JP2024072014A

JP2024072014A - 電動機

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Publication number: JP2024072014A
Application number: JP2022182582A
Authority: JP
Inventors: 雅士久保田; Masashi Kubota; 拓也成瀬; Takuya Naruse; 隆川島; Takashi Kawashima
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2022-11-15
Filing date: 2022-11-15
Publication date: 2024-05-27
Anticipated expiration: 2042-11-15
Also published as: CN118054713A; US20240162842A1; JP7819614B2; DE102023131550A1; US12381498B2

Abstract

【課題】モータの損失が大きくなることを抑制すること。
【解決手段】電動機は、制御部を備える。制御部は、位置推定部を備える。制御部は、インバータへの入力電圧が予め定められた電圧閾値以下、又は、相電流が予め定められた電流閾値以上の場合、位置推定部に誘起電圧方式によって回転子の位置を推定させる。制御部は、インバータへの入力電圧が予め定められた電圧閾値よりも高く、且つ、相電流が予め定められた電流閾値よりも低い場合、位置推定部に高調波重畳方式によって回転子の位置を推定させる。
【選択図】図３

Description

本開示は、電動機に関する。

インバータをセンサレス制御することによってモータを駆動する場合、モータの回転子の位置を推定する必要がある。センサレス制御は、回転子の位置をソフトウェアで推定することによってハードウェアの位置センサを用いずにモータを駆動する制御方式である。

特許文献１に開示のインバータ制御装置は、誘起電圧方式によって回転子の位置を推定している。誘起電圧方式を用いる場合、インバータへの入力電圧が高電圧であり、且つ電流が低電流の場合に、回転子の位置の推定精度が低下する。このため、インバータ制御装置は、入力電圧が閾値よりも高い場合には、電流が下限値を下回らないように電流制限を行うことによって電流が低電流になることを抑制している。

特開２０１７－１８４５９４号公報

特許文献１では、電流が下限値を下回らないように電流制限されるため、銅損の大きいモータでは効率が低下する虞がある。

上記課題を解決する電動機は、回転子及び３相のコイルが巻回された固定子を有するモータと、ドライバーと、前記ドライバーによって駆動されるスイッチング素子と、を有し、前記スイッチング素子によって前記モータを駆動するインバータと、前記モータに流れる相電流を検出する相電流検出部と、前記インバータへの入力電圧を検出する入力電圧検出部と、前記スイッチング素子の制御に用いられる複数の指令値を算出し、前記スイッチング素子を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記回転子の位置を推定する位置推定部を備え、前記位置推定部は、前記３相のコイルに発生する誘起電圧に基づき、前記回転子の位置を推定する誘起電圧方式と、前記指令値に高調波を重畳させ、前記回転子の位置を推定する高調波重畳方式と、を有する電動機であって、前記制御部は、前記入力電圧が予め定められた電圧閾値以下、又は、前記相電流が予め定められた電流閾値以上の場合、前記位置推定部に前記誘起電圧方式によって前記回転子の位置を推定させ、前記入力電圧が予め定められた前記電圧閾値よりも高く、且つ、前記相電流が予め定められた前記電流閾値よりも低い場合、前記位置推定部に前記高調波重畳方式によって前記回転子の位置を推定させるように切り替えることを要旨とする。

制御部は、インバータへの入力電圧が予め定められた電圧閾値よりも高く、且つ、相電流が予め定められた電流閾値よりも低い場合、高調波重畳方式によって位置推定部に回転子の位置を推定させる。高調波重畳方式は、誘起電圧方式に比べてインバータへの入力電圧が予め定められた電圧閾値よりも高く、且つ、相電流が予め定められた電流閾値よりも低い場合でも回転子の位置の推定精度が低下しにくい。モータ電流が低くなることを制限する必要がないため、モータの損失が大きくなることを抑制できる。

上記電動機について、前記制御部は、前記回転子の位置の他に、前記回転子の回転速度を推定する前記位置推定部と、前記相電流を前記回転子の位置に基づいてｄ軸電流及びｑ軸電流に変換する電流座標変換部と、前記回転速度と、外部から入力される回転速度指令値との差分に基づいて、ｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値を算出する速度制御部と、前記ｄ軸電流と前記ｄ軸電流指令値との差分に基づいてｄ軸電圧指令値を算出し、前記ｑ軸電流と前記ｑ軸電流指令値との差分に基づいてｑ軸電圧指令値を算出する電流制御部と、前記ｄ軸電圧指令値及び前記ｑ軸電圧指令値に基づいて、３相分の３相電圧指令値を算出するＰＷＭ制御部と、を備え、前記制御部は、前記高調波重畳方式において、前記ｄ軸電圧指令値のみ、前記ｄ軸電圧指令値及び前記ｑ軸電圧指令値の両方、前記ｄ軸電流指令値及び前記ｑ軸電流指令値の両方、並びに、前記３相電圧指令値のみのうちのいずれかの指令値で定義される所定の指令値に、高調波を重畳させ、前記位置推定部に前記回転子の位置を推定させてもよい。

上記電動機について、前記電圧閾値は、第１電圧閾値と、前記第１電圧閾値よりも低い第２電圧閾値とを有し、前記制御部は、前記第１電圧閾値を、前記誘起電圧方式から前記高調波重畳方式への切り替えに用い、前記第２電圧閾値を、前記高調波重畳方式から前記誘起電圧方式への切り替えに用いてもよい。

上記電動機について、前記電流閾値は、第１電流閾値と、前記第１電流閾値よりも低い第２電流閾値とを有し、前記制御部は、前記第１電流閾値を、前記高調波重畳方式から前記誘起電圧方式への切り替えに用い、前記第２電流閾値を、前記誘起電圧方式から前記高調波重畳方式への切り替えに用いてもよい。

上記電動機について、前記制御部は、前記モータの温度が予め定められた温度閾値よりも低く、且つ前記モータの回転数が予め定められた回転数閾値よりも低い場合、前記相電流が前記電流閾値よりも低いと判定してもよい。

本発明によれば、モータの損失が大きくなることを抑制できる。

電動機の概略構成図である。電動機の概略構成図である。制御部が行う制御を示すフローチャートである。電圧閾値を示す図である。電流閾値を示す図である。

電動機の一実施形態について説明する。
＜電動機＞
図１に示すように、電動機Ｍ１は、モータ１１を備える。モータ１１は、回転子１２及び３相のコイルＵ，Ｖ，Ｗが巻回された固定子１３を有する。モータ１１は、３つのコイルＵ，Ｖ，Ｗを備える３相モータである。モータ１１は、例えば、車両に搭載される冷凍回路の圧縮機の駆動源や、燃料電池車に搭載されるエアーポンプの駆動源や水素ポンプの駆動源であるが特に限定されない。

電動機Ｍ１は、モータ駆動装置１０を備える。モータ駆動装置１０は、バッテリＢＡと、平滑コンデンサＣと、インバータ２１と、相電流検出部２２と、入力電圧検出部２３と、制御部３０と、を備える。

インバータ２１は、６つのスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６と、ダイオードＤ１～Ｄ６と、ドライバー５１と、を備える。スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６としては、例えば、IGBT（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）が用いられる。スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６とダイオードＤ１～Ｄ６とが一体の場合、MOSFET（金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）が用いられる。スイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２とは互いに直列接続されている。スイッチング素子Ｑ３とスイッチング素子Ｑ４とは互いに直列接続されている。スイッチング素子Ｑ５とスイッチング素子Ｑ６とは互いに直列接続されている。スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６にはそれぞれダイオードＤ１～Ｄ６が並列接続されている。各スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６には、平滑コンデンサＣを介してバッテリＢＡが接続されている。

スイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２との接続線は、途中で分岐してコイルＵに接続されている。スイッチング素子Ｑ３とスイッチング素子Ｑ４との接続線は、途中で分岐してコイルＶに接続されている。スイッチング素子Ｑ５とスイッチング素子Ｑ６との接続線は、途中で分岐してコイルＷに接続されている。

ドライバー５１は、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６を駆動する。これにより、モータ１１が駆動する。
バッテリＢＡは、充放電可能な蓄電装置である。バッテリＢＡの定格電圧は、例えば、８００［Ｖ］である。

相電流検出部２２は、モータ１１に流れる相電流を検出する。相電流検出部２２は、少なくとも２相分の相電流を検出する。本実施形態において、相電流検出部２２は、ｕ相電流Ｉｕ、ｖ相電流Ｉｖ、及びｗ相電流Ｉｗを検出する。３相のうち２相分の相電流を検出して、残りの１相分の相電流は２相分の相電流から算出するようにしてもよい。ｕ相電流Ｉｕ、ｖ相電流Ｉｖ、及びｗ相電流Ｉｗは、モータ１１の各相に流れる実電流である。

入力電圧検出部２３は、バッテリＢＡからインバータ２１に入力される入力電圧Ｖｉを検出する。
＜制御部＞
制御部３０は、プロセッサと、記憶部と、を備える。プロセッサとしては、例えば、CPU（Central Processing Unit）、GPU（Graphics Processing Unit）、又はDSP（Digital Signal Processor）が用いられる。記憶部は、RAM（Random Access Memory）、及びROM（Read Only Memory）を含む。記憶部は、処理をプロセッサに実行させるように構成されたプログラムコードまたは指令を格納している。記憶部、即ち、コンピュータ可読媒体は、汎用または専用のコンピュータでアクセスできるあらゆる利用可能な媒体を含む。制御部３０は、ASIC（Application Specific Integrated Circuit）やFPGA（Field Programmable Gate Array）等のハードウェア回路によって構成されていてもよい。処理回路である制御部３０は、コンピュータプログラムに従って動作する１つ以上のプロセッサ、ASICやFPGA等の１つ以上のハードウェア回路、或いは、それらの組み合わせを含み得る。

制御部３０は、複数の指令値を算出する。制御部３０は、複数の指令値によってスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６を制御する。制御部３０は、センサレス制御によってインバータ２１を制御する。センサレス制御は、モータ１１の回転子１２の位置Ｈｍを検出するハードウェアの位置センサを用いずにインバータ２１を制御する方式である。インバータ２１が制御されることでモータ１１が駆動する。制御部３０は、誘起電圧方式による位置推定と高調波重畳方式による位置推定とを切り替えながらインバータ２１を制御する。誘起電圧方式は、３相のコイルＵ，Ｖ，Ｗに発生する誘起電圧に基づき、回転子１２の位置Ｈｍを推定する方式である。高調波重畳方式は、指令値に高調波を重畳させ、回転子１２の位置Ｈｍを推定する方式である。

＜誘起電圧方式による位置推定＞
誘起電圧方式による位置推定を行う場合の制御部３０の機能について説明する。制御部３０は、電流座標変換部３１と、位置推定部３２と、減算部３３，３５，３６と、速度制御部３４と、電流制御部３７と、ＰＷＭ制御部３８と、を備える。

電流座標変換部３１は、相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを、位置推定部３２が推定した回転子１２の位置Ｈｍに基づいてｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑに変換する。例えば、電流座標変換部３１は、３相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の固定座標系の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを２相（α，β）の固定座標系の電流Ｉα，Ｉβに変換する。電流座標変換部３１は、位置Ｈｍを用いて電流Ｉα，Ｉβを２相（ｄ，ｑ）の回転座標系のｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑに変換する。ｄ軸及びｑ軸は、ｄｑ座標系の座標軸である。ｄｑ座標系は、モータ１１の回転子１２とともに回転する座標系である。電流座標変換部３１は、相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを電流Ｉα，Ｉβに変換することなく、直接ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑに変換してもよい。

位置推定部３２は、電流座標変換部３１から出力されたｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑ及び電流制御部３７から出力されたｄ軸電圧指令値Ｖｄ及びｑ軸電圧指令値Ｖｑに基づいてモータ１１の回転子１２の位置Ｈｍを推定する。例えば、位置推定部３２は、ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑと、電流制御部３７から取得するｄ軸電圧指令値Ｖｄ及びｑ軸電圧指令値Ｖｑと、モータ１１によって定まる定数と、に基づいてコイルＵ，Ｖ，Ｗに発生する誘起電圧を算出する。そして、位置推定部３２は、誘起電圧に基づき位置Ｈｍを推定する。また、位置推定部３２は、誘起電圧に基づいて回転子１２の回転速度Ｆｍを推定する。

減算部３３は、回転速度指令値ＦｍＲｅｆと、位置推定部３２によって推定された回転速度Ｆｍとの差分ΔＦｍを算出する。回転速度指令値ＦｍＲｅｆは、外部から入力される。回転速度指令値ＦｍＲｅｆは、例えば、車両の上位制御装置から制御部３０に入力される。

速度制御部３４は、差分ΔＦｍに基づいてｄ軸電流指令値ＩｄＲｅｆ及びｑ軸電流指令値ＩｑＲｅｆを算出する。速度制御部３４は、例えば、フィードバック制御を用いることによって差分ΔＦｍが０に収束するように、ｄ軸電流指令値ＩｄＲｅｆ及びｑ軸電流指令値ＩｑＲｅｆを算出する。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。

減算部３５は、ｄ軸電流指令値ＩｄＲｅｆとｄ軸電流Ｉｄとの差分ΔＩｄを算出する。減算部３６は、ｑ軸電流指令値ＩｑＲｅｆとｑ軸電流Ｉｑとの差分ΔＩｑを算出する。
電流制御部３７は、差分ΔＩｄに基づいてｄ軸電圧指令値Ｖｄを算出する。電流制御部３７は、差分ΔＩｑに基づいてｑ軸電圧指令値Ｖｑを算出する。電流制御部３７は、例えば、フィードバック制御を用いることによって差分ΔＩｄ及び差分ΔＩｑが０に収束するように、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ及びｑ軸電圧指令値Ｖｑを算出する。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。

ＰＷＭ制御部３８は、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ及びｑ軸電圧指令値Ｖｑを、位置推定部３２が推定した回転子１２の位置Ｈｍ及び入力電圧Ｖｉに基づいてｕ相電圧指令値Ｖｕ、ｖ相電圧指令値Ｖｖ、及びｗ相電圧指令値Ｖｗに変換する。例えば、ＰＷＭ制御部３８は、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ及びｑ軸電圧指令値Ｖｑをｄｑ座標系からαβ座標系への座標の電圧指令値Ｖα，Ｖβに変換する。ＰＷＭ制御部３８は、２相の電圧指令値Ｖα，Ｖβを３相分の３相電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに変換する。ＰＷＭ制御部３８は、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ及びｑ軸電圧指令値Ｖｑを電圧指令値Ｖα，Ｖβに変換することなく、直接電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに変換してもよい。

インバータ２１は、電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに基づいて制御される。詳細にいえば、ＰＷＭ制御部３８は、電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗとキャリア周波数とに基づいて、ＰＷＭ信号を生成し、ＰＷＭ信号によってスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６を制御する。

＜高調波重畳方式による位置推定＞
高調波重畳方式による位置推定を行う場合の制御部３０の機能について説明する。
図２に示すように、制御部３０は、電流座標変換部３１と、位置推定部３２と、減算部３３，３５，３６と、速度制御部３４と、電流制御部３７と、ＰＷＭ制御部３８と、高調波重畳部４１と、加算部４２と、バンドストップフィルタ４３と、を備える。電流座標変換部３１、減算部３３，３５，３６、速度制御部３４、電流制御部３７、及びＰＷＭ制御部３８は、誘起電圧方式の場合と同様の機能を有する。このため、説明を省略する。

高調波重畳部４１は、高調波Ｖｈを生成する。高調波Ｖｈは、Ｖａ＊ｃｏｓ２πｆｔで定義される。Ｖａは、高調波Ｖｈの振幅である。ｆは、高調波Ｖｈの周波数である。周波数ｆは、例えば、モータ１１の回転に依存しない周波数である。

加算部４２は、高調波重畳部４１が生成した高調波Ｖｈをｄ軸電圧指令値Ｖｄに加算する。これにより、ｄ軸電圧指令値Ｖｄに高調波Ｖｈが重畳される。
本実施形態において、制御部３０は、高調波重畳方式において、ｄ軸電圧指令値Ｖｄのみに高調波Ｖｈを重畳させている。制御部３０は、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ及びｑ軸電圧指令値Ｖｑの両方、ｄ軸電流指令値ＩｄＲｅｆ及びｑ軸電流指令値ＩｑＲｅｆの両方、並びに、３相電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗのみのうちのいずれかの指令値で定義される所定の指令値に、高調波Ｖｈを重畳させ、位置推定部３２に回転子１２の位置を推定させてもよい。

バンドストップフィルタ４３は、ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑから特定の帯域の周波数成分を除去する。高調波重畳部４１によりｄ軸電圧指令値Ｖｄに高調波Ｖｈを重畳すると、高調波Ｖｈによる周波数成分がｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑに含まれることになる。バンドストップフィルタ４３は、この周波数成分を除去する。

位置推定部３２は、電流座標変換部３１によって算出されたｑ軸電流Ｉｑから回転子１２の位置Ｈｍ、及び回転子１２の回転速度Ｆｍを推定する。高調波Ｖｈをｄ軸電圧指令値Ｖｄに重畳すると、ｑ軸電流Ｉｑには高調波Ｖｈに基づく電流高調波が含まれる。位置推定部３２は、ｑ軸電流Ｉｑに含まれる電流高調波とモータ１１の数式モデルから回転子１２の位置Ｈｍ、及び回転子１２の回転速度Ｆｍを推定する。例えば、位置推定部３２は、電流高調波から軸誤差Δθｃを算出する。軸誤差Δθｃは、実際の回転子１２の位置Ｈｍと、制御部３０が認識している回転子１２の位置Ｈｍとの誤差である。位置推定部３２は、軸誤差Δθｃが０になるように、回転子１２の位置Ｈｍ、及び回転子１２の回転速度Ｆｍを推定する。

＜制御部が行う制御及び本実施形態の作用＞
制御部３０は、誘起電圧方式による位置推定を行うか、高調波重畳方式による位置推定を行うかを以下の制御によって切り替える。以下の制御は、モータ１１の駆動中に所定の制御周期で繰り返し実行される。

図３に示すように、ステップＳ１において、制御部３０は、入力電圧Ｖｉが予め定められた電圧閾値よりも高いか否かを判定する。ステップＳ１の判定結果が肯定の場合、制御部３０は、ステップＳ２の処理を行う。ステップＳ１の判定結果が否定の場合、制御部３０は、ステップＳ４の処理を行う。

ステップＳ２において、制御部３０は、モータ電流が予め定められた電流閾値より低いか否かを判定する。モータ電流は、相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗである。詳細にいえば、モータ電流は、相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの実効値である。ステップＳ２の判定結果が肯定の場合、制御部３０は、ステップＳ３の処理を行う。ステップＳ２の判定結果が否定の場合、制御部３０は、ステップＳ４の処理を行う。

インバータ２１への入力電圧Ｖｉが予め定められた電圧閾値よりも高く、且つモータ電流が予め定められた電流閾値よりも低いことを特定条件とする。ステップＳ１の判定、及びステップＳ２の判定の両方が肯定となった場合、特定条件が成立している。ステップＳ１の判定、及びステップＳ２の判定の両方又は一方が否定となった場合、特定条件が成立していない。特定条件が成立していない場合は、インバータ２１への入力電圧Ｖｉが電圧閾値以下、又は、モータ電流が電流閾値以上の場合である。

誘起電圧方式により回転子１２の位置Ｈｍを推定する場合、入力電圧Ｖｉが高い場合であって且つモータ電流が低い場合には、位置推定精度が低下する。電圧閾値及び電流閾値としては、位置推定精度の低下が許容範囲を超える際の入力電圧Ｖｉ、及び位置推定精度の低下が許容範囲を超える際のモータ電流に基づいて設定されている。即ち、誘起電圧方式での位置推定精度の低下が許容範囲を超える場合には、高調波重畳方式による位置推定が行われるように電圧閾値及び電流閾値は設定されている。

ステップＳ３において、制御部３０は、高調波重畳方式によって回転子１２の位置Ｈｍの推定を行う。また、制御部３０は、高調波重畳方式によって回転子１２の回転速度Ｆｍの推定を行う。このように、制御部３０は、特定条件が成立している場合、高調波重畳方式によって回転子１２の位置Ｈｍの推定、及び回転子１２の回転速度Ｆｍの推定を行う。制御部３０は、インバータ２１への入力電圧Ｖｉが予め定められた電圧閾値よりも高く、且つモータ電流が予め定められた電流閾値よりも低い場合、高調波重畳方式によって位置推定部３２に回転子１２の位置Ｈｍを推定させるように切り替えを行う。

ステップＳ４において、制御部３０は、誘起電圧方式によって回転子１２の位置Ｈｍの推定を行う。また、制御部３０は、誘起電圧方式によって回転子１２の回転速度Ｆｍの推定を行う。このように、制御部３０は、特定条件が成立していない場合、誘起電圧方式によって回転子１２の位置Ｈｍの推定、及び回転子１２の回転速度Ｆｍの推定を行う。制御部３０は、インバータ２１への入力電圧Ｖｉが電圧閾値以下、又は、モータ電流が電流閾値以上の場合、誘起電圧方式によって位置推定部３２に回転子１２の位置Ｈｍを推定させるように切り替えを行う。

図４に示すように、電圧閾値には、ヒステリシスが設定されている。電圧閾値は、第１電圧切替値と、第２電圧切替値と、を有する。第２電圧切替値は、第１電圧切替値よりも低い値である。第１電圧切替値は、第１電圧閾値である。第２電圧切替値は、第２電圧閾値である。制御部３０が誘起電圧方式によって回転子１２の位置Ｈｍの推定を行っている場合の電圧閾値は、第１電圧切替値である。制御部３０が高調波重畳方式によって回転子１２の位置Ｈｍの推定を行っている場合の電圧閾値は、第２電圧切替値である。制御部３０は、第１電圧閾値を、誘起電圧方式から高調波重畳方式への切り替えに用いる。制御部３０は、第２電圧閾値を、高調波重畳方式から誘起電圧方式への切り替えに用いる。

図５に示すように、電流閾値には、ヒステリシスが設定されている。電流閾値は、第１電流切替値と、第２電流切替値と、を有する。第２電流切替値は、第１電流切替値よりも低い値である。第１電流切替値は、第１電流閾値である。第２電流切替値は、第２電流閾値である。制御部３０が高調波重畳方式によって回転子１２の位置Ｈｍの推定を行っている場合の電流閾値は、第１電流切替値である。制御部３０が誘起電圧方式によって回転子１２の位置Ｈｍの推定を行っている場合の電流閾値は、第２電流切替値である。制御部３０は、第１電流閾値を、高調波重畳方式から誘起電圧方式への切り替えに用いる。制御部３０は、第２電流閾値を、誘起電圧方式から高調波重畳方式への切り替えに用いる。

［本実施形態の効果］
（１）制御部３０は、インバータ２１への入力電圧Ｖｉが予め定められた電圧閾値よりも高く、且つモータ電流が予め定められた電流閾値よりも低い場合、高調波重畳方式によって位置推定部３２に回転子１２の位置Ｈｍを推定させる。高調波重畳方式は、誘起電圧方式に比べてインバータ２１への入力電圧Ｖｉが予め定められた電圧閾値よりも高く、且つモータ電流が予め定められた電流閾値よりも低い場合であっても回転子１２の位置Ｈｍの推定精度が低下しにくい。インバータ２１への入力電圧Ｖｉが予め定められた電圧閾値よりも高く、且つモータ電流が予め定められた電流閾値よりも低い場合に、高調波重畳方式を用いることで、モータ電流が低くなることを制限する必要がないため、モータ１１の損失が大きくなることを抑制できる。

（２）制御部３０は、インバータ２１への入力電圧Ｖｉが電圧閾値以下、又は、モータ電流が電流閾値以上の場合、誘起電圧方式によって位置推定部３２に回転子１２の位置Ｈｍを推定させる。高調波重畳方式は、高調波Ｖｈを重畳することによって静音性が悪化するおそれがある。インバータ２１への入力電圧Ｖｉが電圧閾値以下、又は、モータ電流が電流閾値以上の場合に誘起電圧方式によって回転子１２の位置Ｈｍを推定することによって、モータ１１の静音性が悪化することを抑制できる。

（３）電圧閾値には、ヒステリシスが設定されている。電圧閾値を予め定められた１つの値とする場合、入力電圧Ｖｉが電圧閾値を跨いで変動していると、高調波重畳方式と誘起電圧方式とが頻繁に切り替わるおそれがある。高調波重畳方式と誘起電圧方式とが頻繁に切り替わる場合、切り替えの際に制御の安定性が損なわれるおそれがある。電圧閾値にヒステリシスを設定することによって、高調波重畳方式と誘起電圧方式とが頻繁に切り替わることを抑制できる。

（４）電流閾値には、ヒステリシスが設定されている。電流閾値を予め定められた１つの値とする場合、モータ電流が電流閾値を跨いで変動していると、高調波重畳方式と誘起電圧方式とが頻繁に切り替わるおそれがある。高調波重畳方式と誘起電圧方式とが頻繁に切り替わる場合、切り替えの際に制御の安定性が損なわれるおそれがある。電流閾値にヒステリシスを設定することによって、高調波重畳方式と誘起電圧方式とが頻繁に切り替わることを抑制できる。

［変更例］
実施形態は、以下のように変更して実施することができる。実施形態及び以下の変形例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

○高調波重畳方式による回転子１２の位置推定を行う際に、制御部３０は、電流指令値ＩｄＲｅｆ，ＩｑＲｅｆに高調波Ｖｈを重畳してもよい。
○電流閾値にヒステリシスを設定しなくてもよい。

○電圧閾値にヒステリシスを設定しなくてもよい。
○モータ電流が予め定められた電流閾値よりも低くなるときは、モータ１１が低温、且つモータ１１の回転数が低いときである。モータ１１にはモータ１１の温度を検知する図示しない温度センサが設けられてもよい。このため、制御部３０は、温度センサによって測定されたモータ１１の温度が予め定められた温度閾値よりも低く、且つモータ１１の回転数が予め定められた回転数閾値よりも低い場合、モータ電流が電流閾値よりも低いと判定してもよい。温度閾値、及び回転数閾値は、電流閾値に対応して設定されている。モータ１１の温度が温度閾値未満であり、且つモータ１１の回転数が回転数閾値未満の場合に、モータ電流が電流閾値よりも低くなるように温度閾値及び回転数閾値は設定されればよい。

上記実施形態及び変更例から把握できる技術的思想について記載する。
［態様１］回転子及び３相のコイルが巻回された固定子を有するモータと、ドライバーと、前記ドライバーによって駆動されるスイッチング素子と、を有し、前記スイッチング素子によって前記モータを駆動するインバータと、前記モータに流れる相電流を検出する相電流検出部と、前記インバータへの入力電圧を検出する入力電圧検出部と、前記スイッチング素子の制御に用いられる複数の指令値を算出し、前記スイッチング素子を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記回転子の位置を推定する位置推定部を備え、前記位置推定部は、前記３相のコイルに発生する誘起電圧に基づき、前記回転子の位置を推定する誘起電圧方式と、前記指令値に高調波を重畳させ、前記回転子の位置を推定する高調波重畳方式と、を有する電動機であって、前記制御部は、前記入力電圧が予め定められた電圧閾値以下、又は、前記相電流が予め定められた電流閾値以上の場合、前記位置推定部に前記誘起電圧方式によって前記回転子の位置を推定させ、前記入力電圧が予め定められた前記電圧閾値よりも高く、且つ、前記相電流が予め定められた前記電流閾値よりも低い場合、前記位置推定部に前記高調波重畳方式によって前記回転子の位置を推定させるように切り替えることを特徴とする電動機。

［態様２］前記制御部は、前記回転子の位置の他に、前記回転子の回転速度を推定する前記位置推定部と、前記相電流を前記回転子の位置に基づいてｄ軸電流及びｑ軸電流に変換する電流座標変換部と、前記回転速度と、外部から入力される回転速度指令値との差分に基づいて、ｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値を算出する速度制御部と、前記ｄ軸電流と前記ｄ軸電流指令値との差分に基づいてｄ軸電圧指令値を算出し、前記ｑ軸電流と前記ｑ軸電流指令値との差分に基づいてｑ軸電圧指令値を算出する電流制御部と、前記ｄ軸電圧指令値及び前記ｑ軸電圧指令値に基づいて、３相分の３相電圧指令値を算出するＰＷＭ制御部と、を備え、前記制御部は、前記高調波重畳方式において、前記ｄ軸電圧指令値のみ、前記ｄ軸電圧指令値及び前記ｑ軸電圧指令値の両方、前記ｄ軸電流指令値及び前記ｑ軸電流指令値の両方、並びに、前記３相電圧指令値のみのうちのいずれかの指令値で定義される所定の指令値に、高調波を重畳させ、前記位置推定部に前記回転子の位置を推定させる［態様１］に記載の電動機。

［態様３］前記電圧閾値は、第１電圧閾値と、前記第１電圧閾値よりも低い第２電圧閾値とを有し、前記制御部は、前記第１電圧閾値を、前記誘起電圧方式から前記高調波重畳方式への切り替えに用い、前記第２電圧閾値を、前記高調波重畳方式から前記誘起電圧方式への切り替えに用いる、［態様１］又は［態様２］に記載の電動機。

［態様４］前記電流閾値は、第１電流閾値と、前記第１電流閾値よりも低い第２電流閾値とを有し、前記制御部は、前記第１電流閾値を、前記高調波重畳方式から前記誘起電圧方式への切り替えに用い、前記第２電流閾値を、前記誘起電圧方式から前記高調波重畳方式への切り替えに用いる、［態様１］～［態様３］のうちいずれか１つに記載の電動機。

［態様５］前記制御部は、前記モータの温度が予め定められた温度閾値よりも低く、且つ前記モータの回転数が予め定められた回転数閾値よりも低い場合、前記相電流が前記電流閾値よりも低いと判定する、［態様１］～［態様４］のうちいずれか１つに記載の電動機。

Ｍ１…電動機、Ｑ１～Ｑ６…スイッチング素子、Ｕ，Ｖ，Ｗ…コイル、１１…モータ、１２…回転子、１３…固定子、２１…インバータ、２２…相電流検出部、２３…入力電圧検出部、３０…制御部、３１…電流座標変換部、３２…位置推定部、３４…速度制御部、３７…電流制御部、３８…ＰＷＭ制御部、５１…ドライバー。

Claims

回転子及び３相のコイルが巻回された固定子を有するモータと、
ドライバーと、前記ドライバーによって駆動されるスイッチング素子と、を有し、前記スイッチング素子によって前記モータを駆動するインバータと、
前記モータに流れる相電流を検出する相電流検出部と、
前記インバータへの入力電圧を検出する入力電圧検出部と、
前記スイッチング素子の制御に用いられる複数の指令値を算出し、前記スイッチング素子を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記回転子の位置を推定する位置推定部を備え、
前記位置推定部は、
前記３相のコイルに発生する誘起電圧に基づき、前記回転子の位置を推定する誘起電圧方式と、
前記指令値に高調波を重畳させ、前記回転子の位置を推定する高調波重畳方式と、を有する電動機であって、
前記制御部は、
前記入力電圧が予め定められた電圧閾値以下、又は、前記相電流が予め定められた電流閾値以上の場合、前記位置推定部に前記誘起電圧方式によって前記回転子の位置を推定させ、
前記入力電圧が予め定められた前記電圧閾値よりも高く、且つ、前記相電流が予め定められた前記電流閾値よりも低い場合、前記位置推定部に前記高調波重畳方式によって前記回転子の位置を推定させるように切り替えることを特徴とする電動機。
前記制御部は、
前記回転子の位置の他に、前記回転子の回転速度を推定する前記位置推定部と、
前記相電流を前記回転子の位置に基づいてｄ軸電流及びｑ軸電流に変換する電流座標変換部と、
前記回転速度と、外部から入力される回転速度指令値との差分に基づいて、ｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値を算出する速度制御部と、
前記ｄ軸電流と前記ｄ軸電流指令値との差分に基づいてｄ軸電圧指令値を算出し、前記ｑ軸電流と前記ｑ軸電流指令値との差分に基づいてｑ軸電圧指令値を算出する電流制御部と、
前記ｄ軸電圧指令値及び前記ｑ軸電圧指令値に基づいて、３相分の３相電圧指令値を算出するＰＷＭ制御部と、を備え、
前記制御部は、前記高調波重畳方式において、前記ｄ軸電圧指令値のみ、前記ｄ軸電圧指令値及び前記ｑ軸電圧指令値の両方、前記ｄ軸電流指令値及び前記ｑ軸電流指令値の両方、並びに、前記３相電圧指令値のみのうちのいずれかの指令値で定義される所定の指令値に、高調波を重畳させ、前記位置推定部に前記回転子の位置を推定させる請求項１に記載の電動機。
前記電圧閾値は、第１電圧閾値と、前記第１電圧閾値よりも低い第２電圧閾値とを有し、
前記制御部は、前記第１電圧閾値を、前記誘起電圧方式から前記高調波重畳方式への切り替えに用い、前記第２電圧閾値を、前記高調波重畳方式から前記誘起電圧方式への切り替えに用いる、請求項１又は請求項２に記載の電動機。
前記電流閾値は、第１電流閾値と、前記第１電流閾値よりも低い第２電流閾値とを有し、
前記制御部は、前記第１電流閾値を、前記高調波重畳方式から前記誘起電圧方式への切り替えに用い、前記第２電流閾値を、前記誘起電圧方式から前記高調波重畳方式への切り替えに用いる、請求項１又は請求項２に記載の電動機。
前記制御部は、前記モータの温度が予め定められた温度閾値よりも低く、且つ前記モータの回転数が予め定められた回転数閾値よりも低い場合、前記相電流が前記電流閾値よりも低いと判定する、請求項１又は請求項２に記載の電動機。