JP6344151B2 - 位置推定装置、モータ駆動制御装置、位置推定方法及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、位置推定装置、モータ駆動制御装置、位置推定方法及びプログラムに関する。

従来より、センサレスのモータ駆動制御装置においては、モータの回転子の回転位置を、位置センサを使用せずに推定するための様々な位置推定方法が提案されている。

例えば、下記特許文献１では、モータのコイル電流を検出する電流検出器を配し、コイル端子に印加する電圧と検出したコイル電流とをモータモデルに入力することで磁束を算出し、算出した磁束に基づいて回転位置を推定する方法が提案されている。

しかしながら、実際のモータには製造誤差等が含まれており、永久磁石により構成される回転子を一定速度で回転させたとしても、回転子巻線の鎖交磁束の変化（磁束波形）は理想的な正弦波形とならず、歪んだ波形となる。

このため、下記特許文献１のようにモータモデルを用いて磁束を算出し、算出した磁束に基づいて回転位置を推定する方法の場合、推定値に誤差が生じることとなる。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、モータの回転子の回転位置を精度よく推定できるようにすることを目的とする。

本発明の実施形態に係る位置推定装置は、以下のような構成を有する。すなわち、
モータの回転子の回転位置を推定する位置推定装置であって、
前記モータを同定したモータモデルに対して、前記モータに入力される電圧指令値と前記モータより検出したコイル電流値とを入力することで算出される、前記モータの磁束推定値を用いて、前記モータの回転子の回転位置を推定する推定手段と、
前記推定手段により推定された回転位置に応じた、前記モータの磁束波形の歪みによる磁束ずれ量を導出する導出手段と、を有し、
前記推定手段は、前記導出された磁束ずれ量に基づいて前記磁束推定値を補正し、該補正した磁束推定値に基づいて前記推定した回転位置を修正して出力することを特徴とする。

本発明の各実施形態によれば、モータの回転子の回転位置を精度よく推定できるようになる。

第１の実施形態に係るモータ駆動制御装置の構成を示す図である。 座標系の定義を示す図である。 転流駆動部を説明するための図である。 駆動回路の上側アームの一例を示す図である。 転流駆動部の動作を説明するための図である。 電流検出部の構成を示す図である。 磁束推定部の構成を示す図である。 位置・速度推定部の構成を示す図である。 磁束ずれ量の導出方法を説明するための図である。 位置・速度推定装置による位置・速度推定処理の流れを示すフローチャートである。 磁束ずれ量の算出方法を説明するための図である。 第２の実施形態に係るモータ駆動制御装置の構成を示す図である。 誘起電圧歪生成部の構成を示す図である。

以下、本発明の各実施形態について添付の図面を参照しながら説明する。なお、各実施形態に係る明細書及び図面の記載に際して、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く。

［第１の実施形態］
＜１．モータ駆動制御装置及びモータの説明＞
はじめに、第１の実施形態に係るモータ駆動制御装置１００及びモータ駆動制御装置１００により駆動制御されるモータ１４０について、図１を用いて説明する。図１は、第１の実施形態に係るモータ駆動制御装置１００の構成を示す図である。なお、図１に示すモータ駆動制御装置１００の各部は、複数のハードウェアにより実現されてもよいし、その一部または全部がプログラムをコンピュータに実行させることで実現されてもよい。

図１に示すように、モータ駆動制御装置１００は、速度制御部１１０、電流制御部１１１、回転座標／固定座標変換部１１２、２軸／３軸変換部１１３、転流駆動部１１４、電流検出部１１５、３軸／２軸変換部１１６、固定座標／回転座標変換部１１７を有する。更に、モータ駆動制御装置１００は、磁束推定部１２０、位置・速度推定装置１３０を有する。

モータ駆動制御装置１００により駆動制御されるモータ１４０は、例えばブラシレスモータであり、回転子１４１、コイル端子１４２、コイル１４３を有する。コイル１４３は、互いに１２０度の位相差をもち、Ｙ字結線されたＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相で構成される。ただし、モータ駆動制御装置１００により駆動制御されるモータ１４０は３相に限られない。また、ブラシレスモータに限定されず、ステッピングモータであってもよい。

回転子１４１は、コイル１４３と対向する位置に配置され、Ｓ極、Ｎ極が交互に並んだ永久磁石（図示せず）により構成される。モータ１４０は、コイル端子１４２からコイル１４３へ、回転子１４１の角度に応じて適切に転流された電流が供給されることで回転する。なお、本実施形態において回転子１４１の永久磁石は２×ｐ極（極ペア数はｐ）とする。

速度制御部１１０は、外部から入力される、又は予め設定された回転速度の目標速度値ω_ｔｇｔと、位置・速度推定装置１３０において推定された回転速度の推定値ω_ｍとに基づいて、目標電流値Ｉ_ｄ＊、Ｉ_ｑ＊を出力する。

電流制御部１１１は、ｄ軸及びｑ軸のそれぞれの比例積分制御器（図示せず）を有する。比例積分制御器は、ｄ軸及びｑ軸の目標電流値Ｉ_ｄ＊、Ｉ_ｑ＊と検出したコイル電流値Ｉ_ｄ、Ｉ_ｑとから、ｄ軸及びｑ軸のそれぞれに印加すべき電圧の指令値である電圧指令値Ｖ_ｄ＊、Ｖ_ｑ＊を生成する。すなわち、本実施形態の電圧指令値Ｖ_ｄ＊、Ｖ_ｑ＊は、モータ１４０を回転駆動させるためにコイル１４３に供給される電流を制御する制御信号である。

回転座標／固定座標変換部１１２は、電流制御部１１１から出力される電圧指令値Ｖ_ｄ＊、Ｖ_ｑ＊を入力し、図２に示すｄｑ回転座標系からαβ固定座標系へと座標変換して、αβ固定座標系の電圧指令値Ｖ_α、Ｖ_βを出力する。なお、図２は、座標系の定義を示す図であり、ＵＶＷ座標軸、αβ固定座標軸、ｄｑ回転座標軸の関係を示している。

回転座標／固定座標変換部１１２では、ｄｑ回転座標系からαβ固定座標系への座標変換を、下式（式１）に示す座標変換演算式を用いて行う。

２軸／３軸変換部１１３は、回転座標／固定座標変換部１１２から出力される電圧指令値Ｖ_α、Ｖ_βを入力し、図２に示すαβ固定座標系からＵＶＷ座標系へ座標変換して、相電圧指令値Ｖ_ｕ、Ｖ_ｖ、Ｖ_ｗを出力する。相電圧指令値Ｖ_ｕ、Ｖ_ｖ、Ｖ_ｗは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相それぞれのコイル端子１４２に印加すべき電圧値である。

２軸／３軸変換部１１３では、αβ固定座標系からＵＶＷ座標系への座標変換を、下式（式２）に示す座標変換演算式を用いて行う。

転流駆動部１１４は、相電圧指令値Ｖ_ｕ、Ｖ_ｖ、Ｖ_ｗに基づいて、パルス変調された電圧をモータ１４０のコイル端子１４２に印加する。

電流検出部１１５は、コイル１４３に流れるコイル電流のうち、Ｕ相及びＶ相のコイルに流れるコイル電流のコイル電流値Ｉ_ｕ、Ｉ_ｖ、Ｉ_ｗを検出して出力する。

３軸／２軸変換部１１６は、電流検出部１１５から出力されるコイル電流値Ｉ_ｕ、Ｉ_ｖ、Ｉ_ｗを入力し、図２に示すＵＶＷ座標系からαβ固定座標系へ座標変換して、コイル電流値Ｉ_α、Ｉ_βを出力する。３軸／２軸変換部１１６では、ＵＶＷ座標系からαβ固定座標系への座標変換を、下式（式３）に示す座標変換演算式を用いて行う。

固定座標／回転座標変換部１１７は、３軸／２軸変換部１１６から出力されるコイル電流値Ｉ_α、Ｉ_βを入力し、図２に示すαβ固定座標系からｄｑ回転座標系へ座標変換して、コイル電流値Ｉ_ｄ、Ｉ_ｑを出力する。固定座標／回転座標変換部１１７は、αβ固定座標系からｄｑ回転座標系への座標変換を、下式（式４）に示す座標変換演算式を用いて行う。

固定座標／回転座標変換部１１７より出力されたコイル電流値Ｉ_α、Ｉ_βは、電流制御部１１１に入力される。

磁束推定部１２０は、回転座標／固定座標変換部１１２から出力される電圧指令値Ｖ_α、Ｖ_β、３軸／２軸変換部１１６から出力されるコイル電流値Ｉ_α、Ｉ_β、位置・速度推定装置１３０から出力される、回転子１４１の回転速度の推定値ω_ｍを入力する。磁束推定部１２０は、入力された値に基づいて、αβ固定座標系の磁束推定値λ_α、λ_βを出力する。

位置・速度推定装置１３０は、磁束推定部１２０から出力される磁束推定値λ_α、λ_βを入力し、磁束波形の歪みを補正したうえで、回転子１４１の回転位置の推定値θ_ｅと回転速度の推定値ω_ｍを算出する。また、位置・速度推定装置１３０は、算出した回転位置の推定値θ_ｅを回転座標／固定座標変換部１１２と固定座標／回転座標変換部１１７に出力する。更に、位置・速度推定装置１３０は、算出した回転速度の推定値ω_ｍを速度制御部１１０と磁束推定部１２０に出力する。

図１に示すように、位置・速度推定装置１３０は、減算部１３１、１３２と、位置・速度推定部１３３と、磁束歪生成部１３４とを有しており、各部が連関して動作することで、位置・速度推定処理を行う。減算部１３１、１３２は、磁束推定部１２０から出力される磁束推定値λ_α、λ_βを、磁束歪生成部１３４から出力される磁束ずれ量△λ_α（θ_ｅ）、△λ_β（θ_ｅ）で減算し、磁束波形の歪みが補正された磁束推定値λ_{α＿ｍｏｄ}、λ_{β＿ｍｏｄ}を出力する。

磁束歪生成部１３４は、位置・速度推定部１３３において磁束推定値λ_α、λ_βに基づいて算出された回転位置の推定値θ_ｅを入力し、入力した回転位置の推定値θ_ｅに応じた磁束ずれ量△λ_α（θ_ｅ）、△λ_β（θ_ｅ）を出力する。

位置・速度推定部１３３は、減算部１３１、１３２より出力される、磁束波形の歪みが補正された磁束推定値λ_{α＿ｍｏｄ}、λ_{β＿ｍｏｄ}に基づいて、回転子１４１の回転位置の推定値θ_ｅと回転速度の推定値ω_ｍとを算出する。また、算出した回転位置の推定値θ_ｅを回転座標／固定座標変換部１１２、固定座標／回転座標変換部１１７及び磁束歪生成部１３４に出力する。また、算出した回転速度の推定値ω_ｍを速度制御部１１０と磁束推定部１２０とに出力する。回転速度の推定値ω_ｍが速度制御部１１０に出力されることで、速度制御部１１０ではモータ１４０の回転速度のフィードバック制御を行うことができる。

以下、上記モータ駆動制御装置１００の各部のうち、転流駆動部１１４、電流検出部１１５、磁束推定部１２０、位置・速度推定装置１３０について、更に詳細な説明を行う。

＜２．転流駆動部の詳細＞
はじめに、転流駆動部１１４の詳細について図３〜図５を用いて説明する。図３は、転流駆動部１１４を説明するための図である。

図３に示すように、転流駆動部１１４は、ＰＷＭ部３１０と、駆動回路３２０とを有する。ＰＷＭ部３１０は、相電圧指令値Ｖ_ｕ、Ｖ_ｖ、Ｖ_ｗをパルス幅変調し、３相のゲート信号ＵＨ、ＶＨ、ＷＨ、ＵＬ、ＶＬ、ＷＬを生成する。ゲート信号ＵＨ、ＶＨ、ＷＨ、ＵＬ、ＶＬ、ＷＬは、駆動回路３２０へ供給される。

駆動回路３２０は、上側アーム３２１と下側アーム３２２とが、３相接続されて構成されている。駆動回路３２０において、上側アーム３２１及び下側アーム３２２が有するスイッチング素子は、ゲート信号（ＵＨ、ＶＨ、ＷＨ、ＵＬ、ＶＬ、ＷＬ）によりＯＮ／ＯＦＦが制御される。駆動回路３２０は、コイル端子１４２にパルス幅変調された電圧を印加して、コイル１４３へ電流を供給することで、回転子１４１を回転駆動させる。

図４は、駆動回路３２０の上側アーム３２１の一例を示す図である。駆動回路３２０において、上側アーム３２１は、電源電圧Ｖｃｃに接続されたスイッチング素子４０１とダイオード４０２が並列に接続されている。また、本実施形態の下側アーム３２２は、上側アーム３２１と同様の構成であり、接地ＧＮＤに接続されている。

図５は、転流駆動部１１４の動作を説明する図である。なお、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相は同様の構成および動作であるため、図５ではＵ相のみについて説明する。

図５において、１段目に示す搬送波Ｖｃは、所定のＰＷＭ信号の周期ｔｐｗｍの三角波であり、接地ＧＮＤから電源電圧Ｖｃｃまでの振幅を持つものとした。以下の説明では、ＰＷＭ信号の周期をＰＷＭ周期と呼ぶ。

ＰＷＭ部３１０は、搬送波Ｖｃにおいて電源電圧Ｖｃｃと接地ＧＮＤの中央値（Ｖｃｃ／２）を仮想のゼロとして、電圧指令値Ｖ_ｕと搬送波Ｖｃを大小比較し、２段目に示すＰＷＭ信号Ｕｏｎを生成する。なお、電圧指令値Ｖ_ｕはＰＷＭ周期の先頭で値が更新される。

次にＰＷＭ部３１０は、３段目、４段目に示すように、ＰＷＭ信号Ｕｏｎに対してｔｄだけ遅れた信号である、上側アーム３２１のスイッチング素子４０１のゲート信号ＵＨを生成する。また、ＰＷＭ部３１０は、ＰＷＭ信号Ｕｏｎを反転し、立ち上がり（Ｕｏｎでは立ち下がり部分）を期間ｔｄの２倍だけ遅らせた信号である、下側アーム３２２のスイッチング素子のゲート信号ＵＬを生成する。なお、期間ｔｄは、上側アーム３２１と下側アーム３２２のスイッチング素子の短絡防止を目的に設けられた短絡防止区間（デッドタイム）である。

また、ＰＷＭ部３１０は、ＰＷＭ周期の中央から期間ｔｄだけ遅れたタイミングで、パルス信号であるトリガｔｒｇを電流検出部１１５に対して出力する。この遅延は、ゲート信号（ＵＨ、ＵＬ）が搬送波Ｖｃに対して期間ｔｄ分遅れて生成されることに合わせている。

＜３．電流検出部の詳細＞
次に、電流検出部１１５の詳細について図６を用いて説明する。図６は、電流検出部１１５の構成を示す図である。なお、電流検出部１１５は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のうち、少なくとも２相に同様の構成を設けるため、図６ではＵ相についてのみ説明する。

電流検出部１１５は、シャント抵抗６０１Ｕ、差動アンプ６０２Ｕ、ＡＤ変換部６０３Ｕを備える。シャント抵抗６０１Ｕは、コイル端子１４２と転流駆動部１１４との間のコイル電流経路上に挿入された抵抗である。

差動アンプ６０２Ｕは、反転入力端子と非反転入力端子とがシャント抵抗６０１Ｕの両端に接続されており、電流の大きさに比例してシャント抵抗６０１Ｕにより生じる電圧降下を検出し、所定の倍率で増幅して出力する。本実施形態では、ＡＤ変換部６０３Ｕの出力をコイル電流値Ｉ_ｕとした。

所定の倍率は、モータ１４０の動作条件から想定されるコイル電流の振幅とシャント抵抗６０１Ｕの抵抗値とに基づき、差動アンプ６０２Ｕの出力がＡＤ変換部６０３Ｕの入力のフルスケールの範囲内におさまるように設定する。

ＡＤ変換部６０３Ｕは、差動アンプ６０２Ｕの出力を所定の周期ごとにサンプリングした値を、所定の量子化分解能を最小単位とするデジタル値に変換し、コイル電流値として出力する。なお、量子化分解能［Ｖ／ＬＳＢ］は、ＡＤ変換部６０３Ｕのハードウェア仕様である入力フルスケールの電圧幅［Ｖ］をデータ分解能［ＬＳＢ］で除した値である。

＜４．磁束推定部の詳細＞
次に、磁束推定部１２０の詳細について図７を用いて説明する。図７は、磁束推定部１２０の構成を示す図である。図７に示すように、磁束推定部１２０は、モータモデル７０１、偏差増幅部７０２、ゲイン演算部７０３、減算部７１１、７１２を有する。

モータモデル７０１は、モータ１４０を同定したモデルであり、αβ固定座標系の電圧指令値Ｖ_α、Ｖ_βと、回転速度の推定値ω_ｍと、偏差ｅ１、ｅ２、ｅ３、ｅ４とに基づいて、αβ固定座標系の推定電流値Ｉ_α０、Ｉ_β０と、磁束推定値λ_α、λ_βを出力する。

モータモデル７０１は、下式（式５）にしたがってαβ固定座標系の推定電流値Ｉ_α０、Ｉ_β０と、磁束推定値λ_α、λ_βと算出する。なお、Ｒはコイル１４３の巻線抵抗値を表し、Ｌはコイル１４３のインダクタンスを表す。

減算部７１１は、推定電流値Ｉ_α０からコイル電流値Ｉ_αを減算した結果を電流偏差ｅ_αとして出力する。同様に、減算部７１２は、推定電流値Ｉ_α０からコイル電流値Ｉ_βを減算した結果を電流偏差ｅ_βとして出力する。

ゲイン演算部７０３は、位置・速度推定装置１３０から出力された回転速度の推定値ω_ｍに基づいて、下式（式６）に基づいてゲインｇ１、ｇ２、ｇ３、ｇ４を出力する。なお、ｋは１より大きい任意の実数である。

偏差増幅部７０２は、電流偏差ｅ_α、ｅ_βをゲインｇ１、ｇ２、ｇ３、ｇ４によって増幅し、偏差ｅ１、ｅ２、ｅ３、ｅ４を出力する。具体的には、偏差増幅部７０２は、下式（式７）にしたがって、偏差ｅ１、ｅ２、ｅ３、ｅ４を算出し、モータモデル７０１に出力する。

＜５．位置・速度推定装置の詳細＞
次に、位置・速度推定装置１３０の詳細について図８〜図１０を用いて説明する。はじめに、位置・速度推定部１３３について説明する。図８は、位置・速度推定装置１３０を構成する位置・速度推定部１３３の構成を示す図である。

図８に示すように、位置・速度推定部１３３は、位置推定部８０１と、微分器８０２と、増幅器８０３とを有する。

位置推定部８０１は、減算部１３１、１３２よりそれぞれ出力される、磁束波形の歪みが補正された磁束推定値λ_{α＿ｍｏｄ}、λ_{β＿ｍｏｄ}に基づいて、回転子１４１の回転位置の推定値θ_ｅを算出する。具体的には位置推定部８０１では、下式（式８）を用いて、回転子１４１の回転位置の推定値θ_ｅを算出する。

なお、磁束推定値λ_{α＿ｍｏｄ}、λ_{β＿ｍｏｄ}は、磁束ずれ量△λ_α（θ_ｅ）、△λ_β（θ_ｅ）が"０"の場合にあってはλ_α、λ_βとなる。

微分器８０２は、位置推定部８０１より出力された、回転子１４１の回転位置の推定値θ_ｅを微分し、増幅器８０３は、微分した推定値θ_ｅを１／ｐ倍することで、回転子１４１の回転速度の推定値ω_ｍを算出する。なお、ｐはモータ１４０の極ペア数である。

次に、磁束歪生成部１３４について説明する。図９は、位置・速度推定装置１３０を構成する磁束歪生成部１３４が有するデータベースである。図９に示すように、磁束歪生成部１３４は、例えば、モータ１４０の工場出荷前の調整時に測定した、回転子１４１の各回転位置における磁束ずれ量（理想的な磁束波形と実際の磁束波形との差）をデータベース９００として、内蔵する記憶素子に格納する。

そして、磁束歪生成部１３４では、位置・速度推定部１３３より回転位置の推定値θ_ｅが入力されると、内蔵する記憶素子に格納されたデータベース９００を参照する。これにより、磁束歪生成部１３４では、入力された回転位置の推定値θ_ｅに対応付けられた磁束ずれ量△λ_α（θ_ｅ）、△λ_β（θ_ｅ）を出力することができる。

続いて、図１０を用いて位置・速度推定装置１３０の各部が連関して動作することで実行される位置・速度推定処理の流れについて説明する。図１０は、位置・速度推定装置１３０による位置・速度推定処理の流れを示すフローチャートである。

ステップＳ１００１において、位置・速度推定部１３３は、カウンタｎに"１"を代入する。カウンタｎは、磁束推定部１２０より磁束推定値λ_α、λ_βが出力され、位置・速度推定部１３３において回転位置の推定値θ_ｅ及び回転速度の推定値ω_ｍを算出した回数をカウントする。

ステップＳ１００２において、位置・速度推定部１３３は、回転位置の推定値の初期値としてθ_ｅ＿０に"０"を代入する。

ステップＳ１００３において、減算部１３１、１３２は、磁束推定部１２０より磁束推定値λ_α＿ｎ、λ_β＿ｎを取得する。

ステップＳ１００４において、磁束歪生成部１３４では、位置・速度推定部１３３より出力された回転位置の推定値θ_{ｅ＿ｎ−１}に基づいて、磁束ずれ量△λ_α（θ_{ｅ＿ｎ−１}）、△λ_β（θ_{ｅ＿ｎ−１}）を算出する。磁束歪生成部１３４では、算出した磁束ずれ量△λ_α（θ_{ｅ＿ｎ−１}）、△λ_β（θ_{ｅ＿ｎ−１}）を減算部１３１、１３２に出力する。

ステップＳ１００５において、減算部１３１、１３２では、ステップＳ１００３において取得した磁束推定値λ_α＿ｎ、λ_β＿ｎを磁束ずれ量△λ_α（θ_{ｅ＿ｎ−１}）、△λ_β（θ_{ｅ＿ｎ−１}）で減算する。そして、波形歪みが補正された磁束推定値λ_{α＿ｍｏｄ＿ｎ}、λ_{β＿ｍｏｄ＿ｎ}を算出する。減算部１３１、１３２では、算出した磁束推定値λ_{α＿ｍｏｄ＿ｎ}、λ_{β＿ｍｏｄ＿ｎ}を位置・速度推定部１３３に出力する。

ステップＳ１００６において、位置・速度推定部１３３は、減算部１３１、１３２より出力された磁束推定値λ_{α＿ｍｏｄ＿ｎ}、λ_{β＿ｍｏｄ＿ｎ}に基づいて、回転位置の推定値θ_ｅ＿ｎを算出する。位置・速度推定部１３３では、算出した回転位置の推定値θ_ｅ＿ｎ（修正された推定値）を回転座標／固定座標変換部１１２及び固定座標／回転座標変換部１１７に出力する。更に、位置・速度推定部１３３では、算出した回転位置の推定値θ_ｅ＿ｎを磁束歪生成部１３４に出力し、次の磁束推定値の補正に利用する。

ステップＳ１００７において、位置・速度推定部１３３は、ステップＳ１００６において算出した回転位置の推定値θ_ｅ＿ｎに基づいて回転速度の推定値ω_ｍ＿ｎを算出し、速度制御部１１０及び磁束推定部１２０に出力する。その後、ステップＳ１００８に進み、カウンタｎをインクリメントした後、ステップＳ１００３に戻る。そして、磁束推定部１２０より次の磁束推定値λ_α＿ｎ、λ_β＿ｎを取得し、同様の処理を行う。

＜６．まとめ＞
以上の説明から明らかなように、本実施形態に係るモータ駆動制御装置では、
・磁束推定部より出力された磁束推定値に基づいて、位置・速度推定装置が回転子の回転位置の推定値を算出するにあたり、磁束波形の歪みによる磁束ずれ量を磁束推定値より減算する構成とした。
・磁束波形の歪みによる磁束ずれ量を、回転子の回転位置ごとに予め測定し、データベースとして位置・速度推定装置の記憶素子に格納しておくことで、回転位置の推定値の算出結果に対応付けられた磁束ずれ量を導出する構成とした。

これにより、回転時のモータの磁束波形に歪みがある場合でも、回転子の回転位置を精度よく推定することが可能となる。また、回転子の回転位置に基づいて算出される回転速度も、精度よく推定することが可能となる。

［第２の実施形態］
上記第１の実施形態では、回転子の各回転位置における磁束ずれ量を予め測定しておき、データベースとして記憶素子に格納する構成としたが、本発明はこれに限定されない。例えば、磁束ずれ量を、理想的な磁束波形の高調波成分として近似し、磁束波形の高調波成分を表す高次式を記憶素子に格納する構成としてもよい。

図１１は、理想的な磁束波形（点線１１０１）の高調波成分を示した図である。図１１の例では、高調波成分として異なる２種類の周波数の高調波成分（一点鎖線１１０２で示す高調波成分と、実線１１０３で示す高調波成分）を示している。

図１１に示す高調波成分を表す高次式を用いることで、磁束歪生成部１３４では、位置・速度推定部１３３より出力された回転位置の推定値θ_ｅに基づいて、磁束ずれ量（理想的な磁束波形（点線１１０１）との差。図１１の例では、磁束ずれ量△λ_α）を算出することができる。

［第３の実施形態］
上記第１及び第２の実施形態では、磁束歪生成部１３４より出力された磁束ずれ量を、回転子１４１の回転位置の推定値及び回転速度の推定値の算出に用いる構成としたが、本発明はこれに限定されない。例えば、算出した磁束ずれ量に基づいて、誘起電圧の歪みに基づく誘起電圧ずれ量を算出し、電圧指令値に加算する構成としてもよい。

図１２は、第３の実施形態に係るモータ駆動制御装置１２００の構成を示す図である。なお、図１で示したモータ駆動制御装置１００と同じ構成要素については、同じ参照番号を付すこととし、ここでは説明を省略する。図１で示したモータ駆動制御装置１００との相違点は、誘起電圧歪生成部１２０１と、加算部１２０２、１２０３とが付加されている点である。

誘起電圧歪生成部１２０１は、磁束歪生成部１３４より出力された磁束ずれ量△λ_α（θ_ｅ）、△λ_β（θ_ｅ）を取得し、取得した磁束ずれ量△λ_α（θ_ｅ）、△λ_β（θ_ｅ）を微分処理することにより、誘起電圧ずれ量△Ｖ_α、△Ｖ_βを算出する。

図１３は、誘起電圧歪生成部１２０１の構成を示す図である。図１３に示すように、誘起電圧歪生成部１２０１は、微分器１３０１、１３０２を有する。微分器１３０１は、磁束歪生成部１３４より出力された磁束ずれ量△λ_α（θ_ｅ）を微分処理することにより、誘起電圧ずれ量△Ｖ_αを出力する。また、微分器１３０２は、磁束歪生成部１３４より出力された磁束ずれ量△λ_β（θ_ｅ）を微分処理することにより、誘起電圧ずれ量△Ｖ_βを出力する。

図１２の説明に戻る。加算部１２０２は、回転座標／固定座標変換部１１２より出力された電圧指令値Ｖ_αに誘起電圧歪生成部１２０１より出力された誘起電圧ずれ量△Ｖ_αを加算することで、電圧指令値Ｖ_αを補正する。そして、補正した電圧指令値Ｖ_{α＿ｍｏｄ}を２軸／３軸変換部１１３に出力する。同様に、加算部１２０３は、回転座標／固定座標変換部１１２より出力された電圧指令値Ｖ_βに誘起電圧歪生成部１２０１より出力された誘起電圧ずれ量△Ｖ_βを加算することで、電圧指令値Ｖ_βを補正する。そして、補正した電圧指令値Ｖ_{β＿ｍｏｄ}を２軸／３軸変換部１１３に出力する。

このように、本実施形態に係るモータ駆動制御装置１２００では、上記第１または第２の実施形態の構成に加え、算出した磁束ずれ量に基づいて、誘起電圧の歪みに基づく誘起電圧ずれ量を算出し、電圧指令値に加算する構成とした。

これにより、回転時のモータの磁束波形に歪みがある場合でも、回転子の回転位置及び回転速度を精度よく推定することが可能になることに加え、誘起電圧の歪みの影響により発生するトルク変動を抑制することが可能になる。

［第４の実施形態］
上記第１乃至第３の実施形態では、モータ駆動制御装置に磁束推定部１２０を配し、磁束推定部１２０より出力される磁束推定値λ_α、λ_βを、磁束ずれ量に基づいて補正する構成としたが、本発明はこれに限定されない。

例えば、磁束推定部１２０に代えて誘起電圧推定部を配し、誘起電圧推定部より出力される誘起電圧推定値ＩＶ_α、ＩＶ_βを、誘起電圧ずれ量△ＩＶ_α（θ_ｅ）、△ＩＶ_β（θ_ｅ）に基づいて補正するように構成してもよい。

一般に、磁束波形に歪みがあると、誘起電圧についても理想的な正弦波形から歪んだ波形となる。このため、例えば、回転子１４１の各回転位置における誘起電圧ずれ量（理想的な誘起電圧波形と実際の誘起電圧波形との差）を測定しておき、データベースとして記憶素子に格納しておくことで、誘起電圧ずれ量を導出することができる。

また、上記第１乃至第３の実施形態は、速度制御部にフィードバックすべく、回転位置の推定値に基づいて回転速度の推定値を算出する構成とした。しかしながら、速度フィードバックを行わないモータ駆動制御装置の場合にあっては、回転速度の推定値は算出しなくてもよい。この場合、位置・速度推定部１３３は、回転位置の推定値のみを算出し、位置・速度推定装置１３０は位置推定装置として機能することとなる。

なお、上記実施形態に挙げた構成等に、その他の要素との組み合わせなど、ここで示した構成に本発明が限定されるものではない。これらの点に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更することが可能であり、その応用形態に応じて適切に定めることができる。

１００ ：モータ駆動制御装置
１１０ ：速度制御部
１１１ ：電流制御部
１１２ ：回転座標／固定座標変換部
１１３ ：２軸／３軸変換部
１１４ ：転流駆動部
１１５ ：電流検出部
１１６ ：３軸／２軸変換部
１１７ ：固定座標／回転座標変換部
１２０ ：磁束推定部
１３０ ：位置・速度推定装置
１３１、１３２ ：減算部
１３３ ：位置・速度推定部
１３４ ：磁束歪生成部
１２００ ：モータ駆動制御装置
１２０１ ：誘起電圧歪生成部
１２０２、１２０３：加算部

特開２０１２−２４４７３５号公報

Claims (8)

1. モータの回転子の位置を推定する位置推定装置であって、
   前記モータを同定したモータモデルに対して、前記モータに入力される電圧指令値と前記モータより検出したコイル電流値とを入力することで算出される、前記モータの磁束推定値を用いて、前記モータの回転子の回転位置を推定する推定手段と、
   前記推定手段により推定された回転位置に応じた、前記モータの磁束波形の歪みによる磁束ずれ量を導出する導出手段と、を有し、
   前記推定手段は、前記導出された磁束ずれ量に基づいて前記磁束推定値を補正し、該補正した磁束推定値に基づいて前記推定した回転位置を修正して出力することを特徴とする位置推定装置。
2. 前記導出手段は、
   前記モータの回転子の回転位置ごとに予め測定された、前記モータの磁束波形の歪みによる磁束ずれ量を、前記モータの回転子の回転位置と対応付けて記憶する記憶手段を有し、
   前記推定手段により推定された回転位置に対応付けられた磁束ずれ量を前記記憶手段から読み出すことにより、前記磁束ずれ量を導出することを特徴とする請求項１に記載の位置推定装置。
3. 前記導出手段は、
   前記モータの磁束波形の歪みによる磁束ずれ量を、磁束波形の高調波成分として近似した高次式を記憶する記憶手段を有し、
   前記推定手段により推定された回転位置を前記高次式に代入することで、前記磁束ずれ量を導出することを特徴とする請求項１に記載の位置推定装置。
4. 前記推定手段は、前記修正した回転位置に基づいて、前記モータの回転子の回転速度を推定して出力することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の位置推定装置。
5. 請求項４に記載の位置推定装置を有するモータ駆動制御装置であって、
   前記推定手段により推定された回転速度をフィードバックすることにより、前記モータの回転速度を制御することを特徴とするモータ駆動制御装置。
6. 前記導出された磁束ずれ量に基づいて、誘起電圧の歪みによる誘起電圧ずれ量を算出する算出手段と、
   前記算出された誘起電圧ずれ量により、前記モータに入力される電圧指令値を補正する補正手段と
   を更に有することを特徴とする請求項４に記載のモータ駆動制御装置。
7. モータの回転子の位置を推定する位置推定方法であって、
   前記モータを同定したモータモデルに対して、前記モータに入力される電圧指令値と前記モータより検出したコイル電流値とを入力することで算出される、前記モータの磁束推定値を用いて、前記モータの回転子の回転位置を推定する推定工程と、
   前記推定工程において推定された回転位置に応じた、前記モータの磁束波形の歪みによる磁束ずれ量を導出する導出工程と、を有し、
   前記推定工程は、前記導出された磁束ずれ量に基づいて前記磁束推定値を補正し、該補正した磁束推定値に基づいて前記推定した回転位置を修正して出力することを特徴とする位置推定方法。
8. モータの回転子の位置を推定する位置推定装置のコンピュータに、
   前記モータを同定したモータモデルに対して、前記モータに入力される電圧指令値と前記モータより検出したコイル電流値とを入力することで算出される、前記モータの磁束推定値を用いて、前記モータの回転子の回転位置を推定する推定工程と、
   前記推定工程において推定された回転位置に応じた、前記モータの磁束波形の歪みによる磁束ずれ量を導出する導出工程と、を実行させるためのプログラムであって、
   前記推定工程は、前記導出された磁束ずれ量に基づいて前記磁束推定値を補正し、該補正した磁束推定値に基づいて前記推定した回転位置を修正して出力することを特徴とするプログラム。

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