特許 7619122 回転電機の制御装置

(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】2025-01-14

(45)【発行日】2025-01-22

(54)【発明の名称】回転電機の制御装置

(51)【国際特許分類】

   H02P 27/06 20060101AFI20250115BHJP

   H02P 6/16 20160101ALI20250115BHJP

【ＦＩ】

H02P27/06

H02P6/16

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2021055432

(22)【出願日】2021-03-29

(65)【公開番号】P2022152604

(43)【公開日】2022-10-12

【審査請求日】2023-12-19

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000017

【氏名又は名称】弁理士法人アイテック国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】瀬戸 嘉朗

【審査官】三島木 英宏

(56)【参考文献】

【文献】特開２００２－２３８２７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－１９７７６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１２１４２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－２０２７１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０１７４０８５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００７－１７５１３５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｐ ２７／０６

Ｈ０２Ｐ ６／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

インバータにより駆動される回転電機の回転軸に取り付けられたレゾルバのオフセット値を力率を用いて補正する回転電機の制御装置であって、
トルク指令に基づく力率指令と計測値に基づく制御力率との差分が小さくなるように前記オフセット値を補正する、
回転電機の制御装置。

【請求項2】

請求項１記載の回転電機の制御装置であって、
前記トルク指令と前記力率指令との関係を予め定めた力率指令設定用マップを用いて前記力率指令を取得する、
回転電機の制御装置。

【請求項3】

請求項２記載の回転電機の制御装置であって、
前記力率指令設定用マップは、前記回転電機の回転数と前記インバータのキャリア周波数と前記インバータに入力される直流電力の電圧とのうちの少なくとも１つと前記トルク指令と前記力率指令との関係を予め定めたマップである、
回転電機の制御装置。

【請求項4】

請求項１ないし３のうちのいずれか１つの請求項に記載の回転電機の制御装置であって、
前記回転電機に流れる電流と前記レゾルバからの信号に基づいて演算される電流位相と、電流フィードバック制御により得られるｄ軸電圧およびｑ軸電圧による電圧位相と、により前記制御力率を計算する、
回転電機の制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回転電機の制御装置に関し、詳しくは、レゾルバを備える回転電機の制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、この種の回転電機の制御装置としては、レゾルバの回転速度が一定のときに特定された複数の時点において取得された回転位置データに基づいてレゾルバの補正パラメータを算出するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この制御装置では、補正パラメータは、レゾルバが任意の回転速度で回転している時に取得された任意の値の回転位置データおよびレゾルバの回転が停止している時に取得された任意の値の回転位置データに適用可能なように算出しており、これにより、レゾルバの回転位置をより良好な精度で検出できるようにしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００９－００８５３６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、上述の回転電機の制御装置では、レゾルバの回転速度が一定のときに補正パラメータを算出するから、補正パラメータを精度良く算出するためには、レゾルバの回転速度を精度良く一定に保つ必要がある。このため、自動車などに搭載された場合、通常の使用時にはレゾルバの回転速度を一定に保つ場合が少なく、補正パラメータを精度良く算出する機会が少なくなり、レゾルバの回転位置を精度良く検出することができない場合が生じる。

【0005】

本発明の回転電機の制御装置は、レゾルバのオフセット値を補正する機会を多くし、レゾルバの回転位置をより精度良く検出することができるようにすることを主目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の回転電機の制御装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

【0007】

本発明の回転電機の制御装置は、
インバータにより駆動される回転電機の回転軸に取り付けられたレゾルバのオフセット値を補正する回転電機の制御装置であって、
力率を用いて前記レゾルバの前記オフセット値を補正する、
ことを特徴とする。

【0008】

本発明の回転電機の制御装置では、力率を用いてオフセット値を補正する。このため、レゾルバの回転速度が一定のときに補正するものに比して、レゾルバのオフセット値を補正する機会を多くすることができる。この結果、レゾルバの回転位置をより精度良く検出することができる。ここで、力率は、電圧位相と電流位相との差分に対する余弦（ｃｏｓ（電圧位相－電流位相））である。

【0009】

こうした本発明の回転電機の制御装置において、トルク指令に基づく力率指令と計測値に基づく制御力率との差分が小さくなるように前記オフセット値を補正するものとしてもよい。こうすれば、より適正にオフセット値を補正することができる。ここで、力率指令はトルク指令に対する力率（指令値としての力率）であり、制御力率は計測値により演算される力率である。

【0010】

本発明の回転電機の制御装置において、前記トルク指令と前記力率指令との関係を予め定めた力率指令設定用マップを用いて前記力率指令を取得するものとしてもよい。こうすれば、力率指令を迅速に且つ簡易に得ることができ、延いてはオフセット値を迅速に且つ簡易に補正することができる。この場合、前記力率指令設定用マップは、前記回転電機の回転数と前記インバータのキャリア周波数と前記インバータに入力される直流電力の電圧とのうちの少なくとも１つと前記トルク指令と前記力率指令との関係を予め定めたマップであるものとしてもよい。こうすれば、オフセット値をより適正に補正することができる。

【0011】

本発明の回転電機の制御装置において、前記回転電機に流れる電流と前記レゾルバからの信号に基づいて演算される電流位相と、電流フィードバック制御により得られるｄ軸電圧およびｑ軸電圧による電圧位相と、により前記制御力率を計算するものとしてもよい。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の一実施例としての回転電機の制御装置３０が組み込まれた駆動装置２０の構成の概略を示す構成図である。

【図2】レゾルバ２８のオフセット値ＯＦを説明する説明図である。

【図3】レゾルバ２８のオフセット値を補正する制御を実行する際の制御装置３０の機能ブロックの一例を示す制御ブロック図である。

【図4】力率指令設定用マップの一例を示す説明図である。

【図5】変形例の力率指令設定用マップの一例を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

【実施例】

【0014】

図１は、本発明の一実施例としての回転電機の制御装置３０が組み込まれた駆動装置２０の構成の概略を示す構成図である。駆動装置２０は、直流電源２２と、インバータ２４と、モータ２６と、レゾルバ２８と、制御装置３０と、を備える。

【0015】

直流電源２２は、バッテリなどの蓄電装置などが相当し、バッテリからの直流電力の電圧を昇圧して出力する昇圧回路を有するものとしてもよい。

【0016】

モータ２６は、例えば同期発電電動機や誘導モータなど種々の三相交流モータが相当し、インバータ２４から印加されるｕｖｗ相の三相電流が印加されることにより駆動する。インバータ２４は、周知のインバータ回路として構成されている。

【0017】

レゾルバ２８は、モータ２６の回転軸に連結された楕円形状のロータと、発振回路から励磁信号として交流電流が印加される励磁コイルや電気的に９０度ずれて（位相差が９０度となるよう）配置された２つの出力コイルを内蔵する磁性体としてのステータ１２８と、を有する周知のレゾルバとして構成されている。レゾルバは、２つの出力コイルにより検出される正弦波状のｓｉｎ信号と余弦波状のｃｏｓ信号をレゾルバ信号として出力する。

【0018】

制御装置３０は、図示しないＣＰＵを中心とする周知のマイクロコンピュータとして構成されており、図示しないが、ＣＰＵの他にプログラムなどが記憶されたＲＯＭや、データを一時的に記憶するＲＡＭ、フラッシュメモリ、入力回路、出力回路などを備える。制御装置３０には、インバータ２４からモータ２６に印加される３相電流のうちのｖ相の電ラインに取り付けられた電流センサ２５ｖからのｖ相電流Ｉｖや、同じくｗ相の電ラインに取り付けられた電流センサ２５ｗからのｗ相電流Ｉｗ、レゾルバ２８からのレゾルバ信号、モータトルク指令などが入力回路を介して入力されている。レゾルバ信号の入力回路としては、ｓｉｎ信号やｃｏｓ信号をデジタル信号に変換するＡＤコンバータや、ＡＤコンバータからのｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号からレゾルバ角φを演算するＲＤコンバータなどによる周知のレゾルバ入力回路として構成されている。また、制御装置２０からは、インバータ２４の各スイッチング素子をスイッチングするスイッチング制御信号が出力回路から出力されている。制御装置２０では、３相交流のうちのｕ相の電力ラインに流れるｕ相電流Ｉｕについては、ｖ相電流Ｉｖとｗ相電流Ｉｗとを用いてＩｕ＋Ｉｖ＋Ｉｗ＝０により計算している。また、制御装置２０では、レゾルバ角φに対してオフセット値ＯＦとオフセット補正値Ｆとを用いて修正レゾルバ角φを計算し、トルク指令を用いてインバータ２４の各スイッチング素子をスイッチングするスイッチング制御信号を生成する際に用いている。オフセット値ＯＦは、図２に示すように、製造誤差や取り付け誤差などにより制御上のｄ軸およびｑ軸に対して生じている回転角度誤差である。

【0019】

次に、こうして構成された駆動装置２０の制御装置３０によりレゾルバ２８のオフセット値ＯＦを補正する制御について説明する。図３は、レゾルバ２８のオフセット値ＯＦを補正する制御を実行する際の制御装置３０の機能ブロックの一例を示す制御ブロック図である。制御装置２０は、機能ブロックとして、力率指令演算部３２と、制御力率演算部３４と、減算器３６と、ＰＩ制御器３８とを備える。

【0020】

力率指令演算部３２は、トルク指令Ｔ＊を用いて力率指令Ｐｆ＊を演算する。力率指令の演算は 実施例では、トルクと力率との関係を予め求めて力率指令設定用マップとして記憶しておき、トルク指令Ｔ＊が与えられるとトルク指令Ｔ＊をマップに適用して得られる力率を導出し、これを力率指令Ｐｆ＊とすることにより行なうものとした。図４に力率指令設定用マップの一例を示す。図４の力率指令設定用マップでは、トルクが大きくなるほど力率が小さくなる。力率は電圧位相と電流位相との差分に対する余弦（ｃｏｓ（電圧位相－電流位相））であり、力率指令Ｐｆ＊はモータ２６に作用すべき理想的な（目標とする）力率である。図４に例示した力率指令設定用マップはデッドタイム電圧分を除いた力率指令を導出するものであるが、デッドタイム電圧分を含んだ力率指令を導出するものとしてもよい。この場合、図５に例示する力率指令設定用マップを用いればよい。図５に例示する力率指令設定用マップは、モータ２６の回転数とトルク指令Ｔ＊と力率指令Ｐｆ＊との関係を予め求めたものである。モータ２６の回転数が大きくなるほど若干ではあるが力率指令Ｐｆ＊は大きくなる。また、インバータ２４に入力される電圧Ｖｈやキャリア周波数などとトルクと力率との関係を予め求めて力率指令設定用マップとしてもよい。この場合、電圧Ｖｈが大きいほど若干ではあるが力率は大きくなり、インバータ２４のキャリア周波数が大きくなるほど若干ではあるが力率は大きくなる。

【0021】

制御力率演算部３４は、計測値に基づいて制御力率Ｐｆｃを演算する。例えば、電流センサ２５ｖ，２５ｗからのｖ相電流Ｉｖ，ｗ相電流Ｉｗやレゾルバ２８からのレゾルバ信号、オフセット値ＯＦなどに基づいて電流位相を演算し、電流フィードバック制御によって得られたｄ軸電圧Ｖｄとｑ軸電圧Ｖｑとから電圧位相を演算し、演算により得られた電圧位相と電流位相との差分に対する余弦（ｃｏｓ（電圧位相－電流位相））として制御力率Ｐｆｃを演算する。ここで、電流位相や電圧位相の演算については、オフセット値ＯＦおよびオフセット補正値Ｆを用いて補正された修正レゾルバ角φが用いられている。なお、電圧位相については、予めｄ軸およびｑ軸の自己インダクタンスＬｄ，Ｌｑをマップ化しておき、この自己インダクタンスＬｄ，Ｌｑと相電流から得られる電機子電流のｄ軸電流ｉｄとｑ軸電流ｉｑとを用いて次式（１）により演算して求めるものとしてもよい。式（１）中、Ｒは電機子抵抗、ωは角速度、ｐは微分演算子、φは永久磁石による電機子鎖交磁束である。

【0022】

【数1】

【0023】

減算器３６は、力率指令Ｐｆ＊と制御力率Ｐｆｃとの差分（Ｐｆ＊－Ｐｆｃ）を演算する。

【0024】

ＰＩ制御器３８は、次式（２）に示すように、力率指令Ｐｆ＊と制御力率Ｐｆｃとの差分（Ｐｆ＊－Ｐｆｃ）に対する比例項と積分項の和をオフセット補正値Ｆとして演算して出力する。式（２）中、ｋｐは比例項のゲインであり、ｋｉは積分項のゲインである。

【0025】

Ｆ＝ｋｐ（Ｐｆ＊－Ｐｆｃ）＋∫ｋｉ（Ｐｆ＊－Ｐｆｃ）ｄｔ （２）

【0026】

こうして求めたオフセット補正値Ｆは、レゾルバ角φを計算する際のオフセット値ＯＦの補正に用いられ、補正後の修正レゾルバ角φによりインバータ２４に出力するスイッチング制御信号が生成される。

【0027】

実施例の駆動装置２０に組み込まれた制御装置３０では、モータ２６を駆動している最中に、力率指令Ｐｆ＊と制御力率Ｐｆｃとの差分が小さくなるようにオフセット補正値Ｆを演算する。これにより、レゾルバ２８の回転速度が一定のときにオフセット補正値Ｆを演算するものに比して、レゾルバ２８のオフセット補正値Ｆを演算する機会を多くすることができる。この結果、レゾルバ２８の回転位置（レゾルバ角φ）をより精度良く検出することができる。

【0028】

実施例の駆動装置２０に組み込まれた制御装置３０では、モータ２６を駆動している最中に、力率指令Ｐｆ＊と制御力率Ｐｆｃとの差分が小さくなるようにオフセット値ＯＦを補正するオフセット補正値Ｆを演算するものとした。しかし、オフセット補正値Ｆをオフセット値ＯＦとするオフセット学習としてもよい。

【0029】

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、インバータ２４が「インバータ」に相当し、モータ２６が「回転電機」に相当し、レゾルバ２８が「レゾルバ」に相当し、制御装置３０が「制御装置」に相当する。

【0030】

なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

【0031】

以上、本発明を実施するため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。

【産業上の利用可能性】

【0032】

本発明は、回転電機の制御装置の製造産業などに利用可能である。

【符号の説明】

【0033】

２０ 駆動装置、２２ 直流電源、２４ インバータ、２５ｖ，２５ｗ 電流センサ、２６ モータ、２８ レゾルバ、３０ 制御装置、３２ 力率指令演算部、３４ 制御力率演算部、３８ 減算器、３８ ＰＩ制御器。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】