特開 2024-93774 電流測定方法、電流測定システム及びプログラム

(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】P2024093774

(43)【公開日】2024-07-09

(54)【発明の名称】電流測定方法、電流測定システム及びプログラム

(51)【国際特許分類】

   H02P 23/14 20060101AFI20240702BHJP

   G01R 15/18 20060101ALI20240702BHJP

   G01R 19/00 20060101ALI20240702BHJP

【ＦＩ】

H02P23/14

G01R15/18 A

G01R19/00 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022210350

(22)【出願日】2022-12-27

(71)【出願人】

【識別番号】000227180

【氏名又は名称】日置電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002468

【氏名又は名称】弁理士法人後藤特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】林 和延

(72)【発明者】

【氏名】野村 淳士

(72)【発明者】

【氏名】小林 宏企

(72)【発明者】

【氏名】高橋 俊毅

【テーマコード（参考）】

2G025

2G035

5H505

【Ｆターム（参考）】

2G025AA15

2G025AB14

2G025AC01

2G035AA13

2G035AB04

2G035AC03

2G035AD26

2G035AD28

2G035AD55

2G035AD59

2G035AD65

5H505DD03

5H505EE41

5H505HB01

5H505JJ03

5H505JJ04

5H505JJ22

5H505JJ26

5H505LL22

5H505LL41

5H505LL58

(57)【要約】

【課題】高域通過特性を有する電流センサを用いて交流電動機のｄ軸電流及びｑ軸電流を精度よく測定する。
【解決手段】電流測定方法は、高域通過特性を有するとともに交流電動機に流れる三相電流Ｉｕ乃至Ｉｗのうち少なくとも二相の電流を検出する複数の電流センサ１１乃至１３と、交流電動機の回転角θを検出する角度センサと、を用いる。電流測定方法は、角度センサの出力信号に基づいて回転角θの正弦成分ｓｉｎθ及び余弦成分ｃｏｓθを取得し、正弦成分ｓｉｎθ及び余弦成分ｃｏｓθに対して電流センサ１１乃至１３の高域通過特性に相当する周波数特性を有するフィルタを用いてフィルタ処理を施す。そして電流測定方法は、フィルタ処理後のｓｉｎ（θｃ）及び余弦成分ｃｏｓ（θｃ）を合成して得られる回転角の合成値θｃと三相電流Ｉｕ乃至Ｉｗの検出値とに基づいてｄ軸及びｑ軸の電流Ｉｄ及びＩｑを測定する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

高域通過特性を有するとともに交流電動機に流れる三相電流のうち少なくとも二相の電流を検出する複数の電流センサと、前記交流電動機の回転角を検出する角度センサと、を用いて前記交流電動機におけるｄ軸及びq軸の電流を測定する電流測定方法であって、
前記角度センサの出力信号に基づいて前記回転角の正弦成分及び余弦成分を取得する取得ステップと、
前記正弦成分及び前記余弦成分に対し、前記電流センサの高域通過特性に相当する周波数特性を有するフィルタを用いてフィルタ処理を施す処理ステップと、
前記フィルタ処理後の正弦成分及び余弦成分を合成して得られる前記回転角の合成値と前記複数の電流センサにより得られる前記三相電流の検出値とに基づいて前記ｄ軸及びｑ軸の電流を測定する測定ステップと、
を含む電流測定方法。

【請求項2】

請求項１に記載の電流測定方法であって、
前記電流センサは、ロゴスキーコイルを含む、
電流測定方法。

【請求項3】

請求項１又は請求項２に記載の電流測定方法であって、
前記取得ステップ、前記処理ステップ及び前記測定ステップは、一又は複数のハードウェアにより実行される、
電流測定方法。

【請求項4】

請求項３に記載の電流測定方法であって、
前記一又は複数のハードウェアは、アナログ回路である、
電流測定方法。

【請求項5】

請求項３に記載の電流測定方法であって、
前記一又は複数のハードウェアは、デジタル回路である、
電流測定方法。

【請求項6】

請求項１又は請求項２に記載の電流測定方法であって、
前記取得ステップ、前記処理ステップ及び前記測定ステップは、ソフトウェアにより実行される、
電流測定方法。

【請求項7】

高域通過特性を有し、交流電動機に流れる三相電流のうち少なくとも二相の電流を検出する複数の電流センサと、
前記交流電動機の回転角を検出する角度センサと、
前記角度センサの出力信号に基づいて前記回転角の正弦成分及び余弦成分を取得する取得手段と、
前記正弦成分及び前記余弦成分に対し、前記電流センサの高域通過特性に相当する周波数特性を有するフィルタを用いてフィルタ処理を施す処理手段と、
前記フィルタ処理後の正弦成分及び余弦成分を合成して得られる前記回転角の合成値と前記複数の電流センサにより得られる前記三相電流の検出値とに基づいてｄ軸及びｑ軸の電流を測定する測定手段と、
を含む電流測定システム。

【請求項8】

高域通過特性を有するとともに交流電動機に流れる三相電流のうち少なくとも二相の電流を検出する複数の電流センサの出力信号、及び前記交流電動機の回転角を検出する角度センサの出力信号を取得するコンピュータに、
前記角度センサの出力信号に基づいて前記回転角の正弦成分及び余弦成分を取得する取得ステップと、
前記正弦成分及び前記余弦成分に対し、前記電流センサの高域通過特性に相当する周波数特性を有するフィルタを用いてフィルタ処理を施す処理ステップと、
前記フィルタ処理後の正弦成分及び余弦成分を合成して得られる前記回転角の合成値と前記複数の電流センサの出力信号とに基づいて前記交流電動機におけるｄ軸及びｑ軸の電流を測定する測定ステップと、
を実行させるためのプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電流を測定する電流測定方法、電流測定システム及びプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、コイルに積分回路を接続した電流検出装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００６－１５３６４６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

交流電動機の電流を測定する場合、上述した電流検出装置を用いて交流電動機に流れる三相電流を検出し、検出した電流値に基づいて交流電動機のｄ軸電流及びｑ軸電流を測定することも可能である。

【0005】

しかしながら、上述した電流検出装置のように高域通過特性を有する電流センサを使用する場合、低域の周波数帯域においては、三相電流の周波数が低くなるほど、検出した三相電流の位相角が進んでしまい、この位相誤差によって測定精度が低下するという問題がある。

【0006】

本発明は、このような問題点に着目してなされたものであり、高域通過特性を有する電流センサを用いて交流電動機のｄ軸電流及びｑ軸電流を精度よく測定することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明のある態様によれば、電流測定方法は、高域通過特性を有するとともに交流電動機に流れる三相電流のうち少なくとも二相の電流を検出する複数の電流センサと、前記交流電動機の回転角を検出する角度センサと、を用いて前記交流電動機におけるｄ軸及びq軸の電流を測定する方法である。この電流測定方法は、前記角度センサの出力信号に基づいて前記回転角の正弦成分及び余弦成分を取得する取得ステップと、前記正弦成分及び余弦成分に対し、前記電流センサの高域通過特性に相当する周波数特性を有するフィルタを用いてフィルタ処理を施す処理ステップと、を含む。さらに電流測定方法は、前記フィルタ処理後の正弦成分及び余弦成分を合成して得られる前記回転角の合成値と前記複数の電流センサにより得られる前記三相電流の検出値とに基づいて前記ｄ軸及びｑ軸の電流を測定する測定ステップを含む。

【発明の効果】

【0008】

この態様によれば、回転角の正弦成分及び余弦成分に対して電流センサの高域通過特性に相当する周波数特性のフィルタ処理を施すことにより、回転角の正弦成分及び余弦成分を合成した合成値には、電流センサによる低域での位相誤差が加味される。

【0009】

それゆえ、位相誤差が加味された回転角の合成値を用いて三相電流をｄ軸及びｑ軸の電流に変換することにより、三相電流の検出値に含まれる位相誤差が回転角の合成値によって相殺されるので、ｄ軸電流及びｑ軸電流の測定誤差を低減することができる。

【0010】

このように、本態様によれば、高域通過特性を有する電流センサを用いて交流電動機のｄ軸電流及びｑ軸電流を精度よく測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は、第一実施形態における電流測定システムの構成を示す図である。

【図2A】図２Ａは、互いに同等の高域通過特性を有する電流センサ及びＨＰＦ部の振幅ゲイン周波数特性の一例を示す図である。

【図2B】図２Ｂは、図２Ａに示した振幅ゲイン周波数特性に対応する位相周波数特性を示す図である。

【図3】図３は、第一実施形態における電流測定方法を示すフローチャートである。

【図4】図４は、電流測定システムによる測定誤差を説明するための図である。

【図5A】図５Ａは、互いに同等の高域通過特性を有する電流センサ及びＨＰＦ部の振幅ゲイン周波数特性の変形例を示す図である。

【図5B】図５Ｂは、図５Ａに示した変形例に対応する位相周波数特性を示す図である。

【図6】図６は、第二実施形態における電流測定システムの構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、添付図面を参照しながら本発明の各実施形態について説明する。本明細書においては、全体を通じて、同一又は同等の要素には同一の符号を付する。

【0013】

（第一実施形態）
図１は、第一実施形態における電流測定システムの構成を示す図である。

【0014】

電流測定システム１は、交流電動機におけるｄ軸及びｑ軸座標系の電流を測定するための測定システムであり、第一実施形態では、交流電動機としてのモータ２とインバータ３との間に流れる三相電流に基づいてｄ軸及びｑ軸の電流を測定する。ここにいう三相電流とは、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の三相の交流電流のことを指す。

【0015】

電流測定システム１は、電流センサ１１乃至１３と、レゾルバ２０と、ＡＤ変換器３１乃至３６と、処理部４０と、を備える。

【0016】

電流センサ１１乃至１３は、モータ２に流れる三相電流を検出する複数のセンサである。電流センサ１１乃至１３は、低域において交流電流の周波数がゼロに近づくほど、略一定である高域の振幅ゲインに対して減衰量が大きくなる高域通過特性を有する。

【0017】

電流センサ１１乃至１３は、例えば、安価なＡＣ電流センサ又はフレキシブル電流センサなどにより実現される。第一実施形態では、電流センサ１１乃至１３の各々は、交流電流を検出するためのロゴスキーコイル１０Ａと、ロゴスキーコイル１０Ａに流れる誘導電流を積分する積分回路１０Ｂと、を備える。

【0018】

電流センサ１１は、Ｕ相の交流電流を検出し、検出した信号をＵ相電流Ｉｕの検出値としてＡＤ変換器３１に出力する。電流センサ１２は、Ｖ相の交流電流を検出し、検出した信号をＶ相電流Ｉｖの検出値としてＡＤ変換器３２に出力する。電流センサ１３は、Ｗ相の交流電流を検出し、検出した信号をＷ相電流Ｉｗの検出値としてＡＤ変換器３３に出力する。このように、電流センサ１１乃至１３は、三相電流Ｉｕ乃至Ｉｗの検出値をＡＤ変換器３１乃至３３に出力する。

【0019】

レゾルバ２０は、モータ２の回転角を検出する角度センサとして機能する。レゾルバ２０は、第一実施形態では、モータ２のロータ側に配置される一つの一次巻線と、一次巻線を励起する信号源と、モータ２のステータ側に配置される二つの二次巻線と、を備える。

【0020】

そして、レゾルバ２０は、その信号源から一次巻線に供給される励起信号Ｖｅｘと、一方の二次巻線に流れる正弦検出信号Ｖｓｉｎと、他方の二次巻線に流れる余弦検出信号Ｖｃｏｓと、をＡＤ変換器３４乃至３６にそれぞれ出力する。

【0021】

上記の励起信号Ｖｅｘ、正弦検出信号Ｖｓｉｎ及び余弦検出信号Ｖｃｏｓは、それぞれ次の式（１）乃至（３）のように表される。

【0022】

【数1】

なお、Ｅは振幅であり、ωは角速度であり、Ｔは、レゾルバ２０の変圧比であり、θはモータ２の回転角である。

【0023】

ＡＤ変換器３１乃至３６は、電流センサ１１乃至１３の各々の出力信号及びレゾルバ２０の三つの出力信号をそれぞれアナログ信号からデジタル信号に変換する。ＡＤ変換器３１乃至３６の各々は、変換後の出力信号を処理部４０に伝送する。

【0024】

処理部４０は、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の三軸座標系をｄ軸及びｑ軸の二軸座標系に座標変換する。具体的には、処理部４０は、レゾルバ２０の出力信号と電流センサ１１乃至１３の出力信号とに基づいてモータ２におけるｄ軸及びｑ軸の電流を測定する。

【0025】

処理部４０は、例えば、次式（４）に示すＰａｒｋ変換式を利用し、電流センサ１１乃至１３の出力信号に示された三相電流Ｉｕ乃至Ｉｗとモータ２の回転角θとを用いてｄ軸電流Ｉｄの測定値及びｑ軸電流Ｉｑの測定値を演算する。

【0026】

【数2】

【0027】

処理部４０は、一又は複数のハードウェア又はソフトウェアにより構成される。第一実施形態では、処理部４０は、デジタル回路からなるハードウェアにより構成される。例えば、処理部４０は、プロセッサ、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、大容量記憶デバイス、入出力インターフェース、及び、これらを相互に接続するバスなどによって構成されるコンピュータである。

【0028】

プロセッサとしては、ＣＰＵ（Central Processing Unit）又はＭＰＵ（Micro Processor Unit）などが挙げられる。大容量記憶デバイスとしては、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）又はＳＳＤ（Solid State Drive）などが挙げられる。

【0029】

第一実施形態の処理部４０は、同期検波部４１と、ＨＰＦ部４２Ａ及び４２Ｂと、回転角算出部４３と、座標変換部４４と、を備える。

【0030】

同期検波部４１は、角度センサであるレゾルバ２０の出力信号に基づいて回転角θの正弦成分ｓｉｎθ及び余弦成分ｃｏｓθを取得する取得手段として機能する。

【0031】

具体的には、第一実施形態の同期検波部４１は、レゾルバ２０の出力信号として励起信号Ｖｅｘ、正弦検出信号Ｖｓｉｎ及び余弦検出信号Ｖｃｏｓを取得する。そして同期検波部４１は、正弦検出信号Ｖｓｉｎ及び余弦検出信号Ｖｃｏｓの各々に励起信号Ｖｅｘを乗算して回転角θの正弦成分ｓｉｎθ及び余弦成分ｃｏｓθを抽出する。

【0032】

同期検波部４１は、抽出した正弦成分ｓｉｎθをＨＰＦ部４２Ａに伝送するとともに、余弦成分ｃｏｓθをＨＰＦ部４２Ｂに伝送する。

【0033】

ＨＰＦ部４２Ａ及び４２Ｂは、正弦成分ｓｉｎθ及び余弦成分ｃｏｓθに対し、電流センサ１１乃至１３の高域通過特性に相当する周波数特性を有するフィルタを用いてフィルタ処理を施す処理手段として機能する。

【0034】

ＨＰＦ部４２Ａ及び４２Ｂは、互いに同等のハイパスフィルタを有する。ＨＰＦ部４３Ａは、正弦成分ｓｉｎθに対して上記のフィルタ処理を施し、同様にＨＰＦ部４３Ｂも、余弦成分ｃｏｓθに対して上記のフィルタ処理を施す。

【0035】

ＨＰＦ部４２Ａ及び４２Ｂは、フィルタ処理後の正弦成分ｓｉｎ（θｃ）及び余弦成分ｃｏｓ（θｃ）を回転角算出部４３にそれぞれ伝送する。

【0036】

回転角算出部４３は、フィルタ処理後の正弦成分ｓｉｎ（θｃ）及び余弦成分ｃｏｓ（θｃ）を合成して回転角の合成値θｃを取得する。第一実施形態では、回転角算出部４３は、次式（５）を利用して回転角の合成値θｃを算出する。

【0037】

【数3】

【0038】

回転角算出部４３は、算出した回転角の合成値θｃを座標変換部４４に伝送する。このように、回転角の合成値θｃは、フィルタ処理後の正弦成分ｓｉｎ（θｃ）及び余弦成分ｃｏｓ（θｃ）を合成して得られる。

【0039】

座標変換部４４は、回転角の合成値θｃと電流センサ１１乃至１３により検出される三相電流Ｉｕ乃至Ｉｗの検出値とに基づいてｄ軸及びｑ軸の電流を測定する測定手段として機能する。

【0040】

具体的には、第一実施形態の座標変換部４４は、上式（４）のうちモータ２の回転角θに上記の合成値θｃを代入するとともに三相電流Ｉｕ乃至Ｉｗに電流センサ１１乃至１３の検出値を代入して、ｄ軸電流Ｉｄの測定値及びｑ軸電流Ｉｑの測定値を演算する。

【0041】

そして座標変換部４４は、演算したｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑの測定値を出力する。その後、処理部４０は、例えば、ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑの測定値を用いて、次式（６）のようにモータ２のトルク値Ｔを推定する。

【0042】

【数4】

ただし、Ｐｎはモータ２の極数であり、φａはモータ２の発生磁束であり、Ｌｄ及びＬｑは、モータ２におけるｄ軸及びｑ軸のインダクタンス成分である。

【0043】

図１に例示した処理部４０はデジタル回路によって構成されているが、処理部４０は、デジタル回路に代えてアナログ回路により構成されてもよい。また、電流センサ１１乃至１３の各々には積分回路１０Ｂが備えられているが、積分回路１０Ｂの機能を処理部４０に持たせるように電流測定システム１を構成してもよい。

【0044】

また、図１では、モータ２を流れる三相電流Ｉｕ乃至Ｉｗを三つの電流センサ１１乃至１３を用いてそれぞれ検出する例について説明したが、二つの電流センサのみを用いて三相電流Ｉｕ乃至Ｉｗの検出値を得ることも可能である。

【0045】

具体的には、三相電流Ｉｕ乃至Ｉｗは、次式（７）に示す関係を有するため、少なくとも二相の電流値を用いて他の一相の電流値を求めることができる。

【0046】

【数5】

【0047】

このように、モータ２を流れる三相電流Ｉｕ乃至Ｉｗのうち少なくとも二相の電流を検出する二つの電流センサを用いることにより、上式（７）に従って三相電流Ｉｕ乃至Ｉｗの検出値を得ることができる。ここでは、電流センサによって検出される電流値に加え、二相の検出値を用いて得られる他の一相の演算値のことも検出値と称する。

【0048】

次に、電流センサ１１乃至１３及びＨＰＦ部４２Ａ及び４２Ｂの周波数特性について図２Ａ及び図２Ｂを参照して説明する。

【0049】

図２Ａは、電流センサ１１乃至１３及びＨＰＦ部４２Ａ及び４２Ｂの振幅ゲイン周波数特性の一例を示す図である。図２Ｂは、図２Ａに示した振幅ゲイン周波数特性に対応する位相周波数特性を示す図である。

【0050】

図２Ａ及び図２Ｂには、フィルタのカットオフ周波数を１．５［Ｈｚ］とし、次数を２次とし、Ｑ値を０．７として設計された周波数特性が示されている。

【0051】

図２Ａに示すように、三相電流の周波数が約１．５［Ｈｚ］よりも高い高域の周波数帯域においては振幅ゲインが一定であり、周波数が約１．５［Ｈｚ］よりも低い低域の周波数帯域においては、周波数が低くなるにつれて振幅ゲインが低下する。

【0052】

このように低域において振幅ゲインが急峻に減衰する高域通過特性を第一実施形態の電流センサ１１乃至１３は有する。

【0053】

図２Ｂに示すように、図２Ａに示した高域通過特性を有する電流センサ１１乃至１３の位相周波数特性については、低域において周波数が低くなるにつれて位相が急激に進む。このように低域で位相誤差が大きくなることによりｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑの測定誤差が大きくなる。

【0054】

この対策として、第一実施形態では、ＨＰＦ部４２Ａ及び４２Ｂの周波数特性（フィルタ特性）が、共に、図２Ａ及び図２Ｂに示した電流センサ１１乃至１３の高域通過特性と同等の周波数特性となるよう設計されている。

【0055】

具体例としては、ＨＰＦ部４２Ａ及び４２Ｂの周波数特性は、周波数特性を規定するたに用いられるカットオフ周波数、次数及びＱ値といった規定パラメータが電流センサ１１乃至１３の規定パラメータと同等の数値となるよう調整される。

【0056】

次に、電流測定システム１の動作について図３を参照して説明する。

【0057】

図３は、電流測定システム１による電流測定方法の処理手順例を示すフローチャートである。

【0058】

ステップＳ１において電流センサ１１乃至１３は、モータ２に流れる三相電流Ｉｕ乃至Ｉｗを検出する。

【0059】

ステップＳ２において処理部４０は、レゾルバ２０の出力信号に基づいてモータ２の回転角θの正弦成分ｓｉｎθ及び余弦成分ｃｏｓθを取得する。具体的には、処理部４０の同期検波部４１が、レゾルバ２０の出力信号に含まれる励起信号Ｖｅｘ、正弦検出信号Ｖｓｉｎ及び余弦検出信号Ｖｃｏｓを用いて正弦成分ｓｉｎθ及び余弦成分ｃｏｓθを抽出する。

【0060】

ステップＳ３において処理部４０は、電流センサ１１乃至１３の高域通過特性に相当する周波数特性を有するフィルタとしてＨＰＦ部４２Ａ及び４２Ｂを用いて、正弦成分ｓｉｎθ及び余弦成分ｃｏｓθにフィルタ処理を施す。

【0061】

具体的には、処理部４０において、正弦成分ｓｉｎθがＨＰＦ部４２Ａに入力されてそのＨＰＦ部４２Ａからフィルタ処理後の正弦成分ｓｉｎ（θｃ）が出力される。これと共に、余弦成分ｃｏｓθがＨＰＦ部４２Ｂに入力されてそのＨＰＦ部４２Ｂからフィルタ処理後の余弦成分ｃｏｓ（θｃ）が出力される。

【0062】

ステップＳ４において処理部４０は、フィルタ処理後の正弦成分ｓｉｎ（θｃ）及び余弦成分ｃｏｓ（θｃ）を合成して回転角の合成値θｃを取得する。具体的には、処理部４０の回転角算出部４３が、例えば上式（５）に従って、回転角の合成値θｃを算出する。

【0063】

ステップＳ５において処理部４０は、フィルタ処理後の正弦成分ｓｉｎ（θｃ）及び余弦成分ｃｏｓ（θｃ）を合成して得られる回転角の合成値θｃと、電流センサ１１乃至１３により検出される三相電流Ｉｕ乃至Ｉｗの検出値とを取得する。そして処理部４０は、取得した回転角の合成値θｃと三相電流Ｉｕ乃至Ｉｗの検出値とに基づいてｄ軸及びｑ軸の電流Ｉｄ及びＩｑを測定する。

【0064】

具体的には、処理部４０の座標変換部４４が、例えば上式（４）の回転角θ及び三相電流Ｉｕ乃至Ｉｗに対し、合成値θｃ及び電流センサ１１乃至１３の検出値を代入してｄ軸電流Ｉｄの測定値及びｑ軸電流Ｉｑの測定値を演算する。その後、処理部４０は、例えば上式（６）を利用して、演算した測定値に基づきモータ２のトルクを推定する。

【0065】

ステップＳ５の処理が完了すると、図３に示した電流測定方法についての一連の処理手順が終了する。

【0066】

次に、電流測定システム１により得られる測定結果の精度について図４を参照して説明する。

【0067】

図４は、処理部４０によって演算されるｄ軸電流Ｉｄの測定誤差を示す図である。図４では、横軸が三相電流Ｉｕ乃至Ｉｗの周波数を示し、縦軸が測定誤差を示す。測定誤差については、電流センサ１１乃至１３に起因する位相誤差が生じない理想的な電流測定システムでの測定結果を基準としている。

【0068】

図４には、第一実施形態に係る電流測定システム１での測定誤差の周波数特性が実線により示され、電流測定システム１のうちＨＰＦ部４２Ａ及び４２Ｂのみ取り除いた一般的な構成での測定誤差の周波数特性が破線により示されている。

【0069】

第一実施形態の測定誤差は、低域において三相電流Ｉｕ乃至Ｉｗの検出値に含まれる位相誤差が小さくなるようＨＰＦ部４２Ａ及び４２Ｂにより回転角の合成値θｃが調整される。これにより、図４に示すように、第一実施形態の測定誤差は低域において一般的な構成での測定誤差に比べて小さくなっている。

【0070】

図４にはｄ軸電流Ｉｄの測定誤差に対する周波数特性が示されているが、ｑ軸電流Ｉｑについても同様の周波数特性となる。このため、同期検波部４１と回転角算出部４３との間にＨＰＦ部４２Ａ及び４２Ｂを配置することにより、低域においてｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑの測定誤差が低減される。

【0071】

次に、第一実施形態による作用効果について説明する。

【0072】

第一実施形態の電流測定方法は、交流電動機としてのモータ２に流れる三相電流Ｉｕ乃至Ｉｗを検出する複数の電流センサ１１乃至１３と、モータ２の回転角θを検出する角度センサとして機能するレゾルバ２０と、を用いてモータ２におけるｄ軸及びq軸の電流を測定する。三相電流Ｉｕ乃至Ｉｗを検出する電流センサ１１乃至１３は、図２Ａ及び図２Ｂに示すような高域通過特性を有する。

【0073】

上記の電流測定方法は、レゾルバ２０の出力信号に基づいて回転角θの正弦成分ｓｉｎθ及び余弦成分ｃｏｓθを取得する取得ステップ（Ｓ２）と、正弦成分ｓｉｎθ及び余弦成分ｃｏｓθに対し、電流センサ１１乃至１３の高域通過特性に相当する周波数特性を有するフィルタを用いてフィルタ処理を施す処理ステップ（Ｓ３）と、を含む。さらに電流測定方法は、フィルタ処理後の正弦成分ｓｉｎ（θｃ）及び余弦成分ｃｏｓ（θｃ）を合成して得られる回転角の合成値θｃと複数の電流センサ１１乃至１３により検出される三相電流Ｉｕ乃至Ｉｗの検出値とに基づいてｄ軸及びｑ軸の電流を測定する測定ステップ（Ｓ５）を含む。

【0074】

また、第一実施形態のプログラムは、複数の電流センサ１１乃至１３の出力信号、及びレゾルバ２０の出力信号を取得するコンピュータに、上述した取得ステップ（Ｓ２）、処理ステップ（Ｓ３）及び測定ステップ（Ｓ５）を実行させる。

【0075】

また、第一実施形態の電流測定システム１は、複数の電流センサ１１乃至１３と、レゾルバ２０と、同期検波部４１と、ＨＰＦ部４２Ａ及び４２Ｂと、座標変換部４４と、を含む。

【0076】

上記の電流測定システム１において、同期検波部４１は、レゾルバ２０の出力信号に基づいて回転角の正弦成分ｓｉｎθ及び余弦成分ｃｏｓθを取得する取得手段として機能する。また、ＨＰＦ部４２Ａ及び４２Ｂは、正弦成分ｓｉｎθ及び余弦成分ｃｏｓθに対し、電流センサ１１乃至１３の高域通過特性に相当する周波数特性を有するフィルタを用いてフィルタ処理を施す処理手段として機能する。さらに座標変換部４４は、フィルタ処理後のｓｉｎ（θｃ）及び余弦成分ｃｏｓ（θｃ）を合成して得られる回転角の合成値θｃと複数の電流センサ１１乃至１３により検出される三相電流Ｉｕ乃至Ｉｗの検出値とに基づいてｄ軸及びｑ軸の電流を測定する測定手段として機能する。

【0077】

これらの構成によれば、回転角の正弦成分ｓｉｎθ及び余弦成分ｃｏｓθに対して電流センサ１１乃至１３の高域通過特性に相当する周波数特性のフィルタ処理が施される。これにより、フィルタ処理後の回転角のｓｉｎ（θｃ）及び余弦成分ｃｏｓ（θｃ）の合成値θｃには、電流センサ１１乃至１３による低域での位相誤差が加味される。

【0078】

それゆえ、位相誤差が加味された回転角の合成値θｃを用いて三相電流Ｉｕ乃至Ｉｗをｄ軸及びｑ軸の電流Ｉｄ及びＩｑに変換する際に、三相電流Ｉｕ乃至Ｉｗの検出値に含まれる位相誤差が回転角の合成値θｃによって相殺される。それゆえ、ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑの測定誤差を低減することができる。

【0079】

このように、第一実施態様によれば、高域通過特性を有する電流センサ１１乃至１３を用いてモータ２のｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑを精度よく測定することができる。

【0080】

また、第一実施形態の電流センサ１１乃至１４は、ロゴスキーコイル１０Ａを含む。

【0081】

ロゴスキーコイル１０Ａを採用することにより、モータ２に接続される三本の電線間のスペースが狭い状況であっても、電流センサ１１乃至１３の各々を通すことが可能となる。例えば、モータ２及びインバータ３などを一体化した駆動ユニットにおいて電線間の隙間が狭いような状況でも電流センサ１１乃至１３をそれぞれ電線の周囲に環状に配設することが可能となる。

【0082】

また、ロゴスキーコイル１０Ａを採用することにより、電流センサ１１乃至１３に可撓性を持たせやすくなるので、電線間に電流センサ１１乃至１３の各々を通す際に周囲の部材を傷つけることを抑えることができる。

【0083】

また、第一実施形態の電流測定方法において、取得ステップ（Ｓ２）、処理ステップ（Ｓ３）及び測定ステップ（Ｓ５）は、一又は複数のハードウェアにより実行される。

【0084】

この構成によれば、リアルタイムでｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑを精度よく測定することが可能となる。したがって、ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑの測定値に基づくモータ２のトルク制御を実現したり、モータ２の異常を検知して即座にモータ２を停止したりすることが可能となる。

【0085】

また、第一実施形態の電流測定方法において、取得ステップ（Ｓ２）、処理ステップ（Ｓ３）及び測定ステップ（Ｓ５）を実行するハードウェアは、図１に示すように、デジタル回路である。

【0086】

この構成によれば、アナログ回路が不要になるので、信号処理が容易となる。したがって、上記ハードウェアを簡素な回路構成にしつつ、不具合が生じ得る箇所を削減することができる。

【0087】

一方、取得ステップ（Ｓ２）、処理ステップ（Ｓ３）及び測定ステップ（Ｓ５）を実行するハードウェアとしては、デジタル回路に代えてアナログ回路が採用されてもよい。この場合には、デジタル処理に起因するサンプリング誤差が生じないため、デジタル回路に比べて測定精度の低下を抑制することができる。

【0088】

また、第一実施形態の電流測定方法において、取得ステップ（Ｓ２）、処理ステップ（Ｓ３）及び測定ステップ（Ｓ５）は、ハードウェアに代えてソフトウェアにより実行されてもよい。

【0089】

この構成によれば、ハードウェアが不要となる。したがって、ハードウェアを採用する場合に比べて電流測定方法の実施に要するコストを削減することができる。

【0090】

なお、第一実施形態では電流センサ１１乃至１３及びＨＰＦ部４２Ａ及び４２Ｂの高域通過特性の一例を図３Ａ及び図３Ｂに示したが、高域通過特性は、これに限られるものではない。

【0091】

次に、電流センサ１１乃至１３及びＨＰＦ部４２Ａ及び４２Ｂの高域通過特性の変形例について図５Ａ及び図５Ｂを参照して説明する。

【0092】

図５Ａは、電流センサ１１乃至１３及びＨＰＦ部４２Ａ及び４２Ｂの振幅ゲイン周波数特性の他の例を示す図である。図５Ｂは、図５Ａに示した振幅ゲイン周波数特性に対応する位相周波数特性を示す図である。

【0093】

図５Ａ及び図５Ｂには、フィルタのカットオフ周波数を１０［Ｈｚ］とし、次数を１次とし、Ｑ値を０．５として設計された周波数特性が示されている。

【0094】

図５Ａに示すように、周波数が約１０［Ｈｚ］よりも高い高域の周波数帯域においては振幅ゲインが一定であり、周波数が約１０［Ｈｚ］よりも低い低域の周波数帯域においては、周波数が低くなるにつれて振幅ゲインが低下する。

【0095】

図５Ｂに示すように、図５Ａに示した高域通過特性を有する電流センサ１１乃至１３の位相周波数特性についても、低域において周波数が低くなるにつれて位相が進む。

【0096】

本変形例においても、ＨＰＦ部４２Ａ及び４２Ｂの周波数特性は、図５Ａ及び図５Ｂに示した電流センサ１１乃至１３の高域通過特性と同等の周波数特性となるよう設計される。具体的には、ＨＰＦ部４２Ａ及び４２Ｂの周波数特性が電流センサ１１乃至１３の規定パラメータと同等の数値となるように設計される。

【0097】

次に、第二実施形態の構成について図６を参照して説明する。

【0098】

図６は、第二実施形態の電流測定システム１Ａの構成を示す図である。

【0099】

電流測定システム１Ａは、図１に示した電流測定システム１を構成するレゾルバ２０、ＡＤ変換器３３乃至３６、及び処理部４０に代えて、ロータリエンコーダ２１及び処理部４０Ａを備えている。処理部４０Ａは、処理部４０の同期検波部４１に代えてパルス変換部４１Ａ及び分離部４１Ｂを備えている。

【0100】

電流測定システム１Ａのうち他の構成については、第一実施形態の電流測定システム１と同一の構成である。このため、ここでは、第一実施形態とは異なるロータリエンコーダ２１、パルス変換部４１Ａ及び分離部４１Ｂについてのみ説明する。

【0101】

ロータリエンコーダ２１は、モータ２の回転角を検出する角度センサとして機能する。

【0102】

ロータリエンコーダ２１は、公知の構成であり、例えば、一又は複数の発光素子を有する発光部と、Ａ相信号、Ｂ信号及びＺ相信号用のスリットを有しモータ２の回転軸と共に回転するディスクと、ディスクを通過する光を検出する受光部と、を含む。ロータリエンコーダ２１は、パルス列のＡ相信号、Ｂ相信号及びＺ相信号をそれぞれ出力する。

【0103】

パルス変換部４１Ａ及び分離部４１Ｂは、ロータリエンコーダ２１の出力信号に基づいて回転角θのｓｉｎθ及び余弦成分ｃｏｓθを取得する取得手段として機能する。

【0104】

パルス変換部４１Ａは、Ａ相信号、Ｂ相信号及びＺ相信号をモータ２の回転角θに変換する。パルス変換部４１Ａは、変換された回転角θを分離部４１Ｂに出力する。

【0105】

分離部４１Ｂは、パルス変換部４１Ａから出力された回転角θを正弦成分ｓｉｎθ及び余弦成分ｃｏｓθに分離する。分離部４１Ｂは、分離された正弦成分ｓｉｎθ及び余弦成分ｃｏｓθをそれぞれＨＰＦ部４２Ａ及び４２Ｂに出力する。

【0106】

このように、ロータリエンコーダ２１を採用することにより、第一実施形態と同様、モータ２の回転角θの正弦成分ｓｉｎθ及び余弦成分ｃｏｓθを取得することができる。

【0107】

これにより、ＨＰＦ部４２Ａ及び４２Ｂにおいて電流センサ１１乃至１３の高域通過特性に相当する周波数特性のフィルタ処理が正弦成分ｓｉｎθ及び余弦成分ｃｏｓθに施される。そして回転角算出部４３において、フィルタ処理後の正弦成分ｓｉｎ（θｃ）及び余弦成分ｃｏｓ（θｃ）を合成した回転角の合成値θｃが算出される。

【0108】

したがって、第二実施形態においても、第一実施形態と同様、電流センサ１１乃至１３による三相電流Ｉｕ乃至Ｉｗの検出値の位相誤差成分が回転角の合成値θｃにより抑制される。これにより、ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑを精度よく測定することができる。

【0109】

以上、本発明の各実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

【0110】

例えば、上記実施形態では角度センサとしてレゾルバ２０及びロータリエンコーダ２１を例に挙げたが、モータ２の回転角θを検出するものであれば、これらに限られるものではない。

【0111】

また、上記実施形態では電流センサ１１乃至１３としてロゴスキーコイル１０Ａを例に挙げたが、高域通過特性を有するものであれば、これらに限られるものではない。

【符号の説明】

【0112】

１、１Ａ 電流測定システム
１０Ａ ロゴスキーコイル
１１～１３ 電流センサ
２０ レゾルバ（角度センサ）
２１ ロータリエンコーダ（角度センサ）
４０、４０Ａ 処理部（ハードウェア）
４１ 同期検波部（取得手段）
４１Ａ、４１Ｂ パルス変換部、分離部（取得手段）
４２Ａ、４２Ｂ ＨＰＦ部（処理手段）
４４ 座標変換部（測定手段）
Ｓ２、Ｓ３、Ｓ５（取得ステップ、処理ステップ、測定ステップ）

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6】