WO2022137650A1 - モータ制御装置およびモータ制御方法 - Google Patents

Abstract

位置センサレス運転が可能なモータ制御装置において、同期運転モードから位置センサレス運転モードへの切替時に発生する切替ショックを低減可能な、信頼性の高いモータ制御装置を提供する。永久磁石モータの駆動を制御する制御部と、直流電源から供給される直流電力を三相電力に変換し、前記永久磁石モータに供給する電力変換器と、前記電力変換器から前記永久磁石モータに流れる三相電流を検出する電流検出器と、を備え、前記制御部は、周波数指令値を目標値として、前記電力変換器を介して前記永久磁石モータをベクトル制御する電流制御部と、周波数推定値を積分して求めた回転位相推定値と前記永久磁石モータの回転位相値との偏差である軸誤差を推定する軸誤差推定部と、を備え、前記制御部は、前記周波数指令値を積分して求めた回転位相値に前記永久磁石モータを同期させて駆動する同期運転モードと、前記軸誤差推定部により推定した軸誤差推定値が軸誤差指令値に一致するように制御する位置センサレス運転モードと、を有し、前記同期運転モードから前記位置センサレス運転モードへ切替後の前記軸誤差推定値が所定範囲以内となるまで、ｄｃ軸電流指令値を所定値以上の値に保持することを特徴とする。

Description

モータ制御装置およびモータ制御方法

　本発明は、モータの駆動を制御するモータ制御装置の構成とその制御方法に係り、特に、車載電動オイルポンプ用モータなどスムーズな運転モード切替えが要求されるモータの制御に適用して有効な技術に関する。

　油圧で制御する従来のトランスミッションポンプはエンジンから動力を得ているため、エンジンの効率低下つまり燃費に影響を与える要因となる。一方、アイドリングストップ車や電気自動車の普及に伴い、モータで作動する電動オイルポンプが広く採用されつつある。電動オイルポンプは、例えばアイドリングストップ車のエンジン停止時におけるAT／CVT（Automatic Transmission／Continuously Variable Transmission）の油圧保持や潤滑用途などに使用されており、環境性能や燃費性能の向上に貢献している。

　電動オイルポンプ用モータには、一般に永久磁石モータが使用されており、小型・軽量化、低コスト化のため、位置センサを用いない位置センサレス制御が採用されている。

　しかしながら、永久磁石モータの位置センサレス制御装置においては、停止・低速域では誘起電圧が小さく、誘起電圧に基づいて回転子位置を検出または推定する技術は感度が低下して適用が難しくなる。

　そこで、停止から低速域では、先ず、モータに所定振幅の電流を流しながら、周波数指令値と周波数指令値を積分して得られる回転位相値を与えることにより、永久磁石モータの周波数が周波数指令値に追従するように制御し、永久磁石モータの誘起電圧に基づいて回転子位置を検出または推定できる周波数まで加速（「同期運転モード」と呼ぶ）する。次に、制御の出力である電圧指令値、電流検出値、及び周波数推定値を用いて軸誤差の推定演算を行い、この推定値が軸誤差の指令値に一致するように制御するモード（「位置センサレス運転モード」と呼ぶ）に切替える方法が知られている。

　この方法では、「同期運転モード」と「位置センサレス運転モード」とを切換える際に、モータの回転位相の急変や、切替えの前後でモータ出力トルクの連続性が保たれない場合には、切替え直後にモータ電流や回転速度が変動して切替ショックが生じる。

　この切替ショックを抑える技術は、例えば、特許文献１に、同期運転モードの電圧指令値と電流検出値から軸誤差を演算し、切替え時の負荷トルクを推定する方法が開示されている。

特許第４７２９３５６号公報

　上記特許文献１の技術では、運転モードの切替前の負荷トルクを推定し、切替後の電流指令を負荷トルクに合わせて設定することができるが、負荷トルク推定値が負荷トルクに対してずれている場合には、出力トルクの連続性が保たれず切替ショックが発生する。

　そこで、本発明の目的は、位置センサレス運転が可能なモータ制御装置において、同期運転モードから位置センサレス運転モードへの切替時に発生する切替ショックを低減可能な、信頼性の高いモータ制御装置及びその制御方法を提供することにある。

　上記課題を解決するために、本発明は、永久磁石モータの駆動を制御する制御部と、直流電源から供給される直流電力を三相電力に変換し、前記永久磁石モータに供給する電力変換器と、前記電力変換器から前記永久磁石モータに流れる三相電流を検出する電流検出器と、を備え、前記制御部は、周波数指令値を目標値として、前記電力変換器を介して前記永久磁石モータをベクトル制御する電流制御部と、周波数推定値を積分して求めた回転位相推定値と前記永久磁石モータの回転位相値との偏差である軸誤差を推定する軸誤差推定部と、を備え、前記制御部は、前記周波数指令値を積分して求めた回転位相値に前記永久磁石モータを同期させて駆動する同期運転モードと、前記軸誤差推定部により推定した軸誤差推定値が軸誤差指令値に一致するように制御する位置センサレス運転モードと、を有し、前記同期運転モードから前記位置センサレス運転モードへ切替後の前記軸誤差推定値が所定範囲以内となるまで、ｄｃ軸電流指令値を所定値以上の値に保持することを特徴とする。

　また、本発明は、永久磁石モータの駆動を制御するモータ制御方法であって、周波数指令値を積分して求めた回転位相値に永久磁石モータを同期させて駆動する同期運転モードと、軸誤差推定値が軸誤差指令値に一致するように制御する位置センサレス運転モードと、を有し、前記同期運転モードから前記位置センサレス運転モードへ切替後の前記軸誤差推定値が所定範囲以内となるまで、ｄｃ軸電流指令値を所定値以上の値に保持することを特徴とする。

　本発明によれば、位置センサレス運転が可能なモータ制御装置において、同期運転モードから位置センサレス運転モードへの切替時に発生する切替ショックを低減可能な、信頼性の高いモータ制御装置及びその制御方法を実現することができる。

　これにより、アイドリングストップ車や電気自動車の静粛性が確保され、乗り心地が向上する。

　上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の実施例１に係るモータ制御装置の構成を示すブロック図である。 従来のモータ制御装置の動作を示す図である。 図１の電流指令演算部１０の構成を示すブロック図である。 同期運転モードを説明するためのベクトル図である。 同期運転モーでｑ軸電流推定を説明するためのベクトル図である。 本発明の実施例１に係るモータ制御装置の動作を示す図である。 図３の角度演算部３１の構成を示すブロック図である。 位置センサレス運転モードを説明するためのベクトル図である。 位置センサレス運転モードでｑ軸電流推定を説明するためのベクトル図である。 位置センサレス運転モードで軸誤差推定値がゼロの状態を説明するためのベクトル図である。 位置センサレス運転モードで軸誤差推定値がゼロの状態でｄｃ軸電流指令値をゼロにしたときの状態を説明するためのベクトル図である。 本発明の実施例２に係る電動油圧ポンプシステムの構成を示すブロック図である。 本発明の実施例２に係る電動油圧ポンプシステムの動作を示す図である。

　以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。なお、各図面において同一の構成については同一の符号を付し、重複する部分についてはその詳細な説明は省略する。

　本実施例では、永久磁石モータの回転子の磁束方向の位置をｄ軸、それから回転方向に９０度進んだｑ軸からなるモータ回転座標系のｄ－ｑ座標に対して、制御上の仮想回転子位置ｄｃ軸と、それから回転方向に９０度進んだ制御上の位置ｑｃ軸からなる制御上の制御回転座標系のｄｃ－ｑｃ座標上で制御が構築されるものとする。

　図１から図１１を参照して、本発明の実施例１に係るモータ制御装置及びモータ制御方法について説明する。図１は、本実施例のモータ制御装置の構成を示すブロック図である。

　モータ制御装置５０は、制御部４０と、直流電源２１と、直流電源２１が供給する直流電力を三相電力に変換する電力変換器２と、電力変換器２が供給する三相電力により駆動する永久磁石モータ１と、永久磁石モータ１に流れる三相電流を検出する電流検出器３ａと３ｂとを備えて構成され、モータ制御装置５０に入力される周波数指令値ω＊を目標値に永久磁石モータ１の回転周波数ωをベクトル制御するように構成されている。

　電力変換器２は、直流電源２１が供給する直流電力を三相交流電力に変換し、永久磁石モータ１を駆動する。電力変換器２は、３相交流の電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊と、三角波とを比較して、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）変調された三相の矩形波電圧を永久磁石モータ１の固定子巻線に印加する。

　電流検出器３ａと３ｂは、例えばホール素子等から構成され、永久磁石モータ１に流れる２相の交流電流ｉｕ、ｉｗを検出し、電流検出値Ｉｕｃ、Ｉｗｃとしてモータ制御装置５０に出力する。なお、Ｕ相とＷ相以外に、Ｕ相電流ｉｕ、Ｖ相電流ｉｖ、Ｗ相電流ｉｗのうち任意の二相分の電流を検出してもよい。

　モータ制御装置５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等により構成され、ＣＰＵがＲＯＭに格納されたプログラムを実行することにより、３／２座標変換部４と、軸誤差推定部５と、周波数推定部６と、切替器７と、位相演算部８と、速度制御演算部９と、電流指令演算部１０と、ｑｃ軸電流制御演算部１１と、ｄｃ軸電流制御演算部１２と、電圧指令演算部１３と、２／３座標変換部１４と、加算器１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄの各機能を実現する。

　先ず、位置センサレスベクトル制御の基本動作について説明する。モータ制御装置５０は、電流検出器３ａと３ｂで検出した電流検出値Ｉｕｃ、Ｉｗｃの信号を用いて、永久磁石モータ１の回転位置を推定し、この推定結果を用いて、周波数指令値ω*を目標値に永久磁石モータ１をベクトル制御する。

　２／３座標変換部１４は、電圧指令値Ｖｄｃ＊、Ｖｑｃ＊と、回転位相推定値θｄｃとを座標変換して３相交流の電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊を演算し、電力変換器２に出力する。

　３／２座標変換部４は、３相の交流電流ｉｕ、ｉｗの検出値であるＩｕｃ、Ｉｗｃと回転位相推定値θｄｃとを座標変換してｄｃ軸電流検出値Ｉｄｃ、及びｑｃ軸電流検出値Ｉｑｃを演算し、加算器１５ｂ，１５ｃ、及び軸誤差推定部５に出力する。

　切替器７は、インバータ周波数指令値ω１＊を決定するものであり、位置センサレス運転モード以外は周波数指令値ω＊を選択し（Ａ側）、位置センサレス運転モード時は後述する周波数推定値ω^（Ｂ側）を選択するよう切替て使用する。

　加算器１５ａは、周波数指令値ω＊とインバータ周波数指令値ω１＊との偏差を演算し、演算結果を速度制御演算部９に出力する。

　速度制御演算部９は、周波数指令値ω＊とインバータ周波数指令値ω１＊との偏差から、（１）式を用いてｑｃ軸電流指令値Ｉｑｓ＊を演算し、演算結果を電流指令演算部１０に出力する。

　ここで、Ｋｐｓ：比例ゲイン、Ｋｉｓ：積分ゲインである。

　電流指令演算部１０は、後述の第１ｄｃ軸電流指令値Ｉｄ＊と第１ｑｃ軸電流指令値Ｉｑ＊を演算し、加算器１５ｂ，１５ｃに出力する。

　加算器１５ｂは、第１ｑｃ軸電流指令値Ｉｑ＊と、ｑｃ軸電流検出値Ｉｑｃとの偏差を演算し、演算結果をｑｃ軸電流制御演算部１１に出力する。加算器１５ｃは、第１ｄｃ軸電流指令値Ｉｄ＊とｄｃ軸電流検出値Ｉｄｃとの偏差を演算し、演算結果をｄｃ軸電流制御演算部１２に出力する。

　ｑｃ軸電流制御演算部１１は、第１ｑｃ軸電流指令値Ｉｑ＊と、ｑｃ軸電流検出値Ｉｑｃとの偏差から第２ｑｃ軸電流指令値Ｉｑ＊＊を出力する。ｄｃ軸電流制御演算部１２は、第１ｄｃ軸電流指令値Ｉｄ＊とｄｃ軸電流検出値Ｉｄｃとの偏差から第２ｄｃ軸電流指令値Ｉｄ＊＊を出力する。

　電圧指令演算部１３は、永久磁石モータ１の電気定数（Ｒ，Ｌｄ，Ｌｑ，Ｋｅ）、第２電流指令値Ｉｄ＊＊、Ｉｑ＊＊、及びインバータ周波数指令値ω１＊に基づいて、（２）式に従いｄｃ軸電圧指令値Ｖｄｃ＊、及びｑｃ軸電圧指令値Ｖｑｃ＊を演算し、２／３座標変換部１４に出力する。

　ここで、Ｒ：抵抗値、Ｌｄ：ｄ軸インダクタンス値、Ｌｑ：ｑ軸インダクタンス値、Ｋｅ：誘起電圧係数、＊：設定値である。

　続いて、位置センサレスベクトル制御の速度制御及び位相制御の基本動作について説明する。

　軸誤差推定部５は、電圧指令値Ｖｄｃ＊、Ｖｑｃ＊と電流検出値Ｉｄｃ、Ｉｑｃとインバータ周波数指令値ω１＊、及び永久磁石モータ１の電気定数（Ｒ，Ｌｄ，Ｌｑ）の設定値を用いて、回転位相推定値θｄｃと永久磁石モータの回転位相値θｄとの偏差である軸誤差推定値Δθｃ（＝θｄｃ－θｄ）を（３）式により推定演算する。

　加算器１５ｄは、予め設定されたゼロである軸誤差指令値から軸誤差推定値Δθｃを減算する。

　周波数推定部６は、ゼロである軸誤差指令値と、軸誤差推定値Δθｃとの偏差を（４）式を用いて比例・積分演算し、その演算結果を周波数推定値ω＾として切替器７を介して、加算器１５ａ、位相演算部８、軸誤差推定部５、及び電圧指令演算部１３に出力する。

　ここで、Ｋｐ：比例ゲイン、Ｋｉ：積分ゲインである。

　位相演算部８は、（５）式に示す演算で、インバータ周波数指令値ω１＊を積分した信号を回転位相推定値θｄｃとして３／２座標変換部４と２／３座標変換部１４に出力する。

　ここで、ｓ：ラプラス演算子である。

　以上が、位置センサレスベクトル制御の基本動作の説明である。

　永久磁石モータ１の起動時及び低速域では、モータの誘起電圧が小さいので、誘起電圧に基づいて軸誤差推定値Δθｃを演算する（３）式は感度が低下して適用が難しくなる。そこで、起動時及び低速域では、位置決めと同期運転を適用して、永久磁石モータ１を誘起電圧に基づいて軸誤差推定値Δθｃを推定演算できる周波数まで加速する。そして、位置センサレスベクトル制御に切替えることで、全速度域で位置センサを取付けることなく永久磁石モータ１を駆動することが可能になる。

　先ず、永久磁石モータ１を起動する際の各運転モードについて説明する。

　図２は、永久磁石モータ起動時の電流指令値と回転速度指令値の波形と切替器の状態を示す図であり、永久磁石モータ１を起動する際の従来の運転モードの遷移を示している。

　なお、各運転モードと切替器の状態との関係、及び位置決めモードと同期運転モードの各波形については、本実施例のモータ制御装置と従来のモータ制御装置とでは同じであるため、図２を用いて説明する。

　運転モードは、所定のモータ巻線に流れるｄｃ軸電流指令値Ｉｄ＊を徐々に増加することにより、回転子を所定の回転位置に固定させる位置決めモードと、所定の同期運転用ｄｃ軸電流指令値Ｉｄｓ＊とインバータ周波数指令値ω１＊とにしたがって永久磁石モータ１に印加する電圧を制御する同期運転モードと、軸誤差推定値Δθｃがゼロになるようにインバータ周波数指令値ω１＊を調整する位置センサレス運転モードの３種類がある。

　最初に、図１から図３を用いて、位置決めモードについて説明する。位置決めモード（時刻０～Ｔ１）では、切替器７（図１）はＡ側（図２）に設定される。つまり、周波数指令値ω＊がそのままインバータ周波数指令値ω１＊となる。位置決めモードは、回転停止状態で行うことが一般的であることから、周波数指令値ω＊およびインバータ周波数指令値ω１＊をゼロに設定する。

　図３は、電流指令演算部１０（図１）の詳細機能ブロック構成図である。角度演算部３１と、ｄｃ軸電流指令演算部３２と、余弦演算器３３と、正弦演算器３４と、加算器３５と、乗算器３６ａと３６ｂと、切替器３７ａと３７ｂと、調整ゲイン３８とを備え、軸誤差推定値Δθｃと速度制御演算部９の出力Ｉｑｓ＊を入力信号とし、ｄｃ軸電流指令値Ｉｄ＊とｑｃ軸電流指令値Ｉｑ＊を出力する。

　位置決めモードでは、切替器３７ａと３７ｂはＡ側に設定される。つまり、ｄｃ軸電流指令演算部３２の出力がそのままＩｄ＊となり、速度制御演算部９の出力であるＩｑｓ＊がそのままＩｑ＊となる。

　図２に示すように、Ｉｄ＊は、ゼロから同期運転用ｄｃ軸電流指令値Ｉｄｓ＊まで徐々に増加することにより、回転子を所定の回転位置に固定させる。図１において、周波数指令値ω＊はゼロであるので、加算器１５ａの出力する偏差もゼロである。この偏差ゼロが入力される速度制御演算部９では、（１）式よりＩｑｓ＊はゼロと演算されるので、図３のｑｃ軸電流指令値Ｉｑ＊は、図２に示すようにゼロである。

　以上が、位置決めモードの説明である。

　次に、図１から図４を用いて、同期運転モードについて説明する。同期運転モード（時刻Ｔ１～Ｔ２）では、切替器７（図１）と、切替器３７ａと３７ｂ（図３）はＡ側のままである。つまり、図１において、周波数指令値ω＊がインバータ周波数指令値ω１＊となり、加算器１５ａと位相演算部８に入力される。したがって、加算器１５ａの出力する偏差はゼロである。この偏差ゼロが入力される速度制御演算部９では、（１）式よりＩｑｓ＊はゼロと演算される。位相演算部８は回転位相推定値θｄｃを演算する。図３において、ｄｃ軸電流指令演算部３２の出力がそのままＩｄ＊となり、速度制御演算部９（図１）の出力であるＩｑｓ＊がそのままＩｑ＊となる。

　さらに、図１，図２及び図４を用いて、同期運転モードの動作について詳細に説明する。図４は、同期運転モードの電流ベクトル図である。

　図２に示すように、同期運転モードにおいて、永久磁石モータ１に、負荷トルクと加速トルクを発生させて安定に起動することができる電流指令値として、同期運転用ｄｃ軸電流指令値Ｉｄｓ＊を流しながら、周波数指令値ω＊を増加させる。このようにＩｄｓ＊とω＊を与えると、位置決めモードで一致していた制御上のｄｃ－ｑｃ軸の回転位相とモータｄ－ｑ軸の回転位相との間には、図４に示すように、偏差として同期運転軸誤差Δθｃｓが発生する。

　この時、モータのｑ軸電流値Ｉｑは、（６）式で表せるＩｄｓ＊のｑ軸射影成分のＩｄｓ＊・ｓｉｎ（Δθｃｓ）により発生する。ｄｃ－ｑｃ軸の回転位相とｄ－ｑ軸の回転位相との偏差が、ゼロから同期運転軸誤差Δθｃｓになったら、ｑ軸電流値Ｉｑが、負荷トルクと加速トルクに相当するモータトルクを発生させる値に達するとすると、この時に永久磁石モータ１の回転子のｄ－ｑ軸が制御上のｄｃ－ｑｃ軸に追従して周波数指令値ω＊で回転する。

　すなわち、同期運転モードでは同期運転軸誤差Δθｃｓが自動的に発生し、（６）式で示すようにｄｃ軸電流指令値Ｉｄｓ＊によりｑ軸電流値Ｉｑが発生するので、永久磁石モータ１の回転子は周波数指令値ω＊に追従して回転する。

　以上が、同期運転モードの説明である。

　次に、位置センサレス運転モードについて説明する。永久磁石モータ１の回転周波数ωが位置センサレス制御が可能になる周波数になった時に、切替器７（図１）と切替器３７ａ（図３）と切替器３７ｂ（図３）はＢ側に設定され、位置センサレス運転モードへ遷移する。これにより、図１に示すように、軸誤差推定値Δθｃとゼロ（０）である軸誤差指令値との差がゼロになるように周波数推定部６が周波数を調整すると共に、周波数指令値ω*とインバータ周波数指令値ω１＊の差がゼロになるように速度制御演算部９がｑｃ軸電流指令値Ｉｑｓ*を調整する。

　ここからは、本実施例の特徴的な構成である「電流指令演算部１０」の構成と効果について説明する。

　先ず、従来方式として、図２に示すように、位置センサレス運転モードの開始時点において、速度制御演算部９（図１）の比例積分制御の積分項初期値に、負荷相当のｑ軸電流推定値Iｑ＾を設定して、同期運転モードから位置センサレス運転モードへ切替える方式について説明する。

　位置センサレス運転モードの開始時点においては、速度制御演算部９の積分項初期値がゼロである場合は、速度制御演算部９の出力Ｉｑｓ*はゼロである。その後、位置センサレス運転で速度制御演算部９が周波数指令値ω*とインバータ周波数指令値ω１＊の差がゼロになるように制御することにより、負荷トルク分に相当するＩｑｓ*が制御応答に応じて出力される。そのため、同期運転モードから位置センサレス運転モードへの切替時の負荷状態によっては、負荷に見合ったモータトルクを発生させるＩｑｓ*が負荷トルク分に相当する値に達するまでに応答時間が必要であるため、モータトルクが変動することになり、モータ周波数も変動する。

　そこで、負荷相当のｑ軸電流推定値Iｑ＾を、同期運転モードの最終時点において、電流検出値ＩｑｃとＩｄｃと、軸誤差推定値Δθｃに基づいて（７）式により推定演算して、位置センサレス運転モードへの切替時に速度制御演算部９（図１）の比例積分制御の積分項初期値にIｑ＾を設定すれば、図２に示すように位置センサレス運転モードの開始時点において、速度制御演算部９（図１）の出力Ｉｑｓ*を負荷トルク分に相当する値Iｑ＾にすることができる。

　図５は、（７）式のベクトル図である。（７）式の第１項はｑｃ軸上の電流をｑ軸上に射影したときの大きさであり、第２項はｄｃ軸上の電流をｑ軸上に射影した時の大きさである。つまり、検出したｄｃ－ｑｃ軸上の電流を用いてｑ軸電流推定値Ｉｑ＾を求めていることになる。

　同期運転モードの最終時点では、軸誤差推定部５は精度よく軸誤差推定値Δθｃが演算できるので、（６）式のＩｑと（７）式のＩｑ＾は一致していると見なすのであるが、仮にＩｑ＾に含まれる推定誤差が大きく、Ｉｑとのずれが発生した場合には、同期運転モードから位置センサレス運転モードへの切替においてモータトルクに不連続が発生する。これは、同期運転モードから位置センサレス運転モードへの切替時に切替ショックが発生する原因になる。

　以上が、従来方式の説明である。

　次に、図１，図３及び図５から図１１を用いて、本実施例の「電流指令演算部１０」の構成と効果について説明する。

　図６は、永久磁石モータ１を起動する際の、ｄｃ軸電流指令Ｉｄ＊、ｑｃ軸電流指令値Ｉｑ＊、周波数指令値ω＊、軸誤差推定値Δθｃの波形図である。

　同期運転モードから位置センサレス運転モードへ切替後は、軸誤差推定値Δθｃがゼロになるように制御する。同期運転モードの最終時点の同期運転軸誤差Δθｃｆから位置センサレス運転モードで軸誤差推定値Δθｃがゼロ近傍に収束するまでの期間は、軸誤差推定値Δθｃの変化量に基づいてｄｃ電流指令値Ｉｄ＊とｑｃ電流指令値Ｉｑ＊を演算することで、同期運転モードから位置センサレス運転モードへの切替において電流指令値が不連続にならないようにする。

　以下、同期運転モードから位置センサレス運転モードへの切替においてｑ軸電流Ｉｑが不連続にならないように電流指令値を生成する制御について説明する。

　図３に示すように、電流指令演算部１０の角度演算部３１は、軸誤差推定値Δθｃとｄｃ軸電流指令演算部３２の出力Ｉｄ０＊を入力とし、偏差θｄｖを演算して、余弦演算器３３と正弦演算器３４に出力する。

　図７は、角度演算部３１のブロック図である。角度演算部３１は、Δθｃｆ保持部３１０と、加算器３１１と、θｄｖ切換部３１２を備える。Δθｃｆ保持部３１０は、同期運転モードの最終時点の軸誤差推定値Δθｃｆを保持して出力する。加算器３１１は（８）式で表せ、ΔθｃｆとΔθｃとを入力とし、位置センサレス運転モード開始時点から、Δθｃｆと軸誤差推定値Δθｃとの偏差θｄｖを演算して出力する。θｄｖ切換部３１２は、ｄｃ軸電流指令演算部３２の出力Ｉｄ０＊が、同期運転用ｄｃ軸電流指令値Ｉｄｓ＊から位置センサレス運転モードのｄｃ軸電流指令値としてゼロ近傍に変更された時刻Ｔ４（図６）に、出力をθｄｖからゼロに切替えて、その後の位置センサレス運転モードの期間中もゼロを出力し、他の運転モードへ遷移したときにθｄｖを演算して出力する。

　図４に示すように、同期運転モードでは（６）式のｑ軸電流値Ｉｑでモータトルクが発生する。同期運転モードの最終時点では、軸誤差推定部５（図１）は精度よく同期運転モードの最終時点の軸誤差推定値Δθｃｆを演算できるので、（６）式の同期運転軸誤差Δθｃｓを軸誤差推定値Δθｃｆで置換して、ｑ軸電流値Ｉｑは（９）式で演算できる。

　ここで、Ｉｄｓ＊：同期運転用ｄｃ軸電流指令値である。

　すなわち、同期運転モードの最終時点では、（９）式で演算できるＩｄｓ＊のｑ軸射影成分であるｑ軸電流値Ｉｑでモータトルクが発生すると見なせるので、同期運転モードから位置センサレス運転モードへの切替後においても、Ｉｑを発生させるように電流指令値を生成すればｑ軸電流値Ｉｑは連続になる。

　そこで、ｑ軸電流値Ｉｑを発生させる方法について説明する。図８は、位置センサレス運転モードに切替後の軸誤差推定値Δθｃがゼロ近傍に収束していない状態の電流ベクトル図である。図８に示すように、同期運転モードの最終時点の軸誤差推定値をΔθｃｆとし、ｄｃ軸電流指令値をＩｄｓ＊とすると、位置センサレス運転をすることにより軸誤差推定値Δθｃが（８）式で演算されるようにθｄｖだけ変化してΔθｃｆからΔθｃになった時は、同期運転モードの最終時点のＩｄｓ＊を、（１０）式で演算されるｄｃ軸射影成分のｄｃ軸電流指令値Ｉｄ＊と、（１１）式で演算されるｑｃ軸射影成分のｑｃ軸電流指令値Ｉｑ＊に分解することができる。

　図９に示すように、図８のｄｃ軸電流指令値を（１０）式のＩｄ＊で、ｑｃ軸電流指令値を（１１）式のＩｑ＊で置換えると、同期運転モードの最終時点では（９）式で演算できるＩｄｓ＊のｑ軸射影成分であるｑ軸電流値Ｉｑを、位置センサレス運転モードでは、Ｉｄｓ＊の（１０）式で演算されるｄｃ軸射影成分のＩｄ＊と、Ｉｄｓ＊の（１１）式で演算されるｑｃ軸射影成分のＩｑ＊の和として（１２）式で発生させることができる。

　図１０は、軸誤差推定値Δθｃがゼロ（０）に収束した場合であり、（１２）式のΔθｃにゼロを代入した（１３）式で表せる状態である。

　したがって、（１０）式で演算されるｄｃ軸電流指令値Ｉｄ＊と、（１１）式で演算されるｑｃ軸電流指令値Ｉｑ＊を用いて制御すれば、（１２）式で演算できるように同期運転モードからｑ軸電流値Ｉｑが不連続にならないように位置センサレス運転モードに切替えることができる。

　ところで、（１１）式は、負荷トルクの変動が無い場合のｑｃ軸電流指令値の式であるので、負荷トルクの変動が発生した場合に負荷トルクに見合った電流を発生させるようにするには、調整ゲイン３８（図３）を１とすると、速度制御演算部９（図１）が出力するＩｑｓ＊を加算した（１４）式でｑｃ軸電流指令値Ｉｑ＊を演算すればよい。

　次に、図３に示す電流指令演算部１０の調整ゲイン３８について説明する。調整ゲイン３８は０以上の値Ｋａに設定することが可能であり、（１４）式にＫａを追加して（１５）式と書直すことができる。

　例えば、１＞Ｋａ≧０とした場合は、Ｋａ＝１の時より（１５）式の第１項が小さくなる分だけＩｑ＊は不足するが、Ｉｑ＊の不足の発生に対して速度制御演算部９（図１）の制御応答が十分速ければ、Ｉｑｓ＊の調整によりＩｑ＊の不足分を補うことができるので、速度制御演算部９（図１）の制御応答に応じて調整ゲイン３８の値Ｋａを使って、電流指令演算部１０の動作を制御対象に合わせて最適に調整することが可能になる。

　以上が、調整ゲイン３８の説明である。

　そして、図６の例に示すように、軸誤差推定値Δθｃが起動後初めて後述する所定の範囲以内として例えばゼロ近傍になった時に、ｄｃ軸電流指令演算部３２はモータ電流を最小化するように位置センサレス運転モードのｄｃ軸電流指令値（通常はゼロ近傍）に変更するため、所定値以上に保持していた同期運転用ｄｃ軸電流指令値Ｉｄｓ＊からｄｃ軸電流指令値Ｉｄ＊を低減する。

　（１４）式または（１５）式において、ｄｃ軸電流指令値Ｉｄ＊を同期運転ｄｃ軸電流指令値Ｉｄｓ＊から低減すると第１項は小さくなり、第２項の速度制御演算部９の出力であるＩｑｓ＊で負荷トルクに見合った電流を発生させることになる。この時に、Ｉｑｓ＊が負荷トルクに相当する値に達するまでには制御応答時間が必要であるため、ｄｃ軸電流指令値Ｉｄ＊を低減するレートは、速度制御演算部９の制御応答に基づいて設定する。

　次に、軸誤差推定値Δθｃの所定の範囲以内の範囲について説明する。軸誤差推定値Δθｃの所定の範囲は、制御の安定性が確保することができればゼロ近傍である必要はなく、制御対象に応じて軸誤差推定値Δθｃの所定の範囲として目標値を設定することが可能である。

　図１１は、ｄｃ軸電流指令値Ｉｄ＊がゼロ（０）の時の、ベクトル図である。ｄｃ軸電流指令値Ｉｄ＊がゼロであり、Ｉｑｓ＊で負荷トルクに見合った電流Ｉｑを発生させている。

　以上のようにして、同期運転モードから位置センサレス運転モードへの切替において負荷トルクに見合った電流を発生させることができるので、モータトルクの不連続を抑制し、切替ショックを防止することができる。

　図１２及び図１３を参照して、本発明の実施例２に係る電動油圧ポンプシステムの構成とその制御（動作）について説明する。図１２は、本実施例の電動油圧ポンプシステムの構成を示している。

　本実施例の電動油圧ポンプシステムは、例えば自動車のアイドリングストップ中に駆動される。なお、アイドリングストップ時だけでなく、ハイブリッド自動車のようにエンジンが完全に停止する自動車においては、トランスミッション、クラッチ、ブレーキなどへの油圧を確保するためにも用いられるものである。

　図１２において、永久磁石モータ駆動システム６０は、指令発生器１Ｇと、制御部４０と、電力変換器２と、電動ポンプ６１を備える。電動ポンプ６１は、モータ１とポンプ６２からなる。エンジン停止時には、電動ポンプ６１によって、油圧回路７０の油圧を制御する。油圧回路７０は、エンジン７１を動力として駆動されるメカポンプ７２、油を貯蔵するタンク７３、メカポンプ７２から電動ポンプ６１への油の逆流を防ぐ逆止弁７４から構成される。

　次に、図１３を用いて、本実施例の電動油圧ポンプシステムの動作について説明する。図１３の（Ａ）は、メカポンプ７２及び電動ポンプ６１の回転数を示し、図１３の（Ｂ）は、メカポンプ７２及び電動ポンプ６１によって発生する油圧の圧力を示している。

　エンジン７１が回転し、メカポンプ７２により十分な油圧を生じている間は、電動ポンプ６１は停止しており、油圧はメカポンプ７２によって生成されている。アイドリングストップ等の要求時にエンジン７１の駆動が停止されると同時に回転が低下し、メカポンプ７２の吐出圧は低下し始める。一方で、電動ポンプ６１が起動して、油圧を生成し始める。メカポンプ７２と電動ポンプ６１の吐出圧が逆転した時点で逆止弁７４が開き、電動ポンプ６１が油圧を確保する。

　この際、電動ポンプ６１の起動は、メカポンプ７２による油圧がエンジン停止時に電動ポンプ６１が供給する油圧以下になるタイミングには電動ポンプ６１による油圧が十分な値となるよう、メカポンプ７２、すなわちエンジン７１の停止に先駆けて開始するのが望ましく、具体的にはエンジン停止指示時、またはその前後に設定されるとよい。

　また、エンジン７１の再始動時においても、エンジン回転に伴って回転上昇するメカポンプ７２の油圧は上昇してゆくため、メカポンプ７２の油圧がエンジン停止中の電動ポンプ６１の供給する油圧を上回るまで電動ポンプ６１を駆動するのがよい。例えば、エンジン７１によってメカポンプ７２の油圧が所定値になる回転数まで電動ポンプ６１を駆動するか、あるいはエンジン再始動開始からの時間などで電動ポンプ６１の駆動時間を設定するとよい。

　以上が本実施例の電動油圧ポンプシステムの概要である。

　本発明によれば、ポンプ６２を駆動する永久磁石モータ１の制御において、同期運転モードから位置センサレス運転モードに切替え後の切替ショックを低減することが可能となる。結果として、電動ポンプ６１の無駄な動きがなくなり、スムーズで静音な電動油圧ポンプシステムが提供できるようになる。

　また、本発明により、電動ポンプ６１の回転数急変等による衝撃トルク発生や異常音の発生等も低減でき、モータ１及びポンプの６２損傷低減にも効果がある。

　なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記の実施例は本発明に対する理解を助けるために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

　１…モータ（永久磁石モータ）、２…電力変換器、３ａ，３ｂ…電流検出器、４…３／２座標変換部、５…軸誤差推定部、６…周波数推定部、７…切替器、８…位相演算部、９…速度制御演算部、１０…電流指令演算部、１１…ｑｃ軸電流制御演算部、１２…ｄｃ軸電流制御演算部、１３…電圧指令演算部、１４…２／３座標変換部、１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ…加算器、２１…直流電源、３１…角度演算部、３２…ｄｃ軸電流指令演算部、３３…余弦演算器、３４…正弦演算器、３５…加算器、３６ａ，３６ｂ…乗算器、３７ａ，３７ｂ…切替器、３８…調整ゲイン、４０…制御部、５０…モータ制御装置、６０…永久磁石モータ駆動システム、６１…電動ポンプ、６２…ポンプ、７０…油圧回路、７１…エンジン、７２…メカポンプ、７３…タンク、７４…逆止弁、３１０…Δθｃｆ保持部、３１１…加算器、３１２…θｄｖ切換部、１Ｇ…指令発生器

Claims (12)

1. 　永久磁石モータの駆動を制御する制御部と、
   　直流電源から供給される直流電力を三相電力に変換し、前記永久磁石モータに供給する電力変換器と、
   　前記電力変換器から前記永久磁石モータに流れる三相電流を検出する電流検出器と、を備え、
   　前記制御部は、周波数指令値を目標値として、前記電力変換器を介して前記永久磁石モータをベクトル制御する電流制御部と、
   　周波数推定値を積分して求めた回転位相推定値と前記永久磁石モータの回転位相値との偏差である軸誤差を推定する軸誤差推定部と、を備え、
   　前記制御部は、前記周波数指令値を積分して求めた回転位相値に前記永久磁石モータを同期させて駆動する同期運転モードと、
   　前記軸誤差推定部により推定した軸誤差推定値が軸誤差指令値に一致するように制御する位置センサレス運転モードと、を有し、
   　前記同期運転モードから前記位置センサレス運転モードへ切替後の前記軸誤差推定値が所定範囲以内となるまで、ｄｃ軸電流指令値を所定値以上の値に保持するモータ制御装置。
2. 　請求項１に記載のモータ制御装置であって、
   　前記制御部は、ｄｃ軸電流指令値とｑｃ軸電流指令値を演算する電流指令演算部と、
   　前記周波数指令値と周波数推定値が一致するようにｑｃ軸電流指令値を調整する速度制御演算部と、を備え、
   　前記位置センサレス運転モードへ切替後の前記軸誤差推定値が所定範囲以内となるまでの期間、前記ｄｃ軸電流指令値は前記軸誤差推定値の変化量に基づいて演算し、
   　前記ｑｃ軸電流指令値は前記軸誤差推定値の変化量に基づいて演算した値に調整ゲインを乗算して前記速度制御演算部の出力値と加算演算するモータ制御装置。
3. 　請求項２に記載のモータ制御装置であって、
   　前記位置センサレス運転モードへ切替後の前記軸誤差推定値が所定範囲以内となった後、前記ｄｃ軸電流指令値は前記同期運転モードの指令値から、前記位置センサレス運転モードの指令値に所定の変化率で変更し、
   　前記ｑｃ軸電流指令値は前記加算演算から前記速度制御演算部だけの出力値に所定の変化率で変更するモータ制御装置。
4. 　請求項３に記載のモータ制御装置であって、
   　前記所定の変化率は、前記ｄｃ軸電流指令値の変更が前記ｑｃ軸電流指令値を調整する速度制御演算部の制御応答に応じた変化率であるモータ制御装置。
5. 　請求項１から４のいずれか１項に記載のモータ制御装置であって、
   　前記軸誤差推定値の所定範囲は、前記位置センサレス運転モード切替後の推定値未満の値からゼロ近傍であるモータ制御装置。
6. 　請求項５に記載のモータ制御装置であって、
   　前記永久磁石モータは、電動油圧ポンプを駆動するモータであるモータ制御装置。
7. 　永久磁石モータの駆動を制御するモータ制御方法であって、
   　周波数指令値を積分して求めた回転位相値に永久磁石モータを同期させて駆動する同期運転モードと、
   　軸誤差推定値が軸誤差指令値に一致するように制御する位置センサレス運転モードと、を有し、
   　前記同期運転モードから前記位置センサレス運転モードへ切替後の前記軸誤差推定値が所定範囲以内となるまで、ｄｃ軸電流指令値を所定値以上の値に保持するモータ制御方法。
8. 　請求項７に記載のモータ制御方法であって、
   　前記位置センサレス運転モードへ切替後の前記軸誤差推定値が所定範囲以内となるまでの期間、前記ｄｃ軸電流指令値は前記軸誤差推定値の変化量に基づいて演算し、
   　ｑｃ軸電流指令値は前記軸誤差推定値の変化量に基づいて演算した値に調整ゲインを乗算して、周波数指令値と周波数推定値が一致するように前記ｑｃ軸電流指令値を調整した値と加算演算するモータ制御方法。
9. 　請求項８に記載のモータ制御方法であって、
   　前記位置センサレス運転モードへ切替後の前記軸誤差推定値が所定範囲以内となった後、前記ｄｃ軸電流指令値は前記同期運転モードの指令値から、前記位置センサレス運転モードの指令値に所定の変化率で変更し、
   　前記ｑｃ軸電流指令値は前記加算演算から周波数指令値と周波数推定値が一致するように前記ｑｃ軸電流指令値を調整した値のみに所定の変化率で変更するモータ制御方法。
10. 　請求項９に記載のモータ制御方法であって、
    　前記所定の変化率は、前記ｄｃ軸電流指令値の変更が前記ｑｃ軸電流指令値を調整する制御応答に応じた変化率であるモータ制御方法。
11. 　請求項７から１０のいずれか１項に記載のモータ制御方法であって、
    　前記軸誤差推定値の所定範囲は、前記位置センサレス運転モード切替後の推定値未満の値からゼロ近傍であるモータ制御方法。
12. 　請求項１１に記載のモータ制御方法であって、
    　前記永久磁石モータは、電動油圧ポンプを駆動するモータであるモータ制御方法。

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