(57)【要約】【課題】電動機の位置センサレスベクトル制御において、電動機の脱調を防止する。【解決手段】電動機の制御上の回転子位置および回転速度を推定する演算器２０は、電動機に流れる電流および電動機の電圧に基づいて、制御上の回転子位置θｄｃと実際の回転子位置との偏差である軸誤差Δθｄｃを推定する。演算器２０は、推定した軸誤差Δθｄｃが許容範囲内が収まるように軸誤差を制限する補正を実行する。演算器２０は、補正された軸誤差Δθｄｃ＃がゼロになるように回転速度を制御することにより、回転速度ωｍｃおよび回転子位置θｄｃを算出する。【選択図】図４
2020162327.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
速度指令値に従って電動機を可変速制御する制御装置であって、前記電動機には、三相電圧指令値に従って電力変換器から三相交流電力が供給され、
前記電動機に流れる三相交流電流を検出する電流検出器と、
前記電動機の制御上の回転子位置を用いて、前記三相交流電流をｄ軸電流およびｑ軸電流に変換する第１の変換器と、
前記速度指令値に対する前記電動機の回転速度の偏差に基づいて、ｑ軸電流指令値を生成する速度制御器と、
ｄ軸電流指令値および前記ｑ軸電流指令値と前記ｄ軸電流および前記ｑ軸電流との偏差に基づいて、ｄ軸電圧指令値およびｑ軸電圧指令値を生成する電流制御器と、
前記制御上の回転子位置を用いて、前記ｄ軸電圧指令値および前記ｑ軸電圧指令値を前記三相電圧指令値に変換する第２の変換器と、
前記三相電圧指令値に従って前記電力変換器を制御する制御器と、
前記電動機の制御上の回転子位置および回転速度を推定する演算器とを備え、
前記演算器は、
前記ｄ軸電流、前記ｑ軸電流、ｄ軸電圧およびｑ軸電圧に基づいて、前記制御上の回転子位置と実際の回転子位置との偏差である軸誤差を推定し、
推定した前記軸誤差が許容範囲内が収まるように前記軸誤差を制限する補正を実行し、
補正された前記軸誤差がゼロになるように前記回転速度を制御することにより、前記回転速度および前記回転子位置を算出する、電動機の制御装置。
【請求項２】
前記演算器は、前記回転速度が大きくなるほど前記許容範囲が広くなるように、前記許容範囲の上限値および下限値を設定する、請求項１に記載の電動機の制御装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記可変速制御の応答性を重視する第１のモードと、前記可変速制御の安定性を重視する第２のモードとを有し、外部入力に応じて前記第１のモードおよび前記第２のモードのいずれかを選択するための選択器をさらに備え、
前記演算器は、前記第１のモードの選択時には前記許容範囲を第１の範囲に設定し、前記第２のモードの選択時には前記許容範囲を前記第１の範囲よりも広い第２の範囲に設定する、請求項１または２に記載の電動機の制御装置。
【請求項４】
速度指令値に従って電動機を可変速制御する制御方法であって、前記電動機には、三相電圧指令値に従って電力変換器から三相交流電力が供給され、
前記電動機に流れる三相交流電流を検出するステップと、
前記電動機の制御上の回転子位置を用いて、前記三相交流電流をｄ軸電流およびｑ軸電流に変換するステップと、
前記速度指令値に対する前記電動機の回転速度の偏差に基づいて、ｑ軸電流指令値を生成するステップと、
ｄ軸電流指令値および前記ｑ軸電流指令値と前記ｄ軸電流および前記ｑ軸電流との偏差に基づいて、ｄ軸電圧指令値およびｑ軸電圧指令値を生成するステップと、
前記制御上の回転子位置を用いて、前記ｄ軸電圧指令値および前記ｑ軸電圧指令値を前記三相電圧指令値に変換するステップと、
前記三相電圧指令値に従って前記電力変換器を制御するステップと、
前記電動機の制御上の回転子位置および回転速度を推定するステップとを備え、
前記推定するステップは、
前記ｄ軸電流、前記ｑ軸電流、ｄ軸電圧およびｑ軸電圧に基づいて、前記制御上の回転子位置と実際の回転子位置との偏差である軸誤差を推定し、
推定した前記軸誤差が許容範囲内が収まるように前記軸誤差を制限する補正を実行し、
補正された前記軸誤差がゼロになるように前記回転速度を制御することにより、前記回転速度および前記回転子位置を算出する、電動機の制御方法。
【請求項５】
前記推定するステップは、前記回転速度が大きくなるほど前記許容範囲が広くなるように、前記許容範囲の上限値および下限値を設定する、請求項４に記載の電動機の制御方法。
【請求項６】
外部入力に応じて、前記可変速制御の応答性を重視する第１のモードおよび前記可変速制御の安定性を重視する第２のモードのいずれかを選択するステップをさらに備え、
前記推定するステップは、前記第１のモードの選択時には前記許容範囲を第１の範囲に設定し、前記第２のモードの選択時には前記許容範囲を前記第１の範囲よりも広い第２の範囲に設定する、請求項４または５に記載の電動機の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電動機の制御装置および電動機の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２００５−１３０６９１号公報（特許文献１）は、位置センサを用いずに電動機の磁極位置を推定し、推定した磁極位置に基づいて、電動機を駆動するインバータを制御する制御方法を開示する。特許文献１では、電動機に流れる電流、電動機の電圧および電動機のインダクタンスに基づいて磁極位置の第１の推定値を求めるとともに、インダクタンスに依存しないで磁極位置の第２の推定値を求める。そして、第１の推定値と第２の推定値との差である誤差の推定値に基づいてインダクタンスを更新し、更新されたインダクタンスを用いて第１の推定値を求める。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１３０６９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した磁極位置の推定において、電動機に流れる電流および電動機の電圧には、電流検出器および電圧検出器を用いて検出した値が用いられる。これらの検出器の検出値は、実効値としてみた場合は正常であっても、瞬時値は電動機の構造及び外乱の影響を受けて、実際の瞬時値とは乖離した値をとる場合がある。このような検出値を用いて磁極位置を推定すると、推定値も本来あるべき値から乖離してしまうことが懸念される。そして、この乖離した推定値を用いてインバータを制御することにより、電動機が脱調することが懸念される。
【０００５】
それゆえに、この発明の主たる目的は、電動機の位置センサレスベクトル制御において電動機の脱調を防止することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明によれば、速度指令値に従って電動機を可変速制御する制御装置であって、電動機には、三相電圧指令値に従って電力変換器から三相交流電力が供給される。制御装置は、三相交流電流を検出する電流検出器と、電動機の制御上の回転子位置を用いて、三相交流電流をｄ軸電流およびｑ軸電流に変換する第１の変換器と、速度指令値に対する電動機の回転速度の偏差に基づいて、ｑ軸電流指令値を生成する速度制御器と、ｄ軸電流指令値およびｑ軸電流指令値とｄ軸電流およびｑ軸電流との偏差に基づいて、ｄ軸電圧指令値およびｑ軸電圧指令値を生成する電流制御器と、制御上の回転子位置を用いて、ｄ軸電圧指令値およびｑ軸電圧指令値を三相電圧指令値に変換する第２の変換器と、三相電圧指令値に従って電力変換器を制御する制御器と、電動機の制御上の回転子位置および回転速度を推定する演算器とを備える。演算器は、ｄ軸電流、ｑ軸電流、ｄ軸電圧およびｑ軸電圧に基づいて、制御上の回転子位置と実際の回転子位置との偏差である軸誤差を推定する。演算器は、推定した軸誤差が許容範囲内が収まるように軸誤差を制限する補正を実行する。演算器は、補正された軸誤差がゼロになるように回転速度を制御することにより、回転速度および回転子位置を算出する。
【０００７】
また、この発明によれば、速度指令値に従って電動機を可変速制御する制御方法であって、電動機には、三相電圧指令値に従って電力変換器から三相交流電力が供給される。制御方法は、三相交流電流を検出するステップと、電動機の制御上の回転子位置を用いて、三相交流電流をｄ軸電流およびｑ軸電流に変換するステップと、速度指令値に対する電動機の回転速度の偏差に基づいて、ｑ軸電流指令値を生成するステップと、ｄ軸電流指令値およびｑ軸電流指令値とｄ軸電流およびｑ軸電流との偏差に基づいて、ｄ軸電圧指令値およびｑ軸電圧指令値を生成するステップと、制御上の回転子位置を用いて、ｄ軸電圧指令値およびｑ軸電圧指令値を三相電圧指令値に変換するステップと、三相電圧指令値に従って電力変換器を制御するステップと、電動機の制御上の回転子位置および回転速度を推定するステップとを備える。推定するステップは、ｄ軸電流、ｑ軸電流、ｄ軸電圧およびｑ軸電圧に基づいて、制御上の回転子位置と実際の回転子位置との偏差である軸誤差を推定する。推定するステップは、推定した軸誤差が許容範囲内が収まるように軸誤差を制限する補正を実行する。推定するステップは、補正された軸誤差がゼロになるように回転速度を制御することにより、回転速度および回転子位置を算出する。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、電動機の位置センサレスベクトル制御における電動機の脱調を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態による電動機の制御装置が適用される電動機の駆動装置の概略的な構成を示す図である。
【図２】図１に示した制御装置の構成を示す回路ブロック図である。
【図３】軸誤差の定義を示したベクトル図である。
【図４】図２に示した速度／位置演算器の構成例を示す回路ブロック図である。
【図５】軸誤差補正部における軸誤差Δθｄｃの補正を説明するための図である。
【図６】軸誤差補正部の構成例を示す回路ブロック図である。
【図７】図６の設定部にて設定される軸誤差の許容範囲と電気角速度との関係を説明する図である。
【図８】軸誤差補正部の他の構成例を示す回路ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しつつ、実施の形態について説明する。なお、以下の説明では、同一又は対応する要素には同一の符号を付して、それらについての詳細な説明は繰り返さない。
【００１１】
（電動機の制御装置の構成）
図１は、実施の形態による電動機の制御装置が適用される電動機の駆動装置の概略的な構成を示す図である。なお、この実施の形態では、制御対象である電動機２は、同期電動機である。図１の例では、電動機２は三相永久磁石同期電動機である。電動機２は、例えば、オイルポンプ、ウォーターポンプ等のポンプを駆動させるポンプ駆動用モータに適用され得る。
【００１２】
図１を参照して、電動機２の駆動装置１００は、インバータ３と、電圧検出器６と、電流検出器７，８，９と、制御装置５とを備える。インバータ３は、直流電源１および電動機２の間に接続されており、直流電源１から供給される直流電圧を、電動機２の駆動に適した電圧に変換するように構成される。
【００１３】
インバータ３は、制御装置５から供給される制御信号Ｓ１〜Ｓ６によって制御され、直流電源１から供給される直流電圧を三相交流電圧（Ｕ相電圧Ｖｕ、Ｖ相電圧Ｖｕ、Ｗ相電圧Ｖｗ）に変換して電動機２に供給する。電動機２は、インバータ３から供給される三相交流電圧によって駆動される。すなわち、直流電源１の直流電力がインバータ３によって三相交流電力に変換され、その三相交流電力が電動機２に供給される。電動機２は三相交流電力によって駆動される。
【００１４】
インバータ３は、半導体スイッチング素子を含む半導体スイッチにより構成される。本実施の形態では、半導体スイッチング素子としてＩＧＢＴ（Insulated  Gate  Bipolar  Transistor）が用いられる構成を例示する。インバータ３は、ＩＧＢＴ素子Ｑ１〜Ｑ６と、ダイオードＤ１〜Ｄ６とを含む。ＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５のコレクタはともに直流正母線ＰＬに接続され、それらのエミッタはそれぞれ交流端子Ｔｕ，Ｔｖ，Ｔｗに接続される。ＩＧＢＴ素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６のコレクタはそれぞれ交流端子Ｔｕ，Ｔｖ，Ｔｗに接続され、それらのエミッタはともに直流負母線ＮＬに接続される。ダイオードＤ１〜Ｄ６は、それぞれＩＧＢＴ素子Ｑ１〜Ｑ６に逆並列に接続される。
【００１５】
ＩＧＢＴ素子Ｑ１〜Ｑ６は、それぞれ制御装置５から供給される制御信号Ｓ１〜Ｓ６によってオンオフが制御される。本実施の形態では、ＩＧＢＴ素子Ｑ１〜Ｑ６の制御方式として、ＰＷＭ（Pulse  Width  Modulation）制御を適用することができる。
【００１６】
電流検出器７，８，９は、インバータ３の出力電流（Ｕ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ，Ｗ相電流Ｉｗ）を検出し、検出された出力電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを示す信号を制御装置５へ出力する。
【００１７】
電圧検出器６は、電動機２に印加される三相交流電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを検出し、検出された三相交流電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを示す信号を制御装置５へ出力する。
【００１８】
制御装置５は、電流検出器７，８，９からインバータ３の出力電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを示す信号等を受けてＰＷＭ制御を実行することにより、制御信号Ｓ１〜Ｓ６を生成する。本実施の形態による駆動装置１００は、電動機２の回転子位置を検出するための位置検出器を有していない。制御装置５は、以下に説明するように、位置検出器を用いずにソフトウェアで回転子位置を検出する、いわゆる位置センサレス制御により電動機２のベクトル制御を実行する。
【００１９】
図２は、図１に示した制御装置５の構成を示す回路ブロック図である。
図２を参照して、制御装置５は、速度制御器１０、電流制御器１２、座標変換器１４，１８，１９、ＰＷＭ制御器１６、および速度／位置演算器２０を有する。
【００２０】
座標変換器１８は、電流検出器７，８，９によって検出されたインバータ３の出力電流（三相交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）を、速度／位置演算器２０により算出された回転子位置θｄｃを用いて、ｄ軸電流Ｉｄｃおよびｑ軸電流Ｉｑｃにｄｑ変換する。ｄ軸電流Ｉｄｃおよびｑ軸電流Ｉｑｃは、電流制御器１２に入力されるとともに、速度／位置演算器２０に入力される。座標変換器１８は「第１の変換器」の一実施例に対応する。
【００２１】
座標変換器１９は、電圧検出器６によって検出された電動機２の電圧（三相交流電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ）を、速度／位置演算器２０により算出された回転子位置θｄｃを用いて、ｄ軸電圧Ｖｄｃおよびｑ軸電圧Ｖｑｃにｄｑ変換する。ｄ軸電圧Ｖｄｃおよびｑ軸電圧Ｖｑｃは、速度／位置演算器２０に入力される。なお、座標変換器１８，１９の各々において、回転子位置θｄｃには前回の演算処理周期で得られた回転子位置θｄｃを用いることとする。本願明細書において、電流、電圧および角速度における添え字“ｃ”はcontrollerの頭文字であり、制御上の値であることを示すものである。
【００２２】
速度／位置演算器２０は、ｄ軸電流Ｉｄｃおよびｑ軸電流Ｉｑｃ、並びにｄ軸電圧Ｖｄｃおよびｑ軸電圧Ｖｑｃに基づいて、制御上の推定座標軸（図３のｄｃ−ｑｃ軸に相当）における電動機２の回転子位置θｄｃおよび機械角速度ωｍｃを推定する。速度／位置演算器２０は「演算器」の一実施例に対応する。速度／位置演算器２０の構成については後述する。
【００２３】
速度制御器１０は、電動機２の速度制御を行なう。速度制御器１０には、電動機２の速度指令として、電動機２の機械角速度ωｍの目標値ωｍ＊が入力されるとともに、速度／位置演算器２０により算出された電動機２の機械角速度ωｍｃが入力される。速度制御器１０は、速度指令ωｍｃ＊に対する機械角速度ωｍｃの偏差に基づいて、ｑ軸電流指令値Ｉｑｃ＊を生成する。具体的には、速度制御器１０は、速度指令ωｍｃ＊と機械角速度ωｍｃとの偏差を補償するための制御演算（例えば、比例積分演算）を行なうことにより、機械角速度ωｍｃを速度指令ωｍｃ＊に追従させるためのｑ軸電流指令値Ｉｑｃ＊を生成する。
【００２４】
電流制御器１２は、ｄ軸電流指令値Ｉｄｃ＊およびｑ軸電流指令値Ｉｑｃ＊、並びにｄ軸電流Ｉｄｃおよびｑ軸電流Ｉｑｃに基づいて、ｄ軸電圧指令値Ｖｄｃ＊およびｑ軸電圧指令値Ｖｑｃ＊を生成する。具体的には、電流制御器１２は、ｄ軸電流指令値Ｉｄｃ＊に対するｄ軸電流Ｉｄｃの偏差ΔＩｄｃに基づいて、ｄ軸電流Ｉｄｃをｄ軸電流指令値Ｉｄｃ＊に追従させるためのｄ軸電圧指令値Ｖｄｃ＊を生成する。電流制御器１２は、ｑ軸電流指令値Ｉｑｃ＊に対するｑ軸電流Ｉｑｃの偏差ΔＩｑｃに基づいて、ｑ軸電流Ｉｑｃをｑ軸電流指令値Ｉｑｃ＊に追従させるためのｑ軸電圧指令Ｖｑｃ＊を生成する。
【００２５】
座標変換器１４は、電流制御器１２によって生成されたｄ軸電圧指令値Ｖｄｃ＊およびｑ軸電圧指令値Ｖｑｃ＊を、速度／位置演算器２０により算出された回転子位置θｄｃを用いて、三相電圧指令値（Ｕ相電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ＊、Ｗ相電圧指令値Ｖｗ＊）にｄｑ逆変換する。座標変換器１４は「第２の変換器」の一実施例に対応する。
【００２６】
ＰＷＭ制御器１６は、三相電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に基づいて、インバータ３のＩＧＢＴ素子Ｑ１〜Ｑ６のオンオフを制御するための制御信号Ｓ１〜Ｓ６を生成する。
【００２７】
以上説明したように、位置センサレスベクトル制御においては、電動機２の回転子位置θｄｃおよび回転速度ωｍｃの推定値を用いて電動機２のベクトル制御が実行される。
【００２８】
ここで、電動機２の回転子位置θｄは、電動機２の磁石磁束φｍの存在する位置（角度）と定義される。回転子位置θｄは、電動機２の回転に応じて時々刻々と変化するため、θｄを直接推定すると、演算処理周期による位相遅れの影響が問題になる。そこで、制御装置５は、回転子位置θｄを直接求めることに代えて、制御上の回転子位置θｄｃ（制御上で仮定している回転子位置）と実際の回転子位置θｄとの間の誤差成分（以下、軸誤差も称する）を求めることで、上述した位相遅れの影響を回避する。
【００２９】
図３は、軸誤差の定義を示したベクトル図である。図３では、電動機２の回転座標軸（ｄ−ｑ軸）に対して、制御上の座標軸をｄｃ−ｑｃ軸と定義する。軸誤差Δθｄｃは、ｄ−ｑ軸とｄｃ−ｑｃ軸との偏差である。速度／位置演算器２０では、軸誤差Δθｄｃを演算で求め、この軸誤差Δθｄｃがゼロとなるように制御上の座標軸ｄｃ−ｑｃ軸を修正することにより、ｄ−ｑ軸にｄｃ−ｑｃ軸を一致させる。
【００３０】
図４は、図２に示した速度／位置演算器２０の構成例を示す回路ブロック図である。
図４を参照して、速度／位置演算器２０は、軸誤差推定部２２と、軸誤差補正部２４と、減算器２６と、ＰＩ制御部２８と、積分器３０と、乗算器３２とを有する。
【００３１】
軸誤差推定部２２は、実際の回転座標軸（ｄ−ｑ軸）と制御上の推定座標軸（ｄｃ−ｑｃ軸）との偏差である軸誤差Δθｄｃ（図３参照）を推定する。具体的には、軸誤差推定部２２は、ｄ軸電圧Ｖｄｃ、ｑ軸電圧Ｖｑｃ、ｄ軸電流Ｉｄｃ、ｑ軸電流Ｉｑｃおよび電動機２の電気角速度ωｃに基づいて、次式（１）により軸誤差Δθｄｃを算出する。
【００３２】
Δθｄｃ＝（Ｖｄｃ−Ｒ１Ｉｄｃ＋ωｃＬＩＩｑｃ）／ωｃφｍ      …（１）
ただし、Ｒ１：巻線抵抗、Ｌ１：巻線インダクタンス、φｍ：磁石の磁束、ωｃφｍ：誘起電圧Ｅｍである。誘起電圧Ｅｍは回転速度に応じて発生する起電圧であり、回転速度に比例して大きくなる。Ｒ１，Ｌ１およびφｍはモータ定数として予め取得したものを用いることができる。
【００３３】
ｄｃ−ｑｃ軸上ではｄ軸電圧ＶｄはＶｄｃ、ｑ軸電圧ＶｑはＶｑｃ、ｄ軸電流ＩｄはＩｄｃ、ｑ軸電流ＩｑはＩｑｃとして観測される。
【００３４】
また、式（１）中の電気角速度ωｃは、速度／位置演算器２０の演算結果として出力される値であるため、軸誤差Δθｄｃを求めるために、Δθｄｃの演算結果の値が必要という矛盾が生じる。そこで、電気角速度ωｃの変化は演算処理周期に対して大きくないものと仮定して、電気角速度ωｃには前回の演算処理周期で得られた電気角速度ωｃを用いることとする。
【００３５】
速度／位置演算器２０は、制御上の座標軸（ｄｃ−ｑｃ軸）を実際の回転座標軸ｄ−ｑ軸に一致させるために、式（１）により算出された軸誤差ΔθｄｃがゼロになるようにＰＬＬ（Phased  Locked  Loop）制御を行なう。軸誤差Δθｄｃがゼロであれば、制御上の回転子位置θｄｃは実際の電動機２の回転子位置θｄに一致することになる。回転子位置が一致していれば、電動機２の電気角速度ωｃも実際の電気角速度ωに一致しているため、ＰＬＬ制御の出力を電動機２の速度推定値として利用することができる。
【００３６】
その一方で、軸誤差Δθｄｃの演算には、電流検出器７，８，９によるインバータ３の出力電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの検出値、および電圧検出器６による電動機２の電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗの検出値が用いられる。これらの検出値は、実効値としてみた場合は正常であっても、瞬時値は電動機２の構造及び外乱の影響を受けて、実際の瞬時値とは乖離した値をとる場合がある。このような検出値を用いて軸誤差Δθｄｃを演算すると、演算された軸誤差Δθｄｃも本来あるべき値から乖離してしまうことが懸念される。そして、この乖離した軸誤差Δθｄｃに基づいて推定された電動機２の回転子位置θｄｃおよび回転速度ωｍｃを用いてベクトル制御を実行することにより、電動機２が脱調することが懸念される。
【００３７】
そこで、本実施の形態では、速度／位置演算器２０内に、軸誤差推定部２２により算出された軸誤差Δθｄｃに対して制限をかけるように軸誤差Δθｄｃを補正するための軸誤差補正部２４を設ける。軸誤差補正部２４は、上限値および下限値を有しており、上限値および下限値で規定される許容範囲内に軸誤差Δθｄｃが収まるように軸誤差Δθｄｃを補正するように構成される。これにより、補正された軸誤差Δθｄｃ（以下、軸誤差Δθｄｃ♯とも称する）がゼロになるように、ＰＬＬ制御が行なわれることになる。
【００３８】
図５は、軸誤差補正部２４における軸誤差Δθｄｃの補正を説明するための図である。図５には、軸誤差補正部２４に入力される軸誤差Δθｄｃと、軸誤差補正部２４により補正された軸誤差Δθｄｃ♯との関係が示される。図５の横軸は軸誤差Δθｄｃを示し、図５の縦軸は補正された軸誤差Δθｄｃ♯を示す。
【００３９】
図５を参照して、軸誤差補正部２４は、正側に上限値（＋Δθｌｉｍ）を有し、負側に下限値（−Δθｌｉｍ）を有する。軸誤差補正部２４は、軸誤差推定部２２から与えられる軸誤差Δθｄｃが−Δθｌｉｍ≦Δθｄｃ≦＋Δθｌｉｍである場合、軸誤差Δθｄｃをそのまま軸誤差Δθｄｃ♯に設定する。一方、軸誤差Δθｄｃが−Δθｌｉｍを下回る場合には、軸誤差補正部２４は、下限値（−Δθｌｉｍ）を軸誤差Δθｄｃ♯に設定する。また、軸誤差補正部２４は、軸誤差Δθｄｃが＋Δθｌｉｍを上回る場合には、上限値（＋Δθｌｉｍ）を軸誤差Δθｄｃ♯に設定する。
【００４０】
さらに、軸誤差補正部２４は、電動機２の電気角速度ωｃに応じて、上限値（＋Δθｌｉｍ）および下限値（−Δθｌｉｍ）を調整可能に構成される。図６は、軸誤差補正部２４の構成例を示す回路ブロック図である。
【００４１】
図６を参照して、軸誤差補正部２４は、軸誤差Δθｄｃに対して制限をかける軸誤差リミッタ４０と、軸誤差リミッタ４０における上限値（＋Δθｌｉｍ）および下限値（−Δθｌｉｍ）を設定するための設定部４２とを有する。
【００４２】
設定部４２は、電動機２の電気角速度ωｃに基づいて、上限値（＋Δθｌｉｍ）および下限値（−Δθｌｉｍ）を生成する。なお、電気角速度ωｃには前回の演算処理周期で得られた電気角速度ωｃが用いられる。
【００４３】
図６の例では、設定部４２は、増幅器４４，４８と、加算器４６とを有する。増幅器４４は、電気角速度ωｃの絶対値｜ωｃ｜をＡ倍（係数Ａは正数）するように構成される。加算器４６は、増幅器４４の出力（＝Ａ×｜ωｃ｜）に係数Ｂ（Ｂは０または実数）を加算する。加算器４６による加算結果（＝Ａ×｜ωｃ｜＋Ｂ）は上限値（＋Δθｌｉｍ）に設定される。ただし、Δθｌｉｍ＜０となる場合には、Δθｌｉｍ＝０とする。
【００４４】
増幅器４８は、加算器４６の出力を（−１倍）するように構成される。増幅器４８の出力（＝−（Ａ×｜ωｃ｜＋Ｂ））は下限値（−Δθｌｉｍ）に設定される。
【００４５】
軸誤差リミッタ４０は、設定された上限値（＋Δθｌｉｍ）および下限値（−Δθｌｉｍ）で規定される許容範囲内となるように軸誤差Δθｄｃを制限することにより、軸誤差Δθｄｃ♯を生成する。
【００４６】
図７は、図６の設定部４２にて設定される軸誤差Δθｄｃの許容範囲と電気角速度ωｃとの関係を説明する図である。図７の横軸は電動機２の電気角速度ωｃを示し、図７の縦軸は許容範囲の上限値（＋Δθｌｉｍ）および下限値を（−Δθｌｉｍ）示す。
【００４７】
図７に示すように、電気角速度ωｃが大きくなるに従って、上限値（＋Δθｌｉｍ）および下限値（−Δθｌｉｍ）の絶対値が大きくなる。言い換えると、電気角速度ωｃが大きくなるに従って、軸誤差Δθｄｃの許容範囲が広がっている。
【００４８】
制御上の座標軸であるｄｃ−ｑｃ軸は電気角速度ωｃで回転するため、電気角速度ωｃが大きくなるほど、実際の回転座標軸ｄ−ｑ軸との偏差である軸誤差Δθｄｃも大きくなることが予想される。ただし、電気角速度ωｃが大きい場合を想定して上限値（＋Δθｌｉｍ）および下限値（−Δθｌｉｍ）を設定すると、電気角速度ωｃが小さい場合において軸誤差Δθｄｃを適切に制限することが困難となり、電動機２の脱調を招く可能性が懸念される。本実施の形態では、図７に示すように、電気角速度ωｃが小さい場合には、電気角速度ωｃが大きい場合に比べて、軸誤差Δθｄｃの許容範囲を狭める構成とする。これによると、電気角速度ωｃの大小によらず、軸誤差Δθｄｃを適切に制限することが可能となる。
【００４９】
なお、図７の例では、電気角速度ωｃの絶対値が大きくなると、上限値（＋Δθｌｉｍ）および下限値（−Δθｌｉｍ）の絶対値が一次関数的に増加する構成としたが、上限値および下限値の増加の態様は特に限定されるものではない。すなわち、電気角速度ωｃの絶対値が大きくなるに従って上限値および下限値の絶対値が大きくなるという関係が成り立っていれば、必ずしも上限値および下限値の絶対値は一次関数的に増加する必要はない。
【００５０】
図４に戻って、軸誤差補正部２４により補正された軸誤差Δθｄｃ♯は減算器２６に入力される。減算器２６は、軸誤差Δθｄｃ♯と軸誤差指令値（通常はゼロ）との偏差を演算する。ＰＩ制御部２８は、軸誤差Δθｄｃの偏差がゼロになるように、ＰＬＬ制御によって電気角速度ωｃを制御する。積分器３０は、電気角周波数ωｃを積分することにより、制御上の回転子位置θｄｃを算出する。軸誤差Δθｄｃ♯がゼロに制御されれば、制御上の回転子位置θｄｃは実際の電動機２の回転子位置θｄに一致する。
【００５１】
乗算器３２は、電動機２の極数Ｐを用いて、電気角周波数ωｃを機械角速度ωｍｃに変換する。算出された機械角速度ωｍｃは、ベクトル制御において、電動機２の回転速度情報として利用される。
【００５２】
図２に戻って、速度／位置演算器２０により算出された回転子位置θｄｃは座標変換器１４，１８に与えられ、座標変換に用いられる。また、速度／位置演算器２０により算出された機械角速度ωｍｃは速度制御器１０に与えられ、速度制御に用いられる。
【００５３】
なお、図６に示した軸誤差補正部２４の構成例において、設定部４２における係数Ａおよび係数Ｂの各々の値は、電動機２のモータ定数（例えば、電動機２の極数など）および電動機２の動作仕様などに応じて適宜調整することができる。これにより、軸誤差Δθｄｃの上限値および下限値（すなわち、軸誤差Δθｄｃの許容範囲）を任意の大きさに調整することができる。例えば、係数Ａの値を大きくすれば、ある電気角速度ωｃでの上限値および下限値の絶対値も大きくなり、結果的に軸誤差Δθｄｃの許容範囲も広くなる。一方、係数Ａの値を小さくすれば、ある電気角速度ωｃでの上限値および下限値の絶対値も小さくなり、結果的に軸誤差Δθｄｃの許容範囲も狭くなる。
【００５４】
軸誤差Δθｄｃの許容範囲を広げることで、軸誤差ΔθｄｃをゼロにするためのＰＬＬ制御の応答性を高めることができるため、制御上の回転子位置θｄｃを実際の回転子位置θｄに速やかに一致させることができる。これにより、電動機２の速度制御において、速度指令ωｍ＊に対する推定速度ωｍｃの追従性を高めることができ、結果的に電動機２の可変速性能を高めることができる。
【００５５】
その一方で、軸誤差Δθｄｃの許容範囲を狭めた場合には、軸誤差ΔθｄｃをゼロにするためのＰＬＬ制御の応答性が低下するものの、実際の値から乖離した異常な軸誤差Δθｄｃに基づいてＰＬＬ制御が実行されることを回避することができる。したがって、電動機２の可変速制御の安定性を確保することができる。
【００５６】
このように電気角速度ωｃと軸誤差Δθｄｃの許容範囲との関係は、電動機２に要求される可変速制御の応答性および可変速制御の安定性に応じて、適宜調整することができる。図８は、軸誤差補正部２４の他の構成例を示す回路ブロック図である。図８に示す軸誤差補正部２４は、図６に示す軸誤差補正部２４に対して選択器５０を追加したものである。
【００５７】
図８の構成例では、電動機２の可変速制御の応答性を重視する第１のモードと、電動機２の可変速制御の安定性を重視する第２のモードとが予め設定されている。電動機２の運転中、選択器５０は、外部入力に応じて第１および第２のモードのいずれか一方を選択するように構成される。この構成では、設定部４２は、選択器５０にて第１のモードが選択された場合には係数Ａを第１の値Ａ１に設定する。一方、選択器５０にて第２のモードが選択された場合には、設定部４２は、係数Ａを第１の値Ａ１よりも小さい第２の値Ａ２に設定することができる。これによると、第１のモードにおける軸誤差Δθｄｃの許容範囲を、第２のモードにおける軸誤差Δθｄｃの許容範囲に比べて広がるため、軸誤差Δθｄｃに対する制限が緩和されることになる。その結果、第１のモードでは、第２のモードに比べて、電動機２の可変速制御の応答性が高められる。反対に、第２のモードでは、第１のモードに比べて、軸誤差Δθｄｃに対する制限が強化されることになる。その結果、第２のモードでは、第１のモードに比べて、制御応答性が劣るものの、電動機２の可変速制御の安定性が高められる。
【００５８】
以上説明したように、この実施の形態においては、電動機の電流を検出する電流検出器の検出値を用いて推定された軸誤差Δθｄｃに基づいて、制御上の電動機の回転子位置θｄｃおよび回転速度ωｍｃを推定する位置センサレスベクトル制御において、軸誤差Δθｄｃに対して制限をかけることにより、電流検出器の検出値における外乱の影響を低減することができる。これにより、電動機２の脱調を防止することができる。
【００５９】
さらに、この実施の形態では、軸誤差Δθｄｃの許容範囲の上限値および下限値は、電動機の回転速度が大きくなるに従って大きくなるように設定される。これにより、電動機の回転速度の大小によらず、軸誤差Δθｄｃを適切に制限することができる。
【００６０】
また、この実施の形態では、電動機において要求される制御性能（速度制御の応答性および速度制御の安定性）に応じて、軸誤差Δθｄｃの許容範囲を調整することができる。これによると、速度制御の応答性が要求される場合には、速度制御の安定性が要求される場合に比べて、軸誤差Δθｄｃの許容範囲を広げることで、要求される制御性能を実現することができる。
【００６１】
今回開示された各実施の形態は、適宜組合わせて実施することも予定されている。そして、今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００６２】
１  直流電源、２  電動機、３  インバータ、５  制御装置、６  電圧検出器、７〜９  電流検出器、１０  速度制御器、１２  電流制御器、１４，１８，１９  座標変換器、１６  ＰＷＭ制御器、２０  速度／位置演算器、２２  軸誤差推定部、２４  軸誤差補正部、２６  減算器、２８  ＰＩ制御部、３０  積分器、３２  乗算器、４０  軸誤差リミッタ、４２  設定部、４４，４８  増幅器、４６  加算器、５０  選択器、１００  駆動装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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