特許 7524842 電動機の制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-22

(45)【発行日】2024-07-30

(54)【発明の名称】電動機の制御装置

(51)【国際特許分類】

   H02P 21/24 20160101AFI20240723BHJP

   H02P 21/06 20160101ALI20240723BHJP

   H02P 21/34 20160101ALI20240723BHJP

【ＦＩ】

H02P21/24

H02P21/06

H02P21/34

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2021107176

(22)【出願日】2021-06-29

(65)【公開番号】P2023005339

(43)【公開日】2023-01-18

【審査請求日】2023-09-18

(73)【特許権者】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(74)【代理人】

【識別番号】110004185

【氏名又は名称】インフォート弁理士法人

(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】井手 徹

(72)【発明者】

【氏名】朝比奈 和希

(72)【発明者】

【氏名】名和 政道

【審査官】池田 貴俊

(56)【参考文献】

【文献】特開平１０－２６２３９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１５８３３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－１１２９３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０９０５４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／０３１２８８１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｐ ２１／２４

Ｈ０２Ｐ ２１／０６

Ｈ０２Ｐ ２１／３４

(57)【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回路と、
前記電動機に設けられる回転角センサの出力値により前記電動機の回転子の第１の位置を算出する第１の位置算出部と、
前記電動機に流れる電流により求められる誘起電圧を用いて前記回転子の第２の位置を算出する第２の位置算出部と、
前記第１の位置と前記第２の位置との差を記憶する記憶部と、
前記回転子の低回転時、前記第１の位置と前記差との和を第３の位置とし、前記回転子の高回転時、前記第２の位置を前記第３の位置とする補正部と、
前記第３の位置により前記電動機に流れる電流をｄ軸電流及びｑ軸電流に変換する電流変換部と、
前記第３の位置により前記回転子の回転数を算出する回転数算出部と、
前記回転数算出部により算出される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軸電流と前記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、
前記第３の位置により前記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、
を備えることを特徴とする電動機の制御装置。

【請求項2】

請求項１に記載の電動機の制御装置であって、
前記第２の位置算出部は、位置推定系の伝達関数の極から求められる設計パラメータをＫ _１、Ｋ _２、Ｋ _３とし、前記ｄ軸電圧指令値をＶｄとし、前記ｑ軸電圧指令値をＶｑとし、前記電動機の抵抗成分をＲとし、前記ｄ軸電流または前記ｄ軸電流指令値をＩｄとし、前記ｑ軸電流または前記ｑ軸電流指令値をＩｑとし、前記回転数をωとし、前記電動機のｑ軸インダクタンスをＬｐとする場合、下記式１０を計算することにより、前記第２の位置としてのθ＾を算出する

【数10】

ことを特徴とする電動機の制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電動機の動作を制御する制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

電動機の制御装置として、電動機の回転子の低回転時、電動機に設けられる回転角センサの出力値により算出される回転子の位置（予め決められた位置を基準としたときの回転子の位置）に基づいて電動機の動作を制御し、回転子の高回転時、電動機に流れる電流などにより求められる誘起電圧を用いて算出される回転子の位置（制御タイミングに対応する位置を基準としたときの回転子の位置）に基づいて電動機の動作を制御するものがある。これにより、回転子の高回転時、量子化誤差の増加により回転角センサの出力値により算出される回転子の位置の精度が低下しても、量子化誤差の影響が少ない、誘起電圧を用いて算出される回転子の位置に基づいて電動機の動作を制御することができるため、電動機の動作制御の応答性低下を抑制することができる。関連する技術として、特許文献１がある。

【0003】

ところで、予め決められている位置で回転子を停止させているときの回転子の位置を基準として回転角センサの出力値により回転子の位置を算出する場合、停止させているときの回転子の位置が電動機の磁石やコギングの影響により予め決められている位置からずれる可能性がある。

【0004】

そのため、上記制御装置では、停止させているときの回転子の位置が予め決められている位置からずれている場合、回転子の低回転時において、回転角センサの出力値により算出される回転子の位置の精度が低下するおそれがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２００６－１６６６７７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明の一側面に係る目的は、電動機の制御装置において、電動機の回転子の回転数によらず、回転子の位置を精度よく算出することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係る一つの形態である電動機の制御装置は、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回路と、前記電動機に設けられる回転角センサの出力値により前記電動機の回転子の第１の位置を算出する第１の位置算出部と、前記電動機に流れる電流により求められる誘起電圧を用いて前記回転子の第２の位置を算出する第２の位置算出部と、前記第１の位置と前記第２の位置との差を記憶する記憶部と、前記回転子の低回転時、前記第１の位置と前記差との和を第３の位置とし、前記回転子の高回転時、前記第２の位置を前記第３の位置とする補正部と、前記第３の位置により前記電動機に流れる電流をｄ軸電流及びｑ軸電流に変換する電流変換部と、前記第３の位置により前記回転子の回転数を算出する回転数算出部と、前記回転数算出部により算出される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軸電流と前記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、前記第３の位置により前記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。

【0008】

これにより、回転子の低回転時、誘起電圧を用いて算出される位置と回転角センサの出力値により算出される位置との差を用いて回転角センサの出力値により算出される回転子の位置を補正し、その補正後の位置を第３の位置とすることができるため、量子化誤差及び電動機の磁石やコギングの影響が少ない位置を算出することができる。また、回転子の高回転時、誘起電圧を用いて算出される回転子の位置を第３の位置とすることができるため、量子化誤差及び電動機の磁石やコギングの影響が無い位置を算出することができる。すなわち、回転子の回転数によらず、回転子の位置を精度よく算出することができる。

【0009】

また、前記第２の位置算出部は、位置推定系の伝達関数の極から求められる設計パラメータをＫ _１、Ｋ _２、Ｋ _３とし、前記ｄ軸電圧指令値をＶｄとし、前記ｑ軸電圧指令値をＶｑとし、前記電動機の抵抗成分をＲとし、前記ｄ軸電流または前記ｄ軸電流指令値をＩｄとし、前記ｑ軸電流または前記ｑ軸電流指令値をＩｑとし、前記回転数をωとし、前記電動機のｑ軸インダクタンスをＬｐとする場合、下記式１０を計算することにより、前記第２の位置としてのθ＾を算出するように構成してもよい。

【0010】

【数1】

【0011】

このように、位置推定系の伝達関数を考慮して、第２の位置を算出する構成であるため、例えば、Ｋ_１＝２、Ｋ_２＝３α、Ｋ_３＝α２とする場合、位置推定系の伝達関数の極を、誘起電圧を推定するためのオブザーバの極αと一致させることができる。これにより、回転子の低回転時において、第２の位置を精度よく算出することができるため、回転子の回転数によらず、回転子の位置をさらに精度よく算出することができる。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、電動機の制御装置において、電動機の回転子の回転数によらず、回転子の位置を精度よく算出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】実施形態の電動機の制御装置の一例を示す図である。

【図2】オブザーバ、伝達関数Ｋ（ｓ）、伝達関数Ｐ（ｓ）、速度推定系、及び位置推定系を示すブロック線図である。

【図3】補正部の動作の一例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下図面に基づいて実施形態について詳細を説明する。

【0015】

図１は、実施形態の電動機の制御装置の一例を示す図である。

【0016】

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、表面磁石型同期モータ（Surface Permanent Magnetic Synchronous Motor）などであり、回転角センサＳｐ（レゾルバなど）が設けられているものとする。

【0017】

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。

【0018】

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。

【0019】

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。

【0020】

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。

【0021】

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。

【0022】

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る。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

演算部６は、マイクロコンピュータなどにより構成され、位置算出部７（第１の位置算出部）と、電流変換部８と、位置算出部９（第２の位置算出部）と、補正部１０と、回転数算出部１１と、減算部１２と、トルク指令値算出部１３と、電流指令値出力部１４と、減算部１５と、減算部１６と、電圧指令値算出部１７と、電圧指令値変換部１８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、位置算出部７、電流変換部８、位置算出部９、補正部１０、回転数算出部１１、減算部１２、トルク指令値算出部１３、電流指令値出力部１４、減算部１５、減算部１６、電圧指令値算出部１７、及び電圧指令値変換部１８が構成される。

【0026】

位置算出部７は、電動機Ｍの動作制御開始時、予め決められている位置（例えば、０［ｄｅｇ］）で回転子が停止するように電動機Ｍに電流を流しているときに、回転角センサＳｐの出力値により回転子の位置θsensを算出し、その算出した位置θsensを基準位置θref1（第１の基準位置）として出力する。例えば、位置算出部７は、回転角センサＳｐから出力される電圧をデジタル値に変換し、そのデジタル値を回転子の位置に換算し、その換算した位置を位置θsensとする。

【0027】

また、位置算出部７は、電動機Ｍの動作制御開始後、制御タイミング毎に、基準位置θref1を基準とする回転子の位置θsens（第１の位置）を算出する。

【0028】

電流変換部８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。

【0029】

また、電流変換部８は、補正部１０により補正された位置θ´（第３の位置）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。

【0030】

例えば、電流変換部８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。

【0031】

【数2】

【0032】

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８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８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。

【0033】

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相に流れる電流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８は、補正部１０から出力される位置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。

【0034】

位置算出部９は、ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑに基づいて算出される電動機Ｍの誘起電圧により電動機Ｍの回転子の位置θ＾を算出する。

【0035】

ここで、図２（ａ）は、誘起電圧ｅを外乱としｅ＾を推定した誘起電圧とするときのオブザーバを示すブロック線図である。また、図２（ｂ）は、回転子の実際の位置θと位置θ＾との差である位置誤差Δθから位置誤差推定値Δθ＾までの伝達関数Ｐ（ｓ）と、位置誤差推定値Δθ＾から位置θ＾までの伝達関数Ｋ（ｓ）とを示すブロック線図である。また、図２（ｃ）は、伝達関数Ｐ（ｓ）と、位置誤差推定値Δθ＾が入力されるとともに回転数ω＾が出力される速度推定系と、位置誤差推定値Δθ＾及び回転数ω＾が入力されるとともに位置θ＾が出力される位置推定系とを示すブロック線図である。なお、ｖは回転座標系における電動機Ｍにかかる電圧とし、ｉは回転座標系における電動機Ｍに流れる電流とする。また、Ｒは電動機Ｍの抵抗成分とする。また、Ｉを下記式３とし、Ｊを下記式４とする。また、ｐを微分演算子とする。また、Ｌｄを電動機Ｍのｄ軸インダクタンスとし、Ｌｑを電動機Ｍのｑ軸インダクタンスとする。また、ωを回転数算出部１１により算出される回転数ωとする。また、ｄ軸誘起電圧Ｅｄを下記式５とし、ｑ軸誘起電圧Ｅｑを下記式６とし、位置誤差推定値Δθ＾を下記式７とする。また、Ｖｄはｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊とし、Ｖｑはｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊とする。また、Ｉｄはｄ軸電流Ｉｄまたはｄ軸電流指令値Ｉｄ＊とし、Ｉｑはｑ軸電流Ｉｑまたはｑ軸電流指令値Ｉｑ＊とする。また、伝達関数Ｐ（ｓ）を下記式８とする。また、伝達関数Ｋ（ｓ）を下記式９とする。また、αを図２（ａ）に示すオブザーバの極とする。また、Ｋ _１、Ｋ _２、Ｋ _３は、図２（ｃ）に示す位置推定系の閉ループの極より決められる設計パラメータとする。

【0036】

図２（ａ）～図２（ｃ）において、位置算出部９は、電動機Ｍの動作制御開始時、任意の制御タイミングにおいて算出した位置θ＾を出力する。例えば、位置算出部９は、一定時間経過Ｔｃ毎に繰り返される制御タイミングのうちの任意の制御タイミングにおいて、下記式１０を計算することにより位置θ＾（第２の位置）を算出する。

【0037】

【数3】

【0038】

【数4】

【0039】

Ｅｄ＝Ｖｄ－Ｒ×Ｉｄ＋ω×Ｌｑ×Ｉｑ ・・・式５
Ｅｑ＝Ｖｑ－Ｒ×Ｉｑ＋ω×Ｌｑ×Ｉｄ ・・・式６
Δθ＾＝ｔａｎ^－１（Ｅｄ／Ｅｑ） ・・・式７

【0040】

【数5】

【0041】

【数6】

【0043】

また、位置算出部９は、電動機Ｍの動作制御開始後も、制御タイミング毎に、下記式１０を計算することにより位置θ^（第２の位置）を算出する。

【0044】

【数8】

【0045】

なお、Ｋ_１＝２、Ｋ_２＝３α、Ｋ_３＝α２とする場合、位置推定系の伝達関数Ｋ（ｓ）の極を、オブザーバの極αと一致させることができる。これにより、回転子の低回転時において、位置θ＾を精度よく算出することができる。

【0046】

図１に示す補正部１０は、電動機Ｍの動作制御開始時、位置算出部７から出力される位置θsensと、位置算出部９から出力される位置θ＾との差θoffsetを求め、その差θoffsetを記憶部４に記憶する。

【0047】

また、補正部１０は、電動機Ｍの動作制御開始後、回転子が低回転であると判断すると、記憶部４に記憶される差θoffsetを用いて、位置算出部７から出力される位置θsensを補正する。すなわち、補正部１０は、回転子が低回転であると判断すると、位置θsensと差θoffsetとの和を補正後の位置θsensとする。

【0048】

また、補正部１０は、電動機Ｍの動作制御開始後、回転子が低回転であると判断すると、補正後の位置θsensを用いて、位置算出部９から出力される位置θ＾を補正し、その補正後の位置θ＾を位置θ´として出力する。すなわち、補正部１０は、回転子の低回転時、位置θ＾を位置θsensと差θoffsetとの和に替えることにより位置θ＾を位置θ´として補正する。

【0049】

また、補正部１０は、電動機Ｍの動作制御開始後、回転子が高回転であると判断すると、位置算出部９から出力される位置θ＾を用いて、位置算出部７から出力される位置θsensを補正し、その補正後の位置θsensを位置θ´として出力する。すなわち、補正部１０は、回転子の高回転時、位置θsensを位置θ＾に替えることにより位置θsensを位置θ´として補正する。

【0050】

なお、補正部１０は、電動機Ｍの制御周波数（１／一定時間Ｔｃ）を、回転数算出部１１により算出される回転数ωを周波数に換算したもので除算した結果が閾値ｆｔｈ１以上である場合、回転子が低回転であると判断する。

【0051】

または、補正部１０は、回転数ωを周波数に換算したものを、電動機Ｍの制御周波数で除算した結果が閾値ｆｔｈ２以下である場合、回転子が低回転であると判断する。

【0052】

または、補正部１０は、回転数ωが閾値ωｔｈ以下である場合、回転子が低回転であると判断する。

【0053】

また、補正部１０は、電動機Ｍの制御周波数を、回転数ωを周波数に換算したもので除算した結果が閾値ｆｔｈ１より小さい場合、回転子が高回転であると判断する。

【0054】

または、補正部１０は、回転数ωを周波数に換算したものを、電動機Ｍの制御周波数で除算した結果が閾値ｆｔｈ２より大きい場合、回転子が高回転であると判断する。

【0055】

または、補正部１０は、回転数ωが閾値ωｔｈより大きい場合、回転子が高回転であると判断する。

【0056】

回転数算出部１１は、補正部１０により補正された位置θ´により回転子の回転数ωを算出する。例えば、回転数算出部１１は、位置θ´を、演算部６を構成するマイクロコンピュータのクロック周期などで除算した結果を回転数ωとする。

【0057】

減算部１２は、外部から入力される回転数指令値ω＊と回転数算出部１１により算出される回転数ωとの回転数差Δωを算出する。

【0058】

トルク指令値算出部１３は、減算部１２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１３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＊とする。

【0059】

電流指令値出力部１４は、トルク指令値算出部１３により算出されるトルク指令値Ｔ＊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。例えば、電流指令値出力部１４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＊を出力する。なお、電流指令値出力部１４にトルク指令値算出部１３の機能を含ませてもよい。すなわち、電流指令値出力部１４は、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＊を出力するように構成してもよい。

【0060】

減算部１５は、電流指令値出力部１４から出力されるｄ軸電流指令値Ｉｄ＊と、電流変換部８から出力されるｄ軸電流Ｉｄとの差ΔＩｄを算出する。

【0061】

減算部１６は、電流指令値出力部１４から出力されるｑ軸電流指令値Ｉｑ＊と、電流変換部８から出力されるｑ軸電流Ｉｑとの差ΔＩｑを算出する。

【0062】

電圧指令値算出部１７は、減算部１５から出力される差ΔＩｄ及び減算部１６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１７は、下記式１１によりｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊を算出するとともに、下記式１２によりｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を算出する。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は回転数算出部１１により算出される回転数とし、Ｋｅは誘起電圧定数とする。

【0063】

ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊＝Ｋｐ×差ΔＩｄ＋∫（Ｋｉ×差ΔＩｄ）－ωＬｑＩｑ・・・式１１
ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊＝Ｋｐ×差ΔＩｑ＋∫（Ｋｉ×差ΔＩｑ）＋ωＬｄＩｄ＋ωＫｅ・・・式１２

【0064】

電圧指令値変換部１８は、補正部１０により補正された位置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１８は、下記式１３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。

【0065】

【数9】

【0066】

図３は、補正部１０の動作の一例を示すフローチャートである。

【0067】

まず、補正部１０は、電動機Ｍの動作制御開始指示が演算部６に入力されると（ステップＳ１１：Ｙｅｓ）、差θoffsetを求め、その差θoffsetを記憶部４に記憶する（ステップＳ１２）。

【0068】

次に、補正部１０は、電動機Ｍの動作制御開始後、回転子が低回転であると判断すると（ステップＳ１３：Ｙｅｓ）、差θoffsetを用いて位置θsensを補正するとともに補正後の位置θsensを用いて位置θ＾を補正する（ステップＳ１４）。

【0069】

一方、補正部１０は、電動機Ｍの動作制御開始後、回転子が高回転であると判断すると（ステップＳ１３：Ｎｏ）、位置θ＾を用いて位置θsensを補正する（ステップＳ１５）。

【0070】

また、補正部１０は、電動機Ｍの動作制御終了指示が演算部６に入力されていない場合（ステップＳ１６：Ｎｏ）、ステップＳ１３、Ｓ１４の処理、または、ステップＳ１３、Ｓ１５の処理を繰り返し実行する。

【0071】

一方、補正部１０は、電動機Ｍの動作制御終了指示が演算部６に入力されると（ステップＳ１６：Ｙｅｓ）、位置θ＾または位置θsensの補正処理を終了する。

【0072】

このように、実施形態の制御装置１は、回転子の低回転時、差θoffsetを用いて、回転角センサＳｐの出力値により算出される位置θsensを補正し、その補正後の位置θsensを位置θ´として算出する構成である。すなわち、回転子の低回転時、誘起電圧を用いて算出される位置の基準位置を基準として位置θsensを算出し、その位置θsensを位置θ´として算出する構成である。これにより、量子化誤差及び電動機Ｍの磁石やコギングの影響が少ない位置θ´を算出することができるため、回転子の低回転時において回転子の位置を精度よく算出することができる。

【0073】

また、実施形態の制御装置１は、回転子の高回転時、誘起電圧を用いて算出される位置θ＾を位置θ´として算出する構成である。これにより、量子化誤差及び電動機Ｍの磁石やコギングの影響が無い位置θ´を算出することができるため、回転子の高回転時において回転子の位置を精度よく算出することができる。

【0074】

すなわち、実施形態の制御装置１によれば、回転子の回転数によらず、回転子の位置θ´を精度よく算出することができるため、電動機Ｍの動作制御の応答性を向上させることができる。

【0075】

また、実施形態の制御装置１は、位置推定系の伝達関数Ｋ（ｓ）（上記式９）を考慮して、位置θ＾を算出する構成である。上述したように、Ｋ_１＝２、Ｋ_２＝３α、Ｋ_３＝α２とする場合、位置推定系の伝達関数Ｋ（ｓ）の極を、オブザーバの極αと一致させることができるため、回転子の高回転時だけでなく低回転時においても、位置θ＾を精度よく算出することができる。すなわち、回転子の回転数によらず、位置θ´をさらに精度よく算出することができる。

【0076】

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。

【符号の説明】

【0077】

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 位置算出部
８ 電流変換部
９ 位置算出部
１０ 補正部
１１ 回転数算出部
１２ 減算部
１３ トルク指令値算出部
１４ 電流指令値出力部
１５ 減算部
１６ 減算部
１７ 電圧指令値算出部
１８ 電圧指令値変換部
Ｐ 電源
Ｃ コンデンサ
Ｓｐ 回転角センサ
Ｓｅ１ 電流センサ
Ｓｅ２ 電流センサ

【図1】

【図2】

【図3】