JPWO2019207754A1 - 電動機制御装置 - Google Patents

Abstract

角度センサの回転角度信号の位相補正に用いる回転角度補正値を高精度に算出できる電動機制御装置を得る。角度センサ（１６）から出力された交流電動機（１５）の回転角度信号と電流検出部（２１）から出力された交流電動機（１５）の電流検出信号とをもとに、前記回転角度信号と交流電動機（１５）の磁極位置との回転角度誤差を補正する回転角度補正量を算出する回転角度補正量演算部（３０）を備え、回転角度補正量演算部（３０）は、交流電動機（１５）の巻線端子間を短絡したときの電流検出信号にもとづいて、直流成分の回転角度補正量と交流成分の回転角度補正量の少なくとも何れか一方の回転角度補正量を算出する。

Description

本願は、インバータにより交流電動機を駆動制御する電動機制御装置に関するものである。

交流電動機をインバータにより駆動制御する場合、交流電動機の回転子の磁極位置を正確に検出するために角度センサが使用されている。しかし、交流電動機の製造時には、この角度センサの取付け位置が厳密に管理されていないため、交流電動機の無通電時の誘導起電力の位相（後述のｄ軸方向に一致する位相であり、以下、磁極位置という。）と角度センサによる回転角度信号との間には回転角度誤差が存在するのが一般的である。
この回転角度誤差を放置したままでは、インバータから交流電動機に供給する電流ベクトルを交流電動機の回転に応じて意図したトルク、あるいは意図した効率で回転させることができないため、交流電動機の起動時あるいは初回起動時に、何らかの方法によって回転角度誤差を検出し、その検出値を回転角度補正量として回転角度信号の位相を補正する必要がある。

前記の点に鑑み、例えば特許文献１には、交流電動機を空転させた状態でインバータの半導体スイッチング素子を制御し、交流電動機の固定子に設けられた電機子巻線を短絡させ、電機子巻線に発生する無負荷誘導起電力によって流れる巻線電流から、前記回転角度誤差を推定するようにした電動機制御装置が開示されている。
より詳細には、特許文献１において特許文献２に開示された方法、即ち、三相巻線のＵ相を基準としたαβ座標系を用いており、そこでは短い短絡時間における電流を検出し、このときの電流位相から回転角度補正量を算出している。

特開２０１３−２１８４３号公報 特開平１１−７５３９４号公報

このような電動機制御装置にあっては、回転角周波数と、一定時間経過後の時間と、三相巻線のＵ相を基準としたαβ座標系での電流位相と、をもとにして磁極位置を推定計算し、前記回転角度信号と前記磁極位置との平均的な回転角度誤差（本明細書では「直流成分の回転角度誤差」という。）を算出している。このように、従来の電動機制御装置では、角度センサの回転角度信号に含まれる直流成分の回転角度誤差が考慮されているのみであり、主に、回転角度信号と磁極位置との角度誤差の交流成分（本明細書では「交流成分の回転角度誤差」という。）が回転角度誤差として残る課題があった。

また、直流成分の回転角度誤差の算出においては、三相巻線のＵ相を基準としたαβ座標系で電流位相を推定計算しているため、αβ座標系での電流検出値を交流信号として処理しなければならなくなっている。このため、電流検出信号のノイズ除去のためのフィルタ処理による時間遅れによって、更に回転角度誤差が増加する課題があった。

また、回転角周波数で振動する電流の一定時間経過後の時間における電流を用いて回転角度誤差を算出しているため、時定数の大きいフィルタを通した電流検出信号を用いることができない。このため、電流センサのノイズが多く含まれる電流検出信号を用いなければならず、磁極位置の推定誤差が大きくなる課題があった。

更に、交流電動機の低速回転時には、交流電動機のコイル抵抗値による電圧降下による電流変化の影響、あるいは交流電動機の回転数のふらつきによる速度変動が無視できないため、これらによっても回転角度の算出誤差が大きくなる課題もあった。

本願は、前記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、角度センサの回転角度信号の位相補正に用いる回転角度補正値を高精度に算出できる電動機制御装置を提供することを目的とする。

本願に開示される電動機制御装置は、交流電動機に給電するインバータを制御すると共に、角度センサから出力された前記交流電動機の回転角度信号と電流検出部から出力された前記交流電動機の電流検出信号とを入力する電動機制御回路と、前記回転角度信号と前記電流検出信号をもとに、前記回転角度信号と前記交流電動機の磁極位置との回転角度誤差を補正する回転角度補正量を算出する回転角度補正量演算部と、前記回転角度補正量演算部で算出された回転角度補正量を記憶し、前記記憶した回転角度補正量を読み出して前記回転角度信号を補正する回転角度補正部と、を備え、前記回転角度補正部で補正された回転角度信号をもとに前記交流電動機の制御を行う制御装置であって、
前記回転角度補正量演算部は、前記交流電動機の巻線端子間を短絡したときの電流検出信号にもとづいて、直流成分の回転角度補正量と交流成分の回転角度補正量の少なくとも何れか一方の回転角度補正量を算出することを特徴とする。

本願に開示される電動機制御装置によれば、交流電動機の巻線端子間の短絡時の電流検出信号の位相情報から、直流成分の回転角度補正量と交流成分の回転角度補正量、もしくは直流成分の回転角度補正量と交流成分の回転角度補正量の何れかを算出するようにしているので、角度センサの回転角度信号の位相補正に用いる回転角度補正量を高精度に算出することができる効果を有する。
本願の前記以外の目的、特徴、観点及び効果は、図面を参照する以下の詳細な説明から、更に明らかになるであろう。

実施の形態１に係る電動機制御装置を含むシステムのブロック構成図である。 実施の形態１に係る電動機制御装置の回転角度補正量演算部における回転角度補正量を算出するフローチャートである。 実施の形態１に係る電動機制御装置の回転角度補正量演算部における回転角度補正量を算出するフローチャートである。 実施の形態１に係る電動機制御装置の回転角度補正部における補正後の回転角度信号を算出するフローチャートである。 実施の形態１に係る電動機制御装置の回転角度補正部のハードウエア構成の一例を示す図である。 実施の形態１に係る電動機制御装置により制御される交流電動機の電流位相を示す図である。 実施の形態１に係る電動機制御装置により制御される交流電動機の巻線端子間の短絡時の電流を示す図である。

以下、本願に係る電動機制御装置の好適な実施の形態について図面を用いて説明する。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る電動機制御装置を含むシステムのブロック構成図である。図１では、インバータ回路に直流電力を供給すると共に回生電力で充電されるバッテリ等の直流電源、及び制御対象の交流電動機をも含んで図示している。

図１において、電動機制御装置１０は、電力開閉器１１を介して直流母線１２ａ、１２ｂにより直流電源１３と接続されており、駆動電力あるいは回生電力を直流電源１３と授受する。電動機制御装置１０は、交流母線１４により交流電動機１５と接続されており、駆動電力あるいは回生電力を交流電動機１５と授受する。
また、交流電動機１５には、交流電動機１５の回転角度を検出する角度センサ１６が設けられている。なお、交流電動機１５は、負荷を回転駆動すると共に、負荷の回転エネルギーを電気エネルギーとして回生可能な交流電動機であり、例えば永久磁石三相交流同期モータ、あるいは三相ブラシレスモータが使用される。

電動機制御装置１０は、インバータ回路１７と電動機制御回路１８とにより構成されている。インバータ回路１７は、電源入力側の直流母線１２ａ、１２ｂ間に接続されたコンデンサ１９と、インバータ回路１７の直流母線電圧を検出する電圧検出部２０と、後述する複数のスイッチング素子で構成され、直流／交流の電力変換を行う電力変換回路２１と、交流母線１４に流れる交流電動機１５の電流を検出する電流検出部２２とを備えている。

コンデンサ１９は、直流母線電圧のリップルを抑制する機能、及びインバータ回路１７の電源インピーダンスを低下させてインバータ回路１７の交流電流駆動能力を向上させる機能、更にはサージ電圧を吸収する機能等を有している。また、電圧検出部２０は、直流母線電圧を分圧抵抗等により電動機制御回路１８で読み込める電圧に分圧し、電動機制御回路１８に直流母線電圧情報を出力する。

電力変換回路２１は、一般的によく知られている６つのスイッチング素子をフルブリッジ接続したインバータである。即ち、図１に示されるように、スイッチング素子２３、２４、スイッチング素子２５、２６、スイッチング素子２７、２８は、それぞれ互いに直列に接続され、直流電源１３に並列に接続されている。
また、スイッチング素子２３、２４の中点は交流電動機１５のＵ相の入力と接続され、スイッチング素子２５、２６の中点は交流電動機１５のＶ相の入力と接続され、スイッチング素子２７、２８の中点は交流電動機１５のＷ相の入力と接続されている。
ここで、直流電源１３の正極側、即ち、直流母線１２ａに接続されるスイッチング素子２３、２５、２７を上段側スイッチング素子と称し、直流電源の負極側、即ち、直流母線１２ｂに接続されるスイッチング素子２４、２６、２８を下段側スイッチング素子と称する。

スイッチング素子２３から２８は、例えば図１に示すようなＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、あるいは、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等が用いられる。なお、スイッチング素子２３から２８の各ＭＯＳＦＥＴには、直流電源１３の負極側から正極側へ向かう方向、即ち、下段側から上段側へ向かう方向を順方向として、並列にフリーホイールダイオードが設けられている。

電流検出部２２は、交流母線１４を流れるモータ電流を検出するものであり、電流を電圧に変換して交流電動機１５の電流情報を電動機制御回路１８に出力する。図１では、シャント抵抗により電流を検出する構成を示している。なお、電流検出部２２は、ホール素子等を用いた電流センサとしてもよい。

電力開閉器１１は、直流電源１３と電動機制御装置１０との電力授受を制御するものである。具体的には、電力開閉器１１は、交流電動機１５の回生運転時に直流電源１３の電圧が設定値以上になった場合、あるいは直流電源１３の消耗等により直流電源１３の電圧が設定値以下になった場合、直流電源１３に流れる電流が設定値以上になった場合、更には車両の故障または衝突が検出された場合等に、図示しない上位のシステムにより開放状態に制御される。

また、角度センサ１６は、レゾルバあるいはエンコーダ等により交流電動機１５のロータ回転角θｍを検出するものである。角度センサ１６で検出されたロータ回転角θｍは、回転角度補正部２９を介して、電動機制御回路１８に出力される。なお、ロータ回転角θｍは、交流電動機１５の永久磁石の極対数をもとに電気角（磁極位置に相当する回転角度）θに換算される。

電動機制御回路１８は、電動機制御装置全体の制御を司るもので、マイクロコントローラ、及び駆動回路等から構成される。回転角度補正量演算部３０は、上位コントローラからの回転角度補正学習開始フラグを受けて、回転角度補正部２９からの出力である補正後の回転角度信号と電動機制御回路１８で検出した交流電動機１５の電流検出信号とから、回転角度補正量を算出し、回転角度補正部２９へ新たな回転角度補正量を出力するものである。なお、図１では、回転角度補正部２９と回転角度補正量演算部３０のそれぞれを、電動機制御回路１８から分離して図示しているが、回転角度補正部２９と回転角度補正量演算部３０は、電動機制御回路１８に含まれるように構成してもよい。

図２Ａ及び図２Ｂは、回転角度補正量演算部３０で実行される交流電動機１５の回転角度補正量を算出するフローチャートであり、例えば、図示省略するマイクロコンピュータにおいて構成された電動機制御回路１８で、一定の周期で呼び出されて一連の処理を繰り返すように実行される。図２Ａ及び図２Ｂのフローチャートにおける処理について、以下に詳細に説明する。

まず、ステップＳ１０１において、回転角度補正量演算部３０は、上位コントローラからの回転角度補正量学習開始フラグ、回転角度補正量学習完了フラグ、電流検出信号、電動機制御回路１８により回転角度信号から演算した回転数ω、及び回転角度補正部２９で算出した補正後の回転角度信号を読み込む。なお、補正後の回転角度信号は、図２Ａ及び図２Ｂのフローチャートの処理の初回が完了する以前の場合は、前回もしくは初回に予め設定しておいた値を補正量として与えるようにしている。

次に、ステップＳ１０２において、前記回転角度補正量学習開始フラグが有効、かつ前記回転角度補正量学習完了フラグが無効であるか否かを判定する。前記回転角度補正量学習開始フラグが有効、かつ前記回転角度補正量学習完了フラグが無効の場合にはステップＳ１０３に進み、それ以外はステップＳ１１１に進む。

次に、ステップＳ１０３において、現在の回転数が予め設定した最低回転数より大きいか否かを判定し、現在の回転数が予め設定した最低回転数より大きい場合にはステップＳ１０４に進み、それ以外はステップＳ１１１に進む。ここで、前記最低回転数は交流電動機１５の特性と回転角度補正量の要求（必要）精度により決まる回転数であり、その決定方法は後述する。

ステップＳ１０４では、交流電動機１５に三相短絡指令（巻線端子間の三相すべてを短絡させるように、電動機制御回路１８によりスイッチング素子２３から２８への信号を与える指令）を出力し、ステップＳ１０５に進む。

次に、ステップＳ１０５において、三相短絡指令開始からの時間を計測し、ステップＳ１０６に進む。ステップＳ１０６では、三相短絡指令を出力開始してからの時間が予め設定した回転角度補正量演算開始時間より大きいか否かを判定し、三相短絡指令を出力開始してからの時間が予め設定した回転角度補正量演算開始時間より大きい場合にはステップＳ１０７に進み、それ以外の場合は今回の演算周期における演算処理を終了する。ステップＳ１０７では、後述の式９または式１０により回転角度補正量を演算し、ステップＳ１０８に進む。ステップＳ１０８では、回転角度補正量の演算開始からの時間を計測し、ステップＳ１０９に進む。

ステップＳ１０９では、回転角度補正量の演算開始からの時間が所定の時間以上か否かを判定し、回転角度補正量の演算開始からの時間が所定の時間以上である場合にはステップＳ１１０に進み、それ以外の場合には今回の演算周期における演算処理を終了する。なお、ステップＳ１０９における所定の時間の決定方法は後述する。

ステップＳ１１０では、回転角度補正量学習完了フラグを有効にして、回転角度補正量を回転角度補正部２９に出力し、処理を終了する。ステップＳ１１１は、三相短絡指令を解除し、今回の演算周期における演算処理を終了する。

図３は、回転角度補正部２９における補正後の回転角度信号を算出するフローチャートであり、例えば、図示省略するマイクロコンピュータにおいて構成された電動機制御回路１８で、一定の周期で呼び出されて、処理を繰り返すような構成となっている。図３のフローチャートにおける処理について、以下に詳細に説明する。

回転角度補正部２９は、回転角度補正量演算部３０からの回転角度補正量学習完了フラグ、回転角度補正量、及び角度センサ１６からの回転角度信号を受けて、補正後の回転角度信号を出力する。
図３のフローチャートにおいて、まず、ステップＳ２０１において、回転角度補正部２９は、回転角度補正量演算部３０からの回転角度補正量学習完了フラグ、回転角度補正量、及び角度センサ１６からの回転角度信号を読み込む。

次に、ステップＳ２０２において、図３のフローチャートの演算が、電動機制御装置１０の動作開始後２回目以降であればステップＳ２０３に進み、それ以外はステップＳ２０６に進む。ステップＳ２０６では、回転角度補正量に初期値をセットし、ステップＳ２０３に進む。ステップＳ２０３では、回転角度補正量学習完了フラグが有効か否かを判定し、回転角度補正量学習完了フラグが有効であればステップＳ２０４に進み、それ以外はステップＳ２０５に進む。ステップＳ２０４では、現在の回転角度補正量を記憶し、ステップＳ２０５に進む。ステップＳ２０５では、角度センサ１６からの回転角度信号に、記憶された回転角度補正量を加算したものを補正後の回転角度信号として、電動機制御回路１８、回転角度補正量演算部３０に出力し、演算周期における演算処理を終了する。

なお、回転角度補正部２９は、ハードウエアの一例を図４に示すように、プロセッサ３１と記憶装置３２から構成される。記憶装置３２は、図示していないがランダムアクセスメモリ等の揮発性記憶装置と、フラッシュメモリ等の不揮発性の補助記憶装置とを具備する。また、フラッシュメモリの代わりにハードディスクの補助記憶装置を具備してもよい。プロセッサ３１は、記憶装置３２から入力されたプログラムを実行する。この場合、補助記憶装置から揮発性記憶装置を介してプロセッサ３１にプログラムが入力される。また、プロセッサ３１は、演算結果等のデータを記憶装置３２の揮発性記憶装置に出力してもよいし、揮発性記憶装置を介して補助記憶装置にデータを保存してもよい。また、回転角度補正量演算部３０も、回転角度補正部２９と同様のハードウエアで構成される。

次に、本実施の形態において、回転角度補正量を高精度に算出できる原理を説明すると共に、前記ステップＳ１０３における最低回転数の決定方法と、前記ステップＳ１０９における所定の時間の決定方法について説明する。なお、以下では三相の永久磁石同期電動機について説明するが、三相以外の多相の電動機であってもよい。また、永久磁石以外の電動機であっても、交流電動機の巻線端子間を短絡させたときに電流が流れる電動機であればよい。

電動機制御回路１８では、交流電動機１５のＮ極の方向をｄ軸、このｄ軸に直交する方向をｑ軸として、補正後の回転角度信号が交流電動機１５の磁極位置に一致しているものとみなして、補正後の回転角度信号を用いてｄｑ座標系に変換し、交流電動機１５の端子電圧ｖｄ、ｖｑ、交流電動機１５の電機子電流ｉｄ、ｉｑを算出している。
以下、補正後の回転角度信号と交流電動機１５の磁極位置とが完全に一致している状態として、ｄｑ座標系に変換した交流電動機１５の電圧方程式を用いて説明する。ここで式１は、ｄｑ座標系に変換した交流電動機１５の電圧方程式である。式１において、ｖは電動機巻線の端子電圧、ｉは電機子電流、ｐは微分演算子、ωは回転子の回転角速度（回転数）、φは逆起電力定数、Ｒは電動機巻線の抵抗、Ｌは電動機巻線のインダクタンス、添字ｄ、ｑは各量のｄ軸、ｑ軸成分である。

交流電動機１５の巻線端子間を短絡させたときには、交流電動機１５の端子電圧ｖｄ、ｖｑが零になる。また、交流電動機１５の巻線の時定数（例えば、電動機巻線のインダクタンスＬ／電動機巻線の抵抗Ｒで計算される値）以上、かつ、回転数が高い状態では、交流電動機１５の巻線端子間を短絡させたときのｄｑ軸成分の電流はほぼ一定となることから、式１は式２のように表わすことができる。

式２から交流電動機１５の巻線端子間を短絡させたときの電機子電流ｉｄ、ｉｑを求めたものが式３である。

式３から、ω＞＞（Ｒ／Ｌｑ）とみなせるような交流電動機１５の回転角速度（回転数）ωが十分高い回転数である場合には、ｉｄ＝−φ／Ｌｄ、ｉｑ＝０とみなせるため、ｄｑ座標系での電流位相はｄ軸に漸近する。式３の電機子電流から磁極位置（ｄ軸方向）基準で電流位相を求めたものが式４である。交流電動機１５の回転角速度（回転数）ωがＲ／Ｌｑに対して十分高い場合には電機子電流の位相θｃｕｒはｄ軸方向に一致することがわかる（本実施の形態では、ωが大きくなったときに、式４の角度が０度でｄ軸と一致するように電機子電流ｉｄ、ｉｑに−１を乗算している点で注意が必要となる）。なお、交流電動機１５の巻線の抵抗ＲとインダクタンスＬｑと回転角速度（回転数）ωは測定、あるいは事前の解析等によりある程度の精度でわかっている場合には、回転角速度（回転数）ωが低い場合でも、式４のＲ／（ω・Ｌｑ）を直接計算して、電流位相とｄ軸との偏差が算出可能である。

電流検出部２２で検出した電流検出信号ｉｕ，ｉｖ，ｉｗは、角度センサ１６からの回転角度信号θｃを用いて、式５の座標変換から電動機制御回路１８におけるｄｑ軸電流ｉｄｃ、ｉｑｃとして算出される。

電動機制御回路１８におけるｄｑ軸電流の位相θｃｕｒ’は、式４と同様の計算により、式６で算出するようにしている。

角度センサ１６からの回転角度信号θｃの原点が、磁極位置（ｄ軸方向）からΔθだけずれている場合には、θｃｕｒ’＝θｃｕｒ＋Δθとなる。このことから、式４と式６を用いて、式７により角度センサ１６からの回転角度信号θｃの原点のずれΔθが求められることがわかる。

回転角度補正量θｃｏｍｐを−Δθとして、電動機制御回路１８におけるｄｑ軸電流の位相θｃｕｒ’を式８で補正すれば、交流電動機１５の磁極位置が算出できることがわかる。

なお、本実施の形態では、図２Ａ及び図２ＢのフローチャートのステップＳ１０７において、上記のθｃｏｍｐ（Δθに相当するもの）を回転角度補正量として算出している。

次に、前記ステップＳ１０３における最低回転数の決定方法と、前記ステップＳ１０９における所定の時間の決定方法について説明する。
交流電動機１５において、式３から電機子電流ｉｄ、ｉｑを求めたものを５（ａ）、式４から電流位相を求めたものを図５（ｂ）に示す。図５（ａ）より、回転数が高くなるほど、電機子電流ｉｑが小さくなり、電機子電流ｉｄが一定値となることがわかる。また、図５（ｂ）より、電流位相は、回転数が高くなるほど電流位相が零（ｄ軸）に近づき、電流位相とｄ軸（図５（ｂ）の縦軸０ｄｅｇがｄ軸に相当）との差が２度以下といった小さい値となる。このことから、電機子電流の電流位相とｄ軸方向との位相差が所定の値以下になるように回転数を定めることにより、式９、式１０のように、交流電動機１５の巻線の抵抗ＲあるいはインダクタンスＬｑの値によらず、所定の角度精度でｄ軸方向との偏差を求めることが可能である。

これにより、図２Ａ及び図２ＢのフローチャートのステップＳ１０３における最低回転数をＲ／Ｌｑより十分高い回転数となるように、より具体的には、式４で算出される角度誤差が所定値以下となるように最低回転数を設定することで、ｄ軸方向の角度を高精度に求めることができ、これにより交流電動機１５の角度センサ１６の原点と磁極位置原点（ｄ軸方向）との偏差を高精度に求めることができる。

交流電動機１５の回転中に巻線端子を短絡させた場合には、図６に示すように、電機子電流ｉｄ、ｉｑに電流振動が発生する。電機子電流ｉｄ、ｉｑが振動している場合には、前記回転角度補正量の算出精度が劣化する。図６からわかるように、電機子電流ｉｄ、ｉｑの振動は時間の経過と共に減衰するため、電機子電流ｉｄ、ｉｑの振動が十分減衰するのを待ってから、図２Ａ及び図２Ｂのフローチャートによって電流位相を求めることで、回転角度補正量を高精度に求めることができる。

図２Ａ及び図２Ｂのフローチャートにおいては、ステップＳ１０６における回転角度補正量演算開始時間を電機子電流ｉｄ、ｉｑに電流振動が減衰するまでの時間に設定すればよいことがわかる。
前記式９においては、交流電動機１５の抵抗Ｒの値が温度によって変化するため、抵抗Ｒの値を温度に応じて補正したものを用いれば、回転角度補正量の算出誤差を小さくすることができる。

また、交流電動機１５のインダクタンスは、交流電動機１５に流れる電流による磁気飽和の影響で、その値が変化することが知られている。このため、交流電動機１５に流れる電流に応じてインダクタンスＬｑを変更したものを前記式９に用いることで、回転角度補正量の誤差を小さくすることができる。なお、交流電動機１５に流れる電流値に応じたインダクタンスＬｑは、テーブルデータとしてマイコンに記憶させたり、近似関数から算出してもよい。

さて、回転角度補正量の算出誤差が大きくなる要因として、電流検出部２２に用いる回路を含めた電流センサの位相遅れ、電流センサのフィルタの位相遅れ、角度センサ信号の位相遅れ、角度センサ１６のフィルタの位相遅れなどの要因がある。このため、これらの位相遅れを補償するように、図２Ａ及び図２ＢのフローチャートのステップＳ１０６の回転角度補正量にこれらの遅れを補償する角度を加算することで、回転角度補正量の算出誤差を小さくすることができる。なお、前記電流センサの位相遅れ、電流センサのフィルタの位相遅れ、角度センサ信号の位相遅れ、角度センサ１６のフィルタの位相遅れは、テーブルデータとしてマイコン上に記憶させたり、近似関数から算出してもよい。

本実施の形態では、図３のフローチャートに記載したように、回転角度補正量学習完了フラグをもとに回転角度補正量を記憶するようにしている。これにより、所定の回転数以上における電流検出値の位相情報が記憶されているため、回転数が低いことによる回転角度補正量の算出誤差の増加を防止することができる。
本実施の形態の電動機制御装置１０では、回転角度補正量を算出するために、所定の回転数以上に交流電動機１５を回転させる必要がある。その一方法として、例えば、交流電動機１５を速度制御して所定の回転数以上にあげて、その後、巻線端子を短絡状態に切り替えることができる。

このとき、巻線端子を短絡状態に切り替えた後に、図２Ａ及び図２Ｂのフローチャートを実行するために回転数が著しく低下しないように、交流電動機１５の回転軸に作用する負荷トルクが回転数を著しく減少させる程度に大きくないか否かを判定する必要がある。
本実施の形態では、交流電動機１５を一定回転数で速度制御したときのトルクまたは電流から、交流電動機１５の回転軸に作用する負荷トルクを推定し、前記負荷トルクが所定値以下である場合には、巻線端子短絡後の回転数低下が少ないと判断して、図２Ａ及び図２Ｂのフローチャートに示した角度ずれ量の算出を実施するようにする。このようにすることで、交流電動機１５のモータパラメータとなる電動機巻線の抵抗Ｒ、インダクタンスＬｑが精度よくわかっていない場合でも、回転角度補正量の増加を防止できる。

本実施の形態の電動機制御装置１０では、交流電動機１５の巻線端子を短絡状態に切り替えた直後に、動作条件によっては過電流を発生する場合がある。交流電動機１５の巻線端子を短絡させた瞬間における電流ピークの大きさは、式１より、短絡状態になる前の交流電動機１５の端子電圧ｖｄ、ｖｑによって決まることがわかる。
このため、短絡前の交流電動機１５の電機子電流ｉｑをできるだけ零に近づけると共に、電機子電流ｉｄを−φ／Ｌｄに近づくように負方向に流すようにすることで、永久磁石磁束φによる電圧ωφを零に近づけることができ、短絡前の交流電動機１５の端子電圧ｖｄ、ｖｑを零に近づけることができる。これにより、交流電動機１５の巻線端子を短絡状態に切り替えた直後に発生する過電流を確実に防止することができる。また、交流電動機１５の巻線端子の短絡前に、過電流検出の診断、停止機能を無効にしてから短絡状態に切り替えることによって、過電流による短絡をより確実に防止することができる。

なお、本実施の形態では、直流成分の回転角度補正量の算出について示したが、交流電動機１５の電機子電流ｉｄ、ｉｑの電流位相を用いれば、角度センサ１６からの回転角度信号に含まれる交流成分の回転角度補正量も算出可能である。これにより、角度センサ１６の回転角度信号の位相補正に用いる回転角度補正量を高精度に算出可能になる。また、最終的に算出する補正後の回転角度信号に交流成分の回転角度補正量を加えることで、補正後の回転角度信号の精度を高めることができる。

上述において、実施の形態１について詳述したが、他の実施の形態として、実施の形態１に示した交流電動機１５の巻線端子短絡時の電流位相から回転角度補正量を算出する方式と、交流電動機１５の電機子電流がｉｄ＝０、ｉｑ＝０に維持されるようにインバータ回路１７を制御し、このときの交流電動機１５の制御に用いる電圧指令ｖｄ′、ｖｑ′の位相から回転角度補正量を算出する方式と、を回転数に応じて切り替えるようにすれば（式１において、ｖｄ＝０、ｖｑ＝ωφとなり、ａｔａｎ２（ｖｄ、ｖｑ）から、角度センサと、電動機の無通電時の誘導起電力の位相と、磁極位置センサによる磁極位置検出信号の位相との間の位相差が求まるので）、短絡電流が小さい低回転においても、電圧指令ｖｄ′、ｖｑ′を用いて、精度よく回転角度補正量を算出することが可能である。

本願は、例示的な実施の形態が記載されているが、実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合が含まれるものとする。

１０ 電動機制御装置、１１ 電力開閉器、１２ａ、１２ｂ 直流母線、１３ 直流電源、１４ 交流母線、１５ 交流電動機、１６ 角度センサ、１７ インバータ回路、１８ 電動機制御回路、１９ コンデンサ、２０ 電圧検出部、２１ 電力変換回路、２２ 電流検出部、２３、２４、２５、２６、２７、２８ スイッチング素子、２９ 回転角度補正部、３０ 回転角度補正量演算部、３１ プロセッサ、３２ 記憶装置、ｉ、ｉｄ、ｉｑ 電機子電流、ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ 電流検出信号、ｉｄｃ、ｉｑｃ ｄｑ軸電流、θｍ ロータ回転角、θｃ 回転角度信号、θｃｏｍｐ 回転角度補正量、θｃｕｒ 電機子電流の位相、θｃｕｒ’ ｄｑ軸電流の位相、Ｌ、Ｌｑ インダクタンス、ω 回転角速度（回転数）、Ｒ 電動機巻線の抵抗、ｖ、ｖｄ、ｖｑ 端子電圧、ｖｄ′、ｖｑ′ 電圧指令。

Claims (14)

1. 交流電動機に給電するインバータを制御すると共に、角度センサから出力された前記交流電動機の回転角度信号と電流検出部から出力された前記交流電動機の電流検出信号とを入力する電動機制御回路と、
   前記回転角度信号と前記電流検出信号をもとに、前記回転角度信号と前記交流電動機の磁極位置との回転角度誤差を補正する回転角度補正量を算出する回転角度補正量演算部と、
   前記回転角度補正量演算部で算出された回転角度補正量を記憶し、前記記憶した回転角度補正量を読み出して前記回転角度信号を補正する回転角度補正部と、を備え、
   前記回転角度補正部で補正された回転角度信号をもとに前記交流電動機の制御を行う制御装置であって、
   前記回転角度補正量演算部は、前記交流電動機の巻線端子間を短絡したときの電流検出信号にもとづいて、直流成分の回転角度補正量と交流成分の回転角度補正量の少なくとも何れか一方の回転角度補正量を算出することを特徴とする電動機制御装置。
2. 前記直流成分の回転角度補正量と交流成分の回転角度補正量の少なくとも何れか一方の回転角度補正量は、前記交流電動機の巻線端子間の短絡開始時から前記交流電動機の特性で決まる時定数を経過した後の時間における電流検出信号の位相情報から算出されることを特徴とする請求項１に記載の電動機制御装置。
3. 前記電流検出信号の位相情報に電流位相補正量を加算することを特徴とする請求項２に記載の電動機制御装置。
4. 前記電流位相補正量は、前記交流電動機の抵抗値とインダクタンス値とを用いて算出されることを特徴とする請求項３に記載の電動機制御装置。
5. 前記抵抗値を前記交流電動機の温度に応じて補正することを特徴とする請求項４に記載の電動機制御装置。
6. 前記インダクタンス値を前記電流検出信号に応じて変更することを特徴とする請求項４または５に記載の電動機制御装置。
7. 前記電流検出部を電流センサで構成し、前記位相情報は、前記電流検出信号の位相遅れと、前記電流センサのフィルタの位相遅れと、前記回転角度信号の位相遅れと、前記角度センサのフィルタの位相遅れと、を加算して補償されていることを特徴とする請求項２から６の何れか一項に記載の電動機制御装置。
8. 前記回転角度補正量、前記電流検出信号の位相遅れ、前記電流センサのフィルタの位相遅れ、前記回転角度信号の位相遅れ、前記角度センサのフィルタの位相遅れ、の少なくとも１つを、テーブルデータを参照して補償することを特徴とする請求項７に記載の電動機制御装置。
9. 前記回転角度補正量は、前記回転角度信号に同期する回転座標系に座標変換した電流から求めた電流位相を用いて算出されることを特徴とする請求項１から８の何れか一項に記載の電動機制御装置。
10. 前記回転角度補正量は、所定の回転数以上における電流検出信号の位相情報を用いて算出されて記憶されていることを特徴とする請求項１から９の何れか一項に記載の電動機制御装置。
11. 前記回転角度補正量は、一定回転数で速度制御したときのトルクまたは電流が所定の値以下の場合に、記憶されていることを特徴とする請求項１から１０の何れか一項に記載の電動機制御装置。
12. 前記交流電動機の巻線端子間の電圧が所定の値以下になってから、前記交流電動機の巻線端子間を短絡することを特徴とする請求項１から１１の何れか一項に記載の電動機制御装置。
13. 前記交流電動機の巻線端子間を短絡する前に、過電流検出による遮断動作を停止することを特徴とする請求項１から１２の何れか一項に記載の電動機制御装置。
14. 前記交流電動機の電圧情報から回転角度補正量を算出する方式と、前記交流電動機の電流情報から回転角度補正量を算出する方式とを、前記交流電動機の回転数に応じて切り替えることを特徴とする請求項１から１３の何れか一項に記載の電動機制御装置。

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