(57)【要約】【課題】電流引込制御とセンサレスベクトル制御とを切り換えて用いる場合の動作をいっそう安定させることが望まれている。【解決手段】電動機が備える回転子の速度推定値を算出する速度推定部と、回転子の回転を制御する回転制御部と、回転子の回転速度が第１基準速度以下となったことに応じて速度低下状態を検出する速度低下検出部と、回転制御部が速度推定値を速度指令値に近付けるように回転子の回転を制御する第１制御モードで動作している間に速度低下状態が検出されたことに応じて、回転制御部を、速度推定値を用いずに速度指令値を用いて回転子の回転を制御する第２制御モードでの動作に切り換えて電動機を再始動する再始動部と、を備える制御装置と、当該制御装置で実行される制御方法および制御プログラムを提供する。【選択図】図１
2018007492.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機が備える回転子の速度推定値を算出する速度推定部と、
前記回転子の回転を制御する回転制御部と、
前記回転子の回転速度が第１基準速度以下となったことに応じて速度低下状態を検出する速度低下検出部と、
前記回転制御部が前記速度推定値を速度指令値に近付けるように前記回転子の回転を制御する第１制御モードで動作している間に前記速度低下状態が検出されたことに応じて、前記回転制御部を、前記速度推定値を用いずに前記速度指令値を用いて前記回転子の回転を制御する第２制御モードでの動作に切り換えて前記電動機を再始動する再始動部と、
を備える制御装置。
【請求項２】
前記速度低下検出部は、前記速度推定値が前記第１基準速度以下となったことに応じて前記速度低下状態を検出する請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記速度推定部は、前記電動機に供給する電圧および前記電動機に流れる電流から拡張誘起電圧を演算する拡張誘起電圧演算器を有し、
前記速度低下検出部は、前記拡張誘起電圧を用いて前記速度低下状態を検出する
請求項１または２に記載の制御装置。
【請求項４】
前記速度低下検出部は、前記回転子の目標角度に沿った軸を有する制御座標系において、前記目標角度に沿った軸とは垂直な軸方向における前記拡張誘起電圧の大きさが基準値以下であることを条件として、前記速度低下状態を検出する請求項３に記載の制御装置。
【請求項５】
前記速度低下検出部は、前記電動機に供給する電圧および前記電動機に流れる電流から演算される誘起電圧を用いて前記速度低下状態を検出する請求項１から４のいずれか一項に記載の制御装置。
【請求項６】
前記回転制御部が前記第１制御モードで動作している間に前記速度指令値が第２基準速度以下となったことに応じて、前記電動機を再始動せずに前記回転制御部を前記第２制御モードでの動作に切り換えるモード切換部を更に備える請求項１から５のいずれか一項に記載の制御装置。
【請求項７】
前記第２基準速度は、前記第１基準速度よりも高い請求項６に記載の制御装置。
【請求項８】
前記電動機の脱調を検出する脱調検出部を更に備え、
前記再始動部は、前記回転制御部を前記第１制御モードでの動作に切り換える前に、前記第２制御モードでの動作において前記脱調が検出されたことに応じて、前記電動機を再始動する
請求項１から７のいずれか一項に記載の制御装置。
【請求項９】
電動機が備える回転子の速度推定値を算出する速度推定部と、
前記回転子の回転を制御する回転制御部と、
前記電動機の脱調を検出する脱調検出部と、
前記回転制御部を、前記速度推定値を速度指令値に近付けるように前記回転子の回転を制御する第１制御モードでの動作に切り換える前に、前記速度推定値を用いずに前記速度指令値を用いて前記回転子の回転を制御する第２制御モードでの動作において前記脱調が検出されたことに応じて、前記電動機を再始動する再始動部と、
を備える制御装置。
【請求項１０】
前記回転制御部が前記第２制御モードで動作している間に前記速度指令値が第３基準速度を超え、かつ前記脱調が検出されていないことに応じて、前記回転制御部を前記第１制御モードでの動作に切り換えるモード切換部を更に備え、
前記再始動部は、前記回転制御部が前記第２制御モードで動作している間に前記速度指令値が前記第３基準速度を超えた場合において前記脱調が検出されたことに応じて、前記電動機を再起動する
請求項９に記載の制御装置。
【請求項１１】
前記速度推定部は、前記電動機に供給する電圧および前記電動機に流れる電流から拡張誘起電圧を演算する拡張誘起電圧演算器を有し、
前記脱調検出部は、前記拡張誘起電圧を用いて前記脱調を検出する請求項９または１０に記載の制御装置。
【請求項１２】
前記脱調検出部は、前記回転子の目標角度に沿った軸を有する制御座標系において前記拡張誘起電圧がなす角度を用いて前記脱調を検出する請求項１１に記載の制御装置。
【請求項１３】
前記脱調検出部は、前記制御座標系において前記拡張誘起電圧がなす角度が基準角度以上となったことを条件として、前記脱調を検出する請求項１２に記載の制御装置。
【請求項１４】
前記脱調検出部は、前記回転子の目標角度に沿った軸を有する制御座標系における前記拡張誘起電圧の大きさを用いて前記脱調を検出する請求項１１から１３のいずれか一項に記載の制御装置。
【請求項１５】
前記脱調検出部は、前記制御座標系における前記拡張誘起電圧の大きさが基準値以下となったことを条件として、前記脱調を検出する請求項１４に記載の制御装置。
【請求項１６】
前記回転制御部は、前記速度指令値の変化率を制限する加速度制限部を有し、
前記再始動部は、前記加速度制限部における制限後の前記速度指令値を初期化することにより前記電動機を再始動する
請求項１から１５のいずれか一項に記載の制御装置。
【請求項１７】
電動機が備える回転子の速度推定値を算出する速度推定段階と、
前記回転子の回転を制御する回転制御段階と、
前記回転子の回転速度が第１基準速度以下となったことに応じて速度低下状態を検出する速度低下検出段階と、
前記回転制御段階により前記速度推定値を速度指令値に近付けるように前記回転子の回転を第１制御モードで制御している間に前記速度低下状態が検出されたことに応じて、前記回転制御段階による制御を、前記速度推定値を用いずに前記速度指令値を用いて前記回転子の回転を制御する第２制御モードに切り換えて前記電動機を再始動する再始動段階と、
を備える制御方法。
【請求項１８】
電動機が備える回転子の速度推定値を算出する速度推定段階と、
前記回転子の回転を制御する回転制御段階と、
前記電動機の脱調を検出する脱調検出段階と、
前記回転制御段階による制御を、前記速度推定値を速度指令値に近付けるように前記回転子の回転を制御する第１制御モードに切り換える前に、前記速度推定値を用いずに前記速度指令値を用いて前記回転子の回転を制御する第２制御モードにおいて前記脱調が検出されたことに応じて、前記電動機を再始動する再始動段階と、
を備える制御方法。
【請求項１９】
コンピュータを、
電動機が備える回転子の速度推定値を算出する速度推定部と、
前記回転子の回転を制御する回転制御部と、
前記回転子の回転速度が第１基準速度以下となったことに応じて速度低下状態を検出する速度低下検出部と、
前記回転制御部が前記速度推定値を速度指令値に近付けるように前記回転子の回転を制御する第１制御モードで動作している間に前記速度低下状態が検出されたことに応じて、前記回転制御部を、前記速度推定値を用いずに前記速度指令値を用いて前記回転子の回転を制御する第２制御モードでの動作に切り換えて前記電動機を再始動する再始動部
として機能させる制御プログラム。
【請求項２０】
コンピュータを、
電動機が備える回転子の速度推定値を算出する速度推定部と、
前記回転子の回転を制御する回転制御部と、
前記電動機の脱調を検出する脱調検出部と、
前記回転制御部を、前記速度推定値を速度指令値に近付けるように前記回転子の回転を制御する第１制御モードでの動作に切り換える前に、前記速度推定値を用いずに前記速度指令値を用いて前記回転子の回転を制御する第２制御モードでの動作において前記脱調が検出されたことに応じて、前記電動機を再始動する再始動部
として機能させる制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御装置、制御方法および制御プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石同期電動機等の電動機の制御装置をコストダウンするため、回転子の磁極位置を検出するための位置検出器を設けずに回転制御を実現する、いわゆるセンサレスベクトル制御が実用化されている（例えば、非特許文献１および特許文献１）。センサレスベクトル制御では、電動機の端子電圧、電流などの情報から回転子の磁極位置と速度とを演算し、これらに基づいて電流制御を行うことで電動機を制御する。
【０００３】
また、低速回転時にはセンサレスベクトル制御に代えて、いわゆる電流引込制御を行うことが提案されている（例えば、特許文献２、３）。これらの電流引込制御では、電流の振幅を一定に、かつ、電流の角速度を速度指令値に制御して回転子を電流の回転磁界に引き込むことで電動機を制御する。
［非特許文献１］Takashi Aihara, Akio Toba, Takao Yanase, Akihide Mashimo, and Kenji Endo「Sensorless Torque Control of Salient-Pole Synchronous Motor at Zero-Speed Operation」 IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS, VOL. 14, NO.1, JANUARY 1999
［特許文献１］特許第３４１１８７８号公報
［特許文献２］特開２００１−１９００９３号公報
［特許文献３］特許第５２７７７２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電流引込制御およびセンサレスベクトル制御の切り換えを、よりいっそう安定させることが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１の態様においては、電動機が備える回転子の速度推定値を算出する速度推定部と、回転子の回転を制御する回転制御部と、回転子の回転速度が第１基準速度以下となったことに応じて速度低下状態を検出する速度低下検出部と、回転制御部が速度推定値を速度指令値に近付けるように回転子の回転を制御する第１制御モードで動作している間に速度低下状態が検出されたことに応じて、回転制御部を、速度推定値を用いずに速度指令値を用いて回転子の回転を制御する第２制御モードでの動作に切り換えて電動機を再始動する再始動部と、を備える制御装置と、当該制御装置で実行される制御方法および制御プログラムを提供する。
【０００６】
本発明の第２の態様においては、電動機が備える回転子の速度推定値を算出する速度推定部と、回転子の回転を制御する回転制御部と、電動機の脱調を検出する脱調検出部と、回転制御部を、速度推定値を速度指令値に近付けるように回転子の回転を制御する第１制御モードでの動作に切り換える前に、速度推定値を用いずに速度指令値を用いて回転子の回転を制御する第２制御モードでの動作において脱調が検出されたことに応じて、電動機を再始動する再始動部と、を備える制御装置と、当該制御装置で実行される制御方法および制御プログラムを提供する。
【０００７】
上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。これらの特徴群のサブコンビネーションも発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施形態に係る制御装置の概略構成を示す。
【図２】本実施形態に係る制御装置の概略的な動作を示す。
【図３】通常の速度低下時の動作を示す。
【図４】異常な速度低下状態が検出される場合の動作を示す。
【図５】制御演算に使用するγ軸、δ軸を示す。
【図６】本実施形態に係る制御装置を示す。
【図７】拡張誘起電圧と角度差（磁極位置推定誤差）との関係を示す。
【図８】脱調検出部を示す。
【図９】本実施形態に係るコンピュータの構成の一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１０】
［１．制御装置の概略構成］
図１は、本実施形態に係る制御装置１の概略構成を示す。制御装置１は、電動機９を、回転子の磁極位置検出器を使用しないで制御するものである。ここで、電動機９は回転子（図示せず）を備える。電動機９は、例えば同期電動機であってよく、本実施形態においては一例として永久磁石同期電動機である。但し、電動機９はシンクロナスリラクタンスモータであってもよい。
【００１１】
制御装置１は、回転制御部２と、速度推定部３と、異常検出部４と、再始動部５とを備える。制御装置１は、モード切換部６をさらに備えてよい。
【００１２】
回転制御部２は、回転子の回転を制御する。例えば、回転制御部２は、入力される速度指令値に応じて電力源８（一例として、三相交流電源）からの電力を電力変換して電動機９に供給することで、回転子の回転を制御してよい。
【００１３】
また、回転制御部２は、第１制御モードの一例としてのセンサレスベクトル制御モードと、第２制御モードの一例としての電流引込制御モードとを含む複数の制御モードを用いて電動機９の回転制御を行ってよい。例えば、回転制御部２は、センサレスベクトル制御モードでは、電動機の端子電圧、電流などの情報から回転子の磁極位置と速度とを演算し、これらに基づいて電流制御を行うことで電動機９を制御してよい。また、回転制御部２は、電流引込制御モードでは、電流の振幅を一定に、かつ、電流の角速度を速度指令値に制御して回転子を電流の回転磁界に引き込むことで、電動機９を制御してよい。
【００１４】
回転制御部２は、外部から入力される速度指令値の変化率を制限する加速度制限部１０１を有してよい。例えば、加速度制限部１０１は、内部に保持する速度指令値を、外部から入力される速度指令値に対して予め定められた変化率以下の範囲内で追従させつつ、制限後の速度指令値として出力してよい。回転制御部２は、加速度制限部１０１によって制限された速度指令値を用いて回転制御を行ってよい。
【００１５】
速度推定部３は、回転子の速度推定値を算出する。例えば、速度推定部３は、電動機９に供給される電圧および電流を回転制御部２から取得して、速度推定値を算出してよい。速度推定部３は、速度推定値を回転制御部２およびモード切換部６に供給してよい。
【００１６】
異常検出部４は、速度低下検出部および脱調検出部の少なくとも一方の一例であり、電動機９の異常を検出する。例えば、異常検出部４は、電動機９の速度低下状態および／または脱調を検出してよい。
【００１７】
ここで、脱調とは、例えば、回転子が電流の回転磁界に引き込まれずに、電動機９が運転不能となった状態であってよい。一例として、脱調は、電流引込制御において負荷の急変、急加速などによって加速度制限部１０１からの速度指令値に回転子が追従できなくなることにより生じてよい。異常検出部４は、速度低下状態および／または脱調を検出したことを再始動部５およびモード切換部６に通知してよい。
【００１８】
モード切換部６は、回転制御部２の制御モードを切り換える。例えば、モード切換部６は、電動機９が始動されるときに、回転制御部２を電流引込制御モードにしてよい。また、モード切換部６は、加速度制限部１０１から出力される速度指令値が第３基準速度Ｖ３を超えたことに応じて、回転制御部２をセンサレスベクトル制御モードに切り換えてよい。また、モード切換部６は、回転制御部２がセンサレスベクトル制御モードで動作している間に速度指令値が第２基準速度Ｖ２以下となったことに応じて、回転制御部２を電流引込制御モードに切り換えてよい。第２基準速度Ｖ２は、第３基準速度Ｖ３と同じ速度であってもよいし、ヒステリシスを持たせるべく第３基準速度Ｖ３よりも低い速度であってもよい。
【００１９】
再始動部５は、異常検出部４により電動機９の異常が検出されたことに応じて電動機９を再始動する。電動機９を再始動するとは、例えば加速度制限部１０１における制限後の速度指令値を初期化することであってよく、一例として、加速度制限部１０１が内部に保持する速度指令値を一旦初期値（例えば零）としてから再び増加させることであってよい。電動機９が再始動されるときには回転子が一旦、停止状態になっていてもよいし、慣性によって回転していてもよい。
【００２０】
例えば、再始動部５は、回転制御部２を、センサレスベクトル制御モードへの切り換え前に、電流引込制御モードでの動作において脱調が検出されたことに応じて、電動機９を再始動してよい。また、再始動部５は、回転制御部２がセンサレスベクトル制御モードで動作している間に速度低下状態が検出されたことに応じて、モード切換部６により回転制御部２を電流引込制御モードでの動作に切り換えさせるとともに、電動機９を再始動してよい。制御装置１がモード切換部６を備えない場合には、再始動部５が回転制御部２を電流引込制御モードに切り換えてもよい。
【００２１】
以上の制御装置１によれば、センサレスベクトル制御モードで動作している間に速度低下状態が検出されたことに応じて、回転制御部２を電流引込制御モードに切り換えて電動機９を再始動するので、負荷が急変する等して速度が低下した場合の動作の安定性を向上させることができる。
【００２２】
また、センサレスベクトル制御モードに切り換える前に、電流引込制御モードにおいて脱調が検出されたことに応じて電動機９を再始動するので、負荷が急変する等して脱調が生じた場合の動作の安定性を向上させることができる。
【００２３】
［２．制御装置の概略的な動作］
続いて、制御装置１の概略的な動作について説明する。図２は、本実施形態に係る制御装置の概略的な動作を示す。
【００２４】
まず、制御装置１は、起動されると、Ｓ１において電流引込制御モードにより電動機９を始動する。例えば、モード切換部６は、回転制御部２の制御モードを電流引込制御モードに設定してよい。また、回転制御部２は、回転子の回転の制御を開始してよい。一例として、加速度制限部１０１は制限後の速度指令値を零から所望の速度指令値（例えば、外部から入力される速度指令値）まで基準加速度以下の加速度で増加させ、回転制御部２は、これを受けて電流引込制御モードで電動機９を駆動してよい。電動機９が駆動されると、速度推定部３は回転子の速度推定値を算出してよい。
【００２５】
次に、Ｓ３においてモード切換部６は、加速度制限部１０１からの速度指令値が第３基準速度Ｖ３を超えたか否かを判定する。Ｓ３において速度指令値が第３基準速度Ｖ３を超えていないと判定された場合（Ｓ３；Ｎｏ）には、制御装置１は、Ｓ３の処理を繰り返す。これにより、電流引込制御モードによる電動機９の制御が継続する。
【００２６】
Ｓ３において速度指令値が第３基準速度Ｖ３を超えたと判定された場合（Ｓ３；Ｙｅｓ）には、Ｓ５において再始動部５は、異常検出部４により脱調が検出されたか否かを判定する。Ｓ５において脱調が検出されたと判定された場合（Ｓ５；Ｙｅｓ）には、再始動部５は、電動機９を再始動するべく処理をＳ１に移行させる。このように、回転制御部２が電流引込制御モードで動作している間に速度指令値が第３基準速度Ｖ３を超えた場合において脱調が検出されたことに応じ、電動機９が再始動される。そのため、脱調が生じたことでセンサレスベクトル制御モードへの移行後にも回転子の位置などが検出できないと想定される場合には、移行が行われずに電動機９が再始動される結果、動作の安定性が向上する。
【００２７】
なお、Ｓ５の処理はＳ１およびＳ３の処理の間で行われてもよい。すなわち、回転制御部２をセンサレスベクトル制御モードでの動作に切り換える前に、電流引込制御モードでの動作において脱調が検出されたことに応じ、電動機９が再始動されてもよい。
【００２８】
Ｓ５において脱調が検出されないと判定された場合（Ｓ５；Ｎｏ）には、Ｓ７においてモード切換部６は、回転制御部２の制御モードをセンサレスベクトル制御モードに切り換える。このように、電流引込制御モードの間に速度指令値が第３基準速度Ｖ３を超え、かつ脱調が検出されていないことに応じて、回転制御部２がセンサレスベクトル制御モードに切り換えられる。
【００２９】
次に、Ｓ９においてモード切換部６は、加速度制限部１０１からの速度指令値が第２基準速度Ｖ２以下であるか否かを判定する。Ｓ９において速度指令値が第２基準速度Ｖ２以下であると判定された場合（Ｓ９；Ｙｅｓ）には、Ｓ１１においてモード切換部６が回転制御部２の制御モードを電流引込制御モードに切り換え、制御装置１は処理をＳ３に移行させる。
【００３０】
また、Ｓ９において速度指令値が第２基準速度Ｖ２以下でないと判定された場合（Ｓ９；Ｎｏ）には、Ｓ１３において再始動部５は、異常検出部４により速度低下状態が検出されたか否かを判定する。例えば、異常検出部４は、回転子の回転速度が第１基準速度Ｖ１以下となったことに応じて速度低下状態を検出してよい。第１基準速度Ｖ１は、第２基準速度Ｖ２よりも低い速度であってよい。Ｓ１３において速度低下状態が検出されないと判定された場合（Ｓ１３；Ｎｏ）には、制御装置１は処理をＳ９に移行させる。これにより、センサレスベクトル制御モードによる電動機９の制御が継続する。
【００３１】
また、Ｓ１３において速度低下状態が検出されたと判定された場合（Ｓ１３；Ｙｅｓ）には、Ｓ１５において再始動部５は、モード切換部６によって回転制御部２の制御モードを電流引込制御モードに切り換え、電動機９を再始動するべく処理をＳ１に移行させる。このように、回転制御部２がセンサレスベクトル制御モードで動作している間に速度低下状態が検出されたことに応じて、回転制御部２が電流引込制御モードに切り換えられて電動機９が再始動される。そのため、速度低下状態が生じたことで加速度制限部１０１からの速度指令値と回転子の回転速度とが乖離し、回転子の位置などが検出できないと想定される場合には、回転制御部２が電流引込制御モードに移行して電動機９が再始動される結果、動作の安定性が向上する。
【００３２】
［３．通常の速度低下時の動作例］
図３は、通常の速度低下時の動作を示す。回転制御部２がセンサレスベクトル制御モードに切り換えられた後に（Ｓ７）、加速度制限部１０１からの速度指令値が第２基準速度Ｖ２より大きい場合（Ｓ９：Ｎｏ）には、センサレスベクトル制御モードにより電動機９が制御される（図中の期間Ｔ１）。
【００３３】
次に、速度指令値が第２基準速度Ｖ２以下になると（Ｓ９；Ｙｅｓ）、モード切換部６が回転制御部２の制御モードを電流引込制御モードに切り換え（Ｓ１１）、電流引込制御モードにより電動機９が制御される（図中の期間Ｔ２）。
【００３４】
この状態で、加速度制限部１０１からの速度指令値が第３基準速度Ｖ３（ここでは一例として第２基準速度Ｖ２と同じ速度）より大きくなり（Ｓ３：Ｙｅｓ）、脱調が検出されないと（Ｓ５；Ｎｏ）、センサレスベクトル制御モードにより電動機９が制御される（図中の期間Ｔ３）。
【００３５】
［４．異常な速度低下状態が検出される場合の動作］
図４は、異常な速度低下状態が検出される場合の動作を示す。回転制御部２がセンサレスベクトル制御モードに切り換えられた後に（Ｓ７）、回転子の回転速度が第１基準速度Ｖ１以下となって速度低下状態が検出されたと判定された場合（Ｓ１３；Ｙｅｓ、図中のタイミングｔ１）には、再始動部５がモード切換部６により回転制御部２の制御モードを電流引込制御モードに切り換え（Ｓ１５）、電流引込制御モードにより電動機９が再始動される（Ｓ１、図中の期間Ｔ４）。
【００３６】
［５．γ軸、δ軸の説明］
図５は、後述の制御演算に使用するγ軸およびδ軸を示す。永久磁石同期電動機は、回転子のｄ軸（回転子の磁極方向）と、このｄ軸から位相が９０度進んだｑ軸とに従って電流制御を行うことにより、高精度なトルク制御を実現可能である。しかし、磁極位置検出器を持たない場合にはｄｑ軸を直接検出できないので、制御装置１は、ｄｑ軸に対応して電気角速度ω１で回転する直交回転座標系のγδ軸を推定して制御演算を行う。
【００３７】
ｄｑ軸及びγδ軸は、図５に示されるように定義される。永久磁石同期電動機の回転子のＮ極方向をｄ軸、このｄ軸から９０°進み方向をｑ軸、ｄ軸に対応する推定軸をγ軸、このγ軸から９０°進み方向をδ軸と定義する。また、図中、「ωｒ」をｄｑ軸の電気角速度、「ω１」をγδ軸の電気角速度（＝速度推定値）、「θｅｒｒ」をｄｑ軸に対するγδ軸の角度（角度差または磁極位置推定誤差ともいう）とする。
【００３８】
［６．制御装置の具体的な構成］
図６は、本実施形態に係る制御装置１を示す。制御装置１は、上述の加速度制限部１０１および再始動部５に加え、減算器１０３、速度調節器１０５、電流指令演算部１０７、電流指令演算部１０９、切換スイッチ１１１、１１３、減算器１１５、１１７、電流調節器１１９、電圧座標変換器１２１、ＰＷＭ回路１２３、電力変換器１３１、整流回路１３３、ｕ相電流検出器１３５、ｗ相電流検出器１３７、電流座標変換器１３９、拡張誘起電圧演算器１４１、角度演算器１４３、速度推定器１４５、切換スイッチ１５１、電気角演算器１５３、速度低下検出部１６１および脱調検出部１６３などを備える。
【００３９】
このうち、加速度制限部１０１、減算器１０３、速度調節器１０５、電流指令演算部１０７、電流指令演算部１０９、切換スイッチ１１１、１１３、減算器１１５、１１７、電流調節器１１９、電圧座標変換器１２１、ＰＷＭ回路１２３、電力変換器１３１、整流回路１３３、ｕ相電流検出器１３５、ｗ相電流検出器１３７、電流座標変換器１３９および電気角演算器１５３などは、上述の回転制御部２を構成して、回転子の回転を制御してよい。例えば、詳細は後述するが、回転制御部２は、電力源８からの三相交流電圧を整流回路１３３で整流して直流電圧に変換し、ＰＷＭインバータを有する電力変換器１３１で所望の三相交流電圧に変換して電動機９に印加することで、電動機９を駆動する。
【００４０】
また、拡張誘起電圧演算器１４１、角度演算器１４３、速度推定器１４５および切換スイッチ１５１などは、上述の速度推定部３を構成して、回転子の速度推定値を算出してよい。また、速度低下検出部１６１および脱調検出部１６３などは上述の異常検出部４を構成して、電動機９の異常を検出してよい。また、切換スイッチ１１１、１１３、および切換スイッチ１５１などは、上述のモード切換部６の一部として動作して回転制御部２の制御モードを切り換えてよい。但し、図６に示される各構成は、図１における他の構成に含まれてもよく、例えば電流座標変換器１３９は速度推定部３に含まれてもよいし、切換スイッチ１５１は回転制御部２に含まれてもよい。
【００４１】
加速度制限部１０１は、外部から速度指令値ω＊を受信して、その変化率が制限されるように速度指令値ωＨＬＲ＊を算出する。例えば、加速度制限部１０１は、速度指令値ωＨＬＲ＊の変化率が基準変化率以下となるように、速度指令値ω＊から速度指令値ωＨＬＲ＊を算出してよい。加速度制限部１０１は、速度指令値ωＨＬＲ＊を減算器１０３と、切換スイッチ１５１の「Ｓ１」端子に供給してよい。
【００４２】
再始動部５は、加速度制限部１０１で算出される速度指令値ωＨＬＲ＊を初期化する、つまり初期値（一例として零）にすることにより、電動機９を再始動する。例えば、再始動部５は、異常検出部４で異常が検出されたことに応じて、速度指令値ωＨＬＲ＊を初期化してよい。
【００４３】
減算器１０３は、速度指令値ωＨＬＲ＊と、γδ軸の速度推定値（電気角速度）ωｒｅｓｔとの偏差を演算する。速度推定値ωｒｅｓｔは、後述の速度推定器１４５から供給されてよい。減算器１０３は、演算結果を速度調節器１０５に供給してよい。
【００４４】
速度調節器１０５は、減算器１０３から供給される偏差を増幅して、回転子のトルク指令値τ＊を演算する。速度調節器１０５は、トルク指令値τ＊を電流指令演算部１０７に供給してよい。
【００４５】
電流指令演算部１０７は、トルク指令値τ＊を用いて、γδ軸方向に流されるべき電流の指令値であるγδ軸電流指令値ｉγ＊、ｉδ＊を演算する。電流指令演算部１０７は、γδ軸電流指令値ｉγ＊、ｉδ＊を、切換スイッチ１１１、１１３の「Ｓ２」端子に供給してよい。
【００４６】
電流指令演算部１０９は、トルク指令値τ＊を用いずにγδ軸電流指令値ｉγ＊、ｉδ＊を演算する。電流指令演算部１０９は、γδ軸電流指令値ｉγ＊、ｉδ＊を、切換スイッチ１１１、１１３の「Ｓ１」端子に供給してよい。
【００４７】
切換スイッチ１１１、１１３は、「Ｓ１」端子および「Ｓ２」端子のいずれか一方を導通させることで、電流指令演算部１０７、１０９の何れか一方からのγδ軸電流指令値ｉγ＊、ｉδ＊を減算器１１５、１１７に供給させる。例えば、切換スイッチ１１１、１１３は、電流引込制御モードにおいては「Ｓ１」端子に接続されて、速度推定器１４５からの速度推定値（電気角速度）ωｒｅｓｔに基づかない電流指令演算部１０９からのγδ軸電流指令値ｉγ＊、ｉδ＊を減算器１１５、１１７に供給する。その一方で、切換スイッチ１１１、１１３は、センサレスベクトル制御モードにおいては、「Ｓ２」端子に接続されて、速度推定器１４５からの速度推定値（電気角速度）ωｒｅｓｔに基づく電流指令演算部１０７からのγδ軸電流指令値ｉγ＊、ｉδ＊を減算器１１５、１１７に供給する。なお、切換スイッチ１１１、１１３と、減算器１１５、１１７との間には、ローパスフィルタが設けられてもよい。
【００４８】
減算器１１５は、γ軸電流指令値ｉγ＊と、γ軸方向に流れる電流の検出値であるγ軸電流検出値ｉγとの偏差を演算する。γ軸電流検出値ｉγは、後述の電流座標変換器１３９から供給されてよい。減算器１１５は、演算結果を電流調節器１１９に供給してよい。
【００４９】
減算器１１７は、δ軸電流指令値ｉδ＊と、δ軸方向に流れる電流の検出値であるδ軸電流検出値ｉδとの偏差を演算する。δ軸電流検出値ｉδは、後述の電流座標変換器１３９から供給されてよい。減算器１１７は、演算結果を電流調節器１１９に供給してよい。
【００５０】
電流調節器１１９は、減算器１１５、１１７から供給される偏差をそれぞれ増幅して、γδ軸方向に供給する電圧の指令値であるγ軸電圧指令値ｖγ＊およびδ軸電圧指令値ｖδ＊を演算する。電流調節器１１９は、γ軸電圧指令値ｖγ＊およびδ軸電圧指令値ｖδ＊を電圧座標変換器１２１および拡張誘起電圧演算器１４１に供給してよい。
【００５１】
電圧座標変換器１２１は、γδ軸の電圧指令値ｖγ＊、ｖδ＊を、γδ軸の角度（位相）θ１の値に基づいて三相の相電圧指令値ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊に変換する。角度θ１は、後述の電気角演算器１５３から供給されてよい。電圧座標変換器１２１は、相電圧指令値ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊をＰＷＭ回路１２３に供給してよい。
【００５２】
ＰＷＭ回路１２３は、相電圧指令値ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊、および、電力変換器１３１への入力電圧Ｅｄｃとから、電力変換器１３１に対するゲート信号を生成する。入力電圧Ｅｄｃは、後述の入力電圧検出回路１２５から供給されてよい。
【００５３】
電力変換器１３１は、ＰＷＭインバータを有しており、後述のＰＷＭ回路１２３から入力されるゲート信号に基づいて内部の半導体スイッチング素子を制御する。これにより、電力変換器１３１は、整流回路１３３により印加される電動機９の端子電圧を、相電圧指令値ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊に制御する。
【００５４】
整流回路１３３は、三相交流電源としての電力源８から供給される交流電流を整流して、直流電圧を生成し電力変換器１３１に供給する。
入力電圧検出回路１２５は、整流回路１３３から電力変換器１３１への入力電圧Ｅｄｃを検出する。入力電圧検出回路１２５は、入力電圧ＥｄｃをＰＷＭ回路１２３に供給してよい。
【００５５】
ｕ相電流検出器１３５およびｗ相電流検出器１３７は、電力変換器１３１と電動機９との間で、ｕ相およびｗ相に流される電流値を相電流検出値ｉｕ、ｉｗとして検出する。ｕ相電流検出器１３５およびｗ相電流検出器１３７は、相電流検出値ｉｕ、ｉｗを電流座標変換器１３９に供給してよい。
【００５６】
電流座標変換器１３９は、γδ軸の角度θ１に基づいて相電流検出値ｉｕ、ｉｗを、γδ軸方向の電流検出値であるγδ軸電流検出値ｉγ、ｉδに座標変換する。角度θ１は電気角演算器１５３から供給されてよい。電流座標変換器１３９は、γδ軸電流検出値ｉγ、ｉδを減算器１１５、１１７および拡張誘起電圧演算器１４１に供給してよい。なお、電流座標変換器１３９は、ｕ相、ｖ相およびｗ相のうち、他の２相の相電流検出値を用いて座標変換を行ってもよいし、３相の全てを用いて座標変換を行ってもよい。
【００５７】
拡張誘起電圧演算器１４１は、次の式（１）で表されるように、電動機９に供給する電圧指令値ｖγ＊、ｖδ＊および電動機９に流れる電流検出値ｉγ、ｉδから、γ軸拡張誘起電圧演算値ｅｅｘγｅｓｔおよびδ軸拡張誘起電圧演算値ｅｅｘδｅｓｔを演算する。拡張誘起電圧演算器１４１は、γ軸拡張誘起電圧演算値ｅｅｘγｅｓｔおよびδ軸拡張誘起電圧演算値ｅｅｘδｅｓｔを角度演算器１４３および脱調検出部１６３に供給してよい。また、拡張誘起電圧演算器１４１は、γ軸拡張誘起電圧演算値ｅｅｘγｅｓｔを速度低下検出部１６１に供給してよい。
【００５８】
【数１】
2018007492.tif 000003
ここで、式中、「p」は微分演算子、「Ｌｄ」はｄ軸インダクタンス、「Ｌｑ」はｑ軸インダクタンス、「Ｒａ」は電機子抵抗である。なお、式中のγ軸電圧指令値ｖγ＊、δ軸電圧指令値ｖδ＊の代わりにγ軸電圧ｖγ、δ軸電圧ｖδを使ってもよい。これらのγ軸電圧ｖγ、δ軸電圧ｖδは、入力電圧検出回路１２５を使って測定される電動機９の相電圧または線間電圧の値と、位置推定値θ１とから演算することができる。
【００５９】
角度演算器１４３は、拡張誘起電圧の角度δｅｅｘｅｓｔを演算する。拡張誘起電圧の角度δｅｅｘｅｓｔについては、図７を用いて説明を後述する。角度演算器１４３は、拡張誘起電圧の角度δｅｅｘｅｓｔを速度推定器１４５に供給してよい。
【００６０】
速度推定器１４５は、拡張誘起電圧の角度δｅｅｘｅｓｔから回転子の速度推定値ωｒｅｓｔを演算する。速度推定器１４５は、速度推定値ωｒｅｓｔを減算器１０３と、切換スイッチ１５１の「Ｓ２」端子とに供給してよい。
【００６１】
切換スイッチ１５１は、「Ｓ１」端子および「Ｓ２」端子のいずれか一方を導通させることで、加速度制限部１０１からの速度指令値ωＨＬＲ＊と、速度推定器１４５からの速度推定値ωｒｅｓｔとの何れか一方をγδ軸角速度ω１として電気角演算器１５３、拡張誘起電圧演算器１４１および速度低下検出部１６１に供給する。例えば、切換スイッチ１５１は、電流引込制御モードにおいては「Ｓ１」端子に接続されて、加速度制限部１０１からの速度指令値ωＨＬＲ＊を電気角演算器１５３、拡張誘起電圧演算器１４１および速度低下検出部１６１に供給する。その一方で、切換スイッチ１５１は、センサレスベクトル制御モードにおいては「Ｓ２」端子に接続されて、速度推定器１４５からの速度推定値ωｒｅｓｔを電気角演算器１５３、拡張誘起電圧演算器１４１および速度低下検出部１６１に供給する。
【００６２】
電気角演算器１５３は、γδ軸角速度ω１を積分してγδ軸の角度θ１を演算する。電気角演算器１５３は、角度θ１を電流座標変換器１３９および電圧座標変換器１２１に供給してよい。
【００６３】
速度低下検出部１６１は、速度推定値ω１およびδ軸拡張誘起電圧演算値ｅｅｘδｅｓｔから速度低下状態を検出する。速度低下検出部１６１は、速度低下状態を検出したことを再始動部５に通知してよい。
【００６４】
脱調検出部１６３は、γ軸拡張誘起電圧演算値ｅｅｘγｅｓｔ、δ軸拡張誘起電圧演算値ｅｅｘδｅｓｔから脱調を検出する。脱調検出部１６３は、脱調を検出したことを再始動部５に通知してよい。
【００６５】
［７．制御装置の具体的な動作］
次に、制御装置１の動作について説明する。上述のＳ１で実行される電流引込制御モードでは、モード切換部６は切換スイッチ１５１および切換スイッチ１１１、１１３の入力をそれぞれ「Ｓ１」に設定する。
【００６６】
加速度制限部１０１は、速度指令値ω＊の変化率を制限して、速度指令値ωＨＬＲ＊を演算する。例えば加速度制限部１０１は速度指令値ωＨＬＲ＊を零から速度指令値ω＊まで基準加速度以下の加速度で増加させてよい。ここで、切換スイッチ１５１の入力は「Ｓ１」に設定されているので、γδ軸の角速度ω１が速度指令値ωＨＬＲ＊に制御される。電気角演算器１５３は、γδ軸の角速度ω１を積分してγδ軸の角度θ１を演算する。
【００６７】
また、切換スイッチ１１１、１１３の入力「Ｓ１」に接続された電流指令演算部１０９は、γδ軸電流指令値ｉγ＊、ｉδ＊を次の式（２）のように制御する。すなわち、電流指令演算部１０９は、γ軸電流指令値ｉγ＊を零ではない定数値、δ軸電流指令値ｉδ＊を零にすることにより、γδ軸の角度θ１に対して回転子の向きを合わせるように電流指令値ｉγ＊、ｉδ＊を出力する。
【００６８】
【数２】
2018007492.tif 000004
【００６９】
電流座標変換器１３９は、ｕ相電流検出器１３５およびｗ相電流検出器１３７によりそれぞれ検出した相電流検出値ｉｕ、ｉｗを、γδ軸の角度θ１に基づいてγδ軸電流検出値ｉγ、ｉδに座標変換する。
【００７０】
γ軸電流指令値ｉγ＊とγ軸電流検出値ｉγとの偏差を減算器１１５が演算し、この偏差を電流調節器１１９が増幅してγ軸電圧指令値ｖγ＊を演算する。一方、δ軸電流指令値ｉδ＊とδ軸電流検出値ｉδとの偏差を減算器１１７が演算し、この偏差を電流調節器１１９が増幅してδ軸電圧指令値ｖδ＊を演算する。これらの電圧指令値ｖγ＊、ｖδ＊は、電圧座標変換器１２１によってγδ軸の角度θ１に基づき相電圧指令値ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊に変換される。整流回路１３３は電力源８としての三相交流電源を整流して直流電圧を電力変換器１３１に供給する。
【００７１】
ＰＷＭ回路１２３は、相電圧指令値ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊、及び、入力電圧検出回路１２５により検出した電力変換器１３１の入力電圧Ｅｄｃからゲート信号を生成する。電力変換器１３１は、上記ゲート信号に基づいて内部の半導体スイッチング素子を制御することで、電動機９の端子電圧を相電圧指令値ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊に制御する。これらの制御により、振幅がIapull＊、角速度が速度指令値ωＨＬＲ＊に等しい電流ベクトルが発生して回転子が電流ベクトルに引き込まれ、回転子の角速度ωｒは速度指令値ωＨＬＲ＊、ひいては速度指令値ω＊に制御される。
【００７２】
次に、速度指令値ωＨＬＲ＊が第３基準速度Ｖ３を超えた場合（Ｓ３；Ｙｅｓ）のセンサレスベクトル制御モードでの動作について説明する。なお、説明は電流引き込み制御と異なる部分を中心に行い、重複する箇所の説明は省略する。
【００７３】
上述のＳ７で実行されるセンサレスベクトル制御モードでは、モード切換部６は切換スイッチ１５１および切換スイッチ１１１、１１３の入力をそれぞれ「Ｓ２」に設定する。速度指令値ωＨＬＲ＊と、後述のように速度推定部３により算出される速度推定値ωｒｅｓｔとの偏差を減算器１０３が演算し、この偏差を速度調節器１０５が増幅してトルク指令値τ＊を演算する。電流指令演算部１０７は、トルク指令値τ＊に基づいて、トルク／電流が最大になる条件でγδ軸電流指令値ｉγ＊、ｉδ＊を演算する。切換スイッチ１１１、１１３の入力は「Ｓ２」に設定されているので、電流指令演算部１０７の出力が減算器１１５、１１７に供給される。
【００７４】
減算器１１５、１１７、電流調節器１１９、電流座標変換器１３９、および、電圧座標変換器１２１の動作は、電流引き込み制御の場合と同じであり、これらによってγδ軸電流ｉγ、ｉδが指令値ｉγ＊、ｉδ＊に一致するように相電圧指令値ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊が制御される。
【００７５】
一方、拡張誘起電圧演算器１４１には、γδ軸電圧指令値ｖγ＊、ｖδ＊、γδ軸電流検出値ｉγ、ｉδ及び速度推定値ω１（一例として速度推定値ωｒｅｓｔ）が入力される。拡張誘起電圧演算器１４１は上述の式（１）により拡張誘起電圧ｅｅｘを演算する。
【００７６】
ここで、γδ軸拡張誘起電圧の角度δｅｅｘｅｓｔはｄｑ軸とγδ軸との角度差（＝磁極位置推定誤差）θｅｒｒに等しい。そのため、角度演算器１４３は、拡張誘起電圧の角度δｅｅｘｅｓｔを次の式（３）により演算し、この角度δｅｅｘｅｓｔを、次の式（４）に示す如く磁極位置推定誤差演算値θｅｒｒｅｓｔとする。
【００７７】
【数３】
2018007492.tif 000005
【００７８】
【数４】
2018007492.tif 000006
【００７９】
速度推定器１４５は磁極位置推定誤差演算値θｅｒｒｅｓｔを入力とするＰＩ調節器により速度推定値ωｒｅｓｔを次の式（５）により演算する。ここで、式中、「KPθ」は速度推定器比例ゲイン、「KIθ」は速度推定器積分ゲインである。
【００８０】
【数５】
2018007492.tif 000007
【００８１】
切換スイッチ１５１の入力は「Ｓ２」に設定されているので、γδ軸角速度ω1が速度推定値ωrestに制御される。この角速度ω１は、電気角演算器１５３及び拡張誘起電圧演算器１４１に入力される。
【００８２】
電気角演算器１５３は、電流引込制御と同様に、γδ軸角速度ω１を積分して磁極位置推定値θ１（γδ軸の角度に等しい）を演算する。
上述した拡張誘起電圧演算器１４１、角度演算器１４３、速度推定器１４５及び電気角演算器１５３により、γδ軸とｄｑ軸との角度差θｅｒｒを零に収束させることができ、これによって磁極位置θ１及び速度ω１を正確に推定することが可能になる。これより、電動機９のトルク及び速度を正確に制御することができる。
【００８３】
以上のセンサレスベクトル制御モードにおいて速度指令値が第２基準速度Ｖ２以下になった場合（Ｓ９；Ｙｅｓ）には、モード切換部６により回転制御部２が電流引込制御モードでの動作に切り換えられる。例えば、モード切換部６は切換スイッチ１５１および切換スイッチ１１１、１１３の入力をそれぞれ「Ｓ１」に設定してよい。但し、このとき加速度制限部１０１は、速度指令値ωＨＬＲ＊を零にせずに、速度指令値ω＊の変化率を制限して速度指令値ωＨＬＲ＊を演算する。
【００８４】
次に、センサレスベクトル制御モードにおいて負荷急変などにより速度低下状態が生じる場合の動作について説明する。
速度低下検出部１６１は、回転子の回転速度が第１基準速度Ｖ１以下となったことに応じて速度低下状態を検出する。例えば、速度低下検出部１６１は、速度推定値ω１が第１基準速度Ｖ１以下となったことに応じて速度低下状態を検出してよい。速度低下検出部１６１は、速度推定値ω１が第１基準速度Ｖ１以下となったことに応じて速度低下検出信号を「Ｈ」にし、そうでない場合には「Ｌ」にしてよい。
【００８５】
これに代えて／加えて、速度低下検出部１６１は、拡張誘起電圧を用いて速度低下状態を検出してよい。例えば、速度低下検出部１６１は、δ軸拡張誘起電圧演算値ｅｅｘδｅｓｔが基準値以下であることを条件として、速度低下状態を検出してよい。速度低下検出部１６１は、δ軸拡張誘起電圧演算値ｅｅｘδｅｓｔが第１基準値以下となったことに応じて速度低下検出信号を「Ｈ」にし、そうでない場合には「Ｌ」にしてよい。また、速度低下検出部１６１は、速度推定値ω１（回転子の回転速度）が第１基準速度Ｖ１以下となったことと、δ軸拡張誘起電圧演算値ｅｅｘδｅｓｔが第１基準値以下となったこととのＡＮＤ条件、ＯＲ条件により速度低下検出信号を切り換えてもよい。
【００８６】
これらに代えて／加えて、速度低下検出部１６１は、電動機９に供給する電圧および電動機９に流れる電流から演算される誘起電圧を用いて速度低下状態を検出してよい。例えば、速度低下検出部１６１は、次の式（６）で演算されるδ軸誘起電圧演算値ｅｍｆδｅｓｔが第２基準値以下となったことに応じて速度低下検出信号を「Ｈ」にし、そうでない場合には「Ｌ」にしてよい。また、速度低下検出部１６１は、速度推定値ω１（回転子の回転速度）が第１基準速度Ｖ１以下となったことと、δ軸拡張誘起電圧演算値ｅｅｘδｅｓｔが第１基準値以下となったこととの少なくとも一方と、δ軸誘起電圧演算値ｅｍｆδｅｓｔが第２基準値以下となったこととのＡＮＤ条件、ＯＲ条件により速度低下検出信号を切り換えてもよい。
【００８７】
【数６】
2018007492.tif 000008
【００８８】
センサレスベクトル制御モードにおいて速度低下検出信号が「Ｈ」になった場合（Ｓ１３；Ｙｅｓ）には、再始動部５はモード切換部６により回転制御部２を電流引込制御モードでの動作に切り換えさせるとともに、電動機９を再始動する。例えば、モード切換部６が切換スイッチ１５１の入力を「Ｓ１」に設定し、切換スイッチ１１１、１１３の入力を「Ｓ１」に設定してよい。また、再始動部５が加速度制限部１０１により算出される速度指令値ωＨＬＲ＊を零に初期化してから、速度指令値ω＊まで所定の加速度で増加させてよい。
【００８９】
次に、電流引込制御モードにおいて脱調が生じる場合の動作について説明する。
脱調検出部１６３は、γδ軸拡張誘起電圧演算値ｅｅｘγｅｓｔ、ｅｅｘδｅｓｔを用いて脱調を検出してよい。脱調検出部１６３は、脱調を検出したことに応じて脱調検出信号を「Ｈ」にし、そうでない場合は「Ｌ」にしてよい。なお、脱調検出部１６３については、詳細を後述する。
【００９０】
電流引込制御モードにおいて加速度制限部１０１からの速度指令値ωＨＬＲ＊が第３基準速度Ｖ３を超え、かつ、脱調検出部１６３からの脱調検出信号が「Ｈ」である場合（Ｓ５；Ｙｅｓ）には、再始動部５は電動機９を再始動する。例えば、再始動部５が加速度制限部１０１により算出される速度指令値ωＨＬＲ＊を零に初期化してから、速度指令値ω＊まで所定の加速度で増加させてよい。
【００９１】
［８．拡張誘起電圧および角度差（磁極位置推定誤差）の説明］
図７は、拡張誘起電圧と角度差（磁極位置推定誤差）との関係を示す。拡張誘起電圧ｅｅｘは、回転子と直交方向であるｑ軸方向に発生する。この図から明らかなように、γδ軸で観測した拡張誘起電圧の角度δｅｅｘはｄｑ軸とγδ軸との角度差（＝磁極位置推定誤差）θｅｒｒと等しい。これにより、上述の式（３）、（４）を用いて角度差（＝磁極位置推定誤差）θｅｒｒを演算することができる。
【００９２】
［９．脱調検出部の説明］
次に、脱調検出部１６３について説明する。上述の式（２）に示したように、電流引込制御において電流をγ軸方向に制御する場合には、モータのトルクτと、γδ軸およびｄｑ軸の角度差θｅｒｒとは、次の式（７）の関係を満たす。式中、「Ψm」は永久磁石磁束である。
【００９３】
【数７】
2018007492.tif 000009
【００９４】
この式で示されるように、電流引込制御でのトルクτは、一般に、角度差θｅｒｒの大きさが基準値以下のときに角度差θｅｒｒの増加関数となる。電流引込制御により安定して運転できるのは、トルクτが角度差θｅｒｒの増加関数の場合であり、角度差θｅｒｒが基準角以上になると脱調する。このことから、脱調検出部１６３は、角度差θｅｒｒの演算値である角度差演算値θｅｒｒｅｓｔｆを用いて脱調を検出してよく、例えば角度差演算値θｅｒｒｅｓｔｆが基準角以上になったことに応じて脱調を検出してよい。
【００９５】
また、回転子の速度が低いときには、拡張誘起電圧が小さく、角度差演算値θｅｒｒｅｓｔｆの演算誤差により正確に脱調を検出することが難しい。そのため、脱調検出部１６３は、速度に比例する拡張誘起電圧の大きさを用いて脱調を検出してよい。例えば、脱調検出部１６３は、拡張誘起電圧演算値のベクトル和ｅｅｘａｅｓｔｆが基準電圧以下であることに応じて脱調を検出してもよい。
【００９６】
なお、脱調が継続すると、角度差θｅｒｒは±１８０°の範囲で変化を繰り返すので、角度差演算値θｅｒｒｅｓｔｆの瞬時値に応じた脱調の有無をそのまま出力すると、検出結果の出力タイミングによっては、脱調していることが外部に認識されない場合がある。そこで、脱調検出部１６３は、脱調したことを示す信号を、オフディレイさせて出力することが好ましい。出力信号のオフタイミングを遅延することにより、脱調状態を検出可能な期間を増やすことができる。また、信号がオン・オフを繰り返す場合には、オン期間およびオフ期間の間をオフディレイで埋めることにより、脱調状態を確実に検出可能とすることができる。
【００９７】
図８は、脱調検出部１６３を示す。脱調検出部１６３は、ローパスフィルタ１６３１、１６３２、角度演算器１６３３、ベクトル和演算器１６３４、脱調判定器１６３５およびオフディレイ１６３７を有している。
【００９８】
ローパスフィルタ１６３１、１６３２は、γδ軸拡張誘起電圧演算値ｅｅｘγｅｓｔ、ｅｅｘδｅｓｔのローパス成分ｅｅｘγｅｓｔｆ、ｅｅｘδｅｓｔｆを演算する。ローパスフィルタ１６３１、１６３２は、ローパス成分ｅｅｘγｅｓｔｆ、ｅｅｘδｅｓｔｆを角度演算器１６３３およびベクトル和演算器１６３４にそれぞれ供給してよい。
【００９９】
角度演算器１６３３は、拡張誘起電圧の角度（位相差）δｅｅｘｅｓｔｆを次の式（８）で演算する。図７を用いて上述したように、拡張誘起電圧の角度δｅｅｘｅｓｔｆは、γδ軸とｄｑ軸との角度差θerrに等しい。そのため、角度演算器１６３３は、角度差演算値θｅｒｒｅｓｔｆを次の式（９）で演算する。角度演算器１６３３は、角度差演算値θｅｒｒｅｓｔｆを脱調判定器１６３５に供給してよい。
【０１００】
【数８】
2018007492.tif 000010
【０１０１】
【数９】
2018007492.tif 000011
【０１０２】
ベクトル和演算器１６３４は、拡張誘起電圧演算値のベクトル和ｅｅｘａｅｓｔｆを次の式（１０）で演算する。ベクトル和演算器１６３４は、ベクトル和ｅｅｘａｅｓｔｆを脱調判定器１６３５に供給してよい。
【０１０３】
【数１０】
2018007492.tif 000012
【０１０４】
脱調判定器１６３５は、角度差演算値θｅｒｒｅｓｔｆおよび拡張誘起電圧演算値のベクトル和ｅｅｘａｅｓｔｆを用いて脱調を判定する。例えば、脱調判定器１６３５は、角度差演算値θｅｒｒｅｓｔｆの絶対値が基準角以上になったこと、または、拡張誘起電圧演算値のベクトル和ｅｅｘａｅｓｔｆが基準電圧以下になったことに応じて瞬時脱調検出信号を「Ｈ」にし、そうでない場合は「Ｌ」にしてよい。但し、脱調判定器１６３５は、両者のＡＮＤ条件により瞬時脱調検出信号を切り替えてもよい。
【０１０５】
オフディレイ１６３７は、瞬時脱調検出信号をオフディレイさせた脱調検出信号を出力する。これにより、脱調していることが確実に外部に認識される。
【０１０６】
［１０．コンピュータの構成］
図９は、本実施形態に係るコンピュータ１９００の構成の一例を示す。本実施形態に係るコンピュータ１９００は、制御装置１として機能する。
【０１０７】
本実施形態に係るコンピュータ１９００は、ホスト・コントローラ２０８２により相互に接続されるＣＰＵ２０００、ＲＡＭ２０２０、グラフィック・コントローラ２０７５、及び表示装置２０８０を有するＣＰＵ周辺部と、入出力コントローラ２０８４によりホスト・コントローラ２０８２に接続される通信インターフェイス２０３０、ハードディスクドライブ２０４０、及びＤＶＤドライブ２０６０を有する入出力部と、入出力コントローラ２０８４に接続されるＲＯＭ２０１０、フラッシュメモリ・ドライブ２０５０、及び入出力チップ２０７０を有するレガシー入出力部を備える。
【０１０８】
ホスト・コントローラ２０８２は、ＲＡＭ２０２０と、高い転送レートでＲＡＭ２０２０をアクセスするＣＰＵ２０００及びグラフィック・コントローラ２０７５とを接続する。ＣＰＵ２０００は、ＲＯＭ２０１０及びＲＡＭ２０２０に格納されたプログラムに基づいて動作し、各部の制御を行う。グラフィック・コントローラ２０７５は、ＣＰＵ２０００等がＲＡＭ２０２０内に設けたフレーム・バッファ上に生成する画像データを取得し、表示装置２０８０上に表示させる。これに代えて、グラフィック・コントローラ２０７５は、ＣＰＵ２０００等が生成する画像データを格納するフレーム・バッファを、内部に含んでもよい。
【０１０９】
入出力コントローラ２０８４は、ホスト・コントローラ２０８２と、比較的高速な入出力装置である通信インターフェイス２０３０、ハードディスクドライブ２０４０、ＤＶＤドライブ２０６０を接続する。通信インターフェイス２０３０は、有線又は無線によりネットワークを介して他の装置と通信する。また、通信インターフェイスは、通信を行うハードウェアとして機能する。ハードディスクドライブ２０４０は、コンピュータ１９００内のＣＰＵ２０００が使用するプログラム及びデータを格納する。ＤＶＤドライブ２０６０は、ＤＶＤ２０９５からプログラム又はデータを読み取り、ＲＡＭ２０２０を介してハードディスクドライブ２０４０に提供する。
【０１１０】
また、入出力コントローラ２０８４には、ＲＯＭ２０１０と、フラッシュメモリ・ドライブ２０５０、及び入出力チップ２０７０の比較的低速な入出力装置とが接続される。ＲＯＭ２０１０は、コンピュータ１９００が起動時に実行するブート・プログラム、及び／又は、コンピュータ１９００のハードウェアに依存するプログラム等を格納する。フラッシュメモリ・ドライブ２０５０は、フラッシュメモリ２０９０からプログラム又はデータを読み取り、ＲＡＭ２０２０を介してハードディスクドライブ２０４０に提供する。入出力チップ２０７０は、フラッシュメモリ・ドライブ２０５０を入出力コントローラ２０８４へと接続するとともに、例えばパラレル・ポート、シリアル・ポート、キーボード・ポート、マウス・ポート等を介して各種の入出力装置を入出力コントローラ２０８４へと接続する。
【０１１１】
ＲＡＭ２０２０を介してハードディスクドライブ２０４０に提供されるプログラムは、フラッシュメモリ２０９０、ＤＶＤ２０９５、又はＩＣカード等の記録媒体に格納されて利用者によって提供される。プログラムは、記録媒体から読み出され、ＲＡＭ２０２０を介してコンピュータ１９００内のハードディスクドライブ２０４０にインストールされ、ＣＰＵ２０００において実行される。
【０１１２】
コンピュータ１９００にインストールされ、コンピュータ１９００を制御装置１の少なくとも一部として機能させるプログラムは、回転制御モジュール、速度推定モジュール、異常検出モジュール、再始動モジュール、モード切換モジュールおよび加速度制限モジュールのうち少なくとも１つを備える。これらのプログラム又はモジュールは、ＣＰＵ２０００等に働きかけて、コンピュータ１９００を、回転制御部２、速度推定部３、異常検出部４、再始動部５およびモード切換部６としてそれぞれ機能させてよい。
【０１１３】
これらのプログラムに記述された情報処理は、コンピュータ１９００に読込まれることにより、ソフトウェアと上述した各種のハードウェア資源とが協働した具体的手段であるＣＰＵ２０００等に働きかけて、コンピュータ１９００を、回転制御部２、速度推定部３、異常検出部４、再始動部５およびモード切換部６として機能させる。そして、これらの具体的手段によって、本実施形態におけるコンピュータ１９００の使用目的に応じた情報の演算又は加工を実現することにより、使用目的に応じた特有の制御装置１が構築される。
【０１１４】
一例として、コンピュータ１９００と外部の装置等との間で通信を行う場合には、ＣＰＵ２０００は、ＲＡＭ２０２０上にロードされた通信プログラムを実行し、通信プログラムに記述された処理内容に基づいて、通信インターフェイス２０３０に対して通信処理を指示する。通信インターフェイス２０３０は、ＣＰＵ２０００の制御を受けて、ＲＡＭ２０２０、ハードディスクドライブ２０４０、フラッシュメモリ２０９０、又はＤＶＤ２０９５等の記憶装置上に設けた送信バッファ領域等に記憶された送信データを読み出してネットワークへと送信し、もしくは、ネットワークから受信した受信データを記憶装置上に設けた受信バッファ領域等へと書き込む。このように、通信インターフェイス２０３０は、ＤＭＡ（ダイレクト・メモリ・アクセス）方式により記憶装置との間で送受信データを転送してもよく、これに代えて、ＣＰＵ２０００が転送元の記憶装置又は通信インターフェイス２０３０からデータを読み出し、転送先の通信インターフェイス２０３０又は記憶装置へとデータを書き込むことにより送受信データを転送してもよい。
【０１１５】
また、ＣＰＵ２０００は、ハードディスクドライブ２０４０、ＤＶＤドライブ２０６０（ＤＶＤ２０９５）、フラッシュメモリ・ドライブ２０５０（フラッシュメモリ２０９０）等の外部記憶装置に格納されたファイルまたはデータベース等の中から、全部または必要な部分をＤＭＡ転送等によりＲＡＭ２０２０へと読み込ませ、ＲＡＭ２０２０上のデータに対して各種の処理を行う。そして、ＣＰＵ２０００は、処理を終えたデータを、ＤＭＡ転送等により外部記憶装置へと書き戻す。このような処理において、ＲＡＭ２０２０は、外部記憶装置の内容を一時的に保持するものとみなせるから、本実施形態においてはＲＡＭ２０２０及び外部記憶装置等をメモリ、記憶部、または記憶装置等と総称する。例えば、制御装置１の記憶部は、回転制御部２、速度推定部３、異常検出部４、再始動部５およびモード切換部６から受け取った及び／又はこれらへ提供するデータを適宜記憶してよい。
【０１１６】
本実施形態における各種のプログラム、データ、テーブル、データベース等の各種の情報は、このような記憶装置上に格納されて、情報処理の対象となる。なお、ＣＰＵ２０００は、ＲＡＭ２０２０の一部をキャッシュメモリに保持し、キャッシュメモリ上で読み書きを行うこともできる。このような形態においても、キャッシュメモリはＲＡＭ２０２０の機能の一部を担うから、本実施形態においては、区別して示す場合を除き、キャッシュメモリもＲＡＭ２０２０、メモリ、及び／又は記憶装置に含まれるものとする。
【０１１７】
また、ＣＰＵ２０００は、ＲＡＭ２０２０から読み出したデータに対して、プログラムの命令列により指定された、本実施形態中に記載した各種の演算、情報の加工、条件判断、情報の検索・置換等を含む各種の処理を行い、ＲＡＭ２０２０へと書き戻す。例えば、ＣＰＵ２０００は、条件判断を行う場合においては、本実施形態において示した各種の変数が、他の変数または定数と比較して、大きい、小さい、以上、以下、等しい等の条件を満たすか否かを判断し、条件が成立した場合（又は不成立であった場合）に、異なる命令列へと分岐し、またはサブルーチンを呼び出す。
【０１１８】
また、ＣＰＵ２０００は、記憶装置内のファイルまたはデータベース等に格納された情報を検索することができる。例えば、第１属性の属性値に対し第２属性の属性値がそれぞれ対応付けられた複数のエントリが記憶装置に格納されている場合において、ＣＰＵ２０００は、記憶装置に格納されている複数のエントリの中から第１属性の属性値が指定された条件と一致するエントリを検索し、そのエントリに格納されている第２属性の属性値を読み出すことにより、所定の条件を満たす第１属性に対応付けられた第２属性の属性値を得ることができる。
【０１１９】
また、実施形態の説明において複数の要素が列挙された場合には、列挙された要素以外の要素を用いてもよい。例えば、「Ｘは、Ａ、Ｂ及びＣを用いてＹを実行する」と記載される場合、Ｘは、Ａ、Ｂ及びＣに加え、Ｄを用いてＹを実行してもよい。
【０１２０】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【０１２１】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【０１２２】
１  制御装置、２  回転制御部、３  速度推定部、４  異常検出部、５  再始動部、６  モード切換部、８  電力源、９  電動機、１０１  加速度制限部、１０３  減算器、１０５  速度調節器、１０７  電流指令演算部、１０９  電流指令演算部、１１１  切換スイッチ、１１３  切換スイッチ、１１５  減算器、１１７  減算器、１１９  電流調節器、１２１  電圧座標変換器、１２３  ＰＷＭ回路、１２５  入力電圧検出回路、１３１  電力変換器、１３３  整流回路、１３５  ｕ相電流検出器、１３７  ｗ相電流検出器、１３９  電流座標変換器、１４１  拡張誘起電圧演算器、１４３  角度演算器、１４５  速度推定器、１５１  切換スイッチ、１５３  電気角演算器、１６１  速度低下検出部、１６３  脱調検出部、１６３１  ローパスフィルタ、１６３２  ローパスフィルタ、１６３３  角度演算器、１６３４  ベクトル和演算器、１６３５  脱調判定器、１６３７  オフディレイ、１９００  コンピュータ、２０００  ＣＰＵ、２０１０  ＲＯＭ、２０２０  ＲＡＭ、２０３０  通信インターフェイス、２０４０  ハードディスクドライブ、２０５０  フラッシュメモリ・ドライブ、２０６０  ＤＶＤドライブ、２０７０  入出力チップ、２０７５  グラフィック・コントローラ、２０８０  表示装置、２０８２  ホスト・コントローラ、２０８４  入出力コントローラ、２０９０  フラッシュメモリ、２０９５  ＤＶＤ
【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】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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