WO2015166546A1 - 交流回転機の制御装置及びこれを備えた電動パワ-ステアリング装置 - Google Patents

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rotating machine
power
current
estimated
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俊介 中嶋
祐也 土本
勲 家造坊
金原 義彦
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三菱電機株式会社
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    • H02P6/32Arrangements for controlling wound field motors, e.g. motors with exciter coils

Definitions

  • the present invention relates to a control device for an AC rotating machine that continues to drive the AC rotating machine when the rotational position sensor is abnormal, and an electric power steering device that includes the control device for the AC rotating machine.
  • a rotational position sensor such as an encoder, a resolver, or a hall element is required to supply a current with an appropriate phase corresponding to the rotational position of the rotor. Therefore, since the AC rotating machine cannot be controlled when the rotational position sensor is abnormal, it is necessary to stop the AC rotating machine. From this point of view, when the rotational position sensor is abnormal, the rotational position of the rotor is estimated without using the rotational position sensor, and the rotational position signal (hereinafter referred to as the control angle) for controlling the AC rotating machine is estimated. By switching to, a method for continuing control of the AC rotating machine even when the position sensor is abnormal has been proposed.
  • the rotational position sensor when the rotational position sensor is abnormal, a high-frequency limiting voltage for estimating the rotational position is applied to the winding of the AC rotating machine, and the AC rotating according to the applied voltage Based on the detected current value of the machine, the AC rotating machine is controlled without using the rotational position sensor.
  • the period immediately after the transition to the sensorless control is performed during the irregular rotational position that occurs when the transition to the sensorless control for controlling the AC rotating machine is performed based on the estimated rotational position.
  • the problem is solved by using the rotational position obtained from the output signal of the rotational position sensor immediately before the sensorless control.
  • the abnormality of the rotational position sensor includes an abnormality of the rotational position sensor itself, and a disconnection abnormality of the signal line or the feed line of the rotational position sensor.
  • the abnormality of the rotational position sensor occurs unexpectedly, it cannot be limited unless the AC rotating machine is not rotating when the abnormality occurs. That is, even when the rotational position obtained from the output signal of the rotational position sensor immediately before the rotational position sensor becomes abnormal is used for the control angle, the control device for the AC rotary machine determines that the rotational position sensor is abnormal. Until the rotational position is estimated, the rotational position is indefinite, and the AC rotating machine cannot be controlled with an appropriate control angle during that period. Furthermore, since it takes time until the control device of the AC rotary machine determines that the rotational position sensor is abnormal after the rotational position sensor actually becomes abnormal, the rotational position indefinite period is increased accordingly.
  • the application of the AC rotating machine does not change before and after the occurrence of the abnormality of the rotational position sensor, and the same function is required. Therefore, as represented by the conventional AC rotating machine control device described in Patent Document 1, sensorless The current on the torque shaft supplied to the AC rotating machine when shifting to control is continuous immediately before shifting to sensorless control. Therefore, if the torque axis current is supplied to the AC rotary machine immediately before the rotational position sensor becomes abnormal, and the error between the control angle and the actual rotational position becomes 90 degrees or more at the time of transition to sensorless control, the desired torque is A reverse torque acting in the reverse direction is generated.
  • the magnitude of the reverse torque increases as the error between the control angle and the actual rotational position increases, and as the current of the AC rotating machine increases.
  • the reverse torque is applied during the above-mentioned irregular rotation position, and is continued for a period from when the estimation of the rotation position is started until the estimated rotation position with an error of 90 degrees or less is calculated. Since the reverse torque causes the AC rotating machine to operate unintentionally, it hinders the transition to smooth sensorless control.
  • the trouble caused by the reverse torque is further increased.
  • the torque command of the AC rotating machine increases, and the direction thereof is the same as the steering torque. Accordingly, when such reverse torque is generated while the driver is turning the steering wheel, the steering torque for increasing the steering wheel of the driver is further increased by the reverse torque, and as a result, the torque command is further increased. Therefore, a negative chain is generated in which the reverse torque increases and continues. Therefore, the driver's discomfort increases.
  • the error between the control angle and the actual rotational position is large during the transition to sensorless control, the desired voltage on the two rotating shafts is applied in the wrong direction different from the rotational shaft of the actual AC rotating machine. Unintended current is generated in the rotating machine. This current increases as the voltage on the two rotating axes increases. Therefore, when the error between the control angle and the actual rotational position is large, the current of the AC rotating machine is large, and the induced voltage of the AC rotating machine, that is, the rotational speed is high, an overcurrent is generated. Failure may occur in the drive circuit. When a failure occurs in the AC rotary machine or the drive circuit of the AC rotary machine, the AC rotary machine must be stopped, and the drive to the AC rotary machine cannot be continued by shifting to sensorless control.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems.
  • the present invention is based on the estimated rotational position.
  • An object of the present invention is to reduce reverse torque when shifting to sensorless control for controlling an AC rotating machine, or to prevent failure of an AC rotating machine and a drive circuit of the AC rotating machine due to overcurrent.
  • An AC rotating machine control device includes an AC rotating machine, a rotation position sensor that detects a rotation position of the AC rotation machine, a sensor abnormality determination unit that determines abnormality of the rotation position sensor, and the rotation position.
  • Rotational position estimating means for calculating an estimated rotational position of the AC rotating machine when the sensor is determined to be abnormal, power limiting means for limiting drive power supplied to drive the AC rotating machine, and the sensor abnormality
  • the determination means determines that the rotational position sensor is abnormal, based on the estimated rotational position
  • the rotational position estimation means estimates the rotational position to the driving power limited by the power limiting means.
  • Power supply means for supplying the AC rotating machine with power to which the rotational position estimation power to be supplied is added, wherein the power limiting means is determined that at least the sensor abnormality determination means is abnormal. Estimated error of the estimated rotational position from is that so as to limit the predetermined time, the driving power for within a predetermined range.
  • an AC rotating machine a rotational position sensor for detecting the rotational position of the AC rotating machine, a sensor abnormality determining means for determining abnormality of the rotational position sensor, and an AC rotating machine when the rotational position sensor is determined to be abnormal
  • the rotational position estimating means for calculating the estimated rotational position the power limiting means for limiting the drive power supplied to drive the AC rotating machine, and the sensor abnormality determining means determine that the rotational position sensor is abnormal
  • Power supply means for supplying power to the AC rotating machine, which is obtained by adding the rotational position estimation power supplied by the rotational position estimation means to estimate the rotational position to the drive power restricted by the power restriction means based on the estimated rotational position;
  • the power limiting means starts limiting the driving power from when the sensor abnormality determining means detects an abnormality until it is determined to be abnormal, and at least estimates the estimated rotational position. Predetermined time since an error falls within a predetermined range, is obtained so as to limit the drive power.
  • an AC rotating machine a rotational position sensor that detects a rotational position of the AC rotating machine, a sensor abnormality determining unit that determines abnormality of the rotational position sensor, and the rotation position sensor when the rotational position sensor is determined to be abnormal
  • Rotational position estimating means for calculating an estimated rotational position of the AC rotating machine, power limiting means for limiting drive power supplied to drive the AC rotating machine, and induced voltage acquisition for acquiring the induced voltage of the AC rotating machine
  • the driving power limited by the power limiting means is supplied to the AC rotating machine based on the estimated rotational position.
  • Power supply means, and the power limiting means until at least the induced voltage of the AC rotating machine is equal to or less than a predetermined value after the sensor abnormality determining means determines that the abnormality is present Serial is obtained so as to limit the drive power.
  • an AC rotating machine, a rotational position sensor that detects the rotational position of the AC rotating machine, and the rotational position sensor are determined to be abnormal when abnormality of the rotational position sensor is detected continuously for a predetermined determination time.
  • Power limiting means, induced voltage acquiring means for acquiring the induced voltage of the AC rotating machine, and when the sensor abnormality determining means determines that the rotational position sensor is abnormal, based on the estimated rotational position
  • Power supply means for supplying the driving power limited by the power limiting means to the AC rotating machine, and the power limiting means is abnormal after the sensor abnormality determining means detects abnormality.
  • the restriction of the driving power is started until it is determined, in which the induced voltage of at least the AC rotary machine is to limit the drive power until the predetermined value or less.
  • an AC rotary machine control device that continues to drive an AC rotary machine according to an estimated rotational position when the rotational position sensor is abnormal
  • an electric power steering apparatus that includes the AC rotary machine control device
  • the drive power of the AC rotating machine is limited until a predetermined time has elapsed for at least the estimated error of the estimated rotational position to be within the predetermined range. While reducing the magnitude of the torque required for the AC rotating machine in the same way before and after the occurrence, canceling the reverse torque acting in the direction opposite to the desired torque of the AC rotating machine while minimizing the period of decrease. Can be prevented, or the failure of the AC rotating machine and the drive circuit of the AC rotating machine due to overcurrent can be prevented from being noticeable. An effect.
  • the electric power steering apparatus including the AC rotating machine control device and the AC rotating machine control device that continue to drive the AC rotating machine according to the estimated rotating position when the rotating position sensor is abnormal
  • the drive power of the AC rotating machine is limited until at least the induced voltage of the AC rotating machine becomes a predetermined value or less.
  • FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a control device for an AC rotating machine according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the first axis on the two rotating axes of the AC rotating machine 1 is in the same phase direction as the rotor magnetic flux of the AC rotating machine 1, and the second axis on the rotating two axes is in a direction orthogonal to the first axis on the rotating two axes.
  • the first axis is expressed as d-axis
  • the second axis is expressed as q-axis.
  • the AC rotating machine 1 has three-phase windings (U phase, V phase, W phase) and is driven by an AC voltage applied to each winding.
  • the AC rotating machine 1 is constituted by three-phase windings, but may be constituted by a different number of windings from the three-phase windings.
  • the rotational position sensor 2 detects the rotational position of the AC rotating machine 1 and outputs a rotational position signal including rotational position information to the sensor abnormality determination means 3 and the rotational position calculation means 4 via the signal line 2a.
  • the sensor abnormality determination unit 3 detects an abnormality of the rotational position sensor 2 based on the rotational position signal, and determines that the rotational position sensor 2 is abnormal when the abnormality is continuously detected for a predetermined time.
  • the sensor abnormality determination unit 3 stores the abnormality detection state of the rotational position sensor 2 and the abnormality determination result in an abnormality determination signal, and the abnormality determination signal is switched to the switch 5, the current limiting unit 6, the rotational position estimation power generator 8, the rotational position. Output to the estimation means 9.
  • the abnormality determination signal is a signal indicating either normal when the rotational position sensor 2 is not determined to be abnormal, or abnormal when it is determined to be abnormal.
  • the predetermined time for the sensor abnormality determination means 3 to determine that the rotational position sensor 2 is abnormal is abnormal because the rotational position sensor 2 is normal, but the rotational position sensor is abnormal. It is provided to prevent the erroneous determination that the rotational position sensor 2 is in error, and the rotational position sensor 2 has an abnormality in the rotational position sensor 2 for a sufficiently long time that the abnormality can be determined without erroneously determining the abnormality. When it occurs, it is set to a sufficiently short time that the influence of the abnormality falls within the allowable range.
  • the sensor abnormality determination means may be configured to determine that the rotational position sensor 2 is abnormal when the cumulative number of times the abnormality has been detected is equal to or greater than a predetermined number of times set in advance.
  • a signal indicating a period from when the abnormality of the rotational position sensor 2 is detected until it is determined to be abnormal may be included, or a signal indicating a time when the abnormality of the rotational position sensor 2 is detected may be included.
  • the sensor abnormality determination means 3 may determine abnormality of the rotational position sensor 2 by a known method. For example, when the rotational position sensor 2 is a resolver, it is possible to detect a resolver abnormality, a signal line disconnection abnormality, and a signal line grounding abnormality by monitoring a signal derived to the resolver signal line.
  • the signal line 2a between the resolver and the control device for the AC rotating machine is connected to the power supply potential via a pull-up resistor or connected to the ground potential via a pull-down resistor. be able to.
  • a signal (sine signal or cosine signal) from the resolver is not derived to the signal line 2a.
  • the signal line 2a is fixed to the power supply potential or the ground potential.
  • the sensor abnormality determination unit 3 can determine whether or not there is a resolver abnormality (including a signal line abnormality) by determining whether or not the signal line 2a is fixed at the power supply potential or the ground potential.
  • another method may be used for determining the abnormality of the rotational position sensor 2, and the rotational position sensor 2 may be other than the resolver.
  • the rotational position calculation means 4 calculates the rotational position ⁇ based on the rotational position signal output from the rotational position sensor 2. Based on the abnormality determination signal, the switch 5 selects the estimated rotational position ⁇ e when the abnormality determination signal indicates abnormality, and selects the rotational position ⁇ when the abnormality determination signal indicates normal, and outputs it as the control angle ⁇ c. To do.
  • the current limiting means 6 limits the current command idq1 * on the dq axes, so that the rotational position sensor 2 becomes abnormal, and the reverse torque when shifting to the sensorless control for controlling the AC rotating machine 1 according to the estimated rotational position is generated. Eliminates and prevents overcurrent.
  • the current limiting means 6 is current commands id1 *, iq1 * (hereinafter collectively referred to as idq1 *) on the dq axes, which are current commands for driving the AC rotating machine 1 based on the abnormality determination signal.
  • the current command id2 * on the d-axis is the current command id1 * on the d-axis. It is assumed that the magnitude is the dq axis current limit value idqlim.
  • the current command id2 * on the d axis is the same as the current command id1 * on the d axis. .
  • the current command iq2 * on the q axis is calculated based on the current command iq1 * on the q axis and the dq axis current limit value idqlim in the same manner as the current command id2 * on the d axis.
  • the dq axis current limit value idqlim is set to a value larger than the rated current of the AC rotating machine 1.
  • the magnitudes of the current commands id1 * and iq1 * on the dq axis are limited by the dq axis current limit value idqlim set to a positive or zero value, but are positive or negative values.
  • the current limit value may be limited by the current limit value set to, and the method for limiting the current commands id1 * and iq1 * on the dq axes is not limited.
  • the torque detection means 7 detects the output torque Tm of the AC rotating machine 1 and outputs it to the rotational position estimation means 9.
  • the rotational position estimation power generator 8 generates high frequency currents Aid and Aiq (hereinafter collectively referred to as Aidq) on the dq axis when the abnormality determination signal indicates abnormality, and the rotational position estimation means 9, power Output to the supply means 10.
  • Aidq high frequency currents Aid and Aiq
  • the high-frequency current Aidq on the dq axis is set to zero.
  • the high frequency current may be output even when the rotational position sensor 2 does not indicate abnormality.
  • the high-frequency current Aidq on the dq axis is a sine wave having the same amplitude and frequency and orthogonal to each other, and is expressed as shown in Equation 1.
  • A represents a high frequency amplitude
  • wh represents a high frequency angular frequency
  • t represents time.
  • the high frequency current Aidq on the dq axis is supplied for calculating the estimated rotational position ⁇ e in the rotational position estimating means 9, and the high frequency amplitude A is the AC rotation by the current command idq1 * on the dq axis. It is assumed that the influence on the operation of the machine 1 is sufficiently small.
  • the angular frequency wh is the frequency before adding the high frequency so that the high frequency component of the output torque Tm, that is, the output torque high frequency Tmhf, which is the angular frequency wh component, is based only on the superimposed high frequency current Aidq on the dq axis. -A value sufficiently larger than the frequency component included in the current command idq1 * on the q axis.
  • the high-frequency currents Aid and Aiq on the dq axis are sine waves orthogonal to each other, but the high-frequency current Aidq on the dq axis is a trapezoidal wave, a rectangular wave, a triangular wave, a sawtooth wave, or the like. It may be a wave having a different shape, and the type is not limited.
  • the rotational position estimating means 9 calculates the estimated rotational position ⁇ e based on the response to the output torque Tm of the high-frequency current Aidq on the dq axis when the abnormality determination signal indicates abnormality.
  • the power supply means 10 is composed of a high frequency superimposer 11, a current controller 12, a coordinate converter 13, a power converter 14, and a current detector 15.
  • the d-axis current and the q-axis current supplied to the AC rotating machine 1 are respectively set to the current command idq2 * on the dq-axis and the high-frequency current Aidq on the dq-axis based on the high-frequency current aidqh * and the control angle ⁇ c.
  • a three-phase AC voltage that matches the added voltage is applied to the AC rotating machine 1.
  • the high frequency superimposer 11 adds the high frequency currents Aid and Aiq on the dq axes to the current commands id2 * and iq2 * on the dq axes, respectively, and the high frequency superimposed current commands id3 * and iq3 * on the dq axes, respectively. (Hereinafter collectively referred to as idq3 *).
  • the current controller 12 determines the detected currents id and iq on the dq axes, respectively.
  • Voltage commands vd * and vq * (hereinafter collectively referred to as vdq *) on the dq axis that match the high frequency superimposed current commands id3 * and iq3 * on the dq axis are calculated.
  • the coordinate converter 13 converts the three-phase detection currents iu, iv, iw (hereinafter collectively referred to as iuvw) into a detection current idq on the dq axis based on the control angle ⁇ c, and outputs it to the current controller 12 Further, the voltage command vdq * on the dq axis is converted into a three-phase voltage command vu *, vv *, vw * (hereinafter collectively referred to as vuvw *) based on the control angle ⁇ c to convert the power command 14 for output.
  • the power converter 14 applies a three-phase AC voltage based on the three-phase AC voltage command vuvw * to the AC rotating machine 1.
  • the current detector 15 detects a three-phase detection current iuvw supplied from the power converter 14 to the AC rotating machine 1.
  • the power supply means 10 determines whether the AC rotating machine 1 has a high frequency superimposed current on the dq axis based on the current command idq2 * on the dq axis, the high frequency current Aidq on the dq axis, and the control angle ⁇ c.
  • a three-phase AC voltage vuvw * is applied to the AC rotating machine 1 to supply the command idq3 *.
  • the high frequency superimposed current command idq3 * on the dq axis is the actual d ⁇ of the AC rotating machine 1. It is supplied on an orthogonal coordinate axis rotated by an error of the control angle ⁇ c from the q axis.
  • FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the rotational position estimating means 9.
  • the bandpass filter 16 extracts only a signal in the vicinity of the frequency of the high-frequency current Aidq on the dq axis from the output torque Tm output from the torque detection means 7 and outputs it as an output torque high-frequency Tmhf.
  • the estimation error calculation means 17 is based on the high frequency current Aidq on the dq axis and the output torque high frequency Tmhf, and the estimated d ⁇ based on the actual dq axis based on the actual rotational position of the AC rotating machine 1 and the estimated rotational position ⁇ e.
  • a rotational position estimation error ⁇ which is a position difference from the q axis is calculated.
  • the estimation error calculation means 17 comprises a multiplier 19, an integrator 20, and a position error estimator 21.
  • the multiplier 19 applies the output torque high frequency Tmhf to the high frequency currents Aid and Aiq on the dq axes.
  • the products Pd and Pq on the dq axes are multiplied and the integrator 20 multiplies the products Pd and Pq on the dq axes by intervals corresponding to one period of the high-frequency current Aidq on the dq axes.
  • the estimated error control means 18 is composed of a PI controller 22 and calculates an estimated rotational position ⁇ e such that the rotational position estimation error ⁇ is zero.
  • the estimated error control means 18 calculates the estimated rotational position ⁇ e by the PI controller 22, but calculates the estimated rotational position by adding and correcting the rotational position estimation error ⁇ to the previous calculated value of the estimated rotational position, for example.
  • the method is not limited.
  • the rotational position estimating means 9 is based on the output torque Tm output from the torque detecting means 7 and the high-frequency current Aidq on the dq axis supplied to the AC rotating machine 1 by the power supply means 10. The estimated rotational position ⁇ e is calculated.
  • the control device for the AC rotating machine supplies high-frequency power to the AC rotating machine when the rotational position sensor is abnormal, and the high-frequency component included in the output torque of the AC rotating machine and the high-frequency power corresponding to the high-frequency power.
  • the current command idq1 * on the dq axis that is the driving power of the AC rotating machine is limited.
  • an abnormality occurs in the rotational position sensor, and reverse torque or overcurrent when shifting to sensorless control for controlling the AC rotating machine based on the estimated rotational position is eliminated.
  • the rotational position estimating means 9 estimates the rotational position of the AC rotating machine 1 when the abnormality determination signal indicates abnormality in the above configuration.
  • the power supply means 10 supplies power to the AC rotating machine 1 based on the estimated rotational position ⁇ e estimated by the rotational position estimating means 9 when the abnormality determination signal indicates an abnormality.
  • the upper high-frequency current Aidq is supplied to each of the estimated dq axes of the AC rotating machine 1.
  • FIG. 3 shows the high frequency current Aid on the dq axis supplied to the estimated dq axis, the estimated dq axis supplied with the combined vector of Aiq and the high frequency current Aidq on the dq axis, and the actual alternating current.
  • the phase relationship between the actual dq axes based on the rotational position of the rotating machine 1 is represented, and the phase difference between the estimated dq axes and the actual dq axes is defined as a rotational position error ⁇ e.
  • Aidqr the high-frequency currents Aidr and Aiqr supplied on the actual dq axes are expressed by Equation 2.
  • Equation 3 the output torque Tm ′ of the AC rotating machine 1 based on the high-frequency current Aidq on the dq axis is expressed by Equation 3.
  • Pm, ⁇ , Ld, and Lq in Equation 3 are values representing the characteristics of the AC rotating machine 1
  • Pm is the number of pole pairs
  • is an induced voltage constant
  • Ld and Lq are d-axis components of inductance
  • the band pass filter 16 calculates it.
  • the output torque high frequency Tmhf is based only on the high frequency currents Aid and Aiq on the dq axis. Accordingly, the output torque high frequency Tmhf output from the band pass filter 16 that extracts the frequency of the high frequency currents Aid and Aiq on the dq axis from the output torque Tm, that is, the component in the vicinity of the angular frequency wh, is expressed as shown in Equation 4. .
  • the phase difference between the high frequency current Aiq on the q axis and the output torque high frequency Tmhf is the rotational position error ⁇ e. That is, the rotational position estimation error ⁇ e is calculated by superimposing the high frequency currents Aid and Aiq on the dq axis on the estimated dq axis and calculating the phase difference between the high frequency current Aiq on the q axis and the output torque high frequency Tmhf. Can be calculated.
  • the rotational position estimating means 9 extracts only the component near the angular frequency wh of the output torque by the band pass filter 16 to calculate the output torque high frequency Tmhf, and the estimation error calculating means 17 calculates the output torque high frequency Tmhf and the estimated dq.
  • the phase difference between the output torque high frequency Tmhf and the high frequency current Aiq on the q axis is calculated on the basis of the cross-correlation functions between the high frequency currents Aid and Aiq on the dq axis superimposed on the axes, and the rotational position estimation error ⁇ Output as.
  • Equation 5 the product of the output torque high frequency Tmfh represented by Equation 4 and the high frequency current Aid on the d-axis represented by Equation 1 is calculated by the multiplier 19, and the output torque is integrated by the integrator 20 over time.
  • a cross-correlation function between the high frequency Tmfh and the high frequency current Aid on the d axis is calculated, and a correlation value Zd on the d axis is calculated.
  • the rotational position error ⁇ e in Equations 1 and 4 is handled as the rotational position estimation error ⁇ in the rotational position estimation means 9, and the rotational position error ⁇ e in Equations 1 and 4 is replaced with the rotational position estimation error ⁇ .
  • the integration interval in the integrator 20 needs to be an integral multiple of the high frequency current Aid on the dq axis and the Aiq cycle.
  • the integration interval is set to one cycle of the high frequency currents Aid and Aiq on the dq axis, Let t2 in Equation 5 be the current time at the time of integration calculation, and t1 be shown in Equation 6.
  • the cross-correlation function between the output torque high frequency Tmfh and the high frequency current Aiq on the q axis is calculated by the multiplier 19 and the integrator 20 as shown in the equation 7, and the correlation value Zq on the q axis is calculated.
  • the position error estimator 21 can calculate the rotational position estimation error ⁇ by dividing the d-axis correlation value Zd by the q-axis correlation value Zq and calculating the arctangent. .
  • the estimation error calculating means 17 calculates the phase difference between the output torque high frequency Tmhf and the high frequency current Aiq on the q axis based on the output torque high frequency Tmhf and the high frequency current Aid, Aiq on the dq axis, Output as rotational position estimation error ⁇ .
  • the PI controller 22 in the estimation error control means 18 performs the calculation shown in Equation 9 on the rotational position estimation error ⁇ output from the estimation error calculation means 17, and the switch 5 as the estimated rotational position ⁇ e. Is output to the power supply means 10.
  • s in Equation 9 is a Laplace operator
  • KP and KI are constants
  • KP and KI are set so that the PI controller 22 calculates an estimated rotational position ⁇ e such that the rotational position estimation error ⁇ is zero. There is a need to.
  • the rotational position estimating means 9 the output torque high frequency Tmhf generated by supplying the high frequency current Aidq on the dq axis to the estimated dq axis of the AC rotating machine 1 and the dq axis
  • the rotational position of the rotor can be estimated based on the high-frequency current Aidq without using a position sensor.
  • the rotational position estimating means 9 performs the AC rotation. It is possible to estimate the rotational position of the AC rotary machine 1 regardless of the rotational speed of the machine 1, and it is possible to estimate the rotational position ⁇ with higher accuracy, particularly at low speeds and when stopped. Further, even when the AC rotating machine 1 is a non-salient pole, that is, when the inductances Ld and Lq of the AC rotating machine 1 match, the output torque high frequency Tmhf derived from the output torque Tm ′ represented by Equation 3 is the same as Equation 4.
  • the rotational position estimating means 9 can estimate the rotational position of the AC rotating machine 1 regardless of the presence or absence of the saliency of the AC rotating machine 1. Further, since the output torque high frequency Tmhf of the AC rotating machine 1 corresponding to the high frequency current Aidq on the dq axis is generated regardless of whether or not the AC rotating machine 1 is magnetically saturated, the rotational position estimating means 9 is provided with the AC rotating machine. The rotational position of the AC rotating machine 1 can be estimated regardless of the presence or absence of magnetic saturation.
  • the current controller 12 operates so that the detected currents id and iq on the dq axis coincide with the high-frequency superimposed current commands id3 * and iq3 * on the dq axis, respectively.
  • the high-frequency superimposed current commands id3 * and iq3 * are equivalent to the detected currents id and iq on the dq axis.
  • the rotational position estimating means 9 calculates the estimated rotational position ⁇ e based on the high-frequency currents Aid and Aiq on the dq axes that are current commands, but the angular position from the detected current idq on the dq axes that is the detected current.
  • the frequency wh component may be extracted to calculate a high-frequency detection current on the dq axes, and the estimated rotational position ⁇ e may be calculated based on the high-frequency detection current on the dq axes. Can do. However, since the amount of calculation increases by calculating the angular frequency wh component of the detected current id and iq on the dq axis, the rotational position estimating means 9 is the current command d as shown in the first embodiment. It is more advantageous in terms of calculation processing load to calculate the rotational position ⁇ based on the high-frequency current Aidq on the ⁇ q axis.
  • the high frequency power superimposed in the power supply means 10 and the high frequency power used in the calculation in the rotational position estimation means 9 are used as currents, these may be used as voltages.
  • the power supply means 10 instead of adding the high frequency currents Aid and Aiq on the dq axis to the current commands id2 * and iq2 * on the dq axis, the power supply means 10 does not add the voltage command vd * on the dq axis.
  • Vq * is added to the high frequency voltages Avd and Avq on the dq axis
  • the rotational position estimating means 9 is on the dq axis instead of the high frequency currents Aid and Aiq on the dq axis.
  • the rotational position ⁇ may be calculated based on the high-frequency voltages Avd and Avq.
  • the phase of the high-frequency current on the q-axis always matches the phase of the output torque high-frequency, whereas the voltage on the q-axis is caused by the d-axis direction linkage magnetic flux as the rotational speed of the AC rotating machine 1 increases. Since the voltage component increases, the phase difference between the high-frequency voltage on the q axis and the output torque high-frequency increases as the rotational speed of the AC rotating machine 1 increases, and the rotational position ⁇ calculated by the rotational position estimating means 9 An error based on the phase difference occurs. Therefore, as shown in the first embodiment, the rotational position ⁇ is calculated with higher accuracy when the high-frequency power superimposed in the power converter 14 and the high-frequency power used in the calculation in the rotational position estimation means are used as currents. Can be effective.
  • the high frequency power superimposed in the power supply means 10 and the high frequency used in the calculation of the rotational position estimation means 9 are power in the d-axis direction and q-axis direction, respectively, but by using power corresponding to an arbitrary coordinate system
  • the estimated rotational position ⁇ e may be calculated. That is, for example, the power supply means 10 has an ⁇ -axis high-frequency current Ai ⁇ corresponding to the ⁇ -axis direction and a ⁇ -axis high-frequency corresponding to the ⁇ -axis direction on the ⁇ - ⁇ axis which is a coordinate system stationary with respect to the AC rotating machine 1. You may comprise so that electric current Ai (beta) may be superimposed.
  • the rotational position estimating means 9 can calculate the estimated rotational position ⁇ e based on the output torque Tm, the ⁇ -axis high frequency current Ai ⁇ , and the ⁇ -axis high frequency current Ai ⁇ .
  • the rotational position estimation power generator 8 generates ⁇ - ⁇ -axis high-frequency currents Ai ⁇ and Ai ⁇ , which are sine waves having the same amplitude A and frequency wh, and the power supply means 10 outputs the switch 5
  • the ⁇ - ⁇ axis high-frequency currents Ai ⁇ , Ai ⁇ are coordinate-converted into dq-axis high-frequency currents Aid, Aiq using the control angle ⁇ c to perform current command id2 *, iq2 * on the dq-axis in the high-frequency superimposer 11. Add to each.
  • the rotational position estimating means 9 can calculate the phase difference between the stationary coordinate system ⁇ - ⁇ axis and the actual dq axis by performing the same calculation as the estimation error calculating means 17.
  • the phase difference between the stationary coordinate system ⁇ - ⁇ axis and the actual dq axis is nothing but the estimated rotational position ⁇ e itself. That is, in this case, the calculation corresponding to the estimation error control means 18 is unnecessary, and the estimated rotation position ⁇ e can be calculated only by the same calculation as the estimation error calculation means 17.
  • the power supply means 10 has a phase difference between the u-phase voltage command vu *, the v-phase voltage command vv * and the w-phase voltage command vw * on the coordinate system stationary with respect to the AC rotating machine 1.
  • the u-phase high-frequency voltage Avu, the v-phase high-frequency voltage Avv, and the w-phase high-frequency voltage Avw that are 120 degrees may be superimposed.
  • the rotational position estimating means 9 can similarly calculate the estimated rotational position ⁇ e based on the output torque Tm, the u-phase high-frequency voltage Avu, the v-phase high-frequency voltage Avv, and the w-phase high-frequency voltage Avw.
  • the estimation error calculation means 17 outputs the u-phase high-frequency voltage Avu, the v-phase high-frequency voltage Avv, and the w-phase high-frequency voltage Avw, and the output torque high-frequency.
  • the u-phase correlation value Zu, the v-phase correlation value Zv, and the w-phase correlation value Zw are calculated. Further, the u-phase correlation value Zu, the v-phase correlation value Zv, and the w-phase correlation value Zw are converted into an ⁇ -axis correlation value Z ⁇ and a ⁇ -axis correlation value Z ⁇ corresponding to the ⁇ - ⁇ axis that is an orthogonal stationary coordinate system, Dividing by ⁇ -axis correlation value Z ⁇ and ⁇ -axis correlation value Z ⁇ and calculating the arctangent of the division value (Z ⁇ / Z ⁇ ) is the phase difference between the stationary coordinate system ⁇ - ⁇ axis and the actual dq axis. It is possible to calculate the estimated rotational position ⁇ e.
  • the rotational position estimating means 9 calculates the rotational position estimation error ⁇ based on the high frequency current Aidq on the dq axis and the output torque high frequency Tmhf, which are the angular frequencies wh.
  • the rotational position estimation error ⁇ may be calculated based on a correlation between a frequency component twice the angular frequency wh of the torque Tm ′ and two orthogonal sine waves having a frequency twice the angular frequency wh.
  • the band pass filter 16 extracts a frequency component twice the angular frequency wh from the output torque
  • the estimation error calculation means 17 uses the output torque high frequency Tmhf and the high frequency current Aidq on the dq axis in place of the output torque.
  • the rotational position estimation error ⁇ may be calculated based on an angular frequency component that is twice the angular frequency wh and two orthogonal sine waves that are twice the frequency of the angular frequency wh.
  • the sensor abnormality determination means 3 detects an abnormality of the rotational position sensor 2 based on the rotational position signal, and determines that the rotational position sensor 2 is abnormal when the abnormality is detected continuously for a preset time. To do. Also, after the sensor abnormality reversing means 3 determines that the rotational position sensor 2 is abnormal, until the rotational position estimating means 9 calculates the estimated rotational position ⁇ e, the high-frequency current on the dq axis is calculated by the power supply means 10. A series of processing is required in which Aidq is supplied to the AC rotating machine 1, the output torque of the AC rotating machine 1 corresponding to the Aidq is detected by the torque detecting means 7, and calculation is performed based on the detected torque.
  • the bandpass filter 16 uses the bandpass filter 16 to obtain a component in the vicinity of the angular frequency wh that is the frequency component of the high-frequency current Aidq on the dq axis from the output torque Tm. Must be extracted.
  • the bandpass filter 16 Immediately after the high-frequency current Aidq on the dq axis is supplied to the AC rotating machine 1 by the power supply means 10, that is, immediately after the high-frequency torque is generated, the bandpass filter 16 accurately extracts the angular frequency wh component from the output torque. It takes time to complete. Therefore, after the power supply means 10 starts supplying the high-frequency current Aidq on the dq axis, the rotational position estimation means 9 depends on the characteristics of the band pass filter 16 until the rotational position estimation means 9 calculates the estimated rotational position ⁇ e with high accuracy. It takes a certain amount of time.
  • the rotational position estimation means 9 calculates the estimated rotational position ⁇ e so that the rotational position estimation error ⁇ becomes zero by the PI controller 22 in the estimation error control means 18, the rotational position is determined according to the characteristics of the PI controller 22. It takes time to converge the estimation error ⁇ to zero. This time becomes longer as the error with respect to the actual rotational position of the AC rotating machine 1 at the control angle ⁇ c when the rotational position estimating means 9 starts calculating the estimated rotational position ⁇ e becomes larger. Since the rotational position is indefinite when the rotational position estimating means 9 starts to calculate the estimated rotational position ⁇ e, it takes time to converge the 180 degree error at the maximum.
  • the rotational position estimating means 9 calculates the estimated rotational position ⁇ e that does not cause a reverse torque with an error of 90 degrees or less from the actual rotational position. A predetermined time corresponding to the characteristics of the rotational position estimating means 9 is required until this is done.
  • d ⁇ q which is not zero between the occurrence of an abnormality in the rotational position sensor 2 and the time until the rotational position estimation means 9 calculates the estimated rotational position ⁇ e whose error from the actual rotational position is 90 degrees or less.
  • FIG. 4 shows a dq-axis current limit value idqlim which is a limit value for limiting the current command idq1 * on the dq-axis.
  • the horizontal axis in FIG. 4 represents time, and the vertical axis represents the dq axis current limit value idqlim.
  • the time when the sensor abnormality determination means 3 detects the abnormality of the rotational position sensor 2 is t0, and the time when the sensor abnormality determination means 3 determines that the rotational position sensor 2 is abnormal, that is, the abnormality determination signal changes from normal to abnormal.
  • the switching time is represented by t1
  • the time when sufficient time has elapsed for the error between the estimated rotational position ⁇ e calculated by the rotational position estimating means 9 and the actual rotational position to be 90 degrees or less is represented by t2.
  • the dq-axis current limit value idqlim is set to the rated current until time t1.
  • the current command idq1 * on the dq axis is not limited until time t1.
  • the sensor abnormality determination unit 3 detects an abnormality of the rotational position sensor 2, but does not determine that it is abnormal, that is, the abnormality of the rotational position sensor 2 is fixed. It is not a period. That is, the sensor abnormality determination unit 3 detects an abnormality of the rotational position sensor 2, but there is a case where it cannot be determined that the rotational position sensor 2 is actually abnormal.
  • the dq axis current limit value idqlim is set to zero at time t1. Since the time at which the abnormality determination signal switches from normal to abnormal is t1, the time t1 can be recognized from the abnormality determination signal. At time t1, the dq axis current limit value idqlim is sharply decreased from the rated current to zero, so that the reverse assist and the overcurrent are rapidly reduced.
  • the dq axis current limit value idqlim is set to zero from time t1 to time t2.
  • the time t2 is recognized as the time when the predetermined time ⁇ t12 has elapsed from the time t1.
  • the predetermined time ⁇ t12 is calculated by an arithmetic expression shown in Formula 10. It is possible to set the value in advance.
  • the time from the supply of the rotational position estimated power to the calculation of the estimated rotational position is determined by the power supply means 10 to convert the high-frequency current Aidq on the dq axis into an AC
  • Each calculation time, the time detected by the torque detection means 7 after the high frequency current Aidq on the dq axis is supplied to the AC rotating machine 1, may be measured or calculated in advance. Further, the maximum time may be set to a value that takes into account variations in hardware such as individual differences, characteristics, and variations in detection time due to secular changes of the torque detection means 7.
  • the time for which the error is converged within 90 degrees from the start of the rotational position estimation is the estimated rotational position ⁇ e and the rotational position after the rotational position estimating means 9 starts calculating the estimated rotational position ⁇ e based on the rotational position signal.
  • the estimated rotational position What is necessary is just to measure or calculate in advance the time for the error of ⁇ e to drop to 90 degrees.
  • the dq axis current limit value idqlim is set to gradually increase with time from time t2, and finally reaches the rated current. Therefore, a sudden torque change of the AC rotating machine 1 does not occur, and problems such as an impact on the load device of the AC rotating machine 1 due to the sudden torque change, resonance of the AC rotating machine 1 and the load device, and hunting can be prevented. However, since the return to the torque originally required for the AC rotating machine 1 is delayed when the inclination is gentle, the inclination may be designed according to the application of the AC rotating machine 1.
  • the rotational position sensor 2 is controlled by limiting the current command idq1 * on the dq axes that is the driving power of the AC rotating machine.
  • the power supply means 10 switches to sensorless control for supplying power to the AC rotating machine according to the estimated rotational position ⁇ e, reverse torque can be eliminated, or overcurrent can be prevented.
  • the control apparatus for an AC rotating machine includes an AC rotating machine, a rotational position sensor that detects the rotational position of the AC rotating machine, and an abnormality in the rotational position sensor that continues for a predetermined determination time.
  • Sensor abnormality detecting means for determining that the rotational position sensor is abnormal when detected
  • rotational position estimating means for calculating an estimated rotational position of the AC rotating machine when the rotational position sensor is determined abnormal.
  • the control device for the AC rotating machine includes torque detection means for detecting an output torque of the AC rotating machine, the rotational position estimation power is high frequency power, and the rotational position estimation means is a high frequency included in the output torque.
  • the estimated rotational position is calculated based on a component and a high-frequency component corresponding to the high-frequency power, and the rotational position estimating means is reversed after the supply of the rotational position estimated power is started.
  • the power limiting means is configured to limit the driving power so as to be steeply reduced to a predetermined value, the reverse torque and overcurrent due to the estimated position where the error is large and the large current can be quickly reduced. Further, since the power limiting means is configured to limit the driving power so as to gradually increase with time from the predetermined value that limits the driving power, the driving power limited to eliminate reverse torque or prevent overcurrent is restored. It is possible to prevent problems such as an impact on the load device of the AC rotating machine, resonance of the AC rotating machine and the load device, and hunting due to sudden torque change.
  • the sensor abnormality determination means 3 detects an abnormality of the rotational position sensor 2 based on the rotational position signal, and the rotational position sensor is detected when the abnormality is detected continuously for a preset time. 2 is determined to be abnormal, but the rotational position sensor 2 may be determined to be abnormal immediately when an abnormality of the rotational position sensor is detected based on the rotational position signal.
  • the control device for the AC rotary machine includes an AC rotary machine, a rotational position sensor that detects a rotational position of the AC rotary machine, a sensor abnormality determination unit that determines abnormality of the rotational position sensor, and the rotational position sensor.
  • rotational position estimating means for calculating an estimated rotational position of the AC rotating machine
  • power limiting means for limiting drive power supplied to drive the AC rotating machine
  • sensor abnormality determination When the means determines that the rotational position sensor is abnormal, based on the estimated rotational position, the rotational position estimating means supplies the driving power limited by the power limiting means to estimate the rotational position.
  • Power supply means for supplying the AC rotating machine with electric power to which the estimated rotational position power is added, and the power limiting means determines that at least the sensor abnormality determining means determines that there is an abnormality.
  • the driving power is limited for a predetermined time for the estimation error of the estimated rotational position to be within a predetermined range, and in this case as well, as in the control device for the AC rotating machine according to the first embodiment, an abnormality occurs. While reducing the magnitude of the torque required for the AC rotating machine in the same way before and after the occurrence, canceling the reverse torque acting in the direction opposite to the desired torque of the AC rotating machine while minimizing the period of decrease. Or an AC rotating machine and an AC rotating machine drive circuit failure due to overcurrent can be prevented.
  • the rotational position estimating means 9 calculates the estimated rotational position ⁇ e based on the response to the output torque Tm when the high-frequency current is supplied to the AC rotating machine 1, but supplies other rotational position estimation power
  • the estimated rotational position ⁇ e may be calculated by a method, and the method is not limited.
  • the time t2 is set to a time sufficient for an error between the estimated rotational position ⁇ e calculated by the rotational position estimating means 9 and the actual rotational position to be 90 degrees or less, and a predetermined time ⁇ t12 (starting rotational position estimation) is set. From the estimated rotational position ⁇ e calculated by the rotational position estimating means 9 at time t2 is sufficient to keep the error from the actual rotational position within an arbitrary predetermined error.
  • the predetermined time ⁇ t12 may be configured as (time to converge within an arbitrary predetermined error after starting the rotational position estimation).
  • a predetermined error may be determined according to the error between the control angle ⁇ c at which the torque is not allowed and the actual rotational position. If a certain amount of reverse torque is allowed, a predetermined error may be determined in accordance with an error between the control angle ⁇ c at which the reverse torque is allowable and the actual rotational position.
  • the time to converge within a predetermined error after starting the rotational position estimation is the estimated rotational position ⁇ e and the rotational position after the rotational position estimating means 9 starts calculating the estimated rotational position ⁇ e based on the rotational position signal.
  • the estimated rotational position ⁇ e when the rotational position estimating means 9 starts calculating the estimated rotational position ⁇ e and the actual rotational position error of the AC rotating machine Assuming the worst case where the angle is 180 degrees, the time during which the error of the estimated rotational position ⁇ e decreases to a predetermined error may be measured or calculated in advance.
  • the dq axis current limit value idqlim which is a limit value for limiting the current command idq1 * on the dq axis in the current limit means 6, is set so as to gradually increase with time from the time t2. If the influence of the sudden change does not matter and the torque is to be restored as soon as possible, the dq axis current limit value idqlim may be set so as to increase sharply from time t2. Further, a predetermined time ⁇ t12 in which the dq-axis current limit value idqlim, which is a limit value for limiting the current command idq1 * on the dq-axis in the current limiting means 6, is set to zero (rotational position estimated power is set). (The time from the supply to the estimated rotational position calculation) and (the time to converge within 90 degrees of error after starting the rotational position estimation) are set to the longest possible time. You may comprise so that the longest time may be switched as setting time.
  • the predetermined time ⁇ t12 (time from supplying the rotational position estimated power to calculating the estimated rotational position) is: For example, it can vary depending on the temperature characteristics of the torque detection means. Therefore, for example, the temperature of the torque detection means may be detected, and the longest time (the time from supplying the rotational position estimated power to calculating the estimated rotational position) at the temperature may be switched as the set time according to the temperature.
  • the dq-axis current limit value idqlim which is a limit value for limiting the current command idq1 * on the dq-axis in the current limiting means 6, is set as shown in FIG. 4, but as shown in FIG.
  • the setting may be limited to zero between the times t0 and t1.
  • the sensor abnormality determination means 3 needs to output not only the presence / absence of abnormality of the rotational position sensor 2, but also the abnormality detection state of the rotational position sensor 2, specifically, the duration of abnormality detection of the rotational position sensor 2.
  • the sensor abnormality determination means detects the abnormality of the rotational position sensor.
  • the rotational position sensor is actually not abnormal but erroneously detected, the alternating current is detected even though the rotational position sensor is normal. The current supplied to the rotating machine fluctuates, resulting in torque fluctuation.
  • the dq axis current limit value idqlim which is a limit value for limiting the current command idq1 * on the dq axis in the current limit means 6, gradually decreases with time at the start of the limit as shown in FIG. It may be set to go. That is, the power limiting means may be configured to limit the driving power so as to gradually decrease with time to a predetermined value, and in this case, the torque sudden change of the AC rotating machine 1 can be suppressed. Problems such as impact on the load device of the AC rotating machine 1 due to sudden torque change, resonance of the AC rotating machine 1 and the load device, and hunting can be prevented. However, when the error of the control angle with respect to the actual rotational position of the AC rotating machine 1 is large, the reverse torque and the overcurrent increase as the inclination to be decreased becomes gentler.
  • the dq-axis current limit value idqlim which is a limit value for limiting the current command idq1 * on the dq-axis in the current limiting means 6, is limited to a value other than zero as shown in FIG. It may be set to.
  • the power supplied to the AC rotating machine 1 is limited during When the error of the control angle with respect to the actual rotational position of the AC rotating machine 1 is large, the reverse torque can be reduced and overcurrent can be prevented.
  • the limit value may be arbitrarily set within the allowable reverse torque and current ranges according to the application and performance of the AC rotating machine 1.
  • the reverse torque and the overcurrent of the AC rotating machine 1 are prevented.
  • the current on each coordinate axis is limited by limiting the current on each coordinate axis in the same manner as the current command limiting method by the current limiting means 6 in the first embodiment, so that the reverse torque and Current can be prevented, and similar effects can be obtained.
  • the rotational position estimation power needs to be added to the current limited by the current limiting means.
  • the rotational position estimating means 9 calculates the estimated rotational position ⁇ e based on the response to the output torque Tm when a high frequency current is supplied to the AC rotating machine 1, but the estimated rotational position ⁇ e is calculated by another method. You may make it calculate. Specifically, high-frequency power may be supplied to the AC rotating machine, and the estimated rotational position ⁇ e may be calculated based on the high-frequency component included in the detected current of the AC rotating machine. Therefore, in the present second embodiment, when a high frequency current is supplied to an AC rotating machine having saliency, the estimated rotational position ⁇ e is based on the response to the current due to the difference in each component on the two rotation axes of the inductance of the AC rotating machine.
  • FIG. 8 is a diagram showing an overall configuration of a control device for an AC rotating machine according to Embodiment 2 of the present invention.
  • the same reference numerals as those in the first embodiment are the same or equivalent.
  • the rotational position estimation power generator 8a outputs the value of the switching period Tc to the power converter 14a and the three-phase high-frequency voltages Avu, Avv, Avw (hereinafter collectively referred to as Avuvw) to the power converter 14a.
  • the switching cycle Tc is a three-phase AC voltage command based on a current command idq1 * on the dq axis, which is a current command for driving the AC rotating machine 1.
  • This switching cycle Tc is set to an optimal value in advance with a cycle sufficiently shorter than the cycle of vuvw * in consideration of the electrical characteristics of the AC rotating machine 1 and the frequency of electromagnetic noise generated by driving the inverter.
  • the three-phase high-frequency voltage Avuvw is for the rotational position estimation means 9a to estimate the rotational position, and is equal to m times the switching period Tc (m is an integer of 3 or more, the reason for setting it to 3 or more will be described later). It is assumed that the period is m ⁇ Tc and the phase is different.
  • the rotational position estimating means 9a calculates the estimated rotational position ⁇ e based on the response to the current of the AC rotating machine 1 due to the application of the three-phase high-frequency voltage Avuvw.
  • the power supply means 10a includes a high frequency superimposing device 11a, a current controller 12, a coordinate converter 13, a power converter 14a, and a current detector 15, and includes a current command idq2 * on the dq axis, a three-phase high frequency voltage Avuvw.
  • the three-phase high-frequency voltage Avuvw is added to the three-phase AC voltage such that the d-axis current and the q-axis current supplied to the AC rotating machine 1 coincide with the current command idq2 * on the dq axis.
  • the applied voltage is applied to the AC rotating machine 1.
  • the high frequency superimposer 11a adds the three phase high frequency voltages Avu, Avv, Avw to the three phase voltage commands vu *, vv *, vw *, respectively, and the three phase voltage commands vu2 *, vv2 *, vw2 * (hereinafter collectively referred to as vuvw2).
  • m is an integer of 3 or more as described above is that when m is 1 or 2, the three-phase high-frequency voltages Avu, Avv, Avw equal to the cycle m ⁇ Tc that is m times the switching cycle Tc. This is because a phase difference cannot be given to each phase, and the estimated rotational position ⁇ e by the rotational position estimating means 9a cannot be obtained with high accuracy.
  • a voltage vector that is a vector sum of the three-phase high-frequency voltages Avu, Avv, Avw is not an alternating voltage but a rotational voltage.
  • an alternating voltage means what applies the voltage vector which is the vector sum of each phase of a three-phase alternating voltage in two directions or less within one period of a three-phase alternating voltage.
  • the rotation voltage refers to a voltage vector that is applied in three or more directions as a vector sum of each phase of the three-phase AC voltage in one cycle of the three-phase AC voltage.
  • the current controller 12a Based on the high-frequency superimposed current commands id2 * and iq2 * on the dq axis and the detected currents id and iq on the dq axis, the current controller 12a detects the detected currents id and iq on the dq axis, respectively.
  • a voltage command vd *, vq * (hereinafter collectively referred to as vdq *) on the dq axis that matches the high frequency superimposed current command id2 *, iq2 * on the dq axis is calculated, and the high frequency superimposer To 11a.
  • FIG. 9 is a diagram showing a configuration of the power converter 14a.
  • the power converter 14 a includes a pulse width modulation controller 23 and an inverter 24.
  • the pulse width modulation controller performs pulse width modulation based on the three-phase voltage commands vu2 *, vv2 *, vw2 * output from the high frequency superimposing unit 11a and the value of the switching period Tc output from the rotational position estimation power generator 8a.
  • the inverter 24 applies a voltage to each winding of the AC rotating machine 1 based on the logic signals Du, Dv, Dw output from the pulse width modulation controller 23.
  • the pulse width modulation control method for example, a known pulse width modulation control method using a triangular wave as a carrier signal may be used.
  • the period of the triangular wave is set to twice the switching period Tc output from the rotational position estimation power generator 8a.
  • the power converter 14a applies the three-phase voltage commands vu2 *, vv2 *, vw2 * to the AC rotating machine 1 based on the three-phase voltage commands vu2 *, vv2 *, vw2 * and the switching cycle Tc.
  • the logic signals Du, Dv, Dw by the pulse width modulation controller 23 may be calculated by other known methods.
  • the control device for the AC rotating machine supplies high frequency power to the AC rotating machine when the rotational position sensor is abnormal, and the AC rotating machine is controlled based on the high frequency component included in the detected current of the AC rotating machine.
  • the rotational position estimating means 9a supplies high-frequency power to the AC rotating machine and calculates the estimated rotating position ⁇ e based on the high-frequency component included in the detected current of the AC rotating machine.
  • the rotational position estimating means 9a uses a known method described in Japanese Patent No. 5069306 for each component on the rotating biaxial inductance of the AC rotating machine when a high frequency current is supplied to the AC rotating machine having saliency.
  • the estimated rotational position ⁇ e may be calculated based on the response to the current due to the difference.
  • the rotational position estimation means 9a is for the rotational position estimation power generator 8a for the three-phase high-frequency voltage Avuvw for the rotational position estimation means 9a to estimate the rotational position, and m times the switching cycle Tc (m is An integer greater than or equal to 3 and the reason why it is greater than or equal to 3 will be described later).
  • the estimated rotational position ⁇ e is calculated on the basis of the response to the current when applied by the power supply means 10a.
  • the calculation may be performed by another method based on the response to the current due to the difference between the components on the two rotation axes of the inductance.
  • the current limiting unit 6 limits the current command idq1 * on the dq axes with the above configuration.
  • the current limiting unit 6 eliminates the reverse torque at the time of shifting to sensorless control, Overcurrent can be prevented.
  • the three-phase high-frequency voltages Avu, Avv, Avw is applied to the AC rotating machine 1
  • the three-phase detection current iuvw of the AC rotating machine 1 corresponding thereto is detected by the current detector 15, and the maximum time until the rotational position estimating means 9a calculates the estimated rotational position ⁇ e is determined. It is good to set. Further, when the longest time until the error of the estimated rotational position ⁇ e calculated by the rotational position estimating means 9a is reduced to 90 degrees is set to (the longest time to converge within 90 degrees of error after the rotational position estimation is started). Good.
  • the control device for an AC rotating machine provided with the current limiting means 6 high-frequency power is supplied to the AC rotating machine, and the estimated rotational position ⁇ e is based on the high-frequency component included in the detected current of the AC rotating machine. Even when calculating the value, the current command idq1 * on the dq axes, which is the driving power of the AC rotating machine, is limited, so that an abnormality occurs in the rotational position sensor 2, and the power supply means 10a performs the estimated rotation.
  • the reverse torque at the time of switching to sensorless control for supplying power to the AC rotating machine by the position ⁇ e can be eliminated, or overcurrent can be prevented.
  • control device for an AC rotating machine includes an AC rotating machine, a rotational position sensor that detects the rotational position of the AC rotating machine, and the abnormality of the rotational position sensor continues for a predetermined determination time.
  • Sensor abnormality detecting means for determining that the rotational position sensor is abnormal when detected
  • rotational position estimating means for calculating an estimated rotational position of the AC rotating machine when the rotational position sensor is determined abnormal.
  • the drive power is limited for a predetermined time to be within a range
  • the AC rotating machine has a saliency
  • the position estimation power is high-frequency power
  • the rotational position estimation means is configured to calculate the estimated rotational position based on a high-frequency component included in the detected current, and starts supplying the rotational position estimated power. After that, since it takes time until the rotational position estimating means calculates an estimated rotational position with a small error so as not to generate reverse torque and overcurrent, it is the same as the AC rotating machine before and after the occurrence of an abnormality.
  • the rotational position estimating means 9 calculates the estimated rotational position ⁇ e based on the response to the output torque Tm when a high-frequency current is supplied to the AC rotating machine 1, but the estimated rotational position is calculated by another method. You may make it do. Specifically, a voltage that short-circuits the windings of the AC rotating machine may be supplied, and the estimated rotational position ⁇ e may be calculated based on the detected current of the AC rotating machine.
  • the initial position of the estimated rotational position ⁇ e calculated by the rotational position estimating means that is, the initial estimated rotational position estimating means for calculating a value to be used immediately after the sensorless control switching is provided, and according to each rotational position estimating means
  • the initial rotation estimation means calculates a rotation position with a small error in a shorter time than the time for the rotation position estimation means 9 to calculate the estimated rotation position ⁇ e with a small error, the reverse torque is eliminated or the overcurrent In order to prevent this, it is possible to set the time for limiting the driving power to be short, and the AC rotating machine can output the desired torque earlier.
  • an initial estimated rotational position estimating means for calculating an initial value of the estimated rotational position ⁇ e calculated by the rotational position estimating means 9 is provided.
  • a method for eliminating reverse torque or preventing overcurrent when switching to sensorless control in a control device for an AC rotating machine will be described.
  • a voltage that is a rotational position estimation power that short-circuits the winding of the AC rotating machine is applied, and the voltage of the AC rotating machine when the winding of the AC rotating machine is short-circuited from the current of the AC rotating machine at this time
  • Sensorless control in a control device for an AC rotating machine provided with known rotational position estimating means (for example, described in Japanese Patent No. 3636340) different from rotational position estimating means 9 for calculating an estimated rotational position based on the relationship between current and current A method for eliminating the reverse torque when switching to or preventing overcurrent will be described.
  • FIG. 10 is a diagram showing an overall configuration of a control device for an AC rotating machine according to Embodiment 3 of the present invention, and components having the same reference numerals as those in Embodiment 1 are the same or equivalent.
  • the current limiting unit 6b limits the current command idq1 * on the dq axis by the dq axis current limit value idqlim, and outputs the current command idq2 * on the dq axis.
  • a method for setting the dq-axis current limit value idqlim will be described later.
  • FIG. 11 is a diagram showing an internal configuration of the power converter 14b.
  • the power converter 14b includes semiconductor switches 38 to 43, and each pair of semiconductor switches 38, 41, 39, 42, 40, 43 is connected in series, and the semiconductor switches 38, 41, 39, Each pair of 42, 40, and 43 is connected in parallel to a DC voltage source 44 that generates a potential difference Ed.
  • each of the semiconductor switches 38 to 43 includes insulated gate bipolar transistors (IGBTs) Q1 to Q6 and diodes D1 to D6 that are connected in parallel, and the forward direction of the diode is on the positive side of the DC voltage source 44. Is directed.
  • the gate signals applied to the gates of the IGBTs Q1 to Q6 turn on / off the IGBTs Q1 to Q6.
  • the gate signal generator 27 outputs a driving gate signal Gd that applies a three-phase voltage command vuvw * to the AC rotating machine 1.
  • the driving gate signal Gd for example, similarly to the pulse width modulation controller 23 in the second embodiment of the present invention, the logic signal Duvw obtained by pulse-modulating the three-phase voltage command vuvw * is calculated, and the logic signal Duvw is calculated. Based on the above, it may be calculated by a known method such as calculating a gate signal for turning on / off the semiconductor switches 38 to 43 corresponding to each phase of the AC rotating machine 1.
  • the power limiting means 28 limits the driving gate signal Gd, so that the rotational position sensor 2 becomes abnormal, cancels the reverse torque when shifting to the sensorless control for controlling the AC rotating machine according to the estimated rotational position, and reduces the overcurrent. To prevent. Specifically, a predetermined time ⁇ t120 from when the abnormality determination signal indicates an abnormality until the initial rotational position estimating unit 26 calculates the initial estimated rotational position ⁇ e0 blocks the driving gate signal Gd, and the estimation gate signal Ge. Is output. Thereafter, the estimation gate signal Ge is cut off, and the drive gate signal Gd is output.
  • the initial rotational position estimation power generator 25 When the abnormality determination signal indicates abnormality, the initial rotational position estimation power generator 25 outputs an estimation gate signal Ge for the initial rotational position estimation means 26 to estimate the rotational position to the power supply means 10b.
  • the initial rotational position estimating means 26 calculates an initial estimated rotational position ⁇ e0 based on the three-phase detection current iuvw and outputs it to the rotational position estimating means 9b.
  • the rotational position estimating means 9b differs from the rotational position estimating means 9 only in that the initial estimated rotational position ⁇ e output from the initial rotational position estimating means 26 is used as the initial value of the estimated rotational position ⁇ e to be calculated.
  • the control device for the AC rotating machine supplies a voltage for short-circuiting the winding of the AC rotating machine when the rotational position sensor is abnormal, and the AC rotating machine is controlled based on the detected current of the AC rotating machine.
  • the reverse torque or the overcurrent when shifting to the sensorless control for controlling the AC rotary machine based on the estimated rotational position is eliminated.
  • the initial rotational position estimation power generator 25 outputs the estimation gate signal Ge and the initial rotational position estimation means 26 calculates the initial estimated rotational position ⁇ e0.
  • a known method described in Japanese Patent No. 3636340 may be used.
  • the initial rotational position estimation power generator 25 shorts all the stator windings of the AC rotating machine 1 by turning on all the semiconductor switches 38 to 43 of the power converter 14b when the abnormality determination signal indicates abnormality. . That is, the initial rotational position estimation power generator 25 supplies power for short-circuiting the AC rotating machine to the AC rotating machine 1 via the power supply means 10b.
  • the initial rotational position estimating means 26 short-circuits the stator windings of all phases of the AC rotating machine 1, and then based on the three-phase detection current iuvw that flows by the induced voltage after a predetermined time t0 has elapsed.
  • the rotational speed and the initial estimated rotational position ⁇ e0 can be calculated.
  • the initial rotational position estimation means 26 applies a voltage that is rotational position estimated power that short-circuits the winding of the AC rotating machine, and the initial estimated rotational position ⁇ e0 based on the detected current of the AC rotating machine at this time. Is calculated.
  • the initial rotational position estimating means 26 calculates the initial estimated rotational position ⁇ e0 by a known method as described in Japanese Patent No. 3636340.
  • the present invention is not limited to this, and the winding of the AC rotating machine is not limited to this.
  • the initial estimated rotational position ⁇ e0 may be calculated based on the relationship between the voltage and current of the AC rotating machine when is short-circ
  • the power limiting unit 28 cuts off the driving gate signal Gd and outputs the estimation gate signal Ge for a period from when the abnormality determination signal indicates abnormality until the predetermined time ⁇ t120 elapses. Thereafter, the estimation gate signal Ge is cut off, and the drive gate signal Gd is output.
  • the initial rotational position estimation means 26 calculates the initial estimated rotational position ⁇ e0 based on the three-phase detection current iuvw after the lapse of the predetermined time t0, that is, after the abnormality determination signal indicates abnormality for the predetermined time ⁇ t120, This is a known time from when the initial rotational position estimation power generator 25 supplies power for short-circuiting the AC rotating machine until a predetermined time t0 has elapsed.
  • the current limiting unit 6b may limit the current command idq1 * on the dq axes by the same method as the current limiting unit 6 in the first embodiment of the present invention.
  • the initial estimated rotational position ⁇ e calculated by the initial rotational position estimating means 26 has a limited estimation accuracy in principle.
  • the error between the initial estimated rotational position ⁇ e and the actual rotational position is a predetermined error ⁇ 0 or less, and in principle, the predetermined error ⁇ 0 is a value of 90 degrees or less.
  • the error between the estimated rotational position ⁇ e calculated by the rotational position estimating means 9b and the actual rotational position is 90 degrees or less from the beginning, and is a predetermined error ⁇ 0 or less. That is, the initial rotational position estimating means 26 initially estimates t2, which is a time when a sufficient time has elapsed for the error between the estimated rotational position ⁇ e calculated by the rotational position estimating means 9b and the actual rotational position to be 90 degrees or less.
  • the rotation time ⁇ e is set as the time for calculation, and the predetermined time ⁇ t12 may be set to the same value as the predetermined time ⁇ t120.
  • a voltage that short-circuits the winding of the winding of the AC rotating machine is supplied to detect the AC rotating machine.
  • an abnormality occurs in the rotational position sensor 2 by limiting the current command idq1 * on the dq axes that is the driving power of the AC rotating machine.
  • the reverse torque when the power supply means 10b is switched to the sensorless control for supplying power to the AC rotating machine by the estimated rotational position ⁇ e can be eliminated, or overcurrent can be prevented.
  • the drive power of the AC rotating machine is used.
  • the power supply means 10a switches to sensorless control in which power is supplied to the AC rotating machine at the estimated rotational position ⁇ e.
  • the reverse torque at the time can be eliminated, or overcurrent can be prevented.
  • the control device for an AC rotating machine includes an AC rotating machine, a rotational position sensor that detects the rotational position of the AC rotating machine, and the abnormality of the rotational position sensor continues for a predetermined determination time.
  • Sensor abnormality detecting means for determining that the rotational position sensor is abnormal when detected
  • rotational position estimating means for calculating an estimated rotational position of the AC rotating machine when the rotational position sensor is determined abnormal.
  • the drive power is limited for a predetermined time to be within a range, and includes current detection means for acquiring a detection current of the AC rotating machine, and the rotational position acquisition estimated power is the winding of the AC rotating machine. Since the rotational position estimating means is configured to calculate the estimated rotational position based on the detected current, the initial rotational estimating means calculates a rotational position with a small error in a short time. Therefore, it is possible to reduce the reverse torque, or to set a short time to limit the drive power to prevent overcurrent, and the AC rotating machine outputs the desired torque faster. Rukoto can.
  • the time t2 is a time sufficient for the error between the estimated rotational position ⁇ e calculated by the rotational position estimating means 9b and the actual rotational position to be within a predetermined error ⁇ 0 that is 90 degrees or less
  • the predetermined time ⁇ t12 is composed of (the time for convergence to the predetermined error ⁇ 0 within an error of 90 degrees from the start of the rotational position estimation), but the actual rotational position ⁇ e calculated by the rotational position estimation means 9b is calculated at time t2.
  • a sufficient time is set so that the error with the rotational position falls below an arbitrary predetermined error smaller than the predetermined error ⁇ 0, and the predetermined time ⁇ t12 is converged within an arbitrary predetermined error smaller than the predetermined error ⁇ 0 after the rotational position estimation is started. Time).
  • the initial rotational position estimating means 26 calculates the initial estimated rotational position ⁇ e at time t2
  • the error between the estimated rotational position ⁇ e calculated by the rotational position estimating means 9b and the actual rotational position is a predetermined error ⁇ 0.
  • the time t2 and the predetermined time ⁇ t12 may be determined.
  • the initial rotational position estimating means 26 calculates the initial estimated rotational position ⁇ e0 based on the detected current of the AC rotating machine when a voltage that short-circuits the winding of the AC rotating machine 1 is supplied.
  • the rotational speed of the AC rotating machine is low, the induced voltage of the AC rotating machine becomes small, so that the estimation accuracy of the rotational position is reduced in principle. Therefore, in the fourth embodiment, when the rotation speed of the AC rotating machine is low based on the relationship between the voltage and current supplied to the AC rotating machine when a voltage that causes magnetic saturation is supplied to the AC rotating machine.
  • FIG. 12 is a diagram showing the overall configuration of the control device for an AC rotary machine according to the fourth embodiment of the present invention, and components having the same reference numerals as those of the first to third embodiments are the same or equivalent. is there.
  • the current limiting unit 6c limits the current command idq1 * on the dq axis by the dq axis current limit value idqlim, and outputs the current command idq2 * on the dq axis.
  • a method for setting the dq-axis current limit value idqlim will be described later.
  • the current detector 15c constituting the power supply means 10c detects the current of each phase of the AC rotating machine 1 at the rising timing of the trigger signal Tr output from the initial rotational position estimation power generator 25c, and the coordinate converter 13, It outputs to the initial rotational position estimation means 26c.
  • the power limiting unit 28c limits the driving gate signal Gd similarly to the power limiting unit 28 in the third embodiment of the present invention, whereby the rotational position sensor 2 becomes abnormal and controls the AC rotating machine based on the estimated rotational position. Eliminates reverse torque when shifting to sensorless control and prevents overcurrent.
  • the initial rotational position estimation power generator 25c supplies an estimation gate signal Ge corresponding to the voltage vector command V for the initial rotational position estimation means 26c to estimate the rotational position when the abnormality determination signal indicates abnormality.
  • a trigger signal Tr is output to the power supply means 10c.
  • the initial rotational position estimating means 26 calculates an initial estimated rotational position ⁇ e0 based on the three-phase detection current iuvw and outputs it to the rotational position estimating means 9b.
  • the control device for the AC rotating machine is based on the relationship between the voltage and current supplied to the AC rotating machine when a voltage that causes magnetic saturation is supplied to the AC rotating machine when the rotational position sensor is abnormal.
  • the rotational position of the AC rotating machine is estimated and the AC rotating machine is controlled based on the rotational position
  • reverse torque or overcurrent when shifting to sensorless control for controlling the AC rotating machine based on the estimated rotational position is eliminated.
  • a method in which the initial rotational position estimation power generator 25c outputs the estimation gate signal Ge and the initial rotational position estimation means 26c calculates the initial estimated rotational position ⁇ e0 will be described.
  • a known method described in Japanese Patent No. 4271397 may be used.
  • the initial rotational position estimation power generator 25 outputs the estimation gate signal Ge corresponding to the voltage vector command V to the power supply means 10c when the abnormality determination signal indicates abnormality.
  • the voltage vector command V has nine switching modes “0” to “8”, and the switching modes “0” to “8” are as follows depending on the combination of IGBTs Q1 to Q6 to be turned on. Corresponding to the estimation gate signal Ge to be output.
  • the initial rotational position estimation power generator 25 applies a predetermined estimation gate signal Ge corresponding to the predetermined voltage vector V to the power limiting means 28 in order for a sufficiently short time within a range not causing magnetic saturation by a known method.
  • the trigger signal Tr is output to the current detector 15c, and the current detector 15c samples the three-phase detection current iuvw at the rising timing of the trigger signal Tr and outputs it to the initial rotational position estimating means 26c, thereby providing the initial rotational position.
  • the estimation means 26c calculates a rotational position between 0 and 180 degrees based on the three-phase detection current iuvw.
  • a voltage vector corresponding to the three-phase detection current iuvw is applied with an application time for magnetic saturation, and the 180-degree rotational positional relationship is determined using the magnitude relationship of the absolute value of the voltage vector, so that it is unique over all angles.
  • the initial estimated rotational position ⁇ e0 specifying the rotational position is calculated.
  • the initial rotational position estimating means 26c calculates the initial estimated rotational position ⁇ e0 by a known method as described in Japanese Patent No. 4271397. However, the initial rotational position ⁇ e0 is not limited to this.
  • the initial estimated rotational position ⁇ e0 may be calculated based on the relationship between the voltage and current supplied to the AC rotating machine when a voltage that saturates is supplied.
  • the power limiting unit 28c blocks the driving gate signal Gd and outputs the estimation gate signal Ge during a period from when the abnormality determination signal indicates abnormality until the predetermined time ⁇ t120 elapses. Thereafter, the estimation gate signal Ge is cut off, and the drive gate signal Gd is output.
  • the initial rotational position estimating means 26c applies a predetermined voltage vector command V at a predetermined timing, and calculates the initial estimated rotational position ⁇ e0 based on the three-phase detection current iuvw sampled at the predetermined timing.
  • the predetermined time ⁇ t120 is a known time from when the abnormality determination signal indicates abnormality until the initial rotational position estimation means 26c calculates the initial estimated rotational position ⁇ e0.
  • the current limiting unit 6b may limit the current command idq1 * on the dq axes by the same method as the current limiting unit 6b in the third embodiment of the present invention.
  • the initial estimated rotational position ⁇ e calculated by the initial rotational position estimating means 26c has a limited estimation accuracy in principle. In other words, the error between the initial estimated rotational position ⁇ e and the actual rotational position is a predetermined error ⁇ 0 or less, and in principle, the predetermined error ⁇ 0 is a value of 90 degrees or less.
  • the error between the estimated rotational position ⁇ e calculated by the rotational position estimating means 9c and the actual rotational position is 90 degrees or less from the beginning, and is a predetermined error ⁇ 0 or less. That is, the initial rotational position estimating means 26c initially estimates t2, which is a time when a sufficient time has elapsed for the error between the estimated rotational position ⁇ e calculated by the rotational position estimating means 9c and the actual rotational position to be 90 degrees or less.
  • the rotation position ⁇ e0 is set as the time for calculation, and the predetermined time ⁇ t12 may be set to the same value as the predetermined time ⁇ t120.
  • the AC rotating machine is supplied with a voltage that is magnetically saturated, and the voltage and current supplied to the AC rotating machine are Even when the estimated rotational position ⁇ e is calculated based on the relationship, an abnormality occurs in the rotational position sensor 2 by limiting the current command idq1 * on the dq axes that is the driving power of the AC rotating machine.
  • the reverse torque when the power supply means 10c is switched to sensorless control for supplying power to the AC rotating machine by the estimated rotational position ⁇ e can be eliminated, or overcurrent can be prevented.
  • the control device for an AC rotating machine includes an AC rotating machine, a rotational position sensor that detects the rotational position of the AC rotating machine, and the abnormality of the rotational position sensor continues for a predetermined determination time.
  • Sensor abnormality detecting means for determining that the rotational position sensor is abnormal when detected
  • rotational position estimating means for calculating an estimated rotational position of the AC rotating machine when the rotational position sensor is determined abnormal.
  • the drive power is limited for a predetermined time to be within a range, and includes current detection means for obtaining a detection current of the AC rotating machine, wherein the power limiting means includes a winding of the AC rotating machine.
  • Rotational position estimation power is supplied so as to be magnetically saturated, and the rotational position estimation power is such that the winding of the AC rotating machine is magnetically saturated, and the rotational position estimating means is a voltage and current of the AC rotating machine. Since the estimated rotational position is calculated based on the relationship of To exit, eliminating counter torque, or it becomes possible to set short time to limit the drive power to prevent overcurrent, faster AC rotary machine can output the desired torque.
  • the time t2 is set to a time sufficient for the error between the estimated rotational position ⁇ e calculated by the rotational position estimating means 9c and the actual rotational position to be within a predetermined error ⁇ 0 of 90 degrees or less
  • the predetermined time ⁇ t12 is composed of (the time for convergence to the predetermined error ⁇ 0 within an error of 90 degrees from the start of the rotational position estimation), but the actual rotational position ⁇ e calculated by the rotational position estimation means 9b is calculated at time t2.
  • a sufficient time is set so that the error with the rotational position falls below an arbitrary predetermined error smaller than the predetermined error ⁇ 0, and the predetermined time ⁇ t12 is converged within an arbitrary predetermined error smaller than the predetermined error ⁇ 0 after the rotational position estimation is started.
  • Time the initial rotational position estimating means 26c calculates the initial estimated rotational position ⁇ e at time t2
  • the error between the estimated rotational position ⁇ e calculated by the rotational position estimating means 9b and the actual rotational position is a predetermined error ⁇ 0.
  • the time t2 and the predetermined time ⁇ t12 may be determined.
  • the rotational position estimating means 9 calculates the estimated rotational position ⁇ e based on the response to the output torque Tm when a high frequency current is supplied to the AC rotating machine 1, but the rotational speed of the AC rotating machine is d ⁇ .
  • the rotational position estimation accuracy decreases. Therefore, in the fourth embodiment, when the rotational speed of the AC rotating machine is low, the estimated rotational position ⁇ e calculated based on the response to the output torque Tm when the high-frequency current is supplied to the AC rotating machine 1 is output and rotated.
  • control device for an AC rotary machine that outputs an estimated rotational position ⁇ e calculated by another method capable of calculating an estimated rotational position with high accuracy at high speed when the speed is high.
  • a method for eliminating reverse torque or preventing overcurrent when switching to sensorless control will be described.
  • FIG. 13 is a diagram showing an overall configuration of a control device for an AC rotary machine according to Embodiment 5 of the present invention, and components having the same reference numerals as those in Embodiment 1 are the same or equivalent.
  • the current limiting unit 6d limits the current command idq1 * on the dq axis by the dq axis current limit value idqlim and outputs the current command idq2 * on the dq axis.
  • a method for setting the dq-axis current limit value idqlim will be described later.
  • the estimated error control means 18d calculates the estimated rotational position in the same manner as the estimated error control means 18 in Embodiment 1 of the present invention, and outputs it as the first estimated rotational position ⁇ e1.
  • the induced voltage estimation means 29 is a known method using an adaptive observer and an integrator based on the voltage command vdq * on the dq axes output from the power supply means 10 and the detected current idq on the dq axes. (For example, described in Japanese Patent No. 4672236), an induced voltage generated by the AC rotating machine 1 is estimated, and a second estimated rotational position ⁇ e2 is calculated.
  • the second estimated rotational position ⁇ e2 calculated by the induced voltage estimating means 29 has high accuracy when the rotational speed is high.
  • the position switch 30 includes a first estimated rotational position ⁇ e1 output from the estimation error control means 18d, a second estimated rotational position ⁇ e2 output from the induced voltage estimation means 29, and an estimation output from a speed estimator 31 described later. Based on the rotational speed we, the estimated rotational position ⁇ e is output. That is, the position switch 30 selects the first estimated rotation position ⁇ e1 when the estimated rotation speed we is less than a predetermined value, and the second estimated rotation when the estimated rotation speed we is equal to or greater than the predetermined value. The position ⁇ e2 is selected, and the selected rotation position is output as the estimated rotation position ⁇ e.
  • the predetermined value may be defined in advance in consideration of the accuracy with respect to the rotational speeds of the first estimated rotational position ⁇ e1 and the second estimated rotational position ⁇ e2.
  • the speed estimator 31 calculates the estimated rotational speed we of the AC rotating machine 1 by differentiating the estimated rotational position ⁇ e output from the position switch 30 and outputs the estimated rotational speed we to the position switch 30.
  • the control device for the AC rotating machine estimates the rotational position of the AC rotating machine by a plurality of methods when the rotational position sensor is abnormal, and controls the AC rotating machine based on the rotational position. Reverse torque or overcurrent when shifting to sensorless control for controlling an AC rotating machine based on the estimated rotational position is eliminated.
  • the induced voltage estimation means 29 calculates the second estimated rotational position ⁇ e2 by a known method as described in Japanese Patent No. 4672236 using an adaptive observer and an integrator, but is not limited thereto.
  • the second estimated rotational position ⁇ e2 may be calculated based on the induced voltage estimation by other methods.
  • the current limiting unit 6d limits the driving power of the AC rotating machine with the above configuration.
  • the current limiting means 6d limits the current command idq1 * on the dq axis by the same method as the current limiting means 6 in Embodiment 1 of the present invention, thereby eliminating the reverse torque at the time of shifting to sensorless control. Overcurrent can be prevented.
  • the time from the supply of the estimated rotational position to the calculation of the estimated rotational position in the number (10) is the current limit in the first embodiment of the present invention.
  • the high-frequency current Aidq on the dq axis is supplied to the AC rotating machine 1 by the power supply means 10, and the output torque of the AC rotating machine 1 corresponding thereto is detected by the torque detecting means 7, and the rotational position is detected.
  • the estimation error control means 18d in the estimation means 9d may be set to the longest time until the first estimated rotation position ⁇ e1 is calculated. Further, the error of the first estimated rotational position ⁇ e1 calculated by the estimation error control means 18d in the rotational position estimating means 9d within 90 seconds (maximum time for convergence within 90 degrees of error after the rotational position estimation is started) is up to 90 degrees. It is good to set the longest time between the longest time until it decreases and the longest time until the error of the second estimated rotational position ⁇ e2 calculated by the induced voltage estimating means 29 in the rotational position estimating means 9d decreases to 90 degrees. .
  • the longest time until the error of the second estimated rotational position ⁇ e2 calculated by the induced voltage estimating means 29 is reduced to 90 degrees depends on the convergence characteristics of the adaptive observer and integrator constituting the induced voltage estimating means 29. Assuming the worst case where the second estimated rotational position ⁇ e2 when the calculation of the second estimated rotational position ⁇ e2 is started and the actual rotational position error of the AC rotating machine is 180 degrees, the second estimation What is necessary is just to measure or calculate in advance the time for the error of the rotational position ⁇ e2 to decrease to 90 degrees. Further, the maximum time may be set to a value assuming a case where the voltage applied to the AC rotating machine is saturated with respect to the power supply voltage supplied to the AC rotating machine.
  • the control device for an AC rotating machine provided with the current limiting means 6d, even if the estimated rotational position ⁇ e of the AC rotating machine is calculated by a plurality of methods, it is the driving power of the AC rotating machine.
  • the current command idq1 * on the dq axes an abnormality occurs in the rotational position sensor 2, and the power supply means 10c switches to sensorless control for supplying power to the AC rotating machine at the estimated rotational position ⁇ e.
  • the reverse torque can be eliminated or overcurrent can be prevented.
  • Embodiment 6 FIG.
  • the dq-axis current limit value idqlim which is a limit value for limiting the current command idq1 * on the dq-axis in the current limiting means 6, is zero until a predetermined time ⁇ t12 elapses from time t1.
  • the overcurrent may be prevented by setting to zero until the induced voltage of the AC rotating machine is equal to or lower than a predetermined value, that is, the rotational speed of the AC rotating machine is equal to or lower than the predetermined value. Therefore, in the fourth embodiment, the dq axis current limit value idqlim, which is a limit value for limiting the current command idq1 * on the dq axis, is equal to or less than the predetermined value, that is, the rotation of the AC rotating machine.
  • idqlim which is a limit value for limiting the current command idq1 * on the dq axis
  • Embodiment 15 is a diagram showing an overall configuration of an AC rotating machine control device according to Embodiment 6 of the present invention, and components having the same reference numerals as those in Embodiments 1 to 5 are the same or equivalent. is there.
  • the current limiting unit 6e determines the current command idq1 * on the dq axis based on the estimated rotation speed we output from the rotational position estimation unit 9e by the dq axis current limit value idqlim. Limit and output as current command idq2 * on dq axis. A method for setting the dq-axis current limit value idqlim will be described later.
  • the rotational position estimation means 9e differs from the rotational position estimation means 9d only in that the rotational position estimation means 9d and the speed estimator 31e output the estimated speed we to the outside of the rotational position estimation means 9e.
  • the control device for the AC rotating machine restricts the current command idq1 * on the dq axes, which is the driving power of the AC rotating machine, based on the induced voltage of the AC rotating machine. An overcurrent is prevented when the sensor is abnormal and shifts to sensorless control for controlling the AC rotating machine according to the estimated rotational position.
  • a predetermined value that is the maximum value of the rotational speed is calculated in advance, and the time at which the abnormality determination signal switches from normal to abnormal is the dq axis current limit value idqlim only when the estimated rotational speed we is greater than or equal to the predetermined value from t1.
  • Is set to zero, and the dq-axis current limit value idqlim may be gradually increased with time when the estimated rotational speed we is below a predetermined value.
  • the predetermined time ⁇ t12 shown in the first embodiment of the present invention which is a sufficient time for the error of the estimated rotational position ⁇ e to be within 90 degrees or less before the induced voltage becomes the predetermined value or less, may first pass. Conceivable.
  • the dq axis current limit value idqlim may be gradually increased with time, and the dq-axis current limit value idqlim for preventing overcurrent is set to zero. Can be minimized.
  • the control device for an AC rotating machine provided with the current limiting means 6e, an abnormality occurs in the rotational position sensor by limiting the driving power of the AC rotating machine based on the induced voltage of the AC rotating machine. Further, it is possible to prevent overcurrent when shifting to sensorless control in which the AC rotating machine is controlled by the estimated rotational position. That is, the control device for an AC rotating machine according to Embodiment 6 of the present invention includes an AC rotating machine, a rotational position sensor that detects the rotational position of the AC rotating machine, and the abnormality of the rotational position sensor continues for a predetermined determination time.
  • Sensor abnormality detecting means for determining that the rotational position sensor is abnormal when detected, and rotational position estimating means for calculating an estimated rotational position of the AC rotating machine when the rotational position sensor is determined abnormal.
  • a power limiting means for limiting drive power supplied to drive the AC rotating machine, an induced voltage acquiring means for acquiring an induced voltage of the AC rotating machine, and the sensor abnormality determining means abnormally detecting the rotational position sensor.
  • the power supply means for supplying the AC rotating machine with the drive power limited by the power limiting means based on the estimated rotational position, and the power limiting means Starting the limitation of the driving power from when the sensor abnormality determining means detects the abnormality until determining that it is abnormal, and limiting the driving power until at least the induced voltage of the AC rotating machine becomes a predetermined value or less. It is characterized by. Therefore, while reducing the magnitude of the torque required for the AC rotary machine in the same way before and after the occurrence of an abnormality, the AC rotary machine and the AC rotary machine drive circuit failure due to overcurrent while minimizing the period of reduction There is an unprecedented remarkable effect that can be prevented.
  • the sensor abnormality determination means 3 detects an abnormality of the rotational position sensor 2 based on the rotational position signal, and the rotational position sensor is detected when the abnormality is continuously detected for a predetermined time. 2 is determined to be abnormal, but the rotational position sensor 2 may be determined to be abnormal immediately when an abnormality of the rotational position sensor is detected based on the rotational position signal.
  • the control device for the AC rotary machine includes an AC rotary machine, a rotational position sensor that detects a rotational position of the AC rotary machine, a sensor abnormality determination unit that determines abnormality of the rotational position sensor, and the rotational position sensor.
  • Rotational position estimating means for calculating an estimated rotational position of the AC rotating machine when it is determined that the AC rotating machine is abnormal, power limiting means for limiting drive power supplied to drive the AC rotating machine, and the AC rotating machine
  • the induced voltage acquisition means for acquiring the induced voltage and the drive limited to the power limiting means based on the estimated rotational position when the sensor abnormality determination means determines that the rotational position sensor is abnormal
  • Power supply means for supplying power to the AC rotating machine, wherein the power limiting means is at least the induced voltage of the AC rotating machine after the sensor abnormality determining means determines that there is an abnormality.
  • the driving power is limited until it becomes a predetermined value or less, and in this case as well, as in the control device for the AC rotating machine in the sixth embodiment, the torque similarly required for the AC rotating machine before and after the occurrence of an abnormality While reducing the size of the motor, the AC rotating machine and the drive circuit of the AC rotating machine due to overcurrent can be prevented from being broken while minimizing the period of time of reduction. .
  • Embodiment 7 FIG.
  • the dq-axis current limit value idqlim which is a limit value for limiting the current command idq1 * on the dq-axis in the current limiting means 6, is zero until a predetermined time ⁇ t12 elapses from time t1.
  • the reverse torque when switching to sensorless control is eliminated or overcurrent is prevented.
  • the drive power of the AC rotating machine is calculated such that the deviation between the desired rotating speed command and the rotating speed becomes zero based on the rotating speed of the AC rotating machine, the estimated rotating position is 90 degrees or more with the rotating position.
  • the driving power calculated when the error is the same as that of the desired driving power does not converge and results in the reverse torque being continued.
  • the reverse torque when switching to sensorless control is eliminated in the control device for the AC rotary machine provided with the drive current calculation means for calculating the drive current of the AC rotary machine based on the estimated rotational speed.
  • the drive current calculation means for calculating the drive current of the AC rotary machine based on the estimated rotational speed is a method for preventing overcurrent.
  • FIG. 17 is a diagram showing an overall configuration of an AC rotating machine control apparatus according to Embodiment 7 of the present invention, and components having the same reference numerals as those in Embodiments 1 to 6 are the same or equivalent. is there.
  • the rotation speed calculation means 32 differentiates the control angle ⁇ c and outputs it to the drive current calculation means 33 as the control speed wc. That is, when the abnormality determination signal indicates normal, the control speed wc is a speed based on the rotational position signal output from the rotational position sensor 2, and when the abnormality determination signal indicates abnormality, the rotational position estimating means 9 is an estimated speed based on the estimated rotational position ⁇ e output, and the control speed wc represents the rotational speed of the AC rotating machine 1.
  • the drive current calculation means 33 calculates a current command idq1 * on the dq axis such that the control speed wc matches the rotational speed command w *.
  • a known integration control is applied in which the deviation between the rotational speed command w * and the control speed wc is multiplied by a predetermined gain, and the integrated value is the current command idq1 * on the dq axes. It should be noted that other methods may be applied to the calculation of the current command idq1 * on the dq axes so that the control speed wc matches the rotation speed command w *.
  • the control device for the AC rotating machine having the driving current calculation means for calculating the driving current of the AC rotating machine based on the estimated rotation speed
  • the reverse torque when switching to the sensorless control is eliminated, or the overcurrent Can be prevented.
  • the error between the estimated rotational position and the actual rotational position of the AC rotating machine is 90 degrees or more immediately after switching to the sensorless control
  • the current on the dq axes calculated by the drive current computing means The command idq1 * is supplied in the direction opposite to the desired direction with respect to the dq axes of the actual AC rotating machine, and reverse torque is generated.
  • the control speed wc is in the opposite direction to the rotation speed command w *, and the deviation between the rotation speed command w * and the control speed wc is large.
  • the current command idq1 * on the dq axes calculated by the drive current calculation means 33 becomes a larger value, and the reverse torque is further amplified.
  • a negative chain occurs in which the deviation between the rotational speed command w * and the control speed wc is larger and the reverse torque is further increased. Therefore, in the control device for an AC rotary machine that includes a drive current calculation means that calculates the drive current of the AC rotary machine based on the estimated rotational speed, eliminating reverse torque when switching to sensorless control switches to sensorless control.
  • the error between the estimated rotational position and the actual rotational position of the AC rotating machine is 90 degrees or more, the reverse torque amplification by the drive current calculating means 33 can be eliminated, and a more remarkable effect
  • the control apparatus for an AC rotary machine includes an AC rotary machine, a rotary position sensor that detects a rotary position of the AC rotary machine, and abnormality of the rotary position sensor continues for a predetermined determination time.
  • Sensor abnormality detecting means for determining that the rotational position sensor is abnormal when detected;
  • rotational position estimating means for calculating an estimated rotational position of the AC rotating machine when the rotational position sensor is determined abnormal;
  • Power limiting means for limiting drive power supplied to drive the AC rotating machine, and when the sensor abnormality determining means determines that the rotational position sensor is abnormal, the power is based on the estimated rotational position.
  • the power supply that supplies the AC rotating machine with power obtained by adding the rotational position estimation power supplied by the rotational position estimation means to estimate the rotational position to the drive power restricted by the restriction means.
  • the power limiting means starts limiting the driving power from when the sensor abnormality determining means detects an abnormality until it is determined to be abnormal, and at least the estimated error of the estimated rotational position is within a predetermined range.
  • the AC rotating machine control device limits the driving power for a predetermined time to be within the range, and the AC rotating machine control device calculates the driving power, and the rotation calculating the rotating speed of the AC rotating machine.
  • Speed calculating means and the driving power calculating means is configured to calculate the driving power based on the rotation speed, and immediately after switching to sensorless control, the estimated rotation position and the actual rotation of the AC rotating machine If the error from the position is 90 degrees or more, the reverse torque acting in the opposite direction to the desired torque of the AC rotating machine is further amplified by the drive current calculation means, so that an abnormality occurs. While deliberately reducing the magnitude of the torque required for the AC rotating machine later, the reverse torque acting in the opposite direction to the desired torque of the AC rotating machine is eliminated while minimizing the period of decrease, Alternatively, preventing a malfunction of the AC rotating machine and the drive circuit of the AC rotating machine due to overcurrent has a more remarkable effect.
  • the driving current calculating means for calculating the driving current of the AC rotating machine based on the estimated rotation speed.
  • the driving current is calculated based on another state quantity corresponding to the rotation speed. May be calculated. That is, the drive power calculation means may be configured to calculate the drive power based on a state quantity corresponding to the rotational speed of the AC rotating machine, and the same effect can be obtained. For example, in a configuration in which the output torque of the AC rotating machine 1 is transmitted to the load device via a gear / transmission shaft, the rotation speed wL on the load device side is detected, and the drive current calculation means rotates with the rotation speed command wL *. Based on the speed wL, the current command idq1 * on the dq axes may be calculated such that the rotational speed wL matches the rotational speed command wL *.
  • Embodiment 8 FIG.
  • the control device for the AC rotating machine has been described.
  • the electric power steering device may be configured such that torque for assisting the steering torque is generated by the control device for the AC rotating machine.
  • the electric power steering device is required to have high safety and reliability due to its use.
  • the output of AC rotating machines included in electric power steering devices has increased, and the installation of electric power steering devices has been promoted not only in small and medium-sized vehicles, but also in large heavy vehicles.
  • the output torque of the AC rotating machine is increasing.
  • the reverse torque acts in the opposite direction to the desired auxiliary torque. Due to the large torque, the driver's uncomfortable feeling is further increased, and the functionality is significantly reduced.
  • the direction of the auxiliary torque of the AC rotating machine is the same as the steering torque, and increases as the driver's steering torque increases.
  • the steering torque for increasing the steering wheel of the driver is further increased by the reverse torque, and as a result, the auxiliary torque is further increased.
  • the control device for the AC rotating machine shown in the first embodiment that prevents the failure and continues to drive the AC rotating machine is applied to the electric power steering device, the effect becomes more remarkable.
  • FIG. 18 is a diagram showing an overall configuration of an electric power steering apparatus according to Embodiment 8 of the present invention, and components having the same reference numerals as those in Embodiment 1 are the same as or correspond to them.
  • the driver steers the front wheel 35 by rotating the handle 34 left and right.
  • the gear 36 transmits the output torque of the AC rotating machine 1 to the transmission shaft 37.
  • the transmission shaft 37 transmits the transmitted output torque of the AC rotating machine 1 to the handle 34 and the front wheel 35 to assist the driver's steering.
  • the torque detection means 7f detects the shaft torque acting on the transmission shaft 37 between the handle 34 and the gear 36 as the output torque Tm, and outputs the output torque Tm to the rotational position estimation means 9f and the drive current calculation means 33f.
  • the drive current calculation means 33f calculates a current command idq1 * on the dq axis supplied to the AC rotating machine 1 that assists the driver's steering.
  • FIG. 19 shows the internal configuration of the rotational position estimating means 9f.
  • the position error estimator 21f in the estimation error calculator 17f of the rotational position estimator 9f subtracts the predetermined value ⁇ 0 from the position calculated from the arc tangent of the integral value Zd output from the integrator 20 divided by the integral value Zq.
  • the rotation position estimation error ⁇ is output.
  • the rotational position estimating means 9f differs from the rotational position estimating means 9 in the first embodiment of the present invention only in that the predetermined value ⁇ 0 is subtracted.
  • the torque detecting means 7 directly detects the output torque on the output shaft of the AC rotating machine 1, but the electric power steering in the third embodiment.
  • the position error estimator 21f subtracts a predetermined value ⁇ 0 corresponding to the phase difference to calculate the estimated rotational position ⁇ e taking the phase difference into account.
  • the frequencies of the high-frequency currents Aid and Aiq on the dq axis superimposed in the power supply means 10 are set to predetermined values sufficiently higher than the frequency of the steering torque Th of the driver.
  • the rotational position estimating means 9f can calculate the rotational position ⁇ based on the output torque Tm detected by the torque detecting means 7f, and the electric power steering apparatus does not use a position sensor.
  • a stable driver's steering assistance can be performed in the entire operation range of 1.
  • FIG. 20 shows the relationship between torques applied to the AC rotating machine 1, the handle 34, and the transmission shaft 37 by a mechanically equivalent structure.
  • Jm and Jh are inertias of the AC rotating machine 1 and the handle 34, respectively.
  • Moment, C and K are the damping coefficient and spring constant of the transmission shaft 37
  • Tm0 and Th are the output torque of the AC rotating machine 1 on the output shaft of the AC rotating machine 1
  • G is the gear.
  • a gear ratio of 36 is represented.
  • Equation 11 the relationship between the output torques Tm and Tm0 and the steering torque Th is expressed by Equation 11.
  • Equation 12 Since G, Jm, C, and K in Equation 12 are constants representing the mechanical characteristics of the gear 36, the AC rotating machine 1, and the transmission shaft 37, the phase difference between the output torque high frequencies Tmhf0 and Tmhf is the high frequency on the dq axis. It can be seen that it depends only on the frequency of the currents Aid and Aiq. Here, since the frequencies of the high-frequency currents Aid and Aiq on the dq axis are predetermined values, the output torque high-frequency Tmhf0 and Tmhf have a predetermined phase difference ⁇ 0.
  • the output torque high frequency Tmhf0 representing the output shaft of the AC rotary machine 1, that is, the actual dq axis of the AC rotary machine 1, and the high frequency output torque Tmhf, which is the high frequency component of the output torque Tm detected by the torque detection means 7f
  • the phase relationship with the estimated dq axis to which the high frequency currents Aid and Aiq on the dq axis are supplied can be expressed as shown in FIG. Therefore, the position error estimator 21f in the estimation error calculation means 17f first calculates the phase difference between the high frequency output torque Tmhf and the high frequency current Aiq on the q axis by the same method as the position error estimator 21 in the above embodiment. By calculating and subtracting a predetermined phase difference ⁇ 0, a rotational position estimation error ⁇ that is a phase difference between the actual dq axis and the estimated dq axis can be obtained.
  • the rotational position estimation means 9f is controlled by the position error estimator 21.
  • the rotational position estimation error ⁇ can be calculated by subtracting a predetermined phase difference from the relationship of the outputs of the integrator 20 to the position calculated by the arctangent function, and the estimated rotational position ⁇ e can be calculated. .
  • the auxiliary torque of the AC rotating machine 1 is set to increase as the driver's steering torque increases. That is, the driver's steering torque Th can be expressed as shown in Equation 13.
  • Ka is a predetermined value set based on the auxiliary torque required for the electric power steering apparatus.
  • the output torque Tm output from the torque detection means 7f can be regarded as a value correlated with the steering torque Th. Therefore, the drive current calculation means 33 calculates the current command idq1 * on the dq axis as shown in the equation 16 so that the output torque of the AC rotating machine 1 becomes the equation 15.
  • Ka ′ in Equation 15 is a predetermined value set based on Ka and the auxiliary torque required for the electric power steering apparatus
  • Kt in Equation 16 represents the torque constant of AC rotating machine 1.
  • the drive current calculation means 33f is suitable for an electric power steering apparatus in which the output torque of the AC rotating machine 1 has the same direction as the steering torque and increases as the driver's steering torque increases.
  • the current command idq1 * on the ⁇ q axis can be calculated.
  • the current limiting means 6 has a configuration similar to that of the current limiting means 6 in the first embodiment, and limits the current command idq1 * on the dq axes, thereby eliminating the reverse torque at the time of shifting to sensorless control. Current can be prevented.
  • the dq axis current limit value idqlim is set to increase gradually with time, and finally reaches the rated current.
  • the inclination may be designed according to the application of the AC rotating machine 1.
  • the current limiting means 6 by limiting the current command idq1 * on the dq axes, an abnormality occurs in the rotational position sensor 2, and the power supply means 10a rotates the AC by the estimated rotational position ⁇ e.
  • the reverse torque when switching to sensorless control for supplying power to the machine can be reduced, or overcurrent can be prevented. That is, by limiting the current command idq1 * on the dq axes by the current limiting means 6, an abnormality occurs in the rotational position sensor 2, and the power supply means 10a supplies power to the AC rotating machine at the estimated rotational position ⁇ e.
  • an electric power steering device that reduces the reverse torque when switching to sensorless control and prevents overcurrent.
  • the AC rotating machine, the rotating position sensor that detects the rotating position of the AC rotating machine, and the abnormality of the rotating position sensor are continuously detected for a predetermined determination time.
  • Sensor abnormality detecting means for determining that the rotational position sensor is abnormal when the rotational position sensor is detected; rotational position estimating means for calculating an estimated rotational position of the AC rotating machine when the rotational position sensor is determined to be abnormal;
  • a power limiting means for limiting driving power supplied to drive the machine, and the power limiting means based on the estimated rotational position when the sensor abnormality determining means determines that the rotational position sensor is abnormal.
  • a power obtained by adding the rotational position estimation power supplied by the rotational position estimating means to estimate the rotational position to the drive power limited to 1 is supplied to the AC rotating machine.
  • a power supply means, and the power limiting means starts limiting the drive power from when the sensor abnormality determining means detects abnormality until it is determined abnormal,
  • the driving power is limited at least for a predetermined time for the estimation error of the estimated rotational position to be within a predetermined range.
  • reverse torque acting in the direction opposite to the desired torque of the AC rotating machine gives the driver a sense of incongruity and significantly reduces its functionality. While deliberately reducing the magnitude of the torque generated, the reverse torque acting in the opposite direction to the desired torque of the AC rotating machine can be eliminated while minimizing the period of decrease, or AC rotation due to overcurrent It is more remarkable to prevent the failure of the drive circuit of the machine and the AC rotary machine. Further, since the power limiting means is configured to limit the driving power so that the current supplied to the AC rotating machine becomes zero, an estimated position with a large error and a reverse torque and an overcurrent due to a large current. Large current can be minimized.
  • the torque output from the AC rotating machine 1 is set so that the direction is the same as the steering torque and increases as the driver's steering torque increases, as shown in Formula 15. Therefore, when such a reverse torque is generated when the driver increases the steering wheel 34, the steering torque for increasing the steering wheel 34 by the reverse torque is further amplified, and as a result, the auxiliary torque is further increased. Therefore, the reverse torque increases and the driver feels uncomfortable and creates a negative chain in which the state continues.
  • the current control means 6 limits the current command idq1 * on the dq axes so as to reduce the reverse torque, the effect becomes more remarkable.
  • the electric power steering apparatus includes a control device for the AC rotating machine that includes a driving power calculation unit that calculates the driving power, and a torque detection unit that detects a steering torque applied to a steering wheel.
  • the calculation means is configured to calculate the drive power based on the steering torque, which is a state quantity corresponding to the output torque of the AC rotating machine, and immediately after switching to sensorless control, the estimated rotational position and the AC
  • the drive current calculation means so before and after the occurrence of the abnormality In the same way as the desired torque of the AC rotating machine, while reducing the magnitude of the torque required for the AC rotating machine in the same way, while minimizing the period of reduction. Eliminating counter torque acting, or AC rotary machine due to overcurrent, and possible to prevent failure of the drive circuit of the AC rotary machine achieves a more pronounced effect.
  • the electric power steering apparatus when the output torque of the AC rotating machine 1 increases rapidly, the applied steering torque decreases suddenly. When such a sudden decrease in steering torque occurs during traveling, the driver is obstructed when the vehicle is intended to steer, and the driver feels uncomfortable. Accordingly, when the dq-axis current limit value idqlim, which is a limit value for limiting the current command idq1 * on the dq-axis in the current limit means 6, is set to gradually increase with time from the time t2, the electric motor The effect becomes more remarkable in the power steering apparatus.
  • idqlim which is a limit value for limiting the current command idq1 * on the dq-axis in the current limit means 6
  • the rotational position estimating means 9f calculates the estimated rotational position ⁇ e based on the response to the output torque Tm when a high frequency current is supplied to the AC rotating machine 1, but the estimated rotational position ⁇ e It is also possible to calculate by this method, and the method is not limited. Further, the time t2 is set to a time sufficient for an error between the estimated rotational position ⁇ e calculated by the rotational position estimating means 9 and the actual rotational position to be 90 degrees or less, and a predetermined time ⁇ t12 (starting rotational position estimation) is set. From the estimated rotational position ⁇ e calculated by the rotational position estimating means 9 at time t2 is sufficient to keep the error from the actual rotational position within an arbitrary predetermined error. The predetermined time ⁇ t12 may be configured as (time to converge within an arbitrary predetermined error after starting the rotational position estimation).
  • a predetermined error may be determined according to the error between the control angle ⁇ c at which the torque is not allowed and the actual rotational position. If a certain amount of reverse torque is allowed, a predetermined error may be determined in accordance with an error between the control angle ⁇ c at which the reverse torque is allowable and the actual rotational position.
  • the time to converge within a predetermined error after starting the rotational position estimation is the estimated rotational position ⁇ e and the rotational position after the rotational position estimating means 9f starts calculating the estimated rotational position ⁇ e based on the rotational position signal.
  • the estimated rotational position ⁇ e when the rotational position estimating means 9f starts calculating the estimated rotational position ⁇ e and the actual rotational position error of the AC rotating machine Assuming the worst case where the angle is 180 degrees, the time during which the error of the estimated rotational position ⁇ e decreases to a predetermined error may be measured or calculated in advance.
  • the dq axis current limit value idqlim which is a limit value for limiting the current command idq1 * on the dq axis in the current limit means 6, is set so as to gradually increase with time from the time t2. If the influence of the sudden change does not matter and the torque is to be restored as soon as possible, the dq axis current limit value idqlim may be set so as to increase sharply from time t2. Further, a predetermined time ⁇ t12 in which the dq-axis current limit value idqlim, which is a limit value for limiting the current command idq1 * on the dq-axis in the current limiting means 6, is set to zero (rotational position estimated power is set).
  • the predetermined time ⁇ t12 (time from supplying the rotational position estimated power to calculating the estimated rotational position) is: For example, it can vary depending on the temperature characteristics of the torque detection means. Therefore, for example, the temperature of the torque detection means may be detected, and the longest time (the time from supplying the rotational position estimated power to calculating the estimated rotational position) at the temperature may be switched as the set time according to the temperature.
  • the dq-axis current limit value idqlim which is a limit value for limiting the current command idq1 * on the dq-axis in the current limiting means 6, is set as shown in FIG. 4, but as shown in FIG.
  • the setting may be limited to zero between the times t0 and t1.
  • the sensor abnormality determination means 3 needs to output not only the presence / absence of abnormality of the rotational position sensor but also the abnormality detection state of the rotational position sensor 2, specifically, the duration of abnormality detection of the rotational position sensor 2.
  • the sensor abnormality determination means 3 detects the abnormality of the rotational position sensor 2, but when the rotational position sensor 2 is not abnormal, the rotational position sensor 2 is not abnormal. The current supplied to the AC rotating machine fluctuates, resulting in torque fluctuation.
  • the dq axis current limit value idqlim which is a limit value for limiting the current command idq1 * on the dq axis in the current limit means 6, gradually decreases with time at the start of the limit as shown in FIG. It may be set to go.
  • the electric power steering device when the output torque of the AC rotating machine 1 is suddenly reduced, the applied steering torque suddenly increases. When such a sudden increase in steering torque occurs during travel, the driver becomes a hindrance when the vehicle is intended to be steered, and the driver feels a greater sense of discomfort.
  • the dq-axis current limit value idqlim which is a limit value for limiting the current command idq1 * on the dq-axis in the current limit means 6, is set to gradually decrease with time from the time t2, the electric motor The effect becomes more remarkable in the power steering apparatus.
  • the error of the control angle with respect to the actual rotational position of the AC rotating machine is large, the reverse torque increases as the inclination to be decreased becomes gentler.
  • the dq-axis current limit value idqlim which is a limit value for limiting the current command idq1 * on the dq-axis in the current limiting means 6, is limited to a value other than zero as shown in FIG. It may be set to.
  • the dq axis current limit value idqlim May be set to 10% or less of the rated current of the AC rotating machine.
  • the power limiting means may be configured to limit the driving power so that the current supplied to the AC rotating machine is 10% or less of the rated current of the AC rotating machine.
  • the auxiliary torque output from the AC rotating machine increases as the steering torque increases, reaches the rated torque of the AC rotating machine when the steering torque is about 5 Nm, and the auxiliary torque is the upper limit value.
  • an auxiliary torque corresponding to the rated current of the AC rotating machine is required at the steering torque of 5 Nm.
  • the steering torque of 5 Nm is an upper limit value at which a human can comfortably steer. Accordingly, if the reverse torque is 5 Nm or less, a human can steer the vehicle as intended without any problem in traveling, and this value is 10% of the rated torque of the AC rotating machine in a general electric power steering device. It corresponds to the following.
  • Limiting the power supplied to the AC rotating machine when shifting to sensorless control can reduce the reverse torque and prevent overcurrent if the control angle during that time has a large error with respect to the actual rotational position of the AC rotating machine
  • the error in the control angle is small
  • the power that should be supplied to the AC rotating machine is limited, so that there is a trade-off relationship that the functionality is lowered. Therefore, in the electric power steering apparatus, by setting the lower limit value of the dq axis current limit value idqlim to 10% of the rated current of the AC rotating machine, the actual AC rotating machine with the control angle at the time of shifting to the sensorless control is set.
  • Optimal functionality can be obtained in which the reverse torque when the error with respect to the rotational position of the motor is large can be suppressed within the allowable range, and the decrease in the auxiliary torque can be minimized when the control angle error is small. be able to.
  • the reverse torque and the overcurrent of the AC rotating machine 1 are prevented.
  • the current on each coordinate axis is limited by limiting the current on each coordinate axis in the same manner as the current command limiting method by the current limiting means 6 in the first embodiment, so that the reverse torque and Current can be prevented, and similar effects can be obtained.
  • the rotational position estimation power needs to be added to the current limited by the current limiting means.
  • the handle 34 may be replaced with an inertia moment other than the handle, or may be a control device known as a so-called two-inertia system other than the electric power steering. Needless to say, similar effects can be obtained.

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Abstract

推定回転位置によってセンサレス制御へ移行する時の逆トルクを軽減すること、或いは過電流による交流回転機、及び交流回転機の駆動回路の故障を防止する交流回転機の制御装置を提供する。 回転位置センサ2が異常と判定された場合に交流回転機1の推定回転位置を算出する回転位置推定手段9と、交流回転機を駆動するために供給する駆動電力を制限する電力制限手段6と、センサ異常判定手段3が回転位置センサを異常と判定している場合には推定回転位置に基づいて、電力制限手段に制限された前記駆動電力に、回転位置推定手段が回転位置を推定するために供給する回転位置推定電力を加えた電力を交流回転機に供給する電力供給手段10と、を備え、電力制限手段6は少なくともセンサ異常判定手段3が異常と判定してから推定回転位置の推定誤差が所定範囲内に収まるための所定時間、駆動電流を制限する。

Description

交流回転機の制御装置及びこれを備えた電動パワ-ステアリング装置
 この発明は、回転位置センサ異常時に交流回転機の駆動を継続する交流回転機の制御装置及び交流回転機の制御装置を備えた電動パワ-ステアリング装置に関するものである。
 一般に、交流回転機を制御する際には、回転子の回転位置に対応した適切な位相で電流を供給するため、エンコ-ダ、レゾルバ、ホ-ル素子といった回転位置センサを必要とする。
従って、回転位置センサ異常時には交流回転機を制御することができないため、交流回転機を停止する必要があった。
この観点から、回転位置センサ異常時は回転位置センサを用いることなく回転子の回転位置を推定し、交流回転機を制御するための回転位置信号(以下、制御角と呼ぶ)を推定した回転位置に切換えることにより、位置センサ異常時であっても交流回転機の制御を継続する手法が提案されている。
 例えば、特許文献1に記載される従来の交流回転機の制御装置では、回転位置センサ異常時は回転位置推定のための高周波制限電圧を交流回転機の巻線に印加し、それに応じた交流回転機の電流検出値に基づいて、回転位置センサを用いることなく交流回転機を制御する。
また、回転位置の推定にある程度時間が必要であるがために、推定回転位置によって交流回転機を制御するセンサレス制御に移行する際に生じる回転位置不定期間には、センサレス制御に移行した直後の期間において、その直前に回転位置センサの出力信号から得られた回転位置をセンサレス制御に用いることによってその問題を解決している。
ここで、回転位置センサの異常には回転位置センサ自身の異常、回転位置センサの信号線または給電線の断線異常が含まれる。
特開2013-59258号公報
 特許文献1に記載の従来の交流回転機の制御装置では、回転位置推定用の電力を交流回転機に供給し、それに対する交流回転機の応答から推定回転位置を算出するため、回転位置の推定にある程度時間が必要であり、推定回転位置によって交流回転機を制御するセンサレス制御に移行する際に回転位置不定期間が生じる。
そのため、従来の発明によると、センサレス制御に移行した直後の期間において、その直前に回転位置センサの出力信号から得られた回転位置をセンサレス制御に用いている。
しかし、回転位置不定期間に交流回転機が回転する場合、回転位置センサ信号が異常となる直前の回転位置は交流回転機の実際の回転位置と異なるため、その間、交流回転機の制御に使用される制御角と実際の回転位置は不定の誤差があり、その誤差は最大180度となる。
 また、回転位置センサの異常は不意に発生するため、異常発生時に交流回転機が回転していないと限定することはできない。
即ち、制御角に回転位置センサが異常となる直前の回転位置センサの出力信号から得られた回転位置を用いる場合であっても、交流回転機の制御装置が回転位置センサを異常と判定してから回転位置を推定するまでの間は回転位置不定期間であることに変わりはなく、その間適切な制御角により交流回転機を制御することができない。
さらに、実際に回転位置センサが異常となってから、交流回転機の制御装置が回転位置センサを異常と判定するまでには時間を要するため、回転位置不定期間はその分長くなる。
 一方、回転位置センサの異常発生前後で、交流回転機の用途は変わらず、同様の機能が求められるため、特許文献1に記載の従来の交流回転機の制御装置に代表されるように、センサレス制御に移行する際に交流回転機に供給されるトルク軸上の電流はセンサレス制御に移行する直前と連続的である。
従って、回転位置センサが異常となる直前に交流回転機にトルク軸電流が給電されており、センサレス制御移行時に制御角と実際の回転位置の誤差が90度以上となる場合、所望のトルクとは逆方向に作用する逆トルクが発生する。
ここで、逆トルクの大きさは制御角と実際の回転位置の誤差が大きいほど、交流回転機の電流が大きいほど大きなものとなる。
また、逆トルクは上記回転位置不定期間に加え、回転位置の推定が開始されてから、誤差が少なくとも90度以下である推定回転位置が算出されるまでの時間継続される。
逆トルクは交流回転機を意図せぬ動作させるものとなるため、スムーズなセンサレス制御への移行の支障となる。
 また、トルク軸電流指令が交流回転機の速度或いは出力トルクに応じた状態量によって、算出されるような交流回転機の制御装置の場合、逆トルクによる支障はさらに大きいものとなる。
例えば、一般的な電動パワーステアリング装置の場合、運転者の操舵トルクが大きくなれば交流回転機のトルク指令が大きくなり、その方向は操舵トルクと同一である。
従って、運転者がハンドルを切り増している状態でこのような逆トルクが発生した場合、逆トルクにより運転者のハンドルを切り増すための操舵トルクはさらに増大し、その結果さらにトルク指令が大きくなるため、逆トルクが増大して継続されるという負の連鎖を生む。従って、運転者の違和感が増大する。
 さらに、センサレス制御移行時に制御角と実際の回転位置の誤差が大きい場合、回転二軸上の所望の電圧がそれぞれ実際の交流回転機の回転軸とは異なる誤った方向に印加されるため、交流回転機に意図せぬ電流が発生する。この電流は、回転二軸上の電圧が大きくなるほど大きい。
従って、制御角と実際の回転位置の誤差が大きく、交流回転機の電流が大きく、交流回転機の誘起電圧、即ち回転速度が大きい場合は過電流が発生し、交流回転機、及び交流回転機の駆動回路に故障が生じる場合がある。
交流回転機、或いは交流回転機の駆動回路に故障が生じた場合、交流回転機を停止せざるを得ず、センサレス制御に移行して交流回転機の駆動を継続することはできない。
 この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、回転位置センサ異常時に推定回転位置によって交流回転機の駆動を継続する交流回転機の制御装置において、推定回転位置によって交流回転機を制御するセンサレス制御へ移行する時の逆トルクを軽減すること、或いは過電流による交流回転機、及び交流回転機の駆動回路の故障を防止することを目的とするものである。
 この発明に係る交流回転機の制御装置は、交流回転機と、前記交流回転機の回転位置を検出する回転位置センサと、前記回転位置センサの異常を判定するセンサ異常判定手段と、前記回転位置センサが異常と判定された場合に前記交流回転機の推定回転位置を算出する回転位置推定手段と、前記交流回転機を駆動するために供給する駆動電力を制限する電力制限手段と、前記センサ異常判定手段が前記回転位置センサを異常と判定している場合には前記推定回転位置に基づいて、前記電力制限手段に制限された前記駆動電力に前記回転位置推定手段が回転位置を推定するために供給する回転位置推定電力を加えた電力を前記交流回転機に供給する電力供給手段と、を備え、前記電力制限手段は少なくとも前記センサ異常判定手段が異常と判定してから前記推定回転位置の推定誤差が所定範囲内に収まるための所定時間、前記駆動電力を制限するようにしたものである。
 或いは、交流回転機と、交流回転機の回転位置を検出する回転位置センサと、回転位置センサの異常を判定するセンサ異常判定手段と、回転位置センサが異常と判定された場合に交流回転機の推定回転位置を算出する回転位置推定手段と、交流回転機を駆動するために供給する駆動電力を制限する電力制限手段と、センサ異常判定手段が回転位置センサを異常と判定している場合には推定回転位置に基づいて、電力制限手段に制限された駆動電力に回転位置推定手段が回転位置を推定するために供給する回転位置推定電力を加えた電力を交流回転機に供給する電力供給手段と、を備え、前記電力制限手段は前記センサ異常判定手段が異常を検出してから異常と判定するまでに前記駆動電力の制限を開始し、少なくとも前記推定回転位置の推定誤差が所定範囲内に収まるための所定時間、前記駆動電力を制限するようにしたものである。
 或いは、交流回転機と、前記交流回転機の回転位置を検出する回転位置センサと、前記回転位置センサの異常を判定するセンサ異常判定手段と、前記回転位置センサが異常と判定された場合に前記交流回転機の推定回転位置を算出する回転位置推定手段と、前記交流回転機を駆動するために供給する駆動電力を制限する電力制限手段と、前記交流回転機の誘起電圧を取得する誘起電圧取得手段と、前記センサ異常判定手段が前記回転位置センサを異常と判定している場合には前記推定回転位置に基づいて、前記電力制限手段に制限された前記駆動電力を前記交流回転機に供給する電力供給手段と、を備え、前記電力制限手段は前記センサ異常判定手段が異常と判定してから少なくとも前記交流回転機の前記誘起電圧が所定値以下となるまで前記駆動電力を制限するようにしたものである。
 或いは、交流回転機と、前記交流回転機の回転位置を検出する回転位置センサと、前記回転位置センサの異常が所定の判定時間継続して検出された場合に前記回転位置センサを異常と判定するセンサ異常検出手段と、前記回転位置センサが異常と判定された場合に前記交流回転機の推定回転位置を算出する回転位置推定手段と、前記交流回転機を駆動するために供給する駆動電力を制限する電力制限手段と、前記交流回転機の誘起電圧を取得する誘起電圧取得手段と、前記センサ異常判定手段が前記回転位置センサを異常と判定している場合には前記推定回転位置に基づいて、前記電力制限手段に制限された前記駆動電力を前記交流回転機に供給する電力供給手段と、前記電力制限手段は前記センサ異常判定手段が異常を検出してから異常と判定するまでに前記駆動電力の制限を開始し、少なくとも前記交流回転機の前記誘起電圧が所定値以下となるまで前記駆動電力を制限するようにしたものである。
 この発明によれば、回転位置センサ異常時に推定回転位置によって交流回転機の駆動を継続する交流回転機の制御装置及び交流回転機の制御装置を備えた電動パワ-ステアリング装置において、推定回転位置によって交流回転機を制御するセンサレス制御へ移行する際に、少なくとも推定回転位置の推定誤差が所定範囲内に収まるための所定時間が経過するまで交流回転機の駆動電力を制限するようにしたので、異常発生前後で交流回転機に同様に求められるトルクの大きさを敢えて減少させながらも、その減少させる期間を最短にしつつ、交流回転機の所望のトルクとは逆方向に作用する逆トルクを解消することができ、或いは過電流による交流回転機、及び交流回転機の駆動回路の故障を防止することができるといった従来にない顕著な効果を奏する。
 また、この発明によれば、回転位置センサ異常時に推定回転位置によって交流回転機の駆動を継続する交流回転機の制御装置及び交流回転機の制御装置を備えた電動パワ-ステアリング装置において、推定回転位置によって交流回転機を制御するセンサレス制御へ移行する際に、少なくとも交流回転機の誘起電圧が所定値以下となるまで交流回転機の駆動電力を制限するようにしたので、過電流による交流回転機、及び交流回転機の駆動回路の故障を防止することができるといった従来にない顕著な効果を奏する。
本発明の実施の形態1における交流回転機の制御装置の全体構成を示す図である。 本発明の実施の形態1における回転位置推定手段9の構成を示す図である。 本発明の実施の形態1におけるd-q軸上の高周波電流Aid、Aiqの合成ベクトルとd-q軸上の高周波電流Aid、Aiqが供給される推定d-q軸、及び実際のd-q軸の位相関係を示す図である。 本発明の実施の形態1におけるd-q軸電流制限値idqlimの変化を示す図である。 本発明の実施の形態1におけるd-q軸電流制限値idqlimの変化を示す図である。 本発明の実施の形態1におけるd-q軸電流制限値idqlimの変化を示す図である。 本発明の実施の形態1におけるd-q軸電流制限値idqlimの変化を示す図である。 本発明の実施の形態2における交流回転機の制御装置の全体構成を示す図である。 本発明の実施の形態2における電力変換器14aの構成を示す図である。 本発明の実施の形態3における交流回転機の制御装置の全体構成を示す図である。 本発明の実施の形態3における電力変換器14bの構成を示す図である。 本発明の実施の形態4における交流回転機の制御装置の全体構成を示す図である。 本発明の実施の形態5における交流回転機の制御装置の全体構成を示す図である。 本発明の実施の形態5における回転位置推定手段9dの構成を示す図である。 本発明の実施の形態6における交流回転機の制御装置の全体構成を示す図である。 本発明の実施の形態6における回転位置推定手段9eの構成を示す図である。 本発明の実施の形態7における交流回転機の制御装置の全体構成を示す図である。 本発明の実施の形態8における交流回転機の制御装置の全体構成を示す図である。 本発明の実施の形態8における回転位置推定手段9fの構成を示す図である。 本発明の実施の形態8における交流回転機1、ハンドル34、伝達軸37に加わるトルクの関係を機械的に等価な構造を示す図である。 本発明の実施の形態8における出力トルク高周波Tmhf0と高周波出力トルクTmhf、及びd-q軸上の高周波電流Aid、Aiqが供給される推定d-q軸との位相関係を示す図である。
実施の形態1.
 図1は本発明の実施の形態1における交流回転機の制御装置の全体構成を示す図である。 
交流回転機1の回転二軸上の第1軸を交流回転機1の回転子磁束と同位相方向とし、回転二軸上の第2軸を回転二軸上の第1軸と直交する方向として、第1軸をd軸、第2軸をq軸とそれぞれ表す。
図において、交流回転機1は三相巻線(U相、V相、W相)を有し、各巻線に印加される交流電圧によって駆動する。
尚、交流回転機1は三相巻線により構成されているが、三相巻線とは異なる巻線数により構成されるようにしてもよい。
 回転位置センサ2は交流回転機1の回転位置を検出し、回転位置情報を含む回転位置信号を信号線2aを介してセンサ異常判定手段3、回転位置演算手段4に出力する。
センサ異常判定手段3は回転位置信号に基づき、回転位置センサ2の異常を検出し、異常が予め設定された所定時間継続して検出された場合に回転位置センサ2を異常と判定する。センサ異常判定手段3は回転位置センサ2の異常検出状態、並びに異常判定結果を異常判定信号に格納し、異常判定信号を切換器5、電流制限手段6、回転位置推定電力発生器8、回転位置推定手段9に出力する。
異常判定信号は回転位置センサ2が異常であると判定されていない場合は正常、異常であると判定された場合は異常のいずれかを示す信号である。
 尚、センサ異常判定手段3が回転位置センサ2を異常と判定するための所定時間は、回転位置センサ2が正常であるにも関わらず、回転位置信号のノイズ等が原因で回転位置センサを異常であると誤判定することを防止するために設けられており、回転位置センサ2の異常を誤判定せずに異常を確定することできる十分長い時間、かつ、実際に回転位置センサ2に異常が発生した場合にその異常による影響が許容範囲内に収まる十分短い時間に設定される。
 ここで、センサ異常判定手段は異常を検出した累積回数が予め設定された所定回数以上の場合に回転位置センサ2を異常と判定する構成としてもよく、異常を検出した場合に回転位置センサ2を異常と判定する方法は問わない。
例えば、回転位置センサ2の異常が検出されてから異常と判定されるまでの間を示す信号を含んでもよいし、回転位置センサ2の異常が検出された時間を示す信号を含んでもよい。
尚、センサ異常判定手段3は公知の方法により回転位置センサ2の異常を判定すればよい。例えば、回転位置センサ2がレゾルバである場合、レゾルバの信号線に導出される信号を監視することによって、レゾルバの異常、信号線の断線異常、信号線の接地異常を検出することができる。
 より具体的には、レゾルバと交流回転機の制御装置との間の信号線2aをプルアップ抵抗を介して電源電位に接続したり、プルダウン抵抗を介して接地電位に接続したりする構成をとることができる。
この場合、信号線2aが断線すると、当該信号線2aには、レゾルバからの信号(正弦信号または余弦信号)が導出されなくなり、代わりに、当該信号線2aは、電源電位または接地電位に固定される。
そこで、センサ異常判定手段3は、信号線2aが電源電位または接地電位に固定されているかどうかを判定することで、レゾルバの異常(信号線の異常を含む)の有無を判定することができる。
ここで、回転位置センサ2の異常の判定には他の方法を用いてもよく、回転位置センサ2がレゾルバ以外であってもよい。
 回転位置演算手段4は回転位置センサ2が出力する回転位置信号に基づき、回転位置θを算出する。
切換器5は異常判定信号に基づき、異常判定信号が異常を示している場合は推定回転位置θeを、異常判定信号が正常を示している場合は回転位置θを選択し、制御角θcとして出力する。
 電流制限手段6はd-q軸上の電流指令idq1*を制限することによって、回転位置センサ2が異常となり、推定回転位置によって交流回転機1を制御するセンサレス制御へ移行する際の逆トルクを解消し、過電流を防止する。
具体的には、電流制限手段6は異常判定信号に基づき交流回転機1を駆動させるための電流指令であるd-q軸上の電流指令id1*、iq1*(以下、纏めてidq1*と呼ぶ)を正または零の値に設定されたd-q軸電流制限値idqlimによってその大きさを制限し、d-q軸上の電流指令id2*、iq2*(以下、纏めてidq2*と呼ぶ)として出力する。
 具体的には、d軸上の電流指令id1*の絶対値がd-q軸電流制限値idqlimより大きな場合は、d軸上の電流指令id2*は、符号はd軸上の電流指令id1*と同一で、大きさをd-q軸電流制限値idqlimとした値とする。
反対に、d軸上の電流指令id1*の絶対値がd-q軸電流制限値idqlim以下である場合は、d軸上の電流指令id2*はd軸上の電流指令id1*と同一とする。
q軸上の電流指令iq2*はd軸上の電流指令id2*と同様にq軸上の電流指令iq1*、d-q軸電流制限値idqlimに基づいて算出する。
制限が不要である場合はd-q軸電流制限値idqlimは交流回転機1の定格電流よりも大きな値に設定される。
電流制限手段6によるd-q軸上の電流指令idq1*を制限する手法、即ちd-q軸電流制限値idqlimの設定する手法については後述する。
ここで、d-q軸上の電流指令id1*、iq1*は正または零の値に設定されたd-q軸電流制限値idqlimによってその大きさを制限しているが、正または負の値に設定された電流制限値によって制限するようにしてもよく、d-q軸上の電流指令id1*、iq1*を制限する方法は問わない。
 トルク検出手段7は交流回転機1の出力トルクTmを検出し、回転位置推定手段9に出力する。
回転位置推定電力発生器8は異常判定信号が異常を示している場合はd-q軸上の高周波電流Aid、Aiq(以下、纏めてAidqと呼ぶ)を生成し、回転位置推定手段9、電力供給手段10に出力する。
異常判定信号が正常を示している場合はd-q軸上の高周波電流Aidqは零とする。
ただし、回転位置センサ2に異常がない場合の高周波電流重畳による音、振動などが許容される場合は、回転位置センサ2が異常を示していない場合であても高周波電流を出力してもよい。
 ここで、d-q軸上の高周波電流Aidqは同一振幅、周波数の互いに直交した正弦波とし、数1のように表すものとする。
数1におけるAは高周波振幅を、whは高周波の角周波数を表し、tは時刻である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 d-q軸上の高周波電流Aidqは回転位置推定手段9において推定回転位置θeを算出するために供給するためのものであり、高周波振幅Aはd-q軸上の電流指令idq1*による交流回転機1の動作に与える影響が十分に小さなものとする。
また、出力トルクTmの高周波成分、即ち角周波数wh成分である出力トルク高周波Tmhfは重畳されるd-q軸上の高周波電流Aidqのみに基づくものとなるよう、角周波数whは高周波加算前のd-q軸上の電流指令idq1*が含む周波数成分より十分大きい値とする。
尚、本実施の形態1ではd-q軸上の高周波電流Aid、Aiqを互いに直交した正弦波としたが、d-q軸上の高周波電流Aidqを台形波、矩形波、三角波、ノコギリ波といった異なる形状の波動としてもよく、その種類は問わない。
回転位置推定手段9は異常判定信号が異常を示している場合は、d-q軸上の高周波電流Aidqの出力トルクTmに対する応答に基づいて推定回転位置θeを算出する。
 電力供給手段10は、高周波重畳器11、電流制御器12、座標変換器13、電力変換器14、電流検出器15より構成され、d-q軸上の電流指令idq2* 、d-q軸上の高周波電流aidqh*、制御角θcに基づき、交流回転機1に供給されるd軸電流、q軸電流がそれぞれd-q軸上の電流指令idq2*にd-q軸上の高周波電流Aidqを加えたものと一致するような三相交流電圧を交流回転機1に印加する。
 次に、電力供給手段10の内部構成について説明する。
高周波重畳器11はd-q軸上の電流指令id2*、iq2*にそれぞれd-q軸上の高周波電流Aid、Aiqを加算し、d-q軸上の高周波重畳電流指令id3*、iq3*(以下、纏めてidq3*と呼ぶ)として出力する。
電流制御器12は、d-q軸上の高周波重畳電流指令id3*、iq3*、及びd-q軸上の検出電流id、iqに基づき、d-q軸上の検出電流id、iqがそれぞれd-q軸上の高周波重畳電流指令id3*、iq3*と一致するようなd-q軸上の電圧指令vd*、vq*(以下、纏めてvdq*と呼ぶ)を演算する。
 座標変換器13は三相検出電流iu、iv、iw(以下、纏めてiuvwと呼ぶ)を制御角θcに基づいてd-q軸上の検出電流idqに座標変換して電流制御器12に出力し、また、d-q軸上の電圧指令vdq*を制御角θcに基づいて三相電圧指令vu*、vv*、vw*(以下、纏めてvuvw*と呼ぶ)に変換して電力変換器14に出力する。
電力変換器14は三相交流電圧指令vuvw*に基づいた三相交流電圧を交流回転機1に印加する。
電流検出器15は電力変換器14が交流回転機1に供給する三相検出電流iuvwを検出する。
 このように、電力供給手段10はd-q軸上の電流指令idq2*、d-q軸上の高周波電流Aidq、制御角θcに基づき、交流回転機1にd-q軸上の高周波重畳電流指令idq3*を供給すべく三相交流電圧vuvw*を交流回転機1に印加する。
ここで、制御角θcに交流回転機1の回転位置に対する誤差がある場合、座標変換に誤差が生じるため、d-q軸上の高周波重畳電流指令idq3*は交流回転機1の実際のd-q軸から制御角θcの誤差分回転した直行座標軸上に供給されることとなる。
 図2は回転位置推定手段9の構成を示す図である。続いて、回転位置推定手段9の内部構成について説明する。
バンドパスフィルタ16はトルク検出手段7が出力する出力トルクTmからd-q軸上の高周波電流Aidqの周波数近傍の信号のみを抽出し、出力トルク高周波Tmhfとして出力する。
推定誤差演算手段17はd-q軸上の高周波電流Aidq、出力トルク高周波Tmhfに基づき、実際の交流回転機1の回転位置に基づく実際のd-q軸と推定回転位置θeに基づく推定d-q軸との位置差である回転位置推定誤差Δθを算出する。
ここで、推定誤差演算手段17は乗算器19、積分器20、位置誤差推定器21から構成されており、乗算器19はd-q軸上の高周波電流Aid、Aiqそれぞれに出力トルク高周波Tmhfを乗算してd-q軸上の積Pd、Pqを出力し、積分器20はd-q軸上の積Pd、Pqをd-q軸上の高周波電流Aidqの一周期分に相当する区間それぞれ時間積分してd-q軸上の相関値Zd、Zqを出力し、位置誤差推定器21はd軸上の相関値Zdをq軸上の相関値Zqで除算したものの逆正接を演算して回転位置推定誤差Δθとして出力する。
 また、推定誤差制御手段18はPI制御器22より構成され、回転位置推定誤差Δθが零となるような推定回転位置θeを演算する。
尚、推定誤差制御手段18はPI制御器22により推定回転位置θeを演算したが、例えば推定回転位置の前回演算値に回転位置推定誤差Δθを加算して補正することによって推定回転位置を演算してもよく、その方法は問わない。
このように、回転位置推定手段9はトルク検出手段7が出力する出力トルクTm、電力供給手段10によって交流回転機1に供給されるd-q軸上の高周波電流Aidqに基づき、交流回転機1の推定回転位置θeを演算する。
 以上のような構成によって、該交流回転機の制御装置は回転位置センサ異常時は交流回転機に高周波電力を供給し、交流回転機の出力トルクに含まれる高周波成分、及び高周波電力に対応する高周波成分に基づいて交流回転機の回転位置を推定し、該回転位置に基づいて交流回転機を制御する構成において、交流回転機の駆動電力であるd-q軸上の電流指令idq1*を制限することによって、回転位置センサに異常が発生し、推定回転位置によって交流回転機を制御するセンサレス制御へ移行する時の逆トルク或いは過電流を解消する。
 以下に、上記構成にて異常判定信号が異常を示している場合に回転位置推定手段9が交流回転機1の回転位置を推定する原理を説明する。
前述の通り、電力供給手段10は異常判定信号が異常を示している場合、回転位置推定手段9が推定する推定回転位置θeに基づき、電力を交流回転機1に供給するので、d-q軸上の高周波電流Aidqは交流回転機1の推定d-q軸にそれぞれを供給されることとなる。
 図3は推定d-q軸に供給されるd-q軸上の高周波電流Aid、Aiqの合成ベクトルとd-q軸上の高周波電流Aidqが供給される推定d-q軸、及び実際の交流回転機1の回転位置に基づく実際のd-q軸の位相関係を表したものであり、推定d-q軸と実際のd-q軸との位相差を回転位置誤差Δθeとしている。
図2から判るように実際のd-q軸上に供給される高周波電流Aidr、Aiqr(以下、纏めてAidqrと呼ぶ)は数2となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 従って、d-q軸上の高周波電流Aidqに基づく交流回転機1の出力トルクTm′は数3となる。
ここで、数3におけるPm、φ、Ld、Lqは交流回転機1の特性を表す値であり、Pmは極対数を、φは誘起電圧定数を、Ld、Lqはそれぞれインダクタンスのd軸成分、q軸成分を表す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 d-q軸上の高周波電流Aidqの角周波数whは高周波加算前のd-q軸上の電流指令id1*、iq1*が含む周波数成分より十分大きいものであるので、バンドパスフィルタ16が算出する出力トルク高周波Tmhfはd-q軸上の高周波電流Aid、Aiqのみに基づくものである。
従って、出力トルクTmからd-q軸上の高周波電流Aid、Aiqの周波数、即ち角周波数wh近傍の成分を抽出したバンドパスフィルタ16が出力する出力トルク高周波Tmhfは数4のように表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
 数1、数4から判るようにq軸上の高周波電流Aiqと出力トルク高周波Tmhfとの位相差は回転位置誤差Δθeである。
つまり、推定d-q軸にd-q軸上の高周波電流Aid、Aiqを重畳し、q軸上の高周波電流Aiqと出力トルク高周波Tmhfとの位相差を算出することによって回転位置推定誤差Δθeを算出することができる。
 従って、回転位置推定手段9では、バンドパスフィルタ16によって出力トルクの角周波数wh近傍成分のみを抽出して出力トルク高周波Tmhfを算出し、推定誤差演算手段17によって出力トルク高周波Tmhfと推定d-q軸に重畳しているd-q軸上の高周波電流Aid、Aiqそれぞれとの相互相関関数に基づき出力トルク高周波Tmhfとq軸上の高周波電流Aiqの位相差を算出して、回転位置推定誤差Δθとして出力する。
 以下に推定誤差演算手段17における回転位置推定誤差Δθの算出過程を示す。
まず、数5に示すように乗算器19により数4が表す出力トルク高周波Tmfhと数1が表すd軸上の高周波電流Aidの積を演算し、積分器20により時間積分することによって、出力トルク高周波Tmfhとd軸上の高周波電流Aidとの相互相関関数を演算し、d軸上の相関値Zdを算出する。
ただし、数1、4における回転位置誤差Δθeは回転位置推定手段9では回転位置推定誤差Δθとして扱うこととし、数1、4の回転位置誤差Δθeを回転位置推定誤差Δθと置き換えている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
 尚、出力トルク高周波Tmfhとd軸上の高周波電流Aidの相関を適切に算出するため、積分器20における積分区間はd-q軸上の高周波電流Aid、Aiq周期の整数倍である必要があるが、本実施の形態1では出力トルク高周波Tmfhの変動に対するd軸上の相関値Zdの応答性を向上するため、積分区間をd-q軸上の高周波電流Aid、Aiqの一周期分とし、数5におけるt2を積分演算時点での現在時刻として、t1を数6に示すものとする。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
 同様に、数7に示すように乗算器19、積分器20によって出力トルク高周波Tmfhとq軸上の高周波電流Aiqとの相互相関関数を演算し、q軸上の相関値Zqを算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
 続いて、数8に示すように、位置誤差推定器21によってd軸の相関値Zdをq軸相関値Zqで除算し、逆正接を演算することによって回転位置推定誤差Δθを算出することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
 このような原理によって、推定誤差演算手段17は出力トルク高周波Tmhfとd-q軸上の高周波電流Aid、Aiqに基づき出力トルク高周波Tmhfとq軸上の高周波電流Aiqの位相差を算出して、回転位置推定誤差Δθとして出力する。
 さらに、回転位置推定手段9では推定誤差制御手段18におけるPI制御器22によって推定誤差演算手段17が出力する回転位置推定誤差Δθに対し数9に示す演算を行い、推定回転位置θeとして切換器5を介して電力供給手段10に出力する。
ここで、数9におけるsはラプラス演算子、KP、KIは定数であり、KP、KIはPI制御器22が回転位置推定誤差Δθが零となるような推定回転位置θeを算出するように設定する必要がある。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
 このように、該回転位置推定手段9によると、交流回転機1の推定d-q軸にd-q軸上の高周波電流Aidqを供給することによって発生する出力トルク高周波Tmhfとd-q軸上の高周波電流Aidqに基づいて位置センサを用いることなく回転子の回転位置を推定することができる。
 ここで、d-q軸上の高周波電流Aidqに応じた交流回転機1の出力トルク高周波Tmhfは交流回転機1の回転数の影響を受けることなく発生するので、回転位置推定手段9は交流回転機1の回転数に関わらず交流回転機1の回転位置を推定することが可能となり、特に低回転時、停止時にはより高精度な回転位置θを推定することができる。
また、交流回転機1が非突極、即ち交流回転機1のインダクタンスLdとLqが一致する場合であっても、数3が表す出力トルクTm′から導き出される出力トルク高周波Tmhfは数4と同一のものとなることは明らかである。
従って、回転位置推定手段9は交流回転機1の突極性の有無に関わらず交流回転機1の回転位置を推定することができる。
さらに、d-q軸上の高周波電流Aidqに応じた交流回転機1の出力トルク高周波Tmhfは交流回転機1の磁気飽和の発生有無に関わらず発生するので、回転位置推定手段9は交流回転機1の磁気飽和の有無に関わらず交流回転機1の回転位置を推定することができる。
 尚、電流制御器12はd-q軸上の検出電流id、iqがそれぞれd-q軸上の高周波重畳電流指令id3*、iq3*と一致するように動作するため、d-q軸上の高周波重畳電流指令id3*、iq3*とd-q軸上の検出電流id、iqは同等である。
従って、回転位置推定手段9は電流指令であるd-q軸上の高周波電流Aid、Aiqに基づいて推定回転位置θeを算出したが、検出電流であるd-q軸上の検出電流idqから角周波数wh成分を抽出してd-q軸上の高周波検出電流を算出し、該d-q軸上の高周波検出電流に基づいて推定回転位置θeを算出しても良く、同様の効果を得ることができる。
ただし、d-q軸上の検出電流id、iqの角周波数wh成分を算出する分、演算量は増大するため、本実施の形態1に示すように回転位置推定手段9は電流指令であるd-q軸上の高周波電流Aidqに基づいて回転位置θを算出する方が演算処理負荷の面で有利である。
 また、電力供給手段10において重畳する高周波電力、及び回転位置推定手段9において演算で使用する高周波電力を電流としているが、これらを電圧としても良い。
この場合、電力供給手段10はd-q軸上の電流指令id2*、iq2*に対しd-q軸上の高周波電流Aid、Aiqを加算する代わりに、d-q軸上の電圧指令vd*、vq*に対しd-q軸上の高周波電圧Avd、Avqを加算するように構成し、回転位置推定手段9はd-q軸上の高周波電流Aid、Aiqの代わりにd-q軸上の高周波電圧Avd、Avqに基づいて回転位置θを算出するようにすればよい。
ただし、q軸上の高周波電流の位相が出力トルク高周波の位相と常に一致するのに対し、q軸上の電圧は交流回転機1の回転数が増加するほどd軸方向鎖交磁束に起因する電圧成分が増加するので、交流回転機1の回転数が増加するほどq軸上の高周波電圧と出力トルク高周波の位相差が増大し、回転位置推定手段9が算出する回転位置θには該位相差に基づく誤差が生じる。
従って、本実施の形態1に示すように、電力変換器14において重畳する高周波電力、及び回転位置推定手段において演算で使用する高周波電力を電流とする方がより精度の高い回転位置θを算出することができ、効果的である。
 また、電力供給手段10において重畳する高周波電力、回転位置推定手段9の演算で使用する高周波はそれぞれd軸方向およびq軸方向の電力であるが、任意の座標系に対応する電力を用いることにより、推定回転位置θeを演算してもよい。
すなわち、例えば、電力供給手段10が、交流回転機1に対して静止した座標系であるα-β軸上にα軸方向に対応するα軸高周波電流Aiαおよびβ軸方向に対応するβ軸高周波電流Aiβを重畳するように構成してもよい。
そして、回転位置推定手段9は、出力トルクTmと、α軸高周波電流Aiα、β軸高周波電流Aiβと、に基づいて、推定回転位置θeを演算することができる。
この場合に、回転位置推定電力発生器8は同一振幅A、周波数whの互いに直交した正弦波であるα-β軸高周波電流Aiα、Aiβを発生し、電力供給手段10は、切換器5が出力する制御角θcを用いてα-β軸高周波電流Aiα、Aiβをd-q軸上高周波電流Aid、Aiqに座標変換し、高周波重畳器11においてd-q軸上の電流指令id2*、iq2*それぞれに対し加算する。
 また、回転位置推定手段9では、推定誤差演算手段17と同様の演算を行うことにより、静止座標系α-β軸と実際のd-q軸との位相差を算出することが可能である。
ここで、静止座標系α-β軸と実際のd-q軸との位相差は推定回転位置θeそのものに他ならない。
すなわち、この場合、推定誤差制御手段18相当の演算は不要であり、推定誤差演算手段17と同様の演算のみによって推定回転位置θeを算出することが可能である。
また、例えば、電力供給手段10が、交流回転機1に対して静止した座標系上のu相電圧指令vu*、v相電圧指令vv*およびw相電圧指令vw*に、それぞれの位相差が120度であるu相高周波電圧Avu、v相高周波電圧Avvおよびw相高周波電圧Avwを重畳するように構成してもよい。
 そして、回転位置推定手段9は、出力トルクTmと、u相高周波電圧Avu、v相高周波電圧Avvおよびw相高周波電圧Avwと、に基づいて、同様に推定回転位置θeを演算することができる。
この場合に、推定誤差演算手段17は、上記数5に示したd軸相関値Zdと同様に、u相高周波電圧Avu、v相高周波電圧Avvおよびw相高周波電圧Avwのそれぞれと、出力トルク高周波Tmhfと、の相互相関関数を演算することにより、u相相関値Zu、v相相関値Zvおよびw相相関値Zwを演算する。
さらに、u相相関値Zu、v相相関値Zvおよびw相相関値Zwを直交した静止座標系であるα-β軸上に対応するα軸相関値Zα、β軸相関値Zβに変換し、α軸相関値Zα、β軸相関値Zβで除算し、除算値(Zα/Zβ)の逆正接を演算することにより静止座標系α-β軸と実際のd-q軸との位相差である推定回転位置θeを算出することが可能である。
 また、回転位置推定手段9は角周波数whであるd-q軸上の高周波電流Aidq及び出力トルク高周波Tmhfに基づいて回転位置推定誤差Δθを算出しているが、数3から判るように、出力トルクTm′の角周波数whの2倍の周波数成分と角周波数whの2倍の周波数の直交した二つの正弦波との相関によって回転位置推定誤差Δθを算出しても良い。
この場合、バンドパスフィルタ16は出力トルクから角周波数whの2倍の周波数成分を抽出し、推定誤差演算手段17が出力トルク高周波Tmhfとd-q軸上の高周波電流Aidqの代わりに出力トルクの角周波数whの2倍の角周波数成分と角周波数whの2倍の周波数である直交した二つの正弦波に基づいて回転位置推定誤差Δθを算出するようにするとよい。
 続いて、上記構成にて電流制限手段6がd-q軸上の電流指令idq1*を制限する手法を説明する。
前述の通り、センサ異常判定手段3は回転位置信号に基づき、回転位置センサ2の異常を検出し、異常が予め設定された所定時間継続して検出された場合に回転位置センサ2を異常と判定する。
また、センサ異常反転手段3が回転位置センサ2を異常と判定してから、回転位置推定手段9が推定回転位置θeを算出するまでには、電力供給手段10によってd-q軸上の高周波電流Aidqを交流回転機1に供給し、それに応じた交流回転機1の出力トルクをトルク検出手段7で検出し、それに基づいて演算を行うという一連の処理が必要となる。
 従って、回転位置センサ2に異常が発生してから、回転位置推定手段9が推定回転位置θeを算出するまでの間は回転位置不定期間であり、その間制御角θcの実際の交流回転機1の回転位置に対する誤差は最大180度となる。
また、回転位置推定手段9が推定回転位置θeを算出するためには、バンドパスフィルタ16によって、出力トルクTmからd-q軸上の高周波電流Aidqの周波数成分である角周波数wh近傍の成分を抽出する必要がある。
電力供給手段10によってd-q軸上の高周波電流Aidqが交流回転機1に供給された直後、即ち、高周波トルク発生直後は、バンドパスフィルタ16が出力トルクから角周波数wh成分を精度よく抽出するまでに時間を要する。
従って、電力供給手段10がd-q軸上の高周波電流Aidqの供給を開始してから、回転位置推定手段9が精度の高い推定回転位置θeを算出するまでにバンドパスフィルタ16の特性に応じた所定の時間を要する。
 さらに、回転位置推定手段9は推定誤差制御手段18におけるPI制御器22によって回転位置推定誤差Δθが零となるような推定回転位置θeを算出するので、PI制御器22の特性に応じて回転位置推定誤差Δθを零に収束させるための時間を要する。
この時間は回転位置推定手段9が推定回転位置θeの演算を開始した時点の制御角θcの実際の交流回転機1の回転位置に対する誤差が大きいほど長くなる。
回転位置推定手段9が推定回転位置θeの演算を開始した時点においては回転位置が不定であるため、最大で180度誤差を収束させるための時間を要する。
即ち、回転位置推定手段9が推定回転位置θeの算出を開始した後、回転位置推定手段9が実際の回転位置との誤差が90度以下の逆トルクとなることがない推定回転位置θeを算出するまでに回転位置推定手段9の特性に応じた所定の時間を要する。
 従って、回転位置センサ2に異常が発生してから、回転位置推定手段9が実際の回転位置との誤差が90度以下である推定回転位置θeを算出するまでの間に、零でないd-q軸上の電流指令idq1*が交流回転機1に供給される場合、逆トルクが発生しうる。
さらに、この間のd-q軸上の電流指令idq1*が大きく、誘起電圧、即ち交流回転機1の回転速度が大きい場合、過電流が発生しうる。
そこで、以下に示すように、電流制限手段6においてd-q軸上の電流指令idq1*を制限することによって、センサレス制御移行時の逆トルクを解消し、過電流を防止する。
d-q軸上の電流指令idq1*を制限するための制限値であるd-q軸電流制限値idqlimを図4に示す。
図4における横軸は時間を表しており、縦軸はd-q軸電流制限値idqlimである。
また、センサ異常判定手段3が回転位置センサ2の異常を検出した時刻をt0、センサ異常判定手段3が回転位置センサ2を異常であると判定した時刻、即ち、異常判定信号が正常から異常に切り換わる時刻をt1、回転位置推定手段9が算出する推定回転位置θeの実際の回転位置との誤差が90度以下に収まるために十分な時間が経過した時刻をt2として表す。
 図4から判るように、d-q軸電流制限値idqlimは時刻t1まで定格電流に設定される。
すなわち、時刻t1まではd-q軸上の電流指令idq1*は制限されることはない。
ここで、時刻t0からt1の間は、センサ異常判定手段3は回転位置センサ2の異常を検出しているが、異常であると判定はしていない、即ち回転位置センサ2の異常は確定していない期間である。
つまり、センサ異常判定手段3は回転位置センサ2の異常を検出しているが、実際に回転位置センサ2が異常であるとは確定できない場合が存在する。
このような場合に時刻t0からt1の間にd-q軸上の電流指令idq1*を制限するように設定していると、回転位置センサ2に異常がないにも関わらず、交流回転機1に供給される電流が変動し、トルク変動を生む。
従って、本実施の形態1における交流回転機の制御装置では、時刻t0からt1の間はd-q軸上の電流指令idq1*を制限しない。
 また、d-q軸電流制限値idqlimは時刻t1において零に設定される。
時刻t1は異常判定信号が正常から異常に切り換わる時刻がt1であるため、異常判定信号より認識可能である。
時刻t1においてd-q軸電流制限値idqlimを定格電流から零に急峻に減少させることによって、逆アシスト、並びに過電流を迅速に低減するようにしている。
d-q軸電流制限値idqlimは時刻t1からt2まで零に設定される。
ここで、時刻t2は時刻t1から所定時間Δt12が経過した時刻として認識する。
時刻t2は回転位置推定手段9が算出する推定回転位置θeの実際の回転位置との誤差が90度以下に収まるために十分な時刻であるので、所定時間Δt12は数10に示す演算式によって算出した値に予め設定しておくことが可能である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
 本実施の形態1における交流回転機の制御装置の場合、(回転位置推定電力を供給してから推定回転位置算出までの時間)は電力供給手段10によってd-q軸上の高周波電流Aidqを交流回転機1に供給し、それに応じた交流回転機1の出力トルクをトルク検出手段7で検出し、回転位置推定手段9が推定回転位置θeを算出するまでの最長時間である。
各演算時間、d-q軸上の高周波電流Aidqを交流回転機1に供給してからトルク検出手段7で検出される時間は予め測定、或いは算出しておけばよい。
さらに、最長時間としてトルク検出手段7の個体差、特性、経年変化による検出時間バラつきなどハードウェアのバラつきを考慮した値に設定してもよい。
 また、(回転位置推定を開始してから誤差90度以内に収束させる時間)は回転位置推定手段9が回転位置信号に基づき推定回転位置θeの演算を開始してから推定回転位置θeと回転位置との誤差が90度以内に収束するために必要な最長時間であり、主にバンドパスフィルタ16の高周波抽出の応答時間、及びPI制御器22の回転位置推定誤差の収束応答性に依存する。
この場合、回転位置推定手段9が推定回転位置θeの演算を開始する時の推定回転位置θeと実際の交流回転機の回転位置誤差が180度である最悪のケースを想定して、推定回転位置θeの誤差が90度まで低下する時間を予め測定、あるいは算出しておけばよい。
 d-q軸電流制限値idqlimは時刻t2から時間と共に次第に増加するように設定され、最終的には定格電流に到達する。
従って、交流回転機1のトルク急変が発生することはなく、トルク急変による交流回転機1の負荷装置への衝撃、交流回転機1及び負荷装置の共振、ハンチングといった問題を防ぐことができる。
ただし、その傾きが緩やかな場合、交流回転機1に本来要求されるトルクへの復帰が遅れるため、傾きは交流回転機1の用途に応じて設計するとよい。
 以上のように、電流制限手段6を備えた交流回転機の制御装置によると、交流回転機の駆動電力であるd-q軸上の電流指令idq1*を制限することによって、回転位置センサ2に異常が発生し、電力供給手段10が推定回転位置θeによって交流回転機に電力を供給するセンサレス制御に切り換わる時の逆トルクを解消し、或いは過電流を防止することができる。
 即ち、本発明の実施の形態1における交流回転機の制御装置は、交流回転機と、前記交流回転機の回転位置を検出する回転位置センサと、前記回転位置センサの異常が所定の判定時間継続して検出された場合に前記回転位置センサを異常と判定するセンサ異常検出手段と、前記回転位置センサが異常と判定された場合に前記交流回転機の推定回転位置を算出する回転位置推定手段と、前記交流回転機を駆動するために供給する駆動電力を制限する電力制限手段と、前記センサ異常判定手段が前記回転位置センサを異常と判定している場合には前記推定回転位置に基づいて、前記電力制限手段に制限された前記駆動電力に前記回転位置推定手段が回転位置を推定するために供給する回転位置推定電力を加えた電力を前記交流回転機に供給する電力供給手段と、を備え、前記電力制限手段は前記センサ異常判定手段が異常を検出してから異常と判定するまでに前記駆動電力の制限を開始し、少なくとも前記推定回転位置の推定誤差が所定範囲内に収まるための所定時間、前記駆動電力を制限することを特徴としている。
 そのため、異常発生前後で交流回転機に同様に求められるトルクの大きさを敢えて減少させながらも、その減少させる期間を最短にしつつ、交流回転機の所望のトルクとは逆方向に作用する逆トルクを解消することができ、或いは過電流による交流回転機、及び交流回転機の駆動回路の故障を防止することができるといった従来にない顕著な効果を奏する。さらに、前記交流回転機の制御装置は前記交流回転機の出力トルクを検出するトルク検出手段を備え、前記回転位置推定電力は高周波電力であり、前記回転位置推定手段は前記出力トルクに含まれる高周波成分と、前記高周波電力に対応する高周波成分とに基づいて、前記推定回転位置を算出するように構成しており、前記回転位置推定電力の供給を開始してから、前記回転位置推定手段が逆トルク、過電流とならないような誤差の小さい推定回転位置を算出するまでに時間を要するため、異常発生前後で交流回転機に同様に求められるトルクの大きさを敢えて減少させながらも、その減少させる期間を最短にしつつ、交流回転機の所望のトルクとは逆方向に作用する逆トルクを解消し、或いは過電流による交流回転機、及び交流回転機の駆動回路の故障を防止することは、より顕著な効果を奏する。
 さらに、前記電力制限手段は前記駆動電力を制限する所定の値まで急峻に減少するよう制限するように構成したので、誤差の大きな推定位置と大きな電流による逆トルクおよび過電流を迅速に低減できる。
さらに、前記電力制限手段は前記駆動電力を制限する所定の値から時間と共に次第に増加するよう制限するように構成したので、逆トルクの解消、或いは過電流の防止のために制限した駆動電力を復帰させる際のトルク急変による交流回転機の負荷装置への衝撃、交流回転機及び負荷装置の共振、ハンチングといった問題を防ぐことができる。
 尚、本実施の形態1では、センサ異常判定手段3は回転位置信号に基づき、回転位置センサ2の異常を検出し、異常が予め設定された所定時間継続して検出された場合に回転位置センサ2を異常と判定するようにしたが、回転位置信号に基づき、回転位置センサの異常を検出した場合に即座に回転位置センサ2を異常と判定する構成としてもよい。
即ち、該交流回転機の制御装置は、交流回転機と、前記交流回転機の回転位置を検出する回転位置センサと、前記回転位置センサの異常を判定するセンサ異常判定手段と、前記回転位置センサが異常と判定された場合に前記交流回転機の推定回転位置を算出する回転位置推定手段と、前記交流回転機を駆動するために供給する駆動電力を制限する電力制限手段と、前記センサ異常判定手段が前記回転位置センサを異常と判定している場合には前記推定回転位置に基づいて、前記電力制限手段に制限された前記駆動電力に前記回転位置推定手段が回転位置を推定するために供給する回転位置推定電力を加えた電力を前記交流回転機に供給する電力供給手段と、を備え、前記電力制限手段は少なくとも前記センサ異常判定手段が異常と判定してから前記推定回転位置の推定誤差が所定範囲内に収まるための所定時間、前記駆動電力を制限することを特徴としており、この場合も本実施の形態1における交流回転機の制御装置と同様に、異常発生前後で交流回転機に同様に求められるトルクの大きさを敢えて減少させながらも、その減少させる期間を最短にしつつ、交流回転機の所望のトルクとは逆方向に作用する逆トルクを解消することができ、或いは過電流による交流回転機、及び交流回転機の駆動回路の故障を防止することができるといった従来にない顕著な効果を奏する。
 また、回転位置推定手段9は交流回転機1に高周波電流を供給した際の出力トルクTmに対する応答に基づいて推定回転位置θeを算出したが、他の回転位置推定用電力を供給し、他の手法によって推定回転位置θeを算出するようにしてもよく、その方法は問わない。
また、時刻t2は回転位置推定手段9が算出する推定回転位置θeの実際の回転位置との誤差が90度以下に収まるために十分な時刻とし、所定時間Δt12を(回転位置推定を開始してから誤差90度以内に収束させる時間)より構成したが、時刻t2を回転位置推定手段9が算出する推定回転位置θeの実際の回転位置との誤差が任意の所定誤差以下に収まるために十分な時刻とし、所定時間Δt12を(回転位置推定を開始してから任意の所定誤差以内に収束させる時間)より構成してもよい。
 交流回転機1のトルクは制御角θcの誤差が90度以下の場合はその誤差が大きくなればなるほど所望のトルクより小さくなり、誤差が90~180度の場合はその誤差が大きくなればなるほど所望のトルクと反対方向の逆トルクが大きくなる。
従って、逆トルクのみならず、トルクの減少も許容できない場合は、許容できないトルクとなる制御角θcと実際の回転位置の誤差に応じて所定誤差を定めればよい。
また、ある程度の逆トルクが許容される場合は、許容可能な逆トルクとなる制御角θcと実際の回転位置の誤差に応じて所定誤差を定めればよい。
この場合、(回転位置推定を開始してから所定誤差以内に収束させる時間)は回転位置推定手段9が回転位置信号に基づき推定回転位置θeの演算を開始してから推定回転位置θeと回転位置との誤差が所定誤差以内に収束するために必要な最長時間であり、回転位置推定手段9が推定回転位置θeの演算を開始する時の推定回転位置θeと実際の交流回転機の回転位置誤差が180度である最悪のケースを想定して、推定回転位置θeの誤差が所定誤差まで低下する時間を予め測定、あるいは算出しておけばよい。
 また、電流制限手段6におけるd-q軸上の電流指令idq1*を制限するための制限値であるd-q軸電流制限値idqlimを時刻t2から時間と共に次第に増加するように設定したが、トルク急変による影響が問題とならず、トルクをできるだけ早く復帰させたいような場合はd-q軸電流制限値idqlimを時刻t2から急峻に増加するように設定してもよい。
また、電流制限手段6におけるd-q軸上の電流指令idq1*を制限するための制限値であるd-q軸電流制限値idqlimを零とする所定時間Δt12を構成する(回転位置推定電力を供給してから推定回転位置算出までの時間)、及び(回転位置推定を開始してから誤差90度以内に収束させる時間)はそれぞれ取りうる最長時間を設定したが、条件に応じて該条件における最長時間を設定時間として切り替えるように構成してもよい。
 本実施の形態1におけるd-q軸電流制限値idqlimを零とする所定時間Δt12の場合、所定時間Δt12を構成する(回転位置推定電力を供給してから推定回転位置算出までの時間)は、例えばトルク検出手段の温度特性に応じて変動しうる。
従って、例えばトルク検出手段の温度を検出し、温度に応じて該温度における(回転位置推定電力を供給してから推定回転位置算出までの時間)の最長時間を設定時間として切り替えるとよい。
 また、電流制限手段6におけるd-q軸上の電流指令idq1*を制限するための制限値であるd-q軸電流制限値idqlimを図4に示す設定としたが、図5に示すように、時刻t0からt1の間に零に制限するような設定としてもよい。
この場合、センサ異常判定手段3は回転位置センサ2の異常有無だけでなく、回転位置センサ2の異常検出状態、具体的には回転位置センサ2の異常検出の継続時間を出力する必要がある。
 このように、時刻t0からt1の間に零に制限することによって、実際に回転位置センサに異常が発生してから、センサ異常反転手段が回転位置センサを異常と判定するまでの期間の逆トルク、及び過電流を解消することができる。
ただし、センサ異常判定手段は回転位置センサの異常を検出しているが、実際に回転位置センサは異常ではなく誤検出している場合には、回転位置センサが正常であるにも関わらず、交流回転機に供給される電流が変動し、トルク変動を生むこととなる。
 また、電流制限手段6におけるd-q軸上の電流指令idq1*を制限するための制限値であるd-q軸電流制限値idqlimを図6に示すように制限開始時に時間とともに次第に減少していくように設定してもよい。
即ち、該電力制限手段は駆動電力を制限する所定の値まで時間と共に次第に減少するよう制限するように構成してもよく、この場合、交流回転機1のトルク急変を抑制することができるので、トルク急変による交流回転機1の負荷装置への衝撃、交流回転機1及び負荷装置の共振、ハンチングといった問題を防ぐことができる。
ただし、制御角の実際の交流回転機1の回転位置に対する誤差が大きい場合は、減少させる傾きが緩やかであるほど逆トルク、及び過電流が大きくなる。
 また、電流制限手段6におけるd-q軸上の電流指令idq1*を制限するための制限値であるd-q軸電流制限値idqlimを図7に示すように零以外の値に制限されるように設定してもよい。
回転位置センサ2に異常が発生し、電力供給手段10が推定回転位置θeによって交流回転機1に電力を供給するセンサレス制御に切り換わる時に交流回転機1に供給する電力を制限することは、その間の制御角の実際の交流回転機1の回転位置に対する誤差が大きい場合は、逆トルクを低減し、過電流を防止できる一方で、制御角の誤差が小さい場合は、本来交流回転機1に供給されるべき電力が制限されるため、機能性が低下するといったトレードオフの関係を持つ。
従って、交流回転機1の用途及び性能に応じて、許容可能な逆トルク、電流の範囲内で任意に制限値を設定すればよい。
 また、電流制限手段6によりd-q軸上の電流指令idq1*を制限することによって、交流回転機1の逆トルク及び過電流を防止するようにしたが、交流回転機に対して回転、或いは静止した任意の座標軸の電流指令を制限するようにしてもよいし、或いは交流回転機に対して静止した座標系上のU、V、W各相の電流指令をそれぞれ制限するようにしてもよく、背電流制限手段において制限する電流指令がどの座標軸のものであるかは問わない。
この場合、本実施の形態1における電流制限手段6による電流指令制限手法と同様に各座標軸上の電流を制限することによって、どの座標軸上の電流指令を制限した場合であっても逆トルク及び過電流を防止することができ、同様の効果を得ることができる。
ただし、回転位置推定電力は電流制限手段により制限された電流に対して加算する必要がある。
実施の形態2.
 実施の形態1では、回転位置推定手段9は交流回転機1に高周波電流を供給した際の出力トルクTmに対する応答に基づいて推定回転位置θeを算出したが、推定回転位置θeは他の手法によって算出するようにしてもよい。
具体的には、交流回転機に高周波電力を供給し、交流回転機の前記検出電流に含まれる高周波成分に基づいて推定回転位置θeを算出するようにしてもよい。
そこで、本実施の形態2では、突極性を有する交流回転機に高周波電流を供給した場合の、交流回転機のインダクタンスの回転二軸上各成分に差異による電流に対する応答に基づいて推定回転位置θeを算出する回転位置推定手段9とは異なる公知の回転位置推定手段(例えば、特許第5069306号公報に記載)を備えた交流回転機の制御装置において、センサレス制御に切り替わる時の逆トルクを解消し、或いは過電流を防止する手法について説明する。
 図8は本発明の実施の形態2における交流回転機の制御装置の全体構成を示す図であり、
実施の形態1と同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものである。
回転位置推定電力発生器8aは、スイッチング周期Tcの値を電力変換器14aに、三相高周波電圧Avu,Avv,Avw(以下、纏めてAvuvwと呼ぶ)を電力変換器14aに出力する。
ここで、スイッチング周期Tcは、例えば特許第5069306号公報に記載のように、交流回転機1を駆動させるための電流指令であるd-q軸上の電流指令idq1*に基づく三相交流電圧指令vuvw*の周期よりも十分に短い周期をもって、このスイッチング周期Tcは交流回転機1の電気的特性やインバータ駆動により発生する電磁騒音の周波数等を考慮して予め最適な値に設定される。
また、三相高周波電圧Avuvwは回転位置推定手段9aが回転位置を推定するためのものであって、スイッチング周期Tcのm倍(mは3以上の整数、3以上とする理由は後述)と等しい周期m・Tc、かつ位相の異なるものとする。
 回転位置推定手段9aは異常判定信号が異常を示している場合は、三相高周波電圧Avuvwの印加による交流回転機1の電流に対する応答に基づいて推定回転位置θeを算出する。
電力供給手段10aは、高周波重畳器11a、電流制御器12、座標変換器13、電力変換器14a、電流検出器15より構成され、d-q軸上の電流指令idq2*、三相高周波電圧Avuvw、制御角θcに基づき、交流回転機1に供給されるd軸電流、q軸電流がそれぞれd-q軸上の電流指令idq2*に一致するような三相交流電圧に三相高周波電圧Avuvw加えた電圧を交流回転機1に印加する。
 以下に、電力供給手段10aの内部構成について説明する。
高周波重畳器11aは三相電圧指令vu*、vv*、vw*にそれぞれ三相高周波電圧Avu,Avv,Avwを加算し、三相電圧指令vu2*、vv2*、vw2*(以下、纏めてvuvw2*と呼ぶ)として電力変換器14aに出力する。
ここで、上述のようにmを3以上の整数とする理由は、mが1あるいは2のときは、スイッチング周期Tcのm倍の周期m・Tcと等しい三相高周波電圧Avu,Avv,Avwの各相に、位相差を持たせることができず、ひいては回転位置推定手段9aによる推定回転位置θeを精度良く求めることができないからである。
 このように、高周波重畳器11aによって三相電圧指令vu*、vv*、vw*にそれぞれ個別に三相高周波電圧Avu,Avv,Avwを重畳して交流回転機1に印加する。
この場合、三相高周波電圧Avu,Avv,Avwのベクトル和である電圧ベクトルは交番電圧ではなく回転電圧となる。
なお、交番電圧とは、三相交流電圧1周期のうちに、三相交流電圧の各相のベクトル和である電圧ベクトルを2方向以下に印加するものをいう。
また、回転電圧とは三相交流電圧1周期のうちに、三相交流電圧の各相のベクトル和である電圧ベクトルを3方向以上に印加するものをいう。
 電流制御器12aは、d-q軸上の高周波重畳電流指令id2*、iq2*、及びd-q軸上の検出電流id、iqに基づき、d-q軸上の検出電流id、iqがそれぞれd-q軸上の高周波重畳電流指令id2*、iq2*と一致するようなd-q軸上の電圧指令vd*、vq*(以下、纏めてvdq*と呼ぶ)を演算し、高周波重畳器11aに出力する。
 図9は電力変換器14aの構成を示す図である。
電力変換器14aはパルス幅変調制御器23とインバータ24から構成される。
パルス幅変調制御器は、高周波重畳器11aが出力する三相電圧指令vu2*、vv2*、vw2*と回転位置推定電力発生器8aが出力するスイッチング周期Tcの値に基づいて、パルス幅変調されたロジック信号Du、Dv、Dwを発生する。
インバータ24はパルス幅変調制御器23が出力するロジック信号Du、Dv、Dwに基づき、交流回転機1の各巻線に電圧を印加する。
ここで、パルス幅変調制御法としては、例えば、キャリア信号としての三角波による公知のパルス幅変調制御法を用いてもよい。
この場合、例えば、三角波の周期を回転位置推定電力発生器8aが出力するスイッチング周期Tcの2倍に設定する。
このように、電力変換器14aは三相電圧指令vu2*、vv2*、vw2*と、スイッチング周期Tcに基づいて三相電圧指令vu2*、vv2*、vw2*を交流回転機1に印加する。
ここで、パルス幅変調制御器23によるロジック信号Du、Dv、Dwは他の公知の手法により算出するようにしてもよい。
 以上のような構成によって、該交流回転機の制御装置は回転位置センサ異常時は交流回転機に高周波電力を供給し、交流回転機の前記検出電流に含まれる高周波成分に基づいて交流回転機の回転位置を推定し、該回転位置に基づいて交流回転機を制御する構成において、推定回転位置によって交流回転機を制御するセンサレス制御へ移行する時の逆トルク或いは過電流を解消する。
ここで、回転位置推定手段9aが交流回転機に高周波電力を供給し、交流回転機の前記検出電流に含まれる高周波成分に基づいて推定回転位置θeを演算する手法について説明する。
回転位置推定手段9aは、特許第5069306号公報に記載される公知の手法によって、突極性を有する交流回転機に高周波電流を供給した場合の、交流回転機のインダクタンスの回転二軸上各成分に差異による電流に対する応答に基づいて推定回転位置θeを算出するとよい。
尚、回転位置推定手段9aは、回転位置推定電力発生器8aが三相高周波電圧Avuvwは回転位置推定手段9aが回転位置を推定するためのものであって、スイッチング周期Tcのm倍(mは3以上の整数、3以上とする理由は後述)と等しい周期m・Tc、かつ位相の異なるものを出力し、電力供給手段10aにより印加した場合の電流に対する応答に基づいて推定回転位置θeを算出したが、突極性を有した交流回転機1に高周波電力を供給した場合に、インダクタンスの回転二軸上各成分に差異による電流に対する応答に基づいた他の方法によって算出するようにしてもよい。
 続いて、上記構成にて電流制限手段6がd-q軸上の電流指令idq1*を制限する手法を説明する。
電流制限手段6は本発明の実施の形態1における電流制限手段6と同様の手法によって、d-q軸上の電流指令idq1*を制限することによって、センサレス制御移行時の逆トルクを解消し、過電流を防止することができる。
本実施の形態2における交流回転機の制御装置の場合、数10における(回転位置推定電力を供給してから推定回転位置算出までの時間)に電力供給手段10aによって三相高周波電圧Avu,Avv,Avwを交流回転機1に印加し、それに応じた交流回転機1の三相検出電流iuvwを電流検出器15で検出し、回転位置推定手段9aが推定回転位置θeを算出するまでの最長時間を設定するとよい。
また、(回転位置推定を開始してから誤差90度以内に収束させる最長時間)に回転位置推定手段9aにより算出される推定回転位置θeの誤差が90度まで低下するまでの最長時間を設定するとよい。
 以上のように、電流制限手段6を備えた交流回転機の制御装置によると、交流回転機に高周波電力を供給し、交流回転機の前記検出電流に含まれる高周波成分に基づいて推定回転位置θeを算出する場合であっても、交流回転機の駆動電力であるd-q軸上の電流指令idq1*を制限することによって、回転位置センサ2に異常が発生し、電力供給手段10aが推定回転位置θeによって交流回転機に電力を供給するセンサレス制御に切り換わる時の逆トルクを解消し、或いは過電流を防止することができる。
 即ち、本発明の実施の形態2における交流回転機の制御装置は、交流回転機と、前記交流回転機の回転位置を検出する回転位置センサと、前記回転位置センサの異常が所定の判定時間継続して検出された場合に前記回転位置センサを異常と判定するセンサ異常検出手段と、前記回転位置センサが異常と判定された場合に前記交流回転機の推定回転位置を算出する回転位置推定手段と、前記交流回転機を駆動するために供給する駆動電力を制限する電力制限手段と、前記センサ異常判定手段が前記回転位置センサを異常と判定している場合には前記推定回転位置に基づいて、前記電力制限手段に制限された前記駆動電力に前記回転位置推定手段が回転位置を推定するために供給する回転位置推定電力を加えた電力を前記交流回転機に供給する電力供給手段と、を備え、前記電力制限手段は前記センサ異常判定手段が異常を検出してから異常と判定するまでに前記駆動電力の制限を開始し、少なくとも前記推定回転位置の推定誤差が所定範囲内に収まるための所定時間、前記駆動電力を制限することを特徴としており、前記交流回転機は突極性を有し、前記交流回転機の検出電流を取得する電流検出手段を備え、前記回転位置推定電力は高周波電力であり、前記回転位置推定手段は前記検出電流に含まれる高周波成分に基づいて、前記推定回転位置を算出するように構成しており、前記回転位置推定電力の供給を開始してから、前記回転位置推定手段が逆トルク、過電流とならないような誤差の小さい推定回転位置を算出するまでに時間を要するため、異常発生前後で交流回転機に同様に求められるトルクの大きさを敢えて減少させながらも、その減少させる期間を最短にしつつ、交流回転機の所望のトルクとは逆方向に作用する逆トルクを解消し、或いは過電流による交流回転機、及び交流回転機の駆動回路の故障を防止することは、より顕著な効果を奏する。
実施の形態3.
 実施の形態1では、回転位置推定手段9は交流回転機1に高周波電流を供給した際の出力トルクTmに対する応答に基づいて推定回転位置θeを算出したが、他の手法によって推定回転位置を算出するようにしてもよい。
具体的には、交流回転機の巻線を短絡させるような電圧を供給し、交流回転機の検出電流に基づいて推定回転位置θeを算出するようにしてもよい。
また、回転位置推定手段が算出する推定回転位置θeの初期値、即ちセンサレス制御切り替え直後に使用する値を算出する初期推定回転位置推定手段を備えた構成とし、それぞれの回転位置推定手段に応じて交流回転機の駆動電力を制限することによって、センサレス制御に切り換わる時の逆トルクを解消し、或いは過電流を防止してもよい。
この場合、回転位置推定手段9が誤差の小さい推定回転位置θeを算出する時間に比べて、短い時間で誤差の小さい回転位置を初期回転推定手段が算出するため、逆トルクを解消、或いは過電流を防止するために駆動電力を制限する時間を短く設定することが可能となり、より早く交流回転機が所望のトルクを出力することができる。
 そこで、本実施の形態3では、実施の形態1における回転位置推定手段9に加えて、回転位置推定手段9が算出する推定回転位置θeの初期値を算出する初期推定回転位置推定手段を備えた交流回転機の制御装置において、センサレス制御に切り替わる時の逆トルクを解消し、或いは過電流を防止する手法について説明する。
さらに、交流回転機の巻線を短絡させるような回転位置推定電力である電圧を印加し、この時の交流回転機の電流から、交流回転機の巻線が短絡した場合の交流回転機の電圧と電流の関係に基づいて推定回転位置を算出する回転位置推定手段9とは異なる公知の回転位置推定手段(例えば、特許第3636340公報に記載)を備えた交流回転機の制御装置において、センサレス制御に切り替わる時の逆トルクを解消し、或いは過電流を防止する手法について説明する。
 図10は本発明の実施の形態3における交流回転機の制御装置の全体構成を示す図であり、実施の形態1と同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものである。
電流制限手段6bは電流制限手段6と同様にd-q軸上の電流指令idq1*をd-q軸電流制限値idqlimによって制限し、d-q軸上の電流指令idq2*として出力する。
d-q軸電流制限値idqlimの設定する手法については後述する。
 次に電力供給手段10bの内部構成について説明する。
電力変換器14bは交流回転機1の各相に対して、入力されたゲート信号Gに基づいて電圧を印加する。
図11は電力変換器14bの内部構成を示す図である。
電力変換器14bは、半導体スイッチ38~43を有し、半導体スイッチ38、41、39、42、40、43の各対は、それぞれ直列接続され、直列接続された半導体スイッチ38、41、39、42、40、43の各対は、電位差Edを生成する直流電圧源44に並列接続される。
半導体スイッチ38、41を接続する中点Puは、交流回転機1のU相に接続され、半導体スイッチ39、42を接続する中点Pvは、交流回転機1のV相に接続され、半導体スイッチ40、43を接続する中点Pwは、交流回転機1のW相に接続される。
また、各半導体スイッチ38~43は、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)Q1~Q6とダイオードD1~D6とがそれぞれ対応して並列接続され、ダイオードの順方向は、直流電圧源44のプラス側に向けられている。
このIGBTQ1~Q6のゲートに印加されるゲート信号は、各IGBTQ1~Q6をオン/オフする。
ゲート信号生成器27は交流回転機1に三相電圧指令vuvw*を印加するような駆動用ゲート信号Gdを出力する。
ここで、駆動用ゲート信号Gdは、例えば、本発明の実施の形態2におけるパルス幅変調制御器23と同様に三相電圧指令vuvw*をパルス幅変調したロジック信号Duvwを算出し、ロジック信号Duvwに基づいて交流回転機1の各相に対応した半導体スイッチ38~43をオン/オフするためのゲート信号を算出するような公知の手法により算出するとよい。
 電力制限手段28は駆動用ゲート信号Gdを制限することによって、回転位置センサ2が異常となり、推定回転位置によって交流回転機を制御するセンサレス制御へ移行する際の逆トルクを解消し、過電流を防止する。
具体的には、異常判定信号が異常を示してから、初期回転位置推定手段26が初期推定回転位置θe0を算出するまでの所定時間Δt120は駆動用ゲート信号Gdを遮断し、推定用ゲート信号Geを出力する。その後、推定用ゲート信号Geを遮断し、駆動用ゲート信号Gdを出力する。
初期回転位置推定電力発生器25は異常判定信号が異常を示した場合に初期回転位置推定手段26が回転位置を推定するための推定用ゲート信号Geを電力供給手段10bに出力する。
初期回転位置推定手段26は三相検出電流iuvwに基づいて初期推定回転位置θe0を演算し、回転位置推定手段9bに出力する。
回転位置推定手段9bは算出する推定回転位置θeの初期値に初期回転位置推定手段26が出力する初期推定回転位置θeを用いるという点でのみ回転位置推定手段9と異なる。
 以上のような構成によって、該交流回転機の制御装置は回転位置センサ異常時は交流回転機の巻線を短絡させるような電圧を供給し、交流回転機の検出電流に基づいて交流回転機の回転位置を推定し、該回転位置に基づいて交流回転機を制御する構成において、推定回転位置によって交流回転機を制御するセンサレス制御へ移行する時の逆トルク或いは過電流を解消する。
 ここで、初期回転位置推定電力発生器25が推定用ゲート信号Geを出力し、初期回転位置推定手段26が初期推定回転位置θe0を演算する手法について説明する。
該手法には特許第3636340公報に記載される公知の手法を用いるとよい。
初期回転位置推定電力発生器25は異常判定信号が異常を示した場合に電力変換器14bの半導体スイッチ38~43を全てオンさせることにより交流回転機1の全相の固定子巻線を短絡させる。
即ち、初期回転位置推定電力発生器25は交流回転機を短絡させる電力を、電力供給手段10bを介して交流回転機1に供給する。
また、初期回転位置推定手段26は交流回転機1の全相の固定子巻線を短絡させた後、所定時間t0経過後の誘起電圧により流れる三相検出電流iuvwに基づいて交流回転機1の回転速度、及び初期推定回転位置θe0を算出することができる。
このように、初期回転位置推定手段26は交流回転機の巻線を短絡させるような回転位置推定電力である電圧を印加し、この時の交流回転機の検出電流に基づいて初期推定回転位置θe0を算出する。
尚、初期回転位置推定手段26は、特許第3636340公報に記載されるような公知の手法によって初期推定回転位置θe0を演算したが、これに限定されず、その他の手法により交流回転機の巻線が短絡した場合の交流回転機の電圧と電流の関係に基づいて初期推定回転位置θe0を演算してもよい。
 続いて、上記構成にて電流制限手段6b、及び電力制限手段28が交流回転機の駆動電力を制限する手法について説明する。
電力制限手段28は上述の通り、異常判定信号が異常を示してから、所定時間Δt120が経過するまでの期間は駆動用ゲート信号Gdを遮断し、推定用ゲート信号Geを出力する。
その後、推定用ゲート信号Geを遮断し、駆動用ゲート信号Gdを出力する。ここで、初期回転位置推定手段26は所定時間t0経過後の三相検出電流iuvwに基づいて初期推定回転位置θe0を算出するので、即ち、所定時間Δt120は異常判定信号が異常を示してから、初期回転位置推定電力発生器25が交流回転機を短絡させる電力を供給し、所定時間t0経過するまでの既知の時間である。
また、電流制限手段6bは本発明の実施の形態1における電流制限手段6と同様の手法によってd-q軸上の電流指令idq1*を制限すればよい。
初期回転位置推定手段26が算出する初期推定回転位置θeは原理上、推定精度が限られる。
換言すると、初期推定回転位置θeと実際の回転位置の誤差は所定誤差Δθ0以下であり、原理上、所定誤差Δθ0は90度以下の値となる。
従って、回転位置推定手段9bが算出する推定回転位置θeの実際の回転位置との誤差は初めから90度以下であり、所定誤差Δθ0以下である。
即ち、回転位置推定手段9bが算出する推定回転位置θeの実際の回転位置との誤差が90度以下に収まるために十分な時間が経過した時刻であるt2を初期回転位置推定手段26が初期推定回転位置θeを算出する時刻とし、所定時間Δt12は所定時間Δt120と同じ値に設定すればよい。
 以上のように、電流制限手段6b及び電力制限手段28を備えた交流回転機の制御装置によると、交流回転機の巻線の巻線を短絡させるような電圧を供給し、交流回転機の検出電流に基づいて推定回転位置θeを算出する場合であっても、交流回転機の駆動電力であるd-q軸上の電流指令idq1*を制限することによって、回転位置センサ2に異常が発生し、電力供給手段10bが推定回転位置θeによって交流回転機に電力を供給するセンサレス制御に切り換わる時の逆トルクを解消し、或いは過電流を防止することができる。
また、回転位置推定手段が算出する推定回転位置θeの初期値、即ちセンサレス制御切り替え直後に使用する値を算出する初期推定回転位置推定手段を備えたであっても、交流回転機の駆動電力であるd-q軸上の電流指令idq1*を制限することによって、回転位置センサ2に異常が発生し、電力供給手段10aが推定回転位置θeによって交流回転機に電力を供給するセンサレス制御に切り換わる時の逆トルクを解消し、或いは過電流を防止することができる。
 即ち、本発明の実施の形態3における交流回転機の制御装置は、交流回転機と、前記交流回転機の回転位置を検出する回転位置センサと、前記回転位置センサの異常が所定の判定時間継続して検出された場合に前記回転位置センサを異常と判定するセンサ異常検出手段と、前記回転位置センサが異常と判定された場合に前記交流回転機の推定回転位置を算出する回転位置推定手段と、前記交流回転機を駆動するために供給する駆動電力を制限する電力制限手段と、前記センサ異常判定手段が前記回転位置センサを異常と判定している場合には前記推定回転位置に基づいて、前記電力制限手段に制限された前記駆動電力に前記回転位置推定手段が回転位置を推定するために供給する回転位置推定電力を加えた電力を前記交流回転機に供給する電力供給手段と、を備え、前記電力制限手段は前記センサ異常判定手段が異常を検出してから異常と判定するまでに前記駆動電力の制限を開始し、少なくとも前記推定回転位置の推定誤差が所定範囲内に収まるための所定時間、前記駆動電力を制限することを特徴としており、前記交流回転機の検出電流を取得する電流検出手段を備え、前記回転位置取得推定電力は前記交流回転機の巻線を短絡させる電圧であり、前記回転位置推定手段は前記検出電流に基づいて前記推定回転位置を算出するように構成しているため、短い時間で誤差の小さい回転位置を初期回転推定手段が算出するため、逆トルクを解消、或いは過電流を防止するために駆動電力を制限する時間を短く設定することが可能となり、より早く交流回転機が所望のトルクを出力することができる。
 尚、本実施の形態3では、時刻t2は回転位置推定手段9bが算出する推定回転位置θeの実際の回転位置との誤差が90度以下である所定誤差Δθ0に収まるために十分な時刻とし、所定時間Δt12を(回転位置推定を開始してから誤差90度以内である所定誤差Δθ0に収束させる時間)より構成したが、時刻t2を回転位置推定手段9bが算出する推定回転位置θeの実際の回転位置との誤差が所定誤差Δθ0より小さい任意の所定誤差以下に収まるために十分な時刻とし、所定時間Δt12を(回転位置推定を開始してから所定誤差Δθ0より小さい任意の所定誤差以内に収束させる時間)より構成してもよい。この場合、時刻t2は初期回転位置推定手段26が初期推定回転位置θeを算出した時刻から、回転位置推定手段9bが算出する推定回転位置θeの実際の回転位置との誤差が所定誤差Δθ0の状態から任意の所定誤差に収束するために必要な最長時間経過した時刻として、回転位置推定手段9bが算出する推定回転位置θeの誤差が任意の所定誤差まで低下する時間を予め測定、あるいは算出することにより時刻t2、及び所定時間Δt12を定めておけばよい。
実施の形態4.
 実施の形態3では、初期回転位置推定手段26は交流回転機1の巻線を短絡させるような電圧を供給した際の、交流回転機の検出電流に基づいて初期推定回転位置θe0を算出したが、交流回転機の回転速度が低い場合は、交流回転機の誘起電圧が小さくなるため、原理上回転位置の推定精度が低下する。
そこで、本実施の形態4では、交流回転機に磁気飽和するような電圧を供給した場合の、交流回転機に供給する電圧と電流の関係に基づいて、交流回転機の回転速度が低い場合に精度の高い初期推定回転位置θe0を算出することができる公知の回転位置推定手段(例えば、特許第4271397号公報に記載)を備えた交流回転機の制御装置において、センサレス制御に切り替わる時の逆トルクを解消し、或いは過電流を防止する手法について説明する。
 図12は本発明の実施の形態4における交流回転機の制御装置の全体構成を示す図であり、実施の形態1乃至3と同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものである。
電流制限手段6cは電流制限手段6bと同様にd-q軸上の電流指令idq1*をd-q軸電流制限値idqlimによって制限し、d-q軸上の電流指令idq2*として出力する。
d-q軸電流制限値idqlimの設定する手法については後述する。
 次に電力供給手段10cを構成する電流検出器15cは初期回転位置推定電力発生器25cが出力するトリガ信号Trの立ち上がりタイミングで交流回転機1の各相の電流を検出し、座標変換器13、初期回転位置推定手段26cに出力する。
電力制限手段28cは、本発明の実施の形態3における電力制限手段28と同様に駆動用ゲート信号Gdを制限することによって、回転位置センサ2が異常となり、推定回転位置によって交流回転機を制御するセンサレス制御へ移行する際の逆トルクを解消し、過電流を防止する。
具体的には、異常判定信号が異常を示してから、初期回転位置推定手段26cが初期推定回転位置θe0を算出するまでの所定時間Δt120は駆動用ゲート信号Gdを遮断し、推定用ゲート信号Geを出力する。
その後、推定用ゲート信号Geを遮断し、駆動用ゲート信号Gdを出力する。
初期回転位置推定電力発生器25cは異常判定信号が異常を示した場合に初期回転位置推定手段26cが回転位置を推定するための電圧ベクトル指令Vに応じた推定用ゲート信号Geを電力供給手段10cに出力するとともに、電力供給手段10cにトリガ信号Trを出力する。
初期回転位置推定手段26は三相検出電流iuvwに基づいて初期推定回転位置θe0を演算し、回転位置推定手段9bに出力する。
 以上のような構成によって、該交流回転機の制御装置は回転位置センサ異常時は交流回転機に磁気飽和するような電圧を供給した場合の、交流回転機に供給する電圧と電流の関係に基づいて交流回転機の回転位置を推定し、該回転位置に基づいて交流回転機を制御する構成において、推定回転位置によって交流回転機を制御するセンサレス制御へ移行する時の逆トルク或いは過電流を解消する。
 ここで、初期回転位置推定電力発生器25cが推定用ゲート信号Geを出力し、初期回転位置推定手段26cが初期推定回転位置θe0を演算する手法について説明する。
該手法には特許第4271397公報に記載される公知の手法を用いるとよい。
前述の通り、初期回転位置推定電力発生器25は異常判定信号が異常を示した場合に電圧ベクトル指令Vに応じた推定用ゲート信号Geを電力供給手段10cに出力する。
 ここで、電圧ベクトル指令Vは、9つのスイッチングモード「0」~「8」を有しており、各スイッチングモード「0」~「8」は、オンするIGBTQ1~Q6の組み合わせによって、つぎのように定義され、出力する推定用ゲート信号Geと対応している。
 
 スイッチングモード : オンするIGBTQ1~Q6の組み合わせ
    「0」    : なし
    「1」    : Q1、Q5、Q6
    「2」    : Q1、Q2、Q6
    「3」    : Q4、Q2、Q6
    「4」    : Q4、Q2、Q3
    「5」    : Q4、Q5、Q3
    「6」    : Q1、Q5、Q3
    「7」    : Q1、Q2、Q3
    「8」    : Q4、Q5、Q6
 
各スイッチングモード「1」~「8」にそれぞれ対応する電圧ベクトルV1~V8は、それぞれ60度ずつの位相差をもち、大きさが等しい電圧ベクトルとなる。
 初期回転位置推定電力発生器25は公知の手法によって、磁気飽和しない範囲の十分短い時間所定の電圧ベクトルVに対応する所定の推定用ゲート信号Geを順次電力制限手段28に、各電圧ベクトルの印加終了後にトリガ信号Trを電流検出器15cに出力し、電流検出器15cがトリガ信号Trの立ち上がりタイミングで三相検出電流iuvwをサンプリングし、初期回転位置推定手段26cに出力することによって、初期回転位置推定手段26cは三相検出電流iuvwに基づいて0~180度までの間の回転位置を算出する。さらに、三相検出電流iuvwに応じた電圧ベクトルを、磁気飽和させる印加時間をもって印加し、その電圧ベクトルの絶対値の大小関係を用いて180度の回転位置関係を判定することにより、全角にわたって一意に回転位置を特定した初期推定回転位置θe0を算出する。
尚、初期回転位置推定手段26cは、特許第4271397号公報に記載されるような公知の手法によって初期推定回転位置θe0を演算したが、これに限定されず、その他の手法により交流回転機に磁気飽和するような電圧を供給した場合の、交流回転機に供給する電圧と電流の関係に基づいて初期推定回転位置θe0を演算してもよい。
 続いて、上記構成にて電流制限手段6c、及び電力制限手段28が交流回転機の駆動電力を制限する手法について説明する。
電力制限手段28cは上述の通り、異常判定信号が異常を示してから、所定時間Δt120が経過するまでの期間は駆動用ゲート信号Gdを遮断し、推定用ゲート信号Geを出力する。その後、推定用ゲート信号Geを遮断し、駆動用ゲート信号Gdを出力する。
ここで、初期回転位置推定手段26cは所定のタイミングで所定の電圧ベクトル指令Vを印加し、所定のタイミングでサンプリングした三相検出電流iuvwに基づいて初期推定回転位置θe0を算出するので、即ち、所定時間Δt120は異常判定信号が異常を示してから、初期回転位置推定手段26cが初期推定回転位置θe0を算出するまでの既知の時間である。
また、電流制限手段6bは本発明の実施の形態3における電流制限手段6bと同様の手法によってd-q軸上の電流指令idq1*を制限すればよい。初期回転位置推定手段26cが算出する初期推定回転位置θeは原理上、推定精度が限られる。換言すると、初期推定回転位置θeと実際の回転位置の誤差は所定誤差Δθ0以下であり、原理上、所定誤差Δθ0は90度以下の値となる。
従って、回転位置推定手段9cが算出する推定回転位置θeの実際の回転位置との誤差は初めから90度以下であり、所定誤差Δθ0以下である。即ち、回転位置推定手段9cが算出する推定回転位置θeの実際の回転位置との誤差が90度以下に収まるために十分な時間が経過した時刻であるt2を初期回転位置推定手段26cが初期推定回転位置θe0を算出する時刻とし、所定時間Δt12は所定時間Δt120と同じ値に設定すればよい。
 以上のように、電流制限手段6c及び電力制限手段28cを備えた交流回転機の制御装置によると、交流回転機に磁気飽和するような電圧を供給し、交流回転機に供給する電圧と電流の関係に基づいて推定回転位置θeを算出する場合であっても、交流回転機の駆動電力であるd-q軸上の電流指令idq1*を制限することによって、回転位置センサ2に異常が発生し、電力供給手段10cが推定回転位置θeによって交流回転機に電力を供給するセンサレス制御に切り換わる時の逆トルクを解消し、或いは過電流を防止することができる。
 即ち、本発明の実施の形態4における交流回転機の制御装置は、交流回転機と、前記交流回転機の回転位置を検出する回転位置センサと、前記回転位置センサの異常が所定の判定時間継続して検出された場合に前記回転位置センサを異常と判定するセンサ異常検出手段と、前記回転位置センサが異常と判定された場合に前記交流回転機の推定回転位置を算出する回転位置推定手段と、前記交流回転機を駆動するために供給する駆動電力を制限する電力制限手段と、前記センサ異常判定手段が前記回転位置センサを異常と判定している場合には前記推定回転位置に基づいて、前記電力制限手段に制限された前記駆動電力に前記回転位置推定手段が回転位置を推定するために供給する回転位置推定電力を加えた電力を前記交流回転機に供給する電力供給手段と、を備え、前記電力制限手段は前記センサ異常判定手段が異常を検出してから異常と判定するまでに前記駆動電力の制限を開始し、少なくとも前記推定回転位置の推定誤差が所定範囲内に収まるための所定時間、前記駆動電力を制限することを特徴としており、前記交流回転機の検出電流を取得する電流検出手段を備え、前記電力制限手段は前記交流回転機の巻線が磁気飽和するような回転位置推定電力を供給し、前記回転位置推定電力は前記交流回転機の巻線が磁気飽和するような電力であり、前記回転位置推定手段は前記交流回転機の電圧と電流の関係に基づいて前記推定回転位置を算出するように構成しているため、交流回転機の回転速度が低い場合であっても、短い時間で誤差の小さい回転位置を初期回転推定手段が算出するため、逆トルクを解消、或いは過電流を防止するために駆動電力を制限する時間を短く設定することが可能となり、より早く交流回転機が所望のトルクを出力することができる。
 尚、本実施の形態4では、時刻t2は回転位置推定手段9cが算出する推定回転位置θeの実際の回転位置との誤差が90度以下である所定誤差Δθ0に収まるために十分な時刻とし、所定時間Δt12を(回転位置推定を開始してから誤差90度以内である所定誤差Δθ0に収束させる時間)より構成したが、時刻t2を回転位置推定手段9bが算出する推定回転位置θeの実際の回転位置との誤差が所定誤差Δθ0より小さい任意の所定誤差以下に収まるために十分な時刻とし、所定時間Δt12を(回転位置推定を開始してから所定誤差Δθ0より小さい任意の所定誤差以内に収束させる時間)より構成してもよい。この場合、時刻t2は初期回転位置推定手段26cが初期推定回転位置θeを算出した時刻から、回転位置推定手段9bが算出する推定回転位置θeの実際の回転位置との誤差が所定誤差Δθ0の状態から任意の所定誤差に収束するために必要な最長時間経過した時刻として、回転位置推定手段9bが算出する推定回転位置θeの誤差が任意の所定誤差まで低下する時間を予め測定、あるいは算出することにより時刻t2、及び所定時間Δt12を定めておけばよい。
実施の形態5.
 実施の形態1では、回転位置推定手段9は交流回転機1に高周波電流を供給した際の出力トルクTmに対する応答に基づいて推定回転位置θeを算出したが、交流回転機の回転速度がd-q軸上の高周波電流Aidqの周波数よりも大きくなるような場合は、回転位置の推定精度が低下する。
そこで、本実施の形態4では、交流回転機の回転速度が低い場合には交流回転機1に高周波電流を供給した際の出力トルクTmに対する応答に基づいて算出する推定回転位置θe出力し、回転速度が高い場合には高回転時に精度が高い推定回転位置を算出することが可能な他の手法により算出する推定回転位置θeを出力するような交流回転機の制御装置交流回転機の制御装置において、センサレス制御に切り替わる時の逆トルクを解消し、或いは過電流を防止する手法について説明する。
 即ち、複数の手法により回転位置を推定する回転位置推定手段を備えた交流回転機の制御装置において、センサレス制御に切り替わる時の逆トルクを解消し、或いは過電流を防止する手法について説明する。
図13は本発明の実施の形態5における交流回転機の制御装置の全体構成を示す図であり、実施の形態1と同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものである。
電流制限手段6dは電流制限手段6と同様にd-q軸上の電流指令idq1*をd-q軸電流制限値idqlimによって制限し、d-q軸上の電流指令idq2*として出力する。
d-q軸電流制限値idqlimの設定する手法については後述する。
 次に図14に示す回転位置推定手段9bの内部構成について説明する。
推定誤差制御手段18dは本発明の実施の形態1における推定誤差制御手段18と同様に推定回転位置を演算し、第一の推定回転位置θe1として出力する。
誘起電圧推定手段29は、電力供給手段10が出力したd-q軸上の電圧指令vdq*と、d-q軸上の検出電流idqに基づいて、適応オブザーバおよび積分器を用いた公知の方法(例えば、特許第4672236号公報に記載)によって、交流回転機1が発生させる誘起電圧を推定し、第2の推定回転位置θe2を演算する。
ここで、回転速度が高いほど交流回転機の誘起電圧は大きな値となるので電圧誤差に対する誘起電圧への影響が小さくなる。
従って、誘起電圧推定手段29が算出する第2の推定回転位置θe2は回転速度が高い場合に高い精度を持つ。
 位置切換器30は、推定誤差制御手段18dが出力した第1の推定回転位置θe1と、誘起電圧推定手段29が出力した第2の推定回転位置θe2と、後述する速度推定器31が出力した推定回転速度weと、に基づいて、推定回転位置θeを出力する。
すなわち、位置切換器30は、推定回転速度weが所定値未満の場合には、第1の推定回転位置θe1を選択し、推定回転速度weが所定値以上の場合には、第2の推定回転位置θe2を選択し、選択した回転位置を推定回転位置θeとして出力する。
なお、この所定値は、第1の推定回転位置θe1及び第2の推定回転位置θe2の回転速度に対する精度を勘案し、あらかじめ規定しておけばよい。
速度推定器31は、位置切換器30が出力した推定回転位置θeを微分することにより、交流回転機1の推定回転速度weを演算し、位置切換器30に出力する。
 以上のような構成によって、該交流回転機の制御装置は回転位置センサ異常時は複数の手法により交流回転機の回転位置を推定し、該回転位置に基づいて交流回転機を制御する構成において、推定回転位置によって交流回転機を制御するセンサレス制御へ移行する時の逆トルク或いは過電流を解消する。
尚、誘起電圧推定手段29は、適応オブザーバおよび積分器を用いた特許第4672236号公報に記載されるような公知の手法によって第2の推定回転位置θe2を演算したが、これに限定されず、その他の手法により誘起電圧推定に基づいて、第2の推定回転位置θe2を演算してもよい。
 続いて、上記構成にて電流制限手段6dが交流回転機の駆動電力を制限する手法について説明する。
電流制限手段6dは本発明の実施の形態1における電流制限手段6と同様の手法によって、d-q軸上の電流指令idq1*を制限することによって、センサレス制御移行時の逆トルクを解消し、過電流を防止することができる。
本実施の形態5おける交流回転機の制御装置の場合、数(10)における(回転位置推定電力を供給してから推定回転位置算出までの時間)は、本発明の実施の形態1における電流制限手段6と同様に、電力供給手段10によってd-q軸上の高周波電流Aidqを交流回転機1に供給し、それに応じた交流回転機1の出力トルクをトルク検出手段7で検出し、回転位置推定手段9dにおける推定誤差制御手段18dが第1の推定回転位置θe1を算出するまでの最長時間に設定するとよい。
また、(回転位置推定を開始してから誤差90度以内に収束させる最長時間)に回転位置推定手段9dにおける推定誤差制御手段18dにより算出される第1の推定回転位置θe1の誤差が90度まで低下するまでの最長時間と、回転位置推定手段9dにおける誘起電圧推定手段29により算出される第2の推定回転位置θe2の誤差が90度まで低下するまでの最長時間のうち長い時間を設定するとよい。
 ここで、誘起電圧推定手段29により算出される第2の推定回転位置θe2の誤差が90度まで低下するまでの最長時間は誘起電圧推定手段29を構成する適応オブザーバ、積分器の収束特性に応じて、第2の推定回転位置θe2の演算を開始する時の第2の推定回転位置θe2と実際の交流回転機の回転位置誤差が180度である最悪のケースを想定して、第2の推定回転位置θe2の誤差が90度まで低下する時間を予め測定、あるいは算出しておけばよい。
さらに、最長時間として、交流回転機に印加する電圧が交流回転機に供給される電源電圧に対して飽和するような場合を想定した値に設定してもよい。
 以上のように、電流制限手段6dを備えた交流回転機の制御装置によると、複数の手法により交流回転機の推定回転位置θeを算出する場合であっても、交流回転機の駆動電力であるd-q軸上の電流指令idq1*を制限することによって、回転位置センサ2に異常が発生し、電力供給手段10cが推定回転位置θeによって交流回転機に電力を供給するセンサレス制御に切り換わる時の逆トルクを解消し、或いは過電流を防止することができる。
実施の形態6.
 実施の形態1では、電流制限手段6におけるd-q軸上の電流指令idq1*を制限するための制限値であるd-q軸電流制限値idqlimは時刻t1から所定時間Δt12経過するまで零に設定することによって、センサレス制御に切り換わる時の逆トルクを解消し、或いは過電流を防止するようにしたが、センサレス制御移行時の逆トルクが用途上問題とならないような交流回転機の制御装置の場合、交流回転機の誘起電圧が所定値以下、即ち交流回転機の回転速度が所定値以下となるまで零に設定することによって、過電流を防止するようにしてもよい。
そこで、本実施の形態4では、d-q軸上の電流指令idq1*を制限するための制限値であるd-q軸電流制限値idqlimを誘起電圧が所定値以下、即ち交流回転機の回転速度が所定値以下となるまで零に設定するような電流制限手段を備えた交流回転機の制御装置において、センサレス制御に切り替わる時の過電流を防止する手法について説明する。
図15は本発明の実施の形態6における交流回転機の制御装置の全体構成を示す図であり、実施の形態1乃至5と同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものである。
電流制限手段6eは異常判定信号が異常を示す場合に、回転位置推定手段9eが出力する推定回転速度weに基づいてd-q軸上の電流指令idq1*をd-q軸電流制限値idqlimによって制限し、d-q軸上の電流指令idq2*として出力する。
d-q軸電流制限値idqlimの設定する手法については後述する。
 次に図16に示す回転位置推定手段9eの内部構成について説明する。
回転位置推定手段9eは回転位置推定手段9dと速度推定器31eが推定速度weを回転位置推定手段9eの外部に出力するという点でのみ回転位置推定手段9dと異なる。
 以上のような構成によって、該交流回転機の制御装置は交流回転機の誘起電圧に基づいて交流回転機の駆動電力であるd-q軸上の電流指令idq1*を制限することによって、回転位置センサに異常が発生し、推定回転位置によって交流回転機を制御するセンサレス制御へ移行する時の過電流を防止する。
 続いて、上記構成にて電流制限手段6eが推定回転速度weに基づいて交流回転機の駆動電力を制限する手法について説明する。
過電流は制御角と実際の回転位置の誤差が大きく、交流回転機の電流が大きく、交流回転機の誘起電圧が大きい場合、換言すると回転速度が大きい場合に発生する。
従って、過電流とならないような交流回転機の誘起電圧の最大値、即ち回転位置の誤差が最大でありd-q軸上の電流指令idq1*が最大である場合に、過電流とならないような回転速度の最大値である所定値を予め算出し、異常判定信号が正常から異常に切り換わる時刻をt1から推定回転速度weが所定値以上である場合に限ってd-q軸電流制限値idqlimを零とし、推定回転速度weが所定値以下となった場合にd-q軸電流制限値idqlimを時間と共に次第に増加するような構成とすればよい。
ただし、誘起電圧が所定値以下となる前に推定回転位置θeの誤差が90度以下に収まるために十分な時間である本発明の実施の形態1に示す所定時間Δt12が先に経過することも考えられる。従って、時刻t1から交流回転機の誘起電圧が所定値以上であり、かつ所定時間Δt12はd-q軸電流制限値idqlimを零に設定し、交流回転機の誘起電圧が所定値以下であるか、或いは所定時間Δt12が経過した場合にd-q軸電流制限値idqlimを時間と共に次第に増加するようにしてもよく、過電流を防止するためのd-q軸電流制限値idqlimを零とする時間を必要最小限とすることができる。
 以上のように、電流制限手段6eを備えた交流回転機の制御装置によると、交流回転機の誘起電圧に基づいて交流回転機の駆動電力を制限することによって、回転位置センサに異常が発生し、推定回転位置によって交流回転機を制御するセンサレス制御へ移行する時の過電流を防止することができる。
即ち、本発明の実施の形態6における交流回転機の制御装置は、交流回転機と、前記交流回転機の回転位置を検出する回転位置センサと、前記回転位置センサの異常が所定の判定時間継続して検出された場合に前記回転位置センサを異常と判定するセンサ異常検出手段と、前記回転位置センサが異常と判定された場合に前記交流回転機の推定回転位置を算出する回転位置推定手段と、前記交流回転機を駆動するために供給する駆動電力を制限する電力制限手段と、前記交流回転機の誘起電圧を取得する誘起電圧取得手段と、前記センサ異常判定手段が前記回転位置センサを異常と判定している場合には前記推定回転位置に基づいて、前記電力制限手段に制限された前記駆動電力を前記交流回転機に供給する電力供給手段と、前記電力制限手段は前記センサ異常判定手段が異常を検出してから異常と判定するまでに前記駆動電力の制限を開始し、少なくとも前記交流回転機の前記誘起電圧が所定値以下となるまで前記駆動電力を制限することを特徴としている。
そのため、異常発生前後で交流回転機に同様に求められるトルクの大きさを敢えて減少させながらも、その減少させる期間を最短にしつつ、過電流による交流回転機、及び交流回転機の駆動回路の故障を防止することができるといった従来にない顕著な効果を奏する。
 尚、本実施の形態6では、センサ異常判定手段3は回転位置信号に基づき、回転位置センサ2の異常を検出し、異常が予め設定された所定時間継続して検出された場合に回転位置センサ2を異常と判定するようにしたが、回転位置信号に基づき、回転位置センサの異常を検出した場合に即座に回転位置センサ2を異常と判定する構成としてもよい。
即ち、該交流回転機の制御装置は、交流回転機と、前記交流回転機の回転位置を検出する回転位置センサと、前記回転位置センサの異常を判定するセンサ異常判定手段と、前記回転位置センサが異常と判定された場合に前記交流回転機の推定回転位置を算出する回転位置推定手段と、前記交流回転機を駆動するために供給する駆動電力を制限する電力制限手段と、前記交流回転機の誘起電圧を取得する誘起電圧取得手段と、前記センサ異常判定手段が前記回転位置センサを異常と判定している場合には前記推定回転位置に基づいて、前記電力制限手段に制限された前記駆動電力を前記交流回転機に供給する電力供給手段と、を備え、前記電力制限手段は前記センサ異常判定手段が異常と判定してから少なくとも前記交流回転機の前記誘起電圧が所定値以下となるまで前記駆動電力を制限することを特徴としており、この場合も本実施の形態6における交流回転機の制御装置と同様に、異常発生前後で交流回転機に同様に求められるトルクの大きさを敢えて減少させながらも、その減少させる期間を最短にしつつ、過電流による交流回転機、及び交流回転機の駆動回路の故障を防止することができるといった従来にない顕著な効果を奏する。
実施の形態7.
 実施の形態1では、電流制限手段6におけるd-q軸上の電流指令idq1*を制限するための制限値であるd-q軸電流制限値idqlimは時刻t1から所定時間Δt12経過するまで零に設定することによって、センサレス制御に切り換わる時の逆トルクを解消し、或いは過電流を防止するようにした。
交流回転機の回転速度に基づいて所望の回転速度指令と回転速度の偏差が零となるような交流回転機の駆動電力を算出するような構成の場合、推定回転位置が回転位置と90度以上の誤差である時に算出される駆動電力は所望の駆動電力と逆符号となり収束せず、逆トルクが継続される結果となる。
従って、このような場合に駆動電力を制限することによって、逆トルクを解消することは、逆トルクを継続する要因である正帰還を断ち切ることとなり、さらなる効果を有する。
そこで、本実施の形態7では、推定回転速度に基づいて交流回転機の駆動電流を算出する駆動電流演算手段を備えた交流回転機の制御装置において、センサレス制御に切り替わる時の逆トルクを解消し、或いは過電流を防止する手法について説明する。
 図17は本発明の実施の形態7における交流回転機の制御装置の全体構成を示す図であり、実施の形態1乃至6と同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものである。
回転速度演算手段32は制御角θcを微分し、制御速度wcとして駆動電流演算手段33に出力する。
即ち、異常判定信号が正常を示している場合は、制御速度wcは回転位置センサ2が出力する回転位置信号に基づく速度であり、異常判定信号が異常を示している場合は、回転位置推定手段9が出力する推定回転位置θeに基づく推定速度であり、制御速度wcは交流回転機1の回転速度を表す。
駆動電流演算手段33は回転速度指令w*と制御速度wcに基づいて、制御速度wcが回転速度指令w*と一致するようなd-q軸上の電流指令idq1*を算出する。
具体的には、回転速度指令w*と制御速度wcの偏差に所定のゲインを乗算し、積分した値をd-q軸上の電流指令idq1*とする公知の積分制御を適用する。
尚、制御速度wcが回転速度指令w*と一致するようなd-q軸上の電流指令idq1*の演算に他の手法を適用してもよい。
 以上のように、推定回転速度に基づいて交流回転機の駆動電流を算出する駆動電流演算手段を備えた交流回転機の制御装置において、センサレス制御に切り替わる時の逆トルクを解消し、或いは過電流を防止することができる。
ここで、センサレス制御に切り替わった直度に、推定回転位置と交流回転機の実際の回転位置との誤差が90度以上である場合、駆動電流演算手段によって算出されたd-q軸上の電流指令idq1*は実際の交流回転機のd-q軸に対して所望の方向と逆方向に供給され、逆トルクが生じる。
即ち、制御速度wcは回転速度指令w*と逆方向となり、回転速度指令w*と制御速度wcの偏差は大きくなる。
その結果、駆動電流演算手段33が演算するd-q軸上の電流指令idq1*はさらに大きな値となり、逆トルクがさらに増幅する。
以下同様に、逆トルクが大きくなることによって回転速度指令w*と制御速度wcの偏差はより大きく、逆トルクはより増大するといった負の連鎖が生じる。
従って、推定回転速度に基づいて交流回転機の駆動電流を算出する駆動電流演算手段を備えた交流回転機の制御装置において、センサレス制御に切り替わる時の逆トルクを解消することは、センサレス制御に切り替わった直度に、推定回転位置と交流回転機の実際の回転位置との誤差が90度以上である場合の、駆動電流演算手段33による逆トルクの増幅を解消することができ、より顕著な効果を有する。
 本発明の実施の形態7における交流回転機の制御装置は、交流回転機と、前記交流回転機の回転位置を検出する回転位置センサと、前記回転位置センサの異常が所定の判定時間継続して検出された場合に前記回転位置センサを異常と判定するセンサ異常検出手段と、前記回転位置センサが異常と判定された場合に前記交流回転機の推定回転位置を算出する回転位置推定手段と、前記交流回転機を駆動するために供給する駆動電力を制限する電力制限手段と、前記センサ異常判定手段が前記回転位置センサを異常と判定している場合には前記推定回転位置に基づいて、前記電力制限手段に制限された前記駆動電力に前記回転位置推定手段が回転位置を推定するために供給する回転位置推定電力を加えた電力を前記交流回転機に供給する電力供給手段と、を備え、前記電力制限手段は前記センサ異常判定手段が異常を検出してから異常と判定するまでに前記駆動電力の制限を開始し、少なくとも前記推定回転位置の推定誤差が所定範囲内に収まるための所定時間、前記駆動電力を制限することを特徴としており、前記交流回転機の制御装置は前記駆動電力を算出する駆動電力演算手段と、前記交流回転機の回転速度を算出する回転速度演算手段を備え、前記駆動電力演算手段は前記回転速度に基づいて前記駆動電力を算出するよう構成しており、センサレス制御に切り替わった直度に、推定回転位置と交流回転機の実際の回転位置との誤差が90度以上である場合、駆動電流演算手段により交流回転機の所望のトルクとは逆方向に作用する逆トルクはさらに増幅されるため、異常発生前後で交流回転機に同様に求められるトルクの大きさを敢えて減少させながらも、その減少させる期間を最短にしつつ、交流回転機の所望のトルクとは逆方向に作用する逆トルクを解消し、或いは過電流による交流回転機、及び交流回転機の駆動回路の故障を防止することは、より顕著な効果を奏する。
 尚、本実施の形態7では、推定回転速度に基づいて交流回転機の駆動電流を算出する駆動電流演算手段を備えた構成としたが、回転速度に応じた他の状態量に基づいて駆動電流を算出するように構成してもよい。
即ち、駆動電力演算手段は前記交流回転機の回転速度に応じた状態量に基づいて前記駆動電力を算出するよう構成してもよく、同様の効果を得ることができる。
例えば、交流回転機1の出力トルクをギア・伝達軸を介して負荷装置に伝達するような構成において、負荷装置側の回転速度wLを検出し、駆動電流演算手段は回転速度指令wL*と回転速度wLに基づいて、回転速度wLが回転速度指令wL*と一致するようなd-q軸上の電流指令idq1*を算出する構成としてもよい。
実施の形態8.
 前記実施の形態では交流回転機の制御装置について説明したが、該交流回転機の制御装置によって操舵トルクを補助するトルクを発生させるようにして電動パワーステアリング装置を構成するようにしてもよい。
電動パワーステアリング装置は、その用途から高い安全性・信頼性が要求される。
近年、電動パワーステアリング装置が備える交流回転機の高出力化が進み、小型・中型車両のみならず、重量の大きい大型車両においても電動パワーステアリング装置の搭載が促進されており、電動パワーステアリング装置の交流回転機の出力トルクは増大傾向にある。
大型車両に搭載された電動パワーステアリング装置において交流回転機が急停止したり、或いは高出力の交流回転機を搭載した場合において所望の補助トルクと逆方向に作用する逆トルクとなった場合、そのトルクが大きいために運転者の違和感はさらに増大し、その機能性は著しく低下する。
 さらに、一般的な電動パワーステアリング装置の場合、交流回転機の補助トルクは、その方向は操舵トルクと同一であり、運転者の操舵トルクが大きいほど大きくなるので、運転者がハンドルを切り増している場合にこのような逆トルクが発生した場合、逆トルクにより運転者のハンドルを切り増すための操舵トルクはさらに増大し、その結果さらに補助トルクが大きくなるため、逆トルクが増大して運転者が違和感を覚えるような状態が継続されるという負の連鎖を生む。
従って、回転位置センサに異常が発生し、推定回転位置によって交流回転機を制御するセンサレス制御へ移行する時の逆トルクを軽減する、或いは過電流による交流回転機、及び交流回転機の駆動回路の故障を防止して交流回転機の駆動を継続する実施の形態1に示した交流回転機の制御装置を電動パワーステアリング装置に適用した場合、その効果はより顕著なものとなる。
 図18は本発明の実施の形態8における電動パワーステアリング装置の全体構成を示す図であり、前記実施の形態1と同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものである。
運転手は、ハンドル34を左右に回転させて前輪35の操舵を行う。
ギア36は交流回転機1の出力トルクを伝達軸37に伝達する。
伝達軸37は伝達された交流回転機1の出力トルクをハンドル34及び前輪35に伝達し、運転者の操舵を補助する。
トルク検出手段7fはハンドル34とギア36の間の伝達軸37に作用する軸トルクを出力トルクTmとして検出し、出力トルクTmを回転位置推定手段9f、駆動電流演算手段33fに出力する。
 駆動電流演算手段33fは出力トルクTmに基づいて、運転者の操舵を補助するような交流回転機1に供給されるd-q軸上の電流指令idq1*を算出する。
図19に回転位置推定手段9fの内部構成を示す。
回転位置推定手段9fの推定誤差演算手段17fにおける位置誤差推定器21fは積分器20が出力する前記積分値Zdを前記積分値Zqで除算したものの逆正接より演算した位置から所定値θ0を減算し、回転位置推定誤差Δθとして出力する。
回転位置推定手段9fは本発明の実施の形態1における回転位置推定手段9と所定値θ0を減算するという点でのみ異なる。
ここで、前記実施の形態1における交流回転機の制御装置では、トルク検出手段7は交流回転機1の出力軸上で直接出力トルクを検出していたが、本実施の形態3における電動パワーステアリング装置の構成によると、トルク検出手段7fが検出する出力トルクは交流回転機の出力軸上のトルクとトルクの周波数に依存した所定の位相差が存在するといった問題がある。
従って、位置誤差推定器21fにおいて該位相差に相当する所定値θ0として減算することによって、該位相差を加味した推定回転位置θeを算出している。
尚、電力供給手段10において重畳する前記d-q軸上の高周波電流Aid、Aiqの周波数は運転手の操舵トルクThの周波数よりも十分高い所定値とする。
 このような構成によって、回転位置推定手段9fはトルク検出手段7fが検出する出力トルクTmに基づいて回転位置θを算出することが可能となり、電動パワーステアリング装置は位置センサを用いることなく交流回転機1の全動作域で安定した運転手の操舵補助を行うことができる。
 以下に上記構成にて回転位置推定手段9fにおける推定誤差演算手段17fが回転位置推定誤差Δθを算出する原理を説明する。
図20は、交流回転機1、ハンドル34、伝達軸37に加わるトルクの関係を機械的に等価な構造によって表したものであり、図におけるJm、Jhはそれぞれ交流回転機1、ハンドル34の慣性モーメントを、C、Kは伝達軸37の減衰係数、バネ定数を、Tm0、Thはそれぞれ交流回転機1の出力軸上の交流回転機1の出力トルク、運転者の操舵トルクを、Gはギア36のギア比を表す。
図が示すように、出力トルクTm、Tm0、操舵トルクThの関係は数11となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
 ここで、電力供給手段10aにて重畳するd-q軸上の高周波電流Aid、Aiqの周波数は操舵トルクThの周波数よりも十分高い値であるので、出力トルクTm0の角周波数wh成分を出力トルク高周波Tmhf0として、数11を角周波数wh成分についてのみ表すと数12となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
 数12におけるG、Jm、C、Kはギア36、交流回転機1、伝達軸37の機械的特性を表す定数であるので、出力トルク高周波Tmhf0とTmhfの位相差はd-q軸上の高周波電流Aid、Aiqの周波数のみに依存することが判る。
ここで、d-q軸上の高周波電流Aid、Aiqの周波数は所定値であるので、出力トルク高周波Tmhf0とTmhfは所定の位相差θ0となる。
つまり、交流回転機1の出力軸、即ち交流回転機1の実際のd-q軸を表す前記出力トルク高周波Tmhf0とトルク検出手段7fが検出する出力トルクTmの高周波成分である高周波出力トルクTmhf、及びd-q軸上の高周波電流Aid、Aiqが供給される推定d-q軸との位相関係は図21のように表すことができる。
従って、推定誤差演算手段17fにおける位置誤差推定器21fでは、まず前記実施の形態における位置誤差推定器21と同様の手法によって、高周波出力トルクTmhfと前記q軸上の高周波電流Aiqとの位相差を演算し、所定の位相差θ0を減算することによって実際のd-q軸と推定d-q軸との位相差である回転位置推定誤差Δθを得ることができる。
 このように、トルク検出手段7fが検出する出力トルクが交流回転機1の出力軸上の出力トルクと所定の位相差がある場合であっても、回転位置推定手段9fは位置誤差推定器21により積分器20の出力それぞれの関係から逆正接関数により算出した位置に所定の位相差を減算することによって回転位置推定誤差Δθを算出することができ、推定回転位置θeを算出することが可能となる。
 続いて、駆動電流演算手段33fが、運転者の操舵を補助するような交流回転機1に供給されるd-q軸上の電流指令idq1*を算出する方法について説明する。
一般的な電動パワーステアリング装置では運転者の操舵トルクが大きいほど、交流回転機1の補助トルクが大きくなるように設定される。
即ち、運転者の操舵トルクThは数13に示すように表すことができる。
ここで、数13における、Kaは電動パワーステアリング装置に要求される補助トルクに基づいて設定される所定値である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
 数13を数11に代入すると、数14となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000014
 即ち、トルク検出手段7fが出力する出力トルクTmは操舵トルクThと相関のある値とみなすことができる。
従って、駆動電流演算手段33は交流回転機1の出力トルクが数15となるように、数16に示すようなd-q軸上の電流指令idq1*を算出する。
ここで、数15におけるKa’はKaと電動パワーステアリング装置に要求される補助トルクに基づいて設定される所定値であり、数16におけるKtは交流回転機1のトルク定数を表す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000015
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000016
 このように、駆動電流演算手段33fは、交流回転機1の出力トルクが、方向は操舵トルクと同一であり、運転者の操舵トルクが大きいほど大きくなるような、電動パワーステアリング装置に適したd-q軸上の電流指令idq1*を算出することができる。
また、電流制限手段6は実施の形態1における電流制限手段6と同様の構成によって、d-q軸上の電流指令idq1*を制限することによって、センサレス制御移行時の逆トルクを解消し、過電流を防止することができる。
d-q軸電流制限値idqlimは、時間と共に次第に増加するように設定され、最終的には定格電流に到達する。
従って、交流回転機1のトルク急変が発生することはなく、トルク急変による交流回転機の負荷装置への衝撃、交流回転機1及び負荷装置の共振、ハンチングといった問題を防ぐことができる。
ただし、その傾きが緩やかな場合、交流回転機1に本来要求されるトルクへの復帰が遅れるため、傾きは交流回転機1の用途に応じて設計するとよい。
 このように、該電流制限手段6によると、d-q軸上の電流指令idq1*を制限することによって、回転位置センサ2に異常が発生し、電力供給手段10aが推定回転位置θeによって交流回転機に電力を供給するセンサレス制御に切り換わる時の逆トルクを軽減し、或いは過電流を防止することができる。
つまり、電流制限手段6によってd-q軸上の電流指令idq1*を制限することによって、回転位置センサ2に異常が発生し、電力供給手段10aが推定回転位置θeによって交流回転機に電力を供給するセンサレス制御に切り換わる時の逆トルクを軽減し、或いは過電流を防止した電動パワーステアリング装置を得ることが可能である。
 即ち、本実施の形態8における電動パワーステアリング装置は、交流回転機と、前記交流回転機の回転位置を検出する回転位置センサと、前記回転位置センサの異常が所定の判定時間継続して検出された場合に前記回転位置センサを異常と判定するセンサ異常検出手段と、前記回転位置センサが異常と判定された場合に前記交流回転機の推定回転位置を算出する回転位置推定手段と、前記交流回転機を駆動するために供給する駆動電力を制限する電力制限手段と、前記センサ異常判定手段が前記回転位置センサを異常と判定している場合には前記推定回転位置に基づいて、前記電力制限手段に制限された前記駆動電力に前記回転位置推定手段が回転位置を推定するために供給する回転位置推定電力を加えた電力を前記交流回転機に供給する電力供給手段と、を備えた交流回転機の制御装置により構成され、記電力制限手段は前記センサ異常判定手段が異常を検出してから異常と判定するまでに前記駆動電力の制限を開始し、少なくとも前記推定回転位置の推定誤差が所定範囲内に収まるための所定時間、前記駆動電力を制限することを特徴としている。
 電動パワーステアリング装置では、交流回転機の所望のトルクとは逆方向に作用する逆トルクは運転者に違和感を与え、その機能性を著しく低下させるため、異常発生前後で交流回転機に同様に求められるトルクの大きさを敢えて減少させながらも、その減少させる期間を最短にしつつ、交流回転機の所望のトルクとは逆方向に作用する逆トルクを解消することができ、或いは過電流による交流回転機、及び交流回転機の駆動回路の故障を防止することはより顕著な効果を奏する。
さらに、前記電力制限手段は交流回転機に供給される電流が零となるように前記駆動電力を制限するよう構成したので、誤差の大きな推定位置と大きな電流による逆トルクおよび過電流となるような大電流を最小限に抑制することができる。
 さらに、電動パワーステアリング装置の場合、交流回転機1が出力するトルクは数15に示すように、その方向は操舵トルクと同一であり、運転者の操舵トルクが大きいほど大きくなるように設定されるので、運転者がハンドル34を切り増している場合にこのような逆トルクが発生した場合、逆トルクにより運転者のハンドル34を切り増すための操舵トルクはさらに増幅し、その結果さらに補助トルクが大きくなるため、逆トルクが増大して運転者が違和感が大きくなり、その状態が継続されるという負の連鎖を生む。
電流制御手段6によって、逆トルクを軽減するようにd-q軸上の電流指令idq1*を制限した場合、その効果はより顕著なものとなる。
 即ち、該電動パワーステアリング装置は、前記駆動電力を算出する駆動電力演算手段を備えた前記交流回転機の制御装置と、ハンドルに加えられた操舵トルクを検出するトルク検出手段を備え、前記駆動電力演算手段は前記交流回転機の出力トルクに応じた状態量である前記操舵トルクに基づいて、前記駆動電力を算出するよう構成しており、センサレス制御に切り替わった直度に、推定回転位置と交流回転機の実際の回転位置との誤差が90度以上である場合、駆動電流演算手段により交流回転機の所望のトルクとは逆方向に作用する逆トルクはさらに増幅されるため、異常発生前後で交流回転機に同様に求められるトルクの大きさを敢えて減少させながらも、その減少させる期間を最短にしつつ、交流回転機の所望のトルクとは逆方向に作用する逆トルクを解消し、或いは過電流による交流回転機、及び交流回転機の駆動回路の故障を防止することは、より顕著な効果を奏する。
 さらに、電動パワーステアリング装置の場合、交流回転機1の出力トルクが急増すると、加えていた操舵トルクが突然減少する。
このような操舵トルクの突然の減少が走行中に発生した場合、運転者が車両を意図した操舵する際の妨げとなり、運転者は違和感を覚える。
従って、電流制限手段6においてd-q軸上の電流指令idq1*を制限するための制限値であるd-q軸電流制限値idqlimを時刻t2から時間と共に次第に増加するように設定した場合、電動パワーステアリング装置においてその効果はより顕著なものとなる。
 尚、本実施の形態8では、回転位置推定手段9fは交流回転機1に高周波電流を供給した際の出力トルクTmに対する応答に基づいて推定回転位置θeを算出したが、推定回転位置θeは他の手法によって算出するようにしてもよく、その方法は問わない。
また、時刻t2は回転位置推定手段9が算出する推定回転位置θeの実際の回転位置との誤差が90度以下に収まるために十分な時刻とし、所定時間Δt12を(回転位置推定を開始してから誤差90度以内に収束させる時間)より構成したが、時刻t2を回転位置推定手段9が算出する推定回転位置θeの実際の回転位置との誤差が任意の所定誤差以下に収まるために十分な時刻とし、所定時間Δt12を(回転位置推定を開始してから任意の所定誤差以内に収束させる時間)より構成してもよい。
 交流回転機1のトルクは制御角θcの誤差が90度以下の場合はその誤差が大きくなればなるほど所望のトルクより小さくなり、誤差が90~180度の場合はその誤差が大きくなればなるほど所望のトルクと反対方向の逆トルクが大きくなる。
従って、逆トルクのみならず、トルクの減少も許容できない場合は、許容できないトルクとなる制御角θcと実際の回転位置の誤差に応じて所定誤差を定めればよい。
また、ある程度の逆トルクが許容される場合は、許容可能な逆トルクとなる制御角θcと実際の回転位置の誤差に応じて所定誤差を定めればよい。
この場合、(回転位置推定を開始してから所定誤差以内に収束させる時間)は回転位置推定手段9fが回転位置信号に基づき推定回転位置θeの演算を開始してから推定回転位置θeと回転位置との誤差が所定誤差以内に収束するために必要な最長時間であり、回転位置推定手段9fが推定回転位置θeの演算を開始する時の推定回転位置θeと実際の交流回転機の回転位置誤差が180度である最悪のケースを想定して、推定回転位置θeの誤差が所定誤差まで低下する時間を予め測定、あるいは算出しておけばよい。
 また、電流制限手段6におけるd-q軸上の電流指令idq1*を制限するための制限値であるd-q軸電流制限値idqlimを時刻t2から時間と共に次第に増加するように設定したが、トルク急変による影響が問題とならず、トルクをできるだけ早く復帰させたいような場合はd-q軸電流制限値idqlimを時刻t2から急峻に増加するように設定してもよい。
また、電流制限手段6におけるd-q軸上の電流指令idq1*を制限するための制限値であるd-q軸電流制限値idqlimを零とする所定時間Δt12を構成する(回転位置推定電力を供給してから推定回転位置算出までの時間)、及び(回転位置推定を開始してから誤差90度以内に収束させる時間)はそれぞれ取りうる最長時間を設定したが、条件に応じて該条件における最長時間を設定時間として切り替えるように構成してもよい。本実施の形態8におけるd-q軸電流制限値idqlimを零とする所定時間Δt12の場合、所定時間Δt12を構成する(回転位置推定電力を供給してから推定回転位置算出までの時間)は、例えばトルク検出手段の温度特性に応じて変動しうる。
従って、例えばトルク検出手段の温度を検出し、温度に応じて該温度における(回転位置推定電力を供給してから推定回転位置算出までの時間)の最長時間を設定時間として切り替えるとよい。
 また、電流制限手段6におけるd-q軸上の電流指令idq1*を制限するための制限値であるd-q軸電流制限値idqlimを図4に示す設定としたが、図5に示すように、時刻t0からt1の間に零に制限するような設定としてもよい。
この場合、センサ異常判定手段3は回転位置センサの異常有無だけでなく、回転位置センサ2の異常検出状態、具体的には回転位置センサ2の異常検出の継続時間を出力する必要がある。このように、時刻t0からt1の間に零に制限することによって、回転位置センサ2に異常が発生してから、センサ異常反転手段が回転位置センサ2を異常と判定するまでの期間の逆トルク、及び過電流を軽減することができる。
ただし、前述の通りセンサ異常判定手段3は回転位置センサ2の異常を検出しているが、実際に回転位置センサ2は異常ではない場合には、回転位置センサ2に異常がないにも関わらず、交流回転機に供給される電流が変動し、トルク変動を生むこととなる。
 また、電流制限手段6におけるd-q軸上の電流指令idq1*を制限するための制限値であるd-q軸電流制限値idqlimを図6に示すように制限開始時に時間とともに次第に減少していくように設定してもよい。
電動パワーステアリング装置の場合、交流回転機1の出力トルクが急減すると、加えていた操舵トルクが突然増加する。
このような操舵トルクの突然の増加が走行中に発生した場合、運転者が車両を意図した操舵する際の妨げとなり、運転者の覚える違和感は増々大きなものとなる。
従って、電流制限手段6においてd-q軸上の電流指令idq1*を制限するための制限値であるd-q軸電流制限値idqlimを時刻t2から時間と共に次第に減少するように設定した場合、電動パワーステアリング装置においてその効果はより顕著なものとなる。ただし、制御角の実際の交流回転機の回転位置に対する誤差が大きい場合は、減少させる傾きが緩やかであるほど逆トルクが大きくなる。
 また、電流制限手段6におけるd-q軸上の電流指令idq1*を制限するための制限値であるd-q軸電流制限値idqlimを図7に示すように零以外の値に制限されるように設定してもよい。
例えば、センサレス制御移行時の大電流により故障に至ることがないような性能を有する交流回転機、及び交流回転機の駆動装置を備えた電動パワーステアリング装置の場合、d-q軸電流制限値idqlimの下限値を交流回転機の定格電流の10%以下に設定してもよい。
即ち、該電力制限手段は交流回転機に供給される電流が交流回転機の定格電流の10%以下となるように前記駆動電力を制限するように構成してもよい。
一般的な電動パワーステアリング装置では、前述の通り操舵トルクが増大するほど交流回転機が出力する補助トルクは増大し、操舵トルクが5Nm程度で交流回転機の定格トルクに達し、補助トルクが上限値に達する。
即ち、操舵トルク5Nmにおいて交流回転機の定格電流に相当する補助トルクが必要であるということであり、換言すると、操舵トルク5Nmは人間が快適に操舵可能な上限値であるといえる。
従って、5Nm以下の逆トルクであれば、人間は走行に支障なく意図した通りに車両を操舵すること可能であり、この値は一般的な電動パワーステアリング装置における交流回転機の定格トルクの10%以下に相当する。
 センサレス制御への移行時に交流回転機に供給する電力を制限することは、その間の制御角の実際の交流回転機の回転位置に対する誤差が大きい場合は、逆トルクを低減し、過電流を防止できる一方で、制御角の誤差が小さい場合は、本来交流回転機に供給されるべき電力が制限されるため、その機能性が低下するといったトレードオフの関係を持つ。
従って、電動パワーステアリング装置において、d-q軸電流制限値idqlimの下限値を交流回転機の定格電流の10%に設定することによって、センサレス制御への移行時に、制御角の実際の交流回転機の回転位置に対する誤差が大きい場合の逆トルクを許容範囲内に抑えることができ、かつ制御角の誤差が小さい場合の、補助トルクの低下を最低限に抑えることができるという最適な機能性を得ることができる。
 また、電流制限手段6によりd-q軸上の電流指令idq1*を制限することによって、交流回転機1の逆トルク及び過電流を防止するようにしたが、交流回転機に対して回転、或いは静止した任意の座標軸の電流指令を制限するようにしてもよいし、或いは交流回転機に対して静止した座標系上のU、V、W各相の電流指令をそれぞれ制限するようにしてもよく、背電流制限手段において制限する電流指令がどの座標軸のものであるかは問わない。この場合、本実施の形態1における電流制限手段6による電流指令制限手法と同様に各座標軸上の電流を制限することによって、どの座標軸上の電流指令を制限した場合であっても逆トルク及び過電流を防止することができ、同様の効果を得ることができる。ただし、回転位置推定電力は電流制限手段により制限された電流に対して加算する必要がある。
また、図18について電動パワーステアリングを例に説明したが、ハンドル34は、ハンドル以外の慣性モーメントに置き換えても良く、電動パワーステアリング以外の所謂2慣性系として知られている制御装置であっても同様の効果を得ることができることは言うまでもない。
 なお、この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
 1 交流回転機、2 回転位置センサ、2a 信号線、
3 センサ異常判定手段、4 回転位置演算手段、5 切換器、
6 電流制限手段、7 トルク検出手段、
8回転位置推定電力発生器、9 回転位置推定手段、
10 電力供給手段、11 高周波重畳器、12 電流制御器、
13 座標変換器、14 電力変換器、15 電流検出器、
16 バンドパスフィルタ、17 推定誤差演算手段、
18 推定誤差制御手段、19 乗算器、20 積分器、
21 位置誤差推定器、22 PI制御器、23 パルス幅変調制御器、
24 インバータ、25 初期回転位置推定電力発生器、
26 初期回転位置推定手段、27 ゲート信号生成器、
28 電力制限手段、29 誘起電圧推定手段、30 位置切換器、
31 速度推定器、32 回転速度演算手段、
33 駆動電流演算手段、34 ハンドル、35 前輪、36 ギア、
37 伝達軸、38~43 半導体スイッチ、44 直流電圧源。
 

Claims (17)

  1. 交流回転機と、
    前記交流回転機の回転位置を検出する回転位置センサと、
    前記回転位置センサの異常を判定するセンサ異常判定手段と、
    前記回転位置センサが異常と判定された場合に前記交流回転機の推定回転位置を算出する回転位置推定手段と、
    前記交流回転機を駆動するために供給する駆動電力を制限する電力制限手段と、
    前記センサ異常判定手段が前記回転位置センサを異常と判定している場合には前記推定回転位置に基づいて、前記電力制限手段に制限された前記駆動電力に前記回転位置推定手段が回転位置を推定するために供給する回転位置推定電力を加えた電力を前記交流回転機に供給する電力供給手段と、を備え、
    前記電力制限手段は少なくとも前記センサ異常判定手段が異常と判定してから前記推定回転位置の推定誤差が所定範囲内に収まるための所定時間、前記駆動電力を制限することを特徴とする交流回転機の制御装置。
  2. 交流回転機と、
    前記交流回転機の回転位置を検出する回転位置センサと、
    前記回転位置センサの異常が所定の判定時間継続して検出された場合に前記回転位置センサを異常と判定するセンサ異常判定手段と、
    前記回転位置センサが異常と判定された場合に前記交流回転機の推定回転位置を算出する回転位置推定手段と、
    前記交流回転機を駆動するために供給する駆動電力を制限する電力制限手段と、
    前記センサ異常判定手段が前記回転位置センサを異常と判定している場合には前記推定回転位置に基づいて、前記電力制限手段に制限された前記駆動電力に前記回転位置推定手段が回転位置を推定するために供給する回転位置推定電力を加えた電力を前記交流回転機に供給する電力供給手段と、を備え、
    前記電力制限手段は前記センサ異常判定手段が異常を検出してから異常と判定するまでに前記駆動電力の制限を開始し、少なくとも前記推定回転位置の推定誤差が所定範囲内に収まるための所定時間、前記駆動電力を制限することを特徴とする交流回転機の制御装置。
  3.  前記交流回転機の出力トルクを検出するトルク検出手段を備え、
    前記回転位置推定電力は高周波電力であり、
    前記回転位置推定手段は前記出力トルクに含まれる高周波成分と、前記高周波電力に対応する高周波成分とに基づいて、前記推定回転位置を算出する
    ことを特徴とする請求項1または2に記載の交流回転機の制御装置。
  4.  前記交流回転機は突極性を有し、
    前記交流回転機の検出電流を取得する電流検出手段を備え、
    前記回転位置推定電力は高周波電力であり、
    前記回転位置推定手段は前記検出電流に含まれる高周波成分に基づいて、前記推定回転位置を算出する
    ことを特徴とする請求項1または2に記載の交流回転機の制御装置。
  5.  前記交流回転機の検出電流を取得する電流検出手段を備え、
    前記回転位置推定電力は前記交流回転機の巻線が磁気飽和するような電力であり、
    前記回転位置推定手段は前記交流回転機の電圧と電流の関係に基づいて前記推定回転位置を算出する
    ことを特徴とする請求項1または2に記載の交流回転機の制御装置。
  6.  前記交流回転機の検出電流を取得する電流検出手段を備え、
    前記回転位置推定電力は前記交流回転機の巻線を短絡させる電圧であり、
    前記回転位置推定手段は前記検出電流に基づいて前記推定回転位置を算出する
    ことを特徴とする請求項1または2に記載の交流回転機の制御装置。
  7.  交流回転機と、
    前記交流回転機の回転位置を検出する回転位置センサと、
    前記回転位置センサの異常を判定するセンサ異常判定手段と、
    前記回転位置センサが異常と判定された場合に前記交流回転機の推定回転位置を算出する回転位置推定手段と、
    前記交流回転機を駆動するために供給する駆動電力を制限する電力制限手段と、
    前記交流回転機の誘起電圧を取得する誘起電圧取得手段と、
    前記センサ異常判定手段が前記回転位置センサを異常と判定している場合には前記推定回転位置に基づいて、前記電力制限手段に制限された前記駆動電力を前記交流回転機に供給する電力供給手段と、を備え、
    前記電力制限手段は前記センサ異常判定手段が異常と判定してから少なくとも前記交流回転機の前記誘起電圧が所定値以下となるまで前記駆動電力を制限する
    ことを特徴とする交流回転機の制御装置。
  8.  交流回転機と、
    前記交流回転機の回転位置を検出する回転位置センサと、
    前記回転位置センサの異常が所定の判定時間継続して検出された場合に前記回転位置センサを異常と判定するセンサ異常判定手段と、
    前記回転位置センサが異常と判定された場合に前記交流回転機の推定回転位置を算出する回転位置推定手段と、
    前記交流回転機を駆動するために供給する駆動電力を制限する電力制限手段と、
    前記交流回転機の誘起電圧を取得する誘起電圧取得手段と、
    前記センサ異常判定手段が前記回転位置センサを異常と判定している場合には前記推定回転位置に基づいて、前記電力制限手段に制限された前記駆動電力を前記交流回転機に供給する電力供給手段と、
    前記電力制限手段は前記センサ異常判定手段が異常を検出してから異常と判定するまでに前記駆動電力の制限を開始し、
    少なくとも前記交流回転機の前記誘起電圧が所定値以下となるまで前記駆動電力を制限する
    ことを特徴とする交流回転機の制御装置。
  9.  前記電力制限手段は前記駆動電力を制限する所定の値まで急峻に減少するよう制限することを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載の交流回転機の制御装置。
  10.  前記電力制限手段は前記駆動電力を制限する所定の値まで時間と共に次第に減少するよう制限する
    ことを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載の交流回転機の制御装置。
  11.  前記電力制限手段は、前記駆動電力を制限する所定の値から時間と共に次第に増加するよう制限する
    ことを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載の交流回転機の制御装置。
  12.  前記電力制限手段は交流回転機に供給される電流が零となるように前記駆動電力を制限する
    ことを特徴とする請求項1から11のいずれか1項に記載の交流回転機の制御装置。
  13.  前記駆動電力を算出する駆動電力演算手段を備え、
    前記駆動電力演算手段は前記交流回転機の回転速度に応じた状態量、または出力トルクに応じた状態量の少なくとも一方に基づいて前記駆動電力を算出する
    ことを特徴とする請求項1から12のいずれか1項に記載の交流回転機の制御装置。
  14.  前記交流回転機の回転速度を算出する回転速度演算手段を備え、
    前記駆動電力演算手段は前記回転速度に基づいて前記駆動電力を算出する
    ことを特徴とする請求項12に記載の交流回転機の制御装置。
  15.  ハンドルに加えられた操舵トルクを検出するトルク検出手段と、
    請求項13に記載の交流回転機の制御装置を備えた電動パワーステアリング装置であって、
    前記駆動電力演算手段は前記操舵トルクに基づいて前記駆動電力を算出する
    ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
  16.  請求項1から14のいずれか1項に記載の交流回転機の制御装置を備えた電動パワーステアリング装置。
  17.  前記電力制限手段は交流回転機に供給される電流が前記交流回転機の定格電流の10%以下となるように前記駆動電力を制限する
    ことを特徴とする請求項15または16に記載の電動パワーステアリング装置。
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