JP6435993B2 - 回転電機の制御装置 - Google Patents

Description

インバータ装置から回転電機に対して出力される出力電流を調整することで、回転電機の制御を行う回転電機の制御装置に関する。

インバータ装置から回転電機に対して出力される出力電流を調整することで、回転電機の制御を行う回転電機の制御装置では、回転電機の回転子の回転角に基づいて、各相に流れる相電流の検出値の座標変換を行う。ここで、回転電機の回転子の回転角を検出する回転角センサに異常が生じ、回転角センサの検出値に測定誤差が生じると、回転電機の出力トルクに脈動が生じることが懸念される。そこで、回転角センサの異常を判定する装置が提案されている（例えば、特許文献１）。

特開２０１５−６０７１号公報

上記特許文献１に記載の構成では、固定子巻線に生じる相電圧を検出し、その検出値に基づいて、回転角センサの異常を判定する。一般に、制御装置において、インバータから回転電機に出力される出力電流を検出し、その出力電流の検出値を所定の目標電流に近づける制御を実施している。こうした構成において、特許文献１に記載の異常判定を実施しようとすると、相電圧を検出する電圧センサを新たに追加する必要が生じる。

本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、新たなセンサを設けることなく、回転角センサの異常を判定することが可能な回転電機の制御装置を提供することを主たる目的とする。

第１の構成は、インバータ装置（ＩＮＶ１，ＩＮＶ２）から回転電機（１０）に対して出力される出力電流を調整することで、前記回転電機の制御を行う回転電機の制御装置（４０）であって、前記出力電流を検出する電流センサ（３３）から、前記出力電流の検出値を取得する電流取得部（４２）と、前記回転電機の回転子の回転角度を検出する回転角センサ（３０）から、前記回転角度の検出値を取得する角度取得部（４１）と、前記回転角度の検出値に基づいて、前記出力電流の検出値の座標変換を行い、その座標変換された出力電流の検出値が所定の電流指令値となるように、前記インバータ装置の出力電圧を所定の電圧指令値に操作する操作部（４３〜４６）と、前記回転電機の出力電流の検出値、及び、前記電圧指令値に基づいて、前記インバータ装置の出力電力を算出し、その出力電力の変動量に基づいて、前記回転角センサの異常を判定する異常判定部（４７，４７ａ）と、を備えることを特徴とする。

回転角センサに異常が生じることで回転角センサの検出値に測定誤差が生じると、座標変換された出力電流の検出値に誤差が生じることになる。ここで、出力電流の検出値が所定の電流指令値となるように制御（電流フィードバック制御）されることで、出力電流の変動量は減少する。出力電流の変動量の減少は、特に回転電機の回転速度が遅い領域で顕著となる。出力電流の変動量が減少する一方、出力電流に基づいて出力電圧が操作されることで、出力電圧の変動量が大きくなる。そこで、出力電流の検出値と、出力電圧の指令値との積である出力電力の変動量に基づいて、回転角センサの異常を判定する構成とした。これにより、新たなセンサを設けることなく、回転角センサの異常を判定することができる。

第２の構成は、第１の構成において、前記回転角センサは、前記回転角度の検出値のみを前記制御装置に対して出力することを特徴とする。

例えば、回転角センサとしてレゾルバを用いる場合、制御装置は、回転角度の検出値に加え、ｓｉｎ信号（φｘに応じた電圧信号）及びｃｏｓ信号（φｙに応じた電圧信号）を取得することが可能である。この構成では、ｓｉｎ信号及びｃｏｓ信号を用いることで、回転角センサの異常を判定することができる。しかし、本実施形態の回転角センサは、回転角度の検出値のみを制御装置に対して出力するため、回転角センサの異常を判定することが困難である。そこで、上述した出力電力に基づく回転角センサの異常判定を行うことで、容易に回転角センサの異常を判定することが可能になる。また、回転角センサと制御装置との間の配線数の増加を抑制することができる。

第３の構成は、第１又は第２の構成において、前記回転電機には、前記回転子の回転に伴い回転する磁束を生じさせる磁束発生部（１５）が設けられており、前記磁束発生部により生じた磁束の所定方向の磁束成分をそれぞれ検出する複数のセンサを有する第１磁束検出部（３６ａ）と、前記磁束発生部により生じた磁束の前記所定方向と直交する方向の磁束成分を検出する複数のセンサを有する第２磁束検出部（３６ｂ）と、前記第１磁束検出部が有する複数のセンサのそれぞれの検出値の合計値と、前記第２磁束検出部が有する複数のセンサのそれぞれの検出値の合計値と、に基づいて、前記回転角度の検出値を算出する角度算出部（３７）と、を備えることを特徴とする。

上記構成によれば、第１磁束検出部が備える複数のセンサの検出値の合計値、及び、第２磁束検出部が備える複数のセンサの検出値の合計値に基づき、回転角度の検出値を算出するため、回転角度の検出値の精度が向上するという効果を有する。その一方で、第１磁束検出部が１のセンサ、及び、第２磁束検出部が１のセンサを備える構成と比較して、第１磁束検出部が備える複数のセンサ、又は、第２磁束検出部が備える複数のセンサのうち一部のものに異常が生じた場合、測定誤差が小さくなるため、異常を判定することが困難になる。このような構成において、インバータ装置の出力電力の変動量に基づく回転角センサの異常を判定することで、第１磁束検出部又は第２磁束検出部に生じた異常を容易に判定することが可能になる。

第４の構成は、第１乃至第３の構成のいずれかにおいて、前記回転角センサは、前記回転角度の検出値を、前記回転角度が所定量変化したことを条件として出力されるＡ相パルス、前記Ａ相パルスと位相差が設けられ、前記回転角度が前記所定量変化したことを条件として出力されるＢ相パルス、及び、前記回転角度が３６０度変化したことを条件として出力されるＺ相パルスに変換し、前記制御装置に出力することを特徴とする。

上記構成のように、回転角センサは、インクリメンタル形ロータリエンコーダと同等の信号を出力する。このため、回転角センサは、インクリメンタル形ロータリエンコーダとの互換性を有する。

第５の構成は、第１乃至第４の構成のいずれかにおいて、前記回転電機は、電機子（１３）を構成する複数の巻線群（１３ａ，１３ｂ）を有する多重巻線回転電機であって、前記異常判定部（４７）は、前記インバータ装置から複数の巻線群のそれぞれに対して出力される出力電力の合計値の変動量に基づいて、前記回転角センサの異常を判定することを特徴とする。

回転電機では、巻線の数が増えるほど、回転角度の測定誤差による出力電力の変動量が大きくなる。このため、多重巻線回転電機では、正常時における出力電力の変動量と、異常時における出力電力の変動量との差異が明確となり、低回転領域においても、回転角センサの異常を判定することが可能になる。

第６の構成は、第１乃至第４の構成のいずれかにおいて、前記回転電機は、電機子（１３）を構成する複数の巻線群（１３ａ，１３ｂ）を有する多重巻線回転電機であって、前記異常判定部（４７ａ）は、前記インバータ装置から前記複数の巻線群のうち第１の巻線群（１３ａ）への出力電力の変動量と、前記インバータ装置から前記複数の巻線群のうち第２の巻線群（１３ｂ）への出力電力の変動量と、がともに所定値を超えることを条件として、前記回転角センサに異常が生じていると判定することを特徴とする。

多重巻線回転電機では、回転角センサに測定誤差が生じた場合に、各巻線群において、出力電力の変動が生じる。そこで、複数の巻線群における出力電力の変動量が、ともに所定値を超えていることを条件として、回転角センサに異常が生じていると判定する構成とした。すなわち、複数の巻線群における出力電力の変動量のうち、一方の巻線群への出力電力の変動量のみが所定値を超える場合は、回転角センサに異常が生じていると判定しない。この構成にすることで、回転角センサに異常が生じていないにも関わらず、異常が生じているとする誤判定を抑制することが可能となる。

第１実施形態の電気的構成を表す図。 回転角センサの取り付け構造を表す概略図。 回転角センサによるロータの回転角度の検出原理を表す図。 回転角センサを表す機能ブロック図。 回転角センサの異常時におけるホールセンサ出力電圧、磁場強度、測定誤差、及び、トルク変動率を表す図。 第１実施形態の制御装置を表す機能ブロック図。 第１実施形態の異常判定処理を表すフローチャート。 異常判定値の回転速度依存性を表す図。 第２実施形態の制御装置を表す機能ブロック図。 第２実施形態の異常判定処理を表すフローチャート。

（第１実施形態）
以下、本発明にかかる制御装置を車載主機としてエンジンを備える車両に適用した第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１に示すように、モータ１０は、多相多重巻線を有する巻線界磁型回転電機であり、具体的には、３相２重巻線を有する巻線界磁型同期モータ（３相回転電機）である。本実施形態では、モータ１０として、スタータ及びオルタネータ（発電機）の機能を統合したＩＳＧ（Integrated Starter Generator）を想定している。

特に本実施形態では、エンジン２０の初回の始動に加えて、所定の自動停止条件が成立する場合にエンジン２０を自動停止させ、その後、所定の再始動条件が成立する場合にエンジン２０を自動的に再始動させるアイドリングストップ機能を実行する場合にも、モータ１０がスタータとして機能する。なお、エンジン２０の初回の始動時に、モータ１０とは別に設けられるスタータを用いる構成であってもよい。

モータ１０を構成するロータ１２（回転子）は、界磁巻線１１を備え、また、エンジン２０のクランク軸２０ａと動力伝達が可能とされている。本実施形態において、ロータ１２は、ベルト２１を介してクランク軸２０ａに連結（より具体的には直結）されている。

モータ１０のステータ１３（固定子）には、２つの電機子巻線群（以下、第１巻線群１３ａ、第２巻線群１３ｂ）が巻回されている。巻線群１３ａ，１３ｂに対して、ロータ１２が共通とされている。第１巻線群１３ａ及び第２巻線群１３ｂのそれぞれは、異なる中性点を有する３相巻線からなる。なお、本実施形態では、第１巻線群１３ａを構成する巻線のそれぞれのターン数Ｎ１と、第２巻線群１３ｂを構成する巻線のターン数Ｎ２とを等しく設定している。

モータ１０には、第１巻線群１３ａ及び第２巻線群１３ｂのそれぞれに対応した２つのインバータ装置（以下、第１インバータＩＮＶ１、第２インバータＩＮＶ２）が電気的に接続されている。詳しくは、第１巻線群１３ａには、第１インバータＩＮＶ１が接続され、第２巻線群１３ｂには、第２インバータＩＮＶ２が接続されている。第１インバータＩＮＶ１及び第２インバータＩＮＶ２のそれぞれには、共通の直流電源である高圧バッテリ２２が並列接続されている。高圧バッテリ２２には、昇圧型ＤＣＤＣコンバータ２３によって昇圧された低圧バッテリ２４の出力電圧が印加可能とされている。低圧バッテリ２４（例えば、鉛蓄電池）の出力電圧は、高圧バッテリ２２（例えば、リチウムイオン蓄電池）の出力電圧よりも低く設定されている。

第１インバータＩＮＶ１は、第１のＵ，Ｖ，Ｗ相高電位側スイッチＳＵｐ１，ＳＶｐ１，ＳＷｐ１と、第１のＵ，Ｖ，Ｗ相低電位側スイッチＳＵｎ１，ＳＶｎ１，ＳＷｎ１との直列接続体を３組備えている。Ｕ，Ｖ，Ｗ相における上記直列接続体の接続点は、第１巻線群１３ａのＵ，Ｖ，Ｗ相の端子に接続されている。本実施形態では、各スイッチＳＵｐ１〜ＳＷｎ１として、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴを用いている。そして、各スイッチＳＵｐ１〜ＳＷｎ１にはそれぞれ、ダイオードＤＵｐ１〜ＤＷｎ１が逆並列に接続されている。なお、各ダイオードＤＵｐ１〜ＤＷｎ１は、各スイッチＳＵｐ１〜ＳＷｎ１のボディーダイオードであってもよい。また、各スイッチＳＵｐ１〜ＳＷｎ１としては、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴに限らず、例えばＩＧＢＴであってもよい。

第２インバータＩＮＶ２は、第１インバータＩＮＶ１と同様に、第２のＵ，Ｖ，Ｗ相高電位側スイッチＳＵｐ２，ＳＶｐ２，ＳＷｐ２と、第２のＵ，Ｖ，Ｗ相低電位側スイッチＳＵｎ２，ＳＶｎ２，ＳＷｎ２との直列接続体を３組備えている。Ｕ，Ｖ，Ｗ相における上記直列接続体の接続点は、第２巻線群１３ｂのＵ，Ｖ，Ｗ相の端子に接続されている。本実施形態では、各スイッチＳＵｐ２〜ＳＷｎ２として、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴを用いている。そして、各スイッチＳＵｐ２〜ＳＷｎ２にはそれぞれ、ダイオードＤＵｐ２〜ＤＷｎ２が逆並列に接続されている。なお、各ダイオードＤＵｐ２〜ＤＷｎ２は、各スイッチＳＵｐ２〜ＳＷｎ２のボディーダイオードであってもよい。また、各スイッチＳＵｐ２〜ＳＷｎ２しては、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴに限らず、例えばＩＧＢＴであってもよい。

第１，第２インバータＩＮＶ１，ＩＮＶ２の高電位側の端子（各高電位側スイッチのドレイン側の端子）には、高圧バッテリ２２の正極端子が接続されている。低電位側の端子（各低電位側スイッチのソース側の端子）には、高圧バッテリ２２の負極端子が接続されている。

界磁巻線１１には、界磁回路３４によって直流電圧が印加可能とされている。界磁回路３４は、界磁巻線１１に印加する直流電圧を調整することにより、界磁巻線１１に流れる界磁電流Ｉｆを制御する。

本実施形態にかかる制御システムは、回転角センサ３０、電圧センサ３１、界磁電流センサ３２、及び、電流センサ３３を備えている。回転角センサ３０は、モータ１０の回転角度θ（機械角）を検出する回転角検出手段である。電圧センサ３１は、第１，第２インバータＩＮＶ１，ＩＮＶ２の電源電圧を検出する。界磁電流センサ３２は、界磁巻線１１に流れる界磁電流Ｉｆを検出する。電流センサ３３は、第１巻線群１３ａの各相電流（固定座標系における第１巻線群１３ａに流れる電流）と、第２巻線群１３ｂの各相電流を検出する。なお、界磁電流センサ３２及び電流センサ３３としては、例えば、カレントトランスや抵抗器を備えるものを用いることができる。

上記各種センサの検出値は、制御装置４０に取り込まれる。制御装置４０は、中央処理装置（ＣＰＵ）やメモリを備え、メモリに格納されたプログラムをＣＰＵにて実行するソフトウェア処理手段である。制御装置４０は、モータ１０の制御量をその指令値に制御すべく、これら各種センサの検出値に基づき、第１インバータＩＮＶ１及び第２インバータＩＮＶ２を操作する操作信号を生成して出力する。ここで、力行時におけるモータ１０の制御量は、クランク軸２０ａに出力される出力トルクＴであり、その指令値は、トルク指令値Ｔ＊である。

図２に本実施形態の回転角センサ３０の構成を示す。回転角センサ３０は、基板３５上に実装されている。また、モータ１０のロータ１２の出力軸１４の端部には、磁束発生部である磁石１５が設けられている。具体的には、磁石１５は、ロータ１２の出力軸１４（回転軸）の径方向に磁束φが生じるように設けられている。回転角センサ３０は、磁石１５により生じる磁束φに基づいて、ロータ１２の回転角度θを検出する。

図３を用いて、回転角センサ３０によるロータ１２の回転角度θの検出原理を説明する。出力軸１４の径方向のうち、所定方向をＸ軸方向とし、Ｘ軸と直交し、Ｘ軸の反時計回りに設けられている軸の方向をＹ軸方向とする。回転角センサ３０は、磁束検出部３６として、磁束φのＸ軸方向の磁束成分である磁束φＸを検出するホールセンサと、磁束φのＹ軸方向の磁束成分である磁束φＹを検出するホールセンサと、を備えている。回転角センサ３０は、磁束φＸと磁束φＹの検出値の比のアークタンジェントに基づいて、ロータ１２の回転角度θを算出する（θ＝ａｔａｎ（φＹ／φＸ））。

また、磁束φＸを検出するホールセンサとして、４個のホールセンサが設けられており、その４個のホールセンサの出力電圧の合計値として、磁束φＸが検出される。磁束φＸを検出するホールセンサが第１磁束検出部３６ａ（図示略）を構成する。同様に、磁束φＹを検出するホールセンサとして、４個のホールセンサが設けられており、その４個のホールセンサの出力電圧の合計値として、磁束φＹが検出される。磁束φＹを検出するホールセンサが第２磁束検出部３６ｂ（図示略）を構成する。

図４に回転角センサ３０の機能ブロック図を示す。磁束検出部３６を構成する第１磁束検出部３６ａ及び第２磁束検出部３６ｂは、それぞれ、磁束φＸ及び磁束φＹの検出値を角度算出部３７及び異常検出部３８に出力する。角度算出部３７は上述したとおり、磁束φＸと磁束φＹの検出値の比のアークタンジェントに基づいて、ロータ１２の回転角度θの検出値を算出する。角度算出部３７は、回転角度θをパルス生成部３９及び異常検出部３８に出力する。

ここで、第１磁束検出部３６ａは、４個のホールセンサのそれぞれの検出値を角度算出部３７に出力し、第２磁束検出部３６ｂは、４個のホールセンサのそれぞれの検出値を角度算出部３７に出力する。角度算出部３７は、第１磁束検出部３６ａの４個のホールセンサのそれぞれの検出値の合計値と、第２磁束検出部３６ｂの４個のホールセンサのそれぞれの検出値の合計値と、に基づいて、回転角度θの検出値を算出する。

具体的には、第１磁束検出部３６ａの４個のホールセンサのそれぞれの検出値の合計値に対する、第２磁束検出部３６ｂの４個のホールセンサのそれぞれの検出値の合計値の比を算出し、その算出した比のアークタンジェントを算出することで、回転角度θを算出する。また、第１磁束検出部３６ａの４個のホールセンサのそれぞれの検出値の平均値、及び、第２磁束検出部３６ｂの４個のホールセンサのそれぞれの検出値の平均値に基づいて、回転角度θの検出値を算出してもよい。

パルス生成部３９は、回転角度θをＡ，Ｂ，Ｚ相パルスに変換し、制御装置４０に出力する。ここで、パルス生成部３９によって生成されるＡ，Ｂ，Ｚ相パルスは、インクリメンタルエンコーダから出力される信号と同等である。つまり、回転角度θが所定量変化したことを条件としてＡ相パルスを出力する。また、回転角度θが所定量変化したことを条件として、Ａ相パルスと位相差が設けられたＢ相パルスを出力する。また、回転角度θが３６０度変化したことを条件としてＺ相パルスを出力する。制御装置４０は、パルス生成部３９から入力されるＡ，Ｂ，Ｚ相パルスを用いて、回転角度θを取得する。

出力軸１４が時計回り方向に回転している場合、Ｂ相パルスはＡ相パルスよりも１／４波長だけ遅れて出力される。これにより、Ａ相立ち上がり→Ｂ相立ち上がり→Ａ相立ち下がり→Ｂ相立ち下がり→Ａ相立ち上がり→…という順番でパルスが出力される。また、出力軸１４が反時計回り方向に回転している場合、Ａ相パルスはＢ相パルスよりも１／４波長だけ遅れて出力される。これにより、Ｂ相立ち上がり→Ａ相立ち上がり→Ｂ相立ち下がり→Ａ相立ち下がり→Ｂ相立ち上がり→…という順番でパルスが出力される。また、出力軸１４が一回転すると、Ｚ相パルスが出力される。

異常検出部３８は、磁石１５により生じる磁束φの絶対値｜φ｜、つまり、磁束φＸの二乗と磁束φＹの二乗の和の平方根が、所定の範囲外となった場合に、回転角センサ３０に異常が生じていることを検出する。また、回転角度θが急変した場合に、回転角センサ３０に異常が生じていることを検出する。異常検出部３８は、回転角センサ３０に異常が生じていることを検出した場合に、制御装置４０に対し、その検出結果をエラー信号として出力する。

ここで、回転角センサ３０の磁束検出部３６の出力する磁束φＸ，φＹの検出値の振幅が磁束検出部３６の異常によって小さくなった場合、その振幅の減少量が小さいと、異常検出部３８は、その異常の発生を検出できない。

図５を用いて、回転角センサ３０の異常について説明を行う。図５（ａ）に示すように、磁束検出部３６に異常が生じることで、Ｙ軸磁束φＹの検出値（ホールセンサ出力電圧の合計値）の振幅が正常時より減少している。具体的には、第２磁束検出部３６ｂの備える４個のホールセンサのうち、１個の出力が短絡することで、Ｙ軸磁束φＹの検出値の振幅が７５％となっている。なお、Ｘ軸磁束φＸの検出値は正常時のままである。

ここで、図５（ｂ）に示すように、Ｙ軸磁束φＹの検出値の振幅が減少することで、磁場強度、即ち、磁束φの検出値の絶対値｜φ｜＝√（φＸ＾２＋φＹ＾２）も減少する。具体的には、磁束φの検出値の絶対値｜φ｜は、真値の７５％〜１００％の間で振動する。ここで、異常検出部３８は回転角センサ３０は、磁束φの検出値の絶対値｜φ｜が、異常検出値、例えば、真値の約６０％、及び、真値の約１４０％に達した場合に、異常を判定する。つまり、真値の約６０％以下、及び、真値の約１４０％以上が異常判定領域となる。このため、磁束φの検出値の絶対値｜φ｜が、真値の７５％〜１００％の間で振動する場合、異常検出値には達しないため、異常検出部３８は、異常が生じていることを検出できない。

また、図５（ｃ）に示すように、Ｙ軸磁束φＹの検出値の振幅が減少することで、回転角度θに周期的な角度誤差が生じる。ここでは、約−８度〜約＋８度の誤差が生じている。回転角度θは機械角であり、８極巻線のモータ１０の電気角θｅとしては、−６４度〜＋６４度の誤差が生じることになる。このため、図５（ｄ）に示すように、出力トルクＴの変動率が５７％となり、大きなトルク変動（トルクリプル）が生じることになる。以下、このトルク変動について、電流フィードバック制御の基本的な構成とともに説明を行う。

図６に本実施形態の制御装置４０の機能を表す機能ブロック図を示す。制御装置４０は、角度取得部４１、電流取得部４２、第１座標変換部４３、電圧指令値生成部４４、第２座標変換部４５、及び、操作信号生成部４６を備え、電流フィードバック制御を実施する。第１座標変換部４３、電圧指令値生成部４４、第２座標変換部４５、及び、操作信号生成部４６が「操作部」に相当する。

角度取得部４１は、回転角センサ３０から入力されるＡ，Ｂ，Ｚ相パルスに基づいて、モータ１０の電気角θｅを取得する。電流取得部４２は、電流センサ３３から相電流ＩＵ，ＩＶ，ＩＷの検出値を取得する。第１座標変換部４３には、角度取得部４１から電気角θｅが入力され、電流取得部４２から相電流ＩＵ，ＩＶ，ＩＷの検出値が入力される。第１座標変換部４３は、電気角θｅに基づいて、相電流ＩＵ，ＩＶ，ＩＷの検出値をＵＶＷ座標系からｄｑ座標系に変換することで、ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑを算出する。

ここで、ｑ軸電流Ｉｑは、
Ｉｑ＝√（２／３）｛ＩＵ・ｓｉｎθ＋ＩＶ・ｓｉｎ（θ−２π／３）＋ＩＷ・ｓｉｎ（θ＋２π／３）｝
として算出することができ、ｄ軸電流Ｉｄは、
Ｉｄ＝√（２／３）｛ＩＵ・ｃｏｓθ＋ＩＶ・ｃｏｓ（θ−２π／３）＋ＩＷ・ｃｏｓ（θ＋２π／３）｝
として算出することができる。

電圧指令値生成部４４には、ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑと、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値Ｉｑ＊と、が入力される。ここで、電流指令値であるｄ軸電流指令値Ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値Ｉｑ＊は、出力トルクの指令値Ｔ＊、及び、モータ１０の回転速度ＦＲに基づいて設定されている。電圧指令値生成部４４は、ｄ軸電流Ｉｄとｄ軸電流指令値Ｉｄ＊との偏差ΔＩｄ、及び、ｑ軸電流Ｉｑとｑ軸電流指令値Ｉｑ＊の偏差ΔＩｑに対してＰＩＤ演算を実施することで、電圧指令値であるｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を生成する。

第２座標変換部４５は、電気角θｅに基づいて、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊をｄｑ座標系からＵＶＷ座標系に変換することで、Ｕ相指令電圧ＶＵ＊、Ｖ相指令電圧ＶＶ＊、及び、Ｗ相指令電圧ＶＷ＊を算出する。操作信号生成部４６は、各相指令電圧ＶＵ＊，ＶＶ＊，ＶＷ＊（基本波）と、搬送波との比較に基づいて、各スイッチＳＵｐ１〜ＳＷｎ１，ＳＵｐ２〜ＳＷｎ２の操作信号を生成する。そして、その操作信号を各スイッチＳＵｐ１〜ＳＷｎ１，ＳＵｐ２〜ＳＷｎ２の制御端子（ゲート）に対して出力する。

上述したとおり、ｑ軸電流Ｉｑは、各相電流ＩＵ，ＩＶ，ＩＷの検出値と、回転角度θを変数とする正弦波との積の和として表すことができる。このため、回転角度θに測定誤差が生じると、ｑ軸電流Ｉｑに変動が生じることになる。モータ１０の出力トルクＴは、主としてｑ軸電流Ｉｑによって生じる。このため、ｑ軸電流Ｉｑに変動が生じることで、モータ１０の出力トルクＴに変動が生じることになる。

モータ１０の回転速度ＦＲが遅い場合、測定誤差の周波数が低くなる（図５（ｃ））。このため、電流フィードバック制御の応答が間に合うことで、ｑ軸電流Ｉｑの変動が抑制される。このため、モータ１０の回転速度ＦＲが遅い領域において、回転角度θの測定誤差に伴うｑ軸電流Ｉｑの変動量（リプル幅）が小さくなる。このため、ｑ軸電流Ｉｑに基づいて、回転角センサ３０の異常を判定することは困難である。

ここで、モータ１０の回転速度ＦＲが遅い領域では、ｑ軸電流Ｉｑの変動が抑制される一方で、ｑ軸電流Ｉｑとｑ軸電流指令値Ｉｑ＊との偏差ΔＩｑに基づき設定されるｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊に変動が生じることになる。

そこで、制御装置４０の異常判定部４７は、第１座標変換部４３からｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑを取得するとともに、電圧指令値生成部４４からｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を取得する。そして、ｄ軸電流Ｉｄとｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊との積と、ｑ軸電流Ｉｑとｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊との積と、の和を、インバータＩＮＶ１，ＩＮＶ２からモータ１０に出力される出力電力Ｐとして算出する。

異常判定部４７は、出力電力Ｐの変動量を算出し、その変動量に基づいて、回転角センサ３０に異常が生じているか否かを判定する。具体的には、異常判定部４７は、正常時における出力電力Ｐの変動量を定数として記憶し、現在の出力電力Ｐの変動量と正常時における出力電力Ｐの変動量との比である異常判定値αを算出する。そして、その異常判定値αが所定値（例えば、２）を超える場合に、回転角センサ３０に異常が生じていると判定する。

図７に異常判定処理を表すフローチャートを示す。本処理は、異常判定部４７によって、所定周期毎に実施される。

ステップＳ１０において、ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑを取得する。ステップＳ１１において、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を取得する。ステップＳ１２において、ｄ軸電流Ｉｄとｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊との積と、ｑ軸電流Ｉｑとｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊との積と、の和を、出力電力Ｐとして算出する。ステップＳ１３において、出力電力Ｐの変動に基づいて、異常判定値αを算出する。ステップＳ１４において、異常判定値αが２より大きいか否かを判定する。異常判定値αが２より大きい場合（Ｓ１４：ＹＥＳ）、ステップＳ１５において、回転角センサ３０に異常が生じていると判定し、処理を終了する。異常判定値αが２以下の場合（Ｓ１４：ＮＯ）、ステップＳ１６において、回転角センサ３０は正常であると判定し、処理を終了する。

図８に、各回転数における異常判定値αを示す。ここで、図８には、本実施形態の３相２重巻線を有するモータ１０における異常判定値αに加え、３相１重巻線を有するモータにおける異常判定値α１、インバータＩＮＶ１，ＩＮＶ２の出力電流の変動量に基づく異常判定値α２を示す。

３相１重巻線を有するモータにおける異常判定値α１は、回転速度ＲＦが約２１０ｒｐｍ未満の領域において２を下回り、回転速度ＲＦが約２１０以上の領域において２以上となる。つまり、回転速度ＲＦが２１０未満の領域では、３相１重巻線を有するモータにおける異常判定値α１を用いて、回転角センサ３０に異常が生じていることを判定することができない。

インバータＩＮＶ１，ＩＮＶ２の出力電流の変動量に基づく異常判定値α２は、回転速度ＲＦが約４５０ｒｐｍ未満の領域において２を下回り、回転速度ＲＦが約４５０ｒｐｍ以上の領域において２以上となる。つまり、回転速度ＲＦが４５０ｒｐｍ未満の領域では、出力電流に基づく異常判定値α２を用いて、回転角センサ３０に異常が生じていることを判定することができない。

本実施形態の３相２重巻線を有するモータ１０における異常判定値αは、回転速度ＲＦが１００ｒｐｍ以上の領域において常に２以上となるため、低回転領域において、回転角センサ３０に異常が生じていることを判定することが可能となる。つまり、モータでは、巻線の数が増えるほど、回転角度θの測定誤差による出力電力Ｐの変動量が大きくなる。このため、多重巻線回転電機では、正常時における出力電力Ｐの変動量と、異常時における出力電力Ｐの変動量との差異が明確となり、低回転領域においても、回転角センサ３０の異常を判定することが可能になる。

なお、磁束φＸ，φＹに測定誤差が生じる原因として、磁石１５と回転角センサ３０との相対位置のずれによるものについても、本実施形態の異常判定部４７による異常判定が可能である。

（第２実施形態）
図９に第２実施形態における制御装置４０ａの機能ブロック図を示す。なお、図６に示す第１実施形態における制御装置４０と同一の構成については、同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

第２実施形態における制御装置４０ａは、インバータＩＮＶ１から第１巻線群１３ａに出力される第１相電流ＩＵ１，ＩＶ１，ＩＷ１と、インバータＩＮＶ２から第２巻線群１３ｂに出力される第２相電流ＩＵ２，ＩＶ２，ＩＷ２と、をそれぞれ取得する。そして、制御装置４０ａは、第１相電流ＩＵ１，ＩＶ１，ＩＷ１、及び、第２相電流ＩＵ２，ＩＶ２，ＩＷ２について、それぞれ電流フィードバック制御を実施する。さらに、制御装置４０ａは、インバータＩＮＶ１の出力電力である第１出力電力Ｐａと、インバータＩＮＶ２の出力電力である第２出力電力Ｐｂと、に基づいて、回転角センサ３０の異常を判定する。

電流取得部４２ａは、電流センサ３３ａから、第１相電流ＩＵ１，ＩＶ１，ＩＷ１と、第２相電流ＩＵ２，ＩＶ２，ＩＷ２と、をそれぞれ取得する。第１座標変換部４３ａは、電気角θｅに基づいて、第１相電流ＩＵ１，ＩＶ１，ＩＷ１を第１ｄ軸電流Ｉｄ１、及び、第１ｑ軸電流Ｉｑ１に変換し、第２相電流ＩＵ２，ＩＶ２，ＩＷ２を第２ｄ軸電流Ｉｄ２、及び、第２ｑ軸電流Ｉｑ２に変換する。

電圧指令値生成部４４ａは、第１ｄ軸電流Ｉｄ１とｄ軸電流指令値Ｉｄ＊との偏差ΔＩｄ１、及び、第１ｑ軸電流Ｉｑ１とｑ軸電流指令値Ｉｑ＊の偏差ΔＩｑ１に対してＰＩＤ演算を実施することで、第１ｄ軸電圧指令値Ｖｄ１＊及び第１ｑ軸電圧指令値Ｖｑ１＊を生成する。また、電圧指令値生成部４４ａは、第２ｄ軸電流Ｉｄ２とｄ軸電流指令値Ｉｄ＊との偏差ΔＩｄ２、及び、第２ｑ軸電流Ｉｑ２とｑ軸電流指令値Ｉｑ＊の偏差ΔＩｑ２に対してＰＩＤ演算を実施することで、第２ｄ軸電圧指令値Ｖｄ２＊及び第２ｑ軸電圧指令値Ｖｑ２＊を生成する。

第２座標変換部４５ａは、電気角θｅに基づいて、第１ｄ軸電圧指令値Ｖｄ１＊、及び、第１ｑ軸電圧指令値Ｖｑ１＊を変換し、第１Ｕ相指令電圧ＶＵ１＊、第１Ｖ相指令電圧ＶＶ１＊、及び、第１Ｗ相指令電圧ＶＷ１＊を算出する。また、第２座標変換部４５ａは、電気角θｅに基づいて、第２ｄ軸電圧指令値Ｖｄ２＊、及び、第２ｑ軸電圧指令値Ｖｑ２＊を変換し、第２Ｕ相指令電圧ＶＵ２＊、第２Ｖ相指令電圧ＶＶ２＊、及び、第２Ｗ相指令電圧ＶＷ２＊を算出する。

操作信号生成部４６ａは、各相指令電圧ＶＵ１＊，ＶＶ１＊，ＶＷ１＊（基本波）と、搬送波との比較に基づいて、各スイッチＳＵｐ１〜ＳＷｎ１の操作信号を生成するとともに、各相指令電圧ＶＵ２＊，ＶＶ２＊，ＶＷ２＊（基本波）と、搬送波との比較に基づいて、各スイッチＳＵｐ２〜ＳＷｎ２の操作信号を生成する。そして、その操作信号を各スイッチＳＵｐ１〜ＳＷｎ１，ＳＵｐ２〜ＳＷｎ２の制御端子（ゲート）に対して出力する。

本実施形態の異常判定部４７ａは、第１座標変換部４３ａからｄ軸電流Ｉｄ１，Ｉｄ２及びｑ軸電流Ｉｑ１，Ｉｑ２を取得するとともに、電圧指令値生成部４４ａからｄ軸電圧指令値Ｖｄ１＊，Ｖｄ２＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ１＊，Ｖｑ２＊を取得する。そして、異常判定部４７ａは、ｄ軸電流Ｉｄ１とｄ軸電圧指令値Ｖｄ１＊との積と、ｑ軸電流Ｉｑ１とｑ軸電圧指令値Ｖｑ１＊との積と、の和を、インバータＩＮＶ１から第１巻線群１３ａへの出力電力（第１出力電力Ｐａ）として算出する。また、異常判定部４７ａは、ｄ軸電流Ｉｄ２とｄ軸電圧指令値Ｖｄ２＊との積と、ｑ軸電流Ｉｑ２とｑ軸電圧指令値Ｖｑ２＊との積と、の和を、インバータＩＮＶ２から第２巻線群１３ｂの出力電力（第２出力電力Ｐｂ）として算出する。

異常判定部４７ａは、第１出力電力Ｐａの変動量と、第２出力電力Ｐｂの変動量と、をそれぞれ算出する。そして、現在の第１出力電力Ｐａの変動量と正常時における第１出力電力Ｐａの変動量との比である異常判定値αａを算出する。また、現在の第２出力電力Ｐｂの変動量と正常時における第２出力電力Ｐｂの変動量との比である異常判定値αｂを算出する。そして、異常判定値αａ，αｂがともに所定値（例えば、２）を超えることを条件として、回転角センサ３０に異常が生じていると判定する。

図１０に異常判定処理を表すフローチャートを示す。本処理は、異常判定部４７ａによって、所定周期毎に実施される。

ステップＳ２０において、ｄ軸電流Ｉｄ１，Ｉｄ２及びｑ軸電流Ｉｑ１，Ｉｑ２を取得する。ステップＳ２１において、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ１＊，Ｖｄ２＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ１＊，Ｖｑ＊２を取得する。ステップＳ２２において、ｄ軸電流Ｉｄ１とｄ軸電圧指令値Ｖｄ１＊との積と、ｑ軸電流Ｉｑ１とｑ軸電圧指令値Ｖｑ１＊との積と、の和を、第１出力電力Ｐａとして算出し、ｄ軸電流Ｉｄ２とｄ軸電圧指令値Ｖｄ２＊との積と、ｑ軸電流Ｉｑ２とｑ軸電圧指令値Ｖｑ２＊との積と、の和を、第２出力電力Ｐｂとして算出する。

ステップＳ２３において、出力電力Ｐａ，Ｐｂの変動に基づいて、異常判定値αａ，αｂを算出する。ステップＳ２４において、異常判定値αａが２より大きいか否かを判定する。異常判定値αａが２より大きい場合（Ｓ２４：ＹＥＳ）、ステップＳ２５において、異常判定値αｂが２より大きいか否かを判定する。異常判定値αａ，αｂがともに２より大きい場合（Ｓ２５：ＹＥＳ）、ステップＳ２６において、回転角センサ３０に異常が生じていると判定し、処理を終了する。異常判定値αａ，αｂの少なくとも一方が２以下の場合（Ｓ２４：ＮＯ，Ｓ２５：ＮＯ）、ステップＳ２７において、回転角センサ３０は正常であると判定し、処理を終了する。

第２実施形態の構成では、回転角センサ３０に異常が生じていないにも関わらず、異常が生じているとする誤判定を抑制することが可能となる。

（他の実施形態）
・回転角センサは、磁気式回転角センサに代えて、ホールセンサやレゾルバであってもよい。

・回転角センサは、Ａ，Ｂ，Ｚ相パルスに代えて、回転角度θを直接出力する構成としてもよい。例えば、回転角度θを所定の電圧値（アナログ信号）に変換して出力する構成としてもよいし、符号化を行いデジタル信号に変換して出力する構成としてもよい。

・磁束検出部３６として、Ｘ軸磁束φＸを検出するホールセンサと、Ｙ軸磁束φＹを検出するホールセンサと、をそれぞれ複数個そなえる構成としたが、それぞれ１個ずつでもよい。また、Ｘ軸磁束φＸ及びＹ軸磁束φＹはともに交流的に変化するため、センサとしてコイルなどを用いてもよい。

・出力電力Ｐ，Ｐａ，Ｐｂの変動量から異常判定値α，αａ，αｂを算出し、その異常判定値α，αａ，αｂを所定値と比較して異常判定を行う構成に代えて、出力電力Ｐ，Ｐａ，Ｐｂの変動量と、所定値とを比較して異常判定を行う構成としてもよい。

・モータは、界磁巻線型同期モータに代えて、永久磁石同期モータであってもよい。また、３相２重巻線モータに代えて、３相１重巻線を有するモータであってもよい。また、３相モータに代えて、ｎ相モータ（ｎは２以上の自然数）であってもよい。

１０…モータ（回転電機）、１２…ロータ（回転子）、３０…回転角センサ、３３…電流センサ、４０…制御装置、４１…角度取得部、４２…電流取得部、４３…第１座標変換部、４４…電圧指令値生成部、４５…第２座標変換部、４６…操作信号生成部、４７…異常判定部、ＩＮＶ１…第１インバータ、ＩＮＶ２…第２インバータ。

Claims (8)

1. インバータ装置（ＩＮＶ１，ＩＮＶ２）から回転電機（１０）に対して出力される出力電流を調整することで、前記回転電機の制御を行う回転電機の制御装置（４０）であって、
   前記出力電流を検出する電流センサ（３３）から、前記出力電流の検出値を取得する電流取得部（４２）と、
   前記回転電機の回転子（１２）の回転角度を検出する回転角センサ（３０）から、前記回転角度の検出値を取得する角度取得部（４１）と、
   前記回転角度の検出値に基づいて、前記出力電流の検出値の座標変換を行い、その座標変換された出力電流の検出値が所定の電流指令値となるように、前記インバータ装置の出力電圧を所定の電圧指令値に操作する操作部（４３〜４６）と、
   前記回転電機の出力電流の検出値と前記電圧指令値との積として前記インバータ装置の出力電力を算出し、その出力電力の変動量が所定値を超えることを条件として、前記回転角センサに異常が生じていると判定する異常判定部（４７，４７ａ）と、
   を備えることを特徴とする制御装置。
2. 前記回転電機は、電機子（１３）を構成する複数の巻線群（１３ａ，１３ｂ）を有する多重巻線回転電機であって、
   前記異常判定部（４７）は、前記インバータ装置から複数の巻線群のそれぞれに対して出力される出力電力の合計値の変動量に基づいて、前記回転角センサの異常を判定することを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
3. 前記回転電機は、電機子（１３）を構成する複数の巻線群（１３ａ，１３ｂ）を有する多重巻線回転電機であって、
   前記異常判定部（４７ａ）は、前記インバータ装置から前記複数の巻線群のうち第１の巻線群（１３ａ）への出力電力の変動量と、前記インバータ装置から前記複数の巻線群のうち第２の巻線群（１３ｂ）への出力電力の変動量と、がともに所定値を超えることを条件として、前記回転角センサに異常が生じていると判定することを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
4. インバータ装置（ＩＮＶ１，ＩＮＶ２）から回転電機（１０）に対して出力される出力電流を調整することで、前記回転電機の制御を行う回転電機の制御装置（４０）であって、
   前記出力電流を検出する電流センサ（３３）から、前記出力電流の検出値を取得する電流取得部（４２）と、
   前記回転電機の回転子（１２）の回転角度を検出する回転角センサ（３０）から、前記回転角度の検出値を取得する角度取得部（４１）と、
   前記回転角度の検出値に基づいて、前記出力電流の検出値の座標変換を行い、その座標変換された出力電流の検出値が所定の電流指令値となるように、前記インバータ装置の出力電圧を所定の電圧指令値に操作する操作部（４３〜４６）と、
   前記回転電機の出力電流の検出値、及び、前記電圧指令値に基づいて、前記インバータ装置の出力電力を算出し、その出力電力の変動量に基づいて、前記回転角センサの異常を判定する異常判定部（４７，４７ａ）と、を備え、
   前記回転電機は、電機子（１３）を構成する複数の巻線群（１３ａ，１３ｂ）を有する多重巻線回転電機であって、
   前記異常判定部（４７）は、前記インバータ装置から複数の巻線群のそれぞれに対して出力される出力電力の合計値の変動量が所定値を超えることを条件として、前記回転角センサに異常が生じていると判定することを特徴とする制御装置。
5. インバータ装置（ＩＮＶ１，ＩＮＶ２）から回転電機（１０）に対して出力される出力電流を調整することで、前記回転電機の制御を行う回転電機の制御装置（４０）であって、
   前記出力電流を検出する電流センサ（３３）から、前記出力電流の検出値を取得する電流取得部（４２）と、
   前記回転電機の回転子（１２）の回転角度を検出する回転角センサ（３０）から、前記回転角度の検出値を取得する角度取得部（４１）と、
   前記回転角度の検出値に基づいて、前記出力電流の検出値の座標変換を行い、その座標変換された出力電流の検出値が所定の電流指令値となるように、前記インバータ装置の出力電圧を所定の電圧指令値に操作する操作部（４３〜４６）と、
   前記回転電機の出力電流の検出値、及び、前記電圧指令値に基づいて、前記インバータ装置の出力電力を算出し、その出力電力の変動量に基づいて、前記回転角センサの異常を判定する異常判定部（４７，４７ａ）と、を備え、
   前記回転電機は、電機子（１３）を構成する複数の巻線群（１３ａ，１３ｂ）を有する多重巻線回転電機であって、
   前記異常判定部（４７ａ）は、前記インバータ装置から前記複数の巻線群のうち第１の巻線群（１３ａ）への出力電力の変動量と、前記インバータ装置から前記複数の巻線群のうち第２の巻線群（１３ｂ）への出力電力の変動量と、がともに所定値を超えることを条件として、前記回転角センサに異常が生じていると判定することを特徴とする制御装置。
6. 前記回転角センサは、前記回転角度の検出値のみを前記制御装置に対して出力することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の制御装置。
7. 前記回転電機には、前記回転子の回転に伴い回転する磁束を生じさせる磁束発生部（１５）が設けられており、
   前記磁束発生部により生じた磁束の所定方向の磁束成分をそれぞれ検出する複数のセンサを有する第１磁束検出部（３６ａ）と、
   前記磁束発生部により生じた磁束の前記所定方向と直交する方向の磁束成分を検出する複数のセンサを有する第２磁束検出部（３６ｂ）と、
   前記第１磁束検出部が有する複数のセンサのそれぞれの検出値の合計値と、前記第２磁束検出部が有する複数のセンサのそれぞれの検出値の合計値と、に基づいて、前記回転角度の検出値を算出する角度算出部（３７）と、
   を備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の制御装置。
8. 前記回転角センサは、前記回転角度の検出値を、前記回転角度が所定量変化したことを条件として出力されるＡ相パルス、前記Ａ相パルスと位相差が設けられ、前記回転角度が前記所定量変化したことを条件として出力されるＢ相パルス、及び、前記回転角度が３６０度変化したことを条件として出力されるＺ相パルスに変換し、前記制御装置に出力することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の制御装置。

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