JP6991297B1 - 電流検出装置及び交流回転機の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ロータから放射状に放射される磁束が交差する位置に配置された各磁気センサにより、複数組の複数相の電機子巻線を流れる電流を検出する電流検出装置において、ロータの磁束により生じた電流検出誤差により、出力トルクの制御精度が悪化することを抑制できる電流検出装置を提供する。【解決手段】各組において、ｎ相の前記磁気センサは、各相の前記磁気センサにより検出される前記ロータの磁束密度の成分であるロータ磁束密度の検出成分の絶対値が互いに等しくなるように配置されている電流検出装置。【選択図】図４

Description

本願は、電流検出装置及び交流回転機の制御装置に関するものである。

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

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

特開２０１８－９６７９５号公報

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

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

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

本願に係る電流検出装置は、ロータと、ｍ組のｎ相の電機子巻線（ｍは、１以上の整数、ｎは、３以上の整数）を設けたステータとを有する交流回転機において、各組の各相の電機子巻線に電流を供給する各組の各相の接続線に対向配置された各組の各相の磁気センサの出力信号に基づいて、各組の各相の電機子巻線に流れる電流を検出する電流検出装置であって、
各組の各相の前記磁気センサは、前記ロータから径方向に放射状に放射される磁束が交差する位置に配置され、
各組において、ｎ相の前記磁気センサは、各相の前記磁気センサにより検出される前記ロータの磁束密度の成分であるロータ磁束密度の検出成分の絶対値が互いに等しくなるように配置されているものである。

本願に係る電流検出装置は、上記の電流検出装置を備えた交流回転機の制御装置であって、
前記電機子巻線の電流指令値である電機子電流指令値を算出し、
前記電機子電流指令値と、前記電流検出装置により検出した前記電機子巻線の電流検出値と、に基づいて電機子電圧指令値を算出し、
前記電機子電圧指令値に基づいて、インバータが有するスイッチング素子をオンオフ制御することにより、前記電機子巻線に電圧を印加し、
前記界磁巻線の電流指令値である界磁電圧指令値を算出し、
前記界磁電圧指令値に基づいて、コンバータが有するスイッチング素子をオンオフ制御することにより、前記界磁巻線に電圧を印加し、
前記界磁電流指令値から界磁巻線電流までの制御系の応答時定数は、前記電機子電流指令から電機子巻線電流までの制御系の応答時定数よりも大きいものである。

各組のｄ軸及びｑ軸の電流検出値において、ロータの磁束による各相の検出誤差成分を互いに打ち消し合わせ、低減することができ、各組のｄ軸及びｑ軸の電流検出値を、各組のｄ軸及びｑ軸の真の電流に近づけることができる。よって、出力トルクの制御精度を向上させることができる。

実施の形態１に係る交流回転機及び制御装置の概略構成図である。 実施の形態１に係る電機子巻線の位相を説明する図である。 実施の形態１に係る制御装置の概略ブロック図である。 実施の形態１に係る磁気センサの配置を説明する図である。 実施の形態１に係るランデル型ロータの斜視図である。 実施の形態１に係る交流回転機の模式的な断面図である。 実施の形態１に係る磁気センサの配置を説明する図である。 実施の形態１に係る磁気センサにより検出される磁束を説明する図である。 実施の形態１に係る集磁コアを備えた磁気センサを説明する図である。 実施の形態１に係る磁気センサの配置を説明する図である。 実施の形態２に係る界磁電流とロータの磁束との関係を説明する図である。 実施の形態３に係る磁気センサの配置を説明する図である。 実施の形態４に係る磁気センサの配置を説明する図である。 実施の形態１に係る制御装置のハードウェア構成図である。

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

１－６．制御装置１０
制御装置１０は、第１組及び第２組のインバータＩＮ１、ＩＮ２、及びコンバータ９を介して、交流回転機１を制御する。制御装置１０は、図３に示すように、回転検出部３１、電機子電流検出部３２、電機子電流制御部３３、界磁電流検出部３４、及び界磁電流制御部３５等の機能部を備えている。制御装置１０の各機能は、制御装置１０が備えた処理回路により実現される。具体的には、制御装置１０は、図１４に示すように、処理回路として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算処理装置９０（コンピュータ）、演算処理装置９０とデータのやり取りする記憶装置９１、演算処理装置９０に外部の信号を入力する入力回路９２、演算処理装置９０から外部に信号を出力する出力回路９３、及び外部装置とデータ通信を行う通信回路９４等を備えている。

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

図７に示すように、第１組の３相の磁気センサＭＳｕ１、ＭＳｖ１、ＭＳｗ１が配置された同一円の半径と、第２組の３相の磁気センサＭＳｕ２、ＭＳｖ２、ＭＳｗ２が配置された同一円の半径と、が異なってもよい。この場合でも、後述するように、各組において、ロータの磁束による電流検出誤差を低減することができる。

各磁気センサＭＳ（センサ素子）は、センサ素子に交差する磁束の磁束検出方向ＤＳの磁束密度の成分を検出し、検出した磁束密度に応じた信号を出力する。磁束検出方向ＤＳは、センサ素子の配置方向に応じた特定の方向になる。図８に接続線ＷＲの延出方向に見た模式図に示すように、各磁気センサＭＳ（センサ素子）の磁束検出方向ＤＳは、各接続線ＷＲを流れる電流により生じる磁束の方向に平行になるように配置されている。すなわち、各磁気センサＭＳの磁束検出方向ＤＳは、各接続線ＷＲを中心とした周方向に平行になるように配置されている。図９に示すように、各磁気センサＭＳには、集磁コア２０が設けられてもよい。

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

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

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

図１０に示すように、各磁気センサＭＳが対向配置された各接続線ＷＲの部分が、軸方向に延出してよい。そして、磁気センサＭＳ（センサ素子）は、軸方向に延出した接続線ＷＲの部分の径方向内側（又は径方向外側）に、接続線ＷＲと対向して配置されてもよい。この場合でも、磁気センサＭＳの磁束検出方向ＤＳが、センサ素子を通る径方向に直交する平面である径直交平面Ｐｏｒに対して傾いている場合は、傾き角度θｔに応じて、ロータの磁束の磁束検出方向ＤＳの磁束密度の成分が生じるため、ロータの磁束による電流の検出誤差が生じる。

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

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

＜ロータの磁束による、ｄ軸及びｑ軸の検出誤差＞
式（５）の第１式から第３式を、式（１）に代入し、座標変換を行った第１組のｄ軸の電流検出値Ｉｄ１ｓ及び第１組のｑ軸の電流検出値Ｉｑ１ｓを式（６）に示す。式（５）の第４式から第６式を、式（２）に代入し、座標変換を行った第２組のｄ軸の電流検出値Ｉｄ２ｓ及び第２組のｑ軸の電流検出値Ｉｑ２ｓを式（７）に示す。

ここで、式（６）及び式（７）の各式の右辺の第１項は、真のｄ軸又はｑ軸の電流に対応する。よって、式（６）及び式（７）の各式の右辺の第２項は、ロータの磁束によるｄ軸又はｑ軸の電流の検出誤差成分である。

交流回転機の出力トルクＴは、次式で表せられる。Ｐｍは、極対数であり、ψは、磁石の鎖交磁束であり、Ｌｄは、ｄ軸のインダクタンスであり、Ｌｑは、ｑ軸のインダクタンスである。式（８）に示すように、出力トルクＴは、各組のｄ軸及びｑ軸の真の電流ｉｄ、ｉｑに応じて変化する。

ロータの磁束による誤差を含むｄ軸及びｑ軸の電流検出値ｉｄｓ、ｉｑｓに基づいて電流フィードバック制御を行うと、ｄ軸及びｑ軸の真の電流値ｉｄ、ｉｑは、ｄ軸及びｑ軸の電流指令値ｉｄｃ、ｉｑｃから、誤差分だけずれる。式（８）に示したように、ｄ軸及びｑ軸の真の電流ｉｄ、ｉｑに応じて、出力トルクＴが変化するため、実際の出力トルクは、ｄ軸及びｑ軸の電流検出値ｉｄｓ、ｉｑｓに含まれる検出誤差成分に応じて、ｄ軸及びｑ軸の電流指令値ｉｄｃ、ｉｑｃに対応する目標の出力トルクからずれる。式（６）及び式（７）の各式の右辺の第２項は、磁極位置θに応じて振動する振動成分であるので、出力トルクＴには、検出誤差によりトルクリプルが生じる。

式（６）及び式（７）の各式の右辺の第２項の検出誤差成分における３つのｓｉｎ（）は、互いに２π／３（１２０度）ずつ位相が異なる。よって、式（９）に示すように、各組において、各ｓｉｎ（）の係数である各相の検出誤差成分δを互いに同じ値に設定することにより、３つのｓｉｎ（）の項を互いに打ち消し合わせ、合計値を０にすることができる。よって、式（１０）に示すように、各組のｄ軸及びｑ軸の電流検出値ｉｄｓ、ｉｑｓにおいて、ロータの磁束による各相の検出誤差成分δを互いに相殺させ、０にまで低減することができ、各組のｄ軸及びｑ軸の電流検出値ｉｄｓ、ｉｑｓを、各組のｄ軸及びｑ軸の真の電流ｉｄ、ｉｑに近づけることができる。

そして、ロータの磁束による各相の検出誤差成分が相殺されたｄ軸及びｑ軸の電流検出値ｉｄｓ、ｉｑｓに基づいて電流フィードバック制御を行うことにより、ｄ軸及びｑ軸の真の電流値ｉｄ、ｉｑを、ｄ軸及びｑ軸の電流指令値ｉｄｃ、ｉｑｃに近づけることができる。よって、実際の出力トルクを、ｄ軸及びｑ軸の電流指令値ｉｄｃ、ｉｑｃに対応する目標の出力トルクに精度よく制御することができる。

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

ここで、Ｂｒ１は、第１組の各磁気センサを通るロータの径方向の磁束の磁束密度であり、本実施の形態では、第１組の各磁気センサは、軸心Ｃを中心とした同一円上に配置されているので、第１組の各磁気センサについて同じ値である。Ｂｒ２は、第２組の各磁気センサを通るロータの径方向の磁束の磁束密度であり、本実施の形態では、第２組の各磁気センサは、軸心Ｃを中心とした同一円上に配置されているので、第２組の各磁気センサについて同じ値である。本実施の形態では、第１組及び第２組の全ての磁気センサが、同一円上に配置されているので、Ｂｒ１＝Ｂｒ２である。

Ｂｒ×ｓｉｎθｔにより、各磁気センサにより検出されるロータの磁束密度の成分であるロータ磁束密度の検出成分Ｂｓが算出される。Ｋｂｉは、ロータ磁束密度の検出成分Ｂｓから電流検出値への換算係数である。傾き角度θｔｋ１（ｋは、１以上の整数）は、第１組の第ｋ相の傾き角度であり、Ｕ１相、Ｖ１相、Ｗ１相の代わりに、第１相、第２相、第３相を用いている。傾き角度θｔｈ２（ｈは、１以上の整数）は、第２組の第ｈ相の傾き角度であり、Ｕ２相、Ｖ２相、Ｗ２相の代わりに、第１相、第２相、第３相を用いている。同様に、Ｂｓｋ１は、第１組の第ｋ相の検出成分であり、Ｂｓｈ２は、第２組の第ｈ相の検出成分である。

式（９）が成り立つためには、次式に示すように、各組において、３相の磁気センサは、ロータ磁束密度の検出成分Ｂｓが互いに等しくなるように配置されればよい。

そして、式（１２）が成り立つためには、次式に示すように、各組において、各磁気センサを通る径方向に直交する平面である径直交平面Ｐｏｒに対する各相の磁気センサの磁束検出方向ＤＳの傾き角度θｔの正弦値が、互いに等しくされればよい。

この構成によれば、上述したように、各組のｄ軸及びｑ軸の電流検出値ｉｄｓ、ｉｑｓにおいて、ロータの磁束による各相の検出誤差成分δを互いに相殺させ、０にまで低減することができ、各組のｄ軸及びｑ軸の電流検出値ｉｄｓ、ｉｑｓを、各組のｄ軸及びｑ軸の真の電流ｉｄ、ｉｑに近づけることができる。よって、出力トルクの制御精度を向上させることができる。

なお、各磁気センサの傾き角度θｔをπ／２（９０度）にすると、ロータの磁束の方向が、磁気センサの磁束検出方向ＤＳと一致するため、式（１１）で表されるロータ磁束密度の検出成分Ｂｓ及び検出誤差成分δが最大値になる。式（５）に示すように、電流検出値は、中心値が検出誤差成分δだけオフセットする。そのため、オフセットが大きくなると、全範囲を検出できるようにするためには、Ａ／Ｄ変換の分解能を落とす必要がある。したがって、検出誤差成分δの絶対値がある程度小さくなるように、例えば、次式に示すように、傾き角度θｔの正弦値の絶対値が、１／√２未満になるように、各磁気センサＭＳが配置されればよい。１／√２は、θｔ＝±４５度に対応する。

また、磁気センサＭＳを取り付ける際に、径方向の位置ずれを生じた場合、次式に示すように、磁気センサＭＳを通るロータの径方向の磁束密度Ｂｒに変動ΔＢｒが生じ、検出誤差成分δに誤差が生じる。しかし、磁束密度Ｂｒに対する変動ΔＢｒは小さく、また、傾き角度θｔの正弦値の絶対値を小さくすることによって、位置ずれによる影響を抑制できる。

よって、例えば、次式に示すように、傾き角度θｔの正弦値の絶対値が、１／５未満になるように各磁気センサＭＳが配置されれば、磁気センサＭＳの取付け誤差の影響をより低減でき、より好適である。１／５は、θｔ≒±１１．３度に対応する。

なお、各組において、３相の磁気センサＭＳが、同一円上に配置されればよいが、各磁気センサＭＳの一部分が、同一円上に乗っていれば、取付け誤差による磁束密度の変動ΔＢｒは微小であるため、それによって生じるｄ軸及びｑ軸の電流の検出誤差は許容できる。また、各組の各相の磁気センサＭＳが同一円上に配置される場合について説明したが、ロータの磁束による各組の各相の電流の検出誤差成分δは式（１１）のようにＢｒ×ｓｉｎθｔを用いて表現できるため、磁束が大きい内周側でθｔを小さく、磁束が小さい外周側でθｔを大きくして、Ｂｒ×ｓｉｎθｔを等しくすることで、ロータの磁束による各組の各相の電流の検出誤差成分δを等しくすることができる。

２．実施の形態２
実施の形態２に係る電流検出装置について図面を参照して説明する。実施の形態１と同様に、電流検出装置は、交流回転機１及び制御装置１０に組み込まれている。上記の実施の形態１と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る交流回転機１及び制御装置１０の基本的な構成は実施の形態１と同様であるが、各組の各相の電流検出値が、界磁電流ｉｆに応じた検出誤差補正値によって補正される点が実施の形態１と異なっている。

＜界磁電流ｉｆに応じた電流検出誤差δの変動＞
図１１に示すように、界磁電流ｉｆに応じて、ロータの磁束ψが変化し、各磁気センサＭＳを通るロータの径方向の磁束密度が変化する。そのため、界磁電流ｉｆに応じて、ロータの磁束により生じる電流検出誤差δが変化する。

本実施の形態では、電機子電流検出部３２は、界磁電流の検出値ｉｆｓに基づいて、各組の各相の電流誤差値Δｉδを算出し、各組の各相の電流誤差値Δｉδにより各組の各相の電流検出値ｉｓを補正し、補正後の各組の各相の電流検出値ｉｓｃｒを算出する。

ここで、各組の各相のｆδ（）は、界磁電流の検出値ｉｆｓと、各組の各相の電流誤差値Δｉδとの関係が予め設定された誤差算出関数であり、記憶装置９１に記憶されている。各組の各相の誤差算出関数ｆδ（）は、マップデータ、多項式等とされる。電機子電流検出部３２は、各組の各相の誤差算出関数ｆδ（）を参照し、現在の界磁電流の検出値ｉｆｓに対応する各組の各相の電流誤差値Δｉδを算出する。実験又は解析により、界磁電流ｉｆの各動作点において、各組の各相の電流検出誤差δが計測又は算出され、界磁電流ｉｆの各動作点における、各組の各相の電流検出誤差δを用いて、各組の各相の誤差算出関数ｆδ（）が予め設定される。

図１１において、界磁電流ｉｆが小さい領域では、ロータの磁束ψは、界磁電流ｉｆの変化に対して線形に変化するが、界磁電流ｉｆが大きい領域では、ロータの磁束ψは、界磁電流ｉｆの変化に対して非線形に変化している。多くの交流回転機では、主に線形領域で動作するように設計される。そのため、処理を簡素にするために、電機子電流検出部３２は、界磁電流の検出値ｉｆｓに、予め設定された各組の各相の誤差算出係数Kδを乗算して、各組の各相の電流誤差値Δｉδを算出してもよい。

実験により計測又は解析により算出された、界磁電流ｉｆの各動作点における、各組の各相の電流検出誤差δを用いて、各組の各相の誤差算出係数Kδが予め設定され、記憶装置９１に記憶される。

そして、電機子電流制御部３３は、各組の補正後の３相の電流検出値ｉｓｃｒに対して、式（１）及び式（２）の座標変換を行って、各組のｄ軸及びｑ軸の電流検出値ｉｄｓ、ｉｑｓを算出し、電流制御を行う。

＜異常判定＞
次式に示すように、ロータ磁束による電流誤差の補正が行われると、各組において、補正後の３相の電流検出値の和は、理論上、０になる。

そこで、電機子電流検出部３２は、次式に示すように、各組において、補正後の３相の電流検出値の和が、予め設定された判定範囲を超えたときに、異常が生じたと判定する。

電機子電流検出部３２は、式（２０）が成り立っている場合は、正常と判定し、式（２０）が成り立っていない場合は、異常と判定する。ここで、判定下限値ｉｓｕｍ＿ｍｉｎ及び判定上限値ｉｓｕｍ＿ｍａｘは、磁気センサの温度特性及び経年変化等のバラツキ要因による変動幅を考慮して、予め設定されている。

＜補正なしの電流検出値を用いた異常判定＞
ここで、補正が行われていない電流検出値に基づいて異常が判定されてもよい。例えば、電機子電流検出部３２は、次式に示すように、各組において、界磁電流の検出値ｉｆｓに基づいて合計誤差値Δｉδｓｕｍを算出し、３相の電流検出値の合計値から合計誤差値Δｉδｓｕｍを減算した値が、予め設定された判定範囲を超えたときに、異常が生じたと判定してもよい。

ここで、各組の合計誤差値Δｉδｓｕｍは、次式に示すように、各組において、３相の誤差算出関数ｆδ（）を合計した関数に相当する合計誤差算出関数ｆδｓｕｍ（）を用いて算出される。すなわち、電機子電流検出部３２は、各組の合計誤差算出関数ｆδｓｕｍ（）を参照し、現在の界磁電流の検出値ｉｆｓに対応する各組の合計誤差値Δｉδｓｕｍを算出する。各組の合計誤差算出関数ｆδｓｕｍ（）は、各組において、界磁電流の検出値ｉｆｓと、ロータの磁束により生じた電流検出値の誤差成分の３相の合計値に対応する合計誤差値Δｉδｓｕｍとの関係が予め設定された関数であり、記憶装置９１に記憶されている。各組の合計誤差算出関数ｆδｓｕｍ（）は、マップデータ、多項式等とされる。

電機子電流検出部３２は、界磁電流の検出値ｉｆｓに、予め設定された各組の合計誤差算出係数Kδｓｕｍを乗算して、各組の合計誤差値Δｉδｓｕｍを算出してもよい。各組の合計誤差算出係数Kδｓｕｍは、式（１８）の各組の３相の誤差算出係数Kδｕ、Kδｖ、Kδｗの合計値に対応する。

なお、本実施の形態では、界磁電流指令値から界磁電流までの制御系の応答時定数は、電機子電流指令から電機子電流までの制御系の応答時定数よりも大きい。ここで、応答時定数は、制御系の伝達関数のカットオフ周波数の逆数に対応する。

この構成によれば、電機子電流に比べて界磁電流がゆっくりと変化するので、界磁電流に基づいて電機子電流を補正しても、補正精度を確保することができる。

３．実施の形態３
実施の形態３に係る電流検出装置について図面を参照して説明する。実施の形態１と同様に、電流検出装置は、交流回転機１及び制御装置１０に組み込まれている。上記の実施の形態１と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る交流回転機１及び制御装置１０の基本的な構成は実施の形態１と同様であるが、傾き角度θｔの設定が実施の形態１と異なっている。

本実施の形態では、図１２に示すように、各組において、３相の磁気センサＭＳは、軸心Ｃを中心とした同一円上に配置されている。本実施の形態では、第１組及び第２組の全ての磁気センサが、同一円上に配置されているが、第１組の３相の磁気センサが配置された同一円の半径と、第２組の３相の磁気センサが配置された同一円の半径と、が異なってもよい。

本実施の形態では、次式に示すように、各組において、３相の傾き角度θｔの絶対値が互いに等しく、傾き角度θｔが正になる正側の磁気センサと、傾き角度θｔが負になる負側の磁気センサとが設けられる。

このとき、次式に示すように、各組において、各相の検出誤差成分δの絶対値が互いに等しく、検出誤差成分δが正になる正側の磁気センサと、検出誤差成分δが負になる負側の磁気センサとが設けられる。

そのため、次式に示すように、各組において、３相の電流検出値の和は、１相分の検出誤差成分δになる。

そこで、式（２６）のように、各組において、各相の電流検出値ｉｓから３相の電流検出値の和を減算又は加算して、各相の補正後の電流検出値ｉｓｃｒを算出することで、電流検出値に含まれる誤差を低減し、真の各相の電流に近づけることができる。

ここで、式（１１）に示したように、各相の検出誤差成分δは、各相のロータ磁束密度の検出成分Ｂｓに比例する。従って、各組において、３相の磁気センサは、各相のロータ磁束密度の検出成分Ｂｓの絶対値が互いに等しくなるように配置され、各組において、傾き角度θｔが正になる正側の磁気センサの個数と、傾き角度θｔが負になる負側の磁気センサの個数とが、１つ以上であって、互いに異なる個数になればよい。このように配置することで、式（２５）に示したように、各組において、３相の電流検出値の和が、検出誤差成分δの整数倍になる。各組について、３相以上の電機子巻線が設けられてもよい。特に、各組において、３以上の奇数の相の電機子巻線が設けられると、正側の磁気センサの個数と、負側の磁気センサの個数と、を異ならせ易い。

そして、式（２６）に示したように、電機子電流検出部３２は、各組において、正側の磁気センサの個数と負側の磁気センサの個数とに応じて各相について設定された補正係数Ｋｃｒを、３相の電流検出値の和に乗算した値により、各相の電機子巻線の電流検出値を補正する。

ある組について、各相の電流検出値の和が、検出誤差成分δのＪ倍（Ｊは、正又は負の整数）であり、Ｊが正の整数であって、ある相の電流検出値に含まれる検出誤差成分δの正倍の場合は、その相の補正係数Ｋｃｒは、Ｊの逆数の正負の反転値（－１／Ｊ）に設定され、Ｊが正の整数であって、ある相の電流検出値に含まれる検出誤差成分δの負倍の場合は、その相の補正係数Ｋｃｒは、Ｊの逆数（１／Ｊ）に設定され、Ｊが負の整数であって、ある相の電流検出値に含まれる検出誤差成分δの正倍の場合は、その相の補正係数Ｋｃｒは、Ｊの逆数（１／Ｊ）に設定され、Ｊが負の整数であって、ある相の電流検出値に含まれる検出誤差成分δの負倍の場合は、その相の補正係数Ｋｃｒは、Ｊの逆数の正負の反転値（－１／Ｊ）に設定される。

次式に示すように、各組において、各相の傾き角度θｔの正弦値の絶対値が、互いに等しくされればよい。そして、各組において、傾き角度θｔが正になる正側の磁気センサの個数と、傾き角度θｔが負になる負側の磁気センサの個数とが、１つ以上であって、互いに異なる個数になればよい。

なお、本実施の形態において、電流検出値の補正が行われない場合であっても、式（６）、式（７）からわかるように、各組のｄ軸及びｑ軸の電流検出値ｉｄｓ、ｉｑｓにおいて、ロータの磁束による各相の検出誤差成分δを互いに打ち消し合わせ、低減することができ、各組のｄ軸及びｑ軸の電流検出値ｉｄｓ、ｉｑｓを、各組のｄ軸及びｑ軸の真の電流ｉｄ、ｉｑに近づけることができる。よって、出力トルクの制御精度を向上させることができる。また、各組の各相の磁気センサＭＳが同一円上に配置される場合について説明したが、ロータの磁束による各組の各相の電流の検出誤差成分δは式（１１）のようにＢｒ×ｓｉｎθｔを用いて表現できるため、磁束が大きい内周側でθｔを小さく、磁束が小さい外周側でθｔを大きくして、Ｂｒ×ｓｉｎθｔの絶対値を等しくすることで、ロータの磁束による各組の各相の電流の検出誤差成分δの絶対値を等しくすることができる。

４．実施の形態４
実施の形態４に係る電流検出装置について図面を参照して説明する。実施の形態１と同様に、電流検出装置は、交流回転機１及び制御装置１０に組み込まれている。上記の実施の形態１と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る交流回転機１及び制御装置１０の基本的な構成は実施の形態１と同様であるが、傾き角度θｔの設定が実施の形態１と異なっている。

本実施の形態では、図１３に示すように、各組において、３相の磁気センサＭＳは、軸心Ｃを中心とした同一円上に配置されている。本実施の形態では、第１組及び第２組の全ての磁気センサが、同一円上に配置されているが、第１組の３相の磁気センサが配置された同一円の半径と、第２組の３相の磁気センサが配置された同一円の半径と、が異なってもよい。

本実施の形態では、次式に示すように、各組において、３相の傾き角度θｔの絶対値が互いに等しく、傾き角度θｔが正になる正側の磁気センサと、傾き角度θｔが負になる負側の磁気センサとが設けられる。第１組の負側の磁気センサの個数（本例では１個）と、第２組の正側の磁気センサの個数（本例では１個）とが、等しくなっている。その逆に、第１組の正側の磁気センサの個数（本例では２個）と、第２組の負側の磁気センサの個数（本例では２個）とが、等しくなっている。

このとき、次式に示すように、各組において、３相の検出誤差成分δの絶対値が互いに等しく、検出誤差成分δが正になる正側の磁気センサと、検出誤差成分δが負になる負側の磁気センサとが設けられる。

そのため、次式に示すように、各組の３相の電流検出値の和は、正又は負の１相分の検出誤差成分δになる。第１組の３相の電流検出値の和に対応する第１組の合計誤差成分δ１と、第２組の３相の電流検出値の和に対応する第２組の合計誤差成分－δ２と、は異なる正負の符号になる

このとき、次式に示すように、全組及び全相の電流検出値の和は、δ１－δ２になる。

ここで、δ１とδ２は同符号であるから、次式が成り立つ。

δ１及びδ２は、界磁電流に応じて変化する。界磁電流の変化による、各組の電流検出値の和の変化幅に比べて、全組及び全相の電流検出値の和の変化幅を小さくできる。そのため、磁気センサの異常を電流和で検出する場合には、全組及び全相の電流検出値の和を利用することで異常検知の精度を向上することができる。

式（３２）のように、ロータ磁束による検出誤差成分δを、全組及び全相について合計した全合計誤差が、各組において検出誤差成分δを全相について合計した各組の合計誤差よりも小さくなれば、全組及び全相の電流検出値の和を利用することで異常検知の精度を向上することができる。

特に、式（３３）をみたす場合には、全合計誤差が０になり、式（３４）が成り立つため、全組及び全相の電流検出値の和を、界磁電流の変化にかかわらず、０に保つことができる。すなわち、各組において、全相の電流検出値の和は０にならないが、全組及び全相の電流検出値の和を用いることで、ロータの磁束を互いに相殺して０にすることができる。

そこで、電機子電流検出部３２は、次式に示すように、全組及び全相の電流検出値の和が、予め設定された判定範囲を超えたときに、異常が生じたと判定する。

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

本実施の形態でも、実施の形態３と同様に、電機子電流検出部３２は、各組において、正側の磁気センサの個数と負側の磁気センサの個数とに応じて各相について設定された補正係数Ｋｃｒを、３相の電流検出値の和に乗算した値により、各相の電機子巻線の電流検出値を補正してもよい。

また、電流検出値の補正が行われない場合であっても、式（６）、式（７）からわかるように、各組のｄ軸及びｑ軸の電流検出値ｉｄｓ、ｉｑｓにおいて、ロータの磁束による各相の検出誤差成分δを互いに打ち消し合わせ、低減することができ、各組のｄ軸及びｑ軸の電流検出値ｉｄｓ、ｉｑｓを、各組のｄ軸及びｑ軸の真の電流ｉｄ、ｉｑに近づけることができる。よって、出力トルクの制御精度を向上させること

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

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

１ 交流回転機、４ 界磁巻線、１４ ロータ、１８ ステータ、Ｂｓ ロータ磁束密度の検出成分、Ｃ 軸心、ＤＳ 磁束検出方向、ＭＳ 磁気センサ、Ｐｏｒ 径直交平面、ＷＲ 接続線、θｔ 径直交平面に対する磁束検出方向の傾き角度

Claims (21)

1. ロータと、ｍ組のｎ相の電機子巻線（ｍは、１以上の整数、ｎは、３以上の整数）を設けたステータとを有する交流回転機において、各組の各相の電機子巻線に電流を供給する各組の各相の接続線に対向配置された各組の各相の磁気センサの出力信号に基づいて、各組の各相の電機子巻線に流れる電流を検出する電流検出装置であって、
   各組の各相の前記磁気センサは、前記ロータから径方向に放射状に放射される磁束が交差する位置に配置され、
   各組において、ｎ相の前記磁気センサは、各相の前記磁気センサにより検出される前記ロータの磁束密度の成分であるロータ磁束密度の検出成分の絶対値が互いに等しくなるように配置されている電流検出装置。
2. 各組において、ｎ相の前記磁気センサは、軸心を中心とする同一円上に配置されている請求項１に記載の電流検出装置。
3. 各組において、各前記磁気センサを通る径方向に直交する平面である径直交平面に対する各相の前記磁気センサの磁束検出方向の傾き角度の正弦値の絶対値は、互いに等しい請求項２に記載の電流検出装置。
4. 各組の各相の前記正弦値の絶対値は、１／√２未満である請求項３に記載の電流検出装置。
5. 各組の各相の前記正弦値の絶対値は、１／５未満である請求項３又は４に記載の電流検出装置。
6. 各前記磁気センサを通る径方向に直交する平面である径直交平面に対する各相の前記磁気センサの磁束検出方向の傾き角度が正になる前記磁気センサを正側の磁気センサとし、
   前記傾き角度が、負になる前記磁気センサを負側の磁気センサとし、
   各組において、前記正側の磁気センサの個数と前記負側の磁気センサの個数とは、１つ以上であって、互いに異なる個数である請求項１から５のいずれか一項に記載の電流検出装置。
7. ｎは、３以上の奇数である請求項６に記載の電流検出装置。
8. 各組において、前記正側の磁気センサの個数と前記負側の磁気センサの個数とに応じて各相について設定された補正係数を、ｎ相の電機子巻線の電流検出値の和に乗算した値により、各相の電機子巻線の電流検出値を補正する請求項６又は７に記載の電流検出装置。
9. ｍは、２であり、
   第１組のｎ相の前記磁気センサと第２組のｎ相の前記磁気センサは、軸心を中心とした同一円上に配置されており、
   第１組の前記正側の磁気センサの個数と第２組の前記負側の磁気センサの個数とは、等しく、
   第１組の前記負側の磁気センサの個数と第２組の前記正側の磁気センサの個数とは、等しい請求項６から８のいずれか一項に記載の電流検出装置。
10. 各組において、ｎ相の前記磁気センサは、各相の前記磁気センサにより検出される前記ロータの磁束の成分である前記ロータ磁束密度の検出成分が互いに等しくなるように配置されている請求項１から５のいずれか一項に記載の電流検出装置。
11. 各組において、各前記磁気センサを通る径方向に直交する平面である径直交平面に対する各相の前記磁気センサの磁束検出方向の傾き角度が、互いに等しくなるように設定されている請求項１０に記載の電流検出装置。
12. 前記磁気センサに交差する前記ロータの磁束により生じた、電機子巻線の電流検出値に含まれる誤差成分を、全組及び全相について合計した全合計誤差が、各組において前記誤差成分を全相について合計した各組の合計誤差よりも小さくなる請求項１から１１のいずれか一項に記載の電流検出装置。
13. 前記全合計誤差は、０である請求項１２に記載の電流検出装置。
14. 全組及び全相の電機子巻線の電流検出値を合計した全合計電流検出値が、予め設定された判定範囲を超えたときに、異常が生じたと判定する請求項１２又は１３に記載の電流検出装置。
15. 前記ロータには、界磁巻線が設けられている請求項１から１４のいずれか一項に記載の電流検出装置。
16. 界磁巻線を設けたロータと、ｍ組のｎ相の電機子巻線（ｍは、１以上の整数、ｎは、２以上の整数）を設けたステータとを有する交流回転機において、各組の各相の電機子巻線の電流が流れる電流経路に対向配置された磁気センサの出力信号に基づいて、各組の各相の電機子巻線に流れる電流を検出する電流検出装置であって、
    各組の各相の前記磁気センサは、前記ロータから径方向に放射状に放射される磁束が交差する位置に配置され、
    各組の各相において、前記界磁巻線を流れる界磁電流に基づいて、前記磁気センサに交差する前記ロータの磁束により生じた電流検出値の誤差成分に対応する電流誤差値を算出し、
    各組の各相の前記電流誤差値により、各組の各相の電流検出値を補正し、
    各組の各相において、前記界磁電流と前記電流誤差値との関係が予め設定された誤差算出関数を参照し、現在の前記界磁電流に対応する前記電流誤差値を算出する電流検出装置。
17. 各組の各相の前記誤差算出関数は、予め設定された各組の各相の誤差算出係数に、前記界磁電流を乗算して、各組の各相の前記電流誤差値を算出する関数である請求項１６に記載の電流検出装置。
18. 各組において、前記界磁巻線を流れる界磁電流に基づいて、ロータの磁束により生じた電流検出値の誤差成分のｎ相の合計値に対応する合計誤差値を算出し、
    各組において、ｎ相の電流検出値の合計値から、前記合計誤差値を減算した値が、予め設定された判定範囲を超えたときに、異常が生じたと判定し、
    各組において、前記界磁電流と前記合計誤差値との関係が予め設定された合計誤差算出関数を参照し、現在の前記界磁電流に対応する前記合計誤差値を算出する請求項１５から１７のいずれか一項に記載の電流検出装置。
19. 各組の前記合計誤差算出関数は、予め設定された各組の合計誤差算出係数に、前記界磁電流を乗算して、各組の前記合計誤差値を算出する関数である請求項１８に記載の電流検出装置。
20. 前記ロータは、界磁巻線が軸心を中心とした同心円状に巻装された、ランデル型のロータであり、ロータの軸方向の一方側の部分は、Ｎ極又はＳ極になり、
    各組の各相の前記磁気センサは、ロータの軸方向の一方側に配置され、ロータの軸方向の一方側の部分から径方向に放射状に放射される磁束が交差する請求項１から１９のいずれか一項に記載の電流検出装置。
21. 請求項１５から２０のいずれか一項に記載の電流検出装置を備えた交流回転機の制御装置であって、
    前記電機子巻線の電流指令値である電機子電流指令値を算出し、
    前記電機子電流指令値と、前記電流検出装置により検出した前記電機子巻線の電流検出値と、に基づいて電機子電圧指令値を算出し、
    前記電機子電圧指令値に基づいて、インバータが有するスイッチング素子をオンオフ制御することにより、前記電機子巻線に電圧を印加し、
    前記界磁巻線の電流指令値である界磁電流指令値を算出し、
    前記界磁電流指令値に基づいて、コンバータが有するスイッチング素子をオンオフ制御することにより、前記界磁巻線に電圧を印加し、
    前記界磁電流指令値から界磁巻線を流れる界磁電流までの制御系の応答時定数は、前記電機子電流指令値から電機子巻線電流までの制御系の応答時定数よりも大きい交流回転機の制御装置。

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