JP3562397B2 - Electric angle measuring device, electric rotating machine control device, electric angle measuring method, electric rotating machine control method - Google Patents

Electric angle measuring device, electric rotating machine control device, electric angle measuring method, electric rotating machine control method Download PDF

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【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動回転機の回転子と固定子との間の電気角を計測する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
交流モータ等の電動回転機は、産業機械、輸送機器、あるいは家電製品等の動力源として広く使用されている。交流モータには、回転速度や発生トルクを精度良く制御することが困難であるという欠点があったが、近年の半導体技術の発達によってこれら欠点が克服され、現在では信頼性の高い動力源として広く使用されるようになっている。また、半導体技術の進歩によって、整流子とブラシを使用しないいわゆるブラシレス直流モータも実用化され、動力源として広く使用されている。
【０００３】
これら電動回転機の一般的な構成は、例えば永久磁石を貼付した回転子と、多相のコイルをＹ結線あるいはデルタ結線した固定子とからなっている。また、電動回転機は各相コイルに印加する電圧を切り換えるインバータを介して駆動されている。インバータは、モータの回転子の電気的な回転位置（電気角）に基づいて、各相コイルへの電圧を切り替えている。電気角は、ホール素子を使用して検出することもできるが、ホール素子等の専用のセンサを使用せずに電気角を算出する、いわゆるセンサレス方式も提案されている（例えば、特開平７−１７７７８８）。センサレス方式によって電気角を検出すれば、センサを使用しない分だけ故障に対する信頼性が増し、電動回転機の耐久性が更に向上するという利点がある。
【０００４】
センサレス方式では次のようにして電気角を検出している。電動回転機のコイルにパルス電圧を印加して、印加によってコイルに流れる電流を検出する。パルス電圧の印加によりコイルを流れる電流値は電気角に依存することが分かっている。そこで、パルス電圧を印加したときにコイルに流れる電流値と電気角との間の対応関係を予め調べておき、パルス電圧印加により流れる電流値を検出して、検出した電流値から電気角を決定するのである。
【０００５】
かかるセンサレス方式を用いて電気角を計測する場合、電気角を正確に検出するためには、パルス電圧の印加によってコイルに流れる電流を精度良く検出しなければならない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、電動回転機の回転速度の変動や電源から供給される電圧値の変動等、電動回転機の駆動条件の変動に応じて、パルス電圧を印加したときにコイルを流れる電流の値が変動するために、正確な電流値を計測できない場合がある。
【０００７】
更には、パルス電圧の印加による異音の発生や、パルス電圧印加に伴う渦電流によって電動回転機が加熱することを避けるために、印加する電圧値を変更しなければならない場合もあり、このような場合にもコイルを流れる本来の電流値を計測することはできない。正確な電流値を計測することができなければ電気角を精度良く検出することはできず、延いては電動回転機を適切に運転することが困難となる。
【０００８】
この発明は上述の課題を解決するためになされたものであり、パルス電圧を印加したときに多相コイルに流れる電流値が電動回転機の駆動条件によって変動する場合でも、あるいは電動回転機の異音発生や加熱防止等の要請から定格の電流をコイルに流すことができない場合でも、正確な電流値を計測して電気角を精度良く検出することができ、延いては電動回転機を好適に制御することが可能な技術を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上述の課題の少なくとも一部を解決するため、本発明の電気角計測装置は、次の構成を採用した。すなわち、
電動回転機の多相コイルに任意の時間幅のパルス電圧を印加し、該パルス電圧の印加により該コイルに流れる電流の変化を検出することによって、前記電動回転機の回転子と固定子との間の電気角を計測する電気角計測装置であって、
前記電動回転機の駆動条件を検出する駆動条件検出手段と、
前記コイルにパルス電圧を印加するパルス電圧印加手段と、
前記コイルに流れる電流の変化を検出する時期としてのパルス電圧印加開始からの相対時期を、前記回転機の駆動条件に応じて前記パルス電圧印加中の時間内の所定の時期に決定する検出時期決定手段と、
該決定された検出時期に前記コイルに流れる電流変化を検出する電流変化検出手段と、
該検出された電流変化に基づいて前記電気角を決定する電気角決定手段と
を備えることを要旨とする。
【００１０】
また、上記の電気角計測装置に対応した本発明の電気角計測方法は、
電動回転機の多相コイルに任意の時間幅のパルス電圧を印加し、該パルス電圧の印加により該コイルに流れる電流変化を検出することによって、前記電動回転機の回転子と固定子との間の電気角を計測する電気角計測方法であって、
前記電動回転機の駆動条件を検出しておき、
前記コイルにパルス電圧を印加し、
前記コイルに流れる電流の変化を検出する時期としてのパルス電圧印加開始からの相対時期を、前記回転機の駆動条件に応じて前記パルス電圧印加中の時間内の所定の時期に決定し、
該決定された検出時期に前記コイルに流れる電流変化を検出し、
該検出された電流変化に基づいて前記電気角を決定することを要旨とする。
【００１１】
かかる電気角計測装置および電気角の計測方法においては、パルス電圧を印加する前に予め電動回転機の駆動条件を検出しておき、コイルに流れる電流の変化の相対的な検出時期を、前記回転機の駆動条件に応じて決定する。相対的な検出時期とは、パルス電圧の印加開始時期を基準とした相対的な検出時期であることを意味する。すなわち、電動回転機の回転子の回転角度に基づいた絶対的な時期には限られないという意味において、相対的であるという意味である。従って、相対的な検出時期を決定することには、パルス電圧の印加開始時期を固定しておき、電流変化の適切な検出時期を決定することの他に、電流変化の検出時期を固定しておき、パルス電圧の印加開始時期を適切な時期に設定することも含まれている。このように決定された相対的な検出時期における電流の変化を検出して、検出した電流の変化に基づいて電気角を決定する。
【００１２】
このようにして電気角を計測すれば、電動回転機の駆動条件に応じた適切な検出時期を設定するだけで、駆動条件による影響が補償された正確な電流値を検出することができるので、電気角を精度良く計測することができて好適である。
【００１３】
かかる電気角計測装置においては、電流変化の検出時期を、検出された駆動条件と所定の閾値との大小関係に基づいて変更するようにしても良い。かかる方法において適切な閾値の値を設定しておけば、検出した駆動条件と閾値とを比較するという単純な方法によって電流変化の検出時期を設定しても、実用上は充分な精度で電気角を検出することができるので好適である。
【００１４】
かかる電気角計測装置においては、予め定められた一定時間幅のパルス電圧をコイルに印加しても良い。パルス電圧の時間幅を多少長めに設定しておくといったことにより、適切な検出時期に電流変化を検出することが可能である。従って、電気角を簡便に計測することができるので好適である。
【００１５】
かかる電気角計測装置においては、コイルに印加するパルス電圧の時間幅を可変としてもよい。こうすれば、電流変化の検出時期を大きく遅らせる必要がある場合でも、パルス電圧の印加時間を必要なだけ延長して、適切な時期に電流変化を検出することができるので好適である。
【００１６】
更に、かかる電気角計測装置においては、コイルに印加するパルス電圧の時間幅を可変とするとともに、パルス電圧の印加終了時期を電流変化の検出時期に一致させるようにしても良い。電流変化の検出後はコイルにパルス電圧を印加する必要はないので、電流変化の検出時期とパルス電圧の印加終了時期とを一致させれば、電力を節約してもっとも効率よく電流変化を検出することができて好適である。
【００１７】
かかる電気角計測装置においては、電動回転機の回転速度を検出し、電流変化の検出時期を、電動回転機の回転速度の影響を補償するようなタイミングに設定しても良い。こうすれば、電動回転機の回転速度によらず電流変化を正確に検出することができるので好適である。
【００１８】
また、かかる電気角計測装置においては、検出された電動回転機の回転速度が所定の閾値より小さな場合に、電流変化の検出時期を所定量だけ遅らせるようにしても良い。かかる方法において閾値の回転速度を適切に設定しておけば、検出した回転速度と閾値回転速度とを比較するという単純な方法により電流変化の検出時期を設定しても、実用上は充分な精度で電気角を検出することができるので好適である。
【００１９】
かかる電気角計測装置においては、電動回転機に供給される電圧を検出し、検出した電圧値に基づいて、コイルに流れる電流変化の検出時期を設定しても良い。こうすれば、電動回転機に供給される電圧によらず電流変化を正確に検出することができるので好適である。
【００２０】
また、かかる電気角計測装置においては、電動回転機に供給される電圧値が低くなるほど電流変化の検出時期を遅らせるようにしても良い。電流の変化は供給される電圧値が低いほど小さくなるため、検出時期を遅くすることで、この影響を補償することができるので好ましい。
【００２１】
更に、かかる電気角計測装置においては、供給される電圧値が所定の閾値より低い場合に、電流変化の検出時期を所定量だけ遅らせるようにしても良い。かかる方法において閾値の電圧値を適切に設定しておけば、検出した電圧値と閾値の電圧値とを比較するという単純な方法によって電流変化の検出時期を設定しても、実用上は充分な精度で電気角を検出することができるので好適である。
【００２２】
また、かかる電気角計測装置においては、次のようにして、電動回転機の駆動条件に応じてパルス電圧の電圧値を可変とし、パルス電圧の電圧値に応じて電流変化の検出時期を設定してもよい。すなわち、電動回転機の駆動条件とパルス電圧の電圧値との対応関係を予め記憶しておき、この対応関係を参照して、駆動条件の検出結果に基づいてパルス電圧の電圧値を決定する。こうして決定された電圧値の影響を補償するように、電流変化の検出時期を設定する。
【００２３】
このようにすれば、電動回転機の駆動条件に応じて適切な電圧値のパルス電圧を印加しつつ、電流変化を正確に検出して電気角を精度よく計測することが可能となるので好適である。
【００２４】
かかる電気角計測装置においては、パルス電圧の電圧値に加えて時間幅も可変とし、電流変化の検出時期として設定された時期に、パルス電圧の印加が終了するようにしてもよい。
【００２５】
このように、電流変化の検出時期に合わせてパルス電圧を印加する時間幅を変更すれば、効率よくパルス電圧を印加することができるので好適である。
【００２６】
かかる電気角計測装置においては、電動回転機の温度が所定温度より高い場合に、パルス電圧の電圧値が低くなるような対応関係を記憶しておき、電動回転機の温度を検出して、検出された温度から対応関係を参照してパルス電圧の電圧値を決定する。こうして、電動回転機の温度が所定温度より高い場合には、コイルに印加するパルス電圧の電圧値を低くする。
【００２７】
コイルにパルス電圧を印加するとコイルの磁束密度が急激に変化し、この影響で電動回転機に渦電流が発生して、電動回転機が加熱される。電動回転機が加熱されて温度が高くなると電動回転機が焼き付いたり、焼き付きに至らなくても永久磁石が消磁するなどによって電動回転機の寿命が短くなるといった弊害が生じる。これに対して前述の方法によれば、電動回転機の温度が高い場合には、パルス電圧の電圧値を低く設定することによって、渦電流による発熱を抑制して電動回転機の寿命が短くなることを回避するとともに、電圧値を低くしたことによる影響を補償するような電流検出時期に設定することによって、電流変化を正確に検出することができるので好適である。
【００２８】
かかる電気角計測装置においては、次のように電圧値を設定することによって電動回転機の異音の発生を回避しつつ、電気角を正確に計測することも可能である。すなわち、コイルに印加したときに電動回転機から異音が発生する電圧値を、電動回転機の駆動条件に対応付けて予め記憶しておく。電動回転機の駆動条件を検出して、該検出結果に対応付けて記憶されている異音発生電圧値より、コイルに印加しようとするパルス電圧の電圧値が高い場合には、該電圧値を異音発生電圧値よりも低い電圧値に修正し、修正された電圧値のパルス電圧を印加する。こうして修正された電圧値の影響を補償するように電流検出時期を設定し、設定された検出時期で電流変化を検出する。
【００２９】
このようにすれば、電動回転機から異音が発生しないような適切な電圧値のパルス電圧を印加しつつ、電流変化を正確に検出して精度良く電気角を計測することができるので好適である。
【００３０】
本発明は、上述した電気角計測装置を用いて電動回転機を制御する制御装置、あるいは制御方法としての態様をとることも可能である。すなわち、本発明の電動回転機の制御装置は、
電動回転機の多相コイルに任意の時間幅のパルス電圧を印加し、該パルス電圧の印加により該コイルに流れる電流の変化を検出することによって、前記電動回転機の回転子と固定子との間の電気角を計測する電動回転機の制御装置であって、
前記電動回転機の駆動条件を検出する駆動条件検出手段と、
前記コイルにパルス電圧を印加するパルス電圧印加手段と、
前記コイルに流れる電流の変化を検出する時期としてのパルス電圧印加開始からの相対時期を、前記回転機の駆動条件に応じて前記パルス電圧印加中の時間内の所定の時期に決定する検出時期決定手段と、
該決定された検出時期に前記コイルに流れる電流変化を検出する電流変化検出手段と、
該検出された電流変化に基づいて前記電気角を決定する電気角決定手段と、
該決定された電気角に基づいて前記電動回転機を制御する電動回転機制御手段と
を備えることを要旨とする。
【００３１】
また、上述した電動回転機の制御装置に対応する本発明の電動回転機の制御方法は、
電動回転機の多相コイルに任意の時間幅のパルス電圧を印加し、該パルス電圧の印加により該コイルに流れる電流の変化を検出することによって、前記電動回転機の回転子と固定子との間の電気角を計測する電動回転機の制御方法であって、
前記電動回転機の駆動条件を検出しておき、
前記コイルにパルス電圧を印加し、
前記コイルに流れる電流の変化を検出する時期としてのパルス電圧印加開始からの相対時期を、前記回転機の駆動条件に応じて前記パルス電圧印加中の時間内の所定の時期に決定し、
該決定された検出時期に前記コイルに流れる電流変化を検出し、
該検出された電流変化に基づいて前記電気角を決定し、
該決定された電気角に基づいて前記電動回転機を制御することを要旨とする。
【００３２】
かかる電動回転機の制御装置および電動回転機の制御方法においては、電動回転機の駆動条件を検出し、該検出した駆動条件に応じて、電流変化の検出時期を設定する。このように設定された検出時期における電流変化を検出し、検出した電流変化に基づいて電気角を決定して、決定した電気角を用いて電動回転機を制御する。このようにして電動回転機を制御すれば、パルス電圧を印加したときにコイルに流れる電流の変化を、駆動条件によらず正確に検出することができるので、電気角を精度良く計測することができ、延いては電動回転機を好適に制御することができるので好ましい。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以上に説明した本発明の構成・作用を一層明らかにするために、以下本発明の実施の形態を実施例に基づき説明する。
【００３４】
Ａ．装置構成：
（１）モータ制御の概要：
図１は、本発明の一実施例としての電気角検出装置を含んだモータ制御装置１０の概略構成を示す機能ブロック図である。モータ制御装置１０における本実施例の電気角検出装置の役割の概要を説明するために、先ず、図１のモータ制御装置１０がモータの回転を制御する概要について簡単に説明する。
【００３５】
図１に例示したモータ制御装置１０は、三相同期モータ６０と，三相同期モータ６０の各相コイルに流れる電流を制御するインバータ３０と，インバータ３０に電力を供給する電源８０と，インバータ３０の動作を制御する制御部２０と，同期モータ６０の電気角を検出する電気角検出部４０と，同期モータ６０が発生しているトルクを検出するトルク検出部５０と、各相コイルの電流値を検出して電気角検出部４０およびトルク検出部５０に出力する電流検出器１２，１４等から構成されている。
【００３６】
電気角検出部４０およびトルク検出部５０は、各相コイルの電流値から電気角とモータの発生トルクとをそれぞれ検出し、制御部２０に出力する。制御部２０は、電気角検出部４０から受け取った電気角に基づいて各相コイルに印加する電圧の切り替え時期を制御するとともに、トルク検出部５０から受け取った発生トルクがトルク指令値に一致するように発生トルクのフィードバック制御を行う。
【００３７】
同期モータの制御では回転子の回転とともに各相コイルに印加する電圧をスムーズに切り替えてやる必要があり、本実施例の電気角検出装置は回転子６２の電気的な回転位置（電気角）を検出して制御部に供給する役割を果たしている。
【００３８】
（２）電気角検出装置の概要：
図２は、上述したモータ制御装置１０のハードウェア構成の概要を示した説明図である。モータ制御装置１０は三相同期モータ６０を駆動する装置であり、制御を行うための各種演算を司る電子制御ユニット（以下、ＥＣＵと呼ぶ）２００と、電力を供給する電源８０と、ＥＣＵ２００の制御の下で三相同期モータ６０の各相コイルに流れる電流を制御するインバータ３０と、各相コイルに流れる電流を検出する電流検出器１２，１４と、バッテリ電圧を検出する電圧センサ１０９と、三相同期モータ６０の温度を検出するサーミスタ１１０等から構成されている。電流検出器１２，１４や、電圧センサ１０９，サーミスタ１１０の出力は、それぞれアナログデジタル変換器（以下、ＡＤＣと呼ぶ）１０６，１０８，１１１，１１２を介してコンピュータ２００に入力されている。
【００３９】
ＥＣＵ２００は、ＣＰＵ２０２と、ＲＯＭ２０４と、ＲＡＭ２０６と、タイマ２１２と、外部からデータを受け取る入力ポート２０８と、外部にデータを出力する出力ポート２１０等を備えた周知の算術論理演算回路として構成されており、ＥＣＵ２００内のＣＰＵ２０２等は互いにバス２１４で接続され、データをやり取りすることが可能となっている。
【００４０】
本実施例のインバータ３０は、パワートランジスタやダイオードなどの電力制御用半導体で構成された、いわゆるパワートランジスタ式インバータである。もちろん、サイリスタ等を使用した他の方式のインバータを適用することもできる。インバータ３０は、ＥＣＵ２００からの制御信号に基づいて動作し、各トランジスタを所定のタイミングでスイッチング動作させることによって、三相同期モータ６０の各相コイルに流れる電流をＰＷＭ制御している。
【００４１】
電流検出器１２，１４は、電磁誘導作用を利用して、モータのＵ相コイルおよびＶ相コイルに流れる電流をそれぞれ検出する。検出した電流は、電気角の検出（詳細は後述）やモータが発生するトルクの検出（後述）等に使用される。モータの各相コイルを流れる電流は時間とともに変動しており、変動する電流の所定範囲の周波数成分を取り出して、電気角やトルクの検出に使用する。フィルタ１０２，１０４は電流検出器１２，１４で検出された電流から不要な周波数成分を取り除くために設けられている。ＡＤＣ１０６，１０８は、フィルタ１０２，１０４のアナログ出力をコンピュータが取り扱うことのできるデジタルデータに変換する。ＡＤＣ１０６，１０８の出力は、入力ポート２０８を経由してＥＣＵ２００に取り込まれる。
【００４２】
電圧センサ１０９は、バッテリから供給される電圧を所定の割合で分圧して、アナログ電圧として出力する。出力された電圧値は、ＡＤＣ１１１でデジタル値に変換された後、入力ポート２０８を経由してＥＣＵ２００に取り込まれる。
【００４３】
サーミスタ１１０は計測した温度によって出力する電圧値が変化する素子である。サーミスタ１１０からアナログ値として出力された電圧値は、ＡＤＣ１１２でデジタル値に変換された後、入力ポート２０８を経由してＥＣＵ２００に取り込まれる。
【００４４】
図２に示すモータ制御装置１０に電力を供給する電源８０は、複数のバッテリを接続した直流電源を使用している。もちろん、これに限定されるものではなく、例えば商用の交流電源から直流電圧を発生させるコンバータを用いても良く、あるいは燃料電池を利用して直流電圧を発生させる電源装置を用いても良い。
【００４５】
本実施例における電気角検出は、モータ制御に使用されるＥＣＵ２００や、インバータ３０、電流検出器１２，１４、電圧センサ１０９、サーミスタ１１０、フィルタ１０２，１０４、ＡＤＣ１０６，１０８，１１１，１１２の機能を利用して行われる。すなわち、本実施例の電気角検出装置１００は、モータ制御装置１０に内包される形態で存在している。
【００４６】
（３）同期モータの構造の概要：
図３および図４は、本実施例で使用されている三相同期モータ６０の構造の概要を示す説明図である。図３はモータの回転軸を含む断面における断面図であり、図４は回転軸に直交する断面における断面図である。図３に示すとおり、三相同期モータ６０は、固定子６１と回転子６２と、これらを収納するケース６３とから構成される。回転子６２は、外周に永久磁石６４ａないし６４ｄが貼付されており、その回転軸６５をケース６３に設けられた軸受６６ａ，６６ｂによって回転自在に保持されている。
【００４７】
回転子６２は、電磁鋼板を打ち抜いて形成した板状回転子６７を複数枚積層したものである。板状回転子６７は、図４に示すように、直交する位置に４つの突極６８ａないし６８ｄを備えている。回転子６２の外周面であって突極６８ａないし６８ｄの中間位置には、永久磁石６４ａないし６４ｄが回転軸方向にそって貼付されている。永久磁石６４ａないし６４ｄは、回転子６２の半径方向に磁化されており、その極性は隣り合う磁石同士が互いに異なる磁極となっている。例えば、永久磁石６４ａは外周面がＮ極であり、その隣の永久磁石６４ｂは外周面がＳ極となっている。この永久磁石６４ａ，６４ｂは、回転子６２に組み付けた状態では、板状回転子６７および板状固定子６９を貫く磁路Ｍｄを形成する（図４参照）。
【００４８】
固定子６１は、電磁鋼板の薄板を打ち抜いて形成した板状固定子６９を積層して形成されている。板状回転子６７は、図４に示すように１２個のティース７０を備えている。ティース７０間に形成されたスロット７１には、固定子６１に回転磁界を発生させるコイル７２が巻回されている。尚、板状固定子６９の外縁部には固定用のボルト７３を通すボルト孔が設けられているが、図４では図示を省略してある。
【００４９】
固定子６１をケース６３に組み付け、ボルト孔に固定用のボルト７３を通し、これを締め付けて全体を固定する。こうして形成した固定子６１の中に、回転子６２を軸受６６ａ，６６ｂで回転自在に組み付けることによって、三相同期モータ６０が完成する。
【００５０】
固定子６１のコイル７２に電流を流すと、図４に示すように、隣接する突極および板状回転子６７と板状固定子６９とを貫く磁路Ｍｑが形成される。尚、上述した永久磁石６４ａにより形成される磁束が、回転子６２をその回転軸中心を通って径方向に貫く軸をｄ軸と呼び、回転子６２の回転面内において前記ｄ軸に電気的に直交する軸をｑ軸と呼ぶ。つまり、ｄ軸およびｑ軸は回転子６２の回転に伴って回転する軸である。本実施例の三相同期モータ６０では、回転子６２に貼付された永久磁石６４ａおよび永久磁石６４ｃは外周面がＮ極となっており、永久磁石６４ｂおよび永久磁石６４ｄは外周面がＳ極となっていることから、図４に示すように、幾何学的にはｄ軸と４５度方向にある軸がｑ軸となる。
【００５１】
Ｂ．モータ制御処理の概要：
図５は、本実施例のモータ制御装置１０が三相同期モータ６０の運転を制御する処理の流れを示したフローチャートである。電気角検出処理は、図５に示したモータ制御処理の一部として、ＥＣＵ２００内のＣＰＵ２０２によって実施される。電気角の検出について説明する準備として、モータ制御処理の概要を、図５のフローチャートに従って以下に説明する。
【００５２】
ＣＰＵ２０２は、モータ制御処理を開始すると初めに電気角検出処理を行う（ステップＳ１００）。前述したように、三相同期モータ６０の制御では回転子６２の回転に合わせて、Ｕ・Ｖ・Ｗ相の各端子に印加する電圧を次々と切り替えながらモータを運転しているので、モータ制御処理の基本となる変数である電気角を初めに検出するのである。電気角検出処理の詳細については後述する。
【００５３】
電気角を検出すると、ＣＰＵ２０２は検出した電気角から、固定子６１内に形成する回転磁界の向きを決定し、決定した向きの磁界が形成されるよう、Ｕ・Ｖ・Ｗ相の各端子の電圧状態、すなわち電源８０から供給される電圧の高電圧側に接続するのかあるいは低電圧側に接続するのかを決定する。この処理が、端子電圧決定処理である（ステップＳ１０２）。
【００５４】
端子電圧決定処理を終了すると、ＣＰＵ２０２はトルク制御処理を開始する（ステップＳ１０４）。モータの発生するトルクは各相のコイルに流れる電流と比例するので、各相のコイルに流れる電流を電流検出器１２，１４で検出すれば、モータの発生トルクを検出することができる。この発生トルクとトルク指令値とを比較し、発生トルクが小さければコイルに流す電流を増加させ、発生トルクが大きければ電流を減少させる。こうして、モータが発生するトルクがトルク指令値と一致するように制御する処理がトルク制御処理（ステップＳ１０４）である。本実施例では、いわゆるＰＷＭ制御を行うことによってコイルに流れる電流値を制御している。尚、各相コイルを流れる電流値の総和は常に値ゼロとなる関係がある。そこで、本実施例ではＵ相コイルとＶ相コイルの２つのコイルに流れる電流Ｉｕ，Ｉｖのみを検出し、Ｗ相コイルに流れる電流Ｉｗはこの関係を利用して計算によって求めている。もちろん、電流検出器を３つ設け、Ｕ・Ｖ・Ｗの各相コイルに流れる電流を直接検出してもよい。
【００５５】
回転子６２は連続して回転しているので、トルク制御処理Ｓ１０４を終了すると、再びステップＳ１００の処理に戻って電気角を検出し、新たに検出した電気角に基づいて、以降の一連の処理を繰り返す。すなわち、本実施例で用いられるモータ制御装置１０は、図５に示すモータ制御処理をメインルーチンとして絶えず実行しており、他の処理を行う場合には割り込みを発生させて必要な処理を行い、その後、再びメインルーチンに復帰してモータの制御を継続する。本実施例のモータ制御装置１０では、メインルーチンが１回まわるための時間は平均して２００μｓｅｃ前後である。
【００５６】
Ｃ．電気角検出処理：
本実施例で行っている電気角検出処理について、以下に詳細に説明するが、理解を容易にするために、初めに電気角の検出原理について簡単に説明する。
【００５７】
（１）電気角の検出原理：
一例として三相モータのｕ相端子に高電圧を印加し、ｖ相端子とｗ相端子に低電圧を印加すると、Ｕ相コイルには電流が流れ出す。この時のＵ相−ＶＷ相間の回路のインダクタンスＬは、回転子６２のｄ軸が回転磁界のｑ軸と電気的になす角度（電気角）によって変化することが知られている。図６は、電気角によって各相間のインダクタンスＬが変化する様子を示した説明図である。図６中にＬ１とあるのは、Ｕ相−ＶＷ相間の回路のインダクタンスを示し、Ｌ２とあるのはＶ相−ＷＵ相間の回路のインダクタンスを示す。図６に示されているように、インダクタンスＬ１とインダクタンスＬ２とは、位相が１２０度異なっている。この関係は、次のように考えると理解しやすい。Ｕ相コイルとＶ相コイルとはコイルの向きが１２０度異なっているので、磁界がある方向を向いた瞬間のＶ相コイルの状態と、その瞬間から電気角が１２０度進んだＵ相コイルの状態とが同じになる。従って、Ｖ相−ＷＵ相間のインダクタンスＬ２は、Ｕ相−ＶＷ相間のインダクタンスＬ１に対して電気角１２０度分だけ位相が進んだ関係となるのである。
【００５８】
図６に示した関係に基づいて、インダクタンスＬ１およびＬ２から電気角を求めることができる。すなわち、インダクタンスＬ１の値が求まると、そのようなインダクタンスとなる電気角は図６中に示したα１〜α４のいずれかであることがわかる。インダクタンスＬ１のみからは、４つのうちのいずれであるかは判断できないが、更にインダクタンスＬ２を求めれば、Ｌ２との関係から、電気角がα１ないしα４のいずれであるかを決定することができる。
【００５９】
インダクタンスは、電気回路にステップ状の電圧を印加したときの過渡的な電流変化から、次のようにして求めることができる。回路のインピーダンスをＲ、インダクタンスをＬとして、印加するステップ状の電圧の電圧値をＥ１とすると、電流値Ｉ（ｔ）は次式によって求められる。
Ｉ（ｔ）＝｛１−ｅｘｐ（−Ｒｔ／Ｌ）｝Ｅ１／Ｒ … （１）
ここで、ｅｘｐ（）は指数関数を表す。
【００６０】
図７は、インダクタンスＬに対する電流値Ｉ（ｔ）の変化を示す説明図である。電流値は、電圧の印加直後には直線的に増加するが、しばらくすると増加割合が鈍くなり、やがては定常的な電圧Ｅ１／Ｒに安定するという変化を示す。インダクタンスの値が大きい場合には、電圧印加直後の電流値は緩やかに増加して電流値が安定するまでに長い時間を要するが、インダクタンスの値が小さい場合には、電圧印加直後の電流値は急激に増加して電流値が安定するまでに要する時間は短くなる。また、図７（ａ）と図７（ｂ）とは電圧値Ｅ１の値を変えた場合を比較したものである。電圧値Ｅ１の値を増加させと、電流値の傾きが急になると同時に、電流が安定する値も増加するが、電流が安定するまでに要する時間は、電圧値Ｅ１を変化させても変わらない。
【００６１】
図７から明らかなように、印加する電圧値が既知であれば、電圧印加から所定時間ｔ０だけ経過したときの電流値Ｉ（ｔ０）は、インダクタンスＬの値によって決定される（上述の（１）式を参照）。このことから、所定電圧Ｅ１における時間ｔ０での電流値Ｉ（ｔ０）を計測し、電流値Ｉ（ｔ０）とインダクタンスＬとの関係からインダクタンスＬを求めることが可能である。
【００６２】
このようにしてＵ相とＶ相のコイルについてそれぞれのインダクタンスを求めれば、図６に示したインダクタンスと電気角との関係から電気角を決定することができる。
【００６３】
（２）電気角検出処理（第１の実施態様）：
図８は、本実施例における第１の実施態様における電気角検出処理の流れを示すフローチャートである。本実施例の第１の実施態様においては、コイルに流れる電流を精度よく計測するために、バッテリ電圧およびモータ回転速度を考慮したタイミングで電流値を検出している。バッテリ電圧およびモータ回転速度によって、電流値の検出タイミングを補償する必要がある理由については後述する。以下、図８のフローチャートに従って、処理の内容について説明する。この処理は、ＥＣＵ２００のＣＰＵ２０２が図５に示すメインルーチンの中で実行する処理である。
【００６４】
ＣＰＵ２０２は、電気角検出処理を開始すると、先ずバッテリ電圧Ｖｂを検出する（ステップＳ２００）。バッテリ電圧Ｖｂは、電圧センサ１０９の出力をＡＤＣ１１１でデジタル値に変換された後、ＣＰＵ２０２に読み込まれる（図２参照）。
【００６５】
ＣＰＵ２０２は、バッテリ電圧Ｖｂを検出すると、次にモータの回転速度ωｍ を検出する（ステップＳ２０２）。本実施例ではモータの回転速度を検出するセンサは特に設けられていないので、ＣＰＵ２０２は、計算によって回転速度を求めている。回転速度の詳細な算出方法についての説明は省略するが、おおまかには次のように考えておけばよい。
【００６６】
詳細は後述するが、本実施例の電気角検出処理ではコイルを流れる電流値から電気角を検出している。電気角は前述したｄ・ｑ軸上での角度であって、モータの回転子と固定子間の機械的な角度と同じではないが、適当な座標変換を行うことによって電気角を回転子の機械的な角度に変換することができる。従って、検出した電気角の微分値に座標変換を施すことによって、モータの回転速度を求めることができるのである。
【００６７】
このように、本実施例ではコイルを流れる電流値からモータの回転速度を算出しているが、もちろん回転数センサ等によりモータ回転速度を直接検出しても構わない。
【００６８】
バッテリ電圧Ｖｂおよびモータ回転速度ωｍ を検出すると、ＣＰＵ２０２は、次のようにして電流検出タイミングｔｓを設定する（ステップＳ２０４）。
【００６９】
先ず、基準状態として、パルス電圧の基準電圧値Ｖｓｔとモータ回転速度の基準回転速度ωｓｔとを決めておき、基準状態における電流検出タイミングｔｓ０を設定しておく。そして、ステップＳ２００およびステップＳ２０２で検出したバッテリ電圧Ｖｂおよびモータ回転速度ωｍ に基づいて、次式によって電流検出タイミングを算出する。
ｔｓ＝Ｋ×Ｔｓ０ …（２）
ここで、Ｋは補正係数であり、次式によって求める。
Ｋ＝（Ｖｂ＋β×ωｍ ）／（Ｖｓｔ＋β×ωｓｔ） …（３）
式（２）および式（３）を用いて電流検出タイミングを設定している理由については後述する。
【００７０】
尚、次式を用いて補正係数Ｋを求めることもできる。
Ｋ＝Ｋｖ ×Ｋω …（４）
ここで、Ｋｖ はバッテリ電圧の影響を補正する補正係数であり、Ｋωはモータ回転速度の影響を補正する補正係数である。各補正係数の値は次のようにして求める。図９に示すように、バッテリ電圧Ｖｂと補正係数Ｋｖ との対応関係、およびモータ回転速度ωｍ と補正係数Ｋωとの対応関係を予めマップとして記憶しておき、検出されたバッテリ電圧Ｖｂあるいはモータ回転速度ωｍ の値からそれぞれのマップを参照することにより、補正係数Ｋｖ ，Ｋωを求める。こうすれば、各補正係数の設定自由度が増大するので、更に正確な補正を行うことも可能となる。
【００７１】
以上のようにして電流検出タイミングを設定すると、ＣＰＵ２０２は、コイルに流れている初期電流値Ｉ０ を検出する（ステップＳ２０６）。すなわち、コイルにパルス電圧を印加する前に、コイルに流れている電流の値を電流検出器１２，１４を用いて予め検出しておくのである。
【００７２】
ＣＰＵ２０２は初期電流値Ｉ０ を検出すると、インバータ３０を制御することによってコイルにパルス電圧を印加する（ステップＳ２０８）。本実施例では、電源８０は通常４００Ｖ前後の電圧を供給しており、この電圧を６０％程度に降圧して、２５０Ｖ程度のパルス電圧を印加している。降圧方法としては、周知の各種方法を適用することができる。例えば、電源８０に対して２つの抵抗を直列に接続し、抵抗の中間位置の電圧を使用すれば、２つの抵抗値の比率によって決まる割合に降圧された電圧を得ることができる。また、ＤＣチョッパと呼ばれる回路を使用したり、あるいはＰＷＭ制御等の手法を利用すれば、電圧の減少比率を自由に変更することが可能である。本実施例では、ＤＣチョッパを用いて降圧している。
【００７３】
印加するパルス電圧のパルス幅はステップＳ２０４で設定した時間ｔｓに設定される。すなわち、電流値を検出した後は、コイルに電圧を印加しても無駄に電力を消費するだけなので、電流検出と同時にパルス電圧の印加が終了するようにしている。もちろん、パルス幅の長さを長めの値に固定しておき、電流値の検出タイミングのみを変更するようにしても構わない。
【００７４】
パルス電圧を印加すると、ステップＳ２０４で設定した所定時間ｔｓが経過するのを待ち（ステップＳ２１０）、所定時間ｔｓ経過後のコイルの電流値Ｉ１ を検出する（ステップＳ２１２）。具体的には、ステップＳ２０４で設定された電流検出タイミングｔｓを、ＥＣＵ２００に内蔵されたタイマ２１２に設定しておき、パルス電圧を印加してからの経過時間をタイマで計時することによって、電流検出タイミングを検出する。電流検出器１２，１４を用いて、Ｕ相コイルを流れる電流値とＶ相コイルの流れる電流値とを計測する。
【００７５】
尚、本実施例では電流値の検出タイミングとパルス電圧の印加終了タイミングが同時に設定されているので、パルス電圧の印加によって流れた最大電流値を検出することになる。従って、電流の最大値を保持する素子を設けておき、素子に保持されている値を後から読み出して、電流値Ｉ１ を検出しても構わない。
【００７６】
次にＣＰＵ２０２は、パルス電圧の印加によって流れた電流変化量を算出する（ステップＳ２１４）。ステップＳ２０６で、パルス電圧の印加前にコイルに流れている初期電流値Ｉ０ を予め計測してあるので、電流値Ｉ１ から初期電流値Ｉ０ を減算することで、印加によって流れた電流変化量を算出することができる。
【００７７】
こうして求めた電流変化量から、図６を用いて説明したようにして電気角を算出する（ステップＳ２１６）。図１０を用いて簡単に説明すれば、求められた電流変化量Ｉｒに対して、可能性のある電気角としてβ１ないしβ４の４つの電気角が求まる。Ｕ相コイルに流れる電流のみからは４つの電気角のいずれであるかを特定することはできないが、他相（Ｖ相）のコイルに流れる電流についても同様の方法により電気角を算出すれば、Ｕ相コイル・Ｖ相コイルのいずれの条件も満たす電気角に特定することができる。
【００７８】
以上のようにして電気角検出処理が終了すると、図５に示したモータ制御処理に戻って、端子電圧決定処理Ｓ１０２以降の処理を実行する。
【００７９】
上述したように、第１の実施態様における電気角検出処理では、適切なタイミングを設定することで、バッテリ電圧Ｖｂやモータの回転速度ωｍ の影響を補償して正確な電流変化量を検出することが可能である。
【００８０】
次に、第１の実施例においては、式（３）を用いて補正係数Ｋを算出している理由について説明する。尚、説明の都合上、先ずバッテリ電圧Ｖｂやモータ回転速度ωｍ が変動するとその影響で電流変化量が変動する理由について簡単に説明し、その後、式（３）を用いて補正係数を算出することができる理由について説明する。
【００８１】
Ｕ相コイルに印可する電圧をＶｕとして、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相コイルに流れる電流をそれぞれＩｕ，Ｉｖ，Ｉｗとすると、電圧ＶｕとＩｕ，Ｉｖ，Ｉｗとの間には次のような関係が成り立つ。
Ｖｕ＝｛Ｒ＋△（Ｌ）｝×Ｉｕ − △（Ｍ）×Ｉｖ／２− △（Ｍ）×Ｉｗ／２ ＋ Ｅｕ … （５）
ここで、△（）は微分演算子（ｄ／ｄｔ）を表し、ＬはＵ相コイルの自己インダクタンスを、Ｍはコイル同士の相互インダクタンスを表す。また、Ｅｕはコイルに生じる速度起電力である。この速度起電力Ｅｕは、モータが回転して、回転子に貼付された永久磁石の磁界がコイルをよぎることによってコイルに生じる起電力であり、
Ｅｕ＝△（φ）＝−ω×φｍａｘ ×ｓｉｎθ … （６）
で与えられる。φは、コイルを貫く磁束数を表し、φｍａｘ は磁束数の最大値を表す。ωはモータの回転速度、θは回転子の回転角度である。
【００８２】
Ｖ相コイル、Ｗ相コイルについても（５）式と同様の式が成り立つ。各相コイルを流れる電流値と印加する電圧との関係は、これら３つの式からなる連立微分方程式によって与えられ、この連立微分方程式は回路方程式あるいは電圧方程式と呼ばれる。
【００８３】
ここでは、モータ回転速度がＵ相コイルの流れる電流値Ｉｕに与える影響について考えることにする。相互インダクタンスＭは自己インダクタンスＬに比べて小さいので、Ｉｖ，Ｉｗの影響を無視できると考える。このとき（５）式は、
Ｖｕ＝｛Ｒ＋△（Ｌ）｝×Ｉｕ ＋ Ｅｕ と単純化され、これを解いて
Ｉｕ＝（Ｖｕ−Ｅｕ）｛１−ｅｘｐ（−Ｒｔ／Ｌ）｝／Ｒ
を得る。（６）式を代入して、
Ｉｕ＝（Ｖｕ＋ωφｍａｘ ｓｉｎθ）｛１−ｅｘｐ（−Ｒｔ／Ｌ）｝／Ｒ…（７）
を得る。
【００８４】
式（７）から明らかなように、電流値Ｉｕは、印加電圧Ｖｕとモータ回転速度ωの変動によって変動する。ここで、前述したように第１の実施例ではバッテリから供給された電圧を一定割合で降圧してコイルに印可しているので、式（７）の印加電圧Ｖｕの値はバッテリ電圧Ｖｂに比例している。従って、式（７）から明らかなように、コイルに流れる電流値は、バッテリ電圧Ｖｂおよびモータ回転速度ωｍ によって変動するのである。
【００８５】
前述の式（３）と式（７）とを比較すると、式（３）で求めている電流検出タイミングの補正係数Ｋは、検出した電流値が基準状態でコイルに流れる電流値に対する割合（すなわち電流値に対する補正係数）であることがわかる。すなわち、本実施例では、電流値に対する補正係数により、電流検出タイミングを補正しているのである。このようにすることで、正確な電流値を検出することができる理由を以下に説明する。
【００８６】
図１１は、パルス電圧を印加したときにコイルに流れる電流の様子を概念的に示した説明図である。本実施例の電気角検出処理では、コイルにパルス電圧を印加してから電流を検出するまでの時間がコイルの時定数に比べてかなり短く、１０分の１以下の領域を用いているので、図１１に示すようにコイルを流れる電流はほぼ直線的に増加している。例えば、バッテリ電圧もモータ回転速度も基準状態の時に図１１の実線で示すような電流がコイルに流れるとする。また、バッテリ電圧の変動やモータ回転速度の変動によってコイルに流れる電流値が１０％少なくなって、図１１の破線で示すような電流が流れるとする。パルス電圧印加後、基準の検出タイミングｔｓで電流を検出した場合、基準状態であれば電流値Ｉｓを検出するところを、１０％少ない電流値Ｉｄを検出してしまう。これを補償するためには、電流検出タイミングを基準のタイミングＩｓより１０％だけ遅らせて、タイミングＩｄで電流を検出すればよい。
【００８７】
以上説明したように、本実施例では、図１１に示すように、パルス電圧印加後、電流が時間とともにほぼ直線的に増加している領域を使用して、電流値を検出している。そのため、電流値に対する補正係数によって電流検出タイミングを補正することで、正しい電流値を検出することができるのである。
【００８８】
以上、説明した第１の実施態様の電気角検出処理では、バッテリ電圧の変動によって印加するパルス電圧の値が変動することによる影響や、あるいはモータ回転速度の影響によって、コイルに生じる電流値が変動することを、電流値の検出タイミングを適切な時期に設定することによって補償している。このため、パルス電圧の印加によって各相コイルに流れる電流値を精度良く検出することができ、延いては電気角を精度良く検出することが可能となっている。
【００８９】
（３）電気角検出処理（第２の実施態様）：
上述した第１の実施態様の電気角検出処理では、モータの回転速度を検出し、モータが如何なる速度で回転している場合でも、その影響を考慮したタイミングで電流値を検出した。しかし、モータの回転速度が極端に遅くなった場合だけ、その影響を補償するという簡易的な方法によっても、実用上の影響はないことが実験的に確かめられている。この一因としては、回転速度にかかる係数（φｍａｘ ｓｉｎθ）の値が小さく、回転数の影響が現れにくいことが考えられる（前述の（７）式参照）。所定回転速度以下の時にのみ、回転速度を補償することにすれば、前述の電流検出タイミング設定に要する時間を短縮化することができる。更に、こうして生まれた時間を電気角検出精度を向上させるために使用すれば、モータを更になめらかに運転することも可能となる。以下に説明する第２の実施態様の電気角検出処理では、このようにして、モータを更になめらかに運転することが可能となっている。
【００９０】
図１２は、第２の実施態様の電気角検出処理の流れを示すフローチャートである。第２の実施態様の電気角検出処理においても、第１の実施態様における場合と同様に、初めにバッテリ電圧Ｖｂを検出する（ステップＳ３００）。
【００９１】
次いで、検出したバッテリ電圧Ｖｂが基準のパルス電圧より大きいか否かを判断し（ステップＳ３０２）、バッテリ電圧Ｖｂが基準のパルス電圧より大きければ電圧補正係数ｋｖを算出する（ステップＳ３０４）。バッテリ電圧Ｖｂの検出方法は、前述の第１の実施態様と同様な方法を使用している。
【００９２】
電圧補正係数ｋｖとは、バッテリ電圧Ｖｂに乗算することによって、基準のパルス電圧値が得られるような補正係数のことであり、ｋｖ＝（基準電圧値）／（バッテリ電圧Ｖｂ）によって算出する。例えば、基準電圧値２５０Ｖに対してバッテリ電圧４００Ｖの場合は、電圧補正係数ｋｖの値は、２５０／４００＝０．６２５となる。
【００９３】
次いで、電流検出タイミングｔｓに、基準の検出タイミングとして予め定められている値ｔｓ０を設定する（ステップＳ３０６）。すなわち、バッテリ電圧Ｖｂが基準のパルス電圧の値よりも大きい場合は、バッテリ電圧ＶｂはＤＣチョッパ回路で基準のパルス電圧まで降圧された後、コイルに印加される。従って、印加するパルス電圧の変動を考慮して電流検出タイミングｔｓを設定する必要はない。そのため、基準の検出タイミングとして予め設定されている値を電流検出タイミングｔｓとして設定するのである。
【００９４】
逆に、ステップＳ３０２の判断において、バッテリ電圧Ｖｂが基準のパルス電圧よりも小さいと判断された場合は、電圧補正係数ｋｖ＝１と設定する（ステップＳ３０８）。バッテリ電圧Ｖｂがパルス電圧の基準電圧値より小さければ、バッテリ電圧Ｖｂを降圧させるわけにはいかないので、バッテリ電圧Ｖｂのパルス電圧をコイルに印加するのである。このように、バッテリ電圧Ｖｂがそのままの電圧値でコイルに印加される状態が、電圧補正係数ｋｖ＝１の状態である。
【００９５】
次いで、電流検出タイミングｔｓを、バッテリ電圧Ｖｂの変動を補償するようなタイミングに設定する（ステップＳ３１０）。すなわち、バッテリ電圧Ｖｂが基準のパルス電圧の値よりも小さい場合は、バッテリ電圧Ｖｂがそのままパルス電圧として印加されるので、印加するパルス電圧の偏差を電流検出タイミングで補償する必要が生じる。そこで、前述の第１の実施態様における場合と同様の方法により、適切な電流検出タイミングを設定するのである。
【００９６】
但し、第２の実施態様における補償量は、第１の実施態様における場合に比べて小さな補償量となる点が異なっている。これは次の理由による。第１の実施態様においては、コイルに印加するパルス電圧の電圧値はバッテリ電圧の値とともに変動しており、この変動分を電流検出タイミングの設定によって補償している。例えば、通常は４００Ｖ前後のバッテリ電圧Ｖｂが２００Ｖまで低下した場合、コイルの印加するパルス電圧も半分になってしまうので、この電圧低下分を全て電流検出タイミングの設定で補償しなければならない。これに対して第２の実施態様では、４００Ｖのバッテリ電圧Ｖｂが２００Ｖに低下しても、パルス電圧の基準電圧値である２５０Ｖに足りない５０Ｖ分だけを補償すればよい。補償する電圧が小さければ、電流検出タイミングを設定する際の補償誤差も少なくなるので、電流値の検出精度を向上させることができる。
【００９７】
補償する電圧値が小さくなると、電流値の検出精度が向上する理由について、若干補足して説明する。電圧の変動を電流検出タイミングによって補償する場合、図１１を用いて前述したように、パルス電圧印加後、電流値は直線的に増加するものと近似している。このように近似する結果、電圧値が５％減少、すなわち電流値が５％減少する場合は、電流検出タイミングを５％だけ遅くすればよいことになるので、簡単な計算によって補償することができる。しかし厳密には、パルス電圧の印加後、電流値は直線的に増加するわけではない（式（１）参照）。従って、補償すべき電圧値が大きくなる程、直線と近似することによる誤差が大きくなり、補償する際の誤差が大きくなってしまうのである。これに対し、第２の実施態様のように、補償する電圧値が小さければ、パルス電圧印加後、電流が直線的に増加すると近似することができるので、電圧値の変動を電流検出タイミングの設定によって精度良く補償することが可能となる。
【００９８】
以上のようにして電流検出タイミングを設定すると、次に、モータ回転速度ωｍ を検出する（図１２のステップＳ３１２）。モータ回転速度ωｍ は、第１の実施態様と同様、電流値から算出して求めている。もちろん回転数センサ等によりモータ回転速度を直接検出しても構わない。
【００９９】
次いで、検出したモータ回転速度ωｍ が回転速度の閾値ωｔｈより大きいか否かを判断する（ステップＳ３１４）。前述したように、モータ回転速度ωｍ がコイルに流れる電流値に与える影響はパルス電圧の影響に比べて小さく、モータ回転数ωｍ が所定の回転速度より小さくなったときにだけ、その影響を考慮すればよいことが実験的に確かめられている。そこで、検出したモータ回転速度ωｍ を、予め実験的に求めておいた閾値となる回転速度ωｔｈと比較して、モータ回転速度の影響を補償する必要があるか否かを判断するのである。第２の実施態様において使用された閾値回転速度ωｔｈの値は１０ｒｐｍ前後の値に設定されている。
【０１００】
検出したモータ回転速度ωｍ が閾値の回転速度ωｔｈよりも小さい場合は、モータ回転速度の影響を補償する必要があると判断して、先に設定した電流検出タイミングｔｓを修正する（ステップＳ３１６）。具体的には、第２の実施例では、固定の修正係数ｋをかけることにより、電流検出タイミングｔｓが２割程度遅くなるように修正している。
【０１０１】
厳密には、修正量はモータ回転速度ωｍ の値によって異なるはずであるが、そもそもモータ回転速度の影響が小さいため、実際には厳密に補正してもさほど大きな効果は得られない。そのため、第２の実施態様においては固定の補正係数ｋをかけて電流検出タイミングを修正しているのである。もちろん、モータ回転速度ωｍ の値に応じて電流検出タイミングｔｓを修正しても構わない。
【０１０２】
ステップＳ３１２で検出したモータ回転速度ωｍ が閾値の回転速度ωｔｈよりも大きい場合は、モータ回転速度の影響を考慮して電流検出タイミングｔｓを修正する必要はない。
【０１０３】
以上のようにして電流検出タイミングｔｓが設定されたら、コイルに流れている初期電流値Ｉ０ を検出して（ステップＳ３１８）、パルス幅ｔｓのパルス電圧を印加する（ステップＳ３２０）。バッテリ電圧Ｖｂがパルス電圧の基準電圧値よりも大きい場合は、電圧補正係数ｋｖの設定に従って降圧させ、基準電圧値のパルス電圧を印加する。バッテリ電圧Ｖｂが基準電圧値よりも小さい場合は、バッテリ電圧Ｖｂをパルス電圧として印加する。
【０１０４】
パルス電圧の印加後は、電流検出タイミングｔｓが経過するのを待って（ステップＳ３２２）、コイルに流れている電流値Ｉ１ を検出し（ステップＳ３２４）、初期電流値Ｉ０ との差から電流変化量を算出する（ステップＳ３２６）。こうして求めた電流変化量に基づいて、電気角を算出する（ステップＳ３２８）。
【０１０５】
以上説明してきた第２の実施態様の電気角検出処理では、モータの回転速度が極端に遅くなった場合にだけモータ回転速度の影響を補償しており、通常の運転条件では、回転速度の補償に要する時間を節約することができる。こうして節約した時間を利用して、バッテリ電圧Ｖｂを基準電圧値まで降圧してからコイルに印加している。すなわち、バッテリ電圧Ｖｂが基準電圧値より大きい場合は、基準電圧値のパルス電圧が印加されるので、電流変化量を精度良く検出することができる。バッテリ電圧Ｖｂが基準電圧値より小さい場合には、電圧差の分だけを電流検出タイミングで補償すればよいので、補償する際の誤差が小さくなり、電流変化量を精度良く検出することが可能となる。このように、第２の実施態様の電気角検出処理においては、電流変化量を精度良く検出することができるので、電気角の検出精度を向上させることができるようになり、その結果、モータをよりなめらかに運転することが可能となる。
【０１０６】
（４）電気角検出処理（第３の実施態様）：
前述した第１の実施態様の電気角検出処理においては、パルス電圧の電圧値を制御することなく、バッテリ電圧Ｖｂを一定割合で降圧させた電圧をコイルに印加している。従って、バッテリ電圧Ｖｂの変動に伴ってコイルに印加されるパルス電圧の値も変動するので、電流検出タイミングを適切に設定することによってこの影響を補償している。また、第２の実施態様の電気角検出処理においては、印加するパルス電圧の電圧値は、原則として基準電圧値に固定されていて、印加する電圧値を積極的には制御していない。これに対し、第３の実施態様の電気角検出処理では、印加する電圧の変動を電流検出タイミングの設定により補償することができることを利用して、コイルに印加するパルス電圧の電圧値を、モータの動作条件に応じて積極的に制御している。以下、第３の実施態様の電気角検出処理について説明する。
【０１０７】
図１３は、第３の実施態様の電気角検出処理の一例を示すフローチャートである。例示した第３の実施態様の電気角検出処理は、前述の第２の実施態様に対して、コイルに印加するパルス電圧の電圧値と電流検出タイミングとをモータ温度Ｔｍ によって切り換えている部分が大きく異なっている。他の処理内容については、第２の実施態様とほぼ同様なので、第３の実施態様に特徴的な部分を中心に以下に説明する。
【０１０８】
第３の実施態様の電気角検出処理を開始すると、バッテリ電圧Ｖｂに続いて、モータの温度Ｔｍ を検出する（ステップＳ４００、Ｓ４０２）。本実施例では、モータに内蔵されたサーミスタ１１０（図２参照）から出力される電圧値に基づいてモータ温度Ｔｍ を検出している。
【０１０９】
次いで、検出したモータ温度Ｔｍ を閾値温度と比較する（ステップＳ４０４）。閾値温度とは次のような温度である。運転中のモータ６０は、絶えず発熱しながら回転している。モータが発熱するのは、回転する際の機械摩擦によって、あるいは電流がコイルを流れる際のコイルの内部抵抗による発熱などによるものである。このように発熱しながら回転していても、回転によって生じる風や自然対流によってモータは冷やされているので、通常は、発熱と冷却がバランスする温度でモータは回転している。しかし、例えば雰囲気温度が高くなるなどの原因で、充分な冷却効果が得られなくなると、モータの温度が増加して、モータが焼き付いたり、あるいは焼き付きに至らなくとも永久磁石が消磁し易くなり、モータの性能が劣化する現象が発生する。このようなことが起きないように、モータには閾値温度が設定されている。閾値温度以下の温度であれば、長期間使用していても、モータが急激に劣化することはない。本実施例では閾値温度は１５０℃に設定されている。
【０１１０】
モータ温度Ｔｍ が閾値温度より低い場合には、コイルに印加するパルス電圧の目標電圧値Ｖｔを基準電圧値に設定する（ステップＳ４０６）。モータ温度Ｔｍ の値が閾値温度より低ければ、通常通りの制御によってモータを運転すればよいと判断できるからである。ここで設定する目標電圧値Ｖｔは、前述の第２実施態様の印加電圧値と同様、２５０Ｖに設定される。
【０１１１】
次いで、目標電圧値Ｖｔとバッテリ電圧Ｖｂとの比を計算して電圧補正係数ｋｖを求め、電流検出タイミングｔｓを設定する（ステップＳ４０８，Ｓ４１０）。すなわち、前述の第２の実施態様と同様に、バッテリ電圧Ｖｂの値が目標電圧値Ｖｔより小さい場合は、バッテリ電圧Ｖｂをそのままコイルに印加（すなわち電圧補正係数ｋｖ＝１）し、電圧値の変動を補償するように適切な電流検出タイミングｔｓを設定する。
【０１１２】
ステップＳ４０４において、モータ温度Ｔｍ が閾値温度より高い場合には、目標電圧値Ｖｔを正常値（２５０Ｖ）より低く設定する（ステップＳ４１２）。具体的には、モータ温度Ｔｍ が正常温度の場合に設定される目標電圧値Ｖｔの約半分程度の値（１３０Ｖ前後）に設定される。モータ温度が高い場合に目標電圧値Ｖｔを低く設定するのは次の理由による。コイルにパルス電圧を印加すると、コイルに生じる磁束が急激に増加するので渦電流が発生し、この渦電流による発熱によってモータ温度が更に増加する。印加するパルス電圧の値が大きくなるほど、大きな渦電流が発生するので、これによる発熱も大きくなる。従って、モータ温度Ｔｍ が閾値温度より高い場合には、渦電流による発熱を抑える意味からパルス電圧の値は低い方が望ましいのである。
【０１１３】
こうして設定された目標電圧値Ｖｔに対して、電圧補正係数ｋｖを算出する（ステップＳ４１４）。すなわち、モータ温度Ｔｍ が正常範囲にある場合には、目標電圧値Ｖｔ＝２５０Ｖに対して電圧補正係数ｋｖを算出したが、ステップＳ４１４では目標電圧値Ｖｔ＝１３０Ｖに対して電圧補正係数ｋｖを算出する。
【０１１４】
電圧補正係数ｋｖを算出すると、次に電流検出タイミングｔｓを設定する（ステップＳ４１６）。ここでは目標電圧値Ｖｔが通常の半分程度に設定されているので、これを補償するために電流検出タイミングｔｓは通常の約倍の値に設定される。このように、第３の実施態様においては、モータの劣化回避のためにコイルに印加するパルス電圧の電圧値を低く設定しているが、これを補償するような電流検出タイミングの設定しているので、モータの劣化を回避しながら電流変化量を精度良く検出することが可能となっている。
【０１１５】
また、バッテリ電圧Ｖｂが目標電圧値Ｖｔより低くなった場合には、コイルに印加するパルス電圧の値は目標電圧値Ｖｔより小さくなってしまうので、この電圧差も電流検出タイミングｔｓの設定によって補償する。
【０１１６】
こうしてモータ温度Ｔｍ に応じて電流検出タイミングｔｓを設定した後、最後にモータ回転速度に基づいて電流検出タイミングｔｓを補正する（ステップＳ４１８）。モータ回転速度による補正は、第２の実施態様における補正と同様にして行う。すなわち、モータ回転速度を検出して、回転速度が閾値回転数より低い場合にだけ、電流検出タイミングｔｓに補正係数ｋをかけて、検出タイミングが２割程度遅くなるように補正する。
【０１１７】
以上のようにして、電流検出タイミングｔｓが設定された後は、第１あるいは第２の実施態様と同様にして電気角を算出する。概要のみ説明すると、先ず初期電流値Ｉ０ を検出してから（ステップＳ４２０）、パルス幅ｔｓのパルス電圧をコイルに印加し（ステップＳ４２２）、電流検査タイミングを検出して（ステップＳ４２４）、電流値Ｉ１ を測定する（ステップＳ４２６）。初期電流値Ｉ０ と測定した電流値Ｉ１ との差から電流変化量を算出して（ステップＳ４２８）、電気角を決定する（ステップＳ４３０）。
【０１１８】
上述の第３の実施態様の電気角検出処理においては、モータ温度Ｔｍ と閾値温度とを比較して、モータ温度Ｔｍ が閾値温度より高い場合にのみコイルに印加するパルス電圧の電圧値を低い値に設定しているが、モータ温度Ｔｍ の値が高くなるにつれて電圧値の設定を徐々に低い値に設定することもできる。
【０１１９】
また、上述の第３の実施態様においては、モータ温度Ｔｍ によって、印加するパルス電圧の値を変更したが、他の条件を考慮して電圧値を変更しても構わない。例えば、コイルにパルス電圧を印加すると、印加の瞬間に衝撃的な電磁力が作用するので、鋭い異音が発生することがある。この異音は、モータの回転速度が低いほど耳に付きやすい傾向があるので、印加する電圧値を、モータの回転速度に応じて異音が耳に付きにくい電圧値に抑制するようにしても良い。
【０１２０】
モータ回転速度が高いほど異音が耳に付きにくくなるのは、次の理由によるものである。モータの回転速度が高い場合は、回転にともなって発生する機械的な騒音が大きくなるので異音は騒音に紛れやすくなる。しかし、モータ回転速度が低くなれば機械的な騒音が小さくなるので、パルス電圧の印加による異音が耳に付きやすくなるのである。
【０１２１】
図１４は、コイルに印加したときに発生する異音が気にならない電圧値を、モータ回転速度に対して設定している様子を概念的に示す説明図である。モータ回転速度が高い領域では、印加電圧の設定値は基準のパルス電圧の値である２５０Ｖに設定されているが、モータ回転速度が低くなってパルス電圧の印加による異音が耳に付きやすくなると、印加電圧の値が徐々に低下していき、モータ回転速度が最も低くなったときの電圧値は１３０Ｖとなっている。
【０１２２】
電気角検出処理中において、コイルの印加するパルス電圧の値をこのように設定するためには、次のようにすればよい。先ず、図１４に示すような関係を実験によって予め求めておき、ＲＡＭ２０６にマップデータとして記憶しておく。次いで、電気角検出処理中でモータ回転数を検出し、マップデータを参照して、モータ回転数に対して設定されている印加電圧値を求める。求めた印加電圧値が、基準のパルス電圧値より小さい場合には、その電圧差を電流検出タイミングを適切に設定することで補償する。こうすれば、パルス電圧の印加によって生じる異音の発生を避けながら、コイルに流れる電流変化量を精度良く検出することが可能となる。
【０１２３】
以上、各種の実施例について説明してきたが、本発明は上記すべての実施例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することができる。例えば、以上の説明においては、モータは交流同期モータであるとしたが、これに限られず、例えばブラシレス直流モータなどの他のモータに適用することができる。また、電気角検出装置はモータ制御に使用されている場合を説明したが、電気角を検出するものであればモータ制御に限らず他の用途に使用されるものであっても構わない。
【０１２４】
また、以上に説明した実施例においては、パルス電圧の印加開始時期が固定されていて、電流変化の検出時期を可変としているが、電流変化の検出時期を固定として、パルス電圧の印加開始時期を可変としても構わない。
【０１２５】
更に、パルス電圧を印加したときにコイルに流れる電流の変化は、コイルのパルス電圧を印加している期間内に検出するものとして説明したが、必ずしも電圧印加期間中に限定されるものではない。すなわち、電流変化を実質的に検出することができればよく、例えば、パルス電圧印加終了後に検出するものであっても構わない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例の電気角検出装置が用いられているモータ制御装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図２】本実施例の電気角検出装置が用いられているモータ制御装置の装置構成を示す説明図である。
【図３】本実施例の電気角検出装置を利用して制御される三相同期モータの構造を示す縦断面図である。
【図４】本実施例の電気角検出装置を利用して制御される三相同期モータの構造を示す横断面図である。
【図５】本実施例の電気角検出装置を利用して行われるモータ制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図６】同期モータにおいては電気角とインダクタンスとが所定の対応関係にあることを説明する説明図である。
【図７】ステップ状の電圧を印加したときにコイルに過渡的な電流変動が生じる様子を示す説明図である。
【図８】第１の実施態様の電気角検出処理の流れを示すフローチャートである。
【図９】電流検出タイミングの補正係数を算出する他の方法を示す説明図である。
【図１０】電流変化量から電気角を求める方法を概念的に示す説明図である。
【図１１】電流値の変動量を電流検出タイミングによって補償する原理を概念的に示す説明図である。
【図１２】第２の実施態様の電気角検出処理の流れを示すフローチャートである。
【図１３】第３の実施態様の電気角検出処理の流れを示すフローチャートである。
【図１４】コイルに印加したときに異音の発生しない印加電圧値がモータ回転速度に対して設定されている様子を概念的に示す説明図である。
【符号の説明】
１０…モータ制御装置
１２，１４…電流検出器
２０…制御部
３０…インバータ
４０…電気角検出部
５０…トルク検出部
６０…三相同期モータ
６１…固定子
６２…回転子
６３…ケース
６４ａないし６４ｄ…永久磁石
６５…回転軸
６６ａ，６６ｂ…軸受
６７…板状回転子
６８ａないし６８ｄ…突極
６９…板状固定子
７０…ティース
７１…スロット
７２…コイル
７３…ボルト
８０…電源
１００…電気角検出装置
１０２，１０４…フィルタ
１０６，１０８…ＡＤＣ
１０９…電圧センサ
１１０…サーミスタ
１１１，１１２…ＡＤＣ
２００…ＥＣＵ
２０２…ＣＰＵ
２０４…ＲＯＭ
２０６…ＲＡＭ
２０８…入力ポート
２１０…出力ポート
２１２…タイマ
２１４…バス[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a technique for measuring an electrical angle between a rotor and a stator of an electric rotating machine.
[0002]
[Prior art]
BACKGROUND ART Electric rotating machines such as AC motors are widely used as power sources for industrial machines, transportation equipment, home electric appliances, and the like. AC motors have the drawback that it is difficult to control the rotation speed and generated torque with high accuracy, but these shortcomings have been overcome with the development of semiconductor technology in recent years, and they are now widely used as highly reliable power sources. Is being used. Also, with the advance of semiconductor technology, a so-called brushless DC motor that does not use a commutator and a brush has been put into practical use and widely used as a power source.
[0003]
A general configuration of these electric rotating machines includes, for example, a rotor having a permanent magnet attached thereto and a stator having a multi-phase coil connected in a Y-connection or a delta connection. Further, the electric rotating machine is driven via an inverter for switching a voltage applied to each phase coil. The inverter switches the voltage to each phase coil based on the electrical rotation position (electrical angle) of the rotor of the motor. Although the electrical angle can be detected using a Hall element, a so-called sensorless method of calculating the electrical angle without using a dedicated sensor such as a Hall element has been proposed (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 177788). If the electrical angle is detected by the sensorless method, there is an advantage that the reliability against the failure is increased by the absence of the sensor and the durability of the electric rotating machine is further improved.
[0004]
In the sensorless system, the electrical angle is detected as follows. A pulse voltage is applied to the coil of the electric rotating machine, and a current flowing through the coil by the application is detected. It has been found that the value of the current flowing through the coil due to the application of the pulse voltage depends on the electrical angle. Therefore, the correspondence between the current value flowing through the coil when the pulse voltage is applied and the electrical angle is checked in advance, the current value flowing by applying the pulse voltage is detected, and the electrical angle is determined from the detected current value. You do it.
[0005]
When measuring the electrical angle using such a sensorless method, in order to accurately detect the electrical angle, it is necessary to accurately detect the current flowing through the coil by applying a pulse voltage.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, the value of the current flowing through the coil when a pulse voltage is applied fluctuates according to fluctuations in driving conditions of the electric rotary machine, such as fluctuations in the rotation speed of the electric rotary machine and fluctuations in the voltage value supplied from the power supply. Therefore, it may not be possible to measure an accurate current value.
[0007]
Furthermore, in order to avoid generation of abnormal noise due to application of the pulse voltage and heating of the electric rotating machine due to eddy current caused by the application of the pulse voltage, it is sometimes necessary to change the applied voltage value. In such a case, the original current value flowing through the coil cannot be measured. Unless an accurate current value can be measured, the electrical angle cannot be detected with high accuracy, which makes it difficult to appropriately operate the electric rotating machine.
[0008]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problem. Even when the current value flowing through the multi-phase coil when a pulse voltage is applied fluctuates depending on the driving conditions of the electric rotating machine, or when the electric rotating machine is different. Even when the rated current cannot be supplied to the coil due to demands such as noise generation or heating prevention, it is possible to accurately measure the electric current value and accurately detect the electrical angle, thereby extending the electric rotating machine. It is an object to provide a technology that can be controlled.
[0009]
[Means for Solving the Problems and Their Functions and Effects]
In order to solve at least a part of the problems described above, the electric angle measuring device of the present invention has the following configuration. That is,
By applying a pulse voltage of an arbitrary time width to the multi-phase coil of the electric rotating machine and detecting a change in a current flowing through the coil by applying the pulse voltage, the rotor and the stator of the electric rotating machine are connected to each other. An electrical angle measuring device that measures an electrical angle between,
Driving condition detecting means for detecting a driving condition of the electric rotating machine,
Pulse voltage applying means for applying a pulse voltage to the coil;
A detection timing determination that determines a relative timing from the start of the pulse voltage application as a timing for detecting a change in the current flowing in the coil to a predetermined timing within the time during the pulse voltage application according to the driving condition of the rotating machine. Means,
Current change detecting means for detecting a change in current flowing through the coil at the determined detection time;
Electrical angle determining means for determining the electrical angle based on the detected current change;
The gist is to provide
[0010]
Further, the electric angle measuring method of the present invention corresponding to the above electric angle measuring device,
By applying a pulse voltage of an arbitrary time width to the multi-phase coil of the electric rotating machine and detecting a change in current flowing through the coil by applying the pulse voltage, a gap between the rotor and the stator of the electric rotating machine is obtained. An electrical angle measuring method for measuring an electrical angle of
Detecting the driving conditions of the electric rotating machine,
Applying a pulse voltage to the coil,
A relative timing from the start of the pulse voltage application as a timing for detecting a change in the current flowing through the coil is determined to be a predetermined timing within the time during the pulse voltage application according to the driving conditions of the rotating machine,
Detecting a change in current flowing through the coil at the determined detection time,
The gist is to determine the electric angle based on the detected current change.
[0011]
In the electrical angle measuring device and the electrical angle measuring method, the driving condition of the electric rotating machine is detected in advance before the pulse voltage is applied, and the relative detection timing of the change in the current flowing through the coil is determined by the rotation. Determined according to the driving conditions of the machine. The relative detection timing means a relative detection timing based on the pulse voltage application start timing. That is, it is relative in the sense that it is not limited to an absolute time based on the rotation angle of the rotor of the electric rotating machine. Therefore, in order to determine the relative detection time, the application start time of the pulse voltage is fixed, and in addition to determining the appropriate detection time of the current change, the detection time of the current change is fixed. This also includes setting the application start time of the pulse voltage to an appropriate time. The change in the current at the relative detection time thus determined is detected, and the electrical angle is determined based on the detected change in the current.
[0012]
If the electrical angle is measured in this manner, it is possible to detect an accurate current value in which the influence of the driving condition is compensated by simply setting an appropriate detection timing according to the driving condition of the electric rotating machine. This is preferable because the electrical angle can be measured with high accuracy.
[0013]
In such an electrical angle measuring device, the detection timing of the current change may be changed based on the magnitude relationship between the detected driving condition and a predetermined threshold. If an appropriate threshold value is set in such a method, even if the detection timing of the current change is set by a simple method of comparing the detected driving condition with the threshold, the electrical angle can be practically sufficiently accurate. Can be detected.
[0014]
In such an electrical angle measuring device, a pulse voltage having a predetermined fixed time width may be applied to the coil. By setting the time width of the pulse voltage to be slightly longer, it is possible to detect a current change at an appropriate detection time. Therefore, the electric angle can be easily measured, which is preferable.
[0015]
In such an electrical angle measuring device, the time width of the pulse voltage applied to the coil may be variable. In this way, even when it is necessary to greatly delay the detection time of the current change, the application time of the pulse voltage can be extended as much as necessary, and the current change can be detected at an appropriate time, which is preferable.
[0016]
Further, in such an electrical angle measuring device, the time width of the pulse voltage applied to the coil may be made variable, and the application end time of the pulse voltage may be made coincident with the current change detection time. After detecting the current change, it is not necessary to apply a pulse voltage to the coil. Therefore, if the current change detection time and the pulse voltage application end time are matched, power is saved and the current change is detected most efficiently. It is preferable because it is possible.
[0017]
In such an electrical angle measuring device, the rotation speed of the electric rotating machine may be detected, and the detection timing of the current change may be set to a timing that compensates for the influence of the rotation speed of the electric rotating machine. This is preferable because a current change can be accurately detected regardless of the rotation speed of the electric rotating machine.
[0018]
Further, in such an electrical angle measuring device, when the detected rotation speed of the electric rotating machine is smaller than a predetermined threshold, the detection timing of the current change may be delayed by a predetermined amount. In this method, if the threshold rotation speed is set appropriately, even if the detection timing of the current change is set by a simple method of comparing the detected rotation speed with the threshold rotation speed, sufficient accuracy for practical use is sufficient. It is preferable because the electrical angle can be detected by the following method.
[0019]
In such an electrical angle measuring device, the voltage supplied to the electric rotating machine may be detected, and the detection timing of the change in the current flowing through the coil may be set based on the detected voltage value. This is preferable because a current change can be accurately detected irrespective of the voltage supplied to the electric rotating machine.
[0020]
Further, in such an electrical angle measurement device, the detection timing of the current change may be delayed as the voltage value supplied to the electric rotating machine becomes lower. Since the change in the current is smaller as the supplied voltage value is lower, it is preferable to delay the detection timing to compensate for this effect.
[0021]
Further, in such an electrical angle measuring device, when the supplied voltage value is lower than a predetermined threshold value, the detection timing of the current change may be delayed by a predetermined amount. If the threshold voltage value is appropriately set in such a method, even if the detection timing of the current change is set by a simple method of comparing the detected voltage value with the threshold voltage value, it is practically sufficient. This is preferable because the electrical angle can be detected with high accuracy.
[0022]
Further, in such an electrical angle measuring device, the voltage value of the pulse voltage is made variable according to the driving condition of the electric rotating machine, and the detection timing of the current change is set according to the voltage value of the pulse voltage as follows. You may. That is, the correspondence between the driving condition of the electric rotating machine and the voltage value of the pulse voltage is stored in advance, and the voltage value of the pulse voltage is determined based on the detection result of the driving condition with reference to the correspondence. The detection timing of the current change is set so as to compensate for the influence of the voltage value determined in this way.
[0023]
With this configuration, it is possible to accurately detect a current change and accurately measure an electrical angle while applying a pulse voltage having an appropriate voltage value in accordance with the driving conditions of the electric rotating machine. is there.
[0024]
In such an electrical angle measuring device, the time width may be variable in addition to the voltage value of the pulse voltage, and the application of the pulse voltage may be terminated at a time set as a current change detection time.
[0025]
As described above, it is preferable to change the time width of applying the pulse voltage in accordance with the current change detection time, because the pulse voltage can be efficiently applied.
[0026]
In such an electrical angle measuring device, when the temperature of the electric rotating machine is higher than a predetermined temperature, a correspondence relationship such that the voltage value of the pulse voltage is reduced is stored, and the temperature of the electric rotating machine is detected. The voltage value of the pulse voltage is determined by referring to the correspondence from the temperature thus obtained. Thus, when the temperature of the electric rotating machine is higher than the predetermined temperature, the voltage value of the pulse voltage applied to the coil is reduced.
[0027]
When a pulse voltage is applied to the coil, the magnetic flux density of the coil changes abruptly, and an eddy current is generated in the electric rotating machine due to this effect, and the electric rotating machine is heated. When the temperature of the electric rotating machine is increased by heating, the electric rotating machine is burned, and even if the burning does not occur, the permanent magnet is demagnetized. On the other hand, according to the above-described method, when the temperature of the electric rotating machine is high, the voltage value of the pulse voltage is set low, thereby suppressing heat generation due to eddy current and shortening the life of the electric rotating machine. It is preferable to avoid such a situation and to set the current detection timing so as to compensate for the effect of lowering the voltage value, so that a current change can be accurately detected.
[0028]
In such an electrical angle measuring device, it is also possible to accurately measure the electrical angle while setting the voltage value as described below, while avoiding generation of abnormal noise of the electric rotating machine. That is, the voltage value at which abnormal noise is generated from the electric rotating machine when applied to the coil is stored in advance in association with the driving condition of the electric rotating machine. When the driving condition of the electric rotating machine is detected, and the voltage value of the pulse voltage to be applied to the coil is higher than the abnormal sound generation voltage value stored in association with the detection result, the voltage value is determined. The voltage is corrected to a voltage lower than the abnormal sound generation voltage, and a pulse voltage having the corrected voltage is applied. The current detection timing is set so as to compensate for the influence of the voltage value thus corrected, and the current change is detected at the set detection timing.
[0029]
With this configuration, it is possible to accurately detect a current change and accurately measure an electrical angle while applying a pulse voltage having an appropriate voltage value such that abnormal noise is not generated from the electric rotating machine. is there.
[0030]
The present invention can also take an aspect as a control device or a control method for controlling an electric rotating machine using the above-described electric angle measurement device. That is, the control device for the electric rotating machine according to the present invention includes:
By applying a pulse voltage of an arbitrary time width to the multi-phase coil of the electric rotating machine and detecting a change in a current flowing through the coil by applying the pulse voltage, the rotor and the stator of the electric rotating machine are connected to each other. A control device for an electric rotating machine that measures an electrical angle between
Driving condition detecting means for detecting a driving condition of the electric rotating machine,
Pulse voltage applying means for applying a pulse voltage to the coil;
A detection timing determination that determines a relative timing from the start of the pulse voltage application as a timing for detecting a change in the current flowing in the coil to a predetermined timing within the time during the pulse voltage application according to the driving condition of the rotating machine. Means,
Current change detecting means for detecting a change in current flowing through the coil at the determined detection time;
Electrical angle determining means for determining the electrical angle based on the detected current change,
Electric rotating machine control means for controlling the electric rotating machine based on the determined electric angle;
The gist is to provide
[0031]
Further, the control method of the electric rotating machine of the present invention corresponding to the above-described electric rotating machine control device includes:
By applying a pulse voltage of an arbitrary time width to the multi-phase coil of the electric rotating machine and detecting a change in a current flowing through the coil by applying the pulse voltage, the rotor and the stator of the electric rotating machine are connected to each other. A method for controlling an electric rotating machine that measures an electrical angle between
Detecting the driving conditions of the electric rotating machine,
Applying a pulse voltage to the coil,
A relative timing from the start of the pulse voltage application as a timing for detecting a change in the current flowing through the coil is determined to be a predetermined timing within the time during the pulse voltage application according to the driving conditions of the rotating machine,
Detecting a change in current flowing through the coil at the determined detection time,
Determining the electrical angle based on the detected current change,
The gist of the invention is to control the electric rotating machine based on the determined electric angle.
[0032]
In the electric rotating machine control device and the electric rotating machine control method, the driving condition of the electric rotating machine is detected, and the detection timing of the current change is set according to the detected driving condition. A current change at the detection time set in this way is detected, an electrical angle is determined based on the detected current change, and the electric rotating machine is controlled using the determined electrical angle. By controlling the electric rotating machine in this way, a change in current flowing through the coil when a pulse voltage is applied can be accurately detected regardless of the driving conditions, so that the electrical angle can be accurately measured. This is preferable because the electric rotating machine can be suitably controlled.
[0033]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
In order to further clarify the configuration and operation of the present invention described above, embodiments of the present invention will be described below based on examples.
[0034]
A. Device configuration:
(1) Outline of motor control:
FIG. 1 is a functional block diagram showing a schematic configuration of a motor control device 10 including an electric angle detection device as one embodiment of the present invention. In order to explain the outline of the role of the electric angle detecting device of the present embodiment in the motor control device 10, firstly, the outline in which the motor control device 10 of FIG. 1 controls the rotation of the motor will be briefly described.
[0035]
The motor control device 10 illustrated in FIG. 1 includes a three-phase synchronous motor 60, an inverter 30 that controls a current flowing through each phase coil of the three-phase synchronous motor 60, a power supply 80 that supplies power to the inverter 30, and an inverter 30. , An electric angle detector 40 for detecting an electric angle of the synchronous motor 60, a torque detector 50 for detecting a torque generated by the synchronous motor 60, and a current value of each phase coil. And current detectors 12 and 14 for detecting the electrical angle and outputting the detected electrical angle to the electrical angle detector 40 and the torque detector 50.
[0036]
The electric angle detection unit 40 and the torque detection unit 50 detect the electric angle and the generated torque of the motor from the current value of each phase coil, respectively, and output them to the control unit 20. The control unit 20 controls the switching timing of the voltage applied to each phase coil based on the electric angle received from the electric angle detection unit 40, and controls the generated torque received from the torque detection unit 50 to match the torque command value. Then, feedback control of the generated torque is performed.
[0037]
In the control of the synchronous motor, it is necessary to smoothly switch the voltage applied to each phase coil together with the rotation of the rotor, and the electrical angle detection device of the present embodiment determines the electrical rotational position (electrical angle) of the rotor 62. It plays the role of detecting and supplying it to the control unit.
[0038]
(2) Outline of electrical angle detection device:
FIG. 2 is an explanatory diagram showing an outline of a hardware configuration of the motor control device 10 described above. The motor control device 10 is a device that drives the three-phase synchronous motor 60, and controls an electronic control unit (hereinafter, referred to as an ECU) 200 that performs various calculations for performing control, a power supply 80 that supplies power, and a control of the ECU 200. An inverter 30 for controlling the current flowing through each phase coil of the three-phase synchronous motor 60, current detectors 12 and 14 for detecting the current flowing to each phase coil, a voltage sensor 109 for detecting the battery voltage; It comprises a thermistor 110 for detecting the temperature of the phase synchronous motor 60 and the like. Outputs of the current detectors 12 and 14, the voltage sensor 109, and the thermistor 110 are input to the computer 200 via analog-to-digital converters (hereinafter, referred to as ADCs) 106, 108, 111, and 112, respectively.
[0039]
The ECU 200 is configured as a well-known arithmetic and logic circuit including a CPU 202, a ROM 204, a RAM 206, a timer 212, an input port 208 for receiving data from the outside, an output port 210 for outputting data to the outside, and the like. The CPU 202 and the like in the ECU 200 are connected to each other via a bus 214 so that data can be exchanged.
[0040]
The inverter 30 according to the present embodiment is a so-called power transistor type inverter formed of a power control semiconductor such as a power transistor and a diode. Of course, another type of inverter using a thyristor or the like can be applied. The inverter 30 operates based on a control signal from the ECU 200 and performs a PWM control of a current flowing through each phase coil of the three-phase synchronous motor 60 by switching each transistor at a predetermined timing.
[0041]
The current detectors 12 and 14 detect currents flowing through the U-phase coil and the V-phase coil of the motor, respectively, by using an electromagnetic induction action. The detected current is used for detecting an electrical angle (details will be described later), detecting a torque generated by the motor (described later), and the like. The current flowing through each phase coil of the motor fluctuates with time. Frequency components within a predetermined range of the fluctuating current are extracted and used for detecting an electrical angle and a torque. The filters 102 and 104 are provided to remove unnecessary frequency components from the currents detected by the current detectors 12 and 14. The ADCs 106 and 108 convert analog outputs of the filters 102 and 104 into digital data that can be handled by a computer. Outputs of the ADCs 106 and 108 are input to the ECU 200 via the input port 208.
[0042]
The voltage sensor 109 divides the voltage supplied from the battery at a predetermined ratio and outputs the resulting voltage as an analog voltage. The output voltage value is converted into a digital value by the ADC 111, and is taken into the ECU 200 via the input port 208.
[0043]
The thermistor 110 is an element whose output voltage changes depending on the measured temperature. The voltage value output as an analog value from the thermistor 110 is converted into a digital value by the ADC 112 and then taken into the ECU 200 via the input port 208.
[0044]
A power supply 80 that supplies power to the motor control device 10 illustrated in FIG. 2 uses a DC power supply to which a plurality of batteries are connected. Of course, the present invention is not limited to this. For example, a converter that generates a DC voltage from a commercial AC power supply may be used, or a power supply device that generates a DC voltage using a fuel cell may be used.
[0045]
The electric angle detection in this embodiment is performed by the functions of the ECU 200 used for motor control, the inverter 30, the current detectors 12, 14, the voltage sensor 109, the thermistor 110, the filters 102, 104, and the ADCs 106, 108, 111, 112. It is performed using. That is, the electrical angle detection device 100 of the present embodiment exists in a form included in the motor control device 10.
[0046]
(3) Outline of structure of synchronous motor:
FIGS. 3 and 4 are explanatory diagrams showing an outline of the structure of the three-phase synchronous motor 60 used in the present embodiment. FIG. 3 is a cross-sectional view in a cross section including the rotation axis of the motor, and FIG. 4 is a cross-sectional view in a cross section orthogonal to the rotation axis. As shown in FIG. 3, the three-phase synchronous motor 60 includes a stator 61, a rotor 62, and a case 63 accommodating them. The rotor 62 has permanent magnets 64 a to 64 d affixed to its outer periphery, and its rotating shaft 65 is rotatably held by bearings 66 a and 66 b provided on the case 63.
[0047]
The rotor 62 is formed by laminating a plurality of plate-shaped rotors 67 formed by stamping out electromagnetic steel sheets. As shown in FIG. 4, the plate-shaped rotor 67 has four salient poles 68a to 68d at orthogonal positions. Permanent magnets 64a to 64d are affixed to the outer circumferential surface of the rotor 62 at intermediate positions between the salient poles 68a to 68d along the rotation axis direction. The permanent magnets 64a to 64d are magnetized in the radial direction of the rotor 62, and the polarity of adjacent magnets is different from each other. For example, the outer peripheral surface of the permanent magnet 64a has an N pole, and the outer peripheral surface of the adjacent permanent magnet 64b has an S pole. When assembled to the rotor 62, the permanent magnets 64a and 64b form a magnetic path Md that passes through the plate-shaped rotor 67 and the plate-shaped stator 69 (see FIG. 4).
[0048]
The stator 61 is formed by stacking plate-shaped stators 69 formed by punching a thin sheet of electromagnetic steel sheet. The plate-shaped rotor 67 has twelve teeth 70 as shown in FIG. A coil 72 for generating a rotating magnetic field in the stator 61 is wound around a slot 71 formed between the teeth 70. In addition, a bolt hole through which the fixing bolt 73 is passed is provided in the outer edge of the plate-shaped stator 69, but is not shown in FIG.
[0049]
The stator 61 is assembled to the case 63, a fixing bolt 73 is passed through a bolt hole, and the whole is fixed by tightening the bolt. The three-phase synchronous motor 60 is completed by rotatably assembling the rotor 62 with the bearings 66a and 66b in the stator 61 thus formed.
[0050]
When a current is applied to the coil 72 of the stator 61, as shown in FIG. 4, a magnetic path Mq penetrating the adjacent salient poles and the plate-shaped rotor 67 and the plate-shaped stator 69 is formed. Note that an axis through which the magnetic flux formed by the above-described permanent magnet 64a passes through the rotor 62 in the radial direction through the center of the rotation axis is referred to as a d-axis, and is electrically connected to the d-axis in the rotation plane of the rotor 62. The axis orthogonal to is called the q-axis. That is, the d-axis and the q-axis are axes that rotate as the rotor 62 rotates. In the three-phase synchronous motor 60 of this embodiment, the outer peripheral surfaces of the permanent magnets 64a and 64c attached to the rotor 62 have N poles, and the outer peripheral surfaces of the permanent magnets 64b and 64d have S poles. Therefore, as shown in FIG. 4, geometrically, the axis in the 45-degree direction with respect to the d axis is the q axis.
[0051]
B. Overview of motor control processing:
FIG. 5 is a flowchart illustrating a flow of a process in which the motor control device 10 of the present embodiment controls the operation of the three-phase synchronous motor 60. The electric angle detection process is performed by the CPU 202 in the ECU 200 as a part of the motor control process shown in FIG. As a preparation for describing the detection of the electrical angle, an outline of the motor control process will be described below with reference to the flowchart of FIG.
[0052]
When starting the motor control process, the CPU 202 first performs an electrical angle detection process (step S100). As described above, in the control of the three-phase synchronous motor 60, the motor is operated while sequentially switching the voltage applied to each terminal of the U, V, and W phases in accordance with the rotation of the rotor 62. First, an electrical angle, which is a basic variable of the processing, is detected. Details of the electrical angle detection processing will be described later.
[0053]
Upon detecting the electrical angle, the CPU 202 determines the direction of the rotating magnetic field to be formed in the stator 61 from the detected electrical angle, and controls the U, V, W phase terminals so that a magnetic field having the determined direction is formed. The voltage state, that is, whether to connect to the high voltage side or the low voltage side of the voltage supplied from the power supply 80 is determined. This process is a terminal voltage determination process (step S102).
[0054]
When the terminal voltage determination processing ends, the CPU 202 starts the torque control processing (step S104). Since the torque generated by the motor is proportional to the current flowing through the coils of each phase, the torque generated by the motor can be detected by detecting the current flowing through the coils of each phase with the current detectors 12 and 14. The generated torque is compared with the torque command value. If the generated torque is small, the current flowing through the coil is increased, and if the generated torque is large, the current is decreased. Thus, the process of controlling the torque generated by the motor so as to match the torque command value is the torque control process (step S104). In the present embodiment, the current value flowing through the coil is controlled by performing so-called PWM control. Note that there is a relationship that the sum of the current values flowing through the coils of each phase always becomes zero. Therefore, in this embodiment, only the currents Iu and Iv flowing through the two coils of the U-phase coil and the V-phase coil are detected, and the current Iw flowing through the W-phase coil is obtained by calculation using this relationship. Of course, three current detectors may be provided to directly detect the current flowing in the U, V, and W phase coils.
[0055]
Since the rotor 62 is continuously rotating, when the torque control process S104 ends, the process returns to the process of step S100 again to detect the electrical angle, and a series of subsequent processes is performed based on the newly detected electrical angle. repeat. That is, the motor control device 10 used in the present embodiment continuously executes the motor control process shown in FIG. 5 as a main routine, and performs other necessary processes by generating an interrupt when performing other processes. After that, the process returns to the main routine again to continue the motor control. In the motor control device 10 of the present embodiment, the time required for one round of the main routine is about 200 μsec on average.
[0056]
C. Electrical angle detection processing:
The electrical angle detection processing performed in the present embodiment will be described in detail below, but first, the electrical angle detection principle will be briefly described for easy understanding.
[0057]
(1) Electrical angle detection principle:
As an example, when a high voltage is applied to the u-phase terminal of a three-phase motor and a low voltage is applied to the v-phase terminal and the w-phase terminal, a current starts flowing through the U-phase coil. It is known that the inductance L of the circuit between the U-phase and the VW-phase at this time changes depending on the angle (electric angle) between the d-axis of the rotor 62 and the q-axis of the rotating magnetic field. FIG. 6 is an explanatory diagram showing how the inductance L between the phases changes depending on the electrical angle. 6, L1 indicates the inductance of the circuit between the U phase and the VW phase, and L2 indicates the inductance of the circuit between the V phase and the WU phase. As shown in FIG. 6, the inductance L1 and the inductance L2 have a phase difference of 120 degrees. This relationship is easy to understand when considered as follows. Since the orientations of the U-phase coil and the V-phase coil are different from each other by 120 degrees, the state of the V-phase coil at the moment when the magnetic field faces a certain direction and the U-phase coil whose electrical angle is advanced by 120 degrees from that moment The state becomes the same. Therefore, the inductance L2 between the V phase and the WU phase has a relationship in which the phase is advanced by 120 electrical degrees with respect to the inductance L1 between the U phase and the VW phase.
[0058]
The electrical angle can be obtained from the inductances L1 and L2 based on the relationship shown in FIG. That is, when the value of the inductance L1 is obtained, it is understood that the electrical angle corresponding to such an inductance is any of α1 to α4 shown in FIG. Although it is not possible to determine which of the four values is the inductance L1 alone, if the inductance L2 is further determined, it is possible to determine which of the electrical angles α1 to α4 from the relationship with the inductance L2.
[0059]
The inductance can be obtained from a transient current change when a step-like voltage is applied to the electric circuit as follows. Assuming that the impedance of the circuit is R, the inductance is L, and the voltage value of the applied step-like voltage is E1, the current value I (t) is obtained by the following equation.
I (t) = {1-exp (-Rt / L)} E1 / R (1)
Here, exp () represents an exponential function.
[0060]
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a change in the current value I (t) with respect to the inductance L. The current value increases linearly immediately after the voltage is applied, but gradually decreases after a while, and eventually changes to a steady voltage E1 / R. When the inductance value is large, the current value immediately after voltage application gradually increases and it takes a long time for the current value to stabilize, but when the inductance value is small, the current value immediately after voltage application is The time required until the current value stabilizes due to a sharp increase is shortened. FIGS. 7A and 7B compare the case where the value of the voltage value E1 is changed. When the value of the voltage value E1 is increased, the slope of the current value becomes steeper, and at the same time, the value at which the current is stabilized increases. However, the time required for the current to stabilize does not change even when the voltage value E1 is changed. .
[0061]
As is clear from FIG. 7, if the voltage value to be applied is known, the current value I (t0) when a predetermined time t0 has elapsed from the voltage application is determined by the value of the inductance L (see (1) above). ) Expression). From this, it is possible to measure the current value I (t0) at the time t0 at the predetermined voltage E1 and obtain the inductance L from the relationship between the current value I (t0) and the inductance L.
[0062]
By obtaining the respective inductances of the U-phase and V-phase coils in this way, the electrical angle can be determined from the relationship between the inductance and the electrical angle shown in FIG.
[0063]
(2) Electrical angle detection processing (first embodiment):
FIG. 8 is a flowchart illustrating the flow of the electrical angle detection process in the first embodiment of the present embodiment. In the first embodiment of the present embodiment, in order to accurately measure the current flowing through the coil, the current value is detected at a timing considering the battery voltage and the motor rotation speed. The reason why the detection timing of the current value needs to be compensated for by the battery voltage and the motor rotation speed will be described later. Hereinafter, the contents of the processing will be described with reference to the flowchart of FIG. This process is a process executed by CPU 202 of ECU 200 in the main routine shown in FIG.
[0064]
When starting the electrical angle detection process, the CPU 202 first detects the battery voltage Vb (step S200). The battery voltage Vb is read by the CPU 202 after the output of the voltage sensor 109 is converted into a digital value by the ADC 111 (see FIG. 2).
[0065]
When detecting the battery voltage Vb, the CPU 202 next detects the rotation speed ωm of the motor (step S202). In this embodiment, a sensor for detecting the rotation speed of the motor is not particularly provided, and thus the CPU 202 obtains the rotation speed by calculation. Although a detailed description of the method of calculating the rotational speed is omitted, it may be roughly considered as follows.
[0066]
Although the details will be described later, in the electrical angle detection processing of this embodiment, the electrical angle is detected from the value of the current flowing through the coil. The electrical angle is the angle on the d and q axes described above and is not the same as the mechanical angle between the rotor and the stator of the motor. It can be converted to a mechanical angle. Therefore, the rotational speed of the motor can be obtained by performing coordinate conversion on the differential value of the detected electrical angle.
[0067]
As described above, in this embodiment, the rotation speed of the motor is calculated from the value of the current flowing through the coil. However, the rotation speed of the motor may be directly detected by a rotation speed sensor or the like.
[0068]
When detecting the battery voltage Vb and the motor rotation speed ωm, the CPU 202 sets the current detection timing ts as follows (step S204).
[0069]
First, as a reference state, a reference voltage value Vst of a pulse voltage and a reference rotation speed ωst of a motor rotation speed are determined, and a current detection timing ts0 in the reference state is set. Then, based on the battery voltage Vb and the motor rotation speed ωm detected in steps S200 and S202, the current detection timing is calculated by the following equation.
ts = K × Ts0 (2)
Here, K is a correction coefficient, which is obtained by the following equation.
K = (Vb + β × ωm) / (Vst + β × ωst) (3)
The reason why the current detection timing is set using Expressions (2) and (3) will be described later.
[0070]
Note that the correction coefficient K can be obtained by using the following equation.
K = Kv × Kω (4)
Here, Kv is a correction coefficient for correcting the effect of the battery voltage, and Kω is a correction coefficient for correcting the effect of the motor rotation speed. The value of each correction coefficient is obtained as follows. As shown in FIG. 9, the correspondence between the battery voltage Vb and the correction coefficient Kv and the correspondence between the motor rotation speed ωm and the correction coefficient Kω are stored in advance as a map, and the detected battery voltage Vb or the motor rotation The correction coefficients Kv and Kω are obtained by referring to the respective maps from the value of the speed ωm. By doing so, the degree of freedom for setting each correction coefficient increases, so that more accurate correction can be performed.
[0071]
When the current detection timing is set as described above, the CPU 202 detects the initial current value I0 flowing through the coil (step S206). That is, before the pulse voltage is applied to the coil, the value of the current flowing through the coil is detected in advance using the current detectors 12 and 14.
[0072]
When detecting the initial current value I0, the CPU 202 applies a pulse voltage to the coil by controlling the inverter 30 (step S208). In the present embodiment, the power supply 80 normally supplies a voltage of about 400 V, reduces this voltage to about 60%, and applies a pulse voltage of about 250 V. Various well-known methods can be applied as the step-down method. For example, if two resistors are connected in series to the power supply 80 and a voltage at an intermediate position between the resistors is used, a voltage stepped down to a ratio determined by the ratio of the two resistance values can be obtained. If a circuit called a DC chopper is used, or a technique such as PWM control is used, the voltage reduction ratio can be freely changed. In this embodiment, the voltage is lowered using a DC chopper.
[0073]
The pulse width of the applied pulse voltage is set to the time ts set in step S204. That is, after the current value is detected, even if a voltage is applied to the coil, only the useless power is consumed, so that the application of the pulse voltage is finished simultaneously with the current detection. Of course, the length of the pulse width may be fixed to a longer value, and only the detection timing of the current value may be changed.
[0074]
When the pulse voltage is applied, the control waits until the predetermined time ts set in step S204 elapses (step S210), and detects the coil current value I1 after the elapse of the predetermined time ts (step S212). Specifically, the current detection timing ts set in step S204 is set in the timer 212 built in the ECU 200, and the elapsed time from the application of the pulse voltage is measured by the timer, so that the current detection is performed. Detect timing. Using the current detectors 12 and 14, the current value flowing through the U-phase coil and the current value flowing through the V-phase coil are measured.
[0075]
In this embodiment, since the detection timing of the current value and the timing of terminating the application of the pulse voltage are set at the same time, the maximum current value flowing by the application of the pulse voltage is detected. Therefore, an element for holding the maximum value of the current may be provided, and the value held in the element may be read out later to detect the current value I1.
[0076]
Next, the CPU 202 calculates the amount of change in the current flowing due to the application of the pulse voltage (step S214). In step S206, since the initial current value I0 flowing through the coil before application of the pulse voltage has been measured in advance, the amount of change in the current flowing by the application is calculated by subtracting the initial current value I0 from the current value I1. can do.
[0077]
The electrical angle is calculated from the current change amount thus obtained as described with reference to FIG. 6 (step S216). In brief, referring to FIG. 10, four electric angles β1 to β4 are obtained as possible electric angles for the obtained current change amount Ir. Although it is not possible to specify any of the four electrical angles from the current flowing through the U-phase coil alone, if the electrical angle is calculated by the same method for the current flowing through the other phase (V-phase) coil, An electrical angle that satisfies both conditions of the U-phase coil and the V-phase coil can be specified.
[0078]
When the electrical angle detection process is completed as described above, the process returns to the motor control process shown in FIG. 5, and the processes after the terminal voltage determination process S102 are executed.
[0079]
As described above, in the electrical angle detection process in the first embodiment, by setting appropriate timing, the influence of the battery voltage Vb and the rotational speed ωm of the motor is compensated to detect the accurate current change amount. Is possible.
[0080]
Next, in the first embodiment, the reason why the correction coefficient K is calculated using Expression (3) will be described. Incidentally, for the sake of explanation, first, the reason why the amount of current change fluctuates due to the fluctuation of the battery voltage Vb or the motor rotation speed ωm will be briefly described, and then the correction coefficient will be calculated using the equation (3). The reason why is possible will be described.
[0081]
Assuming that the voltage applied to the U-phase coil is Vu and the currents flowing through the U, V, and W phase coils are Iu, Iv, and Iw, respectively, the voltage between Vu and Iu, Iv, and Iw is as follows. The relationship holds.
Vu = {R + {(L)} × Iu−Δ (M) × Iv / 2−Δ (M) × Iw / 2 + Eu (5)
Here, △ () represents a differential operator (d / dt), L represents self-inductance of the U-phase coil, and M represents mutual inductance between the coils. Eu is a speed electromotive force generated in the coil. This speed electromotive force Eu is an electromotive force generated in the coil when the motor rotates and the magnetic field of the permanent magnet attached to the rotor crosses the coil,
Eu = △ (φ) = − ω × φmax × sin θ (6)
Given by φ represents the number of magnetic fluxes passing through the coil, and φmax represents the maximum value of the number of magnetic fluxes. ω is the rotation speed of the motor, and θ is the rotation angle of the rotor.
[0082]
An equation similar to equation (5) holds for the V-phase coil and the W-phase coil. The relationship between the current value flowing through each phase coil and the applied voltage is given by a simultaneous differential equation composed of these three equations, and this simultaneous differential equation is called a circuit equation or a voltage equation.
[0083]
Here, the influence of the motor rotation speed on the current value Iu flowing through the U-phase coil will be considered. Since the mutual inductance M is smaller than the self-inductance L, it is considered that the effects of Iv and Iw can be ignored. At this time, the expression (5) is
Vu = {R + {(L)} × Iu + Eu.
Iu = (Vu-Eu) {1-exp (-Rt / L)} / R
Get. Substituting equation (6),
Iu = (Vu + ωφmax sin θ) {1-exp (−Rt / L)} / R (7)
Get.
[0084]
As is clear from the equation (7), the current value Iu fluctuates due to the fluctuation of the applied voltage Vu and the motor rotation speed ω. Here, as described above, in the first embodiment, the voltage supplied from the battery is stepped down at a constant rate and applied to the coil, so the value of the applied voltage Vu in equation (7) is proportional to the battery voltage Vb. are doing. Therefore, as is apparent from the equation (7), the value of the current flowing through the coil varies depending on the battery voltage Vb and the motor rotation speed ωm.
[0085]
Comparing Equations (3) and (7) above, the correction coefficient K of the current detection timing obtained by Equation (3) is the ratio of the detected current value to the current value flowing through the coil in the reference state (ie, (Correction coefficient for the current value). That is, in this embodiment, the current detection timing is corrected by the correction coefficient for the current value. The reason why an accurate current value can be detected in this way will be described below.
[0086]
FIG. 11 is an explanatory diagram conceptually showing a state of a current flowing through a coil when a pulse voltage is applied. In the electrical angle detection process of this embodiment, since the time from application of the pulse voltage to the coil to detection of the current is considerably shorter than the time constant of the coil, an area of 1/10 or less is used. As shown in FIG. 11, the current flowing through the coil increases almost linearly. For example, it is assumed that a current as shown by a solid line in FIG. 11 flows through the coil when both the battery voltage and the motor rotation speed are in the reference state. Further, it is assumed that the current value flowing through the coil is reduced by 10% due to the fluctuation of the battery voltage and the fluctuation of the motor rotation speed, and the current shown by the broken line in FIG. 11 flows. When the current is detected at the reference detection timing ts after the application of the pulse voltage, the current value Is is detected by 10% less than the current value Is in the reference state. To compensate for this, the current may be detected at the timing Id with the current detection timing delayed by 10% from the reference timing Is.
[0087]
As described above, in the present embodiment, as shown in FIG. 11, after the application of the pulse voltage, the current value is detected using the region where the current increases almost linearly with time. Therefore, by correcting the current detection timing by the correction coefficient for the current value, a correct current value can be detected.
[0088]
As described above, in the electrical angle detection processing of the first embodiment described above, the current value generated in the coil varies due to the influence of the fluctuation of the pulse voltage applied due to the fluctuation of the battery voltage or the influence of the motor rotation speed. This is compensated for by setting the current value detection timing to an appropriate timing. For this reason, it is possible to accurately detect the value of the current flowing through each phase coil by applying the pulse voltage, and thus to accurately detect the electrical angle.
[0089]
(3) Electrical angle detection processing (second embodiment):
In the electrical angle detection processing of the first embodiment described above, the rotation speed of the motor is detected, and even when the motor is rotating at any speed, the current value is detected at a timing in consideration of the effect. However, it has been experimentally confirmed that there is no practical effect even by a simple method of compensating for the effect only when the rotational speed of the motor becomes extremely slow. One possible reason for this is that the value of the coefficient (φmax sin θ) relating to the rotational speed is small, and the influence of the rotational speed is unlikely to appear (see the aforementioned equation (7)). If the rotation speed is compensated only when the rotation speed is equal to or lower than the predetermined rotation speed, the time required for setting the above-described current detection timing can be reduced. Furthermore, if the time thus created is used to improve the electrical angle detection accuracy, the motor can be operated more smoothly. In the electrical angle detection processing according to the second embodiment described below, the motor can be operated more smoothly in this manner.
[0090]
FIG. 12 is a flowchart illustrating the flow of the electrical angle detection process according to the second embodiment. In the electrical angle detection process according to the second embodiment, as in the first embodiment, the battery voltage Vb is first detected (step S300).
[0091]
Next, it is determined whether the detected battery voltage Vb is higher than the reference pulse voltage (step S302). If the battery voltage Vb is higher than the reference pulse voltage, a voltage correction coefficient kv is calculated (step S304). The method of detecting the battery voltage Vb uses the same method as in the first embodiment.
[0092]
The voltage correction coefficient kv is a correction coefficient by which a reference pulse voltage value is obtained by multiplying the battery voltage Vb, and is calculated by kv = (reference voltage value) / (battery voltage Vb). For example, when the battery voltage is 400 V with respect to the reference voltage value of 250 V, the value of the voltage correction coefficient kv is 250/400 = 0.625.
[0093]
Next, a value ts0 predetermined as a reference detection timing is set as the current detection timing ts (step S306). That is, when the battery voltage Vb is higher than the value of the reference pulse voltage, the battery voltage Vb is reduced to the reference pulse voltage by the DC chopper circuit and then applied to the coil. Therefore, it is not necessary to set the current detection timing ts in consideration of the fluctuation of the applied pulse voltage. Therefore, a value set in advance as the reference detection timing is set as the current detection timing ts.
[0094]
Conversely, if it is determined in step S302 that the battery voltage Vb is lower than the reference pulse voltage, the voltage correction coefficient kv is set to 1 (step S308). If the battery voltage Vb is smaller than the reference voltage value of the pulse voltage, the battery voltage Vb cannot be reduced, and the pulse voltage of the battery voltage Vb is applied to the coil. Thus, the state where the battery voltage Vb is applied to the coil with the voltage value as it is is the state of the voltage correction coefficient kv = 1.
[0095]
Next, the current detection timing ts is set to a timing that compensates for the fluctuation of the battery voltage Vb (step S310). That is, when the battery voltage Vb is smaller than the reference pulse voltage value, the battery voltage Vb is applied as a pulse voltage as it is, so that it is necessary to compensate for the deviation of the applied pulse voltage at the current detection timing. Therefore, an appropriate current detection timing is set by the same method as in the first embodiment described above.
[0096]
However, the difference is that the compensation amount in the second embodiment is smaller than the compensation amount in the first embodiment. This is for the following reason. In the first embodiment, the voltage value of the pulse voltage applied to the coil fluctuates with the value of the battery voltage, and this fluctuation is compensated for by setting the current detection timing. For example, if the battery voltage Vb, which is normally around 400 V, drops to 200 V, the pulse voltage applied to the coil will also be halved, and this voltage drop must be compensated for by setting the current detection timing. On the other hand, in the second embodiment, even if the battery voltage Vb of 400 V drops to 200 V, only 50 V that is less than the reference voltage value of 250 V of the pulse voltage needs to be compensated. If the voltage to be compensated is small, the compensation error when setting the current detection timing is also small, so that the accuracy of current value detection can be improved.
[0097]
The reason why the accuracy of detecting the current value is improved when the voltage value to be compensated is reduced will be described in a supplementary manner. When the voltage fluctuation is compensated by the current detection timing, as described above with reference to FIG. 11, it is approximated that the current value increases linearly after the application of the pulse voltage. As a result of this approximation, if the voltage value decreases by 5%, that is, if the current value decreases by 5%, the current detection timing only needs to be delayed by 5%, so that it is possible to compensate by simple calculation. . However, strictly speaking, the current value does not increase linearly after the application of the pulse voltage (see Equation (1)). Therefore, as the voltage value to be compensated increases, the error due to approximation with a straight line increases, and the error at the time of compensation increases. On the other hand, if the voltage value to be compensated is small as in the second embodiment, it can be approximated that the current increases linearly after application of the pulse voltage. This makes it possible to compensate with high accuracy.
[0098]
After the current detection timing is set as described above, the motor rotation speed ωm is detected (step S312 in FIG. 12). The motor rotation speed ωm is calculated and calculated from the current value as in the first embodiment. Of course, the motor rotation speed may be directly detected by a rotation speed sensor or the like.
[0099]
Next, it is determined whether or not the detected motor rotation speed ωm is greater than the rotation speed threshold ωth (step S314). As described above, the effect of the motor rotation speed ωm on the current value flowing through the coil is smaller than the effect of the pulse voltage, and the effect should be considered only when the motor rotation speed ωm becomes lower than the predetermined rotation speed. It has been experimentally confirmed that it is necessary. Therefore, the detected motor rotation speed ωm is compared with a rotation speed ωth, which is a threshold value obtained experimentally in advance, to determine whether it is necessary to compensate for the influence of the motor rotation speed. The value of the threshold rotation speed ωth used in the second embodiment is set to a value around 10 rpm.
[0100]
If the detected motor rotation speed ωm is smaller than the threshold rotation speed ωth, it is determined that it is necessary to compensate for the influence of the motor rotation speed, and the previously set current detection timing ts is corrected (step S316). Specifically, in the second embodiment, the current detection timing ts is corrected so as to be delayed by about 20% by applying a fixed correction coefficient k.
[0101]
Strictly speaking, the correction amount should be different depending on the value of the motor rotation speed ωm. However, since the influence of the motor rotation speed is small in the first place, even if the correction is made strictly, a very large effect cannot be obtained. Therefore, in the second embodiment, the current detection timing is corrected by applying a fixed correction coefficient k. Of course, the current detection timing ts may be corrected according to the value of the motor rotation speed ωm.
[0102]
If the motor rotation speed ωm detected in step S312 is higher than the threshold rotation speed ωth, it is not necessary to modify the current detection timing ts in consideration of the influence of the motor rotation speed.
[0103]
When the current detection timing ts is set as described above, the initial current value I0 flowing through the coil is detected (step S318), and a pulse voltage having a pulse width ts is applied (step S320). When the battery voltage Vb is higher than the reference voltage value of the pulse voltage, the voltage is reduced according to the setting of the voltage correction coefficient kv, and the pulse voltage of the reference voltage value is applied. When the battery voltage Vb is lower than the reference voltage value, the battery voltage Vb is applied as a pulse voltage.
[0104]
After the application of the pulse voltage, the current value I1 flowing through the coil is detected (step S324) after the current detection timing ts elapses (step S322), and the current change amount is determined from the difference from the initial current value I0. Is calculated (step S326). The electric angle is calculated based on the current change amount thus obtained (step S328).
[0105]
In the electrical angle detection processing of the second embodiment described above, the influence of the motor rotation speed is compensated only when the rotation speed of the motor becomes extremely slow. Under normal operating conditions, the compensation of the rotation speed is performed. Time can be saved. Utilizing the saved time, the battery voltage Vb is reduced to the reference voltage value and then applied to the coil. That is, when the battery voltage Vb is higher than the reference voltage value, a pulse voltage having the reference voltage value is applied, so that the amount of change in current can be accurately detected. When the battery voltage Vb is smaller than the reference voltage value, only the voltage difference needs to be compensated for at the current detection timing, so that the error at the time of compensation is reduced and the current change amount can be accurately detected. Become. As described above, in the electrical angle detection process according to the second embodiment, the amount of change in current can be detected with high accuracy, so that the detection accuracy of electrical angle can be improved. It is possible to drive more smoothly.
[0106]
(4) Electrical angle detection processing (third embodiment):
In the electrical angle detection process of the first embodiment described above, a voltage obtained by decreasing the battery voltage Vb at a fixed rate is applied to the coil without controlling the voltage value of the pulse voltage. Therefore, the value of the pulse voltage applied to the coil also changes with the change in the battery voltage Vb. Therefore, this effect is compensated for by appropriately setting the current detection timing. In the electrical angle detection process according to the second embodiment, the voltage value of the applied pulse voltage is fixed to the reference voltage value in principle, and the applied voltage value is not actively controlled. On the other hand, in the electrical angle detection processing of the third embodiment, the voltage value of the pulse voltage applied to the coil is changed by utilizing the fact that the fluctuation of the applied voltage can be compensated by setting the current detection timing. Is actively controlled according to the operating conditions of Hereinafter, the electrical angle detection processing according to the third embodiment will be described.
[0107]
FIG. 13 is a flowchart illustrating an example of the electrical angle detection process according to the third embodiment. In the electrical angle detection process of the third embodiment illustrated, the portion in which the voltage value of the pulse voltage applied to the coil and the current detection timing are switched by the motor temperature Tm is larger than the second embodiment described above. Is different. Since the other processing contents are almost the same as those of the second embodiment, the following description focuses on the characteristic features of the third embodiment.
[0108]
When the electric angle detection process according to the third embodiment is started, the motor temperature Tm is detected following the battery voltage Vb (steps S400 and S402). In this embodiment, the motor temperature Tm is detected based on a voltage value output from a thermistor 110 (see FIG. 2) built in the motor.
[0109]
Next, the detected motor temperature Tm is compared with a threshold temperature (step S404). The threshold temperature is the following temperature. During operation, the motor 60 rotates while constantly generating heat. The motor generates heat due to mechanical friction at the time of rotation or heat generated by internal resistance of the coil when current flows through the coil. Even if the motor rotates while generating heat, the motor is cooled by wind and natural convection generated by the rotation, so that the motor normally rotates at a temperature at which heat generation and cooling are balanced. However, if the sufficient cooling effect cannot be obtained due to, for example, an increase in the ambient temperature, the motor temperature increases, and the motor is seized, or the permanent magnet is easily demagnetized even if it does not lead to the seizure, A phenomenon occurs in which the performance of the motor deteriorates. A threshold temperature is set for the motor so that this does not occur. If the temperature is equal to or lower than the threshold temperature, the motor will not be rapidly deteriorated even after long-term use. In this embodiment, the threshold temperature is set to 150 ° C.
[0110]
If the motor temperature Tm is lower than the threshold temperature, the target voltage value Vt of the pulse voltage applied to the coil is set to the reference voltage value (step S406). If the value of the motor temperature Tm is lower than the threshold temperature, it can be determined that the motor should be operated by the usual control. The target voltage value Vt set here is set to 250 V similarly to the applied voltage value of the above-described second embodiment.
[0111]
Next, the voltage correction coefficient kv is calculated by calculating the ratio between the target voltage value Vt and the battery voltage Vb, and the current detection timing ts is set (steps S408 and S410). That is, similarly to the above-described second embodiment, when the value of the battery voltage Vb is smaller than the target voltage value Vt, the battery voltage Vb is directly applied to the coil (that is, the voltage correction coefficient kv = 1), and the voltage value An appropriate current detection timing ts is set so as to compensate for the fluctuation.
[0112]
If the motor temperature Tm is higher than the threshold temperature in step S404, the target voltage value Vt is set lower than the normal value (250V) (step S412). Specifically, it is set to a value (about 130 V) which is about half of the target voltage value Vt set when the motor temperature Tm is a normal temperature. The reason why the target voltage value Vt is set low when the motor temperature is high is as follows. When a pulse voltage is applied to the coil, the magnetic flux generated in the coil rapidly increases, so that an eddy current is generated. The heat generated by the eddy current further increases the motor temperature. As the value of the applied pulse voltage increases, a larger eddy current is generated, and the heat generated thereby increases. Therefore, when the motor temperature Tm is higher than the threshold temperature, it is desirable that the value of the pulse voltage be lower in order to suppress heat generation due to the eddy current.
[0113]
A voltage correction coefficient kv is calculated for the target voltage value Vt set in this way (step S414). That is, when the motor temperature Tm is in the normal range, the voltage correction coefficient kv is calculated for the target voltage value Vt = 250V. However, in step S414, the voltage correction coefficient kv is calculated for the target voltage value Vt = 130V. I do.
[0114]
After calculating the voltage correction coefficient kv, a current detection timing ts is set (step S416). Here, since the target voltage value Vt is set to about half of the normal value, the current detection timing ts is set to a value about twice the normal value to compensate for this. As described above, in the third embodiment, the voltage value of the pulse voltage applied to the coil is set low to avoid deterioration of the motor, but the current detection timing is set so as to compensate for this. Therefore, it is possible to accurately detect the amount of change in current while avoiding deterioration of the motor.
[0115]
Further, when the battery voltage Vb becomes lower than the target voltage value Vt, the value of the pulse voltage applied to the coil becomes smaller than the target voltage value Vt. Therefore, this voltage difference is also compensated by setting the current detection timing ts. I do.
[0116]
After setting the current detection timing ts according to the motor temperature Tm in this way, finally, the current detection timing ts is corrected based on the motor rotation speed (step S418). The correction based on the motor rotation speed is performed in the same manner as the correction in the second embodiment. That is, the motor rotation speed is detected, and only when the rotation speed is lower than the threshold rotation speed, the current detection timing ts is multiplied by the correction coefficient k to correct the detection timing by about 20%.
[0117]
After the current detection timing ts is set as described above, the electrical angle is calculated in the same manner as in the first or second embodiment. To explain only the outline, first, an initial current value I0 is detected (step S420), a pulse voltage having a pulse width ts is applied to the coil (step S422), and a current inspection timing is detected (step S424). I1 is measured (step S426). The amount of current change is calculated from the difference between the initial current value I0 and the measured current value I1 (step S428), and the electrical angle is determined (step S430).
[0118]
In the electrical angle detection process of the third embodiment, the motor temperature Tm is compared with the threshold temperature, and only when the motor temperature Tm is higher than the threshold temperature, the pulse voltage applied to the coil is set to a low value. However, as the value of the motor temperature Tm becomes higher, the setting of the voltage value can be gradually set to a lower value.
[0119]
Further, in the third embodiment described above, the value of the applied pulse voltage is changed depending on the motor temperature Tm, but the voltage value may be changed in consideration of other conditions. For example, when a pulse voltage is applied to a coil, an impulsive electromagnetic force acts at the moment of application, so that a sharp noise may be generated. Since this abnormal noise tends to be more likely to be heard on the ear as the rotation speed of the motor is lower, the applied voltage value may be suppressed to a voltage value at which the noise is hardly heard on the ear according to the rotation speed of the motor. good.
[0120]
The reason why the higher the motor rotation speed is, the more difficult the noise is to be heard is due to the following reason. When the rotation speed of the motor is high, the mechanical noise generated with the rotation increases, so that the abnormal noise is easily mixed with the noise. However, the lower the motor rotation speed is, the smaller the mechanical noise is, so that abnormal noise due to the application of the pulse voltage is likely to be heard.
[0121]
FIG. 14 is an explanatory diagram conceptually showing a state in which a voltage value that does not cause annoying noise generated when applied to the coil is set with respect to the motor rotation speed. In the region where the motor rotation speed is high, the set value of the applied voltage is set to the reference pulse voltage value of 250 V. However, when the motor rotation speed becomes low, abnormal noise due to the application of the pulse voltage is likely to be heard. , The value of the applied voltage gradually decreases, and the voltage value when the motor rotation speed becomes the lowest is 130V.
[0122]
In order to set the value of the pulse voltage applied to the coil in this manner during the electrical angle detection process, the following may be performed. First, a relationship as shown in FIG. 14 is obtained in advance by an experiment and stored in the RAM 206 as map data. Next, the motor rotation speed is detected during the electrical angle detection processing, and the applied voltage value set for the motor rotation speed is determined with reference to the map data. If the obtained applied voltage value is smaller than the reference pulse voltage value, the voltage difference is compensated by appropriately setting the current detection timing. This makes it possible to accurately detect the amount of change in the current flowing through the coil while avoiding the generation of abnormal noise caused by the application of the pulse voltage.
[0123]
Although various embodiments have been described above, the present invention is not limited to all the above embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the gist of the invention. For example, in the above description, the motor is an AC synchronous motor. However, the present invention is not limited to this, and can be applied to other motors such as a brushless DC motor. Also, the case where the electric angle detecting device is used for motor control has been described. However, the electric angle detecting device is not limited to motor control and may be used for other purposes as long as it detects an electric angle.
[0124]
In the embodiment described above, the pulse voltage application start time is fixed and the current change detection time is variable.However, the current change detection time is fixed and the pulse voltage application start time is fixed. It may be variable.
[0125]
Further, the change in the current flowing through the coil when the pulse voltage is applied has been described as being detected during the period in which the pulse voltage is applied to the coil. However, the change is not necessarily limited to the voltage application period. That is, it is sufficient that the current change can be substantially detected. For example, the current change may be detected after the completion of the pulse voltage application.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a functional block diagram illustrating a configuration of a motor control device using an electrical angle detection device according to an embodiment.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a device configuration of a motor control device using the electric angle detecting device of the present embodiment.
FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing a structure of a three-phase synchronous motor controlled using the electric angle detecting device of the embodiment.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a structure of a three-phase synchronous motor controlled by using the electric angle detecting device of the embodiment.
FIG. 5 is a flowchart illustrating a flow of a motor control process performed using the electrical angle detection device according to the embodiment.
FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining that an electrical angle and an inductance have a predetermined correspondence relationship in a synchronous motor.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a state where a transient current fluctuation occurs in a coil when a step-like voltage is applied.
FIG. 8 is a flowchart illustrating a flow of an electrical angle detection process according to the first embodiment.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing another method of calculating a correction coefficient for the current detection timing.
FIG. 10 is an explanatory diagram conceptually showing a method of obtaining an electrical angle from a current change amount.
FIG. 11 is an explanatory diagram conceptually showing a principle of compensating a variation amount of a current value by a current detection timing.
FIG. 12 is a flowchart illustrating a flow of an electrical angle detection process according to the second embodiment.
FIG. 13 is a flowchart illustrating a flow of an electrical angle detection process according to the third embodiment.
FIG. 14 is an explanatory diagram conceptually showing a state in which an applied voltage value that does not cause abnormal noise when applied to a coil is set with respect to a motor rotation speed.
[Explanation of symbols]
10 ... Motor control device
12, 14 ... current detector
20 ... Control unit
30 ... Inverter
40 ... electric angle detection unit
50: Torque detector
60 ... three-phase synchronous motor
61 ... Stator
62 ... rotor
63… Case
64a to 64d: permanent magnet
65 ... Rotary axis
66a, 66b ... bearing
67 ... plate rotor
68a to 68d ... salient pole
69 ... plate stator
70 ... Tees
71 ... slot
72 ... coil
73 ... bolt
80 ... Power supply
100 ... electric angle detection device
102, 104 ... Filter
106, 108 ... ADC
109 ... Voltage sensor
110 ... Thermistor
111, 112 ... ADC
200 ... ECU
202 ... CPU
204 ... ROM
206 ... RAM
208 ... input port
210 ... output port
212 ... Timer
214 ... Bus

Claims (20)

電動回転機の多相コイルに任意の時間幅のパルス電圧を印加し、該パルス電圧の印加により該コイルに流れる電流の変化を検出することによって、前記電動回転機の回転子と固定子との間の電気角を計測する電気角計測装置であって、
前記電動回転機の駆動条件を検出する駆動条件検出手段と、
前記コイルにパルス電圧を印加するパルス電圧印加手段と、
前記コイルに流れる電流の変化を検出する時期としてのパルス電圧印加開始からの相対時期を、前記回転機の駆動条件に応じて前記パルス電圧印加中の時間内の所定の時期に決定する検出時期決定手段と、
該決定された検出時期に前記コイルに流れる電流変化を検出する電流変化検出手段と、
該検出された電流変化に基づいて前記電気角を決定する電気角決定手段と
を備える電気角計測装置。By applying a pulse voltage of an arbitrary time width to the multi-phase coil of the electric rotating machine and detecting a change in a current flowing through the coil by applying the pulse voltage, the rotor and the stator of the electric rotating machine are connected to each other. An electrical angle measuring device that measures an electrical angle between,
Driving condition detecting means for detecting a driving condition of the electric rotating machine,
Pulse voltage applying means for applying a pulse voltage to the coil;
A detection timing determination that determines a relative timing from the start of the pulse voltage application as a timing for detecting a change in the current flowing in the coil to a predetermined timing within the time during the pulse voltage application according to the driving condition of the rotating machine. Means,
Current change detecting means for detecting a change in current flowing through the coil at the determined detection time;
An electrical angle determination unit that determines the electrical angle based on the detected current change. 請求項１記載の電気角計測装置であって、
前記検出時期決定手段は、前記検出された駆動条件と所定の閾値との大小関係に基づいて、前記電流変化の検出時期を変更する手段である電気角計測装置。The electrical angle measuring device according to claim 1,
The electrical angle measuring device, wherein the detection timing determination unit is a unit that changes a detection timing of the current change based on a magnitude relationship between the detected driving condition and a predetermined threshold. 請求項１記載の電気角計測装置であって、
前記パルス電圧印加手段は、予め定められた一定時間幅の前記パルス電圧を印加する手段である電気角計測装置。The electrical angle measuring device according to claim 1,
The electrical angle measuring device, wherein the pulse voltage applying unit is a unit that applies the pulse voltage having a predetermined fixed time width. 請求項１記載の電気角計測装置であって、
前記パルス電圧印加手段は、前記コイルに印加するパルス電圧の時間幅を変更可能な手段である電気角計測装置。The electrical angle measuring device according to claim 1,
The electrical angle measuring device, wherein the pulse voltage applying unit is a unit that can change a time width of a pulse voltage applied to the coil. 請求項１記載の電気角計測装置であって、
前記パルス電圧印加手段は、前記コイルに印加するパルス電圧の時間幅を変更可能な手段であるとともに、該パルス電圧の印加終了時期と前記決定された電流変化の検出時期とを一致させて、前記パルス電圧を印加する手段である電気角計測装置。The electrical angle measuring device according to claim 1,
The pulse voltage application unit is a unit that can change the time width of the pulse voltage applied to the coil, and matches the application voltage end time of the pulse voltage with the determined current change detection time, An electrical angle measuring device that is a means for applying a pulse voltage. 請求項１記載の電気角計測装置であって、
前記決定された電流変化の検出時期に前記パルス電圧の印加が終了するように、前記パルス電圧の時間幅を決定するパルス幅決定手段を備えるとともに、
前記パルス電圧印加手段は、該決定された時間幅の前記パルス電圧を印加する手段である電気角計測装置。The electrical angle measuring device according to claim 1,
A pulse width determining unit that determines a time width of the pulse voltage so that the application of the pulse voltage is terminated at the time of detection of the determined current change,
The electrical angle measuring device, wherein the pulse voltage applying unit is a unit that applies the pulse voltage having the determined time width. 請求項１記載の電気角計測装置であって、前記駆動条件検出手段は、前記電動回転機の回転速度を検出する手段である電気角計測装置。2. The electrical angle measuring device according to claim 1, wherein said drive condition detecting means is means for detecting a rotation speed of said electric rotating machine. 請求項７記載の電気角計測装置であって、
前記検出時期決定手段は、前記電動回転機の回転速度が所定の閾値より小さな場合に、前記電流変化の検出時期を所定量だけ遅らせる手段を備える電気角計測装置。The electrical angle measuring device according to claim 7,
The electrical angle measuring device, wherein the detection timing determination means includes means for delaying the detection timing of the current change by a predetermined amount when the rotation speed of the electric rotating machine is lower than a predetermined threshold. 請求項１記載の電気角計測装置であって、前記駆動条件検出手段は、前記電動回転機に供給される電圧値を検出する手段である電気角計測装置。2. The electrical angle measuring device according to claim 1, wherein said drive condition detecting means is means for detecting a voltage value supplied to said electric rotating machine. 請求項９記載の電気角計測装置であって、
前記検出時期決定手段は、前記検出された電圧値が低いほど前記電流変化の検出時期を遅らせる手段を備える電気角検出装置。The electrical angle measuring device according to claim 9,
The electrical angle detecting device according to claim 1, wherein the detecting time determining means includes means for delaying the detecting time of the current change as the detected voltage value decreases. 請求項９記載の電気角計測装置であって、
前記検出時期決定手段は、前記検出された電圧値が所定の閾値より低い場合に、前記電流変化の検出時期を所定量だけ遅らせる手段を備える電気角検出装置。The electrical angle measuring device according to claim 9,
An electrical angle detection device comprising: a detection timing determination unit that delays a detection timing of the current change by a predetermined amount when the detected voltage value is lower than a predetermined threshold value. 請求項１記載の電気角計測装置であって、
前記駆動条件と前記コイルに印加すべきパルス電圧の電圧値との対応関係を記憶しているパルス電圧値記憶手段と、
前記記憶されている対応関係を参照することにより、前記検出された駆動条件に基づいてパルス電圧の電圧値を決定するパルス電圧値決定手段と
を備えるとともに、
前記検出時期決定手段は、前記決定されたパルス電圧に応じて前記電流変化の検出時期を決定する手段であり、
前記パルス電圧印加手段は、前記決定された電圧値の前記パルス電圧を印加する手段である電気角計測装置。The electrical angle measuring device according to claim 1,
Pulse voltage value storage means for storing a correspondence relationship between the drive conditions and a voltage value of a pulse voltage to be applied to the coil,
A pulse voltage value determining unit that determines a voltage value of a pulse voltage based on the detected driving condition by referring to the stored correspondence relationship,
The detection time determination means is means for determining the detection time of the current change according to the determined pulse voltage,
The electrical angle measuring device, wherein the pulse voltage applying unit is a unit that applies the pulse voltage having the determined voltage value. 請求項１２記載の電気角計測装置であって、
前記パルス電圧印加手段は、前記コイルに印加するパルス電圧の時間幅を変更可能な手段であるとともに、該パルス電圧の印加終了時期と前記決定された電流変化の検出時期とを一致させて、前記パルス電圧を印加する手段である電気角計測装置。The electrical angle measurement device according to claim 12,
The pulse voltage application unit is a unit that can change the time width of the pulse voltage applied to the coil, and matches the application voltage end time of the pulse voltage with the determined current change detection time, An electrical angle measuring device that is a means for applying a pulse voltage. 請求項１２記載の電気角計測装置であって、
前記決定された電流変化の検出時期に前記パルス電圧の印加が終了するように、前記パルス電圧の時間幅を決定するパルス幅決定手段を備えるとともに、
前記パルス電圧印加手段は、該決定された時間幅を有し、かつ前記決定された電圧値の前記パルス電圧を印加する手段である電気角計測装置。The electrical angle measurement device according to claim 12,
A pulse width determining unit that determines a time width of the pulse voltage so that the application of the pulse voltage is terminated at the time of detection of the determined current change,
The electrical angle measurement device, wherein the pulse voltage applying unit is a unit having the determined time width and applying the pulse voltage having the determined voltage value. 請求項１２記載の電気角計測装置であって、
前記電動回転機の温度を検出する回転機温度検出手段を備えるとともに、
前記パルス電圧値記憶手段は、前記検出された電動回転機の温度が所定温度より高い場合に前記パルス電圧値が小さくなるような前記対応関係を記憶している手段である電気角計測装置。The electrical angle measurement device according to claim 12,
With a rotating machine temperature detecting means for detecting the temperature of the electric rotating machine,
The electrical angle measuring device, wherein the pulse voltage value storage means stores the correspondence such that the pulse voltage value decreases when the detected temperature of the electric rotating machine is higher than a predetermined temperature. 請求項１２記載の電気角計測装置であって、
前記パルス電圧を印加したときに異音が発生する異音発生電圧値を、前記電動回転機の駆動条件に対応付けて記憶している異音発生電圧値記憶手段を備えるとともに、
前記パルス電圧値決定手段は、前記決定されたパルス電圧の電圧値が、前記検出された駆動条件に対応付けられた前記異音発生電圧値よりも高い場合に、該決定された電圧値を前記異音発生電圧値よりも低い電圧値に修正する電圧値修正手段を備える電気角計測装置。The electrical angle measurement device according to claim 12,
An abnormal sound generating voltage value storage unit that stores an abnormal sound generating voltage value at which abnormal sound occurs when the pulse voltage is applied, in association with a driving condition of the electric rotating machine;
The pulse voltage value determining means, when the voltage value of the determined pulse voltage is higher than the abnormal noise generation voltage value associated with the detected driving condition, the determined voltage value An electrical angle measurement device including a voltage value correction unit that corrects a voltage value lower than an abnormal sound generation voltage value. 電動回転機の多相コイルに任意の時間幅のパルス電圧を印加し、該パルス電圧の印加により該コイルに流れる電流変化を検出することによって、前記電動回転機の回転子と固定子との間の電気角を計測する電気角計測方法であって、
前記電動回転機の駆動条件を検出しておき、
前記コイルにパルス電圧を印加し、
前記コイルに流れる電流の変化を検出する時期としてのパルス電圧印加開始からの相対時期を、前記回転機の駆動条件に応じて前記パルス電圧印加中の時間内の所定の時期に決定し、
該決定された検出時期に前記コイルに流れる電流変化を検出し、
該検出された電流変化に基づいて前記電気角を決定する電気角計測方法。By applying a pulse voltage of an arbitrary time width to the multi-phase coil of the electric rotating machine and detecting a change in current flowing through the coil by applying the pulse voltage, a gap between the rotor and the stator of the electric rotating machine is obtained. An electrical angle measuring method for measuring an electrical angle of
Detecting the driving conditions of the electric rotating machine,
Applying a pulse voltage to the coil,
A relative timing from the start of the pulse voltage application as a timing for detecting a change in the current flowing through the coil is determined to be a predetermined timing within the time during the pulse voltage application according to the driving conditions of the rotating machine,
Detecting a change in current flowing through the coil at the determined detection time,
An electrical angle measuring method for determining the electrical angle based on the detected current change. 請求項１７記載の電気角計測方法であって、
前記パルス電圧の印加終了時期が、前記決定された電流変化の検出時期と一致するように、該パルス電圧を印加する時間幅を決定し、
該決定された時間幅の前記パルス電圧を前記コイルに印加する電気角計測方法。An electrical angle measuring method according to claim 17,
A time width for applying the pulse voltage is determined so that the application end time of the pulse voltage coincides with the determined current change detection time,
An electrical angle measuring method for applying the pulse voltage having the determined time width to the coil. 電動回転機の多相コイルに任意の時間幅のパルス電圧を印加し、該パルス電圧の印加により該コイルに流れる電流の変化を検出することによって、前記電動回転機の回転子と固定子との間の電気角を計測する電動回転機の制御装置であって、
前記電動回転機の駆動条件を検出する駆動条件検出手段と、
前記コイルにパルス電圧を印加するパルス電圧印加手段と、
前記コイルに流れる電流の変化を検出する時期としてのパルス電圧印加開始からの相対時期を、前記回転機の駆動条件に応じて前記パルス電圧印加中の時間内の所定の時期に決定する検出時期決定手段と、
該決定された検出時期に前記コイルに流れる電流変化を検出する電流変化検出手段と、
該検出された電流変化に基づいて前記電気角を決定する電気角決定手段と、
該決定された電気角に基づいて前記電動回転機を制御する電動回転機制御手段と
を備える電動回転機制御装置。By applying a pulse voltage of an arbitrary time width to the multi-phase coil of the electric rotating machine and detecting a change in a current flowing through the coil by applying the pulse voltage, the rotor and the stator of the electric rotating machine are connected to each other. A control device for an electric rotating machine that measures an electrical angle between
Driving condition detecting means for detecting a driving condition of the electric rotating machine,
Pulse voltage applying means for applying a pulse voltage to the coil;
A detection timing determination that determines a relative timing from the start of the pulse voltage application as a timing for detecting a change in the current flowing in the coil to a predetermined timing within the time during the pulse voltage application according to the driving condition of the rotating machine. Means,
Current change detecting means for detecting a change in current flowing through the coil at the determined detection time;
Electrical angle determining means for determining the electrical angle based on the detected current change,
Electric rotating machine control means for controlling the electric rotating machine based on the determined electric angle. 電動回転機の多相コイルに任意の時間幅のパルス電圧を印加し、該パルス電圧の印加により該コイルに流れる電流の変化を検出することによって、前記電動回転機の回転子と固定子との間の電気角を計測する電動回転機の制御方法であって、
前記電動回転機の駆動条件を検出しておき、
前記コイルにパルス電圧を印加し、
前記コイルに流れる電流の変化を検出する時期としてのパルス電圧印加開始からの相対時期を、前記回転機の駆動条件に応じて前記パルス電圧印加中の時間内の所定の時期に決定し、
該決定された検出時期に前記コイルに流れる電流変化を検出し、
該検出された電流変化に基づいて前記電気角を決定し、
該決定された電気角に基づいて前記電動回転機を制御する電動回転機制御方法。By applying a pulse voltage of an arbitrary time width to the multi-phase coil of the electric rotating machine and detecting a change in a current flowing through the coil by applying the pulse voltage, the rotor and the stator of the electric rotating machine are connected to each other. A method for controlling an electric rotating machine that measures an electrical angle between
Detecting the driving conditions of the electric rotating machine,
Applying a pulse voltage to the coil,
A relative timing from the start of the pulse voltage application as a timing for detecting a change in the current flowing through the coil is determined to be a predetermined timing within the time during the pulse voltage application according to the driving conditions of the rotating machine,
Detecting a change in current flowing through the coil at the determined detection time,
Determining the electrical angle based on the detected current change,
An electric rotating machine control method for controlling the electric rotating machine based on the determined electric angle.
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