(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
三相の交流電動機（２）を駆動するインバータ（１２）と、
前記交流電動機の各相のうちの一相であるセンサ相に流れる電流を検出する電流センサ（１３）と、
前記センサ相軸と同方向のα軸と前記センサ相軸と直交方向のβ軸とによって設定される固定座標系におけるα軸電流とβ軸電流とに基づいて前記センサ相を基準にした電流位相であるセンサ相基準電流位相を算出し、前記センサ相基準電流位相と前記電流センサで検出した前記センサ相の電流検出値とに基づいて前記センサ相以外の他の相の電流推定値を算出する電流推定手段（３０３）を有し、前記インバータの各相のスイッチング素子のオン／オフを切り替えて前記交流電動機の通電を制御する制御手段（１５）と、
を備え、
前記電流推定手段は、
前記スイッチング素子のオン／オフを切り替えるタイミングであるスイッチタイミング毎、及び、前記スイッチタイミングとは異なる中間タイミング毎に前記センサ相の電流検出値に基づいて前記α軸電流を算出する手段（１８）と、
前記スイッチタイミング毎に前記スイッチタイミングの間隔における前記α軸電流の変化量に基づいて前記α軸電流の微分値を算出し前記α軸電流の微分値に基づいて前記β軸電流を算出し、前記中間タイミング毎に前記中間タイミングの間隔における前記α軸電流の変化量に基づいて前記α軸電流の微分値を算出し前記α軸電流の微分値に基づいて前記β軸電流を算出する手段（１８）と、
を有し、
前記中間タイミングは、前記スイッチタイミングの間隔に対して不等間隔に設定されることを特徴とする交流電動機の制御装置。
【請求項２】
前記電流推定手段は、前記β軸電流を算出するとき、前記スイッチタイミングの間隔の１／２または前記中間タイミングの間隔の１／２の位相遅れ分に相当する補正量を用いて前記α軸電流の微分値を補正し前記β軸電流を求めることを特徴とする請求項１に記載の交流電動機の制御装置。
【請求項３】
前記電流推定手段は、前記センサ相の電流検出値と前記他の相の電流推定値とに基づいてｄ軸電流推定値及びｑ軸電流推定値を算出し、
前記制御手段は、前記ｄ軸電流推定値及びｑ軸電流推定値を用いて前記交流電動機の通電を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の交流電動機の制御装置。
【請求項４】
前記制御手段は、電流１周期における電圧ハイレベル期間及び電圧ローレベル期間の比が１：１の矩形波パルスにより前記交流電動機の通電を制御することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の交流電動機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三相のうち一相の相電流を電流センサにより検出して交流電動機の通電を制御する交流電動機の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、低燃費、低排気エミッションの社会的要請から車両の動力源として交流電動機を搭載した電気自動車やハイブリッド自動車が注目されている。例えば、ハイブリッド自動車においては、二次電池等からなる直流電源と交流電動機とをインバータ等で構成された電力変換装置を介して接続し、直流電源の直流電圧をインバータで交流電圧に変換して交流電動機を駆動するようにしたものがある。
このようなハイブリッド自動車や電気自動車に搭載される交流電動機の制御装置において、相電流を検出する電流センサを二相又は三相に設けるのではなく一相のみに設けることで、電流センサの数を減らし、インバータの三相出力端子近傍の小型化や交流電動機の制御系統のコスト低減を図る技術が知られている。例えば、特許文献１には、一つの電流センサで検出した一相の「センサ相」（例えばＷ相）の電流検出値と、ｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値と、交流電動機の電気角とに基づいて、センサ相以外の相（例えばＵ相とＶ相）の電流推定値を算出する３相交流電動機の制御装置が記載されている。
【０００３】
また、交流電動機の制御モードとして、一般的に採用される正弦波ＰＷＭ制御モードや過変調ＰＷＭ制御モードよりも電圧利用率を高められる「矩形波制御モード」が知られている。矩形波制御モードは、電流センサの検出値に基づいて算出したｄ軸電流及びｑ軸電流をｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値に追従させるようにフィードバックする正弦波ＰＷＭ制御モードや過変調ＰＷＭ制御モードと異なり、電流センサの検出値に基づいて算出したｄ軸電流及びｑ軸電流から推定トルクを算出し、この推定トルクをトルク指令値に追従させるようにフィードバックして矩形波電圧の位相を制御するものである。特許文献２には、二つの電流センサを備え、矩形波制御モードにおける相電流を検出する交流電動機の制御装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１５９３９１号公報
【特許文献２】特開２０１０−１２４５４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ハイブリッド自動車や電気自動車に搭載される交流電動機は、他の技術分野の交流電動機に比べ、使用される回転数及び出力トルクが広範囲に及ぶため、「電流フィードバック制御方式」に該当する正弦波ＰＷＭ制御モードや過変調ＰＷＭ制御モードと「トルクフィードバック制御方式」に該当する矩形波制御モードとに適用可能であることが望まれる。矩形波制御モードは、特に、逆起電力を抑制するための弱め界磁制御が必要となる高回転運転領域で採用され、負のｄ軸電流である弱め界磁電流の絶対値を最小限とする。また、インバータのスイッチング回数を最少に抑え、スイッチング損失を低減させることができる。このような特性から、ハイブリッド自動車や電気自動車のモータジェネレータ等の駆動制御において、例えば、低回転領域では正弦波制御モード、中回転領域では過変調制御モード、高回転領域では矩形波制御モードというように、電動機の回転数や出力トルク等の動作状態に応じて、すなわち電動機の駆動に必要な電圧によって制御方式を切り替えつつ併用することが有効である。しかしながら、特許文献２に記載の「トルクフィードバック制御方式」では、ｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値を用いないため、「電流フィードバック制御方式」に適用される特許文献１の技術を特許文献２に記載の制御方式に適用することができない。
【０００６】
本発明の目的は、ｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値を用いることなく任意のタイミングにおいて検出された一相の電流検出値に基づいて他の相の電流推定値を算出する交流電動機の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、交流電動機の制御装置であって、三相の交流電動機を駆動するインバータと、交流電動機の各相のうちの一相であるセンサ相に流れる電流を検出する電流センサと、センサ相軸と同方向のα軸とセンサ相軸と直交方向のβ軸とによって設定される固定座標系におけるα軸電流とβ軸電流とに基づいてセンサ相を基準にした電流位相であるセンサ相基準電流位相を算出しセンサ相基準電流位相と電流センサで検出したセンサ相の電流検出値とに基づいてセンサ相以外の他の相の電流推定値を算出する電流推定手段を有しインバータの各相のスイッチング素子のオン／オフを切り替える交流電動機の通電を制御する制御手段と、を備える。
【０００８】
制御手段が有する電流推定手段は、スイッチング素子のオン／オフを切り替えるタイミングであるスイッチタイミング毎及びスイッチタイミングとは異なる中間タイミング毎にセンサ相の電流検出値に基づいてα軸電流を算出する手段と、スイッチタイミング毎にスイッチタイミングの間隔におけるα軸電流の変化量に基づいてα軸電流の微分値を算出しα軸電流の微分値に基づいてβ軸電流を算出し、中間タイミング毎に該中間タイミングの間隔におけるα軸電流の変化量に基づいてα軸電流の微分値を算出しα軸電流の微分値に基づいてβ軸電流を算出する手段と、を有し、中間タイミングは、スイッチタイミングの間隔に対して不等間隔に設定されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明の交流電動機の制御装置では、センサ相を基準にした固定座標系（α−β座標系）におけるα軸電流とβ軸電流とに基づいてセンサ相基準電流位相を算出し、センサ相基準電流位相とセンサ相の電流検出値とに基づいてセンサ相以外の他の相の電流推定値を算出する。このとき、α軸電流とβ軸電流との位相差は９０［°］でありα軸電流とβ軸電流とがｓｉｎ波とｃｏｓ波との関係にあることに着目し、センサ相の電流検出値に基づいてα軸電流を算出し、α軸電流の微分値に基づいてβ軸電流を算出する。これにより、他の相の電流指令値を用いることなくβ軸電流を算出することができる。したがって、実際の電流位相の高調波成分や通常起こり得る変動の影響を織り込んで他の相の電流推定値の算出精度を向上させることができる。
【００１０】
また、α軸電流は、スイッチタイミング毎及びスイッチタイミングとは異なるタイミングであって連続するスイッチタイミングの間のタイミングである中間タイミング毎にセンサ相の電流検出値に基づいて算出される。β軸電流は、スイッチタイミング毎にスイッチタイミングの間隔におけるα軸電流の変化量、すなわち、今回のスイッチタイミングから過去のスイッチタイミングまでのα軸電流の変化量、に基づいて算出されるα軸電流の微分値に基づいてβ軸電流を算出し、中間タイミング毎に中間タイミングの間隔におけるα軸電流の変化量、すなわち、今回の中間タイミングから過去の中間タイミングまでのα軸電流の変化量、に基づいて算出されるα軸電流の微分値に基づいてβ軸電流を算出する。これにより、スイッチタイミングと中間タイミングとの間で不規則に増減する電流検出値の影響をほとんど受けることなく、β軸電流を精度良く算出することができる。したがって、α軸電流とβ軸電流とに基づいたセンサ相基準電流位相の算出精度を向上させることができる。
【００１１】
また、本発明の交流電動機の制御装置では、電流及び電気角の検出をスイッチング素子のオン／オフを切り替えるタイミングであるスイッチタイミングと、連続するスイッチタイミング間のタイミングであってスイッチタイミングに対して「不等間隔に設定される」タイミングである中間タイミングの両方のタイミングで検出する。
ここで、連続するスイッチタイミング間のタイミングであってスイッチタイミングに対して「不等間隔に設定される」タイミングである中間タイミングは、次のように定義する。
連続するスイッチタイミング間に電流及び電気角を検出するタイミングが１つ存在する場合、スイッチタイミング間のタイミングの直前のスイッチタイミングとスイッチタイミング間のタイミングとの電気角移動量と、スイッチタイミング間のタイミングの直後のスイッチタイミングとスイッチタイミング間のタイミングとの電気角移動量とが、異なるタイミングを指す。
また、連続するスイッチタイミング間に電流及び電気角を検出するタイミングが２以上のＭ個存在する場合、連続するスイッチタイミングのうち早い方のスイッチタイミングの直後のスイッチタイミング間のタイミングを１番目とし当該早い方のスイッチタイミングから遅くなる順に１からＭまでの番号をつけると、直前のスイッチタイミングと１番目のスイッチタイミング間のタイミングとの電気角移動量、１番目のスイッチタイミング間のタイミングと２番目のスイッチタイミング間のタイミングとの電気角移動量、ｍ（２≦ｍ≦Ｍ−１）番目のスイッチタイミング間のタイミングと（ｍ−１）番目のスイッチタイミング間のタイミングとの電気角移動量、ｍ番目のスイッチタイミング間のタイミングと（ｍ＋１）番目のスイッチタイミング間のタイミングとの電気角移動量、Ｍ番目のスイッチタイミング間のタイミングと（Ｍ−１）番目のスイッチタイミング間のタイミングとの電気角移動量、及び、Ｍ番目のスイッチタイミング間のタイミングと直後のスイッチタイミングとの電気角移動量が、全て同じである場合を除くタイミングを指す。これにより、連続するスイッチタイミング間の任意のタイミングにおいて電流センサによってセンサ相の電流を検出することができる。したがって、交流電動機の運転状態に適したタイミングを設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態による交流電動機の制御装置が適用される電動機駆動システムの構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態による交流電動機の制御装置の全体構成図である。
【図３】交流電動機の制御モードを概略的に説明する図である。
【図４】本発明の一実施形態による交流電動機の制御装置の制御部の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の一実施形態による交流電動機の制御装置の電流推定部の構成を示すブロック図である。
【図６】センサ相を基準にした固定座標系（α−β座標系）を説明する図である。
【図７】矩形波制御モードにおけるスイッチタイミング及び中間タイミングを説明する図である。
【図８】（ａ）スイッチタイミング毎、（ｂ）中間タイミング毎での電流検出値の波形を示す図である。
【図９】α軸電流の微分値Δｉαに基づいてβ軸電流ｉβを算出するときの補正について説明する図である。
【図１０】本発明の一実施形態による電流推定処理のメインフローチャートである。
【図１１】図１０の電流推定処理のサブフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１４】
（一実施形態）
本発明の一実施形態による「交流電動機の制御装置」としての電動機制御装置１０は、図１に示すように、ハイブリッド自動車を駆動する電動機駆動システム１に適用される。
【００１５】
電動機駆動システム１は、交流電動機２、直流電源８、及び電動機制御装置１０等を備える。
交流電動機２は、例えば電動車両の駆動輪６を駆動するためのトルクを発生する電動機である。本実施形態の交流電動機２は、永久磁石式同期型の三相交流電動機である。
電動車両には、ハイブリッド自動車、電気自動車、燃料電池車等、電気エネルギによって駆動輪６を駆動する車両が含まれるものとする。本実施形態の電動車両は、エンジン３を備えたハイブリッド車両であり、交流電動機２は、駆動輪６を駆動するためのトルクを発生する電動機としての機能、及び、エンジン３や駆動輪６から伝わる車両の運動エネルギにより駆動されて発電可能な発電機としての機能を有する、いわゆる、モータジェネレータ（図中、「ＭＧ」と記す）である。
【００１６】
交流電動機２は、例えば変速機等のギア４を介して車軸５に接続される。これにより、交流電動機２の駆動力は、ギア４及び車軸５を介して駆動輪６を駆動する。
【００１７】
直流電源８は、例えばニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池や電気二重層キャパシタ等、充放電可能な蓄電装置である。直流電源８は、電動機制御装置１０のインバータ１２（図２参照）と接続され、インバータ１２を介して交流電動機２と電力を授受可能に構成されている
【００１８】
車両制御回路９は、マイクロコンピュータ等により構成され、内部にはいずれも図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、Ｉ／Ｏ、及び、これらを接続するバスライン等を備えている。車両制御回路９は、予め記憶されたプログラムをＣＰＵで実行することによるソフトウェア処理や、専用の電子回路によるハードウェア処理により、電動車両全体を制御する。
【００１９】
車両制御回路９は、いずれも図示しないアクセルセンサからのアクセル信号、ブレーキスイッチからのブレーキ信号、及び、シフトスイッチからのシフト信号等の各種センサやスイッチ等から信号を取得可能に構成されている。車両制御回路９は、取得されたこれらの信号等に基づいて車両の運転状態を検出し、運転状態に応じたトルク指令値ｔｒｑ*を電動機制御装置１０に出力する。また、車両制御回路９は、エンジン３の運転を制御する図示しないエンジン制御回路に対し、指令信号を出力する。
【００２０】
電動機制御装置１０は、図２に示すように、インバータ１２、電流センサ１３、回転角センサ１４、及び「制御手段」としての制御部１５を備える。
【００２１】
インバータ１２には、図示しない昇圧コンバータによる直流電源の昇圧電圧がシステム電圧ＶＨとして入力される。インバータ１２は、ブリッジ接続される図示しない６つのスイッチング素子を有する。スイッチング素子には、例えばＩＧＢＴ（ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ  ＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）トランジスタ、バイポーラトランジスタ等を用いることができる。制御部１５の信号発生器５５から出力される信号ＵＵ、ＵＬ、ＶＵ、ＶＬ、ＷＵ、ＷＬに基づいてスイッチング素子のオン／オフが制御されることにより、交流電動機２に印加される三相交流電圧ｖｕ、ｖｖ、ｖｗに基づいて交流電動機２の駆動が制御される（図４参照）。
【００２２】
電流センサ１３は、交流電動機２のいずれか一相に設けられる。本実施形態では、電流センサ１３は、Ｗ相に設けられており、以下、電流センサ１３が設けられるＷ相を「センサ相」という。電流センサ１３は、Ｗ相の相電流をセンサ相の電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓとして検出し、制御部１５に出力する。
以下、本実施形態の説明では、センサ相をＷ相とする構成を前提として説明する。ただし、センサ相は、Ｕ相またはＶ相であってもよい。
【００２３】
回転角センサ１４は、交流電動機２の図示しないロータ近傍に設けられ、電気角θｅを検出し、制御部１５に出力する。また、回転角センサ１４により検出された電気角θｅに基づき、交流電動機２のロータの回転数Ｎが算出される。
本実施形態の回転角センサ１４は、レゾルバであるが、ロータリエンコーダ等、他種のセンサを用いてもよい。
【００２４】
制御部１５は、マイクロコンピュータ等により構成され、内部にはいずれも図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、Ｉ／Ｏ、及び、これらの構成を接続するバスライン等を備えている。制御部１５は、予め記憶されたプログラムをＣＰＵで実行することによるソフトウェア処理や、専用の電子回路によるハードウェア処理により、交流電動機２の動作を制御する。
【００２５】
電動機制御装置１０は、回転角センサ１４が検出した電気角θｅに基づく交流電動機２のロータ回転数Ｎ、及び、車両制御回路９からのトルク指令値ｔｒｑ*に応じて、交流電動機２を「電動機としての力行動作」により電力を消費し、又は「発電機としての回生動作」により電力を生成する。具体的には、回転数Ｎ及びトルク指令値ｔｒｑ*の正負によって、以下の４つのパターンで動作を切り替える。
＜１．正転力行＞  回転数Ｎが正でトルク指令値ｔｒｑ*が正のとき、電力消費。
＜２．正転回生＞  回転数Ｎが正でトルク指令値ｔｒｑ*が負のとき、発電。
＜３．逆転力行＞  回転数Ｎが負でトルク指令値ｔｒｑ*が負のとき、電力消費。
＜４．逆転回生＞  回転数Ｎが負でトルク指令値ｔｒｑ*が正のとき、発電。
【００２６】
回転数Ｎ＞０（正転）で、トルク指令値ｔｒｑ*＞０である場合、または、回転数Ｎ＜０（逆転）でトルク指令値ｔｒｑ*＜０である場合、インバータ１２は、スイッチング素子のオン／オフ動作により、直流電源８側から供給される直流電力を交流電力に変換してトルクを出力する（力行動作する）ように、交流電動機２を駆動する。
一方、回転数Ｎ＞０（正転）で、トルク指令値ｔｒｑ*＜０である場合、または、回転数Ｎ＜０（逆転）でトルク指令値ｔｒｑ*＞０である場合、インバータ１２は、スイッチング素子のオン／オフ動作により、交流電動機２が発電した交流電力を直流電力に変換し、直流電源８側へ供給することにより、回生動作する。
【００２７】
ここで、本実施形態の電動機制御装置１０による交流電動機２の制御モードについて、図３を参照して説明する。電動機制御装置１０は、インバータ１２における電力変換について、図３に示す３つの制御モードを切り替えて交流電動機２を制御する。
【００２８】
正弦波ＰＷＭ制御モード（以下、「正弦波制御モード」という。）は、一般的なＰＷＭ制御として用いられるものであり、各相の上下アームのスイッチング素子のオン／オフを、正弦波状の電圧指令と、三角波に代表される搬送波との電圧比較に従って制御する。これにより、上アームのスイッチング素子のオン期間に対応する電圧ハイレベル期間と、下アームのスイッチング素子のオン期間に対応する電圧ローレベル期間との集合について、電流１周期でその基本波成分が正弦波となるようデューティが制御される。
【００２９】
正弦波制御モードでは、正弦波状の電圧指令の振幅が搬送波振幅以下の範囲に制限される。そのため、正弦波制御モードでは、インバータ１２に印加される入力直流電圧であるシステム電圧ＶＨに対し、交流電動機２への印加電圧の基本波成分を、システム電圧ＶＨの約０．６１倍程度までしか高めることができない。以下、インバータ１２に印加されるシステム電圧ＶＨに対する交流電動機２の線間電圧の基本波成分（実効値）の比を「変調率」という。
【００３０】
正弦波制御モードでは、正弦波の電圧指令の振幅が搬送波振幅以下の範囲であるため、交流電動機２に印加される線間電圧が正弦波となる。また、搬送波振幅以下の範囲の正弦波成分に３ｋ次高調波成分（ｋは自然数）を重畳させて電圧指令を生成する制御モードを、ここでは正弦波制御モードに含めるものとする。代表的には、ｋ＝１の場合の３次高調波成分を正弦波に重畳させる方式がこれに該当する。これにより、変調率を約０．７１まで高めることができる。
この制御方式では、高調波分によって電圧指令が搬送波振幅よりも高くなる期間が生じるが、各相に重畳された３ｋ次高調波成分は線間では打ち消されるので、線間電圧は、正弦波を維持したものとなる。
【００３１】
過変調ＰＷＭ制御モード（以下、「過変調制御モード」という。）は、電圧指令の正弦波成分の振幅が搬送波振幅より大きい範囲で、上記正弦波制御モードと同様のＰＷＭ制御を行なうものである。特に、電圧指令を本来の正弦波波形から歪ませる「電圧振幅補正」によって基本波成分を更に高めることができ、変調率を、正弦波制御モードでの最高変調率から約０．７８の範囲まで更に高めることができる。過変調制御モードでは、電圧指令の正弦波成分の振幅が搬送波振幅より大きいため、交流電動機２に印加される線間電圧は、正弦波ではなく歪んだ電圧となる。
正弦波制御モード及び過変調制御モードでは、出力電流のフィードバックによって交流電動機２に印加される交流電圧の振幅及び位相を制御する「電流フィードバック制御」が実行される。
【００３２】
一方、矩形波制御モードでは、電流１周期内でハイレベル期間及びローレベル期間の比が１：１の矩形波１パルス分を交流電動機２に印加する。これにより、変調率は約０．７８まで高められる。矩形波制御モードでは、交流電動機２への印加電圧の振幅が固定されるため、トルク推定値とトルク指令値との偏差に基づく矩形波電圧パルスの位相制御によって「トルクフィードバック制御」が実行される。
【００３３】
一実施形態による電動機制御装置１０は、センサ相とは異なる他の相電流の電流推定を任意のタイミングにおける一つの電流センサ１３の電流検出値によって行う点に特徴がある。ここでは、トルクフィードバック制御方式における電流推定の方法を図４〜１１に基づいて説明する。なお、本発明の「交流電動機の制御装置」は、トルクフィードバック制御方式だけでなく、上述した電流フィードバック制御方式における電流の推定にも適用可能である。
【００３４】
最初に、電動機制御装置１０が有する制御部１５の全体構成及びトルクフィードバック制御方式での動作について説明する。
図４に示すように、制御部１５は、トルク減算器５２、ＰＩ演算部５３、矩形波発生器５４、信号発生器５５、電流推定部３０３、及び、トルク推定部５６を有する。
【００３５】
トルク減算器５２は、トルク推定部５６からフィードバックされるトルク推定値ｔｒｑ＿ｅｓｔとトルク指令値ｔｒｑ*との差であるトルク偏差Δｔｒｑを算出する。
【００３６】
ＰＩ演算部５３は、トルク推定値ｔｒｑ＿ｅｓｔをトルク指令値ｔｒｑ*に追従させるべく、トルク偏差Δｔｒｑが０に収束するよう電圧ベクトルの位相指令値である「電圧位相指令値ＶΨ」をＰＩ演算により算出する。
【００３７】
矩形波発生器５４は、電圧位相指令値ＶΨと電気角θｅとに基づいて矩形波を発生し、Ｕ相電圧指令値ｖｕ*、Ｖ相電圧指令値ｖｖ*、及びＷ相電圧指令値ｖｗ*を出力する。
【００３８】
信号発生器５５は、Ｕ相電圧指令値ｖｕ*、Ｖ相電圧指令値ｖｖ*、及びＷ相電圧指令値ｖｗ*に基づき、インバータ１２のスイッチング素子におけるオン／オフに係る電圧指令信号ＵＵ、ＵＬ、ＶＵ、ＶＬ、ＷＵ、ＷＬを生成し、インバータ１２に出力する。電圧信号ＵＵ、ＵＬ、ＶＵ、ＶＬ、ＷＵ、ＷＬに基づいてインバータ１２のスイッチング素子のオン／オフが制御されることより、三相交流電圧ｖｕ、ｖｖ、ｖｗが生成され、この三相交流電圧ｖｕ、ｖｖ、ｖｗが交流電動機２に印加されることにより、トルク指令値ｔｒｑ*に応じたトルクが出力されるように、交流電動機２の駆動が制御される。
【００３９】
電流推定部３０３は、電流センサ１３が検出したセンサ相の電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓと、回転角センサ１４から取得された電気角θｅとに基づいて、ｄ軸電流推定値ｉｄ＿ｅｓｔ及びｑ軸電流推定値ｉｑ＿ｅｓｔを演算する。電流推定部３０３は、特許請求の範囲に記載の「電流推定手段」に相当する。電流推定部３０３は、図５に示すように、センサ相基準電流位相検知部１８、基本波推定部１９、ゼロクロス補間部２０、及び、ｄｑ変換部２１を有する。
【００４０】
センサ相基準電流位相検知部１８は、電流センサ１３が検出したセンサ相の電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓと回転角センサ１４が取得した電気角θｅとに基づいて、α軸電流ｉα及びβ軸電流ｉβを算出する。算出されたα軸電流ｉα及びβ軸電流ｉβを用いてα−β座標系で定義されるセンサ相基準電流位相θｘを算出する。センサ相基準電流位相検知部１８は、特許請求の範囲に記載の「α軸電流を算出する手段」および「β軸電流を算出する手段」に相当する。α軸電流ｉα、β軸電流ｉβ、及び、センサ相基準電流位相θｘの算出方法の詳細は後述する。
【００４１】
基本波推定部１９は、電流センサ１３が検出したセンサ相の電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓと算出されたセンサ相基準電流位相θｘとに基づいて他の相（Ｕ相）の電流推定値ｉｕ＿ｅｓｔを算出する。算出された電流推定値ｉｕ＿ｅｓｔは、推定相の電流推定値（参照値）ｉｕ＿ｅｓｔ＿ｒｅｆとしてゼロクロス補間部２０に出力される。
【００４２】
ここで、センサ相の電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓが０［Ａ］になるとき、或いは、センサ相基準電流位相θｘの正接ｔａｎ（θｘ）が無限大になるとき、後述する式（３）において０で乗算する「ゼロ掛け」が生じる。また、センサ相基準電流位相θｘの正接ｔａｎ（θｘ）が０となるとき、式（３）において、０で除算する「ゼロ割り」が生じる。そのため、推定相であるＵ相の電流推定値ｉｕ＿ｅｓｔが大きく変動するおそれがある。
そこで、本実施形態では、ゼロクロス補間部２０において、電流推定値（参照値）ｉｕ＿ｅｓｔ＿ｒｅｆを補間し、ゼロ割り、ゼロ掛けをマスクしている。なお、ゼロ割りに関しては、後述する式（４）において離散系の影響により推定値が意図しない値で算出されるのを防ぐため、推定係数ｉｕ＿ｋｐ、或いは推定係数ｉｕ＿ｋｐ内の｛１／ｔａｎ（θｘ）｝項に制限値を設けておくことでも対策できる。また、制御部１５に式（４）を実装する場合、推定係数ｉｕ＿ｋｐ、或いは推定係数ｉｕ＿ｋｐ内の｛１／ｔａｎ（θｘ）｝項をマップ化しておくことも有効であり、その場合、マップ上で制限値を設けておくことでも対策できる。
【００４３】
ゼロクロス補間部２０は、ゼロクロス判定部２０１及び前回値保持部２０２を有する。
ゼロクロス判定部２０１では、ゼロクロス条件が成立するか否かを判定する。本実施形態では、センサ相の電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓが、０［Ａ］を含む所定範囲内であるとき、ゼロクロス条件が成立する、と判定する。「所定範囲内の値である」とは、センサ相の電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓの絶対値が所定値以下であること、或いは、推定係数ｉｕ＿ｋｐの絶対値が所定値以上であることをいう。ここで、「所定値」とは、例えば±５［Ａ］といった具合に電流値で設定してもよいし、５［ＬＳＢ］といった具合に離散系における分解能に基づいて設定してもよいし、数式等で設定してもよい。
また、センサ相の電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓとセンサ相基準電流位相θｘとが同期していることから、センサ相基準電流位相θｘの値によって判定してもよい。
【００４４】
ゼロクロス条件が成立しないと判定された場合、基本波推定部１９の他相推定部１９１にて算出された電流推定値（参照値）ｉｕ＿ｅｓｔ＿ｒｅｆを、そのまま電流推定値（確定値）ｉｕ＿ｅｓｔ＿ｆｉｘとしてｄｑ変換部２１へ出力する。
一方、ゼロクロス条件が成立すると判定された場合、電圧位相指令値ＶΨを固定する。この場合、トルク偏差Δｔｒｑ（図４参照）を強制的に０［Ｎｍ］としてもよく、或いは、電圧位相指令値ＶΨを前回値に保持すること等によって直接固定してもよい。これにより、電流推定値ｉｕ＿ｅｓｔの誤差による電圧位相指令値ＶΨの変動を防止する。
また、ゼロクロス判定部２０１は、前回値保持部２０２から電流推定値（補間値）ｉｕ＿ｅｓｔ＿ｃｍｐを取得し、この電流推定値（補間値）ｉｕ＿ｅｓｔ＿ｃｍｐを、電流推定値（確定値）ｉｕ＿ｅｓｔ＿ｆｉｘとしてｄｑ変換部２１へ出力する。
【００４５】
前回値保持部２０２では、予め前回値を保持しておき、ゼロクロス条件が成立すると判定された場合、電流推定値（補間値）ｉｕ＿ｅｓｔ＿ｃｍｐを算出し、ゼロクロス判定部２０１に出力する。
例えば、前回値保持部２０２では、以前に算出された電流推定値（確定値）ｉｕ＿ｅｓｔ＿ｆｉｘについて、直近の所定回数分を、電流推定値（保持値）ｉｕ＿ｅｓｔ＿ｈｌｄとして保持しておく。そして、ゼロクロス条件が成立すると判定された場合、前回値またはそれ以前の値である電流推定値（保持値）ｉｕ＿ｅｓｔ＿ｈｌｄを、電流推定値（補間値）ｉｕ＿ｅｓｔ＿ｃｍｐとしてゼロクロス判定部２０１に出力する。
【００４６】
ｄｑ変換部２１では、ゼロクロス補間部２０から取得した電流推定値（確定値）ｉｕ＿ｅｓｔ＿ｆｉｘ、センサ相の電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓ、及び、電気角θｅを用い、ｄｑ変換によりｄ軸電流推定値ｉｄ＿ｅｓｔ及びｑ軸電流推定値ｉｑ＿ｅｓｔを算出する。
なお、電流推定部３０３におけるゼロクロス補間方法は、上記実施形態で説明した以外の方法であってもよいし、必要に応じてゼロクロス補間を行わなくてもよい。
【００４７】
トルク推定部５６は、電流推定部３０３が推定したｄ軸電流推定値ｉｄ＿ｅｓｔ及びｑ軸電流推定値ｉｑ＿ｅｓｔに基づいて、トルク推定値ｔｒｑ＿ｅｓｔをマップ又は数式等により演算し、トルク減算器５２にフィードバックする。
【００４８】
次に、電流推定部３０３による交流電動機２の電流推定方法について説明する。
一般に、交流電動機２の各相の電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗは、それぞれ位相差１２０［°］であって、電気角θｅや電流ベクトルの振幅、位相等に応じて変化する。ここで、交流電動機２のセンサ相（Ｗ相）の電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓに基づいて他の相（Ｕ相）の電流推定値ｉｕ＿ｅｓｔを算出する場合、センサ相（Ｗ相）の電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓが負から正にゼロクロスするときの０［Ａ］でθｘ＝０［°］となり、電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓが正から負にゼロクロスするときの０［Ａ］でθｘ＝１８０［°］となる電気角θｘ（センサ相を基準にした電流位相であり、センサ相と電流ベクトルの成す角度に相当）を用いると、センサ相（Ｗ相）の電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓ及び他の相（Ｕ相）の電流推定値ｉｕ＿ｅｓｔは、（１）、（２）式で表現することができる。ここで、Ｉａは電流振幅である。
【００４９】
ｉｗ＿ｓｎｓ＝Ｉａ×ｓｉｎ（θｘ）                               ・・・（１）
ｉｕ＿ｅｓｔ＝Ｉａ×ｓｉｎ（θｘ−１２０［°］）                  ・・・（２）
（２）式の電流推定値ｉｕ＿ｅｓｔは、（１）式のセンサ相（Ｗ相）の電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓとセンサ相基準電流位相θｘ、すなわち、センサ相を基準にした電流位相、とを用いて（３）式で表現することができる。
【００５０】
【数１】
0005920635.tif 000002
【００５１】
また、センサ相基準電流位相θｘに応じた推定係数ｉｕ＿ｋｐを用いて（４）式で表現することもできる。
【００５２】
【数２】
0005920635.tif 000003
【００５３】
図６に示すように、センサ相軸（Ｗ相軸）と同方向のα軸とセンサ相軸（Ｗ相軸）と直交方向のβ軸とによって固定座標系（α−β座標系）を設定すると、センサ相基準電流位相θｘ（センサ相を基準にした電流位相）は、センサ相（Ｗ相）を基準にした固定座標系（α−β座標系）におけるα軸電流ｉαとβ軸電流ｉβとを用いて（５）式により求めることができる。
θｘ＝ｔａｎ-1（ｉβ／ｉα）                                      ・・・（５）
なお、ｔａｎ-1で計算する場合、α軸電流ｉαおよびβ軸電流ｉβの定義によっては、センサ相基準電流位相θｘはセンサ相（Ｗ相）に同期した角度にならない場合がある。しかしながら、これは、軸の定義、例えば、α軸とβ軸との入れ替わりや符号反転によるものであり、電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓが負から正にゼロクロスするときの０［Ａ］でθｘ＝０［°］になり、電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓが正から負にゼロクロスするときの０［Ａ］でθｘ＝１８０［°］になるように、α軸電流ｉαとβ軸電流ｉβとの入れ替えや符号を操作してからセンサ相基準電流位相θｘを算出したり、直交関係による位相差±９０［°］を直接センサ相基準電流位相θｘに適宜加減したりしてもよい。
【００５４】
α軸電流ｉαは、各相の電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを用いて（６）式で表現することができる。ここで、Ｋは変換係数である。
ｉα＝Ｋ×｛ｉｗ−（１／２）×ｉｕ−（１／２）×ｉｖ｝            ・・・（６）
【００５５】
（６）式は、ｉｕ＋ｉｖ＋ｉｗ＝０というキルヒホッフの法則に基づいて（７）式のように変形することができる。
ｉα＝Ｋ×（３／２）×ｉｗ                                        ・・・（７）
【００５６】
（７）式のＷ相電流ｉｗとしてセンサ相（Ｗ相）の電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓを用いると（８）式を得ることができる。
ｉα＝Ｋ×（３／２）×ｉｗ＿ｓｎｓ                                ・・・（８）
【００５７】
一方、β軸電流ｉβは、α軸電流ｉαとβ軸電流ｉβとの位相差が９０［°］、すなわち、α軸電流ｉαとβ軸電流ｉβとがｓｉｎ波とｃｏｓ波との関係にあることに着目し、α軸電流の微分値Δｉαに基づいてβ軸電流ｉβを算出する。以下、β軸電流ｉβの算出方法について説明する。
【００５８】
最初に、センサ相の電流及び電気角を検出するタイミングの選定について矩形波制御モードにおける各相の電圧波形に基づいて説明する。
【００５９】
図７に示すように、矩形波制御モードにおける各相の電圧波形は、スイッチング素子がオフ状態である０［Ｖ］とスイッチング素子がオン状態であるシステム電圧ＶＨとを位相１８０［°］毎に交替する波形である。三相の電圧波形の位相は、互いに１２０［°］ずれており、インバータ１２のいずれかの相のスイッチング素子が電気角６０［°］毎にオン／オフすることにより、電圧波形のオン／オフが切替わる。このスイッチング素子のオン／オフを切り替えるタイミングを「スイッチタイミング」という。連続するスイッチタイミング同士の電気角の差は６０［°］である。
【００６０】
本実施形態では、電流センサ１３によるセンサ相の電流及び回転角センサ１４による電気角θｅの検出を、前述のスイッチタイミング毎に、及び、連続するスイッチタイミング間のタイミングであって当該スイッチタイミングに対して「不等間隔に設定される」タイミングである中間タイミング毎に行う。
【００６１】
ここで、連続するスイッチタイミング間のタイミングであって「不等間隔に設定される」タイミングである中間タイミングは、以下のように定義される。
連続するスイッチタイミング間に電流及び電気角を検出するタイミングが１つ存在する場合、連続するスイッチタイミング間のタイミングであって当該スイッチタイミングに対して「不等間隔に設定される」タイミングである中間タイミングとは、スイッチタイミング間のタイミングの直前のスイッチタイミングとスイッチタイミング間のタイミングとの電気角移動量と、スイッチタイミング間のタイミングの直後のスイッチタイミングとスイッチタイミング間のタイミングとの電気角移動量とが、異なるタイミングを指す。具体的には、本実施形態のように連続するスイッチタイミング間の電気角移動量が６０［°］である場合、例えば、８［°］や２５．５［°］などが挙げられる。２５．５［°］の場合、直前のスイッチタイミングとの電気角移動量が２５．５［°］となる一方、直後のスイッチタイミングとの電気角移動量が３４．５［°］となり、２５．５［°］は「不等間隔に設定されている」タイミングである中間タイミングであるといえる。
【００６２】
また、連続するスイッチタイミング間に電流及び電気角を検出するタイミングが２以上のＭ個存在する場合、連続するスイッチタイミング間のタイミングであって当該スイッチタイミングに対して「不等間隔に設定される」タイミングである中間タイミングとは、連続するスイッチタイミングのうち早い方のスイッチタイミングの直後のスイッチタイミング間のタイミングを１番目とし当該早い方のスイッチタイミングから遅くなる順に１からＭまでの番号をつけると、直前のスイッチタイミングと１番目のスイッチタイミング間のタイミングとの電気角移動量、１番目のスイッチタイミング間のタイミングと２番目のスイッチタイミング間のタイミングとの電気角移動量、ｍ（２≦ｍ≦Ｍ−１）番目のスイッチタイミング間のタイミングと（ｍ−１）番目のスイッチタイミング間のタイミングとの電気角移動量、ｍ番目のスイッチタイミング間のタイミングと（ｍ＋１）番目のスイッチタイミング間のタイミングとの電気角移動量、Ｍ番目のスイッチタイミング間のタイミングと（Ｍ−１）番目のスイッチタイミング間のタイミングとの電気角移動量、及び、Ｍ番目のスイッチタイミング間のタイミングと直後のスイッチタイミングとの電気角移動量が、全て同じである場合を除くタイミングを指す。
具体的には、本実施形態のように連続するスイッチタイミング間の電気角移動量が６０［°］である場合、例えば、８[°]及び１６[°]のように２つ設定すると、早い方のスイッチタイミングの直後のタイミングである８[°]では、直前のスイッチタイミングとの電気角移動量は８[°]となる一方、直後のタイミングである１６[°]との電気角移動量は８[°]となり、８[°]のタイミングにおける前後の電気角移動量は同じになる。しかしながら、早い方のスイッチタイミングから２番目のタイミングである１６[°]では、直前のタイミングである８[°]との電気角移動量は８[°]となる一方、直後のスイッチタイミングとの電気角移動量は４４[°]となり、１６[°]のタイミングにおける前後の電気角移動量は異なる。この場合、８[°]及び１６[°]は、「不等間隔に設定される」タイミングである中間タイミングであるといえる。
以下、中間タイミングとは、上述した連続するスイッチタイミング間のタイミングであって当該スイッチタイミングに対して「不等間隔に設定される」タイミングのことを指す。
【００６３】
本実施形態では、代表例として図７に示すように、連続するスイッチタイミング同士の間に中間タイミングと当該中間タイミングの直前のスイッチタイミングとの電気角移動量が１５［°］となる中間タイミングを１個設定する場合について説明する。この場合、直前のスイッチタイミングに対する間隔が１５［°］となる一方、直後のスイッチタイミングに対する間隔が４５［°］となり、不等間隔に設定されていることとなる。また、センサ相の電流及び電気角を検出するサンプリングタイミングとしては、スイッチタイミングと中間タイミングとが交互に訪れることとなる。
【００６４】
α軸電流ｉαの電気角移動量Δθｅ［ｒａｄ］における変化量、すなわち、α軸電流ｉαの今回値と前々回値との差、に基づいてα軸電流の微分値Δｉαを（９）式により算出する。なお、β軸電流の算出時を基準として、今回のサンプリングタイミングにおける電気角、及び、今回のサンプリングタイミングにおけるセンサ相の電流検出値に基づいて算出されたα軸電流の値の組を「今回値」という。また、今回の一回前のサンプリングタイミングにおける電気角、及び、今回の一回前のサンプリングタイミングにおいて算出されたα軸電流の値の組を「前回値」、今回の二回前のサンプリングタイミングにおける電気角、及び、今回の二回前のサンプリングタイミングにおいて算出されたα軸電流の値の組を「前々回値」という。
Δｉα＝−｛ｉα（ｎ）−ｉα（ｎ−２）｝／Δθｅ                  ・・・（９）
ここで、電気角移動量Δθｅとは、今回のスイッチタイミングと前回のスイッチタイミングとの間隔、または、今回の中間タイミングと前回の中間タイミングとの間隔に相当する電気角をラジアンに変換した値である。また、ｉα（ｎ）はα軸電流の今回値であり、ｉα（ｎ−２）はα軸電流の前々回値である。本実施形態では、α軸電流ｉα（ｎ）を任意のスイッチタイミングにおいて算出されたα軸電流としたとき、α軸電流ｉα（ｎ−２）は、当該任意のスイッチタイミングの前回のスイッチタイミング、すなわち、前々回のサンプリングタイミングにおいて算出されたα軸電流となる。また、α軸電流ｉα（ｎ）を任意の中間タイミングにおいて算出されたα軸電流としたとき、α軸電流ｉα（ｎ−２）は、当該任意の中間スイッチタイミングの前回の中間タイミング、すなわち、前々回のサンプリングタイミングにおいて算出されたα軸電流となる。
このように、スイッチタイミング同士、または、スイッチタイミングに対する間隔が所定、本実施形態では直前のスイッチタイミングに対して１５［°］、の中間タイミング同士のセンサ相の電流及び電気角を用いてα軸電流の微分値Δｉαを算出することにより、詳細は後述するが、外乱が電流波形に及ぼす影響が同じレベルとなりα軸電流の微分値Δｉαの算出精度が向上する。なお、α軸電流ｉαやβ軸電流ｉβの定義によっては、符号が反転することも考えられるが、ｔａｎ-1を計算する為に必要なｓｉｎ波とｃｏｓ波を得るため、必要に応じて符号を適宜操作しても良いものとする。
【００６５】
また、電気角移動量Δθｅは、今回のスイッチタイミングと過去のいずれかのスイッチタイミングとの間隔、または、今回の中間タイミングと過去のいずれかの中間タイミングとの間隔に相当する電気角をラジアンに変換した値であってもよい。電気角移動量Δθｅを今回のスイッチタイミングと過去のいずれかのスイッチタイミングとの間隔に相当する電気角をラジアンに変換した値とする場合、今回のスイッチタイミングにおいて算出されたα軸電流ｉαと当該過去のいずれかのスイッチタイミングにおいて算出されたα軸電流ｉαとを用いて式（９）からα軸電流の微分値Δｉαを算出する。また、電気角移動量Δθｅを今回の中間タイミングと過去のいずれかの中間タイミングとの間隔に相当する電気角をラジアンに変換した値とする場合、今回の中間タイミングにおいて算出されたα軸電流ｉαと当該過去のいずれかの中間タイミングにおいて算出されたα軸電流ｉαを用いて式（９）からα軸電流の微分値Δｉαを算出する。
【００６６】
また、連続するスイッチタイミングの間に２以上のＭ個中間タイミングが存在する場合、電気角移動量Δθｅは、Ｌ（１≦Ｌ≦Ｍ）番目の中間タイミングに対してスイッチタイミングの間隔に相当する位相分過去の中間タイミングと当該Ｌ番目の中間タイミングとの間隔に相当する電気角をラジアンに変換した値となる。電気角移動量ΔθｅをＬ番目の中間タイミングに対してスイッチタイミングの間隔に相当する位相分過去の中間タイミングと当該Ｌ番目の中間タイミングとの間隔に相当する電気角をラジアンに変換した値とする場合、当該Ｌ番目の中間タイミングにおいて算出されたα軸電流ｉαと当該過去の中間タイミングにおいて算出されたα軸電流ｉαを用いて式（９）からα軸電流の微分値Δｉαを算出する。
具体的には、スイッチタイミングが０、６０、１２０[°]に設定され中間タイミングが、８、１６、６８、７６[°]に設定されている場合、６８[°]の中間タイミングにおけるα軸電流ｉα、６８[°]の中間タイミングに対してスイッチタイミングの間隔である６０[°]分過去の８[°]の中間タイミングにおけるα軸電流ｉα、及び、電気角移動量Δθｅ＝６０[°]を用いてα軸電流の微分値Δｉαを算出する。
【００６７】
図８には、スイッチタイミング及び中間タイミングにおいて電流センサ１３が検出する電流検出値に基づいて算出される３相波形を示す。図８（ａ）には、スイッチタイミングにおける電流検出値の結果を示す。また、図８（ｂ）には、中間タイミングにおける電流検出値の結果を示す。図８（ａ）、（ｂ）には、電流センサ１３がＷ相の電流を検出するタイミングを白抜き丸で示す。
【００６８】
図８（ａ）に示すように、スイッチタイミングで検出された電流検出値の波形は、スイッチング素子のスイッチングの影響を受けて波形が歪む。一方、図８（ｂ）に示すように、中間タイミングで検出された電流検出値の波形は、スイッチングの影響をあまり受けないため波形がほとんど歪まない。このため、スイッチタイミングの電流検出値と中間タイミングの電流検出値との両方からなる波形は、正弦波のような規則的な増減にはならず、不規則に増減する傾向がある。
【００６９】
そこで、スイッチタイミング毎及び中間タイミング毎の両方のサンプリングタイミング毎に、センサ相の電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓに基づいてα軸電流ｉαを算出する。算出されるα軸電流ｉαの電気角移動量Δθｅにおける変化量、すなわち、α軸電流ｉαの今回値と前々回値との差、に基づいてα軸電流の微分値Δｉαを算出する。
【００７０】
また、α軸電流の微分値Δｉαに基づいてβ軸電流ｉβを算出する場合、スイッチタイミングと中間タイミングとの間で不規則に増減する電流検出値の影響を受け、β軸電流ｉβの算出精度が低下し、α軸電流ｉαとβ軸電流ｉβとに基づいたセンサ相基準電流位相θｘの算出精度が低下するおそれがある。
【００７１】
この対策として、本実施形態による電動機制御装置１０の制御部１５では、α軸電流ｉαは、スイッチタイミング毎及び中間タイミング毎の両方のサンプリングタイミング毎にセンサ相の電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓに基づいてα軸電流ｉαを算出する。
また、β軸電流ｉβは、スイッチタイミング毎に２回のスイッチタイミングの間隔におけるα軸電流ｉαの変化量、すなわち、前々回のスイッチタイミングから今回のスイッチタイミングまでのα軸電流ｉαの変化量、に基づいてα軸電流の微分値Δｉαを算出し、α軸電流の微分値Δｉαに基づいてβ軸電流ｉβを算出する。また、β軸電流ｉβは、中間タイミング毎に２回の中間タイミングの間隔におけるα軸電流ｉαの変化量、すなわち、前々回の中間タイミングから今回の中間タイミングまでのα軸電流ｉαの変化量、に基づいてα軸電流の微分値Δｉαを算出し、α軸電流の微分値Δｉαに基づいてβ軸電流ｉβを算出する。これにより、図８に示すように、スイッチタイミングと中間タイミングとの間で不規則に増減する電流検出値の影響をほとんど受けずに、β軸電流ｉβを精度良く算出することができ、α軸電流ｉαとβ軸電流ｉβとに基づいたセンサ相基準電流位相θｘの算出精度を向上させることができる。
【００７２】
続いて、α軸電流の微分値Δｉαに基づいてβ軸電流ｉβを算出するときの補正について図９に基づいて説明する。図９において、横軸は電気角であり、波形上の黒菱形のマークで示されているサンプリングタイミングの電気角で電流検出が行われたことを示している。
【００７３】
α軸電流ｉα及びβ軸電流ｉβが理想的な正弦波であるとすると、実際のβ軸電流ｉβ０は、α軸電流ｉαの微分波形であり、「無限小の電気角移動量におけるα軸電流ｉαの変化量」として定義される。しかし、現実の電動機制御装置１０におけるα軸電流の微分値Δｉαは、有限の電気角移動量Δθｅにおけるα軸電流ｉαの差分値である。したがって、α軸電流の微分値Δｉαの波形は、実際のβ軸電流ｉβ０の波形に対して、電気角移動量の半分（Δθｅ／２）だけ遅れることとなる。
【００７４】
そこで、α軸電流の微分値Δｉαに基づいてβ軸電流推定値ｉβ＿ｅｓｔを算出するときには、（Δθｅ／２）に相当する補正量Ｈを式（１０）により算出し、この補正量Ｈを、式（１１）によりα軸電流の微分値Δｉαに加算することが好ましい。
Ｈ＝｛ｉα（ｎ）＋ｉα（ｎ−２）｝／２×（Δθｅ／２）          ・・・（１０）
ｉβ＿ｅｓｔ＝Δｉα＋Ｈ                                      ・・・（１１）
【００７５】
式（１０）が示すとおり、補正量Ｈは、「α軸電流の前々回値ｉα（ｎ−２）と今回値ｉα（ｎ）との平均値」に電気角移動量の半分（Δθｅ／２）を乗算した値として算出される。図９に示すように、式（１０）、（１１）により算出したβ軸電流推定値ｉβ＿ｅｓｔは、実際のβ軸電流ｉβ０の波形によく一致する。
【００７６】
ここで、「α軸電流の前々回値ｉα（ｎ−２）と今回値ｉα（ｎ）、及び対応する電気角移動量Δθｅ」は、α軸電流の微分値Δｉαの算出の場合と同様に、スイッチタイミングには、「前々回のスイッチタイミング及び今回のスイッチタイミングにおけるα軸電流ｉα、及びスイッチタイミング同士間の電気角移動量Δθｅ」を採用し、中間タイミングには、「前々回の中間タイミング及び今回の中間タイミングにおけるα軸電流ｉα、及び中間タイミング同士間の電気角移動量Δθｅ」を採用して補正量Ｈを算出することが好ましい。
【００７７】
これにより、α軸電流の微分値Δｉαに基づいて、電気角移動量の半分（Δθｅ／２）に相当する補正量Ｈを用い、β軸電流ｉβを精度良く算出することができる。なお、上述したβ軸電流ｉβの算出方法は一例であり、β軸電流ｉβを精度良く算出可能であれば、上述した算出方法に限定されず、適宜変更してもよい。
【００７８】
本実施形態による電動機制御装置１０の制御部１５では、交流電動機２の電流を推定する場合、電流推定部３０３のセンサ相基準電流位相検知部１８において、スイッチタイミング毎及び中間タイミング毎に電流センサ１３で検出したセンサ相（Ｗ相）の電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓを用いて上記（８）式によりα軸電流ｉαを算出する。この後、スイッチタイミング毎に２回のスイッチタイミングの間隔におけるα軸電流ｉαの変化量に基づいてα軸電流の微分値Δｉαを算出し、このα軸電流の微分値Δｉαとθｅ／２の位相遅れ分に相当する補正量Ｈを用いてβ軸電流ｉβを算出する。また、中間タイミング毎に２回の中間タイミングの間隔におけるα軸電流ｉαの変化量に基づいてα軸電流の微分値Δｉαを算出し、このα軸電流の微分値Δｉαとθｅ／２の位相遅れ分に相当する補正量Ｈを用いてβ軸電流ｉβを算出する。算出されたα軸電流ｉαおよびβ軸電流ｉβを用いて、上記（５）式によりセンサ相基準電流位相θｘを算出する。
【００７９】
この後、基本波推定部１９で、センサ相基準電流位相θｘに応じた推定係数ｉｕ＿ｋｐを（４）式のただし書きの式、または、マップ等により算出し、推定係数ｉｕ＿ｋｐとセンサ相（Ｗ相）の電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓを用いて（４）式により他の相（Ｕ相）の電流推定値ｉｕ＿ｅｓｔを算出する。また、センサ相基準電流位相θｘとセンサ相（Ｗ相）の電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓとを用いて（２）式により他の相（Ｕ相）の電流推定値ｉｕ＿ｅｓｔを算出するように直接演算しても良い。
【００８０】
一般に制御ＥＣＵ（マイコン）などの演算処理装置に演算式を実装すると、連続時間ではなく離散時間で処理され、センサ検出値や各演算値も指定された分解能（ＬＳＢ）に基づく離散値として扱われる。従って、（３）式においてゼロ割が発生する場合、離散系の影響により推定値が意図しない値で算出されるのを防ぐため、推定係数ｉｕ＿ｋｐ、或いは推定係数ｉｕ＿ｋｐ内の１／ｔａｎ（θｘ）項に制限値を設けておくことが望ましい。また、（３）式を実装する場合は、処理負荷の大きい乗算・除算を避けるため、引数θｘで推定係数ｉｕ＿ｋｐ、或いは推定係数ｉｕ＿ｋｐ内の１／ｔａｎ（θｘ）項をマップ化しておくことも有効であり、その場合、マップ上で制限値を設けておくことが望ましい。このような処置を設けることにより、離散系への適用を容易にし、マイコンの処理負荷を最小減に留めることができ、わざわざ演算処理能力の高い高価なマイコンに変更する必要が無くなる。
【００８１】
以上説明した電流推定部３０３における電流推定は、図１０及び図１１の電流推定ルーチンに従って実行される。以下、この電流推定ルーチンの処理内容を説明する。
【００８２】
電流推定ルーチンは、制御部１５の電源オン期間中に所定の演算周期で繰り返し実行される。本ルーチンが起動されると、最初のステップ（以下、「Ｓ」という）１０１において、電流センサ１３で検出したセンサ相（Ｗ相）の電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓ、及び、回転角センサ１４で検出した交流電動機２のロータ回転位置から求めた電気角θｅを読み込む。
【００８３】
次にＳ１０２において、現在の電気角θｅがスイッチタイミングであるか否かを判定する。現在の電気角θｅがスイッチタイミングであると判定される場合、Ｓ１０３に進み、スイッチタイミングで検出したセンサ相（Ｗ相）の電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓを用いて式（８）によりα軸電流ｉαを算出する。
【００８４】
Ｓ１０３の次にＳ１０４に進み、２つのスイッチタイミングの間隔におけるα軸電流ｉαの変化量、すなわち、スイッチタイミングの電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓに基づいて算出したα軸電流ｉαの今回値と前々回値との差、に基づいてα軸電流の微分値Δｉαを算出する。
【００８５】
次にＳ１０５において、α軸電流の微分値Δｉαを式（１０）で示す補正量Ｈを用いて式（１１）のように補正し、β軸電流ｉβに相当するβ軸電流推定値ｉβ＿ｅｓｔを求める。
【００８６】
一方、Ｓ１０２において、現在の電気角θｅがスイッチタイミングではないと判定される場合、現在の電気角θｅが中間タイミングであると判断しＳ１０６に進む。Ｓ１０６において、中間タイミングで検出したセンサ相（Ｗ相）の電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓを用いて式（１２）によりα軸電流ｉαを算出する。
【００８７】
Ｓ１０６の次にＳ１０７に進み、中間タイミングの間隔におけるα軸電流ｉαの変化量、すなわち、中間タイミングの電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓに基づいて算出したα軸電流ｉαの今回値と前々回値との差、に基づいてα軸電流の微分値Δｉαを算出する。次に、Ｓ１０８に進み、α軸電流の微分値Δｉαを式（１０）で示す補正量Ｈを用いて式（１１）のように補正しβ軸電流ｉβに相当するβ軸電流推定値ｉβ＿ｅｓｔを求める。
【００８８】
Ｓ１０５またはＳ１０８の次にＳ１０９において、α軸電流ｉαとβ軸電流ｉβとを用いて式（５）によりセンサ相基準電流位相θｘを算出する。
【００８９】
次にＳ１１０において、センサ相基準電流位相θｘに応じた推定係数ｉｕ＿ｋｐの関係式、または、マップにより算出した後、Ｓ１１１に進み、推定係数ｉｕ＿ｋｐとセンサ相（Ｗ相）の電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓを用いて（４）式により他の相（Ｕ相）の電流推定値ｉｕ＿ｅｓｔを算出する。
【００９０】
この後、図１１のＳ１１２に進み、センサ相電流のゼロクロス時であるか否かを判定する。センサ相電流のゼロクロス時であるか否かは、センサ相（Ｗ相）の電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓ＝０［Ａ］であるか否かによって判定する。センサ相電流のゼロクロス時であるか否かを、センサ相（Ｗ相）の電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓが０［Ａ］を含む所定範囲内、例えば、センサ相の電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓの絶対値が所定値以下、或は、推定係数ｉｕ＿ｋｐの絶対値が所定値以上であるか否かによって判定するようにしても良い。また、センサ相の電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓとセンサ相基準電流位相θｘは同期していることから、センサ相基準電流位相θｘの値によって判定してもよい。
【００９１】
このＳ１１２で、センサ相電流はゼロクロス時ではないと判定される場合、Ｓ１１３に進む。Ｓ１１１で算出した他の相（Ｕ相）の電流推定値ｉｕ＿ｅｓｔをそのまま採用する。また、センサ相電流はゼロクロス時であると判定された場合、Ｓ１１４に進み、電圧位相指令値ＶΨを固定する。
【００９２】
Ｓ１１４の次にＳ１１５に進み、他の相（Ｕ相）の電流推定値ｉｕ＿ｅｓｔを補間する。この場合、他の相の電流推定値ｉｕ＿ｅｓｔを直接前回値に保持して補間するようにしても良い。または、ｄ軸電流推定値ｉｄ＿ｅｓｔ及びｑ軸電流推定値ｉｑ＿ｅｓｔを前回値に保持し、この前回値に保持したｄ軸電流推定値ｉｄ＿ｅｓｔ及びｑ軸電流推定値ｉｑ＿ｅｓｔに基づいて他の相（Ｕ相）の電流推定値を算出する逆ｄｑ変換を実行し、この逆ｄｑ変換により得た電流推定値で他の相の電流推定値ｉｕ＿ｅｓｔを補間するようにしても良い。また、他の相の電流推定値ｉｕ＿ｅｓｔを別ロジックで算出して補間するようにしてもいいし、他の相の電流推定値ｉｕ＿ｅｓｔを補間する方法は適宜変更しても良い。
【００９３】
Ｓ１１３またはＳ１１５において、他の相（Ｕ相）の電流推定値ｉｕ＿ｅｓｔをｄｑ変換に用いる他の相（Ｕ相）の電流推定値ｉｕ＿ｅｓｔ＿ｆｉｘとして設定した後、Ｓ１１６に進み、センサ相（Ｗ相）の電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓと他の相（Ｕ相）の電流推定値ｉｕ＿ｅｓｔ＿ｆｉｘとに基づいてｄ軸電流推定値ｉｄ＿ｅｓｔ及びｑ軸電流推定値ｉｑ＿ｅｓｔを算出するｄｑ変換を実行する。
【００９４】
（１）本実施形態の電動機制御装置１０は、三相のうち一相の相電流を電流センサ１３により検出し、他の二相の相電流を推定する。電流センサ１３をセンサ相のみに設けることで、電流センサ１３の数を減らすことができる。これにより、インバータ１２の三相出力端子近傍を小型化し、また、電動機制御装置１０のコストを低減することができる。
また、電流センサ１３の数を１つにすることで、複数個の電流センサを用いる従来の交流電動機の制御システムで発生しうる、電流センサのゲイン誤差の影響が無くなる。これにより、交流電動機２において、複数個の電流センサのゲイン誤差が引き起こす出力トルク変動を排することができ、例えば車両用の場合は車両振動を無くすことに繋がり、車両の商品性を下げる要素を取り除くことができる。
【００９５】
（２）また、本実施形態による電動機制御装置１０では、α軸電流ｉαとβ軸電流ｉβとの位相差が９０［°］、すなわち、α軸電流ｉαとβ軸電流ｉβとがｓｉｎ波とｃｏｓ波の関係にあることに着目し、センサ相（Ｗ相）の電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓに基づいてα軸電流ｉαを算出すると共に、α軸電流の微分値（差分値）Δｉαに基づいてβ軸電流ｉβを算出する。これにより、他の相の電流指令値を用いずにβ軸電流ｉβを算出することができ、交流電動機２の通電を制御する際にｄ軸電流指令値、ｑ軸電流指令値や三相電流指令値などの電流指令値を用いない方式に適用することができる。
【００９６】
（３）本実施形態による電動機制御装置１０では、センサ相を基準にした固定座標系（α−β座標系）におけるα軸電流ｉαとβ軸電流ｉβとに基づいてセンサ相基準電流位相θｘを算出する。これにより、センサ相を基準にした実際の電流位相θｘを算出することができ、このセンサ相基準電流位相θｘとセンサ相の電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓとに基づいて他の相の電流推定値ｉｕ＿ｅｓｔを算出することができる。したがって、実際の電流位相θｘの高調波成分や通常起こり得る変動の影響を織り込んで他の相の電流推定値ｉｕ＿ｅｓｔを精度良く算出することができ、電流推定値ｉｕ＿ｅｓｔの算出精度を向上することができる。
【００９７】
（４）本実施形態による電動機制御装置１０では、トルクフィードバック制御方式でのα軸電流の微分値Δｉαの好ましい算出方法として、「スイッチタイミング及び中間タイミングの両方のサンプリングタイミング毎に、センサ相の電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓに基づいてα軸電流ｉαを算出」し、「α軸電流の微分値Δｉαは、スイッチタイミング毎に、スイッチタイミング同士でα軸電流ｉαを微分して算出すると共に、中間タイミング毎に、中間タイミング同士でα軸電流ｉαを微分して算出する」方法を推奨する。
【００９８】
上述のように、スイッチングタイミング毎に検出した電流検出値の波形は、オン／オフ動作による影響を受けて波形が歪むのに対し、中間タイミング毎に検出した電流検出値の波形は、オン／オフ動作の影響をあまり受けないため波形がほとんど歪まない。そのため、スイッチタイミング毎の電流検出値と中間タイミング毎の電流検出値の両方からなる電流波形は、正弦波のように規則的に増減せず、不規則に増減する傾向となる。
【００９９】
一方、スイッチングタイミング毎に検出した電流検出値の波形、中間タイミング毎に検出した電流検出値の波形のいずれも、それぞれの波形では、ほぼ規則的に増減する。したがって、スイッチタイミング同士、又は中間タイミング同士でα軸電流を微分すれば、スイッチタイミングと中間タイミングとの間で不規則に増減する電流検出値の影響をほとんど受けずに、β軸電流ｉβを精度良く算出することができる。さらに、α軸電流ｉαとβ軸電流ｉβとに基づいたセンサ相基準電流位相θｘの算出精度を向上させることができる。
【０１００】
（５）また、本実施形態による電動機制御装置１０では、中間タイミングは、前後のスイッチタイミングに対して「不等間隔」となる電気角１５°に設定されている。このように、電動制御装置１０では、中間タイミングは、スイッチタイミングに対して「不等間隔に設定される」タイミングである中間タイミングであって、当該中間タイミングの直前のスイッチタイミングと当該中間タイミングとの電気角移動量と、当該中間タイミングの直後のスイッチタイミングと当該中間タイミングとの電気角移動量とが、異なるタイミングである。これにより、連続するスイッチタイミングの間の任意のタイミングにおいて電流センサ１３によってセンサ相の電流を検出することができる。したがって、交流電動機２の運転状態に適した中間タイミングを設定することができる。
【０１０１】
（６）また、α軸電流ｉαの電気角移動量Δθｅにおける変化量に基づいてα軸電流の微分値Δｉαを算出する場合、α軸電流の微分値Δｉαの波形には、実際のβ軸電流ｉβ０の波形に対してθｅ／２の位相遅れがあることを考慮し、θｅ／２の位相遅れ分に相当する補正量Ｈを用いてα軸電流の微分値Δｉαを補正してβ軸電流ｉβを求める。これにより、β軸電流ｉβを精度良く算出することができる。尚、β軸電流ｉβの算出方法は、一例であり、β軸電流ｉβを精度良く算出可能であれば、本実施例で説明した算出方法に限定されず、適宜変更しても良い。
【０１０２】
（７）また、センサ相の電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓと他の相の電流推定値ｉｕ＿ｅｓｔとに基づいてｄ軸電流推定値ｉｄ＿ｅｓｔ及びｑ軸電流推定値ｉｑ＿ｅｓｔを算出することにより、ｄ軸電流推定値ｉｄ＿ｅｓｔ及びｑ軸電流推定値ｉｑ＿ｅｓｔを精度良く算出することができる。このｄ軸電流推定値ｉｄ＿ｅｓｔ及びｑ軸電流推定値ｉｑ＿ｅｓｔを用いてトルクフィードバック制御するため、交流電動機２を安定して駆動させることができる。
【０１０３】
（その他の実施形態）
（ア）上述の実施形態では、中間タイミングは、連続するスイッチタイミングの間に一つ設けるとした。しかしながら、中間タイミングを設ける数はこれに限定されない。複数、例えば２以上のＭ個設けてもよい。この場合、「不等間隔に設定される」中間タイミングとは、上述したように、連続するスイッチタイミングのうち早い方のスイッチタイミングの直後のスイッチタイミング間のタイミングを１番目とし当該早い方のスイッチタイミングから遅くなる順に１からＭまでの番号をつけると、直前のスイッチタイミングと１番目のスイッチタイミング間のタイミングとの電気角移動量、１番目のスイッチタイミング間のタイミングと２番目のスイッチタイミング間のタイミングとの電気角移動量、ｍ（２≦ｍ≦Ｍ−１）番目のスイッチタイミング間のタイミングと（ｍ−１）番目のスイッチタイミング間のタイミングとの電気角移動量、ｍ番目のスイッチタイミング間のタイミングと（ｍ＋１）番目のスイッチタイミング間のタイミングとの電気角移動量、Ｍ番目のスイッチタイミング間のタイミングと（Ｍ−１）番目のスイッチタイミング間のタイミングとの電気角移動量、及び、Ｍ番目のスイッチタイミング間のタイミングと直後のスイッチタイミングとの電気角移動量が、全て同じである場合を除くタイミングを指す。
【０１０４】
（イ）上述の実施形態では、電流センサにより相電流を検出するセンサ相は、上記実施形態のＷ相に限らず、Ｕ相又はＶ相としてもよい。また、センサ相の電流検出値とセンサ相基準電流位相θｘとから電流推定値を算出する推定相は、上記実施形態のＵ相に限らず、Ｖ相又はＷ相としてもよい。
【０１０５】
（ウ）上述の実施形態では、制御部の電流推定部で、センサ相以外の相の電流を推定してｄｑ変換を成立させる方法を採った。しかし、一相の電流検出値に基づいてｄｑ変換を成立させるための手段は、これに限定せず、例えば一相のみの電流検出値でも成立するｄｑ変換式を新たに創出して対策してもよい。
この方法では、図１１のＳ１１３又はＳ１１５のようなセンサ相以外の相の電流推定値を出力するステップが顕在的には存在しないものの、ｄｑ変換式の内部で、このステップに相当する演算が包括的に実行されると解釈する。ただし、発明者の研究の結果、どちらの方法でも数式的には同じ結果となることが判明している。
【０１０６】
（エ）上述の実施形態では、交流電動機は、永久磁石式同期型の三相交流電動機であったが、他の実施形態では、誘導電動機やその他の同期電動機であってもよい。また、上記実施形態の交流電動機は、電動機としての機能、及び発電機としての機能を併せ持つ所謂モータジェネレータであったが、他の実施形態では、発電機としての機能を持たなくてもよい。
【０１０７】
（オ）本発明による交流電動機の制御装置は、上述の実施形態のようにインバータと交流電動機を一組のみ設けたシステムに限らず、インバータと交流電動機を二組以上設けたシステムに適用してもよい。また、１台のインバータに複数台の交流電動機を並列接続させた電車等のシステムに適用してもよい。
【０１０８】
（カ）本発明による交流電動機の制御装置は、図１に示す構成のハイブリッド自動車の交流電動機に限定されず、どのような構成の電動車両の交流電動機に適用してもよい。また、電動車両以外の交流電動機に適用してもよい。
【０１０９】
以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の形態により実施可能である。
【符号の説明】
【０１１０】
２          ・・・交流電動機、
１２        ・・・インバータ、
１３        ・・・電流センサ、
１５        ・・・制御部（制御手段）、
１８        ・・・センサ相基準電流位相検知部（α軸電流を算出する手段、
β軸電流を算出する手段）、
３０３      ・・・電流推定部（電流推定手段）。
【図１】
0005920635.tif 000004
【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】
0005920635.tif 000009
【図７】
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【図８】
0005920635.tif 000011
【図９】
0005920635.tif 000012
【図１０】
0005920635.tif 000013
【図１１】
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