JP5402105B2 - 電動機の制御装置及び電動機状態推定方法 - Google Patents

Description

本発明は、電動機に電力を供給して駆動する電動機の制御装置及び電動機状態推定方法に関する。

従来より、電動機の制御装置としては、電動機に回転子の位置及び回転数を検出するために、例えばエンコーダやレゾルバといった位置センサを備えているものが知られている。そして、この電動機の制御装置は、位置センサによって検出した回転子の位置及び回転数に基づいて、電動機を制御する。

しかしながら、このような電動機の制御装置は、位置センサの取り付けに伴うコストアップや、取り付けスペース及び配線スペースの確保のために小型化が難しいという問題があった。

これに対し、下記の特許文献１の電動機の制御装置は、埋め込み磁石型同期電動機の突極性として、ｄ軸（励磁方向成分）インダクタンス＜ｑ軸（トルク方向成分）インダクタンスとうい性質を利用する。この性質により、電動機の駆動周波数とは異なる周波数の、真円の軌跡を描く高周波電圧ベクトルを電動機に印加すると、電動機に流れる電流の高周波成分のベクトルは、d軸方向(磁極位置)に膨らんだ楕円状の軌跡を描く。電動機の制御装置は、高周波電流ベクトル軌跡を楕円近似して楕円の長軸方向を検出し、楕円の長軸方向が磁極位置であるとして回転子の磁極位置及び回転数を推定し、これら推定値に基づき電動機を制御している。

特開２００３−２１９６８２号公報

上述した技術は、回転子と固定子間のインダクタンス分布が回転子構造によって決まり、ｄ軸方向の高周波電流が最大値をとり、ｑ軸方向の高周波電流が最小値をとることを前提としている。

しかしながら、固定子の構造に起因するインダクタンスの分布がｄ軸、ｑ軸で一様でなく、当該インダクタンス分布に基づく高周波電流の誤差が無視できない大きさとなる場合がある。従って、高周波電流のベクトル軌跡を楕円近似した場合、当該近似した楕円に回転子の位置に応じて変動する誤差が含まれるため、当該楕円の長軸方向が磁極位置として回転子の磁極位置を精度よく推定できないという問題がある。

そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、回転子の状態を精度良く推定することができる電動機の制御装置及び電動機状態推定方法を提供することを目的とする。

本発明は、電動機を所望の状態に制御するための電圧指令値として、当該電動機の励磁方向成分の電圧指令値及びトルク方向成分の電圧指令値を演算する電圧指令値演算手段と、電圧指令値演算手段により演算された電圧指令値に対して電動機の駆動周波数とは異なる周波数の高周波電圧を重畳する高周波電圧発生手段と、高周波電圧発生手段により高周波電圧が重畳された電圧指令値に基づいてインバータのスイッチング素子を駆動する駆動信号を生成し、当該インバータにより直流電圧を交流電圧に変換させて電動機を駆動する駆動手段と、駆動手段から電動機に供給されている電流を検出する電流検出手段と、電流検出手段により検出された電流に基づいて、電動機における回転子の状態を推定する回転子状態推定手段と、回転子状態推定手段により推定された回転子の状態に基づいて、駆動手段を制御して前記電動機を駆動させる制御手段と、高周波電流ベクトル軌跡の楕円大きさに対する、前記励磁方向に対する楕円長軸方向の偏差の絶対値に対応した補正量である磁極位置補正量を記述したマップデータが記憶された記憶手段と、を備える。

本発明において、上述の課題を解決するために、回転子状態推定手段は、電流検出手段により検出された電流に含まれる高周波電圧と同じ周波数の励磁方向成分電流及びトルク方向成分電流を抽出し、当該抽出された励磁方向成分電流及びトルク方向成分電流を用いて高周波電流ベクトル軌跡を楕円で近似し、当該楕円大きさと、励磁方向に対する楕円長軸方向の偏差と、を算出し、当該楕円大きさ及び偏差に基づいて、励磁方向に対する楕円長軸方向の磁極位置補正量を算出し、記憶手段に記述されたマップデータを用いて前記楕円大きさに対する磁極位置補正量を算出し、当該磁極位置補正量に基づいて励磁方向に対する楕円長軸方向を補正し、補正した励磁方向に対する楕円長軸方向に基づいて、回転子の状態を推定する。

本発明によれば、高周波電流ベクトル軌跡の楕円大きさ及び励磁方向と楕円長軸方向との偏差に基づいて補正量を求めて、励磁方向に対する楕円長軸方向を補正するので、当該楕円長軸方向を用いて精度良く回転子の状態を検出できる。

本発明の第１実施形態として示す電動機の制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態として示す電動機の制御装置において、高周波電圧ベクトルの軌跡を示す図である。 本発明の第１実施形態として示す電動機の制御装置における磁極位置・回転数推定部の構成を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態として示す電動機の制御装置における電動機の構成を示す上面図である。 本発明の第１実施形態として示す電動機の制御装置における回転子の位置とインダクタンスとの関係を示す図である。 本発明の第１実施形態として示す電動機の制御装置における固定子の位置とインダクタンスとの関係を示す図である。 固定子が分布巻構造の場合における高周波電流ベクトル軌跡の楕円について説明する図である。 本発明の第１実施形態として示す電動機の制御装置において、固定子が集中巻構造の場合に、高周波電流ベクトル軌跡が楕円となる様子を示す図である。 本発明の第１実施形態として示す電動機の制御装置における磁極位置補正量算出部の構成を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態として示す電動機の制御装置において、高周波電流ベクトル軌跡の楕円大きさと、磁極位置と高周波電流ベクトル軌跡における楕円長軸方向との偏差との関係を示す図である。 本発明の第１実施形態として示す電動機の制御装置において、高周波電流ベクトル軌跡の楕円長軸方向と、磁極位置との関係を示す図である。 本発明の第１実施形態として示す電動機の制御装置における動作手順を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態として示す電動機の制御装置における磁極位置補正量算出部の構成を示すブロック図である。 本発明の第４実施形態として示す電動機の制御装置において、高周波電流ベクトル軌跡の楕円大きさと、磁極位置と高周波電流ベクトル軌跡における楕円長軸方向との偏差との関係を示す図である。 本発明の第５実施形態として示す電動機の制御装置において、磁極位置の領域を判定する閾値にヒステリシスを設けた様子を示す図である。 本発明の第６実施形態として示す電動機の制御装置における磁極位置補正量算出部の構成を示すブロック図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

［第１実施形態］
「電動機の制御装置の構成」
本発明の第１実施形態として示す電動機制御装置は、例えば図１に示すように構成される。電動機制御装置は、例えば車両を駆動する電動機９の動作を制御するものである。本実施形態では、電動機制御装置は、指令値生成部１，電流制御部２，高周波電圧発生部３，座標変換部４，ＰＷＭ変換部５，直流電源６，インバータ７，電流センサ８ｕ，８ｖ，座標変換部１０，磁極位置・回転数推定部１１を有する。

指令値生成部１及び電流制御部２は、電動機９を所望の状態に制御するための電圧指令値として、当該電動機９の励磁方向成分（γ軸）の電圧指令値及びトルク方向成分（δ軸）の電圧指令値を演算する電圧指令値演算手段として機能する。

指令値生成部１は、トルク指令値Ｔ^＊，電動機９の回転数推定値ω＾，及び直流電源６の直流電圧Ｖ_ｄｃと電流制御モードにおけるｄｐ軸電流指令値ｉ_ｄ ^＊，ｉ_ｑ ^＊及びｄｑ軸干渉電圧指令値ｖ_{ｄ＿ｄｃｐｌ} ^＊，ｖ_{ｑ＿ｄｃｐｌ} ^＊との対応関係を示すテーブルを有する。指令値生成部１は、トルク指令値Ｔ^＊，磁極位置・回転数推定部１１から出力される電動機９の回転数推定値ω＾，及び直流電源６の直流電圧Ｖ_ｄｃに対応するｄｑ軸電流指令値ｉ_ｄ ^＊，ｉ_ｑ ^＊及びｄｑ軸干渉電圧指令値ｖ_{ｄ＿ｄｃｐｌ} ^＊，ｖ_{ｑ＿ｄｃｐｌ} ^＊をテーブルから検索し、検索されたｄｑ軸電流指令値ｉ_ｄ ^＊，ｉ_ｑ ^＊及びｄｑ軸干渉電圧指令値ｖ_{ｄ＿ｄｃｐｌ} ^＊，ｖ_{ｑ＿ｄｃｐｌ} ^＊を出力する。このように指令値生成部１は、オープンループ方式によりｄｑ軸電流指令値ｉ_ｄ ^＊，ｉ_ｑ ^＊及びｄｑ軸干渉電圧指令値ｖ_{ｄ＿ｄｃｐｌ} ^＊，ｖ_{ｑ＿ｄｃｐｌ} ^＊を制御する。

電流制御部２は、指令値生成部１から出力されたｄｑ軸電流指令値ｉ_ｄ ^＊，ｉ_ｑ ^＊及びｄｑ軸干渉電圧指令値ｖ_{ｄ＿ｄｃｐｌ} ^＊，ｖ_{ｑ＿ｄｃｐｌ} ^＊と座標変換部１０から出力されるγδ軸電流検出値ｉ_γ，ｉ_δとを用いて電流偏差比例積分（ＰＩ）増幅と非干渉制御からなる一般的な電流ベクトル制御演算を行う。これにより、電流制御部２は、γδ軸電圧指令値ｖ_γ ^＊’，ｖ_δ ^＊’を生成して、出力する。

電動機制御装置は、電動機９に供給する電流を電動機９の２次磁束に直交するｑ軸電流成分と２次磁束に対し平行なｄ軸電流成分とに分離して電流制御を行う電流ベクトル制御を行う。“非干渉制御”とは、この電流ベクトル制御において、電流、ｑ軸，ｄ軸のインダクタンス、及び電動機９の機械回転数の作用によって、ｄ軸電流成分及びｑ軸電流成分がそれぞれｑ軸電圧及びｄ軸電圧として他方の電流成分に干渉することによる影響を打ち消す制御を意味する。具体的には、干渉電圧指令値を用いて電圧指令値を補正する制御を意味する。また、γδ軸とは、磁極位置・回転数推定部１１により推定された回転子の磁極位置推定値θ＾により得た推定ｄｑ軸を意味している。上述の電流偏差とは、ｄ軸電流指令値ｉ_ｄ ^＊とγ軸電流検出値ｉ_γの偏差、ｑ軸電流指令値ｉ_ｑ ^＊とδ軸電流検出値ｉ_δの偏差である。

高周波電圧発生部３は、指令値生成部１及び電流制御部２により演算された電圧指令値に対して電動機９の駆動周波数とは異なる周波数の高周波電圧を重畳する高周波電圧発生手段として機能する。

高周波電圧発生部３は、電動機９の駆動周波数とは異なる高周波電圧ｖ_ｄｈ ^＊、ｖ_ｑｈ ^＊を生成する。この高周波電圧ｖ_ｄｈ ^＊、ｖ_ｑｈ ^＊は、電流制御部２により生成されたγδ軸電圧指令値ｖ_γ ^＊、ｖ_δ ^＊に重畳される。これにより、座標変換部４には、高周波電圧ｖ_ｄｈ ^＊、ｖ_ｑｈ ^＊を含むγδ軸電圧指令値ｖ_γ ^＊、ｖ_δ ^＊が供給される。

また、電動機制御装置は、高周波電圧発生部３により高周波電圧ｖ_ｄｈ ^＊、ｖ_ｑｈ ^＊が重畳された電圧指令値に基づいてインバータ７のスイッチング素子を駆動する駆動信号を生成し、当該インバータ７により直流電圧を交流電圧に変換させて電動機９を駆動する駆動手段として機能する。この構成は、座標変換部４、ＰＷＭ変換部５、インバータ７に相当する。

座標変換部４は、γδ軸の電圧を、ＵＶＷ相に電圧に変換する。座標変換部４は、以下の式１を利用して、入力したγδ軸電圧指令値ｖ_γ ^＊，ｖ_δ ^＊と磁極位置・回転数推定部１１により推定された電動機９の回転子の磁極位置推定値θ＾からＵ相，Ｖ相，及びＷ相の三相の電圧指令値ｖ_ｕ ^＊，ｖ_ｖ ^＊，ｖ_ｗ ^＊を算出して、出力する。

ＰＷＭ変換部５は、座標変換部４から出力されたＵ相，Ｖ相，及びＷ相の三相の電圧指令値ｖ_ｕ ^＊，ｖ_ｖ ^＊，ｖ_ｗ ^＊に対応するインバータ７の駆動信号Ｄ_ｕｕ ^＊，Ｄ_ｕｌ ^＊，Ｄ_ｖｕ ^＊，Ｄ_ｖｌ ^＊，Ｄ_ｗｕ ^＊，Ｄ_ｗｌ ^＊を生成して、出力する。なお、駆動信号Ｄ_ｕｕ ^＊，Ｄ_ｕｌ ^＊は、それぞれＵ相に対応する上段及び下段のスイッチング素子に対する信号を示す。駆動信号Ｄ_ｖｕ ^＊，Ｄ_ｖｌ ^＊はそれぞれＶ相に対応する上段及び下段のスイッチング素子に対する信号を示す。駆動信号Ｄ_ｗｕ ^＊，Ｄ_ｗｌ ^＊はそれぞれＷ相に対応する上段及び下段のスイッチング素子に対する信号を示す。

インバータ７は、ＰＷＭ変換部５から出力された駆動信号Ｄ_ｕｕ ^＊，Ｄ_ｕｌ ^＊，Ｄ_ｖｕ ^＊，Ｄ_ｖｌ ^＊，Ｄ_ｗｕ ^＊，Ｄ_ｗｌ ^＊に従って対応するスイッチング素子をオン／オフする。これによりインバータ７は、直流電源６の直流電圧Ｖ_ｄｃを三相の交流電圧ｖ_ｕ，ｖ_ｖ，ｖ_ｗに変換して電動機９に出力する。

電流センサ８ｕ，８ｖは、インバータ７から電動機９に供給されている励磁方向成分電流及びトルク方向成分電流を検出する電流検出手段として機能する。具体的には、電流センサ８ｕ，８ｖは、Ｕ相とＶ相の電流値ｉ_ｕ，ｉ_ｖを検出して座標変換部１０に出力する。本実施形態のように、電流センサを二相にだけに取り付ける場合、電流センサ８ｕ，８ｖにより検出しない残り１相（本実施形態ではＷ相）の電流値は、座標変換部１０により、以下の式２から算出することができる。

座標変換部１０は、ＵＶＷ相からγδ軸に電流を変換する。座標変換部１０は、以下の式３を利用して電流センサ８ｕ，８ｖにより検出されたＵ相とＶ相の電流値ｉ_ｕ，ｉ_ｖと磁極位置・回転数推定部１１により推定された電動機９の回転子の磁極位置推定値θ＾から、γδ軸電流検出値ｉ_γ，ｉ_δを算出する。

磁極位置・回転数推定部１１は、電流センサ８ｕ，８ｖ及び座標変換部１０により検出された電流に基づいて、電動機９における回転子の状態を推定する回転子状態推定手段として機能する。磁極位置・回転数推定部１１は、座標変換部１０から出力されたγδ軸電流検出値ｉ_γ，ｉ_δを入力し、これらのγδ軸電流検出値ｉ_γ，ｉ_δに基づいて、電動機９の回転子の磁極位置推定値θ＾、回転数推定値ω＾を演算し、出力する。

そして、磁極位置推定値θ＾及び回転数推定値ω＾は、指令値生成部１及び座標変換部１０によって電動機９の制御に用いられる（制御手段）。

「高周波電圧発生部３の動作説明」
高周波電圧発生部３は、図２に示すように、真円のベクトル軌跡を描く高周波電圧ｖ_ｄｈ ^＊、ｖ_ｑｈ ^＊を発生させる。この高周波電圧ｖ_ｄｈ ^＊、ｖ_ｑｈ ^＊の周波数は、電動機９の駆動周波数より充分に高い。例えば、高周波電圧ｖ_ｄｈ ^＊、ｖ_ｑｈ ^＊のベクトルの大きさは８５Ｖ、周波数を６２５Ｈｚとする。

「磁極位置・回転数推定部１１の詳細構成」
つぎに、上述した電動機制御装置における磁極位置・回転数推定部１１の構成を、図３を参照して説明する。

磁極位置・回転数推定部１１は、γδ軸電流検出値ｉ_γ，ｉ_δが供給されるバンドパスフィルタ１２（ＢＰＦ）、ディジタルフーリエ変換処理部１３（ＤＦＴ）、楕円解析部１４、ＰＩ増幅器１５、積分器１６、磁極位置補正量算出部１７を備える。

バンドパスフィルタ１２は、座標変換部１０から出力されたγδ軸電流検出値ｉ_γ、ｉ_δに含まれ、高周波電圧ｖ_ｄｈ ^＊、ｖ_ｑｈ ^＊と同じ周波数成分のγδ軸高周波電流ｉ_γｈ、ｉ_δｈを抽出して、出力する。

ディジタルフーリエ変換処理部１３は、バンドパスフィルタ１２により抽出されたγδ軸高周波電流ｉ_γｈ、ｉ_δｈを高周波電圧ｖ_ｄｈ ^＊、ｖ_ｑｈ ^＊と同じ周波数成分の実数軸成分及び虚数軸成分ｉ_{γｈ＿Ｒｅ}、ｉ_{γｈ＿Ｉｍ}、ｉ_{δｈ＿Ｒｅ}、ｉ_{δｈ＿Ｉｍ}に分解して、出力する。

楕円解析部１４は、ディジタルフーリエ変換処理部１３から出力された虚数軸成分ｉ_{γｈ＿Ｒｅ}、ｉ_{γｈ＿Ｉｍ}、ｉ_{δｈ＿Ｒｅ}、ｉ_{δｈ＿Ｉｍ}に基づいて、γδ軸高周波電流ｉ_γｈ、ｉ_δｈがγδ軸上で描く軌跡、すなわち、γδ軸電流検出値ｉ_γ，ｉ_δを楕円（高周波電流ベクトル軌跡の楕円）に近似する。そして、楕円解析部１４は、γ軸に対する高周波電流ベクトル軌跡の楕円長軸向き（偏差）θ_ζ’と、高周波電流ベクトル軌跡の楕円長軸長さと楕円短軸長さとの積ＡＢ（以下、「楕円大きさＡＢ」と呼ぶ。）から求められる高周波電流ベクトル軌跡の楕円大きさを、下記の式（４）、式（５）によって算出し、出力する。

γ軸に対する楕円長軸向きθ_ζ’は、磁極位置補正量算出部１７から出力される磁極位置補正量Δθ_ζと加算される。これにより、γ軸に対する楕円長軸向きθ_ζ’は、γ軸に対する高周波電流ベクトル軌跡の楕円長軸向きθ_ζに補正される。このγ軸に対する高周波電流ベクトル軌跡の楕円長軸向きθ_ζは、ＰＩ増幅器１５に供給される。

ＰＩ増幅器１５は、γ軸に対する高周波電流ベクトル軌跡の楕円長軸向きθ_ζをＰＩ増幅することにより回転数推定値ω＾を得て、指令値生成部１に出力する。

積分器１６は、ＰＩ増幅器１５から出力された回転数推定値ω＾を積分することにより回転子の磁極位置推定値θ＾を得て、座標変換部１０に出力する。

ここで、回転子の磁極位置推定値θ＾、回転数推定値ω＾を求める原理について説明する。図４は、電動機９における回転子９ａの磁石（Ｓ，Ｎ）を１極対、固定側のティース（固定子９ｂ）数を、（１）〜（６）の６個とした場合の集中巻ＩＰＭ型の電動機９を示す。また、図５，６に、この電動機９のインダクタンスＬｒ、Ｌｓの分布を示す。

電動機９の回転子９ａに起因するインダクタンスＬｒは、図４で示す回転子９ａの部位（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に対して、図５のように分布する。一方、固定子９ｂに起因するインダクタンスＬｓは、図４で示す固定子９ｂの部位（１）〜（６）に対して図６のように分布する。

固定子９ｂが分布巻構造の場合は、図６の点線で示すように、固定子９ｂに起因するインダクタンスＬｓは、ほぼ平坦な分布となる。これにより、回転子９ａに起因するインダクタンスＬｒと固定子９ｂに起因するインダクタンスＬｓの合成インダクタンスは、回転子９ａの部位（ａ）、（ｃ）、すなわちｄ軸方向で最小になり、回転子９ａの部位（ｂ）、（ｄ）、すなわちｑ軸方向で最大となる。したがって、γδ軸電流検出値ｉ_γ，ｉ_δで表される高周波電流ベクトルの軌跡は、図７のように、ｄ軸方向に膨らんだ楕円状になる。したがって、楕円解析部１４は、ディジタルフーリエ変換処理部１３から得たγδ軸電流検出値ｉ_γ，ｉ_δに基づく虚数軸成分ｉ_{γｈ＿Ｒｅ}、ｉ_{γｈ＿Ｉｍ}、ｉ_{δｈ＿Ｒｅ}、ｉ_{δｈ＿Ｉｍ}に基づいて、当該高周波電流ベクトル軌跡を楕円で近似し、当該高周波電流ベクトル軌跡の楕円長軸方向を算出することで、γ軸に対する楕円長軸向き（偏差）θ_ζ’を算出し、最終的に回転子９ａの磁極位置推定値θ＾を推定できる。

しかし、固定子９ｂが集中巻構造の場合、固定子９ｂに起因するインダクタンスＬｓは、固定子９ｂ（ティース）のある位置で最大、固定子９ｂ間で最小となり、固定子９ｂの位置による差が大きくなる。このため、回転子９ａに起因するインダクタンスＬｒと固定子９ｂに起因するインダクタンスＬｓの合成インダクタンスは、必ずしも回転子９ａの部位（ａ）（ｃ）、すなわちｄ軸方向では最小にならず、ｄ軸から一定の範囲内でずれた点で最小となる。よって、高周波電流ベクトル軌跡は、図８に示すように、ｄ軸の周辺において、インダクタンスが最小の方向に膨らみ、大きさが伸び縮みする楕円状になる。これにより、高周波電流ベクトル軌跡を楕円近似した場合の長軸方向（γ）は、図８中の点線で示す楕円のようなｄ軸方向からずれた方向となる。

したがって、固定子９ｂが集中巻構造である電動機９における磁極位置を精度よく推定するためには、回転子９ａの磁極位置に応じて変動する真の磁極位置（ｄ軸）と、高周波電流ベクトル軌跡の楕円長軸方向（γ）との誤差（偏差）を補正する必要がある。

このために、第１実施形態として示す電動機制御装置は、γδ軸電流検出値ｉ_γ，ｉ_δに応じて高周波電流ベクトル軌跡の楕円大きさが変化することと、真の磁極位置と高周波電流ベクトル軌跡における楕円長軸方向との偏差とが、ともに固定子構造に起因しており、一定の関係性があることに着目して、回転子９ａの真の磁極位置と高周波電流ベクトル軌跡における楕円長軸方向との偏差を補正する磁極位置補正量Δθ_ζを求める。

この磁極位置補正量Δθ_ζを求める磁極位置補正量算出部１７は、図９に示すように、領域判定部１８と、０〜３０°マップ１９ａ及び３０〜６０°マップ１９ｂを記憶するマップ参照部１９と、マップ選択部２０とを有する。なお、以下の説明では、領域判定部１８及びマップ参照部１９を備える例について説明するが、領域判定部１８及びマップ参照部１９を備えなくても良い。例えば、高周波電流ベクトル軌跡の楕円大きさ及び真の磁極位置と楕円長軸方向の偏差に基づいて、回転子９ａが位置する範囲に対応した励磁方向に対する高周波電流ベクトル軌跡の長軸方向の補正量（磁極位置補正量Δθ_ζ）を算出できる。

領域判定部１８は、ＰＩ増幅器１５から供給された回転子９ａの磁極位置推定値θ＾から、当該回転子９ａの磁極位置が位置する範囲（領域）を判定し、出力する。この磁極位置の領域は、本実施形態において、０〜３０°と、３０〜６０°とが予め設定されている。

マップ参照部１９は、楕円解析部１４から、楕円大きさＡＢで表される高周波電流ベクトルの大きさが供給される。マップ参照部１９は、楕円大きさＡＢを指標として磁極位置補正量Δθ_ζを求めるマップが記憶されている。楕円大きさＡＢを入力すると、マップ参照部１９は、０〜３０°マップ１９ａから求めた磁極位置補正量Δθ_ζと、３０〜６０°マップ１９ｂから求めた磁極位置補正量Δθ_ζとの双方を出力することができる。

マップ選択部２０は、磁極位置推定値θ＾から求められる回転子９ａの磁極位置が属する領域に応じ、０〜３０°マップ１９ａを用いて求められた磁極位置補正量Δθ_ζ又は３０〜６０°マップ１９ｂを用いて求められた磁極位置補正量Δθ_ζの何れかを選択的に出力する。

このような磁極位置補正量算出部１７において、楕円大きさＡＢと、磁極位置（ｄ軸）と高周波電流ベクトル軌跡における楕円長軸方向との偏差θ_ζｅである磁極位置補正量Δθ_ζとの関係は、図１０に示すようになる。

図４に示したように、電動機９は、回転子９ａの磁極位置が６０°毎に設置されており、当該回転子９ａごとの繰り返しに応じてインダクタンスが変化する特性がある。図１０の特性より、磁極位置補正量算出部１７は、回転子９ａの磁極位置（θ）が０〜６０°間の特性のみを予めマップ化してマップ参照部１９に記憶しておき、楕円大きさＡＢを指標として当該マップを参照して、磁極位置補正量Δθ_ζを取得できる。

図１０に示すように、楕円大きさＡＢに対する、真の励磁方向に対する高周波電流ベクトル軌跡の楕円長軸方向の偏差θ_ζｅは、回転子９ａの磁極位置が０〜３０°相当の領域と３０〜６０°相当の領域とで異なる値となる。このため、現在の回転子９ａの磁極位置が何れの領域に属するかを、領域判定部１８により判定する必要がある。

例えば図１１に示すような電動機９の回転子９ａと固定子９ｂとの位置関係において、回転子９ａの磁極位置が位置Ａと位置Ｂの間にある場合、高周波電流ベクトル軌跡を楕円近似する。この高周波電流ベクトル軌跡の楕円長軸方向は、回転子９ａの磁極位置と位置Ｂの中間に位置する。

これは、回転子９ａのインダクタンスが最小となる位置が励磁方向（磁極方向）であり、固定子９ｂのインダクタンスが最小となる位置が当該固定子９ｂ（ティース）同士の中間地点であるＢ位置であり、合成インダクタンスが最小となる位置は回転子９ａの磁極位置と位置Ｂの中間に存在するからである。換言すれば、高周波電流ベクトル軌跡の楕円長軸方向は、励磁方向から位置Ｂ側に引き寄せられているので、回転子９ａの磁極位置が位置Ａ−Ｂ間に存在する場合は、少なくとも高周波電流ベクトル軌跡の楕円長軸方向も位置Ａ−Ｂ間に存在し、位置Ｂ−Ｃ間にまでは及ばない。また、回転子９ａの磁極位置が位置Ｂ−Ｃ間に存在する場合も同様に、高周波電流ベクトル軌跡の楕円長軸方向は、位置Ｂ−Ｃ間における位置Ｂに引き寄せられるが、位置Ｂ−Ｃ間の範囲外には及ばない。

従って、図１１のように、真の回転子９ａの磁極位置に対して誤差（偏差θ_ζｅ）を有する高周波電流ベクトル軌跡の楕円長軸方向に基づき推定した磁極位置推定値θ＾を用いても、少なくとも真の磁極位置が位置Ａ−Ｂ間に位置するのか、位置Ｂ−Ｃ間に位置するのかを、精度よく判定することができる。そして、この磁極位置推定値θ＾に基づいて判定した磁極位置の範囲に応じて何れかのマップにより、楕円大きさＡＢに対応した磁極位置補正量Δθ_ζ（＝偏差θ_ζｅ）を取得することができる。

上述したように、図９における領域判定部１８は、磁極位置推定値θ＾が０〜３０°相当の範囲に属するか、３０〜６０°相当の範囲に属するのかを判定する。なお、磁極位置が０〜３０°相当とは、磁極位置が０〜３０°、６０〜９０°、１２０〜１５０°、１８０〜２１０°、２４０〜２７０°、３００〜３３０°である範囲を指す。また、磁極位置が３０〜６０°相当とは、磁極位置が３０〜６０°、９０〜１２０°、１５０〜１８０°、２１０〜２４０°、２７０〜３００°、３３０〜３６０°である範囲を指す。

ここで、図１０の特性は、図９のマップ参照部１９のように、０〜３０°に相当する部分の磁極位置補正量Δθ_ζを格納した０〜３０°マップ１９ａと、３０〜６０°に相当する部分の磁極位置補正量Δθ_ζを格納した３０〜６０°マップ１９ｂとに予め分けてマップ化しておき、領域判定部１８の判定結果によって、マップ選択部２０がいずれかのマップを選択することとなる。

「電動機制御装置の動作」
つぎに、上述した電動機制御装置により、回転子９ａの磁極位置及び回転数を含む電動機９の状態を推定する処理について、図１２を参照して説明する。

電動機制御装置は、トルク指令値Ｔ^＊及び直流電圧Ｖ_ｄｃに基づいてインバータ７から電動機９に交流電力を供給して当該電動機９を駆動させている時において、所定期間（例えば数ｍｓｅｃ）ごとにステップＳ１以降の処理を開始する。

ステップＳ１において、磁極位置・回転数推定部１１は、座標変換部１０からγδ軸電流検出値ｉ_γ，ｉ_δを取得する。このとき、座標変換部１０は、電流センサ８ｕ，８ｖからＵ相とＶ相の電流値ｉ_ｕ，ｉ_ｖを取得してγδ軸電流検出値ｉ_γ，ｉ_δを演算して、磁極位置・回転数推定部１１に供給する。

次のステップＳ２において、磁極位置・回転数推定部１１は、バンドパスフィルタ１２により、ステップＳ１にて取得したγδ軸電流検出値ｉ_γ，ｉ_δから、高周波電圧ｖ_ｄｈ ^＊、ｖ_ｑｈ ^＊と同じ高周波数成分のγδ軸高周波電流ｉ_γｈ、ｉ_δｈを抽出する。

次のステップＳ３において、磁極位置・回転数推定部１１は、ディジタルフーリエ変換処理部１３によるディジタルフーリエ変換処理（ＤＦＴ）により、ステップＳ２にて抽出したγδ軸高周波電流ｉ_γｈ、ｉ_δｈを、実数軸成分及び虚数軸成分ｉ_{γｈ＿Ｒｅ}、ｉ_{γｈ＿Ｉｍ}、ｉ_{δｈ＿Ｒｅ}、ｉ_{δｈ＿Ｉｍ}に分離する。

次のステップＳ４において、磁極位置・回転数推定部１１は、楕円解析部１４により、γδ軸高周波電流ｉ_γｈ、ｉ_δｈの値（大きさ）の変化から、高周波電流ベクトル軌跡を楕円近似して求める。そして、楕円解析部１４は、γ軸に対する高周波電流ベクトル軌跡の楕円長軸向きθ_ζ及び当該楕円長軸長さと楕円短軸長さとの積である楕円大きさＡＢを算出する。

次のステップＳ５において、磁極位置補正量算出部１７は、積分器１６から取得した磁極位置推定値θ＾を参照して、領域判定部１８により、当該磁極位置推定値θ＾の範囲が０〜３０°に相当する範囲か、３０〜６０°に相当する範囲かを判定する。磁極位置推定値θ＾が０〜３０°に相当する範囲である場合にはステップＳ６に処理を進め、磁極位置推定値θ＾が３０〜６０°に相当する範囲である場合にはステップＳ７に処理を進める。

ステップＳ６において、磁極位置補正量算出部１７は、マップ選択部２０により、マップ参照部１９に記憶された０〜３０°マップ１９ａを選択する。一方、ステップＳ７において、磁極位置補正量算出部１７は、マップ選択部２０により、マップ参照部１９に記憶された３０〜６０°マップ１９ｂを選択する。

次のステップＳ８において、磁極位置補正量算出部１７は、ステップＳ６又はステップＳ７にて選択された０〜３０°マップ１９ａ又は３０〜６０°マップ１９ｂを用い、楕円大きさＡＢを指標として磁極位置補正量Δθ_ζを算出する。

ここで、磁極位置補正量算出部１７は、マップを用いる場合のみならず、磁極位置の領域ごとに楕円大きさＡＢを用いて磁極位置補正量Δθ_ζを求める所定の演算式に従った処理を行っても良い。

次のステップＳ９において、磁極位置・回転数推定部１１は、ステップＳ４にて求められたγ軸に対する高周波電流ベクトル軌跡の楕円長軸向きθ_ζ’から、ステップＳ８にて求められた磁極位置補正量Δθ_ζを減算して、新たなγ軸に対する高周波電流ベクトル軌跡の楕円長軸向きθ_ζを算出する。

次のステップＳ１０において、ＰＩ増幅器１５は、ステップＳ９にて算出されたγ軸に対する高周波電流ベクトル軌跡の楕円長軸向きθ_ζをＰＩ増幅することにより、回転数推定値ω＾を算出する。

次のステップＳ１１において、ＰＩ増幅器１５は、ステップＳ１０にて算出された回転数推定値ω＾を積分することにより、磁極位置推定値θ＾を算出する。

このように、電動機制御装置は、γδ軸電流検出値ｉ_γ，ｉ_δを用いて、回転数推定値ω＾及び磁極位置推定値θ＾を得ることができ、この回転数推定値ω＾及び磁極位置推定値θ＾を用いて電動機９の制御を行うことができる。

「第１実施形態の効果」
以上説明したように、本発明の第１実施形態として示した電動機制御装置によれば、電動機９を駆動させるときに、電流制御部２により生成したγδ軸電圧指令値ｖ_γ ^＊、ｖ_δ ^＊に対して高周波電圧ｖ_ｄｈ ^＊、ｖ_ｑｈ ^＊を重畳する。そして、電動機９の状態としての磁極位置推定値θ＾及び回転数推定値ω＾を求める場合に、γδ軸電流検出値ｉ_γ，ｉ_δから、高周波電圧ｖ_ｄｈ ^＊、ｖ_ｑｈ ^＊と同じ周波数のγδ軸高周波電流ｉ_γｈ、ｉ_δｈを抽出する。次に、電動機制御装置は、当該抽出されたγδ軸高周波電流ｉ_γｈ、ｉ_δｈのベクトル軌跡を楕円で近似する。次に、当該高周波電流ベクトル軌跡の楕円大きさと、励磁方向に対する高周波電流ベクトル軌跡の楕円長軸方向の偏差と、を算出する。次に、当該楕円大きさ及び偏差に基づいて、励磁方向に対する高周波電流ベクトル軌跡の長軸方向の補正量を算出する。次に、当該補正量に基づいて励磁方向に対する高周波電流ベクトル軌跡の楕円長軸方向を補正し、補正した励磁方向に対する高周波電流ベクトル軌跡の楕円長軸方向に基づいて、回転子の状態を推定することができる。

このような電動機制御装置によれば、回転子９ａの位置を検出する位置センサを備えていなく、回転子９ａの状態を推定する場合であっても、当該回転子９ａの位置に応じた位置検出誤差を発生させることがない。したがって、電動機制御装置によれば、精度良く回転子９ａの状態としての磁極位置推定値θ＾及び回転数推定値ω＾を推定することができる。

また、この電動機制御装置は、楕円大きさＡＢ（高周波電流ベクトル軌跡の楕円大きさ）に対する、磁極位置補正量Δθ_ζ（励磁方向に対する楕円長軸方向の誤差に対応した補正量）を記述したマップデータを、電動機９の磁極位置が属する範囲（磁極位置推定値θ＾の範囲）ごとに記憶しておく。これにより、当該電動機９の磁極位置が属する範囲に対する誤差なく、精度良く回転子９ａの状態としての磁極位置推定値θ＾及び回転数推定値ω＾を推定することができる。

［第２実施形態］
つぎに、本発明の第２実施形態としての電動機制御装置について説明する。なお、上述の第１実施形態と同様の部分については同一符号を付することによりその詳細な説明を省略する。

第２実施形態として示す電動機制御装置は、第１実施形態におけるマップ参照部１９を変更したものである。第１実施形態における図１０に示した楕円大きさＡＢと偏差θ_ζｅとの関係において、磁極位置が０〜３０°間の特性と磁極位置が３０〜６０°間の特性とが、同じ楕円大きさＡＢに対する偏差θ_ζｅの値が符号が異なるだけで、絶対値はほぼ等しい。この場合において、第１実施形態における図９の構成に代えて、第２実施形態として示す電動機制御装置は、磁極位置補正量算出部１７を図１３のように構成できる。

この電動機制御装置における磁極位置補正量算出部１７は、高周波電流ベクトル軌跡の楕円大きさＡＢに対する、励磁方向に対する楕円長軸方向の誤差の絶対値に対応した補正量を記述した０〜３０°マップ１９ｃを備える。

磁極位置補正量算出部１７は、実際に電動機９を駆動する際に、マップ参照部１９に記憶されたマップデータを用いて、楕円大きさＡＢに対する、励磁方向に対する高周波電流ベクトル軌跡の楕円長軸方向の誤差に対応した補正量の絶対値を算出する。また、磁極位置補正量算出部１７は、領域判定部１８により電動機９の磁極位置が属する範囲を判定し、当該判定した磁極位置が属する範囲に基づいて、符号決定器１９ｄ，１９ｅにより補正量の符号を決定する。そして、補正量の絶対値と補正量の符号とに基づいて、励磁方向に対する楕円長軸方向を補正した磁極位置補正量Δθ_ζを出力する。これにより、電動機制御装置は、当該磁極位置補正量Δθ_ζを用いて回転子９ａの状態を推定できる。

以上のように、本発明を適用した第２実施形態に係る電動機制御装置によれば、楕円大きさＡＢと、磁極位置補正量Δθ_ζの絶対値との関係をマップとして記憶しておく。そして、楕円大きさＡＢを指標として磁極位置補正量Δθ_ζの絶対値を算出する。次に、高周波電流ベクトル軌跡の楕円長軸方向に基づいて、磁極位置が含まれている領域を判定し、判定した結果から磁極位置補正量Δθ_ζの符号を決定し、当該磁極位置補正量Δθ_ζの絶対値に符号を付与した値によって、γ軸に対する楕円長軸向きθ_ζを補正する。これにより、電動機制御装置は、磁極位置推定値θ＾及び回転数推定値ω＾を求めることができる。

したがって、この電動機制御装置によれば、第１実施形態と同様に、電動機９の回転子９ａの位置を検出する位置センサを備えていなく、回転子９ａの状態を推定する場合であっても、当該回転子９ａの位置に応じて誤差を発生させることがない。したがって、電動機制御装置によれば、精度良く回転子９ａの状態としての磁極位置推定値θ＾及び回転数推定値ω＾を推定することができる。

これに加えて、電動機制御装置によれば、同じ楕円大きさＡＢに対して磁極位置の領域ごとに適切な磁極位置補正量Δθ_ζの符号が異なる場合でも、単一のマップを用いてメモリ使用量を抑制できる。

［第３実施形態］
つぎに、本発明の第３実施形態としての電動機制御装置について説明する。なお、上述の実施形態と同様の部分については同一符号を付することによりその詳細な説明を省略する。

第１実施形態及び第２実施形態として示した電動機制御装置は、高周波電流ベクトル軌跡の楕円大きさを、当該楕円長軸長さと短軸長さとを乗算した値としている。これに対し、第３実施形態として示す電動機制御装置は、楕円大きさＡＢを他の値に代用する。

具体的には、磁極位置補正量算出部１７は、楕円大きさＡＢとして、高周波電流ベクトル軌跡を楕円近似した場合の、当該楕円長軸長さａ、楕円短軸長さｂ、楕円長軸長さａと楕円短軸長さｂの積、楕円長軸長さａと楕円短軸長さｂの自乗和の平方根、楕円長軸長さａと楕円短軸長さｂの比、或いはこれらの値に対応した値の何れかを用いる。磁極位置補正量算出部１７は、これらの楕円大きさＡＢに対応した値のうち、電動機９の特性によって最適なものを選択すればよい。

この電動機９の特性によって最適な楕円大きさＡＢに対応した値は、事前の実験等により、より高精度に磁極位置推定値θ＾及び回転数推定値ω＾が求められるような当該楕円長軸長さａ、楕円短軸長さｂ、楕円長軸長さａと楕円短軸長さｂの積、楕円長軸長さａと楕円短軸長さｂの自乗和の平方根、楕円長軸長さａと楕円短軸長さｂの比、或いはこれらの値に対応した値を求めておく。

ここで、楕円長軸長さａ、楕円短軸長さｂは、下記の式６、式７で求めることができる。

したがって、電動機制御装置は、上記式６、式７の一方又は両方を用いて楕円大きさＡＢに対応する値を得て、当該値と上述したマップ１９ａ，１９ｂ，１９ｃ及び磁極位置推定値θ＾とを用いて、磁極位置補正量Δθ_ζを求めることができる。

以上のように、第３実施形態として示した電動機制御装置によれば、楕円大きさＡＢに対応する値を用いて磁極位置補正量Δθ_ζを求めてγ軸に対する楕円長軸向きθ_ζを補正して、磁極位置推定値θ＾及び回転数推定値ω＾を求めることができる。これにより、第３実施形態として示す電動機制御装置によれば、第１実施形態と同様に、電動機９の回転子９ａの位置を検出する位置センサを備えていなく、回転子９ａの状態を推定する場合であっても、当該回転子９ａの位置に応じて誤差を発生させることがない。したがって、電動機制御装置によれば、精度良く回転子９ａの状態としての磁極位置推定値θ＾及び回転数推定値ω＾を推定することができる。

これに加えて、電動機制御装置によれば、同じ楕円大きさＡＢに対して磁極位置の領域ごとに適切な磁極位置補正量Δθ_ζの符号が異なる場合でも、単一のマップを用いてメモリ使用量を抑制できる。また、高周波電流ベクトル軌跡を楕円近似する際に算出するパラメータを利用して磁極位置補正量Δθ_ζを演算できるので、補正のための演算負荷の増加を最小限にできる。

電動機９の仕様が決定されていない場合には、仕様が異なる複数の電動機９ごとに、楕円大きさＡＢに対応する値と磁極位置補正量Δθ_ζとのマップを用意しておいても良い。そして、電動機９の仕様に応じて最適な磁極位置補正量Δθ_ζを求めることができる楕円大きさＡＢに対応した値のマップを選択できる。これにより、電動機制御装置によれば、電動機９の仕様の相違に応じた動作点の違いによって最適なマップの指標を選択することができる。したがって、この電動機制御装置によれば、上述した構造の電動機９に限らず、他種類の電動機９に用いることができる。

［第４実施形態］
つぎに、本発明の第４実施形態としての電動機制御装置について説明する。なお、上述の実施形態と同様の部分については同一符号を付することによりその詳細な説明を省略する。

第１実施形態乃至第３実施形態として示した電動機制御装置において、何らかのノイズにより領域判定部１８が誤判定をする場合がある。この場合、磁極位置補正量算出部１７により算出された磁極位置補正量Δθ_ζが適切な値とならず、磁極位置推定値θ＾及び回転数推定値ω＾の精度が低下する。更に、回転子９ａの磁極位置によっては、磁極位置補正量Δθ_ζが急峻に変化してしまい、磁極位置推定値θ＾及び回転数推定値ω＾が不安定になることがある。

これに対し、第４実施形態として示す電動機制御装置は、領域判定部１８により磁極位置が属する範囲を判定する場合に、楕円大きさＡＢに対応した磁極位置の属する領域として判定しない領域判定禁止区間を設ける。

具体的には、図１４に示すように、楕円長軸長さと楕円短軸長さとの積である楕円大きさＡＢに関連づけて、判定禁止区間を設ける。領域判定部１８は、楕円大きさＡＢが閾値（１）を超えた範囲、又は、楕円大きさＡＢが閾値（２）を下回った範囲のみを、磁極位置の領域判定を許可する区間とする。

これにより、領域判定部１８は、磁極位置の領域判定を許可する区間において、楕円大きさＡＢが閾値（１）を超えた場合には、磁極位置が０〜３０°相当の範囲から３０〜６０°相当の範囲に遷移したことを判定する。逆に、楕円大きさＡＢが閾値（２）を下回った場合には、磁極位置が３０〜６０°相当の範囲から０〜３０°相当の範囲に遷移したことを判定する。ここで、閾値（１）、（２）は、例えば楕円大きさＡＢのレンジに対して、楕円大きさＡＢのピークから１０〜２０％程度に設定することが望ましい。

以上のように、第４実施形態として示した電動機制御装置によれば、磁極位置が位置する範囲を決定する際に判定禁止区間以外の磁極位置を用いることができる。このような電動機制御装置であっても、第１実施形態と同様に、回転子９ａの位置を検出する位置センサを備えていなく、回転子９ａの状態を推定する場合であっても、当該回転子９ａの位置に応じて誤差を発生させることがない。したがって、電動機制御装置によれば、精度良く回転子９ａの状態としての磁極位置推定値θ＾及び回転数推定値ω＾を推定することができる。

これに加えて、第４実施形態として示した電動機制御装置によれば、磁極位置が属する範囲を判定する際に、高周波電流ベクトル軌跡の楕円大きさに対応して領域判定禁止区間を設けている。これにより、電動機制御装置は、ノイズ等による磁極位置の誤判定を防止でき、不適切な磁極位置で磁極位置補正量Δθ_ζを求めることを回避できる。これにより、磁極位置推定値θ＾及び回転数推定値ω＾の精度低下や、処理の不安定化を防止することができる。

［第５実施形態］
つぎに、本発明の第５実施形態としての電動機制御装置について説明する。なお、上述の実施形態と同様の部分については同一符号を付することによりその詳細な説明を省略する。

第１実施形態乃至第４実施形態として示した電動機制御装置において、電動機９の回転数が十分に遅い時には、磁極位置推定値θ＾の変化が遅いために領域判定部１８の出力がチャタリングを起こしてしまう可能性がある。そうすると、マップ参照部１９に格納されたマップ選択の切り替わりが頻繁に起こり、磁極位置補正量算出部１７から出力される磁極位置補正量Δθ_ζが安定しなく、磁極位置推定値θ＾及び回転数推定値ω＾が不安定になる恐れがある。

これに対し、第５実施形態として示す電動機制御装置において、磁極位置補正量算出部１７は、磁極位置が含まれる領域を判定する閾値に、ヒステリシスを設ける。具体的には、図１５に示すように、磁極位置が０〜３０°相当の範囲から３０〜６０°相当の範囲に遷移したことを判定する場合に、磁極位置が３０°から所定角度だけ増加した閾値となった時に、磁極位置が３０〜６０°相当の範囲に遷移したことを判定する。逆に、磁極位置が３０〜６０°相当の範囲から０〜３０°相当の範囲に遷移したことを判定する場合、磁極位置が３０°から所定角度だけ低下した閾値となった時に、磁極位置が０〜３０°相当の範囲に遷移したことを判定する。

以上のように、電動機制御装置によれば、領域判定部１８が磁極位置を判定するための閾値にヒステリシスを設けても、当該領域判定部１８が判定した磁極位置の領域に基づいて磁極位置補正量Δθ_ζを算出できる。これにより、この電動機制御装置であっても、第１実施形態と同様に、回転子９ａの位置を検出する位置センサを備えていなく、回転子９ａの状態を推定する場合であっても、当該回転子９ａの位置に応じて誤差を発生させることがない。したがって、電動機制御装置によれば、精度良く回転子９ａの状態としての磁極位置推定値θ＾及び回転数推定値ω＾を推定することができる。

加えて、この第５実施形態として示した電動機制御装置によれば、領域判定部１８の出力がチャタリングを起こすことを防止でき、安定して磁極位置補正量Δθ_ζを算出して、磁極位置推定値θ＾及び回転数推定値ω＾が不安定化となることを回避できる。

［第６実施形態］
つぎに、本発明の第６実施形態としての電動機制御装置について説明する。なお、上述の実施形態と同様の部分については同一符号を付することによりその詳細な説明を省略する。

第１実施形態乃至第５実施形態として示した電動機制御装置において、ディジタルフーリエ変換処理部１３は、高周波電圧ｖ_ｄｈ ^＊、ｖ_ｑｈ ^＊が１周期分に対応したγδ軸高周波電流ｉ_γｈ、ｉ_δｈを蓄積した時にディジタルフーリエ変換処理を行っている。これにより、図１０に示した楕円大きさＡＢ及びγ軸に対する高周波電流ベクトル軌跡の楕円長軸向きθ_ζは、電動機９の回転数により変化する。

これに対し、第６実施形態として示す電動機制御装置において、磁極位置補正量算出部１７は、図１６に示すように、電動機９の回転数に応じた複数のマップ参照部１９Ａ、１９Ｂを有している。そして、磁極位置補正量算出部１７は、回転子９ａの回転数に応じて何れかのマップ参照部１９Ａ、１９Ｂを選択する。

電動機９の回転数を０〜５００ｒｐｍの範囲で制御する一例を考える。この場合、マップ参照部１９Ａは、電動機９の回転数が０ｒｐｍである時の磁極位置補正量Δθ_ζを算出するためのマップデータを記憶する。これに対し、マップ参照部１９Ｂは、電動機９の回転数が５００ｒｐｍである時の磁極位置補正量Δθ_ζを算出するためのマップデータを記憶する。そして、マップ参照部１９Ａは、０〜３０°マップ１９ｆ及び３０〜６０°マップ１９ｇを用いて、楕円大きさＡＢに応じた磁極位置補正量Δθ_ζ１を演算する。また、マップ参照部１９Ｂは、０〜３０°マップ１９ｆ及び３０〜６０°マップ１９ｉを用いて、楕円大きさＡＢに応じた磁極位置補正量Δθ_ζ２を演算する。

そして、磁極位置補正量Δθ_ζ１、Δθ_ζ２は、領域判定部１８により判定された磁極位置の領域に応じて、マップ選択部２０Ａ、２０Ｂを介して線形補間部２１に供給される。線形補間部２１は、ＰＩ増幅器１５から回転数推定値ω＾が供給される。線形補間部２１は、回転数推定値ω＾に基づいて、マップ選択部２０Ａ、２０Ｂから供給された磁極位置補正量Δθ_ζ１、Δθ_ζ２に対して線形補間を行う。これにより、線形補間部２１は、回転数推定値ω＾に応じた最終的な磁極位置補正量Δθ_ζを算出することができる。

ここで、マップ参照部１９は、電動機９の回転数のみならず、電動機９のトルク、インバータ７の入力電圧の少なくとも一つに対応して複数のマップデータを記憶していても良い。そして、磁極位置補正量算出部１７は、現在の電動機のトルク、インバータ７の入力電圧により複数のマップデータを用いて複数の磁極位置補正量Δθ_ζ１，Δθ_ζ２，・・・を算出する。そして、線形補間部２１により、当該複数の補正量を線形補間して、磁極位置補正量Δθ_ζを算出する。この最終的な磁極位置補正量Δθ_ζを用いて、γ軸に対する楕円長軸向きθ_ζを補正して、磁極位置推定値θ＾及び回転数推定値ω＾を演算できる。

以上のように第６実施形態として示した電動機制御装置によれば、電動機９の回転数、電動機９のトルク、インバータ７の入力電圧に応じて磁極位置補正量Δθ_ζを求めても、第１実施形態と同様に、回転子９ａの位置を検出する位置センサを備えていなく、回転子９ａの状態を推定する場合であっても、当該回転子９ａの位置に応じて誤差を発生させることがない。したがって、電動機制御装置によれば、精度良く回転子９ａの状態としての磁極位置推定値θ＾及び回転数推定値ω＾を推定することができる。

加えて、この第６実施形態として示した電動機制御装置によれば、電動機９の動作条件により高周波電流ベクトル軌跡の楕円長軸方向と真の磁極位置の偏差θ_ζｅが異なる場合でも、精度よく磁極位置推定値θ＾及び回転数推定値ω＾を求めることができる。

なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。

１ 指令値生成部
２ 電流制御部
３ 高周波電圧発生部
４ 座標変換部
５ ＰＷＭ変換部
６ 直流電源
７ インバータ
８ｕ，８ｖ 電流センサ
９ 電動機
９ａ 回転子
９ｂ 固定子
１０ 座標変換部
１１ 磁極位置・回転数推定部
１２ バンドパスフィルタ
１３ ディジタルフーリエ変換処理部
１４ 楕円解析部
１５ ＰＩ増幅器
１６ 積分器
１７ 磁極位置補正量算出部
１８ 領域判定部
１９，１９Ａ，１９Ｂ マップ参照部
１９ｄ，１９ｅ 符号決定器
２０ マップ選択部
２１ 線形補間部

Claims (8)

1. 電動機を所望の状態に制御するための電圧指令値として、当該電動機の励磁方向成分の電圧指令値及びトルク方向成分の電圧指令値を演算する電圧指令値演算手段と、
   前記電圧指令値演算手段により演算された電圧指令値に対して電動機の駆動周波数とは異なる周波数の高周波電圧を重畳する高周波電圧発生手段と、
   前記高周波電圧発生手段により高周波電圧が重畳された電圧指令値に基づいてインバータのスイッチング素子を駆動する駆動信号を生成し、当該インバータにより直流電圧を交流電圧に変換させて前記電動機を駆動する駆動手段と、
   前記駆動手段から前記電動機に供給されている電流を検出する電流検出手段と、
   前記電流検出手段により検出された電流に基づいて、前記電動機における回転子の状態を推定する回転子状態推定手段と、
   前記回転子状態推定手段により推定された回転子の状態に基づいて、前記駆動手段を制御して前記電動機を駆動させる制御手段と、
   高周波電流ベクトル軌跡の楕円大きさに対する、前記励磁方向に対する楕円長軸方向の偏差の絶対値に対応した補正量である磁極位置補正量を記述したマップデータが記憶された記憶手段と、を備え、
   前記回転子状態推定手段は、
   前記電流検出手段により検出された電流に含まれる前記高周波電圧と同じ周波数の励磁方向成分電流及びトルク方向成分電流を抽出し、
   当該抽出された励磁方向成分電流及びトルク方向成分電流を用いて前記高周波電流ベクトル軌跡を楕円で近似し、
   当該楕円大きさと、前記励磁方向に対する楕円長軸方向の偏差と、を算出し、
   前記記憶手段に記述されたマップデータを用いて前記楕円大きさに対する前記磁極位置補正量を算出し、
   当該磁極位置補正量に基づいて前記励磁方向に対する楕円長軸方向を補正し、補正した前記励磁方向に対する楕円長軸方向に基づいて、前記回転子の状態を推定すること
   を特徴とする電動機の制御装置。
2. 前記記憶手段は、前記高周波電流ベクトル軌跡の楕円大きさに対する、前記磁極位置補正量を記述したマップデータを、前記電動機の磁極位置が属する範囲ごとに記憶し、
   前記回転子状態推定手段は、実際に電動機を駆動する際に、前記電動機の磁極位置が属する範囲を判定し、前記磁極位置が属する範囲に対応したマップデータを選択し、選択したマップデータを用いて、前記楕円大きさに対する、前記磁極位置補正量を算出すること
   を特徴とする請求項１に記載の電動機の制御装置。
3. 前記回転子状態推定手段は、実際に電動機を駆動する際に、前記記憶手段に記憶されたマップデータを用いて、前記楕円大きさに対する、前記磁極位置補正量の絶対値を算出して、前記電動機の磁極位置が属する範囲を判定し、当該判定した磁極位置が属する範囲に基づいて磁極位置補正量の符号を決定し、前記磁極位置補正量の絶対値と磁極位置補正量の符号とに基づいて前記励磁方向に対する楕円長軸方向を補正して、前記回転子の状態を推定すること
   を特徴とする請求項１に記載の電動機の制御装置。
4. 前記回転子状態推定手段は、前記楕円大きさとして、前記高周波電流ベクトル軌跡を楕円近似した場合の、当該楕円長軸長さ、楕円短軸長さ、楕円長軸長さと楕円短軸長さの積、楕円長軸長さと楕円短軸長さの自乗和の平方根、楕円長軸長さと楕円短軸長さの比、或いはこれらの値に対応した値の何れかを用いることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の電動機の制御装置。
5. 前記回転子状態推定手段は、前記磁極位置が属する範囲を判定する場合に、前記楕円軌跡大きさに対応した前記磁極位置の属する領域として判定しない領域判定禁止区間を設けることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の電動機の制御装置。
6. 前記回転子状態推定手段は、前記磁極位置が含まれる領域を判定する閾値に、ヒステリシスを設けることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の電動機の制御装置。
7. 前記記憶手段は、前記電動機のトルク、前記電動機の回転数、前記インバータの入力電圧の少なくとも一つに対応して複数のマップデータを記憶し、
   前記回転子状態推定手段は、現在の前記電動機のトルク、前記電動機の回転数、前記インバータの入力電圧により複数のマップデータを用いて磁極位置補正量を算出し、当該磁極位置補正量を線形補間した値を用いて、前記励磁方向に対する楕円長軸方向を補正すること特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の電動機の制御装置。
8. 電動機を所望の状態に制御するための電圧指令値として、当該電動機の励磁方向成分の電圧指令値及びトルク方向成分の電圧指令値を演算し、当該電圧指令値に対して電動機の駆動周波数とは異なる周波数の高周波電圧を重畳し、当該高周波電圧が重畳された電圧指令値に基づいてインバータのスイッチング素子を駆動して前記電動機を駆動しているときに、
   電動機に供給されている電流に含まれる前記高周波電圧と同じ周波数の励磁方向成分電流及びトルク方向成分電流を抽出し、
   当該抽出された励磁方向成分電流及びトルク方向成分電流を用いて高周波電流ベクトル軌跡を楕円で近似し、
   当該楕円大きさと、前記励磁方向に対する楕円長軸方向の偏差と、を算出し、
   高周波電流ベクトル軌跡の楕円大きさに対する、前記励磁方向に対する楕円長軸方向の偏差の絶対値に対応した補正量である磁極位置補正量を記述したマップデータを用いて、前記楕円大きさに対する、前記磁極位置補正量を算出し、
   当該磁極位置補正量に基づいて前記励磁方向に対する楕円長軸方向を補正し、補正した前記励磁方向に対する楕円長軸方向に基づいて、前記回転子の状態を推定すること
   を特徴とする電動機状態推定方法。

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