(57)【要約】【課題】誘導機の電流ベクトルを制御せず磁束ベクトルを制御する場合において、３相誘導機のすべり角速度及び／又は回転子速度を推定可能な技術を提供する。【解決手段】磁束有効電力成分特定ユニット１５０は、電圧ベクトルと、検出された３相誘導機１０２の固定子電流ベクトルである検出電流ベクトルと、を用いて、３相誘導機１０２の二次磁束ベクトルと同じ向きのベクトルである第２の二次磁束ベクトルと、有効電力成分と、を特定する。誘導機制御装置１００は、有効電力成分と、第２の二次磁束ベクトルと、を用いて、３相誘導機１０２のすべり角速度を特定する。【選択図】図３
2018102120.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３相誘導機の一次磁束ベクトルが指令磁束ベクトルに追従するように、インバータを用いて前記３相誘導機に電圧ベクトルを印加する誘導機制御装置であって、
前記電圧ベクトルと、検出された前記３相誘導機の固定子電流ベクトルである検出電流ベクトルと、を用いて、前記３相誘導機の二次磁束ベクトルと同じ向きのベクトルである第２の二次磁束ベクトルと、前記３相誘導機の（ｉ）有効電力、（ii）トルク又は（iii）有効電力若しくはトルクに比例する値である有効電力成分と、を特定する磁束有効電力成分特定ユニットを備え、
前記誘導機制御装置は、前記有効電力成分と、前記第２の二次磁束ベクトルと、を用いて、前記３相誘導機のすべり角速度を特定する、誘導機制御装置。
【請求項２】
前記磁束有効電力成分特定ユニットは、前記電圧ベクトルと、前記検出電流ベクトルと、を用いて、前記一次磁束ベクトルを特定し、
前記誘導機制御装置は、位相特定部と、回転子速度特定部と、を備え、
前記位相特定部は、前記磁束有効電力成分特定ユニットによって特定された前記一次磁束ベクトルである第１の一次磁束ベクトルの位相を特定し、
前記回転子速度特定部は、前記第１の一次磁束ベクトルの位相の時間差分を用いて特定された前記第１の一次磁束ベクトルの回転速度と、前記有効電力成分と、前記第２の二次磁束ベクトルと、を用いて、前記３相誘導機の回転子速度を特定する、請求項１に記載の誘導機制御装置。
【請求項３】
３相誘導機の一次磁束ベクトルが指令磁束ベクトルに追従するように、インバータを用いて前記３相誘導機に電圧ベクトルを印加する誘導機制御装置であって、
前記電圧ベクトルと、検出された前記３相誘導機の固定子電流ベクトルである検出電流ベクトルと、を用いて、前記一次磁束ベクトルと、前記３相誘導機の二次磁束ベクトルと同じ向きのベクトルである第２の二次磁束ベクトルと、前記３相誘導機の（ｉ）有効電力、（ii）トルク又は（iii）有効電力若しくはトルクに比例する値である有効電力成分と
、を特定する磁束有効電力成分特定ユニットと、
前記磁束有効電力成分特定ユニットによって特定された前記一次磁束ベクトルである第１の一次磁束ベクトルの位相を特定する位相特定部と、
前記位相の時間差分を用いて特定された前記第１の一次磁束ベクトルの回転速度と、前記有効電力成分と、前記第２の二次磁束ベクトルと、を用いて、前記３相誘導機の回転子速度を特定する回転子速度特定部と、を備えた、誘導機制御装置。
【請求項４】
前記誘導機制御装置は、前記回転子速度が指令速度に追従するように構成されており、
前記誘導機制御装置は、指令トルク特定部と、指令振幅特定部と、を備え、
前記指令トルク特定部は、前記回転子速度を前記指令速度に追従させる場合に前記３相誘導機の前記トルクが追従するべき指令トルクを特定し、
前記指令振幅特定部は、前記指令トルクを用いて前記指令磁束ベクトルの振幅を特定する、請求項２又は３に記載の誘導機制御装置。
【請求項５】
前記誘導機制御装置は、前記回転子速度が指令速度に追従するように構成されており、
前記有効電力成分は、前記３相誘導機のトルクであり、
前記誘導機制御装置は、指令トルク特定部と、指令位相特定部と、を備え、
前記指令トルク特定部は、前記回転子速度を前記指令速度に追従させる場合に前記３相誘導機の前記トルクが追従するべき指令トルクを特定し、
前記指令位相特定部は、磁束有効電力成分特定ユニットで特定された前記トルクと前記指令トルクとの偏差であるトルク偏差をゼロに近づけるフィードバック制御によって磁束ベクトルの回転量を求め、前記第１の一次磁束ベクトルの位相に前記回転量を加算することによって、前記指令磁束ベクトルの位相を特定する、請求項２〜４のいずれか一項に記載の誘導機制御装置。
【請求項６】
前記誘導機制御装置は、すべり角速度特定部を備え、
前記すべり角速度特定部は、前記有効電力成分と、前記第２の二次磁束ベクトルと、を用いて、前記３相誘導機のすべり角速度を特定する、請求項１に記載の誘導機制御装置。
【請求項７】
前記誘導機制御装置は、指令位相特定部を備え、
前記指令位相特定部は、前記３相誘導機の回転子速度が追従するべき指令速度に前記すべり角速度を加算したものである指令一次角速度を用いて、前記一次磁束ベクトルの位相が移動するべき制御周期毎の移動量を特定し、
前記指令位相特定部は、特定された前記移動量を用いて、前記指令磁束ベクトルの位相を特定する、請求項６に記載の誘導機制御装置。
【請求項８】
前記誘導機制御装置は、指令振幅特定部を備え、
前記有効電力成分は、前記３相誘導機のトルクであり、
前記指令振幅特定部は、磁束有効電力成分特定ユニットで特定された前記トルクを用いて前記指令磁束ベクトルの振幅を特定する、請求項６又は７に記載の誘導機制御装置。
【請求項９】
前記誘導機制御装置は、前記誘導機制御装置で特定された前記３相誘導機のすべり角速度を用いて、前記一次磁束ベクトルの位相が移動するべき制御周期毎の移動量を特定し、
前記誘導機制御装置は、特定された前記移動量を用いて、前記指令磁束ベクトルの位相を特定する、請求項１〜８のいずれか一項に記載の誘導機制御装置。
【請求項１０】
前記磁束有効電力成分特定ユニットは、一次磁束特定部と、二次磁束特定部と、有効電力成分特定部と、を有し、
前記磁束有効電力成分特定ユニットによって特定される前記一次磁束ベクトルを第１の一次磁束ベクトルと定義したとき、前記一次磁束特定部は、前記電圧ベクトルを用いて前記第１の一次磁束ベクトルを特定し、
前記二次磁束特定部は、前記検出電流ベクトルと、前記第１の一次磁束ベクトルと、を用いて前記第２の二次磁束ベクトルを特定し、
前記有効電力成分特定部は、前記検出電流ベクトルと、前記第１の一次磁束ベクトル又は前記電圧ベクトルと、を用いて前記有効電力成分を特定する、請求項１〜９のいずれか一項に記載の誘導機制御装置。
【請求項１１】
前記磁束有効電力成分特定ユニットは、一次磁束特定部と、少なくとも１つの位相調整部と、二次磁束特定部と、有効電力成分特定部と、を有し、
前記磁束有効電力成分特定ユニットによって特定される前記一次磁束ベクトルを第１の一次磁束ベクトルと定義したとき、前記一次磁束特定部は、前記電圧ベクトルを用いて前記第１の一次磁束ベクトルを特定し、
前記少なくとも１つの位相調整部は、前記第１の一次磁束ベクトルの位相を遅らせたベクトルである第２の一次磁束ベクトル及び前記電圧ベクトルの位相を遅らせたベクトルである第２の電圧ベクトルの少なくとも一方を特定し、
前記二次磁束特定部は、前記検出電流ベクトルと、前記第１の一次磁束ベクトル又は前記第２の一次磁束ベクトルと、を用いて、前記第２の二次磁束ベクトルを特定し、
前記有効電力成分特定部は、前記検出電流ベクトルと、前記第１の一次磁束ベクトル若しくは前記第２の一次磁束ベクトル又は前記電圧ベクトル若しくは前記第２の電圧ベクトルと、を用いて、前記有効電力成分を特定し、
前記二次磁束特定部及び前記有効電力成分特定部の少なくとも一方で、前記第２の一次磁束ベクトル又は前記第２の電圧ベクトルが用いられる、請求項１〜９のいずれか一項に記載の誘導機制御装置。
【請求項１２】
前記磁束有効電力成分特定ユニットは、一次磁束特定部と、負荷電流特定部と、二次磁束特定部と、有効電力成分特定部と、を有し、
前記磁束有効電力成分特定ユニットによって特定される前記一次磁束ベクトルを第１の一次磁束ベクトルと定義したとき、前記一次磁束特定部は、前記電圧ベクトルを用いて前記第１の一次磁束ベクトルを特定し、
前記負荷電流特定部は、前記検出電流ベクトルを用いて、前記固定子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し、
前記二次磁束特定部は、前記検出電流ベクトル又は前記負荷電流ベクトルと、前記第１の一次磁束ベクトルと、を用いて、前記第２の二次磁束ベクトルを特定し、
前記有効電力成分特定部は、前記検出電流ベクトル又は前記負荷電流ベクトルと、前記第１の一次磁束ベクトル又は前記電圧ベクトルと、を用いて、前記有効電力成分を特定し、
前記二次磁束特定部及び前記有効電力成分特定部の少なくとも一方で、前記負荷電流ベクトルが用いられる、請求項１〜９のいずれか一項に記載の誘導機制御装置。
【請求項１３】
前記磁束有効電力成分特定ユニットは、一次磁束特定部と、負荷電流特定部と、少なくとも１つの位相調整部と、二次磁束特定部と、有効電力成分特定部と、を有し、
前記磁束有効電力成分特定ユニットによって特定される前記一次磁束ベクトルを第１の一次磁束ベクトルと定義したとき、前記一次磁束特定部は、前記電圧ベクトルを用いて前記第１の一次磁束ベクトルを特定し、
前記負荷電流特定部は、前記検出電流ベクトルを用いて、前記固定子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し、
前記少なくとも１つの位相調整部は、前記第１の一次磁束ベクトルの位相を遅らせたベクトルである第２の一次磁束ベクトル及び前記電圧ベクトルの位相を遅らせたベクトルである第２の電圧ベクトルの少なくとも一方を特定し、
前記二次磁束特定部は、前記検出電流ベクトル又は前記負荷電流ベクトルと、前記第１の一次磁束ベクトル又は前記第２の一次磁束ベクトルと、を用いて、前記第２の二次磁束ベクトルを特定し、
前記有効電力成分特定部は、前記検出電流ベクトル又は前記負荷電流ベクトルと、前記第１の一次磁束ベクトル若しくは前記第２の一次磁束ベクトル又は前記電圧ベクトル若しくは前記第２の電圧ベクトルと、を用いて、前記有効電力成分を特定し、
前記有効電力成分特定部及び前記二次磁束特定部の少なくとも一方で、前記第２の一次磁束ベクトル又は前記第２の電圧ベクトルが用いられ、
前記二次磁束特定部及び前記有効電力成分特定部の少なくとも一方で、前記負荷電流ベクトルが用いられる、請求項１〜９のいずれか一項に記載の誘導機制御装置。
【請求項１４】
前記磁束有効電力成分特定ユニットは、二次磁束特定部を有し、
前記固定子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を負荷電流ベクトルと定義し、前記磁束有効電力成分特定ユニットによって特定される前記一次磁束ベクトルを第１の一次磁束ベクトルと定義し、前記第１の一次磁束ベクトルの位相を遅らせたベクトルを第２の一次磁束ベクトルと定義し、前記固定子電流ベクトルと固定子総合漏れインダクタンスとの積を第１の積と定義し、前記負荷電流ベクトルと固定子総合漏れインダクタンスとの積を第２の積と定義したとき、前記二次磁束特定部は、前記第１の一次磁束ベクトル又は前記第２の一次磁束ベクトルから前記第１の積又は前記第２の積を差し引くことによって、前記第２の二次磁束ベクトルを特定する、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の誘導機制御装置。
【請求項１５】
３相誘導機の一次磁束ベクトルが指令磁束ベクトルに追従するように、インバータを用いて前記３相誘導機に電圧ベクトルを印加する誘導機制御方法であって、
前記電圧ベクトルと、検出された前記３相誘導機の固定子電流ベクトルである検出電流ベクトルと、を用いて、前記３相誘導機の二次磁束ベクトルと同じ向きのベクトルである第２の二次磁束ベクトルと、前記３相誘導機の（ｉ）有効電力、（ii）トルク又は（iii）有効電力若しくはトルクに比例する値である有効電力成分と、を特定する磁束有効電力成分特定ステップを備え、
前記誘導機制御方法は、前記有効電力成分と、前記第２の二次磁束ベクトルと、を用いて、前記３相誘導機のすべり角速度を特定する、誘導機制御方法。
【請求項１６】
３相誘導機の一次磁束ベクトルが指令磁束ベクトルに追従するように、インバータを用いて前記３相誘導機に電圧ベクトルを印加する誘導機制御方法であって、
前記電圧ベクトルと、検出された前記３相誘導機の固定子電流ベクトルである検出電流ベクトルと、を用いて、前記一次磁束ベクトルと、前記３相誘導機の二次磁束ベクトルと同じ向きのベクトルである第２の二次磁束ベクトルと、前記３相誘導機の（ｉ）有効電力、（ii）トルク又は（iii）有効電力若しくはトルクに比例する値である有効電力成分と
、を特定する磁束有効電力成分特定ステップと、
前記磁束有効電力成分特定ステップによって特定された前記一次磁束ベクトルである第１の一次磁束ベクトルの位相を特定する位相特定ステップと、
前記位相の時間差分を用いて特定された前記第１の一次磁束ベクトルの回転速度と、前記有効電力成分と、前記第２の二次磁束ベクトルと、を用いて、前記３相誘導機の回転子速度を特定する回転子速度特定ステップと、を備えた、誘導機制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、誘導機制御装置及び誘導機制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、誘導機を制御する技術が提案されている。非特許文献１には、誘導機の電流ベクトルを制御する技術が記載されている。特許文献１には、誘導機の磁束ベクトルを制御する技術が記載されている。特許文献２及び３並びに非特許文献２及び３には、ベクトル制御に関連する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−８００９９号公報
【特許文献２】特開平１１−９８８９８号公報
【特許文献３】特開２０１６−１００９９４号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】新中新二：「瞬時速度推定同伴の最小次元Ｄ因子磁束状態オブザーバを用いた誘導モータのセンサレスベクトル制御」、電気学会論文誌Ｄ、Ｖｏｌ．１３５、Ｎｏ．３、ｐｐ．２９９−３０７、（２０１５）
【非特許文献２】新中新二：「誘導モータのベクトル制御技術」、東京電機大学出版局、ｐｐ．１５４−１５８、（２０１５）
【非特許文献３】井上征則、森本茂雄、真田雅之、「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（A reference value calculation scheme for torque and flux and an anti-windup implementation of torque controller for direct torque control of permanent magnet synchronous motor）」電気学会論文誌Ｄ,１３０巻，６号，ｐ．７７７−７８４（２０１０年）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明者らは、誘導機の電流ベクトルを制御せず磁束ベクトルを制御する場合において、３相誘導機のすべり角速度及び／又は回転子速度を推定可能な技術には、利用価値があると考えた。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示は、
３相誘導機の一次磁束ベクトルが指令磁束ベクトルに追従するように、インバータを用いて前記３相誘導機に電圧ベクトルを印加する誘導機制御装置であって、
前記電圧ベクトルと、検出された前記３相誘導機の固定子電流ベクトルである検出電流ベクトルと、を用いて、前記３相誘導機の二次磁束ベクトルと同じ向きのベクトルである第２の二次磁束ベクトルと、前記３相誘導機の（ｉ）有効電力、（ii）トルク又は（iii）有効電力若しくはトルクに比例する値である有効電力成分と、を特定する磁束有効電力成分特定ユニットを備え、
前記誘導機制御装置は、前記有効電力成分と、前記第２の二次磁束ベクトルと、を用いて、前記３相誘導機のすべり角速度を特定する、誘導機制御装置を提供する。
【発明の効果】
【０００７】
本開示に係る技術によれば、誘導機の電流ベクトルを制御せず磁束ベクトルを制御する場合において、３相誘導機のすべり角速度及び／又は回転子速度を推定できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、３相誘導機、インバータ及び誘導機制御装置のブロック図である。
【図２Ａ】図２Ａは、ｄｑ座標系を説明するための図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、αβ座標系を説明するための図である。
【図３】図３は、実施形態１に係る誘導機制御部のブロック図である。
【図４】図４は、ＰＷＭインバータの構成図である。
【図５】図５は、磁束ベクトル及び電流ベクトルを説明するための図である。
【図６】図６は、実施形態２に係る誘導機制御部のブロック図である。
【図７】図７は、ＰＷＭインバータの電流と電圧のタイミングを表す図である。
【図８】図８は、位相のずれを説明するための図である。
【図９】図９は、実施形態３に係る誘導機制御部のブロック図である。
【図１０】図１０は、負荷電流を説明するための図である。
【図１１】図１１は、実施形態４に係る誘導機制御部のブロック図である。
【図１２】図１２は、実施形態５に係る誘導機制御部のブロック図である。
【図１３Ａ】図１３Ａは、実施形態５の指令位相特定部の一例の構成図である。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、実施形態５の指令位相特定部の一例の構成図である。
【図１３Ｃ】図１３Ｃは、実施形態５の指令位相特定部の一例の構成図である。
【図１３Ｄ】図１３Ｄは、実施形態５の指令位相特定部の一例の構成図である。
【図１４】図１４は、実施形態６に係る誘導機制御部のブロック図である。
【図１５】図１５は、実施形態６の指令位相特定部の構成図である。
【図１６】図１６は、実施形態７に係る誘導機制御部のブロック図である。
【図１７】図１７は、実施形態７の指令位相特定部の構成図である。
【図１８】図１８は、実施形態８に係る誘導機制御部のブロック図である。
【図１９】図１９は、実施形態８の指令位相特定部の構成図である。
【図２０】図２０は、実施形態９に係る誘導機制御部のブロック図である。
【図２１】図２１は、実施形態１０に係る誘導機制御部のブロック図である。
【図２２】図２２は、実施形態１１に係る誘導機制御部のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（本開示に係る一態様の概要）
本開示の第１態様に係る誘導機制御装置は、
３相誘導機の一次磁束ベクトルが指令磁束ベクトルに追従するように、インバータを用いて前記３相誘導機に電圧ベクトルを印加する誘導機制御装置であって、
前記電圧ベクトルと、検出された前記３相誘導機の固定子電流ベクトルである検出電流ベクトルと、を用いて、前記３相誘導機の二次磁束ベクトルと同じ向きのベクトルである第２の二次磁束ベクトルと、前記３相誘導機の（ｉ）有効電力、（ii）トルク又は（iii）有効電力若しくはトルクに比例する値である有効電力成分と、を特定する磁束有効電力成分特定ユニットを備え、
前記誘導機制御装置は、前記有効電力成分と、前記第２の二次磁束ベクトルと、を用いて、前記３相誘導機のすべり角速度を特定する。
【００１０】
第１態様に係る技術によれば、誘導機の電流ベクトルを制御せず磁束ベクトルを制御する場合において、３相誘導機のすべり角速度を推定できる。
【００１１】
本開示の第２態様において、例えば、第１態様に係る誘導機制御装置では、
前記磁束有効電力成分特定ユニットは、前記電圧ベクトルと、前記検出電流ベクトルと、を用いて、前記一次磁束ベクトルを特定し、
前記誘導機制御装置は、位相特定部と、回転子速度特定部と、を備え、
前記位相特定部は、前記磁束有効電力成分特定ユニットによって特定された前記一次磁束ベクトルである第１の一次磁束ベクトルの位相を特定し、
前記回転子速度特定部は、前記第１の一次磁束ベクトルの位相の時間差分を用いて特定された前記第１の一次磁束ベクトルの回転速度と、前記有効電力成分と、前記第２の二次磁束ベクトルと、を用いて、前記３相誘導機の回転子速度を特定する。
【００１２】
本開示の第３態様に係る誘導機制御装置は、
３相誘導機の一次磁束ベクトルが指令磁束ベクトルに追従するように、インバータを用いて前記３相誘導機に電圧ベクトルを印加する誘導機制御装置であって、
前記電圧ベクトルと、検出された前記３相誘導機の固定子電流ベクトルである検出電流ベクトルと、を用いて、前記一次磁束ベクトルと、前記３相誘導機の二次磁束ベクトルと同じ向きのベクトルである第２の二次磁束ベクトルと、前記３相誘導機の（ｉ）有効電力、（ii）トルク又は（iii）有効電力若しくはトルクに比例する値である有効電力成分と、を特定する磁束有効電力成分特定ユニットと、
前記磁束有効電力成分特定ユニットによって特定された前記一次磁束ベクトルである第１の一次磁束ベクトルの位相を特定する位相特定部と、
前記位相の時間差分を用いて特定された前記第１の一次磁束ベクトルの回転速度と、前記有効電力成分と、前記第２の二次磁束ベクトルと、を用いて、前記３相誘導機の回転子速度を特定する回転子速度特定部と、を備えたものである。
【００１３】
第２態様及び第３態様に係る技術によれば、電流ベクトルを制御せず磁束ベクトルを制御する場合に回転子速度を推定することができる。第２態様及び第３態様に係る技術によれば、負荷が大きい場合等、すべり角速度が大きい場合（一次磁束角速度と回転子速度が大きく乖離している場合）においても、回転子速度を推定することができる。第２態様及び第３態様の技術は、例えば、直接トルク制御（DTC:Direct Torque Control）とともに用いられ得る。
【００１４】
なお、誘導機では、すべり角速度及び回転子速度は、誘導機の負荷の影響を受ける速度である点で、共通している。また、一次磁束ベクトルを指令磁束ベクトルに追従させる場合には、回転子速度は、すべり角速度に依存する。このため、これらの速度の推定の技術上の意義は密接に関連していると言える。
【００１５】
本開示の第４態様において、例えば、第２態様又は第３態様に係る誘導機制御装置は、前記回転子速度が指令速度に追従するように構成されており、
前記誘導機制御装置は、指令トルク特定部と、指令振幅特定部と、を備え、
前記指令トルク特定部は、前記回転子速度を前記指令速度に追従させる場合に前記３相誘導機の前記トルクが追従するべき指令トルクを特定し、
前記指令振幅特定部は、前記指令トルクを用いて前記指令磁束ベクトルの振幅を特定する。
【００１６】
第４態様によれば、特定された回転子速度を活かして誘導機を制御することができる。
【００１７】
本開示の第５態様において、例えば、第２〜第４態様のいずれか１つに係る誘導機制御装置は、前記回転子速度が指令速度に追従するように構成されており、
前記有効電力成分は、前記３相誘導機のトルクであり、
前記誘導機制御装置は、指令トルク特定部と、指令位相特定部と、を備え、
前記指令トルク特定部は、前記回転子速度を前記指令速度に追従させる場合に前記３相誘導機の前記トルクが追従するべき指令トルクを特定し、
前記指令位相特定部は、磁束有効電力成分特定ユニットで特定された前記トルクと前記指令トルクとの偏差であるトルク偏差をゼロに近づけるフィードバック制御によって磁束ベクトルの回転量を求め、前記第１の一次磁束ベクトルの位相に前記回転量を加算することによって、前記指令磁束ベクトルの位相を特定する。
【００１８】
第５態様によれば、特定された回転子速度を活かして誘導機を制御することができる。
【００１９】
本開示の第６態様において、例えば、第１態様に係る誘導機制御装置は、すべり角速度特定部を備え、
前記すべり角速度特定部は、前記有効電力成分と、前記第２の二次磁束ベクトルと、を用いて、前記３相誘導機のすべり角速度を特定する。
【００２０】
第６態様に係る技術によれば、電流ベクトルを制御せず磁束ベクトルを制御する場合にすべり角速度を推定することができる。第６態様に係る技術によれば、負荷が大きい場合等においても、すべり角速度を推定することができる。
【００２１】
本開示の第７態様において、例えば、第６態様に係る誘導機制御装置は、指令位相特定部を備え、
前記指令位相特定部は、前記３相誘導機の回転子速度が追従するべき指令速度に前記すべり角速度を加算したものである指令一次角速度を用いて、前記一次磁束ベクトルの位相が移動するべき制御周期毎の移動量を特定し、
前記指令位相特定部は、特定された前記移動量を用いて、前記指令磁束ベクトルの位相を特定する。
【００２２】
第７態様によれば、簡易磁束ベクトル制御により誘導機を駆動する場合において、指令磁束ベクトルの位相を特定することができる。
【００２３】
本開示の第８態様において、例えば、第６態様又は第７態様に係る誘導機制御装置は、指令振幅特定部を備え、
前記有効電力成分は、前記３相誘導機のトルクであり、
前記指令振幅特定部は、磁束有効電力成分特定ユニットで特定された前記トルクを用いて前記指令磁束ベクトルの振幅を特定する。
【００２４】
第８態様によれば、簡易磁束ベクトル制御により誘導機を駆動する場合において、指令磁束ベクトルの振幅を特定することができる。
【００２５】
本開示の第９態様において、例えば、第１〜第８態様のいずれか１つに係る誘導機制御装置は、前記誘導機制御装置で特定された前記３相誘導機のすべり角速度を用いて、前記一次磁束ベクトルの位相が移動するべき制御周期毎の移動量を特定し、
前記誘導機制御装置は、特定された前記移動量を用いて、前記指令磁束ベクトルの位相を特定する。
【００２６】
第９態様によれば、特定されたすべり角速度を活かして誘導機を制御することができる。
【００２７】
本開示の第１０態様において、例えば、第１〜第９態様のいずれか１つに係る誘導機制御装置では、
前記磁束有効電力成分特定ユニットは、一次磁束特定部と、二次磁束特定部と、有効電力成分特定部と、を有し、
前記磁束有効電力成分特定ユニットによって特定される前記一次磁束ベクトルを第１の一次磁束ベクトルと定義したとき、前記一次磁束特定部は、前記電圧ベクトルを用いて前記第１の一次磁束ベクトルを特定し、
前記二次磁束特定部は、前記検出電流ベクトルと、前記第１の一次磁束ベクトルと、を用いて前記第２の二次磁束ベクトルを特定し、
前記有効電力成分特定部は、前記検出電流ベクトルと、前記第１の一次磁束ベクトル又は前記電圧ベクトルと、を用いて前記有効電力成分を特定する。
【００２８】
第１０態様の磁束有効電力成分特定ユニットによれば、シンプルに第２の二次磁束ベクトル及び有効電力成分を特定することができる。つまり、第１０態様によれば、シンプルにすべり角速度及び／又は回転子速度を特定することができる。
【００２９】
本開示の第１１態様において、例えば、第１〜第９態様のいずれか１つに係る誘導機制御装置では、
前記磁束有効電力成分特定ユニットは、一次磁束特定部と、少なくとも１つの位相調整部と、二次磁束特定部と、有効電力成分特定部と、を有し、
前記磁束有効電力成分特定ユニットによって特定される前記一次磁束ベクトルを第１の一次磁束ベクトルと定義したとき、前記一次磁束特定部は、前記電圧ベクトルを用いて前記第１の一次磁束ベクトルを特定し、
前記少なくとも１つの位相調整部は、前記第１の一次磁束ベクトルの位相を遅らせたベクトルである第２の一次磁束ベクトル及び前記電圧ベクトルの位相を遅らせたベクトルである第２の電圧ベクトルの少なくとも一方を特定し、
前記二次磁束特定部は、前記検出電流ベクトルと、前記第１の一次磁束ベクトル又は前記第２の一次磁束ベクトルと、を用いて、前記第２の二次磁束ベクトルを特定し、
前記有効電力成分特定部は、前記検出電流ベクトルと、前記第１の一次磁束ベクトル若しくは前記第２の一次磁束ベクトル又は前記電圧ベクトル若しくは前記第２の電圧ベクトルと、を用いて、前記有効電力成分を特定し、
前記二次磁束特定部及び前記有効電力成分特定部の少なくとも一方で、前記第２の一次磁束ベクトル又は前記第２の電圧ベクトルが用いられる。
【００３０】
厳密に言うと、第１の一次磁束ベクトルは、電流検出タイミングにおいて誘導機に印加されている磁束を表すものではなく、電流検出タイミングからずれたタイミングにおいて誘導機に印加されている磁束を表すものである。このずれは、誘導機の回転速度が高くなると顕在化する。この点、第１１態様では、第１の一次磁束ベクトルの位相を遅らせたベクトルである第２の一次磁束ベクトル及び電圧ベクトルの位相を遅らせたベクトルである第２の電圧ベクトルの少なくとも一方が特定される。そして、二次磁束特定部及び有効電力成分特定部の少なくとも一方で、第２の一次磁束ベクトル又は第２の電圧ベクトルが用いられる。このため、第２の二次磁束ベクトル及び有効電力成分の少なくとも一方の特定精度を向上させることができる。つまり、第１１態様によれば、回転子速度が高い場合であっても、回転子速度及び／又はすべり角速度の特定精度を確保し易い。
【００３１】
本開示の第１２態様において、例えば、第１〜第９態様のいずれか１つに係る誘導機制御装置では、
前記磁束有効電力成分特定ユニットは、一次磁束特定部と、負荷電流特定部と、二次磁束特定部と、有効電力成分特定部と、を有し、
前記磁束有効電力成分特定ユニットによって特定される前記一次磁束ベクトルを第１の一次磁束ベクトルと定義したとき、前記一次磁束特定部は、前記電圧ベクトルを用いて前記第１の一次磁束ベクトルを特定し、
前記負荷電流特定部は、前記検出電流ベクトルを用いて、前記固定子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し、
前記二次磁束特定部は、前記検出電流ベクトル又は前記負荷電流ベクトルと、前記第１の一次磁束ベクトルと、を用いて、前記第２の二次磁束ベクトルを特定し、
前記有効電力成分特定部は、前記検出電流ベクトル又は前記負荷電流ベクトルと、前記第１の一次磁束ベクトル又は前記電圧ベクトルと、を用いて、前記有効電力成分を特定し、
前記二次磁束特定部及び前記有効電力成分特定部の少なくとも一方で、前記負荷電流ベクトルが用いられる。
【００３２】
固定子電流ベクトルではなく負荷電流ベクトルを用いれば、鉄損を考慮して第２の二次磁束ベクトルを特定したり有効電力成分を特定したりすることができる。第１２態様では、二次磁束特定部及び有効電力成分特定部の少なくとも一方で、負荷電流ベクトルが用いられる。このため、第２の二次磁束ベクトル及び有効電力成分の少なくとも一方の特定精度を向上させることができる。つまり、第１２態様によれば、鉄損の割合が大きい（回転子速度が高い場合等）であっても、回転子速度及び／又はすべり角速度の特定精度を確保し易い。
【００３３】
本開示の第１３態様において、例えば、第１〜第９態様のいずれか１つに係る誘導機制御装置では、
前記磁束有効電力成分特定ユニットは、一次磁束特定部と、負荷電流特定部と、少なくとも１つの位相調整部と、二次磁束特定部と、有効電力成分特定部と、を有し、
前記磁束有効電力成分特定ユニットによって特定される前記一次磁束ベクトルを第１の一次磁束ベクトルと定義したとき、前記一次磁束特定部は、前記電圧ベクトルを用いて前記第１の一次磁束ベクトルを特定し、
前記負荷電流特定部は、前記検出電流ベクトルを用いて、前記固定子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し、
前記少なくとも１つの位相調整部は、前記第１の一次磁束ベクトルの位相を遅らせたベクトルである第２の一次磁束ベクトル及び前記電圧ベクトルの位相を遅らせたベクトルである第２の電圧ベクトルの少なくとも一方を特定し、
前記二次磁束特定部は、前記検出電流ベクトル又は前記負荷電流ベクトルと、前記第１の一次磁束ベクトル又は前記第２の一次磁束ベクトルと、を用いて、前記第２の二次磁束ベクトルを特定し、
前記有効電力成分特定部は、前記検出電流ベクトル又は前記負荷電流ベクトルと、前記第１の一次磁束ベクトル若しくは前記第２の一次磁束ベクトル又は前記電圧ベクトル若しくは前記第２の電圧ベクトルと、を用いて、前記有効電力成分を特定し、
前記有効電力成分特定部及び前記二次磁束特定部の少なくとも一方で、前記第２の一次磁束ベクトル又は前記第２の電圧ベクトルが用いられ、
前記二次磁束特定部及び前記有効電力成分特定部の少なくとも一方で、前記負荷電流ベクトルが用いられる。
【００３４】
第１３態様によれば、第１１態様の効果と第１２態様の効果の両方を得ることができる。
【００３５】
本開示の第１４態様において、例えば、第１〜第１３態様のいずれか１つに係る誘導機制御装置では、
前記磁束有効電力成分特定ユニットは、二次磁束特定部を有し、
前記固定子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を負荷電流ベクトルと定義し、前記磁束有効電力成分特定ユニットによって特定される前記一次磁束ベクトルを第１の一次磁束ベクトルと定義し、前記第１の一次磁束ベクトルの位相を遅らせたベクトルを第２の一次磁束ベクトルと定義し、前記固定子電流ベクトルと固定子総合漏れインダクタンスとの積を第１の積と定義し、前記負荷電流ベクトルと固定子総合漏れインダクタンスとの積を第２の積と定義したとき、前記二次磁束特定部は、前記第１の一次磁束ベクトル又は前記第２の一次磁束ベクトルから前記第１の積又は前記第２の積を差し引くことによって、前記第２の二次磁束ベクトルを特定する。
【００３６】
第１４態様の二次磁束特定部は、適切に第２の二次磁束ベクトルを特定することができる。
【００３７】
本開示の第１５態様に係る誘導機制御方法は、
３相誘導機の一次磁束ベクトルが指令磁束ベクトルに追従するように、インバータを用いて前記３相誘導機に電圧ベクトルを印加する誘導機制御方法であって、
前記電圧ベクトルと、検出された前記３相誘導機の固定子電流ベクトルである検出電流ベクトルと、を用いて、前記３相誘導機の二次磁束ベクトルと同じ向きのベクトルである第２の二次磁束ベクトルと、前記３相誘導機の（ｉ）有効電力、（ii）トルク又は（iii）有効電力若しくはトルクに比例する値である有効電力成分と、を特定する磁束有効電力成分特定ステップを備え、
前記誘導機制御方法は、前記有効電力成分と、前記第２の二次磁束ベクトルと、を用いて、前記３相誘導機のすべり角速度を特定する。
【００３８】
第１５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。
【００３９】
本開示の第１６態様に係る誘導機制御方法は、
３相誘導機の一次磁束ベクトルが指令磁束ベクトルに追従するように、インバータを用いて前記３相誘導機に電圧ベクトルを印加する誘導機制御方法であって、
前記電圧ベクトルと、検出された前記３相誘導機の固定子電流ベクトルである検出電流ベクトルと、を用いて、前記一次磁束ベクトルと、前記３相誘導機の二次磁束ベクトルと同じ向きのベクトルである第２の二次磁束ベクトルと、前記３相誘導機の（ｉ）有効電力、（ii）トルク又は（iii）有効電力若しくはトルクに比例する値である有効電力成分と
、を特定する磁束有効電力成分特定ステップと、
前記磁束有効電力成分特定ステップによって特定された前記一次磁束ベクトルである第１の一次磁束ベクトルの位相を特定する位相特定ステップと、
前記位相の時間差分を用いて特定された前記第１の一次磁束ベクトルの回転速度と、前記有効電力成分と、前記第２の二次磁束ベクトルと、を用いて、前記３相誘導機の回転子速度を特定する回転子速度特定ステップと、を備えたものである。
【００４０】
第１６態様によれば、第３態様の効果と同じ効果を得ることができる。
【００４１】
誘導機制御装置の技術は、誘導機制御方法に適用できる。誘導機制御方法の技術は、誘導機制御装置に適用できる。
【００４２】
本開示の第１７態様に係るコンピュータプログラムは、第１５態様又は第１６態様の誘導機制御方法を実行するための命令を含む。
【００４３】
本開示の第１８態様に係るメモリは、第１７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である。
【００４４】
本開示の第１９態様に係るプロセッサは、第１７態様のコンピュータプログラムを実行する。
【００４５】
本開示の第２０態様に係る制御システムは、
第１７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、を備える。
【００４６】
以下、本開示の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００４７】
図１に示すように、本開示の誘導機制御装置１００は、第１電流センサ１０５ａ、第２電流センサ１０５ｂ、誘導機制御部１０１及びデューティ生成部１０３を含んでいる。誘導機制御装置１００は、ＰＷＭインバータ（ＰＷＭ方式で電力変換を行う電力変換回路）１０４及び３相誘導機１０２に接続され得る。誘導機制御装置１００に関するこれらの説明は、誘導機制御装置２００，３００，４００，５００，６００，７００，８００，９００，１０００，１１００についても該当する。また、誘導機制御部１０１に関するこれらの説明は、誘導機制御部２０１，３０１，４０１，５０１，６０１，７０１，８０１，９０１，１００１，１１０１についても該当する。
【００４８】
誘導機制御部１０１は、速度制御系で直接トルク制御を実現するための構成を有している。また、誘導機制御部１０１は、３相誘導機１０２の速度センサレス運転を実行するように構成されている。速度センサレス運転は、エンコーダ、レゾルバ等の位置センサを用いない運転である。本実施形態の速度センサレス運転では、３相誘導機１０２の磁束ベクトルを推定する。そして、推定された磁束ベクトルの位相を用いて磁束ベクトルを制御する。磁束ベクトルは、３相誘導機１０２に印加されている３相交流座標上の電機子鎖交磁束と、この電機子鎖交磁束を座標変換することにより得た磁束の両方を含む概念である。同様に、電流ベクトルは、３相誘導機１０２を流れている３相交流座標上の電流ベクトルと、この電流ベクトルを座標変換することにより得た電流ベクトルの両方を含む概念である。同様に、電圧ベクトルは、３相誘導機１０２に印加されている３相交流座標上の電圧ベクトルと、この電圧ベクトルを座標変換することにより得た電圧ベクトルの両方を含む概念である。本明細書では、「振幅」は、単に大きさ（絶対値）を指す場合がある。また、「角速度」を単に「速度」と表記することがある。
【００４９】
誘導機制御装置１００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、誘導機制御装置１００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。
【００５０】
（誘導機制御装置１００を用いた制御の概要）
図１を参照しながら、誘導機制御装置１００を用いた制御の概要を説明する。電流センサ１０５ａ，１０５ｂによって、相電流ｉu，ｉwが検出される。相電流ｉu，ｉwは、Ｕ相電流ｉu及びＷ相電流ｉwをまとめて記載したものである。Ｕ相電流ｉu及びＷ相電流ｉwは、それぞれ検出された固定子電流ベクトルｉaのＵ相成分及びＷ相成分である。誘導機制御部１０１によって、指令速度ωref*及び相電流ｉu，ｉwから、指令電圧ベクトルｖu*，ｖv*，ｖw*が特定される。指令電圧ベクトルｖu*，ｖv*，ｖw*の各成分は、それぞれ３相交流座標上のＵ相電圧、Ｖ相電圧及びＷ相電圧に対応する。デューティ生成部１０３によって、指令電圧ベクトルｖu*，ｖv*，ｖw*から、デューティＤu，Ｄv，Ｄwが生成される。ＰＷＭインバータ１０４によって、デューティＤu，Ｄv，Ｄwから、３相誘導機１０２に印加するべき電圧ベクトルｖu，ｖv，ｖwが生成される。指令速度ωref*は、上位制御装置から誘導機制御装置１００に与えられる。指令速度ωref*は、３相誘導機１０２の回転子速度が追従するべき回転速度（単位：ｒａｄ／秒）を表す。このような制御により、３相誘導機１０２は、回転子速度が指令速度ωref*に追従するように制御される。
【００５１】
指令電圧ベクトルｖu*，ｖv*，ｖw*は、逐次更新される。本明細書では、指令電圧ベクトルｖu*，ｖv*，ｖw*が更新されてから次に更新されるまでのサイクルを「制御サイクル」と称する。本実施形態では、制御サイクル毎に、指令トルク及び指令電圧ベクトルｖu*，ｖv*，ｖw*が特定される。特定された指令トルクは、次の制御サイクルにおいて３相誘導機１０２に印加されるトルクを規定する。特定された指令電圧ベクトルｖu*，ｖv*，ｖw*は、次の制御サイクルにおいて３相誘導機１０２に印加される電圧ベクトルｖu，ｖv，ｖwを規定する。本実施形態の各制御サイクルは、周期Ｔsを有する。
【００５２】
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。図２Ａでは、これらの回転速度と同じ回転速度で回転する正規化二次磁束ψ2nを図示している。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。
【００５３】
回転子速度ω2nは、回転子の速度を表す（図示していない）。二次磁束回転速度ω2fは、二次磁束ベクトルの回転速度を表す。誘導機のような非同期機の場合は回転子速度（回転子の速度）ω2nと二次磁束の回転速度ω2fの間には差があり、この差はすべり角速度ωsと呼ばれる。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、回転子速度ω2n及び二次磁束回転速度ω2fは、電気角に基づいた値である。回転子速度ω2n及び二次磁束回転速度ω2fの単位はｒａｄ／秒である。
【００５４】
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。
【００５５】
（実施形態１−４及びその変形例に関する本発明者らによる知見）
非特許文献１には、回転子速度を推定する技術が記載されている。しかし、この技術は、電流ベクトルを制御する場合に利用可能な技術である。この技術は、電流ベクトルを制御せず磁束ベクトルを制御する場合には利用できない。
【００５６】
以上の事情に鑑み、実施形態１−４及びその変形例は、特に、電流ベクトルを制御せず磁束ベクトルを制御する場合に回転子速度を推定可能な技術を提供することを目的とする。
【００５７】
実施形態１−４及びその変形例に係る技術によれば、電流ベクトルを制御せず磁束ベクトルを制御する場合に回転子速度を推定することができる。
【００５８】
（実施形態１−４及びその変形例に関する本発明者らによる具体的な知見）
本発明者らは、誘導機の回転子速度を制御するために、誘導機の回転子速度を特定することを考えた。誘導機の回転子速度は、速度センサを用いて特定できる。しかし、低コストで制御を行うべき場合等、速度センサを用いずに回転子速度を特定することが望ましい場合もある。
【００５９】
誘導機の一次磁束ベクトルを制御する場合には、一次磁束ベクトルの回転速度を計算することができる。しかし、すべり角速度を特定しなければ、回転子速度（＝一次磁束ベクトルの回転速度−すべり角速度）を特定することはできない。すべり角速度は、負荷等によって変動するものであって、定数ではないためである。
【００６０】
非特許文献１には、誘導機の電流ベクトルを制御しつつ誘導機の回転子速度を推定する技術が記載されている。この技術では、正規化二次磁束ベクトルをオブザーバで推定することで、回転子速度を求め、すべり角速度を推定している。しかし、この技術は、電流ベクトルを制御しない場合には利用できない。
【００６１】
そこで、実施形態１−４及びその変形例は、特に、電流ベクトルを制御せず磁束ベクトルを制御する場合に回転子速度を推定可能な技術を提供することを目的とする。
【００６２】
（実施形態１）
（誘導機制御部１０１について）
図３に示すように、誘導機制御部１０１は、ｕ，ｗ／α，β変換部（３相２相座標変換部）１０６、指令電圧特定部１０７、一次磁束推定部（一次磁束特定部）１０８、二次磁束推定部（二次磁束特定部）１１５、トルク推定部（トルク特定部）１０９、速度・位相推定部（速度・位相特定部）１１０、回転子速度推定部（回転子速度特定部）１２９、指令トルク特定部１２１、指令振幅特定部１２２、トルク偏差特定部１１１、指令位相特定部１２７、指令磁束特定部１１２、α軸磁束偏差特定部１１３ａ、β軸磁束偏差特定部１１３ｂ及びα，β／ｕ，ｖ，ｗ変換部（２相３相座標変換部）１１４を含んでいる。
【００６３】
誘導機制御部１０１では、ｕ，ｗ／α，β変換部（３相２相座標変換部）１０６によって、相電流ｉu，ｉwが、軸電流ｉα，ｉβに変換される。軸電流ｉα，ｉβは、３相誘導機１０２のα−β座標上におけるα軸電流ｉα及びβ軸電流ｉβをまとめて記載したものである。相電流ｉu，ｉw及び軸電流ｉα，ｉβは電流ベクトル（固定子電流ベクトル）であるので、相電流ｉu，ｉw及び軸電流ｉα，ｉβをそれぞれ電流ベクトルｉu，ｉw及び電流ベクトルｉα，ｉβと称することができる。一次磁束推定部１０８によって、指令軸電圧ｖα*，ｖβ*及び軸電流ｉα，ｉβから、３相誘導機１０２の一次磁束ベクトルが推定される（推定一次磁束ψsが特定される）。推定一次磁束ψsのα軸成分及びβ軸成分をそれぞれ推定一次磁束ψα及び推定一次磁束ψβと記載する。推定一次磁束ψsの振幅を｜ψs｜と記載する。軸指令電圧ｖα*，ｖβ*は、次の制御サイクルにおいて誘導機に印加される電圧ベクトルを規定するものである。速度・位相推定部１１０によって、推定一次磁束ψα，ψβから、３相誘導機１０２の一次磁束ベクトルの位相と、３相誘導機１０２の一次磁束の回転速度が推定される（推定位相θsと推定一次磁束速度ω1fが特定される）。トルク推定部１０９によって、推定一次磁束ψα，ψβ及び軸電流ｉα，ｉβから、３相誘導機１０２のトルクが推定される（推定トルクＴeが特定される）。二次磁束推定部１１５によって、推定一次磁束ψα，ψβ及び軸電流ｉα，ｉβから正規化二次磁束ベクトルが推定される（推定正規化二次磁束ψ2nが特定される）。推定正規化二次磁束ψ2nのα軸成分及びβ軸成分をそれぞれ推定正規化二次磁束ψ2nα及び推定正規化二次磁束ψ2nβと記載する。回転子速度推定部１２９によって、推定一次磁束速度ω1f、推定トルクＴe及び正規化二次磁束ψ2nから回転子速度ω2nが推定される。指令トルク特定部１２１によって、推定回転子速度ω2nが指令速度ωref*に一致するように、指令トルクＴe*が特定される。指令振幅特定部１２２によって、指令トルクＴe*から指令振幅｜ψs*｜が特定される。トルク偏差特定部１１１によって、推定トルクＴeと指令トルクＴe*との偏差（トルク偏差ΔＴ＝Ｔe*−Ｔe）が求められる。指令位相特定部１２７によって、トルク偏差ΔＴ及び推定位相θsから、指令位相θs*が特定される。指令磁束特定部１１２によって、指令位相θs*及び指令振幅｜ψs*｜から、指令磁束ベクトルψs*が特定される。指令磁束ベクトルψs*のα軸成分及びβ軸成分を、それぞれα軸指令磁束ψα*及びβ軸指令磁束ψβ*と記載する。α軸磁束偏差特定部１１３ａによって、α軸指令磁束ψα*と推定一次磁束ψαとの偏差（磁束偏差Δψα＝ψα*−ψα）が求められる。β軸磁束偏差特定部１１３ｂによって、β軸指令磁束ψβ*と推定一次磁束ψβとの偏差（磁束偏差Δψβ＝ψβ*−ψβ）が求められる。指令電圧特定部１０７によって、磁束偏差Δψα，Δψβ及び軸電流ｉα，ｉβから、指令軸電圧ｖα*，ｖβ*が特定される。指令軸電圧ｖα*，ｖβ*は、３相誘導機１０２のα−β座標上におけるα軸指令電圧ｖα*及びβ軸指令電圧ｖβ*をまとめて記載したものである。指令軸電圧ｖα*，ｖβ*は電圧ベクトルであるので、指令軸電圧ｖα*，ｖβ*を指令電圧ベクトルｖα*，ｖβ*と称することができる。α，β／ｕ，ｖ，ｗ変換部１１４によって、指令軸電圧ｖα*，ｖβ*���、指令電圧ベクトルｖu*，ｖv*，ｖw*に変換される。
【００６４】
このような制御（フィードバック制御）により、３相誘導機１０２のトルクが指令トルクＴe*に追従し、３相誘導機１０２の一次磁束ベクトルが指令磁束ベクトルψs*に追従する（３相誘導機１０２の一次磁束ベクトルの振幅が指令振幅｜ψs*｜に追従する）ように、ＰＷＭインバータ１０４を介して３相誘導機１０２に電圧ベクトルが印加される。その結果、３相誘導機１０２の回転速度ω2nが指令速度ωref*に追従する。
【００６５】
本明細書では、軸電流ｉα，ｉβは、実際に３相誘導機１０２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。指令軸電圧ｖα*，ｖβ*、推定一次磁束ψs（磁束ψα，ψβ）、推定位相θs、推定トルクＴe、指令トルクＴe*、指令速度ωref*、指令位相θs*、指令振幅｜ψs*｜、指令磁束ベクトルψs*、指令電圧ベクトルｖu*，ｖv*，ｖw*等も同様である。
【００６６】
本実施形態の制御に関する各構成要素について、以下で説明する。
【００６７】
（第１電流センサ１０５ａ、第２電流センサ１０５ｂ）
第１電流センサ１０５ａ及び第２電流センサ１０５ｂは、３相誘導機１０２の相電流（電流ベクトル）ｉu，ｉwを検出する。図１に示す第１電流センサ１０５ａ及び第２電流センサ１０５ｂとして、公知の電流センサを用いることができる。本実施形態では、第１電流センサ１０５ａは、ｕ相を流れる相電流ｉuを測定するように設けられている。第２電流センサ１０５ｂは、ｗ相を流れる相電流ｉwを測定するように設けられている。ただし、第１電流センサ１０５ａ及び第２電流センサ１０５ｂは、ｕ相及びｗ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設けられていてもよい。以下では、第１電流センサ１０５ａ及び第２電流センサ１０５ｂの組み合わせを電流検出部と称することがある。電流検出部は、固定子電流ベクトルｉaを検出する。
【００６８】
（ｕ，ｗ／α，β変換部１０６）
図３に示すｕ，ｗ／α，β変換部１０６は、相電流ｉu，ｉwを軸電流ｉα，ｉβに変換する。具体的に、ｕ，ｗ／α，β変換部１０６は、式（１−１）及び（１−２）により、相電流ｉu，ｉwを軸電流ｉα，ｉβに変換して、軸電流ｉα，ｉβを出力する。
【００６９】
【数１】
2018102120.tif 000003
【００７０】
（一次磁束推定部１０８）
一次磁束推定部１０８は、前の制御サイクルにおいて特定された指令軸電圧（指令電圧ベクトル）ｖα*，ｖβ*を用いて、現在の制御サイクルにおける３相誘導機１０２の一次磁束ベクトルを推定する（推定一次磁束ψsを特定する）。具体的には、一次磁束推定部１０８は、軸電流ｉα，ｉβ及び指令軸電圧ｖα*，ｖβ*から、推定一次磁束ψs（推定一次磁束ψα，ψβ）を求める。より具体的には、一次磁束推定部１０８は、式（１−３）、（１−４）及び（１−５）を用いて、推定一次磁束ψα，ψβ、及び推定一次磁束ψsの振幅｜ψs｜を求める。式（１−３）及び（１−４）におけるψα|t=0、ψβ|t=0は、それぞれ推定一次磁束ψα，ψβの初期値である。式（１−３）及び（１−４）におけるＲaは、３相誘導機１０２の固定子抵抗である。本実施形態では、式（１−３）及び（１−４）における演算のために必要となる積分器は離散系で構成されている。本実施形態では、推定一次磁束ψsは、指令軸電圧（指令電圧ベクトル）ｖα*，ｖβ*を積分又は不完全積分することによって得られる。
【００７１】
【数２】
2018102120.tif 000004
【００７２】
推定一次磁束ψsの特定の際に、指令電圧ベクトル（指令軸電圧ｖαβ*）に代えて、検出された３相誘導機１０２の電圧ベクトル（２相電圧ｖαβ）を用いることもできる。すなわち、式（１−３）の「ｖα*」を「ｖα」に置き換え、式（１−４）の「ｖβ*」を「ｖβ」に置き換えることができる。具体的には、一次磁束推定部１０８は、３相誘導機１０２に印加されている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）を用いて推定一次磁束ψsを特定するものであってもよい。
【００７３】
（トルク推定部１０９）
トルク推定部１０９は、検出された固定子電流ベクトルｉa（軸電流ｉα，ｉβ）と、現在の制御サイクルにおいて推定された一次磁束ベクトルである推定一次磁束ψα，ψβとから、現在の制御サイクルにおけるトルクを推定する（推定トルクＴeを特定する）。具体的には、トルク推定部１０９は、式（１−６）を用いて、推定トルクＴeを求める。式（１−６）におけるＮpは、３相誘導機１０２の極対数である。
【００７４】
【数３】
2018102120.tif 000005
【００７５】
（速度・位相推定部１１０）
速度・位相推定部１１０は、推定一次磁束ψs（推定一次磁束ψα，ψβ）から一次磁束ベクトルの位相を推定する（推定位相θsを特定する）。具体的に、速度・位相推定部１１０は、式（１−７）により、推定位相θsを求める。また、速度・位相推定部１１０は、現在の制御サイクルにおいて求めた推定位相θs（ｎ）と、前回の制御サイクルにおいて求めた推定位相θs（ｎ−１）とを用いて、式（１−８）により、３相誘導機１０２の一次磁束の角速度ω1fを推定する。つまり、速度・位相推定部１１０は、推定位相θsの時間差分を用いて、角速度ω1fを推定する。速度・位相推定部１１０は、公知の位相推定器である。ここで、Ｔsは各制御サイクルの周期（制御周期）を意味する。ｎは、ｎ番目の制御サイクルであることを示す。ｎは整数である。
【００７６】
【数４】
2018102120.tif 000006
【００７７】
本実施形態では、速度・位相推定部１１０は、速度推定部（速度特定部）と位相推定部（位相特定部）とを含んでいる。これらは、組み合わされて単一の推定部を構成していてもよく別個独立に設けられていてもよい。
【００７８】
（二次磁束推定部１１５）
二次磁束推定部１１５は、検出された固定子電流ベクトルｉa（軸電流ｉα，ｉβ）と、現在の制御サイクルにおいて推定された一次磁束ベクトルである推定一次磁束ψα，ψβとから、現在の制御サイクルにおける正規化二次磁束ベクトルを推定する（推定正規化二次磁束ψ2nを特定する）。正規化二次磁束ベクトルは、二次磁束ベクトルと同じ向きのベクトルである。具体的には、二次磁束推定部１１５は、式（１−９）を用いて、推定正規化二次磁束ψ2nを求める。式（１−９）におけるｌ1tｉaは、３相誘導機１０２の仮想電機子反作用磁束である。ｌ1tは、固定子総合漏れインダクタンスである。仮想電機子反作用磁束ｌ1tｉa及び固定子総合漏れインダクタンスの詳細については後述する。
【００７９】
【数５】
2018102120.tif 000007
【００８０】
本実施形態では、一次磁束推定部１０８、二次磁束推定部１１５及びトルク推定部１０９は、磁束有効電力成分特定ユニット１５０を構成している。
【００８１】
（回転子速度推定部１２９）
回転子速度推定部１２９は、３相誘導機１０２の一次磁束ベクトルの回転速度ω1fと、推定正規化二次磁束ψ2nと、推定トルクＴeとから、３相誘導機１０２の回転子の速度を推定する（回転子速度ω2nを特定する）。具体的には、回転子速度推定部１２９は、式（１−１０）を用いて、すべり角速度ωsを求める。次に、回転子速度推定部１２９は、式（１−１１）を用いて、算出したすべり角速度ωsと、一次磁束の回転速度ω1fとから、回転子速度ω2nを求める。式（１−１０）におけるＲ2nは、３相誘導機１０２の正規化回転子抵抗である。Ｍは、相互インダクタンスである。Ｒ2は、回転子抵抗である。Ｌ2は、回転子インダクタンスである。これらの詳細については後述する。なお、式（１−１０）の導出方法は、非特許文献１等に記載されている。正規化二次磁束ψ2nのノルムが一定の条件においては推定正規化二次磁束ψ2nの回転速度ω2fに代えて一次磁束ベクトルの回転速度ω1fを利用できることも、非特許文献１に記載のとおりである。
【００８２】
【数６】
2018102120.tif 000008
【００８３】
式（１−１０）では、すべり角速度ωsの特定に、推定トルクＴeと推定正規化二次磁束ψ2nが用いられる。本実施形態によれば、これらは適切に導出される。つまり、本実施形態によれば、すべり角速度ωsが適切に導出される。
【００８４】
式（１−７）〜（１−１１）から理解されるように、本実施形態の技術の一部は、一次磁束ベクトルから一次磁束の回転速度を求め、有効電力成分（この例ではトルク）を二次磁束成分で除することによりすべり角速度を求め、これらの差分をとることで回転子速度を推定するという、本発明者らのアイデアに基づくものである。
【００８５】
回転子速度推定部１２９は、推定トルクＴe及び推定正規化二次磁束ψ2nを用いてすべり角速度ωsを特定するすべり角速度推定部（すべり角速度特定部）を含んでいると考えることができる。具体的に、このすべり角速度推定部は、式（１−１０）に基づいてすべり角速度ωsを特定する。
【００８６】
（指令トルク特定部１２１）
指令トルク特定部１２１は、指令速度ωref*及び回転子速度ω2nから、指令トルクＴe*を特定する。具体的に、指令トルク特定部１２１は、式（１−１２）により、指令トルクＴe*を求める。式（１−１２）におけるＫspは比例ゲインである。ＫsIは積分ゲインである。指令トルク特定部１２１は、公知のＰＩ補償器である。
【００８７】
【数７】
2018102120.tif 000009
【００８８】
（指令振幅特定部１２２）
指令振幅特定部１２２は、指令トルクＴe*を用いて指令振幅｜ψs*｜を特定する。指令振幅｜ψs*｜は、式（１−１３）を用いて特定できる。具体的に、式（１−１３）でａ＝１とすれば、指令トルクＴe*から、最大トルク／電流制御を実行するための指令振幅｜ψs*｜を特定できる。また、式（１−１３）のａを１以外の適切値に設定することによって、指令トルクＴe*から、３相誘導機１における電力損失ＰLを低減させるのに適した指令振幅｜ψs*｜を特定することもできる。当然ながら、変換テーブルを作成することもできる。式（１−１３）の詳細及び導出方法については後述する。
【００８９】
【数８】
2018102120.tif 000010
【００９０】
（トルク偏差特定部１１１）
トルク偏差特定部１１１は、指令トルクＴe*と推定トルクＴeとの偏差（トルク偏差ΔＴ：Ｔe*−Ｔe）を求める。トルク偏差特定部１１１としては、公知の演算子を用いることができる。
【００９１】
（指令位相特定部１２７）
指令位相特定部１２７は、トルク偏差ΔＴ及び推定位相θsから、指令位相θs*を特定する。具体的には、指令位相特定部１２７は、式（１−１４）により磁束ベクトルの回転量Δθsを求め、式（１−１５）により指令位相θs*を求める。式（１−１４）におけるＫθPは比例ゲインである。ＫθIは積分ゲインである。すなわち、指令位相特定部１２７は、指令位相θs*を、トルク偏差ΔＴをゼロに近づけるフィードバック制御（具体的には、比例積分制御）を含む制御によって特定する。この点で、指令位相特定部１２７は、トルクの補償機構を構成するともいえる。本実施形態では、式（１−１４）における演算のために必要となる積分器は、離散系で構成されている。
【００９２】
【数９】
2018102120.tif 000011
【００９３】
式（１−１０）から理解されるように、誘導機制御部１０１は、３相誘導機１０２のすべり角速度ωsを特定する。式（１−１１），（１−１２）及び（１−１４）から理解されるように、そのすべり角速度ωsが、回転子速度ω2n、指令トルクＴe*、トルク偏差ΔＴ及び回転量Δθsに反映される。回転量Δθsは、３相誘導機１０２の一次磁束ベクトルの位相が移動するべき制御周期毎の移動量に対応する。これらから、誘導機制御部１０１は、誘導機制御部１０１で特定された３相誘導機１０２のすべり角速度を用いて、一次磁束ベクトルの位相が移動するべき制御周期毎の移動量を特定すると言える。そして、（１−１５）から理解されるように、誘導機制御部１０１は、特定された移動量すなわち回転量Δθsを用いて、指令磁束ベクトルの位相である指令位相θs*を特定する。
【００９４】
（指令磁束特定部１１２）
指令磁束特定部１１２は、制御サイクル毎に、指令位相θs*及び指令振幅｜ψs*｜を用いて、指令磁束ベクトルψs*を特定する。特定された指令磁束ベクトルψs*は、次の制御サイクルにおいて３相誘導機１０２に印加される一次磁束ベクトルを規定する。具体的に、式（１−１６）及び（１−１７）を用いて、指令磁束ベクトルψα*，ψβ*を求める。指令磁束ψα*は、指令磁束ベクトルψα*，ψβ*のα軸成分である。指令磁束ψβ*は、指令磁束ベクトルψα*，ψβ*のβ軸成分である。式（１−１６）及び式（１−１７）等から明らかではあるが、指令位相θs*及び指令振幅｜ψs*｜は、それぞれ、指令磁束ベクトルψs*の位相及び振幅である。
【００９５】
【数１０】
2018102120.tif 000012
【００９６】
（α軸磁束偏差特定部１１３ａ、β軸磁束偏差特定部１１３ｂ）
α軸磁束偏差特定部１１３ａは、指令磁束ψα*と推定一次磁束ψαを取得し、これらの偏差（磁束偏差Δψα：ψα*−ψα）を求める。β軸磁束偏差特定部１１３ｂは、指令磁束ψβ*と推定一次磁束ψβを取得し、これらの偏差（磁束偏差Δψβ：ψβ*−ψβ）を求める。磁束偏差特定部１１３ａ，１１３ｂとしては、公知の演算子を用いることができる。
【００９７】
（指令電圧特定部１０７）
指令電圧特定部１０７は、制御サイクル毎に、指令軸電圧（指令電圧ベクトル）ｖα*，ｖβ*を特定する。特定された指令軸電圧ｖα*，ｖβ*は、次の制御サイクルにおいて３相誘導機１０２に印加される電圧ベクトルを規定する。具体的には、指令電圧特定部１０７は、磁束偏差Δψα，Δψβ及び軸電流ｉα，ｉβから、指令軸電圧ｖα*，ｖβ*を求める。より具体的には、指令電圧特定部１０７は、式（１−１８）を用いてα軸指令電圧ｖα*を求め、式（１−１９）を用いてβ軸指令電圧ｖβ*を求める。
【００９８】
【数１１】
2018102120.tif 000013
【００９９】
（α，β／ｕ，ｖ，ｗ変換部１１４）
α，β／ｕ，ｖ，ｗ変換部１１４は、指令軸電圧ｖα*，ｖβ*を、指令電圧ベクトルｖu*，ｖv*，ｖw*に変換する。具体的に、α，β／ｕ，ｖ，ｗ変換部１１４は、式（１−２０）により、指令軸電圧ｖα*，ｖβ*を指令電圧ベクトルｖu*，ｖv*，ｖw*に変換して、指令電圧ベクトルｖu*，ｖv*，ｖw*を出力する。
【０１００】
【数１２】
2018102120.tif 000014
【０１０１】
（デューティ生成部１０３）
図１に示すデューティ生成部１０３は、指令電圧ベクトルｖu*，ｖv*，ｖw*から、デューティＤu，Ｄv，Ｄwを生成する。本実施形態では、デューティ生成部１０３は、指令電圧ベクトルｖu*，ｖv*，ｖw*の各成分を、各相のデューティＤu，Ｄv，Ｄwに変換する。デューティＤu，Ｄv，Ｄwの生成方法としては、一般的な電圧形ＰＷＭインバータに用いられる方法を用いることができる。例えば、デューティＤu，Ｄv，Ｄwは、指令電圧ベクトルｖu*，ｖv*，ｖw*を、直流電源１１８（図４）の電圧値Ｖdcの半分の値で除すことにより求めてもよい。この場合、デューティＤuは、２×ｖu*／Ｖdcである。デューティＤvは、２×ｖv*／Ｖdcである。デューティＤwは、２×ｖw*／Ｖdcである。デューティ生成部１０３は、デューティＤu，Ｄv，Ｄwを出力する。
【０１０２】
（ＰＷＭインバータ１０４）
図１及び図４に示すように、ＰＷＭインバータ１０４は、スイッチング素子１１９ａ，１１９ｂ，１１９ｃ，１１９ｄ，１１９ｅ，１１９ｆ及び還流ダイオード１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄ，１２０ｅ，１２０ｆが対になった変換回路、ベースドライバ１１６、平滑コンデンサ１１７及び直流電源１１８を含む。直流電源１１８は、ダイオードブリッジ等によって整流された出力を表す。
【０１０３】
ＰＷＭインバータ１０４は、ＰＷＭ制御によって３相誘導機１０２に電圧ベクトルを印加する。具体的には、３相誘導機１０２への給電は、スイッチング素子１１９ａ〜１１９ｆを介して、直流電源１１８から行われる。より具体的には、まず、デューティＤu，Ｄv，Ｄwがベースドライバ１１６に入力される。次に、デューティＤu，Ｄv，Ｄwがスイッチング素子１１９ａ〜１１９ｆを電気的に駆動するためのドライブ信号に変換される。次に、ドライブ信号に従って各スイッチング素子１１９ａ〜１１９ｆが動作する。
【０１０４】
本実施形態では、ＰＷＭインバータ１０４は、スイッチング素子１１９ａ〜１１９ｆを用いた３相スイッチング回路である。スイッチング素子１１９ａ〜１１９ｆとしては、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）及びＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）が挙げられる。
【０１０５】
本実施形態の誘導機制御装置１００は、ＰＭＷインバータ１０４を用いて、電圧ベクトルを３相誘導機１０２に印加する。具体的には、誘導機制御装置１００は、ＰＭＷインバータ１０４を用いて、前の制御サイクルにおいて特定された現在の制御サイクル用の指令電圧ベクトルを平均値とする電圧ベクトルを３相誘導機１０２に印加する。
【０１０６】
（３相誘導機１０２）
図１に示す３相誘導機１０２は、誘導機制御装置１００の制御対象である。３相誘導機１０２は、電動機であってもよく発電機であってもよい。３相誘導機１０２には、ＰＷＭインバータ１０４によって、電圧ベクトルが印加される。「３相誘導機１０２に電圧ベクトルが印加される」とは、３相誘導機１０２における３相交流座標上の３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の各々に電圧が印加されることを指す。本実施形態では、３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の各々が、相対的に高電圧を有する高電圧相と、相対的に低電圧を有する低電圧相との２種類から選択されるいずれかとなるように、３相誘導機１０２が制御される。
【０１０７】
本実施形態における３相誘導機１０２は、かご型誘導機である。
【０１０８】
（本実施形態の効果）
以上のように、本実施形態によれば、式（１−６）によって、推定トルクＴeを特定することができる。式（１−３）、（１−４）及び（１−９）に示すように、指令軸電圧ｖα*，ｖβ*を用いて一次磁束ψsを特定し、一次磁束ψs及び仮想電機子反作用磁束ｌ1tｉaを用いて推定正規化二次磁束ψ2nを特定することができる。式（１−１０）に示すように、推定トルクＴe及び推定正規化二次磁束ψ2nを用いてすべり角速度ωsを特定することができる。そして、式（１−１１）に示すように、すべり角速度ωs及び一次磁束ベクトルψsの回転速度ω1fを用いて回転子速度ω2nを特定することができる。このようにすれば、直接トルク制御に基づいた誘導機制御装置において、回転子速度ω2nを特定することが可能となり、速度制御系のシステム構築が可能となる。また、推定正規化二次磁束ψ2nから求めたω2fではなく一次磁束ベクトルψsから求めたω1fを用いて回転子速度ω2nを特定することには、検出電流のノイズの影響を受け難いというメリットがある。
【０１０９】
［数式の導出］
以下、一部の数式の導出について説明する。誘導機の一般座標系（より具体的には、任意の速度ωrで回転するγδ一般座標系）での数学モデルは非特許文献１より式（２−１）、（２−２）、（２−３）で表され、ψ2nd＝Ｍnid、ψ2nq＝0を考慮すると、ｄｑ座標系では式（２−５）、（２−６）、（２−７）のように表せる。また、式（２−４Ａ）及び式（２−４Ｂ）の関係が成り立つ。Ｍは相互インダクタンス、Ｌ1は固定子インダクタンス、Ｌ2は回転子インダクタンス、Ｒaは固定子抵抗、Ｒ2は回転子抵抗、Ｍnは正規化相互インダクタンス、Ｒ2nは正規化回転子抵抗、ｌ1tは固定子総合漏れインダクタンス、Ｗ2は回転子逆時定数（回転子時定数の逆数）、ψ2は回転子磁束（二次磁束）、ψ2nは正規化回転子磁束（正規化二次磁束）、ｖは固定子電圧、ｉは固定子電流、ω1は固定子磁束回転速度、ω2nは回転子速度、Ｎpは極対数、Ｔはトルク、Ｉは２×２単位行列、Ｊは２×２交代行列であり、Ｄ（ｓ，ωr）はＤ因子であり、ｓは微分演算子ｄ／ｄｔである。二次磁束ψ2と正規化二次磁束ψ2nとは、振幅が異なるが、方向が同じある。これらは、本質的に二次（ロータ）側に生じる磁束として定義される。
【０１１０】
【数１３】
2018102120.tif 000015
【０１１１】
（最大トルク／電流制御への適用）
トルク／電流が最大になるのは、式（２−９）が最大のときであり、ｉd＝ｉqのときである。
【０１１２】
【数１４】
2018102120.tif 000016
【０１１３】
（二次銅損を含めた銅損を最小化する制御への適用）
上述のようにｉd＝ｉqとして最大トルク／電流制御を実施すれば、同一トルクを得るための一次電流を最小にすることができるので、一次側の銅損は最小になる。しかし、誘導機のように、二次電流による二次側の銅損（二次銅損）が存在する場合、トルク／電流（＝比率ｒm）が最大になる動作点と銅損が最小になる動作点とは一致しない（トルク／電流を最大にする場合に比べて、銅損を最小にした方が、高効率となる）。二次銅損を考慮した銅損が最小となるように、誘導機を制御することもできる。すなわち、二次銅損を考慮した銅損の最小化を図るためのｄ軸電流とｑ軸電流の関係は、式（２−１０）で表される。従って、角度θmをπ／４ｒａｄの代わりに式（２−１１）とすることによって、銅損（一次銅損＋二次銅損）が最小になるように制御することができる。
【０１１４】
【数１５】
2018102120.tif 000017
【０１１５】
誘導機のトルクＴと一次磁束ベクトルの振幅｜ψs｜との関係式について説明する。一次磁束ベクトルの振幅｜ψs｜は式（２−１２）で計算できる。式（２−７）と式（２−１０）を用いて式（２−１２）のｄ軸電流とｑ軸電流を消去すると、式（２−１３）のトルクＴと一次磁束の振幅｜ψs｜との関係式が得られる。式（２−１３）のａは式（２−１４）で得られる定数である。Ｔを指令トルクＴe*に、｜ψs｜を指令振幅｜ψs*｜にそれぞれ置き換えることで、指令トルクＴe*と指令振幅｜ψs*｜との関係式である式（１−１３）が導かれる。
【０１１６】
【数１６】
2018102120.tif 000018
【０１１７】
式（１−１３）及び（２−１４）のａ及びθmについて、さらに説明する。上述の説明から明らかであるように、式（１−１３）は、一次銅損と二次銅損の合計を最小化する制御（銅損最小化制御）のための、指令振幅｜ψS*｜と指令トルクＴe*との関係式である。最大トルク／電流制御は、二次銅損がゼロであるとみなした場合の銅損最小化制御であると言える。二次銅損をゼロとみなすことは、式（２−１４）の正規化回転子抵抗Ｒ2nをゼロとみなすことに対応する。すなわち、最大トルク／電流制御を行う場合、ａを１とし、角度θmを４５ｄｅｇとすればよい。
【０１１８】
二次銅損をゼロとみなさない場合、正規化回転子抵抗Ｒ2nは正の値をとるため、ａは１よりも大きい値となり、π／４ｒａｄよりも大きい角度となる。例えば、正規化回転子抵抗Ｒ2nが固定子抵抗Ｒaの５倍である場合、ａは√６となり、角度θmは約６８ｄｅｇとなる。
【０１１９】
（一次磁束と正規化二次磁束の関係）
定常状態においては、式（２−５）に基づいて、一次磁束に関する式（２−１５）と、正規化二次磁束に関する式（２−１６）とが導かれる。一次磁束と正規化二次磁束との間では式（２−１７）の関係が成立する。図５のベクトル図に、この関係を示す。ψsは固定子磁束（一次磁束）である。
【０１２０】
【数１７】
2018102120.tif 000019
【０１２１】
式（２−１７）及び図５から、一次磁束ψsは正規化二次磁束ψ2nと仮想電機子反作用磁束ｌ1tｉaからなることが分かる。式（２−１７）を変形することにより、式（１−９）が導かれる。本実施形態に係る直接トルク制御では、一次磁束推定部１０８により一次磁束ベクトルを特定する。この一次磁束ベクトルを式（１−９）の右辺に代入することにより、正規化二次磁束ψ2nを特定することができる。
【０１２２】
（有効電力推定部を用いた変形例）
上記の実施形態の誘導機制御装置１００は、トルク推定部１０９を有しており、トルク推定部１０９は推定トルクＴeを特定する。変形例では、トルク推定部１０９に代えて、有効電力推定部（有効電力特定部）が用いられ、有効電力推定部は有効電力を特定する。
【０１２３】
この変形例では、有効電力推定部は、検出された固定子電流ベクトルｉa（軸電流ｉα，ｉβ）と、現在の制御サイクルにおいて推定された磁束ベクトルである推定一次磁束ψα，ψβとから、現在の制御サイクルにおける有効電力を推定する（推定有効電力Ｐeを特定する）。具体的には、トルク推定部１０９は、式（１−２１Ａ）を用いて、推定有効電力Ｐeを求める。また、トルク推定部１０９は、式（１−２１Ｂ）を用いて推定有効電力Ｐeを求めるものであってもよい。式（１−２１Ｂ）において、指令電圧ベクトル（指令軸電圧ｖαβ*）に代えて、検出された３相誘導機１０２の電圧ベクトル（２相電圧ｖαβ）を用いることもできる。すなわち、有効電力推定部は、３相誘導機１０２に印加されている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）を用いて推定有効電力Ｐeを特定するものであってもよい。
【０１２４】
【数１８】
2018102120.tif 000020
【０１２５】
この変形例では、一次磁束推定部１０８、二次磁束推定部１１５及び有効電力推定部は、磁束有効電力成分特定ユニット１５０を構成している。
【０１２６】
この変形例では、回転子速度推定部１２９は、式（１−１０）に代えて、式（１−２２）を用いる。
【０１２７】
【数１９】
2018102120.tif 000021
【０１２８】
トルク推定部１０９に代えて有効電力推定部を用いる技術は、後述の実施形態２〜４にも適用され得る。また、詳細は省略するが、有効電力成分として、有効電力又はトルクに代えて、有効電力若しくはトルクに比例する値を用いることもできる。つまり、磁束有効電力成分特定ユニット１５０は、有効電力又はトルクを特定する代わりに、有効電力若しくはトルクに比例する値を特定するものであってもよい。例えば、トルクのＸ倍の値を有効電力成分として用いる場合、式（１−１０）のトルクＴeをその値に置き換えつつ、分母をＸ倍すればよい。有効電力のＹ倍の値を有効電力成分として用いる場合、式（１−２２）の有効電力Ｐeをその値に置き換えつつ、分母をＹ倍すればよい。この点は、後述の実施形態２〜４についても同様である。なお、以下では、トルク推定部（トルク特定部）１０９、有効電力推定部（有効電力特定部）又はトルク若しくは有効電力に比例する値を特定する推定部（特定部）を、有効電力成分特定部と称することがある。
【０１２９】
（実施形態２）
以下、実施形態２の誘導機制御装置２００について説明する。なお、実施形態２では、実施形態１と同様の部分については同一符号を付し、説明を省略することがある。
【０１３０】
図６に示すように、本実施形態の誘導機制御部２０１は、位相調整部１５１を有している。
【０１３１】
（位相調整部１５１）
位相調整部１５１は、式（３−１）に従って推定一次磁束ψα，ψβの位相を△θb遅らせて、仮想的な磁束（第２の一次磁束ベクトル）ψα_b，ψβ_bを得る。式（３−１）のψαβは、推定一次磁束ψα，ψβをベクトル表記により表したものである。ψαβは、ψsと同じである。式（３−１）のψαβ_bは、ψαβの位相を△θb遅らせたものである。以下では、ψαβ_bのα軸成分をψα_bと記載し、ψαβ_bのβ軸成分をψβ_bと記載することがある。
【０１３２】
【数２０】
2018102120.tif 000022
【０１３３】
実施形態２では、トルク推定部１０９は、仮想的な磁束ψαβ_bを用いてトルクを推定する。つまり、トルク推定部１０９は、式（１−６）のψα及びψβをψα_b及びψβ_bに変更した式すなわち式（３−２）に従って動作する。二次磁束推定部１１５は、仮想的な磁束ψαβ_bを用いて推定正規化二次磁束ψ2nを特定する。つまり、二次磁束推定部１１５は、式（１−９）のψα及びψβをψα_b及びψβ_bに変更した式すなわち式（３−３）に従って動作する。
【０１３４】
【数２１】
2018102120.tif 000023
【０１３５】
本実施形態では、一次磁束推定部１０８、位相調整部１５１、二次磁束推定部１１５及びトルク推定部１０９は、磁束有効電力成分特定ユニット２５０を構成している。トルク推定部１０９が有効電力推定部に変更された磁束有効電力成分特定ユニット２５０も構成され得る。その場合、有効電力推定部は、式（１−２１Ａ）のψα及びψβをψα_b及びψβ_bに変更した式に従って動作し得る。また、その場合、有効電力推定部は、式（１−２１Ｂ）のｖα*及びｖβ*をｖα_b*及びｖβ_b*に変更した式に従って動作するものであってもよい。ここで、仮想的な電圧ｖαβ_b*は、電圧ベクトル（指令電圧ベクトル）ｖαβ*の位相を△θb遅らせたベクトルであり、ｖα_b*及びｖβ_b*は、それぞれｖαβ_b*のα成分及びβ成分である。ｖαβ*の位相を遅らせたｖαβ_b*を特定する第２位相調整部を、位相調整部（第１位相調整部）１５１とは別途設けることができる。また、詳細は省略するが、トルク推定部１０９がトルク若しくは有効電力に比例する値を特定する推定部に変更された磁束有効電力成分特定ユニット２５０も構成され得る。その場合にも、位相を△θb遅らせる技術は採用され得る。
【０１３６】
（本実施形態の効果）
本実施形態では、トルク推定部１０９及び二次磁束推定部１１５において、推定一次磁束ψαβではなく仮想的な磁束ψαβ_bが用いられる。これにより、回転子速度ω2nが高い場合（離散化誤差の影響が大きくなる高速回転時）であっても、制御に用いられる磁束を電流検出のタイミングに適合させることができる。このため、より正確に誘導機のトルク（又は有効電力等）及び正規化二次磁束ベクトルを推定でき、より正確にすべり角速度を推定でき、より正確に回転子速度を推定できる。また、より正確なトルク制御を行うことができる。
【０１３７】
なお、有効電力成分特定部及び二次磁束推定部１１５の一方で推定一次磁束ψαβを用い、他方で仮想的な磁束ψαβ_bを用いることもできる。また、二次磁束推定部１１５で推定一次磁束ψαβを用い、有効電力成分特定部（有効電力特定部）において仮想的な電圧ｖαβ_b*を用いることもできる。これらの点は、後述する実施形態３でも同様であり、実施形態９及び１０でも同様である。
【０１３８】
（本実施形態の技術説明）
本実施形態の誘導機制御部２０１は、離散系で制御がなされていることに由来する誤差を小さくすることに適している。以下、この点について説明する。
【０１３９】
誘導機制御部２０１は、図７に示すタイムチャートに従って動作する。誘導機制御部２０１は、周期Ｔsの各制御サイクル［ｋ−１］、［ｋ］、［ｋ＋１］・・・用に１つの指令電圧ベクトルを特定する（ｋは整数である）。タイムチャートの１段目の黒丸は、検出された固定子電流ベクトルｉaの振幅を表す。２段目は、次の制御サイクルにおける指令電圧ベクトルを特定する制御を表す。３段目の線分は、指令電圧ベクトルの振幅を表す。４段目の三角波は、ＰＷＭインバータ１０４の動作を規定するＰＷＭキャリア信号（三角波カウンタ）を表す。なお、検出された固定子電流ベクトルｉaの振幅は、（ｉα2＋ｉβ2）1/2である。指令電圧ベクトルの振幅は、（ｖα*2＋ｖβ*2）1/2である。
【０１４０】
制御サイクル［ｋ＋１］の開始時点において、固定子電流ベクトルｉaが検出される。制御サイクル［ｋ］において制御サイクル［ｋ＋１］用の指令電圧ベクトルが特定される。制御サイクル［ｋ＋１］用の指令電圧ベクトルｖα*，ｖβ*は、制御サイクル［ｋ＋１］において３相誘導機１０２に印加される電圧ベクトルを規定するベクトルを意味する。この例では、制御サイクル［ｋ＋１］において、制御サイクル［ｋ＋１］用の指令電圧ベクトルｖα*，ｖβ*を平均値とする電圧ベクトルが３相誘導機１０２に印加されるように、ＰＷＭインバータ１０４が動作する。この例では、ＰＷＭキャリア信号の周期は、制御サイクルの周期Ｔsと同じである。
【０１４１】
図７に示す離散系の制御を行う場合、各制御サイクル用の指令電圧ベクトルを、各制御サイクルの中心時点（基準時点；図７において縦方向に延びる点線に対応）の指令電圧ベクトルと考えることができる。このように考えたとき、制御サイクル［ｋ］において特定された制御サイクル［ｋ＋１］の基準時点における指令電圧ベクトルから、制御サイクル［ｋ＋１］における推定一次磁束ψsが特定されると考えることができる。制御サイクル［ｋ＋１］の基準時点における指令電圧ベクトルから特定されるため、制御サイクル［ｋ＋１］における推定一次磁束は、制御サイクル［ｋ＋１］の基準時点において実際に誘導機に印加されている磁束ベクトルを推定したものと考えることができる。しかしながら、制御サイクル［ｋ＋１］における固定子電流ベクトルｉa（軸電流ｉα，ｉβ）は、電流検出時点において実際に誘導機を流れる固定子電流ベクトルに対応するものである。図７の例では、電流検出時点は、制御サイクル［ｋ＋１］の基準時点ではなく、制御サイクル［ｋ＋１］の開始時点である。これらの時点には、半周期分のずれ（１／２×Ｔsのずれ）がある。このため、図８に示すように、固定子電流ベクトルｉaの位相は、基準時点における固定子電流ベクトルｉa’の位相よりもωＴs／２ｒａｄ遅れている（ωは、固定子電流ベクトルの回転速度（単位：ｒａｄ／秒）であり、一次磁束ベクトルの回転速度ω1fと同じである）。つまり、制御サイクル［ｋ＋１］における推定一次磁束ψsの位相に対する固定子電流ベクトルｉaの位相の進み角は、実際の誘導機における進み角よりもωＴs／２ｒａｄ小さい。このことは、制御サイクル［ｋ＋１］における推定一次磁束ψs及び固定子電流ベクトルｉa（軸電流ｉα，ｉβ）を用いても、トルク及び推定正規化二次磁束ψ2nは厳密な意味では正確には特定されないことを意味する（式（１−６）及び（１−９）参照）。この不正確さは、誘導機の電気角速度が高いとき（つまり、回転数が高いとき）に顕在化する。
【０１４２】
また、図を用いた説明は省略するが、制御サイクルの開始時点において検出された固定子電流ベクトルが、該開始時点よりも前の時点において誘導機を流れる固定子電流ベクトルを表すと考えるべき場合もある。例えば、電流センサを構成するアナログ回路における位相遅れを無視できない場合がこの場合に該当する。また、制御サイクルの開始時点以外の時点において固定子電流ベクトルが検出される場合にも、同様の問題が生じうる。
【０１４３】
これを考慮し、実施形態２では、位相調整部１５１が、推定一次磁束ψα，ψβの位相を遅らせることによって仮想的な磁束ψα_b，ψβ_bを特定する。そして、トルク推定部１０９及び二次磁束推定部１１５は、式（１−６）及び式（１−９）のψα及びψβのψα_b及びψβ_bに変更した式を用いて、推定トルクＴe及び正規化二次磁束ψ2nを特定する。位相の調整量△θbを適切に設定することにより、適切に仮想的な磁束ψα_b，ψβ_bを特定することができ、推定トルクＴe及び正規化二次磁束ψ2nが正確に特定される。
【０１４４】
上述の説明から理解されるように、図７の例では、推定一次磁束ψαβは、現在の制御サイクルの中心時点における３相誘導機１０２の磁束ベクトルに対応すると考えることができる。固定子電流ベクトルｉa（軸電流ｉα，ｉβ）は、現在の制御サイクルの中心時点よりも期間ｔe前の時点における３相誘導機１０２の固定子電流ベクトル（期間ｔe前の時点において３相誘導機１０２を流れる固定子電流ベクトル）を表すものである、と表現することができる。ただし、期間ｔeは非ゼロである。仮想的な磁束ψαβ_bの位相に対する固定子電流ベクトルの位相の進み角は、推定一次磁束ψαβの位相に対する固定子電流ベクトルの位相の進み角よりも角度Δθb大きい。角度Δθbは、ゼロよりも大きく、固定子電流ベクトルの位相の変化速度と期間ｔeとの積の２倍よりも小さい。この範囲にある角度Δθbは、実際の３相誘導機１０２における一次磁束ベクトルの位相に対する固定子電流ベクトルの進み角を正確に反映させたものとすることに適している。角度Δθbを、固定子電流ベクトルの位相の変化速度と期間ｔeとの積とすることもできる。このようにすることは、トルクと正規化二次磁束の推定を正確に行い、結果的に、回転子速度推定部１２９におけるすべり角速度ωsを特定する観点から特に有利である。なお、後述の実施形態３のように負荷電流ベクトルを用いた制御を行う場合には、固定子電流ベクトルの位相の変化速度に代えて、負荷電流ベクトルの位相の変化速度を用いることもできる。
【０１４５】
なお、期間ｔeは、誘導機制御装置の仕様から定まる既知の定数である。場合によっては、誘導機制御装置の試運転を行い、期間ｔeを特定することも可能である。一例では、期間ｔeは、現在の制御サイクルの中心時点と固定子電流ベクトルｉaの検出時点（固定子電流ベクトルの検出値が得られる時点）との時間差である。固定子電流ベクトルの位相の変化速度は、３相誘導機１０２の一次磁束の回転速度ω1fと同じである。固定子電流ベクトルの位相の変化速度と期間ｔeとを用いれば、ゼロよりも大きく固定子電流ベクトルの位相の変化速度と期間ｔeとの積の２倍よりも小さいΔθb（又は、固定子電流ベクトルの位相の変化速度と期間ｔeとの積であるΔθb）を容易に計算することができる。
【０１４６】
図７の例では、期間ｔeは、周期Ｔsの１／２倍である。ただし、期間ｔeはこれに限定されない。例えば、期間ｔeが、ゼロよりも大きく周期Ｔsの１／２倍よりも小さいこともあり得る。期間ｔeは、周期Ｔsの１／２倍よりも大きく周期Ｔsの３／２倍以下であり得る。また、シングルシャント方式を用いる場合等には、期間ｔeが、周期Ｔsの−１／２倍よりも大きくゼロよりも小さいこともあり得る。
【０１４７】
周期Ｔsを用いて角度Δθbの範囲の例を表すこともできる。一例では、角度Δθbは、ゼロよりも大きく固定子電流ベクトルの位相の変化速度と周期Ｔsとの積の１／２倍以下の範囲にある。別例では、角度Δθbは、固定子電流ベクトルの位相の変化速度と周期Ｔsとの積の１／２倍よりも大きく固定子電流ベクトルの位相の変化速度と周期Ｔsとの積の３／２倍以下の範囲にある。更なる別例では、角度Δθbは、固定子電流ベクトルの位相の変化速度と周期Ｔsとの積の−１／２倍よりも大きくゼロよりも小さい範囲にある。
【０１４８】
本実施形態では、固定子電流ベクトルの位相の変化速度の絶対値が大きければ大きいほど、角度Δθbの絶対値を大きくする。このように角度Δθbを設定することは、３相誘導機１０２の回転数が低い場合と高い場合の両方において、トルクと正規化二次磁束の推定を正確に行うことに適している。
【０１４９】
角度Δθbの範囲及び期間ｔeの範囲に関する上述の説明は、仮想的な磁束ψαβ_bのみならず、仮想的な電圧ｖαβ_b*（ｖα_b*及びｖβ_b*）についても適用される。
【０１５０】
（実施形態３）
以下、実施形態３の誘導機制御装置３００について説明する。なお、実施形態３では、実施形態２と同様の部分については同一符号を付し、説明を省略することがある。
【０１５１】
図９に示すように、本実施形態の誘導機制御部３０１は、負荷電流特定部１５２を有している。
【０１５２】
（負荷電流特定部１５２）
負荷電流特定部１５２は、検出された固定子電流ベクトルｉa（軸電流ｉαβ）と、指令電圧ベクトル（指令軸電圧）ｖαβ*と、鉄損抵抗Ｒc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、３相誘導機１０２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。
【０１５３】
具体的には、負荷電流特定部１５２は、式（４−１）及び（４−２）を用いて、負荷電流ベクトルｉLαβ（負荷電流ｉLα,ｉLβ）を特定する。式（４−１）及び（４−２）におけるＲaは、３相誘導機１０２の１相当たりの固定子抵抗である。Ｒcは、３相誘導機１０２の１相あたりの鉄損抵抗である。式（４−３）に示すように、鉄損抵抗は、一次磁束の回転速度ω1f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が大きくなればなるほど大きくなる。式（４−３）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（４−１）〜（４−３）から理解されるように、本実施形態の負荷電流特定部１５２は、一次磁束ベクトルの回転速度ω1fに応じて変化する鉄損抵抗Ｒcと、固定子電流ベクトルｉαβと、指令電圧ベクトル（指令軸電圧ｖαβ*）とから、負荷電流ベクトルｉLαβを特定する。
【０１５４】
【数２２】
2018102120.tif 000024
【０１５５】
一次磁束ベクトルの回転速度に代えて、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回転速度、推定正規化二次磁束ψ2nの回転速度、指令電圧ベクトルの回転速度及び固定子電流ベクトルｉαβの回転速度が例示される。本実施形態の負荷電流ベクトルｉLαβは、基準角速度、固定子電流ベクトルｉαβ及び指令電圧ベクトル（指令軸電圧ｖαβ*）の関数である。
【０１５６】
負荷電流ベクトルｉLαβの特定の際に、指令電圧ベクトル（指令軸電圧ｖαβ*）に代えて、検出された３相誘導機１０２の電圧ベクトル（２相電圧ｖαβ）を用いることもできる。すなわち、式（４−１）の「ｖα*」を「ｖα」に置き換え、式（４−２）の「ｖβ*」を「ｖβ」に置き換えることができる。具体的には、負荷電流特定部１５２は、３相誘導機１０２に印加されている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。
【０１５７】
実施形態３では、トルク推定部１０９は、負荷電流ベクトルｉLαβを用いてトルクを推定する。つまり、トルク推定部１０９は、式（３−２）のｉα及びｉβをｉLα及びｉLβに変更した式すなわち式（４−４）に従って動作する。二次磁束推定部１１５は、負荷電流ベクトルｉLαβを用いて推定正規化二次磁束ψ2nを特定する。つまり、二次磁束推定部１１５は、式（３−３）のｉα及びｉβをｉLα及びｉLβに変更した式すなわち式（４−５）に従って動作する。
【０１５８】
【数２３】
2018102120.tif 000025
【０１５９】
本実施形態では、一次磁束推定部１０８、位相調整部１５１、負荷電流特定部１５２、二次磁束推定部１１５及びトルク推定部１０９は、磁束有効電力成分特定ユニット３５０を構成している。トルク推定部１０９が有効電力推定部に変更された磁束有効電力成分特定ユニット３５０も構成され得る。その場合、有効電力推定部は、式（１−２１Ａ）のψα及びψβをψα_b及びψβ_bに変更しさらにｉα及びｉβをｉLα及びｉLβに変更した式に従って動作し得る。また、その場合、有効電力推定部は、式（１−２１Ｂ）のｖα*及びｖβ*をｖα_b*及びｖβ_b*に変更しさらにｉα及びｉβをｉLα及びｉLβに変更した式に従って動作するものであってもよい。また、詳細は省略するが、トルク推定部１０９がトルク若しくは有効電力に比例する値を特定する推定部に変更された磁束有効電力成分特定ユニット３５０も構成され得る。その場合にも、位相を△θb遅らせる技術及びｉLα及びｉLβを用いる技術は採用され得る。
【０１６０】
（本実施形態の効果）
本実施形態では、トルク推定部１０９及び二次磁束推定部１１５において、固定子電流ベクトルｉαβではなく負荷電流ベクトルｉLαβが用いられる。これにより、回転子速度ω2nが高く鉄損の影響が大きくなる状況であっても、鉄損による影響を避けつつ誘導機のトルク（又は有効電力）及び正規化二次磁束ベクトルを推定できる。このため、より正確に誘導機のトルク（又は有効電力）及び正規化二次磁束ベクトルを推定でき、より正確にすべり角速度を推定でき、より正確に回転子速度を推定できる。また、より正確なトルク制御を行うことができる。
【０１６１】
なお、有効電力成分特定部及び二次磁束推定部１１５の一方で固定子電流ベクトルｉαβを用い、他方で負荷電流ベクトルｉLαβを用いることもできる。この点は、後述する実施形態４でも同様であり、実施形態１０及び１１でも同様である。
【０１６２】
（本実施形態の技術説明）
以下、負荷電流について、更に説明する。３相誘導機１０２の特性は、図１０に示す等価回路により説明され得る。固定子損失回路６５３は、固定子の損失を表現するものである。固定子負荷回路６５４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相誘導機１０２に印加される電圧ベクトル（２相電圧）である。ｉαβは３相誘導機１０２の固定子を流れる電流（回転子電流）である。ｉRαβは、鉄損抵抗Ｒcを流れる等価的な電流（鉄損電流）である。ｖLαβは、負荷に印加される負荷電圧である。固定子損失回路６５３及び固定子負荷回路６５４から構成されるベクトル等価回路について、式（５−１）〜（５−３）が成立する。
【０１６３】
【数２４】
2018102120.tif 000026
【０１６４】
式（５−１）〜（５−３）から、式（４−１）及び（４−２）が導かれる。また、詳細な説明は省略するが、式（４−３）に示すように鉄損抵抗ＲcをＲc0、Ｒc1及びω1f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。なお、当業者であれば、理論が制御に適切に反映されるようにＲc0及びＲc1を決定することができる。
【０１６５】
誘導機においては、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１０を用いて説明すると、固定子負荷回路６５４に流れ込む負荷電流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、固定子電流ｉαβを鉄損電流ｉRαβと負荷電流ｉLαβとに分離し、負荷電流ｉLαβを用いて内積演算をすれば、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。
【０１６６】
負荷電流及びこれに関連する事項の理解には、特許文献２が役立つので参照されたい。
【０１６７】
なお、負荷電流ｉLαβを用いて指令軸電圧ｖαβ*を特定することもできる。しかし、本実施形態の指令電圧特定部１０７は、２相電流ｉαβを用いて指令軸電圧ｖαβ*を特定する。図１０、式（１−１８）及び（１−１９）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。
【０１６８】
（実施形態４）
図１１に示すように、実施形態３の位相調整部１５１を省略することもできる。図１１に示す実施形態４に係る誘導機制御装置４００の誘導機制御部４０１では、トルク推定部１０９は、式（４−４）のψα_b及びψβ_bをψα及びψβに変更した式すなわち式（４−６）を用いて、推定トルクＴeを特定する。二次磁束推定部１１５は、式（４−５）のψα_b及びψβ_bをψα及びψβに変更した式すなわち式（４−７）を用いて、正規化二次磁束ψ2nを特定する。
【０１６９】
【数２５】
2018102120.tif 000027
【０１７０】
実施形態４では、一次磁束推定部１０８、負荷電流特定部１５２、二次磁束推定部１１５及びトルク推定部１０９は、磁束有効電力成分特定ユニット４５０を構成している。トルク推定部１０９が有効電力推定部に変更された磁束有効電力成分特定ユニット４５０も構成され得る。その場合、有効電力推定部は、式（１−２１Ａ）のｉα及びｉβをｉLα及びｉLβに変更した式に従って動作し得る。また、その場合、有効電力推定部は、式（１−２１Ｂ）のｉα及びｉβをｉLα及びｉLβに変更した式に従って動作するものであってもよい。また、詳細は省略するが、トルク推定部１０９がトルク若しくは有効電力に比例する値を特定する推定部に変更された磁束有効電力成分特定ユニット４５０も構成され得る。
【０１７１】
（実施形態５−１１及びその変形例に関する本発明者らによる知見）
特許文献３には、回転機の磁束ベクトルを制御する技術が記載されている。特許文献３には、特許文献３の技術によれば回転機の速度が低い場合の制御性能低下が防止され得ると記載されている。
【０１７２】
具体的には、特許文献３の技術では、指令速度を用いて、回転機の磁束ベクトルの位相が移動するべき制御周期毎の移動量を特定する。特定された移動量を用いて、指令磁束ベクトルの位相を特定する。この位相を用いて、指令磁束ベクトルを特定する。そして、指令磁束ベクトルを用いて、回転機を制御する。本明細書では、このような制御を、簡易磁束ベクトル制御と称することがある。
【０１７３】
ところで、誘導機には、すべり角速度がある。すべり角速度は、［すべり角速度］＝［一次磁束ベクトルの回転速度］−［回転子速度］で与えられる。すべり角速度は、負荷トルクによって影響されるものであり、定数ではない。
【０１７４】
本発明者らの検討によれば、特許文献３の技術には、回転機として誘導機を用いる場合において改善の余地がある。具体的には、この場合には、上記の移動量を、誘導機のすべり角速度を用いて特定することにより、誘導機の回転子速度の制御精度が改善される。
【０１７５】
非特許文献１には、誘導機の電流ベクトルを制御しつつ誘導機の回転子速度を推定する技術が記載されている。この技術によれば、正規化二次磁束ベクトルをオブザーバで推定することで、回転子速度を求め、すべり角速度を推定できる。しかし、この技術は、電流ベクトルを制御しない場合には利用できない。このため、この技術は、特許文献３の簡易磁束ベクトル制御に適用できない。
【０１７６】
そこで、実施形態５−１１及びその変形例は、特に、電流ベクトルを制御せず磁束ベクトルを制御する場合において、誘導機のすべり角速度を推定可能な技術を提供することを目的とする。
【０１７７】
実施形態５−１１及びその変形例に係る技術によれば、電流ベクトルを制御せず磁束ベクトルを制御する場合において、誘導機のすべり角速度を推定できる。また、簡易磁束ベクトル制御により誘導機を駆動する場合において、誘導機の回転子速度を適切に制御することができる。
【０１７８】
（実施形態５）
実施形態５の誘導機制御装置５００は、簡易磁束ベクトル制御により回転子速度を制御できるように構成されている。以下、実施形態５の誘導機制御装置５００について説明する。なお、実施形態５では、実施形態１と同様の部分については同一符号を付し、説明を省略することがある。
【０１７９】
図１２に示すように、本実施形態の誘導機制御部５０１は、実施形態１の速度・位相推定部１１０、回転子速度推定部１２９、指令トルク特定部１２１、指令振幅特定部１２２、トルク偏差特定部１１１及び指令位相特定部１２７を有しない。その代わりに、誘導機制御部５０１は、指令振幅特定部５２２と、すべり角速度推定部（すべり角速度特定部）５２９と、位相推定部（位相特定部）５１０と、指令位相特定部５２７と、を有している。
【０１８０】
誘導機制御部５０１では、ｕ，ｗ／α，β変換部１０６によって、相電流ｉu，ｉwが、軸電流ｉα，ｉβに変換される。一次磁束推定部１０８によって、指令軸電圧ｖα*，ｖβ*及び軸電流ｉα，ｉβから、３相誘導機１０２の一次磁束ベクトルの推定値である推定一次磁束ψs（ψα，ψβ）が特定される。位相推定部５１０によって、推定一次磁束ψα，ψβから、３相誘導機１０２の一次磁束ベクトルの位相が推定される（推定位相θsが特定される）。トルク推定部１０９によって、推定一次磁束ψα，ψβ及び軸電流ｉα，ｉβから、３相誘導機１０２のトルクが推定される（推定トルクＴeが特定される）。二次磁束推定部１１５によって、推定一次磁束ψα，ψβ及び軸電流ｉα，ｉβから、正規化二次磁束ベクトルの推定値である推定正規化二次磁束ψ2n（ψ2nα，ψ2nβ）が特定される。すべり角速度推定部５２９によって、推定トルクＴe及び推定正規化二次磁束ψ2nα，ψ2nβからすべり角速度が推定される（推定すべり角速度ωsが特定される）。指令振幅特定部５２２によって、所望の磁束振幅となるような指令振幅｜ψs*｜が特定される。指令位相特定部５２７によって、３相誘導機１０２の回転子速度の指令速度ωref*、推定すべり角速度ωs、推定トルクＴe及び推定位相θsから、指令位相θs*が特定される。指令磁束特定部１１２によって、指令位相θs*及び指令振幅｜ψs*｜から、指令磁束ベクトルψs*（ψα*，ψβ*）が特定される。α軸磁束偏差特定部１１３ａによって、α軸指令磁束ψα*と推定一次磁束ψαとの偏差（磁束偏差Δψα＝ψα*−ψα）が求められる。β軸磁束偏差特定部１１３ｂによって、β軸指令磁束ψβ*と推定磁束ψβとの偏差（磁束偏差Δψβ＝ψβ*−ψβ）が求められる。指令電圧特定部１０７によって、磁束偏差Δψα，Δψβ及び軸電流ｉα，ｉβから、指令軸電圧ｖα*，ｖβ*が特定される。α，β／ｕ，ｖ，ｗ変換部１１４によって、指令軸電圧ｖα*，ｖβ*が、指令電圧ベクトルｖu*，ｖv*，ｖw*に変換される。
【０１８１】
このような制御（フィードバック制御）により、３相誘導機１０２の一次磁束ベクトルが指令磁束ベクトルψs*に追従する（３相誘導機１０２の一次磁束ベクトルの振幅が指令振幅｜ψs*｜に追従する）ように、ＰＷＭインバータ１０４を介して３相誘導機１０２に電圧ベクトルが印加される。その結果、３相誘導機１０２の回転子速度ω2nが指令速度ωref*に追従する。
【０１８２】
本実施形態の制御に関する各構成要素について、以下で説明する。
【０１８３】
（位相推定部５１０）
位相推定部５１０は、推定一次磁束ψs（推定一次磁束ψα，ψβ）から一次磁束ベクトルの位相を推定する（推定位相θsを特定する）。具体的に、位相推定部５１０は、上述の式（１−７）により、推定位相θsを求める。位相推定部５１０は、速度・位相推定部１１０の位相推定部と同様に動作する。
【０１８４】
（すべり角速度推定部５２９）
すべり角速度推定部５２９は、推定正規化二次磁束ψ2nと、推定トルクＴeとから、３相誘導機１０２の回転子のすべり角速度を推定する（推定すべり角速度ωsを特定する）。具体的には、すべり角速度推定部５２９は、上述の式（１−１０）を用いて、すべり角速度ωsを求める。すべり角速度推定部５２９は、速度・位相推定部１１０のすべり角速度推定部と同様に動作する。
【０１８５】
（指令振幅特定部５２２）
指令振幅特定部５２２は、推定トルクＴeを用いて指令振幅｜ψs*｜を特定する。具体的には、指令振幅特定部５２２は、３相誘導機１０２の運転状態に合わせて指令振幅｜ψs*｜を特定する。例えば、指令振幅｜ψs*｜は、上述の式（１−１３）の指令トルクＴe*を推定トルクＴeに置き換えた式を用いて特定できる。具体的に、この置き換え後の式でａ＝１とすれば、推定トルクＴeから、最大トルク／電流制御を実行するための指令振幅｜ψs*｜を特定できる。また、この置き換え後の式のａを１以外の適切値に設定することによって、推定トルクＴeから、３相誘導機１０２における電力損失ＰLを低減させるのに適した指令振幅｜ψs*｜を特定することもできる。当然ながら、変換テーブルを作成することもできる。
【０１８６】
(指令位相特定部５２７ａ)
図１３Ａに、指令位相特定部５２７の一例である指令位相特定部５２７ａを示す。指令位相特定部５２７ａは、指令速度ωref*と、すべり角速度ωsと、推定トルクＴeと、推定位相θsとから、指令位相θs*を特定する。図１３Ａに示すように、指令位相特定部５２７ａは、すべり加算部５４０と、乗算部５４１と、ハイパスフィルタ５４４と、符号反転部５４５と、ＰＩ補償部５４６と、移動量加算部５４２と、位相加算部５４３とを有している。
【０１８７】
（すべり加算部５４０）
すべり加算部５４０は、指令速度ωref*にすべり角速度ωsを加算することによって一次磁束の指令角速度（指令一次角速度）ω1f*求める。
【０１８８】
（乗算部５４１）
乗算部５４１は、指令一次角速度ω1f*に制御周期Ｔsを乗ずることによって移動量ω1f*Ｔsを求める。
【０１８９】
（ハイパスフィルタ５４４）
ハイパスフィルタ５４４は、推定トルクＴeの振動成分(トルク振動成分)ＴHのみを特定(抽出)する。
【０１９０】
（符号反転部５４５）
符号反転部５４５は、トルク振動成分ＴHに−１を乗ずることによって振動成分−ＴHを求める。
【０１９１】
ハイパスフィルタ５４４及び符号反転部５４５の動作は、式（６−１）によって表現される。ｇはカットオフ周波数であり、単位は［ｒａｄ／ｓ］である。ｓはラプラス演算子である。
【０１９２】
【数２６】
2018102120.tif 000028
【０１９３】
（ＰＩ補償部５４６）
ＰＩ補償部５４６は、振動成分−ＴHを取得し、これがゼロとなるように補正量Δω1f*Ｔsを特定する。具体的には、式（６−２）に示すように、振動成分−ＴHを入力とした比例・積分演算を実施することにより補正量Δω1f*Ｔsを求める。
【０１９４】
【数２７】
2018102120.tif 000029
【０１９５】
（移動量加算部５４２）
移動量加算部５４２は、補正量Δω1f*Ｔsを用いて移動量ω1f*Ｔsを補正する。具体的には、移動量ω1f*Ｔsに補正量Δω1f*Ｔsを加算することによって、補正された移動量Δθを求める。
【０１９６】
（位相加算演算部５４３）
位相加算部５４３は、移動量Δθと推定位相θsを加算することで、指令位相θs*を求める。
【０１９７】
まとめると、指令位相特定部５２７ａは、３相誘導機１０２の回転子速度が追従するべき指令速度ωref*にすべり角速度ωsを加算したものである指令一次角速度ω1f*と、推定トルクＴeと、用いて、一次磁束ベクトルの位相が移動するべき制御周期毎の移動量Δθを特定する。そして、指令位相特定部５２７ａは、特定された移動量Δθと、推定位相θsと、を用いて、指令位相θs*を特定する。
【０１９８】
このように、誘導機制御部１０１等と同様、誘導機制御部５０１は、誘導機制御部５０１で特定された３相誘導機１０２のすべり角速度を用いて、一次磁束ベクトルの位相が移動するべき制御周期毎の移動量Δθを特定する。そして、誘導機制御部５０１は、特定された移動量Δθを用いて、指令磁束ベクトルの位相である指令位相θs*を特定する。
【０１９９】
（本実施形態の効果）
本実施形態では、推定された一次磁束ベクトルと、電流ベクトルとから、有効電力成分（この例ではトルク）を推定する。推定された有効電力成分と、二次磁束成分とから、すべり角速度ωsを推定する。回転子速度の指令速度ωref*に推定されたすべり角速度ωsを加算することにより、指令一次角速度ω1f*を求める。指令一次角速度ω1f*を用いて移動量Δθを特定する。移動量Δθを用いて、指令磁束ベクトルψs*を特定する。指令磁束ベクトルψs*に一致するように、一次磁束ベクトルを制御する。一次磁束ベクトルが推定される。このような動作が繰り返される。このようにすれば、３相誘導機１０２の負荷が大きく、一次磁束角速度と回転子速度が大きく乖離した場合においても、指令速度ωref*と回転子速度を精度よく一致させることが可能となる。また、指令一次角速度ω1f*と一次磁束角速度を精度よく一致させることが可能となる。本実施形態は、誘導機を所望の回転速度で駆動する観点から有利である。
【０２００】
（有効電力推定部を用いた変形例）
実施形態５の変形例では、トルク推定部１０９に代えて、実施形態１の変形例で説明した有効電力推定部が用いられる。この変形例では、一次磁束推定部１０８、二次磁束推定部１１５及び有効電力推定部は、磁束有効電力成分特定ユニット１５０を構成している。この変形例では、すべり角速度推定部５２９は、式（１−１０）に代えて、式（１−２２）を用いる。
【０２０１】
トルク推定部１０９に代えて有効電力推定部を用いる技術は、後述の変形例及び実施形態６〜１１にも適用され得る。また、先の実施形態と同様、有効電力成分として、有効電力又はトルクに代えて、有効電力若しくはトルクに比例する値を用いることもできる。つまり、磁束有効電力成分特定ユニット１５０は、有効電力又はトルクを特定する代わりに、有効電力若しくはトルクに比例する値を特定するものであってもよい。この点は、後述の変形例及び実施形態６〜１１についても同様である。
【０２０２】
（指令位相特定部５２７の第１の変形例）
図１３Ａの指令位相特定部５２７ａに代えて、図１３Ｂに示す指令位相特定部５２７ｂを用いてもよい。指令位相特定部５２７ｂは、指令速度ωref*と、すべり角速度ωsと、推定トルクＴeと、推定位相θsとから、指令位相θs*を特定する。図１３Ｂに示すように、指令位相特定部５２７ｂは、指令位相特定部５２７ａのハイパスフィルタ５４４及び符号反転部５４５に代えて、ローパスフィルタ５４８及び減算部５４９を有している。
【０２０３】
（ローパスフィルタ５４８）
ローパスフィルタ５４８は、推定トルクＴeから定常成分ＴLを抽出する。
【０２０４】
（減算部５４９）
減算部５４９は、定常成分ＴLから推定トルクＴeを減じることにより、振動成分−ＴHを求める。
【０２０５】
まとめると、指令位相特定部５２７ｂは、３相誘導機１０２の回転子速度が追従するべき指令速度ωref*にすべり角速度ωsを加算したものである指令一次角速度ω1f*と、推定トルクＴeと、を用いて、一次磁束ベクトルの位相が移動するべき制御周期毎の移動量Δθを特定する。そして、指令位相特定部５２７ｂは、特定された移動量Δθと、推定位相θsと、を用いて、指令位相θs*を特定する。
【０２０６】
第１の変形例では、指令位相特定部５２７ｂにおいて、振動成分−ＴH（誘導機トルクの振動成分ＴHに−１を乗じたもの）を推定する。図１３Ａ及び１３Ｂから理解されるように、図１３Ａの指令位相特定部５２７ａの出力と１３Ｂの指令位相特定部５２７ｂの出力は同じである。従って、指令位相特定部５２７ｂによれば、位相特定部５２７ａと同じ効果が得られる。
【０２０７】
（指令位相特定部５２７の第２の変形例）
図１３Ｂの指令位相特定部５２７ｂに代えて、図１３Ｃに示す指令位相特定部５２７ｃを用いてもよい。指令位相特定部５２７ｃは、指令速度ωref*と、すべり角速度ωsと、推定トルクＴeと、推定位相θsとから、指令位相θs*を特定する。図１３Ｃに示すように、指令位相特定部５２７ｃは、ローパスフィルタ５４８と減算部５４９との間にトルクリミッタ５５０が設けられている点で、指令位相特定部５２７ｂとは相違する。
【０２０８】
（トルクリミッタ５５０）
トルクリミッタ５５０は、式（６−３）及び（６−４）を用いて、トルク制限値Ｔlimを求める。定常成分ＴLがトルク制限値Ｔlim以下である場合、トルクリミッタ５５０は、定常成分ＴLを減算部５４９に与える。この場合、指令位相特定部５２７ｃで特定される指令位相θs*は、指令位相特定部５２７ｂで特定される指令位相θs*と同じとなる。一方、定常成分ＴLがトルク制限値Ｔlimよりも大きい場合、トルクリミッタ５５０は、トルク制限値Ｔlimを減算部５４９に与える。Ｉamは電流制限値を意味する。第２の変形例では、電流制限値Ｉamは、固定値である。Ｐnは、３相誘導機１０２の極対数である。電流制限値Ｉam及びトルク制限値Ｔlimの詳細については、非特許文献３を参照されたい。
【０２０９】
【数２８】
2018102120.tif 000030
【０２１０】
まとめると、指令位相特定部５２７ｃは、３相誘導機１０２の回転子速度が追従するべき指令速度ωref*にすべり角速度ωsを加算したものである指令一次角速度ω1f*と、推定トルクＴeと、を用いて、一次磁束ベクトルの位相が移動するべき制御周期毎の移動量Δθを特定する。そして、指令位相特定部５２７ｃは、特定された移動量Δθと、推定位相θsと、を用いて、指令位相θs*を特定する。
【０２１１】
本変形例によれば、誘導機トルクが制限トルクＴlimを超えないようにする構成を、容易に実現することができる。
【０２１２】
（指令位相特定部５２７の第３の変形例）
図１３Ａの指令位相特定部５２７ａに代えて、図１３Ｄに示す指令位相特定部５２７ｄを用いてもよい。指令位相特定部５２７ｄは、指令速度ωref*と、すべり角速度ωsと、推定トルクＴeと、推定位相θsとから、指令位相θs*を特定する。図１３Ｄに示すように、指令位相特定部５２７ｄは、乗算部５４１、符号反転部５４５、ＰＩ補償部５４６及び移動量加算部５４２を有さない。その代わりに、指令位相特定部５２７ｄは、速度偏差演算部５５２、乗算部５５３及びゲイン乗算部５５４を有している。
【０２１３】
（ゲイン乗算部５５４）
ゲイン乗算部５５４は、トルク振動成分ＴHにゲインＫ1を乗じて速度振動成分Ｋ1ＴHを特定する。
【０２１４】
ハイパスフィルタ５４４及びゲイン乗算部５５４の動作は、式（６−５）によって表現される。ｇはカットオフ周波数であり、単位は［ｒａｄ／ｓ］である。ｓはラプラス演算子である。
【０２１５】
【数２９】
2018102120.tif 000031
【０２１６】
（速度偏差演算部５５２）
速度偏差演算部５５２は、指令一次角速度ω1f*と速度振動成分Ｋ1ＴHの速度偏差（補正された指令一次角速度）ω1f*−Ｋ1ＴHを演算する。
【０２１７】
（乗算部５５３）
乗算部５５３は、速度偏差ω1f*−Ｋ1ＴHに制御周期ＴSを乗ずることによって移動量Δθを求める。
【０２１８】
まとめると、指令位相特定部５２７ｄは、３相誘導機１０２の回転子速度が追従するべき指令速度ωref*にすべり角速度ωsを加算したものである指令一次角速度ω1f*と、推定トルクＴeと、を用いて、一次磁束ベクトルの位相が移動するべき制御周期毎の移動量Δθを特定する。そして、指令位相特定部５２７ｄは、特定された移動量Δθと、推定位相θsと、を用いて、指令位相θs*を特定する。
【０２１９】
図１３Ｄ及び図１３Ａから理解されるように、指令位相特定部５２７ｄの動作と指令位相特定部５２７ａの動作とはよく似ている。ゲイン乗算部５５４でトルク振動成分ＴHにゲインＫ1を乗じ、速度偏差演算部５５２で−１を乗じ、乗算部５５３で制御周期ＴSを乗じて得られる演算結果（図１３Ｄ）と、符号反転部５４５でトルク振動成分ＴHに−１を乗じ、ＰＩ補償部５４６においてその機能一部として比例制御を行って得られる演算結果（図１３Ａ）と、は対応するためである。ただし、指令位相特定部５２７ａでは振動成分−ＴHを入力とした積分制御（ＰＩ補償部５４６の機能の一部）を行う点が、指令位相特定部５２７ｄと相違する。なお、指令位相特定部５２７ａのＰＩ補償部５４６に代えてＰ補償部を用いたりＩ補償部を用いたりすることもできる。
【０２２０】
（実施形態６）
以下、実施形態６の誘導機制御装置６００について説明する。なお、実施形態６では、実施形態５の図１３Ａの例と同様の部分については同一符号を付し、説明を省略することがある。
【０２２１】
図１４に示すように、本実施形態の誘導機制御部６０１は、位相推定部５１０を有しない。また、誘導機制御部６０１は、指令位相特定部５２７に代えて、指令位相特定部６２７を有している。
【０２２２】
指令位相特定部６２７は、指令速度ωref*と、すべり角速度ωsとから、指令位相θs*を特定する。図１５に示すように、指令位相特定部６２７は、指令位相特定部５２７ａのすべり加算部５４０に加え、積分器６４１を有している。
【０２２３】
積分器６４１は、指令一次角速度ω1f*を積分することによって指令位相θs*を求める。本実施形態では、指令位相特定部６２７はディジタル制御装置に組み込まれており、積分器６４１は離散系で構成されている。従って、本実施形態の指令位相特定部６２７は、指令一次角速度ω1f*を用いて一次磁束ベクトルの位相が移動するべき制御周期毎の移動量を特定し、特定された移動量を用いて指令磁束ベクトルψs*の位相θs*を特定すると言える。具体的に、指令位相特定部６２７は、移動量を積算することによって指令磁束ベクトルψs*の位相θs*を特定すると言える。ディジタル制御装置としては、ＤＳＰ、マイクロコンピュータが例示される。
【０２２４】
まとめると、指令位相特定部６２７は、３相誘導機１０２の回転子速度が追従するべき指令速度ωref*にすべり角速度ωsを加算したものである指令一次角速度ω1f*を用いて、一次磁束ベクトルの位相が移動するべき制御周期毎の移動量Δθを特定する。そして、指令位相特定部６２７は、特定された移動量Δθを用いて、指令位相θs*を特定する。
【０２２５】
（実施形態７）
以下、実施形態７の誘導機制御装置７００について説明する。なお、実施形態７では、実施形態５の図１３Ｄの例と同様の部分については同一符号を付し、説明を省略することがある。
【０２２６】
図１６に示すように、本実施形態の誘導機制御部７０１は、位相推定部５１０を有さない。また、誘導機制御部７０１は、指令位相特定部５２７ｄに代えて、指令位相特定部７２７を有している。
【０２２７】
指令位相特定部７２７は、指令速度ωref*と、すべり角速度ωsと、推定トルクＴeとから、指令位相θs*を特定する。図１７に示すように、指令位相特定部７２７は、乗算部５５３及び位相加算部５４３に代えて、積分器６４１を有している。
【０２２８】
積分器６４１は、速度偏差（補正された指令一次角速度）ω1f*−Ｋ1ＴHを積分することによって指令位相θs*を求める。実施形態７の積分器６４１は、入力が異なることを除いて、実施形態６の積分器６４１と同様に動作する。
【０２２９】
まとめると、指令位相特定部７２７は、３相誘導機１０２の回転子速度が追従するべき指令速度ωref*にすべり角速度ωsを加算したものである指令一次角速度ω1f*と、推定トルクＴeと、を用いて、一次磁束ベクトルの位相が移動するべき制御周期毎の移動量Δθを特定する。そして、指令位相特定部７２７は、特定された移動量Δθを用いて、指令位相θs*を特定する。
【０２３０】
（実施形態８）
以下、実施形態８の誘導機制御装置８００について説明する。なお、実施形態８では、実施形態５の図１３Ａの例と同様の部分については同一符号を付し、説明を省略することがある。
【０２３１】
図１８に示すように、本実施形態の誘導機制御部８０１は、指令位相特定部５２７に代えて、指令位相特定部８２７を有している。
【０２３２】
指令位相特定部８２７は、指令速度ωref*と、すべり角速度ωsと、推定位相θsとから、指令位相θs*を特定する。図１９に示すように、指令位相特定部８２７では、指令位相特定部５２７ａのハイパスフィルタ５４４、符号反転部５４５、ＰＩ補償部５４６及び移動量加算部５４２が省略されている。
【０２３３】
実施形態８では、乗算部５４１の出力を、移動量Δθとして扱う。つまり、実施形態８の移動量Δθは、実施形態５の移動量ω1f*Ｔsに対応する。
【０２３４】
位相加算部５４３は、移動量Δθと推定位相θsを加算することで、指令位相θs*を求める。実施形態８の位相加算部５４３は、入力が異なることを除いて、図１３Ａの位相加算部５４３と同様に動作する。
【０２３５】
まとめると、指令位相特定部８２７は、３相誘導機１０２の回転子速度が追従するべき指令速度ωref*にすべり角速度ωsを加算したものである指令一次角速度ω1f*を用いて、一次磁束ベクトルの位相が移動するべき制御周期毎の移動量Δθを特定する。そして、指令位相特定部８２７は、特定された移動量Δθと、推定位相θsと、を用いて、指令位相θs*を特定する。
【０２３６】
（実施形態９〜１１）
実施形態９の誘導機制御装置９００では、図１２に示す実施形態５の誘導機制御部５０１が、図２０に示す誘導機制御部９０１に置き換えられている。誘導機制御部９０１では、誘導機制御部５０１の磁束有効電力成分特定ユニット１５０が、図６に示す実施形態２の磁束有効電力成分特定ユニット２５０に置き換えられている。
【０２３７】
実施形態１０の誘導機制御装置１０００では、図１２に示す実施形態５の誘導機制御部５０１が、図２１に示す誘導機制御部１００１に置き換えられている。誘導機制御部１００１では、誘導機制御部５０１の磁束有効電力成分特定ユニット１５０が、図９に示す実施形態３の磁束有効電力成分特定ユニット３５０に置き換えられている。
【０２３８】
実施形態１１の誘導機制御装置１１００では、図１２に示す実施形態５の誘導機制御部５０１が、図２２に示す誘導機制御部１１０１に置き換えられている。誘導機制御部１１０１では、誘導機制御部５０１の磁束有効電力成分特定ユニット１５０が、図１１に示す実施形態４の磁束有効電力成分特定ユニット４５０に置き換えられている。
【０２３９】
磁束有効電力成分特定ユニット２５０，３５０及び４５０は、図１４，１６及び１８に示す実施形態６，７及び８の誘導機制御部６０１，７０１及び８０１にも適用可能である。
【０２４０】
以上のように、実施形態１〜１１に係る誘導機制御装置（１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００，８００，９００，１０００，１１００）は、３相誘導機（１０２）の一次磁束ベクトルが指令磁束ベクトルに追従するように、インバータ（１０４）を用いて３相誘導機に電圧ベクトルを印加する。誘導機制御装置は、磁束有効電力成分特定ユニット（１５０，２５０，３５０，４５０）を備えている。磁束有効電力成分特定ユニットは、電圧ベクトル（ｖα*，ｖβ*）と、検出された３相誘導機の固定子電流ベクトルである検出電流ベクトル（ｉα，ｉβ）と、を用いて、３相誘導機の二次磁束ベクトルと同じ向きのベクトルである第２の二次磁束ベクトル（正規化二次磁束ベクトルψ2n）と、３相誘導機の（ｉ）有効電力（Ｐe）、（ii）トルク（Ｔe）又は（iii）有効電力若しくはトルクに比例する値である有効電力成分と、を特定する。誘導機制御装置は、有効電力成分と、第２の二次磁束ベクトルと、を用いて、３相誘導機のすべり角速度を特定する。このような誘導機制御装置によれば、誘導機の電流ベクトルを制御せず磁束ベクトルを制御する場合において、３相誘導機のすべり角速を推定できる。なお、念のために断っておくが、本開示に係る技術は、電流ベクトルを制御する場合にも利用可能である。
【０２４１】
実施形態１〜４に係る誘導機制御装置（１００，２００，３００，４００）では、磁束有効電力成分特定ユニット（１５０，２５０，３５０，４５０）は、電圧ベクトル（ｖα*，ｖβ*）と、検出電流ベクトル（ｉα，ｉβ）と、を用いて、一次磁束ベクトル（ψα，ψβ）を特定する。誘導機制御装置は、位相特定部（速度・位相推定部１１０）と、回転子速度特定部（１２９）と、を備えている。位相特定部は、磁束有効電力成分特定ユニットによって特定された一次磁束ベクトルである第１の一次磁束ベクトルの位相（θs）を特定する。回転子速度特定部は、第１の一次磁束ベクトルの位相の時間差分を用いて特定された第１の一次磁束ベクトルの回転速度（ω1f）と、有効電力成分と、第２の二次磁束ベクトル（正規化二次磁束ベクトルψ2n）と、を用いて、３相誘導機の回転子速度（ω2n）を特定する。このような誘導機制御装置によれば、電流ベクトルを制御せず磁束ベクトルを制御する場合に回転子速度を推定することができる。このような誘導機制御装置によれば、負荷が大きい場合等、すべり角速度が大きい場合（一次磁束角速度と回転子速度が大きく乖離している場合）においても、回転子速度を推定することができる。このような技術は、例えば、直接トルク制御（DTC:Direct Torque Control）とともに用いられ得る。
【０２４２】
実施形態１〜４に係る誘導機制御装置（１００，２００，３００，４００）は、３相誘導機（１０２）の一次磁束ベクトルが指令磁束ベクトルに追従するように、インバータ（１０４）を用いて３相誘導機に電圧ベクトルを印加する。誘導機制御装置は、磁束有効電力成分特定ユニット（１５０，２５０，３５０，４５０）と、位相特定部（速度・位相推定部１１０）と、回転子速度特定部（１２９）と、を備えている。磁束有効電力成分特定ユニットは、電圧ベクトル（ｖα*，ｖβ*）と、検出された３相誘導機の固定子電流ベクトルである検出電流ベクトル（ｉα，ｉβ）と、を用いて、一次磁束ベクトル（ψα，ψβ）と、３相誘導機の二次磁束ベクトルと同じ向きのベクトルである第２の二次磁束ベクトル（正規化二次磁束ベクトルψ2n）と、３相誘導機の（ｉ）有効電力（Ｐe）、（ii）トルク（Ｔe）又は（iii）有効電力若しくはトルクに比例する値である有効電力成分と、を特定する。位相特定部は、磁束有効電力成分特定ユニットによって特定された一次磁束ベクトルである第１の一次磁束ベクトルの位相（θs）を特定する。回転子速度特定部は、上記位相の時間差分を用いて特定された第１の一次磁束ベクトルの回転速度（ω1f）と、有効電力成分と、第２の二次磁束ベクトルと、を用いて、３相誘導機の回転子速度（ω2n）を特定する。
【０２４３】
実施形態１〜４に係る誘導機制御装置（１００，２００，３００，４００）は、回転子速度が指令速度に追従するように構成されている。誘導機制御装置は、指令トルク特定部（１２１）と、指令振幅特定部（１２２）と、を備えている。指令トルク特定部は、回転子速度（ω2n）を指令速度（ωref*）に追従させる場合に３相誘導機（１０２）のトルクが追従するべき指令トルク（Ｔe*）を特定する。指令振幅特定部は、指令トルクを用いて指令磁束ベクトルの振幅（｜ψs*｜）を特定する。
【０２４４】
実施形態１〜４に係る誘導機制御装置（１００，２００，３００，４００）は、回転子速度が指令速度に追従するように構成されている。有効電力成分は、３相誘導機（１０２）のトルクである。誘導機制御装置は、指令トルク特定部（１２１）と、指令位相特定部（１２７）と、を備えている。指令トルク特定部は、回転子速度（ω2n）を指令速度（ωref*）に追従させる場合に３相誘導機（１０２）のトルクが追従するべき指令トルク（Ｔe*）を特定する。指令位相特定部は、磁束有効電力成分特定ユニット（１５０，２５０，３５０，４５０）で特定されたトルク（Ｔe）と指令トルク（Ｔe*）との偏差であるトルク偏差（ΔＴ）をゼロに近づけるフィードバック制御によって磁束ベクトルの回転量（Δθs）を求め、第１の一次磁束ベクトルの位相（θs）に回転量を加算することによって、指令磁束ベクトルの位相（θs*）を特定する。
【０２４５】
実施形態１〜１１に係る誘導機制御装置（１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００，８００，９００，１０００，１１００）は、すべり角速度特定部を備えている。すべり角速度特定部は、有効電力成分と、第２の二次磁束ベクトル（正規化二次磁束ベクトルψ2n）と、を用いて、３相誘導機（１０２）のすべり角速度（ωs）を特定する。このような誘導機制御装置によれば、電流ベクトルを制御せず磁束ベクトルを制御する場合にすべり角速度を推定することができる。このような誘導機制御装置によれば、負荷が大きい場合等においても、すべり角速度を推定することができる。
【０２４６】
実施形態５〜１１に係る誘導機制御装置（５００，６００，７００，８００，９００，１０００，１１００）は、指令位相特定部（５２７，６２７，７２７，８２７）を備えている。指令位相特定部は、３相誘導機（１０２）の回転子速度（ω2n）が追従するべき指令速度（ωref*）にすべり角速度（ωs）を加算したものである指令一次角速度（ω1f*）を用いて、一次磁束ベクトルの位相が移動するべき制御周期毎の移動量（Δθ）を特定する。指令位相特定部は、特定された移動量を用いて、指令磁束ベクトルの位相（指令位相θs*）を特定する。
【０２４７】
実施形態５〜１１に係る誘導機制御装置（５００，６００，７００，８００，９００，１０００，１１００）は、指令振幅特定部（５２２）を備えている。有効電力成分は、３相誘導機（１０２）のトルクである。指令振幅特定部は、磁束有効電力成分特定ユニット（１５０，２５０，３５０，４５０）で特定されたトルク（Ｔe）を用いて指令磁束ベクトルの振幅（指令振幅｜ψs*｜）を特定する。
【０２４８】
実施形態１〜１１に係る誘導機制御装置（１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００，８００，９００，１０００，１１００）は、誘導機制御装置で特定された３相誘導機（１０２）のすべり角速度を用いて、一次磁束ベクトルの位相が移動するべき制御周期毎の移動量を特定する。誘導機制御装置は、特定された移動量を用いて、指令磁束ベクトルの位相を特定する。
【０２４９】
実施形態１及び５〜８に係る誘導機制御装置（１００，５００，６００，７００，８００）では、磁束有効電力成分特定ユニット（１５０）は、一次磁束特定部（１０８）と、二次磁束特定部（１１５）と、有効電力成分特定部（トルク推定部１０９、有効電力推定部又はトルク若しくは有効電力に比例する値を特定する推定部）と、を有している。磁束有効電力成分特定ユニットによって特定される一次磁束ベクトル（ψα，ψβ）を第１の一次磁束ベクトルと定義したとき、一次磁束特定部は、電圧ベクトル（ｖα*，ｖβ*）を用いて第１の一次磁束ベクトルを特定する。二次磁束特定部は、検出電流ベクトル（ｉα，ｉβ）と、第１の一次磁束ベクトルと、を用いて第２の二次磁束ベクトルを特定する。有効電力成分特定部は、検出電流ベクトルと、第１の一次磁束ベクトル又は電圧ベクトルと、を用いて有効電力成分を特定する。このような誘導機制御装置によれば、シンプルに第２の二次磁束ベクトル及び有効電力成分を特定することができる。つまり、このような誘導機制御装置によれば、シンプルにすべり角速度及び／又は回転子速度を特定することができる。
【０２５０】
実施形態２及び９に係る誘導機制御装置（２００，９００）では、磁束有効電力成分特定ユニット（２５０）は、一次磁束特定部（１０８）と、少なくとも１つの位相調整部（位相調整部１５１及び／又は第２の位相調整部）と、二次磁束特定部（１１５）と、有効電力成分特定部と、を有している。磁束有効電力成分特定ユニットによって特定される一次磁束ベクトル（ψα，ψβ）を第１の一次磁束ベクトルと定義したとき、一次磁束特定部は、電圧ベクトル（ｖα*，ｖβ*）を用いて第１の一次磁束ベクトルを特定する。少なくとも１つの位相調整部は、第１の一次磁束ベクトルの位相を遅らせたベクトルである第２の一次磁束ベクトル（ψα_b，ψβ_b）及び電圧ベクトルの位相を遅らせたベクトルである第２の電圧ベクトル（ｖα_b*，ｖβ_b*）の少なくとも一方を特定する。二次磁束特定部は、検出電流ベクトルと、第１の一次磁束ベクトル又は第２の一次磁束ベクトルと、を用いて、第２の二次磁束ベクトル（正規化二次磁束ベクトルψ2n）を特定する。有効電力成分特定部は、検出電流ベクトルと、第１の一次磁束ベクトル若しくは第２の一次磁束ベクトル又は電圧ベクトル若しくは第２の電圧ベクトルと、を用いて、有効電力成分を特定する。二次磁束特定部及び有効電力成分特定部の少なくとも一方で、第２の一次磁束ベクトル又は第２の電圧ベクトルが用いられる。このような誘導機制御装置によれば、回転子速度が高い場合であっても、回転子速度及び／又はすべり角速度の特定精度を確保し易い。
【０２５１】
実施形態４及び１１に係る誘導機制御装置（４００，１１００）では、磁束有効電力成分特定ユニット（４５０）は、一次磁束特定部（１０８）と、負荷電流特定部（１５２）と、二次磁束特定部（１１５）と、有効電力成分特定部と、を有している。磁束有効電力成分特定ユニットによって特定される一次磁束ベクトル（ψα，ψβ）を第１の一次磁束ベクトルと定義したとき、一次磁束特定部は、電圧ベクトル（ｖα*，ｖβ*）を用いて第１の一次磁束ベクトルを特定する。負荷電流特定部は、検出電流ベクトル（ｉα，ｉβ）を用いて、固定子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（ｉLα,ｉLβ）を特定する。二次磁束特定部は、検出電流ベクトル又は負荷電流ベクトルと、第１の一次磁束ベクトルと、を用いて、第２の二次磁束ベクトル（正規化二次磁束ベクトルψ2n）を特定する。有効電力成分特定部は、検出電流ベクトル又は負荷電流ベクトルと、第１の一次磁束ベクトル又は電圧ベクトルと、を用いて、有効電力成分を特定する。二次磁束特定部及び有効電力成分特定部の少なくとも一方で、負荷電流ベクトルが用いられる。このような誘導機制御装置によれば、鉄損の割合が大きい（回転子速度が高い場合等）であっても、回転子速度及び／又はすべり角速度の特定精度を確保し易い。
【０２５２】
実施形態３及び１０に係る誘導機制御装置（３００，１０００）では、磁束有効電力成分特定ユニット（３５０）は、一次磁束特定部（１０８）と、負荷電流特定部（１５２）と、少なくとも１つの位相調整部（位相調整部１５１及び／又は第２の位相調整部）と、二次磁束特定部と、有効電力成分特定部と、を有している。磁束有効電力成分特定ユニットによって特定される一次磁束ベクトル（ψα，ψβ）を第１の一次磁束ベクトルと定義したとき、一次磁束特定部は、電圧ベクトル（ｖα*，ｖβ*）を用いて第１の一次磁束ベクトルを特定する。負荷電流特定部（ｉα，ｉβ）は、検出電流ベクトルを用いて、固定子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（ｉLα,ｉLβ）を特定する。少なくとも１つの位相調整部は、第１の一次磁束ベクトルの位相を遅らせたベクトルである第２の一次磁束ベクトル（ψα_b，ψβ_b）及び電圧ベクトルの位相を遅らせたベクトルである第２の電圧ベクトル（ｖα_b*，ｖβ_b*）の少なくとも一方を特定する。二次磁束特定部は、検出電流ベクトル又は負荷電流ベクトルと、第１の一次磁束ベクトル又は第２の一次磁束ベクトルと、を用いて、第２の二次磁束ベクトル（正規化二次磁束ベクトルψ2n）を特定する。有効電力成分特定部は、検出電流ベクトル又は負荷電流ベクトルと、第１の一次磁束ベクトル若しくは第２の一次磁束ベクトル又は電圧ベクトル若しくは第２の電圧ベクトルと、を用いて、有効電力成分を特定する。有効電力成分特定部及び二次磁束特定部の少なくとも一方で、第２の一次磁束ベクトル又は第２の電圧ベクトルが用いられる。二次磁束特定部及び有効電力成分特定部の少なくとも一方で、負荷電流ベクトルが用いられる。
【０２５３】
実施形態１〜１１に係る誘導機制御装置（１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００，８００，９００，１０００，１１００）では、磁束有効電力成分特定ユニット（１５０，２５０，３５０，４５０）は、二次磁束特定部を有している。固定子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を負荷電流ベクトル（ｉLα,ｉLβ）と定義し、磁束有効電力成分特定ユニットによって特定される一次磁束ベクトル（ψα，ψβ）を第１の一次磁束ベクトルと定義し、第１の一次磁束ベクトルの位相を遅らせたベクトルを第２の一次磁束ベクトル（ψα_b，ψβ_b）と定義し、固定子電流ベクトルと固定子総合漏れインダクタンスとの積を第１の積（仮想電機子反作用磁束ｌ1tｉa）と定義し、負荷電流ベクトルと固定子総合漏れインダクタンスとの積を第２の積（仮想電機子反作用磁束ｌ1tｉLαβ）と定義したとき、二次磁束特定部は、第１の一次磁束ベクトル又は第２の一次磁束ベクトルから第１の積又は第２の積を差し引くことによって、第２の二次磁束ベクトル（正規化二次磁束ベクトルψ2n）を特定する、誘導機制御装置を提供する。このような誘導機制御装置によれば、適切に第２の二次磁束ベクトルを特定することができる。
【産業上の利用可能性】
【０２５４】
本開示に係る技術は、かご型誘導機等の３相誘導機に適用できる。本開示に係る技術が適用された３相誘導機は、冷暖房装置又は給湯機に使用されたヒートポンプ式冷凍装置に適している。また、本開示に係る技術は、ファン、ブロア等の制御装置に適している。
【符号の説明】
【０２５５】
１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００，８００，９００，１０００，１１００  誘導機制御装置
１０１，２０１，３０１，４０１，５０１，６０１，７０１，８０１，９０１，１００１，１１０１  誘導機制御部
１０２                  ３相誘導機
１０３                  デューティ生成部
１０４                  ＰＷＭインバータ
１０５ａ                第１電流センサ
１０５ｂ                第２電流センサ
１０６                  ｕ，ｗ/α，β変換部
１０７                  指令電圧特定部
１０８                  一次磁束推定部
１０９                  トルク推定部
１１０                  速度・位相推定部
１１１                  トルク偏差特定部
１１２                  指令磁束特定部
１１３ａ                α軸磁束偏差特定部
１１３ｂ                β軸磁束偏差特定部
１１４                  α，β／ｕ，ｖ，ｗ変換部
１１５                  二次磁束推定部
１１６                  ベースドライバ
１１７                  平滑コンデンサ
１１８                  直流電源
１１９ａ〜１１９ｆ      スイッチング素子
１２０ａ〜１２０ｆ      還流ダイオード
１２１                  指令トルク特定部
１２２，５２２          指令振幅特定部
１２７，５２７，５２７ａ，５２７ｂ，５２７ｃ，５２７ｄ，６２７，７２７，８２７  指令位相特定部
１２９                  回転子速度推定部
１５０，２５０，３５０，４５０  磁束有効電力成分特定ユニット
１５１                  位相調整部
１５２                  負荷電流特定部
５１０                  位相推定部
５２９                  すべり角速度推定部
５４０，５４２，５４３  加算部
５４１，５５３，５５４  乗算部
５４４                  ハイパスフィルタ
５４５                  符号反転部
５４６                  ＰＩ補償部
５４８                  ローパスフィルタ
５４９                  減算部
５５０                  トルクリミッタ
６４１                  積分器
６５３                  固定子損失回路
６５４                  固定子負荷回路
【図１】
2018102120.tif 000032
【図２Ａ】
2018102120.tif 000033
【図２Ｂ】
2018102120.tif 000034
【図３】
2018102120.tif 000035
【図４】
2018102120.tif 000036
【図５】
2018102120.tif 000037
【図６】
2018102120.tif 000038
【図７】
2018102120.tif 000039
【図８】
2018102120.tif 000040
【図９】
2018102120.tif 000041
【図１０】
2018102120.tif 000042
【図１１】
2018102120.tif 000043
【図１２】
2018102120.tif 000044
【図１３Ａ】
2018102120.tif 000045
【図１３Ｂ】
2018102120.tif 000046
【図１３Ｃ】
2018102120.tif 000047
【図１３Ｄ】
2018102120.tif 000048
【図１４】
2018102120.tif 000049
【図１５】
2018102120.tif 000050
【図１６】
2018102120.tif 000051
【図１７】
2018102120.tif 000052
【図１８】
2018102120.tif 000053
【図１９】
2018102120.tif 000054
【図２０】
2018102120.tif 000055
【図２１】
2018102120.tif 000056
【図２２】
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