JP5900600B2 - 電動機の磁極位置推定装置およびそれを用いた制御装置 - Google Patents

Description

開示の実施形態は、電動機の磁極位置推定装置およびそれを用いた制御装置に関する。

従来、突極性を有する電動機の磁極位置を推定する磁極位置推定装置が知られており、かかる磁極位置推定装置として、高調波成分をＰＷＭ信号に重畳させることによって、電動機の磁極位置を推定するものが知られている。

例えば、特許文献１に記載の磁極位置推定装置では、ＰＷＭ信号を得る際に、三相巻線の各相に、搬送波の連続する３周期分を１期間とし、１／３の期間（最初の搬送波１周期）で本来の指令値を３倍し、残りの２／３の期間（残り搬送波２周期）で高周波成分を重畳させて電動機の磁極位置を推定する。

特許第４６７００４４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の磁極位置推定装置では、電動機を駆動するための本来の指令値が搬送波の３周期毎でしか更新できない。

実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、電動機を駆動するための電圧指令の更新周期に影響を与えることなく磁極位置の推定を行うこができる磁極位置推定装置および電動機の制御装置を提供することを目的とする。

実施形態の一態様に係る電動機の制御装置は、重畳成分生成部と、インバータ部と、電流検出部と、磁極位置推定部とを備える。前記重畳成分生成部は、電動機の固定子上に設定された座標系でのベクトルの向きが前回生成した重畳電圧指令に対して９０度異なる重畳電圧指令を所定周期で生成する。前記インバータ部は、前記重畳電圧指令を重畳した駆動電圧指令に基づいた駆動電圧を前記電動機へ出力する。前記電流検出部は、前記電動機の各相に流れる電流を前記所定周期で検出して、電流検出値を出力する。前記磁極位置推定部は、前記電流検出値の変化量に基づき、前記電動機の磁極位置を検出する。

実施形態の一態様によれば、電動機を駆動するための電圧指令の更新周期に影響を与えることなく磁極位置の推定を行うことができる電動機の磁極位置推定装置およびそれを用いた制御装置を提供することができる。

図１は、第１の実施形態に係る電動機の制御装置の構成を示す図である。 図２Ａは、空間ベクトル変調法を説明するための図である。 図２Ｂは、空間ベクトル変調法を説明するための図である。 図３は、αβ軸座標系における電圧ベクトルとφとの関係の一例を示す図である。 図４は、パイロット電圧の時間周期における変化を示す図である。 図５は、重畳成分生成部のパイロット電圧生成処理を示すフローチャートである。 図６は、重畳成分生成部から出力されるパイロット電圧のαβ軸成分の変化を示す図である。 図７は、磁極位置推定部の構成を示す図である。 図８は、磁極位置推定部の磁極位置推定処理を示すフローチャートである。 図９は、パイロット電圧と搬送波との関係を示す図である。 図１０は、第２の実施形態に係る制御装置の構成を示す図である。 図１１は、第２の実施形態に係る電圧ベクトルとφとの関係の一例を示す図である。 図１２は、第２の実施形態に係るパイロット電圧の時間周期における変化を示す図である。 図１３は、第２の実施形態に係るパイロット電圧のαβ軸成分の変化を示す図である。 図１４は、第２の実施形態に係る重畳成分生成部のパイロット電圧生成処理を示すフローチャートである。 図１５は、第２の実施形態に係る磁極位置推定部の構成を示す図である。 図１６は、第２の実施形態に係る磁極位置推定部の磁極位置推定処理を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して、本願の開示する電動機の磁極位置推定装置およびそれを用いた制御装置の実施形態を詳細に説明する。なお、電動機の制御装置は、磁極位置推定装置を含み、以下、電動機の制御装置を単に「制御装置」と記載する。また、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

（第１の実施形態）
まず、第１の実施形態に係る制御装置について説明する。図１は、第１の実施形態に係る制御装置の構成を示す図である。

図１に示すように、第１の実施形態に係る制御装置１は、インバータ部１０と、電流検出部２０と、制御部３０とを備える。かかる制御装置１は、直流電源２と電動機３との間に接続され、直流電源２から供給される直流電圧Ｖｄｃをインバータ部１０によって交流電圧へ変換して電動機３へ出力することによって電動機３を動作させる。

電動機３は、突極性を有する電動機であり、電機子巻線を有する固定子３ａと、複数の永久磁石を回転子コアに埋め込んで周方向に配置した回転子３ｂとを含む。かかる電動機３としては、例えば、埋め込み型永久磁石同期電動機（Interior Permanent Magnet Synchronous Motor）などがある。

インバータ部１０は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６と、ダイオードＤ１〜Ｄ６と、平滑コンデンサＣ１とを備える。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は三相ブリッジ接続され、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６毎にそれぞれダイオードＤ１〜Ｄ６が逆並列に接続される。

かかるインバータ部１０は、制御部３０から出力される駆動信号Ｓ１〜Ｓ６に基づいてスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６が制御され、駆動信号Ｓ１〜Ｓ６に応じた電圧（以下、駆動電圧と記載する）を電動機３へ出力する。なお、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６として、例えば、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴなどの半導体素子が用いられる。

電流検出部２０は、インバータ部１０と電動機３との間のＵ相、Ｖ相およびＷ相の各相に流れる電流を検出し、その検出結果として電流検出値Ｉ_Ｕ、Ｉ_Ｖ、Ｉ_Ｗを出力する。電流検出値Ｉ_Ｕは、Ｕ相電流の瞬時値であり、電流検出値Ｉ_Ｖは、Ｖ相電流の瞬時値であり、電流検出値Ｉ_Ｗは、Ｗ相電流の瞬時値である。なお、電流検出部２０として、例えば、磁電変換素子であるホール素子を利用した電流センサを用いることができる。

制御部３０は、３相／２相座標変換部３１と、回転座標変換部３２と、電流指令出力部３３と、電流制御部３４と、カウンタ部３５と、重畳成分生成部３６と、加算部３７、３８と、駆動信号生成部３９と、磁極位置推定部４０とを備える。制御部３０は、磁極位置推定装置としての機能を備え、電動機３における回転子３ｂの磁極位置θ（以下、電動機３の磁極位置θと記載する場合がある）を推定することができる。

３相／２相座標変換部３１は、電流検出値Ｉ_ｕ、Ｉ_Ｖ、Ｉ_Ｗを固定座標上の直交した２軸のαβ軸成分へ変換して、α軸方向の電流検出値Ｉ_αとβ軸方向の電流検出値Ｉ_βとをベクトル成分とするαβ軸座標系の電流ベクトルを求める。αβ軸座標系は、電動機３の固定子３ａ上に設定される直交座標系であり、固定子座標系とも呼ばれる。なお、電流検出部２０に、３相／２相座標変換部３１を設けるようにしてもよい。

回転座標変換部３２は、電動機３の磁極位置θに基づき、３相／２相座標変換部３１から出力されるαβ軸座標系の成分を座標変換する。これにより、回転座標変換部３２は、回転子３ｂに対応して回転するｄｑ軸回転座標系のｑ軸成分およびｄ軸成分であるｑ軸電流検出値Ｉ_ｑおよびｄ軸電流検出値Ｉ_ｄを求め、電流制御部３４へ出力する。なお、電動機３の磁極位置θは、αβ軸座標系からみた磁極位置である。

電流指令出力部３３は、外部から入力されるトルク指令Ｔ^*に基づき、ｑ軸電流指令Ｉ_ｑ ^*と、ｄ軸電流指令Ｉ_ｄ ^*とを生成し、電流制御部３４へ出力する。ｑ軸電流指令Ｉ_ｑ ^*はｑ軸成分の電流指令であり、ｄ軸電流指令Ｉ_ｄ ^*は、ｄ軸成分の電流指令である。

電流制御部３４は、ｑ軸電流指令Ｉ_ｑ ^*、ｄ軸電流指令Ｉ_ｄ ^*、ｑ軸電流検出値Ｉ_ｑ、ｄ軸電流検出値Ｉ_ｄおよび電動機３の磁極位置θに基づき、αβ軸座標系のα軸指令成分Ｖ_α ^*およびβ軸指令成分Ｖ_β ^*を駆動電圧として生成して出力する。

具体的には、電流制御部３４は、ｑ軸電流指令Ｉ_ｑ ^*とｑ軸電流検出値Ｉ_ｑとの偏差を零とするようにｑ軸電圧指令Ｖ_ｑ ^*を調整し、ｄ軸電流指令Ｉ_ｄ ^*とｄ軸電流検出値Ｉ_ｄとの偏差を零とするようにｄ軸電圧指令Ｖ_ｄ ^*を調整する。さらに、電流制御部３４は、電動機３の磁極位置θに基づき、ｑ軸電圧指令Ｖ_ｑ ^*およびｄ軸電圧指令Ｖ_ｄ ^*をαβ軸座標系の成分へ変換して、駆動電圧指令であるα軸指令成分Ｖ_α ^*およびβ軸指令成分Ｖ_β ^*を生成する。

カウンタ部３５は、後述する時間周期Ｔを４周期分として、内部のカウント値ＣＮＴをカウントアップまたはリセットし、０〜３のカウント値ＣＮＴを生成する。具体的には、カウンタ部３５は、時刻ｔ＝ｎＴ（ｎ＝０、１、２、３、・・・）の場合にＣＮＴ＝０とし、時刻ｔ＝Ｔ／４＋ｎＴの場合にＣＮＴ＝１とし、時刻ｔ＝Ｔ／２＋ｎＴの場合にＣＮＴ＝２とし、時刻ｔ＝３Ｔ／４＋ｎＴの場合にＣＮＴ＝３とする。カウンタ部３５は、生成したカウント値ＣＮＴを重畳成分生成部３６および磁極位置推定部４０へ出力する。

重畳成分生成部３６は、α軸指令成分Ｖ_α ^*およびβ軸指令成分Ｖ_β ^*へ重畳するための重畳電圧指令として電圧ベクトルＶ_ｈ（以下、パイロット電圧Ｖ_ｈと記載することもある）を生成する。具体的には、重畳成分生成部３６は、所定周期毎に、αβ軸座標系でのベクトルの向きが前回生成したパイロット電圧Ｖ_ｈに対して９０度異なるパイロット電圧Ｖ_ｈを生成する。かかるパイロット電圧Ｖ_ｈは、α軸成分であるα軸指令成分Ｖ_αｈと、β軸成分であるβ軸指令成分Ｖ_βｈとによって構成される。

加算部３７は、電流制御部３４から入力されるα軸指令成分Ｖ_α ^*と重畳成分生成部３６から入力されるα軸指令成分Ｖ_αｈとを加算して生成したα軸指令成分Ｖ_α１ ^*を駆動信号生成部３９へ出力する。また、加算部３８は、電流制御部３４から入力されるβ軸指令成分Ｖ_β ^*と重畳成分生成部３６から入力されるβ軸指令成分Ｖ_βｈとを加算して生成したβ軸指令成分Ｖ_β１ ^*を駆動信号生成部３９へ出力する。

駆動信号生成部３９は、加算部３７、３８から出力されるα軸指令成分Ｖ_α１ ^*およびβ軸指令成分Ｖ_β１ ^*に基づき、空間ベクトル変調法を用いてインバータ部１０を駆動する駆動信号Ｓ１〜Ｓ６を生成する。

図２Ａおよび図２Ｂは、空間ベクトル変調法を説明するための図であって、これらの図では、任意に設定した時間周期Ｔ_Ｓが２Ｔ_Ｖで表されている。図２Ａには、空間ベクトル変調における電圧ベクトルＶ_０〜Ｖ_７が示されており、この図に示される例では、α軸指令成分Ｖ_α１ ^*およびβ軸指令成分Ｖ_β１ ^*によって規定される電圧指令ベクトルＶｓ^*が２つの隣接する電圧ベクトルＶ_１、Ｖ_２を用いて形成される。

電圧ベクトルＶ_１（１００）は、インバータ部１０においてＵ相の上側スイッチング素子Ｑ１をＯＮにし、Ｕ相の下側スイッチング素子Ｑ４をＯＦＦにし、Ｖ相およびＷ相の上側スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３をＯＦＦにし、Ｖ相およびＷ相の下側スイッチング素子Ｑ５、Ｑ６をＯＮにする。一方、電圧ベクトルＶ_２（１１０）は、Ｕ相およびＶ相の上側スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２をＯＮにし、Ｕ相およびＶ相の下側スイッチング素子Ｑ４、Ｑ５をＯＦＦとし、Ｗ相の上側スイッチング素子Ｑ３をＯＦＦにし、Ｗ相の下側スイッチング素子Ｑ６をＯＮにする。

時間周期Ｔにおける各相のスイッチング状態は図２Ｂに示すようになる。図２Ｂに示すＯＮ時間ｔ_１、ｔ_２は下記式（１）、（２）により算出される。なお、下記式（１）、（２）において、θ_Ｖは電圧ベクトルＶ_１から電圧指令ベクトルＶｓ^*までの位相角、｜Ｖ_ｓ ^*｜は電圧指令ベクトルＶｓ^*の振幅、Ｖ_maxはインバータ部１０の出力最大電圧である。

駆動信号生成部３９において、電圧指令ベクトルＶｓ^*の更新は、任意に設定した時間周期Ｔ_Ｓの半周期Ｔ_Ｖ毎に行われ、ＯＦＦ時間ｔ_０、ｔ_７は、半周期Ｔ_ＶからＯＮ時間ｔ_１、ｔ_２を引いた残りの時間を分割して設定される。その他の象限も同様に、電圧指令ベクトルＶｓ^*が設定される。

磁極位置推定部４０は、３相／２相座標変換部３１から入力される電流検出値Ｉ_α、Ｉ_βの変化量に基づき、電動機３の磁極位置θを推定し、かかる推定結果を回転座標変換部３２および電流制御部３４へ出力する。

制御装置１は、重畳成分生成部３６が所定周期で生成する９０度ずつ位相の異なるパイロット電圧Ｖ_ｈと、電動機３の各相に流れる電流を用いて、電動機３を駆動するための駆動電圧指令の更新周期に影響を与えることなく、電動機３の磁極位置θを容易に推定できるようにしている。以下、磁極位置θの推定についてさらに具体的に説明する。

まず、突極性を有する電動機３に関し、αβ軸座標系における電流・電圧方程式は、下記式（３）のように表すことができる。なお、Ｖ_α、Ｖ_βは電動機３の電圧のαβ軸座標系における各成分を示す。Ｉ_α、Ｉ_βは電動機３に流れる電流のαβ軸座標系における各成分を示す。Ｒは電動機３の電機子抵抗を、Ｌおよびｌは電動機３の電機子反作用のインダクタンスを示す。また、Ｋ_eは電動機３の誘起電圧定数を、ωrは磁極回転速度を示す。

ここで、インバータ部１０の出力電圧として、駆動電圧指令であるｑ軸電圧指令Ｖｑ^*およびｄ軸電圧指令Ｖｄ^*に基づく駆動電圧に、パイロット電圧Ｖ_ｈが含まれるようにすることを考える。例えば、図３に示すように、αβ軸座標系において、電圧ベクトルＶ_ｈ０を重畳し、一定時間後に電圧ベクトルＶ_ｈ１を重畳する。図３は、αβ軸座標系における電圧ベクトルＶ_ｈ０、Ｖ_ｈ１とφとの関係の一例を示す図である。

電圧ベクトルＶ_ｈ０は、α軸の正の向きに位相差φ［ｄｅｇ］で、かつ、振幅Ｖ_inj1（＞０）のベクトルであり、下記式（４）に示すように表される。また、電圧ベクトルＶ_ｈ１は、α軸の正の向きに位相差φ＋９０［ｄｅｇ］で、かつ、振幅Ｖ_inj1（＞０）のベクトルであり、下記式（５）に示すように表される。

重畳する２つの電圧ベクトル間の時間間隔が、駆動電圧周期に比べて十分に短い場合、上記式（３）において駆動電圧周波数の成分を取り除いた電流・電圧方程式は、下記式（６）のように近似できる。

さらに、電動機３の回転数が低速または中速の場合、電動機３の誘起電圧を無視することができ、上記式（６）は下記式（７）のように近似できる。

上記式（７）は、電流に関して下記式（８）に示すように書き直すことができる。

ここで、上記式（４）で示される電圧ベクトルＶ_ｈ０の重畳時刻を時刻ｔ_ｈ０とし、上記式（５）で示される電圧ベクトルＶ_ｈ１の重畳時刻を時刻ｔ_ｈ１とすると、時刻ｔ_ｈ０と時刻ｔ_ｈ１での電流・電圧方程式はそれぞれ下記式（９）、（１０）に示すように表すことができる。

さらに、上記式（９）、（１０）から、下記式（１１）の関係式を導くことができる。

上記式（１１）は、電動機３の磁極位置θに関して下記式（１２）に示すように書き直すことができ、したがって、時刻ｔ_ｈ０と時刻ｔ_ｈ１での各相の電流変化を検出すれば電動機３の磁極位置θを推定することができる。

ここで、φを０、９０、１８０、２７０［ｄｅｇ］のいずれかに設定すると、電動機３の磁極位置θをより簡単な演算式で推定することができる。すなわち、上記式（１２）は、φ＝０［ｄｅｇ］の場合、下記式（１３）のように、φ＝９０［ｄｅｇ］の場合、下記式（１４）のように、φ＝１８０［ｄｅｇ］の場合、下記式（１５）のように、φ＝２７０［ｄｅｇ］の場合、下記式（１６）のようにそれぞれ表すことができる。

したがって、電圧ベクトルＶ_ｈ０を、φ＝０、９０、１８０、２７０［ｄｅｇ］のいずれかの状態になるように重畳し、その後、電圧ベクトルＶ_ｈ１を重畳することによって、電動機３の磁極位置θをより簡単な演算式で推定できる。

また、時刻ｔ_ｈ１でα軸の正の向きに位相差φ＋９０［ｄｅｇ］の電圧ベクトルＶ_ｈ１を重畳する場合を説明したが、時刻ｔ_ｈ１でα軸の正の向きに位相差φ−９０［ｄｅｇ］の電圧ベクトルＶ_ｈ１を重畳しても同様に、電動機３の磁極位置θをより簡単な演算式で推定できる。

このように、時刻ｔ_ｈ０においてφを０、９０、１８０、２７０［ｄｅｇ］のいずれかの位相に電圧ベクトルＶ_ｈ０を重畳した後、時刻ｔ_ｈ１でφ＋９０［ｄｅｇ］またはφ−９０［ｄｅｇ］の位相に電圧ベクトルＶ_ｈ１を重畳する。そして、時刻ｔ_ｈ０と時刻ｔ_ｈ１での各相の電流変化を検出し、例えば、上記式（１３）〜（１６）に基づいた演算を用いることで、電動機３の磁極位置θをより簡単に推定できる。

そこで、重畳成分生成部３６は、下記式（１７）に示すように、時間周期Ｔ＝４Ｔ_Ｖのパイロット電圧Ｖ_ｈを生成し、α軸指令成分Ｖ_α ^*およびβ軸指令成分Ｖ_β ^*で規定される駆動電圧指令に重畳するようにしている。Ｔ_Ｖは、空間ベクトル変調を行う駆動信号生成部３９の更新周期である。

上記式（１７）に示すように重畳成分生成部３６から出力するパイロット電圧Ｖ_ｈのα軸指令成分Ｖ_αｈおよびβ軸指令成分Ｖ_βｈを設定することで、図４に示すように、α軸およびβ軸で打ち消し合う方向にパイロット電圧Ｖ_ｈを出力できる。図４は、パイロット電圧Ｖ_ｈの時間周期Ｔにおける変化を示す図である。そのため、時間周期Ｔにおける平均電圧を０とすることができ、これにより、トルクリップルを低減することができる。

ここで、重畳成分生成部３６の構成および動作について図５および図６を参照してさらに具体的に説明する。図５は、重畳成分生成部３６から出力されるパイロット電圧Ｖ_ｈのαβ軸成分であるＶ_αｈ、Ｖ_βｈの変化を示す図であり、図６は、重畳成分生成部３６のパイロット電圧生成処理を示すフローチャートである。

図５に示すように、重畳成分生成部３６は、カウント値ＣＮＴとして０、１、２、３の順に繰り返し出力するカウンタ部３５のカウント値ＣＮＴに基づき、パイロット電圧Ｖ_ｈのα軸成分およびβ軸成分であるα軸指令成分Ｖ_αｈおよびβ軸指令成分Ｖ_βｈを生成する。

具体的には、図６に示すように、重畳成分生成部３６は、カウンタ部３５のカウント値ＣＮＴを判定し（ステップＳ１０）、カウント値ＣＮＴ＝０の場合、Ｖ_αｈ＝＋Ｖ_ｉｎｊ１およびＶ_βｈ＝０としたパイロット電圧Ｖ_ｈを生成して、加算部３７、３８へ出力する（ステップＳ１１）。カウント値ＣＮＴ＝１の場合、重畳成分生成部３６は、Ｖ_αｈ＝０およびＶ_βｈ＝＋Ｖ_ｉｎｊ１としたパイロット電圧Ｖ_ｈを生成して、加算部３７、３８へ出力する（ステップＳ１２）。

また、カウント値ＣＮＴ＝２の場合、重畳成分生成部３６は、Ｖ_αｈ＝−Ｖ_ｉｎｊ１およびＶ_βｈ＝０としたパイロット電圧Ｖ_ｈを生成して、加算部３７、３８へ出力する（ステップＳ１３）。カウント値ＣＮＴ＝３の場合、重畳成分生成部３６は、Ｖ_αｈ＝０およびＶ_βｈ＝−Ｖ_ｉｎｊ１としたパイロット電圧Ｖ_ｈを生成して、加算部３７、３８へ出力する（ステップＳ１４）。

このように、重畳成分生成部３６は、αβ軸座標系で、時間周期Ｔ_ｖ毎に前回生成したパイロット電圧Ｖ_ｈに対して９０度の方向となるパイロット電圧Ｖ_ｈを生成するようにしている。なお、重畳成分生成部３６は、αβ軸座標系で、時間周期Ｔ_ｖ毎に前回生成したパイロット電圧Ｖ_ｈに対して−９０度の方向となるパイロット電圧Ｖ_ｈを生成することもできる。

磁極位置推定部４０は、時刻ｔ＝ｎＴ（ｎ＝１、２、３、・・・）での磁極位置θ、時刻ｔ＝Ｔ／４＋ｎＴでの磁極位置θ、時刻ｔ＝Ｔ／２＋ｎＴでの磁極位置θ、時刻ｔ＝３Ｔ／４＋ｎＴでの磁極位置θを推定する。なお、磁極位置推定部４０は、重畳成分生成部３６によって生成されたパイロット電圧Ｖ_ｈに応じた電流を検出することができるように、カウンタ部３５のカウント値ＣＮＴが変化してから所定時間経過後に、カウント値ＣＮＴの判定処理を行う。

図７は、磁極位置推定部４０の構成を示す図である。図７に示すように、磁極位置推定部４０は、差分演算部５０、５１と、１サンプル遅延部５２、５３と、θ演算部５４とを備え、Ｔ／４をサンプル周期として動作する。

差分演算部５０は、３相／２相座標変換部３１からα軸成分電流検出値Ｉ_αを取得し、かかる電流検出値Ｉ_αと１サンプル時間（＝Ｔ／４）前に取得した電流検出値Ｉ_αとの差分値ΔＩ_αを演算して出力する。また、差分演算部５１は、３相／２相座標変換部３１からβ軸成分電流検出値Ｉ_βを取得し、かかる電流検出値Ｉ_βと１サンプル時間前に取得した電流検出値Ｉ_βとの差分値ΔＩ_βを演算して出力する。

１サンプル遅延部５２は、差分演算部５０から出力される差分値ΔＩ_αを１サンプル時間分遅延させて、θ演算部５４へ出力する。また、１サンプル遅延部５３は、差分演算部５１から出力される差分値ΔＩ_βを１サンプル時間分遅延させて、θ演算部５４へ出力する。

θ演算部５４は、差分演算部５０、５１から出力される差分値ΔＩ_α、ΔＩ_βと、１サンプル遅延部５２、５３から出力される１サンプル時間前の差分値ΔＩ_α、ΔＩ_βとに基づいて、磁極位置θを推定する。

図８は、磁極位置推定部４０の磁極位置推定処理を示すフローチャートである。以下において、ΔＩ_αｈ２＝Ｉ_αｈ２−Ｉ_αｈ１、ΔＩ_βｈ２＝Ｉ_βｈ２−Ｉ_βｈ１、ΔＩ_αｈ１＝Ｉ_αｈ１−Ｉ_αｈ０、ΔＩ_βｈ１＝Ｉ_βｈ１−Ｉ_βｈ０である。

図８に示すように、磁極位置推定部４０は、カウンタ部３５のカウント値ＣＮＴを判定する（ステップＳ２０）。

カウント値ＣＮＴ＝０の場合、磁極位置推定部４０は、下記式（１８）に基づいて、磁極位置θを演算する（ステップＳ２１）。下記式（１８）は、上記式（１３）において電流１階微分を電流差分で近似したものである。

上記式（１８）において、電流検出値Ｉ_αｈ２、Ｉ_αｈ１、Ｉ_αｈ０は、それぞれ時刻ｔ＝ｎＴ、−Ｔ／４＋ｎＴ、−Ｔ／２＋ｎＴにおけるα軸成分の電流検出値である。また、電流検出値Ｉ_βｈ２、Ｉ_βｈ１、Ｉ_βｈ０は、それぞれ時刻ｔ＝ｎＴ、−Ｔ／４＋ｎＴ、−Ｔ／２＋ｎＴにおけるβ軸成分の電流検出値である。

また、カウント値ＣＮＴ＝１の場合、磁極位置推定部４０は、下記式（１９）に基づいて、磁極位置θを演算する（ステップＳ２２）。下記式（１９）は、上記式（１４）において電流１階微分を電流差分で近似したものである。

なお、カウント値ＣＮＴ＝０の場合、電流検出値Ｉ_αｈ２、Ｉ_αｈ１、Ｉ_αｈ０は、それぞれ時刻ｔ＝Ｔ／４＋ｎＴ、ｎＴ、−Ｔ／４＋ｎＴにおけるα軸成分の電流検出値である。また、電流検出値Ｉ_βｈ２、Ｉ_βｈ１、Ｉ_βｈ０は、それぞれ時刻ｔ＝Ｔ／４＋ｎＴ、ｎＴ、−Ｔ／４＋ｎＴにおけるβ軸成分の電流検出値である。

また、カウント値ＣＮＴ＝２の場合、磁極位置推定部４０は、下記式（２０）に基づいて、磁極位置θを演算する（ステップＳ２３）。下記式（２０）は、上記式（１５）において電流１階微分を電流差分で近似したものである。

なお、カウント値ＣＮＴ＝２の場合、電流検出値Ｉ_αｈ２、Ｉ_αｈ１、Ｉ_αｈ０は、それぞれ時刻ｔ＝Ｔ／２＋ｎＴ、Ｔ／４＋ｎＴ、ｎＴにおけるα軸成分の電流検出値である。また、電流検出値Ｉ_βｈ２、Ｉ_βｈ１、Ｉ_βｈ０は、それぞれ時刻ｔ＝Ｔ／２＋ｎＴ、Ｔ／４＋ｎＴ、ｎＴにおけるβ軸成分の電流検出値である。

また、カウント値ＣＮＴ＝３の場合、磁極位置推定部４０は、下記式（２１）に基づいて、磁極位置θを演算する（ステップＳ２４）。下記式（２１）は、上記式（１６）において電流１階微分を電流差分で近似したものである。

なお、カウント値ＣＮＴ＝３の場合、電流検出値Ｉ_αｈ２、Ｉ_αｈ１、Ｉ_αｈ０は、それぞれ時刻ｔ＝３Ｔ／４＋ｎＴ、Ｔ／２＋ｎＴ、Ｔ／４＋ｎＴにおけるα軸成分の電流検出値である。また、電流検出値Ｉ_βｈ２、Ｉ_βｈ１、Ｉ_βｈ０は、それぞれ時刻ｔ＝３Ｔ／４＋ｎＴ、Ｔ／２＋ｎＴ、Ｔ／４＋ｎＴにおけるβ軸成分の電流検出値である。

以上のように、第１の実施形態に係る制御装置１では、重畳成分生成部３６と、磁極位置推定部４０とを備える。重畳成分生成部３６は、αβ軸座標系のα軸またはβ軸に対して平行な方向のベクトルとしてパイロット電圧Ｖ_ｈを生成し、かつ、ベクトルの向きが前回生成したパイロット電圧Ｖ_ｈに対して９０度異なるパイロット電圧Ｖ_ｈを所定周期で生成する。

重畳成分生成部３６で生成したパイロット電圧Ｖ_ｈは重畳電圧指令として駆動電圧指令に重畳されてインバータ部１０へ入力される。これにより、インバータ部１０は、重畳電圧指令が重畳された駆動電圧指令に基づいて電動機３に対して駆動電圧を出力する。磁極位置推定部４０は、電動機３の各相に流れる電流を所定周期で検出し、各相の電流変化量に基づき、電動機３の磁極位置θを推定する。

このように、制御装置１では、所望のパイロット電圧Ｖ_ｈを所定周期毎に生成し、電動機３の各相の電流変化量に基づき、磁極位置θの推定を行うことができる。

したがって、第１の実施形態に係る制御装置１では、磁極位置θの推定を容易に行うことが可能となり、また、電動機３を駆動するための駆動電圧指令の更新周期に影響を与えることもない。しかも、パイロット電圧Ｖ_ｈの重畳を開始してから時間周期Ｔの３／４の時間電動機３の磁極位置θを推定することができ、また、時間周期Ｔの１／４の時間で繰り返し、電動機３の磁極位置θを推定することができるため、磁極位置推定の応答性を向上させることができる。

上述においては、駆動信号生成部３９において空間ベクトル変調法を用いてインバータ部１０を駆動する駆動信号Ｓ１〜Ｓ６を生成する例を説明したが、駆動信号生成部３９において搬送波比較変調法（ＰＷＭ変調法）を用いて駆動信号Ｓ１〜Ｓ６を生成してもよい。

この場合、カウンタ部３５は、時間周期Ｔを搬送波の時間周期Ｔ_ｃの２倍の長さとし、時間周期Ｔを４周期分として、カウント値ＣＮＴを変更する。カウンタ部３５がカウント値ＣＮＴを変更するタイミングは、図９に示すように、搬送波の山および谷である。図９は、駆動信号生成部３９において搬送波比較変調法を用いて駆動信号Ｓ１〜Ｓ６を生成した場合のパイロット電圧Ｖ_ｈ（α軸指令成分Ｖ_αｈおよびβ軸指令成分Ｖ_βｈ）と搬送波との関係を示す図である。

重畳成分生成部３６は、カウンタ部３５からのカウント値ＣＮＴに基づき、α軸指令成分Ｖ_α ^*およびβ軸指令成分Ｖ_β ^*へ重畳する時間周期Ｔ＝２Ｔ_ｃを４周期分とするパイロット電圧Ｖ_ｈを生成する。カウント値ＣＮＴは、搬送波の山および谷で変更されることから、パイロット電圧Ｖ_ｈのα軸指令成分Ｖ_αｈおよびβ軸指令成分Ｖ_βｈは、図５に示すフローチャートに従って搬送波の山および谷で変更される。

駆動信号生成部３９は、加算部３７、３８から入力されるα軸指令成分Ｖ_α１ ^*およびβ軸指令成分Ｖ_β１ ^*に基づき、出力電圧指令Ｖ_Ｕ ^*、Ｖ_Ｖ ^*、Ｖ_Ｗ ^*を求める。そして、駆動信号生成部３９は、出力電圧指令Ｖ_Ｕ ^*、Ｖ_Ｖ ^*、Ｖ_Ｗ ^*と時間周期Ｔ_ｃの搬送波とを比較してＰＷＭ信号である駆動信号Ｓ１〜Ｓ６を生成し、インバータ部１０へ出力する。

磁極位置推定部４０は、カウンタ部３５から入力されるカウント値ＣＮＴに基づき、図８に示すフローチャートに従って時刻ｔ＝ｎＴ、Ｔ／４＋ｎＴ、Ｔ／２＋ｎＴ、３Ｔ／４＋ｎＴでのそれぞれの電動機３の磁極位置θを推定する。

このように、駆動信号生成部３９において搬送波比較変調法を用いて駆動信号Ｓ１〜Ｓ６を生成した場合であっても、空間ベクトル変調法を用いて駆動信号Ｓ１〜Ｓ６を生成した場合と同様に、電動機３の磁極位置θを容易に推定することができる。

なお、上述においては、空間ベクトル変調法を用いた場合には、時間周期Ｔ＝４Ｔ_Ｖとし、搬送波比較変調法を用いた場合には、時間周期Ｔ＝２Ｔ_ｃとしたが、時間周期Ｔの長さは、かかる例に限定されるものではない。例えば、空間ベクトル変調法を用いた場合に、時間周期Ｔ＝４ｍＴ_Ｖ（ｍは２以上の整数）としたり、搬送波比較変調法を用いた場合には、時間周期Ｔ＝２ｍＴ_ｃ（ｍは２以上の整数）とすることができる。

また、上述においては、重畳成分生成部３６は、正方向に位相差が９０度ずつ異なるようにパイロット電圧Ｖ_ｈを所定周期で生成するようにしたが、重畳成分生成部３６によるパイロット電圧Ｖ_ｈの生成方法はこれに限られない。例えば、重畳成分生成部３６は、αβ軸座標系でのベクトルの向きが負方向に９０度ずつの位相差をもつようにパイロット電圧Ｖ_ｈを所定周期で生成するようにしてもよく、これによっても、トルクリップルを低減でき、また、電動機３の磁極位置θをより簡単な演算式で推定できる。

また、重畳成分生成部３６は、位相差９０度とするパイロット電圧Ｖ_ｈの向きを、周期ｍＴ（ｍは自然数）毎に正方向と負方向とで逆転させるようにしてもよく、これによっても、トルクリップルを低減することができる。

また、重畳成分生成部３６は、位相差を正方向と負方向で交互に異なるようにパイロット電圧Ｖ_ｈを生成することもできる。なお、この場合、トルクリップルの低減効果は少ないが、磁極位置推定部４０における磁極位置θの推定を、上記演算式に基づいて行うことができるため、磁極位置θの推定を容易に行うことができる。

また、第１の実施形態に係る制御装置１では、電動機３の回転数が低速または中速の場合、電動機３の誘起電圧を無視することができることから、上記式（６）に近似する上記式（７）を用いている。しかし、電動機３の回転数が高速な場合であっても、磁極位置推定部４０において、電動機３の誘起電圧成分を除去するフィルタを設けることによって、同様に磁極位置θの推定を行うことができる。

また、上述においては、カウンタ部３５からカウント値ＣＮＴを重畳成分生成部３６および磁極位置推定部４０へ出力するようにしたが、重畳成分生成部３６および磁極位置推定部４０にそれぞれカウント値ＣＮＴを生成するカウンタを設けてもよい。

また、上述においては、インバータ部１０の一例として２レベルインバータの構成（図１）を説明したが、インバータ部１０として３レベルインバータなどのマルチレベルインバータやマトリクスコンバータを用いることもでき、また、その他種々の変更が可能である。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係る制御装置について説明する。第２の実施形態に係る制御装置は、第１の実施形態に係る制御装置１に対し、重畳成分生成部によるパイロット電圧Ｖ_ｈの生成方法と、磁極位置推定部による磁極位置θの推定方法とが異なる。

図１０は、第２の実施形態に係る制御装置の構成を示す図である。なお、図１０においては、重複説明を避けるため、第１の実施形態に係る制御装置１と異なる制御部３０Ａの構成のみを示しており、その他の構成は省略している。また、第１の実施形態と同様の構成については同一符号を付し、適宜重複説明を省略するものとする。

図１０に示すように、第２の実施形態に係る制御装置１Ａは、３相／２相座標変換部３１と、回転座標変換部３２と、電流指令出力部３３と、電流制御部３４と、カウンタ部３５と、重畳成分生成部３６Ａと、加算部３７、３８と、駆動信号生成部３９と、磁極位置推定部４０Ａとを備える。制御装置１Ａは、重畳成分生成部３６Ａおよび磁極位置推定部４０Ａを除き、第１の実施形態に係る制御装置１と同様の構成である。

上述したように、突極性を有する電動機３において、電動機３の固定子３ａ上に設定されるαβ軸座標系における電流・電圧方程式は、上記式（３）のように表すことができる。さらに、重畳する２つの電圧ベクトル間の時間間隔が、駆動電圧周期に比べて十分に短い場合、駆動電圧周波数の成分を取り除いた上記式（３）の電流・電圧方程式は、下記式（２２）のように近似できる。この式（２２）は、上記式（６）と同一である。

上記式（２２）を時間微分すると、下記式（２３）を得ることができる。

電動機３における回転加速度が、上記式（２３）の右辺第１項に比べて十分小さいと仮定すると、上記式（２３）は、下記式（２４）のように近似できる。

上記式（２４）は、電流に関して下記式（２５）に示すように書き直すことができる。

ここで、インバータ部１０の出力電圧として、駆動電圧指令であるｑ軸電圧指令Ｖｑ^*およびｄ軸電圧指令Ｖｄ^*に基づく駆動電圧に、パイロット電圧Ｖｈが含まれるようにすることを考える。例えば、図１１に示すように、αβ軸座標系において、電圧ベクトルＶ_ｈ０、Ｖ_ｈ１、Ｖ_ｈ２をこの順に一定周期で重畳する。図１１は、αβ軸座標系における電圧ベクトルＶ_ｈ０、Ｖ_ｈ１、Ｖ_ｈ２とφとの関係の一例を示す図である。

電圧ベクトルＶ_ｈ０は、α軸の正の向きから位相差φ［ｄｅｇ］のベクトル、電圧ベクトルＶ_ｈ１はα軸の正の向きから位相差φ＋９０［ｄｅｇ］のベクトル、電圧ベクトルＶ_ｈ２は、α軸の正の向きから位相差φ＋１８０［ｄｅｇ］のベクトルである。また、電圧ベクトルＶ_ｈ０、Ｖ_ｈ１、Ｖ_ｈ２は、振幅Ｖ_ｉｎｊ２（＞０）のベクトルである。

電圧ベクトルＶ_ｈ０と電圧ベクトルＶ_ｈ１の差分ベクトルΔＶ_ｈ０（＝Ｖ_ｈ０―Ｖ_ｈ１）は、下記式（２６）に示すように表され、電圧ベクトルＶ_ｈ１と電圧ベクトルＶ_ｈ２の差分ベクトルΔＶ_ｈ１（＝Ｖ_ｈ１―Ｖ_ｈ２）は、下記式（２７）に示すように表される。

電圧ベクトルＶ_ｈ０の重畳時刻を時刻ｔ_ｈ０とし、電圧ベクトルＶ_ｈ１の重畳時刻を時刻ｔ_ｈ１＝ｔ_ｈ０＋Δｔとし、電圧ベクトルＶ_ｈ０の重畳時刻を時刻ｔ_ｈ２＝ｔ_ｈ０＋２Δｔとする。また、電圧微分ベクトルを、差分ベクトルで近似する。この場合、上記式（２６）、（２７）に示す差分ベクトルから、時刻ｔ_ｈ１と時刻ｔ_ｈ２での電流・電圧方程式はそれぞれ下記式（２８）、（２９）に示すように表すことができる。

さらに、上記式（２８）、（２９）から、下記式（３０）の関係式を導くことができる。

上記式（３０）は、電動機３の磁極位置θに関して下記式（３１）に示すように書き直すことができる。したがって、時刻ｔ_ｈ１と時刻ｔ_ｈ２での各相の電流変化を検出すれば電動機３の磁極位置θを推定することができる。

ここで、φを４５、１３５、２２５、３１５［ｄｅｇ］のいずれかに設定すると、後述するように、電動機３の磁極位置θをより簡単な演算式で推定することができる。すなわち、上記式（３１）は、φ＝４５［ｄｅｇ］の場合、下記式（３２）のように、φ＝１３５［ｄｅｇ］の場合、は下記式（３３）のように、φ＝２２５［ｄｅｇ］の場合、下記式（３４）のように、φ＝３１５［ｄｅｇ］の場合、下記式（３５）のように、それぞれ表すことができる。

したがって、電圧ベクトルＶ_ｈ０を、φ＝４５、１３５、２２５、３１５［ｄｅｇ］のいずれかの状態になるように重畳し、一定期間後、電圧ベクトルＶ_ｈ０に対し９０［ｄｅｇ］の位相差とした電圧ベクトルＶ_ｈ１を重畳する。さらに一定期間後、電圧ベクトルＶ_ｈ１に対し９０［ｄｅｇ］の位相差とした電圧ベクトルＶ_ｈ２を重畳する。これにより、電動機３の磁極位置θをより簡単な演算式で推定できる。

また、時刻ｔ_ｈ１でα軸の正の向きから位相差φ＋９０［ｄｅｇ］の電圧ベクトルＶ_ｈ１を重畳し、時刻ｔ_ｈ２でα軸の正の向きから位相差φ＋１８０［ｄｅｇ］の電圧ベクトルＶ_ｈ１を重畳した場合を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、時刻ｔ_ｈ１でα軸の正の向きから位相差φ−９０［ｄｅｇ］の電圧ベクトルＶ_ｈ１を重畳し、時刻ｔ_ｈ２でα軸の正の向きから位相差φ−１８０［ｄｅｇ］の電圧ベクトルＶ_ｈ１を重畳しても同様に、電動機３の磁極位置θを簡単な演算式で推定できる。

このように、時刻ｔ_ｈ０においてφを０、９０、１８０、２７０［ｄｅｇ］のいずれかに設定して電圧ベクトルＶ_ｈ０を重畳した後、時刻ｔ_ｈ１でφ＋９０［ｄｅｇ］（またはφ−９０［ｄｅｇ］）として電圧ベクトルＶ_ｈ１を重畳する。さらに、時刻ｔ_ｈ２でφ＋１８０［ｄｅｇ］（またはφ−１８０［ｄｅｇ］）として電圧ベクトルＶ_ｈ２を重畳する。そして、時刻ｔ_ｈ０と時刻ｔ_ｈ１での各相の電流変化と、時刻ｔ_ｈ１と時刻ｔ_ｈ２での各相の電流変化とから２階差分値を検出し、上記式（３２）〜（３５）などの簡単な演算式に基づいた演算によって、電動機３の磁極位置θを推定できる。

そこで、重畳成分生成部３６Ａは、下記式（３６）に示すように、時間周期Ｔ＝４Ｔ_Ｖのパイロット電圧Ｖ_ｈを生成し、α軸指令成分Ｖ_α ^*およびβ軸指令成分Ｖ_β ^*で規定される駆動電圧指令に重畳するようにしている。Ｔ_Ｖは、空間ベクトル変調を行う駆動信号生成部３９の更新周期である。

上記式（３６）に示すように重畳成分生成部３６Ａから出力するパイロット電圧Ｖ_ｈを設定することで、図１２に示すように、α軸およびβ軸で打ち消し合う方向にパイロット電圧Ｖ_ｈを出力できる。図１２は、パイロット電圧Ｖ_ｈの時間周期Ｔにおける変化を示す図である。そのため、時間周期Ｔにおける平均電圧を０とすることができ、これにより、トルクリップルを低減することができる。

重畳成分生成部３６Ａの構成および動作について図１３および図１４を参照してさらに具体的に説明する。図１３は、重畳成分生成部３６Ａから出力されるパイロット電圧Ｖ_ｈのαβ軸成分であるＶ_αｈ、Ｖ_βｈの変化を示す図であり、図１４は、重畳成分生成部３６Ａのパイロット電圧生成処理を示すフローチャートである。

図１３に示すように、重畳成分生成部３６Ａは、カウント値ＣＮＴとして０、１、２、３の順に繰り返し出力するカウンタ部３５のカウント値ＣＮＴに基づき、パイロット電圧Ｖ_ｈのα軸成分およびβ軸成分であるα軸指令成分Ｖ_αｈおよびβ軸指令成分Ｖ_βｈを生成する。

具体的には、図１４に示すように、重畳成分生成部３６Ａは、カウンタ部３５のカウント値ＣＮＴを判定し（ステップＳ３０）、カウント値ＣＮＴ＝０の場合、Ｖ_αｈ＝＋Ｖ_ｉｎｊ２およびＶ_βｈ＝＋Ｖ_ｉｎｊ２としたパイロット電圧Ｖ_ｈを生成して、加算部３７、３８へ出力する（ステップＳ３１）。カウント値ＣＮＴ＝１の場合、重畳成分生成部３６Ａは、Ｖ_αｈ＝−Ｖ_ｉｎｊ２およびＶ_βｈ＝＋Ｖ_ｉｎｊ２としたパイロット電圧Ｖ_ｈを生成して、加算部３７、３８へ出力する（ステップＳ３２）。

また、カウント値ＣＮＴ＝２の場合、重畳成分生成部３６Ａは、Ｖ_αｈ＝−Ｖ_ｉｎｊ２およびＶ_βｈ＝−Ｖ_ｉｎｊ２としたパイロット電圧Ｖ_ｈを生成して、加算部３７、３８へ出力する（ステップＳ３３）。カウント値ＣＮＴ＝３の場合、重畳成分生成部３６Ａは、Ｖ_αｈ＝＋Ｖ_ｉｎｊ２およびＶ_βｈ＝−Ｖ_ｉｎｊ２としたパイロット電圧Ｖ_ｈを生成して、加算部３７、３８へ出力する（ステップＳ３４）。

このように、重畳成分生成部３６は、αβ軸座標系で、時間周期Ｔ_ｖ毎に前回生成したパイロット電圧Ｖ_ｈに対して９０度の方向となるパイロット電圧Ｖ_ｈを繰り返し生成するようにしている。なお、重畳成分生成部３６Ａは、αβ軸座標系で、時間周期Ｔ_ｖ毎に前回生成したパイロット電圧Ｖ_ｈに対して−９０度の方向となるパイロット電圧Ｖ_ｈを繰り返し生成することもできる。

磁極位置推定部４０Ａは、時刻ｔ＝ｎＴ（ｎ＝１、２、３、・・・）での磁極位置θ、時刻ｔ＝Ｔ／４＋ｎＴでの磁極位置θ、時刻ｔ＝Ｔ／２＋ｎＴでの磁極位置θ、時刻ｔ＝３Ｔ／４＋ｎＴでの磁極位置θを推定する。

図１５は、磁極位置推定部４０Ａの構成を示す図である。図１５に示すように、磁極位置推定部４０Ａは、差分演算部６０〜６３と、１サンプル遅延部６４、６５と、θ演算部６６とを備え、Ｔ／４をサンプル周期として動作する。

差分演算部６０は、３相／２相座標変換部３１からα軸成分の電流検出値Ｉ_αを取得し、かかる電流検出値Ｉ_αと１サンプル時間（＝Ｔ／４）前に取得した電流検出値Ｉ_αとの差分値ΔＩ_αを演算して出力する。また、差分演算部６１は、３相／２相座標変換部３１からβ軸成分の電流検出値Ｉ_βを取得し、かかる電流検出値Ｉ_βと時間Ｔ／４前に取得した電流検出値Ｉ_βとの差分値ΔＩ_βを演算して出力する。

差分演算部６２は、差分演算部６０から差分値ΔＩ_αを取得し、かかる差分値ΔＩ_αと１サンプル時間前に取得した差分値ΔＩ_αとの２階差分値Δ^２Ｉ_αを演算して出力する。また、差分演算部６３は、差分演算部６１から差分値ΔＩ_βを取得し、かかる差分値ΔＩ_βと１サンプル時間前に取得した差分値ΔＩ_βとの２階差分値Δ^２Ｉ_βを演算して出力する。

１サンプル遅延部６４は、差分演算部６２から出力される２階差分値Δ^２Ｉ_αを１サンプル時間分遅延させて、θ演算部６６へ出力する。また、１サンプル遅延部６５は差分演算部６３から出力される２階差分値Δ^２Ｉ_βを１サンプル時間分遅延させて、θ演算部６６へ出力する。

θ演算部６６は、差分演算部６２、６３から出力される２階差分値Δ^２Ｉ_α、Δ^２Ｉ_βと、１サンプル遅延部６４、６５から出力される１サンプル時間前の２階差分値Δ^２Ｉ_α、Δ^２Ｉ_βとに基づいて、磁極位置θを推定する。

図１６は、磁極位置推定部４０Ａの磁極位置推定処理を示すフローチャートである。なお、以下において、Δ^２Ｉ_αｈ２＝ΔＩ_αｈ２−ΔＩ_αｈ１、Δ^２Ｉ_βｈ２＝ΔＩ_βｈ２−ΔＩ_βｈ１、Δ^２Ｉ_αｈ１＝ΔＩ_αｈ１−ΔＩ_αｈ０、Δ^２Ｉ_βｈ１＝ΔＩ_βｈ１−ΔＩ_βｈ０である。また、ΔＩ_αｈ２＝Ｉ_αｈ２−Ｉ_αｈ１、ΔＩ_βｈ２＝Ｉ_βｈ２−Ｉ_βｈ１、ΔＩ_αｈ１＝Ｉ_αｈ１−Ｉ_αｈ０、ΔＩ_βｈ１＝Ｉ_βｈ１−Ｉ_βｈ０、ΔＩ_αｈ０＝Ｉ_αｈ０−Ｉ_αｈ−１、ΔＩ_βｈ０＝Ｉ_βｈ０−Ｉ_βｈ−１である。

図１６に示すように、磁極位置推定部４０Ａは、カウンタ部３５のカウント値ＣＮＴを判定する（ステップＳ４０）。

カウント値ＣＮＴ＝０の場合、磁極位置推定部４０Ａは、下記式（３７）に基づいて、電動機３の磁極位置θを推定する（ステップＳ４１）。下記式（３７）は、上記式（３２）において電流２階微分を電流差分で近似したものである。

なお、カウント値ＣＮＴ＝０の場合、電流検出値Ｉ_αｈ２、Ｉ_αｈ１、Ｉ_αｈ０、Ｉ_αｈ−１は、それぞれ時刻ｔ＝ｎＴ、−Ｔ／４＋ｎＴ、−Ｔ／２＋ｎＴ、−３Ｔ／４＋ｎＴにおけるα軸成分の電流検出値である。また、電流検出値Ｉ_βｈ２、Ｉ_βｈ１、Ｉ_βｈ０、Ｉ_βｈ−１は、それぞれ時刻ｔ＝ｎＴ、−Ｔ／４＋ｎＴ、−Ｔ／２＋ｎＴ、−３Ｔ／４＋ｎＴにおけるβ軸成分の電流検出値である。

また、カウント値ＣＮＴ＝１の場合、磁極位置推定部４０Ａは、下記式（３８）に基づいて、電動機３の磁極位置θを推定する（ステップＳ４２）。なお、下記式（３８）は、上記式（３３）において電流２階微分を電流差分で近似したものである。

なお、カウント値ＣＮＴ＝１の場合、電流検出値Ｉ_αｈ２、Ｉ_αｈ１、Ｉ_αｈ０、Ｉ_αｈ−１は、それぞれ時刻ｔ＝Ｔ／４＋ｎＴ、ｎＴ、−Ｔ／４＋ｎＴ、−Ｔ／２＋ｎＴにおけるα軸成分の電流検出値である。また、電流検出値Ｉ_βｈ２、Ｉ_βｈ１、Ｉ_βｈ０、Ｉ_βｈ−１は、それぞれ時刻ｔ＝Ｔ／４＋ｎＴ、ｎＴ、−Ｔ／４＋ｎＴ、−Ｔ／２＋ｎＴにおけるβ軸成分の電流検出値である。

また、カウント値ＣＮＴ＝２の場合、磁極位置推定部４０Ａは、下記式（３９）に基づいて、電動機３の磁極位置θを推定する（ステップＳ４３）。なお、下記式（３９）は、上記式（３４）において電流２階微分を電流差分で近似したものである。

なお、カウント値ＣＮＴ＝２の場合、電流検出値Ｉ_αｈ２、Ｉ_αｈ１、Ｉ_αｈ０、Ｉ_αｈ−１は、それぞれ時刻ｔ＝Ｔ／２＋ｎＴ、Ｔ／４＋ｎＴ、ｎＴ、−Ｔ／４＋ｎＴにおけるα軸成分の電流検出値である。また、電流検出値Ｉ_βｈ２、Ｉ_βｈ１、Ｉ_βｈ０、Ｉ_βｈ−１は、それぞれ時刻ｔ＝Ｔ／２＋ｎＴ、Ｔ／４＋ｎＴ、ｎＴ、−Ｔ／４＋ｎＴにおけるβ軸成分の電流検出値である。

また、カウント値ＣＮＴ＝３の場合、磁極位置推定部４０Ａは、下記式（４０）に基づいて、電動機３の磁極位置θを推定する（ステップＳ４４）。なお、下記式（４０）は、上記式（３５）において電流２階微分を電流差分で近似したものである。

なお、カウント値ＣＮＴ＝３の場合、電流検出値Ｉ_αｈ２、Ｉ_αｈ１、Ｉ_αｈ０、Ｉ_αｈ−１は、それぞれ時刻ｔ＝３Ｔ／４＋ｎＴ、Ｔ／２＋ｎＴ、Ｔ／４＋ｎＴ、ｎＴにおけるα軸成分の電流検出値である。また、電流検出値Ｉ_βｈ２、Ｉ_βｈ１、Ｉ_βｈ０、Ｉ_βｈ−１は、それぞれ時刻ｔ＝３Ｔ／４＋ｎＴ、Ｔ／２＋ｎＴ、Ｔ／４＋ｎＴ、ｎＴにおけるβ軸成分の電流検出値である。

ステップＳ４１〜Ｓ４４において、磁極位置推定部４０Ａは、差分演算部６２、６３から出力される差分値Δ^２Ｉ_α、Δ^２Ｉ_βをΔ^２ｉ_αｈ１、Δ^２ｉ_βｈ１とし、１サンプル遅延部６４、６５から出力される１サンプル時間前の差分値Δ^２Ｉ_α、Δ^２Ｉ_βをΔ^２ｉ_αｈ２、Δ^２ｉ_βｈ２として、上記式（３７）〜（４０）の演算を行うことで、電動機３の磁極位置θを推定する。

以上のように、第２の実施形態に係る制御装置１Ａでは、重畳成分生成部３６Ａと、磁極位置推定部４０Ａとを備える。重畳成分生成部３６Ａは、αβ軸座標系のα軸またはβ軸に対して４５度の位相差をもつベクトルとしてパイロット電圧Ｖ_ｈを生成し、かつ、ベクトルの向きが前回生成したパイロット電圧Ｖ_ｈに対して９０度異なるパイロット電圧Ｖ_ｈを所定周期で生成する。

したがって、磁極位置推定部４０Ａにおける磁極位置θの推定を、簡易な演算式に基づいて行うことができ、電動機３を駆動するための駆動電圧指令の更新周期に影響を与えることもない。しかも、パイロット電圧Ｖ_ｈの重畳を開始してから時間周期Ｔで電動機３の磁極位置θを推定でき、さらに、時間周期Ｔの１／４の時間で繰り返し、電動機３の磁極位置θを推定することができるため、磁極位置推定の応答性を向上させることができる。

上述においては、駆動信号生成部３９において空間ベクトル変調法を用いてインバータ部１０を駆動する駆動信号Ｓ１〜Ｓ６を生成する例を説明したが、第１の実施形態の欄において説明した例と同様の方法で、搬送波比較変調法を用いることもできる。この場合、カウンタ部３５は、時間周期Ｔを搬送波の時間周期Ｔ_ｃの２倍の長さとし、時間周期Ｔを４周期分として、カウント値ＣＮＴを変更する。カウンタ部３５がカウント値ＣＮＴを変更するタイミングは、搬送波の山および谷である。

また、第１の実施形態の欄において説明したその他の種々の変形についても、同様に、上述した第２の実施形態に係る制御装置１Ａに適用することができる。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１、１Ａ 電動機の制御装置
２ 直流電源
３ 電動機
３ａ 電動機の固定子
１０ インバータ部
２０ 電流検出部
３０、３０Ａ 制御部
３１ ３相／２相座標変換部３１（電流検出部）
３６、３６Ａ 重畳成分生成部
３９ 駆動信号生成部
４０、４０Ａ 磁極位置推定部
５０、５１、６０〜６３ 差分演算部（電流差分演算部）
５４、６６ θ演算部（磁極位置演算部）

Claims (10)

1. 電動機の固定子上に設定された直交座標系でのベクトルの向きが前回生成した重畳電圧指令に対して９０度異なる重畳電圧指令を所定周期で生成する重畳成分生成部と、
   前記重畳電圧指令を重畳した駆動電圧指令に基づいた駆動電圧を前記電動機へ出力するインバータ部と、
   前記電動機の各相に流れる電流を前記所定周期で検出して、電流検出値を出力する電流検出部と、
   前記電流検出値の変化量に基づき、前記電動機の磁極位置を検出する磁極位置推定部と
   を備える電動機の制御装置。
2. 前記重畳成分生成部は、
   前記前回生成した重畳電圧指令に対して前記直交座標系でのベクトルの向きが正方向または逆方向に９０度ずつ異なるように前記重畳電圧指令を繰り返し生成する
   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. 前記直交座標系の２軸をα軸およびβ軸とした直交座標軸とし、
   前記重畳電圧指令のベクトルの向きは、前記α軸または前記β軸に対して平行である
   ことを特徴とする請求項２に記載の電動機の制御装置。
4. 前記直交座標系の軸をα軸およびβ軸とした直交座標軸とし、
   前記重畳電圧指令のベクトルの向きは、前記α軸または前記β軸に対して４５度の位相差をもつ
   ことを特徴とする請求項２に記載の電動機の制御装置。
5. 前記電流検出部は、
   前記電動機の各相に流れる電流の値を前記直交座標系の電流検出値に変換して出力し、
   前記磁極位置推定部は、
   前記電流検出部から出力される電流検出値の１階差分値を演算する電流差分演算部と、
   前記１階差分値に基づき、前記電動機の磁極位置を求める磁極位置演算部と
   を備えることを特徴とする請求項３に記載の電動機の制御装置。
6. 前記電流検出部は、
   前記電動機の各相に流れる電流の値を前記直交座標系の電流検出値に変換して出力し、
   前記磁極位置推定部は、
   前記電流検出部から出力される電流検出値の２階差分値を演算する電流差分演算部と、
   前記２階差分値に基づき、前記電動機の磁極位置を求める磁極位置演算部と
   を備えることを特徴とする請求項４に記載の電動機の制御装置。
7. 前記重畳電圧指令を重畳した駆動電圧指令に基づき、前記駆動電圧指令毎に、空間ベクトル変調法によって時間周期内で異なる複数の駆動信号を生成して前記インバータ部へ出力する駆動信号生成部を備え、
   前記電流検出部は、
   前記時間周期のｎＴ／２（ｎは自然数）で前記電流検出値を前記磁極位置推定部へ出力する
   ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の電動機の制御装置。
8. 前記重畳電圧指令を重畳した駆動電圧指令と搬送波との比較に基づく搬送波比較変調法によって、駆動信号を生成して前記インバータ部へ出力する駆動信号生成部を備え、
   前記電流検出部は、
   前記電流検出値を前記三角波状の搬送波の山および／または谷のタイミングで前記磁極位置推定部へ出力する
   ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の電動機の制御装置。
9. 前記電動機は、
   埋め込み型永久磁石同期電動機である
   ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の電動機の制御装置。
10. 電動機の固定子上に設定された直交座標系でのベクトルの向きが前回生成した重畳電圧指令に対して９０度異なる重畳電圧指令を所定周期で生成する重畳成分生成部と、
    前記重畳電圧指令を重畳した駆動電圧指令に基づいて駆動される電動機の各相に流れる電流を前記所定周期で検出して、電流検出値を出力する電流検出部と、
    前記電流検出値の変化量に基づき、前記電動機の磁極位置を検出する磁極位置推定部と
    を備える電動機の磁極位置推定装置。
    

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