JP2002315386A - 電動機の制御装置 - Google Patents

電動機の制御装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】電動機の動作領域全域で高応答，高精度，高効
率に電動機の回転子磁極位置を推定することができる電
動機の制御装置の提供を課題とする。 【解決手段】上記課題を解決するために、インバータ３
から同期電動機１に印加される電圧をＰＷＭ信号によっ
て制御する制御装置４に、ＰＷＭの搬送波に同期して検
出される同期電動機１の電流検出値に基づいて磁極位置
を推定する搬送波同期型磁極位置推定手段９と、同期電
動機１の同電位状態を利用した磁極位置推定手段１０
と、前記２種類の磁極位置推定手段を切換える磁極位置
切換手段２０とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、位置センサを用い
ることなく回転子の磁極位置を検出して交流電動機を制
御する電動機の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】交流電動機の速度及びトルクを高応答に
制御するには、回転子の磁極位置を検出或いは推定する
必要がある。近年、位置センサを用いることなく回転子
の磁極位置を検出して交流電動機を制御する、いわゆる
磁極位置センサレス制御方式が種々提案されている。こ
の中でも突極型交流電動機の磁極位置センサレス制御方
式としては、電動機の発生する誘起電圧を用いる方法の
もの、電動機の電圧方程式を用いる方法のもの、さらに
は電動機のインダクタンス特性を用いる方法のものなど
いくつかの方式が知られている。
【０００３】例えば特開平11−18483 号公報には、２つ
の異なる磁極位置推定方式を組合わせた磁極位置センサ
レス制御方式が開示されている。この方式は、電動機が
所定回転数以上で回転している場合は、実用的な位置検
出精度を有する第１の検出方法で磁極位置の検出を試
み、位置検出ができない場合は所定回転数未満で位置検
出可能な第２の検出方法により磁極位置の検出を行うも
のである。また、電動機の回転子の回転数を検出し、こ
の回転数の大きさに応じて第１及び第２の検出方法を選
択している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前述した従来技術には
２つの電気角検出方法の原理が詳述されているが、２つ
の電気角検出方式の切換方法については、回転数の状態
に応じて第１及び第２の検出方法を選択する旨の記載が
あるだけである。２つの電気角検出方法の切換前後には
推定磁極位置の位相差が生じ、電動機にトルク変動が生
じる可能性があるが、従来技術ではこの点が全く考慮さ
れていない。
【０００５】また、従来技術では、電動機の運転開始直
後に所定回転数以上で実用的な位置検出精度を有する第
１の検出方法で電気角を検出し、検出された電気角の変
化に基づいて電動機の回転数を求めている。しかし、電
動機の運転開始直後、電動機の回転数が停止時を含む所
定回転数以下であった場合には、誤差を含んだ電気角の
検出値に基づいて回転数を求めることになるので、求め
られた回転数に誤りが生じる可能性がある。
【０００６】また、従来技術では、電動機の起動時と通
常運転時で電動機の制御処理ルーチンを変えているの
で、電動機の制御装置の構成が複雑化する。
【０００７】本発明の代表的な目的は、電動機の動作領
域全域で高応答，高精度，高効率に電動機の回転子磁極
位置を推定することができる電動機の制御装置を提供す
ることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の基本的な特徴
は、少なくとも二つの異なる磁極位置推定方法で交流電
動機の回転子磁極位置を推定すると共に、交流電動機の
動作領域全域で少なくとも二つの磁極位置推定方法を交
流電動機の動作状態に応じて切換え、交流電動機の回転
子磁極位置を推定することにある。
【０００９】少なくとも二つの磁極位置推定方法の一方
は、ＰＷＭ信号の搬送波に同期して検出される交流電動
機の電流検出値に基づいて磁極位置を推定する搬送波同
期型のものである。少なくとも二つの磁極位置推定方法
の他方は、交流電動機の同電位状態において検出される
交流電動機の電流検出値に基づいて磁極位置を推定する
同電位型のものである。
【００１０】搬送波同期型の磁極位置推定方法は、電動
機の起動時及び停止時を含む低速時に用いられ、同電位
型の磁極位置推定方法は、交流電動機の中高速時に用い
られている。搬送波同期型の磁極位置推定方法と同電位
型の磁極位置推定方法を切換えにあたっては、所定の時
間、交流電動機の動作状態に基づいて交流電動機の回転
子磁極位置を演算することが好ましい。或いは、所定の
時間、交流電動機の動作状態に基づいて、切換後の磁極
位置推定方法によって推定される交流電動機の回転子磁
極位置の変化量を制限することが好ましい。若しくは、
交流電動機の電流検出タイミングを変更することが好ま
しい。又は、交流電動機の所定の速度範囲内で、少なく
とも二つの磁極位置推定方法を用いて交流電動機の回転
子磁極位置を推定することが好ましい。
【００１１】また、搬送波同期型の磁極位置推定方法に
おいては、交流電動機の起動時、交流電動機の回転子磁
極位置方向を推定して回転子磁極位置方向がＮ極方向で
あるか或いはＳ極方向であるかを判別することが好まし
い。この回転子磁極位置の極性の判別は、推定された回
転子磁極位置方向に所定の大きさの電流を印加し、発生
する電動機電流の一定時間毎の変化量に基づいて行うこ
とができる。或いは、交流電動機の同電位状態において
検出される交流電動機の電流検出値に基づいて行うこと
ができる。
【００１２】本発明によれば、少なくとも２つの異なる
磁極位置推定方法を備え、交流電動機の複数の動作状態
それぞれに対応する磁極位置推定手段に切換えて交流電
動機の磁極位置を推定するので、常に最適な磁極位置推
定方法で交流電動機の磁極位置を推定することができ
る。
【００１３】ここに、本発明の代表的な実施の形態を列
挙すると、次の通りである。
【００１４】電力変換器から交流電動機に印加される電
圧をＰＷＭ信号によって制御するものであって、少なく
とも二つの異なる磁極位置推定方法で前記交流電動機の
回転子磁極位置を推定すると共に、前記交流電動機の動
作領域全域で前記少なくとも二つの磁極位置推定方法を
前記交流電動機の動作状態に応じて切換え、前記交流電
動機の回転子磁極位置を推定する電動機の制御装置。
【００１５】電力変換器から交流電動機に印加される電
圧をＰＷＭ信号によって制御するものであって、少なく
とも前記ＰＷＭ信号の搬送波に同期して検出される前記
交流電動機の電流検出値に基づいた磁極位置推定方法、
前記交流電動機の同電位状態において検出される前記交
流電動機の電流検出値に基づいた磁極位置推定方法で前
記交流電動機の回転子磁極位置を推定すると共に、前記
交流電動機の動作領域全域で前記少なくとも二つの磁極
位置推定方法を前記交流電動機の動作状態に応じて切換
え、前記交流電動機の回転子磁極位置を推定する電動機
の制御装置。
【００１６】電力変換器から交流電動機に印加される電
圧をＰＷＭ信号によって制御するものであって、前記Ｐ
ＷＭ信号の搬送波に同期して検出される前記交流電動機
の電流検出値に基づいて前記交流電動機の回転子磁極位
置を推定する搬送波同期型位置推定手段と、前記交流電
動機の同電位状態において検出される前記交流電動機の
電流検出値に基づいて前記交流電動機の回転子磁極位置
を推定する同電位型位置推定手段と、前記交流電動機の
動作領域全域で、前記搬送波同期型位置推定手段と前記
同電位型位置推定手段との間で動作させる磁極位置推定
手段を前記交流電動機の動作状態に応じて切換える手段
とを有する電動機の制御装置。
【００１７】車両に搭載された交流電動機の回転子磁極
位置を推定し該交流電動機を制御するものであって、前
記車両の起動時及び停止時を含む低速走行中は、前記交
流電動機を制御指令に前記交流電動機の回転子磁極位置
推定用信号を印加すると共に、前記交流電動機の電流を
取り込み、前記回転子磁極位置推定用信号の印加による
電流差分値を求めて前記交流電動機の回転子磁極位置を
推定し、前記車両の中高速走行中は、前記交流電動機の
誘起電圧に基づいて前記交流電動機の回転子磁極位置を
推定する電動機の制御装置。
【００１８】車輪を駆動する交流電動機と、車載電源
と、該車載電源から供給された直流電力を交流電力に変
換して前記交流電動機に供給する電力変換器と、該電力
変換器を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、
上記いずれかに記載された制御装置である電動車両。
【００１９】前後輪の一方を駆動する内燃機関と、前後
輪の他方を駆動する交流電動機と、車載電源と、該車載
電源から供給された直流電力を交流電力に変換して前記
交流電動機に供給する電力変換器と、該電力変換器を制
御する制御装置とを備え、前記制御装置は、上記いずれ
かに記載された制御装置である電動車両。
【００２０】
【発明の実施の形態】〔実施例１〕本発明の第１実施例
を図１乃至図１３に基づいて説明する。図１は第１実施
例の電動機制御装置の構成を示す。本実施例の電動機制
御装置は、位置センサを用いることなく交流電動機の回
転子の磁極位置を推定して交流電動機を制御するもので
あり、回転子の磁極位置推定手段として搬送波同期型位
置推定手段と同電位型位置推定手段を備えている。
【００２１】尚、本実施例では、複数の永久磁石が回転
子鉄心に埋め込まれた回転子を有すると共に、電気自動
車及びハイブリット自動車などの電動車両に搭載された
同期電動機に本装置を適用した例について説明するが、
本装置は、他の交流電動機及び他分野に用いられる交流
電動機にも適用可能である。ここで、電気自動車とは、
車載電源によって駆動される電動機を唯一の駆動源とす
る車両を意味する。ハイブリッド自動車とは、車載電源
によって駆動される電動機とエンジンを駆動源とする車
両を意味する。
【００２２】図中１は同期電動機である。同期電動機１
には、バッテリ２の直流電圧が、電力変換装置であるイ
ンバータ３によって所定の値の３相交流電圧に変換され
て印加されている。インバータ３には、電動機制御装置
４（以下、単に「制御装置４」と記述する）から出力され
たＰＷＭ信号Ｐu〜Ｐwが入力されている。インバータ３
はこのＰＷＭ信号Ｐu〜Ｐwに基づいて制御され、バッテ
リ２の直流電圧を所定の値の３相交流電圧に変換する。
制御装置４は大別すると、電流指令値発生部６，電流制
御部７，３相変換部１１，ＰＷＭ信号発生部１２，磁極
位置推定手段１４，磁極位置切換手段２０，ｄ−ｑ変換
部８及び電流検出部１３から構成されている。さらに磁
極位置推定手段１４は搬送波同期型磁極位置推定手段９
及び同電位型磁極位置推定手段１０から構成されてい
る。
【００２３】トルク指令値τrが発生させられると、ト
ルク指令値τrは電流指令値発生部６に入力される。電
流指令値発生部６は、入力されたトルク指令値τr に基
づいてｄ軸電流指令値ｉdr及びｑ軸電流指令値ｉqrを出
力する。出力されたｄ軸電流指令値ｉdr及びｑ軸電流指
令値ｉqrは電流制御部７に入力される。電流制御部７
は、入力されたｄ軸電流指令値ｉdr及びｑ軸電流指令値
ｉqrと、ｄ−ｑ変換部８から出力されたｄ軸電流検出値
ｉd^及びｑ軸電流検出値ｉq^とに基づいてｄ軸電圧指令
値ｖdr及びｑ軸電圧指令値ｖqrを出力する。
【００２４】出力されたｑ軸電圧指令値ｖqrには、後述
する搬送波同期型磁極位置推定手段９から出力された電
圧パルスｖdhが加算される。出力されたｄ軸電圧指令値
ｖdr及び電圧パルスｖdhが加算されたｑ軸電圧指令値ｖ
qrは３相変換部１１に入力される。３相変換部１１は、
入力されたｄ軸電圧指令値ｖdr、ｑ軸電圧指令値ｖqr及
び磁極位置切換手段２０から出力された推定磁極位置θ
^ に基づいてＵ相電圧指令値ｖur、ｖ相電圧指令値ｖvr
及びｗ相電圧指令値ｖwrを出力する。
【００２５】出力されたＵ相電圧指令値ｖur、ｖ相電圧
指令値ｖvr及びｗ相電圧指令値ｖwrはＰＷＭ信号発生部
１２に入力される。ＰＷＭ信号発生部１２は、入力され
たＵ相電圧指令値ｖur、ｖ相電圧指令値ｖvr及びｗ相電
圧指令値ｖwrに基づいてPWM信号Ｐu〜Ｐwを出力する。
ＰＷＭ信号Ｐu〜Ｐwは、前述のように、インバータ３に
入力される。インバータ３は、入力されたＰＷＭ信号Ｐ
u〜Ｐwに基づいてバッテリ２の直流電圧を所定の値の３
相交流電圧に変換し出力する。出力された３相交流電圧
は同期電動機１に印加される。
【００２６】電流検出部１３は、電流センサ５ｕによっ
て検出されたｕ相電流値ｉu と電流センサ５ｖによって
検出されたｖ相電流値ｉv を入力とし、この入力された
ｕ相電流値ｉu 及びｖ相電流値ｉv に基づいてｕ相電流
検出値ｉu^及びｖ相電流検出値ｉv^を出力する。出力さ
れたｕ相電流検出値ｉu^及びｖ相電流検出値ｉv^はｄ−
ｑ変換部８に入力される。ｄ−ｑ変換部８は、入力され
たｕ相電流検出値ｉu^、ｖ相電流検出値ｉv^及び磁極位
置切換手段２０から出力された推定磁極位置θ^ に基づ
いてｄ軸電流検出値ｉd^及びｑ軸電流検出値ｉq^を出力
する。出力されたｄ軸電流検出値ｉd^及びｑ軸電流検出
値ｉq^は、前述のように、電流制御部７に入力、すなわ
ちフィードバックされる。このように、本実施例の制御
装置４は、ｄ−ｑ軸を用いた電流制御系で構成されてい
る。
【００２７】図２は回転座標系（ｄ−ｑ軸）と静止座標
系（α−β軸）との関係を示す。ここで、ｄ軸は磁極位
置（磁束）の方向を示す回転座標軸、ｑ軸は電気的にｄ
軸に直交する方向を示す回転座標軸である。永久磁石が
埋め込まれた回転子を有する電動機が角速度ωで回転す
ると、ｄ−ｑ軸も角速度ωで回転する。このため、ｄ−
ｑ軸を用いた電流制御を行うためには、静止座標系（α
−β軸）から回転座標系（ｄ−ｑ軸）までの位相、すな
わち回転子の磁極位置θを検出する必要がある。本実施
例の制御装置４はこの原理に基づいて同期電動機１を制
御するものであり、同期電動機１の電流を検出して磁極
位置θを推定し、同期電動機１のあらゆる動作範囲（又
は動作状態）においても良好な電流制御を実現すること
ができるものである。尚、本実施例では、同期電動機１
の電流としてｕ相とｖ相の２相を検出する場合について
説明したが、ｗ相を含む３相を検出してもよい。
【００２８】同期電動機１のあらゆる動作範囲（又は動
作状態）において、精度，応答性，効率，騒音などのあ
らゆる面で良好な特性を持たせるために本実施例では、
２種類の磁極位置推定手段によって磁極位置推定手段１
４を構成している。すなわち搬送波同期型磁極位置推定
手段９と同電位型磁極位置推定手段１０から構成してい
る。搬送波同期型磁極位置推定手段９は同期電動機１の
起動時（制御装置４の起動時）及び停止時を含む低速回
転域において適用され、同電位型磁極位置推定手段１０
は同期電動機１の中高速回転域において適用される。搬
送波同期型磁極位置推定手段９及び同電位型磁極位置推
定手段１０は制御装置４及び同期電動機１の上記動作状
態に応じて、磁極位置切換手段２０によって切換えられ
動作させられる。
【００２９】図３は搬送波同期型磁極位置推定手段９の
構成を示す。搬送波同期型磁極位置推定手段９は位置演
算手段１５と極性判別手段１９から構成されている。位
置演算手段１５は同期電動機の突極性（Ｌｄ≠Ｌｑ）の
原理に基づくものであり、制御系ｄ軸(θc )方向（推定
磁極位置θ^ 方向）に電圧パルスｖdhを印加し、電流検
出部１３から出力されたｕ相電流検出値ｉu^及びｖ相電
流検出値ｉv^に基づいて同期電動機１の磁極位置を推定
するものである。
【００３０】ここで、電圧パルスｖdhの印加によって発
生するパルスの＋電位区間の電流差分値と−電位区間の
電流差分値との差（以下、単に「電流差分差」と記述す
る）をベクトルとして表すと、その電流差分差ベクトル
の位相θdと制御系ｄ軸の位相θcとの関係は図４のよう
になる。図４から明らかなように、電圧パルスｖdhの印
加によって発生する電流差分差ベクトルの位相θdと制
御系ｄ軸の位相θcを一致させることにより、電動機の
磁極位置θと制御系ｄ軸の位相θc との差、すなわち位
置誤差Δθが０となり、磁極位置を推定することができ
る。本実施例はこの原理を用いて磁極位置推定を行うも
のである。
【００３１】位置演算手段１５は、電圧印加手段１６，
電流変化量検出手段１７及び位相検出手段１８から構成
されている。電圧印加手段１６は、電圧パルスｖdh（方
形波）を発生し、発生した電圧パルスｖdhをｄ軸電圧指
令値ｖdrに印加するものである。電流変化量検出手段１
７は、電流検出部１３から出力されたｕ相電流検出値ｉ
u^及びｖ相電流検出値ｉv^に基づいて、電圧パルスｖdh
の印加によって発生する＋電位区間の電動機電流差分ベ
クトルＰi1及び−電位区間の電動機電流差分ベクトルＰ
i2を検出して出力するものである。位相検出手段１８
は、電流変化量検出手段１７によって検出された電動機
電流差分ベクトルＰi1，Ｐi2の差分をとり、この差分か
らベクトル位相θd を演算し、演算されたベクトル位相
θd と制御系ｄ軸の位相θc とを一致させて磁極の位置
を推定し、推定磁極位置θ^ を出力するものである。電
圧パルスｖdhの周波数は振動や騒音を考慮してできるだ
け高い値に設定している。また、電圧パルスｖdhの周波
数はインバータ３のＰＷＭ搬送波の周波数と同一の値に
設定している。
【００３２】本実施例によれば、インバータ３のＰＷＭ
搬送波と同一の周波数である電圧パルスｖdhを制御系ｄ
軸（θc）方向（推定磁極位置θ^方向）に印加し、イン
バータ３のＰＷＭ搬送波に同期して同期電動機１の電流
を取り込み、電圧パルスｖdhの印加によって発生した電
流差分差を求め、同期電動機１の磁極位置を推定する搬
送波同期型磁極位置推定手段９を備えているので、高応
答で低騒音、低トルク脈動な磁極位置推定を行うことが
できる。また、搬送波同期型磁極位置推定手段９は同期
電動機１のインダクタンス特性に基づくものであるの
で、中高速時のみならず、誘起電圧の検出が困難な同期
電動機１の起動時（制御装置４の起動時）及び停止時を
含む低速時においても高精度に同期電動機１の磁極位置
を推定することができる。
【００３３】尚、突極性を有する同期電動機のインダク
タンスは磁極位置が１８０°周期で変化するので、イン
ダクタンスに基づく磁極位置推定の推定可能範囲は１８
０°に限定される。このため、搬送波同期型磁極位置推
定手段９は、電動機の起動時に得られる推定磁極位置方
向がＮ極方向（θ）であるか或いはＳ極方向(θ＋π)で
あるか判断することができない。そこで、本実施例で
は、推定磁極位置の極性を判別する極性判別手段１９を
搬送波同期型磁極位置推定手段９に備えている。極性判
別手段１９の詳細については後述する。
【００３４】搬送波同期型磁極位置推定手段９は同期電
動機１の起動時（制御装置４の起動時）及び停止時を含
む低速時における磁極位置推定に有効である。しかし、
その動作領域は限定されず、原理的には高速領域まで適
用することができる。ところが、磁極位置を推定するた
めには、常に磁極位置推定用の電圧パルスを電動機に印
加する必要がある。このため、磁極位置推定用の電圧パ
ルスを印加しない場合は、騒音，効率ともに劣ることが
考えられる。そこで、本実施例では、同期電動機１の誘
起電圧が比較的大きく発生している中高速領域において
は、同期電動機１の誘起電圧に基づいて同期電動機１の
磁極位置を推定する同電位型磁極位置推定手段１０を備
えている。
【００３５】同電位型磁極位置推定手段１０は、同期電
動機１の誘起電圧が回転子の磁極位置に基づいて発生す
ることに着目したものである。尚、同期電動機１の誘起
電圧に基づいて同期電動機１の磁極位置を推定するもの
であれば、誘起電圧の求める方式はどのようなものを用
いてもよい。例えばインバータ３のスイッチングの休止
区間を形成し、この区間において直接誘起電圧を検出す
る方式、及び印加している制御電圧とそれによって発生
する電流を用いてオブザーバなどを構成して誘起電圧を
推定する方式などある。
【００３６】但し、制御系に高い応答性が要求される場
合、上記２方式では高応答性が実現困難である。このた
め、ＰＷＭ制御中に発生する同期電動機１の同電位状態
（短絡状態）での電流変化量により誘起電圧の位相、す
なわち磁極位置を求める方式が有効である。この方式
は、同期電動機１の同電位状態ではインバータ２からの
印加電圧の影響を受けることなく、同期電動機１の誘起
電圧のみによって電流の挙動が決まることに着目したも
のである。
【００３７】図５は、同期電動機１の同電位状態を利用
した同期電動機１の磁極位置推定の原理を示す。図５に
示すように、磁極位置θは、３相同電位電流差分ベクト
ルＰisと静止座標α軸とのなす位相γと、３相同電位電
流差分ベクトルＰisと回転座標ｄ軸とのなす位相δとの
差をとることにより推定される。このうち、位相γは、
実際に同期電動機１の同電位状態の電流差分値を求め、
α軸との角度を求めることにより求めることができる。
これに対して位相δは、３相同電位状態（短絡状態Ｖ＝
０）における同期電動機１の電圧方程式より求めること
ができる。数１は位相δの計算式を示す。
【００３８】
【数１】 δ＝tan-1（piqs／pids） ＝tan-1［-Ld{ω((Ld−Lq)id＋φ)＋R iq}／{Lq(ω(Lq−Ld)iq−R id)}］ ここで、Ｒは巻線抵抗、ｐids，ｐiqsは３相同電位電流
差分ベクトルＰisのｄ軸成分，ｑ軸成分、Ｌdはｄ軸の
インダクタンス、Ｌqはｑ軸のインダクタンス、ωは電
動機角速度、φは磁石が有する磁束である。
【００３９】数１において速度が十分大きい動作領域で
はＲ≒０とみなすことができ、ωを消去することができ
る。
【００４０】図６は、本方式で用いる同期電動機１の３
相同電位状態を示す。図６から明らかなように、同期電
動機１の３相同電位状態はＰＷＭ制御中に存在する。Ｐ
ＷＭ制御中の３相同電位状態が非常に短い時間であり、
その区間での電流差分値が演算不可能である場合には、
図６中の２相同電位区間を用いることが可能である。本
方式によれば、ＰＷＭ搬送波の１周期毎に磁極位置を演
算することができるので、高応答な制御系に対応するこ
とができる。
【００４１】本実施例によれば、同期電動機１の中高速
領域において、同期電動機１の誘起電圧に基づいて同期
電動機１の磁極位置を推定する同電位型磁極位置推定手
段１０を備えているので、搬送波同期型磁極位置推定手
段９のように磁極位置推定用の信号を印加することがな
く、騒音やトルク脈動を発生することなく同期電動機１
の磁極位置を推定することができる。
【００４２】しかし、同電位型磁極位置推定手段１０
は、誘起電圧に基づいて同期電動機１の磁極位置を推定
する方式であるので、停止時を含む低速領域では同期電
動機１の磁極位置の推定が困難である。そこで、本実施
例では、前述の搬送波同期型磁極位置推定手段９と同電
位型磁極位置推定手段１０を組合わせて用いることによ
り、良好なセンサレスの特性を実現させている。具体的
には、装置の起動時或いは同期電動機１の停止時及び低
速時には搬送波同期型磁極位置推定手段９を起動して同
期電動機１の磁極位置を推定し、同期電動機１の中高速
時には同電位型磁極位置推定手段１０を起動して同期電
動機１の磁極位置を推定する。
【００４３】本実施例によれば、２つの磁極位置推定手
段を備え、この２つの磁極位置推定手段を装置或いは同
期電動機１の運転状態に応じて使い分けているので、装
置の起動時或いは同期電動機１のいかなる速度において
も同期電動機１の駆動を円滑に制御することができる。
また、同期電動機１が中高速回転しているときは、磁極
位置推定用の電圧信号を印加することがないので、低騒
音かつ高効率に同期電動機１の駆動を制御することがで
きる。
【００４４】図７は、搬送波同期型磁極位置推定手段９
と同電位型磁極位置推定手段１０を切換える磁極位置切
換手段２０の構成を示す。磁極位置切換手段２０は、現
在の同期電動機１の速度を演算し、この演算結果に応じ
て搬送波同期型磁極位置推定手段９と同電位型磁極位置
推定手段１０を切換えるものであり、位相切換部２２及
び速度演算部２１を備えている。
【００４５】位相切換部２２は、現在の同期電動機１の
速度の大きさに基づいて搬送波同期型磁極位置推定手段
９と同電位型磁極位置推定手段１０を切換えると共に、
搬送波同期型磁極位置推定手段９と同電位型磁極位置推
定手段１０の切換えの際、切換前の磁極位置推定手段の
最終値を切換後の磁極位置推定手段の初期値として受け
渡すものである。このため、位相切換部２２には、速度
演算部２１から出力された速度演算値ωｍ^ が入力され
ていると共に、搬送波同期型磁極位置推定手段９或いは
同電位型磁極位置推定手段１０のいずれか一方から出力
された推定磁極位置θ^（制御系ｄ軸位相θc）が入力さ
れている。位相切換部２２は、入力された速度演算値ω
ｍ^ に基づいて２つの磁極位置推定手段うちの一方を決
定し、磁極位置推定手段１４に切換信号を出力する。ま
た、位相切換部２２は、入力された搬送波同期型磁極位
置推定手段９或いは同電位型磁極位置推定手段１０のい
ずれか一方の推定磁極位置θ^（制御系ｄ軸位相θc）を
出力する。
【００４６】速度演算部２１は、磁極位置推定手段１４
で推定された推定磁極位置θ^ （制御系ｄ軸位相θc ）
に基づいて現在の同期電動機１の速度を演算するもので
ある。このため、速度演算部２１には、位相切換部２２
から出力された搬送波同期型磁極位置推定手段９或いは
同電位型磁極位置推定手段１０のいずれか一方の推定磁
極位置θ^ （制御系ｄ軸位相θc ）が入力されている。
速度演算部２１は、入力された搬送波同期型磁極位置推
定手段９或いは同電位型磁極位置推定手段１０のいずれ
か一方の推定磁極位置θ^（制御系ｄ軸位相θc）に基づ
いて現在の同期電動機１の速度を演算し、位相切換部２
２に速度演算値ωｍ^ を出力する。また、位相切換部２
２から出力された搬送波同期型磁極位置推定手段９或い
は同電位型磁極位置推定手段１０のいずれか一方の推定
磁極位置θ^（制御系ｄ軸位相θc）は、三相変換部１１
及びｄ−ｑ変換部８に入力されている。
【００４７】ところで、位相切換部２２から出力された
切換信号に基づいて搬送波同期型磁極位置推定手段９と
同電位型磁極位置推定手段１０とを切換えた場合、切換
後の磁極位置推定手段の過渡状態や演算遅れなどによっ
て推定磁極位置の位相飛びが発生する可能性がある。推
定磁極位置の位相飛びが発生すると、同期電動機１への
印加電圧が急変するので、同期電動機１のトルクが変動
し、同期電動機１の駆動を良好に継続させることができ
なくなる。そこで、本実施例では、切換後の磁極位置推
定手段の推定値が確立するまでの所定時間、現在の同期
電動機１の速度に応じて推定磁極位置を位相切換部２２
で補償している。
【００４８】以下、図８に基づいて説明する。図８は、
位相切換部２２の推定磁極位置θ^の出力を示す。図８
のθ１（点線）に示すように、切換前の磁極位置推定手
段では推定磁極位置が切換開始時点で不正確な値にな
る。これに対して、切換後の磁極位置推定手段では、図
８のθ３（点線）に示すように、切換開始後過渡状態が
生じて位相飛びが生じ、この後次第に収束する。このた
め、本実施例では、切換後の磁極位置推定手段の過渡状
態が定常状態に落ち着くまでの所定期間、推定磁極位置
を同期電動機１の速度に応じて、図８のθ２（実線）に
示すように、３サンプリング時間分位相補償している。
このとき、１サンプリングで補償する位相量Δθ^ は次
の数２で表される。
【００４９】
【数２】Δθ^＝ωm^×Ｔs ここで、ωm^は電動機速度推定値、Ｔs はサンプリング
時間である。
【００５０】切換後の極位置推定手段の過渡状態が落着
き、切換後の極位置推定手段による推定磁極位置が確立
すると、位相切換部２２による位相補償から切換後の極
位置推定手段による推定磁極位置に切換える。
【００５１】本実施例によれば、磁極位置推定手段を切
換えた場合、同期電動機１の速度に応じて推定磁極位置
を位相補償するようにしたので、磁極位置推定手段の切
換時に起こる可能性がある推定磁極位置の位相飛びを防
止することがで、磁極位置推定手段をスムーズに切換え
ることができる。これにより、同期電動機１のトルクの
変動を防止することができる。従って、同期電動機１の
駆動を良好に継続させることができる。
【００５２】尚、本実施例では、同期電動機１の加速時
における磁極位置推定手段の切換えについて図８を用い
て説明したが、同期電動機１の減速時における磁極位置
推定手段の切換えについても、同期電動機１の推定速度
の符号が負になるだけであり、図８と同様に位相補償す
ることができる。図９は、同期電動機１の減速時におけ
る位相切換部２２による位相補償を示す。図９の場合に
おいても、切換後の磁極位置推定手段の過渡状態が定常
状態に落ち着くまでの所定期間、推定磁極位置を同期電
動機１の速度に応じて、図９のθ２（実線）に示すよう
に、３サンプリング時間分位相補償している。
【００５３】次に、本実施例の制御装置４の起動方法に
ついて説明する。前述のように本実施例の制御装置４
は、同期電動機１の起動時（制御装置４の起動時）及び
停止時を含む低速時には搬送波同期型磁極位置推定手段
９を起動し、同期電動機１の中高速時には同電位型磁極
位置推定方式１０を起動する。搬送波同期型磁極位置推
定手段９は、停止時から高速域まで広範囲にわたり同期
電動機１の磁極位置を推定することができる方式ではあ
るが、原理的には同期電動機１のインダクタンス特性に
基づいているため、装置の起動時に推定した磁極位置が
Ｎ極方向(θ方向)に相当するものか或いはＳ極方向（θ
＋π方向）に相当するのかが判別不可能である。
【００５４】そこで、本実施例では、搬送波同期型磁極
位置推定手段９に極性判別手段１９を備え、起動時の磁
極位置の極性を判断している。極性判別手段１９におけ
る極性判別には、同期電動機１の磁気飽和特性を用いる
方式を採用している。すなわち本実施例の極性判別手段
１９は、同期電動機１のｄ軸方向に正の電流を流した場
合に発生するインダクタンスの値と、負の電流を流した
場合に発生するインダクタンスの値との差に基づいて極
性を判別している。
【００５５】永久磁石同期電動機では、回転子に埋め込
まれた永久磁石により磁束が確立しているので、ｄ軸方
向の正と負に同じ大きさの電流を流した場合、正側は磁
気飽和によりインダクタンスの値が小さくなる。本実施
例では、このような特性に着目したものである。搬送波
同期型磁極位置推定手段９は推定磁極位置方向に位置推
定用電圧パルスｖdhを印加している。このため、極性判
別手段１９は制御座標ｄ軸方向に極性判定用の電流を流
した上で、電圧パルスｖdhによって発生するｄ軸電流差
分値を演算することによりｄ軸インダクタンスを求めて
いる。
【００５６】ここで、搬送波同期型磁極位置推定手段９
の起動時の具体的な動作を図１０のフローチャートを用
いて説明する。搬送波同期型磁極位置推定手段９は、電
動機の起動時において、まず、ＰＷＭ搬送波に同期した
位置推定用電圧パルスｖdhを制御系ｄ軸方向に印加する
（ステップＳ１）。次に、位置推定用電圧パルスｖdhの
＋電位側と−電位側の電流差分差のベクトル位相θd を
求め（ステップＳ２）、電流差分差のベクトル位相θd
と制御系ｄ軸位相θcを一致させて同期電動機１の推定
磁極位置を演算する（ステップＳ３）。この時点では、
推定された磁極位置の極性が不明であるので、ステップ
Ｓ３で求めた推定磁極位置方向に所定の正の電流を流
し、電圧パルスｖdhによって発生する制御系ｄ軸方向の
電流差分値を演算する（ステップＳ４）。次に、予め設
定されたしきい値とステップＳ４で求められた電流差分
値とを比較する（ステップＳ５）。
【００５７】次に、ステップＳ５で得られた比較結果に
基づいて推定磁極位置方向の極性を判別する（ステップ
Ｓ６，Ｓ７）。制御系ｄ軸方向の電流差分値がしきい値
よりも大きい場合にはＬd が小さいので、ステップＳ６
においてＮ極であると判断し、制御系ｄ軸位相θcを推
定磁極位置θ^とする（θ^＝θc）。制御系ｄ軸方向の
電流差分値がしきい値よりも小さい場合にはＬd が大き
いので、ステップＳ７においてＳ極であると判断し、制
御系ｄ軸位相θcに１８０°の補正をかけて推定磁極位
置θ^とする（θ^＝θc＋１８０°）。本実施例の搬送
波同期型磁極位置推定手段９は、同期電動機１の起動
時、以上説明したように動作する。
【００５８】尚、極性判別手段１９における極性判別
は、以上説明した方式に限定されるものではなく、例え
ば制御系ｄ軸方向の正方向と負方向に電流を流し、正方
向に電流を流したときの電圧パルスによる電流差分値と
負方向に電流を流したときの電圧パルスによる電流差分
値を比較し、この比較結果に基づいて極性を判別する方
式を用いてもよい。さらに、ここでは推定磁極位置方向
に流す電流の大きさを磁気飽和が生じる程度の大きさと
したが、それより小さな電流でも正方向に流した場合と
負方向に流した場合とで、電圧パルスの印加によって検
出されるＬd に差が生じる場合には、その程度の電流を
流しても構わない。
【００５９】また、起動時、同期電動機１が回転してい
るときには誘起電圧が発生しているので、同期電動機１
が同電位状態、すなわち短絡状態のときの電流変化によ
り極性を判別することができる。前述のように、同期電
動機１の同電位状態は通常のＰＷＭ制御中に存在するた
め、改めて同電位状態を発生させる必要はない。このと
き、同電位状態での電流変化が所定値よりも小さい場合
には低速範囲であるとして、磁気飽和特性を利用した極
性判別を行う。
【００６０】また、起動時、搬送波同期型磁極位置推定
手段９により推定磁極位置θ^ を決定した後は、原則的
には極性判別を行う必要はない。すなわち同期電動機１
の起動後は、極性判別手段１９を除く位置演算手段１５
のみで磁極位置推定を継続することができる。尚、同期
電動機１の停止時、ある所定時間間隔で極性判別手段１
９を起動させ、現在の推定磁極位置θ^ の極性をチェッ
クすることは極性反転防止の面で有効である。もしも、
このチェックにおいて極性判別手段１９で得られた極性
と現在の推定磁極位置θ^ の極性との間に相違が生じた
場合には極性の補正を行う。これにより、何らかの原因
で同期電動機１の停止時に推定磁極位置θ^ の極性が反
転した場合には、極性を速やかに補正することができ
る。
【００６１】以上説明した本実施例によれば、搬送波同
期型磁極位置推定手段９及び同電位型磁極位置推定手段
１０の２つの磁極位置推定手段を備え、同期電動機１の
起動時（制御装置４の起動時）及び停止時を含む低速の
状態では搬送波同期型磁極位置推定手段９に切換え、同
期電動機１の中高速時の状態では同電位型磁極位置推定
手段１０に切換えてそれぞれ同期電動機１の磁極位置を
推定するので、それぞれの状態に最適な磁極位置推定手
段で同期電動機１の磁極位置を推定することができる。
従って、同期電動機１のあらゆる動作状態において高応
答，高精度，高効率に同期電動機１の磁極位置を推定す
ることができる。
【００６２】〔実施例２〕本発明の第２実施例を図１１
に基づいて説明する。図１１は第２実施例の磁極位置切
換手段２０の動作特性を示す。本実施例は第１実施例の
改良例であり、基本的に制御装置４の構成は前例と同じ
である。以下においては、前例と異なる部分について説
明する。
【００６３】本実施例では、位相切換部２２における切
換時、切換後の磁極位置推定手段の推定値が確立するま
での所定時間、現在の同期電動機１の速度に応じて推定
磁極位置の変化量を制限するように磁極位置切換手段２
０が動作する。すなわち図１１に示すように、切換前の
磁極位置推定手段から切換後の磁極位置推定手段に切換
えた直後から３サンプリング時間の間、数３に示す制限
値Ｘlmt に基づいて位相変化量を制限する。
【００６４】
【数３】Ｘlmt＝ωm^×Ｔs×Ｋlmt ここで、Ｋlmt は任意の係数、ωm^は電動機速度推定
値、Ｔs はサンプリング時間である。
【００６５】本実施例によれば、切換後の磁極位置推定
手段の推定値が確立するまでの所定時間、位相変化量を
制限するので、磁極位置推定手段の切換時に生じる推定
磁極位置の変動を防止することができ、２つの磁極位置
推定手段をスムーズに切換えることができる。
【００６６】〔実施例３〕本発明の第３実施例を図１２
に基づいて説明する。図１２は第３実施例の電流検出タ
イミングの切換特性を示す。本実施例は第１実施例の改
良例であり、基本的に制御装置４の構成は前例と同じで
ある。以下においては、前例と異なる部分について説明
する。
【００６７】本実施例では、２つの磁極位置推定手段を
切換える際、同期電動機１の電流検出タイミングを切換
えている。搬送波同期型磁極位置推定手段９は、ＰＷＭ
搬送波に同期した電圧パルスによって生じる電流差分値
を用いるので、ＰＷＭ搬送波に同期して同期電動機１の
電流を検出する。一方、同電位型磁極位置推定手段１０
は、同期電動機１の同電位状態の電流変化量を用いるの
で、ＰＷＭ信号に同期して電動機電流を検出する。この
ため、２つの磁極位置推定手段を切換える際、同期電動
機１の電流検出タイミングも切換える必要がある。
【００６８】そこで、図１１に示すように、電流検出タ
イミングを切換えている。尚、図１１中Ｖur，Ｖvr，Ｖ
wrは３相交流電圧指令を示す。この場合、図１１の電流
検出タイミング〜までは搬送波同期型磁極位置推定
手段９を起動し、それ以降は同電位型磁極位置推定手段
１０を起動しているので、電流検出タイミング〜は
ＰＷＭ搬送波に同期したタイミングになり、電流検出タ
イミング，はＰＷＭ信号に同期したタイミングにな
る。電流検出タイミングの切換えは、例えば制御装置４
を構成する演算装置（例えばマイクロコンピュータ）に
よってＡ／Ｄ変換器の起動タイミングの変更により達成
することができる。
【００６９】本実施例によれば、磁極位置推定手段の種
類に応じて電流検出タイミングを変更することができる
ので、電流検出タイミングが同じ磁極位置推定手段に限
定されることがなく、磁極位置推定手段のいかなる組合
わせにも対応することができ、汎用性の高い制御装置を
得ることができる。
【００７０】〔実施例４〕本発明の第４実施例を図１３
に基づいて説明する。図１３は第４実施例の磁極位置切
換手段２０の動作特性を示す。本実施例は第１実施例の
改良例であり、基本的に制御装置４の構成は前例と同じ
である。以下においては、前例と異なる部分について説
明する。
【００７１】本実施例では、２つの磁極位置推定手段を
同時に起動させて２つの磁極位置推定手段を切換えてい
る。制御装置４の処理負担を考慮すると、２つの磁極位
置推定手段を同時に起動することは困難であるが、制御
装置４を構成する演算装置が複数ある場合、制御装置４
が高性能である場合にはそれが可能である。そこで、本
実施例では、所定の速度領域（Ｓ１からＳ２）におい
て、推定磁極位置に反映する割合を同期電動機１の速度
に応じて２つの磁極位置推定手段の間で変化させてい
る。すなわちＳ１の速度を過ぎた後、切換前の磁極位置
推定手段の推定磁極位置に反映する割合を徐々に減少、
切換後の磁極位置推定手段の推定磁極位置に反映する割
合を徐々に増加させ、Ｓ２の速度において、切換前の磁
極位置推定手段の推定磁極位置に反映する割合を０、切
換後の磁極位置推定手段の推定磁極位置に反映する割合
を１としている。
【００７２】本実施例によれば、所定の速度領域におい
て、推定磁極位置に反映する割合を同期電動機１の速度
に応じて２つの磁極位置推定手段の間で変化させ、２つ
の磁極位置推定手段を切換えているので、位相補償を行
うことなく、磁極位置推定手段の切換時における同期電
動機１のトルク変動を抑制し、磁極位置推定手段をスム
ーズに切換えることができる。尚、この効果は、磁極位
置推定手段を切換える速度領域において２つの磁極位置
推定手段が共に十分な推定精度を有するものであれば、
さらに向上させることができる。
【００７３】また、本実施例によれば、２つの磁極位置
推定手段を同時に起動させるので、２つの磁極位置推定
手段から同時に得られた２つの磁極位置推定値を比較す
ることができる。これにより、制御装置４及び電流検出
器５ｕ，５ｖの異常検出或いは脱調検出などを行うこと
ができる。
【００７４】〔実施例５〕本発明の第５実施例を図１４
に基づいて説明する。図１４は第５実施例の電動機制御
装置の構成を示す。本実施例は第１実施例の変形例であ
る。本実施例では、第１の磁極位置推定手段３０，第２
の磁極位置推定手段３１…第ｎの磁極位置推定手段３２
のように磁極位置推定手段を３つ以上備えた磁極位置推
定手段１４を備えている。また、磁極位置切換手段２０
には、前述した第１乃至第４実施例のいずれかの方式の
ものが用いられる。この他の部分は第１実施例と同様で
あるので、その説明は省略する。
【００７５】同期電動機１の起動時（制御装置４の起動
時）及び停止時を含む低速時、磁極位置推定精度の高い
磁極位置推定手段を用いることは、同期電動機１の良好
なセンサレス駆動を行う上で有効な方法である。このた
め、本実施例では、複数の磁極位置推定手段の一つとし
て、磁極位置推定精度の高い磁極位置推定手段、例えば
前例で述べた搬送波同期型磁極位置推定手段を備えてい
る。
【００７６】同期電動機１の起動時（制御装置４の起動
時）及び停止時を含む低速時、磁極位置推定精度が低い
磁極位置推定手段、例えば誘起電圧に基づいて磁極位置
を推定する方式を用いた場合には、同期電動機１の起動
に失敗する可能性がある（同期電動機１において磁極推
定に必要な誘起電圧が得られないため）。しかし、本実
施例では、磁極位置推定精度の高い搬送波同期型磁極位
置推定手段を備えているので、同期電動機１を確実に起
動させることができる。
【００７７】一方、複数の磁極位置推定手段の磁極位置
推定精度に大差がない速度領域において、高効率の磁極
位置推定手段を用いることは、同期電動機１の良好なセ
ンサレス駆動を行う上で有効である。ここで、複数の磁
極位置推定手段の磁極位置推定精度に大差がない速度領
域とは、同期電動機１の中高速領域を意味する。このた
め、本実施例では、複数の磁極位置推定手段の他の一つ
として、高効率の磁極位置推定手段、例えば前例で述べ
た誘起電圧に基づいて磁極位置を推定する同電位型磁極
位置推定手段を備えている。
【００７８】同期電動機１の中高速領域においては、前
述の搬送波同期型磁極位置推定手段を用いても磁極位置
を高精度に推定することができる。しかし、搬送波同期
型磁極位置推定手段では磁極位置推定中、常に電圧パル
スを印加する必要があるので、効率の面を考慮すると誘
起電圧に基づいて磁極位置を推定する同電位型磁極位置
推定手段が有効である。そこで、本実施例では、高効率
の同電位型磁極位置推定手段を備えている。従って、本
実施例によれば、高効率に同期電動機１の磁極位置を推
定することがきる。
【００７９】また、本実施例では、複数の磁極位置推定
手段の他の一つとして、搬送波同期型磁極位置推定手段
及び同電位型磁極位置推定手段とは異なる方式の磁極位
置推定手段、例えば同期電動機１の電圧方程式を用いて
同期電動機１の磁極位置を推定する手段を備えている。
或いは搬送波同期型磁極位置推定手段又は同電位型磁極
位置推定手段を複数備えている。
【００８０】以上説明した本実施例によれば、磁極位置
推定方式が異なる複数の磁極位置推定手段を備え、同期
電動機１の複数の動作状態それぞれに対応する磁極位置
推定手段に切換えて同期電動機１の磁極位置を推定する
ので、常に最適な磁極位置推定手段で同期電動機１の磁
極位置を推定することができる。従って、同期電動機１
のあらゆる動作状態において高応答，高精度，高効率に
同期電動機１の磁極位置を推定することができる。
【００８１】以上説明した第１乃至第５実施例の制御装
置は、アプリケーションを問わずあらゆる交流電動機に
適用可能であるが、特に電気自動車やハイブリッド自動
車などの電動車両に搭載されている永久磁石同期電動機
への適用が好適である。すなわち位置センサレスの制御
システムは低コスト化に有効であり、位置センサの取付
調整及びメンテナンスが不要である。一方、電気自動車
やハイブリッド自動車などの電動車両においては、駆動
システムの高効率化，小型軽量化，低コスト化が要求さ
れている。このようなことから、電気自動車やハイブリ
ッド自動車などの電動車両への第１乃至第５実施例の制
御装置の適用は、電気自動車やハイブリッド自動車など
の電動車両の駆動システムの要求を満足する上で好適で
ある。
【００８２】第１乃至第５実施例の制御装置では、同期
電動機の起動時及び停止時を含む低速時には比較的騒音
を発生する磁極位置推定手段を用い、中高速時には騒音
を発生しない磁極位置推定手段を用いるので、車両の停
止時や低速時に発生する音がほとんどない電気自動車や
ハイブリッド自動車などの電動車両においても、車両の
起動時及び停止時を含む低速時、歩行者などに自車の存
在を知らせめることができ、歩行者などに対する安全性
を確保することができる。また、車両の中高速時、運転
者に騒音による不快感を与えることがない。
【００８３】また、第１乃至第５実施例では、制御装置
にトルク指令が入力されるトルク制御系を示したが、ト
ルク制御系の上位に速度制御系或いは位置制御系を構成
しても全く差し支えがない。ここで、トルク制御系の上
位に速度制御系を構成した場合、速度のフィードバック
値として、速度演算部２１で推定磁極位置の時間変化量
から求められる電動機速度推定値ωm^を用いることがで
きる。
【００８４】
【発明の効果】本発明によれば、常に最適な磁極位置推
定方法で電動機の磁極位置を推定することができるの
で、電動機の動作領域全域で高応答，高精度，高効率に
電動機の回転子磁極位置を推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例である電動機の制御装置の
構成を示すブロック図である。
【図２】回転座標系（ｄ−ｑ軸）と静止座標系（α−β
軸）との関係を示す図である。
【図３】図１の搬送波同期型位置推定手段の構成を示す
ブロック図である。
【図４】電流差分差ベクトルの位相θdと制御系d軸の位
相θcとの関係を示す図である。
【図５】図１の同電位型位置推定手段の磁極位置推定原
理を示すベクトル図である。
【図６】ＰＷＭ制御中に存在する同電位状態を示す図で
ある。
【図７】図１の磁極位置切換手段の構成を示す図であ
る。
【図８】図１の位相切換部の推定磁極位置θ^ 出力を示
す図であって、加速時における出力例である。
【図９】図１の位相切換部の推定磁極位置θ^ 出力を示
す図であって、減速時における出力例である。
【図１０】図１の搬送波同期型磁極位置推定手段の起動
時の動作を示す流れ図である。
【図１１】本発明の第２実施例である電動機の制御装置
の位相切換部の推定磁極位置θ^の出力を示す図であ
る。
【図１２】本発明の第３実施例である電動機の制御装置
の電流検出タイミング切換えを示すチャート図である。
【図１３】本発明の第４実施例である電動機の制御装置
の２種類の磁極位置推定手段を同時に起動した場合の切
換えを示す図である。
【図１４】本発明の第５実施例である電動機の制御装置
の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１…同期電動機、２…バッテリ、３…インバータ、４…
制御装置、５ｕ，５ｖ…電流センサ、６…電流指令値発
生部、７…電流制御部、８…ｄ−ｑ変換部、９…搬送波
同期型磁極位置推定手段、１０…同電位型磁極位置推定
手段、１５…位置演算手段、１６…電圧印加手段、１７
…電流変化量検出手段、１８…位相検出手段、１９…極
性判別手段、２０…磁極位置切換手段、２１…速度演算
部、２２…位相切換部、３０，３１，３２…磁極位置推
定手段。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１３年９月１８日（２００１．９．１
８）
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正内容】
【図３】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０２Ｐ 7/36 Ｈ０２Ｐ 6/02 ３７１Ｓ 7/63 ３０３ 5/408 Ｃ 21/00 6/02 ３５１Ｐ // Ｂ６０Ｋ 6/02 Ｂ６０Ｋ 9/00 Ｃ (72)発明者 諸岡 泰男 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 本部 光幸 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器グループ内 (72)発明者 片山 博 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器グループ内 Ｆターム(参考） 5H115 PA05 PC06 PG04 PI16 PI29 PU10 PU11 PU23 PU25 PV09 QN03 QN09 RB22 RB26 SE03 SJ11 TB10 TD20 TO12 TR07 5H560 AA08 BB04 BB17 DA12 DA18 DB12 DC12 EB01 EC01 EC10 ED07 HA03 HA09 JJ01 RR10 SS02 TT15 XA02 XA08 XA12 XA13 XB09 5H575 AA17 BB09 BB10 DD06 DD10 GG04 GG07 HB20 JJ03 JJ04 JJ16 LL12 LL22 LL31 MM01 5H576 AA15 BB09 BB10 CC04 DD07 EE01 EE11 GG04 HB01 JJ03 JJ04 JJ16 LL13 LL22 LL41 LL60 MM01

Claims (25)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】電力変換器から交流電動機に印加される電
    圧をＰＷＭ信号によって制御するものであって、少なく
    とも二つの異なる磁極位置推定方法で前記交流電動機の
    回転子磁極位置を推定すると共に、前記交流電動機の動
    作領域全域で前記少なくとも二つの磁極位置推定方法を
    前記交流電動機の動作状態に応じて切換え、前記交流電
    動機の回転子磁極位置を推定することを特徴とする電動
    機の制御装置。
  2. 【請求項２】電力変換器から交流電動機に印加される電
    圧をＰＷＭ信号によって制御するものであって、少なく
    とも前記ＰＷＭ信号の搬送波に同期して検出される前記
    交流電動機の電流検出値に基づいた磁極位置推定方法、
    前記交流電動機の同電位状態において検出される前記交
    流電動機の電流検出値に基づいた磁極位置推定方法で前
    記交流電動機の回転子磁極位置を推定すると共に、前記
    交流電動機の動作領域全域で前記少なくとも二つの磁極
    位置推定方法を前記交流電動機の動作状態に応じて切換
    え、前記交流電動機の回転子磁極位置を推定することを
    特徴とする電動機の制御装置。
  3. 【請求項３】請求項１又は２に記載された電動機の制御
    装置において、前記少なくとも二つの磁極位置推定方法
    を切換えた際、所定の時間は、前記交流電動機の動作状
    態に基づいて前記交流電動機の回転子磁極位置を演算す
    ることを特徴とする電動機の制御装置。
  4. 【請求項４】請求項１又は２に記載された電動機の制御
    装置において、前記少なくとも二つの磁極位置推定方法
    を切換えた際、所定の時間は、前記交流電動機の動作状
    態に基づいて、切換後の磁極位置推定方法によって推定
    される前記交流電動機の回転子磁極位置の変化量を制限
    することを特徴とする電動機の制御装置。
  5. 【請求項５】請求項１又は２に記載された電動機の制御
    装置において、前記少なくとも二つの磁極位置推定方法
    を切換える際、前記交流電動機の電流検出タイミングを
    変更することを特徴とする電動機の制御装置。
  6. 【請求項６】請求項１又は２に記載された電動機の制御
    装置において、前記少なくとも二つの磁極位置推定方法
    を切換えた際、前記交流電動機の所定の速度範囲内で
    は、前記少なくとも二つの磁極位置推定方法を用いて前
    記交流電動機の回転子磁極位置を推定することを特徴と
    する電動機の制御装置。
  7. 【請求項７】請求項６に記載された電動機の制御装置に
    おいて、前記少なくとも二つの磁極位置推定方法を用い
    て推定された前記交流電動機の回転子磁極位置に応じて
    装置の異常を判断することを特徴とする電動機の制御装
    置。
  8. 【請求項８】請求項１に記載された電動機の制御装置に
    おいて、前記少なくとも二つの磁極位置推定方法の一方
    は、前記交流電動機の起動時及び停止時を含む前記交流
    電動機の低速時に用いられ、前記少なくとも二つの磁極
    位置推定方法の他方は、前記交流電動機の中高速時に用
    いられることを特徴とする電動機の制御装置。
  9. 【請求項９】請求項２に記載された電動機の制御装置に
    おいて、前記ＰＷＭ信号の搬送波に同期して検出される
    前記交流電動機の電流検出値に基づいた磁極位置推定方
    法は、前記交流電動機の起動時及び停止時を含む前記交
    流電動機の低速時に用いられ、前記交流電動機の同電位
    状態において検出される前記交流電動機の電流検出値に
    基づいた磁極位置推定方法は、前記交流電動機の中高速
    時に用いられることを特徴とする電動機の制御装置。
  10. 【請求項１０】請求項１に記載された電動機の制御装置
    において、前記少なくとも二つの磁極位置推定方法の一
    方は、前記交流電動機の起動時及び停止時を含む前記交
    流電動機の低速時に用いられるものであると共に、前記
    交流電動機の起動時、前記交流電動機の回転子磁極位置
    方向を推定して前記回転子磁極位置方向がＮ極方向であ
    るか或いはＳ極方向であるかを判別することを特徴とす
    る電動機の制御装置。
  11. 【請求項１１】請求項１０に記載された電動機の制御装
    置において、前記回転子磁極位置方向の判別は、前記推
    定された回転子磁極位置方向に所定の大きさの電流を印
    加し、発生する電動機電流の一定時間毎の変化量に基づ
    いて行うことを特徴とする電動機の制御装置。
  12. 【請求項１２】請求項２に記載された電動機の制御装置
    において、前記ＰＷＭ信号の搬送波に同期して検出され
    る前記交流電動機の電流検出値に基づいた磁極位置推定
    方法は、前記交流電動機の起動時、前記交流電動機の回
    転子磁極位置方向を推定して前記回転子磁極位置方向が
    Ｎ極方向であるか或いはＳ極方向であるかを判別するこ
    とを特徴とする電動機の制御装置。
  13. 【請求項１３】請求項１２に記載された電動機の制御装
    置において、前記回転子磁極位置方向の判別は、前記推
    定された回転子磁極位置方向に所定の大きさの電流を印
    加し、発生する電動機電流の一定時間毎の変化量に基づ
    いて行うことを特徴とする電動機の制御装置。
  14. 【請求項１４】電力変換器から交流電動機に印加される
    電圧をＰＷＭ信号によって制御するものであって、前記
    ＰＷＭ信号の搬送波に同期して検出される前記交流電動
    機の電流検出値に基づいて前記交流電動機の回転子磁極
    位置を推定する搬送波同期型位置推定手段と、前記交流
    電動機の同電位状態において検出される前記交流電動機
    の電流検出値に基づいて前記交流電動機の回転子磁極位
    置を推定する同電位型位置推定手段と、前記交流電動機
    の動作領域全域で、前記搬送波同期型位置推定手段と前
    記同電位型位置推定手段との間で動作させる磁極位置推
    定手段を前記交流電動機の動作状態に応じて切換える手
    段とを有することを特徴とする電動機の制御装置。
  15. 【請求項１５】請求項１４に記載された電動機の制御装
    置において、前記切換手段は、所定の時間、前記交流電
    動機の動作状態に基づいて前記交流電動機の回転子磁極
    位置を演算することを特徴とする電動機の制御装置。
  16. 【請求項１６】請求項１４に記載された電動機の制御装
    置において、前記切換手段は、所定の時間、前記交流電
    動機の動作状態に基づいて、切換後の磁極位置推定手段
    によって推定される前記交流電動機の回転子磁極位置の
    変化量を制限することを特徴とする電動機の制御装置。
  17. 【請求項１７】請求項１４に記載された電動機の制御装
    置において、前記切換手段は、前記磁極位置推定手段を
    切換える際、前記交流電動機の電流検出タイミングを変
    更することを特徴とする電動機の制御装置。
  18. 【請求項１８】請求項１４に記載された電動機の制御装
    置において、前記切換手段は、前記磁極位置推定手段を
    切換えた際、前記交流電動機の所定の速度範囲内で前記
    搬送波同期型位置推定手段及び前記同電位型位置推定手
    段を用いて前記交流電動機の回転子磁極位置を推定する
    ことを特徴とする電動の機制御装置。
  19. 【請求項１９】請求項１８に記載された電動機の制御装
    置において、前記搬送波同期型位置推定手段及び前記同
    電位型位置推定手段を用いて推定された前記交流電動機
    の回転子磁極位置に応じて装置の異常を判断すること特
    徴とする電動機の制御装置。
  20. 【請求項２０】請求項１４に記載された電動機の制御装
    置において、前記搬送波同期型位置推定手段は、前記交
    流電動機の起動時及び停止時を含む前記交流電動機の低
    速時に用いられ、前記同電位型位置推定手段は、前記交
    流電動機の中高速時に用いられることを特徴とする電動
    機の制御装置。
  21. 【請求項２１】請求項１４に記載された電動機の制御装
    置において、前記搬送波同期型位置推定手段は、前記交
    流電動機の回転子磁極位置方向を推定する位置演算手段
    と、該位置演算手段によって得られた前記回転子磁極位
    置方向がＮ極方向であるか或いはＳ極方向であるかを判
    別する極性判別手段とを備え、前記極性判別手段は、前
    記交流電動機の起動時に動作することを特徴とする電動
    機の制御装置。
  22. 【請求項２２】請求項２１に記載された電動機の制御装
    置において、前記極性判別手段は、前記推定された回転
    子磁極位置方向に所定の大きさの電流を印加し、発生す
    る電動機電流の一定時間毎の変化量に基づいて前記回転
    子磁極位置の極性を判別することを特徴とする電動機の
    制御装置。
  23. 【請求項２３】車両に搭載された交流電動機の回転子磁
    極位置を推定し該交流電動機を制御するものであって、
    前記車両の起動時及び停止時を含む低速走行中は、前記
    交流電動機を制御指令に前記交流電動機の回転子磁極位
    置推定用信号を印加すると共に、前記交流電動機の電流
    を取り込み、前記回転子磁極位置推定用信号の印加によ
    る電流差分値を求めて前記交流電動機の回転子磁極位置
    を推定し、前記車両の中高速走行中は、前記交流電動機
    の誘起電圧に基づいて前記交流電動機の回転子磁極位置
    を推定することを特徴とする電動機の制御装置。
  24. 【請求項２４】車輪を駆動する交流電動機と、車載電源
    と、該車載電源から供給された直流電力を交流電力に変
    換して前記交流電動機に供給する電力変換器と、該電力
    変換器を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、
    請求項１乃至２４のいずれかに記載された制御装置であ
    ることを特徴とする電動車両。
  25. 【請求項２５】前後輪の一方を駆動する内燃機関と、前
    後輪の他方を駆動する交流電動機と、車載電源と、該車
    載電源から供給された直流電力を交流電力に変換して前
    記交流電動機に供給する電力変換器と、該電力変換器を
    制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、請求項１
    乃至２４のいずれかに記載された制御装置であることを
    特徴とする電動車両。
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