(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力変換器から交流電動機に印加される電圧をＰＷＭ信号によって制御する電動機の制御装置であって、
前記電動機の制御装置は、少なくとも二つの異なる磁極位置推定手段で前記交流電動機の回転子磁極位置を推定すると共に、前記交流電動機の動作領域全域で前記少なくとも二つの磁極位置推定手段を前記交流電動機の速度に応じて切換え、前記交流電動機の回転子磁極位置を推定し、
前記少なくとも二つの磁極位置推定手段を切換える際に、前記交流電動機の速度に基づいて前記交流電動機の回転子磁極位置を補償する補償手段を有す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記載の電動機の制御装置において、
前記補償手段は、所定期間、前記速度に応じて位相補償するものであることを特徴とする電動機の制御装置。
【請求項３】
請求項２記載の電動機の制御装置において、
前記位相補償は、複数のサンプリング時間分行われ、
１サンプリングで補償する位相量は、前記交流電動機の速度と該１サンプリングの時間との積で決定されることを特徴とする電動機の制御装置。
【請求項４】
請求項１記載の電動機の制御装置において、
前記補償手段は、所定期間、前記速度に応じて位相変化量を制限するものであることを特徴とする電動機の制御装置。
【請求項５】
請求項４記載の電動機の制御装置において、
前記位相変化量の制限は、複数のサンプリング時間分行われ、
１サンプリングで制限する前記位相変化量は、前記交流電動機の速度と該１サンプリングの時間とを用いて決定されることを特徴とする電動機の制御装置。
【請求項６】
請求項１記載の電動機の制御装置において、
前記回転子磁極位置は、所定の速度領域において、前記少なくとも二つの磁極位置推定手段により推定されるものであり、
前記補償手段は、前記所定の速度領域において、前記少なくとも二つの磁極位置推定手段により演算される値の反映割合を変化させるものであることを特徴とする電動機の制御装置。
【請求項７】
請求項６記載の電動機の制御装置において、
前記補償手段は、前記所定の速度領域において、前記少なくとも二つの磁極位置推定手段のうち切換え前の磁極位置推定手段による前記反映割合を減少させ、前記少なくとも二つの磁極位置推定手段のうち切換え後の磁極位置推定手段による前記反映割合を増加させるものであることを特徴とする電動機の制御装置。
【請求項８】
請求項６または７記載の電動機の制御装置において、
前記少なくとも二つの磁極位置推定手段を用いて推定された前記交流電動機の回転子磁極位置に応じて、装置の異常を判断することを特徴とする電動機の制御装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか一に記載の電動機の制御装置において、
前記少なくとも二つの磁極位置推定手段は、前記ＰＷＭ信号の搬送波に同期して検出される前記交流電動機の電流検出値に基づいた第１磁極位置推定手段、及び、前記交流電動機の同電位状態において検出される前記交流電動機の電流検出値に基づいた第２磁極位置推定手段を備えていることを特徴とする電動機の制御装置。
【請求項１０】
電力変換器から交流電動機に印加される電圧をＰＷＭ信号によって制御する電動機の制御装置であって、
前記電動機の制御装置は、前記ＰＷＭ信号の搬送波に同期して検出される前記交流電動機の電流検出値に基づいて前記交流電動機の回転子磁極位置を推定する搬送波同期型位置推定手段と、
前記交流電動機の同電位状態において検出される前記交流電動機の電流検出値に基づいて前記交流電動機の回転子磁極位置を推定する同電位型位置推定手段と、
前記搬送波同期型位置推定手段と前記同電位型位置推定手段との間で動作させる磁極位置推定手段を前記交流電動機の速度に応じて切換える切換え手段と、
前記交流電動機の速度に応じて前記交流電動機の回転子磁極位置を補償する補償手段とを有し、
前記切換え手段により前記搬送波同期型位置推定手段と前記同電位型位置推定手段とが切換わる際には、前記補償手段による前記回転子磁極位置の補償が行われてから切換わることを特徴とする電動機の制御装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の電動機の制御装置において、
前記補償手段による前記回転子磁極位置の補償は、所定期間、前記速度に応じた位相補償を行うものであることを特徴とする電動機の制御装置。
【請求項１２】
請求項１０記載の電動機の制御装置において、
前記補償手段による前記回転子磁極位置の補償は、所定期間、前記速度に応じて位相変化量を制限するものであることを特徴とする電動機の制御装置。
【請求項１３】
請求項１０記載の電動機の制御装置において、
前記回転子磁極位置は、所定の速度領域において、前記少なくとも二つの磁極位置推定手段により推定されるものであり、
前記補償手段による前記回転子磁極位置の補償は、前記所定の速度領域において、前記少なくとも二つの磁極位置推定手段により演算される値の反映割合を変化させるものであることを特徴とする電動機の制御装置。
【請求項１４】
請求項１３記載の電動機の制御装置において、
前記補償手段は、前記所定の速度領域において、前記少なくとも二つの磁極位置推定手段のうち切換え前の磁極位置推定手段による前記反映割合を減少させ、前記少なくとも二つの磁極位置推定手段のうち切換え後の磁極位置推定手段による前記反映割合を増加させるものであることを特徴とする電動機の制御装置。
【請求項１５】
請求項１３または１４記載の電動機の制御装置において、
前記少なくとも二つの磁極位置推定手段を用いて推定された前記交流電動機の回転子磁極位置に応じて、装置の異常を判断することを特徴とする電動機の制御装置。
【請求項１６】
車輪を駆動する交流電動機と、車載電源と、該車載電源から供給された直流電力を交流電力に変換して前記交流電動機に供給する電力変換器と、該電力変換器を制御する電動機の制御装置とを備え、
前記電動機の制御装置は、請求項１乃至１５のいずれか一に記載された電動機の制御装置であることを特徴とする電動車両。
【請求項１７】
前後輪の一方を駆動する内燃機関と、前後輪の他方を駆動する交流電動機と、車載電源と、該車載電源から供給された直流電力を交流電力に変換して前記交流電動機に供給する電力変換器と、該電力変換器を制御する電動機の制御装置とを備え、
前記制御装置は、請求項１乃至１５のいずれか一に記載された電動機の制御装置であることを特徴とする電動車両。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、位置センサを用いることなく回転子の磁極位置を検出して交流電動機を制御する電動機の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
交流電動機の速度及びトルクを高応答に制御するには、回転子の磁極位置を検出或いは推定する必要がある。近年、位置センサを用いることなく回転子の磁極位置を検出して交流電動機を制御する、いわゆる磁極位置センサレス制御方式が種々提案されている。この中でも突極型交流電動機の磁極位置センサレス制御方式としては、電動機の発生する誘起電圧を用いる方法のもの、電動機の電圧方程式を用いる方法のもの、さらには電動機のインダクタンス特性を用いる方法のものなどいくつかの方式が知られている。
【０００３】
例えば特開平11−18483 号公報には、２つの異なる磁極位置推定方式を組合わせた磁極位置センサレス制御方式が開示されている。この方式は、電動機が所定回転数以上で回転している場合は、実用的な位置検出精度を有する第１の検出方法で磁極位置の検出を試み、位置検出ができない場合は所定回転数未満で位置検出可能な第２の検出方法により磁極位置の検出を行うものである。また、電動機の回転子の回転数を検出し、この回転数の大きさに応じて第１及び第２の検出方法を選択している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前述した従来技術には２つの電気角検出方法の原理が詳述されているが、２つの電気角検出方式の切換方法については、回転数の状態に応じて第１及び第２の検出方法を選択する旨の記載があるだけである。２つの電気角検出方法の切換前後には推定磁極位置の位相差が生じ、電動機にトルク変動が生じる可能性があるが、従来技術ではこの点が全く考慮されていない。
【０００５】
また、従来技術では、電動機の運転開始直後に所定回転数以上で実用的な位置検出精度を有する第１の検出方法で電気角を検出し、検出された電気角の変化に基づいて電動機の回転数を求めている。しかし、電動機の運転開始直後、電動機の回転数が停止時を含む所定回転数以下であった場合には、誤差を含んだ電気角の検出値に基づいて回転数を求めることになるので、求められた回転数に誤りが生じる可能性がある。
【０００６】
また、従来技術では、電動機の起動時と通常運転時で電動機の制御処理ルーチンを変えているので、電動機の制御装置の構成が複雑化する。
【０００７】
本発明の代表的な目的は、電動機の動作領域全域で高応答，高精度，高効率に電動機の回転子磁極位置を推定することができる電動機の制御装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の基本的な特徴は、少なくとも二つの異なる磁極位置推定方法で交流電動機の回転子磁極位置を推定すると共に、交流電動機の動作領域全域で少なくとも二つの磁極位置推定方法を交流電動機の動作状態に応じて切換え、交流電動機の回転子磁極位置を推定することにある。
【０００９】
少なくとも二つの磁極位置推定方法の一方は、ＰＷＭ信号の搬送波に同期して検出される交流電動機の電流検出値に基づいて磁極位置を推定する搬送波同期型のものである。少なくとも二つの磁極位置推定方法の他方は、交流電動機の同電位状態において検出される交流電動機の電流検出値に基づいて磁極位置を推定する同電位型のものである。
【００１０】
搬送波同期型の磁極位置推定方法は、電動機の起動時及び停止時を含む低速時に用いられ、同電位型の磁極位置推定方法は、交流電動機の中高速時に用いられている。搬送波同期型の磁極位置推定方法と同電位型の磁極位置推定方法を切換えにあたっては、所定の時間、交流電動機の動作状態に基づいて交流電動機の回転子磁極位置を演算することが好ましい。或いは、所定の時間、交流電動機の動作状態に基づいて、切換後の磁極位置推定方法によって推定される交流電動機の回転子磁極位置の変化量を制限することが好ましい。若しくは、交流電動機の電流検出タイミングを変更することが好ましい。又は、交流電動機の所定の速度範囲内で、少なくとも二つの磁極位置推定方法を用いて交流電動機の回転子磁極位置を推定することが好ましい。
【００１１】
また、搬送波同期型の磁極位置推定方法においては、交流電動機の起動時、交流電動機の回転子磁極位置方向を推定して回転子磁極位置方向がＮ極方向であるか或いはＳ極方向であるかを判別することが好ましい。この回転子磁極位置の極性の判別は、推定された回転子磁極位置方向に所定の大きさの電流を印加し、発生する電動機電流の一定時間毎の変化量に基づいて行うことができる。或いは、交流電動機の同電位状態において検出される交流電動機の電流検出値に基づいて行うことができる。
【００１２】
本発明によれば、少なくとも２つの異なる磁極位置推定方法を備え、交流電動機の複数の動作状態それぞれに対応する磁極位置推定手段に切換えて交流電動機の磁極位置を推定するので、常に最適な磁極位置推定方法で交流電動機の磁極位置を推定することができる。
【００１３】
ここに、本発明の代表的な実施の形態を列挙すると、次の通りである。
【００１４】
電力変換器から交流電動機に印加される電圧をＰＷＭ信号によって制御するものであって、少なくとも二つの異なる磁極位置推定方法で前記交流電動機の回転子磁極位置を推定すると共に、前記交流電動機の動作領域全域で前記少なくとも二つの磁極位置推定方法を前記交流電動機の動作状態に応じて切換え、前記交流電動機の回転子磁極位置を推定する電動機の制御装置。
【００１５】
電力変換器から交流電動機に印加される電圧をＰＷＭ信号によって制御するものであって、少なくとも前記ＰＷＭ信号の搬送波に同期して検出される前記交流電動機の電流検出値に基づいた磁極位置推定方法、前記交流電動機の同電位状態において検出される前記交流電動機の電流検出値に基づいた磁極位置推定方法で前記交流電動機の回転子磁極位置を推定すると共に、前記交流電動機の動作領域全域で前記少なくとも二つの磁極位置推定方法を前記交流電動機の動作状態に応じて切換え、前記交流電動機の回転子磁極位置を推定する電動機の制御装置。
【００１６】
電力変換器から交流電動機に印加される電圧をＰＷＭ信号によって制御するものであって、前記ＰＷＭ信号の搬送波に同期して検出される前記交流電動機の電流検出値に基づいて前記交流電動機の回転子磁極位置を推定する搬送波同期型位置推定手段と、前記交流電動機の同電位状態において検出される前記交流電動機の電流検出値に基づいて前記交流電動機の回転子磁極位置を推定する同電位型位置推定手段と、前記交流電動機の動作領域全域で、前記搬送波同期型位置推定手段と前記同電位型位置推定手段との間で動作させる磁極位置推定手段を前記交流電動機の動作状態に応じて切換える手段とを有する電動機の制御装置。
【００１７】
車両に搭載された交流電動機の回転子磁極位置を推定し該交流電動機を制御するものであって、前記車両の起動時及び停止時を含む低速走行中は、前記交流電動機を制御指令に前記交流電動機の回転子磁極位置推定用信号を印加すると共に、前記交流電動機の電流を取り込み、前記回転子磁極位置推定用信号の印加による電流差分値を求めて前記交流電動機の回転子磁極位置を推定し、前記車両の中高速走行中は、前記交流電動機の誘起電圧に基づいて前記交流電動機の回転子磁極位置を推定する電動機の制御装置。
【００１８】
車輪を駆動する交流電動機と、車載電源と、該車載電源から供給された直流電力を交流電力に変換して前記交流電動機に供給する電力変換器と、該電力変換器を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、上記いずれかに記載された制御装置である電動車両。
【００１９】
前後輪の一方を駆動する内燃機関と、前後輪の他方を駆動する交流電動機と、車載電源と、該車載電源から供給された直流電力を交流電力に変換して前記交流電動機に供給する電力変換器と、該電力変換器を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、上記いずれかに記載された制御装置である電動車両。
【００２０】
【発明の実施の形態】
〔実施例１〕
本発明の第１実施例を図１乃至図１３に基づいて説明する。図１は第１実施例の電動機制御装置の構成を示す。本実施例の電動機制御装置は、位置センサを用いることなく交流電動機の回転子の磁極位置を推定して交流電動機を制御するものであり、回転子の磁極位置推定手段として搬送波同期型位置推定手段と同電位型位置推定手段を備えている。
【００２１】
尚、本実施例では、複数の永久磁石が回転子鉄心に埋め込まれた回転子を有すると共に、電気自動車及びハイブリット自動車などの電動車両に搭載された同期電動機に本装置を適用した例について説明するが、本装置は、他の交流電動機及び他分野に用いられる交流電動機にも適用可能である。ここで、電気自動車とは、車載電源によって駆動される電動機を唯一の駆動源とする車両を意味する。ハイブリッド自動車とは、車載電源によって駆動される電動機とエンジンを駆動源とする車両を意味する。
【００２２】
図中１は同期電動機である。同期電動機１には、バッテリ２の直流電圧が、電力変換装置であるインバータ３によって所定の値の３相交流電圧に変換されて印加されている。インバータ３には、電動機制御装置４（以下、単に「制御装置４」と記述する）から出力されたＰＷＭ信号Ｐu〜Ｐwが入力されている。インバータ３はこのＰＷＭ信号Ｐu〜Ｐwに基づいて制御され、バッテリ２の直流電圧を所定の値の３相交流電圧に変換する。制御装置４は大別すると、電流指令値発生部６，電流制御部７，３相変換部１１，ＰＷＭ信号発生部１２，磁極位置推定手段
１４，磁極位置切換手段２０，ｄ−ｑ変換部８及び電流検出部１３から構成されている。さらに磁極位置推定手段１４は搬送波同期型磁極位置推定手段９及び同電位型磁極位置推定手段１０から構成されている。
【００２３】
トルク指令値τrが発生させられると、トルク指令値τrは電流指令値発生部６に入力される。電流指令値発生部６は、入力されたトルク指令値τr に基づいてｄ軸電流指令値ｉdr及びｑ軸電流指令値ｉqrを出力する。出力されたｄ軸電流指令値ｉdr及びｑ軸電流指令値ｉqrは電流制御部７に入力される。電流制御部７は、入力されたｄ軸電流指令値ｉdr及びｑ軸電流指令値ｉqrと、ｄ−ｑ変換部８から出力されたｄ軸電流検出値ｉd^及びｑ軸電流検出値ｉq^とに基づいてｄ軸電圧指令値ｖdr及びｑ軸電圧指令値ｖqrを出力する。
【００２４】
出力されたｑ軸電圧指令値ｖqrには、後述する搬送波同期型磁極位置推定手段９から出力された電圧パルスｖdhが加算される。出力されたｄ軸電圧指令値ｖdr及び電圧パルスｖdhが加算されたｑ軸電圧指令値ｖqrは３相変換部１１に入力される。３相変換部１１は、入力されたｄ軸電圧指令値ｖdr、ｑ軸電圧指令値ｖqr及び磁極位置切換手段２０から出力された推定磁極位置θ^ に基づいてＵ相電圧指令値ｖur、ｖ相電圧指令値ｖvr及びｗ相電圧指令値ｖwrを出力する。
【００２５】
出力されたＵ相電圧指令値ｖur、ｖ相電圧指令値ｖvr及びｗ相電圧指令値ｖwrはＰＷＭ信号発生部１２に入力される。ＰＷＭ信号発生部１２は、入力されたＵ相電圧指令値ｖur、ｖ相電圧指令値ｖvr及びｗ相電圧指令値ｖwrに基づいてPWM信号Ｐu〜Ｐwを出力する。ＰＷＭ信号Ｐu〜Ｐwは、前述のように、インバータ３に入力される。インバータ３は、入力されたＰＷＭ信号Ｐu〜Ｐwに基づいてバッテリ２の直流電圧を所定の値の３相交流電圧に変換し出力する。出力された３相交流電圧は同期電動機１に印加される。
【００２６】
電流検出部１３は、電流センサ５ｕによって検出されたｕ相電流値ｉu と電流センサ５ｖによって検出されたｖ相電流値ｉv を入力とし、この入力されたｕ相電流値ｉu 及びｖ相電流値ｉv に基づいてｕ相電流検出値ｉu^及びｖ相電流検出値ｉv^を出力する。出力されたｕ相電流検出値ｉu^及びｖ相電流検出値ｉv^はｄ−ｑ変換部８に入力される。ｄ−ｑ変換部８は、入力されたｕ相電流検出値ｉu^、ｖ相電流検出値ｉv^及び磁極位置切換手段２０から出力された推定磁極位置
θ^ に基づいてｄ軸電流検出値ｉd^及びｑ軸電流検出値ｉq^を出力する。出力されたｄ軸電流検出値ｉd^及びｑ軸電流検出値ｉq^は、前述のように、電流制御部７に入力、すなわちフィードバックされる。このように、本実施例の制御装置４は、ｄ−ｑ軸を用いた電流制御系で構成されている。
【００２７】
図２は回転座標系（ｄ−ｑ軸）と静止座標系（α−β軸）との関係を示す。ここで、ｄ軸は磁極位置（磁束）の方向を示す回転座標軸、ｑ軸は電気的にｄ軸に直交する方向を示す回転座標軸である。永久磁石が埋め込まれた回転子を有する電動機が角速度ωで回転すると、ｄ−ｑ軸も角速度ωで回転する。このため、ｄ−ｑ軸を用いた電流制御を行うためには、静止座標系（α−β軸）から回転座標系（ｄ−ｑ軸）までの位相、すなわち回転子の磁極位置θを検出する必要がある。本実施例の制御装置４はこの原理に基づいて同期電動機１を制御するものであり、同期電動機１の電流を検出して磁極位置θを推定し、同期電動機１のあらゆる動作範囲（又は動作状態）においても良好な電流制御を実現することができるものである。尚、本実施例では、同期電動機１の電流としてｕ相とｖ相の２相を検出する場合について説明したが、ｗ相を含む３相を検出してもよい。
【００２８】
同期電動機１のあらゆる動作範囲（又は動作状態）において、精度，応答性，効率，騒音などのあらゆる面で良好な特性を持たせるために本実施例では、２種類の磁極位置推定手段によって磁極位置推定手段１４を構成している。すなわち搬送波同期型磁極位置推定手段９と同電位型磁極位置推定手段１０から構成している。搬送波同期型磁極位置推定手段９は同期電動機１の起動時（制御装置４の起動時）及び停止時を含む低速回転域において適用され、同電位型磁極位置推定手段１０は同期電動機１の中高速回転域において適用される。搬送波同期型磁極位置推定手段９及び同電位型磁極位置推定手段１０は制御装置４及び同期電動機１の上記動作状態に応じて、磁極位置切換手段２０によって切換えられ動作させられる。
【００２９】
図３は搬送波同期型磁極位置推定手段９の構成を示す。搬送波同期型磁極位置推定手段９は位置演算手段１５と極性判別手段１９から構成されている。位置演算手段１５は同期電動機の突極性（Ｌｄ≠Ｌｑ）の原理に基づくものであり、制御系ｄ軸(θc )方向（推定磁極位置θ^ 方向）に電圧パルスｖdhを印加し、電流検出部１３から出力されたｕ相電流検出値ｉu^及びｖ相電流検出値ｉv^に基づいて同期電動機１の磁極位置を推定するものである。
【００３０】
ここで、電圧パルスｖdhの印加によって発生するパルスの＋電位区間の電流差分値と−電位区間の電流差分値との差（以下、単に「電流差分差」と記述する）をベクトルとして表すと、その電流差分差ベクトルの位相θdと制御系ｄ軸の位相θcとの関係は図４のようになる。図４から明らかなように、電圧パルスｖdhの印加によって発生する電流差分差ベクトルの位相θdと制御系ｄ軸の位相θcを一致させることにより、電動機の磁極位置θと制御系ｄ軸の位相θc との差、すなわち位置誤差Δθが０となり、磁極位置を推定することができる。本実施例はこの原理を用いて磁極位置推定を行うものである。
【００３１】
位置演算手段１５は、電圧印加手段１６，電流変化量検出手段１７及び位相検出手段１８から構成されている。電圧印加手段１６は、電圧パルスｖdh（方形波）を発生し、発生した電圧パルスｖdhをｄ軸電圧指令値ｖdrに印加するものである。電流変化量検出手段１７は、電流検出部１３から出力されたｕ相電流検出値ｉu^及びｖ相電流検出値ｉv^に基づいて、電圧パルスｖdhの印加によって発生する＋電位区間の電動機電流差分ベクトルＰi1及び−電位区間の電動機電流差分ベクトルＰi2を検出して出力するものである。位相検出手段１８は、電流変化量検出手段１７によって検出された電動機電流差分ベクトルＰi1，Ｐi2の差分をとり、この差分からベクトル位相θd を演算し、演算されたベクトル位相θd と制御系ｄ軸の位相θc とを一致させて磁極の位置を推定し、推定磁極位置θ^ を出力するものである。電圧パルスｖdhの周波数は振動や騒音を考慮してできるだけ高い値に設定している。また、電圧パルスｖdhの周波数はインバータ３のＰＷＭ搬送波の周波数と同一の値に設定している。
【００３２】
本実施例によれば、インバータ３のＰＷＭ搬送波と同一の周波数である電圧パルスｖdhを制御系ｄ軸（θc）方向（推定磁極位置θ^方向）に印加し、インバータ３のＰＷＭ搬送波に同期して同期電動機１の電流を取り込み、電圧パルスｖdhの印加によって発生した電流差分差を求め、同期電動機１の磁極位置を推定する搬送波同期型磁極位置推定手段９を備えているので、高応答で低騒音、低トルク脈動な磁極位置推定を行うことができる。また、搬送波同期型磁極位置推定手段９は同期電動機１のインダクタンス特性に基づくものであるので、中高速時のみならず、誘起電圧の検出が困難な同期電動機１の起動時（制御装置４の起動時）及び停止時を含む低速時においても高精度に同期電動機１の磁極位置を推定することができる。
【００３３】
尚、突極性を有する同期電動機のインダクタンスは磁極位置が１８０°周期で変化するので、インダクタンスに基づく磁極位置推定の推定可能範囲は１８０°に限定される。このため、搬送波同期型磁極位置推定手段９は、電動機の起動時に得られる推定磁極位置方向がＮ極方向（θ）であるか或いはＳ極方向(θ＋π)であるか判断することができない。そこで、本実施例では、推定磁極位置の極性を判別する極性判別手段１９を搬送波同期型磁極位置推定手段９に備えている。極性判別手段１９の詳細については後述する。
【００３４】
搬送波同期型磁極位置推定手段９は同期電動機１の起動時（制御装置４の起動時）及び停止時を含む低速時における磁極位置推定に有効である。しかし、その動作領域は限定されず、原理的には高速領域まで適用することができる。ところが、磁極位置を推定するためには、常に磁極位置推定用の電圧パルスを電動機に印加する必要がある。このため、磁極位置推定用の電圧パルスを印加しない場合は、騒音，効率ともに劣ることが考えられる。そこで、本実施例では、同期電動機１の誘起電圧が比較的大きく発生している中高速領域においては、同期電動機１の誘起電圧に基づいて同期電動機１の磁極位置を推定する同電位型磁極位置推定手段１０を備えている。
【００３５】
同電位型磁極位置推定手段１０は、同期電動機１の誘起電圧が回転子の磁極位置に基づいて発生することに着目したものである。尚、同期電動機１の誘起電圧に基づいて同期電動機１の磁極位置を推定するものであれば、誘起電圧の求める方式はどのようなものを用いてもよい。例えばインバータ３のスイッチングの休止区間を形成し、この区間において直接誘起電圧を検出する方式、及び印加している制御電圧とそれによって発生する電流を用いてオブザーバなどを構成して誘起電圧を推定する方式などある。
【００３６】
但し、制御系に高い応答性が要求される場合、上記２方式では高応答性が実現困難である。このため、ＰＷＭ制御中に発生する同期電動機１の同電位状態（短絡状態）での電流変化量により誘起電圧の位相、すなわち磁極位置を求める方式が有効である。この方式は、同期電動機１の同電位状態ではインバータ２からの印加電圧の影響を受けることなく、同期電動機１の誘起電圧のみによって電流の挙動が決まることに着目したものである。
【００３７】
図５は、同期電動機１の同電位状態を利用した同期電動機１の磁極位置推定の原理を示す。図５に示すように、磁極位置θは、３相同電位電流差分ベクトル
Ｐisと静止座標α軸とのなす位相γと、３相同電位電流差分ベクトルＰisと回転座標ｄ軸とのなす位相δとの差をとることにより推定される。このうち、位相γは、実際に同期電動機１の同電位状態の電流差分値を求め、α軸との角度を求めることにより求めることができる。これに対して位相δは、３相同電位状態（短絡状態Ｖ＝０）における同期電動機１の電圧方程式より求めることができる。数１は位相δの計算式を示す。
【００３８】
【数１】
0003695342.tif 000002
ここで、Ｒは巻線抵抗、ｐids，ｐiqsは３相同電位電流差分ベクトルＰisのｄ軸成分，ｑ軸成分、Ｌdはｄ軸のインダクタンス、Ｌqはｑ軸のインダクタンス、ωは電動機角速度、φは磁石が有する磁束である。
【００３９】
数１において速度が十分大きい動作領域ではＲ≒０とみなすことができ、ωを消去することができる。
【００４０】
図６は、本方式で用いる同期電動機１の３相同電位状態を示す。図６から明らかなように、同期電動機１の３相同電位状態はＰＷＭ制御中に存在する。ＰＷＭ制御中の３相同電位状態が非常に短い時間であり、その区間での電流差分値が演算不可能である場合には、図６中の２相同電位区間を用いることが可能である。本方式によれば、ＰＷＭ搬送波の１周期毎に磁極位置を演算することができるので、高応答な制御系に対応することができる。
【００４１】
本実施例によれば、同期電動機１の中高速領域において、同期電動機１の誘起電圧に基づいて同期電動機１の磁極位置を推定する同電位型磁極位置推定手段
１０を備えているので、搬送波同期型磁極位置推定手段９のように磁極位置推定用の信号を印加することがなく、騒音やトルク脈動を発生することなく同期電動機１の磁極位置を推定することができる。
【００４２】
しかし、同電位型磁極位置推定手段１０は、誘起電圧に基づいて同期電動機１の磁極位置を推定する方式であるので、停止時を含む低速領域では同期電動機１の磁極位置の推定が困難である。そこで、本実施例では、前述の搬送波同期型磁極位置推定手段９と同電位型磁極位置推定手段１０を組合わせて用いることにより、良好なセンサレスの特性を実現させている。具体的には、装置の起動時或いは同期電動機１の停止時及び低速時には搬送波同期型磁極位置推定手段９を起動して同期電動機１の磁極位置を推定し、同期電動機１の中高速時には同電位型磁極位置推定手段１０を起動して同期電動機１の磁極位置を推定する。
【００４３】
本実施例によれば、２つの磁極位置推定手段を備え、この２つの磁極位置推定手段を装置或いは同期電動機１の運転状態に応じて使い分けているので、装置の起動時或いは同期電動機１のいかなる速度においても同期電動機１の駆動を円滑に制御することができる。また、同期電動機１が中高速回転しているときは、磁極位置推定用の電圧信号を印加することがないので、低騒音かつ高効率に同期電動機１の駆動を制御することができる。
【００４４】
図７は、搬送波同期型磁極位置推定手段９と同電位型磁極位置推定手段１０を切換える磁極位置切換手段２０の構成を示す。磁極位置切換手段２０は、現在の同期電動機１の速度を演算し、この演算結果に応じて搬送波同期型磁極位置推定手段９と同電位型磁極位置推定手段１０を切換えるものであり、位相切換部２２及び速度演算部２１を備えている。
【００４５】
位相切換部２２は、現在の同期電動機１の速度の大きさに基づいて搬送波同期型磁極位置推定手段９と同電位型磁極位置推定手段１０を切換えると共に、搬送波同期型磁極位置推定手段９と同電位型磁極位置推定手段１０の切換えの際、切換前の磁極位置推定手段の最終値を切換後の磁極位置推定手段の初期値として受け渡すものである。このため、位相切換部２２には、速度演算部２１から出力された速度演算値ωｍ^ が入力されていると共に、搬送波同期型磁極位置推定手段９或いは同電位型磁極位置推定手段１０のいずれか一方から出力された推定磁極位置θ^（制御系ｄ軸位相θc）が入力されている。位相切換部２２は、入力された速度演算値ωｍ^ に基づいて２つの磁極位置推定手段うちの一方を決定し、磁極位置推定手段１４に切換信号を出力する。また、位相切換部２２は、入力された搬送波同期型磁極位置推定手段９或いは同電位型磁極位置推定手段１０のいずれか一方の推定磁極位置θ^（制御系ｄ軸位相θc）を出力する。
【００４６】
速度演算部２１は、磁極位置推定手段１４で推定された推定磁極位置θ^ （制御系ｄ軸位相θc ）に基づいて現在の同期電動機１の速度を演算するものである。このため、速度演算部２１には、位相切換部２２から出力された搬送波同期型磁極位置推定手段９或いは同電位型磁極位置推定手段１０のいずれか一方の推定磁極位置θ^ （制御系ｄ軸位相θc ）が入力されている。速度演算部２１は、入力された搬送波同期型磁極位置推定手段９或いは同電位型磁極位置推定手段１０のいずれか一方の推定磁極位置θ^（制御系ｄ軸位相θc）に基づいて現在の同期電動機１の速度を演算し、位相切換部２２に速度演算値ωｍ^ を出力する。また、位相切換部２２から出力された搬送波同期型磁極位置推定手段９或いは同電位型磁極位置推定手段１０のいずれか一方の推定磁極位置θ^（制御系ｄ軸位相θc）は、三相変換部１１及びｄ−ｑ変換部８に入力されている。
【００４７】
ところで、位相切換部２２から出力された切換信号に基づいて搬送波同期型磁極位置推定手段９と同電位型磁極位置推定手段１０とを切換えた場合、切換後の磁極位置推定手段の過渡状態や演算遅れなどによって推定磁極位置の位相飛びが発生する可能性がある。推定磁極位置の位相飛びが発生すると、同期電動機１への印加電圧が急変するので、同期電動機１のトルクが変動し、同期電動機１の駆動を良好に継続させることができなくなる。そこで、本実施例では、切換後の磁極位置推定手段の推定値が確立するまでの所定時間、現在の同期電動機１の速度に応じて推定磁極位置を位相切換部２２で補償している。
【００４８】
以下、図８に基づいて説明する。図８は、位相切換部２２の推定磁極位置θ^ の出力を示す。図８のθ１（点線）に示すように、切換前の磁極位置推定手段では推定磁極位置が切換開始時点で不正確な値になる。これに対して、切換後の磁極位置推定手段では、図８のθ３（点線）に示すように、切換開始後過渡状態が生じて位相飛びが生じ、この後次第に収束する。このため、本実施例では、切換後の磁極位置推定手段の過渡状態が定常状態に落ち着くまでの所定期間、推定磁極位置を同期電動機１の速度に応じて、図８のθ２（実線）に示すように、３サンプリング時間分位相補償している。このとき、１サンプリングで補償する位相量Δθ^ は次の数２で表される。
【００４９】
【数２】
Δθ^＝ωm^×Ｔs
ここで、ωm^は電動機速度推定値、Ｔs はサンプリング時間である。
【００５０】
切換後の極位置推定手段の過渡状態が落着き、切換後の極位置推定手段による推定磁極位置が確立すると、位相切換部２２による位相補償から切換後の極位置推定手段による推定磁極位置に切換える。
【００５１】
本実施例によれば、磁極位置推定手段を切換えた場合、同期電動機１の速度に応じて推定磁極位置を位相補償するようにしたので、磁極位置推定手段の切換時に起こる可能性がある推定磁極位置の位相飛びを防止することがで、磁極位置推定手段をスムーズに切換えることができる。これにより、同期電動機１のトルクの変動を防止することができる。従って、同期電動機１の駆動を良好に継続させることができる。
【００５２】
尚、本実施例では、同期電動機１の加速時における磁極位置推定手段の切換えについて図８を用いて説明したが、同期電動機１の減速時における磁極位置推定手段の切換えについても、同期電動機１の推定速度の符号が負になるだけであり、図８と同様に位相補償することができる。図９は、同期電動機１の減速時における位相切換部２２による位相補償を示す。図９の場合においても、切換後の磁極位置推定手段の過渡状態が定常状態に落ち着くまでの所定期間、推定磁極位置を同期電動機１の速度に応じて、図９のθ２（実線）に示すように、３サンプリング時間分位相補償している。
【００５３】
次に、本実施例の制御装置４の起動方法について説明する。前述のように本実施例の制御装置４は、同期電動機１の起動時（制御装置４の起動時）及び停止時を含む低速時には搬送波同期型磁極位置推定手段９を起動し、同期電動機１の中高速時には同電位型磁極位置推定方式１０を起動する。搬送波同期型磁極位置推定手段９は、停止時から高速域まで広範囲にわたり同期電動機１の磁極位置を推定することができる方式ではあるが、原理的には同期電動機１のインダクタンス特性に基づいているため、装置の起動時に推定した磁極位置がＮ極方向(θ方向)に相当するものか或いはＳ極方向（θ＋π方向）に相当するのかが判別不可能である。
【００５４】
そこで、本実施例では、搬送波同期型磁極位置推定手段９に極性判別手段１９を備え、起動時の磁極位置の極性を判断している。極性判別手段１９における極性判別には、同期電動機１の磁気飽和特性を用いる方式を採用している。すなわち本実施例の極性判別手段１９は、同期電動機１のｄ軸方向に正の電流を流した場合に発生するインダクタンスの値と、負の電流を流した場合に発生するインダクタンスの値との差に基づいて極性を判別している。
【００５５】
永久磁石同期電動機では、回転子に埋め込まれた永久磁石により磁束が確立しているので、ｄ軸方向の正と負に同じ大きさの電流を流した場合、正側は磁気飽和によりインダクタンスの値が小さくなる。本実施例では、このような特性に着目したものである。搬送波同期型磁極位置推定手段９は推定磁極位置方向に位置推定用電圧パルスｖdhを印加している。このため、極性判別手段１９は制御座標ｄ軸方向に極性判定用の電流を流した上で、電圧パルスｖdhによって発生するｄ軸電流差分値を演算することによりｄ軸インダクタンスを求めている。
【００５６】
ここで、搬送波同期型磁極位置推定手段９の起動時の具体的な動作を図１０のフローチャートを用いて説明する。搬送波同期型磁極位置推定手段９は、電動機の起動時において、まず、ＰＷＭ搬送波に同期した位置推定用電圧パルスｖdhを制御系ｄ軸方向に印加する（ステップＳ１）。次に、位置推定用電圧パルスｖdhの＋電位側と−電位側の電流差分差のベクトル位相θd を求め（ステップＳ２）、電流差分差のベクトル位相θdと制御系ｄ軸位相θcを一致させて同期電動機１の推定磁極位置を演算する（ステップＳ３）。この時点では、推定された磁極位置の極性が不明であるので、ステップＳ３で求めた推定磁極位置方向に所定の正の電流を流し、電圧パルスｖdhによって発生する制御系ｄ軸方向の電流差分値を演算する（ステップＳ４）。次に、予め設定されたしきい値とステップＳ４で求められた電流差分値とを比較する（ステップＳ５）。
【００５７】
次に、ステップＳ５で得られた比較結果に基づいて推定磁極位置方向の極性を判別する（ステップＳ６，Ｓ７）。制御系ｄ軸方向の電流差分値がしきい値よりも大きい場合にはＬd が小さいので、ステップＳ６においてＮ極であると判断し、制御系ｄ軸位相θcを推定磁極位置θ^とする（θ^＝θc）。制御系ｄ軸方向の電流差分値がしきい値よりも小さい場合にはＬd が大きいので、ステップＳ７においてＳ極であると判断し、制御系ｄ軸位相θcに１８０°の補正をかけて推定磁極位置θ^とする（θ^＝θc＋１８０°）。本実施例の搬送波同期型磁極位置推定手段９は、同期電動機１の起動時、以上説明したように動作する。
【００５８】
尚、極性判別手段１９における極性判別は、以上説明した方式に限定されるものではなく、例えば制御系ｄ軸方向の正方向と負方向に電流を流し、正方向に電流を流したときの電圧パルスによる電流差分値と負方向に電流を流したときの電圧パルスによる電流差分値を比較し、この比較結果に基づいて極性を判別する方式を用いてもよい。さらに、ここでは推定磁極位置方向に流す電流の大きさを磁気飽和が生じる程度の大きさとしたが、それより小さな電流でも正方向に流した場合と負方向に流した場合とで、電圧パルスの印加によって検出されるＬd に差が生じる場合には、その程度の電流を流しても構わない。
【００５９】
また、起動時、同期電動機１が回転しているときには誘起電圧が発生しているので、同期電動機１が同電位状態、すなわち短絡状態のときの電流変化により極性を判別することができる。前述のように、同期電動機１の同電位状態は通常のＰＷＭ制御中に存在するため、改めて同電位状態を発生させる必要はない。このとき、同電位状態での電流変化が所定値よりも小さい場合には低速範囲であるとして、磁気飽和特性を利用した極性判別を行う。
【００６０】
また、起動時、搬送波同期型磁極位置推定手段９により推定磁極位置θ^ を決定した後は、原則的には極性判別を行う必要はない。すなわち同期電動機１の起動後は、極性判別手段１９を除く位置演算手段１５のみで磁極位置推定を継続することができる。尚、同期電動機１の停止時、ある所定時間間隔で極性判別手段１９を起動させ、現在の推定磁極位置θ^ の極性をチェックすることは極性反転防止の面で有効である。もしも、このチェックにおいて極性判別手段１９で得られた極性と現在の推定磁極位置θ^ の極性との間に相違が生じた場合には極性の補正を行う。これにより、何らかの原因で同期電動機１の停止時に推定磁極位置θ^ の極性が反転した場合には、極性を速やかに補正することができる。
【００６１】
以上説明した本実施例によれば、搬送波同期型磁極位置推定手段９及び同電位型磁極位置推定手段１０の２つの磁極位置推定手段を備え、同期電動機１の起動時（制御装置４の起動時）及び停止時を含む低速の状態では搬送波同期型磁極位置推定手段９に切換え、同期電動機１の中高速時の状態では同電位型磁極位置推定手段１０に切換えてそれぞれ同期電動機１の磁極位置を推定するので、それぞれの状態に最適な磁極位置推定手段で同期電動機１の磁極位置を推定することができる。従って、同期電動機１のあらゆる動作状態において高応答，高精度，高効率に同期電動機１の磁極位置を推定することができる。
【００６２】
〔実施例２〕
本発明の第２実施例を図１１に基づいて説明する。図１１は第２実施例の磁極位置切換手段２０の動作特性を示す。本実施例は第１実施例の改良例であり、基本的に制御装置４の構成は前例と同じである。以下においては、前例と異なる部分について説明する。
【００６３】
本実施例では、位相切換部２２における切換時、切換後の磁極位置推定手段の推定値が確立するまでの所定時間、現在の同期電動機１の速度に応じて推定磁極位置の変化量を制限するように磁極位置切換手段２０が動作する。すなわち図
１１に示すように、切換前の磁極位置推定手段から切換後の磁極位置推定手段に切換えた直後から３サンプリング時間の間、数３に示す制限値Ｘlmt に基づいて位相変化量を制限する。
【００６４】
【数３】
Ｘlmt＝ωm^×Ｔs×Ｋlmt
ここで、Ｋlmt は任意の係数、ωm^は電動機速度推定値、Ｔs はサンプリング時間である。
【００６５】
本実施例によれば、切換後の磁極位置推定手段の推定値が確立するまでの所定時間、位相変化量を制限するので、磁極位置推定手段の切換時に生じる推定磁極位置の変動を防止することができ、２つの磁極位置推定手段をスムーズに切換えることができる。
【００６６】
〔実施例３〕
本発明の第３実施例を図１２に基づいて説明する。図１２は第３実施例の電流検出タイミングの切換特性を示す。本実施例は第１実施例の改良例であり、基本的に制御装置４の構成は前例と同じである。以下においては、前例と異なる部分について説明する。
【００６７】
本実施例では、２つの磁極位置推定手段を切換える際、同期電動機１の電流検出タイミングを切換えている。搬送波同期型磁極位置推定手段９は、ＰＷＭ搬送波に同期した電圧パルスによって生じる電流差分値を用いるので、ＰＷＭ搬送波に同期して同期電動機１の電流を検出する。一方、同電位型磁極位置推定手段
１０は、同期電動機１の同電位状態の電流変化量を用いるので、ＰＷＭ信号に同期して電動機電流を検出する。このため、２つの磁極位置推定手段を切換える際、同期電動機１の電流検出タイミングも切換える必要がある。
【００６８】
そこで、図１１に示すように、電流検出タイミングを切換えている。尚、図
１１中Ｖur，Ｖvr，Ｖwrは３相交流電圧指令を示す。この場合、図１１の電流検出タイミング▲１▼〜▲３▼までは搬送波同期型磁極位置推定手段９を起動し、それ以降は同電位型磁極位置推定手段１０を起動しているので、電流検出タイミング▲１▼〜▲３▼はＰＷＭ搬送波に同期したタイミングになり、電流検出タイミング▲４▼，▲５▼はＰＷＭ信号に同期したタイミングになる。電流検出タイミングの切換えは、例えば制御装置４を構成する演算装置（例えばマイクロコンピュータ）によってＡ／Ｄ変換器の起動タイミングの変更により達成することができる。
【００６９】
本実施例によれば、磁極位置推定手段の種類に応じて電流検出タイミングを変更することができるので、電流検出タイミングが同じ磁極位置推定手段に限定されることがなく、磁極位置推定手段のいかなる組合わせにも対応することができ、汎用性の高い制御装置を得ることができる。
【００７０】
〔実施例４〕
本発明の第４実施例を図１３に基づいて説明する。図１３は第４実施例の磁極位置切換手段２０の動作特性を示す。本実施例は第１実施例の改良例であり、基本的に制御装置４の構成は前例と同じである。以下においては、前例と異なる部分について説明する。
【００７１】
本実施例では、２つの磁極位置推定手段を同時に起動させて２つの磁極位置推定手段を切換えている。制御装置４の処理負担を考慮すると、２つの磁極位置推定手段を同時に起動することは困難であるが、制御装置４を構成する演算装置が複数ある場合、制御装置４が高性能である場合にはそれが可能である。そこで、本実施例では、所定の速度領域（Ｓ１からＳ２）において、推定磁極位置に反映する割合を同期電動機１の速度に応じて２つの磁極位置推定手段の間で変化させている。すなわちＳ１の速度を過ぎた後、切換前の磁極位置推定手段の推定磁極位置に反映する割合を徐々に減少、切換後の磁極位置推定手段の推定磁極位置に反映する割合を徐々に増加させ、Ｓ２の速度において、切換前の磁極位置推定手段の推定磁極位置に反映する割合を０、切換後の磁極位置推定手段の推定磁極位置に反映する割合を１としている。
【００７２】
本実施例によれば、所定の速度領域において、推定磁極位置に反映する割合を同期電動機１の速度に応じて２つの磁極位置推定手段の間で変化させ、２つの磁極位置推定手段を切換えているので、位相補償を行うことなく、磁極位置推定手段の切換時における同期電動機１のトルク変動を抑制し、磁極位置推定手段をスムーズに切換えることができる。尚、この効果は、磁極位置推定手段を切換える速度領域において２つの磁極位置推定手段が共に十分な推定精度を有するものであれば、さらに向上させることができる。
【００７３】
また、本実施例によれば、２つの磁極位置推定手段を同時に起動させるので、２つの磁極位置推定手段から同時に得られた２つの磁極位置推定値を比較することができる。これにより、制御装置４及び電流検出器５ｕ，５ｖの異常検出或いは脱調検出などを行うことができる。
【００７４】
〔実施例５〕
本発明の第５実施例を図１４に基づいて説明する。図１４は第５実施例の電動機制御装置の構成を示す。本実施例は第１実施例の変形例である。本実施例では、第１の磁極位置推定手段３０，第２の磁極位置推定手段３１…第ｎの磁極位置推定手段３２のように磁極位置推定手段を３つ以上備えた磁極位置推定手段１４を備えている。また、磁極位置切換手段２０には、前述した第１乃至第４実施例のいずれかの方式のものが用いられる。この他の部分は第１実施例と同様であるので、その説明は省略する。
【００７５】
同期電動機１の起動時（制御装置４の起動時）及び停止時を含む低速時、磁極位置推定精度の高い磁極位置推定手段を用いることは、同期電動機１の良好なセンサレス駆動を行う上で有効な方法である。このため、本実施例では、複数の磁極位置推定手段の一つとして、磁極位置推定精度の高い磁極位置推定手段、例えば前例で述べた搬送波同期型磁極位置推定手段を備えている。
【００７６】
同期電動機１の起動時（制御装置４の起動時）及び停止時を含む低速時、磁極位置推定精度が低い磁極位置推定手段、例えば誘起電圧に基づいて磁極位置を推定する方式を用いた場合には、同期電動機１の起動に失敗する可能性がある（同期電動機１において磁極推定に必要な誘起電圧が得られないため）。しかし、本実施例では、磁極位置推定精度の高い搬送波同期型磁極位置推定手段を備えているので、同期電動機１を確実に起動させることができる。
【００７７】
一方、複数の磁極位置推定手段の磁極位置推定精度に大差がない速度領域において、高効率の磁極位置推定手段を用いることは、同期電動機１の良好なセンサレス駆動を行う上で有効である。ここで、複数の磁極位置推定手段の磁極位置推定精度に大差がない速度領域とは、同期電動機１の中高速領域を意味する。このため、本実施例では、複数の磁極位置推定手段の他の一つとして、高効率の磁極位置推定手段、例えば前例で述べた誘起電圧に基づいて磁極位置を推定する同電位型磁極位置推定手段を備えている。
【００７８】
同期電動機１の中高速領域においては、前述の搬送波同期型磁極位置推定手段を用いても磁極位置を高精度に推定することができる。しかし、搬送波同期型磁極位置推定手段では磁極位置推定中、常に電圧パルスを印加する必要があるので、効率の面を考慮すると誘起電圧に基づいて磁極位置を推定する同電位型磁極位置推定手段が有効である。そこで、本実施例では、高効率の同電位型磁極位置推定手段を備えている。従って、本実施例によれば、高効率に同期電動機１の磁極位置を推定することがきる。
【００７９】
また、本実施例では、複数の磁極位置推定手段の他の一つとして、搬送波同期型磁極位置推定手段及び同電位型磁極位置推定手段とは異なる方式の磁極位置推定手段、例えば同期電動機１の電圧方程式を用いて同期電動機１の磁極位置を推定する手段を備えている。或いは搬送波同期型磁極位置推定手段又は同電位型磁極位置推定手段を複数備えている。
【００８０】
以上説明した本実施例によれば、磁極位置推定方式が異なる複数の磁極位置推定手段を備え、同期電動機１の複数の動作状態それぞれに対応する磁極位置推定手段に切換えて同期電動機１の磁極位置を推定するので、常に最適な磁極位置推定手段で同期電動機１の磁極位置を推定することができる。従って、同期電動機１のあらゆる動作状態において高応答，高精度，高効率に同期電動機１の磁極位置を推定することができる。
【００８１】
以上説明した第１乃至第５実施例の制御装置は、アプリケーションを問わずあらゆる交流電動機に適用可能であるが、特に電気自動車やハイブリッド自動車などの電動車両に搭載されている永久磁石同期電動機への適用が好適である。すなわち位置センサレスの制御システムは低コスト化に有効であり、位置センサの取付調整及びメンテナンスが不要である。一方、電気自動車やハイブリッド自動車などの電動車両においては、駆動システムの高効率化，小型軽量化，低コスト化が要求されている。このようなことから、電気自動車やハイブリッド自動車などの電動車両への第１乃至第５実施例の制御装置の適用は、電気自動車やハイブリッド自動車などの電動車両の駆動システムの要求を満足する上で好適である。
【００８２】
第１乃至第５実施例の制御装置では、同期電動機の起動時及び停止時を含む低速時には比較的騒音を発生する磁極位置推定手段を用い、中高速時には騒音を発生しない磁極位置推定手段を用いるので、車両の停止時や低速時に発生する音がほとんどない電気自動車やハイブリッド自動車などの電動車両においても、車両の起動時及び停止時を含む低速時、歩行者などに自車の存在を知らせめることができ、歩行者などに対する安全性を確保することができる。また、車両の中高速時、運転者に騒音による不快感を与えることがない。
【００８３】
また、第１乃至第５実施例では、制御装置にトルク指令が入力されるトルク制御系を示したが、トルク制御系の上位に速度制御系或いは位置制御系を構成しても全く差し支えがない。ここで、トルク制御系の上位に速度制御系を構成した場合、速度のフィードバック値として、速度演算部２１で推定磁極位置の時間変化量から求められる電動機速度推定値ωm^を用いることができる。
【００８４】
【発明の効果】
本発明によれば、常に最適な磁極位置推定方法で電動機の磁極位置を推定することができるので、電動機の動作領域全域で高応答，高精度，高効率に電動機の回転子磁極位置を推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例である電動機の制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】回転座標系（ｄ−ｑ軸）と静止座標系（α−β軸）との関係を示す図である。
【図３】図１の搬送波同期型位置推定手段の構成を示すブロック図である。
【図４】電流差分差ベクトルの位相θdと制御系d軸の位相θcとの関係を示す図である。
【図５】図１の同電位型位置推定手段の磁極位置推定原理を示すベクトル図である。
【図６】ＰＷＭ制御中に存在する同電位状態を示す図である。
【図７】図１の磁極位置切換手段の構成を示す図である。
【図８】図１の位相切換部の推定磁極位置θ^ 出力を示す図であって、加速時における出力例である。
【図９】図１の位相切換部の推定磁極位置θ^ 出力を示す図であって、減速時における出力例である。
【図１０】図１の搬送波同期型磁極位置推定手段の起動時の動作を示す流れ図である。
【図１１】本発明の第２実施例である電動機の制御装置の位相切換部の推定磁極位置θ^ の出力を示す図である。
【図１２】本発明の第３実施例である電動機の制御装置の電流検出タイミング切換えを示すチャート図である。
【図１３】本発明の第４実施例である電動機の制御装置の２種類の磁極位置推定手段を同時に起動した場合の切換えを示す図である。
【図１４】本発明の第５実施例である電動機の制御装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１…同期電動機、２…バッテリ、３…インバータ、４…制御装置、５ｕ，５ｖ…電流センサ、６…電流指令値発生部、７…電流制御部、８…ｄ−ｑ変換部、９…搬送波同期型磁極位置推定手段、１０…同電位型磁極位置推定手段、１５…位置演算手段、１６…電圧印加手段、１７…電流変化量検出手段、１８…位相検出手段、１９…極性判別手段、２０…磁極位置切換手段、２１…速度演算部、２２…位相切換部、３０，３１，３２…磁極位置推定手段。
【図１】
0003695342.tif 000003
【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】
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【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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