JP6958230B2 - 回転電機の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機の制御装置に関する。

この種の制御装置としては、特許文献１に見られるように、１つの巻線群を備える回転電機を駆動制御するものが知られている。この制御装置は、回転電機の巻線に流れる電流を検出する電流検出部を備え、電流検出部の検出値に基づいて、回転電機の巻線に矩形波電圧を印加すべくインバータを操作する。

特開２０１０−１１６４２号公報

ところで、回転電機としては、多相の巻線群を複数組備えるものもある。この回転電機においては、複数の巻線群のうち、電流を検出しようとする巻線と、他の巻線との間に相互インダクタンスが存在する。この場合、他の巻線に流れる電流が、電流を検出しようとする巻線に流れる電流に干渉してしまう。その結果、インバータの操作に用いられる電流の検出精度が低下するおそれがある。

本発明は、インバータの操作に用いられる電流の検出精度の低下を抑制できる回転電機の制御装置を提供することを主たる目的とする。

本発明は、ステータに巻回された多相の巻線を複数組有する回転電機と、前記各巻線に電圧を印加するインバータと、を備える制御システムに適用される回転電機の制御装置において、前記巻線に流れる電流を検出する電流検出部と、前記電流検出部の検出値に基づいて、前記各巻線群に矩形波電圧を印加すべく前記インバータを操作する操作部と、を備え、複数の前記巻線群のうち、電流を検出しようとする巻線である対象巻線を含まない巻線群に流れる電流が前記対象巻線に流れる電流に干渉しない期間を検出期間とする場合、前記電流検出部は、前記検出期間において前記対象巻線に流れる電流を検出する。

本発明では、複数の巻線群のうち、電流を検出しようとする巻線である対象巻線を含まない巻線群に流れる電流が対象巻線に流れる電流に干渉しない期間が検出期間とされている。この検出期間において、電流検出部は、対象巻線に流れる電流を検出する。このため、インバータの操作に用いられる電流の検出精度の低下を抑制することができる。

第１実施形態に係る回転電機の制御システムの全体構成図。 巻線群の空間位相差を示す図。 制御部及び駆動部の処理を示すブロック図。 １８０°矩形波通電制御を示す図。 干渉に起因して電流検出精度が低下することを示す図。 各電圧ベクトルの関係を示す図。 Ｕ相電流検出期間を示す図。 Ｖ相電流検出期間を示す図。 Ｗ相電流検出期間を示す図。 電流検出タイミングを示す図。 電流検出タイミングの決定処理及び補正値算出処理のフローチャート。 Ｕ，Ｖ相の電流振幅差を示すタイムチャート。 第２実施形態に係る回転電機の制御システムの全体構成図。 制御部及び第１駆動部の処理を示すブロック図。 電流検出タイミングの決定処理及び補正値算出処理のフローチャート。

＜第１実施形態＞
以下、本発明に係る制御装置を具体化した第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１に示すように、制御システムは、回転電機１０を備えている。回転電機１０は、多相多重巻線を有しており、具体的には、３相２重巻線を有する同期機である。本実施形態において、回転電機１０は、巻線界磁型のものである。回転電機１０のロータ１１には、磁極を形成するための界磁巻線１２が設けられている。界磁巻線１２には、界磁電流が流れる。なお、本実施形態では、回転電機１０として、発電機としての機能に加えて、電動機としての機能を備えるものが用いられている。

回転電機１０のステータ１３には、２つの電機子巻線群である第１巻線群１４，第２巻線群１５が巻回されている。第１，第２巻線群１４，１５に対して、ロータ１１が共通化されている。第１巻線群１４及び第２巻線群１５のそれぞれは、星形結線された３相巻線からなる。第１巻線群１４は、電気角で互いに１２０°ずれたＵ，Ｖ，Ｗ相巻線１４Ｕ，１４Ｖ，１４Ｗを有し、第２巻線群１５は、電気角で互いに１２０°ずれたＸ，Ｙ，Ｚ相巻線１５Ｘ，１５Ｙ，１５Ｚを有している。本実施形態では、図２に示すように、第１巻線群１４と第２巻線群１５とのなす角度である空間位相差Δαが電気角で３０°とされている。より具体的には、Ｘ相巻線１５Ｘが、Ｕ相巻線１４Ｕに対して電気角で３０°進んでいる。なお、本実施形態では、第１巻線群１４と第２巻線群１５とが同じ構成とされている。具体的には、第１巻線群１４を構成する各相巻線１４Ｕ〜１４Ｗそれぞれの巻数と、第２巻線群１５を構成する各相巻線１５Ｘ〜１５Ｚそれぞれの巻数とが等しく設定されている。

制御システムは、正極側導電部材２０と、直流電源２１と、モジュールＭＪとを備えている。正極側導電部材２０は、例えばバスバーである。直流電源２１は、例えば、蓄電池であり、より具体的には２次電池である。モジュールＭＪは、Ｘ相上，下アームスイッチＳＸＨ，ＳＸＬの直列接続体、Ｙ相上，下アームスイッチＳＹＨ，ＳＹＬの直列接続体、Ｚ相上，下アームスイッチＳＺＨ，ＳＺＬの直列接続体、Ｕ相上，下アームスイッチＳＵＨ，ＳＵＬの直列接続体、Ｖ相上，下アームスイッチＳＶＨ，ＳＶＬの直列接続体、Ｗ相上，下アームスイッチＳＷＨ，ＳＷＬの直列接続体、及び駆動部ＤＵを備えている。本実施形態において、各スイッチＳＸＨ〜ＳＷＬは、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴである。また、駆動部ＤＵは、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）である。

正極側導電部材２０には、直流電源２１の正極端子が接続されている。直流電源２１の負極端子には、グランドが接続されている。各上アームスイッチＳＸＨ，ＳＹＨ，ＳＺＨ，ＳＵＨ，ＳＶＨ，ＳＷＨの高電位側端子であるドレインには、正極側導電部材２０が接続されている。各下アームスイッチＳＸＬ，ＳＹＬ，ＳＺＬ，ＳＵＬ，ＳＶＬ，ＳＷＬの低電位側端子であるソースには、グランドが接続されている。

Ｘ相上，下アームスイッチＳＸＨ，ＳＸＬの接続点には、バスバー等のＸ相導電部材２２Ｘを介して、Ｘ相巻線１５Ｘの第１端が接続されている。Ｙ相上，下アームスイッチＳＹＨ，ＳＹＬの接続点には、バスバー等のＹ相導電部材２２Ｙを介して、Ｙ相巻線１５Ｙの第１端が接続されている。Ｚ相上，下アームスイッチＳＺＨ，ＳＺＬの接続点には、バスバー等のＺ相導電部材２２Ｚを介して、Ｚ相巻線１５Ｚの第１端が接続されている。Ｘ，Ｙ，Ｚ相巻線１５Ｘ，１５Ｙ，１５Ｚの第２端は、中性点で接続されている。

Ｕ相上，下アームスイッチＳＵＨ，ＳＵＬの接続点には、バスバー等のＵ相導電部材２２Ｕを介して、Ｕ相巻線１４Ｕの第１端が接続されている。Ｖ相上，下アームスイッチＳＶＨ，ＳＶＬの接続点には、バスバー等のＶ相導電部材２２Ｖを介して、Ｖ相巻線１４Ｖの第１端が接続されている。Ｗ相上，下アームスイッチＳＷＨ，ＳＷＬの接続点には、バスバー等のＷ相導電部材２２Ｗを介して、Ｗ相巻線１４Ｗの第１端が接続されている。Ｕ，Ｖ，Ｗ相巻線１４Ｕ，１４Ｖ，１４Ｗの第２端は、中性点で接続されている。なお、各相の上，下アームスイッチと、正極側導電部材２０とがインバータを構成する。

制御システムは、制御部３０を備えている。制御部３０は、ＣＰＵ及びメモリを備え、メモリに格納されたプログラムをＣＰＵにて実行する。制御部３０は、回転電機１０の制御量をその指令値に制御すべく、各駆動部ＤＵ１〜ＤＵ３と情報のやり取りを行う。本実施形態において、制御量はトルクであり、その指令値は指令トルクＴｒｑ＊である。本実施形態に係るトルク制御は、電気角を直接検出するレゾルバ等の角度検出器の検出値を用いない位置センサレス制御である。また、本実施形態では、回転電機１０のトルクを指令トルクＴｒｑ＊に制御するために、１８０度矩形波通電制御が用いられる。

図３を用いて、駆動部ＤＵ及び制御部３０が行う処理について説明する。本実施形態において、駆動部ＤＵが回転電機１０の制御装置に相当する。なお、駆動部ＤＵ及び制御部３０が提供する機能は、例えば、実体的なメモリ装置に記録されたソフトウェア及びそれを実行するコンピュータ、ハードウェア、又はそれらの組み合わせによって提供することができる。

まず、制御部３０の処理について説明する。

電圧指令設定部３１は、指令トルクＴｒｑ＊と、後述する加算部４７から出力された推定角速度ωｅｓｔとに基づいて、回転電機１０のトルクを指令トルクＴｒｑ＊に制御するために要求される電圧振幅Ｖａｍｐ及び電圧位相δを設定する。電圧振幅Ｖａｍｐは、回転電機１０の巻線に印加される電圧ベクトルの大きさである。電圧位相は、電圧ベクトルと基準となる軸とのなす角度である。基準となる軸は、例えば、ｄｑ座標系におけるｄ軸である。なお、電圧振幅Ｖａｍｐ及び電圧位相δは、例えば、指令トルクＴｒｑ＊及び推定角速度ωｅｓｔと関係付けられて電圧振幅Ｖａｍｐ及び電圧位相δが規定されたマップ情報に基づいて設定されればよい。

続いて、駆動部ＤＵの処理について説明する。

第１電流検出部４１は、Ｕ，Ｖ，Ｗ相導電部材２２Ｕ，２２Ｖ，２２Ｗに流れる電流をＵ，Ｖ，Ｗ相電流ＩＵｒ，ＩＶｒ，ＩＷｒとして検出する。第２電流検出部４２は、Ｘ，Ｙ，Ｚ相導電部材２２Ｘ，２２Ｙ，２２Ｚに流れる電流をＸ，Ｙ，Ｚ相電流ＩＸｒ，ＩＹｒ，ＩＺｒとして検出する。

位相差算出部４３は、第２電流検出部４２で検出されたＸ，Ｙ，Ｚ相電流ＩＸｒ，ＩＹｒ，ＩＺｒのうち、少なくとも１つの相電流と、その相に対応する相電圧との位相差ξｒを算出する。本実施形態では、Ｚ相電流ＩＸｒとＺ相の相電圧との位相差を算出する。位相差は、例えば、相電流及び相電圧のゼロクロスタイミングに基づいて算出される。なお、Ｚ相の相電圧のゼロクロスタイミングは、後述する信号生成部５０で生成されたＺ相駆動信号ＧＺに基づいて算出されればよい。

目標位相差設定部４４は、電圧指令設定部３１により設定された電圧位相δに基づいて、目標位相差ξ＊を設定する。なお、目標位相差ξ＊は、例えば、電圧位相δと関係付けられて目標位相差ξ＊が規定されたマップ情報に基づいて設定されればよい。

位相偏差算出部４５は、目標位相差ξ＊から位相差ξｒを減算することにより、位相偏差Δξを算出する。

フィードバック制御部４６は、位相偏差Δξを０にフィードバック制御するための操作量として、回転電機１０の電気角速度の基本値である基本角速度ωｃを算出する。本実施形態では、フィードバック制御として、比例積分制御が用いられている。

加算部４７は、回転電機１０の電気角速度の初期値ω０を基本角速度ωｃに加算することにより、電気角速度の推定値である推定角速度ωｅｓｔを算出する。なお、初期値ω０は、例えば、各相巻線に生じる誘起電圧に基づいて算出されればよい。

積分器４８は、推定角速度ωｅｓｔを時間積分することにより、回転電機１０の電気角の推定値である推定電気角θｅｓｔを算出する。

補正部４９は、推定電気角θｅｓｔから、後述する補正値算出部５１により算出された補正値ΔＣを減算することにより、補正後電気角θｆを算出する。

信号生成部５０は、電圧振幅Ｖａｍｐ、電圧位相δ及び補正後電気角θｆに基づいて、Ｘ，Ｙ，Ｗ相駆動信号ＧＸ，ＧＹ，ＧＺと、Ｕ，Ｖ，Ｗ相駆動信号ＧＵ，ＧＶ，ＧＷとを生成する。

本実施形態において、Ｘ，Ｙ，Ｚ相駆動信号ＧＸ，ＧＹ，ＧＺは、論値Ｈにより、Ｘ，Ｙ，Ｚ相上アームスイッチＳＸＨ，ＳＹＨ，ＳＺＨをオンし、Ｘ，Ｙ，Ｚ相下アームスイッチＳＸＬ，ＳＹＬ，ＳＺＬをオフすることを指示する。また、Ｘ，Ｙ，Ｚ相駆動信号ＧＸ，ＧＹ，ＧＺは、論値Ｌにより、Ｘ，Ｙ，Ｚ相上アームスイッチＳＸＨ，ＳＹＨ，ＳＺＨをオフし、Ｘ，Ｙ，Ｚ相下アームスイッチＳＸＬ，ＳＹＬ，ＳＺＬをオンすることを指示する。同様に、Ｕ，Ｖ，Ｗ相駆動信号ＧＵ，ＧＶ，ＧＷは、論値Ｈにより、Ｕ，Ｖ，Ｗ相上アームスイッチＳＵＨ，ＳＶＨ，ＳＷＨをオンし、Ｕ，Ｖ，Ｗ相下アームスイッチＳＵＬ，ＳＶＬ，ＳＷＬをオフすることを指示する。生成された各駆動信号ＧＸ，ＧＹ，ＧＺ，ＧＵ，ＧＶ，ＧＷに従って、各スイッチＳＸＨ，ＳＸＬ，ＳＹＨ，ＳＹＬ，ＳＺＨ，ＳＺＬ，ＳＵＨ，ＳＵＬ，ＳＶＨ，ＳＶＬ，ＳＷＨ，ＳＷＬがオンオフされる。なお、各相において、上アームスイッチ及び下アームスイッチは、実際には、デッドタイムを挟みつつ交互にオンされる。

信号生成部５０は、まず、図４に示すようなＸ，Ｙ，Ｚ相駆動信号ＧＸ，ＧＹ，ＧＺを生成する。Ｘ，Ｙ，Ｚ相駆動信号ＧＸ，ＧＹ，ＧＺは、１８０°の電気角範囲に渡る論理Ｈの期間と、１８０°の電気角範囲に渡る論理Ｌの期間とからなる。Ｘ，Ｙ，Ｚ相駆動信号ＧＸ，ＧＹ，ＧＺは、ＬからＨへの切り替えタイミングが、互いに１２０°ずらされている。

信号生成部５０は、生成したＸ，Ｙ，Ｚ相駆動信号ＧＸ，ＧＹ，ＧＺの位相を空間位相差Δα（３０°）だけ遅らせることにより、Ｕ，Ｖ，Ｗ相駆動信号ＧＵ，ＧＶ，ＧＷを生成する。詳しくは、信号生成部５０は、Ｕ相駆動信号ＧＵをＸ相駆動信号ＧＸに対して空間位相差Δαだけ遅らせる。

ちなみに、本実施形態において、位相差算出部４３、目標位相差設定部４４、位相偏差算出部４５、フィードバック制御部４６、加算部４７、積分器４８、補正部４９及び信号生成部５０が操作部に相当する。また、位相差算出部４３、目標位相差設定部４４、位相偏差算出部４５、フィードバック制御部４６、加算部４７、積分器４８が位置推定部に相当する。

補正値算出部５１は、第１電流検出部４１により検出されたＵ，Ｖ，Ｗ相電流ＩＵｒ，ＩＶｒ，ＩＷｒに基づいて、補正値ΔＣを算出する。補正値ΔＣは、ロータ１１の回転速度の変化を抑制するために用いられる。本実施形態では、補正値ΔＣの算出に用いられる電流の検出タイミングに特徴がある。以下、電流検出タイミングに関する問題を説明した後、本実施形態の電流検出タイミングについて説明する。

図５にＵ相電流の推移を示す。図５において、干渉なしの場合の波形は、Ｕ，Ｖ，Ｗ，Ｘ，Ｙ，Ｚ相のうちＵ，Ｖ，Ｗ相のみに通電したときのＵ相電流の推移を示し、干渉ありの場合の波形は、Ｕ，Ｖ，Ｗ，Ｘ，Ｙ，Ｚ相の全てに通電したときのＵ相電流の推移を示す。

電流検出タイミングが時刻ｔ２から時刻ｔ１にずれると、干渉ありの場合、干渉なしの場合と比較して電流検出値が大きくずれる。これは、下式（ｅｑ１）に示すように、巻線間の相互インダクタンスＬ，ｍに起因する。下式（ｅｑ１）は、回転電機１０の電圧方程式を示す。

上式（ｅｑ１）において、ＶＵ，ＶＶ，ＶＷ，ＶＸ，ＶＹ，ＶＺは、Ｕ，Ｖ，Ｗ，Ｘ，Ｙ，Ｚ相電圧を示し、ＩＵ，ＩＶ，ＩＷ，ＩＸ，ＩＹ，ＩＺは、Ｕ，Ｖ，Ｗ，Ｘ，Ｙ，Ｚ相電流を示す。Ｌは、各相の自己インダクタンスを示し、同一の巻線群内における相互インダクタンスを示し、ｍは第１，第２巻線群１４，１５との間における相互インダクタンスを示す。ｅＵ，ｅＶ，ｅＷ，ｅＸ，ｅＹ，ｅＺは、Ｕ，Ｖ，Ｗ，Ｘ，Ｙ，Ｚ相の誘起電圧を示す。

ここで、Ｕ相に着目すると、上式（ｅｑ１）の右辺の６×６の行列において、１行６列目の成分が０となっている。これは、図６に示すように、Ｕ相電圧ベクトルＶＵとＺ相電圧ベクトルＶＺとが直交していることにより、Ｚ相電流の時間変化の影響をＵ相電流が受けないことを示している。なお、Ｕ，Ｖ，Ｗ相電圧ベクトルＶＵ，ＶＶ，ＶＷは、電気角で１２０°ずれており、Ｘ，Ｙ，Ｚ相電圧ベクトルＶＸ，ＶＹ，ＶＺも、電気角で１２０°ずれている。

また、上式（ｅｑ１）の６×６の行列において、１行４列目の成分と１行５列目の成分とが、絶対値が同一でかつ符号が反対となっている。これは、図６に示すように、Ｘ相電圧ベクトルＶＸのＵ相成分と、Ｙ相電圧ベクトルＶＹのＵ相成分とが相殺される関係にあり、例えばＺ相のスイッチング状態の切り替え時における「ｍ×ｄＩＸ／ｄｔ」と「−ｍ×ｄＩＹ／ｄｔ」とが相殺される関係にあることを示している。

以上から、本実施形態では、図７に示すように、Ｚ相下アームスイッチＳＺＬのオンタイミングｔａから、そのタイミングの直後に出現するＷ相下アームスイッチＳＷＬのオンタイミングｔｂよりも前までのＵ相第１期間、及びＺ相上アームスイッチＳＺＨのオンタイミングｔｃから、そのタイミングの直後に出現するＷ相上アームスイッチＳＷＨのオンタイミングｔｄよりも前までのＵ相第２期間が、Ｕ相電流検出期間とされている。この場合、対象巻線はＵ相巻線１４Ｕであり、直交相はＺ相である。

続いて、Ｖ相に着目すると、上式（ｅｑ１）の６×６の行列において、２行４列目の成分が０となっている。これは、図６に示すように、Ｖ相電圧ベクトルＶＶとＸ相電圧ベクトルＶＸとが直交していることにより、Ｘ相電流の時間変化の影響をＶ相電流が受けないことを示している。

また、上式（ｅｑ１）の６×６の行列において、２行５列目の成分と２行６列目の成分とが、絶対値が同一でかつ符号が反対となっている。これは、図６に示すように、Ｙ相電圧ベクトルＶＹのＶ相成分と、Ｚ相電圧ベクトルＶＺのＶ相成分とが相殺される関係にあり、「ｍ×ｄＩＹ／ｄｔ」と「−ｍ×ｄＩＺ／ｄｔ」とが相殺される関係にあることを示している。

以上から、本実施形態では、図８に示すように、Ｘ相下アームスイッチＳＸＬのオンタイミングｔｅから、そのタイミングの直後に出現するＵ相下アームスイッチＳＵＬのオンタイミングｔｆよりも前までのＶ相第１期間、及びＸ相上アームスイッチＳＸＨのオンタイミングｔｇから、そのタイミングの直後に出現するＵ相上アームスイッチＳＵＨのオンタイミングｔｈよりも前までのＶ相第２期間が、Ｖ相電流検出期間とされている。この場合、対象巻線はＶ相巻線１４Ｖであり、直交相はＸ相である。

続いて、Ｗ相に着目すると、上式（ｅｑ１）の６×６の行列において、３行５列目の成分が０となっている。これは、図６に示すように、Ｗ相電圧ベクトルＶＷとＹ相電圧ベクトルＶＹとが直交していることにより、Ｙ相電流の時間変化の影響をＷ相電流が受けないことを示している。

また、上式（ｅｑ１）の６×６の行列において、３行４列目の成分と３行６列目の成分とが、絶対値が同一でかつ符号が反対となっている。これは、図６に示すように、Ｚ相電圧ベクトルＶＺのＷ相成分と、Ｘ相電圧ベクトルＶＸのＷ相成分とが相殺される関係にあり、「−ｍ×ｄＩＸ／ｄｔ」と「ｍ×ｄＩＺ／ｄｔ」とが相殺される関係にあることを示している。

以上から、本実施形態では、図９に示すように、Ｙ相下アームスイッチＳＹＬのオンタイミングｔｉから、そのタイミングの直後に出現するＵ相下アームスイッチＳＵＬのオンタイミングｔｊよりも前までのＷ相第１期間、及びＹ相上アームスイッチＳＹＨのオンタイミングｔｋから、そのタイミングの直後に出現するＵ相上アームスイッチＳＵＨのオンタイミングｔｍよりも前までのＷ相第２期間が、Ｗ相電流検出期間とされている。この場合、対象巻線はＷ相巻線１４Ｗであり、直交相はＹ相である。

本実施形態では、図１０に示すように、Ｕ相電流検出期間において、Ｚ相下アームスイッチＳＺＬのオンタイミングｔａと、Ｚ相上アームスイッチＳＺＨのオンタイミングｔｃとが、第１電流検出部４１によるＵ相電流ＩＵｒの検出タイミングに設定されている。また、Ｖ相電流検出期間において、Ｘ相下アームスイッチＳＸＬのオンタイミングｔｅと、Ｘ相上アームスイッチＳＸＨのオンタイミングｔｇとが、第１電流検出部４１によるＶ相電流ＩＶｒの検出タイミングに設定されている。また、Ｗ相電流検出期間において、Ｙ相下アームスイッチＳＹＬのオンタイミングｔｉと、Ｙ相上アームスイッチＳＹＨのオンタイミングｔｋとが、第１電流検出部４１によるＷ相電流ＩＷｒの検出タイミングに設定されている。これにより、電気角１周期において、Ｕ，Ｖ，Ｗ相電流ＩＵｒ，ＩＶｒ，ＩＷｒがそれぞれ２回検出される。

図１１に、本実施形態に係る電流検出タイミングの決定処理及び補正値ΔＣの算出処理の手順を示す。この処理は、第２電流検出部４２及び補正値算出部５１の協働により、例えば所定の処理周期毎に繰り返し実行される。

ステップＳ１０では、Ｘ相駆動信号ＧＸがＨからＬに切り替わったとの条件、及びＸ相駆動信号ＧＸがＬからＨに切り替わったとの条件のいずれかが成立したか否かを判定する。この処理は、Ｖ相電流ＩＶｒの検出タイミングであるか否かを判定するための処理である。

ステップＳ１０において肯定判定した場合には、ステップＳ１１に進み、Ｖ相電流ＩＶｒを検出する。

ステップＳ１２では、今回の処理周期で検出したＶ相電流ＩＶｒ［ｎ］の絶対値から、前回検出したＶ相電流ＩＶｒ［ｎ−１］の絶対値を減算することにより、Ｖ相電流振幅差ΔＩＶ（電流の振幅変化量に相当）を算出する。なお、図１２に、Ｖ相電流振幅差ΔＩＶの算出態様の一例を示す。図１２（ａ）は、Ｕ，Ｖ相電流ＩＵｒ，ＩＶｒの推移を示し、図１２（ｂ），（ｃ）は、Ｘ，Ｚ相駆動信号ＧＸ，ＧＺの推移を示す。図１２は、ロータ１１の回転速度が徐々に上昇している状態を示す。図１２において、各タイミングｔａ，ｔｃ，ｔｅ，ｔｇは、先の図１０に示した各タイミングｔａ，ｔｃ，ｔｅ，ｔｇに対応している。

ステップＳ１３では、Ｖ相電流振幅差ΔＩＶに基づいて、補正値ΔＣを算出する。本実施形態では、Ｖ相電流振幅差ΔＩＶを０にフィードバック制御するための操作量として、補正値ΔＣを算出する。本実施形態では、フィードバック制御として、比例積分制御が用いられている。算出した補正値ΔＣは、補正部４９に出力される。

ステップＳ１０において否定判定した場合には、ステップＳ１４に進み、Ｙ相駆動信号ＧＹがＨからＬに切り替わったとの条件、及びＹ相駆動信号ＧＹがＬからＨに切り替わったとの条件のいずれかが成立したか否かを判定する。この処理は、Ｗ相電流ＩＷｒの検出タイミングであるか否かを判定するための処理である。

ステップＳ１４において肯定判定した場合には、ステップＳ１５に進み、Ｗ相電流ＩＷｒを検出する。ステップＳ１６では、今回の処理周期で検出したＷ相電流ＩＷｒ［ｎ］の絶対値から、前回検出したＷ相電流ＩＷｒ［ｎ−１］の絶対値を減算することにより、Ｗ相電流振幅差ΔＩＷを算出する。

ステップＳ１７では、Ｗ相電流振幅差ΔＩＷに基づいて、補正値ΔＣを算出する。本実施形態では、Ｗ相電流振幅差ΔＩＷを０にフィードバック制御するための操作量として、補正値ΔＣを算出する。本実施形態では、フィードバック制御として、比例積分制御が用いられている。算出した補正値ΔＣは、補正部４９に出力される。

ステップＳ１４において否定判定した場合には、ステップＳ１８に進み、Ｚ相駆動信号ＧＺがＨからＬに切り替わったとの条件、及びＺ相駆動信号ＧＺがＬからＨに切り替わったとの条件のいずれかが成立したか否かを判定する。この処理は、Ｕ相電流ＩＵｒの検出タイミングであるか否かを判定するための処理である。

ステップＳ１８において肯定判定した場合には、ステップＳ１９に進み、Ｕ相電流ＩＵｒを検出する。ステップＳ２０では、今回の処理周期で検出したＵ相電流ＩＵｒ［ｎ］の絶対値から、前回検出したＵ相電流ＩＵｒ［ｎ−１］の絶対値を減算することにより、Ｕ相電流振幅差ΔＩＵを算出する。

ステップＳ２１では、Ｕ相電流振幅差ΔＩＵに基づいて、補正値ΔＣを算出する。本実施形態では、Ｕ相電流振幅差ΔＩＵを０にフィードバック制御するための操作量として、補正値ΔＣを算出する。本実施形態では、フィードバック制御として、比例積分制御が用いられている。算出した補正値ΔＣは、補正部４９に出力される。以上説明した処理により、１電気角周期において、補正値ΔＣが３回算出される。

なお、本実施形態において、ステップＳ１２，Ｓ１６，Ｓ２０の処理が変化量算出部に相当する。また、ステップＳ１３，Ｓ１７，Ｓ２１の処理及び補正部４９が位置補正部に相当する。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。

Ｚ相下アームスイッチＳＺＬのオンタイミングｔａと、Ｚ相上アームスイッチＳＺＨのオンタイミングｔｃとが、Ｕ相電流ＩＵｒの検出タイミングに設定されている。これにより、Ｕ相電流ＩＵｒに干渉する電流が流れている期間を避けてＵ相電流ＩＵｒを検出することができ、検出したＵ相電流ＩＵｒに高周波ノイズを除去するローパスフィルタ処理を施すことなく、Ｕ相電流ＩＵｒの検出精度の低下を抑制することができる。これにより、位置センサレス制御におけるトルク制御性の低下を抑制することができる。

また、Ｚ相下アームスイッチＳＺＬのオンへの切り替えタイミングと、Ｚ相上アームスイッチＳＺＨのオンへの切り替えタイミングとが検出タイミングに設定されることにより、検出タイミングの設定を簡素にできる。その結果、駆動部ＤＵの演算負荷を低減することができる。

なお、上述した効果は、Ｖ，Ｗ相電流ＩＶｒ，ＩＷｒの検出についても同様である。

＜第２実施形態＞
以下、第２実施形態について、第１実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、図１３に示すように、モジュールの構成が変更されている。なお、図１３において、先の図１に示した構成と同一の構成又は対応する構成については、便宜上、同一の符号を付している。

制御システムは、第１，第２，第３モジュールＭ１，Ｍ２，Ｍ３を備えている。第１モジュールＭ１は、Ｚ相上，下アームスイッチＳＺＨ，ＳＺＬの直列接続体と、Ｕ相上，下アームスイッチＳＵＨ，ＳＵＬの直列接続体と、第１駆動部ＤＵ１とを備えている。第１駆動部ＤＵ１は、ＡＳＩＣである。第１駆動部ＤＵ１により、Ｕ，Ｚ相導電部材２２Ｕ，２２Ｚを流れるＵ，Ｚ相電流ＩＵｒ，ＩＺｒが検出される。

第２モジュールＭ２は、Ｘ相上，下アームスイッチＳＸＨ，ＳＸＬの直列接続体と、Ｖ相上，下アームスイッチＳＶＨ，ＳＶＬの直列接続体と、第２駆動部ＤＵ２とを備えている。第２駆動部ＤＵ２は、ＡＳＩＣである。第２駆動部ＤＵ２により、Ｘ，Ｖ相導電部材２２Ｘ，２２Ｖを流れるＸ，Ｖ相電流ＩＸｒ，ＩＶｒが検出される。

第３モジュールＭ３は、Ｙ相上，下アームスイッチＳＹＨ，ＳＹＬの直列接続体と、Ｗ相上，下アームスイッチＳＷＨ，ＳＷＬの直列接続体と、第３駆動部ＤＵ３とを備えている。第３駆動部ＤＵ３は、ＡＳＩＣである。第３駆動部ＤＵ３により、Ｙ，Ｗ相導電部材２２Ｙ，２２Ｗを流れるＹ，Ｗ相電流ＩＹｒ，ＩＷｒが検出される。

なお、各駆動部ＤＵ１〜ＤＵ３及び制御部３０が提供する機能は、例えば、実体的なメモリ装置に記録されたソフトウェア及びそれを実行するコンピュータ、ハードウェア、又はそれらの組み合わせによって提供することができる。

続いて、第１〜第３駆動部ＤＵ１〜ＤＵ３及び制御部３０が行う処理について、第１実施形態との相違点を中心に説明する。図１４には、第１駆動部ＤＵ１の処理の機能ブロック図を示す。なお、図１４において、先の図３に示した構成と同一の構成又は対応する構成については、便宜上、同一の符号を付している。

第１電流検出部４１は、Ｕ相電流ＩＵｒを検出し、第２電流検出部４２は、Ｚ相電流ＩＺｒを検出する。信号生成部５０は、Ｕ，Ｚ相駆動信号ＧＵ，ＧＺを生成する。

なお、第２駆動部ＤＵ２において、第１電流検出部４１は、Ｖ相電流ＩＶｒを検出し、第２電流検出部４２は、Ｘ相電流ＩＸｒを検出する。信号生成部５０は、Ｖ，Ｘ相駆動信号ＧＶ，ＧＸを生成する。また、第３駆動部ＤＵ３において、第１電流検出部４１は、Ｗ相電流Ｉｗｒを検出し、第２電流検出部４２は、Ｙ相電流ＩＹｒを検出する。信号生成部５０は、Ｗ，Ｙ相駆動信号ＧＷ，ＧＹを生成する。

図１５に、本実施形態に係る電流検出タイミングの決定処理及び補正値ΔＣの算出処理の手順を示す。この処理は、第１駆動部ＤＵ１の第２電流検出部４２及び補正値算出部５１の協働により、例えば所定の処理周期毎に繰り返し実行される。なお、図１５において、先の図１１に示した構成と同一の処理については、便宜上、同一の符号を付している。

この一連の処理では、ステップＳ１８において肯定判定した場合には、ステップＳ１９に進む。その後、ステップＳ２０、Ｓ２１の処理を行う。

なお、第２駆動部ＤＵ２の第２電流検出部４２及び補正値算出部５１は、図１１のステップＳ１０〜Ｓ１３の処理を行う。また、第３駆動部ＤＵ３の第２電流検出部４２及び補正値算出部５１は、図１１のステップＳ１４〜Ｓ１７の処理を行う。

以上説明した本実施形態では、各モジュールＭ１〜Ｍ３において、推定電気角θｅｓｔ及び補正値ΔＣの算出処理を完結することができる。このため、各モジュールＭ１〜Ｍ３間で情報をやりとりするための信号線の数を減らすことができる。

＜その他の実施形態＞
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。

・上記各実施形態において、Ｕ相電流ＩＵｒの検出タイミングとしては、図７，図１０に示したタイミングｔａ，ｔｃに限らない。例えば、Ｕ相電流ＩＵｒの検出タイミングが、タイミングｔａ又はｔｃのいずれかに設定されていてもよい。この場合、例えば、検出されたＵ相電流ＩＵｒと、その直後に検出されたＷ相電流ＩＷｒとの差が、電流振幅差として算出されてもよい。

また、Ｕ相電流ＩＵｒの検出タイミングとしては、スイッチの切り替えタイミングに限らず、Ｕ相電流検出期間における任意のタイミングであってもよい。

・上記各実施形態において、Ｖ相電流ＩＶｒの検出タイミングとしては、図８，図１０に示したタイミングｔｅ，ｔｇに限らない。例えば、Ｖ相電流ＩＶｒの検出タイミングが、タイミングｔｅ又はｔｇのいずれかに設定されていてもよい。また、Ｖ相電流ＩＶｒの検出タイミングとしては、スイッチの切り替えタイミングに限らず、Ｖ相電流検出期間における任意のタイミングであってもよい。

・上記各実施形態において、Ｗ相電流ＩＷｒの検出タイミングとしては、図９，図１０に示したタイミングｔｉ，ｔｋに限らない。例えば、Ｗ相電流ＩＷｒの検出タイミングが、タイミングｔｉ又はｔｋのいずれかに設定されていてもよい。また、Ｗ相電流ＩＷｒの検出タイミングとしては、スイッチの切り替えタイミングに限らず、Ｗ相電流検出期間における任意のタイミングであってもよい。

・上記各実施形態では、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の電流に基づいて補正値ΔＣが算出されたがこれに限らず、Ｘ，Ｙ，Ｚ相の電流に基づいて補正値ΔＣが算出されてもよい。この場合、例えば、図３に示す構成おいて、位相差算出部４３において第１電流検出部４１の検出値が用いられ、補正値算出部５１において第２電流検出部４２の検出値が用いられればよい。また、この場合、補正値ΔＣの算出に用いるＸ，Ｙ，Ｚ相の電流の検出タイミングは、上述したＵ，Ｖ，Ｗ相の電流の検出タイミングと同様に設定されればよい。

・電流振幅差が、３つ以上の相電流の検出値に基づいて算出されてもよい。例えば、前回の処理周期で検出された相電流と、前々回の処理周期で検出された相電流との差が前回の電流振幅差として算出される。そして、今回の処理周期で検出された相電流と、前回の処理周期で検出された相電流との差が今回の電流振幅差として算出される。そして、今回の電流振幅差と、前回の電流振幅差との平均値として、ステップＳ１３、Ｓ１７、Ｓ２１で用いられる最終的な電流振幅差が算出される。

・回転電機のトルク制御としては、位置センサレス制御を用いたものに限らず、角度検出器の検出値が用いられるものであってもよい。

・電流検出タイミングの決定処理及び補正値の算出処理の主体としては、駆動部ＤＵ，ＤＵ１〜ＤＵ３に限らず、例えば制御部３０であってもよい。

・回転電機の制御量としては、トルクに限らず、例えば回転速度であってもよい。

・インバータを構成する上，下アームスイッチとしては、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴに限らず、例えばＩＧＢＴであってもよい。

・回転電機としては、空間位相差Δαが３０°のものに限らず、空間位相差Δαが３０°から多少ずれた値のものであってもよい。この場合であっても、電流検出精度の低下を抑制することはできる。

・回転電機としては、巻線群を２つ備えるものに限らず、巻線群を３つ以上備えるものであってもよい。また、回転電機としては、巻線界磁型のものに限らず、例えば、ロータに永久磁石が設けられた永久磁石界磁型のものであってもよい。また、回転電機としては、３相のものに限らず、３相以外の多相のものであってもよい。

１０…回転電機、１３…ステータ、１４，１５…第１，第２巻線群、ＳＸＨ〜ＳＷＬ…各スイッチ、ＤＵ…駆動部。

Claims (6)

1. ステータ（１３）に巻回された複数の巻線群（１４，１５）を有する回転電機（１０）と、
   前記各巻線群に電圧を印加するインバータ（ＳＸＨ〜ＳＷＬ，２０）と、を備える制御システムに適用される回転電機の制御装置（ＤＵ，ＤＵ１〜ＤＵ３）において、
   前記各巻線群は、３相の巻線を有し、
   前記インバータは、各相に対応した上アームスイッチ（ＳＸＨ〜ＳＷＨ）及び下アームスイッチ（ＳＸＬ〜ＳＷＬ）の直列接続体を有し、
   前記巻線に流れる電流を検出する電流検出部（４２）と、
   前記電流検出部の検出値に基づいて、前記各巻線群に矩形波電圧を印加すべく前記インバータを操作する操作部（４３〜５０）と、を備え、
   前記各巻線群のうち、電流を検出しようとする前記巻線である対象巻線を含まない巻線群に流れる電流が、前記対象巻線に流れる電流に干渉しない期間を検出期間とする場合、前記電流検出部は、前記検出期間において前記対象巻線に流れる電流を検出し、
   前記対象巻線の相の電圧ベクトルと直交する電圧ベクトルの相を直交相とする場合、前記検出期間は、前記直交相における前記下アームスイッチのオンタイミングから、そのタイミングの直後に出現する前記直交相とは別の相における前記下アームスイッチのオンタイミングよりも前までの期間、及び前記直交相における前記上アームスイッチのオンタイミングから、そのタイミングの直後に出現する前記直交相とは別の相における前記上アームスイッチのオンタイミングよりも前までの期間のうち、少なくとも一方の期間であり、
   前記操作部は、
   前記矩形波電圧の位相と、前記電流検出部により検出された電流との位相差に基づいて、前記回転電機のロータ（１１）の回転位置情報を推定する位置推定部（４３〜４８）と、
   前記電流検出部の検出値に基づいて、前記対象巻線に流れる電流の振幅変化量を算出する変化量算出部（Ｓ１２，Ｓ１６，Ｓ２０）と、
   算出された前記振幅変化量に基づいて、前記位置推定部により推定された前記回転位置情報を補正する位置補正部（Ｓ１３，Ｓ１７，Ｓ２１，４９）と、を含み、
   補正された前記回転位置情報に基づいて、前記回転電機の矩形波駆動を行うべく前記インバータを操作する回転電機の制御装置。
2. 前記回転電機は、複数の前記巻線群として、電気角で１２０度ずれたＵ，Ｖ，Ｗ相巻線（１４Ｕ〜１４Ｗ）を含む第１巻線群（１４）と、電気角で１２０度ずれたＸ，Ｙ，Ｚ相巻線（１５Ｘ〜１５Ｚ）を含む第２巻線群（１５）と、を有し、
   前記インバータは、
   前記上アームスイッチとして、前記Ｚ相巻線に接続されたＺ相上アームスイッチ（ＳＺＨ）及び前記Ｕ相巻線に接続されたＵ相上アームスイッチ（ＳＵＨ）を有し、前記下アームスイッチとして、前記Ｚ相上アームスイッチに直列接続されたＺ相下アームスイッチ（ＳＺＬ）及び前記Ｕ相上アームスイッチに直列接続されたＵ相下アームスイッチ（ＳＵＬ）を有する第１モジュール（Ｍ１）と、
   前記上アームスイッチとして、前記Ｘ相巻線に接続されたＸ相上アームスイッチ（ＳＸＨ）及び前記Ｖ相巻線に接続されたＶ相上アームスイッチ（ＳＶＨ）を有し、前記下アームスイッチとして、前記Ｘ相上アームスイッチに直列接続されたＸ相下アームスイッチ（ＳＸＬ）及び前記Ｖ相上アームスイッチに直列接続されたＶ相下アームスイッチ（ＳＶＬ）を有する第２モジュール（Ｍ２）と、
   前記上アームスイッチとして、前記Ｙ相巻線に接続されたＹ相上アームスイッチ（ＳＹＨ）及び前記Ｗ相巻線に接続されたＷ相上アームスイッチ（ＳＷＨ）を有し、前記下アームスイッチとして、前記Ｙ相上アームスイッチに直列接続されたＹ相下アームスイッチ（ＳＹＬ）及び前記Ｗ相上アームスイッチに直列接続されたＷ相下アームスイッチ（ＳＷＬ）を有する第３モジュール（Ｍ３）と、を含み、
   前記電流検出部及び前記操作部が前記各モジュールに備えられている請求項１に記載の回転電機の制御装置。
3. 前記回転電機は、複数の前記巻線群として、電気角で１２０度ずれたＵ，Ｖ，Ｗ相巻線（１４Ｕ〜１４Ｗ）を含む第１巻線群（１４）と、電気角で１２０度ずれたＸ，Ｙ，Ｚ相巻線（１５Ｘ〜１５Ｚ）を含む第２巻線群（１５）と、を有し、
   前記インバータは、前記上アームスイッチとして、前記Ｘ相巻線に接続されたＸ相上アームスイッチ（ＳＸＨ）、前記Ｙ相巻線に接続されたＹ相上アームスイッチ（ＳＹＨ）、前記Ｚ相巻線に接続されたＺ相上アームスイッチ（ＳＺＨ）、前記Ｕ相巻線に接続されたＵ相上アームスイッチ（ＳＵＨ）、前記Ｖ相巻線に接続されたＶ相上アームスイッチ（ＳＶＨ）及び前記Ｗ相巻線に接続されたＷ相上アームスイッチ（ＳＷＨ）を有し、前記下アームスイッチとして、前記Ｘ相上アームスイッチに直列接続されたＸ相下アームスイッチ（ＳＸＬ）、前記Ｙ相上アームスイッチに直列接続されたＹ相下アームスイッチ（ＳＹＬ）、前記Ｚ相上アームスイッチに直列接続されたＺ相下アームスイッチ（ＳＺＬ）、前記Ｕ相上アームスイッチに直列接続されたＵ相下アームスイッチ（ＳＵＬ）、前記Ｖ相上アームスイッチに直列接続されたＶ相下アームスイッチ（ＳＶＬ）及び前記Ｗ相上アームスイッチに直列接続されたＷ相下アームスイッチ（ＳＷＬ）を有するモジュール（ＭＪ）として構成されており、
   前記電流検出部及び前記操作部が前記モジュールに備えられている請求項１に記載の回転電機の制御装置。
4. 前記第１巻線群と前記第２巻線群とのなす位相差が電気角で３０度である請求項２又は３に記載の回転電機の制御装置。
5. ステータ（１３）に巻回された第１巻線群（１４）及び第２巻線群（１５）を有する回転電機（１０）と、
   前記第１巻線群及び前記第２巻線群それぞれに電圧を印加するインバータ（ＳＸＨ〜ＳＷＬ，２０）と、を備える制御システムに適用される回転電機の制御装置（ＤＵ，ＤＵ１〜ＤＵ３）において、
   前記第１巻線群は、電気角で１２０度ずれたＵ，Ｖ，Ｗ相巻線（１４Ｕ〜１４Ｗ）を有し、
   前記第２巻線群は、電気角で１２０度ずれたＸ，Ｙ，Ｚ相巻線（１５Ｘ〜１５Ｚ）を有し、
   前記第１巻線群と前記第２巻線群とのなす位相差が電気角で３０度であり、
   前記インバータは、各相に対応した上アームスイッチ（ＳＸＨ〜ＳＷＨ）及び下アームスイッチ（ＳＸＬ〜ＳＷＬ）の直列接続体を有し、
   前記巻線に流れる電流を検出する電流検出部（４２）と、
   前記電流検出部の検出値に基づいて、前記第１巻線群及び前記第２巻線群それぞれに矩形波電圧を印加すべく前記インバータを操作する操作部（４３〜５０）と、を備え、
   前記操作部は、前記Ｕ，Ｖ，Ｗ相巻線それぞれに印加される矩形波電圧の位相を電気角で１２０度ずつずらし、かつ、前記Ｘ，Ｙ，Ｚ相巻線それぞれに印加される矩形波電圧の位相を電気角で１２０度ずつずらし、かつ、前記Ｕ相巻線及び前記Ｘ相巻線それぞれに印加される矩形波電圧の位相差を電気角で３０度とする１８０度矩形波通電制御を行い、
   前記Ｕ，Ｖ，Ｗ相巻線のうち電流を検出しようとする巻線を対象巻線とし、前記第２巻線群に流れる電流が前記対象巻線に流れる電流に干渉しない期間を検出期間とする場合、前記電流検出部は、前記検出期間において前記対象巻線に流れる電流を検出し、
   Ｘ，Ｙ，Ｚ相のうち前記対象巻線の相の電圧ベクトルと直交する電圧ベクトルの相を直交相とする場合、前記検出期間は、前記直交相における前記下アームスイッチのオンタイミングである第１タイミングから、Ｕ，Ｖ，Ｗ相のうち前記第１タイミングの直後に出現する相における前記下アームスイッチのオンタイミングよりも前までの期間、及び前記直交相における前記上アームスイッチのオンタイミングである第２タイミングから、Ｕ，Ｖ，Ｗ相のうち前記第２タイミングの直後に出現する相における前記上アームスイッチのオンタイミングよりも前までの期間のうち、少なくとも一方の期間である回転電機の制御装置。
6. 前記電流検出部は、前記直交相における前記下アームスイッチのオンタイミング、及び前記直交相における前記上アームスイッチのオンタイミングのうち、少なくとも一方のタイミングで前記対象巻線に流れる電流を検出する請求項１〜５のいずれか１項に記載の回転電機の制御装置。

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