(57)【要約】【課題】  本発明の目的は、同期電動機、誘導電動機を含む交流電動機のセンサレス駆動制御において必要とされる回転子位相あるいは回転子磁束位相を、位相の狂いが出ない状態でかつ外乱影響を抑圧した状態で推定できる新規な位相推定法を提供することである。【解決手段】  固定子の電圧と電流との相当値を少なくとも用いて生成した誘起電圧または拡張誘起電圧の相当値を、回転子の回転に応じて通過帯域幅を変化させる速応帯域特性と高域で−４０（ｄＢ／ｄｅｃ）以上の減衰特性とをもつ高次フィルタで処理し、被フィルタ処理信号から回転子あるいは回転子磁束の位相推定値を生成することにより、課題を解決した。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子が固定子電源周波数と同期して回転する交流電動機の回転子の位相推定法であって、固定子の電圧と電流との相当値を少なくとも用いて生成した、回転子の回転に起因する誘起電圧または拡張誘起電圧の相当値を、回転子の回転に応じて通過帯域幅を変化させる速応帯域特性と高域で−４０（ｄＢ／ｄｅｃ）以上の減衰特性とをもつ高次フィルタで処理し、被フィルタ処理信号から回転子の位相推定値を生成することを特徴とする交流電動機のための回転子の位相推定法。
【請求項２】
回転子磁束を有する交流電動機の回転子磁束の位相推定法であって、
固定子の電圧と電流との相当値を少なくとも用いて生成した、回転子磁束の回転に起因する誘起電圧または拡張誘起電圧の相当値を、回転子磁束の回転に応じて通過帯域幅を変化させる速応帯域特性と高域で−４０（ｄＢ／ｄｅｃ）以上の減衰特性とをもつ高次フィルタで処理し、被フィルタ処理信号から回転子磁束の位相推定値を生成することを特徴とする交流電動機のための回転子磁束の位相推定法。
【請求項３】
速応帯域特性をもつ該高次フィルタを、高域で−４０（ｄＢ／ｄｅｃ）の減衰特性をもつローパスフィルタとすることを特徴とする請求項１乃至請求項２のいずれか１項に記載の交流電動機のための位相推定法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は、永久磁石同期電動機、同期リラクタンス電動機などの同期電動機と誘導電動機とを含む交流電動機をセンサレス駆動制御するために必要な回転子位相推定値あるいは回転子磁束位相推定値を生成するための位相推定法に関する。
【背景技術】
【０００２】電源周波数と同一の周波数で同期回転する交流電動機（永久磁石同期電動機、同期リラクタンス電動機などの同期電動機）をして高い制御性能を発揮せしめるには、回転子位相（Ｎ極位相、負突極位相など）が必要である。また、回転子磁束を有する永久磁石同期電動機、誘導電動機などの交流電動機をして高い制御性能を発揮せしめるには、回転子磁束の位相が必要である。このため、エンコーダ、レゾルバーと言った位置速度センサを回転子に装着し、これら位相を直接的あるいは間接的に得ていた。しかし、位置速度センサの装着は、信頼性、コストなどの点で問題があり、電動機駆動用の固定子電圧、電流の相当値を用いて回転子位相を推定することが行なわれている。当業者には周知のように、永久磁石同期電動機のように回転子磁束を有する同期電動機においては、回転子位相と回転子磁束位相とは、同一と捕らえることができる。【０００３】交流電動機の合理的な駆動制御には、同期電動機にあっては回転子位相が、誘導電動機にあっては回転子磁束位相が必要である。位置速度センサレスによる駆動では、これら位相を推定する必要がある。以下に、永久磁石同期電動機、同期リラクタンス電動機、誘導電動機を例にとり、最も伝統的な位相推定法を紹介する。【０００４】非突極の永久磁石同期電動機の場合、固定子の電圧、電流と回転子磁束を関係を記述した数学モデル（通常、電圧モデルと呼ばれる）は、固定αβ座標系上では、次式となる。
【数１】
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【数２】
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【数３】
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【０００５】ここに、２ｘ１ベクトルν１、ｉ１は、それぞれ固定子の電圧、電流を意味している。また、２ｘ１ベクトルφｉは固定子反作用磁束を、２ｘ１ベクトルφｍは回転子永久磁石に起因する回転子磁束を意味している。Ｒ１は固定子巻線の抵抗であり、Ｌｄは固定子（ｄ軸）インダクタンスであり、ｓは微分演算子ｄ／ｄｔである。永久磁石同期電動機の場合には、回転子位相θαは回転子磁束φｍの位相と同一であり、本位相は、（２）、（３）式が示しているように回転子磁束に含まれる。従って、回転子磁束が推定できれば、回転子磁束推定値より直ちに回転子位相推定値を得ることができる。【０００６】最も伝統的な回転子磁束推定法は、誘起電圧相当値を固定子の電圧・電流を用いて生成し、生成値を、次のように近似積分するものである。
【数４】
2008263764.tif 000006
2008263764.tif 000007
式右辺の四角括弧の中が、誘起電圧相当値を意味している。【０００７】誘起電圧相当値に対する処理は、原理的には、−π／２（ｒａｄ）の位相遅れをもつ純粋積分とする必要がある。しかし、実際には、電圧、電流、パラメータ等を含む種々の誤差が回転子磁束推定値（特にこの位相）に外乱として作用し、この緩和のため純粋積分は利用できず、影響緩和の観点から、電動機の回転速度を考慮の上、大き目の一定なフィルタ係数ωｃを持つ近似積分が行なわれてきた。近似積分において、理論上−π／２（ｒａｄ）の位相遅れを持たせるには、被処理信号の周波数は無限大としなければならない。概ね−π／２（ｒａｄ）の位相遅れを持たせるには、被処理信号の周波数は、一定フィルタ係数の１０倍以上でなくてならない。従って、低〜中速域駆動時での推定において、大き目の一定なフィルタ係数をもつ近似積分による場合には、適切な−π／２（ｒａｄ）の位相遅れが得られず、位相遅れが不足する。位相遅れの大きな不足は、回転子位相推定値における位相進み方向への位相の大きな狂いを意味する。位相推定法における位相推定値の位相狂いは、致命的な欠陥である。位相推定値における位相進みを低減するには、上述の一定フィルタ係数を小さくすればよいが、この場合、上に説明した外乱影響緩和上の問題が顕在化する。実際には、本推定法は、位相推定値の位相狂いと外乱影響緩和との妥協を図りつつ、駆動速度域を限定することにより、限定的に利用されてきた。【０００８】突極特性をもつ同期リラクタンス電動機の場合、固定子の関係を記述した電圧モデルは、固定αβ座標系上では、次式となる。
【数５】
2008263764.tif 000008
【数６】
2008263764.tif 000009
【０００９】ここに、Ｌｉ，Ｌｍは固定子ｄｑインダクタンスと次の関係を有する同相インダクタンス、鏡相インダクタンスである。
【数７】
2008263764.tif 000010
また、ｉｄ、ｉｑは固定子のｄ軸、ｑ軸電流であり、ω２ｎは回転子の電気速度である。また、Ｊは次式で定義された２ｘ２交代行列である。
【数８】
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【００１０】同期リラクタンス電動機においては、（６）式の磁束φｍは、固定子反作用磁束の一部である。しかし、（５）、（６）式と（１）、（２）式との比較より明瞭のように、（６）式の磁束は、モデル上では、（２）式の回転子磁束と等価に扱うことができる。本明細書では、本等価性を考慮し、以降では、（６）式の磁束を擬似回転子磁束、または、簡単に回転子磁束と呼称する。【００１１】（５）、（６）式におけるθαは、回転子位相（回転子の負突極または正突極の位相）を意味している。すなわち、設計者がｄ軸を負突極に選定すれば負突極の位相を、ｄ軸を正突極に選定すれば正突極の位相を意味する。何れの場合も、設計者が選定したｄ軸の位相を意味する。（５）、（６）式と（１）、（２）式との比較より明白なように、同期リラクタンス電動機の電圧モデルは、永久磁石同期電動機の電圧モデルと高い類似性を有している。本類似性より理解されるように、同期リラクタンス電動機の回転子位相推定に関しては、永久磁石同期電動機のための（４）式の関係が利用可能である。（４）式の関係を利用する限りにおいては、位相推定値における位相の狂いの問題も、同様に発生する。なお、同期リラクタンス電動機の場合には、（４）式の右辺括弧に対応する値（すなわち、被積分値あるいは被近似積分値）は、拡張誘起電圧相当値となる。【００１２】誘導電動機の固定子の関係を記述した電圧モデルは、固定αβ座標系上では、次式となる。
【数９】
2008263764.tif 000012
ここに、φｍは誘導電動機における回転子磁束であり、φｉは固定子反作用磁束である。Ｌ１ｔは固定子の総合漏れインダクタンスである。誘導電動機のセンサレス駆動においては、回転子磁束の位相を把握する必要があるが、当業者には周知にように、本把握は回転子磁束の推定を通じ直ちに行うことができる。（９）式と（１）、（２）式との比較より明白なように、誘導電動機の電圧モデルは、永久磁石同期電動機の電圧モデル（特に、非突極の電圧モデル）と高い類似性を有している。本類似性より理解されるように、誘導電動機の回転子磁束位相推定に関しては、永久磁石同期電動機のための（４）式の関係が利用可能である。
（４）式の関係を利用する限りは、位相推定値における位相の狂いの問題も、同様に発生する。なお、誘導電動電動機の場合には、（４）式の右辺括弧に対応する値（すなわち、被積分値あるいは被近似積分値）は、誘起電圧相当値となる。【００１３】位相推定値における位相の狂いは、致命的な欠陥である。致命的欠陥をなおすには、位相の狂いを補正する以外にはない。位相補正は、制御器設計でよく利用されているように、動的な位相補正器を利用するのが一般である。この種の動的位相補正器は、「ある周波数帯域で概ね位相進み」と言ったような概略的な位相補正には有用であるが、回転子位相推定あるいは回転子磁束位相推定のような精密な位相推定においては、不向きである。事実、この種の位相推定法においては、動的位相補正器を利用した位相補正法の活用は、殆んど行われていないようである。
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】本発明は上記背景の下になされたものであり、その目的は、同期電動機、誘導電動機を含む交流電動機のセンサレス駆動制御において必要とされる回転子位相あるいは回転子磁束位相を、位相の狂いが出ない状態でかつ外乱影響を抑圧した状態で推定できる新規な位相推定法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】上記目的を達成するために、請求項１の発明は、回転子が固定子電源周波数と同期して回転する交流電動機の回転子の位相推定法であって、固定子の電圧と電流との相当値を少なくとも用いて生成した、回転子の回転に起因する誘起電圧または拡張誘起電圧の相当値を、回転子の回転に応じて通過帯域幅を変化させる速応帯域特性と高域で−４０（ｄＢ／ｄｅｃ）以上の減衰特性とをもつ高次フィルタで処理し、被フィルタ処理信号から回転子の位相推定値を生成することを特徴とする。
【００１６】請求項２の発明は、回転子磁束を有する交流電動機の回転子磁束の位相推定法であって、固定子の電圧と電流との相当値を少なくとも用いて生成した、回転子磁束の回転に起因する誘起電圧または拡張誘起電圧の相当値を、回転子磁束の回転に応じて通過帯域幅を変化させる速応帯域特性と高域で−４０（ｄＢ／ｄｅｃ）以上の減衰特性とをもつ高次フィルタで処理し、被フィルタ処理信号から回転子磁束の位相推定値を生成することを特徴とする。
【００１７】請求項３の発明は、請求項１乃至請求項２のいずれか１項に記載の交流電動機のための位相推定法であって、速応帯域特性をもつ該高次フィルタを、高域で−４０（ｄＢ／ｄｅｃ）の減衰特性をもつローパスフィルタとすることを特徴とする。
【００１８】次に本発明の作用を説明する。請求項１の発明は、回転子が固定子電源周波数と同期して回転する同期電動機を対象に、固定子の電圧と電流との相当値を少なくとも用いて生成した誘起電圧または拡張誘起電圧の相当値を、回転子の回転に応じて通過帯域幅を変化させる速応帯域特性と高域で−４０（ｄＢ／ｄｅｃ）以上の減衰特性とをもつ高次フィルタで処理し、被フィルタ処理信号から回転子の位相推定値を生成するものである。
【００１９】説明の簡略化を図るため、本発明による速応帯域特性をもつ高次フィルタ（以下、速応帯域高次フィルタと略記）として、次の２次ローパスフィルタ考える。
【数１０】
2008263764.tif 000013
ここに、ζ，ωｆはフィルタ係数である。
【００２０】図１は、（１０）式の周波数特性（振幅特性と位相特性）を、ζ＝２、ωｆ＝１００π（ｒａｄ／ｓ）を条件に示したものである。同図より容易に理解されるように、（１０）式の２次ローパスフィルタにおいては、通過帯域幅は概ねωｆであり、ωｆ以遠の高周波域では−４０（ｄＢ／ｄｅｃ）の振幅減衰が得られ、また周波数ω＝ωｆにおける位相遅れは正確に−π／２（ｒａｄ）である。周波数特性における本特徴は、係数ζ，ωｆの値如何にかかわず不変である。ω＝ωｆにおける位相遅れは純粋積分の位相遅れ−π／２（ｒａｄ）と同一である点には、特に注意されたい。
【００２１】回転子が固定子電源周波数と同期して回転する同期電動機において、回転子磁束（等価回転子磁束を含む）以外は既知であるとして、請求項１の発明に従い、固定子の電圧と電流を用いて生成した誘起電圧または拡張誘起電圧の相当値を、速応帯域高次フィルタで処理すると、次の関係を得る。
【数１１】
2008263764.tif 000014
【００２２】（１１）式第３式のＦ（ｓ．ωｆ）ｓは、ω＝ωｆを中心周波数とする通過帯域をもつバンドパス特性を意味し、中心周波数では次の性質をもつ。
【数１２】
2008263764.tif 000015
すなわち、中心周波数では、位相偏移（位相進み・位相遅れ）は発生しない。純粋積分処理と同一のローパスフィルタ位相遅れ−π／２（ｒａｄ）が、回転子磁束に代わって誘起電圧あるいは拡張誘起電圧を処理することにより生じた等価な微分処理に伴う位相進み＋π／２（ｒａｄ）により、相殺された形となっている。
【００２３】図２は、図１に対応したＦ（ｓ．ωｆ）ｓの周波数特性を示したものである。回転子磁束に対しては、（１２）式の特性に加え、ωｆ以遠の高周波域では、−２０（ｄＢ／ｄｅｃ）の振幅減衰が維持されていることが確認される。一方で、固定子の電圧・電流を用いて生成された誘起電圧相当値あるいは拡張誘起電圧相当値に含まれ、かつ高周波域に属する各種誤差成分に対しては、２次のローパスフィルタの効果があり、−４０（ｄＢ／ｄｅｃ）の減衰を受けることになる（図１参照）。
【００２４】回転子磁束の基本波成分は、回転子の電気速度と同一であることを考慮するならば、フィルタ係数ωｆを電気速度絶対値と等しく選定する場合には（すなわち、ωｆ＝｜ω２ｎ｜と選定する場合には）、図２より、回転子磁束基本波成分を、位相誤差なく検出できることがわかる。また、非正弦着磁に起因する高調波成分を含む回転子磁束を推定する場合には、図２の振幅特性は、回転子磁束推定値に含まれる高調波成分は減衰され、回転子磁束推定値はより正弦波的になることを意味する。具体的には、回転子磁束のｎ次高調波成分は、−２０ｌｏｇｎ（ｄＢ）の減衰を受けることになる。例えば、この主成分である第３、第５高調波成分は、各々、−９．５（ｄＢ）、−１４．０（ｄＢ）の減衰を受けることになる。（１１）式を用いた以上の説明で既に明らかなように、高次フィルタによる被フィルタ処理信号は回転子磁束推定値（等価回転子磁束推定値を含む）のそのものとなる。
【００２５】回転子位相推定値は、高次フィルタによる被フィルタ処理信号である回転子磁束推定値の逆正接処理を通じ、直ちに決定される。このことを考慮するならば、このための回転子磁束推定は、基本波成分のみの位相偏移のない推定とすることが肝要である。ωｆ＝｜ω２ｎ｜と選定する場合には、周波数ω＝ωｆで位相偏移のない特性とωｆ以遠の高周波域で減衰特性とを示す図２の周波数特性は、回転子磁束推定の上からは、特に好ましい特性である。本特性は、請求項１の本発明に従い、誘起電圧相当値あるいは拡張誘起電圧相当値を高次フィルタ（高域で−４０（ｄＢ／ｄｅｃ）以上の振幅減衰をもつフィルタ）で処理することにより得られたものである点には、特に注意されたい。
【００２６】上の例におけるωｆ＝｜ω２ｎ｜の選定は、すなわち回転子電気速度ω２ｎに応じたローパスフィルタ係数ωｆの変更は、フィルタ係数ωｆとフィルタ通過帯域幅とが概ね同一であることを考慮すると、速度に応じてローパスフィルタの通過帯域幅が変化することを意味し、速応帯域性が確立されることを意味する。このように、請求項１の本発明によれば、高次フィルタは、回転子の回転に応じて通過帯域幅を変化させる速応帯域特性もつことになる。ひいては、位相推定値に外乱として作用しる電圧、電流、パラメータ等に含まれる種々の誤差を、回転速度に応じた速度で低減・抑圧する作用が得られる。
【００２７】以上の説明より明白なように、請求項１の発明によれば、交流電動機の中で、特に回転子が固定子電源周波数と同期して回転する同期電動機の回転子の位相推定において、回転子磁束（等価回転子磁束を含む）の基本波成分を、位相誤差のない状態で、さらには、電圧、電流、パラメータ等に含まれる種々の誤差を回転速度に応じ低減・抑圧した状態で、推定できると言う作用が得られる。
【００２８】続いて、請求項２の作用を説明する。請求項２の発明は、永久磁石同期電動機のように回転子磁束を有する同期電動機、誘導電動機を含む交流電動機を対象に、固定子の電圧と電流との相当値を用いて生成した誘起電圧または拡張誘起電圧の相当値を、回転子磁束の回転に応じて通過帯域幅を変化させる速応帯域特性と高域で−４０（ｄＢ／ｄｅｃ）以上の減衰特性とをもつ高次フィルタで処理し、被フィルタ処理信号から回転子磁束の位相推定値を生成するものである。
【００２９】請求項２の発明の請求項１の発明対する唯一の違いは、高次フィルタが有する速応帯域特性を、回転子速度に代わって、回転子磁束速度に応じて持たせる点にある。簡明のため、（１１）式の２次フィルタを用いて説明するならば、フィルタの帯域幅を定める可変フィルタ係数ωｆを、「回転子速度」に代わって、「回転子磁束の速度」に応じて変化させる点にある。他に関しては、請求項２の発明と請求項１の発明との違いはない。従って、請求項２の発明の作用の説明は、請求項１の発明に関する（１０）式以降の説明において、「回転子速度」を「回転子磁束速度」と形式的に読み代えるだけで、そのまま成立する。当然のことながら、本読み替えにおいては、回転子速度を示したω２ｎは回転子磁束速度と読み替える必要がある。以上の読み替えより明白なように、請求項２の発明による作用は、適用可能な電動機の相違を除けば、請求項１の発明による作用と、基本的に同一である。請求項２の発明による場合にも、高次フィルタによる被フィルタ処理信号は回転子磁束推定値のそのものとなる。
【００３０】上記の読み替えによる作用の妥当性は、交流電動機として、永久磁石同期電動機のように回転子磁束を有する同期電動機を考えれば、一層明瞭である。当業者には周知のように、回転子磁束を有する同期電動機においては、回転子位相と回転子磁束位相は同一であり、また、回転子速度と回転子磁束速度は同一である。従って、回転子磁束を有する同期電動機を対象とする場合には、請求項２の発明と請求項１の発明の違いは、無い。当然のことながら、両発明は同一の作用を示す。
【００３１】以上より明らかなように、請求項２の発明によれば、回転子磁束を有する交流電動機の回転子磁束の位相推定において、回転子磁束の基本波成分を、位相誤差のない状態で、さらには、電圧、電流、パラメータ等に含まれる種々の誤差を回転速度に応じ低減・抑圧した状態で、推定できると言う作用が得られる。
【００３２】続いて、請求項３の発明の作用を説明する。請求項１の作用の説明、特に（１０）式を用いた説明で明白なように、回転子磁束（等価回転子磁束を含む）に含まれる高調波成分を除去し、基本波成分を抽出・推定するには、最低限でも、速応帯域特性をもつ高次フィルタに高域で−４０（ｄＢ／ｄｅｃ）の減衰特性をもたせる必要がある。換言するならば、高次フィルタに高域で−４０（ｄＢ／ｄｅｃ）の減衰特性をもたせれば、回転子磁束（等価回転子磁束を含む）に含まれる高調波成分を除去し、基本波成分を抽出・推定することが可能となる。請求項３の発明によれば、速応帯域特性をもつ高次フィルタを、高域で−４０（ｄＢ／ｄｅｃ）の減衰特性をもつローパスフィルタとするので、請求項１または請求項２の作用を、最小の処理負荷で得ることができると言う作用が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】以下、図面を用いて、本発明の実施形態を詳細に説明する。図３に、永久磁石同期電動機を対象として、本発明の位相推定法を利用したセンサレスベクトル制御システム（トルク制御モード）の１実施形態例を示した。図３においては、位相決定器２以外の機器は、通常のセンサ利用ベクトル制御システムの構成と同一である。これら機器の働きは、当業者には容易に理解されるので、説明を省略する。参考までに、同図面における機器の意味を、本明細書末尾の「符号の説明」につけたので、参照されたい。本発明の核心は、位相決定器２にある。位相決定器の目的は、固定子の電圧・電流相当値を利用して、固定αβ座標
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測定値を、固定子電圧相当値としては電圧指令値を利用する例となっている。【００３４】図４は、図３における位相決定器の内部構成の１例を示したものである。位相決定器２は、本発明による速応帯域高次フィルタ２ａ、速度推定器２ｂ、係数生成器２ｃから構成されている。【００３５】速応帯域高次フィルタ２ａは、被フィルタ処理信号として固定αβ座標系上の回転子磁束推定値を出力し、この逆正接演算を通じて、回転子位相推定値（初期回転子位相推定値
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子電圧・電流の相当値としての固定子電流実測値と固定子電圧指令値に加えて、最終回転
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請求項１乃至請求項３のすべての発明に合致した、更には（１０）〜（１２）式の説明に利用した２次フィルタを採用した例を示している。本例では、固定子の電圧・電流相当値に対する処理を、次の（１３）式のように行なっている。
【数１３】
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すなわち、固定子反作用磁束微分値の入力に代わって、固定子反作用磁束そのものを速応帯域高次フィルタに入力するようにしている。当然のことながら、この場合の固定子反作用磁束の入力すべき端子は、同図に明示したように、電圧相当値を入力する端子と異なることになる。【００３６】対象とする永久磁石同期電動機が突極特性をもつ場合には、固定子反作用磁束φｉは、最
2008263764.tif 000020
【数１４】
2008263764.tif 000021
ここに、Ｉは２ｘ２単位行列であり、Ｑ（・）は次式で定義された鏡行列である。
【数１５】
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図５では、最終位相推定値を利用した固定子反作用磁束生成の様子（ブロック２ａ−１）を破線の貫徹矢印で表現している。非突極の場合には、固定子反作用磁束φｉは、最終位相推定値の要なく、次の（１６）式のように生成できる。
【数１６】
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【００３７】速度推定器２ｂは、積分フィードバック形速度推定法に従い構成している。積分フィードバック形速度推定法の詳細は、下記文献に詳しく説明されているので、この説明は省略する。
（１）新中新二：「永久磁石同期モータの最小次元Ｄ因子状態オブザーバとこれを用いたセンサレスベクトル制御法の提案」、電気学会論文誌Ｄ分冊、Ｖｏｌ．１２３、Ｎｏ．１２、ｐｐ．１４４６−１４６０（２００３−１２）
速度推定器２ｂは、初期回転子位相推定値を入力として受け、最終回転子位相推定値と同電気速度推定値を出力している（図４参照）。回転子電気速度推定値は、係数生成器２ｃへフィードバック利用されている。速度制御モードの場合には、位相決定器２の外部にも電気速度推定値を出力することになる。図４では、この様子を破線で示している。【００３８】係数生成器２ｃは、速度推定器から得た電気速度推定値を処理し、速応帯域高次フィルタの可変係数ωｆを、速応的に生成している。本発明による速応帯域高次フィルタで所期の作用を得るには、フィルタ係数ωｆに関しては、実質的にωｆ＝｜ω２ｎ｜なる関係を達成する必要がある（なお、速応帯域の２次フィルタの場合には、係数ζは一定で問題ない）。係数
2008263764.tif 000024
リミッタ処理の３処理を施して得た最終処理信号をフィルタ係数ωｆとし、実質的に本関係を達成している。【００３９】
2008263764.tif 000025
り、簡単には、次の一定係数をもつローパスフィルタによる処理でよい。
【数１７】
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このときのフィルタは次の１次のものでよい。
【数１８】
2008263764.tif 000027
脈動除去処理は、ローパスフィルタ処理に代わって、次の機能をもつマルチレイトサンプルホールダ処理でも達成できる。
【数１９】
2008263764.tif 000028
絶対値処理は、フィルタ係数ωｆが正であることを保証するためのものである。下限リミッタ処理は、フィルタ係数ωｆの下限値をある正の微小値に設定し、計算誤差が存在する場合にも、速応帯域高次フィルタの不安定化を防止するためのものである。【００４０】
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からのフィルタ係数ωｆの生成例として、（１７）式のローパスフィルタを用いた例を示している。また、同図では、絶対値処理と下限リミッタ処理とを、１つのブロックで表現している。【００４１】上記の実施形態例では、説明の簡明性と具体性とを確保するために、速応帯域高次フィルタは２次のローパスフィルタとした。一般には、速応帯域高次フィルタとして、ｎ次ローパスフィルタを用いることが可能であることを指摘しておく。例えば、速応帯域高次フィルタを３次とする場合には、つぎのものが有用である。
【数２０】
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【００４２】上の実施形態例では、速応帯域高次フィルタを固定αβ座標系上で構成するものとした（図３参照）。本座標系上での速応帯域高次フィルタは、１入力１出力フィルタを２個並列に配したものである（（１１）式参照）。これに代わって、速応帯域高次フィルタは、回転子位相に位相差のない同期を目指した準同期γδ座標系上でも構成することができる。図７は、この１実施形態例である。位相決定器２が、ベクトル回転器６ａ、６ｂより左側に構成されている点が、図３の実施形態例と異なっている。【００４３】図８は、図７における位相決定器の内部構成の１例を示したものである。位相決定器２は、本発明による速応帯域高次フィルタ２ａ、位相同期器２ｄ、係数生成器２ｃから構成されている。【００４４】準同期γδ座標系用の速応帯域高次フィルタは、固定αβ座標系用の速応帯域高次フィルタのラプラス演算子を形式的にＤ因子に置換することにより得ることができる。この結果、準同期γδ座標系上の速応帯域高次フィルタは、単一の２入力２出力Ｄ因子フィルタとなる。図５の固定αβ座標系用の速応帯域高次フィルタに対応した、準同期γδ座標系用の速応帯域高次フィルタを、図９に示した。同図のＤ因子は、以下のように定義されている２ｘ２行列である。
【数２１】
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【００４５】図９では、Ｄ因子は逆行列として使用されているが、この実現法は、上記文献（１）に既に詳しく紹介されているので、この説明は省略する。なお、図９においては、速応帯域高次フィルタへ入力される固定子反作用磁束は、座標系の準同期性を考慮し、以下のように生成されている。
【数２２】
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当然のことながら、非突極の場合には、Ｌｄ＝Ｌｑ＝Ｌｉであり、固定子反作用磁束は、固定子電流相当値にスカラーのインダクタンスを乗ずることにより、直ちに生成される（（１６）式参照）。準同期γδ座標系用の速応帯域高次フィルタは、準同期γδ座標系上での回転子磁束を推定しており、最終的には、被フィルタ処理信号である回転子磁束推定値を逆正接処理し、同位相を生成・出力している。本位相は、準同期γδ座標系上からみた回転子位相推定値となっている。【００４６】位相同期器２ｄは、一般化積分形ＰＬＬ法に従い構成している。位相同期器２ｄは、準同期γδ座標系上からみた回転子位相推定値を入力として、固定αβ座標系上の回転子の位相推定値と同電気速度推定値を出力している。一般化積分形ＰＬＬ法の詳細は、上述の文献（１）に詳しく説明されているので、この説明は省略する。【００４７】図３〜９を用いて説明した実施形態例は、永久磁石同期電動機を対象した場合の位相推定法の実施形態例であるが、同期リラクタンス電動機を対象とする場合にも、固定子反作用磁束の生成に関し若干の変更を行なうだけで、これを実質そのまま利用できる。具体的には、固定αβ座標系で速応帯域高次フィルタを構成する場合には、これへの入力である拡張誘起電圧の相当値を、固定子の電圧・電流相当値を用いて以下の関係に基づき生成すればよい。
【数２３】
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また、準同期γδ座標系で速応帯域高次フィルタを構成する場合には、これへの入力である拡張誘起電圧の相当値を、固定子の電圧・電流相当値を用いて以下の関係に基づき生成すればよい。
【数２４】
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【００４８】以上説明したように、図３〜９を用いて説明した実施形態例は、速応帯域高次フィルタへの入力を（２３）式または（２４）式へと変更するだけ、同期リラクタンス電動機の場合の実施形態例となる。なお、同期リラクタンス同期の場合には、（１３）式左辺に従い、速応帯域高次フィルタへの入力信号を２分することなく印加した方が、都合がよい。【００４９】続いて、誘導電動機を対象とする場合の実施形態例を説明する。誘導電動機を対象とした場合の回転子磁束推定法も、図３〜９を用いて説明した永久磁石同期電動機を対象した場合の位相推定法の実施形態例に対し、固定子反作用磁束の生成に関し若干の変更を行なうだけで、これを実質そのまま利用できる。具体的には、速応帯域高次フィルタの構成を示した図５、図９において、固定子反作用磁束生成ブロック２ａ−１に次の関係を適用し、固定子反作用磁束を生成するようにすればよい（（９）式参照）。
【数２５】
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【００５０】（２５）式と（１６）式との比較より明らかなように、誘導電動機を対象とする場合の実施形態例は、非突極の永久磁石同期電動機を対象とした場合の実施形態例と形式的には完全同一となる。ただし、図３〜９を用いて説明した永久磁石同期電動機を対象した場合の位相推
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回転子磁束速度推定値と読み替える必要がある。繰返し説明しているように、永久磁石同期電動においては、回転子速度も回転子磁束速度も同一である。誘導電動機においては、この同一性は一般には成立しない。回転子磁束の推定に必要な速度情報は、回転子磁束の速度である。【００５１】以上、永久磁石同期電動機、同期リラクタンス電動機、誘導電動機を対象として、本発明による回転子位相推定法及び回転子磁束位相推定法を、固定αβ座標系上で構成する場合、準同期γδ座標系上で構成する場合について、詳しく説明した。本発明は、固定子の電気的関係を利用してこれら位相を推定するものであり、同一の固定子をもつ他の交流電動機にも適用可能であることを指摘しておく。同一の固定子をもつ他の交流電動機としては、例えば、巻線形同期電動機、回転子に巻線と永久磁石をもつハイブリッド界磁形同期電動機、回転子に同期用永久磁石と誘導用カゴをもつハイブリッド電動機などがある。【００５２】図３〜図９を用いて説明した実施形態例では、電圧相当値としては電圧指令値を利用したが、電圧実測値や他の近似値を利用してもよい。また電流相当値としては電流実測値を利用したが、電流指令値や他の近似値を利用してもよい。【００５３】図３及び図７を用いた実施形態例では、回転子位相あるいは回転子磁束位相の推定が駆動制御の鍵となるトルク制御モードを対象に、本発明を説明した。当業者には容易に理解されるように、本発明は、トルク制御モードに限定されるものではなく、速度制御モードなど他のモードによる駆動にも適用可能である。【００５４】図３及び図７を用いた実施形態例では、電流制御はフィードバック的に行なっている。電流制御をフィードフォワード的に行なう場合にも、あるいは電流制御を実施しない場合にも、本発明は適用可能であることを指摘しておく。【００５５】本発明による位相決定器は、アナログ的に実現可能であるが、最近のディジタル技術の著しい進歩を考えるとディジタル的に構成することが好ましい。ディジタル構成はハードウェア的構成とソフトウェア的構成があるが、当業者にとっては既に自明のように本発明はいずれでも構成できる。以上、本発明に関し、各種の図を利用しつつ多様な実施形態例を詳しく説明した。
【発明の効果】
【００５６】以上の説明より明白なように、本発明は以下の効果を奏する。請求項１の発明によれば、交流電動機の中で、特に回転子が固定子電源周波数と同期して回転する同期電動機の回転子の位相推定において、回転子磁束（等価回転子磁束を含む）の基本波成分を、位相誤差のない状態で、さらには、電圧、電流、パラメータ等に含まれる種々の誤差を回転速度に応じ低減・抑圧した状態で、推定できると言う作用が得られた。ひいては、本作用の結果、請求項１の発明によれば、同期電動機の回転子磁束推定値（等価回転子磁束推定値を含む）から、回転子位相を、位相の狂いが出ない状態でかつ外乱影響を抑圧した状態で推定できると言う効果が得られる。
【００５７】次に、請求項２の本発明による効果を説明する。請求項２の発明によれば、回転子磁束を有する交流電動機の回転子磁束の位相推定において、回転子磁束の基本波成分を、位相誤差のない状態で、さらには、電圧、電流、パラメータ等に含まれる種々の誤差を回転速度に応じ低減・抑圧した状態で、推定できると言う作用が得られた。ひいては、本作用の結果、請求項２の発明によれば、回転子磁束を有する交流電動機の回転子磁束推定値から、回転子磁束の位相を、位相の狂いが出ない状態でかつ外乱影響を抑圧した状態で推定できると言う効果が得られる。
【００５８】続いて、請求項３の本発明の効果を説明する。請求項３の発明によれば、請求項１または請求項２の作用を、最小の処理負荷で得ることができると言う作用が得られた。ひいては、本作用の結果、請求項３の本発明によれば、請求項１または請求項２の効果を、最小の処理負荷で得ることができると言う効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】速応帯域高次フィルタの１周波数特性例
【図２】速応帯域高次フィルタに微分処理を加えた場合の１周波数特性例
【図３】１実施形態例における駆動制御装置を含む駆動制御システムのブロック図
【図４】１実施形態例における位相決定器の基本構成を示すブロック図
【図５】１実施形態例における速応帯域高次フィルタの構成例
【図６】１実施形態例における係数生成器の構成例
【図７】１実施形態例における駆動制御装置を含む駆動制御システムのブロック図
【図８】１実施形態例における位相決定器の基本構成を示すブロック図
【図９】１実施形態例における速応帯域高次フィルタの構成例
【符号の説明】
１          交流電動機
２          位相決定器
２ａ        速応帯域高次フィルタ
２ａ−１    固定子反作用磁束生成ブロック
２ｂ        速度推定器
２ｃ        係数生成器
２ｄ        位相同期器
３          電力変換器
４          電流検出器
５ａ        ３相２相変換器
５ｂ        ２相３相変換器
６ａ        ベクトル回転器
６ｂ        ベクトル回転器
７          余弦正弦信号発生器
８          電流制御器
【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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