JP3700551B2

JP3700551B2 - 電動機の制御装置および電動機の起動時制御方法

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Publication number: JP3700551B2
Application number: JP2000223807A
Authority: JP
Inventors: 訓小出; 康己川端; 英治山田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2000-07-25
Filing date: 2000-07-25
Publication date: 2005-09-28
Anticipated expiration: 2020-07-25
Also published as: JP2002044987A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動機の制御装置および電動機の起動時制御方法に関し、詳しくは、複数の磁極の間に突極を有する回転子と三相コイルを有する固定子とを備えインバータにより駆動される電動機の制御装置およびこの電動機を、三相短絡状態としたときの相電流の立ち上がり偏差に基づいて回転子の電気角を演算する電気角演算手段を用いて起動する際の起動時制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の電動機の制御装置としては、センサレス制御により同期電動機を起動する際の回転子の空転時に回転子の位置を推定して同期電動機を起動するものが提案されている（例えば、特開平１１−７５３９４号公報など）。この装置では、起動時に同期電動機を駆動するインバータ回路のスイッチング素子をオンとして同期電動機の巻線を短絡し、そのときに流れる巻線電流に基づいて回転子の位置を推定している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、こうした電動機の制御装置では、インバータ回路の作動開始と同期電動機の制御開始とのズレが生じる場合には、回転子の位置を的確に推定できない場合が生じる。電動機は、様々な機器に用いられ、その制御はその機器の駆動に応じて行なわれるのが通常である。このため、機器の制御を行なう電子制御ユニットから電動機への制御指令が出力され、これに基づいてインバータ回路におけるスイッチング素子のスイッチングの開始すると共に電動機の制御が開始される。このとき、スイッチング素子のスイッチング開始と電動機の制御の開始が同時に行なわれればよいが、指令の出力のタイミングや指令の入力のタイミングなどにより僅かではあるがズレを生じる場合がある。このような場合のうち、スイッチング素子のスイッチングが開始された後に電動機の制御が開始される場合、読み込んだ巻線電流が所望の状態における電流値とならず、その電流値に基づいて回転子の位置を推定しても的確な推定を行なうことができなくなってしまう。
【０００４】
本発明の電動機の制御装置および電動機の起動時制御方法は、起動時における回転子の電気角をより正確に推定することを目的の一つとする。また、本発明の電動機の制御装置および電動機の起動時制御方法は、起動時における回転子の回転速度をより適正に推定することを目的の一つとする。
【０００５】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
本発明の電動機の制御装置および電動機の起動時制御方法は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。
【０００６】
本発明の電動機の制御装置は、
複数の磁極と該磁極の間に形成された複数の突極とを有する回転子と三相コイルを有する固定子とを備えインバータにより駆動される電動機の制御装置であって、
前記三相コイルに流れる相電流を検出する相電流検出手段と、
相電流の立ち上がり偏差に基づいて前記回転子の電気角を演算する電気角演算手段と、
インバータの作動開始時と電動機の制御開始時との間に時差がある場合において、電動機の制御開始時から電動機の通常制御が開始されるまでに前記相電流検出手段により検出される相電流に基づいてインバータの作動開始時の相電流の立ち上がり偏差を形成し、前記電気角演算手段を用いて前記回転子の電気角を演算し、該演算された電気角を起動時の回転子の電気角として前記電動機を起動制御する起動時制御手段と
を備えることを要旨とする。
【０００７】
この本発明の電動機の制御装置では、電動機の起動時に、電動機の通常制御が開始されるまでに相電流検出手段により検出される相電流を相電流の立ち上がり偏差とみなして電気角演算手段を用いて回転子の電気角を演算し、演算された電気角を起動時の回転子の電気角として電動機を起動制御する。こうすることにより、インバータの作動開始時と電動機の制御開始時にズレが生じる場合であっても電動機の駆動制御が開始される際の相電流の立ち上がり偏差に基づいて回転子の電気角を演算する公知の電気角演算手段を用いて回転子の電気角をより正確に推定することができる。この結果、電動機をより適正に起動することができる。
【０００８】
こうした本発明の電動機の制御装置において、前記起動時制御手段は、前記相電流検出手段により検出される逆起電圧に基づく電流を前記相電流の立ち上がり偏差とみなして電気角を演算する手段であるものとすることもできる。
【０００９】
また、本発明の電動機の制御装置において、前記起動時制御手段は、三相短絡状態に前記相電流検出手段により検出される相電流を前記相電流の立ち上がり偏差とみなして電気角を演算する手段であるものとすることもできる。
【００１０】
この三相短絡状態の相電流を用いる態様の本発明の電動機の制御装置において、前記起動時制御手段は、前記三相短絡状態の最中に前記相電流検出手段により複数回に亘って検出される相電流を各々前記相電流の立ち上がり偏差とみなして複数回に亘って電気角を演算するよう制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、複数回に亘って演算された電気角のいずれかを用いることができるから、複数回に亘る相電流の検出のうちのいずれかの検出に何らかの要因により異常を生じても他の検出された相電流に基づいて回転子の電気角を演算することができる。
【００１１】
この複数回に亘って相電流を検出して電気角を演算する態様の本発明の電動機の制御装置において、前記起動時制御手段は、前記複数回に亘って演算された電気角のうち最後に演算された電気角を前記起動時の回転子の電気角として制御する手段であるものとすることもできるし、前記複数回に亘って演算された電気角のうち最後に演算された電気角を含んで該最後の電気角から所定数の電気角の平均を前記起動時の回転子の電気角として制御する手段であるものとすることもできる。
【００１２】
また、複数回に亘って相電流を検出して電気角を演算する態様の本発明の電動機の制御装置において、前記起動時制御手段は、前記複数回に亘って演算された電気角に基づいて前記電動機の制御開始時の電気角を推定する電気角推定手段を備え、該推定された電気角を前記起動時の回転子の電気角として制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、より適切に起動時の回転子の電気角を推定することができる。この態様の本発明の電動機の制御装置において、前記電気角推定手段は、所定のサンプリング間隔で検出される相電流の最後に検出された時刻より前記所定のサンプリング間隔経過後の時刻を前記電動機の制御開始時として電気角を推定する手段であるものとすることもできる。
【００１３】
起動時制御手段が電気角推定手段を備える態様の本発明の電動機の制御装置において、前記電気角推定手段は、前記複数回に亘って演算された電気角に基づいて前記回転子の回転速度を演算し、該演算した回転速度と最後に演算した電気角とに基づいて前記電動機の制御開始時の電気角を推定する手段であるものとすることもできる。こうすれば、より適切に起動時の回転子の電気角を推定することができる。
【００１４】
また、複数回に亘って相電流を検出して電気角を演算する態様の本発明の電動機の制御装置において、前記起動時制御手段は、前記複数回に亘って演算された電気角に基づいて回転子の回転速度を演算し、該演算した回転速度を起動時の回転子の回転速度として制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、起動時の回転子の電気角と共に回転子の回転速度とに基づいて電動機を起動できるから、より適切に電動機を起動することができる。
【００１５】
本発明の電動機の起動時制御方法は、
複数の磁極と該磁極の間に形成された複数の突極とを有する回転子と三相コイルを有する固定子とを備えインバータにより駆動される電動機を、相電流の立ち上がり偏差に基づいて前記回転子の電気角を演算する電気角演算手段を用いて起動する際の起動時制御方法であって、
（ａ）インバータの作動開始時と電動機の制御開始時との間に時差がある場合において、電動機の制御開始時から前記電動機の通常制御が開始されるまでに相電流を検出し、
（ｂ）該検出した相電流に基づいてインバータの作動開始時の相電流の立ち上がり偏差を形成し、前記電気角演算手段を用いて回転子の電気角を演算し、
（ｃ）該演算された電気角を起動時の回転子の電気角として前記電動機を起動制御する
ことを要旨とする。
【００１６】
この本発明の電動機の起動時制御方法によれば、インバータの作動開始時と電動機の制御開始時にズレが生じる場合であっても相電流の立ち上がり偏差に基づいて回転子の電気角を演算する公知の電気角演算手段を用いて回転子の電気角をより正確に推定することができる。この結果、電動機をより適正に起動することができる。
【００１７】
こうした本発明の電動機の起動時制御方法において、前記ステップ（ｂ）は、三相短絡状態で複数回に亘って相電流を検出し、該複数回に亘って検出された相電流を各々前記相電流の立ち上がり偏差とみなして複数回に亘って電気角を演算するステップであるものとすることもできる。こうすれば、三相短絡状態に複数回に亘って演算された電気角のいずれかを用いることができるから、複数回に亘る相電流の検出のうちのいずれかの検出に何らかの要因により異常を生じても他の検出された相電流に基づいて回転子の電気角を演算することができる。
【００１８】
この複数回に亘って相電流を検出して電気角を演算する態様の本発明の電動機の起動時制御方法において、前記ステップ（ｃ）は、前記複数回に亘って演算された電気角のうち最後に演算された電気角を前記起動時の回転子の電気角として制御するステップであるものとすることもできるし、前記複数回に亘って演算された電気角のうち最後に演算された電気角を含んで該最後の電気角から所定数の電気角の平均を前記起動時の回転子の電気角として制御するステップであるものとすることもできる。
【００１９】
また、複数回に亘って相電流を検出して電気角を演算する態様の本発明の電動機の起動時制御方法において、前記ステップ（ｃ）は、前記複数回に亘って演算された電気角に基づいて前記電動機の制御開始時の電気角を推定し、該推定された電気角を前記起動時の回転子の電気角として制御するステップであるものとすることもできる。こうすれば、より適切に起動時の回転子の電気角を推定することができる。
【００２０】
さらに、複数回に亘って相電流を検出して電気角を演算する態様の本発明の電動機の起動時制御方法において、前記ステップ（ｃ）は、前記複数回に亘って演算された電気角に基づいて回転子の回転速度を演算し、該演算した回転速度を起動時の回転子の回転速度として前記起動時の回転子の電気角と共に用いて前記電動機を起動制御するステップであるものとすることもできる。こうすれば、起動時の回転子の電気角と共に回転子の回転速度とに基づいて電動機を起動できるから、より適切に電動機を起動することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を実施例を用いて説明する。図１は、本発明の一実施例であるモータの制御装置２０の構成の概略を示す構成図である。実施例のモータの制御装置２０は、図示するように、同期電動機として構成されたモータ１０に接続されており、モータ１０を搭載する機器の動作に基づいてモータ１０の制御開始信号や電流指令Ｉｑ＊などを出力する上位電子制御ユニット（以下、上位ＥＣＵという）２２と、モータ１０の運転制御を行なう運転制御部２４と、運転制御部２４から渡されるモータ１０の各相の電流偏差ΔＩｕ，ΔＩｖ，ΔＩｗに基づいてモータ１０の回転子の電気角θを推定する電気角推定部２６と、運転制御部２４から出力される相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに基づいてＰＷＭ制御による擬似的な三相交流をモータ１０に印加するインバータ部２８とを備える。
【００２２】
モータ１０は、図２のモータ１０の端面図に示すように、１２個のティース３２により１２個のスロット３４が形成された固定子３０と、この固定子３０の中心に回転自在に軸支された回転子４０とを備える。固定子３０は、無方向性電磁鋼板を打ち抜いたステータ３１を複数積層して構成されており、スロット３４には固定子３０に回転磁界を発生させる三相のコイル３６が巻回されている。回転子４０も無方向性電磁鋼板を打ち抜いたロータ４１を複数積層して構成されており、直交する位置に厚み方向に磁化された４個の永久磁石４２が貼付されている。また、回転子４０の４個の永久磁石４２の間には、４個の突極４４が形成されている。こうして構成されたモータ１０には、突極４４を挟んで隣り合う２個の永久磁石４２によってロータ４１およびステータ３１を貫く磁路Ｍｄが形成されると共に、固定子３０の三相コイル３６に回転磁界を発生させる励磁電流を流すことによって永久磁石４２を挟んで隣接する突極４４およびロータ４１，ステータ３１を貫く磁路Ｍｑが形成される。なお、永久磁石４２により形成される磁束が回転子４０を径方向に貫く軸をｄ軸と呼び、固定子３０の三相コイル３６により形成される磁束が回転子４０を径方向に貫く軸をｑ軸と呼ぶ。この極数４のモータ１０では、両軸は電気的には９０度の角度をなしている。
【００２３】
上位ＥＣＵ２２は、図示しないＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、図示しないが、処理プログラムが記憶されたＲＯＭやデータを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートなどを備える。上位ＥＣＵ２２は、実施例のモータの制御装置２０が搭載される機器、例えば車両や船舶，航空機など全体の運転をコントロールしており、機器の動作に基づいてモータ１０から要求されるトルクを出力するための電流指令Ｉｑ＊を運転制御部２４に出力する。また、上位ＥＣＵ２２は、モータ１０の起動時の際に運転制御部２４への制御開始信号やインバータ部２８へのスイッチング開始信号も出力する。更に、上位ＥＣＵ２２は、必要に応じてインバータ部２８のスイッチング素子のスイッチングを停止するシャットダウン信号を出力する。
【００２４】
運転制御部２４は、電流センサ５２〜５６により検出されるモータ１０の三相コイル３６に流れる相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗと後述する電圧指令値Ｖｄ，Ｖｑとを電気角推定部２６に渡すと共に、電気角推定部２６により推定されるモータ１０の回転子４０の電気角θと相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗと上位ＥＣＵ２２からの電流指令Ｉｑ＊とから三相の目標電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを演算してインバータ部２８に出力する。運転制御部２４における目標電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗの演算には、推定された電気角θを用いて相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを三相／二相変換してｄｑ座標軸上の電流Ｉｄ，Ｉｑを求め、求めた電流Ｉｑと電流指令Ｉｑ＊との偏差から電圧指令値Ｖｄ，Ｖｑを計算し、この電圧指令値Ｖｄ，Ｖｑを二相／三相変換して目標電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを求める公知のｄｑ変換法を用いた。このｄｑ変換法は本発明の中核をなさないから、これ以上の詳細な説明については省略する。なお、ｄｑ変換法の詳細な説明は、例えば特開平８−３０８２８６号公報に記載されている。なお、実施例のモータの制御装置２０では、３つの電流センサ５２〜５６を備え相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを検出するものとしたが、三相のうち二相の電流を検出し残りの一相については計算により求めることができるから、３つの電流センサを備え二相の電流を検出するものとしてもよい。
【００２５】
電気角推定部２６は、相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗとｄｑ座標軸上の電圧指令値Ｖｄ，Ｖｑとから、内部に記憶しているモータ１０のモデルの電流ＩｄＭ、ＩｑＭと回転子４０の角速度αとを演算すると共にモデルにおける回転子の電気角θＭを推定する。具体的には、次式（１）により演算される。なお、処理が離散的に行なわれる関係で現在の値を示す場合には、各変数名の後にサフィックス（ｎ＋１）を付けて表示した。
【００２６】
【数１】

【００２７】
式（１）中、Ｌｄはモータ１０のｄ軸インダクタンスであり、Ｌｑはｑ軸インダクタンスである。これらは、電気角によって変動するからサフィックス（ｎ）が異なれば、本来異なる値となるが、実施例ではＬｄ，Ｌｑは三相コイル３６に流れる電流から求められるインダクタンスのうち最高のインダクタンスをＬｑとし、最低のインダクタンスをＬｄとして計算に用いた。上述の式（１）によりモデルの電気角θＭとモデルの角速度αＭが演算される根拠については、特開平８−３０８２８６に詳述されているから、ここでは省略する。
【００２８】
電気角推定部２６は、こうして演算により求めたモデルの電気角θＭをモータ１０の回転子４０の電気角θと推定して運転制御部２４に出力する。
【００２９】
運転制御部２４と電気角推定部２６は、図１では個々のブロックとして示したが、ハード構成としては図示しないＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に処理プログラムを記憶したＲＯＭやデータを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートなどを備えている。したがって、運転制御部２４と電気角推定部２６は、ＣＰＵによりＲＯＭに記憶された処理プログラムが実行されたときに、前述の機能ブロックとして機能する。
【００３０】
インバータ部２８は、６個のスイッチング素子を備え、運転制御部２４からの目標電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに基づいてＰＷＭ制御による６個のスイッチング素子のスイッチングにより擬似的な三相交流をモータ１０に印加する。
【００３１】
次に、こうして構成された実施例のモータの制御装置２０の動作、特にモータ１０の起動時の動作について説明する。図３は、運転制御部２４および電気角推定部２６のハード構成としてのマイクロプロセッサにより実行される起動時制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、上位ＥＣＵ２２から運転制御部２４に制御開始信号が出力されたときに実行される。なお、この際、上位ＥＣＵ２２からはインバータ部２８に向けてスイッチング開始信号が出力されており、インバータ部２８は、このスイッチング開始信号の入力を受けて６個のスイッチング素子のスイッチング操作により三相短絡状態とする。
【００３２】
起動時制御ルーチンが実行されると、運転制御部２４および電気角推定部２６として機能するマイクロプロセッサのＣＰＵは、まず、初期値として値０が与えられているカウンタｍをインクリメントし（ステップＳ１００）、電流センサ５２〜５６により検出される相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを読み込む処理を実行する（ステップＳ１０２）。そして、前回の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを値０として上述の式（１）に基づいて電気角θ（ｍ）を計算する（ステップＳ１０４）。上述の式（１）の適用では、前回の値との差分を加味して電気角θを計算するから、ここでは前回の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを値０としてその差分が今回の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗとなるようにするのである。
【００３３】
次に、カウンタｍが値１であるかを判定し（ステップＳ１０６）、カウンタｍが値１のときにはステップＳ１００の処理に戻り、カウンタｍが値１でないときには計算した電気角θ（ｍ）と前回ステップＳ１０４の処理で計算した電気角θ（ｍ−１）とサンプリング時間ΔＴとを用いて次式（２）により回転子の回転数Ｎ（ｍ−１）を計算する（ステップＳ１０８）。式（２）中、ｋは極数により定まる定数である。
【００３４】
Ｎ（ｍ−１）＝ｋ・｛θ（ｍ）−θ（ｍ−１）｝／ΔＴ（２）
【００３５】
そして、カウンタｍがＭ＋１に等しいか否かを判定し（ステップＳ１１０）、カウンタｍがＭ＋１に等しくないときにはステップＳ１００の処理に戻る。ここで、Ｍは運転制御部２４によりモータ１０の通常制御を開始するまでに繰り返し電気角θと回転数Ｎとを計算する回数として設定されるものであり、値１以上の如何なる整数値を用いてもよい。カウンタｍがＭ＋１に等しいときには、Ｍ回繰り返し計算した回転数Ｎｍ（ｍ＝１〜Ｍ）の平均を計算して起動時の回転子４０の回転数Ｎとして設定すると共に（ステップＳ１１２）、最後に計算した電気角θ（Ｍ＋１）を起動時の回転子４０の電気角θとして設定し（ステップＳ１１４）、この設定した起動時の電気角θと回転数Ｎとを用いてモータ１０の通常制御を開始して（ステップＳ１１６）、本ルーチンを終了する。
【００３６】
図４は、図３に例示した起動時処理ルーチンにより起動時の電気角θと回転数Ｎとを設定する際の様子を説明する説明図である。この図４では、回転子４０が回転している最中に上位ＥＣＵ２２からインバータ部２８に向けて出力されたスイッチング開始信号に基づいて時間ｔ１にインバータ部２８が三相短絡状態とし、同じく上位ＥＣＵ２２から運転制御部２４に向けて出力された制御開始信号に基づいて時間ｔ２に運転制御部２４による制御が開始され、時間ｔ３にモータ１０の通常制御（図４ではゼロトルク指令に基づく制御）が開始された場合を示している。前述したように、インバータ部２８へのスイッチング開始信号と運転制御部２４への制御開始信号とは共に上位ＥＣＵ２２から出力されるが、その出力のタイミングや運転制御部２４やインバータ部２８の内部ロジックにより実際に開始される時間が若干必要となるため、インバータ部２８によるスイッチング開始と運転制御部２４による制御の開始が同時に行なわれない場合が生じる。インバータ部２８によるスイッチング開始と運転制御部２４による制御開始が同時の時間ｔ１で行なわれれば、時間ｔ１の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗと時間ｔ３の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ、即ち三相短絡時の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの立ち上がり偏差を用いて起動時の電気角θを適正に推定することができる（この内容の詳細は、出願人による特許出願の公開公報である特開平８−３０８２８６号公報や特開平７−１７７７８８号公報に記載されている）。しかし、インバータ部２８によるスイッチング開始と運転制御部２４による制御開始が同時に行なわれない図４に例示する場合には、時間ｔ１でインバータ部２８によるスイッチングが開始され三相短絡状態とされることにより時間ｔ２には逆起電圧に基づく電流（逆起相当電流）が流れていおり、時間ｔ２の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗと時間ｔ３の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗは三相短絡時の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの立ち上がり偏差を形成しないこととなり、これらから起動時の電気角θを適正に推定することができない。図３に例示する起動制御ルーチンでは、この不都合を解消するために、ステップＳ１０４の電気角θの計算処理で前回の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを値０として検出した相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗとにより三相短絡時の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの立ち上がり偏差を形成するようにしている。更に、実施例のモータの制御装置２０では、図４に示すように、運転制御部２４による制御開始の時間ｔ２から通常制御が開始される時間ｔ３までにＭ＋１回に亘って相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを検出して電気角θを計算すると共に連続して計算した電気角θを用いてＭ回に亘って回転数Ｎを計算し、最後に計算した電気角θ（Ｍ＋１）を起動時の電気角θとすると共にＭ回計算した回転数Ｎの平均を起動時の回転数Ｎとすることにより、より適正に起動時の電気角θと回転数Ｎとを設定することができる。図３の起動時処理ルーチンでは、Ｍ＋１回に亘って計算した電気角θの適否を検証していないが、前後に計算した電気角θと回転数Ｎから推定される値を用いて計算の適否を検証するものとすることができる。この場合、更に最後に計算した電気角θ（Ｍ＋１）が不適なときにはその前に計算した電気角θ（Ｍ）を用いるものとすることもできる。こうすれば、より適正な起動時の電気角θを推定することができる。
【００３７】
以上説明した実施例のモータの制御装置２０によれば、起動時のモータ１０の回転子４０の電気角θと回転数Ｎとをより正確に推定することができる。この結果、センサレス制御におけるモータ１０の起動をより適正に行なうことができる。
【００３８】
実施例のモータの制御装置２０では、通常制御を開始するまでにＭ＋１回に亘って電気角θを計算し、最後に計算した電気角θ（Ｍ＋１）を起動時の電気角θとして設定したが、図５の変形例の起動時制御ルーチンのステップＳ１１４ｂに示すように、Ｍ＋１回に亘って計算した電気角θの平均を起動時の電気角θとして設定するものとしてもよい。こうすれば、最後の電気角θ（Ｍ＋１）の計算の適否を検証しなくても適正な電気角θを推定することができる。
【００３９】
また、図６の変形例の起動時制御ルーチンのステップＳ１１４ｃに示すように、Ｍ＋１回に亘って計算した電気角θのうち最後に計算したものから所定個の平均を起動時の電気角θとして設定するものとしてもよい。こうすれば、最後の電気角θ（Ｍ＋１）の計算の適否を検証しなくても適正な電気角θを推定することができると共にＭ＋１回に亘って計算した電気角θの平均を起動時の電気角θとして設定する場合に比してより適正な電気角θを設定することができる。
【００４０】
あるいは、図７の変形例の起動時制御ルーチンのステップＳ１１４ｄに示すように、Ｍ＋１回に亘って計算した電気角θのうち最後に計算したものから所定個の電気角θと対応して計算された回転数Ｎｍとから１サンプル時間後の電気角θ（Ｍ＋２）を推定し、これを起動時の電気角θとして設定するものとしてもよい。こうすれば、電気角θの計算に要する時間も考慮されるから、通常制御が開始される際の電気角θをより適正に推定することができる。なお、図７の変形例の起動時制御ルーチンでは、１サンプル時間後の電気角（Ｍ＋２）を起動時の電気角θとして設定したが、最後の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗのサンプリングから通常制御が開始されるまでの時間が設定されているときには、通常制御が開始される時の電気角θを推定するものとすることもできる。こうすれば更に適正な電気角θを推定することができる。
【００４１】
実施例のモータの制御装置２０では、Ｍ回に亘って計算した回転数Ｎの平均を起動時の回転数Ｎとしたが、最後に計算した回転数Ｎ（Ｍ）を起動時の回転数としたり、最後に計算した回転数Ｎ（Ｍ）から所定個の平均を起動時の回転数Ｎとしたり、最後に計算した回転数Ｎ（Ｍ）から所定個の回転数を用いて１サンプリング時間後や所定時間後の回転数Ｎ（Ｍ＋１）を推定すると共に推定した回転数Ｎ（Ｍ＋１）を起動時の回転数Ｎとするものとしてもよい。
【００４２】
実施例のモータの制御装置２０では、起動時の電気角θと回転数Ｎとを設定するものとしたが、回転数センサなどを備えている場合など起動時の回転数Ｎの推定が不要な場合には、起動時の回転数Ｎを設定しないものとしてもよい。この場合、複数回に亘って相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを検出して複数回に亘って電気角θを計算するものとしてもよいし、１回のみ相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを検出して電気角θを計算するものとしても差し支えない。
【００４３】
実施例のモータの制御装置２０では、モータ１０の回転子４０が回転している状態の時に起動するものとして起動時の電気角θと回転数Ｎとを推定したが、モータ１０の回転子４０が回転していない状態の時に起動する際にも適用できるのは勿論である。
【００４４】
実施例のモータの制御装置２０では、上位ＥＣＵ２２からインバータ部２８にスイッチング開始信号が出力されると共に運転制御部２４に制御開始信号が出力されるものとしたが、運転制御部２４からインバータ部２８にスイッチング開始信号を出力するものとしてもよい。この場合でも、インバータ部２８がスイッチング開始信号に伴ってスイッチングを開始するタイミングと運転制御部２４により相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗをサンプリングするタイミングとがズレることが多いから、実施例で説明した起動時の電気角θと回転数Ｎの推定手法は有効に適用することができる。
【００４５】
実施例のモータの制御装置２０では、上述の式（１）によりモデルの電気角θＭと角速度αＭとを計算し、計算したモデルの電気角θＭをモータ１０の回転子４０の電気角θとして推定したが、他の手法、例えば特開平７−１７７７８８号公報に記載された区間判定法による電気角θの推定法などの公知の電気角θの推定法を用いて推定するものとしてもよい。
【００４６】
以上、本発明の実施の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例であるモータの制御装置２０の構成の概略を示す構成図である。
【図２】モータ１０の固定子３０と回転子４０との関係を例示する端面図である。
【図３】運転制御部２４および電気角推定部２６のハード構成としてのマイクロプロセッサにより実行される起動時制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図４】起動時の電気角θと回転数Ｎとを設定する際の様子を説明する説明図である。
【図５】変形例の起動時制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図６】変形例の起動時制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図７】変形例の起動時制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０モータ、２０モータの制御装置、２２上位電子制御ユニット、２４運転制御部、２６電気角推定部、２８インバータ部、３０固定子、３１ステータ、３２ティース、３４スロット、３６三相コイル、４０回転子、４１ロータ、４２永久磁石、４４突極、５２〜５６電流センサ。

Claims

複数の磁極と該磁極の間に形成された複数の突極とを有する回転子と三相コイルを有する固定子とを備えインバータにより駆動される電動機の制御装置であって、
前記三相コイルに流れる相電流を検出する相電流検出手段と、
相電流の立ち上がり偏差に基づいて前記回転子の電気角を演算する電気角演算手段と、
インバータの作動開始時と電動機の制御開始時との間に時差がある場合において、電動機の制御開始時から電動機の通常制御が開始されるまでに前記相電流検出手段により検出される相電流に基づいてインバータの作動開始時の相電流の立ち上がり偏差を形成し、前記電気角演算手段を用いて前記回転子の電気角を演算し、該演算された電気角を起動時の回転子の電気角として前記電動機を起動制御する起動時制御手段と
を備える電動機の制御装置。
前記起動時制御手段は、前記相電流検出手段により検出される逆起電圧に基づく電流を前記相電流の立ち上がり偏差とみなして電気角を演算する手段である請求項１記載の電動機の制御装置。
前記起動時制御手段は、三相短絡状態に前記相電流検出手段により検出される相電流を前記相電流の立ち上がり偏差とみなして電気角を演算する手段である請求項１または２記載の電動機の制御装置。
前記起動時制御手段は、前記三相短絡状態の最中に前記相電流検出手段により複数回に亘って検出される相電流を各々前記相電流の立ち上がり偏差とみなして複数回に亘って電気角を演算するよう制御する手段である請求項３記載の電動機の制御装置。
前記起動時制御手段は、前記複数回に亘って演算された電気角のうち最後に演算された電気角を前記起動時の回転子の電気角として制御する手段である請求項４記載の電動機の制御装置。
前記起動時制御手段は、前記複数回に亘って演算された電気角のうち最後に演算された電気角を含んで該最後の電気角から所定数の電気角の平均を前記起動時の回転子の電気角として制御する手段である請求項４記載の電動機の制御装置。
前記起動時制御手段は、前記複数回に亘って演算された電気角に基づいて前記電動機の制御開始時の電気角を推定する電気角推定手段を備え、該推定された電気角を前記起動時の回転子の電気角として制御する手段である請求項４記載の電動機の制御装置。
前記電気角推定手段は、所定のサンプリング間隔で検出される相電流の最後に検出された時刻より前記所定のサンプリング間隔経過後の時刻を前記電動機の制御開始時として電気角を推定する手段である請求項７記載の電動機の制御装置。
前記電気角推定手段は、前記複数回に亘って演算された電気角に基づいて前記回転子の回転速度を演算し、該演算した回転速度と最後に演算した電気角とに基づいて前記電動機の制御開始時の電気角を推定する手段である請求項７または８記載の電動機の制御装置。
前記起動時制御手段は、前記複数回に亘って演算された電気角に基づいて回転子の回転速度を演算し、該演算した回転速度を起動時の回転子の回転速度として制御する手段である請求項４ないし９いずれか記載の電動機の制御装置。
複数の磁極と該磁極の間に形成された複数の突極とを有する回転子と三相コイルを有する固定子とを備えインバータにより駆動される電動機を、相電流の立ち上がり偏差に基づいて前記回転子の電気角を演算する電気角演算手段を用いて起動する際の起動時制御方法であって、
（ａ）インバータの作動開始時と電動機の制御開始時との間に時差がある場合において、電動機の制御開始時から前記電動機の通常制御が開始されるまでに相電流を検出し、
（ｂ）該検出した相電流に基づいてインバータの作動開始時の相電流の立ち上がり偏差を形成し、前記電気角演算手段を用いて回転子の電気角を演算し、
（ｃ）該演算された電気角を起動時の回転子の電気角として前記電動機を起動制御する
電動機の起動時制御方法。
前記ステップ（ｂ）は、三相短絡状態で複数回に亘って相電流を検出し、該複数回に亘って検出された相電流を各々前記相電流の立ち上がり偏差とみなして複数回に亘って電気角を演算するステップである請求項１１記載の電動機の起動時制御方法。
前記ステップ（ｃ）は、前記複数回に亘って演算された電気角のうち最後に演算された電気角を前記起動時の回転子の電気角として制御するステップである請求項１２記載の電動機の起動時制御方法。
前記ステップ（ｃ）は、前記複数回に亘って演算された電気角のうち最後に演算された電気角を含んで該最後の電気角から所定数の電気角の平均を前記起動時の回転子の電気角として制御するステップである請求項１２記載の電動機の起動時制御方法。
前記ステップ（ｃ）は、前記複数回に亘って演算された電気角に基づいて前記電動機の制御開始時の電気角を推定し、該推定された電気角を前記起動時の回転子の電気角として制御するステップである請求項１２記載の電動機の起動時制御方法。
前記ステップ（ｃ）は、前記複数回に亘って演算された電気角に基づいて回転子の回転速度を演算し、該演算した回転速度を起動時の回転子の回転速度として前記起動時の回転子の電気角と共に用いて前記電動機を起動制御するステップである請求項１２ないし１５いずれか記載の電動機の起動時制御方法。