(57)【要約】【課題】可動子の位置の推定を開始する前の電動機の起動時間を短縮可能な電動機制御装置を提供する。【解決手段】電動機制御装置の制御装置６０は、第一開閉制御部７１と第二開閉制御部７２と移行タイミング決定部７３とを備える。第一開閉制御部７１は、可動子の位置の推定を開始する前の電動機の起動時に、複数のスイッチング素子の各々を開閉制御して、可動子を所定位置に位置決めする。第二開閉制御部７２は、予め設定された開閉制御パターンに基づいて複数のスイッチング素子の各々を開閉制御して、可動子の位置に関わらず、可動子の回転数を強制的に上昇させる。移行タイミング決定部７３は、第一開閉制御部７１によって可動子の位置決めが行われているときに、誘起電圧の経時変化に基づいて、第一開閉制御部７１による開閉制御から第二開閉制御部７２による開閉制御へ移行させる移行タイミングを決定する。【選択図】  図６
2018107906.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のスイッチング素子が開閉制御されることにより直流電力を交流電力に変換して、固定子と可動子とを備える電動機に対して前記変換された前記交流電力を出力する電力変換器と、
前記固定子の非通電相の固定子巻線に生じる誘起電圧に基づいて、前記固定子に対する前記可動子の位置を推定する制御装置と、
を具備する電動機制御装置であって、
前記制御装置は、
前記可動子の前記位置の推定を開始する前の前記電動機の起動時に、前記複数のスイッチング素子の各々を開閉制御して、前記可動子を所定位置に位置決めする第一開閉制御部と、
予め設定された開閉制御パターンに基づいて前記複数のスイッチング素子の各々を開閉制御して、前記可動子の前記位置に関わらず、前記可動子の回転数を強制的に上昇させる第二開閉制御部と、
前記第一開閉制御部によって前記可動子の前記位置決めが行われているときに、前記誘起電圧の経時変化に基づいて、前記第一開閉制御部による開閉制御から前記第二開閉制御部による開閉制御へ移行させる移行タイミングを決定する移行タイミング決定部と、
を備える電動機制御装置。
【請求項２】
前記誘起電圧の単位時間あたりの変化量が正のときの前記可動子の回転方向を正転方向とし、前記変化量が負のときの前記可動子の回転方向を逆転方向とするときに、
前記移行タイミング決定部は、前記誘起電圧の前記変化量によって決まる前記正転方向または前記逆転方向と、前記電動機の負荷を駆動させるときの前記可動子の回転方向とが一致し、かつ、前記誘起電圧の前記変化量および前記負荷に応じて設定される切り替え位置に前記可動子が到達したときを前記移行タイミングとする請求項１に記載の電動機制御装置。
【請求項３】
前記移行タイミング決定部は、前記誘起電圧の前記変化量が最大になる前記可動子の前記位置を前記移行タイミングとする請求項２に記載の電動機制御装置。
【請求項４】
前記移行タイミング決定部は、前記第二開閉制御部に対して、前記移行タイミング時の前記誘起電圧の前記変化量が大きくなる程、前記可動子の前記回転数を速く上昇させる請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の電動機制御装置。
【請求項５】
前記移行タイミング決定部は、前記第二開閉制御部に対して、前記移行タイミング時の前記誘起電圧の前記変化量が大きくなる程、通電相の固定子巻線に供給する電流を小さくさせる請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の電動機制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非通電相の固定子巻線に生じる誘起電圧に基づいて、固定子に対する可動子の位置を推定する制御装置を備える電動機制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記発明の一例として、特許文献１に記載の発明が挙げられる。特許文献１に記載の電動モータの制御装置は、モータを起動させる際に、まず、所定コイルに通電することによりステータとロータの位置決めを行う。そして、制御装置は、ステータ側に回転磁界を強制的に発生させ、強制的な同期運転によってロータの回転数を上昇させる。これにより、特許文献１に記載の発明は、ロータの初期位置が不明な起動時において、モータを駆動可能にしようとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２８４６８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ロータの位置決め時は、ロータの初期位置が不明なため、ステータコイルに供給する電流が過大であると、ロータが所望の位置決め位置を超えてしまい、ロータが直ちに位置決めされない可能性がある。具体的には、ロータの慣性、モータの負荷などによって、ロータは、位置決め位置を超えた後、位置決め位置に向かって戻ろうとするが、再び、位置決め位置を超える可能性がある。この状態が繰り返されて、ようやくロータは、所望の位置決め位置に位置決めされる。このような振り子のようなロータの動きは、ロータの位置決めまでの所要時間を長くし、起動時間の遅延を招く可能性がある。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、可動子の位置の推定を開始する前の電動機の起動時間を短縮可能な電動機制御装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る電動機制御装置は、複数のスイッチング素子が開閉制御されることにより直流電力を交流電力に変換して、固定子と可動子とを備える電動機に対して前記変換された前記交流電力を出力する電力変換器と、前記固定子の非通電相の固定子巻線に生じる誘起電圧に基づいて、前記固定子に対する前記可動子の位置を推定する制御装置と、を具備する電動機制御装置であって、前記制御装置は、前記可動子の前記位置の推定を開始する前の前記電動機の起動時に、前記複数のスイッチング素子の各々を開閉制御して、前記可動子を所定位置に位置決めする第一開閉制御部と、予め設定された開閉制御パターンに基づいて前記複数のスイッチング素子の各々を開閉制御して、前記可動子の前記位置に関わらず、前記可動子の回転数を強制的に上昇させる第二開閉制御部と、前記第一開閉制御部によって前記可動子の前記位置決めが行われているときに、前記誘起電圧の経時変化に基づいて、前記第一開閉制御部による開閉制御から前記第二開閉制御部による開閉制御へ移行させる移行タイミングを決定する移行タイミング決定部と、を備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る電動機制御装置によれば、制御装置は、移行タイミング決定部を備える。移行タイミング決定部は、第一開閉制御部によって可動子の位置決めが行われているときに、誘起電圧の経時変化に基づいて、第一開閉制御部による開閉制御から第二開閉制御部による開閉制御へ移行させる移行タイミングを決定する。そのため、本発明に係る電動機制御装置は、第一開閉制御部による可動子の位置決めが完了する前に、第一開閉制御部による開閉制御から第二開閉制御部による開閉制御へ移行させることができる。よって、本発明に係る電動機制御装置は、可動子の位置決めが完了した後に電動機を再起動させる場合と比べて、電動機の起動時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】電動機制御装置１０の一例を示す構成図である。
【図２】可動子５２の一例を示す構成図である。
【図３】制御装置６０の一例を示す構成図である。
【図４】各相の相端子（Ｕ相端子４３ｕ、Ｖ相端子４３ｖおよびＷ相端子４３ｗ）に発生する電圧の状態制御の一例を示す図である。
【図５】センサレス制御時の各相の相端子（Ｕ相端子４３ｕ、Ｖ相端子４３ｖおよびＷ相端子４３ｗ）に発生する電圧波形の一例を示す図である。
【図６】制御装置６０の制御ブロックの一例を示すブロック図である。
【図７】制御装置６０による起動制御の手順の一例を示すフローチャートである。
【図８】開閉制御パターンの一例を示す図である。
【図９】移行タイミングを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
＜電力変換システム１の概要＞
図１に示すように、本実施形態の電力変換システム１は、電動機制御装置１０と、直流電源２０と、平滑コンデンサ３０とを備える。また、電動機制御装置１０は、電力変換器４０と、制御装置６０とを備える。なお、電力変換器４０には、電動機５０が電気的に接続されている。
【００１０】
（直流電源２０）
直流電源２０は、直流電力を出力する。直流電源２０は、直流電力を出力することができれば良く、限定されない。直流電源２０は、例えば、鉛蓄電池（バッテリ）、リチウムイオン電池、発電装置（例えば、燃料電池）などを用いることができる。また、直流電源２０は、公知の交流発電機などを用いて、直流電力を生成することもできる。この場合、直流電源２０は、公知の整流回路および平滑回路などを用いて、交流発電機が出力する交流電力を整流し平滑して、直流電力を生成することができる。
【００１１】
また、直流電源２０は、例えば、公知の昇圧コンバータなどを用いて、低電圧の直流電力を昇圧することもできる。この場合、直流電源２０は、例えば、公知の昇圧型チョッパコンバータなどの非絶縁型の昇圧コンバータを用いることができる。また、直流電源２０は、例えば、公知のフライバック型コンバータ、フォワード型コンバータなどの絶縁型の昇圧コンバータを用いることもできる。
【００１２】
（平滑コンデンサ３０）
平滑コンデンサ３０は、直流電源２０から出力された直流電力を平滑する。直流電源２０の正極側２０ｐは、平滑コンデンサ３０の正極側３０ｐと接続されている。直流電源２０の負極側２０ｎは、平滑コンデンサ３０の負極側３０ｎと接続されており、パワーグランド（直流電源２０を含む高電圧側の回路の基準電位）と接続されている。平滑コンデンサ３０は、例えば、電解コンデンサを用いることができる。直流電源２０から供給された直流電力は、平滑コンデンサ３０によって平滑されてリップルが低減される。
【００１３】
（電力変換器４０）
電力変換器４０は、複数（本実施形態では、六つ）のスイッチング素子が開閉制御されることにより直流電力を交流電力に変換して、固定子５１と可動子５２とを備える電動機５０に対して変換された交流電力を出力する。本実施形態では、直流電力は、直流電源２０から出力され、平滑コンデンサ３０によって平滑された直流電力である。図１に示すように、複数（六つ）のスイッチング素子は、複数（三つ）の一対のスイッチング素子４１がフルブリッジ接続されて構成されている。複数（三つ）の一対のスイッチング素子４１の各々は、直流電源２０の正極側２０ｐに接続される正極側スイッチング素子４ｘｐと、直流電源２０の負極側２０ｎに接続される負極側スイッチング素子４ｘｎとが接続部４２ｘを介して電気的に直列接続されている。なお、本実施形態の電力変換器４０は、三相の電力変換器であり、ｘは、ｕ、ｖ、ｗのうちのいずれかである。例えば、正極側スイッチング素子４ｕｐは、Ｕ相の正極側スイッチング素子を示しており、負極側スイッチング素子４ｕｎは、Ｕ相の負極側スイッチング素子を示している。また、接続部４２ｕは、Ｕ相の接続部を示している。
【００１４】
正極側スイッチング素子４ｘｐおよび負極側スイッチング素子４ｘｎは、公知の電力用スイッチング素子を用いることができる。正極側スイッチング素子４ｘｐおよび負極側スイッチング素子４ｘｎは、例えば、公知の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ：Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などを用いることができる。
【００１５】
図１に示すように、複数（三つ）の正極側スイッチング素子４ｘｐの各々は、制御端子４ｇと、入力端子４ｃと、出力端子４ｅと、還流ダイオード４ｄとを備えている。例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）では、制御端子４ｇは、ゲート端子に相当し、入力端子４ｃは、コレクタ端子に相当し、出力端子４ｅは、エミッタ端子に相当する。制御端子４ｇは、駆動回路６２を介して、制御装置６０と接続されている。複数（三つ）の正極側スイッチング素子４ｘｐの各々は、制御装置６０から出力される駆動信号に基づいて開閉制御される。
【００１６】
制御端子４ｇと出力端子４ｅとの間の電圧を制御電圧とする。例えば、制御電圧がローレベル（所定電圧値以下の状態）のときには、入力端子４ｃと出力端子４ｅとの間が電気的に遮断された開状態に制御される。一方、制御電圧がハイレベル（所定電圧値を超えている状態）のときには、入力端子４ｃと出力端子４ｅとの間が電気的に導通された閉状態に制御される。
【００１７】
還流ダイオード４ｄは、例えば、スイッチング素子のボディダイオード（寄生ダイオード）を用いることができる。また、ボディダイオードの代わりに、還流ダイオードを別途設けて、入力端子４ｃと出力端子４ｅとの間に並列接続することもできる。還流ダイオード４ｄは、スイッチング素子が開状態のときに、出力端子４ｅ側から入力端子４ｃ側に向かう電流経路を形成する。これにより、スイッチング素子の開閉に伴って生じる逆電流から当該スイッチング素子を保護することができる。
【００１８】
複数（三つ）の正極側スイッチング素子４ｘｐについて上述したことは、複数（三つ）の負極側スイッチング素子４ｘｎについても同様に言える。制御装置６０は、電力変換器４０の複数（六つ）のスイッチング素子（複数（三つ）の正極側スイッチング素子４ｘｐおよび複数（三つ）の負極側スイッチング素子４ｘｎ）の各々を開閉制御する。
【００１９】
例えば、電力変換器４０は、制御装置６０の指令に基づいて、複数（三つ）の正極側スイッチング素子４ｘｐのうちの一の正極側スイッチング素子４ｘｐと、複数（三つ）の負極側スイッチング素子４ｘｎのうちの一の負極側スイッチング素子４ｘｎとが閉状態に制御され、他のスイッチング素子が開状態に制御される。閉状態に制御される一の正極側スイッチング素子４ｘｐおよび一の負極側スイッチング素子４ｘｎの相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）は、異なる。制御装置６０が閉状態に制御するスイッチング素子の組み合わせを順に変更することにより、電力変換器４０は、直流電源２０から出力された直流電力を交流電力に変換することができる。
【００２０】
図１に示すように、Ｘ相の一対のスイッチング素子４１の接続部４２ｘと、Ｘ相の固定子巻線５１ｃ（Ｘ相コイル５１ｘ）との間は、Ｘ相電力ライン４４ｘによって電気的に接続されている。なお、ｘは、ｕ、ｖ、ｗのうちのいずれかであり、Ｘは、Ｕ、Ｖ、Ｗのうちのいずれかである。例えば、Ｕ相電力ライン４４ｕは、Ｕ相の一対のスイッチング素子４１の接続部４２ｕと、Ｕ相の固定子巻線５１ｃ（Ｕ相コイル５１ｕ）との間を電気的に接続している。Ｘ相電力ライン４４ｘは、公知の電力線を用いることができる。電力変換器４０は、接続部４２ｘおよびＸ相電力ライン４４ｘを介して、電動機５０に対して、変換された交流電力を出力する。
【００２１】
（電動機５０）
電動機５０は、固定子５１と可動子５２とを備えている。本実施形態の電動機５０は、固定子５１および可動子５２が同軸に配設されるラジアル空隙型の円筒状電動機である。なお、電動機５０は、アキシャル空隙型の円筒状電動機であっても良い。また、電動機５０は、可動子５２が、固定子５１の内方に設けられるインナー型の電動機であっても良く、可動子５２が、固定子５１の外方に設けられるアウター型の電動機であっても良い。
【００２２】
固定子５１は、複数のスロットが形成されている固定子鉄心（図示略）と、固定子巻線５１ｃ（Ｕ相コイル５１ｕ、Ｖ相コイル５１ｖおよびＷ相コイル５１ｗ）とを備えている。固定子鉄心は、薄板状の電磁鋼板（例えば、ケイ素鋼板）が軸線方向に複数積層されて形成されている。複数のスロットには、固定子巻線５１ｃが巻装される。固定子巻線５１ｃは、銅などの導体（コイル）が巻き回されて形成されており、導体表面がエナメルなどの絶縁層で被覆されている。固定子巻線５１ｃの断面形状は、限定されるものではなく、任意の断面形状とすることができる。例えば、固定子巻線５１ｃは、断面円形状の丸線、断面多角形状の角線などの種々の断面形状の導体（コイル）を用いることができる。また、固定子巻線５１ｃは、複数のより細いコイル素線を組み合わせた並列細線を用いることもできる。並列細線を用いる場合、単線の場合と比べて固定子巻線５１ｃに発生する渦電流損が低減され、電動機５０の効率が向上する。また、コイル成形に要する力を低減することができるので、コイルの成形性が向上してコイル製作が容易になる。
【００２３】
固定子巻線５１ｃは、分布巻（例えば、同心巻、波巻、重ね巻など）または集中巻などの公知の方法で巻装することができる。また、図１に示すように、固定子巻線５１ｃ（Ｕ相コイル５１ｕ、Ｖ相コイル５１ｖおよびＷ相コイル５１ｗ）は、Ｙ結線で接続することができる。同図では、中性点を中性点５１ｎで示している。なお、Ｘ相の固定子巻線５１ｃ（Ｘ相コイル５１ｘ）と電気的に接続される相端子をＸ相端子４３ｘで示している。ｘは、ｕ、ｖ、ｗのうちのいずれかであり、Ｘは、Ｕ、Ｖ、Ｗのうちのいずれかである。例えば、Ｕ相端子４３ｕは、Ｕ相の固定子巻線５１ｃ（Ｕ相コイル５１ｕ）と電気的に接続される。また、固定子巻線５１ｃ（Ｕ相コイル５１ｕ、Ｖ相コイル５１ｖおよびＷ相コイル５１ｗ）は、Δ結線で接続することもできる。
【００２４】
図２に示すように、可動子５２は、可動子鉄心５２ａと、複数（本実施形態では、八つ）の永久磁石５２ｂと、シャフト５２ｃとを備えている。同図は、可動子５２の軸線方向（同図の紙面垂直方向）視の模式図であり、これらの配置を模式的に示している。可動子鉄心５２ａは、薄板状の電磁鋼板（例えば、ケイ素鋼板）が軸線方向に複数積層されて円柱状に形成されている。可動子鉄心５２ａには、シャフト５２ｃが設けられており、シャフト５２ｃは、可動子鉄心５２ａの軸心を軸線方向に沿って貫通している。シャフト５２ｃの軸線方向両端部は、ベアリングなどの軸受部材（図示略）によって、回転可能に支持されている。
【００２５】
可動子鉄心５２ａには、複数（八つ）の永久磁石５２ｂが埋設されている。具体的には、可動子鉄心５２ａには、周方向に等間隔で、複数の磁石収容部が設けられている。複数の磁石収容部には、所定磁極対分（本実施形態では四磁極対分であり、八つ）の永久磁石５２ｂが埋設されている。複数（八つ）の永久磁石５２ｂは、例えば、公知のフェライト系磁石や希土類系磁石を用いることができる。複数（八つ）の永久磁石５２ｂの製法は、限定されない。複数（八つ）の永久磁石５２ｂは、例えば、樹脂ボンド磁石や焼結磁石を用いることができる。樹脂ボンド磁石は、例えば、フェライト系の原料磁石粉末と樹脂などを混合して、射出成形などによって可動子鉄心５２ａに鋳込み形成することができる。焼結磁石は、例えば、希土類系の原料磁石粉末を磁界中で加圧成形して、高温で焼き固めて形成することができる。なお、固定子５１のスロット数および可動子５２の磁極数は、限定されない。また、可動子５２は、可動子鉄心５２ａの表面（外周表面）に複数（八つ）の永久磁石５２ｂを設ける表面磁石形とすることもできる。
【００２６】
（制御装置６０）
制御装置６０は、電力変換器４０を含む電力変換システム１を制御する。また、制御装置６０は、例えば、パルス幅変調（ＰＷＭ：Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御によって、電力変換器４０の複数（六つ）のスイッチング素子（複数（三つ）の正極側スイッチング素子４ｘｐおよび複数（三つ）の負極側スイッチング素子４ｘｎ）の各々を開閉制御することができる。図３に示すように、制御装置６０は、公知の中央演算装置６０ａ、記憶装置６０ｂおよび入出力インターフェース６０ｃを備えており、これらは、バス６０ｄを介して接続されている。
【００２７】
中央演算装置６０ａは、ＣＰＵ：Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔであり、種々の演算処理を行うことができる。記憶装置６０ｂは、第一記憶装置６０ｂ１および第二記憶装置６０ｂ２を備えている。第一記憶装置６０ｂ１は、読み出しおよび書き込み可能な揮発性の記憶装置（ＲＡＭ：Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）であり、第二記憶装置６０ｂ２は、読み出し専用の不揮発性の記憶装置（ＲＯＭ：Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）である。
【００２８】
また、図１に示すように、制御装置６０は、直流電圧検出器６１と、駆動回路６２と、位置検出器６３とを備えている。直流電圧検出器６１は、電力変換器４０に入力される直流電力（平滑コンデンサ３０によって平滑された直流電力）の直流電圧Ｖｄｃを検出する。具体的には、直流電圧検出器６１は、例えば、抵抗値が既知の複数の抵抗器によって当該直流電圧を分圧して、分圧された直流電圧を制御装置６０に出力する。制御装置６０は、公知のＡ／Ｄ変換器（図示略）などによって分圧された直流電圧を知得し、電力変換器４０に入力される直流電力（平滑コンデンサ３０によって平滑された直流電力）の直流電圧Ｖｄｃを知得することができる。駆動回路６２は、制御装置６０から出力される駆動信号を増幅する駆動回路であり、例えば、公知のドライバ回路を用いることができる。
【００２９】
位置検出器６３は、後述するセンサレス制御において、非通電相の固定子巻線５１ｃと電気的に接続される相端子（Ｕ相端子４３ｕ、Ｖ相端子４３ｖ、Ｗ相端子４３ｗ）の電圧と、電力変換器４０に入力される直流電力の直流電圧Ｖｄｃに基づいて設定される基準電圧との大小比較により、固定子５１に対する可動子５２の位置の基準になる基準位置を検出する。本実施形態では、固定子巻線５１ｃ（Ｕ相コイル５１ｕ、Ｖ相コイル５１ｖおよびＷ相コイル５１ｗ）がＹ結線で接続されている。そのため、例えば、通電相の固定子巻線５１ｃがＶ相コイル５１ｖおよびＷ相コイル５１ｗのときに、非通電相の固定子巻線５１ｃは、Ｕ相コイル５１ｕになる。後述するように、通電相および非通電相の固定子巻線５１ｃは、電気角６０°単位で、順に切り替わる。また、本実施形態では、基準電圧は、直流電圧Ｖｄｃの１／２の電圧に設定されている。
【００３０】
図１に示すように、位置検出器６３は、基準電圧生成部６３ａと、相端子電圧出力部６３ｂと、電圧比較部６３ｃとを備えている。基準電圧生成部６３ａは、第一抵抗器６３ａ１と、第二抵抗器６３ａ２とを備えており、直流電圧Ｖｄｃを分圧して基準電圧を生成する。具体的には、第一抵抗器６３ａ１の一端側は、直流電源２０の正極側２０ｐと接続されており、第一抵抗器６３ａ１の他端側は、第二抵抗器６３ａ２の一端側と接続されている。第二抵抗器６３ａ２の他端側は、直流電源２０の負極側２０ｎのパワーグランド（直流電源２０を含む高電圧側の回路の基準電位）と接続されている。第一抵抗器６３ａ１および第二抵抗器６３ａ２は、抵抗値が同一に設定されており、第一抵抗器６３ａ１と第二抵抗器６３ａ２との接続点６３ｐには、電力変換器４０に入力される直流電力の直流電圧Ｖｄｃの１／２の電圧が生成される。
【００３１】
相端子電圧出力部６３ｂは、第一抵抗器６３ｂ１と、第二抵抗器６３ｂ２とを備えており、各相の相端子（Ｕ相端子４３ｕ、Ｖ相端子４３ｖおよびＷ相端子４３ｗ）の電圧を分圧した電圧を出力する。具体的には、Ｕ相の第一抵抗器６３ｂ１の一端側は、Ｕ相電力ライン４４ｕと接続されており、Ｕ相の第一抵抗器６３ｂ１の他端側は、Ｕ相の第二抵抗器６３ｂ２の一端側と接続されている。Ｕ相の第二抵抗器６３ｂ２の他端側は、直流電源２０の負極側２０ｎのパワーグランドと接続されている。相端子電圧出力部６３ｂは、Ｖ相電力ライン４４ｖとパワーグランドとの間においても同様の構成を備えており、Ｗ相電力ライン４４ｗとパワーグランドとの間においても同様の構成を備えている。
【００３２】
電圧比較部６３ｃは、基準電圧生成部６３ａによって生成された基準電圧と、相端子電圧出力部６３ｂから出力された電圧（相端子（Ｕ相端子４３ｕ、Ｖ相端子４３ｖおよびＷ相端子４３ｗ）の電圧を分圧した電圧）とを大小比較する。具体的には、Ｕ相の第一抵抗器６３ｂ１と第二抵抗器６３ｂ２との接続点６３ｑは、Ｕ相の電圧比較部６３ｃの非反転入力端子（プラス端子）と接続されている。また、基準電圧生成部６３ａの第一抵抗器６３ａ１と第二抵抗器６３ａ２との接続点６３ｐは、Ｕ相の電圧比較部６３ｃの反転入力端子（マイナス端子）と接続されている。Ｕ相の接続点６３ｑの電圧が接続点６３ｐの電圧と比べて小さい場合、Ｕ相の電圧比較部６３ｃは、ローレベル（所定電圧値以下の状態）を出力する。一方、Ｕ相の接続点６３ｑの電圧が接続点６３ｐの電圧と比べて大きい場合、Ｕ相の電圧比較部６３ｃは、ハイレベル（所定電圧値を超えている状態）を出力する。なお、Ｕ相の接続点６３ｑは、制御装置６０に接続されている。Ｕ相の接続点６３ｑの電圧は、Ｕ相の誘起電圧Ｖｕｉとして、可動子５２の位置の推定（後述するセンサレス制御）を開始する前の電動機５０の起動時の制御に用いられる。電圧比較部６３ｃは、Ｖ相およびＷ相についても同様の構成を備えている。
【００３３】
後述するように、可動子５２の位置に応じて、非通電相が順に切り替わる。位置検出器６３は、非通電相の電圧比較部６３ｃの出力変化によって、固定子５１に対する可動子５２の位置の基準になる基準位置を検出することができる。基準位置は、電気角６０°ピッチの可動子５２の位置をいい、ゼロクロス位置ともいう。なお、制御装置６０は、上述した検出器以外にも種々の検出器を設けることができる。例えば、制御装置６０は、電力変換器４０から出力される出力電流を検出する電流検出器を設けることができる。この場合、位置検出器６３は、出力電流の経時変化に基づいて、基準位置を検出することもできる。
【００３４】
図３に示す中央演算装置６０ａは、第二記憶装置６０ｂ２に記憶されている電力変換器４０の制御プログラムを第一記憶装置６０ｂ１に読み出して、制御プログラムを実行する。また、上述した検出値などは、絶縁部（図示略）および入出力インターフェース６０ｃを介して、制御装置６０に入力される。中央演算装置６０ａは、入出力インターフェース６０ｃ、絶縁部（図示略）および図１に示す駆動回路６２を介して、電力変換器４０の各スイッチング素子に開閉信号を出力して、電力変換器４０を開閉制御する。なお、絶縁部は、制御装置６０を含む低電圧側の回路と、直流電源２０を含む高電圧側の回路とを電気的に絶縁する。絶縁部は、例えば、公知のフォトカプラなどを用いることができる。
【００３５】
（センサレス制御）
制御装置６０は、固定子５１の非通電相の固定子巻線５１ｃに生じる誘起電圧（Ｕ相の誘起電圧Ｖｕｉ、Ｖ相の誘起電圧ＶｖｉおよびＷ相の誘起電圧Ｖｗｉ）に基づいて、固定子５１に対する可動子５２の位置を推定する。制御装置６０は、可動子５２の速度（回転数）が所定値以上になると、推定された可動子５２の位置に基づいて、複数（六つ）のスイッチング素子（複数（三つ）の正極側スイッチング素子４ｘｐおよび複数（三つ）の負極側スイッチング素子４ｘｎ）の各々を開閉制御する。
【００３６】
図１に示す複数（六つ）のスイッチング素子（複数（三つ）の正極側スイッチング素子４ｘｐおよび複数（三つ）の負極側スイッチング素子４ｘｎ）の各々は、開状態または閉状態に制御される。これにより、各相の相端子（Ｕ相端子４３ｕ、Ｖ相端子４３ｖおよびＷ相端子４３ｗ）の電圧は、三つの状態を採り得る。具体的には、Ｕ相の正極側スイッチング素子４ｕｐが閉状態に制御され、かつ、Ｕ相の負極側スイッチング素子４ｕｎが開状態に制御されるときに、Ｕ相端子４３ｕは、直流電源２０から出力された直流電圧Ｖｄｃに拘束される。また、Ｕ相の正極側スイッチング素子４ｕｐが開状態に制御され、かつ、Ｕ相の負極側スイッチング素子４ｕｎが閉状態に制御されるときに、Ｕ相端子４３ｕは、ゼロ電圧に拘束される。さらに、Ｕ相の正極側スイッチング素子４ｕｐおよびＵ相の負極側スイッチング素子４ｕｎの両方が開状態に制御されるときに、Ｕ相端子４３ｕは、ハイインピーダンス状態になる。
【００３７】
ハイインピーダンス状態のＵ相端子４３ｕには、Ｕ相の誘起電圧Ｖｕｉが生じる。Ｕ相の誘起電圧Ｖｕｉは、通電相の固定子巻線５１ｃ（この場合、Ｖ相コイル５１ｖおよびＷ相コイル５１ｗ）に、可動子磁極（可動子５２の複数（八つ）の永久磁石５２ｂ）の磁束が鎖交することによって発生する。したがって、Ｕ相の誘起電圧Ｖｕｉは、通電相の固定子巻線５１ｃ（Ｖ相コイル５１ｖおよびＷ相コイル５１ｗ）と可動子５２との相対的な位置関係に基づいて変化し、固定子５１に対する可動子５２の位置を推定する際の指標になる。上述したことは、Ｖ相端子４３ｖおよびＷ相端子４３ｗの電圧についても同様に言え、Ｖ相端子４３ｖおよびＷ相端子４３ｗの電圧は、三つの状態を採り得る。
【００３８】
図４は、各相の相端子（Ｕ相端子４３ｕ、Ｖ相端子４３ｖおよびＷ相端子４３ｗ）に発生する電圧の状態制御の一例を示している。同図に示すように、制御装置６０は、期間Ｔ１〜期間Ｔ６に分けて、各相の相端子（Ｕ相端子４３ｕ、Ｖ相端子４３ｖおよびＷ相端子４３ｗ）に発生する電圧の状態制御を行う。同図は、期間Ｔ１〜期間Ｔ６のそれぞれの期間における各相の相端子（Ｕ相端子４３ｕ、Ｖ相端子４３ｖおよびＷ相端子４３ｗ）の電圧の状態を示している。具体的には、「Ｈｉ−Ｚ」は、ハイインピーダンス状態を示し、「Ｌ」は、ゼロ電圧に拘束される状態を示し、「ＰＷＭ」は、パルス幅変調（ＰＷＭ）制御される状態を示している。
【００３９】
例えば、期間Ｔ１のＵ相の欄は、「Ｈｉ−Ｚ」であり、Ｕ相の正極側スイッチング素子４ｕｐおよびＵ相の負極側スイッチング素子４ｕｎの両方が開状態に制御される。これにより、Ｕ相端子４３ｕは、ハイインピーダンス状態になる。また、期間Ｔ１のＶ相の欄は、「Ｌ」であり、Ｖ相の正極側スイッチング素子４ｖｐが開状態に制御され、かつ、Ｖ相の負極側スイッチング素子４ｖｎが閉状態に制御される。これにより、Ｖ相端子４３ｖは、ゼロ電圧に拘束される状態になる。
【００４０】
さらに、期間Ｔ１のＷ相の欄は、「ＰＷＭ」であり、Ｗ相の正極側スイッチング素子４ｗｐが所定のキャリア周波数およびデューティ比でパルス幅変調（ＰＷＭ）制御され、かつ、Ｗ相の負極側スイッチング素子４ｗｎが開状態に制御される。これにより、Ｗ相端子４３ｗは、直流電圧Ｖｄｃに拘束される状態と、ゼロ電圧に拘束される状態とが交互に繰り返される状態になる。期間Ｔ１は、Ｕ相の非通電期間であり、Ｕ相の誘起電圧Ｖｕｉが生じる。
【００４１】
次に、期間Ｔ２のＵ相の欄は、「ＰＷＭ」であり、Ｕ相の正極側スイッチング素子４ｕｐが所定のキャリア周波数およびデューティ比でパルス幅変調（ＰＷＭ）制御され、かつ、Ｕ相の負極側スイッチング素子４ｕｎが開状態に制御される。これにより、Ｕ相端子４３ｕは、直流電圧Ｖｄｃに拘束される状態と、ゼロ電圧に拘束される状態とが交互に繰り返される状態になる。また、期間Ｔ２のＶ相の欄は、「Ｌ」であり、Ｖ相の正極側スイッチング素子４ｖｐが開状態に制御され、かつ、Ｖ相の負極側スイッチング素子４ｖｎが閉状態に制御される。これにより、Ｖ相端子４３ｖは、ゼロ電圧に拘束される状態になる。さらに、期間Ｔ２のＷ相の欄は、「Ｈｉ−Ｚ」であり、Ｗ相の正極側スイッチング素子４ｗｐおよびＷ相の負極側スイッチング素子４ｗｎの両方が開状態に制御される。これにより、Ｗ相端子４３ｗは、ハイインピーダンス状態になる。期間Ｔ２は、Ｗ相の非通電期間であり、Ｗ相の誘起電圧Ｖｗｉが生じる。
【００４２】
期間Ｔ３〜期間Ｔ６についても同様であり、各相の相端子（Ｕ相端子４３ｕ、Ｖ相端子４３ｖおよびＷ相端子４３ｗ）の電圧の状態が、順に変更される。また、誘起電圧（Ｕ相の誘起電圧Ｖｕｉ、Ｖ相の誘起電圧Ｖｖｉ、Ｗ相の誘起電圧Ｖｗｉ）が生じる相端子（Ｕ相端子４３ｕ、Ｖ相端子４３ｖ、Ｗ相端子４３ｗ）が、順に変更される。なお、期間Ｔ１〜期間Ｔ６の状態制御は、繰り返される。また、期間Ｔ１〜期間Ｔ６の各々の期間は、電気角６０°に相当し、期間Ｔ１から始まり期間Ｔ６を経て再び期間Ｔ１の状態になるまでの期間は、電気角の一周期（３６０°）に相当する。
【００４３】
図５は、センサレス制御時の各相の相端子（Ｕ相端子４３ｕ、Ｖ相端子４３ｖおよびＷ相端子４３ｗ）に発生する電圧波形の一例を示している。図４に示すように、各相の相端子（Ｕ相端子４３ｕ、Ｖ相端子４３ｖおよびＷ相端子４３ｗ）の電圧が状態制御されると、図５に示す電圧波形が発生する。図５の横軸は共通の時間軸（時刻）であり、期間Ｔ１〜期間Ｔ６は、図４に示す期間に対応している。また、波形Ｌ１１は、Ｕ相端子４３ｕに発生する電圧波形の一例を示している。同様に、波形Ｌ１２は、Ｖ相端子４３ｖに発生する電圧波形の一例を示している。また、波形Ｌ１３は、Ｗ相端子４３ｗに発生する電圧波形の一例を示している。
【００４４】
波形Ｌ１１に示すように、期間Ｔ２および期間Ｔ３は、パルス幅変調（ＰＷＭ）制御される通電期間であり、期間Ｔ５および期間Ｔ６は、ゼロ電圧に拘束される通電期間である。また、期間Ｔ１および期間Ｔ４は、非通電期間であり、期間Ｔ１における電圧が次第に増加する電圧波形および期間Ｔ４における電圧が次第に減少する電圧波形は、Ｕ相の誘起電圧Ｖｕｉを示している。波形Ｌ１２および波形Ｌ１３についても、通電期間（非通電期間）が異なる点を除いて、波形Ｌ１１と同様に電圧波形が変化する。
【００４５】
波形Ｌ１１に示すように、期間Ｔ１において、Ｕ相端子４３ｕに発生する電圧（Ｕ相の誘起電圧Ｖｕｉ）が、基準電圧（直流電圧Ｖｄｃの１／２の電圧）と比べて小さい場合、図１に示すＵ相の接続点６３ｑの電圧は、接続点６３ｐの電圧と比べて小さくなる。この場合、Ｕ相の電圧比較部６３ｃは、ローレベル（所定電圧値以下の状態）を出力する。一方、期間Ｔ１において、Ｕ相端子４３ｕに発生する電圧（Ｕ相の誘起電圧Ｖｕｉ）が、基準電圧（直流電圧Ｖｄｃの１／２の電圧）と比べて大きい場合、Ｕ相の接続点６３ｑの電圧が接続点６３ｐの電圧と比べて大きくなる。この場合、Ｕ相の電圧比較部６３ｃは、ハイレベル（所定電圧値を超えている状態）を出力する。上述したことは、期間Ｔ４においても同様に言える。
【００４６】
このように、Ｕ相端子４３ｕに発生する電圧（Ｕ相の誘起電圧Ｖｕｉ）が基準電圧（直流電圧Ｖｄｃの１／２の電圧）に対して、増加し若しくは減少することにより、Ｕ相の電圧比較部６３ｃの出力が切り替わる。図５では、Ｕ相の電圧比較部６３ｃの出力が切り替わるタイミングは、タイミングＰＭ１およびタイミングＰＭ４で示されている。上述したことは、Ｖ相およびＷ相についても同様に言える。同図では、Ｖ相の電圧比較部６３ｃの出力が切り替わるタイミングは、タイミングＰＭ３およびタイミングＰＭ６で示されている。また、Ｗ相の電圧比較部６３ｃの出力が切り替わるタイミングは、タイミングＰＭ２およびタイミングＰＭ５で示されている。
【００４７】
タイミングＰＭ１〜タイミングＰＭ６は、順に、３０°、９０°、１５０°、２１０°、２７０°および３３０°（いずれも電気角）の可動子５２の位置を示しており、基準位置に相当する。制御装置６０は、位置検出器６３から出力される基準位置（タイミングＰＭ１〜タイミングＰＭ６）に基づいて、固定子５１に対する可動子５２の位置（例えば、電気角１°ピッチの可動子５２の位置）を推定することができる。また、制御装置６０は、基準位置（タイミングＰＭ１〜タイミングＰＭ６）の発生間隔から可動子５２の速度（回転数）を推定することもできる。なお、各相の相端子（Ｕ相端子４３ｕ、Ｖ相端子４３ｖおよびＷ相端子４３ｗ）には、複数（六つ）のスイッチング素子（複数（三つ）の正極側スイッチング素子４ｘｐおよび複数（三つ）の負極側スイッチング素子４ｘｎ）の開閉に伴う逆起電力Ｚが発生する。逆起電力Ｚは、期間Ｔ１〜期間Ｔ６の各期間の境界において重畳される。図５では、逆起電力Ｚは、所定の時間幅をもって記載されているが、実際には瞬間的な波形である。制御装置６０は、逆起電力Ｚに基づいて、通電期間（非通電期間）の始点および終点を知得することができる。
【００４８】
（起動制御）
可動子５２の速度が遅く（回転数が小さく）なる程、誘起電圧（Ｕ相の誘起電圧Ｖｕｉ、Ｖ相の誘起電圧Ｖｖｉ、Ｗ相の誘起電圧Ｖｗｉ）の矩形波のピーク値は、小さくなるので、電動機５０の起動時や可動子５２の速度が遅い（回転数が小さい）時には、誘起電圧（Ｕ相の誘起電圧Ｖｕｉ、Ｖ相の誘起電圧Ｖｖｉ、Ｗ相の誘起電圧Ｖｗｉ）が基準電圧（直流電圧Ｖｄｃの１／２の電圧）を超えない状態が生じる。その結果、制御装置６０は、基準位置（タイミングＰＭ１〜タイミングＰＭ６）を取得することができず、固定子５１に対する可動子５２の位置を推定することが困難になる。
【００４９】
そのため、従来の起動制御は、電動機５０の起動時に、可動子５２を所定位置に位置決めして、可動子５２の位置を確定する。そして、従来の起動制御は、可動子５２の位置が確定した状態（可動子５２が静止した状態）から、可動子５２の位置に関わらず強制転流して、可動子５２の回転数を上昇させる。誘起電圧（Ｕ相の誘起電圧Ｖｕｉ、Ｖ相の誘起電圧Ｖｖｉ、Ｗ相の誘起電圧Ｖｗｉ）が基準電圧（直流電圧Ｖｄｃの１／２の電圧）を超える状態になると、従来の起動制御は、既述したセンサレス制御に切り替える。
【００５０】
しかしながら、可動子５２の位置決め時は、可動子５２の初期位置が不明なため、固定子巻線５１ｃに供給する電流が過大であると、可動子５２が所望の位置決め位置を超えてしまい、可動子５２が直ちに位置決めされない可能性がある。具体的には、可動子５２の慣性、電動機５０の負荷などによって、可動子５２は、位置決め位置を超えた後、位置決め位置に向かって戻ろうとするが、再び、位置決め位置を超える可能性がある。この状態が繰り返されて、ようやく可動子５２は、所望の位置決め位置に位置決めされる。このような振り子のような可動子５２の動きは、可動子５２の位置決めまでの所要時間を長くし、起動時間の遅延を招く可能性がある。そこで、本実施形態の電動機制御装置１０は、可動子５２の位置の推定（センサレス制御）を開始する前の電動機５０の起動時間を短縮させる。
【００５１】
図６に示すように、制御装置６０は、制御ブロックとして捉えると、第一開閉制御部７１と、第二開閉制御部７２と、移行タイミング決定部７３とを備える。また、制御装置６０は、図７に示すフローチャートに従って、制御プログラムを実行する。以下、各制御部およびフローチャートについて、詳細に説明する。
【００５２】
制御装置６０は、電動機５０の起動要求の有無を判断する（図７のステップＳ１１）。電動機５０の起動要求は、電動機５０の駆動の要否に基づいて、制御装置６０より上位の制御装置（図示略）から出力される。電動機５０の起動要求がある場合（Ｙｅｓの場合）、第一開閉制御部７１、第二開閉制御部７２および移行タイミング決定部７３による制御が行われる。一方、電動機５０の起動要求がない場合（Ｎｏの場合）、制御装置６０は、起動要求があるまで待機する。
【００５３】
（第一開閉制御部７１）
第一開閉制御部７１は、可動子５２の位置の推定を開始する前の電動機５０の起動時に、複数（六つ）のスイッチング素子（複数（三つ）の正極側スイッチング素子４ｘｐおよび複数（三つ）の負極側スイッチング素子４ｘｎ）の各々を開閉制御して、可動子５２を所定位置に位置決めする（図７のステップＳ１２）。
【００５４】
例えば、図５に示す期間Ｔ１のタイミングＰＭ１の位置に、可動子５２を位置決めする場合を想定する。既述したように、期間Ｔ１では、Ｕ相の正極側スイッチング素子４ｕｐおよびＵ相の負極側スイッチング素子４ｕｎの両方が開状態に制御される。また、Ｖ相の正極側スイッチング素子４ｖｐが開状態に制御され、かつ、Ｖ相の負極側スイッチング素子４ｖｎが閉状態に制御される。さらに、Ｗ相の正極側スイッチング素子４ｗｐが所定のキャリア周波数およびデューティ比でパルス幅変調（ＰＷＭ）制御され、かつ、Ｗ相の負極側スイッチング素子４ｗｎが開状態に制御される。図５に示すタイミングＰＭ２〜タイミングＰＭ６の各位置に、可動子５２を位置決めする場合も同様に行うことができる。
【００５５】
（第二開閉制御部７２）
第二開閉制御部７２は、予め設定された開閉制御パターンに基づいて複数（六つ）のスイッチング素子（複数（三つ）の正極側スイッチング素子４ｘｐおよび複数（三つ）の負極側スイッチング素子４ｘｎ）の各々を開閉制御して、可動子５２の位置に関わらず、可動子５２の回転数を強制的に上昇させる（図７のステップＳ１５）。
【００５６】
図８は、開閉制御パターンの一例を示している。同図の横軸は共通の時間軸（時刻）であり、期間Ｔ１〜期間Ｔ６は、図４および図５に示す期間に対応している。また、各縦軸は、電圧を示しており、「Ｌｏ」は、ローレベル（所定電圧値以下の状態）を示し、「Ｈｉ」は、ハイレベル（所定電圧値を超えている状態）を示している。さらに、波形Ｌ２１は、Ｕ相の正極側スイッチング素子４ｕｐの制御端子４ｇに印加される電圧波形の一例を示している。同様に、波形Ｌ２２は、Ｖ相の正極側スイッチング素子４ｖｐの制御端子４ｇに印加される電圧波形の一例を示している。波形Ｌ２３は、Ｗ相の正極側スイッチング素子４ｗｐの制御端子４ｇに印加される電圧波形の一例を示している。
【００５７】
また、波形Ｌ２４は、Ｕ相の負極側スイッチング素子４ｕｎの制御端子４ｇに印加される電圧波形の一例を示している。同様に、波形Ｌ２５は、Ｖ相の負極側スイッチング素子４ｖｎの制御端子４ｇに印加される電圧波形の一例を示している。波形Ｌ２６は、Ｗ相の負極側スイッチング素子４ｗｎの制御端子４ｇに印加される電圧波形の一例を示している。
【００５８】
例えば、第一開閉制御部７１が、図５に示す期間Ｔ１のタイミングＰＭ１の位置に、可動子５２を位置決めしようとする場合、第二開閉制御部７２は、まず、開閉制御パターンの期間Ｔ２に示す開閉制御を行う。次に、第二開閉制御部７２は、開閉制御パターンの期間Ｔ３に示す開閉制御を行う。このようにして、第二開閉制御部７２は、期間Ｔ２から期間Ｔ６、期間Ｔ１に示す開閉制御をこの順に行い、上述した開閉制御を繰り返す。このとき、第二開閉制御部７２は、期間Ｔ１〜期間Ｔ６の各期間の所要時間を次第に短くする。これにより、第二開閉制御部７２は、可動子５２の位置に関わらず、可動子５２の回転数を強制的に上昇させることができる。第一開閉制御部７１が他の基準位置に可動子５２を位置決めしようとする場合も同様であり、第二開閉制御部７２は、図８に示す開閉制御パターンに基づいて開閉制御を行うことができる。
【００５９】
なお、期間Ｔ２から期間Ｔ６、期間Ｔ１の順に開閉制御して可動子５２を回転させるときの可動子５２の回転方向は、電動機５０の負荷を駆動させるときの可動子５２の回転方向と一致しているものとする。一方、上述した例において電動機５０の負荷を駆動させるときの可動子５２の回転方向が逆方向の場合、第二開閉制御部７２は、まず、開閉制御パターンの期間Ｔ６に示す開閉制御を行う。次に、第二開閉制御部７２は、開閉制御パターンの期間Ｔ５に示す開閉制御を行う。このようにして、第二開閉制御部７２は、期間Ｔ６から期間Ｔ１に示す開閉制御をこの順に行い、上述した開閉制御を繰り返す。
【００６０】
（移行タイミング決定部７３）
移行タイミング決定部７３は、第一開閉制御部７１によって可動子５２の位置決めが行われているときに、誘起電圧（Ｕ相の誘起電圧Ｖｕｉ、Ｖ相の誘起電圧Ｖｖｉ、Ｗ相の誘起電圧Ｖｗｉ）の経時変化に基づいて、第一開閉制御部７１による開閉制御から第二開閉制御部７２による開閉制御へ移行させる移行タイミングを決定する（図７に示すステップＳ１３）。
【００６１】
図９は、移行タイミングを説明するための図である。同図の横軸は、位相（電気角）を示しており、縦軸は、電圧を示している。以下、「位相」は、電気角をいう。波形Ｌ３１は、図１に示すＵ相の接続点６３ｑ、Ｖ相の接続点６３ｑおよびＷ相の接続点６３ｑの各電圧（矩形波状の電圧のピーク値）を曲線近似して、誘起電圧（Ｕ相の誘起電圧Ｖｕｉ、Ｖ相の誘起電圧Ｖｖｉ、Ｗ相の誘起電圧Ｖｗｉ）の経時変化を模式的に示したものである。実際は、図５に示すように、誘起電圧（Ｕ相の誘起電圧Ｖｕｉ、Ｖ相の誘起電圧Ｖｖｉ、Ｗ相の誘起電圧Ｖｗｉ）は、矩形波状に経時変化する。また、波形Ｌ３１は、Ｕ相の誘起電圧Ｖｕｉを中心に図示されており、図５に示す期間Ｔ１のＵ相の誘起電圧Ｖｕｉの経時変化に相当する。なお、電動機５０の起動時であるので、波形Ｌ３１のピーク値は、基準電圧（直流電圧Ｖｄｃの１／２の電圧）と比べて、十分小さい。
【００６２】
位置Ｐ０は、第一開閉制御部７１が可動子５２を位置決めする際の目標位置であり、図５に示す期間Ｔ１のタイミングＰＭ１の可動子５２の位置に相当する。また、位置Ｐ１は、最適な移行タイミングの可動子５２の位置を示している。このときの可動子５２の位相は、切り替え位相θ１で示されており、誘起電圧（Ｕ相の誘起電圧Ｖｕｉ）は、切り替え電圧Ｖ１で示されている。さらに、位置Ｐ２は、位置Ｐ１と比べて適切と言えない移行タイミングの可動子５２の位置を示している。
【００６３】
ここで、誘起電圧（Ｕ相の誘起電圧Ｖｕｉ、Ｖ相の誘起電圧Ｖｖｉ、Ｗ相の誘起電圧Ｖｗｉ）の単位時間あたりの変化量が正のときの可動子５２の回転方向を正転方向Ｗ１とする。また、誘起電圧（Ｕ相の誘起電圧Ｖｕｉ、Ｖ相の誘起電圧Ｖｖｉ、Ｗ相の誘起電圧Ｖｗｉ）の単位時間あたりの変化量が負のときの可動子５２の回転方向を逆転方向Ｗ２とする。さらに、図９に示すように、図１に示すＵ相の接続点６３ｑの電圧（矩形波状の電圧のピーク値）の最新の出力値を今回値電圧Ｖｎとし、今回値電圧Ｖｎの直前のＵ相の接続点６３ｑの電圧（矩形波状の電圧のピーク値）の出力値を前回値電圧Ｖｎ−１とする。
【００６４】
移行タイミング決定部７３は、今回値電圧Ｖｎから前回値電圧Ｖｎ−１を減じて、電圧変化量ΔＶｉを算出する。移行タイミング決定部７３は、電圧変化量ΔＶｉをサンプリング時間Ｔｓ（前回値電圧Ｖｎ−１を取得した時刻から今回値電圧Ｖｎを取得した時刻までの時間）で除して、誘起電圧（この場合、Ｕ相の誘起電圧Ｖｕｉ）の単位時間あたりの変化量である第一速度Ｖｕ１を算出する。移行タイミング決定部７３は、算出された第一速度Ｖｕ１をさらにサンプリング時間Ｔｓで除して（時間微分して）、第一加速度Ａｕ１を算出することもできる。
【００６５】
移行タイミング決定部７３は、第一開閉制御部７１によって可動子５２の位置決めが行われているときに、第一開閉制御部７１による開閉制御から第二開閉制御部７２による開閉制御へ移行させるので、誘起電圧（この場合、Ｕ相の誘起電圧Ｖｕｉ）の単位時間あたりの変化量（例えば、第一速度Ｖｕ１）によって決まる正転方向Ｗ１または逆転方向Ｗ２と、電動機５０の負荷を駆動させるときの可動子５２の回転方向とが一致している必要がある。移行タイミング決定部７３は、これらの回転方向が一致している場合、次の条件判断を行い、これらの回転方向が一致していない場合、移行タイミングではないと判断する。
【００６６】
図９に示す例では、第一速度Ｖｕ１は正であり、このときの可動子５２の回転方向は、正転方向Ｗ１である。既述したように、本実施形態では、第二開閉制御部７２は、期間Ｔ２から期間Ｔ６、期間Ｔ１の順に開閉制御して可動子５２を回転させ、このときの可動子５２の回転方向は、電動機５０の負荷を駆動させるときの可動子５２の回転方向と一致している。つまり、誘起電圧（この場合、Ｕ相の誘起電圧Ｖｕｉ）の単位時間あたりの変化量（第一速度Ｖｕ１）によって決まる正転方向Ｗ１と、電動機５０の負荷を駆動させるときの可動子５２の回転方向とが一致している。
【００６７】
移行タイミング決定部７３は、上述した回転方向が一致している場合、誘起電圧（この場合、Ｕ相の誘起電圧Ｖｕｉ）の単位時間あたりの変化量（例えば、第一速度Ｖｕ１）および電動機５０の負荷に応じて設定される切り替え位置θ１に可動子５２が到達したときを移行タイミングとすると好適である。電動機５０の負荷が同じであっても、第一速度Ｖｕ１に応じて最適な移行タイミング（可動子５２の位置（位相））が変わる。逆に、第一速度Ｖｕ１が同じであっても、電動機５０の負荷に応じて最適な移行タイミング（可動子５２の位置（位相））が変わる。例えば、電動機５０がポンプを駆動する電動機として用いられる場合、ポンプが吐出する流体の温度などによる影響を受け易い。
【００６８】
移行タイミング決定部７３は、例えば、第一速度Ｖｕ１から、可動子５２の位置（位相）の単位時間あたりの変化量である第二速度Ｖｕ２に換算することができる。具体的には、今回値電圧Ｖｎを取得したときの可動子５２の位置（位相）を今回値位相θｎとし、前回値電圧Ｖｎ−１を取得したときの可動子５２の位置（位相）を前回値位相θｎ−１とする。今回値位相θｎから前回値位相θｎ−１を減じた減算値を位相変化量Δθとする。図９に示すように、電圧変化量ΔＶｉに相当する位相変化量Δθが決まるので、第二開閉制御部７２は、第一速度Ｖｕ１から、第二速度Ｖｕ２に換算することができる。
【００６９】
移行タイミング決定部７３は、可動子５２の慣性などを考慮して、誘起電圧（この場合、Ｕ相の誘起電圧Ｖｕｉ）の単位時間あたりの変化量（例えば、第一速度Ｖｕ１）および電動機５０の負荷に応じた切り替え位置θ１を第二速度Ｖｕ２から得ることができる。切り替え位置θ１は、実機による検証、シミュレーションなどによって、予め取得しておくと良い。切り替え位置θ１は、例えば、マップ、テーブルなどに変換されて、図３に示す第二記憶装置６０ｂ２に記憶される。移行タイミング決定部７３は、電力変換器４０の制御プログラムとともに、第二記憶装置６０ｂ２から第一記憶装置６０ｂ１にマップ等を読み出して、移行タイミングの決定の際に使用することができる。
【００７０】
また、移行タイミング決定部７３は、誘起電圧（この場合、Ｕ相の誘起電圧Ｖｕｉ）の単位時間あたりの変化量（第一速度Ｖｕ１）が最大になる可動子５２の位置を移行タイミングとすると好適である。図９に示す位置Ｐ１は、誘起電圧（この場合、Ｕ相の誘起電圧Ｖｕｉ）の単位時間あたりの変化量（第一速度Ｖｕ１）が最大になる可動子５２の位置を示している。このとき、第一速度Ｖｕ１をサンプリング時間Ｔｓで除して（時間微分して）算出される第一加速度Ａｕ１は、０（ゼロ）になる。つまり、移行タイミング決定部７３は、第一加速度Ａｕ１が０（ゼロ）になる可動子５２の位置を移行タイミングとすると好適であるとも言える。
【００７１】
誘起電圧（この場合、Ｕ相の誘起電圧Ｖｕｉ）の単位時間あたりの変化量（第一速度Ｖｕ１）が最大になる位置を移行タイミングとすると、可動子５２の回転（振り子運動）に伴う運動エネルギーが最大限に利用されて、第二開閉制御部７２による開閉制御へ移行する。そのため、第一開閉制御部７１による開閉制御から第二開閉制御部７２による開閉制御に移行する際の脱調の発生を抑制することができる。なお、図９に示す位置Ｐ２は、位置決め位置（位置Ｐ０）に向かって戻り始めようとする位置である。そのため、位置Ｐ２は、位置Ｐ１と比べて、第一速度Ｖｕ１が低下している。よって、位置Ｐ２は、位置Ｐ１と比べて移行タイミングとして適切であるとは言えない。
【００７２】
移行タイミング決定部７３は、切り替え位置θ１に可動子５２が到達したか否かを判断する（図７に示すステップＳ１４）。移行タイミング決定部７３は、第二速度Ｖｕ２から切り替え位置θ１を得て、切り替え位置θ１に対応する切り替え電圧Ｖ１を取得する。移行タイミング決定部７３は、誘起電圧（この場合、Ｕ相の誘起電圧Ｖｕｉ）が切り替え電圧Ｖ１以上になったときに、切り替え位置θ１に可動子５２が到達したと判断し（Ｙｅｓの場合）、移行タイミングと判断する。そして、移行タイミング決定部７３は、第一開閉制御部７１による開閉制御から第二開閉制御部７２による開閉制御へ移行させる。これにより、既述した第二開閉制御部７２による開閉制御が行われる（図７に示すステップＳ１５）。そして、起動制御は、終了する。
【００７３】
移行タイミング決定部７３は、第二開閉制御部７２に対して、移行タイミング時の誘起電圧（この場合、Ｕ相の誘起電圧Ｖｕｉ）の単位時間あたりの変化量（第一速度Ｖｕ１）が大きくなる程、可動子５２の回転数を速く上昇させると好適である。移行タイミング時の誘起電圧（この場合、Ｕ相の誘起電圧Ｖｕｉ）の単位時間あたりの変化量（第一速度Ｖｕ１）が大きくなる程、移行後の第二開閉制御部７２による開閉制御において、可動子５２の回転数を速く上昇させ易くなる。これにより、脱調の発生を抑制しつつ、起動時間をさらに短縮することができる。
【００７４】
また、通電相の固定子巻線５１ｃに供給する電流が同じ場合、移行タイミング時の誘起電圧（この場合、Ｕ相の誘起電圧Ｖｕｉ）の単位時間あたりの変化量（第一速度Ｖｕ１）が大きくなる程、脱調し易くなる。そこで、移行タイミング決定部７３は、第二開閉制御部７２に対して、移行タイミング時の誘起電圧（この場合、Ｕ相の誘起電圧Ｖｕｉ）の単位時間あたりの変化量（第一速度Ｖｕ１）が大きくなる程、通電相の固定子巻線５１ｃに供給する電流を小さくさせると好適である。これにより、脱調の発生を抑制することができる。
【００７５】
上述した可動子５２の回転数の上昇率（単位時間あたりの回転数の増加量）、通電相の固定子巻線５１ｃに供給する電流値は、切り替え位置θ１と同様に、実機による検証、シミュレーションなどによって、予め取得しておくと良い。そして、これらの適正値は、切り替え位置θ１と同様に、例えば、マップ、テーブルなどに変換して、切り替え位置θ１と同様に取り扱うことができる。
【００７６】
Ｕ相の誘起電圧Ｖｕｉについて上述したことは、Ｖ相の誘起電圧ＶｖｉおよびＷ相の誘起電圧Ｖｗｉについても同様に言える。また、可動子５２の速度（回転数）が所定値以上になると、制御装置６０は、第二開閉制御部７２による開閉制御から、センサレス制御に移行する。既述したように、センサレス制御では、推定された可動子５２の位置に基づいて、複数（六つ）のスイッチング素子（複数（三つ）の正極側スイッチング素子４ｘｐおよび複数（三つ）の負極側スイッチング素子４ｘｎ）の各々を開閉制御する。
【００７７】
様相１に係る電動機制御装置１０によれば、制御装置６０は、移行タイミング決定部７３を備える。移行タイミング決定部７３は、第一開閉制御部７１によって可動子５２の位置決めが行われているときに、誘起電圧（Ｕ相の誘起電圧Ｖｕｉ、Ｖ相の誘起電圧Ｖｖｉ、Ｗ相の誘起電圧Ｖｗｉ）の経時変化に基づいて、第一開閉制御部７１による開閉制御から第二開閉制御部７２による開閉制御へ移行させる移行タイミングを決定する。そのため、様相１に係る電動機制御装置１０は、第一開閉制御部７１による可動子５２の位置決めが完了する前に、第一開閉制御部７１による開閉制御から第二開閉制御部７２による開閉制御へ移行させることができる。よって、様相１に係る電動機制御装置１０は、可動子５２の位置決めが完了した後に電動機５０を再起動させる場合と比べて、電動機５０の起動時間を短縮することができる。
【００７８】
様相２に係る電動機制御装置１０によれば、様相１に係る電動機制御装置１０において、移行タイミング決定部７３は、誘起電圧（Ｕ相の誘起電圧Ｖｕｉ、Ｖ相の誘起電圧Ｖｖｉ、Ｗ相の誘起電圧Ｖｗｉ）の単位時間あたりの変化量（第一速度Ｖｕ１）によって決まる正転方向Ｗ１または逆転方向Ｗ２と、電動機５０の負荷を駆動させるときの可動子５２の回転方向とが一致し、かつ、誘起電圧（Ｕ相の誘起電圧Ｖｕｉ、Ｖ相の誘起電圧Ｖｖｉ、Ｗ相の誘起電圧Ｖｗｉ）の単位時間あたりの変化量（第一速度Ｖｕ１）および電動機５０の負荷に応じて設定される切り替え位置θ１に可動子５２が到達したときを移行タイミングとする。そのため、様相２に係る電動機制御装置１０は、好適な移行タイミングで、第一開閉制御部７１による開閉制御から第二開閉制御部７２による開閉制御へ移行させることができる。
【００７９】
様相３に係る電動機制御装置１０によれば、様相２に係る電動機制御装置１０において、誘起電圧（Ｕ相の誘起電圧Ｖｕｉ、Ｖ相の誘起電圧Ｖｖｉ、Ｗ相の誘起電圧Ｖｗｉ）の単位時間あたりの変化量（第一速度Ｖｕ１）が最大になる可動子５２の位置を移行タイミングとする。そのため、様相３に係る電動機制御装置１０は、可動子５２の回転（振り子運動）に伴う運動エネルギーを最大限に利用して、第二開閉制御部７２による開閉制御へ移行することができる。よって、様相３に係る電動機制御装置１０は、第一開閉制御部７１による開閉制御から第二開閉制御部７２による開閉制御に移行する際の脱調の発生を抑制することができる。
【００８０】
様相４に係る電動機制御装置１０によれば、様相１〜様相３のいずれか一つの様相に係る電動機制御装置１０において、移行タイミング決定部７３は、第二開閉制御部７２に対して、移行タイミング時の誘起電圧（Ｕ相の誘起電圧Ｖｕｉ、Ｖ相の誘起電圧Ｖｖｉ、Ｗ相の誘起電圧Ｖｗｉ）の単位時間あたりの変化量（第一速度Ｖｕ１）が大きくなる程、可動子５２の回転数を速く上昇させる。よって、様相４に係る電動機制御装置１０は、脱調の発生を抑制しつつ、起動時間をさらに短縮することができる。
【００８１】
様相５に係る電動機制御装置１０によれば、様相１〜様相４のいずれか一つの様相に係る電動機制御装置１０において、移行タイミング決定部７３は、第二開閉制御部７２に対して、移行タイミング時の誘起電圧（Ｕ相の誘起電圧Ｖｕｉ、Ｖ相の誘起電圧Ｖｖｉ、Ｗ相の誘起電圧Ｖｗｉ）の単位時間あたりの変化量（第一速度Ｖｕ１）が大きくなる程、通電相の固定子巻線５１ｃに供給する電流を小さくさせる。よって、様相５に係る電動機制御装置１０は、脱調の発生を抑制することができる。
【００８２】
＜その他＞
本発明は、上記し且つ図面に示した実施形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施することができる。例えば、本実施形態の制御装置６０は、通電相の正極側スイッチング素子４ｘｐをパルス幅変調（ＰＷＭ）制御する。しかしながら、制御装置６０は、通電相の負極側スイッチング素子４ｘｎをパルス幅変調（ＰＷＭ）制御することもできる。また、制御装置６０は、正極側スイッチング素子４ｘｐおよび負極側スイッチング素子４ｘｎの両方においてパルス幅変調（ＰＷＭ）制御を行う相補パルス幅変調（ＰＷＭ）制御を行うこともできる。なお、電動機制御装置１０は、例えば、ハイブリッド自動車などの車両の駆動用電動機を含む電力変換システム１に用いると好適である。
【００８３】
＜付記項＞
本発明は、電動機制御装置１０の制御方法として、捉えることもできる。第一開閉制御工程は、第一開閉制御部７１が行う制御に対応する。また、第二開閉制御工程は、第二開閉制御部７２が行う制御に対応する。さらに、移行タイミング決定工程は、移行タイミング決定部７３が行う制御に対応する。電動機制御装置１０の制御方法においても、電動機制御装置１０について既述した作用効果と同様の作用効果を得ることができる。
【００８４】
（付記項１）
複数のスイッチング素子が開閉制御されることにより直流電力を交流電力に変換して、固定子と可動子とを備える電動機に対して前記変換された前記交流電力を出力する電力変換器と、
前記固定子の非通電相の固定子巻線に生じる誘起電圧に基づいて、前記固定子に対する前記可動子の位置を推定する制御装置と、
を具備する電動機制御装置の制御方法であって、
前記可動子の前記位置の推定を開始する前の前記電動機の起動時に、前記複数のスイッチング素子の各々を開閉制御して、前記可動子を所定位置に位置決めする第一開閉制御工程と、
予め設定された開閉制御パターンに基づいて前記複数のスイッチング素子の各々を開閉制御して、前記可動子の前記位置に関わらず、前記可動子の回転数を強制的に上昇させる第二開閉制御工程と、
前記第一開閉制御工程によって前記可動子の前記位置決めが行われているときに、前記誘起電圧の経時変化に基づいて、前記第一開閉制御工程による開閉制御から前記第二開閉制御工程による開閉制御へ移行させる移行タイミングを決定する移行タイミング決定工程と、
を備える電動機制御装置の制御方法。
【００８５】
（付記項２）
前記誘起電圧の単位時間あたりの変化量が正のときの前記可動子の回転方向を正転方向とし、前記変化量が負のときの前記可動子の回転方向を逆転方向とするときに、
前記移行タイミング決定工程は、前記誘起電圧の前記変化量によって決まる前記正転方向または前記逆転方向と、前記電動機の負荷を駆動させるときの前記可動子の回転方向とが一致し、かつ、前記誘起電圧の前記変化量および前記負荷に応じて設定される切り替え位置に前記可動子が到達したときを前記移行タイミングとする付記項１に記載の電動機制御装置の制御方法。
【００８６】
（付記項３）
前記移行タイミング決定工程は、前記誘起電圧の前記変化量が最大になる前記可動子の前記位置を前記移行タイミングとする付記項２に記載の電動機制御装置の制御方法。
【００８７】
（付記項４）
前記移行タイミング決定工程は、前記第二開閉制御工程において、前記移行タイミング時の前記誘起電圧の前記変化量が大きくなる程、前記可動子の前記回転数を速く上昇させる付記項１〜付記項３のいずれか一項に記載の電動機制御装置の制御方法。
【００８８】
（付記項５）
前記移行タイミング決定工程は、前記第二開閉制御工程において、前記移行タイミング時の前記誘起電圧の前記変化量が大きくなる程、通電相の固定子巻線に供給する電流を小さくさせる付記項１〜付記項４のいずれか一項に記載の電動機制御装置の制御方法。
【符号の説明】
【００８９】
１０：電動機制御装置、
４０：電力変換器、
４ｘｐ，４ｘｎ：複数のスイッチング素子、
５０：電動機、５１：固定子、５１ｃ：固定子巻線、５２：可動子、
６０：制御装置、
７１：第一開閉制御部、７２：第二開閉制御部、７３：移行タイミング決定部、
Ｖｕｉ，Ｖｖｉ，Ｖｗｉ：誘起電圧、
θ１：切り替え位置、Ｗ１：正転方向、Ｗ２：逆転方向。
但し、ｘは、ｕ、ｖ、ｗのうちのいずれかである。
【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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