JP5262326B2 - 交流回転機の制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、永久磁石同期機などの交流回転機を回転子位置センサレスで駆動するための交流回転機の制御装置に関する。

回転機、特に永久磁石同期機を、インバータをはじめとする電力変換器を用いて精度よく制御する場合には、回転機の回転子位置（回転角度）の情報が必要である。このため、従来の回転機の制御装置では、回転子に位置センサ等を取り付けることによって位置情報を得ていた。しかしながら、コスト削減、省スペース化、位置センサの保守作業削減等の観点から位置センサを取り付けずに回転機を制御する位置センサレス制御が開発されている。

位置センサレス制御方法として、主に回転機の誘起電圧を利用して回転子位置を推定する方法と突極性を利用して回転子位置を推定する方法の２つがある。誘起電圧の大きさは回転機の回転速度に応じて大きくなる特徴があるので、誘起電圧が大きくなる高速回転域では、主に回転機の誘起電圧によって回転子位置を推定する方法が用いられる。また、突極性を利用した方法は、回転子位置を推定するための位置推定用信号を回転機に注入することから、回転機の誘起電圧が飽和しない零速や低速回転域で用いられる。このように、回転機の回転速度帯域によって用いられる位置センサレス制御方法が異なることから、回転速度などの何らかの基準に従って複数の位置センサレス制御方法を使い分けることが行われている。

これら２つの位置センサレス制御方法は、主に電力変換器によって回転機を駆動する「運転時」の位置センサレス制御方法であるが、回転機を起動する「起動時」の回転子位置を推定する方法も併せて開発されている。これは、回転機の起動時におけるトルクショックや大きな電流を抑制して回転機を安定に起動するためには、回転機の起動時の回転子位置を正確に推定する必要があるためである。また、回転機の起動時の回転子位置を推定する方法においても、回転子が停止状態であるか、または回転状態であるかによって異なる方法が用いられている。このことから、回転速度などの何らかの基準に従って回転機の起動時における複数の回転子位置を推定する方法を使い分けることも行われている。

従来の回転機の制御装置において、回転速度などの何らかの基準に従って複数の起動時における回転子位置を推定する方法を使い分けるものとしては次のようなものがある。特許文献１には、同期電動機の運転制御装置において、同期電動機の運転を開始した直後に、回転子の回転数が所定値以上で実用的な精度を有する第１の検出方法によって回転子の電気角を検出し、検出した電気角の変化に基づいて回転子の回転数を求め、求めた回転数が所定値以下と判断した場合には、回転子の回転数が所定値以下で実用的な精度を有する第２の検出方法によって電気角を検出することが示されている。また、同期電動機の運転を開始する以前に、回転子が所定回転数以上で回転しているか否かの判定を行い、回転子が所定回転数以上で回転している場合には所定回転数以上で実用的な精度を有する第１の検出方法によって回転子の電気角を検出し、回転子が所定回転数未満で回転している場合には、所定回転数未満で実用的な精度を有する第２の検出方法によって電気角を検出することが示されている。

特許文献２には、同期機の制御装置において、推定信号を電流制御系の電圧指令に印加して磁極位置を推定する第１の推定手段と、同期機への印加電圧の位相を検出して磁極位置を推定する第２の推定手段とを備え、始動時または低速時に第１の推定手段の出力を用い、中高速時に第２の推定手段の出力を用いるように切り換えることが示されている。特許文献３には、位置センサレス電動機制御装置において、高速時に電動機を起動させるための第１の起動手段と、低速時に電動機を起動させるための第２の起動手段とを備え、電動機に流れる電流を実質的に零に制御したときの電圧指令値がしきい値より大きい場合には第１の起動手段を選択し、電圧指令値がしきい値より小さい場合には第２の起動手段を選択することが示されている。

特許文献４には、同期機の駆動制御装置において、同期機に複数備わる巻線のうち２相間に生じる１つの線間電圧を観測し、同期機が惰性によって回転している場合に、観測された線間電圧に基づいて線間電圧の振幅値を演算し、線間電圧の振幅値に基づいて予め閾値に対応した回転周波数より大きいか否かを示す判別信号を出力することが示されている。また、同期機に複数備わる巻線のうち２相間に生じる１つの線間電圧を観測し、同期機が惰性によって回転している場合に、観測された線間電圧に基づいて惰性回転の周波数と位相角を演算し、電力変換器の運転が停止された状態から運転を再開する際に、惰性回転の周波数が閾値より大きいか否かに応じて運転時高速域推定値と運転時低速域推定値とのどちらを使用するかを設定することが示されている。

特開平１１−１８４８３号公報（第５−１１頁、第５，１４図） 特開２０００−１５６９９３号公報（第３−４頁、第２図） 特開２００１−１６９５９１号公報（第６頁、第３図） 特開２００６−２１７７５４号公報（第８−９，１３頁、第４，１３図）

特許文献１に示される同期電動機の運転制御装置では、同期電動機の運転を開始した直後に、回転子の回転数が所定値以下である場合には、回転子の回転数が所定値以上で実用的な精度を有する第１の検出方法に基づいて回転子の回転数を求めると、推定した回転数に誤差が発生する可能性があるといった問題点があった。また、同期電動機の運転を開始する以前、回転子が所定回転数以上で回転しているか否かの判定を行う場合には、運転を開始する以前に何らかの方法で回転子の回転数を推定する必要があり、特に回転速度が低い場合には推定精度が低下し、推定した回転数に誤差が発生すると第１の検出方法と第２の検出方法との選択を誤る可能性があるといった問題点もあった。

特許文献２に示される同期機の制御装置では、同期機の回転子が高速で回転している状態から同期機の制御装置を始動する場合については考慮されていないといった問題点があった。特許文献３に示される位置センサレス電動機制御装置では、特に電動機が高速に回転して逆起電圧が大きく、電力変換器が出力可能な電圧と同程度の場合に、電流制御が困難であるといった問題点があった。特許文献４に示される同期機の駆動制御装置では、線間電圧の振幅または惰性回転の周波数を演算するためには、電圧情報が１つしかないために、線間電圧を観測する時間が少なくとも半周期間以上かかるといった問題点があった。このため、電力変換器の動作が停止し、同期機が惰性によって回転している状況においても、２相間に生じる１つの線間電圧を観測して惰性回転の位相角を演算する動作を、電力変換器の運転再開前に行わなければならなかった。また、回転子の回転方向の判定ができないため、上位の制御手段から回転方向の情報を与えなければならないといった問題点もあった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、回転子の回転数（回転速度）の大小に関係なく、同期機をはじめとする回転機を起動する際に回転子位置と回転子の回転方向とを位置センサレスで推定することが可能であり、かつ、起動指令の入力時に適切な位置推定方法を選択し、回転機の回転子位置を推定するまでの時間を短縮することができる交流回転機の制御装置を得るものである。

この発明に係る交流回転機の制御装置は、電圧指令によって多相巻線を有する交流回転機を駆動する電力変換器と、交流回転機の出力電流を検出する電流検出手段と、交流回転機の少なくとも２つの固定子電圧を検出する電圧検出手段と、出力電流に基づいて第１の回転子推定位置を推定する第１の位置推定部、および固定子電圧に基づいて第２の回転子推定位置を推定する第２の位置推定部を有し、交流回転機の起動指令が入力された場合に、固定子電圧の振幅に基づいて第１の回転子推定位置または第２の回転子推定位置のいずれかを交流回転機の回転子推定位置として選択する回転子位置推定手段と、回転子位置推定手段から交流回転機の回転子推定位置を入力し、交流回転機の回転子推定位置に基づいて電圧指令を演算し、電圧指令を電力変換器へ出力する制御手段と、電圧検出手段で検出された固定子電圧を補正する電圧検出値補正部とを備え、電圧検出値補正部は、所定の周期で前記固定子電圧のサンプリングを行うとともに、現在時刻ｔ _ｎ からｍ回前（ただし、ｍは自然数）のサンプリング時ｔ _ｎ−ｍ までの各サンプリング時に検出された固定子電圧を電圧検出値Ｖ _ｎ 〜Ｖ _ｎ−ｍ として蓄積し、電圧検出値Ｖ _ｎ 〜Ｖ _ｎ−ｍ を結ぶ線を所定の関数として求め、所定の関数に基づいて次回サンプリング時ｔ _ｎ＋１ における直流電圧推定値Ｖ _ｎ＋１ を推定し、回転子位置推定手段は、前記直流電圧推定値Ｖ _ｎ＋１ を前記交流回転機の固定子電圧として入力し、次回サンプリング時ｔ _ｎ＋１ を前記現在時刻ｔ _ｎ から前記所定の周期の１．５倍の時間経過した時刻に置き換えて、前記次回サンプリング時ｔ _ｎ＋１ における前記直流電圧推定値Ｖ _ｎ＋１ を推定することを特徴とするものである。

この発明に係る交流回転機の制御装置は、交流回転機の出力電流に基づいて交流回転機の第１の回転子推定位置を推定する第１の位置推定部、および交流回転機の固定子電圧に基づいて交流回転機の第２の回転子推定位置を推定する第２の位置推定部を有し、交流回転機の起動指令が入力された場合に、第１の回転子推定位置または第２の回転子推定位置のいずれかを選択する回転子位置推定手段を備えたので、回転子の回転数（回転速度）の大小に関係なく、交流回転機を起動する際に回転子位置と回転子の回転方向とを位置センサレスで推定することが可能であり、かつ、起動指令の入力時に適切な位置推定方法を選択し、回転機の回転子位置を推定するまでの時間を短縮することができる。

実施の形態１．
図１は、この発明を実施するための実施の形態１における多相巻線を有する交流回転機および交流回転機の制御装置を含めた交流回転機制御システムの構成図である。図１において、多相巻線を有する交流回転機１を制御するための制御装置は、電力変換器２、電流検出手段３ａ，３ｂ、電圧検出手段４ａ，４ｂ、回転子位置推定手段５、および制御手段６によって構成されている。本実施の形態では、ｕ相、ｖ相、ｗ相の３相巻線を有する交流回転機１を駆動する形態について説明する。

電力変換器２は、交流回転機１を起動するために外部から与えられる起動指令と、電圧指令とに基づいて交流回転機１へ電圧を出力し、交流回転機１を駆動する。電圧指令には、制御手段６から出力される電圧指令である第１の電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊と回転子位置推定手段５から出力される第２の電圧指令Ｖｕｐ＊、Ｖｖｐ＊、Ｖｗｐ＊の２つの電圧指令がある。本実施の形態では、主に、交流回転機１の起動時に第２の電圧指令が適用され、交流回転機１の駆動時に第１の電圧指令が適用される。電流検出手段３ａ，３ｂは、交流回転機１の出力電流を検出し、電圧検出手段４ａ，４ｂは、交流回転機１の少なくとも２つの固定子電圧を検出する。回転子位置推定手段５は、交流回転機１の回転子位置を推定し、回転子推定位置θを制御手段６へ出力する。制御手段６は、回転子位置推定手段５から交流回転機１の回転子推定位置θを入力し、交流回転機１の回転子推定位置θに基づいて第１の電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊を演算し、第１の電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊を電力変換器２へ出力する。

電力変換器２は、外部からの起動指令が入力され、制御手段６から出力される第１の電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊または回転子位置推定手段５から出力される第２の電圧指令Ｖｕｐ＊、Ｖｖｐ＊、Ｖｗｐ＊のいずれかが入力されると、入力された電圧指令に基づいて交流回転機１へ電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを出力する。電力変換器２は、電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを出力して、交流回転機１を駆動する。

電流検出手段３ａは交流回転機１のｕ相の出力電流ｉｕを検出し、電流検出手段３ｂは交流回転機１のｖ相の出力電流ｉｖを検出する。交流回転機１の３相のうちの残りの１相のｗ相の出力電流ｉｗについては、検出した出力電流ｉｕ、ｉｖに基づいて、ｉｗ＝−ｉｕ−ｉｖの関係から求める。なお、電流検出手段は、図１に示すように２つの相だけに備えても良いし、３相全てに備えても良い。また、図１の示すような各相の出力電流を直接検出する方法以外に、電力変換器２のＤＣリンク電流から出力電流を検出する方法を用いても良い。

電圧検出手段４ａ，４ｂは、交流回転機１の固定子電圧を検出する。電圧検出手段４ａは、ｕ相とｖ相との間の固定子線間電圧Ｖｕｖを検出し、電圧検出手段４ｂは、ｖ相とｗ相との間の固定子線間電圧Ｖｖｗを検出する。電圧検出手段は、図１に示すように２つの相の線間のみに備えても良いし、２相全ての線間に備えても良い。図１に示すように電圧検出手段４ａ，４ｂを２つの線間のみに備えた場合には、ｗ相とｕ相との間の固定子線間電圧Ｖｗｕは、Ｖｗｕ＝−Ｖｕｖ−Ｖｖｗの関係から求める。

なお、図２に示すように固定子相電圧を検出する電圧検出手段を備えても良い。図２は、本実施の形態における多相巻線を有する交流回転機および別の交流回転機の制御装置を含めた交流回転機制御システムの構成図であり、電圧検出手段が図１に示したものと異なる。図１の交流回転機の制御装置は、２つの電圧検出手段４ａ，４ｂによって交流回転機１の２つの固定子線間電圧Ｖｕｖ、Ｖｖｗを測定するものである。一方、図２の交流回転機の制御装置は、２つの電圧検出手段４ｃ，４ｄによって交流回転機１の２つの固定子相電圧Ｖｕ、Ｖｖを測定するものである。なお、図２に示した回転子位置推定手段５ａと図１に示した回転子位置推定手段５は、入力される固定子電圧が相電圧であるか線間電圧であるかの違いがあるだけで、回転子位置の推定方法は同じである。このため、図２に示した第２の位置推定部８ａ、回転子位置切換部５１ａも、図１に示した第２の位置推定部８、回転子位置切換部５１と同様の機能を有する。

このような構成においても、電圧検出手段は、図２に示すように２つの相のみに備えても良いし、３相全ての相に備えても良い。図２に示すように電圧検出手段４ｃ，４ｄを２つの相のみに備えた場合には、ｗ相固定子相電圧Ｖｗは、Ｖｗ＝−Ｖｕ−Ｖｖの関係から求める。電圧検出手段による交流回転機１の固定子電圧検出方法は、図１、図２の何れの方法であっても良い。ただし、電圧検出手段は、交流回転機１の少なくとも２つの固定子電圧を検出するようにする。

回転子位置推定手段５は、交流回転機１の回転子位置を推定し、回転子推定位置θを出力する。回転子位置推定手段５の構成と、回転子位置の推定方法に関しては、本発明の特徴的な部分であるため、詳細については後で述べる。なお、交流回転機の回転子位置とは、交流回転機が回転子に永久磁石を有する永久磁石同期機の場合、固定子のｕ相巻線を基準として回転子に配置された永久磁石のＮ極方向の角度を指すことが一般的であり、以下の説明もこれに従う。また、交流回転機の制御系を扱う場合には、回転二軸座標上（ｄ−ｑ軸上）で扱うことが一般的であるので、永久磁石のＮ極方向をｄ軸と定める。

制御手段６は、回転子位置推定手段５が出力した回転子推定位置θに基づいて第１の電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊を電力変換器２へ出力する。図３に回転二軸座標上（ｄ−ｑ軸上）の電圧指令を生成する制御手段６の構成図の一例を示す。前述のとおり、交流回転機の制御系を扱う場合には、回転二軸座標上（ｄ−ｑ軸上）で扱うことが多く、本実施の形態においても、回転二軸座標上（ｄ−ｑ軸上）で電圧指令を生成する。制御手段６は、ｄ軸電圧指令生成器６２、ｑ軸電圧指令生成器６３、および座標変換器６１によって構成されている。図３において、ｄ軸電圧指令生成器６２は回転二軸座標上（ｄ−ｑ軸上）の電圧指令Ｖｄ＊を生成し、ｑ軸電圧指令生成器６３は回転二軸座標上（ｄ−ｑ軸上）の電圧指令Ｖｑ＊をそれぞれ生成する。そして、座標変換器６１は回転子位置推定手段５から入力される回転子推定位置θに基づいて、電圧指令Ｖｄ＊、Ｖｑ＊を第１の電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊に変換し、電力変換器２へ出力する。

また、図３において、電圧指令を生成する場合について示したが、電流指令を生成するような構成にしても良い。図４に回転二軸座標上（ｄ−ｑ軸上）の電流指令を生成する制御手段６ａの構成図を示す。図４において、制御手段６ａは、ｄ軸電流指令生成器６４、ｑ軸電流指令生成器６５、ｄ軸電流制御器６６、ｑ軸電流制御器６７および座標変換器６１，６１ａによって構成されている。図１および図２には図示していないが、電流指令を生成する場合、回転子推定位置θ以外に、交流回転機１の出力電流ｉｕ、ｉｖも制御手段６ａの座標変換器６１ａへ入力する。なお、加減算器６８ｃは、出力電流ｉｕ、ｉｖを入力し、減算することによって出力電流ｉｗを求め、座標変換器６１ａへ出力する。

図４において、ｄ軸電流指令生成器６４は回転二軸座標上（ｄ−ｑ軸上）の電流指令ｉｄ＊を生成し、ｑ軸電流指令生成器６５は電流指令ｉｑ＊を生成する。座標変換器６１ａは回転子推定位置θに基づいて電流検出手段３ａ，３ｂによって検出した交流回転機１の出力電流ｉｕ、ｉｖを回転二軸座標上（ｄ−ｑ軸上）の電流ｉｄ、ｉｑに変換する。ｄ軸電流制御器６６は比例積分制御などを用いて、加減算器６８ａによって求めたｄ軸電流指令ｉｄ＊と電流ｉｄとの偏差Δｉｄが無くなるようなｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊を出力する。同様に、ｑ軸電流制御器６７は比例積分制御などを用いて、加減算器６８ｂによって求めたｑ軸電流指令値ｉｑ＊と電流ｉｑとの偏差Δｉｑが無くなるようなｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を出力する。図３の場合と同様に、座標変換器６１は回転子推定位置θに基づいて、電圧指令Ｖｄ＊、Ｖｑ＊を第１の電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊に変換し、電力変換器２へ出力する。

次に、本発明の特徴的な部分である回転子位置の推定方法について説明する。回転子位置の推定を行う回転子位置推定手段５は、交流回転機１の出力電流に基づいて回転子位置を推定する方法、および交流回転機１の固定子電圧に基づいて回転子位置を推定する方法の２つの異なる方法で交流回転機１の回転子位置を推定する。回転子位置推定手段５は、交流回転機１の出力電流に基づいて交流回転機１の回転子位置を推定する第１の位置推定部７、交流回転機１の固定子電圧に基づいて交流回転機１の回転子位置を推定する第２の位置推定部８、および回転子位置切換部５１によって構成されている。回転子位置切換部５１は、第１の位置推定部７から出力される回転子推定位置θ１（第１の回転子推定位置）および第２の位置推定部８から出力される回転子推定位置θ２（第２の回転子推定位置）を入力し、外部から交流回転機１の起動指令が入力されると回転子推定位置θ１または回転子推定位置θ２のいずれかを選択し、交流回転機１の回転子推定位置θとして制御手段６に出力する。

ここで、第１の位置推定部７の構成および動作について説明する。図５は、第１の位置推定部７の構成図である。第１の位置推定部７は、交流回転機１の磁気抵抗（インダクタンスの磁気飽和）による電流量の変化を利用して回転子位置を推定するものである。第１の位置推定部７は、交流回転機１の回転子位置の位置検出信号を交流回転機１の多相巻線に発生させるための第２の電圧指令Ｖｕｐ＊、Ｖｖｐ＊、Ｖｗｐ＊を演算し、第２の電圧指令Ｖｕｐ＊、Ｖｖｐ＊、Ｖｗｐ＊を電力変換器２へ出力する。さらに、第１の位置推定部７は、第２の電圧指令Ｖｕｐ＊、Ｖｖｐ＊、Ｖｗｐ＊に同期する同期信号を生成し、交流回転機１の出力電流および同期信号に基づいて回転子推定位置θ１を推定する。

図５において、第１の位置推定部７は、演算手段７１と、演算手段７１が出力する同期信号および電流検出手段３ａ，３ｂによって検出された交流回転機１の出力電流ｉｕ、ｉｖに基づいて交流回転機１の各相の電流パルスを検出する電流パルス検出手段７２とによって構成されている。演算手段７１は、交流回転機１の回転子位置を検出するための位置検出信号を交流回転機１の多相巻線に発生させるために、第２の電圧指令Ｖｕｐ＊、Ｖｖｐ＊、Ｖｗｐ＊を電力変換器２へ出力する機能と、第２の電圧指令Ｖｕｐ＊、Ｖｖｐ＊、Ｖｗｐ＊に同期する同期信号を生成し、電流パルス検出手段７２へ出力する機能と、電流パルス検出手段７２によって検出された電流パルスの振幅ｉｕ１、ｉｖ２、ｉｗ３、ｉｕ４、ｉｖ５、ｉｗ６に基づいて回転子推定位置θ１を推定し、回転子位置切換部５１へ出力する機能とを備える。第２の電圧指令Ｖｕｐ＊、Ｖｖｐ＊、Ｖｗｐ＊は、各相に対するＨ（Ｈｉｇｈ）またはＬ（Ｌｏｗ）の指令である。

図６は、電力変換器２が交流回転機１の多相巻線の各相に印加する位置検出信号と、各相に流れる出力電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗと、演算手段７１が電流パルス検出手段７２へ出力する同期信号とのタイムチャートを示している。演算手段７１が出力した第２のｕ相電圧指令Ｖｕｐ＊がＨの場合、電力変換器２が交流回転機１のｕ相に印加する位置検出信号の電圧極性は「＋」であり、第２のｕ相電圧指令Ｖｕｐ＊がＬの場合、電力変換器２が交流回転機１のｕ相に印加する位置検出信号の電圧極性は「−」である。同様に、第２のｖ相電圧指令Ｖｖｐ＊がＨの場合、電力変換器２が交流回転機１のｖ相に印加する位置検出信号の電圧極性は「＋」であり、第２のｖ相電圧指令Ｖｖｐ＊がＬの場合、電力変換器２が交流回転機１のｖ相に印加する位置検出信号の電圧極性は「−」である。第２のｗ相電圧指令Ｖｗｐ＊がＨの場合、電力変換器２が交流回転機１のｗ相に印加する位置検出信号の電圧極性は「＋」であり、第２のｗ相電圧指令Ｖｗｐ＊がＬの場合、電力変換器２が交流回転機１のｗ相に印加する位置検出信号の電圧極性は「−」である。このように、電力変換器２は、演算手段７１から得られたＨまたはＬの第２の電圧指令Ｖｕｐ＊、Ｖｖｐ＊、Ｖｗｐ＊に基づいて、「＋」または「−」の位置検出信号を交流回転機１の各相に印加する。

次に、図６のタイムチャートに従って、第１の位置推定部７の動作について説明する。区間ａにおいて、演算手段７１は、各相の第２の電圧指令Ｖｕｐ＊、Ｖｖｐ＊、Ｖｗｐ＊をそれぞれＬの状態から、ｕ相の第２の電圧指令Ｖｕｐ＊をＨに変化させる。これに従って、電力変換器２はｕ相に正の電圧を印加する。時間ΔＴ秒後に、演算手段７１は同期信号を電流パルス検出手段７２へ出力する。電流パルス検出手段７２は、電流検出手段３ａによって検出された交流回転機１の出力電流ｉｕを入力し、演算手段７１からの同期信号のタイミングに合せてｕ相電流パルスの振幅ｉｕ１を検出し、演算手段７１へｕ相電流パルスの振幅ｉｕ１を出力する。ここで、ΔＴは交流回転機１を磁気飽和させる時間である。区間ｂにおいて、演算手段７１は、ｕ相の第２の電圧指令Ｖｕｐ＊をＨからＬに変化させ、これに従って電力変換器２はｕ相に負の電圧を印加する。

各相の電流が十分小さくなった後、区間ｃにおいて、ｖ相の第２の電圧指令Ｖｖｐ＊をＬからＨに変化させ、電力変換器２はｖ相に正の電圧を印加する。区間ａと同様に、時間ΔＴ秒後に演算手段７１は、同期信号を電流パルス検出手段７２へ出力する。電流パルス検出手段７２は、電流検出手段３ｂによって検出された交流回転機１の出力電流ｉｖを入力し、演算手段７１からの同期信号のタイミングに合せてｖ相電流パルスの振幅ｉｖ２を検出し、演算手段７１へｖ相電流パルスの振幅ｉｖ２を出力する。区間ｄにおいて、演算手段７１は、ｖ相の第２の電圧指令Ｖｖｐ＊をＨからＬに変化させ、これに従って電力変換器２はｖ相に負の電圧を印加する。区間ａ、区間ｃと同様に、区間ｅにおいて、電流パルス検出手段７２は、演算手段７１へｗ相電流パルスの振幅ｉｗ３を出力する。なお、電流検出手段３ａ，３ｂが図１に示すように２つの相だけに備えてある場合には、電流パルス検出手段７２は検出した２つの相の電流に基づいて残りの一相の電流を演算する。

区間ｆにおいて、各相間に電位差がないようにするため、各相の第２の電圧指令Ｖｕｐ＊、Ｖｖｐ＊、Ｖｗｐ＊をそれぞれＨの状態にしておく。区間ｇにおいて、演算手段７１は、ｕ相の第２の電圧指令Ｖｕｐ＊をＨからＬに変化させる。これに従って、電力変換器２はｕ相に負の電圧を印加する。時間ΔＴ秒後、演算手段７１は同期信号を電流パルス検出手段７２へ出力する。電流パルス検出手段７２は、電流検出手段３ａによって検出された交流回転機１の出力電流ｉｕを入力し、演算手段７１からの同期信号のタイミングに合せてｕ相電流パルスの振幅ｉｕ４を検出し、演算手段７１へｕ相電流パルスの振幅ｉｕ４を出力する。同様に、区間ｉ、区間ｋにおいて、電流パルス検出手段７２は、演算手段７１へｖ相電流パルスの振幅ｉｖ５、ｗ相電流パルスの振幅ｉｗ６を出力する。

ここで、を各相の電流パルスの振幅ｉｕ１、ｉｖ２、ｉｗ３、ｉｕ４、ｉｖ５、ｉｗ６を用いて、極性が異なる一対の電流パルスの振幅和Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗを（１）式〜（３）式のように定義する。
Δｉｕ＝ｉｕ１＋ｉｕ４ ・・・（１）
Δｉｖ＝ｉｖ２＋ｉｖ５ ・・・（２）
Δｉｗ＝ｉｗ３＋ｉｗ６ ・・・（３）
そして、演算手段７１は、電流パルス検出手段７２から得られた各相の電流パルスの振幅和Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗに基づいて回転子推定位置θ１を推定し、回転子位置切換部５１へ出力する。

図７は、演算手段７１の処理動作を表すフローチャートである。図７に従って、演算手段７１の処理動作について説明する。ＳＴＥＰ７０１では、第１の位置推定部７による回転子推定位置θ１を推定する動作が開始する。ＳＴＥＰ７０２では、演算手段７１が変数Ｎ１を０に設定する。ＳＴＥＰ７０３では、回転子推定位置θ１を検出するための位置検出信号を交流回転機１の多相巻線に発生させるために、演算手段７１が第２の電圧指令Ｖｕｐ＊、Ｖｖｐ＊、Ｖｗｐ＊を電力変換器２へ出力する。なお、変数Ｎ１に応じて、次のように第２の電圧指令Ｖｕｐ＊、Ｖｖｐ＊、Ｖｗｐ＊を電力変換器２へ出力する。
Ｎ１＝０ → ｕ相：Ｈ、ｖ相：Ｌ、ｗ相：Ｌ
Ｎ１＝１ → ｕ相：Ｌ、ｖ相：Ｈ、ｗ相：Ｌ
Ｎ１＝２ → ｕ相：Ｌ、ｖ相：Ｌ、ｗ相：Ｈ
Ｎ１＝３ → ｕ相：Ｌ、ｖ相：Ｈ、ｗ相：Ｈ
Ｎ１＝４ → ｕ相：Ｈ、ｖ相：Ｌ、ｗ相：Ｈ
Ｎ１＝５ → ｕ相：Ｈ、ｖ相：Ｈ、ｗ相：Ｌ

ＳＴＥＰ７０４では、演算手段７１が時間ΔＴ秒後に同期信号を電流パルス検出手段７２へ出力する。これに従って、例えば変数Ｎ１＝０の場合には、図６の区間ａの終点で同期信号が出力される。ＳＴＥＰ７０５では、演算手段７１が変数Ｎ１に基づいて電流パルス検出手段７２から以下のような電流パルスの振幅を入力する。ＳＴＥＰ７０６では、演算手段７１が電流パルスの振幅の値を記憶する。
Ｎ１＝０ → ｕ相の電流パルスの振幅ｉｕ１を記憶
Ｎ１＝１ → ｖ相の電流パルスの振幅ｉｖ２を記憶
Ｎ１＝２ → ｗ相の電流パルスの振幅ｉｗ３を記憶
Ｎ１＝３ → ｕ相の電流パルスの振幅ｉｕ４を記憶
Ｎ１＝４ → ｖ相の電流パルスの振幅ｉｖ５を記憶
Ｎ１＝５ → ｗ相の電流パルスの振幅ｉｗ６を記憶

ＳＴＥＰ７０７では、各相に同一の電圧指令を与えると、各相間の電位差は零となり位置検出信号である電圧パルスは終息することから、以下のように変数Ｎ１に応じて、第２の電圧指令Ｖｕｐ＊、Ｖｖｐ＊、Ｖｗｐ＊を電力変換器２へ出力する。
Ｎ１＝０→ｕ相：Ｌ、ｖ相：Ｌ、ｗ相：Ｌ
Ｎ１＝１→ｕ相：Ｌ、ｖ相：Ｌ、ｗ相：Ｌ
Ｎ１＝２→ｕ相：Ｈ、ｖ相：Ｈ、ｗ相：Ｈ
Ｎ１＝３→ｕ相：Ｈ、ｖ相：Ｈ、ｗ相：Ｈ
Ｎ１＝４→ｕ相：Ｈ、ｖ相：Ｈ、ｗ相：Ｈ
Ｎ１＝５→ｕ相：Ｈ、ｖ相：Ｈ、ｗ相：Ｈ

ＳＴＥＰ７０８では、変数Ｎ１に１を加算する。変数Ｎ１が６に達した時、極性が異なる一対の電圧パルスを各相に発生させる動作が完了するため、ＳＴＥＰ７０９では、Ｎ１＝６であるか否かを判断する。Ｎ１＝６でない場合には、引続き極性が異なる一対の位置検出信号を各相に発生させるための動作を継続させるためにＳＴＥＰ７０３へ戻る。Ｎ１＝６の場合には、ＳＴＥＰ７１０に進み、演算手段７１は、ｕ相の極性が異なる一対の電流パルスの振幅和Δｉｕ（＝ｉｕ１＋ｉｕ４）、ｖ相の極性が異なる一対の電流パルスの振幅和Δｉｖ（＝ｉｖ２＋ｉｖ５）、ｗ相の極性が異なる一対の電流パルスの振幅和Δｉｗ（＝ｉｗ３＋ｉｗ６）を演算する。

図８は、演算手段７１が電流パルスの振幅和に基づいて回転子推定位置θ１を出力するためのテーブルを示したものである。ＳＴＥＰ７１１では、図８に示すテーブルを参照し、各相の一対の電流パルスの振幅和の組合せに応じて、０°、６０°、１２０°、１８０°、２４０°、３００°の回転子位置のうち、いずれか一つを回転子推定位置θ１として回転子位置切換部５１へ出力する。そして、ＳＴＥＰ７１２では、第１の位置推定部７による回転子推定位置θ１を推定する動作を終了する。以上のような一連の動作によって、第１の位置推定部７は回転子推定位置θ１を推定し、回転子位置切換部５１へ出力する。

次に、第２の位置推定部８，８ａの動作について説明する。第２の位置推定部８，８ａは、交流回転機１の駆動開始時における交流回転機１の誘起電圧（回転子電圧）に基づいて交流回転機１の回転子位置を推定するものである。交流回転機１の誘起電圧とは、交流回転機１が無通電状態で回転したときに固定子巻線に発生する電圧である。交流回転機１が回転子に永久磁石を有する永久磁石同期機においては、回転子の永久磁石が誘起電圧の発生源であり、交流回転機１が回転子に永久磁石を有しない同期機や誘導機においては、回転子のインダクタンスに残っている残留電圧が誘起電圧の発生源である。

図１に示すように、第２の位置推定部８は、電圧検出手段４ａによって検出されたｕ相・ｖ相間の固定子線間電圧Ｖｕｖ、および電圧検出手段４ｂによって検出されたｖ相・ｗ相間の固定子線間電圧Ｖｖｗを（４）式に基づいて二相交流座標上（α−β軸）の電圧Ｖα、Ｖβへ変換する。なお、図２のような電圧検出を行う場合には、第２の位置推定部８ａは、電圧検出手段４ｃによって検出されたｕ相固定子相電圧Ｖｕ、および電圧検出手段４ｄによって検出されたｖ相固定子相電圧Ｖｖを（５）式に基づいて二相交流座標上（α−β軸）の電圧Ｖα、Ｖβへ変換する。図２のように、ｗ相固定子相電圧Ｖｗを検出しない場合には、Ｖｗ＝−Ｖｕ−Ｖｖの関係からｗ相固定子相電圧Ｖｗを求める。

図９は、三相交流座標（ｕ−ｖ−ｗ軸）と二相交流座標（α−β軸）と回転二軸座標（ｄ−ｑ軸）との関係を示したものである。参考までに、図９には回転二軸座標（ｄ−ｑ軸）との関係も併せて示している。第２の位置推定部８，８ａでは、二相交流座標上（α−β軸）の電圧Ｖα、Ｖβに基づいて回転子推定位置θ２を推定することから、図１のような構成で固定子線間電圧を検出してもよいし、図２のような構成で固定子相電圧を検出してもよい。（４）式または（５）式から電圧Ｖα、Ｖβが求まると、（６）式に基づいて、第２の位置推定部８，８ａは、回転子推定位置θ２を推定し、回転子位置切換部５１へ出力する。

また、第２の位置推定部８，８ａでは回転子推定位置θ２を推定するとともに、交流回転機１の回転方向を判定することも可能である。ただし、交流回転機１の回転方向が交流回転機１の制御装置の外部から与えられている場合等は、交流回転機１の回転方向を判定する機能が第２の位置推定部８，８ａに備わっていなくても良い。

図９において、交流回転機１の回転方向について、ｕ→ｖ→ｗ→ｕの方向に回転する場合を「正転（または前進）」、ｕ→ｗ→ｖ→ｕの方向に回転する場合を「逆転（または後進）」とする。この「正転（または前進）」、「逆転（または後進）」を判定するためには、電圧Ｖα、Ｖβの正負の反転を検出すれば良い。まず、電圧Ｖα、Ｖβの正負を検出する（この時の状態を状態Ａとする）。そして、電圧Ｖαまたは電圧Ｖβのいずれか一方の正負が反転した時に、再度、電圧Ｖα、Ｖβの正負を検出する（この時の状態を状態Ｂとする）。

図１０は、第２の位置推定部８が交流回転機１の回転方向を求めるためのテーブルであり、状態Ａと状態Ｂにおける電圧Ｖα、Ｖβの正負と交流回転機１の回転方向との関係を示したものである。状態Ａと状態Ｂにおける電圧Ｖα、Ｖβの正負を図１０に照らし合わせることによって交流回転機１の回転方向を判定することができる。つまり、交流回転機１の少なくとも２つの固定子電圧を検出する本実施の形態のような方式では、ある１点における固定子電圧の検出値から（４）式〜（６）式に基づいて回転子推定位置θ２を推定できる。ところで、交流回転機１の１つの固定子電圧のみを検出する方式（例えば、ｕ相・ｖ相間の固定子線間電圧Ｖｕｖ、ｕ相固定子相電圧Ｖｕのいずれか１つのみを検出する方式）で電圧検出を行う場合には、（４）式または（５）式を用いて電圧Ｖα、Ｖβを求めることができないため、交流回転機１の回転方向を判定することができない。このため、交流回転機１の１つの固定子電圧のみを検出する方式では、固定子電圧の振幅と周波数とを求めるために、固定子電圧を少なくとも半周期間以上観測する必要があるので、回転子推定位置θ２を推定するのに時間を要する。しかしながら、起動指令が交流回転機１の制御装置に入力されてから、回転子位置切換部５１が回転子推定位置θを制御手段６へ出力するまでの時間、すなわち、制御手段６が第１の電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊を電力変換器２へ出力し、交流回転機１の駆動を開始するまでの時間はできる限り短い方が望ましい。このことから、電圧検出手段は、少なくとも交流回転機１の２つの固定子電圧を検出することが望ましい。

次に、回転子位置切換部５１の動作について説明する。回転子位置切換部５１は、外部から起動指令が入力されると、電流検出手段３ａ，３ｂによって検出された少なくとも２相分の出力電流に基づいて第１の位置推定部７において推定した回転子推定位置θ１、または電圧検出手段４ａ，４ｂによって検出された少なくとも２つの固定子電圧に基づいて第２の位置推定部８において推定した回転子推定位置θ２のいずれかを、固定子電圧の振幅に基づいて選択し、回転子推定位置θとして出力する機能を有する。

本実施の形態においては、回転子位置切換部５１が固定子電圧の振幅に基づいて回転子推定位置θ１またはθ２のいずれかを選択した後で、選択された方の回転子推定位置を推定する位置推定部（第１の位置推定部７または第２の位置推定部８）を動作させて、選択された回転子推定位置を得るようにする。なお、第１および第２の位置推定部７，８が並行して回転子推定位置θ１，θ２を推定している状態で、回転子位置切換部５１が固定子電圧の振幅に基づいて回転子推定位置θ１または回転子推定位置θ２のいずれかを回転子推定位置θとして選択してもよい。

図１に示すように、回転子位置切換部５１は、外部からの起動指令が入力されると、電圧検出手段４ａによって検出されたｕ相・ｖ相間の固定子線間電圧Ｖｕｖ、電圧検出手段４ｂによって検出されたｖ相・ｗ相間の固定子線間電圧Ｖｖｗ、およびｗ相・ｕ相の固定子線間電圧Ｖｗｕから、（７）式に基づいて固定子線間電圧の振幅ＶＬを求める。なお、図１のように、ｗ相・ｕ相の固定子線間電圧Ｖｗｕを検出しない場合には、Ｖｗｕ＝−Ｖｕｖ−Ｖｖｗの関係から固定子線間電圧Ｖｗｕを求める。

図１とは異なる図２のような電圧検出を行う場合には、回転子位置切換部５１ａは、外部からの起動指令が入力されると、電圧検出手段４ｃによって検出されたｕ相固定子相電圧Ｖｕ、電圧検出手段４ｄによって検出されたｖ相固定子相電圧Ｖｖから、（８）式に基づいて固定子相電圧の振幅ＶＰを求める。なお、図２のように、ｗ相固定子相電圧Ｖｗを検出しない場合には、Ｖｗ＝−Ｖｕ−Ｖｖの関係からｗ相固定子相電圧Ｖｗを求める。

（７）式または（８）式では、固定子線間電圧（固定子相電圧）の振幅を求める例について示しているが、この振幅を１／√２倍して、固定子線間電圧（固定子相電圧）の実効値を求めても良い。（７）式から固定子線間電圧の振幅ＶＬ、または、（８）式から固定子相電圧の振幅ＶＰが求まると、振幅ＶＬまたは振幅ＶＰを予め設定した閾値Ｖ０と比較する。閾値Ｖ０は、固定子線間電圧（固定子相電圧）の大きさに関係なく常に精度良く交流回転機１の回転子位置を推定可能な値となるように、交流回転機１の電気定数などに応じて調整・設定する。振幅ＶＬまたは振幅ＶＰが閾値Ｖ０より小さい場合には、回転子位置切換部５１，５１ａは、第１の位置推定部７で推定した回転子推定位置θ１を選択し、交流回転機１の回転子推定位置θとして制御手段６へ出力する。振幅ＶＬまたは振幅ＶＰが閾値Ｖ０より大きい場合には、回転子位置切換部５１，５１ａは、第２の位置推定部８で推定した回転子推定位置θ２を選択し、交流回転機１の回転子推定位置θとして制御手段６へ出力する。

図１１は、回転子位置切換部５１，５１ａの処理動作を表すフローチャートである。図１１に従って、回転子位置切換部５１，５１ａの処理動作について説明する。外部から起動指令が入力された時をＳＴＥＰ１０１とする。ＳＴＥＰ１０１で外部から起動指令が入力されると、ＳＴＥＰ１０２では、回転子位置切換部５１，５１ａが固定子線間電圧の振幅ＶＬまたは固定子相電圧の振幅ＶＰを求める。なお、ＳＴＥＰ１０２では、振幅ＶＬおよび振幅ＶＰを総称して交流電圧の振幅Ｖとしている。ＳＴＥＰ１０３では、交流電圧の振幅Ｖと予め設定した閾値Ｖ０とを比較し、Ｖ＜Ｖ０が真であれば、ＳＴＥＰ１０４へ移行する。Ｖ＜Ｖ０が偽であれば、ＳＴＥＰ１０５へ移行する。

ＳＴＥＰ１０４では、第１の位置推定部７で推定した回転子推定位置θ１を選択し、交流回転機１の回転子推定位置θとして制御手段６へ出力する。一方、ＳＴＥＰ１０５では、第２の位置推定部８で推定した回転子推定位置θ２を選択し、交流回転機１の回転子推定位置θとして制御手段６へ出力する。そして、ＳＴＥＰ１０６では、交流回転機１の起動時における回転子位置切換部５１，５１ａの動作、つまり、交流回転機１の駆動開始時の位置推定を終了する。以上のような一連の動作によって、回転子位置切換部５１，５１ａは、外部から起動指令が入力された時（交流回転機１の起動時）の回転子推定位置θを制御手段６へ出力する。

ここで、閾値Ｖ０に対する振幅ＶＬまたは振幅ＶＰの大きさに応じて、第１の位置推定部７で推定した回転子推定位置θ１または第２の位置推定部８で推定した回転子推定位置θ２のいずれかを選択することが望ましい理由について説明する。前述のように、第１の位置推定部７による回転子推定位置θ１の推定を行う場合には、回転子推定位置θ１を検出するための位置検出信号を、交流回転機１の多相巻線に発生させる。この方法では、交流回転機１の停止時や低負荷運転時等のような交流回転機１の回転子の回転数（回転速度）が小さいために固定子電圧が低くなるような場合でも、精度良く回転子推定位置θ１を測定できる。しかしながら、交流回転機１の高速回転時や高負荷運転時等のような交流回転機１の回転子の回転数（回転速度）が大きいために固定子電圧が高く、固定子電圧が飽和しているような場合には、位置検出信号を重畳することができない。このため、第１の位置推定部７による回転子推定位置θ１の推定は、交流回転機１の停止時や低負荷運転時等のような交流回転機１の固定子電圧が低い場合に適用することが望ましい。

また、第２の位置推定部８は、電圧検出手段４ａ，４ｂまたは電圧検出手段４ｃ，４ｄによって検出された固定子線間電圧または固定子相電圧に基づいて交流回転機１の回転子推定位置θ２を推定するものである。この方法では、交流回転機１の高速回転時や高負荷運転時等のような固定子電圧が高い場合には、精度良く回転子推定位置θ２を測定することができる。しかしながら、交流回転機１が停止している場合には、交流回転機１の固定子線間電圧または固定子相電圧が０となる。また、低負荷運転時で固定子電圧が低い場合には、電圧検出手段４ａ，４ｂ（または電圧検出手段４ｃ，４ｄ）の検出性能（電圧を検出可能な分解能）が低くなるので、電圧検出誤差が生じたり、または固定子相電圧を０と検出したりする可能性がある。このため、回転子推定位置θ２の推定が困難となる可能性があり、第２の位置推定部８による回転子推定位置θ２の推定は、交流回転機１の高速回転時や高負荷運転時等のような交流回転機１の固定子電圧が高い場合に適用することが望ましい。以上のことから、交流回転機１の固定子線間電圧または固定子相電圧の大きさに基づいて第１の位置推定部７で推定した回転子推定位置θ１、交流回転機１の出力電流に基づいて第２の位置推定部８で推定した回転子推定位置θ２のいずれかを選択可能な構成にすれば、固定子線間電圧または固定子相電圧の大きさに関係なく常に精度良く交流回転機１の回転子推定位置θを推定することができる。

なお、本実施の形態では、交流回転機１の固定子線間電圧の振幅ＶＬまたは固定子相電圧の振幅ＶＰと閾値Ｖ０とを比較する際に、（７）式または（８）式に基づいて固定子線間電圧の振幅ＶＬまたは固定子相電圧の振幅ＶＰを厳密に演算する例について説明した。しかしながら、（７）式または（８）式には平方根演算が含まれており、交流回転機１の制御装置に用いるマイコンの仕様によっては適用困難となる可能性がある。固定子線間電圧の振幅ＶＬまたは固定子相電圧の振幅ＶＰを求める目的は、閾値Ｖ０と比較して、第１の位置推定部７で推定した回転子推定位置θ１または第２の位置推定部８にて推定した回転子推定位置θ２のいずれかを選択することであるから、必ずしも厳密な固定子線間電圧の振幅または固定子相電圧の振幅を求める必要は無く、例えば、平方根演算を省いた（９）式または（１０）式に基づいて演算した値Ｖ１と、閾値Ｖ０とを比較して演算処理を簡略にしても良い。

この場合、固定子線間電圧または固定子相電圧の大きさに関係なく常に精度良く交流回転機１の回転子位置を推定できるように、閾値Ｖ０を適切に調整する。また、第１の位置推定部７または第２の位置推定部８のうち、回転子位置切換部５１，５１ａが選択しなかった方の位置推定部の動作を行わないことが望ましい。このことによって、交流回転機１に対して不必要に位置検出信号が重畳することを防ぐことができる。

以上のような構成によって、交流回転機１の起動指令が入力された場合に、交流回転機１の出力電流に基づいて推定した回転子推定位置θ１（第１の回転子推定位置）または交流回転機１の固定子電圧に基づいて推定した回転子推定位置θ２（第２の回転子推定位置）のいずれかを交流回転機１の固定子電圧の振幅に基づいて選択するので、交流回転機１の回転子の回転数（回転速度）の大小に関係なく、交流回転機１を起動する際に回転子推定位置と回転子の回転方向とを位置センサレスで推定することが可能であり、かつ、外部からの起動指令の入力時に適切な位置推定方法を選択し、交流回転機１の回転子位置を推定するまでの時間を短縮することができる。

また、少なくとも２つの固定子電圧の検出値を用いることによって、短時間で固定子電圧（交流電圧）の振幅（または実効値）と回転子推定位置とを求めることができ、かつ、上位の制御手段６から回転方向の情報を与えることなく、第２の位置推定部８，８ａで回転子の回転方向を判定することができる。さらに、複数の位置推定部から出力される回転子推定位置を選択する際に、交流回転機１の速度推定値や速度検出値を用いる必要がない。また、電流制御を行わないことから、交流回転機１の回転数の大小や固定子電圧の飽和状態に関係なく、回転子推定位置を正確に選択することができる。

実施の形態２．
図１２は、この発明を実施するための実施の形態２における多相巻線を有する交流回転機および交流回転機の制御装置を含めた交流回転機制御システムの構成図である。本実施の形態の交流回転機の制御装置は、第１の位置推定部、第２の位置推定部とは別に、交流回転機の駆動中における交流回転機の回転子位置を推定する第３の位置推定部を備えたことが実施の形態１と異なる。図１２において、図１と同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通することである。また、明細書全文に表れている構成要素の態様は、あくまで例示であってこれらの記載に限定されるものではない。なお、制御手段は、実施の形態１において説明した電圧指令を生成する制御手段６を用いても良いし、電流指令を生成する制御手段６ａを用いても良い。本実施の形態においては、電圧指令を生成する制御手段６を適用して説明する。

図１２において、回転子位置推定手段５ｂは、第１の位置推定部７、第２の位置推定部８、第３の位置推定部９、および回転子位置切換部５１ｂによって構成されている。本実施の形態と、実施の形態１との違いは次のとおりである。第３の位置推定部９は、制御手段６から出力された第１の電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊と電流検出手段３ａ，３ｂによって検出された交流回転機１の出力電流ｉｕ、ｉｖとに基づいて、交流回転機１の駆動中における交流回転機１の回転子推定位置θ３（第３の回転子推定位置）を出力する。出力電流ｉｕ、ｉｖは、第１の電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊によって電力変換器２が交流回転機１を駆動する際に得られる出力電流である。回転子位置推定手段５ｂは、外部から起動指令が回転子位置切換部５１ｂに入力された時に、交流回転機１の出力電流に基づいて第１の位置推定部７によって推定された回転子推定位置θ１（第１の回転子推定位置）または交流回転機１の少なくとも２つの固定子電圧に基づいて第２の位置推定部８によって推定された回転子推定位置θ２（第２の回転子推定位置）のいずれかを選択し、回転子推定位置θとして制御手段６へ出力する。そして、回転子位置推定手段５ｂは、交流回転機１の駆動が開始された後で、第３の位置推定部９から入力された回転子推定位置θ３を、交流回転機１の回転子推定位置θとして制御手段６へ出力する。なお、第１の位置推定部７、第２の位置推定部８の構成、動作については実施の形態１と同じである。

第１の位置推定部７および第２の位置推定部８は、交流回転機１の起動時において交流回転機１の回転子位置を精度良く推定可能な方法である。しかしながら、交流回転機１が駆動している期間は、交流回転機１の駆動中の固定子電圧や出力電流の情報を用いて、回転子位置を精度良く推定することができる。交流回転機１の回転子推定位置θを精度良く推定するためには、より多くの情報に基づいて推定することが望ましいので、交流回転機１の起動時には第１の位置推定部７または第２の位置推定部８によって推定された回転子推定位置を、交流回転機１の駆動時には第３の位置推定部９によって推定された回転子推定位置θ３を選択することで、交流回転機１の起動時から停止時まで、精度良く回転子位置θを推定することができる。

まず、第３の位置推定部９の構成および動作について説明する。図１３は、第３の位置推定部９の構成図である。第３の位置推定部９は、電流検出手段３ａ，３ｂによって検出された交流回転機１の出力電流ｉｕ、ｉｖと、制御手段６から出力された第１の電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊とを入力し、回転子推定位置θ３を推定して回転子位置切換部５１ｂへ出力する。なお、交流回転機１の３相のうちの残りの１相のｗ相の出力電流ｉｗについては、検出した出力電流ｉｕ、ｉｖに基づいて、ｉｗ＝−ｉｕ−ｉｖの関係から求める。また、電流検出手段は、２つの相だけに備えても良いし、３相全てに備えても良い。

本実施の形態において、第３の位置推定部９は、回転機モデル９１、偏差増幅器９２、ゲイン演算器９３、速度同定器９４、座標変換器９５ａ、座標変換器９５ｂ、および積分器９６によって構成されている。

座標変換器９５ａは、電流検出手段３ａ，３ｂによって検出されたｕ相電流ｉｕ、ｖ相電流ｉｖを回転子推定位置θ３に基づいて回転二軸座標上（ｄ−ｑ軸上）の電流ｉｄ、ｉｑに変換する。また、座標変換器９５ｂは、制御手段６から出力された第１の電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊を回転子推定位置θ３に基づいて回転二軸座標上（ｄ−ｑ軸上）の電圧指令Ｖｄ＊、Ｖｑ＊に変換する。なお、図１３には示していないが、座標変換器９５ｂで得られた電圧指令Ｖｄ＊、Ｖｑ＊を用いる方法以外に、制御手段６の内部で得られている回転二軸座標上（ｄ−ｑ軸上）の電圧指令Ｖｄ＊、Ｖｑ＊を用いても良く、この場合、座標変換器９５ｂは不要となる。

回転機モデル９１は、回転二軸座標（ｄ−ｑ軸）上の電圧指令Ｖｄ＊、Ｖｑ＊と、後述する推定回転速度ωr０と、同じく後述する偏差ｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４とに基づいて、回転二軸座標上（ｄ−ｑ軸上）のｄ軸推定電流ｉｄ０、ｑ軸推定電流ｉｑ０、ｄ軸推定回転子磁束ｐｄｒ０、角周波数ωを求める。例えば、交流回転機１が同期機の場合、回転機モデル９１における演算式は（１１）式〜（１３）式で表される。

ここで、Ｒ：固定子巻線抵抗、Ｌｄ：ｄ軸方向のインダクタンス、Ｌｑ：ｑ軸方向のインダクタンス、ｐｄｓ０：推定電機子反作用のｄ軸成分、ｐｑｓ０：推定電機子反作用のｑ軸成分である。

加減算器９７ａは、ｄ軸推定電流ｉｄ０から回転二軸座標上の電流ｉｄを減算した結果をｄ軸電流偏差ｅｄとして出力する。また、加減算器９７ｂは、ｑ軸推定電流ｉｑ０から回転二軸座標上の電流ｉｑを減算した結果をｑ軸電流偏差ｅｑとして出力する。速度同定器９４は、ｄ軸推定回転子磁束ｐｄｒ０、ｑ軸電流偏差ｅｑに基づいて（１４）式によって推定回転速度ωｒ０を出力する。

ここで、ＫＰ：比例ゲイン、ＫＩ:積分ゲイン、s：ラプラス演算子である。ゲイン演算器９３は、推定回転速度ωｒ０に基づいてゲインｈ１１、ｈ１２、ｈ２１、ｈ２２、ｈ３１、ｈ３２、ｈ４１、ｈ４２を出力する。偏差増幅器９２は、ｄ軸電流偏差ｅｄとｑ軸電流偏差ｅｑとをゲインh１１、ｈ１２、ｈ２１、ｈ２２、ｈ３１、ｈ３２、ｈ４１、ｈ４２によって増幅し、（１５）式によって偏差ｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４を求め、回転機モデル９１へ出力する。

積分器９６は、回転機モデル９１から出力される角周波数ωを積分して回転子推定位置θ３を出力する。以上のような構成によって、第３の位置推定部９は回転子推定位置θ３を推定し、回転子位置切換部５１ｂへ出力する。

本実施の形態に示した第３の位置推定部９は、回転二軸座標上（ｄ−ｑ軸上）の電流ｉｄ、ｉｑと電圧指令Ｖｄ＊、Ｖｑ＊とに基づいて、角周波数ωと推定電流ｉｄ０、ｉｑ０と推定回転子磁束ｐｄｒ０と推定回転速度ωｒ０とを演算する回転二軸上で構成した適応オブザーバに相当するが、静止二軸上で適応オブザーバを構成する方式、または、状態変数を推定電流ｉｄ０、ｉｑ０以外の変数にする適応オブザーバを構成する方式であっても良い。また、誘導機についても同様な回転機モデル９１を構築することができる。

次に、回転子位置切換部５１ｂの動作について説明する。外部から起動指令が入力されてから第１の位置推定部７で推定した回転子推定位置θ１または第２の位置推定部８で推定した回転子推定位置θ２のいずれかを選択し、交流回転機１の回転子推定位置θとして制御手段６へ出力するまでの動作は、実施の形態１に示した回転子位置切換部５１，５１ａの動作と同じである。実施の形態１では、外部から起動指令が入力されてから、交流回転機１が駆動開始するまでの動作について説明したが、本実施の形態では、交流回転機１の駆動中における回転子位置切換部５１ｂの動作について説明する。

外部から起動指令が入力されてから実施の形態１の図１１に示した順序で、第１の位置推定部７で推定した回転子推定位置θ１または第２の位置推定部８で推定した回転子推定位置θ２を選択し、交流回転機１の回転子推定位置θとして制御手段６へ出力すると、制御手段６は回転子推定位置θに基づいて第１の電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊を電力変換器２へ出力する。そして、電力変換器２は、第１の電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊に基づいて電圧を出力し、交流回転機１の駆動を開始する。電力変換器２が交流回転機１の駆動を開始してから交流回転機１の駆動を停止するまでの期間、回転子位置切換部５１ｂは第３の位置推定部９で推定した回転子推定位置θ３を選択し、制御手段６へ出力する。なお、この期間中、第１の位置推定部７および第２の位置推定部８を動作させておく必要はない。

図１４は、回転子位置切換部５１ｂの処理動作を表すフローチャートである。図１４に従って、回転子位置切換部５１ｂの処理動作について説明する。図１４において、ＳＴＥＰ１０１からＳＴＥＰ１０６までの動作は実施の形態１の図１１と同じであるので、説明を省略する。ＳＴＥＰ１０６において、交流回転機１の起動時における回転子位置切換部５１ｂの動作、すなわち、交流回転機１の駆動開始時の位置推定を終了すると、ＳＴＥＰ１０４またはＳＴＥＰ１０５において出力された交流回転機１の駆動開始時の推定位置に基づいて、制御手段６は第１の電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊を電力変換器２へ出力する。電力変換器２は、第１の電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊に基づいて電圧を出力し、交流回転機１の駆動を開始する。

電力変換器２が交流回転機１の駆動を開始すると、ＳＴＥＰ１０７へ移行し、回転子位置切換部５１ｂは、第３の位置推定部９で推定した回転子推定位置θ３を選択し、交流回転機１の回転子推定位置θとして制御手段６へ出力する。ＳＴＥＰ１０８では、電力変換器２による交流回転機１の駆動が停止しているか否かが判断される。駆動が停止しているか否かについては、外部からの停止指令を受けたかどうかで判断する方法などがある。そして、電力変換器２による交流回転機１の駆動が停止するまで、第３の位置推定部９で推定した回転子推定位置θ３を回転子推定位置θとして制御手段６へ出力するＳＴＥＰ１０７の動作を継続する。ＳＴＥＰ１０８で、電力変換器２による交流回転機１の駆動が停止していると判断された場合には、ＳＴＥＰ１０９へ移行し、交流回転機１の位置推定動作を終了する。以上のような一連の動作によって、回転子位置切換部５１ｂは、外部から起動指令が入力されて交流回転機１の駆動が開始してから停止するまで、回転子推定位置θを制御手段６へ出力する。

以上のように、交流回転機１の駆動中に回転子位置を推定する第３の位置推定部９を備えたことによって、第１の電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊と交流回転機１の出力電流ｉｕ、ｉｖといった複数の情報に基づいて交流回転機１の回転子位置を推定するので、交流回転機１の駆動中に、より精度良く交流回転機１の回転子位置を推定することができる。このため、交流回転機１の起動時だけではなく、交流回転機１の駆動中も精度良く回転子位置を推定することができる。

実施の形態３．
図１５は、この発明を実施するための実施の形態３における多相巻線を有する交流回転機および交流回転機の制御装置を含めた交流回転機制御システムの構成図である。本実施の形態の交流回転機の制御装置は、制御手段に高周波信号を出力する高周波信号発生器を備えたこと、第１の位置推定部、第２の位置推定部、第３の位置推定部とは別に、交流回転機の駆動中における交流回転機の回転子位置を出力する第４の位置推定部を備えたことが実施の形態２と異なる。第１の位置推定部７、第２の位置推定部８、および第３の位置推定部９については、実施の形態２において説明したものと同じである。なお、電圧検出手段は、実施の形態１において説明した固定子線間電圧を検出する電圧検出手段４ａ，４ｂを用いても良いし、固定子相電圧を検出する電圧検出手段４ｃ，４ｄを用いても良い。本実施の形態においては、固定子線間電圧を検出する電圧検出手段４ａ，４ｂを適用して説明する。

図１５において、回転子位置推定手段５ｃは、第１の位置推定部７、第２の位置推定部８、第３の位置推定部９、第４の位置推定部１０、および回転子位置切換部５１ｃによって構成されている。第３の位置推定部９は、第１の電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊と第１の電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊を制御手段６ｂが電力変換器２へ出力した際に電流検出手段３ａ，３ｂによって検出された交流回転機１の出力電流ｉｕ、ｉｖとに基づいて、交流回転機１の駆動中における回転子推定位置θ３（第３の回転子推定位置）を出力する。第４の位置推定部１０は、高周波信号を含む第１の電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊を制御手段６ｂが電力変換器２へ出力した際に電流検出手段３ａ，３ｂによって検出された交流回転機１の出力電流ｉｕ、ｉｖに基づいて、交流回転機１の駆動中における交流回転機１の回転子推定位置θ４（第４の回転子推定位置）を出力する。出力電流ｉｕ、ｉｖは、第１の電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊によって電力変換器２が交流回転機１を駆動する際に得られる出力電流である。

回転子位置切換部５１ｃは、外部から起動指令が回転子位置切換部５１ｃに入力された時に、交流回転機１の出力電流に基づいて第１の位置推定部７によって推定された回転子推定位置θ１（第１の回転子推定位置）または交流回転機１の少なくとも２つの固定子電圧に基づいて第２の位置推定部８によって推定された回転子推定位置θ２（第２の回転子推定位置）のいずれかを選択し、交流回転機１の回転子推定位置θとして出力する。そして、回転子位置切換部５１ｃは、交流回転機１の駆動が開始された後で、電圧検出手段４ａ，４ｂによって検出された少なくとも２つの固定子線間電圧に基づいて、第３の位置推定部９で推定した回転子推定位置θ３または第４の位置推定部１０で推定した回転子推定位置θ４のいずれかを選択し、交流回転機１の回転子推定位置θとして制御手段６ｂへ出力する。

第４の位置推定部１０は、実施の形態１で説明した第１の位置推定部７における回転子位置の推定と同様に、交流回転機１の磁気抵抗（インダクタンスの磁気飽和）による電流量の変化を利用して回転子位置を推定するものである。ただし、本実施の形態を実施するための制御手段６ｂは、実施の形態１および実施の形態２に示した制御手段６，６ａとは異なるので、まず、本実施の形態における制御手段６ｂの構成について説明する。

図１６は、本実施の形態における制御手段６ｂの構成図である。本実施の形態における制御手段６ｂは、第４の位置推定部１０によって交流回転機１の回転子位置θ４を推定する際に、高周波信号Ｖｕｈ＊、Ｖｖｈ＊、Ｖｗｈ＊を出力する高周波信号発生器６９を備え、高周波信号発生器６９から出力される高周波信号Ｖｕｈ＊、Ｖｖｈ＊、Ｖｗｈ＊を含む第１の電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊を電力変換器２へ出力できる構成になっている点が、実施の形態１および実施の形態２において示した制御手段６，６ａと異なる。図１６において、座標変換器６１が出力する第１の電圧指令と制御手段６ｂの出力である第１の電圧指令とを区別するため、座標変換器６１が出力する第１の電圧指令をＶｕ０＊、Ｖｖ０＊、Ｖｗ０＊とし、制御手段６ｂの出力である第１の電圧指令をＶｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊とする。

実施の形態１に示した制御手段６ａと比べると、高周波信号発生器６９および加減算器６８ｄ，６８ｅ，６８ｆが追加されている。座標変換器６１が出力する第１の電圧指令Ｖｕ０＊、Ｖｖ０＊、Ｖｗ０＊に、高周波信号発生器６９が発生する高周波信号Ｖｕｈ＊、Ｖｖｈ＊、Ｖｗｈ＊が加減算器６８ｄ，６８ｅ，６８ｆによって加算され、第１の電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊として電力変換器２へ出力される。制御手段６ｂの出力である第１の電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊を式で表すと、(１６ａ)〜（１６ｃ）式のようになる。

座標変換器６１が出力する第１の電圧指令Ｖｕ０＊、Ｖｖ０＊、Ｖｗ０＊は、電力変換器２が交流回転機１を駆動するための信号であり、高周波信号Ｖｕｈ＊、Ｖｖｈ＊、Ｖｗｈ＊は、交流回転機１の駆動中において、第４の位置推定部１０によって交流回転機１の回転子位置θ４を推定するための信号である。高周波信号Ｖｕｈ＊、Ｖｖｈ＊、Ｖｗｈ＊は、電力変換器２で行うパルス幅変調制御のスイッチング周期のｍ倍と等しい周期であり、かつ各相で位相の異なる三相交流電圧である。スイッチング周期のｍ倍の周期と等しい三相交流電圧の各相に位相差を持たせるためにｍは３以上の整数とする。このような高周波信号Ｖｕｈ＊、Ｖｖｈ＊、Ｖｗｈ＊のベクトル和である電圧ベクトルは回転電圧となる。回転電圧とは、三相交流信号の１周期のうちに、三相交流信号の各相のベクトル和である電圧ベクトルを３方向以上に印加する電圧のことである。

図１７に、高周波信号発生器６９が出力する高周波信号Ｖｕｈ＊、Ｖｖｈ＊、Ｖｗｈ＊の一例として、ｍ＝４の場合の電圧波形を示す。また、図１８に、高周波信号発生器６９が出力する高周波信号のベクトル和である電圧ベクトルを示す。ここでは、電圧レベルを任意の値の＋Ｖｈと−Ｖｈとの２レベルとし、＋Ｖｈと−Ｖｈを２区間（スイッチング周期の２周期分）ずつ交互に変化させ、各相の位相差は１区間として出力している。この場合、図１８に示すように、Ｖｕｈ＊、Ｖｖｈ＊、Ｖｗｈ＊のベクトル和である電圧ベクトルは、三相交流電圧１周期のうちに、１〜４のような順番に変化する回転電圧となる。

なお、＋Ｖｈ、−Ｖｈの区間は２区間ずつにする必要はなく、１区間または３区間でも良い。ただし、スイッチング周期のｍ倍と等しい周期の位相の異なる三相交流電圧を出力する場合、＋Ｖｈ、−Ｖｈの区間は、１から（ｍ−１）の間の値でなければならないし、＋Ｖｈの区間と−Ｖｈの区間とは合わせてｍ区間でなければならない。また、図１７のように、各相の位相差を１区間とする必要はなく、２区間または３区間でも良い。ただし、スイッチング周期のｍ倍と等しい周期の位相の異なる三相交流電圧を出力する場合、各相の位相差は１から（ｍ−１）の間の値でなければならない。

次に、第４の位置推定部１０の構成および動作について説明する。図１９は、本実施の形態における第４の位置推定部１０の構成図である。電流検出手段３ａ，３ｂは、高周波信号Ｖｕｈ＊、Ｖｖｈ＊、Ｖｗｈ＊が重畳された状態の第１の電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊に基づいて駆動される交流回転機１の出力電流ｉｕ、ｉｖを検出する。なお、交流回転機１の３相のうちの残りの１相のｗ相の出力電流ｉｗについては、検出した出力電流ｉｕ、ｉｖに基づいて、ｉｗ＝−ｉｕ−ｉｖの関係から求める。また、電流検出手段は、２つの相だけに備えても良いし、３相全てに備えても良い。第４の位置推定部１０は、この出力電流ｉｕ、ｉｖを入力し、回転子推定位置θ４を推定し、回転子位置切換部５１ｃへ出力する。

第４の位置推定部１０における回転子推定位置θ４を推定方法は次のとおりである。第４の位置推定部１０は、電流検出手段３ａ，３ｂにて検出した交流回転機１の出力電流ｉｕ、ｉｖを二相交流座標上（α−β軸）の電流ｉα、ｉβへ変換する座標変換器１１と、座標変換器１１の電流ｉα、ｉβの振幅（大きさ）Ｉａ、Ｉｂを抽出するフーリエ変換器１２ａ，１２ｂと、フーリエ変換器１２ａ，１２ｂの振幅Ｉａ、Ｉｂを各々二乗し、Ｉａ^２、Ｉｂ^２を出力する乗算器１３ａ，１３ｂと、乗算器１３ｂの出力Ｉｂ^２から乗算器１３ａの出力Ｉａ^２を減じてΔＩａｂを出力する加減算器１４と、加減算器１４の出力であるΔＩａｂから回転子推定位置θ４を演算し、出力する位置演算器１５とによって構成される。

座標変換器１１は、電流検出手段３ａ，３ｂによって検出された交流回転機１の出力電流ｉｕ、ｉｖを（１７）式に基づいて二相交流座標上（α−β軸）の電流ｉα、ｉβへ変換する。

また、交流回転機１が回転子に永久磁石を有する永久磁石同期機の場合、二相交流座標上（α−β軸）での電圧方程式は（１８）式のように表すことができる。

ここで、[Ｖα Ｖβ]^Ｔ：二相交流座標上（α−β軸）での電圧、[ｉα ｉβ]^Ｔ：二相交流座標上（α−β軸）での電流、Ｐ：微分演算子、ω：回転角速度（電気角）、θ：α軸（ｕ相巻線軸）と永久磁石のＮ極（ｄ軸）との位相差、Ｌα：Ｌ１＋Ｌ２ｃｏｓ２θ、Ｌβ：Ｌ１−Ｌ２ｃｏｓ２θ、Ｌαβ：Ｌ２ｓｉｎ２θ、Ｌ１＝（Ｌｄ＋Ｌｑ）／２、Ｌ２＝（Ｌｄ＋Ｌｑ）／２である。なお、θはα軸（ｕ相巻線軸）と永久磁石のＮ極（ｄ軸）との位相差で、交流回転機１の回転子推定位置θと同じものである。交流回転機１が停止時または低速駆動時と仮定し、ω=０とすれば二相交流座標上（α−β軸）での電流ｉα、ｉβは（１９）式となる。

高周波信号発生器６９によって角周波数が十分に高い角周波数ωｈの高周波信号を印加すると、Ｒ＜＜Ｌαωｈ、Ｒ＜＜Ｌβωｈとみなせることから、固定子巻線抵抗Ｒの影響を無視すると、（１９）式は（２０）式のように近似できる。

高周波信号発生器６９から出力する角周波数ωｈの高周波信号Ｖｕｈ＊、Ｖｖｈ＊、Ｖｗｈ＊を二相交流座標上（α−β軸）で表すと（２１ａ）式、（２１ｂ）式となる。そして、（２１ａ）式、（２１ｂ）式の二相交流座標上（α−β軸）での高周波電圧[Ｖαｈ Ｖβｈ]^Ｔを（２０）式の[Ｖα Ｖβ]^Ｔに代入すると（２２ａ）式、（２２ｂ）式が得られる。ここで、Ｖαβは固定直交座標での高周波電圧の振幅である。

（２２ａ）式、（２２ｂ）式に示した二相交流座標上（α−β軸）での電流ｉα、ｉβには、交流回転機１の回転子推定位置θの情報が含まれており、電流ｉα、ｉβからθを抽出すれば、交流回転機１の回転子推定位置θを推定できる。フーリエ変換器１２ａ，１２ｂは、電流ｉα、ｉβを入力し、電流ｉα、ｉβの振幅（大きさ）Ｉａ、Ｉｂを抽出する。抽出された振幅Ｉａ、Ｉｂから、（２３）式に基づいて交流回転機１の回転子推定位置θの情報を含むΔＩａｂを出力する。（２３）式の演算を行うために、振幅Ｉａ、Ｉｂを各々二乗し、Ｉａ^２、Ｉｂ^２を出力する乗算器１３ａ、１３ｂと、乗算器１３ａ、１３ｂの出力Ｉｂ^２からＩａ^２を減じてΔＩａｂを出力する加減算器１４を用いる。

位置演算器１５では、（２３）式で得られたΔＩａｂからｃｏｓ２θのみを抽出する。そして、ｃｏｓ２θの逆余弦を演算することによって２θを求め、得られた２θを０．５倍することによって回転子推定位置θ４が得られる。なお、２θを求める演算は逆余弦演算ではなく、ｃｏｓ２θの値を記憶したテーブルを用意し、その記憶装置に記憶されたｃｏｓ２θの値に基づいて回転子推定位置θ４を求めても良い。以上のような構成によって、第４の位置推定部１０は回転子推定位置θ４を演算し、回転子位置切換部５１ｃへ出力する。

なお、高周波信号Ｖｕｈ＊、Ｖｖｈ＊、Ｖｗｈ＊は、回転子推定位置θ４を推定するために必要な信号であるので、回転子位置切換部５１ｃが第４の位置推定部１０で推定した回転子推定位置θ４を選択する場合のみ、高周波信号発生器６９を動作するようにすれば良い。すなわち、回転子位置切換部５１ｃが第４の位置推定部１０で推定した回転子推定位置θ４を選択しない場合には、高周波信号発生器６９からの出力である高周波信号Ｖｕｈ＊、Ｖｖｈ＊、Ｖｗｈ＊を全て０にし、高周波信号発生器６９の動作を停止しても良い。

つまり、本実施の形態においては、回転子位置切換部５１ｃが回転子推定位置θ３またはθ４のいずれかを選択した後で、選択された方の回転子推定位置を推定する位置推定部（第３の位置推定部９または第４の位置推定部１０）を動作させて、選択された回転子推定位置を得るようにする。第４の位置推定部１０が選択された場合には、高周波信号発生器６９から高周波信号Ｖｕｈ＊、Ｖｖｈ＊、Ｖｗｈ＊を出力させ、第４の位置推定部１０は、高周波信号を含む第１の電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊を制御手段６ｂが電力変換器２へ出力した際に電流検出手段３ａ，３ｂによって検出された交流回転機１の出力電流ｉｕ、ｉｖに基づいて、交流回転機１の駆動中における回転子推定位置θ４を推定する。しかしながら、第３の位置推定部９が選択された場合には、高周波信号発生器６９の動作を停止する。このため、第３の位置推定部９は、高周波信号を含まない第１の電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊と高周波信号を含まない第１の電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊を制御手段６ｂが電力変換器２へ出力した際に電流検出手段３ａ，３ｂによって検出された交流回転機１の出力電流ｉｕ、ｉｖとに基づいて、交流回転機１の駆動中における回転子推定位置θ３を推定する。

なお、第３および第４の位置推定部９，１０が並行して回転子推定位置θ３，θ４を推定している状態で、回転子位置切換部５１ｃが回転子推定位置θ３または回転子推定位置θ４のいずれかを回転子推定位置θとして選択してもよい。この場合、第３の位置推定部９は、高周波信号を含む第１の電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊と高周波信号を含む第１の電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊を制御手段６ｂが電力変換器２へ出力した際に電流検出手段３ａ，３ｂによって検出された交流回転機１の出力電流ｉｕ、ｉｖとに基づいて、交流回転機１の駆動中における回転子推定位置θ３を推定する。

次に、回転子位置切換部５１ｃの動作について説明する。外部から起動指令が入力されてから交流回転機１の駆動を開始するまでの動作は、実施の形態２に示した回転子位置切換部５１ｂの動作と同じであるが、交流回転機１の駆動を開始した後の動作が異なる。外部から起動指令が入力された時に回転子推定位置θ１を選択した場合には、交流回転機１の駆動中に第４の位置推定部１０で推定した回転子推定位置θ４を選択し、外部から起動指令が入力された時に回転子推定位置θ２を選択した場合には、交流回転機１の駆動中に回転子推定位置θ３を選択し、制御手段６ｂへ出力する点が実施の形態２と異なる。

図２０は、回転子位置切換部５１ｃの処理動作を表すフローチャートである。図２０において、ＳＴＥＰ１０１からＳＴＥＰ１０６までの動作は図１４で示した実施の形態２における動作と同じであるので説明は省略する。ただし、本実施の形態では、ＳＴＥＰ１０６を以下の条件に従ってＳＴＥＰ１０６ａとＳＴＥＰ１０６ｂとに区別する。

ＳＴＥＰ１０６ａは、ＳＴＥＰ１０４で第１の位置推定部７によって推定した回転子推定位置θ１を選択し、交流回転機１の回転子推定位置θとして制御手段６ｂへ出力した後に、交流回転機１の駆動開始時の回転子位置の推定を終了する動作である。ＳＴＥＰ１０６ｂは、ＳＴＥＰ１０５で第２の位置推定部８によって推定した回転子推定位置θ２を選択し、交流回転機１の回転子推定位置θとして制御手段６ｂへ出力した後に、交流回転機１の駆動開始時の回転子位置の推定を終了する動作である。

まず、ＳＴＥＰ１０６ａ以降の動作について説明する。ＳＴＥＰ１０６ａでは、交流回転機１の電力変換器２の起動時における回転子位置切換部５１ｃの動作、すなわち、交流回転機１の駆動開始時の回転子位置の推定を終了すると、ＳＴＥＰ１０４にて出力された駆動開始時の回転子推定位置θに基づいて、制御手段６ｂは高周波信号Ｖｕｈ＊、Ｖｖｈ＊、Ｖｗｈ＊が重畳された第１の電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊を電力変換器２へ出力する。電力変換器２は、第１の電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊に基づいて電圧を出力し、交流回転機１の駆動を開始する。交流回転機１の駆動を開始すると、ＳＴＥＰ１１０へ移行し、第４の位置推定部１０で推定した回転子推定位置θ４を選択し、交流回転機１の回転子推定位置θとして制御手段６ｂへ出力する。

ＳＴＥＰ１０８ａでは、電力変換器２による交流回転機１の駆動を停止するか否かを判断し、電力変換器２による交流回転機１の駆動を停止すると判断するまで、第４の位置推定部１０で推定した回転子推定位置θ４を回転子推定位置θとして制御手段６ｂへ出力するＳＴＥＰ１１０の動作を継続する。そして、ＳＴＥＰ１０８ａで、電力変換器２による交流回転機１の駆動を停止すると判断した場合には、ＳＴＥＰ１０９へ移行し、交流回転機１の位置推定動作を終了する。

次に、ＳＴＥＰ１０６ｂ以降の動作について説明する。ＳＴＥＰ１０６ｂでは、交流回転機１の電力変換器２の起動時における回転子位置切換部５１ｃの動作、すなわち、交流回転機１の駆動開始時の回転子位置の推定を終了すると、ＳＴＥＰ１０５にて出力された駆動開始時の回転子推定位置θに基づいて、制御手段６ｂは第１の電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊を電力変換器２へ出力する。電力変換器２は、第１の電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊に基づいて電圧を出力し、交流回転機１の駆動を開始する。交流回転機１の駆動を開始すると、ＳＴＥＰ１０７へ移行し、第３の位置推定部９で推定した回転子推定位置θ３を選択し、交流回転機１の回転子推定位置θとして制御手段６ｂへ出力する。

ＳＴＥＰ１０８ｂでは、電力変換器２による交流回転機１の駆動を停止するか否かを判断し、電力変換器２による交流回転機１の駆動を停止すると判断するまで、第３の位置推定部９で推定した回転子推定位置θ３を回転子推定位置θとして制御手段６ｂへ出力するＳＴＥＰ１０７の動作を継続する。そして、ＳＴＥＰ１０８ｂで、電力変換器２による交流回転機１の駆動を停止すると判断した場合には、ＳＴＥＰ１０９へ移行し、交流回転機１の位置推定動作を終了する。

以上のような一連の処理動作によって、回転子位置切換部５１ｃは、外部から起動指令が入力されてから、電力変換器２が交流回転機１を停止するまで、回転子推定位置θを制御手段６ｂへ出力する。なお、図２０に示したフローチャートによる処理動作では、電力変換器２による交流回転機１の駆動を開始してから停止するまでの間、回転子位置切換部５１ｃは、第３の位置推定部９で推定した回転子推定位置θ３または第４の位置推定部１０で推定した回転子推定位置θ４のいずれか一方を選択し続ける処理動作であるが、図２１に示すフローチャートによる処理動作を行っても良い。

図２１は、図２０のフローチャートとは異なる回転子位置切換部５１ｃの処理動作を表すフローチャートである。図２１に示すフローチャートの処理動作は、図２０に示す処理動作と異なり、電力変換器２による交流回転機１の駆動を開始してから駆動を停止するまでの間、回転子位置切換部５１ｃは、電圧検出手段４ａ，４ｂによって検出された少なくとも２つの固定子電圧の振幅に基づいて、第３の位置推定部９で推定した回転子推定位置θ３または第４の位置推定部１０で推定した回転子推定位置θ４を選択し、交流回転機１の回転子推定位置θとして制御手段６ｂへ出力するものである。図２１において、ＳＴＥＰ１０１からＳＴＥＰ１０８ａ、ＳＴＥＰ１０８ｂまでの処理動作は、図２０と同じであるので説明は省略する。

まず、図２１におけるＳＴＥＰ１０８ａ以降の動作について説明する。ＳＴＥＰ１０８ａでは、図２０の処理動作と同様に、電力変換器２による交流回転機１の駆動を停止するか否かを判断する。ＳＴＥＰ１０８ａで電力変換器２による交流回転機１の駆動を継続すると判断した場合には、ＳＴＥＰ１１１へ移行する。そして、実施の形態１と同様に、固定子線間電圧の振幅ＶＬおよび固定子相電圧の振幅ＶＰを総称した交流電圧の振幅Ｖと予め設定した閾値Ｖ０ｘとを比較する。閾値Ｖ０ｘは、固定子線間電圧（固定子相電圧）の大きさに関係なく常に精度良く交流回転機１の回転子位置を推定可能な値となるように、交流回転機１の電気定数などに応じて調整・設定した値で、ＳＴＥＰ１０３の閾値Ｖ０と異なっても良い。Ｖ＜Ｖ０ｘが真であれば、ＳＴＥＰ１１０へ移行し、引き続き第４の位置推定部１０で推定した回転子推定位置θ４を回転子推定位置θとして制御手段６ｂへ出力する。Ｖ＜Ｖ０ｘが偽であれば、ＳＴＥＰ１０７へ移行し、第３の位置推定部９で推定した回転子推定位置θ３を回転子推定位置θとして制御手段６ｂへ出力する。

次に、図２１におけるＳＴＥＰ１０８ｂ以降の動作について説明する。ＳＴＥＰ１０８ｂでは、ＳＴＥＰ１０８ａと同様に、電力変換器２による交流回転機１の駆動を停止するか否かを判断する。ＳＴＥＰ１０８ａで電力変換器２による交流回転機１の駆動を継続すると判断した場合には、ＳＴＥＰ１１２へ移行し、ＳＴＥＰ１１１と同様に交流電圧の振幅Ｖと予め設定した閾値Ｖ０とを比較する。Ｖ＞Ｖ０ｘが真であれば、ＳＴＥＰ１０７へ移行し、引き続き第３の位置推定部９で推定した回転子推定位置θ３を回転子推定位置θとして制御手段６ｂへ出力する。Ｖ＞Ｖ０ｘが偽であれば、ＳＴＥＰ１１０へ移行し、第４の位置推定部１０で推定した回転子推定位置θ４を回転子推定位置θとして制御手段６ｂへ出力する。

これらの一連の動作は、ＳＴＥＰ１０８ａまたはＳＴＥＰ１０８ｂにおいて、電力変換器２による交流回転機１の駆動を停止すると判断し、ＳＴＥＰ１０９で交流回転機１の回転子位置の推定動作を終了するまで継続する。

なお、第３の位置推定部９は、電圧指令を用いて回転子推定位置θ３を推定することから、第１の電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊が大きいほど、回転子位置推定精度が良好になる。また、第４の位置推定部１０は、交流回転機１の出力電流のみに基づいて回転子推定位置θ４を推定し、併せて高周波信号を電圧に重畳することから、高周波信号Ｖｕｈ＊、Ｖｖｈ＊、Ｖｗｈ＊の成分が第１の電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊に対して顕著となる第１の電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊が小さい場合において、回転子位置推定精度が良好になる。

以上のような構成によって、実施の形態２の構成に加えて交流回転機１の出力電流のみに基づいて回転子位置を推定する第４の位置推定部１０を備えているので、実施の形態２を実施する効果に加えて、交流回転機１の固定子電圧の振幅（実効値）が所定値以下の場合においても、精度良く交流回転機１の駆動中の回転子位置を推定することができる。

実施の形態４．
図２２は、この発明を実施するための実施の形態４における多相巻線を有する交流回転機および交流回転機の制御装置を含めた交流回転機制御システムの構成図である。本実施の形態の交流回転機の制御装置は、回転子位置切換部５１ｄの処理動作が実施の形態３と異なる。つまり、回転子位置切換部５１ｄは、制御手段６ｂから出力される第１の電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊を入力し、この第１の電圧指令に応じて回転子推定位置θ３（第３の回転子推定位置）または回転子推定位置θ４（第４の回転子推定位置）のいずれかを回転子推定位置θとして選択する。

図２２において、回転子位置推定手段５ｄは、第１の位置推定部７、第２の位置推定部８、第３の位置推定部９、第４の位置推定部１０、および回転子位置切換部５１ｄによって構成されている。まず、回転子位置切換部５１ｄの処理動作について説明する。なお、回転子位置切換部５１ｄの処理動作は、回転子推定位置θ３または回転子推定位置θ４のいずれかを回転子推定位置θとして選択する動作以外については実施の形態３に示した回転子位置切換部５１ｃの処理動作と同じである。図２３に回転子位置切換部５１ｄの処理動作を表すフローチャートを示す。図２３において、ＳＴＥＰ１０１からＳＴＥＰ１０８ａ、ＳＴＥＰ１０８ｂまでの処理動作は実施の形態３の図２０で示した処理動作と同じであるので詳細な説明を省略するが、外部から起動指令が入力された時に回転子推定位置θ１（第１の回転子推定位置）を選択した場合には第４の位置推定部１０で推定した回転子推定位置θ４を選択し、外部から起動指令が入力された時に回転子推定位置θ２（第２の回転子推定位置）を選択した場合には第３の位置推定部９で推定した回転子推定位置θ３を選択する。

ＳＴＥＰ１０８ａでは、電力変換器２による交流回転機１の駆動を停止するか否かを判断する。ＳＴＥＰ１０８ａにおいて、電力変換器２による交流回転機１の駆動を継続すると判断した場合には、ＳＴＥＰ１１３へ移行し、第１の電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊の振幅Ｖ２と予め設定した閾値Ｖ０ｙとを比較する。なお、閾値Ｖ０ｙは常に精度良く交流回転機１の回転子位置を推定可能な値となるように、交流回転機１の電気定数などに応じて調整・設定する。第１の電圧指令の振幅Ｖ２は、（２４）式に基づいて求める。

本実施の形態において、制御手段６ｂからＶｕ＊、Ｖｖ＊の２つの第１の電圧指令を回転子位置切換部５１ｄに入力し、Ｖｗ＊＝−Ｖｕ＊−Ｖｖ＊の関係からＶｗ＊を算出し、（２４）式に基づいて振幅Ｖ２を求めている。なお、制御手段６ｂからＶｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊の３つの第１の電圧指令を回転子位置切換部５１ｄに入力してもよい。また、図２２には示していないが、制御手段６ｂ内部で得られている回転二軸座標上（ｄ−ｑ軸上）の電圧指令Ｖｄ＊、Ｖｑ＊を用いて（２５）式に基づいて振幅Ｖ２を求めても良い。

なお、第１の電圧指令の振幅Ｖ２を求める目的は、閾値Ｖ０ｙと比較して、第３の位置推定部９で推定した回転子推定位置θ３または第４の位置推定部１０で推定した回転子推定位置θ４のいずれかを選択することであるから、必ずしも厳密な第１の電圧指令の振幅Ｖ２を求める必要は無い。このため、平方根演算を省いた（２６）式または（２７）式に基づいて演算した値Ｖ２と、閾値Ｖ０ｙとを比較し、演算処理を簡略にしても良い。

この場合、閾値Ｖ０ｙを、第１の電圧指令の大きさに関係なく常に精度良く交流回転機１の回転子位置を推定できるように調整した値とし、ＳＴＥＰ１０３の閾値Ｖ０と異なった値としても良い。ＳＴＥＰ１１３において、Ｖ２＜Ｖ０ｙが真であれば、ＳＴＥＰ１１０へ移行し、引き続き第４の位置推定部１０で推定した回転子推定位置θ４を回転子推定位置θとして制御手段６ｂへ出力する。Ｖ２＜Ｖ０ｙが偽であれば、ＳＴＥＰ１０７へ移行し、第３の位置推定部９で推定した回転子推定位置θ３を回転子推定位置θとして制御手段６ｂへ出力する

次に、ＳＴＥＰ１０８ｂでは、ＳＴＥＰ１０８ａと同様に、電力変換器２による交流回転機１の駆動を停止するか否かを判断する。ＳＴＥＰ１０８ａで電力変換器２による交流回転機１の駆動を継続すると判断した場合には、ＳＴＥＰ１１４へ移行し、第１の電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊の振幅Ｖ２と予め設定した閾値Ｖ０ｙとを比較する。Ｖ２＞Ｖ０ｙが真であれば、ＳＴＥＰ１０７へ移行し、引き続き第３の位置推定部９で推定した回転子推定位置θ３を回転子推定位置θとして制御手段６ｂへ出力する。Ｖ２＞Ｖ０ｙが偽であれば、ＳＴＥＰ１１０へ移行し、第４の位置推定部１０で推定した回転子推定位置θ４を回転子推定位置θとして制御手段６ｂへ出力する。これらの動作は、ＳＴＥＰ１０８ａ（またはＳＴＥＰ１０８ｂ）で、電力変換器２による交流回転機１の駆動を停止すると判断し、ＳＴＥＰ１０９で交流回転機１の回転子位置の推定動作を終了するまで継続する。

以上のような構成によって、交流回転機１の駆動中において第１の電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊に応じて第３の位置推定部９で推定した回転子推定位置θ３または第４の位置推定部１０で推定した回転子推定位置θ４のいずれかを適宜選択するので、駆動中に固定子電圧が変化するような場合においても、交流回転機１の駆動中の固定子電圧に関係なく、交流回転機１の駆動中の回転子位置を精度良く推定することができる。

実施の形態５．
図２４は、この発明を実施するための実施の形態５における多相巻線を有する交流回転機および交流回転機の制御装置を含めた交流回転機制御システムの構成図である。本実施の形態の交流回転機の制御装置は、速度推定器５２を備え、速度推定器５２によって推定される交流回転機１の回転速度に応じて、回転子位置切換部５１ｅが回転子推定位置θ３（第３の回転子推定位置）または回転子推定位置θ４（第４の回転子推定位置）のいずれかを選択し、回転子推定位置θとする点が実施の形態３と異なる。

まず、回転子位置推定手段５ｅの動作について説明する。回転子位置推定手段５ｅは、実施の形態３の回転子位置推定手段５ｃに対して、制御手段６ｂへ出力する回転子推定位置θに基づいて回転速度ωｅｓｔを推定する速度推定器５２を備える点が異なる。図２４において、速度推定器５２は、回転子位置推定手段５ｅが制御手段６ｂへ出力する回転子推定位置θに基づいて回転速度ωｅｓｔを推定する。そして、交流回転機１の駆動中に、速度推定器５２において推定した回転速度ωｅｓｔに応じて、第３の位置推定部９で推定した回転子推定位置θ３または第４の位置推定部１０で推定した回転子推定位置θ４のいずれかを選択し、交流回転機１の回転子推定位置θとして出力する。

回転速度ωｅｓｔは、回転子推定位置θを微分する方法によって得ることができる。また、第３の位置推定部９では、第３の位置推定部９の内部で角周波数ωを演算することから、回転子位置切換部５１ｅが第３の位置推定部９で推定した回転子推定位置θ３を選択する場合には、角周波数ωを用いても良い。なお、回転子位置切換部５１ｅにおける処理動作は、回転速度ωｅｓｔに応じて回転子推定位置θ３または回転子推定位置θ４のいずれかを選択する動作以外については実施の形態３で示した回転子位置切換部５１ｃの処理動作と同じである。

図２５は、回転子位置切換部５１ｅの処理動作を表すフローチャートである。図２５において、ＳＴＥＰ１０１からＳＴＥＰ１０８ａ、ＳＴＥＰ１０８ｂまでの処理動作は実施の形態３の図２０で示した処理動作と同じであるので詳細な説明は省略する。ＳＴＥＰ１０８ａでは、交流回転機１の駆動を停止するか否かを判断する。ＳＴＥＰ１０８ａで交流回転機１の駆動を継続すると判断した場合には、ＳＴＥＰ１１５へ移行し、速度推定器５２で推定した回転速度ωｅｓｔの絶対値｜ωｅｓｔ｜と予め設定した閾値ω０とを比較する。なお、閾値ω０は常に精度良く交流回転機１の回転子位置を推定可能な値となるように、交流回転機１の電気定数などに応じて調整・設定する。｜ωｅｓｔ｜＜ω０が真であれば、ＳＴＥＰ１１０へ移行し、引き続き第４の位置推定部１０で推定した回転子推定位置θ４を回転子推定位置θとして制御手段６ｂへ出力する。｜ωｅｓｔ｜＜ω０が偽であれば、ＳＴＥＰ１０７へ移行し、第３の位置推定部９で推定した回転子推定位置θ３を回転子推定位置θとして制御手段６ｂへ出力する。

次に、ＳＴＥＰ１０８ｂでは、ＳＴＥＰ１０８ａと同様に、交流回転機１の駆動を停止するか否かを判断する。ＳＴＥＰ１０８ａで交流回転機１の駆動を継続すると判断した場合には、ＳＴＥＰ１１６へ移行し、速度推定器５２で推定した回転速度ωｅｓｔの絶対値｜ωｅｓｔ｜と予め設定した閾値ω０とを比較する。｜ωｅｓｔ｜＞ω０が真であれば、ＳＴＥＰ１０７へ移行し、引き続き第３の位置推定部９で推定した回転子推定位置θ３を回転子推定位置θとして制御手段６ｂへ出力する。｜ωｅｓｔ｜＞ω０が偽であれば、ＳＴＥＰ１１０へ移行し、第４の位置推定部１０で推定した回転子推定位置θ４を回転子推定位置θとして制御手段６ｂへ出力する。
これらの動作は、ＳＴＥＰ１０８ａまたはＳＴＥＰ１０８ｂで、電力変換器２による交流回転機１の駆動を停止すると判断し、ＳＴＥＰ１０９で交流回転機１の位置推定動作を終了するまで継続する。

以上のような構成によって、交流回転機１の回転速度に応じて第３の位置推定部９で推定した回転子推定位置θ３または第４の位置推定部１０で推定した回転子推定位置θ４のいずれかを適宜選択することができる。このため、回転速度が大きい場合には、第３の位置推定部９で推定した回転子推定位置θ３を選択するので、回転速度が大きいほど、精度良く回転子位置を推定することができる。また、電圧飽和が生じにくい回転速度が小さい場合には、高周波信号を電圧に重畳して第４の位置推定部１０で推定した回転子推定位置θ４を選択するので、精度良く回転子位置を推定することができる。つまり、実施の形態３の構成に比べて、交流回転機１の駆動中において回転速度に応じて位置推定部を適宜選択するので、回転速度が変化する用途においても、回転速度帯域に関係なく、駆動中の交流回転機１の回転子位置を精度良く推定することができる。

実施の形態６．
図２６は、この発明を実施するための実施の形態６における多相巻線を有する交流回転機および交流回転機の制御装置を含めた交流回転機制御システムの構成図である。本実施の形態の交流回転機の制御装置は、交流回転機１の少なくとも２つの固定子電圧を検出して、検出した固定子電圧（交流電圧）の正負に応じて二値化した電圧二値化信号を出力する電圧検出手段４ｅ、４ｆを備えた点が実施の形態１と異なる。また、第２の位置推定部８ｂの入力が電圧二値化信号となるため、交流回転機１の回転子位置推定方法が実施の形態１と異なる。

まず、電圧二値化信号を生成する電圧検出手段４ｅ、４ｆについて説明する。電圧検出手段４ｅ，４ｆは、交流回転機１の固定子電圧であるｕ相固定子電圧Ｖｕ、ｖ相固定子電圧Ｖｖを検出する。図２６に示すように、電圧検出手段は、２つの相のみに対して備えても良いし、３つの相全ての相に対して備えても良い。また、固定子相電圧を検出する構成ではなく、固定子線間電圧を検出する構成に変更しても良い。実施の形態１と同様に、電圧検出手段は少なくとも２つの交流回転機１の固定子電圧を検出するような構成にする。そして、電圧検出手段４ｅ、４ｆは、検出した固定子電圧（交流電圧）Ｖｕ、Ｖｖの正負に応じて「＋」または「−」のいずれかに二値化した電圧二値化信号Ｖｕ２、Ｖｖ２を出力する。

図２７は、固定子電圧Ｖｕ、Ｖｖと電圧検出手段４ｅ、４ｆの出力である電圧二値化信号Ｖｕ２、Ｖｖ２および二値化信号Ｖｘ２との関係を示した図である。ｕ相電圧二値化信号Ｖｕ２は、固定子電圧Ｖｕが正の場合に「＋」となり、固定子電圧Ｖｕが負の場合に「−」となる。同様に、ｖ相電圧二値化信号Ｖｖ２は、固定子電圧Ｖｖが正の場合に「＋」となり、固定子電圧Ｖｖが負の場合に「−」となる。二値化信号Ｖｘ２は、ｕ相電圧二値化信号Ｖｕ２とｖ相電圧二値化信号Ｖｕ２との正負が等しい場合に「＋」となり、正負が異なる場合に「−」となる。図２７では、交流回転機１の正転（または前進）、逆転（または後進）のそれぞれの場合について示している。

次に、回転子位置推定手段５ｆについて説明する。ただし、第１の位置推定部７は実施の形態１において説明したものと同じであるので、ここでの説明を省略する。第２の位置推定部８ｂには、電圧検出手段４ｅによって固定子電圧Ｖｕの正負に応じて二値化したｕ相電圧二値化信号Ｖｕ２（「＋」または「−」）、および電圧検出手段４ｆによって固定子電圧Ｖｖの正負に応じて二値化したｖ相電圧二値化信号Ｖｖ２（「＋」または「−」）が入力される。第２の位置推定部８ｂは、電圧二値化信号Ｖｕ２またはＶｖ２のいずれかの符号が反転する点で、ｕ相固定子相電圧Ｖｕ、ｖ相固定子相電圧Ｖｖ、ｗ固定子相電圧Ｖｗの電圧位相を各々推定する。その際、各相の電圧位相を推定するためには、交流回転機１の「正転（前進）」または「逆転（後進）」を判定する必要がある。「正転（前進）」または「逆転（後進）」の判定は、ｕ相電圧二値化信号Ｖｕ２およびｖ相電圧二値化信号Ｖｖ２の正負と、次にｕ相電圧二値化信号Ｖｕ２またはｖ相電圧二値化信号Ｖｖ２のいずれか一方の正負が反転した時のｕ相電圧二値化信号Ｖｕ２およびｖ相電圧二値化信号Ｖｖ２の正負を検出することによって行う。ｕ相電圧二値化信号Ｖｕ２またはｖ相電圧二値化信号Ｖｖ２のいずれか一方の正負が反転する前の状態を状態Ｃ、反転した後の状態を状態Ｄとする。

図２８に、第２の位置推定部８ｂが交流回転機１の回転方向を推定するためのテーブルを示す。また、図２９に、第２の位置推定部８ｂが交流回転機１の固定子電圧の電圧位相を推定するためのテーブルを示す。図２８に、状態Ｃ、状態Ｄにおけるｕ相電圧二値化信号Ｖｕ２およびｖ相電圧二値化信号Ｖｖ２の正負と交流回転機１の回転方向との関係を示している。状態Ｃおよび状態Ｄにおける、ｕ相電圧二値化信号Ｖｕ２およびｖ相電圧二値化信号Ｖｖ２の正負を照らし合わせることによって交流回転機１の回転方向を判定することができる。

第２の位置推定部８ｂは、図２８に示した関係から得られる回転方向判定結果と、ｕ相電圧二値化信号Ｖｕ２またはｖ相電圧二値化信号Ｖｖ２のいずれか一方の符号が反転する点における符号の変化の方向とに基づいて、図２９に示した関係に従って固定子相電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗの電圧位相を出力する。固定子相電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗの電圧位相が判明すれば、仮にＶｕ、Ｖｖ、Ｖｗの固定子相電圧の振幅を１と仮定し、第２の位置推定部８ｂは、固定子相電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを求める。そして、（５）式および（６）式を用いて回転子推定位置θ２（第２の回転子推定位置）を推定し、回転子位置切換部５１ｆへ出力する。なお、実際の固定子相電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗの振幅と異なっていても、三相が平衡であるならば、（６）式で得られる回転子推定位置θ２として所望の値を得ることができる。三相が平衡とは、三相の位相差が１２０°毎に各々異なり、かつ、振幅が同一である状態のことである。

このような方法によって、図２７に示すように、固定子電圧（交流電圧）１周期に対して、１／６周期または１／３周期毎にｕ相電圧二値化信号Ｖｕ２またはｖ相電圧二値化信号Ｖｖ２のいずれか一方の符号が反転することから、交流回転機１の回転方向の判定と回転子推定位置θ２の推定とを固定子電圧（交流電圧）１／３周期未満で実施することができる。

次に、回転子位置切換部５１ｆの動作について説明する。回転子位置切換部５１ｆには、電圧検出手段４ｅによって固定子電圧Ｖｕの正負に応じて二値化したｕ相電圧二値化信号Ｖｕ２（「＋」または「−」）、および電圧検出手段４ｆによって固定子電圧Ｖｖの正負に応じて二値化したｖ相電圧二値化信号Ｖｖ２（「＋」または「−」）が入力される。回転子位置切換部５１ｆは、入力されたｕ相電圧二値化信号Ｖｕ２およびｖ相電圧二値化信号Ｖｖ２に基づいて、新たな二値化信号Ｖｘ２を出力する。図２７に示すように、二値化信号Ｖｘ２は、ｕ相電圧二値化信号Ｖｕ２とｖ相電圧二値化信号Ｖｕ２との正負が等しい場合に「＋」となり、正負が異なる場合に「−」となる。

図２７に示すように、この二値化信号Ｖｘ２の正負反転の周期は、固定子電圧（交流電圧）１周期間に対して、「＋」の期間１／６周期間と「−」の期間１／３周期間とが２回繰り返される。ここで、二値化信号Ｖｘ２の「＋」の期間を「Ｔ＋」、「−」の期間を「Ｔ−」とする。回転子位置切換部５１ｆの内部で、「Ｔ＋」または「Ｔ−」を計測し、「Ｔ＋」または「Ｔ−」の長短に基づいて、以下に示す関係に従って、第１の位置推定部７で推定した回転子推定位置θ１（第１の回転子推定位置）または第２の位置推定部８で推定した回転子推定位置θ２のいずれかを選択し、交流回転機１の回転子推定位置θとして制御手段６へ出力する。

「Ｔ＋」≧Ｔ２、または「Ｔ−」／２≧Ｔ２の場合には、固定子電圧が０または回転子速度が遅いと判断し、第１の位置推定部７で推定した回転子推定位置θ１を選択する。

Ｔ２＞「Ｔ＋」≧Ｔ１、またはＴ２＞「Ｔ−」／２≧Ｔ１の場合には、回転子速度が速いと判断し、第２の位置推定部８で推定した回転子推定位置θ２を選択する。

Ｔ１＞「Ｔ＋」、またはＴ１＞「Ｔ−」／２の場合には、固定子電圧（交流電圧）１周期が異常に短く、固定子電圧が０近傍でチャタリングを発生している、または、固定子電圧が小さ過ぎて正負を正確に検出できないと判断し、第１の位置推定部７で推定した回転子推定位置θ１を選択する。

なお、閾値Ｔ１、Ｔ２（Ｔ１＜Ｔ２）は、常に精度良く交流回転機１の回転子位置を推定可能な値となるように、交流回転機１の電気定数などに応じて調整・設定する。

図２７に示すように、固定子電圧（交流電圧）１周期に対して、１／６周期または１／３周期毎に二値化信号Ｖｘ２の符号が２回反転することから、第１の位置推定部７で推定した回転子推定位置θ１または第２の位置推定部８で推定した回転子推定位置θ２のいずれかを半周期未満で選択できる。

以上のような構成によって、固定子電圧（交流電圧）の正負に応じて二値化した電圧二値化信号を出力する電圧検出手段４ｅ、４ｆを備えることによって、安価な簡単な構成で交流回転機１の回転子位置を推定することができる。

実施の形態７．
図３０、図３１は、この発明を実施するための実施の形態７における多相巻線を有する交流回転機および交流回転機の制御装置を含めた交流回転機制御システムの構成図である。図３０と図３１との違いは、図３０に示した交流回転機の制御装置が２つの電圧検出手段４ａ，４ｂによって交流回転機１の２つの固定子線間電圧Ｖｕｖ、Ｖｖｗを測定する構成に対して、図３１に示した交流回転機の制御装置は２つの電圧検出手段４ｃ，４ｄによって交流回転機１の２つの固定子相電圧Ｖｕ、Ｖｖを測定する構成である。本実施の形態の交流回転機の制御装置は、電圧検出手段４ａ，４ｂ（４ｃ，４ｄ）で検出した電圧検出値を補正する電圧検出値補正部４１ａ，４１ｂ（４１ｃ，４１ｄ）を備えた点が実施の形態１と異なる。

図３０、図３１において、電圧検出値補正部を４１ａは、電圧検出手段４ａで検出した電圧検出値（固定子線間電圧Ｖｕｖ）を補正する。電圧検出値補正部を４１ｂは、電圧検出手段４ｂで検出した電圧検出値（固定子線間電圧Ｖｖｗ）を補正する。電圧検出値補正部を４１ｃは、電圧検出手段４ｃで検出した電圧検出値（固定子相電圧Ｖｕ）を補正する。電圧検出値補正部を４１ｄは、電圧検出手段４ｄで検出した電圧検出値（固定子相電圧Ｖｖ）を補正する。

交流回転機１の電圧検出値から交流回転機１の回転子位置を推定することによって、交流回転機１を制御する際に、次の２つの遅れ時間が原因となって制御性能の低下を招く可能性がある。１つは、電圧検出手段４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄが、電圧検出動作と電圧検出値の出力動作とを行う際に、電圧検出動作から電圧検出値の出力動作までのタイムラグ等のサンプリング周期に起因する遅れ時間である。もう１つは、制御手段６から電力変換器２へ第１の電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊を出力してから電力変換器２が交流回転機１へ電圧を出力するまでのタイムラグ等の電力変換器２に起因するサンプリング周期と相関のある遅れ時間である。

本実施の形態における交流回転機の制御装置は、これら２つの遅れ時間による制御性能の低下を解消するものである。まず、電圧検出値補正部４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄの原理を以下に説明する。電圧検出値補正部４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄは入力元および出力先が各々異なるものの、原理および内部構成は同じであるので、ここでは、電圧検出値補正部４１ａを代表例として説明する。

図３２は、電圧検出値補正部における推定方法の原理を示す図である。電圧検出値補正部４１ａは、所定のサンプリング周期Ｔｓで交流回転機１の固定子電圧のサンプリングを行う。電圧検出値補正部４１ａでは、電圧検出手段４ａで検出した電圧検出値（固定子線間電圧Ｖｕｖ）の波形を時系列データとみなし、電圧検出値の波形を２次関数に近似する。この近似した２次関数に基づいて、現在時刻ｔ_ｎでの電圧検出値Ｖ_ｎと、１回前のサンプリング時（時刻ｔ_ｎ−１＝ｔ_ｎ−Ｔｓ）の電圧検出値Ｖ_ｎ−１と、２回前のサンプリング時（時刻ｔ_ｎ−２＝ｔ_ｎ−２Ｔｓ）の電圧検出値Ｖ_ｎ−２とを求める。そして、これらの時刻と電圧検出値との関係から、サンプリング周期に起因する遅れ時間を考慮した時刻ｔ_ｎ＋１における電圧推定値Ｖ_ｎ＋１ｘを推定する。

本実施の形態では、電力変換器２に起因する遅れ時間をサンプリング周期の半周期分（０．５Ｔｓ分）とし、次回サンプリング時（時刻ｔ_ｎ＋１＝ｔ_ｎ＋Ｔｓ）をサンプリング周期の半周期分（０．５Ｔｓ分）先の時刻（ｔ_ｎ＋１ｘ＝ｔ_ｎ＋１．５Ｔｓ）に置き換えて、近似した２次関数に基づいて時刻ｔ_ｎ＋１における電圧推定値Ｖ_ｎ＋１ｘを推定し、次回サンプリング時の電圧補正値Ｖｕｖｈとして回転子位置推定手段５へ出力する。

ここで、遅れ時間をサンプリング周期の半周期分（０．５Ｔｓ分）とする理由について説明する。一般的な交流回転機の制御装置全体が、同一のサンプリング周期Ｔｓで動作するケースが多く、この場合、電力変換器２に起因する遅れ時間はサンプリング周期Ｔｓと相関があり、電力変換器２に起因する遅れ時間を０．５Ｔｓとすることが適切である。なお、図３２に示すように、電圧検出値Ｖ_ｎ−２、Ｖ_ｎ−１、Ｖ_ｎおよび電圧推定値Ｖ_ｎ＋１ｘを結ぶ曲線を時刻ｔの２次関数とすると、電圧検出値Ｖ_ｎ−２、Ｖ_ｎ−１、Ｖ_ｎおよび電圧推定値Ｖ_ｎ＋１ｘは、現在時刻ｔ_ｎとサンプリング周期Ｔｓを用いて（２８ａ）式〜（２８ｄ）式のように表すことができる。

（２８ａ）式〜（２８ｄ）式から、係数ａ、ｂ、ｃ、現在時刻ｔ_ｎ、およびサンプリング周期Ｔｓを消去し、電圧推定値Ｖ_ｎ＋１ｘを求めると、（２９）式のようになる。

図３３は、電圧検出値補正部４１ａの構成図である。電圧検出値補正部４１ａは（２９）式の演算を行うものである。乗算器４３ａは、電圧検出手段４ａから出力される電圧検出値Ｖ_ｎ（電圧検出値補正部４１ａの場合はＶｕｖ）に所定の定数３５／８を掛けて、加減算器４２へ出力する。記憶手段４４ａは、電圧検出手段４ａから出力される電圧検出値Ｖ_ｎをサンプリング周期Ｔｓの期間、記憶保持する。乗算器４３ｂは、記憶手段４４ａが記憶する１回前のサンプリングの時刻ｔ_ｎ−１で検出した電圧検出値Ｖ_ｎ−１に所定の定数２１／４を掛けて、加減算器４２へ出力する。記憶手段４４ｂは、記憶手段４４ａから出力される１回前のサンプリングの時刻ｔ_ｎ−１で検出した電圧検出値Ｖ_ｎ−１をサンプリング周期Ｔｓの期間、記憶保持する。乗算器４３ｃは、記憶手段４４ｂが記憶する２回前のサンプリングの時刻ｔ_ｎ−２で検出した電圧検出値Ｖ_ｎ−２に所定の定数１５／８を掛けて、加減算器４２へ出力する。

加減算器４２は、乗算器４３ａの出力と乗算器４３ｃの出力とを加算した上で、乗算器４３ｂの出力を減算し、次回サンプリング時ｔ_ｎ＋１から０．５Ｔｓ分先の時刻ｔ_ｎ＋１ｘの電圧推定値Ｖ_ｎ＋１ｘを出力する。電圧推定値Ｖ_ｎ＋１ｘが電圧検出値補正部４１aで補正した次回サンプリング時の電圧補正値Ｖｕｖｈとなる。動作原理および内部構成が電圧検出値補正部４１ａと同じである電圧検出値補正部４１ｂ，４１ｃ，４１ｄについても、電圧検出値補正部４１ａと同様な動作を行う。電圧検出値補正部４１ｂは電圧補正値Ｖｖｗｈを、電圧検出値補正部４１ｃは電圧補正値Ｖｕｈを、電圧検出値補正部４１ｄは電圧補正値Ｖｖｈを各々出力する。

このように、実施の形態１において説明した電圧検出手段４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄからの出力を回転子位置推定手段５，５ａに入力する代わりに、本実施の形態においては、電圧検出値補正部４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄからの電圧補正値を回転子位置推定手段５，５ａに入力する。このような補正を行うことによって、電圧検出手段４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの電圧検出動作から電圧検出値の出力動作までのタイムラグ等のサンプリング周期に起因する遅れ時間や、制御手段６から電力変換器２へ第１の電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊を出力してから電力変換器２が交流回転機１へ電圧を出力するまでのタイムラグ等の電力変換器２に起因するサンプリング周期と相関のある遅れ時間によって生じる電圧検出値の誤差を補正することができる。

従来の電圧検出値補正部４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄを設けない交流回転機の制御装置では、これらの遅れ時間によって電圧検出値に誤差が生じる可能性があり、制御性能の向上に限界があった。このため、制御性能をより向上させるためには、遅れ時間が極小である高価な電圧検出手段や高価な電力変換器を用いる必要があった。しかしながら、本実施の形態のように、電圧検出値補正部４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄを設けることによって、遅れ時間の大きい安価な汎用の電圧検出手段や電力変換器を用いても，遅れ時間が極小である高価な電圧検出手段や高価な電力変換器を用いた場合と同等の制御性能を得ることができる。

なお、本実施の形態においては、１回前および２回前のサンプリング時の電圧検出値を結ぶ曲線から時刻ｔの２次関数を求め、この２次関数から先の時刻の電圧推定値を推定する方法について説明した。求める関数は２次関数に限られず、１回前、２回前、３回前のサンプリング時の電圧検出値を結ぶ曲線から時刻ｔの３次関数を求める、１回前、２回前、３回前、４回前のサンプリング時の電圧検出値を結ぶ曲線から時刻ｔの４次関数を求めるなどして多次関数を求め、この多次関数から先の時刻の電圧推定値を推定してもよい。つまり、電圧検出値補正部４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄは、所定のサンプリング周期Ｔｓで交流回転機１の固定子電圧のサンプリングを行うとともに、現在時刻ｔｎからｍ回前（ただし、ｍは自然数）のサンプリング時ｔｎ−ｍまでの各サンプリング時刻に検出された固定子電圧を電圧検出値Ｖｎ〜Ｖｎ−ｍとして蓄積し、電圧検出値Ｖｎ〜Ｖｎ−ｍを結ぶ曲線から所定の関数を求め、この所定の関数に基づいて次回サンプリング時ｔｎ＋１における直流電圧推定値を推定する。

以上のような構成によって、電圧検出値補正部４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄを設けたので、電圧検出手段４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの電圧検出動作から電圧検出値の出力動作までのタイムラグ等のサンプリング周期に起因する遅れ時間や、制御手段６から電力変換器２へ第１の電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊を出力してから電力変換器２が交流回転機１へ電圧を出力するまでのタイムラグ等の電力変換器２に起因する遅れ時間の両方に起因する電圧検出値の誤差を補正できる。なお、実施の形態２〜５に対しても、本実施の形態において示した電圧検出値補正部を加えることによって、実施の形態２〜５で説明した効果に加え、本実施の形態で得られる効果も併せて得ることができる。

実施の形態８．
図３４、図３５は、この発明を実施するための実施の形態８における多相巻線を有する交流回転機および交流回転機の制御装置を含めた交流回転機制御システムの構成図である。図３４と図３５との違いは、図３４に示した交流回転機の制御装置が２つの電圧検出手段４ａ，４ｂによって２つの交流回転機１の固定子線間電圧Ｖｕｖ、Ｖｖｗを測定する構成に対して、図３５に示した交流回転機の制御装置は２つの電圧検出手段４ｃ，４ｄによって２つの交流回転機１の固定子相電圧Ｖｕ、Ｖｖを測定する構成である。本実施の形態の交流回転機の制御装置は、電圧検出値補正部４１ｅ，４１ｆ，４１ｇ，４１ｈの内部に電力変換器遅れ補正部４５を備える点が実施の形態７と異なる。

図３４、図３５において、電圧検出値補正部を４１ｅは、電圧検出手段４ａで検出した電圧検出値（固定子線間電圧Ｖｕｖ）を補正する。電圧検出値補正部を４１ｆは、電圧検出手段４ｂで検出した電圧検出値（固定子線間電圧Ｖｖｗ）を補正する。電圧検出値補正部を４１ｇは、電圧検出手段４ｃで検出した電圧検出値（固定子相電圧Ｖｕ）を補正する。電圧検出値補正部を４１ｈは、電圧検出手段４ｄで検出した電圧検出値（固定子相電圧Ｖｖ）を補正する。

実施の形態７において説明したように、電圧検出手段４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄが、電圧検出動作から電圧検出値の出力動作までのタイムラグ等のサンプリング周期に起因する遅れ時間と、制御手段６から電力変換器２へ第１の電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊を出力してから電力変換器２が交流回転機１へ電圧を出力するまでのタイムラグ等のサンプリング周期と相関のある電力変換器２に起因する遅れ時間とによって制御性能の低下が生じる可能性がある。さらに、電力変換器２に起因する遅れ時間として、サンプリング周期と相関のある遅れ時間以外に、電力変換器２を構成するスイッチング素子のスイッチング動作の遅れやデットタイム等に起因する遅れ時間も発生する。本実施の形態においては、この電力変換器２に起因する遅れ時間をサンプリング周期と相関のある遅れ時間に含めて補正を行う。

このような電力変換器２に起因する遅れ時間を含めた全ての遅れ時間を遅れ時間Ｔｋとする。遅れ時間Ｔｋは電力変換器２の性能や構成で決まるものであるため、所定の値となる。遅れ時間Ｔｋを補正するために、本実施の形態では、各々の電圧検出値補正部４１ｅ，４１ｆ，４１ｇ，４１ｈの内部に電力変換器遅れ補正部４５を加える。電圧検出値補正部４１ｅ，４１ｆ，４１ｇ，４１ｈは入力元と出力先は各々異なるものの、原理および内部構成は同じであるので、ここでは、電圧検出値補正部４１ｅの代表例として説明する。

図３６は、電圧検出値補正部における推定方法の原理を示す図である。電圧検出値補正部４１ｅは、所定のサンプリング周期Ｔｓで交流回転機１の固定子電圧のサンプリングを行う。電圧検出値補正部４１ｅでは、電圧検出手段４ａで検出した電圧検出値（固定子線間電圧Ｖｕｖ）の波形を時系列データとみなし、電圧検出値の波形を２次関数に近似する。この近似した２次関数に基づいて、現在時刻ｔ_ｎでの電圧検出値Ｖ_ｎと、１回前のサンプリング時（時刻ｔ_ｎ−１＝ｔ_ｎ−Ｔｓ）の電圧検出値Ｖ_ｎ−１と、２回前のサンプリング時（時刻ｔ_ｎ−２＝ｔ_ｎ−２Ｔｓ）の電圧検出値Ｖ_ｎ−２とを求める。そして、これらの時刻と電圧検出値との関係から、次回サンプリング時（時刻ｔ_ｎ＋１＝ｔ_ｎ＋Ｔｓ）における電圧推定値Ｖ_ｎ＋１を推定する。さらに、これらの時刻と電圧検出値との関係から、サンプリング周期に起因する遅れ時間および電力変換器２に起因する遅れ時間を合せた遅れ時間Ｔｋを考慮した時刻ｔ_ｎ＋１ｙ（ｔ_ｎ＋１ｙ＝ｔ_ｎ＋Ｔｓ＋Ｔｋ）における電圧推定値Ｖ_ｎ＋１ｙを推定する。

本実施の形態では、電力変換器遅れ補正部４５において遅れ時間Ｔｋを求め、次回サンプリング時（時刻ｔ_ｎ＋１＝ｔ_ｎ＋Ｔｓ）を時刻ｔ_ｎ＋１ｙに置き換えて、近似した２次関数に基づいて時刻ｔ_ｎ＋１における電圧推定値Ｖ_ｎ＋１ｙを推定し、次回サンプリング時の電圧補正値Ｖｕｖｈとして回転子位置推定手段５へ出力する。なお、図３６に示すように、電圧検出値Ｖ_ｎ−２〜Ｖ_ｎおよび電圧推定値Ｖ_ｎ＋１ｙを結ぶ曲線を時刻ｔの２次関数とすると、電圧検出値Ｖ_ｎ−２〜Ｖ_ｎおよび電圧推定値Ｖ_ｎ＋１ｙは、現在時刻ｔ_ｎとサンプリング周期Ｔｓを用いて（３０ａ）式〜（３０ｄ）式で表すことができる。

ただし、電圧推定値Ｖ_ｎ＋１ｙを求める演算を簡単にするため、所定の遅れ時間Ｔｋを、係数ｋｄとサンプリング周期Ｔｓを用いて（３１）式のように表す。ここで、係数ｋｄは、−１＜ｋｄ＜１の範囲の値であり、電力変換器２のスイッチング素子の動作遅れやデットタイムによる遅れ要素など、電力変換器２の性能や構成を考慮して具体的な数値を決める。なお、Ｔｋを遅れ時間と称しているが、時刻ｔ_ｎ＋１ｙ（ｔ_ｎ＋１ｙ＝ｔ_ｎ＋Ｔｓ＋Ｔｋ）を次回サンプリング時より早めの時間に設定されるようにしても良い。
Ｔｋ＝ｋｄ×Ｔｓ ・・・（３１）

（３０ａ）式〜（３０ｄ）式、（３１）式によって、係数ａ、ｂ、ｃ、現在時刻ｔ_ｎ、およびサンプリング周期Ｔｓを消去し、電圧推定値Ｖ_ｎ＋１ｙを求めると、（３２）式のようになる。

（３２）式は、係数Ｋｄが含まれる項と係数Ｋｄが含まれない項に分けることができる。図３７は、電圧検出値補正部４１ｅの構成図である。まず、係数Ｋｄが含まれない項の演算について説明する。電圧検出値補正部４１ｅは（３２）式の演算を行うものであり、その動作について説明する。電圧検出値補正部４１ｅの乗算器４３ｄは、電圧検出手段４ａから出力される電圧検出値Ｖ_ｎ（電圧検出値補正部４１ｅの場合はＶｕｖ）に所定の定数３を掛けて、加減算器４２ａへ出力する。記憶手段４４ａは、電圧検出手段４ａから出力される電圧検出値Ｖ_ｎ（電圧検出値補正部４１ｅの場合はＶｕｖ）をサンプリング周期Ｔｓの期間、記憶保持する。乗算器４３ｅは、記憶手段４４ａが記憶する１回前のサンプリングの時刻ｔ_ｎ−１で検出した電圧検出値Ｖ_ｎ−１に所定の定数３を掛けて、加減算器４２ａへ出力する。記憶手段４４ｂは、記憶手段４４ａから出力される１回前のサンプリングの時刻ｔ_ｎ−１で検出した電圧検出値Ｖ_ｎ−１をサンプリング周期Ｔｓの期間、記憶保持し、２回前のサンプリングの時刻ｔ_ｎ−２で検出した電圧検出値Ｖ_ｎ−２を加減算器４２ａへ出力する。加減算器４２ａは、乗算器４３ｄの出力と記憶手段４４ｂの出力とを加算した上で、乗算器４３ｅの出力を減算し、加減算器４２ｂへ出力する。

次に、係数Ｋｄが含まれる項の演算するために、電圧検出値補正部４１ｅ内部の電力変換器遅れ補正部４５の動作について説明する。まず、電力変換器２の性能や構成によって決定される係数ｋｄを設定する。係数ｋｄは電力変換器２の状態に応じて逐次変化するようにしても良い。乗算器４３ｎは、設定した係数ｋｄの２乗のｋｄ^２を演算する。乗算器４３ｆは、ｋｄ^２に所定の定数１／２を掛けた値を求める。乗算器４３ｇは、係数ｋｄに所定の定数５／２を掛けた値を求める。加減算器４２ｃで、乗算器４３ｆの出力と乗算器４３ｇの出力とを加算する。乗算器４３ｈは、加減算器４２ｃの出力と電圧検出手段４ａから出力される電圧検出値Ｖ_ｎとを掛け合わせて、加減算器４２ｆへ出力する。

乗算器４３ｉは、係数ｋｄに所定の定数４を掛けた値を求める。加減算器４２ｄで、乗算器４３ｉの出力と係数ｋｄの２乗ｋｄ^２とを加算し、乗算器４３ｊは、記憶手段４４ａから出力される１回前のサンプリングの時刻ｔ_ｎ−１で検出した電圧検出値Ｖ_ｎ−１とを掛け合わせて、加減算器４２ｆへ出力する。そして、乗算器４３ｋは、係数ｋｄの２乗ｋｄ^２に所定の定数１／２を掛けた値を求める。乗算器４３ｌは、係数ｋｄに所定の定数３／２を掛けた値を求める。加減算器４２ｅで、乗算器４３ｋの出力と乗算器４３ｌの出力とを加算する。乗算器４３ｍは、加減算器４２ｅの出力と記憶手段４４ｂから出力される２回前のサンプリングの時刻ｔ_ｎ−２で検出した電圧検出値Ｖ_ｎ−２とを掛け合わせて、加減算器４２ｆへ出力する。

加減算器４２ｆは、乗算器４３ｈの出力と乗算器４３ｍの出力とを加算した上で、乗算器４３ｊの出力を減算し、加減算器４２ｂへ出力する。加減算器４２ｆの出力が、電力変換器遅れ補正部４５の出力である。電力変換器遅れ補正部４５で行われる演算が（３２）式の内、以下の（３３）式に示す演算である。

加減算器４２ｂは、加減算器４２ａの出力と加減算器４２ｆの出力とを加算し、次回サンプリングの時刻ｔ_ｎ＋１からＴｋ（＝ｋｄ・Ｔｓ）分先の時刻ｔ_ｎ＋１ｙの電圧推定値Ｖ_ｎ＋１ｙを出力する。電圧推定値Ｖ_ｎ＋１ｙが電圧検出値補正部４１ｅの電圧補正値Ｖｕｖｈとなる。動作原理および内部構成が電圧検出値補正部４１ｅと同じである電圧検出値補正部４１ｆ，４１ｇ，４１ｈも、電圧検出値補正部４１ｅと同様な動作を行い。電圧検出値補正部４１ｆは電圧補正値Ｖｖｗｈを、電圧検出値補正部４１ｇは電圧補正値Ｖｕｈを、電圧検出値補正部４１ｈは電圧補正値Ｖｖｈを各々出力する。

このように、実施の形態１において説明した電圧検出手段４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄからの出力を回転子位置推定手段５，５ａに入力する代わりに、本実施の形態においては、電圧検出値補正部４１ｅ，４１ｆ，４１ｇ，４１ｈからの電圧補正値を回転子位置推定手段５，５ａに入力する。このような補正を行うことによって、電圧検出手段４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの電圧検出動作から電圧検出値の出力動作までのタイムラグ等のサンプリング周期に起因する遅れ時間、制御手段６から電力変換器２へ第１の電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊を出力してから電力変換器２が交流回転機１へ電圧を出力するまでのタイムラグ等の電力変換器２に起因するサンプリング周期と相関のある遅れ時間、さらに、電力変換器２を構成するスイッチング素子のスイッチング動作の遅れやデットタイム等に起因するサンプリング周期とは相関の無い遅れ時間によって生じる電圧検出値の誤差を補正することができる。

従来の電圧検出値補正部４１ｅ，４１ｆ，４１ｇ，４１ｈを設けない交流回転機の制御装置では、これらの遅れ時間によって電圧検出値に誤差が生じる可能性があり、制御性能の向上に限界があった。このため、制御性能をより向上させるためには、遅れ時間が極小である高価な電圧検出手段や高価な電力変換器を用いる必要があった。しかしながら、本実施の形態のように、電圧検出値補正部４１ｅ，４１ｆ，４１ｇ，４１ｈを設けることによって、遅れ時間の大きい安価な汎用の電圧検出手段や電力変換器を用いても，遅れ時間が極小である高価な電圧検出手段や高価な電力変換器を用いた場合と同等の制御性能を得ることができる。

なお、本実施の形態においては、１回前および２回前のサンプリング時の電圧検出値を結ぶ曲線から時刻ｔの２次関数を求め、この２次関数から先の時刻の電圧推定値を推定する方法について説明した。求める関数は２次関数に限られず、１回前、２回前、３回前のサンプリング時の電圧検出値を結ぶ曲線から時刻ｔの３次関数を求める、１回前、２回前、３回前、４回前のサンプリング時の電圧検出値を結ぶ曲線から時刻ｔの４次関数を求めるなどして多次関数を求め、この多次関数から先の時刻の電圧推定値を推定してもよい。

以上のような構成によって、電圧検出値補正部４１ｅ，４１ｆ，４１ｇ，４１ｈを設けたので、電圧検出手段４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの電圧検出動作から電圧検出値の出力動作までのタイムラグ等のサンプリング周期に起因する遅れ時間、制御手段６から電力変換器２へ第１の電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊を出力してから電力変換器２が交流回転機１へ電圧を出力するまでのタイムラグ等の電力変換器２に起因する遅れ時間、さらに電力変換器２を構成するスイッチング素子のスイッチング動作の遅れやデットタイム等に起因するサンプリング周期とは相関の無い遅れ時間に起因する電圧検出値の誤差を補正できる。なお、実施の形態２〜５に対しても、本実施の形態において示した電圧検出値補正部を加えることによって、実施の形態２〜５で説明した効果に加え、本実施の形態で得られる効果も併せて得ることができる。

この発明の実施の形態１における交流回転機および交流回転機の制御装置を含めた交流回転機制御システムの構成図である。 この発明の実施の形態１における交流回転機および別の交流回転機の制御装置を含めた交流回転機制御システムの構成図である。 この発明の実施の形態１における回転二軸座標上の電圧指令を生成する制御手段の構成図である。 この発明の実施の形態１における回転二軸座標上の電流指令を生成する制御手段の構成図である。 この発明の実施の形態１における第１の位置推定部の構成図である。 この発明の実施の形態１における電力変換器が交流回転機の多相巻線の各相に印加する位置検出信号と、各相に流れる電流と、演算手段が電流パルス検出手段へ出力する同期信号とのタイムチャートである。 この発明の実施の形態１における演算手段の処理動作を表すフローチャートである。 この発明の実施の形態１における演算手段が回転子推定位置θ１を出力するためのテーブルである。 この発明の実施の形態１における三相交流座標（ｕ−ｖ−ｗ軸）と二相交流座標（α−β軸）と回転二軸座標（ｄ−ｑ軸）との関係を示した図である。 この発明の実施の形態１における第２の位置推定部が交流回転機の回転方向を求めるためのテーブルである。 この発明の実施の形態１における回転子位置切換部の処理動作を表すフローチャートである。 この発明の実施の形態２における交流回転機および交流回転機の制御装置を含めた交流回転機制御システムの構成図である。 この発明の実施の形態２における第３の位置推定部の構成図である。 この発明の実施の形態２における回転子位置切換部の処理動作を表すフローチャートである。 この発明の実施の形態３における交流回転機および交流回転機の制御装置を含めた交流回転機制御システムの構成図である。 この発明の実施の形態３における制御手段の構成図である。 この発明の実施の形態３における高周波信号発生器が出力する高周波信号の電圧波形を示す図である。 この発明の実施の形態３における高周波信号発生器が出力する高周波信号のベクトル和である電圧ベクトルを示した図である。 この発明の実施の形態３における第４の位置推定部の構成図である。 この発明の実施の形態３における回転子位置切換部の処理動作を表すフローチャートである。 この発明の実施の形態３における別の回転子位置切換部の処理動作を表すフローチャートである。 この発明の実施の形態４における交流回転機および交流回転機の制御装置を含めた交流回転機制御システムの構成図である。 この発明の実施の形態４における回転子位置切換部の処理動作を表すフローチャートである。 この発明の実施の形態５における交流回転機および交流回転機の制御装置を含めた交流回転機制御システムの構成図である。 この発明の実施の形態５における回転子位置切換部の処理動作を表すフローチャートである。 この発明の実施の形態６における交流回転機および交流回転機の制御装置を含めた交流回転機制御システムの構成図である。 この発明の実施の形態６における固定子電圧Ｖｕ、Ｖｖと電圧二値化信号Ｖｕ２、Ｖｖ２および二値化信号Ｖｘ２との関係を示した図である。 この発明の実施の形態６における第２の位置推定部が交流回転機の回転方向を求めるためのテーブルである。 この発明の実施の形態６における第２の位置推定部が交流回転機の固定子電圧の電圧位相を求めるためのテーブルである。 この発明の実施の形態７における交流回転機および交流回転機の制御装置を含めた交流回転機制御システムの構成図である。 この発明の実施の形態７における交流回転機および別の交流回転機の制御装置を含めた交流回転機制御システムの構成図である。 この発明の実施の形態７における電圧検出値補正部における推定方法の原理を示す図である。 この発明の実施の形態７における電圧検出値補正部の構成図である。 この発明の実施の形態８における交流回転機および交流回転機の制御装置を含めた交流回転機制御システムの構成図である。 この発明の実施の形態８における交流回転機および別の交流回転機の制御装置を含めた交流回転機制御システムの構成図である。 この発明の実施の形態８における電圧検出値補正部における推定方法の原理を示す図である。 この発明の実施の形態８における電圧検出値補正部の構成図である。

符号の説明

１ 交流回転機、２ 電力変換器、３ａ，３ｂ 電流検出手段、４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ 電圧検出手段、５，５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆ 回転子位置推定手段、６，６ａ，６ｂ 制御手段、７ 第１の位置推定部、８，８ａ，８ｂ 第２の位置推定部、９ 第３の位置推定部、１０ 第４の位置推定部、１１ 座標変換器、１２ａ，１２ｂ フーリエ変換器、１３ａ，１３ｂ 乗算器、１４ 加減算器、１５ 位置演算器、４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ，４１ｅ，４１ｆ，４１ｇ，４１ｈ 電圧検出値補正部、４２，４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄ，４２ｅ，４２ｆ 加減算器、４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄ，４３ｅ，４３ｆ，４３ｇ，４３ｈ，４３ｉ，４３ｊ，４３ｋ，４３ｌ，４３ｍ，４３ｎ 乗算器、４４ａ，４４ｂ 記憶手段、４５ 電力変換器遅れ補正部、５１，５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ，５１ｅ，５１ｆ 回転子位置切換部、５２ 速度推定器、６１，６１ａ 座標変換器、６２，６４ ｄ軸電圧指令生成器、６３，６５ ｑ軸電圧指令生成器、６６ ｄ軸電流制御器、６７ ｑ軸電流制御器、６８ａ，６８ｂ，６８ｃ，６８ｄ，６８ｅ，６８ｆ，９７ａ，９７ｂ 加減算器、６９ 高周波信号発生器、７１ 演算手段、７２ 電流パルス検出手段、９１ 回転機モデル、９２ 偏差増幅器、９３ ゲイン演算器、９４ 速度同定器、９５ａ，９５ｂ 座標変換器、９６ 積分器。

Claims (6)

1. 電圧指令によって多相巻線を有する交流回転機を駆動する電力変換器と、
   前記交流回転機の出力電流を検出する電流検出手段と、
   前記交流回転機の少なくとも２つの固定子電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記出力電流に基づいて第１の回転子推定位置を推定する第１の位置推定部、および前記固定子電圧に基づいて第２の回転子推定位置を推定する第２の位置推定部を有し、前記交流回転機の起動指令が入力された場合に、前記固定子電圧の振幅に基づいて前記第１の回転子推定位置または前記第２の回転子推定位置のいずれかを前記交流回転機の回転子推定位置として選択する回転子位置推定手段と、
   前記回転子位置推定手段から前記交流回転機の回転子推定位置を入力し、前記交流回転機の回転子推定位置に基づいて前記電圧指令を演算し、前記電圧指令を前記電力変換器へ出力する制御手段と、
   前記電圧検出手段で検出された前記固定子電圧を補正する電圧検出値補正部とを備え、
   前記電圧検出値補正部は、
   所定の周期で前記固定子電圧のサンプリングを行うとともに、現在時刻ｔ _ｎ からｍ回前（ただし、ｍは自然数）のサンプリング時ｔ _ｎ−ｍ までの各サンプリング時に検出された前記固定子電圧を電圧検出値Ｖ _ｎ 〜Ｖ _ｎ−ｍ として蓄積し、前記電圧検出値Ｖ _ｎ 〜Ｖ _ｎ−ｍ を結ぶ線を所定の関数として求め、
   前記所定の関数に基づいて次回サンプリング時ｔ _ｎ＋１ における直流電圧推定値Ｖ _ｎ＋１ を推定し、
   前記回転子位置推定手段は、前記直流電圧推定値Ｖ _ｎ＋１ を前記交流回転機の固定子電圧として入力し、
   前記次回サンプリング時ｔ _ｎ＋１ を前記現在時刻ｔ _ｎ から前記所定の周期の１．５倍の時間経過した時刻に置き換えて、前記次回サンプリング時ｔ _ｎ＋１ における前記直流電圧推定値Ｖ _ｎ＋１ を推定することを特徴とする交流回転機の制御装置。
2. 電圧指令によって多相巻線を有する交流回転機を駆動する電力変換器と、
   前記交流回転機の出力電流を検出する電流検出手段と、
   前記交流回転機の少なくとも２つの固定子電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記出力電流に基づいて第１の回転子推定位置を推定する第１の位置推定部、および前記固定子電圧に基づいて第２の回転子推定位置を推定する第２の位置推定部を有し、前記交流回転機の起動指令が入力された場合に、前記固定子電圧の振幅に基づいて前記第１の回転子推定位置または前記第２の回転子推定位置のいずれかを前記交流回転機の回転子推定位置として選択する回転子位置推定手段と、
   前記回転子位置推定手段から前記交流回転機の回転子推定位置を入力し、前記交流回転機の回転子推定位置に基づいて前記電圧指令を演算し、前記電圧指令を前記電力変換器へ出力する制御手段と、
   前記電圧検出手段で検出された前記固定子電圧を補正する電圧検出値補正部とを備え、
   前記電圧検出値補正部は、
   所定の周期で前記固定子電圧のサンプリングを行うとともに、現在時刻ｔ _ｎ からｍ回前（ただし、ｍは自然数）のサンプリング時ｔ _ｎ−ｍ までの各サンプリング時に検出された前記固定子電圧を電圧検出値Ｖ _ｎ 〜Ｖ _ｎ−ｍ として蓄積し、前記電圧検出値Ｖ _ｎ 〜Ｖ _ｎ−ｍ を結ぶ線を所定の関数として求め、
   前記所定の関数に基づいて次回サンプリング時ｔ _ｎ＋１ における直流電圧推定値Ｖ _ｎ＋１ を推定し、
   前記回転子位置推定手段は、前記直流電圧推定値Ｖ _ｎ＋１ を前記交流回転機の固定子電圧として入力し、
   前記次回サンプリング時ｔ _ｎ＋１ を前記現在時刻ｔ _ｎ から前記所定の周期と所定の遅れ時間とを合せた時間経過した時刻に置き換えて、前記次回サンプリング時ｔ _ｎ＋１ の前記直流電圧推定値Ｖ _ｎ＋１ を推定することを特徴とする交流回転機の制御装置。
3. 前記回転子位置推定手段は、前記電圧指令と前記出力電流とに基づいて第３の回転子推定位置を推定する第３の位置推定部を有し、
   前記電力変換器によって前記交流回転機の駆動が開始された後に、前記第３の回転子推定位置を交流回転機の駆動中の回転子推定位置として前記制御手段へ出力することを特徴とする請求項１、または請求項２の何れかに記載の交流回転機の制御装置。
4. 前記制御手段は、高周波信号を出力する高周波信号発生器を有し、前記高周波信号を含む前記電圧指令を前記電力変換器へ出力し、
   前記回転子位置推定手段は、前記電圧指令と前記出力電流とに基づいて第３の回転子推定位置を推定する第３の位置推定部、および前記高周波信号を含む前記電圧指令によって前記電力変換器が前記交流回転機を駆動する際の前記交流回転機の出力電流に基づいて第４の回転子推定位置を推定する第４の位置推定部を有し、前記電力変換器によって前記交流回転機の駆動が開始された後に、前記固定子電圧の振幅に基づいて前記第３の回転子推定位置または前記第４の回転子推定位置のいずれかを選択し、前記交流回転機の駆動中の回転子推定位置として前記制御手段へ出力することを特徴とする請求項１、または請求項２の何れかに記載の交流回転機の制御装置。
5. 前記制御手段は、高周波信号を出力する高周波信号発生器を有し、前記高周波信号を含む前記電圧指令を前記電力変換器へ出力し、
   前記回転子位置推定手段は、前記電圧指令と前記出力電流とに基づいて第３の回転子推定位置を推定する第３の位置推定部、および前記高周波信号を含む前記電圧指令によって前記電力変換器が前記交流回転機を駆動する際の前記交流回転機の出力電流に基づいて第４の回転子推定位置を推定する第４の位置推定部を有し、前記電力変換器によって前記交流回転機の駆動が開始された後に、前記電圧指令に基づいて前記第３の回転子推定位置または前記第４の回転子推定位置のいずれかを選択し、前記交流回転機の駆動中の回転子推定位置として前記制御手段へ出力することを特徴とする請求項１、または請求項２の何れかに記載の交流回転機の制御装置。
6. 前記制御手段は、高周波信号を出力する高周波信号発生器を有し、前記高周波信号を含む前記電圧指令を前記電力変換器へ出力し、
   前記回転子位置推定手段は、前記電圧指令と前記出力電流とに基づいて第３の回転子推定位置を推定する第３の位置推定部、および前記高周波信号を含む前記電圧指令によって前記電力変換器が前記交流回転機を駆動する際の前記交流回転機の出力電流に基づいて第４の回転子推定位置を推定する第４の位置推定部を有し、前記電力変換器によって前記交流回転機の駆動が開始された後に、前記交流回転機の回転子推定位置に基づいて前記交流回転機の回転速度を推定し、前記回転速度に基づいて前記第３の回転子推定位置または前記第４の回転子推定位置のいずれかを選択し、前記交流回転機の駆動中の回転子推定位置として前記制御手段へ出力することを特徴とする請求項１、または請求項２の何れかに記載の交流回転機の制御装置。

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