JP2016111761A - Rotary electric machine control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、交流の回転電機を制御する回転電機制御装置に関する。 The present invention relates to a rotating electrical machine control device that controls an AC rotating electrical machine.
永久磁石式同期回転電機、例えば３相同期モータのロータの位置（磁極位置）を検出するために、レゾルバなどの高い分解能を有する回転センサが利用される。しかし、小型化やコストダウンなどを目的として、そのような高い分解能を有する回転センサを無くし、磁極位置に応じた電気的現象に基づいて、電気的に磁極位置を検出するセンサレス磁極検出が行われる場合がある。例えば、ロータの回転によって生じる誘導起電力を利用して電気的に磁極位置を検出することができる。但し、この方法は、ロータが停止している場合や、低速で回転している場合には、誘導起電力が生じなかったり、誘導起電力が小さかったりすることから、精度良く磁極位置を検出することができない。そこで、低速領域では、高周波電流や高周波電圧をモータに与えてその応答により磁極位置を推定する方法も提案されている。 In order to detect the position (magnetic pole position) of a rotor of a permanent magnet type synchronous rotating electric machine, for example, a three-phase synchronous motor, a rotation sensor having a high resolution such as a resolver is used. However, for the purpose of downsizing and cost reduction, sensorless magnetic pole detection is performed to electrically detect the magnetic pole position based on the electrical phenomenon corresponding to the magnetic pole position without the rotation sensor having such a high resolution. There is a case. For example, the magnetic pole position can be detected electrically using an induced electromotive force generated by the rotation of the rotor. However, this method detects the magnetic pole position with high accuracy because the induced electromotive force does not occur or the induced electromotive force is small when the rotor is stopped or rotating at a low speed. I can't. Therefore, in the low speed region, a method of applying a high frequency current or a high frequency voltage to the motor and estimating the magnetic pole position based on the response has been proposed.
特開２００８−７９４８９号広報（特許文献１）には、モータに交流交番電圧を与えて、その応答により磁極位置を推定するモータ制御装置が開示されている。このモータ制御装置では、まず極性（Ｎ極又はＳ極）を考慮せずに磁極の方向を推定し、続いて極性を判別することによって、磁極位置を推定している。即ち、停止状態からのモータの起動に際しては、初期位置推定処理として、磁極の方向の推定と、極性の判別とが必要であり、起動に時間を要する。迅速にモータを起動する必要がある用途では、高い分解能を有するレゾルバなどの回転センサを用いることなく回転電機を制御する上で、改善の余地がある。 Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2008-79489 (Patent Document 1) discloses a motor control device that applies an AC alternating voltage to a motor and estimates the magnetic pole position based on the response. In this motor control device, the magnetic pole position is estimated by first estimating the direction of the magnetic pole without considering the polarity (N pole or S pole) and then determining the polarity. That is, when starting the motor from the stopped state, it is necessary to estimate the direction of the magnetic pole and determine the polarity as the initial position estimation process, and it takes time to start. In applications where the motor needs to be started quickly, there is room for improvement in controlling the rotating electrical machine without using a rotation sensor such as a resolver having a high resolution.
上記背景に鑑みて、高い分解能を有する回転センサを用いることなく回転電機を制御する場合に、停止状態から迅速に回転電機を起動させる技術の提供が望まれる。 In view of the above background, it is desired to provide a technique for quickly starting a rotating electrical machine from a stopped state when the rotating electrical machine is controlled without using a rotation sensor having high resolution.
上記に鑑みた、回転電機制御装置の特徴構成は、
直流と複数相の交流との間で電力を変換するインバータをスイッチング制御して、永久磁石が配置されたロータを有する交流の回転電機を制御する回転電機制御装置であって、
前記ロータの回転を停止させる場合に、少なくとも前記ロータの回転速度が予め規定された規定回転速度以下になってから停止するまでの間、前記回転電機のステータが特定方向に固定された磁界を形成するようにステータコイルを励磁する点にある。
In view of the above, the characteristic configuration of the rotating electrical machine control device is as follows:
A rotating electrical machine control device for controlling an AC rotating electrical machine having a rotor in which a permanent magnet is arranged by switching control of an inverter that converts electric power between direct current and multiple-phase alternating current,
When the rotation of the rotor is stopped, a magnetic field in which the stator of the rotating electrical machine is fixed in a specific direction is formed at least after the rotation speed of the rotor is equal to or lower than a predetermined rotation speed defined in advance. Thus, the stator coil is excited.
この構成によれば、特定方向に固定された磁界を形成することによって、ロータの永久磁石に吸引力及び反発力を作用させて、当該磁界に応じて規定される位置においてロータを停止させることができる。この磁界は、回転電機制御装置によって励磁されたステータコイルから発生している。従って、停止した状態でのロータの磁極位置は、回転電機制御装置には既知である。よって、回転電機制御装置は、停止させたロータを再び起動する際に、この既知の磁極位置を用いて回転電機を制御することができる。つまり、改めてロータの磁極位置を推定する必要がないから、迅速に回転電機を起動させることができる。このように、本構成によれば、高い分解能を有する回転センサを用いることなく回転電機を制御する場合に、停止状態から迅速に回転電機を起動させることができる。 According to this configuration, by forming a magnetic field fixed in a specific direction, an attractive force and a repulsive force are applied to the permanent magnet of the rotor, and the rotor is stopped at a position defined according to the magnetic field. it can. This magnetic field is generated from the stator coil excited by the rotating electrical machine control device. Therefore, the rotor magnetic pole position in a stopped state is known to the rotating electrical machine control device. Therefore, the rotating electrical machine control device can control the rotating electrical machine using the known magnetic pole position when the stopped rotor is started again. That is, since it is not necessary to estimate the magnetic pole position of the rotor again, the rotating electrical machine can be started quickly. Thus, according to this structure, when controlling a rotary electric machine without using the rotation sensor which has high resolution, a rotary electric machine can be started rapidly from a stop state.
本発明のさらなる特徴と利点は、図面を参照して説明する本発明の実施形態についての以下の記載から明確となる。 Further features and advantages of the present invention will become apparent from the following description of embodiments of the invention which will be described with reference to the drawings.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態においては、回転電機制御装置が制御対象とする回転電機が、車両用動力伝達装置の伝達状態を制御するための流体圧を生成する電動ポンプを駆動する電動ポンプ用回転電機である場合を例として説明する。車両に用いられる電動ポンプでは、小型化やコストダウンなどの観点より、しばしば、レゾルバなどの高い分解能を有する回転センサを無くし、磁極位置に応じた電気的現象に基づいて電気的に磁極位置を検出するセンサレス磁極検出が行われる。一方、車両用の電動ポンプには、車両用動力伝達装置の１つであるオートマチックトランスミッションの係合装置などに対して迅速に流体圧を供給して、車両を走行可能な状態にすることも要求される。つまり、電動ポンプ用回転電機は、停止状態から迅速に起動し、加速して流体圧を生成することが求められる。本実施形態の回転電機制御装置は、以下に説明するように、停止時から迅速に回転電機を起動して加速させることができる。従って、好適な実施形態として、電動ポンプ用回転電機制御装置を例として説明する。当然ながら、本発明は、下記の実施形態に限定されることなく、他の用途の回転電機を駆動制御する回転電機制御装置にも適用することができる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, when the rotating electrical machine to be controlled by the rotating electrical machine control device is an electrical pump rotating electrical machine that drives an electrical pump that generates fluid pressure for controlling the transmission state of the vehicle power transmission device Will be described as an example. In electric pumps used in vehicles, from the standpoints of miniaturization and cost reduction, the rotation sensor with high resolution such as a resolver is often eliminated, and the magnetic pole position is detected electrically based on the electrical phenomenon corresponding to the magnetic pole position. Sensorless magnetic pole detection is performed. On the other hand, electric pumps for vehicles are also required to quickly supply fluid pressure to an engagement device of an automatic transmission, which is one of vehicle power transmission devices, so that the vehicle can run. Is done. In other words, the rotating electrical machine for the electric pump is required to start quickly from a stopped state and accelerate to generate fluid pressure. As will be described below, the rotating electrical machine control device of the present embodiment can quickly start and accelerate the rotating electrical machine from the stop. Therefore, as a preferred embodiment, a rotating electrical machine control device for an electric pump will be described as an example. Needless to say, the present invention is not limited to the following embodiments, and can also be applied to a rotating electrical machine control device that drives and controls a rotating electrical machine for other purposes.
尚、以下の説明において、「回転電機制御装置（電動ポンプ用回転電機制御装置）」は「モータ制御装置」と称し、「回転電機（電動ポンプ用回転電機）」は「モータ」と称する。図１は、車両用動力伝達装置の一例としての車両用駆動装置６０の構成を模式的に示している。車両用駆動装置６０は、車輪Ｗの駆動力源として、内燃機関（ＥＧ：Engine）７０及び回転電機（Ｍ／Ｇ：Motor/Generator）８０を備えた、いわゆるパラレル方式のハイブリッド駆動装置である。内燃機関７０は、公知のガソリンエンジンやディーゼルエンジンなど、燃料の燃焼により駆動される熱機関である。回転電機８０は、複数相の交流（例えば３相交流）により動作する回転電機であり、電動機としても発電機としても機能することができる。共に車輪Ｗの駆動力源となり得る内燃機関７０と回転電機８０とは、駆動力源連結装置としてのクラッチ７５（ＣＬ：Clutch）を介して駆動連結されている。
In the following description, “rotary electric machine control device (electric pump rotary electric machine control device)” is referred to as “motor control device”, and “rotary electric machine (electric pump rotary electric machine)” is referred to as “motor”. FIG. 1 schematically shows a configuration of a
本実施形態では、車両用駆動装置６０は、さらに変速装置（ＴＭ：Transmission）９０を備えている。即ち、図１に示すように、車両用駆動装置６０には、内燃機関７０と車輪Ｗとを結ぶ動力伝達経路に、内燃機関７０の側から順に、クラッチ７５、回転電機８０、変速装置９０が設けられている。変速装置９０の入力軸は回転電機８０の出力軸（例えばロータ軸）に駆動連結され、変速装置９０の出力軸は、例えばディファレンシャルギヤ（出力用差動歯車装置）等によって２つに分岐した車軸を介して車輪Ｗに駆動連結されている。変速装置９０は、変速比の異なる複数の変速段を有する有段の自動変速装置である。ここで、変速比は、変速装置９０において各変速段が形成された場合の、出力軸の回転速度に対する入力軸の回転速度の比である（＝入力軸の回転速度／出力軸の回転速度）。変速装置９０は、変速装置９０に伝達された回転速度を、各変速段の変速比で変速すると共に、変速装置９０に伝達されたトルクを変換して変速装置９０の出力軸に伝達する。
In the present embodiment, the
尚、ここで「駆動連結」とは、２つの回転要素が駆動力を伝達可能に連結された状態を指す。具体的には、「駆動連結」とは、当該２つの回転要素が一体的に回転するように連結された状態、或いは当該２つの回転要素が１つ又は２つ以上の伝動部材を介して駆動力を伝達可能に連結された状態を含む。このような伝動部材としては、回転を同速で又は変速して伝達する各種の部材が含まれ、例えば、軸、歯車機構、ベルト、チェーン等が含まれる。また、このような伝動部材として、回転及び駆動力を選択的に伝達する係合装置、例えば摩擦係合装置や噛み合い式係合装置等が含まれていてもよい。 Here, “drive coupling” refers to a state in which two rotating elements are coupled so as to be able to transmit a driving force. Specifically, the “drive connection” is a state where the two rotating elements are connected so as to rotate integrally, or the two rotating elements are driven via one or more transmission members. It includes a state where force is connected to be transmitted. Examples of such a transmission member include various members that transmit rotation at the same speed or a variable speed, and include, for example, a shaft, a gear mechanism, a belt, a chain, and the like. Further, as such a transmission member, an engagement device that selectively transmits rotation and driving force, for example, a friction engagement device or a meshing engagement device may be included.
例えば、変速装置９０は、複数の変速段を形成するために、遊星歯車機構等の歯車機構及び複数の係合装置（クラッチやブレーキ等）を備えた有段変速機構を有するものとして構成することができる。或いは、変速装置９０は、２つのプーリー（滑車）にベルトやチェーンを通し、プーリーの径を変化させることで連続的な変速を可能にする変速機構（無段変速機構（CVT：Continuously Variable Transmission））を有するものでもよい。即ち、変速装置９０は、入力軸の回転を変速して出力軸に伝達すると共にその変速比が変更可能に構成された変速機構を有していれば、その方式はどのようなものでもよい。
For example, the
図２は、車両用駆動装置６０（車両用動力伝達装置）の伝達状態を制御するための流体圧を生成する電動オイルポンプ５０（電動ポンプ）を含む油圧回路を模式的に示している。機械式オイルポンプ（ＭＯＰ：Mechanical Oil Pump）４０は、例えば、内燃機関７０の出力軸に連結されている。クラッチ７５が係合している状態では、内燃機関７０の出力軸と回転電機８０のロータ軸とは同期回転する。従って、機械式オイルポンプ４０は、内燃機関７０の出力軸及び回転電機８０のロータ軸に、例えばワンウェイクラッチ等を介して接続されていてもよい。電動オイルポンプ（ＥＯＰ：Electric Oil Pump）５０は、機械式オイルポンプ４０と並列に接続されている。
FIG. 2 schematically shows a hydraulic circuit including an electric oil pump 50 (electric pump) that generates fluid pressure for controlling the transmission state of the vehicle drive device 60 (vehicle power transmission device). A mechanical oil pump (MOP) 40 is coupled to an output shaft of the
クラッチ７５を制御するＣＬ係合回路７５ｃ、変速装置９０の係合装置を制御する変速制御回路９０ｃ、変速装置のシフトレンジの位置やパーキングのロック状態を制御するパーキング・バイ・ワイヤ（ＰＢＷ：Parking-by-wire）回路９５ｃへは、機械式オイルポンプ及び電動オイルポンプの双方から油圧（流体圧）が供給される。また、回転電機８０の潤滑用のオイルは、リニアソレノイド（ＳＬ）４３によって制御されるプライマリレギュレータバルブ４２を介して、機械式オイルポンプ４０及び電動オイルポンプ５０の双方から吐出される。クラッチ７５の潤滑用のオイルは、電動オイルポンプ５０から供給される。
CL engagement circuit 75c for controlling the clutch 75,
以下、図３及び図４に示すモータ制御装置１のブロック図を参照して説明する。電動オイルポンプ５０は、交流のモータ３０によって駆動される。モータ３０は、磁気的突極性を有する状態で永久磁石が配置されたロータとステータコイルが巻き回されたステータとを備えている。モータ制御装置１は、モータ３０を制御対象とし、回転速度ωの目標値である回転速度指令ω＊（目標回転速度）と、実際の回転速度ω（本実施形態では後述する推定回転速度ω＾）との偏差に基づいて、モータ３０をフィードバック制御する。詳細は後述するが、モータ制御装置１は、モータ３０の回転状態（磁極位置θや回転速度ω）をレゾルバ等、π／１８０程度の高い分解能を有する回転センサを用いることなく、いわゆるセンサレスで検出する機能を備えている。尚、図３（及び図９）に破線で示すように、レゾルバよりも遙かに低分解能のセンサ、例えば電気角でπ／６程度の分解能を有するホール素子１９が備えられていることを妨げるものではない。ホール素子１９は、回転速度ωの検出、大まかな磁極位置θの推定（低い分解能での磁極位置θの推定）、磁極の極性判別等に用いられ、センサレスで磁極位置θや回転速度ωを推定する回転状態推定部７の演算を補助することができる。
Hereinafter, description will be made with reference to block diagrams of the motor control device 1 shown in FIGS. 3 and 4. The
本実施形態において、モータ３０は、埋込型永久磁石同期モータ（Interior Permanent Magnet Synchronous Motor : IPMSM）であり、ロータの永久磁石のＮ極方向の磁気特性と電気的にこれと垂直な方向（電気角で９０°ずれた方向）との磁気特性とが異なる突極性（逆突極性を含む）を有する。詳細は後述するが、本実施形態においてモータ制御装置１は、この突極性を利用して、モータ３０の停止時や低速回転時においてもセンサレスで磁極位置や磁極の方向、回転速度などの回転状態を判定する。従って、モータ３０は、突極性を有する他の方式のモータ、例えば、シンクロナスリラクタンスモータであってもよい。尚、当然ながら、モータ３０は、モータ（電動機）、ジェネレータ（発電機）の双方の機能を果たすものであってもよい。
In the present embodiment, the
モータ３０は交流の回転電機であるから、直流電源２１とモータ３０との間には、直流と交流との間で電力を変換するインバータ２０が接続されている。直流電源２１は、バッテリ等の充電可能な二次電池である。インバータ２０は、直流電源２１の直流電力を複数相の交流（本実施形態では３相交流）に変換してモータ３０に供給する。また、インバータ２０は、モータ３０がジェネレータとして機能する際には発電された交流電力を直流に変換して直流電源２１に供給する。
Since the
インバータ２０は、複数のスイッチング素子２を有して構成される。スイッチング素子２には、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やパワーＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）やＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴ（Silicon Carbide - Metal Oxide Semiconductor FET）やＳｉＣ−ＳＩＴ（SiC - Static Induction Transistor）、ＧａＮ−ＭＯＳＦＥＴ（Gallium Nitride - MOSFET）などのパワー半導体素子を適用すると好適である。直流と複数相の交流（ここでは３相交流）との間で電力変換するインバータ２０は、よく知られているように複数相（ここでは３相）のそれぞれに対応する数のアームを有するブリッジ回路により構成される。つまり、インバータ２０の直流正極側と直流負極側との間に２つのスイッチング素子２が直列に接続されて１つのアームが構成される。
The
複数相の交流が３相交流の場合には、この直列回路（１つのアーム）が３回線並列接続される。つまり、モータ３０のＵ相、Ｖ相、Ｗ相に対応するステータコイルのそれぞれに一組の直列回路（アーム）が対応したブリッジ回路が構成される。対となる各相のスイッチング素子２による直列回路（アーム）の中間点は、モータ３０のステータコイルにそれぞれ接続される。つまり、各アームの、直流正極側に接続されるスイッチング素子（上段側スイッチング素子２Ｈ）と直流負極側に接続されるスイッチング素子（下段側スイッチング素子２Ｌ）との接続点は、モータ３０のステータコイルにそれぞれ接続される。尚、スイッチング素子２には、負極から正極へ向かう方向（下段側から上段側へ向かう方向）を順方向として、それぞれフリーホイールダイオード（回生ダイオード）が並列に接続される。
When the multi-phase alternating current is a three-phase alternating current, this series circuit (one arm) is connected in parallel in three lines. That is, a bridge circuit in which a set of series circuits (arms) corresponds to each of the stator coils corresponding to the U phase, V phase, and W phase of the
図４に示すように、モータ制御装置１は、インバータ制御部８、回転状態推定部７を備えて構成されている。インバータ制御部８及び回転状態推定部７は、マイクロコンピュータ等の論理回路を中核部材として構築されたＥＣＵ（electronic control unit）として構成されている。本実施形態において、インバータ制御部８は、ベクトル制御法を用いて、インバータ２０を介してモータ３０を駆動制御する。回転状態推定部７は、磁極位置θ（θ＾）や回転速度ω（ω＾）をステータコイルに流れる電流から推定する。推定された磁極位置や回転速度は、図４に示すように＾（ハット）付きのωやθである。便宜上、文中においては、ω＾やθ＾と表記する。インバータ制御部８は、回転状態推定部７により推定された磁極位置θ（θ＾）や回転速度ω（ω＾）を利用して、フィードバック制御を実行する。インバータ制御部８及び回転状態推定部７は、種々の機能部を有して構成されており、各機能部は、マイクロコンピュータ等のハードウェアとソフトウェア（プログラム）との協働により実現される。
As shown in FIG. 4, the motor control device 1 includes an
インバータ２０は、インバータ制御部８が生成するスイッチング制御信号Ｓに応じてスイッチング動作する。インバータ２０とインバータ制御部８との間には、必要に応じて電圧変換回路や絶縁回路などを有して構成されているドライバ回路１８が備えられている。ドライバ回路は、インバータ制御部８が生成したスイッチング制御信号Ｓ（例えばゲート駆動信号）の駆動能力（例えば電圧振幅や出力電流など、後段の回路を動作させる能力）をそれぞれ高めてスイッチング素子２の制御端子（ゲート端子やベース端子など）に中継する回路である。
The
モータ３０は、インバータ制御部８によりスイッチング制御されるインバータ２０を介して、所定の出力トルク及び回転速度で駆動される。この際、モータ３０の各ステータコイルに実際に流れる電流の値がインバータ制御部８にフィードバックされる。このため、インバータ２０の各相アームとモータ３０の各相ステータコイルとの間に設けられたバスバーなどの導体を流れる電流（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）が、電流センサ９により検出される。図３及び図４においては、電流センサ９は、バスバーなどの交流電力線に対して非接触で交流電流を検出する非接触電流センサの形態を例示している。図９を参照して後述するように、電流センサ９はインバータ２０の回路内に設けられたシャント抵抗９ａを利用して構成されていてもよい。尚、本実施形態では、３相全てに対して電流センサ９が配置される形態を例示しているが、３相各相の電流は平衡しており瞬時値はゼロであるから、２相のみの電流値を検出して残りの１相を演算により求める構成であっても構わない。インバータ制御部８の電流制御部１３は、この実電流（フィードバック電流）とステータコイルに流す電流を指定する電流指令（Ｉｄ＊，Ｉｑ＊）との偏差に対してＰＩ制御（比例積分制御）やＰＩＤ制御（比例積分微分制御）を実行して電圧指令（Ｖｄ＊，Ｖｑ＊）を決定する。
The
ここで、インバータ制御部８によるベクトル制御について簡単に説明する。このベクトル制御におけるベクトル空間（座標系）は、モータ３０のロータに配置された永久磁石が発生する磁界の方向であるｄ軸と当該ｄ軸に電気的に直交するｑ軸とのｄｑ軸ベクトル座標系（ｄｑ軸ベクトル空間）である。本実施形態においてインバータ制御部８は、速度指令判定部１０と、トルク指令演算部１１と、トルク制御部１２（電流指令演算部）と、電流制御部１３（電圧指令演算部）と、変調制御部１４と、３相２相座標変換部１５とを備えて構成されている。
Here, the vector control by the
本実施形態において、モータ３０は、不図示の上位のＥＣＵ等からの回転速度指令ω＊に基づいて、回転速度制御される。速度指令判定部１０は、速度指令ω＊に基づき、例えばモータ３０を回転速度制御に依らずに停止させる処理を行うか否かを判定する。例えば、回転速度指令ω＊が、定常回転速度からゼロとなった場合に、速度指令判定部１０は、停止フラグＤＷＮを有効状態にする。トルク指令演算部１１は、回転速度指令ω＊及び実際の回転速度（ここでは後述する推定回転速度ω＾）に基づき、回転速度制御を実行してトルク指令Ｔ＊を演算する演算器（ASR：Automatic Speed Regulator）である。尚、本実施形態では、レゾルバ等の回転センサを用いることなくセンサレスでモータ３０の回転を検出する。従って、制御に利用される実際の回転速度ωは、回転状態推定部７により推定される推定回転速度ω＾である。トルク制御部１２は、同一のトルク（ここではトルク指令Ｔ＊）を発生させる電流ベクトルのうちで，電流振幅を最小にする制御（最大トルク制御）を行う演算器（MTPA Controller：Maximum Torque Per Ampere Controller）である。トルク制御部１２は、トルク指令Ｔ＊に応じてベクトル制御の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を設定する。電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊は、上述したｄｑ軸ベクトル座標系に対応して設定される。
In the present embodiment, the rotation speed of the
電流制御部１３は、定電流（ここでは電流指令（Ｉｄ＊，Ｉｑ＊）を出力するように制御する演算器（ACR：Automatic Current Regulator）である。電流制御部１３は、ｄｑ軸ベクトル座標系における電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊と、フィードバック電流Ｉｄ，Ｉｑとの偏差を例えばＰＩ制御して、ｄｑ軸ベクトル座標系における電圧指令Ｖｄ＊，Ｖｑ＊を演算する。フィードバック電流Ｉｄ，Ｉｑは、モータ３０の各ステータコイルに流れる３相電流の検出値が、３相２相座標変換部１５により２相のｄｑ軸ベクトル座標系に座標変換されてフィードバックされたものである。変調制御部１４は、キャリア周波数ｆｃに応じて直流を交流に変調する変調パターンを生成する。電圧指令Ｖｄ＊，Ｖｑ＊は、変調制御部１４において３相の電圧指令に座標変換される。また、変調制御部１４は、この３相の電圧指令に基づいてインバータ２０をスイッチング制御するスイッチング制御信号Ｓを、例えばパルス幅変調（PWM：Pulse Width Modulation）により生成する。
The
変調制御部１４は、上述したベクトル制御に加えて、モータ３０を回転速度制御に依らずに停止させる制御（停止制御）も行う。本実施形態では、インバータ２０の複数相全てのアームの上段側スイッチング素子２Ｈをオン状態とする上段側アクティブショートサーキット制御、及び、複数相全てのアームの下段側スイッチング素子２Ｌをオン状態とする下段側アクティブショートサーキット制御の何れかのアクティブショートサーキット制御によりモータ３０を制御する。アクティブショートサーキット制御では、電流がモータ３０（ステータコイル）とインバータ２０との間で還流する。この際、モータ３０には負のトルクが生じ、この負のトルクによってモータ３０の回転速度ωは低下していく。還流する電流のエネルギーは熱等となって消費される。即ち、変調制御部１４は、回転速度制御に依らず、単にアクティブショートサーキット制御を行うことによってモータ３０の回転速度ωを低下させて回転を停止させる。上述したように、速度指令判定部１０は、回転速度指令ω＊が、定常回転速度からゼロとなった場合に、停止フラグＤＷＮを有効状態にする。変調制御部１４は、停止フラグＤＷＮが有効状態となった場合に、アクティブショートサーキット制御を実行する。
In addition to the vector control described above, the
ところで、アクティブショートサーキット制御は、ゼロベクトル制御とも称される。３相のインバータ制御において、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の上段側スイッチング素子２Ｈがオン状態の場合を“１”、下段側スイッチング素子２Ｌがオン状態の場合を“０”とし、各アームにおいて、上下段のスイッチング素子２が相補的にスイッチングするとして、以下の８つの空間ベクトルを定義することができる。即ち、（Ｕ，Ｖ，Ｗ）＝（１，０，０），（０，１，０），（０，０，１），（０，１，１），（１，０，１），（１，１，０），（１，１，１），（０，０，０）である。この内、（１，１，１），（０，０，０）は、ゼロベクトルと称される。ベクトル（１，１，１）は、全てのアームの上段側スイッチング素子２Ｈがオン状態であることを表しているので上段側アクティブショートサーキット制御を示している。また、ベクトル（０，０，０）は、全てのアームの下段側スイッチング素子２Ｌがオン状態であることを表しているので下段側アクティブショートサーキット制御を示している。従って、アクティブショートサーキット制御は、ゼロベクトル制御とも称される。
Incidentally, the active short circuit control is also referred to as zero vector control. In the three-phase inverter control, “1” is set when the
変調制御部１４及び３相２相座標変換部１５における座標変換は、ロータの磁極位置θに基づいて行われる。つまり、モータ３０をベクトル制御するためには、現実の３相座標系（３相空間）と２相のｄｑ軸ベクトル座標系との間での相互の座標変換が必要である。このため、ロータの磁極位置θを精度良く検出する必要がある。本実施形態では、レゾルバなどの回転検出装置を備えることなく、ロータの磁極位置θを推定するセンサレス制御を採用している。従って、座標変換に利用される磁極位置θは推定磁極位置θ＾である。
Coordinate conversion in the
モータ３０が回転中においては、ロータの回転によってステータコイルに誘起電圧が生じる（ロータの回転による誘導起電力）。このため、フィードバック電流Ｉｄ，Ｉｑに誘導起電力による脈動成分が含まれ、この脈動成分を検出することによって回転速度ω（推定回転速度ω＾）を演算することができる。そして、この推定回転速度ω＾から磁極位置θ（推定磁極位置θ＾）を演算することができる。一方、モータ３０が停止している際には当然ながら誘導起電力も生じない。また、モータ３０が低速で回転している際には、誘導起電力も小さくなり、フィードバック電流Ｉｄ，Ｉｑに含まれる脈動成分も小さくなる。このため、回転速度ω（ω＾）及び磁極位置θ（θ＾）の演算には、別の手法を用いる必要がある。例えば、モータ３０が停止中あるいは低速で回転中の場合には、電気的な刺激となる高周波の観測信号（観測電流又は観測電圧）をモータ３０（ステータコイル）に印加し、その応答から回転速度ω（ω＾）並びに磁極位置θ（θ＾）を演算することができる。
When the
図４に示すように、本実施形態では、相対的に回転速度が低い低速回転域において回転速度ω（ω＾Ｌ）並びに磁極位置θ（θ＾Ｌ）を演算する第１回転状態演算部３と、相対的に回転速度が高い高速回転域において回転速度ω（ω＾Ｈ）並びに磁極位置θ（θ＾Ｈ）を演算する第２回転状態演算部４とを中核として回転状態推定部７が構成されている。第１回転状態演算部３は、高周波の観測信号を用いて、第２回転状態演算部４は、誘導起電力（誘起電圧）を利用して、回転速度ω（ω＾）並びに磁極位置θ（θ＾）を演算する。第１回転状態演算部３の演算結果（ω＾Ｌ及びθ＾Ｌ）と、第２回転状態演算部４の演算結果（ω＾Ｈ及びθ＾Ｈ）とは、図５を参照して後述するマップに従って切替部６によって選択されて、トルク指令演算部１１や変調制御部１４、３相２相座標変換部１５で利用される。また、本実施形態では、切替部６は、制御信号（制御フラグ）“ｓｗ”によりスイッチを制御して、電圧指令（Ｖｄ＊）に高周波の観測信号（ここでは“Ｖｄｈ ＊”）を印加するか、ゼロ値を印加するかの切り替えも行う。第１回転状態演算部３及び第２回転状態演算部４による回転状態の演算手法については、例えば、国際公開公報ＷＯ２０１４／１５７６２８Ａ１に開示されている方法を用いることができる。
As shown in FIG. 4, in the present embodiment, the first rotation
図５は、モータ３０の回転速度（回転数［ｒｐｍ］）及びトルク［Ｎｍ］により規定された回転特性マップを模式的に示している。図中、“ＲＬ”は低速回転域（第１回転速度域）を示し、“ＲＨ”は高速回転域（第２回転速度域）を示している。“ＢＬ”は、低速回転域ＲＬ（第１回転速度域）と高速回転域ＲＨ（第２回転速度域）との境界を示している。境界ＢＬは、モータ３０の回転速度（回転数［ｒｐｍ］）及びトルク［Ｎｍ］により規定された回転特性マップにおいて、トルクが相対的に高い場合にトルクが相対的に低い場合と比べて回転速度が低い側となるように設定されている。このような領域設定によって、２つの位置演算部（３，４）のそれぞれがより安定し、高い精度で磁極位置θ（θ＾）を推定することが可能となる。
FIG. 5 schematically shows a rotation characteristic map defined by the rotation speed (rotation speed [rpm]) and torque [Nm] of the
境界ＢＬを跨いで回転速度ωが変化する際の境界ＢＬにおける回転速度ωは、第１回転状態演算部３及び第２回転状態演算部４の何れを利用して磁極位置θを演算するかが切り替わる切替回転速度ωｃｈｇ１である。上述したように、境界ＢＬは回転速度に対してだけではなく、トルクにも対応して設定されている。従って、トルクに応じて切替回転速度ωｃｈｇ１も異なる値となる。図５に示すように、トルクＴ１よりも高いトルクＴ２における切替回転速度ωｃｈｇ１はω１であり、トルクＴ２における切替回転速度ωｃｈｇ１であるω２よりも低い回転速度となる。尚、図示は省略するが、境界ＢＬは、図５に示すような連続した直線である必要はなく、曲線状であってもよい。また、同様に図示は省略するが、境界ＢＬは、連続した直線や曲線である必要もなく、階段状であってもよい。
Which of the first rotation
図４に示すように、本実施形態では、回転状態推定部７は、さらに第３回転状態演算部５を備えている。第３回転状態演算部５は、上述したように、速度指令判定部１０がモータ３０を回転速度制御に依らずに停止させる処理を行うと判定して停止フラグＤＷＮを有効状態にした場合に、モータ３０の回転状態を推定する。本実施形態では、停止フラグＤＷＮが有効状態となると、変調制御部１４がアクティブショートサーキット制御を実行する。アクティブショートサーキット制御の実行中には、３相の電流波形は、ほぼ歪みのない正弦波状となる。第３回転状態演算部５は、３相の電流波形に基づき、回転速度ω（ω＾Ｄ）と磁極位置θ（θ＾Ｄ）とを推定する。即ち、３相の電流波形の周期（周波数）に基づいて回転速度ω（ω＾）を演算し、３相の電流波形の相互の位相の関係に基づいて磁極位置θ（θ＾）を演算する。
As shown in FIG. 4, in the present embodiment, the rotation
第３回転状態演算部５は、さらに、推定した回転速度ω（ω＾Ｄ）に基づいて、ロータの回転速度ωが予め規定された規定回転速度（ωｔｈ：図７参照）以下であるか否かを判定する。第３回転状態演算部５は、ロータの回転速度ω（ω＾Ｄ）が規定回転速度ωｔｈ以下であると判定した場合には、励磁フラグＥＸＣを有効状態にする。変調制御部１４は、励磁フラグＥＸＣが有効状態となった場合には、第３回転状態演算部５が推定した磁極位置θ（θ＾Ｄ）に基づいて、モータ３０のステータが特定方向に固定された磁界を形成するようにステータコイルを励磁する固定磁界生成制御を行う。即ち、変調制御部１４は、上述したベクトル制御、及びアクティブショートサーキット制御に加えて、固定磁界生成制御も行う。アクティブショートサーキット制御及び固定磁界生成制御は、モータ３０を回転速度制御に依らずに停止させる停止制御（停止処理）である。
The third rotation
変調制御部１４は、モータ３０のロータの回転を停止させる場合に、少なくともロータの回転速度ω（ω＾Ｄ）が予め規定された規定回転速度ωｔｈ以下になってから停止するまでの間（第１励磁期間ＴＥＸＣ１）、モータ３０のステータが特定方向に固定された磁界を形成するようにステータコイルを励磁する。その結果、ロータは、特定方向に固定された磁界に拘束されて停止する。つまり、ロータの磁極位置θは、特定方向に固定された磁界に依存した位置となる。磁界の固定は、変調制御部１４によるステータコイルの励磁によって達成されているから、変調制御部１４（インバータ制御部８及び回転状態推定部７）は、ロータが停止した時点での磁極位置θを把握している。従って、モータ制御装置１は、停止状態のロータを再び起動する際には、当該磁極位置θを初期位置として、迅速に回転速度制御を開始することができる。
図６のタイミングチャートは、固定磁界生成制御を行う場合と行わない場合とを比較したものである。上段のタイミングチャートは固定磁界生成制御を行わない場合を示しており、下段のタイミングチャートは固定磁界生成制御を行う場合を示している。図６に示す例では、時刻ｔ１において回転速度指令ω＊がゼロから定格回転速度（ωｒａｔ）となり、モータ３０の起動が指示される。この時点では、ロータの磁極位置θ（初期位置）が不明であるから、磁極位置θが推定される。具体的には、第１回転状態演算部３により、磁極位置θ（θ＾Ｌ）が推定される。この推定には、初期位置探索期間Ｔｓを要するので、モータ３０は、回転速度指令ω＊が与えられた時刻ｔ１から初期位置探索期間Ｔｓ後の時刻ｔ２から起動されることになる。回転速度ωが回転速度指令ω＊により指定された定格回転速度（ωｒａｔ）となると、ロータは定常回転状態となる。定常回転状態の時刻ｔ３において、回転速度指令ω＊が定格回転速度（ωｒａｔ）からゼロに変更されると、モータ３０は例えばアクティブショートサーキット制御によって減速され、時刻ｔ５においてロータの回転速度ωはゼロとなって停止する。ここまでの動作については、上段及び下段のタイミングチャートは同様である。
The timing chart of FIG. 6 compares the case where fixed magnetic field generation control is performed and the case where it is not performed. The upper timing chart shows a case where fixed magnetic field generation control is not performed, and the lower timing chart shows a case where fixed magnetic field generation control is performed. In the example shown in FIG. 6, the rotational speed command ω * is changed from zero to the rated rotational speed (ω rat ) at time t1, and the start of the
その後、時刻ｔ６において回転速度指令ω＊がゼロから定格回転速度（ωｒａｔ）となり、モータ３０の再起動が指示されると、両者の挙動に差が生じる。上述したように、固定磁界生成制御が実施されていた場合には、モータ制御装置１は、磁極位置θが既知であるから、回転速度指令ω＊を受けると直ちにモータ３０を起動することができる（図６の下段のタイミングチャート参照）。しかし、固定磁界生成制御が実施されていない場合には、モータ制御装置１は、再起動に際して第１回転状態演算部３による磁極位置θ（θ＾Ｌ）の推定を行う必要がある。つまり、図６の上段のタイミングチャートに示すように、再起動に際しても、初期位置探索期間Ｔｓを要するので、再起動の開始が時刻ｔ６よりも遅れて時刻ｔ７となる。換言すれば、固定磁界生成制御を含む停止制御を行うことによって、迅速な起動が実現される。
After that, when the rotational speed command ω * is changed from zero to the rated rotational speed (ω rat ) at time t6 and a restart of the
本実施形態のように、モータ制御装置１が制御対象とするモータ３０が、車両用動力伝達装置の伝達状態を制御するための流体圧を生成する電動オイルポンプ５０を駆動する場合、車両のイグニッションスイッチがオン状態であれば、モータ制御装置１及びモータ３０への電源供給は維持されている。イグニッションスイッチをオン状態に切替えた直後には、初期位置探索期間Ｔｓを必要としても、その際には乗員も乗車直後である可能性が高く、初期位置探索期間Ｔｓは許容可能である可能性が高い。一方、信号待ち等で、走行中に一時停車したような場合には、信号が変わった際に直ちに発進可能な状態となることが好ましく、初期位置探索期間Ｔｓは可能な限り短縮されることが好ましい。図６から明らかなように、本実施形態のように、固定磁界生成制御を含む停止制御を行うことによって、モータ制御装置１及びモータ３０への電源供給が維持されている状態において、２度目以降のモータ３０の起動時には、初期位置探索期間Ｔｓを無くして迅速な起動が実現できる。
When the
尚、減速制御に際しては、第１回転状態演算部３及び第２回転状態演算部４を利用して、通常の回転速度制御を継続することを妨げるものではない。回転速度制御を継続することによっても、停止時の磁極位置θを記憶しておくことが可能である。しかし、図５等を参照して上述したように、例えば最高速度（ωｍａｘ）での定常回転からゼロまで一気に減速するに際しては、第２回転状態演算部４を利用した回転速度制御から第１回転状態演算部３を利用した回転速度制御への制御方式の切り替えが必要である。単純に誘起電圧を利用する第２回転状態演算部４に比べて、電気刺激を与えてその応答から回転状態を演算する第１回転状態演算部３は、制御の応答性が相対的に低くなる傾向がある。減速時には、応答性の高い制御方式から応答性の低い制御方式へ制御方式が遷移することとなるので、遷移の際の制御マッチングを適切に行う必要があり、制御の簡易さが損なわれる可能性がある。また、第１回転状態演算部３を利用した回転速度制御は、上述したように応答性が相対的に低いので、アクティブショートサーキット制御よりも停止までの時間を要する可能性もある。従って、簡易なアクティブショートサーキット制御によって停止制御を行うと好適である。
In the deceleration control, the first rotation
ロータが停止した後、ロータに対して外力が印加されない、或いは外力の印加によりロータが回転しないような機械的な機構を備えられている場合には、停止制御において把握している磁極位置θを再起動時に利用することができる。しかし、ロータが停止した後、ロータに対して外力が印加される可能性があり、当該外力の印加によってロータが回転する可能性がある場合には、電気的にロータを固定しておくと好適である。電気的な固定は機械的な固定に比べて構造の複雑化やコストの増加を抑制できる。例えば、ロータの回転が停止した後、再びロータの回転を開始させるまでの間（第２励磁期間ＴＥＸＣ２）、継続して特定方向に固定された磁界を形成するようにステータコイルを励磁すると好適である。継続して特定方向に固定された磁界を形成すること（固定磁界生成制御を継続すること）によって、電気的にロータを固定しておくことができ、停止制御において把握している磁極位置θを再起動時に適切に利用することができる。尚、時刻ｔ４から時刻ｔ６までの期間、即ち第１励磁期間ＴＥＸＣ１及び第２励磁期間ＴＥＸＣ２を総称して励磁期間ＴＥＸＣと称する。 After the rotor stops, if a mechanical mechanism is provided so that no external force is applied to the rotor or the rotor does not rotate due to the application of the external force, the magnetic pole position θ grasped in the stop control is set. It can be used when restarting. However, after the rotor stops, an external force may be applied to the rotor, and if the rotor may rotate due to the application of the external force, it is preferable to electrically fix the rotor. It is. Electrical fixation can suppress the complexity of structure and increase in cost compared to mechanical fixation. For example, it is preferable to excite the stator coil so as to continuously form a magnetic field fixed in a specific direction until the rotation of the rotor is started again after the rotation of the rotor is stopped (second excitation period T EXC2 ). It is. By continuously forming a magnetic field fixed in a specific direction (continuing the fixed magnetic field generation control), the rotor can be electrically fixed, and the magnetic pole position θ grasped in the stop control can be determined. It can be used properly when restarting. The period from time t4 to time t6, that is, the first excitation period T EXC1 and the second excitation period T EXC2 are collectively referred to as the excitation period T EXC .
以下、図７のタイミングチャートも利用して、固定磁界生成制御を含む停止制御から再起動までの制御の具体例について説明する。図７は、ロータが回転速度指令ω＊により指定された定格回転速度（ωｒａｔ）で定常回転している状態となった以降を示している。時刻ｔ３において回転速度指令ω＊が定格回転速度（ωｒａｔ）からゼロとなると、上述したように、速度指令判定部１０は停止フラグＤＷＮを有効状態（ＯＮ）とする。変調制御部１４は、停止フラグＤＷＮに基づいてアクティブショートサーキット制御を実行する。アクティブショートサーキット制御の実行中には、第３回転状態演算部５により、回転速度ω（ω＾Ｄ）と磁極位置θ（θ＾Ｄ）とが推定される。第３回転状態演算部５は、推定した回転速度ω（ω＾Ｄ）に基づき、ロータの回転速度ω（ω＾Ｄ）が規定回転速度ωｔｈ以下であると判定した場合には、励磁フラグＥＸＣを有効状態（ＯＮ）にする（時刻ｔ４）。変調制御部１４は、励磁電流ＩＥＸＣを印加して、特定方向に固定された磁界を形成するようにステータコイルを励磁する。尚、励磁フラグＥＸＣが有効状態となると、速度指令判定部１０は停止フラグＤＷＮを無効状態（ＯＦＦ）とする（時刻ｔ４）。
Hereinafter, a specific example of control from stop control to restart including fixed magnetic field generation control will be described using the timing chart of FIG. FIG. 7 shows the state after the rotor is in a state of steady rotation at the rated rotational speed (ω rat ) designated by the rotational speed command ω * . When the rotational speed command ω * becomes zero from the rated rotational speed (ω rat ) at time t3, as described above, the speed
第３回転状態演算部５は、全相のステータコイルを流れる電流の合成ベクトルである電機子電流Ｉａの大きさに基づいて、或いは、各相のステータコイルを流れる電流の脈動の周波数に基づいて、規定回転速度ωｔｈ以下になったか否かを判定する。即ち、第３回転状態演算部５は、電機子電流Ｉａの大きさが規定電流値Ｉｔｈ以下になったか否か、或いは脈動の周波数に基づく回転速度ω＾Ｄが規定回転速度ωｔｈ以下になったか否かにより、ロータの回転速度ω（ω＾Ｄ）が規定回転速度ωｔｈ以下であるか否かを判定する。電機子電流Ｉａと脈動の周波数に基づく回転速度ω＾Ｄとの関係については以下に簡単に説明する。
The third rotation
磁気的突極性を有する回転電機の回転座標系（ｄｑ軸ベクトル座標系）での一般的な回路方程式は、下記式(1)で表される。ここで、ｐは微分演算子、Ｌｄ，Ｌｑはそれぞれｄ軸インダクタンス及びｑ軸インダクタンス、Ｍｉｆは誘起電圧定数である。また、電機子電流Ｉａの大きさは下記式(2)で表される。 A general circuit equation in a rotating coordinate system (dq axis vector coordinate system) of a rotating electrical machine having magnetic saliency is expressed by the following equation (1). Here, p is a differential operator, Ld and Lq are d-axis inductance and q-axis inductance, respectively, and M if is an induced voltage constant. The magnitude of the armature current Ia is expressed by the following formula (2).
ここで、アクティブショートサーキット制御中（ゼロベクトル制御中）は、Ｖｄ＝０、Ｖｑ＝０であり、定常状態であることから微分項（微分演算子ｐを含む項）を無視することができる。これらを考慮して式(1)を整理し、Ｉｄ及びＩｑについて式(1)を解き、当該Ｉｄ及びＩｑを式(2)に代入すると下記式(3)を得ることができる。 Here, during active short circuit control (during zero vector control), Vd = 0 and Vq = 0, and since it is a steady state, the differential term (a term including the differential operator p) can be ignored. Considering these, formula (1) is arranged, formula (1) is solved for Id and Iq, and the formula (3) below can be obtained by substituting Id and Iq into formula (2).
式(3)に示すように、電機子電流Ｉａと脈動の周波数に基づく回転速度ω＾Ｄとの間には相関関係があるので、実験やシミュレーション等に基づいて、規定電流値Ｉｔｈや規定回転速度ωｔｈが設定されると好適である。 As shown in the equation (3), since there is a correlation between the armature current Ia and the rotational speed ω ^ D based on the pulsation frequency, the specified current value I th and the specified value are determined based on experiments and simulations. It is preferable that the rotational speed ω th is set.
時刻ｔ４において励磁フラグＥＸＣが有効状態（ＯＮ）となり、励磁電流ＩＥＸＣが印加されると、ロータは、特定方向に固定された磁界に対応した磁極位置θにて停止する（時刻ｔ５）。本実施形態では、時刻ｔ５以降、即ちロータの回転が停止した後、再びロータの回転を開始させるまでの間（第２励磁期間ＴＥＸＣ２）、継続して特定方向に固定された磁界を形成するようにステータコイルに励磁電流ＩＥＸＣを印加して励磁する。その後、時刻ｔ６において回転速度指令ω＊がゼロから定格回転速度（ωｒａｔ）となり、モータ３０の再起動が指示される。励磁電流ＩＥＸＣの印加によって、固定磁界生成制御が継続されているので、回転速度指令ω＊を受けると直ちにモータ３０を起動することができる。
When the excitation flag EXC becomes valid (ON) at time t4 and the excitation current I EXC is applied, the rotor stops at the magnetic pole position θ corresponding to the magnetic field fixed in the specific direction (time t5). In the present embodiment, a magnetic field fixed in a specific direction is continuously formed after time t5, that is, after the rotation of the rotor is stopped until the rotation of the rotor is started again (second excitation period T EXC2 ). As described above, excitation current I EXC is applied to the stator coil for excitation. Thereafter, at time t6, the rotational speed command ω * is changed from zero to the rated rotational speed (ω rat ), and the restart of the
ところで、インバータ２０のスイッチング制御によって、ステータに回転磁界を形成することができることから明らかなように、固定磁界生成制御においても任意の固定磁界を形成することが可能である。しかし、固定磁界生成制御の制御形態は演算負荷等も考慮すれば、より簡素であることが好ましい。従って、インバータ制御部８は、複数相の内の特定の１相のステータコイルのみを励磁して、特定方向へ磁界を固定すると好適である。
By the way, as apparent from the fact that the rotating magnetic field can be formed in the stator by the switching control of the
さらに、インバータ制御部８は、特定方向に固定された磁界を形成するためのステータコイルの励磁を開始する際のロータの磁極方向に最も近い方向の磁界を形成できる相の磁界方向を特定方向として、ステータコイルを励磁すると好適である。具体的には、励磁フラグＥＸＣが有効状態となった際のロータの磁極方向に応じて、磁界方向が決定されると好適である。図８は、磁界の空間ベクトルとロータの磁極方向（Ｎ）との関係を示している。“Ｕ＋”と“Ｕ−”とは磁界方向が互いに逆方向であることを示している。“Ｖ＋”と“Ｖ−”との関係、及び、“Ｗ＋”と“Ｗ−”との関係につても同様である。
Furthermore, the
本実施形態のように、ステータコイルが３相の場合には、複数相の内の特定の１相のステータコイルのみを正負何れかの方向に励磁することによって、これらの６方向の磁界を形成することができる。そして、特定方向に固定された磁界を形成するようにステータコイルを励磁して、ロータの回転を停止させる場合、ステータコイルの励磁からロータの停止までのロータの回転量が少ない方が好ましい。例えば、固定された磁界を形成する直前のロータの磁極方向（Ｎ）が磁界方向“Ｕ＋”の近傍である場合、具体的には図８に示すように電気角において±３０度（π／６）の範囲“Ａ１”内である場合には、インバータ制御部８は、磁界方向“Ｕ＋”を特定方向として、ステータコイルを励磁すると好適である。
When the stator coil has three phases as in the present embodiment, these six directions of magnetic fields are formed by exciting only a specific one-phase stator coil of a plurality of phases in either positive or negative direction. can do. When the stator coil is excited so as to form a magnetic field fixed in a specific direction to stop the rotation of the rotor, it is preferable that the amount of rotation of the rotor from the excitation of the stator coil to the stop of the rotor is small. For example, when the magnetic pole direction (N) of the rotor immediately before forming a fixed magnetic field is in the vicinity of the magnetic field direction “U +”, specifically, as shown in FIG. 8, the electrical angle is ± 30 degrees (π / 6). ) Is within the range “A1”, the
同様に、ロータの磁極方向（Ｎ）が範囲“Ａ６”内である場合には磁界方向“Ｕ−” を特定方向として、ロータの磁極方向（Ｎ）が範囲“Ａ２”内である場合には磁界方向“Ｖ＋” を特定方向として、ロータの磁極方向（Ｎ）が範囲“Ａ５”内である場合には磁界方向“Ｖ−” を特定方向として、ロータの磁極方向（Ｎ）が範囲“Ａ４”内である場合には磁界方向“Ｗ＋” を特定方向として、ロータの磁極方向（Ｎ）が範囲“Ａ３”内である場合には磁界方向“Ｗ−” を特定方向として、ステータコイルを励磁すると好適である。尚、当然ながら、励磁電流ＩＥＸＣの印加を開始する際のロータの磁極方向に最も近い方向の磁界を形成できる相の磁界方向以外を特定方向として、ステータコイルが励磁されることを妨げるものではない。 Similarly, when the magnetic pole direction (N) of the rotor is within the range “A6”, the magnetic field direction “U−” is the specific direction, and when the magnetic pole direction (N) of the rotor is within the range “A2”. When the magnetic field direction “V +” is the specific direction and the magnetic pole direction (N) of the rotor is within the range “A5”, the magnetic field direction “V−” is the specific direction and the magnetic pole direction (N) of the rotor is the range “A4”. Is within the range “A3”, the magnetic field direction “W−” is the specific direction, and the stator coil is excited. It is preferable. Of course, it does not prevent the stator coil from being excited with a specific direction other than the magnetic field direction of the phase that can form the magnetic field in the direction closest to the magnetic pole direction of the rotor when the application of the excitation current I EXC is started. Absent.
ところで、上述したように、電流センサ９は図９に示すように、シャント抵抗９ａと、電流の大きさに比例するシャント抵抗９ａの端子間電圧を検出するアンプ９ｂを利用して構成されていてもよい。一般的に、シャント抵抗９ａは、図９に示すようにアームの下段側に配置される。この場合、下段側アクティブショートサーキット制御（（０，０，０）型のゼロベクトル制御）が実行されている場合には、シャント抵抗９ａを通って電流が環流するが、上段側アクティブショートサーキット制御（（１，１，１）型のゼロベクトル制御）が実行されている場合には、シャント抵抗９ａを通らずに電流が環流する。従って、シャント抵抗９ａを利用した電流センサ９により電流を検出する場合には、下段側アクティブショートサーキット制御により、停止制御が実行されると好適である。即ち、１つの態様として、各アームの下段側に直列にシャント抵抗９ａを備え、ロータの回転を停止させる際に、ロータの回転速度ω（ω＾Ｄ）が規定回転速度ωｔｈより高い状態では、複数相全てのアームの下段側スイッチング素子２Ｌをオン状態とするアクティブショートサーキット制御によりモータ３０を制御し、ロータの回転速度ω（ω＾Ｄ）が規定回転速度ωｔｈ以下となった状態で、特定方向に固定された磁界を形成するようにステータコイルを励磁すると好適である。
Incidentally, as described above, as shown in FIG. 9, the
〔その他の実施形態〕
以下、本発明のその他の実施形態について説明する。尚、以下に説明する各実施形態の構成は、それぞれ単独で適用されるものに限られず、矛盾が生じない限り、他の実施形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。
[Other Embodiments]
Hereinafter, other embodiments of the present invention will be described. Note that the configuration of each embodiment described below is not limited to being applied independently, and can be applied in combination with the configuration of other embodiments as long as no contradiction arises.
（１）上記においては、停止制御の際に規定回転速度ωｔｈ以下になるまで、アクティブショートサーキット制御によってロータの回転速度ωを減速させる形態を例示した。しかし、これ以外の制御方法によって、ロータの回転速度ωを減速させてもよい。例えば、全てのスイッチング素子２をオフ状態とするシャットダウン制御と組み合わせてモータ３０を停止させてもよい。
(1) In the above, the mode in which the rotational speed ω of the rotor is decelerated by the active short circuit control until the rotational speed ωth is equal to or lower than the specified rotational speed ωth in the stop control is illustrated. However, the rotational speed ω of the rotor may be reduced by a control method other than this. For example, the
（２）上記においては、モータ３０を停止させる際に、第３回転状態演算部５によってロータの回転速度ω（ω＾Ｄ）が演算される形態を例示した。しかし、ロータの回転速度ωは、例えばホール素子等を用いて検出されてもよい。
(2) In the above, the mode in which the rotation speed ω (ω ^ D ) of the rotor is calculated by the third rotation
〔本発明の実施形態の概要〕
以下、上記において説明した、本発明の実施形態における回転電機制御装置（１）の概要について簡単に説明する。
[Outline of Embodiment of the Present Invention]
Hereinafter, the outline | summary of the rotary electric machine control apparatus (1) in embodiment of this invention demonstrated above is demonstrated easily.
本発明の実施形態に係る、直流と複数相の交流との間で電力を変換するインバータ（２０）をスイッチング制御して、永久磁石が配置されたロータを有する交流の回転電機（３０）を制御する回転電機制御装置（１）の特徴的な構成は、
前記ロータの回転を停止させる場合に、少なくとも前記ロータの回転速度（ω（ω＾Ｄ））が予め規定された規定回転速度（ωｔｈ）以下になってから停止するまでの間（ＴＥＸＣ１）、前記回転電機（３０）のステータが特定方向に固定された磁界を形成するようにステータコイルを励磁する点にある。
According to the embodiment of the present invention, the inverter (20) that converts electric power between direct current and multiple-phase alternating current is subjected to switching control to control an alternating current rotating electrical machine (30) having a rotor on which permanent magnets are arranged. The characteristic configuration of the rotating electrical machine control device (1)
When the rotation of the rotor is stopped, at least the rotation speed (ω (ω ^ D )) of the rotor is equal to or lower than a predetermined rotation speed (ω th ) defined in advance until it stops (T EXC1 ). The stator of the rotating electrical machine (30) excites the stator coil so as to form a magnetic field fixed in a specific direction.
この構成によれば、特定方向に固定された磁界を形成することによって、ロータの永久磁石に吸引力及び反発力を作用させて、当該磁界に応じて規定される位置においてロータを停止させることができる。この磁界は、回転電機制御装置（１）によって励磁されたステータコイルから発生している。従って、停止した状態でのロータの磁極位置（θ）は、回転電機制御装置（１）には既知である。よって、回転電機制御装置（１）は、停止させたロータを再び起動する際に、この既知の磁極位置（θ）を用いて回転電機（３０）を制御することができる。つまり、改めてロータの磁極位置（θ）を推定する必要がないから、迅速に回転電機（３０）を起動させることができる。このように、本構成によれば、高い分解能を有する回転センサを用いることなく回転電機（３０）を制御する場合に、停止状態から迅速に回転電機（３０）を起動させることができる。 According to this configuration, by forming a magnetic field fixed in a specific direction, an attractive force and a repulsive force are applied to the permanent magnet of the rotor, and the rotor is stopped at a position defined according to the magnetic field. it can. This magnetic field is generated from the stator coil excited by the rotating electrical machine control device (1). Therefore, the magnetic pole position (θ) of the rotor in the stopped state is known to the rotating electrical machine control device (1). Therefore, the rotating electrical machine control device (1) can control the rotating electrical machine (30) using the known magnetic pole position (θ) when the stopped rotor is started again. That is, since it is not necessary to estimate the rotor magnetic pole position (θ) again, the rotating electrical machine (30) can be started quickly. Thus, according to this configuration, when the rotating electrical machine (30) is controlled without using a rotation sensor having high resolution, the rotating electrical machine (30) can be quickly started from a stopped state.
ここで、回転電機制御装置（１）は、前記ロータの回転が停止した後、再び前記ロータの回転を開始させるまでの間（ＴＥＸＣ２）、継続して前記特定方向に固定された磁界を形成するように前記ステータコイルを励磁すると好適である。継続して特定方向に固定された磁界を形成することによって、ロータに対して外力が印加されてもロータが回転しないように、電気的にロータを固定しておくことができる。その結果、停止時の磁極位置（θ）を再起動時に適切に利用することができる。 Here, the rotating electrical machine control device (1) continuously forms the magnetic field fixed in the specific direction until the rotation of the rotor is started again (T EXC2 ) after the rotation of the rotor is stopped. It is preferable to excite the stator coil. By continuously forming a magnetic field fixed in a specific direction, the rotor can be electrically fixed so that the rotor does not rotate even when an external force is applied to the rotor. As a result, the magnetic pole position (θ) at the time of stopping can be appropriately used at the time of restarting.
また、前記インバータ（２０）が、上段側スイッチング素子（２Ｈ）と下段側スイッチング素子（２Ｌ）との直列回路により交流１相分のアームが構成されると共に、複数相の交流の相数に応じた数の前記アームを備えて構成されている場合、回転電機制御装置（１）は、前記ロータの回転を停止させる際に、前記ロータの回転速度（ω（ω＾Ｄ））が前記規定回転速度（ωｔｈ）より高い状態では、複数相全ての前記アームの前記上段側スイッチング素子（２Ｈ）をオン状態とする、又は、複数相全ての前記アームの前記下段側スイッチング素子（２Ｌ）をオン状態とする、アクティブショートサーキット制御により前記回転電機（３０）を制御し、前記ロータの回転速度（ω（ω＾Ｄ））が前記規定回転速度（ωｔｈ）以下となった状態で、前記特定方向に固定された磁界を形成するように前記ステータコイルを励磁すると好適である。 In the inverter (20), an AC one-phase arm is constituted by a series circuit of an upper switching element (2H) and a lower switching element (2L), and according to the number of AC phases of a plurality of phases. When the rotating electrical machine control device (1) stops the rotation of the rotor, the rotational speed (ω (ω ^ D )) of the rotor is the specified rotation. In a state higher than the speed (ω th ), the upper switching elements (2H) of all the arms of a plurality of phases are turned on, or the lower switching elements (2L) of the arms of all of a plurality of phases are turned on. the state, the controls the rotation electric machine (30) by the active short-circuit control, the rotational speed of the rotor (omega (omega ^ D)) is the stipulated rotational speed (omega th) follows became like In, it is preferable to excite the said stator coil so as to form a fixed magnetic field to the specific direction.
アクティブショートサーキット制御では、電流が回転電機（３０）とインバータ（２０）との間で還流する。この際、回転電機（３０）には負のトルクが生じ、この負のトルクによって回転電機（３０）の回転速度（ω）は低下していく。即ち、回転速度制御などのフィードバック制御に依らず、単にアクティブショートサーキット制御を行うことによって回転電機（３０）の回転速度（ω）を低下させることができる。また、アクティブショートサーキット制御の実行中には、交流の電流波形は、ほぼ歪みのない正弦波状となる。従って、複数相の電流波形に基づき、回転速度ω（ω＾Ｄ）や磁極位置θ（θ＾Ｄ）を容易且つ適切に推定することができる。 In the active short circuit control, current flows back between the rotating electrical machine (30) and the inverter (20). At this time, a negative torque is generated in the rotating electrical machine (30), and the rotational speed (ω) of the rotating electrical machine (30) decreases due to the negative torque. That is, the rotation speed (ω) of the rotating electrical machine (30) can be reduced by simply performing the active short circuit control without depending on the feedback control such as the rotation speed control. Further, during the execution of the active short circuit control, the AC current waveform becomes a sine wave shape with almost no distortion. Therefore, the rotational speed ω (ω ^ D ) and the magnetic pole position θ (θ ^ D ) can be estimated easily and appropriately based on the current waveforms of a plurality of phases.
インバータ２０のスイッチング制御によって、ステータに回転磁界を形成することができることから明らかなように、固定磁界生成制御においても任意の固定磁界を形成可能である。しかし、固定磁界生成制御の制御形態は演算負荷等も考慮すれば、より簡素であることが好ましい。従って、１つの態様として、回転電機制御装置（１）は、複数相の内の特定の１相の前記ステータコイルのみを励磁して、前記特定方向へ磁界を固定すると好適である。
As is clear from the fact that the rotating magnetic field can be formed in the stator by the switching control of the
特定方向に固定された磁界を形成するようにステータコイルを励磁して、ロータの回転を停止させる場合、ステータコイルの励磁からロータの停止までのロータの回転量が少ない方が好ましい。従って、１つの態様として、回転電機制御装置（１）は、複数相の内の特定の１相の前記ステータコイルのみを励磁して、前記特定方向へ磁界を固定する場合、さらに、前記特定方向に固定された磁界を形成するためのステータコイルの励磁を開始する際のロータの磁極方向に最も近い方向の磁界を形成できる相の磁界方向を前記特定方向として、ステータコイルを励磁すると好適である。例えば、回転電機（３０）がＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相交流回転電機であり、ロータの磁極方向（Ｎ）がＵ相のステータコイルを正方向に励磁した場合の磁界方向（Ｕ＋）の近傍である場合（例えば、電気角において±３０度（π／６）の範囲（Ａ１）内である場合）には、インバータ制御部８は、当該磁界方向（Ｕ＋）を特定方向として、ステータコイルを励磁すると好適である。
When the stator coil is excited so as to form a magnetic field fixed in a specific direction and the rotation of the rotor is stopped, it is preferable that the amount of rotation of the rotor from the excitation of the stator coil to the stop of the rotor is small. Therefore, as one aspect, when the rotating electrical machine control device (1) excites only the stator coil of a specific one of a plurality of phases and fixes a magnetic field in the specific direction, the specific direction is further increased. It is preferable to excite the stator coil with the magnetic field direction of the phase capable of forming a magnetic field in the direction closest to the magnetic pole direction of the rotor when starting excitation of the stator coil for forming a magnetic field fixed to . For example, the rotating electric machine (30) is a U-phase, V-phase, and W-phase three-phase AC rotating electric machine, and the magnetic field direction (U +) when the rotor magnetic pole direction (N) is excited in the positive direction of the U-phase stator coil. ) (For example, within the range (A1) of ± 30 degrees (π / 6) in electrical angle), the
また、回転電機制御装置（１）は、全相の前記ステータコイルを流れる電流の合成ベクトルである電機子電流（Ｉａ）の大きさに基づいて、或いは、各相の前記ステータコイルを流れる電流の脈動の周波数に基づいて、前記規定回転速度（ωｔｈ）に達したか否かを判定すると好適である。電機子電流（Ｉａ）と脈動の周波数に基づく回転速度（ω＾Ｄ）との間には相関関係があるので、実験やシミュレーション等に基づいて、基準が設定されると好適である。 Further, the rotating electrical machine control device (1) determines the current flowing through the stator coil of each phase based on the magnitude of the armature current (Ia), which is a combined vector of the currents flowing through the stator coils of all phases. It is preferable to determine whether or not the specified rotational speed (ω th ) has been reached based on the pulsation frequency. Since there is a correlation between the armature current (Ia) and the rotational speed (ω ^ D ) based on the pulsation frequency, it is preferable to set a reference based on experiments, simulations, and the like.
本発明は、回転電機を制御する回転電機制御装置に利用することができる。 The present invention can be used in a rotating electrical machine control device that controls a rotating electrical machine.
１ ：モータ制御装置（回転電機制御装置）
２ ：スイッチング素子
２Ｈ ：上段側スイッチング素子
２Ｌ ：下段側スイッチング素子
２０ ：インバータ
３０ ：モータ（回転電機）
Ｉａ ：電機子電流
ＴＥＸＣ１：第１励磁期間（ロータの回転速度が規定回転速度以下になってから停止するまでの間）
ＴＥＸＣ２：第２励磁期間（ロータの回転が停止した後、再びロータの回転を開始させるまでの間）
θ ：磁極位置
ω ：回転速度
ωｔｈ ：規定回転速度
1: Motor control device (rotary electric machine control device)
2:
Ia: Armature current T EXC1 : First excitation period (between the rotation speed of the rotor becomes equal to or lower than the specified rotation speed and then stops)
T EXC2 : Second excitation period (between the rotation of the rotor is stopped and the rotation of the rotor is started again)
θ: Magnetic pole position ω: Rotational speed ω th : Specified rotational speed
Claims (6)
前記ロータの回転を停止させる場合に、少なくとも前記ロータの回転速度が予め規定された規定回転速度以下になってから停止するまでの間、前記回転電機のステータが特定方向に固定された磁界を形成するようにステータコイルを励磁する回転電機制御装置。 A rotating electrical machine control device for controlling an AC rotating electrical machine having a rotor in which a permanent magnet is arranged by switching control of an inverter that converts electric power between direct current and multiple-phase alternating current,
When the rotation of the rotor is stopped, a magnetic field in which the stator of the rotating electrical machine is fixed in a specific direction is formed at least after the rotation speed of the rotor is equal to or lower than a predetermined rotation speed defined in advance. A rotating electrical machine control device that excites a stator coil.
前記ロータの回転を停止させる際に、前記ロータの回転速度が前記規定回転速度より高い状態では、複数相全ての前記アームの前記上段側スイッチング素子をオン状態とする、又は、複数相全ての前記アームの前記下段側スイッチング素子をオン状態とする、アクティブショートサーキット制御により前記回転電機を制御し、
前記ロータの回転速度が前記規定回転速度以下となった状態で、前記特定方向に固定された磁界を形成するように前記ステータコイルを励磁する請求項１又は２に記載の回転電機制御装置。 The inverter includes an arm for one phase of alternating current by a series circuit of an upper stage side switching element and a lower stage side switching element, and includes the number of the arms corresponding to the number of phases of plural phases of alternating current,
When stopping the rotation of the rotor, in a state where the rotational speed of the rotor is higher than the specified rotational speed, the upper-stage switching elements of all the arms of a plurality of phases are turned on, or Turn on the lower switching element of the arm, control the rotating electrical machine by active short circuit control,
The rotating electrical machine control device according to claim 1 or 2, wherein the stator coil is excited so as to form a magnetic field fixed in the specific direction in a state where the rotational speed of the rotor is equal to or less than the specified rotational speed.
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