JP7019077B2 - 回転電機の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転子の回転位置を検出する位置センサを用いることなく回転子位置情報を得て回転電機を制御する、回転電機の制御装置に関する。

回転電機の駆動には、回転子の位置情報が必要である。そのため、一般に、回転電機の制御装置には、回転子位置取得のための位置センサが用いられる。しかしながら、位置センサの使用により、システムの大型化、高コスト化、耐環境性の低下といった問題が生じる。このため、回転電機の制御装置には、位置センサを用いずに回転電機を駆動する位置センサレス制御の適用が求められる。

位置センサレス制御は、回転子の突極性を利用して回転子位置を推定する方式と、回転電機に生じる誘起電圧によって演算される鎖交磁束を利用して回転子位置を推定する方式とに概ね大別される。以下、前者を「突極方式」と呼び、後者を「誘起電圧及び鎖交磁束方式」と呼ぶ。ここで、回転子の突極性とは、回転子のインダクタンスの磁気的異方性であり、インダクタンスが回転子位置によって変化する特性である。このため、突極方式は、インダクタンスの角度依存性を利用する方式であるとも言える。

突極方式では、回転電機に位置推定用電圧もしくは位置推定電流を重畳することにより突極性に関する情報を励起させ、励起された情報に基づいて回転子位置が推定される。一般に、位置推定に必要な誘起電圧が十分に得られない低速領域では突極方式が使用され、誘起電圧が十分に得られる高速領域では誘起電圧及び鎖交磁束方式が使用される。このように、従来の位置センサレス制御では、トルク速度領域に応じて２つの位置センサレス制御方式を切り替えることで、トルク速度領域での位置センサレス制御を実現している。

上述した技術的な背景の下、近年、回転電機の高出力密度化の要求が高まり、磁気飽和領域を積極的に利用する磁気的設計がなされた回転電機が出現している。以下、このような磁気的設計がなされた回転電機を「高出力密度回転電機」と呼ぶ。また、高出力密度回転電機の出現によって、トルク速度領域は拡大される。以下、高出力密度回転電機の出現後のトルク速度領域を「拡大されたトルク速度領域」と呼ぶ。

高出力密度回転電機に対して、突極方式と、誘起電圧及び鎖交磁束方式とを適用した場合、拡大されたトルク速度領域の全ての範囲を網羅的に駆動することは困難である。特に、低速領域、且つ、磁気飽和の程度が大きい低速高トルク領域においては、推定位置に磁気飽和の程度に応じた補正処理を行ったとしても、十分な位置推定精度が得られないか、或いは、位置推定誤差が増大して、回転電機の動作が不安定化する現象が発生する。

この課題に対して、下記特許文献１には、磁気飽和の異方性を用いて回転子位置を推定する方式が開示されている。この方式は「磁気飽和方式」と呼ばれる。磁気飽和方式では、回転座標のｄｑ軸のそれぞれに位置推定用電圧が重畳され、位置推定用電圧の重畳によって発生する位置推定用電流のｄ軸の振幅と、ｑ軸の振幅との乗算値に基づいて位置推定が行われる。

特許文献１は、突極方式の位置推定器と、磁気飽和方式の位置推定器とを有している。特許文献１では、突極方式によって位置推定誤差相関量Δθ１が演算され、磁気飽和方式によって位置推定誤差相関量Δθ２が演算される。そして、低速低トルク領域では、位置推定誤差相関量Δθ１を用いて回転子位置が推定され、低速高トルク領域では位置推定誤差相関量Δθ２を用いて回転子位置が推定される。そして、位置推定誤差相関量Δθ１及び位置推定誤差相関量Δθ２の寄与度を磁気飽和の程度に応じて加重平均し、加重平均した寄与度に基づいて、回転位置を推定している。

特許第５１４５８５０号公報

しかしながら、特許文献１は、高速領域駆動用の位置推定器を備えていない。このため、特許文献１の技術では、高速領域における位置センサレス制御は困難である。

また、特許文献１の技術である磁気飽和方式を、上述した突極方式、並びに誘起電圧及び鎖交磁束方式と組み合わせることも考えられる。しかしながら、特許文献１を含む従来技術では、突極方式、誘起電圧及び鎖交磁束方式、並びに磁気飽和方式という３つの推定方式をどのように切り替えてその推定値を出力するのか、或いはどのように組み合わせてそれらの合成値を出力するのかの十分な検討は為されていない。このため、特許文献１を含む従来技術では、高出力密度回転電機の制御において、拡大されたトルク速度領域を網羅した位置センサレス制御を実施することは困難である。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、拡大されたトルク速度領域を網羅した位置センサレス制御を実施できる回転電機の制御装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、多相の回転電機の駆動制御を行う回転電機の制御装置であって、回転電機に流れる回転電機電流を検出する電流検出手段、回転電機電流に基づいて回転電機の回転子の回転位置である回転子位置を推定する位置推定手段、及び回転電機電流と、回転子位置の推定値である推定回転子位置とに基づいて回転電機を駆動するための回転電機駆動電圧指令と、回転子位置を推定するための各相の位置推定用電圧指令とを演算する制御器を備える。位置推定手段は、位置推定用電圧指令に基づく位置推定用電圧の印加により生じる位置推定用電流の振幅である位置推定用電流振幅の交流成分に基づく第１の推定回転子位置と、位置推定用電流振幅の直流成分に基づく第２の推定回転子位置と、回転電機電流と、回転子の突極性により生じる誘起電圧により演算される鎖交磁束とに基づく第３の推定回転子位置とを演算する。位置推定手段は、第１の推定回転子位置、第２の推定回転子位置及び第３の推定回転子位置のうちの何れか１つを選択することで得られる推定回転子位置、又は、第１の推定回転子位置、第２の推定回転子位置及び第３の推定回転子位置のうちの少なくとも２つを用いて合成することで得られる推定回転子位置を出力する。

本発明に係る回転電機の制御装置によれば、拡大されたトルク速度領域を網羅した位置センサレス制御を実施できるという効果を奏する。

実施の形態１に係る回転電機の制御装置の構成例を示す図 図１に示す位置推定用電圧演算部から出力される位置推定用電圧指令を示す図 図１に示す位置推定器の細部の構成例を示す図 図３に示す第２の推定位置演算器の動作説明に供する第１の図 図３に示す第２の推定位置演算器の動作説明に供する第２の図 図３に示す第３の推定位置演算器の細部の構成例を示す図 実施の形態２に係る回転電機の制御装置の構成例を示す図 図７に示す位置推定器の細部の構成例を示す図 図８に示す第１の推定位置速度演算器の細部の構成例を示す図 図８に示す第２の推定位置速度演算器の細部の構成例を示す図 図８に示す第３の推定位置速度演算器の細部の構成例を示す図 図８に示す推定位置切替器の細部の構成例を示す図 図８及び図１２に示す推定位置切替器における駆動領域の説明に供する図 実施の形態３に係る回転電機の制御装置の構成例を示す図 図１４に示す位置推定器の細部の構成例を示す図 図１５に示す推定位置切替器の細部の構成例を示す図 図１５及び図１６に示す推定位置切替器における駆動領域の説明に供する図 実施の形態４に係る回転電機の制御装置の構成例を示す図 図１８に示す位置推定器の細部の構成例を示す図 図１９に示す推定位置切替器の細部の構成例を示す図 図１９及び図２０に示す推定位置切替器における駆動領域の説明に供する図 実施の形態５に係る回転電機の制御装置の構成例を示す図 図２２に示す位置推定器の細部の構成例を示す図 図２３に示す推定位置切替器の細部の構成例を示す図 実施の形態１から５に係る回転電機の制御装置の第１のハードウェア構成例を示す図 実施の形態１から５に係る回転電機の制御装置の第２のハードウェア構成例を示す図

以下に、本発明の実施の形態に係る回転電機の制御装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施の形態により、本発明が限定されるものではない。また、以下では「回転電機の制御装置」を単に「制御装置」と称する場合がある。

実施の形態１．
実施の形態１に係る回転電機の制御装置は、多相の回転電機の駆動制御を行う制御装置である。多相の回転電機とは、三相もしくは四相以上の交流電圧が印加可能に構成されている回転電機である。

図１は、実施の形態１に係る回転電機の制御装置１００の構成例を示す図である。実施の形態１に係る制御装置１００は、図１に示すように、電圧印加手段である電圧印加器３と、電流検出手段である電流検出器２と、位置推定手段である位置推定器４と、制御手段である制御器５とを備える。

電圧印加器３は、回転電機１を駆動するための回転電機電圧指令ｖ_ｕ ^＊，ｖ_ｖ ^＊，ｖ_ｗ ^＊に基づいて、回転電機１に交流電力を供給する。

回転電機１の一例は、回転子１ａの突極性を利用してトルクを発生する三相の同期リラクタンスモータである。同期リラクタンスモータは、回転子１ａの磁気抵抗が回転子位置によって変化するモータである。

電流検出器２は、回転電機１に流れる電流である回転電機電流ｉ_ｕ，ｉ_ｖ，ｉ_ｗを検出する。回転電機電流ｉ_ｕ，ｉ_ｖ，ｉ_ｗは、電圧印加器３から回転電機１の各相に供給される交流電流である。電流検出器２は、検出した回転電機電流ｉ_ｕ，ｉ_ｖ，ｉ_ｗを位置推定器４及び制御器５に出力する。

位置推定器４は、回転電機電流ｉ_ｕ，ｉ_ｖ，ｉ_ｗに基づいて推定回転子位置θ^＾を演算する。制御器５は、回転電機電流ｉ_ｕ，ｉ_ｖ，ｉ_ｗ及び推定回転子位置θ^＾に基づいて、回転電機１の出力トルクがトルク指令値τ^＊で指示される値となるように回転電機電圧指令ｖ_ｕ ^＊，ｖ_ｖ ^＊，ｖ_ｗ ^＊を演算する。推定回転子位置θ^＾は、回転電機１を構成する回転子１ａの回転位置である回転子位置の推定値である。推定回転子位置θ^＾は、電気角で表される。

制御器５は、第１の演算部である駆動電圧指令演算部５ａと、第２の演算部である位置推定用電圧演算部５ｂとに区分される。駆動電圧指令演算部５ａは、電流指令演算器６、電流制御器７、回転座標逆変換器８、二相三相変換器９、駆動電流抽出器１１、三相二相変換器１２、回転座標変換器１３及び加算器１４を備える。なお、図１に示す駆動電圧指令演算部５ａ及び位置推定用電圧演算部５ｂの区分は一例であり、制御器５の構成要素をどのように区分してもよい。

位置推定用電圧演算部５ｂは、回転子位置を推定するための各相の位置推定用電圧指令ｖ_ｕｆ ^＊，ｖ_ｖｆ ^＊，ｖ_ｗｆ ^＊を演算する。駆動電圧指令演算部５ａは、回転電機電流ｉ_ｕ，ｉ_ｖ，ｉ_ｗ及び推定回転子位置θ^＾に基づいて回転電機１を駆動するための回転電機駆動電圧指令ｖ_ｕｆ ^＊，ｖ_ｖｆ ^＊，ｖ_ｗｆ ^＊を演算する。なお、回転電機駆動電圧指令ｖ_ｕｆ ^＊，ｖ_ｖｆ ^＊，ｖ_ｗｆ ^＊は、加算器１４で位置推定用電圧指令ｖ_ｕｈ ^＊，ｖ_ｖｈ ^＊，ｖ_ｗｈ ^＊が加算される。加算器１４の出力は、回転電機電圧指令ｖ_ｕ ^＊，ｖ_ｖ ^＊，ｖ_ｗ ^＊として、電圧印加器３に出力される。

駆動電圧指令演算部５ａにおいて、電流指令演算器６には、回転電機１の出力トルクの指令値であるトルク指令値τ^＊が入力される。

電流指令演算器６は、トルク指令値τ^＊を用いて、回転二相座標上の回転電機駆動電流指令ｉ_ｄｆ ^＊，ｉ_ｑｆ ^＊を演算する。回転電機駆動電流指令ｉ_ｄｆ ^＊，ｉ_ｑｆ ^＊は、回転電機１がトルク指令値τ^＊に対応した出力を発生するために必要な回転二相座標上の電流指令である。実施の形態１の電流指令演算器６では、トルクに対する電流実効値が最小、別言すると、トルクに対する銅損が最小になるような電流指令が演算される。

回転二相座標上の回転電機駆動電流指令ｉ_ｄｆ ^＊，ｉ_ｑｆ ^＊のうち、回転電機駆動電流指令ｉ_ｄｆ ^＊は、回転子１ａの磁気抵抗が最も小さくなるｄ軸方向の電機子電流成分を示すｄ軸駆動電流の指令値である。回転電機駆動電流指令ｉ_ｑｆ ^＊は、ｄ軸に直交する方向となるｑ軸方向の電機子電流成分を示すｑ軸駆動電流の指令値である。回転二相座標上の回転電機駆動電流指令ｉ_ｄｆ ^＊，ｉ_ｑｆ ^＊の演算には、トルク指令値τ^＊以外にも、回転電機１のモータ定数が用いられる。モータ定数としては、回転電機１の相互インダクタンスと、回転電機１の極数とが例示される。なお、モータ定数に代えて、予め求めた電流指令とトルクとの間の関係式又はテーブルを用いてもよい。

駆動電流抽出器１１は、電流検出器２で検出された三相座標上の回転電機電流ｉ_ｕ，ｉ_ｖ，ｉ_ｗから、三相座標上の回転電機駆動電流ｉ_ｕｆ，ｉ_ｖｆ，ｉ_ｗｆを抽出する。三相座標上の回転電機駆動電流ｉ_ｕｆ，ｉ_ｖｆ，ｉ_ｗｆは、回転電機１を駆動するための三相座標上の回転電機駆動電圧指令ｖ_ｕｆ ^＊，ｖ_ｖｆ ^＊，ｖ_ｗｆ ^＊により発生した三相座標上の回転電機駆動電流である。回転電機駆動電圧指令ｖ_ｕｆ ^＊，ｖ_ｖｆ ^＊，ｖ_ｗｆ ^＊は、二相三相変換器９から出力されて加算器１４に入力される駆動電圧指令である。加算器１４には、回転電機駆動電圧指令ｖ_ｕｆ ^＊，ｖ_ｖｆ ^＊，ｖ_ｗｆ ^＊と、回転電機１の回転子位置を推定するための電圧指令である位置推定用電圧指令ｖ_ｕｈ ^＊，ｖ_ｖｈ ^＊，ｖ_ｗｈ ^＊とが入力される。

加算器１４は、三相座標上の回転電機駆動電圧指令ｖ_ｕｆ ^＊，ｖ_ｖｆ ^＊，ｖ_ｗｆ ^＊と、三相座標上の位置推定用電圧指令ｖ_ｕｈ ^＊，ｖ_ｖｈ ^＊，ｖ_ｗｈ ^＊とを加算した三相座標上の回転電機電圧指令ｖ_ｕ ^＊，ｖ_ｖ ^＊，ｖ_ｗ ^＊を生成して、電圧印加器３へ出力する。位置推定用電圧指令ｖ_ｕｈ ^＊，ｖ_ｖｈ ^＊，ｖ_ｗｈ ^＊は、位置推定用電圧演算部５ｂによって演算される。

図２は、図１に示す位置推定用電圧演算部５ｂから出力される位置推定用電圧指令を示す図である。図２には、三相座標上の位置推定用電圧指令ｖ_ｕｈ ^＊，ｖ_ｖｈ ^＊，ｖ_ｗｈ ^＊の例として、互いに１２０°の位相差を有する方形波状の電圧が、上段部側からｕ相、ｖ相及びｗ相の順で示されている。なお、図２では、三相座標上の位置推定用電圧指令ｖ_ｕｈ ^＊，ｖ_ｖｈ ^＊，ｖ_ｗｈ ^＊が方形波電圧である場合を示しているが、これに限定されない。方形波電圧に代えて、正弦波電圧を用いてもよい。

図１に戻り、実施の形態１の駆動電流抽出器１１では、例えばノッチフィルタにより三相座標上の回転電機電流ｉ_ｕ，ｉ_ｖ，ｉ_ｗから、位置推定用電圧指令ｖ_ｕｈ ^＊，ｖ_ｖｈ ^＊，ｖ_ｗｈ ^＊の印加により発生する三相座標上の位置推定用電流振幅Ｉ_ｕｈ，Ｉ_ｖｈ，Ｉ_ｗｈを除去することにより、三相座標上の回転電機駆動電流ｉ_ｕｆ，ｉ_ｖｆ，ｉ_ｗｆを抽出する。なお、三相座標上の回転電機電流ｉ_ｕ，ｉ_ｖ，ｉ_ｗから三相座標上の回転電機駆動電流ｉ_ｕｆ，ｉ_ｖｆ，ｉ_ｗｆを抽出する方法は、ノッチフィルタに限定されず、ローパスフィルタ又はハイパスフィルタを用いてもよい。

三相二相変換器１２は、駆動電流抽出器１１で抽出された三相座標上の回転電機駆動電流ｉ_ｕｆ，ｉ_ｖｆ，ｉ_ｗｆを静止二相座標上の回転電機駆動電流ｉ_αｆ，ｉ_βｆに変換する。回転座標変換器１３は、位置推定器４によって推定された推定回転子位置θ^＾を用いて座標変換を行い、静止二相座標上の回転電機駆動電流ｉ_αｆ，ｉ_βｆを、回転二相座標上の回転電機駆動電流ｉ_ｄｆ，ｉ_ｑｆに変換する。

電流制御器７は、回転座標変換器１３で変換された、回転二相座標上の回転電機駆動電流ｉ_ｄｆ，ｉ_ｑｆが、電流指令演算器６で演算された回転電機駆動電流指令ｉ_ｄｆ ^＊，ｉ_ｑｆ ^＊となるように電流制御を行い、回転二相座標上の回転電機駆動電圧指令ｖ_ｄｆ ^＊，ｖ_ｑｆ ^＊を演算する。電流制御器７における電流制御としては、比例積分（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ Ｉｎｔｅｇｒａｌ：ＰＩ）制御を例示できる。

回転座標逆変換器８は、推定回転子位置θ^＾を用いて、電流制御器７で演算された回転二相座標上の回転電機駆動電圧指令ｖ_ｄｆ ^＊，ｖ_ｑｆ ^＊を、静止二相座標上の回転電機駆動電圧指令ｖ_αｆ ^＊，ｖ_βｆ ^＊に変換する。二相三相変換器９は、静止二相座標上の回転電機駆動電圧指令ｖ_αｆ ^＊，ｖ_βｆ ^＊を、前述した三相座標上の回転電機駆動電圧指令ｖ_ｕｆ ^＊，ｖ_ｖｆ ^＊，ｖ_ｗｆ ^＊に変換する。

次に、位置推定器４の細部について説明する。図３は、図１に示す位置推定器４の細部の構成例を示す図である。位置推定器４は、図３に示すように、信号処理器４１、位置推定用電流振幅演算器４０３、信号処理器４２、第１の推定位置演算器である推定位置演算器４０６、第２の推定位置演算器である推定位置演算器４０７、第３の推定位置演算器である推定位置演算器４０８、及び推定位置切替器４０９を備える。

信号処理器４１は、位置推定用電流抽出器４０１及び駆動電流抽出器４０２を備える。位置推定用電流抽出器４０１は、三相座標上の回転電機電流ｉ_ｕ，ｉ_ｖ，ｉ_ｗから位置推定用電流ｉ_ｕｈ，ｉ_ｖｈ，ｉ_ｗｈを抽出する。駆動電流抽出器４０２は、三相座標上の回転電機電流ｉ_ｕ，ｉ_ｖ，ｉ_ｗから三相座標上の回転電機駆動電流ｉ_ｕｆ，ｉ_ｖｆ，ｉ_ｗｆを抽出する。

位置推定用電流振幅演算器４０３は、三相座標上の位置推定用電流ｉ_ｕｈ，ｉ_ｖｈ，ｉ_ｗｈに基づいて、三相座標上の位置推定用電流振幅Ｉ_ｕｈ，Ｉ_ｖｈ，Ｉ_ｗｈを演算する。

信号処理器４２は、交流成分抽出器４０４及び直流成分抽出器４０５を備える。交流成分抽出器４０４は、位置推定用電流振幅Ｉ_ｕｈ，Ｉ_ｖｈ，Ｉ_ｗｈから位置推定用電流振幅の三相交流成分Ｉ_ｕｈａｃ，Ｉ_ｖｈａｃ，Ｉ_ｗｈａｃを抽出する。直流成分抽出器４０５は、位置推定用電流振幅Ｉ_ｕｈ，Ｉ_ｖｈ，Ｉ_ｗｈから位置推定用電流振幅の直流成分Ｉ_ｈｄｃを抽出する。

推定位置演算器４０６は、位置推定用電流振幅の三相交流成分Ｉ_ｕｈａｃ，Ｉ_ｖｈａｃ，Ｉ_ｗｈａｃに基づいて、第１の推定回転子位置θ^＾ _１を推定する。推定位置演算器４０６において用いられる回転子位置の推定方式は、突極方式である。即ち、第１の推定回転子位置θ^＾ _１は、位置推定用電圧の印加により生じる位置推定用電流の振幅である位置推定用電流振幅の交流成分に基づいて演算される推定回転子位置である。第１の推定回転子位置θ^＾ _１は、位置推定器４から最終的に出力される推定回転子位置θ^＾の候補値の１つである。

推定位置演算器４０７は、位置推定用電流振幅の直流成分Ｉ_ｈｄｃに基づいて、第２の推定回転子位置θ^＾ _２を演算する。推定位置演算器４０７において用いられる回転子位置の推定方式は、磁気飽和方式である。第２の推定回転子位置θ^＾ _２は、位置推定器４から最終的に出力される推定回転子位置θ^＾の候補値の１つである。

推定位置演算器４０８は、三相座標上の回転電機駆動電流ｉ_ｕｆ，ｉ_ｖｆ，ｉ_ｗｆと、回転子１ａの突極性により生じる誘起電圧により演算される鎖交磁束と、に基づいて第３の推定回転子位置θ^＾ _３を演算する。推定位置演算器４０８において用いられる回転子位置の推定方式は、誘起電圧及び鎖交磁束方式である。第３の推定回転子位置θ^＾ _３は、位置推定器４から最終的に出力される推定回転子位置θ^＾の候補値の１つである。

推定位置切替器４０９は、第１の推定回転子位置θ^＾ _１、第２の推定回転子位置θ^＾ _２及び第３の推定回転子位置θ^＾ _３のうちの何れか１つを選択することで得られる位置情報、又は、少なくとも２つの推定回転子位置を用いて合成することで得られる位置情報を推定回転子位置θ^＾として出力する。

次に、位置推定器４の更に詳細な機能について、図３に加え、更に図４から図６の図面を参照して説明する。図４は、図３に示す推定位置演算器４０７の動作説明に供する第１の図である。図５は、図３に示す推定位置演算器４０７の動作説明に供する第２の図である。図６は、図３に示す推定位置演算器４０８の細部の構成例を示す図である。

駆動電流抽出器４０２は、例えばノッチフィルタを用いて、三相座標上の回転電機電流ｉ_ｕ，ｉ_ｖ，ｉ_ｗから、位置推定用電圧指令ｖ_ｕｈ ^＊，ｖ_ｖｈ ^＊，ｖ_ｗｈ ^＊の印加により発生する三相座標上の位置推定用電流振幅Ｉ_ｕｈ，Ｉ_ｖｈ，Ｉ_ｗｈを除去することにより、三相座標上の回転電機駆動電流ｉ_ｕｆ，ｉ_ｖｆ，ｉ_ｗｆを抽出する。位置推定用電流抽出器４０１は、例えば三相座標上の回転電機電流ｉ_ｕ，ｉ_ｖ，ｉ_ｗから、駆動電流抽出器４０２で演算された三相座標上の回転電機駆動電流ｉ_ｕｆ，ｉ_ｖｆ，ｉ_ｗｆを減算することにより、三相座標上の位置推定用電流振幅Ｉ_ｕｈ，Ｉ_ｖｈ，Ｉ_ｗｈを演算する。なお、三相座標上の回転電機駆動電流ｉ_ｕｆ，ｉ_ｖｆ，ｉ_ｗｆ及び三相座標上の位置推定用電流振幅Ｉ_ｕｈ，Ｉ_ｖｈ，Ｉ_ｗｈの抽出方法又は演算方法は、これに限定されず、バンドパスフィルタ、バンドストップフィルタ、ローパスフィルタ又はハイパスフィルタを用いてもよい。

前述の通り、位置推定用電流振幅演算器４０３は、三相座標上の位置推定用電流振幅Ｉ_ｕｈ，Ｉ_ｖｈ，Ｉ_ｗｈに基づいて、三相座標上の位置推定用電流振幅Ｉ_ｕｈ，Ｉ_ｖｈ，Ｉ_ｗｈを演算する。なお、三相座標上の位置推定用電流振幅Ｉ_ｕｈ，Ｉ_ｖｈ，Ｉ_ｗｈは、前述した位置推定用電流振幅の直流成分Ｉ_ｈｄｃと、位置推定用電流振幅の交流成分Ｉ_ｈａｃとを用いて、下記（１）式のように表すことができる。

なお、位置推定用電流振幅演算器４０３による演算方法は公知であり、ここでの詳細な説明は割愛する。演算方法の詳細は、例えば特許第５３２４６４６号公報の明細書の段落［００３４］から［００５５］に記載されており、当該記載内容を参照されたい。当該記載内容は、本明細書に取り込まれて本明細書の一部を構成する。

また、本手法は、三相座標上の位置推定用電流振幅Ｉ_ｕｈ，Ｉ_ｖｈ，Ｉ_ｗｈの交流成分の相対関係を利用して磁極位置を演算するものであり、位置推定用電流振幅Ｉ_ｕｈ，Ｉ_ｖｈ，Ｉ_ｗｈの絶対値を演算する必要がない。このため、三相座標上の位置推定用電流振幅Ｉ_ｕｈ，Ｉ_ｖｈ，Ｉ_ｗｈの演算には、下記（２）式を用いることができる。

上記（２）式において、“ｔ”は時間であり、“Ｔ_ｈ”は交流の１周期である。上記（２）式では、自己相関により絶対値を求めるときに積分記号の前に付される“√（２／Ｔ_ｈ）”の係数が省略されている。即ち、位置推定用電流振幅演算器４０３による演算では、乗算及び平方根演算は不要である。従って、実施の形態１の位置推定用電流振幅演算器４０３によれば、演算処理の高速化及び演算時間の短縮化が可能である。

前述の通り、直流成分抽出器４０５は、位置推定用電流振幅Ｉ_ｕｈ，Ｉ_ｖｈ，Ｉ_ｗｈから位置推定用電流振幅の直流成分Ｉ_ｈｄｃを抽出する。具体的に、直流成分抽出器４０５は、下記（３）式に示されるように、位置推定用電流振幅演算器４０３で演算された三相座標上の位置推定用電流振幅Ｉ_ｕｈ，Ｉ_ｖｈ，Ｉ_ｗｈの平均値を演算することで、位置推定用電流振幅の直流成分Ｉ_ｈｄｃを抽出する。

また、前述の通り、交流成分抽出器４０４は、位置推定用電流振幅Ｉ_ｕｈ，Ｉ_ｖｈ，Ｉ_ｗｈから位置推定用電流振幅の三相交流成分Ｉ_ｕｈａｃ，Ｉ_ｖｈａｃ，Ｉ_ｗｈａｃを抽出する。具体的に、交流成分抽出器４０４は、入力された位置推定用電流振幅Ｉ_ｕｈ，Ｉ_ｖｈ，Ｉ_ｗｈのそれぞれから、直流成分抽出器４０５によって抽出された位置推定用電流振幅の直流成分Ｉ_ｈｄｃを減算することにより、位置推定用電流振幅の三相交流成分Ｉ_ｕｈａｃ，Ｉ_ｖｈａｃ，Ｉ_ｗｈａｃを演算する。上記（１）及び（３）式を用いれば、位置推定用電流振幅の三相交流成分Ｉ_ｕｈａｃ，Ｉ_ｖｈａｃ，Ｉ_ｗｈａｃは、下記（４）式で表すことができる。なお、位置推定用電流振幅の直流成分Ｉ_ｈｄｃ及び位置推定用電流振幅の三相交流成分Ｉ_ｕｈａｃ，Ｉ_ｖｈａｃ，Ｉ_ｗｈａｃの演算方法は、これに限定されず、ローパスフィルタ又はハイパスフィルタを用いてもよい。

推定位置演算器４０６は、位置推定用電流振幅の三相交流成分Ｉ_ｕｈａｃ，Ｉ_ｖｈａｃ，Ｉ_ｗｈａｃが回転子位置θの関数、即ちｓｉｎ（２θ）又はｃｏｓ（２θ）の関数となることを利用して、第１の推定回転子位置θ^＾ _１を演算する。具体的に、第１の推定回転子位置θ^＾ _１は、上記（４）式に示される位置推定用電流振幅の三相交流成分Ｉ_ｕｈａｃ，Ｉ_ｖｈａｃ，Ｉ_ｗｈａｃの何れか１つの信号を逆余弦演算することにより求めることができる。また、第１の推定回転子位置θ^＾ _１は、三相座標上で表現された位置推定用電流振幅の三相交流成分Ｉ_ｕｈａｃ，Ｉ_ｖｈａｃ，Ｉ_ｗｈａｃを三相二相変換してから逆正接演算することにより求めることができる。また、第１の推定回転子位置θ^＾ _１は、位置推定用電流振幅の三相交流成分Ｉ_ｕｈａｃ，Ｉ_ｖｈａｃ，Ｉ_ｗｈａｃのそれぞれのゼロクロス点を中心とした電気角６０°毎に６つの区間に分け、各区間において位置推定用電流振幅の三相交流成分Ｉ_ｕｈａｃ，Ｉ_ｖｈａｃ，Ｉ_ｗｈａｃのうちのゼロクロスするものを直線近似することによって演算することも可能である。

推定位置演算器４０７は、位置推定用電流振幅の直流成分Ｉ_ｈｄｃに基づいて、第２の推定回転子位置θ^＾ _２を演算する。図４には、最大トルク（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｔｏｒｑｕｅ Ｐｅｒ Ａｍｐｅｒｅ：ＭＴＰＡ）制御における位置推定用電流振幅の直流成分Ｉ_ｈｄｃの振る舞いが、電流位相φと、駆動電流ベクトルの大きさ｜ｉ_ｄｑｆ｜とに対する関係で示されている。なお、ＭＴＰＡ制御は、同一のトルクを発生させる駆動電流ベクトルのうちで、駆動電流ベクトルの大きさ｜ｉ_ｄｑｆ｜を最小にする制御である。駆動電流ベクトルの大きさ｜ｉ_ｄｑｆ｜は、三相座標上の回転電機駆動電流ｉ_ｕｆ，ｉ_ｖｆ，ｉ_ｗｆを回転座標変換し、ｄ軸成分とｑ軸成分とに分けたときの、ｄ軸成分とｑ軸成分との二乗和の平方根に相当する。図４では、駆動電流ベクトルの大きさ｜ｉ_ｄｑｆ｜が定格電流の２０％から１００％電流までの間で、２０％の電流刻みで与えられている。また、図４において、電流位相φは、ｄ軸を基準とした進み位相として定義されている。

実施の形態１において、回転電機１に対するＭＴＰＡ制御では、電流位相φの制御範囲は、４５°から５５°を想定する。図４において、駆動電流ベクトルの大きさ｜ｉｄ_ｑｆ｜が定格電流の６０％以上であり、且つ、電流位相φが４５°から５５°の範囲では、位置推定用電流振幅の直流成分Ｉ_ｈｄｃは、電流位相φに対して単調減少している。実施の形態１における推定位置演算器４０７では、この特性を利用して、第２の推定回転子位置θ^＾ _２を演算する。

なお、回転子位置の推定に必要な特性は、位置推定用電流振幅の直流成分Ｉ_ｈｄｃと駆動電流ベクトルとの一意性であり、位置推定用電流振幅の直流成分Ｉ_ｈｄｃと電流位相φとの関係は、単調減少に限定されない。

図５には、図４に示した駆動電流ベクトルの大きさ｜ｉｄ_ｑｆ｜のプロットのうち、駆動電流ベクトルの大きさ｜ｉｄ_ｑｆ｜が１００％電流、即ち定格電流である場合の、位置推定用電流振幅の直流成分Ｉ_ｈｄｃが示されている。また、図５において、電流位相指令値をφ^＊とし、電流位相指令値φ^＊で駆動した場合の位置推定用電流振幅の直流成分Ｉ_ｈｄｃを、Ｉ_ｈｄｃ（φ^＊）と表記する。また、回転子位置の位置推定誤差をΔθ_２とし、電流位相指令値φ^＊が位置推定誤差Δθ_２だけずれた実際の電流位相φで駆動した場合の位置推定用電流振幅の直流成分Ｉ_ｈｄｃをＩ_ｈｄｃ（φ）と定義する。このように定義すると、位置推定誤差Δθ_２は、Ｉ_ｈｄｃ（φ^＊）とＩ_ｈｄｃ（φ）との差に比例する。本明細書では、Ｉ_ｈｄｃ（φ^＊）とＩ_ｈｄｃ（φ）との差を「Ｉｈｄｃ誤差」と呼ぶ。

推定位置演算器４０７を位相同期回路（Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ：ＰＬＬ）で構成する場合、推定位置演算器４０７は、Ｉｈｄｃ誤差がゼロとなるようにＰＬＬを動作させることで、第２の推定回転子位置θ^＾ _２を演算する。なお、ＰＬＬは、Ｉｈｄｃ誤差がゼロとなるような構成であればよく、比例積分器又は比例積分積分器が例示される。比例積分積分器は、比例積分器の後段に更に積分器を有する構成である。なお、推定位置演算器４０７では、使用を想定するトルク又は回転電機電流の範囲に対応付けて、電流位相φと位置推定用電流振幅の直流成分Ｉ_ｈｄｃとの関係が予め記憶されているものとする。

推定位置演算器４０８は、図６に示すように、位置推定誤差演算器４０８０及びＰＬＬ４０８１を備える。前述したように、推定位置演算器４０８は、回転子１ａの突極性により生じる誘起電圧により演算される鎖交磁束に基づいて、第３の推定回転子位置θ^＾ _３を推定する演算器である。

位置推定誤差演算器４０８０は、三相座標上の回転電機駆動電圧指令ｖ_ｕｆ ^＊，ｖ_ｖｆ ^＊，ｖ_ｗｆ ^＊と、三相座標上の回転電機駆動電流ｉ_ｕｆ，ｉ_ｖｆ，ｉ_ｗｆとに基づいて、回転子位置の位置推定誤差“－（θ^＾ _３－θ）”を演算する。ＰＬＬ４０８１は、回転子位置の位置推定誤差“－（θ^＾ _３－θ）”から第３の推定回転子位置θ^＾ _３を演算する。

位置推定誤差演算器４０８０は、三相二相変換器４０８００，４０８０１、回転座標変換器４０８０２、鎖交磁束インダクタンス交流分演算器４０８０３、鎖交磁束インダクタンス交流分推定器４０８０４及び回転子位置推定誤差演算器４０８０５を備える。

三相二相変換器４０８００は、三相座標上の回転電機駆動電圧指令ｖ_ｕｆ ^＊，ｖ_ｖｆ ^＊，ｖ_ｗｆ ^＊を、静止二相座標上の回転電機駆動電圧指令ｖ_αｆ ^＊，ｖ_βｆ ^＊に変換する。

三相二相変換器４０８０１は、三相座標上の回転電機駆動電流ｉ_ｕｆ，ｉ_ｖｆ，ｉ_ｗｆを、静止二相座標上の回転電機駆動電流ｉ_αｆ，ｉ_βｆに変換する。

回転座標変換器４０８０２は、推定回転子位置θ^＾ _３を用いて座標変換を行い、静止二相座標上の回転電機駆動電流ｉ_αｆ，ｉ_βｆを回転二相座標上の回転電機駆動電流ｉ_ｄｆ，ｉ_ｑｆに変換する。

ＰＬＬ４０８１は、回転子位置の位置推定誤差“－（θ^＾ _３－θ）”がゼロとなるように、ＰＬＬ動作することで、第３の推定回転子位置θ^＾ _３を演算する。ＰＬＬ４０８１は、位置推定誤差“－（θ^＾ _３－θ）”がゼロとなるように構成されていればよく、比例積分器又は比例積分微分器を用いてもよい。

次に、鎖交磁束インダクタンス交流分演算器４０８０３の動作について説明する。まず、回転電機１のモデルは、静止二相座標において、下記（５）式から（８）式で表される。

上記（５）式のｖ_ｄｑはｄ軸の回転電機電圧ｖ_ｄとｑ軸の回転電機電圧ｖ_ｑからなるベクトルであり、ｉ_ｄｑはｄ軸回転電機電流ｉ_ｄとｑ軸回転電機電流ｉ_ｑからなるベクトルであり、Ｒ_ｓは回転電機１の巻線抵抗であり、ω_ｓはモデルを表す座標の回転角速度であり、上記（５）式のψ_ｄｑは鎖交磁束である。上記（６）式のＪは、変換行列である。上記（５）式の鎖交磁束ψ_ｄｑは上記（７）式のように表すことができる。上記（７）式のＬ_ｄｑは、Ｌ_ｓｄｃと、Ｌ_ｍａｃと、回転子位置の電気角θとにより、上記（８）式のように行列で表すことができる。上記（８）式のＬ_ｓｄｃは、回転子位置によって変化しないインダクタンス直流分であり、Ｌ_ｍａｃは回転子位置によって変化するインダクタンス交流分である。なお、インダクタンスの変化は一般的に、回転子位置の電気角θに対し、２θの正弦関数又は余弦関数で表される。

上記（７）式と、上記（８）式とから、鎖交磁束ψ_ｄｑは、下記（９）式で表される。

上記（９）式の第１項は、回転子位置によって変化しないインダクタンス直流分Ｌ_ｓｄｃによる項である。また、上記（９）式の第２項は、回転子位置によって変化するインダクタンス交流分Ｌ_ｍａｃによる項であり、この項が「鎖交磁束インダクタンス交流分」である。即ち、鎖交磁束インダクタンス交流分は、インダクタンス交流分と回転電機電流とによって生成される鎖交磁束である。

鎖交磁束インダクタンス交流分演算器４０８０３は、鎖交磁束インダクタンス交流分を演算するため、以下の演算を行う。まず、鎖交磁束インダクタンス交流分演算器４０８０３は、下記（１０）式を用いて回転電機の鎖交磁束ψ_ｄｑを演算する。

上記（１０）式において、ｖ_αβ ^＊はα軸の回転電機電圧指令ｖ_α ^＊と、β軸の回転電機電圧指令ｖ_β ^＊からなるベクトルである。

また、上記（１０）式の積分は、ラプラス変換におけるｓ領域において、下記（１１）式で表される。

回転電機１の鎖交磁束ψ_αβを積分で演算する場合、通常は初期値が不明である。このため、回転電機１の鎖交磁束ψ_αβの基本波周波数成分に対して十分にカットオフ周波数の低いハイパスフィルタを利用する。ここで、ハイパスフィルタの伝達関数は、カットオフ周波数をω_ｈｐｆとして、下記（１２）式で表される。

よって、上記（１１）式で表される鎖交磁束ψ_αβを上記（１２）式のハイパスフィルタに通すと、フィルタ適用後の鎖交磁束ψ^＾ _{ｈｐｆαβ}は、下記（１３）式で計算される。

また、上記（１３）式を変形すると、下記（１４）式が得られる。

更に、鎖交磁束インダクタンス交流分演算器４０８０３は、第３の推定回転子位置θ^＾ _３を用いて、静止二相座標上での鎖交磁束ψ^＾ _{ｈｐｆαβ}を、回転二相座標上での鎖交磁束ψ^＾ _{ｈｐｆｄｑ}へ座標変換する。回転座標上での鎖交磁束インダクタンス交流分ψ^＾ _ａｃｄｑ，_ｃａｌｃは、上記（９）式に従って、下記（１５）式で演算される。

上記（１５）式で演算される鎖交磁束インダクタンス交流分ψ^＾ _ａｃｄｑ，_ｃａｌｃは、以下では「鎖交磁束インダクタンス交流分演算値」と呼ぶ。

鎖交磁束インダクタンス交流分推定器４０８０４は、下記（１６）式に示すように、推定回転子位置θ^＾ _３と回転電機電流ｉ_ｄｑとを用いて、上記（９）式の第２項である鎖交磁束インダクタンス交流分を推定する。

ここで、上記（１６）式において、回転子位置の推定値θ^＾ _３と真値θがおよそ等しい場合、上記（１６）式は下記（１７）式に示すように簡略化される。

上記（１７）式のψ^＾ _ａｃｄｑは、鎖交磁束インダクタンス交流分推定器４０８０４で演算される鎖交磁束インダクタンス交流分の推定値である。以下、この推定値を「鎖交磁束インダクタンス交流分推定値」と呼ぶ。

位置推定誤差演算器４０８０は、鎖交磁束インダクタンス交流分演算値ψ^＾ _ａｃｄｑ，_ｃａｌｃと鎖交磁束インダクタンス交流分推定値ψ^＾ _ａｃｄｑとを用いて、回転子位置の位置推定誤差“－（θ^＾ _３－θ）”を演算する。ここで、鎖交磁束インダクタンス交流分演算値ψ^＾ _ａｃｄｑ，_ｃａｌｃと鎖交磁束インダクタンス交流分推定値ψ^＾ _ａｃｄｑとの外積は、上記（１５）式、即ち上記（９）式の第２項を演算した値と、上記（１６）式とを用いて、下記（１８）式で表される。

そして、回転子位置の推定値と真値とがおよそ等しい、即ちθ^＾ _３≒θとすると、回転子位置の推定誤差は下記（１９）式で演算できる。

以上が、推定位置演算器４０８による演算処理である。なお、位置推定に用いる回転電機電圧指令及び回転電機電流は、それぞれ回転電機駆動電圧指令及び回転電機駆動電流とする。

図３に戻り、推定位置切替器４０９は、第１の推定回転子位置θ^＾ _１、第２の推定回転子位置θ^＾ _２及び第３の推定回転子位置θ^＾ _３のうちの何れか１つを選択、即ち切り替えて出力する。或いは、推定位置切替器４０９は、第１の推定回転子位置θ^＾ _１、第２の推定回転子位置θ^＾ _２及び第３の推定回転子位置θ^＾ _３のうちの少なくとも２つの推定回転子位置の情報を選択し、これらを予め設定した割合で加重平均した値を推定回転子位置θ^＾として出力する。このように、推定位置切替器４０９は、回転子位置の推定情報を選択又は切り替えて出力する。

以上のように、実施の形態１によれば、位置推定器４は、第１の推定回転子位置θ^＾ _１、第２の推定回転子位置θ^＾ _２及び第３の推定回転子位置θ^＾ _３のうちの何れか１つを選択して出力する。或いは、位置推定器４は、第１の推定回転子位置θ^＾ _１、第２の推定回転子位置θ^＾ _２及び第３の推定回転子位置θ^＾ _３のうちの少なくとも２つの推定回転子位置を用いて合成した推定回転子位置θ^＾を出力する。これにより、所望の推定回転子位置を用いた位置センサレス制御が可能となり、動作範囲のトルク速度領域においての位置センサレス制御が可能となる。

実施の形態２．
実施の形態１は、第１の推定回転子位置θ^＾ _１、第２の推定回転子位置θ^＾ _２及び第３の推定回転子位置θ^＾ _３のうちの何れか１つを選択することで得られる位置情報、又は、少なくとも２つの推定回転子位置を用いて合成することで得られる位置情報を推定回転子位置θ^＾として出力する実施の形態であった。ここで、第１の推定回転子位置θ^＾ _１は、突極方式によって推定される位置情報であり、第２の推定回転子位置θ^＾ _２は、磁気飽和方式によって推定される位置情報であり、第３の推定回転子位置θ^＾ _３は、誘起電圧及び鎖交磁束方式によって推定される位置情報である。

一方、回転子位置の推定方式には、それぞれの特徴がある。前述の通り、突極方式は、低速域且つ磁気飽和の程度が小さい駆動領域で推定精度が高く、磁気飽和方式は、低速域且つ磁気飽和の程度が大きい駆動領域で推定精度が高く、誘起電圧及び鎖交磁束方式は、高速域で推定精度が高いという特徴がある。実施の形態１では、推定される位置情報と駆動領域との関係性については、特に触れていなかった。そこで、実施の形態２では、回転子位置に加え、回転子１ａの回転速度を推定し、推定した速度情報と、磁気飽和情報とに基づいて、推定した回転子位置の情報を切り替える実施の形態について説明する。なお、磁気飽和情報は、回転電機１の磁気飽和の程度と相関のある情報として定義される。

図７は、実施の形態２に係る回転電機の制御装置１００Ａの構成例を示す図である。実施の形態２に係る制御装置１００Ａは、図１に示す実施の形態１に係る制御装置１００の構成において、位置推定器４が位置推定器４Ａに置換されている。その他の構成については、実施の形態１の構成と同一又は同等であり、同一又は同等の構成部には同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

図８は、図７に示す位置推定器４Ａの細部の構成例を示す図である。図８に示す実施の形態２における位置推定器４Ａは、図３に示す実施の形態１における位置推定器４の構成において、推定位置演算器４０６，４０７，４０８及び推定位置切替器４０９が、それぞれ推定位置速度演算器４０６Ａ，４０７Ａ，４０８Ａ及び推定位置切替器４０９Ａに置換されている。推定位置速度演算器４０６Ａ，４０７Ａ，４０８Ａのそれぞれを符号無しで区別する場合には、それぞれを「第１の推定位置速度演算器」、「第２の推定位置速度演算器」、及び「第３の推定位置速度演算器」と呼ぶ。

推定位置速度演算器４０６Ａは、位置推定用電流振幅の三相交流成分Ｉ_ｕｈａｃ，Ｉ_ｖｈａｃ，Ｉ_ｗｈａｃに基づいて、第１の推定回転子位置θ^＾ _１と、第１の推定速度ω^＾ _１とを演算する。推定位置速度演算器４０６Ａでは、実施の形態１と同様に、突極方式が用いられる。即ち、第１の推定速度ω^＾ _１は、位置推定用電流から検出した回転子１ａの突極性に基づいて演算される推定速度である。

推定位置速度演算器４０７Ａは、位置推定用電流振幅の直流成分Ｉ_ｈｄｃに基づいて、第２の推定回転子位置θ^＾ _２と、第２の推定速度ω^＾ _２とを演算する。推定位置速度演算器４０７Ａでは、実施の形態１と同様に、磁気飽和方式が用いられる。即ち、第２の推定速度ω^＾ _２は、位置推定用電流振幅の直流成分Ｉ_ｈｄｃに基づいて演算される推定速度である。

推定位置速度演算器４０８Ａは、三相座標上の回転電機駆動電流ｉ_ｕｆ，ｉ_ｖｆ，ｉ_ｗｆと、回転子の突極性により生じる誘起電圧により演算される鎖交磁束と、に基づいて第３の推定回転子位置θ^＾ _３と、第３の推定速度ω^＾ _３とを演算する。推定位置速度演算器４０８Ａでは、実施の形態１と同様に、誘起電圧及び鎖交磁束方式が用いられる。即ち、第３の推定速度ω^＾ _３は、三相座標上の回転電機駆動電流ｉ_ｕｆ，ｉ_ｖｆ，ｉ_ｗｆと、回転子１ａの突極性により生じる誘起電圧により演算される鎖交磁束と、に基づいて演算される推定速度である。

推定位置切替器４０９Ａには、τ^＊，τ_ｆ ^＊，τ^＾ _ｍ，τ^＾ _１，ｉ_ｆ ^＊，ｉ_ｆｆ ^＊，ｉ_ｆが入力される。τ^＊は、前述したトルク指令値であり、ｉ_ｆは、駆動電流である。τ_ｆ ^＊は、トルク指令値τ^＊に制御系の遅れを考慮したフィルタを通して得られる値である。τ^＾ _ｍは、回転電機の数学モデルに基づき、駆動電流ｉ_ｆと回転電機パラメータとから演算される推定トルクである。τ^＾ _１は、駆動電流ｉ_ｆを引数としたルックアップテーブルにより得られる推定トルクである。ｉ_ｆ ^＊は、回転電機駆動電流指令である。ｉ_ｆｆ ^＊は、回転電機駆動電流指令ｉ_ｆ ^＊に制御系の遅れを考慮したフィルタを通して得られる値である。駆動電流ｉ_ｆでは、駆動電流ｉ_ｆの周波数が利用される。推定位置切替器４０９Ａでは、これらの入力情報のうちの少なくとも１つが、磁気飽和情報として使用される。

図９は、図８に示す推定位置速度演算器４０６Ａの細部の構成例を示す図である。推定位置速度演算器４０６Ａは、図９に示すように、推定位置演算器４０６及び推定速度演算器４０６０を備える。図９に示す推定位置演算器４０６は、図３に示した推定位置演算器４０６と同等の構成部である。また、推定速度演算器４０６０は、推定位置演算器４０６が演算した第１の推定回転子位置θ^＾ _１を擬似微分することにより第１の推定速度ω^＾ _１を演算する。推定位置速度演算器４０６Ａは、演算した第１の推定回転子位置θ^＾ _１及び第１の推定速度ω^＾ _１を出力する。なお、擬似微分は、入力値に微分演算とフィルタ処理とを施したものである。擬似微分の処理器は、微分器及びローパスフィルタにより実現することができる。

図１０は、図８に示す推定位置速度演算器４０７Ａの細部の構成例を示す図である。推定位置速度演算器４０７Ａは、図１０に示すように、ルックアップテーブル（Ｌｏｏｋ Ｕｐ Ｔａｂｌｅ：ＬＵＴ）４０７０、ＬＵＴ４０７１、減算器４０７２、除算器４０７３、比例積分器４０７４及び積分器４０７５を備える、２型の演算器として構成される。

ＬＵＴ４０７０には、トルク指令値τ^＊と、そのトルク指令値τ^＊で駆動した際に得られる位置推定用電流振幅の直流成分Ｉ_ｈｄｃであるＩ_ｈｄｃ ^＊とが記憶されている。推定位置速度演算器４０７Ａは、ＬＵＴ４０７０に記憶されたテーブル値Ｉ_ｈｄｃ ^＊を参照する。

減算器４０７２は、位置推定用電流振幅の直流成分Ｉ_ｈｄｃとテーブル値Ｉ_ｈｄｃ ^＊との偏差ΔＩ_ｈを演算する。

ＬＵＴ４０７１には、トルク指令値τ^＊から位置推定誤差Δθ_２を換算するための係数Ｋ_Ｉｈθ２が記憶されている。推定位置速度演算器４０７Ａは、ＬＵＴ４０７１に記憶された係数Ｋ_Ｉｈθ２を参照する。

除算器４０７３は、偏差ΔＩ_ｈをＫ_Ｉｈθ２で除することにより位置推定誤差Δθ_２を得る。比例積分器４０７４は、より位置推定誤差Δθ_２に基づいて第２の推定速度ω^＾ _２を演算する。積分器４０７５は、第２の推定速度ω^＾ _２に基づいて第２の推定回転子位置θ^＾ _２を演算する。

なお、図１０は、第２の推定速度ω^＾ _２を先に演算し、第２の推定速度ω^＾ _２に基づいて第２の推定回転子位置θ^＾ _２を演算する構成であるが、これに限定されない。これとは逆に、第２の推定回転子位置θ^＾ _２を先に演算し、第２の推定回転子位置θ^＾ _２を擬似微分することで第２の推定速度ω^＾ _２を演算する構成であってもよい。

また、図１０は、ＬＵＴ４０７０及びＬＵＴ４０７１の引数はトルク指令値τ^＊とする例であるが、これに限定されない。トルク指令値τ^＊に代えて、回転電機駆動電流指令ｉ_ｆ ^＊をＬＵＴ４０７０及びＬＵＴ４０７１の引数としてもよい。

図１１は、図８に示す推定位置速度演算器４０８Ａの細部の構成例を示す図である。推定位置速度演算器４０８Ａは、図１１に示すように、位置推定誤差演算器４０８０及びＰＬＬ４０８１Ａを備える。

図１１に示す位置推定誤差演算器４０８０は、図６に示した位置推定誤差演算器４０８０と同等の構成部である。ＰＬＬ４０８１Ａは、位置推定誤差“－（θ＾３－θ）”がゼロとなるように演算器が構成される。具体的に、ＰＬＬ４０８１Ａは、図１０に示す推定位置速度演算器４０７Ａと同様に、比例積分器４０８１Ａａと、積分器４０８１Ａｂとを備えた２型の演算器として構成される。

ＰＬＬ４０８１Ａにおいて、比例積分器４０８１Ａａは、位置推定誤差“－（θ^＾ _３－θ）”に基づいて第３の推定速度ω^＾ _３を演算する。積分器４０８１Ａｂは、第３の推定速度ω^＾ _３に基づいて第３の推定回転子位置θ^＾ _３を演算する。

なお、図１１のＰＬＬ４０８１Ａは、第３の推定速度ω^＾ _３を先に演算し、第３の推定速度ω^＾ _３に基づいて第３の推定回転子位置θ^＾ _３を演算する構成であるが、これに限定されない。これとは逆に、第３の推定回転子位置θ^＾ _３を先に演算し、第３の推定回転子位置θ^＾ _３を擬似微分することで第３の推定速度ω^＾ _３を演算するようにＰＬＬ４０８１Ａが構成されていてもよい。

図１２は、図８に示す推定位置切替器４０９Ａの細部の構成例を示す図である。推定位置切替器４０９Ａは、図１２に示すように、推定速度選択器４１１Ａ及び推定位置選択器４１０Ａを備える。推定速度選択器４１１Ａは、第１の推定速度ω^＾ _１、第２の推定速度ω^＾ _２及び第３の推定速度ω^＾ _３のうちの何れか１つを選択し、選択した推定速度ω^＾を速度情報として推定位置選択器４１０Ａに出力する。推定位置選択器４１０Ａは、推定速度選択器４１１Ａから出力される速度情報と、前述した磁気飽和情報とに基づいて、回転子位置の推定情報を選択又は切り替えて出力する。

推定位置選択器４１０Ａにおいて、推定回転子位置θ^＾の選択又は切替に用いる速度情報は、第１の推定速度ω^＾ _１、第２の推定速度ω^＾ _２及び第３の推定速度ω^＾ _３のうちの何れか１つである。即ち、推定速度選択器４１１Ａは、第１の推定速度ω^＾ _１、第２の推定速度ω^＾ _２及び第３の推定速度ω^＾ _３のうちの何れか１つの推定速度を選択して推定位置選択器４１０Ａに出力する。

図１３は、図８及び図１２に示す推定位置切替器４０９Ａにおける駆動領域の説明に供する図である。図１３において、横軸は回転電機の回転速度であり、縦軸は回転電機のトルクである。回転速度は、速度情報の例示である。また、トルクは、前述した磁気飽和情報と相関がある情報である。

図１３において、（１）は突極方式により駆動する駆動領域、（２）は磁気飽和方式により駆動する駆動領域、（３）は誘起電圧及び鎖交磁束方式により駆動する駆動領域である。また、図１３における破線は、前述した回転子位置の各推定方式との境界線を意味し、境界判定の閾値となる。この境界線は、磁気飽和情報及び速度情報により規定される。即ち、領域の判定には磁気飽和情報と、速度情報とが用いられ、その領域に規定された回転子位置の推定方式が選択される。

具体的に説明すると、推定位置切替器４０９Ａは、回転速度が閾値より小さく、且つ、トルクが閾値より小さい場合は、第１の推定回転子位置θ^＾ _１を選択して出力する。また、推定位置切替器４０９Ａは、回転速度が閾値より小さく、且つ、トルクが閾値より大きい場合は、第２の推定回転子位置θ^＾ _２を選択して出力する。そして、推定位置切替器４０９Ａは、回転速度が閾値より大きい場合は、第３の推定回転子位置θ^＾ _３を選択して出力する。

なお、図１３では、切り替えの境界線を直線で示したが、直線である必要はなく、曲線であってもよい。

以上のように、実施の形態２によれば、回転子の磁気飽和情報及び回転速度に基づいて、適切な回転子位置の推定方式を切り替えることができる。これにより、動作範囲のトルク速度領域において、所望する位置センサレス制御が可能となる。

実施の形態３．
実施の形態２では、推定位置切替器４０９Ａにおいて、回転子１ａの磁気飽和情報及び回転速度に基づいて、回転子位置の推定情報を選択又は切り替える実施の形態であった。一方、回転子位置の推定情報を選択又は切り替える際には、切り替えの前後において、推定情報が不連続に変化する可能性があり、切り替え時のショックが課題となる。そこで、実施の形態３では、切り替え時のショックを小さくできる実施の形態について説明する。

図１４は、実施の形態３に係る回転電機の制御装置１００Ｂの構成例を示す図である。図１４に示す実施の形態３に係る制御装置１００Ｂは、図７に示す実施の形態２に係る制御装置１００Ａの構成において、位置推定器４Ａが位置推定器４Ｂに置換されている。その他の構成については、実施の形態２の構成と同一又は同等であり、同一又は同等の構成部には同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

図１５は、図１４に示す位置推定器４Ｂの細部の構成例を示す図である。図１５に示す実施の形態３における位置推定器４Ｂは、図８に示す実施の形態２における位置推定器４Ａの構成において、推定位置切替器４０９Ａが、推定位置切替器４０９Ｂに置換されている。その他の構成については、図８の構成と同一又は同等であり、同一又は同等の構成部には同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

図１６は、図１５に示す推定位置切替器４０９Ｂの細部の構成例を示す図である。図１６に示す実施の形態３における推定位置切替器４０９Ｂは、図１２に示す実施の形態２における推定位置切替器４０９Ａの構成において、推定位置選択器４１０Ａが推定位置合成器４１０Ｂに置換されている。

推定位置切替器４０９Ｂにおいて、推定位置合成器４１０Ｂは、磁気飽和情報及び速度情報に基づいて、第１の推定回転子位置θ^＾ _１、第２の推定回転子位置θ^＾ _２及び第３の推定回転子位置θ^＾ _３のうちの少なくとも２つの推定回転子位置を用いて合成した位置情報を推定回転子位置θ^＾として出力する。

推定位置切替器４０９Ｂにおいて、推定回転子位置の合成に用いる磁気飽和情報は、実施の形態２で用いる磁気飽和情報と同様である。また、推定回転子位置の切り替えに用いる速度情報は、実施の形態２で用いる速度情報と同様である。

推定位置合成器４１０Ｂは、磁気飽和情報と速度情報とに基づいて、第１の推定回転子位置θ^＾ _１、第２の推定回転子位置θ^＾ _２及び第３の推定回転子位置θ^＾ _３を加重平均により合成する。図１７は、図１５及び図１６に示す推定位置切替器４０９Ｂにおける駆動領域の説明に供する図である。図１７において、横軸は回転電機の回転速度であり、縦軸は回転電機のトルクである。トルクは、実施の形態２と同様に、磁気飽和情報に相関する情報の例示である。

図１７において、（１）は突極方式のみにより駆動する駆動領域、（２）は磁気飽和方式のみにより駆動する駆動領域、（３）は誘起電圧及び鎖交磁束方式のみにより駆動する駆動領域である。また、（１）（２）のように、複数の数字で表記される領域は、それらの数字に対応する推定方式を使用する駆動領域である。

例えば、（１）（２）は突極方式及び磁気飽和方式により駆動される駆動領域である。この駆動領域では、突極方式により推定された第１の推定回転子位置θ^＾ _１と、磁気飽和方式により推定された第２の推定回転子位置θ^＾ _２とによって、出力すべき推定回転子位置θ^＾が合成される。なお、駆動領域の境界は、図１３と同様に破線で示している。また、図１７では、図１３と同様に、駆動領域の境界は直線で示されているが、直線である必要はなく、曲線であってもよい。

図１７において、Ｗ_ｓｐｄは速度情報に基づく重みであり、Ｗ_ｍｓは磁気飽和情報に基づく重みである。重みＷ_ｓｐｄ及び重みＷ_ｍｓは、それぞれが速度情報及び磁気飽和情報に応じて、０から１の範囲で値が変化する。具体的に、推定位置合成器４１０Ｂは、下記の（２０）式及び（２１）式を用いて、図１７で定義された駆動領域において、推定回転子位置θ^＾を合成する。

上記（２１）式におけるθ^＾ _４は、「突極方式と磁気飽和方式との重みＷ_ｍｓによる加重平均値」である。以下、この加重平均値θ^＾ _４を「第４の推定回転子位置」と呼ぶ。

また、上記（２０）式におけるθ^＾ _５は、「第４の推定回転子位置θ^＾ _４と、誘起電圧及び鎖交磁束方式のみによる演算値である第３の推定回転子位置θ^＾ _３との重みＷ_ｓｐｄによる加重平均値」である。以下、この加重平均により合成したものを「第５の推定回転子位置」と呼ぶ。

例えば、Ｗ_ｓｐｄ＝１の場合、（２０）式はθ^＾ _５＝θ^＾ _３となり、第３の推定回転子位置θ^＾ _３が、推定位置合成器４１０Ｂから出力される推定回転子位置θ^＾となる。また、Ｗ_ｓｐｄ＝０の場合、（２０）式はθ^＾ _５＝θ^＾ _４となり、（２１）式に従って、重みＷ_ｍｓの値に応じて重み付けされたθ^＾ _４、即ち、突極方式と磁気飽和方式とによる加重平均値である第４の推定回転子位置θ^＾ _４が、推定位置合成器４１０Ｂから出力される推定回転子位置θ^＾となる。また、０＜Ｗ_ｓｐｄ＜１の場合、重みＷ_ｍｓの値に応じて、突極方式と、磁気飽和方式と、誘起電圧及び鎖交磁束方式とのうちの少なくとも２つの方式の加重平均によって合成された第５の推定回転子位置θ^＾ _５が推定位置合成器４１０Ｂから出力される。なお、（２０）式と（２１）式の演算の順序を入れ替えてもよい。また、（２０）式に（２１）式を代入した演算式を用いて第４の推定回転子位置を演算することなく第５の推定回転子位置を演算してもよい。更に、図１７で定義された駆動領域において、定義された第１の推定回転子位置と第２の推定回転子位置と第３の推定回転子位置との組み合わせにより推定回転子位置θ＾を合成する演算式であれば，推定回転子位置θ＾の演算式は（２０）式（２１）式である必要は無い。

なお、図１４の制御器５における位置推定用電圧演算部５ｂ、及び図１５の位置推定器４Ｂにおける推定位置速度演算器４０６Ａ，４０７Ａ，４０８Ａは、常時動作させる必要はなく、図１７で規定した駆動領域に応じて停止させてもよい。例えば、図１７における数字に対応する推定方式の構成部のみを動作させ、記載されていない数字に対応する推定方式の構成部は動作を停止させることが可能である。また、図１７における（３）の領域においては、位置推定用電圧演算部５ｂの動作を停止させ、その出力を０とすることができる。これにより、演算処理に伴う消費電力の低減が可能になる。

また、推定位置速度演算器４０６Ａ，４０７Ａ，４０８Ａが動作を停止している状態から、動作を開始する際には、動作を開始する位置速度推定器の初期値として、動作を行っている他の位置速度推定器の推定回転子位置、推定速度、積分器出力又は推定位置合成器４１０Ｂの出力θ^＾、及び推定速度選択器４１１Ａの出力ω^＾を与えることができることは言うまでもない。

以上のように、実施の形態３によれば、磁気飽和情報と速度情報とに基づいて、実施の形態２で得られた３つの回転子位置の推定情報を加重平均により合成して出力する。これにより、実施の形態２の効果に加え、回転子位置の推定情報を切り替える際のショックを低減することが可能となる。

実施の形態４．
実施の形態２及び実施の形態３では、回転子位置の推定方式を切り替える際に用いる磁気飽和情報として、回転電機１に対するトルク指令値τ^＊、トルク指令値τ^＊のフィルタ出力値τ_ｆ ^＊、回転電機の数学モデルにより得られる推定トルクτ^＾ _ｍ、駆動電流ｉ_ｆを引数としたルックアップテーブルにより得られる推定トルクτ^＾ _１、回転電機１に対する回転電機駆動電流指令ｉ_ｆ ^＊、回転電機駆動電流指令ｉ_ｆ ^＊のフィルタ出力値ｉ_ｆｆ ^＊、及び駆動電流ｉ_ｆの周波数のうちの少なくとも１つを用いる。一方、制御器５の制御において、トルク制御誤差、電流制御誤差、位置推定誤差が生じた場合、実施の形態２及び実施の形態３で用いる磁気飽和情報では、磁気飽和の程度を正確に把握できないことが想定される。そこで、実施の形態４では、回転子位置の推定方式を切り替える際の磁気飽和情報として、前述した位置推定用電流振幅の直流成分Ｉ_ｈｄｃを使用する。なお、位置推定用電流振幅の直流成分Ｉ_ｈｄｃは、位置推定用電流振幅Ｉ_ｕｈ，Ｉ_ｖｈ，Ｉ_ｗｈのうち、回転子位置によって変化しない成分である。即ち、実施の形態４は、回転子位置によって変化しない位置推定用電流振幅の直流成分Ｉ_ｈｄｃを磁気飽和情報として使用する実施の形態である。

図１８は、実施の形態４に係る回転電機の制御装置１００Ｃの構成例を示す図である。図１８に示す実施の形態４に係る制御装置１００Ｃは、図７に示す実施の形態２に係る制御装置１００Ａの構成において、位置推定器４Ａが位置推定器４Ｃに置換されている。その他の構成については、実施の形態２の構成と同一又は同等であり、同一又は同等の構成部には同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

図１９は、図１８に示す位置推定器４Ｃの細部の構成例を示す図である。図１８に示す実施の形態４における位置推定器４Ｃは、図８に示す実施の形態２における位置推定器４Ａの構成において、推定位置切替器４０９Ａが、推定位置切替器４０９Ｃに置換されている。また、図８に示す磁気飽和情報に代えて、直流成分抽出器４０５によって抽出される位置推定用電流振幅の直流成分Ｉ_ｈｄｃが磁気飽和情報として推定位置切替器４０９Ｃに入力される構成である。なお、その他の構成については、図８の構成と同一又は同等であり、同一又は同等の構成部には同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

図２０は、図１９に示す推定位置切替器４０９Ｃの細部の構成例を示す図である。図２０に示す実施の形態４における推定位置切替器４０９Ｃは、図１２に示す実施の形態２における推定位置切替器４０９Ａの構成において、推定位置選択器４１０Ａが推定位置合成器４１０Ｃに置換されている。また、図１２に示す磁気飽和情報に代えて、位置推定用電流振幅の直流成分Ｉ_ｈｄｃが磁気飽和情報として推定位置合成器４１０Ｃに入力されている。

推定位置合成器４１０Ｃは、磁気飽和情報と速度情報とに基づいて、第１の推定回転子位置θ^＾ _１、第２の推定回転子位置θ^＾ _２及び第３の推定回転子位置θ^＾ _３を加重平均により合成する。

図２１は、図１９及び図２０に示す推定位置切替器４０９Ｃにおける駆動領域の説明に供する図である。図２１において、横軸、縦軸及び駆動領域の定義は実施の形態２のものと同様である。回転電機の回転速度であり、縦軸は回転電機のトルクである。縦軸のトルクは、実施の形態２と同様に、位置推定用電流振幅の直流成分Ｉ_ｈｄｃに相関する情報の例示である。縦軸を区分するＷ_ｍｓ（Ｉ_ｈｄｃ）は、位置推定用電流振幅の直流成分Ｉ_ｈｄｃ及び速度情報、即ち磁気飽和情報及び速度情報により規定される重みである。なお、図２１では、図１３及び図１７と同様に、駆動領域の境界は直線で示されているが、直線である必要はなく、曲線であってもよい。

図２１に示すように、重みＷ_ｓｐｄは、速度情報に応じて、０から１の範囲で値が変化する。また、重みＷ_ｍｓ（Ｉ_ｈｄｃ）は、磁気飽和情報及び速度情報に応じて、０から１の範囲で値が変化する。推定位置合成器４１０Ｃは、下記（２２）式及び（２３）式を用いて、図２１で規定された駆動領域において、推定回転子位置θ^＾を合成する。

上記（２３）式は、上記（２１）式のＷ_ｍｓをＷ_ｍｓ（Ｉ_ｈｄｃ）に置換したものである。従って、上記（２３）式におけるθ^＾ _４は、Ｗ_ｍｓ（Ｉ_ｈｄｃ）によって重み付けされる点を除き、「突極方式と磁気飽和方式との加重平均値」である「第４の推定回転子位置」を意味している。

また、上記（２２）式は、上記（２０）式と同一の式であり、重みＷ_ｍｓ（Ｉ_ｈｄｃ）によって重み付けされた第４の推定回転子位置θ^＾ _４と、誘起電圧及び鎖交磁束方式のみによる演算値である第３の推定回転子位置θ^＾ _３との重みＷ_ｓｐｄによる加重平均値である第５の推定回転子位置θ^＾ _５である。なお、（２２）式と（２３）式の演算の順序を入れ替えてもよい。また、（２２）式に（２３）式を代入した演算式を用いて第４の推定回転子位置を演算することなく第５の推定回転子位置を演算してもよい。更に、図１７で定義された駆動領域において、定義された第１の推定回転子位置と第２の推定回転子位置と第３の推定回転子位置との組み合わせにより推定回転子位置θ＾を合成する演算式であれば、推定回転子位置θ＾の演算式は（２２）式、（２３）式である必要は無い。

なお、実施の形態４では、駆動領域の境界と、重みＷ_ｍｓ（Ｉ_ｈｄｃ）とは、位置推定用電流振幅の直流成分Ｉ_ｈｄｃに基づいて規定しているが、これに限定されない。位置推定用電流振幅の直流成分Ｉ_ｈｄｃに加え、実施の形態２及び実施の形態３で用いた磁気飽和情報を併用して規定してもよい。

また、実施の形態４では、図２１に示すように、加重平均により複数の推定方式を併用する駆動領域を規定しているが、これに限定されない。位置推定用電流振幅の直流成分Ｉ_ｈｄｃ及び速度情報に基づいて、第１の推定回転子位置θ^＾ _１、第２の推定回転子位置θ^＾ _２及び第３の推定回転子位置θ^＾ _３のうちの何れか１つが選択されるように、駆動領域を規定してもよい。

なお、位置推定用電流振幅の直流成分Ｉ_ｈｄｃは、各推定方式の処理を行う演算器の異常判定、及び、推定方式を切り替える際の可否判定にも利用できることは言うまでもない。なぜなら、推定位置速度演算器４０７Ａは、推定原理上、図４に示すような、駆動電流ベクトルと、位置推定用電流振幅の直流成分Ｉ_ｈｄｃとの関係を事前に記憶しているためである。即ち、推定位置速度演算器４０７Ａは、駆動条件に応じて得られる位置推定用電流振幅の直流成分Ｉ_ｈｄｃを把握しているので、記憶している直流成分Ｉ_ｈｄｃと実際の直流成分Ｉ_ｈｄｃとを比較することにより、異常判定が可能である。また、駆動電流ベクトルと直流成分Ｉ_ｈｄｃとの関係から、磁気飽和方式によって駆動可能な駆動領域であるか否かを把握できるので、実際の直流成分Ｉ_ｈｄｃを用いることにより、推定方式を切り替える際の可否判定が可能となる。

なお、図１８の制御器５における位置推定用電圧演算部５ｂ、及び図１９の位置推定器４Ｃにおける推定位置速度演算器４０６Ａ，４０７Ａ，４０８Ａは、常時動作させる必要はなく、図２１で規定した駆動領域に応じて停止させてもよい。例えば、図２１における数字に対応する推定方式の構成部のみを動作させ、記載されていない数字に対応する推定方式の構成部は動作を停止させることが可能である。また、図２１における（３）の領域においては、位置推定用電圧演算部５ｂの動作を停止させ、その出力を０とすることができる。これにより、演算処理に伴う消費電力の低減が可能になる。

また、推定位置速度演算器４０６Ａ，４０７Ａ，４０８Ａが動作を停止している状態から、動作を開始する際には、動作を開始する位置速度推定器の初期値として、動作を行っている他の位置速度推定器の推定回転子位置、推定速度、積分器出力又は推定位置合成器４１０Ｃの出力θ^＾、及び推定速度選択器４１１Ａの出力ω^＾を与えることができることは言うまでもない。

以上のように、実施の形態４によれば、トルク制御誤差、電流制御誤差、位置推定誤差によらず磁気飽和の程度を正確に把握することができる。このため、実施の形態３の効果に加え、回転子位置の推定精度を高めることが可能になる。

実施の形態５．
実施の形態２から実施の形態４では、回転子位置の推定情報を切り替えるために用いる速度情報として、第１の推定速度ω^＾ _１、第２の推定速度ω^＾ _２及び第３の推定速度ω^＾ _３のうちの何れか１つを用いる実施の形態であった。一方、第１の推定速度ω^＾ _１、第２の推定速度ω^＾ _２及び第３の推定速度ω^＾ _３の推定精度は、駆動条件により異なる。例えば、第１の推定速度ω^＾ _１は、低速域且つ磁気飽和の程度が小さい駆動領域では推定精度が高く、第２の推定速度ω^＾ _２は、低速域且つ磁気飽和の程度が大きい駆動領域で推定精度が高く、第３の推定速度ω^＾ _３は、高速域で推定精度が高いという特徴がある。実施の形態２から実施の形態４では、推定される速度情報と駆動領域との関係性については、特に触れていなかった。そこで、実施の形態５では、回転子位置の推定情報を切り替えるために用いる速度情報の精度を高める実施の形態について説明する。

図２２は、実施の形態５に係る回転電機の制御装置１００Ｄの構成例を示す図である。図２２に示す実施の形態５に係る制御装置１００Ｄは、図１８に示す実施の形態４に係る制御装置１００Ｃの構成において、位置推定器４Ｃが位置推定器４Ｄに置換されている。その他の構成については、実施の形態４の構成と同一又は同等であり、同一又は同等の構成部には同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

図２３は、図２２に示す位置推定器４Ｄの細部の構成例を示す図である。図２３に示す実施の形態５における位置推定器４Ｄは、図１９に示す実施の形態４における位置推定器４Ｃの構成において、推定位置切替器４０９Ｃが、推定位置切替器４０９Ｄに置換されている。その他の構成については、図８の構成と同一又は同等であり、同一又は同等の構成部には同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

図２４は、図２３に示す推定位置切替器４０９Ｄの細部の構成例を示す図である。図２４に示す実施の形態５における推定位置切替器４０９Ｄは、図２０に示す実施の形態４における推定位置切替器４０９Ｃの構成において、推定位置合成器４１０Ｃが推定位置合成器４１０Ｄに置換され、推定速度選択器４１１Ａが推定速度合成器４１１Ｄに置換されている。また、位置推定用電流振幅の直流成分Ｉ_ｈｄｃが磁気飽和情報として推定位置合成器４１０Ｄに入力されると共に、推定速度合成器４１１Ｄの出力が自身にフィードバックされている。

推定速度合成器４１１Ｄは、磁気飽和情報及び速度情報に基づいて、第１の推定速度ω^＾ _１、第２の推定速度ω^＾ _２及び第３の推定速度ω^＾ _３のうちの何れか１つを選択することで得られる速度情報、又は、少なくとも２つの推定速度を用いて、加重平均により合成した速度情報を推定速度ω^＾として出力する。推定速度ω^＾を選択もしくは合成するための速度情報としては、推定速度合成器４１１Ｄの出力、即ち自身の出力を利用する。なお、推定速度ω^＾に代えて、第１の推定速度ω^＾ _１、第２の推定速度ω^＾ _２及び第３の推定速度ω^＾ _３のうちの何れか１つを用いてもよい。

また、実施の形態５における磁気飽和情報は、位置推定用電流振幅Ｉ_ｕｈ，Ｉ_ｖｈ，Ｉ_ｗｈのうち、回転子位置によって変化しない位置推定用電流振幅の直流成分Ｉ_ｈｄｃとしているが、直流成分Ｉ_ｈｄｃに加え、もしくは直流成分Ｉ_ｈｄｃに代えて、実施の形態２及び実施の形態３で説明した磁気飽和情報を使用してもよい。従って、図２４に示す推定位置合成器４１０Ｄは、図１２に示す推定位置選択器４１０Ａ、図１６に示す推定位置合成器４１０Ｂ、及び図２０に示す推定位置合成器４１０Ｃのうちの何れかに置換することができる。

次に、推定速度合成器４１１Ｄから出力される推定速度ω^＾の演算方法について、図２１を参照して説明する。実施の形態５において、図２１に示される数値は、各領域において演算される推定速度と見ることができる。例えば、図２１において、（１）は第１の推定速度ω^＾ _１を演算する領域、（２）は第２の推定速度ω^＾ _２を演算する領域、（３）は第３の推定速度ω^＾ _３を演算する領域である。また、（１）（２）のように複数の数字で表記される領域は、それらの数字に対応する複数の推定速度を、前述した磁気飽和情報及び速度情報に基づいて合成する領域である。

例えば、（１）（２）では、第１の推定速度ω^＾ _１と、第２の推定速度ω^＾ _２との加重平均が演算される。また、図中における破線は、何れの推定速度を用いるかを切り替える際の境界であり、この境界は、前述した磁気飽和情報及び速度情報により規定される。なお、この境界は直線で示されているが、直線である必要はなく、曲線であってもよい。

図２１に示すように、重みＷ_ｓｐｄは、速度情報に応じて、０から１の範囲で値が変化する。また、重みＷ_ｍｓ（Ｉ_ｈｄｃ）は、磁気飽和情報及び速度情報に応じて、０から１の範囲で値が変化する。推定速度合成器４１１Ｄは、下記（２４）式及び（２５）式を用いて、図２１で規定された領域において、推定速度ω^＾を合成する。

上記（２５）式におけるω^＾ _４は、「突極方式と磁気飽和方式との重みＷ_ｍｓ（Ｉ_ｈｄｃ）による加重平均値」である。以下、この加重平均値ω^＾ _４を「第４の推定速度」と呼ぶ。

また、上記（２４）式におけるω^＾ _５は、「第４の推定速度ω^＾ _４と、誘起電圧及び鎖交磁束方式のみによる演算値である第３の推定速度ω^＾ _３との重みＷ_ｓｐｄによる加重平均」である。以下、この加重樹平均値により合成したものを「第５の推定速度」と呼ぶ。

例えば、Ｗ_ｓｐｄ＝１の場合、（２４）式はω^＾ _５＝ω^＾ _３となり、「誘起電圧及び鎖交磁束方式のみによる演算値ω^＾ _３」が、推定速度合成器４１１Ｄから出力される推定速度ω^＾となる。また、Ｗ_ｓｐｄ＝０の場合、（２４）式はω^＾ _５＝ω^＾ _４となり、（２５）式に従って、重みＷ_ｍｓ（Ｉ_ｈｄｃ）の値に応じて重み付けされたω^＾ _４、即ち「突極方式と磁気飽和方式とによる加重平均値ω^＾ _４」が、推定速度合成器４１１Ｄから出力される推定速度ω^＾となる。また、０＜Ｗ_ｓｐｄ＜１の場合、重みＷ_ｍｓ（Ｉ_ｈｄｃ）の値に応じて、突極方式と、磁気飽和方式と、誘起電圧及び鎖交磁束方式とのうちの少なくとも２つの方式の加重平均によって合成された推定速度ω^＾が推定速度合成器４１１Ｄから出力される。

また、実施の形態５では、図２１に示すように、推定速度を加重平均により合成する領域を規定しているが、これに限定されない。位置推定用電流振幅の直流成分Ｉ_ｈｄｃ及び速度情報に基づいて、第１の推定速度ω^＾ _１、第２の推定速度ω^＾ _２及び第３の推定速度ω^＾ _３のうちの何れか１つが選択されるように、領域を規定してもよい。なお、（２４）式と（２５）式の演算の順序を入れ替えてもよい。また、（２４）式に（２５）式を代入した演算式を用いて第４の推定速度を演算することなく第５の推定速度を演算してもよい。更に、図２１で定義された駆動領域において、定義された第１の推定速度と第２の推定速度と第３の推定速度との組み合わせにより推定速度ω＾を合成する演算式であれば、推定速度ω＾の演算式は（２４）式、（２５）式である必要は無い。

以上のように、実施の形態５によれば、推定位置切替時において、推定速度の急峻な変化を防止し、更に速度情報を正確に把握することができる。加えて、トルク制御誤差、電流制御誤差、位置推定誤差によらず磁気飽和の程度を正確に把握することができる。このため、実施の形態４よりも、回転子位置の推定精度を高めることが可能になる。

次に、実施の形態１から実施の形態５に係る制御装置１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄが備える各機能もしくはその一部を実現するためのハードウェアの構成について説明する。ここで言う各機能とは、電流検出器２、電圧印加器３、位置推定器４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ及び制御器５が有する機能である。

図２５は、実施の形態１から実施の形態５に係る回転電機の制御装置の各機能もしくはその一部を実現するための第１のハードウェア構成例を示す図である。図２６は、実施の形態１から実施の形態５に係る回転電機の制御装置の各機能もしくはその一部を実現するための第２のハードウェア構成例を示す図である。図２５には、専用処理回路１０００のような専用のハードウェアにより上記の処理回路を実現する例が示される。図２６にはプロセッサ１００１及び記憶装置１００２により上記の処理回路を実現する例が示される。

図２５に示す例では、図１、図７、図１４、図１８及び図２２の電流検出器２、並びに電圧印加器３は、専用のハードウェアを用いてその機能が実現され、位置推定器４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ、及び制御器５は、専用処理回路１０００により実現される。図２５に示すように専用の処理回路を利用する場合、専用処理回路１０００は、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、又はこれらを組み合わせたものが該当する。上記の各機能のそれぞれを、処理回路で実現してもよいし、まとめて処理回路で実現してもよい。

図２６に示す例では、図１、図７、図１４、図１８及び図２２の電流検出器２、並びに電圧印加器３は、専用のハードウェアを用いてその機能が実現され、位置推定器４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ、及び制御器５は、記憶装置１００２に記録されたプログラムを実行するプロセッサ１００１により実現される。なお、複数のプロセッサ１００１と複数の記憶装置１００２とが連携して、上述した各機能を実現してもよい。

図２６に示すように、プロセッサ１００１及び記憶装置１００２を利用する場合、上述した各機能は、ソフトウェア、ファームウェア又はこれらの組合せにより実現される。ソフトウェア又はファームウェアはプログラムとして記述され、記憶装置１００２に記憶される。プロセッサ１００１は、記憶装置１００２に記憶されたプログラムを読み出して実行する。また、これらのプログラムは、各機能が実行される手順及び方法をコンピュータに実行させるものであるとも言える。

記憶装置１００２は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリー、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、又はＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）といった半導体メモリが該当する。半導体メモリは不揮発性メモリでもよいし、揮発性メモリでもよい。また、記憶装置１００２は、半導体メモリ以外にも、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク又はＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）が該当する。

なお、実施の形態１から実施の形態５では、回転電機１を同期リラクタンスモータとして説明したが、これに限定されない。実施の形態１から実施の形態５に係る制御装置１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄは、埋込磁石型同期モータ又は表面磁石型同期モータといった突極性を持つモータにも適応可能である。

また、実施の形態１から実施の形態５では、位置推定用電流振幅の直流成分から回転子位置を推定しているが、位置推定の高精度化又は低騒音化のために位置推定用電圧指令の大きさを可変にする場合がある。この場合において、位置推定用電流振幅の直流成分の代わりに、上記の直流成分と位置推定用電圧指令との比、例えばインダクタンスの直流成分などを利用できることは自明のことである。

また、実施の形態１から実施の形態５では、制御装置１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄの制御器５がトルクを制御するものとして説明したが、これに限定されない。制御器５は、回転速度を制御する構成とすることもできる。

また、実施の形態１から実施の形態５では、トルクに対する回転電機１の電流指令が電流実効値、即ち銅損が最小になるように選択されているが、これに限定されない。制御装置１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄにおいて、鎖交磁束又は回転電機１の損失が最小になるように設定してよい。

また、実施の形態１から実施の形態５では、電流検出器２が回転電機１の相電流を検出する構成例を説明したが、これに限定されない。制御装置１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄは、相電流を検出することができればよく、電圧印加器３を構成する図示しないインバータに内蔵された電流センサにより、回転電機１の相電流を検出する構成としてもよい。

なお、以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ 回転電機、１ａ 回転子、２ 電流検出器、３ 電圧印加器、４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ 位置推定器、５ 制御器、５ａ 駆動電圧指令演算部、５ｂ 位置推定用電圧演算部、６ 電流指令演算器、７ 電流制御器、８ 回転座標逆変換器、９ 二相三相変換器、１１ 駆動電流抽出器、１２，４０８００，４０８０１ 三相二相変換器、１３，４０８０２ 回転座標変換器、１４ 加算器、４１，４２ 信号処理器、１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ 制御装置、４０１ 位置推定用電流抽出器、４０２ 駆動電流抽出器、４０３ 位置推定用電流振幅演算器、４０４ 交流成分抽出器、４０５ 直流成分抽出器、４０６，４０７，４０８ 推定位置演算器、４０６Ａ，４０７Ａ，４０８Ａ 推定位置速度演算器、４０９，４０９Ａ，４０９Ｂ，４０９Ｃ，４０９Ｄ 推定位置切替器、４１０Ａ 推定位置選択器、４１０Ｂ，４１０Ｃ，４１０Ｄ 推定位置合成器、４１１Ａ 推定速度選択器、４１１Ｄ 推定速度合成器、１０００ 専用処理回路、１００１ プロセッサ、１００２ 記憶装置、４０６０ 推定速度演算器、４０７０，４０７１ ＬＵＴ、４０７２ 減算器、４０７３ 除算器、４０７４，４０８１Ａａ 比例積分器、４０７５，４０８１Ａｂ 積分器、４０８０ 位置推定誤差演算器、４０８１，４０８１Ａ ＰＬＬ、４０８０３ 鎖交磁束インダクタンス交流分演算器、４０８０４ 鎖交磁束インダクタンス交流分推定器、４０８０５ 回転子位置推定誤差演算器。

Claims (12)

1. 多相の回転電機の駆動制御を行う回転電機の制御装置であって、
   回転電機に流れる回転電機電流を検出する電流検出手段と、
   前記回転電機電流に基づいて前記回転電機の回転子の回転位置である回転子位置を推定する位置推定手段と、
   前記回転電機電流と、前記回転子位置の推定値である推定回転子位置とに基づいて、前記回転電機を駆動するための回転電機駆動電圧指令と、前記回転子位置を推定するための各相の位置推定用電圧指令とを演算する制御器と、
   を備え、
   前記位置推定手段は、前記位置推定用電圧指令に基づく位置推定用電圧の印加により生じる位置推定用電流の振幅である位置推定用電流振幅の交流成分に基づく第１の推定回転子位置と、前記位置推定用電流振幅の直流成分に基づく第２の推定回転子位置と、前記回転電機電流と、前記回転子の突極性により生じる誘起電圧により演算される鎖交磁束とに基づく第３の推定回転子位置とを演算すると共に、前記回転電機の磁気飽和情報及び前記回転電機の速度情報に基づいて前記第１の推定回転子位置と前記第２の推定回転子位置と前記第３の推定回転子位置とを加重平均した推定回転子位置を演算する
   ことを特徴とする回転電機の制御装置。
2. 多相の回転電機の駆動制御を行う回転電機の制御装置であって、
   回転電機に流れる回転電機電流を検出する電流検出手段と、
   前記回転電機電流に基づいて前記回転電機の回転子の回転位置である回転子位置を推定する位置推定手段と、
   前記回転電機電流と、前記回転子位置の推定値である推定回転子位置とに基づいて、前記回転電機を駆動するための回転電機駆動電圧指令と、前記回転子位置を推定するための各相の位置推定用電圧指令とを演算する制御器と、
   を備え、
   前記位置推定手段は、前記位置推定用電圧指令に基づく位置推定用電圧の印加により生じる位置推定用電流の振幅である位置推定用電流振幅の交流成分に基づく第１の推定回転子位置と、前記位置推定用電流振幅の直流成分に基づく第２の推定回転子位置と、前記回転電機電流と、前記回転子の突極性により生じる誘起電圧により演算される鎖交磁束とに基づく第３の推定回転子位置とを演算すると共に、前記回転電機の磁気飽和情報に基づいて前記第１の推定回転子位置と前記第２の推定回転子位置とを加重平均した第４の推定回転子位置を演算し、前記回転電機の速度情報に基づいて、前記第４の推定回転子位置と前記第３の推定回転子位置とを加重平均した第５の推定回転子位置を演算する
   ことを特徴とする回転電機の制御装置。
3. 前記位置推定手段は、前記回転電機の速度情報が第１の閾値より小さく、且つ、前記回転電機の磁気飽和情報が第２の閾値より小さい場合は、前記第１の推定回転子位置を選択して出力し、前記速度情報が前記第１の閾値より小さく、且つ、前記磁気飽和情報が前記第２の閾値よりも大きな第３の閾値より大きい場合は、前記第２の推定回転子位置を選択して出力し、前記速度情報が前記第１の閾値よりも大きな第４の閾値より大きい場合は、前記第３の推定回転子位置を選択して出力する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の回転電機の制御装置。
4. 前記位置推定手段は、
   前記回転電機の速度情報が前記第１の閾値より小さく、且つ、前記回転電機の磁気飽和情報が第２の閾値より大きく、且つ、前記磁気飽和情報が前記第３の閾値より小さい場合は、前記第１の推定回転子位置と前記第２の推定回転子位置とを合成することで得られる推定回転子位置を出力し、
   前記回転電機の速度情報が前記第１の閾値より大きく、且つ、前記回転電機の速度情報が前記第４の閾値より小さく、且つ、前記回転電機の磁気飽和情報が第２の閾値より小さい場合は、前記第１の推定回転子位置と前記第３の推定回転子位置とを合成することで得られる推定回転子位置を出力し、
   前記回転電機の速度情報が前記第１の閾値より大きく、且つ、前記回転電機の速度情報が前記第４の閾値より小さく、且つ、前記回転電機の磁気飽和情報が第３の閾値より大きい場合は、前記第２の推定回転子位置と前記第３の推定回転子位置とを合成することで得られる推定回転子位置を出力し、
   前記回転電機の速度情報が前記第１の閾値より大きく、且つ、前記回転電機の速度情報が前記第４の閾値より小さく、且つ、前記回転電機の磁気飽和情報が前記第２の閾値より大きく、且つ、前記回転電機の磁気飽和情報が前記第３の閾値より小さい場合は、前記第１の推定回転子位置と前記第２の推定回転子位置と前記第３の推定回転子位置とを合成することで得られる推定回転子位置を出力する
   ことを特徴とする請求項３に記載の回転電機の制御装置。
5. 前記第１の推定回転子位置、前記第２の推定回転子位置及び前記第３の推定回転子位置のうちの何れか１つが選択される場合、選択されない推定回転子位置の演算処理を行う構成部は動作を停止する
   ことを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の回転電機の制御装置。
6. 前記速度情報は、前記位置推定用電流から検出した回転子の突極性に基づく第１の推定速度と、前記位置推定用電流振幅の直流成分に基づく第２の推定速度と、前記回転電機電流及び前記鎖交磁束に基づく第３の推定速度とのうちの何れか１つである
   ことを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の回転電機の制御装置。
7. 前記第１の推定速度、前記第２の推定速度及び前記第３の推定速度のうちの何れか１つが使用される場合、使用されない推定速度の演算処理を行う構成部は動作を停止する
   ことを特徴とする請求項６に記載の回転電機の制御装置。
8. 前記位置推定手段は、前記第１の推定速度、前記第２の推定速度及び前記第３の推定速度の少なくとも２つを用いた加重平均値を前記速度情報として用いる
   ことを特徴とする請求項６に記載の回転電機の制御装置。
9. 前記位置推定手段は、前記回転電機の磁気飽和情報と前記速度情報に基づいて、前記第１の推定速度と前記第２の推定速度と前記第３の推定速度とを加重平均した推定速度を前記速度情報として用いる
   ことを特徴とする請求項６に記載の回転電機の制御装置。
10. 前記位置推定手段は、前記回転電機の磁気飽和情報に基づいて前記第１の推定速度と前記第２の推定速度とを加重平均した第４の推定速度を演算すると共に、前記速度情報に基づいて、前記第４の推定速度と前記第３の推定速度とを加重平均した第５の推定速度を演算し、前記第５の推定速度を前記速度情報として用いる
    ことを特徴とする請求項６に記載の回転電機の制御装置。
11. 前記磁気飽和情報は、前記回転電機に対するトルク指令値、前記トルク指令値のフィルタ出力値、前記回転電機の数学モデルにより得られる推定トルク、駆動電流を引数としたルックアップテーブルにより得られる推定トルク、前記回転電機に対する回転電機駆動電流指令、前記回転電機駆動電流指令のフィルタ出力値、及び前記駆動電流の周波数のうちの少なくとも１つである
    ことを特徴とする請求項１から１０の何れか１項に記載の回転電機の制御装置。
12. 前記磁気飽和情報は、前記位置推定用電流振幅の直流成分である
    ことを特徴とする請求項１から１０の何れか１項に記載の回転電機の制御装置。

Images