JP7199605B1 - 回転機制御装置 - Google Patents

Abstract

回転機制御装置は、突極性を有する回転子を備える回転機を、突極性による磁束ベクトルの位相以外の位相を制御位相とするベクトル制御によって制御する。回転機制御装置は、基本波交番電圧に高周波交番電圧を重畳させた交番電圧を固定子巻線に印加する電圧印加器と、固定子巻線に流れる交番電流を検出して電流検出値を出力する電流検出器と、制御位相推定値に基づいて座標変換された電流検出値が電流指令値に一致するように基本波交番電圧の指令値を調整する電流制御器（３３）と、回転子の突極性が作る磁束を表す磁束ベクトルの位相である突極位相の推定値である突極位相推定値を求める推定器と、突極位相推定値を制御位相推定値へ補正するための補正量を求め、突極位相推定値と補正量とに基づいて制御位相推定値を求める演算を行う制御位相演算器（３０２）と、を備える。回転機制御装置は、制御位相推定値を制御位相としてベクトル制御を行う。

Description

本開示は、回転機を制御する回転機制御装置に関する。

従来、回転機制御装置による制御の方法の１つであるベクトル制御では、回転機における回転子の位置を検出する位置センサが用いられていた。回転機の製造コストの低減、回転機の小型化、および回転機の信頼性の向上といった観点から、位置センサを用いることなく回転子の位置を検出するセンサレスベクトル制御の技術が開発されている。センサレスベクトル制御の方法としては、回転機の物理量を利用して回転子の位置を推定する第１の方法と、回転機に高周波交番電圧を印加して回転子の位置を推定する第２の方法とが知られている。

第１の方法では、回転機に高周波交番電圧を印加せずに、回転機に生じる誘起電圧または鎖交磁束といった物理量を推定することによって、回転子の位置を推定する。第１の方法は、物理量を推定するために十分な基本波周波数および基本波振幅の端子電圧が回転機に印加されている必要があることから、主に、回転機が高速域で回転している場合に用いられる。第１の方法では、推定される物理量を選択することによって、ベクトル制御における制御位相を選択することができる。制御位相は、回転子位置の基準とする位相である。

第２の方法では、突極性を有する回転機に、高周波交番電圧を重畳させた交番電圧を印加して、回転機に流れる高周波交番電流から突極性による磁束ベクトル位相を求める。以下、突極性による磁束ベクトルの位相、すなわち、回転子の突極が作る磁束を表す磁束ベクトルの位相を、突極位相と称する。突極位相は、インダクタンスが最大となる方向、または、インダクタンスが最小となる方向を表す。第２の方法では、突極位相に同期した磁極位置である回転子位置を求める。第２の方法は、回転機の端子電圧の基本波周波数および基本波振幅がごく小さい値をとる場合に用いることができることから、主に、回転機が停止している状態から、停止に近い低速域で回転機を回転させる場合に用いられる。

特許文献１には、回転機に高周波交番電圧を印加し、高周波交番電圧ベクトルに直交する方向に発生する交番電流ベクトルの振幅が「０」となるときの突極位相を求めることによって回転子位置を求める方法が開示されている。特許文献２には、磁気飽和による突極位相の変化を補正して回転子位置を求めることによって、磁気飽和の影響により回転子位置の推定結果に生じる誤差を低減する方法が開示されている。

特許第３３１２４７２号公報 特許第５７４５１０５号公報

特許文献１，２に開示されている従来の技術は、いずれも、高周波交番電圧を印加することによって生じる高周波交番電流の振幅が突極位相に同期して変化する特性を利用したものである。これらの従来の技術は、特に、低速域において高周波交番電圧を印加することによって位相推定を行う場合、推定する位相が突極位相に限られるため、突極位相を制御位相とするベクトル制御にしか適用することができない。このため、これらの従来の技術には、低速域において高周波交番電圧の重畳中から、突極位相以外の任意の制御位相を選択したベクトル制御を行うことができないという課題があった。また、これらの従来の技術では、高速域では突極位相以外の任意の制御位相を選択したベクトル制御を行う場合であっても、低速域では突極位相を制御位相とするベクトル制御を行わざるを得ない。この場合、低速域と高速域との間における速度変化の途中で制御手法の切り換えが必要となるため、回転機制御装置の処理が増加することとなる。さらに、高速域と低速域との各々のベクトル制御に合わせた二種類の制御ゲインを調整しておく必要があるため、調整工数も増加するという課題も生じていた。

本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、低速域において高周波交番電圧の重畳中から、突極位相以外の任意の制御位相を選択したベクトル制御を可能とする回転機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、本開示にかかる回転機制御装置は、突極性を有する回転子と固定子巻線を有する固定子とを備える回転機を、突極性による磁束ベクトルの位相以外の位相を制御位相とするベクトル制御によって制御する回転機制御装置である。本開示にかかる回転機制御装置は、基本波交番電圧に高周波交番電圧を重畳させた交番電圧を固定子巻線に印加する電圧印加器と、固定子巻線に流れる交番電流を検出して電流検出値を出力する電流検出器と、制御位相の推定値である制御位相推定値に基づいて座標変換された電流検出値が電流指令値に一致するように基本波交番電圧の指令値を調整する電流制御器と、回転子の突極性が作る磁束を表す磁束ベクトルの位相である突極位相の推定値である突極位相推定値を高周波交番電圧に基づいて求める推定器と、突極位相推定値を制御位相推定値へ補正するための補正量を求め、突極位相推定値と補正量とに基づいて制御位相推定値を求める演算を行う制御位相演算器と、を備える。本開示にかかる回転機制御装置は、制御位相推定値を制御位相としてベクトル制御を行う。

本開示にかかる回転機制御装置は、低速域において高周波交番電圧の重畳中から、突極位相以外の任意の制御位相を選択したベクトル制御が可能となるという効果を奏する。

実施の形態１にかかる回転機制御装置の構成例を示す図 実施の形態１における回転座標系の各軸の関係を説明するための図 実施の形態１にかかる回転機制御装置が有する制御器の構成例を示す図 実施の形態１にかかる回転機制御装置が有する推定器の構成例を示す図 実施の形態１にかかる回転機制御装置の推定器によって推定されるｄｒ軸と実際のｄｒ軸との関係について説明するための図 実施の形態２においてΔθ_{ｓ＿ｃｏｍｐ}の計測に用いられる回転機制御装置が有する制御器の構成例を示す図 図６に示す制御器が有する一次磁束演算器の構成例を示す図 実施の形態２において作成される第１のテーブルについて説明するための図 実施の形態２において作成される第２のテーブルについて説明するための図 実施の形態３にかかる回転機制御装置が有する制御器の構成例を示す図 実施の形態３にかかる回転機制御装置が有する推定器の構成例を示す図 実施の形態３にかかる回転機制御装置の制御対象における突極位相の変化量について説明するための図 実施の形態１から３にかかる回転機制御装置の電圧指令器を実現するハードウェアの構成例を示す図 実施の形態４にかかる回転機制御装置の構成例を示す図

以下に、実施の形態にかかる回転機制御装置を図面に基づいて詳細に説明する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１にかかる回転機制御装置２０の構成例を示す図である。回転機制御装置２０は、交流回転機である同期機２１を制御する。同期機２１は、突極性を有する回転子と固定子巻線を有する固定子とを備える。同期機２１の構成の詳細については図示を省略する。

実施の形態１では、一次磁束ベクトルの位相に制御位相を同期させる場合について説明する。すなわち、回転機制御装置２０は、一次磁束ベクトルを基準とするベクトル制御を行う。本明細書において、一次磁束とは、固定子が発生させる磁束である固定子磁束を表す。以下の説明において、固定座標系における二軸をα軸およびβ軸、回転座標系における二軸をｄ軸およびｑ軸と称する。ｄ軸は、回転子位置の基準である。

図２は、実施の形態１における回転座標系の各軸の関係を説明するための図である。一次磁束ベクトルφ_ｓの位相を用いて、一次磁束ベクトルφ_ｓの方向を基準のｄ軸とする回転座標系への座標変換を行った場合におけるｄ軸およびｑ軸を、それぞれｄｓ軸、ｑｓ軸と表す。ｄｓ軸は、一次磁束ベクトルφ_sの方向の軸である。ｑｓ軸は、一次磁束ベクトルφ_sに直交する方向の軸である。

突極性による磁束ベクトルの方向を基準のｄ軸とする回転座標系への座標変換を行った場合におけるｄ軸およびｑ軸を、それぞれｄｒ軸、ｑｒ軸と表す。ｄｒ軸は、突極性による磁束ベクトルの方向の軸である。ｄｒ軸には、インダクタンスが最大となる方向とインダクタンスが最小となる方向とのいずれか一方を選択することができる。ｑｒ軸は、突極性による磁束ベクトルに直交する方向の軸である。

界磁による磁束ベクトルの方向を基準のｄ軸とする回転座標系への座標変換を行った場合におけるｄ軸およびｑ軸を、それぞれｄｍｒ軸、ｑｍｒ軸と表す。ｄｍｒ軸は、界磁による磁束ベクトルの方向の軸である。インダクタンスが最小となる方向をｄｒ軸とし、かつ、磁気飽和が小さい場合には、ｄｍｒ軸は、ｄｒ軸と一致する。ｑｍｒ軸は、界磁による磁束ベクトルに直交する方向の軸である。

ここでは、回転機制御装置２０の制御対象として、界磁を持つ回転子を有する同期機２１を想定しているが、回転機制御装置２０の制御対象は、界磁を持たない回転子を有する同期機２１、例えばリラクタンス型同期機であっても良い。界磁を持たない回転子を有する同期機２１では、磁気飽和が小さい場合のｄｒ軸がｄｍｒ軸である。また、ｄｍｒ軸は、ｄｒ軸に合わせて、インダクタンスが最大となる方向の軸とインダクタンスが最小となる方向の軸とのいずれか一方となる。本明細書において、回転子が界磁を持つ場合についての説明は、回転子が界磁を持たない場合にも適用可能であるものとする。なお、Δθ_{ｓ＿ｃｏｍｐ}については後述する。

図１に示す回転機制御装置２０は、電圧指令値ｖ_ｕｓ ^＊，ｖ_ｖｓ ^＊，ｖ_ｗｓ ^＊を出力する電圧指令器１０と、同期機２１へ電力を供給する電力変換器１１と、同期機２１に流れる交番電流を検出して電流検出値ｉ_ｕｓ，ｉ_ｖｓ，ｉ_ｗｓを出力する電流検出器１２とを有する。電圧指令値ｖ_ｕｓ ^＊，ｖ_ｖｓ ^＊，ｖ_ｗｓ ^＊は、同期機２１を駆動するための固定子電圧の指令値である。電圧指令器１０は、電流検出値ｉ_ｕｓ，ｉ_ｖｓ，ｉ_ｗｓに基づいて、電圧指令値ｖ_ｕｓ ^＊，ｖ_ｖｓ ^＊，ｖ_ｗｓ ^＊を求める。電力変換器１１は、基本波交番電圧に高周波交番電圧を重畳させた交番電圧を固定子巻線に印加する電圧印加器として機能する。

電圧指令器１０は、電圧指令値ｖ_ｕｓ ^＊，ｖ_ｖｓ ^＊，ｖ_ｗｓ ^＊を生成する制御器１と、位相および角周波数を推定する推定器２とを有する。推定器２は、位相推定値θ＾_ｒと角周波数推定値ω＾_ｒとを求める。位相推定値θ＾_ｒは、ｄｒ軸の位相の推定値である。位相推定値θ＾_ｒは、突極位相の推定値である。以下、突極位相の推定値を、突極位相推定値と称する。角周波数推定値ω＾_ｒは、ｄｒ軸における角周波数の推定値であって、突極性による磁束ベクトルの角周波数の推定値である。「＾」が付された変数は、推定値を表す。推定器２から出力された位相推定値θ＾_ｒと、推定器２から出力された角周波数推定値ω＾_ｒとは、制御器１へ入力される。

図３は、実施の形態１にかかる回転機制御装置２０が有する制御器１の構成例を示す図である。制御器１は、三相ｄｑ変換器３１と、ｄｑ三相変換器３２ａ，３２ｂと、電流制御器３３と、速度制御器３４と、高周波電圧指令器３５と、ベクトル制御量演算器３６とを有する。

三相ｄｑ変換器３１には、電流検出値ｉ_ｕｓ，ｉ_ｖｓ，ｉ_ｗｓと位相推定値θ＾_ｓとが入力される。位相推定値θ＾_ｓは、ｄｓ軸の位相の推定値、すなわち一次磁束ベクトルの位相の推定値であって、制御位相の推定値である。以下、制御位相の推定値を、制御位相推定値と称する。三相ｄｑ変換器３１は、位相推定値θ＾_ｓを用いた座標変換によって、三相の電流検出値ｉ_ｕｓ，ｉ_ｖｓ，ｉ_ｗｓをｄｓ軸上の電流検出値ｉ_ｄｓおよびｑｓ軸上の電流検出値ｉ_ｑｓへ変換する。三相ｄｑ変換器３１は、電流検出値ｉ_ｄｓ，ｉ_ｑｓを出力する。

電流制御器３３には、電流検出値ｉ_ｄｓ，ｉ_ｑｓと電流指令値ｉ_ｄｓ ^＊，ｉ_ｑｓ ^＊とが入力される。電流指令値ｉ_ｄｓ ^＊，ｉ_ｑｓ ^＊は、同期機２１の駆動に必要なトルクを出力するための固定子電流の指令値である。電流指令値ｉ_ｄｓ ^＊は、ｄｓ軸上の電流指令値である。電流指令値ｉ_ｑｓ ^＊は、ｑｓ軸上の電流指令値である。電流制御器３３は、電流検出値ｉ_ｄｓが電流指令値ｉ_ｄｓ ^＊に一致し、かつ電流検出値ｉ_ｑｓが電流指令値ｉ_ｑｓ ^＊に一致するような電圧指令値ｖ_ｄｓ ^＊，ｖ_ｑｓ ^＊を求める。電圧指令値ｖ_ｄｓ ^＊，ｖ_ｑｓ ^＊は、基本波交番電圧の指令値である。電圧指令値ｖ_ｄｓ ^＊は、ｄｓ軸上の電圧指令値である。電圧指令値ｖ_ｑｓ ^＊は、ｑｓ軸上の電圧指令値である。電流制御器３３は、電圧指令値ｖ_ｄｓ ^＊，ｖ_ｑｓ ^＊を出力する。すなわち、電流制御器３３は、電流検出値ｉ_ｄｓ，ｉ_ｑｓが電流指令値ｉ_ｄｓ ^＊，ｉ_ｑｓ ^＊に一致するように電圧指令値ｖ_ｄｓ ^＊，ｖ_ｑｓ ^＊を調整する。

高周波電圧指令器３５によって指令された高周波交番電圧が同期機２１に印加されることによって、電流検出値ｉ_ｄｓ，ｉ_ｑｓには、角周波数の高周波交番成分が含まれる。ベクトル制御は、電流検出値ｉ_ｄｓ，ｉ_ｑｓのうち基本波交番成分、すなわちｄｑ軸への座標変換後の直流成分を制御するものである。このため、制御器１は、角周波数ω_ｈと同じ周波数成分を電流検出値ｉ_ｄｓ，ｉ_ｑｓから除去する構成を取っても良い。角周波数ω_ｈと同じ周波数成分の除去には、例えば、後述する式（９）により表されるノッチフィルタを用いることができる。

ｄｑ三相変換器３２ａには、電圧指令値ｖ_ｄｓ ^＊，ｖ_ｑｓ ^＊と位相推定値θ＾_ｓとが入力される。ｄｑ三相変換器３２ａは、位相推定値θ＾_ｓを用いた座標変換によって、電圧指令値ｖ_ｄｓ ^＊，ｖ_ｑｓ ^＊を三相の電圧指令値ｖ_ｕｓｎ ^＊，ｖ_ｖｓｎ ^＊，ｖ_ｗｓｎ ^＊へ変換する。ｄｑ三相変換器３２ａは、電圧指令値ｖ_ｕｓｎ ^＊，ｖ_ｖｓｎ ^＊，ｖ_ｗｓｎ ^＊を出力する。

速度制御器３４には、速度指令値である角周波数指令値ω^＊と速度推定値である角周波数推定値ω＾_ｒとが入力される。速度制御器３４は、角周波数推定値ω＾_ｒが角周波数指令値ω^＊に一致するような電流指令値ｉ_ｑｓ ^＊を求める。速度制御器３４は、電流指令値ｉ_ｑｓ ^＊を出力する。すなわち、速度制御器３４は、角周波数推定値ω＾_ｒが角周波数指令値ω^＊に一致するように電流指令値ｉ_ｑｓ ^＊を調整する。

ここでは、同期機２１の速度を制御する要素である速度制御器３４を有する構成例を示したが、回転機制御装置２０は、速度制御器３４を有するものに限られない。回転機制御装置２０は、同期機２１の速度によらず同期機２１のトルクを制御する構成を取っても良い。当該構成としては、例えば、速度制御器３４を有さずに、電流指令値ｉ_ｑｓ ^＊を電流制御器３３に直接入力することで、同期機２１の速度によらず電流指令値ｉ_ｑｓ ^＊に応じたトルクを同期機２１に出力させるよう同期機２１のトルク制御を行う構成などが挙げられる。

高周波電圧指令器３５は、高周波交番電圧の任意に設定された振幅ｖ_ｈと、高周波交番電圧の任意に設定された角周波数ω_ｈとに基づいて、電圧指令値ｖ_ｄｒｈ ^＊，ｖ_ｑｒｈ ^＊を求める。電圧指令値ｖ_ｄｒｈ ^＊，ｖ_ｑｒｈ ^＊は、高周波交番電圧の指令値である。電圧指令値ｖ_ｄｒｈ ^＊は、ｄｒ軸上の電圧指令値である。電圧指令値ｖ_ｑｒｈ ^＊は、ｑｒ軸上の電圧指令値である。高周波電圧指令器３５は、電圧指令値ｖ_ｄｒｈ ^＊，ｖ_ｑｒｈ ^＊を出力する。実施の形態１では、電圧指令値ｖ_ｄｒｈ ^＊，ｖ_ｑｒｈ ^＊は、それぞれｖ_ｄｒｈ ^＊＝ｖ_ｈｓｉｎ（ω_ｈ・ｔ），ｖ_ｑｒｈ ^＊＝０を満たす。すなわち、回転機制御装置２０は、ｄｒ軸方向およびｑｒ軸方向のうちｄｒ軸方向にのみ高周波交番電圧を印加する。ｔは時間を表す。

ｄｑ三相変換器３２ｂには、電圧指令値ｖ_ｄｒｈ ^＊，ｖ_ｑｒｈ ^＊と位相推定値θ＾_ｒとが入力される。ｄｑ三相変換器３２ｂは、位相推定値θ＾_ｒを用いた座標変換によって、電圧指令値ｖ_ｄｒｈ ^＊，ｖ_ｑｒｈ ^＊を三相の電圧指令値ｖ_ｕｒｈ ^＊，ｖ_ｖｒｈ ^＊，ｖ_ｗｒｈ ^＊へ変換する。ｄｑ三相変換器３２ｂは、電圧指令値ｖ_ｕｒｈ ^＊，ｖ_ｖｒｈ ^＊，ｖ_ｗｒｈ ^＊を出力する。回転機制御装置２０は、電圧指令値ｖ_ｕｓｎ ^＊，ｖ_ｖｓｎ ^＊，ｖ_ｗｓｎ ^＊に電圧指令値ｖ_ｕｒｈ ^＊，ｖ_ｖｒｈ ^＊，ｖ_ｗｒｈ ^＊を足し合わせた結果である電圧指令値ｖ_ｕｓ ^＊，ｖ_ｖｓ ^＊，ｖ_ｗｓ ^＊を出力する。

ベクトル制御量演算器３６は、任意の制御位相を基準とするベクトル制御を行うために、同期機２１の出力トルクに応じてその制御方式において必要となる励磁電流指令と制御位相とを求める機能を有する。ベクトル制御量演算器３６は、励磁電流の指令値を生成する励磁電流指令器３０１と、制御位相を求める制御位相演算器３０２とを有する。励磁電流は、一次磁束を発生させる電流であって、ｄｓ軸上の電流である。

励磁電流指令器３０１には、磁束指令値｜φ_ｓ ^＊｜と電流指令値ｉ_ｑｓ ^＊とが入力される。磁束指令値｜φ_ｓ ^＊｜は、一次磁束ベクトルφ_ｓの振幅｜φ_ｓ｜の指令値であって、あらかじめ設定される。励磁電流指令器３０１は、一次磁束ベクトルφ_ｓの振幅｜φ_ｓ｜の値を保つために必要な磁束指令値｜φ_ｓ ^＊｜、電流指令値ｉ_ｑｓ ^＊および電流指令値ｉ_ｄｓ ^＊を対応付けたテーブルである第１のテーブルを有する。

励磁電流指令器３０１は、第１のテーブルを参照することによって、入力された磁束指令値｜φ_ｓ ^＊｜と入力された電流指令値ｉ_ｑｓ ^＊とに対応する電流指令値ｉ_ｄｓ ^＊を算出する。すなわち、励磁電流指令器３０１は、入力された磁束指令値｜φ_ｓ ^＊｜と入力された電流指令値ｉ_ｑｓ ^＊に従って一次磁束ベクトルφ_ｓの振幅｜φ_ｓ｜の値を保つように電流指令値ｉ_ｄｓ ^＊を調整する。励磁電流指令器３０１は、電流指令値ｉ_ｄｓ ^＊を出力する。

制御位相演算器３０２には、位相推定値θ＾_ｒと、磁束指令値｜φ_ｓ ^＊｜と、電流指令値ｉ_ｑｓ ^＊とが入力される。制御位相演算器３０２は、位相推定値θ＾_ｒを制御位相へ補正するための補正量であるΔθ_{ｓ＿ｃｏｍｐ}を求め、位相推定値θ＾_ｒとΔθ_{ｓ＿ｃｏｍｐ}とに基づいて、制御位相推定値である位相推定値θ＾_ｓを求める演算を行う。

Δθ_{ｓ＿ｃｏｍｐ}は、位相推定値θ＾_ｒを位相推定値θ＾_ｓへ補正するための補正量であって、同期機２１の出力トルクに応じて必要となる補正量である。図２に示すように、Δθ_{ｓ＿ｃｏｍｐ}は、突極性による磁束ベクトルの方向の軸であるｄｒ軸と、一次磁束ベクトルの方向の軸であるｄｓ軸との間の角度を表す。

制御位相演算器３０２は、磁束指令値｜φ_ｓ ^＊｜と、電流指令値ｉ_ｑｓ ^＊と、Δθ_{ｓ＿ｃｏｍｐ}とを対応付けたテーブルである第２のテーブルを有する。制御位相演算器３０２は、第２のテーブルを参照することによって、入力された磁束指令値｜φ_ｓ ^＊｜と入力された電流指令値ｉ_ｑｓ ^＊とに対応するΔθ_{ｓ＿ｃｏｍｐ}を算出する。すなわち、制御位相演算器３０２は、入力された磁束指令値｜φ_ｓ ^＊｜と入力された電流指令値ｉ_ｑｓ ^＊とに従って、Δθ_{ｓ＿ｃｏｍｐ}を調整する。

制御位相演算器３０２は、次の式（１）に示すように、位相推定値θ＾_ｒにΔθ_{ｓ＿ｃｏｍｐ}を足し合わせる補正を行うことによって、制御位相推定値である位相推定値θ＾_ｓを算出する。制御位相演算器３０２は、位相推定値θ＾_ｓを出力する。

ここでは、一次磁束ベクトルを基準とするベクトル制御が行われることから、制御位相演算器３０２が、Δθ_{ｓ＿ｃｏｍｐ}の算出において磁束指令値｜φ_ｓ ^＊｜を用いる例を説明した。第２のテーブルは、磁束指令値｜φ_ｓ ^＊｜と、電流指令値ｉ_ｑｓ ^＊と、Δθ_{ｓ＿ｃｏｍｐ}とを対応付けたテーブルに限られず、電流指令値ｉ_ｄｓ ^＊と、電流指令値ｉ_ｑｓ ^＊と、Δθ_{ｓ＿ｃｏｍｐ}とを対応付けたテーブルであっても良い。この場合、制御位相演算器３０２は、第２のテーブルを参照することによって、入力された電流指令値ｉ_ｄｓ ^＊と入力された電流指令値ｉ_ｑｓ ^＊とに対応するΔθ_{ｓ＿ｃｏｍｐ}を算出する。

図４は、実施の形態１にかかる回転機制御装置２０が有する推定器２の構成例を示す図である。推定器２は、高周波交番電圧に基づいてｄｒ軸の位相の推定値である位相推定値θ＾_ｒを求める。

ここで、高周波交番電圧に基づいてｄｒ軸の位相を推定する方法について説明する。以下では、便宜上、ｄｒ軸はｄｍｒ軸に一致するものとみなし、演算にはＬ_ｄ，Ｌ_ｑの各パラメータが用いられる。Ｌ_ｄは、ｄｍｒ軸成分のインダクタンスを表す。Ｌ_ｑは、ｑｍｒ軸成分のインダクタンスを表す。Ｌ_ｄ，Ｌ_ｑの詳細なデータは、あらかじめ行われる解析または計測によって取得される。

図５は、実施の形態１にかかる回転機制御装置２０の推定器２によって推定されるｄｒ軸と実際のｄｒ軸との関係について説明するための図である。ｄ＾ｒ軸は、推定器２において推定されたｄｒ軸とする。ｑ＾ｒ軸は、ｄ＾ｒ軸に直交する軸である。ｄ＾ｒ軸は、定常的にはｄｒ軸と一致する。ただし、瞬時的に、ｄｒ軸の位相とｄ＾ｒ軸の位相との差分であるΔθが生じる。Δθは、瞬時的に生じる誤差ともいえる。

同期機２１に高周波交番電圧ｖ_ｄｒｈ，ｖ_ｑｒｈを印加した場合における電圧方程式は、次の式（２）により表される。ｖ_ｄｒｈは、ｄｒ軸上の高周波交番電圧である。ｖ_ｑｒｈは、ｑｒ軸上の高周波交番電圧である。Ｒ_ｓは一次相抵抗、ω_ｒはｄｒ軸の方向における角周波数、φ_ｒは回転子の界磁がなす鎖交磁束ベクトルの振幅を表す。ｐは微分演算子である。

ここでは、回転子に界磁を持つ同期機２１を想定して、鎖交磁束ベクトルの振幅を示すφ_ｒが式（２）に使用されている。同期機２１が、回転子に界磁を持たないリラクタンス型同期機である場合も、φ_ｒ＝０とすることにより、回転子に界磁を持つ場合と同様の理論が成り立つ。

高周波交番電圧に基づいてｄｒ軸の位相を推定する際には、停止に近い低速域で同期機２１を回転させることから、ω_ｒ≒０と仮定する。この場合、式（２）から、次の式（３）が成り立つ。

式（３）の右辺第二項は、高周波交番電流の微分を含む。高周波交番電流の微分は、高周波交番電圧の角周波数倍、すなわちω_ｈ倍されることから、右辺第二項は、右辺第一項に比べて非常に大きな値となる。よって、式（３）における右辺第一項を無視することで、次の式（４）が得られる。

ｖ_ｄｒｈ＝ｖ_ｄｒｈ ^＊＝ｖ_ｈｓｉｎ（ω_ｈ・ｔ）、およびｖ_ｑｒｈ＝ｖ_ｑｒｈ ^＊＝０である高周波交番電圧を同期機２１に印加するものとして、式（４）から、次の式（５）が成り立つ。

式（５）の両辺を積分することによって、高周波交番電流ｉ_ｄｒｈ，ｉ_ｑｒｈは、次の式（６）により表される。

式（６）から、高周波交番電流ｉ_ｑｒｈの振幅｜ｉ_ｑｒｈ｜を表す次の式（７）を得ることができる。

Δθは、瞬時的に生じることから微小値とする。この場合、ｓｉｎΔθ≒Δθとみなせる。式（７）から、Δθを表す次の式（８）を得ることができる。なお、Ｋについては後述する。

式（８）によると、振幅｜ｉ_ｑｒｈ｜が「０」であるとき、Δθも「０」となる。このことから、振幅｜ｉ_ｑｒｈ｜の信号を誤差Δθと等価な信号とみなし、振幅｜ｉ_ｑｒｈ｜を「０」に収束させるようなＰＬＬ（Phase Locked Loop）構成を推定器２に設けることによって、ｄ＾ｒ軸の位相をｄｒ軸の位相に一致させることが可能となる。

以上を踏まえて、図４に示す推定器２の構成および動作を説明する。推定器２は、三相ｄｑ変換器４１と、電流フィルタリング器４２と、高周波電流振幅演算器４３と、高周波位相速度演算器４４と、を有する。

三相ｄｑ変換器４１には、電流検出値ｉ_ｕｓ，ｉ_ｖｓ，ｉ_ｗｓと位相推定値θ＾_ｒとが入力される。三相ｄｑ変換器４１は、位相推定値θ＾_ｒを用いて三相の電流検出値ｉ_ｕｓ，ｉ_ｖｓ，ｉ_ｗｓの座標変換を行う。三相ｄｑ変換器４１は、座標変換によって得られたｑｒ軸上の電流検出値ｉ_ｑｒを出力する。

電流フィルタリング器４２には、電流検出値ｉ_ｑｒが入力される。電流フィルタリング器４２は、電流検出値ｉ_ｑｒから、高周波交番電圧の角周波数ω_ｈと同じ周波数成分である高周波成分を抽出することによって、ｑｒ軸上の高周波交番電流ｉ_ｑｒｈの値を求める。

高周波成分の抽出には、バンドパスフィルタといった、任意のフィルタリング手段を用いることができる。図４に示すノッチ（Notch）フィルタは、フィルタリング手段の一例である。ノッチフィルタは、角周波数ω_ｈと同じ周波数成分を電流検出値ｉ_ｑｒから除去する。電流フィルタリング器４２は、電流検出値ｉ_ｑｒのフィルタリングを行うノッチフィルタを有する。電流フィルタリング器４２は、ノッチフィルタによるフィルタリング後の電流を示す電流フィルタ値ｉ_ｑｒｎを電流検出値ｉ_ｑｒから差し引くことによって、高周波交番電流ｉ_ｑｒｈの値を求める。電流フィルタリング器４２は、高周波交番電流ｉ_ｑｒｈの値を出力する。

ノッチフィルタの伝達関数Ｈ（ｓ）は、次の式（９）により表される。ｓはラプラス演算子である。ｑｘはノッチフィルタの深さを表す。

高周波電流振幅演算器４３には、高周波交番電流ｉ_ｑｒｈの値が入力される。高周波電流振幅演算器４３は、高周波交番電流ｉ_ｑｒｈの値から、高周波交番電流ｉ_ｑｒｈの振幅｜ｉ_ｑｒｈ｜の値を求める。高周波電流振幅演算器４３は、振幅｜ｉ_ｑｒｈ｜の値を出力する。振幅｜ｉ_ｑｒｈ｜の値の算出には、任意の演算方法を用いることができる。例えば、高周波電流振幅演算器４３は、次の式（１０）に示されるような、自己相関による演算を用いて、振幅｜ｉ_ｑｒｈ｜の値を算出する。なお、Ｔは、高周波交番電流ｉ_ｑｒｈの周期である。

高周波位相速度演算器４４には、振幅｜ｉ_ｑｒｈ｜の値と、振幅｜ｉ_ｑｒｈ｜の目標値｜ｉ_ｑｒｈ ^＊｜とが入力される。高周波位相速度演算器４４は、振幅｜ｉ_ｑｒｈ｜の値を目標値｜ｉ_ｑｒｈ ^＊｜に収束させることによりｄｒ軸の位相を推定するＰＬＬである。実施の形態１において、目標値｜ｉ_ｑｒｈ ^＊｜は「０」である。すなわち、高周波位相速度演算器４４は、振幅｜ｉ_ｑｒｈ｜の値を「０」に収束させる演算を行う。実施の形態１では、ＰＬＬとして、比例積分（Proportional Integral：ＰＩ）制御器を用いる。

高周波位相速度演算器４４は、次の式（１１）に示す演算によって、角周波数推定値ω＾_ｒと位相推定値θ＾_ｒとを求める。高周波位相速度演算器４４は、角周波数推定値ω＾_ｒと位相推定値θ＾_ｒとを出力する。

Ｋ_ｐは、比例制御における比例ゲインである。Ｋ_ｉは、積分制御における積分ゲインである。Ｋは、式（８）に示される値である。Ｋには、Ｌ_ｄ，Ｌ_ｑの各パラメータが含まれる。式（１１）によると、Ｋは、Ｋ_ｐの一部とみなすことができる。このため、Ｌ_ｄ，Ｌ_ｑのデータに誤差が含まれていたとしても、位相推定値θ＾_ｒを得るまでのＰＩ制御の応答に変化が生じるだけとなる。高周波位相速度演算器４４は、ＰＬＬの応答特性に余裕を持たせることで、Ｌ_ｄ，Ｌ_ｑのデータの誤差を吸収することができる。したがって、実施の形態１では、Ｌ_ｄ，Ｌ_ｑについて必ずしも詳細なデータを必要とするものではない。なお、角周波数推定値ω＾_ｒと位相推定値θ＾_ｒとを求める方法は、実施の形態１で説明する方法に限られず、任意であるものとする。

回転機制御装置２０は、上記の構成によって、Ｌ_ｄ，Ｌ_ｑといったパラメータのデータによらず、高周波交番電圧の重畳中に位相推定値θ＾_ｒを位相推定値θ＾_ｓへ補正することで、位相推定値θ＾_ｓを得ることができる。これにより、回転機制御装置２０は、一次磁束ベクトルの位相に制御位相を同期させるベクトル制御を行うことができる。

ベクトル制御量演算器３６の構成は、制御位相の設定に従って、適宜変更可能であるものとする。すなわち、ベクトル制御量演算器３６の設定は、回転機制御装置２０によって実現されるベクトル制御の種類に合わせた設定とすることができる。ベクトル制御量演算器３６に入力される信号は、ベクトル制御量演算器３６において設定されるテーブルのデータに合わせた信号とすることができる。

一次磁束ベクトルの位相に制御位相を同期させるベクトル制御を行う場合の例を説明してきたが、回転機制御装置２０は、一次磁束ベクトルの位相以外の位相に制御位相を同期させるベクトル制御を行うこととしても良い。例えば、回転機制御装置２０は、最大トルク制御時の電流ベクトルに制御位相を同期させるベクトル制御を行うこととしても良い。ここで、回転機制御装置２０が、最大トルク制御時の電流ベクトルに制御位相を同期させるベクトル制御を行う場合について説明する。最大トルク制御時の電流ベクトルに制御位相を同期させるベクトル制御については、「比田一、富樫仁夫、岸本圭司、最大トルク制御軸に基づく永久磁石同期モータの位置センサレスベクトル制御、電気学会論文誌Ｄ、Ｖｏｌ．１２７、Ｎｏ．１２、ｐｐ．１１９０－１１９６、２００７」に説明されている。以下、同文献を非特許文献１と称する。

最大トルク制御時の電流ベクトルに制御位相を同期させるベクトル制御を行う場合は、励磁電流指令器３０１による電流指令値ｉ_ｄｓ ^＊の出力は「０」に設定される。また、非特許文献１の図１に示されるΔθ_ｍに相当する値が、電流指令値ｉ_ｄｓ ^＊および電流指令値ｉ_ｑｓ ^＊とともにあらかじめ取得され、これらの各値を対応付けた第２のテーブルが制御位相演算器３０２に設定される。上述するように、電流指令値ｉ_ｄｓ ^＊は「０」である。Δθ_ｍは、推定軸と最大トルク制御軸との軸誤差である。推定軸は、回転する座標軸であって、非特許文献１に示されるγ－δ座標軸である。最大トルク制御軸は、最大トルク制御時の電流ベクトルと一致する軸と最大トルク制御時の電流ベクトルの直交方向と一致する軸との二軸であって、非特許文献１に示されるｄｍ－ｑｍ座標軸である。このように、制御位相が最大トルク制御時の電流ベクトルに同期する場合、制御位相演算器３０２は、電流指令値ｉ_ｄｓ ^＊，ｉ_ｑｓ ^＊に基づいて、補正量であるΔθ_ｍを算出する。具体的には、制御位相演算器３０２は、電流指令値ｉ_ｄｓ ^＊，ｉ_ｑｓ ^＊とΔθ_ｍとを互いに対応付けて保持するテーブルである第２のテーブルを参照することによってΔθ_ｍを算出する。

実施の形態１によると、回転機制御装置２０は、突極位相推定値である位相推定値θ＾_ｒを制御位相推定値である位相推定値θ＾_ｓへ補正するための補正量であるΔθ_{ｓ＿ｃｏｍｐ}を求め、位相推定値θ＾_ｒとΔθ_{ｓ＿ｃｏｍｐ}とに基づいて位相推定値θ＾_ｓを求める演算を行う。これにより、回転機制御装置２０は、停止に近い低速域において高周波交番電圧の重畳中から、突極位相以外の任意の制御位相を選択したベクトル制御が可能となるという効果を奏する。さらに、低速域と高速域との間における速度変化の途中における制御手法の切換が不要となるため、２つの制御系の各々に合わせた制御パラメータを用意する必要が無くなる。これにより、回転機制御装置２０は、処理の低減が可能となる。また、回転機制御装置２０は、２つの制御系の各々に合わせた制御パラメータの調整が不要となるため、調整工数の低減も可能となる。

実施の形態２．
実施の形態２では、実施の形態１における補正量であるΔθ_{ｓ＿ｃｏｍｐ}を計測する方法の一例を説明する。実施の形態２では、回転子位置を検出するための高周波交番電圧の重畳を必要としない任意の位相を制御位相とするベクトル制御が行われ、同期機２１を低速域にまで減速させたときに、高周波交番電圧の重畳により位相推定値θ＾_ｓ，θ＾_ｒおよび電流指令値ｉ_ｄｓ ^＊が計測される。実施の形態２では、一次磁束ベクトルφ_ｓの位相に制御位相を同期させる。

図６は、実施の形態２においてΔθ_{ｓ＿ｃｏｍｐ}の計測に用いられる回転機制御装置２０が有する制御器１Ａの構成例を示す図である。Δθ_{ｓ＿ｃｏｍｐ}の計測に用いられる回転機制御装置２０のうち制御器１Ａ以外の構成は、実施の形態１にかかる回転機制御装置２０と同様である。実施の形態２では、上記の実施の形態１と同一の構成要素には同一の符号を付し、実施の形態１とは異なる構成について主に説明する。

制御器１Ａは、図１に示すベクトル制御量演算器３６とは異なる構成のベクトル制御量演算器３６Ａを有する。ベクトル制御量演算器３６Ａは、励磁電流指令器３０１Ａと、一次磁束演算器３０３と、データ取得器３０４とを有する。ベクトル制御量演算器３６Ａは、高速域においてテーブルの参照によらずに任意の制御位相によるベクトル制御を行うための励磁電流指令と制御位相とを算出する機能を有する。

実施の形態２において、速度制御器３４には、速度推定値として、一次磁束演算器３０３が出力する角周波数推定値ω＾_sが入力される。ここでは、実施の形態１と同様に、同期機２１の速度を制御する要素である速度制御器３４を有する構成例を示しているが、回転機制御装置２０は、速度制御器３４を有するものに限られない。回転機制御装置２０は、同期機２１の速度によらず同期機２１のトルクを制御する構成を取っても良い。当該構成としては、例えば、速度制御器３４を有さずに、電流指令値ｉ_ｑｓ ^＊を電流制御器３３に直接入力することで、同期機２１の速度によらず電流指令値ｉ_ｑｓ ^＊に応じたトルクを同期機２１に出力させるよう同期機２１のトルク制御を行う構成などが挙げられる。

同期機２１の一次電圧ｖ_ｄｓ，ｖ_ｑｓは、次の式（１２）により表される。一次電圧ｖ_ｄｓは、ｄｓ軸上の一次電圧である。一次電圧ｖ_ｑｓは、ｑｓ軸上の一次電圧である。式（１２）において、φ_ｄｓはｄｓ軸上の一次磁束、φ_ｑｓはｑｓ軸上の一次磁束、ｉ_ｄｓはｄｓ軸上の一次電流、ｉ_ｑｓはｑｓ軸上の一次電流である。

制御位相が一次磁束ベクトルφ_ｓの位相に同期している場合は、φ_ｑｓ＝０である。このため、一次磁束ベクトルφ_ｓの振幅｜φ_ｓ｜は、ｄｓ軸上の一次磁束φ_ｄｓに等しい。一次磁束ベクトルφ_ｓの振幅｜φ_ｓ｜は、次の式（１３）により表される。

一次磁束ベクトルφ_ｓの角周波数ω_ｓは、次の式（１４）により表される。

一次磁束ベクトルφ_ｓの位相θ_ｓは、次の式（１５）により表される。

図７は、図６に示す制御器１Ａが有する一次磁束演算器３０３の構成例を示す図である。一次磁束演算器３０３には、電圧指令値ｖ_ｄｓ ^＊，ｖ_ｑｓ ^＊と電流検出値ｉ_ｄｓ，ｉ_ｑｓとが入力される。一次磁束演算器３０３は、図７に示す構成によって式（１３）－（１５）に示される演算を行い、振幅｜φ_ｓ｜の推定値である磁束推定値｜φ＾_ｓ｜と、角周波数ω_ｓの推定値である角周波数推定値ω＾_ｓと、位相θ_ｓの推定値である位相推定値θ＾_ｓとを算出する。一次磁束演算器３０３は、磁束推定値｜φ＾_ｓ｜、角周波数推定値ω＾_ｓおよび位相推定値θ＾_ｓを出力する。

一次磁束演算器３０３は、低速域での同期機２１の駆動に鑑みて、カットオフ角周波数ω_ｃ［ｒａｄ／ｓ］を持つハイパスフィルタが組み合わされた一次遅れフィルタを、式（１３）の積分演算に用いても良い。カットオフ角周波数ω_ｃの値は、０よりも大きい。一次磁束演算器３０３は、一次遅れフィルタを用いることによって、カットオフ角周波数ω_ｃよりも低い帯域のノイズが積分されることを防止できる。これにより、回転機制御装置２０は、低速域での同期機２１の駆動の安定性を向上させることができる。

励磁電流指令器３０１Ａには、磁束推定値｜φ＾_ｓ｜と、あらかじめ設定された磁束指令値｜φ_ｓ ^＊｜とが入力される。励磁電流指令器３０１Ａは、磁束推定値｜φ＾_ｓ｜が磁束指令値｜φ_ｓ ^＊｜に一致するような電流指令値ｉ_ｄｓ ^＊を求める。すなわち、励磁電流指令器３０１Ａは、設定された磁束指令値｜φ_ｓ ^＊｜に磁束推定値｜φ＾_ｓ｜が一致するように電流指令値ｉ_ｄｓ ^＊を調整する。励磁電流指令器３０１Ａは、電流指令値ｉ_ｄｓ ^＊を出力する。回転機制御装置２０は、制御器１Ａを用いて、一次磁束ベクトルφ_ｓの位相に制御位相を同期させるベクトル制御を行う。なお、一次磁束ベクトルφ_ｓの位相に制御位相を同期させるベクトル制御の方法は、実施の形態２で説明する方法に限られず、任意であるものとする。

ここで、低速域にまで同期機２１を減速させたときにおける制御器１Ａの動作について説明する。以下に説明する制御器１Ａの動作は、同期機２１を低速域にて駆動させ、かつ回転機制御装置２０の動作が安定している状態であるときにおける動作とする。

データ取得器３０４には、電流指令値ｉ_ｄｓ ^＊，ｉ_ｑｓ ^＊と、位相推定値θ＾_ｓ，θ＾_ｒと、磁束指令値｜φ_ｓ ^＊｜とが入力される。データ取得器３０４は、電流指令値ｉ_ｄｓ ^＊と、電流指令値ｉ_ｑｓ ^＊と、磁束指令値｜φ_ｓ ^＊｜とを互いに対応付けて記憶する。これにより、制御器１Ａは、磁束指令値｜φ_ｓ ^＊｜、電流指令値ｉ_ｑｓ ^＊および電流指令値ｉ_ｄｓ ^＊を対応付けた第１のテーブルを作成する。

図８は、実施の形態２において作成される第１のテーブルについて説明するための図である。図８には、第１のテーブルに格納されるデータの例を示す。図８において、ｉ_ｑｓ［１］，・・・，ｉ_ｑｓ［ｎ］の各々は、データ取得器３０４へ入力された電流指令値ｉ_ｑｓ ^＊を表す。φ_ｓ［１］，・・・，φ_ｓ［ｎ］の各々は、データ取得器３０４へ入力された磁束指令値｜φ_ｓ ^＊｜を表す。ｉ_ｄｓ（ｉ_ｑｓ［１］，φ_ｓ［１］），・・・，ｉ_ｄｓ（ｉ_ｑｓ［１］，φ_ｓ［ｎ］），・・・，ｉ_ｄｓ（ｉ_ｑｓ［ｎ］，φ_ｓ［１］），・・・，ｉ_ｄｓ（ｉ_ｑｓ［ｎ］，φ_ｓ［ｎ］）は、データ取得器３０４へ入力された電流指令値ｉ_ｑｓ ^＊をｉ_ｑｓ［１］，・・・，ｉ_ｑｓ［ｎ］およびφ_ｓ［１］，・・・，φ_ｓ［ｎ］に対応付けたデータを表す。ｎは２以上の整数である。

このように、第１のテーブルでは、磁束指令値｜φ_ｓ ^＊｜、電流指令値ｉ_ｑｓ ^＊および電流指令値ｉ_ｄｓ ^＊が互いに対応付けられている。制御器１Ａによって作成された第１のテーブルは、実施の形態１の励磁電流指令器３０１が電流指令値ｉ_ｄｓ ^＊を算出する際に使用される。

また、データ取得器３０４は、入力された位相推定値θ＾_ｓと入力された位相推定値θ＾_ｒとの差分であるΔθ_{ｓ＿ｃｏｍｐ}を算出する。データ取得器３０４は、磁束指令値｜φ_ｓ ^＊｜と、電流指令値ｉ_ｑｓ ^＊と、Δθ_{ｓ＿ｃｏｍｐ}とを互いに対応付けて記憶する。これにより、制御器１Ａは、磁束指令値｜φ_ｓ ^＊｜と、電流指令値ｉ_ｑｓ ^＊と、Δθ_{ｓ＿ｃｏｍｐ}とを対応付けた第２のテーブルを作成する。

図９は、実施の形態２において作成される第２のテーブルについて説明するための図である。図９には、第２のテーブルに格納されるデータの例を示す。図９において、ｉ_ｑｓ［１］，・・・，ｉ_ｑｓ［ｎ］の各々は、データ取得器３０４へ入力された電流指令値ｉ_ｑｓ ^＊を表す。φ_ｓ［１］，・・・，φ_ｓ［ｎ］の各々は、データ取得器３０４へ入力された磁束指令値｜φ_ｓ ^＊｜を表す。Δθ_{ｓ＿ｃｏｍｐ}（ｉ_ｑｓ［１］，φ_ｓ［１］），・・・，Δθ_{ｓ＿ｃｏｍｐ}（ｉ_ｑｓ［１］，φ_ｓ［ｎ］），・・・，Δθ_{ｓ＿ｃｏｍｐ}（ｉ_ｑｓ［ｎ］，φ_ｓ［１］），・・・，Δθ_{ｓ＿ｃｏｍｐ}（ｉ_ｑｓ［ｎ］，φ_ｓ［ｎ］）は、算出されたΔθ_{ｓ＿ｃｏｍｐ}をｉ_ｑｓ［１］，・・・，ｉ_ｑｓ［ｎ］およびφ_ｓ［１］，・・・，φ_ｓ［ｎ］に対応付けたデータを表す。

このように、第２のテーブルでは、磁束指令値｜φ_ｓ ^＊｜、電流指令値ｉ_ｑｓ ^＊およびΔθ_{ｓ＿ｃｏｍｐ}が互いに対応付けられている。制御器１Ａによって作成された第２のテーブルは、実施の形態１の制御位相演算器３０２がΔθ_{ｓ＿ｃｏｍｐ}を算出する際に使用される。制御位相演算器３０２は、第２のテーブルを参照することによって、入力された磁束指令値｜φ_ｓ ^＊｜と入力された電流指令値ｉ_ｑｓ ^＊とに対応するΔθ_{ｓ＿ｃｏｍｐ}を算出する。

ここでは、一次磁束ベクトルを基準とするベクトル制御が行われることから、第２のテーブルは、磁束指令値｜φ_ｓ ^＊｜と、電流指令値ｉ_ｑｓ ^＊と、Δθ_{ｓ＿ｃｏｍｐ}とを対応付けたテーブルとした。制御器１Ａが作成する第２のテーブルは、磁束指令値｜φ_ｓ ^＊｜と、電流指令値ｉ_ｑｓ ^＊と、Δθ_{ｓ＿ｃｏｍｐ}とを対応付けたテーブルに限られず、電流指令値ｉ_ｄｓ ^＊と、電流指令値ｉ_ｑｓ ^＊と、Δθ_{ｓ＿ｃｏｍｐ}とを対応付けたテーブルであっても良い。この場合、実施の形態１の制御位相演算器３０２は、第２のテーブルを参照することによって、入力された電流指令値ｉ_ｄｓ ^＊と入力された電流指令値ｉ_ｑｓ ^＊とに対応するΔθ_{ｓ＿ｃｏｍｐ}を算出する。

実施の形態２の方法によると、Ｌ_ｄ，Ｌ_ｑといったパラメータのデータによらず、Δθ_{ｓ＿ｃｏｍｐ}を計測でき、制御位相演算器３０２がΔθ_{ｓ＿ｃｏｍｐ}を算出するための第２のテーブルを作成することができる。また、実施の形態２の方法によると、励磁電流指令器３０１が電流指令値ｉ_ｄｓ ^＊を算出するための第１のテーブルを作成することができる。

ベクトル制御量演算器３６Ａの構成は、制御位相の設定に従って、適宜変更可能であるものとする。すなわち、ベクトル制御量演算器３６Ａの設定は、回転機制御装置２０によって実現されるベクトル制御の種類に合わせた設定とすることができる。ベクトル制御量演算器３６Ａに入力される信号は、ベクトル制御量演算器３６Ａにおいて作成されるテーブルのデータに合わせた信号とすることができる。

最大トルク制御時の電流ベクトルに制御位相を同期させるベクトル制御を行う場合、励磁電流指令器３０１が出力する電流指令値ｉ_ｄｓ ^＊には「０」が設定される。また、ベクトル制御量演算器３６Ａは、図７に示す一次磁束演算器３０３の代わりに、Δθ_ｍを「０」に収束させるＰＬＬ構成を有しても良い。Δθ_ｍは、実施の形態１で述べた非特許文献１の説明に従って算出できる。これにより、制御器１Ａは、位相推定値θ＾_ｓと角周波数推定値ω＾_ｓとを求めることができる。

実施の形態３．
実施の形態３では、例えば上記特許文献２に示されるような、磁気飽和による突極位相の変化量を補正して回転子位置を検出する機能を有する例について説明する。

図１０は、実施の形態３にかかる回転機制御装置２０が有する制御器１Ｂの構成例を示す図である。図１１は、実施の形態３にかかる回転機制御装置２０が有する推定器２Ａの構成例を示す図である。実施の形態３にかかる回転機制御装置２０のうち制御器１Ｂおよび推定器２Ａ以外の構成は、実施の形態１にかかる回転機制御装置２０と同様である。実施の形態３では、上記の実施の形態１または２と同一の構成要素には同一の符号を付し、実施の形態１または２とは異なる構成について主に説明する。

実施の形態３では、一次磁束ベクトルの位相に制御位相を同期させる場合について説明する。すなわち、回転機制御装置２０は、一次磁束ベクトルを基準とするベクトル制御を行う。

図１０に示す制御器１Ｂは、図３に示すベクトル制御量演算器３６とは異なる構成のベクトル制御量演算器３６Ｂを有する。ベクトル制御量演算器３６Ｂは、励磁電流指令器３０１Ｂと、制御位相演算器３０２Ｂと、パラメータ演算器３０５とを有する。制御器１Ｂは、ｄｒ軸上の電流検出値ｉ_ｄｒとｑｒ軸上の電流検出値ｉ_ｑｒとが制御器１Ｂに入力される点が、図１に示す制御器１とは異なる。

ここで、磁気飽和による突極位相の変化量について説明する。図１２は、実施の形態３にかかる回転機制御装置２０の制御対象における突極位相の変化量について説明するための図である。図１２には、同期機２１に流れる電流の高さが互いに異なる２つのケースの各々におけるインダクタンスの変化を表すグラフを示す。第１のケースは、２つのケースのうち同期機２１に流れる電流が低く、磁気飽和が小さいケースである。第２のケースは、２つのケースのうち同期機２１に流れる電流が高く、磁気飽和が大きいケースである。図１２における実線の曲線は、第１のケースにおけるインダクタンスを表す。図１２における破線の曲線は、第２のケースにおけるインダクタンスを表す。図１２に示すグラフの縦軸はインダクタンス、横軸は位相を表す。図１２では、ｄｍｒ軸の方向を、位相の基準である０ｄｅｇとする。Ｌｐは、正弦波の一周期におけるインダクタンスの平均値を表す。Ｌｍは、正弦波の振幅を表す。

図１２に示すθ_ｅは、第１のケースにおけるインダクタンスの変化と第２のケースにおけるインダクタンスの変化との誤差である。θ_ｅは、図２に示すｄｒ軸とｄｍｒ軸との位相差であって、磁気飽和による突極位相の変化量でもある。θ_ｅの誤差が生じた場合、図５に示す瞬時的な誤差であるΔθにθ_ｅが加えられることによって、ｄｒ軸とｄｍｒ軸との誤差はΔθからΔθ－θ_ｅへ変化する。

実施の形態１で述べた式（２）におけるΔθをΔθ－θ_ｅに置き換えることによって、実施の形態１で述べた式（６）は、次の式（１６）のようになる。

Δθが限りなく「０」に近づくとして、式（１６）は次の式（１７）のようになる。

振幅｜ｉ_ｑｒｈ｜の値が式（１７）を満たすことになれば、突極位相の変化量が補正されて、ｄｍｒ軸にｄｒ軸を一致させることができる。したがって、ｄｍｒ軸に一致する方向の位相推定値θ＾_ｒを得たい場合は、目標値｜ｉ_ｑｒｈ ^＊｜は「０」ではなく式（１７）に示される振幅｜ｉ_ｑｒｈ｜の値とすれば良い。目標値｜ｉ_ｑｒｈ ^＊｜が、式（１７）に示される振幅｜ｉ_ｑｒｈ｜の値と一致するとき、制御軸は、ｄｍｒ軸およびｄｒ軸の双方と一致する。

例えば、同期機２１のうちｄｍｒ軸上に取り付けられた位置センサによって回転子の位相および速度を検出することとし、同期機２１に高周波交番電圧を印加して同期機２１の負荷運転を行う。かかる負荷運転により、同期機２１には、出力トルクに応じた高電流が流れることによって磁気飽和が生じて、｜ｉ_ｑｒｈ｜≠０となる。このときに、電流検出値ｉ_ｄｒ，ｉ_ｑｒおよび振幅｜ｉ_ｑｒｈ｜が計測される。かかる手順を、さまざまな負荷条件の各々について行うことによって、各負荷条件に応じた電流検出値ｉ_ｄｒ，ｉ_ｑｒが引数として入力されることにより振幅｜ｉ_ｑｒｈ｜を出力するテーブルデータを作成することができる。このテーブルデータによれば、未知のθ_ｅに関わらず、負荷条件に応じた目標値｜ｉ_ｑｒｈ ^＊｜を得ることができる。振幅｜ｉ_ｑｒｈ｜の値は、実施の形態１で述べた式（１０）により求まる。

以上を踏まえて、図１１に示す推定器２Ａの構成および動作を説明する。三相ｄｑ変換器４１は、位相推定値θ＾_ｒを用いて三相の電流検出値ｉ_ｕｓ，ｉ_ｖｓ，ｉ_ｗｓの座標変換を行い、ｄｒ軸上の電流検出値ｉ_ｄｒと、ｑｒ軸上の電流検出値ｉ_ｑｒとを出力する。電流検出値ｉ_ｄｒ，ｉ_ｑｒは、制御器１Ｂと高周波電流指令器４５とへ入力される。

高周波電流指令器４５は、電流検出値ｉ_ｄｒと、電流検出値ｉ_ｑｒと、目標値｜ｉ_ｑｒｈ ^＊｜とを対応付けたテーブルである第３のテーブルを有する。第３のテーブルのデータは、あらかじめ計測によって取得されたデータである。高周波電流指令器４５は、第３のテーブルを参照することによって、入力された電流検出値ｉ_ｄｒ，ｉ_ｑｒに対応する目標値｜ｉ_ｑｒｈ ^＊｜を算出する。すなわち、高周波電流指令器４５は、入力された電流検出値ｉ_ｄｒ，ｉ_ｑｒに従って、目標値｜ｉ_ｑｒｈ ^＊｜を調整する。高周波電流指令器４５は、目標値｜ｉ_ｑｒｈ ^＊｜を出力する。

また、高周波電圧指令器３５によって指令された高周波交番電圧が同期機２１に印加されることによって、電流検出値ｉ_ｄｒ，ｉ_ｑｒには、角周波数ω_ｈの高周波交番成分が含まれる。このため、制御器１Ｂは、角周波数ω_ｈと同じ周波数成分を電流検出値ｉ_ｄｒ，ｉ_ｑｒから除去するフィルタリングを行い、フィルタリング後の電流検出値ｉ_ｄｒ，ｉ_ｑｒによって第３のテーブルを参照する構成を取っても良い。フィルタリングには、例えば、実施の形態１で述べた式（９）により表されるノッチフィルタを用いることができる。

高周波位相速度演算器４４には、振幅｜ｉ_ｑｒｈ｜の値と、目標値｜ｉ_ｑｒｈ ^＊｜とが入力される。高周波位相速度演算器４４は、補正値である目標値｜ｉ_ｑｒｈ ^＊｜に振幅｜ｉ_ｑｒｈ｜の値を収束させる演算を行う。高周波位相速度演算器４４は、計測される振幅｜ｉ_ｑｒｈ｜の値を目標値｜ｉ_ｑｒｈ ^＊｜に収束させることによって、ｄｒ軸をｄｍｒ軸に一致させる補正を行う。高周波位相速度演算器４４は、かかる演算によって、ｄｍｒ軸の方向に一致した位相推定値θ＾_ｒを出力する。

このようにして、推定器２Ａは、突極位相と界磁磁束の位相との差に基づいて、ｄｒ軸をｄｍｒ軸に一致させる補正が行われた位相推定値θ＾_ｒを出力する。

なお、推定器２Ａの構成によると、制御軸は、ｄｍｒ軸およびｄｒ軸の双方と一致する。磁気飽和を考慮した詳細な解析または計測によって、ｄｍｒ軸上におけるＬ_ｄ，Ｌ_ｑのデータがあらかじめ取得されており、Ｌ_ｄ，Ｌ_ｑのデータについてのテーブルを有する場合は、制御器１Ｂは、当該テーブルを利用した演算を行うこととしても良い。図１０に示すパラメータ演算器３０５は、Ｌ_ｄ，Ｌ_ｑのデータについてのテーブルである第４のテーブルを有する。

Ｌ_ｄ，Ｌ_ｑを用いると、一次磁束ベクトルφ_ｓのｄｒ軸成分であるφ_ｄｒはφ_ｄｒ＝Ｌ_ｄｉ_ｄｒ+φ_ｒ、一次磁束ベクトルφ_ｓのｑｒ軸成分であるφ_ｑｒはφ_ｑｒ＝Ｌ_ｑｉ_ｑｒと表される。したがって、一次磁束ベクトルφ_ｓの振幅｜φ_ｓ｜の値は、次の式（１８）により求まる。

また、図２に示す各軸の関係から、補正量であるΔθ_{ｓ＿ｃｏｍｐ}は次の式（１９）により求まる。

ここでは、磁極を有する同期機２１を想定して、鎖交磁束ベクトルの振幅を示すφ_ｒが式（１９）に使用されている。同期機２１が、磁極を持たない回転子を有するリラクタンス型同期機である場合も、φ_ｒ＝０とすることにより、磁極を有する場合と同様の理論が成り立つ。

パラメータ演算器３０５には、電流検出値ｉ_ｄｒ，ｉ_ｑｒが入力される。パラメータ演算器３０５は、第４のテーブルを参照することによって、入力された電流検出値ｉ_ｄｒ，ｉ_ｑｒに対応するＬ_ｄ，Ｌ_ｑの各値を算出する。すなわち、パラメータ演算器３０５は、入力された電流検出値ｉ_ｄｒ，ｉ_ｑｒに従ってＬ_ｄ，Ｌ_ｑの各値を調整する。パラメータ演算器３０５は、Ｌ_ｄ，Ｌ_ｑの各値を出力する。

励磁電流指令器３０１Ｂには、あらかじめ設定された磁束指令値｜φ_ｓ ^＊｜と、Ｌ_ｄ，Ｌ_ｑの各値と、電流検出値ｉ_ｄｒ，ｉ_ｑｒとが入力される。励磁電流指令器３０１Ｂは、式（１８）に従って、振幅｜φ_ｓ｜の推定値である磁束推定値｜φ＾_ｓ｜を求める。励磁電流指令器３０１Ｂは、磁束推定値｜φ＾_ｓ｜が磁束指令値｜φ_ｓ ^＊｜に一致するような電流指令値ｉ_ｄｓ ^＊を求める。すなわち、励磁電流指令器３０１Ｂは、設定された磁束指令値｜φ_ｓ ^＊｜に磁束推定値｜φ＾_ｓ｜が一致するように電流指令値ｉ_ｄｓ ^＊を調整する。励磁電流指令器３０１Ｂは、電流指令値ｉ_ｄｓ ^＊を出力する。

制御位相演算器３０２Ｂには、位相推定値θ＾_ｒと、Ｌ_ｄ，Ｌ_ｑの各値と、電流検出値ｉ_ｄｒ，ｉ_ｑｒとが入力される。制御位相演算器３０２Ｂは、式（１９）に従って、Δθ_{ｓ＿ｃｏｍｐ}を算出する。制御位相演算器３０２Ｂは、実施の形態１の場合と同様に、式（１）に示すように、位相推定値θ＾_ｒにΔθ_{ｓ＿ｃｏｍｐ}を足し合わせる補正を行うことによって、位相推定値θ＾_ｓを算出する。制御位相演算器３０２Ｂは、位相推定値θ＾_ｓを出力する。

また、パラメータ演算器３０５、励磁電流指令器３０１Ｂ、および制御位相演算器３０２Ｂの各々に入力される電流検出値ｉ_ｄｒ，ｉ_ｑｒには、角周波数ω_ｈの高周波交番成分が含まれる。このため、制御器１Ｂは、角周波数ω_ｈと同じ周波数成分を電流検出値ｉ_ｄｒ，ｉ_ｑｒから除去するフィルタリングを行い、フィルタリング後の電流検出値ｉ_ｄｒ，ｉ_ｑｒによって各テーブルの参照または演算を行う構成を取っても良い。フィルタリングには、例えば、実施の形態１で述べた式（９）により表されるノッチフィルタを用いることができる。

回転機制御装置２０は、上記の構成によって、高周波交番電圧の重畳中に位相推定値θ＾_ｒを位相推定値θ＾_ｓへ補正することで、位相推定値θ＾_ｓを得ることができる。これにより、回転機制御装置２０は、一次磁束ベクトルの位相に制御位相を同期させるベクトル制御を行うことができる。また、回転機制御装置２０は、目標値｜ｉ_ｑｒｈ ^＊｜に基づいてｄｒ軸をｄｍｒ軸に一致させる補正を行うことから、ｄｍｒ軸を基準とするＬ_ｄ，Ｌ_ｑのデータを用いた演算によって、Δθ_{ｓ＿ｃｏｍｐ}を求めることができる。

ベクトル制御量演算器３６Ｂの構成は、制御位相の設定に従って、適宜変更可能であるものとする。すなわち、ベクトル制御量演算器３６Ｂの設定は、回転機制御装置２０によって実現されるベクトル制御の種類に合わせた設定とすることができる。ベクトル制御量演算器３６Ｂに入力される信号は、ベクトル制御量演算器３６Ｂにおいて設定されるテーブルのデータに合わせた信号とすることができる。

一次磁束ベクトルの位相に制御位相を同期させるベクトル制御を行う場合の例を説明してきたが、回転機制御装置２０は、一次磁束ベクトルの位相以外の位相に制御位相を同期させるベクトル制御を行うこととしても良い。例えば、回転機制御装置２０は、最大トルク制御時の電流ベクトルに制御位相を同期させるベクトル制御を行うこととしても良い。最大トルク制御時の電流ベクトルに制御位相を同期させるベクトル制御を行う場合は、励磁電流指令器３０１Ｂが出力する電流指令値ｉ_ｄｓ ^＊には「０」が設定される。ベクトル制御量演算器３６Ｂは、実施の形態１で述べた非特許文献１の説明に従ってΔθ_ｍを算出する際に、Ｌ_ｄ，Ｌ_ｑのデータを利用することができる。

実施の形態３によると、回転機制御装置２０は、ｄｒ軸をｄｍｒ軸に一致させる補正が行われた位相推定値θ＾_ｒを求め、位相推定値θ＾_ｒとΔθ_{ｓ＿ｃｏｍｐ}とに基づいて位相推定値θ＾_ｓを求める演算を行う。これにより、回転機制御装置２０は、低速域において高周波交番電圧の重畳中から、突極位相以外の任意の制御位相を選択したベクトル制御が可能となるという効果を奏する。さらに、低速域と高速域との間における速度変化の途中における制御手法の切換が不要となるため、２つの制御系の各々に合わせた制御パラメータを用意する必要が無くなる。これにより、回転機制御装置２０は、処理の低減が可能となる。また、回転機制御装置２０は、２つの制御系の各々に合わせた制御パラメータの調整が不要となるため、調整工数の低減も可能となる。

次に、実施の形態１から３にかかる回転機制御装置２０の要部である電圧指令器１０を実現するハードウェア構成について説明する。図１３は、実施の形態１から３にかかる回転機制御装置２０の電圧指令器１０を実現するハードウェアの構成例を示す図である。図１３には、電圧指令器１０の制御器１，１Ａ，１Ｂおよび推定器２，２Ａを処理回路６１によって実現する場合の構成例を示す。処理回路６１は、プロセッサ６３とメモリ６４とを有する。

プロセッサ６３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）である。プロセッサ６３は、演算装置、処理装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、またはＤＳＰ（Digital Signal Processor）でも良い。メモリ６４は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）といった、揮発性あるいは不揮発性の半導体メモリである。

メモリ６４には、制御器１，１Ａ，１Ｂおよび推定器２，２Ａとして動作するためのプログラムが格納される。このプログラムをプロセッサ６３が読み出して実行することにより、制御器１，１Ａ，１Ｂおよび推定器２，２Ａを実現することが可能である。なお、メモリ６４に格納される、制御器１，１Ａ，１Ｂおよび推定器２，２Ａとして動作するためのプログラムは、例えば、ＣＤ（Compact Disc）－ＲＯＭ、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）－ＲＯＭなどの記憶媒体に書き込まれた状態でユーザ等に提供される形態であっても良いし、ネットワークを介して提供される形態であっても良い。また、プロセッサ６３は、演算結果等のデータをメモリ６４の揮発性メモリに出力する。または、プロセッサ６３は、演算結果等のデータを、メモリ６４の揮発性メモリを介して補助記憶装置に出力することによってデータを保存する。

入力部６２は、電圧指令器１０に対する入力信号を外部から受信する回路である。入力部６２は、電流検出値ｉ_ｕｓ，ｉ_ｖｓ，ｉ_ｗｓを受信する。出力部６５は、電圧指令器１０で生成した信号を外部へ出力する回路である。出力部６５は、電圧指令値ｖ_ｕｓ ^＊，ｖ_ｖｓ ^＊，ｖ_ｗｓ ^＊を出力する。

図１３は、汎用のプロセッサ６３およびメモリ６４により制御器１，１Ａ，１Ｂおよび推定器２，２Ａを実現する場合のハードウェアの例であるが、プロセッサ６３およびメモリ６４の代わりに専用の処理回路で制御器１，１Ａ，１Ｂおよび推定器２，２Ａを実現してもよい。すなわち、専用の処理回路で制御器１，１Ａ，１Ｂおよび推定器２，２Ａを実現しても良い。ここで、専用の処理回路は、単一回路、複合回路、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、またはこれらを組み合わせた回路である。なお、制御器１，１Ａ，１Ｂおよび推定器２，２Ａの一部をプロセッサ６３およびメモリ６４で実現し、残りを専用の処理回路で実現しても良い。

実施の形態４．
本開示によると、停止に近い低速域から高速域まで全速域に渡って、選択された１つの制御位相でベクトル制御を行うことが可能となる。実施の形態４では、停止に近い低速域から高速域まで全速域に渡って、選択された１つの制御位相でベクトル制御を行う構成例について説明する。

図１４は、実施の形態４にかかる回転機制御装置２０Ａの構成例を示す図である。実施の形態４にかかる回転機制御装置２０Ａの電圧指令器１０Ａは、推定器２と制御ユニット３とを有する。制御ユニット３は、実施の形態１と同様の制御器１と、実施の形態２と同様の制御器１Ａとを有する。すなわち、実施の形態４にかかる回転機制御装置２０Ａは、制御器１の機能と制御器１Ａの機能とを備える。実施の形態４では、上記の実施の形態１から３と同一の構成要素には同一の符号を付し、実施の形態１から３とは異なる構成について主に説明する。なお、電圧指令器１０Ａは、図１３に示す構成例と同様のハードウェアにより実現される。

制御器１には、突極位相推定値である位相推定値θ＾_ｒと角周波数推定値ω＾_ｒとが入力される。制御器１は、同期機２１の速度が第１の速度領域の速度であるとき、位相推定値θ＾_ｒと補正量であるΔθ_{ｓ＿ｃｏｍｐ}とに基づいて、制御位相推定値である位相推定値θ＾_ｓを求める。回転機制御装置２０Ａは、求めた位相推定値θ＾_ｓを制御位相としてベクトル制御を行う。

制御器１Ａには、位相推定値θ＾_ｒが入力される。制御器１Ａは、同期機２１の速度が第２の速度領域の速度であるとき、同期機２１に生じる誘起電圧または同期機２１に生じる鎖交磁束を推定することによって、制御位相推定値である位相推定値θ＾_ｓを求める。第２の速度領域は、第１の速度領域よりも高い速度領域である。回転機制御装置２０Ａは、求めた位相推定値θ＾_ｓを制御位相としてベクトル制御を行う。

このように、回転機制御装置２０Ａは、第１の速度領域すなわち停止に近い低速域では、位相推定値θ＾_ｒとΔθ_{ｓ＿ｃｏｍｐ}とに基づいて求めた位相推定値θ＾_ｓを制御位相としてベクトル制御を行う。また、回転機制御装置２０Ａは、第２の速度領域すなわち高速域では、同期機２１に生じる誘起電圧または同期機２１に生じる鎖交磁束を推定することによって求めた位相推定値θ＾_ｓを制御位相としてベクトル制御を行う。回転機制御装置２０Ａは、例えば、あらかじめ設定された閾値を基に、同期機２１の速度が第１の速度領域の速度であるか第２の速度領域の速度領域の速度であるかを判断する。

実施の形態４によると、回転機制御装置２０Ａは、停止に近い低速域から高速域まで全速域に渡って、選択された１つの制御位相でベクトル制御を行うことが可能となるという効果を奏する。なお、回転機制御装置２０Ａは、実施の形態２と同様の制御器１Ａと、実施の形態３と同様の制御器１Ｂとを有するものであっても良い。この場合も、回転機制御装置２０Ａは、停止に近い低速域から高速域まで全速域に渡って、選択された１つの制御位相でベクトル制御を行うことが可能となる。

以上の各実施の形態に示した構成は、本開示の内容の一例を示すものである。各実施の形態の構成は、別の公知の技術と組み合わせることが可能である。各実施の形態の構成同士が適宜組み合わせられても良い。本開示の要旨を逸脱しない範囲で、各実施の形態の構成の一部を省略または変更することが可能である。

１，１Ａ，１Ｂ 制御器、２，２Ａ 推定器、３ 制御ユニット、１０，１０Ａ 電圧指令器、１１ 電力変換器、１２ 電流検出器、２０，２０Ａ 回転機制御装置、２１ 同期機、３１，４１ 三相ｄｑ変換器、３２ａ，３２ｂ ｄｑ三相変換器、３３ 電流制御器、３４ 速度制御器、３５ 高周波電圧指令器、３６，３６Ａ，３６Ｂ ベクトル制御量演算器、４２ 電流フィルタリング器、４３ 高周波電流振幅演算器、４４ 高周波位相速度演算器、４５ 高周波電流指令器、６１ 処理回路、６２ 入力部、６３ プロセッサ、６４ メモリ、６５ 出力部、３０１，３０１Ａ，３０１Ｂ 励磁電流指令器、３０２，３０２Ｂ 制御位相演算器、３０３ 一次磁束演算器、３０４ データ取得器、３０５ パラメータ演算器。

Claims (10)

1. 突極性を有する回転子と固定子巻線を有する固定子とを備える回転機を、前記突極性による磁束ベクトルの位相以外の位相を制御位相とするベクトル制御によって制御する回転機制御装置であって、
   基本波交番電圧に高周波交番電圧を重畳させた交番電圧を前記固定子巻線に印加する電圧印加器と、
   前記固定子巻線に流れる交番電流を検出して電流検出値を出力する電流検出器と、
   前記制御位相の推定値である制御位相推定値に基づいて座標変換された前記電流検出値が電流指令値に一致するように前記基本波交番電圧の指令値を調整する電流制御器と、
   前記回転子の前記突極性が作る磁束を表す磁束ベクトルの位相である突極位相の推定値である突極位相推定値を前記高周波交番電圧に基づいて求める推定器と、
   前記突極位相推定値を前記制御位相推定値へ補正するための補正量を求め、前記突極位相推定値と前記補正量とに基づいて前記制御位相推定値を求める演算を行う制御位相演算器と、
   を備え、
   前記制御位相推定値を前記制御位相として前記ベクトル制御を行うことを特徴とする回転機制御装置。
2. 前記制御位相は、前記固定子巻線が作る磁束を表す一次磁束ベクトルの位相に同期することを特徴とする請求項１に記載の回転機制御装置。
3. 前記制御位相演算器は、前記一次磁束ベクトルの振幅の指令値である磁束指令値と前記電流指令値とに基づいて前記補正量を算出することを特徴とする請求項２に記載の回転機制御装置。
4. 前記制御位相演算器は、前記磁束指令値と前記電流指令値と前記補正量とを互いに対応付けて保持するテーブルを参照することによって前記補正量を算出することを特徴とする請求項３に記載の回転機制御装置。
5. 前記推定器は、前記突極位相と前記回転子の界磁が作る磁束である界磁磁束の位相との差に基づいて、前記突極位相の方向の軸を前記界磁磁束の方向の軸に一致させる補正が行われた前記突極位相推定値を出力し、
   前記制御位相演算器は、前記推定器において補正が行われた前記突極位相推定値と前記補正量とに基づいて前記制御位相推定値を求める演算を行うことを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の回転機制御装置。
6. 前記推定器は、前記固定子巻線に流れる高周波交番電流の振幅の値を前記高周波交番電流の振幅の目標値に収束させることによって、前記突極位相の方向の軸を前記界磁磁束の方向の軸に一致させる補正を行うことを特徴とする請求項５に記載の回転機制御装置。
7. 前記制御位相は、最大トルク制御時の電流ベクトルの位相に同期することを特徴とする請求項１に記載の回転機制御装置。
8. 前記制御位相演算器は、前記電流指令値に基づいて前記補正量を算出することを特徴とする請求項７に記載の回転機制御装置。
9. 前記制御位相演算器は、前記電流指令値と前記補正量とを互いに対応付けて保持するテーブルを参照することによって前記補正量を算出することを特徴とする請求項８に記載の回転機制御装置。
10. 前記回転機の速度が第１の速度領域の速度であるとき、前記突極位相推定値と前記補正量とに基づいて求めた前記制御位相推定値を前記制御位相として前記ベクトル制御を行い、
    前記回転機の速度が前記第１の速度領域よりも高い速度領域である第２の速度領域の速度であるとき、前記回転機に生じる誘起電圧または前記回転機に生じる鎖交磁束を推定することによって求めた前記制御位相推定値を前記制御位相として前記ベクトル制御を行うことを特徴とする請求項１から９のいずれか１つに記載の回転機制御装置。

Images