(57)【要約】【課題】位置推定のための高周波信号を重畳する、また、位置推定のための複雑な演算が必要となるという不利を改善し、簡便な方式で回転子位置の推定が可能となる回転機制御装置を得ることを目的とする。【解決手段】オン信号パルスの発生タイミングを、第１のスイッチング周期と第２のスイッチング周期とで各相とも同じΔｔだけシフトさせ、このシフトで発生する各相の電流変動成分を電流検出器４で検出し、当該各相電流変動成分と回転子位置θとの関係式に基づき、位置推定手段５により回転位置推定値θＬを推定する。【選択図】図１
2011066990.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各相のスイッチング素子を備え直流電源の直流電圧を交流電圧に変換して突極性の回転機に出力するインバータ、前記回転機の電流を検出する電流検出手段、指令値と前記回転機の回転子位置とに基づき前記各相のスイッチング素子をスイッチング周期でオンオフするパルス状のオンオフ信号を作成するオンオフ信号作成手段、前記各相のスイッチング素子へのオン信号パルスの幅を変化させることなく、特定のスイッチング周期における前記オン信号パルスの発生タイミングと当該特定のスイッチング周期と異なるスイッチング周期における前記オン信号パルスの発生タイミングとを前記各相で同一の時間だけシフトさせるオン信号パルスシフト手段、前記電流検出手段の出力から前記オン信号パルスの発生タイミングのシフトに基づく前記各相の電流の変動成分を抽出する変動電流成分検出手段、およびこの変動電流成分検出手段からの前記各相の電流の変動成分に基づき前記回転機の回転子位置を推定演算する位置推定手段を備えた回転機制御装置。
【請求項２】
前記オン信号パルスシフト手段は、特定の第１のスイッチング周期における前記オン信号パルスの発生タイミングと前記第１のスイッチング周期の次の第２のスイッチング周期における前記オン信号パルスの発生タイミングとを前記各相で同一の時間だけシフトさせるようにし、
前記変動電流成分検出手段は、前記第１および第２のスイッチング周期の前記オン信号パルス発生期間内で設定された所定の検出タイミングにおける前記電流検出手段の出力差を前記電流変動成分とすることを特徴とする請求項１記載の回転機制御装置。
【請求項３】
前記オン信号パルスシフト手段は、特定の第１のスイッチング周期における前記オン信号パルスの発生タイミングと前記第１のスイッチング周期の次の第２のスイッチング周期における前記オン信号パルスの発生タイミングとを前記各相で同一の時間だけシフトさせる動作を繰り返すようにし、
前記変動電流成分検出手段は、前記オン信号パルスシフト手段によるシフト動作繰り返し周期の信号を通過させるフィルタを備え、前記電流検出手段から前記フィルタを介して得られる信号を前記電流変動成分とすることを特徴とする請求項１記載の回転機制御装置。
【請求項４】
前記電流検出手段は、前記インバータと前記回転機との間に挿入され、前記回転機の各相の電流を検出するようにしたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の回転機制御装置。
【請求項５】
前記オンオフ信号作成手段は、前記各スイッチング周期において各相のオン信号パルスが時間的に重ならないように前記オンオフ信号を作成するようにし、
前記電流検出手段は、前記直流電源と前記インバータとの間に挿入され前記直流電源の電流を検出する電流検出器、および前記電流検出器の出力を前記各相のオン信号パルスの時間帯でサンプリングすることにより各相の出力電流を再生演算する出力電流再生手段を備えたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の回転機制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、誘導機や同期機といった回転機を、位置センサを用いることなく回転子位置情報を得て制御できる、回転機の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
回転機を精度よく制御する場合、回転機の位置情報が必要である。そのため、従来は位置センサ等を回転機に取付けることにより位置情報を得ていたが、コスト削減、省スペース化、信頼性の向上という観点から位置センサレス化が要求されている。
回転機の位置センサレス制御方法として、主に回転機の誘起電圧より回転機の位置を推定する方法と突極性を利用して回転機の位置を推定する方法の２つがある。前者の方法で用いる誘起電圧の大きさは回転機の速度に比例するという特徴があるため、零速や低速域では誘起電圧が小さくなりＳ／Ｎ比が悪化し、回転機の位置を推定することは困難になる。
後者の、突極性を利用した方法は、回転機の位置を推定するための、位置推定用信号なるものを回転機に重畳注入しなければならないが、回転機の速度に関係せず回転機の位置を推定出来るため、零速や低速域では突極性を利用した位置センサレス制御が用いられる。
【０００３】
突極性を利用した位置センサレス制御法において、例えば、特許文献１では、回転子あるいは磁束ベクトルに同期して回転するｄ−ｑ軸直交座標系を制御座標として使用し、ｄ軸励磁分電流指令値に高周波信号を重畳し、検出するモータに供給する電流を三相−二相変換して得られる二相電流の二乗和である検出電流ベクトルの振幅の二乗を計算し、ｄ軸励磁分電流指令値の二乗とｑ軸トルク分電流指令値の二乗との和である指令値電流ベクトルの振幅の二乗を計算し、検出電流ベクトル振幅の二乗から指令値電流ベクトル振幅の二乗を差し引いて得られる値に基づいて制御座標との誤差を演算することで回転機の位置を推定している。
【０００４】
また、例えば、特許文献２では、突極性を利用した位置センサレス制御法と母線電流検出方式とを組み合わせている。位置推定については、γδ軸上で高周波電圧を重畳した場合に回転機に流れる高周波電流のγ軸成分とδ軸成分の積の直流分がゼロに収束するように制御すれば、γ軸が回転位置と等しくなるとしている。しかしながら、母線電流検出方式を用いているため、三相電流を再生するために電圧指令を補正する必要がある。この補正により重畳する高調波電圧に誤差が生じ、その結果として推定位置にも誤差が発生する。この誤差を低減するために、重畳する高周波電圧の電圧ベクトル軌跡を楕円としている。
【０００５】
この母線電流検出方式は、例えば、特許文献３のように、直流電源とインバータの間に電流検出器をただ一つ設けて、直流母線電流とインバータの半導体スイッチング素子のスイッチング状態とから三相電流を再生する母線電流検出方式がある。具体的には、異なる二つの相電流が母線電流に流れるスイッチングパターンにおいて電流を検出すれば、三相電流の和がゼロであることを利用して三相電流を検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許３７０７５２８号
【特許文献２】特開２００８−１９９８４２号公報
【特許文献３】特開平２−１９７２９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１の手法では、位置推定のための高周波信号をｄ−ｑ軸上で作成し、さらに推定位置の演算には電流指令と検出電流の２つの情報が必要なため、演算が多くなるという課題がある。
また、特許文献２の手法では、上記の課題に加えて母線電流検出方式と組み合わせたことにより２つの課題がある。１つ目は、電流再生のための電圧補正により印加する高調波電圧に誤差が生じ、その結果として推定位置に誤差が生じることである。２つ目は、特許文献３のような方式を採用した場合、三相電流の再生において誤差が生じることである。具体的には、二相分の回転機電流を母線電流から直接検出し、残りの一相分は三相電流の和がゼロであることを利用して求めるが、二相分の電流は検出タイミングが異なるため、三相電流の和はゼロにならない。
【０００８】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、位置推定のための高周波信号を重畳する、また、位置推定のための複雑な演算が必要となるという不利を改善し、簡便な方式で回転子位置の推定が可能となる回転機制御装置を得ることを目的とする。
更に、簡便な母線電流検出方式と組み合わせた場合にも正確に位置を推定することができる回転機制御装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係る回転機制御装置は、各相のスイッチング素子を備え直流電源の直流電圧を交流電圧に変換して突極性の回転機に出力するインバータ、回転機の電流を検出する電流検出手段、指令値と回転機の回転子位置とに基づき各相のスイッチング素子をスイッチング周期でオンオフするパルス状のオンオフ信号を作成するオンオフ信号作成手段、各相のスイッチング素子へのオン信号パルスの幅を変化させることなく、特定のスイッチング周期におけるオン信号パルスの発生タイミングと当該特定のスイッチング周期と異なるスイッチング周期におけるオン信号パルスの発生タイミングとを各相で同一の時間だけシフトさせるオン信号パルスシフト手段、電流検出手段の出力からオン信号パルスの発生タイミングのシフトに基づく各相の電流の変動成分を抽出する変動電流成分検出手段、およびこの変動電流成分検出手段からの各相の電流の変動成分に基づき回転機の回転子位置を推定演算する位置推定手段を備えたものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明に係る回転機制御装置は以上のように、オン信号パルスシフト手段により、特定のスイッチング周期におけるオン信号パルスの発生タイミングと当該特定のスイッチング周期と異なるスイッチング周期におけるオン信号パルスの発生タイミングとを各相で同一の時間だけシフトさせるようにしたので、等価的に回転機の各相に所定の電圧を重畳したことになり、この重畳電圧に基づき各相に発生する電流の変動成分を変動電流成分検出手段で抽出すると、位置推定手段により、この各相の電流の変動成分から回転機の回転子位置を演算で求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１による回転機制御装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１において、オンオフ信号作成手段７によって作成されるオンオフ信号の一例を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１において、オンオフ信号をシフトさせた場合の一例を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１において、オンオフ信号をシフトさせた場合に、検出する回転機電流が変動することを示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１において、回転機電流の変動分から推定位置を演算する手法を説明するための図である。
【図６】本発明の実施の形態２において、オンオフ信号をシフトさせた場合の一例を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態２において、オンオフ信号をシフトさせた場合に、検出する回転機電流が変動することを示す図である。
【図８】本発明の実施の形態３による回転機制御装置の構成を示す図である。
【図９】直流電源とインバータとの間の母線電流から回転機電流を再生する手法の、従来例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
本発明の実施の形態１の構成を図１に示す。回転機１は、ここでは、埋込磁石型の突極性同期機とする。回転機１には、直流電源２を入力とする、スイッチング素子Ｑｕｐ、Ｑｕｎ、Ｑｖｐ、Ｑｖｎ、Ｑｗｐ、Ｑｗｎを用いて交流電力を供給するインバータ３が、電流検出器４を通して接続されている。位置推定手段５は、電流検出器４で検出した回転機電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを用いて、回転機１の回転子位置である推定位置θＬを演算する。
【００１３】
電流制御手段６は、回転機電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗと推定位置θＬとを用いて、回転機電流がモータを所望の状態にするための電流指令に追従するよう回転機１の電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊を出力する。オンオフ信号作成手段７は、インバータ３が電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊を出力するように、スイッチング素子Ｑｕｐ、Ｑｕｎ、Ｑｖｐ、Ｑｖｎ、Ｑｗｐ、Ｑｗｎを駆動するオンオフ信号を出力する。
電流検出器４は、三相分の電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを検出するとしているが、二相分の電流を検出して残りの一相は三相電流の和がゼロであることを利用して求めるようにしてもよい。
【００１４】
オンオフ信号作成手段７では、例えば、所定のスイッチング周期で、図２に示すようなオンオフ信号を作成する。図２中のＧｕｐ、Ｇｕｎ、Ｇｖｐ、Ｇｖｎ、Ｇｗｐ、Ｇｗｎはそれぞれスイッチング素子Ｑｕｐ、Ｑｕｎ、Ｑｖｐ、Ｑｖｎ、Ｑｗｐ、Ｑｗｎをオンオフする信号であり、Ｈの時はスイッチング素子がオン、Ｌの時はスイッチング素子がオフする。また、ＱｕｐとＱｕｎ、ＱｖｐとＱｖｎ、ＱｗｐとＱｗｎは相補であり、一方がオンの場合はもう一方はオフである。これら相補のスイッチング素子がオンオフする場合は、両方のスイッチング素子がオフとなるデッドタイム期間を設けるのが一般的であるが、ここでは省略して説明する。図２中のＤｕ、Ｄｖ、Ｄｗは、Ｕ、Ｖ、Ｗ相の通流時間（パルス幅）であり、各相の通流時間の差分で、電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊を出力する。
【００１５】
図１では、個々には図示していないが、この発明では、オンオフ信号作成手段７には、オン信号パルスの発生タイミングをシフトさせるオン信号パルスシフト手段が備えられており、また、位置推定手段５には、上記シフトにより発生する各相の電流の変動成分を抽出する変動電流成分検出手段が備えられており、以下、このオン信号パルスシフト手段および変動電流成分検出手段の動作について説明する。
【００１６】
図３は、オン信号パルスシフト手段の動作を説明するための図である。ここでは、オンオフ信号のオンとオフのタイミングを等しくシフトさせている。換言すると、各相のスイッチング素子へのオン信号パルスの幅を変化させることなくそのオン信号パルスの発生タイミングを各相で同一の時間だけシフトさせている。
説明を簡単にするため、電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊は等しい、即ち、図２中の通流時間Ｄｕ、Ｄｖ、Ｄｗは等しいとする。また、図中のｔｕ１、ｔｕ２、ｔｕ３は、Ｕ相電流を検出するタイミングでそれぞれ等間隔である。同様に、ｔｖ１、ｔｖ２、ｔｖ３はＶ相電流を検出するタイミングで、ｔｗ１、ｔｗ２、ｔｗ３はＷ相電流を検出するタイミングであり、それぞれ等間隔である。
【００１７】
そして、図３では、オンオフ信号Ｇｕｐ、Ｇｖｐ、Ｇｗｐは、２回目のオンオフのタイミングが、１回目のタイミングよりΔｔだけ時間軸の後にシフトしている。このシフトに伴って各相電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗが変動する様子を図３の下段に示している。なお、Ｇｕｐ、Ｇｖｐ、Ｇｗｐおよびｉｕ、ｉｖ、ｉｗの破線は、オンオフのタイミングをシフトさせなかった場合を示している。
【００１８】
図４に、図３のオンオフ信号のタイミングをシフトさせた場合とシフトさせなかった場合の２回分を重ねて示す。図４中の実線がシフトさせた場合で、破線がシフトさせなかった場合である。図４より、オンオフ信号のタイミングをシフトさせた分だけ、検出した回転機電流が変動している。詳細を述べると、例えばＵ相では、ＧｕｐがＨ、ＧｖｐとＧｗｐがＬの期間がΔｔだけシフトし、検出する回転機電流ｉｕはΔｉｈｕだけ変動する。但し、オンオフ動作後の回転機電流ｉｕは変動しない。同様に、Ｖ相ではＧｖｐがＨ、ＧｕｐとＧｗｐがＬの期間がΔｔだけシフトし、検出する回転機電流ｉｖはΔｉｈｖだけ変動し、Ｗ相ではＧｗｐがＨ、ＧｕｐとＧｖｐがＬの期間がΔｔだけシフトし、検出する回転機電流ｉｗはΔｉｈｗだけ変動する。オンオフ動作後の回転機電流ｉｖ、ｉｗは変動しない。まとめると、各相とも等しく電圧がシフトした場合、即ち、上側のスイッチング素子だけがオンで他の二相は下側のスイッチング素子がオンしている期間がΔｔだけシフトした場合の回転機電流の変動を検出できる。但し、オンとオフを等しくシフトさせているので、オンオフ完了後の電流には影響を与えない。
【００１９】
位置推定手段５内の変動電流成分検出手段は、スイッチング周期の１回目（第１のスイッチング周期）の各相電流検出タイミングｔｕ１、ｔｖ１、ｔｗ１における電流検出器４の出力と２回目（第２のスイッチング周期）の各相電流検出タイミングｔｕ２、ｔｖ２、ｔｗ２における電流検出器４の出力との差を各相電流変動成分Δｉｈｕ、Δｉｈｖ、Δｉｈｗとして出力する。
【００２０】
ここで、各相のオン信号パルスをΔｔだけシフトさせたときに各相電流が変動する現象を更に詳しく説明する。図３、図４では、オン信号パルスの発生タイミングを、スイッチング周期の１回目に対して２回目を各相とも等しくΔｔだけ遅らせる方向にシフトさせている。ところで、この発明の検出対象である、回転機１の回転子位置の速度に相当する回転周期は、一般に、スイッチング素子をオンオフする周期であるスイッチング周期に対して十分長い。換言すると、スイッチング周波数は、回転周波数に対して十分高いと言える。この結果、回転周期の時間スケールで見た場合、上述したスイッチング周期の１回目と２回目との時間差はほぼゼロとみなすことができ、かつ、負荷がインダクタンスを含む回転機であることから、このオン信号パルスを各相等しくシフトさせることで、回転機１の各相に、上記シフト時間に応じて決まる所定の電圧を等しく重畳したとみなすことができる。
【００２１】
今、この重畳したとみなせる電圧をΔｖとすると、この電圧Δｖの波形は、図４の実線の波形と破線の波形との差の波形に近いものと想定され、かつ、各相同一のものとなる。
ところで、回転機１に変動電圧Δｖを印加すると、回転機１の突極性により、各相の回転機電流が後述する式（１）に示すように、回転子位置に応じてその振幅が余弦関数的に変化することが知られている（例えば、オーム社発行「埋め込み磁石同期モータの設計と制御」ｐ．９〜参照）。
【００２２】
この発明は、上述したように、オン信号パルスを各相等しくシフトさせることにより、回転機１の各相に変動電圧Δｖを重畳したと等価な状態を実現させ、この変動電圧Δｖの印加で成立する式（１）の関係式を利用して回転子位置を推定するものである。
なお、この発明では、以下で詳述するように、式（１）を利用し、実質的に各相の変動電流の振幅比に基づき回転子位置を演算するようにしたので、電圧Δｖの値そのものを使用する必要はない。従って、結果として、図に示すように、特定のスイッチング周期におけるオン信号パルスを各相等しくΔｔだけシフトさせたときに発生する各相の電流変動成分を検出することで回転子位置を求めることができるわけである。
【００２３】
以下、式（１）の関係式を利用して回転子位置を推定する方法について説明する。
【００２４】
【数１】
2011066990.tif 000003
【００２５】
但し、
Δｉｈｕ、Δｉｈｖ、Δｉｈｗ：各相電流変動成分
Ｉｈ：変動電流振幅の平均値の比率
Ｉｈａ：変動電流の回転子位置による変化量の比率
θ：回転子位置
Δｖ：変動電圧
なお、式（１）は、電流変動成分と変動電圧との関係を示すものであるが、厳密には、その右辺に各相共通のインピーダンスＺの逆数を掛けると両辺の次元が一致する。しかし、いずれにしろ、以下の推定位置θＬの導出方法には影響しないので上記の式（１）の形を踏襲するものとする。
【００２６】
式（１）に基づき式（２）の演算を行うことにより、各相電流変動成分の内の、回転子位置による変化量Ｉｈｕａ、Ｉｈｖａ、Ｉｈｗａを抽出することができる。
【００２７】
【数２】
2011066990.tif 000004
【００２８】
更に、式（２）に基づき式（３）の演算を行うことにより、式（２）の各右辺の係数Δｖ・Ｉｈａ／２を回転子位置による各相電流変動成分の変化量から求めることができる。
【００２９】
【数３】
2011066990.tif 000005
【００３０】
式（３）を式（２）に代入することにより、各相電流変動成分の変化量Ｉｈｕａ、Ｉｈｖａ、Ｉｈｗａのいずれか１つの信号から逆余弦演算することにより回転子位置を求めることができる。あるいは、このＩｈｕａ、Ｉｈｖａ、Ｉｈｗａを三相／二相変換した後に逆正接演算することにより回転子位置を求めることもできる。
【００３１】
しかしながら、逆余弦演算や逆正接演算を用いると、必要な演算量や記憶容量が増加する。そこで、直線近似を利用して回転子位置を演算する方法について以下に示す。
先ず、各相電流変動成分の変化量Ｉｈｕａ、Ｉｈｖａ、Ｉｈｗａの相対大小関係より図５に示すようにＩ〜ＶＩの区間に分け、それぞれの区間の中心位置を式（４）に示すようにθＭとする。
【００３２】
【数４】
2011066990.tif 000006
【００３３】
各区間において、変化量Ｉｈｕａ、Ｉｈｖａ、Ｉｈｗａのうち、各区間の中心でゼロクロスするものはｓｉｎ−ｓｉｎ関数となるが、このｓｉｎ−ｓｉｎ関数を直線とみなして直線近似し、式（５）より各区間の中心位置θＭと回転子位置推定値θＬ（≒回転子位置θ）との偏差ΔθＭＬを求める。
【００３４】
【数５】
2011066990.tif 000007
【００３５】
なお、式（５）のＩｈｚｃは、変化量Ｉｈｕａ、Ｉｈｖａ、Ｉｈｗａのうち各区間の中心位置θＭでゼロクロスするものの値である。そして、式（６）に示すように、式（５）より求めたΔθＭＬと中心位置θＭとを加算して回転子位置推定値θＬを求めることができる。
【００３６】
【数６】
2011066990.tif 000008
【００３７】
以上のように、本発明の実施の形態１によれば、電圧重畳のための特別の電圧源を必要とすることなく、従って部品点数が減った分長期使用が可能となり、オン信号パルスの発生タイミングを、スイッチング周期の１回目に対して２回目を各相とも等しくシフトさせるといった簡単な処理で、回転機の突極性に依存して回転子位置に応じて変化する各相電流変動成分を検出でき、この検出した各相電流変動成分から回転子位置を推定することができ、推定のための演算量を低減することができる。
【００３８】
実施の形態２．
実施の形態１では、オン信号パルスの発生タイミングを、スイッチング周期の１回目に対して２回目を各相とも等しくシフトさせ、そのときの電流変動成分から回転子位置を推定するようにしたが、この実施の形態２においては、オン信号パルスの発生タイミングのシフトを周期的に行うことで、連続的かつより正確に位置推定できるようにしたものである。
本発明の実施の形態２では、オンオフ信号作成手段７と位置推定手段５の動作が実施の形態１の場合と異なる。
【００３９】
即ち、オンオフ信号作成手段７内のオン信号パルスシフト手段は、図６に示すように、オンオフ信号のオンとオフのタイミングを等しく周期的にシフトさせる。図６では、オンオフ信号Ｇｕｐ、Ｇｖｐ、Ｇｗｐはオンオフを繰り替えす毎に、オンオフタイミングがΔｔだけ時間軸の前後にシフトしている。Ｇｕｐ、Ｇｖｐ、Ｇｗｐの破線は、オンオフタイミングをシフトさせなかった場合を示している。
【００４０】
図７に、図６のオンオフそれぞれ２回分を重ねて示す。図７中の実線がオンオフタイミングを時間軸の後にシフトさせた場合で、破線が時間軸の前にシフトさせた場合である。図７より、オンオフ信号をシフトさせた分だけ、検出した回転機電流が変動している。詳細を述べると、例えば、Ｕ相では、ＧｕｐがＨ、ＧｖｐとＧｗｐがＬの期間が２Δｔだけシフトし、検出する回転機電流ｉｕはΔｉｈｕだけ変動する。ただし、オンオフ動作後の回転機電流ｉｕは変動しない。同様に、Ｖ相ではＧｖｐがＨ、ＧｕｐとＧｗｐがＬの期間が２Δｔだけシフトし、検出する回転機電流ｉｖはΔｉｈｖだけ変動し、Ｗ相ではＧｗｐがＨ、ＧｕｐとＧｖｐがＬの期間が２Δｔだけシフトし、検出する回転機電流ｉｗはΔｉｈｗだけ変動する。オンオフ動作後の回転機電流ｉｖ、ｉｗは変動しない。まとめると、各相とも等しく電圧がシフトした場合、即ち、上側のスイッチング素子だけがオンで他の二相は下側のスイッチング素子がオンしている期間が２Δｔだけシフトした場合の回転機電流の変動を検出できる。変動の周期はこの場合、オンオフ信号のオンとオフがそれぞれ２回繰り返す時間に相当する。但し、オンとオフを等しくシフトさせているので、オンオフ完了後の電流には影響を与えない。
【００４１】
位置推定手段５内の変動電流成分検出手段は、上述したオン信号パルスシフト手段によるシフト動作繰り返し周期の信号を通過させるフィルタを備え、電流検出器４により各相電流検出タイミングで検出された信号を更に上記フィルタを介して得られた信号を各相電流変動成分Δｉｈｕ、Δｉｈｖ、Δｉｈｗとして抽出する。
【００４２】
次に、回転子位置の推定方法について説明するが、以上のようにして、あるタイミングで求めた各相電流変動成分Δｉｈｕ、Δｉｈｖ、Δｉｈｗを、実施の形態１と同様、先の式（１）以下を適用して回転機の推定位置θＬを得ることができるが、ここでは、更にその推定精度を上げる方法について説明する。
【００４３】
即ち、図６の例では、オン信号パルスを交互に前後にシフトさせているので、各相の電流変動成分は、交互に正負の極性が変化することになる。そこで、電流検出周期、従って、スイッチング周期ごとに抽出した電流変動成分Δｉｈｕ、Δｉｈｖ、Δｉｈｗの絶対値あるいは二乗値を、所定に期間に亘って積分する。この積分期間は、長くすると精度は上がるが少なくとも変動電圧Δｖの周期の少なくとも半周期の期間が必要である。
【００４４】
積分により求めた各相電流変動成分の振幅比Ｉｈｕ、Ｉｈｖ、Ｉｈｗを式（７）に示す。但し、積分に伴って必要な係数ｋ（ｋはｋ＞０の実数）を設定している。また、振幅比の抽出にはローパスフィルタを用いてもよい。
【００４５】
【数７】
2011066990.tif 000009
【００４６】
式（７）を用いて、式（８）の演算により、各相の変動電流の回転子位置による変化量Ｉｈｕａ、Ｉｈｖａ、Ｉｈｗａを抽出する。
【００４７】
【数８】
2011066990.tif 000010
【００４８】
式（８）から回転機１の推定位置θＬを演算する手法は、実施の形態１と同様である。
以上のように、本発明の実施の形態２では、オンオフ信号のオンとオフのタイミングを等しく周期的にシフトさせるので、常に連続的に回転子位置を検出することができる。また、回転機電流の変動分Δｉｈｕ、Δｉｈｖ、Δｉｈｗを抽出する場合のバンドパスフィルタの通過帯域を狭くすることや、各相電流変動成分の振幅比Ｉｈｕ、Ｉｈｖ、Ｉｈｗを抽出する場合の積分期間を長くするあるいはローパスフィルタの時定数を長くすることによって、位置推定の精度を向上させることができる。
【００４９】
実施の形態３．
本発明の実施の形態３の構成を図８に示す。実施の形態１と実施の形態２では、インバータ３の交流側に設けられた電流検出器４から回転機１の電流を検出していたが、本実施の形態３では、直流電源２とインバータ３との間に設けられた母線電流検出器９とオンオフ信号とから出力電流再生手段１０により回転機１の電流を再生する。位置推定手段５と電流制御手段６の動作は、実施の形態１、実施の形態２と同様である。
【００５０】
出力電流再生手段１０により、回転機電流を再生する原理を以下に説明する。先の図３と図６を参照して説明すると、同図に、本発明になるオンオフ信号と電流検出タイミングを示している。即ち、本発明のオンオフ信号作成手段７は、各スイッチング周期において各相のオン信号パルスが時間的に重ならないようにオンオフ信号を作成する。そして、各相のオン信号パルスの時間帯で母線電流検出器９の出力をサンプリングする。
【００５１】
従って、Ｕ相の電流検出タイミングｔｕ１、ｔｕ２、ｔｕ３では、直流電源１の正側に接続された半導体スイッチング素子のうちＵ相だけがオンしており、母線電流検出器９からＵ相電流を検出できる。Ｖ相、Ｗ相についても同様に、Ｖ相電流検出タイミングｔｖ１、ｔｖ２、ｔｖ３、Ｗ相電流検出タイミングｔｗ１、ｔｗ２、ｔｗ３では、母線電流検出器９からＶ相電流、Ｗ相電流がそれぞれ検出できる。このようにして、母線電流検出器９から回転機１の電流を再生することができる。
【００５２】
一方、従来の方式では、図９のようにして、母線電流から回転機電流を検出していた。即ち、図９中のＧｕｐ、Ｇｖｐ、Ｇｗｐは、直流電源１の正側に接続されたインバータ３のＵ、Ｖ、Ｗ相のスイッチング素子をオンオフさせる信号であり、Ｈの時はスイッチング素子をオン、Ｌの時はオフさせる。図９中の検出タイミングｔｕ’では、直流電源１の正側に接続された半導体スイッチング素子のうちＵ相だけがオンしているので、母線電流検出器９からＵ相電流を検出する。同様に、検出タイミングｔｗ’では、母線電流検出器９からＷ相電流を検出する。残りのＶ相電流は、三相電流の和がゼロであることを利用して演算する。
【００５３】
しかし、二相分の電流の検出タイミングが異なるため、それらを用いた場合の三相電流の和はゼロにならず、三相電流の和がゼロであることを利用して残りの一相を演算する場合に誤差が発生する。
また、回転子位置推定のための変動電圧を重畳した場合に、正確には二相分の電流しか検出できないので、式（１）の電流変動成分から式（２）や式（８）の処理によって変動振幅の平均値を除去して推定位置の情報を取り出すことができない。
【００５４】
更に、例として図９の場合、Ｕ相のオンタイミングを変えれば検出されるＵ相電流とＷ相電流が変動し、Ｖ相のオンタイミングを変えれば検出されるＷ相電流が変動する。このように、三相に等しく変動電圧を印加した場合の三相の変動電流を検出することが難しい。
【００５５】
これに対し、本発明では、実施の形態１と実施の形態２で説明した図３と図６に示すように、オンオフ信号のオンとオフのタイミングを等しくシフトさせて、即ち、オン信号パルスの幅を変化させることなく、各相のオン信号パルスの発生タイミングを各相とも等しくシフトさせた場合に生じる各相の電流変動成分を検出する。また、各相のオンオフ信号をシフトさせたことによって、オンオフ完了後の電流値すなわち他相の検出電流に影響を与えない。更に、三相電流の和がゼロであることを利用する必要もないので、単一の母線電流検出器９から直接正確に必要な各相電流変動成分を検出することができる。従って、回転機１の回転子位置の推定を簡便にしかも精度良く演算することができる。
【００５６】
以上のように、本発明の実施の形態３では、回転機１を位置センサレスで駆動できることに加えて、インバータ３の電流検出器を１つにすることができ、小型・低コストな回転機制御装置を構成することができる。
【００５７】
なお、以上の各実施の形態例では、本発明を直流電源１の正側に接続されたスイッチング素子の動作を基準としてオン信号パルスをシフトさせる方式を説明したが、直流電源１の負側に接続されたスイッチング素子の動作を基準としてもよいことは言うまでもない。
また、本発明のオンオフ信号作成手段７は、電流指令と回転機電流と回転子位置とを入力して動作する電流制御手段６の出力である電圧指令に基づき各相のオンオフ信号を作成するものとしたが、これに限られるものではなく、本発明は、少なくとも指令値と回転子位置を入力して作成される信号に基づいて各相のオンオフ信号を作成するものにも同様に適用することができる。
【００５８】
また、本発明の回転機１は埋込磁石型の同期機として説明したが、シンクロナスリラクタンス型の同期機など他の同期機においても、本発明を適用できることは言うまでもない。
更に、本発明の直流電源とは、バッテリーやダイオード整流回路、ＰＷＭコンバータなど様々なものが考えられる。
【符号の説明】
【００５９】
１  回転機、２  直流電源、３  インバータ、４  電流検出器、５  位置推定手段、
６  電流制御手段、７  オンオフ信号作成手段、８  回転機制御装置、
９  母線電流検出器、１０  出力電流再生手段。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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