JP2009254112A - 回転機の角度推定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】突極機としての電動機１６に電圧信号を印加した際に電動機１６を実際に流れる電流に基づき推定されるｄ軸の正方向を判別することが困難なこと。
【解決手段】磁極判定用パルス電圧設定部６８の設定するパルス電圧ｖｈＮＳは、推定ｄ軸の正方向及び負方向のそれぞれに印加される。この際の電流応答性の相違度合いが小さい場合、電流応答性についての単一の検出結果に基づきｄ軸正方向を判別するなら、その信頼性が低くなると判断する。そして、この場合、電流応答性の検出を複数回行い、これらの統計的な結果に基づき、ｄ軸正方向を判別する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、突極性を有する回転機に電圧信号を印加した際に回転機を実際に流れる電流に基づき、回転機の回転角度を推定する回転機の角度推定装置に関する。

例えば埋め込み磁石同期電動機のように突極性を有する電動機にあっては、ｄ軸方向のインダクタンスが最小であり、これに直交するｑ軸方向のインダクタンスが最大となる。このため、ｄｑ軸上において電圧印加方向を回転させつつ電動機に高周波電圧信号を印加した際に電動機を実際に伝播する電流信号の振幅を上記高周波電圧信号の印加方向に対応してプロットした場合、電流信号の振幅は、ｄ軸方向を長軸として且つｑ軸方向を短軸とする楕円形状となる。このため、電流が最も流れやすい上記長軸方向を検出することで、電動機の回転角度を推定することができる。

ただし、上記電流が最も流れやすい方向は、ｄ軸の正方向及び負方向の２つの方向である。このため、電流の流れやすい方向を特定するのみでは、ｄ軸の正方向であるのか負方向であるのかを判別することができない。

そこで従来は、例えば下記特許文献１に見られるように、推定ｄ軸正方向に電圧を印加した際と負方向に電圧を印加した際とにおける電流の応答性の相違に基づき、ｄ軸の正方向であるのか負方向であるのかを判別することも提案されている。これによれば、ｄ軸正方向とｄ軸負方向とでの磁気飽和時の磁束の相違を利用して、磁極を判別することができる。
特開２００２−１７１７９８号公報

ところで、上記ｄ軸正方向及びｄ軸負方向のそれぞれに電圧を印加した際の電流の応答性は、電動機の構造に起因する。このため、電動機の回転子の位置に応じて上記応答性の相違の度合いも変動する。このため、電動機の回転子の位置によっては、上記判別の信頼性が低下し、最悪の場合、誤判別を招くおそれがある。

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、突極性を有する回転機に電圧信号を印加した際に回転機を実際に流れる電流に基づき、インダクタンスが最小となる２つの方向をより高精度に判別することのできる回転機の角度推定装置を提供することにある。

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。

請求項１記載の発明は、電力変換回路を操作することで、突極性を有する回転機の任意の位相角方向に電圧を印加する角度推定用電圧印加手段と、前記角度推定用電圧印加手段によって電圧が印加される際に前記回転機に実際に流れる電流に基づき、前記回転機の回転角度を推定する角度推定手段と、前記角度推定手段によって推定される角度に基づき前記電力変換回路を操作することで前記回転機のインダクタンスが最小となると推定される２つの方向のそれぞれの成分を有した電圧を印加する補正用電圧印加手段と、前記補正用電圧印加手段によって前記それぞれの成分を有した電圧が印加される際の前記回転機に実際に流れる電流の応答性の相違を入力として、前記角度推定手段によって推定される角度を補正する補正手段と、前記電流の応答性の相違の度合いに基づき、該応答性の相違を入力とした場合の前記補正手段による前記補正の信頼性を評価する評価手段とを備えることを特徴とする。

上記発明では、評価手段を備えることで、検出される応答性の相違を直接用いて補正を行った場合に補正の信頼性が低くなるか否かを適切に把握することができる。このため、補正手段により信頼性の低い補正処理がなされることを回避することができる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記補正手段は、前記評価手段により信頼性が低いと判断される状況下、前記補正用電圧印加手段による電圧の印加に伴う前記応答性の相違の検出を複数回行い、これら複数個の検出結果に基づき、前記角度推定手段によって推定される角度を補正することを特徴とする。

応答性の相違の度合いが小さい場合には、各検出結果が応答性の大小関係を正しく反映しているとの信頼性が低くなるものの、複数個の検出結果の統計的な傾向としては、応答性についての正しい大小関係を反映すると考えられる。すなわち、単一の検出結果に基づく応答性の大小関係ついては信頼性が低い場合であっても、複数個の検出結果の統計的な傾向が示す応答性の大小関係については、信頼性が高いと考えられる。上記発明では、この点に着目し、評価手段により信頼性が低いと判断される状況下、応答性の相違についての複数個の検出結果に基づき補正を行うことで、補正の信頼性を高く維持することができる。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記補正用電圧印加手段は、前記評価手段により信頼性が低いと判断される場合、前記回転機に印加する電圧を変更することを特徴とする。

補正用電圧印加手段によって上記２つの方向のそれぞれの成分を有する電圧が印加される際の電流の応答性の相違は、電流量が大きくなるように電圧を変化させるほど顕著となる傾向にある。これは、回転機の磁気飽和が顕著となることによると考えられる。上記発明では、この点に着目することで、信頼性が低いと判断される場合に印加電圧を変更することで、応答性の相違をより顕在化させることができる。

請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明において、前記補正用電圧印加手段は、前記回転機のインダクタンスが最小となると推定される方向の成分を有して且つ互いに極性の異なる２つの方向に電圧を印加するものであり、前記評価手段により信頼性が低いと判断される場合、前記印加する電圧の絶対値を増大させることを特徴とする。

なお、上記「互いに極性の異なる２つの方向」とは、互いに平行であって且つ互いに逆方向であることとする。

請求項５記載の発明は、請求項３又は４記載の発明において、前記補正用電圧印加手段は、前記回転機のインダクタンスが最小となると推定される方向の成分を有して且つ互いに極性の異なる２つの方向にパルス状の電圧を印加するものであり、前記評価手段により信頼性が低いと判断される場合、前記印加する電圧のパルス幅を増大させることを特徴とする。

なお、上記「互いに極性の異なる２つの方向」とは、互いに平行であって且つ互いに逆方向であることとする。

請求項６記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の回転機の発明において、前記補正用電圧印加手段は、前記応答性の相違を検出すべく前記回転機のインダクタンスが最小となると推定される２つの方向のそれぞれの成分を有する電圧を順番に印加するものであって且つ、前記２つの方向のうちの一方の成分を有する電圧を印加した後、当該電圧の印加による前記回転機の電流の影響が十分に減衰したと判断される状況となることで、前記他方の成分を有する電圧を印加することを特徴とする。

上記２つの方向のうちの一方の成分を有する電圧を印加した際の電流の応答性と、他方の成分を有する電圧を印加した際の電流の応答性との相違を高精度に検出するためには、他方の成分を有する電圧印加時に上記一方の成分を有する電圧を印加した場合の電流の流通方向に偏向した電流が流れていないことが望まれる。上記発明では、この点に鑑み、他方の成分を有する電圧を印加するに際し、一方の成分を有する電圧を印加した際に流れる電流の影響を回避することができる。

請求項７記載の発明は、請求項１〜６のいずれか１項に記載の発明において、前記補正用電圧印加手段は、前記回転機のインダクタンスが最小となると推定される方向の成分を有して且つ互いに極性の異なる２つの方向のいずれか一方及び他方の順にパルス状の電圧を連続的に印加した後、前記いずれか他方及び前記いずれか一方の順にパルス状の電圧を印加するものであることを特徴とする。

上記発明では、連続的に印加される２つのパルス状の電圧のパターンを用いることで、応答性の検出のための電圧印加の影響を迅速に減衰させることができる。このため、次のパターンによる電圧印加を迅速に行うことができ、ひいては応答性の相違の検出期間を短縮することができる。

なお、上記「互いに極性の異なる２つの方向」とは、互いに平行であって且つ互いに逆方向であることとする。

（第１の実施形態）
以下、本発明にかかる角度推定装置をハイブリッド車に適用した第１の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１に、本実施形態にかかるシステム構成を示す。

図示される電動機１６は、３相の永久磁石同期モータである。また、電動機１６は、突極性を有する回転機（突極機）である。詳しくは、電動機１６は、埋め込み磁石同期モータ（ＩＰＭＳＭ）である。この電動機１６は、車載動力発生装置を構成するものであり、その出力軸は、駆動輪に機械的に連結されている。

指令電流設定部４０では、要求トルクＴｄに基づき、ｄｑ軸上での指令電流ｉｄｃ，ｉｑｃを設定する。一方、ｄｑ変換部４２では、電動機１６のＵ相及びＶ相を流れる電流ｉｕ，ｉｖを、ｄ軸を流れる実電流ｉｄとｑ軸を流れる実電流ｉｑとに変換する。高周波除去部４４では、実電流ｉｄ，ｉｑから、電動機１６の回転角度θを推定するために印加される高周波電圧に応じて電動機１６を流れる高周波成分を除去する。こうして高周波成分が除去された実電流ｉｄ，ｉｑは、電流制御器４６に取り込まれる。電流制御器４６では、実電流ｉｄ，ｉｑのそれぞれを指令電流ｉｄｃ，ｉｑｃのそれぞれにフィードバック制御するための操作量としてのｄ軸上の指令電圧ｖｄｃ及びｑ軸上の指令電圧ｖｑｃを算出する。３相変換部４８では、指令電圧ｖｄｃ，ｖｑｃに応じた電圧を３相の指令電圧ｖｕｃ，ｖｖｃ，ｖｗｃに変換する。ＰＷＭ信号生成部５０では、電動機１６に指令電圧ｖｕｃ，ｖｖｃ，ｖｗｃを印加するためのインバータ５２の操作信号を生成し出力する。インバータ５２は、上記操作信号に基づき、高圧バッテリ５４の正極側及び負極側のいずれかを、電動機１６の各相のそれぞれに選択的に接続する。

本実施形態では、電動機１６の回転速度が規定速度以下である場合、位置推定用高周波電圧設定部６０によって設定される高周波電圧信号ｖｈｄを電動機１６に印加した際に電動機１６を流れる電流の方向に基づき、回転角度θを推定する。すなわち、位置推定用高周波電圧設定部６０では、ｄ軸に高周波電圧信号ｖｈｄを印加すべく、加算器６２に高周波電圧信号ｖｈｄを出力する。加算器６２では、指令電圧ｖｄｃに高周波電圧信号ｖｈｄを加算して、３相変換部４８に出力する。ここで、高周波電圧信号ｖｈｄの周波数は、電動機１６の電気角速度に応じた周波数よりも高周波の信号である。一方、高周波抽出部６４では、実電流ｉｄ，ｉｑから高周波電圧信号ｖｈｄの印加に伴う高周波電流信号ｉｄｈ，ｉｑｈを抽出し、位置推定器６６に出力する。位置推定器６６では、高周波電圧ベクトル（ｖｈｄ、０）と、高周波電流ベクトル（ｉｄｈ，ｉｑｈ）との外積値に基づき、回転角度θを算出する。ここで、外積値は、高周波電圧ベクトルに対する高周波電流ベクトルのなす角度と相関を有する。一方、高周波電流はインダクタンスが最も小さいｄ軸側に偏向したものとなるはずであるため、回転角度θに誤差がなく、高周波電圧信号ｖｈｄが真のｄ軸方向に印加されているなら、高周波電圧ベクトルと高周波電流ベクトルとのなす角度はゼロとなると考えられる。このため、外積値は、回転角度θの誤差と相関を有するパラメータとなっている。したがって、外積値をゼロにフィードバック制御するための操作量として回転角度θを算出することで、回転角度θを真の角度に制御することができる。ここで、フィードバック制御としては、例えば比例積分制御を用いればよい。

上記電動機１６のインダクタンスが最小となる方向がｄ軸正方向及びｄ軸負方向であるため、上記態様にて回転角度θを算出する場合の回転角度θの誤差は、「０」又は「π」となると考えられる。そこで、回転角度の推定初期には、位置推定器６６の出力を補正する処理を行う。具体的には、磁極判定用パルス電圧設定部６８では、磁極判定用のパルス電圧ｖｈＮＳを加算器６２に出力する。図２に、パルス電圧ｖｈＮＳを示す。詳しくは、図２（ａ）にパルス電圧ｖｈＮＳの推移を示し、図２（ｂ）にパルス電圧ｖｈＮＳの印加に伴って電動機１６を流れる電流の推移を示す。

図示されるように、本実施形態では、推定ｄ軸の正方向及び負方向の順に波高値ｖｈを有するパルス状の電圧を連続的に印加した後、所定時間Ｔだけ待機し、推定ｄ軸の負方向及び正方向の順に波高値ｖｈを有するパルス状の電圧を連続的に印加する。ここで、推定ｄ軸の正方向及び負方向の順に連続的に印加されるパルス状の電圧（第１パターン電圧）は、推定ｄ軸の正方向への電圧印加に対する電流の応答性を検出するためのものであり、推定ｄ軸の負方向及び正方向の順に連続的に印加されるパルス状の電圧(第２パターン電圧)は、推定ｄ軸の負方向への電圧印加に対する電流の応答性を検出するためのものである。また、第１パターン電圧における推定ｄ軸正方向へのパルス状の電圧に引き続く推定ｄ軸負方向へのパルス状の電圧は、推定ｄ軸正方向へのパルス状の電圧印加による影響を迅速に解消させるためのものである。同様に、第２パターン電圧における推定ｄ軸負方向へのパルス状の電圧に引き続く推定ｄ軸正方向へのパルス状の電圧は、推定ｄ軸負方向へのパルス状の電圧印加による影響を迅速に解消させるためのものである。また、第１パターン電圧の印加と第２パターン電圧の印加との間の所定時間Ｔは、第１パターン電圧の印加の影響が解消された状態で第２パターン電圧を印加するためのものである。

ここで、第１パターン電圧を印加した際と第２パターン電圧を印加した際とでは、電流の応答性が相違する。これは、電動機１６のｄ軸正方向（Ｎ極側）の方がｄ軸負方向（Ｓ極側）よりも電流の応答性が高いことによる。このため、応答性の相違に基づき、回転角度θの誤差を検出することが可能となる。図２の例では、推定ｄ軸正方向への電圧印加に対する電流応答を検出するための第１パターン電圧印加時の方が電流応答性が高いため、推定ｄ軸正方向は真のｄ軸正方向である。このため、回転角度θの誤差は、ゼロである。

ちなみに、上記応答性の相違は、電動機１６の磁気飽和時におけるｄ軸正方向及び負方向での磁束の相違に起因して生じる現象であるため、第１パターン電圧及び第２パターン電圧は、電動機１６に磁気飽和を生じさせると想定されるものとする。この設定は、波高値ｖｈ及びパルス幅の調節によって可能である。なお、波高値ｖｈについては、高圧バッテリ５４の電圧値ＶＤＣ以下となるようにする。

磁極判定用パルス電圧設定部６８の設定するパルス電圧ｖｈＮＳが印加されると、先の図１に示した高周波抽出部６４の出力のうちの推定ｄ軸成分の高周波電流信号ｉｄｈが磁極判定器７０に取り込まれる。磁極判定器７０では、上述した態様にて、第１パターン電圧及び第２パターン電圧のそれぞれの印加時の電流応答同士の相違に基づき、補正量Δθを算出する。ここで、補正量Δθは、「０」又は「π」である。そして、補正部７２では、位置推定器６６の出力する回転角度θに補正量Δθを加算することで、回転角度θを補正する。

ところで、ｄ軸正方向及びｄ軸負方向のそれぞれへの電圧印加に対する電流の応答性の相違度合いは、図３に示すように、電動機１６の回転子の停止位置に応じて変化する。図３では、ｄ軸正方向に電圧を印加した際の電流のピーク値を◆印にて表記し、ｄ軸負方向に電圧を印加した際の電流のピーク値を■印にて表記し、これらの差を▲印にて表記した。図示されるように、電流の応答性を定量化したパラメータとしての電流のピーク値は、電動機１６の回転子の停止位置に応じて変動し、これにより、これらピーク値同士の差も、回転子の停止位置に応じて変動する。このため、これらの差は、小さくもなり得るため、回転子の停止位置によっては、ｄ軸正方向及び負方向を高精度に判別することが困難となるおそれがある。

一方、要求トルクＴｄに応じて電動機１６を駆動するに先立ち回転角度θを特定する処理(初期位置決め処理)を行うに際しては、電流の応答性の相違度合いが大きくなる角度へと回転子を移動させることも困難である。これは、本実施形態では、電動機１６が駆動輪に連結されているからである。このため、初期位置決め処理のために電動機１６を回転させることは、車両の挙動がユーザの意図せぬものとなるため、適切でない。

そこで本実施形態では、応答性の相違度合いが小さい場合、単一の応答性の相違の検出結果に基づき算出される補正量Δθの信頼性が低くなると判断する。そしてこの場合には、応答性の相違についての複数の検出結果の統計的な量に基づき、補正量Δθを定める。

図４に、本実施形態にかかる回転角度θの推定処理の手順を示す。この処理は、例えば所定周期で繰り返し実行される。

この一連の処理では、先ずステップＳ１０において、高周波電圧信号ｖｈｄの出力に基づき回転角度θを推定する。この処理は、先の図１に示した位置推定器６６の行う処理である。続くステップＳ１２においては、磁極位置判別履歴があるか否かを、換言すれば、補正量Δθによる補正がなされたか否かを判断する。そして、未だ補正がなされていない場合には、ステップＳ１４において、先の図２に示したパルス電圧を印加し、電流のピーク値を検出する処理を行う。

続くステップＳ１６においては、一対のピーク値の差Δが規定値α以上であるか否かを判断する。ここで、規定値αは、一対のピーク値についての単一の検出結果に基づき補正量Δθを高精度に算出することができると想定される値に設定されている。そして、ステップＳ１６において規定値α以上であると判断される場合、一対のピーク値に基づき補正量Δθを算出する場合の信頼性が高いと考えられることから、ステップＳ１８において、ｄ軸正方向を判別する。ここでは、ピーク値が大きい方が真の正方向であるとして、補正量Δθを算出する。

一方、ステップＳ１６において規定値α未満であると判断される場合、ステップＳ２０に移行する。ステップＳ２０においては、先の図２に示したパルス電圧を印加し電流のピーク値を検出する処理を、所定の奇数（２ｎ＋１）回行う。この検出処理回数には、上記ステップＳ１４における検出回数をも含める。ここで所定の奇数は、各一対のピーク値同士の相違が小さい場合であっても、これらの複数組を用いることで補正量Δθを高精度に算出することができると想定される値に設定されている。続くステップＳ２２では、奇数回の検出結果の統計的な量に基づき、ｄ軸の正方向を判別する。ここでは、先の図１に示した第１パターン電圧及び第２パターン電圧を印加した際の電流のピーク値が「ｎ＋１」回以上大きくなるパターンに対応する方向を、ｄ軸正方向とすべく補正量Δθを算出する。

上記ステップＳ１８、Ｓ２２の処理が完了する場合には、ステップＳ２４において、ステップＳ１０にて算出される回転角度θを補正する。更に、電動機１６の駆動を許可する。なお、ステップＳ２４の処理が完了する場合や、上記ステップＳ１２において肯定判断される場合には、この一連の処理を一旦終了する。

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。

（１）磁極判定用パルス電圧設定部６８の出力電圧の印加に伴って電動機１６に実際に流れる電流の応答性の相違の度合いに基づき、該応答性の相違を入力とした場合の補正量Δθの信頼性を評価した。これにより、信頼性の低い補正処理がなされることを回避することができる。

（２）上記信頼性が低いと判断される状況下、上記応答性の相違の検出を複数回行い、これら複数個の検出結果に基づき、補正量Δθを算出した。これにより、単一の検出結果に基づく応答性の大小関係ついては信頼性が低い場合であっても、複数個の検出結果の統計が示す応答性の大小関係については、信頼性が高いと考えられるため、補正の信頼性を高く維持することができる。

（３）推定ｄ軸の一方向（正方向）への電圧印加に対する電流の応答性を検出するための電圧(第１パターン電圧)を印加した後、当該電圧の印加による電動機１６の電流の影響が十分に減衰したと判断される状況となることで、推定ｄ軸の他方向（負方向）への電圧印加に対する電流の応答性を検出するための電圧(第２パターン電圧)を印加した。これにより、第２パターン電圧を印加するに際し、第１パターン電圧を印加した際に流れる電流の影響を回避することができる。

（４）推定ｄ軸の正方向及び負方向への電圧印加に対する電流の応答性をそれぞれ検出すべく、第１パターン電圧及び第２パターン電圧を用いた。これにより、応答性の検出のための電圧印加（第１パターン電圧における推定ｄ軸正方向、第２パターン電圧における推定ｄ軸負方向）の影響を迅速に減衰させることができる。

（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

図５に、本実施形態にかかる回転角度θの推定処理の手順を示す。この処理は、例えば所定周期で繰り返し実行される。なお、図５において、先の図４に示した処理に対応する処理については、便宜上同一のステップ番号を付している。

この一連の処理では、ステップＳ１６において、電流のピーク値の差が規定値α以上でないと判断される場合、ステップＳ２６において、印加する電圧を変更する。詳しくは、図６に示すように、パルスの波高値を増加させる。これは、電動機１６の磁気飽和を促進するための設定である。すなわち、応答性の相違の度合いが小さい場合であっても、電動機１６の磁気飽和の度合いを増大させるなら、応答性の相違が顕著となると考えられる。このため、本実施形態では、波高値を、高圧バッテリ５４の電圧値ＶＤＣによって実現可能な範囲で増大させる。

以上説明した本実施形態によれば、先の第１の実施形態の上記（１）、（３）、(４)の効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。

（５）応答性の相違の度合いが小さくこれによって補正量Δθを算出したならその信頼性が低くなると判断される場合、電動機１６に印加される電圧を変更した。これにより、応答性の相違をより顕在化させることができる。

（６）上記信頼性が低いと判断される場合、印加する電圧の絶対値(波高値)を増大させた。これにより、電動機１６の磁気飽和の度合いを増大させることができる。

（第３の実施形態）
以下、第３の実施形態について、先の第２の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

本実施形態では、先の図５のステップ１６において電流のピーク値の差が規定値α以上でないと判断される場合、図７に示すように、印加電圧パルスのパルス幅を増大させる。すなわち、第１パターン電圧については、推定ｄ軸正方向のパルス状の電圧のパルス幅を増大させ、第２パターン電圧については、推定ｄ軸負方向のパルス状の電圧のパルス幅を増大させる。これによっても、電動機１６の磁気飽和の度合いを増大させることができる。なお、本実施形態では、これに伴い第１パターン電圧の推定ｄ軸負方向のパルス状の電圧と第２パターン電圧の推定ｄ軸正方向のパルス状の電圧とを合わせて増大させる。これは、応答性検出用のパルス状の電圧のパルス幅を増大させることで、その影響を消去するためのパルス状の電圧に要求されるパルス幅も増大すると考えられることによる。

（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。

・先の図４のステップＳ２０において、一対のピーク値を検出する処理を偶数回行って且つ、ステップＳ２２において、ピーク値の数が多い方を真の正方向としてもよい。この場合、互いのピーク値の数が同数であるなら、所定回数の検出処理を再度実行すればよい。

・上記第1の実施形態と、上記第２の実施形態とを組み合わせてもよい。すなわち、電圧パターンの波高値は、高圧バッテリ５４の電圧ＶＤＣによって制限されるものであるため、波高値を上限まで増大させても、単一の応答性の相違からは補正量Δθの信頼性が低いと考えられる状況も生じ得る。この場合には、第１の実施形態の手法にて補正量Δθを算出することが有効である。更に、上記第１の実施形態と上記第３の実施形態とを組み合わせてもよい。すなわち、電圧パターンのパルス幅を増大させていくと、電動機１６を流れる電流が増大するため、電動機１６の出力軸が回転するおそれがある。このため、これを回避する観点からパルス幅についても上限値を設定することがありえる。そしてこの場合、パルス幅が上限値となっても応答性の相違についての単一の検出結果によっては未だ補正量Δθの信頼性が低くなると考えられる状況下にあっては、第１の実施形態の手法にて補正量Δθを算出することが望ましい。

・ｄ軸の正方向及び負方向のそれぞれに電圧を印加した際に電動機１６に実際に流れる電流の応答性の相違を定量化する手法としては、上記各実施形態で例示したものに限らない。例えば、図８に示すように、推定ｄ軸の正方向及び負方向に連続的にパルス状の電圧を印加する際の正方向への電圧印加期間、及び推定ｄ軸の負方向及び正方向に連続的にパルス状の電圧を印加する際の負方向への電圧印加期間のそれぞれにおいて、電動機１６を流れる電流の複数のサンプリング値（図中、Ｐ１〜Ｐ５とＰ６〜Ｐ１０を例示）の合計値に基づき、応答性の相違を定量化してもよい。ちなみに、図８（ａ）及び図８（ｂ）は、先の図２（ａ）及び図２（ｂ）に対応している。

また例えば、図９に示すように、推定ｄ軸の正方向及び負方向に連続的にパルス状の電圧を印加する際、及び推定ｄ軸の負方向及び正方向に連続的にパルス状の電圧を印加する際のそれぞれにおいて、電動機１６を流れる電流がピーク値近傍となる期間における電流の時間積分値に基づき、応答性の相違を定量化してもよい。ちなみに、図９（ａ）及び図９（ｂ）は、先の図２（ａ）及び図２（ｂ）に対応している。

更に、推定ｄ軸の正方向及び負方向の順に連続的にパルス状の電圧を印加する際と推定ｄ軸の負方向及び正方向の順に連続的にパルス状の電圧を印加する際とで電動機１６を流れる電流のピーク値が互いに等しくなるように、パルス状の電圧の波高値及びパルス幅の少なくとも一方を変更し、変更後のパルス状の電圧に基づき、応答性の相違を定量化してもよい。すなわち例えば、推定ｄ軸の正方向及び負方向の順に連続的にパルス状の電圧を印加する際よりも、推定ｄ軸の負方向及び正方向の順に連続的にパルス状の電圧を印加する際の方がピーク値が大きい場合、推定ｄ軸の正方向及び負方向に連続的にパルス状の電圧を印加する際のパルスの波高値を増加させ、ピーク値をそろえる。そして、ピーク値が一致する際のパルスの波高値の相違が所定以上である場合には、応答性の相違が顕著でありこれに基づき信頼性の高い補正量Δθを算出することができる。一方、波高値の相違が所定未満である場合には、単一の応答性の相違の検出結果に基づく補正量Δθの信頼性が低いと考え、複数回の検出を行うことで、統計的に波高値の小さくなる回数が多い方に対応する応答性検出用電圧の印加方向を真のｄ軸正方向とすればよい。

・上記補正量Δθ(＝０、π)を算出すべく電動機１６に印加されるｄ軸の正方向及び負方向の２つの方向のそれぞれの成分を有する電圧としては、第１パターン電圧と、第２パターン電圧とに限らない。例えば、これらのパターンを初期パターンとして電圧を印加した後、ピーク値が互いに等しくなるまで大きい方のパターンをｄ軸から微少に回転させるようにしてもよい。この場合、回転量が所定以上となる場合が、応答性の相違が顕著に生じた場合に対応する。一方、回転量が所定未満である場合には、単一の応答性の相違の検出結果に基づく補正量Δθの信頼性が低いと考え、複数回の検出を行うことで、統計的に回転補正された回数が多い方に対応する応答性検出用電圧の印加方向のｄ軸射影成分方向を真のｄ軸正方向とすればよい。

また、推定ｄ軸の正方向及び負方向のそれぞれにおける電流の応答性の相違を検出するための電圧としては、ｄ軸の正方向及び負方向の成分を有する方向の順に連続的に印加されるパターン電圧と、ｄ軸の負方向及び正方向の成分を有する方向の順に連続的に印加されるパターン電圧とに限らない。例えば、推定ｄ軸の正方向にパルス状の電圧を印加した後、所定時間待機し、その後、推定ｄ軸の負方向にパルス状の電圧を印加するようにしてもよい。この場合であっても、上記所定時間を、推定ｄ軸の正方向の電圧印加に起因して電動機１６を流れる電流が十分に減衰すると想定される時間に設定することで、推定ｄ軸の正方向及び負方向のそれぞれにおける電流の応答性の相違を検出することができる。

・回転角度θを推定するために電圧を印加する角度推定用電圧印加手段としては、位置推定用高周波電圧設定部６０に限らない。例えば、電動機１６の停止時において回転角度θを推定する場合には、周期性を有した信号とする代わりに、位置推定器６６が高周波抽出部６４の出力に基づき回転角度を更新するたびに、パルス状の電圧を印加するものであってもよい。この際、推定ｄ軸の正方向及び負方向の双方にパルス状の電圧を印加するものに限らず、いずれか一方向のみに印加するようにしてもよい。

・位置推定器６６としては、回転２相座標系における実電流の高周波成分と、位置推定用高周波電圧設定部６０の出力信号との外積値に基づき回転角度θを推定するものに限らない。例えば、位置推定用高周波電圧設定部６０の出力信号と実電流の高周波成分とのそれぞれの固定２相座標系(αβ座標系)における成分を用いて外積値を算出することで回転角度θを推定してもよい。また、外積値に限らず、内積値を回転角度θの誤差と相関を有するパラメータとして用いることで回転角度θを推定してもよい。

更に、位置推定器６６としては、ベクトル演算を用いて回転角度θを推定するものに限らない。例えば、特許第３６９２０４６号公報に記載されている手法を用いてもよい。

また、位置推定器６６としては、高周波電圧信号ｖｈｄを電動機１６に印加した際に電動機１６を流れる電流の方向に基づき回転角度θを推定するものにも限らない。例えば、高周波電圧信号ｖｈｄを電動機１６に印加した際に電動機１６を流れる電流の大きさに基づき回転角度θを推定するものであってもよい。すなわち、上述したように、ｄｑ軸上において電圧印加方向を回転させつつ電動機に高周波電圧信号を印加した際に電動機を実際に伝播する電流信号の振幅を上記高周波電圧信号の印加方向に対応してプロットした場合、電流信号の振幅は、ｄ軸方向を長軸として且つｑ軸方向を短軸とする楕円形状となる。このため、高周波電圧信号ｖｈｄを電動機１６に印加した際に電動機１６を流れる電流の大きさ(振幅値)によっても、回転角度θを推定することができると考えられる。

・上記実施形態では、電動機１６の停止時に磁極位置を判別する場合に本発明を適用したがこれに限らない。例えば、電動機１６を稼働中にインバータ５２が強制的にシャットダウンされた後、電動機１６を再度起動する場合等、電動機１６が未だ停止していない状況下にあっても、位置推定器６６によって回転角度θを推定するのみでは、この値は、真の回転角度に対して「π」だけずれたものとなり得るため、磁極判定器７０による補正がなされることが望まれる。そしてこの場合であっても、電流の応答性の相違が顕著でない場合には、検出される相違を入力としたのでは補正の信頼性が低いと考えられるため、本発明の適用は有効である。

・回転機としては、電動機に限らず、発電機であってもよい。また、突極性を有する回転機としては、ＩＰＭＳＭに限らず、例えば同期リラクタンスモータ等であってもよい。

・ハイブリッド車としては、パラレルシリーズハイブリッド車に限らない。例えばシリーズハイブリッド車であってもよい。また、ハイブリッド車に限らず、電気自動車であってもよい。この場合であっても、回転機の出力軸が駆動輪に連結されている場合には、電動機１６の始動に際して回転角度の検出のためにこれを回転させることは困難であるため、本発明の適用が特に有効である。また、回転機としては、車載駆動系を構成するものにも限らない。

第１の実施形態にかかる制御システムの全体構成を示すブロック図。 同実施形態にかかる磁極判定のための印加電圧を示すタイムチャート。 上記磁極判定の問題点を示す図。 上記実施形態にかかる回転角度の推定処理の手順を示す流れ図。 第２の実施形態にかかる回転角度の推定処理の手順を示す流れ図。 同実施形態にかかる磁極判定のための印加電圧の可変設定態様を示すタイムチャート。 第３の実施形態にかかる磁極判定のための印加電圧の可変設定態様を示すタイムチャート。 上記各実施形態の変形例にかかる電流応答性の定量化手法を示すタイムチャート。 上記各実施形態の変形例にかかる電流応答性の定量化手法を示すタイムチャート。

符号の説明

１６…電動機、６０…位置推定用高周波電圧設定部(角度推定用電圧印加手段の一実施形態)、６６…位置推定器（角度推定手段の一実施形態）、６８…磁極判定用パルス電圧設定部（補正用電圧印加手段の一実施形態）、７０…磁極判定器（補正手段の一実施形態）。

Claims (7)

1. 電力変換回路を操作することで、突極性を有する回転機の任意の位相角方向に電圧を印加する角度推定用電圧印加手段と、
   前記角度推定用電圧印加手段によって電圧が印加される際に前記回転機に実際に流れる電流に基づき、前記回転機の回転角度を推定する角度推定手段と、
   前記角度推定手段によって推定される角度に基づき前記電力変換回路を操作することで前記回転機のインダクタンスが最小となると推定される２つの方向のそれぞれの成分を有した電圧を印加する補正用電圧印加手段と、
   前記補正用電圧印加手段によって前記それぞれの成分を有した電圧が印加される際の前記回転機に実際に流れる電流の応答性の相違を入力として、前記角度推定手段によって推定される角度を補正する補正手段と、
   前記電流の応答性の相違の度合いに基づき、該応答性の相違を入力とした場合の前記補正手段による前記補正の信頼性を評価する評価手段とを備えることを特徴とする回転機の角度推定装置。
2. 前記補正手段は、前記評価手段により信頼性が低いと判断される状況下、前記補正用電圧印加手段による電圧の印加に伴う前記応答性の相違の検出を複数回行い、これら複数個の検出結果に基づき、前記角度推定手段によって推定される角度を補正することを特徴とする請求項１記載の回転機の角度推定装置。
3. 前記補正用電圧印加手段は、前記評価手段により信頼性が低いと判断される場合、前記回転機に印加する電圧を変更することを特徴とする請求項１又は２記載の回転機の角度推定装置。
4. 前記補正用電圧印加手段は、前記回転機のインダクタンスが最小となると推定される方向の成分を有して且つ互いに極性の異なる２つの方向に電圧を印加するものであり、前記評価手段により信頼性が低いと判断される場合、前記印加する電圧の絶対値を増大させることを特徴とする請求項３記載の回転機の角度推定装置。
5. 前記補正用電圧印加手段は、前記回転機のインダクタンスが最小となると推定される方向の成分を有して且つ互いに極性の異なる２つの方向にパルス状の電圧を印加するものであり、前記評価手段により信頼性が低いと判断される場合、前記印加する電圧のパルス幅を増大させることを特徴とする請求項３又は４記載の回転機の角度推定装置。
6. 前記補正用電圧印加手段は、前記応答性の相違を検出すべく前記回転機のインダクタンスが最小となると推定される２つの方向のそれぞれの成分を有する電圧を順番に印加するものであって且つ、前記２つの方向のうちの一方の成分を有する電圧を印加した後、当該電圧の印加による前記回転機の電流の影響が十分に減衰したと判断される状況となることで、前記他方の成分を有する電圧を印加することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の回転機の角度推定装置。
7. 前記補正用電圧印加手段は、前記回転機のインダクタンスが最小となると推定される方向の成分を有して且つ互いに極性の異なる２つの方向のいずれか一方及び他方の順にパルス状の電圧を連続的に印加した後、前記いずれか他方及び前記いずれか一方の順にパルス状の電圧を印加するものであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の回転機の角度推定装置。

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