(57)【要約】  モータ制御装置は、インバータと、インバータ制御部と、モータに流れる制御電流を検出する電流検出部と、電流オフセット設定部と、御電流に相関する出力信号を微分する微分演算部とを備え、インバータ制御部は、出力信号の微分値に基づいてモータの回転位置を推定する推定部と、推定された回転位置を使用して駆動信号を生成する駆動信号生成部とを有する。
2015015597.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータに電圧を印加するスイッチング素子を有するインバータと、
前記スイッチング素子を駆動制御する駆動信号を生成して前記スイッチング素子を駆動制御するインバータ制御部と、
前記モータに流れる制御電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部にオフセット電流を印加する電流オフセット設定部と、
前記電流検出部で検出された制御電流に相関する出力信号を微分する微分演算部とを備え、
前記インバータ制御部は、前記微分演算部で演算された前記出力信号の微分値に基づいて前記モータの回転位置を推定する推定部と、前記推定部で推定された回転位置を使用して前記駆動信号を生成する駆動信号生成部とを有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、
前記電流検出部は、前記制御電流と前記オフセット電流とを加算した電流に基づく検出電圧を出力し、
前記微分演算部は前記検出電圧を微分し、
前記インバータ制御部の推定部は、前記微分演算部で演算された前記検出電圧の微分値に基づいて前記モータの回転位置を推定するモータ制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載のモータ制御装置において、
前記電流オフセット設定部は、前記オフセット電流を前記制御電流に応じて可変とするオフセット電流可変部を含むモータ制御装置。
【請求項４】
請求項２に記載のモータ制御装置において、
前記電流検出部は、前記制御電流が貫通する磁気コアと、磁気コアで発生する磁束を検出するホール素子とを有し、前記検出電圧は前記ホール素子の出力信号であるモータ制御装置。
【請求項５】
請求項１に記載のモータ制御装置において、
前記電流検出部は、前記制御電流が貫通する磁気コアと、磁気コアで発生する磁束を検出するホール素子と、前記磁気コアに巻回されたコイルと、前記コイルを流れる電流を前記制御電流として検出する抵抗器とを有し、
前記制御電流により前記磁気コアに発生する磁束と平衡するように前記コイルに電流が通電され、前記抵抗器とで電流−電圧変換された電圧を前記微分演算部に入力するモータ制御装置。
【請求項６】
請求項５に記載のモータ制御装置において、
前記ホール素子の出力を補償する電圧オフセット設定部をさらに有するモータ制御装置。
【請求項７】
請求項１に記載のモータ制御装置において、
前記電流検出部と前記電流オフセット設定部とを有する構成が少なくとも一つさらに設けられ、
前記モータに流れる制御電流に応じて、前記複数の構成のいずれかを選択する切換部がさらに設けられているモータ制御装置。
【請求項８】
請求項１に記載のモータ制御装置において、
前記電流検出部は、複数備えられ、
単一の前記電流オフセット設定部は、複数の前記電流検出部に共通のオフセット電流を流し、
前記切換部は、前記モータに流れる電流に基づいて、前記電流検出部のいずれか一つを選択する切換部がさらに設けられているモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータを堅牢かつ安価に駆動する技術として位置センサレス制御がある。位置センサレス制御とは、エンコーダやレゾルバなどの位置センサを直接取り付けることなく、電圧あるいは電流などからモータの回転子位相を推定する技術である。位置センサには高温や化学的負荷に弱いものもあるため、位置センサレス制御は、高温になる自動車用途あるいは冷媒に曝される圧縮機用途などにおいて、特に有効である。また、位置センサの省略により制御装置を小型化できるという利点もある。【０００３】
例えば、特許文献１〜３では、モータの三相交流を電流センサにより検出し、その微分値に基づいて回転子位相を推定する。位相推定が可能であるのは、電流微分値と回転子位相に相関性があるためである。この相関性は、モータの特性値（抵抗やインダクタンスなど）で定まり、これをテーブル化あるいは数式化することにより位置センサレス制御を理論上は実現できる。【０００４】
しかし、実用上は電流センサの不感帯により回転子位相の推定誤差が発生する。電流センサの不感帯とは、電流センサの出力値が電流に対して感度を持たない範囲である。一般に不感帯は微小となるように設計されるから、電流検出値自体の誤差は微小である。しかし、その微分値は、不感帯では強制的にゼロとなるため、その誤差は大きい。このため、位相推定誤差も大きく、モータ駆動時の効率および応答性は低下する。さらには、脱調・停止に至り、モータを破壊する恐れもある。【０００５】
センサの不感帯を回避する先行技術として特許文献４がある。特許文献４では、磁束センサ（ホール素子）の不感帯を回避することによりモータの駆動性能を向上させている。磁束センサは、モータの回転子の磁石磁束を検出できるため、その磁束変化により回転子位相を推定できる。ただし、磁束が微小であるときは、磁束センサの不感帯により位相推定誤差が発生する。そこで、特許文献４では、ホール素子の近傍に補償用磁石を備えることにより、磁束をオフセットさせ、不感帯を回避している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】日本国特開２００５−３２８６３５号公報
【特許文献２】日本国特開２００２−１５９１９９号公報
【特許文献３】日本国特開２０１１−１７６９７５号公報
【特許文献４】日本国特開１９８４−０９６８６０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、この手法では、不感帯を回避できるが、磁束検出値のオフセット誤差が発生する。ゆえに、位相推定誤差にもオフセット誤差が発生し、これを何らかの手法で補償する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様によると、モータに電圧を印加するスイッチング素子を有するインバータと、スイッチング素子を駆動制御する駆動信号を生成してスイッチング素子を駆動制御するインバータ制御部と、モータに流れる制御電流を検出する電流検出部と、電流検出部にオフセット電流を印加するオフセット設定部と、電流検出部で検出された制御電流に相関する出力信号を微分する微分演算部とを備え、インバータ制御部は、微分演算部で演算された出力信号の微分値に基づいてモータの回転位置を推定する推定部と、推定部で推定された回転位置を使用して駆動信号を生成する駆動信号生成部とを有する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、モータの制御電流を検出する電流検出部の検出信号を微分した結果に基づいて回転位置を推定するようにした、いわゆるセンサレス式のモータ制御装置において、電流検出部に存在する不感帯による位置精度の低下を防止するようにしたので、回転位置を高精度に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態におけるモータ制御装置構成とその使用態様を示す図。
【図２】電圧・電流のベクトル図。
【図３】電流オフセットを施していない場合の電流検出部の特性図。
【図４】各構成の波形図。
【図５】電流検出部の不感帯を無視できない場合の波形図。
【図６】電流オフセットを施した場合の電流検出部の特性図。
【図７】電流オフセットを施した場合の波形図。
【図８】第２実施形態におけるモータ制御装置の構成図。
【図９】第３実施形態におけるモータ制御装置の構成図。
【図１０】第３実施形態の波形図。
【図１１】電流オフセット設定部の共通化の構成図。
【図１２】第４実施形態におけるモータ制御装置の構成図。
【図１３】第４実施形態の動作波形図。
【図１４】第５実施形態におけるモータ制御装置の構成図。
【図１５】第６実施形態におけるモータ制御装置の構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
――第１実施形態――
図１〜図７を用いて、第１実施形態のモータ制御装置１００について説明する。図１は、モータ１に接続された、第１実施形態におけるモータ制御装置１００を示す図である。モータ制御装置１００は、インバータ２と、インバータ制御部５と、電流検出部３と、電流オフセット設定部６と、微分演算部４とを備えている。
【００１２】
モータ１は、三相の場合、U相コイル１a、V相コイル１b、W相コイル１cを備える。各相コイルにU相電圧Vu、V相電圧Vv、W相電圧Vwが印加されることで、U相電流Iu、V相電流Iv、W相電流Iwが流れ、トルクが発生する。
【００１３】
インバータ２は、直流電圧VDCをPWM制御によりU相電圧Vu、V相電圧Vv、W相電圧Vwに変換し、モータ１に印加する。モータ１が永久磁石同期モータの場合には、一般に各相電圧Vu〜Vwは三相交流電圧である。
【００１４】
インバータ制御部５は、位相推定部５a、電圧振幅演算部５b、電圧位相演算部５c、ＰＷＭ波形生成部５ｄを備える。位相推定部５aは、電圧微分dViu/dtに基づいて位相推定値θd'（真の回転子位相θdと区別）を出力する。この位相推定の原理については後述する。電圧振幅演算部５bは、位相推定値θd'およびトルク指令τ*に基づいて、電圧振幅V1を演算する。同様に電圧位相演算部５cは、電圧位相θvを演算する。電圧振幅V1および電圧位相θvの具体的な演算手法としては、V/f制御あるいはベクトル制御などが知られている。本発明は、演算手法を特に限定せず、また、トルク指令τ*は速度指令でもよい。電圧振幅演算部５ｂによって演算されたV1と、電圧位相演算部５ｃによって演算された電圧位相θvに基づいて、ＰＷＭ波形生成部５ｄがＰＷＭ波形を生成し、インバータ２に信号を送信する。
【００１５】
電流検出部３は、磁気コア３aおよびホール素子３bを備える。磁気コア３aは、U相電流Iuに貫通されるように配置される。また、電流オフセット設定部６によるオフセット電流Iofsも磁気コア３aを貫通する。なお、詳細については後述するが、電流オフセット設定部６による電流オフセットは、電流検出部３の不感帯の問題を解決するためのものであることだけは先に述べておく。
【００１６】
ここで、本発明において「電流をオフセットする」というのは、「もともとの電流（ここでは、Iu）とともに、電流オフセット設定部６によるオフセット電流Iofsも、電流検出部３に検出させる」という意味である。よって、もともとの電流が流れている導線に追加の電流を流す、すなわち、Iuの電流量を増やすなどという意味ではない。以降の実施形態においても同様である。
【００１７】
上述した内容を明確にするために、また、以降の説明のために、以下の式（１）〜（４）を用いて、電流検出部３が検出するU相電流としての検出電流Iu’を以下のように導入する。
【数１】
2015015597.tif 000003
【数２】
2015015597.tif 000004
【数３】
2015015597.tif 000005
【数４】
2015015597.tif 000006
式（１）において、ベクトル表示を用いたのは、電流の正負の向きまで考慮してのことである。また、当然ながら、電流オフセットされていないとき、すなわち、オフセット電流Iofsがゼロ（Iofs = 0）のときは、
【数５】
2015015597.tif 000007
となる。
【００１８】
検出電流Iu’に応じて磁束φiuが発生する。ホール素子３bは、磁束φiuを電圧換算値Viuへ換算する。この結果、電流検出部３は、U相電流Iuを電圧換算値Viuへ換算し、電圧換算値Viuを出力する。
【００１９】
微分演算部４は、抵抗器４a、キャパシタ４b、オペアンプ４cを備える。抵抗器４a、キャパシタ４b、オペアンプ４cは、全体として微分回路を構成する。この結果、微分演算部４は、電圧換算値Viuを微分し、電圧微分dViu/dtを出力する。なお、微分演算部４は、FPGAのような高速デジタル回路で構成してもよい。
【００２０】
図２は、電圧・電流のベクトル図である。図２を用いて、モータ１の状態量について説明する。U軸は、U相コイル１aが発生する磁束方向を示す。V軸およびW軸についても同様である。d軸は、U軸を回転子位相θdだけ回転させた軸である。モータ１の回転はd軸の回転であり、その電気角周波数（回転速度）は、ωとする。モータ電圧Vuvwは、モータ１に印加される電圧であり、その振幅・位相を電圧振幅V1、電圧位相θv（U軸基準）とする。
【００２１】
図３は、電流検出部３の特性図である。なお、図３においては、電流オフセットされていないことを前提にしている。U相電流としての検出電流Iu’は、理想的には電圧換算値Viuへ線形的に換算される。しかし、現実的には電流不感帯ΔIおよびそれに対応する電圧不感帯ΔVがあり、この範囲においては、U相電流としての検出電流Iu’が変化しても電圧換算値Viuは変化しない。図３は、不感帯が原点近傍のみに存在する場合を図示しているが、その他の範囲に複数存在する場合でも同様である。不感帯による問題および対策については後述する。
【００２２】
図４は、第１実施形態の各パラメータの波形図である。図４を用いて、不感帯を考慮しない場合の、基本的な位相推定部５aの位相推定原理について説明する。なお、図４においては、電流オフセットもされていないことを前提にしている。すなわち、Iu = Iu’である。U相電圧Vuは、回転子位相θdに関する振幅V1の正弦波である（図４のVuの点線）。ただし、インバータ２は、PWM制御によりU相電圧Vuを出力するため、実際の電圧波形は矩形波となる（図４のVuの実線）。矩形波の周波数はインバータ２のキャリア周波数であり、矩形波の振幅は、ピークピーク値で直流電圧VDCである。U相電流Iuは、U相電圧Vuの正負に応じて増減するため、三角波となる。電圧換算値Viuは、電流検出部３の不感帯を無視すれば、U相電流Iuと同様の波形となる。
【００２３】
説明を簡潔にするため、キャリア周波数は十分に高い、すなわちキャリア周期は十分に短いとする。このとき、電圧換算値Viuは直線的に増減するから、その傾きである電圧微分dViu/dtは、矩形波となる。U相電圧Vuが正または負となるそれぞれの場合において、電圧微分dViu/dtの包絡線をdVp、dVmとする。包絡線dVp、dVmは、回転子位相θdに対する依存性（以下、位相依存性）を有する。なぜならば、電流微分dIu/dtは位相依存性を有しており（特許文献１〜３）、電流微分dIu/dtと電圧微分dViu/dtは線形性を有するからである。包絡線dVp、dVmの位相依存性を予めテーブル化あるいは数式化しておき、モータ１の駆動中にこれを参照することにより位相推定が可能となる。
【００２４】
以上より、モータ制御装置１００は、モータ１を位置センサレス制御できる。しかし、上述のように、図３に示す電流検出部３の不感帯により以下の問題が生じる。
【００２５】
図５は、電流検出部３の不感帯を無視できない場合の動作波形図である。なお、図５においては、電流オフセットされていないことを前提にしている。電圧換算値Viuは、電圧不感帯ΔVの範囲内においてはゼロとなる。このとき、電圧微分dViu/dtもゼロとなるため、電圧微分誤差ΔdVが発生する。電圧微分dViu/dtを正しく検出できる区間は、区間T1およびT2に限定され、本来の検出区間T3よりも短くなる。これに対応するには、高速なA/D機能が必要であり、インバータ制御部５のコストは増加する。さらに、電圧換算値Viuが電圧不感帯ΔVに常に含まれる場合では、電圧微分dViu/dtを全く検出できず、モータ１を駆動することができない。
【００２６】
電圧微分誤差ΔdVの程度について説明する。図３において、電圧換算値Viuの誤差は、最大でも電圧不感帯ΔVである。電圧不感帯ΔVは、一般に微小に設計されるから、電圧換算値Viuの誤差は無視できる。一方、電圧微分誤差ΔdVは、不感帯に入る前の電圧微分dViu/dtと等しく、これはモータ１の特性値あるいは直流電圧VDCなどにより定まる。すなわち、電圧微分誤差ΔdVは電圧不感帯ΔVにより制限されない。ゆえに、電圧不感帯ΔVを微小に設計しても、電圧微分誤差ΔdVは大きく発生する可能性がある。
【００２７】
電圧微分誤差ΔdVが発生すると、位相推定部５aの位相推定精度が低下する。これは、モータ１の駆動効率低下および応答性低下を引き起こす。特許文献１〜３では、これらの問題は解決されておらず、何らかの対策が必要である。
【００２８】
本発明では、電圧微分誤差ΔdVの対策として図１の電流オフセット設定部６を備える。図６は、電流オフセット設定部６を備えた場合の電流検出部３の特性図である。電流オフセット設定部６は、オフセット電流Iofsを磁気コア３aに貫通させる。これにより電流検出部３の本来の特性（図３）を、Iu’=Iu - Iofs で示される電流オフセットでオフセット補償し、これにより不感帯を回避する。図６のオフセット電圧Vofsは、オフセット電流Iofsに相当する電圧換算値Viuのオフセット量である。なお、電流オフセット設定部６は、電流検出部３の電圧換算値Viuを監視して、検出される電流の値が電流検出部３の不感帯に位置するときだけ作動し、オフセット電流を流すようになっている。
【００２９】
図５の破線Viu'は、電流オフセット設定部６を用いた場合の電圧換算値であり、元の電圧換算値Viuをオフセット電圧Vofsだけオフセットさせた波形となる。このオフセット波形により電圧不感帯ΔVが回避され、相電圧がゼロクロスする近傍において、電圧微分dViu/dtは正しく検出される。微分演算は、オフセット量により相電圧値がオフセットされても影響を受けないからである。すなわち、オフセットにより相電圧の傾きは変化しないからである。
【００３０】
以上より、第１実施形態のモータ制御装置１００は、電流検出部３の不感帯に影響されることなくモータ１を位置センサレス制御できる。
【００３１】
ここで、先行技術（特許文献４）との差異について説明する。特許文献４においても電流オフセット設定部６に相当する不感帯回避部は備えられている。特許文献４の問題点は、本発明における電圧換算値Viuに相当する信号を用いて位相推定することである。電圧換算値Viuは、オフセット電圧Vofs分だけオフセットされるため、位相推定値θd'もオフセットされる。これは、位相推定のオフセット誤差となるため、何らかの対策が必要となる。一方、本発明では、電圧微分dViu/dtを用いて位相推定するため、オフセット電圧Vofsの影響を受けず、その対策は不要である。
【００３２】
オフセット電流Iofsは、U相電流Iuに応じて可変としてもよい。ここで用いる「可変」とは、符号や大きさを変化させてよいという意味である。一例として図７を示す。図７は、オフセット電流Iofsを可変とした場合の波形図である。U相電流としての検出電流Iu’の実線はオフセット後、点線はオフセット前の波形を表す。オフセット電流Iofsは、U相電流Iuが電流不感帯ΔIに入るときのみ設けられる。さらに、図５や図６と異なり、図７ではオフセットの符号を変化させている。これを実現するには、例えば、半導体スイッチを用いて、電流オフセット設定部６内部のスイッチ（不図示）をオン・オフさせ、かつ、そのスイッチングと同期させて電流オフセット設定部６内部のオフセット電流を変化させるオフセット電流可変部（不図示）を備えればよい。電流不感帯ΔIに入るかどうかは、オフセット設定部６が電流検出部３の電圧換算値Viuを監視すればよい。オフセット設定部６は、電流オフセットしているかどうかや、どのくらいのオフセット電流Iofsを流しているかなどの電流オフセット状況を把握している。よって、電圧換算値Viuは電流オフセットの影響を受けるが、電流オフセット状況を把握しながら電圧換算値Viuを監視すれば、電流オフセットのタイミングを計ることができる。これにより、オフセット電流Iofsを低減できるため、電流オフセット設定部６の消費電力を低減できる。
【００３３】
――第２実施形態――
図８は、第２実施形態の構成図である。ただし、第１実施形態と同様の点については図示と説明を省略する。第２実施形態において、電流検出部３は、磁気コア３aと、ホール素子３bと、増幅器３cと、コイル３dと、抵抗器３eと、ボルテージフォロワ３fと、加算回路３gとを備える。また、加算回路３gは、電圧オフセット設定部７と接続される。これにより電流電圧変換部３の線形性を高められることを以下説明する。
【００３４】
U相電流Iuが流れると、第１実施形態と同様に磁気コア３aに磁束φiuが発生し、ホール素子３bに電圧換算値ViuHが発生する。加算回路３gは、電圧換算値ViuHにオフセット電圧Vofs'（第１実施形態のオフセット電圧Vofsと区別）を加算し、新たな電圧換算値ViuH'を出力する。電圧換算値ViuH'を増幅する増幅器３ｃの出力電流Iu2がコイル３dに通電される。コイル３dには2次側電流Iu2が流れ、コイル３dによる磁束φcが磁気コア３aに発生する。磁束φcは、磁束φiuと打ち消し合い、平衡を保つ。なぜならば、磁気コア３a、ホール素子３b、加算回路３g、増幅器３c、コイル３dにより磁気的フィードバック系が構成されるからである。平衡を保っているとき、ViuHはゼロとなる。U相電流Iuが変化するなどして磁束φiuが変化した場合、すなわち、平衡が崩れてViuHがゼロでなくなったときは、加算回路３ｇは、ViuHの変化分とそれまでの電圧オフセット状況とを考慮して、オフセット電圧Vofs'をどれだけ変化させるかを決定し、ViuHを変化させ、再び平衡を保たせる。
【００３５】
磁気的フィードバック系が平衡するとき、U相電流Iuと2次側電流Iu2の比率は、U相電流Iuが磁気コア３aを貫通する回数（図８では１回）およびコイル３dの巻数で定まる一定値となる。これは、磁気コア３aおよびホール素子３bの線形性には依存しない。ゆえに、2次側電流Iu2を抵抗器３eにより電圧換算し、さらにボルテージフォロワ３fを通すことで、U相電流Iuに対して高い線形性を有する電圧換算値Viuを得ることができる。
【００３６】
磁気的フィードバック系を構成する意味では、電圧オフセット部７、加算回路３g、増幅器３cおよびボルテージフォロワ３fは必須ではない。ただし、電圧オフセット設定部７および加算回路３gは、電流オフセット設定部６と独立した不感帯回避部として動作できる。また、増幅器３cは、U相電流Iuに対する2次側電流Iu2の線形性の向上、ボルテージフォロワ３fは、電流検出部３の出力インピーダンスの低下に寄与する。
【００３７】
以上より第２実施形態のモータ制御装置１００によれば、電流検出部３の線形性を高めることができ、これにより、位置センサレス制御の位置推定精度を高めることができる。
【００３８】
なお、加算回路３ｇは、増幅器３cとコイル３dの間に挿入しても不感帯回避部として動作できる。
【００３９】
――第３実施形態――
第３実施形態について説明する。第３実施形態において、電流検出部３、電流オフセット部６は複数設けられている。ここで、複数設けられている電流検出部３を、電流検出部３−１、３−２、・・・、３−ｎ（ｎは、２以上の整数）として、符号を振りなおす。同様に、複数設けられている電流オフセット部６を、電流オフセット部６−１、６−２、・・・、６−ｎ（ｎは、２以上の整数）として、符号を振りなおす。簡単のため、以下に示す第３実施形態の説明は、電流検出部３−ｎや電流オフセット設定部６−ｎにおけるｎが２の場合で行うが、その他のｎの場合でも第３実施形態による発明の効果は同様である。
【００４０】
図９は、第３実施形態の構成図である。ただし、第１実施形態と同様の点については図示と説明を省略する。図１との差異は、電流検出部３と電流オフセット部６がそれぞれ２つ、すなわち、電流検出部３−１、３−２と、電流オフセット部６−１、６−２が設けられたこと、および、切換スイッチ８が設けられたことである。これにより電圧微分dViu/dtの検出精度および信頼性を向上できる。詳細は、以下で説明する。
【００４１】
電流オフセット設定部６−１、６−２のオフセット電流を順にIofs1、Iofs2とする。同様に、電流検出部３−１，３−２の電圧換算値を順にViu1、Viu2とする。切換スイッチ８は、電圧換算値Viu1、Viu2のいずれか一つを選択し、これを電圧換算選択値Viuswとする。電圧換算選択値Viuswは、第１実施形態と同様に微分演算部４へ入力される。
【００４２】
図１０は、第３実施形態の動作波形図である。第１実施形態で示した式（１）と同様に、U相電流Iuとオフセット電流Iofsを電流検出部３が検出する検出電流をIu’とする。図１０では、U相電流Iuが正となる区間をTp、負となる区間をTmで表わしている。切換スイッチ８は、区間Tm、Tpにおいて、それぞれ電圧換算値Viu1、Viu2を選択する。これは、区間Tm、Tpにおいて、それぞれオフセット電流Iofs1、Iofs2だけU相の検出電流Iu’がオフセットされることを意味する。図１０の検出電流Iu’の実線はオフセット後、点線はオフセット前の値を表す。オフセット後の検出電流Iu’は、常に電流不感帯ΔIを回避できるため、電圧微分dViu/dtの検出精度を向上できる。また、電流不感帯ΔIの範囲外においては、オフセット電流Iofs1、Iofs2に関係なく、電圧微分dViu/dtは一致する。すなわち、切換スイッチ８の選択に関係なく、電圧微分dViu/dtは一致する。ゆえに、切換スイッチ８の選択により不感帯を常に回避することができる。
【００４３】
電流オフセット設定部６は、共通化することも可能である。図１１は、電流オフセット設定部６を共通化した一例の構成図である。電流オフセット設定部６を共通化することで、単一のオフセット電流Iofsを各電流検出部３に貫通させることになる。電流検出部３−１と３−２では、オフセット電流Iofsが磁気コア３aを貫通する向きが逆になっているため、電流オフセットの向きを逆にすることができる。このようにオフセット電流を流したうえで切換スイッチ８が電流検出部３−１、または３−２のいずれか一つを選択して電流オフセットを切り替えることができる。以上のように、電流オフセット設定部６を共通化することで、電流オフセット設定部６の作製すべき数を減らすことができるので、低コスト化させることができる。
【００４４】
――第４実施形態――
図１２は、第４実施形態の構成図である。ただし、第１実施形態と同様の点については図示および説明を省略する。第４実施形態において、モータ１は、スイッチトリラクタンスモータ（SRM）、あるいは、ステッピングモータ、シンクロナスリラクタンスモータなどの、回転子が磁石を有しないモータである。図１２では、SRMの場合を図示している。インバータ２は、SRM用の配線を備えるが、基本動作は第１実施形態と同様である。第４実施形態では、オフセット電流Iofsの最小化により電流オフセット設定部６の消費電力を低減でき、かつ、電流オフセット設定部６の構成を単純化できることを以下説明する。
【００４５】
図１３は、第４実施形態の動作波形図である。第１実施形態で示した式（１）と同様に、オフセット電流Iofsも含めたU相電流Iuを検出する電流検出部３の検出電流をIu’とする。V相電流や、W相電流においても同様に、Iv’,Iw’を定義する。一般にSRMは、各相に順次通電することにより駆動される。図１３では、区間Tiu、Tiv、Tiwにおいて、それぞれU相コイル１a、V相コイル１b、W相コイル１cが通電される。SRMの特徴は、正の電流のみで駆動できることである。これは、ステッピングモータおよびシンクロナスリラクタンスモータにおいても同様である。この理由は、回転子磁石を備えず、回転子突極性によるリラクタンストルクを駆動源とするからである。すなわち、回転子にS極／N極が存在しないため、電流の符号を切り換える必要がなく、常に正の電流のみで駆動することができる。
【００４６】
正の電流のみ通電される場合、オフセット電流Iofsは、電流不感帯の半分ΔI/2あれば十分である。また、オフセット電流Iofsは、一定値でよい。ゆえに、電流オフセット設定部６の消費電力を低減でき、かつ、電流オフセット設定部６の構成を単純化できる。
【００４７】
インバータ２の配線によっては、常に負の電流のみで駆動することもできるが、本発明による効果は同様である。
【００４８】
――第５実施形態――
図１４は、第５実施形態の構成図である。ただし、第１実施形態と同等の点については図示と説明を省略する。第５実施形態では、モータ１は、ファン９を駆動する。ファン９を駆動する場合に得られる効果について説明する。
【００４９】
ファン９は、効率よく送風するため、防音用の筐体で密閉することが難しく、低騒音で駆動することが望まれる。また、ファン９は二乗負荷であり、低速低負荷から高速高負荷までの広範囲において高効率で駆動することが望まれる。特許文献１〜３の電流微分に基づく位置センサレス制御は、ファン９を低騒音で駆動できる。しかし、それらの従来技術では、電流値の小さい低速低負荷において、電流不感帯の影響により位置推定精度が低下し、駆動効率が低下する。本発明によれば、電流および負荷の大きさに関係なく、正しく位置推定できるため、駆動効率は低下しない。
【００５０】
――第６実施形態――
図１５は、第６実施形態の構成図である。ただし、第１実施形態と同等の点については図示と説明を省略する。第６実施形態では、車両１１の車輪１０をモータ１により駆動する。車輪１０を駆動する場合に得られる効果について説明する。
【００５１】
車輪１０は、一般に一定出力で駆動される。すなわち、低速大負荷あるいは高速低負荷である。特許文献１〜３の従来技術では、高速低負荷において、電流不感帯の影響により位置推定精度が低下し、車輪１０のトルク脈動を引き起こす。これは、車両１１の安定性を損ない、振動・騒音が増加する。本発明によれば、位置推定精度は低下せず、車輪１０を安定に駆動し、車両１１の振動・騒音を低減することができる。
【符号の説明】
【００５２】
１…モータ、  １a…U相コイル、１b…V相コイル、１c…W相コイル、
２…インバータ、  ３…電流検出部、  ３a…磁気コア、３b…ホール素子、
３c…増幅器、３d…コイル、３e…抵抗器、３f…ボルテージフォロワ、
３g…加算回路、  ４…微分演算部、  
４a…抵抗器、４b…キャパシタ、４c…オペアンプ、  ５…インバータ制御部、
５a…位相推定部、５b…電圧振幅演算部、５c…電圧位相演算部、
６…電流オフセット設定部、  ７…電圧オフセット設定部、８…切換スイッチ、
９…ファン、  １０…車輪、  １１…車両、  VDC…直流電圧、
Vu、Vv、Vw…U相電圧、V相電圧、W相電圧、  V1…電圧振幅、
Iu、Iv、Iw…U相電流、V相電流、W相電流、
Iu’…U相における検出電流、
Iv’…V相における検出電流、
Iw’…W相における検出電流、
Viu…電圧換算値、  dV/dt…電圧微分値、
dVp…電圧微分値の正側包絡線、  dVm…電圧微分値の負側包絡線、
θv…電圧位相、  θd…回転子位相、  θd'…位相推定値、
τ*…トルク指令、  Vofs…オフセット電圧、  Iofs…オフセット電流、
ΔV…電圧不感帯、  ΔI…電流不感帯、  Tm…電流負区間、  Tp…電流正区間
【図１】
2015015597.tif 000008
【図２】
2015015597.tif 000009
【図３】
2015015597.tif 000010
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2015015597.tif 000014
【図８】
2015015597.tif 000015
【図９】
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【図１０】
2015015597.tif 000017
【図１１】
2015015597.tif 000018
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年3月3日(2014.3.3)
【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】
モータに電圧を印加するスイッチング素子を有するインバータと、
前記スイッチング素子を駆動制御する駆動信号を生成して前記スイッチング素子を駆動制御するインバータ制御部と、
前記モータに流れる制御電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部にオフセット電流を印加する電流オフセット設定部と、
前記電流検出部で検出された制御電流に相関する出力信号を微分する微分演算部とを備え、
前記電流オフセット設定部は、前記出力信号が所定の範囲にあるときのみ、前記電流検出部にオフセット電流を印加し、
前記インバータ制御部は、前記微分演算部で演算された前記出力信号の微分値に基づいて前記モータの回転位置を推定する推定部と、前記推定部で推定された回転位置を使用して前記駆動信号を生成する駆動信号生成部とを有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、
前記電流検出部は、前記制御電流と前記オフセット電流とを加算した電流に基づく検出電圧を出力し、
前記微分演算部は前記検出電圧を微分し、
前記インバータ制御部の推定部は、前記微分演算部で演算された前記検出電圧の微分値に基づいて前記モータの回転位置を推定するモータ制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載のモータ制御装置において、
前記電流オフセット設定部は、前記オフセット電流を前記制御電流に応じて可変とするオフセット電流可変部を含むモータ制御装置。
【請求項４】
請求項２に記載のモータ制御装置において、
前記電流検出部は、前記制御電流が貫通する磁気コアと、磁気コアで発生する磁束を検出するホール素子とを有し、前記検出電圧は前記ホール素子の出力信号であるモータ制御装置。
【請求項５】
請求項１に記載のモータ制御装置において、
前記電流検出部は、前記制御電流が貫通する磁気コアと、磁気コアで発生する磁束を検出するホール素子と、前記磁気コアに巻回されたコイルと、前記コイルを流れる電流を前記制御電流として検出する抵抗器とを有し、
前記制御電流により前記磁気コアに発生する磁束と平衡するように前記コイルに電流が通電され、前記抵抗器とで電流−電圧変換された電圧を前記微分演算部に入力するモータ制御装置。
【請求項６】
請求項５に記載のモータ制御装置において、
前記ホール素子の出力を補償する電圧オフセット設定部をさらに有するモータ制御装置。
【請求項７】
請求項１に記載のモータ制御装置において、
前記電流検出部と前記電流オフセット設定部とを有する構成が少なくとも一つさらに設けられ、
前記モータに流れる制御電流に応じて、前記複数の構成のいずれかを選択する切換部がさらに設けられているモータ制御装置。
【請求項８】
請求項１に記載のモータ制御装置において、
前記電流検出部は、複数備えられ、
単一の前記電流オフセット設定部は、複数の前記電流検出部に共通のオフセット電流を流し、
前記切換部は、前記モータに流れる電流に基づいて、前記電流検出部のいずれか一つを選択する切換部がさらに設けられているモータ制御装置。
【国際調査報告】
2015015597.tif 000023
2015015597.tif 000024