JP5782769B2 - 交流モータの制御方法および制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、交流モータの制御方法および制御装置に関し、より詳細には、ステータの電機子巻線に通電される電流のオフセット量を考慮した制御方法および制御装置に関する。

近年、交流モータの駆動装置にインバータを適用する技術が普及し、旧態と比較して格段に制御性能が向上している。インバータを適用した駆動装置の制御では、ステータの電機子巻線に流れる電流およびロータの回転位置を検出するとともに外部からの指令に基づき、パルス幅変調（ＰＷＭ）方式により電流実効値を逐次制御する場合が多い。さらに、高精度な制御を行うため、電流に重畳している直流成分などのオフセット量を求めて補正することもある。このような電流オフセットを検出する技術の例が特許文献１および２に開示されている。

特許文献１のモータの制御装置は、駆動電流を出力するインバータ部と、駆動電流値を検出する電流値検出手段と、オフセット値判別手段と、信号処理部とを備えている。オフセット値判別手段は、モータに駆動電流が通電されていない状態で、電流値検出信号から直流レベルのオフセット値を検出するようになっている。また、信号処理部は、電流値検出信号からオフセット値を除外した制御信号を作成して、制御を行うようにしている。これにより、オフセット値を調整するための特段の調整回路が不必要となって制御装置を小型化、簡略化でき、さらに、モータの回転制御を高精度に行える、とされている。

また、特許文献２の交流電動機の制御装置は、電圧位相生成手段と、位置検出器と、矩形波制御手段と、インバータと、電流検出手段と、電流オフセット検出手段と、位相補正量算出手段とを備えている。位相補正量算出手段は、電流オフセット検出手段で検出した電流オフセットに対応した位相補正量を算出し、この位相補正量を用いて矩形波制御手段のキャリア信号（キャリア三角波）を設定するようにしている。これにより、位相検出器の誤差による電圧切り替えタイミングのズレを減らし電流オフセットを抑制できる、とされている。さらに、請求項３には、電流オフセット検出手段は各相の電流をそれぞれ平滑するローパスフィルタからなり、各相電流の直流分を出力する態様が開示されている。

特開平８−１４９８８２号公報 特開２００６−７４９５１号公報

ところで、特許文献１の制御装置では、モータに駆動電流が通電されていない非駆動状態で電流オフセットを検出するので、電流値検出手段のゼロ点誤差を検出して補正することができる。しかしながら、電流オフセットは検出誤差に起因する仮想的な量に限定されず、駆動時に直流成分などが重畳して実際に発生し得る量である。また、モータの動作状況に依存して電流オフセットが変化する場合も生じ得る。例えば、電源ケーブルの特性が三相間でばらついていると、電流が流れているときにだけ電流オフセットが発生する。また、ロータの回転位置の検出誤差があると、検出誤差の大小や正負に応じて電流オフセットが変化し得る。特許文献１の制御装置は、モータの動作状態で発生する実際の電流オフセットを検出できず、電流オフセットの変化も検出できない。

また、特許文献２のローパスフィルタからなる電流オフセット検出手段では、除去しきれない低周波成分が残って検出精度の低下するおそれがある。さらに、外部からのトルク指令値または電流指令値が変更になったときや、回転数が変化する途中の過渡状態では、誤って電流オフセットを検出してしまう。

本発明は、上記背景技術の問題点に鑑みてなされたもので、交流モータの動作状況に応じて電流のオフセット量を正確に検出でき、動作指令値の変更時や回転数が変化する途中の過渡状態でも誤ることがなく、高精度な制御を行える交流モータの制御方法および制御装置を提供することを解決すべき課題とする。

上記課題を解決する請求項１に係る交流モータの制御方法の発明は、ステータの電機子巻線に通電される電流を検出する電流センサと、ロータの回転位置を検出する位置センサとを備える交流モータを制御対象とし、前記電流センサにより検出された電流のオフセット量を求め、外部からのトルク指令値または電流指令値に基づくとともに前記オフセット量を考慮して前記電流を制御する交流モータの制御方法であって、前記位置センサが検出した前記ロータの回転位置から電気角の１周期を検出する周期検出ステップと、前記１周期にわたり所定のサンプリング間隔で、前記電流センサにより前記電流の瞬時値を検出する電流検出ステップと、前記１周期分の前記電流の瞬時値を加算してオフセット検出値とする電流加算ステップと、前記１周期の間に前記交流モータの動作状況が変化したか否かを判定する判定ステップと、前記交流モータの動作状況が安定しているときに、前記オフセット検出値に基づいて前記オフセット量を更新する更新ステップと、前記交流モータの動作状況が変化したときに、前記オフセット検出値を廃棄する廃棄ステップと、を有し、前記判定ステップで、前記トルク指令値または前記電流指令値が前記１周期の最初と最後で所定値以上変化している条件、および前記ロータの回転位置から求めた回転数が前記１周期の最初と最後で所定値以上変化している条件、および前記トルク指令値を換算した電流値または前記電流指令値に対する前記電流の瞬時値の外れ量を前記１周期にわたり加算した電流外れ量が所定値以上である条件、のうち少なくとも１つの条件が成立したときに、前記動作状況が変化したと判定することを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１において、前記更新ステップで、前記オフセット検出値を前記１周期中のサンプリング数で除算して前記オフセット量とすることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１または２において、前記廃棄ステップで、前記オフセット量をゼロにリセットすることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項１または２において、前記廃棄ステップで、直前のオフセット量を保持することを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項１〜４のいずれか１項において、前記電流は、パルス幅変調（ＰＷＭ）方式により印加電圧の実効値を可変に制御するインバータ回路により通電。

上記課題を解決する請求項６に係る交流モータの制御装置の発明は、ステータの電機子巻線に通電される電流を検出する電流センサと、ロータの回転位置を検出する位置センサとを備える交流モータを制御対象とし、前記電流センサにより検出された電流のオフセット量を求め、外部からのトルク指令値または電流指令値に基づくとともに前記オフセット量を考慮して前記電流を制御する交流モータの制御装置であって、前記位置センサが検出した前記ロータの回転位置から電気角の１周期を検出する周期検出手段と、前記１周期にわたり所定のサンプリング間隔で、前記電流センサにより前記電流の瞬時値を検出する電流検出手段と、前記１周期分の前記電流の瞬時値を加算してオフセット検出値とする電流加算手段と、前記１周期の間に前記交流モータの動作状況が変化したか否かを判定する判定手段と、前記交流モータの動作状況が安定しているときに、前記オフセット検出値に基づいて前記オフセット量を更新する更新手段と、前記交流モータの動作状況が変化したときに、前記オフセット検出値を廃棄する廃棄手段と、を有し、前記判定手段で、前記トルク指令値または前記電流指令値が前記１周期の最初と最後で所定値以上変化している条件、および前記ロータの回転位置から求めた回転数が前記１周期の最初と最後で所定値以上変化している条件、および前記トルク指令値を換算した電流値または前記電流指令値に対する前記電流の瞬時値の外れ量を前記１周期にわたり加算した電流外れ量が所定値以上である条件、のうち少なくとも１つの条件が成立したときに、前記動作状況が変化したと判定することを特徴とする。

請求項１に係る交流モータの制御方法の発明では、電気角の１周期にわたり所定のサンプリング間隔で電流の瞬時値を検出し加算してオフセット検出値を求め、１周期の間に交流モータの動作状況が安定していることを条件として、オフセット検出値に基づきオフセット量を更新する。電気角の１周期にわたる加算により、電流に含まれる交流成分がキャンセルされ、オフセット検出値は直流成分の指標となる。このため、オフセット検出値に基づきオフセット量を更新することで、交流モータの動作状況に応じて電流のオフセット量を正確に検出できる。また、交流モータの動作状況が変化したときには、オフセット検出値を廃棄する。このため、動作指令値の変更時や回転数が変化する途中の過渡状態や、動作指令値への追従性が悪いときなどに、信頼性の低いオフセット検出値に基づき誤ってオフセット量を更新するおそれがない。したがって、制御時に考慮するオフセット量を正確に検出でき、交流モータに対して高精度な制御を行える。
さらに、トルク指令値または電流指令値が変化している条件、および回転数が変化している条件、および電流外れ量が大きい条件、のうちの少なくとも１つの条件が成立したときに、動作状況が変化したと判定する。いずれかの条件が成立したときには交流モータの動作状況が過渡的に変化しているので、実際には電流がオフセット量を含まないときにも、オフセット検出値がゼロにならない場合が生じ得る。例えば、交流モータの回転数が増加する場合、サンプリング間隔が一定なので、正弦波状の電流の１周期の前半の正値のサンプリング数よりも、後半の負値のサンプリング数が減少する。これにより、本来ゼロになるべきオフセット検出値が正値になってしまう。したがって、少なくとも１つの条件が成立したときに、信頼性の低いオフセット検出値を廃棄することにより、誤ってオフセット量を更新するおそれを回避できる。

請求項２に係る発明では、オフセット検出値を１周期中のサンプリング数で除算してオフセット量とする。このため、仮に１周期中に電流のオフセット量が変動する場合でも、１周期中の平均的なオフセット量を求めることができる。また、交流モータの回転数が変化して１周期中のサンプリング数が変化した状態でも、正確にオフセット量を求めることができる。したがって、交流モータの動作状況に関わらずオフセット量の精度が維持され、高精度な制御を行える。

請求項３に係る発明では、廃棄ステップすなわち交流モータの動作状況が変化したときに、オフセット量をゼロにリセットする。また、請求項４に係る発明では、廃棄ステップすなわち交流モータの動作状況が変化したときに、直前のオフセット量を保持する。これにより、信頼性の高いオフセット検出値を得られなかったときに、誤ってオフセット量を大きく変化させることがなくなる。特に、交流モータの回転数を大幅に変更する過渡的な制御では、繰返してオフセット検出値を廃棄するケースが想定され、その間の制御を安定化できる。なお、オフセット量をゼロにリセットするか、直前のオフセット量を保持するかは、交流モータの特性などを考慮して適宜選択できる。

請求項５に係る発明では、電流は、パルス幅変調（ＰＷＭ）方式により印加電圧の実効値を可変に制御するインバータ回路により通電される。本発明は、交流モータの駆動源となるインバータ回路の制御に好適であり、請求項１〜５で説明した効果が顕著になる。例えば、三相ブリッジ回路を有するインバータ回路により三相交流モータを駆動する駆動装置の制御では、三相の電流を個別に制御でき、三相個別のオフセット量を反映した高精度な制御を行える。

請求項６に係る交流モータの制御装置の発明は、請求項１の各ステップを行う各手段を有している。本発明は、制御装置としても実施でき、効果は請求項１と同様である。

実施形態の交流モータの制御方法を行う制御装置および制御対象となる交流モータの構成を説明する図である。 実施形態の交流モータの制御方法となるオフセット量の更新フローを説明する図である。 実施形態で検出される電流値およびそのオフセット量を模式的に説明する図であり、（１）はオフセット量が無い場合、（２）は一定のオフセット量が有る場合を示している。 電流指令値（実効値）が電気１周期の最初と最後で変化しているときに検出された電流値を模式的に説明する図である。 回転数が電気１周期の最初と最後で変化しているときに検出された電流値を模式的に説明する図である。 実際に流れる電流の電流指令値への追従性が悪いときに検出された電流値を模式的に説明する図である。

本発明の実施形態の交流モータの制御方法について、図１〜図６を参考にして説明する。図１は、実施形態の交流モータの制御方法を行う制御装置１および制御対象となる交流モータ９の構成を説明する図である。交流モータ９の駆動源としては、インバータ回路２および直流電源３が用いられる。また、インバータ回路２を制御することで最終的に交流モータ９を制御する制御装置１は、電子制御部４およびドライバ回路５で構成されている。まず、図１を参考にして構成を詳述する。

交流モータ９は、Ｙ結線された三相の電機子巻線９２、９３、９４を有するステータ９１、および図略の磁極対を有するロータを主に構成されている。本実施形態では、電機子巻線９２、９３、９４の極数、およびロータの磁極対の数量に特別な制約はない。ロータの回転位置を検出するために、位置センサ９５が設けられている。位置センサ９５の検出方式に制約はなく、例えばレゾルバを用いることができる。位置センサ９５の位置検出信号Ｘ１は角度処理装置９６に送出され、角度処理装置９６によって電子制御部４が取得できる形態の位置検出信号Ｘ２に信号変換される。

インバータ回路２は、パルス幅変調（ＰＷＭ）方式により電源電圧の実効値を可変に制御する回路であり、図示されるように三相ブリッジ回路で構成されている。すなわち、直流電源３の正側端子３Ｕと負側端子３Ｌの間に、Ｕ相正側スイッチング素子２２ＵＵ（符号の第１添字のＵ、Ｖ、Ｗは相を示し、第２添字のＵは正側、Ｌは負側を示す）とＵ相負側スイッチング素子２２ＵＬとが直列接続されている。両スイッチング素子２２ＵＵ、２２ＵＬの間にＵ相出力端子２４Ｕが設けられている。同様に、Ｖ相正側スイッチング素子２２ＶＵとＶ相負側スイッチング素子２２ＶＬとの間にＶ相出力端子２４Ｖが設けられ、Ｗ相正側スイッチング素子２２ＷＵとＷ相負側スイッチング素子２２ＷＬとの間にＷ相出力端子２４Ｗが設けられている。６個のスイッチング素子２２ＵＵ〜２２ＷＬには、例えば電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）が用いられ、通電制御信号ＤＵＵ〜ＤＷＬにより導通状態および遮断状態に切り替え制御できるように構成されている。

インバータ回路２の三相の出力端子２４Ｕ、２４Ｖ、２４Ｗはそれぞれ、電源ケーブル２５Ｕ、２５Ｖ、２５Ｗによりステータ９１の三相の電機子巻線９２、９３、９４の印加端に接続されている。電源ケーブル２５Ｕ、２５Ｖ、２５Ｗの途中には、電流を検出する電流センサ９７Ｕ、９７Ｖ、９７Ｗが設けられている。電流センサ９７Ｕ、９７Ｖ、９７Ｗが検出する線電流は、電機子巻線９２、９３、９４の相電流に一致している。電流センサ９７Ｕ、９７Ｖ、９７Ｗの検出方式に制約はなく、例えばホール効果を応用したセンサを用いることができる。電流センサ９７Ｕ、９７Ｖ、９７Ｗの電流検出信号ｉｕ、ｉｖ、ｉｗは、電子制御部４に送出される。

制御装置１を構成する電子制御部４は、マイコン４１を有してソフトウェアで動作し、本発明の交流モータの制御方法に相当する制御ロジックを実行する。電子制御部４は、所定のサンプリング間隔Ｔ１で角度処理装置９６から位置検出信号Ｘ２を取得し、内部で電気角θに変換する。さらに、電子制御部４は、電気角θの前回値からの変化分をサンプリング間隔Ｔ１で除算して回転速度を求め、回転数Ｎを演算する。また、電子制御部４は、サンプリング間隔Ｔ１で電流センサ９７Ｕ、９７Ｖ、９７Ｗから三相の電流検出信号ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを取得し、内部で三相の電流値ＩＵ、ＩＶ、ＩＷ（瞬時値）を演算する。さらに、電子制御部４は、外部から動作指令値として電流指令値Ｉｒｅｑ（実効値）を受け取る。

電子制御部４は、電流指令値Ｉｒｅｑに基づくとともに、電気角θおよび後述する電流のオフセット量ＩＵ０、ＩＶ０、ＩＷ０を考慮して、ＰＷＭ制御信号ＣＵＵ〜ＣＷＬを生成しドライバ回路５に送出する。ＰＷＭ制御信号ＣＵＵ〜ＣＷＬは、オン時間が変化する矩形波の信号である。また、電子制御部４は、リセット信号ＲＳＴによりドライバ回路５をリセットする機能を有している。

制御装置１を構成するドライバ回路５は、電子制御部４から受け取ったＰＷＭ制御信号ＣＵＵ〜ＣＷＬを変換して通電制御信号ＤＵＵ〜ＤＷＬを生成し６個のスイッチング素子２２ＵＵ〜２２ＷＬに送出する。これにより、各スイッチング素子２２ＵＵ〜２２ＷＬが開閉制御され、直流電源３の電源電圧を電機子巻線９２、９３、９４に印加する時間帯が制御される。印加される電圧は矩形波であるが、オン時間の変化と電圧極性の正負の切り替えにより、等価的に実効値が可変に制御された三相交流電圧として作用する。また、各電機子巻線９２、９３、９４に流れる電流の波形は、概ね正弦波状になる。

次に、上述の構成に基づく実施形態の交流モータの制御方法について説明する。図２は、実施形態の交流モータの制御方法となるオフセット量の更新フローを説明する図である。この更新フローは、電子制御部４がＰＷＭ制御信号ＣＵＵ〜ＣＷＬを生成するメインフローに対し、一定のサンプリング間隔Ｔ１ごとの割り込み処理、いわゆるタイマ割り込みによって実行される。

図２のステップＳ１で、電子制御部４は、最初に角度処理装置９６および電流センサ９７Ｕ、９７Ｖ、９７Ｗから信号Ｘ２、ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを取得し、電気角θ、回転数Ｎ、および三相の電流値ＩＵ、ＩＶ、ＩＷ（瞬時値）を演算する。次にステップＳ２で、電気１周期の初回、すなわち電気角θ≒０°であるか否かを判定する。初回のときはステップＳ３のイニシャル処理に進み、初回以外のときはステップＳ４に進む。ステップＳ３のイニシャル処理では、その時点における電流指令値Ｉｒｅｑ（ｂｅｆｏｒｅ）および回転数Ｎ（ｂｅｆｏｒｅ）を記憶する。また、三相のオフセット検出値ＩＵｏｆｆ、ＩＶｏｆｆ、ＩＷｏｆｆにゼロをセットし、三相の電流外れ量ＩＵｄｅｆ、ＩＶｄｅｆ、ＩＷｄｅｆにゼロをセットする。ステップＳ３の後、ステップＳ４に進む。

ステップＳ４では、ステップＳ１で演算した三相の電流値ＩＵ、ＩＶ、ＩＷを各オフセット検出値ＩＵｏｆｆ、ＩＶｏｆｆ、ＩＷｏｆｆに加算する。また、電流指令値Ｉｒｅｑに対する三相の電流値ＩＵ、ＩＶ、ＩＷの外れ量（絶対値）を、各電流外れ量ＩＵｄｅｆ、ＩＶｄｅｆ、ＩＷｄｅｆに加算する。なお、受け取った電流指令値Ｉｒｅｑは三相に共通な実効値であるので、電気角θを考慮して三相それぞれの瞬時値を求め、電流値ＩＵ、ＩＶ、ＩＷを減算して外れ量とする。

次のステップＳ５では、電気１周期が経過したか否か、すなわち電気角θ≒３６０°であるか否かを判定する。１周期が経過していないときは割り込み処理を終了してメインフローに戻り、１周期が経過したときはステップＳ６に進む。これにより、電気１周期の間、サンプリング間隔Ｔ１ごとにステップＳ１〜Ｓ５が繰り返されることになる。したがって、オフセット検出値ＩＵｏｆｆ、ＩＶｏｆｆ、ＩＷｏｆｆは、最終的に電気１周期分の電流値ＩＵ、ＩＶ、ＩＷを加算した量となる。また、電流外れ量ＩＵｄｅｆ、ＩＶｄｅｆ、ＩＷｄｅｆも、最終的に電気１周期分の電流値ＩＵ、ＩＶ、ＩＷの外れ量（絶対値）を加算した量となる。

１周期が経過した後のステップＳ６では、その時点における電流指令値Ｉｒｅｑ（ａｆｔｅｒ）および回転数Ｎ（ａｆｔｅｒ）を記憶する。ステップＳ７では、交流モータ９の動作状況が変化したか否かを判定する。具体的には、次に説明する３条件のうちの少なくとも１つの条件でも成立すれば、動作状況が変化したと判定してステップＳ８に進む。

第１の条件は、電流指令値Ｉｒｅｑが電気１周期の最初と最後で所定値Ｉｊ以上変化している条件であり、不等式で示せば
ａｂｓ｛Ｉｒｅｑ（ｂｅｆｏｒｅ）−Ｉｒｅｑ（ａｆｔｅｒ）｝≧Ｉｊ
となる（ａｂｓは絶対値を求める演算記号を示す）。このとき、電流指令値Ｉｒｅｑの変化に追従して、交流モータ９の動作状況は当然変化する。第２の条件は、回転数Ｎが電気１周期の最初と最後で所定値Ｎｊ以上変化している条件であり、不等式で示せば
ａｂｓ｛Ｎ（ｂｅｆｏｒｅ）−Ｎ（ａｆｔｅｒ）｝≧Ｎｊ
となる。このとき、交流モータ９の回転数Ｎが変化し、動作状況が変化している。第３の条件は、三相の電流外れ量ＩＵｄｅｆ、ＩＶｄｅｆ、ＩＷｄｅｆの少なくともひとつが所定値Ｉｄｊ以上である条件であり、不等式で示せば
ＩＵｄｅｆ≧Ｉｄｊ、またはＩＶｄｅｆ≧Ｉｄｊ、またはＩＷｄｅｆ≧Ｉｄｊ
となる。このとき、実際に流れる電流の電流指令値Ｉｒｅｑへの追従性が悪く、交流モータ９の動作状況が変化していると判断できる。

ステップＳ８では、三相のオフセット検出値ＩＵｏｆｆ、ＩＶｏｆｆ、ＩＷｏｆｆを廃棄する。なぜなら、前述のうちの少なくとも１つの条件を満たすとき、交流モータ９の動作状況が変化し、オフセット検出値ＩＵｏｆｆ、ＩＶｏｆｆ、ＩＷｏｆｆの信頼性が低いと判定できるからである。このとき、電子制御部４は、内部に保持している電流のオフセット量ＩＵ０、ＩＶ０、ＩＷ０をゼロにリセットするか、あるいは直前まで使用していた値を保持する。なお、リセットするか保持するかの選択は、交流モータ９の特性などを考慮して予め電子制御部４内に設定しておく。

前記３つの条件がすべて不成立のときはステップＳ９に進み、オフセット量ＩＵ０、ＩＶ０、ＩＷ０を更新する。すなわち、三相のオフセット検出値ＩＵｏｆｆ、ＩＶｏｆｆ、ＩＷｏｆｆをそれぞれサンプリング数ｎで除算した値を、新たなオフセット量ＩＵ０、ＩＶ０、ＩＷ０として内部に保持する。

ステップＳ８またはステップＳ９で、電気１周期にわたるオフセット量更新フローの１サイクルが終了し、以降の電気１周期でそれぞれ、各ステップＳ１〜Ｓ９が同様に繰り返される。

上述したステップＳ２で電気１周期の初回を判定し、ステップＳ５で電気１周期の経過を判定する処理が本発明の周期検出ステップに対応する。また、ステップＳ１が電流検出ステップに対応し、ステップＳ４が電流加算ステップに対応する。さらに、ステップＳ７が判定ステップに対応し、ステップＳ８が廃棄ステップに対応し、ステップＳ９が更新ステップに対応する。

次に、実施形態の交流モータの制御方法の作用について説明する。図３は、実施形態で検出される電流値ＩＵおよびそのオフセット量ＩＵ０を模式的に説明する図であり、（１）はオフセット量ＩＵ０が無い場合、（２）は一定のオフセット量ＩＵ０が有る場合を示している。オフセット量の考え方は三相で同一であるので、以降ではＵ相を例にして作用を説明する。図３の横軸は時間ｔ、縦軸はＵ相電流を示し、実線のグラフは実際に電機子巻線９２に流れているＵ相電流波形であり、白丸は電子制御部４で求められた離散的なＵ相電流値ＩＵ（瞬時値）を示している。また、図３は、電流指令値Ｉｒｅｑが一定であって、交流モータ９の動作状況が一定で安定している場合の波形である。

図３（１）に示されるように、オフセット量ＩＵ０が無い場合、Ｕ相電流波形は電流ゼロを中心に正負対称に振れる正弦波形となる。このため、サンプリング間隔Ｔ１ごとに電子制御部４で求められるＵ相電流値ＩＵは、電気１周期Ｔ２の前半で正値、後半で負値になる。また、正値と負値のサンプリング個数は概ね一致する。したがって、電気１周期Ｔ２にわたりＵ相電流値ＩＵを加算したオフセット検出値ＩＵｏｆｆは概ねゼロになり、オフセット量ＩＵ０（＝０）が正しく検出される。

また、図３（２）に示されるように、直流分に相当する一定のオフセット量ＩＵ０が有る場合、Ｕ相電流波形は（１）の正弦波形をオフセット量ＩＵ０だけシフトさせた波形となる。このため、サンプリング間隔Ｔ１ごとに電子制御部４で求められる各Ｕ相電流値ＩＵは全て、（１）と比較してオフセット量ＩＵ０だけ変化する。したがって、電気１周期Ｔ２にわたりＵ相電流値ＩＵを加算すると、正弦波状の交流成分がキャンセルされ、オフセット検出値ＩＵｏｆｆは、オフセット量ＩＵ０にサンプリング数ｎを乗算した量となる。このため、オフセット検出値ＩＵｏｆｆをサンプリング数ｎで除算することにより、オフセット量ＩＵ０が正しく検出される。

次に、オフセット検出値ＩＵｏｆｆを廃棄する場合について説明する。図４は、電流指令値Ｉｒｅｑ（実効値）が電気１周期の最初と最後で変化しているときに検出された電流値ＩＵを模式的に説明する図である。図４の横軸は時間ｔ、縦軸は電流指令値Ｉｒｅｑ（実効値）およびＵ相電流を示している。また、図４には、オフセット量ＩＵ０が無く電気１周期Ｔ２の中間点Ｍ（Ｔ２／２）で電流指令値Ｉｒｅｑが増加した場合の波形が例示されている。

図示されるように、中間点Ｍで電流指令値ＩｒｅｑがＩｒｅｑ（ｂｅｆｏｒｅ）からＩｒｅｑ（ａｆｔｅｒ）へと階段状に増加すると、これに追従してＵ相電流の正弦波形の振幅が増加する。つまり中間点Ｍ以前の正の半波の振幅Ｗｐが小さく、中間点Ｍ以後の負の半波の振幅Ｗｎが大きくなる。したがって、電気１周期Ｔ２にわたりＵ相電流値ＩＵを加算したオフセット検出値ＩＵｏｆｆは負値となる。このオフセット検出値ＩＵｏｆｆは、本来ゼロであるのでオフセット量ＩＵ０の更新には使えず、ステップＳ８（廃棄ステップ）で廃棄することが妥当になる。また、オフセット量ＩＵ０が有ってかつ電流指令値Ｉｒｅｑが変化した場合には、得られるオフセット検出値ＩＵｏｆｆの信頼性は低く、やはりオフセット量ＩＵ０の更新には使えない。

また、図５は、回転数Ｎが電気１周期の最初と最後で変化しているときに検出された電流値ＩＵを模式的に説明する図である。図５の横軸は時間ｔ、縦軸は回転数ＮおよびＵ相電流を示している。また、図５には、オフセット量ＩＵ０が無く電気１周期Ｔ２の中間点Ｍ（Ｔ２／２）で回転数Ｎが増加した場合の波形が例示されている。

図示されるように、中間点Ｍで回転数Ｎが仮にＮ（ｂｅｆｏｒｅ）からＮ（ａｆｔｅｒ）へと階段状に増加すると、電気１周期のうちの後半の時間が短くなる。つまり中間点Ｍ以前の正の半波のサンプリング個数が多く、中間点Ｍ以後の負の半波のサンプリング個数が少なくなる。したがって、電気１周期Ｔ３にわたりＵ相電流値ＩＵを加算したオフセット検出値ＩＵｏｆｆは正値となる。このオフセット検出値ＩＵｏｆｆは、本来ゼロであるのでオフセット量ＩＵ０の更新には使えず、ステップＳ８（廃棄ステップ）で廃棄することが妥当になる。また、オフセット量ＩＵ０が有ってかつ回転数Ｎが変化した場合には、得られるオフセット検出値ＩＵｏｆｆの信頼性は低く、やはりオフセット量ＩＵ０の更新には使えない。

さらに、図６は、実際に流れる電流の電流指令値Ｉｒｅｑへの追従性が悪いときに検出された電流値ＩＵを模式的に説明する図である。図６の横軸は時間ｔ、縦軸は電流指令値Ｉｒｅｑ（Ｕ相瞬時値に換算した値であり図中に破線の正弦波形で示されている）およびＵ相電流を示している。また、図６には、オフセット量ＩＵ０が無い場合が例示されている。

図示されるように、電流指令値Ｉｒｅｑ（Ｕ相瞬時値）に対するＵ相電流値ＩＵの外れ量Δｉが大きいと、これを１周期にわたり加算した電流外れ量ＩＵｄｅｆが所定値Ｉｄｊ以上になり、交流モータ９の動作状況が変化していると判断できる。一方、電気１周期Ｔ２にわたりＵ相電流値ＩＵを加算したオフセット検出値ＩＵｏｆｆはゼロにならなくなる。このオフセット検出値ＩＵｏｆｆは、オフセット量ＩＵ０の更新には使えず、ステップＳ８（廃棄ステップ）で廃棄することが妥当になる。また、オフセット量ＩＵ０が有ってかつ電流外れ量ＩＵｄｅｆが所定値Ｉｄｊ以上になった場合には、得られるオフセット検出値ＩＵｏｆｆの信頼性は低く、やはりオフセット量ＩＵ０の更新には使えない。

本実施形態によれば、図３に例示されるように、交流モータ９の動作状況が安定しているときに、オフセット検出値ＩＵｏｆｆに基づきオフセット量ＩＵ０を更新する。また、図４〜図６に例示されるように、交流モータ９の動作状況が変化したときに、オフセット検出値ＩＵｏｆｆを廃棄することで、信頼性の低いオフセット検出値ＩＵｏｆｆに基づき誤ってオフセット量ＩＵ０を更新するおそれがない。したがって、実施形態の制御方法を実施することにより、制御装置１は、オフセット量ＩＵ０を正確に検出してＰＷＭ制御信号ＣＵＵ〜ＣＷＬを正しく生成でき、交流モータ９を高精度に制御できる。

なお、図２のオフセット量更新フローの各ステップＳ１〜Ｓ９は、制御装置１を構成する電子制御部４のマイコン４１の制御により実行される。したがって、制御装置１は、周期検出手段、電流検出手段、電流加算手段、判定手段、更新手段、および廃棄手段を有していると捉えることができる。つまり、本発明は、交流モータ９の制御装置１として実施可能である。

また、動作指令値として電流指令値Ｉｒｅｑのかわりにトルク指令値を受け取り、電子制御部４の内部で電流指令値Ｉｒｅｑを演算するようにしてもよい。さらには、判定ステップで、交流モータの動作状況の変化があっても、オフセット検出値ＩＵｏｆｆ、ＩＶｏｆｆ、ＩＷｏｆｆを廃棄せずに補正処理を行ってオフセット量ＩＵ０、ＩＶ０、ＩＷ０を更新するようにしてもよい。例えば、電気１周期の途中で電流指令値Ｉｒｅｑが変化したとき、指令変化後に検出される電流値ＩＵ（瞬時値）に補正値を加算したり補正係数を乗算したりすることで、オフセット検出値ＩＵｏｆｆ、ＩＶｏｆｆ、ＩＷｏｆｆの精度を確保できる。本発明は、交流モータの構造や相数、巻線結線方式などを問わず実施でき、その他にも様々な応用や変形が可能である。

１：交流モータの制御装置
２：インバータ回路
２２ＵＵ、２２ＵＬ：Ｕ相正側、Ｕ相負側スイッチング素子
２２ＶＵ、２２ＶＬ：Ｖ相正側、Ｖ相負側スイッチング素子
２２ＷＵ、２２ＷＬ：Ｗ相正側、Ｗ相負側スイッチング素子
２４Ｕ、２４Ｖ、２４Ｗ：Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相出力端子
２５Ｕ、２５Ｖ、２５Ｗ：電源ケーブル
３：直流電源 ３Ｕ：正側端子 ３ｌ：負側端子
４：電子制御部 ４１：マイコン
５：ドライバ回路
９：交流モータ
９１：ステータ ９２〜９４：電機子巻線 ９５：位置センサ
９６：角度処理装置 ９７Ｕ、９７Ｖ、９７Ｗ：電流センサ
Ｘ１、Ｘ２：位置検出信号 ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ：電流検出信号
Ｉｒｅｑ：電流指令値（実効値）
ＣＵＵ〜ＣＷＬ：ＰＷＭ制御信号 ＤＵＵ〜ＤＷＬ：通電制御信号
θ：電気角 Ｎ：回転数 ＩＵ、ＩＶ、ＩＷ：電流値（瞬時値）
ＩＵ０、ＩＶ０、ＩＷ０：オフセット量
ＩＵｏｆｆ、ＩＶｏｆｆ、ＩＷｏｆｆ：オフセット検出値
ＩＵｄｅｆ、ＩＶｄｅｆ、ＩＷｄｅｆ：電流外れ量
Ｔ１：サンプリング間隔 Ｔ２、Ｔ３：電気１周期

Claims (6)

1. ステータの電機子巻線に通電される電流を検出する電流センサと、ロータの回転位置を検出する位置センサとを備える交流モータを制御対象とし、前記電流センサにより検出された電流のオフセット量を求め、外部からのトルク指令値または電流指令値に基づくとともに前記オフセット量を考慮して前記電流を制御する交流モータの制御方法であって、
   前記位置センサが検出した前記ロータの回転位置から電気角の１周期を検出する周期検出ステップと、
   前記１周期にわたり所定のサンプリング間隔で、前記電流センサにより前記電流の瞬時値を検出する電流検出ステップと、
   前記１周期分の前記電流の瞬時値を加算してオフセット検出値とする電流加算ステップと、
   前記１周期の間に前記交流モータの動作状況が変化したか否かを判定する判定ステップと、
   前記交流モータの動作状況が安定しているときに、前記オフセット検出値に基づいて前記オフセット量を更新する更新ステップと、
   前記交流モータの動作状況が変化したときに、前記オフセット検出値を廃棄する廃棄ステップと、を有し、
   前記判定ステップで、前記トルク指令値または前記電流指令値が前記１周期の最初と最後で所定値以上変化している条件、および前記ロータの回転位置から求めた回転数が前記１周期の最初と最後で所定値以上変化している条件、および前記トルク指令値を換算した電流値または前記電流指令値に対する前記電流の瞬時値の外れ量を前記１周期にわたり加算した電流外れ量が所定値以上である条件、のうち少なくとも１つの条件が成立したときに、前記動作状況が変化したと判定することを特徴とする交流モータの制御方法。
2. 請求項１において、前記更新ステップで、前記オフセット検出値を前記１周期中のサンプリング数で除算して前記オフセット量とすることを特徴とする交流モータの制御方法。
3. 請求項１または２において、前記廃棄ステップで、前記オフセット量をゼロにリセットすることを特徴とする交流モータの制御方法。
4. 請求項１または２において、前記廃棄ステップで、直前のオフセット量を保持することを特徴とする交流モータの制御方法。
5. 請求項１〜４のいずれか１項において、前記電流は、パルス幅変調（ＰＷＭ）方式により印加電圧の実効値を可変に制御するインバータ回路により通電されることを特徴とする交流モータの制御方法。
6. ステータの電機子巻線に通電される電流を検出する電流センサと、ロータの回転位置を検出する位置センサとを備える交流モータを制御対象とし、前記電流センサにより検出された電流のオフセット量を求め、外部からのトルク指令値または電流指令値に基づくとともに前記オフセット量を考慮して前記電流を制御する交流モータの制御装置であって、
   前記位置センサが検出した前記ロータの回転位置から電気角の１周期を検出する周期検出手段と、
   前記１周期にわたり所定のサンプリング間隔で、前記電流センサにより前記電流の瞬時値を検出する電流検出手段と、
   前記１周期分の前記電流の瞬時値を加算してオフセット検出値とする電流加算手段と、
   前記１周期の間に前記交流モータの動作状況が変化したか否かを判定する判定手段と、
   前記交流モータの動作状況が安定しているときに、前記オフセット検出値に基づいて前記オフセット量を更新する更新手段と、
   前記交流モータの動作状況が変化したときに、前記オフセット検出値を廃棄する廃棄手段と、を有し、
   前記判定手段で、前記トルク指令値または前記電流指令値が前記１周期の最初と最後で所定値以上変化している条件、および前記ロータの回転位置から求めた回転数が前記１周期の最初と最後で所定値以上変化している条件、および前記トルク指令値を換算した電流値または前記電流指令値に対する前記電流の瞬時値の外れ量を前記１周期にわたり加算した電流外れ量が所定値以上である条件、のうち少なくとも１つの条件が成立したときに、前記動作状況が変化したと判定することを特徴とする交流モータの制御装置。

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