(57)【要約】【課題】交流回転機の相数に比べて同一タイミングで検出できる相数が少ない場合において、電流検出のタイミングのずれによって生じる出力トルクの誤差を低減することができる交流回転機の制御装置を提供する。【解決手段】ｍ相の第１巻線から１相ずつ選択した第１巻線の１相と、ｍ相の第２巻線から１相ずつ選択した第２巻線の１相と、をセットにしたｍセットを第１巻線と第２巻線との位相差に基づいて設定し、各セットの２相分の巻線の電流を、実質的に同一タイミングで検出し、他のセットの電流検出タイミングとは異ならせる交流回転機の制御装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｍ相の第１巻線及びｍ相の第２巻線を有する交流回転機（ｍは３以上の整数）を制御する交流回転機の制御装置であって、
前記第１巻線及び前記第２巻線の各相に流れる電流を検出する電流検出部と、
電流指令及び各相の電流検出値に基づいて、前記第１巻線及び前記第２巻線の各相に印加する電圧指令を演算する電圧指令演算部と、
前記電圧指令と搬送波信号とを比較することにより、前記第１巻線及び前記第２巻線の各相に電圧を印加する電圧印加部と、を備え、
前記電流検出部は、ｍ相の前記第１巻線から１相ずつ選択した前記第１巻線の１相と、ｍ相の前記第２巻線から１相ずつ選択した前記第２巻線の１相と、をセットにしたｍセットを前記第１巻線と前記第２巻線との位相差に基づいて設定し、各セットの２相分の巻線の電流を、実質的に同一タイミングで検出し、他のセットの電流検出タイミングとは異ならせる交流回転機の制御装置。
【請求項２】
前記電流検出部は、互いに電気角で９０ｄｅｇ位相の異なる前記第１巻線の１相と前記第２巻線の１相とをセットにしたｍセットを設定し、各セットの２相分の巻線の電流を、実質的に同一タイミングで検出する請求項１に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項３】
前記電流検出部は、前記第１巻線の各相の基準タイミングに対する電流検出タイミングの合計がゼロになり、前記第２巻線の各相の基準タイミングに対する電流検出タイミングの合計がゼロになるように、各セットの前記基準タイミングに対する電流検出タイミングを設定する請求項１又は２に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項４】
ｍは、３であり、
Ｕ１相、Ｖ１相、及びＷ１相の３相の前記第１巻線は、Ｕ２相、Ｖ２相、及びＷ２相の３相の前記第２巻線に対して位相が電気角で３０ｄｅｇ進んでおり、
前記電流検出部は、前記第１巻線のＵ１相と前記第２巻線のＷ２相とをセットにし、前記第１巻線のＶ１相と前記第２巻線のＵ２相とをセットにし、前記第１巻線のＷ１相と前記第２巻線のＶ２相とをセットにした、３セットを設定し、各セットの２相分の巻線の電流を、実質的に同一タイミングで検出する請求項１から３のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項５】
ｍは、３であり、
Ｕ１相、Ｖ１相、及びＷ１相の３相の前記第１巻線は、Ｕ２相、Ｖ２相、及びＷ２相の３相の前記第２巻線に対して位相が電気角で９０ｄｅｇ進んでおり、
前記電流検出部は、前記第１巻線のＵ１相と前記第２巻線のＵ２相とをセットにし、前記第１巻線のＶ１相と前記第２巻線のＶ２相とをセットにし、前記第１巻線のＷ１相と前記第２巻線のＷ２相とをセットにした、３セットを設定し、各セットの２相分の巻線の電流を、実質的に同一タイミングで検出する請求項１から３のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項６】
前記電流検出部は、３セットのいずれか１つのセットの電流検出タイミングを基準タイミングに設定し、他の２つのセットの電流検出タイミングを、前記基準タイミングに対して前後対称に設定する請求項４又は５に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項７】
ｍ相の第１巻線及びｍ相の第２巻線を有する交流回転機（ｍは３以上の整数）を制御する交流回転機の制御装置であって、
前記第１巻線及び前記第２巻線の各相に流れる電流を検出する電流検出部と、
電流指令及び各相の電流検出値に基づいて、前記第１巻線及び前記第２巻線の各相に印加する電圧指令を演算する電圧指令演算部と、
前記電圧指令と搬送波信号とを比較することにより、前記第１巻線及び前記第２巻線の各相に電圧を印加する電圧印加部と、を備え、
前記第１巻線の相と前記第２巻線の相とは、前記第１巻線と前記第２巻線との間で互いに電気角で位相が同じ又は反転しており、
前記電流検出部は、互いに電気角で位相が同じ又は反転する前記第１巻線の１相と前記第２巻線の１相とを対にしたｍ対を設定し、各対の２相分の巻線の電流の検出タイミングを、基準タイミングを基準に前後対称に設定する交流回転機の制御装置。
【請求項８】
ｍは、３であり、
Ｕ１相、Ｖ１相、及びＷ１相の３相の前記第１巻線は、Ｕ２相、Ｖ２相、及びＷ２相の３相の前記第２巻線に対して位相差がなく、
前記電流検出部は、前記基準タイミングを基準にした、前記第１巻線のＵ１相の電流検出タイミングをＴｕ１とし、前記第１巻線のＶ１相の電流検出タイミングをＴｖ１とし、前記第１巻線のＷ１相の電流検出タイミングをＴｗ１とし、前記第２巻線のＵ２相の電流検出タイミングをＴｕ２とし、前記第２巻線のＶ２相の電流検出タイミングをＴｖ２とし、前記第２巻線のＷ２相の電流検出タイミングをＴｗ２として、
Ｔｕ２＝−Ｔｕ１、Ｔｖ２＝−Ｔｖ１、Ｔｗ２＝−Ｔｗ１
に設定する請求項７に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項９】
ｍは、３であり、
Ｕ１相、Ｖ１相、及びＷ１相の３相の前記第１巻線は、Ｕ２相、Ｖ２相、及びＷ２相の３相の前記第２巻線に対して位相が電気角で６０ｄｅｇ進んでおり、
前記電流検出部は、前記基準タイミングを基準にした、前記第１巻線のＵ１相の電流検出タイミングをＴｕ１とし、前記第１巻線のＶ１相の電流検出タイミングをＴｖ１とし、前記第１巻線のＷ１相の電流検出タイミングをＴｗ１とし、前記第２巻線のＵ２相の電流検出タイミングをＴｕ２とし、前記第２巻線のＶ２相の電流検出タイミングをＴｖ２とし、前記第２巻線のＷ２相の電流検出タイミングをＴｗ２として、
Ｔｖ２＝−Ｔｕ１、Ｔｗ２＝−Ｔｖ１、Ｔｕ２＝−Ｔｗ１
に設定する請求項７に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項１０】
前記電流検出部は、１つの対の２相分の電流検出タイミングを前記基準タイミングに設定し、残りの２つの対のそれぞれから１相ずつ選択した前記第１巻線の１相と前記第２巻線の１相とをセットにした２セットを設定し、各セットの２相分の巻線の電流を、実質的に同一タイミングで検出する請求項８又は９に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項１１】
２ｍ相の巻線を有する交流回転機（ｍは３以上の整数）を制御する交流回転機の制御装置であって、
前記巻線の各相に流れる電流を検出する電流検出部と、
電流指令及び各相の電流検出値に基づいて、前記巻線の各相に印加する電圧指令を演算する電圧指令演算部と、
前記電圧指令と搬送波信号とを比較することにより、前記巻線の各相に電圧を印加する電圧印加部と、を備え、
前記電流検出部は、基準タイミングを基準にした、前記巻線の第ｋ相の電流検出タイミングをＴ（ｋ）とし（ｋは、ｍ以下の自然数）、前記巻線の第ｍ＋ｋ相の電流検出タイミングをＴ（ｍ＋ｋ）とし、
Ｔ（ｍ＋ｋ）＝−Ｔ（ｋ）
に設定する交流回転機の制御装置。
【請求項１２】
前記電流検出部は、１つの対の２相分の電流検出タイミングを前記基準タイミングに設定し、残りの２つの対のそれぞれから１相ずつ選択した１相と１相とをセットにした２セットを設定し、各セットの２相分の巻線の電流を、実質的に同一タイミングで検出する請求項１１に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項１３】
前記基準タイミングは、三角波とされた前記搬送波信号の山の頂点及び谷の頂点の一方又は双方に設定されている請求項３及び６から１２のいずれか１項に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項１４】
ロータの回転に応じて、順番に電気角で９０ｄｅｇずつ位相がずれた第１正弦波信号、第２正弦波信号、第３正弦波信号、第４正弦波信号を出力する角度センサの出力信号を検出し、前記第１正弦波信号、前記第２正弦波信号、前記第３正弦波信号、及び前記第４正弦波信号の検出値に基づいて前記交流回転機の回転角度を演算する回転検出部を更に備え、
前記回転検出部は、前記第１正弦波信号と前記第３正弦波信号とを対にし、前記第１正弦波信号の検出タイミングと前記第３正弦波信号の検出タイミングとを基準タイミングに対して前後対称に設定する共に、前記第２正弦波信号と前記第４正弦波信号とを対にし、前記第２正弦波信号の検出タイミングと前記第４正弦波信号の検出タイミングとを前記基準タイミングに対して前後対称に設定する請求項１から１３のいずれか１項に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項１５】
前記回転検出部は、前記第１正弦波信号と前記第３正弦波信号との対と、前記第２正弦波信号と前記第４正弦波信号との対から、それぞれ１信号ずつ選択した１信号と１信号とをセットにした２セットを設定し、各セットの２信号を、実質的に同一タイミングで検出する請求項１４に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項１６】
前記電流検出部は、各相の巻線の電流検出タイミングを、前後対称に設定された前記第１正弦波信号、前記第２正弦波信号、前記第３正弦波信号、及び前記第４正弦波信号の検出タイミングの間に設定している請求項１４又は１５に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項１７】
前記角度センサの軸倍角は、前記交流回転機の極対数以下である請求項１４から１６のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項１８】
前記実質的に同一タイミングとは、少なくとも、同じセットの２つの検出タイミングのずれが、異なるセット間の検出タイミングの間隔の１／１０以下である請求項１から６、１０、１２、及び１５のいずれか１項に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項１９】
前記実質的に同一タイミングとは、Ａ／Ｄ変換器の最大チャンネル数の範囲内のチャンネル数を、トリガ信号により一斉にＡ／Ｄ変換するタイミングである請求項１から６、１０、１２、及び１５のいずれか１項に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項２０】
請求項１から１９のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置と、
車輪の駆動力源となる前記交流回転機と、を備えた車両用交流回転機装置。
【請求項２１】
請求項１から１９のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置と、
車輪の操舵装置の駆動力源となる前記交流回転機と、を備えた電動パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、交流回転機の制御装置、車両用交流回転機装置、及び電動パワーステアリング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
交流回転機の制御装置を、例えば車両用の発電電動機で使用する場合は、出力トルクが車両の駆動力となるので、所望のトルクが得られなければ期待通りに加速せず、運転者の快適性が低下する。検出した電流と出力トルクは比例的な関係があるため、所望のトルクを得るためには検出した電流値と真の電流値のずれを抑制することが重要である。
【０００３】
また、交流回転機の制御装置を、運転者の操舵をアシストする電動パワーステアリング装置で使用する場合は、出力トルクの変動は運転者にハンドルを通して伝わるとともに、車両を伝達して車室内に不快な音を伝達する。トルク変動を抑制するためには検出した電流値と真の電流値の誤差に含まれる振動成分を小さくする必要がある。
【０００４】
特許文献１の電流検出装置では、第１相の電流値を検出するタイミングから所定時間だけ前後するタイミングにおいて第２相の電流値を合わせて２回検出し、第２相の電流値を両タイミングに検出した電流値の平均値とすることで、検出した電流値の誤差を抑制している。また、第３相の電流値を検出する場合には、第１相の電流値を検出するタイミングから所定時間の倍だけ前後するタイミングにおいて第３相の電流値を合わせて２回検出し、第３相の電流値を両タイミングに検出した電流値の平均値とすることで、検出した電流値の誤差を抑制している。
【０００５】
特許文献２のモータ制御装置では、最大相のスイッチングノイズによる中間相及び最小相の電流検出精度の悪化を抑制するために、最大相の高電位側のスイッチング素子をオン、低電位側のスイッチング素子をオフしたままとしている。
【０００６】
特許文献３の交流電動機制御装置では、平均電流と差電流により制御することで非干渉化を図っている。回転２軸座標系において、各インバータの出力電流の平均値と平均電流指令の偏差に基づいて平均電圧指令を求め、各インバータの出力電流の差と差電流指令の偏差に基づいて差電圧指令を求める。平均電圧指令及び差電圧指令を各巻線組の電圧指令に戻して出力することにより、不平衡電流を低減している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−６０７６号公報
【特許文献２】特開２０１０−２２０４１４号公報
【特許文献３】特開平４−３２５８９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１の電流検出装置では、基準とする第１相の電流値を検出するタイミングで検出することができない第２相を、基準タイミングに対して対称なタイミングで検出している。特許文献１の図２において、Δｔが十分に小さい場合には、時刻ｔｖａからｔｖｂまでのＶ相電流値はモータの回転に応じてほぼ線形に変化しているとみなすことができるため、時刻ｔｖａに検出した電流値Ｉｖａと時刻ｔｖｂに検出した電流値Ｉｖｂの平均値によりＩｖ０を推定している。
【０００９】
特許文献１の電流検出装置を、３相の第１巻線と３相の第２巻線を有する交流回転機に適用した場合、２相の電流を得るためには３回の検出、３相全ての電流を得るためには５回の検出が必要である。ｔｕでの電気角での角度がθであり、電気角での角速度がωであるのときのＩｕ０、Ｉｖ０、Ｉｗ０は、式（１）となる。
【数１】
2020096451.tif 000003
【００１０】
式（１）においてωΔｔが十分に小さい場合は、式（２）が成立し、Ｉｕ０、Ｉｖ０、Ｉｗ０は式（３）で与えられる。高回転になりωΔｔ又は２ωΔｔが大きくなれば、式（２）の近似による誤差が増加し、２ωΔｔが式に表れるＩｗ０の電流検出誤差は、ωΔｔが式に表れるＩｖ０に比べて大きい。つまり、検出回数が多くなるほど最初の検出タイミングから最後の検出タイミングまでの経過時間が長くなり、検出された電流値の精度が悪化する。
【数２】
2020096451.tif 000004
【数３】
2020096451.tif 000005
【００１１】
特許文献２のモータ制御装置では、電流検出可能相は、Ｄｍａｘ以下のＤｕｔｙである必要があり、Ｄｍａｘより大きいＤｕｔｙを出力する電流検出不能相のスイッチングノイズによって電流検出可能相の相電流値に誤差が生じることが述べられている。複数回の電流検出によって相電流値を得る場合、回数が多いほどＤｍａｘは更に小さい値となる。その場合には、特許文献２の図８のような電圧指令では検出誤差の小さい相電流値を得ることは難しくなる。つまり、電流検出可能相のＤｕｔｙの上限であるＤｍａｘを大きくするためには、検出回数を抑制する必要がある。
【００１２】
特許文献３の交流電動機制御装置では、平均電流をフィードバックして電圧指令を生成するため、電流検出タイミングが異なることによって生じる電流検出誤差の影響によって平均電流が変動する。
【００１３】
本願は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、交流回転機の相数に比べて同一タイミングで検出できる相数が少ない場合において、電流検出のタイミングのずれによって生じる出力トルクの誤差を低減することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本願に係る交流回転機の制御装置は、ｍ相の第１巻線及びｍ相の第２巻線を有する交流回転機（ｍは３以上の整数）を制御する交流回転機の制御装置であって、
前記第１巻線及び前記第２巻線の各相に流れる電流を検出する電流検出部と、
電流指令及び各相の電流検出値に基づいて、前記第１巻線及び前記第２巻線の各相に印加する電圧指令を演算する電圧指令演算部と、
前記電圧指令と搬送波信号とを比較することにより、前記第１巻線及び前記第２巻線の各相に電圧を印加する電圧印加部と、を備え、
前記電流検出部は、ｍ相の前記第１巻線から１相ずつ選択した前記第１巻線の１相と、ｍ相の前記第２巻線から１相ずつ選択した前記第２巻線の１相と、をセットにしたｍセットを前記第１巻線と前記第２巻線との位相差に基づいて設定し、各セットの２相分の巻線の電流を、実質的に同一タイミングで検出し、他のセットの電流検出タイミングとは異ならせるものである。
【００１５】
また、本願に係る交流回転機の制御装置は、ｍ相の第１巻線及びｍ相の第２巻線を有する交流回転機（ｍは３以上の整数）を制御する交流回転機の制御装置であって、
前記第１巻線及び前記第２巻線の各相に流れる電流を検出する電流検出部と、
電流指令及び各相の電流検出値に基づいて、前記第１巻線及び前記第２巻線の各相に印加する電圧指令を演算する電圧指令演算部と、
前記電圧指令と搬送波信号とを比較することにより、前記第１巻線及び前記第２巻線の各相に電圧を印加する電圧印加部と、を備え、
前記第１巻線の相と前記第２巻線の相とは、前記第１巻線と前記第２巻線との間で互いに電気角で位相が同じ又は反転しており、
前記電流検出部は、互いに電気角で位相が同じ又は反転する前記第１巻線の１相と前記第２巻線の１相とを対にしたｍ対を設定し、各対の２相分の巻線の電流の検出タイミングを、基準タイミングを基準に前後対称に設定するものである。
【００１６】
また、本願に係る交流回転機の制御装置は、２ｍ相の巻線を有する交流回転機（ｍは３以上の整数）を制御する交流回転機の制御装置であって、
前記巻線の各相に流れる電流を検出する電流検出部と、
電流指令及び各相の電流検出値に基づいて、前記巻線の各相に印加する電圧指令を演算する電圧指令演算部と、
前記電圧指令と搬送波信号とを比較することにより、前記巻線の各相に電圧を印加する電圧印加部と、を備え、
前記電流検出部は、基準タイミングを基準にした、前記巻線の第ｋ相の電流検出タイミングをＴ（ｋ）とし（ｋは、ｍ以下の自然数）、前記巻線の第ｍ＋ｋ相の電流検出タイミングをＴ（ｍ＋ｋ）とし、
Ｔ（ｍ＋ｋ）＝−Ｔ（ｋ）
に設定するものである。
【００１７】
また、本願に係る車両用交流回転機装置は、上記の交流回転機の制御装置と、車輪の駆動力源となる交流回転機と、を備えたものである。
【００１８】
また、本願に係る電動パワーステアリング装置は、上記の交流回転機の制御装置と、車輪の操舵装置の駆動力源となる交流回転機と、を備えたものである。
【発明の効果】
【００１９】
本願に係る交流回転機の制御装置によれば、巻線の相数に比べて、同一タイミングで検出できる相数が少ない場合に、相間の電流検出タイミングのずれによって生じる、ｄｑ軸電流の和の誤差を減少させ、出力トルクの誤差を減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施の形態１に係る交流回転機及び交流回転機の制御装置の概略構成図である。
【図２】実施の形態１に係る交流回転機の制御装置の概略ブロック図である。
【図３】実施の形態１に係る交流回転機の制御装置のハードウェア構成図である。
【図４】実施の形態１に係る第１巻線及び第２巻線の各相の位相を示す模式図である。
【図５】実施の形態１に係る駆動信号の生成を説明するタイムチャートである。
【図６】実施の形態１に係る電流ベクトルの位相を説明する図である。
【図７】実施の形態１に係る基準タイミングを基準にした、各相の電流の検出タイミングの定義を説明するためのタイムチャートである。
【図８】実施の形態１に係る電流検出タイミングの設定パターンを説明する図である。
【図９】実施の形態１に係る第１巻線及び第２巻線の各相の位相の別例を示す模式図である。
【図１０】実施の形態１に係る電流検出タイミングの設定パターンの別例を説明する図である。
【図１１】実施の形態２に係る第１巻線及び第２巻線の各相の位相を示す模式図である。
【図１２】実施の形態２に係る電流検出タイミングの設定パターンを説明する図である。
【図１３】実施の形態２に係る第１巻線及び第２巻線の各相の位相の別例を示す模式図である。
【図１４】実施の形態２に係る電流検出タイミングの設定パターンの別例を説明する図である。
【図１５】実施の形態３に係る交流回転機及び交流回転機の制御装置の概略構成図である。
【図１６】実施の形態３に係る交流回転機の制御装置の概略ブロック図である。
【図１７】実施の形態３に係る６相巻線の各相の位相を示す模式図である。
【図１８】実施の形態３に係る電流検出タイミングの設定パターンを説明する図である。
【図１９】実施の形態４に係る角度センサの模式図である。
【図２０】実施の形態４に係る基準タイミングを基準にした、各角度信号の検出タイミングの定義を説明するためのタイムチャートである。
【図２１】実施の形態４に係る角度信号の検出タイミングの設定パターンを説明する図である。
【図２２】実施の形態４に係る電流検出タイミングと角度信号の検出タイミングの設定例を示すタイムチャートである。
【図２３】実施の形態４に係る電流検出タイミングと角度信号の検出タイミングの設定例を示すタイムチャートである。
【図２４】実施の形態１に係る車両用交流回転機装置の概略構成図である。
【図２５】実施の形態１に係る電動パワーステアリング装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
１．実施の形態１
実施の形態１に係る交流回転機の制御装置１（以下、単に制御装置１と称す）について図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態に係る交流回転機１０及び制御装置１の概略構成図である。
【００２２】
１−１．交流回転機
交流回転機１０は、ステータ１８と、ステータ１８の径方向内側に配置されたロータ１４と、を備えている。交流回転機１０は、永久磁石型の同期回転機とされており、ステータ１８に巻線が巻装され、ロータ１４に極対数Ｐｒの永久磁石が設けられている。なお、交流回転機１０は、ロータ１４に電磁石が設けられた界磁巻線型の同期回転機とされてもよい。
【００２３】
交流回転機１０は、ｍ相の第１巻線１１及びｍ相の第２巻線１２を有している（ｍは３以上の整数）。本実施の形態では、ｍは３であり、交流回転機１０は、Ｕ１相、Ｖ１相、及びＷ１相の３相の第１巻線１１、及びＵ２相、Ｖ２相、及びＷ２相の３相の第２巻線１２を有している。図４に模式図を示すように、３相の第１巻線Ｕ１、Ｖ１、Ｗ２は、３相の第２巻線Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２に対して位相が電気角で３０ｄｅｇ進んでいる。電気角は、ロータ１４の機械角に極対数Ｐｒを乗算した角度になる。なお、第１巻線１１及び第２巻線１２は、１つのステータ１８に巻装されている。
【００２４】
ロータ１４には、ロータ１４の回転角度（磁極位置）を検出する角度センサ１５が設けられている。角度センサ１５の出力信号は、制御装置１に入力される。角度センサ１５には、各種のセンサが用いられる。例えば、角度センサ１５には、レゾルバ、ホール素子、ＴＭＲ素子、又はＧＭＲ素子などの位置検出器、電磁式、磁電式、又は光電式などの回転検出器が用いられる。
【００２５】
１−２．インバータ
直流電源１６の直流電力と３相の第１巻線Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１に供給する交流電力とを変換する第１インバータ２１と、直流電源１６の直流電力と第２巻線Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２に供給する交流電力とを変換する第２インバータ２２と、が備えられている。
【００２６】
第１インバータ２１及び第２インバータ２２は、それぞれ、直流電源１６の正極側に接続される正極側のスイッチング素子２３と、直流電源１６の負極側に接続される負極側のスイッチング素子２４と、が直列接続された直列回路を、３相各相の巻線に対応して３セット設けている。各直列回路における２つのスイッチング素子の接続点が、対応する相の巻線に接続される。
【００２７】
スイッチング素子には、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）、ダイオードが逆並列接続されたＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等が用いられる。各スイッチング素子のゲート端子は、ゲート駆動回路等を介して、制御装置１に接続されている。よって、各スイッチング素子は、制御装置１から出力される駆動信号によりオン又はオフされる。
【００２８】
直流電源１６には、鉛蓄電池又はリチウムイオン電池等の蓄電装置が用いられる。なお、直流電源１６には、直流電圧を昇圧したり降圧したりする直流電力変換器であるＤＣ−ＤＣコンバータが設けられてもよい。直流電源１６の電源電圧を検出するための電圧センサ１７が備えられている。電圧センサ１７の出力信号は、制御装置１に入力される。
【００２９】
第１及び第２インバータ２１、２２は、それぞれ、各相の巻線に流れる電流を検出するための電流センサ１３を備えている。電流センサ１３は、各相のスイッチング素子の直列回路と巻線とをつなぐ各相の電線上に備えられたホール素子等とされている。或いは、電流センサ１３は、各相の直列回路に直列接続されたシャント抵抗であってもよい。各相のシャント抵抗の両端電位差が、制御装置１に入力される。例えば、各相のシャント抵抗は、各相の負極側のスイッチング素子の負極側に直列接続される。
【００３０】
１−３．制御装置１
制御装置１は、第１インバータ２１及び第２インバータ２２のスイッチング素子を介して、交流回転機１０を制御する。制御装置１は、図２に示すように、回転検出部３１、電源電圧検出部３２、電流検出部３３、電圧指令演算部３４、及び電圧印加部３５等の制御部を備えている。制御装置１の各機能は、制御装置１が備えた処理回路により実現される。具体的には、制御装置１は、図３に示すように、処理回路として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算処理装置９０（コンピュータ）、演算処理装置９０とデータのやり取りする記憶装置９１、演算処理装置９０に外部の信号を入力する入力回路９２、及び演算処理装置９０から外部に信号を出力する出力回路９３等を備えている。
【００３１】
演算処理装置９０として、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＩＣ（Integrated Circuit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、各種の論理回路、及び各種の信号処理回路等が備えられてもよい。また、演算処理装置９０として、同じ種類のもの又は異なる種類のものが複数備えられ、各処理が分担して実行されてもよい。記憶装置９１として、演算処理装置９０からデータを読み出し及び書き込みが可能に構成されたＲＡＭ（Random Access Memory）、及び演算処理装置９０からデータを読み出し可能に構成されたＲＯＭ（Read Only Memory）等が備えられている。入力回路９２は、角度センサ１５、電圧センサ１７、電流センサ１３等の各種のセンサ及びスイッチが接続され、これらセンサ及びスイッチの出力信号を演算処理装置９０に入力するＡ／Ｄ変換器等を備えている。出力回路９３は、第１インバータ２１及び第２インバータ２２のスイッチング素子をオンオフ駆動するゲート駆動回路等の電気負荷が接続され、これら電気負荷に演算処理装置９０から制御信号を出力する駆動回路等を備えている。
【００３２】
そして、制御装置１が備える各制御部３１〜３５等の各機能は、演算処理装置９０が、ＲＯＭ等の記憶装置９１に記憶されたソフトウェア（プログラム）を実行し、記憶装置９１、入力回路９２、及び出力回路９３等の制御装置１の他のハードウェアと協働することにより実現される。なお、各制御部３１〜３５等が用いる設定データは、ソフトウェア（プログラム）の一部として、ＲＯＭ等の記憶装置９１に記憶されている。以下、制御装置１の各機能について詳細に説明する。
【００３３】
１−３−１．回転検出部３１
回転検出部３１は、ロータ１４の電気角での回転角度（磁極位置）、及び回転速度を検出する。本実施の形態では、回転検出部３１は、角度センサ１５の出力信号に基づいて、電気角での回転角度（磁極位置）及び回転速度を検出する。なお、回転検出部３１は、電流指令に高調波成分を重畳することによって得られる電流情報等に基づいて、角度センサを用いずに、回転角度（磁極位置）を推定するように構成されてもよい（いわゆる、センサレス方式）。
【００３４】
１−３−２．電源電圧検出部３２
電源電圧検出部３２は、直流電源１６の電源電圧を検出する。本実施の形態では、電源電圧検出部３２は、電圧センサ１７の出力信号に基づいて、電源電圧を検出する。
【００３５】
１−３−３．電流検出部３３
電流検出部３３は、第１巻線及び第２巻線の各相に流れる電流を検出する。本実施の形態では、電流検出部３３は、電流センサ１３の出力信号に基づいて、第１インバータ２１から第１巻線の各相Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１に流れる電流ｉｕ１＿ｄｅｔ、ｉｖ１＿ｄｅｔ、ｉｗ１＿ｄｅｔを検出すると共に、第２インバータ２２から第２巻線の各相Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２に流れる電流ｉｕ２＿ｄｅｔ、ｉｖ２＿ｄｅｔ、ｉｗ２＿ｄｅｔを検出する。本実施の形態では、電流検出部３３は、後述するタイミングで、各相の電流を検出する。
【００３６】
１−３−４．電圧指令演算部３４
電圧指令演算部３４は、電流指令、各相の電流検出値、及び回転角度に基づいて、第１巻線及び第２巻線の各相に印加する電圧指令を演算する。本実施の形態では、電圧指令演算部３４は、電流指令演算部３４１、電流変換部３４２、電流フィードバック制御部３４３、及び電圧指令変換部３４４を備えている。
【００３７】
本実施の形態では、電圧指令演算部３４は、ｄｑ軸回転座標系で電流フィードバック制御を行うように構成されている。ｄｑ軸回転座標は、交流回転機１０のロータ１４の磁束方向に定めたｄ軸、及びｄ軸より電気角でπ／２進んだ方向に定めたｑ軸からなる回転座標とされている。本実施の形態では、ロータ１４の磁束方向は、ロータ１４に設けられた永久磁石のＮ極の向きとされている。第１巻線を基準にした磁極位置θ１は、第１巻線のＵ１相の巻線を基準としたｄ軸の進み角とされ、第２巻線を基準にした磁極位置θ２は、第２巻線のＵ２相の巻線を基準としたｄ軸の進み角とされている。
【００３８】
＜電流指令演算部３４１＞
電流指令演算部３４１は、第１巻線に流す電流指令、及び第２巻線に流す電流指令を演算する。電流指令演算部３４１は、第１巻線のｄ軸電流指令Ｉｄ１＊及びｑ軸電流指令Ｉｑ１＊を演算すると共に、第２巻線のｄ軸電流指令Ｉｄ２＊及びｑ軸電流指令Ｉｑ２＊を演算する。
【００３９】
電流指令演算部３４１は、合計のｄ軸電流指令Ｉｄ＊及びｑ軸電流指令Ｉｑ＊を演算し、合計のｄｑ軸電流指令Ｉｄ＊、Ｉｑ＊を、第１巻線のｄｑ軸電流指令Ｉｄ１＊、Ｉｑ１＊及び第２巻線のｄｑ軸電流指令Ｉｄ２＊、Ｉｑ２＊に分配する。本実施の形態では、電流指令演算部３４１は、合計のｄｑ軸電流指令Ｉｄ＊、Ｉｑ＊の０．５倍値を、それぞれ、第１巻線のｄｑ軸電流指令Ｉｄ１＊、Ｉｑ１＊、及び第２巻線のｄｑ軸電流指令Ｉｄ２＊、Ｉｑ２＊に設定する。
【００４０】
電流指令演算部３４１は、目標トルク、電源電圧、及び回転速度等に基づいて、最大トルク電流制御、弱め磁束制御、及びＩｄ＝０制御などの電流ベクトル制御方法に従って、合計のｄｑ軸電流指令Ｉｄ＊、Ｉｑ＊を演算する。目標トルクは、外部の装置から伝達されてもよいし、電流指令演算部３４１内で演算されてもよい。
【００４１】
＜電流変換部３４２＞
電流変換部３４２は、第１巻線の各相の電流検出値ｉｕ１＿ｄｅｔ、ｉｖ１＿ｄｅｔ、ｉｗ１＿ｄｅｔを、第１巻線基準の磁極位置θ１に基づいて３相２相変換及び回転座標変換を行って、ｄｑ軸回転座標系で表した第１巻線のｄ軸電流検出値Ｉｄ１及びｑ軸電流検出値Ｉｑ１に変換する。同様に、電流変換部３４２は、第２巻線の各相の電流検出値ｉｕ２＿ｄｅｔ、ｉｖ２＿ｄｅｔ、ｉｗ２＿ｄｅｔを、第２巻線基準の磁極位置θ２に基づいて３相２相変換及び回転座標変換を行って、ｄｑ軸回転座標系で表した第２巻線のｄ軸電流検出値Ｉｄ２及びｑ軸電流検出値Ｉｑ２に変換する。
【００４２】
＜電流フィードバック制御部３４３＞
電流フィードバック制御部３４３は、第１巻線のｄｑ軸電流検出値Ｉｄ１、Ｉｑ１が、第１巻線のｄｑ軸電流指令Ｉｄ１＊、Ｉｑ１＊に近づくように、ＰＩ制御等により、第１巻線のｄ軸電圧指令Ｖｄ１及びｑ軸電圧指令Ｖｑ１を変化させるフィードバック制御を行う。同様に、電流フィードバック制御部３４３は、第２巻線のｄｑ軸電流Ｉｄ２、Ｉｑ２が、第２巻線のｄｑ軸電流指令Ｉｄ２＊、Ｉｑ２＊に近づくように、ＰＩ制御等により、第２巻線のｄ軸電圧指令Ｖｄ２及びｑ軸電圧指令Ｖｑ２を変化させるフィードバック制御を行う。
【００４３】
＜電圧指令変換部３４４＞
電圧指令変換部３４４は、第１巻線のｄｑ軸電圧指令Ｖｄ１、Ｖｑ１を、第１巻線基準の磁極位置θ１に基づいて、固定座標変換及び２相３相変換を行って、第１巻線の各相の電圧指令ｖｕ１、ｖｖ１、ｖｗ１に変換する。同様に、電圧指令変換部３４４は、第２巻線のｄｑ軸電圧指令Ｖｄ２、Ｖｑ２を、第２巻線基準の磁極位置θ２に基づいて、固定座標変換及び２相３相変換を行って、第２巻線の各相の電圧指令ｖｕ２、ｖｖ２、ｖｗ２に変換する。
【００４４】
１−３−５．電圧印加部３５
電圧印加部３５は、第１巻線の各相の電圧指令ｖｕ１、ｖｖ１、ｖｗ１及び第２巻線の各相の電圧指令ｖｕ２、ｖｖ２、ｖｗ２と搬送波信号とを比較することにより、第１巻線及び第２巻線の各相に電圧を印加する。
【００４５】
図５に示すように、本実施の形態では、搬送波信号は、電源電圧の振幅を有する三角波とされており、電圧指令が三角波を上回った場合は、駆動信号をオンし、電圧指令が三角波を下回った場合は、駆動信号をオフする。正極側のスイッチング素子２３には、駆動信号がそのまま伝達され、負極側のスイッチング素子２４には、駆動信号を反転させた駆動信号が伝達される。各駆動信号は、ゲート駆動回路を介して、第１及び第２インバータ２１、２２の各スイッチング素子のゲート端子に入力され、各スイッチング素子をオン又はオフさせる。
【００４６】
１−３−６．電流検出タイミング
本実施の形態では、電流検出部３３は、３相の第１巻線から１相ずつ選択した第１巻線の１相と、３相の第２巻線から１相ずつ選択した第２巻線の１相と、をセットにした３セットを、第１巻線と第２巻線との位相差に基づいて設定し、各セットの２相分の巻線の電流を、実質的に同一タイミングで検出し、他のセットの電流検出タイミングとは異ならせる。
【００４７】
以下で、電流検出部３３において、同一タイミングで検出する相の組み合わせについて原理を説明する。
【００４８】
＜６相の電流を同一タイミングで検出する理想的な場合＞
まず、６相の電流を全て同一タイミングで検出する理想的な場合について説明する。第１巻線の各相を流れる電流ｉｕ１、ｉｖ１、ｉｗ１、及び第２巻線の各相を流れる電流ｉｕ２、ｉｖ２、ｉｗ２は、式（４）で与えられる。ここで、βは、図６に示すように、ｄｑ軸の電流ベクトルＩのｑ軸からの位相を表し、Ｉｒｍｓは電流実効値を表す。また、第２巻線の各相の電流ｉｕ２、ｉｖ２、ｉｗ２を、第２巻線基準の磁極位置θ２の代わりに、第１巻線基準の磁極位置θ１を用いて表している。第２巻線基準の磁極位置θ２は、第１巻線基準の磁極位置θ１に対して、位相が電気角で３０ｄｅｇ（π／６）遅れる（θ２＝θ１−π／６）。
【数４】
2020096451.tif 000006
【００４９】
式（４）の第１巻線の各相の電流及び第２巻線の各相の電流を、それぞれ、３相２相変換及び回転座標変換することにより、ｄｑ軸回転座標系で表した第１巻線のｄ軸電流Ｉｄ１及びｑ軸電流Ｉｑ１、及び第２巻線のｄ軸電流Ｉｄ２及びｑ軸電流Ｉｑ２は、式（５）のように与えられる。
【数５】
2020096451.tif 000007
【００５０】
このとき交流回転機１０の出力トルクＴは、式（６）となる。ここで、Ｌｄはｄ軸自己インダクタンスを表し、Ｌｑはｑ軸自己インダクタンスを表し、φは磁束を表す。なお、ここでは相互インダクタンスの無い式としているが、相互インダクタンスがある場合にも同様の効果が得られる。
【数６】
2020096451.tif 000008
【００５１】
第１巻線及び第２巻線のｄｑ軸電流は、和よりも差が小さい状態で制御されており、式（７）をみたす。このとき、交流回転機１０の出力トルクＴは、式（８）のように近似でき、第１巻線及び第２巻線のｄｑ軸電流の和に比例したものになる。
【数７】
2020096451.tif 000009
【数８】
2020096451.tif 000010
【００５２】
＜各相の電流検出タイミングを同一にできない場合＞
式（４）から式（８）が成り立つには、６相の電流を同一タイミングで検出する必要がある。しかし、廉価なマイコンでは、同時にＡ／Ｄ変換できるチャンネル数が少なく、全てを同一タイミングで検出できない。
【００５３】
６相の電流を同一タイミングで検出できない場合は、式（８）において、第１巻線及び第２巻線のｑ軸電流の和（Ｉｑ１＋Ｉｑ２）、及びｄ軸電流の和（Ｉｄ１＋Ｉｄ２）に誤差が生じ、出力トルクの誤差が生じるおそれがある。よって、各相の電流を同一タイミングで検出できない場合でも、各相の電流検出タイミングを調整することによって、ｑ軸電流の和（Ｉｑ１＋Ｉｑ２）及びｄ軸電流の和（Ｉｄ１＋Ｉｄ２）の誤差を低減することが考えられる。
【００５４】
＜ｄｑ軸電流の和の誤差低減の条件導出＞
以下で、ｄｑ軸電流の和の誤差を低減するための条件を導出する。図７は、搬送波信号の基準タイミング（本例では、山の頂点）を基準にした、各相の電流ｉｕ１〜ｉｗ２の検出タイミングｔｕ１〜ｔｗ２の定義を示している。基準タイミング（山の頂点）を基準にした、第１巻線のＵ１相の電流ｉｕ１の検出タイミングをｔｕ１とし、第１巻線のＶ１相の電流ｉｖ１の検出タイミングをｔｖ１とし、第１巻線のＷ１相の電流ｉｗ１の検出タイミングをｔｗ１とし、第２巻線のＵ２相の電流ｉｕ２の検出タイミングをｔｕ２とし、第２巻線のＶ２相の電流ｉｖ２の検出タイミングをｔｖ２とし、第２巻線のＷ２相の電流ｉｗ２の検出タイミングをｔｗ２としている。
【００５５】
ところで、図５に示したように、各スイッチング素子のオンオフ駆動信号は、搬送波信号の山の頂点又は谷の頂点に対して、ほぼ左右対称になる。そのため、搬送波信号の山の頂点又は谷の頂点付近で電流を検出することで、オン期間の電流の平均値又はオフ期間の電流の平均値を検出することができ、電流リプルの影響を受け難く、電流の検出精度を向上させることができる。本実施の形態では、搬送波信号の基準タイミングは、搬送波信号の山の頂点及び谷の頂点の一方又は双方（本例では、山の頂点）に設定されている。なお、搬送波信号の山の頂点及び谷の頂点以外のタイミングを、基準タイミングに設定してもよい。また、搬送波信号は、のこぎり波等、三角波以外の他の形状であってもよく、この場合でも同様の効果が得られる。
【００５６】
各検出タイミングｔｕ１〜ｔｗ２で検出した検出電流は式（９）で与えられる。なお、θ１は、基準タイミングにおける第１巻線基準の磁極位置を表し、ωは、電気角での回転速度を表す。
【数９】
2020096451.tif 000011
【００５７】
基準タイミングで同時に６相の電流を検出した場合に得られる第１巻線及び第２巻線のｄｑ軸電流を、それぞれ、Ｉｄ１＿ｉｄｅａｌ、Ｉｑ１＿ｉｄｅａｌ、Ｉｄ２＿ｉｄｅａｌ、Ｉｑ２＿ｉｄｅａｌとする。また、各相の検出タイミングｔｕ１〜ｔｗ２で各相の電流を検出した場合に、式（９）から得られる第１巻線及び第２巻線のｄｑ軸電流を、それぞれ、Ｉｄ１＿ｄｅｔ、Ｉｑ１＿ｄｅｔ、Ｉｄ２＿ｄｅｔ、Ｉｑ２＿ｄｅｔとする。そうすると、式（１０）〜式（１３）が成り立つ。
【数１０】
2020096451.tif 000012
【数１１】
2020096451.tif 000013
【数１２】
2020096451.tif 000014
【数１３】
2020096451.tif 000015
【００５８】
式（１０）〜式（１３）において、第２項以降の誤差成分は、cosβ又はsinβに比例する直流のオフセット成分と、cos(2θ1+β)又はsin(2θ1+β)に比例する磁極位置θ１の２次の交流成分とからなる。
【００５９】
式（１０）のＩｄ１＿ｄｅｔと式（１１）のＩｄ２＿ｄｅｔとを合計したｄ軸電流の和Ｉｄ＿ｓｕｍと、式（１２）のＩｑ１＿ｄｅｔと式（１３）のＩｑ１＿ｄｅｔとを合計したｑ軸電流の和Ｉｑ＿ｓｕｍは、式（１４）で与えられる。また、式（１０）のＩｄ１＿ｄｅｔから式（１１）のＩｄ２＿ｄｅｔを減算したｄ軸電流の差Ｉｄ＿ｄｉｆｆと、式（１２）のＩｑ１＿ｄｅｔから式（１３）のＩｑ２＿ｄｅｔを減算したｑ軸電流の差Ｉｑ＿ｄｉｆｆは、式（１５）で与えられる。
【数１４】
2020096451.tif 000016
【数１５】
2020096451.tif 000017
【００６０】
式（１４）のｄ軸電流の和Ｉｄ＿ｓｕｍ及びｑ軸電流の和Ｉｑ＿ｓｕｍにおいて、第２項以降の誤差成分をゼロとするためには、式（１６）が成り立てばよい。
【数１６】
2020096451.tif 000018
【００６１】
また、式（１０）〜式（１３）のｄｑ軸電流において、第２項のcosβ又はsinβに比例する直流のオフセット誤差成分は、ｄｑ軸電流の定常的な誤差成分となるため、ゼロであることが望ましい。よって、式（１０）〜式（１３）の第２項をゼロにするためには、式（１７）が成り立てばよい。なお、式（１７）が成り立てば、式（１５）のｄ軸電流の差Ｉｄ＿ｄｉｆｆ及びｑ軸電流の差Ｉｑ＿ｄｉｆｆにおいて、第２項のcosβ又はsinβに比例する直流のオフセット誤差成分も、ゼロにできる。ｄｑ軸電流の差が、特許文献３のような制御に用いられる場合に、制御精度を高めることができる。
【数１７】
2020096451.tif 000019
【００６２】
＜組み合わせパターン＞
式（１６）及び式（１７）をみたすｔｕ１〜ｔｗ２の関係式は式（１８）で与えられる。
【数１８】
2020096451.tif 000020
【００６３】
すなわち、電流検出部３３は、第１巻線のＵ１相の電流検出タイミングｔｕ１と、第２巻線のＷ２相の電流検出タイミングｔｗ２とをセットにし、第１巻線のＶ１相の電流検出タイミングｔｖ１と、第２巻線のＵ２相の電流検出タイミングｔｕ２とをセットにし、第１巻線のＷ１相の電流検出タイミングｔｗ１と、第２巻線のＶ２相の電流検出タイミングｔｖ２とをセットにした３セットを設定し、各セットの２相分の巻線の電流を、実質的に同一タイミングで検出し、他のセットの電流検出タイミングとは異ならせる。
【００６４】
同じセットにされた第１巻線のＵ１相と第２巻線のＷ２相とは、図４に示すように、電気角で９０ｄｅｇ位相が異なっており、同じセットにされた第１巻線のＶ１相と第２巻線のＵ２相とは、電気角で９０ｄｅｇ位相が異なっており、同じセットにされた第１巻線のＷ１相と第２巻線のＶ２相とは、電気角で９０ｄｅｇ位相が異なっている。すなわち、互いに電気角で９０ｄｅｇ位相の異なる第１巻線の１相と第２巻線の１相とがセットになっている。
【００６５】
また、式（１７）及び式（１８）から、第１巻線の各相の基準タイミングに対する電流検出タイミングｔｕ１、ｔｖ１、ｔｗ１の合計がゼロになり、第２巻線の各相の基準タイミングに対する電流検出タイミングｔｕ２、ｔｖ２、ｔｗ２の合計がゼロになるように、各セットの基準タイミングに対する電流検出タイミングを設定すればよい。
【００６６】
また、各セットの基準タイミングに対する電流検出タイミングのずれ量を最小にするためには、いずれか１つのセットの電流検出タイミングを、ゼロの基準タイミングにすればよい。他の２つのセットの電流検出タイミングは、ゼロの基準タイミングに対して前後対称になる。基準タイミングが搬送波信号の山の頂点又は谷の頂点に設定されている場合は、電流リプルによる電流検出精度の悪化を最小限に抑制することができる。
【００６７】
以上の条件を満たす電流検出タイミングの設定パターンは、図８の（１）〜（６）の６パターンになる。電流検出部３３は、図８の（１）〜（６）のいずれか１つのパターンの電流検出タイミングで、各相の電流を検出する。ここで、図８中の０は、電流検出タイミングが基準タイミングに設定されていることを示し、−δは、電流検出タイミングが基準タイミングよりもδだけ前に設定されていることを示し、δは、電流検出タイミングが基準タイミングよりもδだけ後に設定されていることを示す。
【００６８】
以上のような電流検出タイミングに設定することにより、巻線の相数に比べて、Ａ／Ｄ変換器のチャンネル数が少なく、同一タイミングで検出できる相数が少ない場合に、相間の電流検出タイミングのずれによって生じる、ｄｑ軸電流の和の誤差を減少させ、出力トルクの誤差を減少させることができる。また、ｄｑ軸電流のオフセット誤差を減少させ、ｄｑ軸電流の差のオフセット誤差を減少させることができ、検出電流を用いた各種の制御精度を向上させることができる。
【００６９】
＜実質的に同一タイミングの許容範囲＞
なお、各セット２相分の巻線の電流検出タイミングが厳密に同一タイミングでは無い場合について、以下で説明する。式（１９）に示すように、各セットについて、２相分の巻線間で、電流検出タイミングがηずれている場合を考える。式（８）のリラクタンストルク成分があっても同様の考え方を適用できるが、説明を簡単にするため出力トルクＴは式（２０）のように与えられるものとする。
【数１９】
2020096451.tif 000021
【数２０】
2020096451.tif 000022
【００７０】
このとき、式（１４）より、ｄｑ軸電流の和Ｉｄ＿ｓｕｍ、Ｉｑ＿ｓｕｍは、式（２１）のようにオフセット成分を含む式で与えられる。
【数２１】
2020096451.tif 000023
【００７１】
例えば、交流回転機１０が車輪の駆動力源となる場合は、交流回転機１０及び制御装置１は、車両用交流回転機装置５０を構成する。交流回転機１０のロータ１４の回転軸は、動力伝達機構５１を介して車輪５２に連結される。例えば、図２４に示すように、交流回転機１０の回転軸は、プーリ及びベルト機構５３を介して、内燃機関５４のクランク軸に連結され、内燃機関５４及び変速装置５５を介して車輪５２に連結される。或いは、交流回転機１０は、電気自動車の車輪の駆動力源として用いられてもよい。この場合は、交流回転機１０の回転軸は、変速装置を介して車輪に連結される。これらの場合は、電流指令演算部３４１は、車両を駆動するために要求されている車両要求トルク、又は要求発電電力等に基づいて、目標トルクを算出し、目標トルクに基づいて電流指令を算出する。
【００７２】
そのため、交流回転機１０の出力トルクの誤差は、定められた許容値Ｔｔｈ１以下である必要がある。つまり、式（２０）及び式（２１）より、ηは式（２２）をみたせばよい。Ｔｍａｘは、誤差がない場合の交流回転機１０の出力トルクである。
【数２２】
2020096451.tif 000024
【００７３】
例えば、許容トルク精度が１％以下であり、極対数が５であり、回転速度が１００００ｒｐｍである場合には、同じセットの２相間の電流検出タイミングのずれηは、１．９μｓ以下であればよい。一方、異なるセット間の電流検出タイミングの間隔δは、搬送波信号の周期よりも十分に短い必要があるため、数μｓ程度である。つまり、同じセットの２相間の電流検出タイミングのずれηを、異なるセット間の電流検出タイミングの間隔δに対して一桁小さいレベル、例えば１／１０以下に設定すれば、出力トルクの精度要求を満足できる。
【００７４】
式（１９）では、全てのセットについて、２相間の電流検出タイミングがηずれている場合を説明したが、一部のセットだけ、２相間の電流検出タイミングがηずれている場合について説明する。式（２３）に示すように、Ｗ２相とＵ１相のセットについて、Ｗ２相とＵ１相の巻線間で、電流検出タイミングがηずれている場合を考える。
【数２３】
2020096451.tif 000025
【００７５】
このとき、式（１４）より、ｄｑ軸電流の和Ｉｄ＿ｓｕｍ、Ｉｑ＿ｓｕｍは、式（２４）のようにオフセット成分と電気角２次成分を含む式で与えられる。
【数２４】
2020096451.tif 000026
【００７６】
交流回転機１０が、車輪６２の操舵装置６３の駆動力源となる場合は、交流回転機１０及び制御装置１は、電動パワーステアリング装置６０を構成する。交流回転機１０のロータ１４の回転軸は、駆動力伝達機構６１を介して車輪６２の操舵装置６３に連結される。例えば、図２５に示すように、電動パワーステアリング装置６０は、運転者が左右に回転するハンドル６４と、ハンドル６４に連結されて、ハンドル６４による操舵トルクを車輪６２の操舵装置６３に伝達するシャフト６５と、シャフト６５に取り付けられ、ハンドル６４による操舵トルクＴｓを検出するトルクセンサ６６と、交流回転機１０の回転軸をシャフト６５に連結するウォームギヤ機構等の駆動力伝達機構６１と、を備えている。トルクセンサ６６の出力信号は、制御装置１（入力回路９２）に入力され、制御装置１は、トルクセンサ６６の出力信号に基づいて、運転者の操舵トルクＴｓを検出する。そして、電流指令演算部３４１は、操舵トルクＴｓに基づいて、操舵トルクＴｓを補助するための電流指令を算出する。例えば、電流指令演算部３４１は、操舵トルクＴｓに、係数Ｋｔを乗算して、ｑ軸電流指令Ｉｑ＿ｔｇｔを算出する（Ｉｑ＿ｔｇｔ＝Ｋｔ×Ｔｓ）。なお、公知の各種の制御方法が用いられてもよい。
【００７７】
交流回転機１０の出力軸は、駆動力伝達機構６１及びシャフト６５を介してハンドル６４に接続されているため、交流回転機１０の出力トルクのトルクリプルは、定められた許容値Ｔｔｈ２以下である必要がある。つまり、式（２０）及び式（２４）より、ηは式（２５）をみたせばよい。Ｔｍａｘは、誤差がない場合の交流回転機１０の出力トルクである。
【数２５】
2020096451.tif 000027
【００７８】
例えば、許容トルクリプルが１％以下であり、極対数が５であり、回転速度が１００００ｒｐｍである場合には、同じセットの２相間の電流検出タイミングのずれηは、５．７μｓ以下であればよい。一方、異なるセット間の電流検出タイミングの間隔δは、搬送波信号の周期よりも十分に短い必要があるため、数μｓ程度である。つまり、同じセットの２相間の電流検出タイミングのずれηを、異なるセット間の電流検出タイミングの間隔δに対して一桁小さいレベル、例えば１／１０以下に設定すれば、出力トルクの精度要求を満足できる。
【００７９】
上記の２つの例を用いて説明したように、実質的に同一タイミングは、時間ずれがゼロの場合に限定するものでは無く、許容される出力トルクの精度、又は許容されるトルクリプルに対して、問題の無い程度の時間ずれも含む。これらの例を勘案して、実質的に同一タイミングとは、少なくとも、同じセットの２相間の電流検出タイミングのずれηが、異なるセット間の電流検出タイミングの間隔δの１／１０以下であればよい。
【００８０】
理想的には、実質的に同一タイミングとは、Ａ／Ｄ変換器の最大チャンネル数の範囲内のチャンネル数を、トリガ信号により一斉にＡ／Ｄ変換するタイミングであればよい。
【００８１】
＜第１巻線と第２巻線との位相差が９０ｄｅｇの場合＞
本実施の形態では、第１巻線と第２巻線との位相差が電気角で３０ｄｅｇである場合を説明した。しかし、図９に示すように、第１巻線と第２巻線との位相差が電気角で９０ｄｅｇの場合は、同様の式導出により、式（２６）のような電流検出タイミングに設定することにより、ｄｑ軸電流の和の誤差を減少させ、出力トルクの誤差を減少させることができると共に、ｄｑ軸電流のオフセット誤差を減少させ、ｄｑ軸電流の差のオフセット誤差を減少させることができる。
【数２６】
2020096451.tif 000028
【００８２】
すなわち、電流検出部３３は、第１巻線のＵ１相の電流検出タイミングｔｕ１と、第２巻線のＵ２相の電流検出タイミングｔｕ２とをセットにし、第１巻線のＶ１相の電流検出タイミングｔｖ１と、第２巻線のＶ２相の電流検出タイミングｔｖ２とをセットにし、第１巻線のＷ１相の電流検出タイミングｔｗ１と、第２巻線のＷ２相の電流検出タイミングｔｗ２とをセットにした３セットを設定し、各セットの２相分の巻線の電流を、実質的に同一タイミングで検出し、他のセットの電流検出タイミングとは異ならせる。
【００８３】
同じセットにされた第１巻線のＵ１相と第２巻線のＵ２相とは、図９に示すように、電気角で９０ｄｅｇ位相が異なっており、同じセットにされた第１巻線のＶ１相と第２巻線のＶ２相とは、電気角で９０ｄｅｇ位相が異なっており、同じセットにされた第１巻線のＷ１相と第２巻線のＷ２相とは、電気角で９０ｄｅｇ位相が異なっている。すなわち、互いに電気角で９０ｄｅｇ位相の異なる第１巻線の１相と第２巻線の１相とがセットになっている。
【００８４】
式（２６）から、第１巻線の各相の基準タイミングに対する電流検出タイミングｔｕ１、ｔｖ１、ｔｗ１の合計がゼロになり、第２巻線の各相の基準タイミングに対する電流検出タイミングｔｕ２、ｔｖ２、ｔｗ２の合計がゼロになるように、各セットの基準タイミングに対する電流検出タイミングを設定すればよい。
【００８５】
また、基準タイミングに対する各セットの電流検出タイミングのずれ量を最小にするためには、いずれか１つのセットの電流検出タイミングを、ゼロの基準タイミングにすればよい。他の２つのセットの電流検出タイミングは、ゼロの基準タイミングに対して前後対称になる。基準タイミングが搬送波信号の山の頂点又は谷の頂点に設定されている場合は、電流リプルによる電流検出精度の悪化を最小限に抑制することができる。
【００８６】
以上の条件を満たす電流検出タイミングの設定パターンは、図１０の（１）〜（６）の６パターンになる。電流検出部３３は、図１０の（１）〜（６）のいずれか１つのパターンの電流検出タイミングで、各相の電流を検出する。
【００８７】
＜９０ｄｅｇ位相が異なる２つの相のセット化＞
ところで、式（１４）における、ｄｑ軸電流の和における誤差成分のうち、第２項のオフセット成分は、式（１７）に示したように、基準タイミングからのずれ量の和をゼロとすることで、式（１６）の第１式が成り立ち、ゼロに抑制できる。一方、式（１４）の第３項及び第４項は、磁極位置θ１の２次の交流成分であり、９０ｄｅｇ×２＝１８０ｄｅｇとなり位相が反転することを利用してゼロにされる。すなわち、式（１８）及び式（２６）に示したように、互いに電気角で９０ｄｅｇ位相の異なる第１巻線の１相と第２巻線の１相とを、同じ電流検出タイミングに設定することにより、式（１６）の第２式及び第３式において、それらを互いに打ち消し合わせることができ、交流成分をゼロに抑制できる。
【００８８】
このことは、３相以外の第１巻線及び第２巻線についても成り立つ。すなわち、交流回転機１０に、ｍ相の第１巻線とｍ相の第２巻線とが設けられる場合に、電流検出部３３は、互いに電気角で９０ｄｅｇ移動の異なる第１巻線の１相と第２巻線の１相とをセットにしたｍセットを、第１巻線と第２巻線との位相差に基づいて設定し、各セットの２相分の巻線の電流を、実質的に同一タイミングで検出する。巻線の相数に比べて、Ａ／Ｄ変換器のチャンネル数が少なく、同一タイミングで検出できる相数が少ない場合に、相間の電流検出タイミングのずれによって生じる、ｄｑ軸電流の和の誤差を減少させ、出力トルクの誤差を減少させることができる。また、ｄｑ軸電流のオフセット誤差を減少させ、ｄｑ軸電流の差のオフセット誤差を減少させることができ、検出電流を用いた各種の制御精度を向上させることができる。
【００８９】
２．実施の形態２
次に、実施の形態２に係る交流回転機１０及び制御装置１について説明する。上記の実施の形態１と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る交流回転機１０及び制御装置１の基本的な構成は実施の形態１と同様であるが、第１巻線と第２巻線との間に位相差がなく、電流検出タイミングの設定が実施の形態１と異なる。
【００９０】
本実施の形態でも、ｍは３であり、交流回転機１０は、Ｕ１相、Ｖ１相、及びＷ１相の３相の第１巻線１１、及びＵ２相、Ｖ２相、及びＷ２相の３相の第２巻線１２を有している。図１１に模式図を示すように、３相の第１巻線Ｕ１、Ｖ１、Ｗ２は、３相の第２巻線Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２に対して位相差がない。
【００９１】
本実施の形態では、電流検出部３３は、互いに電気角で位相が同じ又は反転する第１巻線の１相と第２巻線の１相とを対にしたｍ対を設定し、各対の２相分の巻線の電流の検出タイミングを、基準タイミングを基準に前後対称に設定する。
【００９２】
以下で、電流検出部３３における電流検出タイミングの設定について原理を説明する。
【００９３】
＜６相の電流を同一タイミングで検出する理想的な場合＞
まず、６相の電流を全て同一タイミングで検出する理想的な場合について説明する。第１巻線の各相を流れる電流ｉｕ１、ｉｖ１、ｉｗ１、及び第２巻線の各相を流れる電流ｉｕ２、ｉｖ２、ｉｗ２は、式（２７）で与えられる。
【数２７】
2020096451.tif 000029
【００９４】
図７で定義した各検出タイミングｔｕ１〜ｔｗ２で検出した検出電流は、式（２８）で与えられる。
【数２８】
2020096451.tif 000030
【００９５】
このとき、ｄｑ軸電流の和Ｉｄ＿ｓｕｍ、Ｉｑ＿ｓｕｍは式（２９）及び式（３０）で与えられる。
【数２９】
2020096451.tif 000031
【数３０】
2020096451.tif 000032
【００９６】
式（２９）及び式（３０）において第２項以降の誤差成分をゼロとするためには、式（３１）が成り立てばよい。
【数３１】
2020096451.tif 000033
【００９７】
本実施の形態でも式（１７）が成り立つため、式（１７）及び式（３１）をみたすｔｕ１〜ｔｗ２の関係式は式（３２）で与えられる。
【数３２】
2020096451.tif 000034
【００９８】
すなわち、電流検出部３３は、互いに電気角で位相が同じになる第１巻線のＵ１相と第２巻線のＵ２相とを対に設定し、第１巻線のＵ１相の電流検出タイミングｔｕ１と、第２巻線のＵ２相の電流検出タイミングｔｕ２と、を基準タイミングに対して前後対称に設定する。また、電流検出部３３は、互いに電気角で位相が同じになる第１巻線のＶ１相と第２巻線のＶ２相とを対に設定し、第１巻線のＶ１相の電流検出タイミングｔｖ１と、第２巻線のＶ２相の電流検出タイミングｔｖ２と、を基準タイミングに対して前後対称に設定する。電流検出部３３は、互いに電気角で位相が同じになる第１巻線のＷ１相と第２巻線のＷ２相とを対に設定し、第１巻線のＷ１相の電流検出タイミングｔｗ１と、第２巻線のＷ２相の電流検出タイミングｔｗ２と、を基準タイミングに対して前後対称に設定する。
【００９９】
ここで、２つの相の電流検出タイミングが、ゼロの基準タイミングに設定されている場合も、基準タイミングに対して前後対称に設定されているものとする。各相の基準タイミングに対する電流検出タイミングのずれ量を最小にするためには、同時にＡ／Ｄ変換できるチャンネル数の範囲内の最大相数（２の整数倍数）の電流検出タイミングを、基準タイミングに設定し、それ以外の相の電流検出タイミングを、チャンネル数の範囲内で同じタイミングにまとめて、基準タイミングに対して前後対称に設定すればよい。
【０１００】
例えば、Ａ／Ｄ変換のチャンネル数が２つの場合は、電流検出部３３は、１つの対の２相分の電流検出タイミングを、基準タイミングに設定し、残りの２つの対のそれぞれから１相ずつ選択した第１巻線の１相と第２巻線の１相とを設定した２セットを設定し、各セットの２相分の巻線の電流を、実質的に同一タイミングで検出すればよい。或いは、Ａ／Ｄ変換のチャンネル数が４つの場合は、２つの対の４相分の電流検出タイミングを、基準タイミングに設定し、残りの１つの対の２つの相の電流検出タイミングを、基準タイミングに対して前後対称に設定すればよい。
【０１０１】
１つの対の２相分の電流検出タイミングを基準タイミングに設定する場合の設定パターンは、図１２の（１）〜（６）の６パターンになる。電流検出部３３は、図１２の（１）〜（６）のいずれか１つのパターンの電流検出タイミングで、各相の電流を検出する。
【０１０２】
以上のような電流検出タイミングに設定することにより、巻線の相数に比べて、Ａ／Ｄ変換器のチャンネル数が少なく、同一タイミングで検出できる相数が少ない場合に、相間の電流検出タイミングのずれによって生じる、ｄｑ軸電流の和の誤差を減少させ、出力トルクの誤差を減少させることができる。また、ｄｑ軸電流のオフセット誤差を減少させ、ｄｑ軸電流の差のオフセット誤差を減少させることができ、検出電流を用いた各種の制御精度を向上させることができる。
【０１０３】
＜第１巻線と第２巻線との位相差が６０ｄｅｇの場合＞
本実施の形態では、第１巻線と第２巻線との位相差が電気角でない場合を説明した。しかし、図１３に示すように、第１巻線と第２巻線との位相差が電気角で６０ｄｅｇの場合は、同様の式導出により、式（３３）のような電流検出タイミングに設定することにより、ｄｑ軸電流の和の誤差を減少させ、出力トルクの誤差を減少させることができると共に、ｄｑ軸電流のオフセット誤差を減少させ、ｄｑ軸電流の差のオフセット誤差を減少させることができる。
【数３３】
2020096451.tif 000035
【０１０４】
すなわち、電流検出部３３は、互いに電気角で位相が反転する第１巻線のＵ１相と、第２巻線のＶ２相とを対に設定し、第１巻線のＵ１相の電流検出タイミングｔｕ１と、第２巻線のＶ２相の電流検出タイミングｔｖ２と、を基準タイミングに対して前後対称に設定している。また、電流検出部３３は、互いに電気角で位相が反転する第１巻線のＶ１相と、第２巻線のＷ２相とを対に設定し、第１巻線のＶ１相の電流検出タイミングｔｖ１と、第２巻線のＷ２相の電流検出タイミングｔｗ２と、を基準タイミングに対して前後対称に設定する。また、電流検出部３３は、互いに電気角で位相が反転する第１巻線のＷ１相と、第２巻線のＵ２相とを対に設定し、第１巻線のＷ１相の電流検出タイミングｔｗ１と、第２巻線のＵ２相の電流検出タイミングｔｕ２と、を基準タイミングに対して前後対称に設定する。
【０１０５】
１つの対の２相分の電流検出タイミングを基準タイミングに設定する場合の設定パターンは、図１４の（１）〜（６）の６パターンになる。電流検出部３３は、図１４の（１）〜（６）のいずれか１つのパターンの電流検出タイミングで、各相の電流を検出する。
【０１０６】
＜位相が同じ又は１８０ｄｅｇ異なる２つの相の対称設定＞
ところで、式（２９）における、ｄｑ軸電流の和における誤差成分のうち、第２項のオフセット成分は、式（１７）に示したように、基準タイミングからのずれ量の和をゼロとすることで、式（３１）の第１式が成り立ち、ゼロに抑制できる。一方、式（２９）の第３項及び第４項は、磁極位置θ１の２次の交流成分であり、０ｄｅｇ×２＝０ｄｅｇ、又は１８０ｄｅｇ×２＝３６０ｄｅｇとなり同位相になることを利用してゼロにされる。すなわち、式（３２）及び式（３３）に示したように、互いに電気角で位相が同じ又は１８０ｄｅｇ異なる第１巻線の１相と第２巻線の１相との電流検出タイミングを、基準タイミングを基準に前後対称、すなわち互いに符号の反転した値に設定することにより、式（３１）の第２式及び第３式において、それらを互いに打ち消し合わせることができ、交流成分をゼロに抑制できる。
【０１０７】
このことは、３相以外の第１巻線及び第２巻線についても成り立つ。すなわち、交流回転機１０に、ｍ相の第１巻線とｍ相の第２巻線とが設けられ、第１巻線の相と第２巻線の相とは、第１巻線と第２巻線との間で互いに電気角で位相が同じ又は反転する場合に、電流検出部３３は、互いに電気角で位相が同じ又は反転する第１巻線の１相と第２巻線の１相とを対にしたｍ対を設定し、各対の２相分の巻線の電流の検出タイミングを、基準タイミングを基準に前後対称に設定する。巻線の相数に比べて、Ａ／Ｄ変換器のチャンネル数が少なく、同一タイミングで検出できる相数が少ない場合に、相間の電流検出タイミングのずれによって生じる、ｄｑ軸電流の和の誤差を減少させ、出力トルクの誤差を減少させることができる。また、ｄｑ軸電流のオフセット誤差を減少させ、ｄｑ軸電流の差のオフセット誤差を減少させることができ、検出電流を用いた各種の制御精度を向上させることができる。
【０１０８】
３．実施の形態３
次に、実施の形態３に係る交流回転機１０及び制御装置１について説明する。上記の実施の形態１及び２と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態では、実施の形態１及び２と異なり、交流回転機１０が２ｍ相の巻線を有しており、それに伴って、インバータ、及び制御装置１の構成が異なり、電流検出タイミングの設定が異なる。
【０１０９】
図１５に、本実施の形態に係る交流回転機１０及び制御装置１の概略構成図を示す。本実施の形態では、交流回転機１０は、２ｍ相の巻線を有している（ｍは３以上の自然数）。本実施の形態では、ｍは３であり、交流回転機１０は、Ｕ１相、Ｖ１相、Ｗ１相、Ｘ１相、Ｙ１相、及びＺ１相の６相の巻線２５を有している。図１７に模式図を示すように、相間の巻線の位相差は、電気角で６０ｄｅｇである。６相の巻線２５は、１つのステータ１８に巻装されている。
【０１１０】
本実施の形態では、インバータ２６は、それぞれ、正極側のスイッチング素子２３と負極側のスイッチング素子２４とが直列接続された直列回路を、６相各相の巻線に対応して６セット設けている。各直列回路における２つのスイッチング素子の接続点が、対応する相の巻線に接続される。
【０１１１】
電流センサ１３は、実施の形態１と同様に、各相のスイッチング素子の直列回路と巻線とをつなぐ各相の電線上に備えられたホール素子、又は各相の直列回路に直列接続されたシャント抵抗とされる。
【０１１２】
本実施の形態でも、制御装置１は、図１６に示すように、回転検出部３１、電源電圧検出部３２、電流検出部３３、電圧指令演算部３４、及び電圧印加部３５等の制御部を備えている。実施の形態１と同様の構成部分は説明を省略する。
【０１１３】
電流検出部３３は、６相巻線の各相に流れる電流を検出する。本実施の形態では、電流検出部３３は、電流センサ１３の出力信号に基づいて、インバータから６巻線の各相Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１、Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１に流れる電流ｉｕ１＿ｄｅｔ、ｉｖ１＿ｄｅｔ、ｉｗ１＿ｄｅｔ、ｉｘ１＿ｄｅｔ、ｉｙ１＿ｄｅｔ、ｉｚ１＿ｄｅｔを検出する。本実施の形態では、電流検出部３３は、後述するタイミングで、各相の電流を検出する。
【０１１４】
電流指令演算部３４１は、実施の形態１と同様に算出した、合計のｄｑ軸電流指令Ｉｄ＊、Ｉｑ＊を、そのまま、６相巻線のｄｑ軸電流指令Ｉｄ１＊、Ｉｑ１＊に設定する。
【０１１５】
電流変換部３４２は、６相巻線の各相の電流検出値ｉｕ１＿ｄｅｔ、ｉｖ１＿ｄｅｔ、ｉｗ１＿ｄｅｔ、ｉｘ１＿ｄｅｔ、ｉｙ１＿ｄｅｔ、ｉｚ１＿ｄｅｔを、６相巻線基準の磁極位置θ１に基づいて６相２相変換及び回転座標変換を行って、ｄｑ軸回転座標系で表した６相巻線のｄ軸電流検出値Ｉｄ１及びｑ軸電流検出値Ｉｑ１に変換する。６相巻線を基準にした磁極位置θ１は、６相巻線のＵ１相の巻線を基準としたｄ軸の進み角とされる。
【０１１６】
電圧指令変換部３４４は、電流フィードバック制御部３４３により算出された６相巻線のｄｑ軸電圧指令Ｖｄ１、Ｖｑ１を、６相巻線基準の磁極位置θ１に基づいて、固定座標変換及び２相６相変換を行って、６相巻線の各相の電圧指令ｖｕ１、ｖｖ１、ｖｗ１、ｖｘ１、ｖｙ１、ｖｚ１に変換する。
【０１１７】
電圧印加部３５は、６相巻線の各相の電圧指令ｖｕ１、ｖｖ１、ｖｗ１、ｖｘ１、ｖｙ１、ｖｚ１と搬送波信号とを比較することにより、６相巻線の各相に電圧を印加する。
【０１１８】
＜電流検出タイミング＞
本実施の形態では、電流検出部３３は、基準タイミングを基準にした、巻線の第ｋ相の電流検出タイミングをＴ（ｋ）とし（ｋは、ｍ以下の自然数）、巻線の第ｍ＋ｋ相の電流検出タイミングをＴ（ｍ＋ｋ）とし、Ｔ（ｍ＋ｋ）＝−Ｔ（ｋ）に設定する。
【０１１９】
本実施の形態では、基準タイミング（例えば、搬送波信号の山の頂点）を基準にした、６相巻線のＵ１相の電流ｉｕ１の検出タイミングをｔｕ１とし、Ｖ１相の電流ｉｖ１の検出タイミングをｔｖ１とし、Ｗ１相の電流ｉｗ１の検出タイミングをｔｗ１とし、Ｘ１相の電流ｉｘ１の検出タイミングをｔｘ１とし、Ｙ１相の電流ｉｙ１の検出タイミングをｔｙ１とし、Ｚ１相の電流ｉｚ１の検出タイミングをｔｚ１としている。
【０１２０】
本実施の形態の図１７と実施の形態２の図１３を見比べると、図１７のＵ１相と図１３のＵ１相とが位相が同じであり、図１７のＶ１相と図１３のＵ２相とが位相が同じであり、図１７のＷ１相と図１３のＶ１相とが位相が同じであり、図１７のＸ１相と図１３のＶ２相とが位相が同じであり、図１７のＹ１相と図１３のＷ１相とが位相が同じであり、図１７のＺ１相と図１３のＷ２相の位相とが位相が同じである。
【０１２１】
従って、同様の式導出によって、実施の形態２の式（３３）のｔｖ２、ｔｗ２、ｔｕ２を、それぞれ、ｔｘ１、ｔｙ１、ｔｚ１に読み替えた式（３４）が与えられる。
【数３４】
2020096451.tif 000036
【０１２２】
すなわち、電流検出部３３は、互いに電気角で位相が反転するＵ１相とＸ１相とを対に設定し、Ｕ１相の電流検出タイミングｔｕ１とＸ１相の電流検出タイミングｔｘ１とを基準タイミングに対して前後対称に設定している。また、電流検出部３３は、互いに電気角で位相が反転するＶ１相とＹ１相とを対に設定し、Ｖ１相の電流検出タイミングｔｖ１とＹ１相の電流検出タイミングｔｙ１とを基準タイミングに対して前後対称に設定する。また、電流検出部３３は、互いに電気角で位相が反転するＷ１相とＺ１相とを対に設定し、Ｗ１相の電流検出タイミングｔｗ１とＺ１相の電流検出タイミングｔｚ１とを基準タイミングに対して前後対称に設定する。
【０１２３】
すなわち、電流検出部３３は、互いに電気角で位相が反転する６相巻線の１相と６相巻線の１相とを対にした３対を設定し、各対の２相分の巻線の電流の検出タイミングを、基準タイミングを基準に前後対称に設定する。
【０１２４】
実施の形態２と同様に、各相の基準タイミングに対する電流検出タイミングのずれ量を最小にするためには、同時にＡ／Ｄ変換できるチャンネル数の範囲内の最大相数（２の整数倍数）の電流検出タイミングを、基準タイミングに設定し、それ以外の相の電流検出タイミングを、チャンネル数の範囲内で同じタイミングにまとめて、基準タイミングに対して前後対称に設定すればよい。
【０１２５】
例えば、Ａ／Ｄ変換のチャンネル数が２つの場合は、電流検出部３３は、１つの対の２相分の電流検出タイミングを、基準タイミングに設定し、残りの２つの対のそれぞれから１相ずつ選択した１相と１相とを設定した２セットを設定し、各セットの２相分の巻線の電流を、実質的に同一タイミングで検出すればよい。或いは、Ａ／Ｄ変換のチャンネル数が４つの場合は、２つの対の４相分の電流検出タイミングを、基準タイミングに設定し、残りの１つの対の２つの相の電流検出タイミングを、基準タイミングに対して前後対称に設定すればよい。
【０１２６】
１つの対の２相分の電流検出タイミングを基準タイミングに設定する場合の設定パターンは、図１８の（１）〜（６）の６パターンになる。電流検出部３３は、図１８の（１）〜（６）のいずれか１つのパターンの電流検出タイミングで、各相の電流を検出する。
【０１２７】
このことは、実施の形態２と同様に、６相以外の２ｍ相の巻線についても成り立つ。すなわち、実施の形態２と同様に、電流検出部３３は、互いに電気角で位相が反転するｍ相巻線の１相とｍ相巻線の１相とを対にしたｍ対を設定し、各対の２相分の巻線の電流の検出タイミングを、基準タイミングを基準に前後対称に設定する。
【０１２８】
４．実施の形態４
次に、実施の形態４に係る交流回転機１０及び制御装置１について説明する。上記の実施の形態１から３と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態では、角度センサ１５の構成が特定されており、それに伴って、回転検出部３１の処理が異なる。
【０１２９】
本実施の形態では、角度センサ１５は、ロータ１４の回転に応じて、順番に電気角で９０ｄｅｇずつ位相がずれた第１正弦波信号ｓｉｎｐ、第２正弦波信号ｃｏｓｐ、第３正弦波信号ｓｉｎｎ、第４正弦波信号ｃｏｓｎを出力する。ロータ１４の回転速度が増加すると、各正弦波信号の周波数が増加する。角度センサ１５の電気角は、ロータ１４の機械角に、角度センサ１５に設けられた磁石の極対数を乗算した角度になる。
【０１３０】
図１９に示すように、角度センサ１５は、ロータ１４の軸心上に配置され、ロータ１４の軸と一体回転する磁石５０（本例では、極対数は１）と、磁石５０と対向するように取り付けられたセンサ部５１とを備えている。センサ部５１は、互いに電気角で９０ｄｅｇの位相差を有して配置された４つのセンサ素子５２を備えている。４つのセンサ素子５２は、磁気抵抗素子、又はホール素子等とされ、磁石５０の回転に応じて、互いに電気角で９０ｄｅｇずつ位相がずれた正弦波信号を出力する。
【０１３１】
回転検出部３１は、角度センサ１５の出力信号をＡ／Ｄ変換して検出した、第１正弦波信号ｓｉｎｐ＿ｄｅｔ、第２正弦波信号ｃｏｓｐ＿ｄｅｔ、第３正弦波信号ｓｉｎｎ＿ｄｅｔ、第４正弦波信号ｃｏｓｎ＿ｄｅｔに基づいて、交流回転機１０の角度を演算する。本実施の形態では、回転検出部３１は、後述するタイミングで、各正弦波信号を検出する。
【０１３２】
例えば、回転検出部３１は、式（３５）を用いて、ロータ１４の電気角での回転角度θ１を検出する。なお、Ｐｒは、ロータ１４に設けられた磁石の極対数を表し、Ｐｓは、角度センサ１５の磁石５０の極対数（軸倍角）を表し、θｓは、角度センサ１５（磁石５０）の電気角での回転角度を表す。式（３５）は一例であって、角度センサ１５の電気角での回転角度θｓを算出する際には、テーブルを用いたり、公知の手法で誤差成分を補正したりしてもよく、θ１とθｓのゼロ点がオフセットしている場合にはオフセット補正してもよい。
【数３５】
2020096451.tif 000037
【０１３３】
第１から第４正弦波信号を全て同一タイミングで検出できれば理想的であるが、廉価なマイコンでは、同時にＡ／Ｄ変換できるチャンネル数が少なく、全てを同一タイミングで検出できない。
【０１３４】
図２０は、搬送波信号の基準タイミング（本例では、山の頂点）を基準にした、各正弦波信号ｓｉｎｐ〜ｃｏｓｎの検出タイミングｔ１〜ｔ４の定義を示している。基準タイミング（山の頂点）を基準にした、第１正弦波信号ｓｉｎｐの検出タイミングをｔ１とし、第２正弦波信号ｃｏｓｐの検出タイミングをｔ２とし、第３正弦波信号ｓｉｎｎの検出タイミングをｔ３とし、第４正弦波信号ｃｏｓｎの検出タイミングをｔ４としている。
【０１３５】
各検出タイミングｔ１〜ｔ４で検出した、各正弦波信号の検出値ｓｉｎｐ＿ｄｅｔ〜ｃｏｓｎ＿ｄｅｔは、式（３６）で与えられる。ここで、θｓ及びωｓは、それぞれ、基準タイミングにおける、角度センサ１５の電気角での回転角度及び回転角速度を表す。
【数３６】
2020096451.tif 000038
【０１３６】
このとき、第１正弦波信号と第３正弦波信号の差、及び第２正弦波信号と第４正弦波信号の差は、式（３７）となる。
【数３７】
2020096451.tif 000039
【０１３７】
式（３５）及び式（３７）により、検出角誤差εｓは式（３８）で表現できる。つまり、検出タイミングによって検出角度にオフセット成分及び検出角２次成分の誤差を生じる。
【数３８】
2020096451.tif 000040
【０１３８】
式（３８）において右辺をゼロにするためには、式（３９）が成り立てばよい。すなわち、回転検出部３１は、互いに電気角で位相が反転する第１正弦波信号と第３正弦波信号とを対にし、第１正弦波信号の検出タイミングｔ１と第３正弦波信号の検出タイミングｔ３とを基準タイミングに対して前後対称に設定する。また、回転検出部３１は、互いに電気角で位相が反転する第２正弦波信号と第４正弦波信号とを対にし、第２正弦波信号の検出タイミングｔ２と第４正弦波信号の検出タイミングｔ４とを基準タイミングに対して前後対称に設定する。この構成によれば、基準タイミングに対して前後対称なタイミングで検出することによって、基準タイミングに４つの信号を検出した場合と同等の角度検出精度を得ることができる。
【数３９】
2020096451.tif 000041
【０１３９】
基準タイミングに対する角度信号の検出タイミングのずれ量を最小にするためには、Ａ／Ｄ変換できるチャンネル数の範囲内で、複数の検出タイミングを同じタイミングにまとめて、基準タイミングに対して前後対称に設定すればよい。本実施の形態では、回転検出部３１は、第１正弦波信号と第３正弦波信号との対と、第２正弦波信号と第４正弦波信号との対から、それぞれ１信号ずつ選択した１信号と１信号とをセットにした２セットを設定し、各セットの２信号を、実質的に同一タイミングで検出する。この場合の設定パターンは、図２１の（１）〜（４）の４パターンになる。回転検出部３１は、図２１の（１）〜（４）のいずれか１つのパターンの角度信号の検出タイミングで、各正弦波信号を検出する。ここで、図２１中の０は、角度信号の検出タイミングが基準タイミングに設定されていることを示し、−Ｔａは、角度信号の検出タイミングが基準タイミングよりもＴａだけ前に設定されていることを示し、Ｔａは、角度信号の検出タイミングが基準タイミングよりもＴａだけ後に設定されていることを示す。
【０１４０】
式（３６）では、振幅を１として理想的に９０ｄｅｇ位相がずれた信号としているが、信号にオフセット、振幅ずれ、位相差ずれがある場合であっても同様の効果が得られることはいうまでもない。
【０１４１】
＜電流検出タイミングと角度信号の検出タイミング＞
電流検出部３３は、各相の巻線の電流検出タイミングを、前後対称に設定された第１、第２、第３、及び第４正弦波信号の検出タイミングの間に設定する。図２２に設定例を示す。図２２には、図が煩雑になるのを防ぐため第１巻線の電圧指令ｖｕ１〜ｖｗ１のみを示している。電流検出タイミングは、図８のパターン（１）に設定されている。
【０１４２】
各相の巻線の電流検出タイミングｉｕ１〜ｉｗ２は、前後対称に設定された第１正弦波信号ｓｉｎｐ及び第２正弦波信号ｃｏｓｐの検出タイミングと、第３正弦波信号ｓｉｎｎ及び第４正弦波信号ｃｏｓｎの検出タイミングとの間に設定されている。
【０１４３】
より詳細には、第１正弦波信号ｓｉｎｐ及び第２正弦波信号ｃｏｓｐの検出タイミングは、基準タイミングよりも２γ前に設定され、第３正弦波信号ｓｉｎｎ及び第４正弦波信号ｃｏｓｎの検出タイミングは、基準タイミングよりも２γ後に設定されている。ｉｖ１とｉｕ２の電流検出タイミングが、基準タイミングに設定され、ｉｕ１とｉｗ２の電流検出タイミングが基準タイミングよりもγ前に設定され、ｉｗ１とｉｖ２の電流検出タイミングが基準タイミングよりもγ後に設定されている。
【０１４４】
この場合は、ｄｑ軸電流の差Ｉｄ＿ｄｉｆｆ、Ｉｑ＿ｄｉｆｆは式（４０）で与えられる。電流検出タイミングのずれによって、ｄｑ軸電流の差には、２γに比例する磁極位置θ１の２次の交流成分が生じる。
【数４０】
2020096451.tif 000042
【０１４５】
一方、図２３に示すように、各相の巻線の電流検出タイミングを、前後対称に設定された角度信号の検出タイミングの外に設定する場合を説明する。第１正弦波信号ｓｉｎｐ及び第２正弦波信号ｃｏｓｐの検出タイミングは、基準タイミングよりもγ前に設定され、第３正弦波信号ｓｉｎｎ及び第４正弦波信号ｃｏｓｎの検出タイミングは、基準タイミングよりもγ後に設定されている。ｉｖ１とｉｕ２の電流検出タイミングが、基準タイミングに設定され、ｉｕ１とｉｗ２の電流検出タイミングが基準タイミングよりも２γ前に設定され、ｉｗ１とｉｖ２の電流検出タイミングが基準タイミングよりも２γ後に設定されている。この場合は、ｄｑ軸電流の差Ｉｄ＿ｄｉｆｆ、Ｉｑ＿ｄｉｆｆは式（４１）で与えられる。電流検出タイミングのずれによって、ｄｑ軸電流の差には、４γに比例する磁極位置θ１の２次の交流成分が生じる。
【数４１】
2020096451.tif 000043
【０１４６】
つまり、最初の電流検出タイミングから最後の電流検出タイミングまでの期間に比例して、ｄｑ軸電流の差における２次の交流振動成分が大きくなる。電圧が飽和する領域では、この２次の交流振動成分の影響によって電圧指令が過大あるいは過小になる可能性がある。影響を小さくするためには、最初の電流検出タイミングから最後の電流検出タイミングまでの期間をできる限り短くすることが求められる。
【０１４７】
また、図２３ではＶｕ１＞Ｖｖ１＞Ｖｗ１の電圧指令となっているが、最大相であるＶｕ１の変調率が高くなってくると、基準タイミング前後のＯＦＦ時間が短くなる。負極側のスイッチング素子の負極側に設けられたシャント抵抗で電流を検出する場合には、高変調率では最大相の電流を検出できなくなる。また、特許文献２のように、最大相のスイッチングによって他の相の電流検出精度が低下するという問題もある。できる限り高い変調率まで電流検出精度を確保しようとすると、最初の電流検出タイミングから最後の電流検出タイミングまでの期間を短くする必要がある。
【０１４８】
図２２のように、各相の巻線の電流検出タイミングを、前後対称に設定された角度信号の検出タイミングの間に設定することで、電流検出タイミングを、優先的に基準タイミングに近づけて、最初の電流検出タイミングから最後の電流検出タイミングまでの期間を短くすることができる。これにより、ｄｑ軸電流の差における２次の交流振動成分を小さくでき、負極側のシャント抵抗で電流を検出する場合でも、高い変調率まで電流検出精度を確保できる。
【０１４９】
また、ｓｉｎｐ及びｃｏｓｐを検出する１回目の検出タイミングからｓｉｎｎ及びｃｏｓｎを検出する２回目の検出タイミングまでの回転角度の変化は、回転速度が増加するほど大きくなる。式（３７）の近似は、ωs(t1+t3)及びωs(t2+t4)が微小であることを利用したものであるため、微小でなければ更に別の項が表れてくる。また微小である場合でもωs(t1+t3)及びωs(t2+t4)を更に抑制することで角度精度を向上できる。式（３５）からわかるように、ロータ１４の機械角での回転速度に、角度センサ１５の磁石５０の極対数Ｐｓ（軸倍角）を乗算することで、角度センサ１５の電気角での回転角速度ωｓが得られ、ロータ１４の機械角での回転速度に、ロータ１４の磁石の極対数Ｐｒを乗算することで、ロータ１４の電気角での回転角速度ωが得られる。つまり、ω≧ωｓとするには、角度センサ１５の磁石５０の極対数Ｐｓ（軸倍角）を、ロータ１４の磁石の極対数Ｐｒ以下とすればよく（Ｐｒ≧Ｐｓ）、それによって、角度精度を向上できる。
【０１５０】
なお、本願に係る交流回転機１０及び交流回転機の制御装置１は、上述したように、車両用交流回転機装置５０又は電動パワーステアリング装置６０を構成してもよく、或いは、各種の用途の交流回転機及びその制御装置とされてもよい。
【０１５１】
本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
【符号の説明】
【０１５２】
１  交流回転機の制御装置、１０  交流回転機、１３  電流センサ、１５  角度センサ、１６  直流電源、１７  電圧センサ、２１  第１インバータ、２２  第２インバータ、２３  正極側のスイッチング素子、２４  負極側のスイッチング素子、３１  回転検出部、３２  電源電圧検出部、３３  電流検出部、３４  電圧指令演算部、３５  電圧印加部、５０  車両用交流回転機装置、６０  電動パワーステアリング装置、Ｐｒ  ロータの磁石の極対数、Ｐｓ  角度センサの極対数（軸倍角）、ｓｉｎｐ  第１正弦波信号、ｃｏｓｐ  第２正弦波信号、ｓｉｎｎ  第３正弦波信号、ｃｏｓｎ  第４正弦波信号、ｉｕ１  第１巻線のＵ１相の電流、ｉｖ１  第１巻線のＶ１相の電流、ｉｗ１  第１巻線のＷ１相の電流、ｉｕ２  第２巻線のＵ２相の電流、ｉｖ２  第２巻線のＶ２相の電流、ｉｗ２  第２巻線のＷ２相の電流、ｉｕ１  ６相巻線のＵ１相の電流、ｉｖ１  ６相巻線のＶ１相の電流、ｉｗ１  ６相巻線のＷ１相の電流、ｉｘ１  ６相巻線のＸ１相の電流、ｉｙ１  ６相巻線のＹ１相の電流、ｉｚ１  ６相巻線のＺ１相の電流、ｔ１  第１正弦波信号の検出タイミング、ｔ２  第２正弦波信号の検出タイミング、ｔ３  第３正弦波信号の検出タイミング、ｔ４  第４正弦波信号の検出タイミング、ｔｕ１  第１巻線のＵ１相の電流検出タイミング、ｔｖ１  第１巻線のＶ１相の電流検出タイミング、ｔｗ１  第１巻線のＷ１相の電流検出タイミング、ｔｕ２  第２巻線のＵ２相の電流検出タイミング、ｔｖ２  第２巻線のＶ２相の電流検出タイミング、ｔｗ２  第２巻線のＷ２相の電流検出タイミング、ｔｕ１  ６相巻線のＵ１相の電流検出タイミング、ｔｖ１  ６相巻線のＶ１相の電流検出タイミング、ｔｗ１  ６相巻線のＷ１相の電流検出タイミング、ｔｘ１  ６相巻線のＸ１相の電流検出タイミング、ｔｙ１  ６相巻線のＹ１相の電流検出タイミング、ｔｚ１  ６相巻線のＺ１相の電流検出タイミング
【図１】
2020096451.tif 000044
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2020096451.tif 000050
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
2020096451.tif 000060
【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
2020096451.tif 000063
【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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