JP5912242B2 - インバータ制御装置およびインバータ制御システム - Google Patents

Description

本発明は、少なくともフィードバック制御手段と操作信号生成手段とを備えるインバータ制御装置およびインバータ制御システムに関する。

従来では、回転機で検出される検出トルクを要求トルク（「指令トルク」とも呼ぶ。）に制御するに際し、高い電圧利用率が要求される領域においても回転機の制御性を高く維持でき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）。特許文献１の技術によれば、ノルム設定手段によって設定されるノルムおよび位相に基づいてスイッチング素子の操作信号を生成してインバータ（電力変換回路）に出力する。

特許第４４５８１７４号公報

しかし、回転機の回転数（「回転速度」とも呼ぶ。以下同様である。）は常に一定とは限らず、フィードバック制御を行っていたとしても厳密には絶えず変化する。回転機のトルク制御をより精密に行うにあたっては、より正確なスイッチング素子の操作信号が求められる。従来技術おいて、特に回転数が低い領域では回転センサによって得られる回転数の分解能（例えばビット数）は一定であるので、スイッチング素子の操作信号の時間分解能（以下では単に「操作信号分解能」と呼ぶ。）が相対的に低下する。従って、操作信号分解能が相対的に低下すれば正確なスイッチング素子の操作信号を求め難いので、フィードバック制御を行っても要求量に達するまでに時間を要する、という問題点があった。

本発明はこのような点に鑑みてなしたものであり、従来よりも操作信号分解能が相対的に維持あるいは向上することができるインバータ制御装置およびインバータ制御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、回転機に対する要求トルクと実際に検出される検出トルクとの偏差に基づいてフィードバック制御を行って位相指令値を出力するフィードバック制御手段と、前記回転機の回転に伴って回転センサから出力されるセンサ信号に基づいてインバータを操作する操作信号を生成する操作信号生成手段と、を備えるインバータ制御装置において、前記センサ信号は、ＳＩＮ検出信号とＣＯＳ検出信号の２種類のアナログ信号であり、前記２種類のアナログ信号をそれぞれパルス信号に変換して出力する信号変換部と、前記信号変換部で変換された前記パルス信号の排他的論理和を演算して得られる排他的論理和信号を、前記センサ信号の角度情報として出力する排他的論理和演算部と、前記回転センサから出力されるセンサ信号の周期を１回転区間の最初に前記排他的論理和演算部から伝達される前記排他的論理和信号のエッジを検出して前記エッジ相互間の期間で特定する周期特定部と、前記周期特定部によって特定された周期を所定数で除算する周期除算部と、前記周期除算部で除算された期間が１周期となるように信号を生成する周期信号生成部とを含み、前記センサ信号の角度情報を前記所定数で逓倍して逓倍周期信号を出力する信号逓倍手段と、を有し、前記操作信号生成手段は、前記逓倍周期信号に基づいて前記操作信号を生成することを特徴とする。

この構成によれば、回転センサから出力されるセンサ信号は２種類のアナログ信号であり、信号変換部によってパルス信号に変換され、排他的論理和演算部によって排他的論理和が演算された排他的論理和信号がセンサ信号の角度情報として出力される。センサ信号の角度情報は信号逓倍手段によって逓倍されるので、操作信号分解能が増加する。回転機の回転数が低い領域でも、操作信号分解能は相対的に維持あるいは向上することができる。こうして操作信号分解能が相対的に維持あるいは向上するので、より正確な操作信号が求められる。したがって、フィードバック制御を行って要求量に達するまでに要する時間を短縮することができる。また、簡単な構成で確実にセンサ信号の角度情報を所定数に逓倍することができる。

なお、「回転機」は回転する部位（例えば軸やシャフト等）を有する機器であれば任意であり、相数を問わない。例えば、発電機，電動機，電動発電機等が該当する。「回転センサ」は、回転部材の回転に伴って検出する角度情報を振幅信号に変換して出力可能なセンサであれば任意である。例えば、レゾルバ，ロータリーエンコーダ，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。「回転部材」は、回転制御を行う対象となる部材であれば任意であり、機器の一部であるか否かを問わない。例えば、軸（回転機の主軸を含む），シャフト，ギア（ギア機構を含む）などが該当する。レゾルバのロータを「回転部材」とする場合は、軸倍角ｍ（ｍは２以上の整数）のロータを含む。「センサ信号」は任意の振幅信号を用いることができる。例えば、パルス信号（矩形波信号），正弦波信号，余弦波信号，のこぎり波信号，三角波信号等が該当する。「角度情報」は回転に関する情報を意味し、例えば回転位置，回転角度，角速度，角加速度等が該当する。「要求量」は回転機の制御にあたって要求される目的量を意味する。例えば、要求トルク，要求回転数，要求電圧等が該当する。「インバータ」は電力変換回路とも呼ばれ、回転機の相数に対応する数のスイッチング素子を備える。「スイッチング素子」にはスイッチング動作が可能な任意の半導体素子を適用できる。例えば、ＦＥＴ（具体的にはＭＯＳＦＥＴ，ＪＦＥＴ，ＭＥＳＦＥＴ等）、ＩＧＢＴ、ＧＴＯ、パワートランジスタなどが該当する。

請求項２に記載の発明は、前記回転機の回転数を検出する回転数検出手段を有し、前記信号逓倍手段は、前記回転数検出手段によって検出された回転数が０を含む所定回転数範囲内である場合にのみ前記センサ信号の角度情報を逓倍することを特徴とする。この構成によれば、回転数が所定回転数範囲内である場合には、信号逓倍手段がセンサ信号の角度情報を逓倍する。低速回転状態やほぼ回転停止状態では、角度情報が逓倍されて操作信号分解能が相対的に維持あるいは向上するので、操作信号を安定化させることができる。「所定回転数範囲」は、範囲内に０を含むことが条件となる点を除けば任意に設定でき、回転機の種類や使用目的等に応じて異なる範囲を設定してもよい。

請求項３に記載の発明は、前記信号逓倍手段は、前記所定数を３×ｎ（ｎは１以上の整数）とし、前記センサ信号の角度情報を逓倍することを特徴とする。この構成によれば、回転機が三相や六相等のように３の倍数で表される相数で駆動する場合には、逓倍される角度情報とバランスが釣り合う。そのため、三相や六相等の原点を理想的に合わせることができるので、電圧や電流のアンバランスを解消することができる。

請求項４に記載の発明は、前記周期特定部は、前記回転数検出手段によって検出された回転数に基づいて、前記回転センサから出力されるセンサ信号の周期を特定することを特徴とする。この構成によれば、何らかの要因でセンサ信号の周期が変化（伸縮を含む）する場合でも、回転数に基づいて周期を確実に特定する。よって、低速回転中のふらつきや外来ノイズ等の影響を受け難くなり、フィードバック制御を行って要求量に達するまでに要する時間をさらに短縮することができる。

請求項５に記載の発明は、インバータ制御システムにおいて、請求項１から４のいずれか一項に記載のインバータ制御装置と、前記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、操作信号分解能が相対的に維持あるいは向上され、フィードバック制御を行って要求量に達するまでに要する時間を短縮できるシステムを提供することができる。

インバータ制御システムの構成例を模式的に示す図である。 インバータ制御装置の構成例を模式的に示す図である。 角度処理手段および信号逓倍手段の構成例を模式的に示す図である。 角度逓倍処理の手続きを示すフローチャートである。 各信号の経時的な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。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。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。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。

まず図１には、インバータ制御システムの構成例を模式的に示す。このインバータ制御システムは、コンバータ１０，インバータ２０，制御電源回路５０，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（例えばバッテリや燃料電池等）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の具体的な構成例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、三相の回転機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には例えばＩＧＢＴが用いられ、制御装置６０から個別に出力（伝達）される操作信号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る。

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、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Ｉｕが流れる。

制御装置６０は「インバータ制御装置」に相当し、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制御装置６０の構成例については後述する（図２を参照）。制御装置６０が入力する信号は、外部装置に相当するＥＣＵ７０から出力（伝達）される要求トルクＴ^＊や、電流センサ３０から出力（伝達）される電流Ｉ（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）、レゾルバ４１から出力される信号などがある。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に出力（伝達）する操作信号Ｓｐや、コンバータ１０に備える駆動回路に出力（伝達）する制御信号などがある。

回転機４０は、例えば電動機能と発電機能とを兼ね備える電動発電機（図１，図２には「ＭＧ」と示す。）を適用する。電流センサ３０は、回転機４０を流れる各相の電流（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「回転センサ」に相当し、回転機４０に備える回転部材（例えば回転軸やロータ等）の電気角に基づく信号（ＳＩＮ検出信号ＳｓやＣＯＳ検出信号Ｓｃ等）を出力する。なお、レゾルバ４１に供給するリファレンス信号については図示および説明を省略する。

制御電源回路５０は、第２直流電源Ｅ２（例えばバッテリや燃料電池等）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。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。

次に、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。制御装置６０はコンバータ１０やインバータ２０等を制御するための様々な機能を有するが、図２には本発明を実現するため構成例（すなわち部分的な構成例）を模式図で示す。

図２に示す制御装置６０は、加合部６１（６１ａ，６１ｂ）、ＰＩ制御部６２、振幅変調演算部６３、トルク推定部６４、二相変換部６５、操作信号生成手段６６、角度処理手段６７、信号逓倍手段６８、回転数検出手段６９などを有する。以下では、各要素の機能や作動等について簡単に説明する。

加合部６１ａは、入力信号（すなわち要求トルクＴ^＊と検出トルクＴとにかかる信号）の加え合わせを行う。図２の例では負帰還ループを形成するため、要求トルクＴ^＊から検出トルクＴを差し引いてトルク偏差ΔＴを出力する。ＰＩ制御部６２は、比例ゲインを用いる比例動作（比例制御）と、積分ゲインを用いる積分動作（積分制御）とを行い、回転機４０が要求トルクＴ^＊となるために必要な位相指令値Ｐ^＊を演算して出力する。加合部６１ｂは、加合部６１ａと同様に入力信号（すなわち位相指令値Ｐ^＊と回転角度θとにかかる信号）の加え合わせを行い、電圧位相φとして出力する。回転角度θは回転機４０の回転位置を示す角度（０°≦θ＜３６０°）であり、後述する角度処理手段６７から出力（伝達）される。この回転角度θは「角度情報」に相当する。

振幅変調演算部６３は、電圧振幅演算機能と、変調率演算機能とを担う。電圧振幅演算機能は、要求トルクＴ^＊に基づいて電圧振幅（「ノルム」とも呼ぶ。）を演算する。変調率演算機能は、演算された電圧振幅に基づいて操作信号Ｓｐの変調率を演算し、電圧指令値Ｖ^＊として出力する。図２の例では電圧振幅演算機能と変調率演算機能とを一体に構成して振幅変調演算部６３としたが、電圧振幅演算機能を電圧振幅演算部とし、変調率演算機能を変調率演算部としてそれぞれ別体に構成してもよい。

操作信号生成手段６６は、加合部６１ｂから出力（伝達）される電圧位相φと、振幅変調演算部６３から出力（伝達）される電圧指令値Ｖ^＊とに基づいて、インバータ２０（具体的には図１に示すスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６）を操作する操作信号Ｓｐを生成して出力する。操作信号Ｓｐは、例えば予め記憶したスイッチングパターンを用いるが、回転機４０のトルクを制御可能な他の信号を用いてもよい。なお、加合部６１ｂが出力する電圧位相φは、レゾルバ４１から出力されるセンサ信号に基づいて求められる回転角度θを加え合わせて得られる。よって、操作信号生成手段６６はレゾルバ４１から出力されるセンサ信号に基づいて操作信号Ｓｐを生成して出力することになる。

二相変換部６５は、電流センサ３０によって検出される電流Ｉ（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）に基づいて、回転二相座標系の実電流であるｄ軸上の電流Ｉｄとｑ軸上の電流Ｉｑとに変換する。なお、二相変換部６５が出力する電流Ｉｄ，Ｉｑは、図示しないローパスフィルタによって高周波成分がカットされる。トルク推定部６４は、二相変換部６５から出力（伝達される電流Ｉｄ，Ｉｑに基づいて現時点における回転機４０のトルクを推定し、検出トルクＴとして出力する。

角度処理手段６７，信号逓倍手段６８および回転数検出手段６９の構成例および機能等については、模式図で示す図３を参照しながら説明する。角度処理手段６７は、回転機４０の回転位置を示す回転角度θを出力する機能を担う。信号逓倍手段６８は、センサ信号の角度情報を所定数Ｍで逓倍して出力する機能を担う。回転数検出手段６９は、レゾルバ４１から出力されるアナログのセンサ信号（ＳＩＮ検出信号ＳｓやＣＯＳ検出信号Ｓｃ等）に基づいて、回転機４０の回転数Ｎを求めて出力する。回転数検出手段６９を除いて、以下では各要素の構成や作動等を簡単に説明する。

図３に示す角度処理手段６７は、角度演算部６７ｂ，排他的論理和演算部６７ｃ，ＲＤ変換部６７ｄなどを有する。さらに、必要に応じて誤差補正部６７ａを有する。ＲＤ（Resolver Digital）変換部６７ｄは「信号変換部」に相当し、レゾルバ４１から出力されるアナログのセンサ信号（ＳＩＮ検出信号ＳｓやＣＯＳ検出信号Ｓｃ等）に基づいて、デジタルのセンサ信号（Ａ相信号Ｓａ，Ｂ相信号Ｓｂ，Ｚ相信号Ｓｚ）に変換して出力する。簡単に言えば、波形信号をパルス信号に変換する。排他的論理和演算部６７ｃ（図３では「ＸＯＲ演算部」と示す。）は、Ａ相信号ＳａとＢ相信号Ｓｂとの排他的論理和を演算して得られる排他的論理和信号Ｓxorを出力する。この排他的論理和信号Ｓxorは「センサ信号の角度情報」に相当する。Ｚ相信号Ｓｚはレゾルバ４１に備えられるノースマーカを検出して出力される信号であり、１回転ごと（軸倍角ｍのロータを有する場合には１／ｍ回転ごと）に１パルスの信号が出力される。ノースマーカの位置は予め分かっているので、Ｚ相信号Ｓｚのパルス信号を受けると基準回転角度（例えば０°）とする。なお、角度演算部６７ｂおよび誤差補正部６７ａについては後述する。

信号逓倍手段６８は、周期信号生成部６８ａ，周期除算部６８ｂ，周期特定部６８ｃなどを有する。周期特定部６８ｃは、信号の周期Ｃｔ（すなわち１周期の期間）を特定する。その特定法は任意に構成可能であるが、例えば次の二通りが挙げられる。
（第１特定法）排他的論理和信号Ｓxorのパルス信号に基づいて特定する。すなわち、当該パルス信号の立ち上がり（あるいは立ち下がり）のエッジを検出し、当該エッジ相互間の期間を計時手段（例えばタイマー等）によって計測する。
（第２特定法）回転数検出手段６９によって検出される回転数Ｎに基づいて特定する。すなわち、回転数Ｎが分かれば１回転に必要な期間（「Ｔｎ」とする。）が分かる。また、１回転する間に排他的論理和演算部６７ｃが出力するパルス数は規定値（「Ｎｒ」とする。）である。この規定値は、回転機４０の種類や使用目的等に応じて定められる数値である。よって、周期Ｃｔは算出式［Ｃｔ＝Ｔｎ／Ｎｒ］によって求められる。

周期除算部６８ｂは、周期Ｃｔを所定数Ｍで除算した期間Ｃｍを演算する。所定数Ｍは、図示しない記録媒体（例えばＲＯＭやＥＥＰＲＯＭ等）に記録される。２以上で任意の整数を設定してよいが、回転機４０の相数に応じた数を設定するのが望ましい。本形態の回転機４０は三相であるので、３×ｎ（ｎは１以上の整数）を設定するのが望ましい。記録媒体は周期除算部６８ｂに備えてもよく、制御装置６０の内外に備えてもよい。ｎは「１以上の整数」を設定可能であるが、実際には数十から数百程度が上限になる。

周期信号生成部６８ａは、期間Ｃｍが１周期となるように逓倍周期信号Ｓmxを生成して出力する。角度演算部６７ｂはセンサ信号に基づいて回転角度θを演算して出力する。後述するように、回転数Ｎが所定回転数範囲外であれば排他的論理和信号Ｓxorに基づいて回転角度θを演算して出力し、回転数Ｎが所定回転数範囲内であれば逓倍周期信号Ｓmxに基づいて回転角度θを演算して出力する（図４のステップＳ１５を参照）。誤差補正部６７ａは、角度演算部６７ｂが求めた回転角度θが理想角度との誤差（ずれ）が生じる場合において、理想角度との誤差を補正する。なお、「理想角度」は時間の変化に伴って理想的（すなわち直線的、比例的）に変化する回転角度を意味する。

上述のように構成されたインバータ制御システムの制御装置６０において、本発明を実現する角度逓倍処理の手続き例について図４を参照しながら説明する。この角度逓倍処理は、制御装置６０が作動している間に繰り返し実行される。なお図４において、ステップＳ１０は回転数検出手段６９に相当し、ステップＳ１２は周期特定部６８ｃに相当し、ステップＳ１３は周期除算部６８ｂに相当し、ステップＳ１４は周期信号生成部６８ａに相当し、ステップＳ１５は角度演算部６７ｂに相当し、ステップＳ１６は誤差補正部６７ａに相当し、ステップＳ１７は加合部６１，ＰＩ制御部６２，振幅変調演算部６３，操作信号生成手段６６等に相当する。

図４に示す角度逓倍処理では、まず回転数検出手段６９によって回転機４０の回転数Ｎを求める〔ステップＳ１０〕。ステップＳ１０で求めた回転数Ｎが所定回転数範囲か否かに従って、センサ信号の角度情報（すなわち排他的論理和信号Ｓxor）を所定数Ｍで逓倍するか否かを決定する〔ステップＳ１２〕。所定回転数範囲は、範囲内に０を含むことが条件となる点を除けば、任意に設定することができる。例えば、−５０〜５０[rpm]の範囲、−１００〜５０[rpm]の範囲、−５０〜１００[rpm]の範囲、０〜５０[rpm]の範囲などが該当する。マイナスの回転数Ｎは、逆回転を意味する。もし、回転数Ｎが所定回転数範囲外であれば（ＮＯ）、角度情報を逓倍する必要性が無いので、後述するステップＳ１５に進む。

これに対して回転数Ｎが所定回転数範囲内であれば（ＹＥＳ）、センサ信号すなわち排他的論理和信号Ｓxorの周期Ｃｔを特定し〔ステップＳ１２〕、センサ信号の角度情報を逓倍するために特定した周期Ｃｔを所定数Ｍで除算して期間Ｃｍを求める〔ステップＳ１３〕。すなわち期間Ｃｍは算出式［Ｃｍ＝Ｃｔ／Ｍ］によって求められる。こうして求められる期間Ｃｍが１周期となるように逓倍周期信号Ｓmxを生成する〔ステップＳ１４〕。よって１パルスの排他的論理和信号Ｓxorに対して、Ｍパルスの逓倍周期信号Ｓmxが生成される。

次に、回転数Ｎが所定回転数範囲外であれば排他的論理和信号Ｓxorに基づいて回転角度θを演算して出力し、回転数Ｎが所定回転数範囲内であれば逓倍周期信号Ｓmxに基づいて回転角度θを演算して出力する〔ステップＳ１５〕。ステップＳ１５で演算される回転角度θが理想角度との誤差（ずれ）が生じる場合には、その誤差を補正値（例えばマップやデータテーブル等）で補正して出力する〔ステップＳ１６〕。

ステップＳ１５，Ｓ１６で出力される回転角度θは、加合部６１ｂによって位相指令値Ｐ^＊と加え合わされて電圧位相φになり、操作信号生成手段６６に入力される。位相指令値Ｐ^＊は回転機４０が検出トルクＴが要求トルクＴ^＊になるために必要な位相指令であることから、検出トルクＴが要求トルクＴ^＊となるようにトルクのフィードバック制御を行い〔ステップＳ１７〕、角度逓倍処理をリターンする。

図４の角度逓倍処理を実行することによるパルス信号の時系列的な変化は図５のようになる。図５では上から順番に、Ａ相信号Ｓａ，Ｂ相信号Ｓｂ，Ｚ相信号Ｓｚ，排他的論理和信号Ｓxorおよび逓倍周期信号Ｓmxにかかる各パルス信号の変化を示す。

図５に示すタイムチャートは、時刻ｔ１から回転機４０が回転することを前提とするパルス信号の変化であり、所定数Ｍを「３」とした例である。Ａ相信号ＳａとＢ相信号Ｓｂとは、ＳＩＮ検出信号ＳｓとＣＯＳ検出信号Ｓｃに対応しているのでパルス信号に９０°分のずれ（位相差）が生じている。このずれに基づいて排他的論理和演算部６７ｃで演算される排他的論理和信号Ｓxorは、Ａ相信号ＳａやＢ相信号Ｓｂに比べて周期が半分（周波数が２倍）になる。

時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間は、最初の排他的論理和信号Ｓxorの１周期にあたるため、周期Ｃｔを特定する（ステップＳ１２）。周期Ｃｔが特定されると逓倍するパルス信号の１周期の期間Ｃｍが求められるので（ステップＳ１３）、時刻ｔ２以降は期間Ｃｍに基づいて逓倍周期信号Ｓmxを生成する（ステップＳ１４）。所定数Ｍが「３」であるので、排他的論理和信号Ｓxorの１パルスに対して、３パルスの逓倍周期信号Ｓmxが生成される。時刻ｔ１から時刻ｔ4097までの期間は、回転機４０の１回転区間に相当する。すなわち、規定値「Ｎｒ」が4096（１２ビットで表現可能な最大値）の場合に対応する。

上述した実施の形態によれば、以下に示す各効果を得ることができる。まず請求項１に対応し、制御装置６０（インバータ制御装置）は、ＰＩ制御部６２（フィードバック制御手段）と、操作信号生成手段６６と、２種類のアナログ信号（ＳＩＮ検出信号ＳｓとＣＯＳ検出信号Ｓｃ）をそれぞれパルス信号に変換するＲＤ変換部６７ｄ（信号変換部）と、ＲＤ変換部６７ｄで変換されたパルス信号の排他的論理和を演算して得られる排他的論理和信号Ｓxor（センサ信号の角度情報）を出力する排他的論理和演算部６７ｃと、排他的論理和信号Ｓxor（センサ信号の角度情報）を所定数Ｍで逓倍して逓倍周期信号Ｓmxを出力する信号逓倍手段６８とを有する構成とした（図２，図３を参照）。操作信号生成手段６６は信号逓倍手段６８によって排他的論理和信号Ｓxor（センサ信号の角度情報）が逓倍された逓倍周期信号Ｓmxに基づいて操作信号Ｓｐを生成する。この構成によれば、レゾルバ４１（回転センサ）から出力されるセンサ信号は、信号逓倍手段６８によって排他的論理和信号Ｓxor（センサ信号の角度情報）が逓倍されるので、操作信号Ｓｐの分解能（すなわち操作信号分解能）が増加する。回転機４０の回転数Ｎが低い領域でも、操作信号分解能は相対的に維持あるいは向上することができる。こうして操作信号分解能が相対的に維持あるいは向上するので、より正確な操作信号Ｓｐが求められる。したがって、フィードバック制御を行って要求量に達するまでに要する時間を短縮することができる。

請求項２に対応し、回転機４０の回転数Ｎを検出する回転数検出手段６９を有し、信号逓倍手段６８は、回転数検出手段６９によって検出された回転数Ｎが０を含む所定回転数範囲内である場合にのみ排他的論理和信号Ｓxor（センサ信号の角度情報）を逓倍する構成とした（図３，図４のステップＳ１１〜Ｓ１４を参照）。この構成によれば、低速回転状態やほぼ回転停止状態では、排他的論理和信号Ｓxorが所定数Ｍだけ逓倍された逓倍周期信号Ｓmxになるので、操作信号分解能が相対的に維持あるいは向上する。したがって、操作信号Ｓｐを安定化させることができる。

請求項３に対応し、信号逓倍手段６８は、所定数Ｍを「３×ｎ」として排他的論理和信号Ｓxor（センサ信号の角度情報）を逓倍する構成とした（図３，図４のステップＳ１１〜Ｓ１４を参照）。この構成によれば、回転機４０は三相で駆動するので、逓倍周期信号Ｓmx（逓倍される角度情報）とバランスが釣り合う。そのため、三相の原点を理想的に合わせることができるので、電圧や電流のアンバランスを解消することができる。

請求項１に対応し、信号逓倍手段６８は、レゾルバ４１から出力されるＳＩＮ検出信号ＳｓおよびＣＯＳ検出信号Ｓｃ（センサ信号）に基づいて演算される排他的論理和信号Ｓxorの周期Ｃｔを１回転区間の最初に排他的論理和演算部６７ｃから伝達される排他的論理和信号Ｓxorのエッジを検出してエッジ相互間の期間で特定する周期特定部６８ｃと、周期特定部６８ｃによって特定された周期Ｃｔを所定数Ｍで除算する周期除算部６８ｂと、周期除算部６８ｂで除算された期間Ｃｍが１周期Ｃｔとなるように信号を生成する周期信号生成部６８ａとを有する構成とした（図３を参照）。この構成によれば、簡単な構成で確実に排他的論理和信号Ｓxor（センサ信号の角度情報）を所定数Ｍに逓倍することができる。

請求項４に対応し、周期特定部６８ｃは、回転数検出手段６９によって検出された回転数Ｎに基づいて、レゾルバ４１から出力されるＳＩＮ検出信号ＳｓおよびＣＯＳ検出信号Ｓｃ（センサ信号）に基づいて演算される排他的論理和信号Ｓxorの周期Ｃｔを特定する構成とした（図３，図４のステップＳ１２における第２特定法を参照）。この構成によれば、何らかの要因で排他的論理和信号Ｓxorの周期Ｃｔが変化（伸縮を含む）する場合でも、回転数Ｎに基づいて周期Ｃｔを確実に特定する。よって、低速回転中のふらつきや外来ノイズ等の影響を受け難くなり、フィードバック制御を行って要求量に達するまでに要する時間をさらに短縮することができる。

請求項５に対応し、インバータ制御システムは、制御装置６０（インバータ制御装置）と、インバータ２０とを有する構成とした（図１，図２を参照）。この構成によれば、操作信号分解能が相対的に維持あるいは向上され、トルクのフィードバック制御を行って検出トルクＴが要求トルクＴ^＊（要求量）に達するまでに要する時間を短縮できるシステムを提供することができる。

〔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では、回転機４０には電動発電機を適用した（図１，図２を参照）。この形態に代えて、他の回転機を適用することも可能である。他の回転機は、例えば電動機や発電機などが該当する。また、三相以外の相数を有する回転機を適用することも可能である。単に回転機の種類や相数が相違するに過ぎないので、上述した実施の形態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では、回転センサとしてレゾルバ４１を適用した（図１〜図３を参照）。この形態に代えて、他の回転センサを適用することも可能である。他の回転センサは、例えばロータリーエンコーダ，ジャイロスコープ，ＧＭＲ回転センサなどが該当する。他の回転センサを適用する場合でも回転機４０の回転に伴ってアナログ信号またはデジタル信号で出力するので、これらの信号を所定数Ｍで逓倍した逓倍周期信号Ｓmxを出力することができる。よって、上述した実施の形態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では、回転センサとしてレゾルバ４１を適用したので、センサ信号は正弦波信号（ＳＩＮ検出信号Ｓｓ）または余弦波信号（ＣＯＳ検出信号Ｓｃ）となった。この形態に代えて、他のセンサ信号を適用することも可能である。他のセンサ信号は、例えばパルス信号（矩形波信号），のこぎり波信号，三角波信号などが該当する。回転センサが出力する信号波形がどのようなものであれ、パルス信号に変換する手段（例えば図３に示すＲＤ変換部６７ｄ）を備えることにより、所定数Ｍで逓倍することが可能になる。よって、上述した実施の形態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では、回転センサ（レゾルバ４１）が検出する回転部材には、回転機４０（具体的には回転軸）を適用した（図１，図２を参照）。この形態に代えて、他の回転部材を適用してもよい。他の回転部材は、例えば電動発電機以外の回転機の回転軸やロータ等、車両等に用いられるシャフト（例えばクランクシャフトやドライブシャフト等）、ギア（ギア機構を含む）、ステアリングロッド（あるいはトーションバー）、操舵軸等のように、回転可能な他の部材が該当する。他の回転部材であっても、回転センサを取り付けることができれば、上述した実施の形態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では、回転数検出手段６９はレゾルバ４１が出力するＳＩＮ検出信号ＳｓおよびＣＯＳ検出信号Ｓｃに基づいて回転数Ｎを検出する構成とした。この形態に代えて、レゾルバ４１とは別個に、回転数Ｎを検出する回転数センサを回転機４０に備える構成としてもよい。いずれの構成にせよ、回転数Ｎを検出できるので、上述した実施の形態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では、フィードバック制御手段としてＰＩ制御部６２を適用した（図２を参照）。ＰＩ制御部６２は、比例ゲインを用いる比例動作（比例制御）と、積分ゲインを用いる積分動作（積分制御）とを行うフィードバック制御を実現する。この形態に代えて、比例動作および積分動作に加えて、微分ゲインを用いる微分動作（微分制御）を行うＰＩＤ制御部を適用してもよい。ＰＩＤ制御部は、何らかの要因によって検出トルクＴに急激な変化が生じた場合でも、迅速に要求トルクＴ^＊に収束させることができる。

上述した実施の形態では、角度処理手段６７，信号逓倍手段６８，回転数検出手段６９を別体で構成した（図３を参照）。この形態に代えて、角度処理手段６７，信号逓倍手段６８および回転数検出手段６９のうちで、二以上の手段を任意に組み合わせて一体化してもよい。例えば図２および図３に一点鎖線で囲って示すように、角度処理手段６７，信号逓倍手段６８および回転数検出手段６９を一体的に構成する。単に構成上の違いに過ぎず、機能は同じであるので、上述した実施の形態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では、インバータ２０はコンバータ１０を経て供給される電圧（電圧値Ｖdc）を変換して回転機４０に出力する構成とした（図１を参照）。この形態に代えて、コンバータ１０を不要とし、インバータ２０は第１直流電源Ｅ１から直接供給される電圧（電圧値Ｖin）を変換して回転機４０に出力する構成としてもよい。この場合はＶdc＝Ｖinと考え、同様の処理を行えばよい。単に電圧の供給手段が相違するに過ぎないので、上述した実施の形態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では、要求トルクＴ^＊（要求量）を出力（伝達）する装置として、ＥＣＵ７０を適用した（図１，図２を参照）。この形態に代えて、要求トルクＴ^＊を出力可能な他の外部装置を適用してもよい。他の外部装置としては、コンピュータ（パソコンを含む）や、通信回線を介して接続可能な外部処理装置（例えばサーバー等）などが該当する。なお、要求量は要求トルクＴ^＊に限らず、制御対象に応じて要求回転数や要求電圧等を適用できる。単に装置や要求量の種類が相違するに過ぎないので、上述した実施の形態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では、信号逓倍手段６８を排他的論理和演算部６７ｃと角度演算部６７ｂとの間に介在させる構成とした（図３を参照）。この形態に代えて、角度演算部６７ｂと誤差補正部６７ａとの間に介在させる構成としてもよく（図３を参照）、誤差補正部６７ａと加合部６１ｂとの間に介在させる構成としてもよい（図２を参照）。いずれの構成にせよ、レゾルバ４１から出力されるセンサ信号（ＳＩＮ検出信号ＳｓやＣＯＳ検出信号Ｓｃ）が所定数Ｍで逓倍された角度情報が求められるので、操作信号生成手段６６で生成される操作信号Ｓｐの分解能（すなわち操作信号分解能）が増加する。よって、上述した実施の形態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（電力変換回路）
３０ 電流センサ
４０ 回転機
４１ レゾルバ（回転センサ）
５０ 制御電源回路
６０ 制御装置（インバータ制御装置）
６１（６１ａ，６１ｂ） 加合部
６２ ＰＩ制御部（またはＰＩＤ制御部；フィードバック制御手段）
６３ 振幅変調演算部
６４ トルク推定部
６５ 二相変換部
６６ 操作信号生成手段
６７ 角度処理手段
６７ａ 誤差補正部
６７ｂ 角度演算部
６７ｃ 排他的論理和演算部（ＸＯＲ演算部）
６７ｄ ＲＤ変換部
６８ 信号逓倍手段
６８ａ 周期信号生成部
６８ｂ 周期除算部
６８ｃ 周期特定部
６９ 回転数検出手段
７０ ＥＣＵ（外部装置）
Ｔ^＊ 要求トルク
Ｔ 検出トルク
Ｐ^＊ 位相指令値
φ 電圧位相
Ｖ^＊ 電圧指令値
Ｎ 回転数
Ｍ 所定数

Claims (5)

1. 回転機に対する要求トルクと実際に検出される検出トルクとの偏差に基づいてフィードバック制御を行って位相指令値を出力するフィードバック制御手段と、前記回転機の回転に伴って回転センサから出力されるセンサ信号に基づいてインバータを操作する操作信号を生成する操作信号生成手段と、を備えるインバータ制御装置において、
   前記センサ信号は、ＳＩＮ検出信号とＣＯＳ検出信号の２種類のアナログ信号であり、
   前記２種類のアナログ信号をそれぞれパルス信号に変換して出力する信号変換部と、
   前記信号変換部で変換された前記パルス信号の排他的論理和を演算して得られる排他的論理和信号を、前記センサ信号の角度情報として出力する排他的論理和演算部と、
   前記回転センサから出力されるセンサ信号の周期を１回転区間の最初に前記排他的論理和演算部から伝達される前記排他的論理和信号のエッジを検出して前記エッジ相互間の期間で特定する周期特定部と、前記周期特定部によって特定された周期を所定数で除算する周期除算部と、前記周期除算部で除算された期間が１周期となるように信号を生成する周期信号生成部とを含み、前記センサ信号の角度情報を前記所定数で逓倍して逓倍周期信号を出力する信号逓倍手段と、を有し、
   前記操作信号生成手段は、前記逓倍周期信号に基づいて前記操作信号を生成することを特徴とするインバータ制御装置。
2. 前記回転機の回転数を検出する回転数検出手段を有し、
   前記信号逓倍手段は、前記回転数検出手段によって検出された回転数が０を含む所定回転数範囲内である場合にのみ前記センサ信号の角度情報を逓倍することを特徴とする請求項１に記載のインバータ制御装置。
3. 前記信号逓倍手段は、前記所定数を３×ｎ（ｎは１以上の整数）とし、前記センサ信号の角度情報を逓倍することを特徴とする請求項１または２に記載のインバータ制御装置。
4. 前記周期特定部は、前記回転数検出手段によって検出された回転数に基づいて、前記回転センサから出力されるセンサ信号の周期を特定することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のインバータ制御装置。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載のインバータ制御装置と、前記インバータと、を有することを特徴とするインバータ制御システム。

Images