(57)【要約】【課題】同期モータの位置検出器の位置ずれが生じた場合にも、要求されるモータトルクを発生することができる同期モータ制御装置を提供することである。【解決手段】同期モータ１の回転位置を位置検出器６で検出し、トルク指令τｒに従って同期モータ１のトルクを制御する。同期モータ１が発生するパワーをパワー検出部１４で検出する。トルク指令τｒと同期モータ１の回転数から決まるパワー基準値と、パワー検出部１４で検出したパワーとの差を用いて位置検出器６の位置ずれを補正する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同期モータと、前記同期モータの回転位置を検出する位置検出器と、前記位置検出器で検出した位置信号と前記同期モータの回転数を入力し、トルク指令に従って前記同期モータをトルク制御する制御装置とを備えた同期モータ制御装置において、前記同期モータが発生するパワーを検出するパワー検出手段を備え、前記トルク指令と前記同期モータの回転数から決まるパワー基準値と、前記パワー検出手段で検出したパワー検出値との差によって前記位置検出器の位置ずれを補正する位置補正手段を備えたことを特徴とする同期モータ制御装置。
【請求項２】
請求項１において、前記パワー検出手段は前記トルク指令が零のときに前記同期モータのパワーを検出することを特徴とする同期モータ制御装置。
【請求項３】
請求項１または２において、前記位置補正手段は、前記同期モータのパワーと前記位置検出器の位置信号から演算される回転数とを用いて前記同期モータが発生するトルクを演算するトルク検出手段と、前記トルク検出手段で検出したトルクと前記同期モータの電流から位置ずれを推定する位置推定手段と、前記位置推定手段で推定した位置ずれ値によって前記位置検出器の位置ずれを補正する補正手段を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は位置検出器を用いて同期モータを制御する同期モータ制御装置に関し、特に、位置検出器に取付け誤差が生じている同期モータ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開２００１−１２８４８４号公報
ハイブリッド自動車は駆動電動機として同期モータが用いられる。同期モータは回転位置を位置検出器で検出して制御される。同期モータに取付ける位置検出器の取付け位置がずれているときには、取付け位置のずれを補正して回転位置を検出する必要がある。
【０００３】
従来、位置検出器の取付け位置の位置ずれを補正して回転位置をする方法としては、特定の位相に電流を流してロータを固定し、そのときの位置検出値から位置ずれ量を求め、補正量をＲＯＭに格納して補正することにより、同期モータのトルクを適正値にすることが知られている。このことは上記特許文献１に記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術は出荷後の実使用時に位置ずれを生じた場合には対応できない問題点がある。そのため、同期モータを長期に使用している間に、位置ずれを生じて、所望のトルクを出力できなくなる。
【０００５】
本発明の目的は、長期間の使用により位置検出器の位置ずれが生じた場合にも、要求されるモータトルクを発生することができる同期モータ制御装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、同期モータと、同期モータの回転位置を検出する位置検出器と、位置検出器で検出した位置信号と同期モータの回転数を入力し、トルク指令に従って同期モータをトルク制御する制御装置とを備えた同期モータ制御装置において、同期モータが発生するパワーを検出するパワー検出手段を備え、トルク指令と同期モータの回転数から決まるパワー基準値と、パワー検出手段で検出したパワー検出値との差によって位置検出器の位置ずれを補正する位置補正手段を備えることにより、達成される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例を図１により説明する。
【０００８】
図１はバッテリー２の直流電圧をインバータ３で交流電圧に変換し同期モータ１を駆動する構成図である。
【０００９】
図１において、バッテリー２の直流電圧はインバータ３により３相の交流電圧に変換され、同期モータ１に印加される。同期モータ１に印加する印加電圧はコントローラ４において次のような演算を行って決定される。
【００１０】
同期モータ１に流れるＵ相電流ｉｕ、Ｖ相電流ｉｖは電流センサ５ｕ、５ｖにより検出される。また、同期モータ１の回転位置θｄを位置検出器６により検出している。電流センサ５ｕ、５ｖで検出されたＵ相電流ｉｕ、Ｖ相電流ｉｖと位置検出器６で検出された回転位置θｄはコントローラ４に入力される。
【００１１】
コントローラ４は上位制御装置からトルク指令τｒを電流指令演算部７に入力される。電流指令演算部７には、検出された回転位置θｄを用いて速度演算部１３で演算された同期モータ１の回転数ωｍも入力される。電流指令演算部７はトルク指令τｒと回転数ωｍに基づき磁束を制御するｄ軸電流指令  ｉｄｒとトルクを制御するｑ軸電流指令  ｉｑｒを演算する。電流指令演算部７は、印加できる電圧の範囲で、同期モータ１、インバータ３の総合効率が最大になるように予め計算されたテーブルデータを用いて両電流指令  ｉｄｒ、ｉｑｒを決定する。
【００１２】
電流制御部８は次のようにして電流制御演算を実行する。座標変換部１１は、Ｕ相電流ｉｕ、Ｖ相電流ｉｖを回転位置θｄにより、回転座標系のｄ軸電流ｉｄ、ｑ軸電流ｉｑに座標変換し電流制御部８に入力する。電流制御部８では、ｄ軸電流指令  ｉｄｒ、ｑ軸電流指令  ｉｑｒに対して、それぞれｄ軸電流ｉｄ、ｑ軸電流ｉｑを突き合わせて、それぞれの差が零になるように、比例、積分などの補償演算を行いｄ軸電圧指令Ｖｄｒ、ｑ軸電圧指令Ｖｑｒを算出する。
【００１３】
座標変換部９は電流制御部８で算出されたｄ軸電圧指令Ｖｄｒ、ｑ軸電圧指令Ｖｑｒを入力して静止座標系であるＵ相電圧指令Ｖｕｒ、Ｖ相電圧指令Ｖｖｒ、Ｗ相電圧指令Ｖｗｒを計算する。ＰＷＭ発生部１０は電圧指令Ｖｕｒ、Ｖｖｒ、Ｖｗｒに基づいて各相のＰＷＭ信号Ｐｕ、Ｐｖ、Ｐｗを発生しインバータ３を制御する。同期モータ１は発生トルクがトルク指令τｒと一致するように駆動される。ここまでに説明した制御動作は従来から知られていることである。
【００１４】
次に、本発明の特徴である位置補正について説明する。パワー検出部（電力検出部）１４には、Ｕ相電圧指令Ｖｕｒ、Ｖ相電圧指令Ｖｖｒ、Ｗ相電圧指令Ｖｗｒと、Ｕ相電流ｉｕ、Ｖ相電流ｉｖを入力されている。Ｗ相電流ｉｗは（−ｉｕ−ｉｖ）で計算する。パワー検出部１４は同期モータ１が発生しているパワーＰを次式により演算し補正値演算部１５に加える。
【００１５】
Ｐ＝Ｖｕｒ×ｉｕ＋Ｖｖｒ×ｉｖ＋Ｖｗｒ×（−ｉｕ−ｉｖ）    …（式１）
補正値演算部１５はパワーＰ、トルク指令τｒ、および、回転数ωｍを入力して図２に示す処理を実行する。
【００１６】
ステップ１０１においてパワーＰ、トルク指令τｒ、回転数ωｍのデータを入力した後、ステップ１０２に移行して同期モータ１の回転数ωｍが位置補正演算を開始する演算開始回転速度（設定速度）ω０を超えているかを判断する。演算開始回転速度ω０は定格速度の３０％程度である。
【００１７】
ステップ１０２で同期モータ１の回転数ωｍが設定速度ω０以下と判断するとステップ１０３に移行して、補正を行わないようにするため、補正値（位相補正値）Δθを零にする。また、ステップ１０２で回転数ωｍが設定速度ω０を超えたと判断すると、ステップ１０４に移りトルク指令τｒの絶対値が演算開始トルク（設定トルク）τ０以下であるかを判断する。
【００１８】
トルク指令τｒの絶対値が設定トルクτ０以上のときには、位置ずれを正確に推定できない可能性がある。例えば、ｑ軸方向だけに電流を流している場合には、位置ずれが負値（遅れ側）であるときにトルクτがトルク指令τｒより減少することがある。そのため、トルク指令τｒの絶対値が設定トルクτ０以上と判断するとステップ１０３に移行して補正値Δθを零にする。設定トルクτ０は定格トルクの５％程度であり、望ましくは自動車が惰行走行している零「０」に設定する。
【００１９】
一方、ステップ１０４においてトルク指令τｒの絶対値が設定トルクτ０よりも小さいと判断したときにはステップ１０５に移行する。トルク指令τｒの絶対値が設定トルクτ０よりも小さいときには、位相ずれが正値（進み側）であれば、トルクτはトルク指令τｒより小さくなる。位相ずれが負値であれば、トルクτはトルク指令τｒよりも大きくなる。このような動作状態だけに限定して位置ずれを推定すのは、安定に位置ずれを検出するためである。
【００２０】
ステップ１０５においては、同期モータ１が発生しているトルクτを次式により演算する。
【００２１】
τ＝Ｐ／ωｍ    …（式２）
ステップ１０５からステップ１０６に移りトルク指令τｒと式２で推定（演算）したトルクτとを用いて、その両者の差から次式により位置補正値Δθを算出する。
【００２２】
Δθ＝Ｋ（τｒ−τ）    …（式３）
Ｋ：積分定数
位置補正部１２は回転位置θｄと式３で求めた補正値Δθを入力して図３に示す処理を実行する。
【００２３】
ステップ２０１で回転位置θｄと補正値Δθを入力し、ステップ２０２において位置ずれ推定値θｃを補正値Δθにより求めている。実際の演算としては、現在の位置ずれ推定値θｃに補正値Δθを加算することで算出している。つまり、補正値Δθを積分することにより、位置ずれ推定値θｃを真の位置ずれの値にするものである。
【００２４】
推定したトルクτがトルク指令τｒよりも小さい場合には、位置ずれが負方向であることを意味している。そのとき、図２のステップ１０６で演算により求めた補正値Δθは負値となるので、ステップ２０２では位置ずれ推定値θｃを減少することになる。このようにすることで、位置ずれ推定値θｃは徐々に真の位置ずれの値に近づくようになる。
【００２５】
ステップ２０３では、この演算により位置ずれ量が大きくなりすぎることを防止するために、リミッタ処理を行っている。その結果得られた位置ずれ推定値θｃを回転位置θｄから減じることにより、真の磁極位置θを求めている。
【００２６】
以上のようにして真の磁極位置を求めるのであるが、同期モータの回転数ωｍとトルクτが特定の範囲においてトルク指令τｒとトルクτの大きさを比較することにより、位置ずれを正確に安定して推定することができる。従って、同期モータには要求されるトルク指令どおりのトルクを発生させることができる。
【００２７】
また、本発明が適用される自動車を走行させながらオンラインで位置ずれを補正できるという利点もある。
【００２８】
図４は補正値演算部１５における補正値演算の他の例を示すフローチャートである。
【００２９】
ステップ３０１で入力したトルク指令τｒ、パワーＰ、回転数ωｍを用いて次のような演算を行う。ステップ３０２における回転数ωｍと演算開始回転速度ω０との比較については図２のステップ１０２と同じ処理である。同期モータ１の回転数ωｍが設定速度ω０以下と判断するとステップ３０２からステップ３０３に移り、補正を行わないようにするため、補正値Δθを零とする。
【００３０】
回転数ωｍが設定速度ω０を超えるとステップ３０４に移行する。ステップ３０４では、トルク指令τｒが零であるか否かを判断する。トルク指令τｒが零でないときには、補正演算を行わないようにステップ３０３に移り補正値Δθを零とする。ステップ３０４でトルク指令τｒが零と判断するとステップ３０５に移行して補正値Δθの演算を行う。
【００３１】
ステップ３０５では、同期モータ１が発生しているパワーＰの符号により補正値Δθを決定する。パワーＰが零のときにはステップ３０３に移り補正値Δθを零とする。このときには制御が正確に行われていることを意味しており、位置ずれ推定値θｃを変更する必要がないので補正値Δθを零としている。
【００３２】
パワーＰが負値の場合にはステップ３０６に移り補正値Δθを正の単位補正値Ｈとする。これは位置ずれ推定値θｃの補正を単位補正値Ｈの分解能で徐々に正確な位置ずれの値に一致させるようにした方法であり、パワーＰの符号だけで補正することができる。
【００３３】
一方、パワーＰが正のときにはステップ３０７に移り単位補正値Δθを単位補正値−Ｈとする。本来、トルク指令τｒが零であれば、パワーＰも零になるべきであるが、負方向に位置ずれを生じている場合には、パワーＰが正になる。そこで、パワーＰが正のとき、補正値Δθを負の単位補正値（−Ｈ）とすることにより、徐々にパワーＰの値を本来の零にすることができる。
【００３４】
図４の補正値演算では、バッテリー２の電圧が変動して正確にバッテリー電圧を検出できない場合にも、パワーの符号だけで位置ずれを推定できるので、常に正確に位置ずれを補償し、所望のモータトルクを発生できる利点がある。また、同期モータの製作時に、位置検出器の微調整を行う必要がない他、製品出荷後に位置検出器が何らかの理由で位置ずれを起こした場合でも、その大きさを推定できる。
【００３５】
以上のようにして真の磁極位置を求めるのであるが、同期モータの回転数とトルクが特定の範囲においてトルク指令とトルクの大きさを比較することにより、位置ずれを正確に安定して推定することができる。従って、同期モータには要求されるトルク指令どおりのトルクを発させることができる。
【００３６】
また、本発明が適用される自動車を走行させながらオンラインで位置ずれを補正できるという利点もある。
【００３７】
なお、本発明は同期モータが突極性、逆突極性、非突極性の種類に拘らず適用することができる。また、パワーの検出は電圧指令値でなく、パワーを正確に検出するために電圧検出器で検出したモータ電圧を用いてもよいことは勿論のことである。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、長年モータを駆動していて生じる位置ずれも検出できるので、オンラインで位置補正を行うことができ、出荷後に位置ずれを生じた場合にも、その直後に位置補正を行い、所望のトルクを発生できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す構成図である。
【図２】本発明の動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】本発明の動作を説明するためのフローチャートである。
【図４】本発明の動作を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１…同期モータ、２…バッテリー、３…インバータ、４…コントローラ、５ｕ、５ｖ…電流センサ、６…位置検出器、７…電流指令演算部、８…電流制御部、９、１１…座標変換部、１０−−ＰＷＭ信号発生部、１２…位置補正部、１３…速度検出部、１４…パワー検出部、１５…補正演算部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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