(57)【要約】【課題】同期機の真の回転子位置と位置検出器によって検出される回転子位置との誤差を補正する同期機制御装置を提供する。【解決手段】同期機３の回転子位置と同期機３の回転子位置を検出する位置検出器１５により検出される回転子位置との差である回転子位置誤差を補正する同期機制御装置１において、電機子鎖交磁束の発生方向（γ軸）及びその直交方向（δ軸）の電流指令値と電流検出値とが一致するよう制御する電流制御器１９と、同期機３の電機子電流検出値および電機子電圧指令値に基づき電機子鎖交磁束を演算する電圧型磁束演算器１０２を備え、前記γδ軸電流指令値と前記電機子鎖交磁束の位相より前記回転子位置誤差を補正する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同期機の回転子位置と前記同期機の回転子位置を検出する位置検出手段により検出される回転子位置との差である回転子位置誤差を補正する同期機制御装置において、
電機子鎖交磁束の発生方向及びその直交方向の電流指令値と電流検出値とが一致するように制御する電流制御器と、
前記同期機の電機子電流検出値および電機子電圧指令値に基づき推定電機子鎖交磁束の位相を演算する磁束演算器と、
前記磁束演算器により演算される推定電機子鎖交磁束の位相より前記回転子位置誤差を算出する回転子位置誤差演算器と、を備え、
前記回転子位置誤差演算器で算出される回転子位置誤差を用いて、前記同期機の回転子位置と前記位置検出手段により検出される回転子位置との差である回転子位置誤差を補正することを特徴とする同期機制御装置。
【請求項２】
前記回転子位置誤差演算器による前記回転子位置誤差の算出動作は、前記電機子鎖交磁束の発生方向に直交方向の電流指令値を０とした場合にのみ実行することを特徴とする請求項１に記載の同期機制御装置。
【請求項３】
前記電機子鎖交磁束の発生方向及びその直交方向の電流指令値より真の電機子鎖交磁束の位相を算出する電機子鎖交磁束演算器を備え、
前記回転子位置誤差演算器は、前記推定電機子鎖交磁束の位相と前記真の電機子鎖交磁束の位相より、前記回転子位置誤差を算出することを特徴とする請求項１に記載の同期機制御装置。
【請求項４】
前記回転子位置誤差演算器による前記回転子位置誤差の算出動作は、前記電機子鎖交磁束の発生方向の電流指令値と前記電機子鎖交磁束の発生方向に直交方向の電流指令値より算出される線間電圧が、線間電圧下限値以上である場合のみ実行することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の同期機制御装置。
【請求項５】
前記回転子位置誤差演算器による前記回転子位置誤差の算出動作は、電気角速度が電気角速度下限値以上である場合のみ実行することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の同期機制御装置。
【請求項６】
前記電機子電流検出値、前記電機子電圧指令値、前記推定電機子鎖交磁束の位相の内、少なくとも一つに低域通過フィルタ処理を行なう低域通過フィルタを備えたことを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の同期機制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、同期機を回転駆動する電力変換手段を備えた同期機制御装置に係り、特に同期機の真の回転子位置と位置検出手段によって検出される回転子位置との誤差を補正する同期機制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
同期機の制御において、同期機の真の回転子位置と位置検出器によって検出される回転子位置との誤差（以下、回転子位置誤差と表記する。）が存在すると、所望のトルクに制御することができない。そのため、この誤差を検出し、補正する必要がある。
このような課題の解決を図った同期機制御装置の一例として、負荷トルク一定の元で電機子電流が最小となるような電流指令を探し出し、探索した電流指令より回転子位置誤差を算出する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、回転子電機子巻線のＵ相電圧とＷ相電圧を比較し、両相の電圧交点（Ｕ相電圧上昇／Ｗ相電圧下降）を検出すると出力クロック信号が立ち下がるコンパレータを備え、立ち下がり時の位置検出器出力を所定回数だけ取得したときの平均値を算出することで回転子位置誤差を算出する手法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−８４８６号公報
【特許文献２】特開２００８−２７８６０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、前記特許文献１に開示された同期機制御装置は、回転子位置誤差を算出するために、負荷トルク一定の元で電機子電流が最小となる電流指令値を探索する手間がかかるという問題点を持っている。また、前記特許文献２の同期機制御装置は、回転子位置誤差を算出するために専用の回路を必要とする問題を持っている。
【０００６】
この発明は、前記のような従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、電流指令値の探索を行うことなく、また専用の回路なしで回転子位置誤差を補正できる同期機制御装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る同期機制御装置は、同期機の回転子位置と前記同期機の回転子位置を検出する位置検出手段により検出される回転子位置との差である回転子位置誤差を補正する同期機制御装置において、
電機子鎖交磁束の発生方向及びその直交方向の電流指令値と電流検出値とが一致するように制御する電流制御器と、前記同期機の電機子電流検出値および電機子電圧指令値に基づき推定電機子鎖交磁束の位相を演算する磁束演算器と、前記磁束演算器により演算される推定電機子鎖交磁束の位相より回転子位置誤差を算出する回転子位置誤差演算器と、を備え、前記回転子位置誤差演算器で算出される回転子位置誤差を用いて、前記同期機の回転子位置と前記位置検出手段により検出される回転子位置との差である回転子位置誤差を補正するものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明による同期機制御装置によれば、電流指令値の探索を行うという手間をかけることなく、また専用の回路なしで回転子位置誤差を補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１を説明する図で、同期機制御装置と電源と同期機とを含めた同期機制御システムの一例を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１を説明する図で、磁束演算器の構成の一例を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１を説明する図で、ｄｑ軸、ｄ’ｑ’軸、γδ軸、γ’δ’軸の関係を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態２を説明する図で、同期機制御装置と電源と同期機とを含めた同期機制御システムの一例を示す構成図である。
【図５】この発明の実施の形態３および実施の形態４を説明する図で、同期機制御装置と電源と同期機とを含めた同期機制御システムの一例を示す構成図である。
【図６】この発明の実施の形態５を説明する図で、同期機制御装置と電源と同期機とを含めた同期機制御システムの一例を示す構成図である。
【図７】この発明の実施の形態５を説明する図で、磁束演算器の構成の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、この発明に係る同期機制御装置の好適な実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１を説明する図で、同期機制御装置１と電源２と同期機３とを含めた同期機制御システムを示すものである。以下、実施の形態１による同期機制御装置１の構成および構成要素の機能について説明する。
同期機制御装置１は、電力変換手段１１、回転子位置誤差算出器１２、γ‘δ’→ｕｖｗ座標変換器１３、電流検出手段１４、位置検出手段である位置検出器１５、速度演算器１６、磁束演算器１７、ｕｖｗ→γ’δ’座標変換器１８、および電流制御器１９を備えている。
【００１２】
まず、電力変換手段１１の出力側から順に説明し、次に、電力変換手段１１の入力側となる電圧指令の生成までの流れについて説明する。その後、回転子位置誤差算出器１２を用いた回転子位置誤差の補正方法について説明する。
【００１３】
実施の形態１による同期機３を駆動する同期機制御装置１の構成において、電源２から供給される電力を多相交流電力へ変換する機能を有するインバータをはじめとする電力変換手段１１と同期機３の電機子巻線とが接続される。そして、後述の構成によるγ‘δ’→ｕｖｗ座標変換器１３により得られる電圧指令ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊に基づいて電力変換手段１１は同期機３に電圧を印加し、同期機３を駆動する。その結果、同期機３の電機子巻線に出力電流が発生する。なお、電源２は直流電圧を出力する電源あるいは電池であり、単相あるいは三相交流電源から周知のコンバータによって直流電圧を得るものであってもよい。
【００１４】
同期機３の出力電流である電機子巻線の電流（以下、電機子電流と表記する。）は電流センサをはじめとする電流検出手段１４によって検出される。なお、電流検出手段１４は、同期機３が三相回転機の場合、同期機３の三相の出力電流の内、全相の出力電流を検出する構成、あるいは１つの相（例えばｗ相）の出力電流ｉｗについては、検出した２つの相の出力電流ｉｕ、ｉｖを用いてｉｗ＝−ｉｕ−ｉｖの関係から求めるようにして、２つの相の出力電流を検出する構成でも良い。さらに、各相の電流を直接検出する方法以外に、周知の技術である、電源２と電力変換手段１１との間を流れるＤＣリンク電流から前記出力電流を検出する方法でも良い。
【００１５】
位置検出器１５は、周知のレゾルバやエンコーダ等を用いて同期機３の回転子位置を検出する。ここで、同期機３の真の回転子位置をθとし、位置検出器１５によって検出される回転子位置をθ’とする。また、位置検出器１５は、原点補正値θ’ｏｆｆｓｅｔを設定することにより、θ’の値をθ’ｏｆｆｓｅｔだけ減算することができる。速度演算器１６は、θ’に対して微分演算を行い、同期機３の電気角速度ωを算出する。
【００１６】
本実施の形態では、同期機３が永久磁石同期機である場合、永久磁石磁束を界磁磁束と定義し、同期機３が巻線界磁型である場合、界磁巻線に電流を通流した時に発生する磁束を界磁磁束と定義する。同期機３の真の回転子位置θとは、ｕ相電機子巻線を基準に取った軸に対する界磁磁束のＮ極方向の角度を指し、同期機３の回転速度（電気角周波数）ωで回転する回転二軸座標（以下、ｄｑ軸と表記する。）のｄ軸は界磁磁束のＮ極方向に定め、以下の説明もこれに従う。ｑ軸はｄ軸に対して９０°進んだ直交方向に定める。
【００１７】
一方、位置検出器１５によって検出された回転子位置の方向をｄ’軸、ｄ’軸に対して９０°進んだ直交方向をｑ’軸とし、以下ｄ’軸とｑ’軸とを総称してｄ’ｑ’軸と表記する。
【００１８】
また、電機子鎖交磁束の発生方向をγ軸、γ軸に対して９０°進んだ直交方向をδ軸とし、以下、γ軸とδ軸とを総称してγδ軸と表記する。一方、後述する磁束演算器１７によって算出される電機子鎖交磁束の方向をγ’軸、γ’軸に対して９０°進んだ直交方向をδ’軸とし、以下γ’軸とδ’軸とを総称してγ’δ’軸と表記する。
【００１９】
磁束演算器１７は、後述するγ‘δ’→ｕｖｗ座標変換器１３より得られるｕｖｗ相電圧指令ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊と、電流検出手段１４より得られるｕｖｗ電流検出値ｉｕ、ｉｖ、ｉｗと、位置検出器１５から得られるθ’と、速度演算器１６より得られる電気角速度ωより電機子鎖交磁束の推定値（以下、推定電機子鎖交磁束と表記する。）、具体的には、推定電機子鎖交磁束の位相∠Φ’を推定する。推定電機子鎖交磁束の位相∠Φ’とは、ｄ’軸に対する推定電機子鎖交磁束の方向（γ’軸方向）の角度を指す。
【００２０】
図２は、実施の形態１による磁束演算器１７の構成図の一例である。図２において、ｕｖｗ→ｄ’ｑ’座標変換器１０１ａは、次式（１）の演算により、電圧指令ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊を、θ’に基づいてｄ’ｑ’軸電圧指令値ｖｄ’＊、ｖｑ’＊に変換する。
【００２１】
【数１】
2014225993.tif 000003
【００２２】
また、ｕｖｗ→ｄ’ｑ’座標変換器１０１は、次式（２）の演算により、同期機３の出力電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを、θ’に基づいてｄ’ｑ’軸電流検出値ｉｄ’、ｉｑ’に変換する。
【００２３】
【数２】
2014225993.tif 000004
【００２４】
電圧型磁束演算器１０２では、まず次式（３）の演算により、ｄ’ｑ’軸推定鎖交磁束Φｄ’、Φｑ’を算出する。
【００２５】
【数３】
2014225993.tif 000005
【００２６】
ここで、Ｌｄはｄ軸インダクタンス、Ｌｑはｑ軸インダクタンス、Φｍは界磁磁束を表す。そしてｄｑ軸推定鎖交磁束Φｄ’、Φｑ’から、次式（４）の演算により、推定電機子鎖交磁束の位相∠Φ’を算出し、出力する。
【００２７】
【数４】
2014225993.tif 000006
【００２８】
以上、電力変換手段１１の出力側の動作について説明した。次に、電力変換手段１１の入力側となる電圧指令の生成までの流れについて順に説明する。
ｕｖｗ→γ’δ’座標変換器１８は、同期機３の出力電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを次式（５）の演算により、γ’δ’軸電流検出値iγ’、iδ’に変換する。
【００２９】
【数５】
2014225993.tif 000007
【００３０】
電流制御器１９は、γ’δ’軸電流指令値iγ’＊、iδ’＊とγ’δ’軸電流検出値iγ’、iδ’との偏差に基づいて次式（６）の比例積分制御（ＰＩ制御）を行い、γ’δ’軸電圧指令ｖγ’＊、ｖδ’＊を算出する。
【００３１】
【数６】
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【００３２】
ここで、Ｋｐγ’は電流制御γ’軸比例ゲイン、Ｋｉγ’は電流制御γ’軸積分ゲイン、Ｋｐδ’は電流制御δ’軸比例ゲイン、Ｋｉδ’は電流制御δ’軸積分ゲインを表す。
【００３３】
γ’δ’→ｕｖｗ座標変換機１３は、γ’δ’軸電圧指令値ｖγ’＊、ｖδ’＊を次式（７）の演算により、ｕｖｗ相電圧指令ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊へ座標変換する。
【００３４】
【数７】
2014225993.tif 000009
【００３５】
ただし、式（７）において電流検出手段１４で検出された同期機３の出力電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗの値に基づく制御演算が電力変換手段１１から出力される三相電圧ｖｕ、ｖｖ、ｖｗに反映されるまでの制御演算遅れ時間（無駄時間）を考慮し、（θ＋∠Φ）に対し、前記制御演算遅れ時間に基づく位相補正量θｄ２分補正した位相で座標変換しても良い。
【００３６】
電力変換手段１１は前記の通り、電圧指令ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊に基づいて同期機３に電圧ｖｕ、ｖｖ、ｖｗを印加する。
【００３７】
以上、電力変換手段１１の入力側の動作について説明した。次に、回転子位置誤差演算器１２の処理内容について説明する。
回転子位置誤差演算器１２は、推定電機子鎖交磁束の位相∠Φ’より回転子位置誤差Δθを算出する。回転子位置誤差Δθは、同期機３の真の回転子位置θと、位置検出器１５によって検出される回転子位置θ’より次式（８）により定められる。
【００３８】
【数８】
2014225993.tif 000010
【００３９】
以下、回転子位置誤差演算器１２において回転子位置誤差Δθを算出する方法について説明する。式（４）に式（３）を代入すると、次式（９）が導出される。
【００４０】
【数９】
2014225993.tif 000011
【００４１】
ｄｑ軸、ｄ’ｑ’軸、γδ軸、γ’δ’軸の関係を図３に示す。図３よりｄ’ｑ’軸はｄｑ軸に対してΔθ進んだ軸であるため、ｄ’ｑ’軸電圧指令値ｖｄ’＊、ｖｑ’＊はｄｑ軸電圧指令値ｖｄ＊、ｖｑ＊とΔθを用いて次式（１０）により表される。
【００４２】
【数１０】
2014225993.tif 000012
【００４３】
また、ｄ’ｑ’軸電流検出値ｉｄ’、ｉｑ’はｄｑ軸電流検出値ｉｄ、ｉｑとΔθを用いて次式（１１）により表される。
【００４４】
【数１１】
2014225993.tif 000013
【００４５】
また、真の電機子鎖交磁束の位相∠Φは次式（１２）により表される。
【００４６】
【数１２】
2014225993.tif 000014
【００４７】
式（１２）において、Φｄ、Φｑはそれぞれｄ軸鎖交磁束、ｑ軸鎖交磁束であり、次式（１３）により表される。
【００４８】
【数１３】
2014225993.tif 000015
【００４９】
式（９）に式（１０）、（１１）を代入すると、次式（１４）が導出される。
【００５０】
【数１４】
2014225993.tif 000016
【００５１】
式（１４）に式（１３）を代入すると、以下の式（１５）が導出される。
【００５２】
【数１５】
2014225993.tif 000017
【００５３】
式（１２）より次式（１６）が導出される。
【００５４】
【数１６】
2014225993.tif 000018
【００５５】
式（１５）に式（１６）を代入すると、次式（１７）が導出される。
【００５６】
【数１７】
2014225993.tif 000019
【００５７】
式（１７）より、次式（１８）が導出される。
【００５８】
【数１８】
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【００５９】
式（１８）において、真の電機子鎖交磁束の位相∠Φ＝０と見なすと、回転子位置誤差Δθは次式（１９）により表される。
【００６０】
【数１９】
2014225993.tif 000021
【００６１】
回転子位置誤差演算器１２は式（１９）の演算により、回転子位置誤差Δθを算出する。そして、位置検出器１５の原点補正値θ’ｏｆｆｓｅｔに対して回転子位置誤差Δθを加算することにより、回転子位置誤差の補正を行う。
【００６２】
以上のように、実施の形態１による同期機制御装置１によれば、特許文献１に開示された同期機制御装置とは異なり、電流指令値の探索を行うという手間をかけることなく、回転子位置誤差の補正を行うことができる。また、特許文献２に開示された同期機制御装置とは異なり、回転子位置誤差を補正するための専用の回路を必要としない。
【００６３】
実施の形態２．
次に、実施の形態２による同期機制御装置について説明する。前述した実施の形態１による同期機制御装置１では、真の電機子鎖交磁束の位相∠Φ＝０と見なせることを前提として、回転子位置誤差の補正を行っている。しかしながら、∠Φ＝０と見なせるとは限らないため、回転子位置誤差の補正精度が低下する恐れがある。一方、真の電機子鎖交磁束の位相∠Φ＝０と見なせるように電流指令値を定めると、回転子位置誤差の補正精度が向上する。このことを鑑み、実施の形態２による同期機制御装置では、∠Φ＝０と見なせるように電流指令値を定める構成とする。
【００６４】
図４は、実施の形態２による同期機制御装置１ａと電源２と同期機３とを含めた同期機制御システムを示すものである。実施の形態２による同期機制御装置１ａの構成は、実施の形態１による同期機制御装置１の構成とほぼ同じであるが、数値記憶器２０が追加されていることと、数値記憶器２０により電流制御器１９の入力信号ｉδ’＊＝０に固定していることが異なる。
式（１７）より次式（２０）が導出される。
【００６５】
【数２０】
2014225993.tif 000022
【００６６】
図３より、γδ軸はｄｑ軸に対して∠Φ進んだ軸である。一方、γ’δ’軸はｄｑ軸に対して（Δθ＋∠Φ’）進んだ軸である。よって、式（２０）が成立する場合、γδ軸とγ’δ’軸とは一致し、次式（２１）が成立する。
【００６７】
【数２１】
2014225993.tif 000023
【００６８】
よって、δ’軸電流指令値ｉδ’＊＝０に定め、δ’軸電流検出値ｉδ’＝０となるように制御した場合、δ軸電流検出値ｉδ＝０となり、∠Φ＝０と見なすことができる。
【００６９】
このように、実施の形態２による同期機制御装置１ａでは、∠Φ＝０と見なすことができるため、実施の形態１による同期機制御装置１と比較して、回転子位置誤差の補正精度が向上する。
【００７０】
実施の形態３．
次に、実施の形態３による同期機制御装置について説明する。前述した実施の形態２による同期機制御装置１ａでは、δ’軸電流指令値ｉδ’＊＝０に固定して、回転子位置誤差の補正を行っている。一方、回転子位置誤差補正後、ｉδ’＊≠０で動作させているときに位置検出器１５の取り付け位置がずれて、回転子位置誤差が変化した場合、この回転子位置誤差の変化を検知し、補正することができない。しかし、δ’軸電流指令値ｉδ’＊＝０とせず、真の電機子鎖交磁束の位相∠Φの値を算出し、式（１８）に従って回転子位置誤差Δθを算出する構成とすれば、実施の形態１による同期機制御装置１と比較して、回転子位置誤差の補正精度を向上させることができる。
【００７１】
また、実施の形態２による同期機制御装置１ａとは異なり、ｉδ’＊≠０でも回転子位置誤差の補正を行うことができる。このことを鑑み、実施の形態３による同期機制御装置では、真の電機子鎖交磁束の位相∠Φの値を算出し、式（１８）に従って回転子位置誤差Δθを算出する構成とする。
【００７２】
図５は、実施の形態３による同期機制御装置１ｂと電源２と同期機３とを含めた同期機制御システムを示すものである。実施の形態３による同期機制御装置１ｂの構成は、実施の形態１による同期機制御装置１の構成とほぼ同じであるが、電機子鎖交磁束位相算出器２１が追加されていることと、回転子位置誤差演算器１２ａの入力信号として、真の電機子鎖交磁束の位相∠Φが追加されていることが異なる。
【００７３】
電機子鎖交磁束位相演算器２１は、γ’δ’電流指令値iγ’＊、iδ’＊より真の電機子鎖交磁束の位相∠Φを算出する。∠Φの値は、式（９）、式（１０）に示すように、ｄｑ軸電圧指令値ｖγ＊、ｖδ＊、ｄｑ電流検出値ｉｄ、ｉｑの複数のパラメータに基づく関数として表されるが、これら複数のパラメータの関数として∠Φの値を演算する代わりに、γδ軸電流指令値iγ＊、iδ＊によって変化する値と見なして、γδ軸電流指令値iγ＊、iδ＊を入力として∠Φの値を出力するようなテーブル、あるいは数式という形で電機子鎖交磁束位相演算器２１を実現する。該テーブルや数式は、予め解析や実測に基づいて作成しておく。式（２０）よりγδ軸とγ’δ’軸とは一致するため、前記のように電機子鎖交磁束位相演算器２１を実現すれば、γ’δ’電流指令値iγ’＊、iδ’＊より真の電機子鎖交磁束の位相∠Φを算出することができる。そして、回転子位置誤差演算器１２ａは、真の電機子鎖交磁束の位相∠Φと、推定電機子鎖交磁束の位相∠Φ’から次式（２２）の演算により回転子位置誤差Δθを算出する。
【００７４】
【数２２】
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【００７５】
このように、実施の形態３による同期機制御装置１ｂでは、実施の形態１による同期機制御装置１と比較して、回転子位置誤差の補正精度を向上させることができる。また、実施の形態２による同期機制御装置１ａとは異なり、ｉδ’≠０でも回転子位置誤差Δθを算出することができるため、回転子位置誤差補正後、ｉδ’＊≠０で動作させているときに位置検出器１５の取り付け位置がずれた場合についても、回転子位置誤差の補正を行うことができる。
【００７６】
実施の形態４．
次に、実施の形態４による同期機制御装置について説明する。前述した実施の形態１〜３による同期機制御装置１、１ａ、１ｂの磁束演算器１７は、推定電機子鎖交磁束の位相∠Φ’を算出する際、ｄ’ｑ’軸の実電圧ｖｄ’、ｖｑ’の代わりにｄｑ軸電圧指令指令値ｖｄ’＊、ｖｑ’＊を用いている。これは、ｄ’ｑ’軸電圧指令ｖｄ’＊、ｖｑ’＊とｄ’ｑ’軸の実電圧ｖｄ’、ｖｑ’との間に差異が無いとの前提であるが、実際には、電力変換手段１１の電圧出力誤差（例えば、インバータのデッドタイムに起因する電圧誤差）の影響が、線間電圧の絶対値が小さい領域において生じることがある。
【００７７】
そのことを鑑み、実施の形態４による同期機制御装置では、実施の形態１〜３に示した回転子位置誤差演算器１２、１２ａによる回転子位置誤差Δθの算出する動作を、線間電圧が所定値以上においてのみ実行する、あるいは、同期機３の電気角速度ωの絶対値が所定値以上においてのみ実行する。
【００７８】
実施の形態４による同期機制御装置の構成は、図５で説明した実施の形態３による同期機制御装置１ｂと同じである。実施の形態４による同期機制御装置１ｂでは、回転子位置誤差演算器１２ａによる回転子位置誤差Δθの算出処理を、線間電圧が次式（２３）の条件を満たす場合のみに限定する。
【００７９】
【数２３】
2014225993.tif 000025
【００８０】
式（２３）の線間電圧Ｖｒｍｓは、ｄ’ｑ’軸電圧指令ｖｄ’＊、ｖｑ’＊を用いて、次式（２４）により定める。
【００８１】
【数２４】
2014225993.tif 000026
【００８２】
また、式（２３）において、Ｖｍｉｎは回転子位置誤差算出の電圧下限を表し、例えば次式（２５）により定める。
【００８３】
【数２５】
2014225993.tif 000027
【００８４】
式（２５）において、αｖｍｉｎは回転子位置誤差算出の電圧下限係数を表す。また、Ｖｔｄはインバータのデッドタイムに起因する電圧誤差概算値を表し、次式（２６）により表される。
【００８５】
【数２６】
2014225993.tif 000028
【００８６】
式（２６）において、ｔｄはインバータのデッドタイム、ｆｃはＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）のキャリア周波数、Ｖｐｎは電源２より供給される直流電圧を表す。式（２５）のαｖをαｖ＞１に設定することで、デッドタイムに起因する電圧誤差と比較してｖｄ’＊ｖｑ’＊の絶対値が大きい条件下で、回転子位置誤差Δθを算出することができる。
【００８７】
また、回転子位置誤差Δθの算出処理を、線間電圧で制約を設ける代わりに電気角速度ωの絶対値で制約を設ける場合、ωが次式（２７）の条件を満たす場合のみに限定する。
【００８８】
【数２７】
2014225993.tif 000029
【００８９】
式（２７）において、ωｍｉｎは回転子位置誤差算出の電気角速度下限を表し、例えば次式（２８）により定める。
【００９０】
【数２８】
2014225993.tif 000030
【００９１】
式（２８）において、αｗｍｉｎは回転子位置誤差算出の電気角速度下限係数を表し、Φｍは永久磁石磁束を表す。式（２８）のαｗをαｗ＞１に設定することで、デッドタイムに起因する電圧誤差と比較して線間電圧が大きくなるような電気角速度ωの下で、回転子位置誤差Δθを算出することができる。
【００９２】
このように、実施の形態４による同期機制御装置１ｂでは、回転子位置誤差Δθの算出する動作を、線間電圧が所定値以上においてのみ実行する、あるいは、同期機３の電気角速度ωの絶対値が所定値以上においてのみ実行するため、電力変換手段１１の電圧出力誤差の影響を小さくすることができる。よって、実施の形態１〜３による同期機制御装置１、１ａ、１ｂと比較して、回転子位置誤差の補正精度を向上させることができる。
【００９３】
実施の形態５．
次に、実施の形態５による同期機制御装置について説明する。ｄ’ｑ’軸電流検出値ｉｄ’、ｉｑ’は、電流検出手段１４で検出される電流検出値に付加するノイズの影響を受け、電流検出値を用いて算出されるｄ’ｑ’軸電圧指令値ｖｄ’＊、ｖｑ’＊についてもノイズの影響を受ける。よって、ｖｄ’＊、ｖｑ’＊、ｉｄ’、ｉｑ’より算出される推定電機子鎖交磁束の位相∠Φ’もノイズの影響を受ける。このノイズにより、回転子位置誤差の補正精度が低下する恐れがある。一方、低域通過フィルタにより、このノイズ成分を除去することができれば、回転子位置誤差の補正精度を向上されることができる。
【００９４】
このことを鑑み、実施の形態５による同期機制御装置では、電流検出手段１４に付加するノイズ成分を除去する低域通過フィルタを追加する。
図６は、実施の形態５による同期機制御装置１ｃと電源２と同期機３とを含めた同期機制御システムを示すものである。実施の形態５による同期機制御装置１ｃの構成は、実施の形態３による同期機制御装置１ｂの構成とほぼ同じであるが、磁束演算器１７ａの構成が異なる。
【００９５】
図７は、実施の形態５による磁束演算器１７ａの構成図の一例である。図７の磁束演算器１７ａの構成は、図２の磁束演算器１７の構成とほぼ同じであるが、低域通過フィルタ１０３、１０３ａ，１０３ｂが追加されていることが異なる。
【００９６】
低域通過フィルタ１０３は、ｄ’ｑ’軸電流検出値ｉｄ’、ｉｑ’に対して低域通過フィルタ処理を実行し、フィルタ処理後のｄ’ｑ’軸電流検出値ｉｄ’ｆ、ｉｑ’ｆを出力する。低域通過フィルタ１０３ａは、ｄ’ｑ’軸電圧指令値ｖｄ’＊、ｖｑ’＊に対して低域通過フィルタ処理を実行し、フィルタ処理後のｄ’ｑ’軸電圧指令値ｖｄ’＊ｆ、ｖｑ’＊ｆを出力する。低域通過フィルタ１０３ｂは、推定電機子鎖交磁束の位相∠Φ’に対して低域通過フィルタ処理を実行し、フィルタ処理後の推定電機子鎖交磁束の位相∠Φ’ｆを出力する。
【００９７】
このように、実施の形態５による同期機制御装置１ｃでは、電流検出値に付加するノイズを低域通過フィルタ１０３、１０３ａ、１０３ｂを用いて除去するため、推定電機子鎖交磁束の位相∠Φ’がノイズの影響を受けなくなる。よって、実施の形態１〜４による同期機制御装置１、１ａ、１ｂと比較して、回転子位置誤差の補正精度が向上する。
【００９８】
以上、この発明の実施の形態１〜５について説明したが、この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００９９】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ  同期機制御装置、２  電源、３  同期機、１１  電力変換手段、１２、１２ａ  回転子位置誤差演算器、１３  γ‘δ’→ｕｖｗ座標変換器、１４  電流検出手段、１５  位置検出器、１６  速度演算器、１７、１７ａ  磁束演算器、１８  ｕｖｗ→γ’δ’座標変換機、１９  電流制御器、２０  数値記憶器、２１  電機子鎖交磁束位相演算器、１０１、１０１ａ  ｕｖｗ→ｄ’ｑ’座標変換器、１０２  電圧型磁束演算器、１０３、１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ  低域通過フィルタ。
【図１】
2014225993.tif 000031
【図５】
2014225993.tif 000032
【図６】
2014225993.tif 000033
【図２】
2014225993.tif 000034
【図３】
2014225993.tif 000035
【図４】
2014225993.tif 000036
【図７】
2014225993.tif 000037
【手続補正書】
【提出日】平成26年7月31日(2014.7.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同期機の回転子位置と前記同期機の回転子位置を検出する位置検出手段により検出される回転子位置との差である回転子位置誤差を補正する同期機制御装置において、
電機子鎖交磁束の発生方向及びその直交方向の電流指令値と電流検出値とが一致するように制御する電流制御器と、
前記同期機の電機子電流検出値および電機子電圧指令値に基づき推定電機子鎖交磁束の位相を演算する磁束演算器と、
前記電機子鎖交磁束の発生方向及びその直交方向の電流指令値より真の電機子鎖交磁束の位相を算出する電機子鎖交磁束位相演算器と、
前記磁束演算器により演算される推定電機子鎖交磁束の位相と、前記電機子鎖交磁束位相演算器により算出される真の電機子鎖交磁束の位相より前記回転子位置誤差を算出する回転子位置誤差演算器と、を備え、
前記回転子位置誤差演算器で算出される回転子位置誤差を用いて、前記同期機の回転子位置と前記位置検出手段により検出される回転子位置との差である回転子位置誤差を補正することを特徴とする同期機制御装置。
【請求項２】
同期機の回転子位置と前記同期機の回転子位置を検出する位置検出手段により検出される回転子位置との差である回転子位置誤差を補正する同期機制御装置であって、
電機子鎖交磁束の発生方向及びその直交方向の電流指令値と電流検出値とが一致するように制御する電流制御器と、
前記同期機の電機子電流検出値および電機子電圧指令値に基づき推定電機子鎖交磁束の位相を演算する磁束演算器と、
前記磁束演算器により演算される推定電機子鎖交磁束の位相より前記回転子位置誤差を算出する回転子位置誤差演算器と、を備え、
前記回転子位置誤差演算器で算出される回転子位置誤差を用いて、前記同期機の回転子位置と前記位置検出手段により検出される回転子位置との差である回転子位置誤差を補正する同期機制御装置において、
前記回転子位置誤差演算器による前記回転子位置誤差の算出動作は、前記電機子鎖交磁束の発生方向の電流指令値と前記電機子鎖交磁束の発生方向に直交方向の電流指令値より算出される線間電圧が、線間電圧下限値以上である場合のみ実行することを特徴とする同期機制御装置。
【請求項３】
同期機の回転子位置と前記同期機の回転子位置を検出する位置検出手段により検出される回転子位置との差である回転子位置誤差を補正する同期機制御装置であって、
電機子鎖交磁束の発生方向及びその直交方向の電流指令値と電流検出値とが一致するように制御する電流制御器と、
前記同期機の電機子電流検出値および電機子電圧指令値に基づき推定電機子鎖交磁束の位相を演算する磁束演算器と、
前記磁束演算器により演算される推定電機子鎖交磁束の位相より前記回転子位置誤差を算出する回転子位置誤差演算器と、を備え、
前記回転子位置誤差演算器で算出される回転子位置誤差を用いて、前記同期機の回転子位置と前記位置検出手段により検出される回転子位置との差である回転子位置誤差を補正する同期機制御装置において、
前記回転子位置誤差演算器による前記回転子位置誤差の算出動作は、電気角速度が電気角速度下限値以上である場合のみ実行することを特徴とする同期機制御装置。
【請求項４】
前記電機子電流検出値、前記電機子電圧指令値、前記推定電機子鎖交磁束の位相の内、少なくとも一つに低域通過フィルタ処理を行なう低域通過フィルタを備えたことを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の同期機制御装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
この発明に係る同期機制御装置は、同期機の回転子位置と前記同期機の回転子位置を検出する位置検出手段により検出される回転子位置との差である回転子位置誤差を補正する同期機制御装置において、
電機子鎖交磁束の発生方向及びその直交方向の電流指令値と電流検出値とが一致するように制御する電流制御器と、前記同期機の電機子電流検出値および電機子電圧指令値に基づき推定電機子鎖交磁束の位相を演算する磁束演算器と、前記電機子鎖交磁束の発生方向及びその直交方向の電流指令値より真の電機子鎖交磁束の位相を算出する電機子鎖交磁束位相演算器と、前記磁束演算器により演算される推定電機子鎖交磁束の位相と、前記電機子鎖交磁束位相演算器により算出される真の電機子鎖交磁束の位相より前記回転子位置誤差を算出する回転子位置誤差演算器と、を備え、前記回転子位置誤差演算器で算出される回転子位置誤差を用いて、前記同期機の回転子位置と前記位置検出手段により検出される回転子位置との差である回転子位置誤差を補正するものである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１を説明する図で、同期機制御装置１と電源２と同期機３とを含めた同期機制御システムを示すものである。以下、実施の形態１による同期機制御装置１の構成および構成要素の機能について説明する。
同期機制御装置１は、電力変換手段１１、回転子位置誤差演算器１２、γ‘δ’→ｕｖｗ座標変換器１３、電流検出手段１４、位置検出手段である位置検出器１５、速度演算器１６、磁束演算器１７、ｕｖｗ→γ’δ’座標変換器１８、および電流制御器１９を備えている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
まず、電力変換手段１１の出力側から順に説明し、次に、電力変換手段１１の入力側となる電圧指令の生成までの流れについて説明する。その後、回転子位置誤差演算器１２を用いた回転子位置誤差の補正方法について説明する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
磁束演算器１７は、後述するγ‘δ’→ｕｖｗ座標変換器１３より得られるｕｖｗ相電圧指令ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊と、電流検出手段１４より得られるｕｖｗ電流検出値ｉｕ、ｉｖ、ｉｗと、位置検出器１５から得られるθ’と、速度演算器１６より得られる電気角速度ωより電機子鎖交磁束の推定値（以下、推定電機子鎖交磁束と表記する。）を算出し、具体的には、推定電機子鎖交磁束の位相∠Φ’を推定する。推定電機子鎖交磁束の位相∠Φ’とは、ｄ’軸に対する推定電機子鎖交磁束の方向（γ’軸方向）の角度を指す。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
そしてｄ’ｑ’軸推定鎖交磁束Φｄ’、Φｑ’から、次式（４）の演算により、推定電機子鎖交磁束の位相∠Φ’を算出し、出力する。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７２】
図５は、実施の形態３による同期機制御装置１ｂと電源２と同期機３とを含めた同期機制御システムを示すものである。実施の形態３による同期機制御装置１ｂの構成は、実施の形態１による同期機制御装置１の構成とほぼ同じであるが、電機子鎖交磁束位相演算器２１が追加されていることと、回転子位置誤差演算器１２ａの入力信号として、真の電機子鎖交磁束の位相∠Φが追加されていることが異なる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９３】
実施の形態５．
次に、実施の形態５による同期機制御装置について説明する。ｄ’ｑ’軸電流検出値ｉｄ’、ｉｑ’は、電流検出手段１４で検出される電流検出値に付加するノイズの影響を受け、電流検出値を用いて算出されるｄ’ｑ’軸電圧指令値ｖｄ’＊、ｖｑ’＊についてもノイズの影響を受ける。よって、ｖｄ’＊、ｖｑ’＊、ｉｄ’、ｉｑ’より算出される推定電機子鎖交磁束の位相∠Φ’もノイズの影響を受ける。このノイズにより、回転子位置誤差の補正精度が低下する恐れがある。一方、低域通過フィルタにより、このノイズ成分を除去することができれば、回転子位置誤差の補正精度を向上させることができる。