(57)【要約】【課題】電動機の電流制御の精度および安定性を向上させ、磁極位置の推定精度の低下を防止する。【解決手段】電動機の磁極位置推定装置は、モータへの通電に対するγ軸電圧指令値Ｖγ及びδ軸電圧指令値Ｖδが、基準電圧Ｖｓγ，Ｖｓδに対する正側パルス電圧Ｖｐγ，Ｖｐδであるときに磁極位置誤差演算部６３により算出された位相差Δθｅと、γ軸電圧指令値Ｖγ及びδ軸電圧指令値Ｖδが、基準電圧Ｖｓγ，Ｖｓδに対する負側パルス電圧Ｖｎγ，Ｖｎδであるときに磁極位置誤差演算部６３により算出された位相差Δθｅとの平均値を算出する磁極位置誤差平均演算部６４と、この平均値に基づきモータの磁極位置を演算する回転速度−磁極位置演算部４９とを備える。【選択図】図５
2011147286.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機への通電に対する指令電圧を出力する指令電圧出力手段と、
前記電動機に通電される実電流を検出して検出結果を出力する電流検出手段と、
前記指令電圧と前記実電流とに基づいて、前記電動機の実際の磁極位置と推定又は指定による磁極位置との差である磁極位置差を算出する磁極位置差算出手段と、
前記指令電圧が基準電圧に対する正側パルス電圧であるときに前記磁極位置差算出手段により算出された前記磁極位置差と、前記指令電圧が前記基準電圧に対する負側パルス電圧であるときに前記磁極位置差算出手段により算出された前記磁極位置差との平均値を算出する磁極位置差平均算出手段と、
前記磁極位置差平均算出手段により算出された前記磁極位置差の前記平均値に基づいて、前記電動機の磁極位置を演算する磁極位置演算手段とを備えることを特徴とする電動機の磁極位置推定装置。
【請求項２】
前記電動機から出力されるトルクに対するトルク指令を出力するトルク指令出力手段と、
前記トルク指令に基づいて、前記電動機への通電に対する指令電流を出力する指令電流出力手段と、
前記指令電圧が前記基準電圧であるときに前記指令電流出力手段から出力された前記指令電流に基づき、前記電動機への通電を制御する電流制御手段とを備えることを特徴とする請求項１に記載の電動機の磁極位置推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機の磁極位置推定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば突極性を有する電動機において、実軸であるｄｑ座標軸に対して位相差を有する制御軸（ｄｃ−ｑｃ座標軸）での電圧方程式に基づいて、インダクタンスが位相に応じて変化することを用いて位相差を算出し、この算出結果から制御軸の位相を算出する装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３３１２４７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記従来技術に係る装置においては、電動機への通電に対する電圧指令値に位相差検出用の交番電圧が印加されており、この交番電圧の印加タイミングに対して、電流検出タイミングが不適切であると、電動機の電流制御における指令電流と実電流との差異が増大してしまい、電流制御の精度および安定性が低下してしまうという問題が生じる。また、磁極位置の推定に必要とされる電流検出タイミングが交番電圧の印加タイミングに対して不適切であると、磁極位置の推定の精度および安定性が低下してしまうという問題が生じる。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、電動機の電流制御の精度および安定性を向上させ、磁極位置の推定の精度および安定性の低下を防止することが可能な電動機の磁極位置推定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明の第１態様に係る電動機の磁極位置推定装置は、電動機への通電に対する指令電圧（例えば、実施の形態でのγ軸電圧指令値Ｖγおよびδ軸電圧指令値Ｖδ）を出力する指令電圧出力手段（例えば、実施の形態での電圧加算部４５）と、前記電動機に通電される実電流（例えば、実施の形態でのＵ相電流およびＶ相電流）を検出して検出結果を出力する電流検出手段（例えば、実施の形態での相電流センサ３２）と、前記指令電圧と前記実電流とに基づいて、前記電動機の実際の磁極位置と推定又は指定による磁極位置との差である磁極位置差（例えば、実施の形態での位相差Δθｅ）を算出する磁極位置差算出手段（例えば、実施の形態での磁極位置誤差演算部６３）と、前記指令電圧が基準電圧（例えば、実施の形態での基準電圧Ｖｓγ，Ｖｓδ）に対する正側パルス電圧（例えば、実施の形態での正側パルス電圧Ｖｐγ，Ｖｐδ）であるときに前記磁極位置差算出手段により算出された前記磁極位置差と、前記指令電圧が前記基準電圧に対する負側パルス電圧（例えば、実施の形態での負側パルス電圧Ｖｎγ，Ｖｎδ）であるときに前記磁極位置差算出手段により算出された前記磁極位置差との平均値を算出する磁極位置差平均算出手段（例えば、実施の形態での磁極位置誤差平均演算部６４）と、前記磁極位置差平均算出手段により算出された前記磁極位置差の前記平均値に基づいて、前記電動機の磁極位置を演算する磁極位置演算手段（例えば、実施の形態での回転速度−磁極位置演算部４９）とを備える。
【０００７】
さらに、本発明の第２態様に係る電動機の磁極位置推定装置は、前記電動機から出力されるトルクに対するトルク指令を出力するトルク指令出力手段（例えば、実施の形態での速度制御部４１、トルク制御部）と、前記トルク指令に基づいて、前記電動機への通電に対する指令電流（例えば、実施の形態での指令γ軸電流Ｉγｃ及び指令δ軸電流Ｉδｃ）を出力する指令電流出力手段（例えば、実施の形態での指令電流生成部４２）と、前記指令電圧が前記基準電圧であるときに前記指令電流出力手段から出力された前記指令電流に基づき、前記電動機への通電を制御する電流制御手段（例えば、実施の形態での電流制御部４３）とを備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の第１態様に係る電動機の磁極位置推定装置によれば、指令電圧が基準電圧に対する正側パルス電圧であるときに算出された磁極位置差と、指令電圧が基準電圧に対する負側パルス電圧であるときに算出された磁極位置差との平均値によれば、例えば正側パルス電圧と負側パルス電圧とにおいて磁極位置差の算出誤差や算出結果などが異なる場合であっても、これらの差異が偏って増大してしまうことを防止し、平滑化することができる。これにより、磁極位置の演算の精度および安定性の低下を防止することができる。
なお、電動機のインダクタンスが磁極位置により変化すること（いわゆるインダクタンスの突極性）を利用して磁極位置を演算する場合には、電動機への通電に対する指令電圧は、電動機の動作（例えば、トルクの出力など）に対する指令に応じた電圧指令値（例えば、電動機の電流制御によって生成される電圧指令値）と、磁極位置を演算するために必要とされる検出用電圧とが加算されて得られる。この検出電圧が、ゼロ電圧と、正側のパルス電圧と、負側のパルス電圧とにより構成されるパルス電圧であると、指令電圧は、電圧指令値に正側のパルス電圧又は負側のパルス電圧が重畳されていない基準電圧（つまり、電圧指令値そのもの）と、電圧指令値に正側のパルス電圧が重畳された正側パルス電圧と、電圧指令値に負側のパルス電圧が重畳された負側パルス電圧とにより構成される。
【０００９】
本発明の第２態様に係る電動機の磁極位置推定装置によれば、指令電圧が基準電圧であるときの指令電流に基づき電動機への通電を制御することにより、電動機の電流制御に対して正側パルス電圧および負側パルス電圧の影響が生じることを防止し、電流制御の精度および安定性を向上させることができる。
つまり、指令電圧が、電動機の動作（例えば、トルクの出力など）に対する指令に応じた電圧指令値（例えば、電動機の電流制御によって生成される電圧指令値）と、磁極位置を演算するために必要とされる検出用電圧とが加算されて得られる場合であっても、電圧指令値に検出用電圧の正側のパルス電圧又は負側のパルス電圧が重畳されていないときの指令電流により、電流制御に検出用電圧が影響することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係る電動機の磁極位置推定装置の構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係る回転直交座標のγ−δ軸およびｄ−ｑ軸の一例を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係る電動機の磁極位置推定装置の構成図である。
【図４】本発明の実施形態に係るγ軸電圧指令値Ｖγおよびδ軸電圧指令値Ｖδの変化において電圧印加パターンおよび制御周期の一例を示す図である。
【図５】図３に示す磁極位置誤差推定部の構成図である。
【図６】本発明の実施形態に係るγ軸電圧指令値Ｖγおよびδ軸電圧指令値Ｖδの変化において電流制御と磁極位置推定とに対する電流検出タイミングの例を示す図である。
【図７】本発明の実施形態に係る回転速度−磁極位置演算部の構成図である。
【図８】本発明の実施形態の変形例に係る回転速度−磁極位置演算部の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の電動機の磁極位置推定装置の実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
この実施形態による電動機の磁極位置推定装置１０（以下、単に、磁極位置推定装置１０と呼ぶ）は、例えば３相交流のブラシレスＤＣモータ１１（以下、単に、モータ１１と呼ぶ）の磁極位置（つまり、所定の基準回転位置からの回転子の磁極の回転角度）を推定するものであって、このモータ１１は、界磁に利用する永久磁石を有する回転子（図示略）と、この回転子を回転させる回転磁界を発生する固定子（図示略）とを備えて構成されている。
磁極位置推定装置１０は、例えば図１に示すように、バッテリ１２を直流電源とするインバータ１３と、モータ制御装置１４とを備えて構成されている。
【００１２】
この３相（例えば、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相）交流のモータ１１の駆動はモータ制御装置１４から出力される制御指令を受けてインバータ１３によりおこなわれる。
インバータ１３は、スイッチング素子（例えば、ＭＯＳＦＥＴ：Metal Oxide Semi-conductor Field Effect Transistor）を複数用いてブリッジ接続してなるブリッジ回路１３ａと平滑コンデンサＣとを具備し、このブリッジ回路１３ａがパルス幅変調（ＰＷＭ）された信号によって駆動される。
【００１３】
このブリッジ回路１３ａでは、例えば各相毎に対をなすハイ側およびロー側Ｕ相トランジスタＵＨ，ＵＬと、ハイ側およびロー側Ｖ相トランジスタＶＨ，ＶＬと、ハイ側およびロー側Ｗ相トランジスタＷＨ，ＷＬとがブリッジ接続されている。そして、各トランジスタＵＨ，ＶＨ，ＷＨはドレインがバッテリ１２の正極側端子に接続されてハイサイドアームを構成し、各トランジスタＵＬ，ＶＬ，ＷＬはソースがバッテリ１２の接地された負極側端子に接続されてローサイドアームを構成している。そして、各相毎に、ハイサイドアームの各トランジスタＵＨ，ＶＨ，ＷＨのソースはローサイドアームの各トランジスタＵＬ，ＶＬ，ＷＬのドレインに接続され、各トランジスタＵＨ，ＵＬ，ＶＨ，ＶＬ，ＷＨ，ＷＬのドレイン−ソース間には、ソースからドレインに向けて順方向となるようにして、各ダイオードＤＵＨ，ＤＵＬ，ＤＶＨ，ＤＶＬ，ＤＷＨ，ＤＷＬが接続されている。
【００１４】
インバータ１３は、例えばモータ１１の駆動時等においてモータ制御装置１４から出力されて各トランジスタＵＨ，ＶＨ，ＷＨ，ＵＬ，ＶＬ，ＷＬのゲートに入力されるスイッチング指令であるゲート信号（つまり、ＰＷＭ信号）に基づき、各相毎に対をなす各トランジスタのオン（導通）／オフ（遮断）状態を切り替える。これによって、バッテリ１２から供給される直流電力を３相交流電力に変換し、モータ１１の３相のステータ巻線への通電を順次転流させることで、各相のステータ巻線に交流のＵ相電流ＩｕおよびＶ相電流ＩｖおよびＷ相電流Ｉｗを通電する。
【００１５】
モータ制御装置１４は、後述するように、回転直交座標をなすγ−δ座標上で電流のフィードバック制御（ベクトル制御）を行うものであり、指令γ軸電流Ｉγｃ及び指令δ軸電流Ｉδｃを演算し、指令γ軸電流Ｉγｃ及び指令δ軸電流Ｉδｃに基づいて各相電圧指令Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを算出し、各相電圧指令Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに応じてインバータ１３に対するゲート信号であるＰＷＭ信号を出力する。そして、実際にインバータ１３からモータ１１に供給される各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗをγ−δ座標上に変換して得たγ軸電流Ｉγ及びδ軸電流Ｉδと、指令γ軸電流Ｉγｃ及び指令δ軸電流Ｉδｃとの各偏差がゼロとなるように制御をおこなう。
【００１６】
モータ制御装置１４は、例えば相電流センサＩ／Ｆ（インターフェース）２１と、制御装置２２と、ＰＷＭ信号生成部２３と、検出用電圧印加部２４とを備えて構成されている。
相電流センサＩ／Ｆ（インターフェース）２１は、インバータ１３のブリッジ回路１３ａとモータ１１との間において、３相の各相電流のうち少なくとも何れか２相の各相電流（例えば、Ｕ相電流およびＶ相電流）を検出する各相電流センサ３２に接続され、各相電流センサ３２から出力される検出信号を受けて、検出信号を制御装置２２に出力する。
【００１７】
制御装置２２は、例えば図２に示すように、実際のモータ１１が有する回転直交座標のｄ−ｑ軸に対して、実際の回転角と推定または指定した回転角との差である位相差Δθｅおよび回転速度ωｅを有する回転直交座標のγ−δ軸を設定し、このγ−δ座標上で電流のフィードバック制御（ベクトル制御）をおこなう。
制御装置２２は、指令γ軸電流Ｉγｃ及び指令δ軸電流Ｉδｃを生成し、指令γ軸電流Ｉγｃ及び指令δ軸電流Ｉδｃに基づいて各相電圧指令Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを算出し、ＰＷＭ信号生成部２３に出力する。
また、制御装置２２は、各相電流センサ３２から出力される検出信号に応じた各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗをγ−δ座標上に変換して得たγ軸電流Ｉγ及びδ軸電流Ｉδと、指令γ軸電流Ｉγｃ及び指令δ軸電流Ｉδｃとの各偏差がゼロとなるように電流のフィードバック制御（ベクトル制御）をおこなう。
なお、この制御装置２２の動作の詳細は後述する。
【００１８】
ＰＷＭ信号生成部２３は、正弦波状の電流を３相のステータ巻線に通電するために、各相電圧指令Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗと、三角波などのキャリア信号とを比較して、インバータ１３の各トランジスタＵＨ，ＶＨ，ＷＨ，ＵＬ，ＶＬ，ＷＬをオン／オフ駆動させるゲート信号（つまり、ＰＷＭ信号）を生成する。そして、インバータ１３において３相の各相毎に対をなす各トランジスタのオン（導通）／オフ（遮断）状態を切り替えることによって、バッテリ１２から供給される直流電力を３相交流電力に変換し、３相のモータ１１の各ステータ巻線への通電を順次転流させることで、各ステータ巻線に交流のＵ相電流ＩｕおよびＶ相電流ＩｖおよびＷ相電流Ｉｗを通電する。
【００１９】
検出用電圧印加部２４は、磁極位置誤差推定の処理において、後述する制御装置２２の電流制御部４３から出力されるγ軸電圧指令値Ｖγｃおよびδ軸電圧指令値Ｖδｃに重畳される電圧として、例えば所定周波数のパルス電圧からなるγ軸検出用電圧Ｖｈγおよびδ軸検出用電圧Ｖｈδを出力する。
検出用電圧印加部２４は、所定の電圧印加パターンによってγ軸検出用電圧Ｖｈγおよびδ軸検出用電圧Ｖｈδを出力しており、所定の電圧印加パターンは、この期間中での電圧の総和がゼロとなるようにして、正側と負側との交互のパルス電圧と、ゼロ電圧とにより構成されている。例えば、所定の電圧印加パターンは、順次、正側パルス電圧と、ゼロ電圧と、負側パルス電圧と、ゼロ電圧とが、それぞれ所定の制御周期Ｔ毎に出力されることにより、全体として４つの制御周期Ｔで構成されている。そして、γ軸検出用電圧Ｖｈγに対して、正側パルス電圧および負側パルス電圧は同一の絶対値ΔＶｈγを有し、δ軸検出用電圧Ｖｈδに対して、正側パルス電圧および負側パルス電圧は同一の絶対値ΔＶｈδを有している。
なお、所定の電圧印加パターンにおいて、各電圧の出力は１つの制御周期Ｔに限定されずに、複数ｎの制御周期Ｔに亘って行なわれてもよく、この場合には、少なくとも正側パルス電圧が出力される期間と負側パルス電圧が出力される期間とが同一に設定されていればよい。
【００２０】
制御装置２２は、例えば図３に示すように、速度制御部４１と、指令電流生成部４２と、電流制御部４３と、電圧加算部４５と、γδ−３相変換部４６と、３相−γδ変換部４７と、磁極位置誤差推定部４８と、回転速度−磁極位置演算部４９と、電気角−機械角変換部５０とを備えて構成されている。
【００２１】
速度制御部４１は、外部から入力される回転速度指令値ωｒｃに基づき、例えば電気角−機械角変換部５０から出力される回転速度ωｒ（機械角）に応じたクローズループ制御により、トルク指令Ｔｃを演算し、演算結果を出力する。
なお、制御装置２２は、この速度制御部４１の代わりに、モータ１１から出力されるトルクに応じたトルク制御（クローズループ制御など）を行なうトルク制御部を備えて、トルク制御を実行してもよい。
【００２２】
指令電流生成部４２は、速度制御部４１から出力されるトルク指令Ｔｃに基づき、指令δ軸電流Ｉδｃおよび指令γ軸電流Ｉγｃを演算して出力する。
【００２３】
電流制御部４３は、後述する所定の電流制御タイミングで指令電流生成部４２から出力される指令γ軸電流Ｉγｃと３相−γδ変換部４７から出力されるγ軸電流Ｉγ（つまり、後述する所定の電流制御タイミングで相電流センサ３２により検出された相電流を座標変換して得られるγ軸電流）との偏差ΔＩγを算出する。また、後述する所定の電流制御タイミングで指令電流生成部４２から出力される指令δ軸電流Ｉδｃと３相−γδ変換部４７から出力されるδ軸電流Ｉδ（つまり、後述する所定の電流制御タイミングで相電流センサ３２により検出された相電流を座標変換して得られるδ軸電流）との偏差ΔＩδを算出する。そして、例えばＰＩ（比例・積分）動作などにより、偏差ΔＩγを制御増幅してγ軸電圧指令値Ｖγｃを算出し、偏差ΔＩδを制御増幅してδ軸電圧指令値Ｖδｃを算出する。そして、γ軸電圧指令値Ｖγｃおよびδ軸電圧指令値Ｖδｃを出力する。
なお、所定の電流制御タイミングは、所定の電圧印加パターンにおいて、電圧加算部４５から出力される各電圧指令値Ｖγ，Ｖδが各基準電圧Ｖｓγ，Ｖｓδであるときであって、例えば各正側パルス電圧Ｖｐγ，Ｖｐδおよび各負側パルス電圧Ｖｎγ，Ｖｎδの印加直前などのタイミングである。
【００２４】
電圧加算部４５は、電流制御部４３から出力される各γ軸電圧指令値Ｖγｃおよびδ軸電圧指令値Ｖδｃと、検出用電圧印加部２４から出力される印加電圧（つまり、γ軸検出用電圧Ｖｈγおよびδ軸検出用電圧Ｖｈδ）とを加算して、各γ軸電圧指令値Ｖγおよびδ軸電圧指令値Ｖδとして、γδ−３相変換部４６および磁極位置誤差推定部４８に入力する。
例えば、γ軸検出用電圧Ｖｈγおよびδ軸検出用電圧Ｖｈδの所定の電圧印加パターンが、順次、所定の制御周期Ｔで出力される、正側パルス電圧と、ゼロ電圧と、負側パルス電圧と、ゼロ電圧とにより、４つの制御周期Ｔで構成されている場合には、各γ軸電圧指令値Ｖγおよびδ軸電圧指令値Ｖδは、例えば図４に示すように変化する。なお、所定の電圧印加パターンは、例えば図４に示す一例に限定されるものではない。
つまり、γ軸電圧指令値Ｖγは、順次、所定の制御周期Ｔで出力される、正側パルス電圧Ｖｐγと、基準電圧Ｖｓγ（つまり、指令γ軸電流Ｉγｃ）と、負側パルス電圧Ｖｎγと、基準電圧Ｖｓγ（つまり、指令γ軸電流Ｉγｃ）とにより、４つの制御周期Ｔで構成される。
また、δ軸電圧指令値Ｖδは、順次、所定の制御周期Ｔで出力される、正側パルス電圧Ｖｐδと、基準電圧Ｖｓδ（つまり、指令δ軸電流Ｉδｃ）と、負側パルス電圧Ｖｎδと、基準電圧Ｖｓδ（つまり、指令δ軸電流Ｉδｃ）とにより、４つの制御周期Ｔで構成される。
【００２５】
γδ−３相変換部４６は、回転速度−磁極位置演算部４９から出力されるモータ１１の磁極位置推定値θｅにより、γ−δ座標上でのγ軸電圧指令値Ｖγおよびδ軸電圧指令値Ｖδを、静止座標である３相交流座標上での電圧指令値であるＵ相電圧指令ＶｕおよびＶ相電圧指令ＶｖおよびＷ相電圧指令Ｖｗに変換する。
３相−γδ変換部４７は、相電流センサＩ／Ｆ（インターフェース）２１から出力される各相電流Ｉｕ，Ｉｖの検出信号に基づき、同一タイミングでの各相電流の電流値の総和はゼロであることを用いて、２相の相電流（例えば、各相電流Ｉｕ，Ｉｖ）の電流値から、他の１相の相電流（例えば、Ｗ相電流Ｉｗ）の電流値を算出する。そして、回転速度−磁極位置演算部４９から出力されるモータ１１の磁極位置推定値θｅにより、各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを、γ−δ座標上でのγ軸電流Ｉγ及びδ軸電流Ｉδに変換する。
【００２６】
磁極位置誤差推定部４８は、電流制御部４３から出力されるγ軸電圧指令値Ｖγｃ及びδ軸電圧指令値Ｖδｃに検出用電圧印加部２４から出力されるγ軸検出用電圧Ｖｈγ及びδ軸検出用電圧Ｖｈδを印加した状態でモータ１１のインダクタンスが磁極位置により変化すること（いわゆるインダクタンスの突極性）を利用して位相差Δθｅを推定する。
【００２７】
磁極位置誤差推定部４８は、例えば図５に示すように、モータモデル電流演算部６１と、γ軸電流偏差算出部６２ａおよびδ軸電流偏差算出部６２ｂと、磁極位置誤差演算部６３と、磁極位置誤差平均演算部６４とを備えて構成されている。そして、後述する所定の磁極位置推定タイミングで磁極位置推定の処理を実行する。
なお、所定の磁極位置推定タイミングは、上述した所定の電圧印加パターンに対して、電圧加算部４５から出力される各電圧指令値Ｖγ，Ｖδが各正側パルス電圧Ｖｐγ，Ｖｐδまたは各負側パルス電圧Ｖｎγ，Ｖｎδであるときであって、例えば各基準電圧Ｖｓγ，Ｖｓδの印加直前などのタイミングである。
【００２８】
磁極位置誤差推定部４８は、上述した所定の電圧印加パターンに対して、電圧加算部４５から出力される各電圧指令値Ｖγ，Ｖδが各正側パルス電圧Ｖｐγ，Ｖｐδまたは各負側パルス電圧Ｖｎγ，Ｖｎδとなる前後のタイミングでのγ軸電流およびδ軸電流と、この各電圧指令値Ｖγ，Ｖδが各正側パルス電圧Ｖｐγ，Ｖｐδまたは各負側パルス電圧Ｖｎγ，Ｖｎδであるタイミングでのγ軸電圧指令値及びδ軸電圧指令値とに基づき、位相差Δθｅを推定する。
例えば、磁極位置誤差推定部４８は、所定の磁極位置推定タイミングで相電流センサ３２により検出された相電流を座標変換して得られるγ軸電流およびδ軸電流（例えば、後述する図６でのγ軸電流Ｉγ［ｎａ］およびδ軸電流Ｉδ［ｎａ］）と、この磁極位置推定タイミングの直前の電流制御タイミングで相電流センサ３２により検出された相電流を座標変換して得られるγ軸電流およびδ軸電流（例えば、後述する図６でのγ軸電流Ｉγ［ｎａ−１］およびδ軸電流Ｉδ［ｎａ−１］）と、この電流制御タイミングの後から磁極位置推定タイミングまでの期間で電圧加算部４５から出力されるγ軸電圧指令値及びδ軸電圧指令値（例えば、後述する図６でのγ軸電圧指令値Ｖγ［ｎａ−１］及びδ軸電圧指令値Ｖδ［ｎａ−１］）と、に基づき位相差Δθｅを推定する。
【００２９】
モータモデル電流演算部６１は、上述した所定の電流制御タイミングで電圧加算部４５から出力されるγ軸電圧指令値Ｖγ及びδ軸電圧指令値Ｖδと、３相−γδ変換部４７から出力されるγ軸電流Ｉγ及びδ軸電流Ｉδ（つまり、上述した所定の電流制御タイミングで相電流センサ３２により検出された相電流を座標変換して得られるγ軸電流及びδ軸電流）とを用いて、モータ１１の所定モデルの電圧方程式によりγ軸モデル電流ＩγＭ及びδ軸モデル電流ＩδＭを算出し、各モデル電流ＩγＭ，ＩδＭを出力する。
【００３０】
先ず、以下に、モータ１１の所定モデルの電圧方程式について説明する。
ｄ−ｑ座標系でのモータ１１の電圧方程式（つまり、連続時間での電圧方程式）は、磁極位置に係る拡張誘起電圧Ｅｅｘを用いて記述すると、例えば下記数式（１）に示すように記述される。
【００３１】
【数１】
2011147286.tif 000003
【００３２】
上記数式（１）において、モータ１１が低速域で回転（あるいは、停止）している状態であれば、角速度をゼロ（つまり、回転速度推定値ωｅ≒０）として無視することができる。さらに、各軸電流および各軸電圧指令値においてｄ軸をγ軸に置換し、かつｑ軸をδ軸に置換し、磁極位置および回転速度に係る拡張誘起電圧Ｅｅｘの項を外乱として削除すると、モータ１１が低速域で回転あるいは停止している状態でのモータ１１の簡易的な電圧方程式は、下記数式（２）に示すように記述される。
【００３３】
【数２】
2011147286.tif 000004
【００３４】
連続時間での簡易的な電圧方程式である上記数式（２）を、例えばオイラー近似を用いて離散化すると、モータ１１が低速域で回転あるいは停止している状態でのモータ１１の所定モデルの電圧方程式は、キャリア信号の１周期Ｔｓおよび任意の自然数ｎにより、例えば下記数式（３）に示すように記述される離散時間状態方程式となる。
なお、下記数式（３）において、任意の自然数ｎは、例えば任意の制御周期でのキャリア信号の山側のキャリア頂点に対応するインデックスである。
また、下記数式（３）において、３相−γδ変換部４７から出力されるγ軸電流Ｉγ及びδ軸電流Ｉδの（ｎ）番目の値つまりγ軸電流Ｉγ［ｎ］及びδ軸電流Ｉδ［ｎ］を、（ｎ）番目でのγ軸モデル電流ＩγＭ［ｎ］及びδ軸モデル電流ＩδＭ［ｎ］とした。
【００３５】
【数３】
2011147286.tif 000005
【００３６】
モータモデル電流演算部６１は、電圧加算部４５から出力されるγ軸電圧指令値Ｖγ及びδ軸電圧指令値Ｖδの（ｎ−１）番目の値と、３相−γδ変換部４７から出力されるγ軸電流Ｉγ及びδ軸電流Ｉδの（ｎ−１）番目の値とを用いて、γ軸モデル電流ＩγＭ及びδ軸モデル電流ＩδＭの（ｎ）番目の値を算出し、算出結果を出力する。
つまり、モータモデル電流演算部６１は、上述した所定の電流制御タイミングで相電流センサ３２により検出された相電流を座標変換して得られるγ軸電流Ｉγ［ｎ−１］及びδ軸電流Ｉδ［ｎ−１］と、この電流制御タイミングの後から磁極位置推定タイミングまでの期間でのγ軸電圧指令値Ｖγ［ｎ−１］及びδ軸電圧指令値Ｖδ［ｎ−１］とを用いて、上記数式（３）に示すモータ１１の所定モデルの電圧方程式により、この電流制御タイミングの直後の所定の磁極位置推定タイミングでのγ軸モデル電流ＩγＭ［ｎ］及びδ軸モデル電流ＩδＭ［ｎ］を算出し、各モデル電流ＩγＭ［ｎ］，ＩδＭ［ｎ］を出力する。
【００３７】
γ軸電流偏差算出部６２ａおよびδ軸電流偏差算出部６２ｂは、例えば下記数式（４）に示すように、所定の磁極位置推定タイミングである同一タイミング、例えばキャリア信号の山側のキャリア頂点の（ｎ）番目で、３相−γδ変換部４７から出力されるγ軸電流Ｉγ［ｎ］及びδ軸電流Ｉδ［ｎ］（つまり、この磁極位置推定タイミングで相電流センサ３２により検出された相電流を座標変換して得られるγ軸電流及びδ軸電流）とモータモデル電流演算部６１から出力される各モデル電流ＩγＭ［ｎ］，ＩδＭ［ｎ］との各電流偏差ΔＩγＭ［ｎ］，ΔＩδＭ［ｎ］を算出し、各電流偏差ΔＩγＭ［ｎ］，ΔＩδＭ［ｎ］を出力する。
【００３８】
【数４】
2011147286.tif 000006
【００３９】
磁極位置誤差演算部６３は、例えば下記数式（５）により位相差Δθｅを算出する。
この下記数式（５）は、上記数式（３）に示すモータ１１の所定モデルの電圧方程式（つまり、モータ１１の簡易的な電圧方程式である上記数式（２）を離散化して得た離散時間状態方程式）と、上記数式（１）に基づく離散時間状態方程式と、γ−δ座標系でのモータ１１の電圧方程式（下記数式（６））に基づく拡張誘起電圧Ｅｅｘの数式とに基づき算出される。
なお、上記数式（１）に基づく離散時間状態方程式は、上記数式（１）において、モータ１１が低速域で回転（あるいは、停止）している状態であるとして、角速度をゼロ（つまり、回転速度推定値ωｅ≒０）として無視し、さらに、各軸電流および各軸電圧指令値でのｄ軸をγ軸に置換し、かつｑ軸をδ軸に置換して得たモータ１１の電圧方程式を、離散化して得た離散時間状態方程式である。
また、下記数式（６）の電圧方程式に基づく拡張誘起電圧Ｅｅｘの数式は、下記数式（６）に対して、上記数式（１）において各軸電流および各軸電圧指令値でのｄ軸をγ軸に置換し、かつｑ軸をδ軸に置換して得た電圧方程式を適用し、さらに、モータ１１が低速域で回転（あるいは、停止）している状態であるとして、角速度をゼロ（つまり、回転速度推定値ωｅ≒０）として無視して得た数式である。
【００４０】
【数５】
2011147286.tif 000007
【００４１】
【数６】
2011147286.tif 000008
【００４２】
また、磁極位置誤差演算部６３は、例えば位相差Δθｅが小さい（Δθｅ≒０）場合には、上記数式（５）に係る近似式である下記数式（７）により位相差Δθｅを算出してもよい。
【００４３】
【数７】
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【００４４】
磁極位置誤差平均演算部６４は、上述した所定の電圧印加パターン内の各磁極位置推定タイミングにおいて磁極位置誤差演算部６３により算出された位相差Δθｅの平均値を算出し、この算出結果を新たに位相差Δθｅとして出力する。
例えば、磁極位置誤差平均演算部６４は、所定の電圧印加パターンに対して、電圧加算部４５から出力される各電圧指令値Ｖγ，Ｖδが各正側パルス電圧Ｖｐγ，Ｖｐδであって、各基準電圧Ｖｓγ，Ｖｓδの印加直前などのタイミングである磁極位置推定タイミングで算出された位相差Δθｅと、電圧加算部４５から出力される各電圧指令値Ｖγ，Ｖδが各負側パルス電圧Ｖｎγ，Ｖｎδであって、各基準電圧Ｖｓγ，Ｖｓδの印加直前などのタイミングで算出された位相差Δθｅとの平均値を算出し、この算出結果を新たに位相差Δθｅとして出力する。
【００４５】
例えば図６に示す実施の形態では、所定の電圧印加パターンは、４つの制御周期Ｔによって構成され、順次、正側パルス電圧と、ゼロ電圧と、負側パルス電圧と、ゼロ電圧とが、各制御周期Ｔ毎に切り替えられて、γ軸に対して印加される。これに伴ってγ軸電流Ｉγが変動し、また、ｄ−ｑ軸に対するγ−δ軸の位相差Δθｅに起因してδ軸電流Ｉδが変動する。
そして、順次実行される電流制御の処理は、所定の電流制御タイミングで相電流センサ３２により検出された相電流を座標変換して得られるγ軸電流及びδ軸電流に基づき、実行される。
例えば任意の自然数ｍに対して、（ｍ）番目の電流制御は、各正側パルス電圧Ｖｐγ，Ｖｐδの印加直前である時刻ｔ６の電流制御タイミングでのγ軸電流Ｉγ［ｍ］及びδ軸電流Ｉδ［ｍ］に基づき実行される。次に、（ｍ＋１）番目の電流制御は、各負側パルス電圧Ｖｎγ，Ｖｎδの印加直前である時刻ｔ８の電流制御タイミングでのγ軸電流Ｉγ［ｍ＋１］及びδ軸電流Ｉδ［ｍ＋１］に基づき実行される。
【００４６】
また、順次実行される磁極位置推定の処理は、所定の磁極位置推定タイミングで相電流センサ３２により検出された相電流を座標変換して得られるγ軸電流およびδ軸電流と、この磁極位置推定タイミングの直前の電流制御タイミングで相電流センサ３２により検出された相電流を座標変換して得られるγ軸電流およびδ軸電流と、この電流制御タイミングの後から磁極位置推定タイミングまでの期間で電圧加算部４５から出力されるγ軸電圧指令値及びδ軸電圧指令値と、に基づき実行される。
【００４７】
例えば任意の自然数ｎａ，ｎｂに対して、（ｎａ）番目の磁極位置推定は、各電圧指令値Ｖγ，Ｖδが各正側パルス電圧Ｖｐγ，Ｖｐδであって、各基準電圧Ｖｓγ，Ｖｓδの印加直前である時刻ｔ７の磁極位置推定タイミングでのγ軸電流Ｉγ［ｎａ］及びδ軸電流Ｉδ［ｎａ］と、この磁極位置推定タイミングの直前の電流制御タイミングである時刻ｔ６でのγ軸電流Ｉγ［ｎａ−１］及びδ軸電流Ｉδ［ｎａ−１］及びγ軸電圧指令値Ｖγ［ｎａ−１］及びδ軸電圧指令値Ｖδ［ｎａ−１］と、に基づき実行される。
次に、（ｎｂ）番目の磁極位置推定は、各電圧指令値Ｖγ，Ｖδが各負側パルス電圧Ｖｎγ，Ｖｎδであって、各基準電圧Ｖｓγ，Ｖｓδの印加直前である時刻ｔ９の磁極位置推定タイミングでのγ軸電流Ｉγ［ｎｂ］及びδ軸電流Ｉδ［ｎｂ］と、この磁極位置推定タイミングの直前の電流制御タイミングである時刻ｔ８でのγ軸電流Ｉγ［ｎｂ−１］及びδ軸電流Ｉδ［ｎｂ−１］及びγ軸電圧指令値Ｖγ［ｎｂ−１］及びδ軸電圧指令値Ｖδ［ｎｂ−１］と、に基づき実行される。
なお、任意の自然数ｎａ，ｎｂに対して、（ｎａ−１）＜ｎａ＜（ｎｂ−１）＜ｎｂである。
【００４８】
そして、（ｎａ）番目の磁極位置推定により得られた位相差Δθｅと、（ｎｂ）番目の磁極位置推定により得られた位相差Δθｅとによって、（ｎ）番目の磁極位置推定更新の処理が実行される。つまり、（ｎ）番目の磁極位置推定更新の処理では、（ｎａ）番目の磁極位置推定での位相差Δθｅと、（ｎｂ）番目の磁極位置推定での位相差Δθｅとの平均値が算出され、この算出結果が、新たに（ｎ）番目の位相差Δθｅとして出力される。
【００４９】
回転速度−磁極位置演算部４９は、磁極位置誤差平均演算部６４から出力される位相差Δθｅに基づき、ＰＬＬ（Phase-locked loop）による位相同期処理をおこなう。
回転速度−磁極位置演算部４９は、例えば図７に示すように、位相同期部７１と、積分演算部７２とを備えて構成されている。
【００５０】
位相同期部７１は、位相同期処理として、例えばＰＩ（比例・積分）動作を実行し、例えば下記数式（８）に示すように記述される伝達関数Ｇｅ（ｓ）に基づき、比例ゲインＫｐおよび積分ゲインＫｉにより、例えば下記数式（９）に示すようにして、位相差Δθｅから回転速度推定値ωｅを演算して、演算結果を出力する。
【００５１】
【数８】
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【００５２】
【数９】
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【００５３】
積分演算部７２は、例えば下記数式（１０）に示すように、位相同期部７１から出力される回転速度推定値ωｅを積分して磁極位置推定値θｅを演算し、演算結果を出力する。
【００５４】
【数１０】
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【００５５】
なお、回転速度−磁極位置演算部４９は、ＰＩ動作に限定されず、例えば図８および下記数式（１１）に示す第１変形例のように、位相差Δθｅを入力値とする同一次元オブザーバによる追従演算処理を実行して、回転速度推定値ωｅ及び磁極位置推定値θｅを演算してもよい。
【００５６】
【数１１】
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【００５７】
電気角−機械角変換部５０は、モータ１１の極対数ｑに応じて、回転速度−磁極位置演算部４９から出力される回転速度推定値ωｅを回転速度ωｒ（機械角）に変換し、回転速度ωｒ（機械角）を出力する。
【００５８】
上述したように、本実施形態による電動機の磁極位置推定装置１０によれば、各電圧指令値Ｖγ，Ｖδが各正側パルス電圧Ｖｐγ，Ｖｐδである磁極位置推定タイミングで算出された位相差Δθｅと、各電圧指令値Ｖγ，Ｖδが各負側パルス電圧Ｖｎγ，Ｖｎδであるタイミングで算出された位相差Δθｅとの平均値を算出することにより、例えば各正側パルス電圧Ｖｐγ，Ｖｐδと各負側パルス電圧Ｖｎγ，Ｖｎδとにおいて位相差Δθｅの算出誤差や算出結果などが異なる場合であっても、これらの差異が偏って増大してしまうことを防止し、平滑化することができる。これにより、磁極位置推定値θｅの演算の精度および安定性の低下を防止することができる。
【００５９】
さらに、電流制御タイミングを、各電圧指令値Ｖγ，Ｖδが各基準電圧Ｖｓγ，Ｖｓδである（つまり、各電圧指令値Ｖγ，Ｖδが指令γ軸電流Ｉγｃ及び指令δ軸電流Ｉδｃに等しい）ときであって、例えば各正側パルス電圧Ｖｐγ，Ｖｐδおよび各負側パルス電圧Ｖｎγ，Ｖｎδの印加直前などのタイミングとすることにより、モータ１１の電流制御に対してγ軸検出用電圧Ｖｈγおよびδ軸検出用電圧Ｖｈδが影響してしまうことを防止し、電流制御の精度および安定性を向上させることができる。
【００６０】
なお、上述した実施の形態において、検出用電圧印加部２４による所定の電圧印加パターンでの電圧印加は、γ−δ座標上の何れの方向に対して印加されてもよい。例えばγ軸及又はδ軸の何れかの方向のみに対してγ軸検出用電圧Ｖｈγ又はδ軸検出用電圧Ｖｈδが印加されてもよい。
【００６１】
なお、上述した実施の形態においては、各相電流センサ３２の代わりに、インバータ１３のブリッジ回路１３ａとバッテリ１２の負極側端子あるいは正極側端子との間においてインバータ１３のブリッジ回路１３ａの直流側電流Ｉｄｃを検出する直流側電流センサを設けてもよい。この第２変形例では、直流側電流センサから出力される検出信号と、ＰＷＭ信号生成部２３からインバータ１３に入力されるゲート信号とに基づき各相電流を推定し、各相電流の推定値を３相−γδ変換部４７に入力する。なお、この場合、上記数式（３）に示す電圧方程式は、各相電流の推定値が有するタイミングと同一のタイミングで同期化されていればよい。
【符号の説明】
【００６２】
１０  電動機の磁極位置推定装置
１１  モータ
１３  インバータ
２２  制御装置
３２  相電流センサ（電流検出手段）
４２  指令電流生成部（指令電流出力手段）
４３  電流制御部（電流制御手段）
４５  電圧加算部（指令電圧出力手段）
４９  回転速度−磁極位置演算部（磁極位置演算手段）
６３  磁極位置誤差演算部（磁極位置差算出手段）
６４  磁極位置誤差平均演算部（磁極位置差平均算出手段）
【図１】
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【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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