JP5984166B2 - 電動機制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動機電力変換装置の駆動を制御するための通電信号を電動機電力変換装置に出力することで、電動機を制御する電動機制御装置に関するものである。

従来の電動機制御装置は、ベクトル制御を用いて、電動機（例えば、誘導機および永久磁石同期式電動機等）に流れる電流を制御する。なお、ベクトル制御とは、電動機の電機子巻線に流れる電流を検出し、検出電流を磁束成分とトルク成分に分離し、分離した検出電流が目標電流と一致するよう制御する方法である。また、一般的には、電流センサを用いて、電流センサの出力から電動機の電機子巻線の各相に流れる電流を検出する。

ここで、電流センサの出力に誤差が生じると、電流の検出精度が悪くなる。電流センサの出力に誤差が生じる原因としては、例えば、製造ばらつきによる個体差、および経時変化等が挙げられる。具体的には、電流センサのゼロ点（すなわち、実電流が０のときの電流センサの出力）は、温度の影響を受け易いので、温度変化によって電流センサのゼロ点がずれることがある。

このように、電流センサの出力誤差は避けられないものである。しかしながら、電流センサの出力誤差が大きい状態での検出電流に基づいて電動機を制御する場合、制御系では、正確に制御しているつもりであっても、実際に電動機に流れる実電流に脈動が発生したり、実電流と目標電流とが異なる値となったりする。

そこで、電流センサの出力誤差によって、電動機に流れる電流の検出精度が悪化することを抑制するための手段として、様々なものが提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。

特許文献１に記載の従来技術では、温度による電流センサの出力誤差を低減するために、電動機が駆動する前の電流センサの出力値と、ＥＣＵの温度を検出するＥＣＵ温度センサの出力値とを関連付けてＥＥＰＲＯＭに格納し、電流センサのゼロ点の温度特性を学習する。続いて、電動機が駆動し始めた後、あるタイミングにおいて検出されるＥＣＵの温度に対応した電流センサのゼロ点に従って、電流センサの出力から検出される検出電流を補正することで、電動機に流れる実電流を検出する。

また、特許文献２に記載の従来技術では、三相電動機において、三相のうちのいずれか一相の相電流がピークを示すタイミングで、残りの二相の各相電流の瞬時値が等しくなることを利用した補正を行うことで、電動機に流れる実電流を検出する。具体的には、三相のうちのいずれか一相に対応する電流センサの出力の変化を測定し、電流センサの前回出力値と今回出力値との間の変化率の極性が変わった点を、相電流のピーク値と判断する。また、このように判断したタイミングで、残りの二相に対応する各電流センサの出力値を平均化し、平均化した値を、その二相の真の相電流とみなし、その二相に対応する各電流センサの出力から検出される検出電流を補正する。

特開２００５−２０８７７号公報 特開２０１０−１１００６７号公報

しかしながら、従来技術には以下のような課題がある。
特許文献１、２に記載の従来技術では、何らかの要因で、電流センサの出力誤差に対して誤った補正が行われる場合がありうることを考慮していない。換言すると、電流センサの出力誤差に対して必ずしも正しい補正が行われるとは限らず、誤った補正が行われれば、補正前と比べて、電流センサの出力誤差がかえって大きくなる。したがって、電動機に流れる電流の検出精度が悪化し、その結果、電動機の電流制御の精度が悪化するおそれがある。

また、特許文献２に記載の従来技術では、三相のうちのいずれか一相の相電流がピークを示すタイミングで、残りの二相の各相電流の瞬時値が等しくなることを利用した補正を行っているので、このようなピークを示すタイミングの検出が重要である。

しかしながら、ノイズ等の影響によって、このタイミングを誤って検出した場合、残りの二相の各相電流の瞬時値が等しくないタイミングにも関わらず、誤った補正を行ってしまう。また、実際の電流波形は、必ずしも理想的な正弦波であるとは限らず、いびつな波形を取る場合もある。このような場合、一相の相電流がピークを示すタイミングで、残りの二相の各相電流の瞬時値が等しくなるとは限らない。

本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、電流センサの出力誤差に対して誤った補正が行われた場合であっても、その補正誤りによる電動機の電流制御への悪影響を抑制することのできる電動機制御装置を得ることを目的とする。

本発明における電動機制御装置は、電流センサの出力から電動機の各相に流れる電流を、センサ換算係数を用いて検出電流として検出し、検出電流をｄ軸電流値およびｑ軸電流値に変換し、ｄ軸電流値およびｑ軸電流値を出力する電流検出部と、電動機への電流指令を生成し、電流指令を出力する電流指令生成部と、電流検出部の出力と、電流指令生成部の出力とが一致するように、電動機への電圧指令を生成し、電圧指令を出力する電圧指令生成部と、電圧指令生成部の出力に従って、電動機に交流電圧を印加する電動機電力変換装置の駆動を制御するための通電信号を生成し、通電信号を出力する通電信号生成部と、を備え、通電信号を電動機電力変換装置に出力することで、電動機を制御する電動機制御装置であって、電流検出部は、電流センサの出力と、検出電流を算出するためのセンサ換算係数設定値とから、検出電流を算出し、検出電流を出力する電流算出部と、センサ換算係数設定値を出力するセンサ換算係数算出部と、ｄ軸電流値およびｑ軸電流値のうちの少なくとも一方から脈動成分を抽出し、抽出した脈動成分の振幅値の変化から、センサ換算係数設定値を用いて電流センサの出力誤差に対して行った補正が誤っているか否かの判定をするセンサ補正結果判定部と、を有し、センサ換算係数算出部は、センサ補正結果判定部によって補正が誤っていると判定された場合、誤った方向への補正を停止するようにセンサ換算係数設定値を定め、定めたセンサ換算係数設定値を出力するものである。

本発明によれば、センサ換算係数設定値を用いて電流センサの出力誤差に対して行った補正が誤っているか否かを判定し、判定結果に従って、センサ換算係数設定値を決定する構成を有する。これにより、電流センサの出力誤差に対して誤った補正が行われた場合であっても、その補正誤りによる電動機の電流制御への悪影響を抑制することのできる電動機制御装置を得ることができる。

本発明の実施の形態１における電動機制御装置の概略構成図である。 本発明の実施の形態１において、電流センサが出力する電圧値から電流検出値を算出するためのゲインおよびオフセットを説明するための図である。 本発明の実施の形態１において、電流センサの出力誤差がないという理想的な状態を考えた場合の、各相電流値の時間変化を示す説明図である。 本発明の実施の形態１において、電流センサの出力誤差がないという理想的な状態を考えた場合の、ｄ軸電流値およびｑ軸電流値の時間変化を示す説明図である。 本発明の実施の形態１において、Ｕ相に対応する電流センサについてオフセット誤差が生じた場合の、各相電流値の時間変化を示す説明図である。 本発明の実施の形態１において、Ｕ相に対応する電流センサについてオフセット誤差が生じた場合の、ｄ軸電流値およびｑ軸電流値の時間変化を示す説明図である。 本発明の実施の形態１において、Ｕ相に対応する電流センサについてゲイン誤差が生じた場合の、各相電流値の時間変化を示す説明図である。 本発明の実施の形態１において、Ｕ相に対応する電流センサについてゲイン誤差が生じた場合の、ｄ軸電流値およびｑ軸電流値の時間変化を示す説明図である。 本発明の実施の形態１において、センサ換算係数算出部およびセンサ補正結果判定部の動作を説明するための図である 図６Ａと比較するための説明図である。 本発明の実施の形態２における電動機制御装置の概略構成図である。

以下、本発明による電動機電力変換装置を、好適な実施の形態にしたがって図面を用いて説明する。なお、図面の説明においては、同一部分または相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、以下の実施の形態で説明を分かりやすくするために示される具体的な数値等は、一例に過ぎない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における電動機制御装置１の概略構成図である。なお、図１では、電動機２、電動機電力変換装置３、モータ位置センサ４、直流電圧センサ５、電流センサ６および温度センサ７も併せて図示している。

図１において、電動機制御装置１は、電動機電力変換装置３の駆動を制御するための通電信号を電動機電力変換装置３に出力することで、電動機２を制御する。

電動機電力変換装置３は、電動機制御装置１から入力された通電信号に従って、直流電源（図示せず）の直流電圧を交流電圧に変換し、交流電圧を電動機２に出力する。すなわち、電動機電力変換装置３は、インバータに相当する。なお、直流電源としては、例えば、バッテリを用いればよい。

電動機２は、電動機電力変換装置３から入力された交流電圧によって駆動される。また、電動機２は、電機子巻線を有する固定子と、回転子とを備えて構成される。

なお、電動機２としては、例えば、三相同期電動機が挙げられ、以下の説明では、電動機２が三相同期電動機であるものとする。また、電動機２の電機子巻線の結線は、三相Ｙ結線であるものとする。さらに、電動機２の回転子の界磁の方式としては、例えば、永久磁石を用いた永久磁石界磁方式、巻線界磁方式、およびこれら２つの方式を併用した併用方式が挙げられるが、以下の説明では、回転子の界磁の方式が永久磁石界磁方式であるものとする。

モータ位置センサ４、直流電圧センサ５、電流センサ６および温度センサ７は、電動機２の状態量を検知するために設けられている。モータ位置センサ４は、出力信号として、回転子位置信号を電動機制御装置１に出力する。直流電圧センサ５は、出力信号として、直流電圧信号を電動機制御装置１に出力する。電流センサ６は、出力信号として、電流信号を電動機制御装置１に出力する。温度センサ７は、出力信号として、温度信号を電動機制御装置１に出力する。

次に、電動機制御装置１についてさらに説明する。電動機制御装置１は、回転位置検出部１１、直流電圧検出部１２、温度検出部１３、電気角周波数検出部１４、電流指令生成部１５、電流検出部２０、減算器１６、電圧指令生成部１７および通電信号生成部１８を備える。

回転位置検出部１１は、モータ位置センサ４から入力された回転子位置信号に基づいて、回転子の回転位置を検出し、検出した回転位置を、電流検出部２０、電気角周波数検出部１４および電圧指令生成部１７に出力する。

直流電圧検出部１２は、直流電圧センサ５から入力された直流電圧信号に基づいて、直流電源の直流電圧値を検出し、検出した直流電圧値を、電流指令生成部１５および通電信号生成部１８に出力する。

温度検出部１３は、温度センサ７から入力された温度信号に基づいて、電流センサ６の雰囲気の温度値を検出し、検出した温度値を電流検出部２０に出力する。

電気角周波数検出部１４は、回転位置検出部１１から入力された回転位置に基づいて、電動機２の電気角周波数を算出し、算出した電気角周波数を電流検出部２０に出力する。

電流指令生成部１５は、電動機２の電機子巻線に流れる電流を定めるｄ軸電流指令値およびｑ軸電流指令値を生成し、生成した電流指令値を、電流検出部２０および減算器１６に出力する。

なお、電流指令生成部１５によって出力される電流指令値はどのように定めてもよく、例えば、電動機２のトルクが所望のトルクとなるように電流指令値を定める方式、および電動機２の発電量が所望の発電量となるように電流指令値を定める方式が挙げられる。ここでは、電動機２のトルクが所望のトルクとなるように電流指令値を定めるものとする。また、ここでの電流指令値は、回転子の磁極位置の方向をｄ軸、ｄ軸に直交する方向をｑ軸と定義した場合のｄｑ軸座標系における値とする。

電流検出部２０は、電流センサ６から入力された電流信号に基づいて、電動機２に流れる三相電流値を検出する。また、電流検出部２０は、ｄｑ軸上の電流検出値を求めるために、一般的な三相−ｄｑ変換を用いることで、検出した三相電流値をｄ軸電流値およびｑ軸電流値に変換する。さらに、電流検出部２０は、ｄ軸電流値およびｑ軸電流値を減算器１６に出力する。なお、電流検出部２０の詳細については後述する。

減算器１６は、電流指令生成部１５から入力されたｄ軸電流指令値およびｑ軸電流指令値と、電流検出部２０から入力されたｄ軸電流値およびｑ軸電流値との差分を算出し、算出結果を電圧指令生成部１７に出力する。

電圧指令生成部１７は、減算器１６から入力された算出結果と、回転位置検出部１１から入力された回転位置とに基づいて、三相交流の電圧指令値を生成する。

具体的には、電圧指令生成部１７は、減算器１６から入力された算出結果から、ｄｑ軸上の電圧指令値を生成する。なお、電圧指令生成部１７がｄｑ軸電圧指令値を生成する方法としては、例えば、電流指令値と電流検出値の差分に基づくＰＩ制御を用いる方法が挙げられる。続いて、電圧指令生成部１７は、生成したｄｑ軸電圧指令値と、回転位置検出部１１から入力された回転位置とに基づいて、一般的なｄｑ−三相変換を用いることで、相交流の電圧指令を生成する。

このように、電圧指令生成部１７は、電流指令生成部１５によって生成されたｄｑ軸上の電流指令値と、電流検出部２０によって検出されたｄｑ軸上の電流検出値と、回転位置検出部１１によって検出された回転子の回転位置とを用いて、三相交流の電圧指令値を生成することとなる。また、電圧指令生成部１７は、生成した電圧指令値を通電信号生成部１８に出力する。

通電信号生成部１８は、直流電圧検出部１２から入力された直流電圧値と、電圧指令生成部１７から入力された電圧指令値とに基づいて、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号を通電信号として生成する。具体的には、通電信号生成部１８は、入力された電圧指令値を入力された直流電圧値で除した数に０．５を加算することで、値の範囲を０から１までに規格化したデューティ指令値を生成する。続いて、通電信号生成部１８は、生成したデューティ指令値と、搬送波とを比較することで、ＰＷＭ信号を通電信号として生成する。なお、搬送波としては、例えば、値の範囲が０から１までである三角波を用いればよい。また、デューティ指令値を百分率で表す場合もある。

通電信号生成部１８は、このようにＰＷＭ信号を通電信号として生成し、さらに、生成した通電信号を電動機電力変換装置３に出力する。

電動機電力変換装置３は、通電信号生成部１８から入力された通電信号に従って、交流電圧を電動機２に出力することで、電動機２の電機子巻線に通電する。ここで、電動機電力変換装置３は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の各相において、互いに直列に接続された上アームと下アームとを有する。また、各アームでは、通電素子と還流ダイオードとが逆並列に接続された構成となっている。

なお、通電素子としては、例えば、半導体スイッチング素子を用いればよく、より具体的には、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）またはＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等で構成された半導体スイッチング素子を用いればよい。

また、以降では、あるアームの通電素子がオンになることを単に「アームがオンになる」、オフになることを単に「アームがオフになる」というように表現することもある。

ここで、通電信号生成部１８から入力された通電信号に従って、上アームの通電素子がオンになると、出力端子電圧は、ほぼ直流電圧レベルのＨｉとなり、下アームの通電素子がオンになると、出力端子電圧は、ほぼグラウンドレベルのＬｏｗとなる。

なお、出力端子電圧は、上アームと下アームとの接続点における電圧であり、電機子巻線のＵ相、Ｖ相およびＷ相の各相のラインに接続されている電圧に等しい。また、上アームの通電素子と下アームの通電素子とが同時にオンになると、直流電圧が短絡するので、これら２つの通電素子が同時にオンになることはない。

このように、電動機電力変換装置３は、通電信号生成部１８から入力された通電信号に従って、直流電源の直流電圧を交流電圧に変換することとなる。

次に、電流検出部２０の詳細を説明するにあたって、電流センサ６が出力する電圧値から電流検出値を算出するためのゲインおよびオフセットの概念について、図２を参照しながら説明する。図２は、本発明の実施の形態１において、電流センサ６が出力する電圧値から電流検出値を算出するためのゲインおよびオフセットを説明するための図である。なお、図２では、ゲイン誤差およびオフセットの影響によって、実電流値と電流検出値との間で生じる誤差の様子が示されている。

電流センサ６として、電流検出用抵抗を用いた場合、発熱量抑制の観点から、一般的に、電流検出用抵抗の抵抗値Ｒｒが小さいことが多い。したがって、電流センサ６が出力する電圧値Ｖｒも小さい。

具体例として、抵抗値Ｒｒが０．５ｍΩであり、電流検出部２０が電流検出値として算出する電流値Ｉｒの最大値が２００Ａであれば、オームの法則により、電圧値Ｖｒの最大値が０．１Ｖとなり、電圧値Ｖｒが小さいことが分かる。そこで、一般的には、差動アンプを使用し、差動アンプによって電圧値Ｖｒを増幅する。この場合、電圧値Ｖｒではなく、増幅後の電圧値Ｖｒａを用いて、電流検出値を算出する。

差動アンプの増幅率が例えば５０倍であれば、電圧値Ｖｒａは、Ｖｒａ＝５０×Ｖｒより、電圧値Ｖｒａの最大値が５Ｖとなる。この場合、電流検出の感度は、２５ｍＶ／Ａとなり、ゲインＫ０は、Ｋ０＝（電流値Ｉｒの最大値）／（電圧値Ｖｒａの最大値）＝２００／５より、４０Ａ／Ｖとなる。

理想的な状態であれば、電圧値ＶｒａにゲインＫ０を乗じることで、適切な電流検出値が算出され、算出された電流検出値と、電動機２に実際に流れる実電流値とが同等になる。しかしながら、実際には、電流センサ６の出力誤差が影響するので、図２に示すように、電流検出値と、実電流値とが異なる。

具体的には、抵抗値Ｒｒに５％の誤差、すなわちゲインＫ０に５％の誤差があり、真値が５０Ａの場合、真値に対して、電流検出値には２．５Ａの誤差が生じる。また、１００ｍＶのオフセットがある場合、真値に対して、電流検出値には４Ａの誤差が生じる。

続いて、電動機２のＵ相、Ｖ相およびＷ相の各相に、オフセットが０Ａであり、かつ振幅が５０Ａの交流電流が流れている場合を例に挙げて、図３Ａ〜図５Ｂを参照しながら、ｄ軸電流およびｑ軸電流のそれぞれに発生する脈動成分について説明する。

図３Ａは、本発明の実施の形態１において、電流センサ６の出力誤差がないという理想的な状態を考えた場合の、各相電流値の時間変化を示す説明図である。図３Ｂは、本発明の実施の形態１において、電流センサ６の出力誤差がないという理想的な状態を考えた場合の、ｄ軸電流値およびｑ軸電流値の時間変化を示す説明図である。

図４Ａは、本発明の実施の形態１において、Ｕ相に対応する電流センサ６についてオフセット誤差が生じた場合の、各相電流値の時間変化を示す説明図である。図４Ｂは、本発明の実施の形態１において、Ｕ相に対応する電流センサ６についてオフセット誤差が生じた場合の、ｄ軸電流値およびｑ軸電流値の時間変化を示す説明図である。

図５Ａは、本発明の実施の形態１において、Ｕ相に対応する電流センサ６についてゲイン誤差が生じた場合の、各相電流値の時間変化を示す説明図である。図５Ｂは、本発明の実施の形態１において、Ｕ相に対応する電流センサ６についてゲイン誤差が生じた場合の、ｄ軸電流値およびｑ軸電流値の時間変化を示す説明図である。

なお、図４Ｂおよび図５Ｂでは、図３Ｂのｄ軸電流値およびｑ軸電流値と比較するために、図３Ｂのｄ軸電流値およびｑ軸電流値の時間変化も併せて図示している。

図３Ａに示すように、電流センサ６の出力誤差がないという理想的な状態において、誤差なく検出した各相電流から、一般的な三相−ｄｑ変換を用いて、ｄ軸電流およびｑ軸電流を算出すると、ｄ軸電流値およびｑ軸電流値の時間変化は、図３Ｂに示すとおりとなる。すなわち、図３Ｂに示すように、ｄ軸電流値が０Ａで一定となり、ｑ軸電流値が６１Ａで一定となり、さらに、脈動成分が見られない。

しかしながら、電流検出においてオフセットがある場合、ｄ軸電流およびｑ軸電流のそれぞれに脈動成分が含まれ、電流検出においてゲイン誤差がある場合、ｑ軸電流に脈動成分が含まれる。

具体的には、図４Ａに示すように、Ｕ相電流検出値にｉｅ（＝４Ａ）のオフセット誤差がある場合、ｄ軸電流およびｑ軸電流は、以下の式（１）のように表すことができる。

ただし、ｉｄおよびｉｑは、それぞれｄ軸実電流値およびｑ軸実電流値を示し、ｉｕ’、ｉｖ’およびｉｗ’は、それぞれＵ相電流検出値、Ｖ相電流検出値およびＷ相電流検出値を示す。また、ＣＴは、回転座標系αβ軸からｄｑ軸への変換行列を示し、Ｃは、ＵＶＷ相からαβ軸への変換行列を示す。

ここで、式（１）において、ＣＴおよびＣは、線形変換をするための行列であることから、式（１）の右辺については、（ｉｕ’，ｉｖ’，ｉｗ’）と（ｉｅ，０，０）との二項に分けることができる。また、（ｉｕ’，ｉｖ’，ｉｗ’）の項は、これらの値を用いて電流制御が行われるので、そのｄｑ軸換算値には脈動成分が含まれない。したがって、トルクリプルをもたらすｄｑ軸電流の脈動成分は、以下の式（２）のように表すことができる。

ただし、ｉｄｅおよびｉｑｅは、それぞれｄｑ軸電流の脈動成分を示す。

また、式（２）を整理すると、以下の式（３）のように表すことができる。

ただし、θは、Ｕ相から見たｄ軸の電気角を示す。

式（３）から分かるように、電流検出においてオフセットがある場合、ｄ軸電流およびｑ軸電流のそれぞれには、電気角周期θの脈動が発生し、その脈動の大きさ（すなわち、脈動の振幅値）は、（√２）×ｉｅとなる。通常、トルクは、ｑ軸電流に比例するので、このような電流脈動によってトルク脈動が引き起こされる。

したがって、電動機２の各相に実際にはオフセットが０Ａであり、かつ振幅が５０Ａの交流電流が流れている場合であっても、電流検出においてオフセットがあれば、図４Ｂに示すように、ｄ軸電流およびｑ軸電流のそれぞれに振幅が約６Ａであり、かつ電気角周期の脈動が生じる。

また、図５Ａに示すように、Ｕ相電流検出値とＶ相電流検出値との間に、ｋｅ（＝１．０５）のゲイン誤差がある場合、Ｕ相電流およびＶ相電流は、以下の式（４）のように表すことができる。

ただし、ｉｕおよびｉｖは、それぞれＵ相実電流値およびＶ相実電流値を示し、ｉｕ’およびｉｖ’は、それぞれＵ相電流検出値およびＶ相電流検出値を示す。

式（４）において、両辺を変換行列ＣＴおよびＣによって、ｄｑ軸上の電流値で表した後、左辺の変換行列を右辺に寄せれば、以下の式（５）のように表すことができる。

ただし、ｉｄおよびｉｑは、それぞれｄ軸実電流値およびｑ軸実電流値を示し、ｉｄ’およびｉｑ’は、それぞれ、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の各相電流検出値を変換することで得られるｄ軸電流値およびｑ軸電流値である。

また、Ｋｅ＝１＋ｅとして、式（５）を整理すると、以下の式（６）のように表すことができる。

ただし、ｓは、ｓｉｎθを示し、ｃは、ｃｏｓθを示し、θは、Ｕ相から見たｄ軸の電気角を示す。

以上より、例えばｄ軸電流零制御が行われる場合、電流検出においてゲイン誤差があるとき、実際のｑ軸電流は、式（６）を整理することで、以下の式（７）のように表すことができる。

式（７）から分かるように、電流検出においてゲイン誤差がある場合、ｑ軸電流には、電気角の倍周期２θの脈動が発生し、その脈動の大きさ（すなわち、脈動の振幅値）は、のｅ／√３であることが分かる。

したがって、電動機２の各相に実際にはオフセットが０Ａであり、かつ振幅が５０Ａの交流電流が流れている場合であっても、電流検出においてゲイン誤差があれば、図５Ｂに示すように、ｑ軸電流に振幅が約２Ａであり、かつ電気角の倍周期の脈動が生じる。

以上のように、オフセット誤差またはゲイン誤差に起因した電流センサ６の出力誤差があれば、それぞれの誤差に起因した脈動が発生する。したがって、脈動成分を抽出し、抽出した脈動の振幅値を確認すれば、オフセット誤差またはゲイン誤差が発生していることが分かる。また、オフセット誤差またはゲイン誤差を補正する際に、補正前後における脈動の振幅値の変化を確認すれば、その補正が正しく行われているか誤って行われているかを確認することができる。

すなわち、補正が正しく行われていれば、脈動が抑制される方向に変化するので、補正前の脈動の振幅値に対して、補正後の脈動の振幅値が小さくなることとなる。一方、補正が誤って行われていれば、脈動が抑制される方向ではなく、脈動が促進される方向に変化するので、補正前の脈動の振幅値に対して、補正後の脈動の振幅値が大きくなることとなる。本実施の形態１では、本発明者が見出したこのような特性を利用して、電流センサの出力誤差に対する補正誤りを検出している。

次に、電流検出部２０の詳細について説明する。図１の説明に戻り、電流検出部２０は、センサ出力取込部２１、電流算出部２２、センサ換算係数算出部２３、センサ補正結果判定部２４およびｄｑ軸座標変換部２５を有する。

センサ出力取込部２１は、設定された取込タイミングで、電流センサ６が出力する電流信号を取り込む。また、センサ出力取込部２１は、電流センサ６から取り込んだ電流信号を電流算出部２２に出力する。

なお、センサ出力取込部２１が電流センサ６から電流信号を取り込む取込タイミングは、使用する電流センサ６のタイプに適したタイミングとなるように、あらかじめ設定しておけばよい。

具体的には、例えば、電流検出用抵抗を用いて上アームの通電素子に流れる電流を検知するように電流センサ６を構成した場合、取込タイミングを、上アームがオンとなるタイミングとする。また、電流検出用抵抗を用いて下アームの通電素子に流れる電流を検知するように電流センサ６を構成した場合、取込タイミングを、下アームがオンとなるタイミングとする。

また、電動機２に流れる相電流を直接検知するように電流センサ６を構成した場合、電動機２に通電する際には、常に電流が流れていることとなるので、取込タイミングを、上アームがオンのタイミングおよび下アームがオンのタイミングのいずれのタイミングとしてもよい。

なお、一般的には、ＰＷＭ信号の搬送波周期に同期させて電流の検出を行う場合が多い。ここでは、下アームの通電素子に流れる電流、または電動機２に流れる相電流を検知するように電流センサ６を構成するとともに、取込タイミングを下アームがオンとなるタイミングとするものとする。すなわち、センサ出力取込部２１は、下アームがオンとなるタイミングで、電流センサ６から電流信号を取り込むものとする。

電流算出部２２は、センサ出力取込部２１から入力された電流信号と、センサ換算係数算出部２３から入力されたセンサ換算係数とに基づいて、電動機２に流れる三相電流値を算出する。また、電流算出部２２は、算出した三相電流値をｄｑ軸座標変換部２５に出力する。なお、ここでいうセンサ換算係数とは、ゲインおよびオフセットの少なくとも一方を意味する。

ｄｑ軸座標変換部２５は、三相電流値をｄ軸電流値およびｑ軸電流値に変換し、ｄ軸電流値およびｑ軸電流値を、減算器１６およびセンサ補正結果判定部２４に出力する。

センサ換算係数算出部２３は、センサ換算係数推定部２３１、センサ換算係数目標値算出部２３２、減算器２３３およびセンサ補正量調整部２３４を有する。

センサ換算係数推定部２３１は、電流算出部２２に設定すべき最適なセンサ換算係数を推定し、推定したセンサ換算係数をセンサ換算係数推定値として、センサ換算係数目標値算出部２３２およびセンサ補正量調整部２３４に出力する。なお、電流算出部２２に設定すべき最適なセンサ換算係数を推定する方法については、公知の技術を適用すればどのような方法であってもよい。ここでは、温度検出部１３から入力された温度値を用いて、センサ換算係数を推定する方法を採用している。

すなわち、センサ換算係数推定部２３１は、温度値が高くなるほどセンサ換算係数が小さくなるようにあらかじめ定められた関連付けに従って、温度検出部１３から入力された温度値に対応するセンサ換算係数を算出し、算出したセンサ換算係数をセンサ換算係数推定値として出力する。なお、温度値とセンサ換算係数との関連付けは、例えば、電流センサ６が使用される前の初期状態（具体的には、例えば、製品出荷時）に調整を行い、実測することで、あらかじめ定めればよい。

センサ換算係数目標値算出部２３２は、センサ換算係数推定部２３１の出力と、センサ出力誤差判定部２４２の出力と、減算器２３３の出力とに応じて、センサ換算係数目標値を算出する。減算器２３３は、センサ換算係数目標値算出部２３２の出力の今回値と、センサ補正量調整部２３４の出力の前回値との差分を算出し、算出した差分をセンサ補正量調整部２３４およびセンサ換算係数目標値算出部２３２に出力する。

センサ補正量調整部２３４は、減算器２３３から入力された差分が０である場合には、センサ換算係数目標値算出部２３２から入力されたセンサ換算係数目標値の補正を行わずに、そのままセンサ換算係数目標値をセンサ換算係数設定値として電流算出部２２に出力する。一方、センサ補正量調整部２３４は、減算器２３３から入力された差分が０でない場合には、差分が０に近づくようにセンサ換算係数目標値の補正を行い、補正後のセンサ換算係数目標値をセンサ換算係数設定値として電流算出部２２に出力する。

センサ補正結果判定部２４は、特定周波数成分抽出部２４１およびセンサ出力誤差判定部２４２を有する。

特定周波数成分抽出部２４１は、電気角周波数検出部１４から入力された電気角周波数を用いて、ｄｑ軸座標変換部２５から入力されたｄ軸電流およびｑ軸電流のそれぞれに発生する脈動成分を特定周波数成分として抽出する。また、特定周波数成分抽出部２４１は、抽出した脈動成分を、センサ出力誤差判定部２４２に出力する。

なお、特定周波数成分抽出部２４１の構成例として、一般的なローパスフィルタとハイパスフィルタとを組み合わせて構成する場合には、電気角周波数を抽出中心とするフィルタ定数を設定する。このように構成することで、特定周波数成分抽出部２４１は、オフセット誤差に起因した脈動成分を抽出することができる。

また、特定周波数成分抽出部２４１の構成例として、一般的なローパスフィルタとハイパスフィルタとを組み合わせて構成する場合には、電気角の半分の周波数を抽出中心とするフィルタ定数を設定する。このように構成することによって、特定周波数成分抽出部２４１は、ゲイン誤差に起因した脈動成分を抽出することができる。

センサ出力誤差判定部２４２は、特定周波数成分抽出部２４１から今回、特定周波数成分値として入力された脈動成分の振幅値と、特定周波数成分抽出部２４１から前回、特定周波数成分値として入力された脈動成分の振幅値とを比較することで、センサ補正量調整部２３４が適切なセンサ換算係数設定値を出力しているか否かを判定する。

ここで、今回入力された脈動成分の振幅値が、前回入力された脈動成分の振幅値よりも大きくなる方向に変化していれば、電流センサ６の出力誤差に対して行った補正が誤っていると判断できる。すなわち、センサ補正量調整部２３４は、適切なセンサ換算係数設定値を電流算出部２２に出力していないこととなる。

一方、今回入力された脈動成分の振幅値が、前回入力された脈動成分の振幅値よりも小さくなる方向に変化していれば、電流センサ６の出力誤差に対して行った補正が正しいと判断できる。すなわち、センサ補正量調整部２３４は、適切なセンサ換算係数設定値を電流算出部２２に出力していることとなる。

このように、特定周波数成分抽出部２４１から今回入力された脈動成分の振幅値と、特定周波数成分抽出部２４１から前回入力された脈動成分の振幅値とを比較することで、電流センサ６の出力誤差に対して誤った補正が行われているか否かを判定することができる。なお、センサ出力誤差判定部２４２は、あらかじめ設定された回数だけ、今回入力された脈動成分の振幅値が、前回入力された脈動成分の振幅値よりも大きくなる方向に連続して変化していれば、誤った補正が行われていると判定するように構成してもよい。

また、センサ出力誤差判定部２４２は、判定結果を補正誤り判定結果としてセンサ換算係数目標値算出部２３２に出力する。

センサ換算係数目標値算出部２３２は、センサ出力誤差判定部２４２によって誤った補正が行われていないと判定された場合には、センサ換算係数推定部２３１から入力されたセンサ換算係数推定値をセンサ換算係数目標値として出力する。

また、センサ換算係数目標値算出部２３２は、センサ出力誤差判定部２４２によって誤った補正が行われていると判定され、かつ減算器２３３から入力された差分が負値の場合、センサ換算係数推定部２３１から入力されたセンサ換算係数推定値を増方向に修正し、修正した値をセンサ換算係数目標値として出力する。

一方、同様に、センサ換算係数目標値算出部２３２は、センサ出力誤差判定部２４２によって誤った補正が行われていると判定され、かつ減算器２３３から入力された差分が正値の場合、センサ換算係数推定部２３１から入力されたセンサ換算係数推定値を減方向に修正し、修正した値をセンサ換算係数目標値として出力する。

このように構成することで、センサ換算係数目標値算出部２３２は、センサ換算係数推定部２３１の出力に基づいたセンサ換算係数目標値の算出を停止することなく、補正を継続することができる。

なお、センサ換算係数目標値算出部２３２は、センサ出力誤差判定部２４２によって誤った補正が行われていると判定された場合には、センサ換算係数推定値の修正をせずに、誤った補正が行われていないと判定されていた場合にセンサ換算係数推定部２３１から入力されたセンサ換算係数推定値を、センサ換算係数目標値として出力するようにしてもよい。

次に、センサ換算係数算出部２３およびセンサ補正結果判定部２４の動作について、図６Ａおよび図６Ｂを参照しながら説明する。図６Ａは、本発明の実施の形態１において、センサ換算係数算出部２３およびセンサ補正結果判定部２４の動作を説明するための図である。図６Ｂは、図６Ａと比較するための説明図である。

なお、図６Ａでは、本制御を用いてゲインを補正した場合の一例を示し、図６Ｂでは、本制御を用いずにゲインを補正した場合の一例を示す。換言すると、図６Ｂでは、図６Ａと比較するために、センサ補正結果判定部２４が設けられていない場合に、ゲインを補正したときの一例を示す。また、図６Ｂでは、本制御を用いていないので、補正誤りが発生してもゲインを補正し続けたときに示す特定周波数成分値および補正判定結果を、図６Ａとの比較のために記載している。

なお、本実施の形態１では、センサ換算係数目標値算出部２３２は、センサ補正量調整部２３４と同じサンプリングで動作する。また、センサ換算係数目標値算出部２３２は、センサ換算係数推定部２３１の出力を一定の周期でセンサ換算係数目標値として出力する一方、センサ出力誤差判定部２４２によって誤った補正が行われていると判定された場合には、減算器２３３の出力の正負に応じて、センサ換算係数推定部２３１の出力を減方向または増方向に修正し、修正した値を、センサ換算係数目標値として出力する。

図６Ａおよび図６Ｂから分かるように、センサ換算係数目標値算出部２３２の出力であるセンサゲイン推定値と、センサ補正量調整部２３４の出力であるセンサゲイン設定値の前回値との差分を減算器２３３で算出し、差分が０ではない場合に、センサ補正量調整部２３４は、差分が小さくなるようゲインを徐々に補正していく。なお、ここでは、あらかじめ設定した一定のレートで、ゲインを補正するものとする。

センサ換算係数推定部２３１において、誤りなくゲインを算出できている場合には、経時変化等が電流センサに生じても、電流センサ６の出力誤差を低減し、電動機２の電流制御を精度良く実行できる。

しかしながら、図６Ｂに示すように、補正の誤りに気付かず、補正を継続すると補正前よりも電流センサの出力誤差が次第に大きくなり、電動機２の電流制御の精度を悪化させるおそれがある。

そこで、センサ補正結果判定部２４を設けることで、図６Ａに示すように、センサ補正結果判定部２４の出力である補正誤り判定結果が誤った補正が行われていることを示す場合には、ゲイン目標値を修正し、正しい補正が行われる方向に訂正する。

また、図６Ａに示すように、センサ補正結果判定部２４の出力である補正誤り判定結果が誤っていない（すなわち、正しい）補正が行われていることを示す場合には、センサ補正量調整部２３４は、センサ換算係数目標値算出部２３２から今回入力されたセンサ換算係数目標値の補正を行い、補正後のセンサ換算係数目標値を今回の出力値として、電流算出部２２に出力する。ただし、センサ補正量調整部２３４は、減算器２３３から入力された差分が０である場合には、センサ換算係数目標値算出部２３２から入力されたセンサ換算係数目標値の補正を行わずに、そのままセンサ換算係数目標値を今回の出力値として電流算出部２２に出力する。

次に、センサ換算係数算出部２３およびセンサ補正結果判定部２４の動作について、図６Ａを参照しながら、時系列で詳細に説明する。

まず、時刻ｔｘ１において、電流センサゲインの真値が変化し、特定周波数成分抽出部２４１の出力である、ｑ軸電流の脈動成分の振幅値が大きくなる方向に変化する。この時、センサ換算係数推定部２３１は、正しくセンサゲインを推定しているので、ゲインの真値と、センサ換算係数推定部２３１の出力であるゲイン推定値と、センサ換算係数目標値算出部２３２の出力であるゲイン目標値とは、全て等しい。この場合、センサ補正量調整部２３４は、ゲイン設定値とゲイン目標値との間の差分が小さくなるようにゲイン設定値の出力を徐々に下げていく。

時刻ｔｘ２では、時刻ｔｘ１におけるゲイン設定値の変更が反映されることでゲイン設定値がゲインの真値に近づくので、ｑ軸電流の脈動成分の振幅値が小さくなる方向に変化する。ここで、ｑ軸電流の脈動成分の振幅値が大きいほど、センサ換算係数設定値と、センサ換算係数の真値との誤差が大きいことを示す。したがって、時刻ｔｘ１に比べて、時刻ｔｘ２におけるｑ軸電流の脈動成分の振幅値が減少していることから、センサ出力誤差判定部２４２は、時刻ｔｘ１におけるゲイン補正が正しい方向になされたと判定することができる。

なお、センサ出力誤差判定部２４２は、時刻ｔｘ１のようにゲイン推定値が変化した時刻では、補正誤りの判定を行わない。このように構成することで、ゲイン推定値が変化した時刻に検出される特定周波数成分値が、ゲイン推定値が変化する前の時刻に検出される特定周波数成分値（＝０）に対して増加する等の変化をする場合、補正誤りが発生していないにもかかわらず、ゲイン推定値が変化した時刻に、補正誤り有りと判定する信号がセンサ出力誤差判定部２４２から出力されることのないようにすることができる。

時刻ｔｘ３では、ゲイン設定値とゲイン目標値とが等しくなるので、センサ補正量調整部２３４は、ゲイン設定値の変更を停止する。

また、時刻ｔｘ４において、ｑ軸電流の脈動成分の振幅値が０となり、さらに、時刻ｔｘ５において、時刻ｔｘ４に対して、ｑ軸電流の脈動成分の振幅値の増減が０となる。

続いて、時刻ｔｙ１において、電流センサゲインの真値が変化し、特定周波数成分抽出部２４１の出力である、ｑ軸電流の脈動成分の振幅値が大きくなる方向に変化する。この時、センサ換算係数推定部２３１による推定誤りが発生しており、具体的には、センサ換算係数推定部２３１は、ゲインの真値よりも小さな値を、ゲイン推定値として出力している。この場合、センサ換算係数目標値算出部２３２は、誤ったゲイン推定値をゲイン目標値として出力し、センサ補正量調整部２３４は、ゲイン設定値とゲイン目標値との間の差分が小さくなるようにゲイン設定値の出力を徐々に下げていく。

時刻ｔｙ２では、時刻ｔｙ１におけるゲイン設定値の変更が反映されることでゲイン設定値がゲインの真値に近づくので、ｑ軸電流の脈動成分の振幅値が小さくなる方向に変化する。また、時刻ｔｙ１に比べて、時刻ｔｙ２におけるｑ軸電流の脈動成分の振幅値が減少していることから、センサ出力誤差判定部２４２は、時刻ｔｙ１におけるゲイン補正が正しい方向になされたと判定することができる。そして、ゲイン設定値がゲインの真値を下回るまでは正しい補正が継続されることとなる。

時刻ｔｙ３において、ゲイン設定値がゲインの真値と等しくなるので、時刻ｔｙ４では、ｑ軸電流の脈動成分の振幅値が０になる。

しかしながら、前述したように、センサ換算係数推定部２３１は、ゲインの推定を誤っているので、ゲイン目標値は、ゲインの真値よりも小さい。したがって、センサ補正量調整部２３４は、ゲイン設定値とゲイン目標値との間の差分が小さくなるようにゲイン設定値の出力を更に下げる。このため、時刻ｔｙ５におけるｑ軸電流の脈動成分の振幅値は、時刻ｔｙ４におけるｑ軸電流の脈動成分の振幅値と比べて増加していることから、センサ出力誤差判定部２４２は、時刻ｔｙ４におけるゲイン補正が誤った方向になされたと判定することができる。

時刻ｔｙ５以降、センサ補正量調整部２３４は、ゲイン設定値とゲイン目標値との間の差分が小さくなるようにゲイン設定値の出力を更に下げるので、ｑ軸電流の脈動成分の振幅の前回値に比べて今回値の増加する区間が継続される。

センサ出力誤差判定部２４２によってゲイン補正が誤った方向になされたとはじめて判定された時刻ｔｙ５から、このような判定があらかじめ設定された判定時間だけ継続した時刻ｔｙ６において、センサ換算係数目標値算出部２３２は、『補正誤り警告』が発生したと認識する。この場合、センサ換算係数目標値算出部２３２は、現在の補正方向が負方向であることを考慮して、ゲイン目標値の更新を行う。

具体的には、センサ換算係数目標値算出部２３２は、ゲイン目標値の更新として、センサ換算係数推定部２３１から出力されたゲイン推定値を上方修正した値を、ゲイン目標値として出力する。

なお、ゲイン推定値に対してどのぐらい上方修正するかは、あらかじめ設定しておけばよい。また、ここでは、センサ換算係数目標値算出部２３２は、時刻ｔｙ６で『補正誤り警告』が発生したと認識するように構成する場合を例示するが、センサ換算係数目標値算出部２３２は、時刻ｔｙ５で『補正誤り警告』が発生したと認識するように構成してもよい。さらに、ここでは、具体例として、センサ換算係数目標値算出部２３２は、ゲイン目標値をゲイン真値と等しい値に上方修正できたものとする。

時刻ｔｙ７では、時刻ｔｙ６におけるゲイン設定値の変更が反映されることでゲイン設定値がゲインの真値に近づく。したがって、時刻ｔｙ６に比べて、時刻ｔｙ７におけるｑ軸電流の脈動成分の振幅値が減少していることから、センサ出力誤差判定部２４２は、時刻ｔｙ６におけるゲイン補正が正しい方向になされたと判定することができる。

時刻ｔｙ８において、ゲイン設定値がゲインの真値と等しくなるので、センサ補正量調整部２３４は、ゲイン設定値の変更を停止する。

また、時刻ｔｙ９において、ｑ軸電流の脈動成分の振幅値が０となり、補正が終了したことが分かる。

続いて、時刻ｔｚ１では、電流センサゲインの真値が変化していないが、センサ換算係数推定部２３１による推定誤りが発生しており、センサ換算係数推定部２３１は、ゲインの真値よりも大きな値を、ゲイン推定値として出力している。この時点では、ゲインの真値とゲイン設定値との間に誤差はないので、特定周波数成分抽出部２４１は、ｑ軸電流の脈動成分の振幅値として０を出力する。

また、センサ換算係数目標値算出部２３２は、誤ったゲイン推定値をゲイン目標値として出力し、センサ補正量調整部２３４は、ゲイン設定値とゲイン目標値との間の差分が小さくなるようにゲイン設定値の出力を徐々に上げていく。

時刻ｔｚ２では、時刻ｔｚ１におけるゲイン設定値の変更が反映されることでゲイン設定値がゲインの真値から遠ざかるので、ｑ軸電流の脈動成分の振幅値が大きくなる方向に変化する。また、時刻ｔｚ１に比べて、時刻ｔｚ２におけるｑ軸電流の脈動成分の振幅値が増加していることから、センサ出力誤差判定部２４２は、時刻ｔｚ１におけるゲイン補正が誤った方向になされたと判定することができる。

センサ出力誤差判定部２４２によってゲイン補正が誤った方向になされたとはじめて判定された時刻ｔｚ２から、このような判定があらかじめ設定された判定時間だけ継続した時刻ｔｚ３において、センサ換算係数目標値算出部２３２は、『補正誤り警告』が発生したと認識する。この場合、センサ換算係数目標値算出部２３２は、現在の補正方向が正方向であることを考慮して、ゲイン目標値の更新を行う。

具体的には、センサ換算係数目標値算出部２３２は、ゲイン目標値の更新として、センサ換算係数推定部２３１から出力されたゲイン推定値を下方修正した値を、ゲイン目標値として出力する。

なお、ゲイン推定値に対してどのぐらい下方修正するかは、あらかじめ設定しておけばよい。また、ここでは、センサ換算係数目標値算出部２３２は、時刻ｔｚ３で『補正誤り警告』が発生したと認識するように構成する場合を例示するが、センサ換算係数目標値算出部２３２は、時刻ｔｚ２で『補正誤り警告』が発生したと認識するように構成してもよい。さらに、ここでは、具体例として、センサ換算係数目標値算出部２３２は、ゲイン目標値をゲイン真値と等しい値に下方修正できたものとする。

時刻ｔｚ４では、時刻ｔｚ３におけるゲイン設定値の変更が反映されることでゲイン設定値がゲインの真値に近づく。したがって、時刻ｔｚ３に比べて、時刻ｔｚ４におけるｑ軸電流の脈動成分の振幅値が減少していることから、センサ出力誤差判定部２４２は、時刻ｔｚ３におけるゲイン補正が正しい方向になされたと判定することができる。

時刻ｔｚ５において、ゲイン設定値がゲインの真値と等しくなるので、センサ補正量調整部２３４は、ゲイン設定値の変更を停止する。

また、時刻ｔｚ６において、ｑ軸電流の脈動成分の振幅値が０となり、補正が終了したことが分かる。

このように、電流センサの出力誤差に対して誤った補正が行われた場合には、センサ補正量調整部２３４は、センサ補正結果判定部２４による補正誤り判定結果に従って、正しい補正が行われる方向に訂正することができる。したがって、電流センサの出力誤差に対して誤った補正による電動機２の電流制御への悪影響を抑制することができる。

以上、本実施の形態１によれば、電流センサの出力から電動機の各相に流れる電流を検出する電流検出部は、電流センサの出力と、検出電流を算出するためセンサ換算係数設定値とから、検出電流を算出し、検出電流を出力する電流算出部と、センサ換算係数設定値を出力するセンサ換算係数算出部と、ｄ軸電流値およびｑ軸電流値のうちの少なくとも一方から脈動成分を抽出し、抽出した脈動成分の振幅値の変化から、センサ換算係数設定値を用いて電流センサの出力誤差に対して行った補正が誤っているか否かを判定するセンサ補正結果判定部とを有し、センサ換算係数算出部は、センサ補正結果判定部によって補正が誤っていると判定された場合、誤った方向への補正を停止する。

これにより、電流センサの出力誤差に対して誤った補正が行われた場合であっても、その補正誤りによる電動機の電流制御への悪影響を抑制することができる。

なお、本実施の形態１では、センサ換算係数目標値算出部２３２は、センサ出力誤差判定部２４２によって補正が誤っていると判定された場合、減算器２３３の出力が正値であれば、センサ換算係数推定部２３１の出力を下方修正し、減算器２３３の出力が負方向であれば、センサ換算係数推定部２３１の出力を上方修正し、修正した値をセンサ換算係数目標値として出力するように構成した。

しかしながら、前述したように、センサ換算係数目標値算出部２３２は、センサ出力誤差判定部２４２によって補正が誤っていると判定された場合、センサ換算係数推定値の修正をせずに、補正が誤っていないと判定されていた場合にセンサ換算係数推定部２３１から入力されたセンサ換算係数推定値を、センサ換算係数目標値として出力するように構成してもよい。これにより、簡易な構成で補正誤りによる電動機の電流制御への悪影響を抑制することができる。

実施の形態２．
先の実施の形態１では、センサ補正結果判定部２４は、ｄ軸電流値およびｑ軸電流値のうちの少なくとも一方から脈動成分を抽出し、抽出した脈動成分の振幅値の変化から、補正が誤っているか否かを判定するように構成する場合について説明した。これに対して、本発明の実施の形態２では、センサ補正結果判定部２４は、先の実施の形態１とは異なる手法で、補正が誤っているか否かを判定するように構成する場合について説明する。

なお、本実施の形態２では、先の実施の形態１と同様である点の説明を省略し、先の実施の形態１と異なる点を中心に説明する。

図７は、本発明の実施の形態２における電動機制御装置１の概略構成図である。図７に示すように、本実施の形態２における電動機制御装置１は、先の実施の形態１に対して、センサ補正結果判定部２４の構成が異なり、センサ補正結果判定部２４以外の構成については同様である。

図７において、センサ補正結果判定部２４は、センサ出力誤差判定部２４２、電動機特性同定部２４３および減算器２４４を有する。また、電圧指令生成部１７は、減算器１６から入力された算出結果から、ｄｑ軸上の電圧指令値を生成するｄｑ軸電圧指令生成部１７１と、ｄｑ軸電圧指令生成部１７１によって生成されたｄｑ軸電圧指令値と、回転位置検出部１１から入力された回転位置とに基づいて、一般的なｄｑ−三相変換を用いることで、三相交流の電圧指令値を生成する三相軸座標変換部１７２とを有する。

電動機特性同定部２４３は、電圧指令生成部１７から入力された電圧指令値に対して電動機２の電機子巻線に流れるべき電流目標値を、公知の電動機特性モデルに基づいて算出し、算出した電流目標値を減算器２４４に出力する。具体的には、図７に示すように、ｄｑ軸電圧指令生成部１７１によって生成されたｄｑ軸電圧指令値を、電動機特性同定部２４３に、電圧指令値として入力するように構成する。この場合、電動機特性同定部２４３は、入力されたｄｑ軸電圧指令値に対して、ｄｑ軸電流目標値を電流目標値として算出することとなる。なお、電動機特性モデルは、一般的な状態方程式に基づいて算出してもよく、あらかじめ電動機２を動作させることで取得した入出力特性から算出してもよい。

減算器２４４は、電動機特性同定部２４３から入力されたｄｑ軸電流目標値と、ｄｑ軸座標変換部２５から入力されたｄｑ軸電流値との差分を算出し、算出した差分をセンサ出力誤差判定部２４２に出力する。

ここで、電動機特性同定部２４３から入力されたｄｑ軸電流目標値と、ｄｑ軸座標変換部２５から入力されたｄｑ軸電流値との差分が大きくなるほど、電流センサの出力誤差が大きいことが分かる。そこで、このような特性を利用して、センサ出力誤差判定部２４２を構成する。

すなわち、センサ出力誤差判定部２４２は、センサ換算係数設定値を用いて電流センサの出力誤差に対して行った補正が誤っているか否かを判定する。具体的には、センサ出力誤差判定部２４２は、減算器２４４から入力された差分があらかじめ設定された閾値以上であれば、補正が誤っていると判定し、この差分がこの閾値未満であれば、補正が誤っていないと判定する。

なお、三相軸座標変換部１７２によって生成された三相交流の電圧指令値を、電動機特性同定部２４３に、電圧指令値として入力するように構成してもよい。この場合、電動機特性同定部２４３は、入力された三相交流の電圧指令値に対して、三相電流目標値を電流目標値として算出し、減算器２４４は、電動機特性同定部２４３から入力された三相電流目標値と、電流算出部２２から入力された三相電流値との差分を算出することとなる。ただし、サンプリングの制約を考慮すると、図７に示すように、ｄｑ軸電圧指令生成部１７１によって生成されたｄｑ軸電圧指令値を、電動機特性同定部２４３に、電圧指令値として入力するように構成することが好ましい。

以上、本実施の形態２によれば、先の実施の形態１に対して、電圧指令生成部の出力に対して電動機の電機子巻線に流れるべき電流目標値を、電動機特性モデルに基づいて算出し、算出した電流目標値と電流検出部による検出値との差分に応じて、センサ換算係数設定値を用いて電流センサの出力誤差に対して行った補正が誤っているか否かを判定するように構成している。これにより、先の実施の形態１と同様の効果が得られる。

なお、本実施の形態１、２では、センサ補正量調整部２３４における前回の出力値から今回の出力値への変化量に上下限リミットをかけ、ゲインを徐々に補正するように構成したが、このように構成することで、補正による電動機電流制御の変動を抑えることができる。一方、センサ換算係数推定部２３１の出力値をセンサ補正量調整部２３４の出力値として即時に反映することとしてもよい。この場合、補正による電動機電流制御の変動が生じるものの、電動機の電流制御をより精度良く行うことができる。これらは、システムに応じて調整し使い分けるべきである。

また、本実施の形態１では、特定周波数成分抽出部２４１は、ｄ軸電流およびｑ軸電流のそれぞれからＤＣ成分を抽出するように構成してもよい。この場合、特定周波数成分抽出部２４１の構成例としては、一般的なローパスフィルタを用いればよく、ＤＣ成分を抽出するためのフィルタ定数を設定すればよい。

ここで、ｄ軸電流およびｑ軸電流のそれぞれのＤＣ成分が大きいほど、ゲイン誤差に起因した脈動成分の振幅が大きくなる。そこで、センサ出力誤差判定部２４２は、ｄ軸電流およびｑ軸電流のそれぞれのＤＣ成分と、電気角の半分の周波数成分との比に応じて、誤った補正が行われているか否かを判定する。これにより、補正誤り判定の判定精度をより向上させることができる。

また、本実施の形態１、２では、センサ補正量調整部２３４は、三相のうち一相ずつセンサ換算係数の補正を行うように構成してもよい。このように、一相ずつ、センサ換算係数の補正を行うことで、補正誤り判定の判定精度をより向上させることができる。さらに、この場合、減算器２３３の出力である、センサ換算係数推定値とセンサ換算係数設定値の前回値との差分が大きい相から順に変更してもよい。このように、センサ換算係数の誤差が大きい相から補正を行うことで、補正にかかる時間を短縮することができる。

また、センサ出力誤差判定部２４２は、電流指令生成部１５の出力があらかじめ決められた許容変化量の範囲内で一定の時に判定を行うこととしてもよい。これにより、補正誤り判定の判定精度をより向上させることができる。

また、センサ換算係数算出部２３は、電流センサ６が初期状態のセンサ換算係数の初期値をあらかじめ記憶しておき、記憶した初期値と、センサ換算係数推定部２３１の出力との差分が、あらかじめ設定された閾値以上の場合、電流センサ６が故障していると判定するように構成してもよい。

また、本実施の形態１、２のように、電機子巻線が三相Ｙ結線の場合、三相の電流総和が０であり、この関係を利用すると、ある一相の電流を残り二相の電流から算出することができる。したがって、このような特性を利用し、センサ換算係数算出部２３は、ある一相に対応するセンサ換算係数設定値と、残り二相に対応するセンサ換算係数設定値との差分がそれぞれあらかじめ設定された閾値以上の場合、ある一相に対応する電流センサ６が故障していると判定するとともに、残りの二相の電流からある一相に流れる電流を推定するように構成してもよい。これにより、ある一相に対応する電流センサ６が故障した場合であっても、電動機２の制御を継続することができる。

また、本実施の形態１、２では、電動機制御装置１の制御対象である電動機２の電機子巻線が三相Ｙ結線である場合を例示したが、検出電流または線電流を検出可能な構成であれば、他の結線でもよく、例えば、三相Δ結線でもよい。なお、三相Δ結線の線電流の総和は、やはり０である。

また、本実施の形態１、２では、回転子の界磁の方式が永久磁石界磁方式である場合を例示したが、巻線界磁方式、およびこれら２つの方式を併用した併用方式であってもよい。この場合、通電信号生成部１８は、界磁巻線に通電するための通電信号を生成して出力し、電動機電力変換装置３は、その通電信号に基づいて界磁巻線に通電するように構成される。さらに、通電信号生成部１８は、電流算出部２２の出力値が許容電流値を超える場合には、界磁巻線に対する通電を停止するように通電信号を生成する構成としてもよい。

また、本実施の形態１、２では、電動機２の回転子位置を参照していたが、回転子位置を参照せずに、交流位相を内部で生成して通電する方式であってもよい。

また、本実施の形態１、２では、電圧指令に基づいて通電信号を生成していたが、電流算出部２２の電流値に基づいて通電信号を直接生成する構成であってもよい。

また、本実施の形態１、２では、三相−ｄｑ変換、ｄｑ−三相変換を用いて制御していたが、交流を直接制御してもよい。

また、本実施の形態１、２では、通電信号をＰＷＭ方式により生成していたが、これに限らず、三相交流電流をヒステリシス制御する方式に基づいて生成してもよい。この場合、通電信号生成部１８は、三相交流の電流指令と、電流算出部２２で算出される三相交流電流値とに基づき、電流リップルが許容範囲内に収まるように通電素子をスイッチングする通電信号を生成する。

また、本実施の形態１、２では、デューティ指令の範囲を固定的に設定することが考えられるが、運転条件によって変えるようにしてもよい。例えば、ＰＷＭのキャリア周波数が可変である場合、デューティ比が同一でもキャリア周波数が高くなるほどパルス幅が短くなるので、同一のデューティ指令でも電流検出精度が低下する可能性が考えられる。このような場合、キャリア周波数が高くなるほど、デューティ指令の範囲を広げるようにすることで、電流検出精度の低下を軽減することができる。

また、本実施の形態１、２では、あらかじめ設定された時間以上スイッチング状態の変化がない区間で電流を検出するようにする際、その時間を固定的に設定することが考えられるが、運転条件によって変えるようにしてもよい。例えば、スイッチングによるノイズの持続時間が、電流またはキャリア周波数などの運転条件によって変わる場合は、あらかじめ設定された時間を可変とすることで、運転条件が変化してもノイズの影響を軽減して電流を検出することができる。

１ 電動機制御装置、２ 電動機、３ 電動機電力変換装置、４ モータ位置センサ、５ 直流電圧センサ、６ 電流センサ、７ 温度センサ、１１ 回転位置検出部、１２ 直流電圧検出部、１３ 温度検出部、１４ 電気角周波数検出部、１５ 電流指令生成部、１６ 減算器、１７ 電圧指令生成部、１７１ ｄｑ軸電圧指令生成部、１７２ 三相軸座標変換部、１８ 通電信号生成部、２０ 電流検出部、２１ センサ出力取込部、２２ 電流算出部、２３ センサ換算係数算出部、２３１ センサ換算係数推定部、２３２ センサ換算係数目標値算出部、２３３ 減算器、２３４ センサ補正量調整部、２４ センサ補正結果判定部、２４１ 特定周波数成分抽出部、２４２ センサ出力誤差判定部、２４３ 電動機特性同定部、２４４ 減算器、２５ ｄｑ軸座標変換部。

Claims (8)

1. 電流センサの出力から電動機の各相に流れる電流を、センサ換算係数を用いて検出電流として検出し、前記検出電流をｄ軸電流値およびｑ軸電流値に変換し、前記ｄ軸電流値および前記ｑ軸電流値を出力する電流検出部と、
   前記電動機への電流指令を生成し、前記電流指令を出力する電流指令生成部と、
   前記電流検出部の出力と、前記電流指令生成部の出力とが一致するように、前記電動機への電圧指令を生成し、前記電圧指令を出力する電圧指令生成部と、
   前記電圧指令生成部の出力に従って、前記電動機に交流電圧を印加する電動機電力変換装置の駆動を制御するための通電信号を生成し、前記通電信号を出力する通電信号生成部と、
   を備え、前記通電信号を前記電動機電力変換装置に出力することで、前記電動機を制御する電動機制御装置であって、
   前記電流検出部は、
   前記電流センサの出力と、前記検出電流を算出するためのセンサ換算係数設定値とから、前記検出電流を算出し、前記検出電流を出力する電流算出部と、
   前記センサ換算係数設定値を出力するセンサ換算係数算出部と、
   前記ｄ軸電流値および前記ｑ軸電流値のうちの少なくとも一方から脈動成分を抽出し、抽出した前記脈動成分の振幅値の変化から、前記センサ換算係数設定値を用いて前記電流センサの出力誤差に対して行った補正が誤っているか否かの判定をするセンサ補正結果判定部と、
   を有し、
   前記センサ換算係数算出部は、
   前記センサ補正結果判定部によって前記補正が誤っていると判定された場合、誤った方向への前記補正を停止するように前記センサ換算係数設定値を定め、定めた前記センサ換算係数設定値を出力する
   電動機制御装置。
2. 電流センサの出力から電動機の各相に流れる電流を、センサ換算係数を用いて検出電流として検出し、前記検出電流を出力する電流検出部と、
   前記電動機への電流指令を生成し、前記電流指令を出力する電流指令生成部と、
   前記電流検出部の出力と、前記電流指令生成部の出力とが一致するように、前記電動機への電圧指令を生成し、前記電圧指令を出力する電圧指令生成部と、
   前記電圧指令生成部の出力に従って、前記電動機に交流電圧を印加する電動機電力変換装置の駆動を制御するための通電信号を生成し、前記通電信号を出力する通電信号生成部と、
   を備え、前記通電信号を前記電動機電力変換装置に出力することで、前記電動機を制御する電動機制御装置であって、
   前記電流検出部は、
   前記電流センサの出力と、前記検出電流を算出するためのセンサ換算係数設定値とから、前記検出電流を算出し、前記検出電流を出力する電流算出部と、
   前記センサ換算係数設定値を出力するセンサ換算係数算出部と、
   前記電圧指令生成部の出力に対して前記電動機の電機子巻線に流れるべき電流目標値を、電動機特性モデルに基づいて算出し、前記電流目標値と前記検出電流との差分に応じて、前記センサ換算係数設定値を用いて前記電流センサの出力誤差に対して行った補正が誤っているか否かの判定をするセンサ補正結果判定部と、
   を有し、
   前記センサ換算係数算出部は、
   前記センサ補正結果判定部によって前記補正が誤っていると判定された場合、誤った方向への前記補正を停止するように前記センサ換算係数設定値を定め、定めた前記センサ換算係数設定値を出力する
   電動機制御装置。
3. 前記センサ換算係数算出部は、
   前記電流センサの状態量に応じて、センサ換算係数推定値を推定し、前記センサ換算係数推定値を出力するセンサ換算係数推定部と、
   前記センサ換算係数推定部の出力と、前記センサ補正結果判定部の出力とに応じて、センサ換算係数目標値を算出し、前記センサ換算係数目標値を出力するセンサ換算係数目標値算出部と、
   前記センサ換算係数目標値算出部の出力に対して前記センサ換算係数設定値が徐々に近づくように前記センサ換算係数設定値を出力するセンサ補正量調整部と、
   を有する請求項１または２に記載の電動機制御装置。
4. 前記センサ換算係数算出部は、前記センサ換算係数推定値と前記センサ換算係数設定値の前回値との差分が大きい相から順に前記補正を行う
   請求項３に記載の電動機制御装置。
5. 前記センサ換算係数算出部は、前記電流センサが初期状態のセンサ換算係数の初期値をあらかじめ記憶しておき、記憶した前記初期値と、前記センサ換算係数推定部の出力との差分が、あらかじめ設定された閾値以上の場合、前記電流センサが故障していると判定する
   請求項３に記載の電動機制御装置。
6. 前記補正結果判定部は、前記電流指令生成部の出力があらかじめ決められた許容変化量の範囲内で一定の時に前記判定を行う
   請求項１から５のいずれか１項に記載の電動機制御装置。
7. 前記センサ換算係数算出部は、前記各相において一相ずつ前記補正を行う
   請求項１から６のいずれか１項に記載の電動機制御装置。
8. 前記センサ換算係数算出部は、ある一相に対応するセンサ換算係数設定値と、残り二相に対応するセンサ換算係数設定値との差分がそれぞれあらかじめ設定された閾値以上の場合、前記ある一相に対応する前記電流センサが故障していると判定するとともに、前記残りの二相の電流からある一相に流れる電流を推定することで、前記電動機の制御を継続する
   請求項１から７のいずれか１項に記載の電動機制御装置。

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