JP3485905B2

JP3485905B2 - モータ制御装置

Info

Publication number: JP3485905B2
Application number: JP2001128985A
Authority: JP
Inventors: 豊高橋; 信幸今井
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2001-04-26
Filing date: 2001-04-26
Publication date: 2004-01-13
Anticipated expiration: 2021-04-26
Also published as: JP2002325481A; US20030030406A1; DE10218728B4; DE10218728A1; US6674261B2

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高速回転域では角
度センサを用いてロータ角度を検知し、低速回転域では
角度センサを用いずにロータ角度を検知するモータ制御
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】同期モータ（ＤＣブラシレスモータ等）
や誘導モータを駆動する場合、所望のトルクを発生させ
るためには、ロータの角度（位置）に応じた適切な位相
でモータの電機子に通電する必要がある。

【０００３】そのため、これらのモータには、ロータの
位置を検出するための位置検出センサが備えられるのが
一般的である。しかし、位置検出センサを設けた場合
は、該位置検出センサ自体やその出力信号の配線及び該
モータの制御装置側に該出力信号の受信回路等を設ける
分、モータ及びモータ制御装置のコストがアップする。
そこで、位置センサを用いずにセンサレスによりロータ
角度を検知する方法が提案されているが（特開平７−２
４５９８１号公報等）、センサレスでロータ角度を検知
した場合、特に高回転域において過渡特性や検出精度に
問題があった。

【０００４】また、エンジンに直結されてハイブリッド
車両を構成するように設けられたモータの通電制御を行
なう場合、エンジンの回転数を検出するために設けられ
てエンジンが所定の機械角位置となったときに信号を出
力するクランク角センサを、ロータ角度の検出センサと
して流用することも考えられるが、クランク角センサは
エンジンのクランキング時のような低回転域のエンジン
回転数を正確に検出するようには構成されていない。

【０００５】そこで、ハイブリッド車両において、高回
転域ではエンジンのクランク角センサを用いてモータの
ロータ角度を検知し、低回転域ではセンサレスによりロ
ータ角度を検知する方法が提案されている（特開平９−
２１９９０６号公報）。

【０００６】しかし、本願発明者らは、このようにモー
タの回転域に応じてロータ角度の検知方法を変えた場
合、検知方法の切換時にモータの振動等が生じてモータ
の挙動が不安定になる場合があることを知見した。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記背景を鑑
みてなされたものであり、センサによるロータ角度の検
知からセンサレスによるロータ角度の検知に移行する際
に、モータの挙動が不安定となることを抑制したモータ
制御装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するためになされたものであり、突極型のロータを有す
るモータの電機子電流を検出する電流センサと、前記モ
ータの回転数を検出する回転数センサと、前記モータの
回転時に該モータのロータ角度が所定角度となる度にパ
ルス信号を出力する角度センサと、前記モータの電機子
に高周波電圧を印加する高周波印加手段と、前記回転数
センサの検出回転数が所定回転数未満であるときは、前
記高周波電圧印加手段により前記モータの電機子に前記
高周波電圧を印加して、該高周波電圧の印加に応じた前
記電流センサの検出電流の変化に基づいて前記モータの
ロータ角度を検知する第１のロータ角度検知処理を実行
し、前記回転数センサの検出回転数が前記所定回転数以
上であるときには、前記角度センサから出力される前記
パルス信号に基づいて前記モータのロータ角度を検知す
る第２のロータ角度検知処理を実行するロータ角度検知
手段と、前記ロータ検知手段により検知される前記モー
タのロータ角度に基づいて、前記電動機の電機子の通電
制御を行なう通電制御手段とを備えたモータ制御装置の
改良に関する。

【０００９】かかるモータ制御装置によれば、前記モー
タの回転に応じて前記角度センサから出力される前記パ
ルス信号により比較的精度良く前記モータのロータ角度
を検知することができる。しかし、前記モータが停止し
ているときには、前記パルス信号は出力されないため、
前記モータのロータ角度を検出することができない。ま
た、角度センサの種類によっては、モータが低速で回転
しているときには前記パルス信号の出力レベルが低下し
て検出不能となる場合がある。そこで、前記回転センサ
による回転数が前記所定回転数未満であるときは、前記
パルス信号を用いない前記第１のロータ角度検知処理に
よりロータ角度を検知している。

【００１０】しかし、前記第１のロータ角度検知処理に
よるロータ角度の検知精度と、前記第２のロータ角度検
知処理によるロータ角度の検知精度とは必ずしも一致し
ない。そして、前記第１のロータ角度検知処理によるロ
ータ角度の検知精度が、前記第２のロータ角度検知処理
によるロータ角度の検知精度よりも低い場合には、前記
第２のロータ角度検知処理から前記第１のロータ角度検
知処理に切り換える前後で検知されるロータ角度の連続
性が失われ、前記モータの動作が不安定になる。

【００１１】そこで、本発明の前記ロータ角度検知手段
は、前記第１のロータ角度検知処理において、所定の制
御サイクルごとに前記電流センサの検出電流をサンプリ
ングし、該サンプリングした検出電流に基づいて前記モ
ータのロータ角度の実際値（θ）と推定値（θ∧）との
位相差（θ−θ∧）を表す位相差データを生成する位相
差データ生成手段を有し、前記第２のロータ角度検知処
理から前記第１のロータ角度検知処理に移行したとき
に、該第１のロータ角度検知処理の最初の制御サイクル
においては、該第２のロータ角度検知処理において最後
に検知されたロータ角度を前記ロータ角度の推定値（θ
∧）とし、該第２のロータ角度検知処理において検知さ
れたロータ角度の変化に応じてロータ角速度の推定値
（ω∧）を算出して、該ロータ角度の推定値（θ∧）を
前記ロータ角度として検知し、次の制御サイクル以降に
おいては、前回の制御サイクルにおける前記ロータ角度
の推定値及びロータ角速度の推定値（θ∧，ω∧）を算
出パラメータとし、前回の制御サイクルにおいて前記位
相差データ生成手段により算出された前記位相差データ
が表す前記位相差（θ−θ∧）を解消するように該位相
差データに応じて前記算出パラメータを逐次更新しつつ
算出するオブザーバにより、前記算出パラメータを更新
することによって、現在の制御サイクルにおける前記モ
ータのロータ角度の推定値（θ∧）を算出し、該ロータ
角度の推定値（θ∧）を前記モータのロータ角度として
検知することを特徴とする。

【００１２】かかる本発明によれば、前記モータの回転
数が前記所定回転数以上である高回転域から前記所定回
転数未満である低回転域に移行すると、前記ロータ角度
検知手段は、前記第２のロータ角度検知処理から前記第
１のロータ角度検知処理に切り換えて前記モータのロー
タ角度を検知する。

【００１３】そして、前記ロータ角度検知手段は、前記
第１のロータ角度検知処理における最初の制御サイクル
においては、前記第２のロータ角度検知処理において最
後に検知されたロータ角度をロータ角度の推定値（θ
∧）とし、次の制御サイクル以降においては、前回の制
御サイクルで算出されたロータ角度の推定値（θ∧）と
ロータ角速度の推定値（ω∧）を前記算出パラメータと
して、前記オブザーバによりロータ角度の推定値（θ
∧）が逐次更新されて算出される。

【００１４】そのため、前記第２のロータ角度検知処理
から前記第１のロータ角度検知処理に移行するときに、
前記第２のロータ検知処理において最後に検知された前
記モータのロータ角度とロータ角速度が反映されなが
ら、前記第１のロータ角度検知処理により前記モータの
ロータ角度が検知されていく。これにより、前記第２の
ロータ角度検知処理から前記第１のロータ角度検知処理
への移行が連続性をもってスムーズに行なわれるため、
該移行時に前記モータの作動が不安定となることを抑制
することができる。

【００１５】また、本願発明者らは、前記モータの電機
子電流の大きさに応じて、前記第１のロータ角度検知処
理により検知される前記モータのロータ角度が、実際の
ロータ角度に対して進角することを検知した。そして、
このように検知されるロータ角度が進角するときに、検
知したロータ角度に基づいて前記通電制御手段により前
記モータの電機子の通電制御を行なうと、実際のロータ
角度と電機子への通電により生じる回転磁界の方向との
位相関係の不適合が生じ、前記モータを正常に作動させ
ることができない。

【００１６】そこで、本発明は、前記通電制御手段は、
前記モータを、前記モータのロータの磁束方向であるｑ
軸上にあるｑ軸電機子と、ｑ軸と直交するｄ軸上にある
ｄ軸電機子とを有する等価回路に変換して扱い、所定の
ｑ軸指令電流とｄ軸指令電流とに応じて前記モータの電
機子の通電制御を行ない、前記モータの電機子電流と、
前記第１のロータ角度検知処理により検知されたロータ
角度の進角との相関関係を示す参照データを予め記憶し
た記憶手段と、前記第１のロータ角度検知処理におい
て、前記ｑ軸指令電流と前記ｄ軸指令電流とに応じた前
記モータの電機子電流を前記参照データに適用させて得
られた前記進角を解消するように、前記ｄ軸−ｑ軸の座
標系を回転させることによって、前記ｑ軸電流指令と前
記ｄ軸電流指令とを補正する電流指令補正手段とを備え
たことを特徴とする。

【００１７】かかる本発明によれば、前記電流指令補正
手段により、前記参照データから得られた進角を解消す
るように、前記ｄ軸−ｑ軸の座標系を回転させることに
よって、前記ｑ軸電流指令と前記ｄ軸電流指令とが補正
される。これにより、前記進角の影響を排除することが
できる。

【００１８】また、前記ロータ角度検知手段は、前記パ
ルス信号が反転するごとに計時を開始する計時手段と、
前記パルス信号が反転するごとに前回の反転時から今回
の反転時までの間に前記計時手段により計時された時間
をパルス反転時間として記憶するパルス反転時間記憶手
段と、前記パルス信号が反転するごとに前記パルス反転
時間記憶手段に記憶された複数の前記パルス反転時間に
基づいて今回の反転時から次回の反転時までの時間の推
定値である推定パルス反転時間を求めるパルス反転時間
推定手段とを備え、前記第２のロータ角度検知処理にお
いて、現在の前記推定パルス反転時間に対する前記計時
手段の計時時間の比率から、現在のロータ角度を検知す
ることを特徴とする。

【００１９】かかる本発明によれば、前記パルス反転時
間推定手段は、前記パルス反転時間記憶手段に記憶され
た複数の前記パルス反転時間に基づいて現在の前記推定
パルス反転時間を求めることにより、前記パルス反転時
間の変化を反映させて、より精度よく前記推定パルス反
転時間を求めることができる。

【００２０】また、前記モータがハイブリッド車両を構
成するエンジンに連結され、該エンジンにクランク角セ
ンサが設けられているときには、該エンジンと共に前記
モータが回転しているときに、該エンジンのクランクが
所定位置となるたびに、該クランク角センサからパルス
信号が出力される。そのため、前記エンジンのクランク
が前記所定位置となったときの前記モータのロータ角度
を前記所定角度とすることにより、前記クランク角セン
サを前記ロータ角度センサに流用することができる。こ
の場合、前記角度センサを専用に設ける必要がないた
め、前記モータ制御装置のコストを下げることができ
る。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態の一例につい
て、図１〜図５を参照して説明する。図１は本発明のモ
ータ制御装置の制御ブロック図、図２は図１に示したモ
ータの構成図、図３は図１に示したモータ制御装置にお
けるモータのロータ角度の検知処理を説明するためのグ
ラフ、図４はロータ角度の実際値と推定値との位相差
（θｅ＝θ−θ∧）からロータ角度の推定値（θ∧）を
算出する制御ブロック図、図５はロータ角度検知処理の
実行フローチャートである。

【００２２】図１を参照して、モータ制御装置１はマイ
クロコンピュータやメモリ等により構成された電子ユニ
ットであり、ハイブリッド車両を構成するエンジン２と
連結された３相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の突極型のＤＣブラシレ
スモータ３（以下、単にモータ３という）の電機子に流
れる電流をフィードバック制御するものである。そし
て、モータ制御装置１は、図２を参照して、モータ３
を、ロータ４の界磁極の磁束方向であるｑ軸（図中）
上にあるｑ軸電機子と該ｑ軸と直交するｄ軸（図中）
上にあるｄ軸電機子とを有するｄｑ座標系による等価回
路に変換して扱う。なお、図２中、θはＵ相方向を基準
としたモータ３のロータ角度である。

【００２３】モータ制御装置１は、外部から与えられる
ｄ軸電機子に流れる電流（以下、ｄ軸電流という）の指
令値であるｄ軸指令電流（Ｉｄ_c）及びｑ軸電機子に流
れる電流（以下、ｑ軸電流という）の指令値であるｑ軸
指令電流（Ｉｑ_c）が、実際にモータ３の電機子に流れ
る電流の検出値から３相／ｄｑ変換により算出したｄ軸
電流の検出値であるｄ軸検出電流（Ｉｄ_s）及びｑ軸電
流の検出値であるｑ軸検出電流（Ｉｑ_s）に、それぞれ
一致するように、モータ３の電機子に印加する電圧を制
御する。

【００２４】そのため、モータ制御装置１は、ｄ軸電機
子に印加する電圧（以下、ｄ軸電圧という）の指令値で
あるｄ軸指令電圧（Ｖｄ_c）とｑ軸電機子に印加する電
圧（以下、ｑ軸電圧という）の指令値であるｑ軸指令電
圧（Ｖｑ_c）とを、Ｕ，Ｖ，Ｗの３相の電機子に印加す
る電圧の指令値であるＵ相電圧指令（ＶＵ_c），Ｖ軸電
圧指令（ＶＶ_c），及びＷ相電圧指令（ＶＷ_c）に変換
するｄｑ／３相変換部１０と、Ｕ相電圧指令（ＶＵ_
c），Ｖ軸電圧指令（ＶＶ_c），及びＷ相電圧指令（Ｖ
Ｗ_c）に応じた３相電圧（ＶＵ，ＶＶ，ＶＷ）をモータ
３のＵ，Ｖ，Ｗの各相の電機子にそれぞれ印加するイン
バータ１１とを備える。

【００２５】さらに、モータ制御装置１は、モータ３の
Ｕ相に電機子に流れる電流を検出するＵ相電流センサ１
２（本発明の電流センサに相当する）、モータ３のＷ相
の電機子に流れる電流を検出するＷ相電流センサ１３
（本発明の電流センサに相当する）、Ｕ相電流センサの
検出電流（ＩＵ_s）とＷ相電流センサの検出電流（ＩＷ
_s）とエンジン２に備えられたクランク角センサ１４
（本発明の回転数センサ及び角度センサに相当する）か
ら出力されるパルス信号（ＫＳp）とを用いてモータ２
のロータ角度を検知するロータ角度検知部１５（本発明
のロータ角度検知手段に相当する）、Ｕ相電流センサ１
２の検出電流（ＩＵ_s）とＷ相電流センサの検出電流１
３（ＩＷ_s）とに応じてｄ軸検出電流（Ｉｄ_s）とｑ軸
検出電流（Ｉｑ_s）とを算出する３相／ｄｑ変換部１６
を備える。

【００２６】なお、クランク角センサ１４は、エンジン
２のクランク（図示しない）が所定位置となるたびにパ
ルス信号を１パルス出力するものであり、モータ３はエ
ンジン２と連結されているため、モータ３のロータ角度
が所定角度となるごとに、クランク角センサ１４から出
力されるパルス信号（ＫＳp）の出力レベルが反転す
る。

【００２７】モータ制御装置１は、外部から与えられる
ｄ軸指令電流（Ｉｄ_c）とｑ軸指令電流（Ｉｑ_c）に対
して、後述するセンサレス検知部２５によりロータ角度
を検知する場合は、指令電流補正部１７によりＵ相検出
電流（ＩＵ_s）とＷ相検出電流（ＩＷ_s）に基づく補正
を行なう（この補正の詳細については後述する）。そし
て、ｄ軸電流指令（Ｉｄ_c）又は補正後のｄ軸電流指令
（Ｉｄ_ca）とｄ軸検出電流（Ｉｄ_s）とを第１減算器
１８で減算し、その減算結果に第１のＰＩ演算部１９で
ＰＩ（比例積分）処理を施して、ｄ軸指令電流（Ｉｄ_
c）とｄ軸検出電流（Ｉｄ_s）の偏差に応じたｄ軸指令
電圧（Ｖｄ_c）を生成する。

【００２８】また、モータ制御装置１は、同様にして、
ｑ軸指令電流（Ｉｑ_c）又は補正後のｑ軸指令電流（Ｉ
ｑ_ca）とｑ軸検出電流（Ｉｑ_s）とを第２減算器２０
で減算し、その減算結果に第２のＰＩ演算部２１でＰＩ
処理を施し、さらに、後述するセンサレス検知部２５に
よりロータ角度を検知する場合は、ｑ軸指令電圧（Ｖｑ
_c）に高周波重畳部２２により高周波電圧を加算して、
ｑ軸指令電流（Ｉｑ_c）とｑ軸検出電流（Ｉｑ_s）の偏
差に応じたｑ軸指令電圧（Ｖｑ_c）を生成する。

【００２９】そして、モータ制御装置１は、ｄ軸指定電
圧（Ｖｄ_c）とｑ軸指令電圧（Ｖｑ_c）とをｄｑ／３相
変換部１０に入力する。これにより、インバータ１１を
介して、ｄ軸指令電流（Ｉｄ_c）とｄ軸検出電流（Ｉｄ
_s）との偏差、及びｑ軸指令電流（Ｉｑ_c）とｑ軸検出
電流（Ｉｑ_s）との偏差を解消するように、モータ３の
電機子に３相電圧（ＶＵ，ＶＶ，ＶＷ）が印加されてモ
ータ３の電機子の通電制御が行なわれる。なお、ｄｑ／
３相変換部１０とインバータ１１により本発明の通電制
御手段が構成される。

【００３０】ここで、３相／ｄｑ変換部１６においてＵ
相検出電流（ＩＵ_s）とＷ相検出電流（ＩＷ_s）を、ｄ
軸検出電流（Ｉｄ_s）とｑ軸検出電流（Ｉｑ_s）に変換
する場合、モータ３のロータ角度（θ）が必要となる。
また、ｄｑ／３相変換部１０においてｄ軸指令電圧（Ｖ
ｄ_c）とｑ軸指令電圧（Ｖｑ_c）を、Ｕ相指令電圧（Ｖ
Ｕ_c），Ｖ相指令電圧（ＶＶ_c），及びＷ相指令電圧
（ＶＷ_c）に変換する場合にも、モータ３のロータ角度
（θ）が必要となる。そして、モータ３はロータ角度を
検知するための位置検出センサを備えていないため、ロ
ータ角度検知部１５は、位置検出センサを用いずにモー
タ３のロータ角度を検知している。以下、ロータ角度検
知部１５によるロータ角度の検知処理について説明す
る。

【００３１】ロータ角度検知部１５は、回転数検出部２
３によりクランク角センサ１４からのパルス信号（ＫＳ
p）に基づいて検出されたモータ３の検出回転数（ｎ
ｅ）が、所定回転数（ｎｅ_l）以上であるとき（ｎｅ≧
ｎｅ_l）は、センサ補間検知部２４によりパルス信号
（ＫＳp）に基づいてロータ角度を検知し、モータ３の
回転数（ｎｅ）が所定回転数（ｎｅ_l）未満であるとき
（ｎｅ＜ｎｅ_l）には、センサレス検知部２５によりパ
ルス信号（ＫＳp）を用いずにロータ角度を検知する。

【００３２】このように、モータ３の回転数が所定回転
数（ｎｅ_l）未満であるときに、パルス信号（ＫＳp）
を用いずにロータ角度を検知するのは、モータ３が停止
した状態ではパルス信号（ＫＳp）が出力されず、ま
た、一般に、クランク角センサ１４は、エンジン２のク
ランキング回転数に含まれるような低回転域のエンジン
の回転数を正確に検出するようには構成されていないか
らである。

【００３３】図３（ａ）は、このようにセンサ補間検知
部２４によるロータ角度の検知処理（本発明の第２のロ
ータ角度検知処理に相当する）と、センサレス検知部２
５によるロータ角度の検知処理（本発明の第１のロータ
角度検知処理に相当する）とを切り換えてモータ３のロ
ータ角度を検知する例を示したものであり、ｔ₁₀でモー
タ３が回転を開始して、ｔ₁₁でモータ３の回転数が所定
回転数（ｎｅ_l）を超え、その後、モータ３の回転数が
減少して、ｔ₁₂で所定回転数（ｎｅ_l）未満となってｔ
₁₃でモータ３の回転が停止した場合を示している。

【００３４】この場合、モータ回転数が所定回転数（ｎ
ｅ_l）未満である期間（ｔ₁₀〜ｔ₁₁，ｔ₁₂〜ｔ_{1 3}）
は、センサレス検知部２５によりモータ３のロータ角度
が検知され、モータ回転数が所定回転数（ｎｅ_l）以上
である期間（ｔ₁₁〜ｔ₁₂）では、センサ補間検知部２４
によりモータ３のロータ角度が検知される。

【００３５】先ず、センサ補間検知部２４によるモータ
３のロータ角度の検知処理について説明する。センサ補
間検知部２４によるロータ角度の検知処理は、クランク
角センサ１４から出力されるパルス信号（ＫＳp）に補
間処理を施すことによって行なわれ、クランク角センサ
１４から出力されるパルス信号（ＫＳp）は、モータ３
のロータ４が１８０度回転するごとに出力レベルが反転
（Ｈｉ→Ｌｏ，Ｌｏ→Ｈｉ）する。

【００３６】そして、センサ補間検知部２４は、本発明
の計時手段と、パルス反転時間記憶手段と、パルス反転
時間推定手段との機能を含み、パルス信号（ＫＳp）が
反転するごとに計時を開始し、パルス信号（ＫＳp）が
反転するごとに前回の反転時から今回の反転時までの間
に計時した時間をパルス反転時間としてメモリに記憶
し、該記憶した複数のパルス反転時間に基づいて、今回
の反転時から次回の反転時までの時間の推定値である推
定パルス反転時間を算出する。

【００３７】図３（ｂ）は、センサ補間検知部２４によ
るロータ角度検知処理を説明するための図であり、
（1）はクランク角センサ１４から出力されるパルス信
号（ＫＳp）の時間変化を示し、（2）はセンサ補間検知
部２４による計時値の時間変化を示し、（3）はロータ
角度の検知値の時間変化を示している。

【００３８】センサ補間検知部２４は、パルス信号（Ｋ
Ｓp）が反転するごとに（図中、ｔ₂ ₀，ｔ₂₁，ｔ₂₂）計
時を開始する。なお、図中ｔ_mは現時刻を示している。
そして、パルス信号（ＫＳp）が反転した時に、次にパ
ルス信号（ＫＳp）が反転するまでの時間である推定パ
ルス反転時間（Ｔ_n）を算出する。以下の式（１）は、
時刻ｔ₂₂で推定パルス反転時間（Ｔ_n）を算出するとき
の算出式を示している。

【００３９】

【数１】

【００４０】ただし、Ｔ_b1：１つ前のパルス反転時
間、Ｔ_b2：２つ前のパルス反転時間。

【００４１】このように、センサ補間検知部２４は、メ
モリに記憶された直前のパルス反転時間（Ｔ_b1）に、
直前の２つのパルス反転時間（Ｔ_b1，Ｔ_b2）の変化分
（Ｔ_b1−Ｔ_b2）を加算して推定パルス変転時間（Ｔ_
n）を算出する。これにより、モータ３の回転数が変化
している場合に、該変化の傾向に応じて推定パルス反転
時間（Ｔ_n）が算出されるため、推定パルス反転時間
（Ｔ_n）の推定精度が向上する。

【００４２】ここで、パルス信号（ＫＳp）の出力がＬ
ｏからＨｉに反転するときのロータ角度と、パルス信号
（ＫＳp）の出力がＨｉからＬｏに反転するときのロー
タ角度は、機械的に決まるものであるため、センサ補間
検知部２４は、これらをそれぞれθa、θbとして予めメ
モリに記憶している。そして、センサ補間検知部２４
は、パルス信号（ＫＳp）がＨｉレベルである期間（図
中ｔ₂₀〜ｔ₂₁，ｔ₂₂〜）のロータ角度θHiと、パルス信
号（ＫＳp）がＬｏレベルである期間（図中ｔ_{2 1}〜
ｔ₂₂）のロータ角度θLoを、それぞれ、以下の式
（２）、（３）により算出して、ロータ角度を検知す
る。ただし、ＣＴ_mは、直前にパルス信号（ＫＳp）が
反転した時からの計時時間である。

【００４３】

【数２】

【００４４】

【数３】

【００４５】なお、上記式（２）及び（３）により算出
されたロータ角度が３６０度を超えた場合は、３６０度
を減じてロータ角度の検知値を補正する。

【００４６】次に、センサレス検知部２５によるロータ
角度の検知処理について説明する。センサレス検知部２
５は本発明の位相差データ生成手段の機能を含み、モー
タ３の検出回転数（ｎｅ）が所定回転数（ｎｅ_l）未満
である低回転域において、第２のＰＩ調節器２１の出力
に高周波重畳部２２より高周波電圧を重畳してｑ軸指令
電圧（Ｖｑ_c）を生成し、該高周波電圧の重畳に応じた
Ｉｄ検出電流（Ｉｄ_s）の変化から、モータ３のロータ
角度を検知する。

【００４７】先ず、モータ３の線形モデルは以下の式
（４）で表されるので、状態方程式は以下の式（５）と
なる。

【００４８】

【数４】

【００４９】

【数５】

【００５０】ただし、Ｖｄ：ｄ軸電圧、Ｖｑ：ｑ軸電
圧、Ｉｄ：ｄ軸電流、Ｉｑ：ｑ軸電流、ｒ：ｄ軸電機子
とｑ軸電機子の抵抗、Ｌｄ：ｄ軸電機子のインダクタン
ス、Ｌｑ：ｑ軸電機子のインダクタンス、ω：ロータの
角速度。

【００５１】ここで、ロータ角度の推定値（θ∧）と実
際値（θ）がθeだけずれているとすると（θe＝θ−θ
∧）、ｄ軸電流の推定値（Ｉｄ∧）と実際値（Ｉｄ）、
ｑ軸電流の推定値（Ｉｑ∧）と実際値（Ｉｑ）、ｄ軸電
圧の推定値（Ｖｄ∧）と実際値（Ｖｄ）、及びｑ軸電圧
の推定値（Ｖｑ∧）と実際値（Ｖｑ）の関係は、以下の
式（６）、（７）で表される。

【００５２】

【数６】

【００５３】

【数７】

【００５４】したがって、Ｉｄ電流とＩｑ電流の推定値
（Ｉｄ∧，Ｉｑ∧）についての状態方程式は、上記式
（５）と式（６）から、以下の式（８）で表される。

【００５５】

【数８】

【００５６】式（８）において、ω≒０のときにｑ軸電
機子に高周波電圧（sin2πft）を印加すると、以下の式
（９）となる。

【００５７】

【数９】

【００５８】さらに、θｅ＝０の近傍では、sinθ≒θ
及びcosθ≒１という近似が成り立つので、上記式
（９）を以下の式（１０）で近似することができる。

【００５９】

【数１０】

【００６０】したがって、干渉項の大きさからロータ角
度の実際値（θ）と推定値（θ∧）との位相差（θｅ）
を検出することができる。干渉項の大きさを計算するに
はＩｄ成分に含まれる高周波成分を検出すればよく、フ
ーリエ変換等により容易に計算することができる。

【００６１】ここで、上記式（１０）の状態方程式に応
じた伝達関数（Ｇ（ｓ））は、以下の式（１１）で表さ
れる。

【００６２】

【数１１】

【００６３】この場合、伝達関数（Ｇ（ｓ））の直流ゲ
インが負であり、分子と分母の次数差が１であるので、
周波数が十分に高い高周波電圧の印加に対しては位相が
２７０度ずれる。位相差（θｅ）がほぼ０である場合
（θｅ≒０）、θｅの２乗項を無視できるとすると、Ｉ
ｄ電流は以下の式（１２）〜式（１４）で近似すること
ができる。

【００６４】

【数１２】

【００６５】

【数１３】

【００６６】

【数１４】

【００６７】そのため、以下の式（１６）の演算計数
（Ｋ）を用いた式（１５）の積分演算により、位相差
（θｅ）に比例した余弦成分を算出することができる。
これから、ｄ軸検出電流（Ｉｄ_s）を式（１５）のＩｄ
に代入することによって、位相差（θｅ）を表すデータ
（位相差データ）を生成することができる。

【００６８】

【数１５】

【００６９】

【数１６】

【００７０】このようにして生成した位相差データ（θ
ｅ）から、図４（ａ）に示したようにロータ角度の推定
値（θ∧）にフィードバックをかけてロータ角度の推定
値（θ∧）を求めることもできるが、この場合、（θ−
θ∧）≒ω であるので、角速度が０でないときは、ロ
ータ角度の推定値（θ∧）と実際値（θ）の間に誤差が
生じることがわかる。

【００７１】そこで、本実施の形態では、センサレス検
知部２５は、以下の式（１７）で表されるオブザーバに
よる追従演算を行なって、ロータ角度の推定値（θ∧）
とロータ角速度の推定値（ω∧）を算出する。

【００７２】

【数１７】

【００７３】この場合、ロータ角度の実際値（θ）と推
定値（θ∧）、及びロータ角速度の実際値（ω）と推定
値（ω∧）の誤差に関する状態方程式は、以下の式（１
８）で表される。

【００７４】

【数１８】

【００７５】この式（１８）の特性方程式は、以下の式
（１９）で表されるため、Ｋ＞０の場合、上記式（１
８）の系は安定となり、ロータ角度の推定値（θ∧）と
ロータ角速度の推定値（ω∧）は実際値に収束する。そ
のため、角速度ωが０でない場合も誤差なくロータ角度
とロータ角速度を推定可能である。

【００７６】

【数１９】

【００７７】そこで、センサレス検知部２５は、制御サ
イクル（Δｔ）ごとに、以下の式（２０）により、各制
御サイクルにおけるロータ角度の推定値（θ∧（n+
1））とロータ角速度の推定値（ω∧(n+1)）を、前回の
制御サイクルにおけるロータ角度の推定値（θ∧(n)）
とロータ角速度の推定値（ω∧(n)）と位相差（θ(n)−
θ∧(n)＝θｅ(n)）とに基づいて算出する。

【００７８】

【数２０】

【００７９】ただし、Ｋ₁，Ｋ₂：予め決定した定数。

【００８０】また、以上説明したセンサレス検知部２５
によるロータ角度の検知を行なった場合、図４（ｂ）に
示したように、電機子電流の大きさに応じて検知される
ロータ角度が進角する現象が生じる。そこで、メモリに
は、図４（ｂ）に示した進角（θｄ）と電機子電流（Ｉ
ｓ）との相関関係を表したデータマップ３０（図１参
照、本発明の参照データに相当する）が予め記憶されて
おり、センサレス検知部２５は、指令電流補正部１７
（図１参照）により、Ｕ軸検出電流（ＩＵ_s）とＷ軸検
出電流（ＩＷ_s）とにより検出したモータ３の電機子電
流（Ｉｓ）をマップ３０に適用して得た進角（θｄ）に
基づいて、以下の式（２１）に示したｄｑ軸の回転補正
を行なうことにより、ｄ軸電流指令をＩｄ_cからＩｄ_c
aに補正し、ｑ軸電流指令をＩｑ_cからＩｑ_caに補正し
て、進角分を打消している。

【００８１】

【数２１】

【００８２】また、センサ補間検知部２４によるロータ
角度の検知処理からセンサレス検知部２５によるロータ
角度の検知処理に移行する場合、ロータ角度の検知精度
が低下して、検知されるロータ角度の連続性が失われ、
モータ３の挙動が不安定となる場合がある。そこで、ロ
ータ角度検知部１５は、このようにモータ３の挙動が不
安定となることを抑制するための処理を行なう。以下、
図５に示したフローチャートに従って、この処理につい
て説明する。

【００８３】ロータ角度検知部１５は、先ず、ＳＴＥＰ
１でカウンタ変数ｎをリセット（ｎ＝０）し、ＳＴＥＰ
２で回転数検出部２３（図１参照）から出力されるモー
タ３の検出回転数（ｎｅ）が、所定回転数（ｎｅ_l）以
上であるか否かを判断する。そして、モータ３の検出回
転数（ｎｅ）が所定回転数（ｎｅ_ l）以上であったと
きはＳＴＥＰ１０に分岐する。

【００８４】ＳＴＥＰ１０〜ＳＴＥＰ１２は、センサ補
間検知部２４によるロータ角度の検知処理であり、ＳＴ
ＥＰ１１で、センサ補間検知部２４は上述したようにク
ランク角センサ１４から出力されるパルス信号（ＫＳ
p）を補間してロータ角度を検知する。そして、続くＳ
ＴＥＰ１２で、検知したロータ角度をθzとしてメモリ
に記憶する。また、以下の式（２２）により、ロータ角
速度（ω）を算出してωzとしてメモリに記憶する。

【００８５】

【数２２】

【００８６】ただし、Ｋｇ：予め決定された定数、θ_n
ew：現在の制御サイクルで算出されたロータ角度、θ_o
ld：前回の制御サイクルで算出されたロータ角度。

【００８７】このように、センサ補間検知部２４による
ロータ角度の検知処理が実行されている間、制御サイク
ルごとに算出されたロータ角度（θz）とロータ角速度
（ωz）が逐次更新されてメモリに記憶される。なお、
この場合は、ＳＴＥＰ２及びＳＴＥＰ１０〜ＳＴＥＰ１
２の実行時間が、センサ補間検知部２４によるロータ角
度の検知処理における制御サイクルとなる。

【００８８】一方、モータ３の検出回転数（ｎｅ）が低
下して所定回転数（ｎｅ_l）未満となると、ＳＴＥＰ２
からＳＴＥＰ３に進む。ＳＴＥＰ３からＳＴＥＰ８及び
ＳＴＥＰ２０は、センサレス検知部２５によるロータ角
度の検知処理である。

【００８９】センサレス検知部２５は、ＳＴＥＰ３でカ
ウンタ変数ｎが０であるか否かを判断する。そして、ｎ
が０であったとき、すなわち、センサ補間検知部２４に
よるロータ角度の検知処理からセンサレス検知部２５に
よるロータ角度の検知処理に移行してから最初の制御サ
イクル（第１制御サイクル）であるときは、ＳＴＥＰ３
からＳＴＥＰ２０に分岐して、メモリに記憶されたθz
とωzを第１制御サイクルにおけるロータ角度の推定値
（θ∧（1））とロータ角速度の推定値（ω∧(1)）と
し、該ロータ角度の推定値（θ∧(1)）をモータ３のロ
ータ角度として検知する。

【００９０】そして、ＳＴＥＰ５に進み、高周波重畳部
２２により第２のＰＩ調節器２１の出力に高周波電圧を
重畳し（図１参照）、続くＳＴＥＰ６で該高周波電圧の
重畳に応じたｄ軸検出電流（Ｉｄ_s）を３相／ｄｑ変換
部１６の出力から検知し、該ｄ軸検出電流（Ｉｄ_s）と
該高周波電圧の周波数を、それぞれ式（１５）のＩｄと
ｆに代入して位相差（θｅ）を算出する。そして、次の
ＳＴＥＰ７で、センサレス検知部２５は、算出した位相
差（θｅ）を現在の制御サイクル（第１制御サイクル）
における位相差（θｅ（1））とし、ＳＴＥＰ８で第１
制御サイクルにおけるロータ角度の推定値（θ∧(1)）
とロータ角速度の推定値（ω∧(1)）と位相差（θｅ
(1)）とをメモリに記憶し、ＳＴＥＰ９でカウント変数
ｎをカウントアップして、ＳＴＥＰ２に戻る。

【００９１】ＳＴＥＰ２でモータ３の検出回転数（ｎ
ｅ）が所定回転数未満のままであれば、ＳＴＥＰ３に進
み、カウント変数ｎはカウントアップされたので（ｎ＝
１）、ＳＴＥＰ４に進み、上述した式（２０）に示した
オブザーバによる追従演算により、ロータ角度の推定値
（θ∧ ( 2 )）とロータ角速度（ω∧ ( 2 )）を更新し
て、第２制御サイクルにおけるロータ角度とロータ角速
度を算出する。

【００９２】この場合、第２制御サイクルにおけるロー
タ角度とロータ角速度は、第１制御サイクルにおけるロ
ータ角度とロータ角速度であるセンサ補間検知処理の最
後の制御サイクルで検知されたロータ角度（θ∧(1)＝
θz）とロータ角速度（ω∧(1)＝ωz）を反映して算出
される。

【００９３】そして、次の第３制御サイクル以降におい
ても、前回の制御サイクルにおいて算出されたロータ角
度とロータ角速度を反映して、ＳＴＥＰ４でロータ角度
とロータ角速度が更新されていく。そのため、センサ補
間検知部２４によるロータ角度の検知処理からセンサレ
ス検知部２５によるロータ角度の検知処理への移行が連
続性をもって行なわれ、これにより、該移行時に、モー
タ３の作動が不安定になることを抑制することができ
る。

【００９４】なお、この場合は、ＳＴＥＰ２〜ＳＴＥＰ
９までの実行時間がセンサレス検知部２５によるロータ
検知処理における制御サイクルとなる。

【００９５】また、本実施の形態では、本発明の回転数
センサ及び角度センサとして、エンジン２の回転数を検
出するために設けられたクランク角センサを転用した
が、回転数センサ及び角度センサをクランク角センサと
は別個に設けてもよい。

【００９６】また、本実施の形態では、上記式（１）に
より１つ前のパルス反転時間（Ｔ_b1）と２つ前のパル
ス反転時間（Ｔ_b2）とを用いて、推定パルス反転時間
（Ｔ_n）を算出したが、３つ前あるいはそれ以前のパル
ス反転時間を用いて推定パルス反転時間を算出してもよ
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のモータ制御装置の制御ブロック図。

【図２】図１に示したモータの構成図。

【図３】図１に示したモータ制御装置におけるモータの
ロータ角度の検知処理を説明するためのグラフ。

【図４】ロータ角度の実際値と推定値との位相差（θｅ
＝θ−θ∧）からロータ角度の推定値（θ∧）を算出す
る制御ブロック図。

【図５】ロータ角度検知処理の実行フローチャート。

【符号の説明】

１…モータ制御装置、２…エンジン、３…モータ、１０
…ｄｑ／３相変換部、１５…ロータ角度検知部、１６…
３相／ｄｑ変換部、２４…センサ補間検知部、２５…セ
ンサレス検知部、３０…データマップ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平11−18483（ＪＰ，Ａ) 特開平８−331883（ＪＰ，Ａ) 特開平10−290592（ＪＰ，Ａ) 特開平10−341599（ＪＰ，Ａ) 特開2002−315386（ＪＰ，Ａ) 特開平９−219906（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02P 6/16 H02P 21/00 H02K 29/06 H02K 29/14

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】突極型のロータを有するモータの電機子電
流を検出する電流センサと、前記モータの回転数を検出
する回転数センサと、前記モータの回転時に該モータの
ロータ角度が所定角度となる度にパルス信号を出力する
角度センサと、前記モータの電機子に高周波電圧を印加
する高周波印加手段と、前記回転数センサの検出回転数が所定回転数未満である
ときは、前記高周波電圧印加手段により前記モータの電
機子に前記高周波電圧を印加して、該高周波電圧の印加
に応じた前記電流センサの検出電流の変化に基づいて前
記モータのロータ角度を検知する第１のロータ角度検知
処理を実行し、前記回転数センサの検出回転数が前記所
定回転数以上であるときには、前記角度センサから出力
される前記パルス信号に基づいて前記モータのロータ角
度を検知する第２のロータ角度検知処理を実行するロー
タ角度検知手段と、前記ロータ角度検知手段により検知された前記モータの
ロータ角度に基づいて、前記電動機の電機子の通電制御
を行なう通電制御手段とを備えたモータ制御装置におい
て、前記ロータ角度検知手段は、前記第１のロータ角度検知
処理において、所定の制御サイクルごとに前記電流セン
サの検出電流をサンプリングし、該サンプリングした検
出電流に基づいて前記モータのロータ角度の実際値
（θ）と推定値（θ∧）との位相差（θ−θ∧）を表す
位相差データを生成する位相差データ生成手段を有し、前記第２のロータ角度検知処理から前記第１のロータ角
度検知処理に移行したときに、該第１のロータ角度検知
処理の最初の制御サイクルにおいては、該第２のロータ
角度検知処理において最後に検知されたロータ角度を前
記モータのロータ角度の推定値（θ∧）とし、該第２の
ロータ角度検知処理において検知されたロータ角度の変
化に応じてロータ角速度の推定値（ω∧）を算出して、
該ロータ角度の推定値（θ∧）を前記モータのロータ角
度として検知し、次の制御サイクル以降においては、前回の制御サイクル
における前記ロータ角度の推定値及びロータ角速度の推
定値（θ∧，ω∧）を算出パラメータとし、前回の制御
サイクルにおいて前記位相差データ生成手段により算出
された前記位相差データが表す前記位相差（θ−θ∧）
を解消するように該位相差データに応じて前記算出パラ
メータを逐次更新しつつ算出するオブザーバにより、前
記算出パラメータを更新することによって、現在の制御
サイクルにおける前記モータのロータ角度の推定値（θ
∧）を算出し、該ロータ角度の推定値（θ∧）を前記モ
ータのロータ角度として検知することを特徴とするモー
タ制御装置。
【請求項２】前記通電制御手段は、前記モータを、前記
モータのロータの磁束方向であるｑ軸上にあるｑ軸電機
子と、ｑ軸と直交するｄ軸上にあるｄ軸電機子とを有す
る等価回路に変換して扱い、所定のｑ軸指令電流とｄ軸
指令電流とに応じて前記モータの電機子の通電制御を行
ない、前記モータの電機子電流と、前記第１のロータ角度検知
処理により検知されたロータ角度の進角との相関関係を
示す参照データを予め記憶した記憶手段と、前記第１のロータ角度検知処理において、前記ｑ軸指令
電流と前記ｄ軸指令電流とに応じた前記モータの電機子
電流を前記参照データに適用させて得られた前記進角を
解消するように、前記ｄ軸−ｑ軸の座標系を回転させる
ことによって、前記ｑ軸電流指令と前記ｄ軸電流指令と
を補正する電流指令補正手段とを備えたことを特徴とす
る請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項３】前記ロータ角度検知手段は、前記パルス信
号が反転するごとに計時を開始する計時手段と、前記パ
ルス信号が反転するごとに前回の反転時から今回の反転
時までの間に前記計時手段により計時された時間をパル
ス反転時間として記憶するパルス反転時間記憶手段と、
前記パルス信号が反転するごとに前記パルス反転時間記
憶手段に記憶された複数の前記パルス反転時間に基づい
て今回の反転時から次回の反転時までの時間の推定値で
ある推定パルス反転時間を求めるパルス反転時間推定手
段とを備え、前記第２のロータ角度検知処理において、現在の前記推
定パルス反転時間に対する前記計時手段の計時時間の比
率から、現在のロータ角度を検知することを特徴とする
請求項１又は請求項２記載のモータ制御装置。
【請求項４】前記モータはハイブリッド車両を構成する
エンジンに連結され、前記角度センサは該エンジンのク
ランク角センサであることを特徴とする請求項１から請
求項３のうちいずれか１項記載のモータ制御装置。