(57)【要約】推定回転位置によってセンサレス制御へ移行する時の逆トルクを軽減すること、或いは過電流による交流回転機、及び交流回転機の駆動回路の故障を防止する交流回転機の制御装置を提供する。回転位置センサ２が異常と判定された場合に交流回転機１の推定回転位置を算出する回転位置推定手段９と、交流回転機を駆動するために供給する駆動電力を制限する電力制限手段６と、センサ異常判定手段３が回転位置センサを異常と判定している場合には推定回転位置に基づいて、電力制限手段に制限された前記駆動電力に、回転位置推定手段が回転位置を推定するために供給する回転位置推定電力を加えた電力を交流回転機に供給する電力供給手段１０と、を備え、電力制限手段６は少なくともセンサ異常判定手段３が異常と判定してから推定回転位置の推定誤差が所定範囲内に収まるための所定時間、駆動電流を制限する。
2015166546.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流回転機と、
前記交流回転機の回転位置を検出する回転位置センサと、
前記回転位置センサの異常を判定するセンサ異常判定手段と、
前記回転位置センサが異常と判定された場合に前記交流回転機の推定回転位置を算出する回転位置推定手段と、
前記交流回転機を駆動するために供給する駆動電力を制限する電力制限手段と、
前記センサ異常判定手段が前記回転位置センサを異常と判定している場合には前記推定回転位置に基づいて、前記電力制限手段に制限された前記駆動電力に前記回転位置推定手段が回転位置を推定するために供給する回転位置推定電力を加えた電力を前記交流回転機に供給する電力供給手段と、を備え、
前記電力制限手段は少なくとも前記センサ異常判定手段が異常と判定してから前記推定回転位置の推定誤差が所定範囲内に収まるための所定時間、前記駆動電力を制限することを特徴とする交流回転機の制御装置。
【請求項２】
交流回転機と、
前記交流回転機の回転位置を検出する回転位置センサと、
前記回転位置センサの異常が所定の判定時間継続して検出された場合に前記回転位置センサを異常と判定するセンサ異常判定手段と、
前記回転位置センサが異常と判定された場合に前記交流回転機の推定回転位置を算出する回転位置推定手段と、
前記交流回転機を駆動するために供給する駆動電力を制限する電力制限手段と、
前記センサ異常判定手段が前記回転位置センサを異常と判定している場合には前記推定回転位置に基づいて、前記電力制限手段に制限された前記駆動電力に前記回転位置推定手段が回転位置を推定するために供給する回転位置推定電力を加えた電力を前記交流回転機に供給する電力供給手段と、を備え、
前記電力制限手段は前記センサ異常判定手段が異常を検出してから異常と判定するまでに前記駆動電力の制限を開始し、少なくとも前記推定回転位置の推定誤差が所定範囲内に収まるための所定時間、前記駆動電力を制限することを特徴とする交流回転機の制御装置。
【請求項３】
前記交流回転機の出力トルクを検出するトルク検出手段を備え、
前記回転位置推定電力は高周波電力であり、
前記回転位置推定手段は前記出力トルクに含まれる高周波成分と、前記高周波電力に対応する高周波成分とに基づいて、前記推定回転位置を算出する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項４】
前記交流回転機は突極性を有し、
前記交流回転機の検出電流を取得する電流検出手段を備え、
前記回転位置推定電力は高周波電力であり、
前記回転位置推定手段は前記検出電流に含まれる高周波成分に基づいて、前記推定回転位置を算出する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項５】
前記交流回転機の検出電流を取得する電流検出手段を備え、
前記回転位置推定電力は前記交流回転機の巻線が磁気飽和するような電力であり、
前記回転位置推定手段は前記交流回転機の電圧と電流の関係に基づいて前記推定回転位置を算出する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項６】
前記交流回転機の検出電流を取得する電流検出手段を備え、
前記回転位置推定電力は前記交流回転機の巻線を短絡させる電圧であり、
前記回転位置推定手段は前記検出電流に基づいて前記推定回転位置を算出する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項７】
交流回転機と、
前記交流回転機の回転位置を検出する回転位置センサと、
前記回転位置センサの異常を判定するセンサ異常判定手段と、
前記回転位置センサが異常と判定された場合に前記交流回転機の推定回転位置を算出する回転位置推定手段と、
前記交流回転機を駆動するために供給する駆動電力を制限する電力制限手段と、
前記交流回転機の誘起電圧を取得する誘起電圧取得手段と、
前記センサ異常判定手段が前記回転位置センサを異常と判定している場合には前記推定回転位置に基づいて、前記電力制限手段に制限された前記駆動電力を前記交流回転機に供給する電力供給手段と、を備え、
前記電力制限手段は前記センサ異常判定手段が異常と判定してから少なくとも前記交流回転機の前記誘起電圧が所定値以下となるまで前記駆動電力を制限する
ことを特徴とする交流回転機の制御装置。
【請求項８】
交流回転機と、
前記交流回転機の回転位置を検出する回転位置センサと、
前記回転位置センサの異常が所定の判定時間継続して検出された場合に前記回転位置センサを異常と判定するセンサ異常判定手段と、
前記回転位置センサが異常と判定された場合に前記交流回転機の推定回転位置を算出する回転位置推定手段と、
前記交流回転機を駆動するために供給する駆動電力を制限する電力制限手段と、
前記交流回転機の誘起電圧を取得する誘起電圧取得手段と、
前記センサ異常判定手段が前記回転位置センサを異常と判定している場合には前記推定回転位置に基づいて、前記電力制限手段に制限された前記駆動電力を前記交流回転機に供給する電力供給手段と、
前記電力制限手段は前記センサ異常判定手段が異常を検出してから異常と判定するまでに前記駆動電力の制限を開始し、
少なくとも前記交流回転機の前記誘起電圧が所定値以下となるまで前記駆動電力を制限する
ことを特徴とする交流回転機の制御装置。
【請求項９】
前記電力制限手段は前記駆動電力を制限する所定の値まで急峻に減少するよう制限することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項１０】
前記電力制限手段は前記駆動電力を制限する所定の値まで時間と共に次第に減少するよう制限する
ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項１１】
前記電力制限手段は、前記駆動電力を制限する所定の値から時間と共に次第に増加するよう制限する
ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項１２】
前記電力制限手段は交流回転機に供給される電流が零となるように前記駆動電力を制限する
ことを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項１３】
前記駆動電力を算出する駆動電力演算手段を備え、
前記駆動電力演算手段は前記交流回転機の回転速度に応じた状態量、または出力トルクに応じた状態量の少なくとも一方に基づいて前記駆動電力を算出する
ことを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項１４】
前記交流回転機の回転速度を算出する回転速度演算手段を備え、
前記駆動電力演算手段は前記回転速度に基づいて前記駆動電力を算出する
ことを特徴とする請求項１２に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項１５】
ハンドルに加えられた操舵トルクを検出するトルク検出手段と、
請求項１３に記載の交流回転機の制御装置を備えた電動パワーステアリング装置であって、
前記駆動電力演算手段は前記操舵トルクに基づいて前記駆動電力を算出する
ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項１６】
請求項１から１４のいずれか１項に記載の交流回転機の制御装置を備えた電動パワーステアリング装置。
【請求項１７】
前記電力制限手段は交流回転機に供給される電流が前記交流回転機の定格電流の１０％以下となるように前記駆動電力を制限する
ことを特徴とする請求項１５または１６に記載の電動パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、回転位置センサ異常時に交流回転機の駆動を継続する交流回転機の制御装置及び交流回転機の制御装置を備えた電動パワ−ステアリング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、交流回転機を制御する際には、回転子の回転位置に対応した適切な位相で電流を供給するため、エンコ−ダ、レゾルバ、ホ−ル素子といった回転位置センサを必要とする。
従って、回転位置センサ異常時には交流回転機を制御することができないため、交流回転機を停止する必要があった。
この観点から、回転位置センサ異常時は回転位置センサを用いることなく回転子の回転位置を推定し、交流回転機を制御するための回転位置信号(以下、制御角と呼ぶ)を推定した回転位置に切換えることにより、位置センサ異常時であっても交流回転機の制御を継続する手法が提案されている。【０００３】
例えば、特許文献１に記載される従来の交流回転機の制御装置では、回転位置センサ異常時は回転位置推定のための高周波制限電圧を交流回転機の巻線に印加し、それに応じた交流回転機の電流検出値に基づいて、回転位置センサを用いることなく交流回転機を制御する。
また、回転位置の推定にある程度時間が必要であるがために、推定回転位置によって交流回転機を制御するセンサレス制御に移行する際に生じる回転位置不定期間には、センサレス制御に移行した直後の期間において、その直前に回転位置センサの出力信号から得られた回転位置をセンサレス制御に用いることによってその問題を解決している。
ここで、回転位置センサの異常には回転位置センサ自身の異常、回転位置センサの信号線または給電線の断線異常が含まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−５９２５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の従来の交流回転機の制御装置では、回転位置推定用の電力を交流回転機に供給し、それに対する交流回転機の応答から推定回転位置を算出するため、回転位置の推定にある程度時間が必要であり、推定回転位置によって交流回転機を制御するセンサレス制御に移行する際に回転位置不定期間が生じる。
そのため、従来の発明によると、センサレス制御に移行した直後の期間において、その直前に回転位置センサの出力信号から得られた回転位置をセンサレス制御に用いている。
しかし、回転位置不定期間に交流回転機が回転する場合、回転位置センサ信号が異常となる直前の回転位置は交流回転機の実際の回転位置と異なるため、その間、交流回転機の制御に使用される制御角と実際の回転位置は不定の誤差があり、その誤差は最大１８０度となる。【０００６】
また、回転位置センサの異常は不意に発生するため、異常発生時に交流回転機が回転していないと限定することはできない。
即ち、制御角に回転位置センサが異常となる直前の回転位置センサの出力信号から得られた回転位置を用いる場合であっても、交流回転機の制御装置が回転位置センサを異常と判定してから回転位置を推定するまでの間は回転位置不定期間であることに変わりはなく、その間適切な制御角により交流回転機を制御することができない。
さらに、実際に回転位置センサが異常となってから、交流回転機の制御装置が回転位置センサを異常と判定するまでには時間を要するため、回転位置不定期間はその分長くなる。【０００７】
一方、回転位置センサの異常発生前後で、交流回転機の用途は変わらず、同様の機能が求められるため、特許文献１に記載の従来の交流回転機の制御装置に代表されるように、センサレス制御に移行する際に交流回転機に供給されるトルク軸上の電流はセンサレス制御に移行する直前と連続的である。
従って、回転位置センサが異常となる直前に交流回転機にトルク軸電流が給電されており、センサレス制御移行時に制御角と実際の回転位置の誤差が９０度以上となる場合、所望のトルクとは逆方向に作用する逆トルクが発生する。
ここで、逆トルクの大きさは制御角と実際の回転位置の誤差が大きいほど、交流回転機の電流が大きいほど大きなものとなる。
また、逆トルクは上記回転位置不定期間に加え、回転位置の推定が開始されてから、誤差が少なくとも９０度以下である推定回転位置が算出されるまでの時間継続される。
逆トルクは交流回転機を意図せぬ動作させるものとなるため、スムーズなセンサレス制御への移行の支障となる。【０００８】
また、トルク軸電流指令が交流回転機の速度或いは出力トルクに応じた状態量によって、算出されるような交流回転機の制御装置の場合、逆トルクによる支障はさらに大きいものとなる。
例えば、一般的な電動パワーステアリング装置の場合、運転者の操舵トルクが大きくなれば交流回転機のトルク指令が大きくなり、その方向は操舵トルクと同一である。
従って、運転者がハンドルを切り増している状態でこのような逆トルクが発生した場合、逆トルクにより運転者のハンドルを切り増すための操舵トルクはさらに増大し、その結果さらにトルク指令が大きくなるため、逆トルクが増大して継続されるという負の連鎖を生む。従って、運転者の違和感が増大する。【０００９】
さらに、センサレス制御移行時に制御角と実際の回転位置の誤差が大きい場合、回転二軸上の所望の電圧がそれぞれ実際の交流回転機の回転軸とは異なる誤った方向に印加されるため、交流回転機に意図せぬ電流が発生する。この電流は、回転二軸上の電圧が大きくなるほど大きい。
従って、制御角と実際の回転位置の誤差が大きく、交流回転機の電流が大きく、交流回転機の誘起電圧、即ち回転速度が大きい場合は過電流が発生し、交流回転機、及び交流回転機の駆動回路に故障が生じる場合がある。
交流回転機、或いは交流回転機の駆動回路に故障が生じた場合、交流回転機を停止せざるを得ず、センサレス制御に移行して交流回転機の駆動を継続することはできない。【００１０】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、回転位置センサ異常時に推定回転位置によって交流回転機の駆動を継続する交流回転機の制御装置において、推定回転位置によって交流回転機を制御するセンサレス制御へ移行する時の逆トルクを軽減すること、或いは過電流による交流回転機、及び交流回転機の駆動回路の故障を防止することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明に係る交流回転機の制御装置は、交流回転機と、前記交流回転機の回転位置を検出する回転位置センサと、前記回転位置センサの異常を判定するセンサ異常判定手段と、前記回転位置センサが異常と判定された場合に前記交流回転機の推定回転位置を算出する回転位置推定手段と、前記交流回転機を駆動するために供給する駆動電力を制限する電力制限手段と、前記センサ異常判定手段が前記回転位置センサを異常と判定している場合には前記推定回転位置に基づいて、前記電力制限手段に制限された前記駆動電力に前記回転位置推定手段が回転位置を推定するために供給する回転位置推定電力を加えた電力を前記交流回転機に供給する電力供給手段と、を備え、前記電力制限手段は少なくとも前記センサ異常判定手段が異常と判定してから前記推定回転位置の推定誤差が所定範囲内に収まるための所定時間、前記駆動電力を制限するようにしたものである。【００１２】
或いは、交流回転機と、交流回転機の回転位置を検出する回転位置センサと、回転位置センサの異常を判定するセンサ異常判定手段と、回転位置センサが異常と判定された場合に交流回転機の推定回転位置を算出する回転位置推定手段と、交流回転機を駆動するために供給する駆動電力を制限する電力制限手段と、センサ異常判定手段が回転位置センサを異常と判定している場合には推定回転位置に基づいて、電力制限手段に制限された駆動電力に回転位置推定手段が回転位置を推定するために供給する回転位置推定電力を加えた電力を交流回転機に供給する電力供給手段と、を備え、前記電力制限手段は前記センサ異常判定手段が異常を検出してから異常と判定するまでに前記駆動電力の制限を開始し、少なくとも前記推定回転位置の推定誤差が所定範囲内に収まるための所定時間、前記駆動電力を制限するようにしたものである。【００１３】
或いは、交流回転機と、前記交流回転機の回転位置を検出する回転位置センサと、前記回転位置センサの異常を判定するセンサ異常判定手段と、前記回転位置センサが異常と判定された場合に前記交流回転機の推定回転位置を算出する回転位置推定手段と、前記交流回転機を駆動するために供給する駆動電力を制限する電力制限手段と、前記交流回転機の誘起電圧を取得する誘起電圧取得手段と、前記センサ異常判定手段が前記回転位置センサを異常と判定している場合には前記推定回転位置に基づいて、前記電力制限手段に制限された前記駆動電力を前記交流回転機に供給する電力供給手段と、を備え、前記電力制限手段は前記センサ異常判定手段が異常と判定してから少なくとも前記交流回転機の前記誘起電圧が所定値以下となるまで前記駆動電力を制限するようにしたものである。【００１４】
或いは、交流回転機と、前記交流回転機の回転位置を検出する回転位置センサと、前記回転位置センサの異常が所定の判定時間継続して検出された場合に前記回転位置センサを異常と判定するセンサ異常検出手段と、前記回転位置センサが異常と判定された場合に前記交流回転機の推定回転位置を算出する回転位置推定手段と、前記交流回転機を駆動するために供給する駆動電力を制限する電力制限手段と、前記交流回転機の誘起電圧を取得する誘起電圧取得手段と、前記センサ異常判定手段が前記回転位置センサを異常と判定している場合には前記推定回転位置に基づいて、前記電力制限手段に制限された前記駆動電力を前記交流回転機に供給する電力供給手段と、前記電力制限手段は前記センサ異常判定手段が異常を検出してから異常と判定するまでに前記駆動電力の制限を開始し、少なくとも前記交流回転機の前記誘起電圧が所定値以下となるまで前記駆動電力を制限するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１５】
この発明によれば、回転位置センサ異常時に推定回転位置によって交流回転機の駆動を継続する交流回転機の制御装置及び交流回転機の制御装置を備えた電動パワ−ステアリング装置において、推定回転位置によって交流回転機を制御するセンサレス制御へ移行する際に、少なくとも推定回転位置の推定誤差が所定範囲内に収まるための所定時間が経過するまで交流回転機の駆動電力を制限するようにしたので、異常発生前後で交流回転機に同様に求められるトルクの大きさを敢えて減少させながらも、その減少させる期間を最短にしつつ、交流回転機の所望のトルクとは逆方向に作用する逆トルクを解消することができ、或いは過電流による交流回転機、及び交流回転機の駆動回路の故障を防止することができるといった従来にない顕著な効果を奏する。【００１６】
また、この発明によれば、回転位置センサ異常時に推定回転位置によって交流回転機の駆動を継続する交流回転機の制御装置及び交流回転機の制御装置を備えた電動パワ−ステアリング装置において、推定回転位置によって交流回転機を制御するセンサレス制御へ移行する際に、少なくとも交流回転機の誘起電圧が所定値以下となるまで交流回転機の駆動電力を制限するようにしたので、過電流による交流回転機、及び交流回転機の駆動回路の故障を防止することができるといった従来にない顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態１における交流回転機の制御装置の全体構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１における回転位置推定手段９の構成を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１におけるｄ−ｑ軸上の高周波電流Ａｉｄ、Ａｉｑの合成ベクトルとｄ−ｑ軸上の高周波電流Ａｉｄ、Ａｉｑが供給される推定ｄ−ｑ軸、及び実際のｄ−ｑ軸の位相関係を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１におけるｄ−ｑ軸電流制限値ｉｄｑｌｉｍの変化を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１におけるｄ−ｑ軸電流制限値ｉｄｑｌｉｍの変化を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態１におけるｄ−ｑ軸電流制限値ｉｄｑｌｉｍの変化を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態１におけるｄ−ｑ軸電流制限値ｉｄｑｌｉｍの変化を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態２における交流回転機の制御装置の全体構成を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態２における電力変換器１４ａの構成を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態３における交流回転機の制御装置の全体構成を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態３における電力変換器１４ｂの構成を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態４における交流回転機の制御装置の全体構成を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態５における交流回転機の制御装置の全体構成を示す図である。
【図１４】本発明の実施の形態５における回転位置推定手段９ｄの構成を示す図である。
【図１５】本発明の実施の形態６における交流回転機の制御装置の全体構成を示す図である。
【図１６】本発明の実施の形態６における回転位置推定手段９ｅの構成を示す図である。
【図１７】本発明の実施の形態７における交流回転機の制御装置の全体構成を示す図である。
【図１８】本発明の実施の形態８における交流回転機の制御装置の全体構成を示す図である。
【図１９】本発明の実施の形態８における回転位置推定手段９ｆの構成を示す図である。
【図２０】本発明の実施の形態８における交流回転機１、ハンドル３４、伝達軸３７に加わるトルクの関係を機械的に等価な構造を示す図である。
【図２１】本発明の実施の形態８における出力トルク高周波Ｔｍｈｆ０と高周波出力トルクＴｍｈｆ、及びｄ−ｑ軸上の高周波電流Ａｉｄ、Ａｉｑが供給される推定ｄ−ｑ軸との位相関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１における交流回転機の制御装置の全体構成を示す図である。  
交流回転機１の回転二軸上の第１軸を交流回転機１の回転子磁束と同位相方向とし、回転二軸上の第２軸を回転二軸上の第１軸と直交する方向として、第１軸をｄ軸、第２軸をｑ軸とそれぞれ表す。
図において、交流回転機１は三相巻線（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）を有し、各巻線に印加される交流電圧によって駆動する。
尚、交流回転機１は三相巻線により構成されているが、三相巻線とは異なる巻線数により構成されるようにしてもよい。
【００１９】
回転位置センサ２は交流回転機１の回転位置を検出し、回転位置情報を含む回転位置信号を信号線２ａを介してセンサ異常判定手段３、回転位置演算手段４に出力する。
センサ異常判定手段３は回転位置信号に基づき、回転位置センサ２の異常を検出し、異常が予め設定された所定時間継続して検出された場合に回転位置センサ２を異常と判定する。センサ異常判定手段３は回転位置センサ２の異常検出状態、並びに異常判定結果を異常判定信号に格納し、異常判定信号を切換器５、電流制限手段６、回転位置推定電力発生器８、回転位置推定手段９に出力する。
異常判定信号は回転位置センサ２が異常であると判定されていない場合は正常、異常であると判定された場合は異常のいずれかを示す信号である。
【００２０】
尚、センサ異常判定手段３が回転位置センサ２を異常と判定するための所定時間は、回転位置センサ２が正常であるにも関わらず、回転位置信号のノイズ等が原因で回転位置センサを異常であると誤判定することを防止するために設けられており、回転位置センサ２の異常を誤判定せずに異常を確定することできる十分長い時間、かつ、実際に回転位置センサ２に異常が発生した場合にその異常による影響が許容範囲内に収まる十分短い時間に設定される。
【００２１】
ここで、センサ異常判定手段は異常を検出した累積回数が予め設定された所定回数以上の場合に回転位置センサ２を異常と判定する構成としてもよく、異常を検出した場合に回転位置センサ２を異常と判定する方法は問わない。
例えば、回転位置センサ２の異常が検出されてから異常と判定されるまでの間を示す信号を含んでもよいし、回転位置センサ２の異常が検出された時間を示す信号を含んでもよい。
尚、センサ異常判定手段３は公知の方法により回転位置センサ２の異常を判定すればよい。例えば、回転位置センサ２がレゾルバである場合、レゾルバの信号線に導出される信号を監視することによって、レゾルバの異常、信号線の断線異常、信号線の接地異常を検出することができる。
【００２２】
より具体的には、レゾルバと交流回転機の制御装置との間の信号線２ａをプルアップ抵抗を介して電源電位に接続したり、プルダウン抵抗を介して接地電位に接続したりする構成をとることができる。
この場合、信号線２ａが断線すると、当該信号線２ａには、レゾルバからの信号（正弦信号または余弦信号）が導出されなくなり、代わりに、当該信号線２ａは、電源電位または接地電位に固定される。
そこで、センサ異常判定手段３は、信号線２ａが電源電位または接地電位に固定されているかどうかを判定することで、レゾルバの異常（信号線の異常を含む）の有無を判定することができる。
ここで、回転位置センサ２の異常の判定には他の方法を用いてもよく、回転位置センサ２がレゾルバ以外であってもよい。
【００２３】
回転位置演算手段４は回転位置センサ２が出力する回転位置信号に基づき、回転位置θを算出する。
切換器５は異常判定信号に基づき、異常判定信号が異常を示している場合は推定回転位置θｅを、異常判定信号が正常を示している場合は回転位置θを選択し、制御角θｃとして出力する。
【００２４】
電流制限手段６はｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄｑ１＊を制限することによって、回転位置センサ２が異常となり、推定回転位置によって交流回転機１を制御するセンサレス制御へ移行する際の逆トルクを解消し、過電流を防止する。
具体的には、電流制限手段６は異常判定信号に基づき交流回転機１を駆動させるための電流指令であるｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄ１＊、ｉｑ１＊（以下、纏めてｉｄｑ１＊と呼ぶ)を正または零の値に設定されたｄ−ｑ軸電流制限値ｉｄｑｌｉｍによってその大きさを制限し、ｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄ２＊、ｉｑ２＊（以下、纏めてｉｄｑ２＊と呼ぶ)として出力する。
【００２５】
具体的には、ｄ軸上の電流指令ｉｄ１＊の絶対値がｄ−ｑ軸電流制限値ｉｄｑｌｉｍより大きな場合は、ｄ軸上の電流指令ｉｄ２＊は、符号はｄ軸上の電流指令ｉｄ１＊と同一で、大きさをｄ−ｑ軸電流制限値ｉｄｑｌｉｍとした値とする。
反対に、ｄ軸上の電流指令ｉｄ１＊の絶対値がｄ−ｑ軸電流制限値ｉｄｑｌｉｍ以下である場合は、ｄ軸上の電流指令ｉｄ２＊はｄ軸上の電流指令ｉｄ１＊と同一とする。
ｑ軸上の電流指令ｉｑ２＊はｄ軸上の電流指令ｉｄ２＊と同様にｑ軸上の電流指令ｉｑ１＊、ｄ−ｑ軸電流制限値ｉｄｑｌｉｍに基づいて算出する。
制限が不要である場合はｄ−ｑ軸電流制限値ｉｄｑｌｉｍは交流回転機１の定格電流よりも大きな値に設定される。
電流制限手段６によるｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄｑ１＊を制限する手法、即ちｄ−ｑ軸電流制限値ｉｄｑｌｉｍの設定する手法については後述する。
ここで、ｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄ１＊、ｉｑ１＊は正または零の値に設定されたｄ−ｑ軸電流制限値ｉｄｑｌｉｍによってその大きさを制限しているが、正または負の値に設定された電流制限値によって制限するようにしてもよく、ｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄ１＊、ｉｑ１＊を制限する方法は問わない。
【００２６】
トルク検出手段７は交流回転機１の出力トルクＴｍを検出し、回転位置推定手段９に出力する。
回転位置推定電力発生器８は異常判定信号が異常を示している場合はｄ−ｑ軸上の高周波電流Ａｉｄ、Ａｉｑ（以下、纏めてＡｉｄｑと呼ぶ)を生成し、回転位置推定手段９、電力供給手段１０に出力する。
異常判定信号が正常を示している場合はｄ−ｑ軸上の高周波電流Ａｉｄｑは零とする。
ただし、回転位置センサ２に異常がない場合の高周波電流重畳による音、振動などが許容される場合は、回転位置センサ２が異常を示していない場合であても高周波電流を出力してもよい。
【００２７】
ここで、ｄ−ｑ軸上の高周波電流Ａｉｄｑは同一振幅、周波数の互いに直交した正弦波とし、数１のように表すものとする。
数１におけるＡは高周波振幅を、ｗｈは高周波の角周波数を表し、ｔは時刻である。
【００２８】
【数１】
2015166546.tif 000003
【００２９】
ｄ−ｑ軸上の高周波電流Ａｉｄｑは回転位置推定手段９において推定回転位置θｅを算出するために供給するためのものであり、高周波振幅Ａはｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄｑ１＊による交流回転機１の動作に与える影響が十分に小さなものとする。
また、出力トルクＴｍの高周波成分、即ち角周波数ｗｈ成分である出力トルク高周波Ｔｍｈｆは重畳されるｄ−ｑ軸上の高周波電流Ａｉｄｑのみに基づくものとなるよう、角周波数ｗｈは高周波加算前のｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄｑ１＊が含む周波数成分より十分大きい値とする。
尚、本実施の形態１ではｄ−ｑ軸上の高周波電流Ａｉｄ、Ａｉｑを互いに直交した正弦波としたが、ｄ−ｑ軸上の高周波電流Ａｉｄｑを台形波、矩形波、三角波、ノコギリ波といった異なる形状の波動としてもよく、その種類は問わない。
回転位置推定手段９は異常判定信号が異常を示している場合は、ｄ−ｑ軸上の高周波電流Ａｉｄｑの出力トルクＴｍに対する応答に基づいて推定回転位置θｅを算出する。
【００３０】
電力供給手段１０は、高周波重畳器１１、電流制御器１２、座標変換器１３、電力変換器１４、電流検出器１５より構成され、ｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄｑ２＊  、ｄ−ｑ軸上の高周波電流ａｉｄｑｈ＊、制御角θｃに基づき、交流回転機１に供給されるｄ軸電流、ｑ軸電流がそれぞれｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄｑ２＊にｄ−ｑ軸上の高周波電流Ａｉｄｑを加えたものと一致するような三相交流電圧を交流回転機１に印加する。
【００３１】
次に、電力供給手段１０の内部構成について説明する。
高周波重畳器１１はｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄ２＊、ｉｑ２＊にそれぞれｄ−ｑ軸上の高周波電流Ａｉｄ、Ａｉｑを加算し、ｄ−ｑ軸上の高周波重畳電流指令ｉｄ３＊、ｉｑ３＊（以下、纏めてｉｄｑ３＊と呼ぶ）として出力する。
電流制御器１２は、ｄ−ｑ軸上の高周波重畳電流指令ｉｄ３＊、ｉｑ３＊、及びｄ−ｑ軸上の検出電流ｉｄ、ｉｑに基づき、ｄ−ｑ軸上の検出電流ｉｄ、ｉｑがそれぞれｄ−ｑ軸上の高周波重畳電流指令ｉｄ３＊、ｉｑ３＊と一致するようなｄ−ｑ軸上の電圧指令ｖｄ＊、ｖｑ＊（以下、纏めてｖｄｑ＊と呼ぶ）を演算する。
【００３２】
座標変換器１３は三相検出電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ（以下、纏めてｉｕｖｗと呼ぶ）を制御角θｃに基づいてｄ−ｑ軸上の検出電流ｉｄｑに座標変換して電流制御器１２に出力し、また、ｄ−ｑ軸上の電圧指令ｖｄｑ*を制御角θｃに基づいて三相電圧指令ｖｕ*、ｖｖ*、ｖｗ*（以下、纏めてｖｕｖｗ＊と呼ぶ）に変換して電力変換器１４に出力する。
電力変換器１４は三相交流電圧指令ｖｕｖｗ*に基づいた三相交流電圧を交流回転機１に印加する。
電流検出器１５は電力変換器１４が交流回転機１に供給する三相検出電流ｉｕｖｗを検出する。
【００３３】
このように、電力供給手段１０はｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄｑ２＊、ｄ−ｑ軸上の高周波電流Ａｉｄｑ、制御角θｃに基づき、交流回転機１にｄ−ｑ軸上の高周波重畳電流指令ｉｄｑ３＊を供給すべく三相交流電圧ｖｕｖｗ*を交流回転機１に印加する。
ここで、制御角θｃに交流回転機１の回転位置に対する誤差がある場合、座標変換に誤差が生じるため、ｄ−ｑ軸上の高周波重畳電流指令ｉｄｑ３＊は交流回転機１の実際のｄ−ｑ軸から制御角θｃの誤差分回転した直行座標軸上に供給されることとなる。
【００３４】
図２は回転位置推定手段９の構成を示す図である。続いて、回転位置推定手段９の内部構成について説明する。
バンドパスフィルタ１６はトルク検出手段７が出力する出力トルクＴｍからｄ−ｑ軸上の高周波電流Ａｉｄｑの周波数近傍の信号のみを抽出し、出力トルク高周波Ｔｍｈｆとして出力する。
推定誤差演算手段１７はｄ−ｑ軸上の高周波電流Ａｉｄｑ、出力トルク高周波Ｔｍｈｆに基づき、実際の交流回転機１の回転位置に基づく実際のｄ−ｑ軸と推定回転位置θｅに基づく推定ｄ−ｑ軸との位置差である回転位置推定誤差Δθを算出する。
ここで、推定誤差演算手段１７は乗算器１９、積分器２０、位置誤差推定器２１から構成されており、乗算器１９はｄ−ｑ軸上の高周波電流Ａｉｄ、Ａｉｑそれぞれに出力トルク高周波Ｔｍｈｆを乗算してｄ−ｑ軸上の積Ｐｄ、Ｐｑを出力し、積分器２０はｄ−ｑ軸上の積Ｐｄ、Ｐｑをｄ−ｑ軸上の高周波電流Ａｉｄｑの一周期分に相当する区間それぞれ時間積分してｄ−ｑ軸上の相関値Ｚｄ、Ｚｑを出力し、位置誤差推定器２１はｄ軸上の相関値Ｚｄをｑ軸上の相関値Ｚｑで除算したものの逆正接を演算して回転位置推定誤差Δθとして出力する。
【００３５】
また、推定誤差制御手段１８はＰＩ制御器２２より構成され、回転位置推定誤差Δθが零となるような推定回転位置θｅを演算する。
尚、推定誤差制御手段１８はＰＩ制御器２２により推定回転位置θｅを演算したが、例えば推定回転位置の前回演算値に回転位置推定誤差Δθを加算して補正することによって推定回転位置を演算してもよく、その方法は問わない。
このように、回転位置推定手段９はトルク検出手段７が出力する出力トルクＴｍ、電力供給手段１０によって交流回転機１に供給されるｄ−ｑ軸上の高周波電流Ａｉｄｑに基づき、交流回転機１の推定回転位置θｅを演算する。
【００３６】
以上のような構成によって、該交流回転機の制御装置は回転位置センサ異常時は交流回転機に高周波電力を供給し、交流回転機の出力トルクに含まれる高周波成分、及び高周波電力に対応する高周波成分に基づいて交流回転機の回転位置を推定し、該回転位置に基づいて交流回転機を制御する構成において、交流回転機の駆動電力であるｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄｑ１＊を制限することによって、回転位置センサに異常が発生し、推定回転位置によって交流回転機を制御するセンサレス制御へ移行する時の逆トルク或いは過電流を解消する。
【００３７】
以下に、上記構成にて異常判定信号が異常を示している場合に回転位置推定手段９が交流回転機１の回転位置を推定する原理を説明する。
前述の通り、電力供給手段１０は異常判定信号が異常を示している場合、回転位置推定手段９が推定する推定回転位置θｅに基づき、電力を交流回転機１に供給するので、ｄ−ｑ軸上の高周波電流Ａｉｄｑは交流回転機１の推定ｄ−ｑ軸にそれぞれを供給されることとなる。
【００３８】
図３は推定ｄ−ｑ軸に供給されるｄ−ｑ軸上の高周波電流Ａｉｄ、Ａｉｑの合成ベクトルとｄ−ｑ軸上の高周波電流Ａｉｄｑが供給される推定ｄ−ｑ軸、及び実際の交流回転機１の回転位置に基づく実際のｄ−ｑ軸の位相関係を表したものであり、推定ｄ−ｑ軸と実際のｄ−ｑ軸との位相差を回転位置誤差Δθeとしている。
図２から判るように実際のｄ−ｑ軸上に供給される高周波電流Ａｉｄｒ、Ａｉｑｒ（以下、纏めてＡｉｄｑｒと呼ぶ）は数２となる。
【００３９】
【数２】
2015166546.tif 000004
【００４０】
従って、ｄ−ｑ軸上の高周波電流Ａｉｄｑに基づく交流回転機１の出力トルクＴｍ′は数３となる。
ここで、数３におけるＰｍ、φ、Ｌｄ、Ｌｑは交流回転機１の特性を表す値であり、Ｐｍは極対数を、φは誘起電圧定数を、Ｌｄ、Ｌｑはそれぞれインダクタンスのｄ軸成分、ｑ軸成分を表す。
【００４１】
【数３】
2015166546.tif 000005
【００４２】
ｄ−ｑ軸上の高周波電流Ａｉｄｑの角周波数ｗｈは高周波加算前のｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄ１＊、ｉｑ１＊が含む周波数成分より十分大きいものであるので、バンドパスフィルタ１６が算出する出力トルク高周波Ｔｍｈｆはｄ−ｑ軸上の高周波電流Ａｉｄ、Ａｉｑのみに基づくものである。
従って、出力トルクＴｍからｄ−ｑ軸上の高周波電流Ａｉｄ、Ａｉｑの周波数、即ち角周波数ｗｈ近傍の成分を抽出したバンドパスフィルタ１６が出力する出力トルク高周波Ｔｍｈｆは数４のように表される。
【００４３】
【数４】
2015166546.tif 000006
【００４４】
数１、数４から判るようにｑ軸上の高周波電流Ａｉｑと出力トルク高周波Ｔｍｈｆとの位相差は回転位置誤差Δθeである。
つまり、推定ｄ−ｑ軸にｄ−ｑ軸上の高周波電流Ａｉｄ、Ａｉｑを重畳し、ｑ軸上の高周波電流Ａｉｑと出力トルク高周波Ｔｍｈｆとの位相差を算出することによって回転位置推定誤差Δθｅを算出することができる。
【００４５】
従って、回転位置推定手段９では、バンドパスフィルタ１６によって出力トルクの角周波数ｗｈ近傍成分のみを抽出して出力トルク高周波Ｔｍｈｆを算出し、推定誤差演算手段１７によって出力トルク高周波Ｔｍｈｆと推定ｄ−ｑ軸に重畳しているｄ−ｑ軸上の高周波電流Ａｉｄ、Ａｉｑそれぞれとの相互相関関数に基づき出力トルク高周波Ｔｍｈｆとｑ軸上の高周波電流Ａｉｑの位相差を算出して、回転位置推定誤差Δθとして出力する。
【００４６】
以下に推定誤差演算手段１７における回転位置推定誤差Δθの算出過程を示す。
まず、数５に示すように乗算器１９により数４が表す出力トルク高周波Ｔｍｆｈと数１が表すｄ軸上の高周波電流Ａｉｄの積を演算し、積分器２０により時間積分することによって、出力トルク高周波Ｔｍｆｈとｄ軸上の高周波電流Ａｉｄとの相互相関関数を演算し、ｄ軸上の相関値Ｚｄを算出する。
ただし、数１、４における回転位置誤差Δθeは回転位置推定手段９では回転位置推定誤差Δθとして扱うこととし、数１、４の回転位置誤差Δθeを回転位置推定誤差Δθと置き換えている。
【００４７】
【数５】
2015166546.tif 000007
【００４８】
尚、出力トルク高周波Ｔｍｆｈとｄ軸上の高周波電流Ａｉｄの相関を適切に算出するため、積分器２０における積分区間はｄ−ｑ軸上の高周波電流Ａｉｄ、Ａｉｑ周期の整数倍である必要があるが、本実施の形態１では出力トルク高周波Ｔｍｆｈの変動に対するｄ軸上の相関値Ｚｄの応答性を向上するため、積分区間をｄ−ｑ軸上の高周波電流Ａｉｄ、Ａｉｑの一周期分とし、数５におけるｔ２を積分演算時点での現在時刻として、ｔ１を数６に示すものとする。
【００４９】
【数６】
2015166546.tif 000008
【００５０】
同様に、数７に示すように乗算器１９、積分器２０によって出力トルク高周波Ｔｍｆｈとｑ軸上の高周波電流Ａｉｑとの相互相関関数を演算し、ｑ軸上の相関値Ｚｑを算出する。
【００５１】
【数７】
2015166546.tif 000009
【００５２】
続いて、数８に示すように、位置誤差推定器２１によってｄ軸の相関値Ｚｄをｑ軸相関値Ｚｑで除算し、逆正接を演算することによって回転位置推定誤差Δθを算出することができる。
【００５３】
【数８】
2015166546.tif 000010
【００５４】
このような原理によって、推定誤差演算手段１７は出力トルク高周波Ｔｍｈｆとｄ−ｑ軸上の高周波電流Ａｉｄ、Ａｉｑに基づき出力トルク高周波Ｔｍｈｆとｑ軸上の高周波電流Ａｉｑの位相差を算出して、回転位置推定誤差Δθとして出力する。
【００５５】
さらに、回転位置推定手段９では推定誤差制御手段１８におけるＰＩ制御器２２によって推定誤差演算手段１７が出力する回転位置推定誤差Δθに対し数９に示す演算を行い、推定回転位置θｅとして切換器５を介して電力供給手段１０に出力する。
ここで、数９におけるsはラプラス演算子、ＫＰ、ＫＩは定数であり、ＫＰ、ＫＩはＰＩ制御器２２が回転位置推定誤差Δθが零となるような推定回転位置θｅを算出するように設定する必要がある。
【００５６】
【数９】
2015166546.tif 000011
【００５７】
このように、該回転位置推定手段９によると、交流回転機１の推定ｄ−ｑ軸にｄ−ｑ軸上の高周波電流Ａｉｄｑを供給することによって発生する出力トルク高周波Ｔｍｈｆとｄ−ｑ軸上の高周波電流Ａｉｄｑに基づいて位置センサを用いることなく回転子の回転位置を推定することができる。
【００５８】
ここで、ｄ−ｑ軸上の高周波電流Ａｉｄｑに応じた交流回転機１の出力トルク高周波Ｔｍｈｆは交流回転機１の回転数の影響を受けることなく発生するので、回転位置推定手段９は交流回転機１の回転数に関わらず交流回転機１の回転位置を推定することが可能となり、特に低回転時、停止時にはより高精度な回転位置θを推定することができる。
また、交流回転機１が非突極、即ち交流回転機１のインダクタンスＬｄとＬｑが一致する場合であっても、数３が表す出力トルクＴｍ′から導き出される出力トルク高周波Ｔｍｈｆは数４と同一のものとなることは明らかである。
従って、回転位置推定手段９は交流回転機１の突極性の有無に関わらず交流回転機１の回転位置を推定することができる。
さらに、ｄ−ｑ軸上の高周波電流Ａｉｄｑに応じた交流回転機１の出力トルク高周波Ｔｍｈｆは交流回転機１の磁気飽和の発生有無に関わらず発生するので、回転位置推定手段９は交流回転機１の磁気飽和の有無に関わらず交流回転機１の回転位置を推定することができる。
【００５９】
尚、電流制御器１２はｄ−ｑ軸上の検出電流ｉｄ、ｉｑがそれぞれｄ−ｑ軸上の高周波重畳電流指令ｉｄ３＊、ｉｑ３＊と一致するように動作するため、ｄ−ｑ軸上の高周波重畳電流指令ｉｄ３＊、ｉｑ３＊とｄ−ｑ軸上の検出電流ｉｄ、ｉｑは同等である。
従って、回転位置推定手段９は電流指令であるｄ−ｑ軸上の高周波電流Ａｉｄ、Ａｉｑに基づいて推定回転位置θｅを算出したが、検出電流であるｄ−ｑ軸上の検出電流ｉｄｑから角周波数ｗｈ成分を抽出してｄ−ｑ軸上の高周波検出電流を算出し、該ｄ−ｑ軸上の高周波検出電流に基づいて推定回転位置θｅを算出しても良く、同様の効果を得ることができる。
ただし、ｄ−ｑ軸上の検出電流ｉｄ、ｉｑの角周波数ｗｈ成分を算出する分、演算量は増大するため、本実施の形態１に示すように回転位置推定手段９は電流指令であるｄ−ｑ軸上の高周波電流Ａｉｄｑに基づいて回転位置θを算出する方が演算処理負荷の面で有利である。
【００６０】
また、電力供給手段１０において重畳する高周波電力、及び回転位置推定手段９において演算で使用する高周波電力を電流としているが、これらを電圧としても良い。
この場合、電力供給手段１０はｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄ２＊、ｉｑ２＊に対しｄ−ｑ軸上の高周波電流Ａｉｄ、Ａｉｑを加算する代わりに、ｄ−ｑ軸上の電圧指令ｖｄ＊、ｖｑ＊に対しｄ−ｑ軸上の高周波電圧Ａｖｄ、Ａｖｑを加算するように構成し、回転位置推定手段９はｄ−ｑ軸上の高周波電流Ａｉｄ、Ａｉｑの代わりにｄ−ｑ軸上の高周波電圧Ａｖｄ、Ａｖｑに基づいて回転位置θを算出するようにすればよい。
ただし、ｑ軸上の高周波電流の位相が出力トルク高周波の位相と常に一致するのに対し、ｑ軸上の電圧は交流回転機１の回転数が増加するほどｄ軸方向鎖交磁束に起因する電圧成分が増加するので、交流回転機１の回転数が増加するほどｑ軸上の高周波電圧と出力トルク高周波の位相差が増大し、回転位置推定手段９が算出する回転位置θには該位相差に基づく誤差が生じる。
従って、本実施の形態１に示すように、電力変換器１４において重畳する高周波電力、及び回転位置推定手段において演算で使用する高周波電力を電流とする方がより精度の高い回転位置θを算出することができ、効果的である。
【００６１】
また、電力供給手段１０において重畳する高周波電力、回転位置推定手段９の演算で使用する高周波はそれぞれｄ軸方向およびｑ軸方向の電力であるが、任意の座標系に対応する電力を用いることにより、推定回転位置θｅを演算してもよい。
すなわち、例えば、電力供給手段１０が、交流回転機１に対して静止した座標系であるα−β軸上にα軸方向に対応するα軸高周波電流Ａｉαおよびβ軸方向に対応するβ軸高周波電流Ａｉβを重畳するように構成してもよい。
そして、回転位置推定手段９は、出力トルクＴｍと、α軸高周波電流Ａｉα、β軸高周波電流Ａｉβと、に基づいて、推定回転位置θｅを演算することができる。
この場合に、回転位置推定電力発生器８は同一振幅A、周波数ｗｈの互いに直交した正弦波であるα−β軸高周波電流Ａｉα、Ａｉβを発生し、電力供給手段１０は、切換器５が出力する制御角θｃを用いてα−β軸高周波電流Ａｉα、Ａｉβをｄ−ｑ軸上高周波電流Ａｉｄ、Ａｉｑに座標変換し、高周波重畳器１１においてｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄ２＊、ｉｑ２＊それぞれに対し加算する。
【００６２】
また、回転位置推定手段９では、推定誤差演算手段１７と同様の演算を行うことにより、静止座標系α−β軸と実際のｄ−ｑ軸との位相差を算出することが可能である。
ここで、静止座標系α−β軸と実際のｄ−ｑ軸との位相差は推定回転位置θｅそのものに他ならない。
すなわち、この場合、推定誤差制御手段１８相当の演算は不要であり、推定誤差演算手段１７と同様の演算のみによって推定回転位置θｅを算出することが可能である。
また、例えば、電力供給手段１０が、交流回転機１に対して静止した座標系上のｕ相電圧指令ｖｕ＊、ｖ相電圧指令ｖｖ＊およびｗ相電圧指令ｖｗ＊に、それぞれの位相差が１２０度であるｕ相高周波電圧Ａｖｕ、ｖ相高周波電圧Ａｖｖおよびｗ相高周波電圧Ａｖｗを重畳するように構成してもよい。
【００６３】
そして、回転位置推定手段９は、出力トルクＴｍと、ｕ相高周波電圧Ａｖｕ、ｖ相高周波電圧Ａｖｖおよびｗ相高周波電圧Ａｖｗと、に基づいて、同様に推定回転位置θｅを演算することができる。
この場合に、推定誤差演算手段１７は、上記数５に示したｄ軸相関値Ｚｄと同様に、ｕ相高周波電圧Ａｖｕ、ｖ相高周波電圧Ａｖｖおよびｗ相高周波電圧Ａｖｗのそれぞれと、出力トルク高周波Ｔｍｈｆと、の相互相関関数を演算することにより、ｕ相相関値Ｚｕ、ｖ相相関値Ｚｖおよびｗ相相関値Ｚｗを演算する。
さらに、ｕ相相関値Ｚｕ、ｖ相相関値Ｚｖおよびｗ相相関値Ｚｗを直交した静止座標系であるα−β軸上に対応するα軸相関値Ｚα、β軸相関値Ｚβに変換し、α軸相関値Ｚα、β軸相関値Ｚβで除算し、除算値（Ｚα／Ｚβ）の逆正接を演算することにより静止座標系α−β軸と実際のｄ−ｑ軸との位相差である推定回転位置θｅを算出することが可能である。
【００６４】
また、回転位置推定手段９は角周波数ｗｈであるｄ−ｑ軸上の高周波電流Ａｉｄｑ及び出力トルク高周波Ｔｍｈｆに基づいて回転位置推定誤差Δθを算出しているが、数３から判るように、出力トルクＴｍ′の角周波数ｗｈの２倍の周波数成分と角周波数ｗｈの２倍の周波数の直交した二つの正弦波との相関によって回転位置推定誤差Δθを算出しても良い。
この場合、バンドパスフィルタ１６は出力トルクから角周波数ｗｈの２倍の周波数成分を抽出し、推定誤差演算手段１７が出力トルク高周波Ｔｍｈｆとｄ−ｑ軸上の高周波電流Ａｉｄｑの代わりに出力トルクの角周波数ｗｈの２倍の角周波数成分と角周波数ｗｈの２倍の周波数である直交した二つの正弦波に基づいて回転位置推定誤差Δθを算出するようにするとよい。
【００６５】
続いて、上記構成にて電流制限手段６がｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄｑ１＊を制限する手法を説明する。
前述の通り、センサ異常判定手段３は回転位置信号に基づき、回転位置センサ２の異常を検出し、異常が予め設定された所定時間継続して検出された場合に回転位置センサ２を異常と判定する。
また、センサ異常反転手段３が回転位置センサ２を異常と判定してから、回転位置推定手段９が推定回転位置θｅを算出するまでには、電力供給手段１０によってｄ−ｑ軸上の高周波電流Ａｉｄｑを交流回転機１に供給し、それに応じた交流回転機１の出力トルクをトルク検出手段７で検出し、それに基づいて演算を行うという一連の処理が必要となる。
【００６６】
従って、回転位置センサ２に異常が発生してから、回転位置推定手段９が推定回転位置θｅを算出するまでの間は回転位置不定期間であり、その間制御角θｃの実際の交流回転機１の回転位置に対する誤差は最大１８０度となる。
また、回転位置推定手段９が推定回転位置θｅを算出するためには、バンドパスフィルタ１６によって、出力トルクＴｍからｄ−ｑ軸上の高周波電流Ａｉｄｑの周波数成分である角周波数ｗｈ近傍の成分を抽出する必要がある。
電力供給手段１０によってｄ−ｑ軸上の高周波電流Ａｉｄｑが交流回転機１に供給された直後、即ち、高周波トルク発生直後は、バンドパスフィルタ１６が出力トルクから角周波数ｗｈ成分を精度よく抽出するまでに時間を要する。
従って、電力供給手段１０がｄ−ｑ軸上の高周波電流Ａｉｄｑの供給を開始してから、回転位置推定手段９が精度の高い推定回転位置θｅを算出するまでにバンドパスフィルタ１６の特性に応じた所定の時間を要する。
【００６７】
さらに、回転位置推定手段９は推定誤差制御手段１８におけるＰＩ制御器２２によって回転位置推定誤差Δθが零となるような推定回転位置θｅを算出するので、ＰＩ制御器２２の特性に応じて回転位置推定誤差Δθを零に収束させるための時間を要する。
この時間は回転位置推定手段９が推定回転位置θｅの演算を開始した時点の制御角θｃの実際の交流回転機１の回転位置に対する誤差が大きいほど長くなる。
回転位置推定手段９が推定回転位置θｅの演算を開始した時点においては回転位置が不定であるため、最大で１８０度誤差を収束させるための時間を要する。
即ち、回転位置推定手段９が推定回転位置θｅの算出を開始した後、回転位置推定手段９が実際の回転位置との誤差が９０度以下の逆トルクとなることがない推定回転位置θｅを算出するまでに回転位置推定手段９の特性に応じた所定の時間を要する。
【００６８】
従って、回転位置センサ２に異常が発生してから、回転位置推定手段９が実際の回転位置との誤差が９０度以下である推定回転位置θｅを算出するまでの間に、零でないｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄｑ１＊が交流回転機１に供給される場合、逆トルクが発生しうる。
さらに、この間のｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄｑ１＊が大きく、誘起電圧、即ち交流回転機１の回転速度が大きい場合、過電流が発生しうる。
そこで、以下に示すように、電流制限手段６においてｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄｑ１＊を制限することによって、センサレス制御移行時の逆トルクを解消し、過電流を防止する。
ｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄｑ１＊を制限するための制限値であるｄ−ｑ軸電流制限値ｉｄｑｌｉｍを図４に示す。
図４における横軸は時間を表しており、縦軸はｄ−ｑ軸電流制限値ｉｄｑｌｉｍである。
また、センサ異常判定手段３が回転位置センサ２の異常を検出した時刻をｔ０、センサ異常判定手段３が回転位置センサ２を異常であると判定した時刻、即ち、異常判定信号が正常から異常に切り換わる時刻をｔ１、回転位置推定手段９が算出する推定回転位置θｅの実際の回転位置との誤差が９０度以下に収まるために十分な時間が経過した時刻をｔ２として表す。
【００６９】
図４から判るように、ｄ−ｑ軸電流制限値ｉｄｑｌｉｍは時刻ｔ１まで定格電流に設定される。
すなわち、時刻ｔ１まではｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄｑ１＊は制限されることはない。
ここで、時刻ｔ０からｔ１の間は、センサ異常判定手段３は回転位置センサ２の異常を検出しているが、異常であると判定はしていない、即ち回転位置センサ２の異常は確定していない期間である。
つまり、センサ異常判定手段３は回転位置センサ２の異常を検出しているが、実際に回転位置センサ２が異常であるとは確定できない場合が存在する。
このような場合に時刻ｔ０からｔ１の間にｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄｑ１＊を制限するように設定していると、回転位置センサ２に異常がないにも関わらず、交流回転機１に供給される電流が変動し、トルク変動を生む。
従って、本実施の形態１における交流回転機の制御装置では、時刻ｔ０からｔ１の間はｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄｑ１＊を制限しない。
【００７０】
また、ｄ−ｑ軸電流制限値ｉｄｑｌｉｍは時刻ｔ１において零に設定される。
時刻ｔ１は異常判定信号が正常から異常に切り換わる時刻がｔ１であるため、異常判定信号より認識可能である。
時刻ｔ１においてｄ−ｑ軸電流制限値ｉｄｑｌｉｍを定格電流から零に急峻に減少させることによって、逆アシスト、並びに過電流を迅速に低減するようにしている。
ｄ−ｑ軸電流制限値ｉｄｑｌｉｍは時刻ｔ１からｔ２まで零に設定される。
ここで、時刻ｔ２は時刻ｔ１から所定時間Δｔ１２が経過した時刻として認識する。
時刻ｔ２は回転位置推定手段９が算出する推定回転位置θｅの実際の回転位置との誤差が９０度以下に収まるために十分な時刻であるので、所定時間Δｔ１２は数１０に示す演算式によって算出した値に予め設定しておくことが可能である。
【００７１】
【数１０】
2015166546.tif 000012
【００７２】
本実施の形態１における交流回転機の制御装置の場合、（回転位置推定電力を供給してから推定回転位置算出までの時間）は電力供給手段１０によってｄ−ｑ軸上の高周波電流Ａｉｄｑを交流回転機１に供給し、それに応じた交流回転機１の出力トルクをトルク検出手段７で検出し、回転位置推定手段９が推定回転位置θｅを算出するまでの最長時間である。
各演算時間、ｄ−ｑ軸上の高周波電流Ａｉｄｑを交流回転機１に供給してからトルク検出手段７で検出される時間は予め測定、或いは算出しておけばよい。
さらに、最長時間としてトルク検出手段７の個体差、特性、経年変化による検出時間バラつきなどハードウェアのバラつきを考慮した値に設定してもよい。
【００７３】
また、（回転位置推定を開始してから誤差９０度以内に収束させる時間）は回転位置推定手段９が回転位置信号に基づき推定回転位置θｅの演算を開始してから推定回転位置θｅと回転位置との誤差が９０度以内に収束するために必要な最長時間であり、主にバンドパスフィルタ１６の高周波抽出の応答時間、及びＰＩ制御器２２の回転位置推定誤差の収束応答性に依存する。
この場合、回転位置推定手段９が推定回転位置θｅの演算を開始する時の推定回転位置θｅと実際の交流回転機の回転位置誤差が１８０度である最悪のケースを想定して、推定回転位置θｅの誤差が９０度まで低下する時間を予め測定、あるいは算出しておけばよい。
【００７４】
ｄ−ｑ軸電流制限値ｉｄｑｌｉｍは時刻ｔ２から時間と共に次第に増加するように設定され、最終的には定格電流に到達する。
従って、交流回転機１のトルク急変が発生することはなく、トルク急変による交流回転機１の負荷装置への衝撃、交流回転機１及び負荷装置の共振、ハンチングといった問題を防ぐことができる。
ただし、その傾きが緩やかな場合、交流回転機１に本来要求されるトルクへの復帰が遅れるため、傾きは交流回転機１の用途に応じて設計するとよい。
【００７５】
以上のように、電流制限手段６を備えた交流回転機の制御装置によると、交流回転機の駆動電力であるｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄｑ１＊を制限することによって、回転位置センサ２に異常が発生し、電力供給手段１０が推定回転位置θｅによって交流回転機に電力を供給するセンサレス制御に切り換わる時の逆トルクを解消し、或いは過電流を防止することができる。
【００７６】
即ち、本発明の実施の形態１における交流回転機の制御装置は、交流回転機と、前記交流回転機の回転位置を検出する回転位置センサと、前記回転位置センサの異常が所定の判定時間継続して検出された場合に前記回転位置センサを異常と判定するセンサ異常検出手段と、前記回転位置センサが異常と判定された場合に前記交流回転機の推定回転位置を算出する回転位置推定手段と、前記交流回転機を駆動するために供給する駆動電力を制限する電力制限手段と、前記センサ異常判定手段が前記回転位置センサを異常と判定している場合には前記推定回転位置に基づいて、前記電力制限手段に制限された前記駆動電力に前記回転位置推定手段が回転位置を推定するために供給する回転位置推定電力を加えた電力を前記交流回転機に供給する電力供給手段と、を備え、前記電力制限手段は前記センサ異常判定手段が異常を検出してから異常と判定するまでに前記駆動電力の制限を開始し、少なくとも前記推定回転位置の推定誤差が所定範囲内に収まるための所定時間、前記駆動電力を制限することを特徴としている。
【００７７】
そのため、異常発生前後で交流回転機に同様に求められるトルクの大きさを敢えて減少させながらも、その減少させる期間を最短にしつつ、交流回転機の所望のトルクとは逆方向に作用する逆トルクを解消することができ、或いは過電流による交流回転機、及び交流回転機の駆動回路の故障を防止することができるといった従来にない顕著な効果を奏する。さらに、前記交流回転機の制御装置は前記交流回転機の出力トルクを検出するトルク検出手段を備え、前記回転位置推定電力は高周波電力であり、前記回転位置推定手段は前記出力トルクに含まれる高周波成分と、前記高周波電力に対応する高周波成分とに基づいて、前記推定回転位置を算出するように構成しており、前記回転位置推定電力の供給を開始してから、前記回転位置推定手段が逆トルク、過電流とならないような誤差の小さい推定回転位置を算出するまでに時間を要するため、異常発生前後で交流回転機に同様に求められるトルクの大きさを敢えて減少させながらも、その減少させる期間を最短にしつつ、交流回転機の所望のトルクとは逆方向に作用する逆トルクを解消し、或いは過電流による交流回転機、及び交流回転機の駆動回路の故障を防止することは、より顕著な効果を奏する。
【００７８】
さらに、前記電力制限手段は前記駆動電力を制限する所定の値まで急峻に減少するよう制限するように構成したので、誤差の大きな推定位置と大きな電流による逆トルクおよび過電流を迅速に低減できる。
さらに、前記電力制限手段は前記駆動電力を制限する所定の値から時間と共に次第に増加するよう制限するように構成したので、逆トルクの解消、或いは過電流の防止のために制限した駆動電力を復帰させる際のトルク急変による交流回転機の負荷装置への衝撃、交流回転機及び負荷装置の共振、ハンチングといった問題を防ぐことができる。
【００７９】
尚、本実施の形態１では、センサ異常判定手段３は回転位置信号に基づき、回転位置センサ２の異常を検出し、異常が予め設定された所定時間継続して検出された場合に回転位置センサ２を異常と判定するようにしたが、回転位置信号に基づき、回転位置センサの異常を検出した場合に即座に回転位置センサ２を異常と判定する構成としてもよい。
即ち、該交流回転機の制御装置は、交流回転機と、前記交流回転機の回転位置を検出する回転位置センサと、前記回転位置センサの異常を判定するセンサ異常判定手段と、前記回転位置センサが異常と判定された場合に前記交流回転機の推定回転位置を算出する回転位置推定手段と、前記交流回転機を駆動するために供給する駆動電力を制限する電力制限手段と、前記センサ異常判定手段が前記回転位置センサを異常と判定している場合には前記推定回転位置に基づいて、前記電力制限手段に制限された前記駆動電力に前記回転位置推定手段が回転位置を推定するために供給する回転位置推定電力を加えた電力を前記交流回転機に供給する電力供給手段と、を備え、前記電力制限手段は少なくとも前記センサ異常判定手段が異常と判定してから前記推定回転位置の推定誤差が所定範囲内に収まるための所定時間、前記駆動電力を制限することを特徴としており、この場合も本実施の形態１における交流回転機の制御装置と同様に、異常発生前後で交流回転機に同様に求められるトルクの大きさを敢えて減少させながらも、その減少させる期間を最短にしつつ、交流回転機の所望のトルクとは逆方向に作用する逆トルクを解消することができ、或いは過電流による交流回転機、及び交流回転機の駆動回路の故障を防止することができるといった従来にない顕著な効果を奏する。
【００８０】
また、回転位置推定手段９は交流回転機１に高周波電流を供給した際の出力トルクＴｍに対する応答に基づいて推定回転位置θｅを算出したが、他の回転位置推定用電力を供給し、他の手法によって推定回転位置θｅを算出するようにしてもよく、その方法は問わない。
また、時刻ｔ２は回転位置推定手段９が算出する推定回転位置θｅの実際の回転位置との誤差が９０度以下に収まるために十分な時刻とし、所定時間Δｔ１２を（回転位置推定を開始してから誤差９０度以内に収束させる時間）より構成したが、時刻ｔ２を回転位置推定手段９が算出する推定回転位置θｅの実際の回転位置との誤差が任意の所定誤差以下に収まるために十分な時刻とし、所定時間Δｔ１２を（回転位置推定を開始してから任意の所定誤差以内に収束させる時間）より構成してもよい。
【００８１】
交流回転機１のトルクは制御角θｃの誤差が９０度以下の場合はその誤差が大きくなればなるほど所望のトルクより小さくなり、誤差が９０〜１８０度の場合はその誤差が大きくなればなるほど所望のトルクと反対方向の逆トルクが大きくなる。
従って、逆トルクのみならず、トルクの減少も許容できない場合は、許容できないトルクとなる制御角θｃと実際の回転位置の誤差に応じて所定誤差を定めればよい。
また、ある程度の逆トルクが許容される場合は、許容可能な逆トルクとなる制御角θｃと実際の回転位置の誤差に応じて所定誤差を定めればよい。
この場合、（回転位置推定を開始してから所定誤差以内に収束させる時間）は回転位置推定手段９が回転位置信号に基づき推定回転位置θｅの演算を開始してから推定回転位置θｅと回転位置との誤差が所定誤差以内に収束するために必要な最長時間であり、回転位置推定手段９が推定回転位置θｅの演算を開始する時の推定回転位置θｅと実際の交流回転機の回転位置誤差が１８０度である最悪のケースを想定して、推定回転位置θｅの誤差が所定誤差まで低下する時間を予め測定、あるいは算出しておけばよい。
【００８２】
また、電流制限手段６におけるｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄｑ１＊を制限するための制限値であるｄ−ｑ軸電流制限値ｉｄｑｌｉｍを時刻ｔ２から時間と共に次第に増加するように設定したが、トルク急変による影響が問題とならず、トルクをできるだけ早く復帰させたいような場合はｄ−ｑ軸電流制限値ｉｄｑｌｉｍを時刻ｔ２から急峻に増加するように設定してもよい。
また、電流制限手段６におけるｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄｑ１＊を制限するための制限値であるｄ−ｑ軸電流制限値ｉｄｑｌｉｍを零とする所定時間Δｔ１２を構成する（回転位置推定電力を供給してから推定回転位置算出までの時間）、及び（回転位置推定を開始してから誤差９０度以内に収束させる時間）はそれぞれ取りうる最長時間を設定したが、条件に応じて該条件における最長時間を設定時間として切り替えるように構成してもよい。
【００８３】
本実施の形態１におけるｄ−ｑ軸電流制限値ｉｄｑｌｉｍを零とする所定時間Δｔ１２の場合、所定時間Δｔ１２を構成する（回転位置推定電力を供給してから推定回転位置算出までの時間）は、例えばトルク検出手段の温度特性に応じて変動しうる。
従って、例えばトルク検出手段の温度を検出し、温度に応じて該温度における（回転位置推定電力を供給してから推定回転位置算出までの時間）の最長時間を設定時間として切り替えるとよい。
【００８４】
また、電流制限手段６におけるｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄｑ１＊を制限するための制限値であるｄ−ｑ軸電流制限値ｉｄｑｌｉｍを図４に示す設定としたが、図５に示すように、時刻ｔ０からｔ１の間に零に制限するような設定としてもよい。
この場合、センサ異常判定手段３は回転位置センサ２の異常有無だけでなく、回転位置センサ２の異常検出状態、具体的には回転位置センサ２の異常検出の継続時間を出力する必要がある。
【００８５】
このように、時刻ｔ０からｔ１の間に零に制限することによって、実際に回転位置センサに異常が発生してから、センサ異常反転手段が回転位置センサを異常と判定するまでの期間の逆トルク、及び過電流を解消することができる。
ただし、センサ異常判定手段は回転位置センサの異常を検出しているが、実際に回転位置センサは異常ではなく誤検出している場合には、回転位置センサが正常であるにも関わらず、交流回転機に供給される電流が変動し、トルク変動を生むこととなる。
【００８６】
また、電流制限手段６におけるｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄｑ１＊を制限するための制限値であるｄ−ｑ軸電流制限値ｉｄｑｌｉｍを図６に示すように制限開始時に時間とともに次第に減少していくように設定してもよい。
即ち、該電力制限手段は駆動電力を制限する所定の値まで時間と共に次第に減少するよう制限するように構成してもよく、この場合、交流回転機１のトルク急変を抑制することができるので、トルク急変による交流回転機１の負荷装置への衝撃、交流回転機１及び負荷装置の共振、ハンチングといった問題を防ぐことができる。
ただし、制御角の実際の交流回転機１の回転位置に対する誤差が大きい場合は、減少させる傾きが緩やかであるほど逆トルク、及び過電流が大きくなる。
【００８７】
また、電流制限手段６におけるｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄｑ１＊を制限するための制限値であるｄ−ｑ軸電流制限値ｉｄｑｌｉｍを図７に示すように零以外の値に制限されるように設定してもよい。
回転位置センサ２に異常が発生し、電力供給手段１０が推定回転位置θｅによって交流回転機１に電力を供給するセンサレス制御に切り換わる時に交流回転機１に供給する電力を制限することは、その間の制御角の実際の交流回転機１の回転位置に対する誤差が大きい場合は、逆トルクを低減し、過電流を防止できる一方で、制御角の誤差が小さい場合は、本来交流回転機１に供給されるべき電力が制限されるため、機能性が低下するといったトレードオフの関係を持つ。
従って、交流回転機１の用途及び性能に応じて、許容可能な逆トルク、電流の範囲内で任意に制限値を設定すればよい。
【００８８】
また、電流制限手段６によりｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄｑ１＊を制限することによって、交流回転機１の逆トルク及び過電流を防止するようにしたが、交流回転機に対して回転、或いは静止した任意の座標軸の電流指令を制限するようにしてもよいし、或いは交流回転機に対して静止した座標系上のＵ、Ｖ、Ｗ各相の電流指令をそれぞれ制限するようにしてもよく、背電流制限手段において制限する電流指令がどの座標軸のものであるかは問わない。
この場合、本実施の形態１における電流制限手段６による電流指令制限手法と同様に各座標軸上の電流を制限することによって、どの座標軸上の電流指令を制限した場合であっても逆トルク及び過電流を防止することができ、同様の効果を得ることができる。
ただし、回転位置推定電力は電流制限手段により制限された電流に対して加算する必要がある。
【００８９】
実施の形態２．
実施の形態１では、回転位置推定手段９は交流回転機１に高周波電流を供給した際の出力トルクＴｍに対する応答に基づいて推定回転位置θｅを算出したが、推定回転位置θｅは他の手法によって算出するようにしてもよい。
具体的には、交流回転機に高周波電力を供給し、交流回転機の前記検出電流に含まれる高周波成分に基づいて推定回転位置θｅを算出するようにしてもよい。
そこで、本実施の形態２では、突極性を有する交流回転機に高周波電流を供給した場合の、交流回転機のインダクタンスの回転二軸上各成分に差異による電流に対する応答に基づいて推定回転位置θｅを算出する回転位置推定手段９とは異なる公知の回転位置推定手段（例えば、特許第５０６９３０６号公報に記載）を備えた交流回転機の制御装置において、センサレス制御に切り替わる時の逆トルクを解消し、或いは過電流を防止する手法について説明する。
【００９０】
図８は本発明の実施の形態２における交流回転機の制御装置の全体構成を示す図であり、
実施の形態１と同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものである。
回転位置推定電力発生器８ａは、スイッチング周期Ｔｃの値を電力変換器１４ａに、三相高周波電圧Ａｖｕ，Ａｖｖ，Ａｖｗ（以下、纏めてＡｖｕｖｗと呼ぶ）を電力変換器１４ａに出力する。
ここで、スイッチング周期Ｔｃは、例えば特許第５０６９３０６号公報に記載のように、交流回転機１を駆動させるための電流指令であるｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄｑ１＊に基づく三相交流電圧指令ｖｕｖｗ*の周期よりも十分に短い周期をもって、このスイッチング周期Ｔｃは交流回転機１の電気的特性やインバータ駆動により発生する電磁騒音の周波数等を考慮して予め最適な値に設定される。
また、三相高周波電圧Ａｖｕｖｗは回転位置推定手段９ａが回転位置を推定するためのものであって、スイッチング周期Ｔｃのｍ倍（ｍは３以上の整数、３以上とする理由は後述）と等しい周期ｍ・Ｔｃ、かつ位相の異なるものとする。
【００９１】
回転位置推定手段９ａは異常判定信号が異常を示している場合は、三相高周波電圧Ａｖｕｖｗの印加による交流回転機１の電流に対する応答に基づいて推定回転位置θｅを算出する。
電力供給手段１０ａは、高周波重畳器１１ａ、電流制御器１２、座標変換器１３、電力変換器１４ａ、電流検出器１５より構成され、ｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄｑ２＊、三相高周波電圧Ａｖｕｖｗ、制御角θｃに基づき、交流回転機１に供給されるｄ軸電流、ｑ軸電流がそれぞれｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄｑ２＊に一致するような三相交流電圧に三相高周波電圧Ａｖｕｖｗ加えた電圧を交流回転機１に印加する。
【００９２】
以下に、電力供給手段１０ａの内部構成について説明する。
高周波重畳器１１ａは三相電圧指令ｖｕ*、ｖｖ*、ｖｗ*にそれぞれ三相高周波電圧Ａｖｕ，Ａｖｖ，Ａｖｗを加算し、三相電圧指令ｖｕ２*、ｖｖ２*、ｖｗ２*（以下、纏めてｖｕｖｗ２*と呼ぶ）として電力変換器１４ａに出力する。
ここで、上述のようにｍを３以上の整数とする理由は、ｍが１あるいは２のときは、スイッチング周期Ｔｃのｍ倍の周期ｍ・Ｔｃと等しい三相高周波電圧Ａｖｕ，Ａｖｖ，Ａｖｗの各相に、位相差を持たせることができず、ひいては回転位置推定手段９ａによる推定回転位置θｅを精度良く求めることができないからである。
【００９３】
このように、高周波重畳器１１ａによって三相電圧指令ｖｕ*、ｖｖ*、ｖｗ*にそれぞれ個別に三相高周波電圧Ａｖｕ，Ａｖｖ，Ａｖｗを重畳して交流回転機１に印加する。
この場合、三相高周波電圧Ａｖｕ，Ａｖｖ，Ａｖｗのベクトル和である電圧ベクトルは交番電圧ではなく回転電圧となる。
なお、交番電圧とは、三相交流電圧１周期のうちに、三相交流電圧の各相のベクトル和である電圧ベクトルを２方向以下に印加するものをいう。
また、回転電圧とは三相交流電圧１周期のうちに、三相交流電圧の各相のベクトル和である電圧ベクトルを３方向以上に印加するものをいう。
【００９４】
電流制御器１２ａは、ｄ−ｑ軸上の高周波重畳電流指令ｉｄ２＊、ｉｑ２＊、及びｄ−ｑ軸上の検出電流ｉｄ、ｉｑに基づき、ｄ−ｑ軸上の検出電流ｉｄ、ｉｑがそれぞれｄ−ｑ軸上の高周波重畳電流指令ｉｄ２＊、ｉｑ２＊と一致するようなｄ−ｑ軸上の電圧指令ｖｄ＊、ｖｑ＊（以下、纏めてｖｄｑ＊と呼ぶ）を演算し、高周波重畳器１１ａに出力する。
【００９５】
図９は電力変換器１４ａの構成を示す図である。
電力変換器１４ａはパルス幅変調制御器２３とインバータ２４から構成される。
パルス幅変調制御器は、高周波重畳器１１ａが出力する三相電圧指令ｖｕ２*、ｖｖ２*、ｖｗ２*と回転位置推定電力発生器８ａが出力するスイッチング周期Ｔｃの値に基づいて、パルス幅変調されたロジック信号Ｄｕ、Ｄｖ、Ｄｗを発生する。
インバータ２４はパルス幅変調制御器２３が出力するロジック信号Ｄｕ、Ｄｖ、Ｄｗに基づき、交流回転機１の各巻線に電圧を印加する。
ここで、パルス幅変調制御法としては、例えば、キャリア信号としての三角波による公知のパルス幅変調制御法を用いてもよい。
この場合、例えば、三角波の周期を回転位置推定電力発生器８ａが出力するスイッチング周期Ｔｃの２倍に設定する。
このように、電力変換器１４ａは三相電圧指令ｖｕ２*、ｖｖ２*、ｖｗ２*と、スイッチング周期Ｔｃに基づいて三相電圧指令ｖｕ２*、ｖｖ２*、ｖｗ２*を交流回転機１に印加する。
ここで、パルス幅変調制御器２３によるロジック信号Ｄｕ、Ｄｖ、Ｄｗは他の公知の手法により算出するようにしてもよい。
【００９６】
以上のような構成によって、該交流回転機の制御装置は回転位置センサ異常時は交流回転機に高周波電力を供給し、交流回転機の前記検出電流に含まれる高周波成分に基づいて交流回転機の回転位置を推定し、該回転位置に基づいて交流回転機を制御する構成において、推定回転位置によって交流回転機を制御するセンサレス制御へ移行する時の逆トルク或いは過電流を解消する。
ここで、回転位置推定手段９ａが交流回転機に高周波電力を供給し、交流回転機の前記検出電流に含まれる高周波成分に基づいて推定回転位置θｅを演算する手法について説明する。
回転位置推定手段９ａは、特許第５０６９３０６号公報に記載される公知の手法によって、突極性を有する交流回転機に高周波電流を供給した場合の、交流回転機のインダクタンスの回転二軸上各成分に差異による電流に対する応答に基づいて推定回転位置θｅを算出するとよい。
尚、回転位置推定手段９ａは、回転位置推定電力発生器８ａが三相高周波電圧Ａｖｕｖｗは回転位置推定手段９ａが回転位置を推定するためのものであって、スイッチング周期Ｔｃのｍ倍（ｍは３以上の整数、３以上とする理由は後述）と等しい周期ｍ・Ｔｃ、かつ位相の異なるものを出力し、電力供給手段１０ａにより印加した場合の電流に対する応答に基づいて推定回転位置θｅを算出したが、突極性を有した交流回転機１に高周波電力を供給した場合に、インダクタンスの回転二軸上各成分に差異による電流に対する応答に基づいた他の方法によって算出するようにしてもよい。
【００９７】
続いて、上記構成にて電流制限手段６がｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄｑ１＊を制限する手法を説明する。
電流制限手段６は本発明の実施の形態１における電流制限手段６と同様の手法によって、ｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄｑ１＊を制限することによって、センサレス制御移行時の逆トルクを解消し、過電流を防止することができる。
本実施の形態２における交流回転機の制御装置の場合、数１０における（回転位置推定電力を供給してから推定回転位置算出までの時間）に電力供給手段１０ａによって三相高周波電圧Ａｖｕ，Ａｖｖ，Ａｖｗを交流回転機１に印加し、それに応じた交流回転機１の三相検出電流ｉｕｖｗを電流検出器１５で検出し、回転位置推定手段９ａが推定回転位置θｅを算出するまでの最長時間を設定するとよい。
また、（回転位置推定を開始してから誤差９０度以内に収束させる最長時間）に回転位置推定手段９ａにより算出される推定回転位置θｅの誤差が９０度まで低下するまでの最長時間を設定するとよい。
【００９８】
以上のように、電流制限手段６を備えた交流回転機の制御装置によると、交流回転機に高周波電力を供給し、交流回転機の前記検出電流に含まれる高周波成分に基づいて推定回転位置θｅを算出する場合であっても、交流回転機の駆動電力であるｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄｑ１＊を制限することによって、回転位置センサ２に異常が発生し、電力供給手段１０ａが推定回転位置θｅによって交流回転機に電力を供給するセンサレス制御に切り換わる時の逆トルクを解消し、或いは過電流を防止することができる。
【００９９】
即ち、本発明の実施の形態２における交流回転機の制御装置は、交流回転機と、前記交流回転機の回転位置を検出する回転位置センサと、前記回転位置センサの異常が所定の判定時間継続して検出された場合に前記回転位置センサを異常と判定するセンサ異常検出手段と、前記回転位置センサが異常と判定された場合に前記交流回転機の推定回転位置を算出する回転位置推定手段と、前記交流回転機を駆動するために供給する駆動電力を制限する電力制限手段と、前記センサ異常判定手段が前記回転位置センサを異常と判定している場合には前記推定回転位置に基づいて、前記電力制限手段に制限された前記駆動電力に前記回転位置推定手段が回転位置を推定するために供給する回転位置推定電力を加えた電力を前記交流回転機に供給する電力供給手段と、を備え、前記電力制限手段は前記センサ異常判定手段が異常を検出してから異常と判定するまでに前記駆動電力の制限を開始し、少なくとも前記推定回転位置の推定誤差が所定範囲内に収まるための所定時間、前記駆動電力を制限することを特徴としており、前記交流回転機は突極性を有し、前記交流回転機の検出電流を取得する電流検出手段を備え、前記回転位置推定電力は高周波電力であり、前記回転位置推定手段は前記検出電流に含まれる高周波成分に基づいて、前記推定回転位置を算出するように構成しており、前記回転位置推定電力の供給を開始してから、前記回転位置推定手段が逆トルク、過電流とならないような誤差の小さい推定回転位置を算出するまでに時間を要するため、異常発生前後で交流回転機に同様に求められるトルクの大きさを敢えて減少させながらも、その減少させる期間を最短にしつつ、交流回転機の所望のトルクとは逆方向に作用する逆トルクを解消し、或いは過電流による交流回転機、及び交流回転機の駆動回路の故障を防止することは、より顕著な効果を奏する。
【０１００】
実施の形態３．
実施の形態１では、回転位置推定手段９は交流回転機１に高周波電流を供給した際の出力トルクＴｍに対する応答に基づいて推定回転位置θｅを算出したが、他の手法によって推定回転位置を算出するようにしてもよい。
具体的には、交流回転機の巻線を短絡させるような電圧を供給し、交流回転機の検出電流に基づいて推定回転位置θｅを算出するようにしてもよい。
また、回転位置推定手段が算出する推定回転位置θｅの初期値、即ちセンサレス制御切り替え直後に使用する値を算出する初期推定回転位置推定手段を備えた構成とし、それぞれの回転位置推定手段に応じて交流回転機の駆動電力を制限することによって、センサレス制御に切り換わる時の逆トルクを解消し、或いは過電流を防止してもよい。
この場合、回転位置推定手段９が誤差の小さい推定回転位置θｅを算出する時間に比べて、短い時間で誤差の小さい回転位置を初期回転推定手段が算出するため、逆トルクを解消、或いは過電流を防止するために駆動電力を制限する時間を短く設定することが可能となり、より早く交流回転機が所望のトルクを出力することができる。
【０１０１】
そこで、本実施の形態３では、実施の形態１における回転位置推定手段９に加えて、回転位置推定手段９が算出する推定回転位置θｅの初期値を算出する初期推定回転位置推定手段を備えた交流回転機の制御装置において、センサレス制御に切り替わる時の逆トルクを解消し、或いは過電流を防止する手法について説明する。
さらに、交流回転機の巻線を短絡させるような回転位置推定電力である電圧を印加し、この時の交流回転機の電流から、交流回転機の巻線が短絡した場合の交流回転機の電圧と電流の関係に基づいて推定回転位置を算出する回転位置推定手段９とは異なる公知の回転位置推定手段（例えば、特許第３６３６３４０公報に記載）を備えた交流回転機の制御装置において、センサレス制御に切り替わる時の逆トルクを解消し、或いは過電流を防止する手法について説明する。
【０１０２】
図１０は本発明の実施の形態３における交流回転機の制御装置の全体構成を示す図であり、実施の形態１と同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものである。
電流制限手段６ｂは電流制限手段６と同様にｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄｑ１＊をｄ−ｑ軸電流制限値ｉｄｑｌｉｍによって制限し、ｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄｑ２＊として出力する。
ｄ−ｑ軸電流制限値ｉｄｑｌｉｍの設定する手法については後述する。
【０１０３】
次に電力供給手段１０ｂの内部構成について説明する。
電力変換器１４ｂは交流回転機１の各相に対して、入力されたゲート信号Ｇに基づいて電圧を印加する。
図１１は電力変換器１４ｂの内部構成を示す図である。
電力変換器１４ｂは、半導体スイッチ３８〜４３を有し、半導体スイッチ３８、４１、３９、４２、４０、４３の各対は、それぞれ直列接続され、直列接続された半導体スイッチ３８、４１、３９、４２、４０、４３の各対は、電位差Ｅｄを生成する直流電圧源４４に並列接続される。
半導体スイッチ３８、４１を接続する中点Ｐｕは、交流回転機１のＵ相に接続され、半導体スイッチ３９、４２を接続する中点Ｐｖは、交流回転機１のＶ相に接続され、半導体スイッチ４０、４３を接続する中点Ｐｗは、交流回転機１のＷ相に接続される。
また、各半導体スイッチ３８〜４３は、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）Ｑ１〜Ｑ６とダイオードＤ１〜Ｄ６とがそれぞれ対応して並列接続され、ダイオードの順方向は、直流電圧源４４のプラス側に向けられている。
このＩＧＢＴＱ１〜Ｑ６のゲートに印加されるゲート信号は、各ＩＧＢＴＱ１〜Ｑ６をオン／オフする。
ゲート信号生成器２７は交流回転機１に三相電圧指令ｖｕｖｗ＊を印加するような駆動用ゲート信号Ｇｄを出力する。
ここで、駆動用ゲート信号Ｇｄは、例えば、本発明の実施の形態２におけるパルス幅変調制御器２３と同様に三相電圧指令ｖｕｖｗ＊をパルス幅変調したロジック信号Ｄｕｖｗを算出し、ロジック信号Ｄｕｖｗに基づいて交流回転機１の各相に対応した半導体スイッチ３８〜４３をオン／オフするためのゲート信号を算出するような公知の手法により算出するとよい。
【０１０４】
電力制限手段２８は駆動用ゲート信号Ｇｄを制限することによって、回転位置センサ２が異常となり、推定回転位置によって交流回転機を制御するセンサレス制御へ移行する際の逆トルクを解消し、過電流を防止する。
具体的には、異常判定信号が異常を示してから、初期回転位置推定手段２６が初期推定回転位置θｅ０を算出するまでの所定時間Δｔ１２０は駆動用ゲート信号Ｇｄを遮断し、推定用ゲート信号Ｇｅを出力する。その後、推定用ゲート信号Ｇｅを遮断し、駆動用ゲート信号Ｇｄを出力する。
初期回転位置推定電力発生器２５は異常判定信号が異常を示した場合に初期回転位置推定手段２６が回転位置を推定するための推定用ゲート信号Ｇｅを電力供給手段１０ｂに出力する。
初期回転位置推定手段２６は三相検出電流ｉｕｖｗに基づいて初期推定回転位置θｅ０を演算し、回転位置推定手段９ｂに出力する。
回転位置推定手段９ｂは算出する推定回転位置θｅの初期値に初期回転位置推定手段２６が出力する初期推定回転位置θｅを用いるという点でのみ回転位置推定手段９と異なる。
【０１０５】
以上のような構成によって、該交流回転機の制御装置は回転位置センサ異常時は交流回転機の巻線を短絡させるような電圧を供給し、交流回転機の検出電流に基づいて交流回転機の回転位置を推定し、該回転位置に基づいて交流回転機を制御する構成において、推定回転位置によって交流回転機を制御するセンサレス制御へ移行する時の逆トルク或いは過電流を解消する。
【０１０６】
ここで、初期回転位置推定電力発生器２５が推定用ゲート信号Ｇｅを出力し、初期回転位置推定手段２６が初期推定回転位置θｅ０を演算する手法について説明する。
該手法には特許第３６３６３４０公報に記載される公知の手法を用いるとよい。
初期回転位置推定電力発生器２５は異常判定信号が異常を示した場合に電力変換器１４ｂの半導体スイッチ３８〜４３を全てオンさせることにより交流回転機１の全相の固定子巻線を短絡させる。
即ち、初期回転位置推定電力発生器２５は交流回転機を短絡させる電力を、電力供給手段１０ｂを介して交流回転機１に供給する。
また、初期回転位置推定手段２６は交流回転機１の全相の固定子巻線を短絡させた後、所定時間ｔ０経過後の誘起電圧により流れる三相検出電流ｉｕｖｗに基づいて交流回転機１の回転速度、及び初期推定回転位置θｅ０を算出することができる。
このように、初期回転位置推定手段２６は交流回転機の巻線を短絡させるような回転位置推定電力である電圧を印加し、この時の交流回転機の検出電流に基づいて初期推定回転位置θｅ０を算出する。
尚、初期回転位置推定手段２６は、特許第３６３６３４０公報に記載されるような公知の手法によって初期推定回転位置θｅ０を演算したが、これに限定されず、その他の手法により交流回転機の巻線が短絡した場合の交流回転機の電圧と電流の関係に基づいて初期推定回転位置θｅ０を演算してもよい。
【０１０７】
続いて、上記構成にて電流制限手段６ｂ、及び電力制限手段２８が交流回転機の駆動電力を制限する手法について説明する。
電力制限手段２８は上述の通り、異常判定信号が異常を示してから、所定時間Δｔ１２０が経過するまでの期間は駆動用ゲート信号Ｇｄを遮断し、推定用ゲート信号Ｇｅを出力する。
その後、推定用ゲート信号Ｇｅを遮断し、駆動用ゲート信号Ｇｄを出力する。ここで、初期回転位置推定手段２６は所定時間ｔ０経過後の三相検出電流ｉｕｖｗに基づいて初期推定回転位置θｅ０を算出するので、即ち、所定時間Δｔ１２０は異常判定信号が異常を示してから、初期回転位置推定電力発生器２５が交流回転機を短絡させる電力を供給し、所定時間ｔ０経過するまでの既知の時間である。
また、電流制限手段６ｂは本発明の実施の形態１における電流制限手段６と同様の手法によってｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄｑ１＊を制限すればよい。
初期回転位置推定手段２６が算出する初期推定回転位置θｅは原理上、推定精度が限られる。
換言すると、初期推定回転位置θｅと実際の回転位置の誤差は所定誤差Δθ０以下であり、原理上、所定誤差Δθ０は９０度以下の値となる。
従って、回転位置推定手段９ｂが算出する推定回転位置θｅの実際の回転位置との誤差は初めから９０度以下であり、所定誤差Δθ０以下である。
即ち、回転位置推定手段９ｂが算出する推定回転位置θｅの実際の回転位置との誤差が９０度以下に収まるために十分な時間が経過した時刻であるｔ２を初期回転位置推定手段２６が初期推定回転位置θｅを算出する時刻とし、所定時間Δｔ１２は所定時間Δｔ１２０と同じ値に設定すればよい。
【０１０８】
以上のように、電流制限手段６ｂ及び電力制限手段２８を備えた交流回転機の制御装置によると、交流回転機の巻線の巻線を短絡させるような電圧を供給し、交流回転機の検出電流に基づいて推定回転位置θｅを算出する場合であっても、交流回転機の駆動電力であるｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄｑ１＊を制限することによって、回転位置センサ２に異常が発生し、電力供給手段１０ｂが推定回転位置θｅによって交流回転機に電力を供給するセンサレス制御に切り換わる時の逆トルクを解消し、或いは過電流を防止することができる。
また、回転位置推定手段が算出する推定回転位置θｅの初期値、即ちセンサレス制御切り替え直後に使用する値を算出する初期推定回転位置推定手段を備えたであっても、交流回転機の駆動電力であるｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄｑ１＊を制限することによって、回転位置センサ２に異常が発生し、電力供給手段１０ａが推定回転位置θｅによって交流回転機に電力を供給するセンサレス制御に切り換わる時の逆トルクを解消し、或いは過電流を防止することができる。
【０１０９】
即ち、本発明の実施の形態３における交流回転機の制御装置は、交流回転機と、前記交流回転機の回転位置を検出する回転位置センサと、前記回転位置センサの異常が所定の判定時間継続して検出された場合に前記回転位置センサを異常と判定するセンサ異常検出手段と、前記回転位置センサが異常と判定された場合に前記交流回転機の推定回転位置を算出する回転位置推定手段と、前記交流回転機を駆動するために供給する駆動電力を制限する電力制限手段と、前記センサ異常判定手段が前記回転位置センサを異常と判定している場合には前記推定回転位置に基づいて、前記電力制限手段に制限された前記駆動電力に前記回転位置推定手段が回転位置を推定するために供給する回転位置推定電力を加えた電力を前記交流回転機に供給する電力供給手段と、を備え、前記電力制限手段は前記センサ異常判定手段が異常を検出してから異常と判定するまでに前記駆動電力の制限を開始し、少なくとも前記推定回転位置の推定誤差が所定範囲内に収まるための所定時間、前記駆動電力を制限することを特徴としており、前記交流回転機の検出電流を取得する電流検出手段を備え、前記回転位置取得推定電力は前記交流回転機の巻線を短絡させる電圧であり、前記回転位置推定手段は前記検出電流に基づいて前記推定回転位置を算出するように構成しているため、短い時間で誤差の小さい回転位置を初期回転推定手段が算出するため、逆トルクを解消、或いは過電流を防止するために駆動電力を制限する時間を短く設定することが可能となり、より早く交流回転機が所望のトルクを出力することができる。
【０１１０】
尚、本実施の形態３では、時刻ｔ２は回転位置推定手段９ｂが算出する推定回転位置θｅの実際の回転位置との誤差が９０度以下である所定誤差Δθ０に収まるために十分な時刻とし、所定時間Δｔ１２を（回転位置推定を開始してから誤差９０度以内である所定誤差Δθ０に収束させる時間）より構成したが、時刻ｔ２を回転位置推定手段９ｂが算出する推定回転位置θｅの実際の回転位置との誤差が所定誤差Δθ０より小さい任意の所定誤差以下に収まるために十分な時刻とし、所定時間Δｔ１２を（回転位置推定を開始してから所定誤差Δθ０より小さい任意の所定誤差以内に収束させる時間）より構成してもよい。この場合、時刻ｔ２は初期回転位置推定手段２６が初期推定回転位置θｅを算出した時刻から、回転位置推定手段９ｂが算出する推定回転位置θｅの実際の回転位置との誤差が所定誤差Δθ０の状態から任意の所定誤差に収束するために必要な最長時間経過した時刻として、回転位置推定手段９ｂが算出する推定回転位置θｅの誤差が任意の所定誤差まで低下する時間を予め測定、あるいは算出することにより時刻ｔ２、及び所定時間Δｔ１２を定めておけばよい。
【０１１１】
実施の形態４．
実施の形態３では、初期回転位置推定手段２６は交流回転機１の巻線を短絡させるような電圧を供給した際の、交流回転機の検出電流に基づいて初期推定回転位置θｅ０を算出したが、交流回転機の回転速度が低い場合は、交流回転機の誘起電圧が小さくなるため、原理上回転位置の推定精度が低下する。
そこで、本実施の形態４では、交流回転機に磁気飽和するような電圧を供給した場合の、交流回転機に供給する電圧と電流の関係に基づいて、交流回転機の回転速度が低い場合に精度の高い初期推定回転位置θｅ０を算出することができる公知の回転位置推定手段（例えば、特許第４２７１３９７号公報に記載）を備えた交流回転機の制御装置において、センサレス制御に切り替わる時の逆トルクを解消し、或いは過電流を防止する手法について説明する。
【０１１２】
図１２は本発明の実施の形態４における交流回転機の制御装置の全体構成を示す図であり、実施の形態１乃至３と同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものである。
電流制限手段６ｃは電流制限手段６ｂと同様にｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄｑ１＊をｄ−ｑ軸電流制限値ｉｄｑｌｉｍによって制限し、ｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄｑ２＊として出力する。
ｄ−ｑ軸電流制限値ｉｄｑｌｉｍの設定する手法については後述する。
【０１１３】
次に電力供給手段１０ｃを構成する電流検出器１５ｃは初期回転位置推定電力発生器２５ｃが出力するトリガ信号Ｔｒの立ち上がりタイミングで交流回転機１の各相の電流を検出し、座標変換器１３、初期回転位置推定手段２６ｃに出力する。
電力制限手段２８ｃは、本発明の実施の形態３における電力制限手段２８と同様に駆動用ゲート信号Ｇｄを制限することによって、回転位置センサ２が異常となり、推定回転位置によって交流回転機を制御するセンサレス制御へ移行する際の逆トルクを解消し、過電流を防止する。
具体的には、異常判定信号が異常を示してから、初期回転位置推定手段２６ｃが初期推定回転位置θｅ０を算出するまでの所定時間Δｔ１２０は駆動用ゲート信号Ｇｄを遮断し、推定用ゲート信号Ｇｅを出力する。
その後、推定用ゲート信号Ｇｅを遮断し、駆動用ゲート信号Ｇｄを出力する。
初期回転位置推定電力発生器２５ｃは異常判定信号が異常を示した場合に初期回転位置推定手段２６ｃが回転位置を推定するための電圧ベクトル指令Ｖに応じた推定用ゲート信号Ｇｅを電力供給手段１０ｃに出力するとともに、電力供給手段１０ｃにトリガ信号Ｔｒを出力する。
初期回転位置推定手段２６は三相検出電流ｉｕｖｗに基づいて初期推定回転位置θｅ０を演算し、回転位置推定手段９ｂに出力する。
【０１１４】
以上のような構成によって、該交流回転機の制御装置は回転位置センサ異常時は交流回転機に磁気飽和するような電圧を供給した場合の、交流回転機に供給する電圧と電流の関係に基づいて交流回転機の回転位置を推定し、該回転位置に基づいて交流回転機を制御する構成において、推定回転位置によって交流回転機を制御するセンサレス制御へ移行する時の逆トルク或いは過電流を解消する。
ここで、初期回転位置推定電力発生器２５ｃが推定用ゲート信号Ｇｅを出力し、初期回転位置推定手段２６ｃが初期推定回転位置θｅ０を演算する手法について説明する。
該手法には特許第４２７１３９７公報に記載される公知の手法を用いるとよい。
前述の通り、初期回転位置推定電力発生器２５は異常判定信号が異常を示した場合に電圧ベクトル指令Ｖに応じた推定用ゲート信号Ｇｅを電力供給手段１０ｃに出力する。
【０１１５】
ここで、電圧ベクトル指令Ｖは、９つのスイッチングモード「０」〜「８」を有しており、各スイッチングモード「０」〜「８」は、オンするＩＧＢＴＱ１〜Ｑ６の組み合わせによって、つぎのように定義され、出力する推定用ゲート信号Ｇｅと対応している。
スイッチングモード  ：  オンするＩＧＢＴＱ１〜Ｑ６の組み合わせ
「０」        ：  なし
「１」        ：  Ｑ１、Ｑ５、Ｑ６
「２」        ：  Ｑ１、Ｑ２、Ｑ６
「３」        ：  Ｑ４、Ｑ２、Ｑ６
「４」        ：  Ｑ４、Ｑ２、Ｑ３
「５」        ：  Ｑ４、Ｑ５、Ｑ３
「６」        ：  Ｑ１、Ｑ５、Ｑ３
「７」        ：  Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３
「８」        ：  Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６
各スイッチングモード「１」〜「８」にそれぞれ対応する電圧ベクトルＶ１〜Ｖ８は、それぞれ６０度ずつの位相差をもち、大きさが等しい電圧ベクトルとなる。
【０１１６】
初期回転位置推定電力発生器２５は公知の手法によって、磁気飽和しない範囲の十分短い時間所定の電圧ベクトルＶに対応する所定の推定用ゲート信号Ｇｅを順次電力制限手段２８に、各電圧ベクトルの印加終了後にトリガ信号Ｔｒを電流検出器１５ｃに出力し、電流検出器１５ｃがトリガ信号Ｔｒの立ち上がりタイミングで三相検出電流ｉｕｖｗをサンプリングし、初期回転位置推定手段２６ｃに出力することによって、初期回転位置推定手段２６ｃは三相検出電流ｉｕｖｗに基づいて０〜１８０度までの間の回転位置を算出する。さらに、三相検出電流ｉｕｖｗに応じた電圧ベクトルを、磁気飽和させる印加時間をもって印加し、その電圧ベクトルの絶対値の大小関係を用いて１８０度の回転位置関係を判定することにより、全角にわたって一意に回転位置を特定した初期推定回転位置θｅ０を算出する。
尚、初期回転位置推定手段２６ｃは、特許第４２７１３９７号公報に記載されるような公知の手法によって初期推定回転位置θｅ０を演算したが、これに限定されず、その他の手法により交流回転機に磁気飽和するような電圧を供給した場合の、交流回転機に供給する電圧と電流の関係に基づいて初期推定回転位置θｅ０を演算してもよい。
【０１１７】
続いて、上記構成にて電流制限手段６ｃ、及び電力制限手段２８が交流回転機の駆動電力を制限する手法について説明する。
電力制限手段２８ｃは上述の通り、異常判定信号が異常を示してから、所定時間Δｔ１２０が経過するまでの期間は駆動用ゲート信号Ｇｄを遮断し、推定用ゲート信号Ｇｅを出力する。その後、推定用ゲート信号Ｇｅを遮断し、駆動用ゲート信号Ｇｄを出力する。
ここで、初期回転位置推定手段２６ｃは所定のタイミングで所定の電圧ベクトル指令Ｖを印加し、所定のタイミングでサンプリングした三相検出電流ｉｕｖｗに基づいて初期推定回転位置θｅ０を算出するので、即ち、所定時間Δｔ１２０は異常判定信号が異常を示してから、初期回転位置推定手段２６ｃが初期推定回転位置θｅ０を算出するまでの既知の時間である。
また、電流制限手段６ｂは本発明の実施の形態３における電流制限手段６ｂと同様の手法によってｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄｑ１＊を制限すればよい。初期回転位置推定手段２６ｃが算出する初期推定回転位置θｅは原理上、推定精度が限られる。換言すると、初期推定回転位置θｅと実際の回転位置の誤差は所定誤差Δθ０以下であり、原理上、所定誤差Δθ０は９０度以下の値となる。
従って、回転位置推定手段９ｃが算出する推定回転位置θｅの実際の回転位置との誤差は初めから９０度以下であり、所定誤差Δθ０以下である。即ち、回転位置推定手段９ｃが算出する推定回転位置θｅの実際の回転位置との誤差が９０度以下に収まるために十分な時間が経過した時刻であるｔ２を初期回転位置推定手段２６ｃが初期推定回転位置θｅ０を算出する時刻とし、所定時間Δｔ１２は所定時間Δｔ１２０と同じ値に設定すればよい。
【０１１８】
以上のように、電流制限手段６ｃ及び電力制限手段２８ｃを備えた交流回転機の制御装置によると、交流回転機に磁気飽和するような電圧を供給し、交流回転機に供給する電圧と電流の関係に基づいて推定回転位置θｅを算出する場合であっても、交流回転機の駆動電力であるｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄｑ１＊を制限することによって、回転位置センサ２に異常が発生し、電力供給手段１０ｃが推定回転位置θｅによって交流回転機に電力を供給するセンサレス制御に切り換わる時の逆トルクを解消し、或いは過電流を防止することができる。
【０１１９】
即ち、本発明の実施の形態４における交流回転機の制御装置は、交流回転機と、前記交流回転機の回転位置を検出する回転位置センサと、前記回転位置センサの異常が所定の判定時間継続して検出された場合に前記回転位置センサを異常と判定するセンサ異常検出手段と、前記回転位置センサが異常と判定された場合に前記交流回転機の推定回転位置を算出する回転位置推定手段と、前記交流回転機を駆動するために供給する駆動電力を制限する電力制限手段と、前記センサ異常判定手段が前記回転位置センサを異常と判定している場合には前記推定回転位置に基づいて、前記電力制限手段に制限された前記駆動電力に前記回転位置推定手段が回転位置を推定するために供給する回転位置推定電力を加えた電力を前記交流回転機に供給する電力供給手段と、を備え、前記電力制限手段は前記センサ異常判定手段が異常を検出してから異常と判定するまでに前記駆動電力の制限を開始し、少なくとも前記推定回転位置の推定誤差が所定範囲内に収まるための所定時間、前記駆動電力を制限することを特徴としており、前記交流回転機の検出電流を取得する電流検出手段を備え、前記電力制限手段は前記交流回転機の巻線が磁気飽和するような回転位置推定電力を供給し、前記回転位置推定電力は前記交流回転機の巻線が磁気飽和するような電力であり、前記回転位置推定手段は前記交流回転機の電圧と電流の関係に基づいて前記推定回転位置を算出するように構成しているため、交流回転機の回転速度が低い場合であっても、短い時間で誤差の小さい回転位置を初期回転推定手段が算出するため、逆トルクを解消、或いは過電流を防止するために駆動電力を制限する時間を短く設定することが可能となり、より早く交流回転機が所望のトルクを出力することができる。
【０１２０】
尚、本実施の形態４では、時刻ｔ２は回転位置推定手段９ｃが算出する推定回転位置θｅの実際の回転位置との誤差が９０度以下である所定誤差Δθ０に収まるために十分な時刻とし、所定時間Δｔ１２を（回転位置推定を開始してから誤差９０度以内である所定誤差Δθ０に収束させる時間）より構成したが、時刻ｔ２を回転位置推定手段９ｂが算出する推定回転位置θｅの実際の回転位置との誤差が所定誤差Δθ０より小さい任意の所定誤差以下に収まるために十分な時刻とし、所定時間Δｔ１２を（回転位置推定を開始してから所定誤差Δθ０より小さい任意の所定誤差以内に収束させる時間）より構成してもよい。この場合、時刻ｔ２は初期回転位置推定手段２６ｃが初期推定回転位置θｅを算出した時刻から、回転位置推定手段９ｂが算出する推定回転位置θｅの実際の回転位置との誤差が所定誤差Δθ０の状態から任意の所定誤差に収束するために必要な最長時間経過した時刻として、回転位置推定手段９ｂが算出する推定回転位置θｅの誤差が任意の所定誤差まで低下する時間を予め測定、あるいは算出することにより時刻ｔ２、及び所定時間Δｔ１２を定めておけばよい。
【０１２１】
実施の形態５．
実施の形態１では、回転位置推定手段９は交流回転機１に高周波電流を供給した際の出力トルクＴｍに対する応答に基づいて推定回転位置θｅを算出したが、交流回転機の回転速度がｄ−ｑ軸上の高周波電流Ａｉｄｑの周波数よりも大きくなるような場合は、回転位置の推定精度が低下する。
そこで、本実施の形態４では、交流回転機の回転速度が低い場合には交流回転機１に高周波電流を供給した際の出力トルクＴｍに対する応答に基づいて算出する推定回転位置θｅ出力し、回転速度が高い場合には高回転時に精度が高い推定回転位置を算出することが可能な他の手法により算出する推定回転位置θｅを出力するような交流回転機の制御装置交流回転機の制御装置において、センサレス制御に切り替わる時の逆トルクを解消し、或いは過電流を防止する手法について説明する。
【０１２２】
即ち、複数の手法により回転位置を推定する回転位置推定手段を備えた交流回転機の制御装置において、センサレス制御に切り替わる時の逆トルクを解消し、或いは過電流を防止する手法について説明する。
図１３は本発明の実施の形態５における交流回転機の制御装置の全体構成を示す図であり、実施の形態１と同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものである。
電流制限手段６ｄは電流制限手段６と同様にｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄｑ１＊をｄ−ｑ軸電流制限値ｉｄｑｌｉｍによって制限し、ｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄｑ２＊として出力する。
ｄ−ｑ軸電流制限値ｉｄｑｌｉｍの設定する手法については後述する。
【０１２３】
次に図１４に示す回転位置推定手段９ｂの内部構成について説明する。
推定誤差制御手段１８ｄは本発明の実施の形態１における推定誤差制御手段１８と同様に推定回転位置を演算し、第一の推定回転位置θｅ１として出力する。
誘起電圧推定手段２９は、電力供給手段１０が出力したｄ−ｑ軸上の電圧指令ｖｄｑ＊と、ｄ−ｑ軸上の検出電流ｉｄｑに基づいて、適応オブザーバおよび積分器を用いた公知の方法（例えば、特許第４６７２２３６号公報に記載）によって、交流回転機１が発生させる誘起電圧を推定し、第２の推定回転位置θｅ２を演算する。
ここで、回転速度が高いほど交流回転機の誘起電圧は大きな値となるので電圧誤差に対する誘起電圧への影響が小さくなる。
従って、誘起電圧推定手段２９が算出する第２の推定回転位置θｅ２は回転速度が高い場合に高い精度を持つ。
【０１２４】
位置切換器３０は、推定誤差制御手段１８ｄが出力した第１の推定回転位置θｅ１と、誘起電圧推定手段２９が出力した第２の推定回転位置θｅ２と、後述する速度推定器３１が出力した推定回転速度ｗｅと、に基づいて、推定回転位置θｅを出力する。
すなわち、位置切換器３０は、推定回転速度ｗｅが所定値未満の場合には、第１の推定回転位置θｅ１を選択し、推定回転速度ｗｅが所定値以上の場合には、第２の推定回転位置θｅ２を選択し、選択した回転位置を推定回転位置θｅとして出力する。
なお、この所定値は、第１の推定回転位置θｅ１及び第２の推定回転位置θｅ２の回転速度に対する精度を勘案し、あらかじめ規定しておけばよい。
速度推定器３１は、位置切換器３０が出力した推定回転位置θｅを微分することにより、交流回転機１の推定回転速度ｗｅを演算し、位置切換器３０に出力する。
【０１２５】
以上のような構成によって、該交流回転機の制御装置は回転位置センサ異常時は複数の手法により交流回転機の回転位置を推定し、該回転位置に基づいて交流回転機を制御する構成において、推定回転位置によって交流回転機を制御するセンサレス制御へ移行する時の逆トルク或いは過電流を解消する。
尚、誘起電圧推定手段２９は、適応オブザーバおよび積分器を用いた特許第４６７２２３６号公報に記載されるような公知の手法によって第２の推定回転位置θｅ２を演算したが、これに限定されず、その他の手法により誘起電圧推定に基づいて、第２の推定回転位置θｅ２を演算してもよい。
【０１２６】
続いて、上記構成にて電流制限手段６ｄが交流回転機の駆動電力を制限する手法について説明する。
電流制限手段６ｄは本発明の実施の形態１における電流制限手段６と同様の手法によって、ｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄｑ１＊を制限することによって、センサレス制御移行時の逆トルクを解消し、過電流を防止することができる。
本実施の形態５おける交流回転機の制御装置の場合、数（１０）における（回転位置推定電力を供給してから推定回転位置算出までの時間）は、本発明の実施の形態１における電流制限手段６と同様に、電力供給手段１０によってｄ−ｑ軸上の高周波電流Ａｉｄｑを交流回転機１に供給し、それに応じた交流回転機１の出力トルクをトルク検出手段７で検出し、回転位置推定手段９ｄにおける推定誤差制御手段１８ｄが第１の推定回転位置θｅ１を算出するまでの最長時間に設定するとよい。
また、（回転位置推定を開始してから誤差９０度以内に収束させる最長時間）に回転位置推定手段９ｄにおける推定誤差制御手段１８ｄにより算出される第１の推定回転位置θｅ１の誤差が９０度まで低下するまでの最長時間と、回転位置推定手段９ｄにおける誘起電圧推定手段２９により算出される第２の推定回転位置θｅ２の誤差が９０度まで低下するまでの最長時間のうち長い時間を設定するとよい。
【０１２７】
ここで、誘起電圧推定手段２９により算出される第２の推定回転位置θｅ２の誤差が９０度まで低下するまでの最長時間は誘起電圧推定手段２９を構成する適応オブザーバ、積分器の収束特性に応じて、第２の推定回転位置θｅ２の演算を開始する時の第２の推定回転位置θｅ２と実際の交流回転機の回転位置誤差が１８０度である最悪のケースを想定して、第２の推定回転位置θｅ２の誤差が９０度まで低下する時間を予め測定、あるいは算出しておけばよい。
さらに、最長時間として、交流回転機に印加する電圧が交流回転機に供給される電源電圧に対して飽和するような場合を想定した値に設定してもよい。
【０１２８】
以上のように、電流制限手段６ｄを備えた交流回転機の制御装置によると、複数の手法により交流回転機の推定回転位置θｅを算出する場合であっても、交流回転機の駆動電力であるｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄｑ１＊を制限することによって、回転位置センサ２に異常が発生し、電力供給手段１０ｃが推定回転位置θｅによって交流回転機に電力を供給するセンサレス制御に切り換わる時の逆トルクを解消し、或いは過電流を防止することができる。
【０１２９】
実施の形態６．
実施の形態１では、電流制限手段６におけるｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄｑ１＊を制限するための制限値であるｄ−ｑ軸電流制限値ｉｄｑｌｉｍは時刻ｔ１から所定時間Δｔ１２経過するまで零に設定することによって、センサレス制御に切り換わる時の逆トルクを解消し、或いは過電流を防止するようにしたが、センサレス制御移行時の逆トルクが用途上問題とならないような交流回転機の制御装置の場合、交流回転機の誘起電圧が所定値以下、即ち交流回転機の回転速度が所定値以下となるまで零に設定することによって、過電流を防止するようにしてもよい。
そこで、本実施の形態４では、ｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄｑ１＊を制限するための制限値であるｄ−ｑ軸電流制限値ｉｄｑｌｉｍを誘起電圧が所定値以下、即ち交流回転機の回転速度が所定値以下となるまで零に設定するような電流制限手段を備えた交流回転機の制御装置において、センサレス制御に切り替わる時の過電流を防止する手法について説明する。
図１５は本発明の実施の形態６における交流回転機の制御装置の全体構成を示す図であり、実施の形態１乃至５と同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものである。
電流制限手段６ｅは異常判定信号が異常を示す場合に、回転位置推定手段９ｅが出力する推定回転速度ｗｅに基づいてｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄｑ１＊をｄ−ｑ軸電流制限値ｉｄｑｌｉｍによって制限し、ｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄｑ２＊として出力する。
ｄ−ｑ軸電流制限値ｉｄｑｌｉｍの設定する手法については後述する。
【０１３０】
次に図１６に示す回転位置推定手段９ｅの内部構成について説明する。
回転位置推定手段９ｅは回転位置推定手段９ｄと速度推定器３１ｅが推定速度ｗｅを回転位置推定手段９ｅの外部に出力するという点でのみ回転位置推定手段９ｄと異なる。
【０１３１】
以上のような構成によって、該交流回転機の制御装置は交流回転機の誘起電圧に基づいて交流回転機の駆動電力であるｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄｑ１＊を制限することによって、回転位置センサに異常が発生し、推定回転位置によって交流回転機を制御するセンサレス制御へ移行する時の過電流を防止する。
【０１３２】
続いて、上記構成にて電流制限手段６ｅが推定回転速度ｗｅに基づいて交流回転機の駆動電力を制限する手法について説明する。
過電流は制御角と実際の回転位置の誤差が大きく、交流回転機の電流が大きく、交流回転機の誘起電圧が大きい場合、換言すると回転速度が大きい場合に発生する。
従って、過電流とならないような交流回転機の誘起電圧の最大値、即ち回転位置の誤差が最大でありｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄｑ１＊が最大である場合に、過電流とならないような回転速度の最大値である所定値を予め算出し、異常判定信号が正常から異常に切り換わる時刻をｔ１から推定回転速度ｗｅが所定値以上である場合に限ってｄ−ｑ軸電流制限値ｉｄｑｌｉｍを零とし、推定回転速度ｗｅが所定値以下となった場合にｄ−ｑ軸電流制限値ｉｄｑｌｉｍを時間と共に次第に増加するような構成とすればよい。
ただし、誘起電圧が所定値以下となる前に推定回転位置θｅの誤差が９０度以下に収まるために十分な時間である本発明の実施の形態１に示す所定時間Δｔ１２が先に経過することも考えられる。従って、時刻ｔ１から交流回転機の誘起電圧が所定値以上であり、かつ所定時間Δｔ１２はｄ−ｑ軸電流制限値ｉｄｑｌｉｍを零に設定し、交流回転機の誘起電圧が所定値以下であるか、或いは所定時間Δｔ１２が経過した場合にｄ−ｑ軸電流制限値ｉｄｑｌｉｍを時間と共に次第に増加するようにしてもよく、過電流を防止するためのｄ−ｑ軸電流制限値ｉｄｑｌｉｍを零とする時間を必要最小限とすることができる。
【０１３３】
以上のように、電流制限手段６ｅを備えた交流回転機の制御装置によると、交流回転機の誘起電圧に基づいて交流回転機の駆動電力を制限することによって、回転位置センサに異常が発生し、推定回転位置によって交流回転機を制御するセンサレス制御へ移行する時の過電流を防止することができる。
即ち、本発明の実施の形態６における交流回転機の制御装置は、交流回転機と、前記交流回転機の回転位置を検出する回転位置センサと、前記回転位置センサの異常が所定の判定時間継続して検出された場合に前記回転位置センサを異常と判定するセンサ異常検出手段と、前記回転位置センサが異常と判定された場合に前記交流回転機の推定回転位置を算出する回転位置推定手段と、前記交流回転機を駆動するために供給する駆動電力を制限する電力制限手段と、前記交流回転機の誘起電圧を取得する誘起電圧取得手段と、前記センサ異常判定手段が前記回転位置センサを異常と判定している場合には前記推定回転位置に基づいて、前記電力制限手段に制限された前記駆動電力を前記交流回転機に供給する電力供給手段と、前記電力制限手段は前記センサ異常判定手段が異常を検出してから異常と判定するまでに前記駆動電力の制限を開始し、少なくとも前記交流回転機の前記誘起電圧が所定値以下となるまで前記駆動電力を制限することを特徴としている。
そのため、異常発生前後で交流回転機に同様に求められるトルクの大きさを敢えて減少させながらも、その減少させる期間を最短にしつつ、過電流による交流回転機、及び交流回転機の駆動回路の故障を防止することができるといった従来にない顕著な効果を奏する。
【０１３４】
尚、本実施の形態６では、センサ異常判定手段３は回転位置信号に基づき、回転位置センサ２の異常を検出し、異常が予め設定された所定時間継続して検出された場合に回転位置センサ２を異常と判定するようにしたが、回転位置信号に基づき、回転位置センサの異常を検出した場合に即座に回転位置センサ２を異常と判定する構成としてもよい。
即ち、該交流回転機の制御装置は、交流回転機と、前記交流回転機の回転位置を検出する回転位置センサと、前記回転位置センサの異常を判定するセンサ異常判定手段と、前記回転位置センサが異常と判定された場合に前記交流回転機の推定回転位置を算出する回転位置推定手段と、前記交流回転機を駆動するために供給する駆動電力を制限する電力制限手段と、前記交流回転機の誘起電圧を取得する誘起電圧取得手段と、前記センサ異常判定手段が前記回転位置センサを異常と判定している場合には前記推定回転位置に基づいて、前記電力制限手段に制限された前記駆動電力を前記交流回転機に供給する電力供給手段と、を備え、前記電力制限手段は前記センサ異常判定手段が異常と判定してから少なくとも前記交流回転機の前記誘起電圧が所定値以下となるまで前記駆動電力を制限することを特徴としており、この場合も本実施の形態６における交流回転機の制御装置と同様に、異常発生前後で交流回転機に同様に求められるトルクの大きさを敢えて減少させながらも、その減少させる期間を最短にしつつ、過電流による交流回転機、及び交流回転機の駆動回路の故障を防止することができるといった従来にない顕著な効果を奏する。
【０１３５】
実施の形態７．
実施の形態１では、電流制限手段６におけるｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄｑ１＊を制限するための制限値であるｄ−ｑ軸電流制限値ｉｄｑｌｉｍは時刻ｔ１から所定時間Δｔ１２経過するまで零に設定することによって、センサレス制御に切り換わる時の逆トルクを解消し、或いは過電流を防止するようにした。
交流回転機の回転速度に基づいて所望の回転速度指令と回転速度の偏差が零となるような交流回転機の駆動電力を算出するような構成の場合、推定回転位置が回転位置と９０度以上の誤差である時に算出される駆動電力は所望の駆動電力と逆符号となり収束せず、逆トルクが継続される結果となる。
従って、このような場合に駆動電力を制限することによって、逆トルクを解消することは、逆トルクを継続する要因である正帰還を断ち切ることとなり、さらなる効果を有する。
そこで、本実施の形態７では、推定回転速度に基づいて交流回転機の駆動電流を算出する駆動電流演算手段を備えた交流回転機の制御装置において、センサレス制御に切り替わる時の逆トルクを解消し、或いは過電流を防止する手法について説明する。
【０１３６】
図１７は本発明の実施の形態７における交流回転機の制御装置の全体構成を示す図であり、実施の形態１乃至６と同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものである。
回転速度演算手段３２は制御角θｃを微分し、制御速度ｗｃとして駆動電流演算手段３３に出力する。
即ち、異常判定信号が正常を示している場合は、制御速度ｗｃは回転位置センサ２が出力する回転位置信号に基づく速度であり、異常判定信号が異常を示している場合は、回転位置推定手段９が出力する推定回転位置θｅに基づく推定速度であり、制御速度ｗｃは交流回転機１の回転速度を表す。
駆動電流演算手段３３は回転速度指令ｗ＊と制御速度ｗｃに基づいて、制御速度ｗｃが回転速度指令ｗ＊と一致するようなｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄｑ１＊を算出する。
具体的には、回転速度指令ｗ＊と制御速度ｗｃの偏差に所定のゲインを乗算し、積分した値をｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄｑ１＊とする公知の積分制御を適用する。
尚、制御速度ｗｃが回転速度指令ｗ＊と一致するようなｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄｑ１＊の演算に他の手法を適用してもよい。
【０１３７】
以上のように、推定回転速度に基づいて交流回転機の駆動電流を算出する駆動電流演算手段を備えた交流回転機の制御装置において、センサレス制御に切り替わる時の逆トルクを解消し、或いは過電流を防止することができる。
ここで、センサレス制御に切り替わった直度に、推定回転位置と交流回転機の実際の回転位置との誤差が９０度以上である場合、駆動電流演算手段によって算出されたｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄｑ１＊は実際の交流回転機のｄ−ｑ軸に対して所望の方向と逆方向に供給され、逆トルクが生じる。
即ち、制御速度ｗｃは回転速度指令ｗ＊と逆方向となり、回転速度指令ｗ＊と制御速度ｗｃの偏差は大きくなる。
その結果、駆動電流演算手段３３が演算するｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄｑ１＊はさらに大きな値となり、逆トルクがさらに増幅する。
以下同様に、逆トルクが大きくなることによって回転速度指令ｗ＊と制御速度ｗｃの偏差はより大きく、逆トルクはより増大するといった負の連鎖が生じる。
従って、推定回転速度に基づいて交流回転機の駆動電流を算出する駆動電流演算手段を備えた交流回転機の制御装置において、センサレス制御に切り替わる時の逆トルクを解消することは、センサレス制御に切り替わった直度に、推定回転位置と交流回転機の実際の回転位置との誤差が９０度以上である場合の、駆動電流演算手段３３による逆トルクの増幅を解消することができ、より顕著な効果を有する。
【０１３８】
本発明の実施の形態７における交流回転機の制御装置は、交流回転機と、前記交流回転機の回転位置を検出する回転位置センサと、前記回転位置センサの異常が所定の判定時間継続して検出された場合に前記回転位置センサを異常と判定するセンサ異常検出手段と、前記回転位置センサが異常と判定された場合に前記交流回転機の推定回転位置を算出する回転位置推定手段と、前記交流回転機を駆動するために供給する駆動電力を制限する電力制限手段と、前記センサ異常判定手段が前記回転位置センサを異常と判定している場合には前記推定回転位置に基づいて、前記電力制限手段に制限された前記駆動電力に前記回転位置推定手段が回転位置を推定するために供給する回転位置推定電力を加えた電力を前記交流回転機に供給する電力供給手段と、を備え、前記電力制限手段は前記センサ異常判定手段が異常を検出してから異常と判定するまでに前記駆動電力の制限を開始し、少なくとも前記推定回転位置の推定誤差が所定範囲内に収まるための所定時間、前記駆動電力を制限することを特徴としており、前記交流回転機の制御装置は前記駆動電力を算出する駆動電力演算手段と、前記交流回転機の回転速度を算出する回転速度演算手段を備え、前記駆動電力演算手段は前記回転速度に基づいて前記駆動電力を算出するよう構成しており、センサレス制御に切り替わった直度に、推定回転位置と交流回転機の実際の回転位置との誤差が９０度以上である場合、駆動電流演算手段により交流回転機の所望のトルクとは逆方向に作用する逆トルクはさらに増幅されるため、異常発生前後で交流回転機に同様に求められるトルクの大きさを敢えて減少させながらも、その減少させる期間を最短にしつつ、交流回転機の所望のトルクとは逆方向に作用する逆トルクを解消し、或いは過電流による交流回転機、及び交流回転機の駆動回路の故障を防止することは、より顕著な効果を奏する。
【０１３９】
尚、本実施の形態７では、推定回転速度に基づいて交流回転機の駆動電流を算出する駆動電流演算手段を備えた構成としたが、回転速度に応じた他の状態量に基づいて駆動電流を算出するように構成してもよい。
即ち、駆動電力演算手段は前記交流回転機の回転速度に応じた状態量に基づいて前記駆動電力を算出するよう構成してもよく、同様の効果を得ることができる。
例えば、交流回転機１の出力トルクをギア・伝達軸を介して負荷装置に伝達するような構成において、負荷装置側の回転速度ｗＬを検出し、駆動電流演算手段は回転速度指令ｗＬ＊と回転速度ｗＬに基づいて、回転速度ｗＬが回転速度指令ｗＬ＊と一致するようなｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄｑ１＊を算出する構成としてもよい。
【０１４０】
実施の形態８．
前記実施の形態では交流回転機の制御装置について説明したが、該交流回転機の制御装置によって操舵トルクを補助するトルクを発生させるようにして電動パワーステアリング装置を構成するようにしてもよい。
電動パワーステアリング装置は、その用途から高い安全性・信頼性が要求される。
近年、電動パワーステアリング装置が備える交流回転機の高出力化が進み、小型・中型車両のみならず、重量の大きい大型車両においても電動パワーステアリング装置の搭載が促進されており、電動パワーステアリング装置の交流回転機の出力トルクは増大傾向にある。
大型車両に搭載された電動パワーステアリング装置において交流回転機が急停止したり、或いは高出力の交流回転機を搭載した場合において所望の補助トルクと逆方向に作用する逆トルクとなった場合、そのトルクが大きいために運転者の違和感はさらに増大し、その機能性は著しく低下する。
【０１４１】
さらに、一般的な電動パワーステアリング装置の場合、交流回転機の補助トルクは、その方向は操舵トルクと同一であり、運転者の操舵トルクが大きいほど大きくなるので、運転者がハンドルを切り増している場合にこのような逆トルクが発生した場合、逆トルクにより運転者のハンドルを切り増すための操舵トルクはさらに増大し、その結果さらに補助トルクが大きくなるため、逆トルクが増大して運転者が違和感を覚えるような状態が継続されるという負の連鎖を生む。
従って、回転位置センサに異常が発生し、推定回転位置によって交流回転機を制御するセンサレス制御へ移行する時の逆トルクを軽減する、或いは過電流による交流回転機、及び交流回転機の駆動回路の故障を防止して交流回転機の駆動を継続する実施の形態１に示した交流回転機の制御装置を電動パワーステアリング装置に適用した場合、その効果はより顕著なものとなる。
【０１４２】
図１８は本発明の実施の形態８における電動パワーステアリング装置の全体構成を示す図であり、前記実施の形態１と同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものである。
運転手は、ハンドル３４を左右に回転させて前輪３５の操舵を行う。
ギア３６は交流回転機１の出力トルクを伝達軸３７に伝達する。
伝達軸３７は伝達された交流回転機１の出力トルクをハンドル３４及び前輪３５に伝達し、運転者の操舵を補助する。
トルク検出手段７ｆはハンドル３４とギア３６の間の伝達軸３７に作用する軸トルクを出力トルクＴｍとして検出し、出力トルクＴｍを回転位置推定手段９ｆ、駆動電流演算手段３３ｆに出力する。
【０１４３】
駆動電流演算手段３３ｆは出力トルクＴｍに基づいて、運転者の操舵を補助するような交流回転機１に供給されるｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄｑ１＊を算出する。
図１９に回転位置推定手段９ｆの内部構成を示す。
回転位置推定手段９ｆの推定誤差演算手段１７ｆにおける位置誤差推定器２１ｆは積分器２０が出力する前記積分値Ｚｄを前記積分値Ｚｑで除算したものの逆正接より演算した位置から所定値θ０を減算し、回転位置推定誤差Δθとして出力する。
回転位置推定手段９ｆは本発明の実施の形態１における回転位置推定手段９と所定値θ０を減算するという点でのみ異なる。
ここで、前記実施の形態１における交流回転機の制御装置では、トルク検出手段７は交流回転機１の出力軸上で直接出力トルクを検出していたが、本実施の形態３における電動パワーステアリング装置の構成によると、トルク検出手段７ｆが検出する出力トルクは交流回転機の出力軸上のトルクとトルクの周波数に依存した所定の位相差が存在するといった問題がある。
従って、位置誤差推定器２１ｆにおいて該位相差に相当する所定値θ０として減算することによって、該位相差を加味した推定回転位置θｅを算出している。
尚、電力供給手段１０において重畳する前記ｄ−ｑ軸上の高周波電流Ａｉｄ、Ａｉｑの周波数は運転手の操舵トルクＴｈの周波数よりも十分高い所定値とする。
【０１４４】
このような構成によって、回転位置推定手段９ｆはトルク検出手段７ｆが検出する出力トルクＴｍに基づいて回転位置θを算出することが可能となり、電動パワーステアリング装置は位置センサを用いることなく交流回転機１の全動作域で安定した運転手の操舵補助を行うことができる。
【０１４５】
以下に上記構成にて回転位置推定手段９ｆにおける推定誤差演算手段１７ｆが回転位置推定誤差Δθを算出する原理を説明する。
図２０は、交流回転機１、ハンドル３４、伝達軸３７に加わるトルクの関係を機械的に等価な構造によって表したものであり、図におけるＪｍ、Ｊｈはそれぞれ交流回転機１、ハンドル３４の慣性モーメントを、Ｃ、Ｋは伝達軸３７の減衰係数、バネ定数を、Ｔｍ０、Ｔｈはそれぞれ交流回転機１の出力軸上の交流回転機１の出力トルク、運転者の操舵トルクを、Ｇはギア３６のギア比を表す。
図が示すように、出力トルクＴｍ、Ｔｍ０、操舵トルクＴｈの関係は数１１となる。
【０１４６】
【数１１】
2015166546.tif 000013
【０１４７】
ここで、電力供給手段１０ａにて重畳するｄ−ｑ軸上の高周波電流Ａｉｄ、Ａｉｑの周波数は操舵トルクＴｈの周波数よりも十分高い値であるので、出力トルクＴｍ０の角周波数ｗｈ成分を出力トルク高周波Ｔｍｈｆ０として、数１１を角周波数ｗｈ成分についてのみ表すと数１２となる。
【０１４８】
【数１２】
2015166546.tif 000014
【０１４９】
数１２におけるＧ、Ｊｍ、Ｃ、Ｋはギア３６、交流回転機１、伝達軸３７の機械的特性を表す定数であるので、出力トルク高周波Ｔｍｈｆ０とＴｍｈｆの位相差はｄ−ｑ軸上の高周波電流Ａｉｄ、Ａｉｑの周波数のみに依存することが判る。
ここで、ｄ−ｑ軸上の高周波電流Ａｉｄ、Ａｉｑの周波数は所定値であるので、出力トルク高周波Ｔｍｈｆ０とＴｍｈｆは所定の位相差θ０となる。
つまり、交流回転機１の出力軸、即ち交流回転機１の実際のｄ−ｑ軸を表す前記出力トルク高周波Ｔｍｈｆ０とトルク検出手段７ｆが検出する出力トルクＴｍの高周波成分である高周波出力トルクＴｍｈｆ、及びｄ−ｑ軸上の高周波電流Ａｉｄ、Ａｉｑが供給される推定ｄ−ｑ軸との位相関係は図２１のように表すことができる。
従って、推定誤差演算手段１７ｆにおける位置誤差推定器２１ｆでは、まず前記実施の形態における位置誤差推定器２１と同様の手法によって、高周波出力トルクＴｍｈｆと前記ｑ軸上の高周波電流Ａｉｑとの位相差を演算し、所定の位相差θ０を減算することによって実際のｄ−ｑ軸と推定ｄ−ｑ軸との位相差である回転位置推定誤差Δθを得ることができる。
【０１５０】
このように、トルク検出手段７ｆが検出する出力トルクが交流回転機１の出力軸上の出力トルクと所定の位相差がある場合であっても、回転位置推定手段９ｆは位置誤差推定器２１により積分器２０の出力それぞれの関係から逆正接関数により算出した位置に所定の位相差を減算することによって回転位置推定誤差Δθを算出することができ、推定回転位置θｅを算出することが可能となる。
【０１５１】
続いて、駆動電流演算手段３３ｆが、運転者の操舵を補助するような交流回転機１に供給されるｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄｑ１＊を算出する方法について説明する。
一般的な電動パワーステアリング装置では運転者の操舵トルクが大きいほど、交流回転機１の補助トルクが大きくなるように設定される。
即ち、運転者の操舵トルクＴｈは数１３に示すように表すことができる。
ここで、数１３における、Ｋａは電動パワーステアリング装置に要求される補助トルクに基づいて設定される所定値である。
【０１５２】
【数１３】
2015166546.tif 000015
【０１５３】
数１３を数１１に代入すると、数１４となる。
【０１５４】
【数１４】
2015166546.tif 000016
【０１５５】
即ち、トルク検出手段７ｆが出力する出力トルクＴｍは操舵トルクＴｈと相関のある値とみなすことができる。
従って、駆動電流演算手段３３は交流回転機１の出力トルクが数１５となるように、数１６に示すようなｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄｑ１＊を算出する。
ここで、数１５におけるＫａ’はＫａと電動パワーステアリング装置に要求される補助トルクに基づいて設定される所定値であり、数１６におけるＫｔは交流回転機１のトルク定数を表す。
【０１５６】
【数１５】
2015166546.tif 000017
【０１５７】
【数１６】
2015166546.tif 000018
【０１５８】
このように、駆動電流演算手段３３ｆは、交流回転機１の出力トルクが、方向は操舵トルクと同一であり、運転者の操舵トルクが大きいほど大きくなるような、電動パワーステアリング装置に適したｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄｑ１＊を算出することができる。
また、電流制限手段６は実施の形態１における電流制限手段６と同様の構成によって、ｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄｑ１＊を制限することによって、センサレス制御移行時の逆トルクを解消し、過電流を防止することができる。
ｄ−ｑ軸電流制限値ｉｄｑｌｉｍは、時間と共に次第に増加するように設定され、最終的には定格電流に到達する。
従って、交流回転機１のトルク急変が発生することはなく、トルク急変による交流回転機の負荷装置への衝撃、交流回転機１及び負荷装置の共振、ハンチングといった問題を防ぐことができる。
ただし、その傾きが緩やかな場合、交流回転機１に本来要求されるトルクへの復帰が遅れるため、傾きは交流回転機１の用途に応じて設計するとよい。
【０１５９】
このように、該電流制限手段６によると、ｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄｑ１＊を制限することによって、回転位置センサ２に異常が発生し、電力供給手段１０ａが推定回転位置θｅによって交流回転機に電力を供給するセンサレス制御に切り換わる時の逆トルクを軽減し、或いは過電流を防止することができる。
つまり、電流制限手段６によってｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄｑ１＊を制限することによって、回転位置センサ２に異常が発生し、電力供給手段１０ａが推定回転位置θｅによって交流回転機に電力を供給するセンサレス制御に切り換わる時の逆トルクを軽減し、或いは過電流を防止した電動パワーステアリング装置を得ることが可能である。
【０１６０】
即ち、本実施の形態８における電動パワーステアリング装置は、交流回転機と、前記交流回転機の回転位置を検出する回転位置センサと、前記回転位置センサの異常が所定の判定時間継続して検出された場合に前記回転位置センサを異常と判定するセンサ異常検出手段と、前記回転位置センサが異常と判定された場合に前記交流回転機の推定回転位置を算出する回転位置推定手段と、前記交流回転機を駆動するために供給する駆動電力を制限する電力制限手段と、前記センサ異常判定手段が前記回転位置センサを異常と判定している場合には前記推定回転位置に基づいて、前記電力制限手段に制限された前記駆動電力に前記回転位置推定手段が回転位置を推定するために供給する回転位置推定電力を加えた電力を前記交流回転機に供給する電力供給手段と、を備えた交流回転機の制御装置により構成され、記電力制限手段は前記センサ異常判定手段が異常を検出してから異常と判定するまでに前記駆動電力の制限を開始し、少なくとも前記推定回転位置の推定誤差が所定範囲内に収まるための所定時間、前記駆動電力を制限することを特徴としている。
【０１６１】
電動パワーステアリング装置では、交流回転機の所望のトルクとは逆方向に作用する逆トルクは運転者に違和感を与え、その機能性を著しく低下させるため、異常発生前後で交流回転機に同様に求められるトルクの大きさを敢えて減少させながらも、その減少させる期間を最短にしつつ、交流回転機の所望のトルクとは逆方向に作用する逆トルクを解消することができ、或いは過電流による交流回転機、及び交流回転機の駆動回路の故障を防止することはより顕著な効果を奏する。
さらに、前記電力制限手段は交流回転機に供給される電流が零となるように前記駆動電力を制限するよう構成したので、誤差の大きな推定位置と大きな電流による逆トルクおよび過電流となるような大電流を最小限に抑制することができる。
【０１６２】
さらに、電動パワーステアリング装置の場合、交流回転機１が出力するトルクは数１５に示すように、その方向は操舵トルクと同一であり、運転者の操舵トルクが大きいほど大きくなるように設定されるので、運転者がハンドル３４を切り増している場合にこのような逆トルクが発生した場合、逆トルクにより運転者のハンドル３４を切り増すための操舵トルクはさらに増幅し、その結果さらに補助トルクが大きくなるため、逆トルクが増大して運転者が違和感が大きくなり、その状態が継続されるという負の連鎖を生む。
電流制御手段６によって、逆トルクを軽減するようにｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄｑ１＊を制限した場合、その効果はより顕著なものとなる。
【０１６３】
即ち、該電動パワーステアリング装置は、前記駆動電力を算出する駆動電力演算手段を備えた前記交流回転機の制御装置と、ハンドルに加えられた操舵トルクを検出するトルク検出手段を備え、前記駆動電力演算手段は前記交流回転機の出力トルクに応じた状態量である前記操舵トルクに基づいて、前記駆動電力を算出するよう構成しており、センサレス制御に切り替わった直度に、推定回転位置と交流回転機の実際の回転位置との誤差が９０度以上である場合、駆動電流演算手段により交流回転機の所望のトルクとは逆方向に作用する逆トルクはさらに増幅されるため、異常発生前後で交流回転機に同様に求められるトルクの大きさを敢えて減少させながらも、その減少させる期間を最短にしつつ、交流回転機の所望のトルクとは逆方向に作用する逆トルクを解消し、或いは過電流による交流回転機、及び交流回転機の駆動回路の故障を防止することは、より顕著な効果を奏する。
【０１６４】
さらに、電動パワーステアリング装置の場合、交流回転機１の出力トルクが急増すると、加えていた操舵トルクが突然減少する。
このような操舵トルクの突然の減少が走行中に発生した場合、運転者が車両を意図した操舵する際の妨げとなり、運転者は違和感を覚える。
従って、電流制限手段６においてｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄｑ１＊を制限するための制限値であるｄ−ｑ軸電流制限値ｉｄｑｌｉｍを時刻ｔ２から時間と共に次第に増加するように設定した場合、電動パワーステアリング装置においてその効果はより顕著なものとなる。
【０１６５】
尚、本実施の形態８では、回転位置推定手段９ｆは交流回転機１に高周波電流を供給した際の出力トルクＴｍに対する応答に基づいて推定回転位置θｅを算出したが、推定回転位置θｅは他の手法によって算出するようにしてもよく、その方法は問わない。
また、時刻ｔ２は回転位置推定手段９が算出する推定回転位置θｅの実際の回転位置との誤差が９０度以下に収まるために十分な時刻とし、所定時間Δｔ１２を（回転位置推定を開始してから誤差９０度以内に収束させる時間）より構成したが、時刻ｔ２を回転位置推定手段９が算出する推定回転位置θｅの実際の回転位置との誤差が任意の所定誤差以下に収まるために十分な時刻とし、所定時間Δｔ１２を（回転位置推定を開始してから任意の所定誤差以内に収束させる時間）より構成してもよい。
【０１６６】
交流回転機１のトルクは制御角θｃの誤差が９０度以下の場合はその誤差が大きくなればなるほど所望のトルクより小さくなり、誤差が９０〜１８０度の場合はその誤差が大きくなればなるほど所望のトルクと反対方向の逆トルクが大きくなる。
従って、逆トルクのみならず、トルクの減少も許容できない場合は、許容できないトルクとなる制御角θｃと実際の回転位置の誤差に応じて所定誤差を定めればよい。
また、ある程度の逆トルクが許容される場合は、許容可能な逆トルクとなる制御角θｃと実際の回転位置の誤差に応じて所定誤差を定めればよい。
この場合、（回転位置推定を開始してから所定誤差以内に収束させる時間）は回転位置推定手段９ｆが回転位置信号に基づき推定回転位置θｅの演算を開始してから推定回転位置θｅと回転位置との誤差が所定誤差以内に収束するために必要な最長時間であり、回転位置推定手段９ｆが推定回転位置θｅの演算を開始する時の推定回転位置θｅと実際の交流回転機の回転位置誤差が１８０度である最悪のケースを想定して、推定回転位置θｅの誤差が所定誤差まで低下する時間を予め測定、あるいは算出しておけばよい。
【０１６７】
また、電流制限手段６におけるｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄｑ１＊を制限するための制限値であるｄ−ｑ軸電流制限値ｉｄｑｌｉｍを時刻ｔ２から時間と共に次第に増加するように設定したが、トルク急変による影響が問題とならず、トルクをできるだけ早く復帰させたいような場合はｄ−ｑ軸電流制限値ｉｄｑｌｉｍを時刻ｔ２から急峻に増加するように設定してもよい。
また、電流制限手段６におけるｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄｑ１＊を制限するための制限値であるｄ−ｑ軸電流制限値ｉｄｑｌｉｍを零とする所定時間Δｔ１２を構成する（回転位置推定電力を供給してから推定回転位置算出までの時間）、及び（回転位置推定を開始してから誤差９０度以内に収束させる時間）はそれぞれ取りうる最長時間を設定したが、条件に応じて該条件における最長時間を設定時間として切り替えるように構成してもよい。本実施の形態８におけるｄ−ｑ軸電流制限値ｉｄｑｌｉｍを零とする所定時間Δｔ１２の場合、所定時間Δｔ１２を構成する（回転位置推定電力を供給してから推定回転位置算出までの時間）は、例えばトルク検出手段の温度特性に応じて変動しうる。
従って、例えばトルク検出手段の温度を検出し、温度に応じて該温度における（回転位置推定電力を供給してから推定回転位置算出までの時間）の最長時間を設定時間として切り替えるとよい。
【０１６８】
また、電流制限手段６におけるｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄｑ１＊を制限するための制限値であるｄ−ｑ軸電流制限値ｉｄｑｌｉｍを図４に示す設定としたが、図５に示すように、時刻ｔ０からｔ１の間に零に制限するような設定としてもよい。
この場合、センサ異常判定手段３は回転位置センサの異常有無だけでなく、回転位置センサ２の異常検出状態、具体的には回転位置センサ２の異常検出の継続時間を出力する必要がある。このように、時刻ｔ０からｔ１の間に零に制限することによって、回転位置センサ２に異常が発生してから、センサ異常反転手段が回転位置センサ２を異常と判定するまでの期間の逆トルク、及び過電流を軽減することができる。
ただし、前述の通りセンサ異常判定手段３は回転位置センサ２の異常を検出しているが、実際に回転位置センサ２は異常ではない場合には、回転位置センサ２に異常がないにも関わらず、交流回転機に供給される電流が変動し、トルク変動を生むこととなる。
【０１６９】
また、電流制限手段６におけるｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄｑ１＊を制限するための制限値であるｄ−ｑ軸電流制限値ｉｄｑｌｉｍを図６に示すように制限開始時に時間とともに次第に減少していくように設定してもよい。
電動パワーステアリング装置の場合、交流回転機１の出力トルクが急減すると、加えていた操舵トルクが突然増加する。
このような操舵トルクの突然の増加が走行中に発生した場合、運転者が車両を意図した操舵する際の妨げとなり、運転者の覚える違和感は増々大きなものとなる。
従って、電流制限手段６においてｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄｑ１＊を制限するための制限値であるｄ−ｑ軸電流制限値ｉｄｑｌｉｍを時刻ｔ２から時間と共に次第に減少するように設定した場合、電動パワーステアリング装置においてその効果はより顕著なものとなる。ただし、制御角の実際の交流回転機の回転位置に対する誤差が大きい場合は、減少させる傾きが緩やかであるほど逆トルクが大きくなる。
【０１７０】
また、電流制限手段６におけるｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄｑ１＊を制限するための制限値であるｄ−ｑ軸電流制限値ｉｄｑｌｉｍを図７に示すように零以外の値に制限されるように設定してもよい。
例えば、センサレス制御移行時の大電流により故障に至ることがないような性能を有する交流回転機、及び交流回転機の駆動装置を備えた電動パワーステアリング装置の場合、ｄ−ｑ軸電流制限値ｉｄｑｌｉｍの下限値を交流回転機の定格電流の１０％以下に設定してもよい。
即ち、該電力制限手段は交流回転機に供給される電流が交流回転機の定格電流の１０％以下となるように前記駆動電力を制限するように構成してもよい。
一般的な電動パワーステアリング装置では、前述の通り操舵トルクが増大するほど交流回転機が出力する補助トルクは増大し、操舵トルクが５Ｎｍ程度で交流回転機の定格トルクに達し、補助トルクが上限値に達する。
即ち、操舵トルク５Ｎｍにおいて交流回転機の定格電流に相当する補助トルクが必要であるということであり、換言すると、操舵トルク５Ｎｍは人間が快適に操舵可能な上限値であるといえる。
従って、５Ｎｍ以下の逆トルクであれば、人間は走行に支障なく意図した通りに車両を操舵すること可能であり、この値は一般的な電動パワーステアリング装置における交流回転機の定格トルクの１０％以下に相当する。
【０１７１】
センサレス制御への移行時に交流回転機に供給する電力を制限することは、その間の制御角の実際の交流回転機の回転位置に対する誤差が大きい場合は、逆トルクを低減し、過電流を防止できる一方で、制御角の誤差が小さい場合は、本来交流回転機に供給されるべき電力が制限されるため、その機能性が低下するといったトレードオフの関係を持つ。
従って、電動パワーステアリング装置において、ｄ−ｑ軸電流制限値ｉｄｑｌｉｍの下限値を交流回転機の定格電流の１０％に設定することによって、センサレス制御への移行時に、制御角の実際の交流回転機の回転位置に対する誤差が大きい場合の逆トルクを許容範囲内に抑えることができ、かつ制御角の誤差が小さい場合の、補助トルクの低下を最低限に抑えることができるという最適な機能性を得ることができる。
【０１７２】
また、電流制限手段６によりｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄｑ１＊を制限することによって、交流回転機１の逆トルク及び過電流を防止するようにしたが、交流回転機に対して回転、或いは静止した任意の座標軸の電流指令を制限するようにしてもよいし、或いは交流回転機に対して静止した座標系上のＵ、Ｖ、Ｗ各相の電流指令をそれぞれ制限するようにしてもよく、背電流制限手段において制限する電流指令がどの座標軸のものであるかは問わない。この場合、本実施の形態１における電流制限手段６による電流指令制限手法と同様に各座標軸上の電流を制限することによって、どの座標軸上の電流指令を制限した場合であっても逆トルク及び過電流を防止することができ、同様の効果を得ることができる。ただし、回転位置推定電力は電流制限手段により制限された電流に対して加算する必要がある。
【０１７３】
また、図１８について電動パワーステアリングを例に説明したが、ハンドル３４は、ハンドル以外の慣性モーメントに置き換えても良く、電動パワーステアリング以外の所謂２慣性系として知られている制御装置であっても同様の効果を得ることができることは言うまでもない。
【０１７４】
なお、この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【０１７５】
１  交流回転機、２  回転位置センサ、２ａ  信号線、
３  センサ異常判定手段、４  回転位置演算手段、５  切換器、
６  電流制限手段、７  トルク検出手段、
８回転位置推定電力発生器、９  回転位置推定手段、
１０  電力供給手段、１１  高周波重畳器、１２  電流制御器、
１３  座標変換器、１４  電力変換器、１５  電流検出器、
１６  バンドパスフィルタ、１７  推定誤差演算手段、
１８  推定誤差制御手段、１９  乗算器、２０  積分器、
２１  位置誤差推定器、２２  ＰＩ制御器、２３  パルス幅変調制御器、
２４  インバータ、２５  初期回転位置推定電力発生器、
２６  初期回転位置推定手段、２７  ゲート信号生成器、
２８  電力制限手段、２９  誘起電圧推定手段、３０  位置切換器、
３１  速度推定器、３２  回転速度演算手段、
３３  駆動電流演算手段、３４  ハンドル、３５  前輪、３６  ギア、
３７  伝達軸、３８〜４３  半導体スイッチ、４４  直流電圧源。
【図１】
2015166546.tif 000019
【図２】
2015166546.tif 000020
【図３】
2015166546.tif 000021
【図４】
2015166546.tif 000022
【図５】
2015166546.tif 000023
【図６】
2015166546.tif 000024
【図７】
2015166546.tif 000025
【図８】
2015166546.tif 000026
【図９】
2015166546.tif 000027
【図１０】
2015166546.tif 000028
【図１１】
2015166546.tif 000029
【図１２】
2015166546.tif 000030
【図１３】
2015166546.tif 000031
【図１４】
2015166546.tif 000032
【図１５】
2015166546.tif 000033
【図１６】
2015166546.tif 000034
【図１７】
2015166546.tif 000035
【図１８】
2015166546.tif 000036
【図１９】
2015166546.tif 000037
【図２０】
2015166546.tif 000038
【図２１】
2015166546.tif 000039
【手続補正書】
【提出日】平成28年2月24日(2016.2.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流回転機と、
前記交流回転機の回転位置を検出する回転位置センサと、
前記回転位置センサの異常を判定するセンサ異常判定手段と、
前記回転位置センサが異常と判定された場合に前記交流回転機の推定回転位置を算出する回転位置推定手段と、
前記交流回転機を駆動するために供給する駆動電力を制限する電力制限手段と、
前記センサ異常判定手段が前記回転位置センサを異常と判定している場合には前記推定回転位置に基づいて、前記電力制限手段に制限された前記駆動電力に前記回転位置推定手段が回転位置を推定するために供給する回転位置推定電力を加えた電力を前記交流回転機に供給する電力供給手段と、を備え、
前記電力制限手段は少なくとも前記センサ異常判定手段が異常と判定してから前記推定回転位置の推定誤差が所定範囲内に収まるための所定時間、前記駆動電力を制限することを特徴とする交流回転機の制御装置。
【請求項２】
交流回転機と、
前記交流回転機の回転位置を検出する回転位置センサと、
前記回転位置センサの異常が所定の判定時間継続して検出された場合に前記回転位置センサを異常と判定するセンサ異常判定手段と、
前記回転位置センサが異常と判定された場合に前記交流回転機の推定回転位置を算出する回転位置推定手段と、
前記交流回転機を駆動するために供給する駆動電力を制限する電力制限手段と、
前記センサ異常判定手段が前記回転位置センサを異常と判定している場合には前記推定回転位置に基づいて、前記電力制限手段に制限された前記駆動電力に前記回転位置推定手段が回転位置を推定するために供給する回転位置推定電力を加えた電力を前記交流回転機に供給する電力供給手段と、を備え、
前記電力制限手段は前記センサ異常判定手段が異常を検出してから異常と判定するまでに前記駆動電力の制限を開始し、少なくとも前記推定回転位置の推定誤差が所定範囲内に収まるための所定時間、前記駆動電力を制限することを特徴とする交流回転機の制御装置。
【請求項３】
前記交流回転機の出力トルクを検出するトルク検出手段を備え、
前記回転位置推定電力は高周波電力であり、
前記回転位置推定手段は前記出力トルクに含まれる高周波成分と、前記高周波電力に対応する高周波成分とに基づいて、前記推定回転位置を算出する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項４】
前記交流回転機は突極性を有し、
前記交流回転機の検出電流を取得する電流検出手段を備え、
前記回転位置推定電力は高周波電力であり、
前記回転位置推定手段は前記検出電流に含まれる高周波成分に基づいて、前記推定回転位置を算出する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項５】
前記交流回転機の検出電流を取得する電流検出手段を備え、
前記回転位置推定電力は前記交流回転機の巻線が磁気飽和するような電力であり、
前記回転位置推定手段は前記交流回転機の電圧と電流の関係に基づいて前記推定回転位置を算出する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項６】
前記交流回転機の検出電流を取得する電流検出手段を備え、
前記回転位置推定電力は前記交流回転機の巻線を短絡させる電圧であり、
前記回転位置推定手段は前記検出電流に基づいて前記推定回転位置を算出する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項７】
交流回転機と、
前記交流回転機の回転位置を検出する回転位置センサと、
前記回転位置センサの異常を判定するセンサ異常判定手段と、
前記回転位置センサが異常と判定された場合に前記交流回転機の推定回転位置を算出する回転位置推定手段と、
前記交流回転機を駆動するために供給する駆動電力を制限する電力制限手段と、
前記交流回転機の誘起電圧を取得する誘起電圧取得手段と、
前記センサ異常判定手段が前記回転位置センサを異常と判定している場合には前記推定回転位置に基づいて、前記電力制限手段に制限された前記駆動電力を前記交流回転機に供給する電力供給手段と、を備え、
前記電力制限手段は前記センサ異常判定手段が異常と判定してから少なくとも前記交流回転機の前記誘起電圧が所定値以下となるまで前記駆動電力を制限する
ことを特徴とする交流回転機の制御装置。
【請求項８】
交流回転機と、
前記交流回転機の回転位置を検出する回転位置センサと、
前記回転位置センサの異常が所定の判定時間継続して検出された場合に前記回転位置センサを異常と判定するセンサ異常判定手段と、
前記回転位置センサが異常と判定された場合に前記交流回転機の推定回転位置を算出する回転位置推定手段と、
前記交流回転機を駆動するために供給する駆動電力を制限する電力制限手段と、
前記交流回転機の誘起電圧を取得する誘起電圧取得手段と、
前記センサ異常判定手段が前記回転位置センサを異常と判定している場合には前記推定回転位置に基づいて、前記電力制限手段に制限された前記駆動電力を前記交流回転機に供給する電力供給手段と、
前記電力制限手段は前記センサ異常判定手段が異常を検出してから異常と判定するまでに前記駆動電力の制限を開始し、
少なくとも前記交流回転機の前記誘起電圧が所定値以下となるまで前記駆動電力を制限する
ことを特徴とする交流回転機の制御装置。
【請求項９】
前記電力制限手段は前記駆動電力を制限する所定の値まで急峻に減少するよう制限することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項１０】
前記電力制限手段は前記駆動電力を制限する所定の値まで時間と共に次第に減少するよう制限する
ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項１１】
前記電力制限手段は、前記駆動電力を制限する所定の値から時間と共に次第に増加するよう制限する
ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項１２】
前記電力制限手段は交流回転機に供給される電流が零となるように前記駆動電力を制限する
ことを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項１３】
前記駆動電力を算出する駆動電力演算手段を備え、
前記駆動電力演算手段は前記交流回転機の回転速度に応じた状態量、または出力トルクに応じた状態量の少なくとも一方に基づいて前記駆動電力を算出する
ことを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項１４】
前記交流回転機の回転速度を算出する回転速度演算手段を備え、
前記駆動電力演算手段は前記回転速度に基づいて前記駆動電力を算出する
ことを特徴とする請求項１３に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項１５】
ハンドルに加えられた操舵トルクを検出するトルク検出手段と、
請求項１３に記載の交流回転機の制御装置を備えた電動パワーステアリング装置であって、
前記駆動電力演算手段は前記操舵トルクに基づいて前記駆動電力を算出する
ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項１６】
請求項１から１４のいずれか１項に記載の交流回転機の制御装置を備えた電動パワーステアリング装置。
【請求項１７】
前記電力制限手段は交流回転機に供給される電流が前記交流回転機の定格電流の１０％以下となるように前記駆動電力を制限する
ことを特徴とする請求項１５または１６に記載の電動パワーステアリング装置。
【手続補正書】
【提出日】平成28年12月9日(2016.12.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流回転機と、
前記交流回転機の回転位置を検出する回転位置センサと、
前記回転位置センサの異常を判定するセンサ異常判定手段と、
前記回転位置センサが異常と判定された場合に前記交流回転機の推定回転位置を算出する
回転位置推定手段と、
前記交流回転機を駆動するために供給する駆動電力を制限する電力制限手段と、
前記センサ異常判定手段が前記回転位置センサを異常と判定している場合には前記推定回転位置に基づいて、前記電力制限手段に制限された前記駆動電力に前記回転位置推定手段が回転位置を推定するために供給する回転位置推定電力を加えた電力を前記交流回転機に供給する電力供給手段と、を備え、
前記電力制限手段は少なくとも前記センサ異常判定手段が異常と判定してから前記推定回転位置の推定誤差が所定範囲内に収まるための所定時間、前記駆動電力を所定の値で制限した後、前記駆動電力を制限する所定の値から増加するよう制限することを特徴とする交流回転機の制御装置。
【請求項２】
交流回転機と、
前記交流回転機の回転位置を検出する回転位置センサと、
前記回転位置センサの異常が所定の判定時間継続して検出された場合に前記回転位置センサを異常と判定するセンサ異常判定手段と、
前記回転位置センサが異常と判定された場合に前記交流回転機の推定回転位置を算出する回転位置推定手段と、
前記交流回転機を駆動するために供給する駆動電力を制限する電力制限手段と、
前記センサ異常判定手段が前記回転位置センサを異常と判定している場合には前記推定回転位置に基づいて、前記電力制限手段に制限された前記駆動電力に前記回転位置推定手段が回転位置を推定するために供給する回転位置推定電力を加えた電力を前記交流回転機に供給する電力供給手段と、を備え、
前記電力制限手段は前記センサ異常判定手段が異常を検出してから異常と判定するまでに前記駆動電力の制限を開始し、少なくとも前記推定回転位置の推定誤差が所定範囲内に収まるための所定時間、前記駆動電力を所定の値で制限した後、前記駆動電力を制限する所定の値から増加するよう制限することを特徴とする交流回転機の制御装置。
【請求項３】
前記交流回転機の出力トルクを検出するトルク検出手段を備え、
前記回転位置推定電力は高周波電力であり、
前記回転位置推定手段は前記出力トルクに含まれる高周波成分と、前記高周波電力に対応する高周波成分とに基づいて、前記推定回転位置を算出する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項４】
前記交流回転機は突極性を有し、
前記交流回転機の検出電流を取得する電流検出手段を備え、
前記回転位置推定電力は高周波電力であり、
前記回転位置推定手段は前記検出電流に含まれる高周波成分に基づいて、前記推定回転位置を算出する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項５】
前記交流回転機の検出電流を取得する電流検出手段を備え、
前記回転位置推定電力は前記交流回転機の巻線が磁気飽和するような電力であり、
前記回転位置推定手段は前記交流回転機の電圧と電流の関係に基づいて前記推定回転位置を算出する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項６】
前記交流回転機の検出電流を取得する電流検出手段を備え、
前記回転位置推定電力は前記交流回転機の巻線を短絡させる電圧であり、
前記回転位置推定手段は前記検出電流に基づいて前記推定回転位置を算出する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項７】
交流回転機と、
前記交流回転機の回転位置を検出する回転位置センサと、
前記回転位置センサの異常を判定するセンサ異常判定手段と、
前記回転位置センサが異常と判定された場合に前記交流回転機の推定回転位置を算出する回転位置推定手段と、
前記交流回転機を駆動するために供給する駆動電力を制限する電力制限手段と、
前記交流回転機の誘起電圧を取得する誘起電圧取得手段と、
前記センサ異常判定手段が前記回転位置センサを異常と判定している場合には前記推定回転位置に基づいて、前記電力制限手段に制限された前記駆動電力を前記交流回転機に供給する電力供給手段と、を備え、
前記電力制限手段は前記センサ異常判定手段が異常と判定してから少なくとも前記交流回転機の前記誘起電圧が所定値以下となるまで前記駆動電力を制限する
ことを特徴とする交流回転機の制御装置。
【請求項８】
交流回転機と、
前記交流回転機の回転位置を検出する回転位置センサと、
前記回転位置センサの異常が所定の判定時間継続して検出された場合に前記回転位置センサを異常と判定するセンサ異常判定手段と、
前記回転位置センサが異常と判定された場合に前記交流回転機の推定回転位置を算出する回転位置推定手段と、
前記交流回転機を駆動するために供給する駆動電力を制限する電力制限手段と、
前記交流回転機の誘起電圧を取得する誘起電圧取得手段と、
前記センサ異常判定手段が前記回転位置センサを異常と判定している場合には前記推定回転位置に基づいて、前記電力制限手段に制限された前記駆動電力を前記交流回転機に供給する電力供給手段と、
前記電力制限手段は前記センサ異常判定手段が異常を検出してから異常と判定するまでに前記駆動電力の制限を開始し、
少なくとも前記交流回転機の前記誘起電圧が所定値以下となるまで前記駆動電力を制限する
ことを特徴とする交流回転機の制御装置。
【請求項９】
前記電力制限手段は前記駆動電力を制限する所定の値まで急峻に減少するよう制限することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項１０】
前記電力制限手段は前記駆動電力を制限する所定の値まで時間と共に次第に減少するよう制限する
ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項１１】
前記電力制限手段は、前記駆動電力を制限する所定の値から時間と共に次第に増加するよう制限する
ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項１２】
前記電力制限手段は交流回転機に供給される電流が零となるように前記駆動電力を制限する
ことを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項１３】
前記駆動電力を算出する駆動電力演算手段を備え、
前記駆動電力演算手段は前記交流回転機の回転速度に応じた状態量、または出力トルクに応じた状態量の少なくとも一方に基づいて前記駆動電力を算出する
ことを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項１４】
前記交流回転機の回転速度を算出する回転速度演算手段を備え、
前記駆動電力演算手段は前記回転速度に基づいて前記駆動電力を算出する
ことを特徴とする請求項１３に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項１５】
ハンドルに加えられた操舵トルクを検出するトルク検出手段と、
請求項１３に記載の交流回転機の制御装置を備えた電動パワーステアリング装置であって、
前記駆動電力演算手段は前記操舵トルクに基づいて前記駆動電力を算出する
ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項１６】
請求項１から１４のいずれか１項に記載の交流回転機の制御装置を備えた電動パワーステアリング装置。
【請求項１７】
前記電力制限手段は交流回転機に供給される電流が前記交流回転機の定格電流の１０％以下となるように前記駆動電力を制限する
ことを特徴とする請求項１５または１６に記載の電動パワーステアリング装置。
【国際調査報告】
2015166546.tif 000040
2015166546.tif 000041
2015166546.tif 000042
2015166546.tif 000043