(57)【要約】【課題】突極性を利用した位置推定に伴う位置誤差補正を行う際に、脈動の影響を極力抑制することができ、回転電機を所望のトルクや速度に駆動制御できる回転電機の制御装置を提供する。【解決手段】電流検出手段２で検出された回転電機１に流れる回転電機電流に基づいて回転子の位置を推定する位置推定手段３と、この推定された推定位置に基づいて電圧印加手段６に所定の電圧指令を出力する制御手段５とを備え、制御手段５は、位置指令、速度指令、トルク指令のいずれか一つの指令に基づいて電流指令を演算する電流指令演算部７と、この電流指令に基づいて位置推定誤差を演算する位置推定誤差演算部２３と、この位置推定誤差に基づいて電流指令を補正した補正電流指令を出力する電流指令補正部９とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転電機の回転制御を行うものであって、上記回転電機に対して回転駆動用の電圧を印加する電圧印加手段と、上記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、上記電流検出手段より検出した回転電機電流に基づいて回転子の位置を推定する位置推定手段と、この位置推定手段で推定された推定位置に基づいて上記電圧印加手段に所定の電圧指令を出力する制御手段とを備え、
上記制御手段は、位置指令、速度指令、およびトルク指令のいずれか一つの指令に基づいて電流指令を演算する電流指令演算部と、この電流指令演算部からの上記電流指令に基づいて位置推定誤差を演算する位置推定誤差演算部と、この位置推定誤差演算部で演算された上記位置推定誤差に基づいて上記電流指令を補正した補正電流指令を出力する電流指令補正部とを有し、上記補正電流指令と上記推定位置とに基づいて上記回転電機を駆動するための電圧指令を演算することを特徴とする回転電機の制御装置。
【請求項２】
上記位置推定誤差演算部は、上記電流指令演算部で演算された上記電流指令の大きさに対して比例定数を乗じた値を位置推定誤差として出力するものであることを特徴とする請求項１記載の回転電機の制御装置。
【請求項３】
上記位置推定誤差演算部は、上記電流指令演算部で演算された上記電流指令の大きさに応じて予め記憶された位置推定誤差を出力するものであることを特徴とする請求項１記載の回転電機の制御装置。
【請求項４】
請求項１記載の回転電機の制御装置において、上記位置推定誤差演算部に代えて、上記電流検出手段で検出される回転電機電流に基づいて位置推定誤差を演算する位置推定誤差演算部を備えることを特徴とする回転電機の制御装置。
【請求項５】
上記位置推定誤差演算部は、上記電流検出手段で検出された回転電機電流の振幅の大きさに対して比例定数を乗じた値を位置推定誤差として出力するものであることを特徴とする請求項４記載の回転電機の制御装置。
【請求項６】
上記位置推定誤差演算部は、上記電流検出手段で検出された上記回転電機電流の振幅の大きさに応じて予め記憶された位置推定誤差を出力するものであることを特徴とする請求項４記載の回転電機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘導機や同期機などの回転電機において、回転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制御を行う回転電機の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機の回転動作を精度良く制御する場合、回転電機の回転子位置情報と、回転電機に流れる電流情報が必要である。ここで、回転子位置情報は、従来、回転位置センサを回転電機に取付けることにより回転子位置情報を得ている。しかし、回転位置センサを別途設けるのは、コスト削減、省スペース、信頼性の向上という観点からデメリットが大きいことから、回転位置センサのセンサレス化が要求されている。
【０００３】
回転電機における回転位置センサのセンサレス化を図るための制御方法として、主に回転電機の誘起電圧より回転電機の回転子位置を推定する方法と、突極性を利用して回転電機の回転子位置を推定する方法の２つがある。前者の方法で用いる誘起電圧の大きさは回転電機の速度に比例するという特徴があるため、零速や低速域では誘起電圧が小さくなり、Ｓ／Ｎ比が悪化して回転電機の回転子位置を推定することは困難になる。一方、後者の突極性を利用した方法は回転電機の回転子位置を推定するための位置推定用信号を回転電機に注入しなければならないが、回転電機の速度に関係せず回転電機の回転子位置を推定できるため、零速や低速域においては突極性を利用した位置センサレス制御法が用いられる。
【０００４】
しかしながら、突極性を利用した位置推定法は、回転電機に電流を流すと固定子や回転子が磁気的に飽和し、回転電機のインダクタンス分布が変化することにより、回転子の推定位置と実位置との間で誤差（以下、位置推定誤差という）が発生する。よって、この位置推定誤差を補正しない場合は、所望のトルクや速度を得ることができず、場合によっては回転電機が脱調する。
【０００５】
その対策として、従来、ｑ軸電流指令とインダクタンスの相互干渉による位置推定誤差との間に比例関係があることを利用して、ｑ軸電流指令やｑ軸電流に比例定数を乗算した値を位置推定誤差として求め、この位置推定誤差を補正量として推定位置を直接に補正するようにした技術が提案されている（例えば、下記の特許文献１や非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２９１２８３号
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｚ．Ｑ．Ｚｈｕ，Ｙ．Ｌｉ，Ｄ．Ｈｏｗｅ，ａｎｄ  Ｍ，Ｂｉｎｇｈａｍ：“Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  Ｒｏｔｏｒ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ  Ｅｒｒｏｒ  ｄｕｅ  ｔｏ  Ｃｒｏｓｓ−Ｃｏｕｐｌｉｎｇ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ  ｉｎ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  Ｂａｓｅｄ  Ｓｅｎｓｏｒｌｅｓｓ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｏｆ  ＰＭ  Ｂｒｕｓｈｌｅｓｓ  ＡＣ  Ｍｏｔｏｒｓ”，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｏｎｇｓ  ｏｆ  ２００７  ＩＥＥＥ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｍａｃｈｉｎｅｓ  ａｎｄ  Ｄｒｉｖｅｓ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，Ｖｏｌ−１，ｐｐ．２０８−２１３（２００７−５）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
突極性を利用した位置推定法において、上記の特許文献１や非特許文献１記載では、ｑ軸電流指令に比例定数を乗算した値より位置推定誤差を補正量として求めて推定位置を直接に補正する構成であるため、ｑ軸電流指令に脈動成分が重畳していると、位置推定誤差に脈動成分が含まれるので、この位置推定誤差で推定位置を直接に補正すると、推定位置にも脈動成分が生じることになる。その結果、この推定位置に基づいてｄ軸電圧指令とｑ軸電圧指令とを三相電圧指令に座標変換を行うことにより、回転電機に印加される駆動電圧にもこの脈動成分が重畳してトルク脈動や騒音が発生し、場合によっては、推定位置に重畳した脈動成分とｑ軸電流指令に重畳した脈動成分とが干渉して脈動成分が二重に重畳されたような形となり、回転機に過大電流が流れる恐れがある。
【０００９】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、突極性を利用した位置推定に伴う位置誤差補正を行う際に、脈動の影響を受けるのを極力抑制することができて、回転電機を所望のトルクや速度に駆動制御することができる回転電機の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る回転電機の制御装置は、回転電機の回転制御を行うものであって、上記回転電機に対して回転駆動用の電圧を印加する電圧印加手段と、上記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、上記電流検出手段より検出した回転電機電流に基づいて回転子の位置を推定する位置推定手段と、この位置推定手段で推定された推定位置に基づいて上記電圧印加手段に所定の電圧指令を出力する制御手段とを備え、上記制御手段は、位置指令、速度指令、およびトルク指令のいずれか一つの指令に基づいて電流指令を演算する電流指令演算部と、この電流指令演算部からの上記電流指令に基づいて位置推定誤差を演算する位置推定誤差演算部と、この位置推定誤差演算部で演算された上記位置推定誤差に基づいて上記電流指令を補正した補正電流指令を出力する電流指令補正部とを有し、上記補正電流指令と上記推定位置とに基づいて上記回転電機を駆動するための電圧指令を演算することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る回転電機の制御装置は、突極性を利用した位置推定法において、回転電機に電流を流すことによりインダクタンス分布が変化して磁気飽和によるインダクタンスの相互干渉によって生じる位置推定誤差が発生した場合、従来のように位置推定誤差を補正量として直接に推定位置を補正するのではなく、位置推定誤差に応じて電流指令を補正する。このため、電流指令に脈動成分が含まれる結果、位置推定誤差に脈動成分が重畳することになっても、ｄ軸電圧指令とｑ軸電圧指令とを三相電圧指令に座標変換を行う推定位置は脈動の影響を受けない。したがって、推定位置に基づいて回転電機に駆動電圧を印加する際、脈動成分の影響が抑制されてトルク脈動や騒音の発生が低減される。また、従来のように推定位置に重畳した脈動成分とｑ軸電流指令に重畳した脈動成分とが干渉して脈動成分が二重に重畳されることがないので、回転電機に過大電流が流れるのが無くなり、回転電機を所望のトルクや速度に駆動制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１における回転電機の制御装置の構成図である。
【図２】同制御装置における位置推定手段の詳細を示す構成図である。
【図３】実施の形態１の動作説明に供する説明図である。
【図４】実施の形態１の動作説明に供する説明図である。
【図５】実施の形態１の回転電機の制御装置の変形例を示す構成図である。
【図６】実施の形態１の回転電機の制御装置の他の変形例を示す構成図である。
【図７】実施の形態１の回転電機の制御装置のさらに他の変形例を示す構成図である。
【図８】本発明の実施の形態２における回転電機の制御装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１における回転電機の制御装置の構成図、図２は同制御装置の位置推定手段の詳細を示す構成図である。
【００１４】
この実施の形態１において、回転電機１は、例えば埋込磁石型の同期機であって、この回転電機１には、後述の制御手段５から出力される電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊（以下、符号＊は各指令値を意味する）に基づいて回転駆動用の所定の制御電圧を印加する電圧印加手段６が接続されている。この電圧印加手段６は、例えばインバータなどの電力変換装置により構成されている。
【００１５】
また、この実施の形態１における制御装置は、電圧印加手段６と回転電機１との間を流れる回転電機電流を検出する電流検出手段２と、この電流検出手段２より検出した回転電機電流より回転電機１のインダクタンス変化を検出し、この検出したインダクタンス変化に基づいて回転電機１の回転子の位置を推定する位置推定手段３と、この位置推定手段３で推定された推定位置に基づいて電圧印加手段６に所定の電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊を出力する制御手段５とを備えている。
【００１６】
上記の電流検出手段２は、例えば変流器からなるもので、本例では、回転電機１と電圧印加手段６とを結ぶ電力線からＵ相回転電機電流ｉｕとＷ相回転電機電流ｉｗとを検出する。しかし、それ以外に、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のうち任意の２相分の回転電機電流を検出してもよい。また、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相分の回転電機電流をいずれも検出する方法でもよい。あるいは、電流検出手段２としては、電圧印加手段６の入力である直流母線電流を検出し、その直流母線電流より回転電機電流を演算することも可能である。
【００１７】
位置推定手段３は、回転電機１のインダクタンスが回転子の位置に依存して変化する性質（突極性）を利用して回転電機１の回転子の位置を推定するものである。そのため、この実施の形態１では、制御手段５の加算器１４において、高周波電圧発生器１３が出力する三つの位置推定用信号としての高周波電圧Ｖｕｈ，Ｖｖｈ，Ｖｗｈを、ｄｑ／三相変換器１２から出力される電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に重畳する。そして、電流検出手段２で回転電機電流を検出すれば、この回転電機電流には、高周波電圧発生器１３より出力する高周波電圧Ｖｕｈ，Ｖｖｈ，Ｖｗｈと同じ周波数成分の電流（以下、高周波電流）が含まれているので、位置推定手段３は、この高周波電流を抽出し、抽出した高周波電流の振幅が回転電機１の回転子の位置に依存することを利用して回転子の位置を推定し、その推定位置θｈを出力する。
【００１８】
以下、この位置推定手段３の構成および位置推定処理の内容について具体的に説明する。
位置推定手段３は、図２に示すように、三相・二相変換器１５、二つの電流振幅抽出器１６、二つの乗算器１７、減算器１８、および位置演算器１９を備えている。
【００１９】
ここに、三相・二相変換器１５は、電流検出手段２により検出した回転電機電流ｉｕ，ｉｗから二相電流ｉαｓ，ｉβｓに変換する。このように、二相電流に変換することで以降の位置推定処理に必要な演算処理を簡素化できる。そして、各々の電流振幅抽出器１６は、三相・二相変換器１５の出力である二相電流ｉαｓ，ｉβｓから、位置推定用の高周波電圧Ｖｕｈ，Ｖｖｈ，Ｖｗｈを印加することにより回転電機１に発生する高周波電流の振幅（大きさ）Ｉαｓ，Ｉβｓをフーリエ変換などを用いて抽出する。続いて、各乗算器１７ａ，１７ｂは、各電流振幅抽出器１６ａ，１６ｂの出力であるＩαｓ，Ｉβｓをそれぞれ二乗し、（Ｉαｓ）２と（Ｉβｓ）２を出力する。減算器１８は、（Ｉβｓ）２から（Ｉαｓ）２を減じてΔＩαβを出力する。位置演算器１９は減算器１８の出力であるΔＩαβより推定位置θｈを演算する。
【００２０】
このようにして求めた回転子位置θｈは、センサ等を用いて直接にその位置を検出したものではなく、演算により求めた推定値であるが、この方法によっても正しい回転子の位置を推定することができる。以下、位置推定処理の内容についてさらに具体的に説明する。
【００２１】
回転電機１が例えば埋込磁石型同期機の場合、固定直交座標（α−β軸）での電圧方程式は次の（１）式のように表すことができる。
【００２２】
【数１】
2010166638.tif 000003
【００２３】
回転電機が停止時または低速運転と仮定してω＝０とし、また、微分演算子Ｐをラプラス演算子ｓに置き換えると、固定直交座標での電流ｉαｓ，ｉβｓは次の（２）式となる。
【００２４】
【数２】
2010166638.tif 000004
【００２５】
いま、高周波電圧発生器１３から回転電機１を駆動するための電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊の角周波数よりも十分に高い角周波数ωｈなる高周波電圧Ｖｕｈ，Ｖｖｈ，Ｖｗｈを印加すると、Ｒ＜＜Ｌα・ωｈ及びＲ＜＜Ｌβ・ωｈが成り立ち（ｓ＝ｊωｈ（ｊは虚数単位）とした場合）、固定子抵抗Ｒの影響を無視すると、上記（２）式は次の（３）式となる。
【００２６】
【数３】
2010166638.tif 000005
【００２７】
また、高周波電圧発生器１３より印加する高周波電圧Ｖｕｈ，Ｖｖｈ，Ｖｗｈは、固定直交座標では次の（４）式のように表すことができる。
【００２８】
【数４】
2010166638.tif 000006
【００２９】
（４）式の固定直交座標での高周波電圧は、次の（５）式で表される。
【００３０】
【数５】
2010166638.tif 000007
【００３１】
したがって、（５）式の高周波電圧の値を（３）式における固定直交座標系の［Ｖαｓ  Ｖβｓ］に代入し、ｓ＝ｊωｈ（ｊは虚数単位）とすると、次の（６）式となる。
【００３２】
【数６】
2010166638.tif 000008
【００３３】
（６）式に示すように、固定直交座標での電流ｉαｓ，ｉβｓの振幅に回転子位置情報θ（＝回転子位置θｈ）が含まれていることが分かる。したがって、各電流振幅抽出器１５で位置推定用の高周波電圧Ｖｕｈ，Ｖｖｈ，Ｖｗｈを印加したことにより回転電機１に発生する高周波電流ｉαｓ，ｉβｓから振幅Ｉαｓ，Ｉβｓを抽出する。そして、抽出した振幅Ｉαｓ，Ｉβｓに基づいて、次の（７）式に示すような演算を施すことにより、回転子位置情報θ（回転子位置θｈ）のみを含んだ項を抽出する。この演算を実現するために、振幅Ｉαｓ，Ｉβｓをそれぞれ二乗する各乗算器１６と、各乗算器１６の出力である（Ｉβｓ）２から（Ｉαｓ）２を減じて回転子位置θの情報のみを含むΔＩαβを出力する減算器１８を用いる。
【００３４】
【数７】
2010166638.tif 000009
【００３５】
位置演算器１９は、上記（７）式のΔＩαβを次の（８）式で除すことにより、ｃｏｓ２θのみを抽出する。そして、ｃｏｓ２θの逆余弦を演算することによりθ（回転子位置θｈ）を計算する。
【００３６】
【数８】
2010166638.tif 000010
【００３７】
なお、回転子位置θｈの演算は逆余弦演算ではなく、ｃｏｓ２θの値を記憶したテーブルを用意し、その記憶装置に記憶されたｃｏｓ２θの値に基づいて回転子位置θｈを求める方法や、テーラー展開やテーラー展開に基づいた（９）式のような近似計算をして回転子位置θｈを求めてもよい。
【００３８】
【数９】
2010166638.tif 000011
【００３９】
なお、位置推定手段３としては、以上のように回転子位置θｈを求める方法に限定されるものではなく、電流検出手段２より検出した回転電機電流に基づいて回転子位置θｈを求めるものであれば、上記以外の方法であってもよい。
【００４０】
次に、制御手段５の構成および制御動作について説明する。
この実施の形態１において、制御手段５は、電流指令演算部７、位置推定誤差演算部２３、電流指令補正部９、三相／ｄｑ変換器１０、電圧指令演算部１１、ｄｑ／三相変換器１２、高周波電圧発生器１３、および加算器１４を有する。
【００４１】
電流指令演算部７は、外部から与えられるトルク指令Ｔｒｅｆに基づいてｄｑ座標上の電流指令ｉｄ＊，ｉｑ＊を出力する。すなわち、外部よりトルク指令Ｔｒｅｆが入力された場合、電流指令演算部７は、回転電機１の出力トルクＴとｄｑ座標上の電流指令ｉｄ，ｉｑに次の（１０）式の関係があることを利用してｉｄ＊とｉｑ＊とを決定する。例えばｉｄ＊＝０と制御する場合には、ｉｑ＊は（１０）式を用いて（１１）式のように決定される。なお、後述するように、トルク指令Ｔｒｅｆ以外に位置指令あるいは速度指令に基づいて電流指令ｉｄ＊，ｉｑ＊を求めることも可能である。
【００４２】
【数１０】
2010166638.tif 000012
Ｐｍ：回転電機の極対数
φｍ：磁石磁束の大きさ
【００４３】
【数１１】
2010166638.tif 000013
【００４４】
ところで、前述のごとく、位置推定手段３は、電流検出手段２で検出される回転電機電流に含まれる高周波電流を抽出し、この抽出した高周波電流の振幅が、回転電機１の位置に依存すること、すなわち、その回転子の位置によってインダクタンスが変化する結果、回転電機１に流れる高周波電流の電流ベクトル軌跡が楕円になることを利用して回転電機１の回転子の位置を推定して、推定位置θｈとして出力する。
【００４５】
ここで、回転電機１に負荷が無くてｄ軸電流ｉｄ＝０、ｑ軸電流ｉｑ＝０の場合、高周波電流の電流ベクトル軌跡は、図３（ａ）に示すように、長軸をｄ軸、短軸をｑ軸としたｄ−ｑ軸座標系の楕円となる（図３はＬｑ＞Ｌｄの場合を示す）。しかし、回転電機１を駆動させるために実際に電流指令ｉｄ＊，ｉｑ＊を与えて電流（ｄ軸電流ｉｄ≠０、ｑ軸電流ｉｑ≠０）が回転電機１に流れると、図３（ｂ）に示すように、高周波電流の電流ベクトル軌跡は、長軸をｄｈ軸、短軸をｑｈ軸としたｄｈ−ｑｈ軸座標系の楕円となり、ｄ軸とｄｈ軸、およびｑ軸とｑｈ軸の方向がそれぞれ一致しなくなる。つまり、位置推定手段３から出力される推定位置θｈと回転電機１の実位置との間で、電流指令ｉｄ＊，ｉｑ＊の大きさに応じた位置推定誤差ΔθＬが発生する。
【００４６】
すなわち、電流指令演算部７から出力されるｄ軸電流指令ｉｄ＊とｑ軸電流指令ｉｑ＊とは、あくまで図３（ａ）に示したように、ｄ軸を長軸、ｑ軸を短軸とするｄ−ｑ軸座標系であることを前提としている。しかるに、回転電機１の負荷に応じて電流指令ｉｄ＊，ｉｑ＊を与えることで位置推定誤差ΔθＬが生じて、図３（ｂ）に示したように、高周波電流の電流ベクトル軌跡が長軸をｄｈ軸、短軸をｑｈ軸としたｄｈ−ｑｈ軸座標系の楕円となっていると、本来、ｄ軸に対して電流指令ｉｄ＊を与えるべきものがｄｈ軸に、ｑ軸に対して電流指令ｉｑ＊を与えるべきものがｑｈ軸に与えることになる。その結果、回転電機１を所望のトルクや速度に制御できなくなり、場合によっては脱調するという不具合が生じる。したがって、回転電機１の負荷に応じて与えるべき電流指令ｉｄ＊，ｉｑ＊によって位置推定誤差ΔθＬが生じるときには、この位置推定誤差ΔθＬの大きさに応じて電流指令ｉｄ＊，ｉｑ＊に対する補正を行い、図３（ａ）に示した本来のｄ−ｑ軸系に電流指令ｉｄ＊，ｉｑ＊が与えられるようにする必要がある。
【００４７】
そのため、この実施の形態１では、位置推定誤差演算部２３と電流指令補正部９とを設けて位置推定誤差ΔθＬの大きさに応じて電流指令ｉｄ＊，ｉｑ＊に対する補正を行うようにしている。
【００４８】
次に、その補正内容について、さらに詳しく説明する。
まず、位置推定誤差演算部２３は、位置推定誤差ΔθＬがｑ軸電流指令ｉｑ＊との間に比例関係が成り立つ場合は、次の（１２）式に示すように、ｉｑ＊に比例係数Ｋ１を乗じたものをΔθＬとして出力する。なお、これに限らず、位置推定誤差ΔθＬがｄ軸電流指令ｉｄ＊との間に比例関係が成り立つ場合には、（１３）式に示すように、ｉｄ＊に比例係数Ｋ２を乗じたものをΔθＬとして出力してもよい。また、推定位置誤差ΔθＬがｉｄ＊とｉｑ＊の双方と比例関係が成り立つ場合には、（１４）式に示すようにしてΔθＬを求めて出力してもよい。このように、位置推定誤差ΔθＬがｑ軸電流指令ｉｑ＊やｄ軸電流指令ｉｄ＊との間に比例関係が成り立つ場合には、簡単に位置推定誤差ΔθＬを演算することができる。
【００４９】
【数１２】
2010166638.tif 000014
【００５０】
【数１３】
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【００５１】
【数１４】
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【００５２】
また、位置推定誤差演算部２３は、推定位置誤差ΔθＬとｑ軸電流指令ｉｑ＊やｄ軸電流指令ｉｄ＊との間に比例関係が成り立たなくて別の関数となる場合は、ΔθＬをｉｑ＊やｉｄ＊の関数としたり、ｉｄ＊やｉｑ＊の値に応じて生じる推定位置誤差Δθを予めテーブルとして記憶しておき、ｉｄ＊やｉｑ＊の値に応じて記憶されたテーブルからΔθＬを読み出して出力してもよい。このように予めテーブル化しておけば、ｑ軸電流指令ｉｑ＊やｄ軸電流指令ｉｄ＊に基づいてい位置推定誤差ΔθＬをさらに一層簡単に求めることが可能となる。
【００５３】
次に、電流指令補正部９は、位置推定誤差演算部２３の出力である位置推定誤差ΔθＬに基づいて、次の（１５）式に示す演算を行ってｄ軸電流指令ｉｄ＊とｑ軸電流指令ｉｑ＊とを補正し、補正後にこれを補正電流指令ｉｄ_ｃ＊，ｉｑ_ｃ＊として出力する。
【００５４】
【数１５】
2010166638.tif 000017
【００５５】
その動作原理を、図４を用いて説明する。なお、図４では、理解を促すとともに説明を簡単にするために、ｄ軸電流指令としてｉｄ＊＝０、ｑ軸電流指令としてｉｑ＊を与えた場合を例示している。
【００５６】
推定位置誤差ΔθＬがある場合、図４（ａ）に示すように、位置推定手段３が出力する推定位置θｈによる座標系は、長軸がｄｈ軸、短軸がｑｈ軸のｄｈ−ｑｈ軸座標系となる。一方、電流指令演算部７から出力されるｄ軸電流指令ｉｄ＊とｑ軸電流指令ｉｑ＊とは、あくまでｄ軸を長軸、ｑ軸を短軸とするｄ−ｑ軸座標系である。よって、ｑ軸電流指令ｉｑ＊に対して何ら補正を行わないと、ｑ軸電流指令ｉｑ＊は、本来ｑ軸に流すべきであるのにもかかわらず、ｑｈ軸に流してしまうことになる。
【００５７】
この不具合を無くすため、電流指令補正部９は、位置推定誤差演算部２３の出力であるΔθＬを用いて、（１５）式に示すように、ｄｈ軸上の電流指令であるｄ軸補正電流指令ｉｄ_ｃ＊と、ｑｈ軸上の電流指令であるｑ軸補正電流指令ｉｑ_ｃ＊とをそれぞれ演算して出力する。このようにすれば、例えば、ｄ軸電流指令がｉｄ＊＝０、ｑ軸電流指令がｉｑ＊の場合、図４（ｂ）に示すように、ｄｈ軸上の電流指令であるｄ軸補正電流指令ｉｄ_ｃ＊と、ｑｈ軸上の電流指令であるｑ軸補正電流指令ｉｑ_ｃ＊との合成ベクトルは、ｑ軸上でｉｑ＊となる。つまり、ｑ軸電流指令ｉｑ＊は、本来のｄ−ｑ軸座標系のｑ軸に流すことができるようになる。
【００５８】
このようにして、電流指令補正部９によって、（１５）式に基づいて、合成ベクトルであるｄ軸補正電流指令ｉｄ_ｃ＊と、ｑ軸補正電流指令ｉｑ_ｃ＊とがそれぞれ演算されて出力される。
【００５９】
一方、三相／ｄｑ変換器１０は、位置推定手段３の出力である推定位置θｈを用いて、電流検出手段２より検出した回転電機電流（静止座標）をｄ−ｑ軸座標系の電流であるｉｄ，ｉｑへ変換する。
【００６０】
電圧指令演算部１１は、電流指令補正部９の出力であるｉｄ_ｃ＊、ｉｑ_ｃ＊と、三相／ｄｑ変換器の出力であるｉｄ、ｉｑそれぞれの差分（ｉｄ_ｃ＊−ｉｄと、ｉｑ_ｃ−ｉｑ）を求め、差分が無くなるように比例積分（ＰＩ）制御することで、ｄ軸電圧指令Ｖｄ＊とｑ軸電圧指令Ｖｑ＊とを演算して出力する。
【００６１】
ｄｑ／三相変換器１２は、位置推定手段３の出力である推定位置θｈを用いて、電圧指令演算部１１の出力であるＶｄ＊，Ｖｑ＊（ｄｑ座標）を三相電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊（静止座標）に変換する。
【００６２】
高周波電圧発生器１３は、位置推定手段３からの推定位置θｈを推定するために用いるものであり、ｄｑ／三相変換器１２の出力であるＶｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊の周波数よりも高い周波数の高周波電圧Ｖｕｈ，Ｖｖｈ，Ｖｗｈを出力する。
【００６３】
加算器１４はｄｑ／三相変換器１２の出力である三相電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊と高周波電圧発生器１３の出力であるＶｕｈ，Ｖｖｈ，Ｖｗｈをそれぞれ加算した電圧指令Ｖｕｓ，Ｖｖｓ，Ｖｗｓを電圧印加手段６へ出力する。
【００６４】
電圧印加手段６は、制御手段５の出力である電圧指令Ｖｕｓ，Ｖｖｓ，Ｖｖｓに基づいてインバータなどの電力変換装置により回転電機に電圧を印加する。
【００６５】
以上のように、この実施の形態１では、回転電機１の負荷に応じて電流指令ｉｄ_ｃ＊，ｉｑ_ｃ＊を与えることで位置推定誤差ΔθＬが生じても、回転電機１の正しいｄ軸およびｑ軸上にｄ軸電流指令ｉｄ＊とｑ軸電流指令ｉｑ＊を流すことができる。そのため、回転電機１を所望のトルク、速度に制御することが可能となり、脱調することなく回転電機１を駆動することができる。
【００６６】
また、従来のように位置推定誤差ΔθＬを補正量として直接に推定位置θｈを補正するのではなく、位置推定誤差ΔθＬに応じて電流指令ｉｄ＊，ｉｑ＊を補正する構成としているので、電流指令演算部７で演算される電流指令ｉｄ＊，ｉｑ＊に脈動成分が含まれていて、その結果、位置推定誤差ΔθＬに脈動成分が重畳することになっても、推定位置θｈは脈動の影響を受けない。したがって、推定位置θｈに基づいて回転電機１に駆動電圧を印加する際、脈動成分の影響が抑制されてトルク脈動や騒音の発生が低減され、また、回転電機１に過大電流が流れるのが無くなり、回転電機１を所望のトルクや速度に駆動制御することができる。
【００６７】
なお、上記の実施の形態１において、電流指令演算部７は、外部から与えられるトルク指令Ｔｒｅｆに基づいてｄｑ座標上の電流指令ｉｄ＊，ｉｑ＊を求める構成としたが、これに限らず、例えば、外部より速度指令ωｒｅｆが与えられる場合には、図５に示すように、制御手段５に速度推定器１８を設け、この速度推定器１８によって位置推定手段３の出力である推定位置θｈに基づいて推定速度ωｈを求めてこれを電流指令演算部７に出力し、電流指令演算部７では、この推定速度ωｈと速度指令ωｒｅｆとの偏差Δωを求め、この偏差Δωを比例積分制御することにより電流指令ｉｄ＊，ｉｑ＊を決定することも可能である。
【００６８】
また、外部より位置指令θｒｅｆが与えられる場合には、図６に示すように、制御手段５に速度推定器１８を設け、この速度推定器１８によって位置推定手段３の出力である推定位置θｈに基づいて推定速度ωｈを求めてこれを電流指令演算部７に出力し、電流指令演算部７では、位置推定手段３の出力である推定位置θｈと位置指令θｒｅｆとの偏差Δθを求め、この偏差Δθを比例積分することで速度指令ωｒｅｆを演算し、続いて、この速度指令ωｒｅｆと速度推定器１８から与えられる推定速度ωｈとの偏差Δωを求め、この偏差Δωを比例積分制御することにより電流指令ｉｄ＊，ｉｑ＊を決定することも可能である。
【００６９】
また、上記の実施の形態１において、位置推定誤差演算部２３は、ｄ軸電流指令ｉｄ＊やｑ軸電流指令ｉｑ＊に基づいて推定位置誤差ΔθＬを求めるようにしているが、その代わりに、例えば図７に示すように、三相／ｄｑ変換器１０の出力であるｄ軸電流ｉｄやｑ軸電流ｉｑを用いて推定位置誤差ΔθＬを求めるようにすることも可能である。なお、図７では電流指令演算部７にトルク指令を入力しているが、実施の形態１で説明したように、速度推定器１８を設けて位置指令または速度指令を入力してもよい。
【００７０】
実施の形態２．
図８は本発明の実施の形態２における回転電機の制御装置を示す構成図であり、図１に示した実施の形態１と対応もしくは相当する構成部分には同一の符号を付す。
【００７１】
上記の実施の形態１おいて、位置推定誤差演算部２３は、例えば前述の（１２）〜（１４）式に示したように、ｄ軸電流指令ｉｄ＊やｑ軸電流指令ｉｑ＊に比例定数を乗じたものを推定位置誤差ΔθＬとして出力している。
【００７２】
これに対して、この実施の形態２では、図８に示すように、位置推定誤差演算部２３は、電流検出手段２より検出した回転電機電流ｉｕ，ｉｗに基づいて推定位置誤差ΔθＬを演算するようにしたものである。以下、位置推定誤差演算部２３の詳細について示す。
【００７３】
先の実施の形態１で述べたように、回転電機１を駆動させるための電流が回転電機１に流れることにより、推定位置誤差ΔθＬが生じる。この推定位置誤差ΔθＬは、回転電機１に流れる電流に応じて発生するため、位置推定誤差演算部２３は、電流検出手段２より検出した回転電機電流ｉｕ，ｉｗに基づいて、次の（１６）式、または（１７）式に示すようにして回転電機電流実効値Ｉｅｆｆ、あるいは、回転電機電流波高値Ｉａｍｐを演算する。なお、（１６）式、（１７）式中のｉｖは、三相回転電機電流に（１８）式の関係があることを利用して求めることができる。
【００７４】
【数１６】
2010166638.tif 000018
【００７５】
【数１７】
2010166638.tif 000019
【００７６】
【数１８】
2010166638.tif 000020
【００７７】
次に、（１９）式あるいは（２０）式に示すように、それぞれ演算したＩｅｆｆ、またはＩａｍｐに比例係数Ｋ３またはＫ４を乗じたものを位置推定誤差ΔθＬとして出力する。このように、位置推定誤差ΔθＬが回転電機電流ｉｕ，ｉｗとの間に一定の関係が成り立つ場合、簡単に位置推定誤差ΔθＬを演算することができる。
【００７８】
【数１９】
2010166638.tif 000021
【００７９】
【数２０】
2010166638.tif 000022
【００８０】
なお、推定位置誤差ΔθＬと回転電機電流実効値Ｉｅｆｆや回転電機電流波高値Ｉａｍｐとの間に（１９）式や（２０）式の示したような比例関係が成り立たなく別の関数となる場合には、位置推定誤差演算部２３は、ΔθＬをＩｅｆｆやＩａｍｐの関数としたり、またＩｅｆｆやＩａｍｐの値に応じて生じる推定位置誤差Δθを予めテーブルとして記憶しておき、ＩｅｆｆやＩａｍｐに応じて記憶されたテーブルよりΔθを読み出して出力してもよい。このように予めテーブル化しておけば、位置推定誤差ΔθＬをさらに一層簡単に求めることが可能となる。また、ここでは、Ｕ相とＷ相に関する回転電機電流ｉｕ，ｉｗを利用しているが、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のうち任意の２相分の回転電機電流を検出してもよい。また、Ｕ相電流、Ｖ相電流、Ｗ相電流の３相分の回転電機電流をいずれも検出する方法でもよい。また、図８では電流指令演算部７にトルク指令を入力しているが、実施の形態１で説明したように、速度推定器１８を設けて位置指令または速度指令を入力してもよい。
その他の構成部分は実施の形態１と同様であるため、ここでは詳しい説明は省略する。
【００８１】
以上のように、この実施の形態２では、実施の形態１の場合と同様、回転電機１の負荷に応じて電流指令ｉｄ_ｃ＊，ｉｑ_ｃ＊を与えることで位置推定誤差ΔθＬが生じても、回転電機１の正しいｄ軸およびｑ軸上にｄ軸電流指令ｉｄ＊とｑ軸電流指令ｉｑ＊を流すことができる。そのため、回転電機１を所望のトルク、速度に制御することが可能となり、脱調することなく回転電機１を駆動することができる。また、推定位置誤差ΔθＬで直接に推定位置θｈを補正するのではなく、電流指令ｉｄ＊，ｉｑ＊を補正する構成としているので、推定位置誤差ΔθＬに脈動成分が重畳していても、推定位置θｈは推定位置誤差ΔθＬの脈動の影響を受けない。このため、回転電機１を脱調することなく、所望のトルク、速度に制御することが可能となる。また、トルク脈動や騒音の発生が低減されるとともに、回転電機１に過大電流が流れるのを無くすことができる。
【符号の説明】
【００８２】
１  回転電機、２  電流検出手段、３  位置推定手段、５  制御手段、
６  電圧印加手段、７  電流指令演算部、９  電流指令補正部、
１０  三相／ｄｑ変換器、１１  電圧指令演算部、１２  ｄｑ／三相変換器、
１３  高周波電圧発生器、１４  加算器、２３  位置推定誤差演算部。
【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】
2010166638.tif 000027
【図６】
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【図７】
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【図８】
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