JP7327251B2

JP7327251B2 - 電動機の制御装置

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Publication number: JP7327251B2
Application number: JP2020067198A
Authority: JP
Inventors: 大輔松岡; 政道名和
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2020-04-03
Filing date: 2020-04-03
Publication date: 2023-08-16
Anticipated expiration: 2040-04-03
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Description

本発明は、電動機の制御装置に関する。

電動機の制御装置として、電動機の停止時に電動機に負のトルクをかけて電動機の回転数を比較的早く低下させるものがある。関連する技術として、特許文献１がある。

ところで、電動機に流れる電流や電圧指令値に含まれるノイズをフィルタにより除去した後、その電流や電圧指令値を用いて電動機の回転数を推定する場合、フィルタの時定数により回転数の推定が遅れ、推定された回転数が実際の回転数と異なるおそれがある。

そのため、上記制御装置では、フィルタによりノイズが除去された電流や電圧指令値を用いて電動機の回転数を推定する場合で、かつ、電動機の停止時に電動機に負のトルクをかける場合、実際の回転数がすでにゼロになっているにもかかわらず推定された回転数がまだゼロになっていないために電動機に負のトルクをかけ続けて実際の回転数が負の値になる可能性、すなわち、電動機を逆回転させてしまう可能性がある。

特開平５－２８４６１０号公報

本発明の一側面に係る目的は、電動機の制御装置において、電動機の停止にかかる時間の短縮化を図りつつ、電動機が逆回転することを抑制することである。

本発明に係る一つの形態である電動機の制御装置は、電動機の回転数と回転数指令値との差によりトルク指令値を算出するトルク制御部と、トルク指令値をｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値に変換する第１の変換部と、電動機の回転子の位置により電動機に流れる電流をｄ軸電流及びｑ軸電流に変換する第２の変換部と、ｄ軸電流とｄ軸電流指令値との差が小さくなるようにｄ軸電圧指令値を算出するとともにｑ軸電流とｑ軸電流指令値との差が小さくなるようにｑ軸電圧指令値を算出する電流制御部と、トルク指令値がゼロ以上である場合、第１の時定数をもつフィルタによりノイズが除去されたｄ軸電流、ｑ軸電流、ｄ軸電圧指令値、及びｑ軸電圧指令値により回転子の位置を推定し、トルク指令値がゼロより小さい場合、第１の時定数より小さい第２の時定数をもつフィルタによりノイズが除去されたｄ軸電流、ｑ軸電流、ｄ軸電圧指令値、及びｑ軸電圧指令値により電動機の回転数及び回転子の位置を推定する推定部と、回転子の位置によりｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値を電動機の各相に対応する電圧指令値に変換する第３の変換部と、搬送波と電動機の各相に対応する電圧指令値との比較結果により電動機を駆動させるドライブ回路とを備える。

これにより、電動機の停止時に電動機に負のトルクをかけつつ、回転数の推定が遅延することを抑制することができるため、電動機の停止にかかる時間の短縮化を図りつつ、電動機が逆回転することを抑制することができる。

また、第３の変換部は、トルク指令値がゼロより小さい場合で、かつ、回転数が第１の閾値以下である場合、電動機の各相に対応する電圧指令値をゼロにするように構成してもよい。

これにより、電動機の停止時に電動機に負のトルクをかけつつ、回転数が第１の閾値まで低下した後、電動機にトルクをかけることを止めて回転子にかかる摩擦力などで回転数をゼロまで低下させることができるため、電動機の停止にかかる時間の短縮化を図りつつ、電動機が逆回転することを防止することができる。

また、位置推定部は、トルク指令値がゼロより小さい場合で、かつ、回転数が第２の閾値以下である場合、第２の時定数をもつフィルタによりノイズが除去されたｄ軸電流、ｑ軸電流、ｄ軸電圧指令値、及びｑ軸電圧指令値により電動機の回転数及び回転子の位置を推定し、トルク指令値がゼロより小さい場合で、かつ、回転数が第２の閾値より大きい場合、第１の時定数より小さく、かつ、第２の時定数より大きい第３の時定数をもつフィルタによりノイズが除去されたｄ軸電流、ｑ軸電流、ｄ軸電圧指令値、及びｑ軸電圧指令値により電動機の回転数及び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、電動機の停止時に電動機に負のトルクをかけつつ、回転数の推定遅延やｄ軸電流、ｑ軸電流、ｄ軸電圧指令値、及びｑ軸電圧指令値の信頼性低下を抑制することができるため、電動機の停止にかかる時間の短縮化を図りつつ、電動機が逆回転することをさらに抑制することができる。

本発明によれば、電動機の制御装置において、電動機の停止にかかる時間の短縮化を図りつつ、電動機が逆回転することを抑制することができる。

実施形態の電動機の制御装置の一例を示す図である。推定部の動作の一例を示すフローチャートである。回転数とトルク指令値との関係を示す図である。変形例１における座標変換部及び推定部の動作の一例を示すフローチャートである。変形例２における座標変換部及び推定部の動作の一例を示すフローチャートである。

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、車両（電動フォークリフトやプラグインハイブリッド車など）に搭載される電動機Ｍ（永久磁石同期電動機など）を駆動するための制御装置であって、インバータ回路２と、制御回路３とを備える。

インバータ回路２は、電源Ｐから供給される直流電力を交流電力に変換して電動機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（ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）など）と、電流センサＳｉ１、Ｓｉ２とを備える。すなわち、コンデンサＣの一方端が電源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Ｓｉ１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Ｓｉ２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、電源Ｐからインバータ回路２に出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から出力されるパルス幅変調信号Ｓ１がハイレベルであるときオンし、パルス幅変調信号Ｓ１がローレベルであるときオフする。スイッチング素子ＳＷ２は、制御回路３から出力されるパルス幅変調信号Ｓ２がハイレベルであるときオンし、パルス幅変調信号Ｓ２がローレベルであるときオフする。スイッチング素子ＳＷ３は、制御回路３から出力されるパルス幅変調信号Ｓ３がハイレベルであるときオンし、パルス幅変調信号Ｓ３がローレベルであるときオフする。スイッチング素子ＳＷ４は、制御回路３から出力されるパルス幅変調信号Ｓ４がハイレベルであるときオンし、パルス幅変調信号Ｓ４がローレベルであるときオフする。スイッチング素子ＳＷ５は、制御回路３から出力されるパルス幅変調信号Ｓ５がハイレベルであるときオンし、パルス幅変調信号Ｓ５がローレベルであるときオフする。スイッチング素子ＳＷ６は、制御回路３から出力されるパルス幅変調信号Ｓ６がハイレベルであるときオンし、パルス幅変調信号Ｓ６がローレベルであるときオフする。

スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６がそれぞれオン、オフすることで、電源Ｐから出力される直流の電圧が、互いに位相が１２０度ずつ異なる交流電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに変換される。そして、交流電圧Ｖｕが電動機ＭのＵ相の入力端子に印加され、交流電圧Ｖｖが電動機ＭのＶ相の入力端子に印加され、交流電圧Ｖｗが電動機ＭのＷ相の入力端子に印加されることで、電動機Ｍに互いに位相が１２０度ずつ異なる交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗが流れ、電動機Ｍの回転子が回転する。

電流センサＳｉ１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相に流れる交流電流Ｉｕを検出して制御回路３に出力する。また、電流センサＳｉ２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相に流れる交流電流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、後述する第１の閾値や第２の閾値などを記憶する。

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Ｕ相電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ＊、及びＷ相電圧指令値Ｖｗ＊と搬送波とを比較し、その比較結果に応じたパルス幅変調信号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。なお、搬送波は、三角波、ノコギリ波（鋸歯状波）、逆ノコギリ波などとする。

例えば、ドライブ回路５は、Ｕ相電圧指令値Ｖｕ＊が搬送波以上である場合、ハイレベルのパルス幅変調信号Ｓ１を出力するとともにローレベルのパルス幅変調信号Ｓ２を出力し、Ｕ相電圧指令値Ｖｕ＊が搬送波より小さい場合、ローレベルのパルス幅変調信号Ｓ１を出力するとともにハイレベルのパルス幅変調信号Ｓ２を出力する。また、ドライブ回路５は、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ＊が搬送波以上である場合、ハイレベルのパルス幅変調信号Ｓ３を出力するとともにローレベルのパルス幅変調信号Ｓ４を出力し、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ＊が搬送波より小さい場合、ローレベルのパルス幅変調信号Ｓ３を出力するとともにハイレベルのパルス幅変調信号Ｓ４を出力する。また、ドライブ回路５は、Ｗ相電圧指令値Ｖｗ＊が搬送波以上である場合、ハイレベルのパルス幅変調信号Ｓ５を出力するとともにローレベルのパルス幅変調信号Ｓ６を出力し、Ｗ相電圧指令値Ｖｗ＊が搬送波より小さい場合、ローレベルのパルス幅変調信号Ｓ５を出力するとともにハイレベルのパルス幅変調信号Ｓ６を出力する。

演算部６は、マイクロコンピュータなどにより構成され、減算部７と、トルク制御部８と、トルク／電流指令値変換部９（第１の変換部）と、座標変換部１０（第２の変換部）と、減算部１１と、減算部１２と、電流制御部１３と、座標変換部１４（第３の変換部）と、推定部１５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、減算部７、トルク制御部８、トルク／電流指令値変換部９、座標変換部１０、減算部１１、減算部１２、電流制御部１３、座標変換部１４、推定部１５、及び後述する推定部１５内のフィルタが実現される。

減算部７は、外部から入力される回転数指令値ω＊と推定部１５から出力される回転数ωとの差Δωを算出する。

トルク制御部８は、減算部７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８は、記憶部４に記憶されている、電動機Ｍの回転数と電動機Ｍのトルクとが互いに対応付けられている情報を参照して、差Δωに相当する回転数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９は、トルク制御部８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９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。

座標変換部１０は、電流センサＳｉ１により検出される交流電流Ｉｕ及び電流センサＳｉ２により検出される交流電流Ｉｖを用いて、電動機ＭのＷ相に流れる交流電流Ｉｗを求める。なお、電流センサＳｉ１、Ｓｉ２により検出される電流は、交流電流Ｉｕ、Ｉｖの組み合わせに限定されず、交流電流Ｉｖ、Ｉｗの組み合わせ、または、交流電流Ｉｕ、Ｉｗの組み合わせでもよい。電流センサＳｉ１、Ｓｉ２により交流電流Ｉｖ、Ｉｗが検出される場合、座標変換部１０は、交流電流Ｉｖ、Ｉｗを用いて、交流電流Ｉｕを求める。また、電流センサＳｉ１、Ｓｉ２により交流電流Ｉｕ、Ｉｗが検出される場合、座標変換部１０は、交流電流Ｉｕ、Ｉｗを用いて、交流電流Ｉｖを求める。

また、座標変換部１０は、推定部１５により推定される位置θ（回転子の基準位置から現在の位置までの位相）を用いて、交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、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１０は、下記式１に示す変換行列Ｃ１を用いて、交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを、ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑに変換する。

また、インバータ回路２において、電流センサＳｉ１、Ｓｉ２の他に、電動機ＭのＷ相に流れる交流電流Ｉｗを検出する電流センサＳｉ３をさらに備える場合、座標変換部１０は、推定部１５から出力される位置θを用いて、電流センサＳｉ１～Ｓｉ３により検出される交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、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。

減算部１１は、トルク／電流指令値変換部９から出力されるｄ軸電流指令値Ｉｄ＊と、座標変換部１０から出力される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９から出力されるｑ軸電流指令値Ｉｑ＊と、座標変換部１０から出力される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２を用いてｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊を算出するとともに、下記式３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は推定部１５から出力される回転数とし、Ｋｅ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２

ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊＝Ｋｐ×差ΔＩｑ＋Ｋｉ×∫（差ΔＩｑ）＋ωＬｄＩｄ＋ωＫｅ・・・式３

すなわち、電流制御部１３は、ｄ軸電流Ｉｄとｄ軸電流指令値Ｉｄ＊との差ΔＩｄが小さくなるようにｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊を算出するとともにｑ軸電流Ｉｑとｑ軸電流指令値Ｉｑ＊との差ΔＩｑが小さくなるようにｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を算出する。

座標変換部１４は、推定部１５から出力される位置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Ｖｖ＊、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４に示す変換行列Ｃ２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Ｖｖ＊、及びＷ相電圧指令値Ｖｗ＊に変換する。

推定部１５は、トルク制御部Ｔ＊から出力されるトルク指令値Ｔ＊、座標変換部１０から出力されるｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑ、並びに、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＊を用いて、回転数ω及び位置θを推定する。例えば、推定部１５は、下記式５に示す電圧方程式を用いて回転数ωを求め、その求めた回転数ωに所定時間（演算部６の動作クロックなど）を乗算することにより位置θを求める。なお、Ｒは電動機Ｍを構成するコイルの抵抗成分とし、ｐは微分演算子とする。

図２は、推定部１５の動作の一例を示すフローチャートである。

まず、推定部１５は、トルク指令値Ｔ＊がゼロ以上である場合（ステップＳ１：Ｎｏ）、時定数τ１（第１の時定数）をもつフィルタによりｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑ、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊、及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊に含まれるノイズを除去し（ステップＳ２）、ステップＳ２でノイズが除去されたｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑ、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊、及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を用いて、回転数ω及び位置θを推定する（ステップＳ３）。

一方、推定部１５は、トルク指令値Ｔ＊がゼロより小さい場合、すなわち、回生制御により電動機Ｍが駆動している場合（ステップＳ１：Ｙｅｓ）、時定数τ１より小さい時定数τ２（第２の時定数）をもつフィルタによりｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑ、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊、及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊に含まれるノイズを除去し（ステップＳ４）、ステップＳ４でノイズが除去されたｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑ、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊、及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を用いて、回転数ω及び位置θを推定する（ステップＳ５）。

すなわち、推定部１５は、力行制御により電動機Ｍを駆動させている場合、カットオフ周波数が比較的低いフィルタを用いてｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑ、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊、及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊に含まれるノイズを除去する。これにより、電動機Ｍの制御性を向上させることができる。

一方、推定部１５は、回生制御により電動機Ｍを駆動させている場合、遅延が比較的小さいフィルタを用いてｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑ、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊、及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊に含まれるノイズを除去する。これにより、電動機Ｍの停止時において、回転数ω及び位置θの推定遅延を抑制することができる。

図３は、回転数ωとトルク指令値Ｔ＊との関係を示す図である。なお、図３に示す２次元座標の横軸は回転数ωを示し、縦軸はトルク指令値Ｔ＊を示している。また、＋ωは回転数ωの正の最大値を示し、＋Ｔ＊はトルク指令値Ｔ＊の正の最大値を示し、－Ｔ＊はトルク指令値Ｔ＊の負の最大値を示している。また、回転数ω及びトルク指令値Ｔ＊は＋ω、＋Ｔ＊、及び－Ｔ＊を通る破線枠内において変化するものとする。

例えば、回転数ω及びトルク指令値Ｔ＊がそれぞれ正の値である状態（力行制御により電動機Ｍが駆動している状態）から回転数指令値ω＊が急峻にゼロに変化して電動機Ｍが停止する状態に遷移する場合を想定する。

この場合、トルク制御部８は、図３に示す実線の矢印のように、トルク指令値Ｔ＊を負の最大値に変化させる。これにより、電動機Ｍに負のトルクをかけることができるため、すなわち、回生制御により電動機Ｍを駆動させることができるため、電動機Ｍに負のトルクをかけずに回転子にかかる摩擦力などで電動機Ｍを停止させる場合に比べて、実際の回転数を早く低下させることができる。

一般に、フィルタによりノイズが除去されたｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑ、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊、及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を用いて、回転数ωが推定される場合、フィルタがもつ時定数により回転数ωの推定が遅れる。特に、回転数ωが比較的小さいとき、回転数ωの推定が遅れ易くなる。そのため、推定された回転数ωがゼロに近づくに従ってトルク指令値Ｔ＊が負の最大値からゼロに変化していく場合では、実際の回転数がすでにゼロになっているにもかかわらず、推定された回転数ωがまだゼロになっていないと、電動機Ｍに負のトルクをかけ続けてしまい、図３に示す破線の矢印のように、実際の回転数が負の値になる可能性、すなわち、電動機Ｍが逆回転する可能性がある。

そこで、本実施形態の制御装置１では、トルク指令値Ｔ＊がゼロより小さくなると、推定部１５内のフィルタの時定数を小さくする。これにより、電動機Ｍの停止時にトルク指令値Ｔ＊がゼロより小さくなる場合、回転数ωの推定遅延を抑制することができ、推定された回転数ωを実際の回転数に追従させることができるため、電動機Ｍを停止させる場合に電動機Ｍが逆回転することを抑制することができる。すなわち、本実施形態の制御装置１によれば、電動機Ｍの停止時に電動機Ｍに負のトルクをかけつつ、回転数ωの推定が遅延することを抑制することができるため、電動機Ｍの停止にかかる時間の短縮化を図りつつ、電動機Ｍが逆回転することを抑制することができる。

なお、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＞
図４は、変形例１における座標変換部１４及び推定部１５の動作の一例を示すフローチャートである。なお、変形例１における制御装置１の構成は、図１に示す制御装置１の構成と同様である。

まず、推定部１５は、トルク指令値Ｔ＊がゼロ以上である場合（ステップＳ１：Ｎｏ）、時定数τ１をもつフィルタにより、ｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑ、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊、及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊に含まれるノイズを除去し（ステップＳ２）、ステップＳ２でノイズが除去されたｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑ、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊、及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を用いて、回転数ω及び位置θを推定する（ステップＳ３）。

次に、座標変換部１４は、ステップＳ３で推定された位置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Ｖｖ＊、及びＷ相電圧指令値Ｖｗ＊に変換する（ステップＳ６）。

一方、推定部１５は、トルク指令値Ｔ＊がゼロより小さい場合（ステップＳ１：Ｙｅｓ）、時定数τ２をもつフィルタにより、ｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑ、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊、及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊に含まれるノイズを除去し（ステップＳ４）、ステップＳ４でノイズが除去されたｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑ、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊、及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を用いて、回転数ω及び位置θを推定する（ステップＳ５）。

次に、座標変換部１４は、ステップＳ５で推定された回転数ωが第１の閾値より大きい場合（ステップＳ７：Ｎｏ）、ステップＳ５で推定された位置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Ｖｖ＊、及びＷ相電圧指令値Ｖｗ＊に変換する（ステップＳ８）。なお、第１の閾値は、例えば、回転数ωの正の最大値の１％未満の回転数とする。

一方、座標変換部１４は、ステップＳ５で推定された回転数ωが第１の閾値以下である場合（ステップＳ７：Ｙｅｓ）、Ｕ相電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ＊、及びＷ相電圧指令値Ｖｗ＊をゼロにする（ステップＳ９）。これにより、パルス幅変調信号Ｓ１～Ｓ６のそれぞれのデューティ比をゼロにすることができるため、インバータ回路２を停止させることができ、電動機Ｍにトルクがかからないようにすることができる。

このように、変形例１の制御装置１では、トルク指令値Ｔ＊がゼロより小さい場合で、かつ、回転数ωが第１の閾値以下である場合、Ｕ相電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ＊、及びＷ相電圧指令値Ｖｗ＊をゼロにする構成である。これにより、電動機Ｍの停止時に電動機Ｍに負のトルクをかけて回転数ωが比較的小さくなった後、電動機Ｍに負のトルクがかからないようにするとともに、回転子にかかる摩擦力などで回転数ωをゼロにさせることができるため、電動機Ｍを停止させる場合に電動機Ｍが逆回転することを防止することができる。

＜変形例２＞
図５は、変形例２における座標変換部１４及び推定部１５の動作の一例を示すフローチャートである。なお、変形例２における制御装置１の構成は、図１に示す制御装置１の構成と同様とする。

一方、推定部１５は、トルク指令値Ｔ＊がゼロより小さい場合（ステップＳ１：Ｙｅｓ）で、かつ、ｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑ、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊、及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊の信頼性が高いと判断する場合（ステップＳ１０：Ｙｅｓ）、時定数τ２をもつフィルタにより、ｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑ、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊、及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊に含まれるノイズを除去し（ステップＳ４）、ステップＳ４でノイズが除去されたｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑ、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊、及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を用いて、回転数ω及び位置θを推定する（ステップＳ５）。例えば、推定部１５は、回転数ωが第２の閾値以下である場合、ｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑ、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊、及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊の信頼性が高いと判断する。一般に、回転数ωが小さくなるほど、ｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑ、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊、及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊に含まれるノイズが少なくなり、ｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑ、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊、及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊の信頼性が高くなる。そのため、時定数τ２をもつフィルタ（カットオフ周波数が比較的高いフィルタ）によりｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑ、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊、及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊に含まれるノイズが除去されたとしても、ｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑ、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊、及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊の信頼性の低下を抑えることができる。なお、第２の閾値は、第１の閾値と互いに異なる値でもよいし、互いに同じ値でもよい。

また、推定部１５は、トルク指令値Ｔ＊がゼロより小さい場合（ステップＳ１：Ｙｅｓ）で、かつ、ｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑ、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊、及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊の信頼性が低いと判断する場合（ステップＳ１０：Ｎｏ）、時定数τ１より小さく、かつ、時定数τ２より大きい時定数τ３（第３の時定数）をもつフィルタにより、ｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑ、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊、及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊に含まれるノイズを除去し（ステップＳ１１）、ステップＳ１１でノイズが除去されたｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑ、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊、及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を用いて、回転数ω及び位置θを推定する（ステップＳ１２）。例えば、推定部１５は、回転数ωが第２の閾値より大きい場合、ｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑ、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊、及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊の信頼性が低いと判断する。一般に、回転数ωが大きくなるほど、ｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑ、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊、及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊に含まれるノイズが多くなり、ｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑ、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊、及びｑ軸電圧指令値Ｖｑの信頼性が低くなる。そのため、時定数τ３をもつフィルタ（カットオフ周波数が比較的低いフィルタ）によりｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑ、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊、及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊に含まれるノイズを除去することにより、ｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑ、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊、及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊の信頼性の低下を抑えることができる。

次に、座標変換部１４は、ステップＳ５で推定された回転数ωが第１の閾値より大きい場合（ステップＳ７：Ｎｏ）、ステップＳ５で推定された位置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Ｖｖ＊、及びＷ相電圧指令値Ｖｗ＊に変換する（ステップＳ８）。

一方、座標変換部１４は、ステップＳ５で推定された回転数ωが第１の閾値以下である場合（ステップＳ７：Ｙｅｓ）、Ｕ相電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ＊、及びＷ相電圧指令値Ｖｗ＊をゼロにする（ステップＳ９）。

なお、図５に示すフローチャートにおいて、ステップＳ６～Ｓ９を省略してもよい。すなわち、座標変換部１４は、推定部１５から出力される位置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Ｖｖ＊、及びＷ相電圧指令値Ｖｗ＊に変換する構成のみでもよい。

このように、変形例２の制御装置１では、トルク指令値Ｔ＊がゼロより小さい場合で、かつ、回転数ωが第２の閾値より大きい場合、時定数τ１より小さく、かつ、時定数τ２より大きい時定数τ３をもつフィルタによりノイズが除去されたｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑ、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊、及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊により回転数ω及び位置θを推定する構成である。これにより、電動機Ｍの停止時に電動機Ｍに負のトルクをかけつつ、回転数ωの推定遅延やｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑ、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊、及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊の信頼性低下を抑制することができるため、電動機Ｍの停止にかかる時間の短縮化を図りつつ、電動機Ｍが逆回転することをさらに抑制することができる。

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減算部
８トルク制御部
９トルク／電流指令値変換部
１０座標変換部
１１減算部
１２減算部
１３電流制御部
１４座標変換部
１５推定部

Claims

電動機の回転数と回転数指令値との差によりトルク指令値を算出するトルク制御部と、
前記トルク指令値をｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値に変換する第１の変換部と、
前記電動機の回転子の位置により前記電動機に流れる電流をｄ軸電流及びｑ軸電流に変換する第２の変換部と、
前記ｄ軸電流と前記ｄ軸電流指令値との差が小さくなるようにｄ軸電圧指令値を算出するとともに前記ｑ軸電流と前記ｑ軸電流指令値との差が小さくなるようにｑ軸電圧指令値を算出する電流制御部と、
前記トルク指令値がゼロ以上である力行制御により前記電動機を駆動させている場合、第１の時定数をもつフィルタによりノイズが除去された前記ｄ軸電流、前記ｑ軸電流、前記ｄ軸電圧指令値、及び前記ｑ軸電圧指令値により前記位置を推定し、前記トルク指令値がゼロより小さい回生制御により前記電動機を駆動させている場合、前記第１の時定数より小さい第２の時定数をもつフィルタによりノイズが除去された前記ｄ軸電流、前記ｑ軸電流、前記ｄ軸電圧指令値、及び前記ｑ軸電圧指令値により前記回転数及び前記位置を推定する推定部と、
前記位置により前記ｄ軸電圧指令値及び前記ｑ軸電圧指令値を前記電動機の各相に対応する電圧指令値に変換する第３の変換部と、
搬送波と前記電動機の各相に対応する電圧指令値との比較結果により前記電動機を駆動させるドライブ回路と、
を備える電動機の制御装置。
請求項１に記載の電動機の制御装置であって、
前記第３の変換部は、前記トルク指令値がゼロより小さい場合で、かつ、前記回転数が第１の閾値以下である場合、前記電動機の各相に対応する電圧指令値をゼロにする
ことを特徴とする電動機の制御装置。
請求項１または請求項２に記載の電動機の制御装置であって、
前記推定部は、
前記トルク指令値がゼロより小さい場合で、かつ、前記回転数が第２の閾値以下である場合、前記第２の時定数をもつフィルタによりノイズが除去された前記ｄ軸電流、前記ｑ軸電流、前記ｄ軸電圧指令値、及び前記ｑ軸電圧指令値により前記回転数及び前記位置を推定し、
前記トルク指令値がゼロより小さい場合で、かつ、前記回転数が前記第２の閾値より大きい場合、前記第１の時定数より小さく、かつ、前記第２の時定数より大きい第３の時定数をもつフィルタによりノイズが除去された前記ｄ軸電流、前記ｑ軸電流、前記ｄ軸電圧指令値、及び前記ｑ軸電圧指令値により前記回転数及び前記位置を推定する
ことを特徴とする電動機の制御装置。