特開 2024-48986 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】P2024048986

(43)【公開日】2024-04-09

(54)【発明の名称】制御装置

(51)【国際特許分類】

   H02P 21/24 20160101AFI20240402BHJP

【ＦＩ】

H02P21/24

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022155196

(22)【出願日】2022-09-28

(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】504139662

【氏名又は名称】国立大学法人東海国立大学機構

(74)【代理人】

【識別番号】100121083

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 宏義

(74)【代理人】

【識別番号】100138391

【弁理士】

【氏名又は名称】天田 昌行

(74)【代理人】

【識別番号】100074099

【弁理士】

【氏名又は名称】大菅 義之

(72)【発明者】

【氏名】清住 香奈

(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】名和 政道

(72)【発明者】

【氏名】道木 慎二

(72)【発明者】

【氏名】▲ハオ▼ 蓉佼

【テーマコード（参考）】

5H505

【Ｆターム（参考）】

5H505AA16

5H505DD03

5H505DD08

5H505EE41

5H505EE49

5H505GG02

5H505GG04

5H505HA10

5H505HB01

5H505JJ03

5H505JJ04

5H505JJ17

5H505JJ24

5H505JJ29

5H505LL14

5H505LL16

5H505LL22

5H505LL41

(57)【要約】      （修正有）

【課題】電動機の拡張誘起電圧の位相により推定される回転子の位置に基づいて電動機を駆動させるインバータの動作を制御する制御装置において、電動機の制御性低下を抑制する。
【解決手段】電動機Ｍの拡張誘起電圧の位相により推定される回転子の位置θ＾を用いて電動機Ｍの各相に流れる電流をｄ軸電流及びｑ軸電流に変換し、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊に高周波信号を重畳させるとともに、ｄ軸において磁気飽和が起きるようにｄ軸電流指令値Ｉｄ＊をオフセットさせてオフセットｄ軸電流指令値Ｉｄ＊´を生成し、ｄ軸電流Ｉｄとオフセットｄ軸電流指令値Ｉｄ＊´との差が小さくなるようにｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊を算出するとともに、ｑ軸電流Ｉｑとｑ軸電流指令値Ｉｑ＊との差が小さくなるようにｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を算出し、位置θ＾を用いてｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊に変換する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

搬送波の電圧値と電圧指令値との比較結果により電動機を駆動させるインバータの動作を制御する制御装置であって、
前記電動機の拡張誘起電圧の位相により前記電動機の回転子の位置及び回転数を推定する推定部と、
前記位置を用いて前記電動機の各相に流れる電流をｄ軸電流及びｑ軸電流に変換する変換部と、
前記回転数と回転数指令値との回転数差によりｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値を出力する電流指令値出力部と、
前記ｄ軸電流指令値に高周波信号を重畳させるとともに、前記電動機のｄ軸において磁気飽和が起きるように前記ｄ軸電流指令値をオフセットさせてオフセットｄ軸電流指令値を生成する信号生成部と、
前記ｄ軸電流と前記オフセットｄ軸電流指令値との差が小さくなるようにｄ軸電圧指令値を算出するとともに、前記ｑ軸電流と前記ｑ軸電流指令値との差が小さくなるようにｑ軸電圧指令値を算出する電圧指令値算出部と、
前記位置を用いて前記ｄ軸電圧指令値及び前記ｑ軸電圧指令値を前記電圧指令値に変換する電圧指令値変換部と、
を備える制御装置。

【請求項2】

請求項１に記載の制御装置であって、
前記オフセットｄ軸電流指令値の最小値は、前記電動機のｄ軸において磁気飽和が起こるときの前記ｄ軸電流である
ことを特徴とする制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電動機を駆動させるインバータの動作を制御する制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

制御装置として、電動機の拡張誘起電圧の位相により電動機の回転子の位置を推定し、その推定した位置に基づいてインバータの動作を制御するものがある。関連する技術として、非特許文献１がある。

【0003】

ところで、電動機のｄ軸インダクタンスをＬｄ、電動機のｑ軸インダクタンスをＬｑ、電流指令値に含まれる高周波信号の角周波数をω_ｈ、高周波信号の振幅をＡ_ｈとする場合、拡張誘起電圧の振幅Ａ_ｅは、下記式１により示される。

【0004】

【数1】

【0005】

また、表面磁石型モータ（Surface Permanent Magnetic Motor）など突極比（Ｌｑ／Ｌｄ）が比較的小さい電動機では、突極比が比較的大きい電動機に比べて、上記式１の（Ｌｑ－Ｌｄ）の値が小さくなるため、拡張誘起電圧の振幅Ａ_ｅが小さくなる。

【0006】

そのため、上記制御装置では、突極比が比較的小さい電動機の動作を制御する場合、拡張誘起電圧がノイズの影響を受けて拡張誘起電圧の位相に誤差が含まれ易くなるため、回転子の位置の推定精度が低下し、電動機の制御性が低下するおそれがある。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0007】

【非特許文献1】二村 拓未、道木 慎二、「二種類のEEMFモデルを併用したPMSMの全速度域位置センサレス制御の一構成」、２０１９年、平成３１年電気学会全国大会、p187-188

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明の一側面に係る目的は、拡張誘起電圧の位相により推定される回転子の位置に基づいて、電動機を駆動させるインバータの動作を制御する制御装置において、電動機の制御性低下を抑制することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明に係る一つの形態である制御装置は、搬送波の電圧値と電圧指令値との比較結果により電動機を駆動させるインバータの動作を制御する制御装置であって、前記電動機の拡張誘起電圧の位相により前記電動機の回転子の位置及び回転数を推定する推定部と、前記位置を用いて前記電動機の各相に流れる電流をｄ軸電流及びｑ軸電流に変換する変換部と、前記回転数と回転数指令値との回転数差によりｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値を出力する電流指令値出力部と、前記ｄ軸電流指令値に高周波信号を重畳させるとともに、前記電動機のｄ軸において磁気飽和が起きるように前記ｄ軸電流指令値をオフセットさせてオフセットｄ軸電流指令値を生成する信号生成部と、前記ｄ軸電流と前記オフセットｄ軸電流指令値との差が小さくなるようにｄ軸電圧指令値を算出するとともに、前記ｑ軸電流と前記ｑ軸電流指令値との差が小さくなるようにｑ軸電圧指令値を算出する電圧指令値算出部と、前記位置を用いて前記ｄ軸電圧指令値及び前記ｑ軸電圧指令値を前記電圧指令値に変換する電圧指令値変換部とを備える。

【0010】

これにより、ｄ軸において磁気飽和が起きる期間において、ｄ軸インダクタンスが比較的小さくなり、上記式１の拡張誘起電圧の振幅Ａ_ｅを比較的大きくさせることができる。そのため、拡張誘起電圧がノイズの影響を受け難くなり、回転子の位置の推定精度低下を抑制することができ、電動機の制御性低下を抑制することができる。

【0011】

また、前記オフセットｄ軸電流指令値の最小値は、前記電動機のｄ軸において磁気飽和が起こるときの前記ｄ軸電流としてもよい。

【0012】

これにより、ｄ軸電流の１周期全体において磁気飽和を起こすことができ、１周期全体において上記式１の拡張誘起電圧の振幅Ａ_ｅを比較的大きくさせることができる。これにより、拡張誘起電圧がノイズの影響をさらに受け難くなり、回転子の位置の推定精度低下をさらに抑制することができ、電動機の制御性低下をさらに抑制することができる。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、電動機の拡張誘起電圧の位相により推定される回転子の位置に基づいて電動機を駆動させるインバータの動作を制御する制御装置において、電動機の制御性低下を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】実施形態における制御装置の一例を示す図である。

【図2】拡張誘起電圧の推定方法を説明するための図である。

【図3】ｄ軸電流とｄ軸鎖交磁束との関係を示す図である。

【図4】ｄ軸電流指令値をオフセットさせない場合またはオフセットさせた場合におけるｄ軸電流の一例を示す図である。

【図5】ｄ軸電流指令値をオフセットさせた場合におけるｄ軸電流の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下図面に基づいて実施形態について詳細を説明する。

【0016】

図１は、実施形態における電動機の制御装置の一例を示す図である。

【0017】

図１に示す制御装置１は、例えば、電動フォークリフトやプラグインハイブリッド車などの車両に搭載される電動機Ｍの動作を制御するものであって、インバータ回路２と、制御回路３とを備える。なお、電動機Ｍは、例えば、表面磁石型モータなどとする。

【0018】

インバータ回路２は、電源Ｐから供給される電力により電動機Ｍを駆動させるものであって、コンデンサＣと、スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６（例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor））と、電流センサＳｅ１、Ｓｅ２とを備える。すなわち、コンデンサＣの一方端子が電源Ｐの正極端子及びスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ３、ＳＷ５の各コレクタ端子に接続され、コンデンサＣの他方端子が電源Ｐの負極端子及びスイッチング素子ＳＷ２、ＳＷ４、ＳＷ６の各エミッタ端子に接続されている。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を介して電動機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を介して電動機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動機ＭのＷ相の入力端子に接続されている。

【0019】

コンデンサＣは、電源Ｐ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。

【0020】

スイッチング素子ＳＷ１は、制御回路３から出力される駆動信号Ｓ１に基づいて、オンまたはオフする。スイッチング素子ＳＷ２は、制御回路３から出力される駆動信号Ｓ２に基づいて、オンまたはオフする。スイッチング素子ＳＷ３は、制御回路３から出力される駆動信号Ｓ３に基づいて、オンまたはオフする。スイッチング素子ＳＷ４は、制御回路３から出力される駆動信号Ｓ４に基づいて、オンまたはオフする。スイッチング素子ＳＷ５は、制御回路３から出力される駆動信号Ｓ５に基づいて、オンまたはオフする。スイッチング素子ＳＷ６は、制御回路３から出力される駆動信号Ｓ６に基づいて、オンまたはオフする。スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６がそれぞれオンまたはオフすることで、電源Ｐから出力される直流電圧が、互いに位相が１２０度ずつ異なる３つの交流電圧に変換され、それら交流電圧が電動機ＭのＵ相、Ｖ相、及びＷ相の入力端子に印加され電動機Ｍの回転子が回転する。

【0021】

電流センサＳｅ１は、ホール素子やシャント抵抗などにより構成され、電動機ＭのＵ相に流れるＵ相電流Ｉｕを検出して制御回路３に出力する。また、電流センサＳｅ２は、ホール素子やシャント抵抗などにより構成され、電動機ＭのＶ相に流れるＶ相電流Ｉｖを検出して制御回路３に出力する。

【0022】

制御回路３は、記憶部４と、ドライブ回路５と、演算部６とを備える。

【0023】

記憶部４は、ＲＡＭ（Random Access Memory）またはＲＯＭ（Read Only Memory）などにより構成され、後述する閾値ωｔｈや所定時間Ｔなどを記憶する。

【0024】

ドライブ回路５は、ＩＣ（Integrated Circuit）などにより構成され、搬送波（三角波、ノコギリ波、または逆ノコギリ波など）の電圧値と、演算部６から出力されるＵ相電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ＊、及びＷ相電圧指令値Ｖｗ＊とを比較し、その比較結果に応じた駆動信号Ｓ１～Ｓ６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。

【0025】

例えば、ドライブ回路５は、Ｕ相電圧指令値Ｖｕ＊が搬送波の電圧値以上である場合、ハイレベルの駆動信号Ｓ１を出力するとともに、ローレベルの駆動信号Ｓ２を出力し、Ｕ相電圧指令値Ｖｕ＊が搬送波の電圧値より小さい場合、ローレベルの駆動信号Ｓ１を出力するとともに、ハイレベルの駆動信号Ｓ２を出力する。また、ドライブ回路５は、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ＊が搬送波の電圧値以上である場合、ハイレベルの駆動信号Ｓ３を出力するとともに、ローレベルの駆動信号Ｓ４を出力し、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ＊が搬送波の電圧値より小さい場合、ローレベルの駆動信号Ｓ３を出力するとともに、ハイレベルの駆動信号Ｓ４を出力する。また、ドライブ回路５は、Ｗ相電圧指令値Ｖｗ＊が搬送波の電圧値以上である場合、ハイレベルの駆動信号Ｓ５を出力するとともに、ローレベルの駆動信号Ｓ６を出力し、Ｗ相電圧指令値Ｖｗ＊が搬送波の電圧値より小さい場合、ローレベルの駆動信号Ｓ５を出力するとともに、ハイレベルの駆動信号Ｓ６を出力する。

【0026】

演算部６は、マイクロコンピュータなどにより構成され、電流変換部７と、推定部８と、減算部９と、トルク指令値算出部１０と、電流指令値出力部１１と、信号生成部１２と、減算部１３と、減算部１４と、電圧指令値算出部１５と、電圧指令値変換部１６とを備える。例えば、マイクロコンピュータが記憶部４に記憶されているプログラムを実行することにより、電流変換部７、推定部８、減算部９、トルク指令値算出部１０、電流指令値出力部１１、信号生成部１２、減算部１３、減算部１４、電圧指令値算出部１５、及び電圧指令値変換部１６が構成される。

【0027】

電流変換部７は、電流センサＳｅ１により検出されるＵ相電流Ｉｕ及び電流センサＳｅ２により検出されるＶ相電流Ｉｖを用いて、電動機ＭのＷ相に流れるＷ相電流Ｉｗを求める。

【0028】

また、電流変換部７は、推定部８により推定される位置θ＾を用いて、Ｕ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、及びＷ相電流Ｉｗをｄ軸電流Ｉｄ（電動機Ｍに弱め界磁を発生させるための電流成分）及びｑ軸電流Ｉｑ（電動機Ｍにトルクを発生させるための電流成分）に変換する。

【0029】

例えば、電流変換部７は、下記式２に示す変換行列Ｃ１を用いて、Ｕ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、Ｗ相電流Ｉｗを、ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑに変換する。

【0030】

【数2】

【0031】

なお、電流センサＳｅ１、Ｓｅ２により検出される電流は、Ｕ相電流Ｉｕ及びＶ相電流Ｉｖの組み合わせに限定されず、Ｖ相電流Ｉｖ及びＷ相電流Ｉｗの組み合わせ、または、Ｕ相電流Ｉｕ及びＷ相電流Ｉｗの組み合わせでもよい。電流センサＳｅ１、Ｓｅ２によりＶ相電流Ｉｖ及びＷ相電流Ｉｗが検出される場合、電流変換部７は、Ｖ相電流Ｉｖ及びＷ相電流Ｉｗを用いて、Ｕ相電流Ｉｕを求める。また、電流センサＳｅ１、Ｓｅ２によりＵ相電流Ｉｕ及びＷ相電流Ｉｗが検出される場合、電流変換部７は、Ｕ相電流Ｉｕ及びＷ相電流Ｉｗを用いて、Ｖ相電流Ｉｖを求める。

【0032】

また、インバータ回路２において、電流センサＳｅ１、Ｓｅ２の他に、電動機ＭのＷ相に流れるＷ相電流Ｉｗを検出する電流センサＳｅ３をさらに備える場合、電流変換部７は、推定部８により推定される位置θ＾を用いて、電流センサＳｅ１～Ｓｅ３により検出されるＵ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、及びＷ相電流Ｉｗをｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑに変換するように構成してもよい。

【0033】

推定部８は、電動機Ｍのｑ軸インダクタンスＬｑをパラメータとして含む電動機ＭのモデルＭ_Ｌｑと、電流変換部７から出力されるｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑと、電圧指令値算出部１５から出力されるｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊とを用いて、電動機Ｍの拡張誘起電圧ｅを推定する。

【0034】

また、推定部８は、拡張誘起電圧ｅを用いて、電動機Ｍの回転子の位置θ＾を推定する。

【0035】

また、推定部８は、位置θ＾を一定時間（演算部６のクロック周期など）で除算することにより回転数ω＾を推定する。

【0036】

図２は、電動機ＭのモデルＭ_Ｌｑを用いた拡張誘起電圧ｅの推定方法を説明するための図である。なお、モデルＭ_Ｌｑは、下記式３により示され、任意の値に調整可能なパラメータとしてｑ軸インダクタンスＬｑを含む。Ｒを電動機Ｍの抵抗成分とし、ｐを微分演算子とし、ωを回転子の角周波数（例えば、前回の制御タイミングにおいて推定部８により推定される回転数θ＾とする）とし、Ｉを下記式４により示される単位行列とし、Ｊを下記式５により示される単位行列とする。
｛（Ｒ＋ｐＬｑ）Ｉ－ωＬｑＪ｝ ・・・式３

【0037】

【数3】

【0038】

【数4】

【0039】

まず、推定部８は、電圧ｖ_αと、モデルＭ_Ｌｑから出力される電圧Ｖｅ_αとの差に相当する拡張誘起電圧ｅ_αを求めるとともに、電圧ｖ_βと、モデルＭ_Ｌｑから出力される電圧Ｖｅ_βとの差に相当する拡張誘起電圧ｅ_βを求める。なお、電圧Ｖｅ_α＝｛（Ｒ＋ｐＬｑ）Ｉ－ωＬｑＪ｝×ｉ_αとし、電圧Ｖｅ_β＝｛（Ｒ＋ｐＬｑ）Ｉ－ωＬｑＪ｝×ｉ_βとする。また、拡張誘起電圧ｅ_α、ｅ_βは、下記式６により示される。また、電圧ｖ_α、ｖ_βが電動機Ｍに入力され、電動機Ｍから出力される電流ｉ_α、ｉ_βがモデルＭ_Ｌｑに入力されるものとする。また、電圧ｖ_αは、電圧指令値算出部１５から出力されるｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊を、電動機ＭのＵ相、Ｖ相、Ｗ相のうちのＵ相に対応する固定座標系のα軸に変換した電圧とする。また、電圧ｖ_βは、電圧指令値算出部１５から出力されるｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を、α軸を基準に９０度進んだ固定座標系のβ軸に変換した電圧とする。また、電流ｉ_αは、電流変換部７から出力されるｄ軸電流Ｉｄを、α軸に変換した電流とする。また、電流ｉ_βは、電流変換部７から出力されるｑ軸電流Ｉｑをβ軸に変換した電流とする。

【0040】

【数5】

【0041】

次に、推定部８は、回転数ω＾が閾値ωｔｈ以下である場合、拡張誘起電圧ｅ_α、ｅ_βに対して停止低速域の信号処理（同期検波処理やフィルタリング処理など）を行うことで、拡張誘起電圧ｅ_αｈ、ｅ_βｈを推定する。また、推定部８は、回転数ω＾が閾値ωｔｈより大きい場合、拡張誘起電圧ｅ_α、ｅ_βに対して中高速域の信号処理（フィルタリング処理など）を行うことで、拡張誘起電圧ｅ_αω、ｅ_βωを推定する。なお、閾値ωｔｈと比較される回転数ω＾は、例えば、前回の制御タイミングにおいて推定部８により推定される回転数ω＾とする。

【0042】

そして、推定部８は、回転数ω＾が閾値ωｔｈ以下である場合、下記式７を計算することにより、位置θ＾を推定し、回転数ω＾が閾値ωｔｈより大きい場合、下記式８を計算することにより、位置θ＾を推定する。

【0043】

【数6】

【0044】

【数7】

【0045】

なお、推定部８は、回転数ω＾が閾値ωｔｈより大きい場合、下記式９に示す電圧方程式を用いて回転数ω＾を推定し、その推定した回転数ω＾により位置θ＾を推定するように構成してもよい。

【0046】

【数8】

【0047】

また、図１に示す減算部９は、推定部８により推定される回転数ω＾と外部から入力される回転数指令値ω＊との回転数差Δωを算出する。

【0048】

トルク指令値算出部１０は、減算部９から出力される回転数差Δωを用いて、トルク指令値Ｔ＊を算出する。例えば、トルク指令値算出部１０は、記憶部４に記憶されている、電動機Ｍの回転子の回転数（角周波数）と電動機Ｍのトルクとが互いに対応付けられている情報（不図示）を参照して、回転数差Δωに相当する回転数に対応するトルクを、トルク指令値Ｔ＊として求める。

【0049】

電流指令値出力部１１は、トルク指令値Ｔ＊を用いて、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を出力する。例えば、電流指令値出力部１１は、記憶部４に記憶されている、電動機Ｍのトルクとｄ軸電流指令値Ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値Ｉｑ＊とが互いに対応付けられている情報（不図示）を参照して、トルク指令値Ｔ＊に対応するｄ軸電流指令値Ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を求める。

【0050】

すなわち、電流指令値出力部１１は、回転数ω＾と回転数指令値ω＊との回転数差Δωによりｄ軸電流指令値Ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を出力する。なお、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊は、基本０（ゼロ）［Ａ］であるが、電動機Ｍの特性（電動機Ｍの種類や製造バラツキ等）によって変動することがある。

【0051】

信号生成部１２は、電流指令値出力部１１から出力されるｄ軸電流指令値Ｉｄ＊に拡張誘起電圧を励起させるための高周波信号を重畳させるとともに、電動機Ｍのｄ軸において磁気飽和が起きるように電流指令値出力部１１から出力されるｄ軸電流指令値Ｉｄ＊をオフセット（増加）させることでオフセットｄ軸電流指令値Ｉｄ＊´を生成する。言い換えると、信号生成部１２は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊に、高周波信号とオフセット電流Ｉｄ_{ｏｆｆｓｅｔ}（直流電流）を重畳（加算）させることでオフセットｄ軸電流指令値Ｉｄ＊´を生成する。これにより、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊によって電動機Ｍが制御される場合のｄ軸電流Ｉｄを、増磁方向にオフセット電流Ｉｄ_{ｏｆｆｓｅｔ}分オフセットさせてｄ軸電流Ｉｄ´に変化させることができる。

【0052】

なお、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊が０（ゼロ）［Ａ］である場合、オフセット電流Ｉｄ_{ｏｆｆｓｅｔ}の値及び高周波信号の振幅は、固定値とする。すなわち、オフセットｄ軸電流指令値Ｉｄ＊´の振幅は、固定値となる。固定値は、実験やシミュレーションにより予め求められているものとする。

【0053】

ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊が変動する場合、オフセット電流Ｉｄ_{ｏｆｆｓｅｔ}の値及び／又は高周波信号の振幅を固定値とすると、後述するように、ｄ軸電流Ｉｄ´の１周期全体において磁気飽和を起こすことができなかったり、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊が電動機Ｍの許容電流値Ｉｄ_ｕｐを超えてしまうおそれがある。そのため、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊が変動する場合、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊が電動機Ｍの許容電流値Ｉｄ_ｕｐを超えないように、オフセット電流Ｉｄ_{ｏｆｆｓｅｔ}の値及び／又は高周波信号の振幅を変動させてもよい。または、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊が変動する場合、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊が電動機Ｍの許容電流値を超えないようにするとともに、ｄ軸電流Ｉｄ´の１周期全体において磁気飽和が起こるように、オフセット電流Ｉｄ_{ｏｆｆｓｅｔ}の値及び／又は高周波信号の振幅を変動させてもよい。なお、許容電流値Ｉｄ_ｕｐが十分に大きい場合、オフセット電流Ｉｄ_{ｏｆｆｓｅｔ}の値及び高周波信号の振幅ｄは変動させる必要がなく、オフセット電流Ｉｄ_{ｏｆｆｓｅｔ}の値をｄ軸電流Ｉｄ´の１周期全体において磁気飽和が起こる大きさに設定するとともに、高周波信号の振幅ｄを拡張誘起電圧が励起できる大きさに設定しておけばよい。

【0054】

減算部１３は、信号生成部１２から出力されるオフセットｄ軸電流指令値Ｉｄ＊´と、電流変換部７から出力されるｄ軸電流Ｉｄとの差ΔＩｄ（ｄ軸電流差）を算出する。

【0055】

減算部１４は、電流指令値出力部１１から出力されるｑ軸電流指令値Ｉｑ＊と、電流変換部７から出力されるｑ軸電流Ｉｑとの差ΔＩｑを算出する。

【0056】

電圧指令値算出部１５は、減算部１３から出力される差ΔＩｄ及び減算部１４から出力される差ΔＩｑを用いたＰＩ制御により、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を算出する。例えば、電圧指令値算出部１５は、下記式１０を計算することによりｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊を求めるとともに、下記式１１を計算することによりｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を求める。なお、ＫｐはＰＩ制御の比例項の定数とし、ＫｉはＰＩ制御の積分項の定数とし、Ｌｑは電動機Ｍのｑ軸インダクタンスとし、Ｌｄは電動機Ｍのｄ軸インダクタンスとし、ω＾は推定部８により推定される回転数とし、Ｋｅは誘起電圧定数とする。

【0057】

ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊＝Ｋｐ×差ΔＩｄ＋∫（Ｋｉ×差ΔＩｄ）－ω＾ＬｑＩｑ・・・式１０

【0058】

ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊＝Ｋｐ×差ΔＩｑ＋∫（Ｋｉ×差ΔＩｑ）＋ω＾ＬｄＩｄ＋ω＾Ｋｅ・・・式１１

【0059】

すなわち、電圧指令値算出部１５は、ｄ軸電流Ｉｄとオフセットｄ軸電流指令値Ｉｄ＊´との差ΔＩｄが小さくなるようにｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊を算出するとともにｑ軸電流Ｉｑとｑ軸電流指令値Ｉｑ＊との差ΔＩｑが小さくなるようにｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を算出する。

【0060】

電圧指令値変換部１６は、推定部８により推定される位置θ＾を用いて、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を、Ｕ相電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ＊、及びＷ相電圧指令値Ｖｗ＊に変換する。例えば、電圧指令値変換部１６は、下記式１２に示す変換行列Ｃ２を用いて、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を、Ｕ相電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ＊、Ｗ相電圧指令値Ｖｗ＊に変換する。

【0061】

【数9】

【0062】

ところで、突極比（Ｌｑ／Ｌｄ）が比較的小さい表面磁石型モータなどを電動機Ｍとして採用する場合では、拡張誘起電圧ｅの振幅Ａ_ｅが比較的小さくなるため、拡張誘起電圧ｅの推定精度が低下して電動機Ｍの制御性が低下するおそれがある。

【0063】

そこで、実施形態の制御装置１における信号生成部１２は、電動機Ｍのｄ軸において磁気飽和が起きるようにｄ軸電流指令値Ｉｄ＊をオフセットさせてオフセットｄ軸電流指令値Ｉｄ＊´を生成している。言い換えると、信号生成部１２は、ｄ軸電流Ｉｄが増磁方向に増加（変化）するようにｄ軸電流指令値Ｉｄ＊にオフセット電流Ｉｄ_{ｏｆｆｓｅｔ}を加算してオフセットｄ軸電流指令値Ｉｄ＊´を生成している。

【0064】

図３は、電動機Ｍにおけるｄ軸電流Ｉｄとｄ軸鎖交磁束Ψｄとの関係の一例を示す図である。なお、図３に示す二次元座標の横軸はｄ軸電流Ｉｄを示し、縦軸はｄ軸鎖交磁束Ψｄを示し、実線はｄ軸電流Ｉｄとｄ軸鎖交磁束Ψｄとの関係の一例を示している。

【0065】

一般に、ｄ軸電流Ｉｄとｄ軸鎖交磁束Ψｄとの関係は、図３に示すように、ｄ軸電流Ｉｄが増加するほどｄ軸鎖交磁束Ψｄが増加し、すなわち、ｄ軸電流Ｉｄが増磁方向に増加し、増磁方向へのｄ軸電流Ｉｄの増加がある程度進むと、破線枠内の実線のように、ｄ軸電流Ｉｄの増加に対するｄ軸鎖交磁束Ψｄの増加が鈍くなりｄ軸において磁気飽和が起こる。

【0066】

例えば、ｄ軸電流Ｉｄの増加量に対するｄ軸鎖交磁束Ψｄの増加量の割合（実線の傾き）が所定値より小さいとき、ｄ軸において磁気飽和が起こっていると判断する場合において、ｄ軸において磁気飽和が起こるときのｄ軸電流Ｉｄの最小値をｄ軸飽和電流Ｉｄ_ｓｔとする。なお、所定値は、実験やシミュレーションなどにより予め求められているものとする。

【0067】

この場合、ｄ軸電流Ｉｄがｄ軸飽和電流Ｉｄ_ｓｔ以上になると、ｄ軸において磁気飽和が起こっていると判断することができる。

【0068】

また、ｄ軸電流Ｉｄの増加量に対するｄ軸鎖交磁束Ψｄの増加量の割合（実線の傾き）は電動機Ｍのｄ軸インダクタンスＬｄに相当するため、ｄ軸電流Ｉｄがｄ軸飽和電流Ｉｄ_ｓｔ以上になると、ｄ軸インダクタンスＬｄが比較的小さいと判断することができる。

【0069】

図４（ａ）は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊をオフセットさせていない場合のｄ軸電流Ｉｄの一例を示す図である。また、図４（ｂ）は、ｄ軸電流Ｉｄが増磁方向に増加するようにｄ軸電流指令値Ｉｄ＊をオフセットさせた場合の増加後のｄ軸電流Ｉｄ´の一例を示す図である。なお、図４（ａ）及び図４（ｂ）において、二次元座標の横軸は時間を示し、縦軸は電流を示し、実線はｄ軸電流指令値Ｉｄ＊をオフセットさせていない場合のｄ軸電流Ｉｄを示し、破線はｑ軸電流を示し、一点鎖線はｄ軸飽和電流Ｉｄ_ｓｔを示し、二点鎖線はｄ軸電流指令値Ｉｄ＊をオフセットさせた場合の増加後のｄ軸電流Ｉｄ´を示している。また、ｄ軸電流Ｉｄの１周期とｄ軸電流Ｉｄ´の１周期は互いに同じとする。

【0070】

図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、ｄ軸電流Ｉｄ´の１周期のうち、ｄ軸電流Ｉｄ´がｄ軸飽和電流Ｉｄ_ｓｔ以上である飽和期間Ｔｓｔ´は、ｄ軸電流Ｉｄの１周期のうち、ｄ軸電流Ｉｄがｄ軸飽和電流Ｉｄ_ｓｔ以上である飽和期間Ｔｓｔより長い。すなわち、ｄ軸電流Ｉｄが増磁方向に増加するようにｄ軸電流指令値Ｉｄ＊をオフセットさせた場合、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊をオフセットさせていない場合に比べて、ｄ軸において磁気飽和が起きる期間を増加させることができる。

【0071】

すなわち、実施形態の制御装置１では、ｄ軸電流Ｉｄが増磁方向に増加するようにｄ軸電流指令値Ｉｄ＊をオフセットさせることで、ｄ軸において磁気飽和が起きる期間を増加させることができ、ｄ軸インダクタンスＬｄが比較的小さくなる期間を増加させることができる。これにより、拡張誘起電圧ｅの振幅Ａ_ｅを比較的大きくさせることができる期間を増加させることができるため、拡張誘起電圧ｅがノイズの影響を受け難くなる期間が増加し、回転子の位置θ＾の推定精度低下を抑制することができ、電動機Ｍの制御性低下を抑制することができる。

【0072】

なお、本発明は、以上の実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。

【0073】

＜変形例１＞
オフセットｄ軸電流指令値Ｉｄ＊´の最小値は、電動機Ｍのｄ軸において磁気飽和が起こるときのｄ軸電流Ｉｄであってもよい。すなわち、信号生成部１２は、オフセットｄ軸電流指令値Ｉｄ＊´の最小値がｄ軸飽和電流Ｉｄ_ｓｔ以上になるように、オフセット電流Ｉｄ_{ｏｆｆｓｅｔ}の値及び高周波信号の振幅は設定されてもよい。

【0074】

図５（ａ）は、オフセットｄ軸電流指令値Ｉｄ＊´の最小値がｄ軸飽和電流Ｉｄ_ｓｔ以上である場合の増加後のｄ軸電流Ｉｄ´の一例を示す図である。なお、図５（ａ）において、二次元座標の横軸は時間を示し、縦軸は電流を示し、破線はｑ軸電流を示し、一点鎖線はｄ軸飽和電流Ｉｄ_ｓｔを示し、二点鎖線はオフセットｄ軸電流指令値Ｉｄ＊´の最小値がｄ軸飽和電流Ｉｄ_ｓｔ以上である場合の増加後のｄ軸電流Ｉｄ´を示している。

【0075】

図５（ａ）に示すように、オフセットｄ軸電流指令値Ｉｄ＊´の最小値がｄ軸飽和電流Ｉｄ_ｓｔ以上である場合、ｄ軸電流Ｉｄ´の１周期全体において、ｄ軸電流Ｉｄ´がｄ軸飽和電流Ｉｄ_ｓｔ以上になるため、ｄ軸電流Ｉｄ´の１周期全体において磁気飽和を起こすことができる。これにより、ｄ軸電流Ｉｄ´の１周期全体において拡張誘起電圧ｅの振幅Ａ_ｅを比較的大きくさせることができるため、拡張誘起電圧ｅがノイズの影響をさらに受け難くさせることができる。そのため、回転子の位置θ＾の推定精度低下をさらに抑制することができ、電動機Ｍの制御性低下をさらに抑制することができる。

【0076】

＜変形例２＞
変形例２の信号生成部１２では、オフセットｄ軸電流指令値Ｉｄ＊´の最小値がｄ軸飽和電流Ｉｄ_ｓｔ以上になるように、かつ、ｄ軸電流Ｉｄ´が電動機Ｍの許容電流値Ｉｄ_ｕｐ以下となるように、オフセット電流Ｉｄ_{ｏｆｆｓｅｔ}の値及び高周波信号の振幅を設定している。

【0077】

これにより、図５（ｂ）に示すように、オフセットｄ軸電流指令値Ｉｄ＊´の最小値をｄ軸飽和電流Ｉｄ_ｓｔ以上に調整しつつ、増加後のｄ軸電流Ｉｄ´の最大値を電動機Ｍの許容電流値Ｉｄ_ｕｐ以下とすることができるため、ｄ軸電流Ｉｄ´の１周期全体において磁気飽和を起こしつつ、ｄ軸電流Ｉｄ´を電動機Ｍの許容電流値Ｉｄ_ｕｐ以下とすることができる。

【符号の説明】

【0078】

１ 制御装置
２ インバータ回路
３ 制御回路
４ 記憶部
５ ドライブ回路
６ 演算部
７ 電流変換部
８ 推定部
９ 減算部
１０ トルク指令値算出部
１１ 電流指令値出力部
１２ 信号生成部
１３ 減算部
１４ 減算部
１５ 電圧指令値算出部
１６ 電圧指令値変換部
Ｐ 電源
Ｃ コンデンサ
Ｓｅ１ 電流センサ
Ｓｅ２ 電流センサ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】