JP2003333884A - エネルギー変換機制御装置 - Google Patents

エネルギー変換機制御装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡易な構成で移動子位置の誤差測定を行うこ
とが可能なエネルギー変換機制御装置を提供する。 【解決手段】 界磁巻線ｒに供給される電流が所定値を
超えると、大きな発電が生じる。発電が生じない程度の
電流を所定値として、これ以下の電流を界磁巻線に供給
して誘起電圧を測定する。この誘起電圧は、移動子の位
置に対応しているので、かかる誘起電圧から移動子位置
を知ることができる。この場合に求められた移動子位置
に加えて、別の基準で測定された移動子位置を用いれ
ば、移動子位置の誤差測定を行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、移動子がロータと
して回転運動する回転モータや、移動子がスライダとし
て直線運動を行うリニアモータ等の電気エネルギーを運
動エネルギーに変換する電動機、又は、移動子側を回転
等させて運動エネルギーを電気エネルギーに変換する発
電機であるエネルギー変換機を制御するエネルギー変換
機制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図１０は2極の交流電動機（同期モー
タ）の原理図である。この図は回転界磁型のモータを模
式的に表しており、固定子（ステータ）に電機子巻線
が、移動子（ロータ）に界磁巻線が施されている。これ
に対して、固定子側に界磁巻線を、移動子側に電機子巻
線をそれぞれ配置した構造を回転電機子型と呼ぶ。一般
に、電機子よりも界磁の方が構造が簡単であり、界磁電
圧や電流も電機子のそれより低いため、回転界磁型が主
に採用されている。移動子に配した界磁巻線を励磁する
ことで移動子が電磁石となり、固定子に三相交流を流す
ことで発生する回転磁界に同期して移動子が回転する。
【０００３】従来の３相ブラシレスモータは特開平９−
２７６５５０号公報に記載されている。
【０００４】図１１は従来のブラシレスモータ４を示す
ブロック図である。交流発振器１から出力された交流信
号電圧は、ＡＣ／ＤＣ変換部２を介して直流バイアス電
圧に変換され、インバータ回路３に与えられる。インバ
ータ回路３は、駆動回路７から出力された制御信号によ
って駆動され、直流バイアス電圧から３相交流電圧を生
成する。
【０００５】インバータ回路３は、直流バイアス電圧間
に並列に設けられた３つのトランジスタ列を有する。第
１トランジスタ列は直列接続されたトランジスタＵａ，
Ｘからなり、第２トランジスタ列は直列接続されたトラ
ンジスタＶａ，トランジスタＹからなり、第３トランジ
スタ列は直列接続されたトランジスタＷａ，トランジス
タＺからなる。各トランジスタのエミッタ／コレクタ間
にはダイオードが接続され、一方向の電流通過のみが許
容されている。なお、トランジスタが電界効果トランジ
スタである場合はエミッタ／コレクタを、ソース／ドレ
インに読み替える。
【０００６】上流側のトランジスタをオフした状態で下
流側のトランジスタをオンして導通させると、上流及び
下流側のトランジスタの境界の節点の電位は下降し、逆
の場合には上昇する。このようにして、１つのトランジ
スタ列における境界節点電位は駆動回路７によるトラン
ジスタのスイッチングによって上昇及び下降させること
ができる。第１、第２及び第３トランジスタ列で発生す
る境界節点電位変動による交流の位相を１２０度ずつず
らすと、３相交流を生成することができる。このような
３相交流生成のためのスイッチングの指令は制御回路６
から出力される。
【０００７】ランダムに３相交流を電機子巻線Ｕ，Ｖ，
Ｗに供給しても、モータとしては脱調を生じるだけなの
で、この３相交流は移動子の現在位置に同期させて供給
する。移動子の位置を検出して３相交流の位相を調整す
れば、フィードバック制御を実現することができ、３相
交流の供給によって見込まれる移動子の位置に基づいて
３相交流の位相を調整すればオープンループ制御を行う
ことができる。オープンループ制御を行うためには、３
相交流の位相を検出する必要があるため、同図に示した
例では、３つの電機子巻線に接続された位置検出回路５
が設けられている。
【０００８】特開平９−４７０６６号公報に開示の制御
装置では、移動子の位置を正確に知るため、磁極位置セ
ンサの取り付け誤差を検出方法を開示しており、誤差検
出時にはインバータ回路を開放して誘起電圧を測定し、
この誘起電圧と磁極位置センサ出力を比較して取り付け
誤差を検出している。このような誤差は駆動効率の低下
を招くので、極力小さい方が好ましい。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
制御装置においては、特別な回路を多く用いなければ誤
差検出が十分にできないという問題がある。本発明は、
このような課題に鑑みてなされたものであり、簡易な構
成で移動子位置の誤差測定を行うことが可能なエネルギ
ー変換機制御装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
め、本エネルギー変換機制御装置は、界磁巻線を有する
移動子と、電機子巻線を有する固定子とを有し、界磁巻
線に電流を供給しつつ電機子巻線に交流を供給すること
で、移動子が移動可能なエネルギー変換機を制御するエ
ネルギー変換機制御装置において、電機子巻線への交流
の供給を停止した状態で、界磁巻線に所定値以下の電流
を供給しつつ移動子を移動させ、電機子巻線に誘起する
誘起電圧を測定することを特徴とする。
【００１１】界磁巻線に供給される電流が所定値を超え
ると、大きな発電が生じるので、本発明の装置では、発
電が生じない程度の電流を所定値として、これ以下の電
流を界磁巻線に供給するが、この場合でも、電流は零で
はないのだから、誘起電圧は測定することができる。こ
の誘起電圧は、移動子の位置に対応しているので、かか
る誘起電圧から移動子位置を知ることができる。この場
合に求められた移動子位置に加えて、別の基準で測定さ
れた移動子位置を用いれば、移動子位置の誤差測定を行
うことができる。
【００１２】また、本制御装置が、測定された前記誘起
電圧と基準電圧レベルとの交差タイミングを移動子位置
として検出するゼロクロス回路を備える場合、交差タイ
ミングは移動子の位置を示すこととなるので、ゼロクロ
ス回路を用いることで移動子の位置を簡単に測定するこ
とができる。
【００１３】また、本制御装置が、前記移動子の位置を
別の手法で検出する別の移動子位置検出器を備える場
合、２つの移動子位置の差を位置誤差として求めること
ができるので、一方の結果にしたがって他方を補正する
ことができる。
【００１４】すなわち、本制御装置が、差分回路やコン
ピュータ等よる演算によって、前記誘起電圧の測定時に
おいて前記移動子位置検出器によって検出された移動子
位置と、前記ゼロクロス回路によって検出された移動子
位置との差を検出することで、移動子位置の差を求める
ことができる。
【００１５】また、本制御装置が、検出された前記差に
基づいて、前記電機子巻線に供給される交流の位相を調
整する場合には、当該交流の位相を所望の移動子位置
（位相）に合わせることができる。
【００１６】また、本制御装置は、前記電機子巻線に前
記交流を供給するインバータ回路によるスイッチングの
タイミングを調整することによって、前記交流の位相の
調整を行うことができる。インバータ回路はスイッチン
グのタイミングを制御することで、生成交流の位相や周
波数を変化させることができるからである。
【００１７】また、上述の課題を解決するため、本エネ
ルギー変換機制御装置が、移動子と、複数の電機子巻線
を有する固定子とを有し、前記電機子巻線に多相の交流
を供給することで、前記移動子が移動可能なエネルギー
変換機を制御するエネルギー変換機制御装置において、
前記移動子を移動させた状態で前記電機子巻線を流れる
電流が零となるように前記電機子巻線に電流を供給する
と共に、前記電機子巻線の電圧を測定することを特徴と
してもよい。
【００１８】この場合、電機子巻線の電圧は移動子の位
置に応じて変化する。この電機子巻線の電圧は、移動子
の位置に対応しているので、かかる電機子巻線の電圧か
ら移動子位置を知ることができる。この場合に求められ
た移動子位置に加えて、別の基準で測定された移動子位
置を用いれば、移動子位置の誤差測定を行うことができ
る。
【００１９】すなわち、本制御装置が、前記電機子巻線
の電圧と基準電圧レベルとの交差タイミングを移動子位
置として検出するゼロクロス回路を備えることとすれ
ば、交差タイミングは移動子の位置を示すこととなるの
で、ゼロクロス回路を用いることで移動子の位置を簡単
に測定することができる。
【００２０】移動子の位置を別の手法で検出する別の移
動子位置検出器を備えることとすれば、上述のように、
別の基準で移動子位置を測定することができる。
【００２１】すなわち、本制御装置が、差分回路やコン
ピュータ等よる演算によって、前記電機子巻線の電圧の
測定時において前記移動子位置検出器によって検出され
た移動子位置と、前記ゼロクロス回路によって検出され
た移動子位置との差を検出することで、移動子位置の差
を求めることができる。
【００２２】また、本制御装置が、検出された前記差に
基づいて、前記電機子巻線に供給される交流の位相を調
整する場合には、当該交流の位相を所望の移動子位置
（位相）に合わせることができる。
【００２３】また、本制御装置は、前記電機子巻線に前
記交流を供給するインバータ回路によるスイッチングの
タイミングを調整することによって、前記交流の位相の
調整を行うことができる。インバータ回路はスイッチン
グのタイミングを制御することで、生成交流の位相や周
波数を変化させることができるからである。
【００２４】なお、上述のいずれの制御装置において
も、前記差を前記固定子に形成される磁極数分だけ記憶
し、記憶された磁極毎の前記差に基づいて、前記インバ
ータ回路によるスイッチングのタイミングを磁極毎に調
整することができる。この場合、磁極毎に位相ずれ量が
前記差だけ記憶されるので、より正確な交流位相調整を
行うことができ、電動機時には効率が増加する。
【００２５】また、前記移動子移動時に前記電機子巻線
を流れる電流と基準電流との差に応じて、前記エネルギ
ー変換機が電動機として機能する際に、前記電機子巻線
に供給される交流の位相を調整することとしてもよい。
【００２６】この基準電流を移動子の空間的な位相と、
電機子巻線に供給される電気的な位相が合致したときに
設定しておけば、移動子移動時に電機子巻線を流れる電
流と基準電流との差は、位相の誤差に相当することとな
る。したがって、当該差を用いれば、誤差を最小化する
ことができる。
【００２７】この基準電流としては、電機子巻線から出
力された電流の平均値を用いることができ、現在の電流
が平均値からずれた場合には、供給される電流の位相
を、ずれ量に応じて進相又は遅相させればよい、
【００２８】なお、前記移動子は、前記固定子に対して
回転移動するロータである場合には、電機移動機は回転
型の電動機（モータ）又は発電機（ジェネレータ）とし
て機能させることができ、この場合には、これらの電動
機或いは発電機は、例えば車両の駆動源に適用すること
ができる。このように、上述の制御装置は、移動子がロ
ータとして回転運動する回転モータや、移動子がスライ
ダとして直線運動を行うリニアモータ等の電動機、又
は、移動子側を回転させて発電を行う発電機であるエネ
ルギー変換機を制御することができる。
【００２９】なお、前記電機子巻線の電圧は、電機子巻
線単独の電圧又は電機子巻線間の電圧とすることがで
き、いずれの電圧を用いた場合においても、移動子位置
を検出することができる。
【発明の実施の形態】以下、実施の形態に係るエネルギ
ー変換機制御装置について説明する。なお、同一要素に
は同一符号を用い、重複する説明は省略する。
【００３０】（第１実施形態）このエネルギー変換機
は、電気エネルギーを運動エネルギーに変換する又は運
動エネルギーを電気エネルギーに変換する装置であり、
電動機（モータ）又は発電機（ジェネレータ）を示して
いる。具体的には、エネルギー変換機とは、移動子がロ
ータとして回転運動する回転モータや、移動子がスライ
ダとして直線運動を行うリニアモータ等の電動機、又
は、移動子を回転させて発電を行う発電機を意味する。
これらはエネルギー変換に可逆性があるため、電動機と
発電機は同一の基本構造を有する。以下では、エネルギ
ー変換機の一例として当該エネルギー変換機が回転モー
タである場合について説明する。
【００３１】図１は第１実施形態に係る回転モータ及び
回転モータ制御装置のブロック図である。この回転モー
タ４は回転界磁型の３相ブラシレスモータであり、図１
０に示した構造を有する。すなわち、モータ４は、磁性
体コアＣ及び界磁巻線ｒを有する移動子Ｒと、電機子巻
線Ｕ，Ｖ，Ｗを有する固定子Ｓとを有し、電子制御ユニ
ットＥＣＵからの指示に従って界磁電流制御回路３０か
ら界磁巻線ｒに電流を供給しつつ、インバータ回路３を
介して電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗに交流を供給することで、
移動子Ｒが移動（回転）することができる。
【００３２】モータ４の周辺回路は図１１に示したもの
と同様であり、ＡＣ／ＤＣ変換部２から出力される直流
電圧がインバータ回路３に与えられ、インバータ回路３
は電子制御ユニットＥＣＵ（制御装置）から出力される
タイミング信号に基づいて、３相交流を生成し、電機子
巻線Ｕ，Ｖ，Ｗにそれぞれの位相の交流を供給する。電
子制御ユニットＥＣＵとインバータ回路３との間には、
電子制御ユニットＥＣＵの出力タイミングから３相交流
形成用のタイミングを形成する適当な駆動回路が設けら
れるが、その図は図１では省略する。
【００３３】移動子Ｒ（図１には示さず（図１０参
照））の回転位置は、位置検出器（ホールセンサ）Ｈに
よって検出することができる。位置検出器Ｈの出力は電
子制御ユニットＥＣＵに入力される。
【００３４】電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗそれぞれの電圧（電
位）と、それぞれを流れる電流とは、電子制御ユニット
ＥＣＵに入力される。電子制御ユニットＥＣＵは、イン
バータ回路３から電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗへの交流電圧の
供給を停止した状態で、界磁巻線ｒに所定値（Ｉｆ＊）
以下の電流を供給しつつ移動子Ｒを移動（回転）させ、
電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗに誘起する誘起電圧（電位）を測
定する。この誘起電圧は移動子の回転位置に対応するの
で、当該測定によって移動子位置が検出される。
【００３５】この誘起電圧は、移動子Ｒの位置に対応し
ているので、かかる誘起電圧から移動子位置を知ること
ができる。この場合に求められた移動子位置に加えて、
上述の位置検出器Ｈで測定された移動子位置を用いれ
ば、移動子位置の誤差測定を行うことができる。
【００３６】すなわち、電子制御ユニットＥＣＵは、位
置検出器Ｈによって検出した移動子位置と、誘起電圧を
用いて検出した移動子位置との誤差を演算し、エネルギ
ー変換機が電動機として機能する場合の上記誤差が零と
なるように、位置検出器Ｈによる移動子位置の基準点を
補正し、インバータ回路３へ出力されるスイッチング信
号のタイミングを調整する。
【００３７】位置検出器Ｈによる移動子位置を基準とし
て３相交流形成用のタイミング信号を生成する場合、こ
の移動子位置を測定された誤差に基づいて補正すればよ
い。発電機の場合においてもインバータ回路３を駆動す
る場合には同様のタイミング調整を行うことができる。
【００３８】なお、上記所定値（Ｉｆ＊）とは発電が生
じない程度の電流の大きさである。すなわち、界磁巻線
ｒに供給される電流が所定値を超えると、大きな発電が
生じるので、本装置では、発電が生じない程度の電流を
所定値（Ｉｆ＊）として、これ以下の電流を界磁巻線ｒ
に供給するが、この場合でも、電流は零ではないのだか
ら、誘起電圧は測定することができる。
【００３９】図２は上述の制御を説明するためのフロー
チャートである。まず、電子制御ユニットＥＣＵは、所
定の運転条件が成立したかどうかを判定する（Ｓ１）。
この運転条件は、例えば、ハイブリッド自動車では、セ
ルモータによる内燃機関始動後に、エネルギー変換機が
発電機に移行した場合等の外力によって移動子Ｒが運動
を始めた場合である。車両においてはモータ駆動時や発
電や回生が休止できる状態のときでもよい。所定の運転
条件が成立しない場合には、誤差検出モードに入ること
なく制御を終了する。
【００４０】所定の運転条件が成立した場合には、誤差
検出モードに入る。誤差検出モードでは、まず、インバ
ータ回路３を停止させ、全波整流発電（レクチ発電）を
開始する（Ｓ２）。この時、移動子移動速度（回転数）
に基づいて最適励磁の行える電流量（所定値Ｉｆ＊）を
決定する（Ｓ３）。すなわち、所定値Ｉｆ＊よりも大き
い電流では発電が生じ、所定値Ｉｆ＊以下であれば発電
は生じないが誘起電圧は小さくなるということであり、
所定値Ｉｆ＊以下であれば一定の効果は見込めるが、最
適という意味では界磁巻線ｒに供給する電流を所定値Ｉ
ｆ＊とすればよい。移動子移動速度と所定値Ｉｆ＊との
関係は予めマップに記憶しておけばよい。
【００４１】更に、位置検出器Ｈによって検出された移
動子位置と、界磁巻線ｒに電流供給を行いながら測定し
て誘起電圧から求めた移動子位置との誤差を検出し、検
出した誤差を電子制御ユニットＥＣＵ内のメモリに記憶
する（Ｓ４）。
【００４２】図３は上記誤差の検出原理を説明するため
のタイミングチャートである。移動子Ｒの空間的回転位
置は、位置検出器Ｈとして電機子巻線Ｕ近傍に設けられ
たホールセンサからの信号電圧によって示される。一
方、位置検出器Ｈの出力電圧は上述の誘起電圧として検
出されるので、この誘起電圧のゼロクロスタイミングを
検出する。
【００４３】すなわち、電子制御ユニットＥＣＵは、測
定された前記誘起電圧と基準電圧レベルとの交差タイミ
ングを移動子位置として検出するゼロクロス回路を備え
ている。この交差タイミングは移動子Ｒの位置（回転位
置：位相）を示すこととなるので、ゼロクロス回路を用
いることで移動子Ｒの位置を簡単に測定することができ
る。
【００４４】なお、ゼロクロス回路とは、狭義には交流
信号が０Ｖと交叉するのを検出する回路であるが、本発
明では、０Ｖ以外の基準電圧レベルと交差する回路も含
むものとする。
【００４５】ゼロクロス回路からは矩形波に変換された
誘起電圧が出力される。位置検出器Ｈによって検出され
た移動子位置と、界磁巻線ｒに電流供給を行いながら測
定して誘起電圧から求めた移動子位置との差をパルス幅
として有する矩形波は、双方の矩形波の論理積から求め
ることができる。
【００４６】電子制御ユニットＥＣＵは、誘起電圧の測
定時において移動子Ｒの位置を別の手法で検出する移動
子位置検出器Ｈを備えるので、誘起電圧の測定時におい
て移動子位置検出器Ｈによって検出された移動子位置
と、ゼロクロス回路によって検出された移動子位置の差
を位相誤差として求めることができる。したがって、一
方の結果にしたがって他方を補正することができる。本
例では、位置検出器Ｈの出力を誤差分だけ補正する。
【００４７】図４は移動子移動速度（回転数）Ｎｍに対
する最適励磁可能な電流Ｉｆ＊と発電量Ｐｇの関係を示
すグラフである。電流ＩｆがＩｆ１、Ｉｆ２である場
合、回転数ＮｍがＮ１，Ｎ２以上であれば、発電量Ｐｇ
は零以上の値をとることになる。したがって、回転数Ｎ
ｍがＮ０以下の場合には、最適電流値、すなわち所定値
Ｉｆ＊は一定であり、回転数Ｎｍが増加するにしたがっ
て減少する。
【００４８】また、電子制御ユニットＥＣＵは、検出さ
れた前記差に基づいて、電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗに供給さ
れる交流の位相を調整する場合には、当該交流の位相を
所望の移動子位置（位相）に合わせることができる。す
なわち、電動機時或いはインバータ回路３を駆動した発
電時において、最大電力効率を達成するためには、電気
的位相と移動子位置の空間的位相の整合が必要である。
位置検出器Ｈからの信号のみに基づいて３相交流の位相
整合を行っていると、誤差が生じた場合には最大電力効
率が実現できず、また、脱調が生じる場合さえある。
【００４９】したがって、この誤差が小さくなるよう
に、位置検出器Ｈによって検出される移動子位置を位置
基準点の補正等によって補正し、補正された移動子位置
に基づいて、電動機時又はインバータ回路を駆動した発
電時において、位相が整合するように３相交流を生成す
る。
【００５０】３相交流の位相、周期及び周波数は電子制
御ユニットＥＣＵからのタイミング信号によって、すな
わち、インバータ回路３のトランジスタをスイッチング
する際のタイミングによって、自在に変化させることが
できる。したがって、電子制御ユニットＥＣＵは、電機
子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗに３相交流を供給するインバータ回路
３によるスイッチングのタイミングを調整することによ
って、この交流の位相の調整を行う。
【００５１】（第２実施形態）図５は第２実施形態に係
る回転モータ及び回転モータ制御装置のブロック図であ
る。この回転モータ４は永久磁石からなる移動子を有す
る３相ブラシレスモータであり、図１に示した界磁巻線
ｒ及び磁性体コアＣ（図１０参照）からなる電磁石を、
永久磁石に置換したものである。
【００５２】すなわち、モータ４は、界磁巻線ｒを有す
る移動子Ｒと、電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗを有する固定子Ｓ
とを有し、永久磁石からの磁界に対して所望の吸引及び
反発が生じるように電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗに交流を供給
することで、移動子Ｒが移動（回転）することができ
る。すなわち、このモータ４は、移動子Ｒと、複数の電
機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗを有する固定子（Ｓ）とを有し、電
機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗに多相の交流を供給することで、移
動子Ｒが移動可能なモータ４である。
【００５３】このモータ４の制御装置である電子制御ユ
ニットＥＣＵには、移動子Ｒを移動（回転）させた状態
でそれぞれの電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗを流れる電流が零と
なるように電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗに電流を供給すると共
に、電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗ間の電圧を測定する。
【００５４】この場合、電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗ間の電
圧、例えばＵ−Ｖ間電圧は移動子Ｒの位置に応じて変化
する。この電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗ間の電圧は、移動子Ｒ
の位置に対応しているので、かかる電機子巻線Ｕ，Ｖ，
Ｗ間の電圧から移動子位置（回転時の空間的位相）を知
ることができる。本装置では、求められた移動子位置に
加えて、別の基準で位置測定を行うホールセンサ等の位
置検出器Ｈを備えているので、移動子位置の誤差測定を
行うことができる。
【００５５】図６は当該誤差の検出原理を説明するため
のタイミングチャートである。移動子Ｒの空間的位置は
位置検出器Ｈとしてのホールセンサからの信号電圧によ
って示される。一方、電子制御ユニットＥＣＵが、各相
の電圧ではなく、線間電圧、すなわち一例としてはＵ−
Ｖ間電圧を検出する。もちろん、Ｖ−Ｗ間電圧や、Ｗ−
Ｕ間電圧の構成も考えられる。なお、この線間電圧とし
ては、実電圧でなく、より簡易的には、電子制御ユニッ
トＥＣＵからの指令電圧により代用することも可能であ
る。
【００５６】電子制御ユニットＥＣＵは、電機子巻線
Ｕ，Ｖ，Ｗ間の電圧と基準電圧レベルとの交差タイミン
グを移動子位置として検出するゼロクロス回路を備えて
いる。この交差タイミングは移動子の位置を示すことと
なるので、ゼロクロス回路を用いることで移動子Ｒの位
置を簡単に測定することができる。
【００５７】ゼロクロス回路からは矩形波が出力され
る。位置検出器Ｈによって検出された移動子位置を示す
矩形波と、ゼロクロス回路によって検出した移動子位置
を示す矩形波との差（位置誤差）を示す矩形波のパルス
幅は、双方の矩形波の論理積から求めることができる。
【００５８】上述のように、電子制御ユニットＥＣＵ
は、差分回路やコンピュータ等よる演算によって、電機
子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗ間の電圧の測定時において移動子位置
検出器Ｈによって検出された移動子位置と、ゼロクロス
回路によって検出された移動子位置との差を検出するこ
とで、移動子位置の差を求めることができる。
【００５９】また、電子制御ユニットＥＣＵは、検出さ
れた当該差に基づいて、電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗに供給さ
れる交流の位相を調整する場合には、当該交流の位相を
所望の移動子位置（位相）に合わせる。
【００６０】すなわち、電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗに交流を
供給するインバータ回路３によるスイッチングのタイミ
ングを調整することによって、各電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗ
に供給される交流の位相の調整を行うことができる。イ
ンバータ回路はスイッチングのタイミングを制御するこ
とで、生成交流の位相や周波数を変化させることができ
るからである。
【００６１】図７は発電動作時に検出された位相誤差と
Ｕ相電流との関係を示すグラフである。すなわち、位相
の進み遅れによってＵ相電流の振幅が変化する。この振
幅変化は固定子Ｓに設けられる磁極毎に発生する。した
がって、電子制御ユニットＥＣＵは、上述のいずれの形
態の制御においても、当該差を固定子Ｓに形成される磁
極数分だけ記憶し、記憶された磁極毎の当該差に基づい
て、インバータ回路３によるスイッチングのタイミング
を磁極毎に調整することができる。ホールセンサでは磁
極の着磁にばらつきが起きやすく、ホールセンサに基づ
いてＰＷＭスイッチングする通常の場合には、電流リッ
プルやトルクリップルを招きやすいが、磁極毎に補正す
れば、滑らかな駆動が可能となる。
【００６２】すなわち、誤差が小さくなるように、制御
の基準となる移動子位置の零点位置を各磁極毎に補正す
る。磁極毎に位相ずれ量が当該差だけ記憶されるので、
より正確な交流位相調整を行うことができ、電動機時や
インバータ駆動による発電時には効率が増加する。この
ような補正動作は磁極毎に行われるのが理想であるが、
１回転での平均値を用いたり、ＣＰＵ処理能力等を考慮
し、１回転毎の平均をとるなどして実行してもよい。
【００６３】図８は位相誤差のために電子制御ユニット
ＥＣＵ内で実行されるプログラムのフローチャートであ
る。まず、所定の運転条件が成立したかどうかを判定し
（Ｓ１０）、成立した場合には誤差記憶モードが実行さ
れ、不成立の場合には制御を終了する。ここで、所定の
運転条件とは、例えば、電動機と内燃機関を用いたハイ
ブリッド自動車では、セルモータを駆動して内燃機関を
始動した後に、電動機が発電機に移行する場合等であ
る。
【００６４】次に、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相をそれぞれ流れる
電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの全体の平均を、電流振幅計算
式：Ｉ＝（Ｉｕ2＋Ｉｖ2＋Ｉｗ2）1/2に従って演算する
（Ｓ１１）。
【００６５】更に、求められた移動子Ｒの１回転毎の電
流振幅の時間平均Ｉａｖｅを演算し（Ｓ１２）、時間平
均Ｉａｖｅと現在の電流振幅Ｉとの差を位置誤差（位相
誤差）として検出し、これをメモリーに記憶する（Ｓ１
３）。瞬間電流振幅Ｉが磁極毎に設定されれば、磁極毎
にインバータ回路３による補正が行われる。すなわち、
平均値Ｉａｖｅよりも振幅Ｉが大きい場合には位相遅れ
と判断し、制御位相を進めて制御し、小さい場合には逆
の制御を行う。ここでは、平均値Ｉａｖｅを基準として
用いるが、この代わりに特定の運転条件に対応する基準
値を用いることも可能である。これらの制御により、電
流リップルやトルクリップルが大幅に低減可能となる。
【００６６】なお、上述のいずれの制御においても、位
相誤差は絶えず更新が必要な情報ではないため、不揮発
性メモリに記憶するなどして、必要な機会に更新すれば
よい。これらの制御により、位置検出器Ｈの単体精度や
取り付け精度に誤差があっても、安定したトルク性能や
最大トルク（車両用エネルギー変換機によるクランキン
グトルクなど）、最適効率制御が可能となる。
【００６７】また、上述のいずれの制御においても、移
動子Ｒの移動（回転）時に電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗを流れ
る電流と基準電流との差に応じて、前記エネルギー変換
機が電動機として機能する際に、電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗ
に供給される交流の位相を調整することができる。
【００６８】この基準電流を移動子Ｒの空間的な位相
と、電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗに供給される電気的な位相が
合致したときに設定しておけば、移動子移動時に電機子
巻線Ｕ，Ｖ，Ｗを流れる電流と基準電流との差は、位相
の誤差に相当することとなる。したがって、当該差を用
いれば、誤差を最小化することができる。
【００６９】この基準電流としては、電機子巻線Ｕ，
Ｖ，Ｗから出力された電流の平均値を用いることがで
き、現在の電流が平均値からずれた場合には、供給され
る電流の位相を、ずれ量に応じて進相又は遅相させれば
よい、
【００７０】なお、移動子Ｒが固定子Ｓに対して回転移
動するロータである場合には、エネルギー変換機は回転
型の電動機（モータ）又は発電機（ジェネレータ）とし
て機能させることができ、この場合には、これらの電動
機或いは発電機は、例えば車両の駆動源に適用すること
ができる。このように、上述の電子制御ユニットＥＣＵ
は、移動子Ｒがロータとして回転運動する回転モータ
や、移動子Ｒがスライダとして直線運動を行うリニアモ
ータ等の電動機、又は、移動子側を回転させて発電を行
う発電機等のエネルギー変換機を制御することができ
る。
【００７１】なお、電機子巻線Ｕ−Ｖ間の電圧は、電機
子巻線単独の電圧とすることができ、この場合において
も、移動子位置を検出することができる。すなわち、移
動子Ｒを移動させた状態で電機子巻線Ｕを流れる電流が
零となるように電機子巻線Ｕに電流を供給すると共に、
電機子巻線Ｕの単独の電圧を測定する。
【００７２】図９は、かかる構成の場合における誤差の
検出原理を説明するためのタイミングチャートである。
【００７３】移動子Ｒの空間的回転位置は、位置検出器
Ｈとして電機子巻線Ｕ近傍に設けられたホールセンサか
らの信号電圧によって示される。一方、位置検出器Ｈの
出力電圧は、ローパスフィルタでフィルタリングを行う
ことによって、上述の電機子巻線単独の電圧（基準は直
流電圧の低位側とする）として検出されるので、このフ
ィルタリングが行われた電圧のゼロクロスタイミングを
検出する。なお、ローパスフィルタでキャリア成分を除
去した電機子巻線単独の電圧の基本波成分と基準電圧
（１／２Ｖｂ（Ｖｂは直流電圧））が比較され、ゼロク
ロスタイミングが検出される。
【００７４】すなわち、電子制御ユニットＥＣＵは、測
定された前記電圧と基準電圧レベルとの交差タイミング
を移動子位置として検出するゼロクロス回路を備えてい
る。この交差タイミングは移動子Ｒの位置（回転位置：
位相）を示すこととなるので、ゼロクロス回路を用いる
ことで移動子Ｒの位置を簡単に測定することができる。
【００７５】ゼロクロス回路からは矩形波に変換された
上記電圧が出力される。位置検出器Ｈによって検出され
た移動子位置と、上記単独の電圧から求めた移動子位置
との差をパルス幅として有する矩形波は、双方の矩形波
の論理積から求めることができる。
【００７６】電子制御ユニットＥＣＵは、上記単独の電
圧の測定時において移動子Ｒの位置を別の手法で検出す
る移動子位置検出器Ｈを備えるので、この電圧の測定時
において移動子位置検出器Ｈによって検出された移動子
位置と、ゼロクロス回路によって検出された移動子位置
の差を位相誤差として求めることができる。したがっ
て、一方の結果にしたがって他方を補正することができ
る。本例では、位置検出器Ｈの出力を誤差分だけ補正す
る。
【００７７】また、上述の制御は、内燃機関とバッテリ
ーから給電された電動機が車輪を駆動する方式であっ
て、二つの駆動力を状況に応じて使い分けたり、内燃機
関動力で発電機を駆動してバッテリーを充電しながら走
行することも可能なパラレルハイブリッド方式に適用す
ることもできる。また、上述の制御は、内燃機関で発電
機を駆動して電力を発生させ、電力をモーターに給電し
て駆動するシリーズハイブリッド方式にも適用すること
ができる。
【００７８】また、上記では位置検出器Ｈとしてホール
センサを用いたが、これはレゾルバや光カプラを用いて
もよい。
【００７９】
【発明の効果】本発明のエネルギー変換機制御装置によ
れば、簡易な構成で移動子位置の誤差測定を行うことが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る回転モータ及び回転モータ
制御装置のブロック図である。
【図２】上述の制御を説明するためのフローチャートで
ある。
【図３】上記誤差の検出原理を説明するためのタイミン
グチャートである。
【図４】移動子移動速度（回転数）Ｎｍに対する最適励
磁可能な電流Ｉｆ＊と発電量Ｐｇの関係を示すグラフで
ある。
【図５】第２実施形態に係る回転モータ及び回転モータ
制御装置のブロック図である。
【図６】誤差の検出原理を説明するためのタイミングチ
ャートである。
【図７】発電動作時に検出された位相誤差とＵ相電流と
の関係を示すグラフである。
【図８】位相誤差のために電子制御ユニットＥＣＵ内で
実行されるプログラムのフローチャートである。
【図９】誤差の検出原理を説明するためのタイミングチ
ャートである。
【図１０】２極の交流電動機（同期モータ）の原理図で
ある。
【図１１】従来のブラシレスモータ４を示すブロック図
である。
【符号の説明】
１…交流発振器、２…変換部、３…インバータ回路、４
…モータ、５…位置検出回路、６…制御回路、７…駆動
回路、Ｃ…磁性体コア、ＥＣＵ…電子制御ユニット、Ｈ
…位置検出器、Ｒ…移動子、ｒ…界磁巻線、Ｓ…固定
子、Ｕ，Ｖ，Ｗ…電機子巻線。

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 界磁巻線を有する移動子と、電機子巻線
    を有する固定子とを有し、前記界磁巻線に電流を供給し
    つつ前記電機子巻線に交流を供給することで、前記移動
    子が移動可能なエネルギー変換機を制御するエネルギー
    変換機制御装置において、 前記電機子巻線への交流の供給を停止した状態で、前記
    界磁巻線に所定値以下の電流を供給しつつ前記移動子を
    移動させ、前記電機子巻線に誘起する誘起電圧を測定す
    ることを特徴とするエネルギー変換機制御装置。
  2. 【請求項２】 測定された前記誘起電圧と基準電圧レベ
    ルとの交差タイミングを移動子位置として検出するゼロ
    クロス回路を備えることを特徴とする請求項１に記載の
    エネルギー変換機制御装置。
  3. 【請求項３】 前記移動子の位置を検出する別の移動子
    位置検出器を備えることを特徴とする請求項２に記載の
    エネルギー変換機制御装置。
  4. 【請求項４】 前記誘起電圧の測定時において前記移動
    子位置検出器によって検出された移動子位置と、前記ゼ
    ロクロス回路によって検出された移動子位置との差を検
    出することを特徴とする請求項３に記載のエネルギー変
    換機制御装置。
  5. 【請求項５】 検出された前記差に基づいて、前記電機
    子巻線に供給される交流の位相を調整することを特徴と
    する請求項４に記載のエネルギー変換機制御装置。
  6. 【請求項６】 前記交流の位相の調整は、前記電機子巻
    線に前記交流を供給するインバータ回路によるスイッチ
    ングのタイミングを調整することによって行われること
    を特徴とする請求項５に記載のエネルギー変換機制御装
    置。
  7. 【請求項７】 移動子と、複数の電機子巻線を有する固
    定子とを有し、前記電機子巻線に多相の交流を供給する
    ことで、前記移動子が移動可能なエネルギー変換機を制
    御するエネルギー変換機制御装置において、 前記移動子を移動させた状態で前記電機子巻線を流れる
    電流が零となるように前記電機子巻線に電流を供給する
    と共に、前記電機子巻線の電圧を測定することを特徴と
    するエネルギー変換機制御装置。
  8. 【請求項８】 前記電機子巻線の電圧と基準電圧レベル
    との交差タイミングを移動子位置として検出するゼロク
    ロス回路を備えることを特徴とする請求項７に記載のエ
    ネルギー変換機制御装置。
  9. 【請求項９】 前記移動子の位置を別の手法で検出する
    別の移動子位置検出器を備えることを特徴とする請求項
    ８に記載のエネルギー変換機制御装置。
  10. 【請求項１０】 前記電機子巻線の電圧の測定時におい
    て前記移動子位置検出器によって検出された移動子位置
    と、前記ゼロクロス回路によって検出された移動子位置
    との差を検出することを特徴とする請求項９に記載のエ
    ネルギー変換機制御装置。
  11. 【請求項１１】 検出された前記差に基づいて、前記電
    機子巻線に供給される交流の位相を調整することを特徴
    とする請求項１０に記載のエネルギー変換機制御装置。
  12. 【請求項１２】 前記交流の位相の調整は、前記電機子
    巻線に前記交流を供給するインバータ回路によるスイッ
    チングのタイミングを調整することによって行われるこ
    とを特徴とする請求項１１に記載のエネルギー変換機制
    御装置。
  13. 【請求項１３】 前記差を前記固定子に形成される磁極
    数分だけ記憶し、記憶された磁極毎の前記差に基づい
    て、前記インバータ回路によるスイッチングのタイミン
    グを磁極毎に調整することを特徴とする請求項６又は１
    ２に記載の電機移動機制御装置。
  14. 【請求項１４】 前記移動子移動時に前記電機子巻線を
    流れる電流と基準電流との差に応じて、前記エネルギー
    変換機が電動機として機能する際に、前記電機子巻線に
    供給される交流の位相を調整することを特徴とする請求
    項１乃至１３のいずれか１項に記載のエネルギー変換機
    制御装置。
  15. 【請求項１５】 前記基準電流は、前記電機子巻線から
    出力された電流の平均値であることを特徴とする請求項
    １４に記載のエネルギー変換機制御装置。
  16. 【請求項１６】 前記移動子は、前記固定子に対して回
    転移動するロータであることを特徴とする請求項１乃至
    １５のいずれか１項に記載のエネルギー変換機制御装
    置。
  17. 【請求項１７】 前記電機子巻線の電圧は、前記電機子
    巻線単独の電圧又は前記電機子巻線間の電圧であること
    を特徴とする請求項７乃至１０のいずれか１項に記載の
    エネルギー変換機制御装置。
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