JP3411878B2 - 同期モータの回転子位置推定方法、位置センサレス制御方法及び制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は同期モータの制御方
式に関し、特に突極性を持つ同期モータの回転子位置の
推定方法と、位置センサレス制御方法及び装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】永久磁石を界磁とする同期モータを駆動
する方法として、誘導モータのインバータ制御と同様に
回転位置を検出しないでオープンループで駆動する同期
運転方法と、何らかの回転位置検出手段を用いて閉ルー
プで運転するブラシレスＤＣモータ運転方法がある。

【０００３】後者のブラシレスＤＣモータ運転の場合、
何らかの回転子位置センサを設けると、誘導モータのイ
ンバータ駆動と比較してインバータとモータ間の配線本
数が増加する。このため、保守性、信頼性が低下して適
用範囲に制約を受け、特に圧縮機などのように特殊雰囲
気中の使用が妨げられてしまう。この欠点をなくすため
に、センサを用いずに回転位置を推定する位置センサレ
ス技術が提案されている。

【０００４】従来の位置センサレス技術は、巻線インダ
クタンスが回転位置により相違する突極性を利用する方
式と、モータ巻線に誘起される速度起電力の電圧を利用
する方式に大別できる。後者は、停止時および低速時は
速度起電力が発生しないため位置推定が困難になるが、
中・高速時には突極型ならびに非突極型の両方に適用可
能な特徴をもつ。

【０００５】速度起電力に基づく位置センサレス技術と
して、例えば電気学会技術報告第719号17頁（従来例
１）に記載された技術がある。この技術は、非突極型の
同期モータに対して、モータの電圧電流測定値から電圧
電流方程式に基づいて速度起電力を求め、固定子から見
た回転子位置を推定する。

【０００６】また、特開平８−３０８２８６号公報（従
来例２）に開示された技術がある。この技術は、永久磁
石回転子の磁束方向の位置であるｄ軸と、ｄ軸から回転
方向に９０度進んだｑ軸からなるｄ−ｑ実回転座標系に
対して、制御上の仮想回転位置ｄｃ軸と、ｄｃ軸から回
転方向に９０度進んだｑｃ軸からなる制御上のｄｃ−ｑ
ｃ回転座標系を定義する。実回転位置の推定は、ｄ−ｑ
回転座標上での電圧電流方程式から導出したモータモデ
ルに基づいて予測したｄ軸電流と、制御軸上のｄｃ軸電
流の差を取り、その差が仮想回転位置の軸ずれΔθに比
例することを利用する。

【０００７】さらに、平成１１年電気学会全国大会講演
論文集４−４８０頁、論文番号１０２６（従来例３）に
記載された技術がある。この技術は、固定子座標（αβ
軸）での突極性を持つ同期モータの回路方程式におい
て、電流と位置両方に依存する突極機特有の項を、電流
ベクトル方向と誘起電圧（速度起電力）方向の成分に分
解し、永久磁石磁束とリラクタンス磁束などにより誘起
される電圧を表す項をまとめ、これを拡張誘起電圧と定
義している。次に、公知の最小次元オブザーバ手法によ
り、拡張誘起電圧のベクトル成分を推定する式を導出
し、推定された拡張誘起電圧からモータの回転子位置を
求めている。なお、導出された拡張誘起電圧の推定式
は、モータ定数として巻線抵抗ｒ、インダクタンスＬ
ｄ、Ｌｑを用い、固定子座標における電圧及び電流の値
と、モータの推定速度を用いて演算を行っている。ま
た、演算に電流微分値が必要になるのを避けるため、拡
張誘起電圧と電流に関係する成分の和から構成される中
間変数を導入し、中間変数を推定するように式を変形し
て電流微分値を使わないようにしている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来例１の技術は突極
機に適用できない。その理由は、突極機は回転位置によ
り巻線インダクタンスが変化するため、回転子位置がわ
からないとインダクタンスが決まらず、インダクタンス
による電圧降下の大きさが求められないためである。

【０００９】従来例２の技術は、ｄ−ｑ回転座標上のモ
ータモデルを用いて仮想の回転軸であるdc−qc制御回転
座標系の電流値を推定している。このため、仮想回転軸
が実回転位置と大きくずれる場合には位置を正しく推定
できない。また、軸ずれΔθの演算式を導出するときに
sinΔθ≒Δθの近似を行っている。このため、実際の
軸ずれが大きい場合に軸ずれΔθが正しく演算できな
い。よって、モータ負荷の急変化、急な加減速運転の用
途には適さないという欠点がある。

【００１０】従来例３の技術は、前述のように固定子座
標（αβ軸）に基づいているので、推定しようとしてい
る拡張誘起電圧は交流量となる。このため、モータの高
速回転時には最小次元オブザーバの推定式による推定の
早さに比べて拡張誘起電圧の変化の方が大きくなり、回
転子位置推定が正しく推定できなくなるという問題があ
る。

【００１１】また、観測電流の微分を使わない推定式を
用いている。固定子座標上における観測電流の微分が関
係するのは主にインダクタンスにおける電圧降下分であ
るから、従来例３の技術はインダクタンスの電圧降下成
分を用いずに位置を求めていることになる。このため、
最小次元オブザーバによる推定式は拡張誘起電圧とイン
ダクタンスの電圧降下成分を合わせて推定していること
になる。電圧降下成分は電流に比例して大きくなるか
ら、比較的大きな電流が流れる場合には、拡張誘起電圧
に対して電圧降下成分の方が大きくなり、オブザーバに
よる位置推定の精度が低下するという問題がある。

【００１２】さらに、近年のモータの小形化によって、
電流増加時の磁束飽和によってインダクタンス値が非常
に変動しやすくなっている。従来例２、３の技術では位
置推定の際に、モータ巻線のインダクタンスのパラメー
タとして、ＬｄとＬｑの２つが必要になる。このため、
２つのインダクタンスパラメータＬｄ、Ｌｑの変動に影
響されず、回転子位置推定を正しく推定できるようにす
る必要があるが、２つのパラメータに対して補正をしな
ければならないため構成が複雑になる。

【００１３】本発明の目的は、上記した従来技術の問題
点に鑑み、突極性を持つ同期モータの回転子位置を誘起
電圧の位相から正確に推定できる回転子位置推定方法
と、この推定方法を適用して高速運転、あるいは負荷急
変や急加減速運転を安定に行うことができる同期モータ
の位置センサレス制御方法及び制御装置を提供すること
にある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明では、突極性を持
つ同期モータ（突極機と略称する）の回転子位置をモー
タ誘起電圧の位相から推定する精度を向上するために、
従来例２、３のような観測不能量や近似値を用いないこ
とに留意した。突極機の電圧方程式に基づいて誘起電圧
を求める場合に、モータ巻線のインダクタンスによる電
圧降下は回転子位置に依存するため、位置センサレスで
は観測できない。

【００１５】本発明は、誘起電圧の大きさはともかく、
位相が正しく推定できれば所期の目的を達成できること
に着目し、インダクタンスによる電圧降下が回転子位置
に依存しない仮想電圧降下の概念を導入し、これによっ
て求めても、本来の誘起電圧の位相を損なうことがない
ように、前記電圧方程式における前記仮想電圧降下のベ
クトル関係を見出してなし得たものである。

【００１６】上記目的を達成する本発明は、突極性を持
つ同期モータの誘起電圧を、モータ印加電圧からモータ
巻線の抵抗による電圧降下及びインダクタンスによる電
圧降下のベクトル差により推定するときに、前記インダ
クタンスによる電圧降下を、前記インダクタンスに所定
値を用い、かつモータ電流（Ｉｍ）に対して所定位相だ
けずれた量である仮想電圧降下により求める。そして、
推定した誘起電圧からその位相を算出して前記回転子位
置を推定することを特徴とする。前記仮想電圧降下のベ
クトルは、前記誘起電圧の位相を変化させないように導
かれている。または、変化分が演算できるように導かれ
ている。

【００１７】突極性を持つ同期モータのインダクタンス
定数にはＬｄとＬｑがある。インダクタンス定数Ｌｄ
は、回転座標系（ｄ−ｑ軸）のｄ軸電流と磁束φｄの関
係を表すパラメータで、永久磁石型の場合は磁石が作る
磁束とｄ軸電流による磁束φｄの方向は同じになる。イ
ンダクタンス定数Ｌｑは、ｑ軸電流と磁束φｑの関係を
表すパラメータで、永久磁石型の場合は磁石が作る磁束
とｑ軸電流による磁束φｑは直交する。

【００１８】本発明の一態様では、前記インダクタンス
電圧降下は、モータ電流（Ｉｍ）に対して９０度進むベ
クトルとし、前記所定値に突極機のモータ電気定数であ
るインダクタンスＬｑを用い、このＬｑと、観測可能な
前記モータ電流の大きさと、観測可能なモータ印加電圧
の周波数（ω１）またはモータ速度指令値（ωｒ＊）と
の積により求める。これにより、誘起電圧の位相に変化
を与えないインダクタンス電圧降下を、観測可能な量に
基づいて算出できるので、誘起電圧の位相の推定が簡単
に行える。

【００１９】また、前記所定値にインダクタンス定数Ｌ
ｑ、Ｌｄを用い、インダクタンス電圧降下をモータ電流
の微分成分も考慮して求めてもよい。後述するように、
微分項の関係する演算には定数Ｌｄが用いられる。

【００２０】さらに、仮想電圧降下の算出に定数Ｌｄ、
Ｌｑによらない他の定数を用いたり、仮想電圧降下のモ
ータ電流に対する進み角を９０度以外の所定角として
も、後述のように、本来の誘起電圧の位相の推定が可能
になる。

【００２１】このように、本発明は仮想電圧降下の概念
を導入したことで、誘起電圧の位相、従って、回転子位
置を、観測可能な量に基づいて精度よく推定できる。前
記仮想電圧降下はインダクタンスに定数を用いる演算モ
デルであるが、定数を用いた影響が誘起電圧の位相に表
われないようにベクトル関係を導いているので、本発明
で求める誘起電圧の位相は従来例のような近似（ｓｉｎ
Δθ≒Δθ）ではなく、広い範囲に亘って正確な値を得
ることができる。

【００２２】また、本発明の同期モータのセンサレス制
御方法は、上記のように観測可能量から推定した誘起電
圧の位相が、制御回転座標上の仮想の回転子位置と観測
不可能な実際の回転子位置との軸ずれ角を表すことに基
づいて、この軸ずれ角が実際の回転子位置より仮想の回
転子位置が回転子の回転方向に進んでいることを示す値
の場合は仮想の回転子位置の回転速度を下げるように、
また、遅れていることを示す値の場合は仮想の回転子位
置の回転速度を上げるように、モータ印加電圧の周波数
を制御することを特徴とする。

【００２３】あるいは、前記誘起電圧の位相から推定し
た軸ずれ角が実際の回転子位置より仮想の回転子位置が
回転子の回転方向に進んでいる値の場合は、実際の回転
子位置の回転速度を上げるように、また、遅れている値
の場合は実際の回転子位置の回転速度を下げるように、
モータのトルク指令値を制御する。

【００２４】これによれば、モータ誘起電圧の位相から
制御軸と実軸の軸ずれΔθを直接に求めるので、負荷急
変などで軸ずれが大きくなる場合でも、安定で精度の高
い制御が可能になる。

【００２５】また、本発明の制御方式では、前記軸ずれ
角の誤差補償値を設定し、軸ずれ角と誤差補償値の差が
零となるように前記モータ印加電圧の周波数またはトル
ク指令値を制御することを特徴とする。さらに、前記誤
差補償値の設定は、前記モータの回転数や負荷が一定の
状態で前記モータ電流が最小化するように調整する。こ
れにより、設定パラメータ誤差の影響を回避し、より高
精度の制御が実現できる。

【００２６】次に、本発明の動作原理について、突極機
の電圧方程式から軸ずれΔθを導出する過程を含めて説
明する。

【００２７】図２は永久磁石同期モータの解析モデル図
で、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の固定子巻線と永久磁石回転子を
示している。図示の回転角度は、モータを駆動する交流
電圧の電気角で表している。ｄ軸を永久磁石回転子の磁
束方向の位置にとり、制御上の仮想回転子位置としてｄ
ｃ軸をとる。図示していないが、ｄ軸から９０度進んだ
位相にｑ軸をとり、ｄｃ軸から９０度進んだ位相にｑｃ
軸をとる。回転子座標は、ｄ軸とｑ軸を座標軸に選んだ
座標系である。これ以後、ｄ−ｑ座標軸を単に実軸と呼
ぶ。また、仮想回転子座標（制御上の回転子座標）は、
ｄｃ軸とｑｃ軸を座標軸に選んだ座標系である。これ以
後、ｄｃ―ｑｃ座標軸を単に制御軸と呼ぶ。

【００２８】実軸は回転しており、回転速度をωｒとす
る。制御軸も回転しており、回転速度をω１とする。ω
１は制御軸の回転速度であるが、モータが外部から駆動
されている場合には、モータ印加電圧の周波数に相当す
る。また、ある瞬間の回転している実軸において、ｄ軸
の位相を固定子のＵ相巻線軸を基準としてθｄにより表
す。同様に、制御軸ではｄｃ軸の位相をθｄｃで表す。
なお、位相の極性は、図２の回転座標軸の回転方向が反
時計回りの場合を正と定める。ここで、実軸と制御軸と
の軸ずれ角Δθを、数１によって定義する。

【００２９】

【数１】

【００３０】突極性を持つ永久磁石同期モータの回転子
座標で、数２の電圧方程式が成り立つことが知られてい
る。ただし、ｒ、ＬｄおよびＬｑはモータ巻線の抵抗、
インダクタンスを表す電気定数パラメータ、ｐは微分演
算子である。

【００３１】

【数２】

【００３２】ここで、ＶｄとＶｑはモータ印加電圧Ｖ１
のｄ軸成分とｑ軸成分であり、ＩｄとＩｑはモータ電流
Ｉｍのｄ軸成分とｑ軸成分である。なお、Ｖｄ、Ｖｑ、
Ｉｄ、Ｉｑは実軸上の電圧、電流値であるから、実軸の
位置がわからない位置センサレス制御の場合は観測不能
な量である。また、数２の右辺第４項のｋＥ・ωｒはモ
ータの回転により生じる速度起電力、つまり、誘起電圧
の大きさを表している。

【００３３】位置センサレス制御の場合、印加電圧Ｖ１
の周波数ω１は観測可能だが、回転子の回転速度ωｒは
観測不能である。そこで、数２を仮想回転子座標の式に
変形する。実軸と制御軸の軸ずれはΔθであるから、実
軸の電圧、電流ベクトルは、観測可能な制御軸の電圧Ｖ
ｄｃ及びＶｑｃ、電流値ＩｄｃおよびＩｑｃから、数３
により表される。

【００３４】

【数３】

【００３５】数３を数２へ代入して整理すると、仮想回
転子座標の電圧方程式は数４により表される。

【００３６】

【数４】

【００３７】ここで、インダクタンスＬｄｃ、Ｌｑｃ、
Ｌｄｑｃは数５により表される。

【００３８】

【数５】

【００３９】数５からわかるように、Ｌｄｃ、Ｌｑｃ、
Ｌｄｑｃは軸ずれΔθに依存して値が変化する。

【００４０】図３は突極性を持つ永久磁石モータにおい
て、各部の電圧の関係を表したベクトル図である。モー
タ印加電圧Ｖ１は、速度起電力である誘起電圧と、抵抗
での電圧降下ベクトルＶｒ、インダクタンスでの電圧降
下ベクトルＶＬの和で表される。ここでは、簡単のため
にモータ電流Ｉｄ、Ｉｑの変化がなく、一定値と見なせ
る場合のベクトル図を示している。これは、数２の右辺
第３項、あるいは数４の右辺第３、４項の微分項を無視
したことになる。

【００４１】一般に、速度起電力に基づく磁極位置の推
定は、モータ誘起電圧の位相が磁束軸から９０度進んだ
ｑ軸方向に現れることを利用している。そこで、制御軸
であるｄｃ−ｑｃ座標上において、誘起電圧ベクトルの
成分を推定し、そのベクトルがｑｃ軸となす角を図３に
示すように求めれば、制御軸と実軸との軸ずれΔθを求
めることができる。誘起電圧項は外部から観測できない
ので、通常は観測可能な量から誘起電圧項を推定する。
推定には各種方法が提案されているが、基本的にはモー
タ印加電圧Ｖ１から、抵抗及びインダクタンスにおける
電圧降下ベクトルＶｒ、ＶＬを差し引いて推定誘起電圧
を求める。

【００４２】誘起電圧項の推定に必要な電圧降下ベクト
ルのなかで、抵抗の電圧降下Ｖｒは観測可能な量から演
算可能である。Ｖｒは、位相がモータ電流Ｉｍと同位相
であり、大きさがモータ電流のｒ倍になる。この関係は
座標系によらず成り立ち、ベクトル図上ではＶｒとＩｍ
が同じ方向で表される。このため、観測可能なｄｃ−ｑ
ｃ座標における電流検出値Ｉｄｃ、Ｉｑｃから、抵抗の
電圧降下Ｖｒは演算できる。

【００４３】一方、インダクタンスでの電圧降下ＶＬは
実軸の位置がわからないと演算することができない。Ｖ
Ｌは、実軸上でｄ軸方向が−ω１・Ｌｑ・Ｉｑで、ｑ軸
方向がω1・Ｌｄ・Ｉｄで表されるベクトルであり、Ｖ
Ｌを求めるには実軸での電流値Ｉｄ、Ｉｑが必要にな
る。しかし、実軸での電流値Ｉｄ、Ｉｑは観測不能であ
るため、インダクタンスの電圧降下ＶＬを演算すること
ができない。

【００４４】これを電圧方程式で説明する。数４におい
て右辺第２、３、４項が電圧降下ＶＬを表しているが、
これらはインダクタンスパラメータＬｄｃ、Ｌｑｃ、Ｌ
ｄｑｃを含んでいるので、軸ずれΔθの値が求まらなけ
れば演算できない。位置センサレス制御ではΔθは求め
られないから、ＶＬを演算することができない。例え
ば、引用例２の技術では、軸ずれΔθが零の場合のイン
ダクタンス値を用いてＶＬの近似値を演算している。し
かし、軸ずれΔθが零近傍から外れると近似誤差が大き
くなるため、誘起電圧位相を正しく推定できなくなる。

【００４５】そこで、本発明では、インダクタンスの電
圧降下に仮想電圧降下の概念を導入した。仮想電圧降下
は一種の演算モデルであるが、これを用いて演算して
も、目的の誘起電圧の位相の精度を損なわないように、
（１）仮想電圧降下ＶＬ’は観測可能な電流量から演算
できること、（２）上記（１）を満たすため、ＶＬ’は
電流位相から所定の位相だけずれた成分で、電流微分値
の位相から所定の位相だけずれた成分で、または、前記
２つの位相の成分の和により構成されること、（３）モ
ータ印加電圧Ｖ１から、抵抗の電圧降下Ｖｒおよび仮想
電圧降下ＶＬ’を差し引いて求めたベクトル（仮に、仮
想誘起電圧と呼ぶ）の位相は、本来のモータ誘起電圧の
位相と同一になるようにベクトル関係を保持すること
を、条件として導出した。なお、差し引いて求めた仮想
誘起電圧の位相と誘起電圧の位相が同一となるために
は、ＶＬ’の大きさを適切に定めなければならない。

【００４６】本発明では演算を簡単にするために、条件
（２）において、仮想電圧降下ＶＬ’を電流位相から９
０度進んだ位相の成分と、電流微分の位相と同位相の成
分の和によって構成する。これにより、モータ印加電圧
Ｖ１から、抵抗の電圧降下Ｖｒおよび仮想電圧降下Ｖ
Ｌ’を差し引いて求めたベクトルの位相は、本来の誘起
電圧の位相と同じになる。なお、仮想電圧降下ＶＬ’の
算出式の導出結果として、後述のように、電流位相から
９０度進んだ位相の成分のみにより構成されてもよい。

【００４７】次に、これらの条件を満たす仮想電圧降下
を説明する。図４は、図３と同様の電圧方程式の関係
を、仮想電圧降下ＶＬ’を用いて描いたベクトル図であ
る。図３の電圧降下ＶＬではｄ軸、ｑ軸で違っていたイ
ンダクタンス値を、図４の仮想電圧降下ＶＬ’では、条
件（２）を満たすため、どちらも同じインダクタンス値
とする。また、条件（３）を満たすために、ＶＬ’では
誘起電圧と同じ位相のｑ軸成分のインダクタンス値を変
更する。

【００４８】これにより、ＶＬ’ではＩｄとＩｑに乗じ
る係数が両者とも同じω1・Ｌｑとなるから、ＶＬ’の
位相は観測電流Ｉｍから９０度進んだ位相となる。従っ
て、制御軸の電流観測値Idc、Iqcが求まれば、ＶＬ’の
位相は電流Ｉｍから９０度進んだ位相として求めること
ができる。また、ＶＬとＶＬ’で異なるのはｑ軸方向成
分であるから、白抜き矢印で示した誘起電圧（仮想誘起
電圧）は、図３の誘起電圧と比べると変化するのは大き
さだけであって、位相は変化していない。即ち、定数Ｌ
ｑを用いてインダクタンスによる電圧降下を算出するこ
とで、誘起電圧の位相の情報が損なわれることはない。
なお、図３と図４で、誘起電圧及びそれと同相のインダ
クタンス電圧降下の大きさの和は同じになる。

【００４９】図４の仮想電圧降下ＶＬ’の２つの成分
は、図３との比較を容易にするために、観測不可能な実
軸上の値で示している。図５は、図４の仮想電圧降下Ｖ
Ｌ’を観測可能な制御軸上の値で示したものである。す
なわち、図５において観測できる電流値Idc、Iqcを用
い、それぞれにＬｑ・ω１を乗じた成分によって、仮想
電圧降下ＶＬ’を表している。

【００５０】次に、仮想電圧降下ＶＬ’を用いた図５の
電圧関係を、突極機のｄｑ座標上の電圧方程式として導
出する過程を説明する。数２は実軸上の電圧方程式で、
右辺第２、第３項がインダクタンスの電圧降下ＶＬを表
している。これを数６、数７のように分けて表す。

【００５１】

【数６】

【００５２】

【数７】

【００５３】数６では、数２右辺第２項を、電流位相か
ら90度進んだ成分と、調整成分に分けて表している。数
７では、数２右辺第３項を、電流の微分量と同じ位相の
成分と、調整成分に分けて表している。

【００５４】数６および数７の右辺第１項は、突極性に
よってｄｑ軸で異なるインダクタンスの値を一定と仮定
して求めた電圧降下といえる。ただし、一定にするイン
ダクタンス値は、数６、数７の左辺のベクトルにおい
て、ｄ軸成分に使われているインダクタンス値とする。
これは、数６、数７の右辺第２項の調整成分が、誘起電
圧の成分と同じｑ軸に値を持つようにするためである。

【００５５】数６、数７の各々の右辺第１項をまとめた
ものを仮想電圧降下ＶＬ’として、ＶＬ’は数８により
表される。

【００５６】

【数８】

【００５７】以上をまとめると、インダクタンスの仮想
電圧降下は以下により演算される電圧降下である。即
ち、回転速度ω1に比例する項は、インダクタンスＬｑ
を使って計算する。電流変化ｄＩd／ｄｔ、ｄＩq／ｄｔ
に比例する項は、インダクタンスＬｄを使って計算す
る。

【００５８】次に、数６、数７を数２へ代入すると、仮
想電圧降下を用いた場合の実軸における突極機の電圧方
程式は数９により表される。

【００５９】

【数９】

【００６０】数９の右辺第１〜第３項は、抵抗での電圧
降下とインダクタンスでの仮想電圧降下である。

【００６１】数９の右辺第４項は、仮想電圧降下を用い
たときの誘起電圧分と考えられる。この誘起電圧は、数
２の誘起電圧と大きさは異なるが、成分はｑ軸に含ま
れ、ｄ軸成分は零であることから、位相は全く同じにな
る。第４項の中の各項は、ｋＥ・ωｒが永久磁石界磁に
よって生じる速度起電力、ω１・（Ｌｄ−Ｌｑ）Ｉｄが
リラクタンストルクと関係する誘起電圧分、（Ｌｑ−Ｌ
ｄ）ｐＩｑがｑ軸電流の変化による誘起電圧を表してい
る。

【００６２】数９を制御軸における電圧方程式に変形す
る。まず、数３を数９へ代入して、数１０を得る。

【００６３】

【数１０】

【００６４】数１０を変形していくと、最終的に仮想電
圧降下を用いたときの制御軸における突極機の電圧方程
式は、数１１として表される。

【００６５】

【数１１】

【００６６】数１１からΔθを導く式を導出する。ま
ず、数１１の誘起電圧項をまとめて、数１２を得、数１
２から、制御軸と実軸の軸ずれΔθを表す数１３が得ら
れる。

【００６７】

【数１２】

【００６８】

【数１３】

【００６９】以上のように、突極機の電圧方程式である
数２を変形した結果、仮想電圧降下を用いた電圧方程式
を経て、制御軸と実軸の軸ずれΔθを表す数１３が得ら
れる。この導出の過程では、sinΔθ≒Δθの近似を行
ったり、インダクタンスの値を近似したりしていない。
従って、数１３はどのような運転状態においても成立す
る。例えば、制御軸と実軸が同期せずに回転している場
合でも成り立つ。

【００７０】数１３の右辺において、唯一観測できない
量がΔθの微分である。そこで、位置センサレス制御で
回転子位置推定に使用できる軸ずれΔθの推定式を次の
ように導出する。

【００７１】Δθの微分は数１から、実軸速度と制御軸
速度の差によって、数１４のように表される。

【００７２】

【数１４】

【００７３】永久磁石同期モータが脱調しないで駆動さ
れている場合は、実軸速度ωｒと制御軸速度ω１が近い
値をとる。このため、数１３のＩｄｃ、Ｉｑｃの係数部
は数１５のように近似でき、軸ずれ推定式は数１６で表
される。なお、通常のモータ運転では脱調しないように
制御するものであり、数１５の近似が実用上の精度を低
下させることにはならない。

【００７４】

【数１５】

【００７５】

【数１６】

【００７６】数１６によれば、制御軸の位置に依存する
ことなく観測可能な値から突極機の誘起電圧の位相角、
つまり、軸ずれ角Δθを正確に推定できるので、本発明
の位置センサレスによる回転子位置の推定が可能にな
る。また、このΔθを用いた突極機の位置センサレス制
御により、数万ｒｐｍの高速運転や、大きな軸ずれが発
生する負荷急変や急加減速運転などにおいても、脱調し
ない安定な制御を実現することができる。

【００７７】さらに、永久磁石同期モータが脱調しない
で駆動されている場合、回転座標系に変換された電流Ｉ
ｄｃ、Ｉｑｃの微分はモータ電流の大きさＩm（波高
値）の変化及びモータ電流の位相の変化を表している。
これは、後述する数２４において、検出電流である相電
流ｉｕ，ｉｗに、ｉｕ＝Ｉｍ・cos（θdc＋π／２＋φ
ｃ）、ｉｗ＝Ｉｍ・cos（θdc−４π／３＋π／２＋φ
ｃ）を代入し、IdcとＩqcの微分を計算すれば示される
（ただし、φｃは電流の位相）。

【００７８】ところで、モータ速度や負荷が一定の状態
では、モータ電流の大きさ及び位相の変化は微小である
から、電流Idc、Ｉqcの微分項は零とみなせる。そこ
で、電流Ｉｄｃ、Ｉｑｃの微分項を無視できると仮定す
れば、さらに簡略化された軸ずれ推定式として数１７が
得られる。

【００７９】

【数１７】

【００８０】数１７では、インダクタンスのパラメータ
で必要なのはＬｑのみとなり、図５のベクトル図と同じ
電圧関係になっている。パラメータ誤差が軸ずれ推定値
に与える影響を考慮すると、推定式に用いるパラメータ
は少ないほど好ましい。従って、数１７を用いて軸ずれ
Δθを推定する方法は、従来例２、３に比べてロバスト
性の面でも優れている。

【００８１】数１７は、インダクタンスの仮想電圧降下
ＶＬ’の計算に定数Ｌｑを用い、ＶＬ’の位相がモータ
電流Ｉｍより９０度進むベクトル関係から導かれたもの
で、簡単な計算によって誘起電圧の位相を推定すること
ができる。しかし、定数Ｌｑと異なる定数や、９０度以
外の位相として求めた仮想電圧降下ＶＬ’によっても、
計算は多少複雑になるが本来の誘起電圧の位相推定は可
能になる。

【００８２】仮想電圧降下ＶＬ’の算出にＬｑと値の異
なるＬｑ’を用いた場合、ＶＬ’のベクトルが図４また
は図５の関係にならないので、推定した誘起電圧の位相
は本来の位相とずれてしまう。しかし、ＬｑとＬｑ’の
差△Ｌｑが分かれば、推定した誘起電圧のｄ軸成分の大
きさは“ ω１・△Ｌｑ・Ｉｑ” 、ｑ軸成分の大きさは
“ ＫＥ・ωｒ＋ω１（Ｌｄ−Ｌｑ’）Ｉｄ ”となるの
で、推定した誘起電圧の位相ずれは演算により求められ
る。従って、インダクタンス電圧降下の演算に任意のパ
ラメータ値Ｌｑ’を用いても、本来の誘起電圧の位相の
推定ができる。

【００８３】また、ＶＬ’の位相を９０度以外の位相に
選んだ場合は、推定した誘起電圧の位相は本来の位相と
ずれる。しかし、選んだ位相とモータ電流の位相が分か
っていれば、推定した誘起電圧の位相ずれは演算により
求められる。従って、インダクタンスの仮想電圧降下の
ベクトルをモータ電流から９０度進み以外に選んだ場合
でも、位相ずれを考慮すれば本来の誘起電圧の位相の推
定ができる。

【００８４】次に、軸ずれ推定式の他の導出を説明す
る。上記では、数１３に表す制御軸での電圧、電流量か
ら軸ずれΔθの推定式を導出したが、軸ずれは観測座標
系が変わっても同様に求めることができる。以下では、
モータの電流軸を基準とした座標系において、軸ずれΔ
θの推定式の導出を説明する。

【００８５】図６は、図３および図４と同条件でのベク
トル図を、電流軸を基準として示している。なお、ｑｃ
軸からみた電流軸の位相をφｃ、電流軸からみたモータ
印加電圧Ｖ１の位相をφｖとする。また、ｑ軸からみた
電流軸の位相をφｍとする。φｍとφｃの間にはφｍ＝
φｃ＋Δθの関係が成り立つ。なお、φｃ、φｖは観測
可能な量であるが、φｍは観測不能な量である。

【００８６】電流軸を観測座標の基準として選ぶと、モ
ータ印加電圧ベクトルとモータ電流ベクトルは、数１８
により表される。

【００８７】

【数１８】

【００８８】数１８のベクトル量は、電流の方向に対し
て直交する成分と同方向の成分を表している。即ち、電
圧Ｖ１は、電流と直交する電圧成分が−Ｖ１・ｓｉｎφ
ｖであり、電流と同方向の電圧成分がＶ１・ｃｏｓφｖ
である。同様に、電流は、直交方向の成分が零であり、
同方向の成分が電流の大きさＩｍである。

【００８９】一方、抵抗の電圧降下Ｖｒは電流と同位相
になるから、電流と直交する成分が零であり、電流と同
方向の電圧成分がｒ・Ｉｍになる。また、インダクタン
スでの仮想電圧降下ＶＬ’は電流から９０度位相が進ん
だ成分だから、電流と直交する成分が“−Ｌｑ・ω１・
Ｉｍ”であり、電流と同方向の電圧成分が零になる。

【００９０】以上より、電流軸を基準とした誘起電圧
は、電流と直交する成分が“−Ｖ１・ｓｉｎφｖ−Ｌｑ
・ω１・Ｉｍ”、電流と同方向の成分が“Ｖ１・ｃｏｓ
φｖ−ｒ・Ｉｍ”としてそれぞれ求められる。従って、
これらの値を用いれば、観測不可能なφｍを求めること
ができる。

【００９１】次に、電流軸を基準としたときの電圧方程
式を導き、そこから軸ずれΔθを表す式を導出する。実
軸の電圧、電流ベクトルは数１８の電流軸を基準とした
量から、数１９により演算できる。

【００９２】

【数１９】

【００９３】数１９を、仮想電圧降下を用いた場合の実
軸における突極機の電圧方程式である数９に代入して整
理すると、数２０が得られる。

【００９４】

【数２０】

【００９５】数２０の右辺第４項には、電流軸で観測し
たときの誘起電圧の位相情報φｍが含まれる。右辺第４
項についてまとめ、φmについて解くと数２１が得られ
る。

【００９６】

【数２１】

【００９７】ここで、Δθ＝φm−φcであるから、軸ず
れΔθが数２２により表される。

【００９８】

【数２２】

【００９９】数２２の右辺において、モータ電圧の大き
さＶ１と位相φｖ、電流の大きさＩｍと位相φｃ、制御
座標軸の回転速度ω１は観測可能な量である。また、数
１６、数１７を求めたときと同様の近似を行うと、電流
軸を観測系としたときの軸ずれΔθの推定式は数２３で
表される。

【０１００】

【数２３】

【０１０１】数２３によれば、制御軸の位置に依存する
ことなく観測可能な値から突極機の軸ずれ角Δθを正確
に推定できるので、本発明の位置センサレスによる回転
子位置の推定が可能になる。数１７と同様に、数２３は
インダクタンスのパラメータで必要なのはＬｑのみにな
るので、ロバスト性も優れている。

【０１０２】なお、数１３、数１６、数１７、数２１、
数２２及び数２３のそれぞれにおいて用いたtanの逆関
数は、関数の入力となる分母、分子の符号を考慮して出
力範囲を−π〜π（ｒａｄ）にひろげた拡張関数を用い
る。特に断らない限り、本発明において用いるｔａｎの
逆関数は、上述のように拡張された関数とする。

【０１０３】また、本説明ではモータ回転子の回転方向
が正の場合について説明したが、回転方向が逆の場合で
は、速度起電力の方向が正転時と変わるのを考慮して、
軸ずれΔθを求めるtan逆関数の分母と分子の符号を考
慮することにより、同様に軸ずれΔθを求めることがで
きる。

【０１０４】以上述べたように、本発明では制御系から
観測可能な量を用いて軸ずれΔθを推定することができ
る。これら得られた軸ずれΔθの推定値を用い、永久磁
石同期モータの位置センサレス制御を以下の方法によっ
て行う。

【０１０５】第１の方法として、得られた軸ずれΔθの
推定値に基づいて、Δθが零になるようにモータに加え
る交流電圧の周波数ω１を修正する方法がある。このよ
うに周波数を制御することによって、仮想回転軸をモー
タの回転子軸に追従するように制御できる。また、第２
の方法として、得られた軸ずれΔθの推定値に基づい
て、Δθが零になるようにモータのトルク指令値を修正
する方法がある。これにより、モータの回転子軸は制御
軸の回転に追従するように制御される。

【０１０６】ところで、前述した数１６、数１７あるい
は数２３で表される軸ずれΔθの推定式は、用いるパラ
メータが実際の値と一致する場合はΔθを正しく推定で
きる。しかし、パラメータ設定値には誤差分が含まれ、
実際の値からずれているのが普通である。このため、パ
ラメータ誤差によって軸ずれΔθの推定値には誤差が生
じる。

【０１０７】例えば、数１７において、軸ずれΔθを推
定するときに必要なパラメータ値は、抵抗ｒ、インダク
タンスＬｑである。ここで、Ｌｑの設定値が実値よりも
大きいときには、図４において仮想電圧降下ＶＬ’が大
きくなるから、推定した誘起電圧の位相は、白抜き矢印
で示した誘起電圧の真値よりも遅れてしまう。同様に、
抵抗ｒが大きい場合には図４において電圧降下Ｖｒが大
きくなるから、推定した誘起電圧の位相は、白抜き矢印
で示した誘起電圧の真値よりも進んでしまう。

【０１０８】以上のように、パラメータ誤差による影響
は、軸ずれΔθの推定値に定常的な誤差として現れる。
実際には、複数のパラメータ誤差の影響が複合して、最
終的な軸ずれΔθの誤差が決まる。

【０１０９】この誤差のため、制御軸の位相は実軸に一
致させることができず、定常的な軸ずれΔθｅが残る。
この状態では指令値通りの電流が実軸に流れず、トルク
発生に関係する電流成分が減少する。これにより発生ト
ルクが減少し、回転子の速度低下を招く。この時、位置
センサレス制御系は速度が低下しないように、モータ電
流を増加するように動作する。結果的に、定常的な軸ず
れΔθｅが生じるとモータ電流は大きくなる。

【０１１０】これを逆に考えると、実軸と制御軸の位相
が一致すれば、モータ電流の大きさは最小になることを
示している。この現象を利用して、本発明では推定誤差
Δθｅを以下のように補正する。

【０１１１】推定誤差Δθｅ補正のため、軸ずれ誤差補
償値Δθ＊を導入し、Δθ＊−Δθが零になるように、
モータに加える交流電圧の周波数ω１を修正する。また
は、Δθ＊−Δθが零になるようにモータのトルク指令
値を修正する。軸ずれ誤差補償値Δθ＊には初期値とし
て零を代入し、モータの回転数や負荷が一定で変化しな
い状態で、モータ電流を最小化するようにΔθ＊を微小
量に変化させる。その結果、誤差補償値Δθ＊は、最終
的に軸ずれ推定での定常誤差Δθｅに限りなく近くする
ことができ、推定誤差Δθｅの影響を軽減できる。

【０１１２】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態について、図１
から図１２参照して説明する。図１は本発明の一実施例
で、同期モータの位置センサレス制御を実現する制御装
置の全体構成を示す。電源１１は直流電圧Ｅｄｃを作成
し、平滑コンデンサ１２を充電する。直流電圧Ｅｄｃは
インバータ１３によって可変電圧、可変周波数の３相交
流に変換され、同期モータ２に印加される。電圧検出部
３１はモータに加える電圧を制御するために必要な直流
電圧Ｅｄｃを検出する。モータ電流検出部３２は位置セ
ンサレス制御に必要なモータ電流を検出する。

【０１１３】座標変換部４１は、モータ電流検出部３２
で検出されたモータ電流ｉｕ、ｉｗより、仮想回転子位
置ｄｃ軸の位相θｄｃに基づいて座標変換を行い、制御
上の仮想回転座標ｄｃ−ｑｃ座標系におけるｄｃ軸電流
Ｉｄｃ、ｑｃ軸電流Ｉｑｃを出力する。電流Ｉｄｃ、Ｉ
ｑｃは検出したモータ電流ｉｕ、ｉｗから変換された観
測可能な値（観測値）で、以下では観測電流と呼ぶ。

【０１１４】観測電流Ｉｄｃは、電流指令作成部５２か
ら出力されたｄ軸電流指令値Ｉｄｃ＊と比較され電流誤
差が演算される。ｄ軸電流制御部４２ｄは前記電流誤差
に基づいてＩｄｃが指令値に追従するように制御する。
同様に、観測電流Ｉｑｃは、電流指令作成部５２から出
力された電流指令値Ｉｑｃ＊と比較され電流誤差が演算
される。ｑ軸電流制御部４２ｑは前記電流誤差に基づい
てＩｑｃが指令値に追従するように制御する。

【０１１５】電流フィードフォワード補償部４３は電流
応答向上、及びｄ軸とｑ軸電流制御系間の非干渉化のた
めに用いるフィードフォワード補償要素である。ｄ軸電
流制御部４２ｄ、ｑ軸電流制御部４２ｑ、および電流フ
ィードフォワード補償部４３により出力された信号によ
り、ｄ軸電圧指令Ｖｄｃ＊、ｑ軸電圧指令Ｖｑｃ＊が演
算される。

【０１１６】逆変換部４４は、電圧指令Ｖｄｃ＊、Ｖｑ
ｃ＊より、仮想回転子位置ｄｃ軸の位相θｄｃに基づい
て逆変換を行い、３相電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊
を作成する。作成された３相電圧指令に基づいて、パル
ス幅変調部４５により周知のパルス幅変調（ＰＷＭ）さ
れたドライブ信号が作られ、駆動回路を介してインバー
タ１３の半導体スイッチ素子が制御される。

【０１１７】速度制御部５１では、速度指令ωｒ＊と推
定速度ωｒ＿ｄｅｔよりトルク指令τ＊を作成する。電
流指令作成部５２はトルク指令τ＊の値から、ｄ軸電流
指令Ｉｄｃ＊、ｑ軸電流指令Ｉｑｃ＊を作成する。推定
速度ωｒ＿ｄｅｔは制御軸の回転速度であるインバータ
出力周波数ω１から高周波変動成分を取り除いたもの
で、センサを持つ制御系での検出速度に相当する。イン
バータ出力周波数ω１はモータ印加電圧の周波数であ
り、ω１を積分すると制御軸上の回転子位置（仮想回転
子位置）θdcが得られる。

【０１１８】なお、本明細書の特許請求の範囲において
は、上記の５０〜５２の各部をまとめて電流指令作成部
と呼び、また、４２ｄ，ｑ〜４４及び５３〜５５の各部
をまとめて電圧指令演算部と呼んでいる。

【０１１９】本実施例の特徴部となる誘起電圧・軸ずれ
推定演算部６１は、後述するように電圧指令Ｖｄｃ＊、
Ｖｑｃ＊、検出電流Ｉｄｃ、Ｉｑｃ、および回転速度情
報として速度指令ωｒ＊の値から同期モータ２の誘起電
圧を推定する。そして、推定した誘起電圧の位相から軸
ずれ推定値Δθを演算し出力する。また、誘起電圧の大
きさ｜Ｅ０｜を出力する。

【０１２０】軸ずれ誤差補償部７は推定された軸ずれΔ
θについて、上述のパラメータ誤差の影響を補償する補
償量Δθ＊を作成する。速度位相推定部６２は軸ずれΔ
θ、軸ずれ誤差補償部７が出力する軸ずれ誤差補償値Δ
θ＊からモータ印加電圧の周波数ω１を決定し、ω１よ
り検出速度ωｒ＿ｄｅｔと仮想軸位相（仮想回転子位
置）θｄｃを演算し出力する。ωｒ＿ｄｅｔは速度制御
部５１の速度制御部でモータ２の検出速度として用いら
れる。一方、θｄｃは座標変換部４１及び逆変換部４４
において変換を行う際に用いられる。

【０１２１】次に各部の動作を詳細に説明する。図７は
座標変換部４１の演算内容を説明するブロック図であ
る。モータ電流検出部３２より出力された検出電流ｉ
ｕ、ｉｗ、及び速度位相推定部６２より出力された位相
θｄｃは座標変換演算部４１１に入力される。演算部４
１１では数２４に従って、ｄｃ−ｑｃ座標軸上の観測電
流Ｉｄｃ、Ｉｑｃが演算される。

【０１２２】

【数２４】

【０１２３】モータ２の検出電流ｉｕ，ｉｗにはスイッ
チングリプルやノイズ成分が含まれる。そこで、座標変
換部４１では数２４により演算した結果に対して、フィ
ルター４１２、４１３を作用させ、ｄｃ−ｑｃ座標軸上
の観測電流から上述の成分を除く。このため、フィルタ
４１２、４１３の時定数は、インバータのスイッチング
周波数やモータ電流検出部３２の回路仕様に合わせて所
定の値に設定される。

【０１２４】次に速度制御部について説明する。速度指
令ωｒ＊と、速度位相推定部６２から出力された推定速
度ωｒ＿ｄｅｔは、その差（ωｒ＊）−ωｒ＿ｄｅｔが
加算器５０で演算され、速度制御部５１に入力される。
速度制御部５１ではωｒ＿ｄｅｔがωｒ＊に追従するよ
うにトルク指令τ＊が演算され、出力される。電流指令
作成部５２ではトルク指令τ＊を入力として、ｄｃ軸電
流指令値Ｉｄｃ＊とｑｃ軸電流指令値Ｉｑｃ＊を求め出
力する。これらの電流指令値は、運転状態に応じて所定
の評価関数が最小になるように決める。

【０１２５】電流指令作成部５２より出力されたｄ軸電
流指令値Ｉｄｃ＊と、座標変換部４１から出力されたｄ
軸電流Ｉｄｃは加算器５３に入力され、両者の差が演算
される。ｄ軸電流制御部４２ｄでは、（Ｉｄｃ＊）−Ｉ
ｄｃの値を零にするような補償電圧が演算され、ｄ軸補
償電圧ＶＩｄが出力される。また、電流指令作成部５２
より出力されたｑ軸電流指令値Ｉｑｃ＊と、座標変換部
４１から出力されたｑ軸電流Ｉｑｃは加算器に入力さ
れ、両者の差が演算される。ｑ軸電流制御部４２ｑは、
（Ｉｑｃ＊）−Ｉｑｃの値を零にするような補償電圧が
演算され、ｑ軸補償電圧ＶＩｑが出力される。また、ｄ
軸電流指令値Ｉｄｃ＊、ｑ軸電流指令値Ｉｑｃ＊、およ
び速度指令ωｒ＊は電流フィードフォワード補償部４３
に入力され、ｄ軸モデル電圧Ｖｄｍ＊、およびｑ軸モデ
ル電圧Ｖｑｍ＊が出力される。このモータ電圧モデルは
Ｉｄ＊、Ｉｑ＊、ωｒ＊を用い、数２５により表現され
る。

【０１２６】

【数２５】

【０１２７】数２５のモータ電圧モデルは数２より導出
されるもので、数２の電流変化項を省略し、電圧、電流
をすべて指令値に、またモータ定数をすべて設定値に置
き換えたものである。また、モータ２が脱調しないで駆
動されている場合、制御軸の回転速度ω１は速度指令値
ωｒ＊とほぼ等しいと見なせるため、ω１をωｒ＊に置
き換えている。

【０１２８】ｄ軸補償電圧ＶＩｄとｄ軸モデル電圧Ｖｄ
ｍ＊の和が加算器５５で演算され、ｄｃ軸電圧指令Ｖｄ
ｃ＊が逆変換部４４に出力される。また、ｑ軸補償電圧
ＶＩｑとｑ軸モデル電圧Ｖｑｍ＊の和が加算器５６で演
算され、ｑｃ軸電圧指令Ｖｑｃ＊が逆変換部４４に出力
される。

【０１２９】逆変換部４４は制御軸上での電圧指令Ｖｄ
ｃ＊、Ｖｑｃ＊を受けて３相電圧指令を生成する。即
ち、ｄｃ軸電圧指令Ｖｄｃ＊およびｑｃ軸電圧指令Ｖｑ
ｃ＊を入力とし、数２６に従って３相電圧指令Ｖｕ＊、
Ｖｖ＊、Ｖｗ＊が演算される。

【０１３０】

【数２６】

【０１３１】パルス幅変調部４５は既知のパルス幅変調
を行う変調手段である。ここで、必要に応じて電圧検出
部３１によって直流電圧部の電圧Ｅｄｃを検出する。

【０１３２】次に誘起電圧・軸ずれ推定演算部６１につ
いて説明する。図８は、誘起電圧推定・軸ずれ演算部の
一実施例を示すブロック図である。誘起電圧・軸ずれ推
定演算部６１は制御軸であるｄｃ−ｑｃ座標系において
軸ずれΔθを演算し、推定値を出力する。

【０１３３】誘起電圧・軸ずれ推定演算部６１１では、
観測電流Ｉｄｃ及びＩｑｃ、電圧指令Ｖｄｃ＊、Ｖｑｃ
＊、速度指令ωｒ＊の値から、ｄｃ−ｑｃ座標軸におけ
る誘起電圧のｄｃ軸成分Ｅ０dc及びｑｃ軸成分Ｅ０qcを
数２７に基づいて演算する。

【０１３４】

【数２７】

【０１３５】数２７は数１７より導出されるもので、数
１７の電圧を指令値に、またモータ定数（ｒ、Ｌｑな
ど）をすべて設定値に置き換えたものである。また、モ
ータ２が脱調しないで駆動されている場合、制御軸の回
転速度（モータ印加電圧の周波数）ω１は速度指令値ω
ｒ＊とほぼ等しいと見なして、ω１をωｒ＊に置き換え
ている。なお、速度位相推定部６２により軸ずれΔθか
ら決定したω１を用いてもよい。

【０１３６】演算部６１１で推定された誘起電圧は演算
部６１２ｐによって、ｑｃ軸からみた誘起電圧ベクトル
の位相を演算し、軸ずれΔθの推定値が演算される。さ
らに、求めた誘起電圧ベクトルの大きさ｜Ｅ０｜を演算
部６１２ｎによって演算し出力する。

【０１３７】図９は、誘起電圧・軸ずれ推定演算部の別
の実施例を示す。誘起電圧・軸ずれ推定演算部６１’
は、電流軸を基準として軸ずれΔθを演算する。電圧指
令Ｖｄｃ＊およびＶｑｃ＊は、演算部６１３ｎ、６１３
ｐによって電圧指令の大きさＶ１＊と、ｑｃ軸からみた
電圧ベクトルの位相δｃが演算される。同様に、検出電
流ＩｄｃおよびＩｑｃは、演算部６１４ｎ、６１４ｐに
よって電流の大きさＩｍと、ｑｃ軸からみた電流ベクト
ルの位相φｃが演算される。求めたＶ１、δｃ、Ｉｍ、
φｃの値から、演算部６１５が誘起電圧を数２８に基づ
いて演算する。

【０１３８】

【数２８】

【０１３９】数２８は数２３より導出されるもので、Ｅ
０ｘが電流軸の直交方向成分、Ｅ０ｙが電流軸方向成分
を表している。推定された誘起電圧Ｅ０は、演算部６１
６ｐによって誘起電圧ベクトルの位相からみた電流軸の
位相φｍを演算する。演算部６１７は、誘起電圧ベクト
ルからみた電流軸の位相φｍと、ｑｃ軸からみた電流ベ
クトルの位相φｃの差から、軸ずれΔθを求める。さら
に、求めた誘起電圧ベクトルＥ０の大きさ｜Ｅ０｜を演
算部６１２ｎから出力する。

【０１４０】本実施例では、上述のように誘起電圧・軸
ずれ推定演算部６１（６１’）が推定した軸ずれΔθを
もとに、インバータ出力周波数ω１を調整する。モータ
正転時に軸ずれΔθが正の時は、制御軸位相θｄｃが実
軸位相θｄよりも進んでいるから、インバータ周波数ω
１を下げ、制御軸の回転を減速させる。逆に、モータ正
転時に軸ずれΔθが負の時は、制御軸位相θｄｃが実軸
位相θｄより遅れているから、インバータ周波数ω１を
上げ、制御軸の回転を加速させる。

【０１４１】以上のようにして決めたインバータ周波数
ω１を積分し、制御軸位相θｄｃとする。また、インバ
ータ周波数ω１から高周波の変動成分を取り除いて、速
度制御系で用いるモータ速度推定値とする。これによ
り、速度センサを用いない同期モータの速度制御系を提
供することができる。

【０１４２】図１０に速度位相推定部６２の実施例を示
す。誘起電圧・軸ずれ推定演算部６１によって推定され
た軸ずれΔθと、軸ずれ誤差補償部７より出力された軸
ずれ誤差補償値Δθ＊は、加算器６２１において偏差が
計算される。加算器６２１の出力はＰＩ補償器６２２に
入力される。ＰＩ補償器６２２では、ΔθをΔθ＊に追
従させるようにインバータ出力周波数ω１を演算する。
なお、同じ機能を有するＰＩ補償以外の手段を用いても
よい。

【０１４３】これによれば、軸ずれΔθの演算結果に含
まれるパラメータ誤差の影響が補償されるため、パラメ
ータ誤差が大きくても脱調しない良好な同期モータの位
置センサレス制御系を提供することができる。

【０１４４】ＰＩ補償器６２２の出力は、軸ずれΔθを
調整するために常に変動しており、高い周波数成分を含
んでいる。このため、ＰＩ補償器６２２の出力をモータ
の検出速度としてモータ速度の制御を行うと、速度制御
特性が悪化する。本実施例では、低域通過フィルター６
２３によってω１から高周波成分を取り除き、モータ速
度推定値ωｒ＿ｄｅｔとして出力している。さらに、積
分器６２４ではインバータ出力周波数ω１を積分して、
位相θｄｃを出力している。

【０１４５】図１１は速度位相推定部６２の別の実施例
を示している。インバータ出力周波数ω１の応答性を向
上させるために、図１０に示した実施例に対して、誘起
電圧の大きさ｜Ｅ０｜から速度を推定する手段を追加し
たものである。誘起電圧・軸ずれ推定演算部６１におい
て求めた誘起電圧の大きさ｜Ｅ０｜は、数９より数２９
のように表される。

【０１４６】

【数２９】

【０１４７】数２９で電流変化項を無視すると、誘起電
圧の大きさはモータ速度ωｒに比例するから、数３０に
示す誘起電圧係数ｋで割ればモータ速度を推定すること
ができる。

【０１４８】

【数３０】

【０１４９】ここで、ｋECはモータの誘起電圧定数の設
定値、ＬｄｃおよびＬｑｃはインダクタンスの設定値で
ある。また、Ｉｄは制御軸での観測電流Ｉｄｃ、Ｉｑｃ
および軸ずれΔθから、数３により求まる。

【０１５０】図１１において、誘起電圧の大きさ｜Ｅ０
｜と、数３０の誘起電圧係数ｋは、積算器６３５に入力
される。積算器６３５では｜Ｅ０｜／ｋが演算され、誘
起電圧からの推定速度ωｒ＿ｅｓｔが出力される。加算
器６２６では、ＰＩ補償器６２２の出力とωｒ＿ｅｓｔ
の和が演算され、インバータ出力周波数ω１が出力され
る。この構成によれば、ωｒ＿ｅｓｔが実速度からずれ
た分をＰＩ補償器６２２が補償するようになるため、制
御ゲインを調整することで応答性が向上する。

【０１５１】また、加算器６３７において、ωｒ＿ｅｓ
ｔとＰＩ補償器６２２の出力から高周波成分を取り除い
た量の和が演算され、モータ推定速度ωｒ＿ｄｅｔを出
力する。なお、図１１の実施例では、ＰＩ補償器６２２
の出力から高周波成分を取り除いた量として、積分器出
力を取り出す。これは、制御器のパラメータ設定値に誤
差が有り、ωｒ＿ｅｓｔに含まれる誤差を補償するため
である。

【０１５２】ところで、誘起電圧・軸ずれ推定演算部６
１における軸ずれΔθの演算結果には、パラメータ誤差
に起因する定常軸ずれΔθｅが残る。一方、電流指令作
成部５２において指令値どおりのトルクを出すために、
τ＊の値に応じて電流指令値Ｉｄｃ＊、Ｉｑｃ＊が演算
される。しかし、定常軸ずれΔθｅがある場合には、指
令値通りの電流が実軸に流れず、発生するトルクが減少
する。この結果、速度の低下を招き、速度制御部５１が
トルク指令τ＊を増加させることになり、結局、電流指
令値の大きさは増加する。逆に言えば、実軸と制御軸の
位相が一致し、指令値どおりに電流が流れると、トルク
指令値τ＊の値が最小となり、モータ電流の大きさＩｍ
も最小になる。

【０１５３】本実施例の軸ずれ誤差補償部７は、制御器
のパラメータ設定値に誤差がある場合に、誤差の影響を
補償する手段である。通常は零が設定されるΔθ＊に値
を代入することにより、実軸と制御軸の軸ずれは、パラ
メータ誤差に起因する軸ずれΔθｅと軸ずれ誤差補償値
Δθ＊の和となる。そこで、軸ずれ誤差補償値Δθ＊を
モータ電流Ｉｍが最小になるように調整し、Δθ＊＋Δ
θｅを零にすることにより、実軸と制御軸を一致させる
ことができる。

【０１５４】図１２に軸ずれ誤差補償値Δθ＊の調整方
法を示す。制御周期ｉ番目において、軸ずれ誤差補償値
Δθ＊に値が設定され、モータ電流の大きさがＩｍ
（ｉ）であるとする。次に、制御周期ｉ＋１番目におい
て、ランダムに選んだ値をΔθ＊に代入し、モータ電流
の大きさがＩｍ（ｉ＋１）に変化したとする。Ｉｍ（ｉ
＋１）がＩｍ（ｉ）よりも小さければ、Ｉｄ＊或いはΔ
θ＊の値として制御周期ｉ＋１番目で用いた設定値を選
ぶ。以上を繰り返すことにより、モータ電流Ｉｍを最小
にする設定値を決定することができる。

【０１５５】以上、本実施例によれば、突極機の誘起電
圧の位相から回転子位置を推定する場合に、突極機の誘
起電圧がモータ印加電圧から抵抗の電圧降下、インダク
タンスの電圧降下を差し引いて得られることに基づき、
回転子位置に依存するインダクタンスの電圧降下に代え
て、回転子位置に依存しない仮想電圧降下の概念を導入
し、インダクタンスにモータ定数Ｌｑを用いることで誘
起電圧の位相を変化させることのないベクトル関係を導
いて、観測可能な値に基づいて誘起電圧の位相を正確に
推定できるようにした。

【０１５６】なお、仮想電圧降下の概念を導入した突極
機の電圧関係のベクトルは、制御軸を基準にしても、電
流軸を基準にしても成立するので、誘起電圧の位相を制
御軸あるいは電流軸により観測可能な値によって推定す
ることができる。

【０１５７】本実施例では、数１７または数２３に基づ
いて軸ずれ角Δθを推定する方式を説明したが、数１６
を用いても同様に軸ずれΔθを推定できる。この場合、
仮想電圧降下として、観測電流Ｉｄｃ，Ｉｑｃの微分成
分も考慮することになる。観測電流の微分項の演算に
は、インダクタンス定数Ｌｄを用いることで、誘起電圧
の位相を変化させることがないようにベクトル関係を導
いて、観測可能な値に基づいた誘起電圧の位相を正確に
推定できる。

【０１５８】このように、仮想電圧降下の概念を用いる
ことで、突極機の誘起電圧の位相が観測可能な量から位
置センサレスに推定でき、推定した位相から直接、軸ず
れΔθを高精度に演算できるので、負荷の急変化や急加
減速運転など、大きな軸ずれが発生する場合でも安定で
あり、脱調しない良好な同期モータの位置センサレス制
御系を提供することができる。

【０１５９】また、本実施例によれば、軸ずれ推定式
（数１６、数１７、数２３）において、パラメータ設定
値の誤差によるΔθの推定誤差を少なくするために、軸
ずれ誤差補償値Δθ＊の概念を導入し、Δθ＊−Δθが
零になるようにモータ印加電圧の周波数ω１またはトル
ク指令値τ＊を修正している。この場合、Δθ＊の設定
値は、実軸と制御軸の位相が一致すればモータ電流が最
小になることに着目し、モータが安定な状態でモータ電
流を最小化するようにチューニングされる。

【０１６０】上記した実施例では、永久磁石を用いる突
極型同期モータを対象としている。磁石を使わない突極
型同期モータに、シンクロナスリラクタンスモータがあ
る。シンクロナスリラクタンスモータの電圧方程式は、
永久磁石同期モータの電圧方程式（数２）のＫＥ項を零
とした形式になることが知られている。一方、本発明で
導出した数１７、数２３の軸ずれ推定式は、誘起電圧定
数ＫＥを演算に用いていない。また、これらの式の導出
にあたってもＫＥに依存した変形は行っていない。従っ
て、シンクロナスリラクタンスモータに対しても、本発
明の軸ずれΔθの推定方法及びこれを用いた位置センサ
レス制御法は適用可能である。

【０１６１】

【発明の効果】本発明によれば、突極同期モータの誘起
電圧の位相を回転子位置に依存することなく観測可能な
値から推定できるので、回転子位置が位置センサレス、
かつ高精度に取得できる効果がある。

【０１６２】これにより、高速運転あるいは負荷の急変
化や急加減速運転など、大きな軸ずれが発生する場合で
も、安定で脱調しない良好な同期モータの位置センサレ
ス制御系を提供することができる。

【０１６３】また本発明によれば、軸ずれΔθの演算結
果に含まれるパラメータ誤差の影響が補償されるため、
パラメータ誤差が大きくても脱調しない良好な同期モー
タの位置センサレス制御系を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例で、同期モータの位置センサ
レス制御方法を実現する制御系の全体構成図。

【図２】永久磁石型同期モータのｄ−ｑ軸回転座標、ｄ
ｃ―ｑｃ制御回転座標の関係を示した解析モデル図。

【図３】回転している突極型同期モータの電圧関係を制
御軸基準で示すベクトル図。

【図４】図３のベクトル図に対し、仮想電圧降下の概念
を導入したベクトル図。

【図５】図４の電圧関係で、仮想電圧降下を制御軸基準
で示すベクトル図。

【図６】図４と同様の電圧関係を、電流軸基準で示すベ
クトル図。

【図７】座標変換部４１の演算内容を示すブロック図。

【図８】誘起電圧・軸ずれ推定演算部の演算内容を示す
ブロック図。

【図９】誘起電圧・軸ずれ推定演算部の他の実施例によ
る演算内容を示すブロック図。

【図１０】速度位相推定部の演算内容を示すブロック
図。

【図１１】速度位相推定部の他の実施例による演算内容
を示すブロック図。

【図１２】軸ずれ誤差補償部により、電流位相を最適状
態に調整する方法を示す説明図。

【符号の説明】

１１…電源、１２…平滑コンデンサ、１３…インバー
タ、２…同期モータ、３１…電圧検出部、３２…モータ
電流検出部、４１…座標変換部、４２ｄ…ｄ軸電流制御
部、４２ｑ…ｑ軸電流制御部、４３…電流フィードフォ
ワード補償部、４４…逆変換部、４５…パルス幅変調
部、５１…速度制御部、５２…電流指令作成部、６１…
誘起電圧推定・軸ずれ演算部、６２…速度位相推定部、
７…軸ずれΔθ誤差補償部、Ｅｄｃ…直流電圧、ｉｕ…
Ｕ相モータ電流、ｉｗ…Ｗ相モータ電流、ｄ軸…永久磁
石回転子磁束方向の位置の軸、ｑ軸…ｄ軸に対し回転方
向に９０度進んだ位置の軸、ｄｃ軸…制御上の仮想回転
子位置の軸、ｑｃ軸…ｄｃ軸に対し回転方向に９０度進
んだ位置の軸、Ｉｄｃ…仮想ｄｃ−ｑｃ座標系における
電流のｄｃ軸成分、Ｉｑｃ…仮想ｄｃ−ｑｃ座標系にお
ける電流のｑｃ軸電流、Ｉｍ…モータ電流の大きさ、φ
ｃ…ｑｃ軸とモータ電流ベクトルとの位相差、Ｖ１…モ
ータ印加電圧の大きさ、δｃ…ｑｃ軸とモータ電圧ベク
トルとの位相差、Δθ…ｄ−ｑ実座標系とｄｃ−ｑｃ仮
想座標系との軸ずれ位相角、ωｒ…モータ推定速度、ω
ｒ＊…モータ速度指令（周波数指令）、ω１…制御軸の
回転速度（インバータ出力周波数）、ωｒ＿ｄｅｔ…モ
ータ推定速度、ωｒ＿ｅｓｔ…誘起電圧からの推定速
度、τ＊…トルク指令値、Ｉｄｃ＊…ｄｃ軸電流指令、
Ｉｑｃ＊…ｑｃ軸電流指令、Ｖｄｃ＊…ｄｃ軸電圧指
令、Ｖｑｃ＊…ｑｃ軸電圧指令、Δθ＊…軸ずれ誤差補
償量。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三浦 治雄 茨城県土浦市神立町603番地 株式会社 日立製作所 土浦事業所内 (72)発明者 藤井 洋 千葉県習志野市東習志野七丁目１番１号 株式会社日立製作所 産業機器グルー プ内 (56)参考文献 特開 平８−308286（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−18499（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−174499（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−256496（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02P 6/18 H02P 7/63 H02P 21/00

Claims (18)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 突極性を持つ同期モータの誘起電圧を、
   モータ印加電圧からモータ巻線の抵抗による電圧降下及
   びモータ巻線のインダクタンスによる電圧降下のベクト
   ル差により推定するときに、前記モータ巻線のインダク
   タンスによる電圧降下は、前記インダクタンスに所定値
   としてモータ巻線のインダクタンス定数Ｌｄまたはモー
   タ巻線のインダクタンス定数Ｌｑを用い、かつモータ電
   流に対して所定位相ずれた量として求め、推定した誘起
   電圧からその位相を算出して回転子位置を推定すること
   を特徴とする同期モータの回転子位置推定方法。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記モータ巻線のインダクタンスによる電圧降下を、前
   記モータ電流に対して９０度位相が進んだベクトルとし
   て、前記所定値に突極機のモータ巻線のインダクタンス
   定数であるインダクタンス定数Ｌｑを用い、このインダ
   クタンス定数Ｌｑと、観測可能な前記モータ電流の大き
   さと、観測可能なモータ印加電圧の周波数またはモータ
   速度指令値との積により求めることを特徴とする同期モ
   ータの回転子位置推定方法。
3. 【請求項３】 請求項１または２において、 前記モータ電流は回転座標系の制御軸（ｄｃ−ｑｃ）を
   基準とする２つの軸成分の観測値で取得し、 前記誘起電圧の位相は、前記モータ印加電圧の観測値
   と、前記モータ電流の観測値と前記抵抗の積による電圧
   降下及び前記モータ電流の観測値と前記インダクタンス
   の積による電圧降下を前記制御軸の軸成分毎に演算して
   前記ベクトル差を軸成分毎に算出し、算出した両成分の
   ベクトル差の比によって求めることを特徴とする同期モ
   ータの回転子位置推定方法。
4. 【請求項４】 請求項１または２において、 前記モータ電流は観測可能なモータ電流の大きさとして
   取得し、前記誘起電圧の位相は、前記モータ印加電圧、
   前記抵抗による電圧降下及び前記インダクタンスによる
   電圧降下を電流軸の成分と前記電流軸から９０度進みの
   成分として演算して前記ベクトル差を成分毎に算出し、
   算出した両成分のベクトル差の比によって求めることを
   特徴とする同期モータの回転子位置推定方法。
5. 【請求項５】 突極性を持つ同期モータの誘起電圧を、
   モータ印加電圧からモータ巻線の抵抗による電圧降下及
   びモータ巻線のインダクタンスによる電圧降下を差し引
   いたベクトル関係となることに基づいて推定するとき
   に、前記モータ巻線のインダクタンスによる電圧降下
   は、前記インダクタンスとしてモータ巻き線のインダク
   タンス定数Ｌｄまたはモータ巻き線のインダクタンス定
   数Ｌｑを用い、かつモータ電流に対して９０度位相が進
   む量となる仮想電圧降下により求め、 前記仮想電圧降下を用いて推定した誘起電圧からその位
   相を算出して回転子位置を推定することを特徴とする同
   期モータの回転子位置推定方法。
6. 【請求項６】 請求項５において、 前記仮想電圧降下を用いて推定した誘起電圧は、前記仮
   想電圧降下を用いない場合に比べて位相が同じで、大き
   さが前記ベクトル関係を維持するように変化する仮想誘
   起電圧であり、この仮想誘起電圧の前記位相を算出して
   前記回転子位置を推定することを特徴とする同期モータ
   の回転子位置推定方法。
7. 【請求項７】 突極性を持つ同期モータの誘起電圧を、
   モータ印加電圧からモータ巻線の抵抗による電圧降下及
   びモータ巻線のインダクタンスによる電圧降下のベクト
   ル差により推定するときに、前記インダクタンスによる
   電圧降下は、前記インダクタンスとしてモータ巻線のイ
   ンダクタンス定数Ｌｄまたはモータ巻線のインダクタン
   ス定数Ｌｑを用い、かつモータ電流に対して所定位相ず
   れた量と、モータ電流の大きさと位相の変動により生じ
   る量の和として求め、推定した誘起電圧からその位相を
   算出して回転子位置を推定することを特徴とする同期モ
   ータの回転子位置推定方法。
8. 【請求項８】 突極性を持つ同期モータの誘起電圧を、
   モータ印加電圧からモータ巻線の抵抗による電圧降下及
   びモータ巻線のインダクタンスによる電圧降下のベクト
   ル差により推定するときに、前記インダクタンスによる
   電圧降下は、前記モータ電流に対して９０度位相が進ん
   だベクトルとして、前記インダクタンスとしてモータ巻
   線のインダクタンス定数Ｌｄまたはモータ巻線のインダ
   クタンス定数Ｌｑを用い、このインダクタンス定数Ｌｑ
   と、観測可能な前記モータ電流の大きさと、観測可能な
   モータ印加電圧の周波数またはモータ速度指令値との第
   1の積と、前記インダクタンス定数Ｌｄと、観測可能な
   モータ電流の大きさ及び位相の変動により生じる量との
   第2の積と、それら第1の積と第2の積との和により求め
   ることを特徴とする同期モータの回転子位置推定方法。
9. 【請求項９】 突極性を持つ同期モータの回転子位置を
   推定し、位置センサレスで同期モータを制御する制御方
   法において、 前記同期モータの誘起電圧を、モータ印加電圧からモー
   タ巻線の抵抗による電圧降下及びモータ巻線のインダク
   タンスによる電圧降下のベクトル差により推定するとき
   に、前記モータ巻線のインダクタンスによる電圧降下
   は、前記インダクタンスとしてモータ巻線のインダクタ
   ンス定数Ｌｄまたはモータ巻線のインダクタンス定数Ｌ
   ｑを用い、かつモータ電流に対して所定位相だけ進む量
   として求め、 推定した誘起電圧の位相を求め、この位相が制御上の仮
   想の回転子位置と観測不可能な実際の回転子位置との軸
   ずれ角を表すことに基づいて、前記誘起電圧の位相から
   推定した軸ずれ角が実際の回転子位置より仮想の回転子
   位置が回転子の回転方向に進んでいることを示す値の場
   合は、仮想の回転子位置の回転速度を下げるようにモー
   タ印加電圧の周波数を下げ、推定した軸ずれ角が遅れて
   いることを示す値の場合は仮想の回転子位置の回転速度
   を上げるようにモータ印加電圧の周波数を上げるように
   することを特徴とする同期モータの制御方法。
10. 【請求項１０】 突極性を持つ同期モータの回転子位置
    を推定し、位置センサレスで同期モータを制御する制御
    方法において、 前記同期モータの誘起電圧を、モータ印加電圧からモー
    タ巻線の抵抗による電圧降下及びモータ巻線のインダク
    タンスによる電圧降下のベクトル差により推定するとき
    に、前記モータ巻線のインダクタンスによる電圧降下
    は、前記インダクタンスとしてモータ巻線のインダクタ
    ンス定数Ｌｄまたはモータ巻線のインダクタンス定数Ｌ
    ｑを用い、かつモータ電流に対して所定位相だけ進む量
    として求め、 推定した誘起電圧の位相を求め、この位相が制御上の仮
    想の回転子位置と観測不可能な実際の回転子位置との軸
    ずれ角を表すことに基づいて、前記誘起電圧の位相から
    推定した軸ずれ角が実際の回転子位置より仮想の回転子
    位置が回転子の回転方向に進んでいることを示す値の場
    合は、実際の回転子位置の回転速度を上げるようにモー
    タのトルク指令値を上げ、推定した軸ずれ角が遅れてい
    ることを示す値の場合は実際の回転子位置の回転速度を
    下げるようにモータのトルク指令値を下げるようにする
    ことを特徴とする同期モータの制御方法。
11. 【請求項１１】 請求項９または１０において、 前記同期モータの誘起電圧の位相を、モータ印加電圧か
    らモータ巻線の抵抗による電圧降下及びモータ巻線のイ
    ンダクタンスによる電圧降下のベクトル差により推定す
    るときに、前記モータ巻線のインダクタンスによる電圧
    降下を、前記モータ電流に対して９０度位相が進んだベ
    クトルとして、モータ巻線のインダクタンス定数である
    インダクタンス定数Ｌｑを用い、このインダクタンス定
    数Ｌｑと、観測可能な前記モータ電流の大きさと、観測
    可能なモータ印加電圧の周波数またはモータ速度指令値
    との積により求めることを特徴とする同期モータの制御
    方法。
12. 【請求項１２】 請求項９、１０または１１において、 前記誘起電圧の位相で表される軸ずれ角の誤差補償値を
    設定し、前記軸ずれ角と前記誤差補償値の差が最小化す
    るように前記モータ印加電圧の周波数またはトルク指令
    値を制御することを特徴とする同期モータの制御方法。
13. 【請求項１３】 請求項１２において、 前記誤差補償値の設定は、前記モータの回転数や負荷が
    一定の状態で前記モータ電流が最小化するように調整す
    ることを特徴とする同期モータの制御方法。
14. 【請求項１４】 直流電圧を可変電圧、可変周波数の三
    相交流電圧に変換して突極性を持つ同期モータに印加す
    るインバータと、モータ電流を検出する電流検出器と、
    検出された三相のモータ電流の大きさと位相をそれぞれ
    モータ電流の大きさの指令値と位相の指令値に追従する
    ように仮想回転子位置θdcを用いて電圧指令値を作成す
    る電圧指令演算部と、モータ速度指令値が与えられ、こ
    のモータ速度指令値とモータ速度推定値に基づいて前記
    モータ電流の大きさの指令値と位相の指令値を作成する
    電流指令作成部と、検出されたモータ電流、前記電圧指
    令値及び前記モータ速度指令値と、モータパラメータの
    抵抗値と、モータ巻線のインダクタンス定数Ｌｄまたは
    モータ巻線のインダクタンス定数Ｌｑとを用いて前記モ
    ータの誘起電圧を推定し、推定した誘起電圧の位相から
    制御上の仮想回転子位置と実位置とのずれを表す軸ずれ
    角△θを推定して出力する誘起電圧推定部と、軸ずれ角
    △θから前記モータ速度推定値及び前記仮想回転子位置
    θdcを求めて出力する速度位相推定部を備えていること
    を特徴とする同期モータの位置センサレス制御装置。
15. 【請求項１５】 直流電圧を可変電圧、可変周波数の三
    相交流電圧に変換して突極性を持つ同期モータに印加す
    るインバータと、モータ電流を検出する電流検出器と、
    検出された三相のモータ電流の大きさと位相をそれぞれ
    モータ電流の大きさの指令値と位相の指令値に追従する
    ように仮想回転子位置θdcを用いて電圧指令値を作成す
    る電圧指令演算部と、モータ速度指令値が与えられ、こ
    のモータ速度指令値とモータ速度推定値に基づいて前記
    モータ電流の大きさの指令値と位相の指令値を作成する
    電流指令作成部と、検出されたモータ電流、前記電圧指
    令値及びモータ印加電圧の周波数と、モータパラメータ
    の抵抗値と、モータ巻線のインダクタンス定数Ｌｑまた
    はモータ巻線のインダクタンス定数Ｌｑとを用いて前記
    モータの誘起電圧を推定し、推定した誘起電圧の位相か
    ら制御上の仮想回転子位置と実位置とのずれを表す軸ず
    れ角△θを推定して出力する誘起電圧推定部と、軸ずれ
    角△θから前記モータ印加電圧周波数を演算して出力
    し、また、演算した前記モータ印加電圧の周波数から前
    記モータ速度推定値及び前記仮想回転子位置θdcを求め
    て出力する速度位相推定部を備えていることを特徴とす
    る同期モータの位置センサレス制御装置。
16. 【請求項１６】 請求項１４または１５において、 前記誘起電圧推定部は、前記誘起電圧を制御上の回転座
    標系（ｄｃ−ｑｃ軸）のｄｃ軸成分とｑｃ軸成分に分け
    て算出する演算手段と、ｄｃ軸成分とｑｃ軸成分の誘起
    電圧の比から軸ずれ角△θを算出する演算手段を有し、
    前記ｄｃ軸成分の誘起電圧はｄ軸電圧指令値から前記抵
    抗値にＩdcを乗じた値及び前記インダクタンス値にＩqc
    と前記速度指令値を乗じた値を差引き、前記ｑｃ軸成分
    の誘起電圧はｑ軸電圧指令値から前記抵抗にＩqcを乗じ
    た値及び前記モータ巻線のインダクタンス定数にＩdcと
    前記速度指令値を乗じた値を差し引いて求めることを特
    徴とする同期モータの位置センサレス制御装置。
17. 【請求項１７】 請求項１４、１５または１６におい
    て、 軸ずれ角△θの推定値に対し前記モータパラメータの誤
    差補償値を与えるための誤差補償部を設け、前記速度位
    相推定部は入力された軸ずれ角△θを前記誤差補償値に
    追随させるように演算して前記モータ速度推定値を出力
    することを特徴とする同期モータの位置センサレス制御
    装置。
18. 【請求項１８】 突極性を持つ同期モータの位置センサ
    レス制御装置において、 仮想磁束軸であるｄｃ軸と、ｄｃ軸から電気角で９０度
    進んだ方向のｑｃ軸とからなる制御上の回転座標系であ
    る仮想回転座標系でモータの誘起電圧ベクトルを推定
    し、そのｑｃ軸との位相角を求める誘起電圧推定手段
    と、推定された前記位相角をｄｃ軸とモータの実磁束軸
    のずれ量として、そのずれ量を少なくするように前記モ
    ータ印加電圧の周波数またはトルク指令値を制御する速
    度制御手段を備えることを特徴とする同期モータの位置
    センサレス制御装置。