JP2018082604A - 回転電機の制御装置及び回転電機の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】回転角度検出器の回転角度の補正量を算出可能な状態の頻度を増やすことができる回転電機の制御装置及び回転電機の制御方法を提供することを目的の一つとする。
【解決手段】回転電機の制御装置は、回転子の回転角度を検出する回転角度検出器と、回転角度検出器が検出した回転角度に対して、回転角度補正量を設定する補正手段と、補正された回転角度に基づいて算出したｑ軸電圧指令値とｄ軸電圧指令値に応じた交流電圧を固定子に印加することで、固定子に流れる電流を制御する電流制御手段と、を備え、補正手段が、回転子の回転数が所定値以上である場合に回転子の界磁を減磁する弱め界磁制御が行われている状態で、回転子のトルクをゼロとする際の電圧進角値における固定子の逆起電圧のｄ軸電圧成分又はｑ軸電圧成分と、ｄ軸電圧指令値又はｑ軸電圧指令値とを比較することにより、回転角度補正量を算出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機の制御装置及び回転電機の制御方法に関する。

交流回転電機の制御手法の一つにベクトル制御がある。ベクトル制御では、交流回転電機の制御に回転角度に応じた座標変換を導入することで、回転電機に流れる電流をトルクを発生する電流成分（ｑ軸成分）とそれに直交して磁束を発生する電流成分（ｄ軸成分）とに分解して、直流モータ的に各成分が独立して制御される。また、永久磁石を用いて回転子を構成する回転電機（例えば３相ＤＣ（直流）ブラシレスモータ）では、磁極の回転角度を検出する回転角度検出器を用いて座標変換の基準となる回転角度が検出される。この回転角度検出器はホール素子、ロータリエンコーダ等を用いて構成される。

回転角度検出器は取り付け誤差によって回転角度の検出誤差が生じることがある。そのため、実際の動作状態において検出誤差を補正するための補正量を算出する技術が開発されてきた（例えば特許文献１）。特許文献１に記載されている制御装置では、ベクトル制御において、トルク指令をゼロに設定するとともに、ｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値をゼロとし、ｄ軸電圧指令値がほぼゼロとなるように補正量が算出される。

特許第３６８８６７３号公報

特許文献１に記載されている構成では、トルク指令をゼロに設定し、ｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値をともにゼロとする直交領域において補正量が算出される。ここで直交領域とは、固定子（電機子）の逆起電圧Ｅがｑ軸方向の成分のみからなる制御が行われる領域である。一方、直交領域ではない弱め界磁領域では特許文献１の構成を用いることはできない（例えば特許文献１の段落００３０）。弱め界磁領域では、回転電機の高回転数域でｄ軸電流を負の所定値に制御し、逆起電圧Ｅをｑ軸成分とｄ軸成分とから構成することで、逆起電圧Ｅのｑ軸成分を抑制する制御が行われる。

上述したように、特許文献１に記載されている構成では、回転電機の回転数が弱め界磁制御が行われない低回転域にあり、かつ、トルク指令をゼロに設定することができる場合に、補正量を算出することができる。すなわち、低回転域でトルク指令をゼロに設定できる状態でのみ補正量を算出することができる。したがって、高回転域で使用することができない等、補正量を算出可能な状態の頻度（機会）が少なくなってしまうという課題がある。

また、特許文献１に記載されている構成には適用範囲が限定されてしまうという課題もある。すなわち、パラレルハイブリッド型車両等、回転電機に駆動連結される他の動力源（内燃機間等）がある場合には、他の動力源が駆動した状態であれば、低回転域で回転電機のトルク指令をゼロに設定した状態を確保することは比較的容易である。これに対し、回転電機に駆動連結される他の動力源を有していないシリーズハイブリッド型車両、電気自動車等においては、低回転域でトルク指令をゼロに設定する機会を確保することが困難であるという課題がある。

以上のように、特許文献１に記載されている構成では、回転角度検出器の回転角度の補正量を算出可能な状態の頻度（機会）が少なくなってしまうことがあるという課題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、回転角度検出器の回転角度の補正量を算出可能な状態の頻度を増やすことができる回転電機の制御装置及び回転電機の制御方法を提供することを目的の一つとする。

請求項１記載の発明は、回転子及び固定子を有する回転電機（例えば実施形態の永久磁石式回転電機（モータ）１）と、前記回転子の回転角度を検出する回転角度検出器（例えば実施形態の回転角度検出器８）と、前記回転角度検出器が検出した前記回転角度に対して、回転角度補正量を設定して前記回転角度を補正する補正手段（例えば実施形態の位相補正器１８）と、補正された前記回転角度に基づいて前記固定子に流れる電流をトルク成分（ｑ軸成分）と磁界成分（ｄ軸成分）に分解し、前記回転子に流れるｑ軸電流とｄ軸電流が所望のｑ軸電流指令値とｄ軸電流指令値に一致するように、ｑ軸電圧指令値とｄ軸電圧指令値を算出し、算出した前記ｑ軸電圧指令値と前記ｄ軸電圧指令値に応じた交流電圧を前記固定子に印加することで、前記固定子に流れる電流を制御する電流制御手段（例えば実施形態の電流座標変換器１２、減算処理器１３、減算処理器１４、電圧指令生成器１５、電圧座標変換器１６、及びＰＷＭインバータ１７を組み合わせた構成）と、を備え、前記補正手段が、前記回転子の回転数が所定値以上である場合に前記回転子の界磁を減磁する弱め界磁制御が行われている状態で、前記回転子のトルクをゼロとする際の電圧進角値における前記固定子の逆起電圧のｄ軸電圧成分又はｑ軸電圧成分と、前記ｄ軸電圧指令値又は前記ｑ軸電圧指令値とを比較することにより、前記回転角度補正量を算出することを特徴とする回転電機の制御装置である。

請求項２記載の発明は、請求項１に記載の回転電機の制御装置であって、前記補正手段が、前記回転子のトルクをゼロとする際の電圧進角値における前記固定子の逆起電圧のｄ軸電圧成分又はｑ軸電圧成分と、前記ｄ軸電圧指令値又は前記ｑ軸電圧指令値とが略一致するように、前記回転角度補正量を算出するものである。

請求項３記載の発明は、請求項２に記載の回転電機の制御装置であって、前記ｑ軸電流指令値が前記回転子のトルク指令に応じて変化するものであり、前記補正手段が、前記回転数が前記所定値より大きくかつ略一定であり、かつ前記トルク指令が略ゼロである場合に、前記ｑ軸電流指令値をゼロに切り替えるとともに前記ｄ軸電流指令値を前記弱め界磁制御において前記回転子のトルクをゼロとする前記回転数に応じた値に切り替え、前記回転子のトルクをゼロとする際の電圧進角値における前記固定子の逆起電圧のｄ軸電圧成分又はｑ軸電圧成分と、前記ｄ軸電圧指令値又は前記ｑ軸電圧指令値とが略一致するように、前記回転角度補正量を算出するものである。

請求項４記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の回転電機の制御装置であって、前記回転電機は車両駆動用として車両に搭載され、前記補正手段は、前記車両の速度が所定速度以上である場合に、前記回転角度検出器が出力した前記回転角度の補正を行うことを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１から４のいずれか１項に記載の回転電機の制御装置であって、前記回転電機は車両駆動用として車両に搭載され、前記補正手段は、所定期間における前記車両の速度の変化量が所定値以下である場合に、前記回転角度検出器が出力した前記回転角度の補正を行うことを特徴とする。

請求項６記載の発明は、回転子及び固定子を有する回転電機と、前記回転子の回転角度を検出する回転角度検出器と、前記回転角度検出器が検出した前記回転角度に対して、回転角度補正量を設定して前記回転角度を補正する補正手段と、補正された前記回転角度に基づいて前記固定子に流れる電流をトルク成分（ｑ軸成分）と磁界成分（ｄ軸成分）に分解し、前記回転子に流れるｑ軸電流とｄ軸電流が所望のｑ軸電流指令値とｄ軸電流指令値に一致するように、ｑ軸電圧指令値とｄ軸電圧指令値を算出し、算出した前記ｑ軸電圧指令値と前記ｄ軸電圧指令値に応じた交流電圧を前記固定子に印加することで、前記固定子に流れる電流を制御する電流制御手段と、を備える回転電機の制御装置において、前記補正手段によって、前記回転子の回転数が所定値以上である場合に前記回転子の界磁を減磁する弱め界磁制御が行われている状態で、前記回転子のトルクをゼロとする際の電圧進角値における前記固定子の逆起電圧のｄ軸電圧成分又はｑ軸電圧成分と、前記ｄ軸電圧指令値又は前記ｑ軸電圧指令値とを比較することにより、前記回転角度補正量を算出することを特徴とする回転電機の制御方法である。

請求項１及び６に記載の発明によれば、補正手段が、回転子の回転数が所定値以上である場合に回転子の界磁を減磁する弱め界磁制御が行われている状態で、回転子のトルクをゼロとする際の電圧進角値における固定子の逆起電圧のｄ軸電圧成分又はｑ軸電圧成分と、ｄ軸電圧指令値又はｑ軸電圧指令値とを比較することにより、回転角度補正量を算出する。この構成によれば、回転電機の弱め界磁領域、すなわち回転子の回転数が高い領域において回転角度を補正することが可能となる。すなわち、請求項１及び４に記載の発明によれば、回転角度検出器の回転角度の補正量を算出可能な状態の頻度を増やすことができる。

請求項２に記載の発明によれば、補正手段が、回転子のトルクをゼロとする際の電圧進角値における固定子の逆起電圧のｄ軸電圧成分又はｑ軸電圧成分と、ｄ軸電圧指令値又はｑ軸電圧指令値とが略一致するように、回転角度補正量を算出する。この構成によれば、略一致するか否かを判定するだけでよいので、回転角度補正量の算出処理を簡単化することができる。

請求項３に記載の発明によれば、補正手段が、回転数が所定値より大きくかつ略一定であり、かつトルク指令が略ゼロである場合に、ｑ軸電流指令値をゼロに切り替えるとともにｄ軸電流指令値を弱め界磁制御において回転子のトルクをゼロとする回転数に応じた値に切り替え、回転子のトルクをゼロとする際の電圧進角値における固定子の逆起電圧のｄ軸電圧成分又はｑ軸電圧成分と、ｄ軸電圧指令値又はｑ軸電圧指令値とが略一致するように、回転角度補正量を算出する。すなわち、この構成では、回転数が所定値より大きくかつ略一定であり、トルク指令が略ゼロであるという条件において、ｑ軸電流指令値とｄ軸電流指令値を所定値に切り替えて回転角度補正量を算出するので、それらの条件や制御を限定しない場合と比較して安定した状態で回転角度補正量を算出することができる。

請求項４に記載の発明によれば、補正手段が、車両の速度が比較的高い場合に、回転角度の補正を行うため、回転角度の補正を行う間、回転電機のトルクがゼロとなる場合であっても、車両が惰性走行を継続する。したがって、車両速度の低下を抑制しながら、（回転電機の回転速度の低下も抑制されるため）回転角度の補正精度の低下を抑制することができる。

請求項５に記載の発明によれば、補正手段が、車両速度が過渡的に変化するような場合を避け、車両速度の変化量が比較的小さい場合に回転角度の補正を行う。したがって、車両挙動に対する影響を抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る回転電機制御システムの構成例を示すブロック図である。 図１に示す位相補正器１８等の動作例（第１実施形態）を示すフローチャートである。 図１に示す回転電機制御システム１００の動作例（第１実施形態）を示すタイミングチャートである。 本実施形態の動作例を説明するための模式図である。 参考例の動作例を説明するための模式図である。 図１に示す位相補正器１８等の動作例（第２実施形態）を示すフローチャートである。 図１に示す回転電機制御システム１００の動作例（第２実施形態）を示すタイミングチャートである。 第１実施形態と第２実施形態の差異を説明するためのタイミングチャートである。

以下、図面を参照して本発明の回転電機の制御装置及び回転電機の制御方法の実施形態について説明する。

（第１実施形態）
図１は本実施形態の一実施形態に係る回転電機制御システム１００の構成例を示すブロック図である。図１に示す回転電機制御システム１００は、永久磁石式回転電機１（以下、モータ１という）と、このモータ１の電流制御を行なうモータ制御装置２とを備えている。

本実施形態では、モータ１は、例えばシリーズハイブリッド型車両、電気自動車等の車両の動力源であって、モータ１の出力トルクを図示しない変速機等の動力伝達装置を介して車両の駆動輪に伝達する。この場合、当該車両はモータ１以外の動力源を搭載していない。モータ１は、本実施形態では３相ＤＣブラシレスモータであり、内部に図示していない回転子と固定子とを備える。このモータ１が内部に備える回転子は永久磁石を有して構成されていて、固定子は鉄心とその鉄心に巻回された３相巻線を有する電機子を構成している。

また、モータ１には、回転子の磁極位置すなわち回転角度を検出する回転角度検出器８が組み付けられている。回転角度検出器８は、ホール素子やロータリエンコーダを用いて構成された公知のものであり、回転子の所定の基準回転位置からの磁極の回転角度θａｃｔの検出値を示す信号を磁極位置の検出信号として出力する。なお回転角度検出器８により得られる回転角度θａｃｔの検出値（以下、磁極検出角θａｃｔという）は、回転角度検出器８の組み付け誤差等に起因して、一般には回転子の実際の磁極位置（磁極の実際の回転角度）に対して磁極位置誤差角θｏｆｓを生じる。

モータ制御装置２は、電流指令生成器９、電流指令切換器１０、電機子電流検出器１１ｕ、電機子電流検出器１１ｖ、電流座標変換器１２、減算処理器１３、減算処理器１４、電圧指令生成器１５、電圧座標変換器１６、ＰＷＭ（パルス幅変調）インバータ１７、位相補正器１８、減算処理器１９、速度算出器２０、及び弱め界磁電流指令生成器２１を備える。モータ制御装置２は、上述したｄｑ座標系を用いたベクトル制御によってモータ１の運転制御を行なう。ここで、電流座標変換器１２、減算処理器１３、減算処理器１４、電圧指令生成器１５、電圧座標変換器１６、及びＰＷＭインバータ１７を組み合わせたものが本発明の電流制御手段の一例である。

電流指令生成器９は、モータ１に発生させるトルクの指令値（目標値）であるトルク指令値Ｔｑ＿ｔａｒに応じて、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｔａｒ及びｑ軸電流指令値Ｉｑ＿ｔａｒを算出する。ｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｔａｒ及びｑ軸電流指令値Ｉｑ＿ｔａｒは、モータ１の固定子に流す電流（電機子電流）の指令値のｄ軸成分及びｑ軸成分である。電流指令生成器９に入力されるトルク指令値Ｔｑ＿ｔａｒは、図外の演算処理装置によって車両の運転状態（アクセル操作量等）に応じて設定されるものである。

電流指令切換器１０は、電流指令生成器９が出力するｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｔａｒ及びｑ軸電流指令値Ｉｑ＿ｔａｒの組（Ｉｄ＿ｔａｒ、Ｉｑ＿ｔａｒ）と、弱め界磁制御においてトルク指令値Ｔｑ＿ｔａｒを“０”にするｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｔａｒ及びｑ軸電流指令値Ｉｑ＿ｔａｒの組（ｉｄ＿ｔｑ０、０）とを選択的に出力する。“ｉｄ＿ｔｑ０”は、モータ１の現在の回転数（角速度ω）において所定の電圧進角値φにて弱め界磁制御を行う場合にトルクが“０”となる界磁電流の指令値であり、弱め界磁電流指令生成器２１によって角速度ωに応じて生成される。一方、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＿ｔａｒ＝０は、トルク指令を“０”とする場合に固定子に流す電流のｑ軸成分であり、“０”である。電流指令切換器１０は、その出力を後述する位相補正器１８の指令に応じて切換える。

電機子電流検出器１１ｕ及び電機子電流検出器１１ｖは、モータ１の電機子のＵ相、Ｖ相を流れる電機子電流Ｉｕ、Ｉｖをそれぞれ検出する。モータ１の固定子（電機子）は３相であるため、その任意の１つの相を流れる電流は他の２つの相を流れる電流によって一義的に決まる。例えばＷ相を流れる電流は、−（Ｉｕ＋Ｉｖ）となる。このため、本実施形態では電機子電流検出器１１ｕ及び１１ｖは２つの相（本実施形態ではＵ相、Ｖ相）の電流を検出するものとしている。

電流座標変換器１２は、電機子電流検出器１１ｕ及び電機子電流検出器１１ｖが検出した電機子電流Ｉｕ及びＩｖの検出値を座標変換することによって指令値座標ｄ^※−ｑ^※でのｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑを算出する。ここで指令値座標ｄ^※−ｑ^※は、モータ制御装置２において演算で用いられているｄｑ座標を示す。モータ制御装置２は、回転角度検出器８が検出した磁極検出角θａｃｔを補正した磁極回転角度θに基づいて指令値座標ｄ^※−ｑ^※を検知する。しかしながら、磁極回転角度θは、初期値は例えば磁極検出角θａｃｔと同じであり、補正される前は磁極位置誤差角θｏｆｓを含んでいる。すなわち、補正される前の磁極回転角度θに基づいて検知された指令値座標ｄ^※−ｑ^※は、モータ１のハードウェアに起因する（すなわち現実の）ｄｑ座標とは一致せず、指令値座標ｄ^※−ｑ^※とｄｑ座標の２つの座標間には磁極位置誤差角θｏｆｓ分の誤差がある。一方、磁極位置誤差角θｏｆｓが補正された後は、指令値座標ｄ^※−ｑ^※はモータ１のハードウェアに起因するｄｑ座標と一致する。電流座標変換器１２による座標変換は、モータ１の回転子の磁極の回転角度を示すものとして後述する減算処理器１９により求められ磁極回転角度θを用いて次式により行なわれる。

この座標変換により求められるＩｄ及びＩｑは、磁極回転角度θにより定まる指令値座標ｄ^※−ｑ^※（θをｄ軸の回転位置として定まるｄｑ座標）でのｄ軸電流の検出値、ｑ軸電流の検出値としての意味を持つものである。以下の説明では、ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑをｄ軸検出電流Ｉｄ及びｑ軸検出電流Ｉｑと称する。

減算処理器１３は、電流指令切換器１０が出力したｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｔａｒと電流座標変換器１２が出力したｄ軸検出電流Ｉｄとの偏差（Ｉｄ＿ｔａｒ−Ｉｄ）を算出して出力する。減算処理器１４は、電流指令切換器１０が出力したｑ軸電流指令値Ｉｑ＿ｔａｒと電流座標変換器１２が出力したｑ軸検出電流Ｉｑとの偏差（Ｉｑ＿ｔａｒ−Ｉｑ）を算出して出力する。

電圧指令生成器１５は、減算処理器１３及び１４が出力した偏差（Ｉｄ＿ｔａｒ−Ｉｄ）及び（Ｉｑ＿ｔａｒ−Ｉｑ）に応じて指令値座標ｄ^※−ｑ^※での各軸方向の印加電圧の指令値であるｄ軸電圧指令値Ｖｄ＿ｔａｒ及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＿ｔａｒを求める。電圧指令生成器１５は、例えば、偏差（Ｉｄ＿ｔａｒ−Ｉｄ）及び（Ｉｑ＿ｔａｒ−Ｉｑ）をそれぞれ“０”にするようにＰＩ制御（比例・積分制御等のフィードバック制御）によってｄ軸電圧指令値Ｖｄ＿ｔａｒ及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＿ｔａｒを求める。

電圧座標変換器１６は、電圧指令生成器１５が求めたｄ軸電圧指令値Ｖｄ＿ｔａｒ及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＿ｔａｒを座標変換することによってモータ１の電機子の各相の印加電圧の指令値Ｖｕ＿ｔａｒ、Ｖｖ＿ｔａｒ、及びＶｗ＿ｔａｒ（以下、相電圧指令値Ｖｕ＿ｔａｒ、Ｖｖ＿ｔａｒ、及びＶｗ＿ｔａｒという）を算出する。電圧座標変換器１６による座標変換は、電流座標変換器１２の座標変換で使用したものと同一の磁極回転角度θを用いて次式（２）によって行われる。

この座標変換により求められる相電圧指令値Ｖｕ＿ｔａｒ、Ｖｖ＿ｔａｒ、及びＶｗ＿ｔａｒは、モータ１の電機子の各相Ｕ、Ｖ、及びＷの印加電圧の大きさ及び位相を規定する。

ＰＷＭインバータ１７は、電圧座標変換器１６が算出した相電圧指令値Ｖｕ＿ｔａｒ、Ｖｖ＿ｔａｒ、及びＶｗ＿ｔａｒに従ってモータ１の電機子の各相の実際の印加電圧を制御する。ＰＷＭインバータ１７は、相電圧指令値Ｖｕ＿ｔａｒ、Ｖｖ＿ｔａｒ、及びＶｗ＿ｔａｒに従ってモータ１の電機子の各相Ｕ、Ｖ、及びＷの印加電圧の大きさ（振幅）及び位相を制御する。

位相補正器１８は、回転角度検出器８が出力した磁極検出角θａｃｔに含まれている実際の磁極の回転角度からの誤差角を表す磁極位置誤差角θｏｆｓを回転角度補正量として求めて出力する（以下、磁極位置誤差角θｏｆｓを回転角度補正量θｏｆｓという）。位相補正器１８は、本発明における補正手段の一例である。その処理の詳細は後述するが、位相補正器１８は、所定の条件下で回転角度補正量θｏｆｓを求めて記憶保持し、所定の条件下以外のモータ１の通常的な運転時には、記憶保持している回転角度補正量θｏｆｓを出力する。そして、位相補正器１８は、回転角度補正量θｏｆｓを求める処理を実行しているときには、回転角度補正量θｏｆｓの仮設定値α（以下、仮設定補正角αという）を出力する。この場合には、後述する減算処理器１９が求める磁極回転角度θは、θ＝θａｃｔ−αとなる。

なお、位相補正器１８には、回転角度補正量θｏｆｓを求める処理を行なうために、トルク指令値Ｔｑ＿ｔａｒが入力されるとともに、電圧指令生成器１５からｄ軸電圧指令値Ｖｄ＿ｔａｒ及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＿ｔａｒの算出値が入力され、速度算出器２０から角速度ωの算出値が入力される。さらに、位相補正器１８には、レゾルバ０点学習モードを表すデータが入力される。レゾルバ０点学習モードを表すデータは、回転角度補正量θｏｆｓの設定及び記憶保持処理が実行済みか否かを示すデータである。例えば回転電機制御システム１００の製造後、まだ動作されたことがない状態では、レゾルバ０点学習モードは、回転角度補正量θｏｆｓの設定及び記憶保持処理がまだ実行されていない旨を表す値に設定されている。また、位相補正器１８は、回転角度補正量θｏｆｓを求める処理を実行しているときに、電流指令切換器１０から弱め界磁制御におけるトルク指令値“０”のｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｔａｒ及びｑ軸電流指令値Ｉｑ＿ｔａｒの組（Ｉｄ＿ｔｑ０、０）を出力させるための切換指令を電流指令切換器１０に対して出力する。

減算処理器１９は、位相補正器１８から出力された回転角度補正量θｏｆｓを回転角度検出器８が出力した磁極検出角θａｃｔから減算することによって、電流座標変換器１２及び電圧座標変換器１６の座標変換で用いる磁極回転角度θ（＝θａｃｔ−θｏｆｓ）を求める。

速度算出器２０は、磁極検出角θａｃｔを微分することによってモータ１の回転子の角速度ω＝ｄθａｃｔ／ｄｔを求める。

弱め界磁電流指令生成器２１は、所定の電圧進角値φにて弱め界磁制御を行う場合に、トルクが“０”となる界磁電流の指令値であるｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｔａｒの目標値ｉｄ＿ｔｑ０とモータ１の角速度ωとの対応関係を決定するテーブルを有し、速度算出器２０が出力した角速度ωを入力し、その角速度ωに応じた目標値ｉｄ＿ｔｑ０を求めて出力する。

なお、以上説明した本実施形態のモータ制御装置２において、例えば、電流指令生成器９、電流指令切換器１０、減算処理器１３、減算処理器１４、減算処理器１９、電圧指令生成器１５、電流座標変換器１２、電圧座標変換器１６、位相補正器１８、速度算出器２０、弱め界磁電流指令生成器２１は、所定のプログラムが実装されたマイクロコンピュータ（入出力回路を含む）の機能的手段として構成することができる。

ここで、図４及び図５を参照して、位相補正器１８による回転角度補正量θｏｆｓの算出動作の基本的な考え方について説明する。図４は、ｄｑ座標系において弱め界磁領域にてトルク指令値Ｔｑ＿ｔａｒを“０”に制御する場合のモータ１の固定子の逆起電圧Ｅとｄ軸電圧指令値Ｖｄ＿ｔａｒ及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＿ｔａｒとの関係を示す図である。
図４（ａ）は回転角度補正量θｏｆｓがゼロ（誤差無し）の場合を示す。図４（ｂ）は回転角度補正量θｏｆｓがゼロ（誤差無し）ではない場合を示す。図５は、参考例を説明するための図であり、ｄｑ座標系において直交領域にてトルク指令値Ｔｑ＿ｔａｒを“０”に制御する場合のモータ１の固定子の逆起電圧Ｅとｄ軸電圧指令値Ｖｄ＿ｔａｒ及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＿ｔａｒとの関係を示す。図５（ａ）は回転角度補正量θｏｆｓがゼロ（誤差無し）の場合を示す。図５（ｂ）は回転角度補正量θｏｆｓがゼロ（誤差無し）ではない場合を示す。

図４（ａ）に示す回転角度補正量θｏｆｓ＝０の場合、モータ制御装置２が演算処理で用いる指令値座標ｄ^※−ｑ^※のｄ^※軸及びｑ^※軸は、モータ１のハードウェアに起因するｄｑ座標のｄ軸及びｑ軸と一致する。この場合、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＿ｔａｒ及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＿ｔａｒは逆起電圧Ｅと電圧進角値φとから次式で表される。

一方、図４（ｂ）に示す回転角度補正量θｏｆｓ≠０の場合、モータ制御装置２が演算処理で用いる指令値座標ｄ^※−ｑ^※のｄ^※軸及びｑ^※軸は、モータ１のハードウェアに起因するｄｑ座標のｄ軸及びｑ軸に対して回転角度補正量θｏｆｓの位相差を有している。
この場合、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＿ｔａｒ及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＿ｔａｒは逆起電圧Ｅと電圧進角値φと回転角度補正量θｏｆｓとから次式で表される。

また、図５（ａ）に示す回転角度補正量θｏｆｓ＝０の場合、モータ制御装置２が演算処理で用いる指令値座標ｄ^※−ｑ^※のｄ^※軸及びｑ^※軸は、モータ１のハードウェアに起因するｄｑ座標のｄ軸及びｑ軸と一致する。この場合、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＿ｔａｒ及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＿ｔａｒは逆起電圧Ｅから次式で表される。

一方、図５（ｂ）に示す回転角度補正量θｏｆｓ≠０の場合、モータ制御装置２が演算処理で用いる指令値座標ｄ^※−ｑ^※のｄ^※軸及びｑ^※軸は、モータ１のハードウェアに起因するｄｑ座標のｄ軸及びｑ軸は回転角度補正量θｏｆｓの位相差を有している。この場合、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＿ｔａｒ及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＿ｔａｒは逆起電圧Ｅと回転角度補正量θｏｆｓとから次式で表される。

図４（ａ）に示すように、回転角度補正量θｏｆｓがゼロ（誤差無し）の場合、逆起電圧Ｅとｄ軸電圧指令値Ｖｄ＿ｔａｒ及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＿ｔａｒとの関係は式（３）及び式（４）で表される。すなわち、回転角度補正量θｏｆｓがゼロ（誤差無し）の場合、式（３）及び式（４）が成立する。一方、式（５）及び式（６）に含まれる回転角度補正量θｏｆｓは、ｄｑ座標と指令値座標ｄ^※−ｑ^※の位相差に対応したものであり、図１に示す構成では位相補正器１８が“０”を出力している場合に減算処理器１９が出力する磁極回転角度θに含まれる取り付け誤差による角度誤差に対応する。したがって、回転角度補正量θｏｆｓを適切に設定することで減算処理器１９が出力する磁極回転角度θから取り付け誤差による角度誤差を除くことができる。その場合、ｄｑ座標と指令値座標ｄ^※−ｑ^※の位相差はゼロとなるので、式（５）及び式（６）に含まれる回転角度補正量θｏｆｓはゼロとなる。式（５）及び式（６）において回転角度補正量θｏｆｓをゼロとすると、式（５）及び式（６）は式（３）又は及び式（４）に一致する。よって、位相補正器１８は、式（３）又は及び式（４）が成立するか否かを判定することで、回転角度補正量θｏｆｓが適切であるか否かを判定することができる。

なお、参考例として図５に示す直交領域では、式（７）が成立するか否かを判定することで、回転角度補正量θｏｆｓが適切であるか否かを判定することができる。

次に、本実施形態のモータ制御装置２の動作について、位相補正器１８の詳細な処理を中心に図２のフローチャート及び図３のタイミングチャートを参照して説明する。図３のタイミングチャートは、上から順に、モータ１の回転数、トルク指令値Ｔｑ＿ｔａｒのレベル、ＳＴＥＰ１の判定結果、ＳＴＥＰ２の判定結果、ＳＴＥＰ３の判定結果、ＳＴＥＰ４の実行期間、ＳＴＥＰ５−１の実行期間、回転角度補正量θｏｆｓの記憶保持状態、及び通常のベクトル制御と回転角度補正量θｏｆｓの学習動作の実行状態の時間変化を示す。

例えば、位相補正器１８に入力されるレゾルバ０点学習モードが回転角度補正量θｏｆｓの設定及び記憶保持処理（学習）がまだ行われていない旨を示す場合（レゾルバ０点未学習の場合（ＳＴＥＰ０で「ＹＥＳ」の場合））、位相補正器１８はＳＴＥＰ１以降の処理を実行する。例えば、モータ制御装置２は、トルク指令値Ｔｑ＿ｔａｒに応じてモータ１に流れる電流を制御する（図３の時刻ｔ０〜時刻ｔ１）。モータ回転数が弱め界磁境界回転数を越えると（図３の時刻ｔ１）、位相補正器１８は、角速度ωが所定値を以上であると判定する（ＳＴＥＰ１で「ＹＥＳ」）。また、トルク指令値Ｔｑ＿ｔａｒが略ゼロになり、また、角速度ωが略一定になると（図３の時刻ｔ２以降）、位相補正器１８は、角速度ωが略一定であり（ＳＴＥＰ２で「ＹＥＳ」）、トルク指令値Ｔｑ＿ｔａｒが略ゼロである（ＳＴＥＰ３で「ＹＥＳ」）と判定する。次に、弱め界磁電流指令生成器２１が、角速度ωに応じたトルク指令を“０”とするｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｔａｒの目標値ｉｄ＿ｔｑ０を、角速度ωと目標値ｉｄ＿ｔｑ０との対応関係を示すテーブルから検索して取得して出力する（ＳＴＥＰ４（図３の時刻ｔ２〜時刻ｔ３））。次に、位相補正器１８が、電流指令切換器１０に対して、出力信号をＩｄ＿ｔａｒ＝Ｉｄ＿ｔｑ０及びＩｑ＿ｔａｒ＝０に切り替える切替指令を出力する（ＳＴＥＰ５−１（図３の時刻ｔ３））。

次に、位相補正器１８は、仮設定補正角αの初期値を“０”として、これを回転角度補正量θｏｆｓの代わりに減算処理器１９に対して出力する（ＳＴＥＰ５−２）。次に、位相補正器１８は、所定時間待機する（ＳＴＥＰ５−３）。この待機は、減算処理器１９に対して入力する仮設定補正角αを変化させた場合に、フィードバック制御において、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＿ｔａｒに変化が生じて収束するまでの時間を確保するためのものである。所定時間は例えば数十ｍｓ程度とすることができる。次に、位相補正器１８は、式（３）（あるいは式（４））が略成立するか否かを判定する（ＳＴＥＰ５−４）。位相補正器１８は、式（３）（あるいは式（４））が略成立してはいないと判定した場合（ＳＴＥＰ５−４で「ＮＯ」の場合）、仮設定補正角αを、その現在値にあらかじめ定めた微小な所定量Δαだけ増加させた値に更新した後（ＳＴＥＰ５−５）、ＳＴＥＰ５−３からの処理を繰り返す。

一方、位相補正器１８は、式（３）（あるいは式（４））が略成立していると判定した場合（ＳＴＥＰ５−４で「ＹＥＳ」の場合）、現在出力している仮設定補正角αを回転角度補正量θｏｆｓと得る（ＳＴＥＰ６−１）。そして、位相補正器１８は、この回転角度補正量θｏｆｓを記憶保持し（ＳＴＥＰ６−２）、図２に示す処理を終了する。

以上のようにして、位相補正器１８は、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＿ｔａｒがほぼＥｓｉｎφになるまで（あるいはｑ軸電圧指令値Ｖｑ＿ｔａｒがほぼＥｃｏｓφになるまで）、仮設定補正角αの値を所定量Δαずつ変化させ、最適な仮設定補正角αが探索される。そして、位相補正器１８は、その探索した仮設定補正角αの値を、最終的に回転角度補正量θｏｆｓとして記憶保持する。

図２に示す動作例では、位相補正器１８が、モータ１の回転子のトルクをゼロとする際の電圧進角値φにおける固定子の逆起電圧Ｅのｄ軸電圧成分（Ｅｓｉｎφ）又はｑ軸電圧成分（Ｅｃｏｓφ）と、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＿ｔａｒ又は前記ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＿ｔａｒとを比較し、それらが略一致するように、回転角度補正量θｏｆｓを算出する。ただし、比較の結果に基づいて、例えば、比較した両者の差分の符号が変化した時点の仮設定補正角αの値を回転角度補正量θｏｆｓに設定したり、比較した両者の差分に基づき所定の近似式を用いて回転角度補正量θｏｆｓを算出したりしてもよい。

以上のように、本実施形態によれば、回転電機の弱め界磁領域、すなわち回転子の回転数が高い領域においても、回転角度を補正することが可能となる。したがって、例えば、高車速時において運転者の要求駆動力が小さい場合などに、微小時間トルクをゼロとして回転角度の補正を行うことで、運転者への影響を抑制しながら、回転角度の補正可能な状態頻度の低下を抑制することができる。したがって、例えば、シリーズハイブリッド型車両、電気自動車などでも補正頻度の低下を抑制することができる。すなわち、本実施形態によれば、弱め界磁領域において回転角度補正量θｏｆｓを算出することができるので、回転角度検出器８の回転角度の補正量を算出可能な状態の頻度を増やすことができる。

（第２実施形態）
次に図６〜図８を参照して、本発明の第２実施形態について、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。図６は、図１に示す位相補正器１８等の第２実施形態における動作例を示すフローチャートである。図７は、図１に示す回転電機制御システム１００の第２実施形態における動作例を示すタイミングチャートである。図８は、第１実施形態と第２実施形態の差異を説明するためのタイミングチャートである。なお、図６及び図７では第１実施形態と共通の部分について図２及び図３と共通の符号を付け、説明を適宜省略する。第２実施形態の構成例は、図１に示す第１実施形態の構成例と同一である。第２実施形態は、動作の一部が第1実施形態と異なる。

図６に示すフローチャートは、図２に示す第１実施形態のフローチャートと次の点が異なる。すなわち、図６に示すフローチャートでは、図２に示すＳＴＥＰ４の処理が、ＳＴＥＰ１の処理の後に移されてＳＴＥＰ１−２の処理として設けられている。したがって第２実施形態では、位相補正器１８が角速度ωが所定値以上であると判定した場合に（ＳＴＥＰ１が「ＹＥＳ」の場合に）、弱め界磁電流指令生成器２１が、角速度ωに応じたトルク指令を“０”とするｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｔａｒの目標値ｉｄ＿ｔｑ０を、角速度ωと目標値ｉｄ＿ｔｑ０との対応関係を示すテーブルから検索して取得し、出力する（ＳＴＥＰ１−２）。また、ＳＴＥＰ１−２の後、位相補正器１８は、角速度ωが略一定であり（ＳＴＥＰ２で「ＹＥＳ」）、かつ、トルク指令値Ｔｑ＿ｔａｒが略ゼロである（ＳＴＥＰ３で「ＹＥＳ」）と判定した場合、電流指令切換器１０に対して、出力信号をＩｄ＿ｔａｒ＝Ｉｄ＿ｔｑ０及びＩｑ＿ｔａｒ＝０に切り替える切替指令を出力する（ＳＴＥＰ５−１）。

また、図７に示すタイミングチャートは、上から順に、モータ１の回転数、トルク指令値Ｔｑ＿ｔａｒのレベル、図６に示すＳＴＥＰ１の判定結果、ＳＴＥＰ２の判定結果、ＳＴＥＰ３の判定結果、ＳＴＥＰ１−２の実行期間、ＳＴＥＰ５−１〜５（ＳＴＥＰ５）の実行期間、回転角度補正量θｏｆｓの記憶保持状態、及び通常のベクトル制御と回転角度補正量θｏｆｓの学習動作の実行状態の時間変化を示す。図７に示すタイミングチャートは、図３に示す第１実施形態のタイミングチャートと次の点が異なる。すなわち、図３に示す第１実施形態のタイミングチャートでは、時刻ｔ２でＳＴＥＰ１〜３のすべての判定結果が「ＹＥＳ」となった場合にＳＴＥＰ４の検索処理が実行される。これに対し、図７に示す第２実施形態のタイミングチャートでは、時刻ｔ１でＳＴＥＰ１の判定結果が「ＹＥＳ」となった場合にＳＴＥＰ１−２の検索処理が実行される。また、図３に示す第１実施形態のタイミングチャートでは、ＳＴＥＰ４の検索処理終了後、時刻ｔ３でＳＴＥＰ５−１〜５−４（ＳＴＥＰ５）の処理が開始される。これに対し、図７に示す第２実施形態のタイミングチャートでは、時刻ｔ２でＳＴＥＰ１〜３のすべての判定結果が「ＹＥＳ」となった場合にＳＴＥＰ５−１〜５−４（ＳＴＥＰ５）の処理が開始される。

第２実施形態では、目標値ｉｄ＿ｔｑ０の検索（ＳＴＥＰ１−２）が行われつつＳＴＥＰ１〜ＳＴＥＰ３の判定処理が実行されるので、ＳＴＥＰ１〜ＳＴＥＰ３の判定条件が整ったときに位相補正器１８はすぐに電流指令切換器１０に対して切替指令を出力することができる（ＳＴＥＰ５−１）。したがって、ＳＴＥＰ１〜ＳＴＥＰ３の判定条件が整ったときに検索処理が開始され（ＳＴＥＰ４）、その後、切替指令が出力（ＳＴＥＰ５−１）される第１実施形態と比較して、第２実施形態では、ＳＴＥＰ１〜ＳＴＥＰ３の判定条件が整ってから学習処理が完了するまでの時間（学習時間）を短縮することができる。学習時間が短縮できれば、図８に示すように、学習途中に学習処理がキャンセルされる事案を減らせるので、第２実施形態では、第１実施形態と比較して学習頻度を向上させることができる。図８は、学習可否条件判定（ＳＴＥＰ１、ＳＴＥＰ２及びＳＴＥＰ３の判定）が整った状態（ＯＫ）から整わなくなった状態（ＮＧ）へ変化したときに、学習時間が短いとき（第２実施形態）と長いとき（第１実施形態）でどのような違いがあるのかを示す。図８は、学習時間が短い場合（第２実施形態）には学習可否条件判定がＯＫの間に学習が完了するときでも、学習時間が長い場合（第１実施形態）には学習可否条件判定がＯＫの間に学習が完了しないときがあることを示す。

以上のように、第２実施形態によれば、第１実施形態によって得られる回転角度検出器８の回転角度の補正量を算出可能な状態の頻度を増やすことができるという効果を、より高めることができる。

以上、本発明を実施するための形態について実施形態を用いて説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形及び置換を加えることができる。例えば、図１に示す回転電機制御システム１００は、パラレルハイブリッド型車両等、モータ１以外の他の動力源を有する車両に搭載してもよい。そして、回転電機制御システム１００（モータ１）を車両駆動用として車両に搭載する場合、位相補正器１８は、車両の速度が所定速度以上である場合に回転角度検出器８が検出した回転角度の補正を行うようにすることができる。この構成では、回転角度の補正を行う間、モータ１のトルクがゼロとなる場合であっても、車両が惰性走行を継続する。したがって、車両速度の低下を抑制しながら、（モータ１の回転速度の低下も抑制されるため）回転角度の補正精度の低下を抑制することができる。あるいは、回転電機制御システム１００（モータ１）を車両駆動用として車両に搭載する場合、位相補正器１８は、所定期間における車両の速度の変化量が所定値以下である場合に、回転角度検出８が検出した回転角度の補正を行うようにすることができる。この構成によれば、車両速度が過渡的に変化するような場合を避け、車両速度の変化量が比較的小さい場合に回転角度の補正を行うことができる。したがって、車両挙動に対する影響を抑制することができる。また、これらの構成によれば、例えば、高車速でのクルーズ時のような、（微小時間で）速度低下を避けやすく、且つ車速変動、駆動力変動の少ないタイミングを、上手く利用して学習頻度を向上させることができる。

また、図２又は図６のＳＴＥＰ５−５では、仮設定補正角αを微小な所定量Δαだけ増加させることで更新することとしているが、微小な所定量Δαだけ増加又は減少させる処理に代えたり、所定量Δαとして大きさが異なる複数種類を用意して仮設定補正角αを変化させたりしてもよい。また、回転角度補正量θｏｆｓの設定及び記憶保持する学習処理は、動作開始時や部品交換時等に限らず、例えば所定の条件を設定して繰り返し行うようにしてもよい。また、図１に示すモータ制御装置２は、１又は複数のコンピュータと、そのコンピュータが実行するプログラムとを用いて構成することができ、そのプログラムの一部又は全部はコンピュータ読取可能な記録媒体や通信回線を介して頒布することができる。

１００…回転電機制御システム、１…モータ（永久磁石式回転電機）、２…モータ制御装置、８…回転角度検出器、９…電流指令生成器、１０…電流指令切換器、１１ｕ…電機子電流検出器、１１ｖ…電機子電流検出器、１２…電流座標変換器、１３…減算処理器、１４…減算処理器、１５…電圧指令生成器、１６…電圧座標変換器、１７…ＰＷＭインバータ、１８…位相補正器、１９…減算処理器、２０…速度算出器、２１…弱め界磁電流指令生成器

Claims (6)

1. 回転子及び固定子を有する回転電機と、
   前記回転子の回転角度を検出する回転角度検出器と、
   前記回転角度検出器が検出した前記回転角度に対して、回転角度補正量を設定して前記回転角度を補正する補正手段と、
   補正された前記回転角度に基づいて前記固定子に流れる電流をトルク成分（ｑ軸成分）と磁界成分（ｄ軸成分）に分解し、前記回転子に流れるｑ軸電流とｄ軸電流が所望のｑ軸電流指令値とｄ軸電流指令値に一致するように、ｑ軸電圧指令値とｄ軸電圧指令値を算出し、算出した前記ｑ軸電圧指令値と前記ｄ軸電圧指令値に応じた交流電圧を前記固定子に印加することで、前記固定子に流れる電流を制御する電流制御手段と、
   を備え、
   前記補正手段が、前記回転子の回転数が所定値以上である場合に前記回転子の界磁を減磁する弱め界磁制御が行われている状態で、前記回転子のトルクをゼロとする際の電圧進角値における前記固定子の逆起電圧のｄ軸電圧成分又はｑ軸電圧成分と、前記ｄ軸電圧指令値又は前記ｑ軸電圧指令値とを比較することにより、前記回転角度補正量を算出する
   ことを特徴とする回転電機の制御装置。
2. 前記補正手段が、前記回転子のトルクをゼロとする際の電圧進角値における前記固定子の逆起電圧のｄ軸電圧成分又はｑ軸電圧成分と、前記ｄ軸電圧指令値又は前記ｑ軸電圧指令値とが略一致するように、前記回転角度補正量を算出する
   ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機の制御装置。
3. 前記ｑ軸電流指令値が前記回転子のトルク指令に応じて変化するものであり、
   前記補正手段が、前記回転数が前記所定値より大きくかつ略一定であり、かつ前記トルク指令が略ゼロである場合に、前記ｑ軸電流指令値をゼロに切り替えるとともに前記ｄ軸電流指令値を前記弱め界磁制御において前記回転子のトルクをゼロとする前記回転数に応じた値に切り替え、前記回転子のトルクをゼロとする際の電圧進角値における前記固定子の逆起電圧のｄ軸電圧成分又はｑ軸電圧成分と、前記ｄ軸電圧指令値又は前記ｑ軸電圧指令値とが略一致するように、前記回転角度補正量を算出する
   ことを特徴とする請求項２に記載の回転電機の制御装置。
4. 前記回転電機は車両駆動用として車両に搭載され、
   前記補正手段は、前記車両の速度が所定速度以上である場合に、
   前記回転角度検出器が出力した前記回転角度の補正を行う
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の回転電機の制御装置。
5. 前記回転電機は車両駆動用として車両に搭載され、
   前記補正手段は、所定期間における前記車両の速度の変化量が所定値以下である場合に、
   前記回転角度検出器が出力した前記回転角度の補正を行う
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の回転電機の制御装置。
6. 回転子及び固定子を有する回転電機と、
   前記回転子の回転角度を検出する回転角度検出器と、
   前記回転角度検出器が検出した前記回転角度に対して、回転角度補正量を設定して前記回転角度を補正する補正手段と、
   補正された前記回転角度に基づいて前記固定子に流れる電流をトルク成分（ｑ軸成分）と磁界成分（ｄ軸成分）に分解し、前記回転子に流れるｑ軸電流とｄ軸電流が所望のｑ軸電流指令値とｄ軸電流指令値に一致するように、ｑ軸電圧指令値とｄ軸電圧指令値を算出し、算出した前記ｑ軸電圧指令値と前記ｄ軸電圧指令値に応じた交流電圧を前記固定子に印加することで、前記固定子に流れる電流を制御する電流制御手段と、
   を備える回転電機の制御装置において、
   前記補正手段によって、前記回転子の回転数が所定値以上である場合に前記回転子の界磁を減磁する弱め界磁制御が行われている状態で、前記回転子のトルクをゼロとする際の電圧進角値における前記固定子の逆起電圧のｄ軸電圧成分又はｑ軸電圧成分と、前記ｄ軸電圧指令値又は前記ｑ軸電圧指令値とを比較することにより、前記回転角度補正量を算出する
   ことを特徴とする回転電機の制御方法。

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