(57)【要約】【課題】  センサレスベクトル制御において、インバータの停止中にモータが高速に回転している場合にも、インバータをより円滑に再起動する。【解決手段】  インバータ２の起動前に、制御器の応答が追従しないような高い速度ωで永久磁石モータ１が回転し、インバータ２の直流電圧Ｖｄｃよりも誘起電圧Ｅｄが高い状態であっても、永久磁石モータ１の電流Ｉｕ，Ｉｗ、インバータ２の直流入力電流Ｉｄｃ、又はインバータ２の直流入力電圧Ｖｄｃに基づいて、回転子が高速回転中か又は低速回転中かを判定し、高速回転中の場合には、インバータ２の起動タイミングを制御又は電流制御器８のゲインを増加することにより、インバータ２を再起動する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子を有する永久磁石モータを制御するインバータと、電流指令と前記永久磁石モータの電流との間の電流偏差にゲインを乗じることにより、前記インバータを制御するための電圧指令を算出する電流制御器とを備えたモータ制御装置において、
前記インバータの停止中、起動命令を受信するための起動命令受信手段と、
前記起動命令を受信すると、前記永久磁石モータの電流、前記インバータの直流入力電流、又は前記インバータの直流入力電圧に基づいて、前記回転子が高速回転中か又は低速回転中かを判定する回転速度判定手段と、
前記判定の結果、前記低速回転中の場合には、前記インバータの起動タイミング及び前記電流制御器のゲインの両者を制御せずに前記インバータを再起動する第１の再起動手段と、
前記判定の結果、前記高速回転中の場合には、前記インバータの起動タイミングを制御又は前記電流制御器のゲインを増加することにより、前記インバータを再起動する第２の再起動手段と
を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のモータ制御装置において、
前記高速回転中と低速回転中との境界は、前記永久磁石モータの誘起電圧と前記インバータの直流入力電圧とが等しくなる回転速度であることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項３】
請求項１に記載のモータ制御装置において、
前記回転速度判定手段は、前記永久磁石モータに流れる多相電流のうちの少なくとも１つの相の電流が流れない場合又は前記直流入力電流が流れない場合に「低速回転中」と判定し、前記多相電流及び前記直流入力電流が流れた場合に「高速回転中」と判定することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項４】
回転子を有する永久磁石モータをインバータにより制御するモータ制御装置において、
前記インバータの停止中、起動命令を受信するための起動命令受信手段と、
前記起動命令を受信すると、前記永久磁石モータの電流、前記インバータの直流入力電流、又は前記インバータの直流入力電圧に基づいて、前記回転子が高速回転中か又は低速回転中かを判定する回転速度判定手段と、
前記判定の結果、前記高速回転中の場合には、前記インバータを再起動する第２の再起動手段と、
前記回転子の回転速度に基づいて、前記回転子の位置を推定演算する回転子位置推定演算手段と、
前記推定演算の結果に基づいて、前記インバータを制御する制御手段とを備えており、
前記第２の再起動手段は、
前記永久磁石モータに流れる多相交流電流のうちの少なくとも１つの相の交流電流に基づいて、前記回転子の初期回転速度を推定する初期回転速度推定手段と、  前記回転子の回転速度の初期値として、前記初期回転速度を前記回転子位置推定演算手段に設定する手段とを備えたことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項５】
請求項４に記載のモータ制御装置において、
前記初期回転速度推定手段は、前記永久磁石モータに流れる多相交流電流の少なくとも一つの電流の大きさに基づいて、前記初期回転速度を推定する手段を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項６】
請求項４に記載のモータ制御装置において、
前記初期回転速度推定手段は、前記永久磁石モータに流れる多相交流電流の周波数に基づいて、前記初期回転速度を推定する手段を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項７】
請求項４に記載のモータ制御装置において、
前記初期回転速度推定手段は、前記永久磁石モータに流れる電流に対応する電流ベクトルの回転角度変化に基づいて、前記初期回転速度を推定する手段を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項８】
請求項４に記載のモータ制御装置において、
前記初期回転速度推定手段に代えて、
前記インバータに供給される直流入力電流に基づいて、前記初期回転速度を推定する手段を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項９】
請求項４に記載のモータ制御装置において、
前記初期回転速度推定手段に代えて、
前記インバータに供給される直流入力電流のリップル周波数に基づいて、前記初期回転速度を推定する手段を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項１０】
請求項４に記載のモータ制御装置において、
前記初期回転速度推定手段に代えて、
前記インバータに印加される直流入力電圧のリップル周波数に基づいて、前記初期回転速度を推定する手段を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項１１】
請求項５又は請求項８に記載のモータ制御装置において、
前記初期回転速度推定手段は、当該電流の大きさと前記インバータの直流入力電圧の大きさとに基づいて、前記初期回転速度を推定することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項１２】
請求項４に記載のモータ制御装置において、
前記初期回転速度推定手段に代えて、
予め設定した初期速度を前記回転子の速度として推定する手段を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項１３】
回転子を有する永久磁石モータをインバータにより制御するモータ制御装置において、
前記インバータの停止中、起動命令を受信するための起動命令受信手段と、
前記起動命令を受信すると、前記永久磁石モータの電流、前記インバータの直流入力電流、又は前記インバータの直流入力電圧に基づいて、前記回転子が高速回転中か又は低速回転中かを判定する回転速度判定手段と、
前記判定の結果、前記高速回転中の場合には、前記インバータを再起動する第２の再起動手段と、
前記回転子の回転速度に基づいて、前記回転子の位置を推定演算する回転子位置推定演算手段と、
前記推定演算の結果に基づいて、前記インバータを制御する制御手段と、
前記第２の再起動手段により再起動する場合、前記インバータの停止中に流れる多相交流電流又は直流入力電流を実質的にゼロにするように、前記直流入力電圧を制御する直流電圧制御手段と、
前記ゼロに制御したときの直流入力電圧に基づいて、前記回転子の初期回転速度を推定する初期回転速度推定手段と、  前記回転子の回転速度の初期値として、前記初期回転速度を前記回転子位置推定演算手段に設定する手段と、
を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項１４】
回転子を有する永久磁石モータをインバータにより制御するモータ制御装置において、
前記インバータの停止中、起動命令を受信するための起動命令受信手段と、
前記起動命令を受信すると、前記永久磁石モータの電流、前記インバータの直流入力電流、又は前記インバータの直流入力電圧に基づいて、前記回転子が高速回転中か又は低速回転中かを判定する回転速度判定手段と、
前記判定の結果、前記高速回転中の場合には、前記永久磁石モータに流れている多相交流電流の特定の位相に基づく起動タイミングで前記インバータを再起動する第２の再起動手段と、
を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項１５】
回転子を有する永久磁石モータをインバータにより制御するモータ制御装置において、
前記インバータの停止中、起動命令を受信するための起動命令受信手段と、
前記起動命令を受信すると、前記永久磁石モータの電流、前記インバータの直流入力電流、又は前記インバータの直流入力電圧に基づいて、前記回転子が高速回転中か又は低速回転中かを判定する回転速度判定手段と、
前記判定の結果、前記高速回転中の場合には、前記インバータを再起動する第２の再起動手段と、
前記回転子の回転速度に基づいて、前記回転子の位置を推定演算する回転子位置推定演算手段と、
前記推定演算の結果に基づいて、前記インバータを制御する制御手段とを備えており、
前記第２の再起動手段は、
前記永久磁石モータに流れる多相交流電流に基づいて、前記回転子の初期位置を推定する初期位置推定手段と、  前記推定演算の結果の初期値として、前記初期位置を前記回転子位置推定演算手段に設定する手段と
を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項１６】
請求項４乃至請求項１３のいずれか１項に記載のモータ制御装置において、
前記第２の再起動手段は、
前記永久磁石モータに流れている多相交流電流の特定の位相に基づく起動タイミングで、前記再起動を実行する手段と、
前記永久磁石モータに流れる多相交流電流に基づいて、前記回転子の初期位置を推定する初期位置推定手段と、  前記推定演算の結果の初期値として、前記初期位置を前記回転子位置推定演算手段に設定する手段と
を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転子位置検出手段又は回転子速度検出手段を用いずに、永久磁石モータを制御するセンサレスのモータ制御装置に係り、例えばインバータの停止中にモータが高速回転中の場合にも、インバータをより円滑に再起動し得るモータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のモータ制御装置は、永久磁石モータの出力トルクを高精度高速に制御する場合、モータ回転子位置に基づいて電流を流すために、レゾルバ等の回転子位置センサを必要とする。
【０００３】
しかしながら、従来のモータ制御装置では、回転子位置センサが比較的大型のために配置に制約がある上、センサ出力と制御装置との間に引き回しの煩雑な制御伝送線が必要になり、また、制御伝送線の断線といった故障要因を増加させたりする不都合がある。
【０００４】
この種の不都合を解消する観点から、回転子位置センサを用いないモータ制御装置が近年、開発されてきている。例えば、近年のモータ制御装置では、永久磁石モータの永久磁石磁束に起因して回転中に発生するモータ逆起電圧を検出して間接的に回転子位置を推定し、この推定結果に基づいて高速高精度なトルク制御を行う、いわゆるセンサレスベクトル制御が実用化され始めている。
【０００５】
センサレスベクトル制御においては、モータに印加したインバータ電圧指令と、モータに流れた電流検出値とからモータ逆起電圧を推定演算する方法や、インバータのＰＷＭリプルによる推定演算する方法が一般に知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−２９５８８９号公報
【特許文献２】特開２００１−１６９５９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、以上のようなモータ制御装置では、インバータ動作開始前に、モータ回転子位置を知ることができないことから、特にモータが高速に回転して逆起電圧振幅が高い場合には、インバータを円滑に再起動できない可能性がある。補足すると、例えば、電流制御器及びセンサレス制御器の応答不足による制御誤差が発生し、望まないトルクが発生し、最悪の場合には過電流保護動作が生じる心配があるので、インバータを円滑に再起動できない可能性があると考えられる。
【０００８】
また、センサレスベクトル制御におけるインバータの再起動については、例えば特許文献１，２等にも記載されている。特許文献１，２記載の技術でも特に問題は無いが、より円滑に再起動し得る方式を検討する余地があると考えられる。
【０００９】
本発明は上記実情を考慮してなされたもので、センサレスベクトル制御において、インバータの停止中にモータが高速に回転している場合にも、インバータをより円滑に再起動し得るモータ制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１の発明は、回転子を有する永久磁石モータを制御するインバータと、電流指令と前記永久磁石モータの電流との間の電流偏差にゲインを乗じることにより、前記インバータを制御するための電圧指令を算出する電流制御器とを備えたモータ制御装置において、前記インバータの停止中、起動命令を受信するための起動命令受信手段と、前記起動命令を受信すると、前記永久磁石モータの電流、前記インバータの直流入力電流、又は前記インバータの直流入力電圧に基づいて、前記回転子が高速回転中か又は低速回転中かを判定する回転速度判定手段と、前記判定の結果、前記低速回転中の場合には、前記インバータの起動タイミング及び前記電流制御器のゲインの両者を制御せずに前記インバータを再起動する第１の再起動手段と、前記判定の結果、前記高速回転中の場合には、前記インバータの起動タイミングを制御又は前記電流制御器のゲインを増加することにより、前記インバータを再起動する第２の再起動手段とを備えたモータ制御装置である。
【００１１】
第２の発明は、回転子を有する永久磁石モータをインバータにより制御するモータ制御装置において、前記インバータの停止中、起動命令を受信するための起動命令受信手段と、前記起動命令を受信すると、前記永久磁石モータの電流、前記インバータの直流入力電流、又は前記インバータの直流入力電圧に基づいて、前記回転子が高速回転中か又は低速回転中かを判定する回転速度判定手段と、前記判定の結果、前記高速回転中の場合には、前記インバータを再起動する第２の再起動手段と、前記回転子の回転速度に基づいて、前記回転子の位置を推定演算する回転子位置推定演算手段と、前記推定演算の結果に基づいて、前記インバータを制御する制御手段とを備えており、前記第２の再起動手段としては、前記永久磁石モータに流れる多相交流電流のうちの少なくとも１つの相の交流電流に基づいて、前記回転子の初期回転速度を推定する初期回転速度推定手段と、前記回転子の回転速度の初期値として、前記初期回転速度を前記回転子位置推定演算手段に設定する手段とを備えたモータ制御装置である。
【００１２】
第３の発明は、回転子を有する永久磁石モータをインバータにより制御するモータ制御装置において、前記インバータの停止中、起動命令を受信するための起動命令受信手段と、前記起動命令を受信すると、前記永久磁石モータの電流、前記インバータの直流入力電流、又は前記インバータの直流入力電圧に基づいて、前記回転子が高速回転中か又は低速回転中かを判定する回転速度判定手段と、前記判定の結果、前記高速回転中の場合には、前記インバータを再起動する第２の再起動手段と、前記回転子の回転速度に基づいて、前記回転子の位置を推定演算する回転子位置推定演算手段と、前記推定演算の結果に基づいて、前記インバータを制御する制御手段と、前記第２の再起動手段により再起動する場合、前記インバータの停止中に流れる多相交流電流又は直流入力電流を実質的にゼロにするように、前記直流入力電圧を制御する直流電圧制御手段と、前記ゼロに制御したときの直流入力電圧に基づいて、前記回転子の初期回転速度を推定する初期回転速度推定手段と、前記回転子の回転速度の初期値として、前記初期回転速度を前記回転子位置推定演算手段に設定する手段とを備えたモータ制御装置である。
【００１３】
第４の発明は、回転子を有する永久磁石モータをインバータにより制御するモータ制御装置において、前記インバータの停止中、起動命令を受信するための起動命令受信手段と、前記起動命令を受信すると、前記永久磁石モータの電流、前記インバータの直流入力電流、又は前記インバータの直流入力電圧に基づいて、前記回転子が高速回転中か又は低速回転中かを判定する回転速度判定手段と、前記判定の結果、前記高速回転中の場合には、前記永久磁石モータに流れている多相交流電流の特定の位相に基づく起動タイミングで前記インバータを再起動する第２の再起動手段とを備えたモータ制御装置である。
【００１４】
第５の発明は、回転子を有する永久磁石モータをインバータにより制御するモータ制御装置において、前記インバータの停止中、起動命令を受信するための起動命令受信手段と、前記起動命令を受信すると、前記永久磁石モータの電流、前記インバータの直流入力電流、又は前記インバータの直流入力電圧に基づいて、前記回転子が高速回転中か又は低速回転中かを判定する回転速度判定手段と、前記判定の結果、前記高速回転中の場合には、前記インバータを再起動する第２の再起動手段と、前記回転子の回転速度に基づいて、前記回転子の位置を推定演算する回転子位置推定演算手段と、前記推定演算の結果に基づいて、前記インバータを制御する制御手段とを備えており、前記第２の再起動手段としては、前記永久磁石モータに流れる多相交流電流に基づいて、前記回転子の初期位置を推定する初期位置推定手段と、前記推定演算の結果の初期値として、前記初期位置を前記回転子位置推定演算手段に設定する手段とを備えたモータ制御装置である。
【００１５】
（作用）
第１の発明によれば、インバータ起動前に、制御器の応答が追従しないような高い速度で永久磁石モータが回転し、インバータの直流電圧よりも誘起電圧が高い状態であっても、永久磁石モータの電流、インバータの直流入力電流、又はインバータの直流入力電圧に基づいて、回転子が高速回転中か又は低速回転中かを判定し、高速回転中の場合には、インバータの起動タイミングを制御又は電流制御器のゲインを増加することにより、インバータを再起動する。
【００１６】
従って、例えばセンサレスベクトル制御において、インバータの停止中にモータが高速に回転している場合にも、インバータをより円滑に再起動することができる。
【００１７】
第２の発明によれば、インバータの停止中、永久磁石モータに流れる多相交流電流の少なくとも１つの相の交流電流に基づいて、回転子の初期回転速度を推定し、この初期回転速度を回転子位置推定演算手段に設定するようにしたので、インバータ起動時にモータが高速回転し、制御器の応答が追従しないような周波数であっても、モータの高速状態を検出できる。
【００１８】
従って、例えばセンサレスベクトル制御において、インバータの停止中にモータが高速に回転している場合にも、インバータをより円滑に再起動することができる。
【００１９】
第３の発明によれば、インバータを再起動する場合、インバータの停止中に流れる多相交流電流又は直流入力電流を実質的にゼロにするように、直流入力電圧を制御し、ゼロに制御したときの直流入力電圧に基づいて、回転子の初期回転速度を推定するようにしたので、インバータ起動時にモータが高速回転し、制御器の応答が追従しないような周波数であっても、モータの高速状態における速度を検出できる。
【００２０】
従って、例えばセンサレスベクトル制御において、インバータの停止中にモータが高速に回転している場合にも、インバータをより円滑に再起動することができる。
【００２１】
第４の発明によれば、回転子が高速回転中の場合、永久磁石モータに流れている多相交流電流の特定の位相に基づく起動タイミングでインバータを再起動するようにしたので、モータ回転子の位相をある程度把握して再起動をかけられるようになる。
【００２２】
従って、例えばセンサレスベクトル制御において、インバータの停止中にモータが高速に回転している場合にも、インバータを比較的円滑に再起動することができる。
【００２３】
第５の発明によれば、回転子が高速回転中の場合に、インバータを再起動する際に、永久磁石モータに流れる多相交流電流に基づいて、回転子の初期位置を推定するようにしたので、モータ回転子の位相をある程度把握して再起動をかけられるようになる。
【００２４】
従って、例えばセンサレスベクトル制御において、インバータの停止中にモータが高速に回転している場合にも、インバータを比較的円滑に再起動することができる。
【発明の効果】
【００２５】
以上説明したように本発明によれば、センサレスベクトル制御において、インバータの停止中にモータが高速に回転している場合にも、インバータをより円滑に再起動できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るモータ制御装置の構成を示す模式図である。
【図２】同実施形態におけるインバータ起動判定部の動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】同実施形態におけるインバータ停止時における誘起電圧、直流電圧と永久磁石モータの速度との関係を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係るモータ制御装置の構成を示す模式図である。
【図５】同実施形態におけるインバータ停止時における三相電流、誘起電圧、直流電圧と永久磁石モータの速度との関係を示す図である。
【図６】同実施形態における初期回転速度推定演算部の構成例を示す模式図である。
【図７】同実施形態における初期回転速度推定演算部の他の構成例を示す模式図である。
【図８】同実施形態における初期回転速度推定演算部の他の構成例を示す模式図である。
【図９】同実施形態におけるインバータ停止時における直流入力電流、誘起電圧、直流電圧と永久磁石モータの速度との関係を示す図である。
【図１０】同実施形態における初期回転速度推定演算部の他の構成例を示す模式図である。
【図１１】同実施形態における初期回転速度推定演算部の他の構成例を示す模式図である。
【図１２】同実施形態における初期回転速度推定演算部の他の構成例を示す模式図である。
【図１３】同実施形態におけるインバータ停止時における直流入力電流、三相電流、誘起電圧、直流電圧と永久磁石モータの速度との関係を直流電圧が増加した場合について示す図である。
【図１４】一般的な電流制御器の一巡電圧特性を示すボード線図及び同実施形態のオフセット値を説明するための図である。
【図１５】同実施形態におけるインバータ起動判定部の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１６】本発明の第３の実施形態に係るモータ制御装置の構成を示す模式図である。
【図１７】同実施形態におけるインバータ起動判定部の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１８】本発明の第４の実施形態に係るインバータ起動判定部の構成を示す模式図である。
【図１９】本発明の第５の実施形態に係るモータ制御装置の構成を示す模式図である。
【図２０】同実施形態における初期回転位置推定演算部の構成を示す模式図である。
【図２１】本発明の第６の実施形態に係るモータ制御装置の構成を示す模式図である。
【図２２】同実施形態における変形構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の各実施形態を図面を参照して説明する。  
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係るモータ制御装置の構成を示す模式図である。このモータ制御装置は、レゾルバ等の回転子位置検出手段及び回転子速度検出手段を用いずに、制御対象の永久磁石式モータ１を制御するセンサレス制御を用いている。
【００２８】
このモータ制御装置は、具体的には、永久磁石式モータ１に接続されたインバータ２と、インバータ２の電源としてのバッテリー３と、バッテリー３及びインバータ２間における直流電圧の変動抑制用のコンデンサ４と、インバータ２を制御するためのマイコンとを備えている。
【００２９】
ここで、永久磁石式モータ１は、回転子に鉄心と永久磁石を有し、図示しないステータが電磁鋼板と三相のコイルで構成される。永久磁石式モータ１においては、ステータに流す電流の制御により磁束が発生し、回転子の永久磁石の磁束位相とステータの磁束位相との相互作用によりモータの出力トルクが制御される。
【００３０】
インバータ２は、三相各相２対のスイッチング素子で構成される。例えばＵ相においてはゲート信号ｕがＯＮ、ゲート信号ｘがＯＦＦのときには正の相電圧が出力される。ゲート信号ｕがＯＦＦ、ゲート信号ｘがＯＮのときは、負の相電圧が出力される。
【００３１】
バッテリー３は、この例では直流電圧源であるが、これに限らず、例えば家電や産業用途では、交流電源と、整流回路とを含む交流直流変換装置となることが多い。
【００３２】
マイコン（破線内）は、インバータ２をゲート制御するものであり、ｄｑ軸電流指令演算部５、電流座標変換部６、加減算器７、電流制御器８、電圧座標変換部９、ＰＷＭ制御部１０、誘起電圧演算部１１、磁極位置推定制御器１２、積分器１３及びインバータ起動判定部１４を備えている。
【００３３】
ここで、ｄｑ軸電流指令演算部５は、入力されたトルク指令に基づいて、最小電流でトルクが最大となるようなｄ軸・ｑ軸の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を算出し、得られたｄ軸・ｑ軸の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を加減算器７に送出するものである。
【００３４】
電流座標変換部６は、三相電流のうちＵ相とＷ相の電流であるＩｕとＩｗの検出値Ｉｕ，Ｉｗを電流センサから受けると、この検出値Ｉｕ，Ｉｗを、積分器１３から受けた磁極位置位相θを用いてｄ軸・ｑ軸の電流値Ｉｄ，Ｉｑに変換し、得られたｄ軸・ｑ軸の電流値Ｉｄ，Ｉｑを加減算器７に送出するものである。
【００３５】
加減算器７は、ｄｑ軸電流指令演算部５から受けたｄ軸・ｑ軸の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊と、電流座標変換部６から受けたｄ軸・ｑ軸の電流値Ｉｄ，Ｉｑとの差分である電流偏差を個別に算出し、得られた電流偏差（Ｉｄ＊−Ｉｄ），（Ｉｑ＊−Ｉｑ）を電流制御器８に送出するものである。
【００３６】
電流制御器８は、加減算器７から受けた電流偏差にゲインを乗じることにより、ｄ軸・ｑ軸の電圧指令Ｖｄ＊，Ｖｑ＊を算出し、得られたｄ軸・ｑ軸の電圧指令Ｖｄ＊，Ｖｑ＊を電圧座標変換部９に送出するものである。
【００３７】
電圧座標変換部９は、電流制御器８から受けたｄ軸・ｑ軸の電圧指令Ｖｄ＊，Ｖｑ＊を、積分器１３から受けた磁極位置推定位相θを用いて三相電圧指令Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに変換し、得られた三相電圧指令Ｖｕ，Ｖｖ，ＶｗをＰＷＭ制御部１０に送出するものである。
【００３８】
ＰＷＭ制御部１０は、インバータ起動判定部１４からの起動許可ＧstartがＯＮの場合、電圧センサから受けたインバータ２への直流入力電圧の検出値Ｖｄｃに基づいて、電圧座標変換部９から受けた三相電圧指令Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗと、振幅が直流電圧Ｖｄｃと比例する三角波キャリアとの間で大小関係を比較し、比較結果に応じてゲート信号のＯＮ・ＯＦＦを決定し、このゲート信号をインバータに送出するものである。但し、ＰＷＭ制御部１０は、インバータ起動判定部１４からの起動許可ＧstartがＯＦＦの場合、全てのゲート信号をＯＦＦと決定する。
【００３９】
誘起電圧演算部１１は、電流制御器８から受けたｄ軸電圧指令Ｖｄ＊と、電流座標変換部６から受けたｄｑ軸の電流値Ｉｄ，Ｉｑとに基づいて、ｄ軸誘起電圧推定値Ｅｄを算出し、得られた誘起電圧推定値Ｅｄを磁極位置推定制御器１２に送出するものである。
【００４０】
磁極位置推定制御器１２は、誘起電圧演算部１１から受けた誘起電圧推定値Ｅｄに基づいて、磁極位置を推定するための速度ωslを生成し、この速度ωslを積分器１３に送出するものである。
【００４１】
積分器１３は、磁極位置推定制御器１２から受けた速度ωslを積分して磁極位置推定位相θを算出し、この磁極位置推定位相θを電流座標変換部６及び電圧座標変換部９に送出するものである。
【００４２】
インバータ起動判定部１４は、インバータ２の停止中、起動命令を受信するための起動命令受信機能と、起動命令を受信すると、永久磁石モータ１の電流、インバータ２の直流入力電流Ｉｄｃ、又はインバータ２の直流入力電圧Ｖｄｃに基づいて、回転子が高速回転中か又は低速回転中かを判定する回転速度判定機能と、判定の結果、低速回転中の場合には、インバータ２の起動タイミング及び電流制御器８のゲインの両者を制御せずにインバータ２を再起動する第１の再起動機能と、判定の結果、高速回転中の場合には、インバータ２の起動タイミングを制御又は電流制御器８のゲインを増加することにより、インバータ２を再起動する第２の再起動機能とを備えている。
【００４３】
次に、以上のように構成されたモータ制御装置の動作を説明する。  
ｄｑ軸電流指令演算部５では、通常上位の制御系で決定されるトルク指令を基に最小電流でトルクが最大となるようなｄ軸・ｑ軸の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊に変換する。三相電流のうちＵ相とＷ相の電流であるＩｕとＩｗは電流センサで検出され、検出値Ｉｕ，Ｉｗとして電流座標変換部６に送出される。
【００４４】
電流座標変換部６は、この検出値Ｉｕ，Ｉｗを、積分器１３から受けた磁極位置位相θを用いて次式でｄ軸・ｑ軸の電流値Ｉｄ，Ｉｑに変換し、得られた電流値Ｉｄ，Ｉｑを加減算器７に送出する。
【数１】
2011152046.tif 000003
【００４５】
加減算器７は、ｄ軸・ｑ軸の電流値Ｉｄ，Ｉｑと、電流指令Ｉｄ＊、Ｉｑ＊との電流偏差を個別に算出し、得られた偏差（Ｉｄ＊−Ｉｄ），（Ｉｑ＊−Ｉｑ）を電流制御器８に入力する。電流制御器８では次式の演算式によりｄｑ軸電圧指令Ｖｄ＊，Ｖｑ＊を決定する。
【００４６】
Ｖｄ＊＝Ｇ（ｓ）・（Ｉｄ＊−Ｉｄ）
Ｖｑ＊＝Ｇ（ｓ）・（Ｉｑ＊−Ｉｑ）
Ｇ（ｓ）は制御関数。ｓはラプラス演算子である。通常は高周波ノイズによる過敏な応答をさける制御器及びゲインとされる。逆に言うと、高周波の制御偏差には追従できないことになる。
【００４７】
ｄｑ軸電圧指令Ｖｄ＊，Ｖｑ＊は電流座標変換部９に送出される。電流座標変換部９は、ｄｑ軸電圧指令Ｖｄ＊，Ｖｑ＊を、積分器から受けた磁極位置推定位相θを用いて、次式に示すように三相電圧指令Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに変換する。
【数２】
2011152046.tif 000004
【００４８】
これら三相電圧指令Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗは、ＰＷＭ制御部１０に送出される。ＰＷＭ制御部１０は、三相電圧指令Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗと、振幅が直流電圧と比例する三角波キャリアとの間で大小関係を比較し、ゲート信号のＯＮ・ＯＦＦを決定する。また、ＰＷＭ制御部１０ではインバータ起動判定部１４からの起動許可ＧstartがＯＦＦの場合、全てのゲートをＯＦＦとし、インバータからモータへの給電を停止する。
【００４９】
以下、磁極位置推定値θを演算する回転子位置推定演算について説明する。誘起電圧演算部１１は、電流制御器８から受けたｄ軸電圧指令Ｖｄ＊と、電流座標変換部６から受けたｄｑ軸電流Ｉｄ，Ｉｑを用い、速度ωに対して次の（１），（２）に示すように場合分けをして、ｄ軸誘起電圧推定値Ｅｄを求める。
【００５０】
（１）ω≧０の場合、
Ｅｄ＝Ｖｄ＊−（Ｒ×Ｉｄ−ω・Ｌｑ・Ｉｑ）
（２）ω＜０の場合、
Ｅｄ＝−（Ｖｄ＊−（Ｒ×Ｉｄ−ω・Ｌｑ・Ｉｑ））
（Ｒはモータ巻線抵抗、Ｌｑはモータｑ軸同期インダクタンス）
しかる後、この誘起電圧推定値Ｅｄは磁極位置推定制御器１２に送出される。磁極位置推定制御器１２は、このｄ軸誘起電圧推定値Ｅｄがゼロになるように次式にて調整し、回転子の速度ωslを積分器１３に出力する。
【００５１】
ωｓl＝Ｈ（ｓ）・Ｅｄ
Ｈ（ｓ）は制御関数。Ｈ（ｓ）のｓはラプラス演算子。ωｓlのｓlはセンサレス制御を表す添字。通常は高周波ノイズによる過敏な応答をさける制御器及びゲインとなっている。従って、高周波の制御偏差には追従できないことになる。
【００５２】
積分器１３は、出力された速度ωｓlを積分することにより、磁極位置推定位相θを求め、この磁極位置推定位相θを電流座標変換部６及び電圧座標変換部９に送出する。
【００５３】
インバータ起動判定部１４では、図２のフローチャートに示すように動作する。始めに、上位制御系からインバータの起動命令又は停止命令を授受し（ＳＴ１）、起動命令を受けた場合には、三相電流Ｉｕ又はＩｖ又はＩｗ、もしくは直流電流Ｉｄｃの大きさを判定する（ＳＴ２）。
【００５４】
三相電流のうちの少なくとも１つの相の電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが流れない場合（実質的にゼロの場合）又は直流入力電流Ｉｄｃが流れない場合（実質的にゼロの場合）、「低速回転中」と判定して通常起動モード１を選択する（ＳＴ３）。また、各電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ，Ｉｄｃが流れた場合（実質的にゼロでない場合）、「高速回転中」と判定して起動モード２を選択し（ＳＴ４）、Ｇstart＝ＯＮとする。一方、ステップＳＴ１にて停止命令を受けた場合には、ＰＷＭ制御器１０に停止指令（Ｇstart＝ＯＦＦ）を送信する（ＳＴ５）。
【００５５】
一般に永久磁石モータを広い可変速度範囲で用いる場合、インバータ停止時における誘起電圧Ｅｄ、直流電圧Ｖｄｃと永久磁石モータの回転の速度ωとの関係は図３に示すように表される。図３中、縦軸は電圧を示し、横軸は速度ωを示している。
【００５６】
インバータ２に印加される直流電圧Ｖｄｃは、速度ωに無関係に一定である。永久磁石モータ１の誘起電圧Ｅｄは、速度ωに比例して増加し、Ａ点の速度ωを境に直流電圧Ｖｄｃを超えるようになる。なお、高速回転中と低速回転中との境界は、永久磁石モータ１の誘起電圧Ｅｄがインバータ２の直流入力電圧Ｖｄｃとが等しくなる回転速度付近である。
【００５７】
誘起電圧Ｅｄが直流電圧Ｖｄｃを超えると、インバータ２が停止（ゲートブロック）していても、インバータ２の逆導通ダイオードを介して永久磁石モータ１からインバータ２に整流電流が流れる現象が生じる。
【００５８】
インバータ起動判定部１４は、この現象を利用して、永久磁石モータ１が高速回転中か否かを判定し、高速回転中の場合、起動タイミングの制御処理や、電流制御器８のゲイン制御処理（ゲイン増加処理）などのように、通常とは異なる起動モード２の処理を実行する。なお、起動タイミング処理については、第４の実施形態で詳述する。
【００５９】
電流制御器８のゲイン増加については、電流制御器（Ｖｄ＊＝Ｇ（ｓ）・（Ｉｄ＊−Ｉｄ）、Ｖｑ＊＝Ｇ（ｓ）・（Ｉｑ＊−Ｉｑ））６のＧ（ｓ）を、高速回転中の再起動時だけ、大きく設定すればよい。
【００６０】
なお、制御関数Ｇ（ｓ）は、ＰＩ制御器として（Ｋｐ・ｓ＋Ｋｉ）／ｓである。従って、ゲイン制御としては、高速回転中の再起動の直後だけ、Ｇ（ｓ）の比例ゲインＫｐ，積分ゲインＫｉを大きく設定することが有効である。
【００６１】
また、磁極位置推定制御器（ωsl ＝ Ｈ（ｓ）・Ｅｄ）１２の制御関数Ｈ（ｓ）も同様に、高速回転中の再起動の直後だけ、ゲインを大きく設定することが有効である。
【００６２】
いずれにしても、インバータ起動判定部１４は、永久磁石モータ１が高速回転中の場合には、このような起動モード２の処理を実行することにより、インバータをより円滑に再起動することができる。
【００６３】
上述したように本実施形態によれば、インバータ２の起動前に、制御器の応答が追従しないような高い速度ωで永久磁石モータ１が回転し、インバータ２の直流電圧Ｖｄｃよりも誘起電圧Ｅｄが高い状態であっても、永久磁石モータ１の電流Ｉｕ，Ｉｗ、インバータ２の直流入力電流Ｉｄｃ、又はインバータ２の直流入力電圧Ｖｄｃに基づいて、回転子が高速回転中か又は低速回転中かを判定し、高速回転中の場合には、インバータ２の起動タイミングの制御又は電流制御器８のゲインを増加することにより、インバータ２を再起動する。従って、例えばセンサレスベクトル制御において、インバータの停止中にモータが高速に回転している場合にも、インバータをより円滑に再起動することができる。
【００６４】
（第２の実施形態）
図４は本発明の第２の実施形態に係るモータ制御装置の構成を示す模式図であり、図１と同種の部分には同一符号を付してその詳しい説明を省略し、ここでは異なる部分について主に述べる。なお、以下の各実施形態も同様にして重複した説明を省略する。
【００６５】
すなわち、本実施形態は、第１の実施形態の変形例であり、前述した起動モード２の処理（起動タイミング又はゲインの制御）に代えて、回転子の回転速度の初期値（初期速度推定値）を推定演算するものである。具体的には、インバータ起動判定部１４に初期回転速度推定演算部２０が付加されている。
【００６６】
初期回転速度推定演算部２０は、インバータ停止中の三相電流からインバータ起動時における回転子の初期速度を推定し、初期速度推定値ωｓl0を回転子位置推定演算部の磁極位置推定制御器１２に設定する。
【００６７】
ここで、初期回転速度推定演算部２０は、例えば、種々の構成例（１）〜（８）に示すように、実現可能となっている。
【００６８】
（構成例１）
構成例１は、三相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの少なくとも一つの電流の大きさに基づいて、初期速度推定値ωｓl0を演算する方式である。但し、ここでは、三相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの平均の大きさに基づく場合を例に挙げて述べる。図５はインバータ停止時における三相電流、誘起電圧、直流電圧と速度の関係を示す図であり、縦軸に電圧を示し、横軸に速度ωを示している。図示するように、誘起電圧Ｅｄが直流電圧Ｖｄｃを超えるＡ点を境にして、三相電流と速度ωの相関が発生する。従って、三相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの大きさ（振幅）に基づいて、初期速度推定値ωｓl0を演算することができる。
【００６９】
図６は初期回転速度推定演算部２０の構成例を示す模式図である。この初期回転速度推定演算部２０は、演算器２１、絶対値回路２２、ピークホールダー２３、平均化回路２４及びルックアップテーブル２５から構成されている。
【００７０】
始めに、三相電流のうちの２つの相電流Ｉｕ，Ｉｗから演算器２１により、残りの相電流Ｉｖが得られる。これら三相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗは、個別に絶対値回路２２にて絶対値化された後、ピークホールダー２３で波高値が取得される。その後、平均化回路２４により、三相の波高値が平均化処理されて振幅が得られる。振幅と速度の関係を示すルックアップテーブル２５等の特性テーブルを参照して、振幅から速度を求め、初期回転速度推定値ωｓl0とする。なお、回転数の正負を判別する必要がある場合は、電流がピークとなる相順を計算すればよい。
【００７１】
構成例１の場合、インバータ２が停止中に流れる多相交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの少なくとも一つの電流の大きさに基づき回転速度を推定するようにしたので、インバータ起動時にモータが高速回転し、制御器の応答が追従しないような周波数であっても、モータの高速状態の程度まで検出できる。従って、インバータをより円滑に再起動することができる。
【００７２】
（構成例２）
構成例２は、インバータ停止中の三相電流の周波数ｆを求め、その周波数ｆに基づいて初期速度推定値ωｓl0を推定する方式である。図７は初期回転速度推定演算部２０の他の構成例を示す模式図である。この初期回転速度推定演算部２０は、零クロス検出器２６、積分器２７、ピークホールダー２８及び割り算器２９から構成されている。
【００７３】
始めに、三相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗのうちの少なくとも１つの相電流が零クロス検出器２６に入力される。零クロス検出器２６は、零クロスが発生した際に積分器２７へクリア信号を送信する。
【００７４】
積分器２７は、一定時間毎に基底値を積算して積算値をピークホールダー２８に出力し、ゼロクロス検出器２６からのクリア信号により、積算値をクリアする。
【００７５】
ピークホールダー２８は、積算値の最大値を記憶し、この時点で周期Ｔの１／２の値（Ｔ／２）が得られる。この値（Ｔ／２）を２倍して割り算器２９にて逆数（１／Ｔ＝ｆ）を求め、得られた逆数ｆ（＝周波数ｆ）に２πを乗じることにより、初期速度推定値ωｓl0（＝２πｆ）が得られる。
【００７６】
構成例２の場合、インバータ２が停止中に流れる多相交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの周波数ｆからモータ回転子の回転速度を推定するようにしたので、インバータ起動時にモータが高速回転し、制御器の応答が追従しないような周波数であっても、モータの高速状態における速度を検出できる。従って、インバータをより円滑に再起動することができる。
【００７７】
（構成例３）
構成例３は、インバータ停止中に流れるインバータの電流ベクトルの位相変化（回転角度変化）に基づいて初期速度推定値ωsl0を推定する方式である。図８は初期回転速度推定演算部２０の他の構成例を示す模式図である。この初期回転速度推定演算部２０は、電流座標変換部３０、逆正接器３１、遅延器３２、加減算器３３及び乗算器３４から構成されている。
【００７８】
始めに、三相電流Ｉｕ，Ｉｗを磁極位置θをゼロとして、電流座標変換部３０により座標変換し、２軸のＩｄ，Ｉｑ電流とする。このときのＩｄ，Ｉｑ電流の軌跡は、ｄｑ軸平面を円を描くように変化する。このため、Ｉｄ，Ｉｑに対して逆正接器３１にて位相角θ（＝ｔａｎ-1（Ｉｑ／Ｉｄ））を求める。次に、この位相角θと、遅延器３２から得られる１サンプル時間前の位相角θ’との差分Δθを加減算器３３にて求める。この差分Δθにサンプル時間に相当するゲインを乗算器３４により乗じて初期速度推定値ωｓl0を得る。この方式は速度を直接求めることができるので、真値への収斂が速い特徴がある。
【００７９】
構成例３の場合、インバータが停止中に流れる電流ベクトルの回転角度変化からモータ回転子の回転速度を推定するようにしたので、インバータ起動時にモータが高速回転し、制御器の応答が追従しないような周波数であっても、モータの高速状態における速度を比較的高速に検出できる。従って、インバータをより円滑に再起動することができる。
【００８０】
（構成例４）
構成例４は、インバータ停止中に流れる直流入力電流Ｉｄｃに基づいて、初期速度推定値ωsl0を推定する方式である。図９にインバータ停止時における直流入力電流Ｉｄｃ、誘起電圧Ｅｄ、直流電圧Ｖｄｃと永久磁石モータの速度ωとの関係を示す。この関係を図１０に示すように、ルックアップテーブル２５等の特性テーブルとして用意する。ここで、初期回転速度推定演算部２０は、ルックアップテーブル２５等の特性テーブルから構成される。
【００８１】
初期回転速度推定演算部２０においては、検出された直流入力電流Ｉｄｃに基づいて、ルックアップテーブル２５を参照することにより、初期速度推定値ωsl0を得ることができる。
【００８２】
構成例４の場合、インバータ２の直流入力電流Ｉｄｃを検出し、インバータ２が停止中に流れる直流入力電流Ｉｄｃから回転子の回転速度を推定するようにしたので、インバータ起動時にモータが高速回転し、制御器の応答が追従しないような周波数であっても、モータの高速状態における程度を検出できる。従って、インバータをより円滑に再起動することができる。
【００８３】
（構成例５）
構成例５は、インバータ停止中に流れる直流電流のリプル成分の周波数（リップル周波数）に基づいて、初期速度推定値ωsl0を推定する方式である。このリプルは三相機の場合回転電気周波数の６倍の成分となる。図１１は初期回転速度推定演算部２０の他の構成例を示す模式図である。この初期回転速度推定演算部２０は、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）３５、零クロス検出器２６、積分器２７、ピークホールダー２８及び割り算器２９から構成されている。
【００８４】
始めに、直流電流に対してハイパスフィルタ３５を通し高周波成分を取り出す。ハイパスフィルタのカットオフ周波数は、事前に図９におけるＡ点の周波数以上の成分を取り出す設定とする。直流電流の高周波成分は零クロス検出器２６に入力される。零クロス検出器２６は、零クロスが発生した際に積分器２７へクリア信号を送信する。
【００８５】
積分器２７は、一定時間毎に基底値を積算して積算値をピークホールダー２８に出力し、零クロス検出器２６からのクリア信号により、積算値をクリアする。
【００８６】
ピークホールダー２８は、積算値の最大値を記憶し、この時点でリップル周期Ｔ’の１／２の値（Ｔ’／２）が得られる。この値を２倍してリップル周期Ｔ’が得られるので、さらに６分の１して三相電流の周期Ｔ（＝Ｔ’／６）を求める。続いて、割り算器２９にて周期Ｔの逆数（１／Ｔ＝ｆ）を求め、得られた逆数ｆ（＝周波数ｆ）に２πを乗じることにより、初期速度推定値ωｓl0（＝２πｆ）が得られる。
【００８７】
構成例５の場合、インバータ２の直流入力電流Ｉｄｃを検出し、インバータ２の停止中に流れる直流入力電流Ｉｄｃのリップル周波数から回転子の回転速度を推定するので、インバータ起動時にモータが高速回転し、制御器の応答が追従しないような周波数であっても、モータの高速状態における速度を検出できる。従って、インバータを再起動することができる。
【００８８】
（構成例６）
構成例６は、構成例５の直流電流に代えて、インバータ２に印加される直流電圧Ｖｄｃのリップル周波数に基づいて、構成例５と同様の作用により、初期速度推定値ωsl0を得る方式である。
【００８９】
インバータ直流側に設置されているバッテリー３は、通常、内部抵抗を有しており、電流を流すと内部抵抗によって電圧降下が発生する。従って、この電圧リプルを利用して回転子の初期速度推定値ωsl0を得ることができる。
【００９０】
図１２は初期回転速度推定演算部２０の他の構成例を示す模式図である。この初期回転速度推定演算部２０は、入力が直流電圧Ｖｄｃである他は図１１と同一構成であり、構成例５と同様の作用によって、回転子の初期速度推定値ωsl0を得るものである。
【００９１】
構成例６の場合、インバータ２の直流電圧Ｖｄｃを検出し、インバータ２が停止中の直流電圧Ｖｄｃのリップル周波数から回転子の回転速度を推定するようにしたので、インバータ起動時にモータが高速回転し、制御器の応答が追従しないような周波数であっても、モータの高速状態における速度を検出できる。従って、インバータをより円滑に再起動することができる。
【００９２】
以上の構成例１〜６に述べたように、起動前に高速で回転するモータの回転子速度を把握し、制御に反映することができるので、センサレス制御において、インバータをより円滑に再起動することができる。
【００９３】
（構成例７）
構成例７は、構成例１及び構成例４のルックアップテーブル２５を直流入力電圧Ｖｄｃの大きさに応じて準備することにより、より高精度に、初期速度推定値ωsl0を得る方式である。
【００９４】
図１３にインバータ停止時における直流入力電流Ｉｄｃ、三相電流、誘起電圧Ｅｄ、直流電圧Ｖｄｃと永久磁石モータの速度ωとの関係を直流電圧Ｖｄｃが増加した場合について、Ａ点からＢ点への変化として示す。直流電圧Ｖｄｃが増加した場合は、誘起電圧Ｅｄが直流電圧Ｖｄｃを超える周波数ωが増加する。よって、図６及び図９のテーブルを直流電圧Ｖｄｃにあわせて用意すれば、より精度の良い初期速度推定値ωsl0を得ることができる。
【００９５】
構成例７の場合、インバータ２の直流電圧Ｖｄｃ及び直流（入力）電流Ｉｄｃを検出し、当該インバータ２が停止中に流れる直流電流Ｉｄｃの大きさと直流電圧Ｖｄｃの関係からモータ回転子の回転速度を推定するようにしたので、インバータ起動時にモータが高速回転し、制御器の応答が追従しないような周波数であっても、モータの高速状態における速度をより正確に検出できる。従って、センサレス制御において、インバータをより円滑に再起動することができる。
【００９６】
（構成例８）
構成例８は、予め設定した初期速度を初期速度推定値ωsl0として推定する方式である。図１４（ａ）に一般的な電流制御器の一巡伝達特性ボード線図を示す。電流制御器は、直流成分に対してはハイゲインとなり良好な特性をもつが、高周波になるにつれてその特性が低下する。従って、高周波に対して制御器が追従しないためセンサレス制御を起動できないことになる。
【００９７】
しかしながら、上述した構成例１〜７のように比較的正確に速度を求めなくても、高速状態を検知し、図１４（ｂ）に示すように、回転速度推定値の初期値に適当なオフセット値を代入すれば相対的に周波数が低下し、制御応答範囲内とすることができる。これが構成例８の方式である。
【００９８】
図１５は構成例８の動作を説明するためのフローチャートである。前述したステップＳＴ２と同様に、停止状態における三相電流又は直流電流の有無で高速回転中か否かを判定する（ＳＴ２）。高速回転中の場合には、初期回転速度推定演算部２０は、初期速度推定値ωsl0としてオフセット値α（＝定数）を得る（ＳＴ４ａ）。否の場合には、初期回転速度推定演算部２０は、初期速度推定値ωsl0としてゼロを得る（ＳＴ３ａ）。
【００９９】
構成例８の場合、インバータ起動前に高速で回転する回転子の速度を所定値として設定し、制御器動作点を応答範囲内にすることができるので、センサレス制御において、インバータをより円滑に再起動することができる。
【０１００】
上述したように本実施形態によれば、インバータ２の停止中、永久磁石モータ１に流れる多相交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの少なくとも１つの相の交流電流に基づいて、回転子の初期速度推定値ωsl0を推定し、この初期速度推定値ωsl0を回転子位置推定演算部に設定するようにしたので、インバータ起動時にモータが高速回転し、制御器の応答が追従しないような周波数であっても、モータの高速状態を検出できる。
【０１０１】
従って、例えばセンサレスベクトル制御において、インバータの停止中にモータが高速に回転している場合にも、インバータをより円滑に再起動することができる。
【０１０２】
（第３の実施形態）
図１６は本発明の第３の実施形態に係るモータ制御装置の構成を示す模式図である。  
本実施形態は、第１の実施形態の変形例であり、前述した起動モード２の処理（起動タイミング又はゲインの制御）に代えて、回転子の回転速度の初期値（初期速度推定値）を推定演算するものである。具体的には、インバータ２とバッテリー３の間の直流電圧Ｖｄｃを可変とするための直流電圧可変回路４０と、インバータ起動判定部１４からの直流電圧指令に応じて直流電圧可変回路４０を制御するための直流電圧制御部４１とがマイコン内に実装されている。
【０１０３】
これに伴い、インバータ起動判定部１４には、インバータ２を再起動する場合、インバータ２の停止中に流れる多相交流電流Ｉｕ，Ｉｗ又は直流入力電流Ｉｄｃを実質的にゼロにするように、直流入力電圧Ｖｄｃを制御するための直流電圧指令を直流電圧制御部４１に送出する機能が付加されている。
【０１０４】
また、インバータ起動判定部１４には初期回転速度推定演算部２０が付加されている。
【０１０５】
初期回転速度推定演算部２０は、三相交流電流Ｉｕ，Ｉｗ又は直流入力電流Ｉｄｃを実質的にゼロに制御したときの直流入力電圧Ｖｄｃに基づいて、回転子の初期速度推定値ωsl0を推定する機能と、回転子の回転速度の初期値として、初期速度推定値ωsl0を回転子位置推定演算部の磁極位置推定制御器１２に設定する機能とをもっている。
【０１０６】
次に、以上のように構成されたモータ制御装置における再起動時の動作を述べる。
【０１０７】
インバータ起動判定部１４は、図１７に示すように、起動命令受信後（ＳＴ１）、三相電流Ｉｕ，Ｉｗもしくは直流電流Ｉｄｃが実質的にゼロか否かを判定する（ＳＴ２）。
【０１０８】
判定の結果、否の場合、直流電圧制御部４１に送出する直流電圧指令Ｖｄｃ＊の値を増加する（ＳＴ２−１）。その後、同様に、三相電流Ｉｕ，Ｉｗもしくは直流電流Ｉｄｃが実質的にゼロか否かを判定し（ＳＴ２−２）、判定結果が否の場合には、ステップＳＴ２−１に戻って直流電圧指令Ｖｄｃ＊の値を増加し、再びステップＳＴ２−２の判定を実行する。
【０１０９】
ステップＳＴ２−２の判定の結果、三相電流Ｉｕ，Ｉｗもしくは直流電流Ｉｄｃが実質的にゼロになった場合、そのときの直流電圧Ｖｄｃと誘起電圧Ｅｄが等しいということになる。従って、初期回転速度推定演算部２０は、このときの直流電圧指令Ｖｄｃ＊に基づいて、初期速度推定値ωｓl0を推定する（ＳＴ４ｂ）。
【０１１０】
ωｓl0＝Ｖｄｃ＊／φ
φは誘起電圧定数。
【０１１１】
しかる後、初期回転速度推定演算部２０は、得られた初期速度推定値ωｓl0を回転子位置推定演算部の磁極位置推定制御器１２に出力する。これにより、インバータ起動判定部１４は、インバータ２を再起動する。
【０１１２】
なお、図示はしないが、システムの設計上、電流Ｉｕ，Ｉｗ，Ｉｄｃがゼロにならない場合等は、直流電圧指令Ｖｄｃ＊を最大値でリミット処理等を行えば良く、あるいは、最大値の直流電圧指令Ｖｄｃ＊に対応した初期速度推定値ωｓl0を予め求めておき、この初期速度推定値ωｓl0を回転子位置推定演算部に出力するようにしてもよい。
【０１１３】
上述したように本実施形態によれば、インバータ２を再起動する場合、インバータ２の停止中に流れる多相交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ又は直流入力電流Ｉｄｃを実質的にゼロにするように、直流入力電圧Ｖｄｃを制御し、ゼロに制御したときの直流入力電圧Ｖｄｃに基づいて、回転子の初期速度推定値ωsl0を推定するようにしたので、インバータ起動時にモータが高速回転し、制御器の応答が追従しないような周波数であっても、モータの高速状態における速度をより正確に検出できる。
【０１１４】
従って、例えばセンサレスベクトル制御において、インバータの停止中にモータが高速に回転している場合にも、インバータをより円滑に再起動することができる。
【０１１５】
（第４の実施形態）
図１８は本発明の第４の実施形態に係るインバータ起動判定部の構成を示す模式図である。  
本実施形態は、第１の実施形態の具体例であり、図２の起動モード２（ＳＴ４）において、インバータ起動判定部１４が起動タイミングを制御するものである。
【０１１６】
すなわち、インバータ起動判定部１４は、ステップＳＴ２の判定の結果、回転子が高速回転中の場合には、永久磁石モータ１に流れている多相交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの特定の位相θｉに基づく起動タイミングでインバータ２を再起動する機能をもっている。
【０１１７】
具体的にはインバータ起動判定部１４は、演算器５１、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）回路５２、特定位相条件判定部（比較器）５３及びＤ−ラッチ回路５４から構成されている。
【０１１８】
始めに、前述同様に２つの相電流Ｉｕ，Ｉｗから演算器５１を介して得られた三相電流Ｉｕ，Ｉｖ，ＩｗをＰＬＬ回路５２に入力する。ＰＬＬ回路５２は、入力された三相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの位相情報θｉを特定位相条件判定部５３に送出する。特定位相条件判定部５３は、この位相情報θｉのうちの特定の領域（α＜θｉ＜β）を判別している期間中、クロック信号（パルス出力）をＤ−ラッチ回路５４に送出する。
【０１１９】
これにより、インバータ起動判定部１４においては、入力された起動命令がα＜θｉ＜βという特定のタイミングでのみ、起動命令ＧstartとしてＰＷＭ制御部１０に出力される。
【０１２０】
これにより、特定の位相タイミングのみでインバータが再起動される。インバータ停止時に流れる三相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗは、誘起電圧Ｅｄの位相と相関があり、誘起電圧Ｅｄの位相を把握した状態でインバータを再起動するため、より円滑に再起動を行うことができる。
【０１２１】
上述したように本実施形態によれば、回転子が高速回転中の場合、永久磁石モータ１に流れている多相交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの特定の位相（α＜θｉ＜β）に基づく起動タイミングでインバータ２を再起動するようにしたので、モータ回転子の位相をある程度把握して再起動をかけられるようになる。
【０１２２】
従って、例えばセンサレスベクトル制御において、インバータの停止中にモータが高速に回転している場合にも、インバータを比較的円滑に再起動することができる。
【０１２３】
（第５の実施形態）
図１９は本発明の第５の実施形態に係るモータ制御装置の構成を示す模式図である。  
本実施形態は、第１の実施形態の変形例であり、前述した起動モード２の処理（起動タイミング又はゲインの制御）に代えて、回転子の位置の初期値（初期位置推定値）を推定演算するものである。具体的には、インバータ起動判定部１４に初期回転位置推定演算部６０が実装されている。
【０１２４】
すなわち、初期回転位置推定演算部６０は、永久磁石モータ１に流れる多相交流電流Ｉｕ，Ｉｗに基づいて、回転子の初期位置を推定する初期位置推定機能と、回転子位置推定演算部による推定演算の結果の初期値として、初期位置推定値θ０を回転子位置推定演算部の積分器１３に設定する機能とをもっている。
【０１２５】
具体的には、初期回転位置推定演算部６０は、図２０に示すように、演算器６１、ＰＬＬ回路６２及び加算器６３から構成されている。
【０１２６】
始めに、前述同様に２つの相電流Ｉｕ，Ｉｗから演算器６１を介して得られた三相電流Ｉｕ，Ｉｖ，ＩｗをＰＬＬ回路６２に入力する。ＰＬＬ回路６２は、入力された三相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの位相情報θｉを加算器６３に送出する。一方、電流位相と誘起電圧の位相差θｄが加算器６３に送出される。
【０１２７】
加算器６３は、三相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの位相情報θｉと、位相差θｄとを加算し、得られた加算結果を誘起電圧Ｅｄの位相とし、初期位置推定値θ０とする。この初期位置推定値θ０は、回転子位置推定演算部の積分器１３に設定される。
【０１２８】
以上のように、起動前に高速で回転するモータの回転子位置を把握することができるので、センサレス制御システムをスムーズに再起動することができる。
【０１２９】
上述したように本実施形態によれば、回転子が高速回転中の場合に、インバータ２を再起動する際に、永久磁石モータ１に流れる多相交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗに基づいて、回転子の初期位置θ０を推定するようにしたので、モータ回転子の位相をある程度把握して再起動をかけられるようになる。
【０１３０】
従って、例えばセンサレスベクトル制御において、インバータの停止中にモータが高速に回転している場合にも、インバータを比較的円滑に再起動することができる。
【０１３１】
なお、第５の実施形態は、位相情報θを得る第４の実施形態と組み合わせた構成としても実施することができ、この場合、第４の実施形態の効果をも得ることができる。このことは、以下の実施形態でも同様である。
【０１３２】
（第６の実施形態）
図２１は本発明の第６の実施形態に係るモータ制御装置の構成を示す模式図である。  
本実施形態は、第２及び第５の実施形態を互いに組み合わせた例である。ここで、第２の実施形態は、構成例１〜８のいずれでもよい。第５の実施形態は、第４の実施形態と組み合わせた変形例でもよい。
【０１３３】
いずれにしても本実施形態によれば、インバータ起動判定部１４が初期速度推定演算部２０及び初期位置推定演算部６０を備えた構成により、第２及び第５の実施形態の効果を同時に得ることができるので、より円滑にインバータを再起動することができる。
【０１３４】
また、本実施形態は、第２及び第５の実施形態の組み合わせに限らず、図２２に示すように、第３及び第５の実施形態を互いに組み合わせた例としてもよい。ここで、第５の実施形態は、第４の実施形態と組み合わせた変形例でもよい。いずれにしても、インバータ起動判定部１４が初期速度推定演算部２０及び初期位置推定演算部６０を備えた構成により、第３及び第５の実施形態の効果を同時に得ることができるので、より円滑にインバータを再起動することができる。
【０１３５】
なお、本願発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組合せてもよい。
【符号の説明】
【０１３６】
１…永久磁石式モータ、２…インバータ、３…バッテリー、４…コンデンサ、５…ｄｑ軸電流指令演算部、６，３０…電流座標変換部、７，３３…加減算器、８…電流制御器、９…電圧座標変換部、１０…ＰＷＭ制御部、１１…誘起電圧演算部、１２…磁極位置推定制御器、１３，２７…積分器、１４…インバータ起動判定部、２０…初期回転速度推定演算部、２１，５１，６１…演算器、２２…絶対値回路、２３，２８…ピークホールダー、２４…平均化回路、２５…ルックアップテーブル、２６…零クロス検出器、２９…割り算器、３１…逆正接器、３２…遅延器、３４…乗算器、３５…ハイパスフィルタ、４０…直流電圧可変回路、４１…直流電圧制御部、５２，６２…ＰＬＬ回路、５３…特定位相条件判定部、５４…Ｄ−ラッチ回路、６０…初期回転位置推定演算部、６３…加算器。
【図１】
2011152046.tif 000005
【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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【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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【手続補正書】
【提出日】平成23年5月30日(2011.5.30)
【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】
回転子を有する永久磁石モータをインバータにより制御するモータ制御装置において、
前記インバータの停止中、起動命令を受信するための起動命令受信手段と、
前記起動命令を受信すると、前記永久磁石モータの電流、前記インバータの直流入力電流、又は前記インバータの直流入力電圧に基づいて、前記回転子が高速回転中か又は低速回転中かを判定する回転速度判定手段と、
前記判定の結果、前記高速回転中の場合には、前記インバータを再起動する第２の再起動手段と、
前記回転子の回転速度に基づいて、前記回転子の位置を推定演算する回転子位置推定演算手段と、
前記推定演算の結果に基づいて、前記インバータを制御する制御手段とを備えており、
前記第２の再起動手段は、
前記永久磁石モータに流れる多相交流電流のうちの少なくとも１つの相の交流電流に基づいて、前記回転子の初期回転速度を演算する初期回転速度演算手段と、  前記回転子の回転速度の初期値として、前記初期回転速度を前記回転子位置推定演算手段に設定する手段とを備えたことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のモータ制御装置において、
前記初期回転速度演算手段は、下記手段［１］〜［８］のうち、いずれかの手段を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
［１］前記永久磁石モータに流れる多相交流電流の少なくとも一つの電流の大きさに基づいて、前記初期回転速度を演算する手段
［２］前記永久磁石モータに流れる多相交流電流の周波数に基づいて、前記初期回転速度を演算する手段
［３］前記永久磁石モータに流れる電流に対応する電流ベクトルの回転角度変化に基づいて、前記初期回転速度を演算する手段
［４］前記永久磁石モータに流れる多相交流電流のうちの少なくとも１つの相の交流電流に代えて、前記インバータに供給される直流入力電流に基づいて、前記初期回転速度を演算する手段
［５］前記永久磁石モータに流れる多相交流電流のうちの少なくとも１つの相の交流電流に代えて、前記インバータに供給される直流入力電流のリップル周波数に基づいて、前記初期回転速度を演算する手段
［６］前記永久磁石モータに流れる多相交流電流のうちの少なくとも１つの相の交流電流に代えて、前記インバータに印加される直流入力電圧のリップル周波数に基づいて、前記初期回転速度を演算する手段
［７］当該電流の大きさと前記インバータの直流入力電圧の大きさとに基づいて、前記初期回転速度を演算する手段
［８］前記永久磁石モータに流れる多相交流電流のうちの少なくとも１つの相の交流電流に代えて、予め設定した初期速度を前記回転子の速度として演算する手段
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のモータ制御装置において、
前記第２の再起動手段は、
前記永久磁石モータに流れている多相交流電流の特定の位相に基づく起動タイミングで、前記再起動を実行する手段と、
前記永久磁石モータに流れる多相交流電流に基づいて、前記回転子の初期位置を推定する初期位置推定手段と、  前記推定演算の結果の初期値として、前記初期位置を前記回転子位置推定演算手段に設定する手段と
を備えたことを特徴とするモータ制御装置。