インバータ制御装置
【課題】コアレス電流センサを用いた際の検出精度の悪化の影響を無くしてモータを正常に駆動させることが可能なインバータ制御装置を提供する。
【解決手段】コアレス電流センサ４０が備えるシールド板により生じる残留磁束の影響により出力電圧Ｖｕｖ、Ｖｖｗに含まれる位相遅れ及びゲイン誤差が無くなるように、出力電圧Ｖｕｖ、Ｖｖｗを補正し、その補正された補正出力電圧Ｖｕｖ、Ｖｖｗと、外部から入力される指令値とに基づいて、モータインバータ４１を制御する。
【解決手段】コアレス電流センサ４０が備えるシールド板により生じる残留磁束の影響により出力電圧Ｖｕｖ、Ｖｖｗに含まれる位相遅れ及びゲイン誤差が無くなるように、出力電圧Ｖｕｖ、Ｖｖｗを補正し、その補正された補正出力電圧Ｖｕｖ、Ｖｖｗと、外部から入力される指令値とに基づいて、モータインバータ４１を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コアレス電流センサの出力電圧に基づいてモータインバータの動作を制御するインバータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図８は、従来のインバータ制御装置を示す図である。
図８に示すインバータ制御装置３０は、位置速度算出部３１と、電流算出部３２と、電流変換部３３と、電流テーブル３４と、指令電圧出力部３５と、電圧変換部３６と、制御信号生成部３７とを備えて構成されている。
【０００３】
位置速度算出部３１は、レゾルバ３８（モータ位置センサ）から出力される、モータ３９のロータの回転数に比例した周波数の交流電圧に基づいて、ロータの現在の位置θ及び回転速度ωを算出する。
【０００４】
電流算出部３２は、コアレス電流センサ４０の出力電圧Ｖｕｖ１、Ｖｖｗ１に基づいて、モータ３９のＵ相に流れる交流電流Ｉｕ、Ｖ相に流れる交流電流Ｉｖ、及びＷ相に流れる交流電流Ｉｗを算出する。
【０００５】
電流変換部３３は、交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを、モータ３９のｄ軸方向に流れている電流ｉｄ及びモータ３９のｑ軸方向に流れている電流ｉｑに変換する。
電流テーブル３４は、外部（例えば、ＥＣＵ（Ｅｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）など）から入力される指令値（例えば、回転数やトルクなど）と、回転速度ωと、モータ３９のｄ軸方向に流すべき指令電流ｉｄ１（ｄ軸指令電流）及びモータ３９のｑ軸方向に流すべき指令電流ｉｑ１（ｑ軸指令電流）とが対応付けられて格納されており、指令値と回転速度ωとが入力されると、それらに対応する指令電流ｉｄ１、ｉｑ１を出力する。
【０００６】
指令電圧出力部３５は、電流ｉｄ、ｉｑ及び指令電流ｉｄ１、ｉｑ１に基づいて、指令電圧Ｖｄ、Ｖｑを出力する。
電圧変換部３６は、指令電圧Ｖｄ、Ｖｑを、指令電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに変換する。
【０００７】
制御信号生成部３７は、指令電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに基づいて、モータインバータ４１のスイッチング素子４２〜４７のそれぞれのオン、オフをＰＷＭ制御するための制御信号Ｓ１〜Ｓ６を出力する。
【０００８】
これにより、モータ３９のＵ相、Ｖ相、Ｗ相に互いに位相差が１２０度異なる交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗが流れ、モータ３９のステータに回転磁界が生成され、モータ３９のロータが回転する。
【０００９】
図９は、コアレス電流センサ４０の断面図である。
図９に示すコアレス電流センサ４０は、交流電流Ｉｕが流れるバスバー４８と、交流電流Ｉｖが流れるバスバー４９と、交流電流Ｉｗが流れるバスバー５０と、バスバー４８及びバスバー４９の近傍に設けられるホール素子５１（第１のホール素子）と、バスバー４９及びバスバー５０の近傍に設けられるホール素子５２（第２のホール素子）と、外部からの磁束を遮蔽するためのシールド板５３とを備えて構成されている。
【００１０】
ホール素子５１は、バスバー４８に流れる交流電流Ｉｕにより発生する磁束、バスバー４９に流れる交流電流Ｉｖにより発生する磁束、及びバスバー５０に流れる交流電流Ｉｗにより発生する磁束に基づいて、出力電圧Ｖｕｖ１を出力する。
【００１１】
同様に、ホール素子５２も、バスバー４８に流れる交流電流Ｉｕにより発生する磁束、バスバー４９に流れる交流電流Ｉｖにより発生する磁束、及びバスバー５０に流れる交流電流Ｉｗにより発生する磁束に基づいて、出力電圧Ｖｖｗ１を出力する。
【００１２】
そして、電流算出部３２は、例えば、特許文献１に記載されるように、交流電流Ｉｕ＝（（Ｋｗｂ−Ｋｖｂ）×Ｖｕｖ１−（Ｋｗａ−Ｋｖａ）×Ｖｖｗ１）／（（Ｋｕａ−Ｋｖａ）×（Ｋｗｂ−Ｋｖｂ）−（Ｋｕｂ−Ｋｖｂ）×（Ｋｗａ−Ｋｖａ））により交流電流Ｉｕを算出するとともに、同様にして交流電流Ｉｖ、Ｉｗを算出する。なお、Ｋｕａ、Ｋｕｂ、Ｋｖａ、Ｋｖｂ、Ｋｗａ、及びＫｗｂは、ホール素子５１、５２の透磁率やホール素子５１、５２の感度などにより求められる係数とする。
【００１３】
このように、コアレス電流センサ４０は、集磁コアを用いないため、コストや体格を低減することができるので、その分インバータ制御装置３０のコストや体格も低減させることができる（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００８−５８０３５号公報
【特許文献２】特開２００４−６１２１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、上記インバータ制御装置３０では、コアレス電流センサ４０にシールド板５３が備えられているため、そのシールド板５３により生じる残留磁束がホール素子５１、５２に影響を及ぼし、出力電圧Ｖｕｖ１、Ｖｖｗ１が正確な値にならないおそれがある。
【００１５】
図１０は、シールド板５３により生じる残留磁束の影響がない場合の出力電圧Ｖｕｖ１、Ｖｖｗ１と、シールド板５３により生じる残留磁束の影響がある場合の出力電圧Ｖｕｖ１、Ｖｖｗ１とを示す図である。
【００１６】
残留磁束の影響がない場合、出力電圧Ｖｕｖ１＝αｓｉｎ（ωｔ）、出力電圧Ｖｖｗ１＝αｓｉｎ（ωｔ＋β）となる。なお、αはコアレス電流センサ４０の磁気特性を示し、βは出力電圧Ｖｕｖ１、Ｖｖｗ１の位相差を示している。
【００１７】
一方、残留磁束の影響がある場合、出力電圧Ｖｕｖ１に含まれるゲイン誤差をα１、出力電圧Ｖｖｗ１に含まれるゲイン誤差をα２、出力電圧Ｖｕｖ１に含まれる位相遅れをＸ、出力電圧Ｖｖｗ１に含まれる位相誤差をＹとすると、出力電圧Ｖｕｖ１＝α１ｓｉｎ（ωｔ＋Ｘ）、出力電圧Ｖｖｗ１＝α２ｓｉｎ（ωｔ＋β＋Ｙ）となる。
【００１８】
このように、コアレス電流センサ４０を使用する場合、シールド板５３により生じる残留磁束の影響により出力電圧Ｖｕｖ１、Ｖｖｗ１が正確な値にならないおそれがある。そのため、電流算出部３２で算出される交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗが正確な値にならず、最終的にモータ３９を所望な指令電流ｉｄ１、ｉｑ１で駆動することができなくなってしまう。
【００１９】
そこで、本発明では、コアレス電流センサを用いた際の検出精度の悪化の影響を無くしてモータを正常に駆動させることが可能なインバータ制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記の課題を解決するために本発明では、以下のような構成を採用した。
すなわち、本発明のインバータ制御装置は、モータインバータからモータに流れる交流電流により発生する磁束を電圧に変換するコアレス電流センサの出力電圧に基づいて、前記モータインバータの動作を制御するインバータ制御装置であって、補正値が格納されるマップを備え、そのマップから取り出した補正値及び前記出力電圧に基づいて、前記コアレス電流センサが備えるシールド板により生じる残留磁束の影響が無い前記交流電流を算出する電流算出手段と、前記電流算出手段により算出された交流電流と、外部から入力される指令値とに基づいて、前記モータインバータの動作を制御する制御手段とを備える。前記コアレス電流センサは、前記モータインバータから前記モータに流れるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各交流電流がそれぞれ流れる各バスバーと、Ｕ相及びＶ相の各交流電流が流れる前記各バスバーの近傍で、前記磁束を電圧に変換して出力する第１のホール素子と、Ｖ相及びＷ相の各交流電流が流れる前記各バスバーの近傍で、前記磁束を電圧に変換して出力する第２のホール素子と、前記各バスパー並びに前記第１及び第２のホール素子が入り、外部からの磁束を遮蔽する前記シールド板とを備える。
【００２１】
これにより、コアレス電流センサのシールド板により生じる残留磁束の影響が無い交流電流が制御手段に出力される。そのため、残留磁束の影響を無くしてモータインバータの動作を制御することができ、モータを正常に駆動させることができる。
【００２２】
また、前記マップは、前記残留磁束の影響により前記出力電圧に含まれるゲイン誤差を補正するためのゲイン補正値と、前記残留磁束の影響により前記出力電圧に含まれる位相遅れを補正するための位相補正値とが格納されており、前記電流算出手段は、前記マップから前記ゲイン補正値及び前記位相補正値を取り出し、その取り出したゲイン補正値及び位相補正値に基づいて前記出力電圧を補正する補正手段と、前記補正手段により補正された補正出力電圧に基づいて、前記交流電流を算出する交流電流算出手段とを備えるように構成してもよい。
【００２３】
また、前記補正手段は、前記モータに流すべき指令電流に基づいて、前記マップから前記ゲイン補正値及び前記位相補正値を取り出すように構成してもよい。
また、前記制御手段は、モータ位置センサにより検出される前記モータのロータの位置情報に基づいて前記ロータの回転速度を算出する位置速度算出手段を備え、前記電流算出手段は、複数の前記マップを備え、前記複数のマップのうち前記回転速度に対応するマップから取り出した補正値及び前記出力電圧に基づいて、前記残留磁束の影響が無い前記交流電流を算出するように構成してもよい。
【００２４】
また、前記制御手段は、モータ位置センサにより検出される前記モータのロータの位置情報に基づいて前記ロータの現在の位置及び回転速度を算出する位置速度算出手段と、前記指令値と、前記回転速度と、前記モータのｄ軸方向に流すべきｄ軸指令電流及び前記モータのｑ軸方向に流すべきｑ軸指令電流とが対応付けられて格納される電流テーブルと、前記電流算出手段により算出された交流電流を前記ロータの現在の位置に基づいて前記モータのｄ軸方向に流れているｄ軸電流及び前記モータのｑ軸方向に流れているｑ軸電流に変換する電流変換手段と、前記電流テーブルから取り出されたｄ軸指令電流及びｑ軸指令電流並びに前記電流変換手段により変換されたｄ軸電流及びｑ軸電流に基づいてｄ軸指令電圧及びｑ軸指令電圧を出力する指令電圧出力手段と、前記指令電圧出力手段から出力されたｄ軸指令電圧及びｑ軸指令電圧を前記ロータの現在の位置に基づいて前記モータの各相にそれぞれ対応する指令電圧に変換する電圧変換手段と、前記電圧変換手段により変換される各指令電圧に基づいて前記モータインバータに備えられる複数のスイッチング素子をそれぞれオン、オフさせるための制御信号を生成する制御信号生成手段とを備えるように構成してもよい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、コアレス電流センサの出力電圧に基づいてモータインバータの動作を制御する際、コアレス電流センサの検出精度悪化の影響を無くしてモータを正常に駆動させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の第１実施形態のインバータ制御装置を示す図である。なお、図８に示す構成と同じ構成には同じ符号を付している。
【００２７】
図１に示すインバータ制御装置１は、位置速度算出部３１（位置速度算出手段）と、電流算出部２（電流算出手段）と、電流変換部３３（電流変換手段）と、電流テーブル３４と、指令電圧出力部３５（指令電圧出力手段）と、電圧変換部３６（電圧変換手段）と、制御信号生成部３７（制御信号生成手段）とを備えて構成されている。
【００２８】
電流算出部２は、補正部３（補正手段）と、交流電流算出部４（交流電流算出手段）とを備えて構成されている。
補正部３は、モータ３９のロータの所定回転速度ω毎に、電流テーブル３４から取り出される指令電流ｉｄ１、ｉｑ１に対応する補正値が格納されるマップ５を備え、そのマップ５から取り出した補正値に基づいて、コアレス電流センサ４０の出力電圧Ｖｕｖ１、Ｖｖｗ１を補正し、補正出力電圧Ｖｕｖ、Ｖｖｗを出力する。
【００２９】
交流電流算出部４は、補正部３から出力される補正出力電圧Ｖｕｖ、Ｖｖｗに基づいて交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを算出する。
図２（ａ）〜図２（ｄ）は、それぞれ、マップ５に格納される指令電流ｉｄ１、ｉｑ１と補正値との対応関係を示す図である。
【００３０】
図２（ａ）では、３０Ｈｚ、５０Ｈｚ、１００Ｈｚの各所定回転速度ωにおける指令電流ｉｄ１、ｉｑ１とゲイン補正値Ａ１との対応関係が示されている。なお、実際には所定回転速度ωが３０Ｈｚのときの指令電流ｉｄ１、ｉｑ１とその指令電流ｉｄ１、ｉｑ１に対応するゲイン補正値Ａ１とがマトリクス状に並んで格納されるマップ５−１と、所定回転速度ωが５０Ｈｚのときの指令電流ｉｄ１、ｉｑ１とその指令電流ｉｄ１、ｉｑ１に対応するゲイン補正値Ａ１とがマトリクス状に並んで格納されるマップ５−２と、所定回転速度ωが１００Ｈｚのときの指令電流ｉｄ１、ｉｑ１とその指令電流ｉｄ１、ｉｑ１に対応するゲイン補正値Ａ１とがマトリクス状に並んで格納されるマップ５−３とが補正部３に備えられており、補正出力電圧Ｖｕｖに残留磁束の影響によるゲイン誤差α１が含まれなくなるように、マップ５−１、マップ５−２、及びマップ５−３のそれぞれのゲイン補正値Ａ１が実験的に求められているものとする。
【００３１】
また、図２（ｂ）では、３０Ｈｚ、５０Ｈｚ、１００Ｈｚの各所定回転速度ωにおける指令電流ｉｄ１、ｉｑ１と位相補正値Ａ２との対応関係が示されている。なお、実際には所定回転速度ωが３０Ｈｚのときの指令電流ｉｄ１、ｉｑ１とその指令電流ｉｄ１、ｉｑ１に対応する位相補正値Ａ２とがマトリクス状に並んで格納されるマップ５−４と、所定回転速度ωが５０Ｈｚのときの指令電流ｉｄ１、ｉｑ１とその指令電流ｉｄ１、ｉｑ１に対応する位相補正値Ａ２とがマトリクス状に並んで格納されるマップ５−５と、所定回転速度ωが１００Ｈｚのときの指令電流ｉｄ１、ｉｑ１とその指令電流ｉｄ１、ｉｑ１に対応する位相補正値Ａ２とがマトリクス状に並んで格納されるマップ５−６とが補正部３に備えられており、補正出力電圧Ｖｕｖに残留磁束の影響による位相遅れＸが含まれなくなるように、マップ５−４、マップ５−５、及びマップ５−６のそれぞれの位相補正値Ａ２が実験的に求められているものとする。
【００３２】
例えば、補正部３は、入力される回転速度ωが５０Ｈｚのとき、入力される指令電流ｉｄ１、ｉｑ１に対応するゲイン補正値Ａ１をマップ５−２から取り出すとともに、入力される指令電流ｉｄ１、ｉｑ１に対応する位相補正値Ａ２をマップ５−５から取り出した後、補正出力電圧Ｖｕｖ＝出力電圧Ｖｕｖ１×ゲイン補正値Ａ１＋位相補正値Ａ２を計算する。これにより、図３に示すように、出力電圧Ｖｕｖ１（実線）は、残留磁束の影響によるゲイン誤差α１及び位相遅れＸが含まれない補正出力電圧Ｖｕｖ（破線）に補正される。
【００３３】
また、図２（ｃ）では、３０Ｈｚ、５０Ｈｚ、１００Ｈｚの各所定回転速度ωにおける指令電流ｉｄ１、ｉｑ１とゲイン補正値Ｂ１との対応関係が示されている。なお、実際には所定回転速度ωが３０Ｈｚのときの指令電流ｉｄ１、ｉｑ１とその指令電流ｉｄ１、ｉｑ１に対応するゲイン補正値Ｂ１とがマトリクス状に並んで格納されるマップ５−７と、所定回転速度ωが５０Ｈｚのときの指令電流ｉｄ１、ｉｑ１とその指令電流ｉｄ１、ｉｑ１に対応するゲイン補正値Ｂ１とがマトリクス状に並んで格納されるマップ５−８と、所定回転速度ωが１００Ｈｚのときの指令電流ｉｄ１、ｉｑ１とその指令電流ｉｄ１、ｉｑ１に対応するゲイン補正値Ｂ１とがマトリクス状に並んで格納されるマップ５−９とが補正部３に備えられており、補正出力電圧Ｖｖｗに残留磁束の影響によるゲイン誤差α２が含まれなくなるように、マップ５−７、マップ５−８、及びマップ５−９のそれぞれのゲイン補正値Ｂ１が実験的に求められているものとする。
【００３４】
また、図２（ｄ）では、３０Ｈｚ、５０Ｈｚ、１００Ｈｚの各所定回転速度ωにおける指令電流ｉｄ１、ｉｑ１と位相補正値Ｂ２との対応関係が示されている。なお、実際には所定回転速度ωが３０Ｈｚのときの指令電流ｉｄ１、ｉｑ１とその指令電流ｉｄ１、ｉｑ１に対応する位相補正値Ｂ２とがマトリクス状に並んで格納されるマップ５−１０と、所定回転速度ωが５０Ｈｚのときの指令電流ｉｄ１、ｉｑ１とその指令電流ｉｄ１、ｉｑ１に対応する位相補正値Ｂ２とがマトリクス状に並んで格納されるマップ５−１１と、所定回転速度ωが１００Ｈｚのときの指令電流ｉｄ１、ｉｑ１とその指令電流ｉｄ１、ｉｑ１に対応する位相補正値Ｂ２とがマトリクス状に並んで格納されるマップ５−１２とが補正部３に備えられており、補正出力電圧Ｖｖｗに残留磁束の影響による位相遅れＹが含まれなくなるように、マップ５−１０、マップ５−１１、及びマップ５−１２のそれぞれの位相補正値Ｂ２が実験的に求められているものとする。
【００３５】
例えば、補正部３は、入力される回転速度ωが５０Ｈｚのとき、入力される指令電流ｉｄ１、ｉｑ１に対応するゲイン補正値Ｂ１をマップ５−８から取り出すとともに、入力される指令電流ｉｄ１、ｉｑ１に対応する位相補正値Ｂ２をマップ５−１１から取り出した後、出力電圧Ｖｖｗ＝出力電圧Ｖｖｗ１×ゲイン補正値Ｂ１＋位相補正値Ｂ２を計算する。これにより、出力電圧Ｖｖｗ１は、出力電圧ｕｖ１と同様に、残留磁束の影響によるゲイン誤差α２及び位相遅れＹが含まれない補正出力電圧Ｖｖｗに補正される。
【００３６】
このように、補正部３は、マップ５−１〜５−１２を備え、それらマップ５−１〜５−１２を使って出力電圧Ｖｕｖ１、Ｖｖｗ１を残留磁束の影響によるゲイン誤差及び位相遅れが含まれない補正出力電圧Ｖｕｖ、Ｖｖｗに補正する。なお、補正部３は、ある１つの回転速度ωにおけるマップ５のみを備え、そのマップ５のみを使用して補正出力電圧Ｖｕｖ、Ｖｖｗを求める構成としてもよい。
【００３７】
そして、電流算出部３２は、補正部３から出力される補正出力電圧Ｖｕｖ、Ｖｖｗに基づいて、モータ３９のＵ相に流れる交流電流Ｉｕ、Ｖ相に流れる交流電流Ｉｖ、及びＷ相に流れる交流電流Ｉｗを算出する。
【００３８】
以降の動作は、図８に示すインバータ制御装置３０の動作と同じであるため省略する。
このように、第１実施形態のインバータ制御装置１では、コアレス電流センサ４０の出力電圧Ｖｕｖ１、Ｖｖｗ１を補正部３においてコアレス電流センサ４０のシールド板５３により生じる残留磁束の影響を無くした補正出力電圧Ｖｕｖ、Ｖｖｗに補正しているので、残留磁束の影響を無くした交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗが電流変換部３３に出力される。そのため、残留磁束の影響を無くしてモータインバータ４１の動作を制御することができ、モータ３９を正常に駆動させることができる。
【００３９】
なお、上記第１実施形態のインバータ制御装置１では、補正部３において、指令電流ｉｄ１、ｉｑ１に基づいて、ゲイン補正値Ａ１、位相補正値Ａ２、ゲイン補正値Ｂ１、及び位相補正値Ｂ２をマップ５から取り出す構成であるが、図４に示すように、補正部３において、電流変換部３３で変換された電流ｉｄ、ｉｑに基づいて、ゲイン補正値Ａ１、位相補正値Ａ２、ゲイン補正値Ｂ１、及び位相補正値Ｂ２をマップ５から取り出す構成としてもよい。このように構成する場合、マップ５には所定回転速度ω毎に、電流ｉｄ、ｉｑに対応するゲイン補正値Ａ１、位相補正値Ａ２、ゲイン補正値Ｂ１、又は位相補正値Ｂ２を格納しておく。
【００４０】
図５は、本発明の第２実施形態のインバータ制御装置を示す図である。なお、図８に示す構成と同じ構成には同じ符号を付している。
図５に示すインバータ制御装置６は、位置速度算出部３１（位置速度算出手段）と、電流算出部７（電流算出手段）と、電流変換部３３（電流変換手段）と、電流テーブル３４と、指令電圧出力部３５（指令電圧出力手段）と、電圧変換部３６（電圧変換手段）と、制御信号生成部３７（制御信号生成手段）とを備えて構成されている。
【００４１】
電流算出部７は、モータ３９の現在の位置θに対応する補正値が格納されるマップ８を備えており、コアレス電流センサ４０の出力電圧Ｖｕｖ１、Ｖｖｗ１に基づいてモータ３９の現在の位置θを求めた後、その位置θに対応する補正値をマップ８から取り出し、その取り出した補正値に基づいて、残留磁束の影響を無くした交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを算出する。
【００４２】
図６は、マップ８に格納される位置θと補正値との対応関係を示す図である。
図６は、交流電流Ｉｕを算出するための位置θと補正値との対応関係が示されている。なお、実際には残留磁束の影響が無い交流電流Ｉｕを出力電圧Ｖｕｖ１で割った値を補正値とし、その補正値と、その補正値に対応する位置θとがマトリクス状に並ぶマップ８−１及び残留磁束の影響が無い交流電流Ｉｕを出力電圧Ｉｖｗ１で割った値を補正値とし、その補正値と、その補正値に対応する位置θとがマトリクス状に並ぶマップ８−２が電流算出部７に備えられている。同様に、残留磁束の影響が無い交流電流Ｉｖを出力電圧Ｖｕｖ１で割った値を補正値とし、その補正値と、その補正値に対応する位置θとがマトリクス状に並ぶマップ８−３、残留磁束の影響が無い交流電流Ｉｖを出力電圧Ｉｖｗ１で割った値を補正値とし、その補正値と、その補正値に対応する位置θとがマトリクス状に並ぶマップ８−４も電流算出部７に備えられている。
【００４３】
電流算出部７は、出力電圧Ｖｕｖ１、Ｖｖｗ１に基づいて、位置θ＝ａｔａｎ２（Ｖｕｖ１、Ｖｖｗ１）を求め、その求めた位置θに対応する補正値をマップ８−１〜８−６から取り出す。次に、電流算出部７は、交流電流Ｉｕ＝出力電圧Ｖｕｖ１（又は出力電圧Ｖｖｗ１）×補正値、交流電流Ｉｖ＝出力電圧Ｖｕｖ１（又は出力電圧Ｖｖｗ１）×補正値を求め、その求めた交流電流Ｉｕ、Ｉｖに基づいて残りの交流電流Ｉｗを求める。これにより、電流算出部７において残留磁束の影響が無い交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗが算出される。
【００４４】
そして、電流変換部３３は、電流算出部７で算出された交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを電流ｉｄ、ｉｑに変換する。
以降の動作は、図８に示すインバータ制御装置３０の動作と同じであるため省略する。
【００４５】
このように、第２実施形態のインバータ制御装置６では、コアレス電流センサ４０のシールド板５３により生じる残留磁束の影響を無くした交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗが電流算出部７により算出される。そのため、残留磁束の影響を無くしてモータインバータ４１の動作を制御することができ、モータ３９を正常に駆動させることができる。
【００４６】
なお、上記第２実施形態のインバータ制御装置６では、電流算出部７において、出力電圧Ｖｕｖ１に対応する補正値が格納されるマップ８（マップ８−１、８−３）、又は、出力電圧Ｖｖｗ１に対応する補正値が格納されるマップ８（８−２、８−４）のどちらか一方を使用して交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを算出する構成であるが、電流算出部７において、位置θを求めた後、出力電圧Ｖｕｖ１及び出力電圧Ｖｖｗ１のうち絶対値が大きい方の出力電圧に対応するマップ８を使用して交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを算出するように構成してもよい。
【００４７】
図７は、このように構成する場合における電流算出部７の動作を説明するためのフローチャートである。
まず、電流算出部７は、出力電圧Ｖｕｖ１、Ｖｖｗ１に基づいて、位置θ＝ａｔａｎ２（Ｖｕｖ１、Ｖｖｗ１）を計算する（ステップＳ１）。
【００４８】
次に、電流算出部７は、出力電圧Ｖｕｖ１の絶対値が出力電圧Ｖｖｗ１よりも大きいか否かを判断する（ステップＳ２）。
出力電圧Ｖｕｖ１の絶対値が出力電圧Ｖｖｗ１よりも大きいと判断すると（ステップＳ２がＹｅｓ）、電流算出部７は、ステップＳ１で計算した位置θに対応する補正値をマップ８−１から取り出し、その補正値と出力電圧Ｖｕｖ１とを積算して交流電流Ｉｕを求める（ステップＳ３）。
【００４９】
次に、電流算出部７は、ステップＳ１で計算した位置θに対応する補正値をマップ８−３から取り出し、その補正値と出力電圧Ｖｕｖ１とを積算して交流電流Ｉｖを求める（ステップＳ４）。
【００５０】
そして、電流算出部７は、ステップＳ３で求めた交流電流Ｉｕ及びステップＳ４で求めた交流電流Ｉｖに基づいて交流電流Ｉｗを算出する（ステップＳ５）。
一方、出力電圧Ｖｕｖ１の絶対値が出力電圧Ｖｖｗ１よりも大きくないと判断すると（ステップＳ２がＮｏ）、電流算出部７は、ステップＳ１で計算した位置θに対応する補正値をマップ８−２から取り出し、その補正値と出力電圧Ｖｖｗ１とを積算して交流電流Ｉｕを求める（ステップＳ６）。
【００５１】
次に、電流算出部７は、ステップＳ１で計算した位置θに対応する補正値をマップ８−４から取り出し、その補正値と出力電圧Ｖｖｗ１とを積算して交流電流Ｉｖを求める（ステップＳ７）。
【００５２】
そして、電流算出部７は、ステップＳ６で求めた交流電流Ｉｕ及びステップＳ７で求めた交流電流Ｉｖに基づいて交流電流Ｉｗを算出する（ステップＳ５）。
このように、出力電圧Ｖｕｖ１の絶対値が出力電圧Ｖｖｗ１の絶対値よりも大きいとき、マップ８−１、８−３を使用する構成であるので、出力電圧Ｖｖｗ１がゼロ付近のとき、補正値が無限大になってしまうマップ８−２やマップ８−４を使用しないように構成することができる。また、出力電圧Ｖｕｖ１の絶対値が出力電圧Ｖｖｗ１の絶対値よりも大きくないとき、マップ８−２、８−４を使用する構成であるので、出力電圧Ｖｕｖ１がゼロ付近のとき、補正値が無限大になってしまうマップ８−１やマップ８−３を使用しないように構成することができる。これにより、電流算出部７における交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの計算処理の負荷を軽くすることができる。
【００５３】
また、上記第２実施形態のインバータ制御装置６では、モータインバータ４１からモータ３９に流れる交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの周波数特性の影響による補正値の変動を考慮していないが、交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの所定周波数毎に、マップ８−１〜８−６を用意しておき、電流算出部７において、位置速度算出部３１で算出される回転速度ωに基づいて交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗのそれぞれの周波数を求め、その求めた周波数に対応するマップ８から位置θに対応する補正値を取り出し、その取り出した補正値に基づいて交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを求めるように構成してもよい。このように構成することにより、交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの周波数特性の影響も無くして交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを求めることができるので、さらに精度良くモータインバータ４１の動作を制御することができモータ３９を正常に駆動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の第１実施形態のインバータ制御装置を示す図である。
【図２】マップに格納される指令電流ｉｄ１、ｉｑ１と補正値との対応関係を示す図である。
【図３】出力電圧Ｖｕｖ１と補正出力電圧Ｖｕｖを示す図である。
【図４】第１実施形態のインバータ制御装置の変形例を示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態のインバータ制御装置を示す図である。
【図６】マップに格納される位置θと補正値との対応関係を示す図である。
【図７】第２実施形態のインバータ制御装置の変形例の動作を説明するためのフローチャートである。
【図８】従来のインバータ制御装置を示す図である。
【図９】コアレス電流センサを示す図である。
【図１０】コアレス電流センサの出力電圧Ｖｕｖ１、Ｖｖｗ１を示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
１ インバータ制御装置
２ 電流算出部
３ 補正部
４ 交流電流算出部
５ マップ
６ インバータ制御装置
７ 電流算出部
８ マップ
３０ インバータ制御装置
３１ 位置速度算出部
３２ 電流算出部
３３ 電流変換部
３４ 電流テーブル
３５ 指令電圧出力部
３６ 電圧変換部
３７ 制御信号生成部
３８ レゾルバ
３９ モータ
４０ コアレス電流センサ
４１ モータインバータ
４２〜４７ スイッチング素子
４８〜５０ バスバー
５１、５２ ホール素子
５３ シールド板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コアレス電流センサの出力電圧に基づいてモータインバータの動作を制御するインバータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図８は、従来のインバータ制御装置を示す図である。
図８に示すインバータ制御装置３０は、位置速度算出部３１と、電流算出部３２と、電流変換部３３と、電流テーブル３４と、指令電圧出力部３５と、電圧変換部３６と、制御信号生成部３７とを備えて構成されている。
【０００３】
位置速度算出部３１は、レゾルバ３８（モータ位置センサ）から出力される、モータ３９のロータの回転数に比例した周波数の交流電圧に基づいて、ロータの現在の位置θ及び回転速度ωを算出する。
【０００４】
電流算出部３２は、コアレス電流センサ４０の出力電圧Ｖｕｖ１、Ｖｖｗ１に基づいて、モータ３９のＵ相に流れる交流電流Ｉｕ、Ｖ相に流れる交流電流Ｉｖ、及びＷ相に流れる交流電流Ｉｗを算出する。
【０００５】
電流変換部３３は、交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを、モータ３９のｄ軸方向に流れている電流ｉｄ及びモータ３９のｑ軸方向に流れている電流ｉｑに変換する。
電流テーブル３４は、外部（例えば、ＥＣＵ（Ｅｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）など）から入力される指令値（例えば、回転数やトルクなど）と、回転速度ωと、モータ３９のｄ軸方向に流すべき指令電流ｉｄ１（ｄ軸指令電流）及びモータ３９のｑ軸方向に流すべき指令電流ｉｑ１（ｑ軸指令電流）とが対応付けられて格納されており、指令値と回転速度ωとが入力されると、それらに対応する指令電流ｉｄ１、ｉｑ１を出力する。
【０００６】
指令電圧出力部３５は、電流ｉｄ、ｉｑ及び指令電流ｉｄ１、ｉｑ１に基づいて、指令電圧Ｖｄ、Ｖｑを出力する。
電圧変換部３６は、指令電圧Ｖｄ、Ｖｑを、指令電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに変換する。
【０００７】
制御信号生成部３７は、指令電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに基づいて、モータインバータ４１のスイッチング素子４２〜４７のそれぞれのオン、オフをＰＷＭ制御するための制御信号Ｓ１〜Ｓ６を出力する。
【０００８】
これにより、モータ３９のＵ相、Ｖ相、Ｗ相に互いに位相差が１２０度異なる交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗが流れ、モータ３９のステータに回転磁界が生成され、モータ３９のロータが回転する。
【０００９】
図９は、コアレス電流センサ４０の断面図である。
図９に示すコアレス電流センサ４０は、交流電流Ｉｕが流れるバスバー４８と、交流電流Ｉｖが流れるバスバー４９と、交流電流Ｉｗが流れるバスバー５０と、バスバー４８及びバスバー４９の近傍に設けられるホール素子５１（第１のホール素子）と、バスバー４９及びバスバー５０の近傍に設けられるホール素子５２（第２のホール素子）と、外部からの磁束を遮蔽するためのシールド板５３とを備えて構成されている。
【００１０】
ホール素子５１は、バスバー４８に流れる交流電流Ｉｕにより発生する磁束、バスバー４９に流れる交流電流Ｉｖにより発生する磁束、及びバスバー５０に流れる交流電流Ｉｗにより発生する磁束に基づいて、出力電圧Ｖｕｖ１を出力する。
【００１１】
同様に、ホール素子５２も、バスバー４８に流れる交流電流Ｉｕにより発生する磁束、バスバー４９に流れる交流電流Ｉｖにより発生する磁束、及びバスバー５０に流れる交流電流Ｉｗにより発生する磁束に基づいて、出力電圧Ｖｖｗ１を出力する。
【００１２】
そして、電流算出部３２は、例えば、特許文献１に記載されるように、交流電流Ｉｕ＝（（Ｋｗｂ−Ｋｖｂ）×Ｖｕｖ１−（Ｋｗａ−Ｋｖａ）×Ｖｖｗ１）／（（Ｋｕａ−Ｋｖａ）×（Ｋｗｂ−Ｋｖｂ）−（Ｋｕｂ−Ｋｖｂ）×（Ｋｗａ−Ｋｖａ））により交流電流Ｉｕを算出するとともに、同様にして交流電流Ｉｖ、Ｉｗを算出する。なお、Ｋｕａ、Ｋｕｂ、Ｋｖａ、Ｋｖｂ、Ｋｗａ、及びＫｗｂは、ホール素子５１、５２の透磁率やホール素子５１、５２の感度などにより求められる係数とする。
【００１３】
このように、コアレス電流センサ４０は、集磁コアを用いないため、コストや体格を低減することができるので、その分インバータ制御装置３０のコストや体格も低減させることができる（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００８−５８０３５号公報
【特許文献２】特開２００４−６１２１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、上記インバータ制御装置３０では、コアレス電流センサ４０にシールド板５３が備えられているため、そのシールド板５３により生じる残留磁束がホール素子５１、５２に影響を及ぼし、出力電圧Ｖｕｖ１、Ｖｖｗ１が正確な値にならないおそれがある。
【００１５】
図１０は、シールド板５３により生じる残留磁束の影響がない場合の出力電圧Ｖｕｖ１、Ｖｖｗ１と、シールド板５３により生じる残留磁束の影響がある場合の出力電圧Ｖｕｖ１、Ｖｖｗ１とを示す図である。
【００１６】
残留磁束の影響がない場合、出力電圧Ｖｕｖ１＝αｓｉｎ（ωｔ）、出力電圧Ｖｖｗ１＝αｓｉｎ（ωｔ＋β）となる。なお、αはコアレス電流センサ４０の磁気特性を示し、βは出力電圧Ｖｕｖ１、Ｖｖｗ１の位相差を示している。
【００１７】
一方、残留磁束の影響がある場合、出力電圧Ｖｕｖ１に含まれるゲイン誤差をα１、出力電圧Ｖｖｗ１に含まれるゲイン誤差をα２、出力電圧Ｖｕｖ１に含まれる位相遅れをＸ、出力電圧Ｖｖｗ１に含まれる位相誤差をＹとすると、出力電圧Ｖｕｖ１＝α１ｓｉｎ（ωｔ＋Ｘ）、出力電圧Ｖｖｗ１＝α２ｓｉｎ（ωｔ＋β＋Ｙ）となる。
【００１８】
このように、コアレス電流センサ４０を使用する場合、シールド板５３により生じる残留磁束の影響により出力電圧Ｖｕｖ１、Ｖｖｗ１が正確な値にならないおそれがある。そのため、電流算出部３２で算出される交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗが正確な値にならず、最終的にモータ３９を所望な指令電流ｉｄ１、ｉｑ１で駆動することができなくなってしまう。
【００１９】
そこで、本発明では、コアレス電流センサを用いた際の検出精度の悪化の影響を無くしてモータを正常に駆動させることが可能なインバータ制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記の課題を解決するために本発明では、以下のような構成を採用した。
すなわち、本発明のインバータ制御装置は、モータインバータからモータに流れる交流電流により発生する磁束を電圧に変換するコアレス電流センサの出力電圧に基づいて、前記モータインバータの動作を制御するインバータ制御装置であって、補正値が格納されるマップを備え、そのマップから取り出した補正値及び前記出力電圧に基づいて、前記コアレス電流センサが備えるシールド板により生じる残留磁束の影響が無い前記交流電流を算出する電流算出手段と、前記電流算出手段により算出された交流電流と、外部から入力される指令値とに基づいて、前記モータインバータの動作を制御する制御手段とを備える。前記コアレス電流センサは、前記モータインバータから前記モータに流れるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各交流電流がそれぞれ流れる各バスバーと、Ｕ相及びＶ相の各交流電流が流れる前記各バスバーの近傍で、前記磁束を電圧に変換して出力する第１のホール素子と、Ｖ相及びＷ相の各交流電流が流れる前記各バスバーの近傍で、前記磁束を電圧に変換して出力する第２のホール素子と、前記各バスパー並びに前記第１及び第２のホール素子が入り、外部からの磁束を遮蔽する前記シールド板とを備える。
【００２１】
これにより、コアレス電流センサのシールド板により生じる残留磁束の影響が無い交流電流が制御手段に出力される。そのため、残留磁束の影響を無くしてモータインバータの動作を制御することができ、モータを正常に駆動させることができる。
【００２２】
また、前記マップは、前記残留磁束の影響により前記出力電圧に含まれるゲイン誤差を補正するためのゲイン補正値と、前記残留磁束の影響により前記出力電圧に含まれる位相遅れを補正するための位相補正値とが格納されており、前記電流算出手段は、前記マップから前記ゲイン補正値及び前記位相補正値を取り出し、その取り出したゲイン補正値及び位相補正値に基づいて前記出力電圧を補正する補正手段と、前記補正手段により補正された補正出力電圧に基づいて、前記交流電流を算出する交流電流算出手段とを備えるように構成してもよい。
【００２３】
また、前記補正手段は、前記モータに流すべき指令電流に基づいて、前記マップから前記ゲイン補正値及び前記位相補正値を取り出すように構成してもよい。
また、前記制御手段は、モータ位置センサにより検出される前記モータのロータの位置情報に基づいて前記ロータの回転速度を算出する位置速度算出手段を備え、前記電流算出手段は、複数の前記マップを備え、前記複数のマップのうち前記回転速度に対応するマップから取り出した補正値及び前記出力電圧に基づいて、前記残留磁束の影響が無い前記交流電流を算出するように構成してもよい。
【００２４】
また、前記制御手段は、モータ位置センサにより検出される前記モータのロータの位置情報に基づいて前記ロータの現在の位置及び回転速度を算出する位置速度算出手段と、前記指令値と、前記回転速度と、前記モータのｄ軸方向に流すべきｄ軸指令電流及び前記モータのｑ軸方向に流すべきｑ軸指令電流とが対応付けられて格納される電流テーブルと、前記電流算出手段により算出された交流電流を前記ロータの現在の位置に基づいて前記モータのｄ軸方向に流れているｄ軸電流及び前記モータのｑ軸方向に流れているｑ軸電流に変換する電流変換手段と、前記電流テーブルから取り出されたｄ軸指令電流及びｑ軸指令電流並びに前記電流変換手段により変換されたｄ軸電流及びｑ軸電流に基づいてｄ軸指令電圧及びｑ軸指令電圧を出力する指令電圧出力手段と、前記指令電圧出力手段から出力されたｄ軸指令電圧及びｑ軸指令電圧を前記ロータの現在の位置に基づいて前記モータの各相にそれぞれ対応する指令電圧に変換する電圧変換手段と、前記電圧変換手段により変換される各指令電圧に基づいて前記モータインバータに備えられる複数のスイッチング素子をそれぞれオン、オフさせるための制御信号を生成する制御信号生成手段とを備えるように構成してもよい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、コアレス電流センサの出力電圧に基づいてモータインバータの動作を制御する際、コアレス電流センサの検出精度悪化の影響を無くしてモータを正常に駆動させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の第１実施形態のインバータ制御装置を示す図である。なお、図８に示す構成と同じ構成には同じ符号を付している。
【００２７】
図１に示すインバータ制御装置１は、位置速度算出部３１（位置速度算出手段）と、電流算出部２（電流算出手段）と、電流変換部３３（電流変換手段）と、電流テーブル３４と、指令電圧出力部３５（指令電圧出力手段）と、電圧変換部３６（電圧変換手段）と、制御信号生成部３７（制御信号生成手段）とを備えて構成されている。
【００２８】
電流算出部２は、補正部３（補正手段）と、交流電流算出部４（交流電流算出手段）とを備えて構成されている。
補正部３は、モータ３９のロータの所定回転速度ω毎に、電流テーブル３４から取り出される指令電流ｉｄ１、ｉｑ１に対応する補正値が格納されるマップ５を備え、そのマップ５から取り出した補正値に基づいて、コアレス電流センサ４０の出力電圧Ｖｕｖ１、Ｖｖｗ１を補正し、補正出力電圧Ｖｕｖ、Ｖｖｗを出力する。
【００２９】
交流電流算出部４は、補正部３から出力される補正出力電圧Ｖｕｖ、Ｖｖｗに基づいて交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを算出する。
図２（ａ）〜図２（ｄ）は、それぞれ、マップ５に格納される指令電流ｉｄ１、ｉｑ１と補正値との対応関係を示す図である。
【００３０】
図２（ａ）では、３０Ｈｚ、５０Ｈｚ、１００Ｈｚの各所定回転速度ωにおける指令電流ｉｄ１、ｉｑ１とゲイン補正値Ａ１との対応関係が示されている。なお、実際には所定回転速度ωが３０Ｈｚのときの指令電流ｉｄ１、ｉｑ１とその指令電流ｉｄ１、ｉｑ１に対応するゲイン補正値Ａ１とがマトリクス状に並んで格納されるマップ５−１と、所定回転速度ωが５０Ｈｚのときの指令電流ｉｄ１、ｉｑ１とその指令電流ｉｄ１、ｉｑ１に対応するゲイン補正値Ａ１とがマトリクス状に並んで格納されるマップ５−２と、所定回転速度ωが１００Ｈｚのときの指令電流ｉｄ１、ｉｑ１とその指令電流ｉｄ１、ｉｑ１に対応するゲイン補正値Ａ１とがマトリクス状に並んで格納されるマップ５−３とが補正部３に備えられており、補正出力電圧Ｖｕｖに残留磁束の影響によるゲイン誤差α１が含まれなくなるように、マップ５−１、マップ５−２、及びマップ５−３のそれぞれのゲイン補正値Ａ１が実験的に求められているものとする。
【００３１】
また、図２（ｂ）では、３０Ｈｚ、５０Ｈｚ、１００Ｈｚの各所定回転速度ωにおける指令電流ｉｄ１、ｉｑ１と位相補正値Ａ２との対応関係が示されている。なお、実際には所定回転速度ωが３０Ｈｚのときの指令電流ｉｄ１、ｉｑ１とその指令電流ｉｄ１、ｉｑ１に対応する位相補正値Ａ２とがマトリクス状に並んで格納されるマップ５−４と、所定回転速度ωが５０Ｈｚのときの指令電流ｉｄ１、ｉｑ１とその指令電流ｉｄ１、ｉｑ１に対応する位相補正値Ａ２とがマトリクス状に並んで格納されるマップ５−５と、所定回転速度ωが１００Ｈｚのときの指令電流ｉｄ１、ｉｑ１とその指令電流ｉｄ１、ｉｑ１に対応する位相補正値Ａ２とがマトリクス状に並んで格納されるマップ５−６とが補正部３に備えられており、補正出力電圧Ｖｕｖに残留磁束の影響による位相遅れＸが含まれなくなるように、マップ５−４、マップ５−５、及びマップ５−６のそれぞれの位相補正値Ａ２が実験的に求められているものとする。
【００３２】
例えば、補正部３は、入力される回転速度ωが５０Ｈｚのとき、入力される指令電流ｉｄ１、ｉｑ１に対応するゲイン補正値Ａ１をマップ５−２から取り出すとともに、入力される指令電流ｉｄ１、ｉｑ１に対応する位相補正値Ａ２をマップ５−５から取り出した後、補正出力電圧Ｖｕｖ＝出力電圧Ｖｕｖ１×ゲイン補正値Ａ１＋位相補正値Ａ２を計算する。これにより、図３に示すように、出力電圧Ｖｕｖ１（実線）は、残留磁束の影響によるゲイン誤差α１及び位相遅れＸが含まれない補正出力電圧Ｖｕｖ（破線）に補正される。
【００３３】
また、図２（ｃ）では、３０Ｈｚ、５０Ｈｚ、１００Ｈｚの各所定回転速度ωにおける指令電流ｉｄ１、ｉｑ１とゲイン補正値Ｂ１との対応関係が示されている。なお、実際には所定回転速度ωが３０Ｈｚのときの指令電流ｉｄ１、ｉｑ１とその指令電流ｉｄ１、ｉｑ１に対応するゲイン補正値Ｂ１とがマトリクス状に並んで格納されるマップ５−７と、所定回転速度ωが５０Ｈｚのときの指令電流ｉｄ１、ｉｑ１とその指令電流ｉｄ１、ｉｑ１に対応するゲイン補正値Ｂ１とがマトリクス状に並んで格納されるマップ５−８と、所定回転速度ωが１００Ｈｚのときの指令電流ｉｄ１、ｉｑ１とその指令電流ｉｄ１、ｉｑ１に対応するゲイン補正値Ｂ１とがマトリクス状に並んで格納されるマップ５−９とが補正部３に備えられており、補正出力電圧Ｖｖｗに残留磁束の影響によるゲイン誤差α２が含まれなくなるように、マップ５−７、マップ５−８、及びマップ５−９のそれぞれのゲイン補正値Ｂ１が実験的に求められているものとする。
【００３４】
また、図２（ｄ）では、３０Ｈｚ、５０Ｈｚ、１００Ｈｚの各所定回転速度ωにおける指令電流ｉｄ１、ｉｑ１と位相補正値Ｂ２との対応関係が示されている。なお、実際には所定回転速度ωが３０Ｈｚのときの指令電流ｉｄ１、ｉｑ１とその指令電流ｉｄ１、ｉｑ１に対応する位相補正値Ｂ２とがマトリクス状に並んで格納されるマップ５−１０と、所定回転速度ωが５０Ｈｚのときの指令電流ｉｄ１、ｉｑ１とその指令電流ｉｄ１、ｉｑ１に対応する位相補正値Ｂ２とがマトリクス状に並んで格納されるマップ５−１１と、所定回転速度ωが１００Ｈｚのときの指令電流ｉｄ１、ｉｑ１とその指令電流ｉｄ１、ｉｑ１に対応する位相補正値Ｂ２とがマトリクス状に並んで格納されるマップ５−１２とが補正部３に備えられており、補正出力電圧Ｖｖｗに残留磁束の影響による位相遅れＹが含まれなくなるように、マップ５−１０、マップ５−１１、及びマップ５−１２のそれぞれの位相補正値Ｂ２が実験的に求められているものとする。
【００３５】
例えば、補正部３は、入力される回転速度ωが５０Ｈｚのとき、入力される指令電流ｉｄ１、ｉｑ１に対応するゲイン補正値Ｂ１をマップ５−８から取り出すとともに、入力される指令電流ｉｄ１、ｉｑ１に対応する位相補正値Ｂ２をマップ５−１１から取り出した後、出力電圧Ｖｖｗ＝出力電圧Ｖｖｗ１×ゲイン補正値Ｂ１＋位相補正値Ｂ２を計算する。これにより、出力電圧Ｖｖｗ１は、出力電圧ｕｖ１と同様に、残留磁束の影響によるゲイン誤差α２及び位相遅れＹが含まれない補正出力電圧Ｖｖｗに補正される。
【００３６】
このように、補正部３は、マップ５−１〜５−１２を備え、それらマップ５−１〜５−１２を使って出力電圧Ｖｕｖ１、Ｖｖｗ１を残留磁束の影響によるゲイン誤差及び位相遅れが含まれない補正出力電圧Ｖｕｖ、Ｖｖｗに補正する。なお、補正部３は、ある１つの回転速度ωにおけるマップ５のみを備え、そのマップ５のみを使用して補正出力電圧Ｖｕｖ、Ｖｖｗを求める構成としてもよい。
【００３７】
そして、電流算出部３２は、補正部３から出力される補正出力電圧Ｖｕｖ、Ｖｖｗに基づいて、モータ３９のＵ相に流れる交流電流Ｉｕ、Ｖ相に流れる交流電流Ｉｖ、及びＷ相に流れる交流電流Ｉｗを算出する。
【００３８】
以降の動作は、図８に示すインバータ制御装置３０の動作と同じであるため省略する。
このように、第１実施形態のインバータ制御装置１では、コアレス電流センサ４０の出力電圧Ｖｕｖ１、Ｖｖｗ１を補正部３においてコアレス電流センサ４０のシールド板５３により生じる残留磁束の影響を無くした補正出力電圧Ｖｕｖ、Ｖｖｗに補正しているので、残留磁束の影響を無くした交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗが電流変換部３３に出力される。そのため、残留磁束の影響を無くしてモータインバータ４１の動作を制御することができ、モータ３９を正常に駆動させることができる。
【００３９】
なお、上記第１実施形態のインバータ制御装置１では、補正部３において、指令電流ｉｄ１、ｉｑ１に基づいて、ゲイン補正値Ａ１、位相補正値Ａ２、ゲイン補正値Ｂ１、及び位相補正値Ｂ２をマップ５から取り出す構成であるが、図４に示すように、補正部３において、電流変換部３３で変換された電流ｉｄ、ｉｑに基づいて、ゲイン補正値Ａ１、位相補正値Ａ２、ゲイン補正値Ｂ１、及び位相補正値Ｂ２をマップ５から取り出す構成としてもよい。このように構成する場合、マップ５には所定回転速度ω毎に、電流ｉｄ、ｉｑに対応するゲイン補正値Ａ１、位相補正値Ａ２、ゲイン補正値Ｂ１、又は位相補正値Ｂ２を格納しておく。
【００４０】
図５は、本発明の第２実施形態のインバータ制御装置を示す図である。なお、図８に示す構成と同じ構成には同じ符号を付している。
図５に示すインバータ制御装置６は、位置速度算出部３１（位置速度算出手段）と、電流算出部７（電流算出手段）と、電流変換部３３（電流変換手段）と、電流テーブル３４と、指令電圧出力部３５（指令電圧出力手段）と、電圧変換部３６（電圧変換手段）と、制御信号生成部３７（制御信号生成手段）とを備えて構成されている。
【００４１】
電流算出部７は、モータ３９の現在の位置θに対応する補正値が格納されるマップ８を備えており、コアレス電流センサ４０の出力電圧Ｖｕｖ１、Ｖｖｗ１に基づいてモータ３９の現在の位置θを求めた後、その位置θに対応する補正値をマップ８から取り出し、その取り出した補正値に基づいて、残留磁束の影響を無くした交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを算出する。
【００４２】
図６は、マップ８に格納される位置θと補正値との対応関係を示す図である。
図６は、交流電流Ｉｕを算出するための位置θと補正値との対応関係が示されている。なお、実際には残留磁束の影響が無い交流電流Ｉｕを出力電圧Ｖｕｖ１で割った値を補正値とし、その補正値と、その補正値に対応する位置θとがマトリクス状に並ぶマップ８−１及び残留磁束の影響が無い交流電流Ｉｕを出力電圧Ｉｖｗ１で割った値を補正値とし、その補正値と、その補正値に対応する位置θとがマトリクス状に並ぶマップ８−２が電流算出部７に備えられている。同様に、残留磁束の影響が無い交流電流Ｉｖを出力電圧Ｖｕｖ１で割った値を補正値とし、その補正値と、その補正値に対応する位置θとがマトリクス状に並ぶマップ８−３、残留磁束の影響が無い交流電流Ｉｖを出力電圧Ｉｖｗ１で割った値を補正値とし、その補正値と、その補正値に対応する位置θとがマトリクス状に並ぶマップ８−４も電流算出部７に備えられている。
【００４３】
電流算出部７は、出力電圧Ｖｕｖ１、Ｖｖｗ１に基づいて、位置θ＝ａｔａｎ２（Ｖｕｖ１、Ｖｖｗ１）を求め、その求めた位置θに対応する補正値をマップ８−１〜８−６から取り出す。次に、電流算出部７は、交流電流Ｉｕ＝出力電圧Ｖｕｖ１（又は出力電圧Ｖｖｗ１）×補正値、交流電流Ｉｖ＝出力電圧Ｖｕｖ１（又は出力電圧Ｖｖｗ１）×補正値を求め、その求めた交流電流Ｉｕ、Ｉｖに基づいて残りの交流電流Ｉｗを求める。これにより、電流算出部７において残留磁束の影響が無い交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗが算出される。
【００４４】
そして、電流変換部３３は、電流算出部７で算出された交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを電流ｉｄ、ｉｑに変換する。
以降の動作は、図８に示すインバータ制御装置３０の動作と同じであるため省略する。
【００４５】
このように、第２実施形態のインバータ制御装置６では、コアレス電流センサ４０のシールド板５３により生じる残留磁束の影響を無くした交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗが電流算出部７により算出される。そのため、残留磁束の影響を無くしてモータインバータ４１の動作を制御することができ、モータ３９を正常に駆動させることができる。
【００４６】
なお、上記第２実施形態のインバータ制御装置６では、電流算出部７において、出力電圧Ｖｕｖ１に対応する補正値が格納されるマップ８（マップ８−１、８−３）、又は、出力電圧Ｖｖｗ１に対応する補正値が格納されるマップ８（８−２、８−４）のどちらか一方を使用して交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを算出する構成であるが、電流算出部７において、位置θを求めた後、出力電圧Ｖｕｖ１及び出力電圧Ｖｖｗ１のうち絶対値が大きい方の出力電圧に対応するマップ８を使用して交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを算出するように構成してもよい。
【００４７】
図７は、このように構成する場合における電流算出部７の動作を説明するためのフローチャートである。
まず、電流算出部７は、出力電圧Ｖｕｖ１、Ｖｖｗ１に基づいて、位置θ＝ａｔａｎ２（Ｖｕｖ１、Ｖｖｗ１）を計算する（ステップＳ１）。
【００４８】
次に、電流算出部７は、出力電圧Ｖｕｖ１の絶対値が出力電圧Ｖｖｗ１よりも大きいか否かを判断する（ステップＳ２）。
出力電圧Ｖｕｖ１の絶対値が出力電圧Ｖｖｗ１よりも大きいと判断すると（ステップＳ２がＹｅｓ）、電流算出部７は、ステップＳ１で計算した位置θに対応する補正値をマップ８−１から取り出し、その補正値と出力電圧Ｖｕｖ１とを積算して交流電流Ｉｕを求める（ステップＳ３）。
【００４９】
次に、電流算出部７は、ステップＳ１で計算した位置θに対応する補正値をマップ８−３から取り出し、その補正値と出力電圧Ｖｕｖ１とを積算して交流電流Ｉｖを求める（ステップＳ４）。
【００５０】
そして、電流算出部７は、ステップＳ３で求めた交流電流Ｉｕ及びステップＳ４で求めた交流電流Ｉｖに基づいて交流電流Ｉｗを算出する（ステップＳ５）。
一方、出力電圧Ｖｕｖ１の絶対値が出力電圧Ｖｖｗ１よりも大きくないと判断すると（ステップＳ２がＮｏ）、電流算出部７は、ステップＳ１で計算した位置θに対応する補正値をマップ８−２から取り出し、その補正値と出力電圧Ｖｖｗ１とを積算して交流電流Ｉｕを求める（ステップＳ６）。
【００５１】
次に、電流算出部７は、ステップＳ１で計算した位置θに対応する補正値をマップ８−４から取り出し、その補正値と出力電圧Ｖｖｗ１とを積算して交流電流Ｉｖを求める（ステップＳ７）。
【００５２】
そして、電流算出部７は、ステップＳ６で求めた交流電流Ｉｕ及びステップＳ７で求めた交流電流Ｉｖに基づいて交流電流Ｉｗを算出する（ステップＳ５）。
このように、出力電圧Ｖｕｖ１の絶対値が出力電圧Ｖｖｗ１の絶対値よりも大きいとき、マップ８−１、８−３を使用する構成であるので、出力電圧Ｖｖｗ１がゼロ付近のとき、補正値が無限大になってしまうマップ８−２やマップ８−４を使用しないように構成することができる。また、出力電圧Ｖｕｖ１の絶対値が出力電圧Ｖｖｗ１の絶対値よりも大きくないとき、マップ８−２、８−４を使用する構成であるので、出力電圧Ｖｕｖ１がゼロ付近のとき、補正値が無限大になってしまうマップ８−１やマップ８−３を使用しないように構成することができる。これにより、電流算出部７における交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの計算処理の負荷を軽くすることができる。
【００５３】
また、上記第２実施形態のインバータ制御装置６では、モータインバータ４１からモータ３９に流れる交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの周波数特性の影響による補正値の変動を考慮していないが、交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの所定周波数毎に、マップ８−１〜８−６を用意しておき、電流算出部７において、位置速度算出部３１で算出される回転速度ωに基づいて交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗのそれぞれの周波数を求め、その求めた周波数に対応するマップ８から位置θに対応する補正値を取り出し、その取り出した補正値に基づいて交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを求めるように構成してもよい。このように構成することにより、交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの周波数特性の影響も無くして交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを求めることができるので、さらに精度良くモータインバータ４１の動作を制御することができモータ３９を正常に駆動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の第１実施形態のインバータ制御装置を示す図である。
【図２】マップに格納される指令電流ｉｄ１、ｉｑ１と補正値との対応関係を示す図である。
【図３】出力電圧Ｖｕｖ１と補正出力電圧Ｖｕｖを示す図である。
【図４】第１実施形態のインバータ制御装置の変形例を示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態のインバータ制御装置を示す図である。
【図６】マップに格納される位置θと補正値との対応関係を示す図である。
【図７】第２実施形態のインバータ制御装置の変形例の動作を説明するためのフローチャートである。
【図８】従来のインバータ制御装置を示す図である。
【図９】コアレス電流センサを示す図である。
【図１０】コアレス電流センサの出力電圧Ｖｕｖ１、Ｖｖｗ１を示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
１ インバータ制御装置
２ 電流算出部
３ 補正部
４ 交流電流算出部
５ マップ
６ インバータ制御装置
７ 電流算出部
８ マップ
３０ インバータ制御装置
３１ 位置速度算出部
３２ 電流算出部
３３ 電流変換部
３４ 電流テーブル
３５ 指令電圧出力部
３６ 電圧変換部
３７ 制御信号生成部
３８ レゾルバ
３９ モータ
４０ コアレス電流センサ
４１ モータインバータ
４２〜４７ スイッチング素子
４８〜５０ バスバー
５１、５２ ホール素子
５３ シールド板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータインバータからモータに流れる交流電流により発生する磁束を電圧に変換するコアレス電流センサの出力電圧に基づいて、前記モータインバータの動作を制御するインバータ制御装置であって、
補正値が格納されるマップを備え、そのマップから取り出した補正値及び前記出力電圧に基づいて、前記コアレス電流センサが備えるシールド板により生じる残留磁束の影響が無い前記交流電流を算出する電流算出手段と、
前記電流算出手段により算出された交流電流と、外部から入力される指令値とに基づいて、前記モータインバータの動作を制御する制御手段と、
を備え、
前記コアレス電流センサは、
前記モータインバータから前記モータに流れるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各交流電流がそれぞれ流れる各バスバーと、
Ｕ相及びＶ相の各交流電流が流れる前記各バスバーの近傍で、前記磁束を電圧に変換して出力する第１のホール素子と、
Ｖ相及びＷ相の各交流電流が流れる前記各バスバーの近傍で、前記磁束を電圧に変換して出力する第２のホール素子と、
前記各バスパー並びに前記第１及び第２のホール素子が入り、外部からの磁束を遮蔽する前記シールド板と、
を備えることを特徴とするインバータ制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のインバータ制御装置であって、
前記マップは、前記残留磁束の影響により前記出力電圧に含まれるゲイン誤差を補正するためのゲイン補正値と、前記残留磁束の影響により前記出力電圧に含まれる位相遅れを補正するための位相補正値とが格納されており、
前記電流算出手段は、
前記マップから前記ゲイン補正値及び前記位相補正値を取り出し、その取り出したゲイン補正値及び位相補正値に基づいて前記出力電圧を補正する補正手段と、
前記補正手段により補正された補正出力電圧に基づいて、前記交流電流を算出する交流電流算出手段と、
を備えることを特徴とするインバータ制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載のインバータ制御装置であって、
前記補正手段は、前記モータに流すべき指令電流に基づいて、前記マップから前記ゲイン補正値及び前記位相補正値を取り出す
ことを特徴とするインバータ制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載のインバータ制御装置であって、
前記制御手段は、モータ位置センサにより検出される前記モータのロータの位置情報に基づいて前記ロータの回転速度を算出する位置速度算出手段を備え、
前記電流算出手段は、複数の前記マップを備え、前記複数のマップのうち前記回転速度に対応するマップから取り出した補正値及び前記出力電圧に基づいて、前記残留磁束の影響が無い前記交流電流を算出する
ことを特徴とするインバータ制御装置。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項に記載のインバータ制御装置であって、
前記制御手段は、
モータ位置センサにより検出される前記モータのロータの位置情報に基づいて前記ロータの現在の位置及び回転速度を算出する位置速度算出手段と、
前記指令値と、前記回転速度と、前記モータのｄ軸方向に流すべきｄ軸指令電流及び前記モータのｑ軸方向に流すべきｑ軸指令電流とが対応付けられて格納される電流テーブルと、
前記電流算出手段により算出された交流電流を前記ロータの現在の位置に基づいて前記モータのｄ軸方向に流れているｄ軸電流及び前記モータのｑ軸方向に流れているｑ軸電流に変換する電流変換手段と、
前記電流テーブルから取り出されたｄ軸指令電流及びｑ軸指令電流並びに前記電流変換手段により変換されたｄ軸電流及びｑ軸電流に基づいてｄ軸指令電圧及びｑ軸指令電圧を出力する指令電圧出力手段と、
前記指令電圧出力手段から出力されたｄ軸指令電圧及びｑ軸指令電圧を前記ロータの現在の位置に基づいて前記モータの各相にそれぞれ対応する指令電圧に変換する電圧変換手段と、
前記電圧変換手段により変換される各指令電圧に基づいて前記モータインバータに備えられる複数のスイッチング素子をそれぞれオン、オフさせるための制御信号を生成する制御信号生成手段と、
を備えることを特徴とするインバータ制御装置。
【請求項１】
モータインバータからモータに流れる交流電流により発生する磁束を電圧に変換するコアレス電流センサの出力電圧に基づいて、前記モータインバータの動作を制御するインバータ制御装置であって、
補正値が格納されるマップを備え、そのマップから取り出した補正値及び前記出力電圧に基づいて、前記コアレス電流センサが備えるシールド板により生じる残留磁束の影響が無い前記交流電流を算出する電流算出手段と、
前記電流算出手段により算出された交流電流と、外部から入力される指令値とに基づいて、前記モータインバータの動作を制御する制御手段と、
を備え、
前記コアレス電流センサは、
前記モータインバータから前記モータに流れるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各交流電流がそれぞれ流れる各バスバーと、
Ｕ相及びＶ相の各交流電流が流れる前記各バスバーの近傍で、前記磁束を電圧に変換して出力する第１のホール素子と、
Ｖ相及びＷ相の各交流電流が流れる前記各バスバーの近傍で、前記磁束を電圧に変換して出力する第２のホール素子と、
前記各バスパー並びに前記第１及び第２のホール素子が入り、外部からの磁束を遮蔽する前記シールド板と、
を備えることを特徴とするインバータ制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のインバータ制御装置であって、
前記マップは、前記残留磁束の影響により前記出力電圧に含まれるゲイン誤差を補正するためのゲイン補正値と、前記残留磁束の影響により前記出力電圧に含まれる位相遅れを補正するための位相補正値とが格納されており、
前記電流算出手段は、
前記マップから前記ゲイン補正値及び前記位相補正値を取り出し、その取り出したゲイン補正値及び位相補正値に基づいて前記出力電圧を補正する補正手段と、
前記補正手段により補正された補正出力電圧に基づいて、前記交流電流を算出する交流電流算出手段と、
を備えることを特徴とするインバータ制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載のインバータ制御装置であって、
前記補正手段は、前記モータに流すべき指令電流に基づいて、前記マップから前記ゲイン補正値及び前記位相補正値を取り出す
ことを特徴とするインバータ制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載のインバータ制御装置であって、
前記制御手段は、モータ位置センサにより検出される前記モータのロータの位置情報に基づいて前記ロータの回転速度を算出する位置速度算出手段を備え、
前記電流算出手段は、複数の前記マップを備え、前記複数のマップのうち前記回転速度に対応するマップから取り出した補正値及び前記出力電圧に基づいて、前記残留磁束の影響が無い前記交流電流を算出する
ことを特徴とするインバータ制御装置。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項に記載のインバータ制御装置であって、
前記制御手段は、
モータ位置センサにより検出される前記モータのロータの位置情報に基づいて前記ロータの現在の位置及び回転速度を算出する位置速度算出手段と、
前記指令値と、前記回転速度と、前記モータのｄ軸方向に流すべきｄ軸指令電流及び前記モータのｑ軸方向に流すべきｑ軸指令電流とが対応付けられて格納される電流テーブルと、
前記電流算出手段により算出された交流電流を前記ロータの現在の位置に基づいて前記モータのｄ軸方向に流れているｄ軸電流及び前記モータのｑ軸方向に流れているｑ軸電流に変換する電流変換手段と、
前記電流テーブルから取り出されたｄ軸指令電流及びｑ軸指令電流並びに前記電流変換手段により変換されたｄ軸電流及びｑ軸電流に基づいてｄ軸指令電圧及びｑ軸指令電圧を出力する指令電圧出力手段と、
前記指令電圧出力手段から出力されたｄ軸指令電圧及びｑ軸指令電圧を前記ロータの現在の位置に基づいて前記モータの各相にそれぞれ対応する指令電圧に変換する電圧変換手段と、
前記電圧変換手段により変換される各指令電圧に基づいて前記モータインバータに備えられる複数のスイッチング素子をそれぞれオン、オフさせるための制御信号を生成する制御信号生成手段と、
を備えることを特徴とするインバータ制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図１０】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図１０】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−５１８７１（Ｐ２０１３−５１８７１Ａ）
【公開日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２２９５０９（Ｐ２０１２−２２９５０９）
【出願日】平成２４年１０月１７日（２０１２．１０．１７）
【分割の表示】特願２００８−２０６２３０（Ｐ２００８−２０６２３０）の分割
【原出願日】平成２０年８月８日（２００８．８．８）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１０月１７日（２０１２．１０．１７）
【分割の表示】特願２００８−２０６２３０（Ｐ２００８−２０６２３０）の分割
【原出願日】平成２０年８月８日（２００８．８．８）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Ｆターム（参考）】
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