(57)【要約】【課題】突極性を有するロータを備えた電動機のロータ位置を推定するロータ位置推定装置において、電動機の回路定数の特性の影響を受けず、ロータ位置を精度良く推定する。【解決手段】ロータ位置推定部２７０は、交流電動機Ｍ１の停止中に制御軸であるｄ−ｑ軸を所定角度ずつ回転させながら回転角度ごとにｄ軸電圧を印加し、ｄ軸電圧印加時間の終了時点に交流電動機Ｍ１に流れるｑ軸電流を検出する。そして、ｑ軸電流の検出値が零に最も近くなるときのｄ−ｑ軸に対応するロータ位置を、交流電動機Ｍ１の停止中におけるロータ位置と推定する。ロータ位置推定部２７０は、交流電動機Ｍ１の回路定数の特性と、ｄ−ｑ軸の角度変化量に対するｑ軸電流の検出値の変化量との相関に基づいて、ｄ軸電圧の電圧値および電圧印加時間を設定する。【選択図】図２
2014050122.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
突極性を有するロータを備えた電動機のロータ位置を推定するロータ位置推定装置であって、
前記電動機の停止中に前記電動機にｄ軸電圧を印加する電圧印加手段と、
前記ｄ軸電圧の電圧印加時間の終了時点における前記電動機のｑ軸電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段によって検出された前記ｑ軸電流に基づいて、前記電動機の停止中における前記ロータ位置を推定する推定手段とを備え、
前記電圧印加手段は、前記電動機の回転座標系として設定されたｄ−ｑ軸を所定角度ずつ回転させながら回転角度ごとに前記ｄ軸電圧を印加し、
前記推定手段は、前記ｑ軸電流の検出値が零に最も近くなるときの前記ｄ−ｑ軸に対応するロータ位置を、前記電動機の停止中におけるロータ位置と推定し、
前記電動機の回路定数の特性と、前記ｄ−ｑ軸の角度変化量に対する前記ｑ軸電流の検出値の変化量との相関に基づいて、前記ｄ軸電圧の電圧値および前記電圧印加時間を設定する設定手段をさらに備える、ロータ位置推定装置。
【請求項２】
前記設定手段は、前記電動機のｄ軸およびｑ軸インダクタンスの温度特性、電機子巻線抵抗の温度特性、および前記ｄ軸およびｑ軸インダクタンスの磁気飽和特性と、前記ｄ−ｑ軸の角度変化量に対する前記ｑ軸電流の検出値の変化量との相関に基づいて、前記ｄ軸電圧の電圧値および前記電圧印加時間を設定する、請求項１に記載のロータ位置推定装置。
【請求項３】
突極性を有するロータを備えた電動機を制御する電動機制御システムであって、
前記電動機のロータ位置を検出する回転位置検出手段と、
前記電動機の停止中における前記電動機のロータ位置を推定するロータ位置推定手段と、
前記ロータ位置推定手段による前記ロータ位置の推定値に対する前記回転位置検出手段による前記ロータ位置の検出値の誤差を検出する誤差検出手段と、
前記誤差検出手段によって検出された誤差を用いて、前記回転位置検出手段によって検出される前記ロータ位置を補正する補正手段と、
前記補正手段によって補正された前記ロータ位置に基づいて、前記電動機の通電制御を行なう制御手段とを備え、
前記ロータ位置推定手段は、
前記電動機の停止中に前記電動機にｄ軸電圧を印加する電圧印加手段と、
前記ｄ軸電圧の電圧印加時間の終了時点における前記電動機のｑ軸電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段によって検出された前記ｑ軸電流に基づいて、前記電動機の停止中における前記ロータ位置を推定する推定手段とを含み、
前記電圧印加手段は、前記電動機の回転座標系として設定されたｄ−ｑ軸を所定角度ずつ回転させながら回転角度ごとに前記ｄ軸電圧を印加し、
前記推定手段は、前記ｑ軸電流の検出値が零に最も近くなるときの前記ｄ−ｑ軸に対応するロータ位置を、前記電動機の停止中におけるロータ位置と推定し、
前記ロータ位置推定手段は、前記電動機の回路定数の特性と、前記ｄ−ｑ軸の角度変化量に対する前記ｑ軸電流の検出値の変化量との相関に基づいて、前記ｄ軸電圧の電圧値および前記電圧印加時間を設定する設定手段さらに含む、電動機制御システム。
【請求項４】
突極性を有するロータを備えた電動機のロータ位置を推定するロータ位置推定方法であって、
前記電動機の停止中に前記電動機にｄ軸電圧を印加するステップと、
前記ｄ軸電圧の電圧印加時間の終了時点における前記電動機のｑ軸電流を検出するステップと、
前記ｑ軸電流を検出するステップによって検出された前記ｑ軸電流に基づいて、前記電動機の停止中における前記ロータ位置を推定するステップとを備え、
前記ｄ軸電圧を印加するステップは、前記電動機の回転座標系として設定されたｄ−ｑ軸を所定角度ずつ回転させながら回転角度ごとに前記ｄ軸電圧を印加し、
前記ロータ位置を推定するステップは、前記ｑ軸電流の検出値が零に最も近くなるときの前記ｄ−ｑ軸に対応するロータ位置を、前記電動機の停止中におけるロータ位置と推定し、
前記電動機の回路定数の特性と、前記ｄ−ｑ軸の角度変化量に対する前記ｑ軸電流の検出値の変化量との相関に基づいて、前記ｄ軸電圧の電圧値および前記電圧印加時間を設定するステップをさらに備える、ロータ位置推定方法。
【請求項５】
前記ｄ軸電圧の電圧値および電圧印加時間を設定するステップは、前記電動機のｄ軸およびｑ軸インダクタンスの温度特性、電機子巻線抵抗の温度特性、および前記ｄ軸およびｑ軸インダクタンスの磁気飽和特性と、前記ｄ−ｑ軸の角度変化量に対する前記ｑ軸電流の検出値の変化量との相関に基づいて、前記ｑ軸電流との相関に基づいて、前記ｄ軸電圧の電圧値および前記電圧印加時間を設定する、請求項４に記載のロータ位置推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、突極性を有するロータを備えた電動機のロータ位置を推定するロータ位置推定装置およびロータ位置推定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の動力源として交流電動機を搭載した電動車両（電気自動車やハイブリッド自動車など）においては、交流電動機に、ロータに永久磁石を用いた永久磁石式同期電動機等の同期電動機を適用し、ロータの位置情報に基づいて同期電動機の通電制御を行なう。この同期電動機の通電制御においては、ロータの位置情報に基づいて同期電動機の各相コイルに供給する電流を制御する。そのため、通常、レゾルバ等のロータ位置を検出する回転位置センサが用いられる。
【０００３】
しかしながら、上述のように、回転位置センサを用いてロータ位置を検出する構成では、回転位置センサの取り付け位置に誤差があると、これがオフセット誤差となり、回転位置センサによって検出されるロータ位置が実ロータ位置からずれてしまう。その結果、同期電動機の通電制御の精度を低下させる可能性がある。したがって、同期電動機の実ロータ位置を推定し、この推定した実ロータ位置に基づいて回転位置センサのオフセット誤差を検出する必要がある。
【０００４】
同期電動機のロータ位置を推定する技術として、たとえば特開平７−２４５９８１号公報（特許文献１）には、電動機に交番電圧を印加したときの電動機電流を電流検出器で検出し、電流検出器の検出値に基づいて電動機の磁極位置（ロータ位置）を推定する電動機の磁極位置検出装置が記載されている。この特許文献１によれば、ロータの磁束軸推定位置と同方向の交番電圧を電動機に印加したときに検出される電動機電流を、印加している交番電圧に対する平行成分および直交成分に分離する。そして、電動機電流の平行成分および直交成分の少なくとも一方に基づいてロータの磁束軸推定位置を磁束軸実際位置に一致させるべく磁束軸推定位置を変化させ、この磁束軸推定位置をもって電動機の磁極位置を検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−２４５９８１号公報
【特許文献２】特開２０１０−３５３５３号公報
【特許文献３】特開２０１０−３５３５２号公報
【特許文献４】特開２０１０−３５３５１号公報
【特許文献５】特開２０１１−７８２９５号公報
【特許文献６】特開２００７−１２４８３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記の特許文献１においては、電動機に交番電圧を印加したときの電動機電流は、電動機の回路定数の特性（回路定数の温度特性や磁気飽和特性など）によって変化してしまう。そのため、同じ交番電圧が印加されても、上記要因により電動機電流の電流値が変化する可能性がある。電動機電流の電流値が変化すると、ロータの磁束軸推定位置を変化させたときの電動機電流の変化量が変動してしまうため、正確なロータ位置の推定が困難となる。これにより、同期電動機の通電制御の精度が低下してしまう可能性がある。
【０００７】
この発明はこのような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、電動機の回路定数の特性の影響を受けず、電動機のロータ位置を精度良く推定することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明のある局面では、突極性を有するロータを備えた電動機のロータ位置を推定するロータ位置推定装置は、電動機の停止中に電動機にｄ軸電圧を印加する電圧印加手段と、ｄ軸電圧の電圧印加時間の終了時点における電動機のｑ軸電流を検出する電流検出手段と、電流検出手段によって検出されたｑ軸電流に基づいて、電動機の停止中におけるロータ位置を推定する推定手段とを備える。電圧印加手段は、電動機の回転座標系として設定されたｄ−ｑ軸を所定角度ずつ回転させながら回転角度ごとにｄ軸電圧を印加する。推定手段は、ｑ軸電流の検出値が零に最も近くなるときのｄ−ｑ軸に対応するロータ位置を、電動機の停止中におけるロータ位置と推定する。ロータ位置推定装置は、電動機の回路定数の特性と、ｄ−ｑ軸の角度変化量に対するｑ軸電流の検出値の変化量との相関に基づいて、ｄ軸電圧の電圧値および電圧印加時間を設定する設定手段をさらに備える。
【０００９】
好ましくは、設定手段は、電動機のｄ軸およびｑ軸インダクタンスの温度特性、電機子巻線抵抗の温度特性、およびｄ軸およびｑ軸インダクタンスの磁気飽和特性と、ｄ−ｑ軸の角度変化量に対するｑ軸電流の検出値の変化量との相関に基づいて、ｄ軸電圧の電圧値および電圧印加時間を設定する。
【００１０】
この発明の別の局面では、突極性を有するロータを備えた電動機を制御する電動機制御システムは、電動機のロータ位置を検出する回転位置検出手段と、電動機の停止中における電動機のロータ位置を推定するロータ位置推定手段と、ロータ位置推定手段によるロータ位置の推定値に対する回転位置検出手段によるロータ位置の検出値の誤差を検出する誤差検出手段と、誤差検出手段によって検出された誤差を用いて、回転位置検出手段によって検出されるロータ位置を補正する補正手段と、補正手段によって補正されたロータ位置に基づいて、電動機の通電制御を行なう制御手段とを備える。ロータ位置推定手段は、電動機の停止中に電動機にｄ軸電圧を印加する電圧印加手段と、ｄ軸電圧の電圧印加時間の終了時点における電動機のｑ軸電流を検出する電流検出手段と、電流検出手段によって検出されたｑ軸電流に基づいて、電動機の停止中におけるロータ位置を推定する推定手段とを含む。電圧印加手段は、電動機の回転座標系として設定されたｄ−ｑ軸を所定角度ずつ回転させながら回転角度ごとにｄ軸電圧を印加する。推定手段は、ｑ軸電流の検出値が零に最も近くなるときのｄ−ｑ軸に対応するロータ位置を、電動機の停止中におけるロータ位置と推定する。ロータ位置推定手段は、電動機の回路定数の特性と、ｄ−ｑ軸の角度変化量に対するｑ軸電流の検出値の変化量との相関に基づいて、ｄ軸電圧の電圧値および電圧印加時間を設定する設定手段さらに含む。
【００１１】
この発明の別の局面では、突極性を有するロータを備えた電動機のロータ位置を推定するロータ位置推定方法は、電動機の停止中に電動機にｄ軸電圧を印加するステップと、ｄ軸電圧の電圧印加時間の終了時点における電動機のｑ軸電流を検出するステップと、ｑ軸電流を検出するステップによって検出されたｑ軸電流に基づいて、電動機の停止中におけるロータ位置を推定するステップとを備える。ｄ軸電圧を印加するステップは、電動機の回転座標系として設定されたｄ−ｑ軸を所定角度ずつ回転させながら回転角度ごとにｄ軸電圧を印加する。ロータ位置を推定するステップは、ｑ軸電流の検出値が零に最も近くなるときのｄ−ｑ軸に対応するロータ位置を、電動機の停止中におけるロータ位置と推定する。ロータ位置推定方法は、電動機の回路定数の特性と、ｄ−ｑ軸の角度変化量に対するｑ軸電流の検出値の変化量との相関に基づいて、ｄ軸電圧の電圧値および電圧印加時間を設定するステップをさらに備える。
【００１２】
好ましくは、ｄ軸電圧の電圧値および電圧印加時間を設定するステップは、電動機のｄ軸およびｑ軸インダクタンスの温度特性、電機子巻線抵抗の温度特性、およびｄ軸およびｑ軸インダクタンスの磁気飽和特性と、ｄ−ｑ軸の角度変化量に対するｑ軸電流の検出値の変化量との相関に基づいて、ｄ軸電圧の電圧値および電圧印加時間を設定する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、突極性を有するロータを備えた電動機のロータ位置を精度良く推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態に従うロータ位置推定装置が適用される電動機制御システムの概略構成図である。
【図２】制御装置によって実行されるパルス幅変調制御方式の機能ブロック図である。
【図３】交流電動機の回転座標系のオフセット誤差を説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態に従うロータ位置推定を実現するための制御処理手順を説明するフローチャートである。
【図５】交流電動機に印加されるｄ軸電圧および交流電動機に流れるｑ軸電流の出力波形図である。
【図６】ｄ軸電圧印加時におけるｑ軸電流の変化を拡大して示す出力波形図である。
【図７】交流電動機の回路定数の温度特性を示す図である。
【図８】交流電動機の回路定数の磁気飽和特性を示す図である。
【図９】ロータ位置推定部によるｄ軸電圧およびｄ軸電圧印加時間の設定を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下では、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は原則的に繰り返さないものとする。
【００１６】
（全体構成）
図１は、本発明の実施の形態に従うロータ位置推定装置が適用される電動機制御システムの概略構成図である。
【００１７】
図１を参照して、電動機制御システム１００は、直流電圧発生部１０♯と、平滑コンデンサＣ０と、インバータ１４と、制御装置３０と、交流電動機Ｍ１とを備える。
【００１８】
交流電動機Ｍ１は、突極性を有するロータを備えた同期電動機であり、たとえばロータに永久磁石を用いた永久磁石型同期電動機が適用される。
【００１９】
本実施の形態では、交流電動機Ｍ１は、ハイブリッド自動車または電気自動車等の電動車両の駆動輪を駆動するためのトルクを発生する駆動用電動機である。なお、電動車両は、エンジンを搭載しない電気自動車を含め、車両駆動力発生用の電動機を搭載する車両全般を含むものである。なお、交流電動機Ｍ１は、一般的には、電動機および発電機の機能を併せ持つように構成される。また、この交流電動機Ｍ１は、ハイブリッド自動車では、エンジンにて駆動される発電機の機能を持つように構成されてもよい。さらに、交流電動機Ｍ１は、エンジンに対して電動機として動作し、たとえば、エンジン始動を行ない得るようなものとしてハイブリッド自動車に組み込まれるようにしてもよい。
【００２０】
直流電圧発生部１０♯は、直流電源Ｂと、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２と、平滑コンデンサＣ１と、コンバータ１２とを含む。
【００２１】
直流電源Ｂは、ニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池、燃料電池や電気二重層キャパシタ、あるいは、これらの組合せから成る。直流電源Ｂに設けられたセンサ１０によって、直流電源Ｂの電圧（Ｖｂ）、電流および温度が検知される。センサ１０による検出値は、制御装置３０へ出力される。
【００２２】
システムリレーＳＲ１は、直流電源Ｂの正極端子および電力線６との間に接続され、システムリレーＳＲ２は、直流電源Ｂの負極端子および電力線５の間に接続される。システムリレーＳＲ１，ＳＲ２は、制御装置３０からの信号ＳＥによりオン／オフされる。平滑コンデンサＣ１は、電力線６および電力線５の間に接続される。電力線６および電力線５の間の直流電圧ＶＬは、電圧センサ１１によって検出される。電圧センサ１１による検出値は、制御装置３０へ送出される。
【００２３】
コンバータ１２は、リアクトルＬ１と、電力用半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。
【００２４】
電力用半導体スイッチング素子Ｑ１およびＱ２は、電力線７および電力線５の間に直列に接続される。電力用半導体スイッチング素子Ｑ１およびＱ２のオン・オフは、制御装置３０からのスイッチング制御信号Ｓ１およびＳ２によって制御される。
【００２５】
この発明の実施の形態において、電力用半導体スイッチング素子（以下、単に「スイッチング素子」と称する）としては、ＩＧＢＴ（Insulated  Gate  Bipolar  Transistor）、電力用ＭＯＳ（Metal  Oxide  Semiconductor）トランジスタあるいは、電力用バイポーラトランジスタ等を用いることができる。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に対しては、逆並列ダイオードＤ１，Ｄ２が配置されている。
【００２６】
リアクトルＬ１は、スイッチング素子Ｑ１およびＱ２の接続ノードと電力線６の間に接続される。また、平滑コンデンサＣ０は、電力線７および電力線５の間に接続される。
【００２７】
インバータ１４は、電力線７および電力線５の間に並列に設けられる、Ｕ相アーム１５と、Ｖ相アーム１６と、Ｗ相アーム１７とから成る。各相アームは、電力線７および電力線５の間に直列接続されたスイッチング素子から構成される。たとえば、Ｕ相アーム１５は、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４から成り、Ｖ相アーム１６は、スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６から成り、Ｗ相アーム１７は、スイッチング素子Ｑ７，Ｑ８から成る。また、スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８に対して、逆並列ダイオードＤ３〜Ｄ８がそれぞれ接続されている。スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８のオン・オフは、制御装置３０からのスイッチング制御信号Ｓ３〜Ｓ８によって制御される。
【００２８】
各相アームの中間点は、交流電動機Ｍ１の各相コイルの各相端に接続されている。代表的には、交流電動機Ｍ１は、３相の永久磁石モータであり、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルの一端が中点に共通接続されて構成される。さらに、各相コイルの他端は、各相アーム１５〜１７のスイッチング素子の中間点と接続されている。
【００２９】
コンバータ１２は、基本的には、各スイッチング周期内でスイッチング素子Ｑ１およびＱ２が相補的かつ交互にオン・オフするように制御される。コンバータ１２は、昇圧動作時には、直流電源Ｂから供給された直流電圧ＶＬを直流電圧ＶＨ（インバータ１４への入力電圧に相当するこの直流電圧を、以下「システム電圧」とも称する）へ昇圧する。この昇圧動作は、スイッチング素子Ｑ２のオン期間にリアクトルＬ１に蓄積された電磁エネルギを、スイッチング素子Ｑ１および逆並列ダイオードＤ１を介して、電力線７へ供給することにより行なわれる。
【００３０】
また、コンバータ１２は、降圧動作時には、直流電圧ＶＨを直流電圧ＶＬに降圧する。この降圧動作は、スイッチング素子Ｑ１のオン期間にリアクトルＬ１に蓄積された電磁エネルギを、スイッチング素子Ｑ２および逆並列ダイオードＤ２を介して、電力線６へ供給することにより行なわれる。これらの昇圧動作または降圧動作における電圧変換比（ＶＨおよびＶＬの比）は、上記スイッチング周期に対するスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のオン期間比（デューティ比）により制御される。なお、スイッチング素子Ｑ１およびＱ２をオンおよびオフにそれぞれ固定すれば、ＶＨ＝ＶＬ（電圧変換比＝１．０）とすることもできる。
【００３１】
平滑コンデンサＣ０は、電力線７上の直流電圧を平滑化する。電圧センサ１３は、平滑コンデンサＣ０の両端の電圧、すなわち、システム電圧ＶＨを検出し、その検出値を制御装置３０へ出力する。
【００３２】
インバータ１４は、交流電動機Ｍ１のトルク指令値が正（Ｔｒｑｃｏｍ＞０）の場合には、制御装置３０からのスイッチング制御信号Ｓ３〜Ｓ８に応答したスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８のスイッチング動作によって、電力線７上の直流電圧を交流電圧に変換して正のトルクを出力するように交流電動機Ｍ１を駆動する。また、インバータ１４は、交流電動機Ｍ１のトルク指令値が零の場合（Ｔｒｑｃｏｍ＝０）には、スイッチング制御信号Ｓ３〜Ｓ８に応答したスイッチング動作により、直流電圧を交流電圧に変換してトルクが零になるように交流電動機Ｍ１を駆動する。これにより、交流電動機Ｍ１は、トルク指令値Ｔｒｑｃｏｍによって指定された零または正のトルクを発生するように駆動される。
【００３３】
さらに、電動機制御システム１００が搭載された電動車両の回生制動時には、交流電動機Ｍ１のトルク指令値Ｔｒｑｃｏｍは負に設定される（Ｔｒｑｃｏｍ＜０）。この場合には、インバータ１４は、スイッチング制御信号Ｓ３〜Ｓ８に応答したスイッチング動作により、交流電動機Ｍ１が発電した交流電圧を直流電圧に変換し、その変換した直流電圧（システム電圧）を平滑コンデンサＣ０を介してコンバータ１２へ供給する。なお、ここで言う回生制動とは、電動車両を運転するドライバーによるフットブレーキ操作があった場合の回生発電を伴う制動や、フットブレーキを操作しないものの、走行中にアクセルペダルをオフすることで回生発電をさせながら車両を減速（または加速の中止）させることを含む。
【００３４】
電流センサ２４は、交流電動機Ｍ１に流れる電流（相電流）を検出し、その検出値を制御装置３０へ出力する。なお、三相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗの瞬時値の和は零であるので、図１に示すように２相分のモータ電流（たとえば、Ｖ相電流ｉｖおよびＷ相電流ｉｗ）を検出するように配置してもよい。
【００３５】
回転位置センサ（レゾルバ）２５は、交流電動機Ｍ１のロータ位置（ロータの磁極位置）θｃを検出し、その検出したロータ位置θｃを制御装置３０へ送出する。制御装置３０では、ロータ位置θｃ基づき交流電動機Ｍ１の回転数および回転角速度ωを算出できる。
【００３６】
温度センサ２６は、交流電動機Ｍ１のステータコイルや潤滑油の温度を測定するように配置される。温度センサ２６は、検出した温度Ｔｈｍを制御装置３０へ送出する。
【００３７】
制御装置３０は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）により構成され、予め記憶されたプログラムを図示しないＣＰＵ（Central  Processing  Unit）で実行することによるソフトウェア処理および／または専用の電子回路によるハードウェア処理により、電動機制御システム１００の動作を制御する。
【００３８】
代表的な機能として、制御装置３０は、センサ１０による検出値、トルク指令値Ｔｒｑｃｏｍ、電圧センサ１１によって検出された直流電圧ＶＬ、電圧センサ１３によって検出されたシステム電圧ＶＨおよび電流センサ２４によって検出されるモータ電流ｉｖ，ｉｗ、回転位置センサ２５からのロータ位置θｃ等に基づいて、コンバータ１２およびインバータ１４の動作を制御する。すなわち、コンバータ１２およびインバータ１４を上記のように制御するためのスイッチング制御信号Ｓ１〜Ｓ８を生成して、コンバータ１２およびインバータ１４へ出力する。
【００３９】
具体的には、制御装置３０は、システム電圧ＶＨをフィードバック制御し、システム電圧ＶＨが電圧指令値に一致するようにスイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２を生成する。また、制御装置３０は、後述する制御方式により交流電動機Ｍ１がトルク指令値Ｔｒｑｃｏｍに従ったトルクを出力するように、スイッチング制御信号Ｓ３〜Ｓ８を生成してインバータ１４へ出力する。さらに、制御装置３０は、電動機制御システム１００の起動／停止に応答して、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２のオン・オフを制御する。
【００４０】
（制御構成）
次に、制御装置３０によって制御される、インバータ１４における電力変換について説明する。
【００４１】
図２は、制御装置３０によって実行されるパルス幅変調（ＰＷＭ）制御方式の機能ブロック図である。本発明の実施の形態では、インバータ１４における電力変換に、一般的なＰＷＭ制御方式である正弦波ＰＷＭ制御を適用する。なお、交流電動機Ｍ１の運転条件（代表的には、トルク・回転数）に応じて、正弦波ＰＷＭ制御方式と、過変調ＰＷＭ制御方式と、矩形波電圧制御とを切替えて適用する構成としてもよい。
【００４２】
図２を参照して、制御装置３０は、電流指令生成部２１０と、座標変換部２２０，２５０と、回転数演算部２３０と、ＰＩ演算部２４０と、ＰＷＭ信号生成部２６０と、ロータ位置推定部２７０とを含む。
【００４３】
電流指令生成部２１０は、予め作成されたテーブル等に従って、トルク指令値Ｔｒｑｃｏｍに応じたｄ軸電流指令値Ｉｄｃｏｍおよびｑ軸電流指令値Ｉｑｃｏｍを生成する。
【００４４】
座標変換部２２０は、後述するロータ位置推定部２７０から出力される交流電動機Ｍ１のロータ位置θｃ♯を用いた座標変換（３相→２相）により、電流センサ２４によって検出されたＶ相電流ｉｖおよびＷ相電流ｉｗを基に、ｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑを算出する。回転数演算部２３０は、ロータ位置推定部２７０からのロータ位置θｃ♯に基づいて、交流電動機Ｍ１の回転数Ｎｍｔ（あるいは回転角速度ω）を演算する。
【００４５】
ＰＩ演算部２４０には、ｄ軸電流の指令値に対する偏差ΔＩｄ（ΔＩｄ＝Ｉｄｃｏｍ−Ｉｄ）およびｑ軸電流の指令値に対する偏差ΔＩｑ（ΔＩｑ＝Ｉｑｃｏｍ−Ｉｑ）が入力される。ＰＩ演算部２４０は、ｄ軸電流偏差ΔＩｄおよびｑ軸電流偏差ΔＩｑについて所定のゲインによるＰＩ演算を行なって制御偏差を求め、この制御偏差に応じたｄ軸電圧指令値Ｖｄ♯およびｑ軸電圧指令値Ｖｑ♯を生成する。
【００４６】
座標変換部２５０は、ロータ位置推定部２７０からの交流電動機Ｍ１のロータ位置θｃ♯を用いた座標変換（２相→３相）によって、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ♯およびｑ軸電圧指令値Ｖｑ♯をＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに変換する。なお、ｄ軸，ｑ軸電圧指令値Ｖｄ♯，Ｖｑ♯から各相電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗへの変換には、システム電圧ＶＨも反映される。
【００４７】
ＰＷＭ信号生成部２６０は、各相における電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗと所定の搬送波（キャリア信号）との比較に基づいて、図１に示したスイッチング制御信号Ｓ３〜Ｓ８を生成する。インバータ１４が、制御装置３０によって生成されたスイッチング制御信号Ｓ３〜Ｓ８に従ってスイッチング制御されることにより、電流指令生成部２１０に入力されたトルク指令値Ｔｒｑｃｏｍに従ったトルクを出力するための交流電圧が印加される。
【００４８】
このように、トルク指令値Ｔｒｑｃｏｍに応じた電流指令値（Ｉｄｃｏｍ，Ｉｑｃｏｍ）へモータ電流を制御する閉ループが構成されることにより、交流電動機Ｍ１の出力トルクはトルク指令値Ｔｒｑｃｏｍに従って制御される。
【００４９】
（ロータ位置推定）
上述したように、交流電動機Ｍ１の通電制御は、回転位置センサ２５により検出されるロータ位置θｃに基づいて行なわれる。しかしながら、回転位置センサ２５の取り付け位置に誤差があると、これがオフセット誤差となって、回転位置センサ２５の出力θｃが実際のロータ位置（以下、「実ロータ位置」とも称する）からずれてしまう可能性がある。この結果、交流電動機Ｍ１の通電制御の精度が低下するため、トルク指令値Ｔｒｑｃｏｍに従ったトルクを出力することが困難となる虞がある。したがって、回転位置センサ２５のオフセット誤差を求め、当該オフセット誤差を用いて回転位置センサ２５の出力を補正する必要がある。
【００５０】
本実施の形態では、ロータ位置推定部２７０は、インダクタンスの突極性を利用して、交流電動機Ｍ１の停止時における実ロータ位置を推定する。そして、この実ロータ位置に対する回転位置センサ２５の出力θｃの偏差であるオフセット誤差を求める。ロータ位置推定部２７０は「ロータ位置推定装置」に対応する。
【００５１】
図３は、交流電動機Ｍ１の回転座標系のオフセット誤差を説明するための図である。
交流電動機Ｍ１の制御では、ロータの永久磁石の磁束方向（ｄ軸）と、それに直交する方向（ｑ軸）との２軸の回転座標系が用いられる。図３には、実ロータ位置θに基づいた回転座標（ｄ−ｑ座標）系上でのモータモデルが示される。図３にはさらに、交流電動機Ｍ１の通電制御に用いられる回転座標（ｄｃ−ｑｃ座標）系が示される。この制御に用いられる回転座標系とは、回転位置センサ２５の出力θｃを基に定められたロータの永久磁石の磁束方向（ｄｃ軸）と、それに直交する方向（ｑｃ軸）とを有する。この制御に用いられる回転座標（ｄｃ−ｑｃ座標）系のｄｃ−ｑｃ軸について、以下では、「制御軸」とも称する。
【００５２】
ここで、回転位置センサ２５の取り付け位置に誤差があると、実ロータ位置θに対する回転位置センサ２５の出力θｃの偏差であるオフセット誤差Δθが生じる。これにより、制御軸（ｄｃ−ｑｃ軸）は、実ロータ位置θによるｄ−ｑ軸に対してオフセット誤差Δθを有することとなる。
【００５３】
ロータ位置推定部２７０は、交流電動機Ｍ１の停止時における実ロータ位置θを推定する。そして、この推定した実ロータ位置θを用いて、回転位置センサ２５のオフセット誤差Δθを算出する。ロータ位置推定部２７０は、算出されたオフセット誤差Δθを用いて回転位置センサ２５により検出されるロータ位置θｃを補正し、補正されたロータ位置θｃ♯を座標変換部２２０，２５０および回転数演算部２３０に出力する。
【００５４】
以下、本実施の形態によるロータ位置推定部２７０におけるロータ位置推定について詳細に説明する。
【００５５】
図２に戻って、ロータ位置推定部２７０は、交流電動機Ｍ１の停止時に、制御軸であるｄｃ軸に所定のパルス電圧を印加し、当該パルス電圧を印加したときの電流センサ２４の出力に基づいて実ロータ位置θを推定する。
【００５６】
具体的には、交流電動機Ｍ１の通電制御に用いるｄｃ−ｑｃ座標系（制御軸）におけるｄ軸電圧指令値を０以外の所定値Ｖｄに設定するとともに、ｑ軸電圧指令値を０に設定する。すなわち、ｄｃ−ｑｃ座標系のｄｃ軸上に電圧ベクトルを制御するように設定する。以下の説明では、交流電動機Ｍ１の通電制御におけるｄ軸電圧指令値Ｖｄ♯およびｑ軸電圧指令値Ｖｑ♯と区別するために、ロータ位置推定のためのｄ軸電圧指令値およびｑ軸電圧指令値を、「ｄ軸電圧指令値Ｖｄｃ」および「ｑ軸電圧指令値Ｖｑｃ」とも表記する。
【００５７】
座標変換部２５０は、ロータ位置推定部２７０から、ｄ軸電圧指令値Ｖｄｃ（＝Ｖｄ）およびｑ軸電圧指令値Ｖｑｃ（＝０）と、回転位置センサ２５により検出されたロータ位置（交流電動機Ｍ１の停止時のロータ位置）θｃと、ｄ軸電圧印加時間Ｔｄとを受ける。なお、ｄ軸電圧印加時間Ｔｄとは、ｄｃ軸に印加する所定のパルス電圧のパルス幅に相当する。また、ｄ軸電圧指令値Ｖｄｃは、当該パルス電圧のパルス高さに相当する。
【００５８】
座標変換部２５０は、回転位置センサ２５により検出されたロータ位置θｃを用いた座標変換（２相→３相）によって、ｄ軸電圧指令値Ｖｄｃおよびｑ軸電圧指令値ＶｑｃをＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに変換する。ＰＷＭ信号生成部２６０は、各相における電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗとキャリア信号との比較に基づいてスイッチング制御信号Ｓ３〜Ｓ８を生成する。インバータ１４が、制御装置３０によって生成されたスイッチング制御信号Ｓ３〜Ｓ８に従ってスイッチング制御されることにより、ｄｃ軸に所定のパルス電圧が印加される。
【００５９】
ここで、一般的に知られているように、永久磁石型同期電動機におけるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相の電圧方程式は、次式（１）で示される。
【００６０】
【数１】
2014050122.tif 000003
【００６１】
式（１）において、Ｒは電機子巻線抵抗を示し、φは永久磁石の電機子鎖交磁束数を示す。
【００６２】
交流電動機Ｍ１を、図３に示す回転座標（ｄ−ｑ軸）系上でのモータモデルとして扱うことにより、上記式（１）の電圧方程式は、次式（２）に示すｄ−ｑ軸上の電圧方程式に変換される。
【００６３】
【数２】
2014050122.tif 000004
【００６４】
式（２）において、ωは交流電動機Ｍ１の電気角速度を示し、Ｌｄはｄ軸インダクタンスを示し、Ｌｑはｑ軸インダクタンスを示している。
【００６５】
さらに、上記式（２）に示すｄ−ｑ軸上の電圧方程式を、ｄ−ｑ軸に対してオフセット誤差Δθを有する制御軸（ｄｃ−ｑｃ軸）上の電圧方程式に変換することにより、制御軸（ｄｃ−ｑｃ軸）上の電圧方程式は、次式（３）で示される。
【００６６】
【数３】
2014050122.tif 000005
【００６７】
式（３）において、Ｖｄｃ，Ｖｑｃは制御軸（ｄｃ−ｑｃ軸）上でのｄ軸電圧およびｑ軸電圧を示し、Ｉｄｃ，Ｉｑｃは制御軸（ｄｃ−ｑｃ軸）上でのｄ軸電流およびｑ軸電流を示している。すなわち、式（３）は、回転位置センサ２５の出力θｃに基づいた制御軸（ｄｃ−ｑｃ軸）上でのモータモデルを数式化したものである。
【００６８】
いま、交流電動機Ｍ１は停止していることから、式（３）における交流電動機Ｍ１の電気角速度ω＝０とする。そして、式（３）を制御軸（ｄｃ−ｑｃ軸）上での電流Ｉｄｃ，Ｉｑｃについて解くことによって、次式（４），（５）が得られる。
【００６９】
【数４】
2014050122.tif 000006
【００７０】
上記式（４），（５）の電流方程式において、回転位置センサ２５のオフセット誤差Δθ＝０の場合、すなわち、実ロータ位置θと回転位置センサ２５の出力θｃとが一致する場合を考える。この場合、各式において、ｓｉｎ２Δθ＝０およびｃｏｓ２Δθ＝１となるため、式（４），（５）はそれぞれ、次式（６），（７）に置き換えられる。
【００７１】
【数５】
2014050122.tif 000007
【００７２】
そして、上記式（６），（７）におけるｄ軸電圧Ｖｄｃおよびｑ軸電圧に、上述したｄ軸電圧指令値Ｖｄｃ（＝Ｖｄ）およびｑ軸電圧指令値Ｖｑｃ（＝０）を適用すると、制御軸（ｄｃ−ｑｃ軸）上の電流方程式は、次式（８），（９）となる。
【００７３】
【数６】
2014050122.tif 000008
【００７４】
上記式（８），（９）に示されるように、交流電動機Ｍ１の停止中に制御軸であるｄｃ軸に所定のパルス電圧を印加したとき、回転位置センサ２５のオフセット誤差Δθ＝０の場合には、ｄ軸電流Ｉｄｃが０以外の所定値となる一方で、ｑ軸電流Ｉｑｃ＝０となる。すなわち、オフセット誤差Δθ＝０の場合には、ｄ軸電流Ｉｄｃのみが流れ、ｑ軸電流Ｉｑｃが流れない。
【００７５】
したがって、ｄｃ軸に所定のパルス電圧を印加したときにｑ軸電流Ｉｑｃ＝０となる制御軸を求めることにより、当該制御軸に対応するロータ位置θｃを交流電動機Ｍ１の停止時における実ロータ位置θと推定することができる。
【００７６】
本実施の形態では、ロータ位置推定部２７０は、回転位置センサ２５の出力θｃに基づいた制御軸（ｄｃ−ｑｃ軸）を予め定められた回転角度範囲内で回転させ、回転角度ごとに制御軸のｄｃ軸に所定のパルス電圧を印加する。そして、当該所定のパルス電圧を印加したときのｑ軸電流Ｉｑｃが０に最も近くなるときの制御軸に対応するロータ位置θｃを、実ロータ位置θｃと推定する。
【００７７】
図４は、本発明の実施の形態に従うロータ位置推定を実現するための制御処理手順を説明するフローチャートである。図４に示す制御処理は、交流電動機Ｍ１の停止中において、制御装置３０によって実行される。なお、図４の各ステップの制御処理は、制御装置３０によって実行される所定プログラムおよび／または制御装置３０内の電子回路（ハードウェア）による制御演算処理によって実現されるものとする。
【００７８】
図４を参照して、制御装置３０は、ステップＳ０１により、回転位置センサ２５で検出された交流電動機Ｍ１の停止中におけるロータ位置θｃを取得する。
【００７９】
制御装置３０は、ステップＳ０２により、ステップＳ０１で取得した回転位置センサ２５の出力θｃに基づいて制御軸（ｄｃ−ｑｃ軸）を設定する。具体的には、制御装置３０は、回転位置センサ２５の出力θｃを、図４のステップＳ０２〜Ｓ１０の実行周期ごとに所定角度θｓずつ変化させる。これにより、当該実行周期ごとに制御軸を所定角度θｓずつ回転させる。なお、制御軸の回転角度範囲は、回転位置センサ２５の出力θｃに対して±θｓ×Ｎ（Ｎは自然数）の幅を持つように設定されている。一例として、制御装置３０は、（θｃ−θｓ×Ｎ）を初期値として所定角度θｓずつ増加するように、回転位置センサ２５の出力θｃを変化させる。
【００８０】
制御装置３０は、ステップＳ０３により、制御軸のｄｃ軸に所定のパルス電圧を印加するように、ｄ軸電圧指令値Ｖｄｃおよびｑ軸電圧指令値Ｖｑｃを設定する。上述したように、制御装置３０は、所定のパルス電圧のパルス高さに相当するｄ軸電圧指令値Ｖｄｃを０以外の所定値Ｖｄに設定するとともに、当該パルス電圧のパルス幅に相当するｄ軸電圧印加時間Ｔｄを設定する。また、制御装置３０は、ｑ軸電圧指令値Ｖｑｃ＝０に設定する。
【００８１】
図５には、交流電動機Ｍ１に印加されるｄ軸電圧Ｖｄｃおよび交流電動機Ｍ１に流れるｑ軸電流Ｉｑｃの出力波形が示される。
【００８２】
回転位置センサ２５のオフセット誤差Δθ≠０のとき、ｄｃ軸に一定電圧Ｖｄｃを印加したときのｑ軸電流Ｉｑｃは、上記式（７）となり、図５に示すような過渡応答特性を示す。すなわち、ｄ軸電圧Ｖｄｃが印加されると（時刻ｔ１）、ｑ軸電流Ｉｑｃは、ｄ軸電圧に対してインダクタンスＬｄ，Ｌｑ分だけ遅れて増加し、時刻ｔ３でピークとなった後、緩やかに減少する。
【００８３】
なお、ｑ軸電流Ｉｑｃの過渡応答特性は、交流電動機Ｍ１の回路定数の特性によって変化する。この回路定数の特性には、インダクタンスＬｄ，Ｌｑおよび電機子巻線抵抗Ｒの温度特性、およびインダクタンスＬｄ，Ｌｑの磁気飽和特性が含まれる。したがって、同じｄ軸電圧Ｖｄｃが印加されても、上記要因によりｑ軸電流Ｉｑｃのピーク値およびピークとなる時点が変化する。
【００８４】
図６は、ｄ軸電圧印加時におけるｑ軸電流Ｉｑｃの変化を拡大して示す出力波形図である。
【００８５】
図６を参照して、ｄｃ軸に一定電圧Ｖｄｃを印加したとき、ｑ軸電流Ｉｑｃは、回転位置センサ２５のオフセット誤差Δθに応じて異なる出力波形を示す。詳細には、オフセット誤差Δθ＝０の場合、ｑ軸電流Ｉｑｃ＝０となる（図中の波形ｋ１）。これに対して、オフセット誤差Δθ≠０の場合、ｑ軸電流Ｉｑｃは、図中の波形ｋ２，ｋ３に示すような過渡応答特性を示す。詳細には、オフセット誤差Δθ≠０の場合、ｑ軸電流Ｉｑｃは、オフセット誤差Δθが大きくなるに従って大きくなる。図５では、波形ｋ２で示すｑ軸電流Ｉｑｃよりも波形ｋ３で示すｑ軸電流Ｉｑｃの方が、オフセット誤差Δθが大きい。
【００８６】
ここで、図４のステップＳ０２において制御軸を所定角度θｓずつ回転させることにより、オフセット誤差Δθが所定角度θｓずつ変化する。そして、オフセット誤差Δθが変化することにより、ｑ軸電流Ｉｑｃが変化する。ロータ位置推定部２７０は、このｑ軸電流Ｉｑｃの変化を検出することによって、ｑ軸電流Ｉｑｃが０に最も近くなるときの制御軸を求める。
【００８７】
具体的には、ロータ位置推定部２７０は、ｄ軸電圧印加時間Ｔｄの終了時点（時刻ｔ２）における電流センサ２４の検出値を取得すると、回転位置センサ２５から出力されるロータ位置θｃを用いた座標変換（３相→２相）により、電流センサ２４によって検出されたＶ相電流ｉｖおよびＷ相電流ｉｗを基に、ｄ軸電流Ｉｄｃおよびｑ軸電流Ｉｑｃを算出する。
【００８８】
しかしながら、上述したように、回路定数の特性に起因してｑ軸電流Ｉｑｃの過渡応答特性が変化するため、同じｄ軸電圧Ｖｄｃを同じｄ軸電圧印加時間Ｔｄだけ印加しても、ｄ軸電圧印加時間Ｔｄの終了時点におけるｑ軸電流Ｉｑｃにばらつきが生じる。
【００８９】
ここで、上述したように、ロータ位置推定部２７０は、制御軸を所定角度θｓずつ回転させながら回転角度ごとにｄｃ軸にパルス電圧を印加し、そのときのｑ軸電流Ｉｑｃの変化を検出する。そのため、制御軸の角度変化量θｓに対するｑ軸電流Ｉｑｃの変化量が小さいと、ｑ軸電流Ｉｑｃの変化を正確に検出することができず、ロータ位置の推定精度を低下させる虞がある。
【００９０】
詳細には、図７に示すように、回路定数（ｄ，ｑ軸インダクタンスＬｄ，Ｌｑおよび電機子巻線抵抗Ｒ）は、交流電動機Ｍ１が高温になるほど高くなるという温度特性を有している。そのため、ｑ軸電流Ｉｑｃは、上記式（７）により、高温になるほど減少する。これにより、制御軸の角度変化量θｓに対するｑ軸電流Ｉｑｃの変化量（＝ΔＩｑｃ／θｓ）は、高温になるほど小さくなるという温度特性を示す。
【００９１】
また、交流電動機Ｍ１は、図８に示すように、電流が大きい領域では、電機子巻線の磁気飽和が生じることによりｄ，ｑ軸インダクタンスＬｄ，Ｌｑが低下するという磁気飽和特性を有している。なお、このインダクタンスＬｄ，Ｌｑの磁気飽和特性は、図８（ａ），（ｂ）に示すように、交流電動機の構造によって異なったものとなる。たとえば、交流電動機が図８（ａ）の磁気飽和特性を有する場合、電流が大きい領域では突極比（Ｌｑ／Ｌｄ）が小さくなる。本実施の形態はインダクタンスの突極性を利用してロータ位置を推定するため、電流が大きくなるに従って推定精度が低下する可能性がある。よって、推定精度の低下を防止するためには、交流電動機に流す電流を制限する必要が生じる。
【００９２】
一方、交流電動機Ｍ１が図８（ｂ）に示す磁気飽和特性を有する場合、電流が大きい領域でも突極比が低下しない。そのため、上述した電流の制限が不要となるため、図８（ａ）の交流電動機を比較してより大きな電流を流すことができる。
【００９３】
たとえば、交流電動機Ｍ１が高温状態のときには、図７に示すように、低温状態のときと比較して、制御軸の角度変化量θｓに対するｑ軸電流Ｉｑｃの変化量が小さくなる。このような場合、ｄ軸電圧Ｖｄｃおよび／またはｄ軸電圧印加時間Ｔｄを増加させてｑ軸電流Ｉｑｃを増やすことによって、制御軸の角度変化量θｓに対するｑ軸電流Ｉｑｃの変化量を大きくすることができる。
【００９４】
しかしながら、その一方で、ｑ軸電流Ｉｑｃを増やしたことによって、図８（ａ）の磁気飽和特性を有する交流電動機では突極比が低下するため、却ってロータ位置の推定精度を低下させてしまう虞がある。したがって、ｑ軸電流Ｉｑｃが、ロータ位置の推定に適した突極比となる電流値を超えないように、ｄ軸電圧Ｖｄｃおよびｄ軸電圧印加時間Ｔｄを設定する必要がある。
【００９５】
なお、図８（ｂ）の磁気飽和特性を有する交流電動機においては、ｑ軸電流Ｉｑｃの変化に対して突極比が略一定に保たれるため、ｑ軸電流Ｉｑｃを増やすようにｄ軸電圧Ｖｄｃおよびｄ軸電圧印加時間Ｔｄを設定することができる。
【００９６】
このように、交流電動機Ｍ１の回路定数の特性が、制御軸の角度変化量θｓに対するｑ軸電流Ｉｑｃの変化量と交流電動機の突極比との間にトレードオフをもたらす場合がある。したがって、回路定数の特性を反映してｄ軸電圧Ｖｄｃおよびｄ軸電圧印加時間Ｔｄを設定しなければ、ロータ位置の推定精度を低下させる可能性がある。
【００９７】
本実施の形態では、ロータ位置推定部２７０は、交流電動機Ｍ１の回路定数の特性と、制御軸の角度変化量θｓに対するｑ軸電流Ｉｑｃの変化量との相関に基づいて、ｄｃ軸に印加するパルス電圧（ｄ軸電圧Ｖｄｃおよびｄ軸電圧印加時間Ｔｄ）を設定する。
【００９８】
図９を用いて、ロータ位置推定部２７０によるｄ軸電圧Ｖｄｃおよびｄ軸電圧印加時間Ｔｄの設定について詳細に説明する。
【００９９】
図９を参照して、波形ｋ４は、低温状態の交流電動機Ｍ１におけるｑ軸電流Ｉｑｃの過渡応答特性を示し、波形ｋ５は、高温状態の交流電動機Ｍ１におけるｑ軸電流Ｉｑｃの過渡応答特性を示す。図９では、波形ｋ４で示す過渡応答特性と比較して、波形ｋ５で示す過渡応答特性は、ｑ軸電流Ｉｑｃのピーク値が小さく、かつ、ピークとなる時点が早まっている。
【０１００】
そのため、例えば波形ｋ７に示すように、ｄｃ軸に印加するパルス電圧のパルス高さ（ｄ軸電圧Ｖｄｃ）＝Ｖｄ１とし、かつ、パルス幅（ｄ軸電圧印加時間Ｔｄ）＝Ｔ１とした場合、高温状態では、ｄ軸電圧印加時間Ｔｄの終了時点（時刻ｔ２）におけるｑ軸電流Ｉｑｃが低温状態に比べて小さいため、制御軸の角度変化量θｓに対するｑ軸電流Ｉｑｃの変化量も小さくなる。その結果、ｑ軸電流Ｉｑｃの変化を正確に検出できず、ロータ位置の推定精度を低下させてしまう。
【０１０１】
したがって、ロータ位置推定部２７０は、交流電動機Ｍ１が高温状態のときには、波形ｋ８に示すように、ｄ軸電圧Ｖｄｃを高くするとともに（Ｖｄｃ＝Ｖｄ２＞Ｖｄ１）、ｄ軸電圧印加時間Ｔｄを短くする（Ｔｄ＝Ｔ２＜Ｔ１）。
【０１０２】
なお、波形ｋ８における電圧値Ｖｄ２およびｄ軸電圧印加時間Ｔ２については、交流電動機Ｍ１が有する、ｄ，ｑ軸インダクタンスの磁気飽和特性（図８）に基づいて、ｑ軸電流Ｉｑｃが、ロータ位置の推定に適した突極比となる電流値を超えないように設定する。すなわち、トレードオフの関係にある、制御軸の角度変化量θｓに対するｑ軸電流Ｉｑｃの変化量の増加と、突極比低下の抑制とが両立するような適正な値に、ｄ軸電圧Ｖｄｃおよびｄ軸電圧印加時間Ｔｄを設定する。
【０１０３】
これにより、ｑ軸電圧Ｉｑｃの過渡応答特性は、波形ｋ５に示す特性から波形ｋ６に示す特性に変化する。波形ｋ６に示す特性では、ｄ軸電圧印加時間Ｔｄの終了時点（時刻ｔ３）におけるｑ軸電流Ｉｑｃが増加したことにより、制御軸の角度変化量θｓに対するｑ軸電流Ｉｑｃの変化量も大きくなっている。したがって、ｑ軸電流Ｉｑｃの変化を正確に検出できるため、ロータ位置の推定精度を保つことができる。
【０１０４】
再び図４を参照して、制御装置３０は、ステップＳ０４により、回転位置センサ２５からのロータ位置θｃ用いた座標変換（２相→３相）によって、ステップＳ０３で設定したｄ軸電圧指令値Ｖｄｃおよびｑ軸電圧指令値ＶｑｃをＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに変換する。
【０１０５】
そして、制御装置３０は、ステップＳ０５により、各相における電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗとキャリア信号との比較に基づいてスイッチング制御信号Ｓ３〜Ｓ８を生成する。ステップＳ０６において、インバータ１４が、制御装置３０によって生成されたスイッチング制御信号Ｓ３〜Ｓ８に従ってスイッチング制御されることにより、制御軸のｄｃ軸に所定のパルス電圧が印加される。
【０１０６】
電流センサ２４は、ステップＳ０６により制御軸のｄｃ軸に所定のパルス電圧が印加されたときに交流電動機Ｍ１に流れる電流（Ｖ相電流ｉｖおよびＷ相電流ｉｗ）を検出する。制御装置３０は、ステップＳ０７により電流センサ２４の検出値を取得すると、ステップＳ０８において、ｄ軸電圧印加時間の終了時点に電流センサ２４によって検出されたＶ相電流ｉｖおよびＷ相電流ｉｗを基に、回転位置センサ２５から出力されるロータ位置θｃを用いた座標変換（３相→２相）により、ｄ軸電流Ｉｄｃおよびｑ軸電流Ｉｑｃを算出する。制御装置３０は、算出したｑ軸電流Ｉｑｃを内部メモリに保持する。
【０１０７】
次に、制御装置３０は、ステップＳ０９により、回転位置センサ２５の出力θｃが所定の回転角度範囲の最終値（θｃ＋θｓ×Ｎ）に到達したか否かを判定する。回転位置センサ２５の出力θｃが最終値に到達していない場合（ステップＳ０９のＮＯ判定時）には、制御装置３０は、ステップＳ１０に進み、回転位置センサ２５の出力θｃを所定角度θｓ増加させた後、処理をステップＳ０２に戻す。
【０１０８】
これに対して、回転位置センサ２５の出力θｃが最終値に到達した場合（ステップＳ０９のＹＥＳ判定時）には、制御装置３０は、ステップＳ１１により、内部メモリに保持している複数のｑ軸電流Ｉｑｃのうち、最も０に近いｑ軸電流Ｉｑｃを選出し、その選出したｑ軸電流Ｉｑｃに対応する制御軸を求める。そして、制御装置３０は、この制御軸に対応するロータ位置θｃを、実ロータ位置θと推定する。
【０１０９】
交流電動機Ｍ１の停止中における実ロータ位置θが推定されると、制御装置３０は、ステップＳ１２により、この推定した実ロータ位置θを用いて、回転位置センサ２５のオフセット誤差Δθを算出する。制御装置３０は、その算出したオフセット誤差Δθを内部メモリに保持する。
【０１１０】
このようにして回転位置センサ２５のオフセット誤差Δθが算出されると、制御装置３０は、交流電動機Ｍ１の運転時において、このオフセット誤差Δθを用いて回転位置センサ２５により検出されるロータ位置θｃを補正する。そして、補正したロータ位置θｃ♯を座標変換部２２０，２５０および回転数演算部２３０に出力する。
【０１１１】
このように、この発明の実施の形態によるロータ位置推定装置によれば、交流電動機Ｍ１の停止中にｄ軸電圧を印加したときの交流電動機Ｍ１のｑ軸電流に基づいて実ロータ位置を推定する構成において、交流電動機Ｍ１の回路定数の特性の影響が低減されるため、ロータ位置の推定精度を向上することができる。
【０１１２】
上記の実施の形態では、本発明によるロータ位置推定装置が適用される電動機制御システムとして、回転位置センサにより検出されるロータ位置に基づいて交流電動機の通電制御を行なうように構成された電動機制御システムについて説明した。しかしながら、本発明の適用はこのような電動機制御システムに限定されるものではない。具体的には、回転位置センサを用いずにロータ位置を推定して通電制御を行なう、いわゆる位置センサレス制御方式を採用する電動機制御システムについても本発明を適用可能である。
【０１１３】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１１４】
１０♯  直流電圧発生部、１２  コンバータ、１３  電圧センサ、１４  インバータ、２４  電流センサ、２５  回転位置センサ、２６  温度センサ、３０  制御装置、１００  電動機制御システム、２１０  電流指令生成部、２２０，２５０  座標変換部、２３０  回転数演算部、２４０  ＰＩ演算部、２６０  ＰＷＭ信号生成部、２７０  ロータ位置推定部、Ｂ  直流電源、Ｍ１  交流電動機。
【図１】
2014050122.tif 000009
【図２】
2014050122.tif 000010
【図３】
2014050122.tif 000011
【図４】
2014050122.tif 000012
【図５】
2014050122.tif 000013
【図６】
2014050122.tif 000014
【図７】
2014050122.tif 000015
【図８】
2014050122.tif 000016
【図９】
2014050122.tif 000017