(57)【要約】【課題】ロータの磁極位置に応じた推定値の誤差を抑制することが可能な回転電機制御装置を提供する。【解決手段】本発明のモータ制御装置１は、突極性を有するモータ９の電圧及び電流の一方に高周波成分を重畳する高周波重畳器４１と、モータ９の電圧及び電流の他方に出現する高周波成分に基づいて、モータ９が備えるロータの磁極位置の推定値を算出する磁極位置推定器４５と、ロータの磁極位置の推定値に応じた補正量に関連する情報を保持するマップ保持器５５と、補正量に関連する情報に基づいて、ロータの磁極位置の推定値を補正する磁極位置補正器５１と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
突極性を有する回転電機の電圧及び電流の一方に高周波成分を重畳する重畳部と、
前記回転電機の電圧及び電流の他方に出現する高周波成分に基づいて、前記回転電機が備えるロータの磁極位置の推定値を算出する推定部と、
前記ロータの磁極位置に応じた補正量に関連する情報を保持する保持部と、
前記補正量に関連する情報に基づいて、前記ロータの磁極位置の推定値を補正する補正部と、
を備える回転電機制御装置。
【請求項２】
前記保持部は、前記回転電機のトルク電流（ｑ軸電流）、界磁電流（ｄ軸電流）、及び前記ロータの磁極位置に応じた前記補正量に関連する情報を保持し、
前記補正部は、前記トルク電流、前記界磁電流、及び前記ロータの磁極位置に応じた前記補正量に関連する情報を取得する、
請求項１に記載の回転電機制御装置。
【請求項３】
前記補正量に関連する情報は、前記ロータの磁極位置に応じて変化するｄｑ軸相互干渉の高周波インダクタンスを含む、
請求項１に記載の回転電機制御装置。
【請求項４】
前記補正部は、下記数式（１）で表されるＤが０に近づくように、前記ロータの磁極位置の推定値を補正する、
請求項１に記載の回転電機制御装置。
但し、λは前記補正量に関連する情報であって下記数式（２）で表される変数であり、Ｉｄｈｅは推定ｄ軸電流の高周波成分であり、Ｉｑｈｅは推定ｑ軸電流の高周波成分であり、Ｌｄｑｈはｄｑ軸相互干渉による高周波インダクタンスであり、Ｌｑｈはｑ軸の高周波インダクタンスである。
【数１】
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【請求項５】
前記補正部は、前記Ｄの積分値が０に近づくように、前記ロータの磁極位置の推定値を補正する、
請求項４に記載の回転電機制御装置。
【請求項６】
前記補正量に関連する情報は、ｄ軸電流によるｄ軸鎖交磁束と、ｑ軸電流によるｑ軸鎖交磁束と、前記回転電機に含まれる磁石による鎖交磁束と、前記ｄ軸電流の高周波成分と、前記ｑ軸電流の高周波成分と、に基づいて、前記ロータの磁極位置の２以上の点についてそれぞれ生成され、保持される、
請求項１に記載の回転電機制御装置。
【請求項７】
前記補正量に関連する情報は、磁極位置検出器が設けられた前記回転電機の電圧及び電流の一方に高周波成分を重畳したときに他方に出現する高周波成分に基づいて、前記ロータの磁極位置の２以上の点についてそれぞれ生成され、保持される、
請求項１に記載の回転電機制御装置。
【請求項８】
前記回転電機は、集中巻きのモータである、
請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項９】
突極性を有する回転電機の電圧及び電流の一方に高周波成分を重畳し、
前記回転電機の電圧及び電流の他方に出現する高周波成分に基づいて、前記回転電機が備えるロータの磁極位置の推定値を算出し、
前記ロータの磁極位置に応じた補正量に関連する情報を保持し、
前記補正量に関連する情報に基づいて、前記ロータの磁極位置の推定値を補正する、
回転電機制御方法。
【請求項１０】
回転電機制御装置に保持される制御マップの作成方法であって、
突極性を有する回転電機の電圧及び電流の一方に高周波成分を重畳したときに他方に出現する高周波成分に基づいて算出される前記回転電機が備えるロータの磁極位置の推定値を補正するための補正量に関連する情報であって、前記ロータの磁極位置に応じた補正量に関連する情報を、前記ロータの磁極位置の２以上の点についてそれぞれ生成し、
前記制御マップにおいて、前記ロータの磁極位置の２以上の点と、それぞれについて生成された補正量に関連する情報と、を対応付ける、
制御マップの作成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機制御装置、回転電機制御方法、及び制御マップの作成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、突極性を有するロータを備えた回転電機に高周波電流を印加し、高周波電流への応答成分として電圧指令に含まれる高周波成分に基づいてロータの磁極方向を推定する回転電機制御装置において、ｄｑ軸磁束干渉により生じる磁極方向の推定値の誤差を算出することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−０９０５５２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、ｄｑ軸磁束干渉により生じる磁極方向の推定値の誤差は、特許文献１に記載されている定常的な誤差だけでなく、ロータの磁極位置に依っても生じ得ることを、本願の発明者は見出した。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、ロータの磁極位置に応じた推定値の誤差を抑制することが可能な回転電機制御装置、回転電機制御方法、及び制御マップの作成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明の回転電機制御装置は、突極性を有する回転電機の電圧及び電流の一方に高周波成分を重畳する重畳部と、前記回転電機の電圧及び電流の他方に出現する高周波成分に基づいて、前記回転電機が備えるロータの磁極位置の推定値を算出する推定部と、前記ロータの磁極位置に応じた補正量に関連する情報を保持する保持部と、前記補正量に関連する情報に基づいて、前記ロータの磁極位置の推定値を補正する補正部と、を備える。
【０００７】
また、本発明の回転電機制御方法は、突極性を有する回転電機の電圧及び電流の一方に高周波成分を重畳し、前記回転電機の電圧及び電流の他方に出現する高周波成分に基づいて、前記回転電機が備えるロータの磁極位置の推定値を算出し、前記ロータの磁極位置に応じた補正量に関連する情報を保持し、前記補正量に関連する情報に基づいて、前記ロータの磁極位置の推定値を補正する。
【０００８】
また、本発明の制御マップの作成方法は、回転電機制御装置に保持される制御マップの作成方法であって、突極性を有する回転電機の電圧及び電流の一方に高周波成分を重畳したときに他方に出現する高周波成分に基づいて算出される前記回転電機が備えるロータの磁極位置の推定値を補正するための補正量に関連する情報であって、前記ロータの磁極位置に応じた補正量に関連する情報を、前記ロータの磁極位置の２以上の点についてそれぞれ生成し、前記制御マップにおいて、前記ロータの磁極位置の２以上の点と、それぞれについて生成された補正量に関連する情報と、を対応付ける。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によると、ロータの磁極位置に応じた推定値の誤差を抑制することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係るモータ制御装置の構成例を示す図である。
【図２】座標系を説明するための図である。
【図３】磁極位置補正器の構成例を示す図である。
【図４】制御マップの内容例を示す図である。
【図５】高周波インダクタンスの関係を示す図である。
【図６】モータ制御装置の動作例を示す図である。
【図７Ａ】Ｉｄ＝０［Ａ］，Ｉｑ＝０［Ａ］の場合における磁極位置に応じたΔθとλの関係を示す図である。
【図７Ｂ】Ｉｄ＝２［Ａ］，Ｉｑ＝０［Ａ］の場合における磁極位置に応じたΔθとλの関係を示す図である。
【図７Ｃ】Ｉｄ＝０［Ａ］，Ｉｑ＝７［Ａ］の場合における磁極位置に応じたΔθとλの関係を示す図である。
【図７Ｄ】Ｉｄ＝２［Ａ］，Ｉｑ＝７［Ａ］の場合における磁極位置に応じたΔθとλの関係を示す図である。
【図８】実測による制御マップの作成方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態に係るモータ制御装置１の構成例を示す図である。モータ制御装置１は、回転電機制御装置の一例である。モータ制御装置１に含まれる各ブロックは、例えばマイクロプロセッサがメモリに記憶されたプログラムに従って情報処理を実行することによって実現される。
【００１３】
モータ制御装置１により制御されるモータ９は、回転電機の一例であって、例えば同期モータからなる。モータ９は、ロータの位置を検出するための検出器を備えないセンサレスモータであり、モータ制御装置１は、モータ９が突極性を有することを利用してロータの磁極位置を推定する。
【００１４】
モータ制御装置１は、モータ９の回転を制御するためのブロックとして、減算器１１と、位置制御器１３と、減算器１５と、速度制御器１７と、減算器１９ｄと、減算器１９ｑと、電流制御器２１と、加算器２３と、ＰＷＭ制御器２５と、３相／２相変換器３１と、ｄｑ変換器３３と、ノッチフィルタ３５と、を備えている。
【００１５】
さらに、モータ制御装置１は、モータ９のロータの磁極位置を推定するためのブロックとして、高周波重畳器４１と、包絡線抽出器４３と、磁極位置推定器４５と、磁極位置補正器５１と、バンドパスフィルタ５３と、マップ保持器５５と、位置速度演算器５７と、を備えている。
【００１６】
減算器１１は、例えば上位システム（不図示）からの位置指令値Ｐ＊と、位置速度演算器５７からの位置推定値Ｐ＾との差分値を算出し、位置制御器１３に出力する。
【００１７】
位置制御器１３は、減算器１１からの差分値を抑制するための速度指令値ω＊を算出し、減算器１５に出力する。
【００１８】
減算器１５は、位置制御器１３からの速度指令値ω＊と、位置速度演算器５７からの速度推定値ω＾との差分値を算出し、速度制御器１７に出力する。
【００１９】
速度制御器１７は、減算器１５からの差分値を抑制するためのｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を算出し、減算器１９ｑに出力する。
【００２０】
減算器１９ｄは、例えば上位システムからのｄ軸電流指令値Ｉｄ＊と、ノッチフィルタ３５からのｄ軸電流検出値Ｉｄ’との差分値を算出し、電流制御器２１に出力する。
【００２１】
減算器１９ｑは、速度制御器１７からのｑ軸電流指令値Ｉｑ＊と、ノッチフィルタ３５からのｑ軸電流検出値Ｉｑ’との差分値を算出し、電流制御器２１に出力する。
【００２２】
電流制御器２１は、減算器１９ｄ，１９ｑからの差分値を抑制するためのｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊とｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を算出し、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊を加算器２３に出力し、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊をＰＷＭ制御器２５に出力する。
【００２３】
加算器２３は、電流制御器２１からのｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊と、高周波重畳器４１からの高周波信号Ｖｓｉｇとを加算し、これにより得られるｄ軸電圧合計値をＰＷＭ制御器２５に出力する。
【００２４】
ＰＷＭ制御器２５は、加算器２３からのｄ軸電圧合計値と、電流制御器２１からのｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊とに基づいて、モータ９を駆動するためのＰＷＭ信号を生成し、モータ９に出力する。ＰＷＭ制御器２５は、ＰＷＭ信号を生成する際に、磁極位置補正器５１からの磁極位置（磁極位相）の補正値θａ＾を利用する。
【００２５】
３相／２相変換器３１は、モータ９を流れる３相電流の電流検出値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを固定座標系α−βの電流検出値Ｉα，Ｉβに変換し、これにより得られる電流検出値Ｉα，Ｉβをｄｑ変換器３３と包絡線抽出器４３に出力する。固定座標系α−βではα軸とβ軸が直交しており、例えばα軸がＵ相の方向に固定されている。
【００２６】
ｄｑ変換器３３は、３相／２相変換器３１からの固定座標系α−βの電流検出値Ｉα，Ｉβを回転座標系ｄ−ｑの電流検出値Ｉｄ，Ｉｑに変換し、得られた電流検出値Ｉｄ，Ｉｑをノッチフィルタ３５、磁極位置補正器５１及びバンドパスフィルタ５３に出力する。ｄｑ変換器３３は、ｄｑ変換する際に、磁極位置補正器５１からの磁極位置の補正値θａ＾を利用する。
【００２７】
回転座標系ｄ−ｑにおいて、ｄ軸はモータ９のロータの磁極方向であり、ｑ軸はｄ軸に直交する軸である。ｄ軸電流Ｉｄは界磁電流とも呼ばれ、ｑ軸電流Ｉｑはトルク電流とも呼ばれる。回転座標系ｄ−ｑの詳細は後述する。
【００２８】
ノッチフィルタ（バンドストップフィルタ）３５は、ｄｑ変換器３３からの電流検出値Ｉｄ，Ｉｑの高周波成分を抑制し、高周波成分が抑制された電流検出値Ｉｄ’，Ｉｑ’を減算器１９ｄ，１９ｑに出力する。
【００２９】
以下、モータ９のロータの磁極位置を推定するためのブロックについて説明する。
【００３０】
高周波重畳器４１は、重畳部の一例であり、高周波信号Ｖｓｉｇを加算器２３に出力することにより、電流制御器２１からのｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊に高周波成分を重畳する。高周波信号Ｖｓｉｇの周波数は、モータ９に印加される電圧の基本波周波数と比べて十分に高い。
【００３１】
ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊のみに高周波成分を重畳する態様に限られず、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊に高周波成分を重畳してもよいし、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊とｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊の両方に高周波成分を重畳してもよい。
【００３２】
また、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊とｑ軸電流指令値Ｉｑ＊の一方又は両方に高周波成分を重畳してもよい。この場合は、モータ９に印加される電圧に出現する応答成分を利用して磁極位置を推定することが可能である。
【００３３】
包絡線抽出器４３は、高周波重畳器４１からの高周波信号Ｖｓｉｇに基づいて、３相／２相変換器３１からの電流検出値Ｉα，Ｉβの包絡線を抽出し、包絡線検出値Ｉｓｉｎ，Ｉｃｏｓを磁極位置推定器４５に出力する。
【００３４】
磁極位置推定器４５は、推定部の一例であり、包絡線抽出器４３からの包絡線検出値Ｉｓｉｎ，Ｉｃｏｓに基づいて磁極位置の推定値θｒ＾を算出し、磁極位置補正器５１に出力する。
【００３５】
磁極位置の推定値θｒ＾の算出方法は、上述したようなｄ軸電圧指令値に高周波成分を重畳して包絡線を抽出する態様に限られない。例えば、交番電圧（或いは交番電流）を印加してそれに対するモータ電流の平行成分と直交成分に基づき磁極位置を推定する方法、搬送波周波数成分を用いることにより、停止時を含む低速時の磁極位置を推定する方法、更には、搬送波の所定周期毎に印加電圧を変化させてモータ電流を検出し、所定周期毎の電流変化分のベクトルを求めて磁極位置の推定する方法などがある。磁極位置の推定値θｒ＾の算出方法は公知であるため、詳細な説明を省略する。
【００３６】
ここで、磁極位置推定器４５が推定する回転座標系ｄ−ｑについて、図２を参照しながら説明する。磁極位置推定器４５が磁極位置の推定値θｒ＾を算出することによって、推定ｄ軸と推定ｑ軸が定められる。磁極位置の推定値θｒ＾は、例えば、推定ｄ軸とα軸の間の角度として与えられる。図２中のθｒｅは、磁極位置の推定値θｒ＾を表している（ｅも＾も推定値であることを表している）。
【００３７】
しかし、このように磁極位置推定器４５により定められる推定ｄ軸と推定ｑ軸は、モータ９の実際のｄ軸とｑ軸とずれていることがある。図２中のθｒは、実際のｄ軸とα軸の間の角度として与えられる実際の磁極位置を表しており、図２中のΔθは、推定ｄ軸と実際のｄ軸の誤差（軸ずれ）を表している。こうした誤差Δθは、ｄｑ軸磁束干渉によって生じる。
【００３８】
特許文献１には、モータを流れる電流の大きさに応じて生じる定常的な誤差を補正することが記載されている。
【００３９】
本願の発明者は、磁極位置の推定値θｒ＾の誤差Δθが、特許文献１に記載されている定常的な成分のみならず、ロータの磁極位置に依存する成分を含んでいることを見出した。
【００４０】
そこで、本実施形態では、以下に説明する磁極位置補正器５１の動作によって、磁極位置の推定値θｒ＾に含まれる誤差Δθを抑制している。
【００４１】
図１の説明に戻り、磁極位置補正器５１は、補正部の一例であり、マップ保持器５５が保持する制御マップに基づいて、磁極位置推定器４５からの磁極位置の推定値θｒ＾を補正し、これにより得られる磁極位置の補正値θａ＾を位置速度演算器５７に出力する。磁極位置補正器５１の詳細は後述する。
【００４２】
バンドパスフィルタ５３は、ｄｑ変換器３３からのｄ軸電流Ｉｄとｑ軸電流Ｉｑの高周波成分を通過させ、他の周波数成分を抑制する。すなわち、バンドパスフィルタ５３は、ｄ軸電流Ｉｄの高周波成分（ｄ軸電流高周波成分Ｉｄｈ）とｑ軸電流Ｉｑの高周波成分（ｑ軸電流高周波成分Ｉｑｈ）を磁極位置補正器５１に出力する。
【００４３】
マップ保持器５５は、保持部の一例であり、磁極位置の推定値θｒ＾を補正するための制御マップを保持しており、磁極位置補正器５１からの要求に応じて補正量に関連するパラメータλを磁極位置補正器５１に返答する。制御マップの詳細は後述する。
【００４４】
位置速度演算器５７は、磁極位置補正器５１からの磁極位置の補正値θａ＾に基づいて位置推定値Ｐ＾と速度推定値ω＾をそれぞれ算出し、位置推定値Ｐ＾を減算器１１に出力し、速度推定値ω＾を減算器１５に出力する。
【００４５】
図３は、磁極位置補正器５１の構成例を示す図である。磁極位置補正器５１は、λ取得器６１と、乗算器６２と、加算器６３と、積分器６５と、ＰＩ制御器６７と、加算器６９と、を備えている。
【００４６】
磁極位置補正器５１には、磁極位置推定器４５からの磁極位置の推定値θｒ＾と、ｄｑ変換器３３からのｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑと、バンドパスフィルタ５３からのｄ軸電流高周波成分Ｉｄｈ及びｑ軸電流高周波成分Ｉｑｈと、が入力される。なお、ｄ軸電流及びｑ軸電流は、ノッチフィルタ３５から入力されてもよい。
【００４７】
λ取得器６１は、磁極位置の推定値θｒ＾、ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑに応じた補正量に関連するパラメータλを制御マップから取得する。制御マップは、磁極位置θと、ｄ軸電流Ｉｄと、ｑ軸電流Ｉｑと、補正量に関連するパラメータλと、が対応付けられた４次元マップである（図４を参照）。
【００４８】
なお、制御マップを保持する態様に限定されず、磁極位置θと、ｄ軸電流Ｉｄと、ｑ軸電流Ｉｑと、から補正量に関連するパラメータλを算出する数式の情報を保持する態様であってもよい。
【００４９】
乗算器６２は、λ取得器６１からのパラメータλと、ｄ軸電流高周波成分Ｉｄｈとを乗算し、これにより得られるλＩｄｈを加算器６３に出力する。
【００５０】
加算器６３は、乗算器６２からのλＩｄｈと、ｑ軸電流高周波成分Ｉｑｈとを加算し、これにより得られるＩｑｈ＋λＩｄｈを積分器６５に出力する。
【００５１】
積分器６５は、加算器６３からのＩｑｈ＋λＩｄｈを積分し、これにより得られるＩｑｈ＋λＩｄｈの積分値をＰＩ制御器６７に出力する。なお、積分器６５は、制御の安定化を図るためのブロックであり、必須ではない。
【００５２】
ＰＩ制御器６７は、積分器６５からのＩｑｈ＋λＩｄｈの積分値が０に近づくようにＰＩ制御を行い、これにより得られる補正量を加算器６９に出力する。なお、ＰＩ制御に限られず、積分値の正負符号に応じて所定値を増減する制御であってもよい。
【００５３】
加算器６９は、磁極位置の推定値θｒ＾と、ＰＩ制御器６７からの補正量とを加算し、これにより得られる磁極位置の補正値θａ＾を出力する。
【００５４】
なお、ＰＩ制御器６７が出力する補正量は、後述するように磁極位置の推定値θｒ＾に含まれる誤差Δθ（図２を参照）と完全には一致しないが、Ｉｑｈ＋λＩｄｈが０に近づけられているため、ほぼ同じであると近似している。
【００５５】
以下、Ｉｑｈ＋λＩｄｈを０に近づける理由と補正量に関連するパラメータλの詳細について、数式を参照しながら説明する。
【００５６】
なお、以下の数式の説明では、推定ｄｑ軸に係るＶｄ，Ｖｑ，Ｉｄ，Ｉｑ，Ｉｄｈ，Ｉｑｈ，θｒに上付きの「ｅ」を付して、実際のｄｑ軸に係るものと明確に区別する。
【００５７】
ｄｑ軸相互干渉を考慮したｄｑ軸上の電圧方程式は、下記数式２で表される。
【００５８】
【数２】
2015136237.tif 000003
【００５９】
Ｒｓはステータの巻線の相抵抗であり、Φｍは永久磁石による一相あたりの鎖交磁束であり、ωｒは回転速度であり、ｐは微分演算子であり、Ｖｄ，Ｖｑはｄ，ｑ軸電圧であり、Ｉｄ，Ｉｑはｄ，ｑ軸電流であり、Ｌｄ，Ｌｑはｄ，ｑ軸自己インダクタンスである。
【００６０】
Ｌｄｈはｄ軸の高周波インダクタンスであり、Ｌｑｈはｑ軸の高周波インダクタンスであり、Ｌｄｑｈはｄ軸からｑ軸への相互干渉による高周波インダクタンスであり、Ｌｑｄｈはｑ軸からｄ軸への相互干渉による高周波インダクタンスである。Ｌｄｈ，Ｌｑｈ，Ｌｄｑｈ，Ｌｑｄｈは、下記数式３で表される。
【００６１】
【数３】
2015136237.tif 000004
【００６２】
Ψｄ，Ψｑは、ｄ，ｑ軸の磁束（Ｕ，Ｖ，Ｗ相の鎖交磁束を回転座標系ｄ−ｑに変換した磁束）である。上記数式３に表されるように、Ｉｄ，Ｉｑによる磁気飽和のため、Ｌｄｈ，Ｌｑｈ，Ｌｄｑｈ，Ｌｑｄｈは、Ｉｄ，Ｉｑの両方に依存する。
【００６３】
高周波信号に起因する誤差Δθ（ｄｑ軸相互干渉により発生する誤差）を解析するため、高周波成分のみを取り出すと、上記数式２は下記数式４に近似できる。
【００６４】
【数４】
2015136237.tif 000005
【００６５】
ここで、下記数式５の回転行列Ｔを定義し、上記数式３のｄｑ軸座標系の電圧方程式を推定ｄｑ軸座標系に変換すると、下記数式６が得られる。
【００６６】
【数５】
2015136237.tif 000006
【００６７】
θｒｅは推定位相（磁極位置の推定値）であり、θｒは真の位相（実際の磁極位置）であり、誤差Δθはθｒｅ−θｒである（図２を参照）。
【００６８】
【数６】
2015136237.tif 000007
【００６９】
ここで、数式６に含まれるＬａｖｇ，Ｌｄｉｆ，θｍ等は、下記数式７で表される。また、これらの関係は図５に示される。
【００７０】
【数７】
2015136237.tif 000008
【００７１】
θｍは、ｄｑ軸相互干渉が存在することによる位相のずれをあらわす。上記数式６に対し、推定ｄ軸に高周波電圧Ｖｓｉｇを印加したときの電圧方程式は、下記数式８で表される。
【００７２】
【数８】
2015136237.tif 000009
【００７３】
上記数式８を電流について整理すると、下記数式９が得られる。
【００７４】
【数９】
2015136237.tif 000010
【００７５】
上記数式９の両辺を積分すると、推定ｄｑ軸の高周波電流として下記数式１０が得られる。
【００７６】
【数１０】
2015136237.tif 000011
【００７７】
ここで、Ｉｑｈｅ＝０となるように制御する場合、すなわち推定ｄ軸にのみ高周波電圧を印加する場合、下記数式１１が得られる。
【００７８】
【数１１】
2015136237.tif 000012
【００７９】
この数式１１より、ｄｑ軸相互干渉により発生する誤差Δθは、下記数式１２で表される。
【００８０】
【数１２】
2015136237.tif 000013
【００８１】
さらに、実用上のモータではＬｄｑｈとＬｑｄｈはほぼ等しいと考えてよいため、下記数式１３が得られる。
【００８２】
【数１３】
2015136237.tif 000014
【００８３】
この数式１３によると、ｄｑ軸相互干渉がない場合には（Ｌｄｑｈ＝Ｌｑｄｈ＝０）、誤差Δθは０となる。
【００８４】
ここで、上記数式１２のΔθを補正量として制御することが考えられるが、非線形制御となるため取り扱いにくい。θｒｅがθｒから微小にずれ始める時点（Δθがほぼ０の時点）から補正を行うことを考慮すると、Δθがほぼ０であると仮定して制御を線形化することが可能である。
【００８５】
そこで、Δθがほぼ０であると仮定すると、ｃｏｓ（Δθ）は１と、ｓｉｎ（Δθ）はΔθと近似できることから、下記数式１４が得られる。
【００８６】
【数１４】
2015136237.tif 000015
【００８７】
これより、上記数式１０のＩｄｈｅ，Ｉｑｈｅは、下記数式１５のように近似される。
【００８８】
【数１５】
2015136237.tif 000016
【００８９】
ここで、λ＝Ｌｄｑｈ／Ｌｑｈを定義すると、上記数式１５から下記数式１６が得られる。
【００９０】
【数１６】
2015136237.tif 000017
【００９１】
そして、この数式１６からΔθは下記数式１７で与えられる。
【００９２】
【数１７】
2015136237.tif 000018
【００９３】
以上より、Ｉeｑｈ＋λＩeｄｈ＝０となるように制御すれば、誤差Δθが０となる。なお、制御時には実際のｄｑ軸の位置が未知であり、Ｉeｑｈ、Ｉeｄｈは推定ｄｑ軸上での電流であることが自明であるため、以後の説明において、Ｉeｑｈ、Ｉeｄｈの上付き添え字eを省略する。
【００９４】
但し、上記ｋ＾ＨＦΔθには微分演算子ｐが含まれており、Ｉｑｈ＋λＩｄｈの値が振動して制御が困難になるおそれがあることから、Ｉｑｈ＋λＩｄｈの積分値が０となるように制御することが好ましい。
【００９５】
また、上記ｋ＾ＨＦΔθに含まれるインダクタンスに関して、Ｌａｖｇ＞Ｌ＾ｄｉｆ＊、Ｌｄｉｆ，Ｌａｖｇ＊＞０の関係が成り立つことから、上記ｋ＾ＨＦΔθの微分演算子ｐ以外の部分は常に負となる。このため、Ｉｑｈ＋λＩｄｈの積分値が正の場合にΔθは負であり、Ｉｑｈ＋λＩｄｈの積分値が負の場合にΔθは正である。よって、Ｉｑｈ＋λＩｄｈの積分値を偏差と考えて、ＰＩフィードバック制御を適用することが可能である。
【００９６】
図６は、モータ制御装置１の動作例を示す図である。同図は、モータ制御装置１が実現する種々の動作のうち、磁極位置の推定値を補正する動作を示している。
【００９７】
Ｓ１において、モータ制御装置１は、推定ｄ軸に高周波電圧Ｖｓｉｇを印加する。この動作は、上記図１に示される高周波重畳部４１によって実現される。
【００９８】
Ｓ２において、モータ制御装置１は、モータ９から検出した電流検出値を３相からｄｑ軸へ変換する。この動作は、上記図１に示される３相／２相変換器３１とｄｑ変換器３３によって実現される。
【００９９】
Ｓ３において、モータ制御装置１は、変換した電流検出値からバンドパスフィルタで重畳成分を取得する。この動作は、上記図１に示されるバンドパスフィルタ５３によって実現される。
【０１００】
Ｓ４において、モータ制御装置１は、Ｉｑｈ＋λＩｄｈが０となるように制御する。この動作は、上記図１と図３に示される磁極位置補正器５１によって実現される。
【０１０１】
図７Ａ〜図７Ｄは、磁極位置に応じたΔθとλの関係を示す図である。横軸は磁極位置を表している。縦軸は、誤差Δθ（軸ずれ）と、補正量に関連するパラメータλ（＝Ｌｄｑｈ／Ｌｑｈ）と、を表している。Δθは破線で示されており、λは実線で示されている。
【０１０２】
これらの図に示されるように、λの磁極位置に応じた変化は、Δθの磁極位置に応じた変化に対応している。このため、λを利用してΔθの磁極位置に応じた補正量を生成することが可能である。
【０１０３】
Δθが磁極位置に応じて変化することは、λに含まれる高周波インダクタンスＬｄｑｈ，Ｌｑｈが磁極位置に応じて変化することに起因している。このことは、モータの中でも、集中巻きのモータにおいて顕著である。従って、本実施形態における磁極位置の推定値の補正は、集中巻きのモータを制御対象とする場合に好適である。
【０１０４】
また、Δθの定常的な大きさは、ｄ軸電流Ｉｄとｑ軸電流Ｉｑの大きさに依存している。すなわち、Δθは、磁極位置に依存する振動成分と、電流の大きさに依存する定常成分と、を含んでいる。このため、磁極位置のみならず、ｄ軸電流Ｉｄとｑ軸電流Ｉｑにも応じたλを利用することで、両方の成分を抑制することが可能である。
【０１０５】
以下、制御マップの作成方法について説明する。
【０１０６】
［第１の例］
制御マップの作成方法の第１の例は、磁界解析を利用して補正量に関連するパラメータλを算出する方法である。
【０１０７】
補正量に関連するパラメータλ（＝Ｌｄｑｈ／Ｌｑｈ）は、例えば、ｄ軸電流Ｉｄによるｄ軸鎖交磁束Ψｄと、ｑ軸電流Ｉｑによるｑ軸鎖交磁束Ψｑと、モータ９に含まれる磁石による鎖交磁束Φｍと、ｄ軸電流高周波成分Ｉｄｈと、ｑ軸電流高周波成分Ｉｑｈと、に基づいて算出される。λは、磁極位置θ，ｄ軸電流Ｉｄ，ｑ軸電流Ｉｑを変化させた、それぞれの場合について算出される。
【０１０８】
具体的に説明すると、まず、ｄ軸電流Ｉｄ，ｑ軸電流Ｉｑによるｄ軸鎖交磁束Ψｄ，ｑ軸鎖交磁束Ψｑを算出する。例えば、３相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗから３相の鎖交磁束Ψｕ，Ψｖ，Ψｗを算出し、さらにｄｑ軸上に変換することで、ｄ軸鎖交磁束Ψｄ，ｑ軸鎖交磁束Ψｑが算出される。また、モータ９に含まれる磁石による鎖交磁束Φｍは、ほぼ一定値である。
【０１０９】
次に、モータ９に印加される電圧に高周波電圧（例えば、８ｋＨｚ，４０Ｖ）を重畳したときに電流に出現する高周波成分である、ｄ軸電流高周波成分Ｉｄｈとｑ軸電流高周波成分ＩｑｈをΔＩｄ，ΔＩｑとして、上記数式３から高周波インダクタンスＬｄｈ，Ｌｑｈ，Ｌｄｑｈ，Ｌｑｄｈを算出し、これによりλ（＝Ｌｄｑｈ／Ｌｑｈ）を算出する。
【０１１０】
λは、磁極位置θ，ｄ軸電流Ｉｄ，ｑ軸電流Ｉｑに依存するため、磁極位置θについては例えば電気角の５ｄｅｇおきに、それぞれの電気角に対するｄ軸電流Ｉｄとｑ軸電流Ｉｑは例えば最大電流の１／５〜１／１０おきに算出され、制御マップにおいて対応付けられる。
【０１１１】
［第２の例］
制御マップの作成方法の第２の例は、実測値を利用して補正量に関連するパラメータλを算出する方法である。
【０１１２】
補正量に関連するパラメータλ（＝Ｌｄｑｈ／Ｌｑｈ）は、例えば、図８に示されるようにエンコーダ９９が取り付けられたモータ９に印加される電圧に高周波電圧Ｖｓｉｇを重畳したときに、モータ９を流れる電流に出現するｄ軸電流高周波成分Ｉｄｈ，ｑ軸電流高周波成分Ｉｑｈに基づいて算出される。λは、磁極位置θ，ｄ軸電流Ｉｄ，ｑ軸電流Ｉｑを変化させた、それぞれの場合について算出される。
【０１１３】
具体的に説明すると、上記数式４において、ｄ軸にのみ高周波電圧Ｖｓｉｇを印加すると、下記数式１８が得られる。
【０１１４】
【数１８】
2015136237.tif 000019
【０１１５】
この場合のｄ軸電流高周波成分Ｉｄｈとｑ軸電流高周波成分Ｉｑｈは、上記数式１５に基づいて下記数式１９で表される。
【０１１６】
【数１９】
2015136237.tif 000020
【０１１７】
この数式１９より、λ（＝Ｌｄｑｈ／Ｌｑｈ）は下記数式２０で表される。
【０１１８】
【数２０】
2015136237.tif 000021
【０１１９】
従って、磁極位置θを検出可能な状態でｄ軸電流高周波成分Ｉｄｈとｑ軸電流高周波成分Ｉｑｈを測定すれば、λを算出することが可能である。
【０１２０】
ｄ軸電流高周波成分Ｉｄｈとｑ軸電流高周波成分Ｉｑｈの測定は、図８に示されるように、モータ９にエンコーダ９９を取り付けて磁極位置θを検出可能にした状態で行われる。モータ９の軸は、軸連結部１０９を介して他方のモータ１００の軸に連結されている。モータ１００とエンコーダ１０１は、モータ９の軸が回転しないよう固定するために設けられる。
【０１２１】
そして、所定の磁極位置θ，ｄ軸電流Ｉｄ，ｑ軸電流Ｉｑを与えた状態でモータ９に高周波電圧Ｖｓｉｇを印加し、そのときのｄ軸電流高周波成分Ｉｄｈとｑ軸電流高周波成分Ｉｑｈを測定する。その後、λ（＝Ｌｄｑｈ／Ｌｑｈ＝−Ｉｑｈ／Ｉｄｈ）を算出する。
【０１２２】
λは、上記第１の例と同様に、磁極位置θについては例えば電気角の５ｄｅｇおきに、それぞれの電気角に対するｄ軸電流Ｉｄとｑ軸電流Ｉｑについては例えば最大電流の１／５〜１／１０おきに算出され、制御マップにおいて対応付けられる。
【０１２３】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形実施が当業者にとって可能であるのはもちろんである。
【符号の説明】
【０１２４】
１  モータ制御装置（回転電機制御装置の一例）、１１  減算器、１３  位置制御器、１５  減算器、１７  速度制御器、１９ｄ，１９ｑ  減算器、２１  電流制御器、２３  加算器、２５  ＰＷＭ制御器、３１  ３相／２相変換器、３３  ｄｑ変換器、３５  ノッチフィルタ、４１  高周波重畳器（重畳部の一例）、４３  包絡線抽出器、４５  磁極位置推定器（推定部の一例）、５１  磁極位置補正器（補正部の一例）、５３  バンドパスフィルタ、５５  マップ保持器（保持部の一例）、５７  位置速度演算器、６１  λ取得器、６２  乗算器、６３  加算器、６５  積分器、６７  ＰＩ制御器、６９  加算器、９  モータ（回転電機の一例）、９９  エンコーダ、１００  モータ、１０１  エンコーダ、１０９  軸連結部。
【図１】
2015136237.tif 000023
【図２】
2015136237.tif 000024
【図３】
2015136237.tif 000025
【図４】
2015136237.tif 000026
【図５】
2015136237.tif 000027
【図６】
2015136237.tif 000028
【図７Ａ】
2015136237.tif 000029
【図７Ｂ】
2015136237.tif 000030
【図７Ｃ】
2015136237.tif 000031
【図７Ｄ】
2015136237.tif 000032
【図８】
2015136237.tif 000033