(57)【要約】【課題】突極モータにおいて磁気飽和の影響を小さくして、精度良く回転位置角を推定することが目的とされる。【解決手段】回転位置角推定装置は、回転位置角推定部１、インバータ５及び３／２相変換部６を備える。インバータ５は、３相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを突極モータ２に出力する。３／２相変換部６は、インバータ５から検出される３相電圧ｖｕ，ｖｖ，ｖｗ及び３相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを２相電圧ｖα，ｖβ及び２相電流ｉα，ｉβに変換する。回転位置角推定部１は、λｑ演算部２１、ｑ軸電流発生部２２及び位置角演算部２３を有する。λｑ演算部２１は、２相電圧ｖα，ｖβ、２相電流ｉα，ｉβ及びｄ軸インダクタンスＬｄを用いて磁束鎖交数λｑ，α，λｑ，βを求める。ｑ軸電流演算部２２は、２相電流ｉα，ｉβを回転座標変換してｑ軸電流ｉｑを求める。位置角演算部２３は、磁束鎖交数λｑ，α，λｑ，βとｑ軸電流ｉｑとを用いて回転位置角θｒｅを求める。【選択図】図１
2006014499.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インバータ（５）を介して制御される突極性を有するモータ（２）の回転位置角（θｒｅ）を推定する方法であって、
（ａ）固定座標系での電圧（ｖα，ｖβ）及び電流（ｉα，ｉβ）を得るステップと、
（ｂ）前記モータのインダクタンスのうち前記回転位置角に基づいて回転する回転座標系でのｄ軸成分（Ｌｄ）と、前記電圧と、前記電流とを用いて磁束鎖交数（λｑ，α，λｑ，β）を求めるステップと、
（ｃ）少なくとも前記磁束鎖交数を用いて前記回転位置角を求めるステップと
を備える、回転位置角推定方法。
【請求項２】
前記モータ（２）において逆トルクが生じない、請求項１記載の回転位置角推定方法。
【請求項３】
前記ステップ（ｃ）は、
（ｃ−１）前記電流（ｉα，ｉβ）の前記回転座標系のｑ軸方向への成分（ｉｑ）を求めるステップと、
（ｃ−２）前記磁束鎖交数（λｑ，α，λｑ，β）と前記電流の前記成分とを用いて前記回転位置角（θｒｅ）を求めるステップと
を行う、請求項１記載の回転位置角推定方法。
【請求項４】
前記ステップ（ｃ−２）は、
前記磁束鎖交数の成分のうち前記モータ（２）の固定子に対する固定座標系でのβ成分（λｑ，β）を、前記磁束鎖交数の前記固定座標系でのα成分（λｑ，α）で除してから、その逆正接を求め、
前記モータの前記回転座標系でのｄ軸成分（Ｌｄ）及びｑ軸成分（Ｌｑ）と、前記電流の前記成分（ｉｑ）と、前記モータの電機子鎖交磁束（Ｋｅ）とから多値で求まる、前記磁束鎖交数（λｑ，α，λｑ，β）の位相と前記回転位置角との位相差（δ）を、前記電流の前記成分（ｉｑ）の符号に基づいて一つ選定し、
前記逆正接の値から前記位相差を差し引いて、前記回転位置角（θｒｅ）を求める、請求項３記載の回転位置角推定方法。
【請求項５】
前記ステップ（ｃ−２）は、
前記磁束鎖交数の成分のうち前記モータ（２）の固定子に対する固定座標系でのβ成分（λｑ，β）から、前記磁束鎖交数の前記固定座標系でのα成分（λｑ，α）を除してから、その逆正接を求め、
前記磁束鎖交数（λｑ，α，λｑ，β）と前記モータの電機子鎖交磁束（Ｋｅ）とから多値で求まる、前記磁束鎖交数（λｑ，α，λｑ，β）の位相と前記回転位置角との位相差（δ）を、前記電流の前記成分（ｉｑ）の符号に基づいて一つ選定し、
前記逆正接の値から前記位相差を差し引いて、前記回転位置角（θｒｅ）を求める、請求項３記載の回転位置角推定方法。
【請求項６】
前記ステップ（ｃ）は、前記磁束鎖交数（λｑ，α，λｑ，β）から多値で求まる前記回転位置角（θｒｅ）を、予め求められた前記回転位置角（θｒｅ１）に基づいて一つ選定する、請求項１記載の回転位置角推定方法。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか一つにかかる回転位置角推定方法で得られる前記回転位置角（θｒｅ）を用いて、前記インバータ（５）に入力する電圧指令値（ｖ*α，ｖ*β）を求める、インバータ制御方法。
【請求項８】
インバータ（５）を介して制御される突極性を有するモータ（２）の回転位置角（θｒｅ）を推定する装置であって、
回転位置角推定部（１）と、
相変換部（６）と
を備え、
前記相変換部は、固定座標系での電圧（ｖα，ｖβ）及び電流（ｉα，ｉβ）を求め、
前記回転位置角推定部は、
第１演算部（２１）と、
第２演算部（２３；２４）と
を有し、
前記第１演算部は、前記モータのインダクタンスのうち回転位置角に基づいて回転する回転座標系のｄ軸方向への成分（Ｌｄ）と、前記電圧と、前記電流とを用いて磁束鎖交数（λｑ，α，λｑ，β）を求め、
前記第２演算部は、少なくとも前記磁束鎖交数を用いて前記回転位置角を求める、回転位置角推定装置。
【請求項９】
前記モータ（２）において逆トルクが生じない、請求項８記載の回転位置角推定装置。
【請求項１０】
前記回転位置角推定部（１）は、
第３演算部（２２）を
更に有し、
前記第３演算部は、前記電流の前記回転座標系のｑ軸方向への成分（ｉｑ）を求め、
前記第２演算部（２３）は、前記磁束鎖交数（λｑ，α，λｑ，β）と前記電流の前記成分とを用いて前記回転位置角（θｒｅ）を求める、請求項８記載の回転位置角推定装置。
【請求項１１】
前記第２演算部（２３）は、
逆正接部（２３１）と、
位相差演算部（２３２）と、
加減算器（２３３）と
を有し、
前記逆正接部は、前記磁束鎖交数の成分のうち前記モータ（２）の固定子に対する固定座標系でのβ成分（λｑ，β）を、前記磁束鎖交数の前記固定座標系でのα成分（λｑ，α）で除してから、その逆正接を求め、
前記位相差演算部は、前記モータの前記回転座標系でのｄ軸成分（Ｌｄ）及びｑ軸成分（Ｌｑ）と、前記電流の前記成分（ｉｑ）と、前記モータの電機子鎖交磁束（Ｋｅ）とから多値で求まる、前記磁束鎖交数（λｑ，α，λｑ，β）の位相と前記回転位置角との位相差（δ）を、前記電流の前記成分（ｉｑ）の符号に基づいて一つ選定し、
前記加減算器は、前記逆正接の値から前記位相差を差し引いて、前記回転位置角（θｒｅ）を求める、請求項１０記載の回転位置角推定装置。
【請求項１２】
前記第２演算部（２３）は、
逆正接部（２３１）と、
位相差演算部（２３４）と、
加減算器（２３３）と
を有し、
前記逆正接部は、前記磁束鎖交数の成分のうち前記モータ（２）の固定子に対する固定座標系でのβ成分（λｑ，β）を、前記磁束鎖交数の前記固定座標系でのα成分（λｑ，α）で除してから、その逆正接を求め、
前記位相差演算部は、前記磁束鎖交数（λｑ，α，λｑ，β）と前記モータの電機子鎖交磁束（Ｋｅ）とから多値で求まる、前記磁束鎖交数（λｑ，α，λｑ，β）の位相と前記回転位置角との位相差（δ）を、前記電流の前記成分（ｉｑ）の符号に基づいて一つ選定し、
前記加減算器は、前記逆正接の値から前記位相差を差し引いて、前記回転位置角（θｒｅ）を求める、請求項１０記載の回転位置角推定装置。
【請求項１３】
前記第２演算部（２４）は、予め求めた前記回転位置角（θｒｅ１）が与えられ、前記磁束鎖交数（λｑ，α，λｑ，β）から多値で求まる前記回転位置角（θｒｅ）を、予め求めた前記回転位置角に基づいて一つ選定する、請求項８記載の回転位置角推定装置。
【請求項１４】
請求項８乃至請求項１３のいずれか一つにかかる回転位置角推定装置と、
電流制御部（４）と
を備え、
前記電流制御部は、前記回転位置角推定装置で得られる前記回転位置角（θｒｅ）を用いて、前記インバータ（５）に入力する電圧指令値（ｖ*α，ｖ*β）を求める、インバータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、回転位置角推定方法及び回転位置角推定装置並びにインバータ制御方法及びインバータ制御装置に関し、例えばインバータ制御に適用することができる。
【背景技術】
【０００２】
従来から、誘導モータに比して効率良く運転できるモータとして、ブラシレスＤＣモータやリラクタンスモータが広く用いられている。これらのモータを更に効率良く動作させるためには、回転位置角に同期させて電圧及び電流を制御して、トルク及び回転速度を制御することが必要とされる。
【０００３】
回転位置角は、例えばモータに位置センサを設けることで検出される。しかし、位置センサの設置は、コストの増加及び制御装置の大型化を招き、あまり実用的でない。
【０００４】
そこで従来から、センサレスで回転位置角を推定する方法が開発されている。例えば、回転子が突極性を有する場合において、その突極性を利用して回転位置角を推定する方法が提案されている。これに関連する技術が、例えば非特許文献１に示されている。
【０００５】
【非特許文献１】陳志謙、他３名，「突極型ブラシレスＤＣモータのセンサレス位置推定法と安定性の検討」，平成１０年電気学会産業応用部門全国大会論文集，Ｎｏ．５９，１９９８年，ｐ．１７９−１８２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記した非特許文献１に示される技術によれば、突極性を有するブラシレスＤＣモータ（以下「突極モータ」と称す）について、式（１）で示される電圧方程式を用いて、回転位置角が以下のようにして推定される。
【０００７】
【数１】
2006014499.tif 000003
【０００８】
ここで、Ｒは突極モータの抵抗、Ｌｄはｄ軸インダクタンス、Ｌｑはｑ軸インダクタンス、Ｋｅは電機子鎖交磁束、ｐは時間微分演算子、ｖα，ｖβはα軸電圧，β軸電圧、ｉα，ｉβはα軸電流，β軸電流、ｉｄはｄ軸電流、θｒｅは回転位置角をそれぞれ表す。ここで下付きで示される（α，β）及び（ｄ，ｑ）は、図８で示される固定座標軸と、回転子１００と同期して回転する回転座標軸とをそれぞれ示す。固定座標軸は、例えば突極モータ２の固定子に対して固定される。以下においても同様である。
【０００９】
式（１）の両辺を積分することで、式（２）が求められる。ここでλｄ，α，λｄ，βは、磁束鎖交数であって、式（３）で表される。よって、式（４）に従って、回転位置角θｒｅを推定することができる。式（４）の計算では、式（３）に従って求められた磁束鎖交数λｄ，α，λｄ，βを用いて、（λｄ，β／λｄ，α）の逆正接が求められる。
【００１０】
【数２】
2006014499.tif 000004
【００１１】
【数３】
2006014499.tif 000005
【００１２】
【数４】
2006014499.tif 000006
【００１３】
式（３）により磁束鎖交数λｄ，α，λｄ，βを求める際には、ｑ軸インダクタンスＬｑとして一定の値が与えられる。しかし突極モータの駆動時においては、ｑ軸インダクタンスＬｑは、磁気飽和の影響によりｑ軸電流ｉｑに依存して大きく変動する。このため、式（３）及び式（４）に従って求められた回転位置角θｒｅは、ｑ軸インダクタンスＬｑに起因した推定誤差を生じる。
【００１４】
本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであり、突極モータにおいて磁気飽和の影響を小さくして、精度良く回転位置角を推定することが目的とされる。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の請求項１にかかる回転位置角推定方法は、インバータ（５）を介して制御される突極性を有するモータ（２）の回転位置角（θｒｅ）を推定する方法であって、（ａ）固定座標系での電圧（ｖα，ｖβ）及び電流（ｉα，ｉβ）を得るステップと、（ｂ）前記モータのインダクタンスのうち前記回転位置角に基づいて回転する回転座標系でのｄ軸成分（Ｌｄ）と、前記電圧と、前記電流とを用いて磁束鎖交数（λｑ，α，λｑ，β）を求めるステップと、（ｃ）少なくとも前記磁束鎖交数を用いて前記回転位置角を求めるステップとを備える。
【００１６】
本発明の請求項２にかかる回転位置角推定方法は、請求項１記載の回転位置角推定方法であって、前記モータ（２）において逆トルクが生じない。
【００１７】
本発明の請求項３にかかる回転位置角推定方法は、請求項１記載の回転位置角推定方法であって、前記ステップ（ｃ）は、（ｃ−１）前記電流（ｉα，ｉβ）の前記回転座標系のｑ軸方向への成分（ｉｑ）を求めるステップと、（ｃ−２）前記磁束鎖交数（λｑ，α，λｑ，β）と前記電流の前記成分とを用いて前記回転位置角（θｒｅ）を求めるステップとを行う。
【００１８】
本発明の請求項４にかかる回転位置角推定方法は、請求項３記載の回転位置角推定方法であって、前記ステップ（ｃ−２）は、前記磁束鎖交数の成分のうち前記モータ（２）の固定子に対する固定座標系でのβ成分（λｑ，β）を、前記磁束鎖交数の前記固定座標系でのα成分（λｑ，α）で除してから、その逆正接を求め、前記モータの前記回転座標系でのｄ軸成分（Ｌｄ）及びｑ軸成分（Ｌｑ）と、前記電流の前記成分（ｉｑ）と、前記モータの電機子鎖交磁束（Ｋｅ）とから多値で求まる、前記磁束鎖交数（λｑ，α，λｑ，β）の位相と前記回転位置角との位相差（δ）を、前記電流の前記成分（ｉｑ）の符号に基づいて一つ選定し、前記逆正接の値から前記位相差を差し引いて、前記回転位置角（θｒｅ）を求める。
【００１９】
本発明の請求項５にかかる回転位置角推定方法は、請求項３記載の回転位置角推定方法であって、前記ステップ（ｃ−２）は、前記磁束鎖交数の成分のうち前記モータ（２）の固定子に対する固定座標系でのβ成分（λｑ，β）から、前記磁束鎖交数の前記固定座標系でのα成分（λｑ，α）を除してから、その逆正接を求め、前記磁束鎖交数（λｑ，α，λｑ，β）と前記モータの電機子鎖交磁束（Ｋｅ）とから多値で求まる、前記磁束鎖交数（λｑ，α，λｑ，β）の位相と前記回転位置角との位相差（δ）を、前記電流の前記成分（ｉｑ）の符号に基づいて一つ選定し、前記逆正接の値から前記位相差を差し引いて、前記回転位置角（θｒｅ）を求める。
【００２０】
本発明の請求項６にかかる回転位置角推定方法は、請求項１記載の回転位置角推定方法であって、前記ステップ（ｃ）は、前記磁束鎖交数（λｑ，α，λｑ，β）から多値で求まる前記回転位置角（θｒｅ）を、予め求められた前記回転位置角（θｒｅ１）に基づいて一つ選定する。
【００２１】
本発明の請求項７にかかるインバータ制御方法は、請求項１乃至請求項６のいずれか一つにかかる回転位置角推定方法で得られる前記回転位置角（θｒｅ）を用いて、前記インバータ（５）に入力する電圧指令値（ｖ*α，ｖ*β）を求める。
【００２２】
本発明の請求項８にかかる回転位置角推定装置は、インバータ（５）を介して制御される突極性を有するモータ（２）の回転位置角（θｒｅ）を推定する装置であって、回転位置角推定部（１）と、相変換部（６）とを備え、前記相変換部は、固定座標系での電圧（ｖα，ｖβ）及び電流（ｉα，ｉβ）を求め、前記回転位置角推定部は、第１演算部（２１）と、第２演算部（２３；２４）とを有し、前記第１演算部は、前記モータのインダクタンスのうち回転位置角に基づいて回転する回転座標系のｄ軸方向への成分（Ｌｄ）と、前記電圧と、前記電流とを用いて磁束鎖交数（λｑ，α，λｑ，β）を求め、前記第２演算部は、少なくとも前記磁束鎖交数を用いて前記回転位置角を求める。
【００２３】
本発明の請求項９にかかる回転位置角推定装置は、請求項８記載の回転位置角推定方法であって、前記モータ（２）において逆トルクが生じない。
【００２４】
本発明の請求項１０にかかる回転位置角推定装置は、請求項８記載の回転位置角推定装置であって、前記回転位置角推定部（１）は、第３演算部（２２）を更に有し、前記第３演算部は、前記電流の前記回転座標系のｑ軸方向への成分（ｉｑ）を求め、前記第２演算部（２３）は、前記磁束鎖交数（λｑ，α，λｑ，β）と前記電流の前記成分とを用いて前記回転位置角（θｒｅ）を求める。
【００２５】
本発明の請求項１１にかかる回転位置角推定装置は、請求項１０記載の回転位置角推定装置であって、前記第２演算部（２３）は、逆正接部（２３１）と、位相差演算部（２３２）と、加減算器（２３３）とを有し、前記逆正接部は、前記磁束鎖交数の成分のうち前記モータ（２）の固定子に対する固定座標系でのβ成分（λｑ，β）を、前記磁束鎖交数の前記固定座標系でのα成分（λｑ，α）で除してから、その逆正接を求め、前記位相差演算部は、前記モータの前記回転座標系でのｄ軸成分（Ｌｄ）及びｑ軸成分（Ｌｑ）と、前記電流の前記成分（ｉｑ）と、前記モータの電機子鎖交磁束（Ｋｅ）とから多値で求まる、前記磁束鎖交数（λｑ，α，λｑ，β）の位相と前記回転位置角との位相差（δ）を、前記電流の前記成分（ｉｑ）の符号に基づいて一つ選定し、前記加減算器は、前記逆正接の値から前記位相差を差し引いて、前記回転位置角（θｒｅ）を求める。
【００２６】
本発明の請求項１２にかかる回転位置角推定装置は、請求項１０記載の回転位置角推定装置であって、前記第２演算部（２３）は、逆正接部（２３１）と、位相差演算部（２３４）と、加減算器（２３３）とを有し、前記逆正接部は、前記磁束鎖交数の成分のうち前記モータ（２）の固定子に対する固定座標系でのβ成分（λｑ，β）を、前記磁束鎖交数の前記固定座標系でのα成分（λｑ，α）で除してから、その逆正接を求め、前記位相差演算部は、前記磁束鎖交数（λｑ，α，λｑ，β）と前記モータの電機子鎖交磁束（Ｋｅ）とから多値で求まる、前記磁束鎖交数（λｑ，α，λｑ，β）の位相と前記回転位置角との位相差（δ）を、前記電流の前記成分（ｉｑ）の符号に基づいて一つ選定し、前記加減算器は、前記逆正接の値から前記位相差を差し引いて、前記回転位置角（θｒｅ）を求める。
【００２７】
本発明の請求項１３にかかる回転位置角推定装置は、請求項８記載の回転位置角推定装置であって、前記第２演算部（２４）は、予め求めた前記回転位置角（θｒｅ１）が与えられ、前記磁束鎖交数（λｑ，α，λｑ，β）から多値で求まる前記回転位置角（θｒｅ）を、予め求めた前記回転位置角に基づいて一つ選定する。
【００２８】
本発明の請求項１４にかかるインバータ制御装置は、請求項８乃至請求項１３のいずれか一つにかかる回転位置角推定装置と、電流制御部（４）とを備え、前記電流制御部は、前記回転位置角推定装置で得られる前記回転位置角（θｒｅ）を用いて、前記インバータ（５）に入力する電圧指令値（ｖ*α，ｖ*β）を求める。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の請求項１にかかる回転位置角推定方法もしくは請求項８にかかる回転位置角推定装置によれば、磁気飽和の影響を受けにくいｄ軸インダクタンスを用いて磁束鎖交数を求めるので、磁気飽和の影響を小さくして、精度良く回転位置角が推定される。
【００３０】
本発明の請求項２にかかる回転位置角推定方法もしくは請求項９にかかる回転位置角推定装置によれば、逆トルクが生じないのでｑ軸電流は正の値であり、０〜２πの範囲で回転位置角が一意に決まる。
【００３１】
本発明の請求項３または請求項４にかかる回転位置角推定方法もしくは請求項１０または請求項１１にかかる回転位置角推定装置によれば、位相差の計算において求められる値が複数あっても、電流の成分の符号に基づいて一の値が位相差として選定される。
【００３２】
本発明の請求項５にかかる回転位置角推定方法もしくは請求項１２にかかる回転位置角推定装置によれば、位相差の計算において求められる値が複数あっても、電流の成分の符号に基づいて一の値が位相差として選定される。しかも、位相差を求める際にも、磁気飽和の影響を小さくすることができる。よって、回転位置角がより精度良く推定される。
【００３３】
本発明の請求項６にかかる回転位置角推定方法もしくは請求項１３にかかる回転位置角推定装置によれば、ｑ軸電流を用いる必要がないので、ｑ軸電流に含まれる誤差の影響を妨げ、より精度良く回転位置角が推定される。
【００３４】
本発明の請求項７にかかるインバータ制御方法もしくは請求項１４にかかるインバータ制御装置によれば、回転位置角を考慮した電圧指令値が得られるので、突極性を有するモータが精度良く制御される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
本発明では、式（５）で表される電圧方程式を用いて、回転位置角θｒｅが推定される。式（５）は、式（１）を変形して得られる。ここで、ｉｑはｑ軸電流を表す。回転位置角θｒｅは、数式的には以下のようにして求められる。
【００３６】
【数５】
2006014499.tif 000007
【００３７】
式（５）の両辺を積分することで、式（６）を得る。ここで、λｑ，α，λｑ，βは、磁束鎖交数であって、式（７）で表される。
【００３８】
【数６】
2006014499.tif 000008
【００３９】
【数７】
2006014499.tif 000009
【００４０】
式（６）は、式（８）へと変形することができる。ここでδは、磁束鎖交数λｑ，α，λｑ，βの位相と、推定される回転位置角θｒｅとの位相差であって、式（９）で表される。よって、回転位置角θｒｅは、式（１０）に従って求めることができる。このとき、式（１０）で示される（λｑ，β／λｑ，α）の逆正接及び位相差δは多値で求まるので、各々において一の値を選定して回転位置角θｒｅを求める必要があるが、その詳細については後述する。
【００４１】
【数８】
2006014499.tif 000010
【００４２】
【数９】
2006014499.tif 000011
【００４３】
【数１０】
2006014499.tif 000012
【００４４】
ｄ軸インダクタンスＬｄは、例えば突極モータが駆動している時であっても、磁気飽和の影響をあまり受けず、その変動は小さい。よって、式（６）に与えるｄ軸インダクタンスＬｄを一定の値としても、式（６）及び式（７）に従って推定される回転位置角θｒｅは、推定誤差をあまり生じない。
【００４５】
第１の実施の形態．
図１は、本実施の形態にかかる回転位置角推定装置を概念的に示すブロック図である。回転位置角推定装置は、回転位置角推定部１、突極モータ２、電流制御部４、インバータ５、３／２相変換部６、スイッチング部７２、初期位置検出部８、速度制御部３１、回転速度計算部３２及び回転座標変換部３３を備える。
【００４６】
電流制御部４は、電圧指令値ｖ*α，ｖ*βを発生させる。電圧指令値ｖ*α，ｖ*βは、突極モータ２の回転速度ｍと極対数との積で表される駆動電源角周波数を有する。
【００４７】
インバータ５は、３／２相変換要素５１とＰＷＭ（Pulse Width Modulation）部５２、インバータ回路５３とを含む。入力された電圧指令値ｖ*α，ｖ*βが、まず３／２相変換要素５１において式（１１）によって２相から３相へ変換される。ここでｘ２は２相電圧の指令値（ｖ*α，ｖ*β）ｔであり、ｘ３は３相電圧の指令値（ｖ*ｕ，ｖ*ｖ，ｖ*ｗ）ｔである。上付きｔは転置行列もしくは転置ベクトルであることを表す。そして、３相電圧指令値ｖ*ｕ，ｖ*ｖ，ｖ*ｗはＰＷＭ部５２に与えられる。
【００４８】
【数１１】
2006014499.tif 000013
【００４９】
ＰＷＭ部５２は、３相電圧指令値ｖ*ｕ，ｖ*ｖ，ｖ*ｗのパルス幅をそれぞれ変調して、それらをインバータ回路５３に与える。インバータ回路５３は、パルス幅が変調された３相電圧指令値ｖ*ｕ，ｖ*ｖ，ｖ*ｗに基づいて３相電圧ｖｕ，ｖｖ，ｖｗを発生させて、突極モータ２へと３相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを供給する。
【００５０】
３／２相変換部６は、３／２相変換要素６１，６２を含む。３／２相変換要素６１には、インバータ５から検出した３相電圧ｖｕ，ｖｖ，ｖｗが与えられる。３相電圧ｖｕ，ｖｖ，ｖｗは、インバータ５から直接に測定して得ることができる。このとき、３相電圧のうち２相分だけを検出し、残りの１相分の電圧を計算で求めても良い。また、インバータ回路５３の直流部電圧とＰＷＭパターンから演算して３相電圧ｖｕ，ｖｖ，ｖｗを求めてもよいし、ハードウェアにより相電圧あるいは相関電圧を検出してもよい。
【００５１】
３／２相変換要素６２には、インバータ５から検出された３相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗが与えられる。３相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗは、例えばインバータ５から直接に測定して得られる。
【００５２】
３／２相変換要素６１は、電圧３相電圧ｖｕ，ｖｖ，ｖｗを２相電圧ｖα，ｖβへと変換する。３／２相変換要素６２は、３相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを２相電流ｉα，ｉβへと変換する。３相から２相への変換は、式（１２）により行われる。このとき、ｙ２は２相電圧（ｖα，ｖβ）ｔもしくは２相電流（ｉα，ｉβ）ｔであり、ｙ３は３相電圧（ｖｕ，ｖｖ，ｖｗ）ｔもしくは３相電流（ｉｕ，ｉｖ，ｉｗ）ｔである。そして、２相電圧ｖα，ｖβ及び２相電流ｉα，ｉβは、回転位置角推定部１に与えられる。
【００５３】
【数１２】
2006014499.tif 000014
【００５４】
回転位置角推定部１は、λｑ演算部２１、ｑ軸電流発生部２２及び位置角演算部２３を有する。３／２相変換部６から回転位置角推定部１に与えられた２相電圧ｖα，ｖβ及び２相電流ｉα，ｉβは、λｄ演算部２１に与えられる。
【００５５】
λｑ演算部２１は、２相電圧ｖα，ｖβ、２相電流ｉα，ｉβ及びｄ軸インダクタンスＬｄを用いて、式（７）に従って磁束鎖交数λｑ，α，λｑ，βを求める。磁束鎖交数λｑ，α，λｑ，βは、位置角演算部２３に与えられる。
【００５６】
ｑ軸電流演算部２２は、式（１３）に従って２相電流ｉα，ｉβを回転座標変換して、ｑ軸電流ｉｑを求める。ｑ軸電流ｉｑは、位置角演算部２３に与えられる。
【００５７】
【数１３】
2006014499.tif 000015
【００５８】
式（１３）中の座標回転角θには、ｑ軸電流演算部２２での最初の演算では、初期位置検出部８で検出される初期回転位置角θｒｅ０が採用される。その後の演算では、前回推定された回転位置角θｒｅ１が採用される。
【００５９】
図２は、位置角演算部２３を概念的に示すブロック図である。位置角演算部２３は、逆正接部２３１、位相差演算部２３２及び加減算器２３３を有する。
【００６０】
逆正接部２３１は、磁束鎖交数λｑ，α，λｑ，βが与えられ、式（１４）に従って（λｑ，β／λｑ，α）の逆正接を計算して位相θｒｅλを求める。このとき位相θｒｅλは、λｑ，α＞０ならば−π／２から＋π／２の範囲で求め、λｑ，α＜０ならば＋π／２から＋３π／２の範囲で求める。そして、位相θｒｅλは加減算器２３３に与えられる。
【００６１】
【数１４】
2006014499.tif 000016
【００６２】
位相差演算部２３２は、ｄ軸インダクタンスＬｄ、ｑ軸インダクタンスＬｑ、ｑ軸電流ｉｑ及び電機子鎖交磁束Ｋｅが与えられ、式（９）に従って（Ｋｅ／Ｄ）の逆余弦を計算して位相差δを求める。このとき位相差δは、（Ｌｄ−Ｌｑ）・ｉｑ＞０ならば−π／２＜δ＜０の範囲で求め、（Ｌｄ−Ｌｑ）・ｉｑ＜０ならば０＜δ＜π／２の範囲で求める。ｄ軸インダクタンスＬｄ及びｑ軸インダクタンスＬｑの大小関係を定める突極性は突極モータ２に固有であるので、この内容は、ｑ軸電流ｉｑの符号に基づいて位相差δを一つ選定すると把握できる。そして、位相差δは加減算器２３３に与えられる。
【００６３】
加減算器２３３は、式（１０）に従って位相θｒｅλから位相差δを差し引くことで、回転位置角θｒｅを求め、これを推定値として出力する。
【００６４】
スイッチング７２は、入力端子７２ａ，７２ｂと出力端子７２ｃを有する。初期回転位置角θｒｅ０を検出する場合には、スイッチング部７２は入力端子７２ａ側にスイッチして、初期位置検出部８に接続する。また、回転位置角θｒｅを推定する場合には、スイッチング部７２は入力端子７２ｂ側にスイッチして、位置角演算部２３に接続する。そして、回転位置角推定部１で推定された回転位置角θｒｅもしくは初期位置検出部８で検出された初期回転位置角θｒｅ０は、回転速度計算部３２、回転座標変換部３３及びｑ軸電流演算部２２へと与えられる。
【００６５】
回転速度計算部３２は、前回推定された回転位置角θｒｅ１を記憶しつつ、新しく推定された回転位置角θｒｅがスイッチング部７２から与えられる。そして、式（１５）により回転速度ｍが求められる。ここで、回転位置角推定が時間間隔Δｔ毎に行われているとする。求められた回転速度ｍは、速度制御部３１へと与えられる。前回推定された回転位置角θｒｅ１は、例えば別途設けられた記憶部で記憶して、当該記憶部から与えられてもよい。
【００６６】
【数１５】
2006014499.tif 000017
【００６７】
速度制御部３１は、回転速度の指令値ｍ*及び回転速度ｍが与えられ、これらに基づいて電流の指令値ｉ*を出力する。電流の指令値ｉ*は、電流制御部４に与えられる。
【００６８】
回転座標変換部３３は、前回推定された回転位置角θｒｅ１を記憶しつつ、３／２相変換要素６２から２相電流ｉα，ｉβが与えられる。そして、２相電流ｉα，ｉβを回転座標系での２相電流ｉｄ，ｉｑへと変換する。回転座標は、固定座標に対して、前回推定された回転位置角θｒｅ１だけ回転している。そして、２相電流ｉｄ，ｉｑは、電流制御部４へと与えられる。前回推定された回転位置角θｒｅ１は、例えば別途設けられた記憶部で記憶して、当該記憶部から与えられてもよい。
【００６９】
電流制御部４は、電流の指令値ｉ*及び２相電流ｉｄ，ｉｑに基づいて、回転座標系での電圧指令値ｖ*ｄ，ｖ*ｑを新たに発生させる。そして、電流制御部４は、回転座標変換部を更に有し、電圧指令値ｖ*ｄ，ｖ*ｑを固定座標系での電圧指令値ｖ*α，ｖ*βへと変換して出力する。これにより、突極モータ２の回転速度とトルクとが制御される。
【００７０】
電流制御部４が有する回転座標変換部は、例えばインバータ５内において、電流制御部４と３／２相変換要素５１との間に設けられてもよい。この場合、電流制御部４からは、回転座標系での電圧指令値ｖ*ｄ，ｖ*ｑが出力される。そして、電圧指令値ｖ*ｄ，ｖ*ｑは、インバータ５内の回転座標変換部により固定座標系の電圧指令値ｖ*α，ｖ*βに変換されて、３／２相変換要素５１へと与えられる。
【００７１】
上述した内容によれば、磁気飽和の影響を受けにくいｄ軸インダクタンスを用いて磁束鎖交数λｑ，α，λｑ，βを求めるので、磁気飽和の影響を小さくして、精度良く回転位置角θｒｅを推定することができる。
【００７２】
位置角演算部２３は、図３で示されるブロック図に従って構成されてもよい。この位置角演算部２３は、図２で示される位相差演算部２３２に替えて位相差演算部２３４を有する。図３で示される構成要素のうち図２で示される構成要素と同じものは、同符号が付されており、同じ動作を行う。
【００７３】
位相差演算部２３４は、磁束鎖交数λｑ，α，λｑ，β及び電機子鎖交磁束Ｋｅが与えられ、式（１６）に従って（Ｋｅ／Ｄλ）の逆余弦を計算して位相差δを求める。このとき位相差δは、（Ｌｄ−Ｌｑ）・ｉｑ＞０ならば−π／２＜δ＜０の範囲で求め、（Ｌｄ−Ｌｑ）・ｉｑ＜０ならば０＜δ＜π／２の範囲で求める。ここで振幅Ｄλは、式（８）で示される振幅Ｄを変形して求められ、磁束鎖交数λｑ，α，λｑ，βだけを含む。
【００７４】
【数１６】
2006014499.tif 000018
【００７５】
振幅Ｄλを計算する際には磁束鎖交数λｑ，α，λｑ，βだけを用いるので、ｑ軸インダクタンスＬｑを用いて計算される振幅Ｄと異なり、ｑ軸インダクタンスＬｑの影響を受けない。すなわち、位置角演算部２３によれば、ｑ軸インダクタンスＬｑを用いずに位相差δを求めるので、位相差δについても磁気飽和の影響を小さくすることができる。よって、位相差δに生じる誤差が小さくなって、回転位置角θｒｅがより精度よく推定される。
【００７６】
本実施の形態において、突極モータ２において逆トルクが生じない場合には、ｑ軸電流ｉｑは正の値であり、０〜２πの範囲で回転位置角が一意に決まる。よって、ｑ軸電流ｉｑの符号に基づいて位相差δを選定しなくてもよい。
【００７７】
この場合には、回転位置角推定部１はｑ軸電流演算部２２を含まずに構成される。
【００７８】
第２の実施の形態．
図４は、本実施の形態にかかる回転位置角推定装置を概念的に示すブロック図である。この回転位置角推定装置は、図１で示される回転位置角推定部１に替えて回転位置角推定部２が採用される。回転位置角推定部２は、回転位置角推定部１に含まれる位置角演算部２３に替えて、位置角演算部２４を有する。図４に示される構成要素のうち図１で示される構成要素と同じものには、同符号が付されている。
【００７９】
位置角演算部２４は、磁束鎖交数λｑ，α，λｑ，βと、前回推定された回転位置角θｒｅ１とが与えられる。
【００８０】
図５は、位置角演算部２４を概念的に示すブロック図である。位置角演算部２４は、逆正接部２４１、位相差演算部２４２及び選定部２４３を有する。
【００８１】
逆正接部２４１は、磁束鎖交数λｑ，α，λｑ，βが与えられ、式（１４）に従って（λｑ，β／λｑ，α）の逆正接を計算して位相θｒｅλを求める。このとき位相θｒｅλは、λｑ，α＞０ならば−π／２から＋π／２の範囲で求め、λｑ，α＜０ならば＋π／２から＋３π／２の範囲で求める。そして、位相θｒｅλは選定部２４３に与えられる。
【００８２】
位相差演算部２４２は、ｄ軸インダクタンスＬｄ、ｑ軸インダクタンスＬｑ、ｑ軸電流ｉｑ及び電機子鎖交磁束Ｋｅが与えられ、式（９）に従って（Ｋｅ／Ｄ）の逆余弦を計算して位相差δを求める。このとき位相差δは、例えば−π／２＜δ＜０の範囲で求める。そして、位相差δは選定部２４３に与えられる。
【００８３】
選定部２４３は、図６で示されるフローチャートに従って、回転位置角θｒｅを選定する。角度θｒｅλ及び位相差δは、ステップ１０１で用いられる。角度θｒｅλと位相差δとの差で求められる角度（θｒｅλ−δ）が、前回推定された回転位置角θｒｅ１よりも大きい場合には、ステップ１０２において角度（θｒｅλ−δ）から回転位置角θｒｅ１を差し引くことで差分Δθ１が求められる。また、角度（θｒｅλ−δ）が回転位置角θｒｅ１よりも小さい場合には、ステップ１０３において回転位置角θｒｅ１から角度（θｒｅλ−δ）を差し引くことで差分Δθ１が求められる。
【００８４】
ステップ１０４において差分Δθ１がπよりも大きいと判断された場合には、ステップ１０５において２πから差分Δθ１を差し引いた値を、新たな差分Δθ１として更新する。また、ステップ１０４において差分Δθ１がπよりも小さいと判断された場合には、差分Δθ１は更新されない。
【００８５】
選定部２４３に与えられた角度θｒｅλ及び位相差δは、ステップ１０６でも用いられる。角度θｒｅλと位相差δとの和で求められる角度（θｒｅλ＋δ）が、前回推定された回転位置角θｒｅ１よりも大きい場合には、ステップ１０７において角度（θｒｅλ＋δ）から回転位置角θｒｅ１を差し引くことで差分Δθ２が求められる。また、角度（θｒｅλ＋δ）が回転位置角θｒｅ１よりも小さい場合には、ステップ１０８において回転位置角θｒｅ１から角度（θｒｅλ＋δ）を差し引くことで差分Δθ２が求められる。
【００８６】
ステップ１０９において差分Δθ２がπよりも大きいと判断された場合には、ステップ１１０において２πから差分Δθ２を差し引いた値を、新たな差分Δθ２として更新する。また、ステップ１０９において差分Δθ２がπよりも小さいと判断された場合には、差分Δθ２は更新されない。
【００８７】
ステップ１１１において差分Δθ１が差分Δθ２よりも大きいと判断された場合には、ステップ１１２において回転位置角θｒｅとして角度（θｒｅλ＋δ）を採用する。また、ステップ１１１において差分Δθ１が差分Δθ２よりも小さいと判断された場合には、回転位置角θｒｅとして角度（θｒｅλ−δ）を採用する。そして、回転位置角θｒｅは位置角演算部１７から出力される。
【００８８】
上述した内容は、多値（θｒｅλ＋δ），（θｒｅλ−δ）で求まる回転位置角θｒｅを、前回推定された回転位置角θｒｅ１に基づいて一つ選定すると把握することができる。
【００８９】
上述した回転位置角推定装置によれば、第１の実施の形態と同様の効果が得られる。しかも、ｑ軸電流を用いる必要がないので、ｑ軸電流に含まれる誤差の影響を妨げ、より精度良く回転位置角θｒｅが推定される。
【００９０】
位置角演算部２４は、図７で示されるブロック図に従って構成されてもよい。この位置角演算部２４は、図２で示される位相差演算部２４２に替えて位相差演算部２４４を有する。図７で示される構成要素のうち図５で示される構成要素と同じものは、同符号が付されており、同じ動作を行う。
【００９１】
位相差演算部２４４は、磁束鎖交数λｑ，α，λｑ，β及び電機子鎖交磁束Ｋｅが与えられ、式（１６）に従って（Ｋｅ／Ｄλ）の逆余弦を計算して位相差δを求める。このとき位相差δは、例えば−π／２＜δ＜０の範囲で求める。
【００９２】
振幅Ｄλに基づいて位相差δを得ることで、第１の実施の形態で説明したと同様の理由から、位相差δに生じる誤差が小さくなって、回転位置角θｒｅがより精度よく推定される。
【００９３】
上述したいずれの実施の形態においても、電機子鎖交磁束Ｋｅを零とすることもできる。すなわち、いずれの実施の形態も、磁石を有する突極モータに限らず、磁石を有さない突極モータ、例えばリラクタンスモータへ適用することができる。
【００９４】
上述したいずれの実施の形態においても、電流制御部４は、回転位置角推定部１，２で得られる回転位置角θｒｅを用いて、インバータ５に入力する電圧指令値ｖ*α，ｖ*βを求めると把握することができる。そして、電圧指令値ｖ*α，ｖ*βにより、インバータ５を介して突極モータ２が制御される。
【００９５】
これによれば、回転位置角θｒｅを考慮した電圧指令値ｖ*α，ｖ*βが得られるので、突極モータ２が精度良く制御される。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】第１の実施の形態で説明される、回転位置角推定装置を概念的に示すブロック図である。
【図２】位置角演算部２３を概念的に示すブロック図である。
【図３】位置角演算部２３を概念的に示すブロック図である。
【図４】第２の実施の形態で説明される、回転位置角推定装置を概念的に示すブロック図である。
【図５】位置角演算部２４を概念的に示すブロック図である。
【図６】選定部２４３での選定技術を概念的に示すフローチャート図である。
【図７】位置角演算部２４を概念的に示すブロック図である。
【図８】固定座標系と回転座標系を示す平面図である。
【符号の説明】
【００９７】
θｒｅ，θｒｅ１  回転位置角
ｖ*α，ｖ*β  電圧指令値
ｖｕ，ｖｖ，ｖｗ  ３相電圧
ｉｕ，ｉｖ，ｉｗ  ３相電流
ｖα，ｖβ  ２相電圧
ｉα，ｉβ  ２相電流
Ｌｄ  ｄ軸インダクタンス
Ｌｑ  ｑ軸インダクタンス
λｑ，α，λｑ，β  磁束鎖交数
ｉｑ  ｑ軸電流
Ｋｅ  電機子鎖交磁束
δ  位相差
１  回転位置角推定部
２  突極モータ
４  電流制御部
５  インバータ
６  ３／２相変換部
２１  λｑ演算部
２２  ｑ軸電流演算部
２３，２４  位置角演算部
２３１  逆正接部
２３２，２３４  位相差演算部
２３３  加減算器
【図１】
2006014499.tif 000019
【図２】
2006014499.tif 000020
【図３】
2006014499.tif 000021
【図４】
2006014499.tif 000022
【図５】
2006014499.tif 000023
【図６】
2006014499.tif 000024
【図７】
2006014499.tif 000025
【図８】
2006014499.tif 000026