JP7276192B2 - 永久磁石電動機の制御方法及び制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、永久磁石電動機の制御方法及び制御装置に関する。

永久磁石電動機の制御方法として、永久磁石電動機の固有のパラメータとしての誘起電圧定数に基づいて永久磁石電動機の温度を推定し、その推定した温度に基づいて永久磁石電動機の巻線抵抗を推定し、その推定した巻線抵抗を含むパラメータや電圧指令値などを永久磁石電動機のモデルとしての電圧方程式に代入して、永久磁石電動機の回転子の位置を推定するものがある。このように、回転子の位置の推定に用いられる巻線抵抗を永久磁石電動機の温度に応じて補正することができるため、回転子の位置の推定精度を上げることができ、永久磁石電動機の制御性を高めることができる。関連する技術として、特許文献１がある。

特開２００４－０７９２４号公報

本発明の一側面に係る目的は、回転子の位置を検出する機能を備えていない永久磁石電動機の温度を精度よく推定して、永久磁石電動機を制御することである。

本発明に係る一つの形態である永久磁石電動機の制御方法は、永久磁石電動機を駆動させるインバータ回路と、永久磁石電動機に流れる電流を取得する電流取得部と、永久磁石電動機の固有のパラメータとして、少なくとも巻線抵抗及びインダクタンスを用いて回転子の位置を推定する位置推定部と、位置推定部により推定される永久磁石電動機の回転子の位置を用いて求められる電流指令値と電流取得部により取得された電流との差に応じた電圧指令値に基づいて、インバータ回路の動作を制御する制御回路とを備える制御装置における、永久磁石電動機の制御方法である。

制御回路は、永久磁石電動機のモデルとしての電圧方程式を用いて推定された推定電流と電流取得部により取得された電流との差が小さくなるように、電圧方程式に用いる永久磁石電動機の固有のパラメータとしての誘起電圧定数、巻線抵抗、及びインダクタンスを同定し、同定された固有のパラメータのうち少なくとも誘起電圧定数及び巻線抵抗に基づいて、永久磁石電動機の温度を推定する。

このように、誘起電圧定数だけでなく巻線抵抗を用いて永久磁石電動機の温度を推定する構成であるため、誘起電圧定数のみを用いて永久磁石電動機の温度を推定する構成に比べて、永久磁石電動機の温度を精度よく推定することができる。

また、制御回路は、誘起電圧定数に対応する第１の温度と、巻線抵抗に対応する第２の温度との単純平均を、永久磁石電動機の温度とするように構成してもよい。

このように、誘起電圧定数に対応する第１の温度と、巻線抵抗に対応する第２の温度との単純平均を永久磁石電動機の温度とする構成であるため、第１及び第２の温度の加重平均を永久磁石電動機の温度とする構成など複雑な計算により永久磁石電動機の温度を推定する構成に比べて、制御回路の計算処理の負荷を抑えることができる。

また、制御回路は、誘起電圧定数、巻線抵抗、及びインダクタンスに基づいて、永久磁石電動機の温度を推定するように構成してもよい。

このように、誘起電圧定数及び巻線抵抗だけでなくインダクタンスを用いて永久磁石電動機の温度を推定する構成であるため、誘起電圧定数及び巻線抵抗のみを用いて永久磁石電動機の温度を推定する構成に比べて、永久磁石電動機の温度をさらに精度よく推定することができる。

また、制御回路は、永久磁石電動機の温度に基づいて、巻線抵抗を再度推定し、回転速度、電圧指令値、永久磁石電動機に流れる電流、推定した誘起電圧定数、再度推定した巻線抵抗、及び推定したインダクタンスを用いて、回転子の位置を推定するように構成してもよい。

これにより、永久磁石電動機の回転子の位置を検出する機能を備えていない永久磁石電動機の制御装置において、回転子の位置を精度よく推定して、永久磁石電動機を制御することができる。

本発明に係る一つの形態である永久磁石電動機の制御装置における制御回路は、永久磁石電動機のモデルとしての電圧方程式を用いて推定された推定電流と電流取得部により取得された電流との差が小さくなるように、電圧方程式に用いる永久磁石電動機の固有のパラメータとしての誘起電圧定数、巻線抵抗、及びインダクタンスを同定するパラメータ推定部と、同定された固有のパラメータのうち少なくとも誘起電圧定数及び巻線抵抗に基づいて、永久磁石電動機の温度を推定する温度推定部とを備える。

このように、誘起電圧定数だけでなく巻線抵抗を用いて永久磁石電動機の温度を推定する構成であるため、誘起電圧定数のみを用いて永久磁石電動機の温度を推定する構成に比べて、永久磁石電動機の温度を精度よく推定することができる。

本発明によれば、回転子の位置を検出する機能を備えていない永久磁石電動機の温度を精度よく推定して、永久磁石電動機を制御することができる。

実施形態の永久磁石電動機の制御装置の一例を示す図である。 記憶部に記憶されている情報の一例を示す図である。 推定部の一例を示す図である。 推定部の他の例を示す図である。

以下図面に基づいて実施形態について詳細を説明する。

図１は、実施形態の永久磁石電動機の制御装置の一例を示す図である。

図１に示す制御装置１は、例えば、電動フォークリフトやプラグインハイブリッド車などの車両に搭載される永久磁石電動機Ｍを制御するものであって、インバータ回路２と、制御回路３とを備える。なお、永久磁石電動機Ｍは、以下、電動機Ｍとする。

インバータ回路２は、直流電源Ｐから供給される電力により電動機Ｍを駆動するものであって、コンデンサＣと、スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６（例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor））と、電流センサＳｅ１、Ｓｅ２とを備える。すなわち、コンデンサＣの一方端が直流電源Ｐの正極端子及びスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ３、ＳＷ５の各コレクタ端子に接続され、コンデンサＣの他方端が直流電源Ｐの負極端子及びスイッチング素子ＳＷ２、ＳＷ４、ＳＷ６の各エミッタ端子に接続されている。スイッチング素子ＳＷ１のエミッタ端子とスイッチング素子ＳＷ２のコレクタ端子との接続点は電流センサＳｅ１を介して電動機ＭのＵ相の入力端子に接続されている。スイッチング素子ＳＷ３のエミッタ端子とスイッチング素子ＳＷ４のコレクタ端子との接続点は電流センサＳｅ２を介して電動機ＭのＶ相の入力端子に接続されている。スイッチング素子ＳＷ５のエミッタ端子とスイッチング素子ＳＷ６のコレクタ端子との接続点は電動機ＭのＷ相の入力端子に接続されている。

コンデンサＣは、直流電源Ｐから出力されインバータ回路２へ入力される電圧を平滑する。

スイッチング素子ＳＷ１は、制御回路３から出力される駆動信号Ｓ１に基づいて、オンまたはオフする。スイッチング素子ＳＷ２は、制御回路３から出力される駆動信号Ｓ２に基づいて、オンまたはオフする。スイッチング素子ＳＷ３は、制御回路３から出力される駆動信号Ｓ３に基づいて、オンまたはオフする。スイッチング素子ＳＷ４は、制御回路３から出力される駆動信号Ｓ４に基づいて、オンまたはオフする。スイッチング素子ＳＷ５は、制御回路３から出力される駆動信号Ｓ５に基づいて、オンまたはオフする。スイッチング素子ＳＷ６は、制御回路３から出力される駆動信号Ｓ６に基づいて、オンまたはオフする。スイッチング素子Ｓｗ１～ＳＷ６がそれぞれオンまたはオフすることで、直流電源Ｐから出力される直流電圧が、互いに位相が１２０度ずつ異なる３つの交流電圧に変換され、それら交流電圧が電動機ＭのＵ相、Ｖ相、及びＷ相の入力端子に印加され電動機Ｍの回転子が回転する。

電流センサＳｅ１は、ホール素子やシャント抵抗などにより構成され、電動機ＭのＵ相に流れるＵ相電流Ｉｕを検出して制御回路３に出力する。また、電流センサＳｅ２は、ホール素子やシャント抵抗などにより構成され、電動機ＭのＶ相に流れるＶ相電流Ｉｖを検出して制御回路３に出力する。

制御回路３は、記憶部４と、ドライブ回路５と、演算部６とを備える。

記憶部４は、ＲＡＭ（Random Access Memory）またはＲＯＭ（Read Only Memory）などにより構成される。また、記憶部４は、後述する、電動機Ｍの固有のパラメータである誘起電圧定数Ψと電動機Ｍの温度との対応関係を示す情報Ｄ１、電動機Ｍの固有のパラメータである巻線抵抗Ｒと電動機Ｍの温度との対応関係を示す情報Ｄ２、電動機Ｍの固有のパラメータであるｄ軸インダクタンスＬｄと電動機Ｍの温度との対応関係を示す情報Ｄ３、及び、電動機Ｍの固有のパラメータであるｑ軸インダクタンスＬｑと電動機Ｍの温度との対応関係を示す情報Ｄ４などを記憶している。

図２（ａ）は、情報Ｄ１の一例を示す図である。

情報Ｄ１では、誘起電圧定数Ψ１と温度Ｔ１１とが対応し、誘起電圧定数Ψ２と温度Ｔ１２とが対応している。なお、誘起電圧定数Ψ１＞有機電圧定数Ψ２、温度Ｔ１１＜温度Ｔ１２とする。すなわち、情報Ｄ１では、誘起電圧定数Ψが小さくなるほど、その誘起電圧定数Ψに対応する温度が大きくなる。

図２（ｂ）は、情報Ｄ２の一例を示す図である。

情報Ｄ２では、巻線抵抗Ｒ１と温度Ｔ２１とが対応し、巻線抵抗Ｒ２と温度Ｔ２２とが対応している。なお、巻線抵抗Ｒ１＜巻線抵抗Ｒ２、温度Ｔ２１＜温度Ｔ２２とする。すなわち、情報Ｄ２では、巻線抵抗Ｒが大きくなるほど、その巻線抵抗Ｒに対応する温度が大きくなる。

図２（ｃ）は、情報Ｄ３の一例を示す図である。

情報Ｄ３では、ｄ軸インダクタンスＬｄ１と温度Ｔ３１とが対応し、ｄ軸インダクタンスＬｄ２と温度Ｔ３２とが対応している。なお、ｄ軸インダクタンスＬｄ１＜ｄ軸インダクタンスＬｄ２、温度Ｔ３１＜温度Ｔ３２とする。すなわち、情報Ｄ３では、ｄ軸インダクタンスＬｄが小さくなるほど、そのｄ軸インダクタンスＬｄに対応する温度が大きくなる。

図２（ｄ）は、情報Ｄ４の一例を示す図である。

情報Ｄ４では、ｑ軸インダクタンスＬｑ１と温度Ｔ４１とが対応し、ｑ軸インダクタンスＬｑ２と温度Ｔ４２とが対応している。なお、ｑ軸インダクタンスＬｑ１＜ｑ軸インダクタンスＬｑ２、温度Ｔ４１＜温度Ｔ４２とする。すなわち、情報Ｄ４では、ｑ軸インダクタンスＬｄが小さくなるほど、そのｑ軸インダクタンスＬｑに対応する温度が大きくなる。

一般に、環境温度が高くなるなどで電動機Ｍの温度が大きくなるほど、誘起電圧定数Ψが小さくなり、巻線抵抗Ｒが大きくなる。また、電動機Ｍに流れる電流が大きくなるほど、ｄ軸インダクタンスＬｄ及びｑ軸インダクタンスＬｑが小さくなる。また、電動機Ｍに流れる電流が大きくなるほど、電動機Ｍ自身の発熱により電動機Ｍの温度が大きくなる。

このように、誘起電圧定数Ψ、巻線抵抗Ｒ、ｄ軸インダクタンスＬｄ、及びｑ軸インダクタンスＬｑは、電動機Ｍの温度変化に伴って変動するパラメータであるため、温度推定に用いるパラメータの種類を増やすほど、温度の推定精度を向上させることができる。

そこで、実施形態の制御装置１では、後述するように、誘起電圧定数Ψ＾（誘起電圧定数Ψの推定値）だけでなく巻線抵抗Ｒ＾（巻線抵抗Ｒの推定値）も用いて、電動機Ｍの温度を推定する。これにより、誘起電圧定数Ψ＾のみを用いて、電動機Ｍの温度を推定する場合に比べて、温度の推定精度を向上させることができるため、その温度に基づいて推定される回転子の位置の推定精度を向上させることができる。

または、実施形態の制御装置１では、後述するように、誘起電圧定数Ψ＾及び巻線抵抗Ｒ＾だけでなくｄ軸インダクタンスＬｄ＾（ｄ軸インダクタンスＬｄの推定値）及びｑ軸インダクタンスＬｑ＾（ｑ軸インダクタンスＬｑの推定値）も用いて、電動機Ｍの温度を推定する。これにより、誘起電圧定数Ψ＾及び巻線抵抗Ｒ＾のみを用いて、電動機Ｍの温度を推定する場合に比べて、温度の推定精度をさらに向上させることができるため、その温度に基づいて推定される回転子の位置の推定精度をさらに向上させることができる。

ドライブ回路５は、ＩＣ（Integrated Circuit）などにより構成され、演算部６から出力される電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊と搬送波（三角波、ノコギリ波、または逆ノコギリ波など）とを比較し、その比較結果に応じた駆動信号Ｓ１～Ｓ６をスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６のそれぞれのゲート端子に出力する。例えば、ドライブ回路５は、電圧指令値Ｖｕ＊が搬送波以上である場合、ハイレベルの駆動信号Ｓ１を出力するとともに、ローレベルの駆動信号Ｓ２を出力し、電圧指令値Ｖｕ＊が搬送波より小さい場合、ローレベルの駆動信号Ｓ１を出力するとともに、ハイレベルの駆動信号Ｓ２を出力する。また、ドライブ回路５は、電圧指令値Ｖｖ＊が搬送波以上である場合、ハイレベルの駆動信号Ｓ３を出力するとともに、ローレベルの駆動信号Ｓ４を出力し、電圧指令値Ｖｖ＊が搬送波より小さい場合、ローレベルの駆動信号Ｓ３を出力するとともに、ハイレベルの駆動信号Ｓ４を出力する。また、ドライブ回路５は、電圧指令値Ｖｗ＊が搬送波以上である場合、ハイレベルの駆動信号Ｓ５を出力するとともに、ローレベルの駆動信号Ｓ６を出力し、電圧指令値Ｖｗ＊が搬送波より小さい場合、ローレベルの駆動信号Ｓ５を出力するとともに、ハイレベルの駆動信号Ｓ６を出力する。

なお、ドライブ回路５は、電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊の振幅値が三角波の振幅値より小さい場合、電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊の１周期においてスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６が繰り返しオン、オフする制御、すなわち、パルス幅変調制御（ＰＷＭ制御）を行うものとする。

また、ドライブ回路５は、電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊の振幅値が三角波の振幅値より大きい場合、電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊の１周期のうちの一部の期間においてスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６が繰り返しオン、オフし、残りの期間においてスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６が常にオンまたは常にオフする制御、すなわち、過変調制御を行うものとする。

また、ドライブ回路５は、電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊の振幅値が三角波の振幅値よりさらに大きい場合、電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊の半周期においてスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６が常にオンまたは常にオフし、残りの半周期においてスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６が常にオンまたは常にオフする制御、すなわち、矩形波制御を行うものとする。

演算部６は、マイクロコンピュータなどにより構成され、速度演算部７と、減算部８と、トルク制御部９と、トルク／電流指令値変換部１０と、減算部１１、１２と、電流制御部１３と、座標変換部１４と、座標変換部１５と、推定部１６とを備える。例えば、マイクロコンピュータが記憶部４に記憶されているプログラムを実行することにより、速度演算部７、減算部８、トルク制御部９、トルク／電流指令値変換部１０、減算部１１、１２、電流制御部１３、座標変換部１４、座標変換部１５、及び推定部１６が実現される。

速度演算部７は、推定部１６により推定される電動機Ｍの回転子の推定位置θ＾により回転速度ωを演算する。例えば、速度演算部７は、推定位置θ＾を演算部６の制御周期で除算することにより回転速度ωを求める。

減算部８は、外部から入力される回転速度指令値ω＊と速度演算部７から出力される回転速度ωとの差Δωを算出する。

トルク制御部９は、減算部８から出力される差Δωを用いて、トルク指令値Ｔ＊を求める。例えば、トルク制御部９は、記憶部４に記憶されている、電動機Ｍの回転子の回転速度と電動機Ｍのトルクとが互いに対応付けられている情報（不図示）を参照して、差Δωに相当する回転速度に対応するトルクを、トルク指令値Ｔ＊として求める。

トルク／電流指令値変換部１０は、トルク制御部９から出力されるトルク指令値Ｔ＊を、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値Ｉｑ＊に変換する。例えば、トルク／電流指令値変換部１０は、記憶部４に記憶されている、電動機Ｍのトルクとｄ軸電流指令値Ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値Ｉｑ＊とが互いに対応付けられている情報（不図示）を参照して、トルク指令値Ｔ＊に相当するトルクに対応するｄ軸電流指令値Ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を求める。

減算部１１は、トルク／電流指令値変換部１０から出力されるｄ軸電流指令値Ｉｄ＊と推定部１６から出力される推定ｄ軸電流Ｉｄ＾との差ΔＩｄを算出する。

減算部１２は、トルク／電流指令値変換部１０から出力されるｑ軸電流指令値Ｉｑ＊と推定部１６から出力される推定ｑ軸電流Ｉｑ＾との差ΔＩｑを算出する。

電流制御部１３は、減算部１１から出力される差ΔＩｄ及び減算部１２から出力される差ΔＩｑを用いたＰＩ（Proportional Integral）制御により、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を算出する。例えば、電流制御部１３は、下記式１を用いてｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊を算出するとともに、下記式２を用いてｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を算出する。なお、ＫｐはＰＩ制御の比例項の定数とし、ＫｉはＰＩ制御の積分項の定数とし、Ｌｑは電動機Ｍを構成するコイルのｑ軸インダクタンスとし、Ｌｄは電動機Ｍを構成するコイルのｄ軸インダクタンスとし、ωは回転速度とし、Ψは誘起電圧定数とする。

ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊＝Ｋｐ×差ΔＩｄ＋∫（Ｋｉ×差ΔＩｄ）－ωＬｑＩｑ・・・式１
ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊＝Ｋｐ×差ΔＩｑ＋∫（Ｋｉ×差ΔＩｑ）＋ωＬｄＩｄ＋ωΨ・・・式２

座標変換部１４は、推定部１６から出力される推定位置θ＾を用いて、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を、Ｕ相電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖ相電圧指令値Ｖｕ＊、及びＷ相電圧指令値Ｖｗ＊に変換する。

例えば、座標変換部１４は、下記式３に示す変換行列Ｃ１を用いて、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を、電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊に変換する。

座標変換部１５は、電流センサＳｅ１により検出されるＵ相電流Ｉｕ及び電流センサＳｅ２により検出されるＶ相電流Ｉｖを用いて、電動機ＭのＷ相に流れるＷ相電流Ｉｗを求める。なお、座標変換部１５及び電流センサＳｅ１、Ｓｅ２により、電流取得部が構成されるものとする。

また、座標変換部１５は、推定部１６から出力される推定位置θ＾を用いて、Ｕ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、及びＷ相電流Ｉｗをｄ軸電流Ｉｄ（弱め界磁を発生させるための電流成分）及びｑ軸電流Ｉｑ（トルクを発生させるための電流成分）に変換する。

例えば、座標変換部１５は、下記式４に示す変換行列Ｃ２を用いて、Ｕ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、Ｗ相電流Ｉｗを、ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑに変換する。

なお、電流センサＳｅ１、Ｓｅ２により検出される電流は、Ｕ相電流Ｉｕ及びＶ相電流Ｉｖの組み合わせに限定されず、Ｖ相電流Ｉｖ及びＷ相電流Ｉｗの組み合わせ、または、Ｕ相電流Ｉｕ及びＷ相電流Ｉｗの組み合わせでもよい。電流センサＳｅ１、Ｓｅ２によりＶ相電流Ｉｖ及びＷ相電流Ｉｗが検出される場合、座標変換部１５は、Ｖ相電流Ｉｖ及びＷ相電流Ｉｗを用いて、Ｕ相電流Ｉｕを求める。また、電流センサＳｅ１、Ｓｅ２によりＵ相電流Ｉｕ及びＷ相電流Ｉｗが検出される場合、座標変換部１５は、Ｕ相電流Ｉｕ及びＷ相電流Ｉｗを用いて、Ｖ相電流Ｉｖを求める。

また、インバータ回路２において、電流センサＳｅ１、Ｓｅ２の他に、電動機ＭのＷ相に流れる電流を検出する電流センサＳｅ３をさらに備える場合、座標変換部１５は、推定部１６から出力される推定位置θ＾を用いて、電流センサＳｅ１～Ｓｅ３により検出されるＵ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、及びＷ相電流Ｉｗをｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑに変換するように構成してもよい。この場合、座標変換部１５及び電流センサＳｅ１～Ｓｅ３により、電流取得部が構成されるものとする。

また、座標変換部１５は、ドライブ回路５がパルス幅変調制御を行っているとき、電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊の１周期において、Ｕ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、及びＷ相電流Ｉｗをすべて求めることができ、ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑを出力することができるものとする。

また、座標変換部１５は、ドライブ回路５が過変調制御を行っているとき、電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊の１周期の一部の期間において、Ｕ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、及びＷ相電流Ｉｗを求めることができず、ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑを出力することができないものとする。

また、座標変換部１５は、ドライブ回路５が矩形波制御を行っているとき、電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊の１周期において、Ｕ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、及びＷ相電流Ｉｗをすべて求めることができず、ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑを出力することができないものとする。

推定部１６は、速度演算部７から出力される回転速度ωと、電流制御部１３から出力されるｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊及ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊と、座標変換部１５から出力されるｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑとを用いて、推定ｄ軸電流Ｉｄ＾、推定ｑ軸電流Ｉｑ＾、及び推定位置θ＾を出力する。

図３は、推定部１６の一例を示す図である。

図３に示す推定部１６は、電流推定部１６１と、減算部１６２と、パラメータ推定部１６３と、温度推定部１６４と、抵抗推定部１６５と、位置推定部１６６とを備える。

電流推定部１６１は、電動機Ｍに流れる電流を推定する。

すなわち、電流推定部１６１は、座標変換部１４からｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑが出力される場合（電流取得部により電動機Ｍに流れる電流が取得される場合）、ｄ軸電流Ｉｄを推定ｄ軸電流Ｉｄ＾として減算部１１に出力するとともに、ｑ軸電流Ｉｑを推定ｑ軸電流Ｉｑ＾として減算部１２に出力する。

また、電流推定部１６１は、座標変換部１５からｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑが出力されない場合（電流取得部により電動機Ｍに流れる電流が取得されない場合）、速度演算部７から出力される回転速度ωと、電流制御部１３から出力されるｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊と、パラメータ推定部１６３により推定される電動機Ｍの固有のパラメータ（誘起電圧定数Ψ＾、巻線抵抗Ｒ＾、ｄ軸インダクタンスＬｄ＾、及びｑ軸インダクタンスＬｑ＾）と下記式５に代入して、推定ｄ軸電流Ｉｄ＾及び推定ｑ軸電流Ｉｑ＾を算出し、その算出した推定ｄ軸電流Ｉｄ＾及び推定ｑ軸電流Ｉｑ＾を減算部１１、１２に出力する。なお、下記式５は電動機Ｍのモデルとしての電圧方程式であり、Ｐは微分演算子とする。

減算部１６２は、座標変換部１５から出力されるｄ軸電流Ｉｄと電流推定部１６１から出力される推定ｄ軸電流Ｉｄ＾との差ΔＩｄ＾を算出するとともに、座標変換部１５から出力されるｑ軸電流Ｉｑと電流推定部１６１から出力される推定ｑ軸電流Ｉｑ＾との差ΔＩｑ＾を算出する。

パラメータ推定部１６３は、減算部１６２から出力される差ΔＩｄ＾、ΔＩｑ＾がゼロになるように、電動機Ｍの固有のパラメータを制御タイミング毎に繰り返し推定する。これにより、パラメータ推定部１６３によりパラメータが繰り返し推定されているとき、差ΔＩｄ＾、ΔＩｑ＾が徐々にゼロに近づいていき、パラメータが推定され始めてから所定時間以上が経過すると、差ΔＩｄ＾、ΔＩｑ＾がゼロになり、パラメータ推定部１６３により推定されるパラメータが同定する。すなわち、パラメータ推定部１６３は、電動機Ｍのモデルとしての電圧方程式を用いて推定された推定電流と電流取得部により取得された電流との差が小さくなるように、電圧方程式に用いる電動機Ｍの固有のパラメータとしての誘起電圧定数、巻線抵抗、及びインダクタンスを同定する。

例えば、パラメータ推定部１６３は、下記式６～式９を用いて、逐次最小二乗法により、誘起電圧定数Ψ＾、巻線抵抗Ｒ＾、ｄ軸インダクタンスＬｄ＾、及びｑ軸インダクタンスＬｑ＾を推定するように構成してもよい。なお、ｙ_Ｎは下記式１０とする。また、θ^Ｔ及びＺ_Ｎ ^Ｔを下記式１１及び式１２に示すように定義する場合、下記式１０を下記式１３に示すように表されるものとする。ｒ_Ｎは減算部１５２の出力値（差ΔＩｄ＾、ΔＩｑ＾）とし、ａ_ｉ及びｂ_ｉは電動機Ｍの固有のパラメータ（誘起電圧定数Ψ＾、巻線抵抗Ｒ＾、ｄ軸インダクタンスＬｄ＾、及びｑ軸インダクタンスＬｑ＾）とし、ｙ_Ｎ－ｉは座標変換部１５の出力値（ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑ）とし、ｕ_Ｎ－１は電流制御部１３の出力値（ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊及ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊）とする。また、φ_Ｎ及びψ_Ｎはｚ_Ｎとし、ρ_Ｎは忘却係数とする。

温度推定部１６４は、パラメータ推定部１６３から出力されるパラメータのうちの誘起電圧定数Ψ＾及び巻線抵抗Ｒ＾に基づいて、電動機Ｍの温度Ｔ＾を推定する。

例えば、温度推定部１６４は、記憶部４に記憶されている情報Ｄ１を参照して、パラメータ推定部１６３から出力される誘起電圧定数Ψ＾に対応する温度を、温度Ｔ１とし、記憶部４に記憶されている情報Ｄ２を参照して、パラメータ推定部１６３から出力される巻線抵抗Ｒ＾に対応する温度を、温度Ｔ２とする。そして、温度推定部１６４は、誘起電圧定数Ψ＾、及び巻線抵抗Ｒ＾に基づいて、または、誘起電圧定数Ψ＾、巻線抵抗Ｒ＾及び回転速度ωに基づいて、重みＷ１及び重みＷ２を求め、温度Ｔ＾＝（温度Ｔ１×重みＷ１＋温度Ｔ２×重みＷ２）／（重みＷ１＋重みＷ２）を計算することにより、温度Ｔ＾を推定する。すなわち、温度推定部１６４は、誘起電圧定数Ψに対応する温度Ｔ１と巻線抵抗Ｒ＾に対応する温度Ｔ２との加重平均を、電動機Ｍの温度Ｔ＾として推定する。

または、温度推定部１６４は、記憶部４に記憶されている情報Ｄ１を参照して、パラメータ推定部１６３から出力される誘起電圧定数Ψ＾に対応する温度を、温度Ｔ１とし、記憶部４に記憶されている情報Ｄ２を参照して、パラメータ推定部１６３から出力される巻線抵抗Ｒ＾に対応する温度を、温度Ｔ２とし、温度Ｔ＾＝（温度Ｔ１＋温度Ｔ２）／２を計算することにより、温度Ｔ＾を推定する。すなわち、温度推定部１６４は、誘起電圧定数Ψ＾に対応する温度Ｔ１と巻線抵抗Ｒ＾に対応する温度Ｔ２との単純平均を、電動機Ｍの温度Ｔ＾として推定する。このように、温度Ｔ１、Ｔ２の単純平均を温度Ｔ＾として推定する場合は、温度Ｔ１、Ｔ２の加重平均を温度Ｔ＾として推定する場合に比べて、制御回路３の計算処理の負荷を抑えることができる。

巻線抵抗推定部１６５は、温度推定部１６４から出力される温度Ｔ＾を用いて、電動機Ｍの巻線抵抗Ｒ＾を再度推定し、その再度推定した巻線抵抗Ｒ＾を、巻線抵抗Ｒ＾´とする。

例えば、巻線抵抗推定部１６５は、記憶部４に記憶されている情報Ｄ２を参照して、温度推定部１６４から出力される温度Ｔ＾に相当する温度に対応する巻線抵抗Ｒを、巻線抵抗Ｒ＾´とする。

位置推定部１６６は、速度演算部７から出力される回転速度ωと、電流制御部１３から出力されるｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊と、座標変換部１５から出力されるｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑまたは電流推定部１６１から出力される推定ｄ軸電流Ｉｄ＾及び推定ｑ軸電流Ｉｑ＾と、パラメータ推定部１６３から出力されるパラメータのうちの誘起電圧定数Ψ＾、ｄ軸インダクタンスＬｄ＾、及びｑ軸インダクタンスＬｑ＾と、巻線抵抗推定部１６５から出力される巻線抵抗Ｒ＾´とを用いて、電動機Ｍの回転子の推定位置θ＾を推定する。

例えば、位置推定部１６６は、電流制御部１３から出力されるｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊をγ軸電圧Ｖγ及びδ軸電圧Ｖδに変換するとともに、座標変換部１５から出力されるｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑまたは電流推定部１６１から出力される推定ｄ軸電流Ｉｄ＾及び推定ｑ軸電流Ｉｑ＾をγ軸電流Ｉγ及びδ軸電流Ｉδに変換する。次に、位置推定部１６６は、下記式１４に、回転速度ω、γ軸電圧Ｖγ、δ軸電圧Ｖδ、γ軸電流Ｉγ、δ軸電流Ｉδ、誘起電圧定数Ψ＾、巻線抵抗Ｒ＾´、ｄ軸インダクタンスＬｄ＾、ｑ軸インダクタンスＬｑ＾を代入することにより求められるΔθを、推定位置θ＾とする。なお、下記式１４は電動機Ｍのモデルとしての電圧方程式であり、Ｐは微分演算子とする。

なお、位置推定部１６６は、電動機Ｍの固有のパラメータ（誘起電圧定数Ψ＾、巻線抵抗Ｒ＾´、ｄ軸インダクタンスＬｄ＾、及びｑ軸インダクタンスＬｑ＾）のうち、巻線抵抗Ｒ＾´、ｄ軸インダクタンスＬｄ＾、及びｑ軸インダクタンスＬｑ＾を用いて回転子の位置を推定するように構成してもよい。

このように、実施形態の電動機Ｍの制御装置１によれば、誘起電圧定数Ψ＾だけでなく巻線抵抗Ｒ＾´を用いて電動機Ｍの温度Ｔ＾を推定する構成であるため、誘起電圧定数Ψ＾のみを用いて電動機Ｍの温度Ｔ＾を推定する構成に比べて、温度Ｔ＾の推定精度を向上させることができる。これにより、電動機Ｍの回転子の位置を検出する機能を備えていない電動機Ｍの制御装置１において、回転子の位置を精度よく推定して、電動機Ｍを制御することができる。

また、本発明は、以上の実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。

＜変形例１＞
温度推定部１６４は、パラメータ推定部１６３から出力される誘起電圧定数Ψ＾、巻線抵抗Ｒ＾、ｄ軸インダクタンスＬｄ＾、及びｑ軸インダクタンスＬｑ＾に基づいて、電動機Ｍの温度Ｔ＾を推定するように構成してもよい。

例えば、温度推定部１６４は、記憶部４に記憶されている情報Ｄ１を参照して、パラメータ推定部１６３から出力される誘起電圧定数Ψ＾に対応する温度を、温度Ｔ１とし、記憶部４に記憶されている情報Ｄ２を参照して、パラメータ推定部１６３から出力される巻線抵抗Ｒ＾に対応する温度を、温度Ｔ２とし、記憶部４に記憶されている情報Ｄ３を参照して、パラメータ推定部１６３から出力されるｄ軸インダクタンスＬｄ＾に対応する温度を、温度Ｔ３とし、パラメータ推定部１６３から出力されるｑ軸インダクタンスＬｑ＾に対応する温度を、温度Ｔ４とする。そして、温度推定部１６４は、パラメータ推定部１６３から出力されるパラメータに基づいて、または、パラメータ推定部１６３から出力されるパラメータ及び回転速度ωに基づいて、重みＷ１～Ｗ４を求め、温度Ｔ＾＝（温度Ｔ１×重みＷ１＋温度Ｔ２×重みＷ２＋温度Ｔ３×重みＷ３＋温度Ｔ４×重みＷ４）／（重みＷ１＋重みＷ２＋重みＷ３＋重みＷ４）を計算することにより、温度Ｔ＾を推定する。言い換えると、温度推定部１６４は、誘起電圧定数Ψに対応する温度Ｔ１と巻線抵抗Ｒ＾に対応する温度Ｔ２とｄ軸インダクタンスＬｄ＾に対応する温度Ｔ３とｑ軸インダクタンスＬｑ＾に対応する温度Ｔ４との加重平均を、電動機Ｍの温度Ｔ＾として推定する。

または、温度推定部１６４は、記憶部４に記憶されている情報Ｄ１を参照して、パラメータ推定部１６３から出力される誘起電圧定数Ψ＾に対応する温度を、温度Ｔ１とし、記憶部４に記憶されている情報Ｄ２を参照して、パラメータ推定部１６３から出力される巻線抵抗Ｒ＾に対応する温度を、温度Ｔ２とし、記憶部４に記憶されている情報Ｄ３を参照して、パラメータ推定部１６３から出力されるｄ軸インダクタンスＬｄ＾に対応する温度を、温度Ｔ３とし、パラメータ推定部１６３から出力されるｑ軸インダクタンスＬｑ＾に対応する温度を、温度Ｔ４とする。そして、温度推定部１６４は、温度Ｔ＾＝（温度Ｔ１＋温度Ｔ２＋温度Ｔ３＋温度Ｔ４）／４を計算することにより、温度Ｔ＾を推定する。言い換えると、温度推定部１６４は、誘起電圧定数Ψ＾に対応する温度Ｔ１と巻線抵抗Ｒ＾に対応する温度Ｔ２とｄ軸インダクタンスＬｄ＾に対応する温度Ｔ３とｑ軸インダクタンスＬｑ＾に対応する温度Ｔ４との単純平均を、電動機Ｍの温度Ｔ＾として推定する。

このように、温度Ｔ１～Ｔ４の単純平均を温度Ｔ＾として推定する場合は、温度Ｔ１～Ｔ４の加重平均を温度Ｔ＾として推定する場合に比べて、制御回路３の計算処理の負荷を抑えることができる。

また、変形例１における制御装置１によれば、誘起電圧定数Ψ＾及び巻線抵抗Ｒ＾だけでなくｄ軸インダクタンスＬｄ＾及びｑ軸インダクタンスＬｑ＾を用いて電動機Ｍの温度Ｔ＾を推定する構成であるため、誘起電圧定数Ψ＾及び巻線抵抗Ｒ＾のみを用いて電動機Ｍの温度Ｔ＾を推定する構成に比べて、温度Ｔ＾の推定精度をさらに向上させることができる。

＜変形例２＞
図４に示すように、推定部１６は、さらに、異常停止判断部１６７を備えるように構成してもよい。

異常停止判断部１６７は、温度推定部１６４から出力される温度Ｔ＾が閾値Ｔｔｈ以上である場合、電動機Ｍに異常が発生していると判断して電動機Ｍの動作を停止させる旨の停止指示をドライブ回路５に出力し、温度Ｔ＾が閾値Ｔｔｈより小さい場合、電動機Ｍに異常が発生していないと判断する。ドライブ回路５は、停止指示を受け取ると、駆動信号Ｓ１～Ｓ６のそれぞれのデューティ比をゼロにして、電動機Ｍの駆動を停止する。

このように、推定部１６に異常停止判定部１６７を備えることにより、電動機Ｍが過温度状態のまま電動機Ｍが駆動し続けることを防止することができる。

１ 制御装置
２ インバータ回路
３ 制御回路
４ 記憶部
５ ドライブ回路
６ 演算部
７ 速度演算部
８ 減算部
９ トルク制御部
１０ トルク／電流指令値変換部
１１ 減算部
１２ 減算部
１３ 電流制御部
１４ 座標変換部
１５ 座標変換部
１６ 推定部
１６１ 電流推定部
１６２ 減算部
１６３ パラメータ推定部
１６４ 温度推定部
１６５ 抵抗推定部
１６６ 位置推定部

Claims (5)

1. 永久磁石電動機を駆動させるインバータ回路と、前記永久磁石電動機に流れる電流を取得する電流取得部と、前記永久磁石電動機の固有のパラメータとして、少なくとも巻線抵抗及びインダクタンスを用いて回転子の位置を推定する位置推定部と、前記位置推定部により推定される前記永久磁石電動機の回転子の位置を用いて求められる電流指令値と前記電流取得部により取得された電流との差に応じた電圧指令値に基づいて、前記インバータ回路の動作を制御する制御回路とを備える制御装置における、前記永久磁石電動機の制御方法であって、
   前記制御回路は、
   前記永久磁石電動機のモデルとしての電圧方程式を用いて推定された推定電流と前記電流取得部により取得された電流との差が小さくなるように、前記電圧方程式に用いる前記永久磁石電動機の固有のパラメータとしての誘起電圧定数、巻線抵抗、及びインダクタンスを同定し、
   同定された前記固有のパラメータのうち少なくとも前記誘起電圧定数及び前記巻線抵抗に基づいて、前記永久磁石電動機の温度を推定する
   ことを特徴とする永久磁石電動機の制御方法。
2. 請求項１に記載の永久磁石電動機の制御方法であって、
   前記制御回路は、前記誘起電圧定数に対応する第１の温度と、前記巻線抵抗に対応する第２の温度との単純平均を、前記永久磁石電動機の温度とする
   ことを特徴とする永久磁石電動機の制御方法。
3. 請求項１または請求項２に記載の永久磁石電動機の制御方法であって、
   前記制御回路は、前記誘起電圧定数、前記巻線抵抗、及びインダクタンスに基づいて、前記永久磁石電動機の温度を推定する
   ことを特徴とする永久磁石電動機の制御方法。
4. 請求項１～３の何れか１項に記載の永久磁石電動機の制御方法であって、
   前記制御回路は、
   前記永久磁石電動機の温度に基づいて、前記巻線抵抗を再度推定し、
   前記回転速度、前記電圧指令値、前記永久磁石電動機に流れる電流、前記推定した誘起電圧定数、前記再度推定した巻線抵抗、及び前記推定したインダクタンスを用いて、前記回転子の位置を推定する
   ことを特徴とする永久磁石電動機の制御方法。
5. 永久磁石電動機を駆動させるインバータ回路と、
   前記永久磁石電動機に流れる電流を取得する電流取得部と、
   前記永久磁石電動機の固有のパラメータとして、少なくとも巻線抵抗及びインダクタンスを用いて回転子の位置を推定する位置推定部と、
   前記位置推定部により推定される前記永久磁石電動機の回転子の位置を用いて求められる電流指令値と前記電流取得部により取得された電流との差に応じた電圧指令値に基づいて、前記インバータ回路の動作を制御する制御回路と、
   を備え、
   前記制御回路は、
   前記永久磁石電動機のモデルとしての電圧方程式を用いて推定された推定電流と前記電流取得部により取得された電流との差が小さくなるように、前記電圧方程式に用いる前記永久磁石電動機の固有のパラメータとしての誘起電圧定数、巻線抵抗、及びインダクタンスを同定するパラメータ推定部と、
   同定された前記固有のパラメータのうち少なくとも前記誘起電圧定数及び前記巻線抵抗に基づいて、前記永久磁石電動機の温度を推定する温度推定部と、
   を備える永久磁石電動機の制御装置。
   

Images