JP5673009B2 - インバータ制御装置および電力変換システム - Google Patents

Description

本発明は、回転角度に関する信号情報を出力する角度検出器と、当該信号情報に基づいて回転角度の誤差を補正する誤差補正手段とを備えるインバータ制御装置および電力変換システムに関する。

従来では、制御方式に関係なく、回転位置センサの誤差を補正可能な補正手段を備えた電動機制御装置に関する技術の一例が開示されている（例えば特許文献１を参照）。当該技術によれば、補正手段は回転位置センサにより検出されるセンサ値の予測値を演算し、その演算した予測値に基づいて回転位置センサにより検出されたセンサ値を補正する。予測値は、回転位置センサから出力されるセンサ値の所定期間における平均値を演算し、その演算した平均値に基づいて演算する。なお、所定期間は、回転子が一定角度（１８０度，９０度，４５度等）の整数倍回転するのに必要な時間としている。

ここで、特許文献１によるセンサ値を補正するための予測値は、センサ値の所定期間における平均値であり、単位時間当たりの回転角度に相当する。特許文献１の図３に示す所定期間Δｔ１，Δｔ２にかかる始期および終期は、回転角度が０度になるタイミングであるので、基準信号を受けて所定期間を規定しているものと考えられる。

特許第４０５９０９４号公報

しかし、特許文献１の技術を適用すると、所定期間内に加速や減速等によって回転数（「回転速度」と同義である）の変動が生じる場合には、所定期間の平均値が変化する。ところが、この平均値は所定期間の全期間に亘って適用される数値であるので、所定期間内に加速したり減速したりする場合、回転変化を角度誤差として誤認識することになり、正確な角度補正ができないという問題点がある。

本発明はこのような点に鑑みてなしたものであり、所定期間内に加速や減速等のような回転数の変動が生じる場合であっても、従来より正確に角度補正ができるインバータ制御装置および電力変換システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた請求項１に記載の発明は、第１角度検出器によって出力される回転電機の回転角度に関する信号情報に基づいて、理想角度と前記回転角度との誤差を補正する誤差補正手段を備えるインバータ制御装置において、前記第１角度検出器によって出力される信号情報に基づいて、正弦波または余弦波となる前記信号情報の１周期の中で複数回発生するピーク及びゼロクロスのうち一方又は双方を基準角度として検出する基準角度検出手段と、前記基準角度検出手段によって検出される前記基準角度に基づいて、前記回転角度の誤差を補正する基準となる基準周期を決定する基準周期決定手段と、を有し、前記誤差補正手段は、１周期の中で複数回検出される前記基準角度毎に前記基準周期決定手段によって決定される前記基準周期に基づいて前記理想角度を推定し、推定した前記理想角度と前記信号情報に基づいて検出される前記回転電機の検出角度との誤差を補正することを特徴とする。
この構成によれば、誤差補正手段は基準周期に基づいて理想角度を推定し、理想角度と検出角度との誤差を補正する。基準周期は、基準角度検出手段によって信号情報に基づいて１周期の中で複数回検出される基準角度（例えば３０度や４５度等の角度の整数倍）に基づいて決定されるので、加速や減速等のような回転数の変動が生じても影響を受けない。誤差補正手段が行う誤差の補正も回転数の変動による影響を受けないので、速度変化と誤差を分離して誤差補正を行うことができる。ピークやクロスは簡単な回路や判別法で特定することができるので、基準周期決定手段は正確に基準周期を決定することができる。したがって、従来より正確に角度補正を行うことができる。また、速度変化と誤差を精度よく分離でき、誤差補正を行うことができる。「ピーク」は信号情報の信号値が最大値または最小値と同一値になるタイミングを意味する。「ゼロクロス」は信号情報の信号値が０になるタイミングを意味する。

請求項２に記載の発明は、第１角度検出器によって出力される回転電機の回転角度に関する信号情報に基づいて、理想角度と前記回転角度との誤差を補正する誤差補正手段を備えるインバータ制御装置において、前記回転電機が回転するに伴って発生する逆起電圧を検出する電圧センサと、前記電圧センサによって出力される逆起電圧に基づいて、前記逆起電圧の１周期の中で複数回発生するピーク及びクロスのうち一方又は双方を基準角度として検出する基準角度検出手段と、前記基準角度検出手段によって検出される前記基準角度に基づいて、前記回転角度の誤差を補正する基準となる基準周期を決定する基準周期決定手段と、を有し、前記誤差補正手段は、１周期の中で複数回検出される前記基準角度毎に前記基準周期決定手段によって決定される前記基準周期に基づいて前記理想角度を推定し、推定した前記理想角度と前記信号情報に基づいて検出される前記回転電機の検出角度との誤差を補正することを特徴とする。

なお、「回転電機」は、例えば電動機（モータ），発電機，電動発電機等が該当する。「回転角度」は、回転電機に備えられている回転体（例えばロータ）について、基準となる位置からの角度を意味する。「信号情報」は、アナログ情報であるとデジタル情報であるとを問わない。第１角度検出器や後述する第２角度検出器のような「角度検出器」は、回転角度を直接的または間接的に取得可能な検出器であれば任意である。例えば、レゾルバ，ロータリエンコーダ，ジャイロスコープ，ＧＭＲ（Giant Magnetoresistance Revolution；巨大磁気抵抗効果）回転センサなどが該当する。「理想角度」は、回転電機の回転に伴って理想的（すなわち直線的・比例的）に変化する回転角度を意味する。

請求項３に記載の発明は、前記基準角度検出手段は、複数相の前記逆起電圧について一相がピークになる角度及び二相がクロスする角度のうち一方又は双方を基準角度として検出することを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、第１角度検出器によって出力される回転電機の回転角度に関する信号情報に基づいて、理想角度と前記回転角度との誤差を補正する誤差補正手段を備えるインバータ制御装置において、前記回転電機の磁極検出によってパルス信号を出力する第２角度検出器と、前記第２角度検出器によって出力される前記パルス信号に基づいて、繰り返し発生する前記パルス信号のエッジを基準角度として検出する基準角度検出手段と、前記基準角度検出手段によって検出される前記基準角度に基づいて、前記回転角度の誤差を補正する基準となる基準周期を決定する基準周期決定手段と、を有し、前記誤差補正手段は、１周期の中で繰り返し検出される前記基準角度毎に前記基準周期決定手段によって決定される前記基準周期に基づいて前記理想角度を推定し、推定した前記理想角度と前記信号情報に基づいて検出される前記回転電機の検出角度との誤差を補正することを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、前記基準角度検出手段は、複数相の前記パルス信号について各相にかかる前記パルス信号の前記エッジを基準角度として検出することを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、前記基準角度検出手段は、前記基準角度を検出する際、前記誤差補正手段で所定回転数範囲で記憶した角度誤差で調整することを特徴とする。この構成によれば、第１角度検出器の誤差を相殺して正しい基準角度を検出することができる。

請求項７に記載の発明は、電力変換システムにおいて、請求項１から５のいずれか一項に記載のインバータ制御装置と、インバータと、を有することを特徴とする。この構成によれば、所定期間内に加速や減速等のような回転数の変動が生じる場合であっても、制御対象となる回転電機について従来より正確に角度補正を行うことができる。

電力変換システムの第１構成例を示す模式図である。 インバータ制御装置の第１構成例を示す模式図である。 理想角度と検出角度とに基づく補正値を求める過程を説明する図である。 回転角度補正処理の手続き例を示すフローチャートである。 検出角度や回転角度等にかかる経時的変化を示すタイムチャートである。 電力変換システムの第２構成例を示す模式図である。 インバータ制御装置の第２構成例を示す模式図である。 回転角度補正処理の手続き例を示すフローチャートである。 検出角度や回転角度等にかかる経時的変化を示すタイムチャートである。 電力変換システムの第３構成例を示す模式図である。 インバータ制御装置の第３構成例を示す模式図である。 回転角度補正処理の手続き例を示すフローチャートである。 検出角度や回転角度等にかかる経時的変化を示すタイムチャートである。

以下、本発明を実施するための形態について、図面に基づいて説明する。なお、特に明示しない限り、「接続する」という場合には電気的な接続を意味する。また、連続符号は記号「〜」を用いて簡略化する。例えば「スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６」は「スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６」を意味する。各図は、本発明を説明するために必要な要素を図示し、実際の全要素を図示してはいない。上下左右等の方向を言う場合には、図面の記載を基準とする。

〔実施の形態１〕
実施の形態１は、第１角度検出器としてレゾルバを適用して回転電機の角度補正を行う例であって、図１〜図５を参照しながら説明する。図１には電力変換システムの第１構成例を模式図で示す。図２にはインバータ制御装置の第１構成例を模式図で示す。図３には理想角度と検出角度とに基づく補正値を求める過程を説明する図で示す。図４には回転角度補正処理の手続き例をフローチャートで示す。図５には検出角度や回転角度等にかかる経時的変化をタイムチャートで示す。

図１に示す電力変換システムは、コンバータ１０，インバータ２０，制御電源回路５０，インバータ制御装置６０などを有する。コンバータ１０は、必要に応じて備えられ、第１直流電源Ｅ１（例えばバッテリ等）から平滑用のコンデンサＣ１を介して供給される直流電圧（電圧値Ｖ１；例えば３００[Ｖ]等）を、インバータ２０で必要とする直流電圧（電圧値Ｖdc）に変換して出力する機能を担う。なお、コンバータ１０の構成や作動等は周知であるので図示および説明を省略する。

インバータ２０は、供給される直流電圧（電圧値Ｖdc；例えば６６０[Ｖ]等）を変換して回転電機４０に出力する機能を担う。第１直流電源Ｅ１とインバータ２０との間には、コンバータ１０を介在させている。コンバータ１０とインバータ２０との間には、平滑用のコンデンサＣ２が接続される。コンデンサＣ２は、コンバータ１０の出力電圧値（電圧値Ｖdc）の電位変動を低減する機能を担う。

インバータ２０は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６やダイオードＤ１〜Ｄ６などを有する。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６にはスイッチング機能を有する任意の半導体素子を用いることができ、例えばＩＧＢＴやパワートランジスタ等が該当する。このスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は、インバータ制御装置６０から個別に伝達される制御信号Ｓｐに従ってオン／オフが駆動される。ダイオードＤ１〜Ｄ６は、それぞれ対応するスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のコレクタ端子とエミッタ端子との間に並列接続される。これらのダイオードＤ１〜Ｄ６は、いずれもフリーホイールダイオードとして機能する。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３やダイオードＤ１〜Ｄ３などは上アーム側に配置され、スイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６やダイオードＤ４〜Ｄ６などは下アーム側に配置される。共通電位Ｇ１はインバータ２０内で共通する電位（同電位グランド）であり、接地されるグランドＧ２と接続された場合には０[Ｖ]になる。共通電位Ｇ１とグランドＧ２とは必ずしも同電位でない場合があるので、両者は異なる図記号を用いて示す。

インバータ２０内の回路素子は、一点鎖線で囲って示すように三相（本例ではＵ相，Ｖ相，Ｗ相）に分けられ、インバータ制御装置６０によって相ごとに作動が制御される。Ｕ相は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４やダイオードＤ１，Ｄ４などで構成される。Ｖ相は、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ５やダイオードＤ２，Ｄ５などで構成される。Ｗ相は、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ６やダイオードＤ３，Ｄ６などで構成される。Ｕ相のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ４は、直列接続されてハーフブリッジを構成する。Ｖ相のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ５と、Ｗ相のスイッチング素子Ｑ３，Ｑ６とについても同様に、直列接続されてハーフブリッジを構成する。ハーフブリッジの各接続点と回転電機４０の三相端子とは、線路Ｋｕ，Ｋｖ，Ｋｗによって相ごとに接続されている。線路ＫｕにはＵ相電流Ｉｕが流れ、線路ＫｖにはＶ相電流Ｉｖが流れ、線路ＫｗにはＷ相電流Ｉｗが流れる。

制御電源回路５０は、第２直流電源Ｅ２（例えばバッテリ等）から供給される直流電圧Ｖ２（例えば１２[Ｖ]等）を、コンバータ１０やインバータ２０等で必要とする電圧や電流に変換して出力する機能を担う。この制御電源回路５０の構成や作動等は周知であるので図示および説明を省略する。これらの制御電源回路５０および第２直流電源Ｅ２は、ともにグランドＧ２に接続されて接地されている。

インバータ制御装置６０は、コンバータ１０やインバータ２０等の動作を司る。本発明を実現するためのインバータ制御装置６０の構成例については後述する（図２を参照）。インバータ制御装置６０が入力する信号は、外部装置に相当するＥＣＵ７０から伝達される指令回転数Ｎ^＊、電流センサ３０から伝達される電流Ｉ（相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）、レゾルバ４１から出力される信号などがある。インバータ制御装置６０が出力する信号は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の制御端子Ｐ１〜Ｐ６に伝達する制御信号Ｓｐや、コンバータ１０に備える駆動回路に伝達する制御信号などがある。

ＥＣＵ７０は、回転電機４０を目的とする回転数で回転させるため、当該回転数を指令する指令回転数Ｎ^＊を出力する。このＥＣＵ７０は「外部装置」に相当する。

回転電機４０には、例えば三相電動機（図には「Ｍ」と記載する）を適用する。電流センサ３０は、回転電機４０を流れる各相の電流（すなわち相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）を検出可能なセンサを用いる。例えば、磁気比例型センサ，電磁誘導型センサ，ファラデー効果型センサ，変流器型センサなどが該当する。レゾルバ４１は「第１角度検出器」に相当し、回転電機４０に備える回転子（例えば主軸やロータ等）の回転角度に基づく信号を出力する。回転角度に基づく信号情報がＳＩＮ検出信号ＳｓやＣＯＳ検出信号Ｓｃ等のようなアナログ信号である場合には、ＲＤコンバータ８０によって検出角度θｄ等のデジタル信号に変換し、インバータ制御装置６０に入力する。

上述した電力変換システムは、回転電機４０の回転駆動によって移動を実現できる輸送機器に備えるのが望ましい。輸送機器としては、例えば自動車，航空機，船舶，鉄道車両などが該当する。

インバータ制御装置６０の構成例について、図２を参照しながら説明する。図２にブロック線図で示すインバータ制御装置６０は、加合手段６１ａ，６１ｃ、ＰＩ制御手段６１ｂ、トルク制御手段６１ｄ、角加速度検知手段６２、負荷トルク推定手段６３、出力トルク演算手段６４、回転数演算手段６５、基準角度検出手段６６、誤差補正手段６７、基準周期決定手段６８などを有する。これらの要素のうち、加合手段６１ａ，６１ｃ、ＰＩ制御手段６１ｂおよびトルク制御手段６１ｄは、回転数フィードバック制御を実現する。

加合手段６１ａは、入力信号の加え合わせを行う。本例では負帰還ループを形成するため、指令回転数Ｎ^＊から検知回転数Ｎｓを差し引いた差分値を偏差Ｎｅとして出力する。ＰＩ制御手段６１ｂは、加合手段６１ａから出力される偏差Ｎｅと、比例ゲインや積分ゲイン等とに基づいてＰＩ制御を行うため、トルク指令Ｔｅを算出して出力する。

加合手段６１ｃは、上述した加合手段６１ａと同様に入力信号の加え合わせを行う。具体的には、ＰＩ制御手段６１ｂから出力されるトルク指令Ｔｅと、負荷トルク推定手段６３から出力される負荷トルクＴｄとを加え合わせた加算値を最終トルク指令Ｔ^＊として出力する。トルク制御手段６１ｄは、最終トルク指令Ｔ^＊に対応する電圧指令Ｖｃをインバータ２０に伝達する。なお、インバータ２０はトルク制御手段６１ｄから出力される電圧指令Ｖｃに基づいて、回転電機４０を回転駆動する駆動信号（変調信号を含む。）を出力する。

加合手段６１ｃで加算される負荷トルクＴｄは、負荷トルク推定手段６３によって推定される。この負荷トルク推定手段６３は、出力トルク演算手段６４から伝達される出力トルクＴｏや、角加速度検知手段６２から伝達される角加速度ω、回転数演算手段６５から伝達される検知回転数Ｎｓなどに基づいて推定する。

角加速度検知手段６２は、回転電機４０の角加速度ωを検知する機能を担う。角加速度ωを検知できれば検知方法は任意である。本例では、回転数演算手段６５から出力される検知回転数Ｎｓを用いて所要の演算を行うことで角加速度ωを推定する。

出力トルク演算手段６４は、電流センサ３０が検出する電流（例えば三相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）の電流値に基づいて、出力トルクＴｏを演算する。当該演算方法は任意に設定可能であり、数式モデルを演算して出力トルクＴｏを推定したり、回転電機４０を流れる相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの電流値を引数とするマップを用いて推定したりする。

基準角度検出手段６６は、レゾルバ４１から出力される信号情報（ＳＩＮ検出信号ＳｓやＣＯＳ検出信号Ｓｃ等）に基づいて、補正区間を規定するための基準角度θｓを検出する。本例では、ＳＩＮ検出信号ＳｓやＣＯＳ検出信号Ｓｃがゼロクロスするゼロ値（あるいはピークに達するピーク値）になる基準角度θｓを検出する。具体的な検出例については後述する（図５を参照）。

上記の基準角度θｓを検出する際には、所定回転数範囲で記憶した角度誤差で調整する構成としてもよい。所定回転数範囲は任意に設定可能である。例えば、一定回転数ごと（具体的には１００[rpm]ごとや、２００[rpm]ごと、１０００[rpm]ごと等）で調整量を設定してもよく、不定回転数（具体的には０〜１００，１００〜５００，５００〜２０００，２０００〜１００００[rpm]等）で調整量を設定してもよい。一部の所定回転数範囲に適用してもよく、全部の所定回転数範囲に適用してもよい。

基準周期決定手段６８は、基準角度検出手段６６によって検出される基準角度θｓに基づいて、検出角度θｄの誤差を補正する基準となる基準周期Ｔｓを決定する。この基準周期Ｔｓで示す期間（例えば角度が４５度）が上記補正区間に相当する。

誤差補正手段６７は、基準周期決定手段６８によって決定される基準周期Ｔｓに基づいて理想角度θｉを推定し、推定した理想角度θｉと検出角度θｄとの誤差を補正し、回転角度θｒを出力する。

回転数演算手段６５は、誤差補正手段６７から出力される回転角度θｒに基づいて、回転電機４０の回転数を示す検知回転数Ｎｓを演算して出力する。一定期間に変化する回転角度θｒが分かれば、簡単に回転数を求めることができる。

上述のように構成されたインバータ制御装置６０において、回転電機４０の検出角度θｄを補正する方法について、図３と図４を参照しながら説明する。まず図３の左側に示すように、理想角度θｉは、横軸で示す時間の変化に伴って、縦軸で示す回転角度が理想的（すなわち直線的，比例的）に変化する角度である。一方で、実際に検出される検出角度θｄは、横軸で示す時間の変化に対して、縦軸で示す回転角度が現実的（すなわち非直線的，非比例的）な変化をする角度である。検出角度θｄを理想角度θｉに近づけるため、理想角度θｉから検出角度θｄを差し引いた誤差が補正値Ａｍとなる。図３の右側に実線や二点鎖線で示す補正値Ａｍは、基準周期Ｔｓ（補正区間）ごとに対応して記録媒体に記録される。記録媒体はインバータ制御装置６０等に備えられ、ＥＥＰＲＯＭやフラッシュメモリ等のような不揮発性メモリを用いるのが望ましい。

図４に示す回転角度補正処理では、まずレゾルバ４１から出力される信号情報（ＳＩＮ検出信号ＳｓやＣＯＳ検出信号Ｓｃ）がゼロクロスするゼロ値（あるいはピークに達するピーク値）となる角度を基準角度θｓとして検出する〔ステップＳ１０〕。基準角度θｓは、例えば４５度の整数倍が該当する。基準角度θｓを検出するにあたって、所定回転数範囲で記憶した角度誤差で調整してもよい。

次にステップＳ１０で検出した基準角度θｓに基づいて基準周期Ｔｓを決定し〔ステップＳ１１〕、決定した基準周期Ｔｓに基づいて理想角度θｉを推定する〔ステップＳ１２〕。さらにステップＳ１２で推定した理想角度θｉとＲＤコンバータ８０から出力される検出角度θｄとの誤差を検出し〔ステップＳ１３〕、検出角度θｄの誤差を補正値Ａｍで補正して回転角度θｒを出力し〔ステップＳ１４〕、回転角度補正処理をリターンする。

インバータ制御装置６０において処理される信号の変化は、例えば図５のようになる。図５では、上から順番に、検出角度θｄと真の角度θｔとの関係、ＣＯＳ検出信号Ｓｃ、ＳＩＮ検出信号Ｓｓ、基準周期Ｔｓ、検出角度θｄと理想角度θｉとの関係、誤差θｅ、回転角度θｒのそれぞれにかかる経時的変化を示す。角度を示す横軸において、０度（３６０度）に示す「ＮＭ」はノースマーカの検出に伴う角度である。

図５に示す例は、最上段に示す検出角度θｄ（実線）と真の角度θｔ（二点鎖線）との関係で示すように、回転電機４０から出力される信号情報で検出される検出角度θｄが真の角度θｔと一致しないことが前提となる。２段目に示すＣＯＳ検出信号Ｓｃおよび３段目に示すＳＩＮ検出信号Ｓｓがそれぞれゼロ値になるのは、４５度の整数倍となる角度である。よって基準角度θｓは、４５，９０，１３５，１８０，２２５，２７０，３１５，３６０度になる（図４のステップＳ１０）。角度誤差の調整は、「＋α１」，「＋α２」，…，「＋α７」で示すように、４５度から３１５度までの基準角度θｓで行う。この基準角度θｓによれば、４段目に示す基準周期Ｔｓは０〜４５度の期間ｔ１、４５〜９０度の期間ｔ２、…、３１５〜３６０度の期間ｔ８になる（図４のステップＳ１１）。

期間ｔ１〜ｔ８の各期間ごとに理想角度θｉを推定すると、５段目に実線で示すような特性線になる（図４のステップＳ１２）。もし、二点鎖線で示す検出角度θｄのように変化すると、誤差θｅは６段目に示すような特性線になる（図４のステップＳ１３）。この誤差θｅに基づいて補正すると、回転角度θｒは最下段に示すような特性線になる（図４のステップＳ１４）。

上述した実施の形態１によれば、以下に示す各効果を得ることができる。
（１）インバータ制御装置６０は、レゾルバ４１によって出力される信号情報に基づいて基準角度θｓを検出する基準角度検出手段６６と、基準角度検出手段６６によって検出される基準角度θｓに基づいて検出角度θｄとの誤差θｅを補正する基準となる基準周期Ｔｓを決定する基準周期決定手段６８とを有し、誤差補正手段６７は基準周期決定手段６８によって決定される基準周期Ｔｓに基づいて理想角度θｉを推定し、推定した理想角度θｉとレゾルバ４１によって出力される信号情報に基づいて検出される回転電機４０の検出角度θｄとの誤差θｅを補正する構成とした（図１，図２を参照）。この構成によれば、基準周期Ｔｓは基準角度検出手段６６によって検出される基準角度θｓ（図５の例では４５度の整数倍）に基づいて決定されるので、加速や減速等のような回転数の変動が生じても影響を受けない。誤差補正手段６７が行う誤差θｅの補正も回転数の変動による影響を受けないので、速度変化と誤差を分離して誤差補正を行うことができる。したがって、従来より正確に角度補正を行うことができる。

（２）基準角度検出手段６６は、レゾルバ４１によって出力される信号情報（すなわちＣＯＳ検出信号ＳｃおよびＳＩＮ検出信号Ｓｓ）のピークおよびゼロクロスのうちで一方または双方を基準角度θｓとして検出する構成とした（図２，図５を参照）。この構成によれば、信号情報のピークやゼロクロスは簡単な回路や判別法で特定することができるので、基準周期決定手段６８は正確に基準周期Ｔｓを決定することができる。よって、速度変化と誤差を精度よく分離でき、誤差補正を行うことができる。したがって、誤差補正手段６７が従来より正確に角度補正を行うことができる。

（３）基準角度検出手段６６は、基準角度θｓを検出する際、誤差補正手段６７で所定回転数範囲で記憶した角度誤差で調整する構成とした。この構成によれば、レゾルバ４１の誤差を相殺して正しい基準角度θｓを検出することができる。

（４）電力変換システムは、上述したインバータ制御装置６０と、インバータ２０とを備える構成とした（図１を参照）。この構成によれば、所定期間内に加速や減速等のような回転数の変動が生じる場合であっても、制御対象となる回転電機４０について従来より正確に角度補正を行うことができる。

〔実施の形態２〕
実施の形態２は、第１角度検出器としてレゾルバを適用するとともに、回転電機の回転に伴って発生する逆起電圧に基づいて基準角度を検出する例である。当該実施の形態２は図６〜図９を参照しながら説明する。図６には電力変換システムの第２構成例を模式図で示す。図７にはインバータ制御装置の第２構成例を模式図で示す。図８には回転角度補正処理の手続き例をフローチャートで示す。図９には検出角度や回転角度等にかかる経時的変化をタイムチャートで示す。なお図示および説明を簡単にするために、実施の形態２では実施の形態１と異なる点について説明する。よって実施の形態１で用いた要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。

図６に示す電力変換システムは、図１に示す電力変換システムに代わる構成例である。回転電機４０の回転に伴って発生する逆起電圧Ｖuv，Ｖvw，Ｖwuを検出する電圧センサ３５を備える点で、図１の構成例と相違する。

図７に示すインバータ制御装置６０は、図２に示すインバータ制御装置６０に代わる構成例である。基準角度検出手段６６を備える点では同じであるが、入力する信号が電圧センサ３５から出力される逆起電圧Ｖuv，Ｖvw，Ｖwuになる点が相違する。

図８に示す回転角度補正処理は、図４に示す回転角度補正処理に代わる手続き例である。図４のステップＳ１０に代えて、電圧センサ３５から出力される逆起電圧Ｖuv，Ｖvw，Ｖwuに基づいて基準角度θｓを検出する点が相違する〔ステップＳ２０〕。逆起電圧Ｖuv，Ｖvw，Ｖwuのうちで二相の逆起電圧がクロスする角度や、残り一相がピークになる角度などがそれぞれ基準角度θｓとなる。基準角度θｓを検出するにあたっては、上述した実施の形態１と同様に、所定回転数範囲で記憶した角度誤差で調整してもよい。

図９に示すタイムチャートは、図５に示すタイムチャートに代わる経時的変化である。二段目に示す逆起電圧Ｖuv，Ｖvw，Ｖwuは三相交流電圧であるので、二相でクロスする角度、残り一相がピークになる角度がそれぞれ基準角度θｓとなる。図９の例では３０度の整数倍が該当する。よって基準角度θｓは、３０，６０，９０，１２０，１５０，１８０，２１０，２４０，２７０，３００，３３０，３６０度になる（図８のステップＳ１０）。この基準角度θｓによれば、３段目に示す基準周期Ｔｓは０〜３０度の期間ｔ１、３０〜６０度の期間ｔ２、…、３００〜３３０度の期間ｔ１１、３３０〜３６０度の期間ｔ１２になる（図４のステップＳ１１）。

上述した実施の形態２によれば、以下に示す各効果を得ることができる。なお、（１），（３），（４）については実施の形態１と同様であるので、実施の形態１と同様の作用効果を得ることができる。

（５）基準角度検出手段６６は、回転電機４０が回転するに伴って発生する逆起電圧Ｖuv，Ｖvw，Ｖwuのピークおよびクロスのうちで一方または双方を基準角度θｓとして検出する構成とした（図６〜図９を参照）。この構成によれば、逆起電圧のピークやクロスは簡単な回路や判別法で特定することができるので、基準周期決定手段６８は正確に基準周期Ｔｓを決定することができる。よって、速度変化と誤差を精度よく分離でき、誤差補正を行うことができる。したがって、誤差補正手段６７が従来より正確に角度補正を行うことができる。

〔実施の形態３〕
実施の形態３は、第３角度検出器として磁極センサを適用して回転電機の角度補正を行う例であって、図１０〜図１３を参照しながら説明する。図１０には電力変換システムの第３構成例を模式図で示す。図１１にはインバータ制御装置の第３構成例を模式図で示す。図１２には回転角度補正処理の手続き例をフローチャートで示す。図１３には検出角度や回転角度等にかかる経時的変化をタイムチャートで示す。なお図示および説明を簡単にするために、実施の形態３では実施の形態１と異なる点について説明する。よって実施の形態１で用いた要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。

図１０に示す電力変換システムは、図１に示す電力変換システムに代わる構成例であり、次の二点で相違する。第１点は、レゾルバ４１とは別個に回転電機４０の磁極検出によって検出信号（磁極信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗ）を出力する磁極センサ４２を備える。この磁極センサ４２には、三相電動機である回転電機４０に対応して、１２０度ごとにずらしたホールセンサを用いる。回転電機４０の回転子は一般的に磁極（Ｎ極とＳ極）を有しているので、Ｎ極からＳ極への変化と、Ｓ極からＮ極への変化とで、パルス信号が立ち上がったり立ち下がったりする。第２点は、検出信号（磁極信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗ）に基づいて基準信号Ｓｔを生成して出力する基準信号生成部９０を備える。基準信号生成部９０は、例えば磁極信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗの各パルス信号について、立ち上がったり立ち下がったりするエッジを検出し、基準信号Ｓｔを生成して出力する。

図１１に示すインバータ制御装置６０は、図２に示すインバータ制御装置６０に代わる構成例である。基準角度検出手段６６を備える点では同じであるが、入力する信号が基準信号生成部９０から出力される基準信号Ｓｔになる点が相違する。

図１２に示す回転角度補正処理は、図４に示す回転角度補正処理に代わる手続き例である。図４のステップＳ１０に代えて、磁極センサ４２から基準信号生成部９０を経て出力される基準信号Ｓｔに基づいて基準角度θｓを検出する点が相違する〔ステップＳ３０〕。基準角度θｓを検出するにあたっては、上述した実施の形態１と同様に、所定回転数範囲で記憶した角度誤差で調整してもよい。

図１３に示すタイムチャートは、図５に示すタイムチャートに代わる経時的変化である。磁極センサ４２が出力する検出信号（磁極信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗ）の変化を二段目に示す。磁極信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗのいずれかについて、パルス信号の立ち上がる時点の角度と、パルス信号の立ち下がる時点の角度がそれぞれ基準角度θｓとなる。図１３の例では、図９の例と同じく３０度の整数倍が該当する。

上述した実施の形態３によれば、以下に示す各効果を得ることができる。なお、（１），（３），（４）については実施の形態１と同様であるので、実施の形態１と同様の作用効果を得ることができる。

（６）レゾルバ４１とは別個に回転電機４０の磁極検出によって検出信号を出力する磁極センサ４２を有し、基準角度検出手段６６は磁極センサ４２によって出力される検出信号（磁極信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗ）に基づいて基準角度θｓを検出する構成とした（図１０〜図１３を参照）。この構成によれば、磁極検出によって出力される磁極信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗは、加速や減速等のような回転数の変動が生じても影響を受けない。そのため、ごく低速域における速度変化と誤差をより精度よく分離でき、誤差補正ができる。したがって、従来より正確に角度補正を行うことができる。

〔他の実施の形態〕
以上では本発明を実施するための形態について実施の形態１〜３に従って説明したが、本発明は当該形態に何ら限定されるものではない。言い換えれば、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施することもできる。例えば、次に示す各形態を実現してもよい。

上述した実施の形態１〜３では、回転電機４０として三相電動機を適用した（図１，図６，図１０等を参照）。この形態に代えて、三相以外の他の相数からなる電動機や、発電機、電動発電機を適用することができる。他の相数からなる回転電機４０の場合には、基準角度θｓや基準周期Ｔｓが相数に応じて異なってくる。すなわち、３０度や４５度の整数倍以外の角度となったり、周期となったりする。単に制御対象が異なるに過ぎず、しかも回転制御を行うので、実施の形態１〜３と同様の作用効果を得ることができる。

上述した実施の形態１〜３では、第１角度検出器にはレゾルバ４１を適用し、第２角度検出器には磁極センサ４２を適用した（図１，図６，図１０等を参照）。この形態に代えて、検出角度θｄを直接的または間接的に取得可能な他の角度検出器を適用することができる。他の角度検出器は、例えばロータリエンコーダ，ジャイロスコープ，ＧＭＲ回転センサなどが該当する。他の角度検出器であっても結果的に検出角度θｄを取得できるので、実施の形態１〜３と同様の作用効果を得ることができる。

上述した実施の形態１〜３では、外部装置（ＥＣＵ７０）から伝達される指令回転数Ｎ^＊に基づいて、回転数フィードバック制御を行う構成とした（図２，図７，図１１等を参照）。この形態に代えて、外部装置から最終トルク指令Ｔ^＊が伝達され、インバータ制御装置６０が回転電機４０のトルクを制御する場合にはトルクフィードバック制御を行う構成としてもよい。この場合には、ＰＩ制御手段６１ｂおよびトルク制御手段６１ｄは、それぞれがトルク制御を行うための信号を出力する構成となる。回転数を制御対象とするか、トルクを制御対処にするかの相違に過ぎないので、実施の形態１〜３と同様の作用効果を得ることができる。

上述した実施の形態１〜３では、ＰＩ制御手段６１ｂは比例要素と積分要素を含むＰＩ制御を行う構成とした（図２，図７，図１１等を参照）。この形態に代えて、さらに微分要素を含めてＰＩＤ制御を行う構成としてもよい。ＰＩＤ制御について、図２，図７，図１１では括弧内に示す。回転電機４０の性能や用途等によっては検知回転数Ｎｓが急激に変化する場合があり、このような回転電機４０についても応答性が向上する。

上述した実施の形態１〜３では、インバータ制御装置６０とは別体にＲＤコンバータ８０や基準信号生成部９０を備える構成とした（図２，図７，図１１等を参照）。この形態に代えて、ＲＤコンバータ８０および基準信号生成部９０のうちで一方または双方をインバータ制御装置６０に備える構成としてもよい。単に構成上の相違に過ぎず、機能は同じであるので、実施の形態１〜３と同様の作用効果を得ることができる。

１０ コンバータ
２０ インバータ（電力変換システム）
３０ 電流センサ
３５ 電圧センサ
４０ 回転電機
４１ レゾルバ（第１角度検出器）
４２ 磁極センサ（第２角度検出器）
５０ 制御電源回路
６０ インバータ制御装置（電力変換システム）
６１ａ，６１ｃ 加合手段
６１ｂ ＰＩ制御手段（またはＰＩＤ制御手段）
６１ｄ トルク制御手段
６２ 角加速度検知手段
６３ 負荷トルク推定手段
６４ 出力トルク演算手段
６５ 回転数演算手段
６６ 基準角度検出手段
６７ 誤差補正手段
６８ 基準周期決定手段
７０ ＥＣＵ（外部装置）
８０ ＲＤコンバータ
９０ 基準信号生成部
Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗ 磁極信号（信号情報）
Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ 相電流（信号情報）
Ｓｃ ＣＯＳ検出信号（信号情報）
Ｓｓ ＳＩＮ検出信号（信号情報）
Ｖuv，Ｖvw，Ｖwu 逆起電圧（信号情報）
θｄ 検出角度
θｓ 基準角度
Ｔｓ 基準周期
θｒ 回転角度

Claims (7)

1. 第１角度検出器によって出力される回転電機の回転角度に関する信号情報に基づいて、理想角度と前記回転角度との誤差を補正する誤差補正手段を備えるインバータ制御装置において、
   前記第１角度検出器によって出力される信号情報に基づいて、正弦波または余弦波となる前記信号情報の１周期の中で複数回発生するピーク及びゼロクロスのうち一方又は双方を基準角度として検出する基準角度検出手段と、
   前記基準角度検出手段によって検出される前記基準角度に基づいて、前記回転角度の誤差を補正する基準となる基準周期を決定する基準周期決定手段と、を有し、
   前記誤差補正手段は、１周期の中で複数回検出される前記基準角度毎に前記基準周期決定手段によって決定される前記基準周期に基づいて前記理想角度を推定し、推定した前記理想角度と前記信号情報に基づいて検出される前記回転電機の検出角度との誤差を補正することを特徴とするインバータ制御装置。
2. 第１角度検出器によって出力される回転電機の回転角度に関する信号情報に基づいて、理想角度と前記回転角度との誤差を補正する誤差補正手段を備えるインバータ制御装置において、
   前記回転電機が回転するに伴って発生する逆起電圧を検出する電圧センサと、
   前記電圧センサによって出力される逆起電圧に基づいて、前記逆起電圧の１周期の中で複数回発生するピーク及びクロスのうち一方又は双方を基準角度として検出する基準角度検出手段と、
   前記基準角度検出手段によって検出される前記基準角度に基づいて、前記回転角度の誤差を補正する基準となる基準周期を決定する基準周期決定手段と、を有し、
   前記誤差補正手段は、１周期の中で複数回検出される前記基準角度毎に前記基準周期決定手段によって決定される前記基準周期に基づいて前記理想角度を推定し、推定した前記理想角度と前記信号情報に基づいて検出される前記回転電機の検出角度との誤差を補正することを特徴とするインバータ制御装置。
3. 前記基準角度検出手段は、複数相の前記逆起電圧について一相がピークになる角度及び二相がクロスする角度のうち一方又は双方を基準角度として検出することを特徴とする請求項２に記載のインバータ制御装置。
4. 第１角度検出器によって出力される回転電機の回転角度に関する信号情報に基づいて、理想角度と前記回転角度との誤差を補正する誤差補正手段を備えるインバータ制御装置において、
   前記回転電機の磁極検出によってパルス信号を出力する第２角度検出器と、
   前記第２角度検出器によって出力される前記パルス信号に基づいて、繰り返し発生する前記パルス信号のエッジを基準角度として検出する基準角度検出手段と、
   前記基準角度検出手段によって検出される前記基準角度に基づいて、前記回転角度の誤差を補正する基準となる基準周期を決定する基準周期決定手段と、を有し、
   前記誤差補正手段は、１周期の中で繰り返し検出される前記基準角度毎に前記基準周期決定手段によって決定される前記基準周期に基づいて前記理想角度を推定し、推定した前記理想角度と前記信号情報に基づいて検出される前記回転電機の検出角度との誤差を補正することを特徴とするインバータ制御装置。
5. 前記基準角度検出手段は、複数相の前記パルス信号について各相にかかる前記パルス信号の前記エッジを基準角度として検出することを特徴とする請求項４に記載のインバータ制御装置。
6. 前記基準角度検出手段は、前記基準角度を検出する際、前記誤差補正手段で所定回転数範囲で記憶した角度誤差で調整することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のインバータ制御装置。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載のインバータ制御装置と、インバータと、を有することを特徴とする電力変換システム。

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