(57)【要約】【課題】電動機械の駆動を開始するに当たり、十分な電動機械トルクを発生させ、電動機械の駆動を開始するまでの時間を短くする。【解決手段】電動機械と、該電動機械の磁極位置を検出する位置センサ４３と、該位置センサ４３によって検出された磁極位置に基づいて初期位置を検出する初期位置検出処理手段９１と、前記電動機械を駆動するための指令値に高周波成分を注入し、高周波成分注入指令値を発生させる高周波成分注入処理手段９２と、前記高周波成分注入指令値及び前記初期位置に基づいて磁極位置を特定する磁極位置特定処理手段９３とを有する。この場合、位置センサ４３によって検出された磁極位置に基づいて初期位置が検出され、高周波成分注入指令値及び前記初期位置に基づいて磁極位置が特定されるので、磁極位置の検出誤差を小さくすることができる。【選択図】　　　　　図１
2004112938.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機械と、該電動機械の磁極位置を検出する位置センサと、該位置センサによって検出された磁極位置に基づいて初期位置を検出する初期位置検出処理手段と、前記電動機械を駆動するための指令値に高周波成分を注入し、高周波成分注入指令値を発生させる高周波成分注入処理手段と、前記高周波成分注入指令値及び前記初期位置に基づいて磁極位置を特定する磁極位置特定処理手段とを有することを特徴とする電動機械制御装置。
【請求項２】
前記初期位置検出処理手段は、前記位置センサによって検出された磁極位置の中間点を初期位置として検出する請求項１に記載の電動機械制御装置。
【請求項３】
前記位置センサは、電気角で１８０〔°〕より小さい分解能で磁極位置を検出する請求項１に記載の電動機械制御装置。
【請求項４】
電動機械の磁極位置を検出し、該磁極位置に基づいて初期位置を検出し、前記電動機械を駆動するための指令値に高周波成分を注入し、高周波成分注入指令値を発生させ、該高周波成分注入指令値及び前記初期位置に基づいて磁極位置を特定することを特徴とする電動機械制御制御方法。
【請求項５】
コンピュータを、位置センサによって検出された電動機械の磁極位置に基づいて初期位置を検出する初期位置検出処理手段、前記電動機械を駆動するための指令値に高周波成分を注入し、高周波成分注入指令値を発生させる高周波成分注入処理手段、並びに前記高周波成分注入指令値及び前記初期位置に基づいて磁極位置を特定する磁極位置特定処理手段として機能させることを特徴とする電動機械制御方法のプログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動機械制御装置、電動機械制御方法及びそのプログラムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電動車両は該電動車両を走行させるための駆動制御装置を備え、該駆動制御装置においては、回転自在に配設され、Ｎ極及びＳ極の永久磁石から成る磁極対を備えたロータ、及び該ロータより径方向外方に配設され、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相のステータコイルを備えたステータを有するモータが電動機械として使用される。そして、モータ制御装置において発生させられたＵ相、Ｖ相及びＷ相のパルス幅変調信号をインバータに送り、該インバータにおいて発生させられた相電流、すなわち、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の電流を前記各ステータコイルに供給することによって、前記モータを駆動し、電動機械トルクとしてのモータのトルク、すなわち、モータトルクを発生させ、該モータトルクを駆動輪に伝達して電動車両を走行させるようになっている。
【０００３】
そのために、前記ステータコイルに供給される電流が電流センサによって検出され、前記ロータの磁極の位置、すなわち、磁極位置がレゾルバによって検出され、電流センサによって検出された電流、及びレゾルバによって検出された磁極位置がモータ制御装置に送られる。
【０００４】
そして、前記モータ制御装置においては、ロータの磁極対の方向にｄ軸を、該ｄ軸と直角の方向にｑ軸をそれぞれ採ったｄ−ｑ軸モデル上でベクトル制御演算によるフィードバック制御が行われ、電動車両の全体の制御を行う車両制御装置から送られ、モータトルクの目標値を表すモータ目標トルクに基づいてｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値が算出され、該ｄ軸電流指令値、ｑ軸電流指令値、電流センサによって検出された電流、及びレゾルバによって検出された磁極位置に基づいて、ｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値が発生させられる。
【０００５】
また、前記モータ制御装置において、ｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値に基づいて、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の電圧指令値が発生させられ、該各相の電圧指令値に基づいて更に各相のパルス幅変調信号が発生させられる。
【０００６】
ところで、前記レゾルバを使用すると、磁極位置の検出精度、及びモータの制御性を向上させることはできるが、駆動制御装置のコストが高くなってしまう。また、スペースの制約によってレゾルバを設置することができない場合もある。そこで、前記レゾルバに代えて簡易的な位置センサ、例えば、ＭＲＥ等の磁気抵抗素子を使用して磁極位置を検出するようにした簡易センサ位置検出方法、前記レゾルバ等の位置センサを使用することなく磁極位置を検出するようにしたセンサレス位置検出方法等が提供されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
前記簡易センサ位置検出方法においては、ロータのシャフトにドラムが取り付けられ、該ドラムに歯が形成され、歯の有無によって磁極位置を検出し、所定の角度（例えば、６０〔°〕）ごとにＵ相、Ｖ相及びＷ相の位置検出信号を発生させ、該位置検出信号を前記モータ制御装置に送るようになっている。
【０００８】
そして、前記モータ制御装置には磁極位置検出部が配設され、該磁極位置検出部は、各位置検出信号を受けると、各位置検出信号の信号レベルの組合せに基づいて６個の検出パルスを発生させ、各検出パルスが発生させられたときの磁極位置を検出磁極位置として取得する。この場合、取得された検出磁極位置と実際の磁極位置、すなわち、実磁極位置とは一致しない。そこで、取得された検出磁極位置を補正して磁極位置を検出するようにしている。
【０００９】
モータの回転速度、すなわち、モータ回転速度が設定速度より高い場合、前記磁極位置検出部は、前記検出磁極位置を、例えば、そのときのモータ回転速度に基づいて比例計算によって線形補間を行うことにより補正し、補正された検出磁極位置を磁極位置として検出する。また、前記モータ回転速度が設定速度以下である場合、磁極位置は前記各検出磁極位置によって決まる位置検出可能範囲のどこかにあるので、誤差を平均的に最小にするため、前記磁極位置検出部は、前記各検出磁極位置の中間点を磁極位置として検出する。
【００１０】
一方、前記センサレス位置検出方法においては、ｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値のうちの少なくとも一方に高周波電流を注入することによって磁極位置が検出され、推定される。そのために、まず、０〜±１８０〔°〕のうちの所定の磁極位置を初期位置として設定し、初期位置として設定された磁極位置に基づいて推定ｄ−ｑ座標を想定し、該推定ｄ−ｑ座標においてｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値を発生させる。続いて、ｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値のうちの少なくとも一方に高周波電流を注入することによって、前記ｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値に高周波電圧を発生させる。この場合、該高周波電圧が発生させられたｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値には、ｄ軸インダクタンスとｑ軸インダクタンスとの差によって推定された磁極位置と実磁極位置との誤差情報が含まれる。そこで、該誤差情報を零（０）にするように演算を行うと、推定された磁極位置と実磁極位置との差がなくなり、磁極位置が収束され、電気角で検出される。この場合、前記センサレス位置検出方法においては、ロータの円周方向における永久磁石と、永久磁石がなく、空間が形成された部分とは磁束の分布特性からみて等価であるので、０〜±１８０〔°〕の電気角の範囲で磁極位置が検出されることになるが、検出された磁極位置がＮ極に属するものであるかＳ極に属するものであるか分からない。そこで、磁極位置が検出されると、検出された磁極位置について磁極判定、すなわち、ＮＳ判定が行われ、Ｎ極に属するものであるかＳ極に属するものであるかの判定が行われる。
【００１１】
【特許文献１】
特開２００１−２５２７７公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来のモータ制御装置においては、検出された磁極位置に基づいてモータの駆動を開始しようとすると、簡易センサ位置検出方法の場合、電気角の１周期において６ステップの分解能で磁極位置を検出するようになっているので、分解能が極めて低く、モータを停止させた状態における磁極位置の検出誤差が極めて大きくなってしまう。
【００１３】
図２は簡易センサ位置検出方法によって検出された磁極位置に基づいてモータを駆動したときの特性図である。なお、図において、横軸に電流位相を、縦軸にモータトルクＴＭを採ってある。
【００１４】
図において、Ｌ１はモータを駆動したときのモータトルクＴＭを示す線、θ１はモータトルクＴＭが最大値ＴＭ１を採るときの電流位相である。　簡易センサ位置検出方法においては、モータの駆動を開始する場合、各位置検出可能範囲の中間点が磁極位置として検出されるので、実磁極位置をθ１としたとき、検出磁極位置はθ１±３０〔°〕の範囲の値を採り、磁極位置の検出誤差が極めて大きくなってしまう。
【００１５】
したがって、検出された磁極位置に基づいてモータを駆動すると、最も小さいモータトルクＴＭの値がＴＭ２になり、十分なモータトルクＴＭを発生させることができない。
【００１６】
また、センサレス位置検出方法においては、モータの駆動を開始する場合、０〜±１８０〔°〕のうちの所定の磁極位置を初期位置として設定し、ｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値のうちの少なくとも一方に高周波電流を注入してｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値に高周波電圧を発生させ、ｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値に含まれる誤差情報を零にするように演算を行って、磁極位置を収束させる必要があるだけでなく、ＮＳ判定を行う必要があるので、磁極位置を検出するのに必要な特定時間が長くなり、モータの駆動を開始するまでの時間が長くなってしまう。
【００１７】
図３はセンサレス位置検出方法によって磁極位置を検出してモータを駆動する際のタイムチャートである。
【００１８】
タイミングｔ１でモータが始動されると、タイミングｔ２〜ｔ３で磁極位置の検出が行われ、タイミングｔ３〜ｔ４でＮＳ判定が行われ、タイミングｔ４でモータの駆動が開始される。この場合、タイミングｔ２〜ｔ４の磁極位置を検出するのに必要な特定時間が長くなり、タイミングｔ４になるまでモータの駆動を開始することができない。
【００１９】
本発明は、前記従来のモータ制御装置の問題点を解決して、電動機械の駆動を開始するに当たり、十分な電動機械トルクを発生させることができ、電動機械の駆動を開始するまでの時間を短くすることができる電動機械制御装置、電動機械制御方法及びそのプログラムを提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
そのために、本発明の電動機械制御装置においては、電動機械と、該電動機械の磁極位置を検出する位置センサと、該位置センサによって検出された磁極位置に基づいて初期位置を検出する初期位置検出処理手段と、前記電動機械を駆動するための指令値に高周波成分を注入し、高周波成分注入指令値を発生させる高周波成分注入処理手段と、前記高周波成分注入指令値及び前記初期位置に基づいて磁極位置を特定する磁極位置特定処理手段とを有する。
【００２１】
本発明の他の電動機械制御装置においては、さらに、前記初期位置検出処理手段は、前記位置センサによって検出された磁極位置の中間点を初期位置として検出する。
【００２２】
本発明の更に他の電動機械制御装置においては、さらに、前記位置センサは、電気角で１８０〔°〕より小さい分解能で磁極位置を検出する。
【００２３】
本発明の電動機械制御制御方法においては、電動機械の磁極位置を検出し、該磁極位置に基づいて初期位置を検出し、前記電動機械を駆動するための指令値に高周波成分を注入し、高周波成分注入指令値を発生させ、該高周波成分注入指令値及び前記初期位置に基づいて磁極位置を特定する。
【００２４】
本発明の電動機械制御制御方法のプログラムにおいては、コンピュータを、位置センサによって検出された電動機械の磁極位置に基づいて初期位置を検出する初期位置検出処理手段、前記電動機械を駆動するための指令値に高周波成分を注入し、高周波成分注入指令値を発生させる高周波成分注入処理手段、並びに前記高周波成分注入指令値及び前記初期位置に基づいて磁極位置を特定する磁極位置特定処理手段として機能させる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、この場合、電動機械制御装置としてのモータ制御装置について説明する。
【００２６】
図１は本発明の実施の形態におけるモータ制御装置の機能ブロック図である。
【００２７】
図において、３１は電動機械としてのモータ、４３は該モータ３１の磁極位置を検出する位置センサ、９１は該位置センサ４３によって検出された磁極位置に基づいて初期位置を検出する初期位置検出処理手段、９２は前記モータ３１を駆動するための指令値に高周波成分を注入し、高周波成分注入指令値を発生させる高周波成分注入処理手段、９３は前記高周波成分注入指令値及び前記初期位置に基づいて磁極位置を特定する磁極位置特定処理手段である。
【００２８】
図４は本発明の実施の形態における電動車両の駆動制御装置のブロック図、図５は本発明の実施の形態における簡易センサ位置検出方法によって発生させられる位置検出信号のタイムチャートである。
【００２９】
図において、４５はモータ制御装置、３１は電動機械としてのモータであり、該モータ３１としてＤＣブラシレスモータを使用することができる。前記モータ３１は、回転自在に配設された図示されないロータ、及び該ロータより径方向外方に配設された図示されないステータを備える。前記ロータは、図示されないシャフトに取り付けられたロータコア、及び該ロータコアの円周方向における複数箇所に配設された永久磁石を備え、該永久磁石のＳ極及びＮ極によって磁極対が構成される。また、前記ステータは、円周方向における複数箇所に、径方向内方に向けて突出させてティースが形成されたステータコア、並びに前記ティースに巻装されたＵ相、Ｖ相及びＷ相のコイルとしてのステータコイルを備える。
【００３０】
そして、前記モータ３１を駆動して電動車両を走行させるために、バッテリ１４からの直流の電流がインバータ４０によってＵ相、Ｖ相及びＷ相の電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗに変換され、各相の電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗはそれぞれ各ステータコイルに供給される。
【００３１】
そのために、前記インバータ４０は、６個のスイッチング素子としての図示されないトランジスタを備え、各トランジスタを選択的にオン・オフさせることによって、前記各相の電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを発生させることができるようになっている。
【００３２】
ところで、前記各ステータコイルはスター結線されているので、各相のうちの二つの相の電流の値が決まると、残りの一つの相の電流の値も決まる。したがって、各相の電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを制御するために、例えば、所定の二つのステータコイルのリード線にＵ相及びＶ相の電流Ｉｕ、Ｉｖを検出する電流検出手段としての電流センサ３３、３４が配設され、該電流センサ３３、３４は、検出電流ｉｕ、ｉｖをモータ制御装置４５のＵＶ−ｄｑ変換部６１に送る。
【００３３】
該モータ制御装置４５には、コンピュータとして機能する図示されないＣＰＵのほかに、データを記録したり、各種のプログラムを記録したりするためのＲＡＭ、ＲＯＭ等の図示されない記録装置が配設される。
【００３４】
そして、前記ＲＯＭには、各種のプログラム、データ等が記録されるようになっているが、プログラム、データ等を同じ外部記憶装置を構成する図示されない記録媒体に記録することもできる。この場合、例えば、前記モータ制御装置４５に図示されないフラッシュメモリを配設し、前記記録媒体から前記プログラム、データ等を読み出してフラッシュメモリに記録することもできる。したがって、前記記録媒体を交換することによって、前記プログラム、データ等を更新することもできる。
【００３５】
そして、前記ＵＶ−ｄｑ変換部６１が検出電流ｉｕ、ｉｖを受けると、前記モータ制御装置４５の図示されない検出電流算出処理手段は、検出電流算出処理を行い、検出電流ｉｕ、ｉｖに基づいて検出電流ｉｗを算出する。
【００３６】
また、前記モータ制御装置４５の図示されない電動機械回転速度算出処理手段としてのモータ回転速度算出処理手段は、電動機械回転速度算出処理としてのモータ回転速度算出処理を行い、磁極位置検出部４６によって検出された磁極位置θｎに基づいて、電動機械回転速度としてのモータ回転速度ＮＭを算出する。
【００３７】
前記車両制御装置の指令値発生部は、前記車速Ｖ、及び図示されないアクセルセンサによって検出されたアクセル開度αに基づいて車両要求トルクＴＯ＊　を算出し、該車両要求トルクＴＯ＊　に対応させて、電動機械目標トルクとしてのモータ目標トルク（トルク指令値）ＴＭ＊　を発生させ、前記モータ制御装置４５に送る。
【００３８】
該モータ制御装置４５のＲＯＭはｄ軸用及びｑ軸用の電流指令値マップを備える。そして、前記モータ制御装置４５の指令値算出処理手段としてのトルク指令・電流指令変換部４７は、指令値算出処理を行い、バッテリ電圧検出センサ１５によって検出されたバッテリ１４の電圧、すなわち、バッテリ電圧ＶＢを読み込むとともに、モータ回転速度ＮＭ及びモータ目標トルクＴＭ＊　を読み込み、前記各指令値マップを参照して、前記モータ目標トルクＴＭ＊　に対応するｄ軸電流指令値ｉｄ＊　及びｑ軸電流指令値ｉｑ＊　を第１の指令値及び電流指令値として算出し、前記ｄ軸電流指令値ｉｄ＊　及びｑ軸電流指令値ｉｑ＊　をそれぞれ加算器２１及び減算器６３に送る。
【００３９】
続いて、前記ｄ軸電流指令値ｉｄ＊　に、前記磁極位置θｎを検出するために、高周波成分として高周波電流Ｉｈが注入される。そのために、モータ制御装置４５に高周波成分発生処理手段としての高周波電流発生部４８が配設され、該高周波電流発生部４８に制御信号ＳＧ１が送られる。該制御信号ＳＧ１は、モータ制御装置４５の高周波成分注入処理手段９２によって発生させられ、モータ３１の始動を開始する際、又はモータ回転速度が低くなったときにオンにされ、モータ回転速度が高くなり、第１の位置検出部２２における精度が十分に高くなったときにオフにされる。
【００４０】
そして、前記制御信号ＳＧ１がオンになると、高周波電流発生部４８は高周波成分発生処理を行い、高周波電流Ｉｈを発生させ、加算器２１に送り、該加算器２１において、前記ｄ軸電流指令値ｉｄ＊　に高周波電流Ｉｈが注入される。その結果、加算器２１から減算器６２にｄ軸電流指令値ｉｄｈ＊　が送られる。なお、前記加算器２１によって高周波成分注入部が構成される。
【００４１】
ところで、前記モータ制御装置４５においては、ロータにおける磁極対の方向にｄ軸を、該ｄ軸と直角の方向にｑ軸をそれぞれ採ったｄ−ｑ軸モデル上でベクトル制御演算によるフィードバック制御が行われるようになっている。
【００４２】
そのために、前記モータ制御装置４５は、電流センサ３３、３４から検出電流ｉｕ、ｉｖを読み込み、前記検出電流算出処理手段は、検出電流ｉｗを算出する。前記ＵＶ−ｄｑ変換部６１は、前記検出電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ及び前記磁極位置θｎに基づいて三相／二相変換を行い、検出電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗをそれぞれｄ軸電流ｉｄ及びｑ軸電流ｉｑに変換する。
【００４３】
そして、ｄ軸電流ｉｄは減算器６２に送られ、該減算器６２において前記ｄ軸電流指令値ｉｄｈ＊　とｄ軸電流ｉｄとのｄ軸電流偏差Δｉｄが算出され、該ｄ軸電流偏差Δｉｄが電圧指令値発生処理手段としての電圧指令値発生部６４に送られる。一方、ｑ軸電流ｉｑは減算器６３に送られ、該減算器６３において前記ｑ軸電流指令値ｉｑ＊　とｑ軸電流ｉｑとのｑ軸電流偏差Δｉｑが算出され、該ｑ軸電流偏差Δｉｑが前記電圧指令値発生部６４に送られる。
【００４４】
そして、該電圧指令値発生部６４は、前記ｄ軸電流偏差Δｉｄ及びｑ軸電流偏差Δｉｑが零（０）になるように、２軸上のインバータ出力としてのｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊　及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊　をそれぞれ発生させ、ｄｑ−ＵＶ変換部６７に送る。なお、前記ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊　及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊　によって第２の指令値及び電圧指令値が構成される。
【００４５】
続いて、前記ｄｑ−ＵＶ変換部６７は、前記ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊　、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊　及び磁極位置θｎに基づいて二相／三相変換を行い、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊　及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊　をＵ相、Ｖ相及びＷ相の電圧指令値Ｖｕ＊　、Ｖｖ＊　、Ｖｗ＊　に変換し、該電圧指令値Ｖｕ＊　、Ｖｖ＊　、Ｖｗ＊　をＰＷＭ発生部６８に送る。該ＰＷＭ発生部６８は、前記各相の電圧指令値Ｖｕ＊　、Ｖｖ＊　、Ｖｗ＊　及び前記バッテリ電圧ＶＢに基づいて、電圧指令値Ｖｕ＊　、Ｖｖ＊　、Ｖｗ＊　に対応するパルス幅を有するＵ相、Ｖ相及びＷ相のパルス幅変調信号Ｍｕ、Ｍｖ、Ｍｗを発生させ、ドライブ回路５１に送る。
【００４６】
該ドライブ回路５１は、前記各相のパルス幅変調信号Ｍｕ、Ｍｖ、Ｍｗを受けて、トランジスタを駆動するための６個の駆動信号をそれぞれ発生させ、該駆動信号をインバータ４０に送る。該インバータ４０は、前記駆動信号がオンの間だけトランジスタをオンにして各相の電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを発生させ、該各相の電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを前記各ステータコイルに供給する。このように、モータ３１を駆動することによって電動車両を走行させることができる。
【００４７】
なお、前記ＰＷＭ発生部６８、ドライブ回路５１、インバータ４０等によって、モータ３１を駆動する電動機械駆動処理手段としてのモータ駆動処理手段が構成される。
【００４８】
ところで、本実施の形態においては、レゾルバ等の高精度のセンサを使用することなく、磁極位置検出部４６によって磁極位置θｎが検出されるようになっている。そのために、前記磁極位置検出部４６は、第１、第２の位置検出部２２、２３及び選択処理部２４を備える。
【００４９】
前記位置センサ４３は、前記モータ３１に配設され、位置センサ４３として簡易的な位置センサ、例えば、ＭＲＥ等の磁気抵抗素子が使用され、前記第１の位置検出部２２において、簡易センサ位置検出方法によって磁極位置θｋが検出されるようになっている。そのために、ロータのシャフトにドラムが取り付けられ、該ドラムに歯が形成され、歯の有無によって所定の角度（本実施の形態においては、６０〔°〕）ごとに磁極位置情報としてのＵ相、Ｖ相及びＷ相の位置検出信号Ｐｕ、Ｐｖ、Ｐｗを発生させ、該位置検出信号Ｐｕ、Ｐｖ、Ｐｗを第１の位置検出部２２に送る。
【００５０】
前記位置検出信号Ｐｕ、Ｐｖ、Ｐｗは、図５に示されるように、それぞれ電気角で１８０〔°〕ごとに信号レベルが切り換わり、互いに電気角で１２０〔°〕ずつ位相をずらして発生させられる。したがって、前記位置検出信号Ｐｕ、Ｐｖ、Ｐｗの信号レベルの組合せは６個のパターンから成る。
【００５１】
そして、前記第１の位置検出部２２は、前記位置検出信号Ｐｕ、Ｐｖ、Ｐｗを受け、位置検出信号Ｐｕ、Ｐｖ、Ｐｗの信号レベルの組合せに基づいて６個の検出パルスを発生させ、各検出パルスに基づいて電気角の１周期である３６０〔°〕において６ステップの分解能で、検出パルスが発生させられたときの磁極位置を検出磁極位置θｐとして取得する。
【００５２】
ところで、時間が経過し、検出パルスが発生させられるたびに、検出磁極位置θｐは階段状に変化するので、実磁極位置と検出磁極位置θｐとは一致しない。
【００５３】
すなわち、実磁極位置が０〔°〕以上６０〔°〕未満、６０〔°〕以上１２０〔°〕未満、１２０〔°〕以上１８０〔°〕未満、１８０〔°〕以上２４０〔°〕未満、２４０〔°〕以上３００〔°〕未満、及び３００〔°〕以上３６０〔°〕未満の各位置検出可能範囲にあるときの各検出磁極位置θｐはそれぞれ０、６０、１２０、１８０、２４０、３００〔°〕になる。
【００５４】
そこで、前記第１の位置検出部２２は、取得された検出磁極位置θｐを次のように補正して磁極位置θｋを検出するようにしている。
【００５５】
モータ回転速度ＮＭが設定速度より高い場合、前記第１の位置検出部２２は、前記検出磁極位置θｐを、例えば、そのときのモータ回転速度に基づいて比例計算によって線形補間を行うことにより補正し、補正された検出磁極位置θｐを磁極位置θｋとして検出する。すなわち、検出パルスが発生させられてから現在までに経過した時間をτとすると、磁極位置θｋは、
θｋ＝θｐ＋ＮＭ・τ
になる。
【００５６】
また、前記モータ回転速度ＮＭが設定速度以下である場合、磁極位置θｋは前記各位置検出可能範囲のどこかにあるので、誤差を平均的に最小にするため前記第１の位置検出部２２は、前記各検出磁極位置θｐの中間点を磁極位置θｋ
θｋ＝θｐ＋３０〔°〕
として検出する。
【００５７】
一方、前記第２の位置検出部２３においては、前述されたように、ｄ軸電流指令値ｉｄ＊　に高周波電流Ｉｈを注入し、センサレス位置検出方法によって磁極位置θｍが検出され、推定される。そのために、まず、第２の位置検出部２３は、０〜±１８０〔°〕のうちの所定の磁極位置を初期位置として設定し、初期位置として設定された磁極位置に基づいて推定ｄ−ｑ座標を想定し、該推定ｄ−ｑ座標においてｄ軸電流指令値ｉｄ＊　及びｑ軸電流指令値ｉｑ＊　を発生させる。続いて、ｄ軸電流指令値ｉｄ＊　及びｑ軸電流指令値ｉｑ＊　のうちの少なくとも一方、本実施の形態においては、ｄ軸電流指令値ｉｄ＊　に高周波電流Ｉｈを注入することによって、前記ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊　及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊　に高周波電圧を発生させる。この場合、該高周波電圧が発生させられたｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊　及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊　には、ｄ軸インダクタンスとｑ軸インダクタンスとの差によって推定された磁極位置θｍと実磁極位置との誤差情報Ｖｇが含まれる。そこで、前記第２の位置検出部２３は、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊　を読み込み、該ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊　をバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）２５に通して、高周波成分だけを取り出し、演算値Ｖｄｈとし、該演算値Ｖｄｈの座標を座標変換部４９によって変換して演算値Ｖｃｏｓとした後、該演算値Ｖｃｏｓを更にローパスフィルタ（ＬＰＦ）５１に通して直流成分（低周波成分）を取り出し、誤差情報Ｖｇを取得する。
【００５８】
続いて、前記第２の位置検出部２３は、該誤差情報Ｖｇを減算器２６に送り、あらかじめ設定された誤差指令値Ｖｓｅと誤差情報Ｖｇとの偏差を算出し、前記誤差指令値Ｖｓｅに零をセットし、誤差情報Ｖｇが零になるように演算を行う。その結果、推定された磁極位置θｍと実磁極位置との差が小さくなって収束し、磁極位置θｍが電気角で検出される。なお、５２はＰＩＤ演算器（ＰＩＤ）、５３は速度推定値ωｍを算出する速度推定値算出処理手段としての補償器（Ｋｍ）、５４は速度推定値ωｍを積分して磁極位置θｍを算出する積分器（１／ｓ）である。
【００５９】
本実施の形態においては、ｄ軸電流指令値ｉｄ＊　に高周波電流Ｉｈが注入されるようになっているが、ｑ軸電流指令値ｉｑ＊　に高周波電流を注入したり、ｄ軸電流指令値ｉｄ＊　及びｑ軸電流指令値ｉｑ＊　のいずれにも高周波電流を注入したりすることができる。
【００６０】
ところで、第１の位置検出部２２によって検出された磁極位置θｋを磁極位置θｎとして使用してモータ３１の駆動を開始しようとすると、簡易センサ位置検出方法の場合、電気角の１周期において６ステップの分解能で磁極位置θｋを検出するようになっているので、分解能が極めて低く、モータ３１を停止させた状態における磁極位置θｋの検出誤差が極めて大きくなってしまう。
【００６１】
また、第２の位置検出部２３によって検出された磁極位置θｍを磁極位置θｎとして使用してモータ３１の駆動を開始しようとすると、センサレス位置検出方法の場合、ｄ軸電流指令値ｉｄ＊　に高周波電流Ｉｈを注入してｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊　及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊　に高周波電圧を発生させ、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊　及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊　に含まれる誤差情報Ｖｇを零にするように演算を行う必要があるだけでなく、ＮＳ判定を行う必要があるので、磁極位置θｎを検出するのに必要な特定時間が長くなり、モータ３１の駆動を開始するまでの時間が長く（例えば、数１００〔ｍｓ〕）なってしまう。
【００６２】
そこで、本実施の形態においては、センサレス位置検出方法における初期位置を簡易センサ位置検出方法によって検出された磁極位置θｋに基づいて検出するようにしている。
【００６３】
図６は本発明の実施の形態におけるモータ制御装置の動作を示すフローチャートである。
【００６４】
まず、モータ制御装置４５（図４）の図示されない磁極位置検出処理手段は、磁極位置検出処理を行い、選択処理部２４によって第１の位置検出部２２を選択する。そして、該第１の位置検出部２２の初期位置検出処理手段９１（図１）は、初期位置検出処理を行い、位置検出信号Ｐｕ、Ｐｖ、Ｐｗに基づいて各検出磁極位置θｐを検出し、該各検出磁極位置θｐによって決まる位置検出可能範囲の中間点を表す磁極位置θｋ
θｋ＝θｐ＋３０〔°〕
を初期位置として検出する。
【００６５】
続いて、前記磁極位置検出処理手段は、選択処理部２４によって第２の位置検出部２３を選択する。そして、前記磁極位置検出処理手段は、検出された初期位置に基づいて、推定ｄ−ｑ座標を想定し、該推定ｄ−ｑ座標において、モータ３１を駆動するためのｄ軸電流指令値ｉｄ＊　及びｑ軸電流指令値ｉｑ＊　を発生させる。また、前記第２の位置検出部２３の高周波成分注入処理手段９２は、高周波成分注入処理を行い、高周波電流発生部４８に制御信号ＳＧ１を送り、ｄ軸電流指令値ｉｄ＊　に高周波電流Ｉｈを注入してｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊　及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊　に高周波電圧を発生させる。なお、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊　及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊　によって高周波成分注入指令値が構成される。
【００６６】
そして、前記第２の位置検出部２３の磁極位置特定処理手段９３は、磁極位置特定処理を行い、前記ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊　及び初期位置に基づいて、センサレス位置検出方法によって磁極位置θｍを特定することによって検出し、前記モータ制御装置４５の図示されない駆動処理手段は、駆動処理を行い、検出された磁極位置θｍを磁極位置θｎとし、該磁極位置θｎに基づいてモータ３１を駆動する。
【００６７】
次に、フローチャートについて説明する。
ステップＳ１　初期位置を検出する。
ステップＳ２　高調波電流Ｉｈを注入する。
ステップＳ３　磁極位置θｍを検出する。
ステップＳ４　モータ３１を駆動し、処理を終了する。
【００６８】
図７は本発明の実施の形態におけるモータ制御装置によって検出された磁極位置に基づいてモータを駆動したときの特性図、図８は本発明の実施の形態におけるモータ制御装置によって検出された磁極位置に基づいてモータを駆動する際のタイムチャートである。なお、図７において、横軸に電流位相を、縦軸にモータトルクＴＭを採ってある。
【００６９】
図において、Ｌ２はモータ３１（図４）を駆動したときのモータトルクＴＭを示す線、θ１はモータトルクＴＭが最大値ＴＭ１を採るときの電流位相である。
【００７０】
簡易センサ位置検出方法においては、モータ３１の駆動を開始する場合、各位置検出可能範囲の中間点が磁極位置として検出されるので、実磁極位置をθ１としたとき、検出磁極位置θｐはθ１±３０〔°〕の範囲の値を採る。
【００７１】
そこで、検出磁極位置θｐに基づいて検出された磁極位置θｋ
θｋ＝θｐ＋３０〔°〕
をセンサレス位置検出方法の初期位置とすると、初期位置の値をθ１±３０〔°〕の狭い範囲内に収めることができるので、磁極位置θｍを収束させたときの磁極位置θｍの値をθ１±１０〔°〕以下にすることができる。したがって、磁極位置θｍの検出誤差を小さくすることができるだけでなく、検出された磁極位置θｍに基づいてモータ３１を駆動すると、最も小さいモータトルクＴＭの値がＴＭ３になり、十分なモータトルクＴＭを発生させることができる。
【００７２】
また、初期位置の値をθ１±３０〔°〕の限定された狭い範囲内に収めることができるので、磁極位置θｍを収束させるまでの時間を短くすることができる。なお、本実施の形態において、位置センサ４３は、θ１±３０〔°〕の分解能で磁極位置を検出するようになっているが、位置センサ４３に代えて、電気角で１８０〔°〕より小さい分解能で磁極位置を検出するものを使用することができる。
【００７３】
しかも、初期位置が簡易センサ位置検出方法によって検出されるので、初期位置がＮ極に属するものであるかＳ極に属するものであるかを知ることができる。したがって、センサレス位置検出方法によって検出された磁極位置θｍがＮ極に属するものであるかＳ極に属するものであるかも知ることができるので、ＮＳ判定を行う必要がない。
【００７４】
このように、磁極位置θｍを検出するのに必要な特定時間が短く（例えば、２０〜３０〔ｍｓ〕）なり、モータ３１の駆動を開始するまでの時間を短くすることができる。
【００７５】
図８において、タイミングｔ１１でモータ３１が始動されると、タイミングｔ１２〜ｔ１３で磁極位置θｍの検出が行われ、タイミングｔ１３でモータ３１の駆動が開始される。この場合、タイミングｔ１２〜ｔ１３の磁極位置θｍを検出するのに必要な特定時間が短くなり、タイミングｔ１３になるとモータ３１の駆動を開始することができる。
【００７６】
また、簡易センサ位置検出方法によって検出された磁極位置θｍがＮ極に属するものであるかＳ極に属するものであるかも知ることができるので、逆方向のモータトルクＴＭが発生させられることがなく、モータ３１に脱調が発生することもない。
【００７７】
なお、前記位置センサ４３として磁気抵抗素子が使用される場合、位置センサ４３は三つの磁気抵抗素子から成る。この場合、三つの磁気抵抗素子のうちのいずれかが故障したり、三つの磁気抵抗素子のうちのいずれかに接続される線が断線したりしても、すべての磁気抵抗素子が故障したり、すべての磁気抵抗素子に接続される線が断線したりしない限り、一つ以上の磁気抵抗素子の出力を利用して、初期位置を簡易センサ位置検出方法によって検出することができる。
【００７８】
ところで、モータ３１を駆動して目的とする制御対象物の制御を行う場合、前記モータ３１に設定されるトルク指令値、電流指令値等は、制御対象物に対応させて、また、制御対象物の制御を行う場合の制御系の特性に基づいて、一定の周期及び変化率で変化させられるようになっている。
【００７９】
ところが、前記トルク指令、電流指令等を一定の周期及び変化率で変化させたときの基本波成分又は高調波成分の周波数が、センサレス位置検出方法においてｄ軸電流指令値ｉｄ＊　に注入される高周波電流Ｉｈの周波数に近い値を採ると、基本波成分又は高調波成分と高周波電流Ｉｈとが干渉し、実磁極位置と検出された磁極位置θｍとの間の誤差を大きくしてしまう。
【００８０】
図９は本発明の実施の形態における電流指令及び実電流を示す第１の図、図１０は本発明の実施の形態における電流指令及び実電流を示す第２の図である。
【００８１】
図において、Ｉｓは電流指令、Ｉｒは実際に流れる電流、すなわち、実電流、Ｈｓは前記電流指令Ｉｓの周期、Ｉｋは電流指令、Ｈｋは該電流指令Ｉｋの周期である。
【００８２】
図９に示されるように、前記電流指令Ｉｓを一定の周期Ｈｓで変化させると、実電流Ｉｒに電流指令Ｉｓの周波数Ｆｓの基本波成分、又は電流指令Ｉｓの周波数Ｆｓの整数倍の周波数Ｎ・Ｆｓの高調波成分が発生する。このとき、前記周波数Ｆｓ、Ｎ・Ｆｓがセンサレス位置検出方法においてｄ軸電流指令値ｉｄ＊　に注入される高周波電流Ｉｈの周波数Ｆｈに近い値を採ると、前記基本波成分又は高調波成分と高周波電流Ｉｈとが干渉し、実磁極位置と検出された磁極位置θｍとの間の誤差を大きくしてしまう。
【００８３】
そこで、図１０に示されるように、電流指令Ｉｋを、高周波電流Ｉｈの周期より短い一定の周期Ｈｋで変化させ、なまし処理を行うと、前記基本波成分又は高調波成分と高周波電流Ｉｈとが干渉することがなくなり、実磁極位置と検出された磁極位置θｍとの間の誤差を小さくすることができる。したがって、磁極位置θｍの検出精度を高くすることができる。
【００８４】
本実施の形態においては、電動機械としてモータ３１が使用されるようになっているが、電動機械として発電機を使用し、発電機の磁極位置を検出して発電機を駆動することもできる。
【００８５】
また、本実施の形態においては、高周波成分として高周波電流Ｉｈを注入するようにしているが、高周波成分として高周波電圧を注入することもできる。高周波電流Ｉｈ及び高周波電圧は、正弦波であっても、パルス波であってもよい。
【００８６】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００８７】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、電動機械制御装置においては、電動機械と、該電動機械の磁極位置を検出する位置センサと、該位置センサによって検出された磁極位置に基づいて初期位置を検出する初期位置検出処理手段と、前記電動機械を駆動するための指令値に高周波成分を注入し、高周波成分注入指令値を発生させる高周波成分注入処理手段と、前記高周波成分注入指令値及び前記初期位置に基づいて磁極位置を特定する磁極位置特定処理手段とを有する。
【００８８】
この場合、位置センサによって検出された磁極位置に基づいて初期位置が検出され、高周波成分注入指令値及び前記初期位置に基づいて磁極位置が特定されるので、磁極位置の検出誤差を小さくすることができるだけでなく、検出された磁極位置に基づいて電動機械を駆動すると、十分な電動機械トルクを発生させることができる。
【００８９】
また、初期位置の値を限定された狭い範囲内に収めることができるので、磁極位置を収束させるまでの時間を短くすることができる。
【００９０】
しかも、初期位置が位置センサによって検出された磁極位置に基づいて検出されるので、初期位置がＮ極に属するものであるかＳ極に属するものであるかを知ることができる。したがって、ＮＳ判定を行う必要がないので、磁極位置を検出するのに必要な特定時間が短くなり、電動機械の駆動を開始するまでの時間を短くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態におけるモータ制御装置の機能ブロック図である。
【図２】簡易センサ位置検出方法によって検出された磁極位置に基づいてモータを駆動したときの特性図である。
【図３】センサレス位置検出方法によって磁極位置を検出してモータを駆動する際のタイムチャートである。
【図４】本発明の実施の形態における電動車両の駆動制御装置のブロック図である。
【図５】本発明の実施の形態における簡易センサ位置検出方法によって発生させられる位置検出信号のタイムチャートである。
【図６】本発明の実施の形態におけるモータ制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図７】本発明の実施の形態におけるモータ制御装置によって検出された磁極位置に基づいてモータを駆動したときの特性図である。
【図８】本発明の実施の形態におけるモータ制御装置によって検出された磁極位置に基づいてモータを駆動する際のタイムチャートである。
【図９】本発明の実施の形態における電流指令及び実電流を示す第１の図である。
【図１０】本発明の実施の形態における電流指令及び実電流を示す第２の図である。
【符号の説明】
３１　　モータ
４３　　位置センサ
４５　　モータ制御装置
９１　　初期位置検出処理手段
９２　　高周波成分注入処理手段
９３　　　　磁極位置特定処理手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
2004112938.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2004112938.tif 000009
【図８】
2004112938.tif 000010
【図９】
2004112938.tif 000011
【図１０】
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