特開 2024-122139 制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024122139

(43)【公開日】2024-09-09

(54)【発明の名称】制御装置

(51)【国際特許分類】

   H02P 21/24 20160101AFI20240902BHJP

   H02P 27/06 20060101ALI20240902BHJP

【ＦＩ】

H02P21/24

H02P27/06

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023029510

(22)【出願日】2023-02-28

(71)【出願人】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(71)【出願人】

【識別番号】500433225

【氏名又は名称】学校法人中部大学

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100124062

【弁理士】

【氏名又は名称】三上 敬史

(74)【代理人】

【識別番号】100148013

【弁理士】

【氏名又は名称】中山 浩光

(74)【代理人】

【識別番号】100171583

【弁理士】

【氏名又は名称】梅景 篤

(72)【発明者】

【氏名】古田 大地

(72)【発明者】

【氏名】井手 徹

(72)【発明者】

【氏名】朝比奈 和希

(72)【発明者】

【氏名】上辻 清

(72)【発明者】

【氏名】松本 純

【テーマコード（参考）】

5H505

【Ｆターム（参考）】

5H505AA16

5H505BB06

5H505CC04

5H505DD03

5H505DD08

5H505EE41

5H505GG04

5H505HA10

5H505HB01

5H505JJ03

5H505JJ04

5H505JJ23

5H505JJ26

5H505LL16

5H505LL22

5H505LL60

(57)【要約】

【課題】位置センサレス制御において、ｄ－ｑ座標系の電流位相を推定可能な制御装置を提供すること。
【解決手段】制御装置は、モータに流れる電流をγ軸電流値Ｉ_γ及びδ軸電流値Ｉ_δに変換する座標変換部５１と、γ軸電流値Ｉ_γとγ軸電流指令値Ｉ^＊ _γとに基づいてγ軸電圧指令値Ｖ^＊ _γを算出するとともにδ軸電流値Ｉ_δとδ軸電流指令値Ｉ^＊ _δとに基づいてδ軸電圧指令値Ｖ^＊ _δを算出するγ－δ電圧指令値算出部５３と、γ軸電圧指令値Ｖ^＊ _γ及びδ軸電圧指令値Ｖ^＊ _δを駆動信号に変換する駆動信号出力部と、γ－δ座標系上の拡張誘起電圧モデルを用いて表される瞬時有効電力の導出式及び瞬時無効電力の導出式に、γ軸電流値Ｉ_γ、δ軸電流値Ｉ_δ、γ軸電圧指令値Ｖ^＊ _γ及びδ軸電圧指令値Ｖ^＊ _δを導入することによって、推定ｄｑ電流位相θ＾_ｉを算出する電流位相推定部５６を備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

モータを駆動させるインバータを制御する駆動信号を生成する制御装置であって、
前記モータに流れる電流をγ軸電流値及びδ軸電流値に変換する電流値変換部と、
γ軸電流指令値及びδ軸電流指令値を出力するγ－δ電流指令値出力部と、
前記γ軸電流値と前記γ軸電流指令値とに基づいてγ軸電圧指令値を算出するとともに前記δ軸電流値と前記δ軸電流指令値とに基づいてδ軸電圧指令値を算出するγ－δ電圧指令値算出部と、
前記γ軸電圧指令値及び前記δ軸電圧指令値を前記駆動信号に変換する駆動信号出力部と、
γ－δ座標系上の拡張誘起電圧モデルを用いて表される瞬時有効電力の導出式及び瞬時無効電力の導出式に、前記γ軸電流値、前記δ軸電流値、前記γ軸電圧指令値及び前記δ軸電圧指令値を導入することによって、ｄ－ｑ座標系の電流位相の推定値である推定ｄｑ電流位相を算出する推定部と、
を備える、制御装置。

【請求項2】

前記γ軸電流値及び前記δ軸電流値に基づいて、γ－δ座標系の電流位相であるγδ電流位相を算出する算出部と、
前記推定ｄｑ電流位相及び前記γδ電流位相に基づいて、前記モータの脱調を検出する検出部と、を更に備える、請求項１に記載の制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

位置センサを用いないでモータを制御する位置センサレス制御が知られている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００６－２０４５４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ｄ－ｑ座標系の電流位相を用いてモータの制御を行うことが考えられる。しかしながら、位置センサレス制御では、ｄ軸電流値及びｑ軸電流値が得られないので、ｄ－ｑ座標系の電流位相を直接計算することができない。位置センサレス制御においては、ｄ－ｑ座標系の電流位相を推定する手法は知られていない。

【0005】

本開示では、位置センサレス制御において、ｄ－ｑ座標系の電流位相を推定可能な制御装置を説明する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一側面に係る制御装置は、モータを駆動させるインバータを制御する駆動信号を生成する装置である。この制御装置は、モータに流れる電流をγ軸電流値及びδ軸電流値に変換する電流値変換部と、γ軸電流指令値及びδ軸電流指令値を出力するγ－δ電流指令値出力部と、γ軸電流値とγ軸電流指令値とに基づいてγ軸電圧指令値を算出するとともにδ軸電流値とδ軸電流指令値とに基づいてδ軸電圧指令値を算出するγ－δ電圧指令値算出部と、γ軸電圧指令値及びδ軸電圧指令値を駆動信号に変換する駆動信号出力部と、γ－δ座標系上の拡張誘起電圧モデルを用いて表される瞬時有効電力の導出式及び瞬時無効電力の導出式に、γ軸電流値、δ軸電流値、γ軸電圧指令値及びδ軸電圧指令値を導入することによって、ｄ－ｑ座標系の電流位相の推定値である推定ｄｑ電流位相を算出する推定部と、を備える。

【0007】

上記制御装置においては、推定ｄｑ電流位相は、γ－δ座標系上の拡張誘起電圧モデルを用いて表される瞬時有効電力の導出式及び瞬時無効電力の導出式に、γ軸電流値、δ軸電流値、γ軸電圧指令値及びδ軸電圧指令値を導入することによって算出される。瞬時有効電力をγ軸電流値、δ軸電流値、γ軸電圧指令値、及びδ軸電圧指令値で表した上で、拡張誘起電圧モデルを用いて整理すると、瞬時有効電力の導出式には、拡張誘起電圧とｑ軸電流値との積の項が含まれる。同様に、瞬時無効電力をγ軸電流値、δ軸電流値、γ軸電圧指令値、及びδ軸電圧指令値で表した上で、拡張誘起電圧モデルを用いて整理すると、瞬時無効電力の導出式には、拡張誘起電圧とｄ軸電流値との積の項が含まれる。例えば、瞬時有効電力の導出式を拡張誘起電圧とｑ軸電流値との積の項について解き、瞬時無効電力の導出式を拡張誘起電圧とｄ軸電流値との積の項について解き、逆正接演算を行うことにより、推定ｄｑ電流位相を得ることができる。以上のように、位置センサレス制御において、推定ｄｑ電流位相を算出することが可能となる。すなわち、位置センサレス制御において、ｄ－ｑ座標系の電流位相を推定することが可能となる。

【0008】

上記制御装置は、γ軸電流値及びδ軸電流値に基づいて、γ－δ座標系の電流位相であるγδ電流位相を算出する算出部と、推定ｄｑ電流位相及びγδ電流位相に基づいて、モータの脱調を検出する検出部と、を更に備えてもよい。ｄｑ電流位相とγδ電流位相との誤差が大きいと、モータの脱調が生じる。上記構成によれば、モータの脱調を検出することができる。

【発明の効果】

【0009】

本開示によれば、位置センサレス制御において、ｄ－ｑ座標系の電流位相を推定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、一実施形態に係る制御装置を含む制御システムの概略構成図である。

【図2】図２は、図１に示される演算器の機能構成を示すブロック図である。

【図3】図３は、ｄ軸とγ軸との関係を説明するための図である。

【図4】図４は、推定ｄｑ電流位相θ＾_ｉの精度を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、添付図面を参照しながら一実施形態に係る制御装置を詳細に説明する。図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号が用いられ、重複する説明は省略される。

【0012】

図１を参照しながら、一実施形態に係る制御装置を含む制御システムの概略構成を説明する。図１は、一実施形態に係る制御装置を含む制御システムの概略構成図である。図１に示される制御システム１は、モータ（電動機）Ｍの位置センサレス制御を行うシステムである。モータＭは、位置センサレスのモータであり、例えば、永久磁石同期モータ（ＰＭＳＭ：Permanent Magnet Synchronous Motor）である。モータＭは、例えば、電動フォークリフト及びプラグインハイブリッド車などの車両に搭載される。制御システム１は、インバータ回路２と、制御装置３と、電流センサＳｅ１，Ｓｅ２，Ｓｅ３と、を含む。

【0013】

インバータ回路２は、直流電源ＰＳから供給される直流電力によりモータＭを駆動する。インバータ回路２は、コンデンサＣと、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ５，ＳＷ６と、を含む。

【0014】

コンデンサＣは、直流電源ＰＳから出力され、インバータ回路２へ入力される電圧を平滑する。

【0015】

スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６は、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）である。スイッチング素子ＳＷ１は、Ｕ相の上アームのスイッチング素子である。スイッチング素子ＳＷ２は、Ｕ相の下アームのスイッチング素子である。スイッチング素子ＳＷ３は、Ｖ相の上アームのスイッチング素子である。スイッチング素子ＳＷ４は、Ｖ相の下アームのスイッチング素子である。スイッチング素子ＳＷ５は、Ｗ相の上アームのスイッチング素子である。スイッチング素子ＳＷ６は、Ｗ相の下アームのスイッチング素子である。コンデンサＣの一方の端子は、直流電源ＰＳの正極端子及びスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ３，ＳＷ５のそれぞれのコレクタ端子に接続されている。コンデンサＣの他方の端子は、直流電源ＰＳの負極端子及びスイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ４，ＳＷ６のそれぞれのエミッタ端子に接続されている。

【0016】

スイッチング素子ＳＷ１のエミッタ端子とスイッチング素子ＳＷ２のコレクタ端子との接続点は、電流センサＳｅ１を介してモータＭのＵ相の入力端子に接続されている。スイッチング素子ＳＷ３のエミッタ端子とスイッチング素子ＳＷ４のコレクタ端子との接続点は、電流センサＳｅ２を介してモータＭのＶ相の入力端子に接続されている。スイッチング素子ＳＷ５のエミッタ端子とスイッチング素子ＳＷ６のコレクタ端子との接続点は、電流センサＳｅ３を介してモータＭのＷ相の入力端子に接続されている。

【0017】

スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６のそれぞれのゲートには、制御装置３から駆動信号が供給される。スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６のそれぞれは、ゲートに供給される駆動信号に基づいて、オン又はオフする。スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６がそれぞれオン又はオフすることで、直流電源ＰＳから出力される直流電力が、互いに位相が１２０度ずつ異なる３つの交流電力に変換され、それらの交流電力がモータＭの３つの相（Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相）の入力端子に入力されてモータＭの回転子が回転する。

【0018】

電流センサＳｅ１～Ｓｅ３は、ホール素子又はシャント抵抗などによって構成される。電流センサＳｅ１は、モータＭのＵ相に流れる交流電流の電流値であるＵ相電流値Ｉ_ｕを検出して制御装置３に出力する。電流センサＳｅ２は、モータＭのＶ相に流れる交流電流の電流値であるＶ相電流値Ｉ_ｖを検出して制御装置３に出力する。電流センサＳｅ３は、モータＭのＷ相に流れる交流電流の電流値であるＷ相電流値Ｉ_ｗを検出して制御装置３に出力する。なお、本実施形態では、制御システム１は、３つの電流センサ（電流センサＳｅ１～Ｓｅ３）を備えているが、２つの電流センサを備えてもよい。

【0019】

制御装置３は、モータＭの位置センサレス制御を行う装置である。制御装置３は、インバータ回路２を制御することによって、モータＭを駆動させる。制御装置３は、ドライブ回路４と、演算器５と、を含む。

【0020】

ドライブ回路４は、ＩＣ（Integrated Circuit）などによって構成さる。ドライブ回路４は、演算器５から出力されるＵ相電圧指令値Ｖ^＊ _ｕ、Ｖ相電圧指令値Ｖ^＊ _ｖ、及びＷ相電圧指令値Ｖ^＊ _ｗと搬送波（三角波、ノコギリ波、又は逆ノコギリ波など）とを比較し、その比較結果に応じた駆動信号をスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６のそれぞれのゲート端子に出力する。

【0021】

演算器５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）などから構成される電子制御ユニットである。例えばＲＯＭに格納されているプログラムがＲＡＭ上にロードされてＣＰＵで実行されることにより、図２に示される演算器５の各種機能が実現される。

【0022】

次に、図２及び図３を参照しながら、演算器５の機能構成を説明する。図２は、図１に示される演算器の機能構成を示すブロック図である。図３は、ｄ軸とγ軸との関係を説明するための図である。図２に示されるように、演算器５は、機能的な構成要素として、座標変換部５１と、γ－δ電流指令値出力部５２と、γ－δ電圧指令値算出部５３と、座標変換部５４と、位置推定部５５と、電流位相推定部５６（推定部）と、電流位相算出部５７（算出部）と、算出部５８と、検出部５９と、を含む。

【0023】

座標変換部５１は、Ｕ相電流値Ｉ_ｕ、Ｖ相電流値Ｉ_ｖ及びＷ相電流値Ｉ_ｗをγ軸電流値Ｉ_γ及びδ軸電流値Ｉ_δに変換する。座標変換部５１は、位置推定部５５から出力される推定位置θ＾_ｒｅに基づいて、Ｕ相電流値Ｉ_ｕ、Ｖ相電流値Ｉ_ｖ及びＷ相電流値Ｉ_ｗをγ軸電流値Ｉ_γ及びδ軸電流値Ｉ_δに変換する。すなわち、座標変換部５１は、モータＭに流れる電流をγ軸電流値Ｉ_γ及びδ軸電流値Ｉ_δに変換する電流値変換部として機能する。推定位置θ＾_ｒｅは、モータＭの回転子の位置θ_ｒｅの推定値である。位置θ_ｒｅは、電気角とも称される。この変換方法は公知であるので、ここでは詳細な説明を省略する。座標変換部５１は、γ軸電流値Ｉ_γ及びδ軸電流値Ｉ_δをγ－δ電圧指令値算出部５３、位置推定部５５、電流位相推定部５６及び電流位相算出部５７に出力する。座標変換部５１には、Ｕ相電流値Ｉ_ｕ、Ｖ相電流値Ｉ_ｖ及びＷ相電流値Ｉ_ｗのうち、二相の電流値が入力され、残りの一相の電流値は、入力された二相の電流値から算出されてもよい。

【0024】

なお、「θ＾_ｒｅ」の表記では「＾」が「θ」の右上に位置しているが、「θ＾_ｒｅ」と図２の位置推定部５５から座標変換部５１に向かう矢印に記載されている記号とは同じ意味である。他の「＾」の表記についても同様とする。本明細書において記号「＾」は、推定値を意味する。

【0025】

図３に示されるように、位置θ_ｒｅは、α－β座標系のα軸とｄ－ｑ座標系のｄ軸とが成す角度である。推定位置θ＾_ｒｅは、α－β座標系のα軸とγ－δ座標系のγ軸とが成す角度である。α－β座標系は、固定座標系である。ｄ－ｑ座標系は、モータＭの磁石のＮ極方向をｄ軸とし、ｄ軸に直交する方向をｑ軸とした回転座標系である。γ－δ座標系は、位置センサレス制御における推定回転座標系であり、ｄ－ｑ座標系のｄ軸に相当する軸をγ軸とし、ｑ軸に相当する軸をδ軸とした座標系である。γ－δ座標系のγ軸とｄ－ｑ座標系のｄ軸とは、位置誤差Δθ_ｒｅだけずれている。

【0026】

γ－δ電流指令値出力部５２は、トルク指令値Ｔ^＊を用いてγ軸電流指令値Ｉ^＊ _γ及びδ軸電流指令値Ｉ^＊ _δを算出する。γ－δ電流指令値出力部５２は、γ軸電流指令値Ｉ^＊ _γ及びδ軸電流指令値Ｉ^＊ _δをγ－δ電圧指令値算出部５３に出力する。

【0027】

γ－δ電圧指令値算出部５３は、γ軸電圧指令値Ｖ^＊ _γ及びδ軸電圧指令値Ｖ^＊ _δを生成する。γ－δ電圧指令値算出部５３は、例えば、γ軸電流指令値Ｉ^＊ _γとγ軸電流値Ｉ_γとの差である差分γ軸電流指令値ΔＩ^＊ _γを算出するとともに、δ軸電流指令値Ｉ^＊ _δとδ軸電流値Ｉ_δとの差である差分δ軸電流指令値ΔＩ^＊ _δを算出し、差分γ軸電流指令値ΔＩ^＊ _γ及び差分δ軸電流指令値ΔＩ^＊ _δをγ軸電圧指令値Ｖ^＊ _γ及びδ軸電圧指令値Ｖ^＊ _δに変換する。すなわち、γ－δ電圧指令値算出部５３は、γ軸電流指令値Ｉ^＊ _γとγ軸電流値Ｉ_γとに基づいてγ軸電圧指令値Ｖ^＊ _γを算出するとともに、δ軸電流指令値Ｉ^＊ _δとδ軸電流値Ｉ_δとに基づいてδ軸電圧指令値Ｖ^＊ _δを算出する。γ軸電圧指令値Ｖ^＊ _γ及びδ軸電圧指令値Ｖ^＊ _δの生成方法は公知であるので、ここでは詳細な説明を省略する。γ－δ電圧指令値算出部５３は、γ軸電圧指令値Ｖ^＊ _γ及びδ軸電圧指令値Ｖ^＊ _δを座標変換部５４及び電流位相推定部５６に出力する。

【0028】

座標変換部５４は、γ軸電圧指令値Ｖ^＊ _γ及びδ軸電圧指令値Ｖ^＊ _δをＵ相電圧指令値Ｖ^＊ _ｕ、Ｖ相電圧指令値Ｖ^＊ _ｖ、及びＷ相電圧指令値Ｖ^＊ _ｗに変換する機能部である。座標変換部５４は、位置推定部５５から出力される推定位置θ＾_ｒｅに基づいて、γ軸電圧指令値Ｖ^＊ _γ及びδ軸電圧指令値Ｖ^＊ _δをＵ相電圧指令値Ｖ^＊ _ｕ、Ｖ相電圧指令値Ｖ^＊ _ｖ、及びＷ相電圧指令値Ｖ^＊ _ｗに変換する。この変換方法は公知であるので、ここでは詳細な説明を省略する。座標変換部５４は、Ｕ相電圧指令値Ｖ^＊ _ｕ、Ｖ相電圧指令値Ｖ^＊ _ｖ、及びＷ相電圧指令値Ｖ^＊ _ｗをドライブ回路４に出力する。すなわち、座標変換部５４とドライブ回路４とは、γ軸電圧指令値Ｖ^＊ _γ及びδ軸電圧指令値Ｖ^＊ _δを駆動信号に変換する駆動信号出力部として機能するといえる。

【0029】

位置推定部５５は、推定角速度ω＾_ｒｅ及び推定位置θ＾_ｒｅを算出する。位置推定部５５は、γ軸電流値Ｉ_γ、δ軸電流値Ｉ_δ及び予め推定可能な推定モータパラメータに基づいて、モータＭにおいて生じる拡張誘起電圧（ＥＥＭＦ：Extended ElectroMotive Force）ｅの推定値である推定拡張誘起電圧ｅ＾を算出し、推定拡張誘起電圧ｅ＾に基づいてモータＭの位置の推定値である推定位置θ＾_ｒｅを算出する。具体的には、例えば、位置推定部５５は、推定拡張誘起電圧ｅ＾から位置誤差Δθ＾_ｒｅを算出し、位置誤差Δθ＾_ｒｅと所定の伝達関数とを乗算して推定角速度ω＾_ｒｅを求める。そして、位置推定部５５は、推定角速度ω＾_ｒｅと位置誤差Δθ＾_ｒｅとに基づいて推定位置θ＾_ｒｅを算出する。位置推定部５５は、推定位置θ＾_ｒｅを座標変換部５１及び座標変換部５４に出力し、推定角速度ω＾_ｒｅを電流位相推定部５６に出力する。

【0030】

電流位相推定部５６は、推定ｄｑ電流位相θ＾_ｉを算出する機能部である。推定ｄｑ電流位相θ＾_ｉは、ｄ－ｑ座標系の電流位相であるｄｑ電流位相θ_ｉの推定値である。ｄ軸電流値Ｉ_ｄ及びｑ軸電流値Ｉ_ｑは未知であるので、電流位相推定部５６は、γ軸電流値Ｉ_γ、δ軸電流値Ｉ_δ、γ軸電圧指令値Ｖ^＊ _γ及びδ軸電圧指令値Ｖ^＊ _δに基づいて、推定ｄｑ電流位相θ＾_ｉを算出する。推定ｄｑ電流位相θ＾_ｉの算出には、γ－δ座標系上の拡張誘起電圧モデル、瞬時有効電力Ｐの導出式、及び瞬時無効電力Ｑの導出式が用いられる。具体的には、推定ｄｑ電流位相θ＾_ｉは、γ－δ座標系上の拡張誘起電圧モデルを用いて表される瞬時有効電力Ｐの導出式及び瞬時無効電力Ｑの導出式に、γ軸電流値Ｉ_γ、δ軸電流値Ｉ_δ、γ軸電圧指令値Ｖ^＊ _γ及びδ軸電圧指令値Ｖ^＊ _δを導入することによって算出される。

【0031】

γ－δ座標系上の拡張誘起電圧モデル（γ軸電圧値Ｖ_γ及びδ軸電圧値Ｖ_δ）は、式（１）及び式（２）で表される。なお、ｐは、時間微分演算子ｄ／ｄｔを表す。巻線抵抗Ｒ＾、ｄ軸インダクタンスＬ＾_ｄ、及びｑ軸インダクタンスＬ＾_ｑは、制御対象のモータＭのモータパラメータの推定値であり、モータＭを用いた測定などによって予め推定される。モータＭのモータパラメータの実値ではなく推定値としているのは、モータＭに流れる電流及び温度によってモータパラメータは変動するためである。位置誤差Δθ_ｒｅは、γ－δ座標系のγ軸とｄ－ｑ座標系のｄ軸とが成す角度（又はγ－δ座標系のδ軸とｄ－ｑ座標系のｑ軸とが成す角度）の真値である。位置誤差Δθ_ｒｅがゼロである場合、γ軸はｄ軸と一致し、δ軸はｑ軸に一致する。式（１）の右辺第２項の１番目の要素は、位置誤差Δθ_ｒｅの微分値を表す。拡張誘起電圧ｅは、ｑ軸にのみ発生する成分である。

【数1】

【数2】

【0032】

式（１）及び式（２）を用いて瞬時有効電力Ｐの導出式及び瞬時無効電力Ｑの導出式を変形することにより、式（３）及び式（４）がそれぞれ得られる。

【数3】

【数4】

【0033】

電流振幅Ｉは、γ軸電流値Ｉ_γ及びδ軸電流値Ｉ_δを用いて、式（５）で表される。

【数5】

【0034】

式（３）には、拡張誘起電圧ｅとｑ軸電流値Ｉ_ｑとの積の項が含まれており、式（４）には、拡張誘起電圧ｅとｄ軸電流値Ｉ_ｄとの積の項が含まれている。したがって、推定ｄｑ電流位相θ＾_ｉは、式（６）によって算出される。

【数6】

【0035】

ここで、位置誤差Δθ_ｒｅの微分値は、未知の値であるが、無視できるほどに小さい。したがって、式（６）において位置誤差Δθ_ｒｅの微分値をゼロとすることによって、式（７）が得られる。

【数7】

【0036】

式（８）に示されるように、位置誤差Δθ_ｒｅの微分値の項と電流微分項とが打ち消し合うと仮定すると、式（６）から式（９）が得られる。

【数8】

【数9】

【0037】

電流位相推定部５６は、式（７）又は式（９）を用いて推定ｄｑ電流位相θ＾_ｉを算出する。γ軸電圧値Ｖ_γとしてγ軸電圧指令値Ｖ^＊ _γが用いられ、δ軸電圧値Ｖ_δとしてδ軸電圧指令値Ｖ^＊ _δが用いられる。電流位相推定部５６は、推定ｄｑ電流位相θ＾_ｉを算出部５８に出力する。

【0038】

電流位相算出部５７は、γδ電流位相θ_γδを算出する機能部である。γδ電流位相θ_γδは、γ－δ座標系の電流位相である。電流位相算出部５７は、γ軸電流値Ｉ_γ及びδ軸電流値Ｉ_δに基づいて、γδ電流位相θ_γδを算出する。具体的には、電流位相算出部５７は、式（１０）により、γδ電流位相θ_γδを算出する。電流位相算出部５７は、γδ電流位相θ_γδを算出部５８に出力する。

【数10】

【0039】

算出部５８は、推定位置誤差Δθ＾_ｒｅを算出する機能部である。推定位置誤差Δθ＾_ｒｅは、位置誤差Δθ_ｒｅの推定値である。算出部５８は、推定ｄｑ電流位相θ＾_ｉ及びγδ電流位相θ_γδに基づいて、推定位置誤差Δθ＾_ｒｅを算出する。具体的には、算出部５８は、式（１１）に示されるように、推定ｄｑ電流位相θ＾_ｉからγδ電流位相θ_γδを減算することによって推定位置誤差Δθ＾_ｒｅを算出する。算出部５８は、推定位置誤差Δθ＾_ｒｅを検出部５９に出力する。

【数11】

【0040】

検出部５９は、モータＭの脱調を検出する機能部である。検出部５９は、推定位置誤差Δθ＾_ｒｅに基づいて、モータＭの脱調を検出する。したがって、検出部５９は、推定ｄｑ電流位相θ＾_ｉ及びγδ電流位相θ_γδに基づいて、モータＭの脱調を検出しているともいえる。具体的には、検出部５９は、推定位置誤差Δθ＾_ｒｅと予め定められた閾値とを比較し、推定位置誤差Δθ＾_ｒｅが閾値よりも大きい場合にモータＭの脱調が生じたと判定し、推定位置誤差Δθ＾_ｒｅが閾値以下である場合にモータＭの脱調が生じていないと判定する。閾値としては、例えば、π／２（ｒａｄ）が用いられる。なお、モータＭの脱調が生じたと判定された場合、モータＭが停止されてもよい。

【0041】

次に、図４を参照しながら、推定ｄｑ電流位相θ＾_ｉの精度を説明する。図４は、推定ｄｑ電流位相θ＾_ｉの精度を説明するための図である。図４の横軸は時間（単位：秒）を示し、図４の縦軸は電流位相（単位：ラジアン）を示す。ｄｑ電流位相θ_ｉは、制御対象のモータＭにセンサを取り付けることによって得られた真値である。推定ｄｑ電流位相θ＾_ｉは、式（９）によって算出された推定値である。

【0042】

図４に示されるように、モータＭの脱調が発生していない期間においては、推定ｄｑ電流位相θ＾_ｉはｄｑ電流位相θ_ｉと実質的に一致している。モータＭの脱調が発生している期間においては、推定ｄｑ電流位相θ＾_ｉはｄｑ電流位相θ_ｉとはわずかに異なるものの、概ね一致しているといえる。したがって、モータＭの脱調が発生しているか否かに関わらず、推定ｄｑ電流位相θ＾_ｉは精度良く算出されているといえる。

【0043】

以上説明した制御装置３においては、推定ｄｑ電流位相θ＾_ｉは、γ－δ座標系上の拡張誘起電圧モデルを用いて表される瞬時有効電力Ｐの導出式及び瞬時無効電力Ｑの導出式に、γ軸電流値Ｉ_γ、δ軸電流値Ｉ_δ、γ軸電圧指令値Ｖ^＊ _γ及びδ軸電圧指令値Ｖ^＊ _δを導入することによって算出される。瞬時有効電力Ｐをγ軸電流値Ｉ_γ、δ軸電流値Ｉ_δ、γ軸電圧指令値Ｖ^＊ _γ、及びδ軸電圧指令値Ｖ^＊ _δで表した上で、拡張誘起電圧モデルを用いて整理すると、瞬時有効電力Ｐの導出式には、拡張誘起電圧ｅとｑ軸電流値Ｉ_ｑとの積の項が含まれる。同様に、瞬時無効電力Ｑをγ軸電流値Ｉ_γ、δ軸電流値Ｉ_δ、γ軸電圧指令値Ｖ^＊ _γ、及びδ軸電圧指令値Ｖ^＊ _δで表した上で、拡張誘起電圧モデルを用いて整理すると、瞬時無効電力Ｑの導出式には、拡張誘起電圧ｅとｄ軸電流値Ｉ_ｄとの積の項が含まれる。瞬時有効電力Ｐの導出式を拡張誘起電圧ｅとｑ軸電流値Ｉ_ｑとの積の項について解き、瞬時無効電力Ｑの導出式を拡張誘起電圧ｅとｄ軸電流値Ｉ_ｄとの積の項について解き、逆正接演算を行うことにより、推定ｄｑ電流位相θ＾_ｉを得ることができる。以上のように、位置センサレス制御において、推定ｄｑ電流位相θ＾_ｉを算出することが可能となる。すなわち、位置センサレス制御において、ｄ－ｑ座標系の電流位相を推定することが可能となる。

【0044】

ｄｑ電流位相θ_ｉとγδ電流位相θ_γδとの誤差が大きいと、モータＭの脱調が生じる。制御装置３においては、電流位相算出部５７は、γ軸電流値Ｉ_γ及びδ軸電流値Ｉ_δに基づいて、γδ電流位相θ_γδを算出する。検出部５９は、推定ｄｑ電流位相θ＾_ｉ及びγδ電流位相θ_γδに基づいて算出された推定位置誤差Δθ＾_ｒｅに基づいて、モータＭの脱調を検出する。したがって、モータＭの脱調を検出することができる。

【0045】

以上、本開示の一実施形態について詳細に説明されたが、本開示に係る制御装置は上記実施形態に限定されない。

【0046】

上記実施形態では、推定ｄｑ電流位相θ＾_ｉは、モータＭの脱調の検出に用いられているが、モータＭの脱調の検出以外にも用いられ得る。例えば、推定ｄｑ電流位相θ＾_ｉは、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御へのフィードバックに用いられてもよい。この場合、推定ｄｑ電流位相θ＾_ｉの算出には、γ軸電流値Ｉ_γとしてγ軸電流指令値Ｉ^＊ _γが用いられてもよく、δ軸電流値Ｉ_δとしてδ軸電流指令値Ｉ^＊ _δが用いられてもよい。演算器５は、電流位相算出部５７、算出部５８、及び検出部５９を含まなくてもよい。

【符号の説明】

【0047】

３…制御装置、４…ドライブ回路（駆動信号出力部）、５１…座標変換部（電流値変換部）、５２…γ－δ電流指令値出力部、５３…γ－δ電圧指令値算出部、５４…座標変換部（駆動信号出力部）、５５…位置推定部、５６…電流位相推定部（推定部）、５７…電流位相算出部（算出部）、５８…算出部、５９…検出部、Ｍ…モータ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】