JP2017201859A - 回転電機の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】角度推定用の高周波電圧の印加に伴い発生する回転電機の騒音を低減できる回転電機の制御装置を提供する。【解決手段】制御装置は、高周波電圧を複数の巻線群に印加すべく、電力変換回路を操作する。制御装置は、複数の巻線群に印加された高周波電圧に応じて複数の巻線群に流れる高周波電流に基づいて、回転電機の回転角を推定する。制御装置は、複数の巻線群に印加する高周波電圧ベクトルＶＶｈ１，ＶＶｈ２の方向を回転電機の駆動状態に基づいて可変設定する。制御装置は、複数の巻線群に印加する高周波電圧ベクトルＶＶｈ１，ＶＶｈ２の方向を上記設定した方向にするとの条件、及び複数の巻線群に印加される高周波電圧ベクトルＶＶｈ１，ＶＶｈ２それぞれの大きさよりも、各高周波電圧ベクトルＶＶｈ１，ＶＶｈ２の合成ベクトルの大きさを小さくするとの条件を満たすように、複数の巻線群に高周波電圧を印加する。【選択図】 図５

Description

本発明は、回転電機の制御装置に関する。

従来、回転電機の巻線に高周波電圧を印加することにより、回転電機の回転角を推定する制御装置が知られている。例えば下記特許文献１に記載の制御装置は、突極性を有する回転電機の電流ベクトル方向と、その電流ベクトルと直交する方向とのそれぞれに高周波電圧を印加して各方向のインダクタンスを検出し、検出したインダクタンスに基づいて回転角を推定している。

特開２００４−１３５４２５号公報

ただし、角度推定用の高周波電圧が巻線に印加されることに伴って、回転電機の騒音が増加する懸念がある。

本発明は、角度推定用の高周波電圧が印加されることに伴い発生する騒音を低減できる回転電機の制御装置を提供することを主たる目的とする。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。

本発明は、ステータ（１３）に巻回された複数の巻線群（１０Ａ，１０Ｂ）を有する多重巻線回転電機（１０）と、前記複数の巻線群に電圧を印加する電力変換回路（２０Ａ，２０Ｂ）と、を備えるシステムに適用され、前記回転電機の電気角速度よりも高い角速度で変動する高周波電圧を前記複数の巻線群のそれぞれに印加すべく、前記電力変換回路を操作する高周波操作部（４０）と、前記複数の巻線群に印加された高周波電圧に応じて前記複数の巻線群に流れる高周波電流に基づいて、前記回転電機の回転角を推定する角度推定部（５０）と、を備え、前記高周波操作部は、前記複数の巻線群に印加する高周波電圧ベクトルの方向を前記回転電機の駆動状態に基づいて可変設定する方向設定部を含み、前記各高周波電圧ベクトルの方向を前記方向設定部により設定した方向にするとの条件、及び前記複数の巻線群に印加される高周波電圧ベクトルそれぞれの大きさよりも、前記各高周波電圧ベクトルの合成ベクトルの大きさを小さくするとの条件を満たすように、前記複数の巻線群に高周波電圧を印加する。

上記発明が適用されるシステムには、複数の巻線群を有する多重巻線回転電機が備えられている。上記発明では、複数の巻線群に印加された高周波電圧に応じて複数の巻線群に流れる高周波電流に基づいて、回転電機の回転角が推定される。ここで上記発明では、複数の巻線群に印加される高周波電圧ベクトルそれぞれの大きさよりも、各高周波電圧ベクトルの合成ベクトルの大きさを小さくするとの条件を満たすように、複数の巻線群に高周波電圧が印加される。このため、角度推定用の高周波電圧の印加に伴い発生する回転電機の騒音を低減することができる。

さらに上記発明では、各高周波電圧のベクトルの方向を方向設定部により設定した方向にするとの条件を満たすように、複数の巻線群に高周波電圧が印加される。駆動状態に応じて、印加される高周波電圧が回転電機の制御に及ぼす影響が異なる。このため上記発明によれば、角度推定用の高周波電圧が回転電機の制御に及ぼす影響を抑制することができる。

第１実施形態に係るモータ制御システムの全体構成図。 モータ駆動制御処理を示すブロック図。 αβ座標系、ｄｑ座標系及びγδ座標系の関係を示す図。 高周波電圧設定部の処理を示すブロック図。 γδ座標系における高周波電圧の重畳態様を示す図。 高周波電圧波形を示す図。 第１実施形態の変形例に係る高周波電圧の重畳態様を示す図。 第１実施形態に係る角度推定部の処理を示すブロック図。 αβ座標系及びＸＹ座標系における高周波電圧及び高周波電流を示す図。 高周波電流の想定変化量と電流ベクトルの大きさとの関係を示す図。 高周波電流のＸ軸方向成分の変化量を示す図。 第２実施形態に係るγδ座標系における高周波電圧の重畳態様を示す図。 高周波電圧設定部の処理を示すブロック図。 第３実施形態に係る高周波電流の変化量、回転角の推定誤差及び高周波電圧ベクトルの方向の関係を示す図。 γδ座標系における高周波電圧の重畳態様を示す図。 高周波電圧設定部の処理を示すブロック図。 第４実施形態に係る高周波電圧設定部の処理手順を示すフローチャート。 第５実施形態に係る高周波電圧設定部の処理を示すブロック図。 選択部の処理手順を示すフローチャート。 その他の実施形態に係る高周波電圧の重畳態様を示す図。 その他の実施形態に係る高周波電圧の重畳態様を示す図。 その他の実施形態に係る高周波電圧の重畳態様を示す図。

（第１実施形態）
以下、本発明に係る制御装置を車載主機としてエンジンを備える車両に適用した第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１に示すように、モータ１０は、多相多重巻線を有する回転電機であり、本実施形態では、３相２重巻線を有する同期機である。特に本実施形態では、モータ１０として、非突極機を用いている。ちなみに、モータ１０としては、例えば、永久磁石界磁型のものや、巻線界磁型のものを採用することができる。

本実施形態において、モータ１０は、スタータ及びオルタネータ（発電機）の機能を統合したＩＳＧ（Integrated Starter Generator）である。モータ１０を構成するロータ１２は、エンジン１４のクランク軸１４ａと動力伝達可能とされている。本実施形態において、ロータ１２は、例えばベルトを介してクランク軸１４ａに機械的に接続されている。

本実施形態では、エンジン１４の初回の始動に加えて、所定の自動停止条件が成立する場合にエンジン１４を自動停止させ、その後、所定の再始動条件が成立する場合にエンジン１４を自動的に再始動させるアイドリングストップ機能を実行する場合にも、モータ１０がスタータとして機能する。

モータ１０を構成するステータ１３には、２つの電機子巻線群である第１巻線群１０Ａ及び第２巻線群１０Ｂが巻回されている。第１，第２巻線群１０Ａ，１０Ｂに対して、ロータ１２が共通化されている。第１，第２巻線群１０Ａ，１０Ｂのそれぞれは、異なる中性点を有する３相巻線からなる。第１巻線群１０Ａは、電気角で互いに１２０°ずつずれたＵ，Ｖ，Ｗ相巻線ＵＡ，ＶＡ，ＷＡを有し、第２巻線群１０Ｂは、電気角で互いに１２０°ずつずれたＵ，Ｖ，Ｗ相巻線ＵＢ，ＶＢ，ＷＢを有している。本実施形態では、第１巻線群１０Ａと第２巻線群１０Ｂとのなす角度が電気角で０°とされている。すなわち、第１巻線群１０ＡのＵ相巻線ＵＡと第２巻線群１０ＢのＵ相巻線ＵＢとのなす角度が電気角で０°とされている。なお本実施形態では、第１巻線群１０Ａと第２巻線群１０Ｂとが同じ構成とされている。具体的には、第１巻線群１０Ａを構成するＵ，Ｖ，Ｗ相巻線ＵＡ，ＶＡ，ＷＡそれぞれの巻数と、第２巻線群１０Ｂを構成するＵ，Ｖ，Ｗ相巻線ＵＢ，ＶＢ，ＷＢそれぞれの巻数とが等しく設定されている。

先の図１に戻り、モータ１０には、第１，第２巻線群１０Ａ，１０Ｂに対応した第１，第２インバータ２０Ａ，２０Ｂが電気的に接続されている。第１，第２インバータ２０Ａ，２０Ｂは、入力される直流電圧を交流電圧に変換して出力する電力変換回路に相当する。第１インバータ２０Ａ及び第２インバータ２０Ｂのそれぞれには、共通の直流電源であるバッテリ２１が並列接続されている。バッテリ２１の出力電圧は、例えば１２Ｖである。なおバッテリ２１には、コンデンサ２２が並列接続されている。

第１インバータ２０Ａは、第１Ｕ，Ｖ，Ｗ相上アームスイッチＳＵｐ１，ＳＶｐ１，ＳＷｐ１と、第１Ｕ，Ｖ，Ｗ相下アームスイッチＳＵｎ１，ＳＶｎ１，ＳＷｎ１との直列接続体を備えている。Ｕ，Ｖ，Ｗ相における上記直列接続体の接続点には、第１巻線群１０Ａを構成するＵ，Ｖ，Ｗ相巻線ＵＡ，ＶＡ，ＷＡが接続されている。本実施形態では、各スイッチＳＵｐ１〜ＳＷｎ１として、ＩＧＢＴを用いている。そして、各スイッチＳＵｐ１，ＳＵｎ１，ＳＶｐ１，ＳＶｎ１，ＳＷｐ１，ＳＷｎ１には、各ダイオードＤＵｐ１，ＤＵｎ１，ＤＶｐ１，ＤＶｎ１，ＤＷｐ１，ＤＷｎ１が逆並列に接続されている。なお、各スイッチＳＵｐ１〜ＳＷｎ１としては、ＩＧＢＴに限らず、例えばＮチャネルＭＯＳＦＥＴであってもよい。

第２インバータ２０Ｂは、第１インバータ２０Ａと同様に、第２Ｕ，Ｖ，Ｗ相上アームスイッチＳＵｐ２，ＳＶｐ２，ＳＷｐ２と、第２Ｕ，Ｖ，Ｗ相下アームスイッチＳＵｎ２，ＳＶｎ２，ＳＷｎ２との直列接続体を備えている。Ｕ，Ｖ，Ｗ相における上記直列接続体の接続点には、第２巻線群１０Ｂを構成するＵ，Ｖ，Ｗ相巻線ＵＢ，ＶＢ，ＷＢが接続されている。本実施形態では、各スイッチＳＵｐ２〜ＳＷｎ２として、ＩＧＢＴを用いている。そして、各スイッチＳＵｐ２，ＳＵｎ２，ＳＶｐ２，ＳＶｎ２，ＳＷｐ２，ＳＷｎ２には、各ダイオードＤＵｐ２，ＤＵｎ２，ＤＶｐ２，ＤＶｎ２，ＤＷｐ２，ＤＷｎ２が逆並列に接続されている。なお、各スイッチＳＵｐ２〜ＳＷｎ２しては、ＩＧＢＴに限らず、例えばＮチャネルＭＯＳＦＥＴであってもよい。

第１，第２インバータ２０Ａ，２０Ｂの各上アームスイッチのコレクタには、バッテリ２１の正極端子が接続されている。第１，第２インバータ２０Ａ，２０Ｂの各下アームスイッチのエミッタには、バッテリ２１の負極端子が接続されている。すなわち本実施形態では、各インバータ２０Ａ，２０Ｂでバッテリ２１が共通化されている。

本実施形態にかかる制御システムは、電圧検出部３０、第１相電流検出部３１Ａ、及び第２相電流検出部３１Ｂを備えている。電圧検出部３０は、バッテリ２１から第１，第２インバータ２０Ａ，２０Ｂに印加される電圧を電源電圧ＶＤＣとして検出する。第１相電流検出部３１Ａは、第１巻線群１０Ａに流れる３相電流のうち少なくとも２相分の電流を検出する。第２相電流検出部３１Ｂは、第２巻線群１０Ｂに流れる３相電流のうち少なくとも２相分の電流を検出する。本実施形態において、第１，第２相電流検出部３１Ａ，３１Ｂは、Ｖ相電流及びＷ相電流を検出する。なお第１，第２相電流検出部３１Ａ，３１Ｂとしては、例えば、カレントトランス又は抵抗器を備えるものを用いることができる。

上記各種検出部の検出値は、マイコンを主体として構成される制御装置４０に取り込まれる。制御装置４０は、ＣＰＵ及びメモリを備え、メモリに格納されたプログラムをＣＰＵにて実行する。制御装置４０は、モータ１０の制御量をその指令値に制御すべく、これら各種センサの検出値に基づいて、第１インバータ２０Ａ及び第２インバータ２０Ｂの各スイッチをオンオフ操作する操作信号を生成する。本実施形態において、制御量はトルクであり、制御量の指令値は指令トルクＴｒｑ＊である。図１には、第１インバータ２０Ａの各スイッチＳＵｐ１，ＳＵｎ１，ＳＶｐ１，ＳＶｎ１，ＳＷｐ１，ＳＷｎ１を操作する信号を第１操作信号ｇＵｐ１，ｇＵｎ１，ｇＶｐ１，ｇＶｎ１，ｇＷｐ１，ｇＷｎ１として示し、第２インバータ２０Ｂの各スイッチＳＵｐ２，ＳＵｎ２，ＳＶｐ２，ＳＶｎ２，ＳＷｐ２，ＳＷｎ２を操作する信号を第２操作信号ｇＵｐ２，ｇＵｎ２，ｇＶｐ２，ｇＶｎ２，ｇＷｐ２，ｇＷｎ２として示している。

続いて図２を用いて、モータ１０のトルク制御について説明する。この制御は、モータ１０の磁極位置である回転角を直接検出するレゾルバ等の角度検出器を用いない制御である位置センサレス制御である。制御装置４０は、推定した回転角に基づいてトルク制御を行う。

制御装置４０は、第１インバータ２０Ａに対応した第１処理部４１を備えている。第１処理部４１において、第１電流変換部４１ａは、後述する角度推定部５０により推定されたモータ１０の電気角である推定角θγと、第１相電流検出部３１Ａにより検出されたＶ相電流ＩＶ１，Ｗ相電流ＩＷ１とに基づいて、ＵＶＷ座標系における第１巻線群１０ＡのＵ，Ｖ，Ｗ相電流を、γδ座標系における第１γ軸電流Ｉγ１ｒ及び第１δ軸電流Ｉδ１ｒに変換する。ここで、ＵＶＷ座標系はモータ１０の３相固定座標系であり、γδ座標系は、モータ１０の２相回転座標系であるｄｑ座標系の推定座標系である。図３に、γδ座標系、ｄｑ軸座標系、及び２相固定座標系であるαβ座標系を示す。図３には、αβ座標系のα軸とγδ座標系のγ軸とのなす角度を推定角θγとして示し、α軸とｄｑ座標系のｄ軸とのなす角度を実際の電気角θｅとして示し、ｄ軸とγ軸とのなす角度を推定誤差Δθとして示す。ｄｑ座標系は、αβ座標系に対して、モータ１０の電気角速度で回転する座標系である。

先の図２の説明に戻り、第１指令電流設定部４１ｂは、指令トルクＴｒｑ＊に基づいて、第１γ軸指令電流Ｉγ１＊と、第１δ軸指令電流Ｉδ１＊とを設定する。第１γ軸偏差算出部４１ｃは、第１γ軸指令電流Ｉγ１＊から第１γ軸電流Ｉγ１ｒを減算した値として、第１γ軸偏差ΔＩγ１を算出する。第１δ軸偏差算出部４１ｄは、第１δ軸指令電流Ｉδ１＊から第１δ軸電流Ｉδ１ｒを減算した値として、第１δ軸偏差ΔＩδ１を算出する。

第１指令電圧設定部４１ｅは、第１γ軸偏差ΔＩγ１に基づいて、第１γ軸電流Ｉγ１ｒを第１γ軸指令電流Ｉγ１＊にフィードバック制御するための操作量として、第１γ軸電圧Ｖγ１ｒを算出する。また、第１指令電圧設定部４１ｅは、第１δ軸偏差ΔＩδ１に基づいて、第１δ軸電流Ｉδ１ｒを第１δ軸指令電流Ｉδ１＊にフィードバック制御するための操作量として、第１δ軸電圧Ｖδ１ｒを算出する。なお、上記フィードバック制御としては、例えば比例積分制御を用いることができる。

第１γ軸重畳部４１ｆは、第１γ軸電圧Ｖγ１ｒと、後述する高周波電圧設定部６０により設定された第１γ軸高周波電圧Ｖγ１ｈとの加算値を、第１γ軸指令電圧Ｖγ１＊として出力する。第１δ軸重畳部４１ｇは、第１δ軸電圧Ｖδ１ｒと、高周波電圧設定部６０により設定された第１δ軸高周波電圧Ｖδ１ｈとの加算値を、第１δ軸指令電圧Ｖδ１＊として出力する。第１γ軸高周波電圧Ｖγ１ｈ，第１δ軸高周波電圧Ｖδ１ｈは、第１γ軸指令電圧Ｖγ１＊，第１δ軸指令電圧Ｖδ１＊の基本波成分の電気角速度よりも十分高い角速度で変動する信号である。

第１電圧変換部４１ｈは、第１γ軸指令電圧Ｖγ１＊、第１δ軸指令電圧Ｖδ１＊、電圧検出部３０により検出された電源電圧ＶＤＣ、及び推定角θγに基づいて、γδ座標系における第１γ，δ軸指令電圧Ｖγ１＊，Ｖδ１＊を、ＵＶＷ座標系における第１Ｕ，Ｖ，Ｗ相指令電圧ＶＵ１，ＶＶ１，ＶＷ１に変換する。本実施形態において、第１Ｕ，Ｖ，Ｗ相指令電圧ＶＵ１，ＶＶ１，ＶＷ１は、電気角で位相が互いに１２０°ずつずれた波形となる。

第１生成部４１ｉは、第１電圧変換部４１ｈから出力された第１Ｕ，Ｖ，Ｗ相指令電圧ＶＵ１，ＶＶ１，ＶＷ１に基づいて、第１操作信号ｇＵｐ１〜ｇＷｎ１を生成する。第１生成部４１ｉは、生成した第１操作信号ｇＵｐ１〜ｇＷｎ１を各スイッチＳＵｐ１〜ＳＷｎ１に対して出力する。ここで第１操作信号は、例えば、三角波信号等のキャリア信号と各相指令電圧ＶＵ１，ＶＶ１，ＶＷ１との大小比較に基づくＰＷＭ制御により生成されればよい。上アーム側の第１操作信号と、対応する下アーム側の第１操作信号とは、互いに相補的な信号となっている。このため、上アームスイッチと、対応する下アームスイッチとは、交互にオンされる。

制御装置４０は、第２インバータ２０Ｂに対応した第２処理部４２を備えている。なお、第２処理部４２は、第１処理部４１と同様の構成のため、その詳細な説明を適宜省略する。

第２処理部４２において、第２電流変換部４２ａは、推定角θγと、第２相電流検出部３１Ｂにより検出されたＶ相電流ＩＶ２，Ｗ相電流ＩＷ２とに基づいて、第２巻線群１０Ｂに対応するＵ，Ｖ，Ｗ相電流を、γδ座標系における第２γ軸電流Ｉγ２ｒと、第２δ軸電流Ｉδ２ｒとに変換する。

第２指令電流設定部４２ｂは、指令トルクＴｒｑ＊に基づいて、第２γ軸指令電流Ｉγ２＊と、第２δ軸指令電流Ｉδ２＊とを設定する。各指令電流Ｉγ２＊，Ｉδ２＊，Ｉγ１＊，Ｉδ１＊は、モータ１０のトルクを指令トルクＴｒｑ＊とするために必要な値に設定されている。なお、第２γ軸指令電流Ｉγ２＊は、第１γ軸指令電流Ｉγ１＊と同じ値に設定されてもよいし、異なる値に設定されてもよい。また、第２δ軸指令電流Ｉδ２＊は、第１δ軸指令電流Ｉδ１＊と同じ値に設定されてもよいし、異なる値に設定されてもよい。

第２γ軸偏差算出部４２ｃは、第２γ軸指令電流Ｉγ２＊から第２γ軸電流Ｉγ２ｒを減算した値として、第２γ軸偏差ΔＩγ２を算出する。第２δ軸偏差算出部４２ｄは、第２δ軸指令電流Ｉδ２＊から第２δ軸電流Ｉδ２ｒを減算した値として、第２δ軸偏差ΔＩδ２を算出する。

第２指令電圧設定部４２ｅは、第２γ軸偏差ΔＩγ２に基づいて、第２γ軸電圧Ｖγ２ｒを算出する。また、第２指令電圧設定部４２ｅは、第２δ軸偏差ΔＩδ２に基づいて、第２δ軸電圧Ｖδ２ｒを算出する。なお、第２指令電圧設定部４２ｅで用いられるフィードバック制御としては、例えば比例積分制御を用いることができる。

第２γ軸重畳部４２ｆは、第２γ軸電圧Ｖγ２ｒと、高周波電圧設定部６０により設定された第２γ軸高周波電圧Ｖγ２ｈとの加算値を、第２γ軸指令電圧Ｖγ２＊として出力する。第２δ軸重畳部４２ｇは、第２δ軸電圧Ｖδ２ｒと、高周波電圧設定部６０により設定された第２δ軸高周波電圧Ｖδ２ｈとの加算値を、第２δ軸指令電圧Ｖδ２＊として出力する。第２γ軸高周波電圧Ｖγ２ｈ，第２δ軸高周波電圧Ｖδ２ｈは、第２γ軸指令電圧Ｖγ２＊，第２δ軸指令電圧Ｖδ２＊の基本波成分の電気角速度よりも十分高い角速度で変動する信号である。

第２電圧変換部４２ｈは、第２γ軸指令電圧Ｖγ２＊、第２δ軸指令電圧Ｖδ２＊、電源電圧ＶＤＣ、及び推定角θγに基づいて、γδ座標系における第２γ，δ軸指令電圧Ｖγ２＊，Ｖδ２＊を、ＵＶＷ座標系における第２Ｕ，Ｖ，Ｗ相指令電圧ＶＵ２，ＶＶ２，ＶＷ２に変換する。

第２生成部４２ｉは、第２電圧変換部４２ｈから出力された第２Ｕ，Ｖ，Ｗ相指令電圧ＶＵ２，ＶＶ２，ＶＷ２に基づいて、第２操作信号ｇＵｐ２〜ｇＷｎ２を生成する。第２生成部４２ｉは、生成した第２操作信号ｇＵｐ２〜ｇＷｎ２を各スイッチＳＵｐ２〜ＳＷｎ２に対して出力する。

続いて、高周波電圧設定部６０について説明する。

高周波電圧設定部６０は、モータ１０のトルク制御中において、推定角θγの算出に必要な各高周波電圧Ｖγ１ｈ，Ｖδ１ｈ，Ｖγ２ｈ，Ｖδ２ｈを生成するために設けられている。ここで高周波電圧の重畳を用いた角度推定の適用対象となるモータは、通常、突極機である。ただし本実施形態のモータ１０は非突極機である。この場合であっても、例えばエンジン１４を始動させるためにモータ１０に大電流が流れ、モータ１０において磁気飽和が生じる。磁気飽和が生じていると、モータ１０のｄ軸インダクタンスとｑ軸インダクタンスとが異なる状態となる。このため、モータ１０が非突極機である場合であっても、高周波操作部及び方向設定部を含む制御装置４０において、高周波電圧の重畳を用いた角度推定が可能となる。

高周波電圧設定部６０において、信号生成部６０ａは、推定角θγ、第１γ軸指令電流Ｉγ１＊、第１δ軸指令電流Ｉδ１＊、第２γ軸指令電流Ｉγ２＊、及び第２δ軸指令電流Ｉδ２＊に基づいて、第１γ軸高周波電圧Ｖγ１ｈ及び第１δ軸高周波電圧Ｖδ１ｈを生成する。以下、図５を用いて、本実施形態に係る第１γ軸高周波電圧Ｖγ１ｈ及び第１δ軸高周波電圧Ｖδ１ｈの生成手法について説明する。

図５に、γδ座標系における等トルク曲線Ｌｃを示す。等トルク曲線Ｌｃは、指令トルクＴｒｑ＊を実現するためのγ，δ軸電流にて規定される曲線である。また図５に、等トルク曲線Ｌｃとモータ１０に流れる駆動電流ベクトルＶＩｒとの交点Ｐ１を通る等トルク曲線Ｌｃの接線Ｌｔａを示す。駆動電流ベクトルＶＩｒは、第１γ軸指令電流Ｉγ１＊及び第１δ軸指令電流Ｉδ１＊により規定される駆動電流ベクトルと、第２γ軸指令電流Ｉγ２＊及び第２δ軸指令電流Ｉδ２＊により規定される駆動電流ベクトルとの合成ベクトルである。本実施形態では、接線Ｌｔａに平行な方向が、トルクリプル低減方向と定義されている。そして、原点Ｏからトルクリプル低減方向に延びる電圧ベクトルとして、第１巻線群１０Ａに印加される第１高周波電圧ベクトルＶＶｈ１が設定される。第１高周波電圧ベクトルＶＶｈ１のγ軸方向成分に基づいて、第１γ軸高周波電圧Ｖγ１ｈが生成され、第１高周波電圧ベクトルＶＶｈ１のδ軸方向成分に基づいて、第１δ軸高周波電圧Ｖδ１ｈが生成される。本実施形態において、各高周波電圧Ｖγ１ｈ，Ｖδ１ｈは、互いに周期の等しい矩形波状のパルス信号とされている。第１高周波電圧ベクトルＶＶｈ１の大きさが大きいほど、各高周波電圧Ｖγ１ｈ，Ｖδ１ｈの振幅が大きく設定される。図６（ａ）には、第１γ軸高周波電圧Ｖγ１ｈの振幅をＶａにて示した。

先の図４の説明に戻り、高周波電圧設定部６０は、リプル低減記憶部６０ｂを備えている。リプル低減記憶部６０ｂは、駆動電流ベクトルＶＩｒの大きさＩａｍｐ及び位相θＩと関係付けられたトルクリプル低減方向をマップ情報として記憶している。リプル低減記憶部６０ｂは、メモリにて構成されている。本実施形態において、駆動電流ベクトルＶＩｒの位相θＩは、図５に示すように、γ軸を基準として反時計回り方向に規定されている。なお、上記マップ情報は、実験や計算等により予め適合されて作成されたものである。

信号生成部６０ａは、第１γ軸指令電流Ｉγ１＊、第１δ軸指令電流Ｉδ１＊、第２γ軸指令電流Ｉγ２＊、及び第２δ軸指令電流Ｉδ２＊に基づいて、駆動電流ベクトルＶＩｒの大きさＩａｍｐ及び位相θＩを算出する。信号生成部６０ａは、リプル低減記憶部６０ｂが記憶している複数のトルクリプル低減方向の中から、算出した駆動電流ベクトルＶＩｒの大きさＩａｍｐ及び位相θＩに対応する方向を指令方向θＸとして選択する。信号生成部６０ａは、図５に示すように、第１高周波電圧ベクトルＶＶｈ１の方向を指令方向θＸとするために要求される第１γ軸高周波電圧Ｖγ１ｈの振幅と第１δ軸高周波電圧Ｖδ１ｈの振幅との比率を設定する。信号生成部６０ａは、入力された推定角θγに従って、各高周波電圧Ｖγ１ｈ，Ｖδ１ｈを出力する。なお、各高周波電圧Ｖγ１ｈ，Ｖδ１ｈの立ち上がりタイミングは、同期していてもよいし、同期していなくてもよい。

信号生成部６０ａから出力された第１γ軸高周波電圧Ｖγ１ｈは、第１符号反転部６０ｃに入力される。第１符号反転部６０ｃは、図６に示すように、入力された第１γ軸高周波電圧Ｖγ１ｈの符号を反転させることにより第２γ軸高周波電圧Ｖγ２ｈを生成する。信号生成部６０ａから出力された第１δ軸高周波電圧Ｖδ１ｈは、第２符号反転部６０ｄに入力される。第２符号反転部６０ｄは、入力された第１δ軸高周波電圧Ｖδ１ｈの符号を反転させることにより第２δ軸高周波電圧Ｖδ２ｈを生成する。第２γ軸高周波電圧Ｖγ２ｈ及び第２δ軸高周波電圧Ｖδ２ｈにより、図５に示すように、第１高周波電圧ベクトルＶＶｈ１とのなす角度が１８０°とされた原点Ｏから延びる電圧ベクトルとして、第２巻線群１０Ｂに印加される第２高周波電圧ベクトルＶＶｈ２が実現される。本実施形態において、第２高周波電圧ベクトルＶＶｈ２の大きさは、第１高周波電圧ベクトルＶＶｈ１の大きさと等しい。第１，第２高周波電圧ベクトルＶＶｈ１，ＶＶｈ２が、駆動電圧ベクトルＶＶｒに重畳される。なお、駆動電圧ベクトルＶＶｒは、第１γ軸電圧Ｖγ１ｒ及び第１δ軸電圧Ｖδ１ｒにより規定される駆動電圧ベクトルと、第２γ軸電圧Ｖγ２ｒ及び第２δ軸電圧Ｖδ２ｒにより規定される駆動電圧ベクトルとの合成ベクトルである。

角度推定用に上述した第１，第２高周波電圧ベクトルＶＶｈ１，ＶＶｈ２を第１，第２巻線群１０Ａ，１０Ｂに印加する場合であっても、高周波電圧の印加に伴い発生する騒音を低減できる。つまり、高周波電圧の印加に伴って、図５に示すγδ座標系における駆動電流ベクトルＶＩｒが一時的に変化する。この場合において、駆動電流ベクトルＶＩｒの先端と等トルク曲線Ｌｃとのずれが大きいと、モータ１０のトルク変動が大きくなり、ひいてはモータ１０の騒音が増加する。ここで、等トルク曲線Ｌｃの接線Ｌｔａの方向と平行な方向であるトルクリプル低減方向が指令方向θＸに設定されると、高周波電圧を印加したとしても、駆動電流ベクトルＶＩｒの先端が等トルク曲線Ｌｃの接線Ｌｔａに沿うように動く。このため、駆動電流ベクトルＶＩｒの先端と等トルク曲線Ｌｃとのずれを抑制できる。これにより、高周波電圧の印加に伴い発生するモータ１０のトルク変動を低減でき、ひいてはトルク変動に起因したモータ１０の騒音を低減できる。

なお図５には、第１高周波電圧ベクトルＶＶｈ１の印加に伴い第１巻線群１０Ａに流れる第１高周波電流ベクトルＶＩｈ１と、第２高周波電圧ベクトルＶＶｈ２の印加に伴い第２巻線群１０Ｂに流れる第２高周波電流ベクトルＶＩｈ２とを示した。図５には、各高周波電圧ベクトルＶＶｈ１，ＶＶｈ２と各高周波電流ベクトルとＶＩｈ１，ＶＩｈ２の位相のずれが略０となる例を示した。

ちなみに、最小電流最大トルク制御（Maximum torque per ampere control）により、モータ１０のトルクを指令トルクＴｒｑ＊に制御すべく、各インバータ２０Ａ，２０Ｂを操作する基本操作部を制御装置４０が備えてもよい。この場合、先の図２に示した第１指令電流設定部４１ｂ及び第２指令電流設定部４２ｂにおいて、最小電流最大トルク制御により各指令電流Ｉγ１＊，Ｉδ１＊，Ｉγ２＊，Ｉδ２＊が設定される。この構成においては、図７に示すように、トルクリプル低減方向を、現在の駆動電流ベクトルＶＩｒと直交する方向に設定できる。この場合、トルクリプル低減方向を簡易に定めることができる。

続いて図８を用いて、角度推定部５０について説明する。

角度推定部５０において、高周波抽出部５０ａは、第１相電流検出部３１Ａにより検出されたＶ相電流ＩＶ１，Ｗ相電流ＩＷ１から、第１γ軸高周波電圧Ｖγ１ｈ，第１δ軸高周波電圧Ｖδ１ｈに対応する高周波電流成分である第１Ｖ相高周波電流ＩＶｈ１，第１Ｗ相高周波電流ＩＷｈ１を抽出する。高周波抽出部５０ａは、また、第２相電流検出部３１Ｂにより検出されたＶ相電流ＩＶ２，Ｗ相電流ＩＷ２から、第２γ軸高周波電圧Ｖγ２ｈ，第２δ軸高周波電圧Ｖδ２ｈに対応する高周波電流成分である第２Ｖ相高周波電流ＩＶｈ２，第２Ｗ相高周波電流ＩＷｈ２を抽出する。なお高周波抽出部５０ａは、例えば、バンドパスフィルタ又はハイパスフィルタにて構成されればよい。

２相変換部５０ｂは、高周波抽出部５０ａにより抽出された第１Ｖ相高周波電流ＩＶｈ１，第１Ｗ相高周波電流ＩＷｈ１を、αβ座標系における第１α軸高周波電流Ｉｈα１，第１β軸高周波電流Ｉｈβ１に変換する。２相変換部５０ｂは、また、高周波抽出部５０ａにより抽出された第２Ｖ相高周波電流ＩＶｈ２，第２Ｗ相高周波電流ＩＷｈ２を、αβ座標系における第２α軸高周波電流Ｉｈα２，第２β軸高周波電流Ｉｈβ２に変換する。

内積算出部５０ｃは、第１α軸高周波電流Ｉｈα１，第１β軸高周波電流Ｉｈβ１を入力として、下式（ｅｑ１）に基づいて第１内積値Ｋ１を算出する。

上式（ｅｑ１）において、Ｖｈα１は、図９に示すように、第１高周波電圧ベクトルＶＶｈ１のα軸方向成分である第１α軸高周波電圧を示し、Ｖｈβ１は、第１高周波電圧ベクトルＶＶｈ１のβ軸方向成分である第１β軸高周波電圧を示す。第１α軸高周波電圧Ｖｈα１及び第１β軸高周波電圧Ｖｈβ１は、第１γ軸高周波電圧Ｖγ１ｈ及び第１δ軸高周波電圧Ｖδ１ｈに基づいて設定される。

上式（ｅｑ１）で表される第１内積値Ｋ１は、第１高周波電圧ベクトルＶＶｈ１と第１高周波電流ベクトルＶＩｈ１との内積値を示す。つまり、第１高周波電圧ベクトルＶＶｈ１と第１高周波電流ベクトルＶＩｈ１との内積値は、下式（ｅｑ２）のように表され、下式（ｅｑ２）の右辺は上式（ｅｑ１）の右辺と一致する。

内積算出部５０ｃは、第２α軸高周波電流Ｉｈα２，第２β軸高周波電流Ｉｈβ２を入力として、下式（ｅｑ３）に基づいて第２内積値Ｋ２を算出する。

上式（ｅｑ２）において、Ｖｈα２は、第２高周波電圧ベクトルＶＶｈ２のα軸方向成分である第２α軸高周波電圧を示し、Ｖｈβ２は、第２高周波電圧ベクトルＶＶｈ２のβ軸方向成分である第２β軸高周波電圧を示す。第２α軸高周波電圧Ｖｈα２及び第２β軸高周波電圧Ｖｈβ２は、第２γ軸高周波電圧Ｖγ２ｈ及び第２δ軸高周波電圧Ｖδ２ｈに基づいて設定される。

内積値の算出にα，β軸方向の電流を用いるのは、制御装置４０の演算負荷を低減するとともに、推定角θγの算出精度を高めるためである。つまり、ＵＶＷ座標系からαβ座標系への変換には、電気角情報が不要であるため、制御装置４０の演算負荷を低減できる。また、電気角情報としての推定角θγを座標変換に用いないため、推定角θγに含まれる推定誤差Δθが推定角θγの算出精度に及ぼす影響を除くことができる。

内積算出部５０ｃは、第１内積値Ｋ１及び第２内積値Ｋ２を加算することにより、合計内積値Ｋｒを算出する。内積偏差算出部５０ｄは、内積算出部５０ｃにより算出された合計内積値Ｋｒを目標内積値Ｋｔｇｔから減算することにより、内積偏差ΔＫを算出する。本実施形態において、内積偏差ΔＫが実偏差に相当する。

目標内積値Ｋｔｇｔは、後述する速度推定部５０ｆにより推定された電気角速度である推定角速度ωγ、各高周波電圧Ｖγ１ｈ，Ｖδ１ｈ，Ｖγ２ｈ，Ｖδ２ｈ、及び各電流Ｉγ１ｒ，Ｉδ１ｒ，Ｉγ２ｒ，Ｉδ２ｒに基づいて、目標値設定部５０ｅにより設定される。目標内積値Ｋｔｇｔは、第１内積値Ｋ１が取り得る想定値である第１基準値Ｋ１ｔｇｔと、第２内積値Ｋ２が取り得る想定値である第２基準値Ｋ２ｔｇｔとの加算値として定められており、実験や計算等により予め適合されたマップ情報として制御装置４０に記憶されている。各基準値Ｋ１ｔｇｔ，Ｋ２ｔｇｔは、電気角速度、トルクリプル低減方向及び駆動電流ベクトルＶＩｒの大きさＩａｍｐに依存するため、目標内積値Ｋｔｇｔもこれらパラメータに依存する。したがって、目標内積値Ｋｔｇｔの設定に用いられる入力パラメータには、トルクリプル低減方向を把握するための各高周波電圧Ｖγ１ｈ，Ｖδ１ｈ，Ｖγ２ｈ，Ｖδ２ｈと、駆動電流ベクトルＶＩｒの大きさＩａｍｐを把握するための各電流Ｉγ１ｒ，Ｉδ１ｒ，Ｉγ２ｒ，Ｉδ２ｒとが含まれる。なお図１０に、第１基準値Ｋ１ｔｇｔが駆動電流ベクトルＶＩｒの大きさＩａｍｐに依存することを示した。

速度推定部５０ｆは、内積偏差ΔＫを０にフィードバック制御するための操作量として、推定角速度ωγを算出する。ここで速度推定部５０ｆにおけるフィードバック制御として、本実施形態では比例積分制御を用いている。

積分器５０ｇは、速度推定部５０ｆにより算出された推定角速度ωγの時間積分値として、推定角θγを算出する。

なお本実施形態では、上式（ｅｑ１），（ｅｑ３）に示す内積値を算出したが、これに代えて、各高周波電流ベクトルＶＩｈ１，ＶＩｈ２のＸ軸方向成分を算出することもできる。ここでＸ軸方向とは、図９に示すように、各高周波電流ベクトルＶＩｈ１，ＶＩｈ２が原点Ｏから延びる方向のことである。図９には、Ｘ軸と直交するＹ軸も示した。図９において、Ｉｈｘ，Ｉｈｙは第１高周波電流ベクトルＶＩｈ１のＸ，Ｙ軸方向成分である第１Ｘ軸高周波電流，第１Ｙ軸高周波電流を示す。

内積算出部５０ｃに代わる電流算出部は、第１α軸高周波電流Ｉｈα１、第１β軸高周波電流Ｉｈβ１及び指令方向θＸに基づいて、第１Ｘ軸高周波電流Ｉｈｘ１を算出する。また、第２α軸高周波電流Ｉｈα２、第２β軸高周波電流Ｉｈβ２及び指令方向θＸに基づいて、第２高周波電流ベクトルＶＩｈ２のＸ軸方向成分である第２Ｘ軸高周波電流Ｉｈｘ２を算出する。電流算出部は、第１Ｘ軸高周波電流Ｉｈｘ１及び第２Ｘ軸高周波電流Ｉｈｘ２を加算することにより、合計電流値を算出する。

内積偏差算出部５０ｄに代わる電流偏差算出部は、合計電流値を目標電流値から減算することにより、電流偏差を算出する。目標電流値は、第１Ｘ軸高周波電流Ｉｈｘ１が取り得る想定値である第１電流基準値と、第２Ｘ軸高周波電流Ｉｈｘ２が取り得る想定値である第２電流基準値との加算値として定められている。図１１に、第１高周波電圧ベクトルＶＶｈ１のＸ軸方向成分である第１Ｘ軸高周波電圧Ｖｈｘ１が印加された場合に流れる第１Ｘ軸高周波電流Ｉｈｘ１の推移を示す。第１電流基準値は、図１１（ｂ）の破線で示す波形の振幅に相当する。速度推定部５０ｆは、電流偏差を０にフィードバック制御するための操作量として、推定角速度ωγを算出する。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。

第１高周波電圧ベクトルＶＶｈ１と第２高周波電圧ベクトルＶＶｈ２とが相殺するように、各巻線群１０Ａ，１０Ｂに各高周波電圧Ｖγ１ｈ，Ｖδ１ｈ，Ｖγ２ｈ，Ｖδ２ｈを印加した。このため、モータ１０の角度推定用に高周波電圧を重畳することに伴い発生する騒音を低減できる。

第１高周波電圧ベクトルＶＶｈ１及び第２高周波電圧ベクトルＶＶｈ２の方向を、等トルク曲線Ｌｃと駆動電流ベクトルＶＩｒとの交点Ｐ１を通る等トルク曲線Ｌｃの接線方向に平行な方向に設定した。このため、高周波電圧の印加に伴うモータ１０のトルク変動を低減でき、ひいてはモータ１０の騒音をより低減できる。

（第２実施形態）
以下、第２実施形態について、上記第１実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、第１，第２巻線群１０Ａ，１０Ｂに重畳する第１，第２高周波電圧ベクトルＶＶｈ１，ＶＶｈ２の方向の設定手法を変更する。

図１２に、γδ座標系における定電圧円Ｃａを示す。定電圧円Ｃａは、所定の電圧値を実現するためのγ，δ軸電流にて規定される円である。上記所定の電圧値は、現在の駆動電圧ベクトルＶＶｒの大きさである。また図１２に、定電圧円Ｃａと駆動電圧ベクトルＶＶｒとの交点Ｐ２を通る定電圧円Ｃａの接線Ｌｔｂを示す。

本実施形態では、接線Ｌｔｂに平行な方向が、電圧低減方向と定義されている。そして、原点Ｏから電圧低減方向に延びる電圧ベクトルとして、第１高周波電圧ベクトルＶＶｈ１が設定される。この設定手法によれば、高周波電圧の印加に伴うインバータ２０Ａ，２０Ｂの出力電圧の変動を低減できる。つまり、γδ座標系の原点Ｏから延びる電圧ベクトルの先端が、高周波電圧の印加に伴って定電圧円Ｃａからずれる度合いが大きいと、各インバータ２０Ａ，２０Ｂの出力電圧の変動が大きくなり、出力電圧がその許容上限値を超えるおそれがある。ここで、高周波電圧ベクトルＶＶｈ１，ＶＶｈ２の方向が電圧変動低減方向に設定されることにより、高周波電圧を印加したとしても、電圧ベクトルの先端が定電圧円Ｃａの接線Ｌｔｂに沿うように動く。このため、駆動電圧ベクトルＶＶｒの先端と定電圧円Ｃａとのずれを抑制できる。これにより、高周波電圧の印加に伴うインバータ２０Ａ，２０Ｂの出力電圧の変動を低減でき、ひいてはモータ制御システムの信頼性の低下を回避できる。なお、上述した設定手法は、例えば、モータ１０が最大トルクを発生する場合において、インバータ２０Ａ，２０Ｂの出力電圧がその許容上限値に対してあまり余裕がない場合に有効な手法である。

図１３に、本実施形態に係る高周波電圧設定部６０の処理のブロック図を示す。なお図１３において、先の図４に示した処理と同一の処理については、便宜上、同一の符号を付している。

高周波電圧設定部６０において、電圧低減記憶部６０ｆは、駆動電流ベクトルＶＩｒの大きさＩａｍｐ，位相θＩ及び推定角速度ωγと関係付けられた電圧変動低減方向をマップ情報として記憶している。信号生成部６０ｅは、電圧低減記憶部６０ｆが記憶している複数の電圧低減方向の中から、算出した駆動電流ベクトルＶＩｒの大きさＩａｍｐ及び位相θＩと推定角速度ωγとに対応する方向を指令方向θＸとして選択する。なお、駆動電流ベクトルＶＩｒの大きさＩａｍｐ及び位相θＩが用いられるのは、これら情報から駆動電圧ベクトルＶＶｒの情報を把握できるためである。もっとも、駆動電圧ベクトルＶＶｒの情報を把握する上では、第１γ軸電圧Ｖγ１ｒ、第１δ軸電圧Ｖδ１ｒ、第２γ軸電圧Ｖγ２ｒ及び第２δ軸電圧Ｖδ２ｒを用いてもよい。

信号生成部６０ｅは、第１高周波電圧ベクトルＶＶｈ１の方向を指令方向θＸとするために要求される各高周波電圧Ｖγ１ｈ，Ｖδ１ｈの振幅を設定し、入力される推定角θγに従って、各高周波電圧Ｖγ１ｈ，Ｖδ１ｈを出力する。

本実施形態において、信号生成部６０ｅは、推定角速度ωγが低速判定値ωｔｈＬ以下であると判定している場合、指令方向θＸを駆動電圧ベクトルＶＶｒと直交する方向に設定する。これは、電気角速度が０又は電気角速度が低速である場合には、抵抗成分による電圧降下が支配的となり、定電圧円Ｃａが原点Ｏを中心とした真円に近くなるためである。一方、電気角速度が高速になると、定電圧円Ｃａは楕円となる。

ちなみに、信号生成部６０ｅは、推定角速度ωγが低速判定値ωｔｈＬ以下であると判定している場合、駆動電流ベクトルＶＩｒと直交する方向を電圧変動低減方向に設定してもよい。この設定は、駆動電圧ベクトルＶＶｒと駆動電流ベクトルＶＩｒとの位相差が小さくなることに基づくものである。

以上説明したように、本実施形態では、指令方向θＸを電圧変動低減方向に設定した。このため、インバータ２０Ａ，２０Ｂの出力電圧がその許容上限値に対して余裕がない場合であっても、角度推定用の高周波電圧を印加できる。したがって、推定角θγの算出の機会が制約されることを抑制でき、モータ１０の駆動可能な回転速度範囲を拡大できる。

（第３実施形態）
以下、第３実施形態について、上記第１実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、第１，第２高周波電圧ベクトルＶＶｈ１，ＶＶｈ２の方向の設定手法を変更する。以下、この設定手法について説明する。

本実施形態では、先の図１１（ｂ）に示すように、第１巻線群１０Ａに印加された第１高周波電圧ベクトルＶＶｈ１に応じて第１巻線群１０Ａに流れる第１Ｘ軸高周波電流Ｉｈｘ１と上記第１電流基準値とのずれ量が第１電流変化量Δａｍｐ１として定義されている。

図１４に、第１高周波電圧ベクトルＶＶｈ１の方向を０，３０，６０，９０，１２０，１５０°とした場合における推定誤差Δθ及び第１電流変化量Δａｍｐ１の関係を示す。図１４に示すように、推定誤差Δθが０の場合、第１Ｘ軸高周波電流Ｉｈｘ１と第１電流基準値とが一致するため、第１電流変化量Δａｍｐ１が０となる。本実施形態では、推定誤差Δθが０以外の値となっている状態において、第１高周波電圧ベクトルＶＶｈ１の方向を互いに異なる複数の方向のそれぞれとした場合、複数の方向のそれぞれに対応する第１電流変化量Δａｍｐ１のうち、その値が最小となる第１電流変化量以外の第１電流変化量に対応する方向が感度増加方向として定義されている。そして、この感度増加方向が指令方向θＸに設定される。感度増加方向は、モータ１０の駆動状態に応じて変化する。

特に本実施形態では、推定誤差Δθが０°の場合において推定誤差Δθが０と場合における第１電流変化量Δａｍｐ１の傾きが最も大きい方向が感度増加方向として設定される。図１４に示す例では、１５０°が感度増加方向として設定される。

上述した設定手法によれば、外乱となる高周波電圧に対する第１電流変化量Δａｍｐ１が大きくなり、推定誤差Δθが０以外の値となっている場合において合計内積値Ｋｒと目標値Ｋｔｇｔとのずれを把握しやすくなる。その結果、合計内積値Ｋｒを目標値Ｋｔｇｔにフィードバック制御する場合の応答性を高めることができ、ひいては推定角θγの算出精度を高めることができる。なお図１５には、指令方向θＸが１５０°に設定される場合の第１高周波電圧ベクトルＶＶｈ１と、第１高周波電圧ベクトルＶＶｈ１とのなす角度が１８０°の第２高周波電圧ベクトルＶＶｈ２とを示した。また、図１５に示すＣＩは、各高周波電圧ベクトルＶＶｈ１，ＶＶｈ２の方向を様々な方向に設定した場合における各高周波電流ベクトルＶＩｈ１，ＶＩｈ２の軌跡を示す楕円である。

ちなみに、感度増加方向の設定手法としては、例えば以下に説明する手法を採用することもできる。詳しくは、例えば０〜＋９０°の推定誤差Δθの範囲のうち、特定の誤差が第１誤差として定義されている。また、例えば０〜−９０°の推定誤差Δθの範囲のうち、第１誤差と絶対値が同じ推定誤差が第２誤差として定義されている。

図１４に示す複数の方向のそれぞれに対応する推定誤差Δθ及び第１電流変化量Δａｍｐ１の関係を示す特性曲線のうち、第１誤差において第１電流変化量Δａｍｐ１の絶対値が最大となる曲線が第１特性曲線として選択される。第１誤差が例えば＋６０°に設定される場合、１５０°の特性曲線が第１特性曲線として選択される。また、各特性曲線のうち、第２誤差において第１電流変化量Δａｍｐ１の絶対値が最大となる曲線が第２特性曲線として選択される。第２誤差が例えば−６０°に設定される場合、０°の特性曲線が第２特性曲線として選択される。

そして、第１特性曲線において第１誤差及び第２誤差のそれぞれにおける第１電流変化量Δａｍｐ１の絶対値のうち小さい方を第１判定値とし、第２特性曲線において第１誤差及び第２誤差のそれぞれにおける第１電流変化量Δａｍｐ１の絶対値のうち小さい方を第２判定値とする。そして、第１判定値及び第２判定値のうち大きい方に対応する特性曲線の方向が感度増加方向として設定される。図１４において、第１，第２誤差が例えば＋６０°，−６０°に設定される場合、１５０°が感度増加方向として設定される。

図１６に、本実施形態に係る高周波電圧設定部６０の処理のブロック図を示す。なお図１６において、先の図４に示した処理と同一の処理については、便宜上、同一の符号を付している。

高周波電圧設定部６０において、感度記憶部６０ｈは、駆動電流ベクトルＶＩｒの大きさＩａｍｐ，位相θＩ及び推定角速度ωγと関係付けられた感度増加方向をマップ情報として記憶している。信号生成部６０ｇは、感度記憶部６０ｈが記憶している複数の感度増加方向の中から、算出した駆動電流ベクトルＶＩｒの大きさＩａｍｐ及び位相θＩと推定角速度ωγとに対応する方向を指令方向θＸとして選択する。信号生成部６０ｇは、第１高周波電圧ベクトルＶＶｈ１の方向を指令方向θＸとするために要求される各高周波電圧Ｖγ１ｈ，Ｖδ１ｈの振幅を設定し、入力される推定角θγに従って、各高周波電圧Ｖγ１ｈ，Ｖδ１ｈを出力する。

以上説明した本実施形態によれば、推定角θγの算出精度を高めることができる。

（第４実施形態）
以下、第４実施形態について、上記第３実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、モータ１０の駆動状態に応じて変化する感度増加方向を、予め適合されたマップ情報を用いることなく算出する。

図１７に、本実施形態に係る高周波電圧設定処理の手順を示す。この処理、高周波電圧設定部６０により、例えば所定周期で繰り返し実行される。なお本実施形態において、この処理が方向操作部及び実偏差算出部を含む。

この一連の処理では、まずステップＳ１０において、モータ１０の駆動状態が前回の定常状態から新たな定常状態へと変化したか否かを判定する。

ステップＳ１０において肯定判定した場合には、ステップＳ１２〜Ｓ１６において、第１高周波電圧ベクトルＶＶｈ１の方向θｃを互いに異なる複数の方向のそれぞれに設定して第１巻線群１０Ａに各高周波電圧Ｖγ１ｈ，Ｖδ１ｈを印加し、複数の方向のそれぞれについて第１電流変化量Δａｍｐ１を算出する。

複数の方向の全てについて第１電流変化量Δａｍｐ１の算出が完了した場合には、ステップＳ１８に進む。ステップＳ１８では、第１電流変化量Δａｍｐ１に基づいて、感度増加方向としての指令方向θＸを設定する。ここで感度増加方向の設定手法としては、上記第３実施形態で説明した手法を用いることができる。例えば、複数の方向のそれぞれに対応する第１電流変化量Δａｍｐ１のうち、その絶対値が最も大きい第１電流変化量に対応する方向を感度増加方向として選択することができる。なお、モータ１０の駆動状態と関係付けて感度増加方向を学習してもよい。

続くステップＳ２０では、指令方向θＸに基づいて、各高周波電圧Ｖγ１ｈ，Ｖδ１ｈ，Ｖγ２ｈ，Ｖδ２ｈを生成して出力する。

以上説明した本実施形態によれば、マップ情報を作成することなく感度増加方向を設定できる。このため、制御装置４０の設計時における工数を低減できる。また本実施形態によれば、磁気飽和状態が都度変化する場合であっても、その状態に応じた適正な高周波電圧ベクトルを設定できる。

（第５実施形態）
以下、第５実施形態について、上記第１〜第３実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、モータ１０の駆動状態に応じて、トルクリプル低減方向、電圧変動低減方向及び感度増加方向の中から選択した方向を指令方向θＸに設定する。

図１８に、本実施形態に係る高周波電圧設定部６０の処理のブロック図を示す。なお図１８において、先の図４，図１３，図１６に示した処理と同一の処理については、便宜上、同一の符号を付している。

図示されるように、本実施形態では、上記第１実施形態の信号生成部が第１信号生成部６０ａとされ、上記第２実施形態の信号生成部が第２信号生成部６０ｅとされ、上記第３実施形態の信号生成部が第３信号生成部６０ｇとされている。選択部６０ｉは、推定角速度ωγと、各指令電圧Ｖγ１＊，Ｖδ１＊，Ｖγ２＊，Ｖδ２＊とに基づいて、第１信号生成部６０ａ、第２信号生成部６０ｅ及び第３信号生成部６０ｇのうち、どの信号生成部により第１γ軸高周波電圧Ｖγ１ｈ及び第１δ軸高周波電圧Ｖδ１ｈを生成するかを選択する。

図１９に、選択部６０ｉにより実行される処理の手順を示す。この処理は、例えば所定周期で繰り返し実行される。

この一連の処理では、まずステップＳ３０において、各指令電圧Ｖγ１＊，Ｖδ１＊，Ｖγ２＊，Ｖδ２＊に基づいて、駆動電圧ベクトルＶＶｒ、第１高周波電圧ベクトルＶＶｈ１及び第２高周波電圧ベクトルＶＶｈ２の合成ベクトルの大きさＶａｍｐを算出する。本実施形態では、各指令電圧Ｖγ１＊，Ｖδ１＊，Ｖγ２＊，Ｖδ２＊に基づいて算出された駆動電圧ベクトルＶＶｒの大きさに規定値（＞０）を加算することにより、合成ベクトルの大きさＶａｍｐを算出する。ここで規定値は、例えば、各高周波電圧ベクトルＶＶｈ１，ＶＶｈ２の方向をトルクリプル低減方向、電圧変動低減方向及び感度増加方向のいずれかとした場合に想定される駆動電圧ベクトルＶＶｒの大きさの最大増加分に設定されている。規定値は、実験や計算等により予め定められた値である。

続くステップＳ３２では、算出した合成ベクトルの大きさＶａｍｐが制限電圧Ｖｍａｘより大きいか否かを判定する。ステップＳ３２において肯定判定した場合には、ステップＳ３４に進み、第１γ軸高周波電圧Ｖγ１ｈ及び第１δ軸高周波電圧Ｖδ１ｈを生成する信号生成部として、第２信号生成部６０ｅを選択する。

一方、ステップＳ３２において否定判定した場合には、ステップＳ３６に進み、モータ１０の実トルクＴｒｑ又は指令トルクＴｒｑ＊が高トルク判定値ＴｒｑｔｈＨ以上であるとの条件、及びモータ１０に流れる駆動電流ベクトルＶＩｒの大きさＩａｍｐ又は駆動電流ベクトルＶＩｒの指令値である指令電流ベクトルの大きさＩａｍｐ＊が大電流判定値ＩａｍｐｔｈＨ以上であるとの条件の論理和が真であるか否かを判定する。ここで実トルクは、例えば、各相電流検出部３１Ａ，３１Ｂの検出値に基づいて算出されればよい。ステップＳ３６において肯定判定した場合には、ステップＳ３８に進み、第１γ軸高周波電圧Ｖγ１ｈ及び第１δ軸高周波電圧Ｖδ１ｈを生成する信号生成部として、第１信号生成部６０ａを選択する。

一方、ステップＳ３６において否定判定した場合には、ステップＳ４０に進み、第１γ軸高周波電圧Ｖγ１ｈ及び第１δ軸高周波電圧Ｖδ１ｈを生成する信号生成部として、第３信号生成部６０ｇを選択する。

以上説明した本実施形態によれば、モータ１０の駆動状態に応じて、角度推定用の高周波電圧ベクトルの方向を適正に設定することができる。

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

・上記第１実施形態の図４の信号生成部６０ａにおいて、第１γ軸電流Ｉγ１ｒ、第１δ軸電流Ｉδ１ｒ、第２γ軸電流Ｉγ２ｒ、及び第２δ軸電流Ｉδ２ｒに基づいて、駆動電流ベクトルＶＩｒの大きさＩａｍｐ及び位相θＩを算出してもよい。

・モータとしては、２つ巻線群を有するものに限らず、３つ以上の巻線群を有するものであってもよい。この場合、各巻線群に対応してインバータを個別に設ければよい。図２０に、３つのインバータに対応する３つの高周波電圧ベクトルＶＶｈ１，ＶＶｈ２，ＶＶｈ３の設定手法を示す。図２０では、第１高周波電圧ベクトルＶＶｈ１及び第３高周波電圧ベクトルＶＶｈ３により、第２高周波電圧ベクトルＶＶｈ２を相殺している。

また、図２１に、４つのインバータに対応する４つの高周波電圧ベクトルＶＶｈ１，ＶＶｈ２，ＶＶｈ３，ＶＶｈ４の設定手法を示す。図２１では、第１，第３高周波電圧ベクトルＶＶｈ１，ＶＶｈ３の合成ベクトルにより、第２，第４高周波電圧ベクトルＶＶｈ２，ＶＶｈ４を相殺している。なお図２１では、第１高周波電圧ベクトルＶＶｈ１の大きさと第２高周波電圧ベクトルＶＶｈ２の大きさとが等しく、第３高周波電圧ベクトルＶＶｈ３の大きさと第４高周波電圧ベクトルＶＶｈ４の大きさとが等しく設定されている。

・上記各実施形態では、第１，第２高周波電圧ベクトルＶＶｈ１，ＶＶｈ２の合成ベクトルの大きさを０にするように高周波電圧を印加したがこれに限らない。例えば、図２２に示すように、第１，第２高周波電圧ベクトルＶＶｈ１，ＶＶｈ２のそれぞれの大きさよりも、各高周波電圧ベクトルＶＶｈ１，ＶＶｈ２の合成ベクトルＶｔの大きさを小さくするように高周波電圧を印加してもよい。この場合であっても、騒音の低減効果を得ることはできる。

・上記各実施形態では、第１高周波電圧ベクトルＶＶｈ１と第２高周波電圧ベクトルＶＶｈ２とのなす角度を１８０°としたがこれに限らない。第１，第２高周波電圧ベクトルＶＶｈ１，ＶＶｈ２それぞれの大きさよりも、各高周波電圧ベクトルＶＶｈ１，ＶＶｈ２の合成ベクトルの大きさを小さくするとの条件を満たすなら、第１高周波電圧ベクトルＶＶｈ１と第２高周波電圧ベクトルＶＶｈ２とのなす角度が１８０°以外の角度とされてもよい。

・上記各実施形態では、第１巻線群１０Ａと第２巻線群１０Ｂとのなす角度が０とされていたがこれに限らず、０以外の所定角度とされていてもよい。この場合、第１巻線群１０Ａに対応するγδ座標系のγ軸と、第２巻線群１０Ｂに対応するγδ座標系のγ軸とのなす角度が上記所定角度とされる。このため、例えば上記第１実施形態において、第１巻線群１０Ａに対応するγδ座標系、及び第２巻線群１０Ｂに対応するγδ座標系の中から選択されたいずれか１つの座標系において、第１高周波電圧ベクトルＶＶｈ１の向きと第２高周波電圧ベクトルＶＶｈ２の向きとが接線Ｌｔａの延びる方向と一致するように各高周波電圧ベクトルＶＶｈ１，ＶＶｈ２が設定されればよい。

・上記第１実施形態の図８の内積算出部５０ｃにおいて、第１高周波電圧ベクトルＶＶｈ１と第１高周波電流ベクトルＶＩｈ１との内積値を下式（ｅｑ４）に基づいて算出してもよい。

上式（ｅｑ４）において、Ｉｈｘ，Ｉｈｙは第１高周波電流ベクトルＶＩｈ１のＸ，Ｙ軸方向成分である第１Ｘ軸高周波電流，第１Ｙ軸高周波電流を示し、Ｖｈｘ，Ｖｈｙは第１高周波電圧ベクトルＶＶｈ１のＸ，Ｙ軸方向成分である第１Ｘ軸高周波電圧，第１Ｙ軸高周波電圧を示す。なお、第２高周波電圧ベクトルＶＶｈ２についても同様である。

・高周波電圧としては、矩形波状のパルス信号に限らず、例えば正弦波状の高周波信号であってもよい。

・モータとしては、非突極機に限らず、突極機であってもよい。

１０…モータ、１０Ａ，１０Ｂ…第１，第２巻線群、２０Ａ，２０Ｂ…第１，第２インバータ、４０…制御装置。

Claims (15)

1. ステータ（１３）に巻回された複数の巻線群（１０Ａ，１０Ｂ）を有する多重巻線回転電機（１０）と、前記複数の巻線群に電圧を印加する電力変換回路（２０Ａ，２０Ｂ）と、を備えるシステムに適用され、
   前記回転電機の電気角速度よりも高い角速度で変動する高周波電圧を前記複数の巻線群のそれぞれに印加すべく、前記電力変換回路を操作する高周波操作部（４０）と、
   前記複数の巻線群に印加された高周波電圧に応じて前記複数の巻線群に流れる高周波電流に基づいて、前記回転電機の回転角を推定する角度推定部（５０）と、を備え、
   前記高周波操作部は、前記複数の巻線群に印加する高周波電圧ベクトルの方向を前記回転電機の駆動状態に基づいて可変設定する方向設定部を含み、前記各高周波電圧ベクトルの方向を前記方向設定部により設定した方向にするとの条件、及び前記複数の巻線群に印加される高周波電圧ベクトルそれぞれの大きさよりも、前記各高周波電圧ベクトルの合成ベクトルの大きさを小さくするとの条件を満たすように、前記複数の巻線群に高周波電圧を印加する回転電機の制御装置。
2. 前記回転電機の推定された２相回転座標系であるγδ座標系において、前記回転電機の指令トルクを実現するための電流にて規定される曲線が、等トルク曲線と定義されており、
   前記γδ座標系において、前記等トルク曲線と前記回転電機に流れる電流ベクトルとの交点を通る前記等トルク曲線の接線方向に平行な方向が、トルクリプル低減方向と定義されており、
   前記方向設定部は、前記各高周波電圧ベクトルの方向を前記トルクリプル低減方向に設定する請求項１に記載の回転電機の制御装置。
3. 前記電流ベクトルに係る情報と関係付けられた前記トルクリプル低減方向を複数記憶しているリプル低減記憶部（６０ｂ）を備え、
   前記方向設定部は、前記リプル低減記憶部が記憶している複数の前記トルクリプル低減方向の中から現在の前記電流ベクトルに対応する方向を選択し、前記各高周波電圧ベクトルの方向を前記選択した方向に設定する請求項２に記載の回転電機の制御装置。
4. 最小電流最大トルク制御により前記回転電機のトルクを前記指令トルクに制御すべく、前記電力変換回路を操作する基本操作部（４０）を備え、
   前記方向設定部は、前記トルクリプル低減方向を、現在の前記電流ベクトルと直交する方向に設定する請求項２に記載の回転電機の制御装置。
5. 前記回転電機の推定された２相回転座標系であるγδ座標系において、所定の電圧値を実現するための電流にて規定される円が、定電圧円と定義されており、
   前記γδ座標系において、前記回転電機のトルクを指令トルクに制御するために要求される前記回転電機の駆動電圧ベクトルと前記定電圧円との交点を通る前記定電圧円の接線方向に平行な方向が、電圧変動低減方向と定義されており、
   前記方向設定部は、前記各高周波電圧ベクトルの方向を前記電圧変動低減方向に設定する請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転電機の制御装置。
6. 前記駆動電圧ベクトルに係る情報と関係付けられて前記電圧変動低減方向を複数記憶している電圧低減記憶部（６０ｆ）を備え、
   前記方向設定部は、前記電圧低減記憶部が記憶している複数の前記電圧変動低減方向の中から現在の前記駆動電圧ベクトルに対応する方向を選択し、前記各高周波電圧ベクトルの方向を前記選択した方向に設定する請求項５に記載の回転電機の制御装置。
7. 前記方向設定部は、前記回転電機の電気角速度が低速判定値以下であると判定した場合、前記電圧変動低減方向を、現在の前記駆動電圧ベクトルと直交する方向に設定する請求項５に記載の回転電機の制御装置。
8. 前記回転電機の２相回転座標系であるｄｑ座標系のｄ軸と、推定された前記ｄｑ座標系であるγδ座標系のγ軸とのなす角度が推定誤差として定義されており、
   前記巻線群に印加された高周波電圧に応じて前記巻線群に流れる高周波電流とその基準値とのずれ量が実偏差として定義されており、
   前記推定誤差が０以外の値になっている状態において、前記巻線群に印加する高周波電圧ベクトルの方向を互いに異なる複数の方向のそれぞれとした場合、前記複数の方向のそれぞれに対応する前記実偏差のうち、その値が最小となる実偏差以外の実偏差に対応する方向が感度増加方向として定義されており、
   前記方向設定部は、前記各高周波電圧ベクトルの方向を前記感度増加方向に設定する請求項１〜７のいずれか１項に記載の回転電機の制御装置。
9. 前記回転電機に流れる電流ベクトルに係る情報と関係付けられた前記感度増加方向を複数記憶している感度記憶部（６０ｈ）を備え、
   前記方向設定部は、前記感度記憶部が記憶している複数の前記感度増加方向の中から現在の前記電流ベクトルに対応する方向を選択し、前記各高周波電圧ベクトルの方向を前記選択した方向に設定する請求項８に記載の回転電機の制御装置。
10. 前記巻線群に印加する高周波電圧ベクトルの方向を互いに異なる複数の方向のそれぞれに設定して前記高周波電圧を印加すべく、前記電力変換回路を操作する方向操作部（４０）と、
    前記複数の方向のそれぞれについて、前記方向操作部により前記巻線群に高周波電圧が印加された場合の前記実偏差を算出する実偏差算出部（４０）と、を備え、
    前記方向設定部は、前記実偏差算出部により算出された前記複数の方向のそれぞれに対応する実偏差のうち、その値が最小となる実偏差以外の実偏差に対応する方向を前記感度増加方向に設定する請求項８に記載の回転電機の制御装置。
11. 前記回転電機の２相回転座標系がｄｑ座標系として定義され、推定された前記ｄｑ座標系がγδ座標系として定義されており、
    前記γδ座標系において、前記回転電機の指令トルクを実現するための電流にて規定される曲線が、等トルク曲線と定義されており、
    前記γδ座標系において、前記等トルク曲線と前記回転電機に流れる電流ベクトルとの交点を通る前記等トルク曲線の接線方向に平行な方向が、トルクリプル低減方向と定義されており、
    前記γδ座標系において、所定の電圧値を実現するための電流にて規定される円が、定電圧円と定義されており、
    前記γδ座標系において、前記回転電機のトルクを前記指令トルクに制御するために要求される前記回転電機の駆動電圧ベクトルと前記定電圧円との交点を通る前記定電圧円の接線方向に平行な方向が、電圧変動低減方向と定義されており、
    前記ｄｑ座標系のｄ軸と前記γδ座標系のγ軸とのなす角度が推定誤差として定義されており、
    前記巻線群に印加された高周波電圧に応じて前記巻線群に流れる高周波電流とその基準値とのずれ量が実偏差として定義されており、
    前記推定誤差が０以外の値になっている状態において、前記巻線群に印加する高周波電圧ベクトルの方向を互いに異なる複数の方向のそれぞれとした場合、前記複数の方向のそれぞれに対応する前記実偏差のうち、その値が最小となる実偏差以外の実偏差に対応する方向が感度増加方向として定義されており、
    前記駆動電圧ベクトルと前記各高周波電圧ベクトルとの合成ベクトルの大きさを算出する合成値算出部（４０）を備え、
    前記方向設定部は、
    前記合成値算出部により算出した大きさが制限電圧より大きいと判定した場合、前記各高周波電圧ベクトルの方向を前記電圧変動低減方向に設定し、
    前記合成値算出部により算出した大きさが前記制限電圧以下であると判定して、かつ、前記回転電機の実トルク若しくは指令トルクが高トルク判定値以上である、又は、前記回転電機に流れる電流ベクトルの大きさ若しくは指令電流ベクトルの大きさが大電流判定値以上であると判定した場合、前記各高周波電圧ベクトルの方向を前記トルクリプル低減方向に設定し、
    前記合成値算出部により算出した大きさが前記制限電圧以下である判定して、かつ、前記回転電機の実トルク若しくは指令トルクが前記高トルク判定値より小さい、又は、前記回転電機に流れる電流ベクトルの大きさ若しくは指令電流ベクトルの大きさが前記大電流判定値より小さいと判定した場合、前記各高周波電圧ベクトルの方向を前記感度増加方向に設定する請求項１〜１０のいずれか１項に記載の回転電機の制御装置。
12. 前記巻線群に印加された高周波電圧に応じて前記巻線群に流れる高周波電流とその基準値とのずれ量が実偏差として定義されており、
    前記角度推定部は、前記実偏差を算出し、算出した実偏差を前記基準値にフィードバック制御するための操作量として、前記回転電機の電気角速度を算出し、算出した電気角速度を積分することにより、前記回転角を推定する請求項１〜１１のいずれか１項に記載の回転電機の制御装置。
13. 前記角度推定部は、前記回転電機の２相固定座標系であるαβ座標系における前記高周波電圧ベクトル及び前記回転電機に流れる電流ベクトルの内積値と前記基準値とのずれ量、又は前記高周波電圧ベクトルの方向における前記高周波電流の変化量と前記基準値とのずれ量を、前記実偏差として算出する請求項１２に記載の回転電機の制御装置。
14. 前記複数の巻線群に印加される高周波電圧ベクトルそれぞれの大きさよりも、前記各高周波電圧ベクトルの合成ベクトルの大きさを小さくするとの条件は、前記各高周波電圧ベクトルの合成ベクトルの大きさを０にするとの条件である請求項１〜１３のいずれか１項に記載の回転電機の制御装置。
15. 前記複数の巻線群は、２つの巻線群であり、
    前記電力変換回路は、前記２つの巻線群それぞれに対応して個別に設けられている請求項１〜１４のいずれか１項に記載の回転電機の制御装置。

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