JP2016034215A - スイッチトリラクタンスモータの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＳＲモータのロータの位相を検出する位相検出手段の誤差を算出する。【解決手段】ステータ２４と、ステータ２４の突極２５と対向する突極２７を有するロータ２６と、ステータ２４に巻かれた巻線２２ｕ，２２ｖ，２２ｗと、を備えるスイッチトリラクタンスモータ２０を、位相検出手段５０により検出位相θｓｅｎｓとして検出されたロータ２６の位相を用いて、巻線２２ｕ，２２ｖ，２２ｗへの通電を行うことにより制御する制御装置３０であって、巻線２２ｕ，２２ｖ，２２ｗに流れる電流を検出する電流検出手段３２と、電流から巻線２２ｕ，２２ｖ，２２ｗのインダクタンスを算出するインダクタンス算出手段３７と、インダクタンスからロータ２６の位相を推定位相θｅｓｔとして推定する位相推定手段３８と、検出位相θｓｅｎｓと推定位相θｅｓｔとにより位相検出手段５０の誤差θｅｒｒを算出する誤差算出手段３９と、を備えることを特徴とする。【選択図】 図１

Description

本発明は、スイッチトリラクタンスモータのロータ位相を検出する位相検出手段の誤差を算出する、制御装置に関する。

スイッチトリラクタンスモータ（以下、「ＳＲモータ」という。）の制御装置として、特許文献１に記載の制御装置がある。特許文献１に記載の制御装置では、ステータの各相の巻線のインダクタンスに対応した電圧を算出し、各相の電圧に基づいてロータの位相を求めている。

特開２０００−２４５１８５号公報

特許文献１に記載の制御装置は、算出された電圧を用いてロータの位相を求めているため、ロータの位相の演算に時間を要する。そのため、回転数が急峻に増減した場合等では、ロータの位相の演算を回転数の変化に追従させることが困難となる。

一方、ＳＲモータの制御装置において、回転角センサを備え、回転角センサが検出した位相を利用して、ステータの各コイルへの通電位相を決定することも行われている。しかしながら、回転角センサに誤差が生じた場合には、通電位相がずれるおそれが生ずる。すなわち、通電位相が進角側にずれた場合には、トルクの発生に寄与しない消費電流が増加する。一方、通電位相が遅角側にずれた場合には、通電が、ロータの突極とステータの突極との対向終了後まで継続するおそれもあり、それにより、負のトルクが発生する。

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、その主たる目的は、ＳＲモータのロータの位相を検出する位相検出手段の誤差を算出することにある。

本発明は、ステータと、ステータの突極と対向する突極を有するロータと、ステータに巻かれた巻線と、を備えるスイッチトリラクタンスモータを、位相検出手段により検出位相として検出されたロータの位相を用いて、巻線への通電を行うことにより制御する制御装置であって、巻線に流れる電流を検出する電流検出手段と、電流から巻線のインダクタンスを算出するインダクタンス算出手段と、インダクタンスからロータの位相を推定位相として推定する位相推定手段と、検出位相と推定位相とにより位相検出手段の誤差を算出する誤差算出手段と、を備えることを特徴とする。

スイッチトリラクタンスモータでは、ロータの突極とステータの突極との対向に伴い、ステータの突極に巻かれた巻線のインダクタンスが変化する。ゆえに、インダクタンスを算出することができれば、ロータの突極とステータの突極との位置関係（ロータの位相）を求めることができる。本発明は、電流検出手段により検出した巻線に流れる電流の値を用いてインダクタンスを算出しているため、ロータの位相を演算により求めることができる。そのため、演算により求めたロータの推定位相と、位相検出手段が検出したロータの検出位相とを用いることにより、位相検出手段に誤差が生じていた場合おいて、その誤差を精度よく検出することができる。

第１実施形態における制御装置の概略図である。 （ａ）はロータ位相とインダクタンスとの関係を示す図であり、（ｂ）は対向開始前後のインダクタンスの変化を示す図である。 （ａ）はステータの突極の幅がロータの突極の幅よりも広い場合のインダクタンスの変化を示す図であり、（ｂ）はステータの突極の幅とロータの突極の幅とが等しい場合のインダクタンスの変化を示す図であり、（ｃ）はステータの突極の幅がロータの突極の幅よりも狭い場合のインダクタンスの変化を示す図である。 第１実施形態における、ロータの位相を推定する原理を示す図である。 第１実施形態における、インダクタンスの算出の原理を示す図である。 第１実施形態における、誤差を検出するタイミングを示す図である。 第１実施形態に係る処理のフローチャートである。 （ａ）は補正前のＵ相電流を示す図であり、（ｂ）は補正後のＵ相電流を示す図である。 第１実施形態に係る処理を行う場合の効果を示す図である。 第２実施形態における、誤差を検出するタイミングを示す図である。 第３実施形態における、ロータの位相を推定する原理を示す図である。

（第１の実施形態）
以下、本発明に係る制御装置を車載主機としてのＳＲモータに適用した第１の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１に示すように、ＳＲモータ２０の駆動を制御する制御装置３０は、ＳＲモータ２０へ電力を供給するインバータ４０へ制御信号を送信する。インバータ４０には、図示しない直流電源（バッテリ）が接続されており、また、ＳＲモータ２０の相数に応じたスイッチング素子を含んでいる。インバータ４０は、制御装置３０から受信した制御信号に基づいて、スイッチング素子の制御を行うことにより、ＳＲモータ２０へ電力を供給する。

ＳＲモータ２０は、円筒形状のステータ２４と、円柱形状のロータ２６とを備えている。ステータ２４の内面には、６つの突極２５、すなわち、相数の２倍の突極２５が、周方向に等間隔に設けられている。一方、ロータ２６の外側には、４つの突極２７が、周方向に等間隔に設けられている。Ｕ相巻線２２ｕ、Ｖ相巻線２２ｖ、Ｗ相巻線２２ｗのそれぞれは、回転方向に機械角で１８０°対向する、ステータ２４の一対の突極２５に集中巻される。一方の突極２５と他方の突極２５とでは、巻線は通電方向が逆方向となるように巻かれている。また、互いに隣接する突極２５の間において、通電方向が同一方向となるように巻かれている。なお、ＳＲモータ２０の駆動開始時に、最初に通電がなされる巻線を、Ｕ相巻線２２ｕとしている。

ＳＲモータ２０には、ロータ２６の位相θを検出位相θｓｅｎｓとして検出する回転角センサ５０が取り付けられている。検出位相θｓｅｎｓは、０°以上３６０°未満の範囲で変化する値である。回転角センサ５０としては、レゾルバやロータリエンコーダ等の公知のセンサが用いられ、回転角センサ５０は、位相検出手段として機能する。

制御装置３０は、図示しない中央演算装置（ＣＰＵ）及びメモリを備え、メモリに記憶された各種プログラムを中央演算装置によって実行することで、ＳＲモータ２０の駆動状態を示す制御量である出力トルクを、その指令値（駆動要求）であるトルク指令値Ｔ＊に制御する。トルク指令値Ｔ＊は、例えば、制御装置３０よりも上位の制御装置（例えば、車両の走行制御を統括する制御装置）から制御装置３０に入力される。加えて、制御装置３０には、回転角センサ５０が検出する検出位相θｓｅｎｓ、及び、ＳＲモータ２０のＵ相巻線２２ｕ、Ｖ相巻線２２ｖ、Ｗ相巻線２２ｗに流れる電流を、それぞれ、Ｕ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、Ｗ相電流Ｉｗとして検出する電流センサ３２の検出値が入力される。なお、電流センサ３２は、電流検出手段として機能する。

制御装置３０は、これら各種センサの検出値に基づき、ＳＲモータ２０の出力トルクをトルク指令値Ｔ＊に制御すべく、インバータ４０に含まれるスイッチング素子に対して、ＯＮ状態とＯＦＦ状態との切り替えを指示する操作信号を送信する。

詳しくは、制御装置３０は、通電区間設定部３３と、通電区間調整部３４と、電圧設定部３５とを備えている。

通電区間設定部３３は、トルク指令値Ｔ＊に基づき、各相の電流を指令する値である、電流指令値Ｉ＊、Ｕ相における通電区間を示す位相である、通電開始位相θｏｎ、及び、通電終了位相θｏｆｆを決定する。電流指令値Ｉ＊、通電開始位相θｏｎ及び通電終了位相θｏｆｆは、制御装置３０のメモリに予め記憶されたマップを用いて決定される。このとき、Ｖ相における通電区間を示す位相は、Ｕ相に対して１２０°遅れるものとして求められ、Ｗ相における通電区間を示す位相は、Ｖ相に対して１２０°遅れるものとして求められる。通電区間設定部３３により設定された通電開始位相θｏｎ及び通電終了位相θｏｆｆは、通電区間調整部３４に入力され、それぞれの位相について補正がなされる。

続いて、検出位相θｓｅｎｓ、電流指令値Ｉ＊、通電開始位相θｏｎ、及び、通電終了位相θｏｆｆは、電圧設定部３５に入力される。電圧設定部３５は、例えば、ヒステリシスコンパレータである。また、電圧設定部３５には、電流センサ３２により検出された各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗも入力される。そして、電流指令値Ｉ＊と各相電流Ｉｕ＊，Ｉｖ＊，Ｉｗ＊との比較結果に基づいて、各相電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊をインバータ４０へ送信する。このとき、検出位相θｓｅｎｓが各相のそれぞれの通電区間内において、各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが電流指令値Ｉ＊よりも小さい場合には、各相電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊は正の所定電圧とされる。一方、各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが電流指令値Ｉ＊よりも大きい場合には、各相の電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊は負の所定電圧とされる。そして、インバータ４０では、各相電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に基づいてスイッチング制御がなされ、各相の巻線２２ｕ，２２ｖ，２２ｗに、各相電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に基づく電圧が印加される。

制御装置３０は、加えて、電圧センサ３６、インダクタンス算出部３７、ロータ位相推定部３８、位相誤差算出部３９を備えている。電圧センサ３６は、インバータ４０を介してＳＲモータ２０のＵ相巻線２２ｕに印加される電圧である、Ｕ相電圧Ｖｕを検出する。インダクタンス算出部３７は、Ｕ相巻線２２ｕのインダクタンスであるＵ相インダクタンスＬｕを算出する。ロータ位相推定部３８は、ロータ２６の位相θを演算により推定した値である、推定位相θｅｓｔを推定する。位相誤差算出部３９は、回転角センサ５０が検出した検出位相θｓｅｎｓと、ロータ位相推定部３８が推定した推定位相θｅｓｔとを用いて、回転角センサ５０の誤差を示す位相誤差θｅｒｒを算出する。位相誤差算出部３９が算出した位相誤差θｅｒｒは、通電区間調整部３４へ入力され、通電区間調整部３４は、入力された位相誤差θｅｒｒに基づいて、通電開始位相θｏｎ及び通電終了位相θｏｆｆを補正する。

なお、本実施形態に係る制御装置３０において、通電区間設定部３３は通電区間設定手段として機能し、通電区間調整部３４は、通電開始位相θｏｎ及び通電終了位相θｏｆｆに対する補正手段として機能し、インダクタンス算出部３７はインダクタンス算出手段として機能し、ロータ位相推定部３８は位相推定手段として機能し、位相誤差算出部３９は、誤差算出手段として機能する。

ここで、インダクタンス算出部３７が実行する処理、及び、ロータ位相推定部３８が行う処理の原理となる、位相θとインダクタンスＬとの関係について、図２（ａ）及び図２（ｂ）を用いて説明する。

図２（ａ）の横軸は位相θを示し、縦軸はインダクタンスＬを示している。また、それぞれのグラフは、電流値ＩがＩ１、Ｉ２、Ｉ３（ただし、Ｉ１＞Ｉ２＞Ｉ３である。）の場合を示している。インダクタンスＬは、電流値Ｉにかかわらず、対向開始（θ＝θ１）とともに急峻に増加し、完全対向時（θ＝θ２）に極大値をとり、対向終了（θ＝θ３）まで急峻に減少する。これは、鎖交磁束に比例してインダクタンスＬが変化するためである。

図２（ｂ）は、ステータ２４の突極２５とロータ２６の突極２７との対向開始前後の微小区間における、インダクタンスＬの変化を示している。図２（ｂ）において、それぞれのグラフは、θ１とθ２との間隔に比べて十分に小さい微小位相Δθだけ変化した状態を示している。

続いて、図３（ａ）〜（ｃ）を用いて、ステータ２４の突極２５の幅と、ロータ２６の突極２７の幅と、インダクタンスＬとの関係性について説明する。図３（ａ）がステータ２４の突極２５の幅がロータ２６の突極２７の幅よりも広い場合のインダクタンスＬの変化を示しており、図３（ｂ）がステータ２４の突極２５の幅とロータ２６の突極２７の幅とが等しい場合のインダクタンスＬの変化を示しており、図３（ｃ）がステータ２４の突極２５の幅がロータ２６の突極２７の幅よりも狭い場合のインダクタンスＬの変化を示している。また、図３（ａ）〜（ｃ）のそれぞれにおいて、図２（ａ）と同様に、電流値ＩがＩ１、Ｉ２、Ｉ３（ただし、Ｉ１＞Ｉ２＞Ｉ３である。）の場合のインダクタンスＬを示している。図３（ａ）〜（ｃ）により、ステータ２４の突極２５の幅とロータ２６の突極２７の幅との関係、及び、電流値Ｉにかかわらず、対向開始（θ＝θ１）とともに急峻に増加し、完全対向時（θ＝θ２）に極大値をとり、対向終了（θ＝θ３）まで急峻に減少することがわかる。

図４に、電圧指令値Ｖ＊、電流Ｉ、インダクタンスＬの変化を示す。通電区間である通電開始位相θｏｎと通電終了位相θｏｆｆとの間で、電流Ｉが電流指令値Ｉ＊となるように、ヒステリシスコンパレータである電圧設定部３５を用いて、電圧指令値Ｖ＊を正の所定値と負の所定値とで変化させている。そのため、電流Ｉは、通電区間において、電流指令値Ｉ＊近傍で増減を繰り返す波形となる。

一方、インダクタンスＬは、ステータ２４の突極２５とロータ２６の突極２７との対向開始の位相であるθ１において、所定以上の変化量で増加するようになる。ここで、インダクタンスＬは、電圧Ｖ、巻線抵抗Ｒ、電流Ｉ、インダクタンスＬを用いると、下記数式１に示す電圧方程式で表されることが知られている。

すなわち、電流センサ３２を用いてＵ相電流Ｉｕの計測し、図５に示す、時間ｔと時間（ｔ＋ｎＴ）との間のＵ相電流Ｉｕの傾きを用いて、上記数式１に基づく演算を行うことにより、Ｕ相インダクタンスＬｕの値を算出することができる。なお、制御装置３０の１制御周期をＴとし、時間ｔからｎ制御周期後（ただし、ｎは自然数である。）の時間を（ｔ＋ｎＴ）としている。

ここで、時間ｔにおける電流値をＩ［ｔ］とし、時間（ｔ＋ｎＴ）における電流値をＩ［ｔ＋ｎＴ］とすると、時間（ｔ＋ｎＴ）におけるインダクタンスＬ［ｔ＋ｎＴ］は、上記数式１を変形することにより、下記数式２により表すことができる。

ところで、上述した通り、ステータ２４の突極２５とロータ２６の突極２７が対向を開始する際に、インダクタンスＬは所定以上の変化量で増加している。そこで、本実施形態では、インダクタンスＬの変化量ΔＬｕを、時間（ｔ＋ｎＴ）におけるインダクタンスＬ［ｔ＋ｎＴ］と、時間（ｔ＋（ｎ＋１）Ｔ）におけるインダクタンスＬ［ｔ＋（ｎ＋１）Ｔ］とを用いて、下記数式３により算出する。

加えて、対向開始時近傍のインダクタンスＬの変化量ΔＬｕを変化量閾値ΔＬｔｓｄとし、例えば、変化量閾値ΔＬｔｓｄと対向開始時のロータ位相θ１とを対応付けて、制御装置３０のメモリに予め記憶しておく。すなわち、インダクタンスＬの変化量ΔＬuが変化量閾値ΔＬｔｓｄとなった場合に、推定位相θｅｓｔを位相θ１として推定する。

なお、推定位相θｅｓｔは、対向開始時のロータ位相θ１でなくてもよい。すなわち、インダクタンスＬが増加する区間において、インダクタンスの変化量ΔＬｕと、そのときの推定位相θｅｓｔとが対応付けられて入ればよい。

ここで、図６を用いて、本実施形態に係る制御装置３０が、位相誤差θｅｒｒを算出するタイミングを説明する。図６は、Ｕ相巻線２２ｕに印加されるＵ相電圧Ｖｕと、Ｕ相巻線２２ｕに流れるＵ相電流Ｉｕと、Ｖ相巻線２２ｖに流れるＶ相電流Ｉｖと、Ｗ相巻線２２ｗに流れるＷ相電流Ｉｗとを示している。

本実施形態では、Ｕ相巻線２２ｕへの最初の通電における、Ｕ相電流Ｉｕの立ち上がり時の期間である時間ｔ１〜ｔ２を位相推定期間とする。この期間において、Ｕ相電流Ｉｕ、上記数式２、数式３、及び、変化量閾値ΔＬｔｓｄを用いて、推定位相θｅｓｔを求める。そして、求められた推定位相θｅｓｔと、回転角センサ５０により検出された検出位相θｓｅｎｓを用いて算出された位相誤差θｅｒｒを算出する。そして、通電開始位相θｏｎ及び通電終了位相θｏｆｆを補正する。補正された通電終了位相θｏｆｆは、Ｕ相巻線２２ｕへの最初の通電における通電終了位相θｏｆｆとして用いられ、補正された通電開始位相θｏｎはＶ相巻線２２ｖへの最初の通電における通電開始位相θｏｎとして用いられる。

続いて、図７のフローチャートを用いて、制御装置３０で行われる処理を説明する。

まず、Ｕ相電流Ｉｕ、Ｕ相電圧Ｖｕ、及び、検出位相θｓｅｎｓを取得する（Ｓ１０１）。この際に、取得されたＵ相電流Ｉｕは、所定制御周期ｎＴの間、メモリに記録される。次に、Ｕ相電流Ｉｕ、Ｕ相電圧Ｖｕ、及び上記数式２を用いることにより、Ｕ相インダクタンスＬｕを算出する。Ｕ相インダクタンスＬｕの算出においては、所定制御周期ｎＴ前のＵ相電流Ｉｕをメモリから読み出して演算を行う。そして、算出されたＵ相インダクタンスＬｕは、所定期間、メモリに記録される。

続いて、Ｓ１０２で算出したＵ相インダクタンスＬｕを用いて、その変化量ΔＬｕが、変化量閾値ΔＬｔｓｄよりも大きいか否かを判断する（Ｓ１０３）。

Ｕ相インダクタンスＬｕの変化量ΔＬｕが、変化量閾値ΔＬｔｓｄよりも大きいと判断しなかった場合（Ｓ１０３：ＮＯ）、一旦処理を終了し、再度Ｓ１０１〜Ｓ１０３に係る処理を行う。

一方、Ｕ相インダクタンスＬｕの変化量ΔＬｕが、変化量閾値ΔＬｔｓｄよりも大きいと判断した場合（Ｓ１０３：ＹＥＳ）、変化量閾値ΔＬｔｓｄに対応する推定位相θｅｓｔを決定する（Ｓ１０４）。そして、先に取得した検出位相θｓｅｎｓから推定位相θｅｓｔを減算することにより、位相誤差θｅｒｒを算出する（Ｓ１０５）。

そして、位相誤差θｅｒｒが十分に小さいか否かを判断する（Ｓ１０６）。具体的には、位相誤差θｅｒｒの閾値として誤差閾値θｔｓｄを用いて、位相誤差θｅｒｒの絶対値が誤差閾値θｔｓｄ以下であるか否かを判断する。位相誤差θｅｒｒの絶対値が誤差閾値θｔｓｄ以下であると判断した場合、すなわち、位相誤差θｅｒｒが十分に小さいと判断した場合には（Ｓ１０６：ＹＥＳ）、通電区間の補正を行うことなく、一連の通電区間補正処理を終了する。

一方、位相誤差θｅｒｒの絶対値が誤差閾値θｔｓｄ以下でないと判断した場合（Ｓ１０６：ＮＯ）、位相誤差θｅｒｒに基づいて、通電開始位相θｏｎ及び通電終了位相θｏｆｆを補正する（Ｓ１０７）。そして、一連の通電区間補正処理を終了する。

なお、Ｓ１０６に係る処理は必ずしも必要な処理ではない。すなわち、Ｓ１０６に係る処理を行わず、位相誤差θｅｒｒが十分に小さい値である場合においても、通電開始位相θｏｎ及び通電終了位相θｏｆｆを補正する処理（Ｓ１０７）を実行するものとしてもよい。

ここで、図８を用いて、回転角センサ５０に位相誤差θｅｒｒがある場合のＵ相電流Ｉｕと、回転角センサ５０の位相誤差θｅｒｒを補正した場合のＵ相電流Ｉｕとを説明する。

図８（ａ）では、回転角センサ５０に位相が遅れる位相誤差θｅｒｒがある場合のＵ相電流Ｉｕ、すなわち、補正処理を行わない場合に実際に流れるＵ相電流Ｉｕを実線で示しており、最適位相で制御される場合のＵ相電流Ｉｕを破線で示している。また、回転角センサ５０には、位相誤差θｅｒｒがあるものとする。このとき、ロータ２６の角速度をωとすると、Ｕ相巻線２２ｕへの通電開始位相θｏｎ及び通電終了位相θｏｆｆを時間に換算すると、それぞれθｅｒｒ／ω遅れたものとなる。そのため、突極２５，２７どうしが対向を開始する際に、十分な電流が流れておらず、トルクが小さくなるおそれや、突極２５，２７が対向を終了した後にも電流が流れ、それにより、回転方向とは逆方向へのトルクが生ずるおそれがある。

図８（ｂ）では、回転角センサ５０に位相が遅れる位相誤差θｅｒｒがある場合のＵ相電流Ｉｕを破線で示しており、通電開始位相θｏｎ及び通電終了位相θｏｆｆを補正したＵ相電流Ｉｕを実線で示している。上述した通り、Ｕ相巻線２２ｕへの１回目の通電におけるＵ相インダクタンスＬｕを算出し、それにより、Ｕ相巻線２２ｕへの１回目の通電における通電終了位相θｏｆｆ、そして、次回以降のＵ相電流Ｉｕの通電開始位相θｏｎ及び通電終了位相θｏｆｆの補正を行う。ゆえに、Ｕ相巻線２２ｕへの１回目の通電における通電終了位相θｏｆｆ以降は、図８（ａ）で示した最適位相となる。

図９に本実施形態に係る処理を実行した場合の効果を示す。図９では、図８（ａ）及び（ｂ）で示した、最適位相でＳＲモータ２０を駆動する場合と、回転角センサ５０に誤差があり、且つ、通電区間の補正を行わない場合と、回転角センサ５０に誤差があるものの、通電区間を行う処理を行った場合とにおける、ＳＲモータ２０が発生するトルク（Ｎｍ）を示している。上述したとおり、通電区間が最適位相となるように、通電開始位相θｏｎ及び通電終了位相θｏｆｆを補正しているため、トルクの減少を抑制することができる。

なお、検出された位相誤差θｅｒｒは、制御装置３０内のメモリに記憶してもよい。こうすることで、回転角センサ５０に取り付け誤差が生じていた場合、Ｕ相巻線２２ｕへの１回目の通電開始位相θｏｎの誤差をも補正した通電区間とすることができる。また、この場合においても、Ｕ相巻線２２ｕの１回目の通電において、さらに誤差を検出する上記処理を行い、通電開始位相θｏｎ及び通電終了位相θｏｆｆの補正を行うものとすることができる。こうすることで、回転角センサ５０の経年劣化等に起因する、検出誤差にも対応することができる。

上記構成により、本実施形態に係るＳＲモータ２０の制御装置３０は、以下の効果を奏する。

・回転角センサ５０により検出された検出位相θｓｅｎｓを用いて、各巻線２２ｕ，２２ｖ，２２ｗへの通電を制御しており、制御の際に位相の演算を必要としていない。ゆえに、ロータ２６の回転数が急峻に変化した場合においても、ロータ２６の回転に対して制御を追従させることができ、ＳＲモータ２０の駆動の精度を向上させることができる。

・回転角センサ５０に誤差が生じている場合、各巻線２２ｕ，２２ｖ，２２ｗへの通電開始位相θｏｎが早まり、通電の最適位相よりも早く通電が開始されるおそれが生ずる。この通電により消費される電力は、ＳＲモータ２０の回転に寄与しないものとなり、消費電力に対する発生トルクが低下する。その点、本実施形態では、通電開始位相θｏｎの補正により、ステータ２４の突極２５とロータ２６の突極２７との対向開始に合わせて、通電が行われるものとすることができる。したがって、通電開始位相θｏｎが早まることによる、トルクの発生に寄与しない電力を抑制することができる。

・回転角センサ５０に誤差が生じている場合、各巻線２２ｕ，２２ｖ，２２ｗへの通電終了位相θｏｆｆが早まり、通電の最適位相よりも早く通電が終了するおそれが生ずる。この場合、ロータ２６の回転に寄与する電流が減少し、それによりトルクが低下する。その点、本実施形態では、通電終了位相θｏｆｆの補正により、通電終了位相θｏｆｆを最適位相とすることができる。したがって、通電終了位相θｏｆｆが早まることによるトルクの低下を抑制することができる。

・回転角センサ５０に誤差が生じている場合、巻線への通電タイミングの通電開始位相θｏｎが遅延し、ステータ２４の突極２５とロータ２６の突極２７との対向開始時においても、巻線に流れる電流が十分な値とならないおそれが生ずる。そして、十分な電流が流れないことにより、トルクが低下する。その点、本実施形態では、通電開始位相θｏｎの補正により、ステータ２４の突極２５とロータ２６の突極２７との対向開始時に、十分な電流が流れるようにすることができる。したがって、通電開始位相θｏｎの遅延によるトルクの低下を抑制することができる。

・回転角センサ５０に誤差が生じている場合、巻線への通電タイミングの通電終了位相θｏｆｆが遅延し、ステータ２４の突極２５とロータ２６の突極２７との対向終了時においても、巻線への通電が継続されるおそれが生ずる。そして、ＳＲモータ２０において、ステータ２４の突極２５とロータ２６の突極２７との対向終了時に、巻線に通電がなされていた場合、ロータ２６の突極２７に対して回転方向とは逆方向にトルクが発生する。その点、本実施形態では、通電終了位相θｏｆｆの補正により、ステータ２４の突極２５とロータ２６の突極２７との対向終了時には、通電を終了するように補正を行うものすることができる。したがって、通電終了位相θｏｆｆの遅延によるトルクの低下を抑制することができる。

・ステータ２４の突極２５とロータ２６の突極２７との対向開始時のインダクタンスＬを用いて誤差を算出しているため、誤差の算出を行った通電区間における通電終了位相θｏｆｆを補正することができる。したがって、通電終了位相θｏｆｆの補正をより早く実行することができ、それにより、トルクの低下や、電流の浪費を抑制することができる。

・Ｕ相巻線２２ｕへの最初の通電における、ステータ２４の突極２５とロータ２６の突極２７との対向開始時のインダクタンスＬを用いて誤差を算出しているため、Ｕ相巻線２２ｕへの通電に続くＶ相巻線２２ｖへの通電において、通電区間の補正を行うことができる。したがって、通電終了位相θｏｆｆの補正をより早く実行することができ、それにより、トルクの低下や、電流の浪費を抑制することができる。

＜第２実施形態＞
本実施形態に係る制御装置３０は、第１実施形態に係る制御装置３０と全体構成は共通しており、位相誤差算出部３９が実行する処理が一部異なっている。

図１０に、本実施形態における位相誤差θｅｒｒの検出期間を示す。Ｕ相電流Ｉｕの最初の通電開始時期ｔ１から、第１実施形態における図７と同様の処理を行うことにより、第１誤差θｅｒｒ１を算出する。続いて、Ｕ相における２回目の通電開始時期である、２π／ω＋ｔ１から、図７に示した処理を再度行い、第２誤差θｅｒｒ２を算出する。同様に、Ｕ相におけるＮ回目（ただし、Ｎは２以上の整数である。）の通電開始時期である、２π（Ｎ−１）／ω＋ｔ１から、図７に示した処理を行い、第Ｎ誤差θｅｒｒＮを算出する。

そして、予め定められた検出回数であるＮ回の誤差検出がなされれば、位相誤差θｅｒｒを、第１誤差θｅｒｒ１〜第Ｎ誤差θｅｒｒＮの平均値を用いて、下記数式４で求める。

上記構成により、本実施形態に係る制御装置３０は、第１実施形態に係る制御装置３０に準ずる効果を奏する。

＜第３実施形態＞
本実施形態に係る制御装置３０は、第１実施形態に係る制御装置３０と全体構成は共通しており、ロータ位相推定部３８が実行する処理が異なっている。

まず、図１１を用いて、本実施形態に係る処理の原理を示す。ＳＲモータ２０では、インダクタンスＬは、ステータ２４の突極２５とロータ２６の突極２７との対向開始よりも前に、所定の位相において、傾きがゼロとなる変曲点をとる。

そのため、本実施形態では、変曲点におけるインダクタンスＬの値、及び、この変曲点とる位相θを、制御装置３０のメモリに記憶してある。このとき、変曲点をとる位相θが推定位相θｅｓｔである。そして、第１実施形態に係る制御装置３０における図７に準ずる処理を行う。

すなわち、第１実施形態と同様に、インダクタンス算出部３７が、Ｕ相電流Ｉｕ及びＵ相電圧Ｖｕを用いてＵ相インダクタンスＬｕを算出する。続いて、ロータ位相推定部３８が、インダクタンス算出部３７が算出したＵ相インダクタンスＬｕと、メモリに記憶された、変曲点におけるインダクタンスＬとを比較する。このとき、Ｕ相インダクタンスＬｕと変曲点におけるインダクタンスＬとの差の絶対値が所定値よりも小さければ、その時点での検出位相θｓｅｎｓと推定位相θｅｓｔの差分をとり、位相誤差θｅｒｒを求める。そして、算出された位相誤差θｅｒｒを用いて、通電開始位相θｏｎ及び通電終了位相θｏｆｆを補正する。

上記構成により、本実施形態に係る制御装置３０は、第１実施形態に準ずる効果を奏する。

＜第４実施形態＞
本実施形態に係る制御装置３０は、第１実施形態に係る制御装置３０と全体構成は共通しており、インダクタンス算出部３７が温度補償を行う点が異なっている。本実施形態に係る制御装置３０は第１実施形態に係る制御装置３０加えて、Ｕ相巻線２２ｕの温度を計測する、図示しない温度センサをさらに備えている。

巻線抵抗Ｒは、巻線長ｌ、巻線断面積Ｓ、温度係数ｋ、巻線温度Ｔ、０℃抵抗率ρ０を用いて下記数式５により表される。

そして、数式５により得られた巻線抵抗Ｒを数式２に代入し、インダクタンスＬを算出する。

なお、インダクタンスＬを算出する際には、制御装置３０が備えるメモリに、巻線長ｌを巻線断面積Ｓで除算した定数と、０℃抵抗率ρ０と、温度係数ｋとをあらかじめ記憶させておき、数式５を用いて演算を行うものとすればよい。また、制御装置３０が備えるメモリに、巻線抵抗Ｒと巻線温度Ｔとの関係を示すテーブルをあらかじめ記憶させておき、検出された巻線温度Ｔとテーブルとを用いて巻線抵抗Ｒを求めるものとしてもよい。

上記構成により、本実施形態に係る制御装置３０は、第１実施形態に係る制御装置３０が奏する効果に加えて、以下の効果を奏する。

・上記数式２には、巻線抵抗Ｒが含まれているため、巻線抵抗Ｒに定数を用いていた場合、温度により巻線抵抗Ｒが定数とは異なる値となった際に、インダクタンスＬが実際の値と異なることとなる。そのため、インダクタンスＬを用いて推定位相θｅｓｔを求める際に、誤差が生じることとなる。本実施形態では、Ｕ相巻線２２ｕについての温度補償を行っているため、より正確なインダクタンスＬの値を求めることができ、それにより、推定位相θｅｓｔの検出精度を向上させることができる。

＜変形例＞
・第１実施形態では、インダクタンスＬの変化量ΔＬｕにより、推定位相θｅｓｔを決定し、第２実施形態では、インダクタンスＬの値により推定位相θｅｓｔを決定した。しかしながら、インダクタンスＬの変化量又は値に加えて、電流値Ｉをも判定に用いるものとしてもよい。すなわち、図２及び図３で示すように、対向開始時の電流値Ｉにより、インダクタンスＬの変化量及び値は変化する。そのため、インダクタンスＬの変化量又は値に加えて、電流値Ｉをも用いて、対向開始を判断するものとしてもよい。この場合には、電流値ＩにインダクタンスＬの変化量又は値の閾値を対応付けて制御装置３０のメモリに記憶しておき、電流センサ３２が検出したＵ相電流Ｉｕを用いてメモリから変化量又は値の閾値を読み出す。そして、その読みだされた閾値と、算出された値とを比較することにより推定位相θｅｓｔを求めるものとしてもよい。

・上記実施形態では、電圧センサ３６が検出したＵ相電圧Ｖｕを用いてＵ相インダクタンスＬｕを算出するものとした。しかしながら、電圧センサ３６が検出したＵ相電圧Ｖｕの代わりに、Ｕ相電圧指令値Ｖｕ＊を用いてＵ相インダクタンスＬｕを算出するものとしてもよい。

・上記実施形態では、Ｕ相電流Ｉｕを用いて位相誤差θｅｒｒの演算を行うものとしたが、Ｕ相電流Ｉｕに加えて、Ｖ相電流Ｉｖ及びＷ相電流Ｉｗも用いて、誤差の演算を行うものとしてよい。すなわち、各相の電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを用いて各相のインダクタンスＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗを算出し、算出された各相のインダクタンスＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗに基づいて、各相について、誤差を算出する。そして、算出された誤差の平均を用いて、通電開始位相θｏｎ及び通電終了位相θｏｆｆを補正するものとすることができる。

・上記実施形態では、ステータ２４の突極２５とロータ２６の突極２７との対向開始時のインダクタンスＬの変化により、回転角センサ５０の誤差を算出するものとしたが、ステータ２４の突極２５とロータ２６の突極２７との対向終了時のインダクタンスＬの変化により、誤差を検出するものとしてもよい。また、ステータ２４の突極２５とロータ２６の突極２７との対向開始時の誤差と、ステータ２４の突極２５とロータ２６の突極２７との対向終了時の誤差とをそれぞれ検出し、その平均値を回転角センサ５０の誤差としてもよい。

・上記各実施形態において、検出された位相誤差θｅｒｒを用いて、通電開始位相θｏｎ及び通電終了位相θｏｆｆを補正するものを示したが、位相誤差θｅｒｒは、通電開始位相θｏｎ及び通電終了位相θｏｆｆの補正以外を目的とした処理に用いてもよい。例えば、位相誤差θｅｒｒが所定値よりも大きい場合には、回転角センサ５０の経年劣化が進行したと判断したり、回転角センサ５０が故障したと判断したりするものとしてもよい。また、ＳＲモータ２０の製造工程において、位相誤差θｅｒｒを用いて回転角センサ５０の取り付け誤差を判断するものとしてもよい。

・上記実施形態では、３相のＳＲモータを例示したが、３相以外の多相ＳＲモータにおいても同様に実施可能である。また、巻線の巻き方も、ステータの各突極に集中巻されるもの限られず、公知の種々の巻き方を採用することができる。すなわち、ロータの回転に伴い、巻線のインダクタンスが変化するＳＲモータであれば、上記各実施形態と同様に実施することができる。

２０…ＳＲモータ、２２ｕ…Ｕ相巻線、２２ｖ…Ｖ相巻線、２２ｗ…Ｗ相巻線、２４…ステータ、２５…突極、２６…ロータ、２７…突極、３０…制御装置、３２…電流センサ、３３…通電区間設定部、３４…通電区間調整部、３７…インダクタンス算出部、３８…ロータ位相推定部、３９…位相誤差算出部、５０…回転角センサ。

Claims (7)

1. ステータ（２４）と、前記ステータの突極（２５）と対向する突極（２７）を有するロータ（２６）と、前記ステータに巻かれた巻線（２２ｕ，２２ｖ，２２ｗ）と、を備えるスイッチトリラクタンスモータ（２０）を、位相検出手段（５０）により検出位相（θｓｅｎｓ）として検出された前記ロータの位相を用いて、前記巻線への通電を行うことにより制御する制御装置（３０）であって、
   前記巻線に流れる電流を検出する電流検出手段（３２）と、
   前記電流から前記巻線のインダクタンスを算出するインダクタンス算出手段（３７）と、
   前記インダクタンスから前記ロータの位相を推定位相（θｅｓｔ）として推定する位相推定手段（３８）と、
   前記検出位相と前記推定位相とにより前記位相検出手段の誤差（θｅｒｒ）を算出する誤差算出手段（３９）と、を備えることを特徴とする制御装置。
2. 前記位相推定手段は、前記インダクタンスの変化量により前記推定位相を推定することを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
3. 前記位相推定手段は、前記インダクタンスの変曲点の値により前記推定位相を推定することを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
4. 前記位相推定手段は、前記ロータの前記突極と前記ステータの前記突極との対向開始時の前記インダクタンスから、前記推定位相を推定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の制御装置。
5. 前記位相推定手段は、前記ロータの前記突極と前記ステータの前記突極との対向終了時の前記インダクタンスから、前記推定位相を推定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の制御装置。
6. 前記誤差を用いて、前記巻線に対する通電区間を補正する補正手段（３４）をさらに備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の制御装置。
7. 前記補正手段は、少なくとも、前記通電区間における前記通電を終了する位相（θｏｆｆ）を補正することを特徴とする請求項６に記載の制御装置。

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