特許 7620529 電動機制御装置

(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】2025-01-15

(45)【発行日】2025-01-23

(54)【発明の名称】電動機制御装置

(51)【国際特許分類】

   H02P 6/16 20160101AFI20250116BHJP

   H01M 8/04225 20160101ALI20250116BHJP

   H01M 8/04302 20160101ALI20250116BHJP

   H01M 8/04313 20160101ALI20250116BHJP

   B60L 1/00 20060101ALN20250116BHJP

   B60L 50/70 20190101ALN20250116BHJP

   B60L 58/31 20190101ALN20250116BHJP

【ＦＩ】

H02P6/16

H01M8/04225

H01M8/04302

H01M8/04313

B60L1/00 L

B60L50/70

B60L58/31

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2021163128

(22)【出願日】2021-10-01

(65)【公開番号】P2023053833

(43)【公開日】2023-04-13

【審査請求日】2024-02-15

(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

(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】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】山川 大輝

【審査官】保田 亨介

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２１－００４８４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－０４０３７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－０２５４９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２７７６２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２１８８９２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６０Ｌ１／００－３／１２

７／００－１３／００

１５／００－５８／４０

Ｇ０１Ｄ５／００－５／２５２

５／３９－５／６２

Ｈ０１Ｍ８／０４－８／０６６８

Ｈ０２Ｐ６／００－６／３４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電動機の回転軸の回転角に対応する、互いに位相が異なる２相の交流電圧を出力する位置検出部と、
前記２相の交流電圧により算出される前記回転角の原点位置を補正した後、補正後の前記原点位置をゼロ度として前記２相の交流電圧により算出される回転角を用いて前記電動機の動作を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記原点位置の補正時、
前記２相の交流電圧のそれぞれの振幅の中央値が所定の中央値と一致するように、補正前の前記原点位置から所定回転角までの前記２相の交流電圧に基づいて前記２相の交流電圧のそれぞれの振幅のオフセット値を算出し、
前記回転軸が所定位置で固定されるように前記電動機の動作を制御しているときに前記各オフセット値により振幅がオフセットされた前記２相の交流電圧により算出される回転角を前記補正後の原点位置とし、
前記電動機は、燃料電池に酸化剤ガスを供給するエアコンプレッサに備えられるモータであり、
前記制御部は、燃料電池システムの起動時、
前記酸化剤ガスにより前記燃料電池内のアノード側からカソード側にリークした燃料ガスを希釈するために必要な時間が、前記原点位置の補正に必要な時間より短い場合、前記原点位置の補正に必要な時間において、前記燃料ガスの希釈と前記原点位置の補正を同時に行い、
前記燃料ガスを希釈するために必要な時間が、前記原点位置の補正に必要な時間より長い場合、前記燃料ガスを希釈するために必要な時間において、前記燃料ガスの希釈と前記原点位置の補正を同時に行う
ことを特徴とする電動機制御装置。

【請求項2】

請求項１に記載の電動機制御装置であって、
前記制御部は、前記原点位置の補正時、
前記回転軸が前記所定位置で固定されるように前記電動機の動作を制御しているときに前記２相の交流電圧により算出される回転角を前記回転軸の仮原点位置とし、
前記２相の交流電圧のそれぞれの振幅の中央値が所定の中央値と一致するように、前記仮原点位置から前記所定回転角までの前記２相の交流電圧に基づいて前記２相の交流電圧のそれぞれの振幅のオフセット値を算出し、
前記回転軸が前記所定位置で固定されるように前記電動機の動作を制御しているときに前記各オフセット値により振幅がオフセットされた前記２相の交流電圧により算出される回転角を前記補正後の原点位置とする
ことを特徴とする電動機制御装置。

【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電動機制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

電動機制御装置として、電動機に取り付けられたレゾルバなどの位置検出部から出力される、互いに位相が異なる２相の交流電圧に基づいて電動機の回転軸の回転角を算出し、その算出した回転角を用いて電動機の動作を制御するものがある。

【0003】

しかしながら、位置検出部を電動機に取り付ける際、位置検出部が電動機の予め決められた位置に取り付けられていないと、２相の交流電圧により算出される回転角の原点位置が回転軸の原点位置からずれて回転角の算出精度が低下することで電動機の効率が低下したり電動機の動作が不安定になったりするおそれがある。

【0004】

そこで、他の電動機制御装置として、回転軸が所定位置で固定されるように電動機の動作を制御しているときに位置検出部から出力される２相の交流電圧により算出される回転角を、２相の交流電圧により算出される回転角の原点位置（ゼロ度）とすることにより、原点位置の補正（キャリブレーション）を行うものがある。関連する技術として、特許文献１がある。

【0005】

ところで、位置検出部に設けられる複数のコイルにより２相の交流電圧が得られる場合、各コイルの特性のばらつきなどにより、位置検出部から出力される２相の交流電圧のうちの少なくとも一方の交流電圧の振幅の中央値が、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交流電圧の振幅の中央値と異なるおそれがある。

【0006】

そのため、上記他の電動機制御装置では、予め求められている２相の交流電圧と回転軸の回転角との対応関係を用いて回転軸の回転角を算出する場合、位置検出部から出力される２相の交流電圧のうちの少なくとも一方の交流電圧の振幅の中央値が予め求められている交流電圧の振幅の中央値と異なっていると、回転角の算出精度が低下し原点位置の算出精度が低下するおそれがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開２００６－８１２５３号公報

【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、電動機の回転軸の原点位置の補正精度の向上を図ることである。

【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電動機制御装置は、電動機の回転軸の回転角に対応する、互いに位相が異なる２相の交流電圧を出力する位置検出部と、前記２相の交流電圧により算出される前記回転角の原点位置を補正した後、補正後の前記原点位置をゼロ度として前記２相の交流電圧により算出される回転角を用いて前記電動機の動作を制御する制御部とを備える。

【0010】

前記制御部は、前記原点位置の補正時、前記２相の交流電圧のそれぞれの振幅の中央値が所定の中央値と一致するように、補正前の前記原点位置から所定回転角までの前記２相の交流電圧に基づいて前記２相の交流電圧のそれぞれの振幅のオフセット値を算出し、前記回転軸が所定位置で固定されるように前記電動機の動作を制御しているときに前記各オフセット値により振幅がオフセットされた前記２相の交流電圧により算出される回転角を前記補正後の原点位置とする。

【0011】

これにより、振幅をオフセットしていない２相の交流電圧を用いて原点位置を補正する場合に比べて、原点位置の補正精度を向上させることができる。

【0012】

また、前記制御部は、前記原点位置の補正時、前記回転軸が前記所定位置で固定されるように前記電動機の動作を制御しているときに前記２相の交流電圧により算出される回転角を前記回転軸の仮原点位置とし、前記２相の交流電圧のそれぞれの振幅の中央値が所定の中央値と一致するように、前記仮原点位置から前記所定回転角までの前記２相の交流電圧に基づいて前記２相の交流電圧のそれぞれの振幅のオフセット値を算出し、前記回転軸が前記所定位置で固定されるように前記電動機の動作を制御しているときに前記各オフセット値により振幅がオフセットされた前記２相の交流電圧により算出される回転角を前記補正後の原点位置とするように構成してもよい。

【0013】

これにより、オフセット値を算出する前において、原点位置を補正することができるため、２相の交流電圧のそれぞれの振幅のオフセット値を精度よく算出することができ、原点位置の補正精度をさらに向上させることができる。

【0014】

また、前記電動機を、燃料電池に酸化剤ガスを供給するエアコンプレッサに備えられるモータとし、前記制御部は、前記燃料電池システムの起動時、前記原点位置の補正を行うように構成してもよい。

【0015】

これにより、燃料電池の発電時より前の燃料電池システムの起動時において、原点位置の補正を行うことができるため、燃料電池の発電時における原点位置の補正精度の低下を抑制することができる。

【0016】

また、前記制御部は、前記燃料電池システムの起動時、前記酸化剤ガスにより前記燃料電池内のアノード側からカソード側にリークした燃料ガスを希釈するために必要な時間が、前記原点位置の補正に必要な時間より短い場合、前記原点位置の補正に必要な時間において、前記燃料ガスの希釈と前記原点位置の補正を同時に行い、前記燃料ガスを希釈するために必要な時間が、前記原点位置の補正に必要な時間より長い場合、前記燃料ガスを希釈するために必要な時間において、前記燃料ガスの希釈と前記原点位置の補正を同時に行うように構成してもよい。

【0017】

これにより、燃料電池システムの起動時において、燃料ガスの希釈と原点位置の補正とを同時に行うことができるため、燃料ガスの希釈と原点位置の補正とを順番に行う場合に比べて、燃料電池システムの起動にかかる時間を短縮することができる。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、電動機の回転軸の原点位置の補正精度の向上を図る。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】実施形態の電動機制御装置を含む燃料電池システムの一例を示す図である。

【図2】原点位置の補正時の制御部の動作の一例を示すフローチャートである。

【図3】２相の交流電圧の一例を示す図である。

【図4】原点位置の補正時の制御部の動作の他の例を示すフローチャートである。

【図5】燃料電池システム起動時の制御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】

【0020】

以下図面に基づいて実施形態について詳細を説明する。

【0021】

図１は、実施形態の電動機制御装置を含む燃料電池システムの一例を示す図である。

【0022】

図１に示す燃料電池システムＦＣＳは、燃料電池ＦＣと、ＤＣＤＣコンバータＣＮＶと、水素タンクＨＴと、インジェクタＩＮＪと、エアコンプレッサＡＣＰと、インバータ回路ＩＮＶと、制御部ＣＮＴとを備え、外部の負荷Ｌｏに電力を供給する。

【0023】

なお、燃料電池システムＦＣＳがフォークリフトなどの車両や電気自動車などの車両に搭載される場合、負荷Ｌｏは、走行モータを駆動するインバータ回路や電装機器などとする。

【0024】

また、燃料電池システムＦＣＳを定置型発電機として構成してもよい。

【0025】

燃料電池ＦＣは、互いに直列接続される複数の燃料電池セルにより構成される燃料電池スタックであり、燃料ガス（水素ガスなど）に含まれる水素と酸化剤ガス（空気など）に含まれる酸素との電気化学反応により電気を発生させる。

【0026】

ＤＣＤＣコンバータＣＮＶは、燃料電池ＦＣから出力される電圧を所定の電圧に変換する。また、ＤＣＤＣコンバータＣＮＶから出力される電力は、負荷Ｌｏ、インバータ回路ＩＮＶやインジェクタなどの補機、及び蓄電装置Ｂに供給される。

【0027】

蓄電装置Ｂは、キャパシタなどにより構成され、負荷Ｌｏに電力を供給する。すなわち、ＤＣＤＣコンバータＣＮＶから出力される電力と、補機に供給される電力との差に相当する供給電力が、燃料電池システムＦＣＳの外部（例えば、車両に搭載される走行制御部）から要求される要求電力より大きい場合、その供給電力のうち、要求電力分の電力が負荷Ｌｏに供給されるとともに、残りの電力が蓄電装置Ｂに供給される。ＤＣＤＣコンバータＣＮＶから蓄電装置Ｂに電力が供給されると、蓄電装置Ｂが充電され蓄電装置Ｂの充電量が増加する。また、ＤＣＤＣコンバータＣＮＶから出力される電力と、補機に供給される電力との差に相当する供給電力が、燃料電池システムＦＣＳの外部から要求される要求電力より小さい場合、その供給電力が負荷Ｌｏに供給されるとともに、足りない分の電力が蓄電装置Ｂから負荷Ｌｏに供給される。蓄電装置Ｂから負荷Ｌｏに電力が供給されると、蓄電装置Ｂが放電され蓄電装置Ｂの充電量が減少する。なお、充電量とは、蓄電装置Ｂの充電率［％］（蓄電装置Ｂの満充電容量に対する残容量の割合）、または、蓄電装置Ｂに電流が流れていないときの蓄電装置Ｂの開回路電圧［Ｖ］、または、蓄電装置Ｂに電流が流れているときの蓄電装置Ｂの閉回路電圧［Ｖ］、または、蓄電装置Ｂに流れる電流の積算値［Ａｈ］などとする。

【0028】

水素タンクＨＴは、燃料ガスの貯蔵容器である。水素タンクＨＴに貯蔵された燃料ガスはインジェクタＩＮＪを介して燃料電池ＦＣに供給される。

【0029】

インジェクタＩＮＪは、燃料電池ＦＣに供給される燃料ガスの流量を調整する。

【0030】

エアコンプレッサＡＣＰは、燃料電池システムＦＣＳの周囲に存在する酸化剤ガスを圧縮し燃料電池ＦＣに供給する。また、エアコンプレッサＡＣＰは、電動機Ｍと、位置検出部Ｒとを備える。なお、実施形態の電動機制御装置は、位置検出部Ｒと、制御部ＣＮＴとを備えて構成されるものとする。

【0031】

電動機Ｍは、固定子や回転子などを備えて構成されるモータであり、回転子の回転に伴う動力により酸化剤ガスを圧縮する。

【0032】

位置検出部Ｒは、電動機Ｍの回転軸の回転角に対応する、互いに位相が異なる２相の交流電圧Ｖ１、Ｖ２を出力する。例えば、レゾルバにより位置検出部Ｒを構成する場合、位置検出部Ｒの回転子に一次側コイルが設けられ、位置検出部Ｒの固定子に互いに９０度離れた２つの二次側コイルが設けられ、一次側コイルに交流電圧を印加すると、各二次側コイルに互いに位相が９０度異なる２相の交流電圧（サイン波、コサイン波）が発生し、一方の交流電圧（サイン波）を交流電圧Ｖ１とし、他方の交流電圧（コサイン波）を交流電圧Ｖ２とする。

【0033】

インバータ回路ＩＮＶは、ＤＣＤＣコンバータＣＮＶ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、ＰＮＰバイポーラトランジスタ）とを備える。すなわち、コンデンサＣの一方端子がＤＣＤＣコンバータＣＮＶ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ＤＣＤＣコンバータＣＮＶ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。

【0034】

コンデンサＣは、ＤＣＤＣコンバータＣＮＶから出力されインバータ回路ＩＮＶへ入力される電圧を平滑する。

【0035】

スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６は、制御部ＣＮＴから出力される駆動信号Ｓ１～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、ＤＣＤＣコンバータＣＮＶ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。

【0036】

制御部ＣＮＴは、マイクロコンピュータなどにより構成され、蓄電装置Ｂの充電量に応じて目標発電電力を段階的に変化させる。

【0037】

また、制御部ＣＮＴは、燃料電池ＦＣから出力される電力が目標発電電力に追従するように、電動機Ｍ（インバータ回路ＩＮＶ）やインジェクタＩＮＪの動作を制御する。

【0038】

また、制御部ＣＮＴは、電動機Ｍの動作制御時、制御周期毎に、原点位置（ゼロ度）を基準として電動機Ｍの回転軸の回転角を算出し、その算出した回転角を用いて駆動信号Ｓ１～Ｓ６を算出する。例えば、制御部ＣＮＴは、実験やシミュレーションなどで予め求められる交流電圧Ｖ１、Ｖ２と回転角との対応関係を示す情報を参照して、後述するオフセット済みの交流電圧Ｖ１´、Ｖ２´に対応する回転角を、回転軸の回転角として算出する。

【0039】

また、制御部ＣＮＴは、所定タイミングになると、原点位置の補正（キャリブレーション）を行う。

【0040】

図２は、原点位置補正時の制御部ＣＮＴの動作の一例を示すフローチャートである。

【0041】

まず、ステップＳ１１において、制御部ＣＮＴは、オフセット値算出処理として、位置検出部Ｒから出力される交流電圧Ｖ１、Ｖ２のそれぞれの振幅の中央値が所定の中央値と一致するように、補正前の原点位置θから所定回転角までの交流電圧Ｖ１に基づいて交流電圧Ｖ１の振幅のオフセット値Ｖｏ１を算出するとともに、補正前の原点位置から所定回転角までの交流電圧Ｖ２に基づいて交流電圧Ｖ２の振幅のオフセット値Ｖｏ２を算出する。

【0042】

例えば、図３（ａ）に示すように、補正前の原点位置（ゼロ度）から３６０度までの交流電圧Ｖ１の振幅が所定の中央値よりもプラス側にオフセット値Ｖｏ１分シフトしている場合で、かつ、補正前の原点位置θ（ゼロ度）から３６０度までの交流電圧Ｖ２の振幅が所定の中央値よりもマイナス側にオフセット値Ｖｏ２分シフトしている場合を想定する。なお、上記所定の中央値は、実験やシミュレーションなどで予め求められる交流電圧Ｖ１、Ｖ２の振幅の中央値とする。

【0043】

この場合、制御部ＣＮＴは、原点位置θ（ゼロ度）から３６０度までの交流電圧Ｖ１において、制御周期毎に、交流電圧Ｖ１の振幅を算出し、それら算出した全ての振幅の合計値を振幅の算出回数（制御回数）で除算した値から所定の中央値を減算した値を交流電圧Ｖ１に対応するオフセット値Ｖｏ１とする。また、同様に、制御部ＣＮＴは、原点位置（ゼロ度）から３６０度までの交流電圧Ｖ２において、制御周期毎に、交流電圧Ｖ２の振幅を算出し、それら算出した全ての振幅の合計値を振幅の算出回数（制御回数）で除算した値から所定の中央値を減算した値を交流電圧Ｖ２に対応するオフセット値Ｖｏ２とする。なお、位置検出部Ｒから出力される交流電圧Ｖ１の中央値が所定の中央値からずれていない場合、オフセット値Ｖｏ１はゼロになる。また、位置検出部Ｒから出力される交流電圧Ｖ２の中央値が所定の中央値からずれていない場合、オフセット値Ｖｏ２はゼロになる。また、オフセット値Ｖｏ１、Ｖｏ２のそれぞれの変動幅が所定範囲内になるまでオフセット値Ｖｏ１、Ｖｏ２をそれぞれ複数回算出し、複数回算出したオフセット値Ｖｏ１、Ｖｏ２の平均値を、ステップＳ１１において算出されるオフセット値Ｖｏ１、Ｖｏ２としてもよい。

【0044】

次に、図２のステップＳ１２において、制御部ＣＮＴは、原点位置補正処理として、回転軸が所定位置で固定されるように電動機Ｍの動作を制御しているときにステップＳ１１で算出したオフセット値Ｖｏ１、Ｖｏ２により振幅がオフセットされた交流電圧Ｖ１´、Ｖ２´により算出される回転角を、補正後の原点位置θ´（ゼロ度）とする。例えば、制御部ＣＮＴは、スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ４、ＳＷ６をオンさせるとともにスイッチング素子ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ５をオフさせる駆動信号Ｓ１～Ｓ６を出力することで回転軸を所定位置で固定させているとき、図３（ｂ）に示すように、オフセット値Ｖｏ１、Ｖｏ２により振幅がオフセットされた交流電圧Ｖ１´、Ｖ２´に対応する回転角を、補正後の原点位置θ´（ゼロ度）とする。なお、交流電圧Ｖ１からオフセット値Ｖｏ１を減算した値を交流電圧Ｖ１´とし、交流電圧Ｖ２からオフセット値Ｖｏ２を減算した値を交流電圧Ｖ２´とする。

【0045】

これにより、位置検出部Ｒに設けられる複数のコイルの特性のばらつきなどにより、位置検出部Ｒから出力される交流電圧Ｖ１、Ｖ２のうちの少なくとも一方の交流電圧の振幅の中央値が、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交流電圧の振幅の中央値と異なっていても、オフセット値Ｖｏ１、Ｖｏ２により交流電圧Ｖ１、Ｖ２をオフセットすることで、位置検出部Ｒから出力される交流電圧Ｖ１、Ｖ２のそれぞれの振幅の中央値を、予め求められている交流電圧の振幅の中央値と一致させることができる。そのため、オフセット済みの交流電圧Ｖ１´、Ｖ２´を、予め求められている交流電圧Ｖ１、Ｖ２に近づけることができるため、予め求められている交流電圧Ｖ１、Ｖ２と回転角との対応関係を示す情報を参照して交流電圧Ｖ１´、Ｖ２´に対応する回転角（ゼロ度～３６０度）を算出する場合、その回転角の算出精度を向上させることができる。

【0046】

このように、図２に示す動作を行う制御部ＣＮＴは、原点位置の補正時、交流電圧Ｖ１、Ｖ２のそれぞれの振幅の中央値が所定の中央値と一致するように、原点位置から所定回転角までの交流電圧Ｖ１、Ｖ２に基づいてオフセット値Ｖｏ１、Ｖｏ２を求めた後、回転軸が所定位置で固定されるように電動機Ｍの動作を制御しているときにオフセット値Ｖｏ１、Ｖｏ２により振幅がオフセットされた交流電圧Ｖ１´、Ｖ２´により算出される回転角を、補正後の原点位置としている。すなわち、図２に示す動作を行う制御部ＣＮＴでは、原点位置を補正する前において、オフセット値Ｖｏ１、Ｖｏ２を算出しておき、その算出したオフセット値Ｖｏ１、Ｖｏ２により振幅をオフセットした交流電圧Ｖ１´、Ｖ２´を用いて原点位置を補正している。

【0047】

これにより、オフセット済みの交流電圧Ｖ１´、Ｖ２´を用いて算出される原点位置を、電動機Ｍの動作制御時において回転角を算出するために参照される情報の原点位置に近づけることができるため、振幅をオフセットしていない交流電圧Ｖ１、Ｖ２を用いて原点位置を補正する場合に比べて、原点位置の補正精度を向上させることができる。そのため、回転軸の回転角の算出精度低下を抑制することができ、電動機Ｍの効率が低下したり電動機Ｍの動作が不安定になったりすることを抑制することができる。

【0048】

図４は、原点位置の補正時の制御部ＣＮＴの動作の他の例を示すフローチャートである。

【0049】

まず、ステップＳ２１において、制御部ＣＮＴは、１回目の原点位置補正処理として、回転軸が所定位置で固定されるように電動機Ｍの動作を制御しているときに交流電圧Ｖ１、Ｖ２に対応する回転角を仮原点位置（ゼロ度）とする。

【0050】

例えば、制御部ＣＮＴは、スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ４、ＳＷ６をオンさせるとともにスイッチング素子ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ５をオフさせる駆動信号Ｓ１～Ｓ６を出力することで回転軸を所定位置で固定させているとき、位置検出部Ｒから出力される交流電圧Ｖ１、Ｖ２に対応する回転角を仮原点位置とする。

【0051】

次に、ステップＳ２２において、制御部ＣＮＴは、オフセット値算出処理として、位置検出部Ｒから出力される交流電圧Ｖ１、Ｖ２のそれぞれの振幅の中央値が所定の中央値と一致するように、ステップＳ２１で補正した仮原点位置から所定回転角までの交流電圧Ｖ１に基づいて交流電圧Ｖ１の振幅のオフセット値Ｖｏ１を算出するとともに、ステップＳ２１で補正した仮原点位置から所定回転角までの交流電圧Ｖ２に基づいて交流電圧Ｖ２の振幅のオフセット値Ｖｏ２を算出する。

【0052】

そして、ステップＳ２３において、制御部ＣＮＴは、２回目の原点位置補正処理として、回転軸が所定位置で固定されるように電動機Ｍの動作を制御しているときにステップＳ２２で算出したオフセット値Ｖｏ１、Ｖｏ２により振幅がオフセットされた交流電圧Ｖ１、Ｖ２により算出される回転角を、補正後の原点位置（ゼロ度）とする。

【0053】

このように、図４に示す動作を行う制御部ＣＮＴは、原点位置の補正時、回転軸が所定位置で固定されるように電動機Ｍの動作を制御しているときに交流電圧Ｖ１、Ｖ２により算出される回転角を回転軸の仮原点位置とし、交流電圧Ｖ１、Ｖ２のそれぞれの振幅の中央値が所定の中央値と一致するように、仮原点位置から所定回転角までの交流電圧Ｖ１、Ｖ２に基づいてオフセット値Ｖｏ１、Ｖｏ２を算出し、回転軸が所定位置で固定されるように電動機Ｍの動作を制御しているときにオフセット値Ｖｏ１、Ｖｏ２により振幅がオフセットされた交流電圧Ｖ１、Ｖ２により算出される回転角を、補正後の原点位置としている。すなわち、図４に示す動作を行う制御部ＣＮＴでは、オフセット値Ｖｏ１、Ｖｏ２を算出する前において、原点位置を補正している。

【0054】

このように、オフセット値Ｖｏ１、Ｖｏ２を算出する前において、原点位置を補正しているため、オフセット値Ｖｏ１、Ｖｏ２を精度よく算出することができ、原点位置の補正精度をさらに向上させることができる。そのため、回転軸の回転角の算出精度低下をさらに抑制することができ、電動機Ｍの効率が低下したり電動機Ｍの動作が不安定になったりすることをさらに抑制することができる。

【0055】

また、制御部ＣＮＴは、燃料電池システムＦＣＳの起動時、燃料電池ＦＣを発電させるために必要な各種処理を実行する。例えば、制御部ＣＮＴは、燃料電池システムＦＣＳの起動時、図２または図４に示すように、原点位置の補正を行う。これにより、燃料電池ＦＣの発電時より前の燃料電池システムＦＣＳの起動時において、原点位置の補正を行うことができるため、燃料電池ＦＣの発電時における原点位置の補正精度の低下を抑制することができる。そのため、燃料電池ＦＣの発電時において、電動機Ｍの効率が低下したり電動機Ｍの動作が不安定になったりすることを抑制することができる。

【0056】

図５は、燃料電池システムＦＣＳ起動時の制御部ＣＮＴの動作の一例を示すフローチャートである。

【0057】

まず、ステップＳ３１において、制御部ＣＮＴは、燃料電池システムＦＣＳを起動するか否かを判断する。例えば、制御部ＣＮＴは、車両のイグニッションキーがオンになった旨を車両側の走行制御部から受信すると、または、発電制御モードからスリープモードに移行してから所定時間が経過すると、燃料電池システムＦＣＳを起動すると判断する。

【0058】

次に、制御部ＣＮＴは、燃料電池システムＦＣＳを起動すると（ステップＳ３１：Ｙｅｓ）、燃料電池ＦＣ内のアノード側からカソード側にリークした燃料ガスを酸化剤ガスにより希釈するために必要な時間Ｔ１を算出する（ステップＳ３２）。なお、前回の燃料電池ＦＣの発電停止時から今回の燃料電池システムＦＣＳの起動時までの発電停止時間が長くなるほど、燃料ガスを希釈するために必要な時間が長くなるものとする。例えば、制御部ＣＮＴは、不図示の記憶部に記憶されている、発電停止時間と時間Ｔ１との対応関係を示す情報を参照して、今回取得した発電停止時間に対応する時間Ｔ１を、ステップＳ３２で算出される時間Ｔ１とする。また、ステップＳ３２とステップＳ３３を入れ替えてもよい。

【0059】

次に、制御部ＣＮＴは、原点位置の補正に必要な時間Ｔ２を取得する（ステップＳ３３）。例えば、制御部ＣＮＴは、不図示の記憶部に記憶されている、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時間Ｔ２を、ステップＳ３３で取得される時間Ｔ２とする。

【0060】

次に、制御部ＣＮＴは、時間Ｔ１が時間Ｔ２より短い場合（ステップＳ３４：Ｙｅｓ）、時間Ｔ２において、燃料ガスの希釈と原点位置の補正とを同時に行う（ステップＳ３５）。

【0061】

一方、制御部ＣＮＴは、時間Ｔ１が時間Ｔ２より長い場合（ステップＳ３４：Ｎｏ）、時間Ｔ１において、燃料ガスの希釈と原点位置の補正とを同時に行う（ステップＳ３６）。

【0062】

このように、実施形態の燃料電池システムＦＣＳでは、燃料電池システムＦＣＳの起動時、燃料ガスを希釈するために必要な時間Ｔ１が、原点位置の補正に必要な時間Ｔ２より短い場合、原点位置の補正に必要な時間Ｔ２において、燃料ガスの希釈と原点位置の補正を同時に行い、燃料ガスを希釈するために必要な時間Ｔ１が、原点位置の補正に必要な時間Ｔ２より長い場合、燃料ガスを希釈するために必要な時間Ｔ１において、燃料ガスの希釈と原点位置の補正を同時に行う。

【0063】

これにより、燃料電池システムＦＣＳの起動時において、燃料ガスの希釈と原点位置の補正とを同時に行うことができるため、燃料ガスの希釈と原点位置の補正とを順番に行う場合に比べて、燃料電池システムＦＣＳの起動にかかる時間を短縮することができる。

【0064】

なお、本発明は、以上の実施の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。

【0065】

＜変形例＞
上記実施形態では、燃料電池ＦＣの発電制御と、電動機Ｍ（インバータ回路ＩＮＶ）の動作制御とを制御部ＣＮＴにおいてまとめて行う構成であるが、燃料電池ＦＣの発電制御と、電動機Ｍの動作制御とをそれぞれ別々の制御部で行うように構成してもよい。このように構成する場合、電動機Ｍの動作制御を行う制御部は、図２または図４に示す動作を行う。また、電動機Ｍの動作制御を行う制御部は、図５に示す動作を行うとともに、燃料電池システムＦＣＳの起動要求や燃料ガスを希釈するために必要な時間Ｔ１を、燃料電池ＦＣの発電制御を行う制御部から受信する。

【符号の説明】

【0066】

ＦＣＳ 燃料電池システム
ＣＮＴ 制御部
ＩＮＶ インバータ回路
Ｃ コンデンサ
ＳＷ１～ＳＷ６ スイッチング素子
ＦＣ 燃料電池
ＨＴ 水素タンク
ＩＮＪ インジェクタ
ＡＣＰ エアコンプレッサ
Ｍ 電動機
Ｒ 位置検出部
ＣＮＶ ＤＣＤＣコンバータ
Ｂ 蓄電装置
Ｌｏ 負荷

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】