(57)【要約】【課題】インバータ３４の操作停止状態から操作を開始するに際して、回転中の電動機１０の回転角度を適切に推定することが困難なこと。【解決手段】電動機１０の実電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗは、２相変換部１２にてαβ軸上の電流成分に変換され、ｄｑ変換部１４にてｄｑ軸上の電流成分に変換される。こうして変換された実電流ｉｄ，ｉｑが、通常時において指令電流ｉｄｃ，ｉｑｃにフィードバック制御される。インバータ３４の操作停止状態から操作を開始するに際しては、ｄｑ変換部１４及びαβ変換部２８にて用いる回転角度θをゼロとすることで、αβ軸上の実電流を指令値にフィードバック制御するように電圧を印加する。この際、拡張誘起電圧オブザーバ４０では、指令電圧ｖαｃ、ｖβｃと実電流ｉα、ｉβとに基づき回転角度の推定を開始する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転機の回転中において電力変換回路の操作停止状態から操作を開始するに際して、前記回転機に印加すべき電圧を固定座標系にて定義して設定する電圧設定手段と、
前記電圧設定手段によって設定される電圧に基づく電力変換回路の操作に伴って前記回転機に流れる電流の固定座標系での検出値を取得する取得手段と、
前記電圧設定手段により設定される電圧及び前記取得される電流を入力とし、前記回転機に対する印加電圧と前記回転機を流れる電流とを関係付ける固定座標系のモデルを用いて前記電力変換回路の操作に用いる回転角度を推定する推定手段とを備えることを特徴とする回転機の制御装置。
【請求項２】
前記電圧設定手段は、前記電力変換回路の操作停止状態から操作を開始するに際して、前記回転機の回転に応じた電圧を設定するものであることを特徴とする請求項１記載の回転機の制御装置。
【請求項３】
前記電圧設定手段は、前記電力変換回路の操作停止状態から操作を開始するに際して、前記取得される固定座標系での電流を入力として前記回転機の回転に応じた電圧を設定することを特徴とする請求項２記載の回転機の制御装置。
【請求項４】
前記電圧設定手段は、更に、前記推定手段による前記回転角度の推定精度が所定以上となると想定される場合、前記推定手段により推定される回転角度に基づき前記回転機に印加すべき電圧の設定を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転機の制御装置。
【請求項５】
前記電圧設定手段は、前記回転機を流れる電流を回転座標系での電流の指令値にフィードバック制御すべく回転座標系での電圧の指令値を算出するフィードバック電圧設定手段と、前記回転座標系での電圧の指令値を前記固定座標系における指令値に変換する変換手段とを備えて且つ、前記電力変換回路の操作の開始に際し、前記取得される電流成分を前記フィードバック電圧設定手段に入力するとともに前記変換手段による変換に用いる回転角度を調節することにより、前記フィードバック電圧設定手段を用いて前記固定座標系で電流をフィードバック制御するための前記固定座標系での電圧の指令値を設定することを特徴とする請求項４記載の回転機の制御装置。
【請求項６】
前記電圧設定手段は、前記推定精度が所定以上となると想定される場合、前記変換手段による変換に用いる回転角度を前記推定手段によって推定される回転角度とすることで前記回転座標系での電流をその指令値にフィードバック制御することを特徴とする請求項５記載の回転機の制御装置。
【請求項７】
前記電圧設定手段は、前記電力変換回路の操作の開始から所定期間経過後に前記推定手段により推定される回転角度に基づく電圧の設定を開始することを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載の回転機の制御装置。
【請求項８】
前記推定手段は、前記モデルに基づき、前記回転角度の正弦関数の符号を変えたもの及び前記回転角度の余弦関数のそれぞれを成分とする２次元ベクトルに平行なベクトルを含む角度相関量を推定することで前記回転角度を推定することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の回転機の制御装置。
【請求項９】
前記回転機は、永久磁石同期回転機であり、
前記推定手段は、前記モデルに基づき、永久磁石に関するベクトルに平行なベクトルを含む角度相関量を推定することで前記回転角度を推定することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の回転機の制御装置。
【請求項１０】
前記回転機は、突極機であり、
前記推定手段は、前記モデルに基づき、前記突極機の磁界によって誘起される電圧に平行なベクトルを含む角度相関量を推定することで前記回転角度を推定することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の回転機の制御装置。
【請求項１１】
前記電力変換回路の操作開始に伴って前記回転機に流れる電流が閾値以上となる場合、前記電力変換回路の操作を停止する停止手段を更に備えることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の回転機の制御装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の回転機の制御装置と、
前記電力変換回路とを備えることを特徴とする回転機の制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転機を制御対象として電力変換回路を操作するに際し、前記回転機の電気的な状態量に基づき前記回転機の回転角度に関する情報を取得する回転機の制御装置、及びこれを搭載する回転機の制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の制御装置としては、電動機の誘起電圧に基づき回転角度を推定するものが周知である。すなわち、電動機の誘起電圧は、電動機の回転角度に応じて変化するため、誘起電圧を、回転角度と相関を有する角度相関量として利用することができる。ここで、角度相関量の推定に際しては、電動機に印加する電圧と電動機を流れる電流とを関係付けるモデルを用いる。
【０００３】
ただし、上記制御装置の場合、電動機に対する電圧の印加が前提となるため、電動機の回転中に何らかの要因で電動機に電圧を印加するインバータの操作が停止される状況が生じた場合、回転角度に関する情報を取得することができなくなる。そしてこの場合、インバータの操作を再開する際にも、回転角度に関する情報を取得することができない。
【０００４】
そこで従来は、例えば下記特許文献１に見られるように、回転中の電動機の制御の再開に際して、回転座標系で電流のフィードバック制御を行い、この際の電圧の指令値の回転角度変化に基づき電動機の回転速度を推測することで電動機の回転角度を推定するものも提案されている。
【特許文献１】特開２００５−６５４１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、回転座標系は、電動機の回転角度に応じて定まるものである。したがって、インバータの操作停止状態から操作の再開に際しては、回転角度に関する情報を取得できないため、上記回転座標系を用いたモデルを用いたのでは回転角度を適切に推定することができない。そして、インバータの操作の再開に際して利用される回転角度が適切な値でない場合、電動機に過度の電流が流れ、ひいてはインバータを再度停止する要求が生じるおそれがある。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、電力変換回路の操作停止状態から操作を開始するに際して、回転中の回転機の回転角度をより適切に推定することのできる回転機の制御装置及び制御システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。
【０００８】
請求項１記載の発明は、回転機の回転中において電力変換回路の操作停止状態から操作を開始するに際して、前記回転機に印加すべき電圧を固定座標系にて定義して設定する電圧設定手段と、前記電圧設定手段によって設定される電圧に基づく電力変換回路の操作に伴って前記回転機に流れる電流の固定座標系での検出値を取得する取得手段と、前記電圧設定手段により設定される電圧及び前記取得される電流を入力とし、前記回転機に対する印加電圧と前記回転機を流れる電流とを関係付ける固定座標系のモデルを用いて前記電力変換回路の操作に用いる回転角度を推定する推定手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
上記発明では、回転機に対する印加電圧と回転機を流れる電流とを関係付ける固定座標系のモデルを用いるために、回転機の回転角度に関する情報を用いることなく回転角度を推定することができる。このため、回転機の回転中において電力変換回路が操作停止状態にあるために回転機の回転角度に関する情報が得られない状況下、電力変換回路の操作の再開に伴って適切に回転角度を推定することができる。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記電圧設定手段は、前記電力変換回路の操作停止状態から操作を開始するに際して、前記回転機の回転に応じた電圧を設定するものであることを特徴とする。
【００１１】
回転機に対する印加電圧と回転機を流れる電流とを関係付ける固定座標系のモデルは、通常、回転機に交流電圧が印加されることを前提としたものとなっている。この点、上記発明では、回転機の回転に応じた電圧を設定することで、モデルによる回転角度の推定の信頼性を高めることができる。
【００１２】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記電圧設定手段は、前記電力変換回路の操作停止状態から操作を開始するに際して、前記取得される固定座標系での電流を入力として前記回転機の回転に応じた電圧を設定することを特徴とする。
【００１３】
回転機の回転中においては、回転機を流れる電流の固定座標系での成分は、回転機の回転に応じた交流電流となる。上記発明では、この点に鑑み、上記電流成分を入力とすることで、回転機の回転に応じた電圧の設定を適切に行うことができる。
【００１４】
なお、請求項３記載の発明は、前記電圧設定手段は、前記電力変換回路の操作停止状態から操作を開始するに際して、前記取得される固定座標系での電流を所定値にフィードバック制御するものであることが望ましい。
【００１５】
請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の発明において、前記電圧設定手段は、更に、前記推定手段による前記回転角度の推定精度が所定以上となると想定される場合、前記推定手段により推定される回転角度に基づき前記回転機に印加すべき電圧の設定を行うことを特徴とする。
【００１６】
回転機の回転中における電力変換回路の操作停止状態から操作を開始するに際し、電圧設定手段によって設定された電圧が回転機に印加されることで、推定手段によって回転角度の推定が可能となる。そしてこの際の推定精度が所定以上となる場合、電圧設定手段では、推定される回転角度に基づき電圧の設定を継続する。このため、推定手段では、引き続き、設定される電圧等に基づき回転角度を推定することができる。このため、操作停止状態からの操作の開始に際してのいわゆる引き込み制御時と、通常時とで、上記推定手段による推定精度が所定以上となる限り同一の推定手段を用いることができる。このため、推定手段の設計が容易となる。
【００１７】
なお、推定手段による推定精度が所定以上となる場合とは、上記操作開始から所定期間経過後との条件と、回転機の回転角度が所定以上であるとの条件との論理積条件が成立する場合とすることが望ましい。
【００１８】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明において、前記電圧設定手段は、前記回転機を流れる電流を回転座標系での電流の指令値にフィードバック制御すべく回転座標系での電圧の指令値を算出するフィードバック電圧設定手段と、前記回転座標系での電圧の指令値を前記固定座標系における指令値に変換する変換手段とを備えて且つ、前記電力変換回路の操作の開始に際し、前記取得される電流成分を前記フィードバック電圧設定手段に入力するとともに前記変換手段による変換に用いる回転角度を調節することにより、前記フィードバック電圧設定手段を用いて前記固定座標系で電流をフィードバック制御するための前記固定座標系での電圧の指令値を設定することを特徴とする。
【００１９】
上記変換手段による変換に用いる回転角度を調節すると、変換の前後の値を不変とすることができる。そして、この場合、フィードバック電圧設定手段の入力として固定座標系での電流を用いることで、固定座標系で電流をフィードバック制御することができる。このため、回転機の制御を適切に行うための手段であるフィードバック電圧設定手段と変換手段とを用いて、回転機の回転に応じた固定座標系での電圧を設定することができる。
【００２０】
なお、請求項５記載の発明は、請求項６記載の発明によるように、前記電圧設定手段は、前記推定精度が所定以上となると想定される場合、前記変換手段による変換に用いる回転角度を前記推定手段によって推定される回転角度とすることで前記回転座標系での電流をその指令値にフィードバック制御することを特徴とすることが望ましい。
【００２１】
請求項７記載の発明は、請求項４〜６のいずれか１項に記載の発明において、前記電圧設定手段は、前記電力変換回路の操作の開始から所定期間経過後に前記推定手段により推定される回転角度に基づく電圧の設定を開始することを特徴とする。
【００２２】
回転機を制御対象として適切な制御を行うためには、回転角度に基づき電力変換回路を操作することが望まれる。ただし、電力変換回路の操作の開始直後には、推定手段による回転角度の推定精度が低いと考えられる。この点、上記発明では、操作の開始から所定期間経過後に推定される回転角度を用いて電圧を設定することで、回転角度の推定精度が所定以上となったと考えられる場合に、その回転角度に基づき電力変換回路を操作することができる。
【００２３】
請求項８記載の発明は、請求項１〜７のいずれか１項に記載の発明において、前記推定手段は、前記モデルに基づき、前記回転角度の正弦関数の符号を変えたもの及び前記回転角度の余弦関数のそれぞれを成分とする２次元ベクトルに平行なベクトルを含む角度相関量を推定することで前記回転角度を推定することを特徴とする。
【００２４】
上記発明では、上記平行なベクトルを含めて角度相関量を構成することで、角度相関量を適切に構成することができる。
【００２５】
なお、上記請求項８記載の発明において、角度相関量は、前記２次元ベクトルに平行なベクトルであることを特徴とすることが望ましい。
【００２６】
請求項９記載の発明は、請求項１〜８のいずれか１項に記載の発明において、前記回転機は、永久磁石同期回転機であり、前記推定手段は、前記モデルに基づき、永久磁石に関するベクトルに平行なベクトルを含む角度相関量を推定することで前記回転角度を推定することを特徴とする。
【００２７】
永久磁石に関する電圧ベクトルの成分は、静止座標系において、回転角度に依存する。このため、永久磁石に関する電圧ベクトルに平行なベクトルは、回転角度と相関を有する角度相関量として利用することができる。上記発明では、この点に鑑み、上記平行なベクトルを含めて角度相関量を構成することで、角度相関量を適切に構成することができる。
【００２８】
なお、上記請求項９記載の発明において、角度相関量は、永久磁石に関するベクトルに平行なベクトルであることを特徴とすることが望ましい。
【００２９】
請求項１０記載の発明は、請求項１〜８のいずれか１項に記載の発明において、前記回転機は、突極機であり、前記推定手段は、前記モデルに基づき、前記突極機の磁界によって誘起される電圧に平行なベクトルを含む角度相関量を推定することで前記回転角度を推定することを特徴とする。
【００３０】
突極機の磁界によって誘起される電圧ベクトルの成分は、静止座標系において、回転角度に依存する。このため、上記電圧ベクトルに平行なベクトルは、回転角度と相関を有する角度相関量として利用することができる。上記発明では、この点に鑑み、上記平行なベクトルを含めて角度相関量を構成することで、角度相関量を適切に構成することができる。
【００３１】
なお、上記請求項１０記載の発明において、角度相関量は、前記突極機の磁界によって誘起される電圧に平行なベクトルであることを特徴とすることが望ましい。
【００３２】
請求項１１記載の発明は、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の発明において、前記電力変換回路の操作開始に伴って前記回転機に流れる電流が閾値以上となる場合、前記電力変換回路の操作を停止する停止手段を更に備えることを特徴とする。
【００３３】
上記発明では、電力変換回路の操作開始に伴って回転機に流れる電流が閾値以上となる場合、電力変換回路の操作を停止するために、電力変換回路等に過度の電流が流れることを回避することができ、ひいてはその信頼性を高く維持することができる。
【００３４】
なお、上記請求項１１の発明が請求項４記載の発明の発明特定事項を有する場合、前記停止手段は、前記電力変換回路の操作を開始した時点から前記推定される回転角度に基づく前記電圧の設定がなされる前までの間に前記回転機に流れる電流が閾値以上となる場合に前記電力変換回路の操作を停止することを特徴とすることが望ましい。
【００３５】
請求項１２記載の発明は、請求項１〜１１いずれか１項に記載の回転機の制御装置と、前記電力変換回路とを備えることを特徴とする回転機の制御システムである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明にかかる回転機の制御装置及び制御システムを車載電動機の制御装置及び制御システムに適用した一実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００３７】
図１に、本実施形態にかかる電動機の制御システムの全体構成を示す。電動機１０は、３相の永久磁石同期モータである。また、電動機１０は、突極性を有する回転機（突極機）である。詳しくは、電動機１０は、埋め込み磁石同期モータ（ＩＰＭＳＭ）である。
【００３８】
以下では、「ａ．電動機１０の駆動に関する処理」、「ｂ．電動機１０の駆動時における回転角度の推定処理」を説明した後、「ｃ．電動機１０の回転中におけるインバータの操作の開始に際しての回転角度の推定処理」を説明する。なお、本実施形態において電動機１０の回転速度が所定以下である場合には図示しない別の周知の手法にて回転角度を推定するが、これについてはその説明を割愛する。
＜ａ．電動機１０の駆動に関する処理＞
２相変換部１２は、電動機１０のＵ相、Ｖ相、Ｗ相を流れる実電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを、固定２相座標成分の実電流（α軸上の実電流ｉα及びβ軸上の実電流ｉβ）に変換する。ｄｑ変換部１４は、回転角度θに基づき、上記αβ軸上での実電流ｉα、ｉβを、回転２相座標成分の実電流（ｄ軸上の実電流ｉｄ及びｑ軸上の実電流ｉｑ）に変換する。指令電流設定部１６は、電動機１０に対する要求トルクに基づき、ｄｑ軸上での指令電流ｉｄｃ，ｉｑｃを設定する。指令電圧設定部２２では、偏差算出部１８にて算出されるｄ軸上の指令電流ｉｄｃに対する実電流ｉｄの差と、偏差算出部２０にて算出されるｑ軸上の指令電流ｉｑｃに対する実電流ｉｑの差とに基づき、ｄｑ軸上の指令電圧ｖｄｃ、ｖｑｃを設定する。詳しくは、指令電圧設定部２２では、上記偏差算出部１８，２０の出力に基づくフィードバック制御に加えて、周知の非干渉化制御を行うことで指令電圧ｖｄｃ、ｖｑｃを設定する。すなわち、ｄｑ変換部１４の出力する実電流ｉｄ，ｉｑがローパスフィルタ２４にて処理された後、これらと電動機１０の回転速度ωとに基づき、非干渉化制御部２６にて、指令電圧ｖｄｃ、ｖｑｃを設定するための非干渉項が算出される。指令電圧設定部２２では、この非干渉項を加味することで、指令電圧ｖｄｃ、ｖｑｃを設定する。
【００３９】
αβ変換部２８は、回転角度θに基づき、ｄｑ軸上の指令電圧ｖｄｃ、ｖｑｃを、固定２相座標成分の指令電圧（α軸上の指令電圧ｖαｃ及びβ軸上の指令電圧ｖβｃ）に変換する。３相変換部３０は、αβ軸上の指令電圧ｖαｃ、ｖβｃを、３相の指令電圧ｖｕｃ，ｖｖｃ，ｖｗｃに変換する。ＰＭＷ制御部３２は、指令電圧ｖｕｃ，ｖｖｃ，ｖｗｃを入力として、ＰＷＭ処理を利用して、インバータ３４のスイッチング素子ＳＷを操作するための信号を生成する。この際、ＰＷＭ制御部３２では、インバータ３４の入力電圧（バッテリ３６の電圧）を検出する電圧センサ３８の検出値を加味する。
＜ｂ．電動機１０の駆動時における回転角度の推定処理＞
本実施形態では、拡張誘起電圧オブザーバ４０を備えている。拡張誘起電圧オブザーバ４０は、拡張誘起電圧をオブザーバによって推定する。これについては、「突極型ブラシレスＤＣモータのセンサレス制御のための拡張誘起電圧オブザーバ  平成１１年電気学会全国大会  Ｎｏ．１０２６」に準ずる。すなわち拡張誘起電圧モデルは、下記の式（ｃ１）にて表現される。
【００４０】
【数１】
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上記の式(ｃ１)において、永久磁石の誘起電圧定数Ｋｅ、ｄ軸インダクタンスＬｄ，ｑ軸インダクタンスＬｑを用いている。上記の式（ｃ１）の右辺第２項は、永久磁石の誘起電圧に加えて、リランタンス磁束などにより誘起される電圧成分を含んでおり、拡張誘起電圧と定義されている。上記の式（ｃ１）の拡張誘起電圧モデルは、永久磁石のベクトル成分と平行なベクトル（回転角度θを独立変数とする三角関数を成分とするベクトル）と、回転角度θを含まないベクトルとに分解されている。ここで、拡張誘起電圧は、回転角度θを独立変数とする三角関数を成分とするベクトル（−ｓｉｎθ、ｃｏｓθ）に平行なベクトルである。このため、これを回転角度θと相関を有する角度相関量とみなせば、この角度相関量を推定することで、逆三角関数(逆正接関数)を用いて回転角度θを推定することができる。詳しくは、指令電圧ｖα、ｖβ、実電流ｉα、ｉβ及び回転速度ωから、拡張誘起電圧を推定することで、回転角度θを推定することができる。
【００４１】
本実施形態では、拡張誘起電圧の推定に、最小次元オブザーバを用いる。したがって、拡張誘起電圧オブザーバ４０は、上記の式（ｃ１）をモデル式とする最小次元オブザーバにて構成されている。なお、図１においては、拡張誘起電圧オブザーバ４０にて推定される回転角度を回転角度θｅとして記載した。
【００４２】
こうして回転角度θｅが推定されると、回転速度推定部４２において、回転角度θｅの微分演算によって回転速度ωが算出される。なお、こうして算出される回転速度ωは、回転角度θｅの推定に用いられるため、拡張誘起電圧オブザーバ４０に入力される。
＜ｃ．インバータの操作の開始に際しての回転角度の推定処理＞
ところで、電動機１０が駆動されているときにおいて、インバータ３４を構成するスイッチング素子ＳＷに過度の電流が流れる等の異常が生じる場合などには、インバータ３４の操作を一旦停止する処理がなされる。そしてインバータ３４が停止される場合、インバータ３４によって電動機１０に電圧が印加されないために、上記拡張誘起電圧オブザーバ４０の入力情報としての指令電圧ｖαｃ、ｖβｃが存在しない。このため、電動機１０の回転角度を推定することができない。こうした状況下、インバータ３４の操作を再開する際には、電動機１０の回転角度に関する情報がないために、上記指令電流ｉｄｃ，ｉｑｃへのフィードバック制御をすることができない。
【００４３】
そこで本実施形態では、インバータ３４の操作の再開に際して、上記指令電流ｉｄｃ，ｉｑｃへのフィードバック制御に先立ち、固定座標系での指令電圧ｖαｃ、ｖβｃを設定することで、回転角度θの推定を開始する。詳しくは、実電流ｉα、ｉβを固定値にフィードバック制御することで指令電圧ｖαｃ、ｖβｃを設定する。そして、これにより、拡張誘起電圧オブザーバ４０にて回転角度を推定する。
【００４４】
こうした処理を実行すべく、本実施形態では、同期引き込み制御部４４を備えている。同期引き込み制御部４４は、インバータ３４の操作の再開に際して、非干渉化制御部２６による制御を停止させた状態で、ｄｑ変換部１４とαβ変換部２８とに入力される回転角度θの値をゼロとする。これにより、通常時において電動機１０を流れる実電流ｉｄ，ｉｑを指令電流ｉｄｃ，ｉｑｃにフィードバック制御するための処理手段を流用しつつ、インバータ３４の操作開始に際しての回転角度の推定処理(同期引き込み制御)のための指令電圧ｖαｃ、ｖβｃを設定することができる。
【００４５】
これは、下記の式（ｃ２）及び式（ｃ３）に示されるように、「θ＝０」とすることで、ｄｑ変換部１４がその入力を恒等変換して出力することと、αβ変換部２８がその入力を恒等変換して出力することとに着目したものである。
【００４６】
【数２】
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図２に、同期引き込み制御時の処理を示す。図示されるように、同期引き込み処理時においては、回転角度θをゼロとすることで、αβ軸上の実電流ｉα、ｉβが指令電流設定部１６の指令する値となるようにフィードバック制御される。ここで、本実施形態では、同期引き込み制御時における指令電流ｉｄｃ，ｉｑｃをともにゼロとする。すなわち、αβ軸上の指令電流ｉαｃ、ｉβｃをともにゼロとする。これにより、指令電圧設定部２２では、実電流ｉα、ｉβをともにゼロとするための指令電圧ｖαｃ、ｖβｃを設定することとなる。ここで、実電流ｉα、ｉβは、電動機１０の回転に応じた交流電流である。このため、指令電圧ｖαｃ、ｖβｃは、電動機１０の回転に応じた交流電圧となる。
【００４７】
なお、こうした同期引き込み制御時において電動機１０を流れる電流が過度に大きくなる場合には、同期引き込み制御を継続して回転角度情報を取得するよりも電流を抑制することが望まれる。このため、本実施形態では、引き込み停止処理部４６を備えている。すなわち、引き込み停止処理部４６では、実電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗに基づき、電動機１０を流れる電流が過大と判断される場合、フェール信号ＦＬを出力することでインバータ３４を停止させる。
【００４８】
図３に、本実施形態にかかる同期引き込み制御の処理手順を示す。この処理は、同期引き込み制御部４４や引き込み停止処理部４６等によって、例えば所定周期で繰り返し実行される。
【００４９】
この一連の処理では、まずステップＳ１０において、同期引き込み制御の要求があるか否かを判断する。そして、要求があると判断される場合、ステップＳ１２において、回転角度θをゼロとするとともに、指令電流ｉｄｃ，ｉｑｃをゼロとする。続くステップＳ１４においては、実電流ｉα、ｉβをゼロにフィードバック制御する処理を開始する。続くステップＳ１６においては、電動機１０を流れる電流が閾値以上となっているか否かを判断する。この処理は、同期引き込み制御を停止するか否かを判断するためのものである。そして、閾値以上であると判断される場合、ステップＳ１８において、インバータ３４の操作を停止することで、同期引き込み制御を停止する。
【００５０】
これに対し、ステップＳ１６において閾値以上でないと判断される場合、ステップＳ２０において、同期引き込み制御の開始からの継続時間が所定時間となったか否かを判断する。この処理は、拡張誘起電圧オブザーバ４０による回転角度の推定精度が所定以上となったか否かを判断するためものである。ここで所定時間は、予め計測等に基づき適合しておけばよい。そして所定時間が経過すると(ステップＳ２０：ＹＥＳ)，ステップＳ２２において、回転角度θを、拡張誘起電圧オブザーバ４０の出力する回転角度θｅとして且つ、指令電流設定部１６において要求トルクに応じた指令電流ｉｄｃ，ｉｑｃを設定する。これにより、実電流ｉｄ，ｉｑの指令電流ｉｄｃ，ｉｑｃへのフィードバック制御が開始される。
【００５１】
なお、上記ステップＳ１０において否定判断される場合や、ステップＳ１８、Ｓ２２の処理が完了する場合には、この一連の処理を一旦終了する。
【００５２】
図４に、本実施形態における同期引き込み制御の結果を示す。ここでは、電動機１０の回転速度が「２０００ｒｐｍ」である場合についての結果を示している。図示されるように、インバータ３４の操作開始から「５０ｍｓｅｃ」経過時において実電流ｉｄ，ｉｑのフィードバック制御(ベクトル制御)を開始することで、ベクトル制御を適切に開始することができる。これは、ベクトル制御への移行前の同期引き込み制御時において回転角度θの推定精度を所定以上とすることができることを意味する。
【００５３】
更に、図５に、電動機１０の回転速度が「１０００ｒｐｍ」である場合と「３０００ｒｐｍ」である場合とのそれぞれについての結果を示す。図示されるように、この場合にも、インバータ３４の操作開始から「５０ｍｓｅｃ」経過時において実電流ｉｄ，ｉｑのフィードバック制御(ベクトル制御)を開始することで、ベクトル制御を適切に開始することができる。
【００５４】
以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
【００５５】
（１）電動機１０の回転中においてインバータ３４の操作停止状態から操作を開始するに際して、指令電圧ｖαｃ、ｖβｃ及び実電流ｉα、ｉβを入力とし、上記の式（ｃ１）にて定義される拡張誘起電圧モデルを用いてインバータ３４の操作に用いる回転角度を推定した。このように固定座標系でのモデルを用いることで、インバータ３４の操作の再開に際して、回転角度情報を用いることなく回転角度を推定することができる。
【００５６】
（２）インバータ３４の操作停止状態から操作を開始するに際して、電動機１０の回転に応じた指令電圧ｖαｃ、ｖβｃを設定した。これにより、電動機１０に交流電圧が印加されることを前提としたモデル(上記拡張誘起電圧モデルの導出に用いたモデル)を用いていることと整合させることができ、ひいては、モデルによる回転角度の推定の信頼性を高めることができる。
【００５７】
（３）インバータ３４の操作停止状態から操作を開始するに際して、実電流ｉα、ｉβのフィードバック制御によって電動機１０の回転に応じた指令電圧ｖαｃ、ｖβｃを設定した。これにより、電動機１０の回転に同期した電圧を設定することができる。
【００５８】
（４）インバータ３４の操作開始後の拡張誘起電圧オブザーバ４０による回転角度の推定精度が所定以上となると想定される場合、推定される回転角度θｅに基づき電動機１０に印加すべき指令電圧ｖαｃ、ｖβｃの設定を行った。これにより、電動機１０の回転速度が所定以上である限り、同期引き込み制御時と、通常時とで、同一の推定手段(拡張誘起電圧オブザーバ４０)を用いることができる。このため、推定手段の設計が容易となる。
【００５９】
（５）回転角度θをゼロとして且つ指令電流ｉｄｃ，ｉｑｃを固定することで、同期引き込み制御を行った。これにより、要求トルクへの制御を適切に行うための手段(ベクトル制御を行うための手段)を用いて、同期引き込み制御のための電圧（電動機１０の回転に応じた固定座標系での指令電圧Ｖαｃ、ｖβｃ）を設定することができる。
【００６０】
（６）インバータ３４の操作の開始から所定期間経過後にベクトル制御を開始した。これにより、回転角度の推定精度が所定以上となった場合に、その回転角度に基づきインバータ３４を操作することができる。
【００６１】
（７）拡張誘起電圧を推定することで回転角度を推定した。これにより、回転角度と相関を有する角度相関量の推定を通じて回転角度を適切に推定することができる。
【００６２】
（８）同期引き込み制御に際して電動機１０に流れる電流が閾値以上となる場合、インバータ３４の操作を停止させた。これにより、電動機１０やインバータ３４に過度の電流が流れることを回避することができ、ひいてはそれらの信頼性を高く維持することができる。
【００６３】
（その他の実施形態）
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
【００６４】
・インバータ３４の操作停止状態から操作を開始するに際して電動機１０を流れる電流の固定座標系での検出値を入力として電動機１０の回転に応じた電圧を設定する電圧設定手段としては、上記実施形態で例示したものに限らない。例えば上記実電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗや、２相変換部１２の出力する実電流ｉα、ｉβに基づき把握される電動機１０の回転速度に基づき、電動機１０の回転速度に応じた指令電圧ｖαｃ、ｖβｃを設定するものであってもよい。
【００６５】
また、インバータ３４の操作停止状態から操作を開始するに際して電圧を設定する電圧設定手段としては、電動機１０を流れる電流の固定座標系での検出値を入力として電動機１０の回転に応じた電圧を設定するものにも限らない。例えばインバータ３４の停止前における電動機１０の回転速度に基づき、指令電圧ｖαｃ、ｖβｃを設定するものであってもよい。ここでは例えば、停止前に推定されていた回転速度ωと、インバータ３４の停止時間とに基づきインバータ３４の操作開始に際しての回転速度を推定し、これに基づき指令電圧ｖαｃ、ｖβｃを設定すればよい。
【００６６】
更に、インバータ３４の操作停止状態から操作を開始するに際して電圧を設定する電圧設定手段としては、電動機１０の回転に応じた電圧を設定するものにも限らず、例えば、電動機１０の回転周期とは異なる周期の電圧を設定するものであってもよい。
【００６７】
・上記実施形態では、同期引き込み制御に際して、指令電流ｉｄｃ，ｉｑｃをゼロ（αβ軸上の指令電流をゼロ）としたが、これに限らず、任意の固定値であってよい。また固定値にも限らず、例えば、αβ軸上の指令電流を、電動機１０の回転に応じたものとしてもよい。これは例えば、上記実電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗや、２相変換部１２の出力する実電流ｉα、ｉβに基づきαβ軸上の指令電流を設定することで行うことができる。また例えば、インバータ３４の停止前の回転速度に基づき、αβ軸上の指令電流を設定してもよい。
【００６８】
・上記実施形態では、電動機１０の回転速度が所定以上である場合と同期引き込み制御がなされる場合とで単一の推定手段を用いて回転角度を推定したがこれに限らない。例えば、同期引き込み制御時以外においては、回転座標系における拡張誘起電圧モデルを用いて回転角度を推定することも可能である。
【００６９】
・拡張誘起電圧の推定手法としては、オブザーバを用いるものに限らない。例えば上記の式（ｃ１）において、左辺から右辺第１項を減算する処理を行ってもよい。ただし、この処理は、ローパスフィルタにて実電流ｉα、ｉβから高次成分を除去する処理を施した後に行うことが望ましい。
【００７０】
・回転角度を推定するために用いるモデルとしては、上記実施形態で例示したものに限らない。例えば特開２００７−９７２６３号公報に見られるように、上記拡張誘起電圧モデルにおいて電流の波高値の時間微分を無視することで得られる下記の式（ｃ４）の近似モデルを用いてもよい。
【００７１】
【数３】
2009142073.tif 000005
上記の式（ｃ４）の右辺第１項は、上記の式（ｃ１）の右辺第１項が近似表現されることで、微分要素を有しないものとなっている。このため、上記の式（ｃ１）の拡張誘起電圧ベクトル（ｅα、ｅβ）を、微分演算を行うことなく求めることができる。
【００７２】
・回転角度と相関を有するパラメータである角度相関量を抽出するためのモデルとしては、２相座標におけるモデルにも限らない。例えば３相座標におけるモデルを用いて角度相関量を推定してもよい。この場合、角度相関量として、３相の誘起電圧を用いればよい。この場合であっても、電動機１０の回転中においてインバータ３４の操作を再開するに際して固定座標系を用いているために、回転角度θを適切に推定することができる。
【００７３】
・角度相関量としては、誘起電圧や拡張誘起電圧に限らない。ここでは、誘起電圧に関する電圧ベクトルに平行なベクトルにも限らない。すなわち、拡張誘起電圧は、速度起電力（又は鎖交磁束）を利用して回転角度を推定する手法にルーツをたどることができるとしても、拡張誘起電圧自体は速度起電力とは関係ない項をも含んでいる。このことは、モデルから、角度相関量として、回転角度と相関を有するパラメータを切り出し、これを推定対象とすることで回転角度を推定することができることを意味する。
【００７４】
・回転機の制御としては、ＰＷＭ制御に限らない。例えば矩形波制御であってもよい。この場合、例えば、要求トルクに応じて操作される位相と、バッテリ３６の電圧ＶＢとに基づき、角度相関量を推定してもよい。
【００７５】
・上記実施形態では、要求トルクに基づき指令電流ｉｄｃ，ｉｑｃを設定したが、これに限らず、例えば、電動機１０に対する回転速度の要求値に基づき指令電流ｉｄｃ，ｉｑｃを設定してもよい。
【００７６】
・電動機としては、ＩＰＭＳＭに限らず、例えばＳＰＭ等であってもよい。更に、永久磁石同期電動機にも限らない。この場合であっても、突極機であるなら、突極機の磁界によって誘起される電圧(リラクタンス磁束などに誘起される電圧成分)に起因して上記の式（ｃ１）の右辺第２項がゼロでないため、これを角度相関量として推定対象とすることができる。
【００７７】
・回転機としては、３相電動機に限らない。例えば３相発電機であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】一実施形態にかかるシステム構成図。
【図２】同実施形態における同期引き込み制御に関する処理を示す図。
【図３】上記同期引き込み制御に関する処理の手順を示す流れ図。
【図４】上記処理による回転角度の推定結果を示す図。
【図５】上記処理による回転角度の推定結果を示す図。
【符号の説明】
【００７９】
１０…電動機、３４…インバータ、４０…拡張誘起電圧オブザーバ、４４…同期引き込み制御部、４６…引き込み停止処理部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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