(57)【要約】      （修正有）【課題】モータ起動を速やかにかつ確実に実行可能なモータ始動位置検出装置の提供。【解決手段】モータ始動位置検出装置では、制御部１０２は、誘起電圧の検出を時系列的に逐次行わせると共に、その検出された誘起電圧と記憶部１０２ｂに記憶されている誘起電圧推定値との誤差で修正項の誤差を更新して、推定演算部１０２ａによる角度位置および角速度の算出を逐次行わせ、かつ、推定演算部１０２ａによる誘起電圧推定値の算出および記憶部１０２ｂの誘起電圧推定値の更新を逐次行わせる。さらに制御部１０２は、角度位置、角速度および誘起電圧推定値が逐次算出される毎に、誘起電圧検出値と算出された誘起電圧推定値との誤差が所定閾値以下であって、かつ、算出された角速度が正である場合に、算出された角度位置を転流パターン生成を開始する始動位置であると判定する。【選択図】図２
2015033195.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
三相ブラシレスモータの２相に一定電流を通電させる指令を生成する通電指示部と、
前記通電時に休止相に誘起される誘起電圧を検出する検出部と、
誘起電圧推定値を記憶するための記憶部と、
誘起電圧検出値と誘起電圧推定値との誤差にオブザーバゲインを乗じた修正項を、モータロータの運動方程式に加えて成るオブザーバにより、モータロータの角度位置および角速度を算出する演算部と、
前記演算部により算出された角度位置および角速度に基づいて誘起電圧推定値を算出し、該誘起電圧推定値で前記記憶部の誘起電圧推定値を更新する誘起電圧推定部と、
前記検出部による誘起電圧の検出を時系列的に逐次行わせると共に、その検出された誘起電圧と前記記憶部に記憶されている誘起電圧推定値との誤差で前記修正項の誤差を更新して、前記演算部による角度位置および角速度の算出を逐次行わせ、かつ、前記誘起電圧推定部による誘起電圧推定値の算出および前記記憶部の更新を逐次行わせる制御部と、
前記角度位置、前記角速度および前記誘起電圧推定値が逐次算出される毎に、前記検出部による誘起電圧検出値と算出された誘起電圧推定値との誤差が所定閾値以下であって、かつ、算出された角速度が正である場合に、算出された角度位置を転流パターン生成を開始する始動位置であると判定する判定部と、を備えるモータ始動位置検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載のモータ始動位置検出装置において、
前記三相ブラシレスモータが、モータロータの周面に永久磁石を設けたＳＰＭ型三相ブラシレスモータである、モータ始動位置検出装置。
【請求項３】
請求項１に記載のモータ始動位置検出装置において、
前記運動方程式における三相ブラシレスモータのパラメータは、前記三相ブラシレスモータの慣性モーメント、粘性摩擦係数、摩擦トルクおよび鎖交磁束である、モータ始動位置検出装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載のモータ始動位置検出装置と、
前記モータ始動位置検出装置の判定部により始動位置と判定された角度位置、および該角度位置と共に算出された前記角速度に基づいて、転流パターンの生成を開始する転流パターン生成部と、
前記転流パターンに基づいて前記三相ブラシレスモータに電流を供給するインバータと、を備えるモータ制御装置。
【請求項５】
軸受により支持され、吸気口から排気口へと気体を排気するポンプロータと、
前記ポンプロータを回転駆動するＳＰＭ型三相ブラシレスモータと、
請求項４に記載のモータ制御装置と、を備える真空ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三相ブラシレスモータのモータ始動位置検出装置、そのモータ始動位置検出装置を備えたモータ制御装置、および、そのモータ制御装置を備えた真空ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
回転子に永久磁石を備えた三相ブラシレスモータでは、マグネットトルクを利用して回転力を得ているため、固定子コイルに適切なタイミングで電流を流して回転磁界を生成する必要がある。適切なタイミングを得るために、従来はホール素子などの回転位置センサを用いてタイミングを生成している。しかし、最近ではコスト面への配慮から、特許文献１に記載のような回転位置センサを省略したセンサレスの三相ブラシレスモータが提案されている。
【０００３】
特許文献１に記載のセンサレスブラシレスモータでは、固定子コイルに発生する誘起電圧を用いて回転位置を取得するようにしている。この場合、回転子が停止した状態において、固定子コイルにより所望の方向に回転する回転磁界を非同期で生成し、回転子の回転速度を誘起電圧を得ることができる回転数まで上昇させるようにしている。そして、十分な誘起電圧が得られるようになったならば、取得された誘起電圧から算出される回転位置に基づいて回転磁界を生成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４２４９９１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、回転磁界の周期が短すぎると、マグネットトルクの印加時間が短くなって回転子が追従できなくなる場合がある。逆に、回転磁界の周期が長すぎると、マグネットトルクの印加時間が長くなることで回転子が逆回転する場合がある。逆回転してしまった場合であっても、誘起電圧が確実に測定できる回転速度まで上昇しないと逆回転を判断することができない。そして、逆回転と判定できるようになった時点でポンプ停止動作を行い、一旦停止してから再度始動動作を行わせる必要があった。真空ポンプのポンプ回転体は慣性質量が比較的大きいため、動き難くかつ止まり難い。そのため、逆回転してしまった場合には、所望の方向に回転させるまでの始動時間が長くなってしまうという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の好ましい実施の形態によるモータ始動位置検出装置は、三相ブラシレスモータの２相に一定電流を通電させる指令を生成する通電指示部と、通電時に休止相に誘起される誘起電圧を検出する検出部と、誘起電圧推定値を記憶するための記憶部と、誘起電圧検出値と誘起電圧推定値との誤差にオブザーバゲインを乗じた修正項を、モータロータの運動方程式に加えて成るオブザーバにより、モータロータの角度位置および角速度を算出する演算部と、演算部により算出された角度位置および角速度に基づいて誘起電圧推定値を算出し、該誘起電圧推定値で記憶部の誘起電圧推定値を更新する誘起電圧推定部と、検出部による誘起電圧の検出を時系列的に逐次行わせると共に、その検出された誘起電圧と記憶部に記憶されている誘起電圧推定値との誤差で修正項の誤差を更新して、演算部による角度位置および角速度の算出を逐次行わせ、かつ、誘起電圧推定部による誘起電圧推定値の算出および記憶部の更新を逐次行わせる制御部と、角度位置、角速度および誘起電圧推定値が逐次算出される毎に、検出部による誘起電圧検出値と算出された誘起電圧推定値との誤差が所定閾値以下であって、かつ、算出された角速度が正である場合に、算出された角度位置を転流パターン生成を開始する始動位置であると判定する判定部と、を備える。
さらに好ましい実施形態では、運動方程式における三相ブラシレスモータのパラメータは、三相ブラシレスモータの慣性モーメント、粘性摩擦係数、摩擦トルクおよび鎖交磁束である。
本発明の好ましい実施の形態によるモータ制御装置は、上記実施形態のいずれか一に記載のモータ始動位置検出装置と、モータ始動位置検出装置の判定部により始動位置と判定された角度位置、および該角度位置と共に算出された角速度に基づいて、転流パターンの生成を開始する転流パターン生成部と、転流パターンに基づいて三相ブラシレスモータに電流を供給するインバータと、を備える。
本発明の好ましい実施の形態による真空ポンプは、軸受により支持され、吸気口から排気口へと気体を排気するポンプロータと、ポンプロータを回転駆動するＳＰＭ型三相ブラシレスモータと、上記モータ制御装置と、を備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、回転停止近傍における複雑な磁極位置検出方法を用いることなく、モータ起動を速やかにかつ確実に行わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】ターボ分子ポンプの概略構成を示す図である。
【図２】モータ制御装置の主要構成を示す図である。
【図３】図３は、モータ３６の断面を模式的に示す図である。
【図４】図４は、制御部１０２における角度θｒ^および角速度ωｍ^の推定演算を模式的に示す図である。
【図５】図５は、モータ始動動作処理におけるメインルーチンを示すフローチャートである。
【図６】図６は、モータ始動動作処理において逐次繰り返し実行される推定演算処理を示すフローチャートである。
【図７】図７は、誘起電圧推定値ｅa^と実測された誘起電圧ｅaの波形の一例を示す図である。
【図８】図８は、誘起電圧推定値ｅa^と実測された誘起電圧ｅaの波形の一例を示す図である。
【図９】図９は、パラメータ推定値の一例を示す図である。
【図１０】図１０は、記憶部１０２ｂに予め記憶されているオブザーバゲインｇの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図を参照して本発明を実施するための実施の形態について説明する。図１は磁気浮上式ターボ分子ポンプの概略構成を示す図である。ターボ分子ポンプ１には不図示の電源装置が接続される。その電源装置には、後述するモータ３６を駆動するモータ制御装置と、ターボ分子ポンプ１に設けられた磁気軸受を制御する軸受制御装置が設けられている。
【００１０】
回転側排気作用部である回転翼３０ａおよび円筒部３０ｂが形成されたロータ３０は、回転軸であるシャフト３１に締結されている。ロータ３０とシャフト３１とによってポンプ回転体が構成される。シャフト３１は、ベース２０に設けられた磁気軸受３７，３８，３９によって非接触支持される。各磁気軸受３７，３８，３９は電磁石と変位センサとを備えている。変位センサによりシャフト３１の浮上位置が検出される。なお、軸方向の磁気軸受３９を構成する電磁石は、シャフト３１の下端に設けられたロータディスク３５を軸方向に挟むように配置されている。
【００１１】
磁気軸受３７〜３９によって回転自在に磁気浮上されたポンプ回転体（ロータ３０およびシャフト３１）は、モータ３６により高速回転駆動される。モータ３６にはセンサレス３相ブラシレスモータが用いられる。モータ３６のモータステータ３６ａはベース２０に設けられ、永久磁石を備えるモータロータ３６ｂはシャフト３１側に設けられている。２６ａ，２６ｂは非常用のメカニカルベアリングであり、磁気軸受が作動していない時にはこれらのメカニカルベアリング２６ａ，２６ｂによってシャフト３１は支持される。
【００１２】
図１に示すターボ分子ポンプ１は、回転翼３０ａと固定翼２２とで構成されるターボポンプ段と、円筒部３０ｂとネジステータ２４とで構成されるドラッグポンプ段（ネジ溝ポンプ）とを有している。上述したように回転翼３０ａおよび円筒部３０ｂを回転側排気作用部とした場合、固定翼２２およびネジステータ２４は固定側排気作用部が形成されたステータを構成している。なお、ここではネジステータ２４側にネジ溝が形成されているが、円筒部３０ｂ側にネジ溝を形成しても構わない。
【００１３】
アルミ合金製のロータ３０には複数段の回転翼３０ａが形成されている。複数段の固定翼２２は、軸方向に対して回転翼３０ａと交互に配置されている。各固定翼２２は、スペーサリング２３を介してベース２０上に載置される。ポンプケーシング２１の固定フランジ２１ｃをボルトによりベース２０に固定すると、積層されたスペーサリング２３がベース２０とポンプケーシング２１との間に挟持され、固定翼２２が位置決めされる。
【００１４】
ベース２０の排気口２０ａには排気ポート２５が設けられ、この排気ポート２５にバックポンプが接続される。ロータ３０を磁気浮上させつつモータ３６により高速回転駆動することにより、吸気口２１ａ側の気体分子は排気ポート２５側へと排気される。
【００１５】
図２は、モータ制御装置の主要構成を示す図である。モータ３６は表面磁石型（ＳＰＭ）のＤＣブラシレスモータであり、モータロータ３６ｂの表面に永久磁石が設けられている。図２に示す例では２極（１極対）のモータを例に記載しているが、２極対以上であっても構わない。モータステータ３６ａは、スター結線された３相の固定子コイル３６ｃ（Ｕ相コイルＬｕ，Ｖ相コイルＬｖ，Ｗ相コイルＬｗ）を備えている。
【００１６】
モータ制御装置１０は、直流電源１００と、Ｕ相コイルＬｕ，Ｖ相コイルＬｖ，Ｗ相コイルＬｗに電流を供給するＰＷＭアンプ１０１（すなわちインバータ）と、ＰＷＭアンプ１０１を制御する制御部１０２と、抵抗値の等しいスター結線された抵抗Ｒｕ，Ｒｖ，Ｒｗを有する仮想中性点回路１０３と、差動増幅器１０４と、ローパスフィルタ１０５と、ＡＤコンバータ１０６を備えている。なお、図２では、便宜上Ｕ相コイルＬｕ，Ｖ相コイルＬｖ，Ｗ相コイルＬｗとモータロータ３６ｂとが別に示されているが、実際はＵ相コイルＬｕ，Ｖ相コイルＬｖ，Ｗ相コイルＬｗはモータロータ３６ｂの外周側に配置されている。
【００１７】
ＰＷＭアンプ１０１は、３相ブリッジを構成する６つのスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６を備えている。スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６には、例えば、ＭＯＳＦＥＴ等のパワー半導体素子が用いられる。図２に示す例では、ＭＯＳＦＥＴをスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６に用いている。スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２は、Ｕ相コイルＬｕおよび仮想中性点回路１０３の抵抗Ｒｕに接続されている。スイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４は、Ｖ相コイルＬｖおよび仮想中性点回路１０３の抵抗Ｒｖに接続されている。スイッチング素子ＳＷ５，ＳＷ６は、Ｗ相コイルＬｗおよび仮想中性点回路１０３の抵抗Ｒｗに接続されている。
【００１８】
制御部１０２は、例えばマイクロコンピュータにより構成され、ＰＷＭアンプ１０１のスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６をオン／オフ駆動するためのＰＷＭ制御信号を生成する。ＰＷＭアンプ１０１は、制御部１０２に制御されながら３相の固定子コイル３６ｃに所定の電流を供給する。なお、詳細は後述するが、モータ始動時には、固定子コイル３６ｃの２相に一定電流を供給して、休止相に発生する誘起電圧に基づいて転流開始タイミングを決定する。
【００１９】
仮想中性点回路１０３の抵抗Ｒｕ，Ｒｖ，Ｒｗは、それぞれ対応する固定子コイル３６ｃ（Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗ）に接続されている。仮想中性点回路１０３の仮想中性点１０３ａの電位は、差動増幅器１０４に入力される。後述する休止相に誘起される電圧は仮想中性点１０３ａに現れる。差動増幅器１０４には直流電源１００からの基準電位Ｖｒも入力され、仮想中性点電位と基準電位Ｖｒとの差が差動増幅器１０４からローパスフィルタ１０５へ出力される。なお、図２に示した例では、基準電位として電源中性点電位を使用し、仮想中性点電位との差分を取っているが、例えば、仮想中性点電位を基準電位に使用し、仮想中性点電位と休止相の端子電圧との差分を取るようにしても良い。
【００２０】
ローパスフィルタ１０５では、差分信号からＰＷＭ信号成分に起因する高調波成分（一般には１０ｋＨｚ以上）が除去される。始動時に休止相に現れる誘起電圧の周波数（１Ｈｚ以下）は低いので、ローパスフィルタ１０５のカットオフ周波数は、誘起電圧周波数での位相変化に影響をほとんど与えないような値に設定される（例えば、５００Ｈｚ程度）。ローパスフィルタ１０５から出力される信号は誘起電圧信号として、ＡＤコンバータ１０６を介して制御部１０２に入力される。
【００２１】
なお、制御部１０２に入力された誘起電圧信号は、図示していないデジタルフィルタにより処理される。デジタルフィルタは、ローパスフィルタ１０５で除去できないノイズを除去すると共に、後述する始動時の時間判定に影響を与えないように、有限時間整定応答フィルタを用いるのが望ましい。また、制御部１０２では、時刻ｔ＝０（回転停止時）でのフィルタ出力を直流バイアス量として、デジタルフィルタ出力との差分をとることで、デジタルフィルタ出力に含まれる直流バイアス電圧が補正される。
【００２２】
制御部１０２の推定演算部１０２ａは、検出された誘起電圧と後述する非線形オブザーバとを用いてモータロータ３６ｂの角度位置および角速度を推定する。非線形オブザーバに必要なパラメータは記憶部１０２ｂに予め記憶されている。制御部１０２では、推定演算部１０２ａの推定結果に基づいて、所望の方向（正回転方向）に回転させるための転流タイミングが決定される。そして、転流タイミング以降は、モータロータ３６ｂが所望の回転方向に回り続けることができる固定子磁束が形成されるように、スイッチング素子のオンオフによる電流の転流を行わせる。すなわち、モータロータ３６ｂが正回転するような転流パターンを生成を開始する。
【００２３】
図３は、図１に示したモータ３６の断面を模式的に示したものである。Ｕ相コイルＬｕ、Ｖ相コイルＬｖおよびＷ相コイルＬｗは１２０deg間隔で配置されている。なお、図３に示す例では、モータロータ３６ｂは２極であって、モータステータ３６ａは３相６スロットである。
【００２４】
図２のスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ４をオンしてＵ相コイルＬｕおよびＶ相コイルＬｖに電流を流すと、図３に示すような方向に磁束φuvが形成される。磁束φuvの方向は、Ｗ相コイルＬｗのコイル面と平行なのでＷ相コイルＬｗと鎖交しない。よって、休止相であるＷ相コイルＬｗと鎖交するのは回転子磁束のみとなる。そのため、モータロータ３６ｂの回転によりＷ相コイルＬｗに誘起される電圧は、鎖交する回転子磁束の変化（モータロータ３６ｂの回転位置と回転速度）のみに依存することになる。すなわち、休止相（Ｗ相）に誘起される電圧から、モータロータ３６ｂの位置情報を検出することが可能である。
【００２５】
［休止相に発生する誘起電圧モデル］
モータロータ３６ｂを含むポンプ回転体の運動方程式は、次式（１）で表される。式（１）において、Ｊはポンプ回転体のイナーシャ［kg・m２］、Ｄは粘性摩擦係数［N・m・sec/rad］、ＴＬは摩擦トルク［N・m］、Ｔｅは駆動トルク［N・m］である。摩擦トルクＴＬは、ＴＬ＝ＴＬ・sign（ωm）と定義する。ωmはモータ３６の角速度であり、角度位置θrと次式（２）の関係が成り立っている。なお、θmは機械角度を用いた場合のモータロータ３６ｂの角度位置であり、θｒは電気角で表現した場合を示す。
【数１】
2015033195.tif 000003
【００２６】
また、モータ３６の駆動トルクＴｅは、Ｕ，Ｖ，Ｗ相コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗの電流をそれぞれｉb、ｉc、ｉaとすると、次式（３）のように表せる。Ｗ相を休止相（ｉa＝０）とし、Ｕ相、Ｖ相に一定電流Ｉp（ｉb＝Ｉp、ｉc＝−Ｉp）を流す場合には、発生する駆動トルクＴｅは次式（４）のようになる。なお、Φrは鎖交磁束、ｐはモータロータ３６ｂの極対数である。
【数２】
2015033195.tif 000004
【００２７】
このとき、休止相（Ｗ相）に生じる誘起電圧ｅaは、次式（５）で表すことができる。なお、式（５）におけるΦはΦ＝ｐΦrである。従って、式（１）〜（３）から状態方程式（６）が得られる。ただし、式（６）において、Ｔｅ、ＴＬは次式（７）で表される。
【数３】
2015033195.tif 000005
【００２８】
本実施の形態では、後述するように非線形オブザーバ（式（１０））を用いて推定値ωm^およびθr^を推定するが、その推定値ωm^、θr^を次式（８）に代入することで、誘起電圧の推定値ｅa^を求めることができる。なお、記号^は、その値が推定値であることを示す記号である。
【数４】
2015033195.tif 000006
【００２９】
［パラメータ推定値の計算］
上述した状態方程式（６）に式（７）を代入すると、次式（９）のようになる。式（９）には、パラメータとしてイナーシャＪ、粘性摩擦係数Ｄν、鎖交磁束Φ、摩擦トルクＴＬが含まれているが、これらの値を実機の状態で計測するのは難しい。本実施の形態では、式（９）を用いて上述のパラメータを推定するが、式（９）は非線形なので、最適化手法を用いてパラメータを推定する。なお、本実施の形態ではＰＳＯ（粒子群最適化）を用いたが、ＧＡ（遺伝的アルゴリズム）等を用いても良い。
【数５】
2015033195.tif 000007
【００３０】
パラメータ推定値を求めるには、式（９）をＰＳＯにより反復を行う。そのため、パラメータ推定値の取得は、予め計測していた休止相誘起電圧を用いてオフラインで行う。計測値ｅaのデータは、（ｅa１，ｅa２，ｅa３，・・・）のように時系列に複数用意されている。パラメータ推定は次のような手順で行われる。
（a1）（Ｊ、Ｄν、ＴＬ、Φ）を与え、それを式（９）に代入し、数値解析およびＰＳＯによりωm^、θr^を推定する。
（a2）推定したωm^、θr^を式（８）に代入して、誘起電圧の推定値ｅa^を求める。
（a3）予め計測されていた誘起電圧の計測値ｅaと推定値ｅa^とから、評価関数として差ε＝ｅa−ｅa^を計算する。上記（a1）で与えた（Ｊ、Ｄν、ＴＬ、Φ）が適値に近いものであれば、評価関数εは小さな値となる。
（a4）上記の（a1）から（a3）までの処理を計測値（ｅa１，ｅa２，ｅa３，・・・）を用いて反復して行う。その際に、評価関数εがε→０となるようにパラメータ（Ｊ、Ｄν、Ｔl、Φ）を与える。
【００３１】
なお、評価関数としては、計測値が誘起電圧の場合には上記評価関数ε＝ｅa−ｅa^を用いるが、状態変数である角速度ωｍおよび角度位置θｒも計測できる場合には、３つのパラメータ（誘起電圧、角度位置、角速度）を用いた評価関数＝｛（ｅa−ｅa^）２＋（θｒ−θｒ^）２＋（ωｍ−ωｍ^）２｝１／２を用いても良い。
【００３２】
図９は、パラメータが予め既知である表面磁石型ブラシレスモータに上記のパラメータ推定方法を適用したときの、推定結果を示したものである。なお、粘性摩擦係数Ｄνおよび鎖交磁束についてはカタログデータがなかったので、イナーシャと摩擦トルクに関して比較する。イナーシャについては、カタログデータに近い値が推定値として得られた。摩擦トルクは、カタログデータ値以内になっており、推定が正しく行われたと判断できる。
【００３３】
［最適なオブザーバゲインの推定］
誘起電圧推定では、次式（１０）で表される非線形オブザーバを適用して推定を行う。誘起電圧推定値ｅa^は式（８）に示すように、角度推定値θr^と速度推定値ωm^が分かれば求まる。この２つの推定値θｒ^、ωm^は、式（９）の状態方程式に修正項としてのg・εを適用した非線形オブザーバ（式（１０））から算出される。ここで、ｇ＝（ｇ１，ｇ２）Ｔはオブザーバゲイン（修正ゲイン）であり、評価関数εとしては、例えば上述した差ε＝ｅa−ｅa^が用いられる。
【数６】
2015033195.tif 000008
【００３４】
式（１０）におけるゲインｇは、推定値が計測値に近づくように式（１０）で表される推定モデルを修正する、修正項として機能するものである。推定計算を繰り返す毎に推定値は計測値に近づく。このゲインｇも予めオフラインで計算しておき、上述したパラメータ推定値とともに制御部１０２の記憶部１０２ｂに記憶させておく。図１０は、ゲイン推定値の例を示す図である。また、式（１０）も推定演算部１０２ａに予め実装されているが、式（１０）は微分方程式なので、実機搭載においては、離散化するために拡張オイラー法などの数値解析手法を用いて実機搭載している。
【００３５】
なお、ゲインｇの計算は、式（１０）を用いて上述したパラメータ推定の場合と同様の手順で求めることができる。すなわち、通電電流Ｉｐと複数の誘起電圧データ（ｅa１，ｅa２，ｅa３，・・・）を用いて、計測値ｅaと推定値ｅa^との誤差である評価関数ε＝ｅa−ｅa^が小さくなるようなゲインｇを求める。また、式（１０）は非線形であるので上述したＰＳＯ手法を用いる。
【００３６】
［始動手順の説明］
次に、モータを始動する際の始動手順について説明する。なお、制御部１０２の記憶部１０２ｂには、上述のようにオフラインで推定されたパラメータ推定値およびオブザーバゲイン推定値が予め格納されており、それらの値は式（１０）の各パラメータとして用いられる。図４は、制御部１０２における角度θｒ^および角速度ωｍ^の推定演算を図式化したものである。
【００３７】
図５，６は制御部１０２で行われるモータ始動動作開始から転流動作開始までの処理を説明するフローチャートである。図５はメインルーチンを示すフローチャートであり、図６は角度θｒ^および角速度ωｍ^の推定演算処理を示すフローチャートである。まず、図５に示すメインルーチンに関する一連の処理について説明する。
【００３８】
図５のステップＳ１００では、固定子コイル３６ｃの２相に対する電流Ｉpの通電を開始する。ステップＳ１１０では、図６に示す角度位置および角速度の推定演算処理の実行を開始する。図６の推定演算処理は所定時間間隔で繰り返し実行される。図６の推定演算処理の詳細については後述する。固定子コイル３６ｃの２相に電流Ｉpを通電すると、図３に示すように、モータロータ３６ｂは固定子コイル３６ｃによって形成された磁束の方向に回転を始める。
【００３９】
所定時間間隔で図６の推定演算処理が実行されると、その度に、休止相に発生する誘起電圧ｅaｎが計測されると共に、角度位置、角速度および誘起電圧の各推定値θｒｎ^，ωｍｎ^，ｅaｎ^が算出される。ステップＳ１２０では、計測値ｅaｎと推定値ｅaｎ^との誤差ε＝ｅaｎ−ｅaｎ^が閾値以下か否かを判定する。この閾値は、推定された誘起電圧ｅaｎ^が実測値ｅaｎに十分収束しているか否かの判定値であり、予め記憶部１０２ｂに記憶されている。ステップＳ１２０でε≦（閾値）と判定されるとステップＳ１３０へ進む。
【００４０】
ステップＳ１３０では、角速度推定値ωｍｎ^が正か否か、すなわち正回転か否かを判定する。ステップＳ１３０においてωｍｎ^＞０と判定されるとステップＳ１４０へ進み、ωｍｎ^≦０と判定されるとステップＳ１２０へ戻る。ステップＳ１４０では、所定時間間隔で実行されていた図６の推定演算処理の実行を停止する。ステップＳ１５０では、推定された角度位置θｒｎ^および角速度ωｍｎ^に基づいて、転流動作を開始する。
【００４１】
次に、所定時間間隔で実行される図６の推定演算処理について説明する。ステップＳ２００では、ｎ＝０か否かを判定する。ここで、ｎは推定演算処理の繰り返し回数を表しており、初回をｎ＝０とし、２回目以降をｎ＝１，２，３，・・・とする。ステップＳ２００でｎ＝０と判定されると、ステップＳ２１０，Ｓ２２０をスキップしてステップＳ２３０へ進み、ｎ＞０と判定された場合、すなわち２回目以降はステップＳ２１０へ進む。
【００４２】
まず、ｎ＝０の場合を説明する。この場合、ステップＳ２００からステップＳ２３０へ進み、式（１０）により角度位置および角速度の推定値θｒ(ｎ＋１)^，ωｍ(ｎ＋１)^を算出する。すなわち、推定値θｒ１^，ωｍ１^を算出する。ステップＳ２４０では、ステップＳ２３０で算出された推定値θｒ１^，ωｍ１^を式（８）に代入することにより、誘起電圧推定値ｅa(ｎ＋１)^、すなわちｅa１^を算出する。これらの推定演算は、推定演算部１０２ａにおいて行われる。
【００４３】
なお、演算に用いられる誘起電圧推定値の初期値ωｍ０^、θｒ０^はいずれもゼロとする。そのため、式（８）により算出される誘起電圧推定値ｅa０^もゼロとなり、式（１０）のオブザーバゲインｇに乗算される誤差ε＝ｅa−ｅa^は、ε＝ｅa０＝０となる。なお、計測された誘起電圧ｅa０は図２の記憶部１０２ｂに記憶され、計測の度にその値が更新される。始動開始時には初期値＝０が記憶されるため、初回（ｎ＝０）の推定演算処理における誘起電圧の計測値ｅa０はゼロとされる。ステップＳ２３０，Ｓ２４０の処理により、「（ωｍ０^、θｒ０^、Ｉp、ｅa０）→（ωｍ１^、θｒ１^）→（ｅa１^）」のような演算処理が行われ、次回（ｎ＝１）の推定演算処理に用いられる誘起電圧推定値ｅa１^が算出される。
【００４４】
算出された推定値ωｍ０^、θｒ０^、ｅa１^は、記憶部１０２ｂに記憶される。そして、図６の推定演算処理が逐次繰り返されて推定値ωｍ０^、θｒ０^、ｅa１^が算出される度に、記憶部１０２ｂの推定値ωｍ０^、θｒ０^、ｅa１^は新しい推定値に更新される。ステップＳ２４０の処理が終了すると、初回ｎ＝０における演算処理が終了する。そして、所定時間経過後の２回目の推定演算処理が実行される。
【００４５】
２回目の推定演算処理においては、ステップＳ２００においてＮＯと判定され、ステップＳ２１０へ進む。ステップＳ２１０では、休止相に発生する誘起電圧ｅa１を計測する。ステップＳ２２０では、ステップＳ２１０で計測された誘起電圧ｅa１と、前回（ｎ＝０）の推定演算処理で算出された誘起電圧推定値ｅa１^との誤差ε＝ｅa１−ｅa１^に、オブザーバゲインｇを乗算して得られるモデル修正項ε・ｇを算出する。
【００４６】
ステップＳ２３０では、ステップＳ２１０で計測された誘起電圧ｅa１と式（１０）とから、角度位置および角速度の推定値θｒ２^，ωｍ２^を算出する。ステップＳ２４０では、ステップＳ２３０で算出された推定値θｒ２^，ωｍ２^と式（８）とから、誘起電圧推定値ｅa２^を算出する。すなわち、２回目の推定演算処理では、「（ωｍ１^、θｒ１^、Ｉp、ｅa１）→（ωｍ２^、θｒ２^）→（ｅa２^）」のような演算処理が行われる。
【００４７】
３回目以降（ｎ＝２、３、・・・）の推定演算処理は、上述した２回目の推定演算処理と同様であり、「（ωｍｎ^、θｒｎ^、Ｉp、ｅaｎ）→（ωｍ(ｎ＋１)^、θｒ(ｎ＋１)^）→（ｅa(ｎ＋１)^）」のような演算処理が行われる。このようにして、所定時間間隔で、推定値ωｍｎ^、θｒｎ^、ｅaｎ^の演算処理が逐次行われる。
【００４８】
図７，８は、ＳＰＭ型三相ブラシレスモータ単体に関して上述の推定演算を行った場合の、誘起電圧推定値ｅa^（ラインＬe）と実測された誘起電圧ｅa（ラインLｍ）の波形を示す図である。図７は始動時の角度θiniがθini＝−７５degの場合であり、図８はθini＝−１５０degの場合を示す。いずれの場合も、推定開始から約０．１sec程度でラインＬeがラインＬmに収束しているのが分かる。
【００４９】
上述したように、本実施の形態のモータ始動位置検出装置では、三相ブラシレスモータの２相に一定電流を通電させる指令を制御部１０２で生成し、通電時に休止相に誘起される誘起電圧ｅaを仮想中性点回路１０３により検出する。推定演算部１０２ａは、電圧検出値ｅaと誘起電圧推定値ｅa^との誤差εにオブザーバゲインｇを乗じた修正項ｇ・εを、モータロータ３６ｂの運動方程式に加えて成るオブザーバ（式（１０）参照）により、モータロータ３６ｂの角度位置θｒ^および角速度ωm^を算出する。また、算出された角度位置θｒ^および角速度ωm^に基づいて誘起電圧推定値ｅa^を算出し、該誘起電圧推定値ｅa^で記憶部１０２ｂに記憶されている誘起電圧推定値を更新する。そして、制御部１０２は、誘起電圧ｅaの検出を時系列的に逐次行わせると共に、その検出された誘起電圧ｅaと記憶部１０２ｂに記憶されている誘起電圧推定値ｅa^との誤差εで修正項ｇ・εの誤差を更新して、推定演算部１０２ａによる角度位置θｒ^および角速度ωm^の算出を逐次行わせ、かつ、推定演算部１０２ａによる誘起電圧推定値ｅa^の算出および記憶部１０２ｂの誘起電圧推定値ｅa^の更新を逐次行わせる。さらに制御部１０２は、角度位置θｒ^、角速度ωm^および誘起電圧推定値ｅa^が逐次算出される毎に、誘起電圧検出値ｅaと算出された誘起電圧推定値ｅa^との誤差εが所定閾値以下であって、かつ、算出された角速度ωm^が正である場合に、算出された角度位置θｒ^を転流パターン生成を開始する始動位置であると判定する。
【００５０】
このように、運動方程式に基づくモデルに、誘起電圧推定値ｅa^と実際に計測される誘起電圧ｅaとの誤差をオブザーバ量としてフィードバックしているので、推定演算部１０２ａによる角度位置θｒ^および角速度ωm^の演算を逐次繰り返すたびに、実際の値に近づくように角度位置θｒ^および角速度ωm^が逐次更新される。また、角度位置θｒ^および角速度ωm^の更新により誘起電圧推定値ｅa^も実際の誘起電圧ｅaに近づくように更新されるので、更新の度にモデル化誤差εも小さくなり、角度位置および角速度の推定値θｒ^，ωm^がより素早く真の値に収束する。その結果、より速やかに転流動作を開始することができる。
【００５１】
特に、上述した実施形態におけるモータ始動位置検出手法は、粘性摩擦係数や摩擦トルクが無視できない回転系への適用に適しているが、粘性摩擦係数や摩擦トルクが無視でき留程度に小さく、線形の運動方程式でモデル化できる回転系であっても同様に適用することができ、同一の効果を奏する。
【００５２】
なお、以上の説明はあくまでも一例であり、発明を解釈する際、上記実施の形態の記載事項と特許請求の範囲の記載事項の対応関係に何ら限定も拘束もされない。例えば、上述した実施の形態ではＳＰＭ型の三相ブラシレスモータを例に説明したが、ＩＰＭ型の三相ブラシレスモータであっても同様に適用できる。また、モータ制御についても、正弦波制御および矩形波制御にいずれの場合にも適用できる。さらに、上述した実施の形態では磁気軸受方式の真空ポンプ（ターボ分子ポンプ）を例に説明したが、玉軸受方式の真空ポンプであっても、その他の軸受方式の真空ポンプであっても、本発明は適用できる。
【符号の説明】
【００５３】
１：ターボ分子ポンプ、１０：モータ制御装置、３０：ロータ、３６：モータ、３６ａ：モータステータ、３６ｂ：モータロータ、１０１：ＰＷＭアンプ、１０２：制御部、１０２ａ：推定演算部、１０２ｂ：記憶部、１０３：仮想中性点回路、ＳＷ１〜ＳＷ６：スイッチング素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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