JP2017175813A - 回転電機の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】位置センサレス制御における回転角の分解能を向上できる回転電機の制御装置を提供する。
【解決手段】回転電機を構成する第１巻線群及び第２巻線群のそれぞれが互いになす電気角がずらされている。制御装置は、第１，第２巻線群のそれぞれにおいて、巻線群を構成する各相巻線の無通電期間が互いに一致しないように、第１，第２巻線群に接続された第１，第２インバータを操作する。制御装置は、第１，第２巻線群のそれぞれについて、各相巻線の無通電期間に発生する各相巻線の誘起電圧の検出値を取得する。制御装置は、取得した誘起電圧の検出値に基づいて、第１，第２インバータを操作する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、回転電機の制御装置に関する。

この種の制御装置としては、回転電機の回転角を直接検出する角度検出器の検出値を用いない位置センサレス制御を行うものが知られている。位置センサレス制御としては、例えば下記特許文献１に見られるように、回転電機の各相巻線に発生する誘起電圧の検出値を用いたものがある。誘起電圧の検出値を用いるのは、この検出値に回転電機の回転角情報が含まれているためである。

特開２００２−３２５４８４号公報

誘起電圧は、各相巻線の無通電期間に発生するため、誘起電圧の検出値を用いた位置センサレス制御を行うためには、無通電期間において誘起電圧を検出する必要がある。ただし、無通電期間は、回転電機の１電気角周期のうち特定の電気角範囲のみにおいて設定されている。このため、誘起電圧を検出可能な機会が制約され、位置センサレス制御における回転角の分解能が低下する。

本発明は、位置センサレス制御における回転角の分解能を向上できる回転電機の制御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、ステータ（１３）に巻回された複数の巻線群（１４，１５；１４〜１６）、及び磁極が形成されたロータ（１１）を有する多重巻線回転電機（１０）と、前記複数の巻線群に電圧を印加すべく操作される電力変換回路（ＩＮＶ１，ＩＮＶ２；ＩＮＶ１〜ＩＮＶ３）と、を備えるシステムに適用され、前記複数の巻線群のそれぞれが互いになす電気角がずらされており、前記複数の巻線群のそれぞれにおいて、該巻線群を構成する各相巻線（１４Ｕ〜１５Ｗ；１４Ｕ〜１６Ｗ）の無通電期間が互いに一致しないように、前記電力変換回路を操作する操作部と、前記複数の巻線群のそれぞれについて、前記各相巻線の無通電期間に発生する該各相巻線の誘起電圧の検出値を取得する取得部と、を備え、前記操作部は、前記取得部により取得された前記誘起電圧の検出値に基づいて、前記回転電機の制御量を制御すべく、前記電力変換回路を操作することを特徴とする。

上記発明が適用されるシステムでは、回転電機が複数の巻線群を有している。そして、複数の巻線群のそれぞれが互いになす電気角がずれされている。この構成において、上記発明では、各相巻線の無通電期間が互いに一致しないように、電力変換回路が操作される。このため、磁極が形成されたロータの回転に伴い順次出現する無通電期間の電気角間隔が狭くなり、誘起電圧の検出機会が増える。これにより、誘起電圧の検出値に基づいて回転電機の制御量を制御する場合における回転電機の回転角の分解能を向上できる。したがって、回転電機の制御量の制御性を向上できる。

第１実施形態に係るモータ制御システムの全体構成図。 第１巻線群と第２巻線群との電気角のずれを示す図。 誘起電圧検出部を示す図。 モータの１２０度通電処理の手順を示すフローチャート。 モータの回転速度、電圧位相及びトルクの関係を示す図。 ｄｑ座標系における電圧ベクトルを示す図。 スイッチングパターンの切り替え手法の一例を示すタイムチャート。 スイッチングパターン及び誘起電圧の推移を示すタイムチャート。 誘起電圧がゼロクロスする場合及びしない場合の一例を示す図。 電圧位相が９０度の場合におけるスイッチングパターン、誘起電圧の絶対値の差、及び誘起電圧の推移を示すタイムチャート。 電圧位相が１０５度の場合におけるスイッチングパターン、及び誘起電圧の絶対値の差の推移を示すタイムチャート。 第３実施形態に係る誘起電圧検出部を示す図。 スイッチングパターン及び誘起電圧の推移を示すタイムチャート。

（第１実施形態）
以下、本発明に係る制御装置を車載主機としてエンジン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１０は、多相多重巻線を有する巻線界磁型回転電機であり、具体的には、３相２重巻線を有する永久磁石界磁型同期モータである。本実施形態において、モータ１０は、スタータ及びオルタネータの機能を統合したＩＳＧ（Integrated Starter Generator）である。モータ１０を構成するロータ１１は、エンジン２０のクランク軸２０ａと動力伝達可能とされている。本実施形態において、ロータ１１は、例えばベルトを介してクランク軸２０ａに機械的に接続されている。ちなみに本実施形態では、エンジン２０の初回の始動に加えて、所定の自動停止条件が成立する場合にエンジン２０を自動停止させ、その後、所定の再始動条件が成立する場合にエンジン２０を自動的に再始動させるアイドリングストップ機能を実行する場合にも、モータ１０がスタータとして機能する。

ロータ１１には、磁極としての永久磁石１２が設けられている。永久磁石１２は、例えば、ロータ１１の表面に設けられている。この場合、モータ１０は、ＳＰＭＳＭとして構成される。永久磁石１２は、ロータ１１の回転角に対して正弦波状の磁束特性を有している。なお図１等では、簡略化のために、永久磁石１２を２極として表している。

モータ１０を構成するステータ１３には、２つの電機子巻線群である第１巻線群１４，第２巻線群１５が巻回されている。第１，第２巻線群１４，１５に対して、ロータ１１が共通化されている。第１巻線群１４及び第２巻線群１５のそれぞれは、異なる中性点を有する３相巻線からなる。第１巻線群１４は、電気角で互いに１２０°ずれたＵ，Ｖ，Ｗ相巻線１４Ｕ，１４Ｖ，１４Ｗを有し、第２巻線群１５は、電気角で互いに１２０°ずれたＵ，Ｖ，Ｗ相巻線１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗを有している。本実施形態では、図２に示すように、第１巻線群１４と第２巻線群１５とのなす角度Δθが電気角で３０°とされている。すなわち、第１巻線群１４のＵ相巻線１４Ｕと第２巻線群１５のＵ相巻線１５Ｕとのなす角度が電気角で３０°とされている。なお本実施形態では、第１巻線群１４と第２巻線群１５とが同じ構成とされている。具体的には、第１巻線群１４を構成する各相巻線１４Ｕ〜１４Ｗそれぞれの巻数と、第２巻線群１５を構成する各相巻線１５Ｕ〜１５Ｗそれぞれの巻数とが等しく設定されている。

第１巻線群１４には、第１インバータＩＮＶ１が接続され、第２巻線群１５には、第２インバータＩＮＶ２が接続されている。第１インバータＩＮＶ１及び第２インバータＩＮＶ２のそれぞれには、共通の直流電源である高圧バッテリ２２が接続されている。高圧バッテリ２２には、昇圧型ＤＣＤＣコンバータ２３によって昇圧された低圧バッテリ２４の出力電圧が印加可能とされている。低圧バッテリ２４の出力電圧は、高圧バッテリ２２の出力電圧よりも低く設定されている。

第１インバータＩＮＶ１は、第１Ｕ，Ｖ，Ｗ相上アームスイッチＳＵｐ１，ＳＶｐ１，ＳＷｐ１と、第１Ｕ，Ｖ，Ｗ相下アームスイッチＳＵｎ１，ＳＶｎ１，ＳＷｎ１との直列接続体を３組備えている。Ｕ，Ｖ，Ｗ相における上記直列接続体の接続点は、Ｕ，Ｖ，Ｗ相巻線１４Ｕ，１４Ｖ，１４Ｗの第１端に接続されている。Ｕ，Ｖ，Ｗ相巻線１４Ｕ，１４Ｖ，１４Ｗの第２端は、中性点で互いに接続されている。本実施形態では、各スイッチＳＵｐ１〜ＳＷｎ１として、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴを用いている。そして、各スイッチＳＵｐ１，ＳＶｐ１，ＳＷｐ１，ＳＵｎ１，ＳＶｎ１，ＳＷｎ１には、各ダイオードＤＵｐ１，ＤＶｐ１，ＤＷｐ１，ＤＵｎ１，ＤＶｎ１，ＤＷｎ１が逆並列に接続されている。なお、各ダイオードＤＵｐ１〜ＤＷｎ１は、各スイッチＳＵｐ１〜ＳＷｎ１のボディーダイオードであってもよい。また、各スイッチＳＵｐ１〜ＳＷｎ１としては、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴに限らず、例えばＩＧＢＴであってもよい。

第２インバータＩＮＶ２は、第１インバータＩＮＶ１と同様に、第２Ｕ，Ｖ，Ｗ相上アームスイッチＳＵｐ２，ＳＶｐ２，ＳＷｐ２と、第２Ｕ，Ｖ，Ｗ相下アームスイッチＳＵｎ２，ＳＶｎ２，ＳＷｎ２との直列接続体を３組備えている。Ｕ，Ｖ，Ｗ相における上記直列接続体の接続点は、Ｕ，Ｖ，Ｗ相巻線１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗの第１端に接続されている。Ｕ，Ｖ，Ｗ相巻線１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗの第２端は、中性点で互いに接続されている。本実施形態では、各スイッチＳＵｐ２〜ＳＷｎ２として、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴを用いている。そして、各スイッチＳＵｐ２，ＳＶｐ２，ＳＷｐ２，ＳＵｎ２，ＳＶｎ２，ＳＷｎ２には、各ダイオードＤＵｐ２，ＤＶｐ２，ＤＷｐ２，ＤＵｎ２，ＤＶｎ２，ＤＷｎ２が逆並列に接続されている。なお、各ダイオードＤＵｐ２〜ＤＷｎ２は、各スイッチＳＵｐ２〜ＳＷｎ２のボディーダイオードであってもよい。また、各スイッチＳＵｐ２〜ＳＷｎ２しては、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴに限らず、例えばＩＧＢＴであってもよい。

第１，第２インバータＩＮＶ１，ＩＮＶ２の上アームスイッチのドレインには、高圧バッテリ２２の正極端子が接続されている。第１，第２インバータＩＮＶ１，ＩＮＶ２の下アームスイッチのソースには、高圧バッテリ２２の負極端子が接続されている。

上記構成により、第１，第２インバータＩＮＶ１，ＩＮＶ２は、モータ１０をスタータとして力行駆動させる力行時において、高圧バッテリ２２から出力された直流電圧を交流電圧に変換して第１，第２巻線群１４，１５に印加する機能を有する。また、第１，第２インバータＩＮＶ１，ＩＮＶ２は、モータ１０をオルタネータとして回生駆動させる回生時において、第１，第２巻線群１４，１５から出力された交流電圧を直流電圧に変換して高圧バッテリ２２に印加する機能を有する。

図３に示すように、制御システムは、制御装置３０を備えている。制御装置３０は、ＣＰＵ及びメモリを備え、メモリに格納されたプログラムをＣＰＵにて実行する。制御装置３０は、モータ１０の制御量（例えばトルク）をその指令値に制御すべく、第１インバータＩＮＶ１及び第２インバータＩＮＶ２を構成する各スイッチを操作する操作信号を生成して出力する。なお、図１には、第１インバータＩＮＶ１の各スイッチＳＵｐ１，ＳＶｐ１，ＳＷｐ１，ＳＵｎ１，ＳＶｎ１，ＳＷｎ１を操作する信号を第１操作信号ｇＵｐ１，ｇＶｐ１，ｇＷｐ１，ｇＵｎ１，ｇＶｎ１，ｇＷｎ１として示し、第２インバータＩＮＶ２の各スイッチＳＵｐ２，ＳＶｐ２，ＳＷｐ２，ＳＵｎ２，ＳＶｎ２，ＳＷｎ２を操作する信号を第２操作信号ｇＵｐ２，ｇＶｐ２，ｇＷｐ２，ｇＵｎ２，ｇＶｎ２，ｇＷｎ２として示している。

制御システムは、位置センサレス制御を行うために、第１巻線群１４及び第２巻線群１５を構成する各相巻線に発生する誘起電圧を検出するための構成を備えている。詳しくは、制御システムは、第１巻線群１４の各相巻線１４Ｕ〜１４Ｗに発生する誘起電圧を検出するための第１Ｕ相抵抗体４０ａ、第１Ｖ相抵抗体４０ｂ及び第１Ｗ相抵抗体４０ｃを備えている。第１Ｕ相抵抗体４０ａの第１端には、Ｕ相巻線１４Ｕの第１端が接続され、第１Ｖ相抵抗体４０ｂの第１端には、Ｖ相巻線１４Ｖの第１端が接続され、第１Ｗ相抵抗体４０ｃの第１端には、Ｗ相巻線１４Ｗの第１端が接続されている。第１Ｕ相抵抗体４０ａ、第１Ｖ相抵抗体４０ｂ及び第１Ｗ相抵抗体４０ｃの第２端は、中性点で互いに接続されている。第１Ｕ相抵抗体４０ａ、第１Ｖ相抵抗体４０ｂ及び第１Ｗ相抵抗体４０ｃのそれぞれの電位差は、中性点の電位を基準として、制御装置３０に取り込まれる。本実施形態では、以降、制御装置３０に取り込まれる第１Ｕ相抵抗体４０ａの電位差を第１Ｕ相電圧ＶＵ１と称し、第１Ｖ相抵抗体４０ｂの電位差を第１Ｖ相電圧ＶＶ１と称し、第１Ｗ相抵抗体４０ｃの電位差を第１Ｗ相電圧ＶＷ１と称すこととする。各電圧ＶＵ１，ＶＶ１，ＶＷ１は、位相が互いに１２０度ずれた波形となる。

制御システムは、第２巻線群１５の各相巻線１５Ｕ〜１５Ｗに発生する誘起電圧を検出するための第２Ｕ相抵抗体４１ａ、第２Ｖ相抵抗体４１ｂ及び第２Ｗ相抵抗体４１ｃを備えている。第２Ｕ相抵抗体４１ａの第１端には、Ｕ相巻線１５Ｕの第１端が接続され、第２Ｖ相抵抗体４１ｂの第１端には、Ｖ相巻線１５Ｖの第１端が接続され、第２Ｗ相抵抗体４１ｃの第１端には、Ｗ相巻線１５Ｗの第１端が接続されている。第２Ｕ相抵抗体４１ａ、第２Ｖ相抵抗体４１ｂ及び第２Ｗ相抵抗体４１ｃの第２端は、中性点で互いに接続されている。第２Ｕ相抵抗体４１ａ、第２Ｖ相抵抗体４１ｂ及び第２Ｗ相抵抗体４１ｃのそれぞれの電位差は、中性点の電位を基準として、制御装置３０に取り込まれる。本実施形態では、以降、制御装置３０に取り込まれる第２Ｕ相抵抗体４１ａの電位差を第２Ｕ相電圧ＶＵ２と称し、第２Ｖ相抵抗体４１ｂの電位差を第２Ｖ相電圧ＶＶ２と称し、第２Ｗ相抵抗体４１ｃの電位差を第２Ｗ相電圧ＶＷ２と称すこととする。各電圧ＶＵ２，ＶＶ２，ＶＷ２は、位相が互いに１２０度ずれた波形となる。また、第２Ｕ相電圧ＶＵ２は、第１Ｕ相電圧ＶＵ１に対して位相が３０度進んでいる。

制御装置３０は、６つの各電圧ＶＵ１〜ＶＷ２の検出値を都度取得し、これら検出値のゼロクロスタイミングを３０度毎に順次算出する。制御装置３０は、算出したゼロクロスタイミングに基づいて、１２０度通電制御を行う。詳しくは、制御装置３０は、モータ１０の制御量を指令値にすべく、第１，第２インバータＩＮＶ１，ＩＮＶ２を構成する各スイッチのスイッチングパターンを順次変更することにより、第１，第２インバータＩＮＶ１，ＩＮＶ２の第１，第２出力電圧ベクトルの電圧位相を操作する。１２０度通電制御によれば、第１巻線群１４において各相巻線１４Ｕ〜１４Ｗの無通電期間が互いに重複せず、第２巻線群１５において各相巻線１５Ｕ〜１５Ｗの無通電期間が互いに重複しない。

図４に、本実施形態に係る１２０度通電制御処理の手順を示す。この処理は、制御装置３０により例えば所定周期で繰り返し実行される。なお図４では、モータ１０をスタータとして用いる場合を例にして説明し、電圧位相δが０度から３０度までの範囲内、及び７５度から１０５度までの範囲内に設定されるものとする。

この一連の処理では、まずステップＳ１０において、制御量の指令値としての指令トルクと、モータ１０の回転速度とに基づいて、第１，第２インバータＩＮＶ１，ＩＮＶ２の電圧ベクトルの電圧位相δを算出する。電圧位相δの算出に、トルク及び回転速度を用いるのは、図５に示すように、トルク及び回転速度と電圧位相との間に相関があるためである。図５には、電圧位相δが０，３０，６０，９０度となる場合を示した。電圧ベクトルは、ｄｑ座標系において、ｄ軸電圧とｑ軸電圧とからなるベクトルのことである。本実施形態において、電圧位相は、図６に示すように、ｄｑ座標系において、ｑ軸の正方向を基準とし、この基準から反時計回りの方向が正方向（進角側）として定義されている。各巻線群１４，１５に対応するｄｑ座標系のｄ軸の進み角は、各巻線群１４，１５のＵ相巻線１４Ｕ，１５Ｕを基準に定義されている。なお本実施形態において、第１インバータＩＮＶ１の電圧ベクトルの電圧振幅と第２インバータＩＮＶ２の電圧ベクトルの電圧振幅とは互いに同じ値に設定される。

先の図４の説明に戻り、続くステップＳ１２では、算出した電圧位相δが０度以上であってかつ３０度以下であるか否かを判定する。この処理は、１２０度通電制御における各相巻線の無通電期間において、誘起電圧がゼロクロスするか否かを判定するためのものである。なお本実施形態において、ステップＳ１２の処理がゼロクロス判定部に相当する。

ステップＳ１２において肯定判定した場合には、無通電期間にゼロクロスすると判定し、ステップＳ１４に進む。ステップＳ１４では、算出した電圧位相δが０度であるか否かを判定する。なお本実施形態において、ステップＳ１４の処理が副判定部に相当する。

ステップＳ１４において電圧位相δが０度でないと判定した場合には、ステップＳ１６に進み、取得した電圧ＶＵ１，ＶＶ１，ＶＷ１，ＶＵ２，ＶＶ２，ＶＶＷ２のゼロクロスタイミングに基づいて、第１インバータＩＮＶ１を構成する各スイッチのスイッチングパターン及び第２インバータＩＮＶ２を構成する各スイッチのスイッチングパターンを切り替える。具体的には、取得した電圧のゼロクロスタイミングからの経過時間をタイマ処理により計時し、経過時間がスイッチングパターンの切り替えタイミングになると判定した場合に、スイッチングパターンを切り替える。ここでスイッチングパターンの切り替えタイミングは、取得した電圧のゼロクロスタイミングと、モータ１０の電気角速度とに基づいて設定される。電気角速度は、例えば、各電圧ＶＵ１，ＶＶ１，ＶＷ１，ＶＵ２，ＶＶ２，ＶＶＷ２のゼロクロスタイミングのうち時間軸上で互いに隣り合うゼロクロスタイミングの時間間隔に基づいて算出されればよい。

図７に、破線にてＵ，Ｖ，Ｗ相の実際の誘起電圧の推移を示し、実線にて、電圧位相δが２０度の場合における第１Ｕ，Ｖ，Ｗ相電圧ＶＵ１，ＶＶ１，ＶＷ１の推移、及び第１インバータＩＮＶ１のＵ，Ｖ，Ｗ相のスイッチングパターンの推移を示す。スイッチングパターンの推移において、「上ＯＮ」の期間は上アームスイッチをオン操作する第１通電期間を示し、「下ＯＮ」の期間は下アームスイッチをオン操作する第２通電期間を示し、「ＯＦＦ」の期間は上，下アームスイッチの双方をオフ操作する無通電期間を示す。１電気角周期において、１２０度に渡る上ＯＮの期間、６０度に渡るＯＦＦの期間、１２０度に渡る下ＯＮの期間、及び６０度に渡るＯＦＦの期間が順次出現する。図７には、Ｕ相のスイッチングパターンをＯＦＦから下ＯＮに切り替えるタイミングを、第１Ｕ相電圧ＶＵ１が正の値から負の値となる場合のゼロクロスタイミングからの経過時間を用いて切り替える例を示した。

先の図４の説明に戻り、ステップＳ１４において電圧位相δが０度であると判定した場合には、ステップＳ１８に進み、図８に示すように、スイッチングパターンの切り替えタイミングを、各電圧ＶＵ１，ＶＶ１，ＶＷ１，ＶＵ２，ＶＶ２，ＶＶＷ２のゼロクロスタイミングに一致させる。ここで、図８（ａ）は第１，第２インバータＩＮＶ１，ＩＮＶ２の各相のスイッチングパターンの推移を示し、図８（ｂ）は各電圧ＶＵ１〜ＶＷ１，ＶＵ２〜ＶＷ２の推移を示す。なお図８（ａ）では、先の図７に示した上ＯＮ、ＯＦＦ、下ＯＮの表記を省略した。

ステップＳ１８の処理は、電圧位相δが０度の場合、スイッチングパターンを切り替えるべきタイミングが、各電圧ＶＵ１，ＶＶ１，ＶＷ１，ＶＵ２，ＶＶ２，ＶＶＷ２のいずれかのゼロクロスタイミングと一致することに鑑みてなされる処理である。この処理によれば、タイマ処理により各電圧のゼロクロスタイミングからの経過時間を計時することなくスイッチングパターンの切り替えタイミングを把握できる。このため、タイマ処理が不要となり、モータ１０の電気角速度の変動に対するロバスト性を高めることができる。なお図８には、３０度毎に出現するスイッチングパターンの各切り替えタイミングを時刻ｔ１〜ｔ１２にて示した。

先の図４の説明に戻り、ステップＳ１２において電圧位相δが３０度よりも大きいと判定した場合には、無通電期間にゼロクロスしないと判定し、ステップＳ２０に進む。ステップＳ２０では、算出した電圧位相δが１０５度であるか否かを判定する。なお本実施形態において、ステップＳ２０の処理が主判定部に相当する。

ステップＳ２０において否定判定した場合には、電圧位相δが７５度以上であってかつ１０５度未満であると判定し、ステップＳ２２に進む。ステップＳ２２では、各電圧ＶＵ１，ＶＶ１，ＶＷ１，ＶＵ２，ＶＶ２，ＶＶＷ２のいずれか２つの和又は差に基づいて、スイッチングパターンを切り替える。以下、ステップＳ２２の処理を設けた理由について説明する。

電圧位相δが小さい場合には、無通電期間において誘起電圧がゼロクロスするものの、電圧位相δが進角して大きくなる場合には、無通電期間において誘起電圧がゼロクロスしなくなる。図９（ａ）には、電圧位相δが０度の場合の無通電期間において誘起電圧がゼロクロスすることを示し、図９（ｂ）には、電圧位相δが４０度の場合の無通電期間において誘起電圧がゼロクロスしなくなることを示した。なお図９において、破線は実際の誘起電圧の推移を示す。電圧位相δが進角され、無通電期間において誘起電圧がゼロクロスしなくなると、モータ１０の回転角情報を把握できなくなる。このため、モータ１０のトルクを高くすべく電圧位相δをさらに進角させたいにもかかわらず、回転角情報がないため、進角させることができなくなる。

ここで、図１０（ａ）にスイッチングパターンの推移を示し、図１０（ｂ）に各電圧ＶＵ１，ＶＶ１，ＶＷ１，ＶＵ２，ＶＶ２，ＶＶＷ２の和又は差の推移を示し、図１０（ｃ）に各電圧ＶＵ１，ＶＶ１，ＶＷ１，ＶＵ２，ＶＶ２，ＶＶＷ２の推移を示す。図１０において、第１巻線群１４で出現する無通電期間を第１無通電期間とし、第２巻線群１５で出現する無通電期間を第２無通電期間とする。第１無通電期間と第２無通電期間とが重複する期間において、第１無通電期間で検出された誘起電圧の絶対値と、第２無通電期間で検出された誘起電圧の絶対値との差はゼロクロスする。例えば、第１無通電期間として第１インバータＩＮＶ１のＶ相の無通電期間に着目し、第２無通電期間として第２インバータＩＮＶ２のＶ相の無通電期間に着目する。この場合、図１０（ｂ）の「ＶＶ１−ＶＶ２」に示すように、第１無通電期間と第２無通電期間とが重複する期間において、第１Ｖ相電圧ＶＶ１から第２Ｖ相電圧ＶＶ２を減算した値は、ゼロクロスする。ここで減算を用いるのは、第１電圧検出値としての第１Ｖ相電圧ＶＶ１の符号と、第２電圧検出値としての第２Ｖ相電圧ＶＶ２の符号とが異なるためである。

また例えば、第１無通電期間として第１インバータＩＮＶ１のＵ相の無通電期間に着目し、第２無通電期間として第２インバータＩＮＶ２のＷ相の無通電期間に着目する。この場合、図１０（ｂ）の「ＶＵ１＋ＶＷ２」に示すように、第１無通電期間と第２無通電期間とが重複する期間において、第１Ｕ相電圧ＶＵ１と第２Ｗ相電圧ＶＷ２とを加算した値は、ゼロクロスする。ここで加算を用いるのは、第１電圧検出値としての第１Ｕ相電圧ＶＵ１の符号と、第２電圧検出値としての第２Ｗ相電圧ＶＷ２の符号とが同じためである。

このように、各電圧ＶＵ１，ＶＶ１，ＶＷ１，ＶＵ２，ＶＶ２，ＶＶＷ２のいずれか２つの和又は差は、電気角３０度毎にゼロクロスする。このため、各電圧ＶＵ１，ＶＶ１，ＶＷ１，ＶＵ２，ＶＶ２，ＶＶＷ２のいずれか２つの和又は差のゼロクロスタイミングと、上述したタイマ処理とを用いて、スイッチングパターンの切り替えタイミングを把握することができる。

なお、各電圧ＶＵ１，ＶＶ１，ＶＷ１，ＶＵ２，ＶＶ２，ＶＶＷ２のいずれか２つの和又は差は、電圧位相δが７５度から１０５度までの範囲内に設定される場合にゼロクロスする。ここで、例えば図１０（ｂ）の「ＶＶ１−ＶＶ２」に着目すると、第１，第２インバータＩＮＶ１，ＩＮＶ２の無通電期間の重複期間の開始時に、第１インバータＩＮＶ１のＶ相が上ＯＮからＯＦＦに切り替えられることに起因して、第１Ｖ相電圧ＶＶ１にノイズが重畳する。このため、このノイズをローパスフィルタ等により除去することにより、電圧位相δが７５度近傍に設定される場合において「ＶＶ１−ＶＶ２」のゼロクロスを検出できる。

先の図４の説明に戻り、ステップＳ２０において肯定判定した場合には、ステップＳ２４に進み、図１１に示すように、スイッチングパターンの切り替えタイミングを、各相電圧ＶＵ１，ＶＶ１，ＶＷ１，ＶＵ２，ＶＶ２，ＶＶＷ２の和又は差のゼロクロスタイミングに一致させる。ステップＳ２４の処理は、電圧位相δが１０５度の場合、スイッチングパターンを切り替えるべきタイミングが、各電圧ＶＵ１，ＶＶ１，ＶＷ１，ＶＵ２，ＶＶ２，ＶＶＷ２のいずれか２つの和又は差のゼロクロスタイミングと一致することに鑑みてなされる処理である。この処理によれば、ステップＳ１８の処理と同様に、モータ１０の電気角速度の変動に対するロバスト性を高めることができる。なお、図１１（ａ），（ｂ）は、先の図１０（ａ），（ｂ）に対応している。

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。

第１巻線群１４及び第２巻線群１５が電気角で３０度ずれている構成において、１２０度通電制御を行った。このため、磁極が形成されたロータ１１の回転に伴い順次出現する無通電期間の電気角間隔が狭くなり、誘起電圧の検出機会が増える。これにより、誘起電圧の検出値のゼロクロスタイミングに基づいてモータ１０を制御する場合における回転角の分解能を向上できる。したがって、モータ１０の制御量の制御性を向上できる。

無通電期間において誘起電圧がゼロクロスしないと判定された場合、上記第１無通電期間及び第２無通電期間が重複する期間において、第１無通電期間で検出された誘起電圧の絶対値と、第２無通電期間で検出された誘起電圧の絶対値との差のゼロクロスタイミングに基づいて、各インバータＩＮＶ１，ＩＮＶ２のスイッチングパターン切り替えた。これにより、電圧位相δを進めた状態においても、回転角情報を把握でき、モータ１０の制御量を制御することができる。

無通電期間において誘起電圧がゼロクロスしないと判定されて、かつ、電圧位相δが１０５度であると判定された場合、スイッチングパターンの切り替えタイミングを、第１無通電期間で検出された誘起電圧の絶対値と、第２無通電期間で検出された誘起電圧の絶対値との差のゼロクロスタイミングに一致させた。これにより、電気角速度の変動に対するモータ制御のロバスト性を高めることができる。

無通電期間において誘起電圧がゼロクロスすると判定されて、かつ、電圧位相δが０度であると判定された場合、スイッチングパターンの切り替えタイミングを、誘起電圧の検出値のゼロクロスタイミングに一致させた。これにより、電気角速度の変動に対するモータ制御のロバスト性を高めることができる。

（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、位置センサレス制御におけるモータ１０の回転角情報の把握手法を変更する。以下、この手法について説明する。

第１巻線群１４において、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の永久磁石の電機子鎖交磁束Ψｆｕ，Ψｆｖ，Ψｆｗを下式（ｅｑ１）で表す。

上式（ｅｑ１）において、θはＵ相からのｄ軸の進み角（電気角）を示し、電気角速度をωとすると「θ＝ω×ｔ」の関係にある。また上式（ｅｑ１）において、Ψａは１相あたりの永久磁石による電機子鎖交磁束の最大値を示す。第１巻線群１４におけるＵ，Ｖ，Ｗ相の誘起電圧ｅｕ１，ｅｖ１，ｅｗ１は、上式（ｅｑ１）で表される鎖交磁束の時間微分値として、下式（ｅｑ２）により表すことができる。

第２巻線群１５におけるＵ，Ｖ，Ｗ相の誘起電圧ｅｕ２，ｅｖ２，ｅｗ２は、第１巻線群１４と第２巻線群１５とのなす角度Δθを用いて、下式（ｅｑ３）により表すことができる。

ここで、誘起電圧ｅｕ１，ｅｕ２を例に説明する。誘起電圧ｅｕ１，ｅｕ２の比をとると、下式（ｅｑ４）が導かれる。

上式（ｅｑ４）を電気角θについて解くと、下式（ｅｑ５）が導かれる。

上式（ｅｑ５）において、ｓｉｎΔθ，ｃｏｓΔθは、第１巻線群１４と第２巻線群１５とのなす角度Δθにより定まる固定値である。このため、無通電期間に検出される誘起電圧ｅｕ１，ｅｕ２の比を入力として、上式（ｅｑ５）に示すアークタンジェント演算に基づいて、電気角θを算出できる。なお、上式（ｅｑ５）のアークタンジェント演算により、例えば、電気角θを「−π〜＋π」の間で算出することができる。ここで上式（ｅｑ５）の右辺において、括弧内の分母が０となってかつ分子が正の値となる場合、電気角θを「π／２」として算出する。一方、上式（ｅｑ５）の右辺において、括弧内の分母が０となってかつ分子が負の値となる場合、電気角θを「−π／２」として算出する。

以上説明した手法を用いることにより、第１Ｕ相電圧ＶＵ１及び第２Ｕ相電圧ＶＵ２の比、第１Ｖ相電圧ＶＶ１及び第２Ｖ相電圧ＶＶ２の比、並びに第１Ｗ相電圧ＶＷ１及び第２Ｗ相電圧ＶＷ２の比の少なくとも１つに基づいて、電気角θを算出できる。このため、１２０度通電制御におけるスイッチングパターンの切り替えタイミングを把握できる。

また本実施形態によれば、無通電期間に誘起電圧がゼロクロスしない場合であっても、電気角θを算出することができる。

（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１２に示すように、モータ１０として、３つの巻線群である第１，第２，第３巻線群１４，１５，１６を備えるものを用いている。なお図１２において、先の図３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、第３巻線群１６は、電気角で互いに１２０°ずれたＵ，Ｖ，Ｗ相巻線１６Ｕ，１６Ｖ，１６Ｗを有している。第３巻線群１６に対して、第３インバータＩＮＶ３が電気的に接続されている。なお、第３インバータＩＮＶ３の構成は、第１，第２インバータＩＮＶ１，ＩＮＶ２の構成と同様であるため、その詳細な説明を省略する。

本実施形態では、第２巻線群１５が第１巻線群１４に対して電気角で２０度進角するように第１巻線群１４と第２巻線群１５とがずれている。また、第３巻線群１６が第２巻線群１５に対して電気角で２０度進角するように第２巻線群１５と第３巻線群１６とがずれている。

制御システムは、さらに、第３巻線群１６を構成する各相巻線に発生する誘起電圧を検出するための構成を備えている。詳しくは、制御システムは、第３巻線群１６の各相巻線１６Ｕ〜１６Ｗに発生する誘起電圧を検出するための第３Ｕ相抵抗体４２ａ、第３Ｖ相抵抗体４２ｂ及び第３Ｗ相抵抗体４２ｃを備えている。第３Ｕ相抵抗体４２ａの第１端には、Ｕ相巻線１６Ｕの第１端が接続され、第３Ｖ相抵抗体４２ｂの第１端には、Ｖ相巻線１６Ｖの第１端が接続され、第３Ｗ相抵抗体４２ｃの第１端には、Ｗ相巻線１６Ｗの第１端が接続されている。第３Ｕ相抵抗体４２ａ、第３Ｖ相抵抗体４２ｂ及び第３Ｗ相抵抗体４２ｃの第２端は、中性点で互いに接続されている。第３Ｕ相抵抗体４２ａ、第３Ｖ相抵抗体４２ｂ及び第３Ｗ相抵抗体４２ｃのそれぞれの電位差は、中性点の電位を基準として、制御装置３０に取り込まれる。本実施形態では、以降、制御装置３０に取り込まれる第３Ｕ相抵抗体４２ａの電位差を第３Ｕ相電圧ＶＵ３と称し、第３Ｖ相抵抗体４２ｂの電位差を第３Ｖ相電圧ＶＶ３と称し、第３Ｗ相抵抗体４２ｃの電位差を第３Ｗ相電圧ＶＷ３と称すこととする。各電圧ＶＵ３，ＶＶ３，ＶＷ３は、位相が互いに１２０度ずれた波形となる。また、第２Ｕ相電圧ＶＵ２は、第１Ｕ相電圧ＶＵ１に対して位相が２０度進んでおり、第３Ｕ相電圧ＶＵ３は、第２Ｕ相電圧ＶＵ２に対して位相が２０度進んでいる。

本実施形態によれば、無通電期間に誘起電圧がゼロクロスする場合、図１３に示すように、誘起電圧のゼロクロスタイミングが電気角２０度毎に出現する。このため、１２０度通電制御において、電気角を２０度毎に把握することができる。なお図１３には、電圧位相が０度の場合の各波形の推移を示した。

なお本実施形態において、無通電期間に誘起電圧がゼロクロスしない場合、３つの巻線群１４〜１６の中から選択した２つの巻線群について、例えば先の図４のステップＳ２４の処理を行えばよい。

（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１実施形態では、モータ１０をスタータ（電動機）として駆動させる例について説明したが、モータ１０をオルタネータ（発電機）として駆動させる場合にも、本発明を適用することができる。

・上記各実施形態では、上アームスイッチ又は下アームスイッチのオン操作期間θｏｎが１２０度に設定されていたがこれに限らず、１２０度よりも大きくてかつ１８０度未満の値に設定されていてもよい。この場合、無通電期間は、電気角１８０度からオン操作期間θｏｎを減算した期間に設定されればよい。すなわち、例えばオン操作期間θｏｎが１５０度に設定される場合、デッドタイムを無視すると、１電気角周期において、１５０度の上アームスイッチのオン操作期間、３０度の無通電期間、１５０度の下アームスイッチのオン操作期間及び３０度の無通電期間が順次出現することとなる。

・上記各実施形態では、複数の巻線群のそれぞれにおいて、巻線群を構成する３相巻線の無通電期間が互いに重複しないように設定されていたがこれに限らない。例えば、複数の巻線群のそれぞれにおいて、巻線群を構成する３相巻線の無通電期間の一部が互いに重複することを許容しつつ、各無通電期間が互いに一致しないように設定されていてもよい。

・モータとしては、巻線群を２つ又は３つ備えるものに限らず、巻線群を４つ以上備えるものであってもよい。またモータとしては、３相以外の複数相のものであってもよい。

１０…モータ、１１…ロータ、１３…ステータ、１４，１５…第１，第２巻線群、４０…制御装置、ＩＮＶ１，ＩＮＶ２…第１，第２インバータ。

Claims (7)

1. ステータ（１３）に巻回された複数の巻線群（１４，１５；１４〜１６）、及び磁極が形成されたロータ（１１）を有する多重巻線回転電機（１０）と、
   前記複数の巻線群に電圧を印加すべく操作される電力変換回路（ＩＮＶ１，ＩＮＶ２；ＩＮＶ１〜ＩＮＶ３）と、を備えるシステムに適用され、
   前記複数の巻線群のそれぞれが互いになす電気角がずらされており、
   前記複数の巻線群のそれぞれにおいて、該巻線群を構成する各相巻線（１４Ｕ〜１５Ｗ；１４Ｕ〜１６Ｗ）の無通電期間が互いに一致しないように、前記電力変換回路を操作する操作部と、
   前記複数の巻線群のそれぞれについて、前記各相巻線の無通電期間に発生する該各相巻線の誘起電圧の検出値を取得する取得部と、を備え、
   前記操作部は、前記取得部により取得された前記誘起電圧の検出値に基づいて、前記回転電機の制御量を制御すべく、前記電力変換回路を操作することを特徴とする回転電機の制御装置。
2. 前記回転電機は、３相回転電機であり、
   前記複数の巻線群のそれぞれにおいて、前記電力変換回路を構成する上アームスイッチ（ＳＵｐ１〜ＳＷｐ１，ＳＵｐ２〜ＳＷｐ２）のオン操作期間であってかつ１２０度以上１８０度未満の電気角範囲で規定される期間が第１通電期間として定義され、前記電力変換回路を構成する下アームスイッチ（ＳＵｎ１〜ＳＷｎ１，ＳＵｎ２〜ＳＷｎ２）のオン操作期間であってかつ前記第１通電期間と同じ電気角範囲で規定される期間が第２通電期間として定義されており、
   前記操作部は、１電気角周期において、前記第１通電期間、前記無通電期間、前記第２通電期間及び前記無通電期間が順次出現するように、前記電力変換回路を操作する請求項１に記載の回転電機の制御装置。
3. 前記取得部は、前記複数の巻線群のうち２つの巻線群を構成する少なくとも２つの巻線に発生する誘起電圧の検出値を取得する請求項２に記載の回転電機の制御装置。
4. 前記無通電期間において前記誘起電圧がゼロクロスするか否かを判定するゼロクロス判定部を備え、
   前記複数の巻線群のうち２つの巻線群の一方で出現する前記無通電期間が第１無通電期間として定義され、他方で出現する前記無通電期間が第２無通電期間として定義されており、
   前記取得部は、前記第１無通電期間で発生する前記誘起電圧の検出値を第１電圧検出値として取得し、前記第２無通電期間で発生する前記誘起電圧の検出値を第２電圧検出値として取得し、前記ゼロクロス判定部によりゼロクロスしないと判定された場合、前記第１無通電期間と前記第２無通電期間とが重複する期間において、取得した前記第１電圧検出値の絶対値と取得した前記第２電圧検出値の絶対値との差のゼロクロスタイミングを算出し、
   前記操作部は、前記取得部により算出されたゼロクロスタイミングに基づいて、前記上アームスイッチ及び前記下アームスイッチのスイッチングパターンを切り替えるべく前記電力変換回路を操作する請求項３に記載の回転電機の制御装置。
5. 前記第１電圧検出値の絶対値と前記第２電圧検出値の絶対値との差のゼロクロスタイミングと、前記スイッチングパターンを切り替えるべきタイミングとが一致するか否かを判定する主判定部を備え、
   前記操作部は、前記ゼロクロス判定部によりゼロクロスしないと判定されて、かつ、前記主判定部により一致すると判定された場合、前記取得部により算出されたゼロクロスタイミングで前記スイッチングパターンを切り替えるべく前記電力変換回路を操作する請求項４に記載の回転電機の制御装置。
6. 前記無通電期間において前記誘起電圧がゼロクロスするか否かを判定するゼロクロス判定部と、
   前記取得部により取得された前記誘起電圧の検出値のゼロクロスタイミングと、前記上アームスイッチ及び前記下アームスイッチのスイッチングパターンを切り替えるべきタイミングとが一致するか否かを判定する副判定部とを備え、
   前記操作部は、前記ゼロクロス判定部によりゼロクロスすると判定されて、かつ、前記副判定部により一致すると判定された場合、前記取得部により取得された前記誘起電圧の検出値のゼロクロスタイミングで前記スイッチングパターンを切り替えるべく前記電力変換回路を操作する請求項３〜５のいずれか１項に記載の回転電機の制御装置。
7. 前記複数の巻線群のうち２つの巻線群の一方で出現する前記無通電期間が第１無通電期間として定義され、他方で出現する前記無通電期間が第２無通電期間として定義されており、
   前記取得部は、前記第１無通電期間で発生する前記誘起電圧の検出値を第１電圧検出値として取得し、前記第２無通電期間で発生する前記誘起電圧の検出値を第２電圧検出値として取得し、
   前記操作部は、前記取得部により取得された前記第１電圧検出値及び前記第２電圧検出値の比に基づいて、前記上アームスイッチ及び前記下アームスイッチのスイッチングパターンを切り替えるべく前記電力変換回路を操作する請求項３に記載の回転電機の制御装置。