(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トルク発生に寄与する固定子電流を、ベクトル回転器あるいはベクトル回転器内蔵変換器を用いて、フィードバック的あるいはフィードフォワード的に制御する電流制御工程と、ベクトル回転器あるいはベクトル回転器内蔵変換器に使用する位相を決定する位相決定工程とを有し、
ベクトル回転器あるいはベクトル回転器内蔵変換器によって指定されたγδ制御座標系上で固定子電流を評価した場合にγ軸、δ軸の何れか一方の軸電流が実質的にゼロになるように該電流制御工程を構成し、かつ、非ゼロの他軸電流に対応した位相決定器用インダクタンスとして真のインダクタンスと異なる値を用いて該位相決定工程を構成する、正値のｄ軸インダクタンス（Ｌｄ＞０）と正値のｑ軸インダクタンス（Ｌｑ＞０）とをもつ永久磁石同期電動機の駆動制御方法であって、
該位相決定工程を状態オブザーバ、外乱オブザーバ、Ｄ因子フィルタまたはこれらに準じた機器を用いて構成し、該構成に利用する該位相決定器用インダクタンスを負値に選定するようにしたことを特徴とする正値のｄ軸インダクタンス（Ｌｄ＞０）と正値のｑ軸インダクタンス（Ｌｑ＞０）とをもつ永久磁石同期電動機の駆動制御方法。
【請求項２】
該位相決定工程の構成に利用する該位相決定器用インダクタンスの負値を、電力変換器バス電圧に起因する電圧制限の相当値、固定子電圧の相当値、固定子電流の相当値、回転子速度の相当値の少なくとも１つに応じて、可変するようにしたことを特徴とする請求項１記載の正値のｄ軸インダクタンス（Ｌｄ＞０）と正値のｑ軸インダクタンス（Ｌｑ＞０）とをもつ永久磁石同期電動機の駆動制御方法。
【請求項３】
該位相決定工程の構成に利用する該位相決定器用インダクタンスの負値を、繰返し計算を少なくとも部分的に用い、定めるようにしたことを特徴とする請求項１記載の正値のｄ軸インダクタンス（Ｌｄ＞０）と正値のｑ軸インダクタンス（Ｌｑ＞０）とをもつ永久磁石同期電動機の駆動制御方法。
【請求項４】
真の固定子インダクタンスを利用した場合には回転子磁束あるいは誘起電圧あるいは拡張誘起電圧を適切に推定しうる推定器に、負値の位相決定器用インダクタンスを用いて、該位相決定工程を構成したことを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３記載の正値のｄ軸インダクタンス（Ｌｄ＞０）と正値のｑ軸インダクタンス（Ｌｑ＞０）とをもつ永久磁石同期電動機の駆動制御方法。
【請求項５】
該位相決定工程への入力信号として、固定子巻線に従い定めたαβ固定座標系上あるいはγδ制御座標系上の固定子電流相当値を少なくとも用い、該位相決定工程を構成したことを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３記載の正値のｄ軸インダクタンス（Ｌｄ＞０）と正値のｑ軸インダクタンス（Ｌｑ＞０）とをもつ永久磁石同期電動機の駆動制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、回転子に永久磁石を有する同期電動機すなわち永久磁石同期電動機のセンサレス駆動制御方法、特に電力変換器（インバータ）のバス電圧（リンク電圧）に起因する電圧制限を受ける高速域でのセンサレス駆動制御方法に関する。対象とする同期電動機は、回転子に装着された永久磁石の多少も、また、突極、非突極も問わない。
【背景技術】
【０００２】  永久磁石同期電動機を、可能な限りの効率を達成しつつ高速駆動するには、トルク発生に寄与する固定子電流を、回転子Ｎ極の位相（以降では、回転子位相と略記）に対して、電圧制限を考慮した所定の位相差を持たせる必要がある。このため、α軸を固定子Ｕ相巻線の中心に選定したαβ固定座標系上で評価した回転子位相を知る必要がある。回転子位相の最も簡単な検出方法は、エンコーダ、レゾルバーと言った位置センサを回転子に装着することであるが、位置センサの装着は、信頼性、コストなどの点で問題があり、電動機駆動用の固定子電圧、電流の信号を用いて回転子位相を推定することが行なわれている。回転子位相の推定は、回転子位相情報を有する回転子磁束、誘起電圧、あるいは拡張誘起電圧（以下、回転子磁束等と略記）を推定し、同推定値から回転子位相情報を抽出することにより行われている。【０００３】  回転子磁束等の推定は、固定子巻線に従い定めたα軸、β軸もつαβ固定座標系上で行なうことも、あるいは回転子位相に位相差なく同期することを目指したγδ準同期座標系上で行なうことも可能である。なお、回転子位相に位相差なく同期した座標系は、ｄｑ同期座標系と呼ばれている。γδ準同期座標系は、同期が完了した時点では、実質的にｄｑ同期座標系と等価である。これに対して、回転子位相に対して位相差のない同期を目指さないγδ座標系を考えることもできる。本発明では、この種のγδ座標系をγδ制御座標系と呼ぶ。【０００４】  図１３は、永久磁石同期電動機に対し、回転子位相推定の役割を担う位相決定器を利用した駆動制御方法を装置化し、これに装着した場合の代表的１例を概略的にブロック図で示したものである。１は永久磁石同期電動機を、２は位相決定器を、３は電力変換器を、４は電流検出器を、５ａ、５ｂは夫々３相２相変換器、２相３相変換器を、６ａ、６ｂは共にベクトル回転器を、７は余弦正弦信号発生器を、８は電流制御器を、９は指令変換器を、１０は速度制御器を、１１は機械速度推定器を示している。本図では、簡明性を確保すべく、２×１のベクトル信号を１本の太い信号線で表現している。以下のブロック図表現もこれを踏襲する。【０００５】  特に、２の位相決定器は、固定子の電圧、電流の相当値（実測値、指令値、推定値など）を入力として得て、αβ固定座標系上で評価した回転子位相の推定値と、回転子電気速度の推定値を出力している。余弦正弦信号発生器７は回転子位相推定値を余弦・正弦信号に変換して、これをベクトル回転器６ａ、６ｂへ伝達している。電気速度推定値は、機械速度推定器１１において、極対数Ｎｐで除されて、機械速度推定値に変換されている。４、５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂ、７、８の５種の機器は、トルク発生に寄与する固定子電流を、ｄｑ同期座標系上のベクトル信号として捕らえ、ｄ軸及びｑ軸の各成分を各軸電流指令値に追随するように制御するフィードバック的な電流制御工程を構成している。また、位相決定器２が、位相決定工程を構成している。【０００６】  電流検出器４で検出された３相の固定子電流は、３相２相変換器５ａでαβ固定座標系上の２相電流に変換された後、ベクトル回転器６ａでｄｑ同期座標系の２相電流に変換され、電流制御器８へ送られる。電流制御器８は、ｄｑ同期座標系上の２相電流が、各相の電流指令値に追随すべくｄｑ同期座標系上の２相電圧指令値を生成しベクトル回転器６ｂへ送る。６ｂでは、ｄｑ同期座標系上の２相電圧指令値をαβ固定座標系上の２相電圧指令値に変換し、２相３相変換器５ｂへ送る。５ｂでは、２相信号を３相電圧指令値に変換し、電力変換器３への指令値として出力する。電力変換器３は、指令値に応じた電力を発生し、同期電動機１へ印加しこれを駆動する。このときのｄｑ同期座標系上の２相電流指令値は、トルク指令値を指令変換器９に通じ変換することにより得ている。図１３においては、ベクトル回転器の左側に存在する固定子電圧、電流の信号は、ｄｑ同期座標系上の信号であることを明示すべく、脚符にｄｑを付している。なお、ベクトル回転器６ａ、６ｂは、３相２相変換器、２相３相変換器５ａ、５ｂと各々一体的に構成されこともある。本発明では、一体的に構成されたこれらをベクトル回転器内蔵変換器と呼称している。【０００７】  図１３の本例では、速度制御系を構成した例を示しているので、速度指令値と速度推定値を入力とする速度制御器１０の出力としてトルク指令値τ＊を得ている。当業者には周知のように、制御目的が発生トルクにあり速度制御系を構成しない場合には、速度制御器１０、機械速度推定器１１は不要である。この場合には、トルク指令値が外部から直接印加される。【０００８】  上記構成機器において、本発明に特に関連する機器が、位相決定器２と指令変換器９である。位相決定器は、回転子磁束等を、固定子の電圧、電流の相当値を利用して推定し、ベクトル回転器等に使用する位相を決定している。併せて、電気速度推定値を決定している。回転子磁束等の推定値は、一般には、固定子の電圧、電流の相当値を、状態オブザーバ、外乱オブザーバ、Ｄ因子フィルタ等（以下、単に「推定器」と略記）への入力信号としてこれを駆動し、得ている。すなわち、位相決定工程への入力信号は、一般には、固定子の電圧、電流の相当値である。【０００９】  推定器を構成し、構成した推定器に対して、電動機駆動用の固定子電圧、電流の相当値を入力してこれを駆動すれば、回転子位相推定値を得ることができる。当業者には周知のように、推定器の構成においては電動機パラメータが必要である。特に、推定器の構成に使用した電動機パラメータ、さらにはこの駆動信号である固定子電圧、電流の信号が正しい場合には、推定器による位相推定値は位相真値に収斂する。実際には、電動機パラメータ真値と推定器に使用するパラメータ値との間には、多少の相違があるが、使用するパラメータ値は可能な限り真値に近いものを採用することが、これら推定器の使用上の大前提である。【００１０】  電動機はトルク発生機であると同時に電気エネルギーの機械エネルギーの変換機であり、電動機のエネルギー変換効率は、電動機駆動制御の主要な要求仕様の１つである。エネルギー変換効率向上の課題は、電動機駆動制御の観点からは、所要のトルク発生を達成しながら銅損などの損失を最小に抑えるような電流制御を如何に実施するか、あるいは、力率の最大化を図るような電流制御を如何に実施するか、と言う技術課題に置き換えることができる。この課題解決の役割を果た���いるのが、指令変換器９である。指令変換器では、トルク指令値から高効率な駆動を可能とするｄｑ同期座標系上のｄ軸、ｑ軸電流指令値を生成している。このときのｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値とは、回転子位相に対して所定の位相差を持つものであり、指令値通りに固定子電流が制御されるならば、効率駆動が達成される。【００１１】  電動機に印加できる電圧の振幅（すなわち、大きさ、レベル）は、電力変換器のバス電圧で制限されている。従って、電動機によるトルク発生は、バス電圧に起因する電圧制限内で実施する必要がある。ところが、速度向上に応じて逆起電力が大きくなり、電圧制限下では所期のトルク、電流に見合った電圧を印加できくなる。このような場合、負のｄ軸電流を得るように電流制御することで（一般に、弱め磁束制御と呼ばれている）、高速駆動を達成している。指令変換器９は、トルク指令値から、効率を追及しつつ高速駆動を可能とするｄｑ同期座標系上のｄ軸、ｑ軸電流指令値をも生成している。このときのｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値とは、回転子位相に対して、電圧制限を考慮した所定の位相差を持つものであり、指令値通りに電流が制御されるならば、達成可能な効率を維持した上で高速駆動が達成される。【００１２】  効率と電圧制限を考慮した高速駆動を達成するｄｑ同期座標系上のｄ軸、ｑ軸電流指令値のトルク指令値からの生成には、一般には、ｄ軸電流、ｑ軸電流、発生トルク、電圧制限の４者の関係を記述した非線形連立方程式の求解が要求される。この求解は、一般には大変難解である。【００１３】  こうした背景の下、ごく最近、電圧制限を実質的に考慮する必要のない定格速度以下の駆動に限定して、煩雑な非線形連立方程式の求解を行うことなく、固定子電流の位相を推定的に直接求める方法が提案されている。これら代表的な方法を、先行技術文献欄の特許文献１〜２、非特許文献１に列挙した。【００１４】  これら代表的方法の特徴は、ベクトル回転器あるいはベクトル回転器内蔵変換器によって指定されたγδ制御座標系上で固定子電流を評価した場合に、γ軸電流がゼロなるように電流制御工程を構成し、かつ、δ軸電流に対応した位相決定器用インダクタンスとして真のインダクタンスと異なる正値を用いて位相決定工程を構成する点に特徴がある。ｄ軸インダクタンスをＬｄ、ｑ軸インダクタンスをＬｑとする場合、特許文献１では、位相決定器用インダクタンスＬｉ＾として、次の（１）式の範囲の正値を採用することを求めている。
【数１】
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一方、特許文献２及び非特許文献１では、位相決定器用インダクタンスＬｉ＾として、次の（２）式の範囲の正値を採用することを求めている
【数２】
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【００１５】  上に説明した特許文献１〜２、非特許文献１の提案による方法は、定格速度以下の低い速度でのみ適用可能で、所期の性能を発揮する。換言するならば、定格速度を超える高速駆動には適用できない。仮に適用する場合には、高速駆動を遂行できなくなる。本事実を裏付けるように、位相決定器用インダクタンスとして（１）式の利用を提案してきた特許文献１、非特許文献１の発明者は、高速駆動を達成すべく、従来ゼロに制御することを条件としていたγ軸電流に対して、これを非ゼロに制御することを提案している（非特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】富樫仁夫：「モータ制御装置」、特開２００７−２５９６８６（２００６−６−２８）
【特許文献２】新中新二：「永久磁石同期電動機の駆動制御方法」、特開２００８−９２７８１（２００６−９−３０）
【非特許文献】
【００１７】
【非特許文献１】新中新二：「永久磁石同期モータのベクトル制御技術、下巻（センサレス駆動制御の真髄）」、電波新聞社（２００８−１２）
【非特許文献２】富樫仁夫・上山健司：「任意の電流ベクトルにおける埋込磁石同期モータの最大トルク制御軸の推定法」、電気学会論文誌Ｄ、ｖｏｌ．１３１、Ｎｏ．９、ｐｐ．１１４１−１１４８（２０１１−９）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】  本発明は上記背景の下になされたものであり、その目的は、永久磁石同期電動機のセンサレス駆動制御において、指令変換器を要することなく（ひいては、より軽い計算負荷で動作可能な）、達成可能な効率を維持した上で高速駆動を達成しうるセンサレス駆動制御法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】  上記目的を達成するために、請求項１の発明は、トルク発生に寄与する固定子電流を、ベクトル回転器あるいはベクトル回転器内蔵変換器を用いて、フィードバック的あるいはフィードフォワード的に制御する電流制御工程と、ベクトル回転器あるいはベクトル回転器内蔵変換器に使用する位相を決定する位相決定工程とを有し、ベクトル回転器あるいはベクトル回転器内蔵変換器によって指定されたγδ制御座標系上で固定子電流を評価した場合にγ軸、δ軸の何れか一方の軸電流が実質的にゼロになるように該電流制御工程を構成し、かつ、非ゼロの他軸電流に対応した位相決定器用インダクタンスとして真のインダクタンスと異なる値を用いて該位相決定工程を構成する永久磁石同期電動機の駆動制御方法であって、該位相決定工程の構成に利用する該位相決定器用インダクタンスを負値に選定するようにしたことを特徴とする。【００２０】  請求項２の発明は、請求項１記載の永久磁石同期電動機の駆動制御方法であって、該位相決定工程の構成に利用する該位相決定器用インダクタンスの負値を、電力変換器バス電圧に起因する電圧制限の相当値、固定子電圧の相当値、固定子電流の相当値、回転子速度の相当値の少なくとも１つに応じて、可変するようにしたことを特徴とする。【００２１】  請求項３の発明は、請求項１記載の永久磁石同期電動機の駆動制御方法であって、該位相決定工程の構成に利用する該位相決定器用インダクタンスの負値を、繰返し計算を少なくとも部分的に用い、定めるようにしたことを特徴とする。【００２２】  請求項４の発明は、請求項１または請求項２または請求項３記載の永久磁石同期電動機の駆動制御方法であって、真の固定子インダクタンスを利用した場合には回転子磁束あるいは誘起電圧あるいは拡張誘起電圧を適切に推定しうる推定器に、負値の位相決定器用インダクタンスを用いて、該位相決定工程を構成したことを特徴とする。【００２３】  請求項５の発明は、請求項１または請求項２または請求項３記載の永久磁石同期電動機の駆動制御方法であって、該位相決定工程への入力信号として、固定子巻線に従い定めたαβ固定座標系上あるいはγδ制御座標系上の固定子電流相当値を少なくとも用い、該位相決定工程を構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】  以下、図面と数式を用いて、請求項１の発明の効果を明快に説明する。請求項１の発明に従って、「トルク発生に寄与する固定子電流を、ベクトル回転器あるいはベクトル回転器内蔵変換器を用いて、フィードバック的あるいはフィードフォワード的に制御する電流制御工程と、ベクトル回転器あるいはベクトル回転器内蔵変換器に使用する位相を決定する位相決定工程とを有する永久磁石同期電動機の駆動制御方法において、特に、ベクトル回転器あるいはベクトル回転器内蔵変換器によって指定されたγδ制御座標系上で固定子電流を評価した場合にγ軸電流がゼロなるように電流制御工程を構成し、かつ、δ軸電流に対応した位相決定器用インダクタンスＬｉ＾として真のインダクタンスと異なる値を意図的に用いる」状況を考える。本状況下では、γδ制御座標系はｄｑ同期座標系に対して、
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【数３】
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ここに、ｉｄ、ｉｑは、固定子電流をｄｑ同期座標系上で評価した場合のｄ軸電流、ｑ軸電流であり、ｉδは、固定子電流をγδ制御座標系上で評価した場合のδ軸電流である。Φは、回転子磁束の強度（一定）である。また、Ｌｍは、次式で定義された鏡相インダクタンスである。
【数４】
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固定子電流は、γ軸電流が実質的にゼロになるように制御されている。換言するならば、２×１ベクトルしての固定子電流ｉ１は実質的にδ軸上に存在する（図１参照）。【００２５】  電力変換器のバス電圧が制限されている実際的状況下での高速駆動では、印加すべき固定子電圧を、バス電圧に起因する電圧制限値以下に維持しなければならない。当業者が広く承知しているように、本維持は、ｄ軸電流がより大きな負値をもつようにｄ軸電流を制御することにより、達成できる（この種の制御は、一般に、弱め磁束制御と呼ばれる）。【００２６】  上記のｄ軸電流制御と同様な効果は、２×１ベクトルしての固定子電流ｉ１を負側のｄ軸へ近づけることにより得ることもできる。２×１ベクトルしての固定子電流ｉ１を負側のｄ軸へ近づけることは、とりもなおさず、ｄｑ同期座標系に対するγδ制御座標系の位相差
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の位相差に関する理論限界値は、次式で与えられることがわかる。
【数５】
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【００２７】  本発明の要点は、位相決定器用インダクタンスＬｉ＾の決定にある。この視点より、（３）式を位相決定器用インダクタンスＬｉ＾に関して導出・整理することを考える。この際、位
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要基本式である次式を新たに得る。
【数６】
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【数７】
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【００２８】  （５）式を（６）式に用いると、（５）式のための位相決定器用インダクタンスＬｉ＾として、次式を新たに得る。
【数８】
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（５）式の条件で導出された（８）式の位相決定器用インダクタンスは、ｑ軸とδ軸（ｄ軸とγ軸）との位相差を±π／２とするための限界値を示している（図１参照）。【００２９】  通常の永久磁石同期電動機では、定格電流Ｉｒａｔに対しても、次の（９）式の関係が成立するように、設計・製造されている。
【数９】
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（９）式は、「通常の永久磁石同期電動機においては、（８）式左辺の位相決定器用インダクタンスは負値を取る」ことを示している。すなわち、（８）、（９）式は、「電圧制限（特に、強い電圧制限）を考慮する必要のある高速駆動時に対応した位相決定器用インダクタンスは負値をとる」ことを示している。【００３０】  請求項１の発明は、位相決定器用インダクタンスを負値に選定することを要請するものである。負値の位相決定器用インダクタンスは、上の説明で既に明らかなように、γδ制御座標系のδ軸を負側のｄ軸へ漸近させる。固定子電流が実質的にδ軸上に存在することを考慮するならば、δ軸の本漸近は、固定子電流の負側のｄ軸へ漸近を意味する。これは、電圧制限下の弱め磁束制御が自動的に達成されることを意味する。以上のように、位相決定器用インダクタンスを負値に選定することを要請する請求項１の本発明によれば、電圧制限下の高速駆動に不可欠な弱め磁束制御を、ベクトル回転器あるいはベクトル回転器内蔵変換器に使用する位相の決定を介して、自動的に実現できるという効果を得ることができる。【００３１】  次に、請求項２の発明による効果を説明する。（８）式が示した値は、位相決定器用イン
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て、位相決定器用インダクタンスを選定する場合には、位相決定器用インダクタスは固定子電流（あるいはこの相当値）に応じて、変更することが必要となる。【００３２】  ところで、高速駆動時の電圧制限を定式化したものとして、次の電圧制限楕円がある（非特許文献１参照）。
【数１０】
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ここに、ｃｖは電力変換器のバス電圧に依存して定まる電圧制限値であり、ω２ｎは回転子の電気速度である。達成可能な効率と高速駆動を考慮した固定子電流は、（１０）式で規定された電圧制限楕円上に存在しなければならない。このときのｄ軸電流は、次式を満足する必要がある。
【数１１】
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【００３３】（１１）式を図１に用いるならば、これらより次式を得る。
【数１２】
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（１２）式を（６）式に代入することにより、位相決定器用インダクタンスＬｉ＾に関して次の関係式を得る。
【数１３】
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（１３）式は、位相決定器用インダクタンスＬｉ＾の一つの選定ルールを与えるものである。（１３）式は、固定子電流、回転子速度、電圧制限値の３者を利用している。換言するならば、位相決定器用インダクタンスの選定を（１３）式に従う場合には、固定子電流、回転子速度、電圧制限値の３者に同時に応じて、位相決定器用インダクタンスを変更することになる。【００３４】  高速駆動を妨げる電圧制限は、元来、印加すべき固定子電圧の振幅が、電力変換器のバス電圧に起因する電圧制限値を超えるために発生する。従って、固定子電圧の振幅が電圧制限値を超える場合に、位相決定器用インダクタンスＬｉ＾を徐々に低減するようにすればよい。位相決定器用インダクタンスの上限値（正値）は、電圧制限が実質的に存在しない低速域での駆動の場合にも、（１）、（２）式で示されているように、同相インダクタンスＬｉを超えることはない。一方、位相決定器用インダクタンスの下限値（負値）は、本発明が新規に提示した（８）式で与えられる。従って、固定子電圧の振幅が電圧制限値の近傍値を取るような状況下では、位相決定器用インダクタンスを、上限値から下限値へ向け、逐次低減するように選定してもよい。このような選定では、電圧制限値、固定子電圧の２者に応じて、位相決定器用インダクタンスを変更することになる。【００３５】  請求項２の発明によれば、位相決定器用インダクタンスを、電力変換器バス電圧に起因する電圧制限の相当値、固定子電圧の相当値、固定子電流の相当値、回転子速度の相当値の少なくとも１つに応じて、可変するようにしているので、上記の例示した位相決定器用インダクタンスの選定法が直ちに利用できるようになる。ひいては、合理的あるいは簡単に、位相決定器用インダクタンスが選定できるという効果が得られる。更には、この結果、請求項１の発明の有用性を高めるという効果が得られる。【００３６】  続いて、請求項３の発明の効果を説明する。慣性を有する電動機の回転速度は連続的に変化せざるを得ない。本特性は、速度如何に拘わらず成立する。すなわち、電圧制限を考慮する必要のある高速駆動時にも、本特性は成立する。高速駆動時の速度が連続的に変化
0005991577.tif 000019
連続的に変化することになる。ひいては、本発明が新規に提示した（６）式が示すように、位相決定器用インダクタンスもＬｉ＾も、基本的に連続的に変化することになる。位相決定器用インダクタンスが連続的に変化する場合、繰り返し計算による算定が可能となる（この実例は、実施形態例の欄で詳しく説明する）。繰り返し計算によれば、比較的低い計算量で、駆動状況（印加電圧、電圧制限、電流等の状況）に合致した位相決定器用インダクタンスが決定できるようになる。【００３７】  請求項３の発明によれば、位相決定器用インダクタンスの負値を、繰返し計算を少なくとも部分的に用い定めるようにしている。上の説明より既に明らかにように、本発明によれば、少ない計算量で、駆動状況（印加電圧、電圧制限、電流等の状況）に合致した位相決定器用インダクタンスを決定できるようになると言う効果が得られる。ひいては、請求項１の発明の有用性を高めるという効果が得られる。【００３８】  続いて、請求項４の発明の効果を説明する。回転子磁束あるいは誘起電圧あるいは拡張誘起電圧を、推定器（状態オブザーバ、外乱オブザーバあるいはＤ因子フィルタ）に用いて推定する場合を考える。これら推定器に真のインダクタンスを用いる場合には、これら推定器は回転子磁束等を正しく推定する。しかも、これら推定器の特性は、既によく解析されており、（６）式の特性をも有している。請求項１、請求項２、請求項３の発明に関する最重要な基本式は、本発明が新規に提示した（６）式である。【００３９】  請求項４の発明は、真の固定子インダクタンスを利用した場合には回転子磁束あるいは誘起電圧あるいは拡張誘起電圧を適切に推定しうる推定器に、真の固定子インダクタンス（正値）とは異なる負値の位相決定器用インダクタンスを用いて、位相決定工程を構成しすることを要請する。請求項４の発明によれば、よく特性を解析された推定器を直ちに利用することができ、ひいては、請求項１、請求項２、請求項３の発明に関する最重要な基本である（６）式の成立を保証できるようになり、この結果、請求項１、請求項２、請求項３の発明の効果を実効力のある形で直ちに得ることができると言う効果が得られる。【００４０】  続いて、請求項５の発明の効果を説明する。位相決定工程に使用する信号（特に固定子電流相当値）としては、種々の座標系上の信号を用いることが可能である。すなわち、２軸直交座標系上の二相信号、３軸座標系上の三相信号を用いて構成することも可能である。また、二相信号としては、αβ固定座標系上の、ｄｑ同期座標系上の、γδ制御座標系上の、あるいは他の２軸直交座標系上の信号を考えることもできる。この中で、請求項１または請求項２または請求項３の発明における位相決定工程を最も簡単・平易に遂行しうる信号は、αβ固定座標系上またはγδ制御座標系上の二相信号を用いる場合である。【００４１】  請求項５の発明は、位相決定器のための信号として、αβ固定座標系上あるいはγδ制御座標系上の固定子電流相当値を少なくとも用い、位相決定工程を構成したことを要請する。従って、上の説明より既に明らかなように、請求項５の発明によれば、使用信号の観点から最も簡単に位相決定工程を遂行できると言う効果が得られ、ひ��ては、請求項１、請求項２、請求項３の発明の効果を使用信号の観点から最も簡単に得ることができると言う効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】  ｄｑ同期座標系とγδ制御座標系の位相差例と、単一固定子電流を両座標系上で評価した場合のベクトル成分の１関係例とを示す図
【図２】  １実施形態例における駆動制御装置の基本構成を示すブロック図
【図３】  １実施形態例における位相決定器の基本構成を示すブロック図
【図４】  １実施形態例における可変インダクタンス付き推定器の基本構成を示すブロック図
【図５】  １実施形態例における推定器部の基本構成を示すブロック図
【図６】  １実施形態例におけるインダクタンス選定部の基本構成を示すブロック図
【図７】  １実施形態例におけるインダクタンス選定部の基本構成を示すブロック図
【図８】  １実施形態例におけるインダクタンス選定部の基本構成を示すブロック図
【図９】  １実施形態例におけるインダクタンス選定部の基本構成を示すブロック図
【図１０】  １実施形態例におけるインダクタンス選定部の基本構成を示すブロック図
【図１１】  １実施形態例における位相決定器の基本構成を示すブロック図
【図１２】  １実施形態例における推定器部の基本構成を示すブロック図
【図１３】  従来の代表的な駆動制御装置の基本構成を示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【００４３】  以下、図面を用いて、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【実施例１】
【００４４】  永久磁石同期電動機に対し本発明の駆動制御方法を適用した駆動制御装置の１実施形態例の基本的構造を図２に示す。図１３に示した従来の駆動制御装置に対する本装置の違いは、第１に位相決定器２の構成にある。違いの第２は、指令変換器が存在せず、速度制御器１０の出力が直接、δ軸電流指令値になり、かつ、γ軸電流指令値は、常時ゼロがセットされている点にある。図２においては、ベクトル回転器の左側に存在する固定子電圧、電流の信号は、γδ制御座標系上の信号である。本事実を明示すべく、これら信号の脚符にγ、δを付している。一方、図１３では、ベクトル回転器の左側に存在する固定子電圧、電流の信号は、ｄｑ同期座標系上の信号であった。この相違には、特に注意されたい。他の構成機器に関しては、従来の駆動制御装置と本装置との違いは、無い。【００４５】  指令変換器を要しない図２の核心は位相決定器２にある。図３は、非特許文献１によって示された位相決定器を、本発明に従って改良・構成し直したものである。位相決定器における従来との外的違いは、位相決定器が電力変換器からバス電圧ｖｄｃを得ている点にある。位相決定器２は、内的には、可変インダクタンス付き推定器（可変インダクタンス機能を備えた状態オブザーバ、外乱オブザーバ、Ｄ因子フィルタ等）２ａと位相同期器から構成されている。位相同期器の構成は、非特許文献１に詳しく解説されているものと基本的に同一であるので、この説明は省略する。【００４６】  図４は、可変インダクタンス付き推定器２ａの内部構造を示したものであり、これはインダクタンス選定部２ａ−１と推定器部２ａ−２とから構成されている。可変インダクタンス付き推定器２ａへの入力信号は、固定子電流相当値としての固定子電流実測値ｉ１、固定子電圧相当値としての固定子電圧指令値ｖ１＊、電圧制限相当値としての電力変換器バス電圧実測値ｖｄｃ、回転子速度相当値としての回転速度推定値ω２ｎ＾、γδ制御座標系の速度ωγの５種である。回転子速度推定値とγδ座標系速度とは、位相決定器内部（より正確には、位相同期器）で生成したものを再利用している。【００４７】  図５は、推定器部２ａ−２として、元来、回転子磁束を推定すべく開発された最小次元状態オブザーバを用いた１実施形態例の構造を示したものである。基本的構造は、非特許文献１と同一である。このため、この基本構造に関する詳細説明は省略する。非特許文献１による最小次元状態オブザーバと本発明による推定器部２ａ−２の唯一の違いは、固定子反作用磁束算定ブッロク２ａ−２ａにおける位相決定器用インダクタンスＬｉ＾の導入である。非特許文献１では、固定子反作用磁束算定ブッロクに利用するインダクタンス値としては、ｄ軸、ｑ軸インダクタンスの真値あるいはこれに準じた値を利用することを前提としている。これに対して、本発明によるブッロク２ａ−２ａでは、ｄ軸、ｑ軸の両軸のインダクタンスに対して、真値とは異なる、負値をとりうる位相決定器用インダクタンスを意図して用いている。最小次元状態オブザーバ２ａの構成に関しては、他に相違はない。本実施形態では、γ軸電流を実質的にゼロ制御しているので、γ軸に対応するインダクタンスとしては任意でよい。δ軸対応のインダ��タンス（すなわち、本来の位相決定器用インダクタンス）は、インダクタンス選定部から得たもの（負値をとりうる）を利用するようにしている。
【実施例２】
【００４８】  図５を用いた実施形態例では、推定器部２ａ−２として、元来、回転子磁束を推定すべく開発された最小次元状態オブザーバを用いたが、これに代わって、回転子磁束を推定すべく開発された同一次元状態オブザーバ、Ｄ因子フィルタを用いてもよい。また、元来、誘起電圧、拡張誘起電圧を推定すべき開発された最小次元状態オブザーバ、外乱オブザーバ、Ｄ因子フィルタを用いてもよい。これらを利用する場合の要点は、固定子反作用磁束に関連したインダクタンス値として、ｑ軸インダクタンスの真値（正値）に代わって、負値の位相決定器用インダクタンスを利用するようにすればよい。同一次元状態オブザーバ、外乱オブザーバ、Ｄ因子フィルタに関しては、非特許文献１に詳しく説明されているので、これ以上の説明は省略する。
【実施例３】
【００４９】  続いて、請求項１の発明に加え、請求項２の発明に基づき構成されたインダクタンス選定部２ａ−１について説明する。まず最初に、（１３）式に立脚した位相決定器用インダクタンスの選定法を図６に示した。電力変換器バス電圧ｖｄｃを得たならば、これより電圧制限値ｃｖを算定する。簡単には、図６に示したように、√２で除すればよい。電圧制限値を更に速度推定値で除して信号ｃｖ／ω２ｎ＾を生成する。この値とδ軸電流の絶対値を（１１）式の第３式に用い信号βを生成する。生成信号βを（１３）式に用いれば、所期の位相決定器用インダクタンスＬｉ＾を得ることができる。本実施例は、位相決定器用インダクタンスを得るための入力信号として、電力変換器のバス電圧、回転子速度推定値、固定子電流（δ軸電流）を利用する例となっている。換言するならば、固定子電圧相当値は利用しない例となっている。【００５０】  （１１）式の第３式に従い信号βを制御周期ごとに生成する場合には、演算負荷の大きい平方根計算の実施を制御周期ごとに要求される。演算負荷の増加を回避するには、信号ｃｖ／ω２ｎ＾とδ軸電流との２信号を参照信号とする２次元テーブルを予め作成し、本テーブルを用いて、信号βを出力するようにすればよい。２次元テーブルは、適当な信号間隔で作成しておき、間隔内の参照信号に対する出力信号βは、関数近似的手法で生成すればよい。
【実施例４】
【００５１】  続いて、請求項１と請求項２の発明に加えて請求項３の本発明に基づき構成されたインダクタンス選定部２ａ−１について説明する。本発明に関する最重要基本式である（６）式は、次の（１４）式のように書き改めることができる。
【数１４】
0005991577.tif 000020
0005991577.tif 000021
制限を満足するか否かに応じて、繰返し的に算定することを考える。【００５２】  この具体的実現の１つは、繰返し算定を制御周期ごとに実施するとするならば、次式で与えることができる。
【数１５】
0005991577.tif 000022
（１５）式では、制御周期をＴｓで表現するとき、時刻ｔ＝ｋＴｓにおける信号を簡単に（ｋ）で表現している（以降では、同様な表現法を採用する）。（１５ａ）式では、印加すべき固定子電圧を示す固定子電圧指令値が電圧制限値以下ならば、ｕ（ｋ）＝０をセットし、固定子電圧指令値が電圧制限値を超える場合には、ｕ（ｋ）＝１をセットする。これを用いて、（１５ｂ）式に従い、信号ｘ’（ｋ）を繰返し計算により算定する。繰返し計算により算定された信号ｘ’（ｋ）を（１５ｃ）式に従い利用して、信号ｘ（ｋ）を決定する。信号ｘ（ｋ）を（１５ｄ）式に従い用い、Ｌｉ＾（ｋ）を定める。【００５３】  （１５）式の選定法に従うならば、次の関係が保証される。
【数１６】
0005991577.tif 000023
【００５４】  （１５）式が示す内容を図７に描画した。図より明白なように、本実施例は、位相決定器用インダクタンスを得るための入力信号として、電力変換器のバス電圧、固定子電圧指令値（固定子電圧相当値）、固定子電流（δ軸電流）を利用する例となっている。すなわち、回転子速度相当値は利用しない例となっている。
【実施例５】
【００５５】  （１４）式に基づく他の具体的実現として、繰返し算定を制御周期ごとに実施するとするならば、次式で与えることができる。
【数１７】
0005991577.tif 000024
図８に（１７）式の動作の様子を描画した。（１７）式の動作説明は（１５）式と同様であり、（１５）式の動作を理解した当業者は、容易に（１７）式の動作を理解できると思われるので、この説明は省略する。
【実施例６】
【００５６】  重要基本式である（６）式から得られた（８）式を活用するならば、（１５）式の位相決定器用インダクタンスの繰返し計算による算定方法を、以下のよう簡略化することも可能である。
【数１８】
0005991577.tif 000025
図９に（１８）式の動作の様子を描画した。簡略化した場合にも、（１５）式の位相決定器用インダクタンスの繰返し計算による算定方法の特性である（１６）式と同様な次式の関係が成立する。
【数１９】
0005991577.tif 000026
【実施例７】
【００５７】  （１８）式に代わって、位相決定器用インダクタンスの繰返し計算による算定方法を、以下のように簡略化することも可能である。
【数２０】
0005991577.tif 000027
0005991577.tif 000028
図１０に（２０）式の動作の様子を描画した。
【実施例８】
【００５８】  位相決定器をαβ固定座標系上で構成する場合を考える。この場合の代表的構成例を図１１に示した。図１１は、非特許文献１によって示された位相決定器を、本発明に従って改良・構成し直したものである。位相決定器における従来との外的違いは、位相決定器が電力変換器からバス電圧ｖｄｃを得ている点にある。位相決定器２は、内的には、可変インダクタンス付き推定器（可変インダクタンス機能を備えた状態オブザーバ、外乱オブザーバ、Ｄ因子フィルタ等）２ａと電気速度推定器から構成されている。電気速度推定器の構成は、非特許文献１に詳しく解説されているものと基本的に同一であるので、この説明は省略する。【００５９】  αβ固定座標系上で構成された位相決定器２に利用する可変インダクタンス付き推定器２ａの内部構造は、図４に示したγδ制御座標系のものと同様である。すなわち、これはインダクタンス選定部２ａ−１と推定器部２ａ−２とから構成されている。可変インダクタンス付き推定器２ａへの入力信号は、固定子電流相当値としての固定子電流実測値ｉ１、固定子電圧相当値としての固定子電圧指令値ｖ１＊、電圧制限相当値としての電力変換器バス電圧実測値ｖｄｃ、回転子速度相当値としての回転速度推定値ω２ｎ＾の４種である。回転子速度推定値は、位相決定器内部（より正確には、電気速度推定器）で生成したものを再利用している。この実施形態例での固定子電流相当値、固定子電圧相当値は、αβ固定座標系上のものである点には、注意されたい。【００６０】  図１２は、推定器部２ａ−２として、元来、誘起電圧あるいは拡張誘起電圧を推定すべく開発された１次外乱オブザーバを用いた１実施形態例の構造を示したものである。基本的構造は、非特許文献１と同一である。このため、この基本構造に関する詳細説明は省略する。非特許文献１による１次外乱オブザーバと本発明による推定器部２ａ−２の唯一の違いは、固定子反作用磁束算定ブッロク２ａ−２ａにおける位相決定器用インダクタンスＬｉ＾の導入である。非特許文献１では、固定子反作用磁束算定ブッロクに利用するインダクタンス値としては、固定子インダクタンスの真値あるいはこれに準じた値を利用することを前提としている。これに対して、本発明によるブッロク２ａ−２ａでは、真値とは異なる負値の推定器用インダクタスを意図して用いている。
【実施例９】
【００６１】  図１２を用いた実施形態例では、推定器部２ａ−２として、元来、誘起電圧あるいは拡張誘起電圧を推定すべく開発された１次外乱オブザーバを用いたが、これに代わって、誘起電圧あるいは拡張誘起電圧を推定すべく開発された、最小次元状態オブザーバ、Ｄ因子フィルタを用いてもよい。また、元来、回転子磁束を推定すべき開発された最小次元状態オブザーバ、同一次元状態オブザーバ、Ｄ因子フィルタを用いてもよい。これらを利用する場合の要点は、固定子反作用磁束に関連したインダクタンス値として、固定子インダクタンスの真値（正値）に代わって、負値の位相決定器用インダクタンスを利用するようにすればよい。最小次元状態オブザーバ、同一次元状態オブザーバ、Ｄ因子フィルタに関しては、非特許文献１に詳しく説明されているので、これ以上の説明は省略する。
【実施例１０】
【００６２】  αβ固定座標系上のインダクタンス選定部の構成は、γδ制御座標系上のものと同様である（図６〜１０、同関連説明参照）。図６〜１０においてはδ軸電流の絶対値を利用したが、αβ固定座標系上の構成においては、本絶対値はαβ固定座標系上の固定子電流（ベクトル量）のノルム値として得ることができる。なお、インダクタンス選定部で使用するδ軸電流相当値の絶対値に限って、電流制御器が存在するγδ制御座標系上のδ軸電流相当値を利用してよい。
【実施例１１】
【００６３】  γδ制御座標系、αβ固定座標系のいずれの座標系上でインダクタンス選定部を構成する場合にも、この適切な構成には、δ軸電流相当値の絶対値を用いることになる。図４を利用した実施例においては、この信号としてδ軸電流実測値の絶対値（固定子電流実測値のノルム）を利用した。δ軸電流相当値の絶対値として、δ軸電流相当値として同電流指令値を用意し、この絶対値を利用してもよい。
【実施例１２】
【００６４】  図２は、速度制御モードの実施形態例であるが、トルク制御モードに準じた準トルク制御モードを遂行することも可能である。準トルク制御モードでは、δ軸電流指令値を直接外部より与えるようにすればよい。【００６５】  図２に示した実施形態例では、電流制御はフィードバック的に行なっている。電流制御をフィードフォワード的に行なう場合にも本発明は適用可能であり、フィードバック的な電流制御の場合と同一の効果を得ることができる。【００６６】  本発明によるインダクタンス選定部を含む位相決定器は、アナログ的に実現可能であるが、最近のディジタル技術の著しい進歩を考えるとディジタル的に構成することが好ましい。ディジタル構成はハードウェア的構成とソフトウェア的構成があるが、当業者にとっては既に自明のように本発明はいずれでも構成できる。以上、本発明に関し、各種の図を利用しつつ多種多様な実施形態例を詳しく説明した。
【産業上の利用可能性】
【００６７】  本発明は、定格速度を超える高速域でセンサレス駆動が望まれる用途に広く活用することができる。
【符号の説明】
【００６８】  １          永久磁石同期電動機
２          位相決定器
２ａ        可変インダクタンス付き推定器
２ａ−１    インダクタンス選定部
２ａ−２    推定器部
２ａ−２ａ  固定子反作用磁束算定ブロック
３          電力変換器
４          電流検出器
５ａ        ３相２相変換器
５ｂ        ２相３相変換器
６ａ        ベクトル回転器
６ｂ        ベクトル回転器
７          余弦正弦信号発生器
８          電流制御器
９          指令変換器
１０        速度制御器
１１        機械速度推定器
【図１】
0005991577.tif 000029
【図２】
0005991577.tif 000030
【図３】
0005991577.tif 000031
【図４】
0005991577.tif 000032
【図５】
0005991577.tif 000033
【図６】
0005991577.tif 000034
【図７】
0005991577.tif 000035
【図８】
0005991577.tif 000036
【図９】
0005991577.tif 000037
【図１０】
0005991577.tif 000038
【図１１】
0005991577.tif 000039
【図１２】
0005991577.tif 000040
【図１３】
0005991577.tif 000041