(57)【要約】【課題】電動機を駆動するパワーモジュールの動作のバラツキを考慮して、電動機の脱調の有無を判定する。【解決手段】閾値ベクトル［ｖｔｈ］を用いて電圧指令［ｖδγ＊］から電動機の異常の有無を判断する。電圧誤差計算部１０２１は印加電圧の指令値たる電圧指令［ｖδγ＊］と、印加電圧の推定値たる電圧推定値との差を採って電圧誤差ベクトル［ｙ］を得る。電圧誤差推定時における電圧誤差ベクトル［ｙ］が電圧誤差［Δｖδγ］である。電圧誤差［Δｖδγ］と、印加電圧の推定値［ｖδγ＾］の異常判定時における値との和よりも小さな値に閾値［ｖｔｈ］が設定される。【選択図】図３
2017135869.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同期電動機（３）の回転角の速度の指令値たる速度指令（ω＊）と、前記同期電動機に流れる電流（［ｉδγ］）とに基づいて前記同期電動機に印加される印加電圧（［ｖδγ］）の指令値たる電圧指令（［ｖδγ＊］）を求める電圧指令生成部（１０２８）と、
前記速度指令が第１値（ω１）を採るときの、前記電圧指令たる第１電圧指令（［ｖδγ１＊］）と前記印加電圧の推定値たる第１電圧推定値（［ｖδγ１＾］）との差たる電圧誤差（［ｙ］，［Δｖδγ］）を求める電圧誤差計算部（１０２１）と、
前記電圧誤差と、前記速度指令の絶対値が前記第１値の絶対値よりも大きな第２値（ω４）を採るときの前記印加電圧の推定値たる第２電圧推定値（［ｖδγ４＾］）との和よりも小さな値に閾値（［ｖｔｈ］）を設定する閾値設定部（１０２４，１０２５，１０２７）と、
前記速度指令が前記第２値を採るときの前記電圧指令たる第２電圧指令（［ｖδγ４＊］）が前記閾値よりも小さいことを以て、前記同期電動機の異常の有無を判定する判定部（１０９）と
を備える、同期電動機の制御装置。
【請求項２】
前記閾値（［ｖｔｈ］）は、前記第２電圧推定値（［ｖδγ４＾］）の前記同期電動機（３）の空隙磁束［λδγ］）に依存する成分（（ｐ［Ｉ］＋ω４［Ｊ］）［λδγ］）に対して０より大きく１より小さな係数ｍを乗じた値と、前記同期電動機の抵抗（Ｒｃ）に依存する成分（Ｒｃ［ｉδγ４］）と、前記電圧誤差との和であり、
前記第２値に対する前記第１値の比（ω１／ω４）は、（１−ｍ）よりも小さい、請求項１記載の同期電動機の制御装置。
【請求項３】
前記第１電圧推定値（［ｖδγ１＾］）は、前記速度指令（ω＊）が前記第１値（ω１）を採るときの前記電流（［ｉδγ１］）と前記同期電動機の抵抗成分の設定値（Ｒｃ）との積と、前記空隙磁束（［λδγ］）によって発生する電圧（（ｐ［Ｉ］＋ω４［Ｊ］）［λδγ］）との和である、請求項１又は請求項２に記載の同期電動機の制御装置。
【請求項４】
前記第１電圧推定値（［ｖδγ１＾］）は、前記速度指令が前記第１値（ω１）を採るときの前記電流（［ｉδγ１］）と前記同期電動機の抵抗成分の設定値（Ｒｃ）との積として推定される、請求項１又は請求項２に記載の同期電動機の制御装置。
【請求項５】
前記電圧誤差（［Δｖδγ］）は、前記速度指令が前記第２値（ω４）を採るときに前記同期電動機に流れる電流［ｉδγ４］の位相（［ｉδγ４］／｜［ｉδγ４］｜）で補正される、請求項１乃至請求項４のいずれか一つに記載の同期電動機の制御装置。
【請求項６】
前記電圧誤差（［Δｖδγ］）は、前記速度指令が前記第１値（ω１）を採るときの前記同期電動機に電圧を印加するインバータ電源（２）に入力する直流電圧（Ｖｄｃ）の値（Ｖｄｃ０）に対する、前記異常を判定するときの前記直流電圧の値（Ｖｄｃ１）の比（Ｖｄｃ１／Ｖｄｃ０）で補正される、請求項１乃至請求項５のいずれか一つに記載の同期電動機の制御装置。
【請求項７】
前記同期電動機の制御には、位置センサレス制御が採用される、請求項１乃至請求項６のいずれか一つに記載の同期電動機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は同期電動機を制御する技術に関し、特に同期電動機に異常が発生したことを判定する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動機の脱調を検知する技術は、従来から種々考案されている。かかる技術を例示する文献として、特許文献１〜４を挙げる。
【０００３】
特許文献１では、ｄ軸電流の偏差とｑ軸指令電圧とから脱調を判別する技術が開示されている。特許文献２では、モデル電圧と電圧指令を比較して脱調を検知する技術が開示されている。特許文献３では、電流と回転数指令より求めた磁束が閾値以下であれば脱調である、と判定する技術が開示されている。特許文献４では、インバータ電源が電動機に印加する電圧とその指令値との間の電圧誤差を利用して、電動機の脱調の有無を判定する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−０５１１５１号公報
【特許文献２】特開２０１０−２５２５０３号公報
【特許文献３】特開２００８−９２７８７号公報
【特許文献４】特開２０１５−１３３７９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１〜３で開示された技術では、電動機を駆動するパワーモジュールの動作のバラツキを考慮していない。従って脱調であるか否かを判定するための閾値は試験的に決定する必要がある。このような閾値の決定は開発工数を増大させるという問題があった。
【０００６】
他方、特許文献４は、電動機が直流励磁される期間における電圧誤差を利用し、電動機を駆動するパワーモジュールの動作のバラツキを考慮している。しかしながら、直流励磁を行わずに同期運転により電動機を始動すると、特許文献４に開示された技術が利用できない可能性がある。
【０００７】
そこで、本願では、電動機を駆動するパワーモジュールの動作のバラツキを考慮して、直流励磁を前提とすることなく、電動機の異常（例えば脱調）の有無を判定することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明にかかる同期電動機の制御装置の第１の態様は、同期電動機（３）の回転角の速度の指令値たる速度指令（ω＊）と、前記同期電動機に流れる電流（［ｉδγ］）とに基づいて前記同期電動機に印加される印加電圧（［ｖδγ］）の指令値たる電圧指令（［ｖδγ＊］）を求める電圧指令生成部（１０２８）と、前記速度指令が第１値（ω１）を採るときの、前記電圧指令たる第１電圧指令（［ｖδγ１＊］）と前記印加電圧の推定値たる第１電圧推定値（［ｖδγ１＾］）との差たる電圧誤差（［ｙ］，［Δｖδγ］）を求める電圧誤差計算部（１０２１）と、前記電圧誤差と、前記速度指令の絶対値が前記第１値の絶対値よりも大きな第２値（ω４）を採るときの前記印加電圧の推定値たる第２電圧推定値（［ｖδγ４＾］）との和よりも小さな値に閾値（［ｖｔｈ］）を設定する閾値設定部（１０２４，１０２５，１０２７）と、前記速度指令が前記第２値を採るときの前記電圧指令たる第２電圧指令（［ｖδγ４＊］）が前記閾値よりも小さいことを以て、前記同期電動機の異常の有無を判定する判定部（１０９）とを備える。
【０００９】
この発明にかかる同期電動機の制御装置の第２の態様は、その第１の態様であって、前記閾値（［ｖｔｈ］）は、前記第２電圧推定値（［ｖδγ４＾］）の前記同期電動機（３）の空隙磁束（［λδγ］）に依存する成分（（ｐ［Ｉ］＋ω４［Ｊ］）［λδγ］）に対して０より大きく１より小さな係数ｍを乗じた値と、前記同期電動機の抵抗（Ｒｃ）に依存する成分（Ｒｃ［ｉδγ４］）と、前記電圧誤差との和である。前記第２値に対する前記第１値の比（ω１／ω４）は、（１−ｍ）よりも小さい。
【００１０】
この発明にかかる同期電動機の制御装置の第３の態様は、その第１の態様又は第２の態様であって、前記第１電圧推定値（［ｖδγ１＾］）は、前記速度指令（ω＊）が前記第１値（ω１）を採るときの前記電流（［ｉδγ１］）と前記同期電動機の抵抗成分の設定値（Ｒｃ）との積と、前記空隙磁束（［λδγ］）によって発生する電圧（（ｐ［Ｉ］＋ω４［Ｊ］）［λδγ］）との和である。
【００１１】
この発明にかかる同期電動機の制御装置の第４の態様は、その第１の態様又は第２の態様であって、前記第１電圧推定値（［ｖδγ１＾］）は、前記速度指令が前記第１値（ω１）を採るときの前記電流（［ｉδγ１］）と前記同期電動機の抵抗成分の設定値（Ｒｃ）との積として推定される。
【００１２】
この発明にかかる同期電動機の制御装置の第５の態様は、その第１から第４の態様のいずれかであって、前記電圧誤差（［Δｖδγ］）は、前記速度指令が前記２値（ω４）を採るときに前記同期電動機に流れる電流［ｉδγ４］の位相（［ｉδγ４］／｜［ｉδγ４］｜）で補正される。
【００１３】
この発明にかかる同期電動機の制御装置の第６の態様は、その第１から第５の態様のいずれかであって、前記電圧誤差（［Δｖδγ］）は、前記速度指令が前記第１値（ω１）を採るときの前記同期電動機に電圧を印加するインバータ電源（２）に入力する直流電圧（Ｖｄｃ）の値（Ｖｄｃ０）に対する、前記異常を判定するときの前記直流電圧の値（Ｖｄｃ１）の比（Ｖｄｃ１／Ｖｄｃ０）で補正される。
【００１４】
例えば前記同期電動機の制御には、位置センサレス制御が採用される。
【発明の効果】
【００１５】
この発明にかかる同期電動機の制御装置によれば、直流励磁での同期電動機の回転子の位置決め運転を前提とせず、回転子の位置に関係なく強制的に回転磁界を与える同期運転で始動する場合であっても、同期電動機を駆動するパワーモジュールの動作のバラツキを考慮して電動機の異常の発生を検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】脱調の検出を示すグラフである。
【図２】第１の実施の形態にかかる電動機制御装置の構成及びその周辺装置を示すブロック図である。
【図３】電圧指令計算部の構成を示すブロック図である。
【図４】第１の実施の形態における電圧誤差計算部の構成を例示するブロック図である。
【図５】第２の実施の形態における電圧誤差計算部の構成を例示するブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
この発明の基本的思想．
実施の形態の詳細な説明に入る前に、この発明の基本的思想について説明する。もちろん、この基本的思想も本発明に含まれる。
【００１８】
図１は脱調の検出を示すグラフである。上段のグラフは電動機の速度（例えば回転角速度）の指令値たる速度指令ω＊を採り、下段のグラフは電動機の電圧指令［ｖδγ＊］の振幅｜［ｖδγ＊］｜を採り、いずれも横軸には時間を採る。
【００１９】
記号［］はベクトル量を表し、電動機に同期して回転するδ−γ回転座標系を採用した場合のベクトルを表す（以下同様）。つまり上述の電圧指令［ｖδγ＊］は、電動機に印加される電圧の指令値を、δ−γ回転座標系において表現する。
【００２０】
例えば、「一次磁束制御」として知られている電動機の制御方法では、電動機における空隙磁束と同相にδ軸を設定し、これよりも電動機の制御によって回転させたい方向（以下、単に「回転方向」と称す）に位相を９０度進めてγ軸を設定する。但し、本願では必ずしも空隙磁束と同相にδ軸を設定する必要はない。
【００２１】
ここで電動機とは、同期電動機であって界磁磁束が発生するものを指す。界磁磁束は界磁によって発生する。多くの場合、界磁は同期電動機が備える回転子によって実現される。界磁磁束は、例えば回転子が永久磁石を有している場合には当該永久磁石によって発生するし、回転子が界磁巻線を有している場合には当該界磁巻線に電流が流れることによって発生する。
【００２２】
時刻ｔ０以前では、速度指令ω＊は０となっており、電動機を駆動する装置、例えばインバータが停止している。
【００２３】
時刻ｔ０以降ではインバータが動作している状況が示されている。時刻ｔ０から時刻ｔ３までは界磁磁束を強める電流を電動機に流し、いわゆる「強め磁束制御」を行う。強め磁束制御中に、同期運転から位置センサレス運転に切り替える。時刻ｔ３以降は最大トルク制御を行う。最大トルク制御での電流振幅は、強め磁束制御での電流振幅よりも小さい。時刻ｔ５（＞ｔ３）以降は速度指令ω＊は原速度指令ω＊＊に一致し、これを維持する。
【００２４】
ここで原速度指令ω＊＊は、電動機を定常的に回転させるための速度指令であり、速度指令ω＊は原速度指令ω＊＊に一致するまでに０から上昇する速度指令である。
【００２５】
時刻ｔ０から時刻ｔ２（＜ｔ３）の期間においては速度指令ω＊の上昇率を小さくし、特に慣性モーメントが大きな負荷（例えばファンやブロア）を駆動する電動機を始動させやすくする。かかる期間を「低加速期間」と仮称する。時刻ｔ２の後は、低加速期間において電動機が始動したと想定して、速度指令ω＊を原速度指令ω＊＊に一致させるべく、時刻ｔ５まで速度指令ω＊の上昇率を大きくする。時刻ｔ２から時刻ｔ５までの期間を「高加速期間」と仮称する。
【００２６】
時刻ｔ０以降では電動機に回転磁界を発生させる電圧が、電動機に印加される。具体的には、電動機に対して交流電流が流れるように電圧指令［ｖδγ＊］が設定される。上述の速度制御を行うべく振幅｜［ｖδγ＊］｜は漸増する。
【００２７】
但し特許文献４とは異なり、ここでは強め磁束制御を行っている場合が例示されるので、振幅｜［ｖδγ＊］｜が初期的に一旦減少する様子は示されていない。
【００２８】
電動機の制御には、例えばホールセンサ、エンコーダ、レゾルバなどの回転子の位置を検出するための位置検出器を用いない、いわゆる位置センサレス制御が採用できる。
【００２９】
正常な動作では速度は速度指令ω＊に追従する。しかし、電動機が脱調していると、速度は速度指令ω＊に追従することなく非常に低い速度を採る。
【００３０】
電動機が脱調していると、速度を制御していてもその値は小さいので、いわゆる電動機の逆起電力が小さくなる。よって電動機が正常な動作を行っている場合と比較して、脱腸している電動機に対する振幅｜［ｖδγ＊］｜は、小さく設定されることになる。例えば電動機が脱調している場合及び電動機が正常な場合の振幅｜［ｖδγ＊］｜の振る舞いを、それぞれグラフｇ３，ｇ４で示した。
【００３１】
そこで、最大トルク制御における振幅｜［ｖδγ＊］｜を、閾値｜［ｖｔｈ］｜と比較し、これよりも低い場合には電動機が脱調していると判断する。なお、電圧指令［ｖδγ＊］と（ベクトルとしての）閾値（以下「閾値ベクトル」と仮称）［ｖｔｈ］とを、δ軸、γ軸毎に比較してもよい。また、δ軸とγ軸のいずれか一方のみを比較してもよい。例えば空隙磁束と同相にδ軸を設定した場合には、空隙磁束による逆起電力が生ずるγ軸のみを比較してもよい。
【００３２】
しかしながら特許文献４でも説明されたように、電圧指令［ｖδγ＊］は、電動機が有する電機子巻線の抵抗成分や、パワーモジュールにおいて採用されるインバータの動作、具体的にはそのスイッチング（特にいわゆるデッドタイムと称される非導通期間や、インバータを構成するスイッチング素子のオン抵抗並びにそのスイッチング時間（例えばオン時間やオフ時間））の影響を受ける。換言すればこれらの抵抗成分、スイッチングのバラツキは、電圧指令［ｖδγ＊］のバラツキを招来する。よって閾値ベクトル［ｖｔｈ］を当該バラツキに依存して適切に設定すれば、電動機が脱調しているか否かの判定が、当該バラツキの影響を受けにくくなる。
【００３３】
以下、同期運転による始動を行っても、閾値ベクトル［ｖｔｈ］を当該バラツキを考慮して適切に設定することができることを説明する。
【００３４】
δ−γ軸回転座標系における電動機の電圧方程式は、δ軸及びγ軸の電気角としての速度ωｎ、微分演算子ｐ、電動機に印加される印加電圧［ｖδ  ｖγ］ｔ（以下［ｖδγ］とも表記する：括弧の後の上付の“ｔ”は行列の転置を示す。特に断らない限り、記号［］内で先に示された要素はδ軸成分を、後に示された要素はγ軸成分を、それぞれ表す）、電動機に（より詳細には電動機が有する電機子巻線に）流れる電流［ｉδ  ｉγ］ｔ（以下［ｉδγ］とも表記する）、空隙磁束［λδ  λγ］ｔ（以下［λδγ］とも表記する）、電動機の界磁磁束の振幅（以下「界磁磁束量」と仮称）Λ０、電機子巻線の抵抗成分Ｒ、電動機のインダクタンスのｄ軸成分（以下「ｄ軸インダクタンス」と仮称）Ｌｄ及びｑ軸成分（以下「ｑ軸インダクタンス」と仮称）Ｌｑ、ｄ軸に対するδ軸の位相φを導入して次式（１）で示される。但し、ｄ軸を界磁磁束と同相に設定し、ｑ軸はｄ軸に対して、回転方向に向かって位相が９０度進む。また［Ｉ］，［Ｊ］，［Ｃ］及びそれらの要素を囲む記号［］は行列を示す。電動機の極対数ｎを導入すると、機械角の速度は値ωｎ／ｎで表される。ここでは簡単のため、速度指令ω＊は速度ωｎに対する指令値として扱う。
【００３５】
なお、機械的負荷の正転方向と電動機の正転方向とは、必ずしも同一方向であるとは限らない。ここでは簡単のため、機械的負荷の正転方向と電動機の正転方向とが一致するものとして説明するが、逆方向の場合には速度指令ω＊及び速度ωｎの正負の極性を読み替えればよい。
【００３６】
【数１】
2017135869.tif 000003
【００３７】
なお、空隙磁束［λδγ］は一次磁束とも称され、界磁磁束と、電流［ｉδγ］によって発生する電機子反作用の磁束との合成である。
【００３８】
さて、同期運転中においては電圧指令［ｖδγ＊］に対する電動機の逆起電力の影響があるものの、速度ωｎが小さい場合には当該影響は小さい。よってこの逆起電力を電圧誤差に含めて考慮することができる。かかる近似的な取り扱いを可能とするため、速度指令ω＊が小さい非零の値(以下では正値として例示）ω１を採る時点（ここでは低加速期間における時刻ｔ１：以下「誤差推定時」と仮称）における電圧誤差を求める。
【００３９】
かかる考えに基づき、電圧誤差［Δｖδγ］を、逆起電力の成分ω１［Ｊ］［λδγ］と、これ以外の成分［Δｖδγ’］との和として取り扱う。成分［Δｖδγ’］は、抵抗成分Ｒのばらつき、電流検出器のばらつきに由来する電流［ｉδγ］のばらつき、及びインバータのスイッチングのばらつき等に依存する。
【００４０】
よって時刻ｔ１において電圧誤差［Δｖδγ］を次式（２）で計算する。
【００４１】
【数２】
2017135869.tif 000004
【００４２】
ここで誤差推定時の電圧指令［ｖδγ＊］、印加電圧［ｖδγ］の推定値を、それぞれ第１電圧指令［ｖδγ１＊］、第１電圧推定値［ｖδγ１＾］として表した。
【００４３】
一般的に、抵抗成分Ｒ及びインバータのスイッチングのばらつきに由来する誤差に比べ、電流［ｉδγ］のばらつきに由来する誤差は小さい。またインバータに供給される直流電圧が商用電源電圧から交流／直流変換して得られる場合には、インバータのスイッチング素子には比較的スイッチング速度が遅いものが採用されるので、抵抗成分Ｒに由来する誤差は、インバータのスイッチングに由来する誤差に比べて小さい。
【００４４】
さて、速度指令ω＊が誤差推定時の後で脱調の有無を判定する判定時（図１では最大トルク制御における時刻ｔ４（ｔ３＜ｔ４＜ｔ５）として例示）において値ω４（＞ω１）を採るとする。なお、機械的負荷の正転方向と電動機の正転方向とが一致しない場合を考慮すれば速度指令ω＊の絶対値が値ω４（＞｜ω１｜）を採るときを考慮する。この判定時の印加電圧［ｖδγ］の推定値たる第２電圧推定値［ｖδγ４＾］は、電圧誤差［Δｖδγ］が無いと仮定して、式（１）に則って次式（３）で表される。
【００４５】
【数３】
2017135869.tif 000005
【００４６】
なお、判定時に電動機に流れる電流［ｉδγ４］、空隙磁束の指令値（以下「磁束指令」と称す）［λδγ＊］＝［λδ＊  λγ＊］ｔを導入した。いわゆる一次磁束制御が採用されるときにはλγ＊＝０が採用される。但し、本実施の形態は一次磁束制御が採用される場合に限らず適用できる。即ちλγ＊＝０とする必要はない。
【００４７】
また、制御系では抵抗成分Ｒは実測されないので、機器定数として設定された設定値Ｒｃでこれを代用する。
【００４８】
さて、判定時においても電圧誤差［Δｖδγ］は速度ωｎに拘わらずに維持される場合を仮定する（上述の様に、誤差推定時における逆起電力を電圧誤差に含めて考える）。よって判定時において正常に動作をしている場合には、電圧誤差を考慮した印加電圧［ｖδγ］の推定値（第３電圧推定値）［ｖδγ０＾］は次式（４）で求められる。
【００４９】
【数４】
2017135869.tif 000006
【００５０】
判定時において電圧指令［ｖδγ４＊］が第３電圧推定値［ｖδγ０＾］と一致するときは、脱調無く電圧指令［ｖδγ＊］と印加電圧［ｖδγ］とが一致する理想的な場合である。そこで、脱調の判定にはマージンを持たせる必要がある。よって閾値ベクトル［ｖｔｈ］は、第３電圧推定値［ｖδγ０＾］よりも小さく、零ベクトル［０］＝［０  ０］ｔよりも大きく設定することになる。具体的には０より大きく１未満の係数ｍを用いて、閾値ベクトル［ｖｔｈ］を次式（５）で設定する。
【００５１】
【数５】
2017135869.tif 000007
【００５２】
以上のようにして、誤差推定時において逆起電力が発生していても、これを電圧誤差［Δｖδγ］に含めることにより、閾値ベクトル［ｖｔｈ］と判定時における電圧指令［ｖδγ４＊］とを比較した脱調の有無の判定は、電機子巻線の抵抗成分や、インバータのスイッチングの影響を受けにくい。
【００５３】
例えば、時刻ｔ５以降の電圧指令［ｖδγ＊］がほぼ一定となる状態で脱調の有無を判断してもよい。この場合には閾値ベクトル［ｖｔｈ］が（係数ｍを固定する限り）一定となる。
【００５４】
式（５）において係数ｍを第１項Ｒｃ［ｉδγ４］に乗じなかったのは、脱調の有無に依らず電動機には電流［ｉδγ４］が流れるからである。また第３項及び第４項に係数ｍを乗じなかったのは、上述の様にこれらを電圧誤差として扱っているからである。換言すれば、第３項と第４項とを電圧誤差として扱うためには係数ｍと速度指令ω＊の値ω１，ω４の間には所定の関係が満足されるべきである。
【００５５】
上記閾値ベクトル［ｖｔｈ］は、正常な運転時における第３電圧推定値［ｖδγ０＾］よりも小さくなければならない。つまり式（４）の値よりも式（５）の値の方が小さくなければならない。空隙磁束［λδγ］は平衡状態にあってその微分が十分に小さく、また磁束指令［λδγ＊］とほぼ等しいとみて式（６）が成立する。
【００５６】
【数６】
2017135869.tif 000008
【００５７】
つまり、上記係数ｍを導入して閾値ベクトル［ｖｔｈ］を決定し、速度指令ω＊が値ω４を採るときに脱調判定を行う場合、係数ｍに応じて式（６）を満足する値ω１を速度指令ω＊が採る時点を誤差推定時に設定することが、誤差推定時の成分ω１［Ｊ］［λδγ］を電圧誤差［Δｖδγ］に含めるために必要である。
【００５８】
なお、誤差推定が終了してからの速度指令ω＊の加速レートを、誤差推定が終了するまでの速度指令ω＊の加速レートよりも大きくすることにより、上記の値ω１を小さくしつつも、原速度指令ω＊＊へと速度指令ω＊が到達しやすくなる点で望ましい。
【００５９】
第１の実施の形態．
図２は、本実施の形態にかかる電動機制御装置１の構成及びその周辺装置を示すブロック図である。ここでは上述の基本的思想に基づいた動作と、基本的思想から派生する他の思想に基づいた動作を説明する。
【００６０】
電動機３は三相の同期電動機であって界磁を備える。技術的な常識として、電動機は電機子巻線を有し、界磁は電機子巻線と相対的に回転する。界磁は例えば界磁磁束を発生させる永久磁石で実現される。
【００６１】
電圧供給源２は例えば電圧制御型インバータ及びその制御部を備え、入力する直流電圧Ｖｄｃを、三相の電圧指令［ｖｘ＊］＝［ｖｕ＊  ｖｖ＊  ｖｗ＊］ｔに基づいて三相電圧ｖｕ，ｖｖ，ｖｗへ変換する。よって電圧供給源２はインバータ電源として把握される。直流電圧Ｖｄｃは、例えば公知の交流／直流変換装置（コンバータなど：不図示）によって商用電源電圧から得られる。
【００６２】
三相電圧ｖｕ，ｖｖ，ｖｗは電動機３に印加される。これにより、電動機３には三相電流［ｉｘ］＝［ｉｕ  ｉｖ  ｉｗ］ｔが流れる。但し、電圧指令［ｖｘ＊］や三相電流［ｉｘ］が有する成分は、例えばＵ相成分、Ｖ相成分、Ｗ相成分の順に記載されている。
【００６３】
電動機制御装置１は、電動機３の速度を制御する装置である。電動機制御装置１は、座標変換部１０１，１０４と、電圧指令計算部１０２と、積分器１０６と、判定部１０９と、加速レート変更部１１０とを備えている。
【００６４】
座標変換部１０１は、三相電流［ｉｘ］を、δ−γ回転座標系における電流［ｉδγ］に変換する。座標変換部１０４は、δ−γ回転座標系における電圧指令［ｖδγ＊］を電圧指令［ｖｘ＊］に変換する。これらの変換には電動機３についての固定座標系（例えばＵＶＷ固定座標系）に対するδ−γ回転座標系の回転角θが用いられる。これらの変換は周知の技術で実現されるので、ここではその詳細を省略する。
【００６５】
なお、電圧指令［ｖｘ＊］や三相電流［ｉｘ］は、三相のＵＶＷ固定座標系の他、いわゆるαβ固定座標系（例えばα軸はＵ相と同相に設定される）や他の回転座標系（例えばｄ−ｑ回転座標系）で表されていてもよい。座標変換部１０１，１０４はこれらの座標系に対応した変換を行う。電圧指令［ｖｘ＊］について採用される座標系は、電圧供給源２がどのような座標系に基づいて動作するかによって決定される。電圧供給源２と座標変換部１０４とは纏めて、電圧指令［ｖδγ＊］に基づいて電動機３に電圧ｖｕ，ｖｖ，ｖｗを印加する電動機駆動部と把握することができる。
【００６６】
但し電圧ｖｕ，ｖｖ，ｖｗは、電圧指令［ｖｘ＊］を理想的に反映する（具体的には両者の表現が、単に座標系の採用の仕方に過ぎない）とは限らない。たとえば電圧供給源２が電圧制御型インバータを備えるとき、電圧制御型インバータが備えるスイッチング素子にはいわゆるデッドタイムと称される非導通期間が設けられたり、スイッチング素子のオン抵抗並びにスイッチング時間も、電圧ｖｕ，ｖｖ，ｖｗに影響を与える。電圧指令［ｖｘ＊］を電圧指令［ｖｘ＊］、ひいては電圧指令［ｖδγ＊］のみを反映したものとするには、デッドタイムによる電圧誤差を推定または測定して補償（いわゆるデッドタイム補償）し、オン抵抗による電圧降下を推定または測定して補償し、スイッチング時間のばらつきを推定または測定して補償する必要がある。しかしながら「この発明の基本的思想」でも説明したように、比較されるのは電圧指令とその閾値とであるので、電圧ｖｕ，ｖｖ，ｖｗが電圧指令［ｖｘ＊］を理想的に反映するか否かに拘わらず、電動機の脱調等の異常が判定される。即ち本発明では上述の補償がなくても当該異常の判定が行われる。
【００６７】
積分器１０６は速度指令ω＊に基づいて回転角θを計算する。速度指令ω＊は、特許文献４に例示されるように、電流［ｉδγ］のγ軸成分ｉγの変動分を用いて補正してもよい。
【００６８】
電圧指令計算部１０２は電圧指令［ｖδγ＊］の他、「基本的思想」で述べた閾値ベクトル［ｖｔｈ］を出力する。判定部１０９は電圧指令［ｖδγ＊］と閾値ベクトル［ｖｔｈ］とを比較し、電動機に異常が、例えば脱調が発生しているか否かを示す判定信号Ｚを出力する。
【００６９】
図３は電圧指令計算部１０２の構成を示すブロック図である。電圧指令計算部１０２は、電圧誤差計算部１０２１、電圧誤差記憶部１０２３、電圧推定部１０２４、加算器１０２５、電圧指令出力制限部１０２６、乗算器１０２７、電圧指令生成部１０２８を備える。
【００７０】
電圧誤差計算部１０２１は電流［ｉδγ］、電圧指令［ｖδγ＊］、磁束指令［λδγ＊］、速度指令ω＊を入力し、誤差ベクトル［ｙ］を出力する。誤差ベクトル［ｙ］は電圧指令［ｖδγ＊］から電圧の推定値［ｖδγ＾］を減じたベクトル（［ｖδγ＊］−［ｖδγ＾］）である。誤差ベクトル［ｙ］は速度指令ω＊が値ω１を採るときに式（２）と一致する。
【００７１】
通常、抵抗成分Ｒのバラツキは、インバータのスイッチングによる電圧のバラツキよりも、電圧誤差に与える影響が小さい。よって抵抗成分Ｒとして設定値Ｒｃを用いて、推定値［ｖδγ＾］が誤差推定時（時刻ｔ１）において採る第１電圧推定値［ｖδγ１＾］を、式（７）で示すことができる。なお誤差推定時に電動機に流れる電流［ｉδγ１］を導入した。また式（６）を得る際に説明したように、誤差推定時でも判定時でも空隙磁束［λδγ］は磁束指令［λδγ＊］と等しいと近似し、誤差推定時や判定時の磁束指令［λδγ＊］は略一定に制御されてその微分は無視できるとした。
【００７２】
【数７】
2017135869.tif 000009
【００７３】
電圧誤差記憶部１０２３は信号ＥＮが活性化しているときの誤差ベクトル［ｙ］の値を記憶する。ここで信号ＥＮを、誤差推定時でのみ活性化させることにより、電圧誤差記憶部１０２３は誤差ベクトル［ｙ］を電圧誤差［Δｖδγ］として記憶することになる。かかる信号ＥＮの生成についてはこの発明には直接には拘わらないので、詳細な説明を省略する。
【００７４】
図４は電圧誤差計算部１０２１の構成を例示するブロック図である。電圧誤差計算部１０２１は乗算器１０２１ａ、行列演算器１０２１ｂ、加算器１０２１ｃ、減算器１０２１ｄを備える。乗算器１０２１ａには予め電圧誤差計算部１０２１に記憶されていた設定値Ｒｃと電流［ｉδγ］との積を出力する。乗算器１０２１ａの出力は時刻ｔ１においては式（７）の第１式の右辺第１項に一致する。
【００７５】
行列演算器１０２１ｂは磁束指令［λδγ＊］に対して行列［Ｊ］を用いた演算を行い、これに速度指令ω＊を乗じて出力する。行列演算器１０２１ｂの出力は時刻ｔ１においては式（７）の第１式の右辺第２項に一致する。
【００７６】
加算器１０２１ｃは乗算器１０２１ａの出力と、行列演算器１０２１ｂの出力との和を出力する。加算器１０２１ｃの出力は時刻ｔ１においては式（７）の第１式にいう第１電圧推定値［ｖδγ１＾］に一致する。
【００７７】
減算器１０２１ｄは電圧指令［ｖδγ＊］から加算器１０２１ｃの出力を引いて出力する。減算器１０２１ｄの出力は、時刻ｔ１において式（２）と一致する、誤差ベクトル［ｙ］である。
【００７８】
図３に戻り、電圧推定部１０２４は電流［ｉδγ］、磁束指令［λδγ＊］、速度指令ω＊を入力し、値Ｒｃ［ｉδγ］と、値（ｐ［Ｉ］＋ω＊［Ｊ］）［λδγ＊］とを出力する。これらの値は判定時たる時刻ｔ４において式（４）の最右辺のそれぞれ第１項及び第２項に一致する。
【００７９】
乗算器１０２７は値（ｐ［Ｉ］＋ω＊［Ｊ］）［λδγ＊］に対して係数ｍを乗算した結果（積）を出力する。この積と、値Ｒｃ［ｉδγ］と、電圧誤差［Δｖδγ］との和が加算器１０２５によって出力される。加算器１０２５の出力は、速度指令ω＊に応じて設定される閾値ベクトル［ｖｔｈ］である。電圧推定部１０２４、加算器１０２５、乗算器１０２７の纏まりは、閾値を設定する閾値設定部であると言える。
【００８０】
電圧指令生成部１０２８は電流［ｉδγ］と設定値Ｒｃとｄ軸インダクタンスＬｄ及びｑ軸インダクタンスＬｑを用い、公知の方法で位相φを求め、式（１）に基づいて電圧指令［ｖδγ＊］を求める。但し位相φは、例えば制御タイミングが一つ前の時点での電圧指令を採用して求めてもよい。
【００８１】
判定部１０９は、閾値ベクトル［ｖｔｈ］と電圧指令［ｖδγ＊］との比較、あるいは閾値ベクトル［ｖｔｈ］の振幅｜［ｖｔｈ］｜と電圧指令［ｖδγ＊］の振幅｜［ｖδγ＊］｜との比較、あるいは閾値ベクトル［ｖｔｈ］のγ軸成分と電圧指令［ｖδγ＊］のγ軸成分との比較を行って、判定信号Ｚを出力する。
【００８２】
加速レート変更部１１０は、原速度指令ω＊＊までの速度指令ω＊の加速レートを変更する。具体的には時刻ｔ２において速度指令ω＊の加速レートを高く変更する。
【００８３】
電圧指令出力制限部１０２６は判定信号Ｚと電圧指令［ｖδγ＊］とを入力する。判定信号Ｚが脱調を示すとき以外は、電圧指令出力制限部１０２６は電圧指令［ｖδγ＊］をそのまま出力する。判定信号Ｚが脱調を示すときには、電圧指令出力制限部１０２６は電圧指令［ｖδγ＊］に代えて停止指令Ｓを出力し、電圧供給源２の動作を停止する（リセットする）。これにより脱調の状態のままで電動機３を駆動することが回避できる。
【００８４】
さて、この発明の基本的思想についての説明では、成分［Δｖδγ’］と成分ω１［Ｊ］［λδγ］との和を電圧誤差［Δｖδγ］として取り扱っていた。かかる取り扱いを行うことが妥当な条件として式（６）が示された。これはつまり、式（６）が満足されている場合に、成分［Δｖδγ’］と成分ω１［Ｊ］［λδγ］との和を特許文献４と同様に電圧誤差［Δｖδγ］として扱え得ることを意味する。
【００８５】
よって本実施の形態に即して基本的思想を見直せば、式（６）が満足されていれば、特許文献４と同様に電圧誤差計算部１０２１を構成しても、逆起電力の影響を無視できることになる。具体的には電圧誤差計算部１０２１には、乗算器１０２１ａと、その出力を電圧指令［ｖδγ＊］から減じる減算器１０２１ｄを採用することができる。この場合、式（７）の右辺第２項は省略される。
【００８６】
他方、本実施の形態においても、空隙磁束［λδγ］は磁束指令［λδγ＊］と等しいと近似し、その微分は無視できるとするならば、電圧誤差計算部１０２１は電圧誤差［Δｖδγ］を求める誤差推定時における逆起電力の影響を排除できる。よって式（６）の条件を必要とせず、誤差推定時において逆起電力が発生していても、脱調の有無の判定は、電機子巻線の抵抗成分や、インバータのスイッチングの影響を受けにくい。
【００８７】
第２の実施の形態．
上述の様に、誤差推定時における速度指令ω＊の値ω１と、判定時における速度指令ω＊の値ω４との間に、式（５）で導入した係数ｍを用いた式（６）の関係があれば、逆起電力を無視して、特許文献４と同様にして誤差ベクトル［ｙ］を得ることができる。
【００８８】
式（２）から逆起電力の成分ω１［Ｊ］「λδγ」を無視すれば、式（１）に鑑みて電圧誤差［Δｖδγ］は電流［ｉδγ］と同相、若しくは逆相となる。また電流［ｉδγ］の振幅（大きさ）｜［ｉδγ］｜で電流［ｉδγ］を除すことにより、電流［ｉδγ］と同相の単位ベクトルが得られる。よって式（６）が満足されていることを前提として、式（８）が導かれる。但し誤差推定時における電流［ｉδγ］を値［ｉδγ１］で表した。
【００８９】
【数８】
2017135869.tif 000010
【００９０】
図５は、式（８）に則って誤差ベクトル［ｙ］を求める、電圧誤差計算部１０２１の構成を例示するブロック図である。
【００９１】
電圧誤差計算部１０２１は、図４に示された乗算器１０２１ａ、減算器１０２１ｄの他、振幅取得部１０２１ｇ，１０２１ｈ、乗算器１０２１ｆ、除算器１０２１ｅを備える。
【００９２】
振幅取得部１０２１ｇは電流［ｉδγ］を入力し、その大きさたる振幅｜［ｉδγ］｜を出力する。乗算器１０２１ａは設定値Ｒｃと振幅｜［ｉδγ］｜とを入力し、両者の積を出力する。振幅取得部１０２１ｈは電圧指令［ｖδγ＊］を入力し、その大きさたる振幅｜［ｖδγ＊］｜を出力する。減算器１０２１ｄは乗算器１０２１ａから得られた積を振幅｜［ｖδγ＊］｜から減じて電圧誤差の大きさ（以下「電圧誤差量」と仮称）Δｖδγ０を得る。電圧誤差量Δｖδγ０は誤差推定時において式（８）の第２式と一致する。除算器１０２１ｅは電圧誤差量Δｖδγ０を被除数とし、振幅｜［ｖδγ＊］｜を除数とする商を得る。乗算器１０２１ｆは、当該商と電流［ｉδγ］との積を採って誤差ベクトル［ｙ］を出力する。
【００９３】
このように構成された電圧誤差計算部１０２１を用いて得られた誤差ベクトル［ｙ］は、誤差推定時において、式（８）に則った電圧誤差［Δｖδγ］と一致することは明白である。
【００９４】
よって本実施の形態においても、電圧誤差［Δｖδγ］を用いて第１の実施の形態において基本的思想を採用した場合と同様に、脱調の有無を判定することができる。
【００９５】
なお、電流［ｉδγ］の誤差推定時における値［ｉδγ１］と、判定時における値［ｉδγ４］とは異なり得る。本実施の形態では式（８）で示されるように、電圧誤差［Δｖδγ］の位相として、判定時における値［ｉδγ１］の位相と同相（電圧誤差量Δｖδγ０が正のとき）又は逆相（電圧誤差量Δｖδγ０が負のとき）を採用する。これは換言すれば、電圧誤差［Δｖδγ］は、位相が不定であって電圧誤差量Δｖδγ０の大きさを持つ電圧誤差を、判定時における値［ｉδγ１］の位相で補正して得たと把握することができる。
【００９６】
このような補正により、判定時において電動機に流れる電流の位相を考慮した電圧誤差［Δｖδγ］、引いては閾値ベクトル［ｖｔｈ］を得ることができ、第１の実施の形態において基本的思想を採用した場合よりも、本実施の形態の方が適切に脱調の有無を判定することができる。
【００９７】
第３の実施の形態．
電圧誤差［Δｖδγ］、引いては電圧誤差量Δｖδγ０は、第２の実施の形態で述べたように、インバータのスイッチングによる影響が大きい。そして当該スイッチングによる影響はインバータに入力する直流電圧Ｖｄｃに依存する。抵抗成分Ｒのバラツキを無視すれば、電圧誤差量Δｖδγ０は直流電圧Ｖｄｃに比例して大きくなる。
【００９８】
よって電圧誤差量Δｖδγ０は、直流電圧Ｖｄｃに基づいて補正することが望ましい。具体的には、直流電圧Ｖｄｃが誤差推定時において値Ｖｄｃ０を採り、判定時には値Ｖｄｃ１を採ると表現して、次式（９）で補正後の電圧誤差量Δｖδγ１を求める。
【００９９】
【数９】
2017135869.tif 000011
【０１００】
この場合、次式（１０）で電圧誤差［Δｖδγ］を採用する。
【０１０１】
【数１０】
2017135869.tif 000012
【０１０２】
このような補正は、電圧比Ｖｄｃ１／Ｖｄｃ０を乗算する処理として把握される。よってかかる補正は第１の実施の形態及び第２の実施の形態のいずれにおいても適用可能であり、例えば誤差ベクトル［ｙ］に対して、電圧比Ｖｄｃ１／Ｖｄｃ０を乗算する処理を行えばよい。
【０１０３】
あるいは第２の実施の形態に即して言えば、減算器１０２１ｄから除算器１０２１ｅを経由して乗算器１０２１ｆに至る経路における値に対して、電圧比Ｖｄｃ１／Ｖｄｃ０を乗算する処理を行えばよい。
【０１０４】
本実施の形態では直流電圧Ｖｄｃの変動を考慮した閾値ベクトル［ｖｔｈ］を得ることができる。よって、第１の実施の形態や第２の実施の形態よりも適切に脱調の有無を判定することができる。
【０１０５】
変形.
誤差推定時においては、電圧指令［ｖδγ＊］や電流［ｉδγ］が安定していることが望ましい。よって例えば電圧供給源２から電動機３に対して回転磁界を発生させる電圧が印加された後、電動機３の電機子巻線の時定数（電機子巻線のインダクタンス成分の抵抗成分に対する比）以上が経過してから、誤差推定時が設定されることが望ましい。あるいは電動機制御装置１に動作電源が供給されてから上記の時定数以上が経過してから、誤差推定時が設定されることが望ましい。
【０１０６】
電圧指令計算部１０２で実行される計算において、諸量として低域濾波される値を用いることができる。この低域濾波の時定数τを用いると、一般に、インディシャル応答において低域濾波の出力が値ｋ（０≦ｋ≦１）となるのは、低域濾波の入力が値０から立ち上がった後、Ｔ＝−τ・ｌｏｇ（１−ｋ）の時間が経過した時点となる（対数は自然対数を採用する）。よって値ｋを設定して時間Ｔを決定し、この時間Ｔを上記の電機子巻線の時定数に代えて誤差推定時を設定することもできる。
【０１０７】
時刻ｔ０から時刻ｔ５までの間における速度指令ω＊の上昇率を一定としてもよい。この場合、「低加速期間」「高加速期間」の区別はない。
【０１０８】
時刻ｔ０において、速度指令ω＊をステップ状に増加させ、その後に速度指令ω＊を所定の上昇率で上昇させてもよい。
【０１０９】
空隙磁束［λδγ］が磁束指令［λδγ＊］に追従することに鑑みれば、上記の実施の形態における計算や処理において、空隙磁束［λδγ］を磁束指令［λδγ＊］に代替して採用することができる。また、位相φは上述のように公知の手法で求められることに鑑みれば、空隙磁束［λδγ］は式（１）から推定可能であるので、磁束指令［λδγ＊］に代替して採用される空隙磁束［λδγ］として、その推定値を用いてもよい。
【０１１０】
一次磁束制御では電圧指令［ｖδγ＊］を求める際に磁束指令［λδγ＊］を用いるが、電流制御によって電流振幅を一定に制御して同期運転を行うこともできる。後者の場合、電圧指令［ｖδγ＊］を求める際に磁束指令［λδγ＊］を必要とはしない。この場合には電圧指令生成部１０２８には磁束指令［λδγ＊］を入力する必要はない。
【０１１１】
上記の種々の実施の形態及び変形は、互いの機能を損なわない限り、適宜に組み合わせることができる。
【０１１２】
上記のブロック図は模式的であり、各部はハードウェアで構成することもできるし、ソフトウェアによって機能が実現されるマイクロコンピュータ（記憶装置を含む）で構成してもよい。各部で実行される各種手順、あるいは実現される各種手段又は各種機能の一部又は全部をハードウェアで実現しても構わない。
【０１１３】
マイクロコンピュータは、プログラムに記述された各処理ステップ（換言すれば手順）を実行する。上記記憶装置は、例えばＲＯＭ(Read Only Memory)、ＲＡＭ(Random Access Memory)、書き換え可能な不揮発性メモリ（ＥＰＲＯＭ(Erasable Programmable ROM)等）、ハードディスク装置などの各種記憶装置の１つ又は複数で構成可能である。当該記憶装置は、各種の情報やデータ等を格納し、またマイクロコンピュータが実行するプログラムを格納し、また、プログラムを実行するための作業領域を提供する。なお、マイクロコンピュータは、プログラムに記述された各処理ステップに対応する各種手段として機能するとも把握でき、あるいは、各処理ステップに対応する各種機能を実現するとも把握できる。
【符号の説明】
【０１１４】
１  電動機制御装置
２  電圧供給源
３  同期電動機
１０９  判定部
１０２１  電圧誤差計算部
１０２４  電圧推定部
１０２５  加算器
１０２６  電圧指令出力制限部
１０２７  乗算器
１０２８  電圧指令生成部
【図１】
2017135869.tif 000013
【図２】
2017135869.tif 000014
【図３】
2017135869.tif 000015
【図４】
2017135869.tif 000016
【図５】
2017135869.tif 000017