(57)【要約】【課題】回転子の位置を推定する精度を向上させることを目的としている。【解決手段】モータを回転駆動させる駆動電流を制御する制御信号と、高調波信号とが重畳された信号に応じて生成されるコイル電流を第１の検出電流として検出し、前記高調波信号の応答である高調波電流を第２の検出電流として検出する電流検出部と、前記第２の検出電流に基づき、前記モータの有する回転子の位置を推定する位置推定部と、を有する。【選択図】図１
2016021800.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータの有する回転子の位置を推定する位置推定装置であって、
前記モータを回転駆動させる駆動電流を制御する制御信号と、高調波信号とが重畳された信号に応じて生成されるコイル電流を第１の検出電流として検出し、前記高調波信号の応答である高調波電流を第２の検出電流として検出する電流検出部と、
前記第２の検出電流に基づき、前記モータの有する回転子の位置を推定する位置推定部と、を有する位置推定装置。
【請求項２】
前記電流検出部は、
前記駆動電流の周波数を減衰させ、前記高調波電流の周波数を通過させるフィルタを有し、前記フィルタを用いて前記第２の検出電流を検出する請求項１記載の位置推定装置。
【請求項３】
前記フィルタの通過帯域の倍率は、１より大きい請求項２記載の位置推定装置。
【請求項４】
前記電流検出部は、
前記コイル電流と、前記高調波電流とをアナログ−デジタル変換するＡＤ変換部を有し、
前記第１及び第２の検出電流をデジタル値で出力する請求項１ないし３の何れか一項に記載の位置推定装置。
【請求項５】
前記高調波信号は、正弦波である請求項１ないし４の何れか一項に記載の位置推定装置。
【請求項６】
前記高調波信号は、矩形波である請求項１ないし４の何れか一項に記載の位置推定装置。
【請求項７】
モータの有する回転子の位置に応じて前記モータの駆動を制御するモータ駆動制御装置であって、
前記モータを回転駆動させる駆動電流を制御する制御信号と、高調波信号とが重畳された信号に応じて生成されるコイル電流を第１の検出電流として検出し、前記高調波信号の応答である高調波電流を第２の検出電流として検出する電流検出部と、
前記第２の検出電流に基づき、前記モータの有する回転子の位置を推定する位置推定部と、を有するモータ駆動制御装置。
【請求項８】
モータの有する回転子の位置を推定する位置推定方法であって、
前記モータを回転駆動させる駆動電流を制御する制御信号と、高調波信号とが重畳された信号に応じて生成されるコイル電流を第１の検出電流として検出し、前記高調波信号の応答である高調波電流を第２の検出電流として検出する電流検出手順と、
前記第２の検出電流に基づき、前記回転子の位置を推定する位置推定手順と、を有する位置推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータに設けられた回転子の位置を検出する位置推定装置、モータ駆動制御装置及び位置推定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来では、モータに設けられた回転子の位置を求める手法として、モータを回転駆動するための駆動電圧又は駆動電流の周波数に対して十分に周波数が高い高調波を重畳する手法が知られている。
【０００３】
一般にこの手法は、回転子の位置に応じてモータコイルのインダクタンスが変化する、突極性と呼ばれる特性を利用する。突極性を示すモータにおいては、高調波の入力に対して、モータコイルに生じる高調波の応答（以下、応答信号）の振幅が回転子の位置に応じて変化する。そこでこの手法では、高調波の入力、応答信号及びモータモデル式に基づいて、回転子の位置を推定する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の手法において、応答信号の振幅は、高調波の周波数とモータコイルのインダクタンスに応じて変動する。このため従来の手法では、駆動電圧又は駆動電流に対して応答信号の振幅が小さい場合には、回転子の位置を高精度に推定することが困難になる。
【０００５】
開示の技術では、上記事情に鑑みてこれを解決するものであり、回転子の位置を推定する精度を向上させることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
開示の技術は、上記目的を達成すべく、以下の如き構成を採用する。
【０００７】
開示の技術は、モータの有する回転子の位置を推定する位置推定装置であって、前記モータを回転駆動させる駆動電流を制御する制御信号と、高調波信号とが重畳された信号に応じて生成されるコイル電流を第１の検出電流として検出し、前記高調波信号の応答である高調波電流を第２の検出電流として検出する電流検出部と、前記第２の検出電流に基づき、前記モータの有する回転子の位置を推定する位置推定部と、を有する。
【発明の効果】
【０００８】
回転子の位置を推定する精度を向上させる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第一の実施形態のモータ駆動制御装置を説明する図である。
【図２】座標系の定義を示す図である。
【図３】転流駆動部を説明する図である。
【図４】駆動回路の上側アームの一例を示す図である。
【図５】第一の実施形態の転流駆動部の動作を説明する図である。
【図６】電流検出部の一例を示す図である。
【図７】ＨＰＦの一例を示す図である。
【図８】第一の実施形態の検出電流ａ＿Ｉｕと高調波検出電流ａ＿Ｉｃｕを示す図である。
【図９】位置推定部を説明する図である。
【図１０】オブザーバの一例を示す図である。
【図１１】第一の実施形態のモータ駆動制御装置の効果を説明する図である。
【図１２】第二の実施形態のモータ駆動制御装置を説明する図である。
【図１３】第二の実施形態の転流駆動部の動作を説明する図である。
【図１４】第二の実施形態の高調波生成部が生成する高調波を示す図である。
【図１５】第二の実施形態の検出電流ａ＿Ｉｕと高調波検出電流ａ＿Ｉｕを示す第一の図である。
【図１６】第二の実施形態の検出電流ａ＿Ｉｕと高調波検出電流ａ＿Ｉｕを示す第二の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（第一の実施形態）
以下に図面を参照して第一の実施形態について説明する。図１は、第一の実施形態のモータ駆動制御装置を説明する図である。
【００１１】
本実施形態のモータ駆動制御装置１００は、ブラシレスモータ１０、電流検出部２０、速度制御部３０、電流制御部４０、座標変換部５０、座標逆変換部６０、位置推定部７０、高調波重畳部８０、転流駆動部９０を有する。
【００１２】
ブラシレスモータ１０は、回転子１１と、コイル端子１２、コイル１３を有する。コイル１３は、互いに１２０度の位相差をもち、Ｙ字結線されたＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相で構成される。回転子１１は、コイル１３と対向する位置に配置され、Ｓ極、Ｎ極が交互に並んだ永久磁石（図示せず）により構成される。ブラシレスモータ１０は、コイル端子１２からコイル１３へ、回転子１１の角度に応じて適切に転流された電流を供給されて回転する。尚、本実施形態の回転子１１の永久磁石は２×ｐ極（極ペア数はｐ）とした。
【００１３】
電流検出部２０は、コイル１３に流れるコイル電流のうち、Ｕ相及びＶ相のコイル電流を検出して第１検出電流として出力する。また、電流検出部２０は、コイル電流の高調波成分を抽出して第２検出電流として出力する。電流検出部２０の詳細は後述する。
【００１４】
速度制御部３０は、外部から入力される、又は予め設定された目標速度と対応した速度指令値ｗｔｇｔと、位置推定部７０により推定される推定速度ｗｍに基づいて、発生すべきトルクの目標を示すトルク指令値Ｔｅを出力する。
【００１５】
電流制御部４０は、トルク目標指令値Ｔｅに基づき、ｄ軸及びｑ軸のそれぞれに流すべき電流目標値を生成する電流目標生成部（図示せず）と、ｄ軸及びｑ軸のそれぞれの比例積分制御器（図示せず）を有する。比例積分制御器は、ｄ軸及びｑ軸の電流目標値と第１検出電流ｄ＿Ｉｕ、ｄ＿Ｉｖから、ｄ軸及びｑ軸のそれぞれに印加すべき電圧の指令値である電圧指令値Ｖｄ、Ｖｑを生成する。すなわち、本実施形態の電圧指令値Ｖｄ、Ｖｑは、ブラシレスモータ１０を回転駆動させるためにコイル１３に供給される電流を制御する制御信号である。
【００１６】
座標変換部５０は、電流検出部２０により検出したＵＶＷ相の電流を、図２に示す互いに１２０度の位相差をもつＵＶＷ軸座標系から、ｄｑ軸座標系へ座標変換して、ｄｑ軸の検出電流として出力する。ｄｑ軸座標系とは、位置推定部７０から得られる推定位置ｔｈｅで回転する回転直交座標系である。図２は、座標系の定義を示す図である。
【００１７】
具体的には、座標変換部５０は、以下の式１に示す座標変換演算を用いて、Ｕ相の第１検出電流ｄ＿Ｉｕ及びＶ相の第１検出電流ｄ＿Ｉｖを座標変換して、ｄ軸の第１検出電流ｄ＿Ｉｄ及びｑ軸の第１検出電流ｄ＿Ｉｑを出力する。また、座標変換部５０は、Ｕ相の第２検出電流ｄ＿Ｉｃｕ及びＶ相の第２検出電流ｄ＿Ｉｃｖを同様に座標変換して、ｄ軸の第２検出電流ｄ＿Ｉｃｄ及びｑ軸の第２検出電流ｄ＿Ｉｃｑを出力する。
【００１８】
【数１】
2016021800.tif 000003
座標逆変換部６０は、高調波が重畳された出力指令値をｄｑ軸座標系からＵＶＷ軸座標系へ座標逆変換し、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相それぞれのコイル端子１２に印加すべき電圧の値を示す相電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを出力する。具体的には座標逆変換部６０は、下記の式２に示す座標変換演算を用いて、ｄ軸の出力指令値Ｖｍｄ及びｑ軸の出力指令値Ｖｍｑを座標変換して、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の相電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを出力する。
【００１９】
【数２】
2016021800.tif 000004
位置推定部７０は、後述する高調波指令値Ｖｃｄ、Ｖｃｑと、ｄｑ軸の第２検出電流ｄ＿Ｉｃｄ、ｄ＿Ｉｃｑと、トルク指令値Ｔｅと、から回転子１１の推定位置ｔｈｅ（電気角相当）および推定速度ｗｍ（機械角相当）を出力する。位置推定部７０の詳細は後述する。
【００２０】
高調波重畳部８０は、高調波生成部８１及び加算部８２を備え、高調波信号を生成して電圧指令値Ｖｄ、Ｖｑに重畳し、出力指令値Ｖｍｄ、Ｖｍｑとして出力する。
【００２１】
高調波生成部８１は、ｄ軸及びｑ軸のそれぞれに注入される、振幅及び位相の異なる周波数ｆｃの正弦波形である高調波指令値Ｖｃｄ、Ｖｃｑを生成する。本実施形態の高調波信号とは、高調波指令値Ｖｃｄ、Ｖｃｑを意味する。
【００２２】
加算部８２は、高調波指令値Ｖｃｄ、Ｖｃｑをそれぞれ電圧指令値Ｖｄ、Ｖｑに加算して、出力指令値Ｖｍｄ、Ｖｍｑとして出力する。すなわち、本実施形態の出力指令値Ｖｍｄ、Ｖｍｑは、制御信号と高調波信号とが重畳された信号である。
【００２３】
尚、本実施形態では、コイル電流の高調波成分も正弦波形となるように、高調波周波数ｆｃは、後述するＰＷＭ部９１で生成されるＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号の
周波数（＝１／ｔｐｗｍ）の５分の１以下とした。以下の説明では、ＰＷＭ信号の周波数をＰＷＭ周波数と呼ぶ。一般にＰＷＭ周波数は１０ｋＨｚから２０ｋＨｚであり、正弦波周波数は１〜４ｋＨｚとなる。この高調波信号の生成は、専用のハードは不要であり、マイコンのプロセッサで動作するソフトウェアで十分に実行可能である。
【００２４】
転流駆動部９０は、相電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗの値に基づいて、パルス幅変調された電圧をコイル端子１２へ印加し、コイル１３へコイル電流を供給する。すなわち、本実施形態のコイル電流は、制御信号と高調波信号とが重畳された信号に対応した電流である。
【００２５】
以下に、図３を参照して転流駆動部９０について説明する。図３は、転流駆動部を説明する図である。
【００２６】
本実施形態の転流駆動部９０は、ＰＷＭ部９１と、駆動回路９５と、を有する。
【００２７】
ＰＷＭ部９１は、相電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗをパルス幅変調し、３相のゲート信号ＵＨ、ＶＨ、ＷＨ、ＵＬ、ＶＬ、ＷＬを生成する。ゲート信号ＵＨ、ＶＨ、ＷＨ、ＵＬ、ＶＬ、ＷＬは、駆動回路９５へ供給される。
【００２８】
駆動回路９５は、上側アーム９６と下側アーム９７とが、３相接続されて構成されている。駆動回路９５において、上側アーム９６及び下側アーム９７が有するスイッチング素子は、ゲート信号（ＵＨ、ＶＨ、ＷＨ、ＵＬ、ＶＬ、ＷＬ）によりＯＮ／ＯＦＦが制御される。駆動回路９５は、コイル端子１２にパルス幅変調された電圧を印加して、コイル１３へ電流を供給し、回転子１１を回転駆動させる。
【００２９】
図４は、駆動回路の上側アームの一例を示す図である。駆動回路９５において、上側アーム９６は、電源電圧Ｖｃｃに接続されたスイッチング素子９８とダイオード９９が並列に接続されている。また、本実施形態の下側アーム９７は、上側アーム９６と同様の構成であり、接地ＧＮＤに接続されている。
【００３０】
図５は、第一の実施形態の転流駆動部の動作を説明する図である。尚、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相は同様の構成および動作であるため、図５ではＵ相のみについて説明する。
【００３１】
図５において、１段目に示す搬送波Ｖｃは、所定のＰＷＭ信号の周期ｔｐｗｍの三角波であり、接地ＧＮＤから電源電圧Ｖｃｃまでの振幅を持つものとした。以下の説明では、ＰＷＭ信号の周期をＰＷＭ周期と呼ぶ。
【００３２】
ＰＷＭ部９１は、搬送波Ｖｃにおいて電源電圧Ｖｃｃと接地ＧＮＤの中央値（Ｖｃｃ／２）を仮想のゼロとして、相電圧指令値Ｖｕと搬送波Ｖｃを大小比較し、２段目に示すＰＷＭ信号Ｕｏｎを生成する。なお、相電圧指令値ＶｕはＰＷＭ周期の先頭で値が更新される。
【００３３】
次にＰＷＭ部９１は、３段目、４段目に示すように、ＰＷＭ信号Ｕｏｎに対してｔｄだけ遅れた信号である、上側アーム９６のスイッチング素子９８のゲート信号ＵＨを生成する。また、ＰＷＭ部９１は、ＰＷＭ信号Ｕｏｎを反転し、立ち上がり（Ｕｏｎでは立ち下がり部分）を期間ｔｄの２倍だけ遅らせた信号である、下側アーム９７のスイッチング素子のゲート信号ＵＬを生成する。尚、期間ｔｄは、上側アーム９６と下側アーム９７のスイッチング素子の短絡防止を目的に設けられた短絡防止区間（デッドタイム）である。
【００３４】
また、ＰＷＭ部９１は、ＰＷＭ周期の中央から期間ｔｄだけ遅れたタイミングで、パルス信号であるトリガｔｒｇを電流検出部２０に対して出力する。この遅延は、ゲート信号（ＵＨ、ＵＬ）が搬送波Ｖｃに対して期間ｔｄ分遅れて生成されることに合わせている。
【００３５】
次に、図６を参照して電流検出部２０について説明する。図６は、電流検出部の一例を示す図である。
【００３６】
電流検出部２０は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の内、少なくとも２相に同様の構成を設けるため、図６ではＵ相についてのみ説明する。
【００３７】
本実施形態の電流検出部２０は、シャント抵抗２１Ｕ、差動アンプ２２Ｕ、ＡＤ変換部２３Ｕ及びＨＰＦ（High-Pass Filter）２６Ｕを備える。
【００３８】
シャント抵抗２１Ｕは、コイル端子１２と転流駆動部９０との間のコイル電流経路上に挿入された抵抗である。
【００３９】
差動アンプ２２Ｕは、反転入力端子と非反転入力端子とがシャント抵抗２１Ｕの両端に接続されており、流れる電流の大きさに比例してシャント抵抗２１Ｕにより生じる電圧降下を検出し、所定の倍率で増幅して出力する。本実施形態では、差動アンプ２２Ｕの出力を検出電流ａ＿Ｉｕとした。
【００４０】
所定の倍率は、モータの動作条件から想定されるコイル電流の振幅とシャント抵抗２１Ｕの抵抗値に基づき、差動アンプ２２Ｕの出力がＡＤ変換部２３Ｕの入力のフルスケールの範囲内におさまるように設定する。
【００４１】
ＡＤ変換部２３Ｕは、差動アンプ２２Ｕの出力を所定の周期ごとにサンプリングした値を、所定の量子化分解能を最小単位とするデジタル値に変換し、検出電流として出力する。尚、量子化分解能［Ｖ／ＬＳＢ］は、ＡＤ変換部２３Ｕのハードウェア仕様である入力フルスケールの電圧幅［Ｖ］をデータ分解能［ＬＳＢ］で除した値である。
【００４２】
ＨＰＦ２６Ｕは、高域通過フィルタであり、検出電流ａ＿Ｉｕからモータを駆動するための電流である基本波成分を減衰させ、高調波成分を抽出し、高調波検出電流ａ＿Ｉｃｕとして出力する。本実施形態の基本波成分とは、電流制御部４０から出力される電圧指令値Ｖｄ、Ｖｑに対応した駆動電流に相当する。
【００４３】
図７は、ＨＰＦの一例を示す図である。図７に示すＨＰＦ２６Ｕは、１次の高域通過フィルタであり、通過帯域の倍率Ｇｈｐｆ及びカットオフ周波数ｆｈｐｆは、以下の式３の通りに設定できる。
【００４４】
【数３】
2016021800.tif 000005
このとき、カットオフ周波数ｆｈｐｆは電流波形の周波数に対して十分大きく、かつ高調波成分を減衰しないように、高調波の周波数ｆｃの１／３より低く設定する。また、フィルタの倍率Ｒ２／Ｒ１は、ＨＰＦ２６Ｕの出力がＡＤ変換部２３Ｕの入力のフルスケールの範囲内におさまる範囲で大きく設定する（１より大きくする）。ただし、図７の例は、反転増幅となるため、図７の構成の場合は、後段で符号を反転させる（図示せず）。
【００４５】
本実施形態のＡＤ変換部２３Ｕは、図５の最下段に示すトリガｔｒｇの到来ごとに、高調波検出電流ａ＿Ｉｃｕをサンプリングした値を、所定の量子化分解能を最小単位とするデジタル値に変換し、第２検出電流ｄ＿Ｉｃｕとして出力する。
【００４６】
また、本実施形態のＡＤ変換部２３Ｕは、高調波検出電流ａ＿Ｉｃｕの変換に影響しない所定のタイミングで、検出電流ａ＿Ｉｕをサンプリングして、同様に変換して第１検出電流ｄ＿Ｉｕとして出力する。
【００４７】
尚、本実施形態の電流検出部２０は、ＨＰＦ２６Ｕを有するものとしたが、これに限定されない。電流検出部２０は、基本波成分を減衰させ、高調波成分を抽出することができるフィルタであれば良い。
【００４８】
以下に、図８を参照して本実施形態の電流検出部２０の動作について説明する。図８は、第一の実施形態の検出電流ａ＿Ｉｕと高調波検出電流ａ＿Ｉｃｕを示す図である。
【００４９】
図８において、実線は検出電流ａ＿Ｉｕの波形であり、波線は高調波検出電流ａ＿Ｉｃｕの波形である。
【００５０】
電流検出部２０に入力される信号は、周波数が低く振幅が大きい信号に、周波数が高く振幅が小さい信号が重畳されている。前者がモータを回転駆動するための駆動電流（基本波）である。後者が高調波信号の応答である高調波電流である。
【００５１】
本実施形態の電流検出部２０では、ＨＰＦ２６Ｕにより、検出電流ａ＿Ｉｕの基本波を減衰して、さらに、ＨＰＦ２６Ｕの出力がＡＤ変換部２３の入力のフルスケールを超えない範囲で、通過帯域の倍率を大きく設定した（少なくとも１より大きく）。本実施形態では、これにより、図８に点線で示す高調波検出電流ａ＿Ｉｃｕを得る。
【００５２】
以上のように、本実施形態では、高調波の応答信号として検出された高調波検出電流ａ＿Ｉｃｕの振幅を大きくすることができる。
【００５３】
本実施形態では、これにより、コイル電流における高調波成分の振幅が小さい場合でも、ＡＤ変換部２３Ｕのハードウェア仕様であるデータ分解能を変更せずに、量子化誤差の影響を低減できる。したがって、電流検出部２０により検出した高調波電流ａ＿Ｉｃｕを利用する位置推定部７０による回転子１１の位置を推定する精度を向上させることができる。
【００５４】
次に、図９を参照して位置推定部７０について説明する。図９は、位置推定部を説明する図である。
【００５５】
本実施形態の位置推定部７０は、復調部７１と、オブザーバ７２と、を有する。本実施形態の復調部７１は、高調波指令値Ｖｄ、Ｖｑとｄｑ軸の第２検出電流ｄ＿Ｉｃｄ、ｄ＿Ｉｃｑの乗算及びフィルタによる低域成分の抽出により、回転子１１の位置（電気角相当）と推定位置ｔｈｅの誤差である推定誤差Ｄｉｆを抽出する。
【００５６】
オブザーバ７２は、推定誤差Ｄｉｆにもとづいて、回転子１１の推定位置ｔｈｅ（電気角相当）および推定速度ｗｍ（機械角相当）を出力する。
【００５７】
図１０は、オブザーバの一例を示す図である。本実施形態のオブザーバ７２は、誤差収束部７６と、モータモデル部７７とを有する。
【００５８】
誤差収束部７６は、推定誤差Ｄｉｆについて、それぞれ所定のゲインを乗じた比例、積分、微分項を含むＰＩＤ制御器である。ただし計算の簡略化のため、微分項は、微分せず等価になるよう定数を乗じた上で、後述するモータモデル部７７内の積分項の後段に加算する。
【００５９】
モータモデル部７７は、ブラシレスモータ１０の機構部を数式モデル化したモデルであり、誤差収束部７６の出力に基づいて、回転子１１の速度を推定して、推定速度ｗｍ（機械角相当）を出力する。さらに、極ペア数ｐを用いて、以下の式４により、推定位置（電気角）ｔｈｅを算出して出力する。
【００６０】
【数４】
2016021800.tif 000006
以下に、図１１を参照して本実施形態の効果について説明する。図１１は、第一の実施形態のモータ駆動制御装置の効果を説明する図である。
【００６１】
図１１は、差動アンプとＡＤ変換部のみで構成される電流検出部により検出された検出電流の例を示している。図１１において、波線は基本波波形を示し、一点鎖線は基本波に高調波が重畳された波形を示す。また、図１１における実線は、一点鎖線における高調波よりも周波数の高い高調波が基本波に重畳された波形を示す。尚、基本波とは、電流制御部４０から出力される電圧指令値Ｖｄ、Ｖｑに対応した電流の波形である。
【００６２】
また、図１１では、一点鎖線における高調波と、実線における高調波のそれぞれの振幅レベルを同じとした。この場合、図１１に示すように、高調波の周波数を上げるとモータコイルのインダクタンスの効果により高調波の応答信号の振幅レベルは低下する。したがって、ＡＤ変換部における高調波成分の量子化誤差が増加し、回転子の位置を高精度に推定することが困難となる場合がある。
【００６３】
しかしながら、高調波を重畳した回転子の位置推定では、高調波の周波数が可聴域であった場合に騒音の原因となるため、騒音低減の観点から高調波の周波数を上げることが好ましい。
【００６４】
そこで、高調波の周波数を上げて、且つ応答信号の振幅レベルの低下させないようにするためには、重畳する高調波の振幅レベルを大きくすることが考えられるが、この場合には、電源電圧の制約があり、電源電圧の変更は大幅なコストアップを伴うため困難である。
【００６５】
また、別の案として、電流検出部の有する差動アンプの倍率を上げることが考えられるが、この場合には、基本波（モータを回転駆動するためのコイル電流）の振幅は、高調波とは無関係に負荷トルク等のモータの使用条件により決まる。このため、差動アンプの倍率を上げることはできない。
【００６６】
さらに別の案としては、ＡＤ変換部の量子化分解能［Ｖ／ＬＳＢ］を高分解能に変更することにより、量子化誤差を低減して位置推定の精度を向上させることが考えられるが、ハードウェア仕様変更は大幅なコストアップを伴うため困難である。
【００６７】
これに対し、本実施形態では、電流検出部２０の有するＨＰＦ２６Ｕにより、検出電流の基本波を減衰し、さらに、ＨＰＦ２６Ｕの出力がＡＤ変換部２３の入力フルスケールを超えない範囲で、通過帯域の倍率を大きく設定した。これにより、本実施形態では、基本波に重畳する高調波の周波数を基本波よりも十分高くし、且つ高精度に回転子の位置を推定することができる振幅レベルの応答信号を得ることができる。
【００６８】
すなわち、本実施形態では、電源電圧やＡＤ変換部のハードウェア仕様を変更せず、且つ高精度に回転子の位置を推定することができる。
【００６９】
尚、本実施形態において、基本波よりも周波数が十分に高い高調波とは、例えば周波数が基本波の１０倍以上の高調波であっても良い。
【００７０】
（第二の実施形態）
以下に図面を参照して第二の実施形態について説明する。以下の第二の実施形態の説明では、第一の実施形態との相違点についてのみ説明し、第一の実施形態と同様の機能構成を有するものには第一の実施形態の説明で用いた符号と同様の符号を付与し、その説明を省略する。
【００７１】
本実施形態では、コイル電流の高調波成分を矩形波とした点が第一の実施形態と相違する。本実施形態では、高調波成分を矩形波とすることで、高調波の周波数を人間の可聴域よりも高くし、人間に対して騒音を感じさせなくすることができる。
【００７２】
図１２は、第二の実施形態のモータ駆動制御装置を説明する図である。
【００７３】
本実施形態のモータ駆動制御装置１００Ａにおいて、転流駆動部９０は、パルス信号であるトリガｔｒｇを電流検出部２０と、高調波重畳部８０の高調波生成部８１と、へ出力する。
【００７４】
また、本実施形態の転流駆動部９０は、第一の実施形態と異なる動作を行う。以下に、図１３を参照して本実施形態の転流駆動部９０の動作を説明する。図１３は、第二の実施形態の転流駆動部の動作を説明する図である。
【００７５】
本実施形態の転流駆動部９０のＰＷＭ部９１は、コイル端子１２へ印加すべき電圧値を示す３相の相電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗをパルス幅変調して、所定の論理に基づいて、３相のゲート信号ＵＨ、ＶＨ、ＷＨ、ＵＬ、ＶＬ、ＷＬを生成する。
【００７６】
尚、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相は同様の構成および動作のため、図１３ではＵ相のみについて説明する。
【００７７】
図１３の１段目に示す搬送波Ｖｃは、所定のＰＷＭ周期ｔｐｗｍの三角波であり、接地ＧＮＤから電源電圧Ｖｃｃまでの振幅を持つものとした。本実施形態のＰＷＭ部９１は、搬送波Ｖｃにおいて電源電圧Ｖｃｃと接地ＧＮＤの中央値（Ｖｃｃ／２）を仮想のゼロとして、相電圧指令値Ｖｕと搬送波Ｖｃを大小比較し、図１３の２段目に示すＰＷＭ信号Ｕｏｎを生成する。
【００７８】
尚、相電圧指令値Ｖｕは、ＰＷＭ周期の先頭および中央で値が更新される。これは、後述する矩形波形の高調波の周期をＰＷＭ周期と同じにするためである。
【００７９】
また、本実施形態のＰＷＭ部９１は、ＰＷＭ周期において、先頭及び中央からｔｄだけ遅延させたタイミングで、パルス信号であるトリガｔｒｇを２回出力する。したがって、本実施形態の電流検出部２０は、第一の実施形態の電流検出部２０と比較して、１ＰＷＭ周期に到来するトリガｔｒｇの数が２倍となる。また、この遅延は、ゲート信号（ＵＨ、ＵＬ）が搬送波Ｖｃに対してｔｄ分遅れて生成されることに合わせている。
【００８０】
また、本実施形態では、トリガｔｒｇが高調波生成部８１に供給される。
【００８１】
本実施形態の高調波重畳部８０において、高調波生成部８１は、ｄ軸及びｑ軸それぞれに注入する高調波周波数ｆｃがＰＷＭ周波数（＝１／ｔｐｗｍ）に等しい矩形波形である高調波指令値Ｖｃｄ、Ｖｃｑを生成する。
【００８２】
本実施形態の高調波生成部８１は、例えば図１４に示すように、ゼロを中心に振幅ａｃであり、立ち上がりが搬送波Ｖｃのピークに同期し、及び立下りが搬送波Ｖｃのボトムに同期した矩形波を生成する。図１４は、第二の実施形態の高調波生成部が生成する高調波を示す図である。
【００８３】
尚、一般にＰＷＭ周波数は１０ｋＨｚから２０ｋＨｚであり、矩形波の高調波を利用する方式では、高調波重畳、座標逆変換、高調波電流検出、座標変換、位置推定の一連の処理を１ＰＷＭ周期に２回実行するため、専用のハードウェアを有していることが好ましいが、ソフトウェアにより実行されても良い。
【００８４】
以下に、図１５及び１６を参照し、検出電流ａ＿Ｉｕと高調波検出電流ａ＿Ｉｕを説明する。図１５は、第二の実施形態の検出電流ａ＿Ｉｕと高調波検出電流ａ＿Ｉｕを示す第一の図である。図１５の（Ａ）は検出電流ａ＿Ｉｕを示しており、図１５（Ｂ）は高調波検出電流ａ＿Ｉｕを示す図である。
【００８５】
図１６は、第二の実施形態の検出電流ａ＿Ｉｕと高調波検出電流ａ＿Ｉｕを示す第二の図である。図１６は、図１５の横軸（時間）を１０倍に拡大したものである。
【００８６】
本実施形態では、高調波検出電流ａ＿Ｉｕは、高調波周波数ｆｃが高い（ＰＷＭ周波数と等しい）ことと、インダクタンスの作用とにより三角波に近い波形になるが、高調波成分を抽出して増幅することで、回転子１１の位置の推定において十分な振幅となっていることがわかる。
【００８７】
したがって、本実施形態では、電源電圧やＡＤ変換部のハードウェア仕様を変更せず、且つ高精度に回転子の位置を推定することができる。さらに、本実施形態では、高調波の周波数をＰＷＭ周波数と同じにして、人間の可聴域よりも高くすることで、騒音を感じさせないようにすることができる。
【００８８】
以上の各実施形態に記載したモータ駆動制御装置は、突極性を有するモータを駆動させる装置であれば、どのような装置に適用することができる。具体的には、例えば様々なモータを有する画像形成装置等に搭載されても良い。
【００８９】
以上、各実施形態に基づき本発明の説明を行ってきたが、上記実施形態に示した要件に本発明が限定されるものではない。これらの点に関しては、本発明の主旨をそこなわない範囲で変更することができ、その応用形態に応じて適切に定めることができる。
【符号の説明】
【００９０】
１００、１００Ａ  モータ駆動制御装置
１０  ブラシレスモータ
２０  電流検出部
３０  速度制御部
４０  電流制御部
５０  座標変換部
６０  座標逆変換部
７０  位置推定部
８０  高調波重畳部
９０  転流駆動部
【先行技術文献】
【特許文献】
【００９１】
【特許文献１】特許第３４１１８７８号公報
【特許文献２】特許第３４８４０５８号公報
【非特許文献】
【００９２】
【非特許文献１】R. Leidhold and P. Mutschler, "Improved method for higher dynamics in sensorless position detection", Proceeding. IEEE IECON2008, pp.1240--1245 (2008)
【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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【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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