(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧指令に応じた出力電圧を電動機に印加する電力変換部と、
前記出力電圧と前記電動機の巻線抵抗により生じる電圧降下量との差分に基づいて、前記電動機の固定子磁束のベクトルを推定する磁束推定器と、
前記磁束推定器によって推定された前記固定子磁束のベクトルに基づき、前記電動機の推定速度を演算する速度推定器と、を備え、
前記磁束推定器は、
前記電動機の推定速度が第１速度以下の場合、前記電動機への速度指令を出力し、前記電動機の推定速度が前記第１速度よりも大きい第２速度以上である場合、前記推定速度を出力する出力器と、
前記出力器の出力に応じた周波数をカットオフ周波数として設定し、前記差分をローパスフィルタ処理する可変ローパスフィルタと、
前記可変ローパスフィルタの出力位相、または、前記可変ローパスフィルタへ入力前の前記差分の位相を遅らせる位相調整器と、を備える
ことを特徴とする電動機制御装置。
【請求項２】
前記位相調整器は、
前記出力位相または前記差分の位相をπ／４遅らせる
ことを特徴とする請求項１に記載の電動機制御装置。
【請求項３】
前記出力器は、
前記電動機の推定速度が前記第１速度よりも大きく前記第２速度よりも小さい場合、前記電動機の推定速度が大きくなるほど前記速度指令よりも前記推定速度の重み付けが大きくなるように前記速度指令と前記推定速度とを重み付けして加算し、当該加算結果を出力する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電動機制御装置。
【請求項４】
前記磁束推定器は、
固定のカットオフ周波数で前記差分をローパスフィルタ処理する固定ローパスフィルタと、
前記固定ローパスフィルタの出力に基づいて、前記位相調整器の出力に基づく前記固定子磁束のベクトルの推定値を補正する補正器と、を備える
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の電動機制御装置。
【請求項５】
前記磁束推定器によって推定された前記固定子磁束のベクトルに基づき、前記固定子磁束の位相を推定する位相推定器と、
トルク指令に基づき、前記電動機の機械出力に寄与する成分をδ軸電流指令、寄与しない成分をγ軸電流指令として算出する電流分配器と、
前記電動機に流れる電流を検出する電流検出器と、
前記電流検出器の検出電流を前記位相推定器によって推定された前記固定子磁束の位相に基づき、δ軸電流とγ軸電流とに変換する変換器と、
前記電圧指令として、前記δ軸電流指令と前記δ軸電流の差および前記γ軸電流指令と前記γ軸電流との差がそれぞれゼロになるようにδ軸電圧指令とγ軸電圧指令を生成する電流制御器と、
を備え、
前記位相推定器は、
前記磁束推定器によって推定された前記固定子磁束のベクトルのδ軸成分がゼロになるように、前記固定子磁束の位相を推定する
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の電動機制御装置。
【請求項６】
前記電流検出器の前記検出電流を静止座標系のα軸成分とβ軸成分とに変換する変換器と、
前記電圧指令を前記静止座標系のα軸成分とβ軸成分とに変換する変換器と、を備え、
前記磁束推定器は
前記巻線抵抗の値と、前記検出電流のα軸成分およびβ軸成分と、前記電圧指令のα軸成分およびβ軸成分とに基づき、前記固定子磁束のベクトルを推定する
ことを特徴とする請求項５に記載の電動機制御装置。
【請求項７】
電動機への印加電圧と前記電動機の巻線抵抗により生じる電圧降下量との差分に基づいて、前記電動機の固定子磁束のベクトルを推定する磁束推定器と、
前記磁束推定器によって推定された前記固定子磁束のベクトルに基づき、前記電動機の推定速度を演算する速度推定器と、
前記電動機の推定速度が第１速度以下の場合には、前記電動機への速度指令を出力し、前記電動機の推定速度が前記第１速度よりも大きい第２速度以上である場合には、前記推定速度を出力する出力器と、
前記出力器の出力に応じた周波数をカットオフ周波数として設定し、前記差分をローパスフィルタ処理する可変ローパスフィルタと、
前記可変ローパスフィルタの出力位相、または、前記可変ローパスフィルタへ入力前の前記差分の位相を遅らせる位相調整器と、を備える
ことを特徴とする電動機の磁束推定装置。
【請求項８】
電動機への印加電圧と前記電動機の巻線抵抗により生じる電圧降下量との差分に基づいて、前記電動機の固定子磁束のベクトルを推定するステップと、
推定された前記固定子磁束のベクトルに基づき、前記電動機の推定速度を演算するステップと、
前記電動機の推定速度が第１速度以下の場合には、前記電動機への速度指令に応じた周波数をカットオフ周波数として可変ローパスフィルタに設定し、前記電動機の推定速度が前記第１速度よりも大きい第２速度以上である場合には、前記推定速度に応じた周波数を前記カットオフ周波数として前記可変ローパスフィルタに設定するステップと、
前記差分を前記可変ローパスフィルタによってローパスフィルタ処理するステップと、
前記差分をローパスフィルタ処理した後の位相または前記ローパスフィルタ処理前の前記差分の位相を遅らせるステップと、を含む
ことを特徴とする電動機の磁束推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
開示の実施形態は、電動機制御装置、電動機の磁束推定装置および電動機の磁束推定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
同期機や誘導機などの電動機を位置センサレスで駆動する制御装置が知られている。例えば、電動機の電流および電圧に基づいて電動機の固定子磁束を推定し、推定した固定子磁束に基づいて電動機を制御する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−２２８０８３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、積分器を用いて固定子磁束の推定を行う場合、電動機の電流を検出する電流検出器にオフセット誤差があると、固定子磁束の推定値にオフセットが発生するおそれがある。そのため、固定子磁束の推定値に基づいて求めた速度や位相に電動機の駆動周波数に応じた振動が含まれてしまい、電動機の制御を精度よく行うことができないおそれがある。
【０００５】
実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、固定子磁束を精度よく検出することができる電動機制御装置、電動機の磁束推定装置および電動機の磁束推定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態の一態様に係る電動機制御装置は、電力変換部と、磁束推定器と、位相推定器とを備える。前記電力変換部は、電圧指令に応じた出力電圧を電動機に印加する。前記磁束推定器は、前記出力電圧と前記電動機の巻線抵抗により生じる電圧降下量との差分に基づいて、前記電動機の固定子磁束のベクトルを推定する。前記位相推定器は、前記磁束推定器によって推定された前記固定子磁束のベクトルに基づき、前記固定子磁束の位相を推定する。前記磁束推定器は、可変ローパスフィルタと、位相調整器とを備える。前記可変ローパスフィルタは、前記出力電圧の周波数に応じたカットオフ周波数で、前記差分をローパスフィルタ処理する。前記位相調整器は、前記可変ローパスフィルタの出力位相、または、前記可変ローパスフィルタへ入力前の前記差分の位相を遅らせる。
【発明の効果】
【０００７】
実施形態の一態様によれば、固定子磁束を精度よく検出することができる電動機制御装置、電動機の磁束推定装置および電動機の磁束推定方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、実施形態に係る電動機制御装置の構成例を示す図である。
【図２】図２は、位相・速度推定器の構成の一例を示す図である。
【図３】図３は、電流分配器の構成の一例を示す図である。
【図４】図４は、最適位相推定器の構成の一例を示す図である。
【図５】図５は、磁束推定器の構成の一例を示す図である。
【図６】図６は、カットオフ周波数を１Ｈｚにした場合の可変ローパスフィルタの特性を示す図である。
【図７】図７は、速度指令と位相調整量の関係を示す図である。
【図８】図８は、速度指令と出力値との関係の一例を示す図である。
【図９】図９は、磁束推定器の構成のその他の例を示す図である。
【図１０】図１０は、磁束推定器の構成のさらにその他の例を示す図である。
【図１１】図１１は、速度指令と調整器の出力値との関係の一例を示す図である。
【図１２】図１２は、磁束推定器の制御処理の流れ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】
【０００９】
以下、添付図面を参照して、本願の開示する電動機制御装置、電動機の磁束推定装置および電動機の磁束推定方法の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１０】
［１．電動機制御装置］
図１は、実施形態に係る電動機制御装置１の構成例を示す図である。図１に示すように、制御装置１は、電力変換部１０と、電流検出部１１と、制御部１２とを備える。
【００１１】
かかる制御装置１は、直流電源２から供給される直流電圧を公知のＰＷＭ（Pulse  Width  Modulation）制御によって所望の周波数および電圧の３相交流電圧ｖＵ、ｖＶ、ｖＷへ変換し、電動機３へ出力する。電動機３は、例えば、永久磁石同期電動機（ＰＭＳＭ）、同期リラクタンス電動機（ＳｙｎＲＭ）、誘導電動機（ＩＭ）などである。
【００１２】
電力変換部１０は、例えば、３相インバータ回路とゲート駆動回路を備え、直流電源２と電動機３との間に接続される。３相インバータ回路は、例えば、６個のスイッチング素子が３相ブリッジ接続されて構成される。ゲート駆動回路は、例えば、制御部１２から出力されるＰＷＭ信号を増幅してスイッチング素子のゲートに入力する。これにより、３相インバータ回路を構成するスイッチング素子が制御部１２のＰＷＭ信号に基づいてオン／オフする。なお、電力変換部１０は、例えば、３レベル以上の３相インバータ回路やマトリクスコンバータであってもよい。
【００１３】
また、直流電源２は、交流電圧を直流電圧に変換して出力する構成、例えば、ダイオードによる整流回路および直流出力電圧を滑らかにする平滑用コンデンサを組み合わせた構成でもよい。この場合、整流回路の入力側には交流電源が接続される。
【００１４】
電流検出部１１は、電力変換部１０と電動機３との間に流れる電流を検出する。具体的には、電流検出部１１は、電力変換部１０と電動機３のＵ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれとの間に流れる電流の瞬時値ｉＵ、ｉＶ、ｉＷ（以下、出力電流ｉＵ、ｉＶ、ｉＷと記載する）を検出する。なお、電流検出部１１は、例えば、磁電変換素子であるホール素子を利用して電流を検出する。
【００１５】
制御部１２は、電流検出部１１によって検出される出力電流ｉＵ、ｉＶ、ｉＷおよび速度指令ω*に基づいたＰＷＭ信号を生成して電力変換部１０へ出力する。電力変換部１０は、制御部１２からのＰＷＭ信号に基づき、３相交流電圧ｖＵ、ｖＶ、ｖＷ（以下、出力電圧ｖＵＶＷと記載する場合がある）を電動機３のＵ相、Ｖ相およびＷ相に出力する。
【００１６】
制御部１２は、電動機３の機械出力に寄与する成分をδ軸成分、寄与しない成分をγ軸成分とするγδ座標系を制御軸とし、電流成分をδ軸成分とγ軸成分とに分けてベクトル制御を行う。以下、制御部１２の構成について具体的に説明する。
【００１７】
［２．制御部１２］
制御部１２は、図１に示すように、固定座標変換器２０と、回転座標変換器２１と、磁束推定器２２と、位相・速度推定器２３と、減算器２４、２７、３１、３２と、速度制御器２５と、電流分配器２６と、電流制御器２８と、非干渉制御器２９と、加算器３０と、ＰＷＭ制御器３３と、電圧誤差補償器３４と、最適位相推定器３５とを備える。
【００１８】
固定座標変換器２０は、出力電流ｉＵ、ｉＶ、ｉＷを静止座標系（固定座標系）上の直交した２軸のαβ軸成分へ変換してα軸電流ｉαとβ軸電流ｉβとをベクトル成分とするαβ座標系の電流ベクトルｉαβを求める。αβ座標系は、電動機３の固定子３ａ上に設定される直交座標系であり、固定子座標系とも呼ばれる。固定座標変換器２０は、電流ベクトルｉαβを回転座標変換器２１へ出力する。
【００１９】
回転座標変換器２１は、位相・速度推定器２３から出力される推定位相θ＾に基づき、αβ座標系の電流ベクトルｉαβをγδ座標系の電流ベクトルｉγδへ変換する。電流ベクトルｉγδは、電動機３の機械出力に寄与するδ軸成分ｉδと、電動機３の機械出力に寄与しないγ軸成分ｉγとをベクトル成分とする電流ベクトルである。なお、推定位相θ＾は、γδ座標系における固定子磁束φＳのベクトルφγδの位相であり、固定子磁束φＳは、電動機３の固定子３ａの磁束である。
【００２０】
磁束推定器２２は、電力変換部１０から電動機３への出力電圧ｖＵＶＷと電動機３の巻線抵抗ＲＳにより生じる電圧降下量との差分ｖｄｆｆに基づいて、γδ座標系における固定子磁束φＳのベクトルφγδを推定する。かかる磁束推定器２２は、後述するように、可変ローパスフィルタと位相調整器とを備えており、これにより、固定子磁束φＳを精度良く検出することができる。以下、γδ座標系における固定子磁束φＳのベクトルφγδの推定値を固定子推定磁束φγδ＾と記載する。
【００２１】
位相・速度推定器２３（位相推定器の一例）は、固定子推定磁束φγδ＾に基づき、電動機３の回転子３ｂの速度ωと固定子磁束φＳの位相θとを推定する。以下、回転子３ｂの速度ωの推定値を推定速度ω＾と記載する。
【００２２】
図２は、位相・速度推定器２３の構成の一例を示す図である。図２に示すように、位相・速度推定器２３は、逆正接演算器４０と、減算器４１と、ＰＩ（比例積分）制御器４２と、積分器４３とを備える。逆正接演算器４０は、例えば、下記式（１）の演算式を用いて、固定子推定磁束φγδ＾から位相誤差Δθ＾を演算する。
【数１】
0006375757.tif 000002
【００２３】
減算器４１は、位相誤差Δθ＾から所定値（例えば、ゼロ）を減算する。ＰＩ制御器４２は、減算器４１の減算結果がゼロになるようにＰＩ制御を行うことにより、推定速度ω＾を求める。積分器４３は、推定速度ω＾を積分することによって、推定位相θ＾を求める。なお、位相・速度推定器２３は、図２に示す構成に限定されない。例えば、位相・速度推定器２３は、ＰＩ制御器４２に代えて、ＰＩＤ（比例積分微分制御）を行うＰＩＤ制御器を備えてもよい。
【００２４】
図１に戻って、制御部１２の説明を続ける。減算器２４は、速度指令ω*から推定速度ω＾を減算して速度制御器２５へ出力する。速度制御器２５は、速度指令ω*と推定速度ω＾との差がゼロになるようにトルク指令Ｔ*を生成する。速度制御器２５は、例えば、ＰＩ制御器を有し、速度指令ω*と推定速度ω＾との差に対してＰＩ制御を行い、トルク指令Ｔ*を生成する。
【００２５】
電流分配器２６は、トルク指令Ｔ*および負荷角補正値Δρ*に基づき、δ軸電流指令ｉδ*とγ軸電流指令ｉγ*とをベクトル成分とする電流指令ベクトルｉγδ*を求める。かかる電流分配器２６の構成は、例えば、特開２０１２−２２８０８３号公報に記載されている構成を用いることができる。
【００２６】
図３は、電流分配器２６の構成の一例を示す図である。図３に示すように、電流分配器２６は、指令換算器４４と、絶対値演算器４５と、Ｔ−ρ変換器４６と、探査信号生成器４７と、加算器４８、４９と、分配器５０とを備える。なお、電流分配器２６は、図３に示す構成に限定されない。
【００２７】
指令換算器４４は、換算ゲインＫをトルク指令Ｔ*に乗算することにより、トルク指令Ｔ*を電流指令Ｉｍ**へ換算する。換算ゲインＫは、例えば、電動機３の定格トルクに対する電動機３の定格電流の比により求められる。絶対値演算器４５は、電流指令Ｉｍ**の絶対値を演算して電流指令Ｉｍ*を求める。
【００２８】
Ｔ−ρ変換器４６は、トルク指令Ｔ*と指令負荷角ρ*とが対応付けられた変換テーブルを記憶しており、かかる変換テーブルを参照してトルク指令Ｔ*を指令負荷角ρｉｎｉ*へ変換する。例えば、電動機３が同期リラクタンス電動機である場合、指令負荷角ρｉｎｉ*は、力行・回生で符号が反転し、その大きさはπ／４である。また、指令負荷角ρｉｎｉ*は、無負荷時にゼロである。
【００２９】
探査信号生成器４７は、探査信号位相ρｈ*を出力する。探査信号位相ρｈ*は、微小な高周波の探査信号Ｓｈの位相である。探査信号Ｓｈの位相振り幅をＡｍａｇとし、探査信号Ｓｈの周波数をωｈとすると、探査信号位相ρｈ*は、例えば、以下の式（２）で表される。
【数２】
0006375757.tif 000003
【００３０】
加算器４８は、指令負荷角ρ*と探査信号位相ρｈ*を加算することにより、位相ρａｖｇ*を求める。加算器４９は、位相ρａｖｇ*と負荷角補正値Δρ*を加算し、最終的な指令負荷角ρ*を求める。
【００３１】
分配器５０は、電流指令Ｉｍ*と指令負荷角ρ*とに基づいて、電流指令ベクトルｉγδ*を求める。分配器５０は、例えば、下記式（３）、（４）の演算を行うことによって、γ軸電流指令ｉγ*とδ軸電流指令ｉδ*とをベクトル成分とする電流指令ベクトルｉγδ*を求める。
【数３】
0006375757.tif 000004
【００３２】
図１に戻って、制御部１２の説明を続ける。減算器２７は、γ軸電流指令ｉγ*からγ軸電流ｉγを減算し、δ軸電流指令ｉδ*からδ軸電流ｉδを減算する。電流制御器２８は、例えば、γ軸電流指令ｉγ*とγ軸電流ｉγとの偏差がゼロになるようにＰＩ制御することでγ軸電圧指令ｖγ*を求め、δ軸電流指令ｉδ*とδ軸電流ｉδとの偏差がゼロになるようにＰＩ制御することでδ軸電圧指令ｖδ*を求める。
【００３３】
非干渉制御器２９は、γ軸電流指令ｉγ*、δ軸電流指令ｉδ*および推定速度ω＾に基づき、γδ軸間のインダクタンスによる相互干渉をキャンセルするためにγ軸補償電圧ｖγｆｆおよびδ軸補償電圧ｖδｆｆを生成して出力する。非干渉制御器２９は、演算式またはテーブルを記憶しており、かかる演算式またはテーブルに基づいて、γ軸補償電圧ｖγｆｆおよびδ軸補償電圧ｖδｆｆを演算する。
【００３４】
加算器３０は、γ軸電圧指令ｖγ*にγ軸補償電圧ｖγｆｆを加算し、δ軸電圧指令ｖδ*にδ軸補償電圧ｖδｆｆを加算する。減算器３１は、γ軸電圧指令ｖγ*とγ軸補償電圧ｖγｆｆとの加算結果から電圧誤差Δｖγを減算することによりγ軸電圧指令ｖγ**を生成する。また、減算器３１は、δ軸電圧指令ｖδ*とδ軸補償電圧ｖδｆｆとの加算結果から電圧誤差Δｖδを減算することによりδ軸電圧指令ｖδ**を生成する。減算器３２は、γ軸電圧指令ｖγ**からγ軸補償電圧ｖγｆｆを減算し、δ軸電圧指令ｖδ**からδ軸補償電圧ｖδｆｆを減算する。
【００３５】
ＰＷＭ制御器３３は、推定位相θ＾に基づいてγ軸電圧指令ｖγ**およびδ軸電圧指令ｖδ**を３相の電圧指令ｖＵ*、ｖＶ*、ｖＷ*へ変換する。ＰＷＭ制御器３３は、かかる電圧指令ｖＵ*、ｖＶ*、ｖＷ*に基づいてＰＷＭ信号を生成し、電力変換部１０へ出力する。これにより、電圧指令ｖＵ*、ｖＶ*、ｖＷ*に応じた出力電圧ｖＵＶＷが電力変換部１０から電動機３のＵ相、Ｖ相およびＷ相に印加される。
【００３６】
また、ＰＷＭ制御器３３は、推定位相θ＾に基づき、γ軸電圧指令ｖγ**およびδ軸電圧指令ｖδ**をαβ座標系のα軸電圧指令ｖα*およびβ軸電圧指令ｖβ*へ変換する。
【００３７】
電圧誤差補償器３４は、電流制御応答が不安定になることを抑制するために電圧誤差Δｖを生成する。電圧誤差補償器３４は、例えば、電動機３の電気的モデルによって算出した推定電流ベクトルと電流指令ベクトルｉγδ*の誤差電流ベクトルが一致するように電圧誤差Δｖを算出する。かかる電圧誤差補償器３４の構成は、例えば、特開２０１２−２２８０８３号公報に記載されている構成を用いることができる。
【００３８】
最適位相推定器３５は、抵抗誤差等による位相誤差を抑制するための負荷角補正値Δρ*を演算する。かかる最適位相推定器３５の構成は、例えば、特開２０１２−２２８０８３号公報に記載されている構成を用いることができる。
【００３９】
図４は、最適位相推定器３５の構成の一例を示す図である。図４に示すように、最適位相推定器３５は、有効電力演算器５１と、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）５２と、乗算器５３と、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）５４と、減算器５５と、ＰＩ制御器５６とを備える。有効電力演算器５１は、α軸電圧指令ｖα*、β軸電圧指令ｖβ*、α軸電流ｉαおよびβ軸電流ｉβに基づき、例えば、下記式（５）を用いて、有効電力Ｐｅを演算する。
【数４】
0006375757.tif 000005
【００４０】
バンドパスフィルタ５２は、有効電力Ｐｅから探査信号Ｓｈの周波数と同一の周波数の成分Ｐｈを抽出し、乗算器５３は、成分Ｐｈと正弦波ｓｉｎωｈｔとを乗算する。ローパスフィルタ５４は、乗算器５３の乗算結果に対してローパスフィルタ処理を行い、機械出力Ｐｏの変動に依存する振動成分ΔＰｏを抽出する。減算器５５は、振動成分ΔＰｏからゼロを減算し、ＰＩ制御器５６は、振動成分ΔＰｏがゼロになるように位相補正角Δρ*を生成する。
【００４１】
なお、図１に示す制御装置１は、電圧誤差補償器３４や最適位相推定器３５が設けられるが、電圧誤差補償器３４や最適位相推定器３５を設けない構成であってもよい。また、探査信号Ｓｈを用いない構成であってもよい。以下、磁束推定器２２の構成例について詳細に説明する。
【００４２】
［３．磁束推定器２２］
磁束推定器２２は、出力電圧ｖＵＶＷと電動機３の巻線抵抗ＲＳにより生じる電圧降下量との差分に対してローパスフィルタ処理を行う。これにより、電流検出部１１にオフセット誤差がある場合に、固定子推定磁束φＳ＾にオフセットが発生することを抑制し、固定子磁束φＳの推定精度を向上している。
【００４３】
図５は、磁束推定器２２の構成の一例を示す図である。図５に示すように、磁束推定器２２は、周波数出力器６０と、乗算器６１と、減算器６２と、リミッタ６３と、擬似ＬＰＦ６４と、増幅器６５と、位相調整器６６とを備える。なお、増幅器６５は、位相調整器６６の前段ではなく、位相調整器６６の後段に設けるようにしてもよい。
【００４４】
周波数出力器６０は、擬似ＬＰＦ６４で用いられるカットオフ周波数ωＣを決定する。かかる周波数出力器６０は、推定速度ω＾や指令速度ω*に基づき、出力電圧ｖＵＶＷの周波数ωＯ、すなわち、電動機３の駆動周波数（以下、駆動周波数ωＯと記載する）に応じた周波数ωＣ１を出力する。なお、周波数出力器６０の構成については後で詳述する。
【００４５】
乗算器６１は、検出電流ベクトルｉαβと固定子３ａの巻線抵抗ＲＳの値とを掛け合わせる。減算器６２は、電圧指令ベクトルｖαβ*から乗算器６１の乗算結果を減算する。これにより、αβ軸上において、出力電圧ｖＵＶＷと電動機３の巻線抵抗ＲＳにより生じる電圧降下量との差分ｖαｄｆ、ｖβｄｆが求められる。なお、差分ｖαｄｆ、ｖβｄｆは、例えば、以下の式（６）、（７）で表される。
【数５】
0006375757.tif 000006
【００４６】
リミッタ６３は、周波数出力器６０から出力される周波数ωＣ１が所定の上限値（例えば、１００Ｈｚ）を超えないように制限する。なお、磁束推定器２２は、リミッタ６３を設けない構成であってもよい。
【００４７】
擬似ＬＰＦ６４は、可変ローパスフィルタ７０と、除算器７１とを備える。可変ローパスフィルタ７０は、例えば、カットオフ周波数ωＣを変更可能な１次のローパスフィルタである。可変ローパスフィルタ７０は、リミッタ６３から出力される周波数ωＣ１をカットオフ周波数ωＣとして、差分ｖαｄｆ、ｖβｄｆに対するローパスフィルタ処理を行う。除算器７１は、可変ローパスフィルタ７０の出力を周波数ωＣ１で除算する。
【００４８】
図６は、カットオフ周波数ωＣを１Ｈｚにした場合の可変ローパスフィルタ７０の特性を示す図である。図６に示すように、可変ローパスフィルタ７０は、カットオフ周波数ωＣと同じ周波数の信号が入力された場合、入力に対して、位相が４５度遅れ、振幅が１／√２倍に低減された信号を出力する。
【００４９】
可変ローパスフィルタ７０への入力周波数ωｉは、差分ｖαｄｆ、ｖβｄｆの周波数であり、駆動周波数ωＯと同じである。したがって、カットオフ周波数ωＣが駆動周波数ωＯと同じ周波数に設定された場合、可変ローパスフィルタ７０の出力は、差分ｖαｄｆ、ｖβｄｆに対して、位相が４５度遅れ、振幅が１／√２倍である。
【００５０】
ここで、差分ｖαｄｆ、ｖβｄｆに対して積分処理を行った場合を考える。差分ｖαｄｆ、ｖβｄｆを積分器に入力した場合、積分器の出力は、差分ｖαｄｆ、ｖβｄｆに対して位相が９０度遅れ、振幅が１／ωＯ倍になる。したがって、積分器の出力に比べ、可変ローパスフィルタ７０の出力は、位相が４５度進み、振幅がωＯ／√２倍になる。
【００５１】
そこで、磁束推定器２２は、ゲインを調整するために、除算器７１および増幅器６５を備え、位相を調整するために、位相調整器６６を備える。
【００５２】
除算器７１は、可変ローパスフィルタ７０の出力を周波数ωＣ１で除算する。周波数ωＣ１は、駆動周波数ωＯと同じ周波数である。これにより、擬似ＬＰＦ６４の出力は、積分器の出力に比べ、振幅が１／√２倍になる。増幅器６５は、擬似ＬＰＦ６４の出力を√２倍にする。
【００５３】
磁束推定器２２は、このように可変ローパスフィルタ７０の出力に対してゲインを調整することにより、αβ軸座標系における固定子磁束φＳのベクトル成分φαβの推定値φαβ＾（以下、固定子推定磁束φαβ＾と記載する）を求める。なお、固定子推定磁束φαβ＾は、固定子磁束φＳのベクトル成分φαβに対して位相が４５度進んでいる。
【００５４】
位相調整器６６は、固定子推定磁束φαβ＾が４５度遅れるように調整しつつ、αβ座標系の成分をγδ座標系の成分へ変換する。かかる位相調整器６６は、調整器７３と、加算器７４と、座標変換器７５とを備える。
【００５５】
調整器７３は、速度指令ω*に応じた位相調整量Δθを出力する。図７は、速度指令ω*と位相調整量Δθの関係を示す図である。調整器７３は、図７に示す関係を有するテーブルまたは演算式を記憶しており、かかるテーブルまたは演算式に基づいて、速度指令ω*に応じた位相調整量Δθを出力する。
【００５６】
調整器７３は、例えば、力行時において、速度指令ω*が電動機３の定格速度ωｒａｔｅ（例えば、１００Ｈｚ）の０．２５％以上であれば、位相調整量Δθをπ／４とする。また、調整器７３は、例えば、回生時に、速度指令ω*が定格速度ωｒａｔｅの０．２５％以上であれば、位相調整量Δθを−π／４とする。また、例えば、調整器７３は、速度指令ω*が定格速度ωｒａｔｅの０．２５％未満であれば、速度指令ω*の大きさに応じた位相調整量Δθを出力する。
【００５７】
加算器７４は、推定位相θ＾に位相調整量Δθを加算し、調整位相θａｊを求める。
座標変換器７５は、調整位相θａｊに基づいて、αβ座標系の固定子推定磁束φαβ＾をγδ軸回転座標系のベクトルへ変換する。これにより、固定子推定磁束φαβ＾が４５度遅れるように調整され、また、αβ座標系の成分がγδ座標系の成分へ変換される。
【００５８】
以上のように、磁束推定器２２は、差分ｖαｄｆ、ｖβｄｆを積分器により積分し、かかる積分結果をγδ座標系の成分へ変換した場合の固定子推定磁束φγδ＾と同様の固定子推定磁束φγδ＾を得ることができる。しかも、積分処理を行わないことから、電流検出部１１にオフセット誤差がある場合であっても、駆動周波数ωＯの１倍の周波数の振動が固定子推定磁束φγδ＾に含まれることを抑制できる。これにより、磁束推定器２２は、固定子推定磁束φγδ＾にオフセットが発生することを抑制することができる。
【００５９】
周波数出力器６０は、推定速度ω＾や指令速度ω*に基づき、駆動周波数ωＯに応じた周波数ωＣ１を出力する。周波数出力器６０は、電動機３の速度ωが第１速度ω１以下の場合、速度指令ω*を出力し、速度ωが第１速度ω１よりも大きい第２速度ω２以上である場合、推定速度ω＾を出力する。速度ωが小さい場合、推定速度ω＾が振動的になるおそれがあることから、周波数出力器６０は、速度ωが第１速度ω１以下の場合、速度指令ω*を出力する。
【００６０】
また、電動機３の速度ωが第１速度ω１よりも大きく第２速度ω２よりも小さい場合、速度ωが大きくなるほど速度指令ω*よりも推定速度ω＾の重み付けが大きくなるように速度指令ω*と推定速度ω＾とを重み付けして加算し、当該加算結果を出力する。これにより、周波数出力器６０が速度指令ω*から推定速度ω＾へ瞬間的に切り替わることが抑制される。
【００６１】
周波数出力器６０は、図５に示すように、絶対値演算器８０、８７と、調整器８１と、乗算器８２、８５と、減算器８３と、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）８４と、加算器８６とを備える。絶対値演算器８０は、速度指令ω*の絶対値を演算する。
【００６２】
図８は、速度指令ω*と出力値（重み付けの値）との関係の一例を示す図である。図８に示す例では、定格速度ωｒａｔｅの５％が第１速度ω１であり、定格速度ωｒａｔｅの１０％が第２速度ω２である。
【００６３】
調整器８１は、図８に示すように、速度指令ω*が定格速度ωｒａｔｅの５％未満である場合、１を出力し、速度指令ω*が定格速度ωｒａｔｅの１０％以上である場合、０を出力する。また、調整器８１は、速度指令ω*が定格速度ωｒａｔｅの５％より大きく１０％未満の場合、速度指令ω*の大きさに応じて値を出力する。
【００６４】
乗算器８２は、調整器８１の出力と速度指令ω*とを掛け合わせる。減算器８３は、１から調整器８１の出力を減算する。ローパスフィルタ８４は、推定速度ω＾のノイズ成分を除去する。乗算器８５は、減算器８３の出力とローパスフィルタ８４の出力とを掛け合わせる。
【００６５】
加算器８６は、乗算器８２の乗算結果と乗算器８５の乗算結果とを加算する。絶対値演算器８７は、加算器８６の加算結果の絶対値を演算する。
【００６６】
このように、周波数出力器６０は、推定速度ω＾や指令速度ω*に基づき、駆動周波数ωＯと同じ周波数を周波数ωＣ１として出力する。これにより、擬似ＬＰＦ６４には、駆動周波数ωＯと同じ周波数がカットオフ周波数ωＣに設定されるため、積分器の出力に比べ、擬似ＬＰＦ６４の出力を、４５度遅れに設定することができる。
【００６７】
また、磁束推定器２２は、図５に示す構成に限定されない。図９は、磁束推定器２２の構成のその他の例を示す図である。図９に示す磁束推定器２２は、駆動周波数ωＯの１倍の周波数（以下、１ｆと記載する）の振動に加え、駆動周波数ωＯの６倍の周波数（以下、６ｆと記載する）の振動を抑制した固定子推定磁束φγδ＾を演算する。
【００６８】
図９に示す磁束推定器２２は、図５に示す磁束推定器２２の構成に加え、さらに、リミッタ６３Ａと、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）７０Ａ、７６と、除算器７１Ａと、座標変換器７５Ａと、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）７７と、加算器７８とを備える。
【００６９】
リミッタ６３Ａは、固定周波数ωＣｆｉｘ（たとえば、１Ｈｚ）が所定の上限値（例えば、１００Ｈｚ）を超えないように制限する。なお、磁束推定器２２は、リミッタ６３Ａを設けない構成であってもよい。
【００７０】
ローパスフィルタ７０Ａ（固定ローパスフィルタの一例）は、固定周波数ωＣｆｉｘをカットオフ周波数ωＣとして、差分ｖαｄｆ、ｖβｄｆに対するローパスフィルタ処理を行う。除算器７１Ａは、ローパスフィルタ７０Ａの出力を固定周波数ωＣｆｉｘで除算して、固定子推定磁束φαβ＾を求める。
【００７１】
座標変換器７５Ａは、推定位相θ＾に基づいて、αβ座標系の固定子推定磁束φαβ＾をγδ軸回転座標系のベクトルへ変換し、固定子推定磁束φγδ＾を求める。座標変換器７５Ａの出力は、ハイパスフィルタ７７へ入力される。かかるハイパスフィルタ７７により、固定子推定磁束φγδ＾のうち駆動周波数ωＯ以下の成分が除去される。
【００７２】
また、位相調整器６６の座標変換器７５の出力は、ローパスフィルタ７６へ入力される。かかるローパスフィルタ７６により、駆動周波数ωＯよりも大きな周波数の成分が除去される。加算器７８（補正器の一例）は、ローパスフィルタ７６の出力とハイパスフィルタ７７の出力とを加算し、固定子推定磁束φγδ＾を求める。
【００７３】
このように、図９に示す磁束推定器２２は、固定ローパスフィルタであるローパスフィルタ７０Ａの出力に基づいて、位相調整器６６の出力に基づく固定子推定磁束φγδ＾を補正する。これにより、１ｆの振動成分に加え、６ｆの振動成分を抑制した固定子推定磁束φγδ＾を求めることができる。なお、６ｆの振動成分は、例えば、電力変換部１０のスイッチングにおけるデットタイムなどに起因して生じる。
【００７４】
また、磁束推定器２２は、図１０に示す構成であってもよい。図１０は、磁束推定器２２の構成のさらにその他の例を示す図である。図１０に示す磁束推定器２２は、図５に示す磁束推定器２２の構成に加え、さらに、振動抑制器８８と、加算器８９とを備える。
【００７５】
振動抑制器８８は、１ｆの振動成分と６ｆの振動成分とを抑制するための補償位相θＣＯＭＰを生成する。加算器８９は、推定位相θ＾に補償位相θＣＯＭＰを加算し、位相調整器６６へ出力する。位相調整器６６は、補償位相θＣＯＭＰを加算した推定位相θ＾に位相調整量Δθを加算し、調整位相θａｊを求める。これにより、１ｆの振動成分をさらに抑制し、かつ、６ｆの振動成分を抑制した固定子推定磁束φγδ＾を求めることができる。
【００７６】
振動抑制器８８は、例えば、除算器９０と、絶対値演算器９１と、リミッタ９２と、増幅器９３、９５、９７と、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）９４、９６と、加算器９８と、調整器９９と、乗算器１００とを備える。
【００７７】
除算器９０は、δ軸固定子推定磁束φδ＾をγ軸固定子推定磁束φγ＾で除して位相誤差Δθ１を演算する。絶対値演算器９１は、指令速度ω*の絶対値を演算する。リミッタ９２は、速度指令ω*が所定の上限値（例えば、１００Ｈｚ）を超えないように制限する。なお、磁束推定器２２は、リミッタ９２を設けない構成であってもよい。
【００７８】
増幅器９３は、指令速度ω*の絶対値を６倍し、指令速度ω*の６倍の周波数をバンドパスフィルタ９６の中心周波数ｆｏに出力する。バンドパスフィルタ９６は、位相誤差Δθ１のうち６ｆの成分を抽出する。また、バンドパスフィルタ９４には、指令速度ω*の絶対値が入力され、指令速度ω*の絶対値がバンドパスフィルタ９４の中心周波数ｆｏに設定される。バンドパスフィルタ９４は、位相誤差Δθ１のうち１ｆの成分を抽出する。
【００７９】
増幅器９５は、バンドパスフィルタ９４の出力をｋ１倍し、増幅器９７は、バンドパスフィルタ９６の出力をｋ２倍する。加算器９８は、位相誤差Δθ１のうち１ｆの成分をｋ１倍した結果と、位相誤差Δθ１のうち６ｆの成分をｋ２倍した結果とを加算する。なお、１ｆや６ｆの振動成分はＰＩ制御器４２の比例ゲインに依存して変化するため、ゲインｋ１、ｋ２は、例えば、ＰＩ制御器４２の比例ゲインに応じたゲイン（例えば、ＰＩ制御器４２の比例ゲインの１．５倍）に設定される。
【００８０】
調整器９９は、速度指令ω*に応じた値を出力する。図１１は、速度指令ω*と調整器９９の出力値との関係の一例を示す図である。図１１に示す例では、調整器９９は、速度指令ω*が定格速度ωｒａｔｅの１％以下の場合、１を出力し、速度指令ω*が定格速度ωｒａｔｅの１０％以上の場合、０を出力する。また、調整器９９は、速度指令ω*が定格速度ωｒａｔｅの１％より大きく１０％未満の場合、速度指令ω*の大きさに応じた値を出力する。
【００８１】
１ｆおよび６ｆの振動成分は、低速で顕著に現れることから、図１１に示す磁束推定器２２では、１％から１０％の範囲で振動抑制器８８の有効無効を切り替えるようにしているが、振動抑制器８８は、図１０および図１１に示す構成に限定されるものではない。
【００８２】
［４．磁束推定器２２の制御フロー］
図１２は、磁束推定器２２の制御処理の流れの一例を示すフローチャートである。磁束推定器２２は、図１２に示す磁束推定処理を所定周期で繰り返し実行する。
【００８３】
図１２に示すように、磁束推定器２２は、電動機３の駆動周波数ωＯに応じた周波数ωＣ１を可変ローパスフィルタ７０のカットオフ周波数ωＣに設定する（ステップＳ１０）。
【００８４】
磁束推定器２２は、出力電圧ｖＵＶＷと電動機３の巻線抵抗ＲＳにより生じる電圧降下量との差分を求める（ステップＳ１１）。例えば、磁束推定器２２は、検出電流ベクトルｉαβと固定子３ａの巻線抵抗ＲＳの値とを掛け合わせた結果を電圧指令ベクトルｖαβ*から減算することにより、出力電圧ｖＵＶＷと巻線抵抗ＲＳにより生じる電圧降下量との差分ｖαｄｆ、ｖβｄｆを求める。
【００８５】
磁束推定器２２は、出力電圧ｖＵＶＷと電動機３の巻線抵抗ＲＳにより生じる電圧降下量との差分を可変ローパスフィルタ７０によりローパスフィルタ処理する（ステップＳ１２）。例えば、磁束推定器２２は、差分ｖαｄｆ、ｖβｄｆを可変ローパスフィルタ７０によりローパスフィルタ処理する。
【００８６】
磁束推定器２２は、可変ローパスフィルタ７０によるローパスフィルタ処理の結果に対し、ゲイン調整と位相調整を行うことによって、固定子磁束φＳのベクトルを求める（ステップＳ１３）。例えば、カットオフ周波数ωＣと同じ周波数の信号が入力された場合、磁束推定器２２は、可変ローパスフィルタ７０の出力を√２／ωＯ倍にし、位相を４５度遅らせることにより、固定子推定磁束φγδ＾を求める。
【００８７】
なお、上述した磁束推定器２２は、可変ローパスフィルタ７０のカットオフ周波数ωＣを駆動周波数ωＯと同じ周波数としたが、カットオフ周波数ωＣは、駆動周波数ωＯに応じた周波数であればよい。
【００８８】
例えば、磁束推定器２２は、積分器の出力と比べた位相の遅れ度合いがπ／４以外の所定値（例えば、π／６）になるように、駆動周波数ωＯに応じてカットオフ周波数ωＣを変更する構成であってもよい。この場合、磁束推定器２２の増幅器６５は、積分器の出力と比べた位相の遅れ度合いに応じたゲインで擬似ＬＰＦ６４の出力を増幅する。
【００８９】
磁束推定器２２は、例えば、駆動周波数ωＯに応じた周波数ωＣ１と、調整ゲイン量とをテーブルに記憶しておき、かかるテーブルに基づいて、可変ローパスフィルタ７０のカットオフ周波数ωＣと、増幅器６５のゲインとを調整することもできる。
【００９０】
また、上述した磁束推定器２２は、静止座標系（αβ座標系）において、固定子磁束φＳのベクトルを推定する構成であるが、回転座標系（γδ座標系）において、固定子磁束φＳのベクトルを推定する構成であってもよい。
【００９１】
また、磁束推定器２２は、例えば、電流制御器２８から出力される電圧指令ベクトルｖγδ（ｖγ*、ｖδ*）に電動機３のインダクタンスＬでの電圧降下量ωＯＬｉ（ωＯＬｉγ*、ωＯＬｉδ*）を加算することもできる。これによっても、磁束推定器２２は、出力電圧ｖＵＶＷと巻線抵抗ＲＳにより生じる電圧降下量との差分を求めることができる。この場合、増幅器６５の出力が固定子推定磁束φγδ＾である。
【００９２】
また、上述した磁束推定器２２は、擬似ＬＰＦ６４の後段に位相調整器６６を設けたが、位相調整器６６を擬似ＬＰＦ６４の前段に設けてもよい。また、上述した磁束推定器２２は、位相調整器６６において、位相調整と座標変換とを行うが、位相を調整する位相調整器と、座標変換を行う座標変換器とを分けてもよく、この場合、例えば、位相調整器、擬似ＬＰＦ６４、座標変換器の順に配置することができる。
【００９３】
また、上述した磁束推定器２２は、ゲイン調整を行うものとして説明したが、位相・速度推定器２３は、固定子磁束φＳのベクトルの位相により推定位相θ＾や推定速度ω＾を演算する。したがって、磁束推定器２２がゲイン調整を行わない場合であっても、位相・速度推定器２３は、磁束推定器２２の出力に基づいて推定位相θ＾や推定速度ω＾を演算することができる。この場合、例えば、磁束推定器２２に増幅器６５を設けなくてもよい。
【００９４】
なお、例えば、図１〜図５、図９および図１０の矢印は、情報（例えば、データや信号）や制御などの流れについての方向を補助的に示すもので、他の流れを否定するものでも、方向の限定を意味するものでもない。
【００９５】
また、制御部１２は、例えば、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）、入出力ポートなどを有するマイクロコンピュータや各種の回路を含む。かかるマイクロコンピュータのＣＰＵは、ＲＯＭに記憶されているプログラムを読み出して実行することにより、上述した各部位２０〜３５の制御を実現することができる。
【００９６】
また、上述した各部位２０〜３５の少なくともいずれかまたは全部をＡＳＩＣ（Application  Specific  Integrated  Circuit）やＦＰＧＡ（Field  Programmable  Gate  Array）等のハードウェアで構成することもできる。
【００９７】
さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
【符号の説明】
【００９８】
１  制御装置
３  電動機
１０  電力変換部
１１  電流検出部
１２  制御部
２０  固定座標変換器
２１  回転座標変換器
２２  磁束推定器
２３  位相・速度推定器
２４、２７、３１、３２、６２  減算器
２５  速度制御器
２６  電流分配器
２８  電流制御器
２９  非干渉制御器
３０、７４  加算器
３３  ＰＷＭ制御器
３４  電圧誤差補償器
３５  最適位相推定器
６０  周波数出力器
６１  乗算器
６４  擬似ＬＰＦ
６５  増幅器
６６  位相調整器
７０  可変ローパスフィルタ
７１  除算器
７３  調整器
７５  座標変換器
【図１】
0006375757.tif 000007
【図２】
0006375757.tif 000008
【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】
0006375757.tif 000015
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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