(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータの回転子の回転位置を推定する位置推定装置であって、
前記モータに入力される電圧指令値に重畳した高調波電圧に起因して、前記モータのコイル電流値より抽出される高調波のコイル電流値を取得する取得手段と、
前記高調波のコイル電流値に基づいて、前記モータの回転子の回転位置を推定する推定手段と、
前記推定手段により推定された回転位置に応じた、前記高調波のコイル電流値の補正値を導出する導出手段と、を有し、
前記推定手段は、前記取得手段が高調波のコイル電流値を取得するごとに、
前記導出された補正値に基づいて前記高調波のコイル電流値を補正し、該補正した高調波のコイル電流値に基づいて前記推定した回転位置を修正し、該修正した回転位置に基づいて補正値を導出する処理を繰り返し行うことで、前記推定した回転位置を複数回修正し、
ｎ回（ｎは任意の整数）の修正により得られた回転位置と、ｎ＋１回の修正により得られた回転位置との差が所定の閾値以下となった場合、ｎ＋１回の修正により得られた回転位置を出力する、
ことを特徴とする位置推定装置。
【請求項２】
前記導出手段は、
前記モータの回転子の回転位置ごとの、前記高調波のコイル電流値の理論値と実測値との差を、前記モータの回転子の回転位置と対応付けて補正値として記憶する記憶手段を更に有し、
前記推定手段により推定された回転位置に応じた補正値を前記記憶手段から読み出すことにより、前記補正値を導出することを特徴とする請求項１に記載の位置推定装置。
【請求項３】
前記推定手段は、前記取得手段が高調波のコイル電流値を取得するごとに出力する回転位置に基づいて、前記モータの回転子の回転速度を算出して出力することを特徴とする請求項１または２に記載の位置推定装置。
【請求項４】
請求項３に記載の位置推定装置を有するモータ駆動制御装置であって、
前記取得手段が高調波のコイル電流値を取得するごとに、前記推定手段により出力された回転速度をフィードバックすることにより、前記モータの回転速度を制御することを特徴とするモータ駆動制御装置。
【請求項５】
モータの回転子の回転位置を推定する位置推定方法であって、
前記モータに入力される電圧指令値に重畳した高調波電圧に起因して、前記モータのコイル電流値より抽出される高調波のコイル電流値を取得する取得工程と、
前記高調波のコイル電流値に基づいて、前記モータの回転子の回転位置を推定する推定工程と、
前記推定工程において推定された回転位置に応じた、前記高調波のコイル電流値の補正値を導出する導出工程と、を有し、
前記推定工程は、前記取得工程において高調波のコイル電流値が取得されるごとに、
前記導出された補正値に基づいて前記高調波のコイル電流値を補正し、該補正した高調波のコイル電流値に基づいて前記推定した回転位置を修正し、該修正した回転位置に基づいて補正値を導出する処理を繰り返し行うことで、前記推定した回転位置を複数回修正し、
ｎ回（ｎは任意の整数）の修正により得られた回転位置と、ｎ＋１回の修正により得られた回転位置との差が所定の閾値以下となった場合、ｎ＋１回の修正により得られた回転位置を出力する、
ことを特徴とする位置推定方法。
【請求項６】
モータの回転子の回転位置を推定する位置推定装置のコンピュータに、
前記モータに入力される電圧指令値に重畳した高調波電圧に起因して、前記モータのコイル電流値より抽出される高調波のコイル電流値を取得する取得工程と、
前記高調波のコイル電流値に基づいて、前記モータの回転子の回転位置を推定する推定工程と、
前記推定工程において推定された回転位置に応じた、前記高調波のコイル電流値の補正値を導出する導出工程と、を実行させるためのプログラムであって、
前記推定工程は、前記取得工程において高調波のコイル電流値が取得されるごとに、
前記導出された補正値に基づいて前記高調波のコイル電流値を補正し、該補正した高調波のコイル電流値に基づいて前記推定した回転位置を修正し、該修正した回転位置に基づいて補正値を導出する処理を繰り返し行うことで、前記推定した回転位置を複数回修正し、
ｎ回（ｎは任意の整数）の修正により得られた回転位置と、ｎ＋１回の修正により得られた回転位置との差が所定の閾値以下となった場合、ｎ＋１回の修正により得られた回転位置を出力する、
ことを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置推定装置、モータ駆動制御装置、位置推定方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、センサレスのモータ駆動制御装置においては、モータの回転子の回転位置を位置センサを使用せずに推定するよう構成されており、回転位置を推定するための位置推定方法として、これまで種々の方法が提案されてきた。
【０００３】
例えば、下記特許文献１には、回転子の位置に応じてモータコイルのインダクタンスが変化する、突極性と呼ばれる特性を利用した高調波重畳方式が開示されている。高調波重畳方式では、モータの駆動電圧に対して十分に周波数が高い高調波電圧を重畳させることでモータコイルに生じる高調波の応答の振幅を検出することで、回転子の回転位置を推定している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、実際のモータには製造誤差等の個体差が含まれており、センサレスのモータ駆動装置における回転子の回転位置の推定精度には個体ごとのばらつきがあるという問題がある。
【０００５】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、モータの回転子の回転位置の推定精度を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態に係る位置推定装置は、以下のような構成を有する。すなわち、
モータの回転子の回転位置を推定する位置推定装置であって、
前記モータに入力される電圧指令値に重畳した高調波電圧に起因して、前記モータのコイル電流値より抽出される高調波のコイル電流値を取得する取得手段と、
前記高調波のコイル電流値に基づいて、前記モータの回転子の回転位置を推定する推定手段と、
前記推定手段により推定された回転位置に応じた、前記高調波のコイル電流値の補正値を導出する導出手段と、を有し、
前記推定手段は、前記取得手段が高調波のコイル電流値を取得するごとに、
前記導出された補正値に基づいて前記高調波のコイル電流値を補正し、該補正した高調波のコイル電流値に基づいて前記推定した回転位置を修正し、該修正した回転位置に基づいて補正値を導出する処理を繰り返し行うことで、前記推定した回転位置を複数回修正し、
ｎ回（ｎは任意の整数）の修正により得られた回転位置と、ｎ＋１回の修正により得られた回転位置との差が所定の閾値以下となった場合、ｎ＋１回の修正により得られた回転位置を出力することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の各実施形態によれば、モータの回転子の回転位置の推定精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態に係るモータ駆動制御装置の構成を示す図である。
【図２】座標系の定義を示す図である。
【図３】転流駆動部を説明するための図である。
【図４】駆動回路の上側アームの一例を示す図である。
【図５】転流駆動部の動作を説明するための図である。
【図６】電流検出部の構成を示す図である。
【図７】位置・速度推定部の構成を示す図である。
【図８】誤差補正部が有するデータベースの一例を示す図である。
【図９】位置・速度推定装置による位置・速度推定処理の流れを示すフローチャートである。
【図１０】位置・速度推定処理における高調波コイル電流値の補正と、回転位置の推定値の修正との関係を模式的に示した図である。
【図１１】第２の実施形態に係るモータ駆動制御装置の構成を示す図である。
【図１２】誤差補正部が有するデータベースの一例を示す図である。
【図１３】位置・速度推定装置による位置・速度推定処理の流れを示すフローチャートである。
【図１４】位置・速度推定処理における回転速度の推定値の補正内容を模式的に示した図である。
【図１５】第３の実施形態に係るモータ駆動制御装置の構成を示す図である。
【図１６】位置・速度推定装置による位置・速度推定処理の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の各実施形態について添付の図面を参照しながら説明する。なお、各実施形態に係る明細書及び図面の記載に際して、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く。
【００１０】
［第１の実施形態］
＜１．モータ駆動制御装置及びモータの説明＞
はじめに、第１の実施形態に係るモータ駆動制御装置１００及びモータ駆動制御装置１００により駆動制御されるモータ１５０について、図１を用いて説明する。図１は、第１の実施形態に係るモータ駆動制御装置１００の構成を示す図である。なお、図１に示すモータ駆動制御装置１００の各構成要素は、複数のハードウェアにより実現されてもよいし、その一部は、プログラムをコンピュータに実行させることで実現されてもよい。
【００１１】
図１に示すように、モータ駆動制御装置１００は、速度制御部１１０、電流制御部１１１、回転座標／固定座標変換部１１２、２軸／３軸変換部１１３、転流駆動部１１４、電流検出部１１５、３軸／２軸変換部１１６、固定座標／回転座標変換部１１７を有する。更に、モータ駆動制御装置１００は、高調波電圧重畳部１２０、復調部１３０、位置・速度推定装置１４０を有する。
【００１２】
モータ駆動制御装置１００により駆動制御されるモータ１５０は、ブラシレスモータであり、回転子１５１、コイル端子１５２、コイル１５３を有する。コイル１５３は、互いに１２０度の位相差をもち、Ｙ字結線されたＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相で構成される。ただし、モータ駆動制御装置１００により駆動制御されるモータ１５０は３相に限られない。
【００１３】
回転子１５１は、コイル１５３と対向する位置に配置され、Ｓ極、Ｎ極が交互に並んだ永久磁石（図示せず）により構成される。モータ１５０は、コイル端子１５２からコイル１５３へ、回転子１５１の角度に応じて適切に転流された電流が供給されることで回転する。なお、本実施形態において回転子１５１の永久磁石は２×ｐ極（極ペア数はｐ）とする。
【００１４】
速度制御部１１０は、外部から入力される、又は予め設定された回転速度の目標値ωｔｇｔと、位置・速度推定装置１４０において推定された回転速度の推定値ωｍとに基づいて、目標電流値Ｉｄ＊、Ｉｑ＊を出力する。
【００１５】
電流制御部１１１は、ｄ軸及びｑ軸のそれぞれの比例積分制御器（図示せず）を有する。比例積分制御器は、ｄ軸及びｑ軸の目標電流値Ｉｄ＊、Ｉｑ＊と検出したコイル電流値Ｉｄ、Ｉｑとから、ｄ軸及びｑ軸のそれぞれに印加すべき電圧の指令値である電圧指令値Ｖｄ＊、Ｖｑ＊を生成する。すなわち、本実施形態の電圧指令値Ｖｄ＊、Ｖｑ＊は、モータ１５０を回転駆動させるためにコイル１５３に供給される電流を制御する制御信号である。
【００１６】
回転座標／固定座標変換部１１２は、電流制御部１１１から出力される電圧指令値Ｖｄ＊、Ｖｑ＊を入力し、図２に示すｄｑ回転座標系からαβ固定座標系へと座標変換して、αβ固定座標系の電圧指令値Ｖα、Ｖβを出力する。図２は、座標系の定義を示す図であり、ＵＶＷ座標軸、αβ固定座標軸、ｄｑ回転座標軸の関係を示している。
【００１７】
回転座標／固定座標変換部１１２では、ｄｑ回転座標系からαβ固定座標系への座標変換を、下式（式１）に示す座標変換演算式を用いて行う。
【００１８】
【数１】
0006384199.tif 000002
高調波電圧重畳部１２０は、高調波電圧生成部１２１と、加算部１２２、１２３とを有し、高調波電圧生成部１２１において生成した高調波電圧を、加算部１２２、１２３を介して電圧指令値Ｖα、Ｖβに重畳し、電圧指令値Ｖα'、Ｖβ'を出力する。高調波電圧生成部１２１では、α軸及びβ軸のそれぞれに注入される、振幅及び位相の異なる所定周波数の正弦波形である高調波電圧を生成する。ただし、高調波電圧生成部１２１において生成する高調波電圧の波形は正弦波形に限定されず、矩形波形や三角波形であっても、あるいはその他の波形であってもよい。
【００１９】
２軸／３軸変換部１１３は、高調波電圧重畳部１２０から出力される電圧指令値Ｖα'、Ｖβ'を入力し、図２に示すαβ固定座標系からＵＶＷ座標系へ座標変換して、相電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを出力する。相電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相それぞれのコイル端子１５２に印加すべき電圧値である。
【００２０】
２軸／３軸変換部１１３では、αβ固定座標系からＵＶＷ座標系への座標変換を、下式（式２）に示す座標変換演算式を用いて行う。
【００２１】
【数２】
0006384199.tif 000003
転流駆動部１１４は、相電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに基づいてパルス変調された電圧を、モータ１５０のコイル端子１５２に印加する。
【００２２】
電流検出部１１５は、コイル１５３に流れるコイル電流のコイル電流値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検出して出力する。
【００２３】
３軸／２軸変換部１１６は、電流検出部１１５から出力されるコイル電流値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを入力し、図２に示すＵＶＷ座標系からαβ固定座標系へ座標変換して、コイル電流値Ｉα、Ｉβを出力する。３軸／２軸変換部１１６では、ＵＶＷ座標系からαβ固定座標系への座標変換を、下式（式３）に示す座標変換演算式を用いて行う。
【００２４】
【数３】
0006384199.tif 000004
固定座標／回転座標変換部１１７は、３軸／２軸変換部１１６から出力されるコイル電流値Ｉα、Ｉβを入力し、図２に示すαβ固定座標系からｄｑ回転座標系へ座標変換して、コイル電流値Ｉｄ、Ｉｑを出力する。固定座標／回転座標変換部１１７は、αβ固定座標系からｄｑ回転座標系への座標変換を、下式（式４）に示す座標変換演算式を用いて行う。
【００２５】
【数４】
0006384199.tif 000005
固定座標／回転座標変換部１１７より出力されたコイル電流値Ｉα、Ｉβは、電流制御部１１１に入力される。
【００２６】
復調部１３０は、高調波電圧重畳部１２０で重畳された高調波電圧に起因する電流値を、コイル電流値Ｉα、Ｉβから抽出し、高調波コイル電流値Ｉα＿ｈ、Ｉβ＿ｈとして出力する。復調部１３０では、例えば、コイル電流値Ｉα、Ｉβに対して、高調波電圧の周波数と等しいカットオフ周波数のバンドパスフィルタをかけることで、高調波コイル電流値Ｉα＿ｈ、Ｉβ＿ｈを出力する。なお、高調波電圧重畳部１２０で重畳された高調波電圧に起因する電流値をコイル電流値Ｉα、Ｉβから抽出する方法は、これに限定されず、任意の方法を適用することができるものとする。
【００２７】
位置・速度推定装置１４０は、復調部１３０から出力される高調波コイル電流値Ｉα＿ｈ、Ｉβ＿ｈを入力し、モータ１５０の個体差に起因する誤差を補正するための補正値により、高調波コイル電流値Ｉα＿ｈ、Ｉβ＿ｈを補正する。そして、補正後の高調波コイル電流値Ｉα＿ｈ＿ｍｏｄ、Ｉβ＿ｈ＿ｍｏｄを用いて、回転子１５１の回転位置の推定値θｅと回転速度の推定値ωｍを算出する。また、位置・速度推定装置１４０は、算出した回転位置の推定値θｅを回転座標／固定座標変換部１１２と固定座標／回転座標変換部１１７に出力する。更に、位置・速度推定装置１４０は、算出した回転速度の推定値ωｍを速度制御部１１０に出力する。
【００２８】
なお、図１に示すように、位置・速度推定装置１４０は、加算部１４１、１４２と、位置・速度推定部１４３と、誤差補正部１４４とを有しており、各構成要素が連関して動作することで、位置・速度推定処理を行う。加算部１４１、１４２は、復調部１３０から出力される高調波コイル電流値Ｉα＿ｈ、Ｉβ＿ｈに、誤差補正部１４４から出力される補正値△Ｉα＿ｈ、△Ｉβ＿ｈを加算する。これにより、モータ１５０の個体差に起因する誤差が補正された高調波コイル電流値Ｉα＿ｈ＿ｍｏｄ、λβ＿ｈ＿ｍｏｄを出力することができる。
【００２９】
誤差補正部１４４は、位置・速度推定部１４３において高調波コイル電流値Ｉα＿ｈ、Ｉβ＿ｈに基づいて算出された回転位置の推定値θｅを入力し、入力した回転位置の推定値θｅに応じた補正値△Ｉα＿ｈ、△Ｉβ＿ｈを出力する。
【００３０】
位置・速度推定部１４３は、復調部１３０から出力された高調波コイル電流値Ｉα＿ｈ、Ｉβ＿ｈに基づいて回転位置の推定値θｅを算出し、誤差補正部１４４に出力する。また、位置・速度推定部１４３は、モータ１５０の個体差に起因する誤差が補正された高調波コイル電流値Ｉα＿ｈ＿ｍｏｄ、Ｉβ＿ｈ＿ｍｏｄに基づいて、回転子１５１の回転位置の推定値θｅを算出することで回転位置の推定値θｅを修正する。また、高調波コイル電流値Ｉα＿ｈ＿ｍｏｄ、Ｉβ＿ｈ＿ｍｏｄに基づいて、回転子１５１の回転速度ωｍを算出する。
【００３１】
位置・速度推定部１４３では、修正した回転位置の推定値θｅを回転座標／固定座標変換部１１２、固定座標／回転座標変換部１１７に出力する。また、位置・速度推定部１４３では、算出した回転速度の推定値ωｍを速度制御部１１０に出力する。回転速度の推定値ωｍが速度制御部１１０に出力されることで、速度制御部１１０では、モータ１５０について回転速度のフィードバック制御を行うことができる。
【００３２】
以下、モータ駆動制御装置１００を構成する上記各構成要素のうち、転流駆動部１１４、電流検出部１１５、位置・速度推定装置１４０について、更に詳細な説明を行う。
【００３３】
＜２．転流駆動部の詳細＞
はじめに、転流駆動部１１４の詳細について図３〜図５を用いて説明する。図３は、転流駆動部１１４を説明するための図である。
【００３４】
図３に示すように、転流駆動部１１４は、ＰＷＭ部３１０と、駆動回路３２０とを有する。ＰＷＭ部３１０は、相電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗをパルス幅変調し、３相のゲート信号ＵＨ、ＶＨ、ＷＨ、ＵＬ、ＶＬ、ＷＬを生成する。ゲート信号ＵＨ、ＶＨ、ＷＨ、ＵＬ、ＶＬ、ＷＬは、駆動回路３２０へ供給される。
【００３５】
駆動回路３２０は、上側アーム３２１と下側アーム３２２とが、３相接続されて構成されている。駆動回路３２０において、上側アーム３２１及び下側アーム３２２が有するスイッチング素子は、ゲート信号（ＵＨ、ＶＨ、ＷＨ、ＵＬ、ＶＬ、ＷＬ）によりＯＮ／ＯＦＦが制御される。駆動回路３２０は、コイル端子１５２にパルス幅変調された電圧を印加して、コイル１５３へ電流を供給することで、回転子１５１を回転駆動させる。
【００３６】
図４は、駆動回路３２０の上側アーム３２１の一例を示す図である。駆動回路３２０において、上側アーム３２１は、電源電圧Ｖｃｃに接続されたスイッチング素子４０１とダイオード４０２が並列に接続されている。なお、下側アーム３２２は、上側アーム３２１と同様の構成であり、接地ＧＮＤに接続されている。
【００３７】
図５は、転流駆動部１１４の動作を説明する図である。なお、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相は同様の構成および動作であるため、図５ではＵ相のみについて説明する。
【００３８】
図５において、１段目に示す搬送波Ｖｃは、所定のＰＷＭ信号の周期ｔｐｗｍの三角波であり、接地ＧＮＤから電源電圧Ｖｃｃまでの振幅を持つ。以下の説明では、ＰＷＭ信号の周期をＰＷＭ周期と呼ぶ。
【００３９】
ＰＷＭ部３１０は、搬送波Ｖｃにおいて電源電圧Ｖｃｃと接地ＧＮＤの中央値（Ｖｃｃ／２）を仮想のゼロとして、電圧指令値Ｖｕと搬送波Ｖｃを大小比較し、２段目に示すＰＷＭ信号Ｕｏｎを生成する。なお、電圧指令値ＶｕはＰＷＭ周期の先頭で値が更新される。
【００４０】
次にＰＷＭ部３１０は、３段目、４段目に示すように、ＰＷＭ信号Ｕｏｎに対してｔｄだけ遅れた信号である、上側アーム３２１のスイッチング素子４０１のゲート信号ＵＨを生成する。また、ＰＷＭ部３１０は、ＰＷＭ信号Ｕｏｎを反転し、立ち上がり（Ｕｏｎでは立ち下がり部分）を期間ｔｄの２倍だけ遅らせた信号である、下側アーム３２２のスイッチング素子のゲート信号ＵＬを生成する。なお、期間ｔｄは、上側アーム３２１と下側アーム３２２のスイッチング素子の短絡防止を目的に設けられた短絡防止区間（デッドタイム）である。
【００４１】
また、ＰＷＭ部３１０は、ＰＷＭ周期の中央から期間ｔｄだけ遅れたタイミングで、パルス信号であるトリガｔｒｇを電流検出部１１５に対して出力する。この遅延は、ゲート信号（ＵＨ、ＵＬ）が搬送波Ｖｃに対して期間ｔｄ分遅れて生成されることに合わせている。
【００４２】
＜３．電流検出部の詳細＞
次に、電流検出部１１５の詳細について図６を用いて説明する。図６は、電流検出部１１５の構成を示す図である。なお、電流検出部１１５は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のうち、少なくとも２相に同様の構成を設けるため、図６ではＵ相についてのみ説明する。
【００４３】
電流検出部１１５は、シャント抵抗６０１Ｕ、差動アンプ６０２Ｕ、ＡＤ変換部６０３Ｕを備える。シャント抵抗６０１Ｕは、コイル端子１５２と転流駆動部１１４との間のコイル電流経路上に挿入された抵抗である。
【００４４】
差動アンプ６０２Ｕは、反転入力端子と非反転入力端子とがシャント抵抗６０１Ｕの両端に接続されており、電流の大きさに比例してシャント抵抗６０１Ｕにより生じる電圧降下を検出し、所定の倍率で増幅して出力する。本実施形態では、差動アンプ６０２Ｕの出力をコイル電流値とした。
【００４５】
所定の倍率は、モータ１５０の動作条件から想定されるコイル電流の振幅とシャント抵抗６０１Ｕの抵抗値とに基づき、差動アンプ６０２Ｕの出力がＡＤ変換部６０３Ｕの入力のフルスケールの範囲内におさまるように設定する。
【００４６】
ＡＤ変換部６０３Ｕは、差動アンプ６０２Ｕの出力を所定の周期ごとにサンプリングした値を、所定の量子化分解能を最小単位とするデジタル値に変換し、コイル電流値Ｉｕとして出力する。
【００４７】
＜４．位置・速度推定装置の詳細＞
次に、位置・速度推定装置１４０の詳細について図７〜図１０を用いて説明する。はじめに、位置・速度推定装置１４０を構成する位置・速度推定部１４３について説明する。図７は、位置・速度推定部１４３の構成を示す図である。
【００４８】
図７に示すように、位置・速度推定部１４３は、固定座標／回転座標変換部７０１と、比例積分器７０２と、積分器７０３とを有する。
【００４９】
固定座標／回転座標変換部７０１は、高調波コイル電流値Ｉα＿ｈ＿ｍｏｄ、Ｉβ＿ｈ＿ｍｏｄを入力し、αβ固定座標系からｄｑ回転座標系へ座標変換することで、高調波コイル電流値Ｉｄ＿ｈ＿ｍｏｄ、Ｉｑ＿ｈ＿ｍｏｄを生成する。固定座標／回転座標変換部７０１では、このうち、高調波コイル電流値Ｉｄ＿ｈ＿ｍｏｄを比例積分器７０２に入力する。
【００５０】
比例積分器７０２は、固定座標／回転座標変換部７０１より入力された高調波コイル電流値Ｉｄ＿ｈ＿ｍｏｄに基づいて回転子１５１の回転速度の推定値ωｍを算出する。算出した回転速度の推定値ωｍは、積分器７０３に入力するとともに、速度制御部１１０に入力する。
【００５１】
積分器７０３は、回転速度の推定値ωｍに基づいて回転子１５１の回転位置の推定値θｅを算出し、誤差補正部１４４に出力する。
【００５２】
次に、位置・速度推定装置１４０を構成する誤差補正部１４４について説明する。図８は、誤差補正部１４４の記憶素子に格納されたデータベースの一例を示す図である。図８に示すように、誤差補正部１４４は、例えば、モータ１５０の工場出荷前の調整時に測定した、回転子１５１の各回転位置θにおける高調波コイル電流値の補正値を、各回転位置θと対応付けてデータベース８００に格納する。なお、ここでいうる高調波コイル電流値の補正値は、高調波コイル電流値の理論値と実測値との差である。実測値のほうが大きい場合、高調波コイル電流値の補正値は負の値となり、実測値のほうが小さい場合、高調波コイル電流値の補正値は正の値になるものとする。
【００５３】
そして、誤差補正部１４４では、位置・速度推定部１４３より回転位置の推定値θｅが入力されるとデータベース８００を参照する。そして、入力された回転位置の推定値θｅと略等しい回転位置θに対応付けられた補正値△Ｉα＿ｈ、△Ｉβ＿ｈを読み出し、出力する。
【００５４】
続いて、位置・速度推定装置１４０の各構成要素が連関して動作することで実行される位置・速度推定処理の流れについて図９、１０を用いて説明する。図９は、位置・速度推定装置１４０による位置・速度推定処理の流れを示すフローチャートである。また、図１０は、位置・速度推定処理における高調波コイル電流値Ｉα＿ｈの補正と、回転位置の推定値θｅの修正との関係を模式的に示した図であり、高調波コイル電流値Ｉａ＿ｈの理論値と実測値とが示されている。以下、図１０を適宜参照しながら、図９に示すフローチャートを用いて位置・速度推定処理の流れについて説明する。
【００５５】
ステップＳ９０１において、加算部１４１、１４２は、復調部１３０より高調波コイル電流値Iα＿ｈ、Iβ＿ｈを取得する。加算部１４１、１４２では、復調部１３０より取得した高調波コイル電流値Iα＿ｈ、Iβ＿ｈに補正値△Iα＿ｈ（θｅ）、△Iβ＿ｈ（θｅ）を加算する。
【００５６】
ここで、ステップＳ９０１が実行される時点では、位置・速度推定部１４３が回転位置の推定値θｅを算出していないため、誤差補正部１４４では補正値△Ｉα＿ｈ（θｅ）、△Ｉβ＿ｈ（θｅ）として"０"を出力する。このため、加算部１４１、１４２では、復調部１３０より取得した高調波コイル電流値Ｉα＿ｈ、Ｉβ＿ｈをそのまま位置・速度推定部１４３に入力する。
【００５７】
ステップＳ９０２において、位置・速度推定部１４３では、ループカウンタｎに"１"を代入する。
【００５８】
ステップＳ９０３において、位置・速度推定部１４３では、加算部１４１、１４２より入力された高調波コイル電流値Ｉα＿ｈ、Ｉβ＿ｈに基づいて、回転子１５１の回転位置の推定値θｅ＿ｎ（ここでは、θｅ_１）を算出する（図１０（ａ）参照）。位置・速度推定部１４３では、算出した回転位置の推定値θｅ_１を誤差補正部１４４に出力する。
【００５９】
ステップＳ９０４において、誤差補正部１４４では、位置・速度推定部１４３より出力された回転位置の推定値θｅ_１に基づいて、補正値△Ｉα＿ｈ（θｅ_１）、△Ｉβ＿ｈ（θｅ_１）を算出する（図１０（ａ）参照）。誤差補正部１４４では、算出した補正値△Ｉα＿ｈ（θｅ_１）、△Ｉβ＿ｈ（θｅ_１）を加算部１４１、１４２に出力する。
【００６０】
ステップＳ９０５において、加算部１４１、１４２では、ステップＳ９０１において取得した高調波コイル電流値Ｉα＿ｈ、Ｉβ＿ｈに補正値△Ｉα＿ｈ（θｅ_１）、△Ｉβ＿ｈ（θｅ_１）を加算する。これにより、モータ１５０の個体差に起因する誤差が補正された高調波コイル電流値Ｉα＿ｈ＿ｍｏｄ、Ｉβ＿ｈ＿ｍｏｄを算出する（図１０（ｂ）参照）。加算部１４１、１４２では、算出した高調波コイル電流値Ｉα＿ｈ＿ｍｏｄ、Ｉβ＿ｈ＿ｍｏｄを位置・速度推定部１４３に出力する。
【００６１】
ステップＳ９０６において、位置・速度推定部１４３は、加算部１４１、１４２より出力された高調波コイル電流値Ｉα＿ｈ＿ｍｏｄ、Ｉβ＿ｈ＿ｍｏｄに基づいて、回転位置の推定値θｅ_ｎ＋１（ここでは、θｅ_２）を算出する（図１０（ｂ）参照）。位置・速度推定部１４３では、算出した回転位置の推定値θｅ_２を誤差補正部１４４に出力する。
【００６２】
ステップＳ９０７において、位置・速度推定部１４３は、ステップＳ９０３において算出した推定値θｅ_ｎ（θｅ_１）と、ステップＳ９０６において算出した推定値θｅ_ｎ＋１（θe_２）との差が所定の閾値以下であるか否かを判定する。
【００６３】
ステップＳ９０７において、所定の閾値以下ではないと判定した場合には、ステップＳ９０８に進み、ループカウンタｎをインクリメントする。その後、ステップＳ９０３に戻り、再び、ステップＳ９０３からステップＳ９０６までの処理を行う。そして、補正値△Ｉα＿ｈ（θｅ_２）に基づく補正により得られた高調波コイル電流値Ｉα＿ｈ＿ｍｏｄを用いて回転位置の推定値θｅ＿３を算出する（図１０（ｃ）参照）。これにより、ステップＳ９０７では、回転位置の推定値θｅ_２とθｅ_３との差が所定の閾値以下であるか否かの判定が行われる。
【００６４】
このように、復調部１３０より取得した高調波コイル電流値Ｉα＿ｈ、Ｉβ＿ｈについて、回転位置の推定値の算出と補正値による高調波コイル電流値の補正とを繰り返すことで、回転位置の推定値が修正され、収束していく。つまり、回転位置の推定値は複数回修正される（例えば、ｎ回修正される（ｎは整数））。
【００６５】
そして、ステップＳ９０７において、回転位置の推定値θｅ_ｎ（ｎ回修正された推定値）とθｅ_ｎ＋１（ｎ＋１回修正された推定値）との差が所定の閾値以下であると判定されると、ステップＳ９０９に進む。
【００６６】
ステップＳ９０９において、位置・速度推定部１４３は、このときの回転位置の推定値θｅ_ｎ＋１（ｎ＋１回修正された推定値）を回転座標／固定座標変換部１１２及び固定座標／回転座標変換部１１７に出力する。
【００６７】
更に、ステップＳ９１０において、位置・速度推定部１４３は、このときの高調波コイル電流値Ｉα＿ｈ＿ｍｏｄ、Ｉβ＿ｈ＿ｍｏｄに基づいて回転速度の推定値ωｍを算出し、速度制御部１１０及び復調部１３０に出力する。その後、ステップＳ９０１に戻り、復調部１３０より次の高調波コイル電流値Ｉα＿ｈ、Ｉβ＿ｈを取得し、同様の処理を行う。
【００６８】
＜５．まとめ＞
以上の説明から明らかなように、本実施形態に係るモータ駆動制御装置では、
・復調部より出力された高調波コイル電流値に基づいて、位置・速度推定装置が回転子の回転位置の推定値を算出するにあたり、モータの個体差に起因する誤差を補正する構成とした。
・モータの個体差に起因する誤差を補正するために、回転子の回転位置ごとの高調波コイル電流値の理論値と実測値との差を予めデータベースとして格納しておく構成とした。そして、データベースより回転位置の推定値の算出結果に略等しい回転位置に対応付けられた補正値を読み出すことにより、高調波コイル電流値の該補正値を導出する構成とした。
・算出した回転位置の推定値を、補正値により補正された高調波コイル電流値を用いて修正して出力する構成とした。
【００６９】
これにより、モータの個体差に起因する誤差がある場合でも、回転子の回転位置を精度よく推定することが可能となる。また、補正値により補正された高調波コイル電流値を用いて算出される回転速度も、精度よく推定することが可能となる。
【００７０】
［第２の実施形態］
上記第１の実施形態では、回転子の各回転位置における高調波コイル電流値の理論値と実測値との差を予めデータベースに格納する構成としたが、本発明はこれに限定されない。例えば、回転子の回転位置の実測値と回転位置の推定値との差を、回転位置の推定値ごとに予めデータベースに格納する構成としてもよい。以下、第２の実施形態に係るモータ駆動制御装置について説明する。
【００７１】
＜１．モータ駆動制御装置の構成＞
図１１は、第２の実施形態に係るモータ駆動制御装置１１００の構成を示す図である。なお、図１で示したモータ駆動制御装置１００と同じ構成要素については、同じ参照番号を付すこととし、ここでは説明を省略する。図１で示したモータ駆動制御装置１００との相違点は、位置・速度推定装置１１４０内の構成である。
【００７２】
図１１に示すように、位置・速度推定装置１１４０は、位置・速度推定部１４３と、誤差補正部１１４２と、加算部１１４３とを有する。位置・速度推定部１４３は、上記第１の実施形態において説明したとおり、復調部１３０から出力された高調波コイル電流値Ｉα＿ｈ、Ｉβ＿ｈに基づいて回転速度の推定値ωｍ及び回転位置の推定値θｅを算出する。また、算出した回転速度の推定値ωｍを速度制御部１１０に出力する。更に、算出した回転位置の推定値θｅを誤差補正部１１４２及び加算部１１４３に出力する。なお、位置・速度推定部１４３の具体的構成は図７を用いて説明済みであるため、ここでは説明を省略する。
【００７３】
誤差補正部１１４２は、位置・速度推定部１４３において高調波コイル電流値Ｉα＿ｈ、Ｉβ＿ｈに基づいて算出された回転位置の推定値θｅを入力し、入力した回転位置の推定値θｅに応じた補正値Δθｅ＿ｃｏｍｐを出力する。
【００７４】
図１２は、誤差補正部１１４２の記憶素子に格納されたデータベースの一例を示す図である。図１２に示すように、誤差補正部１１４２は、例えば、モータ１５０の工場出荷前の調整時に測定した、回転子１５１の各回転位置における回転位置の補正値をデータベース１２００に格納する。なお、ここでいう回転位置の補正値は、各回転位置の推定値における、回転位置の実測値と回転位置の推定値との差をいい、推定値のほうが大きい場合、回転位置の補正値は負の値となり、推定値のほうが小さい場合、回転位置の補正値は正の値となる。
【００７５】
そして、誤差補正部１１４２では、位置・速度推定部１４３より回転位置の推定値θｅが入力されると、データベース１２００を参照する。これにより、誤差補正部１１４２では、入力された回転位置の推定値θｅに応じた補正値△θｅ＿ｃｏｍｐを読み出し、出力することができる。
【００７６】
加算部１１４３は、位置・速度推定部１４３より出力された回転速度の推定値θｅに、誤差補正部１１４２より出力された補正値△θｅ＿ｃｏｍｐを加算することで、位置・速度推定部１４３より出力された回転速度の推定値θｅを補正する。また、補正後の回転速度の推定値θｅを回転座標／固定座標変換部１１２及び固定座標／回転座標変換部１１７に出力する。
【００７７】
＜２．位置・速度推定装置における位置・速度推定処理＞
次に、第２の実施形態に係るモータ駆動制御装置１１００の位置・速度推定装置１１４０による位置・速度推定処理について図１３及び図１４を用いて説明する。図１３は、位置・速度推定装置１１４０による位置・速度推定処理の流れを示すフローチャートである。また、図１４は、位置・速度推定処理における回転位置の推定値θｅの補正内容を模式的に示した図であり、回転位置の推定値と実測値とが示されている。以下、図１４を適宜参照しながら、図１３に示すフローチャートを用いて位置・速度推定処理の流れについて説明する。
【００７８】
ステップＳ１３０１において、位置・速度推定部１４３は、復調部１３０より高調波コイル電流値Iα＿ｈ、Iβ＿ｈを取得する。
【００７９】
ステップ１３０２において、位置・速度推定部１４３は、復調部１３０より取得した高調波コイル電流値Iα＿ｈ、Iβ＿ｈに基づいて回転速度の推定値ωｍを算出し、速度制御部１１０に出力する。
【００８０】
ステップＳ１３０３において、位置・速度推定部１４３は、復調部１３０より取得した高調波コイル電流値Iα＿ｈ、Iβ＿ｈに基づいて回転位置の推定値θｅを算出する（図１４のθｅ参照）。また、算出した回転位置の推定値θｅを誤差補正部１１４２及び加算部１１４３に出力する。
【００８１】
ステップＳ１３０４において、誤差補正部１１４２は、位置・速度推定部１４３より出力された回転位置の推定値θｅに基づいて、補正値△θｅ＿ｃｏｍｐを算出する（図１４参照）。誤差補正部１１４２では、算出した補正値△θｅ＿ｃｏｍｐを加算部１１４３に出力する。
【００８２】
ステップＳ１３０５において、加算部１１４３は、位置・速度推定部１４３より出力された回転速度の推定値θｅに、補正値△θｅ＿ｃｏｍｐを加算することで、回転速度の推定値θｅを補正する（図１４参照）。
【００８３】
ステップＳ１３０６において、加算部１１４３は、補正後の回転速度の推定値θｅを回転座標／固定座標変換部１１２及び固定座標／回転座標変換部１１７に出力する。
【００８４】
＜３．まとめ＞
以上の説明から明らかなように、本実施形態に係るモータ駆動制御装置では、
・復調部より出力された高調波コイル電流値に基づいて、位置・速度推定装置が回転子の回転位置の推定値を算出するにあたり、モータの個体差に起因する誤差を補正する構成とした。
・モータの個体差に起因する誤差を補正するために、回転子１５１の各回転位置における補正値（回転位置の実測値と回転位置の推定値との差）を予めデータベースとして格納しておく構成とした。そして、データベースに基づいて回転位置の推定値の算出結果に応じた補正値を導出する構成とした。
・補正値により補正された回転位置の推定値を出力する構成とした。
【００８５】
これにより、モータの個体差に起因する誤差がある場合でも、回転子の回転位置を精度よく推定することが可能となる。また、上記第１の実施形態と比較して、位置・速度推定装置における計算負荷を軽減させることができる。
【００８６】
［第３の実施形態］
上記第１及び第２の実施形態において、位置・速度推定装置では、１種類の位置・速度推定部を配する構成としたが、本発明はこれに限定されない。例えば、複数種類の位置・速度推定部を配し、所定の切り替え信号に従って複数種類の位置・速度推定部を切り替えて使用する構成としてもよい。以下、第３の実施形態に係るモータ駆動制御装置について説明する。
【００８７】
＜１．モータ駆動制御装置の構成＞
図１５は、第３の実施形態に係るモータ駆動制御装置１５００の構成を示す図である。なお、図１で示したモータ駆動制御装置１００と同じ構成については、同じ参照番号を付すこととし、ここでは説明を省略する。
【００８８】
図１で示したモータ駆動制御装置１００との相違点は、位置・速度推定装置１５４０内の構成である。具体的には、第２の位置・速度推定部１５４１と、位置切替部１５４２と、速度切替部１５４３とが付加されている点である。なお、第２の位置・速度推定部１５４１が付加されたことに伴い、図１５では、位置・速度推定部１４３を、第１の位置・速度推定部と称している。
【００８９】
第２の位置・速度推定部１５４１では、第１の位置・速度推定部１４３とは異なる方法で、回転子１５１の回転位置の推定値θｅ及び回転速度の推定値ωｍを算出する。具体的には、第２の位置・速度推定部１５４１は、磁束推定部と算出部とを有する。磁束推定部は、モータ１５０を同定したモータモデルに対して、モータ１５０に入力される電圧指令値Ｖα、Ｖβとモータ１５０より検出したコイル電流値Ｉα、Ｉβとを入力することでモータ１５０の磁束推定値を算出する。また、算出部は、磁束推定部において算出した磁束推定値を用いて、モータ１５０の回転子１５１の回転位置の推定値θｅを算出する。更に、算出部は、回転位置の推定値θｅに基づいて回転速度の推定値ωｍを算出する。
【００９０】
なお、第２の位置・速度推定部１５４１の構成はこれに限られず、他の方法で回転位置の推定値θｅ及び回転速度の推定値ωｍを算出するようにしてもよい。
【００９１】
位置切替部１５４２は、第１の位置・速度推定部１４３より出力された回転位置の推定値θｅと、第２の位置・速度推定部１５４１より出力された回転位置の推定値θｅとを、切り替え信号に基づいて切り替えて出力する。
【００９２】
同様に、速度切替部１５４３は、第１の位置・速度推定部１４３より出力された回転速度の推定値ωｍと、第２の位置・速度推定部１５４１より出力された回転速度の推定値ωｍとを、切り替え信号に基づいて、切り替えて出力する。
【００９３】
なお、位置切替部１５４２及び速度切替部１５４３に入力する切り替え信号は、モータ駆動制御装置１５００において算出された値に基づいて生成されてもよいし、モータ駆動制御装置１５００以外から入力されてもよい。ここでは、回転子１５１の回転速度の推定値ωｍが所定の閾値未満の場合に、第１の位置・速度推定部１４３より出力された回転位置の推定値及び回転速度の推定値を出力するよう切り替え信号により制御されるものとする。また、回転子１５１の回転速度の推定値ωｍが所定の閾値以上の場合に、第２の位置・速度推定部１５４１より出力された回転位置の推定値及び回転速度の推定値を出力するよう切り替え信号により制御されるものとする。
【００９４】
このように、本実施形態では、所定の条件が成立する場合にのみ、第１の位置・速度推定部１４３が動作することとなる。
【００９５】
＜２．位置・速度推定装置における位置・速度推定処理＞
次に、第３の実施形態に係るモータ駆動制御装置１５００の位置・速度推定装置１５４０による位置・速度推定処理の流れについて図１６を用いて説明する。図１６は、位置・速度推定装置１５４０による位置・速度推定処理の流れを示すフローチャートである。なお、図１６に示すフローチャートの各工程のうち、図９に示すフローチャートと同様の処理内容を有する工程については、同じ参照番号を付すこととし、ここでは説明を省略する。
【００９６】
ステップＳ１６０１において、第１の位置・速度推定部１４３は、復調部１３０より取得した高調波コイル電流Ｉα＿ｈ、Ｉβ＿ｈに基づいて、回転速度の推定値ωｍを算出する。
【００９７】
ステップＳ１６０２において、速度切替部１５４３では、ステップＳ１６０１において算出された回転速度の推定値ωｍを取得し、取得した回転速度の推定値ωｍが所定の条件を満たすか否かを判定する。具体的には、取得した回転速度の推定値ωｍが所定の速度閾値未満であるか否かを判定する。
【００９８】
ステップＳ１６０２において、取得した回転速度の推定値ωｍが所定の速度閾値未満であると判定した場合には、回転速度の推定値ωｍが所定の条件を満たすと判定し、ステップＳ９０２に進む。なお、第１の位置・速度推定部１４３によるステップＳ９０２〜Ｓ９０９までの処理は、図９のステップＳ９０２〜Ｓ９０９までの処理と同じであるため、ここでは説明を省略する。
【００９９】
ステップＳ１６０３において、速度切替部１５４３は、ステップＳ１６０１において第１の位置・速度推定部１４３で算出された回転速度の推定値ωｍを速度制御部１１０に出力する。位置・速度推定装置１５４０では、その後、ステップＳ９０１に戻る。
【０１００】
一方、ステップＳ１６０２において、取得した回転速度の推定値ωｍが所定の速度閾値以上であると判定した場合には、回転速度の推定値ωｍが所定の条件を満たさないと判定し、ステップＳ１６１１に進む。
【０１０１】
ステップＳ１６１１において、第２の位置・速度推定部１５４１は、回転座標／固定座標変換部１１２より出力された電圧指令値Ｖα、Ｖβを取得する。
【０１０２】
ステップＳ１６１２において、第２の位置・速度推定部１５４１は、３軸／２軸変換部１１６より出力されたコイル電流値Ｉα、Ｉβを取得する。
【０１０３】
ステップＳ１６１３において、第２の位置・速度推定部１５４１は、取得した電圧指令値Ｖα、Ｖβ、コイル電流値Ｉα、Ｉβをモータモデルに入力することで、モータ１５０の磁束推定値を算出する。また、算出した磁束推定値に基づいて、モータ１５０の回転子１５１の回転位置の推定値θｅを算出する。また、回転位置の推定値θｅに基づいて回転速度の推定値ωｍを算出する。更に、第２の位置・速度推定部１５４１では、算出した回転位置の推定値θｅ及び回転速度の推定値ωｍを出力する。位置・速度推定装置１５４０では、その後、ステップＳ９０１に戻る。
【０１０４】
＜３．まとめ＞
以上の説明から明らかなように、本実施形態に係るモータ駆動制御装置では、
・複数種類の位置・速度推定部を配し、所定の切り替え信号に従って複数種類の位置・速度推定部を切り替えて使用できるように構成した。
・複数種類の位置・速度推定部は、モータの回転子の回転速度に応じて切り替える構成とした。
【０１０５】
これにより、モータの個体差に起因する誤差がある場合でも、回転子の回転位置を精度よく推定することができるとともに、回転速度に適した位置・速度推定部を選択することが可能となる。
【０１０６】
［第４の実施形態］
上記第３の実施形態では、上記第１の実施形態において説明した位置・速度推定部と、他の位置・速度推定部とを組み合わせる構成としたが本発明はこれに限定されない。例えば、上記第２の実施形態において説明した位置・速度推定部と、他の位置・速度推定部とを組み合わせる構成としてもよい。
【０１０７】
また、上記第１乃至第３の実施形態は、速度制御部にフィードバックすべく、回転速度の推定値を出力する構成とした。しかしながら、速度フィードバックを行わないモータ駆動制御装置の場合にあっては、回転速度の推定値は出力しなくてもよい。この場合、位置・速度推定部１４３は、回転位置の推定値のみを出力し、位置・速度推定装置１４０は位置推定装置として機能することとなる。
【０１０８】
なお、上記実施形態に挙げた構成等に、その他の要素との組み合わせなど、ここで示した構成に本発明が限定されるものではない。これらの点に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更することが可能であり、その応用形態に応じて適切に定めることができる。
【符号の説明】
【０１０９】
１００              ：モータ駆動制御装置
１１０              ：速度制御部
１１１              ：電流制御部
１１２              ：回転座標／固定座標変換部
１１３              ：２軸／３軸変換部
１１４              ：転流駆動部
１１５              ：電流検出部
１１６              ：３軸／２軸変換部
１１７              ：固定座標／回転座標変換部
１２０              ：高調波電圧重畳部
１２１              ：高調波電圧生成部
１２２、１２３      ：加算部
１３０              ：復調部
１４０              ：位置・速度推定装置
１４１、１４２      ：加算部
１４３              ：位置・速度推定部
１４４              ：誤差補正部
１５０              ：モータ
１５１              ：回転子
１５２              ：コイル端子
１５３              ：コイル
８００              ：データベース
１１００            ：モータ駆動制御装置
１１４０            ：位置・速度推定装置
１１４２            ：誤差補正部
１１４３            ：加算部
１２００            ：データベース
１５００            ：モータ駆動制御装置
１５４０            ：位置・速度推定装置
１５４１            ：第２の位置・速度推定部
１５４２            ：位置切替部
１５４３            ：速度切替部
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１１０】
【特許文献１】特開２０１０−２１３４３８号公報
【図１】
0006384199.tif 000006
【図２】
0006384199.tif 000007
【図３】
0006384199.tif 000008
【図４】
0006384199.tif 000009
【図５】
0006384199.tif 000010
【図６】
0006384199.tif 000011
【図７】
0006384199.tif 000012
【図８】
0006384199.tif 000013
【図９】
0006384199.tif 000014
【図１０】
0006384199.tif 000015
【図１１】
0006384199.tif 000016
【図１２】
0006384199.tif 000017
【図１３】
0006384199.tif 000018
【図１４】
0006384199.tif 000019
【図１５】
0006384199.tif 000020
【図１６】
0006384199.tif 000021