(57)【要約】【課題】センサレス正弦波駆動においてモータ制御精度の向上を図ることができるモータ駆動装置の提供。【解決手段】モータ駆動装置は、モータの固定子コイル１２を開放状態にする開放部である開放スイッチ２３および開放回路３４と、固定子コイル１２を短絡状態にする短絡部である短絡スイッチ２４および短絡回路３５と、開放スイッチ２３を開放状態としたときに検出される開放電圧および短絡スイッチ２４を短絡状態としたときに検出される短絡電流を検出する電流／電圧検出回路３２と、検出された開放電圧および短絡電流に基づいてモータロータ１１の磁極位置θd＊とモータＭの等価抵抗ｒ＊および等価インダクタンスＬ＊を算出する演算回路３３と、を備える。そして、算出されたパラメータθd＊、ｒ＊およびＬ＊に基づいてセンサレス正弦波駆動するようにしたので、モータ制御の精度向上を図ることができる。【選択図】図２
2013188108.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータロータに永久磁石が設けられた永久磁石同期モータをセンサレス正弦波駆動するモータ駆動装置であって、
複数のスイッチング素子を備えるインバータと、
前記永久磁石同期モータの固定子コイルを開放状態にする開放部と、
前記固定子コイルを短絡状態にする短絡部と、
前記開放部により開放状態としたときの前記固定子コイルの開放電圧を検出する電圧検出部と、
前記短絡部により短絡状態としたときの前記固定子コイルの短絡電流を検出する電流検出部と、
前記開放電圧および前記短絡電流に基づいて前記モータロータの磁極位置と前記モータの等価抵抗および等価インダクタンスを算出する演算部と、
前記算出された磁極位置、等価抵抗および等価インダクタンスに基づいて前記モータをセンサレス正弦波駆動することを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項２】
請求項１に記載のモータ駆動装置において、
前記開放部は、前記インバータの高圧側直流入力ラインに設けられた第１の開放用スイッチング素子と、低圧側直流入力ラインに設けられた第２の開放用スイッチング素子とを有し、
前記第１および第２の開放用スイッチング素子を開放状態とすることにより前記固定子コイルを開放状態とし、
前記第１および第２の開放用スイッチング素子を開放状態とするとともに、前記インバータのハイサイドアームに設けられた複数のスイッチング素子またはローサイドアームに設けられた複数のスイッチング素子を短絡状態とすることで、前記固定子コイルを短絡状態とすることを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項３】
排気機能部が形成されたロータ、および前記ロータを回転駆動する永久磁石同期モータが設けられたポンプユニットと、
請求項１または２に記載のモータ駆動装置と、を備えた真空ポンプ。
【請求項４】
請求項３に記載の真空ポンプにおいて、
前記ポンプユニットと前記モータ駆動装置との間に着脱可能に接続されるモータ駆動用配線を備え、
前記モータ駆動装置は、前記電圧検出部および前記電流検出部による前記検出と前記演算部による前記算出を、モータ起動毎に行うことを特徴とする真空ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサレス正弦波駆動で永久磁石同期モータを駆動するモータ駆動装置、およびその駆動装置を備えた真空ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石同期モータは、固定子巻線に流した電流により発生する磁界と永久磁石による磁界との相互作用によりモータを回転駆動させるものであって、モータロータの磁極位置に応じて巻線に流す電流を制御するようにしている。従来は、磁極位置をホール素子等のセンサにより検出して制御する方法が一般的であった。
【０００３】
これに対しコストダウン、センサ故障に対する信頼性を図るために、ホールセンサを用いずに磁極位置を検出するセンサレス駆動方式も提案されている（例えば、引用文献１参照）。引用文献１に記載の発明では、巻線無通電時に巻線を短絡し、その短絡時に逆起電圧に応じて流れる巻線電流に基づいて磁極位置を推定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−６９７８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、センサレス正弦波駆動においては、インバータ回路を駆動するためのスイッチング信号は、モータ特性である巻線の抵抗やインダクタンスを考慮して生成される。従来、これらのモータ特性（抵抗およびインダクタンス）の値には、一般にモータ仕様から得られたものが使用され、モータの個体差や配線の相違による誤差を含んだ値となっている。
【０００６】
上述した引用文献１に記載の発明では、巻線を短絡し磁極位置を推定する方法が記載されているが、短絡時のデータのみでは上述したパラメータ（モータ特性）を確定することができない。このようにパラメータに誤差が含まれると制御精度が悪くなり、エネルギーロスの増加や異音の発生等を招くおそれがあった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明は、モータロータに永久磁石が設けられた永久磁石同期モータをセンサレス正弦波駆動するモータ駆動装置であって、複数のスイッチング素子を備えるインバータと、永久磁石同期モータの固定子コイルを開放状態にする開放部と、固定子コイルを短絡状態にする短絡部と、開放部により開放状態としたときの固定子コイルの開放電圧を検出する電圧検出部と、短絡部により短絡状態としたときの固定子コイルの短絡電流を検出する電流検出部と、開放電圧および短絡電流に基づいてモータロータの磁極位置とモータの等価抵抗および等価インダクタンスを算出する演算部と、算出された磁極位置、等価抵抗および等価インダクタンスに基づいてモータをセンサレス正弦波駆動することを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１に記載のモータ駆動装置において、開放部は、インバータの高圧側直流入力ラインに設けられた第１の開放用スイッチング素子と、低圧側直流入力ラインに設けられた第２の開放用スイッチング素子とを有し、第１および第２の開放用スイッチング素子を開放状態とすることにより固定子コイルを開放状態とし、第１および第２の開放用スイッチング素子を開放状態とするとともに、インバータのハイサイドアームに設けられた複数のスイッチング素子またはローサイドアームに設けられた複数のスイッチング素子を短絡状態とすることで、固定子コイルを短絡状態とするようにしても良い。
請求項３の発明に係る真空ポンプは、排気機能部が形成されたロータ、およびロータを回転駆動する永久磁石同期モータが設けられたポンプユニットと、請求項１または２に記載のモータ駆動装置と、を備えたことを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項３に記載の真空ポンプにおいて、ポンプユニットとモータ駆動装置との間に着脱可能に接続されるモータ駆動用配線を備え、電圧検出部および電流検出部による検出と演算部による算出を、モータ起動毎に行うようにしたものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、センサレス正弦波駆動においてモータ制御精度の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】ターボ分子ポンプの概略構成を示す図である。
【図２】モータ駆動装置１０１の構成を示す図である。
【図３】モータ駆動制御の一例を示すフローチャートである。
【図４】従来のセンサレス正弦波駆動を示すフローチャートである。
【図５】ステップＳ１３の詳細処理を示すフローチャートである。
【図６】Ｕ相電圧Ｖu0と電気角θd＊との関係を示す図である。
【図７】電気角θd，θd＊を説明する図である。
【図８】ステップＳ１４の詳細処理を示すフローチャートである。
【図９】ステップＳ１６の正弦波駆動制御を説明するフローチャートである。
【図１０】変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。図１は、本実施の形態におけるセンサレス正弦波駆動装置が搭載された真空ポンプの概略構成を示す図である。図１に示す真空ポンプは磁気浮上式ターボ分子ポンプであり、真空排気を行うポンプユニット１と、ポンプユニット１を駆動制御する制御ユニット１００とを備えている。ポンプユニット１と制御ユニット１００とは接続ケーブル２００によって接続されている。
【００１１】
ポンプユニット１は、回転翼４ａと固定翼６２とで構成されるターボポンプ段と、円筒部４ｂとネジステータ６４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。ここではネジステータ６４側にネジ溝が形成されているが、円筒部４ｂ側にネジ溝を形成しても構わない。回転側排気機能部である回転翼４ａおよび円筒部４ｂはポンプロータ４に形成されている。ポンプロータ４はシャフト５に締結されている。ポンプロータ４とシャフト５とによって回転体ユニットＲが構成される。
【００１２】
複数段の固定翼６２は、軸方向に対して回転翼４ａと交互に配置されている。各固定翼６２は、スペーサリング６３を介してベース６０上に載置される。ポンプケーシング６１の固定フランジ６１ｃをボルトによりベース６０に固定すると、積層されたスペーサリング６３がベース６０とポンプケーシング６１との間に挟持され、固定翼６２が位置決めされる。
【００１３】
シャフト５は、ベース６０に設けられた磁気軸受６７，６８，６９によって非接触支持される。各磁気軸受６７，６８，６９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５の浮上位置が検出される。なお、軸方向の磁気軸受６９を構成する電磁石は、シャフト５の下端に設けられたロータディスク５５を軸方向に挟むように配置されている。シャフト５はモータＭにより回転駆動される。モータＭには永久磁石同期モータが用いられ、ベース６０にステータ巻線を有するモータステータ１０が設けられ、シャフト５側には永久磁石を有するモータロータ１１が設けられている。６６ａ，６６ｂ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６６ａ，６６ｂによってシャフト５は支持される。
【００１４】
ベース６０の排気口６０ａには排気ポート６５が設けられ、この排気ポート６５にバックポンプが接続される。回転体ユニットＲ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６１ａ側の気体分子は排気ポート６５側へと排気される。
【００１５】
接続ケーブル２００によってポンプユニット１に接続され制御ユニット１００には、モータ３６を駆動制御するモータ駆動装置１０１と、磁気軸受６７，６８，６９を駆動制御する軸受制御装置１０２が設けられている。
【００１６】
図２はモータ駆動装置１０１の構成を示す図であり、本発明に関係する部分のみを記載した。なお、モータＭに関しては、モータロータ１１に設けられている永久磁石と、モータステータ１０に設けられている固定子コイル１２のみを示した。モータ駆動装置１０１には、インバータ２と、その制御回路３とを備えている。
【００１７】
インバータ２には、スイッチング素子（Ｓ１〜Ｓ６）に環流用ダイオード（Ｄ１〜Ｄ６）を逆並列接続したものをハイサイドアームおよびローサイドアームに備える直列回路が、Ｕ，Ｖ，Ｗ相のそれぞれに対応して設けられている。各直列回路には直流電源２１が接続されており、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６をオンオフ制御することにより、固定子コイル１２の各Ｕ〜Ｗ相巻線に電圧が印加される。スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６にはトランジスタ等が用いられる。
【００１８】
上述のように、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６には、ダイオードＤ１〜Ｄ６が逆並列接続されている。スイッチング素子Ｓ１とスイッチング素子Ｓ２との接続点は、配線を介して固定子コイル１２のＵ相巻線に接続されている。この配線には、図１に示した接続ケーブル２００の部分の配線も含まれる。スイッチング素子Ｓ３とスイッチング素子Ｓ４との接続点は、配線を介して固定子コイル１２のＶ相巻線に接続されている。スイッチング素子Ｓ５とスイッチング素子Ｓ６との接続点は、配線を介して固定子コイル１２のＷ相巻線に接続されている。
【００１９】
各配線上には固定子コイル１２を開放するための開放スイッチ２３が設けられている。また、固定子コイル１２を短絡するための短絡スイッチ２４が、Ｕ相配線とＶ相配線との間、およびＶ相配線とＷ相配線との間に設けられている。さらに、各配線上には電流／電圧検出部２２が設けられている。電流検出には、例えばＣＴ（Current Trunsformer）センサが用いられる。なお、電流検出にシャント抵抗を用いても良く、その場合には、ローサイドアームの下流やハイサイドアームの上流に設けられる。電圧検出において、検出回路への入力電圧が高い場合には分圧して入力する。
【００２０】
制御回路３には、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６をスイッチング動作させるための駆動信号を発生するスイッチング信号発生回路３１が設けられている。さらに、開放スイッチ２３の開閉を制御する開放回路３４、短絡スイッチ２４の開閉を制御する短絡回路３５、電流／電圧検出部２２からの検出信号が入力される電流／電圧検出回路３２が設けられている。電流／電圧検出回路３２は、入力された検出信号に基づく電流情報および電圧情報を演算回路３３へ入力する。演算回路３３は、電流／電圧検出回路３２からの情報に基づいて正弦波駆動指令を演算する。スイッチング信号発生回路３１は、演算回路３３からの正弦波駆動指令に基づいてＰＷＭ駆動信号を出力する。
【００２１】
通常、センサレス同期モータでは、固定子コイルに発生する誘起電圧（逆起電圧）からモータロータの磁極位置を推定し、推定した磁極位置に基づいてモータ駆動信号を生成するようにしている。本実施の形態では、演算回路３３は、電流／電圧検出回路３２で検出された電圧情報（コイル端子電圧）に基づいて磁極位置の演算を行い、その磁極位置に基づいて正弦波駆動指令を演算する。
【００２２】
図３は、モータ駆動制御の一例を示すフローチャートであり、ポンプ駆動開始からポンプ駆動停止までのモータ駆動制御を示したものである。本実施の形態の制御回路３は、モータ駆動制御に用いられるパラメータを確定するために、図３に示すように通常の正弦波駆動制御（Ｓ１１）の他に、パラメータを確定する制御（Ｓ１３，Ｓ１４）、および、確定されたパラメータを用いた正弦波駆動制御（Ｓ１６）を有している。
【００２３】
まず、ステップＳ１１では、回転体ユニットＲの回転動作を行わせるために、従来と同様の通常の正弦波駆動制御でモータＭが回転駆動される。ステップＳ１１における通常制御処理の詳細について後述する。
【００２４】
次いで、ステップＳ１２において、予め設定されたパラメータ確定タイミングか否かを判断する。パラメータ確定のタイミングとしては、例えば、回転動作開始後の加速中や定格回転になった後などがあるが、なるべく回転が安定した状態で行うのが好ましい。このタイミングは予め設定されている。ステップＳ１２でｙｅｓと判定されると、ステップＳ１３へ進む。
【００２５】
ステップＳ１３では、図２に示す開放回路３４に開放指令を出力して開放スイッチ２３を開状態にし、そのときに固定子コイル１２に発生する誘起電圧（逆起電圧）に基づいて後述するパラメータｆ＊、θd＊およびＥ＊を算出する。ステップＳ１３の詳細処理は後述する。
【００２６】
次いで、ステップＳ１４では、短絡回路３５に短絡指令を出力して短絡スイッチ２４を閉状態にし、そのときに検出される電流値に基づいて後述するパラメータｒ＊，Ｌ＊を算出する。ステップＳ１４の詳細処理は後述する。なお、開放スイッチ２３は開状態のままにしておく。
【００２７】
ステップＳ１５では、短絡スイッチ２４を開状態とした後に開放スイッチ２３を閉状態とし、通常制御の場合と同一のスイッチ状態とする。その後、ステップＳ１６へ進んで正弦波駆動を行う。本実施の形態では、ステップＳ１３およびステップＳ１４でのパラメータ確定処理が行われる前のステップＳ１１における従来通りの正弦波駆動では、従来のように端子電圧を計測して推定される磁極位置に基づいて正弦波駆動制御が生成される。そして、パラメータ確定処理の後のステップＳ１６における正弦波駆動制御では、端子電圧を計測して推定される磁極位置に加えて、ステップＳ１３，Ｓ１４で確定したパラメータに基づいて正弦波駆動指令が生成される。
【００２８】
（ステップＳ１１の通常制御：センサレス正弦波駆動）
図４は、ステップＳ１１の詳細処理、すなわち従来のセンサレス正弦波駆動制御を示すフローチャートである。従来の正弦波駆動制御では、図４のステップＳ１０１からステップＳ１０８までの処理を周期的に繰り返し実行される。通常、センサレス同期モータでは、電流／電圧検出回路３２で検出される固定子コイル１２の端子電圧に含まれる誘起電圧に基づいて磁極位置を推定し、推定した磁極位置に基づいてモータ駆動信号を生成するようにしている。
【００２９】
図４のステップＳ１０１では、三相電流Ｉu，Ｉv，Ｉwを電流／電圧検出回路３２で検出する。なお、図２に示す巻線構成の場合には次式（１）を満たしているので、二相のみを検出し、残りの一相は式（１）から算出するようにしても良い。
Ｉu＋Ｉv＋Ｉw＝０    …（１）
【００３０】
ステップＳ１０２では、式（２）を用いて、検出された三相電流（Ｉu，Ｉv，Ｉw）を三相固定座標系からα−β座標系である二軸固定座標系（Ｉα,Ｉβ）に変換する。
【数１】
2013188108.tif 000003
【００３１】
ステップＳ１０３では、次式（３）を用いて、二軸固定座標系の電流（Iα,Iβ）をモータロータ１１の磁極位置をｄ軸とする回転直交座標系（ｄ−ｑ座標系）の電流（Id,Iq）に変換する。ここで、電気角θdは、Ｕ相鎖交磁束位置からモータロータ１１の磁極位置であるｄ軸までの角度を表す。センサレスの永久磁石同期モータでは、端子電圧と基準電圧（例えば、直流電圧の１／２電圧）と比較することで誘起電圧（逆起電圧）のゼロタイミングを検出することによって、誘起電圧の位相信号を生成する。そして、この誘起電圧位相信号に基づいて回転周波数fや電気角（磁極位置）θdを推定する。
【数２】
2013188108.tif 000004
【００３２】
ステップＳ１０４では、モータ等価回路を用い、次式（４）により電圧Ｖd，Ｖqを算出する。ここで、モータ等価回路は抵抗成分ｒおよびインダクタンス成分Ｌに分けられる。従来は、ｒ、Ｌの値はモータ仕様から得たものを用いるのが一般的であり、それらの値は予め図２の記憶部３６に記憶されている。そのため、それらの値はモータＭの個体差および配線の相違による誤差を含んだ推定値であって、算出される電圧Ｖd，Ｖqも誤差を含んでいることになる。また、Ｅd、Ｅqは逆起電圧であるが、推定値が用いられる。なお、式（４）において符号ｐは微分演算子である。
【数３】
2013188108.tif 000005
【００３３】
ステップＳ１０５では、式（５）を用いてステップＳ１０３とは逆の演算を行い、回転直交座標系（ｄ−ｑ座標系）の値（Ｖd，Ｖq）を、二軸固定座標系（α−β座標系）の値（Ｖα，Ｖβ）に変換する。
【数４】
2013188108.tif 000006
【００３４】
ステップＳ１０６では、式（６）を用いてステップＳ１０２とは逆の演算を行い、二軸固定座標系（α−β座標系）の電圧（Ｖα，Ｖβ）を、三相固定座標系の電圧（Ｖu，Ｖv，Ｖw）に変換する。
【数５】
2013188108.tif 000007
【００３５】
ステップＳ１０７では、ステップＳ１０６で算出された三相電圧（Ｖu，Ｖv，Ｖw）に基づいて、ＰＷＭ変調度を算出する。例えば、各相の電圧振幅に比例したＰＷＭ開度を設定することで変調度を定める。次いで、ステップＳ１０８では、ステップＳ１０７で算出したＰＷＭ変調度に基づいて、インバータ２に設けられた各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６のスイッチングを行う。
【００３６】
（三相開放によるパラメータｆ＊、θd＊、Ｅ＊の確定）
図５はステップＳ１３の詳細処理を示すフローチャートである。ステップＳ２０１では、図２の開放スイッチ２３を開状態にする。次いで、ステップＳ２０２では、電流／電圧検出回路３２において三相開放電圧Ｖu0，Ｖv0，Ｖw0を検出する。開放スイッチ２３が開状態の場合、固定子コイル１２にはインバータ２によるモータ駆動電圧が印加されないため、モータロータ１１が回転することによってモータコイル１２に発生する誘起電圧（逆起電圧）のみを直接検出することができる。なお、図２に示す巻線構成ではＶu0＋Ｖv0＋Ｖw0＝０となるので、二相のみを検出し、他の一相については計算で求めても良い。
【００３７】
逆起電圧であるＵ相電圧Ｖu0をモータロータ１１の回転周期よりも十分小さなサンプリング間隔でモニタし、カウンタを使うことにより、Ｕ相電圧Ｖu0の周期Ｔを算出する。そして、算出された周期Ｔから、Ｔ＝１／ｆを関係を用いて回転周波数の実測値ｆ＊を求める。また、電気角（磁極位置）の実測値θd＊は、算出された回転周波数ｆ＊を用いることで容易に求めることができる。
【００３８】
図６はＵ相電圧Ｖu0と電気角θd＊（ラインＬ２）との関係を図示したものであり、Ｕ相電圧Ｖu0と電気角（磁極位置）θd＊とは９０deg（時間では１／４ｆ＊に相当）だけ位相がずれている。Ｕ相電圧Ｖuは正弦波的に変化し、その位相が９０degとなった時が磁極位置＝０degのタイミングである。
【００３９】
ステップＳ２０３では、式（７）を用いて、検出された三相開放電圧Ｖu0，Ｖv0，Ｖw0を三相固定座標系からα−β座標系である二軸固定座標系（Ｖα0，Ｖβ0）に変換する。
【数６】
2013188108.tif 000008
【００４０】
ステップＳ２０４では、ステップＳ２０３で得られた二軸固定座標系の電圧（Ｖα0，Ｖβ0）を回転直交座標系（Ｖd0，Ｖq0）に変換することで、逆起電圧Ｅ＊を算出する。ここでは三相開放としているので、検出された三相開放電圧Ｖu0，Ｖv0，Ｖw0は純粋に逆起電圧を示しており、図７（ｂ）に示すように、算出された電気角θd＊を用いることでモータＭの磁極位置が正確に確定される。その結果、逆起電圧のベクトルＥはｑ軸に一致する。
【００４１】
回転直交座標系（ｄ−ｑ座標軸）でのベクトルＥの成分をＥd、Ｅqとしたとき、図７（ｂ）に示すようにベクトルＥはｑ軸に一致するため、Ｅd＝０，Ｅq＝Ｅ＊となる。そのため、電圧（Ｖα0，Ｖβ0）を電気角θd＊を用いて回転直交座標系に変換した電圧（Ｖd0，Ｖq0）は、式（４）において、Ｉd＝Ｉq＝０（開放状態なので）、Ｅd＝０，Ｅq＝Ｅ＊を代入したものと等しい。すなわち、電圧（Ｖd0，Ｖq0）は次式（８）のように表される。
【数７】
2013188108.tif 000009
【００４２】
よって、逆起電圧Ｅ＊は、式（９）で算出される。図７（ａ）は電気角θdがずれている場合、すなわち、推定した回転子磁極位置とｄ軸とがずれている場合を示したものである。この場合には、逆起電圧のベクトルＥとｑ軸とが一致せず、ｄ軸成分のＥdが生じることになる。電気角θdは図６のラインＬ１のように表され、位相差δはδ＝θd＊−θdとなっている。なお、δ，θd＊およびＥ＊は、図２の記憶部３６に記憶される。
Ｅ＊＝−Ｖα0・sinθd＊＋Ｖβ0・cosθd＊      …（９）
【００４３】
（三相短絡によるパラメータｒ＊、Ｌ＊の確定）
図８はステップＳ１４の詳細処理を示すフローチャートである。ステップＳ３０１では、図２の開放スイッチ２３を開状態にしたまま短絡スイッチ２４を閉状態にする。次いで、ステップＳ３０２では、電流／電圧検出回路３２において短絡時の三相電流Ｉu，Ｉv，Ｉwを検出する。なお、図２に示す巻線構成ではＩu＋Ｉv＋Ｉw＝０となるので、二相のみを検出し、他の一相については計算で求めても良い。
【００４４】
ステップＳ３０３では、式（１０）を用いて、三相固定座標系の電流（Ｉus，Ｉvs，Ｉws）をα−β座標系である二軸固定座標系の電流（Ｉαs，Ｉβs）に変換する。
【数８】
2013188108.tif 000010
【００４５】
ステップＳ３０４では、ステップＳ１３で算出された電気角θd＊を用いて、次式（１１）により二軸固定座標系の電流（Ｉαs，Ｉβs）をα−β座標系である回転座標系の電流（Ｉds，Ｉqs）に変換する。
【数９】
2013188108.tif 000011
【００４６】
ここで、三相短絡を行うと図６のように開放電圧Ｖuは得られなくなるが、式（１１）に用いられる電気角（磁極位置）θd＊は、三相開放時に算出された電気角θd＊をそのまま継続して用いる。そのため、図３の開放・短絡に関するステップＳ１３，Ｓ１４の処理は、ロータ回転速度の変化を無視できる程度の短時間で実施されるようにする。すなわち、図３に示す一連の処理は、ロータ回転速度が一定と見なせる程度に安定回転となっているときに行うのが好ましい。
【００４７】
ステップＳ３０５では、上述したモータ等価回路を用いた電圧変換の式（４）を用いることにより、モータ定数である抵抗成分ｒ＊およびインダクタンス成分Ｌ＊を算出する。三相短絡時の電圧Ｖds，ＶqsはＶds＝Ｖqs＝０である。また、モータ駆動電流／電圧は印加されないため、(Ed,Eq)＝（0,E*）と純粋に逆起電圧成分のみと考えることができるので、これらの値と式（１１）のＩds，Ｉqsとを式（４）に代入することで、次式（１２）に示すｒ＊，Ｌ＊が算出される。
【数１０】
2013188108.tif 000012
【００４８】
（ステップＳ１６の正弦波駆動制御）
ステップＳ１６の正弦波駆動制御では、ステップＳ１３およびステップＳ１４で確定されたパラメータを用いて制御を行う。図９は、ステップＳ１６の正弦波駆動制御を説明するフローチャートである。図９のフローチャートでは、図４のフローチャートの場合と同一処理を行うステップについて同一の符号を付した。すなわち、ステップＳ４０１，Ｓ４０２，Ｓ４０３の処理が、図４に示したフローチャートの場合と異なっている。ここでは、異なっているステップの処理を中心に説明する。
【００４９】
ステップＳ１０１では、三相電流（Ｉu，Ｉv，Ｉw）を測定する。ステップＳ１０２では、三相電流（Ｉu，Ｉv，Ｉw）を二軸固定座標系の電流（Ｉα,Ｉβ）に変換する。ステップＳ４０１では、上述した式（３）に三相開放時に算出された電気角θd＊を用いて（図７参照）、二軸固定座標系の電流（Ｉα, Ｉβ）を回転直交座標系（ｄ−ｑ座標系）の電流（Ｉd, Ｉq）に変換する。
【００５０】
ステップＳ４０２では、上述した式（４）にステップＳ１３およびステップＳ１４で確定されたｆ＊、ｒ＊、Ｌ＊、Ｅ＊を用いた次式（１３）により、電圧Ｖd，Ｖqを算出する。次いで、ステップＳ４０３では、上述した式（５）に三相開放時に算出された電気角θd＊を用いて、ステップＳ４０２で算出した電圧（Ｖd，Ｖq）を、二軸固定座標系（α−β座標系）の電圧（Ｖα，Ｖβ）に変換する。
【数１１】
2013188108.tif 000013
【００５１】
その後、ステップＳ１０６で二軸固定座標系（α−β座標系）の電圧（Ｖα，Ｖβ）を三相固定座標系の電圧（Ｖu，Ｖv，Ｖw）に変換し、それに基づいてステップＳ１０７でＰＷＭ変調度を算出する。そして、ステップＳ１０８では、ステップＳ１０７で算出したＰＷＭ変調度に基づいて各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６のスイッチングを行う。なお、図９に示す一連の処理は、ポンプ停止指令によりモータ駆動が停止されるまで繰り返し行われる。
【００５２】
［変形例］
図１０は、図２に示した構成の変形例を示す図である。図２に示す構成では、固定子コイル１２に接続される配線上に設けられた開放スイッチ２３を開閉して開放動作を行い、また、配線間に設けられた短絡スイッチ２４を開閉して短絡動作を行った。一方、図１０に示す構成では、スイッチング素子の入力側の直流電源ライン上に開放用のスイッチング素子Ｓ７，Ｓ８を設けた。スイッチング素子Ｓ７，Ｓ８の開閉は、開放回路３４からの駆動信号によって行われる。
【００５３】
変形例においては、図３のステップＳ１３の三相開放時にはスイッチング素子Ｓ７およびＳ８を開状態とする。また、ステップＳ１４の三相短絡時には、スイッチング素子Ｓ７およびＳ８を開状態としたまま、ハイサイドアームのスイッチング素子Ｓ１，Ｓ３およびＳ５を閉状態とするか、またはローサイドアームのスイッチング素子Ｓ２，Ｓ４およびＳ６を閉状態とする。その結果、図２の構成の場合と同様に、環流ダイオードを流れずに短絡が可能となる。このように、変形例では、スイッチング素子Ｓ７，Ｓ８を追加するだけで開放状態および短絡状態の両方を実現できるため、部品追加によるコストアップを抑えることができる。
【００５４】
上述した実施の形態では、図３に示すように、モータ起動の度にステップＳ１３およびステップＳ１４のパラメータ確定が行われた。しかし、パラメータｒ＊、Ｌ＊や、θd＊とθdとの差分δが確定後に変化しないとみなせれば、ポンプ初回起動時にパラメータの確定を行ってそれらを記憶部３６に記憶させ、その後は、記憶部３６に記憶されたパラメータを使用して正弦波駆動を行うようにする。この場合、２回目以降のモータ起動においては、モータ回転数がある程度上昇した時点で端子電圧に基づく電気角（磁極位置）θdが推定できるので、その電気角θdを記憶部３６に記憶されている差分δを用いて電気角θd＊に変換する。正弦波駆動にはこの電気角θd＊が用いられる。また、ポンプユニット１と制御ユニット１００との接続された後の初回起動時に、上述したパラメータ確定を行うようにしても良い。
【００５５】
以上説明したように、本実施の形態では、モータＭの固定子コイル１２を開放状態にする開放部である開放スイッチ２３および開放回路３４と、固定子コイル１２を短絡状態にする短絡部である短絡スイッチ２４および短絡回路３５と、開放スイッチ２３を開放状態としたときに検出される固定子コイル１２の開放電圧、および短絡スイッチ２４を短絡状態としたときに検出される固定子コイル１２の短絡電流を検出する電流／電圧検出回路３２と、検出された開放電圧および短絡電流に基づいてモータロータ１１の磁極位置θd＊とモータＭの等価抵抗ｒ＊および等価インダクタンスＬ＊を算出する演算回路３３と、を備える。
【００５６】
そして、算出された磁極位置θd＊、等価抵抗ｒ＊および等価インダクタンスＬ＊に基づいてモータＭをセンサレス正弦波駆動するようにした。その結果、モータ特性（ｒ＊、Ｌ＊）を正確に設定でき、モータ制御の精度向上を図ることができる。一方、従来は、図７（ａ）のように誤差を含む推定磁極位置θdと、モータ仕様から設定された抵抗ｒ、インダクタンスＬを用いてモータ制御を行ったり、引用文献１に記載のようにモータ空転時に固定子コイルを短絡したときの電流値に基づいて磁極位置を推定したりしていた。このように、モータ個体差やケーブル配線の長さの影響など誤差要因を含まれることによりモータ制御の精度が低下し、ロスの増加や異音の発生を招く。
【００５７】
また、インバータ２の高圧側直流入力ラインに設けられた開放用スイッチング素子Ｓ７と、低圧側直流入力ラインに設けられた開放用スイッチング素子Ｓ８とを設け、開放用スイッチング素子Ｓ７，Ｓ８を開放状態とすることにより固定子コイル１２を開放状態とし、開放用スイッチング素子Ｓ７，Ｓ８を開放状態とするとともに、インバータ２のハイサイドアームに設けられた複数のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５またはローサイドアームに設けられた複数のスイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６を短絡状態とすることで、固定子コイル１２を短絡状態とするようにしても良い。
【００５８】
また、本実施の形態の真空ポンプは、排気機能部が形成されたポンプロータ４、およびポンプロータ４を回転駆動する永久磁石同期モータＭが設けられたポンプユニット１と、ポンプユニット１に設けられた永久磁石同期モータＭをセンサレス正弦波駆動するモータ駆動装置１０１と、を備えている。
【００５９】
さらに、ポンプユニット１とモータ駆動装置１０１との間に着脱可能に接続されるモータ駆動用配線（接続ケーブル２００）が設けられる場合に、開放時および短絡時の開放電圧および短絡電流に基づいて磁極位置θd＊、等価抵抗ｒ＊および等価インダクタンスＬ＊を算出する演算を、モータ起動毎に行うようにしても良い。
【００６０】
真空ポンプの場合、モータ駆動装置１０１が設けられた制御ユニット１００を、接続ケーブル２００を外して別のポンプユニット１と接続して使用することがあったり、長さの異なる接続ケーブルを用いたりすることがある。そのような場合、モータ特性（ｒ、Ｌ）が異なることになる。しかしながら、開放時および短絡時の開放電圧および短絡電流に基づいて磁極位置θd＊、等価抵抗ｒ＊および等価インダクタンスＬ＊を算出する演算を、モータ起動毎に行うことで、制御ユニット１００を異なるポンプユニット１に接続した場合や、長さの異なる接続ケーブル２００に交換した場合でもモータ特性（磁極位置θd＊、等価抵抗ｒ＊、等価インダクタンスＬ＊）を正確に確定でき、精度良いモータ制御を行うことができる。
【００６１】
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、磁気浮上式ターボ分子ポンプのモータ駆動装置を例に説明したが、これに限らず、ロータをモータで駆動する種々の真空ポンプに適用することができる。また、本発明は、図１に示すように別々に設けられたポンプユニット１と制御ユニット１００とを接続ケーブル２００で接続する構成に限らず、ポンプユニット１と制御ユニット１００とを一体構成とした一体型真空ポンプにも適用することができる。さらには、真空ポンプに限らず、センサレス正弦波駆動制御される種々の永久磁石同期モータに適用することができる。また、永久磁石同期モータの極数は２極に限定されず、さらにまた、三相モータ以外の二相モータ等にも適用できる。
【符号の説明】
【００６２】
１：ポンプユニット、２：インバータ、４：ポンプロータ、１０：モータステータ、１１：モータロータ、１２：固定子コイル、２３：開放スイッチ、２４：短絡スイッチ、３４：開放回路、３５：短絡回路、１００：制御ユニット、１０１：モータ駆動装置、２００：接続ケーブル、Ｍ：モータ、Ｓ１〜Ｓ６：スイッチング素子、Ｓ７，Ｓ８：開放用スイッチング素子
【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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