(57)【要約】      （修正有）【課題】磁極位置検出のために同期電動機に重畳される高周波電圧の振幅調整を不要にする。【解決手段】永久磁石形同期電動機の磁極位置を推定して電力変換器により制御する制御装置において、γ軸高周波電圧指令値をγ軸基本波電圧指令値に加算してγ軸電圧指令値を生成する加減算器２２と、γ軸電流検出値，δ軸電流検出値からγ軸高周波電流振幅，δ軸高周波電流振幅をそれぞれ検出するバンドパスフィルタ３３ａ，３３ｂと、γ軸高周波電流振幅指令値にγ軸高周波電流振幅が一致するようにγ軸高周波電圧振幅指令値を演算する電流調節器３１と、γ軸高周波電圧振幅指令値からγ軸高周波電圧指令値を演算する矩形波発振器３２と、δ軸高周波電流振幅から磁極位置を演算するための角度差演算器３４、速度演算器３５及び積分器３６と、を備える。【選択図】図１
2014090643.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石形同期電動機の回転子の突極性を利用して求めた磁極位置演算値を用いて電力変換器により前記電動機を駆動するための制御装置であって、
電流及び電圧をベクトルとしてとらえ、前記回転子の磁束軸方向のｄ軸とこれに直交するｑ軸とからなるｄ−ｑ軸に対して制御上の直交回転座標軸としてのγ−δ軸を内部に推定すると共に、γ軸電圧指令値及びδ軸電圧指令値から求めた各相電圧指令値を前記電力変換器に与えて前記電動機を駆動する制御装置において、
γ軸高周波電圧指令値をγ軸基本波電圧指令値に加算して前記γ軸電圧指令値を生成する手段と、
γ軸電流検出値からγ軸高周波電流振幅を検出する手段と、
δ軸電流検出値からδ軸高周波電流振幅を検出する手段と、
γ軸高周波電流振幅指令値に前記γ軸高周波電流振幅が一致するようにγ軸高周波電圧振幅指令値を演算する手段と、
前記γ軸高周波電圧振幅指令値から前記γ軸高周波電圧指令値を演算する手段と、
前記δ軸高周波電流振幅から前記磁極位置を演算する磁極位置演算手段と、
を備えたことを特徴とする永久磁石形同期電動機の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載した永久磁石形同期電動機の制御装置において、
前記磁極位置演算手段は、
前記δ軸高周波電流振幅から、前記γ軸と前記ｄ軸との角度差を求める角度差演算手段と、前記角度差としての磁極位置演算誤差から前記γ−δ軸の角速度を求める速度演算手段と、前記角速度から磁極位置を求める積分手段と、を備えたことを特徴とする永久磁石形同期電動機の制御装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載した永久磁石形同期電動機の制御装置において、
前記γ軸高周波電圧振幅指令値を演算する手段は、
前記γ軸高周波電流振幅指令値と前記γ軸高周波電流振幅との偏差が零になるように調節動作する積分調節手段を備えたことを特徴とする永久磁石形同期電動機の制御装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載した永久磁石形同期電動機の制御装置において、
前記γ軸高周波電圧振幅指令値を演算する手段は、
前記γ軸高周波電圧振幅指令値とパラメータ推定値とからγ軸高周波電流振幅推定値を演算する手段と、
前記γ軸高周波電流振幅推定値と前記γ軸高周波電流振幅との偏差を増幅して前記パラメータ推定値を演算する手段と、
前記γ軸高周波電流振幅指令値と前記パラメータ推定値とから前記γ軸高周波電圧振幅指令値を演算する手段と、
を備えたことを特徴とする永久磁石形同期電動機の制御装置。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項に記載した永久磁石形同期電動機の制御装置において、
γ軸電流の値を正及び負に制御する手段と、
γ軸電流の値が正であるときの前記γ軸高周波電圧振幅とγ軸電流の値が負であるときの前記γ軸高周波電圧振幅とから、前記磁極位置を演算する手段と、
を備えたことを特徴とする永久磁石形同期電動機の制御装置。
【請求項６】
請求項５に記載した永久磁石形同期電動機の制御装置において、
γ軸電流指令値を正及び負に制御する手段と、
γ軸電流指令値を正に制御したときの前記γ軸高周波電圧振幅指令値とγ軸電流指令値を負に制御したときの前記γ軸高周波電圧振幅指令値とを比較した結果に応じて、前回演算タイミングにおける磁極位置演算値、または、前回演算タイミングにおける磁極位置演算値に電気角１８０°を加算した値により、今回演算タイミングにおける磁極位置演算値を補正する手段と、
を備えたことを特徴とする永久磁石形同期電動機の制御装置。
【請求項７】
請求項４に記載した永久磁石形同期電動機の制御装置において、
γ軸電流の値を正及び負に制御する手段と、
γ軸電流の値が正であるときの前記パラメータ推定値とγ軸電流の値が負であるときの前記パラメータ推定値とから、前記磁極位置を演算する手段と、
を備えたことを特徴とする永久磁石形同期電動機の制御装置。
【請求項８】
請求項７に記載した永久磁石形同期電動機の制御装置において、
γ軸電流指令値を正及び負に制御する手段と、
γ軸電流指令値を正に制御したときの前記パラメータ推定値とγ軸電流指令値を負に制御したときの前記パラメータ推定値とを比較した結果に応じて、前回演算タイミングにおける磁極位置演算値、または、前回演算タイミングにおける磁極位置演算値に電気角１８０°を加算した値により、今回演算タイミングにおける磁極位置演算値を補正する手段と、
を備えたことを特徴とする永久磁石形同期電動機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石形同期電動機の回転子の磁極位置を演算して電力変換器により同期電動機を駆動するための制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、埋込磁石構造の永久磁石形同期電動機（以下、ＩＰＭＳＭ）の回転子の突極性を利用して磁極位置を演算し、この磁極位置演算値に基づいて制御を行う、いわゆるセンサレス制御技術が開発されている。
例えば、特許文献１には、電動機に高周波交番電圧を印加したときに流れる高周波電流を検出して磁極位置を演算する技術が開示されている。
【０００３】
特許文献１を始めとする回転子の突極性を利用した磁極位置演算方法では、原理的に回転子磁極のＮ極とＳ極とを判別できないため、磁極位置演算値に１８０°の誤差を持つことがある。そこで、この演算誤差を電動機鉄芯の磁気飽和特性を利用して補正し、回転子磁極のＮ極、Ｓ極を正確に判別する技術（以下、この技術を「ＮＳ判別」という）が提案されている。
【０００４】
例えば、特許文献２には、図６に示すように、直軸（ｄ軸と同義）方向に高周波の方形波電圧を重畳した上で、直軸電流指令値ｉｄ＊により直軸電流の極性を正負に制御したときの直軸高周波電流ｉｄｈをスイッチ４０９、メモリ４１０を介して磁極判別器４１１に取り込み、その振幅ｉｄｈｐ，ｉｄｈｎの大小関係を比較してプリセット信号を生成し、速度推定器４１２及び積分器４１３により求めた磁極位置演算値を補正する技術が記載されている。
なお、図６において、５０は三相交流電源、７０はインバータ等の電力変換器、８１は永久磁石形同期電動機、４０１は直軸電流調節器、４０２は横軸電流調節器、４０３は加算器、４０４，４０７は座標変換器、４０５はＰＷＭ回路、４０６は電流検出器、４０８は高周波分離フィルタであり、前記スイッチ４０９はｉｄ＊が正または負の時にオンするように構成されている。
【０００５】
また、特許文献３には、図７に示すように、観測指令印加部５０１によりｄ軸電流指令値ｉｄ＊に所定の高周波成分Ｉｈｓｉｎωｈ・ｔを観測指令として印加すると共に、ｄ軸電流指令値ｉｄ＊に対して所定の期間に亘り一定値であってモータが磁気飽和する大きさの直流バイアス成分Ｉｂを観測指令として正負対称に印加し、観測電流指令値に応じたフィードバック電流ｉｄに基づいて演算されるｄ軸応答電圧Ｖｄの高周波成分の振幅に基づいて、回転検出部５０８内の極性判定部５０７がＮＳ判別を行う技術が記載されている。
なお、図７において、５０２は電流制御部、５０３，５０５は座標変換部、５０４は変調部、５０６は位置判定部、５０９はバンドパスフィルタである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３３１２４７２号公報（段落［００１４］〜［００４０］、図１等）
【特許文献２】特開２００２-１７１７９８号公報（請求項４、段落［００３３］〜［００３６］、図４等）
【特許文献３】特開２０１１−２０５８３２号公報（段落［００２０］〜［００３８］、図２等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１、特許文献２に記載された磁極位置演算を実現するには、高周波電流を適切な大きさに調整する必要がある。このためには、電圧指令値に重畳される高周波電圧を適切な大きさに調整する必要があり、この調整作業は一般に煩雑である。また、重負荷時やＮＳ判別時のように電動機鉄芯が磁気飽和する場合には、インダクタンスが低下するため、高周波電流が過大になるおそれがある。
また、特許文献３に記載された従来技術では、電流制御系の遅れによる制御誤差に起因して、観測指令としての高周波成分Ｉｈｓｉｎωｈ・ｔの周波数ωｈを高くするのが困難であり、この周波数が低い場合には、磁極位置演算の遅れや演算精度の低下が問題となる。
【０００８】
そこで、本発明の解決課題は、同期電動機に重畳される高周波電圧の振幅を調整する作業を不要とし、また、電動機鉄芯の磁気飽和によってインダクタンスが低下する場合でも高周波電流を一定値に制御可能として過大になるのを防止した制御装置を提供することにある。更に、本発明の別の解決課題は、磁極位置を高精度に演算可能とした制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、永久磁石形同期電動機の回転子の突極性を利用して求めた磁極位置演算値を用いて電力変換器により前記電動機を駆動するための制御装置であって、
電流及び電圧をベクトルとしてとらえ、前記回転子の磁束軸方向のｄ軸とこれに直交するｑ軸とからなるｄ−ｑ軸に対して制御上の直交回転座標軸としてのγ−δ軸を内部に推定すると共に、γ軸電圧指令値及びδ軸電圧指令値から求めた各相電圧指令値を前記電力変換器に与えて前記電動機を駆動する制御装置において、
γ軸高周波電圧指令値をγ軸基本波電圧指令値に加算して前記γ軸電圧指令値を生成する手段と、γ軸電流検出値からγ軸高周波電流振幅を検出する手段と、δ軸電流検出値からδ軸高周波電流振幅を検出する手段と、γ軸高周波電流振幅指令値に前記γ軸高周波電流振幅が一致するようにγ軸高周波電圧振幅指令値を演算する手段と、前記γ軸高周波電圧振幅指令値から前記γ軸高周波電圧指令値を演算する手段と、前記δ軸高周波電流振幅から前記磁極位置を演算する磁極位置演算手段と、を備えたものである。
ここで、磁極位置演算手段は、請求項２に記載するように、前記δ軸高周波電流振幅から、前記γ軸と前記ｄ軸との角度差を求める角度差演算手段と、前記角度差としての磁極位置演算誤差から前記γ−δ軸の角速度を求める速度演算手段と、前記角速度から磁極位置を求める積分手段と、を備えている。
これにより、同期電動機に印加されるγ軸高周波電圧の周波数が高い場合にも、γ軸高周波電流を指令値通りに制御することができるようになり、γ軸高周波電圧の振幅の調整作業が不要になる。更に、同期電動機のインダクタンスが変動してもγ軸高周波電流を一定値に制御できるので、同期電動機を流れる電流が過大になるのを防ぐことができる。
【００１０】
請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載した永久磁石形同期電動機の制御装置において、前記γ軸高周波電圧振幅指令値を演算する手段は、前記γ軸高周波電流振幅指令値と前記γ軸高周波電流振幅との偏差が零になるように調節動作する積分調節手段を備えたことを特徴とする。
これにより、比較的簡単な演算によってγ軸高周波電流を指令値に制御することができる。
【００１１】
請求項４に係る発明は、請求項１または２に記載した永久磁石形同期電動機の制御装置において、前記γ軸高周波電圧振幅指令値を演算する手段は、前記γ軸高周波電圧振幅指令値とパラメータ推定値とからγ軸高周波電流振幅推定値を演算する手段と、前記γ軸高周波電流振幅推定値と前記γ軸高周波電流振幅との偏差を増幅して前記パラメータ推定値を演算する手段と、前記γ軸高周波電流振幅指令値と前記パラメータ推定値とから前記γ軸高周波電圧振幅指令値を演算する手段と、を備えたことを特徴とする。
これにより、同期電動機のインダクタンスが変化した場合でも、γ軸高周波電流を高応答に制御することができる。
【００１２】
請求項５に係る発明は、請求項１〜４の何れか１項に記載した制御装置において、γ軸電流の値を正及び負に制御する手段と、γ軸電流の値が正であるときの前記γ軸高周波電圧振幅とγ軸電流の値が負であるときの前記γ軸高周波電圧振幅とから、前記磁極位置を演算する手段と、を備えたものである。
例えば、請求項６に記載するように、γ軸電流指令値を正及び負に制御する手段と、γ軸電流指令値を正に制御したときの前記γ軸高周波電圧振幅指令値とγ軸電流指令値を負に制御したときの前記γ軸高周波電圧振幅指令値とを比較した結果に応じて、前回演算タイミングにおける磁極位置演算値、または、前回演算タイミングにおける磁極位置演算値に電気角１８０°を加算した値により、今回演算タイミングにおける磁極位置演算値を補正する手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１３】
請求項７に係る発明は、請求項４に記載した制御装置において、γ軸電流の値を正及び負に制御する手段と、γ軸電流の値が正であるときの前記パラメータ推定値とγ軸電流の値が負であるときの前記パラメータ推定値とから、前記磁極位置を演算する手段と、を備えたものである。
例えば、請求項８に記載するように、γ軸電流指令値を正及び負に制御する手段と、γ軸電流指令値を正に制御したときの前記パラメータ推定値とγ軸電流指令値を負に制御したときの前記パラメータ推定値とを比較した結果に応じて、前回演算タイミングにおける磁極位置演算値、または、前回演算タイミングにおける磁極位置演算値に電気角１８０°を加算した値により、今回演算タイミングにおける磁極位置演算値を補正する手段と、を備えたことを特徴とする。
これらの請求項５〜８に記載した発明によれば、電動機鉄芯の磁気飽和特性を利用してＮＳ判別を高精度に実現することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、同期電動機に印加する高周波電圧の調整作業を不要とし、また、同期電動機のインダクタンスが変化した場合でも高周波電流を一定値に制御して電動機電流が過大になるのを防止すると共に、磁極位置を高精度に演算することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る制御装置を主回路と共に示したブロック図である。
【図２】ｄ−ｑ軸座標及びγ−δ軸座標の説明図である。
【図３】図１におけるγ軸高周波電流調節器の第１実施例を示す構成図である。
【図４】図１におけるγ軸高周波電流調節器の第２実施例を示す構成図である。
【図５】本発明の実施形態におけるＮＳ判別の原理の説明図である。
【図６】特許文献２に記載された従来技術の構成図である。
【図７】特許文献３に記載された従来技術の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図１は、この実施形態に係る制御装置を主回路と共に示したブロック図である。まず、主回路において、５０は三相交流電源、６０は整流回路、７０は三相電圧形インバータ等の電力変換器、８０は埋込磁石構造の永久磁石形同期電動機（ＩＰＭＳＭ）である。
【００１７】
一方、制御装置において、１１ｕ，１１ｗは電流検出器、１２は電圧検出器であり、同期電動機８０のｕ相電流検出値ｉｕ及びｗ相電流検出値ｉｗは座標変換器１４に入力され、電力変換器７０の直流電圧検出値ＥｄｃはＰＷＭ回路１３に入力されている。
また、加減算器１６により角速度指令値ωｒ＊と角速度演算値ω１との偏差が求められ、この偏差が零になるように速度調節器１７によりトルク指令値τ＊が演算される。電流指令演算器１８では、トルク指令値τ＊に従ったトルクを発生させるためのγ軸電流指令値ｉγ＊及びδ軸電流指令値ｉδ＊が演算される。
【００１８】
γ軸電流調節器２０ａは、加減算器１９ａにより求めたγ軸電流指令値ｉγ＊とγ軸基本波電流検出値ｉγｆとの偏差が零になるように調節動作してγ軸基本波電圧指令値ｖγｆ＊を演算し、δ軸電流調節器２０ｂは、加減算器１９ｂにより求めたδ軸電流指令値ｉδ＊とδ軸基本波電流検出値ｉδｆとの偏差が零になるように調節動作してδ軸基本波電圧指令値ｖδｆ＊を演算する。
ここで、γ軸基本波電流検出値ｉγｆ，δ軸基本波電流検出値ｉδｆは、ノッチフィルタ２１ａ，２１ｂにより、γ軸電流検出値ｉγ，δ軸電流検出値ｉδから高周波成分をそれぞれ除去して求められる。なお、γ軸電流検出値ｉγ，δ軸電流検出値ｉδは、ｕ相，ｗ相の電流検出値ｉｕ，ｉｗを座標変換器１４に入力し、磁極位置演算値θ１を用いて座標変換することにより求められる。
【００１９】
バンドパスフィルタ３３ａは、γ軸電流検出値ｉγからγ軸高周波電圧と同じ周波数成分のγ軸高周波電流振幅Ｉγｈを演算し、同様に、バンドパスフィルタ３３ｂは、δ軸電流検出値ｉδからγ軸高周波電圧と同じ周波数成分のδ軸高周波電流振幅Ｉδｈを演算する。
γ軸高周波電流調節器３１は、γ軸高周波電流振幅指令値Iγｈ＊にγ軸高周波電流振幅Ｉγｈが一致するように、γ軸高周波電圧振幅指令値Ｖγｈ＊を制御する。このγ軸高周波電流調節器３１の具体的構成については後述する。
矩形波発振器３２は、γ軸高周波電圧振幅指令値Ｖγｈ＊により振幅が制御された矩形波のγ軸高周波電圧指令値ｖγｈ＊を生成して出力する。
【００２０】
更に、加減算器２２により、γ軸基本波電圧指令値ｖγｆ＊に矩形波発振器３２の出力であるγ軸高周波電圧指令値ｖγｈ＊を重畳してγ軸電圧指令値ｖγ＊が演算され、このγ軸電圧指令値ｖγ＊は座標変換器１５に入力される。一方、δ軸電流調節器２０ｂから出力されたδ軸基本波電圧指令値ｖδｆ＊は、そのままδ軸電圧指令値ｖδ＊として座標変換器１５に入力される。
【００２１】
座標変換器１５では、磁極位置演算値θ１を用いてγ軸電圧指令値ｖγ＊及びδ軸電圧指令値ｖδ＊が座標変換され、三相の相電圧指令値ｖｕ＊，ｖｖ＊，ｖｗ＊が演算される。
これらの相電圧指令値ｖｕ＊，ｖｖ＊，ｖｗ＊及び直流電圧検出値Ｅｄｃが入力されるＰＷＭ回路１３では、電力変換器７０の出力電圧を相電圧指令値ｖｕ＊，ｖｖ＊，ｖｗ＊に制御するためのゲート信号が生成され、このゲート信号を用いて電力変換器７０の半導体スイッチング素子を制御することで、同期電動機８０の端子電圧が相電圧指令値ｖｕ＊，ｖｖ＊，ｖｗ＊に制御される。
以上の動作により、同期電動機８０の回転子速度を角速度指令値ωｒ＊に制御すると共に、回転子の磁極位置及び速度を演算するためのγ軸高周波電流振幅Iγｈを振幅指令値Iγｈ＊に制御することが可能である。
【００２２】
さて、ＩＰＭＳＭ等の同期電動機では、回転子に同期した直交回転座標（ｄ−ｑ軸座標）に基づいて制御することにより、高性能なトルク制御や速度制御を実現することができる。ここで、ｄ−ｑ軸は、回転子の磁束軸方向をｄ軸と定義し、このｄ軸に直交する９０°進み方向の軸をｑ軸と定義する。
しかしながら、磁極位置検出器を用いずに同期電動機を運転するセンサレス制御の場合、ｄ−ｑ軸の位置を直接検出することができない。そこで、ｄ−ｑ軸の推定軸であるγ−δ軸を定義し、このγ−δ軸座標上で制御演算を行う手法が知られている。
【００２３】
図２は、ｄ−ｑ軸座標及びγ−δ軸座標の説明図であり、同期電動機のｕ相巻線を基準としたγ軸の角度（磁極位置演算値）θ１とｕ相巻線を基準としたｄ軸の角度（磁極位置）θｒとの角度差（磁極位置演算誤差）θｅｒｒを、数式１により定義する。
［数１］
θｅｒｒ＝θ１−θｒ
また、ｄ−ｑ軸の角速度をωｒ（回転子速度）、γ−δ軸の角速度（速度演算値）をω１と定義する。
【００２４】
次に、この実施形態における位置・速度演算の原理について説明する。
同期電動機の高周波成分に対する状態方程式は、電機子抵抗を零に近似し、速度を零に近似すると、数式２となる。
【数２】
2014090643.tif 000003
【００２５】
いま、γ軸に矩形波の高周波交番電圧を重畳した場合のγ軸，δ軸高周波電流振幅Ｉγｈ，Ｉδｈは、数式２の状態方程式を高周波交番電圧の１／２周期にわたって積分することで、数式３のように導出される。
【数３】
2014090643.tif 000004
【００２６】
数式３によれば、γ，δ軸高周波電流振幅Ｉγｈ，Ｉδｈは磁極位置演算誤差θｅｒｒの関数である。ここで、磁極位置演算誤差θｅｒｒが零近傍である場合、δ軸高周波電流振幅Ｉδｈは、数式４のように近似することができる。
【数４】
2014090643.tif 000005
【００２７】
数式４によれば、δ軸高周波電流振幅Ｉδｈは磁極位置演算誤差θｅｒｒに比例する。このため、δ軸高周波電流振幅Ｉδｈから磁極位置演算誤差θｅｒｒを求め、この磁極位置演算誤差θｅｒｒを用いて磁極位置演算値を補正することが可能である。
【００２８】
上記原理に従った位置・速度演算方法を、図１に基づいて説明する。
図１における角度差演算器３４は、数式４のδ軸高周波電流振幅Ｉδｈを用いて、数式５により位置演算誤差演算値（−θｅｒｒｅｓｔ）を求める。
【数５】
2014090643.tif 000006
【００２９】
また、速度演算器３５は、位置演算誤差演算値（−θｅｒｒｅｓｔ）から速度演算値ω１を求め、積分器３６は、速度演算値ω１を積分して磁極位置演算値θ１を求める。
これらの演算により、磁極位置演算誤差θｅｒｒが零になるように速度演算値ω１及び磁極位置演算値θ１が求められ、これらの値を真値に収束させることができる。
【００３０】
次いで、図１におけるγ軸高周波電流調節器３１の実施例について説明する。図３は第１実施例に係るγ軸高周波電流調節器３１１を示し、図４は第２実施例に係るγ軸高周波電流調節器３１２を示している。
【００３１】
図３のγ軸高周波電流調節器３１１において、γ軸高周波電流振幅指令値Ｉγｈ＊とγ軸高周波電流振幅Ｉγｈとの偏差が加減算器１０１により求められ、この偏差を零にするように積分調節器１０２が動作してγ軸高周波電圧振幅指令値Ｖγｈ＊が演算される。このγ軸高周波電圧振幅指令値Ｖγｈ＊が図１の矩形波発振器３２及び加減算器２２等を介しγ軸電圧指令値ｖγ＊として電力変換器７０に与えられ、同期電動機８０が駆動されると共に、同期電動機８０の電流から検出したγ軸高周波電流振幅Ｉγｈが加減算器１０１にフィードバックされることになり、これら一連の動作によってγ軸高周波電流振幅Ｉγｈはγ軸高周波電圧振幅指令値Ｖγｈ＊に比例して制御される。
このように、γ軸高周波電流調節器３１１によってγ軸高周波電流振幅Ｉγｈのフィードバック制御系が構成されるので、γ軸高周波電流振幅Ｉγｈをその指令値Ｉγｈ＊に制御することができる。なお、γ軸高周波電流振幅指令値Ｉγｈ＊は直流量であるため、重畳する高周波電圧の周波数が高く、電流制御系の応答が遅い場合でも、γ軸高周波電流振幅Ｉγｈは指令値Ｉγｈ＊に収束する。
【００３２】
ここで、図３のγ軸高周波電流調節器３１１において、γ軸高周波電流振幅Ｉγｈの応答性を高めるには、積分調節器１０２を最適調整する必要があり、これを実現するためには、同期電動機８０のインダクタンス値が必要になる。このため、インダクタンス値が未知である場合や、電動機鉄芯の磁気飽和によってインダクタンス値が変動する場合には、γ軸高周波電流振幅Ｉγｈの応答が遅くなったり、制御系が不安定になったりする懸念がある。
【００３３】
そこで、図４に示す第２実施例のγ軸高周波電流調節器３１２では、適応制御を応用することにより、同期電動機８０のインダクタンス値が未知の場合にもγ軸高周波電流振幅Iγｈの応答性を向上させるようにしたものである。
図４において、γ軸高周波電流振幅指令値Ｉγｈ＊は除算器２０１に入力されており、γ軸高周波電流振幅指令値Ｉγｈ＊をパラメータ推定値Θ１ｅｓｔにより除算してγ軸高周波電圧振幅指令値Ｖγｈ＊が求められる。このγ軸高周波電圧振幅指令値Ｖγｈ＊（＝ζ１）は乗算器２０２によりパラメータ推定値Θ１ｅｓｔと乗算され、γ軸高周波電流振幅推定値Ｉγｈｅｓｔが求められる。
【００３４】
γ軸高周波電流振幅推定値Ｉγｈｅｓｔとγ軸高周波電流振幅Ｉγｈとの偏差εが加減算器２０３により算出され、この偏差εは、γ軸高周波電圧振幅指令値Ｖγｈ＊（＝ζ１）と共にパラメータ推定器２０４に入力される。
パラメータ推定器２０４は、数式６に従って偏差εを増幅し、パラメータ推定値Θ１ｅｓｔを演算する。
【数６】
2014090643.tif 000007
【００３５】
以上の演算の結果、パラメータ推定値Θ１ｅｓｔは、偏差εが零になるように演算することにより真値に収束する。このパラメータ推定値Θ１ｅｓｔを用いることにより、γ軸高周波電流振幅Ｉγｈを指令値Ｉγｈ＊に制御するためのγ軸高周波電圧振幅指令値Ｖγｈ＊を出力することが可能になる。
【００３６】
次に、本実施形態におけるＮＳ判別方法について説明する。
数式３より、δ軸高周波電流振幅Ｉδｈは位置演算誤差θｅｒｒの２倍の関数であるため、図１のブロック図における位置・速度演算の結果、位置演算値θ１が１８０°の誤差を持ち、γ軸が回転子のＮ極方向ではなくＳ極方向を向いてしまうことがある。そこで、電動機鉄芯の磁気飽和特性を用いてＮ極とＳ極とを判別する。
【００３７】
図５は、ＮＳ判別の原理を示す図である。ｄ軸電流を「正」に制御すると、永久磁石による磁束と電流が作る磁束とが合成され、鎖交磁束が増加する。この結果、電動機鉄芯の磁気飽和特性によってｄ軸インダクタンスが減少する。一方、ｄ軸電流を「負」に制御すると、永久磁石による磁束と電流が作る磁束とが互いに相殺するので、鎖交磁束が減少する。この結果、ｄ軸インダクタンスが増加する。
このことを利用して、位置演算値θ１の収束後に、図１のγ軸高周波電流調節器３１を用いてγ軸電流指令値ｉγ＊を「正」に制御したときのγ軸高周波電圧振幅指令値ＶγｈＰ＊と、γ軸電流指令値ｉγ＊を「負」に制御したときのγ軸高周波電圧振幅指令値ＶγｈＮ＊とを用いて、回転子磁極のＮ極、Ｓ極を判別する。具体的には、数式７の演算を行うことにより、磁極位置演算誤差θｅｒｒを補正した磁極位置演算値θ１を得る（ＮＳ判別を行う）。
【００３８】
［数７］
ｉ）ＶγｈＰ＊≦ＶγｈＮ＊のとき
θ１＝θ１（前回値）
ii）ＶγｈＰ＊＞ＶγｈＮ＊のとき
θ１＝θ１（前回値）＋π
【００３９】
次いで、本実施形態における他のＮＳ判別方法について説明する。
この方法では、図４に示したγ軸高周波電流調節器３１２におけるパラメータ推定値Θ１ｅｓｔを用いてＮＳ判別を行う。
磁極位置演算誤差θｅｒｒが零または１８０°のとき、パラメータ推定値Θ１ｅｓｔは数式８によって表される。
【数８】
2014090643.tif 000008
数式８より、パラメータ推定値Θ１ｅｓｔはｄ軸インダクタンスＬｄに反比例する。
【００４０】
そこで、電動機鉄芯の磁気飽和特性を利用し、位置演算値θ１の収束後に、図４のγ軸高周波電流調節器３１２を用いて、γ軸電流指令値ｉγ＊を「正」に制御したときのパラメータ推定値Θ１ｅｓｔＰと、γ軸電流指令値ｉγ＊を「負」に制御したときのパラメータ推定値Θ１ｅｓｔＮとを用いて、回転子磁極のＮ極、Ｓ極を判別する。具体的には数式９の演算を行うことにより、磁極位置演算誤差θｅｒｒを補正した磁極位置演算値θ１を得る（ＮＳ判別を行う）。
［数９］
ｉ）Θ１ｅｓｔＮ≦Θ１ｅｓｔＰのとき
θ１＝θ１（前回値）
ii）Θ１ｅｓｔＮ＞Θ１ｅｓｔＰのとき
θ１＝θ１（前回値）＋π
【００４１】
上述した本実施形態によれば、磁極位置検出器を用いなくても同期電動機の磁極位置及び速度を正確に推定することができ、これらの推定した磁極位置及び速度に基づいて電流制御を行うことで、同期電動機の速度及びトルクを高精度に制御することができる。
なお、本発明の実施形態では、γ軸高周波電圧指令値ｖγｈ＊を矩形波とした場合について説明したが、正弦波を用いてもよい。
【符号の説明】
【００４２】
５０  三相交流電源
６０  整流回路
７０  電力変換器
８０  ＩＰＭＳＭ
１１ｕ  ｕ相電流検出器
１１ｗ  ｗ相電流検出器
１２  電圧検出器
１３  ＰＷＭ回路
１４，１５  座標変換器
１６，１９ａ，１９ｂ，２２  加減算器
１７  速度調節器
１８  電流指令演算器
２０ａ  γ軸電流調節器
２０ｂ  δ軸電流調節器
２１ａ，２１ｂ  ノッチフィルタ
３１，３１１，３１２  γ軸高周波電流調節器
３２  矩形波発振器
３３ａ，３３ｂ  バンドパスフィルタ
３４  角度差演算器
３５  速度演算器
３６  積分器
１０１，２０３  加減算器
１０２  積分調節器
２０１  除算器
２０２  乗算器
２０４  パラメータ推定器
【図１】
2014090643.tif 000009
【図２】
2014090643.tif 000010
【図３】
2014090643.tif 000011
【図４】
2014090643.tif 000012
【図５】
2014090643.tif 000013
【図６】
2014090643.tif 000014
【図７】
2014090643.tif 000015