(57)【要約】【課題】電流制限の精度を確保し易い技術を提供する。【解決手段】電流特定部２４は、回転機電流ベクトルから鉄損電流ベクトルを差し引いたベクトルである負荷電流ベクトルを特定する。電流制限値特定部３２は、回転機電流ベクトルの振幅を第１の電流制限値に追従させる場合に負荷電流ベクトルの振幅が追従するべき第２の電流制限値を特定する。トルク制限値特定部２５は、負荷電流ベクトルの振幅を第２の電流制限値に追従させる場合に回転機トルクが追従するべきトルク制限値を特定する。トルク制限部２７は、トルク制限部２７に与えられた指令トルクの絶対値がトルク制限値未満である場合には指令トルクを修正せず、上記絶対値がトルク制限値以上である場合には上記絶対値をトルク制限値に置き換える。【選択図】図３
2018046723.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インバータを用いて、３相回転機の回転機電圧ベクトル、一次磁束ベクトル及び回転機トルクを、指令電圧ベクトル、指令磁束ベクトル及び指令トルクに追従させる回転機制御装置であって、
前記３相回転機の固定子を流れる電流のベクトルである回転機電流ベクトルを検出する電流検出部と、
前記回転機電圧ベクトル又は前記指令電圧ベクトルを用いて、前記一次磁束ベクトルを推定する磁束推定部と、
前記回転機電流ベクトルと、前記回転機電圧ベクトル又は前記指令電圧ベクトルと、鉄損抵抗と、を用いて、前記回転機電流ベクトルから鉄損電流ベクトルを差し引いたベクトルである負荷電流ベクトルを特定する電流特定部と、
第１の電流制限値を用いて、前記回転機電流ベクトルの振幅を前記第１の電流制限値に追従させる場合に前記負荷電流ベクトルの振幅が追従するべき第２の電流制限値を特定する電流制限値特定部と、
前記負荷電流ベクトルと、前記第２の電流制限値と、推定された前記一次磁束ベクトルと、を用いて、前記負荷電流ベクトルの振幅を前記第２の電流制限値に追従させる場合に前記回転機トルクが追従するべきトルク制限値を特定するトルク制限値特定部と、
前記指令トルクを修正するトルク制限部であって、前記トルク制限部に与えられた前記指令トルクの絶対値が前記トルク制限値未満である場合には前記指令トルクを修正せず、前記絶対値が前記トルク制限値以上である場合には前記絶対値を前記トルク制限値に置き換えるトルク制限部と、を備えた回転機制御装置。
【請求項２】
前記電流制限値特定部は、前記第１の電流制限値と、前記回転機電流ベクトルと、前記回転機電圧ベクトル又は前記指令電圧ベクトルと、を用いて前記第２の電流制限値を特定する、請求項１に記載の回転機制御装置。
【請求項３】
前記電流特定部は、前記回転機電流ベクトルと、前記回転機電圧ベクトル又は前記指令電圧ベクトルと、前記鉄損抵抗と、を用いて、前記鉄損電流ベクトルと、前記負荷電流ベクトルと、を特定し、
前記電流制限値特定部は、前記第１の電流制限値と前記鉄損電流ベクトルとを用いて前記第２の電流制限値を特定する、請求項１に記載の回転機制御装置。
【請求項４】
前記電流制限値特定部は、前記第１の電流制限値の２乗から前記鉄損電流ベクトルの振幅の２乗を差し引いた値を１／２乗することによって、前記第２の電流制限値を特定する、請求項３に記載の回転機制御装置。
【請求項５】
前記鉄損抵抗は、推定された前記一次磁束ベクトルの角速度と同じである基準角速度を用いて特定される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の回転機制御装置。
【請求項６】
前記トルク制限値特定部は、前記負荷電流ベクトル及び推定された前記一次磁束ベクトルの内積と、推定された前記一次磁束ベクトルの振幅と、前記第２の電流制限値とを用いて、前記トルク制限値を特定する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の回転機制御装置。
【請求項７】
前記トルク制限値特定部は、
前記内積と、前記３相回転機の極対数と、の積である第１の積を特定する第１部分と、
前記極対数と、推定された前記一次磁束ベクトルの振幅と、前記第２の電流制限値と、の積である第２の積を特定する第２部分と、
前記第２の積の２乗から前記第１の積の２乗を差し引いた値を１／２乗することによって前記トルク制限値を特定する第３部分と、を有する、請求項６に記載の回転機制御装置。
【請求項８】
インバータを用いて、３相回転機の回転機電圧ベクトル、一次磁束ベクトル及び回転機トルクを、指令電圧ベクトル、指令磁束ベクトル及び指令トルクに追従させる回転機制御方法であって、
前記３相回転機の固定子を流れる電流のベクトルである回転機電流ベクトルを検出する電流検出ステップと、
前記回転機電圧ベクトル又は前記指令電圧ベクトルを用いて、前記一次磁束ベクトルを推定する磁束推定ステップと、
前記回転機電流ベクトルと、前記回転機電圧ベクトル又は前記指令電圧ベクトルと、鉄損抵抗と、を用いて、前記回転機電流ベクトルから鉄損電流ベクトルを差し引いたベクトルである負荷電流ベクトルを特定する電流特定ステップと、
第１の電流制限値を用いて、前記回転機電流ベクトルの振幅を前記第１の電流制限値に追従させる場合に前記負荷電流ベクトルの振幅が追従するべき第２の電流制限値を特定する電流制限値特定ステップと、
前記負荷電流ベクトルと、前記第２の電流制限値と、推定された前記一次磁束ベクトルと、を用いて、前記負荷電流ベクトルの振幅を前記第２の電流制限値に追従させる場合に前記回転機トルクが追従するべきトルク制限値を特定するトルク制限値特定ステップと、
前記指令トルクを修正するトルク制限ステップであって、前記トルク制限ステップに与えられた前記指令トルクの絶対値が前記トルク制限値未満である場合には前記指令トルクを修正せず、前記絶対値が前記トルク制限値以上である場合には前記絶対値を前記トルク制限値に置き換えるトルク制限ステップと、
を備えた回転機制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、回転機制御装置及び回転機制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、回転機の駆動方法として、直接トルク制御（DTC:Direct Torque Control）が知られている。直接トルク制御の一例では、まず、回転機の相電流及び相電圧を検出する。次に、相電流及び相電圧から、回転機の電機子鎖交磁束及びトルクを求める。次に、求められたトルクと、指令トルクと、指令磁束振幅と、電気子鎖交磁束の位置とから、指令磁束ベクトルを求める。指令トルク及び指令磁束振幅は、例えば、速度制御装置で求められる。次に、指令磁束ベクトルと、電機子鎖交磁束とから、ＰＷＭインバータから回転機に印加されるべき電圧ベクトルを決定する。次に、決定された電圧ベクトルが回転機に印加されるように、ＰＷＭインバータのスイッチングを制御する。
【０００３】
特許文献１及び非特許文献２には、ベクトル制御に関連する技術が記載されている。非特許文献１には、直接トルク制御について記載されている。また、非特許文献１には、回転機を流れる電流が上限値を超えないようにする制御（電流制限）についても記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−９８８９８号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】井上、他３名，「永久磁石同期モータを駆動する直接トルク制御のためのトルクと磁束の指令値作成法とトルク制御器のワインドアップ対策」，電気学会論文誌Ｄ,１３０巻，６号，ｐ．７７７−７８４（２０１０年）
【非特許文献２】新中新二，「固定子鉄損を含む誘導モータの新数学モデルの提案」，電気学会論文誌Ｄ,１１９巻，２号，ｐ．１４２−１５０（１９９９年）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明者らの検討によれば、非特許文献１の技術には、電流制限の精度の点で改善の余地がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そこで、本開示は、
インバータを用いて、３相回転機の回転機電圧ベクトル、一次磁束ベクトル及び回転機トルクを、指令電圧ベクトル、指令磁束ベクトル及び指令トルクに追従させる回転機制御装置であって、
前記３相回転機の固定子を流れる電流のベクトルである回転機電流ベクトルを検出する電流検出部と、
前記回転機電圧ベクトル又は前記指令電圧ベクトルを用いて、前記一次磁束ベクトルを推定する磁束推定部と、
前記回転機電流ベクトルと、前記回転機電圧ベクトル又は前記指令電圧ベクトルと、鉄損抵抗と、を用いて、前記回転機電流ベクトルから鉄損電流ベクトルを差し引いたベクトルである負荷電流ベクトルを特定する電流特定部と、
第１の電流制限値を用いて、前記回転機電流ベクトルの振幅を前記第１の電流制限値に追従させる場合に前記負荷電流ベクトルの振幅が追従するべき第２の電流制限値を特定する電流制限値特定部と、
前記負荷電流ベクトルと、前記第２の電流制限値と、推定された前記一次磁束ベクトルと、を用いて、前記負荷電流ベクトルの振幅を前記第２の電流制限値に追従させる場合に前記回転機トルクが追従するべきトルク制限値を特定するトルク制限値特定部と、
前記指令トルクを修正するトルク制限部であって、前記トルク制限部に与えられた前記指令トルクの絶対値が前記トルク制限値未満である場合には前記指令トルクを修正せず、前記絶対値が前記トルク制限値以上である場合には前記絶対値を前記トルク制限値に置き換えるトルク制限部と、を備えた回転機制御装置を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本開示に係る技術によれば、電流制限の精度を確保し易い。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】回転機制御装置、インバータ及び３相回転機の接続を説明するための図
【図２Ａ】ｄｑ座標系を説明するための図
【図２Ｂ】αβ座標系を説明するための図
【図３】回転機制御装置のブロック図
【図４Ａ】鉄損を考慮した誘導機の等価回路を示す図
【図４Ｂ】誘導機のベクトル図
【図４Ｃ】回転機電流ベクトル、鉄損電流ベクトル及び負荷電流ベクトルの関係を説明するための図
【図５】トルク制御部の内部構成を説明するためのブロック図
【図６】負荷電流を説明するための図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（本発明者らによる知見）
非特許文献１の技術では、回転機の固定子を流れる電流ベクトル（回転機電流ベクトル）の振幅の上限値（第１の電流制限値）が定められている。この技術では、回転機電流ベクトルの振幅を第１の電流制限値に追従させる場合に回転機トルクが追従するべきトルク（トルク制限値）が計算される。そして、回転機トルクがトルク制限値を超えないように回転機が制御される。このように、非特許文献１の技術では、トルク制限をかけることによって電流制限をかけようとしている。
【００１１】
非特許文献１の技術では、回転機電流ベクトルと第１の電流制限値とを用いてトルク制限値を計算している。
【００１２】
非特許文献１のトルク制限値は、回転機の固定子鉄損を考慮して計算されたものではない。このため、このトルク制限値を用いた電流制限は、第１の電流制限値からズレた値に回転機電流ベクトルの振幅を追従させる。このズレは、固定子鉄損が大きい場合（回転機の回転数が高い場合等）には大きくなる。
【００１３】
本発明者らは、回転機の固定子鉄損が大きい場合であっても回転機電流ベクトルの振幅を第１の電流制限値に精度よく追従させることができる電流制限（精度のよい電流制限）を検討した。具体的な検討内容は、以下のとおりである。
【００１４】
すなわち、本発明者らは、回転機電流ベクトルを、鉄損電流ベクトルと負荷電流ベクトルとに分けて考えることにした。鉄損電流ベクトルは、回転機電流ベクトルのうち、固定子鉄損を生じさせる成分である。負荷電流ベクトルは、回転機電流ベクトルのうち、回転機の固定子から回転子へのエネルギー伝達に寄与する成分である。トルクは、固定子鉄損に依存せず、上記エネルギーに依存する。つまり、トルクは、鉄損電流ベクトルに依存せず、負荷電流ベクトルに依存する。これを踏まえると、回転機電流ベクトルではなく負荷電流ベクトルを用いてトルクを計算した方がよい。同様に、回転機電流ベクトルではなく負荷電流ベクトルを用いてトルク制限値を計算した方がよい。同様に、回転機電流ベクトルの振幅が追従するべき値（第１の電流制限値）ではなく負荷電流ベクトルの振幅が追従するべき値（第２の電流制限値）を用いてトルク制限値を計算した方がよい。
【００１５】
このような検討を通じて、本発明者らは、負荷電流ベクトル及び第２の電流制限値を用いてトルク制限値を特定すれば、固定子鉄損が大きい状況においても精度のよい電流制限が実現されると考えた。本開示に係る技術は、このような考えに基づいたものである。
【００１６】
すなわち、本開示の第１態様は、
インバータを用いて、３相回転機の回転機電圧ベクトル、一次磁束ベクトル及び回転機トルクを、指令電圧ベクトル、指令磁束ベクトル及び指令トルクに追従させる回転機制御装置であって、
前記３相回転機の固定子を流れる電流のベクトルである回転機電流ベクトルを検出する電流検出部と、
前記回転機電圧ベクトル又は前記指令電圧ベクトルを用いて、前記一次磁束ベクトルを推定する磁束推定部と、
前記回転機電流ベクトルと、前記回転機電圧ベクトル又は前記指令電圧ベクトルと、鉄損抵抗と、を用いて、前記回転機電流ベクトルから鉄損電流ベクトルを差し引いたベクトルである負荷電流ベクトルを特定する電流特定部と、
第１の電流制限値を用いて、前記回転機電流ベクトルの振幅を前記第１の電流制限値に追従させる場合に前記負荷電流ベクトルの振幅が追従するべき第２の電流制限値を特定する電流制限値特定部と、
前記負荷電流ベクトルと、前記第２の電流制限値と、推定された前記一次磁束ベクトルと、を用いて、前記負荷電流ベクトルの振幅を前記第２の電流制限値に追従させる場合に前記回転機トルクが追従するべきトルク制限値を特定するトルク制限値特定部と、
前記指令トルクを修正するトルク制限部であって、前記トルク制限部に与えられた前記指令トルクの絶対値が前記トルク制限値未満である場合には前記指令トルクを修正せず、前記絶対値が前記トルク制限値以上である場合には前記絶対値を前記トルク制限値に置き換えるトルク制限部と、を備えた、回転機制御装置を提供する。
【００１７】
第１態様では、負荷電流ベクトル及び第２の電流制限値を用いてトルク制限値を特定する。このようにすれば、固定子鉄損に由来するトルク制限値の誤差が生じ難い。このことは、回転機電流ベクトルの振幅を精度よく第１の電流制限値に追従させる上で有利である。すなわち、第１態様は、精度のよい電流制限をかけることに適している。
【００１８】
本開示の第２態様は、第１態様に加え、
前記電流制限値特定部は、前記第１の電流制限値と、前記回転機電流ベクトルと、前記回転機電圧ベクトル又は前記指令電圧ベクトルと、を用いて前記第２の電流制限値を特定する回転機制御装置を提供する。
【００１９】
本開示の第３態様は、第１態様に加え、
前記電流特定部は、前記回転機電流ベクトルと、前記回転機電圧ベクトル又は前記指令電圧ベクトルと、前記鉄損抵抗と、を用いて、前記鉄損電流ベクトルと、前記負荷電流ベクトルと、を特定し、
前記電流制限値特定部は、前記第１の電流制限値と前記鉄損電流ベクトルとを用いて前記第２の電流制限値を特定する、回転機制御装置を提供する。
【００２０】
本開示の第４態様は、第３態様に加え、
前記電流制限値特定部は、前記第１の電流制限値の２乗から前記鉄損電流ベクトルの振幅の２乗を差し引いた値を１／２乗することによって、前記第２の電流制限値を特定する、回転機制御装置を提供する。
【００２１】
第２〜第４態様によれば、第２の電流制限値が第１の電流制限値に適切に対応づけられ易い。このことは、回転機電流ベクトルの振幅を精度よく第１の電流制限値に追従させる上で有利である。
【００２２】
本開示の第５態様は、第１〜第４態様に加え、
前記鉄損抵抗は、推定された前記一次磁束ベクトルの角速度と同じである基準角速度を用いて特定される、回転機制御装置を提供する。
【００２３】
空調機器等に搭載された回転機は、定格負荷のみならず、部分負荷で運転される場合がある。運転中に負荷が増減すると、回転機の一次磁束ベクトルの角速度は変化し得る。第５態様では、基準角速度（一次磁束ベクトルの角速度と同じ）を用いて鉄損抵抗を特定し、その鉄損抵抗を用いて負荷電流ベクトルを特定し、その負荷電流ベクトルを用いてトルク制限値を特定する。このようにすれば、鉄損抵抗及び負荷電流ベクトルの上記角速度依存性をトルク制限値に正確に反映させ易くなる。これにより、一次磁束ベクトルの角速度が変化する状況においても、回転機電流ベクトルの振幅を第１の電流制限値に高い精度で追従させ易くなる。
【００２４】
本開示の第６態様は、第１〜第５態様に加え、
前記トルク制限値特定部は、前記負荷電流ベクトル及び推定された前記一次磁束ベクトルの内積と、推定された前記一次磁束ベクトルの振幅と、前記第２の電流制限値とを用いて、前記トルク制限値を特定する、回転機制御装置を提供する。
【００２５】
本開示の第７態様は、第６態様に加え、
前記トルク制限値特定部は、
前記内積と、前記３相回転機の極対数と、の積である第１の積を特定する第１部分と、
前記極対数と、推定された前記一次磁束ベクトルの振幅と、前記第２の電流制限値と、の積である第２の積を特定する第２部分と、
前記第２の積の２乗から前記第１の積の２乗を差し引いた値を１／２乗することによって前記トルク制限値を特定する第３部分と、を有する、回転機制御装置を提供する。
【００２６】
第６及び第７態様によれば、トルク制限値が第２の電流制限値に適切に対応づけられ易い。このことは、回転機電流ベクトルの振幅を精度よく第１の電流制限値に追従させる上で有利である。
【００２７】
本開示の第８態様は、
インバータを用いて、３相回転機の回転機電圧ベクトル、一次磁束ベクトル及び回転機トルクを、指令電圧ベクトル、指令磁束ベクトル及び指令トルクに追従させる回転機制御方法であって、
前記３相回転機の固定子を流れる電流のベクトルである回転機電流ベクトルを検出する電流検出ステップと、
前記回転機電圧ベクトル又は前記指令電圧ベクトルを用いて、前記一次磁束ベクトルを推定する磁束推定ステップと、
前記回転機電流ベクトルと、前記回転機電圧ベクトル又は前記指令電圧ベクトルと、鉄損抵抗と、を用いて、前記回転機電流ベクトルから鉄損電流ベクトルを差し引いたベクトルである負荷電流ベクトルを特定する電流特定ステップと、
第１の電流制限値を用いて、前記回転機電流ベクトルの振幅を前記第１の電流制限値に追従させる場合に前記負荷電流ベクトルの振幅が追従するべき第２の電流制限値を特定する電流制限値特定ステップと、
前記負荷電流ベクトルと、前記第２の電流制限値と、推定された前記一次磁束ベクトルと、を用いて、前記負荷電流ベクトルの振幅を前記第２の電流制限値に追従させる場合に前記回転機トルクが追従するべきトルク制限値を特定するトルク制限値特定ステップと、
前記指令トルクを修正するトルク制限ステップであって、前記トルク制限ステップに与えられた前記指令トルクの絶対値が前記トルク制限値未満である場合には前記指令トルクを修正せず、前記絶対値が前記トルク制限値以上である場合には前記絶対値を前記トルク制限値に置き換えるトルク制限ステップと、を備えた回転機制御方法を提供する。
【００２８】
第８態様によれば、第１態様の効果と同じ効果を得ることができる。
【００２９】
回転機制御装置の技術は、回転機制御方法に適用できる。回転機制御方法の技術は、回転機制御装置に適用できる。
【００３０】
本開示の第９態様は、第８態様の回転機制御方法を実行するための命令を含む、コンピュータプログラムを提供する。
【００３１】
本開示の第１０態様は、第９態様のコンピュータプログラムが格納された、コンピュータによる読み取りが可能なメモリを提供する。
【００３２】
本開示の第１１態様は、第９態様のコンピュータプログラムを実行するプロセッサを提供する。
【００３３】
本開示の第１２態様は、
第９態様のコンピュータプログラムが格納された、コンピュータによる読み取りが可能なメモリと、
前記コンピュータプログラムを実行するプロセッサと、を備えた制御システムを提供する。
【００３４】
（実施形態）
図１に示すように、本開示の実施形態に係る回転機制御装置３は、インバータ（電圧変換回路）２及び３相回転機１に接続され得る。回転機制御装置３は、インバータ２を用いて、３相回転機１の回転機電圧ベクトル、一次磁束ベクトル及び回転機トルクを、指令電圧ベクトル、指令磁束ベクトル及び指令トルクに追従させるように構成されている。
【００３５】
３相回転機１は、回転子と固定子とを有している。固定子は、３相分の電機子巻線を有している。３相回転機１のＵ相に対応する電機子巻線をＵ相巻線と称することがある。３相回転機１のＶ相に対応する電機子巻線をＶ相巻線と称することがある。３相回転機１のＷ相に対応する電機子巻線をＷ相巻線と称することがある。
【００３６】
インバータ２は、具体的にはＰＷＭ（Pulse Width Modulation）インバータである。より具体的には、インバータ２は、直流電源と変換回路とを有している。直流電源は、直流電圧を出力する。変換回路は、ＰＷＭ制御によって、直流電圧を電圧ベクトル（３相交流電圧）に変換する。インバータ２は、電圧ベクトルを３相回転機１に印加する。
【００３７】
以下では、ｄｑ座標系に基づいて回転機制御装置３を説明することがある。また、αβ座標系に基づいて回転機制御装置３を説明することもある。ｄｑ座標系及びαβ座標系は、二次元の直交座標系である。ｄｑ座標系及びαβ座標系について、図２Ａ及び図２Ｂを用いて説明する。
【００３８】
図２Ａに示すｄｑ座標系は、回転座標系である。ｄ軸及びｑ軸は、回転子磁束ベクトル（二次磁束ベクトル）の回転速度（角速度）と同じ速度で回転する。反時計回り方向が、位相の進み方向である。ｄ軸は、回転子磁束ベクトル（二次磁束ベクトル）の方向に延びる軸として設定されている。ｑ軸は、ｄ軸を進み方向に９０度回転させた軸として設定されている。Ｕ軸は、Ｕ相巻線に対応する。Ｖ軸は、Ｖ相巻線に対応する。Ｗ軸は、Ｗ相巻線に対応する。Ｕ軸、Ｖ軸及びＷ軸は、回転子が回転しても、回転しない。つまり、Ｕ軸、Ｖ軸及びＷ軸は、固定軸である。角度（位相）θは、Ｕ軸からみたｄ軸の進み角である。角度θは、回転子位置又は磁極位置とも称される。
【００３９】
角速度ω2nは、回転子の角速度を表す。角速度ωは、一次磁束ベクトルの角速度又は二次磁束ベクトルの角速度（これらの角速度は同じである）を表す。誘導機のような非同期機の場合は回転子角速度ω2nと角速度ωの間には差があり、すべり周波数と呼ばれる。同期リラクタンスモータ等の同期機では回転子角速度ω2nと角速度ωは等しい。本明細書では、特に断りが無い限り、角度は電気角を意味する。ｄ軸とｑ軸との間の角度、角度θ、回転子角速度ω2n及び角速度ωは、電気角に基づいた値である。回転子角速度ω2n及び角速度ωの単位はｒａｄ／秒である。
【００４０】
図２Ｂに示すαβ座標系は、固定座標系である。α軸及びβ軸は、固定軸である。反時計回り方向が、位相の進み方向である。α軸は、Ｕ軸と同一方向に延びる軸として設定されている。β軸は、α軸を進み方向に９０度回転させた軸として設定されている。
【００４１】
図１に示すように、回転機制御装置３は、３相回転機１を流れる３相電流（回転機電流ベクトル）ｉ1を検出する。回転機制御装置３には、指令トルクＴe*が入力される。回転機制御装置３は、３相電流ｉ1と指令トルクＴe*とを用いて、インバータ２を介して３相回転機１を制御する。
【００４２】
（回転機制御装置３の構成）
図３は、本実施形態の回転機制御装置３のブロック図である。図３に示すように、回転機制御装置３は、電流センサ５、３相２相座標変換部２２、磁束推定部（一次磁束推定部）２３、電流特定部２４、電流制限値特定部３２、トルク制限値特定部２５、トルク推定部２６、トルク制限部２７、トルク制御部２８、磁束指令演算部２９、電圧指令演算部３０及び２相３相座標変換部３１を備えている。
【００４３】
回転機制御装置３の一部又は全部の要素は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）又はマイクロコンピュータにおいて実行される制御アプリケーションによって提供され得る。ＤＳＰ又はマイクロコンピュータは、コア、メモリ、Ａ／Ｄ変換回路及び通信ポート等の周辺装置を含んでいてもよい。また、回転機制御装置３の一部又は全部の要素は、論理回路によって構成されていてもよい。
【００４４】
以下、回転機制御装置３の動作の概要を説明する。電流センサ５によって、Ｕ相電流ｉu及びＶ相電流ｉvが検出される。Ｕ相電流ｉuは、３相電流ｉのＵ相成分である。Ｖ相電流ｉvは、３相電流ｉのＶ相成分である。３相２相座標変換部２２によって、Ｕ相電流ｉu及びＶ相電流ｉvが、２相電流ｉαβに変換される。電流特定部２４によって、２相電流ｉαβと、指令２相電圧ｖαβ*とから負荷電流ベクトルｉLαβが求められる。電流制限値特定部３２によって、回転機電流制限値Ｉamと、２相電流ｉαβと、指令２相電圧ｖαβ*とから、負荷電流制限値ＩLamが求められる。磁束推定部２３によって、２相電流ｉαβと、指令２相電圧ｖαβ*とから、推定磁束Ψαβと、推定磁束Ψαβの位相θsとが求められる。つまり、磁束推定部２３によって、電機子鎖交磁束（一次磁束ベクトル、又は、固定子磁束ベクトルとも称する）が推定される。トルク制限値特定部２５によって、負荷電流ｉLαβと、負荷電流制限値ＩLamと、推定磁束Ψαβとから、トルク制限値Ｔlimが特定される。トルク推定部２６によって、負荷電流ｉLαβと、推定磁束Ψαβとから、回転機トルクが特定される（推定トルクＴeが特定される）。トルク制限部２７によって、指令トルクＴe*と、トルク制限値Ｔlimとから、第二の指令トルクＴe**が特定される。トルク制御部２８によって、第二の指令トルクＴe**と、推定トルクＴeと、位相θsとから、指令位相θs*が特定される。磁束指令演算部２９によって、指令磁束振幅｜Ψαβ*｜と、指令位相θs*とから、指令磁束ベクトルΨαβ*が特定される。電圧指令演算部３０によって、指令磁束ベクトルΨαβ*と、推定磁束Ψαβと、２相電流ｉαβとから、指令２相電圧ｖαβ*が特定される。２相３相座標変換部３１によって、指令２相電圧ｖαβ*が、指令３相電圧ｖuvw*に変換される。指令３相電圧ｖuvw*は、インバータ２に参照される。このような制御によって、３相回転機１は、回転機電圧ベクトル、一次磁束ベクトル及び回転機トルクが、指令電圧ベクトルｖαβ*（ｖuvw*）、指令磁束ベクトルψαβ*及び第二の指令トルクＴe**に追従するように制御される。
【００４５】
本明細書では、２相電流ｉαβは、実際に３相回転機１を流れる電流ではなく、情報として伝達される電流値を意味する。同様に、負荷電流ベクトルｉLαβ、鉄損電流ベクトルｉRαβ、指令２相電圧ｖαβ*、推定磁束Ψαβ、位相θs、指令位相θs*、推定トルクＴe、指令トルクＴe*、指令トルクＴe**、指令磁束振幅｜Ψαβ*｜、指令磁束ベクトルΨαβ*及び指令３相電圧ｖuvw*等も、情報として伝達される値を意味する。
【００４６】
次に、回転機制御装置３の詳細を説明する。
【００４７】
（電流センサ５）
電流センサ（電流検出部）５は、回転機電流ベクトルを検出する。回転機電流ベクトルは、３相回転機１の固定子を流れる電流のベクトルである。本実施形態では、電流センサ５は、Ｕ相電流ｉu及びＶ相電流ｉvを検出する。電流センサ５は、Ｕ相電流ｉu及びＶ相電流ｉvを出力する。
【００４８】
（３相２相座標変換部２２）
３相２相座標変換部２２は、３相電流ｉ1を２相電流ｉαβに変換する。本実施形態では、３相２相座標変換部２２は、Ｕ相電流ｉu及びＶ相電流ｉvを、α軸電流ｉα及びβ軸電流ｉβ（２相電流ｉαβ）に変換する。α軸電流ｉα及びβ軸電流ｉβは、磁束推定部２３、電圧指令演算部３０及び電流特定部２４に与えられる。なお、Ｕ相及びＶ相の２相以外の組み合わせの２相の電流を測定するように電流センサ５が設けられていてもよい。この場合も、測定された電流に基づいてα軸電流ｉα及びβ軸電流ｉβが特定されるように、３相２相座標変換部２２が構成され得る。
【００４９】
（電流特定部２４）
電流特定部２４は、回転機電流ベクトル（２相電流ｉαβ）と、指令電圧ベクトル（指令２相電圧）ｖαβ*と、鉄損抵抗と、を用いて、負荷電流ベクトルｉLαβを特定する。負荷電流ベクトルｉLαβは、回転機電流ベクトルｉαβから鉄損電流ベクトル（固定子鉄損電流ベクトル）ｉRαβを差し引いたベクトルである。負荷電流ベクトルｉLαβは、３相回転機１の固定子から回転子へ伝達されるエネルギーに対する固定子鉄損の割合に応じて変化するベクトルである。鉄損電流ベクトルｉRαβもまた、上記割合に応じて変化するベクトルである。具体的に、上記割合がゼロであるときは、負荷電流ベクトルｉLαβは回転機電流ベクトルｉαβと同じであり、鉄損電流ベクトルｉRαβはゼロである。上記割合が大きくなればなるほど、負荷電流ベクトルｉLαβの位相と回転機電流ベクトルｉαβの位相との差が大きくなり、及び／又は負荷電流ベクトルの振幅｜ｉLαβ｜＝（ｉLα2＋ｉLβ2）1/2と回転機電流ベクトルの振幅｜ｉαβ｜＝（ｉα2＋ｉβ2）1/2との差が大きくなる。
【００５０】
必要に応じて（例えば、式（２１）を用いた制御を行う場合には）、電流特定部２４は、回転機電流ベクトル（２相電流ｉαβ）と、指令電圧ベクトル（指令２相電圧）ｖαβ*と、鉄損抵抗と、を用いて、鉄損電流ベクトルｉRαβと、負荷電流ベクトルｉLαβと、を特定することができる。具体的に、電流特定部２４は、負荷電流ベクトルｉLαβ（及び鉄損電流ベクトルｉRαβ）を特定する際に、回転機電流ベクトルｉαβ及び鉄損抵抗とともに固定子抵抗を用いる。
【００５１】
具体的には、電流特定部２４は、式（１）、（２）、（３）及び（４）を用いて、負荷電流ベクトルｉLαβ（負荷電流ｉLα,ｉLβ）と鉄損電流ベクトルｉRαβ（鉄損電流ｉRα,ｉRβ）を特定することができる。式（１）及び（２）におけるＲaは、３相回転機１の１相当たりの固定子抵抗である。Ｒcは、３相回転機１の１相あたりの鉄損抵抗である。式（５）に示すように、鉄損抵抗は、角速度ωに依存した式で表される。本実施形態では、鉄損抵抗Ｒcは、一次磁束ベクトルの角速度ωが大きくなればなるほど大きくなる。式（５）におけるＲc0は、渦電流損を示す調整用の抵抗値である。Ｒc1は、ヒステリシス損を示す調整用の抵抗値である。これらの抵抗値Ｒc0及びＲc1は、鉄損抵抗を同定する際に用いられる。式（１）〜（５）から理解されるように、本実施形態の電流特定部２４は、一次磁束ベクトルの角速度ωに応じて変化する鉄損抵抗Ｒcと、回転機電流ベクトルｉαβと、指令電圧ベクトル（指令２相電圧ｖαβ*）とから、負荷電流ベクトルｉLαβを特定する。
【００５２】
【数１】
2018046723.tif 000003
【００５３】
なお、式（１）及び（２）の固定子抵抗Ｒaを無視することもできる。例えば、３相回転機１の回転数が高い場合には固定子抵抗Ｒaは鉄損抵抗Ｒcと比べて非常に小さくなる。このため、この場合には、固定子抵抗Ｒaを無視しても、十分な精度で負荷電流ｉLα及びｉLβが特定され得る。
【００５４】
一次磁束ベクトルの角速度に代えて、同角速度と同じである別の物理量の角速度を用いることもできる。要するに、鉄損抵抗は、推定された一次磁束ベクトルの角速度と同じである基準角速度を用いて特定され得る。基準角速度としては、一次磁束ベクトルの角速度、二次磁束ベクトルの角速度、指令電圧ベクトルの角速度及び回転機電流ベクトルｉαβの角速度が例示される。本実施形態の負荷電流ベクトルｉLαβ及び固定子鉄損電流ベクトルｉRαβは、基準角速度、回転機電流ベクトルｉαβ及び指令電圧ベクトル（指令２相電圧ｖαβ*）の関数である。
【００５５】
負荷電流ベクトルｉLαβ及び固定子鉄損電流ベクトルｉRαβの特定の際に、指令電圧ベクトル（指令２相電圧ｖαβ*）に代えて、検出された回転機電圧ベクトル（２相電圧ｖαβ）を用いることもできる。すなわち、式（１）の「ｖα*」を「ｖα」に置き換え、式（２）の「ｖβ*」を「ｖβ」に置き換えることができる。具体的には、電流特定部２４は、３相回転機１に印加されている回転機電圧ベクトルの検出値を３相２相変換させて得た２相電圧（２相電圧ｖαβ）を用いて負荷電流ｉLαβを特定するものであってもよい。
【００５６】
式（５）における一次磁束ベクトルの角速度ωとして、推定値を用いることができる。ωの推定値として、磁束推定部２３で得た推定磁束Ψαβの位相θsを時間微分を用いることができる。この時間微分として、１制御周期前に磁束推定部２３で得られた推定磁束Ψαβの位相θsから２制御周期前に磁束推定部２３で得られた推定磁束Ψαβの位相θsを差し引いた差分を制御周期Ｔsで割った値を用いることができる。もちろん、基準角速度として、推定値を用いることができる。基準角速度の推定値として、ωの推定値と同様、上記物理量の位相の時間微分を用いることができる。
【００５７】
（磁束推定部２３）
磁束推定部２３は、指令電圧ベクトル（指令２相電圧）ｖαβ*を用いて、一次磁束ベクトルを推定する（推定磁束Ψαβを特定する）。本実施形態では、磁束推定部２３は、２相電流ｉαβと、指令２相電圧ｖαβ*とを用いて、推定磁束Ψαβを特定する。具体的に、磁束推定部２３は、式（６）、（７）及び（８）を用いて、推定磁束Ψαβ（推定磁束Ψα，Ψβ）及び推定磁束Ψαβの位相θsを求める。式（６）及び（７）の右辺の積分は、基準時刻（ｔ＝０）から現時点までの時間積分を表す。Ψα|t=0は、ｔ＝０における推定磁束Ψαの値（初期値）である。Ψβ|t=0は、ｔ＝０における推定磁束Ψβの値（初期値）である。推定磁束Ψαβは、電圧指令演算部３０及びトルク制限値特定部２５に与えられる。位相θsは、トルク制御部２８に与えられる。
【００５８】
【数２】
2018046723.tif 000004
【００５９】
なお、推定磁束の特定の際に、指令電圧ベクトル（指令２相電圧ｖαβ*）に代えて、検出された回転機電圧ベクトル（２相電圧ｖαβ）を用いることもできる。具体的には、磁束推定部２３は、指令２相電圧ｖαβ*に代えて、３相回転機１に印加されている回転機電圧ベクトルの検出値を３相２相変換させて得た２相電圧（２相電圧ｖαβ）を用いて、推定磁束Ψαβを求めるものであってもよい。
【００６０】
（トルク推定部２６）
トルク推定部２６は、式（９）を用いて、負荷電流ベクトルｉLαβと、推定磁束Ψαβ（推定磁束Ψα，Ψβ）と、３相回転機１の極対数Ｐnとから、回転機トルクを推定する（推定トルクＴeを特定する）。
【００６１】
【数３】
2018046723.tif 000005
【００６２】
（電流制限値特定部３２）
電流制限値特定部３２は、回転機電流制限値（第１の電流制限値）Ｉamを用いて、負荷電流制限値（第２の電流制限値）ＩLamを特定する。負荷電流制限値ＩLamは、回転機電流ベクトルｉαβの振幅を回転機電流制限値Ｉamに追従させる場合に負荷電流ベクトルｉLαβの振幅が追従するべき値である。回転機電流制限値Ｉamは、一例では、回転機制御装置３に格納されており、別例では、上位制御装置から与えられる。本実施形態では、回転機電流制限値Ｉamは定数である。回転機電流制限値Ｉamは、３相回転機１の定格電流に基づいて定めることができる。一例では、回転機電流制限値Ｉamは、３相回転機１の電流ベクトルの振幅の定格値の８０％〜１００％である。ただし、回転機電流制限値Ｉamは、任意に設定可能である。
【００６３】
本実施形態の電流制限値特定部３２は、回転機電流制限値（第１の電流制限値）Ｉamと、回転機電流ベクトルｉαβと、指令電圧ベクトル（指令２相電圧ｖαβ*）と、を用いて、負荷電流制限値（第２の電流制限値）ＩLamを特定する。具体的に、この特定では、固定子抵抗Ｒa及び鉄損抵抗Ｒcも用いられる。より具体的に、電流制限値特定部３２は、式（１０）を用いて負荷電流制限値ＩLamを特定する。なお、（Ｖa*）2＝（ｖα*2＋ｖβ*2）である。
【００６４】
【数４】
2018046723.tif 000006
【００６５】
以下、図４Ａ及び４Ｂを参照しながら式（１０）について説明する。図４Ａは、鉄損を考慮した誘導機の等価回路である。図４Ｂは、誘導機のベクトル図である。図４Ａ及び図４Ｂのｖaは、３相回転機１に印加される電圧ベクトル（２相電圧）である。ｉ1は、回転機電流ベクトルｉαβに対応する。ｉRは、鉄損電流ベクトルｉRαβに対応する。ｉLは、負荷電流ベクトルｉLαβに対応する。ｉ2nは、正規化回転子電流である。ｉfは、回転子励磁電流である。Ψ1は、固定子鎖交磁束（一次磁束）である。Ψ2nは、正規化回転子磁束（正規化二次磁束）である。先に述べた通り、ω2nは回転子角速度であり、Ｒaは固定子抵抗であり、Ｒcは鉄損抵抗である。Ｌ1tは、総合固定子漏れインダクタンスである。Ｍnは、正規化相互インダクタンスである。Ｒ2nは、正規化回転子抵抗である。Ｊは、２×２交代行列である。これらのパラメータに関し、式（１１）〜（１８）が成立する。
【００６６】
【数５】
2018046723.tif 000007
【００６７】
式（１３）のｉ2は、回転子電流である。Ｍは、相互インダクタンスである。Ｌ2は、回転子インダクタンスである。式（１５）のＲ2は、回転子抵抗である。式（１６）のＬ1は、固定子インダクタンスである。式（１７）のΨ2は、回転子磁束（二次磁束）である。
【００６８】
図４Ｂから理解されるように、ｉ1はｉRとｉLのベクトル和である（ｉαβはｉRαβとｉLαβのベクトル和である）。｜ｉL｜2＝｜ｉ1−ｉR｜2という関係式が成立する。この関係式を式（１９）に従って変形する。変形後の関係式から、負荷電流ベクトルの振幅｜ｉL｜＝ＩLに関する式（２０）が得られる。なお、（Ｖa）2＝（ｖα2＋ｖβ2）であり、（Ｉa）2＝（ｉα2＋ｉβ2）である。式（２０）から、回転機電流ベクトルがｉαβでありかつ回転機電圧ベクトルがｖαβであるときにおいて、回転機電流ベクトルｉαβの振幅をＩamに追従させるべき場合には、負荷電流ベクトルの振幅をＩL＝１／ＲC（（ｖα2＋ｖβ2）−２（Ｒ1＋Ｒc）（ｖαｉα＋ｖβｉβ）2＋（Ｒ1＋Ｒc）2Ｉam2）1/2に追従させればよいことが分かる。式（１０）は、振幅ＩLをＩLamとして用いようというものである。なお、式（１０）〜（２０）の理解には非特許文献２が役立つので参照されたい。
【００６９】
【数６】
2018046723.tif 000008
【００７０】
なお、式（１０）では、式（２０）とは異なり、「ｖα」及び「ｖβ」ではなく「ｖα*」及び「ｖβ*」を用いている。ただし、負荷電流制限値ＩLamの特定の際に、指令電圧ベクトル（指令２相電圧ｖαβ*）に代えて、検出された回転機電圧ベクトル（２相電圧ｖαβ）を用いることもできる。具体的には、電流制限値特定部３２は、指令２相電圧ｖαβ*に代えて、３相回転機１に印加されている回転機電圧ベクトルの検出値を３相２相変換させて得た２相電圧（２相電圧ｖαβ）を用いて、負荷電流制限値ＩLamを求めるものであってもよい。
【００７１】
なお、式（１０）の固定子抵抗Ｒaを無視することもできる。例えば、３相回転機１の回転数が高い場合には固定子抵抗Ｒaは鉄損抵抗Ｒcと比べて非常に小さくなる。このため、この場合には、固定子抵抗Ｒaを無視しても、十分な精度で負荷電流制限値ＩLamが特定され得る。
【００７２】
また、式（１０）を用いた制御は、３相回転機１が誘導機ではなく同期機である場合も適用可能である（図４Ａの電磁負荷の部分が変わるが、式（１０）は成立する）。
【００７３】
変形例の電流制限値特定部３２は、回転機電流制限値（第１の電流制限値）Ｉamと鉄損電流ベクトルｉRαβとを用いて、負荷電流制限値（第２の電流制限値）ＩLamを特定する。具体的に、電流制限値特定部３２は、回転機電流制限値Ｉamの２乗から鉄損電流ベクトルｉRαβの振幅の２乗を差し引いた値を１／２乗することによって、負荷電流制限値ＩLamを特定する。つまり、電流制限値特定部３２は、式（２１）を用いて負荷電流制限値ＩLamを特定する。変形例は、図４Ｃに示すような、ｉαβはｉRαβとｉLαβのベクトル和でありかつｉRαβとｉLαβとが直交するという関係が概ね成立するときに、好適に採用され得る。つまり、変形例は、（ｉLα2＋ｉLβ2）1/2≒（（ｉα2＋ｉβ2）−（ｉRα2＋ｉRβ2））1/2のときに、好適に採用され得る。変形例は、例えば、３相回転機１が誘導機でありかつ負荷が小さいときに、好適に採用され得る。
【００７４】
【数７】
2018046723.tif 000009
【００７５】
本実施形態の電流制限値特定部３２及び変形例の電流制限値特定部のいずれによっても、負荷電流制限値ＩLamを回転機電流制限値Ｉamに適切に対応づけることができる。
【００７６】
（トルク制限値特定部２５）
トルク制限値特定部２５は、負荷電流ベクトルｉLαβと、負荷電流制限値（第２の電流制限値）ＩLamと、推定された一次磁束ベクトル（推定磁束Ψαβ）と、を用いて、トルク制限値Ｔlimを特定する。トルク制限値Ｔlimは、負荷電流ベクトルｉLαβの振幅を負荷電流制限値ＩLamに追従させる場合に回転機トルク（の絶対値）が追従するべき値である。具体的に、トルク制限値特定部２５は、負荷電流ベクトルｉLαβ及び推定磁束Ψαβの内積と、推定磁束Ψαβの振幅と、負荷電流制限値ＩLamとを用いて、トルク制限値Ｔlimを特定する。
【００７７】
本実施形態のトルク制限値特定部２５は、無効電力成分特定部（第１部分）１５２と、皮相電力成分特定部（第２部分）１５３と、有効電力成分特定部（第３部分）１５４とを有している。
【００７８】
無効電力成分特定部（第１部分）１５２は、推定磁束Ψαβ及び負荷電流ベクトルｉLαβから、無効電力に関する成分ＴQを特定する。式（２２）に示すように、無効電力成分ＴQは、推定磁束Ψαβ及び負荷電流ベクトルｉLαβの内積と、３相回転機１の極対数Ｐnとの積（第１の積）である。
【００７９】
【数８】
2018046723.tif 000010
【００８０】
皮相電力成分特定部（第２部分）１５３は、推定磁束Ψαβの振幅｜Ψαβ｜＝（Ψα2＋Ψβ2）1/2と、負荷電流制限値ＩLamとから、皮相電力に関係する成分ＴAを特定する。式（２３）に示すように、皮相電力成分ＴAは、極対数Ｐnと、推定磁束Ψαβの振幅｜Ψαβ｜と、負荷電流制限値ＩLamと、の積（第２の積）である。
【００８１】
【数９】
2018046723.tif 000011
【００８２】
有効電力成分特定部（第３部分）１５４は、無効電力成分ＴQ及び皮相電力成分ＴAから、トルク制限値Ｔlimを特定する。具体的に、有効電力成分特定部１５４は、式（２４）に示すように、皮相電力成分ＴAの２乗から無効電力成分ＴQの２乗を差し引いた値を１／２乗することによってトルク制限値Ｔlimを特定する。
【００８３】
【数１０】
2018046723.tif 000012
【００８４】
以上のように、トルク制限値特定部２５は、負荷電流制限値ＩLamを用いてトルク制限値Ｔlimを特定する。このようにすれば、以下の理由で、トルク制限値Ｔlimが適切に特定され易い。すなわち、負荷電流制限値ＩLamは、負荷電流ベクトルｉLαβの振幅が追従するべき値である。このため、負荷電流制限値ＩLamは、負荷電流ベクトルｉLαβと同様、３相回転機１の固定子鉄損ではなく回転機の固定子から回転子へのエネルギー伝達に対応する。トルク制限値Ｔlimは、回転機トルクが追従するべき値である。このため、トルク制限値Ｔlimは、回転機トルクと同様、３相回転機１の固定子鉄損ではなく上記エネルギー伝達に対応する。このように、負荷電流制限値ＩLam及びトルク制限値Ｔlimは、いずれも上記エネルギー伝達に対応する。このため、負荷電流制限値ＩLamを用いてトルク制限値Ｔlimを特定すれば、トルク制限値Ｔlimに固定子鉄損に由来する誤差が生じ難い。
【００８５】
また、トルク制限値特定部２５によれば、トルク制限値Ｔlimを運転状態に応じて逐次更新することが可能となる。
【００８６】
（トルク制限部２７）
トルク制限部２７は、（第１の）指令トルクＴe*から、（第２の）指令トルクＴe**を特定する。具体的に、トルク制限部２７は、式（２５）により、指令トルクＴe*を求める。すなわち、トルク制限部２７は、指令トルクを修正可能である。指令トルクＴe*は、例えば速度制御装置から与えられる。
【００８７】
【数１１】
2018046723.tif 000013
【００８８】
要するに、トルク制限部２７は、トルク制限部２７に与えられた指令トルクＴe*の絶対値がトルク制限値Ｔlim未満である場合には、指令トルクＴe*を修正しない。つまり、第２の指令トルクＴe**として第１の指令トルクＴe*を出力する。上記絶対値がトルク制限値Ｔlim以上である場合には、上記絶対値をトルク制限値Ｔlimに置き換える。つまり、第２の指令トルクＴe**としてトルク制限値Ｔlimを出力する。
【００８９】
（トルク制御部２８）
トルク制御部２８は、推定トルクＴeと、第２の指令トルクＴe**と、位相θsとから、指令位相θs*を特定する。図５に示すように、本実施形態のトルク制御部２８は、トルク誤差演算部４０と、位相補正量演算部３８と、加算部３６とを有している。トルク誤差演算部４０は、推定トルクＴeと指令トルクＴe**との差であるトルク誤差ΔＴ（＝Ｔe**−Ｔe）を特定する。位相補正量演算部３８は、ΔＴをゼロに収束させるための比例積分制御によって、位相補正量ΔθS*を特定する。加算部３６は、位相θSと位相補正量ΔθS*との合計θS*（＝θS＋ΔθS*）を求める。なお、推定トルクＴeに代えて、トルクの検出値を用いることもできる。
【００９０】
（磁束指令演算部２９）
磁束指令演算部２９は、指令磁束振幅｜Ψαβ*｜と、指令位相θs*とから、指令磁束ベクトルΨαβ*を特定する。指令磁束ベクトルΨαβ*は、電機子鎖交磁束が追従するべきベクトルである。具体的に、磁束指令演算部２９は、式（２６）及び（２７）を用いて指令磁束ベクトルΨαβ*を求める。指令磁束ベクトルΨαβ*は、電圧指令演算部３０に与えられる。本実施形態では、指令磁束振幅｜Ψαβ*｜は、速度制御装置から与えられる。テーブルによって、指令トルクＴe**から指令磁束振幅｜Ψαβ*｜を特定することもできる。
【００９１】
【数１２】
2018046723.tif 000014
【００９２】
（電圧指令演算部３０）
電圧指令演算部３０は、指令磁束ベクトルΨαβ*と推定磁束Ψαβとの差と、２相電流ｉαβとから、指令２相電圧ｖαβ*（指令α軸電圧ｖα*及び指令β軸電圧ｖβ*）を特定する。本実施形態では、電圧指令演算部３０は、式（２８）を用いて、指令２相電圧ｖαβ*を求める。式（２８）におけるＴsは、制御周期（サンプリング周期）である。なお、３相回転機１が高速回転しているときは、固定子抵抗Ｒaに基づく電圧降下が非常に小さい。このため、電圧指令演算部３０は、式（２８）の右辺第２項を無視して、指令磁束ベクトルΨαβ*と推定磁束Ψαβとの差から、指令２相電圧ｖαβ*を特定するように構成されていてもよい。指令２相電圧ｖαβ*は、２相３相座標変換部３１に与えられる。
【００９３】
【数１３】
2018046723.tif 000015
【００９４】
（２相３相座標変換部３１）
２相３相座標変換部３１は、指令２相電圧ｖαβ*を、指令３相電圧ｖuvw*に変換する。その後、指令３相電圧ｖuvw*に対応する電圧ベクトルが、インバータ２によって生成され、３相回転機１に印加される。
【００９５】
（負荷電流ベクトルについての補足）
負荷電流ベクトルについて、補足する。３相回転機１の特性は、図６に示す等価回路により説明され得る。固定子損失回路５１は、固定子の損失を表現するものである。固定子負荷回路５２は、固定子側からみた損失のない負荷を表現するものである。ｖαβは、３相回転機１に印加される電圧ベクトル（２相電圧）である。ｉαβは３相回転機１の固定子を流れる電流のベクトル（回転子電流ベクトル）である。ｉRαβは、鉄損抵抗Ｒcを流れる等価的な電流のベクトル（鉄損電流ベクトル）である。ｖLαβは、負荷に印加される負荷電圧ベクトルである。固定子損失回路５１及び固定子負荷回路５２から構成されるベクトル等価回路について、式（２９）〜（３１）が成立する。
【００９６】
【数１４】
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【００９７】
式（２９）〜（３１）から、式（１）及び（２）が導かれる。また、詳細な説明は省略するが、式（５）に示すように鉄損抵抗ＲcをＲc0、Ｒc1及びωを用いて表現することは、渦電流損は一次磁束ベクトル（鎖交磁束ベクトル）の振幅の２乗と角速度の２乗の積に比例し、ヒステリシス損は一次磁束ベクトルの振幅の２乗と角速度の積に比例するという理論とも整合する。
【００９８】
回転機においては、固定子と回転子は電磁的に結合している。固定子に印加された電気エネルギーは、この電磁結合により回転子に伝達される。図６を用いて説明すると、固定子負荷回路５２に流れ込む負荷電流ベクトルｉLαβが、回転子へのエネルギー伝達に寄与する。本発明者らの検討によれば、回転機電流ベクトルｉαβを鉄損電流ベクトルｉRαβと負荷電流ベクトルｉLαβとに分離し、負荷電流ベクトルｉLαβを用いてトルク制限値Ｔlimを計算すれば、回転子へのエネルギー伝達に寄与しない鉄損の影響を避けつつ、精度のよい制御が可能となる。
【００９９】
なお、負荷電流ベクトルｉLαβを用いて指令２相電圧ｖαβ*を特定することもできる。しかし、本実施形態の電圧指令演算部３０は、２相電流ｉαβを用いて指令２相電圧ｖαβ*を特定する。式（２８）から理解されるように、このようにすれば、２相電圧ｖαβ*を、２相電流ｉαβ及び固定子抵抗Ｒaに基づく電圧降下と、磁束の時間微分とにより容易に特定できるというメリットがある。すなわち、本実施形態では、トルク制限値Ｔlimの特定に負荷電流ベクトルｉLαβを反映させる一方で指令２相電圧ｖαβ*を２相電流ｉαβを用いて特定することで、トルク制限値Ｔlimの特定精度と指令２相電圧ｖαβ*の特定容易性の両方を確保している。
【０１００】
本明細書の回転機制御装置３について説明した事項は、モータ制御装置としても、発電機制御装置としても適用できる。両方の場合において、制御の態様は実質的に同じであるためである。
【０１０１】
従来の技術では、３相回転機の鉄損の割合が大きい場合には、直接トルク制御に電流制限を組み合わせた制御を精度よく行うことは難しい。しかし、本開示に係る技術によれば、３相回転機の鉄損の割合が高い場合であっても、直接トルク制御に電流制限を組み合わせた制御を精度よく行うことができる。
【０１０２】
本開示に係る技術は、同期電動機、同期発電機、誘導電動機及び誘導発電機等の回転機に適用できる。それらの回転機は、冷暖房装置又は給湯機に使用されるヒートポンプ式冷凍装置に適合したものである。
【符号の説明】
【０１０３】
１  ３相回転機
２  インバータ
３  回転機制御装置
５  電流センサ
２２  ３相２相座標変換部
２３  磁束推定部（一次磁束推定部）
２４  電流特定部
２５  トルク制限値特定部
２６  トルク推定部
２７  トルク制限部
２８  トルク制御部
２９  磁束指令演算部
３０  電圧指令演算部
３１  ２相３相座標変換部
３２  電流制限値特定部
３６  加算部
３８  位相補正量演算部
４０  トルク誤差演算部
５１  固定子損失回路
５２  固定子負荷回路
１５２  無効電力成分特定部
１５３  皮相電力成分特定部
１５４  有効電力成分特定部
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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