(57)【要約】【課題】同期電動機の駆動前に電機子電流に応じたｑ軸インダクタンスを取得可能な同期電動機制御装置を提供する。【解決手段】制御装置は、同期電動機の電機子電流に応じた一定のｑ軸電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆを設定するｑ軸電流指令値設定部７５ｂと、同期電動機にトルクが生じないように下記数式に基づいてｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆを算出し設定して、ｑ軸インダクタンスＬｑを算出するｑ軸インダクタンス算出部７０とを備える。但し、Ｌｄは、予め導出されるｄ軸インダクタンス、Φは、予め導出される誘起電圧定数。2018098866.tif 000016【選択図】図４
2018098866.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電力を交流電力に変換して回転子鉄心に永久磁石が埋設されている同期電動機に給電する電力変換器と、
前記永久磁石の主磁束方向をｄ軸方向とし前記ｄ軸方向と電気的に直交する方向をｑ軸方向とするときに、前記ｄ軸方向の電流指令値であるｄ軸電流指令値および前記ｑ軸方向の電流指令値であるｑ軸電流指令値をそれぞれ設定して前記電力変換器を制御する制御装置と、
を備える同期電動機制御装置であって、
前記制御装置は、
前記同期電動機の電機子電流に応じた一定の前記ｑ軸電流指令値を設定するｑ軸電流指令値設定部と、
前記同期電動機にトルクが生じないように下記数１に基づいて前記ｄ軸電流指令値を算出し設定して、前記ｑ軸方向のインダクタンスであるｑ軸インダクタンスを算出するｑ軸インダクタンス算出部と、
を備える同期電動機制御装置。
【数１】
2018098866.tif 000015
但し、前記ｄ軸電流指令値をＩｄ＿ｒｅｆで表し、前記ｑ軸インダクタンスをＬｑで表す。また、予め導出される前記ｄ軸方向のインダクタンスであるｄ軸インダクタンスをＬｄで表し、予め導出される誘起電圧定数をΦで表す。
【請求項２】
前記ｑ軸インダクタンス算出部は、
前記ｄ軸電流指令値を算出し設定するｄ軸電流指令値設定部と、
前記同期電動機の回転子の速度が一定の速度指令値と一致するように、比例制御、積分制御および微分制御のうちの少なくとも前記比例制御および前記積分制御を行う速度制御部と、
を備え、前記速度制御部の出力を前記ｑ軸インダクタンスの算出値とする請求項１に記載の同期電動機制御装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記速度指令値を０に設定し、
前記ｑ軸インダクタンス算出部は、前記回転子を静止させた状態で、前記ｑ軸インダクタンスを算出する請求項２に記載の同期電動機制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同期電動機の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記発明の一例として、特許文献１に記載の発明が挙げられる。特許文献１に記載の永久磁石形同期電動機の制御装置は、固定子巻線に高周波交番電圧を印加したときの電流を検出して、永久磁石形同期電動機の電流相当値からインダクタンスを演算する第２の手段を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１５４６２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の発明では、永久磁石形同期電動機の駆動中にインダクタンスの演算を行う。そのため、電機子電流が変化してからインダクタンスを演算するまでの時間分の遅れが生じ、永久磁石形同期電動機における制御の不安定化、応答遅れが生じる可能性がある。また、特許文献１に記載の発明では、永久磁石形同期電動機の駆動中に、制御信号に加えて測定用の信号を重畳する必要があり、永久磁石形同期電動機における制御に悪影響を及ぼす可能性がある。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、同期電動機の駆動前に電機子電流に応じたｑ軸インダクタンスを取得可能な同期電動機制御装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る同期電動機制御装置は、直流電力を交流電力に変換して回転子鉄心に永久磁石が埋設されている同期電動機に給電する電力変換器と、前記永久磁石の主磁束方向をｄ軸方向とし前記ｄ軸方向と電気的に直交する方向をｑ軸方向とするときに、前記ｄ軸方向の電流指令値であるｄ軸電流指令値および前記ｑ軸方向の電流指令値であるｑ軸電流指令値をそれぞれ設定して前記電力変換器を制御する制御装置と、を備える同期電動機制御装置であって、前記制御装置は、前記同期電動機の電機子電流に応じた一定の前記ｑ軸電流指令値を設定するｑ軸電流指令値設定部と、前記同期電動機にトルクが生じないように下記数１に基づいて前記ｄ軸電流指令値を算出し設定して、前記ｑ軸方向のインダクタンスであるｑ軸インダクタンスを算出するｑ軸インダクタンス算出部と、を備える。
【０００７】
【数１】
2018098866.tif 000003
【０００８】
但し、前記ｄ軸電流指令値をＩｄ＿ｒｅｆで表し、前記ｑ軸インダクタンスをＬｑで表す。また、予め導出される前記ｄ軸方向のインダクタンスであるｄ軸インダクタンスをＬｄで表し、予め導出される誘起電圧定数をΦで表す。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る同期電動機制御装置によれば、制御装置は、ｑ軸電流指令値設定部と、ｑ軸インダクタンス算出部とを備える。ｑ軸電流指令値設定部は、同期電動機の電機子電流に応じた一定のｑ軸電流指令値を設定する。ｑ軸インダクタンス算出部は、同期電動機にトルクが生じないように数１に基づいてｄ軸電流指令値を算出し設定して、ｑ軸方向のインダクタンスであるｑ軸インダクタンスを算出する。これらにより、本発明に係る同期電動機制御装置は、同期電動機の駆動前に電機子電流に応じたｑ軸インダクタンスを取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】同期電動機制御装置１０の一例を示す構成図である。
【図２】回転子５２の一例を示す構成図である。
【図３】制御装置６０の一例を示す構成図である。
【図４】ｑ軸インダクタンスＬｑを算出する際の制御装置６０の制御ブロックの一例を示す構成図である。
【図５】電機子電流とインダクタンスとの間の関係の一例を示す図である。
【図６】ｄ軸インダクタンスＬｄを算出する際の制御装置６０の制御ブロックの一例を示す構成図である。
【図７Ａ】重畳信号の経時変化の一例を示す図である。
【図７Ｂ】ｄ軸電流算出値Ｉｄ＿ｆｂの経時変化の一例を示す図である。
【図７Ｃ】ｄ軸抽出信号の経時変化の一例を示す図である。
【図８Ａ】ｑ軸インダクタンスＬｑの算出手順の一例を示すフローチャートである。
【図８Ｂ】ｄ軸インダクタンスＬｄの算出手順の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、図面は、概念図であり、細部構造の寸法まで規定するものではない。
【００１２】
＜電力変換システム１の概要＞
図１に示すように、本実施形態の電力変換システム１は、同期電動機制御装置１０と、直流電源２０と、平滑コンデンサ３０とを備える。また、同期電動機制御装置１０は、電力変換器４０と、制御装置６０とを備える。なお、電力変換器４０には、同期電動機５０が電気的に接続されている。
【００１３】
（直流電源２０）
直流電源２０は、直流電力を出力する。直流電源２０は、直流電力を出力することができれば良く、限定されない。直流電源２０は、例えば、鉛蓄電池（バッテリ）、リチウムイオン電池、発電装置（例えば、燃料電池）などを用いることができる。また、直流電源２０は、公知の交流発電機などを用いて、直流電力を生成することもできる。この場合、直流電源２０は、公知の整流回路および平滑回路などを用いて、交流発電機が出力する交流電力を整流し平滑して、直流電力を生成することができる。
【００１４】
また、直流電源２０は、例えば、公知の昇圧コンバータなどを用いて、低電圧の直流電力を昇圧することもできる。この場合、直流電源２０は、例えば、公知の昇圧型チョッパコンバータなどの非絶縁型の昇圧コンバータを用いることができる。また、直流電源２０は、例えば、公知のフライバック型コンバータ、フォワード型コンバータなどの絶縁型の昇圧コンバータを用いることもできる。
【００１５】
（平滑コンデンサ３０）
平滑コンデンサ３０は、直流電源２０から出力された直流電力を平滑する。直流電源２０の正極側２０ｐは、平滑コンデンサ３０の正極側３０ｐと接続されている。直流電源２０の負極側２０ｎは、平滑コンデンサ３０の負極側３０ｎと接続されており、パワーグランド（直流電源２０を含む高電圧側の回路の基準電位）と接続されている。平滑コンデンサ３０は、例えば、電解コンデンサを用いることができる。直流電源２０から供給された直流電力は、平滑コンデンサ３０によって平滑されてリップルが低減される。
【００１６】
（電力変換器４０）
図１に示すように、電力変換器４０は、一対のスイッチング素子４１を複数（本実施形態では、三つ）備えており、複数（三つ）の一対のスイッチング素子４１は、フルブリッジ接続されている。電力変換器４０は、平滑コンデンサ３０によって平滑された直流電力を交流電力に変換して同期電動機５０に出力する。複数（三つ）の一対のスイッチング素子４１の各々は、平滑コンデンサ３０の正極側３０ｐに接続される正極側スイッチング素子４ｘｐと、平滑コンデンサ３０の負極側３０ｎに接続される負極側スイッチング素子４ｘｎとが直列接続されている。なお、本実施形態の電力変換器４０は、三相の電力変換器であり、ｘは、ｕ、ｖ、ｗのうちのいずれかである。例えば、正極側スイッチング素子４ｕｐは、Ｕ相の正極側スイッチング素子を示しており、負極側スイッチング素子４ｕｎは、Ｕ相の負極側スイッチング素子を示している。
【００１７】
正極側スイッチング素子４ｘｐおよび負極側スイッチング素子４ｘｎは、公知の電力用スイッチング素子を用いることができる。正極側スイッチング素子４ｘｐおよび負極側スイッチング素子４ｘｎは、例えば、公知の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ：Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などを用いることができる。
【００１８】
図１に示すように、複数（三つ）の正極側スイッチング素子４ｘｐの各々は、制御端子４ｇと、入力端子４ｃと、出力端子４ｅと、還流ダイオード４ｄとを備えている。例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）では、制御端子４ｇは、ゲート端子に相当し、入力端子４ｃは、コレクタ端子に相当し、出力端子４ｅは、エミッタ端子に相当する。制御端子４ｇは、駆動回路６１ｂを介して、制御装置６０と接続されている。複数（三つ）の正極側スイッチング素子４ｘｐの各々は、制御装置６０から出力される駆動信号に基づいて開閉制御される。
【００１９】
制御端子４ｇと出力端子４ｅとの間の電圧を制御電圧Ｖｇｅとする。例えば、制御電圧Ｖｇｅがローレベル（所定電圧値以下の状態）のときには、入力端子４ｃと出力端子４ｅとの間が電気的に遮断された開状態に制御される。一方、制御電圧Ｖｇｅがハイレベル（所定電圧値を超えている状態）のときには、入力端子４ｃと出力端子４ｅとの間が電気的に導通された閉状態に制御される。
【００２０】
還流ダイオード４ｄは、例えば、スイッチング素子のボディダイオード（寄生ダイオード）を用いることができる。また、ボディダイオードの代わりに、還流ダイオードを別途設けて、入力端子４ｃと出力端子４ｅとの間に並列接続することもできる。還流ダイオード４ｄは、スイッチング素子が開状態のときに、出力端子４ｅ側から入力端子４ｃ側に向かう電流経路を形成する。これにより、スイッチング素子の開閉に伴って生じる逆電流から当該スイッチング素子を保護することができる。
【００２１】
複数（三つ）の正極側スイッチング素子４ｘｐについて上述したことは、複数（三つ）の負極側スイッチング素子４ｘｎについても同様に言える。制御装置６０は、複数（三つ）の一対のスイッチング素子４１の各々のスイッチング素子を開閉制御して、電力変換器４０を駆動制御する。
【００２２】
例えば、電力変換器４０は、制御装置６０の指令に基づいて、複数（三つ）の正極側スイッチング素子４ｘｐのうちの一の正極側スイッチング素子４ｘｐと、複数（三つ）の負極側スイッチング素子４ｘｎのうちの一の負極側スイッチング素子４ｘｎとが閉状態にされ、他のスイッチング素子が開状態にされる。閉状態にされる一の正極側スイッチング素子４ｘｐおよび一の負極側スイッチング素子４ｘｎの相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）は、異なる。制御装置６０が閉状態にするスイッチング素子の組み合わせを順に変更することにより、電力変換器４０は、平滑コンデンサ３０によって平滑された直流電力を交流電力に変換することができる。
【００２３】
図１に示すように、正極側スイッチング素子４ｘｐと負極側スイッチング素子４ｘｎとの間には、出力端子４２ｘが設けられている。出力端子４２ｘと、同期電動機５０の相端子４３ｘとの間は、電力ケーブル４４ｘによって電気的に接続されている。電力ケーブル４４ｘは、電力変換器４０によって変換された交流電力を同期電動機５０に給電する。なお、ｘは、ｕ、ｖ、ｗのうちのいずれかである。
【００２４】
（同期電動機５０）
同期電動機５０は、固定子５１と回転子５２とを備えている。同期電動機５０は、例えば、固定子５１および回転子５２が同軸に配設されるラジアル空隙型の円筒状電動機である。なお、同期電動機５０は、アキシャル空隙型の円筒状電動機であっても良い。また、同期電動機５０は、インナー型の円筒状電動機であっても良く、アウター型の円筒状電動機であっても良い。インナー型の円筒状電動機は、回転子５２が、固定子５１の内方（同期電動機５０の軸心側）に設けられる。アウター型の円筒状電動機は、回転子５２が、固定子５１の外方に設けられる。
【００２５】
固定子５１は、複数のスロットが形成されている固定子鉄心（図示略）と、電機子巻線（Ｕ相コイル５１ｕ、Ｖ相コイル５１ｖ、Ｗ相コイル５１ｗ）とを備えている。固定子鉄心は、薄板状の電磁鋼板（例えば、ケイ素鋼板）が軸線方向に複数積層されて形成されている。複数のスロットには、電機子巻線が巻装されている。電機子巻線は、銅などの導体（コイル）が巻き回されて形成されており、導体表面がエナメルなどの絶縁層で被覆されている。電機子巻線の断面形状は、限定されるものではなく、任意の断面形状とすることができる。例えば、電機子巻線は、断面円形状の丸線、断面多角形状の角線などの種々の断面形状の導体（コイル）を用いることができる。また、電機子巻線は、複数のより細いコイル素線を組み合わせた並列細線を用いることもできる。並列細線を用いる場合、単線の場合と比べて電機子巻線に発生する渦電流損が低減され、同期電動機５０の効率が向上する。また、コイル成形に要する力を低減することができるので、コイルの成形性が向上してコイル製作が容易になる。
【００２６】
電機子巻線は、分布巻（例えば、同心巻、波巻、重ね巻など）または集中巻などの公知の方法で巻装することができる。また、図１に示すように、電機子巻線（Ｕ相コイル５１ｕ、Ｖ相コイル５１ｖ、Ｗ相コイル５１ｗ）は、Ｙ結線で接続することができる。同図では、中性点を中性点５１ｎで示している。なお、電機子巻線（Ｕ相コイル５１ｕ、Ｖ相コイル５１ｖ、Ｗ相コイル５１ｗ）は、Δ結線で接続することもできる。
【００２７】
図２に示すように、回転子５２は、回転子鉄心５２ａと、複数（本実施形態では、八つ）の永久磁石５２ｂと、シャフト５２ｃとを備えている。同図は、回転子５２の軸線方向（同図の紙面垂直方向）視の模式図であり、これらの配置を模式的に示している。回転子鉄心５２ａは、薄板状の電磁鋼板（例えば、ケイ素鋼板）が軸線方向（同図の紙面垂直方向）に複数積層されて円柱状に形成されている。回転子鉄心５２ａには、シャフト５２ｃが設けられており、シャフト５２ｃは、回転子鉄心５２ａの軸心を軸線方向に沿って貫通している。シャフト５２ｃの軸線方向両端部は、ベアリングなどの軸受部材（図示略）によって、回転可能に支持されている。
【００２８】
回転子鉄心５２ａには、複数（八つ）の永久磁石５２ｂが埋設されている。具体的には、回転子鉄心５２ａには、周方向に等間隔で、複数の磁石収容部（図示略）が設けられている。複数の磁石収容部には、所定磁極対分（本実施形態では四磁極対分であり、八つ）の永久磁石５２ｂが埋設されている。永久磁石５２ｂは、例えば、公知のフェライト系磁石や希土類系磁石を用いることができる。永久磁石５２ｂの製法は、限定されない。永久磁石５２ｂは、例えば、樹脂ボンド磁石や焼結磁石を用いることができる。樹脂ボンド磁石は、例えば、フェライト系の原料磁石粉末と樹脂などを混合して、射出成形などによって回転子鉄心５２ａに鋳込み形成することができる。焼結磁石は、例えば、希土類系の原料磁石粉末を磁界中で加圧成形して、高温で焼き固めて形成することができる。なお、固定子５１のスロット数および回転子５２の磁極数は、限定されない。
【００２９】
（制御装置６０）
制御装置６０は、電力変換器４０を含む電力変換システム１を制御する。図３に示すように、制御装置６０は、公知の中央演算装置６０ａ、記憶装置６０ｂおよび入出力インターフェース６０ｃを備えており、これらは、バス６０ｄを介して接続されている。
【００３０】
中央演算装置６０ａは、ＣＰＵ：Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔであり、種々の演算処理を行うことができる。記憶装置６０ｂは、第一記憶装置６０ｂ１および第二記憶装置６０ｂ２を備えている。第一記憶装置６０ｂ１は、読み出しおよび書き込み可能な揮発性の記憶装置（ＲＡＭ：Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）であり、第二記憶装置６０ｂ２は、読み出し専用の不揮発性の記憶装置（ＲＯＭ：Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）である。
【００３１】
また、図１に示すように、制御装置６０は、直流電圧検出器６１ａと、駆動回路６１ｂと、電流検出器６１ｃと、位置検出器６１ｄとを備えている。直流電圧検出器６１ａは、平滑コンデンサ３０によって平滑された直流電力の直流電圧を検出する。具体的には、直流電圧検出器６１ａは、例えば、抵抗値が既知の複数の抵抗器によって当該直流電圧を分圧して、分圧された直流電圧を制御装置６０に出力する。制御装置６０は、公知のＡ／Ｄ変換器（図示略）などによって分圧された直流電圧値を知得し、平滑コンデンサ３０によって平滑された直流電力の直流電圧（電力変換器４０に入力される直流電圧）を知得することができる。
【００３２】
駆動回路６１ｂは、制御装置６０から出力される駆動信号を増幅する駆動回路であり、例えば、公知のドライバ回路を用いることができる。なお、図１では、電力変換器４０の各スイッチング素子の制御端子４ｇと、駆動回路６１ｂとの間の接続は、記載が省略されている。
【００３３】
電流検出器６１ｃは、電力変換器４０から出力される出力電流を検出する。本実施形態では、電流検出器６１ｃは、電力ケーブル４４ｕおよび電力ケーブル４４ｖに設けられており、Ｕ相電流ＩｕおよびＶ相電流Ｉｖを検出する。本明細書では、電流検出器６１ｃによって検出されたＵ相電流ＩｕをＵ相電流検出値Ｉｕ＿ｆｂといい、電流検出器６１ｃによって検出されたＶ相電流ＩｖをＶ相電流検出値Ｉｖ＿ｆｂという。なお、Ｗ相電流Ｉｗは、０からＵ相電流検出値Ｉｕ＿ｆｂおよびＶ相電流検出値Ｉｖ＿ｆｂをそれぞれ減じて算出することができる。電流検出器６１ｃは、公知の電流検出器（例えば、カレントトランスを使用した電流検出器、シャント抵抗器を使用した電流検出器など）を用いることができる。
【００３４】
位置検出器６１ｄは、固定子５１に対する回転子５２の位置を検出する。位置検出器６１ｄは、公知の位置検出器（例えば、レゾルバ、エンコーダ、ホールセンサなど）を用いることができる。なお、制御装置６０は、上述した検出器以外にも種々の検出器を設けることができる。
【００３５】
図３に示す中央演算装置６０ａは、第二記憶装置６０ｂ２に記憶されている電力変換器４０の駆動制御プログラムを第一記憶装置６０ｂ１に読み出して、駆動制御プログラムを実行する。また、上述した検出値などは、絶縁部（図示略）および入出力インターフェース６０ｃを介して、制御装置６０に入力される。中央演算装置６０ａは、入出力インターフェース６０ｃ、絶縁部（図示略）および図１に示す駆動回路６１ｂを介して、電力変換器４０の各スイッチング素子に駆動信号を出力して、電力変換器４０を駆動制御する。なお、絶縁部は、制御装置６０を含む低電圧側の回路と、直流電源２０を含む高電圧側の回路とを電気的に絶縁する。絶縁部は、例えば、公知のフォトカプラなどを用いることができる。
【００３６】
＜同期電動機制御装置１０＞
図４に示すように、本実施形態の制御装置６０は、制御ブロックとして捉えると、三相／二相変換部７１と、速度算出部７２と、速度偏差算出部７３と、速度制御部７４と、ｄ軸電流指令値設定部７５ａと、ｑ軸電流指令値設定部７５ｂと、電流制御部７６と、二相／三相変換部７７と、ＰＷＭ信号生成部７８とを備えている。また、本実施形態では、速度制御部７４およびｄ軸電流指令値設定部７５ａは、ｑ軸インダクタンス算出部７０に含まれる。
【００３７】
図２に示すように、永久磁石５２ｂの主磁束方向をｄ軸方向とし、ｄ軸方向と電気的に直交する方向をｑ軸方向とする。同期電動機５０のｄｑ座標系における電圧方程式は、下記数２で表すことができる。
【００３８】
【数２】
2018098866.tif 000004
【００３９】
但し、ｄ軸方向の電圧をｄ軸電圧Ｖｄで表し、ｑ軸方向の電圧をｑ軸電圧Ｖｑで表す。また、電機子巻線（Ｕ相コイル５１ｕ、Ｖ相コイル５１ｖ、Ｗ相コイル５１ｗ）の各相コイルの巻線抵抗を巻線抵抗Ｒで表す。さらに、ｄ軸方向のインダクタンスであるｄ軸インダクタンスをｄ軸インダクタンスＬｄで表し、ｑ軸方向のインダクタンスであるｑ軸インダクタンスをｑ軸インダクタンスＬｑで表す。また、ｄ軸方向の電流をｄ軸電流Ｉｄで表し、ｑ軸方向の電流をｑ軸電流Ｉｑで表す。さらに、回転子５２の速度（角速度）を角速度ωで表し、誘起電圧定数を誘起電圧定数Φで表す。また、微分演算子は、微分演算子ｐ（＝ｄ／ｄｔ）で表す。
【００４０】
制御装置６０は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆおよびｑ軸電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆをそれぞれ設定して、電力変換器４０を制御する。より詳細には、制御装置６０は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆおよびｑ軸電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆに基づいてｄ軸電圧指令値Ｖｄ＿ｒｅｆおよびｑ軸電圧指令値Ｖｑ＿ｒｅｆを設定して、電力変換器４０を制御する。但し、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆは、ｄ軸方向の電流指令値をいい、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆは、ｑ軸方向の電流指令値をいう。また、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＿ｒｅｆは、ｄ軸方向の電圧指令値をいい、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＿ｒｅｆは、ｑ軸方向の電圧指令値をいう。
【００４１】
図５は、電機子電流とインダクタンスとの間の関係の一例を示している。同図の縦軸は、インダクタンスを示し、横軸は、電流（電機子電流）を示している。また、曲線Ｌ１１は、ｄ軸インダクタンスＬｄの関係を示し、曲線Ｌ１２は、ｑ軸インダクタンスＬｑの関係を示している。回転子鉄心５２ａに永久磁石５２ｂが埋設されている同期電動機５０では、ｄ軸インダクタンスＬｄおよびｑ軸インダクタンスＬｑに差異が生じる突極性を備えている。また、同図に示すように、ｄ軸インダクタンスＬｄおよびｑ軸インダクタンスＬｑは、いずれも電機子電流に応じて変動するが、ｄ軸インダクタンスＬｄの変動幅は、ｑ軸インダクタンスＬｑの変動幅と比べて十分小さい。そのため、ｄ軸インダクタンスＬｄは、一定値（例えば、設計値）を用いても、同期電動機５０の制御における影響は少ない。しかしながら、ｑ軸インダクタンスＬｑは、ｄ軸インダクタンスＬｄと比べて、電機子電流に応じて大きく変動し、同期電動機５０の制御における影響が大きくなる。そこで、本実施形態の制御装置６０は、電機子電流に応じたｑ軸インダクタンスＬｑを事前に算出しておく。
【００４２】
なお、ｑ軸インダクタンスＬｑが電機子電流に応じて大きく変動する要因として、例えば、磁気飽和が挙げられる。また、ｑ軸インダクタンスＬｑの算出において、巻線抵抗Ｒの変動による影響はなく、誘起電圧定数Φの変動による影響は、極めて小さい。そのため、本明細書では、誘起電圧定数Φは、一定値（例えば、設計値）を用いている。誘起電圧定数Φは、温度特性を考慮して、電機子電流に応じて可変することもできる。以下、各制御部について詳細に説明する。
【００４３】
（三相／二相変換部７１）
三相／二相変換部７１は、ｄ軸電流算出値Ｉｄ＿ｆｂおよびｑ軸電流算出値Ｉｑ＿ｆｂを算出する。ｄ軸電流算出値Ｉｄ＿ｆｂは、ｄ軸方向の電流算出値をいい、ｑ軸電流算出値Ｉｑ＿ｆｂは、ｑ軸方向の電流算出値をいう。図４に示すように、三相／二相変換部７１には、電流検出器６１ｃによって検出されたＵ相電流検出値Ｉｕ＿ｆｂおよびＶ相電流検出値Ｉｖ＿ｆｂが入力される。既述したように、Ｗ相電流Ｉｗは、０からＵ相電流検出値Ｉｕ＿ｆｂおよびＶ相電流検出値Ｉｖ＿ｆｂをそれぞれ減じて算出することができる。Ｗ相電流Ｉｗの検出値（算出値）をＷ相電流検出値Ｉｗ＿ｆｂとする。また、三相／二相変換部７１には、位置検出器６１ｄによって検出された回転子５２の回転角（回転位置θ）が入力される。
【００４４】
三相／二相変換部７１は、Ｕ相電流検出値Ｉｕ＿ｆｂ、Ｖ相電流検出値Ｉｖ＿ｆｂおよびＷ相電流検出値Ｉｗ＿ｆｂ、並びに、回転位置θを用いて、下記数３に基づいてｄ軸電流算出値Ｉｄ＿ｆｂおよびｑ軸電流算出値Ｉｑ＿ｆｂを算出する。なお、ｑ軸インダクタンスＬｑの算出に際して回転子５２を一定速度（等速度）で回転させる場合、回転位置θは、例えば、Ｕ相電流検出値Ｉｕ＿ｆｂ、Ｖ相電流検出値Ｉｖ＿ｆｂおよびＷ相電流検出値Ｉｗ＿ｆｂの経時変化から推定することもできる。また、ｑ軸インダクタンスＬｑの算出に際して回転子５２を一定速度（等速度）で回転させる場合、回転位置θは、例えば、電機子巻線（Ｕ相コイル５１ｕ、Ｖ相コイル５１ｖ、Ｗ相コイル５１ｗ）の各相電圧の経時変化から推定することもできる。
【００４５】
【数３】
2018098866.tif 000005
【００４６】
（速度算出部７２）
速度算出部７２は、回転子５２の速度（角速度）を算出する。図４に示すように、速度算出部７２には、位置検出器６１ｄによって検出された回転子５２の回転角（回転位置θ）が入力される。速度算出部７２は、例えば、回転位置θを時間微分して回転子５２の速度（角速度）を算出することができる。なお、制御装置６０は、公知の速度検出器を用いて、回転子５２の速度（角速度）を測定することもできる。速度算出部７２によって算出された速度算出値を速度算出値ω＿ｆｂで表す。
【００４７】
（速度偏差算出部７３）
速度偏差算出部７３は、回転子５２の速度指令値ω＿ｒｅｆと速度算出値ω＿ｆｂとの速度偏差（偏差Δω）を算出する。図４に示すように、速度偏差算出部７３には、一定の速度指令値ω＿ｒｅｆと、速度算出部７２によって算出された速度算出値ω＿ｆｂとが入力される。速度偏差算出部７３は、公知の減算器を用いることができる。速度偏差算出部７３は、速度指令値ω＿ｒｅｆから速度算出値ω＿ｆｂを減じて、速度偏差（偏差Δω）を算出する。なお、速度指令値ω＿ｒｅｆは、一定値（一定速度、等速度）であれば良く、限定されない。速度指令値ω＿ｒｅｆは、０（ゼロ）に設定すると好適である。この場合、後述するｑ軸インダクタンス算出部７０は、回転子５２を静止させた状態（回転子５２を回転させない状態）で、ｑ軸インダクタンスＬｑを算出することができる。つまり、ｑ軸インダクタンス算出部７０は、同期電動機５０の取り付け状態および負荷の如何に関わらず、ｑ軸インダクタンスＬｑを算出することができる。
【００４８】
（速度制御部７４）
速度制御部７４は、同期電動機５０の回転子５２の速度が一定の速度指令値ω＿ｒｅｆと一致するように、比例制御、積分制御および微分制御のうちの少なくとも比例制御および積分制御を行う。本実施形態では、速度偏差算出部７３によって算出された速度偏差（偏差Δω）が入力される。速度制御部７４は、速度算出部７２によって算出された速度算出値ω＿ｆｂが一定の速度指令値ω＿ｒｅｆと一致するように（速度偏差（偏差Δω）が０（ゼロ）になるように）、比例制御および積分制御を行う。なお、本実施形態では、速度指令値ω＿ｒｅｆは、０（ゼロ）に設定されている。
【００４９】
速度制御部７４は、公知の比例演算器７４ａ１、積分演算器７４ａ２および加算器７４ａ３を備えている。比例演算器７４ａ１は、速度偏差（偏差Δω）に比例ゲインＫｐを乗じた演算結果を出力する。積分演算器７４ａ２は、速度偏差（偏差Δω）を積分した積分値に積分ゲインＫｉを乗じた演算結果を出力する。加算器７４ａ３は、比例演算器７４ａ１の演算結果と、積分演算器７４ａ２の演算結果とを加算する。そして、速度制御部７４は、加算器７４ａ３の演算結果をｑ軸インダクタンスＬｑとして出力する。なお、速度制御部７４は、速度偏差（偏差Δω）を微分した微分値に微分ゲインを乗じた演算結果を出力する微分演算器を備えることもできる。つまり、速度制御部７４は、比例制御、積分制御および微分制御を行うこともできる。この場合、加算器７４ａ３は、比例演算器７４ａ１の演算結果と、積分演算器７４ａ２の演算結果と、微分演算器の演算結果とを加算する。
【００５０】
このように、速度制御部７４は、例えば、比例制御（Ｐ制御）、積分制御（Ｉ制御）および微分制御（Ｄ制御）のうちの少なくとも比例制御（Ｐ制御）および積分制御（Ｉ制御）を行うことによって、ｑ軸インダクタンスＬｑを算出することができる。なお、比例ゲインＫｐおよび積分ゲインＫｉは、図３に示す第二記憶装置６０ｂ２に記憶されている。これらの制御ゲインは、電力変換器４０の駆動制御プログラムとともに、起動時に第二記憶装置６０ｂ２から第一記憶装置６０ｂ１に読み出される。
【００５１】
比例ゲインＫｐを大きくする程、速度偏差（偏差Δω）を短時間に低減することができる。また、積分ゲインＫｉを大きくする程、速度偏差（偏差Δω）によるオフセット（定常偏差）を短時間に解消することができる。さらに、微分ゲインを大きくする程、速度偏差（偏差Δω）の振動を短時間に収束させることができる。これらの制御ゲインは、例えば、シミュレーション、実機による調整などによって予め取得しておくと良い。
【００５２】
（ｄ軸電流指令値設定部７５ａ）
同期電動機５０の出力トルクτは、下記数４で表すことができる。下記数４は、電機子電流の電流ベクトルと、電機子鎖交磁束との外積によって得られる。なお、下記数４は、一磁極対あたりの出力トルクτを示している。図２に示すように、本実施形態の同期電動機５０は、８極（極対数が４）であり、実際の出力トルクは、下記数４で示す出力トルクτの４倍になる。
【００５３】
【数４】
2018098866.tif 000006
【００５４】
上記数４の右辺の第一項は、永久磁石５２ｂの磁束と電機子電流とによって発生するマグネットトルクを示している。上記数４の右辺の第二項は、リラクタンストルクを示している。リラクタンストルクは、ｄ軸電流Ｉｄによって発生する磁束（Ｌｄ×Ｉｄ）がｑ軸電流Ｉｑと鎖交することによって生じるトルクと、ｑ軸電流Ｉｑによって発生する磁束（Ｌｑ×Ｉｑ）がｄ軸電流Ｉｄと鎖交することによって生じるトルクとのトルク差によって発生する。本実施形態では、出力トルクτのうちのマグネットトルク分をリラクタンストルク分によって打ち消すようにｄ軸電流Ｉｄを設定して、出力トルクτを０（ゼロ）にする。具体的には、同期電動機５０の出力トルクτは、上記数４を変形して、下記数５で表すことができる。よって、ｄ軸電流指令値設定部７５ａは、同期電動機５０にトルク（出力トルクτ）が生じないように、下記数１に基づいてｄ軸方向の電流指令値であるｄ軸電流指令値を算出し、設定する。
【００５５】
【数５】
2018098866.tif 000007
【００５６】
【数１】
2018098866.tif 000008
【００５７】
但し、ｄ軸電流指令値をｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆで表し、ｑ軸インダクタンスをｑ軸インダクタンスＬｑで表す。また、ｄ軸方向のインダクタンスであるｄ軸インダクタンスをｄ軸インダクタンスＬｄで表し、誘起電圧定数を誘起電圧定数Φで表す。既述したように、ｄ軸インダクタンスＬｄおよび誘起電圧定数Φは、ｑ軸インダクタンスＬｑと比べて、同期電動機５０の制御における影響が少ないので、予め導出されている値（例えば、設計値など）を用いることができる。なお、後述するように、別途、ｄ軸インダクタンスＬｄを算出することもできる。
【００５８】
（ｑ軸電流指令値設定部７５ｂ）
ｑ軸電流指令値設定部７５ｂは、同期電動機５０の電機子電流に応じた一定のｑ軸電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆを設定する。ｑ軸電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆは、ｑ軸方向の電流指令値をいう。図５に示すように、ｑ軸インダクタンスＬｑは、電機子電流によって大きく変動する。そのため、ｑ軸電流指令値設定部７５ｂは、同期電動機５０の電機子電流に応じたｑ軸電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆ（一定値）を設定する。例えば、ｑ軸電流指令値設定部７５ｂは、同図に示す電機子電流Ｉ１１に対応するｑ軸電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆを設定する。同図に示す電機子電流Ｉ１２についても、同様である。ｑ軸電流指令値設定部７５ｂは、同期電動機５０の電機子電流が増加するにつれて、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆを増加させることができる。また、ｑ軸電流指令値設定部７５ｂは、同期電動機５０の電機子電流に対して、所定ピッチ（例えば、０．１アンペアピッチなど）で、対応するｑ軸電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆを設定することができる。
【００５９】
（電流制御部７６）
電流制御部７６は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆに基づいて、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＿ｒｅｆを算出する。また、電流制御部７６は、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆに基づいて、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＿ｒｅｆを算出する。具体的には、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＿ｒｅｆは、ｄ軸電流算出値Ｉｄ＿ｆｂがｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆと一致するように算出される。また、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＿ｒｅｆは、ｑ軸電流算出値Ｉｑ＿ｆｂがｑ軸電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆと一致するように算出される。電流制御部７６は、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＿ｒｅｆおよびｑ軸電圧指令値Ｖｑ＿ｒｅｆを算出することができれば良く、限定されない。
【００６０】
図４に示すように、本実施形態では、電流制御部７６は、減算器７６ａと、ＰＩ制御部７６ｂと、減算器７６ｃと、ＰＩ制御部７６ｄとを備えている。減算器７６ａには、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆと、ｄ軸電流算出値Ｉｄ＿ｆｂとが入力される。減算器７６ａは、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆからｄ軸電流算出値Ｉｄ＿ｆｂを減じて偏差ΔＩｄを算出する。減算器７６ａによって算出された偏差ΔＩｄは、ＰＩ制御部７６ｂに対して出力される。本実施形態では、ＰＩ制御部７６ｂは、ｄ軸電流算出値Ｉｄ＿ｆｂがｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆと一致するように、比例制御および積分制御を行う。
【００６１】
ＰＩ制御部７６ｂは、比例演算器７６ｂ１と、積分演算器７６ｂ２と、加算器７６ｂ３とを備えている。比例演算器７６ｂ１は、偏差ΔＩｄに比例ゲインＫｐｄを乗じた演算結果を出力する。積分演算器７６ｂ２は、偏差ΔＩｄを積分した積分値に積分ゲインＫｉｄを乗じた演算結果を出力する。加算器７６ｂ３は、比例演算器７６ｂ１の演算結果と、積分演算器７６ｂ２の演算結果とを加算する。そして、ＰＩ制御部７６ｂは、加算器７６ｂ３の演算結果をｄ軸電圧指令値Ｖｄ＿ｒｅｆとして出力する。なお、ＰＩ制御部７６ｂは、偏差ΔＩｄを微分した微分値に微分ゲインを乗じた演算結果を出力する微分演算器を備えることもできる。つまり、ＰＩ制御部７６ｂは、比例制御、積分制御および微分制御を行うＰＩＤ制御部とすることができる。この場合、加算器７６ｂ３は、比例演算器７６ｂ１の演算結果と、積分演算器７６ｂ２の演算結果と、微分演算器の演算結果とを加算する。
【００６２】
一方、減算器７６ｃには、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆと、ｑ軸電流算出値Ｉｑ＿ｆｂとが入力される。減算器７６ｃは、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆからｑ軸電流算出値Ｉｑ＿ｆｂを減じて偏差ΔＩｑを算出する。減算器７６ｃによって算出された偏差ΔＩｑは、ＰＩ制御部７６ｄに対して出力される。本実施形態では、ＰＩ制御部７６ｄは、ｑ軸電流算出値Ｉｑ＿ｆｂがｑ軸電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆと一致するように、比例制御および積分制御を行う。
【００６３】
ＰＩ制御部７６ｄは、比例演算器７６ｄ１と、積分演算器７６ｄ２と、加算器７６ｄ３とを備えている。比例演算器７６ｄ１は、偏差ΔＩｑに比例ゲインＫｐｑを乗じた演算結果を出力する。積分演算器７６ｄ２は、偏差ΔＩｑを積分した積分値に積分ゲインＫｉｑを乗じた演算結果を出力する。加算器７６ｄ３は、比例演算器７６ｄ１の演算結果と、積分演算器７６ｄ２の演算結果とを加算する。そして、ＰＩ制御部７６ｄは、加算器７６ｄ３の演算結果をｑ軸電圧指令値Ｖｑ＿ｒｅｆとして出力する。なお、ＰＩ制御部７６ｄは、ＰＩ制御部７６ｂと同様に、偏差ΔＩｑを微分した微分値に微分ゲインを乗じた演算結果を出力する微分演算器を備えることもできる。
【００６４】
このように、電流制御部７６は、例えば、比例制御（Ｐ制御）、積分制御（Ｉ制御）および微分制御（Ｄ制御）のうちの少なくとも比例制御（Ｐ制御）および積分制御（Ｉ制御）によって、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＿ｒｅｆおよびｑ軸電圧指令値Ｖｑ＿ｒｅｆを算出することができる。なお、比例ゲインＫｐｄおよび積分ゲインＫｉｄ、並びに、比例ゲインＫｐｑおよび積分ゲインＫｉｑは、図３に示す第二記憶装置６０ｂ２に記憶されている。これらの制御ゲインは、電力変換器４０の駆動制御プログラムとともに、起動時に第二記憶装置６０ｂ２から第一記憶装置６０ｂ１に読み出される。
【００６５】
比例ゲインＫｐｄを大きくする程、偏差ΔＩｄを短時間に低減することができる。また、積分ゲインＫｉｄを大きくする程、偏差ΔＩｄによるオフセット（定常偏差）を短時間に解消することができる。さらに、微分ゲインを大きくする程、偏差ΔＩｄの振動を短時間に収束させることができる。これらの制御ゲインは、例えば、シミュレーション、実機による調整などによって予め取得しておくと良い。以上のことは、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＿ｒｅｆを算出する制御ゲイン（比例ゲインＫｐｑ、積分ゲインＫｉｑおよび微分ゲイン）についても同様に言える。
【００６６】
なお、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＿ｒｅｆは、比例ゲインＫｐｄおよび積分ゲインＫｉｄを用いて、下記数６で表すことができる。また、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＿ｒｅｆは、比例ゲインＫｐｑおよび積分ゲインＫｉｑを用いて、下記数７で表すことができる。いずれもラプラス演算子をラプラス演算子ｓで表す。
【００６７】
【数６】
2018098866.tif 000009
【００６８】
【数７】
2018098866.tif 000010
【００６９】
（二相／三相変換部７７）
二相／三相変換部７７は、二相の電圧指令値（ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＿ｒｅｆおよびｑ軸電圧指令値Ｖｑ＿ｒｅｆ）から三相の電圧指令値（Ｕ相電圧指令値Ｖｕ＿ｒｅｆ、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ＿ｒｅｆおよびＷ相電圧指令値Ｖｗ＿ｒｅｆ）を算出する。図４に示すように、二相／三相変換部７７には、電流制御部７６によって算出されたｄ軸電圧指令値Ｖｄ＿ｒｅｆおよびｑ軸電圧指令値Ｖｑ＿ｒｅｆが入力される。また、二相／三相変換部７７には、位置検出器６１ｄによって検出された回転子５２の回転角（回転位置θ）が入力される。二相／三相変換部７７は、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＿ｒｅｆおよびｑ軸電圧指令値Ｖｑ＿ｒｅｆ並びに回転位置θを用いて、ｄｑ座標軸の逆変換を行い、Ｕ相電圧指令値Ｖｕ＿ｒｅｆ、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ＿ｒｅｆおよびＷ相電圧指令値Ｖｗ＿ｒｅｆを算出する。
【００７０】
（ＰＷＭ信号生成部７８）
ＰＷＭ信号生成部７８は、電力変換器４０の各スイッチング素子の駆動信号を生成する。図４に示すように、ＰＷＭ信号生成部７８には、二相／三相変換部７７によって算出された三相の電圧指令値（Ｕ相電圧指令値Ｖｕ＿ｒｅｆ、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ＿ｒｅｆおよびＷ相電圧指令値Ｖｗ＿ｒｅｆ）と、直流電圧検出器６１ａによって検出された直流電圧値と、ＰＷＭキャリア信号（図示略）とが入力される。ＰＷＭ信号生成部７８は、三相の電圧指令値を当該直流電圧値で除して変調率を算出する。ＰＷＭ信号生成部７８は、算出された変調率と、ＰＷＭキャリア信号（三角波）とに基づいて、パルス幅変調（ＰＷＭ：Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）のパルス信号（開閉信号）を生成する。生成されたパルス信号（開閉信号）は、図１に示す駆動回路６１ｂを介して、電力変換器４０の各スイッチング素子の制御端子４ｇに付与される。
【００７１】
（ｑ軸インダクタンス算出部７０）
本実施形態では、制御装置６０は、ｑ軸電流指令値設定部７５ｂと、ｑ軸インダクタンス算出部７０とを備えている。既述したように、ｑ軸電流指令値設定部７５ｂは、同期電動機５０の電機子電流に応じた一定のｑ軸電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆを設定する。また、本実施形態では、ｑ軸インダクタンス算出部７０は、ｄ軸電流指令値設定部７５ａと、速度制御部７４とを備えている。既述したように、ｄ軸電流指令値設定部７５ａは、同期電動機５０にトルクが生じないように、数１に基づいてｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆを算出し設定する。速度制御部７４は、同期電動機５０の回転子５２の速度（速度算出部７２によって算出された速度算出値ω＿ｆｂ）が一定の速度指令値ω＿ｒｅｆと一致するように、比例制御、積分制御および微分制御のうちの少なくとも比例制御および積分制御を行う。そして、ｑ軸インダクタンス算出部７０は、速度制御部７４の出力をｑ軸インダクタンスＬｑの算出値とする。
【００７２】
ｄ軸電流指令値設定部７５ａは、同期電動機５０にトルクが生じないように、数１に基づいてｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆを算出し設定する。そのため、速度指令値ω＿ｒｅｆと、速度算出値ω＿ｆｂとの速度偏差（偏差Δω）が生じない状況下では、ｑ軸インダクタンス算出部７０は、少なくともｄ軸電流指令値設定部７５ａを具備すれば良い。しかしながら、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆを算出した際のｑ軸インダクタンスＬｑが真値でない場合、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆが適正値にならず、速度偏差（偏差Δω）が生じる可能性がある。また、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆおよびｑ軸電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆの出力開始時など過渡的に速度偏差（偏差Δω）が生じる可能性がある。
【００７３】
そこで、ｑ軸インダクタンス算出部７０は、ｄ軸電流指令値設定部７５ａと、速度制御部７４とを備えると好適である。この場合、ｑ軸インダクタンス算出部７０は、速度制御部７４の出力をｑ軸インダクタンスＬｑの算出値とする。そのため、ｄ軸電流指令値設定部７５ａは、ｑ軸インダクタンスＬｑの算出値に基づいて、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆを算出し設定することができる。図４に示す各制御部による演算を繰り返すことによって、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆは、同期電動機５０にトルクを生じさせない適正値に近づいていく。ｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆが適正値になったときのｑ軸インダクタンスＬｑは、ｑ軸インダクタンスＬｑの真値と言える。このときのｑ軸インダクタンスＬｑは、数１を変形して得られ、下記数８で表すことができる。
【００７４】
【数８】
2018098866.tif 000011
【００７５】
ｑ軸インダクタンスＬｑが算出されると、ｑ軸電流指令値設定部７５ｂは、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆの電流値を変更する。そして、制御装置６０は、上述した演算処理を繰り返す。これによって、ｑ軸インダクタンス算出部７０は、同期電動機５０の電機子電流に応じたｑ軸インダクタンスＬｑを取得することができる。取得したｑ軸インダクタンスＬｑは、例えば、マップ（図５に示す曲線Ｌ１２を参照）、テーブル、関係式（多項式）などに変換されて、図３に示す第二記憶装置６０ｂ２に記憶される。ｑ軸インダクタンスＬｑは、電力変換器４０の駆動制御プログラムとともに、起動時に第二記憶装置６０ｂ２から第一記憶装置６０ｂ１に読み出される。
【００７６】
（ｄ軸インダクタンスＬｄの算出）
既述したように、ｄ軸インダクタンスＬｄは、電機子電流に応じて変動するが、ｄ軸インダクタンスＬｄの変動幅は、ｑ軸インダクタンスＬｑの変動幅と比べて十分小さい。そのため、ｄ軸インダクタンスＬｄは、一定値（例えば、設計値）を用いても、同期電動機５０の制御における影響は少ない。しかしながら、制御装置６０は、電機子電流に応じたｄ軸インダクタンスＬｄを算出することもできる。なお、ｄ軸インダクタンスＬｄの算出方法は、限定されない。
【００７７】
図６は、ｄ軸インダクタンスＬｄを算出する際の制御装置６０の制御ブロックの一例を示している。この場合、制御装置６０は、制御ブロックとして捉えると、三相／二相変換部７１と、ｄ軸電流指令値設定部７５ａと、ｑ軸電流指令値設定部７５ｂと、電流制御部７６と、二相／三相変換部７７と、ＰＷＭ信号生成部７８と、重畳信号生成部８１と、重畳信号加算部８２と、抽出信号電流振幅算出部８３と、ｄ軸インダクタンス算出部８４とを備えている。以下、ｑ軸インダクタンスＬｑを算出する際の制御ブロックと異なる点を中心に説明する。
【００７８】
ｄ軸インダクタンスＬｄを算出する際には、ｄ軸電流指令値設定部７５ａは、同期電動機５０の電機子電流に応じた一定のｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆを設定する。また、ｑ軸電流指令値設定部７５ｂは、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆを０（ゼロ）に設定する。ｑ軸電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆを０（ゼロ）に設定することにより、同期電動機５０にトルクは、生じない。
【００７９】
（重畳信号生成部８１）
重畳信号生成部８１は、同期電動機５０の回転磁界の周波数と比べて高周波数の重畳信号を生成する。同期電動機５０の回転磁界は、電機子巻線（Ｕ相コイル５１ｕ、Ｖ相コイル５１ｖ、Ｗ相コイル５１ｗ）によって形成される。重畳信号の周波数は、例えば、電機子巻線（Ｕ相コイル５１ｕ、Ｖ相コイル５１ｖ、Ｗ相コイル５１ｗ）の各相電圧の周波数と比べて高周波数にすることができる。
【００８０】
重畳信号生成部８１は、例えば、公知の発振器（オシレータ）を用いて、正弦波、矩形波、三角波などの重畳信号を生成することができる。重畳信号の波形は、限定されない。以下、図７Ａ〜図７Ｃに示すように、重畳信号が正弦波の場合を例に説明する。重畳信号が矩形波などの場合も同様に言える。図７Ａに示す曲線Ｌ２１は、重畳信号の経時変化の一例を示している。縦軸は、電圧を示し、横軸は、時刻を示している。また、重畳信号の振幅を振幅Ｖａｍｐで示している。図７Ａに示す重畳信号は、重畳電圧Ｖ＿ｉｎｊ、振幅Ｖａｍｐ、角速度ωｉｎｊおよび時刻ｔを用いて、下記数９で表すことができる。
【００８１】
【数９】
2018098866.tif 000012
【００８２】
（重畳信号加算部８２）
重畳信号加算部８２は、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＿ｒｅｆに重畳信号（重畳電圧Ｖ＿ｉｎｊ）を加算する。図６に示すように、重畳信号加算部８２には、電流制御部７６によって算出されたｄ軸電圧指令値Ｖｄ＿ｒｅｆと、重畳信号生成部８１によって生成された重畳信号（重畳電圧Ｖ＿ｉｎｊ）とが入力される。重畳信号加算部８２は、公知の加算器であり、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＿ｒｅｆと、重畳信号（重畳電圧Ｖ＿ｉｎｊ）とを加算して、二相／三相変換部７７に対して出力する。
【００８３】
（抽出信号電流振幅算出部８３）
抽出信号電流振幅算出部８３は、ｄ軸電流算出値Ｉｄ＿ｆｂから重畳信号と同じ周波数成分を抽出し、ｄ軸電流振幅Ｉｄ＿ａｍｐを算出する。ｄ軸電流振幅Ｉｄ＿ａｍｐは、抽出されたｄ軸抽出信号の電流振幅をいう。抽出信号電流振幅算出部８３は、ｄ軸電流振幅Ｉｄ＿ａｍｐを算出することができれば良く、限定されない。
【００８４】
抽出信号電流振幅算出部８３は、ｄ軸電流算出値Ｉｄ＿ｆｂを高速フーリエ変換してｄ軸抽出信号を抽出すると好適である。高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）は、離散フーリエ変換を計算機上で高速に演算するアルゴリズムであり、ｄ軸電流算出値Ｉｄ＿ｆｂから重畳信号と同じ周波数成分を抽出する演算処理を高速化することができる。
【００８５】
図７Ｂに示す直線Ｌ２２は、ｄ軸電流算出値Ｉｄ＿ｆｂの経時変化の一例を示している。同図に示す曲線Ｌ２３は、ｄ軸電流算出値Ｉｄ＿ｆｂに重畳信号と同じ周波数成分が含まれることを模式的に示している。縦軸は、電流を示し、横軸は、時刻を示している。本実施形態では、抽出信号電流振幅算出部８３は、ｄ軸電流算出値Ｉｄ＿ｆｂを高速フーリエ変換して、ｄ軸抽出信号を抽出する。
【００８６】
図７Ｃに示す曲線Ｌ２４は、抽出信号電流振幅算出部８３によって抽出されたｄ軸抽出信号の経時変化の一例を示している。縦軸は、電流を示し、横軸は、時刻を示している。このように、抽出信号電流振幅算出部８３は、ｄ軸抽出信号からｄ軸電流振幅Ｉｄ＿ａｍｐを算出することができる。
【００８７】
（ｄ軸インダクタンス算出部８４）
ｄ軸インダクタンス算出部８４は、ｄ軸電流振幅Ｉｄ＿ａｍｐを用いて、下記数１０に基づいてｄ軸インダクタンスＬｄを算出する。但し、重畳信号の角速度を角速度ωｉｎｊで表し、重畳信号の振幅を振幅Ｖａｍｐで表す。
【００８８】
【数１０】
2018098866.tif 000013
【００８９】
ｄ軸インダクタンスＬｄが算出されると、ｄ軸電流指令値設定部７５ａは、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆの電流値を変更する。そして、制御装置６０は、上述した演算処理を繰り返す。これによって、ｄ軸インダクタンス算出部８４は、同期電動機５０の電機子電流に応じたｄ軸インダクタンスＬｄを取得することができる。取得したｄ軸インダクタンスＬｄは、ｑ軸インダクタンスＬｑと同様にして、図３に示す第二記憶装置６０ｂ２に記憶される。ｄ軸インダクタンスＬｄは、電力変換器４０の駆動制御プログラムとともに、起動時に第二記憶装置６０ｂ２から第一記憶装置６０ｂ１に読み出される。
【００９０】
上述したｑ軸インダクタンスＬｑの算出手順およびｄ軸インダクタンスＬｄの算出手順について、以下、簡単に説明する。図８Ａは、ｑ軸インダクタンスＬｑの算出手順の一例を示すフローチャートである。まず、制御装置６０は、速度指令値ω＿ｒｅｆを設定する（ステップＳ１１）。本実施形態では、速度指令値ω＿ｒｅｆは、０（ゼロ）に設定される。次に、ｑ軸電流指令値設定部７５ｂは、同期電動機５０の電機子電流に応じた一定のｑ軸電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆを設定する（ステップＳ１２）。そして、ｑ軸インダクタンス算出部７０は、ｑ軸インダクタンスＬｑを算出する（ステップＳ１３）。
【００９１】
次に、制御装置６０は、すべてのｑ軸インダクタンスＬｑを算出したか否かを判断する（ステップＳ１４）。同期電動機５０の電機子電流に応じたすべてのｑ軸インダクタンスＬｑが算出された場合（Ｙｅｓの場合）、ｑ軸インダクタンスＬｑの算出は、終了する。一方、同期電動機５０の電機子電流に応じたすべてのｑ軸インダクタンスＬｑが算出されていない場合（Ｎｏの場合）、制御は、ステップＳ１２に戻り、ｑ軸電流指令値設定部７５ｂは、電機子電流の電流値を変更してｑ軸電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆを設定する（ステップＳ１２）。同期電動機５０の電機子電流に応じたすべてのｑ軸インダクタンスＬｑが算出されるまで、上述した制御が繰り返される。
【００９２】
図８Ｂは、ｄ軸インダクタンスＬｄの算出手順の一例を示すフローチャートである。まず、ｑ軸電流指令値設定部７５ｂは、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆを設定する（ステップＳ２１）。この場合、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆは、０（ゼロ）に設定される。次に、ｄ軸電流指令値設定部７５ａは、同期電動機５０の電機子電流に応じた一定のｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆを設定する（ステップＳ２２）。そして、ｄ軸インダクタンス算出部８４は、ｄ軸インダクタンスＬｄを算出する（ステップＳ２３）。
【００９３】
次に、制御装置６０は、すべてのｄ軸インダクタンスＬｄを算出したか否かを判断する（ステップＳ２４）。同期電動機５０の電機子電流に応じたすべてのｄ軸インダクタンスＬｄが算出された場合（Ｙｅｓの場合）、ｄ軸インダクタンスＬｄの算出は、終了する。一方、同期電動機５０の電機子電流に応じたすべてのｄ軸インダクタンスＬｄが算出されていない場合（Ｎｏの場合）、制御は、ステップＳ２２に戻り、ｄ軸電流指令値設定部７５ａは、電機子電流の電流値を変更してｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆを設定する（ステップＳ２２）。同期電動機５０の電機子電流に応じたすべてのｄ軸インダクタンスＬｄが算出されるまで、上述した制御が繰り返される。
【００９４】
様相１に係る同期電動機制御装置１０によれば、制御装置６０は、ｑ軸電流指令値設定部７５ｂと、ｑ軸インダクタンス算出部７０とを備える。ｑ軸電流指令値設定部７５ｂは、同期電動機５０の電機子電流に応じた一定のｑ軸電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆを設定する。ｑ軸インダクタンス算出部７０は、同期電動機５０にトルクが生じないように数１に基づいてｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆを算出し設定して、ｑ軸方向のインダクタンスであるｑ軸インダクタンスＬｑを算出する。これらにより、様相１に係る同期電動機制御装置１０は、同期電動機５０の駆動前（例えば、工場出荷前など）に電機子電流に応じたｑ軸インダクタンスＬｑを取得することができる。
【００９５】
また、様相１に係る同期電動機制御装置１０は、同期電動機５０の駆動中にｑ軸インダクタンスＬｑを算出する場合と比べて、同期電動機５０の制御の安定化を図ることができ、ｑ軸インダクタンスＬｑの算出に伴う応答遅れを低減することができる。例えば、同期電動機５０の駆動中に電機子電流が変動しても、様相１に係る同期電動機制御装置１０は、予め電機子電流に応じたｑ軸インダクタンスＬｑを取得しているので、電機子電流の変動に合わせてｑ軸インダクタンスＬｑを変更することが容易であり、同期電動機５０の制御の安定化を図ることができる。また、様相１に係る同期電動機制御装置１０は、予め電機子電流に応じたｑ軸インダクタンスＬｑを取得しているので、同期電動機５０の駆動中に同期電動機５０の駆動信号と干渉しない。そのため、様相１に係る同期電動機制御装置１０は、同期電動機５０の制御に悪影響を与えない。なお、様相１に係る同期電動機制御装置１０は、ｑ軸インダクタンスＬｑの算出を自動化（ソフト化）することができ、ｑ軸インダクタンスＬｑを適合させる作業工数を低減することが容易である。
【００９６】
様相２に係る同期電動機制御装置１０によれば、様相１に係る同期電動機制御装置１０において、ｑ軸インダクタンス算出部７０は、ｄ軸電流指令値設定部７５ａと、速度制御部７４とを備える。ｄ軸電流指令値設定部７５ａは、同期電動機５０にトルクが生じないように数１に基づいてｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆを算出し設定する。速度制御部７４は、同期電動機５０の回転子５２の速度（速度算出値ω＿ｆｂ）が一定の速度指令値ω＿ｒｅｆと一致するように、比例制御、積分制御および微分制御のうちの少なくとも比例制御および積分制御を行う。ｑ軸インダクタンス算出部７０は、速度制御部７４の出力をｑ軸インダクタンスＬｑの算出値とする。これらにより、様相２に係る同期電動機制御装置１０は、同期電動機５０にトルクが生じない状態を容易に形成することができる。様相２に係る同期電動機制御装置１０は、例えば、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆおよびｑ軸電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆの出力開始時などの過渡的な状態において、速度偏差（偏差Δω）を容易に解消することができ、ｑ軸インダクタンスＬｑの算出が容易になる。
【００９７】
様相３に係る同期電動機制御装置１０によれば、様相２に係る同期電動機制御装置１０において、制御装置６０は、速度指令値ω＿ｒｅｆを０に設定し、ｑ軸インダクタンス算出部７０は、回転子５２を静止させた状態で、ｑ軸インダクタンスＬｑを算出する。そのため、ｑ軸インダクタンス算出部７０は、同期電動機５０の取り付け状態および負荷の如何に関わらず、ｑ軸インダクタンスＬｑを算出することができる。
【００９８】
＜その他＞
本発明は、上記し且つ図面に示した実施形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施することができる。また、同期電動機制御装置１０は、例えば、ハイブリッド自動車などの車両の駆動用電動機を含む電力変換システム１に用いると好適である。
【００９９】
＜付記項＞
本発明は、同期電動機制御装置１０の制御方法として、捉えることもできる。ｑ軸電流指令値設定工程は、ｑ軸電流指令値設定部７５ｂが行う制御に対応し、ｑ軸インダクタンス算出工程は、ｑ軸インダクタンス算出部７０が行う制御に対応する。また、ｄ軸電流指令値設定工程は、ｄ軸電流指令値設定部７５ａが行う制御に対応し、速度制御工程は、速度制御部７４が行う制御に対応する。同期電動機制御装置１０の制御方法においても、同期電動機制御装置１０について既述した作用効果と同様の作用効果を得ることができる。
【０１００】
（付記項１）
直流電力を交流電力に変換して回転子鉄心に永久磁石が埋設されている同期電動機に給電する電力変換器と、
前記永久磁石の主磁束方向をｄ軸方向とし前記ｄ軸方向と電気的に直交する方向をｑ軸方向とするときに、前記ｄ軸方向の電流指令値であるｄ軸電流指令値および前記ｑ軸方向の電流指令値であるｑ軸電流指令値をそれぞれ設定して前記電力変換器を制御する制御装置と、
を備える同期電動機制御装置の制御方法であって、
前記同期電動機の電機子電流に応じた一定の前記ｑ軸電流指令値を設定するｑ軸電流指令値設定工程と、
前記同期電動機にトルクが生じないように下記数１に基づいて前記ｄ軸電流指令値を算出し設定して、前記ｑ軸方向のインダクタンスであるｑ軸インダクタンスを算出するｑ軸インダクタンス算出工程と、
を備える同期電動機制御装置の制御方法。
【０１０１】
【数１】
2018098866.tif 000014
【０１０２】
但し、前記ｄ軸電流指令値をＩｄ＿ｒｅｆで表し、前記ｑ軸インダクタンスをＬｑで表す。また、予め導出される前記ｄ軸方向のインダクタンスであるｄ軸インダクタンスをＬｄで表し、予め導出される誘起電圧定数をΦで表す。
【０１０３】
（付記項２）
前記ｑ軸インダクタンス算出工程は、
前記ｄ軸電流指令値を算出し設定するｄ軸電流指令値設定工程と、
前記同期電動機の回転子の速度が一定の速度指令値と一致するように、比例制御、積分制御および微分制御のうちの少なくとも前記比例制御および前記積分制御を行う速度制御工程と、
を備え、前記速度制御工程によって得られた演算結果を前記ｑ軸インダクタンスの算出値とする付記項１に記載の同期電動機制御装置の制御方法。
【０１０４】
（付記項３）
前記速度指令値を０に設定して、
前記ｑ軸インダクタンス算出工程は、前記回転子を静止させた状態で、前記ｑ軸インダクタンスを算出する付記項２に記載の同期電動機制御装置の制御方法。
【符号の説明】
【０１０５】
１０：同期電動機制御装置、
４０：電力変換器、
５０：同期電動機、５２：回転子、５２ａ：回転子鉄心、５２ｂ：永久磁石、
６０：制御装置、
７０：ｑ軸インダクタンス算出部、７４：速度制御部、
７５ａ：ｄ軸電流指令値設定部、７５ｂ：ｑ軸電流指令値設定部、
Ｉｄ＿ｒｅｆ：ｄ軸電流指令値、Ｉｑ＿ｒｅｆ：ｑ軸電流指令値、
ω＿ｒｅｆ：速度指令値、ω＿ｆｂ：速度算出値（回転子５２の速度）、
Ｌｄ：ｄ軸インダクタンス、Ｌｑ：ｑ軸インダクタンス、Φ：誘起電圧定数。
【図１】
2018098866.tif 000017
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2018098866.tif 000021
【図６】
2018098866.tif 000022
【図７Ａ】
2018098866.tif 000023
【図７Ｂ】
2018098866.tif 000024
【図７Ｃ】
2018098866.tif 000025
【図８Ａ】
2018098866.tif 000026
【図８Ｂ】
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