JP2022067713A - 電流検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ロータから放射状に放射される磁束が交差する位置に配置された各磁気センサにより、複数組の複数相の電機子巻線を流れる電流を検出する電流検出装置において、ロータの磁束により生じた電流検出誤差により、出力トルクの制御精度が悪化することを抑制できる電流検出装置を提供する。【解決手段】第１組のリプル成分の正負の符号と、第２組のリプル成分の正負の符号とが、互いに異なるように、各磁気センサを通る径方向に直交する平面である径直交平面に対する各組の各相の磁気センサの磁束検出方向の傾き角度が設定されている電流検出装置。【選択図】図４

Description

本願は、電流検出装置に関するものである。

例えば、２組の３相巻線を有する交流回転機のそれぞれの相の巻線の電流を、磁気センサを用いて検出する電流検出装置がある。しかし、各相の磁気センサには、他の相の電流による外乱磁束が混入し、電流検出誤差が生じることがある。この誤差を低減するための構成が種々提案されている。

例えば、特許文献１に記載の電流検出装置は、１つの相の電流経路を、Ｕ字状に形成し、電流の向きが互いに逆になる第１対向部と第２対向部に、第１磁気センサと第２磁気センサを配置し、外乱磁束によって生じる電流検出誤差を低減している。

特開２０１８－９６７９５号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、１相の電流を検出するために２つの磁気センサが必要となる。例えば、２組の３相巻線を有する交流回転機の場合では、１２個の磁気センサが必要となるため、各相を１つの磁気センサで検出する場合に比べて、コストが増加し、装置が大型化する。

また、ランデル型のロータのように、ロータの軸方向の一方側の部分が、Ｎ極又はＳ極になり、各磁気センサが、ロータの軸方向の一方側に配置されると、各磁気センサを、ロータから径方向に放射状に放射される磁束が交差する。このロータの磁束により、各磁気センサに電流検出誤差が生じる場合がある。

そこで、本願は、ロータから放射状に放射される磁束が交差する位置に配置された各磁気センサにより、２組の複数相の電機子巻線を流れる電流を検出する電流検出装置において、ロータの磁束により生じた電流検出誤差により、出力トルクの制御精度が悪化することを抑制できる電流検出装置を提供することを目的とする。

本願に係る電流検出装置は、ロータと、第１組のｎ相の電機子巻線及び第２組のｎ相の電機子巻線（ｎは、３以上の整数）を設けたステータとを有する交流回転機において、各組の各相の電機子巻線に電流を供給する各組の各相の接続線に対向配置された各組の各相の磁気センサの出力信号に基づいて、各組の各相の電機子巻線に流れる電流を検出する電流検出装置であって、
各組の各相の前記磁気センサは、前記ロータから径方向に放射状に放射される磁束が交差する位置に配置され、
前記第１組のｎ相の電機子巻線において、第１組の第ｋ相の電機子巻線に対する電気角での前記ロータの磁極の位相をθｅｋ１とし、第１組の第ｋ相の前記磁気センサにより検出される前記ロータの磁束密度の成分であるロータ磁束密度の検出成分をＢｓｋ１としたとき、第１組のリプル成分であるＲ１を、

とし、
前記第２組のｎ相の電機子巻線において、第２組の第ｈ相の電機子巻線に対する電気角での前記ロータの磁極の位相をθｅｈ２とし、第２組の第ｈ相の前記磁気センサにより検出される前記ロータの磁束密度の成分であるロータ磁束密度の検出成分をＢｓｈ２としたとき、第２組のリプル成分であるＲ２を、

としたとき、
前記第１組のリプル成分の正負の符号と、前記第２組のリプル成分の正負の符号とが、互いに異なるように、各前記磁気センサを通る径方向に直交する平面である径直交平面に対する各組の各相の前記磁気センサの磁束検出方向の傾き角度が設定されているものである。

各組のｄ軸の電流検出値を足し合わせたｄ軸の和電流の検出値の検出誤差成分、及び各組のｑ軸の電流検出値を足し合わせたｑ軸の和電流の検出値の検出誤差成分により、出力トルクの制御精度が悪化する。しかし、ｄ軸及びｑ軸の和電流の検出値には、第１組のリプル成分と第２組のリプル成分とを足し合わせた、ロータの磁束による検出誤差成分が含まれる。本願に係る電流検出装置によれば、第１組のリプル成分の正負の符号と、第２組のリプル成分の正負の符号とが、互いに異なるように、各磁気センサの磁束検出方向の傾き角度が設定されているので、第１組のリプル成分と第２組のリプル成分とを互いに打ち消し合わせることができ、ｄ軸及びｑ軸の和電流の検出値に含まれる、ロータの磁束による検出誤差成分を低減することができる。よって、ｄ軸及びｑ軸の和電流の検出誤差成分の低減により、出力トルクの制御精度を向上させることができる。

実施の形態１に係る交流回転機及び制御装置の概略構成図である。 実施の形態１に係る電機子巻線の位相を説明する図である。 実施の形態１に係る制御装置の概略ブロック図である。 実施の形態１に係る磁気センサの配置を説明する図である。 実施の形態１に係るランデル型ロータの斜視図である。 実施の形態１に係る交流回転機の模式的な断面図である。 実施の形態１に係る磁気センサにより検出される磁束を説明する図である。 実施の形態１に係る集磁コアを備えた磁気センサを説明する図である。 実施の形態１に係る磁気センサの配置を説明する図である。 実施の形態１に係る電機子巻線の位相を説明する図である。 実施の形態２に係る電機子巻線の位相を説明する図である。 実施の形態１に係る制御装置のハードウェア構成図である。

１．実施の形態１
実施の形態１に係る電流検出装置について図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態に係る交流回転機１及び制御装置１０の概略構成図である。電流検出装置は、交流回転機１及び制御装置１０に組み込まれている。

１－１．交流回転機１
交流回転機１は、ステータ１８と、ステータ１８の径方向内側に配置されたロータ１４と、を備えている。ステータ１８の鉄心に、第１組のｎ相の電機子巻線及び第２組のｎ相の電機子巻線（ｎは、３以上の整数）が巻装されている。本実施の形態では、ｎは、３に設定されている。すなわち、ステータ１８には、第１組のＵ１相、Ｖ１相、Ｗ１相の３相の電機子巻線Ｃｕ１、Ｃｖ１、Ｃｗ１と、第２組のＵ２相、Ｖ２相、Ｗ２相の３相の電機子巻線Ｃｕ２、Ｃｖ２、Ｃｗ２とが設けられている。各組の３相の電機子巻線は、スター結線とされてもよいし、デルタ結線とされてもよい。

本実施の形態では、図２に模式図を示すように、第１組の３相の電機子巻線Ｃｕ１、Ｃｖ１、Ｃｗ１の位置に対する第２組の３相の電機子巻線Ｃｕ２、Ｃｖ２、Ｃｗ２の位置の電気角での位相差Δθは、Δθ＝－π／６（－３０度）に設定されている。なお、電気角は、ロータ１４の機械角に磁石の極対数を乗算した角度になる。

ロータ１４には磁石が設けられている。本実施の形態では、ロータ１４の鉄心に界磁巻線４が巻装されており、ロータ１４の磁石は、界磁巻線により界磁される磁石である。よって、交流回転機１は、界磁巻線型の同期回転機とされている。なお、ロータ１４の磁石は、永久磁石であってもよい。

ロータ１４には、ロータ１４の回転角度（回転角度）を検出する回転センサ１５が設けられている。回転センサ１５の出力信号は、制御装置１０に入力される。回転センサ１５には、ホール素子、レゾルバ、又はエンコーダ等の各種のセンサが用いられる。回転センサ１５が設けられず、後述する電流指令値に高調波成分を重畳することによって得られる電流情報等に基づいて、回転角度（磁極位置）を推定するように構成されてもよい（いわゆる、センサレス方式）。

１－２．直流電源２
直流電源２は、第１組のインバータＩＮ１、第２組のインバータＩＮ２、及びコンバータ９に直流電圧Ｖｄｃを出力する。直流電源２として、バッテリー、ＤＣ－ＤＣコンバータ、ダイオード整流器、ＰＷＭ整流器等、直流電圧を出力する任意の機器が用いられる。直流電源２には、平滑コンデンサ３が並列接続されている。

１－３．インバータ
第１組のインバータＩＮ１は、直流電源２と第１組の３相の電機子巻線との間で電力変換を行う。第２組のインバータＩＮ２は、直流電源２と第２組の３相の電機子巻線との間で電力変換を行う。

第１組のインバータＩＮ１は、直流電源２の正極側に接続される正極側のスイッチング素子ＳＰ１と、直流電源２の負極側に接続される負極側のスイッチング素子ＳＮ１と、が直列接続された直列回路を、第１組の３相各相の電機子巻線に対応して３つ設けている。各直列回路における２つのスイッチング素子の接続点が、第１組の対応する相の電機子巻線に接続される。

具体的には、第１組のＵ相の直列回路では、Ｕ相の正極側のスイッチング素子ＳＰｕ１とＵ相の負極側のスイッチング素子ＳＮｕ１とが直列接続され、２つのスイッチング素子の接続点が第１組のＵ相の電機子巻線Ｃｕ１に接続されている。第１組のＶ相の直列回路では、Ｖ相の正極側のスイッチング素子ＳＰｖ１とＶ相の負極側のスイッチング素子ＳＮｖ１とが直列接続され、２つのスイッチング素子の接続点が第１組のＶ相の電機子巻線Ｃｖ１に接続されている。第１組のＷ相の直列回路では、Ｗの正極側のスイッチング素子ＳＰｗ１とＷ相の負極側のスイッチング素子ＳＮｗ１とが直列接続され、２つのスイッチング素子の接続点が第１組のＷ相の電機子巻線Ｃｗ１に接続されている。

第２組のインバータＩＮ２は、直流電源２の正極側に接続される正極側のスイッチング素子ＳＰ２と、直流電源２の負極側に接続される負極側のスイッチング素子ＳＮ２と、が直列接続された直列回路を、第２組の３相各相の電機子巻線に対応して３つ設けている。各直列回路における２つのスイッチング素子の接続点が、第２組の対応する相の電機子巻線に接続される。

具体的には、第２組のＵ相の直列回路では、Ｕ相の正極側のスイッチング素子ＳＰｕ２とＵ相の負極側のスイッチング素子ＳＮｕ２とが直列接続され、２つのスイッチング素子の接続点が第２組のＵ相の電機子巻線Ｃｕ２に接続されている。第２組のＶ相の直列回路では、Ｖ相の正極側のスイッチング素子ＳＰｖ２とＶ相の負極側のスイッチング素子ＳＮｖ２とが直列接続され、２つのスイッチング素子の接続点が第２組のＶ相の電機子巻線Ｃｖ２に接続されている。第２組のＷ相の直列回路では、Ｗの正極側のスイッチング素子ＳＰｗ２とＷ相の負極側のスイッチング素子ＳＮｗ２とが直列接続され、２つのスイッチング素子の接続点が第２組のＷ相の電機子巻線Ｃｗ２に接続されている。

各組のインバータのスイッチング素子には、ダイオードが逆並列接続されたＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、ダイオードが逆並列接続されたバイポーラトランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）等が用いられる。各スイッチング素子のゲート端子は、ゲート駆動回路等を介して、制御装置１０に接続されている。よって、各スイッチング素子は、制御装置１０から出力されるスイッチング信号によりオン又はオフされる。

１－４．磁気センサＭＳ
各組の各相の電機子巻線の電流を検出する各組の各相の磁気センサＭＳが設けられている。磁気センサＭＳは、ホール素子等とされる。磁気センサＭＳは、各組の各相の電機子巻線に一つずつ設けられている。各組の各相の磁気センサＭＳは、各組の各相の電機子巻線に電流を供給する各組の各相の接続線ＷＲに対向配置されている。具体的には、各組のインバータと各組の３相の電機子巻線とを接続する６本の接続線ＷＲのそれぞれに、磁気センサＭＳが対向配置されている。第１組のＵ１相の接続線ＷＲｕ１に、第１組のＵ１相の磁気センサＭＳｕ１が対向配置され、第１組のＶ１相の接続線ＷＲｖ１に、第１組のＶ１相の磁気センサＭＳｖ１が対向配置され、第１組のＷ１相の接続線ＷＲｗ１に、第１組のＷ１相の磁気センサＭＳｗ１が対向配置されている。第２組のＵ２相の接続線ＷＲｕ２に、第２組のＵ２相の磁気センサＭＳｕ２が対向配置され、第２組のＶ２相の接続線ＷＲｖ２に、第２組のＶ２相の磁気センサＭＳｖ２が対向配置され、第２組のＷ２相の接続線ＷＲｗ２に、第２組のＷ２相の磁気センサＭＳｗ２が対向配置されている。各磁気センサＭＳの出力信号は、制御装置１０に入力される。

１－５．コンバータ９
コンバータ９は、スイッチング素子を有し、直流電源２と界磁巻線４との間で電力変換を行う。本実施の形態では、コンバータ９は、直流電源２の正極側に接続される正極側のスイッチング素子ＳＰと直流電源２の負極側に接続される負極側のスイッチング素子ＳＮとが直列接続された直列回路を２つ設けたＨブリッジ回路とされている。第１の直列回路２８における正極側のスイッチング素子ＳＰ１と負極側のスイッチング素子ＳＮ１との接続点が、界磁巻線４の一端に接続され、第２の直列回路２９における正極側のスイッチング素子ＳＰ２と負極側のスイッチング素子ＳＮ２との接続点が、界磁巻線４の他端に接続される。

コンバータ９のスイッチング素子には、ダイオードが逆並列接続されたＩＧＢＴ、ダイオードが逆並列接続されたバイポーラトランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ等が用いられる。各スイッチング素子のゲート端子は、ゲート駆動回路等を介して、制御装置１０に接続されている。よって、各スイッチング素子は、制御装置１０から出力されるスイッチング信号によりオン又はオフされる。

なお、第１の直列回路２８の負極側のスイッチング素子ＳＮ１をダイオードに置き換えたり、第２の直列回路２９の正極側のスイッチング素子ＳＰ２をダイオードに置き換えたりする等、コンバータ９を他の構成としてもよい。

界磁電流センサ６は、界磁巻線４を流れる電流である界磁電流Ｉｆを検出する電流検出回路である。本実施の形態では、界磁電流センサ６は、第１の直列回路２８の接続点と界磁巻線４の一端との間の電線上に設けられている。界磁電流センサ６は、界磁電流Ｉｆを検出可能な他の個所に設けられてもよい。界磁電流センサ６の出力信号は、制御装置１０に入力される。界磁電流センサ６は、ホール素子、シャント抵抗等の電流センサとされている。

１－６．制御装置１０
制御装置１０は、第１組及び第２組のインバータＩＮ１、ＩＮ２、及びコンバータ９を介して、交流回転機１を制御する。制御装置１０は、図３に示すように、回転検出部３１、電機子電流検出部３２、電機子電流制御部３３、界磁電流検出部３４、及び界磁電流制御部３５等の機能部を備えている。制御装置１０の各機能は、制御装置１０が備えた処理回路により実現される。具体的には、制御装置１０は、図１２に示すように、処理回路として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算処理装置９０（コンピュータ）、演算処理装置９０とデータのやり取りする記憶装置９１、演算処理装置９０に外部の信号を入力する入力回路９２、演算処理装置９０から外部に信号を出力する出力回路９３、及び外部装置とデータ通信を行う通信回路９４等を備えている。

演算処理装置９０として、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＩＣ（Integrated Circuit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、各種の論理回路、及び各種の信号処理回路等が備えられてもよい。また、演算処理装置９０として、同じ種類のもの又は異なる種類のものが複数備えられ、各処理が分担して実行されてもよい。記憶装置９１として、演算処理装置９０からデータを読み出し及び書き込みが可能に構成されたＲＡＭ（Random Access Memory）、及び演算処理装置９０からデータを読み出し可能に構成されたＲＯＭ（Read Only Memory）等が備えられている。入力回路９２は、回転センサ１５、各組の各相の磁気センサＭＳ、界磁電流センサ６等の各種のセンサが接続され、これらセンサの出力信号を演算処理装置９０に入力するＡ／Ｄ変換器等を備えている。出力回路９３は、第１組及び第２組のインバータＩＮ１、ＩＮ２、及びコンバータ９のスイッチング素子をオンオフ駆動するゲート駆動回路等の電気負荷が接続され、これら電気負荷に演算処理装置９０から制御信号を出力する駆動回路等を備えている。通信回路９４は、外部装置と通信を行う。

そして、制御装置１０が備える各制御部３１～３５等の各機能は、演算処理装置９０が、ＲＯＭ等の記憶装置９１に記憶されたソフトウェア（プログラム）を実行し、記憶装置９１、入力回路９２、及び出力回路９３等の制御装置１０の他のハードウェアと協働することにより実現される。なお、各制御部３１～３５等が用いる各種の設定データは、ソフトウェア（プログラム）の一部として、ＲＯＭ等の記憶装置９１に記憶されている。以下、制御装置１０の各機能について詳細に説明する。

＜回転検出部３１＞
回転検出部３１は、電気角でのロータの磁極位置θ（ロータの回転角度θ）及び回転角速度ωを検出する。本実施の形態では、回転検出部３１は、回転センサ１５の出力信号に基づいて、電気角での磁極位置θ（回転角度θ）及び回転角速度ωを検出する。磁極位置は、ロータに設けられた電磁石のＮ極の向きに設定される。本実施の形態では、磁極位置θ（回転角度θ）は、第１組のＵ１相の電機子巻線を基準にした、電気角での磁極（Ｎ極）の位置（角度）である。図２に示した第１組の電機子巻線と第２組の電機子巻線との位相差π／６から、第２組のＵ２相の電機子巻線を基準にした、電気角での磁極（Ｎ極）の位置（角度）は、θ－π／６になる。

なお、回転検出部３１は、電流指令値に高調波成分を重畳することによって得られる電流情報等に基づいて、回転センサを用いずに、回転角度（磁極位置）を推定するように構成されてもよい（いわゆる、センサレス方式）。

＜電機子電流検出部３２＞
電機子電流検出部３２は、各組の各相の磁気センサＭＳの出力信号に基づいて、各組の各相の電機子巻線に流れる電機子巻線電流を検出する。具体的には、電機子電流検出部３２は、第１組のＵ１相の磁気センサＭＳｕ１の出力信号に基づいて、第１組のＵ１相の電機子巻線電流ｉｕ１ｓを検出し、第１組のＶ１相の磁気センサＭＳｖ１の出力信号に基づいて、第１組のＶ１相の電機子巻線電流ｉｖ１ｓを検出し、第１組のＷ１相の磁気センサＭＳｗ１の出力信号に基づいて、第１組のＷ１相の電機子巻線電流ｉｗ１ｓを検出する。また、電機子電流検出部３２は、第２組のＵ２相の磁気センサＭＳｕ２の出力信号に基づいて、第２組のＵ２相の電機子巻線電流ｉｕ２ｓを検出し、第２組のＶ２相の磁気センサＭＳｖ２の出力信号に基づいて、第２組のＶ２相の電機子巻線電流ｉｖ２ｓを検出し、第２組のＷ２相の磁気センサＭＳｗ２の出力信号に基づいて、第２組のＷ２相の電機子巻線電流ｉｗ２ｓを検出する。

＜電機子電流制御部３３＞
電機子電流制御部３３は、最大トルク電流制御、弱め磁束制御、Ｉｄ＝０制御等のベクトル制御を用い、トルク指令値及び回転角速度ω等に基づいて、第１組のｄ軸及びｑ軸の電流指令値ｉｄ１ｃ、ｉｑ１ｃ、及び第２組のｄ軸及びｑ軸の電流指令値ｉｄ２ｃ、ｉｑ２ｃを算出する。

ｄ軸は、磁石の磁極（Ｎ極）の方向に定められ、ｑ軸は、ｄ軸より電気角で９０度進んだ方向に定められる。

電機子電流制御部３３は、次式に示すように、第１組の３相の電機子巻線の電流検出値ｉｕ１ｓ、ｉｖ１ｓ、ｉｗ１ｓを、磁極位置θに基づいて、３相２相変換及び回転座標変換を行って、第１組のｄ軸の電流検出値ｉｄ１ｓ及びｑ軸の電流検出値ｉｑ１ｓに変換する。

電機子電流制御部３３は、次式に示すように、第２組の３相の電機子巻線の電流検出値ｉｕ２ｓ、ｉｖ２ｓ、ｉｗ２ｓを、磁極位置θに基づいて、３相２相変換及び回転座標変換を行って、第２組のｄ軸の電流検出値ｉｄ２ｓ及びｑ軸の電流検出値ｉｑ２ｓに変換する。

上述したように、第２組のＵ２相の電機子巻線を基準にした磁極位置は、θ－π／６になるので、式（１）の座標変換と式（２）の座標変換との間には、位相差π／６が設けられている。

電機子電流制御部３３は、第１組のｄ軸及びｑ軸の電流検出値ｉｄ１ｓ、ｉｑ１ｓが第１組のｄ軸及びｑ軸の電流指令値ｉｄ１ｃ、ｉｑ１ｃに近づくように、ＰＩ制御等により、第１組のｄ軸及びｑ軸の電圧指令値Ｖｄ１ｃ、Ｖｑ１ｃを算出する。そして、電機子電流制御部３３は、次式に示すように、第１組のｄ軸及びｑ軸の電圧指令値Ｖｄ１ｃ、Ｖｑ１ｃを、磁極位置θに基づいて、固定座標変換及び２相３相変換を行って、第１組の３相の電圧指令値Ｖｕ１ｃ、Ｖｖ１ｃ、Ｖｗ１ｃに変換する。

電機子電流制御部３３は、第２組のｄ軸及びｑ軸の電流検出値ｉｄ２ｓ、ｉｑ２ｓが第２組のｄ軸及びｑ軸の電流指令値ｉｄ２ｃ、ｉｑ２ｃに近づくように、ＰＩ制御等により、第２組のｄ軸及びｑ軸の電圧指令値Ｖｄ２ｃ、Ｖｑ２ｃを算出する。そして、電機子電流制御部３３は、次式に示すように、第２組のｄ軸及びｑ軸の電圧指令値Ｖｄ２ｃ、Ｖｑ２ｃを、磁極位置θに基づいて、固定座標変換及び２相３相変換を行って、第２組の３相の電圧指令値Ｖｕ２ｃ、Ｖｖ２ｃ、Ｖｗ２ｃに変換する。

式（１）と式（２）と同様に、式（３）の座標変換と式（４）の座標変換との間には、位相差π／６が設けられている。なお、電機子電流制御部３３は、電圧利用率を向上させるために、第１組及び第２組の３相の電圧指令値に対して、空間ベクトル変調、二相変調などの公知の変調を加えてもよい。

電機子電流制御部３３は、第１組の３相の電圧指令値Ｖｕ１ｃ、Ｖｖ１ｃ、Ｖｗ１ｃに基づいて、ＰＷＭ制御（Pulse Width Modulation）により第１組のインバータＩＮ１の複数のスイッチング素子をオンオフ制御する。また、電機子電流制御部３３は、第２組の３相の電圧指令値Ｖｕ２ｃ、Ｖｖ２ｃ、Ｖｗ２ｃに基づいて、ＰＷＭ制御により第２組のインバータＩＮ２の複数のスイッチング素子をオンオフ制御する。ＰＷＭ制御として、公知のキャリア波比較ＰＷＭ又は空間ベクトルＰＷＭが用いられる。

＜界磁電流の制御＞
界磁電流検出部３４は、界磁電流センサ６の出力信号に基づいて、界磁巻線４に流れる電流である界磁電流Ｉｆｓを検出する。界磁電流制御部３５は、トルク指令値等に基づいて、界磁電流指令値Ｉｆｃを設定する。界磁電流制御部３５は、界磁電流の検出値Ｉｆｓが界磁電流指令値Ｉｆｃに近づくように、ＰＩ制御等により、界磁電圧指令値Ｖｆを算出する。そして、界磁電流制御部３５は、界磁電圧指令値Ｖｆに基づいて、ＰＷＭ制御によりコンバータ９の複数のスイッチング素子をオンオフ制御する。

１－７．ロータの磁束による電流検出誤差を低減する磁気センサＭＳの配置
図４は、軸方向に見た、各組の各相の磁気センサＭＳの配置位置を示す概略図である。各組の各相の磁気センサＭＳは、ロータ１４から径方向に放射状に放射される磁束が交差する位置に配置されている。

本実施の形態では、各磁気センサＭＳに交差するロータの磁束方向及び磁束密度は、ロータの回転に応じて変化しない。言い換えると、各磁気センサＭＳの径方向内側に配置されたロータの部分（本例では、回転軸１４ａ）から放射状に放射される磁束密度は、周方向に変化しない。なお、各磁気センサＭＳに交差するロータの磁束方向及び磁束密度は、周方向に交互に配置されたＮ極及びＳ極の磁極から放射される磁束の影響等により、ロータの回転に応じて、多少変化してもよい（例えば、±１０％の範囲内）。

＜ランデル型のロータ＞
本実施の形態では、ロータ１４は、ランデル型（クローポール型ともいう）のロータである。各組の各相の磁気センサＭＳの径方向内側には、ロータ１４の回転軸１４ａが配置されている。各磁気センサＭＳの径方向内側に配置された回転軸１４ａの部分は、Ｎ極又はＳ極になる。そして、回転軸１４ａから径方向に放射状に放射している磁束が、各磁気センサＭＳに交差する。

図５にランデル型のロータの斜視図を示し、図６に交流回転機１の断面図を示す。ロータ１４は、円柱状又は円筒状の回転軸１４ａと、回転軸１４ａと一体回転する界磁鉄心１４ｂと、界磁鉄心１４ｂに巻装された界磁巻線１４ｃとを有している。界磁鉄心１４ｂは、回転軸１４ａの外周面に嵌合された円筒状の中心部１４ｂ１と、中心部１４ｂ１の軸方向の一方側Ｘ１の端部から径方向外側に延出した後、中心部１４ｂ１の径方向外側を軸方向の他方側Ｘ２に延びた複数の第１爪部１４ｂ２と、中心部１４ｂ１の軸方向の他方側Ｘ２の端部から径方向外側に延出した後、中心部１４ｂ１の径方向外側を軸方向の一方側Ｘ１に延びた複数の第２爪部１４ｂ３と、を有している。第１爪部１４ｂ２と第２爪部１４ｂ３とは、周方向に交互に配置されており、互いに異なる磁極になる。例えば、第１爪部１４ｂ２と第２爪部１４ｂ３は、それぞれ６個又は８個設けられ、極対数は６又は８になる。

界磁巻線１４ｃが、回転軸１４ａ及び界磁鉄心の中心部１４ｂ１の外周部に、軸心Ｃを中心とする同心円状に巻装されている。界磁巻線１４ｃの径方向内側に、軸方向の磁束が生じ、ロータの軸方向の一方側Ｘ１の部分と軸方向の他方側Ｘ２の部分とが、互いに異なる磁極になる。なお、界磁巻線１４ｃを補助するため、回転軸１４ａ及び界磁鉄心の中心部１４ｂ１の外周部に、永久磁石が設けられてもよい。また、磁極間の磁束の漏洩を減少させるために、周方向に着磁された永久磁石を第１爪部１４ｂ２と第２爪部１４ｂ３との間に配置してもよい。

よって、界磁巻線１４ｃが軸心Ｃを中心とした同心円状に巻装されたランデル型のロータでは、ロータの軸方向の一方側Ｘ１の部分と、ロータの軸方向の一方側Ｘ１の部分とは、互いに異なる磁極になる。以下では、ロータの軸方向の一方側Ｘ１の部分が、Ｎ極であり、ロータの軸方向の他方側Ｘ２の部分が、Ｓ極である場合を説明する。Ｎ極とＳ極とが入れ替わってもよく、軸方向の一方側Ｘ１と軸方向の他方側Ｘ２とが入れ替わってもよい。

界磁鉄心１４ｂから軸方向の一方側Ｘ１に突出した回転軸１４ａの部分、及び第１爪部１４ｂ２を含む界磁鉄心１４ｂの軸方向の一方側Ｘ１の部分が、Ｎ極となる。界磁鉄心１４ｂから軸方向の他方側Ｘ２に突出した回転軸１４ａの部分、及び第２爪部１４ｂ３を含む界磁鉄心１４ｂの軸方向の他方側Ｘ２の部分が、Ｓ極となる。

＜各磁気センサの配置＞
各組の各相の磁気センサＭＳは、ロータの軸方向の一方側Ｘ１に配置され、ロータの軸方向の一方側Ｘ１の部分から径方向に放射状に放射される磁束が交差する。磁気センサＭＳに交差する磁束には、径方向の成分に加えて軸方向の成分が含まれてよい。

図６に示すように、第１組及び第２組のインバータＩＮ１、ＩＮ２は、ステータ１８の軸方向の一方側Ｘ１に配置されている。各組の各相の接続線ＷＲは、第１組及び第２組の電機子巻線から軸方向の一方側Ｘ１に延出し、第１組及び第２組のインバータＩＮ１、ＩＮ２に接続されている。各組の各相の接続線ＷＲは、軸方向の一方側Ｘ１の回転軸１４ａの部分の径方向外側に配置されており、各組の各相の接続線ＷＲに対向配置されている各組の各相の磁気センサＭＳは、軸方向の一方側Ｘ１の回転軸１４ａの部分の径方向外側に配置されている。

各組の各相の磁気センサＭＳには、軸方向の一方側Ｘ１の回転軸１４ａの部分から径方向に放射状に放射される磁束が交差する。なお、各組の各相の磁気センサＭＳは、界磁鉄心１４ｂの軸方向の一方側Ｘ１の端部から径方向に放射状に放射される磁束が交差してもよい。

本実施の形態では、図４に示すように、第１組の磁気センサＭＳと、第２組の磁気センサＭＳとが周方向に交互に等角度間隔で配置されている。ＭＳｕ１、ＭＳｕ２、ＭＳｖ１、ＭＳｖ２、ＭＳｗ１、ＭＳｗ２の順に、周方向に、機械角でπ／３（６０度）の等角度間隔で、軸心Ｃを中心とした同一円上に配置されている。なお、周方向の各磁気センサＭＳの順番は、任意の順番でもよい。また、各磁気センサＭＳは、周方向に等角度間隔で配置されなくてもよい。なお、各磁気センサＭＳを周方向に等角度間隔で配置することにより、磁気センサＭＳが対向配置されていない他の接続線ＷＲの電流により発生した磁束による磁気センサＭＳの検出誤差を低減できる。各磁気センサＭＳの一部分が、同一円上に乗っていれば、誤差の範疇として扱うことができる。

各磁気センサＭＳ（センサ素子）は、センサ素子に交差する磁束の磁束検出方向ＤＳの磁束密度の成分を検出し、検出した磁束密度に応じた信号を出力する。磁束検出方向ＤＳは、センサ素子の配置方向に応じた特定の方向になる。図７に接続線ＷＲの延出方向に見た模式図に示すように、各磁気センサＭＳ（センサ素子）の磁束検出方向ＤＳは、各接続線ＷＲを流れる電流により生じる磁束の方向に平行になるように配置されている。すなわち、各磁気センサＭＳの磁束検出方向ＤＳは、各接続線ＷＲを中心とした周方向に平行になるように配置されている。図８に示すように、各磁気センサＭＳには、集磁コア２０が設けられてもよい。

図４の例では、各磁気センサＭＳが対向配置された各接続線ＷＲの部分は、概ね径方向に延出している。各磁気センサＭＳ（センサ素子）は、径方向に延出した接続線ＷＲの部分の軸方向の他方側Ｘ２に、接続線ＷＲと対向して配置されている。

各磁気センサＭＳは、対向する接続線ＷＲの電流に比例して発生した磁束密度を検出する。磁気センサＭＳの磁束検出方向ＤＳが、センサ素子に交差する径方向のロータの磁束に直交する場合は、ロータの磁束の磁束検出方向ＤＳの磁束密度の成分が生じないため、ロータの磁束による電流の検出誤差は生じない。しかし、磁気センサＭＳの磁束検出方向ＤＳが、センサ素子に交差する径方向のロータの磁束に直交せずに、センサ素子を通る径方向に直交する平面である径直交平面Ｐｏｒに対して傾いている場合は、傾き角度θｔに応じて、ロータの磁束の磁束検出方向ＤＳの磁束密度の成分が生じるため、ロータの磁束による電流の検出誤差が生じる。

ここで、θｔ１１を、第１組のＵ１相の磁気センサＭＳｕ１の中心を通る径方向に直交する方向である径直交平面Ｐｏｒ１１に対する、当該磁気センサＭＳｕ１の磁束検出方向ＤＳ１１の傾き角度とし、θｔ２１を、第１組のＶ１相の磁気センサＭＳｖ１の中心を通る径方向に直交する方向である径直交平面Ｐｏｒ２１に対する、当該磁気センサＭＳｖ１の磁束検出方向ＤＳ２１の傾き角度とし、θｔ３１を、第１組のＷ１相の磁気センサＭＳｗ１の中心を通る径方向に直交する方向である径直交平面Ｐｏｒ３１に対する、当該磁気センサＭＳｗ１の磁束検出方向ＤＳ３１の傾き角度とする。θｔ１２を、第２組のＵ２相の磁気センサＭＳｕ２の中心を通る径方向に直交する方向である径直交平面Ｐｏｒ１２に対する、当該磁気センサＭＳｕ２の磁束検出方向ＤＳ１２の傾き角度とし、θｔ２２を、第２組のＶ２相の磁気センサＭＳｖ２の中心を通る径方向に直交する方向である径直交平面Ｐｏｒ２２に対する、当該磁気センサＭＳｖ２の磁束検出方向ＤＳ２２の傾き角度とし、θｔ３２を、第２組のＷ２相の磁気センサＭＳｗ２の中心を通る径方向に直交する方向である径直交平面Ｐｏｒ３２に対する、当該磁気センサＭＳｗ２の磁束検出方向ＤＳ３２の傾き角度とする。なお、本実施の形態では、各磁気センサＭＳの磁束検出方向ＤＳは、軸方向に直交しており、各磁気センサの傾き角度θｔは、軸心Ｃを中心とし、各磁気センサＭＳを通る円の接線方向に対する傾き角度になっている。ここでは、接続線ＷＲに流れる電流の方向を全ての相において外径方向とする場合で説明するが、一部または全部の相において内径方向としてもよい。その場合、磁束検出方向ＤＳを逆方向にして、傾き角度θｔをそれに合わせて設定すれば、同様の考え方ができる。

図９に示すように、各磁気センサＭＳが対向配置された各接続線ＷＲの部分が、軸方向に延出してよい。そして、磁気センサＭＳ（センサ素子）は、軸方向に延出した接続線ＷＲの部分の径方向内側に、接続線ＷＲと対向して配置されてもよい。この場合でも、磁気センサＭＳの磁束検出方向ＤＳが、センサ素子を通る径方向に直交する平面である径直交平面Ｐｏｒに対して傾いている場合は、傾き角度θｔに応じて、ロータの磁束の磁束検出方向ＤＳの磁束密度の成分が生じるため、ロータの磁束による電流の検出誤差が生じる。

＜電流検出誤差による影響＞
ロータの磁束による電流検出誤差を考慮すると、各組の各相の磁気センサＭＳにより検出される各組の各相の電流検出値ｉｕ１ｓ～ｉｗ２ｓは、次式で表される。

ここで、ｉｕ１は、第１組のＵ１相の電機子巻線を流れる真の電流値であり、δｕ１は、ロータの磁束による第１組のＵ１相の電流の検出誤差成分であり、ｉｖ１は、第１組のＶ１相の電機子巻線を流れる真の電流値であり、δｖ１は、ロータの磁束による第１組のＶ１相の電流の検出誤差成分であり、ｉｗ１は、第１組のＷ１相の電機子巻線を流れる真の電流値であり、δｗ１は、ロータの磁束による第１組のＶ１相の電流の検出誤差成分である。ｉｕ２は、第２組のＵ２相の電機子巻線を流れる真の電流値であり、δｕ２は、ロータの磁束による第２組のＵ２相の電流の検出誤差成分であり、ｉｖ２は、第２組のＶ２相の電機子巻線を流れる真の電流値であり、δｖ２は、ロータの磁束による第２組のＶ２相の電流の検出誤差成分であり、ｉｗ２は、第２組のＷ２相の電機子巻線を流れる真の電流値であり、δｗ２は、ロータの磁束による第２組のＶ２相の電流の検出誤差成分である。Ｉは、各組の電流ベクトルの大きさであり、βは、各組のｑ軸に対する電流ベクトルの位相である。図２に示した第１組の電機子巻線と第２組の電機子巻線との位相差π／６から、第２組の３相の真の電流値は、第１組の３相の真の電流値に対して、位相差π／６だけ遅れている。

＜ｄ軸及びｑ軸の和電流と出力トルクとの関係＞
交流回転機の出力トルクＴは、次式で表せられる。Ｐｍは、極対数であり、ψは、磁石の鎖交磁束であり、Ｌｄは、ｄ軸のインダクタンスであり、Ｌｑは、ｑ軸のインダクタンスである。ここで、組間のｄ軸の真の和電流及びｑ軸の真の和電流（ｉｄ１＋ｉｄ２、ｉｑ１＋ｉｑ２）に比べて、組間のｄ軸の真の差電流及びｑ軸の真の差電流（ｉｄ１－ｉｄ２、ｉｑ１－ｉｑ２）が微小であることを利用し、組間のｄ軸の真の和電流及びｑ軸の真の和電流により、出力トルクＴを算出する式に近似している。

式（６）の出力トルクＴの近似式より、組間のｄ軸の真の和電流及びｑ軸の真の和電流（ｉｄ１＋ｉｄ２、ｉｑ１＋ｉｑ２）に含まれる検出誤差成分を低減することにより、出力トルクの精度を向上し、出力トルクに含まれるリプル成分を低減することができる。

＜ロータの磁束による、ｄ軸及びｑ軸の和電流の検出誤差＞
式（５）を、式（１）及び式（２）に代入し、座標変換を行った第１組のｄ軸の電流検出値Ｉｄ１ｓ及び第２組のｄ軸の電流検出値Ｉｄ２ｓの和電流、第１組のｑ軸の電流検出値Ｉｑ１ｓ及び第２組のｑ軸の電流検出値Ｉｑ２ｓの和電流は、式（７）及び式（８）になる。

ここで、式（７）の右辺の第１項は、ｄ軸の真の和電流であり、式（８）の右辺の第１項は、ｑ軸の真の和電流である。よって、式（７）の右辺の第２項及び第３項は、ロータの磁束によるｄ軸の和電流の検出誤差成分であり、式（８）の右辺の第２項及び第３項は、ロータの磁束によるｑ軸の和電流の検出誤差成分である。

誤差を含むｄ軸及びｑ軸の電流検出値に基づいて電流フィードバック制御を行うと、ｄ軸及びｑ軸の真の電流値は、ｄ軸及びｑ軸の電流指令値から、誤差分だけずれる。式（６）の近似式に示したように、ｄ軸の和電流及びｑ軸の和電流に応じて、出力トルクＴが変化するため、実際の出力トルクは、ｄ軸の和電流の検出誤差成分及びｑ軸の和電流の検出誤差成分に応じて、ｄ軸及びｑ軸の電流指令値に対応する目標の出力トルクからずれる。式（７）の右辺の第２項及び第３項のｄ軸の和電流の検出誤差成分、及び式（８）の右辺の第２項及び第３項のｄ軸の和電流の検出誤差成分は、磁極位置θに応じて振動する振動成分であるので、出力トルクＴには、検出誤差によりトルクリプルが生じる。

ロータの磁束による各組の各相の電流の検出誤差成分δは、各磁気センサＭＳを通る径方向に直交する平面である径直交平面Ｐｏｒに対する各組の各相の磁気センサの磁束検出方向ＤＳの傾き角度θｔを用いて次式で表される。

ここで、Ｂｒは、各磁気センサを通るロータの径方向の磁束の磁束密度であり、本実施の形態では、各磁気センサは、軸心Ｃを中心とした同一円上に配置されているので、各磁気センサについて同じ値である。Ｂｒ×ｓｉｎθｔにより、各磁気センサにより検出されるロータの磁束密度の成分であるロータ磁束密度の検出成分Ｂｓが算出される。Ｋｂｉは、ロータ磁束密度の検出成分Ｂｓから電流検出値への換算係数である。傾き角度θｔｋ１（ｋは、１以上の整数）は、第１組の第ｋ相の傾き角度であり、Ｕ１相、Ｖ１相、Ｗ１相の代わりに、第１相、第２相、第３相を用いている。傾き角度θｔｈ２（ｈは、１以上の整数）は、第２組の第ｈ相の傾き角度であり、Ｕ２相、Ｖ２相、Ｗ２相の代わりに、第１相、第２相、第３相を用いている。同様に、Ｂｓｋ１は、第１組の第ｋ相の検出成分であり、Ｂｓｈ２は、第２組の第ｈ相の検出成分である。

式（９）を、式（７）及び式（８）に代入すると、ｄ軸及びｑ軸の和電流の検出値は、式（１０）及び式（１１）になる。

＜リプル成分Ｒ１、Ｒ２を用いた、和電流の検出誤差の表現＞
ここで、第１組のリプル成分Ｒ１及び第２組のリプル成分Ｒ２を、式（１２）で定義する。

ここで、磁極位置θは、上述したように、第１組のＵ１相の電機子巻線の位置に対する電気角でのロータの磁極（Ｎ極）の位相（角度）である。式（１２）の第１式において、右辺の第１項の正弦関数の位相θは、第１組のＵ１相の電機子巻線Ｃｕ１の位置に対する電気角での磁極（Ｎ極）の位相（角度）θｅ１１であり、右辺の第２項の正弦関数の位相（θ－２π／３）は、第１組のＶ１相の電機子巻線Ｃｖ１に対する磁極の位相θｅ２１であり、右辺の第３項の正弦関数の位相（θ＋２π／３）は、第１組のＷ１相の電機子巻線Ｃｗ１に対する磁極の位相θｅ３１である。式（１２）の第２式において、右辺の第１項の正弦関数の位相（θ－π／６）は、第２組のＵ２相の電機子巻線Ｃｕ２の位置に対する電気角での磁極の位相θｅ１２であり、右辺の第２項の正弦関数の位相（θ－５π／６）は、第２組のＶ２相の電機子巻線Ｃｖ２に対する磁極の位相θｅ２２であり、右辺の第３項の正弦関数の位相（θ＋π／２）は、第２組のＷ２相の電機子巻線Ｃｗ２に対する磁極の位相θｅ３２である。

よって、式（１２）を一般化して表現すると式（１３）を得る。

ここで、θｅｋ１は、第１組の第ｋ相の電機子巻線の位置に対する電気角でのロータの磁極の位相であり、第１組のＵ１相の電機子巻線Ｃｕ１に対する磁極位置θから、第１組のＵ１相の電機子巻線Ｃｕ１に対する第１組の第ｋ相の電機子巻線の位相を減算した位相になる。Ｂｓｋ１は、第１組の第ｋ相の磁気センサにより検出されるロータ磁束密度の検出成分である。θｅｈ２は、第２組の第ｈ相の電機子巻線の位置に対する電気角でのロータの磁極の位相であり、第１組のＵ１相の電機子巻線Ｃｕ１に対する磁極位置θから、第１組のＵ１相の電機子巻線Ｃｕ１に対する第２組の第ｈ相の電機子巻線の位相を減算した位相になる。Ｂｓｈ２は、第２組の第ｈ相の磁気センサにより検出されるロータ磁束密度の検出成分である。

＜リプル成分Ｒ１、Ｒ２の相互打ち消しによる、和電流の検出誤差の低減＞
式（１２）を用いて式（１０）を表現すると、式（１４）に示すように、式（１０）の右辺の第２項は、第１組のリプル成分Ｒ１の磁極位置θの位相を、π／２だけ進ませたものに対して係数を掛けたものであり、第３項は、第２組のリプル成分Ｒ２の磁極位置θの位相を、π／２だけ進ませたものに対して係数を掛けたものである。式（１２）を用いて式（１１）を表現すると、式（１５）に示すように、式（１１）の右辺の第２項は、第１組のリプル成分Ｒ１の磁極位置θの位相を、πだけ進ませたものに対して係数を掛けたものであり、第３項は、第２組のリプル成分Ｒ２の磁極位置θの位相を、πだけ進ませたものに対して係数を掛けたものである。

＜リプル成分Ｒ１、Ｒ２の相互打ち消しのための、傾き角度θｔの設定＞
式（１４）及び式（１５）より、第１組のリプル成分Ｒ１の正負の符号と、第２組のリプル成分Ｒ２の正負の符号と、が互いに異なれば、互いに打ち消し合わせることができ、ｄ軸及びｑ軸の和電流の検出誤差を低減できることがわかる。Ｒ１及びＲ２の値は、式（１２）及び式（１３）より、各組の各相のロータ磁束密度の検出成分Ｂｓにより変化し、Ｂｓの値は、式（９）より、各組の各相の磁気センサの磁束検出方向ＤＳの傾き角度θｔにより変化する。

そこで、本実施の形態では、第１組のリプル成分Ｒ１の正負の符号と、第２組のリプル成分Ｒ２の正負の符号と、が互いに異なるように、径直交平面Ｐｏｒに対する各組の各相の磁気センサの磁束検出方向ＤＳの傾き角度θｔが設定されている。

この構成によれば、第１組のリプル成分Ｒ１と第２組のリプル成分Ｒ２とを互いに打ち消し合わせ、ロータの磁束によるｄ軸及びｑ軸の和電流の検出誤差を低減することができる。そして、式（６）を用いて説明したように、ｄ軸及びｑ軸の和電流の検出誤差の低減により、出力トルクの制御精度を向上させることができる。

＜和電流の検出誤差が低減する例＞
式（１６）に示すように、各磁気センサの傾き角度θｔを設定すれば、式（１７）が成り立つので、ｄ軸及びｑ軸の和電流の検出値は、式（１８）及び式（１９）で表せる。この例では、組間で傾き角度θｔ及び電流の検出誤差成分δが正負の反転値に設定される組合せは、Ｕ２相の傾き角度θｔ１２及びＵ１相の傾き角度θｔ１１、Ｖ２相の傾き角度θｔ２２及びＶ１相の傾き角度θｔ２１、Ｗ２相の傾き角度θｔ３２及びＷ１相の傾き角度θｔ３１である。図２からわかるように、これらの組合せは、組間で電機子巻線の位相差（電流の位相差）が最も小さくなる第１組の相と第２組の相とが組み合わされており、位相差は、π／６である。

式（１８）及び式（１９）を、式（７）及び式（８）と比較すると、第１組の電機子巻線のｄ軸及びｑ軸の和電流の検出誤差成分の振幅が、２ｓｉｎ（π／１２）＝（√６－√２）／２≒０．５１７倍に低減する。π／１２は、組間の電機子巻線の位相差π／６の半分である。

＜和電流の検出誤差が悪化する比較例＞
逆に、ｄ軸及びｑ軸の和電流の検出誤差成分の振幅が増加する比較例を示す。式（２０）に示すように、各磁気センサの傾き角度θｔを設定すれば、式（２１）が成り立つので、ｄ軸及びｑ軸の和電流の検出値は、式（２２）及び式（２３）で表せる。この例では、組間で傾き角度θｔ及び電流の検出誤差成分δが正負の反転値に設定される組合せは、Ｕ２相の傾き角度θｔ１２及びＶ１相の傾き角度θｔ２１、Ｖ２相の傾き角度θｔ２２及びＷ１相の傾き角度θｔ３１、Ｗ２相の傾き角度θｔ３２及びＵ１相の傾き角度θｔ１１である。図２からわかるように、これらの組合せは、組間で電機子巻線の位相差（電流の位相差）が２番目に小さくなる第１組の相と第２組の相とが組み合わされており、位相差は、π／２である。

式（２２）及び式（２３）を、式（７）及び式（８）と比較すると、第１組の電機子巻線のｄ軸及びｑ軸の和電流の検出誤差成分の振幅が、２ｓｉｎ（５π／１２）＝（√６＋√２）／２≒１．９３１倍に増加する。５π／１２は、組間の電機子巻線の位相差π／６と相間の電機子巻線の位相差２π／３との和の半分である。

＜和電流の検出誤差を低減する設定方法＞
上述した２つの例から、第１組の電機子巻線と第２組の電機子巻線との間で、電流の位相差（又は電機子巻線の位置の電気角での位相差）が最も小さくなる第１組の相と第２組の相との組み合わせのそれぞれにおいて、第１組の相の磁気センサによるロータ磁束密度の検出成分Ｂｓの正負の符号と、第２組の相の磁気センサによるロータ磁束密度の検出成分Ｂｓの正負の符号とが、互いに異なるように、各組の各相の磁気センサの傾き角度θｔが設定されているとよい。

なお、式（９）に示すように、ロータ磁束密度の検出成分Ｂｓは、ロータの磁束による電流の検出誤差成分δに比例する。また、磁気センサの傾き角度θｔの正負の符号を異ならせれば、ロータ磁束密度の検出成分Ｂｓの正負の符号を異ならせることができる。

この構成によれば、ｄ軸電流及びｑ軸電流に変換された状態において、組間で最も位相差が小さくなる第１相の電流の検出誤差成分δと第２相の電流の検出誤差成分δとは、互いに正負の符号が異なり、互いに打ち消し合う。よって、ｄ軸及びｑ軸の和電流の検出誤差を低減させることができ、出力トルクの制御精度を向上させることができる。

更に、上述した例のように、組み合わせのそれぞれにおいて、第１組の相の磁気センサによるロータ磁束密度の検出成分Ｂｓの絶対値と第２組の相の磁気センサによるロータ磁束密度の検出成分Ｂｓの絶対値とが、互いに同じになるように、各組の各相の磁気センサの傾き角度θｔが設定されているとよい。

この構成によれば、ｄ軸電流及びｑ軸電流に変換された状態において、組間で最も位相差が小さくなる第１相の電流の検出誤差成分δと第２相の電流の検出誤差成分δとを互いに打ち消し合わせる効果を高めることができる。

本実施の形態では、第１組の電機子巻線の電流に対する第２組の電機子巻線の電流の位相差Δθ（巻線位置の電気角での位相差も同様）は、Δθ＝－π／６である。しかし、第１組の電機子巻線の電流に対する第２組の電機子巻線の電流の位相差Δθ（巻線位置の電気角での位相差も同様）は、次式の範囲であれば、ｄ軸電流及びｑ軸電流に変換された状態において、組間で最も位相差が小さくなる第１相の電流の検出誤差成分δと第２相の電流の検出誤差成分δとを互いに打ち消し合わせる効果を得ることができる。

第１組の電機子巻線の電流に対する第２組の電機子巻線の電流の位相差Δθ（巻線位置の電気角での位相差も同様）は、次式の範囲であれば、打ち消し合わせ効果が高められ、更に好適である。

＜位相差Δθ＝０の場合＞
図１０に示すように、第１組の３相の電機子巻線Ｃｕ１、Ｃｖ１、Ｃｗ１の位置に対する第２組の３相の電機子巻線Ｃｕ２、Ｃｖ２、Ｃｗ２の位置の電気角での位相差Δθ（電流の位相差も同様）が、０に設定されている場合（Δθ＝０）を説明する。

この場合は、ｄ軸及びｑ軸の和電流の検出値は、式（２６）および式（２７）で表現できる。

式（２６）及び式（２７）のように、第１組の電機子巻線と第２組の電機子巻線との間で、電流の位相差が０になる第１組の相と第２組の相との組み合わせのそれぞれにおいて、第１組の相の磁気センサによるロータ磁束密度の検出成分Ｂｓと第２組の相の磁気センサによるロータ磁束密度の検出成分Ｂｓとの間で、正負の符号が互いに異なり、絶対値が互いに同じになるように、各組の各相の磁気センサの傾き角度θｔが設定されていれば最も好適である。

このように設定すると、次式に示すように、第１組の電流の検出誤差成分δと第２組の電流の検出誤差成分δとを完全に打ち消し合わせることができ、ｄ軸及びｑ軸の和電流の検出誤差の成分が０になる。よって、出力トルクの制御精度を最も高めることができる。

このとき、次式に示すように、第１組のリプル成分Ｒ１と第２組のリプル成分Ｒ２との合計値が０になる。

＜異常判定＞
理想的に、式（１６）及び式（１７）のように設定されていれば、式（５）から、次式に示すように、各組の各相の電流の検出誤差成分δは互いに完全に打ち消され、第１組の３相の電流検出値の和と、第２組の３相の電流検出値の和との合計値は、０になる。

一方、各組の各相の電流の検出誤差成分δが互いに完全に打ち消されないように、各組の各相の磁気センサが配置された場合は、合計値は０からオフセットした所定値になる。

そこで、電機子電流検出部３２は、次式に示すように、第１組の３相の電機子巻線の電流検出値の和と第２組の３相の電機子巻線の電流検出値の和との合計値が、予め設定された判定範囲を超えたときに、異常が生じたと判定する。

電機子電流検出部３２は、式（３１）が成り立っている場合は、正常と判定し、式（３１）が成り立っていない場合は、異常と判定する。ここで、判定下限値ｉｓｕｍ＿ｍｉｎ及び判定上限値ｉｓｕｍ＿ｍａｘは、磁気センサの温度特性及び経年変化等のバラツキ要因による変動幅を考慮して、予め設定されている。

２．実施の形態２
実施の形態２に係る電流検出装置について図面を参照して説明する。実施の形態１と同様に、電流検出装置は、交流回転機１及び制御装置１０に組み込まれている。上記の実施の形態１と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る交流回転機１及び制御装置１０の基本的な構成は実施の形態１と同様であるが、第１組の電機子巻線と第２組の電機子巻線との間の位相差Δθが実施の形態１と異なり、それに伴って、各磁気センサの傾き角度θｔの設定が実施の形態１と異なっている。

本実施の形態では、図１１に示すように、第１組の３相の電機子巻線Ｃｕ１、Ｃｖ１、Ｃｗ１の位置に対する第２組の３相の電機子巻線Ｃｕ２、Ｃｖ２、Ｃｗ２の位置の電気角での位相差Δθは、Δθ＝－π／３（－６０度）に設定されている。

そのため、本実施の形態では、式（１）から式（４）における第１組の座標変換と第2組の座標変換との間には、位相差π／３が設けられる（数式は、省略）。また、各組の各相の磁気センサＭＳにより検出される各組の各相の電流検出値ｉｕ１ｓ～ｉｗ２ｓは、次式で表される。第１組の電機子巻線の電流に対する第２組の電機子巻線の電流の位相差Δθは、Δθ＝－π／３になる。

この場合は、ｄ軸及びｑ軸の和電流の検出値は、式（３３）及び式（３４）で表現できる。

したがって、各検出誤差成分δを、式（３５）を満たすように設定することで、第１組の電流の検出誤差成分δと第２組の電流の検出誤差成分δとを完全に打ち消し合わせることができ、式（３６）に示すように、ｄ軸及びｑ軸の和電流の検出値に含まれる電気角１次の誤差成分を０にすることができる。

式（３５）を満たすために、例えば、式（３７）を満たすように、各磁気センサの傾き角度θｔを設定すればよい。

式（３５）及び式（３７）において、組間で検出誤差成分δ及び傾き角度θｔが対応する組合せは、Ｕ２相とＷ１相、Ｖ２相とＵ１相、Ｗ２相とＶ１相に設定されており、図１１に示すように、組間で位相差が最も大きくなる第１組の相と第２組の相の組合せである。

よって、第１組の電機子巻線と第２組の電機子巻線との間で、電流の位相差（又は電機子巻線の位置の位相差）が最も大きくなる第１組の相と第２組の相との組み合わせのそれぞれにおいて、第１組の相の磁気センサによるロータ磁束密度の検出成分Ｂｓの正負の符号と、第２組の相の磁気センサによるロータ磁束密度の検出成分Ｂｓの正負の符号とが、互いに同じになるように、各組の各相の磁気センサの傾き角度θｔが設定されているとよい。

なお、式（９）に示すように、ロータ磁束密度の検出成分Ｂｓは、ロータの磁束による電流の検出誤差成分δに比例する。また、磁気センサの傾き角度θｔの正負の符号を同じにすれば、ロータ磁束密度の検出成分Ｂｓの正負の符号を同じにすることができる。

この構成によれば、ｄ軸電流及びｑ軸電流に変換された状態において、組間で最も位相差が大きくなる第１相の電流の検出誤差成分δと第２相の電流の検出誤差成分δとは、互いに正負の符号が異なり、互いに打ち消し合う。よって、ｄ軸及びｑ軸の和電流の検出誤差を低減させることができ、出力トルクの制御精度を向上させることができる。

更に、上述した例のように、組み合わせのそれぞれにおいて、第１組の相の磁気センサによるロータ磁束密度の検出成分Ｂｓと第２組の相の磁気センサによるロータ磁束密度の検出成分Ｂｓとが、互いに同じになるように、各組の各相の磁気センサの傾き角度θｔが設定されているとよい。

この構成によれば、ｄ軸電流及びｑ軸電流に変換された状態において、組間で最も位相差が大きくなる第１相の電流の検出誤差成分δと第２相の電流の検出誤差成分δとを互いに打ち消し合わせる効果を高めることができる。

本実施の形態では、第１組の電機子巻線の電流に対する第２組の電機子巻線の電流の位相差Δθ（巻線位置の電気角での位相差も同様）は、Δθ＝－π／３である。しかし、第１組の電機子巻線の電流に対する第２組の電機子巻線の電流の位相差Δθ（巻線位置の電気角での位相差も同様）は、次式の範囲であれば、ｄ軸電流及びｑ軸電流に変換された状態において、組間で最も位相差が大きくなる第１相の電流の検出誤差成分δと第２相の電流の検出誤差成分δとを互いに打ち消し合わせる効果を得ることができる。

第１組の電機子巻線の電流に対する第２組の電機子巻線の電流の位相差Δθ（巻線位置の電気角での位相差も同様）は、次式の範囲であれば、打ち消し合わせ効果が高められ、更に好適である。

なお、各磁気センサＭＳは、各組のインバータにおける正極側のスイッチング素子と負極側のスイッチング素子の各相の直列回路が備える接続線に対向配置され、各組のインバータが、ロータから放射された径方向の磁束が交差する場所に配置されてもよい。

本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

１ 交流回転機、４ 界磁巻線、１４ ロータ、１８ ステータ、Ｂｓ ロータ磁束密度の検出成分、Ｃ 軸心、ＤＳ 磁束検出方向、ＭＳ 磁気センサ、Ｐｏｒ 径直交平面、Ｒ１ 第１組のリプル成分、Ｒ２ 第２組のリプル成分、ＷＲ 接続線、Ｘ１ 軸方向の一方側、θｔ 径直交平面に対する磁束検出方向の傾き角度、Δθ 位相差

Claims (12)

1. ロータと、第１組のｎ相の電機子巻線及び第２組のｎ相の電機子巻線（ｎは、３以上の整数）を設けたステータとを有する交流回転機において、各組の各相の電機子巻線に電流を供給する各組の各相の接続線に対向配置された各組の各相の磁気センサの出力信号に基づいて、各組の各相の電機子巻線に流れる電流を検出する電流検出装置であって、
   各組の各相の前記磁気センサは、前記ロータから径方向に放射状に放射される磁束が交差する位置に配置され、
   前記第１組のｎ相の電機子巻線において、第１組の第ｋ相の電機子巻線に対する電気角での前記ロータの磁極の位相をθｅｋ１とし、第１組の第ｋ相の前記磁気センサにより検出される前記ロータの磁束密度の成分であるロータ磁束密度の検出成分をＢｓｋ１としたとき、第１組のリプル成分であるＲ１を、
   

   

   とし、
   前記第２組のｎ相の電機子巻線において、第２組の第ｈ相の電機子巻線に対する電気角での前記ロータの磁極の位相をθｅｈ２とし、第２組の第ｈ相の前記磁気センサにより検出される前記ロータの磁束密度の成分であるロータ磁束密度の検出成分をＢｓｈ２としたとき、第２組のリプル成分であるＲ２を、
   

   

   としたとき、
   前記第１組のリプル成分の正負の符号と、前記第２組のリプル成分の正負の符号とが、互いに異なるように、各前記磁気センサを通る径方向に直交する平面である径直交平面に対する各組の各相の前記磁気センサの磁束検出方向の傾き角度が設定されている電流検出装置。
2. 前記第１組のリプル成分と前記第２組のリプル成分との合計値が、零になるように、各組の各相の前記磁気センサの前記傾き角度が設定されている請求項１に記載の電流検出装置。
3. 前記第１組のｎ相の電機子巻線の電流に対する前記第２組のｎ相の電機子巻線の電流の位相差であるΔθは、－π／３＜Δθ＜π／３の範囲内であり、
   前記第１組のｎ相の電機子巻線と前記第２組のｎ相の電機子巻線との間で、電流の位相差が最も小さくなる第１組の相と第２組の相との組み合わせのそれぞれにおいて、第１組の相の前記磁気センサによる前記ロータ磁束密度の検出成分の正負の符号と、第２組の相の前記磁気センサによる前記ロータ磁束密度の検出成分の正負の符号とが、互いに異なるように、各組の各相の前記磁気センサの前記傾き角度が設定されている請求項１又は２に記載の電流検出装置。
4. 前記組み合わせのそれぞれにおいて、第１組の相の前記磁気センサによる前記ロータ磁束密度の検出成分の絶対値と第２組の相の前記磁気センサによる前記ロータ磁束密度の検出成分の絶対値とが、互いに同じになるように、各組の各相の前記磁気センサの前記傾き角度が設定されている請求項３に記載の電流検出装置。
5. 前記Δθは、－π／６≦Δθ≦π／６の範囲内である請求項３又は４に記載の電流検出装置。
6. 前記第１組のｎ相の電機子巻線の電流に対する前記第２組のｎ相の電機子巻線の電流の位相差であるΔθは、－２π／３＜Δθ＜０の範囲内であり、
   前記第１組のｎ相の電機子巻線と前記第２組のｎ相の電機子巻線との間で、電流の位相差が最も大きくなる第１組の相と第２組の相との組み合わせのそれぞれにおいて、第１組の相の前記磁気センサによる前記ロータ磁束密度の検出成分の正負の符号と、第２組の相の前記磁気センサによる前記ロータ磁束密度の検出成分の正負の符号とが、互いに同じになるように、各組の各相の前記磁気センサの前記傾き角度が設定されている請求項１又は２に記載の電流検出装置。
7. 前記組み合わせのそれぞれにおいて、第１組の相の前記磁気センサによる前記ロータ磁束密度の検出成分と第２組の相の前記磁気センサによる前記ロータ磁束密度の検出成分とが、互いに同じになるように、各組の各相の前記磁気センサの前記傾き角度が設定されている請求項６に記載の電流検出装置。
8. 前記Δθは、－π／２≦Δθ≦－π／６の範囲内である請求項６又は７に記載の電流検出装置。
9. 各組の各相の前記磁気センサは、軸心を中心とした同一円上に配置されている請求項１から８のいずれか一項に記載の電流検出装置。
10. 前記第１組のｎ相の電機子巻線の電流検出値の和と前記第２組のｎ相の電機子巻線の電流検出値の和との合計値が、予め設定された判定範囲を超えたときに、異常が生じたと判定する請求項１から９のいずれか一項に記載の電流検出装置。
11. 前記ロータには、界磁巻線が設けられている請求項１から１０のいずれか一項に記載の電流検出装置。
12. 前記ロータは、界磁巻線が軸心を中心とした同心円状に巻装された、ランデル型のロータであり、ロータの軸方向の一方側の部分は、Ｎ極又はＳ極になり、
    各組の各相の前記磁気センサは、ロータの軸方向の一方側に配置され、ロータの軸方向の一方側の部分から径方向に放射状に放射される磁束が交差する請求項１から１１のいずれか一項に記載の電流検出装置。

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