JP4273731B2

JP4273731B2 - Electric machine control device, electric machine control method and program

Info

Publication number: JP4273731B2
Application number: JP2002273639A
Authority: JP
Inventors: 典生冨谷
Original assignee: Aisin AW Co Ltd
Current assignee: Aisin AW Co Ltd
Priority date: 2002-09-19
Filing date: 2002-09-19
Publication date: 2009-06-03
Anticipated expiration: 2022-09-19
Also published as: JP2004112940A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動機械制御装置、電動機械制御方法及びプログラムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電動車両においては、回転自在に配設され、Ｎ極の永久磁石及びＳ極の永久磁石から成る磁極対を備えたロータ、及び該ロータより径方向外方に配設され、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相のステータコイルを備えたステータを有するモータが電動機械として使用される。そして、電動機械制御装置としてのモータ制御装置において発生させられたパルス幅変調信号をインバータに送り、該インバータにおいて相電流、すなわち、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の電流を前記各ステータコイルに供給することによって、前記モータを駆動し、電動機械トルクとしてのモータのトルク、すなわち、モータトルクを発生させ、該モータトルクを駆動輪に伝達して電動車両を走行させるようになっている。
【０００３】
そのために、前記ステータコイルに供給される電流が電流センサによって検出され、前記ロータの磁極の位置、すなわち、磁極位置がレゾルバによって検出され、電流センサによって検出された電流、及びレゾルバによって検出された磁極位置がモータ制御装置に送られる。
【０００４】
そして、該モータ制御装置においては、ロータの磁極対の方向にｄ軸を、該ｄ軸と直角の方向にｑ軸をそれぞれ採ったｄ−ｑ軸モデル上でベクトル制御演算によるフィードバック制御が行われ、電流センサによって検出された電流、レゾルバによって検出された磁極位置、及び電動車両の全体の制御を行う車両制御装置から送られ、モータトルクの目標値を表すモータ目標トルクに基づいてｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値が発生させられ、該ｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値に基づいて、ｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値が発生させられる。
【０００５】
また、前記モータ制御装置において、ｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値に基づいて、各相の電圧指令値が発生させられ、該各相の電圧指令値に基づいて更に各相のパルス幅変調信号が発生させられる。
【０００６】
ところで、前記レゾルバを使用すると、磁極位置の検出精度、及びモータの制御性を向上させることはできるが、モータ制御装置のコストが高くなってしまう。また、スペースの制約によってレゾルバを設置することができない場合もある。そこで、前記レゾルバに代えて簡易的な位置センサ、例えば、ＭＲＥ等の磁気抵抗素子を使用して磁極位置を検出するようにした簡易センサ位置検出方法、前記レゾルバ等の位置センサを使用することなく磁極位置を検出するようにしたセンサレス位置検出方法等が提供されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
前記簡易センサ位置検出方法においては、ロータのシャフトにドラムが取り付けられ、該ドラムに歯が形成され、歯の有無によって磁極位置を検出し、所定の角度（例えば、６０〔°〕）ごとにＵ相、Ｖ相及びＷ相の位置検出信号を発生させ、該位置検出信号を前記モータ制御装置に送るようになっている。
【０００８】
また、前記モータ制御装置には磁極位置検出部が配設され、該磁極位置検出部は、各位置検出信号を受けると、該各位置検出信号の信号レベルの組合せに基づいて６個の検出パルスを発生させ、各検出パルスが発生させられたときの磁極位置を磁極位置検出値として発生させ、発生させられた磁極位置検出値を検出パルスに基づいて補正し、補正後の値を磁極位置として検出するようにしている。
【０００９】
そして、モータの回転速度、すなわち、モータ回転速度が設定速度より高い場合、前記磁極位置検出部は、前記磁極位置検出値を、例えば、そのときのモータ回転速度に基づいて比例計算によって線形補間を行うことにより補正し、補正後の値を磁極位置として検出する。また、前記モータ回転速度が設定速度以下である場合、磁極位置は前記各磁極位置検出値によって決まる位置検出可能範囲のどこかにあるので、誤差を平均的に最小にするため、前記磁極位置検出部は、前記各磁極位置検出値の中間点を磁極位置として検出する。
【００１０】
一方、前記センサレス位置検出方法においては、ｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値のうちの少なくとも一方に高周波電流を注入することによって磁極位置が検出され、推定される。そのために、まず、０〜±１８０〔°〕のうちの所定の磁極位置を初期位置として設定し、初期位置として設定された磁極位置に基づいて推定ｄ−ｑ座標を想定し、該推定ｄ−ｑ座標においてｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値を発生させる。続いて、ｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値のうちの少なくとも一方に高周波電流を注入することによって、前記ｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値に高周波電圧を発生させる。この場合、該高周波電圧が発生させられたｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値には、ｄ軸インダクタンスとｑ軸インダクタンスとの差によって推定された磁極位置と実際の磁極位置、すなわち、実磁極位置との誤差情報が含まれる。そこで、該誤差情報を零（０）にするように演算を行うと、推定された磁極位置と実磁極位置との差がなくなり、磁極位置が電気角で検出される。この場合、前記センサレス位置検出方法においては、ロータの円周方向における永久磁石の部分と、永久磁石がなく、空間が形成された部分とは磁束の分布特性からみて等価であるので、０〜１８０〔°〕の電気角の範囲で磁極位置が検出されることになるが、検出された磁極位置がＮ極に属するものであるかＳ極に属するものであるか分からない。そこで、磁極位置が検出されると、検出された磁極位置について磁極判定、すなわち、ＮＳ判定が行われ、Ｎ極に属するものであるかＳ極に属するものであるかの判定が行われる。
【００１１】
【特許文献１】
特開２００１−２５２７７公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来のモータ制御装置においては、簡易センサ位置検出方法の場合、電気角の１周期において６ステップの分解能で磁極位置を検出するようになっているので、分解能が極めて低く、モータを始動する際の磁極位置の検出誤差が極めて大きくなってしまう。また、低速領域でモータを駆動する場合、モータ回転速度の速度変動が大きいので、補正処理を行った場合、磁極位置の検出精度が低くなってしまう。したがって、検出された磁極位置に基づいてモータを駆動すると、十分なモータトルクを発生させることができない。
【００１３】
また、センサレス位置検出方法の場合、モータ回転速度が高くなり、モータを高速領域で駆動すると、ステータコイルに供給される電流等に高周波成分が発生し、該高周波成分とｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値のうちの少なくとも一方に注入される高周波電流とが干渉し、磁極位置の検出精度が低くなってしまう。
【００１４】
そこで、モータを始動する際には、センサレス位置検出方法によって磁極位置を検出し、モータ回転速度が設定値以上になって、モータを高速領域で駆動する際には、磁極位置の検出方法を簡易センサ位置検出方法に切り換え、該簡易センサ位置検出方法によって磁極位置を検出するようにしたモータ制御方法が考えられる。
【００１５】
ところが、モータを駆動するための電源として、バッテリ等のような電源電圧の変動が大きいものを使用すると、種々の条件によってモータを駆動しているときに電源電圧が急激に低下することがあり、その場合、モータにおいて電圧飽和が発生することがある。
【００１６】
なお、該電圧飽和は、モータ制御装置において発生させられるｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値に対応する値、すなわち、電圧指標値が、インバータによって出力することが可能な電圧、すなわち、出力電圧限界値に近づくことによって発生する。
【００１７】
そして、電圧飽和が発生すると、ｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値が上限に達するので、ｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値のうちの少なくとも一方に高周波電流を注入することによってｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値に高周波電圧を発生させることが困難になってしまう。したがって、センサレス位置検出方法によって磁極位置を検出することができなくなるので、モータが脱調することがあり、モータを安定して駆動することができなくなってしまう。
【００１８】
本発明は、前記従来のモータ制御方法の問題点を解決して、電動機械を始動する際に十分な電動機械トルクを発生させることができ、電動機械を高速領域で駆動したときに、磁極位置の検出精度が低くなることがなく、電圧飽和が発生しても、電動機械を安定して駆動することができる電動機械制御装置、電動機械制御方法及びプログラムを提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
そのために、本発明の電動機械制御装置においては、電動機械と、第１の検出方法で前記電動機械の磁極位置を第１の検出磁極位置として検出する第１の磁極位置検出処理手段と、第２の検出方法で前記電動機械の磁極位置を第２の検出磁極位置として検出する第２の磁極位置検出処理手段と、ｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値を合成することによって電圧指標値を算出する電圧指標値算出処理手段と、電圧指標値及び電源電圧検出部によって検出された電源電圧に基づいて、磁極位置を、所定の遷移時間において第１の検出磁極位置と第２の検出磁極位置とで切り換える切換処理手段とを有する。
そして、前記第１の検出方法は、所定の磁極位置に基づいて想定された推定ｄ−ｑ座標においてｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値を発生させ、前記ｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値のうちの少なくとも一方に高周波電流を注入することによってｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値に高周波電圧を発生させ、前記ｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値に含まれる誤差情報を零にするように演算を行うことによって磁極位置を検出するセンサレス位置検出方法である。
また、前記第２の検出方法は、所定の角度ごとに位置検出信号を発生させ、該位置検出信号の信号レベルの組合せに基づいて検出パルスを発生させることによって磁極位置を検出する簡易センサ位置検出方法である。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２６】
なお、この場合、電動機械制御装置としてのモータ制御装置について説明する。
【００２７】
図１は本発明の第１の実施の形態におけるモータ制御装置の機能ブロック図である。
【００２８】
図において、３１は電動機械としてのモータ、４３は該モータ３１の磁極位置を検出する位置センサ、９１は第１の検出方法でモータ３１の磁極位置を第１の検出磁極位置として検出する第１の磁極位置検出処理手段としてのセンサレス磁極位置検出処理手段、９２は第２の検出方法でモータ３１の磁極位置を第２の検出磁極位置として検出する第２の磁極位置検出処理手段としてのセンサ磁極位置検出処理手段、９３は磁極位置を、所定の遷移時間において第１の検出磁極位置と第２の検出磁極位置とで徐々に切り換える切換処理手段、９４は電圧指令値に対応する電圧指標値を算出する電圧指標値算出処理手段である。
【００２９】
図２は本発明の実施の形態における電動車両の駆動制御装置のブロック図、図３は本発明の実施の形態における簡易センサ位置検出方法によって発生させられる位置検出信号のタイムチャート、図４は本発明の実施の形態における磁極位置検出値を示すタイムチャートである。
【００３０】
図２において、４５はモータ制御装置、３１は電動機械としてのモータであり、該モータ３１としてＤＣブラシレスモータを使用することができる。前記モータ３１は、回転自在に配設された図示されないロータ、及び該ロータより径方向外方に配設された図示されないステータを備える。前記ロータは、図示されないシャフトに取り付けられたロータコア、及び該ロータコアの円周方向における複数箇所に配設された永久磁石を備え、該永久磁石のＳ極及びＮ極によって磁極対が構成される。また、前記ステータは、円周方向における複数箇所に、径方向内方に向けて突出させてティースが形成された図示されないステータコア、並びに前記ティースに巻装されたＵ相、Ｖ相及びＷ相のコイルとしての図示されないステータコイルを備える。
【００３１】
そして、前記モータ３１を駆動して電動車両を走行させるために、バッテリ１４からの直流の電流がインバータ４０によってＵ相、Ｖ相及びＷ相の電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗに変換され、各相の電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗはそれぞれ各ステータコイルに供給される。
【００３２】
そのために、前記インバータ４０は、６個のスイッチング素子としての図示されないトランジスタを備え、該各トランジスタを選択的にオン・オフさせることによって、前記各相の電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを発生させることができるようになっている。
【００３３】
ところで、前記各ステータコイルはスター結線されているので、各相のうちの二つの相の電流の値が決まると、残りの一つの相の電流の値も決まる。したがって、各相の電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを制御するために、例えば、所定の二つのステータコイルのリード線にＵ相及びＶ相の電流Ｉｕ、Ｉｖを検出する電流検出部としての電流センサ３３、３４が配設され、該電流センサ３３、３４は、検出電流ｉｕ、ｉｖをモータ制御装置４５のＵＶ−ｄｑ変換部６１に送る。
【００３４】
前記モータ制御装置４５には、コンピュータとして機能する図示されないＣＰＵのほかに、データを記録したり、各種のプログラムを記録したりするためのＲＡＭ、ＲＯＭ等の図示されない記録装置が配設される。
【００３５】
そして、前記ＲＡＭには、各種のプログラム、データ等が記録されるようになっているが、プログラム、データ等を外部記憶装置を構成する記録媒体に記録することもできる。この場合、例えば、前記モータ制御装置４５にフラッシュメモリを配設し、前記記録媒体から前記プログラム、データ等を読み出して前記フラッシュメモリに記録することもできる。したがって、前記記録媒体を交換することによって、前記プログラム、データ等を更新することもできる。
【００３６】
そして、前記検出電流ｉｕ、ｉｖを受けると、前記モータ制御装置４５の図示されない検出電流算出処理手段は、検出電流算出処理を行い、検出電流ｉｕ、ｉｖに基づいて検出電流ｉｗを算出する。
【００３７】
また、前記モータ制御装置４５の図示されない電動機械回転速度算出処理手段としてのモータ回転速度算出処理手段は、電動機械回転速度算出処理としてのモータ回転速度算出処理を行い、磁極位置検出部４６によって検出された磁極位置θｎ、検出パルス等に基づいて、電動機械回転速度としてのモータ回転速度ＮＭを算出する。
【００３８】
前記車両制御装置の指令値発生処理手段としての指令値発生部は、指令値発生処理を行い、前記車速Ｖ、及び図示されないアクセルセンサによって検出されたアクセル開度αに基づいて車両要求トルクＴＯ^*を算出し、該車両要求トルクＴＯ^*に対応させて、電動機械目標トルクとしてのモータ目標トルク（トルク指令値）ＴＭ^*を発生させ、該モータ目標トルクＴＭ^*を前記モータ制御装置４５のトルク指令・電流指令変換部４７に送る。
【００３９】
該モータ制御装置４５のＲＯＭはｄ軸用及びｑ軸用の指令値マップを備える。そして、前記モータ制御装置４５の指令値算出処理手段としてのトルク指令・電流指令変換部４７は、指令値算出処理を行い、電源電圧検出部としてのバッテリ電圧検出センサ１５によって検出されたバッテリ１４の電圧、すなわち、バッテリ電圧ＶＢを読み込むとともに、モータ回転速度ＮＭ及びモータ目標トルクＴＭ^*を読み込み、前記各指令値マップを参照して、前記モータ目標トルクＴＭ^*に対応するｄ軸電流指令値ｉｄ^*及びｑ軸電流指令値ｉｑ^*を第１の指令値及び電流指令値として算出し、前記ｄ軸電流指令値ｉｄ^*及びｑ軸電流指令値ｉｑ^*をそれぞれ加算器２１及び減算器６３に送る。
【００４０】
そして、前記磁極位置θｎを検出するために、前記ｄ軸電流指令値ｉｄ^*に高周波成分として高周波電流Ｉｈが注入される。そのために、モータ制御装置４５に高周波成分発生処理手段としての高周波電流発生部４８が配設され、該高周波電流発生部４８に制御信号ＳＧ１が送られる。該制御信号ＳＧ１は、モータ制御装置４５の図示されない制御信号発生処理手段によって発生させられ、モータ３１の始動を開始する際、又はモータ回転速度が低くなったときにオンにされ、モータ回転速度が高くなり、第１の位置検出部２２における精度が十分に高くなったときにオフにされる。
【００４１】
そして、前記制御信号ＳＧ１がオンになると、高周波電流発生部４８は、高周波成分発生処理を行い、高周波電流Ｉｈを発生させ、加算器２１に送り、該加算器２１において、前記ｄ軸電流指令値ｉｄ^*に高周波電流Ｉｈが注入される。その結果、加算器２１から減算器６２にｄ軸電流指令値ｉｄｈ^*が送られる。なお、前記加算器２１によって高周波成分注入部が構成される。
【００４２】
ところで、前記モータ制御装置４５においては、ロータにおける磁極対の方向にｄ軸を、該ｄ軸と直角の方向にｑ軸をそれぞれ採ったｄ−ｑ軸モデル上でベクトル制御演算によるフィードバック制御が行われるようになっている。
【００４３】
そのために、前記検出電流算出処理手段は電流センサ３３、３４から検出電流ｉｕ、ｉｖを読み込み、検出電流ｉｗを算出する。モータ制御装置４５のＵＶ−ｄｑ変換部６１は、前記検出電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ及び前記磁極位置θｎに基づいて三相／二相変換を行い、検出電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗをそれぞれｄ軸電流ｉｄ及びｑ軸電流ｉｑに変換する。
【００４４】
そして、ｄ軸電流ｉｄは減算器６２に送られ、該減算器６２においてｄ軸電流ｉｄと前記ｄ軸電流指令値ｉｄｈ^*とのｄ軸電流偏差Δｉｄが算出され、該ｄ軸電流偏差Δｉｄが電圧指令値発生部６４に送られる。一方、ｑ軸電流ｉｑは減算器６３に送られ、該減算器６３においてｑ軸電流ｉｑと前記ｑ軸電流指令値ｉｑ^*とのｑ軸電流偏差Δｉｑが算出され、該ｑ軸電流偏差Δｉｑが前記電圧指令値発生部６４に送られる。
【００４５】
そして、該電圧指令値発生部６４は、前記ｄ軸電流偏差Δｉｄ及びｑ軸電流偏差Δｉｑが零（０）になるように、２軸上のインバータ出力としてのｄ軸電圧指令値Ｖｄ^*及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ^*をそれぞれ発生させ、ｄｑ−ＵＶ変換部６７に送る。なお、前記ｄ軸電圧指令値Ｖｄ^*及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ^*によって第２の指令値及び電圧指令値が構成される。
【００４６】
続いて、前記ｄｑ−ＵＶ変換部６７は、前記ｄ軸電圧指令値Ｖｄ^*、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ^*及び磁極位置θｎに基づいて二相／三相変換を行い、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ^*及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ^*をＵ相、Ｖ相及びＷ相の電圧指令値Ｖｕ^*、Ｖｖ^*、Ｖｗ^*に変換し、該電圧指令値Ｖｕ^*、Ｖｖ^*、Ｖｗ^*をＰＷＭ発生部６８に送る。該ＰＷＭ発生部６８は、前記各相の電圧指令値Ｖｕ^*、Ｖｖ^*、Ｖｗ^*及び前記バッテリ電圧ＶＢに基づいて、電圧指令値Ｖｕ^*、Ｖｖ^*、Ｖｗ^*に対応するパルス幅を有する各相のパルス幅変調信号Ｍｕ、Ｍｖ、Ｍｗを発生させ、ドライブ回路５１に送る。
【００４７】
該ドライブ回路５１は、前記各相のパルス幅変調信号Ｍｕ、Ｍｖ、Ｍｗを受けて、トランジスタを駆動するための６個の駆動信号をそれぞれ発生させ、該駆動信号をインバータ４０に送る。該インバータ４０は、前記駆動信号がオンの間だけトランジスタをオンにして各相の電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを発生させ、該各相の電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを前記各ステータコイルに供給する。このように、モータ３１を駆動することによって電動車両を走行させることができる。
【００４８】
なお、前記ＰＷＭ発生部６８、ドライブ回路５１、インバータ４０等によって、モータ３１を駆動する電動機械駆動処理手段としてのモータ駆動処理手段が構成される。
【００４９】
ところで、本実施の形態においては、レゾルバ等の高精度のセンサを使用することなく、磁極位置検出部４６によって磁極位置θｎが検出されるようになっている。そのために、前記磁極位置検出部４６は、第１、第２の位置検出部２２、２３及び選択処理部２４を備える。
【００５０】
前記第１の位置検出部２２においては、前記モータ３１に配設された簡易的な位置センサ４３、例えば、ＭＲＥ等の磁気抵抗素子が使用され、前記第１の位置検出部２２の第２の磁極位置検出処理手段としてのセンサ磁極位置検出処理手段９２（図１）は、第２の磁極位置検出処理としてのセンサ磁極位置検出処理を行い、第２の検出方法としての簡易センサ位置検出方法によって、第２の検出磁極位置としてのセンサ磁極位置θｋを検出する。
【００５１】
そのために、ロータのシャフトにドラムが取り付けられ、該ドラムに歯が形成され、歯の有無によって図３に示されるように、所定の角度（本実施の形態においては、６０〔°〕）ごとに磁極位置情報としての位置検出信号Ｐｕ、Ｐｖ、Ｐｗを発生させ、該位置検出信号Ｐｕ、Ｐｖ、Ｐｗを前記第１の位置検出部２２に送る。
【００５２】
前記位置検出信号Ｐｕ、Ｐｖ、Ｐｗは、それぞれ電気角で１８０〔°〕ごとに信号レベルが切り換わり、互いに電気角で１２０〔°〕ずつ位相をずらして発生させられる。したがって、前記位置検出信号Ｐｕ、Ｐｖ、Ｐｗの信号レベルの組合せは６個のパターンから成る。
【００５３】
そして、前記センサ磁極位置検出処理手段９２の図示されない磁極位置検出値取得処理手段は、磁極位置検出値取得処理を行い、前記位置検出信号Ｐｕ、Ｐｖ、Ｐｗを受け、位置検出信号Ｐｕ、Ｐｖ、Ｐｗの信号レベルの組合せに基づいて６個の検出パルスを発生させ、該各検出パルスに基づいて電気角の１周期である３６０〔°〕において６ステップの分解能で、検出パルスが発生させられたときの磁極位置を磁極位置検出値θｐとして取得する。
【００５４】
ところで、図４の線Ｌ１１で示されるように、時間が経過し、検出パルスが発生させられるたびに、磁極位置検出値θｐは階段状に変化させられるので、線Ｌ１２で示される実磁極位置と磁極位置検出値θｐとは一致しない。
【００５５】
すなわち、実磁極位置が０〔°〕以上６０〔°〕未満、６０〔°〕以上１２０〔°〕未満、１２０〔°〕以上１８０〔°〕未満、１８０〔°〕以上２４０〔°〕未満、２４０〔°〕以上３００〔°〕未満、及び３００〔°〕以上３６０〔°〕未満の各位置検出可能範囲にあるときの各磁極位置検出値θｐはそれぞれ０、６０、１２０、１８０、２４０、３００〔°〕になる。
【００５６】
そこで、前記センサ磁極位置検出処理手段９２の図示されない補正処理手段は、補正処理を行い、発生させられた磁極位置検出値θｐを次のように補正してセンサ磁極位置θｋを検出するようにしている。
【００５７】
モータ回転速度ＮＭが設定速度ＮＭｓより高い場合、前記補正処理手段は、前記磁極位置検出値θｐを、例えば、そのときのモータ回転速度に基づいて比例計算によって線形補間を行うことにより補正し、補正された磁極位置検出値θｐをセンサ磁極位置θｋとして検出する。すなわち、検出パルスが発生させられてから現在までに経過した時間をτとすると、センサ磁極位置θｋは、
θｋ＝θｐ＋ＮＭ・τ
になる。
【００５８】
また、前記モータ回転速度ＮＭが設定速度ＮＭｓ以下である場合、磁極位置は前記各位置検出可能範囲のどこかにあるので、誤差を平均的に最小にするため、前記補正処理手段は、前記各磁極位置検出値θｐの中間点をセンサ磁極位置θｋ
θｋ＝θｐ＋３０〔°〕
として検出する。
【００５９】
一方、前記第２の位置検出部２３の第１の磁極位置検出処理手段としてのセンサレス磁極位置検出処理手段９１は、第１の磁極位置検出処理としてのセンサレス磁極位置検出処理を行い、前述されたように、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*に高周波電流Ｉｈを注入し、第１の検出方法としてのセンサレス位置検出方法によって、第１の検出磁極位置としてのセンサレス磁極位置θｍを検出し、推定する。
【００６０】
そのために、前記センサレス磁極位置検出処理手段９１は、所定の磁極位置を初期位置として設定し、初期位置として設定された磁極位置に基づいて推定ｄ−ｑ座標を想定し、該推定ｄ−ｑ座標においてｄ軸電流指令値ｉｄ^*及びｑ軸電流指令値ｉｑ^*を発生させる。
【００６１】
続いて、前記加算器２１によって、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*に高周波電流Ｉｈが注入されると、前記ｄ軸電圧指令値Ｖｄ^*及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ^*に高周波電圧が発生させられる。この場合、該高周波電圧が発生させられたｄ軸電圧指令値Ｖｄ^*及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ^*には、ｄ軸インダクタンスとｑ軸インダクタンスとの差によって推定されたセンサレス磁極位置θｍと実磁極位置との誤差情報が含まれる。そこで、前記センサレス磁極位置検出処理手段９１は、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ^*を読み込み、該ｑ軸電圧指令値Ｖｑ^*をバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）２５に通して、高周波成分だけを取り出し、演算値Ｖｄｈとし、該演算値Ｖｄｈの座標を座標変換部４９によって変換して演算値Ｖｃｏｓとした後、該演算値Ｖｃｏｓを更にローパスフィルタ（ＬＰＦ）５１に通して直流成分（低周波成分）を取り出し、誤差情報Ｖｇが取得される。
【００６２】
続いて、前記センサレス磁極位置検出処理手段９１は、前記誤差情報Ｖｇを減算器２６に送り、誤差指令値Ｖｓｅと誤差情報Ｖｇとの偏差を算出し、前記誤差指令値Ｖｓｅに零をセットし、誤差情報Ｖｇが零になるように演算を行う。その結果、推定されたセンサレス磁極位置θｍと実磁極位置との差が小さくなって収束し、センサレス磁極位置θｍが電気角で検出される。なお、５２はＰＩＤ演算器（ＰＩＤ）、５３は速度推定値ωｍを算出する速度推定値算出処理手段としての補償器（Ｋｍ）、５４は速度推定値ωｍを積分してセンサレス磁極位置θｍを算出する積分器（１／ｓ）である。なお、前記速度推定値ωｍによってモータ回転速度ＮＭの推定値が表される。
【００６３】
本実施の形態においては、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*に高周波電流Ｉｈが注入されるようになっているが、ｑ軸電流指令値ｉｑ^*に高周波成分を注入したり、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*及びｑ軸電流指令値ｉｑ^*のいずれにも高周波成分を注入したりすることができる。
【００６４】
ところで、前記簡易センサ位置検出方法の場合、電気角の１周期において６ステップの分解能でセンサ磁極位置θｋを検出するようになっているので、分解能が極めて低く、モータ３１を始動する際のセンサ磁極位置θｋの検出誤差が極めて大きくなってしまう。また、低速領域でモータ３１を駆動する場合、モータ回転速度ＮＭの速度変動が大きいので、補正処理を行った場合、センサ磁極位置θｋの検出精度が低くなってしまう。したがって、検出されたセンサ磁極位置θｋに基づいてモータ３１を駆動すると、十分なモータトルクＴＭを発生させることができない。
【００６５】
また、前記センサレス位置検出方法の場合、モータ回転速度ＮＭが高くなり、高速領域でモータ３１を駆動すると、ステータコイルに供給される電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ等に高周波成分が発生し、該高周波成分とｄ軸電流指令値ｉｄ^*に注入される高周波電流Ｉｈとが干渉し、センサレス磁極位置θｍの検出精度が低くなってしまう。
【００６６】
そこで、モータ３１を始動する際、及びモータ回転速度ＮＭが低く、モータ３１を低・中速領域で駆動する際には、センサレス位置検出方法によってセンサレス磁極位置θｍを検出し、モータ回転速度ＮＭが高く、モータ３１を高速領域で駆動する際には、磁極位置の検出方法を簡易センサ位置検出方法に切り換え、該簡易センサ位置検出方法によってセンサ磁極位置θｋを検出するようにしている。
【００６７】
図５は本発明の実施の形態におけるモータ制御装置の動作を示す第１のメインフローチャート、図６は本発明の実施の形態におけるモータ制御装置の動作を示す第２のメインフローチャート、図７は本発明の実施の形態における電圧指標値算出処理のサブルーチンを示す図、図８は本発明の実施の形態におけるセンサレス磁極位置検出処理のサブルーチンを示す図、図９は本発明の実施の形態におけるセンサ磁極位置検出処理のサブルーチンを示す図、図１０は本発明の実施の形態における電圧飽和の説明図である。
【００６８】
まず、モータ３１（図２）が始動されると、モータ制御装置４５の図示されない磁極位置検出処理手段は、磁極位置検出処理を行う。そして、前記センサレス磁極位置検出処理手段９１（図１）は、センサレス磁極位置θｍを検出する。
【００６９】
そのために、前記センサレス磁極位置検出処理手段９１は、所定の磁極位置を初期位置として設定し、設定された初期位置に基づいて、推定ｄ−ｑ座標を想定し、該推定ｄ−ｑ座標において、モータ３１を駆動するためのｄ軸電流指令値ｉｄ^*及びｑ軸電流指令値ｉｑ^*を発生させる。そして、前記センサレス磁極位置検出処理手段９１の図示されない高周波成分注入処理手段は、高周波成分注入処理を行い、高周波電流発生部４８に制御信号ＳＧ１を送り、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*に高周波電流Ｉｈを注入してｄ軸電圧指令値Ｖｄ^*及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ^*に高周波電圧を発生させる。なお、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ^*及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ^*によって高周波成分注入指令値が構成される。
【００７０】
そして、前記センサレス磁極位置検出処理手段９１の図示されない磁極位置特定処理手段は、磁極位置特定処理を行い、前記ｑ軸電圧指令値Ｖｑ^*及び初期位置に基づいて、センサレス磁極位置θｍを特定することによって検出する。
【００７１】
また、前記センサ磁極位置検出処理手段９２は、センサ磁極位置検出処理を行って、センサ磁極位置θｋを検出する。
【００７２】
そのために、前記センサ磁極位置検出処理手段９２は、前記位置検出信号Ｐｕ、Ｐｖ、Ｐｗを受け、該位置検出信号Ｐｕ、Ｐｖ、Ｐｗの信号レベルの組合せに基づいて６個の検出パルスを発生させ、該各検出パルスに基づいて電気角の１周期である３６０〔°〕において６ステップの分解能で、検出パルスが発生させられたときの磁極位置を磁極位置検出値θｐとして取得する。
【００７３】
続いて、前記センサ磁極位置検出処理手段９２の図示されない補正処理手段は、補正処理を行い、モータ回転速度ＮＭを読み込み、発生させられた磁極位置検出値θｐをモータ回転速度ＮＭに基づいて補正してセンサ磁極位置θｋを検出する。
【００７４】
ところで、モータ３１を駆動するための電源としてバッテリ１４を使用すると、電源電圧としてのバッテリ電圧ＶＢの変動が大きく、種々の条件によってモータ３１を駆動しているときにバッテリ電圧ＶＢが急激に低下することがあり、その場合、モータ３１において電圧飽和が発生することがある。
【００７５】
なお、該電圧飽和は、モータ制御装置４５において発生させられるｄ軸電圧指令値Ｖｄ^*及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ^*に対応する電圧指標値Ｖ^*が、インバータ４０の出力電圧限界値Ｖｍｔに近づくことによって発生する。図１０に示されるように、前記出力電圧限界値Ｖｍｔは、バッテリ電圧ＶＢに対応して変化し、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の出力電圧限界値Ｕ＋、Ｖ＋、Ｗ＋、Ｕ−、Ｖ−、Ｗ−を結ぶ線によって表される。
【００７６】
そして、電圧飽和が発生すると、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ^*及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ^*が上限に達するので、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*に高周波電流Ｉｈを注入することによってｄ軸電圧指令値Ｖｄ^*及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ^*に高周波電圧を発生させることが困難になってしまう。したがって、センサレス位置検出方法によってセンサレス磁極位置θｍを検出することができなくなるので、モータ３１が脱調することがあり、モータ３１を安定して駆動することができなくなってしまう。
【００７７】
そこで、前記モータ制御装置４５の電圧指標値算出処理手段９４は、電圧指標値算出処理を行い、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ^*及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ^*を読み込み、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ^*及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ^*に基づいて電圧飽和が発生したかどうかを表す指標となる値、すなわち、電圧指標値Ｖ^*を算出する。そのために、前記電圧指標値算出処理手段９４は、前記ｄ軸電圧指令値Ｖｄ^*及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ^*に基づいて制御電圧指令値Ｖｃｎ
Ｖｃｎ＝√（Ｖｄ^{* 2}＋Ｖｑ^{* 2}）
を算出し、続いて、制御電圧指令値Ｖｃｎに対してなまし処理を行い、電圧指標値Ｖ^*を算出する。前記なまし処理によって、前記ｄ軸電圧指令値Ｖｄ^*及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ^*に発生している高周波電圧の影響、ステータに形成されたティースによって発生するコギングトルクの影響等をなくすことができる。
【００７８】
なお、なまし処理は、前記制御電圧指令値Ｖｃｎに対して所定の演算処理を行うことによって実現することができる。また、なまし処理に代えて、制御電圧指令値Ｖｃｎを所定のフィルタに通すことによって、高周波電圧の影響、コギングトルクの影響等をなくし、電圧指標値Ｖ^*を算出することもできる。
【００７９】
そして、前述されたように、センサレス磁極位置θｍ及びセンサ磁極位置θｋが検出されると、前記選択処理部２４は、選択処理を行い、センサレス磁極位置θｍを磁極位置θｎとして設定し、該磁極位置θｎをＵＶ−ｄｑ変換部６１及びｄｑ−ＵＶ変換部６７に送る。前記モータ制御装置４５の図示されない駆動処理手段は、駆動処理を行い、前記磁極位置θｎに基づいてモータ３１を駆動する。
【００８０】
続いて、前記モータ制御装置４５の図示されない切換条件成立判断処理手段は、切換条件成立判断処理を行い、モータ回転速度ＮＭ及び前記電圧指標値Ｖ^*を読み込み、モータ回転速度ＮＭ及び前記電圧指標値Ｖ^*に基づいて、磁極位置θｎの第１の切換条件が成立したかどうかを判断する。
【００８１】
そのために、前記切換条件成立判断処理手段は、モータ回転速度ＮＭが設定値ＮＭｔｈ１以上であるかどうかによって第１の条件が成立したかどうかを判断し、前記電圧指標値Ｖ^*が設定値Ｖ１以上であり、かつ、その状態で一定の時間が経過したかどうかによって第２の条件が成立したかどうかを判断する。そして、モータ回転速度ＮＭが設定値ＮＭｔｈ１以上であるか、又は前記電圧指標値Ｖ^*が設定値Ｖ１以上であり、かつ、その状態で一定の時間が経過して、第１、第２の条件のうちの少なくとも一方が成立すると、切換条件成立判断処理手段は、磁極位置θｎの第１の切換条件が成立したと判断し、前記選択処理部２４の切換処理手段９３は、切換処理を行い、磁極位置θｎの設定をセンサレス磁極位置θｍからセンサ磁極位置θｋに切り換える。
【００８２】
そして、前記選択処理部２４は、センサ磁極位置θｋを磁極位置θｎとして設定し、該磁極位置θｎをＵＶ−ｄｑ変換部６１及びｄｑ−ＵＶ変換部６７に送る。続いて、前記駆動処理手段は、磁極位置θｎに基づいてモータ３１を駆動する。
【００８３】
次に、前記切換条件成立判断処理手段は、モータ回転速度ＮＭを読み込み、該モータ回転速度ＮＭ及び前記電圧指標値Ｖ^*に基づいて磁極位置θｎの第２の切換条件が成立したかどうかを判断する。
【００８４】
そのために、前記切換条件成立判断処理手段は、モータ回転速度ＮＭが設定値ＮＭｔｈ２（＜ＮＭｔｈ１）より低く、かつ、モータ３１が停止させられたかどうかによって第１の条件が成立したかどうかを判断し、前記電圧指標値Ｖ^*が設定値Ｖ２（＜Ｖ１）より小さく、かつ、その状態で一定の時間が経過したかどうかによって第２の条件が成立したかどうかを判断する。そして、モータ回転速度ＮＭが設定値ＮＭｔｈ２より低く、かつ、モータ３１が停止させられておらず、しかも、前記電圧指標値Ｖ^*が設定値Ｖ２より小さく、かつ、その状態で一定の時間が経過して、第１、第２の条件のいずれもが成立すると、切換条件成立判断処理手段は、磁極位置θｎの第２の切換条件が成立したと判断し、前記切換処理手段９３は、磁極位置θｎの設定をセンサ磁極位置θｋからセンサレス磁極位置θｍに切り換える。
【００８５】
そして、前記選択処理部２４は、センサ磁極位置θｋを磁極位置θｎとして設定し、該磁極位置θｎをＵＶ−ｄｑ変換部６１及びｄｑ−ＵＶ変換部６７に送る。続いて、前記駆動処理手段は、磁極位置θｎに基づいてモータ３１を駆動する。
【００８６】
このように、モータ３１を始動する際、及びモータ３１を低・中速領域で駆動する際にはセンサレス磁極位置θｍに基づいて、モータ３１を高速領域で駆動する際には磁極位置θｎの検出方法を切り換え、簡易センサ位置検出方法によってセンサ磁極位置θｋを検出し、該センサ磁極位置θｋを磁極位置θｎとして設定するようにしている。
【００８７】
したがって、モータ３１を始動する際、及びモータ３１を低・中速領域で駆動する際に、モータ回転速度ＮＭの速度変動が大きくても、センサレス磁極位置θｍが磁極位置θｎとして設定されるので、磁極位置θｎの検出精度を高くすることができる。その結果、検出された磁極位置θｎに基づいてモータ３１を駆動したときに十分なモータトルクＴＭを発生させることができる。また、モータ３１を高速領域で駆動する際に、ステータコイルに供給される電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ等に高周波成分が発生しても、センサ磁極位置θｋが磁極位置θｎとして設定されるので、磁極位置θｎの検出精度を高くすることができる。
【００８８】
そして、モータ３１を始動する際、及びモータ３１を低・中速領域で駆動する際であっても、バッテリ電圧ＶＢが急激に低下したときに、電圧指標値Ｖ^*が出力電圧限界値Ｖｍｔに近づいて設定値Ｖ１以上になると、モータ３１の電圧飽和が発生する恐れがあると判断され、磁極位置θｎの設定がセンサレス磁極位置θｍからセンサ磁極位置θｋに切り換えられるので、モータ３１が脱調することがなくなり、モータ３１を安定して駆動することができる。
【００８９】
なお、本実施の形態においては、磁極位置θｎの設定をセンサレス磁極位置θｍからセンサ磁極位置θｋに切り換える際、及びセンサ磁極位置θｋからセンサレス磁極位置θｍに切り換える際の各設定値ＮＭｔｈ１、ＮＭｔｈ２、Ｖ１、Ｖ２はヒステリシスを持たせ、磁極位置θｎの設定をセンサレス磁極位置θｍからセンサ磁極位置θｋに切り換える際の設定値ＮＭｔｈ１、Ｖ１は、センサ磁極位置θｋからセンサレス磁極位置θｍに切り換える際の設定値ＮＭｔｈ２、Ｖ２より大きくされる。
【００９０】
次に、図５及び６のフローチャートについて説明する。
ステップＳ１センサレス磁極位置検出処理を行う。
ステップＳ２センサ磁極位置検出処理を行う。
ステップＳ３電圧指標値算出処理を行う。
ステップＳ４センサ磁極位置θｋが磁極位置θｎとして設定されているかどうかを判断する。センサ磁極位置θｋが磁極位置θｎとして設定されている場合はステップＳ１２に、設定されていない場合はステップＳ５に進む。
ステップＳ５センサレス磁極位置θｍを磁極位置θｎとして設定する。
ステップＳ６モータ３１を駆動する。
ステップＳ７モータ回転速度ＮＭが設定値ＮＭｔｈ１以上であるかどうかを判断する。モータ回転速度ＮＭが設定値ＮＭｔｈ１以上である場合はステップＳ１０に、モータ回転速度ＮＭが設定値ＮＭｔｈ１より小さい場合はステップＳ８に進む。
ステップＳ８電圧指標値Ｖ^*が設定値Ｖ１より大きいかどうかを判断する。電圧指標値Ｖ^*が設定値Ｖ１より大きい場合はステップＳ９に進み、電圧指標値Ｖ^*が設定値Ｖ１以下である場合はステップＳ１に戻る。
ステップＳ９一定の時間が経過したかどうかを判断する。一定の時間が経過した場合はステップＳ１０に進み、経過していない場合はステップＳ８に戻る。
ステップＳ１０切換処理を行う。
ステップＳ１１センサレス磁極位置θｍを磁極位置θｎとして設定する。
ステップＳ１２モータ３１を駆動する。
ステップＳ１３モータ回転速度ＮＭが設定値ＮＭｔｈ２より小さいかどうかを判断する。モータ回転速度ＮＭが設定値ＮＭｔｈ２より小さい場合はステップＳ１４に進み、モータ回転速度ＮＭが設定値ＮＭｔｈ２以上である場合はステップＳ１に戻る。
ステップＳ１４モータ３１が停止させられたかどうかを判断する。モータ３１が停止させられた場合は処理を終了し、停止させられていない場合はステップＳ１５に進む。
ステップＳ１５電圧指標値Ｖ^*が設定値Ｖ２より小さいかどうかを判断する。電圧指標値Ｖ^*が設定値Ｖ２より小さい場合はステップＳ１６に進み、電圧指標値Ｖ^*が設定値Ｖ２以上である場合はステップＳ１に戻る。
ステップＳ１６一定の時間が経過したかどうかを判断する。一定の時間が経過した場合はステップＳ１７に進み、一定の時間が経過していない場合はステップＳ１５に戻る。
ステップＳ１７切換処理を行い、ステップＳ１に戻る。
【００９１】
次に、図７のフローチャートについて説明する。
ステップＳ３−１ｄ軸電圧指令値Ｖｄ^*及びｑ軸電圧指令値Ｖq ^*を読み込み、制御電圧指令値Ｖｃｎを算出する。
ステップＳ３−２なまし処理を行い、リターンする。
【００９２】
次に、図８のフローチャートについて説明する。
ステップＳ１−１高周波電流Ｉｈを注入する。
ステップＳ１−２センサレス磁極位置θｍを検出し、リターンする。
【００９３】
次に、図９のフローチャートについて説明する。
ステップＳ２−１検出パルスを発生させる。
ステップＳ２−２磁極位置検出値θｐを取得する。
ステップＳ２−３モータ回転速度ＮＭを読み込む。
ステップＳ２−４磁極位置検出値θｐを補正し、リターンする。
【００９４】
また、本実施の形態においては、磁極位置θｎの設定を、センサレス位置検出方法によって検出されたセンサレス磁極位置θｍと、簡易センサ位置検出方法によって検出されたセンサ磁極位置θｋとで切り換えるようにした場合について説明しているが、センサレス位置検出方法においては、前述されたように、ｄ軸電流指令値Ｖｄ^*及びｑ軸電流指令値Ｖｑ^*のうちの少なくとも一方に高周波電流Ｉｈを注入することによって磁極位置θｎが検出するようにした低速領域に適した検出方法と、高速領域に適した磁束オブザーバ制御による検出方法とがあり、これら二つの検出方法によって検出された磁極位置θｎを切り換える場合に適用することもできる。
【００９５】
本実施の形態においては、高周波成分として高周波電流Ｉｈを注入するようにしているが、高周波成分として高周波電圧を注入することもできる。また、高周波電流Ｉｈ及び高周波電圧は、正弦波であっても、パルス波であってもよい。
【００９６】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００９７】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、電動機械制御装置においては、電動機械と、第１の検出方法で前記電動機械の磁極位置を第１の検出磁極位置として検出する第１の磁極位置検出処理手段と、第２の検出方法で前記電動機械の磁極位置を第２の検出磁極位置として検出する第２の磁極位置検出処理手段と、ｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値を合成することによって電圧指標値を算出する電圧指標値算出処理手段と、電圧指標値及び電源電圧検出部によって検出された電源電圧に基づいて、磁極位置を、所定の遷移時間において第１の検出磁極位置と第２の検出磁極位置とで切り換える切換処理手段とを有する。
そして、前記第１の検出方法は、所定の磁極位置に基づいて想定された推定ｄ−ｑ座標においてｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値を発生させ、前記ｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値のうちの少なくとも一方に高周波電流を注入することによってｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値に高周波電圧を発生させ、前記ｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値に含まれる誤差情報を零にするように演算を行うことによって磁極位置を検出するセンサレス位置検出方法である。
また、前記第２の検出方法は、所定の角度ごとに位置検出信号を発生させ、該位置検出信号の信号レベルの組合せに基づいて検出パルスを発生させることによって磁極位置を検出する簡易センサ位置検出方法である。
【００９８】
この場合、磁極位置は、ｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値を合成することによって算出された電圧指標値、並びに電源電圧検出部によって検出された電源電圧に基づいて、所定の所定の遷移時間において第１の検出磁極位置と第２の検出磁極位置とで切り換えられるので、電圧指令値が上限に達することがなくなる。
【００９９】
したがって、電流指令値に高周波成分を注入することによって電圧指令値及びに高周波電圧を十分に発生させることができるので、例えば、センサレス位置検出方法によって磁極位置を検出することができる。その結果、電動機械が脱調することがなくなり、電動機械を安定して駆動することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態におけるモータ制御装置の機能ブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態における電動車両の駆動制御装置のブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態における簡易センサ位置検出方法によって発生させられる位置検出信号のタイムチャートである。
【図４】本発明の実施の形態における磁極位置検出値を示すタイムチャートである。
【図５】本発明の実施の形態におけるモータ制御装置の動作を示す第１のメインフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態におけるモータ制御装置の動作を示す第２のメインフローチャートである。
【図７】本発明の実施の形態における電圧指標値算出処理のサブルーチンを示す図である。
【図８】本発明の実施の形態におけるセンサレス磁極位置検出処理のサブルーチンを示す図である。
【図９】本発明の実施の形態におけるセンサ磁極位置検出処理のサブルーチンを示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態における電圧飽和の説明図である。
【符号の説明】
３１モータ
４５モータ制御装置
９１センサレス磁極位置検出処理手段
９２センサ磁極位置検出処理手段
９３切換処理手段
９４電圧指標値算出処理手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electric machine control device, an electric machine control method, and a program.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, in an electric vehicle, a rotor that is rotatably arranged and has a magnetic pole pair composed of an N-pole permanent magnet and an S-pole permanent magnet, and a radially outer side from the rotor, a U-phase, A motor having a stator having V-phase and W-phase stator coils is used as an electric machine. Then, the pulse width modulation signal generated in the motor control device as the electric machine control device is sent to the inverter, and the inverter supplies phase currents, that is, U-phase, V-phase and W-phase currents to the respective stator coils. Thus, the motor is driven to generate a motor torque as an electric machine torque, that is, a motor torque, and the motor torque is transmitted to the drive wheels to drive the electric vehicle.
[0003]
For this purpose, the current supplied to the stator coil is detected by a current sensor, the position of the magnetic pole of the rotor, that is, the position of the magnetic pole is detected by a resolver, the current detected by the current sensor, and the magnetic pole detected by the resolver. The position is sent to the motor controller.
[0004]
In the motor control apparatus, feedback control is performed by vector control calculation on a dq axis model in which the d axis is taken in the direction of the magnetic pole pair of the rotor and the q axis is taken in a direction perpendicular to the d axis. , A current detected by the current sensor, a magnetic pole position detected by the resolver, and a vehicle control device that controls the entire electric vehicle, and a d-axis current command based on a motor target torque that represents a target value of the motor torque A value and a q-axis current command value are generated, and a d-axis voltage command value and a q-axis voltage command value are generated based on the d-axis current command value and the q-axis current command value.
[0005]
In the motor control device, a voltage command value for each phase is generated based on the d-axis voltage command value and the q-axis voltage command value, and the pulse width of each phase is further increased based on the voltage command value for each phase. A modulated signal is generated.
[0006]
By the way, when the resolver is used, the detection accuracy of the magnetic pole position and the controllability of the motor can be improved, but the cost of the motor control device is increased. In some cases, the resolver cannot be installed due to space constraints. Therefore, instead of the resolver, a simple position sensor, for example, a simple sensor position detection method that uses a magnetoresistive element such as MRE to detect the magnetic pole position, without using a position sensor such as the resolver. A sensorless position detection method or the like that detects the magnetic pole position is provided (for example, see Patent Document 1).
[0007]
In the simple sensor position detection method, a drum is attached to the shaft of the rotor, teeth are formed on the drum, the magnetic pole position is detected by the presence or absence of teeth, and U is detected at every predetermined angle (for example, 60 [°]). Phase detection signals for phase, V phase and W phase are generated, and the position detection signals are sent to the motor control device.
[0008]
Further, the motor control device is provided with a magnetic pole position detector, and upon receiving each position detection signal, the magnetic pole position detector receives six detection pulses based on a combination of signal levels of the position detection signals. The magnetic pole position when each detection pulse is generated is generated as a magnetic pole position detection value, the generated magnetic pole position detection value is corrected based on the detection pulse, and the corrected value is used as the magnetic pole position. I try to detect it.
[0009]
When the rotation speed of the motor, that is, when the motor rotation speed is higher than the set speed, the magnetic pole position detection unit linearly interpolates the magnetic pole position detection value by, for example, proportional calculation based on the motor rotation speed at that time. Correction is performed, and the corrected value is detected as the magnetic pole position. In addition, when the motor rotation speed is equal to or lower than the set speed, the magnetic pole position is somewhere in the position detectable range determined by each magnetic pole position detection value. Therefore, in order to minimize the error on average, the magnetic pole position detection is performed. The unit detects an intermediate point between the magnetic pole position detection values as the magnetic pole position.
[0010]
On the other hand, in the sensorless position detection method, the magnetic pole position is detected and estimated by injecting a high-frequency current into at least one of the d-axis current command value and the q-axis current command value. For this purpose, first, a predetermined magnetic pole position of 0 to ± 180 [°] is set as an initial position, an estimated dq coordinate is assumed based on the magnetic pole position set as the initial position, and the estimated d− A d-axis current command value and a q-axis current command value are generated in the q coordinate. Subsequently, by injecting a high frequency current into at least one of the d axis current command value and the q axis current command value, a high frequency voltage is generated in the d axis voltage command value and the q axis voltage command value. In this case, the d-axis voltage command value and the q-axis voltage command value from which the high-frequency voltage is generated include the magnetic pole position estimated by the difference between the d-axis inductance and the q-axis inductance, and the actual magnetic pole position, that is, the actual magnetic pole position. Error information with respect to the magnetic pole position is included. Therefore, if the calculation is performed so that the error information becomes zero (0), there is no difference between the estimated magnetic pole position and the actual magnetic pole position, and the magnetic pole position is detected by an electrical angle. In this case, in the sensorless position detection method, the portion of the permanent magnet in the circumferential direction of the rotor and the portion where there is no permanent magnet and the space is formed are equivalent in view of the distribution characteristics of the magnetic flux. The magnetic pole position is detected within the electrical angle range of [°], but it is not known whether the detected magnetic pole position belongs to the N pole or the S pole. Therefore, when the magnetic pole position is detected, magnetic pole determination, that is, NS determination is performed on the detected magnetic pole position, and it is determined whether the magnetic pole position belongs to the N pole or the S pole.
[0011]
[Patent Document 1]
JP 2001-25277 A
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional motor control device, in the case of the simple sensor position detection method, the magnetic pole position is detected with a resolution of 6 steps in one cycle of the electrical angle, so the resolution is extremely low and the motor is started. In this case, the detection error of the magnetic pole position becomes extremely large. In addition, when the motor is driven in the low speed region, the speed fluctuation of the motor rotation speed is large, so that when the correction process is performed, the detection accuracy of the magnetic pole position is lowered. Therefore, if the motor is driven based on the detected magnetic pole position, sufficient motor torque cannot be generated.
[0013]
In the case of the sensorless position detection method, when the motor rotation speed increases and the motor is driven in a high speed region, a high frequency component is generated in the current supplied to the stator coil, and the high frequency component and the d-axis current command value and q The high-frequency current injected into at least one of the axial current command values interferes with the magnetic pole position detection accuracy.
[0014]
Therefore, when starting the motor, the magnetic pole position is detected by the sensorless position detection method. When the motor rotation speed exceeds the set value and the motor is driven in the high speed region, the magnetic pole position detection method is simplified. A motor control method that switches to the sensor position detection method and detects the magnetic pole position by the simple sensor position detection method can be considered.
[0015]
However, if the power supply for driving the motor is a power supply with a large fluctuation in power supply voltage such as a battery, the power supply voltage may drop rapidly when the motor is driven under various conditions. In that case, voltage saturation may occur in the motor.
[0016]
The voltage saturation is a voltage corresponding to the d-axis voltage command value and the q-axis voltage command value generated in the motor control device, that is, a voltage that can be output by the inverter, that is, an output. Occurs by approaching the voltage limit.
[0017]
When the voltage saturation occurs, the d-axis voltage command value and the q-axis voltage command value reach the upper limit, so that the high-frequency current is injected into at least one of the d-axis current command value and the q-axis current command value. It becomes difficult to generate a high-frequency voltage in the shaft voltage command value and the q-axis voltage command value. Therefore, since the magnetic pole position cannot be detected by the sensorless position detection method, the motor may step out and the motor cannot be driven stably.
[0018]
The present invention solves the problems of the conventional motor control method, can generate sufficient electric machine torque when starting the electric machine, and when the electric machine is driven in a high speed region, It is an object of the present invention to provide an electric machine control device, an electric machine control method, and a program capable of stably driving an electric machine even when voltage saturation occurs.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, in the electric machine control device of the present invention, the electric machine, the first magnetic pole position detection processing means for detecting the magnetic pole position of the electric machine as the first detection magnetic pole position by the first detection method, A second magnetic pole position detection processing means for detecting the magnetic pole position of the electric machine as a second detected magnetic pole position by the detection method 2 and a voltage index value by combining the d-axis voltage command value and the q-axis voltage command value. Based on the voltage index value calculation processing means for calculating the voltage index value and the power supply voltage detected by the power supply voltage detector, the magnetic pole position is changed to the first detected magnetic pole position and the second detected magnetic pole at a predetermined transition time. Switching processing means for switching between positions.
The first detection method generates a d-axis current command value and a q-axis current command value in an estimated dq coordinate assumed based on a predetermined magnetic pole position, and the d-axis current command value and the q-axis An error included in the d-axis voltage command value and the q-axis voltage command value is generated by injecting a high-frequency current into at least one of the current command values to generate a high-frequency voltage in the d-axis voltage command value and the q-axis voltage command value. This is a sensorless position detection method in which the magnetic pole position is detected by performing calculation so as to make the information zero.
The second detection method is a simple sensor position detection that detects a magnetic pole position by generating a position detection signal at every predetermined angle and generating a detection pulse based on a combination of signal levels of the position detection signal. Is the method.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0026]
In this case, a motor control device as an electric machine control device will be described.
[0027]
FIG. 1 is a functional block diagram of the motor control device according to the first embodiment of the present invention.
[0028]
In the figure, 31 is a motor as an electric machine, 43 is a position sensor for detecting the magnetic pole position of the motor 31, and 91 is a first detection method for detecting the magnetic pole position of the motor 31 as a first detected magnetic pole position. The sensorless magnetic pole position detection processing means as the magnetic pole position detection processing means, and the sensor magnetic pole 92 as the second magnetic pole position detection processing means for detecting the magnetic pole position of the motor 31 as the second detection magnetic pole position by the second detection method. Position detection processing means 93 is a switching processing means for gradually switching the magnetic pole position between the first detection magnetic pole position and the second detection magnetic pole position at a predetermined transition time, and 94 is a voltage index value corresponding to the voltage command value. It is a voltage index value calculation processing means for calculating.
[0029]
FIG. 2 is a block diagram of a drive control device for an electric vehicle according to the embodiment of the present invention, FIG. 3 is a time chart of a position detection signal generated by the simple sensor position detection method according to the embodiment of the present invention, and FIG. It is a time chart which shows the magnetic pole position detection value in embodiment of invention.
[0030]
In FIG. 2, 45 is a motor control device, 31 is a motor as an electric machine, and a DC brushless motor can be used as the motor 31. The motor 31 includes a rotor (not shown) that is rotatably arranged and a stator (not shown) that is arranged radially outward from the rotor. The rotor includes a rotor core attached to a shaft (not shown) and permanent magnets disposed at a plurality of locations in the circumferential direction of the rotor core, and a magnetic pole pair is configured by the S pole and the N pole of the permanent magnet. In addition, the stator includes a stator core (not shown) that is protruded radially inward at a plurality of locations in the circumferential direction, and a U-phase, a V-phase, and a W-phase wound around the teeth. A stator coil (not shown) is provided as a coil.
[0031]
In order to drive the motor 31 by driving the motor 31, the DC current from the battery 14 is converted into U-phase, V-phase, and W-phase currents Iu, Iv, Iw by the inverter 40, and Currents Iu, Iv, and Iw are supplied to the respective stator coils.
[0032]
To this end, the inverter 40 includes six transistors (not shown) as switching elements, and the currents Iu, Iv, and Iw of the respective phases can be generated by selectively turning on and off the transistors. It can be done.
[0033]
By the way, since each stator coil is star-connected, when the current values of two phases of each phase are determined, the current values of the remaining one phase are also determined. Therefore, in order to control the currents Iu, Iv, Iw of each phase, for example, a current sensor 33 as a current detection unit that detects U-phase and V-phase currents Iu, Iv on the lead wires of two predetermined stator coils. , 34, and the current sensors 33, 34 send the detected currents iu, iv to the UV-dq converter 61 of the motor control device 45.
[0034]
In addition to a CPU (not shown) that functions as a computer, the motor control device 45 is provided with a recording device (not shown) such as a RAM and a ROM for recording data and various programs.
[0035]
Various programs, data, and the like are recorded in the RAM, but the programs, data, and the like can also be recorded on a recording medium constituting the external storage device. In this case, for example, a flash memory may be provided in the motor control device 45, and the program, data, and the like may be read from the recording medium and recorded in the flash memory. Therefore, the program, data, etc. can be updated by exchanging the recording medium.
[0036]
When the detection currents iu and iv are received, a detection current calculation processing unit (not shown) of the motor control device 45 performs detection current calculation processing and calculates the detection current iw based on the detection currents iu and iv.
[0037]
Further, the motor rotation speed calculation processing means (not shown) of the motor control device 45 as the electric machine rotation speed calculation processing means performs the motor rotation speed calculation processing as the electric machine rotation speed calculation processing and is detected by the magnetic pole position detection unit 46. Based on the magnetic pole position θn, the detection pulse, etc., the motor rotation speed NM as the electric machine rotation speed is calculated.
[0038]
A command value generation unit as a command value generation processing means of the vehicle control device performs a command value generation process, based on the vehicle speed V and an accelerator opening α detected by an accelerator sensor (not shown). ^* And the vehicle required torque TO ^* Motor target torque (torque command value) TM as electric machine target torque ^* Motor target torque TM ^* Is sent to the torque command / current command conversion unit 47 of the motor control device 45.
[0039]
The ROM of the motor control device 45 includes command value maps for d-axis and q-axis. Then, the torque command / current command conversion unit 47 as the command value calculation processing means of the motor control device 45 performs the command value calculation processing, and the battery 14 detected by the battery voltage detection sensor 15 as the power supply voltage detection unit. The voltage, that is, the battery voltage VB is read, and the motor rotational speed NM and the motor target torque TM are read. ^* And referring to each command value map, the motor target torque TM ^* D-axis current command value id corresponding to ^* And q-axis current command value iq ^* As the first command value and the current command value, and the d-axis current command value id ^* And q-axis current command value iq ^* Are sent to the adder 21 and the subtracter 63, respectively.
[0040]
In order to detect the magnetic pole position θn, the d-axis current command value id ^* A high frequency current Ih is injected as a high frequency component. For this purpose, the motor control device 45 is provided with a high-frequency current generator 48 as high-frequency component generation processing means, and a control signal SG1 is sent to the high-frequency current generator 48. The control signal SG1 is generated by control signal generation processing means (not shown) of the motor control device 45, and is turned on when starting the motor 31 or when the motor rotation speed becomes low. When it becomes higher and the accuracy in the first position detector 22 becomes sufficiently high, it is turned off.
[0041]
When the control signal SG1 is turned on, the high-frequency current generator 48 performs high-frequency component generation processing to generate a high-frequency current Ih, which is sent to the adder 21. In the adder 21, the d-axis current command value id ^* Is injected with a high-frequency current Ih. As a result, the adder 21 sends the d-axis current command value idh to the subtracter 62. ^* Will be sent. The adder 21 constitutes a high frequency component injection unit.
[0042]
By the way, in the motor control device 45, feedback control by vector control calculation is performed on a dq axis model in which the d axis is taken in the direction of the magnetic pole pair in the rotor and the q axis is taken in the direction perpendicular to the d axis. It has come to be.
[0043]
For this purpose, the detection current calculation processing means reads the detection currents iu and iv from the current sensors 33 and 34 and calculates the detection current iw. The UV-dq converter 61 of the motor control device 45 performs three-phase / two-phase conversion based on the detected currents iu, iv, iw and the magnetic pole position θn, and converts the detected currents iu, iv, iw to d-axis currents, respectively. Convert to id and q-axis current iq.
[0044]
The d-axis current id is sent to the subtractor 62, where the d-axis current id and the d-axis current command value idh are sent. ^* The d-axis current deviation Δid is calculated, and the d-axis current deviation Δid is sent to the voltage command value generator 64. On the other hand, the q-axis current iq is sent to the subtracter 63, where the q-axis current iq and the q-axis current command value iq ^* Q-axis current deviation Δiq is calculated, and the q-axis current deviation Δiq is sent to the voltage command value generator 64.
[0045]
Then, the voltage command value generation unit 64 generates a d-axis voltage command value Vd as an inverter output on two axes so that the d-axis current deviation Δid and the q-axis current deviation Δiq become zero (0). ^* And q-axis voltage command value Vq ^* Are generated and sent to the dq-UV converter 67. The d-axis voltage command value Vd ^* And q-axis voltage command value Vq ^* Thus, the second command value and the voltage command value are configured.
[0046]
Subsequently, the dq-UV conversion unit 67 is configured such that the d-axis voltage command value Vd ^* Q-axis voltage command value Vq ^* And two-phase / three-phase conversion based on the magnetic pole position θn and the d-axis voltage command value Vd ^* And q-axis voltage command value Vq ^* U-phase, V-phase and W-phase voltage command values Vu ^* , Vv ^* , Vw ^* And the voltage command value Vu ^* , Vv ^* , Vw ^* Is sent to the PWM generator 68. The PWM generator 68 generates a voltage command value Vu for each phase. ^* , Vv ^* , Vw ^* And the voltage command value Vu based on the battery voltage VB. ^* , Vv ^* , Vw ^* The pulse width modulation signals Mu, Mv, and Mw of the respective phases having the pulse widths corresponding to are generated and sent to the drive circuit 51.
[0047]
The drive circuit 51 receives the pulse width modulation signals Mu, Mv, and Mw of the respective phases, generates six drive signals for driving the transistors, and sends the drive signals to the inverter 40. The inverter 40 turns on the transistor only while the drive signal is on to generate currents Iu, Iv, Iw of each phase, and supplies the currents Iu, Iv, Iw of each phase to the respective stator coils. Thus, the electric vehicle can be run by driving the motor 31.
[0048]
The PWM generator 68, the drive circuit 51, the inverter 40, and the like constitute motor drive processing means as an electric machine drive processing means for driving the motor 31.
[0049]
By the way, in the present embodiment, the magnetic pole position θn is detected by the magnetic pole position detector 46 without using a highly accurate sensor such as a resolver. For this purpose, the magnetic pole position detection unit 46 includes first and second position detection units 22 and 23 and a selection processing unit 24.
[0050]
In the first position detection unit 22, a simple position sensor 43 disposed in the motor 31, for example, a magnetoresistive element such as an MRE is used. The sensor magnetic pole position detection processing means 92 (FIG. 1) as the magnetic pole position detection processing means performs the sensor magnetic pole position detection processing as the second magnetic pole position detection processing, and uses the simple sensor position detection method as the second detection method. The sensor magnetic pole position θk as the second detection magnetic pole position is detected.
[0051]
For this purpose, a drum is attached to the shaft of the rotor, teeth are formed on the drum, and as shown in FIG. 3 depending on the presence or absence of teeth, every predetermined angle (in this embodiment, 60 °). Position detection signals Pu, Pv, and Pw are generated as magnetic pole position information, and the position detection signals Pu, Pv, and Pw are sent to the first position detector 22.
[0052]
The position detection signals Pu, Pv, and Pw are generated with their signal levels switched every 180 [deg.] In electrical angle and shifted in phase by 120 [°] from each other. Therefore, the combination of signal levels of the position detection signals Pu, Pv, Pw is composed of six patterns.
[0053]
The magnetic pole position detection value acquisition processing means (not shown) of the sensor magnetic pole position detection processing means 92 performs magnetic pole position detection value acquisition processing, receives the position detection signals Pu, Pv, Pw, and receives position detection signals Pu, Pv, Six detection pulses were generated based on the combination of the signal levels of Pw, and the detection pulses were generated with a resolution of six steps at 360 °, which is one cycle of the electrical angle, based on each detection pulse. Is obtained as the magnetic pole position detection value θp.
[0054]
By the way, as indicated by line L11 in FIG. 4, the magnetic pole position detection value θp is changed stepwise whenever time elapses and a detection pulse is generated, so that the actual magnetic pole position indicated by line L12 and It does not match the magnetic pole position detection value θp.
[0055]
That is, the actual magnetic pole position is 0 [°] or more and less than 60 [°], 60 [°] or more and less than 120 [°], 120 [°] or more and less than 180 [°], 180 [°] or more and less than 240 [°], The respective magnetic pole position detection values θp in the respective position detectable ranges of 240 [°] or more and less than 300 [°] and 300 [°] or more and less than 360 [°] are 0, 60, 120, 180, 240, respectively. 300 [°].
[0056]
Therefore, a correction processing unit (not shown) of the sensor magnetic pole position detection processing unit 92 performs a correction process so as to detect the sensor magnetic pole position θk by correcting the generated magnetic pole position detection value θp as follows. Yes.
[0057]
When the motor rotation speed NM is higher than the set speed NMs, the correction processing unit corrects the magnetic pole position detection value θp by performing linear interpolation by proportional calculation based on the motor rotation speed at that time, for example. The detected magnetic pole position detection value θp is detected as the sensor magnetic pole position θk. That is, if the time elapsed from the generation of the detection pulse to the present is τ, the sensor magnetic pole position θk is
θk = θp + NM · τ
become.
[0058]
Further, when the motor rotation speed NM is equal to or less than the set speed NMs, the magnetic pole position is somewhere in each position detectable range, so that the correction processing means The midpoint of the magnetic pole position detection value θp is the sensor magnetic pole position θk
θk = θp + 30 [°]
Detect as.
[0059]
On the other hand, the sensorless magnetic pole position detection processing unit 91 as the first magnetic pole position detection processing unit of the second position detection unit 23 performs the sensorless magnetic pole position detection processing as the first magnetic pole position detection processing. D-axis current command value id ^* The high frequency current Ih is injected into the sensor, and the sensorless magnetic pole position θm as the first detection magnetic pole position is detected and estimated by the sensorless position detection method as the first detection method.
[0060]
Therefore, the sensorless magnetic pole position detection processing unit 91 sets a predetermined magnetic pole position as an initial position, assumes an estimated dq coordinate based on the magnetic pole position set as the initial position, and the estimated dq coordinate. D-axis current command value id ^* And q-axis current command value iq ^* Is generated.
[0061]
Subsequently, the adder 21 causes a d-axis current command value id. ^* When the high-frequency current Ih is injected into the d-axis voltage command value Vd ^* And q-axis voltage command value Vq ^* A high frequency voltage is generated. In this case, the d-axis voltage command value Vd from which the high-frequency voltage is generated ^* And q-axis voltage command value Vq ^* Includes error information between the sensorless magnetic pole position θm estimated from the difference between the d-axis inductance and the q-axis inductance and the actual magnetic pole position. Therefore, the sensorless magnetic pole position detection processing means 91 performs the q-axis voltage command value Vq. ^* And the q-axis voltage command value Vq ^* Is passed through a band-pass filter (BPF) 25 to extract only the high-frequency component and set as a calculation value Vdh. The coordinates of the calculation value Vdh are converted by the coordinate conversion unit 49 into the calculation value Vcos, and then the calculation value Vcos is calculated. Further, a DC component (low frequency component) is extracted through a low-pass filter (LPF) 51, and error information Vg is acquired.
[0062]
Subsequently, the sensorless magnetic pole position detection processing unit 91 sends the error information Vg to the subtractor 26, calculates a deviation between the error command value Vse and the error information Vg, sets zero to the error command value Vse, Calculation is performed so that the error information Vg becomes zero. As a result, the difference between the estimated sensorless magnetic pole position θm and the actual magnetic pole position becomes smaller and converges, and the sensorless magnetic pole position θm is detected by an electrical angle. Note that 52 is a PID computing unit (PID), 53 is a compensator (Km) as speed estimated value calculation processing means for calculating a speed estimated value ωm, and 54 is a sensorless magnetic pole position θm which is integrated with the speed estimated value ωm. Integrator (1 / s). The estimated value of the motor rotational speed NM is represented by the estimated speed value ωm.
[0063]
In the present embodiment, the d-axis current command value id ^* The high frequency current Ih is injected into the q-axis current command value iq. ^* Inject high-frequency components into the d-axis current command value id ^* And q-axis current command value iq ^* A high frequency component can be injected into any of these.
[0064]
By the way, in the case of the simple sensor position detection method, the sensor magnetic pole position θk is detected with a resolution of 6 steps in one cycle of the electrical angle, so the resolution is extremely low, and the sensor magnetic pole when the motor 31 is started. The detection error of the position θk becomes extremely large. Further, when the motor 31 is driven in the low speed region, the speed fluctuation of the motor rotation speed NM is large, so that when the correction process is performed, the detection accuracy of the sensor magnetic pole position θk is lowered. Therefore, when the motor 31 is driven based on the detected sensor magnetic pole position θk, a sufficient motor torque TM cannot be generated.
[0065]
In the case of the sensorless position detection method, when the motor rotation speed NM increases and the motor 31 is driven in a high speed region, high-frequency components are generated in the currents Iu, Iv, Iw, etc. supplied to the stator coil, and the high-frequency components And d-axis current command value id ^* Interferes with the high-frequency current Ih injected into the sensor, and the detection accuracy of the sensorless magnetic pole position θm is lowered.
[0066]
Therefore, when the motor 31 is started and when the motor rotation speed NM is low and the motor 31 is driven in the low / medium speed region, the sensorless magnetic pole position θm is detected by the sensorless position detection method, and the motor rotation speed NM is When driving the motor 31 in a high speed region, the magnetic pole position detection method is switched to the simple sensor position detection method, and the sensor magnetic pole position θk is detected by the simple sensor position detection method.
[0067]
5 is a first main flowchart showing the operation of the motor control apparatus according to the embodiment of the present invention, FIG. 6 is a second main flowchart showing the operation of the motor control apparatus according to the embodiment of the present invention, and FIG. The figure which shows the subroutine of the voltage index value calculation process in embodiment of invention, FIG. 8 is the figure which shows the subroutine of the sensorless magnetic pole position detection process in embodiment of this invention, FIG. 9 is the sensor magnetic pole in embodiment of this invention The figure which shows the subroutine of a position detection process, FIG. 10 is explanatory drawing of the voltage saturation in embodiment of this invention.
[0068]
First, when the motor 31 (FIG. 2) is started, the magnetic pole position detection processing means (not shown) of the motor control device 45 performs magnetic pole position detection processing. The sensorless magnetic pole position detection processing means 91 (FIG. 1) detects the sensorless magnetic pole position θm.
[0069]
For this purpose, the sensorless magnetic pole position detection processing unit 91 sets a predetermined magnetic pole position as an initial position, assumes an estimated dq coordinate based on the set initial position, and in the estimated dq coordinate, D-axis current command value id for driving the motor 31 ^* And q-axis current command value iq ^* Is generated. A high-frequency component injection processing unit (not shown) of the sensorless magnetic pole position detection processing unit 91 performs a high-frequency component injection process, sends a control signal SG1 to the high-frequency current generator 48, and receives a d-axis current command value id. ^* The high frequency current Ih is injected into the d axis voltage command value Vd ^* And q-axis voltage command value Vq ^* To generate a high-frequency voltage. D-axis voltage command value Vd ^* And q-axis voltage command value Vq ^* Constitutes a high frequency component injection command value.
[0070]
A magnetic pole position specifying processing means (not shown) of the sensorless magnetic pole position detection processing means 91 performs a magnetic pole position specifying process, and the q-axis voltage command value Vq ^* And it detects by specifying sensorless magnetic pole position (theta) m based on an initial position.
[0071]
The sensor magnetic pole position detection processing unit 92 performs sensor magnetic pole position detection processing to detect the sensor magnetic pole position θk.
[0072]
For this purpose, the sensor magnetic pole position detection processing means 92 receives the position detection signals Pu, Pv, Pw and generates six detection pulses based on the combination of the signal levels of the position detection signals Pu, Pv, Pw. Based on each detection pulse, the magnetic pole position when the detection pulse is generated is obtained as the magnetic pole position detection value θp with a resolution of 6 steps at 360 ° that is one cycle of the electrical angle.
[0073]
Subsequently, correction processing means (not shown) of the sensor magnetic pole position detection processing means 92 performs correction processing, reads the motor rotation speed NM, and corrects the generated magnetic pole position detection value θp based on the motor rotation speed NM. Thus, the sensor magnetic pole position θk is detected.
[0074]
By the way, when the battery 14 is used as a power source for driving the motor 31, the battery voltage VB as a power source voltage varies greatly, and the battery voltage VB rapidly decreases when the motor 31 is driven under various conditions. In this case, voltage saturation may occur in the motor 31.
[0075]
The voltage saturation is the d-axis voltage command value Vd generated in the motor control device 45. ^* And q-axis voltage command value Vq ^* Voltage index value V corresponding to ^* Is generated when the output voltage limit value Vmt of the inverter 40 is approached. As shown in FIG. 10, the output voltage limit value Vmt changes corresponding to the battery voltage VB, and U-phase, V-phase, and W-phase output voltage limit values U +, V +, W +, U−, V−. , W-.
[0076]
When voltage saturation occurs, the d-axis voltage command value Vd ^* And q-axis voltage command value Vq ^* Reaches the upper limit, so the d-axis current command value id ^* By injecting a high frequency current Ih into the d-axis voltage command value Vd ^* And q-axis voltage command value Vq ^* It becomes difficult to generate a high frequency voltage. Therefore, since the sensorless magnetic pole position θm cannot be detected by the sensorless position detection method, the motor 31 may step out and the motor 31 cannot be driven stably.
[0077]
Therefore, the voltage index value calculation processing means 94 of the motor control device 45 performs voltage index value calculation processing, and performs the d-axis voltage command value Vd. ^* And q-axis voltage command value Vq ^* And d-axis voltage command value Vd ^* And q-axis voltage command value Vq ^* A value serving as an index indicating whether or not voltage saturation has occurred, that is, a voltage index value V ^* Is calculated. For this purpose, the voltage index value calculation processing means 94 performs the d-axis voltage command value Vd. ^* And q-axis voltage command value Vq ^* Based on the control voltage command value Vcn
Vcn = √ (Vd ^{* 2} + Vq ^{* 2} )
Is calculated, and then the control voltage command value Vcn is subjected to an annealing process to obtain a voltage index value V ^* Is calculated. By the annealing process, the d-axis voltage command value Vd ^* And q-axis voltage command value Vq ^* It is possible to eliminate the influence of the high-frequency voltage generated in the coil, the influence of the cogging torque generated by the teeth formed on the stator, and the like.
[0078]
The annealing process can be realized by performing a predetermined calculation process on the control voltage command value Vcn. Further, instead of the annealing process, the control voltage command value Vcn is passed through a predetermined filter to eliminate the influence of the high frequency voltage, the influence of the cogging torque, etc. ^* Can also be calculated.
[0079]
As described above, when the sensorless magnetic pole position θm and the sensor magnetic pole position θk are detected, the selection processing unit 24 performs selection processing, sets the sensorless magnetic pole position θm as the magnetic pole position θn, and the magnetic pole position θn is sent to the UV-dq converter 61 and the dq-UV converter 67. Drive processing means (not shown) of the motor control device 45 performs drive processing and drives the motor 31 based on the magnetic pole position θn.
[0080]
Subsequently, a switching condition satisfaction determination processing unit (not shown) of the motor control device 45 performs a switching condition satisfaction determination processing to determine the motor rotation speed NM and the voltage index value V. ^* , The motor rotation speed NM and the voltage index value V ^* Based on the above, it is determined whether or not the first switching condition for the magnetic pole position θn is satisfied.
[0081]
Therefore, the switching condition satisfaction determination processing means determines whether or not the first condition is satisfied depending on whether or not the motor rotational speed NM is equal to or higher than a set value NMth1, and the voltage index value V ^* Is greater than or equal to the set value V1, and whether or not the second condition is satisfied is determined based on whether or not a certain period of time has elapsed in that state. The motor rotation speed NM is equal to or higher than a set value NMth1, or the voltage index value V ^* Is equal to or greater than the set value V1, and when a certain time elapses in that state and at least one of the first and second conditions is satisfied, the switching condition establishment determination processing means determines the first of the magnetic pole positions θn. When it is determined that the switching condition 1 is satisfied, the switching processing means 93 of the selection processing unit 24 performs switching processing to switch the setting of the magnetic pole position θn from the sensorless magnetic pole position θm to the sensor magnetic pole position θk.
[0082]
The selection processing unit 24 sets the sensor magnetic pole position θk as the magnetic pole position θn, and sends the magnetic pole position θn to the UV-dq conversion unit 61 and the dq-UV conversion unit 67. Subsequently, the drive processing means drives the motor 31 based on the magnetic pole position θn.
[0083]
Next, the switching condition satisfaction determination processing means reads the motor rotation speed NM, and the motor rotation speed NM and the voltage index value V ^* Based on the above, it is determined whether or not the second switching condition of the magnetic pole position θn is satisfied.
[0084]
Therefore, the switching condition satisfaction determination processing means determines whether or not the first condition is satisfied depending on whether or not the motor rotation speed NM is lower than the set value NMth2 (<NMth1) and the motor 31 is stopped. , The voltage index value V ^* Is smaller than the set value V2 (<V1), and whether or not the second condition is satisfied is determined based on whether or not a certain time has passed in that state. The motor rotation speed NM is lower than the set value NMth2, the motor 31 is not stopped, and the voltage index value V ^* Is smaller than the set value V2, and when both of the first and second conditions are satisfied after a certain period of time has elapsed in that state, the switching condition satisfaction determination processing means performs the second switching of the magnetic pole position θn. When determining that the condition is satisfied, the switching processing unit 93 switches the setting of the magnetic pole position θn from the sensor magnetic pole position θk to the sensorless magnetic pole position θm.
[0085]
The selection processing unit 24 sets the sensor magnetic pole position θk as the magnetic pole position θn, and sends the magnetic pole position θn to the UV-dq conversion unit 61 and the dq-UV conversion unit 67. Subsequently, the drive processing means drives the motor 31 based on the magnetic pole position θn.
[0086]
As described above, when the motor 31 is started and when the motor 31 is driven in the low / medium speed region, the magnetic pole position θn is detected when the motor 31 is driven in the high speed region based on the sensorless magnetic pole position θm. The method is switched, the sensor magnetic pole position θk is detected by the simple sensor position detection method, and the sensor magnetic pole position θk is set as the magnetic pole position θn.
[0087]
Therefore, when the motor 31 is started and when the motor 31 is driven in the low / medium speed region, the sensorless magnetic pole position θm is set as the magnetic pole position θn even if the speed fluctuation of the motor rotational speed NM is large. The detection accuracy of the magnetic pole position θn can be increased. As a result, a sufficient motor torque TM can be generated when the motor 31 is driven based on the detected magnetic pole position θn. Further, when the motor 31 is driven in a high speed region, even if a high frequency component is generated in the currents Iu, Iv, Iw, etc. supplied to the stator coil, the sensor magnetic pole position θk is set as the magnetic pole position θn. The detection accuracy of the position θn can be increased.
[0088]
Even when the motor 31 is started and when the motor 31 is driven in the low / medium speed region, when the battery voltage VB rapidly decreases, the voltage index value V ^* When the value approaches the output voltage limit value Vmt and becomes equal to or greater than the set value V1, it is determined that there is a risk of voltage saturation of the motor 31, and the setting of the magnetic pole position θn is switched from the sensorless magnetic pole position θm to the sensor magnetic pole position θk. The motor 31 will not step out, and the motor 31 can be driven stably.
[0089]
In this embodiment, when the setting of the magnetic pole position θn is switched from the sensorless magnetic pole position θm to the sensor magnetic pole position θk, and when the setting is switched from the sensor magnetic pole position θk to the sensorless magnetic pole position θm, each setting value NMth1, NMth2, V1 , V2 have hysteresis, and a setting value NMth1 when switching the setting of the magnetic pole position θn from the sensorless magnetic pole position θm to the sensor magnetic pole position θk, V1 is a setting value NMth2 when switching from the sensor magnetic pole position θk to the sensorless magnetic pole position θm , Larger than V2.
[0090]
Next, the flowcharts of FIGS. 5 and 6 will be described.
Step S1: A sensorless magnetic pole position detection process is performed.
Step S2 A sensor magnetic pole position detection process is performed.
Step S3: A voltage index value calculation process is performed.
Step S4: It is determined whether or not the sensor magnetic pole position θk is set as the magnetic pole position θn. If the sensor magnetic pole position θk is set as the magnetic pole position θn, the process proceeds to step S12. If not set, the process proceeds to step S5.
Step S5: The sensorless magnetic pole position θm is set as the magnetic pole position θn.
Step S6: The motor 31 is driven.
Step S7: It is determined whether or not the motor rotation speed NM is equal to or higher than a set value NMth1. If the motor rotation speed NM is greater than or equal to the set value NMth1, the process proceeds to step S10. If the motor rotation speed NM is smaller than the set value NMth1, the process proceeds to step S8.
Step S8 Voltage index value V ^* Is greater than the set value V1. Voltage index value V ^* Is larger than the set value V1, the process proceeds to step S9 and the voltage index value V ^* If is less than or equal to the set value V1, the process returns to step S1.
Step S9: It is determined whether a certain time has elapsed. If the fixed time has elapsed, the process proceeds to step S10, and if not, the process returns to step S8.
Step S10 A switching process is performed.
Step S11: The sensorless magnetic pole position θm is set as the magnetic pole position θn.
Step S12: The motor 31 is driven.
Step S13: It is determined whether or not the motor rotation speed NM is smaller than the set value NMth2. When the motor rotation speed NM is smaller than the set value NMth2, the process proceeds to step S14, and when the motor rotation speed NM is equal to or higher than the set value NMth2, the process returns to step S1.
Step S14: It is determined whether the motor 31 has been stopped. If the motor 31 is stopped, the process is terminated. If the motor 31 is not stopped, the process proceeds to step S15.
Step S15: Voltage index value V ^* Is less than the set value V2. Voltage index value V ^* Is smaller than the set value V2, the process proceeds to step S16 and the voltage index value V ^* If is equal to or greater than the set value V2, the process returns to step S1.
Step S16: It is determined whether a certain time has elapsed. If the fixed time has elapsed, the process proceeds to step S17. If the fixed time has not elapsed, the process returns to step S15.
Step S17 A switching process is performed, and the process returns to Step S1.
[0091]
Next, the flowchart of FIG. 7 will be described.
Step S3-1 d-axis voltage command value Vd ^* And q-axis voltage command value Vq ^* Is read and the control voltage command value Vcn is calculated.
Step S3-2: An annealing process is performed and the process returns.
[0092]
Next, the flowchart of FIG. 8 will be described.
Step S1-1 The high frequency current Ih is injected.
Step S1-2: The sensorless magnetic pole position θm is detected, and the process returns.
[0093]
Next, the flowchart of FIG. 9 will be described.
Step S2-1: A detection pulse is generated.
Step S2-2: The magnetic pole position detection value θp is acquired.
Step S2-3: Read the motor rotation speed NM.
Step S2-4: Correct the magnetic pole position detection value θp and return.
[0094]
In the present embodiment, the setting of the magnetic pole position θn is switched between the sensorless magnetic pole position θm detected by the sensorless position detection method and the sensor magnetic pole position θk detected by the simple sensor position detection method. However, in the sensorless position detection method, as described above, the d-axis current command value Vd ^* And q-axis current command value Vq ^* There are a detection method suitable for the low-speed region in which the magnetic pole position θn is detected by injecting the high-frequency current Ih into at least one of them, and a detection method based on magnetic flux observer control suitable for the high-speed region. It can also be applied to switching the magnetic pole position θn detected by the detection method.
[0095]
In the present embodiment, the high-frequency current Ih is injected as the high-frequency component, but a high-frequency voltage can also be injected as the high-frequency component. Further, the high frequency current Ih and the high frequency voltage may be a sine wave or a pulse wave.
[0096]
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, It can change variously based on the meaning of this invention, and does not exclude them from the scope of the present invention.
[0097]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, in the electric machine control device, the electric machine and the first detection method detects the magnetic pole position of the electric machine as the first detection magnetic pole position by the first detection method. Magnetic pole position detection processing means, second magnetic pole position detection processing means for detecting the magnetic pole position of the electric machine as a second detection magnetic pole position by a second detection method, d-axis voltage command value and q-axis voltage command value And a voltage index value calculation processing means for calculating a voltage index value by combining the voltage index value and the power supply voltage detected by the power supply voltage detection unit, the magnetic pole position is first detected at a predetermined transition time. And switching processing means for switching between the magnetic pole position and the second detection magnetic pole position.
The first detection method generates a d-axis current command value and a q-axis current command value in an estimated dq coordinate assumed based on a predetermined magnetic pole position, and the d-axis current command value and the q-axis An error included in the d-axis voltage command value and the q-axis voltage command value is generated by injecting a high-frequency current into at least one of the current command values to generate a high-frequency voltage in the d-axis voltage command value and the q-axis voltage command value. This is a sensorless position detection method in which the magnetic pole position is detected by performing calculation so as to make the information zero.
The second detection method is a simple sensor position detection that detects a magnetic pole position by generating a position detection signal at every predetermined angle and generating a detection pulse based on a combination of signal levels of the position detection signal. Is the method.
[0098]
In this case, the magnetic pole position is a predetermined predetermined transition based on the voltage index value calculated by combining the d-axis voltage command value and the q-axis voltage command value and the power supply voltage detected by the power supply voltage detection unit. Since the time is switched between the first detection magnetic pole position and the second detection magnetic pole position in time, the voltage command value does not reach the upper limit.
[0099]
Therefore, since a high frequency component can be sufficiently generated by injecting a high frequency component into the current command value, for example, the magnetic pole position can be detected by a sensorless position detection method. As a result, the electric machine does not step out, and the electric machine can be driven stably.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a functional block diagram of a motor control device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram of a drive control device for an electric vehicle according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a time chart of a position detection signal generated by the simple sensor position detection method according to the embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a time chart showing magnetic pole position detection values in the embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a first main flowchart showing the operation of the motor control device according to the embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a second main flowchart showing the operation of the motor control device according to the embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing a subroutine of voltage index value calculation processing in the embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing a subroutine of sensorless magnetic pole position detection processing in the embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing a subroutine of sensor magnetic pole position detection processing in the embodiment of the present invention.
FIG. 10 is an explanatory diagram of voltage saturation in the embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
31 motor
45 Motor controller
91 Sensorless magnetic pole position detection processing means
92 Sensor magnetic pole position detection processing means
93 Switching processing means
94 Voltage index value calculation processing means

Claims

An electric machine; first magnetic pole position detection processing means for detecting the magnetic pole position of the electric machine as a first detection magnetic pole position by a first detection method; and a magnetic pole position of the electric machine by a second detection method. Second magnetic pole position detection processing means for detecting as a detected magnetic pole position, voltage index value calculation processing means for calculating a voltage index value by combining the d-axis voltage command value and the q-axis voltage command value, and a voltage index based on the detected power supply voltage by the value and the power supply voltage detecting unit, the magnetic pole position, and having a switching processing unit for switching between the first magnetic pole position detection and the second magnetic pole position detection at a given transition time, wherein In the first detection method, a d-axis current command value and a q-axis current command value are generated in an estimated dq coordinate assumed based on a predetermined magnetic pole position, and the d-axis current command value and the q-axis current command value are generated. Out of By injecting a high-frequency current into at least one of them, a high-frequency voltage is generated in the d-axis voltage command value and the q-axis voltage command value, and error information included in the d-axis voltage command value and the q-axis voltage command value is made zero. The second detection method generates a position detection signal for each predetermined angle and based on a combination of signal levels of the position detection signal. And a simple sensor position detecting method for detecting the magnetic pole position by generating a detection pulse .

The electric machine control device according to claim 1, wherein the switching processing means switches a magnetic pole position based on a rotation speed of the electric machine .

The magnetic pole position of the electric machine is detected as the first detection magnetic pole position by the first detection method, the magnetic pole position of the electric machine is detected as the second detection magnetic pole position by the second detection method, and the d-axis voltage command value and A voltage index value is calculated by combining the q-axis voltage command value, and based on the voltage index value and the power supply voltage detected by the power supply voltage detector, the magnetic pole position is determined as the first detected magnetic pole position at a predetermined transition time. And the second detection magnetic pole position, and the first detection method generates a d-axis current command value and a q-axis current command value in an estimated dq coordinate assumed based on a predetermined magnetic pole position. Injecting a high-frequency current into at least one of the d-axis current command value and the q-axis current command value generates a high-frequency voltage in the d-axis voltage command value and the q-axis voltage command value, and the d-axis voltage command value And q A sensorless position detection method for detecting a magnetic pole position by performing an operation so that error information included in a voltage command value is zero, and the second detection method generates a position detection signal for each predetermined angle. An electric machine control method comprising: a simple sensor position detection method for detecting a magnetic pole position by generating a detection pulse based on a combination of signal levels of the position detection signal .

The computer uses a first detection method to detect the magnetic pole position of the electric machine as a first detection magnetic pole position, and the second detection method sets the magnetic pole position of the electric machine to a second detection magnetic pole. Second magnetic pole position detection processing means for detecting the position, voltage index value calculation processing means for calculating the voltage index value by combining the d-axis voltage command value and the q-axis voltage command value, and the voltage index value and power supply voltage detection Based on the power supply voltage detected by the unit, and functions as switching processing means for switching the magnetic pole position between the first detection magnetic pole position and the second detection magnetic pole position at a predetermined transition time, and the first detection method Generates a d-axis current command value and a q-axis current command value in an estimated dq coordinate assumed based on a predetermined magnetic pole position, and among the d-axis current command value and the q-axis current command value, By injecting a high-frequency current into at least one, a high-frequency voltage is generated in the d-axis voltage command value and the q-axis voltage command value, and error information included in the d-axis voltage command value and the q-axis voltage command value is made zero. Is a sensorless position detection method for detecting a magnetic pole position by performing an operation on the sensor, and the second detection method generates a position detection signal for each predetermined angle and based on a combination of signal levels of the position detection signal A program that is a simple sensor position detection method for detecting a magnetic pole position by generating a detection pulse .