JP2016201882A - 回転角度算出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータジェネレータの回転角度の算出精度を向上できる回転角度算出装置を提供する。【解決手段】ＥＣＵ４０は、角度センサから出力された振幅変調信号ＳＩＮ，ＣＯＳと同期検波信号とに基づいて、トルク制御のために用いられる回転角度を算出する機能を有する。ここで、モータジェネレータに接続されたインバータを構成するスイッチのスイッチングに伴う周波数成分がインバータの出力電圧に含まれる。ＥＣＵ４０は、上記周波数成分の周波数を有するノイズが振幅変調信号ＳＩＮ，ＣＯＳに重畳することを回避するために、上記周波数成分の周波数と、角度センサに入力される励磁信号Ｒｅｆの励磁周波数とをずらす機能を有する。【選択図】 図２

Description

本発明は、励磁周波数で変動する励磁信号が入力されることにより、励磁信号を回転電機の回転角度で振幅変調した振幅変調信号を出力する回転角度検出器を備えるシステムに適用される回転角度算出装置に関する。

従来、例えば下記特許文献１に見られるように、励磁信号が入力されることにより、励磁信号を回転電機の回転角度で振幅変調した振幅変調信号を出力する回転角度検出器としてのレゾルバが知られている。レゾルバから出力された振幅変調信号に対して同期検波が行われることにより、回転電機の回転角度が算出される。そして算出された回転角度に基づいて、回転電機に電気的に接続された電力変換器のスイッチがスイッチングされ、回転電機が制御される。

特開２００９−１４５２７３号公報

ここで、励磁信号の励磁周波数近傍の周波数成分を有するノイズが、レゾルバから出力される振幅変調信号に重畳し得る。この場合、振幅変調信号からノイズを除去することが困難となる。ノイズを除去できないと、回転角度の算出精度が低下する懸念がある。

本発明は、回転電機の回転角度の算出精度を向上できる回転角度算出装置を提供することを主たる目的とする。

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。

本発明は、回転電機（３０）に電気的に接続された電力変換器（２０）を構成するスイッチ（Ｓｕｐ〜Ｓｗｎ）のスイッチングにより、前記回転電機を制御する制御手段（４０）と、励磁周波数で変動する励磁信号が入力されることにより、前記励磁信号を前記回転電機の回転角度で振幅変調した振幅変調信号を出力する回転角度検出器（３３）と、を備えるシステムに適用され、前記回転角度検出器から出力された前記振幅変調信号と同期検波信号とに基づいて、前記制御手段による前記回転電機の制御のために用いられる前記回転角度を算出する角度算出手段（４２；６３）と、前記スイッチングに伴い前記電力変換器の出力電圧に含まれる周波数成分の周波数と、前記励磁周波数とをずらす処理を行うシフト手段（５１；６１；５９）と、を備えることを特徴とする。

本発明では、電力変換器を構成するスイッチのスイッチングにより、回転電機が制御される。ここで、スイッチのスイッチングに伴って電力変換器の出力電圧には周波数成分が含まれる。この出力電圧に含まれる周波数成分に起因するノイズが振幅変調信号に重畳し得る。ノイズが重畳した場合、回転電機の回転角度の算出精度が低下し、回転電機の制御性が低下する懸念がある。

そこで本発明では、シフト手段により、スイッチングに伴い出力電圧に含まれる周波数成分の周波数と、励磁信号の周波数とがずらされる。このため、励磁信号の励磁周波数近傍の周波数を有するノイズの発生を回避できる。すなわち、スイッチングに伴い発生するノイズの周波数と、励磁周波数とが重ならない。これにより、励磁周波数近傍の周波数を有するノイズが振幅変調信号に重畳されることを回避でき、回転電機の回転角度の算出精度を向上させることができる。

なお、電力変換器の出力電圧に含まれる周波数成分とは、ＰＷＭ方式の場合、例えば、上記出力電圧に含まれる基本波成分、及び「ｎ×ｆｃ＋ｋ×ｆ１」（より具体的には例えば、「２×ｆｃ±ｆ１」，「ｆｃ±２×ｆ１」）の周波数を有する成分のことである。ここで、ｆｃはキャリア周波数を示し、ｆ１は基本波成分の周波数を示し、ｋ，ｎは整数を示す。また、出力電圧に含まれる周波数成分とは、特に過変調領域以上のパルスパターン方式や矩形波方式の場合、例えば、上記基本波成分、及び低次高調波成分のうち基本波成分の３の倍数を除く奇数成分のことである。ただし、以上説明したの周波数成分は例示であり、それ以外の周波数成分であってもよい。

また、励磁周波数と周波数をずらす対象となる周波数成分は、出力電圧に含まれる周波数成分の中で振幅の大きさや励磁周波数と帯域が重なる可能性を考慮し任意に選択すればよい。さらに、励磁周波数と周波数をずらす対象となる周波数成分は、１つであってもよいし、複数であってもよい。

第１実施形態にかかるモータ制御システムの全体構成図。 ＥＣＵの処理を示すブロック図。 レゾルバ角度に含まれる誤差を示す図。 ＰＷＭ方式における励磁周波数の変更手法を示す図。 ＰＷＭ方式における励磁周波数の変更手法を示す図。 パルスパターン方式における励磁周波数の変更手法を示す図。 第３実施形態にかかるＥＣＵの処理を示すブロック図。 第４実施形態にかかるＥＣＵの処理を示すブロック図。 第５実施形態にかかるＥＣＵの処理を示すブロック図。 その他の実施形態にかかる励磁信号と振幅変調信号との推移を示す図。

（第１実施形態）
以下、本発明にかかる回転角度算出装置を車載主機として回転電機（モータジェネレータ）を備える車両に適用した第１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、モータ制御システムは、高圧バッテリ１０、インバータ２０、モータジェネレータ３０、及び電子制御装置（以下、ＥＣＵ４０）を備えている。

モータジェネレータ３０は、車載主機であり、図示しない駆動輪と動力伝達可能とされている。モータジェネレータ３０は、インバータ２０を介して高圧バッテリ１０に電気的に接続されている。本実施形態では、モータジェネレータ３０として、永久磁石同期モータを用いており、より具体的には、突極機である埋め込み磁石同期モータＩＰＭＳＭを用いている。なお、高圧バッテリ１０は、例えば百Ｖ以上となる端子間電圧を有する蓄電池である。高圧バッテリ１０としては、例えば、リチウムイオン蓄電池や、ニッケル水素蓄電池を用いることができる。ちなみに、高圧バッテリ１０とインバータ２０との間に、昇降圧コンバータを介在させてもよい。

インバータ２０は、Ｕ，Ｖ，Ｗ相上アームスイッチＳｕｐ，Ｓｖｐ，Ｓｗｐと、Ｕ，Ｖ，Ｗ相下アームスイッチＳｕｎ，Ｓｖｎ，Ｓｗｎとの直列接続体を３組備えている。各直列接続体は、コンデンサ２１に並列接続されている。各直列接続体の接続点には、モータジェネレータ３０のＵ，Ｖ，Ｗ相巻線の一端が接続されている。ちなみに本実施形態では、各スイッチとＳｕｐ〜Ｓｗｎして、電圧制御形の半導体スイッチング素子を用いており、具体的にはＩＧＢＴを用いている。各スイッチＳｕｐ，Ｓｕｎ，Ｓｖｐ，Ｓｖｎ，Ｓｗｐ，Ｓｗｎには、各フリーホイールダイオードＤｕｐ，Ｄｕｎ，Ｄｖｐ，Ｄｖｎ，Ｄｗｐ，Ｄｗｎが逆並列に接続されている。なお、各スイッチとして、例えばＭＯＳＦＥＴを用いてもよい。

本実施形態にかかる制御システムは、電圧センサ３１、電流センサ３２、及び角度センサ３３を備えている。電圧センサ３１は、コンデンサ２１の端子間電圧（インバータ２０の電源電圧）を検出する電圧検出手段である。電流センサ３２は、モータジェネレータ３０に流れる各相電流（３相固定座標系における電流）を検出する電流検出手段である。電流センサ３２は、３相の電流のうち少なくとも２相の電流を検出できればよい。本実施形態において、電流センサ３２は、Ｖ，Ｗ相電流を検出する。

角度センサ３３は、モータジェネレータ３０の回転角度を検出するためのセンサである。本実施形態では、角度センサ３３として、レゾルバを用いている。詳しくは、本実施形態にかかるレゾルバは、１次側コイル、及び第１，第２の２次側コイルを備える１相励磁２相出力型のものである。モータジェネレータ３０の回転子（ロータ）には、１次側コイルが連結されている。１次側コイルは、ＥＣＵ４０から出力された正弦波状の励磁信号Ｒｅｆによって励磁される。励磁信号Ｒｅｆによって１次側コイルに生じた磁束は、第１，第２の２次側コイルを鎖交する。この際、１次側コイルと第１，第２の２次側コイルとの相対的な配置関係がロータの回転角度θに応じて周期的に変化するため、第１，第２の２次側コイルを鎖交する磁束数は、周期的に変化する。本実施形態では、第１，第２の２次側コイルのそれぞれに生じる電圧の位相が互いに「π／２」だけずれるように第１，第２の２次側コイルと１次側コイルとが配置されている。これにより、第１，第２の２次側コイルのそれぞれの出力電圧は、レゾルバの極数を例えば１とすると、励磁信号Ｒｅｆを変調波ｓｉｎθ、ｃｏｓθのそれぞれによって変調した被変調波となる。より具体的には、励磁信号Ｒｅｆを「ｓｉｎΩｔ」とすると、被変調波はそれぞれ「ｓｉｎθ×ｓｉｎΩｔ」，「ｃｏｓθ×ｓｉｎΩｔ」となる。本実施形態では、以降、各２次側コイルのそれぞれの出力電圧を、振幅変調信号ＳＩＮ，ＣＯＳと記載することとする。

ＥＣＵ４０は、各センサの検出値に基づいて、モータジェネレータ３０の制御量（本実施形態では、トルク）をその指令値（指令トルク）に制御すべく、インバータ２０を操作する。詳しくは、ＥＣＵ４０は、インバータ２０の各スイッチＳｕｐ，Ｓｕｎ，Ｓｖｐ，Ｓｖｎ，Ｓｗｐ，Ｓｗｎをオンオフすべく、駆動信号ｇｕｐ，ｇｕｎ，ｇｖｐ，ｇｖｎ，ｇｗｐ，ｇｗｎを、各スイッチＳｕｐ〜Ｓｗｎに対して個別に設けられた駆動回路Ｄｒに出力する。ここで、上アーム側の駆動信号ｇｕｐ，ｇｖｐ，ｇｗｐと、対応する下アーム側の駆動信号ｇｕｎ，ｇｖｎ，ｇｗｎとは、互いに相補的な信号（具体的には、論理Ｈ又はＬの信号）となっている。換言すれば、上アームスイッチＳｕｐ、Ｓｖｐ，Ｓｗｐと、対応する下アームスイッチＳｕｎ，Ｓｖｎ，Ｓｗｎとは、交互にオンされる。

ちなみに、本実施形態では、高圧バッテリ１０、インバータ２０、及びモータジェネレータ３０が車載高圧システムを構成しており、ＥＣＵ４０が、高圧システムと電気的に絶縁された車載低圧システムを構成している。

続いて、図２を用いて、ＥＣＵ４０によって実行されるモータジェネレータ３０のトルク制御について説明する。なお、本実施形態では、電流フィードバック制御を例に説明する。

ＥＣＵ４０は、マイコン５０、励磁生成器４１、及び角度算出手段としての角度演算器４２を備える制御手段である。励磁生成器４１は、マイコン５０が備える励磁指令生成部５１から出力された励磁指令周波数ｆｒｅｆを変動周波数とする正弦波状の励磁信号Ｒｅｆを生成する。励磁生成器４１は、生成した励磁信号Ｒｅｆを、角度センサ３３を構成する１次側コイルに対して出力する。また、励磁生成器４１は、周波数及び位相が励磁信号Ｒｅｆと同一の同期検波信号を角度演算器４２に対して出力する。

角度演算器４２は、励磁生成器４１から出力された同期検波信号を用いて振幅変調信号ＳＩＮ，ＣＯＳに対して同期検波処理を施すことにより、角度センサ３３によって検出された角度であるレゾルバ角度θを算出する。算出されたレゾルバ角度θは、マイコン５０が備える誤差補正部５２に入力される。誤差補正部５２は、レゾルバ角度θに基づいて、補正された電気角θｅを算出する。以下、誤差補正部５２について説明する。

まず、図３を用いて、レゾルバ角度θに含まれる誤差について説明する。図３は、モータジェネレータ３０の回転速度が一定である場合のレゾルバ角度θの推移を示す。上記誤差としては、変動誤差βと遅れ誤差γとがある。まず、変動誤差βについて説明すると、変動誤差βは、レゾルバ角度θ１周期の整数倍の周期を有する正弦波状の誤差である。すなわち、変動誤差βが含まれる場合のレゾルバ角度θは、実際のレゾルバ角度に変動誤差βが重畳された値となる。なお、図３に２点鎖線にて、レゾルバ角度θの１周期と同じ周期を有する変動誤差βが実際のレゾルバ角度（図中破線）に含まれる場合のレゾルバ角度θの推移を例示した。

次に、遅れ誤差γについて説明すると、遅れ誤差γが含まれる場合のレゾルバ角度θは、実際のレゾルバ角度（図中破線）に対して所定角遅れた値（図中一点鎖線）となる。具体的には例えば、レゾルバ角度θ１周期と同じ周期を有する変動誤差βに加えて、遅れ誤差γが含まれる場合のレゾルバ角度θは、図中実線にて示すように、実際のレゾルバ角度に対して所定角遅れた値に変動誤差βが重畳された値となる。

先の図２の説明に戻り、誤差補正部５２は、レゾルバ角度θから、変動誤差β及び遅れ誤差γを除去し、これら誤差が除去されたレゾルバ角度θに基づいて、モータジェネレータ３０の電気角θｅを算出する。なお、誤差補正部５２における変動誤差β及び遅れ誤差γの除去手法は、本実施形態の要部ではないことから、詳細な説明を省略する。

マイコン５０において、２相変換部５３は、電流センサ３２によって検出されたＶ相電流Ｉｖ，Ｗ相電流Ｉｗと、電気角θｅとに基づいて、３相固定座標系におけるＵ相電流Ｉｕ，Ｖ相電流Ｉｖ，Ｗ相電流Ｉｗを２相回転座標系（ｄｑ座標系）における電流であるｄ軸電流Ｉｄｒ及びｑ軸電流Ｉｑｒに変換する。

速度演算器５４は、誤差補正部５２から出力された電気角θｅに基づいて、モータジェネレータ３０（ロータ）の回転速度Ｎｒを算出する。

指令電流設定部５５は、指令トルクＴｒｑｃｏｍに基づいて、ｄ軸指令電流Ｉｄｃｏｍ及びｑ軸指令電流Ｉｑｃｏｍを設定する。本実施形態では、指令トルクＴｒｑｃｏｍ、ｄ軸指令電流Ｉｄｃｏｍ及びｑ軸指令電流Ｉｑｃｏｍが関係付けられたマップを用いて、ｄ軸指令電流Ｉｄｃｏｍ及びｑ軸指令電流Ｉｑｃｏｍを設定する。ｄ軸偏差算出部５６ａは、指令電流設定部５５によって設定されたｄ軸指令電流Ｉｄｃｏｍからｄ軸電流Ｉｄｒを減算した値として、ｄ軸電流偏差ΔＩｄを算出する。ｑ軸偏差算出部５６ｂは、指令電流設定部５５によって設定されたｑ軸指令電流Ｉｑｃｏｍからｑ軸電流Ｉｑｒを減算した値として、ｑ軸電流偏差ΔＩｑを算出する。

ｄ軸指令電圧算出部５７ａは、ｄ軸電流偏差ΔＩｄに基づいて、ｄ軸電流Ｉｄｒをｄ軸指令電流Ｉｄｃｏｍにフィードバック制御（本実施形態では、ＰＩ制御）するための操作量として、ｄ軸指令電圧Ｖｄを算出する。ｑ軸指令電圧算出部５７ｂは、ｑ軸電流偏差ΔＩｑに基づいて、ｑ軸電流Ｉｑｒをｑ軸指令電流Ｉｑｃｏｍにフィードバック制御（本実施形態では、ＰＩ制御）するための操作量として、ｑ軸指令電圧Ｖｑを算出する。

変調器５８は、ｄ，ｑ軸指令電圧Ｖｄ，Ｖｑと、電気角θｅと、変調方式指令部５９から出力された変調指令とに基づいて、各スイッチＳｕｐ，Ｓｕｎ，Ｓｖｐ，Ｓｖｎ，Ｓｗｐ，Ｓｗｎの駆動信号ｇｕｐ，ｇｕｎ，ｇｖｐ，ｇｖｎ，ｇｗｐ，ｇｗｎを生成して各駆動回路Ｄｒに出力する。

ここで、駆動信号の生成方式として、本実施形態では、ＰＷＭ方式又はパルスパターン方式が選択される。まず、ＰＷＭ方式について説明する。本実施形態にかかるＰＷＭ方式は、例えば、変調率Ｍが規定値（例えば、１．１５）以下となる場合に採用される。変調率Ｍは、変調方式指令部５９によって算出される。詳しくは、変調方式指令部５９は、ｄ，ｑ軸指令電圧Ｖｄ，Ｖｑに基づいて、インバータ２０の電圧ベクトルの振幅（以下、電圧振幅Ｖｎ）を算出し、算出した電圧振幅Ｖｎを電圧センサ３１によって検出された電源電圧ＶＩＮＶで規格化することにより、変調率Ｍを算出する。

変調器５８は、まず、ｄ，ｑ軸指令電圧Ｖｄ，Ｖｑ及び電気角θｅに基づいて、３相固定座標系における電気角で位相が互いに１２０°ずつずれたＵ，Ｖ，Ｗ相指令電圧を算出する。そして、変調器５８は、変調方式指令部５９から変調指令として出力されたキャリア周波数ｆｃを変動周波数とするキャリア信号（例えば三角波信号）と、Ｕ，Ｖ，Ｗ相指令電圧との大小比較に基づいて、駆動信号ｇｕｐ，ｇｕｎ，ｇｖｐ，ｇｖｎ，ｇｗｐ，ｇｗｎを生成する。

続いて、パルスパターン方式について説明する。本実施形態にかかるパルスパターン方式は、例えば、変調率Ｍが上記規定値よりも大きい過変調領域の場合に採用される。変調方式指令部５９は、変調率Ｍ毎に、電気角θｅ１周期における各駆動信号の波形（パルスパターン）をマップデータとして記憶している。変調方式指令部５９は、算出した変調率Ｍに該当するパルスパターンを選択し、選択したパルスパターンを変調指令として変調器５８に出力する。変調器５８は、パルスパターンの出力タイミングを電圧位相δに基づいて設定することにより、駆動信号ｇｕｐ，ｇｕｎ，ｇｖｐ，ｇｖｎ，ｇｗｐ，ｇｗｎを生成する。ここで電圧位相δは、ｄ，ｑ軸指令電圧Ｖｄ，Ｖｑに基づいて算出すればよい。

なお、モータジェネレータの制御としては、電流フィードバック制御に限らず、例えばトルクフィードバック制御であってもよい。

ところで、インバータ２０を構成する各スイッチＳｕｐ〜Ｓｗｎのスイッチングに伴う周波数成分が、インバータ２０の出力電圧（具体的には例えば、線間電圧）に含まれる。本実施形態において、スイッチングに伴い出力電圧に含まれる周波数成分とは、ＰＷＭ方式の場合、出力電圧の基本波成分，「ｎ×ｆｃ＋ｋ×ｆ１」の周波数を有する成分のことである。特に本実施形態では、上記周波数成分として、その影響が特に大きい「２×ｆｃ±ｆ１」，「ｆｃ±２×ｆ１」の周波数を有する成分に着目する。ここで、ｋ，ｎは整数を示し、ｆ１は出力電圧の基本波成分の周波数を示す。

また、出力電圧に含まれる周波数成分とは、パルスパターン方式の場合、上記基本波成分，低次高調波成分のうち基本波成分の３の倍数を除く奇数成分のことである。特に本実施形態では、上記周波数成分として、その影響が特に大きい５次，７次，１１次，１３次成分に着目する。

インバータ２０の出力電圧に上記周波数成分が含まれると、上記周波数成分の周波数を有するノイズが振幅変調信号ＳＩＮ，ＣＯＳに重畳する。この場合、レゾルバ角度θ（電気角θｅ）の算出精度が低下し、ひいてはモータジェネレータ３０のトルク制御性が低下する懸念がある。

そこで本実施形態において、励磁指令生成部５１は、励磁信号Ｒｅｆの励磁周波数を上記周波数成分の周波数からずらすために、励磁指令周波数ｆｒｅｆを変更するシフト手段として機能する。詳しくは、励磁指令生成部５１は、マップ選択部５１ａと、励磁周波数選択部５１ｂとを備えている。マップ選択部５１ａは、変調方式指令部５９から出力された変調指令に基づいて、現在の駆動信号の生成方式が、ＰＷＭ方式又はパルスパターン方式のいずれであるかを励磁周波数選択部５１ｂに対して通知する。励磁周波数選択部５１ｂは、駆動信号の生成方式及び速度演算器５４によって算出された回転速度Ｎｒに基づいて、励磁指令周波数ｆｒｅｆを変更する。以下、励磁周波数選択部５１ｂの処理について、ＰＷＭ方式の場合と、パルスパターン方式の場合とに分けて説明する。

まず、ＰＷＭ方式の場合について説明する。

励磁周波数選択部５１ｂは、現在の駆動信号の生成方式がＰＷＭ方式であると判断した場合、図４に示すように、励磁指令周波数ｆｒｅｆと、出力電圧に含まれる周波数成分の周波数「２×ｆｃ±ｆ１」，「ｆｃ±２ｆ１」とがずれるように、ＰＷＭ方式における励磁指令周波数ｆｒｅｆと回転速度Ｎｒとが予め関係付けられた第１励磁周波数マップを選択する。第１励磁周波数マップは、ＥＣＵ４０の備える図示しない記憶手段（メモリ）に記憶されている。第１励磁周波数マップを予め作成できるのは、駆動信号の生成方式によって上記周波数成分の周波数の算出手法が定まるためである。周波数成分の周波数のうち、「２×ｆｃ＋ｆ１」，「ｆｃ＋２×ｆ１」は、回転速度Ｎｒが高くなるほど高くなり、「２×ｆｃ−ｆ１」，「ｆｃ−２×ｆ１」は、回転速度Ｎｒが高くなるほど低くなる。本実施形態において、励磁指令周波数ｆｒｅｆは、回転速度Ｎｒが閾値速度Ｎα未満の場合、第１励磁周波数ｆｒ１に設定され、回転速度Ｎｒが閾値速度Ｎα以上の場合、第１励磁周波数ｆｒ１よりも低い第２励磁周波数ｆｒ２に設定されている。

励磁周波数選択部５１ｂは、回転速度Ｎｒが閾値速度Ｎα未満であると判断した場合、励磁指令周波数ｆｒｅｆとして第１励磁周波数ｆｒ１を選択する。一方、励磁周波数選択部５１ｂは、回転速度Ｎｒが閾値速度Ｎα以上であると判断した場合、励磁指令周波数ｆｒｅｆとして第２励磁周波数ｆｒ２を選択する。励磁周波数選択部５１ｂは、選択した励磁指令周波数ｆｒｅｆを励磁生成器４１に対して出力する。

なお図５には、先の図４のキャリア周波数ｆｃよりもキャリア周波数ｆｃが低い場合の第１励磁周波数マップを示した。この場合、励磁周波数選択部５１ｂは、回転速度Ｎｒが閾値速度Ｎα未満であると判断した場合、励磁指令周波数ｆｒｅｆとして第３励磁周波数ｆｒ３を選択し、回転速度Ｎｒが閾値速度Ｎα以上であると判断した場合、励磁指令周波数ｆｒｅｆとして、第３励磁周波数ｆｒ３よりも低い第４励磁周波数ｆｒ４を選択する。

続いて、パルスパターン方式の場合について説明する。

励磁周波数選択部５１ｂは、現在の駆動信号の生成方式がパルスパターン方式であると判断した場合、図６に示すように、励磁指令周波数ｆｒｅｆと、５次，７次，１１次，１３次の低次高調波成分の周波数とがずれるように、パルスパターン方式における励磁指令周波数ｆｒｅｆと回転速度Ｎｒとが予め関係付けられた第２励磁周波数マップを選択する。第２励磁周波数マップは、ＥＣＵ４０の備える図示しない記憶手段に記憶されている。５次，７次，１１次，１３次の低次高調波成分の周波数は、回転速度Ｎｒが高くなるほど高くなる。本実施形態において、励磁指令周波数ｆｒｅｆは、回転速度Ｎｒが第１閾値速度Ｎ１未満の場合、第５励磁周波数ｆｒ５に設定され、回転速度Ｎｒが第１閾値速度Ｎ１以上であってかつ第２閾値速度Ｎ２未満の場合、第５励磁周波数ｆｒ５よりも低い第７励磁周波数ｆｒ７に設定されている。また、励磁指令周波数ｆｒｅｆは、回転速度Ｎｒが第２閾値速度Ｎ２以上であってかつ第３閾値速度Ｎ３未満の場合、第７励磁周波数ｆｒ７よりも高くてかつ第５励磁周波数ｆｒ５よりも低い第６励磁周波数ｆｒ６に設定され、回転速度Ｎｒが第３閾値速度Ｎ３以上の場合、第５励磁周波数ｆｒ５に設定されている。励磁周波数選択部５１ｂは、回転速度Ｎｒに基づいて、励磁指令周波数ｆｒｅｆを選択して励磁生成器４１に対して出力する。

以上説明したように、本実施形態では、駆動信号の生成方式及び回転速度Ｎｒに基づいて、励磁指令周波数ｆｒｅｆと、出力電圧に含まれる周波数成分の周波数とがずれるように励磁指令周波数ｆｒｅｆを変更した。このため、励磁信号Ｒｅｆの励磁周波数近傍の周波数を有するノイズの発生を回避できる。これにより、励磁周波数近傍の周波数を有するノイズが振幅変調信号ＳＩＮ，ＣＯＳに重畳されることを回避でき、電気角θｅの算出精度を向上させることができる。さらに本実施形態では、励磁指令周波数ｆｒｅｆのみを変更するといった簡易な構成により、ノイズの周波数と励磁周波数とが重ならないようにすることもできる。

なお、本実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。

・駆動信号の生成方式が、ＰＷＭ方式又はパルスパターン方式のいずれか一方とされる制御システムを採用することができる。この場合、変調方式指令部５９から出力された変調指令を用いることなく、回転速度Ｎｒのみを入力として、励磁指令周波数ｆｒｅｆを変更することができる。

・駆動信号の生成方式として、矩形波制御を採用してもよい。この制御は、電気角θｅ１周期において上アームスイッチをオンする期間と下アームスイッチをオンする期間とが１回ずつとされるものである。この場合、出力電圧に含まれる周波数成分として、例えば、５次，７次の低次高調波成分の影響が大きい。このため、矩形波制御においても、回転速度Ｎｒに基づいて、励磁指令周波数ｆｒｅｆが低次高調波成分の周波数からずれるように励磁指令周波数ｆｒｅｆを変更すればよい。

・励磁指令周波数ｆｒｅｆとインバータ２０の制御態様とが予め関係付けられる構成を採用することもできる。具体的には例えば、ＰＷＭ方式において励磁指令周波数ｆｒｅｆとキャリア周波数ｆｃとが予め関係付けられる場合、ノイズの周波数と励磁周波数とが重ならないようにすべく、キャリア周波数ｆｃに基づいて励磁指令周波数ｆｒｅｆを変更してもよい。なお、励磁指令周波数ｆｒｅｆとキャリア周波数ｆｃとを予め関係付けることができる場合は、例えば、スイッチングに伴い出力電圧に含まれる周波数成分のうちキャリア周波数「ｆｃ」，「２ｆｃ」の成分に対して基本波成分の変化が小さい場合である。

（第２実施形態）
以下、第２実施形態について、上記第１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、励磁指令生成部５１における励磁指令周波数ｆｒｅｆの変更手法を変更する。本実施形態において、励磁指令生成部５１は、スイッチングに伴い出力電圧に含まれる周波数成分の周波数を算出し、算出した周波数成分の周波数と、励磁指令周波数ｆｒｅｆとの差が所定値以上となるように、励磁指令周波数ｆｒｅｆを可変設定する。

励磁指令生成部５１は、変調指令及び回転速度Ｎｒに基づいて、出力電圧に含まれる周波数成分の周波数を算出する。ここで、上記周波数成分の周波数は、ＰＷＭ方式の場合、キャリア周波数ｆｃと、出力電圧の基本波成分の周波数ｆ１とに基づいて算出すればよい。基本波成分の周波数ｆ１は、下式（ｅｑ１）によって算出すればよい。

ｆ１＝Ｎｒ（ｒｐｍ）／６０×Ｐｎ … （ｅｑ１）
上式（ｅｑ１）において、Ｐｎはモータジェネレータ３０の極対数を示す。

また、上記周波数成分の周波数は、パルスパターン方式の場合、回転速度Ｎｒに基づいて算出すればよい。これは、駆動信号の生成方式によってノイズとなる低次高調波成分が定まり、低次高調波成分の周波数が回転速度Ｎｒによって定まることによるものである。

以上説明した本実施形態によれば、変調指令及び回転速度Ｎｒに基づいて、出力電圧に含まれる周波数成分の周波数を高精度に把握することができる。このため、励磁指令周波数ｆｒｅｆを上記周波数成分の周波数から適切にずらすことができる。

なお、本実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。

・ＰＷＭ方式の場合における出力電圧に含まれる周波数成分の周波数を、基本波成分の周波数ｆ１を用いることなく、回転速度Ｎｒのみを入力として算出してもよい。この場合、算出した周波数成分の周波数にマージンを設定した値と、励磁指令周波数ｆｒｅｆとがずれるように励磁指令周波数ｆｒｅｆを変更すればよい。

・駆動信号の生成方式が、ＰＷＭ方式又はパルスパターン方式のいずれか一方とされる制御システムを採用することができる。この場合、変調方式指令部５９から出力された変調指令を用いることなく、回転速度Ｎｒのみを入力として、出力電圧に含まれる周波数成分の周波数を算出することができる。

・駆動信号の生成方式として、上記矩形波制御を採用してもよい。この場合であっても、回転速度Ｎｒに基づいて、出力電圧に含まれる周波数成分の周波数を算出することができる。

・励磁指令生成部５１は、算出した上記周波数成分の周波数が、励磁指令周波数ｆｒｅｆを含む所定の周波数範囲内に入ったと判断した場合、励磁指令周波数ｆｒｅｆを所定の周波数範囲外の周波数に変更してもよい。

（第３実施形態）
以下、第３実施形態について、上記第１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、図７に示すように、ＥＣＵ４０内の構成を変更する。なお、図７において、先の図２に示した構成と同一の構成については、便宜上、同一の符号を付している。

図示されるように、ＥＣＵ４０は、単一の集積回路６０を備えている。集積回路６０は、励磁指令生成部６１、励磁生成器６２、角度演算器６３、誤差補正部６４、及び速度演算器６５を内蔵したＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）として構成されている。本実施形態において、励磁指令生成部６１，励磁生成器６２，角度演算器６３，誤差補正部６４，速度演算器６５は、先の図２の励磁指令生成部５１，励磁生成器４１，角度演算器４２，誤差補正部５２，速度演算器５４と同様の機能を有する。

このように、本実施形態では、集積回路６０に励磁指令周波数ｆｒｅｆを変更する機能を持たせた。具体的には、集積回路６０に、励磁指令生成部６１、励磁生成器６２、角度演算器６３及び速度演算器６５を構成した。このため、信号のやりとりのタイムラグを短縮でき、角度演算処理の応答速度を向上させることができる。

なお、本実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。

・本実施形態の図７に示す構成において、上記第２実施形態で説明した励磁指令周波数ｆｒｅｆの変更処理を行ってもよい。

（第４実施形態）
以下、第４実施形態について、上記第３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、図８に示すように、集積回路６０は、プリドライブ部６６と、ゲート信号検出部６７とを内蔵している。プリドライブ部６６は、変調器５８によって生成された各駆動信号ｇｕｐ〜ｇｗｎを各スイッチＳｕｐ〜Ｓｗｎに伝達するためのバッファ回路として機能する。なお、図８において、先の図７に示した構成と同一の構成については、便宜上、同一の符号を付している。

ゲート信号検出部６７は、変調器５８から出力された各駆動信号ｇｕｐ〜ｇｗｎを検出する。励磁指令生成部６１は、ゲート信号検出部６７によって検出された各駆動信号ｇｕｐ〜ｇｗｎに基づいて、スイッチングに伴い出力電圧に含まれる周波数成分の周波数を算出する。具体的には例えば、励磁指令生成部５１は、各駆動信号ｇｕｐ〜ｇｗｎをフーリエ変換（具体的にはＦＦＴ）することにより、上記周波数成分の周波数を算出すればよい。励磁指令生成部５１は、算出した周波数成分の周波数に基づいて、上記第３実施形態と同様に、励磁指令周波数ｆｒｅｆを変更する。

以上説明した本実施形態によっても、上記第３実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第５実施形態）
以下、第５実施形態について、上記第３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、励磁指令周波数ｆｒｅｆに代えて、駆動信号の各生成方式におけるスイッチＳｕｐ〜Ｓｗｎの駆動態様を変更することにより、励磁信号Ｒｅｆの励磁周波数と、スイッチングに伴い出力電圧に含まれる周波数成分の周波数とをずらす。

図９に、本実施形態にかかるＥＣＵ４０の処理のブロック図を示す。なお、図９において、先の図７に示した構成と同一の構成については、便宜上、同一の符号を付している。

図示されるように、本実施形態において、集積回路６０は、速度演算器６５を内蔵していない。また、励磁指令生成部６１から出力される励磁指令周波数ｆｒｅｆは、固定値に設定されている。励磁指令周波数ｆｒｅｆは、変調方式指令部５９に入力される。変調方式指令部５９は、励磁信号Ｒｅｆの励磁周波数と、出力電圧に含まれる周波数成分の周波数とがずれるように、スイッチＳｕｐ〜Ｓｗｎの駆動態様を変更する処理を行う。以下、変調方式指令部５９の処理について、ＰＷＭ方式の場合と、パルスパターン方式の場合とに分けて説明する。

まず、ＰＷＭ方式の場合について説明する。

変調方式指令部５９は、現在の駆動信号の生成方式がＰＷＭ方式であると判断した場合、励磁指令周波数ｆｒｅｆと、出力電圧に含まれる周波数成分の周波数「２×ｆｃ±ｆ１」，「ｆｃ±２ｆ１」とがずれるように、ＰＷＭ方式におけるキャリア周波数ｆｃと回転速度Ｎｒとが予め関係付けられた第１規定マップを選択する。第１規定マップは、ＥＣＵ４０の備える図示しない記憶手段に記憶されている。変調方式指令部５９は、第１規定マップ及び回転速度Ｎｒに基づいて、励磁指令周波数ｆｒｅｆと上記周波数成分の周波数「２×ｆｃ±ｆ１」，「ｆｃ±２ｆ１」とが一致しないようなキャリア周波数ｆｃを選択する。具体的には、回転速度Ｎｒが判定速度未満の場合と判定速度以上の場合とでキャリア周波数ｆｃを切り替える。そして、変調器５８に対して出力する。

続いて、パルスパターン方式の場合について説明する。

変調方式指令部５９は、現在の駆動信号の生成方式がパルスパターン方式であると判断した場合、励磁指令周波数ｆｒｅｆと、出力電圧に含まれる周波数成分の周波数（低次高調波成分の周波数）とがずれるように、パルスパターン方式におけるパルスパターンと回転速度Ｎｒとが予め関係付けられた第２規定マップを選択する。第２規定マップは、ＥＣＵ４０の備える図示しない記憶手段に記憶されている。第２規定マップにおけるパルスパターンは、例えば、各変調率Ｍに対して複数通り（例えば、２通り）用意されている。ここで２通りとする場合、これら２通りのパルスパターンは、インバータ２０の出力電圧の基本波成分を同一としつつ、一方のパルスパターンは、他方のパルスパターンよりも５次，７次成分が大きくなってかつ１１次，１３次成分が小さくなるように設定されている。

変調方式指令部５９は、第２規定マップ、変調率Ｍ及び回転速度Ｎｒに基づいて、励磁指令周波数ｆｒｅｆと上記周波数成分の周波数とが一致しないようなパルスパターンを選択する。具体的には、回転速度Ｎｒが判定速度未満の場合と判定速度以上の場合とで、５次，７次成分が大きいパルスパターンを選択するか、１１次，１３次成分が大きいパルスパターンを選択するかを切り替える。そして、変調方式指令部５９は、選択したパルスパターンを変調器５８に対して出力する。

以上説明した本実施形態によっても、上記第３実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第６実施形態）
以下、第６実施形態について、上記第５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、変調方式指令部５９における処理を変更する。詳しくは、変調方式指令部５９は、スイッチングに伴い出力電圧に含まれる周波数成分の周波数を算出し、算出した周波数成分の周波数と、励磁指令周波数ｆｒｅｆとの差が所定値以上となるように、スイッチＳｕｐ〜Ｓｗｎの駆動態様を変更する。ここで、上記周波数成分の周波数の算出手法は、ＰＷＭ方式とパルスパターン方式との場合とのそれぞれについて、上記第２実施形態と同様である。

変調方式指令部５９は、ＰＷＭ方式の場合、算出した周波数成分の周波数と、励磁指令周波数ｆｒｅｆとの差が所定値以上となるようにキャリア周波数ｆｃを可変設定する。一方、変調方式指令部５９は、パルスパターン方式の場合、算出した周波数成分の周波数と、励磁指令周波数ｆｒｅｆとの差が所定値以上となるような低次高調波成分を含むパルスパターンを設定する。

以上説明した本実施形態によっても、上記第５実施形態と同様の効果を得ることができる。

（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。

・上記第２，第６実施形態において、励磁指令周波数ｆｒｅｆに代えて、励磁生成器から実際に出力された励磁信号Ｒｅｆの周波数の算出値を用いてもよい。ここでは、例えば、励磁信号Ｒｅｆをフーリエ変換（具体的にはＦＦＴ）することにより、励磁周波数を抽出すればよい。また例えば、励磁信号Ｒｅｆのゼロクロスを検出することにより、励磁周波数を抽出してもよい。

また、励磁指令周波数ｆｒｅｆに代えて、振幅変調信号ＳＩＮ，ＣＯＳを用いてもよい。これは、振幅変調信号ＳＩＮ，ＣＯＳに励磁周波数で変動する成分が含まれることに基づくものである。この場合においても、フーリエ変換（具体的にはＦＦＴ）やゼロクロス検出により、励磁周波数を抽出すればよい。なお、振幅変調信号ＳＩＮ，ＣＯＳを用いる場合、図１０に示すように、振幅変調信号ＳＩＮ，ＣＯＳは、所定の周期毎に交互に０となる。このため、励磁周波数を把握するために、回転角度θに応じて一対の振幅変調信号ＳＩＮ，ＣＯＳのうちいずれを用いるかを切り替えればよい。

・スイッチングに伴い出力電圧に含まれる周波数成分の周波数の算出手法としては、上記第４，第５実施形態に例示したものに限らない。例えば、インバータ２０の線間電圧、相電圧又は相電流の検出値に基づいて、上記周波数成分の周波数を算出してもよい。具体的には、線間電圧を例にして説明すると、検出した線間電圧をフーリエ変換（具体的にはＦＦＴ）することにより、上記周波数成分の周波数を抽出すればよい。また例えば、検出した線間電圧にフィルタ処理（ローパスフィルタ処理）を施すことにより、線間電圧の検出値からその基本波成分を除去する。そして、基本波成分が除去された検出値のゼロクロスを検出することにより、上記周波数成分の周波数を抽出すればよい。

・上記各実施形態において、ＥＣＵ４０に、励磁周波数に基づいて、振幅変調信号ＳＩＮ，ＣＯＳの振幅を調整する振幅調整機能を備えてもよい。具体的には例えば、先の図２において、角度演算器４２に、励磁指令周波数ｆｒｅｆに基づいて振幅を調整する振幅調整機能を備えればよい。この機能は、以下に説明する理由のために備えられる。

レゾルバの１次側コイルに対する励磁信号Ｒｅｆの振幅Ｖｉｎと、一対の振幅変調信号ＳＩＮ，ＣＯＳの振幅Ｖｏｕｔ（具体的には、先の図１０にｓｉｎθ，ｃｏｓθにて示す包絡線の振幅）との比である変圧比（＝Ｖｏｕｔ／Ｖｉｎ）は、励磁周波数に応じて変化し得る。ここで変圧比が低くなると、ＳＮ比が低下し、回転角度の算出精度が低下し得る。そこで、例えば、励磁指令周波数ｆｒｅｆによらず変圧比が一定値となるように、励磁指令周波数ｆｒｅｆに基づいて振幅変調信号ＳＩＮ，ＣＯＳの振幅を調整することにより、回転角度の算出精度を向上できる。

・上記各実施形態において、ＥＣＵ４０に、励磁周波数に基づいて、振幅変調信号ＳＩＮ，ＣＯＳの位相を調整する位相調整機能を備えてもよい。具体的には例えば、先の図２において、角度演算器４２に、励磁指令周波数ｆｒｅｆに基づいて位相を調整する位相調整機能を備えればよい。この機能は、以下に説明する理由のために備えられる。

励磁信号Ｒｅｆの基準となる位相に対する振幅変調信号ＳＩＮ，ＣＯＳの位相は、励磁周波数に応じてずれ得る。このずれが大きくなると、回転角度の算出精度が低下し得る。そこで、例えば、励磁指令周波数ｆｒｅｆによらず励磁信号Ｒｅｆの位相と振幅変調信号ＳＩＮ，ＣＯＳの位相とのずれが０又は所定量以下となるように、励磁指令周波数ｆｒｅｆに基づいて振幅変調信号ＳＩＮ，ＣＯＳの位相を調整することにより、回転角度の算出精度を向上できる。

ちなみに、ＥＣＵ４０に、振幅調整機能と位相調整機能との双方を備えてもよい。

・スイッチングに伴い出力電圧に含まれる周波数成分の周波数と、励磁周波数とのうち、いずれか一方を変更するものに限らず、双方を変更する構成を採用してもよい。

・モータジェネレータとしては、ＩＰＭＳＭに限らず、表面磁石同期機（ＳＰＭＳＭ）や巻線界磁型同期機であってもよい。また、モータジェネレータとしては、同期機に限らず、例えば誘導機であってもよい。さらに、モータジェネレータとしては、車載主機として用いられるものに限らず、電動パワーステアリング装置や空調用電動コンプレッサを構成する電動機等、他の用途に用いられるものであってもよい。

・上記各実施形態では、スイッチングに伴いインバータ２０の出力電圧に含まれる周波数成分として、上記出力電圧の基本波成分の周波数ｆ１よりも高い周波数を有する成分を想定した。ただし、これに限らず、上記周波数成分に、上記基本波成分を含んでもよい。

２０…インバータ、３０…モータジェネレータ、４０…ＥＣＵ。

Claims (11)

1. 回転電機（３０）に電気的に接続された電力変換器（２０）を構成するスイッチ（Ｓｕｐ〜Ｓｗｎ）のスイッチングにより、前記回転電機を制御する制御手段（４０）と、
   励磁周波数で変動する励磁信号が入力されることにより、前記励磁信号を前記回転電機の回転角度で振幅変調した振幅変調信号を出力する回転角度検出器（３３）と、を備えるシステムに適用され、
   前記回転角度検出器から出力された前記振幅変調信号と同期検波信号とに基づいて、前記制御手段による前記回転電機の制御のために用いられる前記回転角度を算出する角度算出手段（４２；６３）と、
   前記スイッチングに伴い前記電力変換器の出力電圧に含まれる周波数成分の周波数と、前記励磁周波数とをずらす処理を行うシフト手段（５１；６１；５９）と、を備えることを特徴とする回転角度算出装置。
2. 前記シフト手段（５１；６１）は、前記ずらす処理として、前記励磁信号を生成して前記回転角度検出器に出力する励磁信号生成手段（４１；６２）の操作によって前記励磁周波数を変更する処理を行う励磁周波数変更手段である請求項１に記載の回転角度算出装置。
3. 前記励磁周波数変更手段は、前記電力変換器の制御態様及び前記回転電機の回転速度のうち１つ以上に基づいて、前記励磁周波数を変更する処理を行う請求項２に記載の回転角度算出装置。
4. 前記回転速度を算出する速度算出手段（６５）をさらに備え、
   前記励磁周波数変更手段（６１）は、前記速度算出手段によって算出された前記回転速度に基づいて、前記励磁周波数を変更する処理を行い、
   前記励磁周波数変更手段、前記励磁信号生成手段（６２）、前記角度算出手段（６３）、及び速度算出手段は、同一の集積回路（６０）上に構成されている請求項３に記載の回転角度算出装置。
5. 前記励磁周波数を把握する励磁周波数把握手段と、
   前記周波数成分の周波数を把握する出力周波数把握手段と、をさらに備え、
   前記励磁周波数変更手段は、前記励磁周波数把握手段によって把握された前記励磁周波数と、前記出力周波数把握手段によって把握された前記周波数成分の周波数との差が所定値以上となるように、前記励磁周波数を変更する請求項２に記載の回転角度算出装置。
6. 前記励磁周波数変更手段（６１）、前記励磁信号生成手段（６２）、及び前記角度算出手段（６３）は、同一の集積回路（６０）上に構成されている請求項５に記載の回転角度算出装置。
7. 前記シフト手段（５９）は、前記ずらす処理として、前記電力変換器の制御態様の変更によって前記周波数成分の周波数を変更する処理を行う出力周波数変更手段である請求項１に記載の回転角度算出装置。
8. 前記出力周波数変更手段は、前記励磁周波数及び前記回転電機の回転速度のうち１つ以上に基づいて、前記周波数成分の周波数を変更する処理を行う請求項７に記載の回転角度算出装置。
9. 前記励磁周波数を把握する励磁周波数把握手段と、
   前記周波数成分の周波数を把握する出力周波数把握手段と、をさらに備え、
   前記出力周波数変更手段は、前記ずらす処理として、前記励磁周波数把握手段によって把握された前記励磁周波数と、前記出力周波数把握手段によって把握された前記周波数成分の周波数との差が所定値以上となるように、前記周波数成分の周波数を変更する処理を行う請求項７に記載の回転角度算出装置。
10. 前記励磁周波数に基づいて、前記振幅変調信号の振幅を調整する振幅調整手段をさらに備える請求項１〜９のいずれか１項に記載の回転角度算出装置。
11. 前記励磁周波数に基づいて、前記振幅変調信号の位相を調整する位相調整手段をさらに備える請求項１〜１０のいずれか１項に記載の回転角度算出装置。