の電機子コイルに対して如何なる位置にあるのかを判定するように構成されている請求項２または３に記載の回転電機の回転子位置判定装置。
【請求項６】
中性点を持つように星形結線されたｍ相（ｍは２以上の整数）の電機子コイルを有する固定子と、界磁を有する回転子とを備えた回転電機をモータとして動作させるべく前記ｍ相の電機子コイルへの駆動電流の供給を制御する回転電機の制御装置であって、
直流電源の出力が印加される直流側端子と前記ｍ相の電機子コイルのｍ個の非中性点側端子がそれぞれ接続されたｍ個の交流側端子とを有するブリッジ形のインバータ回路と、前記ｍ相の電機子コイルの中性点と接地電位部との間に設けられた過渡電流通電用スイッチと、前記過渡電流通電用スイッチを通して流れる電流を検出する電流検出手段と、前記インバータ回路及び前記過渡電流通電用スイッチを制御するコントローラとを具備し、
前記コントローラは、
前記固定子の各相の電機子コイルの非中性点側端子と接地電位部との間に一時的に直流電圧を印加することにより各相の電機子コイルに過渡電流を流す過程を前記ｍ相の電機子コイルのそれぞれに対して行なうように前記インバータ回路のスイッチ素子と前記過渡電流通電用スイッチとを制御する過渡電流通電手段と、
前記過渡電流通電手段が前記ｍ相の電機子コイルにそれぞれ流した過渡電流を前記電流検出手段により検出して、検出した過渡電流から前記回転子が前記ｍ相の電機子コイルに対して如何なる位置にあるのかを判定する回転子位置判定手段と、
前記回転子位置判定手段により判定された前記回転子の位置に基づいて前記回転子を所定の方向に回転させるためにオン状態にすべき前記インバータ回路のスイッチ素子の組合せをスイッチパターンとして決定するスイッチパターン決定手段と、
前記スイッチパターン決定手段により決定されたスイッチパターンに従って前記インバータ回路のスイッチ素子をオン状態にするように前記インバータ回路を制御するインバータ制御手段と、
を備えている回転電機の制御装置。
【請求項７】
前記回転子位置判定手段は、前記過渡電流の波高値から前記回転子が前記ｍ相の電機子コイルに対して如何なる位置にあるのかを判定するように構成されている請求項６に記載の回転電機の制御装置。
【請求項８】
前記回転子位置判定手段は、前記過渡電流の波高値と波形とから前記回転子が前記ｍ相の電機子コイルに対して如何なる位置にあるのかを判定するように構成されている請求項６に記載の回転電機の回転子位置判定装置。
【請求項９】
中性点を持つように星形結線されたｍ相（ｍは２以上の整数）の電機子コイルを有する固定子と、界磁を有する回転子とを備えた回転電機をモータとして動作させるべく前記ｍ相の電機子コイルへの駆動電流の供給を制御する回転電機の制御装置であって、
前記回転子の回転角度位置が予め定められた位置に一致したときにリラクタのエッジを検出してパルス信号を発生する信号発生装置と、直流電源の出力が印加される直流側端子と前記ｍ相の電機子コイルのｍ個の非中性点側端子がそれぞれ接続されたｍ個の交流側端子とを有するブリッジ形のインバータ回路と、前記ｍ相の電機子コイルの中性点と接地電位部との間に設けられた過渡電流通電用スイッチと、前記過渡電流通電用スイッチを通して流れる電流を検出する電流検出手段と、前記インバータ回路及び前記過渡電流通電用スイッチを制御するコントローラとを具備し、
前記コントローラは、
前記固定子の各相の電機子コイルの非中性点側端子と接地電位部との間に一時的に直流電圧を印加することにより各相の電機子コイルに過渡電流を流す過程を前記ｍ相の電機子コイルのそれぞれに対して行なうように前記インバータ回路のスイッチ素子と前記過渡電流通電用スイッチとを制御する過渡電流通電手段と、
前記過渡電流通電手段が前記ｍ相の電機子コイルにそれぞれ流した過渡電流を前記電流検出手段により検出して、検出した過渡電流から前記回転子が前記ｍ相の電機子コイルに対して如何なる位置にあるのかを判定する第１の回転子位置判定手段と、
前記第１の回転子位置判定手段により判定された前記回転子の位置に基づいて前記回転子を所定の方向に回転させるためにオン状態にすべき前記インバータ回路のスイッチ素子の組合せをスイッチパターンとして決定する第１のスイッチパターン決定手段と、
前記第１のスイッチパターン決定手段により決定されたスイッチパターンに従って前記インバータ回路のスイッチ素子をオン状態にするように前記インバータ回路を制御する第１のインバータ制御手段と、
前記信号発生装置が発生するパルス信号から得られる前記回転子の回転角度情報に基づいて前記回転子が前記固定子のｍ相の電機子コイルに対して如何なる位置にあるのかを判定する第２の回転子位置判定手段と、
前記第２の回転子位置判定手段により判定された位置に基づいて前記回転子を所定の方向に回転させるためにオン状態にすべき前記インバータ回路のスイッチ素子の組合せをスイッチパターンとして決定する第２のスイッチパターン決定手段と、
前記第２のスイッチパターン決定手段により決定されたスイッチパターンに従って前記インバータ回路のスイッチ素子をオン状態にするように前記インバータ回路を制御する第２のインバータ制御手段と、
前記回転電機の始動時には前記第１のインバータ制御手段により前記インバータ回路を制御し、前記信号発生装置がしきい値以上のレベルを有するパルス信号を発生する状態になった後は、前記第２のインバータ制御手段により前記インバータ回路を制御するように制御を切り換える制御切換手段と、
を備えている回転電機の制御装置。
【請求項１０】
前記信号発生装置は、前記スイッチパターンを切り換える位置でパルス信号を発生するように構成されている請求項９に記載の回転電機の制御装置。
【請求項１１】
中性点を持つように星形結線されたｍ相（ｍは２以上の整数）の電機子コイルを有する固定子と、界磁を有する回転子とを備えた回転電機をモータとして動作させるべく前記ｍ相の電機子コイルへの駆動電流の供給を制御する回転電機の制御装置であって、
直流電源の出力が印加される直流側端子と前記ｍ相の電機子コイルのｍ個の非中性点側端子がそれぞれ接続されたｍ個の交流側端子とを有するブリッジ形のインバータ回路と、前記ｍ相の電機子コイルの中性点と接地電位部との間に設けられた過渡電流通電用スイッチと、前記過渡電流通電用スイッチを通して流れる電流を検出する電流検出手段と、前記インバータ回路及び前記過渡電流通電用スイッチを制御するコントローラとを具備し、
前記コントローラは、
前記固定子の各相の電機子コイルの非中性点側端子と接地電位部との間に一時的に直流電圧を印加することにより各相の電機子コイルに過渡電流を流す過程を前記ｍ相の電機子コイルのそれぞれに対して行なうように前記インバータ回路のスイッチ素子と前記過渡電流通電用スイッチとを制御する過渡電流通電手段と、
前記過渡電流通電手段が前記ｍ相の電機子コイルにそれぞれ流した過渡電流を前記電流検出手段により検出して、検出した過渡電流から前記回転子が前記ｍ相の電機子コイルに対して如何なる位置にあるのかを判定する第１の回転子位置判定手段と、
前記第１の回転子位置判定手段により判定された前記回転子の位置に基づいて前記回転子を所定の方向に回転させるためにオン状態にすべき前記インバータ回路のスイッチ素子の組合せをスイッチパターンとして決定する第１のスイッチパターン決定手段と、
前記第１のスイッチパターン決定手段により決定されたスイッチパターンに従って前記インバータ回路のスイッチ素子をオン状態にするように前記インバータ回路を制御する第１のインバータ制御手段と、
前記電機子コイルの逆誘起電圧の変化から前記回転子が前記固定子のｍ相の電機子コイルに対して如何なる位置にあるのかを判定する第２の回転子位置判定手段と、
前記第２の回転子位置判定手段により判定された位置に基づいて前記回転子を所定の方向に回転させるためにオン状態にすべき前記インバータ回路のスイッチ素子の組合せをスイッチパターンとして決定する第２のスイッチパターン決定手段と、
前記第２のスイッチパターン決定手段により決定されたスイッチパターンに従って前記インバータ回路のスイッチ素子をオン状態にするように前記インバータ回路を制御する第２のインバータ制御手段と、
前記回転電機の始動時には前記第１のインバータ制御手段により前記インバータ回路を制御し、前記回転電機が始動して前記第２のスイッチパターン決定手段によりスイッチパターンを決定し得る状態になった後は、前記第２のインバータ制御手段により前記インバータ回路を制御するように制御を切り換える制御切換手段と、
を備えている回転電機の制御装置。
【請求項１２】
中性点を持つように星形結線されたｍ相（ｍは２以上の整数）の電機子コイルを有する固定子と、界磁を有する回転子とを備えた回転電機をモータとして動作させるべく前記ｍ相の電機子コイルへの駆動電流の供給を制御する回転電機の制御装置であって、
前記回転子の回転角度位置が予め定められた位置に一致したときにリラクタのエッジを検出してパルス信号を発生する信号発生装置と、直流電源の出力が印加される直流側端子と前記ｍ相の電機子コイルのｍ個の非中性点側端子がそれぞれ接続されたｍ個の交流側端子とを有するブリッジ形のインバータ回路と、前記ｍ相の電機子コイルの中性点と接地電位部との間に設けられた過渡電流通電用スイッチと、前記過渡電流通電用スイッチを通して流れる電流を検出する電流検出手段と、前記インバータ回路及び前記過渡電流通電用スイッチを制御するコントローラとを具備し、
前記コントローラは、
前記固定子の各相の電機子コイルの非中性点側端子と接地電位部との間に一時的に直流電圧を印加することにより各相の電機子コイルに過渡電流を流す過程を前記ｍ相の電機子コイルのそれぞれに対して行なうように前記インバータ回路のスイッチ素子と前記過渡電流通電用スイッチとを制御する過渡電流通電手段と、
前記過渡電流通電手段が前記ｍ相の電機子コイルにそれぞれ流した過渡電流を前記電流検出手段により検出して、検出した過渡電流から前記回転子が前記ｍ相の電機子コイルに対して如何なる位置にあるのかを判定する第１の回転子位置判定手段と、
前記第１の回転子位置判定手段により判定された前記回転子の位置に基づいて前記回転子を所定の方向に回転させるためにオン状態にすべき前記インバータ回路のスイッチ素子の組合せをスイッチパターンとして決定する第１のスイッチパターン決定手段と、
前記第１のスイッチパターン決定手段により決定されたスイッチパターンに従って前記インバータ回路のスイッチ素子をオン状態にするように前記インバータ回路を制御する第１のインバータ制御手段と、
前記電機子コイルの逆誘起電圧の変化から前記回転子が前記固定子のｍ相の電機子コイルに対して如何なる位置にあるのかを判定する第２の回転子位置判定手段と、
前記第２の回転子位置判定手段により判定された位置に基づいて前記回転子を所定の方向に回転させるためにオン状態にすべき前記インバータ回路のスイッチ素子の組合せをスイッチパターンとして決定する第２のスイッチパターン決定手段と、
前記第２のスイッチパターン決定手段により決定されたスイッチパターンに従って前記インバータ回路のスイッチ素子をオン状態にするように前記インバータ回路を制御する第２のインバータ制御手段と、
前記回転電機の始動時には前記第１のインバータ制御手段により前記インバータ回路を制御し、前記回転電機が始動して前記第２のスイッチパターン決定手段によりスイッチパターンを決定し得る状態になった後は、前記第２のインバータ制御手段により前記インバータ回路を制御するように制御を切り換える制御切換手段と、
前記信号発生装置が発生するパルス信号から得られる前記回転子の回転角度情報に基づいて前記回転子が前記固定子のｍ相の電機子コイルに対して如何なる位置にあるのかを判定する第３の回転子位置判定手段と、
前記第２の回転子位置判定手段により判定された位置と前記第３の回転子位置判定手段により判定された位置との間に誤差があるときにその誤差を補正する誤差補正手段と、
を備えている回転電機の制御装置。
【請求項１３】
前記信号発生装置は、予め定めた特定のスイッチパターンへの切換を行う位置でパルス信号を発生するように構成されている請求項１２に記載の回転電機の制御装置。
【請求項１４】
前記第１の回転子位置判定手段は、前記過渡電流の波高値から前記回転子が前記ｍ相の電機子コイルに対して如何なる位置にあるのかを判定するように構成されている請求項９ないし１３のいずれか１つに記載の回転電機の制御装置。
【請求項１５】
前記第１の回転子位置判定手段は、前記過渡電流の波高値と波形とから前記回転子が前記ｍ相の電機子コイルに対して如何なる位置にあるのかを判定するように構成されている請求項９ないし１３のいずれか１つに記載の回転電機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機の回転子の位置を判定する回転子位置判定方法、該判定方法を実施するために用いる回転子位置判定装置、及び該回転子位置判定装置を用いて回転電機をモータとして動作させるように制御する制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関に取り付ける発電機として、回転子ヨークに永久磁石を取り付けて磁石界磁を構成した回転子と、多相の電機子コイルを有する固定子とからなる磁石発電機が用いられている。磁石発電機のように、界磁を有する回転子と多相の電機子コイルを有する固定子とからなる回転電機は、その回転子を外部から駆動したときに発電機として動作するが、回転子の界磁と電機子コイルとの間の相対的な位置関係に応じて励磁相を切り換えながら電機子コイルに駆動電流を流すと、モータとして動作する。例えば、バッテリと電機子コイルとの間にインバータ回路を設けて、回転子を所定の方向に回転させるために回転子の各位置でオン状態にする必要があるインバータ回路のスイッチ素子の組合せをスイッチパターンとして、該スイッチパターンを回転子の位置（回転子の界磁と各相の電機子コイルとの間の位置関係）に応じて切り換えながらインバータ回路を制御することにより、回転電機をモータとして動作させることができる。
【０００３】
このように、界磁を有する回転子と電機子コイルを有する固定子とからなる回転電機は、発電機としても電動機としても動作させることができるため、特許文献１に示されているように、内燃機関に取り付けた回転電機を機関の始動時にモータとして動作させることにより、該回転電機に機関始動用電動機としての機能を持たせ、機関が始動した後は、該回転電機を発電機として動作させて、バッテリの充電を行わせることが検討されている。この種の回転電機はスタータジェネレータと呼ばれている。
【０００４】
従来、界磁を有する回転子と多相の電機子コイルを有する固定子とからなる回転電機をモータとして動作させる場合には、特許文献１に示されているように、ホール素子からなる磁気センサにより回転子の磁極の極性を検出することにより、インバータ回路のスイッチパターンを切り換える回転子の位置を検出するようにしている。またホール素子の代りにレゾルバを用いてスイッチパターンを切り換える位置を検出することも知られている。
【０００５】
また特許文献２に示されているように、磁石界磁回転型の回転電機を磁石発電機として動作させる際に、発電機の負荷側に設けられたバッテリやコンデンサなどの電圧蓄積手段からインバータ回路を通して固定子の電機子コイルに交流制御電圧を印加することにより発電機出力を制御することが提案されている。
【０００６】
磁石発電機においては、回転子の界磁が永久磁石により構成されているため、界磁巻線を有する磁石発電機と同じような方法で界磁を制御して、磁石発電機の出力を制御することはできない。
【０００７】
そこで、 特許文献２に示された発明においては、負荷側に設けられたバッテリやコンデンサなどの電圧蓄積手段からインバータ回路を通して、電機子コイルの誘起電圧と周波数が等しい交流制御電圧を電機子コイルに印加し得るように発電装置を構成し、交流制御電圧の位相を変化させることにより、電機子コイルと鎖交する磁束を変化させて、磁石発電機の出力特性を変化させるようにしている。
【０００８】
磁石界磁回転型の回転電機を発電機として動作させる際に、電機子コイルの誘起電圧と等しい周波数を有する交流制御電圧を電機子コイルに印加して、該交流制御電圧の位相を電機子コイルの無負荷誘起電圧の位相に対して遅れ側に変化させると、通常は、発電出力を増加させることができ、該交流制御電圧の位相角を進み側に変化させると発電出力を低下させることができる。ここで、電機子コイルの無負荷誘起電圧の位相に対する交流制御電圧の位相角は「制御角」と呼ばれる。
【０００９】
上記のように、磁石界磁回転型の回転電機を発電機として動作させる際には、発電出力（出力電圧または出力電流）が目標値よりも低いか高いかによって、制御角を遅れ側または進み側に変化させることにより、発電出力を目標値に一致させる制御を行なわせることができる。このように、負荷側に設けた電圧蓄積手段からインバータ回路を通して電機子コイルに交流制御電圧を印加し得るように発電装置を構成して、交流制御電圧の位相角を制御することにより発電機の出力を調整する制御を、負荷側から発電機を駆動しながら発電機の出力を制御するという意味で、「ドライブ制御」と呼んでいる。
【００１０】
ドライブ制御を行う際には、交流制御電圧の位相角を定めるために、回転子の位置（磁石界磁と固定子の各相の電機子コイルとの間の相対的位置関係）を検出する必要がある。回転子の位置はホール素子を用いることにより検出することができるが、特許文献２に示された発明では、回転子の回転角度位置が予め定められた位置に一致したときにリラクタのエッジを検出してパルス信号を発生する信号発生装置を用いて回転子の位置を検出するようにしている。
【００１１】
またブラシレスモータにおいては、特許文献３に示されているように、ホール素子等のセンサを用いることなく、電機子コイルの逆誘起電圧の変化から回転子の位置を検出する方法が知られている。特許文献３に示された方法では、星形結線された３相の電機子コイルに、同じく星形結線された３つの抵抗器からなる抵抗回路を並列に接続して、電機子コイルの中性点と抵抗回路の中性点との間の電位差から、３相の電機子コイルの逆誘起電圧の総和を検出し、この逆誘起電圧の総和の変化に基づいて回転子の位置を検出するようにしている。
【特許文献１】特開２００４−８０９３１号公報
【特許文献２】特開２００４−１７３４８２号公報
【特許文献３】特開昭６０−１９４７８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ホール素子は耐熱性が低いため、内燃機関のクランク軸に取り付けられた磁石回転子と、多相の電機子コイルを有する固定子とからなる回転電機をブラシレスモータとして動作させて機関の始動を行なう場合のように、回転電機が高温環境下で使用される場合に、電機子コイルへの駆動電流の供給を制御するインバータ回路のスイッチパターンを切り換える回転子の位置を検出するセンサとしてホール素子を用いた場合には、該ホール素子が周囲から与えられる熱により破損するおそれがあった。
【００１３】
また上記インバータ回路のスイッチパターンを切り換える回転子の位置を検出するセンサとしてレゾルバを用いた場合には、レゾルバ自体が高価である上に、励磁電圧に対する出力電圧の位相差を検出するための検出回路が必要になるため、コストが高くなるという問題があった。
【００１４】
特許文献２に示されたように、リラクタのエッジを検出してパルス信号を発生する信号発生装置を用いて回転子の位置を検出すれば、耐熱性が低いセンサを用いる必要がないが、リラクタのエッジを検出してパルスを発生する信号発生装置は回転電機が回転していないと出力を発生しないため、このような信号発生装置を用いる方法は、回転電機をブラシレスモータとして動作させる場合に、その始動時の回転子の位置を検出する目的には使用することができない。
【００１５】
同様に、特許文献３に示されたように、電機子コイルの逆誘起電圧の変化から回転子の位置を検出する方法も、回転電機が回転していて、電機子コイルが逆誘起電圧を発生しているときにのみ適用できる方法であるため、回転電機の始動時に回転子が如何なる位置にあるかを検出する方法としては用いることができない。
【００１６】
本発明の目的は、耐熱性が低いホール素子や高価なレゾルバを用いずに、回転子の位置を検出することができる回転電機の回転子位置判定方法及びこの方法を実施するために用いる回転電機の回転子位置判定装置を提供することにある。
【００１７】
本発明の他の目的は、ホール素子などの耐熱性が低いセンサやレゾルバ等の高価なセンサを用いることなく、回転電機をモータとして動作させるように電機子コイルの励磁を制御することができる回転電機の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明に係わる回転子位置判定方法は、ｍ相（ｍは２以上の整数）の電機子コイルを有する固定子と、界磁を有する回転子とを備えた回転電機の回転子がｍ相の電機子コイルに対して如何なる位置にあるかを判定する回転子位置判定方法である。
【００１９】
本発明を適用する回転電機において、回転子の界磁は、回転子ヨークに取り付けられた永久磁石により形成されるものでもよく、回転子鉄心に巻回された励磁コイルに励磁電流を流すことにより形成されるものでもよい。
【００２０】
本発明においては、固定子の各相の電機子コイルに一時的に直流電圧を印加して各相の電機子コイルに過渡電流を流す過程をｍ相の電機子コイルのそれぞれに対して行なう過渡電流通電過程と、この過渡電流通電過程でｍ相の電機子コイルにそれぞれ流れた過渡電流から回転子の磁石界磁がｍ相の電機子コイルに対して如何なる位置にあるかを判定する回転子位置判定過程とを行う。
【００２１】
回転電機において、電機子コイルに電流が流れていないときに電機子鉄心に流れる磁束は、磁石界磁の位置と各相の電機子コイルとの間の相対的な位置関係（回転子の各相の電機子コイルに対する位置）により異なり、各相の電機子コイルのインダクタンスは回転子の位置により異なるため、回転電機の各相の電機子コイルに電圧を印加したときに流れる過渡電流は、回転子の位置により相違する。従って、回転電機の固定子の各相の電機子コイルに一時的に直流電圧を印加して各相の電機子コイルに過渡電流を流す過程をｍ相の電機子コイルのそれぞれに対して行なって、ｍ相の電機子コイルにそれぞれ流れた過渡電流の波高値を比較したり、過渡電流の波形を比較したりすることにより、回転子が各相の電機子コイルに対して如何なる位置にあるかを判定することができる。
【００２２】
過渡電流の波形から回転子の位置を判定するには、ｍ相の電機子コイルにそれぞれ流れた過渡電流の波形の特徴を抽出する処理を行って、抽出した特徴を比較するようにすればよい。過渡電流の波形の特徴の抽出は、例えば以下の（ａ）ないし（ｃ）のようにして行うことができる。
（ａ）電機子コイルに直流電圧を印加した後、一定時間τが経過した時点での電流値を測定し、比較する。
（ｂ）過渡電流が流れ始めた後、一定の電流値に達するまでに要した時間を測定し、比較する。
（ｃ）過渡電流の立上がり時の時間的な変化率から波形を判定する。
（ｄ）時間幅２Δｔを有する過渡電流波形の前半の時間的変化率Δｉ1／Δｔと後半の時間的変化率Δｉ2／Δｔとを求めて、前半の変化率Δｉ1／Δｔと後半の変化率Δｉ2／Δｔとの差が設定値以上であるか否かを判定する。
【００２３】
本発明によればまた、ｍ相（ｍは２以上の整数）の電機子コイルを有する固定子と、界磁を有する回転子とを備えた回転電機の回転子がｍ相の電機子コイルに対して如何なる位置にあるかを判定する回転子位置判定装置が提供される。
【００２４】
本発明に係わる回転子位置判定装置は、固定子の各相の電機子コイルに一時的に直流電圧を印加して各相の電機子コイルに過渡電流を流す過渡電流通電過程をｍ相の電機子コイルのそれぞれに対して行なう過渡電流通電手段と、過渡電流通電過程でｍ相の電機子コイルにそれぞれ流れた過渡電流を検出して、検出した過渡電流から回転子がｍ相の電機子コイルに対して如何なる位置にあるかを判定する回転子位置判定手段とを備えることにより構成される。
【００２５】
ｍ相の電機子コイルが星形結線されている場合には、上記過渡電流通電手段が、各相の電機子コイルの非中性点側端子と接地電位部との間に一時的に直流電圧を印加することにより各相の電機子コイルに過渡電流を流す過程をｍ相の電機子コイルのそれぞれに対して行なうように構成される。
【００２６】
上記回転子位置判定手段は、過渡電流の波高値から回転子がｍ相の電機子コイルに対して如何なる位置にあるのかを判定するように構成することができる。
【００２７】
上記回転子位置判定手段はまた、過渡電流の波高値と波形とから回転子がｍ相の電機子コイルに対して如何なる位置にあるのかを判定するように構成することもできる。
【００２８】
本発明によればまた、中性点を持つように星形結線されたｍ相（ｍは２以上の整数）の電機子コイルを有する固定子と、界磁を有する回転子とを備えた回転電機をモータとして動作させるべくｍ相の電機子コイルへの駆動電流の供給を制御する回転電機の制御装置が提供される。
【００２９】
本発明に係わる制御装置においては、直流電源の出力が印加される直流側端子とｍ相の電機子コイルのｍ個の非中性点側端子がそれぞれ接続されたｍ個の交流側端子とを有するブリッジ形のインバータ回路と、ｍ相の電機子コイルの中性点と接地電位部との間に設けられた過渡電流通電用スイッチと、過渡電流通電用スイッチを通して流れる電流を検出する電流検出手段と、インバータ回路及び過渡電流通電用スイッチを制御するコントローラとが設けられる。
【００３０】
この場合、コントローラは、固定子の各相の電機子コイルの非中性点側端子と接地電位部との間に一時的に直流電圧を印加することにより各相の電機子コイルに過渡電流を流す過程をｍ相の電機子コイルのそれぞれに対して行なうようにインバータ回路のスイッチ素子と過渡電流通電用スイッチとを制御する過渡電流通電手段と、過渡電流通電手段がｍ相の電機子コイルにそれぞれ流した過渡電流を電流検出手段により検出して、検出した過渡電流から、回転子がｍ相の電機子コイルに対して如何なる位置にあるのかを判定する回転子位置判定手段と、回転子位置判定手段により判定された回転子の位置に基づいて回転子を所定の方向に回転させるためにオン状態にすべきインバータ回路のスイッチ素子の組合せをスイッチパターンとして決定するスイッチパターン決定手段と、スイッチパターン決定手段により決定されたスイッチパターンに従ってインバータ回路のスイッチ素子をオン状態にするようにインバータ回路を制御するインバータ制御手段とを備えた構成とする。
【００３１】
上記回転子位置判定手段は、過渡電流の波高値から回転子がｍ相の電機子コイルに対して如何なる位置にあるのかを判定するように構成されてもよく、過渡電流の波高値と波形とから前記回転子がｍ相の電機子コイルに対して如何なる位置にあるのかを判定するように構成されてもよい。
【００３２】
本発明に係わる回転電機の制御装置は、回転子の回転角度位置が予め定められた位置に一致したときにリラクタのエッジを検出してパルス信号を発生する信号発生装置と、直流電源の出力が印加される直流側端子とｍ相の電機子コイルのｍ個の非中性点側端子がそれぞれ接続されたｍ個の交流側端子とを有するブリッジ形のインバータ回路と、ｍ相の電機子コイルの中性点と接地電位部との間に設けられた過渡電流通電用スイッチと、過渡電流通電用スイッチを通して流れる電流を検出する電流検出手段と、インバータ回路及び過渡電流通電用スイッチを制御するコントローラとを備えた構成とするのが好ましい。
【００３３】
この場合、コントローラは、固定子の各相の電機子コイルの非中性点側端子と接地電位部との間に一時的に直流電圧を印加することにより各相の電機子コイルに過渡電流を流す過程をｍ相の電機子コイルのそれぞれに対して行なうようにインバータ回路のスイッチ素子と過渡電流通電用スイッチとを制御する過渡電流通電手段と、この過渡電流通電手段がｍ相の電機子コイルにそれぞれ流した過渡電流を電流検出手段により検出して、検出した過渡電流から回転子がｍ相の電機子コイルに対して如何なる位置にあるのかを判定する第１の回転子位置判定手段と、第１の回転子位置判定手段により判定された回転子の位置に基づいて回転子を所定の方向に回転させるためにオン状態にすべきインバータ回路のスイッチ素子の組合せをスイッチパターンとして決定する第１のスイッチパターン決定手段と、第１のスイッチパターン決定手段により決定されたスイッチパターンに従ってインバータ回路のスイッチ素子をオン状態にするようにインバータ回路を制御する第１のインバータ制御手段と、信号発生装置が発生するパルス信号から得られる回転子の回転角度情報に基づいて回転子が固定子のｍ相の電機子コイルに対して如何なる位置にあるのかを判定する第２の回転子位置判定手段と、第２の回転子位置判定手段により判定された位置に基づいて回転子を所定の方向に回転させるためにオン状態にすべきインバータ回路のスイッチ素子の組合せをスイッチパターンとして決定する第２のスイッチパターン決定手段と、第２のスイッチパターン決定手段により決定されたスイッチパターンに従ってインバータ回路のスイッチ素子をオン状態にするようにインバータ回路を制御する第２のインバータ制御手段と、回転電機の始動時には第１のインバータ制御手段によりインバータ回路を制御し、信号発生装置がしきい値以上のレベルを有するパルス信号を発生する状態になった後は、第２のインバータ制御手段によりインバータ回路を制御するように制御を切り換える制御切換手段とを備えた構成とするのが好ましい。
【００３４】
上記のように構成すると、回転電機が停止していて、信号発生装置がパルス信号を発生することができない状態では、電機子コイルに流した過渡電流から判定した回転子の位置に基づいて決定した励磁相の電機子コイルに励磁電流を流すことにより、回転電機を始動させさせることができる。回転電機が始動した後、その回転速度が上昇して信号発生装置が識別し得るレベルのパルス信号を発生するようになった後は、信号発生装置が出力するパルス信号から得られる回転角度情報を用いて判定した回転子の位置に基づいて励磁相を決定して電機子コイルを励磁することができるため、回転電機をブラシレスモータと同様に回転させることができる。
【００３５】
上記信号発生装置は、スイッチパターンを切り換える位置でパルス信号を発生するように構成するのが好ましい。このような信号発生装置を用いると、該信号発生装置がパルス信号を発生する毎にスイッチパターンを切り換えればよいため、スイッチパターンを切り換える制御を容易にすることができる。
【００３６】
本発明に係わる磁石界磁回転型回転電機の制御装置はまた、信号発生装置を用いずに、電機子コイルの逆誘起電圧の変化から回転子の位置を検出するように構成することもできる。
【００３７】
この場合、コントローラは、固定子の各相の電機子コイルの非中性点側端子と接地電位部との間に一時的に直流電圧を印加することにより各相の電機子コイルに過渡電流を流す過程をｍ相の電機子コイルのそれぞれに対して行なうようにインバータ回路のスイッチ素子と過渡電流通電用スイッチとを制御する過渡電流通電手段と、この過渡電流通電手段がｍ相の電機子コイルにそれぞれ流した過渡電流を電流検出手段により検出して、検出した過渡電流から、回転子がｍ相の電機子コイルに対して如何なる位置にあるのかを判定する第１の回転子位置判定手段と、この第１の回転子位置判定手段により判定された回転子の位置に基づいて回転子を所定の方向に回転させるためにオン状態にすべきインバータ回路のスイッチ素子の組合せをスイッチパターンとして決定する第１のスイッチパターン決定手段と、第１のスイッチパターン決定手段により決定されたスイッチパターンに従ってインバータ回路のスイッチ素子をオン状態にするようにインバータ回路を制御する第１のインバータ制御手段と、電機子コイルの逆誘起電圧の変化から回転子が固定子のｍ相の電機子コイルに対して如何なる位置にあるのかを判定する第２の回転子位置判定手段と、第２の回転子位置判定手段により判定された位置に基づいて回転子を所定の方向に回転させるためにオン状態にすべきインバータ回路のスイッチ素子の組合せをスイッチパターンとして決定する第２のスイッチパターン決定手段と、第２のスイッチパターン決定手段により決定されたスイッチパターンに従ってインバータ回路のスイッチ素子をオン状態にするようにインバータ回路を制御する第２のインバータ制御手段と、回転電機の始動時には第１のインバータ制御手段によりインバータ回路を制御し、回転電機が始動して第２のスイッチパターン決定手段によりスイッチパターンを決定し得る状態になった後は、第２のインバータ制御手段によりインバータ回路を制御するように制御を切り換える制御切換手段とを備えた構成とするのが好ましい。
【００３８】
上記のように、電機子コイルの逆誘起電圧の変化から回転子が固定子のｍ相の電機子コイルに対して如何なる位置にあるのかを判定する回転子位置判定手段を設けて、この回転子位置判定手段により判定された位置に基づいて回転電機が始動した後のスイッチパターンを決定するようにすると、信号発生装置を用いることなく、回転電機をブラシレスモータとして動作させることができるため、構成の簡素化を図ることができる。
【００３９】
電機子コイルの逆誘起電圧の変化から回転子の位置を検出する場合、位置の検出を正確に行なうことができない場合がある。従って、電機子コイルの逆誘起電圧の変化から回転子の位置を検出するように構成する場合にも、回転子の回転角度位置が予め定められた位置に一致したときにリラクタのエッジを検出してパルス信号を発生する信号発生装置を設けて、電機子コイルの逆誘起電圧の変化から検出した位置を、信号発生装置が出力するパルス信号から得た位置の情報を用いて修正するようにするのが好ましい。
【００４０】
この場合コントローラは、固定子の各相の電機子コイルの非中性点側端子と接地電位部との間に一時的に直流電圧を印加することにより各相の電機子コイルに過渡電流を流す過程をｍ相の電機子コイルのそれぞれに対して行なうようにインバータ回路のスイッチ素子と過渡電流通電用スイッチとを制御する過渡電流通電手段と、過渡電流通電手段がｍ相の電機子コイルにそれぞれ流した過渡電流を電流検出手段により検出して、検出した過渡電流から、回転子がｍ相の電機子コイルに対して如何なる位置にあるのかを判定する第１の回転子位置判定手段と、第１の回転子位置判定手段により判定された回転子の位置に基づいて回転子を所定の方向に回転させるためにオン状態にすべきインバータ回路のスイッチ素子の組合せをスイッチパターンとして決定する第１のスイッチパターン決定手段と、第１のスイッチパターン決定手段により決定されたスイッチパターンに従ってインバータ回路のスイッチ素子をオン状態にするようにインバータ回路を制御する第１のインバータ制御手段と、電機子コイルの逆誘起電圧の変化から回転子が固定子のｍ相の電機子コイルに対して如何なる位置にあるのかを判定する第２の回転子位置判定手段と、第２の回転子位置判定手段により判定された位置に基づいて回転子を所定の方向に回転させるためにオン状態にすべきインバータ回路のスイッチ素子の組合せをスイッチパターンとして決定する第２のスイッチパターン決定手段と、第２のスイッチパターン決定手段により決定されたスイッチパターンに従ってインバータ回路のスイッチ素子をオン状態にするようにインバータ回路を制御する第２のインバータ制御手段と、回転電機の始動時には第１のインバータ制御手段によりインバータ回路を制御し、回転電機が始動して第２のスイッチパターン決定手段によりスイッチパターンを決定し得る状態になった後は、第２のインバータ制御手段によりインバータ回路を制御するように制御を切り換える制御切換手段と、信号発生装置が発生するパルス信号から得られる回転子の回転角度情報に基づいて回転子が固定子のｍ相の電機子コイルに対して如何なる位置にあるのかを判定する第３の回転子位置判定手段と、第２の回転子位置判定手段により判定された位置と第３の回転子位置判定手段により判定された位置との間に誤差があるときにその誤差を補正する誤差補正手段とを備えた構成とする。
【００４１】
上記第１の回転子位置判定手段は、過渡電流の波高値から回転子がｍ相の電機子コイルに対して如何なる位置にあるのかを判定するように構成してもよく、過渡電流の波高値と波形とから回転子がｍ相の電機子コイルに対して如何なる位置にあるのかを判定するように構成してもよい。
【００４２】
上記のように、回転電機が始動した後の回転子の位置を電機子コイルの逆誘起電圧の変化から検出することを基本とする場合、信号発生装置は、予め定めた特定のスイッチパターンへの切換を行う位置でパルス信号を発生するように構成すればよく、すべてのスイッチパターンの切換位置でパルス信号を発生する必要はない。
【発明の効果】
【００４３】
以上のように、本発明によれば、固定子の各相の電機子コイルに一時的に直流電圧を印加して各相の電機子コイルに過渡電流を流す過程をｍ相の電機子コイルのそれぞれに対して行なって、ｍ相の電機子コイルにそれぞれ流れた過渡電流の波形から回転子が各相の電機子コイルに対して如何なる位置にあるかを判定するようにしたので、ホール素子のように耐熱性が低いセンサを用いたり、レゾルバのような高価なセンサを用いたりすることなく、回転子の電機子コイルに対する位置を判定することができる。
【００４４】
また本発明に係わる回転電機の制御装置によれば、回転電機をモータとして動作させる際に、過渡電流から判定した回転子の位置に基づいて決定したスイッチパターンでインバータ回路を制御して電機子コイルに電流を流すことにより回転子を始動させ、始動後は、リラクタのエッジを検出してパルス信号を発生する信号発生装置の出力から得た回転子の位置情報または電機子コイルの逆誘起電圧の変化から得た回転子の位置情報を用いてスイッチパターンを切り換えることにより回転子を回転させるようにしたので、ホール素子のような耐熱性が低いセンサを用いたり、レゾルバのような高価なセンサを用いたりすることなく、回転電機をモータとして運転することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
以下図面を参照して本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１は回転電機が内燃機関に取り付けられて、機関の始動時にブラシレスモータとして運転され、機関が始動した後は磁石発電機として運転される場合に本発明を適用した実施形態を示したもので、同図において１は回転電機、２はバッテリ、３は回転電機１とバッテリ２との間に設けられたインバータ回路、４はマイクロプロセッサを備えて、インバータ回路３を制御するコントローラ、５は回転電機１の回転子の位置が予め定めた位置に一致したときにパルス信号を発生する信号発生装置、６は過渡電流を流す際に閉じられる過渡電流通電用スイッチ、７は過渡電流を検出する電流検出手段である。
【００４６】
更に詳細に説明すると、図１において、１０は鉄などの強磁性材料によりほぼカップ状を呈するように構成された回転子ヨークで、この回転子ヨークは、その底壁部の中央部に取り付けられたボス部が内燃機関（図示せず。）のクランク軸に嵌着されて機関に取り付けられている。
【００４７】
回転子ヨーク１０の周壁部１０ａの内周に永久磁石が取り付けられて偶数極の界磁が構成される。本実施形態では、１８０°間隔で配置された２個の円弧状の永久磁石Ｍ１及びＭ２が、回転子ヨーク１０の周壁部１０ａの内周に接着等により取り付けられ、これらの永久磁石が着磁方向を異にして径方向に着磁されることにより、回転子ヨークの内周に２極の磁石界磁が構成されている。回転子ヨーク１０と永久磁石Ｍ１及びＭ２とにより回転子１Ａが構成されている。この例では、磁石回転子１Ａが、内燃機関の正回転時に図１において反時計方向（矢印ＣＣＷ方向）に回転させられるものとする。
【００４８】
磁石回転子１Ａの内側には、固定子１Ｂが配置されている。固定子１Ｂは、環状に形成された継鉄部の外周部から３個の突極部を放射状に突出させた構造を有する公知の星形環状電機子鉄心（図示せず。）と、この電機子鉄心の３個の突極部にそれぞれ巻回された３相の電機子コイルＬｕないしＬｗとからなっている。３相の電機子コイルＬｕないしＬｗは星形結線され、これらの電機子コイルの中性点と反対側の端末部から３相の端子１ｕ，１ｖ及び１ｗが引き出されている。
【００４９】
固定子１Ｂは、内燃機関のケースの一部に形成された固定子取付け部に固定され、電機子鉄心の３個の突極部のそれぞれの先端に形成された磁極部が磁石回転子１Ａの磁石界磁の磁極に所定のギャップを介して対向させられる。
【００５０】
回転子ヨーク１０の周壁部１０ａの外周には、該周壁部の周方向に延びる円弧状の突起からなる３つのリラクタ１１ないし１３が１２０°間隔で形成され、これらのリラクタ１１ないし１３と回転子ヨーク１０とにより信号発生用ロータ５Ａが構成されている。またロータ５Ａの近傍に、リラクタ１１ないし１３のそれぞれの回転方向の前端側エッジ及び後端側エッジをそれぞれ検出したときに極性が異なるパルス信号を発生するパルサ（パルス信号発生器）５Ｂが配置され、信号発生用ロータ５Ａとパルサ５Ｂとにより、磁束変化検出形の信号発生装置５が構成されている。
【００５１】
パルサ５Ｂは、機関のケース等に固定されていて、リラクタ１１ないし１３のそれぞれの回転方向の前端側エッジを検出したときに第１の極性のパルス信号を発生し、リラクタ１１ないし１３のそれぞれの回転方向の後端側エッジを検出したときに第２の極性のパルス信号を発生する。本実施形態では、各リラクタが６０°の極弧角を有していて、３つのリラクタ１１ないし１３が１２０°間隔で設けられているため、パルサ５Ｂは、回転子１Ａが１回転する間に６０°間隔で６つのパルス信号を発生する。これら６つのパルス信号がそれぞれ発生するタイミングが、１２０°スイッチング駆動または１８０°スイッチング駆動により回転電機をブラシレスモータとして動作させる際のインバータ回路のスイッチパターンの６つの切換タイミング（励磁相の切換タイミング）に一致するように、リラクタ１１ないし１３及びパルサ５Ｂが設けられている。
【００５２】
パルサ５Ｂが発生するパルス信号は、コントローラ４のパルス信号入力端子４ａに入力されている。パルス信号入力端子４ａに入力されたパルス信号は、コントローラ４内に設けられた波形整形回路によりマイクロプロセッサが認識し得る信号に変換されて、コントローラ４内のマイクロプロセッサに入力されている。
【００５３】
インバータ回路３は、オンオフ制御が自在なスイッチ素子と帰還ダイオードとを逆並列接続して構成したエレメントにより３相ブリッジ回路の各辺を構成した周知の回路からなる。図示の例では、一端が共通接続されたスイッチ素子Ｑｕ，Ｑｖ及びＱｗと、これらのスイッチ素子にそれぞれ逆並列接続されたダイオードＤｕ，Ｄｖ及びＤｗとによりブリッジの３つの上辺が構成され、スイッチ素子Ｑｕ，Ｑｖ及びＱｗのそれぞれの他端に一端が接続されるとともに他端が共通接続されたスイッチ素子Ｑｘ，Ｑｙ及びＱｚと、これらのスイッチ素子にそれぞれ逆並列接続された帰還ダイオードＤｘ，Ｄｙ及びＤｚによりブリッジの３つの下辺が構成されている。スイッチ素子ＱｕないしＱｗ及びＱｘないしＱｚとしては、駆動信号が与えられている間だけオン状態を保持し、駆動信号が除去されたときにオフ状態になるものを用いる。本実施形態では、インバータ回路３のブリッジの各辺を構成するスイッチ素子としてＭＯＳＦＥＴが用いられ、ＭＯＳＦＥＴのドレインソース間に形成された寄生ダイオードが帰還ダイオードとして用いられている。
【００５４】
図示のインバータ回路３においては、スイッチ素子Ｑｕ，Ｑｖ，Ｑｗの一端の共通接続点及びスイッチ素子Ｑｘ，Ｑｙ，Ｑｚの他端の共通接続点がそれぞれプラス側及びマイナス側の直流側端子３ａ及び３ｂとなっており、スイッチ素子Ｑｕ，Ｑｖ，Ｑｗの他端とスイッチ素子Ｑｘ，Ｑｙ，Ｑｚの一端との接続点がそれぞれ交流側端子３ｕ，３ｖ，３ｗとなっている。直流側端子３ａ，３ｂ間にバッテリ２が接続され、交流側端子３ｕ，３ｖ及び３ｗにそれぞれ電機子コイルＬｕ，Ｌｖ及びＬｗの非中性点側端子（中性点と反対側の端子）から引き出された３相の端子１ｕ，２ｖ及び１ｗが接続されている。
【００５５】
図示のインバータ回路３においては、ダイオードＤｕ，Ｄｖ，Ｄｗ，Ｄｘ，Ｄｙ及びＤｚにより全波整流回路が構成され、回転電機１が外部から駆動されて磁石発電機として運転される際に、電機子コイルＬｕないしＬｗに誘起する３相交流電圧がこの全波整流回路により直流電圧に変換されてバッテリ２に印加される。
【００５６】
本実施形態においては、回転電機１が停止している状態で、その回転子１Ａの位置（回転子の界磁と各相の電機子コイルとの間の位置関係）を判定するため、電機子コイルＬｕないしＬｗの中性点と接地間に過渡電流通電用スイッチ６と電流検出手段７とが直列に接続されている。図示の例では、電流検出手段７がシャント抵抗器Ｒiからなっていて、該抵抗器Ｒiの一端が電機子コイルの中性点に接続されている。
【００５７】
過渡電流通電用スイッチ６は、エミッタが接地されたＮＰＮトランジスタからなっていて、該トランジスタのコレクタが抵抗器Ｒiの他端に接続され、ベースがコントローラ４に設けられたスイッチ制御信号出力端子４ｂに接続されている。抵抗器Ｒiの両端に得られる検出信号は、演算増幅器ＯＰ1を通してコントローラ４の過渡電流検出信号入力端子４ｃに入力されている。
【００５８】
前述のように、本発明に係わる回転子位置判定方法では、固定子１Ｂの各相の電機子コイルに一時的に直流電圧を印加して各相の電機子コイルに過渡電流を流す過程を３相の電機子コイルのそれぞれに対して行なう過渡電流通電過程と、過渡電流通電過程で３相の電機子コイルにそれぞれ流れた過渡電流から回転子が３相の電機子コイルに対して如何なる位置にあるかを判定する回転子位置判定過程とを行うことにより、回転子１Ａの位置を判定する。このようにして判定した回転子の位置に基づいて回転子を所定の方向に回転させるために必要な励磁相を決定し、決定した励磁相の電機子コイルに励磁電流を流すようにインバータ回路３のスイッチパターンを決定して、該スイッチパターンでインバータ回路のスイッチ素子をオンオフ制御する。
【００５９】
本発明に係わる回転子位置判定方法を実施するとともに、その判定結果を用いて回転電機をブラシレスモータとして動作させるための制御を行わせるため、コントローラ４のマイクロプロセッサに所定のプログラムを実行させることにより、図２に示す各種の手段を構成する。図２において、２０は過電流通電手段で、この過電流通電手段は、固定子１Ｂの各相の電機子コイルの中性点と反対側の端子と接地電位部との間に電圧を印加した状態で中性点を一時的に接地電位部に接続することにより各相の電機子コイルに過渡電流を流す過渡電流通電過程を３相の電機子コイルのそれぞれに対して行なう。
【００６０】
また２１は第１の回転子位置判定手段で、この回転子位置判定手段は、過渡電流通電手段２０が３相の電機子コイルにそれぞれ流した過渡電流を電流検出手段７の出力から検出して、検出した過渡電流から回転子１Ａの界磁が３相の電機子コイルＬｕないしＬｗに対して如何なる位置にあるかを判定するための処理を行う手段である。
【００６１】
本実施形態では、過渡電流通電手段２０と第１の回転子位置判定手段２１とにより回転子位置検出装置が構成されている。
【００６２】
２２は第１のスイッチパターン決定手段、２３は第１のインバータ制御手段である。第１のスイッチパターン決定手段２２は、第１の回転子位置判定手段２１により判定された位置に基づいて、回転子１Ａを所定の方向（本実施形態では図１の矢印ＣＣＷ方向）に回転させるためにオン状態にすべきインバータ回路３のスイッチ素子の組合せをスイッチパターンとして決定する。また第１のインバータ制御手段２３は、第１のスイッチパターン決定手段２２により決定されたスイッチパターンに従ってインバータ回路３のスイッチ素子をオン状態にするようにインバータ回路３を制御する。
【００６３】
また２４は、信号発生装置５が発生するパルス信号から得られる回転子１Ａの位置情報に基づいて回転子１Ａが固定子１Ｂの３相の電機子コイルＬｕないしＬｗに対して如何なる位置にあるのかを判定する第２の回転子位置判定手段、２５は、第２の回転子位置判定手段２４により判定された位置に基づいて回転子を所定の方向に回転させるためにオン状態にすべきインバータ回路のスイッチ素子の組合せをスイッチパターンとして決定する第２のスイッチパターン決定手段、２６は、第２のスイッチパターン決定手段２５により決定されたスイッチパターンに従ってインバータ回路３のスイッチ素子をオン状態にするようにインバータ回路を制御する第２のインバータ制御手段である。
【００６４】
更に２７は制御切換手段で、この制御切換手段は、信号発生装置５が信号を発生しない回転電機の始動時には第１のインバータ制御手段２３によりインバータ回路を制御し、信号発生装置５がしきい値以上のレベルを有するパルス信号を発生する回転速度まで回転電機の回転速度が上昇した後は、第２のインバータ制御手段２６によりインバータ回路を制御するように制御を切り換える。
【００６５】
この制御切換手段は、回転子の回転速度を検出して、検出した回転速度が設定値を超えたときに第１のインバータ制御手段１３による制御から第２のインバータ制御手段２６による制御に切り換えるように構成してもよく、マイクロプロセッサが信号発生装置５の出力パルス信号を認識し得るようになったときに第１のインバータ制御手段２３による制御から第２のインバータ制御手段２６による制御に切り換えるように構成してもよい。
【００６６】
ここで、本発明に係わる回転子位置検出方法の原理につき説明する。図１に示した回転電機１においては、各相の電機子コイルの中性点と反対側の端子から電流が流れ込んだときに、コイルの極性が外側から見てＮ極になるように、各相の電機子コイルが巻かれている。
【００６７】
今、３相の電機子コイルに電流が流れていないとすると、固定子の電機子鉄心に流れる磁束の大きさは、磁石界磁と各相の電機子コイルとの位置関係により異なる。ここで、図１の状態から回転子１Ａを反時計方向に３０°ずつ段階的に回転させたとして、図３（Ａ）ないし（Ｌ）に示すように３０°ずつ位置が異なる位置Ｐ1ないしＰ12を考え、位置Ｐ1ないしＰ12の位置でＵ相の電機子鉄心に流れる磁束φを磁石による起磁力に対して図示すると、図４に示すようになる。位置Ｐ6とＰ8においては、回転子が線対称な位置関係にあるため、Ｕ相の電機子鉄心を流れる磁束は同じになる。同様に、位置Ｐ9〜Ｐ12のそれぞれにおける回転子の位置は、位置Ｐ5ないしＰ2のそれぞれにおける回転子の位置と線対称な関係にあるため、位置Ｐ9，Ｐ10，Ｐ11，Ｐ12のそれぞれの位置でＵ相の電機子鉄心に流れる磁束の大きさはそれぞれ、位置Ｐ5，Ｐ4，Ｐ3，Ｐ2の位置でＵ相の電機子鉄心に流れる磁束の大きさと同一である。また図４に示した位置Ｐ13は、位置Ｐ1と同じ位置であり、この位置Ｐ13でＵ相の電機子鉄心に流れる磁束は位置Ｐ1の位置でＵ相の電機子鉄心に流れる磁束と同一である。
【００６８】
上記のように、界磁を有する回転子とｍ（上記の例ではｍ＝３）相の電機子コイルを有する固定子とからなる回転電機において、電機子コイルに電流が流れていないときに電機子鉄心に流れる磁束は、界磁の位置と各相の電機子コイルとの間の相対的な位置関係（回転子の各相の電機子コイルに対する位置）により異なり、各相の電機子コイルのインダクタンスは回転子の位置により異なるため、回転子の位置により各相の電機子コイルに流れる過渡電流が相違する。従って、固定子の各相の電機子コイルに一時的に直流電圧を印加して各相の電機子コイルに過渡電流を流す過程をｍ相の電機子コイルのそれぞれに対して行なって、ｍ相の電機子コイルにそれぞれ流れた過渡電流の特徴を抽出して比較すると、回転子が各相の電機子コイルに対して如何なる位置にあるかを判定することができる。
【００６９】
図５に示したように、抵抗ｒとインダクタンスＬとの直列回路にトランジスタＴＲ1を通してバッテリ２の電圧Ｅを印加する回路を構成して、トランジスタＴＲ1をオン状態にしたとすると、以下の（１）式により与えられる過渡電流ｉが流れる。
ｉ＝（Ｅ／ｒ）［１−ｅｘｐ｛−（ｒ／Ｌ）ｔ｝］                  …（１）
【００７０】
ここで、抵抗ｒが一定であるとし、インダクタンスＬがＬa，Ｌb及びＬcの値（Ｌa＜Ｌb＜Ｌc）をとったとすると、ｒ／Ｌa＞ｒ／Ｌb＞ｒ／Ｌcの関係が成り立つため、インダクタンスの値がＬa，Ｌb及びＬcのときにそれぞれ流れる過渡電流ｉa，ｉb及びｉcをそれぞれ時間ｔに対して示すと図６のようになる。
【００７１】
図１に示した例において、回転子の位置が図３（Ａ）に示すＰ1であるときに、インバータ回路３のスイッチ素子Ｑuをオン状態にし、過渡電流通電用スイッチ６をオン状態にしたとする。このとき図７に示すように、電機子コイルＬｕに流れる電流ΔＩが起磁力ΔＦを発生し、Ｕ相の電機子鉄心の磁束がΔφ1だけ変化するため、コイルには逆誘起電圧が発生する。回転子が位置Ｐ1にあるときのＵ相の電機子コイルのインダクタンスをＬ1とし、Ｕ相の電機子コイルの巻数をｎとすると、Ｌ1×ΔＩ＝ｎΔφ1の関係があるため、回転子が位置Ｐ1にあるときのＵ相の電機子コイルのインダクタンスＬ1は下記の式により与えられる。
Ｌ1＝ｎΔφ1／ΔＩ                                             …（２）
【００７２】
一方回転子が図３（Ｅ）に示すＰ5の位置にあるときに、インバータ回路の３のスイッチ素子Ｑuをオン状態にし、過渡電流通電用スイッチ６をオン状態にしたとすると、電流ΔＩが流れることにより発生する起磁力ΔＦにより、磁束変化Δφ5が発生する。このときＵ相の電機子コイルのインダクタンスＬ5は下記の式により与えられる。
Ｌ5＝ｎΔφ5／ΔＩ                                             …（３）
ここでΔφ1＜Δφ5であるため、Ｌ1＜Ｌ5となり、回転子の位置がＰ1の時及びＰ5の時にそれぞれ流れる過渡電流ｉ1及びｉ5は図８に示すようになる。
【００７３】
また回転子の位置がＰ1であるときには、Ｖ相及びＷ相の電機子コイルに対する回転子の位置が、Ｕ相の電機子コイルに対する位置Ｐ5の位置に相当する位置になるため、回転子がＰ1の位置にあるときに、インバータ回路３のスイッチ素子Ｑvをオン状態にして、過渡電流通電用スイッチ６をオン状態にしたとき、及びインバータ回路３のスイッチ素子Ｑwをオン状態にして、過渡電流通電用スイッチ６をオン状態にしたときには、上記ｉ5相当の過渡電流が流れる。
【００７４】
上記のように、各相の電機子コイルに一時的に直流電圧を印加した時に流れる過渡電流の波高値及び波形は、回転子１Ａの位置により異なるため、固定子の各相の電機子コイルに一時的に直流電圧を印加して各相の電機子コイルに過渡電流を流す過程を３相の電機子コイルのそれぞれに対して行って、３相の電機子コイルにそれぞれ流れた過渡電流の波高値を測定して比較するか、または波高値を比較すると共に、３相の電機子コイルにそれぞれ流れた過渡電流の波形の特徴を比較することにより、回転子の磁石界磁が３相の電機子コイルに対して如何なる位置にあるかを判定することができる。
【００７５】
本発明において、回転子の位置を過渡電流の波高値のみから判定するか、または過渡電流の波高値と波形との双方を用いて判定するかは、スイッチパターンの切換位置を定めるために必要な回転子の位置が得られるか否かにより決める。即ち、３相の電機子コイルにそれぞれ流れた過渡電流の波高値を比較するだけで、スイッチパターンの切換位置を定めるために必要な回転子の位置の情報が得られる場合には、過渡電流の波高値のみを用いて回転子の位置を判定する。また３相の電機子コイルにそれぞれ流れた過渡電流の波高値を比較するだけでは、スイッチパターンの切換位置を定めるために必要な回転子の位置の情報が得られない場合には、過渡電流の波高値と波形（波形から抽出した特徴）との双方を用いて回転子の位置を判定する。
【００７６】
過渡電流の波形を判定の１条件として回転子の位置を判定する際には、ｍ相の電機子コイルにそれぞれ流れた過渡電流の波形の特徴を抽出して、抽出した特徴を比較する。過渡電流の波形の特徴抽出は、例えば下記のようにして行うことができる。
（ａ）電機子コイルに直流電圧を印加した後、図９（Ａ）に示すように、一定時間τが経過した時点での電流値ｉaτ及びｉbτを測定して比較する。
（ｂ）図９（Ｂ）に示したように、過渡電流ｉa及びｉbが流れ始めた後、一定の電流値ｉsに達するまでに要した時間ｔa及びｔbを測定して比較する。
（ｃ）図９（Ｃ）に示したように、過渡電流ｉの立上がり時の時間的な変化率から波形を判定する。例えば、ｉb1／ｔ1とｉa1／ｔ1とを比較するか、ｉb2／ｔ2とｉa2／ｔ2とを比較する。
【００７７】
上記のように、回転電機が停止している時に、スイッチ６を閉じた状態にして、３相の電機子コイルＬｕ，Ｌｖ及びＬｗにつながるインバータ回路のブリッジの上辺のスイッチ素子Ｑｕ，Ｑｖ及びＱｗを順次短時間ずつオン状態にする過程を行うことにより、電機子コイルＬｕ，Ｌｖ及びＬｗにそれぞれ過渡電流を流し、３相の電機子コイルＬｕないしＬｗにそれぞれ流れた過渡電流の波高値または波高値と波形を比較することにより、回転子１Ａの位置を判定することができる。
【００７８】
回転電機が停止している状態で、回転子１Ａが各相の電機子コイルに対して如何なる位置関係にあるかを判定することができれば、その判定結果に基づいて、回転子１Ａを所定の方向に回転させるためにオン状態にすべきインバータ回路のスイッチ素子の組合せをスイッチパターンとして決定することができるため、決定されたスイッチパターンに従ってインバータ回路のスイッチ素子をオン状態にするようにインバータ回路を制御することにより、回転子を所定の方向に回転させることができる。
【００７９】
回転電機を回転させることができれば、以後は、第２のスイッチパターン決定手段２５により、信号発生装置５が出力するパルス信号から得た回転子の位置情報に基づいて励磁相を決定し、制御切換手段２７により、インバータ回路３の制御を、第１のインバータ制御手段による制御から第２のインバータ制御手段２６による制御に切り換えて、第２のスイッチパターン決定手段２６により決定されたスイッチパターンでインバータ回路３のスイッチ素子をオン状態にするようにインバータ回路３を制御することにより、回転電機をブラシレスモータとして運転することができる。
【００８０】
回転電機が始動して、回転子１Ａが、図３（Ａ）に示すＰ1の位置に達したときに、励磁制御を第２のインバータ制御手段２６による制御に切り換えて、１８０°スイッチングにより電機子コイルＬｕないしＬｗに励磁電流を流すべくインバータ回路３を制御する場合に、信号発生装置５の出力パルス信号に基づいて決定されるスイッチパターンを信号発生装置５の出力パルス信号の波形と共に図１０に示した。図１０（Ａ）は信号発生装置５が出力するパルス信号の波形を示したもので、Ｖf11及びＶr11はそれぞれ回転子がＰ1の位置及びＰ3の位置にあるときに、パルサ５Ｂがリラクタ１１の回転方向の前端側エッジｆ11及び後端側エッジｒ11をそれぞれ検出して発生するパルス信号を示し、Ｖf12及びＶr12はそれぞれ回転子がＰ5の位置及びＰ7の位置にあるときに、パルサ５Ｂがリラクタ１２の回転方向の前端側エッジｆ12及び後端側エッジｒ12をそれぞれ検出して発生するパルス信号を示している。またＶf13及びＶr13はそれぞれ回転子がＰ9の位置及びＰ11の位置にあるときに、パルサ５Ｂがリラクタ１３の回転方向の前端側エッジｆ13及び後端側エッジｒ13をそれぞれ検出して発生するパルス信号を示している。
【００８１】
また図１０（Ｂ）に示した表は、インバータ回路のスイッチパターンを示したもので、同図において符号Ｕ，Ｖ及びＷが表示された区間はそれぞれ、スイッチ素子Ｑｕ，Ｑｖ及びＱｗをオン状態にすることを意味し、符号Ｘ，Ｙ及びＺが表示された区間はそれぞれ、スイッチ素子Ｑｘ，Ｑｙ及びＱｚをオン状態にすることを意味する。例えば、スイッチ素子Ｑｕ，Ｑｙ及びＱｚがオン状態にされて、電機子コイルＬｕに流し込んだ励磁電流を電機子コイルＬｖ及びＬｗを通して流し出している状態から、回転子がＰ5の位置に達して、パルス信号Ｖf12が発生したときには、オン状態にするスイッチ素子の組合せ（スイッチパターン）を、（Ｑｕ，Ｑｙ，Ｑｚ）から（Ｑｕ，Ｑｖ，Ｑｚ）に切り換えて、電機子コイルＬｕ及びＬｖにそれぞれ流し込んだ励磁電流を電機子コイルＬｗを通して流し出す状態に切り換える。また回転子の位置がＰ7の位置に達したときには、オン状態にするスイッチ素子の組合せを（Ｑｕ，Ｑｖ，Ｑｚ）から（Ｑｘ，Ｑｖ，Ｑｚ）に切り換えて、電機子コイルＬｕ及びＬｖにそれぞれ流し込んだ励磁電流を電機子コイルＬｗを通して流し出している状態から、電機子コイルＬｖに流し込んだ励磁電流を電機子コイルＬｕ及びＬｗを通して流し出す状態に切り換える。
【００８２】
本実施形態では、スイッチパターンを切り換える位置でパルス信号が発生するようにリラクタとパルサとが設けられているため、制御を切り換えるときの回転子の位置（図１０に示した例ではＰ1の位置）が決まれば、励磁相の決定は容易に行うことができる。
【００８３】
回転電機の始動時に負荷が重いために、回転子を僅かしか回転させることができないときには、最初のスイッチパターンである時間駆動し、その間にパルサがパルス信号を発生しない場合には、駆動を一旦止めて、回転子の位置を判定する処理を再度行い、その判定結果に基づいて新たなスイッチパターンを決定して、決定したスイッチパターンでインバータ回路のスイッチ素子をオン状態にするようにインバータ回路を制御する。回転速度が低すぎて、パルサ５Ｂが識別し得るパルス信号を発生できない状態にある間この制御を続けることにより、回転電機を連続的に回転させることができる。
【００８４】
特に内燃機関を始動させるために回転電機をモータとして動作させる際には、機関の圧縮行程で、回転速度を十分に高くすることができず、パルサから識別し得るパルス信号を発生させることができないことが考えられるが、上記の制御を続けることにより機関の燃焼サイクルが圧縮行程を過ぎて、膨張行程に入れば、回転速度が上昇するので、パルサから識別し得るパルス信号を発生させて、第２のインバータ制御手段による制御に移行させることができ、次の圧縮行程では十分なトルクを発生させて始動用電動機としての機能を果たすことができる。
【００８５】
上記のように、本実施形態の制御装置によれば、回転電機が停止していて、信号発生装置がパルス信号を発生することができないときに、電機子コイルに流した過渡電流から判定した回転子の位置に基づいて決定したスイッチパターンでインバータ回路を制御することにより、回転電機を始動させるので、ホール素子等の耐熱性が低いセンサを用いたり、レゾルバ等の高価なセンサを用いたりせずに初期スイッチパターンを決定して、回転電機を始動させることができる。また回転電機が始動した後、その回転速度が上昇して信号発生装置が識別し得るレベルのパルス信号を発生するようになった後は、信号発生装置５が出力するパルス信号から得られる回転角度情報を用いて判定した回転子の位置に基づいてスイッチパターンを決定して電機子コイルを励磁することができるため、回転電機を通常のブラシレスモータと同様に回転させることができる。
【００８６】
次に、実際に初期のスイッチパターンを決定する方法について説明する。回転子がＰ1，Ｐ2，Ｐ3，…（Ｐ8以降は省略）の位置にあるときに図１のスイッチ６をオン状態にして過渡電流を流したときのＵ相の鉄心に流れる磁束φの変化Δφ1，Δφ2，…を図１１に示した。また回転子がＰ1ないしＰ12のそれぞれの位置にある状態でスイッチ６をオン状態にしてＵ相ないしＷ相の電機子コイルにそれぞれ過渡電流を流したときのＵ相〜Ｗ相の鉄心に流れる磁束の変化をまとめて示すと、図１２の表のようになる。これらＵ相ないしＷ相の鉄心を流れる磁束の変化を曲線で示すと図１３（Ａ）のようになり、検出される過渡電流の波高値Δｉu，Δｉv及びΔｉwは図１３（Ｂ）のようになる。図１３（Ｂ）に示す過渡電流から、最初にオン状態にするインバータ回路のスイッチ素子の組合せを初期のスイッチパターンとして決定して、決定したスイッチパターンでインバータ回路のスイッチ素子をオン状態にするように、インバータ回路３のスイッチ素子に駆動信号を与えることにより、回転子を回転させることができる。
【００８７】
１８０°スイッチングによりインバータ回路を制御するものとして、回転子がＰ1ないしＰ13の位置にあるときの初期のスイッチパターンを図１３（Ｃ）に示した。図１３（Ｃ）に示したスイッチパターンにおいて符号Ｕ，Ｖ，Ｗ，Ｘ，Ｙ及びＺはそれぞれスイッチ素子Ｑｕ，Ｑｖ，Ｑｗ、Ｑｘ，Ｑｙ及びＱｚをオン状態にすることを意味する。例えば、スイッチパターン（Ｕ，Ｙ，Ｗ）はスイッチ素子Ｑｕ，Ｑｙ及びＱｗをオン状態にすることを意味する。
【００８８】
回転子の位置によっては、図１３（Ｂ）に示した過渡電流の波高値Δｉu，Δｉv及びΔｉwの大きさの順序により、スイッチパターンが一義的に決まるが、位置によっては、過渡電流の大きさの順序だけでは、スイッチパターンを決定できないことがある。例えばＰ1，Ｐ5及びＰ9のそれぞれの位置における過渡電流の波高値Δｉu，Δｉv，Δｉwの大きさの順序は、それぞれＰ7，Ｐ11及びＰ3の位置における過渡電流の波高値Δｉu，Δｉv及びΔｉwの大きさの順序と同じであるので、これらの位置では、過渡電流の波高値の大きさの順序を見るだけでは、インバータ回路の初期のスイッチパターンを決定することができない。
【００８９】
そこで、過渡電流ΔｉuないしΔｉwの波形を見ると、例えば、Ｐ1の位置での過渡電流ΔｉuないしΔｉwの波形はそれぞれ図１４の（Ａ）ないし（Ｃ）に示すようになるが、Ｐ7の位置での過渡電流ΔｉuないしΔｉwの波形はそれぞれ図１５（Ａ）ないし（Ｃ）に示すようになり、Ｕ相の過渡電流Δｉuの波形がＰ1の位置とＰ７の位置とでは異なる。Ｐ1の位置では、飽和したＵ相の鉄心を減磁する方向に過渡電流が流れることにより磁束変化Δφ1が生じるため、過渡電流の波形は、三角波形よりも凸形の波形（立ち上がりが二次曲線的に湾曲した波形）を呈し、Ｕ相の電機子コイルを通して流れる過渡電流が最も大きくなる。従って最も大きい過渡電流がＵ相の過渡電流である場合に、その波形が三角波形よりも凸形である否かを判定して、凸形である場合に、回転子の位置がＰ1であると判定することができる。
【００９０】
過渡電流の波形が凸形である場合には、図１６（Ａ）に示すように、波形の前半の電流増加率Δｉ1／Δｔに比べて、後半の電流増加率Δｉ2／Δｔが大分小さくなるが、三角波形である場合には、図１６（Ｂ）に示すように、波形の前半の電流増加率Δｉ1／Δｔと後半の電流増加率Δｉ2／Δｔとの差が小さくなる。従って、過渡電流の時間幅を２Δｔとして、過渡電流波形の前半の時間的変化率Δｉ1／Δｔと後半の時間的変化率Δｉ2／Δｔとを求めて、前半の変化率Δｉ1／Δｔと後半の変化率Δｉ2／Δｔとの差が設定値以上であるか否かを判定することにより、過渡電流の波形が凸形であるか三角波形であるかを判定することができ、この判定結果から位置がＰ1の位置かＰ7の位置かを判定することができる。
【００９１】
過渡電流通電過程を行った結果得られた過渡電流の波高値の大きさの順序と、最大の過渡電流の波形とから、回転電機をブラシレスモータとして運転する際のインバータ回路の初期スイッチパターンを求める第１のスイッチパターン決定手段２２を構成するためにマイクロプロセッサに実行させるプログラムのアルゴリズムの一例を図１７に示した。
【００９２】
図１７に示したアルゴリズムによる場合には、初期スイッチパターンを判別する過程が開始された時に先ずステップ１でΔｉu，Δｉv及びΔｉwの中の最大のものΔｉmaxを見つける。その結果、ステップ２に示すように、ΔｉmaxがΔｉuであるとされたときには、次いでΔｉvとΔｉwとを比較し、ステップ３に示すようにΔｉv＞Δｉwであるときには、ステップ４に移行して、Δｉuの波形が凸形であるか否かを判定する。その結果Δｉuの波形が凸形でないと判定されたときにはステップ５で初期スイッチパターンをＵＶＺとし、Δｉuの波形が凸形であると判定されたときにはステップ６で初期スイッチパターンをＸＹＷとする。
【００９３】
またステップ３でΔｉvとΔｉwとを比較した結果、ステップ７に示すように、Δｉv＜Δｉwであるときには、ステップ８に進んでΔｉuの波形が凸形であるか否かを判定する。その結果Δｉuの波形が凸形でないと判定されたときにはステップ９で初期スイッチパターンをＸＶＺとし、Δｉuの波形が凸形であると判定されたときにはステップ１０で初期スイッチパターンをＵＹＷとする。
【００９４】
ステップ１１に示すように、ステップ１で見出された最大の過渡電流の波高値がΔivであると判定されたときには、次いでΔｉwとΔｉuとを比較し、ステップ１２に示すようにΔｉw＞Δｉuであるときには、ステップ１３に移行して、Δｉvの波形が凸形であるか否かを判定する。その結果Δｉvの波形が凸形でないと判定されたときにはステップ１４で初期スイッチパターンをＸＶＷとし、Δｉvの波形が凸形であると判定されたときにはステップ１５で初期スイッチパターンをＵＹＺとする。
【００９５】
またΔｉwとΔｉuとを比較した結果、ステップ１６に示すように、Δｉw＜Δｉuであるときには、ステップ１７に進んでΔｉvの波形が凸形であるか否かを判定する。その結果Δｉvの波形が凸形でないと判定されたときにはステップ１８で初期スイッチパターンをＸＹＷとし、Δｉvの波形が凸形であると判定されたときにはステップ１９で初期スイッチパターンをＵＶＺとする。
【００９６】
ステップ２０に示すように、ステップ１で見出された最大の過渡電流の波高値がΔiwであると判定されたときには、次いでΔｉuとΔｉvとを比較し、ステップ２１に示すようにΔｉu＞Δｉvであるときには、ステップ２２に移行して、Δｉwの波形が凸形であるか否かを判定する。その結果Δｉwの波形が凸形でないと判定されたときにはステップ２３で初期スイッチパターンをＵＹＷとし、Δｉwの波形が凸形であると判定されたときにはステップ２４で初期スイッチパターンをＸＶＺとする。
【００９７】
またΔｉuとΔｉvとを比較した結果、ステップ２５に示すように、Δｉu＜Δｉvであるときには、ステップ２６に進んでΔｉwの波形が凸形であるか否かを判定する。その結果Δｉwの波形が凸形でないと判定されたときにはステップ２７で初期スイッチパターンをＵＹＺとし、Δｉwの波形が凸形であると判定されたときにはステップ２８で初期スイッチパターンをＸＶＷとする。
【００９８】
また上記のように過渡電流の波形が凸型であるか否かを見る代りに、図１３に示すように、特定の位置Ｐ1，Ｐ5及びＰ9では、すべての相の電機子コイルを流れる過渡電流の波高値Δｉu，Δｉv及びΔｉwが或判定値Δｉsよりも大きい値を示すことを利用して、位置を判別するようにすることもできる。このように、特定の位置ではすべての相の電機子コイルを流れる過渡電流の波高値が判定値Δｉsよりも大きくなるが、他の位置ではそのようにはならない関係を利用して位置を判定する場合に、第１のスイッチパターン決定手段２２を構成するためにマイクロプロセッサに実行させるプログラムのアルゴリズムを示すフローチャートを図１８に示した。図１８に示したフローチャートは、ステップ４，８，１３，１７，２２及び２６において、すべての相の過渡電流の波高値Δｉu，Δｉv及びΔｉwが判定値Δｉsよりも大きいか否かを判定する点を除き、図１６に示したフローチャートと同様であるので、その詳細な説明は省略する。
【００９９】
制御切換手段２７は、回転電機１の始動時には第１のインバータ制御手段２３によりインバータ回路３を制御し、信号発生装置がしきい値以上のレベルを有するパルス信号を発生する状態になった後は、第２のインバータ制御手段２６によりインバータ回路を制御するように制御を切り換える。従って、回転電機が始動した後は、信号発生装置５が発生するパルスによりスイッチパターンが切り換えられて回転電機がブラシレスモータとして運転される。
【０１００】
図１に示した例では、過渡電流通電用スイッチ６と電機子コイルの中性点との間に電流検出手段７を挿入したが、図２０に示すように、電機子コイルＬｕないしＬｗの中性点と接地間に過渡電流通電用スイッチ６を接続し、３相の電機子コイルの非中性点側端子１ｕ，１ｖ及び１ｗととインバータ回路３の交流側端子３ｕ，３ｖ及び３ｗとの間にそれぞれ電流検出手段を構成するシャント抵抗器Ｒiu，Ｒiv及びＲiwを挿入して、これらの抵抗器の両端に得られる電流検出信号を演算増幅器ＯＰ1u，ＯＰ1v及びＯＰ1wを用いた検出回路を通してコントローラ４に入力するようにしてもよい。
【０１０１】
なお過渡電流を検出する手段はシャント抵抗器に限られるものではなく、変流器やホール素子等を電流検出手段として用いることもできる。
【０１０２】
上記の実施形態では、１８０°スイッチングによりインバータ回路のスイッチング制御を行なわせたが、１２０°スイッチングによりインバータ回路を制御する場合にも本発明を適用することができるのはもちろんである。
【０１０３】
回転子がＰ1ないしＰ12のそれぞれの位置にある状態でＵ相ないしＷ相の電機子コイルにそれぞれ過渡電流を流したときのＵ相〜Ｗ相の鉄心に流れる磁束Δφと、検出される過渡電流の波高値Δｉu，Δｉv及びΔｉwと、１２０°スイッチングによりインバータ回路３を制御する場合のスイッチパターンの変化とを図１９に示した。
【０１０４】
１２０°スイッチングによりインバータ回路を制御する場合には、過渡電流通電過程で３相の電機子コイルにそれぞれ流れた過渡電流の波高値Δｉu，Δｉv及びΔｉwの内で、中間値を示す過渡電流の波高値が判定値ΔＩsを通過する位置で、該中間値を示す過渡電流の波高値が判定値Ｉs以下になるか以上になるかによって、初期スイッチパターンを切り換える。例えば、Δｉu，Δｉv及びΔｉwの内で中間値を示すΔｉuが判定値ΔＩs以下になる位置Ｐ2でスイッチパターンを（Ｕ，Ｙ）に切り換え、Δｉu，Δｉv及びΔｉwの内で中間値を示すΔｉvが判定値Ｉs以上になる位置Ｐ4でスイッチパターンを（Ｕ，Ｚ）に切り換えている。またΔｉu，Δｉv及びΔｉwの内で中間値を示すΔｉvが判定値ΔＩs以下になる位置Ｐ6でスイッチパターンを（Ｖ，Ｚ）に切り換えている。
【０１０５】
上記の実施形態では、図２に示した第２の回転子位置判定手段２４が、リラクタのエッジを検出してパルス信号を発生する信号発生装置５の出力に基づいて、モータが起動した後の回転子の位置を判定するようにしているが、特許文献３に示された方法と同様に、電機子コイルの逆誘起電圧の変化から起動後の回転子の位置を判定するようにすることもできる。
【０１０６】
電機子コイルの逆誘起電圧の変化から回転子の位置を判定するようにした実施形態のハードウェアの構成を図２１に示した。図２１に示した例では、星形結線された３相の電機子コイルＬｕないしＬｗに、同じく星形結線された３つの抵抗器ＲｕないしＲｗからなる抵抗回路が並列に接続されている。そして、電機子コイルＬｕないしＬｗの中性点と抵抗回路の中性点との間の電位差が演算増幅器ＯＰ2を通して比較器ＣＰ1に入力され、比較器ＣＰ1の出力がコントローラ４内のマイクロプロセッサに入力されている。またこの例では、リラクタのエッジを検出してパルス信号を発生する信号発生装置が省略されている。その他の点は図１に示した実施形態と同様に構成されている。この場合の制御装置の構成は、信号発生装置５が設けられない点、及び第２の回転子位置判定手段２４が電機子コイルの逆誘起電圧の変化から回転子の位置を判定するように構成される点を除き、図２に示した例と同様である。
【０１０７】
図２１に示した制御装置の各部の電圧波形を図２２に示した。図２２（Ａ）ないし（Ｃ）はそれぞれ回転電機がモータとして回転しているときに３相の電機子コイルに誘起する逆誘起電圧Ｖu，Ｖv及びＶwを示し、図２２（Ｄ）は演算増幅器ＯＰ2から得られる信号電圧Ｖsを示している。演算増幅器ＯＰ2から出力される信号電圧Ｖsは３相の電機子コイルの逆誘起電圧の総和の１／３に相当する電圧であり、逆誘起電圧の３倍の周波数を有している。比較器ＣＰ1は信号電圧Ｖsを図２２（Ｅ）に示すようにＨレベルとＬレベルとをとる矩形波信号Ｖqに変換する。マイクロプロセッサは、この矩形波信号Ｖqの立ち上がり及び立下りでスイッチパターンを切り換えて、１８０°スイッチングによりインバータ回路３を制御する。１８０°スイッチングによりインバータ回路を制御する場合にインバータ回路のスイッチ素子Ｑu，Ｑv及びＱwに与えられる駆動信号Ｓu，Ｓv及びＳwの波形をそれぞれ図２２（Ｆ），（Ｇ）及び（Ｈ）に示した。スイッチ素子Ｑx，Ｑｙ及びＱzにそれぞれ与えられる駆動信号Ｓx，Ｓy及びＳzの波形はそれぞれ駆動信号Ｓu，Ｓv及びＳwを反転させた波形になる。
【０１０８】
図２３は、本発明の更に他の実施形態を示したもので、この例では、図２１に示した構成に加えて更に、回転子１Ａの回転子ヨークの外周に１８０°の極弧角を有するリラクタ１１′が設けられて信号発生装置のロータ５Ａが構成されている。またリラクタ５Ｂのエッジを検出してパルス信号を発生するパルサ５Ｂが回転子１Ａの近傍に設けられ、ロータ５Ａとパルサ５Ｂとにより信号発生装置５が構成されている。この例では、回転子１Ａが位置Ｐ1に達したときにパルサ５Ｂがリラクタ１１′の回転方向の前端側エッジｆ11′を検出して１つのパルス信号を発生し、回転子が１８０°回転してＰ7の位置に達したときにパルサ５Ｂがリラクタ１１′の回転方向の後端側エッジｒ11′を検出して他のパルス信号を発生するように、リラクタ１１′とパルサ５Ｂとが設けられている。その他の点は、図２１に示した実施形態と同様に構成されている。
【０１０９】
図２３に示した例では、コントローラ４内のマイクロプロセッサにより、信号発生装置５が発生するパルス信号から得られる回転子の回転角度情報に基づいて回転子１Ａが固定子の３相の電機子コイルに対して如何なる位置にあるのかを判定する第３の回転子位置判定手段と、電機子コイルの逆誘起電圧の変化から起動後の回転子の位置を判定する第２の回転子位置判定手段により判定された位置と第３の回転子位置判定手段により判定された位置との間に誤差があるときにその誤差を補正する誤差補正手段とが構成される。
【０１１０】
電機子コイルの逆誘起電圧の変化から回転子の位置を検出する場合、位置の検出を正確に行なうことができない場合があるが、上記の実施形態のように、回転子の位置が予め定められた位置に一致したときにリラクタのエッジを検出してパルス信号を発生する信号発生装置５を設けて、電機子コイルの逆誘起電圧の変化から検出した位置と信号発生装置が出力するパルス信号から求めた位置との間に誤差があるときにその誤差を補正するようにすると、回転電機をブラシレスモータとして安定に動作させることができる。
【０１１１】
図２３に示すように構成する場合、信号発生装置５は、図１に示した実施形態のように、スイッチパターンの切換を行なう各位置でパルス信号を発生する必要はなく、予め定めた特定のスイッチパターンへの切換を行う位置（上記の例ではＰ1の位置）でパルス信号を発生するように構成すればよいため、信号発生装置のロータの構成を簡単にすることができる。またすべてのスイッチパターンの切り換え位置を考慮してリラクタを設ける必要がないため、リラクタを他の制御に用いるパルス信号を発生させるために兼用することができる。
【０１１２】
例えば、回転電機が内燃機関に取り付けられる場合において、コントローラが内燃機関の点火時期をも制御するように構成される場合には、点火時期の計測を開始する基準位置を与える基準パルス信号をコントローラに入力するする必要があるが、パルサがリラクタ１１′の前端側エッジを検出する特定の位置（上記の例ではＰ1の位置）を基準パルス信号の発生位置とするように設定しておくことにより、リラクタ１１′を基準パルス信号を発生させるためのリラクタとして兼用することができる。
【０１１３】
上記の実施形態では、回転電機が３相の電機子コイルを有しているが、本発明は、更に多相の電機子コイルを有する回転電機にも適用することができる。
【０１１４】
上記の説明では、回転子の界磁が２極に構成されているが、回転子の界磁は偶数極を有する界磁であればよい。また上記の例では、回転子ヨークに永久磁石を取付けることにより回転子の界磁を構成しているが、回転子鉄心に巻回した励磁コイルに励磁電流を流すことにより回転子の界磁を構成する場合にも本発明を適用することができる。
【０１１５】
上記の説明では、固定子の電機子鉄心として３極の星形環状鉄心を用いて、この鉄心の３つの突極部にそれぞれ３相の電機子コイルを集中巻きするとしたが、３相（一般にはｍ相）の電機子コイルを電機子鉄心のスロットに分布巻きする場合にも本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】本発明の一実施形態のハードウェアの構成を示した回路図である。
【図２】図１の実施形態においてコントローラのマイクロプロセッサにより構成される各種の手段を含む制御装置の構成を示したブロック図である。
【図３】（Ａ）ないし（Ｌ）は電機子コイルと回転子との間の位置関係の変化を示した説明図である。
【図４】回転子の磁石界磁の位置の変化と電機子鉄心を流れる磁束との関係を示すグラフである。
【図５】本発明の実施形態において電機子コイルに過渡電流を流す回路を示した回路図である。
【図６】電機子コイルのインダクタンスが異なる場合に流れる過渡電流の波形を示した波形図である。
【図７】磁石界磁回転型の回転電機において回転子の界磁の位置の違いにより、過渡電流が流れたときに生じる逆起磁力による磁束変化が異なることを示すグラフである。
【図８】回転子の位置が異なるときに流れる過渡電流の波形を示した波形図である。
【図９】（Ａ）ないし（Ｃ）は過渡電流の違いを認識するための異なる方法を説明するための図である。
【図１０】回転電機がモータとして起動した後に信号発生装置のパルサが発生するパルス信号の波形とスイッチパターンの変化とを示した図である。
【図１１】回転子の位置の変化と鉄心を流れる磁束との関係を示したグラフである。
【図１２】回転子が図３に示したＰ1ないしＰ12のそれぞれの位置にある状態でＵ相ないしＷ相の電機子コイルにそれぞれ過渡電流を流したときのＵ相〜Ｗ相の鉄心に流れる磁束の変化をまとめて示した図表である。
【図１３】過渡電流によりＵ相ないしＷ相の鉄心を流れる磁束の変化を示したグラフと、検出される過渡電流の波高値Δｉu，Δｉv及びΔｉwを示したグラフと、１８０°スイッチングによりインバータ回路を制御するものとして、回転子が図３のＰ1ないしＰ13の位置にあるときの初期のスイッチパターンを示した図表とを上下に並べて示した図である。
【図１４】（Ａ）ないし（Ｃ）はそれぞれ回転子が図３の位置Ｐ1にあるときに過渡電流通電過程でＵ相ないしＷ相の電機子コイルに流れる過渡電流の波形を示した波形図である。
【図１５】（Ａ）ないし（Ｃ）はそれぞれ回転子が図３の位置Ｐ7にあるときに過渡電流通電過程でＵ相ないしＷ相の電機子コイルに流れる過渡電流の波形を示した波形図である。
【図１６】（Ａ）及び（Ｂ）は過渡電流の波形が凸形であるのか三角波形であるのかを判別する方法を説明するための図である。
【図１７】図２に示した制御装置の第１のスイッチパターン決定手段を構成するためにマイクロプロセッサに実行させるプログラムのアルゴリズムの一例を示したフローチャートである。
【図１８】図２に示した制御装置の第１のスイッチパターン決定手段を構成するためにマイクロプロセッサに実行させるプログラムのアルゴリズムの他の例を示したフローチャートである。
【図１９】過渡電流によりＵ相ないしＷ相の鉄心を流れる磁束の変化を示したグラフと、検出される過渡電流の波高値Δｉu，Δｉv及びΔｉwを示したグラフと、１２０°スイッチングによりインバータ回路を制御するものとして、回転子が図３のＰ1ないしＰ13の位置にあるときの初期のスイッチパターンを示した図表とを上下に並べて示した図である。
【図２０】本発明の他の実施形態のハードウェアの構成を示した回路図である。
【図２１】本発明の更に他の実施形態のハードウェアの構成を示した回路図である。
【図２２】図２１の各部の電圧波形を示した波形図である。
【図２３】本発明の更に他の実施形態のハードウェアの構成を示した回路図である。
【符号の説明】
【０１１７】
１  回転電機
２  バッテリ
３  インバータ回路
４  コントローラ
５  信号発生装置
２０  過渡電流通電手段
２１  第１の回転子位置判定手段
２２  第１のスイッチパターン決定手段
２３  第１のインバータ制御手段
２４  第２の回転子位置判定手段
２５  第２のスイッチパターン決定手段
２６  第２のインバータ制御手段
２７  制御切り換え手段
【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】
2006050714.tif 000009
【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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