(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置または速度センサを用いずに同期電動機の磁束位置の推定位置に基づき電動機電流を磁束成分とトルク成分とに分離し、それぞれを独立に制御することによって同期電動機の高性能な制御性能を実現する交流電動機のセンサレス制御装置において、
電動機の推定磁束軸に高周波信号を重畳する高周波発生器と、
主磁束による磁気飽和あるいは高周波による表皮効果とにより生じる高周波領域における電動機物理量の磁気突極性に基づいて得られる磁束位置の誤差信号を、前記高周波信号と同じ周波数成分の電圧あるいは電流検出信号から抽出する高周波成分抽出器と、
電動機入力電圧ベクトル、検出電流ベクトルおよび電動機パラメータとから電流ベクトルと磁束ベクトルとを推定する磁束観測器と、
前記高周波成分抽出器の出力信号と前記検出電流ベクトルと前記推定電流ベクトルと前記推定磁束ベクトルとを入力し、第１の位置誤差信号と第２の位置誤差信号を演算するハイブリット器と、
前記第１の位置誤差信号と第２の位置誤差信号を入力とし速度を推定する速度推定器と、
を備えたことを特徴とする交流電動機のセンサレス制御装置。
【請求項２】
磁束レベルの調整と高周波領域における電動機物理量の磁気突極性の調整と効率の調整とを目的とする磁束調整器と、
前記推定磁束ベクトルから磁束量を演算する磁束量演算器と、
前記推定磁束ベクトルから磁束の位相角を演算する磁束位置演算器と、
前記磁束量、前記推定速度および前記位相角において生ずる推定誤差を補正する推定誤差補正器と、
前記磁束の位相角を用いて検出電流を磁束方向分とトルク分に分離しそれぞれを帰還して前記磁束方向分とトルク分の電流指令値と比較して各々の偏差がゼロになるように電流制御を実施する電流制御器と、
前記推定速度を指令速度と比較してその偏差をゼロにするように速度制御を実施しトルク指令値あるいはトルク指令に相当する電流指令値を出力する速度制御器と、
起動時前に初期磁極位置を推定する初期磁極位置推定器と、
を備えたことを特徴とする請求項１記載の交流電動機のセンサレス制御装置。
【請求項３】
前記高周波発生器は、磁束の回転速度あるいは回転子速度に応じて重畳する高周波信号を調整する装置を備えたことを特徴とする請求項１記載の交流電動機のセンサレス制御装置。
【請求項４】
前記磁束観測器は、磁束の周波数あるいは速度に応じて前記高周波信号を電動機入力電圧から除去する機能を備えたことを特徴とする請求項１記載の交流電動機のセンサレス制御装置。
【請求項５】
前記高周波成分抽出器において得られる磁束位置の誤差信号が、重畳した高周波領域のインピーダンスあるいはアドミッタンスに基づくことを特徴とする請求項１記載の交流電動機のセンサレス制御装置。
【請求項６】
前記ハイブリット器は、
磁束の周波数に基づき、前記磁束ベクトルの通過量を調整する第１の適応調整器と、
検出電流ベクトルと推定電流ベクトルとの差分ベクトルを演算し、磁束の周波数に基づき、前記差分ベクトルの通過量を調整する第２の適応調整器と、
第１の適応調整器出力と第２の適応調整器出力との外積により第１の位置誤差信号を演算する外積演算器と、
磁束の周波数に基づき、前記高周波成分抽出器の出力信号の通過量を調整し、第２の位置誤差信号を演算する第３の適応調整器と
を備えることを特徴とする請求項１記載の交流電動機のセンサレス制御装置。
【請求項７】
前記速度推定器は、前記ハイブリット器の出力値である前記第１の位置誤差信号と第２の位置誤差信号とをゼロにするように適応的に速度を推定することを特徴とする請求項１記載の交流電動機のセンサレス制御装置。
【請求項８】
前記磁束調整器は、電動機の特性すなわち高周波領域における電動機物理量の磁気突極性を維持できるところ、および高効率になるところに磁束レベルを調整し、前記推定誤差補正器は、高周波における磁気突極性が低下した場合に生ずる前記磁束量、前記推定速度および前記位相角の誤差を補正することを特徴とする請求項２記載の交流電動機のセンサレス制御装置。
【請求項９】
前記電流制御器は、前記重畳する高周波信号が電圧の場合には帰還される電流から重畳高周波成分を除去する機能を備え、前記重畳する高周波信号が電流の場合には制御器の応答周波数が重畳周波数成分より高く設定されることを特徴とする請求項２記載の交流電動機のセンサレス制御装置。
【請求項１０】
前記初期磁極位置推定器は、前記重畳高周波の２のＮ乗倍（Ｎ＝−１、１、２、３、…、ｎ）の高調波のうち少なくとも一つの周波数を抽出する信号処理部を備え、磁極のＮ極かＳ極かを判別することを特徴とする請求項２記載の交流電動機のセンサレス制御装置。
【請求項１１】
位置および速度センサを用いずに同期電動機の磁束位置の推定位置に基づき電動機電流を磁束成分とトルク成分とに分離し、それぞれを独立に制御することによって同期電動機の高性能な制御性能を実現する交流電動機のセンサレス制御方法において、
電動機の推定磁束軸に高周波信号を重畳するステップと、
主磁束による磁気飽和あるいは高周波による表皮効果とにより生じる高周波領域における電動機物理量の磁気突極性に基づいて得られる磁束位置の誤差信号を、前記高周波信号と同じ周波数成分の電圧あるいは電流検出信号から抽出するステップと、
電動機入力電圧ベクトル、検出電流ベクトルおよび電動機パラメータとから電流ベクトルと磁束ベクトルとを推定するステップと、
前記抽出された高周波信号と前記検出電流ベクトルと前記推定電流ベクトルと前記推定磁束ベクトルとを入力し、第１の位置誤差信号と第２の位置誤差信号を演算するステップと、
前記第１の位置誤差信号と第２の位置誤差信号を入力とし速度を推定するステップと、
を備えたことを特徴とする交流電動機のセンサレス制御方法。
【請求項１２】
高周波領域における電動機物理量の磁気突極性を維持し高効率を維持するために磁束を調整するステップと、
前記推定磁束ベクトルから磁束量を演算するステップと、
前記推定磁束ベクトルから磁束の位相角を演算するステップと、
前記磁束量、前記推定速度および前記位相角において生ずる推定誤差を補正するステップと、
前記磁束の位相角を用いて検出電流を磁束方向分とトルク分に分離しそれぞれを帰還して前記磁束方向分とトルク分の電流指令値と比較して各々の偏差がゼロになるように電流制御を実施するステップと、
推定された速度を指令速度と比較してその偏差をゼロにするように速度制御を実施しトルク指令値、あるいはトルク指令に相当する電流指令値を出力するステップと、
起動時前に磁極のＮ極かＳ極かを判別する初期磁極推定ステップと、
を備えたことを特徴とする請求項１１記載の交流電動機のセンサレス制御方法。
【請求項１３】
前記第１の位置誤差信号と第２の位置誤差信号を演算するステップは、
磁束の周波数に基づき、前記磁束ベクトルの通過量を調整する第１の適応調整ステップと、
検出電流ベクトルと推定電流ベクトルとの差分ベクトルを演算し、磁束の周波数に基づき、前記差分ベクトルの通過量を調整する第２の適応調整ステップと、
第１の適応調整値と第２の適応調整値との外積により第１の位置誤差信号を演算する外積演算ステップと、
磁束の周波数に基づき、前記高周波成分抽出信号の通過量を調整し、第２の位置誤差信号を演算する第３の適応調整ステップと
を備えることを特徴とする請求項１１記載の交流電動機のセンサレス制御方法。
【請求項１４】
前記高周波を重畳するステップは、出力周波数あるいは速度に応じて重畳する高周波信号を調整するステップを備えたことを特徴とする請求項１１記載の交流電動機のセンサレス制御方法。
【請求項１５】
前記磁束を調整するステップは、ゼロ速度とゼロ周波数を含む極低速時に、電動機の固有の特性に応じて磁束位置検出が可能な程度の電動機物理量の磁気突極性を得るように磁束の大きさを調整し、また、負荷によって生ずる磁束位置の誤差は高周波を重畳する磁束位置で調整するものであり、その調整ステップは推定誤差と固定子（一次）電流あるいは指令電流によって調整することを特徴する請求項１２記載の交流電動機のセンサレス制御方法。
【請求項１６】
前記初期磁極推定ステップは、重畳高周波の２のＮ乗倍（Ｎ＝−１、１、２、３、…、ｎ）の高調波のうち少なくとも一つの周波数を抽出する信号処理部を備え、磁極のＮ極かＳ極かを判別することを特徴とする請求項１２記載の交流電動機のセンサレス制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、同期電動機や誘導電動機などの交流電動機の位置および速度センサを用いずにゼロ速度，ゼロ出力周波数領域を含むすべての駆動範囲において、安定なトルク、速度、位置制御を実現するセンサレス制御方法およびその制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来，速度センサが取り付けられない環境下あるいは、制御システムの低コスト化の目的において、速度センサレス制御が様々な用途に使われている。現在，高速応答性の必要のない用途においては、Ｖ／Ｆ制御が採用されているが、高速応答性を必要とする用途にはセンサレスベクトル制御が使われる。センサレスベクトル制御は、位置および速度センサを用いずに速度を推定し、センサ付制御と同様にトルク、速度制御を実現する制御である。同期電動機等の速度推定方法としては、回転に応じて発生する誘起電圧を利用するもの（誘起電圧法）が主として採用されている。誘起電圧法の他に状態観測器を用いる方法がある「Lang, U.S. Pat. No. 5,296,793, issued March. 22, 1994」。その手法は、同期電動機の相電圧と相電流を検出し、電動機の電気機械方程式に基づく数式モデルで構成された状態観測器に入力し、同期電動機の回転子の位相角を推定するものであった。また、ブラシレスDCモータの電圧・電流方程式に基づくセンサレス制御が、「Matsui 他, “Sensorless operation of brushless DC motor drives,” Proc. IEEE International Conference on Industrial Electronics, Control, and Instrumentation, vol.2, pp. 739-744, 1993」で報告されている。しかしながら、これらの手法は電動機モデルで構成されているため、電動機パラメータの変動に対して感度が高く、電圧誤差に対して制御劣化を起こすといった問題があった。そのため、特に誘起電圧が低いゼロ速度を含む極低速領域での速度推定は不可能であった。
【０００３】
ゼロ速度を含む極低速での速度推定する場合は、電動機の磁気突極性を利用する方法がある。電動機の出力周波数以外の周波数成分を持つ電圧あるいは電流信号を電動機に印加して、磁気突極性による固定子巻線のインダクタンスあるいはインピーダンスの変化を観測して位置および速度を検出するものである。
この一つの方法に、「Ogasawara 他, “Implementation and position control performance of a position sensorless IPM motor drive system based on magnetic saliency,” IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 34, pp. 806-812, Jul./Aug. 1998.」がある。この手法は、電圧信号を用いて短いサンプリング時間でインダクタンスを検出するため、パラメータ変動や観測ノイズに影響を受けやすいという問題がある。別の手法として、電動機の回転数に同期して回転する高周波信号を用いて、磁束位置を観測する「Jansen 他, “Transducerless position and velocity estimation in induction and salient AC machines,” IEEE Trans. Ind. Appl., vol.31, pp.240-247, Mar/Apr. 1995.」 がある。しかしながら電動機の回転数に同期して回転する高周波信号を用いるために動特性が制限されることになる。その他、誘導電動機に高周波を重畳して速度推定をする方法として、「Ha 他，Sensorless field-orientation control of an induction machine by high-frequency signal injection, ” IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 35, pp.45-51, Jan/Feb. 1999.」があって、この手法は同期電動機にも適用できる。リラクタンスモータに適用した例として、「Ha 他，Position-controlled synchronous reluctance motor without any rotational, ” IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 35, pp. 1393-1398, Nov./Dec. 1999.」 があり、永久磁石内部埋込形電動機に適用したものとして、「Ha 他，Sensorless position control and initial position estimation of an interior permanent magnet, ” Proc. IEEE Industry. Applications Conference, 2001.」がある。この手法は、高周波を重畳して電動機の一次電圧と電流から磁束の位置を推定するものである。重畳する信号は出力周波数と同期して回転する磁束軸上に重畳されるもので、先に示した電動機の回転数に同期して回転する高周波信号とは異なる方法であって、重畳周波数はインバータ出力周波数とは独立した周波数である。磁束位置の推定は、磁気突極性を生じた高周波インピーダンスを抽出することにより可能となる。磁束軸に高周波を重畳したために比較的トルクリップルが少なくなり、騒音も低減される。本手法によって、ゼロ速度、ゼロ出力周波数でトルク、速度、および、位置制御を実現できる。
【０００４】
また、誘導電動機の速度推定とベクトル制御方法の例としては、「Schauder, U.S. Pat. No. 4,862,054, issued Aug. 29, 1989」がある。そこでは、電動機の電気回路方程式に基づく２つの規範モデルを搭載している。一つは電動機の一次側方程式に基づく電圧モデル、もう一つは二次側方程式に基づく電流モデルである。各々のモデルは直交座標系において構成されている。速度推定は、各々のモデルから計算された二つの磁束の偏差がゼロになるようにＰＩ制御器を用いて適応的に推定している。また、磁束観測器（磁束オブザーバ）を用いて、速度を適応的に推定する手法が、「Kubota et al. , “Speed Sensorless Field Oriented Control of Induction Motor with Rotor Resistance Adaptation,” IEEE Trans. on Ind. Appl., Vol. 30, No. 5, pp. 1219-1224, Sep./Oct. 1994,」にて報告されている。この文献においては、磁束推定と同時にオブザーバのトルク誤差に相当するオブザーバとシステムとの出力誤差と磁束推定値との外積値をゼロにするように適応的に速度を推定する手法が提案されている。
しかしながら、これらの手法は電動機モデルで構成されているため、電動機パラメータの変動に対して感度が高く、電圧誤差に対して制御劣化を起こすといった問題があった。特に、ゼロ速度、ゼロ出力周波領域では不安定になりやすかった。センサレス制御の安定問題についての調査が「Harnefors, “Instability Phenomena and Remedies in Sensorless Indirect Field Oriented Control,” IEEE Trans. on Power Elec., Vol. 15, No. 4, pp. 733-743, July, 2000」、と「Sugimoto et al., “A Consideration about Stability of Vector Controlled Induction Motor Systems Using Adaptive Secondary Flux Observer,” Trans. of IEE Japan, Vol. 119-10, No. 10, pp.1212-1222, 1999.」 において報告されている。
【０００５】
このゼロ速度、ゼロ出力周波数領域でのセンサレス制御の課題を解決する一つの方法が、「Sul et al., “Sensorless Field Orientation Control Method of an Induction Machine by High Frequency Signal Injection,” U.S. Pat. No. 5,886,498, issued Mar. 23, 1999.」 にて提案されている。そこでは、同期電動機の場合と同様に、高周波を重畳して電動機の一次電圧と電流から二次磁束の位置を推定するものである。重畳する信号は出力周波数と同期して回転する磁束軸上に重畳されるもので、重畳周波数は出力周波数とは独立した周波数である。磁束位置の推定は、磁気的に突極性を生じた高周波インピーダンスを抽出することにより可能となる。その磁気突極性の原理については、「Ha et al., “Physical understanding of high frequency injection method to sensorless drives of an induction machine,” Proc. IEEE Industry Applications Conference, Vol. 3, pp. 1802-1808, 2000.」 において調査されており、そこでは、有限要素法により高周波重畳によって引き起こされる物理現象について解説し、さらにゼロ速度、ゼロ出力周波で、安定なセンサレス制御方法を提案している。なお、ここで磁気突極性とは、磁束方向や回転子位置によってインダクタンスが異なる性質を言う。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、その手法にも次のような問題点が存在する。一つは基本電圧に対して高周波を重畳しているため電圧が制限されるところでは使用できない、すなわち、制御領域が制限されることである。もう一つには誘起電圧に基づく電動機モデルとは異なる近似された高周波モデルを基本とする磁束位置推定方法であるために、高周波を重畳することによる電圧誤差やノイズといったトルク振動要素を生じる問題がある。
【０００７】
そこで、本発明は、高周波を重畳しても電圧誤差やノイズといったトルク振動要素を生じることが無く、ゼロ速度，ゼロ出力周波数領域を含むすべての駆動範囲において、安定なトルク、速度、位置制御を実現する交流電動機のセンサレス制御装置および制御方法を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、交流電動機のセンサレス制御装置に係り、位置または速度センサを用いずに同期電動機の磁束位置の推定位置に基づき電動機電流を磁束成分とトルク成分とに分離し、それぞれを独立に制御することによって同期電動機の高性能な制御性能を実現する交流電動機のセンサレス制御装置において、電動機の推定磁束軸に高周波信号を重畳する高周波発生器と、主磁束による磁気飽和あるいは高周波による表皮効果とにより生じる高周波領域における電動機物理量の磁気突極性に基づいて得られる磁束位置の誤差信号を、前記高周波信号と同じ周波数成分の電圧あるいは電流検出信号から抽出する高周波成分抽出器と、電動機入力電圧ベクトル、検出電流ベクトルおよび電動機パラメータとから電流ベクトルと磁束ベクトルとを推定する磁束観測器と、前記高周波成分抽出器の出力信号と前記検出電流ベクトルと前記推定電流ベクトルと前記推定磁束ベクトルとを入力し、第１の位置誤差信号と第２の位置誤差信号を演算するハイブリット器と、前記第１の位置誤差信号と第２の位置誤差信号を入力とし速度を推定する速度推定器と、を備えたことを特徴としている。
また、請求項２に記載の発明は、請求項１記載の交流電動機のセンサレス制御装置において、磁束レベルの調整と高周波領域における電動機物理量の磁気突極性の調整と効率の調整とを目的とする磁束調整器と、前記推定磁束ベクトルから磁束量を演算する磁束量演算器と、前記推定磁束ベクトルから磁束の位相角を演算する磁束位置演算器と、前記磁束量、前記推定速度および前記位相角において生ずる推定誤差を補正する推定誤差補正器と、前記磁束の位相角を用いて検出電流を磁束方向分とトルク分に分離しそれぞれを帰還して前記磁束方向分とトルク分の電流指令値と比較して各々の偏差がゼロになるように電流制御を実施する電流制御器と、前記推定速度を指令速度と比較してその偏差をゼロにするように速度制御を実施しトルク指令値あるいはトルク指令に相当する電流指令値を出力する速度制御器と、起動時前に初期磁極位置を推定する初期磁極位置推定器と、を備えたことを特徴としている。
また、請求項３に記載の発明は、請求項１記載の交流電動機のセンサレス制御装置において、前記高周波発生器が、磁束の回転速度あるいは回転子速度に応じて重畳する高周波信号を調整する装置を備えたことを特徴としている。
また、請求項４に記載の発明は、請求項１記載の交流電動機のセンサレス制御装置において、前記磁束観測器が、磁束の周波数あるいは速度に応じて前記高周波信号を電動機入力電圧から除去する機能を備えたことを特徴としている。
また、請求項５に記載の発明は、請求項１記載の交流電動機のセンサレス制御装置において、前記高周波成分抽出器において得られる磁束位置の誤差信号が、重畳した高周波領域のインピーダンスあるいはアドミッタンスに基づくことを特徴としている。
また、請求項６に記載の発明は、請求項１記載の交流電動機のセンサレス制御装置において、 前記ハイブリット器が、磁束の周波数に基づき、前記磁束ベクトルの通過量を調整する第１の適応調整器と、検出電流ベクトルと推定電流ベクトルとの差分ベクトルを演算し、磁束の周波数に基づき、前記差分ベクトルの通過量を調整する第２の適応調整器と、第１の適応調整器出力と第２の適応調整器出力との外積により第１の位置誤差信号を演算する外積演算器と、磁束の周波数に基づき、前記高周波成分抽出器の出力信号の通過量を調整し、第２の位置誤差信号を演算する第３の適応調整器とを備えることを特徴としている。
また、請求項７に記載の発明は、請求項１記載の交流電動機のセンサレス制御装置において、前記速度推定器が、前記ハイブリット器の出力値である前記第１の位置誤差信号と第２の位置誤差信号とをゼロにするように適応的に速度を推定することを特徴としている。
また、請求項８に記載の発明は、請求項２記載の交流電動機のセンサレス制御装置において、前記磁束調整器が、電動機の特性すなわち高周波領域における電動機物理量の磁気突極性を維持できるところ、および高効率になるところに磁束レベルを調整し、前記推定誤差補正器が、高周波における磁気突極性が低下した場合に生ずる前記磁束量、前記推定速度および前記位相角の誤差を補正することを特徴としている。
また、請求項９に記載の発明は、請求項２記載の交流電動機のセンサレス制御装置において、前記電流制御器が、前記重畳する高周波信号が電圧の場合には帰還される電流から重畳高周波成分を除去する機能を備え、前記重畳する高周波信号が電流の場合には制御器の応答周波数が重畳周波数成分より高く設定されることを特徴としている。
また、請求項１０に記載の発明は、請求項２記載の交流電動機のセンサレス制御装置において、前記初期磁極位置推定器が、前記重畳高周波の２のＮ乗倍（Ｎ＝−１、１、２、３、…、ｎ）の高調波のうち少なくとも一つの周波数を抽出する信号処理部を備え、磁極のＮ極かＳ極かを判別することを特徴としている。
【０００９】
また、請求項１１に記載の発明は、交流電動機のセンサレス制御方法に係り、位置および速度センサを用いずに同期電動機の磁束位置の推定位置に基づき電動機電流を磁束成分とトルク成分とに分離し、それぞれを独立に制御することによって同期電動機の高性能な制御性能を実現する交流電動機のセンサレス制御方法において、電動機の推定磁束軸に高周波信号を重畳するステップと、主磁束による磁気飽和あるいは高周波による表皮効果とにより生じる高周波領域における電動機物理量の磁気突極性に基づいて得られる磁束位置の誤差信号を、前記高周波信号と同じ周波数成分の電圧あるいは電流検出信号から抽出するステップと、電動機入力電圧ベクトル、検出電流ベクトルおよび電動機パラメータとから電流ベクトルと磁束ベクトルとを推定するステップと、前記抽出された高周波信号と前記検出電流ベクトルと前記推定電流ベクトルと前記推定磁束ベクトルとを入力し、第１の位置誤差信号と第２の位置誤差信号を演算するステップと、前記第１の位置誤差信号と第２の位置誤差信号を入力とし速度を推定するステップと、を備えたことを特徴としている。
また、請求項１２に記載の発明は、請求項１１記載の交流電動機のセンサレス制御方法において、高周波領域における電動機物理量の磁気突極性を維持し高効率を維持するために磁束を調整するステップと、前記推定磁束ベクトルから磁束量を演算するステップと、前記推定磁束ベクトルから磁束の位相角を演算するステップと、前記磁束量、前記推定速度および前記位相角において生ずる推定誤差を補正するステップと、前記磁束の位相角を用いて検出電流を磁束方向分とトルク分に分離しそれぞれを帰還して前記磁束方向分とトルク分の電流指令値と比較して各々の偏差がゼロになるように電流制御を実施するステップと、推定された速度を指令速度と比較してその偏差をゼロにするように速度制御を実施しトルク指令値、あるいはトルク指令に相当する電流指令値を出力するステップと、起動時前に磁極のＮ極かＳ極かを判別する初期磁極推定ステップとを備えたことを特徴としている。
また、請求項１３に記載の発明は、請求項１１記載の交流電動機のセンサレス制御方法において、前記第１の位置誤差信号と第２の位置誤差信号を演算するステップが、磁束の周波数に基づき、前記磁束ベクトルの通過量を調整する第１の適応調整ステップと、検出電流ベクトルと推定電流ベクトルとの差分ベクトルを演算し、磁束の周波数に基づき、前記差分ベクトルの通過量を調整する第２の適応調整ステップと、第１の適応調整値と第２の適応調整値との外積により第１の位置誤差信号を演算する外積演算ステップと、磁束の周波数に基づき、前記高周波成分抽出信号の通過量を調整し、第２の位置誤差信号を演算する第３の適応調整ステップとを備えることを特徴としている。
また、請求項１４に記載の発明は、請求項１１記載の交流電動機のセンサレス制御方法において、前記高周波を重畳するステップが、出力周波数あるいは速度に応じて重畳する高周波信号を調整するステップを備えたことを特徴としている。
また、請求項１５に記載の発明は、請求項１２記載の交流電動機のセンサレス制御方法において、前記磁束を調整するステップが、ゼロ速度とゼロ周波数を含む極低速時に、電動機の固有の特性に応じて磁束位置検出が可能な程度の電動機物理量の磁気突極性を得るように磁束の大きさを調整し、また、負荷によって生ずる磁束位置の誤差は高周波を重畳する磁束位置で調整するものであり、その調整ステップは推定誤差と固定子（一次）電流あるいは指令電流によって調整することを特徴する。
また、請求項１６に記載の発明は、請求項１２記載の交流電動機のセンサレス制御方法において、前記初期磁極推定ステップが、重畳高周波の２のＮ乗倍（Ｎ＝−１、１、２、３、…、ｎ）の高調波のうち少なくとも一つの周波数を抽出する信号処理部を備え、磁極のＮ極かＳ極かを判別することを特徴としている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の第１の実施の形態について図面を参照し説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態に係る交流電動機のセンサレス制御装置の構成図である。
図２は図１に示す磁束オブザーバの詳細を示す図である。
図３は図１に示す高周波成分抽出器の詳細を示す図である。
図４は図１に示すハイブリッド器と速度推定器の詳細を示す図である。
図５は図１に示す高周波発生器と磁束調整器の詳細を示す図である。
図６は図１に示す交流電動機の高周波領域におけるインピーダンスと運転周波数の関係を示す図である。
図７は図１に示す交流電動機の高周波領域におけるインピーダンスと負荷の関係を示す図である。
図１に示すセンサレス制御装置は高周波電圧信号を重畳する方式であり、高周波電流信号を重畳する方式については後述する。
また、図１に示す制御ブロックは電圧型インバータ102を用いて電動機を駆動するようにデジタル演算によって実現できる。また、アナログ回路、あるいはアナログ回路とデジタル回路の併用によっても実現できる。
【００１３】
図１において、センサレス制御装置100は、高周波発生器と磁束調整器110を有しており、高周波発生器は電動機の推定磁束軸に高周波信号を重畳するものである。磁束調整器は、高周波領域における電動機物理量の磁気突極性を調整し、磁束推定誤差を補償するために磁束指令を調整する。また、負荷によって生じる磁束位置の誤差を、高周波を重畳する磁束位置で調整するものである。
磁束オブザーバ120は、電動機入力電圧、検出電流、速度推定値から磁束の大きさと位置を推定する。
高周波成分抽出器130は、主磁束による磁気飽和、あるいは高周波による表皮効果とにより生じる高周波領域における電動機物理量の磁気突極性に基づいて得られる磁束位置の誤差信号を高周波信号と同じ周波数成分の電圧、あるいは電流検出信号から抽出する。回転子位置推定器135は、磁束オブザーバ120による磁束の位置122と磁極位置補正器113を入力し、回転子位置を推定するものである。初期磁極位置推定値136は、検出電流と重畳周波数指令wiを入力し、起動前に停止状態で初期磁極位置を推定するものである。
【００１４】
ハイブリット器140は、高周波成分抽出器の出力である磁束位置の誤差信号を適応的に調整する適応調整器と磁束オブザーバ内で磁束推定値とオブザーバ出力の誤差値から計算される誤差信号を適応的に調整する適応調整器とを低速から高速へ速度に応じてショックなしで切り替えるものである。速度推定器150は、ハイブリット器140の出力値である誤差信号をゼロにするように適応的に速度を推定するものである。
また、センサレス制御装置100は、磁束および速度制御器160と電流制御器170を有している。
電流制御器170にフィードバックされる電流から重畳周波数成分を除去する重畳周波数除去器180を必要とする。重畳周波数成分を除去する装置180は、ローパスフィルタ、あるいはノッチフィルタで構成される。これにより電流制御器170の出力である電圧指令値１７１には重畳した周波成分を含まないことになる。  座標変換器190と191は推定された磁束の位置を用いて、それぞれ次の（１）式、（２）式のようにベクトル座標変換を実施するものである。
【００１５】
【数１】
0004370754.tif 000002
ここで、Vss*は静止座標系（相電圧のU相基準）における電圧指令ベクトル、  Vse*は回転座標系（推定磁束軸基準で出力周波数に同期して回転）における電圧指令ベクトルを示している。
【００１６】
以下、それぞれの図を参照して各部の動作について説明する。
図２は、図１における磁束オブザーバ120の内部構成を示すものである。静止座標系における同期電動機の数式モデルは以下のように表すことができる。
【数２】
0004370754.tif 000003
【００１７】
（３）式、（４）式において
【数３】
0004370754.tif 000004
であり、システム行列（Aで表記）、出力行列（Cで表記）、行列I、Jはそれぞれ以下のとおりである。
【００１８】
【数４】
0004370754.tif 000005
状態変数は、
【００１９】
【数５】
0004370754.tif 000006
（３）式、（４）式に対するオブザーバ2１0は以下のように構成される。
【００２０】
【数６】
0004370754.tif 000007
そこにおいて、状態変数は、
【００２１】
【数７】
0004370754.tif 000008
【００２２】
状態オブザーバ210において、フィードバック信号233と入力信号234は重畳周波数成分除去器230によって重畳周波数を除去され出力される。これは、高周波重畳信号による影響を除去するために必要である。推定磁束227は磁束量演算器223と磁束位置演算器224によって、磁束量225と位相角226に変換される。
初期磁束推定器出力241は、起動時前に磁極の位置が0あるいはπに推定された後にN極かS極かを決める符号を示すものであり、次に示す行列Nに乗算し初期磁束を補正する。
【数８】
0004370754.tif 000009
【００２３】
図３は、図１における高周波成分抽出器130の詳細図である。高周波成分抽出器は、主磁束による磁気飽和、あるいは高周波による表皮効果とにより生じる高周波領域における電動機物理量の磁気突極性に基づいて得られる磁束位置の誤差信号を、重畳した高周波信号と同じ周波数成分の電圧、あるいは電流検出信号から抽出するものである。本実施の形態では電流検出信号から抽出する。高周波成分抽出器は、重畳した高周波成分を検出電圧、あるいは電流から抽出する重畳周波数成分抽出部310と磁束位置の誤差信号を演算する磁束位置誤差信号演算部320とで構成される。
【００２４】
推定磁束位置301が真値に一致しない場合は、回転座標系のｄ軸に重畳した高周波電圧によって、ｑ軸に高周波電流を生じさせることになる。したがって、磁束位置を推定するために、高周波信号を推定磁束位置301に重畳する。電動機の起動時には任意の軸を推定磁束位置301と仮定する。重畳した高周波の影響を検出するために直交する検出座標系302を置く。この座標系は推定磁束位置301からπ／4ラジアン遅れ位相で置かれる。推定磁束位置301が実磁束軸とそれに直交する軸との間に位置するならば、検出座標系302で検出される高周波成分は高周波インピーダンスの磁気突極性のため、検出座標の基準軸（ｄ軸）とそれに直交する軸（ｑ軸）上での値に差異を生じる。重畳周波数でのアドミタンスが折曲状に分布し、実磁束軸に対して対称であると仮定すると、任意の位相角における重畳周波数でのアドミタンスの大きさは次のように表せる。
【００２５】
【数９】
0004370754.tif 000010
周波数がωiで振幅がVdsi*の高周波電圧を推定磁束軸に重畳すると、検出座標系302における電圧と電流の関係は以下のように表せる。
【００２６】
【数１０】
0004370754.tif 000011
本発明において、一次電流303は座標変換器311によって検出座標系に変換される、変換された電流305はバンドパスフィルタ312によって重畳周波数成分のみ抽出される。抽出された電流信号306の振幅をＤＥＭＵＸ（シリアル・パラレル変換）部321にて振幅演算器322と323に信号を振り分け、振幅演算器322と323にてその２乗値を求め、その値333と334がそれぞれ出力される。検出座標系におけるアドミタンスの2乗値のq軸とd軸における値の差異に相当する誤差信号を次のように定義する。
【数１１】
0004370754.tif 000012
推定誤差の補償，あるいは磁気突極性を維持するために補償器出力Kci 337で以下のように誤差信号を補正する。
【数１２】
0004370754.tif 000013
Kci 337については後述の図５にて説明する。
【００２７】
図４は、図１におけるハイブリット器140（図４では410）と速度推定器150（図４では450）について説明するための詳細図である。速度推定誤差に相当する誤差信号ε１はオブザーバで状態推定量によって、次のように構成される。
【数１３】
0004370754.tif 000014
ここで、G1（s）とG2（s）はゼロ速度、ゼロ周波数領域で入力信号を除去する伝達関数を示している。
【００２８】
中、高速領域においては、（５）式、（６）式で計算される誤差信号εi 412から電圧制限により正確な磁束位置情報が得られなくなるので、速度に応じて信号を除去しなければならない。そこで、（５）式で計算される誤差信号412はG３（s）433の伝達関数を用いて、誤差信号を新たに生成する。
【数１４】
0004370754.tif 000015
ここで、G3（ｓ）は中高速領域で入力信号を除去する伝達関数を示している。
【００２９】
速度推定器450は比例積分（PI）調整器460を有しており、誤差信号ε1 411を誤差信号ε2 412にゼロにするようにゲインを調整しておく。誤差信号ε1 411と誤差信号ε2 412の応答性と調整ゲインは異なるので、誤差信号ε1（オブザーバ側の誤差信号）に対応するゲイン470と誤差信号ε2 412（高周波重畳に基づく誤差信号）に対応するゲイン480のように別々に調整可能とする。PI調整器460はこれら誤差信号をゼロに調整すると同時に速度を推定451する。
図５は、図１における高周波発生器と磁束調整器110を説明するものである。高周波発生器と磁束調整器110は、推定磁束軸に重畳する高周波信号vsie* 515、負荷条件に対して磁束位置検出が可能な程度の電動機物理量の磁気突極性を得るように磁束の大きさを調整するための磁束指令調整値λrc* 521と高周波を重畳する磁束位置を調整するための調整ゲインKci 531を出力する。
【００３０】
高周波信号の振幅の大きさ511は次式によって得られる条件541から予めマッピングされたテーブル510によって決められる。
【数１５】
0004370754.tif 000016
【００３１】
磁束指令調整値λrc* 521は、予めマッピングされたテーブル520で決められる。磁束指令調整レベルの最大値は電動機物理量の磁気突極性が最大に得る条件であるが、これは、電動機固有の特性によるものとなる。調整条件は、次式で決められる条件545となる。
【数１６】
0004370754.tif 000017
【００３２】
高周波重畳による磁束位置検出法は、同期電動機の高周波領域のインピーダンス、あるいはアドミッタンスの特性に基づくものである。高周波領域のインピーダンスの突極性が損失する条件を図６と図７に示している。図６は、運転周波数が増加するとインピーダンスの突極性の度合いを示す角度は同期電動機のインダクタンス特性により位相が遅れることになることを示している。図７は、負荷が増加（ｑ軸電流が増加）すると、インピーダンスの突極性の度合いを示す角度は同期電動機の一次漏れインダクタンスの飽和により位相が遅れることになることを示している。その現象による角度誤差を補正する調整ゲインKci 531は、次式によって決定される。
【００３３】
【数１７】
0004370754.tif 000018
ここで，磁束位置は、回転子位置と異なる場合があり，電動機の特性により磁束位置と回転子位置の誤差を補償するテーブル560を具備する。
【００３４】
次に、本発明の第２の実施の形態について図を参照して説明する。
図８は本発明の第２の実施の形態に係る交流電動機のセンサレス制御装置の構成図である。
図９は図８に示す高周波成分抽出器の詳細を示す図である。
図１０は図８に示す高周波発生器と磁束調整器の詳細を示す図である。
図１１は図８に示す初期磁極推定器において電圧高周波を重畳した場合の２倍調波の特性を示す図である。
図１２は図１および図８に示す初期磁極推定器の説明図である。
図８は、本発明の第２の実施の形態に係る交流電動機のセンサレス制御装置の構成図であり、高周波電流を重畳する方式を示すものである。図１の高周波電圧を重畳する方式と類似しているが、高周波信号812を電流制御器870の入力部に重畳する点と、検出電流帰還部に重畳信号除去器（図１、１８０相当）が消去されている点が異なっている。その他の図１と同一構成については重複する説明は省略する。
【００３５】
次に各図により動作について説明する。
図９は、図８における高周波成分抽出器830を説明するものである。重畳周波数でのインピーダンスが折曲状に分布し、実磁束軸に対して対称であると仮定すると、任意の位相角における重畳周波数でのインピーダンスの大きさは次のように表せる。
【数１８】
0004370754.tif 000019
周波数がωiで振幅がidsie*の高周波電流を推定磁束軸に重畳すると、検出座標系902における電圧と電流の関係は以下のように表せる。
【数１９】
0004370754.tif 000020
【００３６】
本発明において、一次電圧903は座標変換器911によって検出座標系に変換される、変換された電圧905はバンドパスフィルタ912によって重畳周波数成分のみ抽出される。抽出された電圧信号906の振幅の２乗値933と934が振幅演算器921と922にて計算される。検出座標系におけるインピーダンスの2乗値のq軸とd軸における値の差異に相当する誤差信号を次のように定義する。
【数２０】
0004370754.tif 000021
【００３７】
図１０は、図８における高周波発生器と磁束調整器810を説明する図である。高周波発生器と磁束調整器810（図８）は、推定磁束軸に重畳する高周波信号isie* 965、負荷条件に対して磁束位置検出が可能な程度の電動機物理量の磁気突極性を得るように磁束の大きさを調整するための磁束指令調整値λrc^ 971と高周波を重畳する磁束位置を調整するための調整ゲインKci 981を出力する。
【００３８】
次に永久磁石同期電動機でセンサレス制御をする場合、起動方法によっては逆転を伴う場合があり、起動前の停止した状態で初期磁極位置を推定しなければならない。従来の手法は鉄心磁束の飽和特性を利用したものが多い。本発明では、高周波を重畳し、重畳した周波数成分における電動機物理量に関する信号を利用する。N磁極位置は、鉄心磁束の磁気飽和におけるヒステリシスと回転子位置による電動機物理量の変化により推定できる。
もし、高周波を推定磁束軸（d軸）に重畳すると、ヒステリシスの影響で歪む、その歪波形の周期は重畳周波数に対して、偶数倍の周波数を発生する。電圧を重畳した場合、その現象は電流に現われる。電流を重畳した場合、電圧に現われることになる。ここでは、重畳周波の２倍の高周波を用いて、初期磁極推定をする例について解説する。
【００３９】
図１１は、電圧高周波を重畳した場合において、重畳周波の２倍の周波数である高周波電流（以下，２倍調波）の特性を示すものである。図１１において‘A’領域は高周波信号を磁石のN極方向、すなわちｄ軸方向に重畳した場合における２倍調波の軌跡を示しており、‘B’領域は磁石のS極方向、すなわち−ｄ軸方向に重畳した場合における２倍調波の軌跡を示している。このとき、２倍調波は以下のように検出できる。
【００４０】
【数２１】
0004370754.tif 000022
【００４１】
図１１に示すように、重畳信号の２倍調波の位相角がφ［ラジアン]とφ＋π［ラジアン]に位置する場合は、＋ｄ軸方向を示し、そうでない場合は、−ｄ軸方向を示す。したがって、初期磁極のN極S極判別が可能である。
図１２は、本発明の初期磁極位置推定方法を示すものである。起動時前に高周波重畳による磁束位置推定により、初期磁束位置を推定する。それと平行して重畳周波数の２倍調波成分の特性を利用して、初期磁極位置を推定する。磁極位置の推定は、以下のようにワンステップの信号処理にて計算することができる。
【数２２】
0004370754.tif 000023
【００４２】
Ｌdsin2ωhφが正であれば、N極とｄ軸は一致している。逆に負であれば、N極はｄ軸に逆方向である。したがって、負の場合は、初期状態で推定された磁束位置にπを加えればN極とｄ軸は一致する。磁束位置の極性を補正する時間（TIME）は、任意に設定できる。一旦、ｄ軸とN極が一致すると、高周波重畳による磁束位置推定法は、低速駆動においてほとんど磁極位置を見失わない。
【００４３】
以上、本実施の形態は、本発明の基本的な特徴を記述している。部分的な改良や機能の取り替えは可能であるが、提示の請求項は、それら改良や機能の取り替えも基本的概念の中に全て包括している。
【００４４】
次に、本発明の第３の実施の形態について図を参照して説明する。
図１３は本発明の第３の実施の形態に係る交流電動機のセンサレス制御装置の構成図である。
図１４は図１３に示す磁束オブザーバの詳細を示す図である。
図１５は図１３に示すハイブリッド器と速度推定器の詳細を示す図である。
図１６は図１３に示す高周波発生器と磁束調整器の詳細を示す図である。
前実施の形態では交流電動機（同期電動機）の例を説明したが、本実施の形態では誘導電動機について説明する。図１３に示す制御ブロックは電圧型インバータ102を用いて、図１と同様に交流電動機（誘導電動機）１０１を駆動するようにデジタル演算によって実現できる。また，アナログ回路，あるいはアナログ回路とデジタル回路の併用によっても実現できる。
【００４５】
図１３において、センサレス制御装置100は図１の構成と同様に、高周波発生器と磁束調整器110を有しており、高周波発生器は電動機の推定磁束軸に高周波信号を重畳するものである。磁束調整器は、高周波領域における電動機物理量の磁気突極性を調整し、磁束推定誤差を補償するために磁束指令を調整する。また、負荷によって生じる磁束位置の誤差を、高周波を重畳する磁束位置で調整するものである。
磁束オブザーバ120は、電動機入力電圧、検出電流、速度推定値から磁束の大きさと位置を推定する。周波成分抽出器130は、主磁束による磁気飽和、あるいは高周波による表皮効果とにより生じる高周波領域における電動機物理量の磁気突極性に基づいて得られる磁束位置の誤差信号を高周波信号と同じ周波数成分の電圧、あるいは電流検出信号から抽出する。ハイブリット器140は、高周波成分抽出器の出力である磁束位置の誤差信号を適応的に調整する適応調整器と磁束オブザーバ内で磁束推定値とオブザーバ出力の誤差値から計算される誤差信号を適応的に調整する適応調整器とを低速から高速へ速度に応じてショックなしで切り替えるものである。
【００４６】
速度推定器150は、ハイブリット器の出力値である誤差信号をゼロにするように適応的に速度を推定とするものである。また、センサレス制御装置は、磁束および速度制御器160と電流制御器170を有している。電流制御器170にフィードバックされる電流から重畳周波数成分を除去する重畳周波数除去器180を必要とする。重畳周波数成分を除去する装置180は、ローパスフィルタ、あるいはノッチフィルタで構成される。これにより電流制御器170の出力である電圧指令値１７１には重畳した周波成分を含まないことになる。座標変換器190と191は推定された磁束の位置を用いて、次の、それぞれ（１）式、（２）式のようにベクトル座標変換を実施するものである。
【００４７】
【数２３】
0004370754.tif 000024
ここで、Vss*は静止座標系（相電圧のU相基準）における電圧指令ベクトル、  Vse*は回転座標系（推定磁束軸基準で出力周波数に同期して回転）における電圧指令ベクトルを示している。
このように、図１３に示す本実施の形態では、図１に示す制御ブロックと同様な構成と制御方法で誘導電動機１０１を制御するものであるが、図１と異なる点は、回転子位置推定器１３５と、初期磁極位置推定器１３６が削除されていることである。
【００４８】
図１４は、図１３における磁束オブザーバ120の内部構成を示すものである。静止座標系における誘導電動機の数式モデルは以下のように表すことができる。
【数２４】
0004370754.tif 000025
【００４９】
上の（７）式、（４）式において
【数２５】
0004370754.tif 000026
【００５０】
であり、 システム行列（Aで表記）、出力行列（Cで表記）、行列I、Jはそれぞれ以下のとおりである。
【数２６】
0004370754.tif 000027
【００５１】
（７）式、（４）式に対するオブザーバ2１0は以下のように構成される。
【数２７】
0004370754.tif 000028
【００５２】
そこにおいて、状態変数は、
【数２８】
0004370754.tif 000029
【００５３】
状態オブザーバ210において、フィードバック信号233と入力信号234は重畳周波数成分除去器230によって重畳周波数を除去され出力される。これは、高周波重畳信号による影響を除去するために必要である。推定磁束227は磁束量演算器223と磁束位置演算器224によって、磁束量225と位相角226に変換される。  なお、図１４では初期磁束推定器出力は省略されている。
【００５４】
次に、図１３における高周波成分抽出器130の説明には、同一構成なので前実施の形態の図３を共用して説明する。高周波成分抽出器は、主磁束による磁気飽和、あるいは高周波による表皮効果とにより生じる高周波領域における電動機物理量の磁気突極性に基づいて得られる磁束位置の誤差信号を、重畳した高周波信号と同じ周波数成分の電圧、あるいは電流検出信号から抽出するものである。  ここでは電流検出信号から抽出する。高周波成分抽出器は、重畳した高周波成分を検出電圧、あるいは電流から抽出する重畳周波数成分抽出部310と磁束位置の誤差信号を演算する磁束位置誤差信号演算部320とで構成される。
推定磁束位置301が真値に一致しない場合は、回転座標系のｄ軸に重畳した高周波電圧によって、ｑ軸に高周波電流を生じさせることになる。したがって、磁束位置を推定するために、高周波信号を推定磁束位置301に重畳する。電動機の起動時には任意の軸を推定磁束位置301と仮定する。重畳した高周波の影響を検出するために直交する検出座標系302を置く。この座標系は推定磁束位置301からπ／4ラジアン遅れ位相で置かれる。推定磁束位置301が実磁束軸とそれに直交する軸との間に位置するならば、検出座標系302で検出される高周波成分は高周波インピーダンスの磁気突極性のため、検出座標の基準軸（ｄ軸）とそれに直交する軸（ｑ軸）上での値に差異を生じる。重畳周波数でのアドミタンスが折曲状に分布し、実磁束軸に対して対称であると仮定すると、任意の位相角における重畳周波数でのアドミタンスの大きさは次のように表せる。
【００５５】
【数２９】
0004370754.tif 000030
【００５６】
周波数がωiで振幅がVdsi*の高周波電圧を推定磁束軸に重畳すると、検出座標系302における電圧と電流の関係は以下のように表せる。
【数３０】
0004370754.tif 000031
【００５７】
本発明において、一次電流303は座標変換器311によって検出座標系に変換される、変換された電流305はバンドパスフィルタ312によって重畳周波数成分のみ抽出される。抽出された電流信号306の振幅の２乗値333と334が振幅演算器321と322にて計算される。検出座標系におけるアドミタンスの2乗値のq軸とd軸における値の差異に相当する誤差信号を次のように定義する。
【数３１】
0004370754.tif 000032
【００５８】
推定誤差の補償、あるいは磁気突極性を維持するために補償器出力Kci 337で以下のように誤差信号を補正する。
【数３２】
0004370754.tif 000033
Kci 337については後述の図１６にて説明する。
【００５９】
図１５は、図１３におけるハイブリット器140（図１５では410）と速度推定器150（図１５では450）について説明するものである。速度推定誤差に相当する誤差信号ε１はオブザーバで状態推定量によって，次のように構成される。
【数３３】
0004370754.tif 000034
ここで、G1（ｓ）はゼロ速度、ゼロ周波数領域で入力信号を除去する伝達関数を示している。
【００６０】
中、高速領域においては、（５）式、（６）式で計算される誤差信号εi 412から電圧制限により正確な磁束位置情報が得られなくなるので、速度に応じて信号を除去しなければならない。そこで、（６）式で計算される誤差信号εi 412はG2（ｓ）433の伝達関数を用いて、誤差信号ε2を新たに生成する。
【数３４】
0004370754.tif 000035
ここでG2（ｓ）は中高速領域で入力信号を除去する伝達関数を示している。
【００６１】
速度推定器450は比例積分（PI）調整器460を有しており、誤差信号ε1 411を誤差信号ε2 412にゼロにするようにゲインを調整しておく。誤差信号ε1 411と誤差信号ε2 412の応答性と調整ゲインは異なるので、誤差信号ε1（オブザーバ側の誤差信号）に対応するゲイン470と誤差信号ε2 412（高周波重畳に基づく誤差信号）に対応するゲイン480のように別々に調整可能とする。PI調整器460はこれら誤差信号をゼロに調整すると同時に速度を推定451する。
【００６２】
図１６は、図１３における高周波発生器と磁束調整器110を説明するものである。高周波発生器と磁束調整器110は，推定磁束軸に重畳する高周波信号vsie* 515、負荷条件に対して磁束位置検出が可能な程度の電動機物理量の磁気突極性を得るように磁束の大きさを調整するための磁束指令調整値λrc* 521と高周波を重畳する磁束位置を調整するための調整ゲインKci 531を出力する。
高周波信号の振幅の大きさ511は次式によって得られる条件541から予めマッピングされたテーブル510によって決められる。
【数３５】
0004370754.tif 000036
【００６３】
磁束指令調整値λrc* 521は、予めマッピングされたテーブル520で決められる。磁束指令調整レベルの最大値は電動機物理量の磁気突極性が最大に得る条件であるが、これは、電動機固有の特性によるものとなる。調整条件は、次式で決められる条件545となる。
【数３６】
0004370754.tif 000037
【００６４】
高周波重畳による磁束位置検出法は、誘導電動機の高周波領域のインピーダンス、あるいはアドミッタンスの特性に基づくものである。高周波領域のインピーダンスの突極性が損失する条件を、前実施の形態の図６と図７により説明する。図６は、運転周波数が増加するとインピーダンスの突極性の度合いを示す角度は誘導電動機でもインダクタンス特性により位相が遅れることになることを示している。図７は、負荷が増加（ｑ軸電流が増加）すると、インピーダンスの突極性の度合いを示す角度は誘導電動機でも一次漏れインダクタンスの飽和により位相が遅れることになることを示している。その現象による角度誤差を補正する調整ゲインKci 531は、次式によって決定される。
【数３７】
0004370754.tif 000038
【００６５】
次に、本発明の第４の実施の形態について図を参照して説明する。
図１７は本発明の第４の実施の形態に係る交流電動機のセンサレス制御装置の構成図である。
図１８は図１７に示す高周波発生器と磁束調整器の詳細を示す図である。
図１７は、第４の実施の形態として、高周波電流を重畳する方式を示すものである。図１３の高周波電圧を重畳する方式と類似しているが、高周波信号812を電流制御器870の入力部に重畳する点と、検出電流帰還部に重畳信号除去器が消去されている点が異なっている。
【００６６】
図１７における高周波成分抽出器830の詳細図は第２の実施の形態の図９と同じなので、図９を参照して説明する。重畳周波数でのインピーダンスが折曲状に分布し実磁束軸に対して対称であると仮定すると、任意の位相角における重畳周波数でのインピーダンスの大きさは次のように表せる。
【数３８】
0004370754.tif 000039
【００６７】
周波数がωiで振幅がidsie*の高周波電流を推定磁束軸に重畳すると、検出座標系902における電圧と電流の関係は以下のように表せる。
【数３９】
0004370754.tif 000040
【００６８】
本発明において、一次電圧903は座標変換器911によって検出座標系に変換される、変換された電圧905はバンドパスフィルタ912によって重畳周波数成分のみ抽出される。抽出された電圧信号906の振幅の２乗値933と934が振幅演算器921と922にて計算される。検出座標系におけるインピーダンスの2乗値のq軸とd軸における値の差異に相当する誤差信号を次のように定義する。
【数４０】
0004370754.tif 000041
【００６９】
図１８は、図１７における高周波発生器と磁束調整器810を説明するものである。高周波発生器と磁束調整器810は、推定磁束軸に重畳する高周波信号isie* 965、負荷条件に対して磁束位置検出が可能な程度の電動機物理量の磁気突極性を得るように磁束の大きさを調整するための磁束指令調整値λrc^ 971と高周波を重畳する磁束位置を調整するための調整ゲインKci 981を出力する。
【００７０】
以上の本実施の形態は、本発明の基本的な特徴を記述している。部分的な改良や機能の取り替えは可能であるが、本発明は請求項において、それら改良や機能の取り替えも基本的概念の中に全て包括している。
【００７１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、高周波を重畳しても電圧誤差やノイズといったトルク振動要素を生じず、ゼロ速度，ゼロ出力周波数領域を含むすべての駆動範囲において、安定なトルクおよび速度制御を実現する交流電動機のセンサレス制御方法およびその制御装置を提供できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る交流電動機のセンサレス制御装置の構成図である。
【図２】図１に示す磁束オブザーバの詳細を示す図である。
【図３】図１に示す高周波成分抽出器の詳細を示す図である。
【図４】図１に示すハイブリッド器と速度推定器の詳細を示す図である。
【図５】図１に示す高周波発生器と磁束調整器の詳細を示す図である。
【図６】図１に示す交流電動機の高周波領域のインピーダンスと運転周波数の関係を示す図である。
【図７】図１に示す交流電動機の高周波領域のインピーダンスと負荷の関係を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る交流電動機のセンサレス制御装置の構成図である。
【図９】図８に示す高周波成分抽出器の詳細を示す図である。
【図１０】図８に示す高周波発生器と磁束調整器の詳細を示す図である。
【図１１】図８に示す初期磁極推定器において電圧高周波を重畳した場合の２倍周波の特性を示す図である。
【図１２】図８に示す初期磁極推定器の説明図である。
【図１３】本発明の第３の実施の形態に係る交流電動機のセンサレス制御装置の構成図である。
【図１４】図１３に示す磁束オブザーバの詳細を示す図である。
【図１５】図１３に示すハイブリッド器と速度推定器の詳細を示す図である。
【図１６】図１３に示す高周波発生器と磁束調整器の詳細を示す図である。
【図１７】本発明の第４の実施の形態に係る交流電動機のセンサレス制御装置の構成図である。
【図１８】図１７に示す高周波発生器と磁束調整器の詳細を示す図である。
【符号の説明】
１００、８００、  センサレス制御装置
１０１、８０１  交流電動機
１０２、８０２  電圧型インバータ
１１０、８１０  高周波発生器と磁束調整器
１２０、８２０  磁束オブザーバ
１３０、８３０  高周波成分抽出器
１３５  回転子位置推定器
１３６、８３６  初期磁極位置推定器
１４０、８４０  ハイブリッド器
１５０、８５０  速度推定器
１６０、８６０  速度制御器
１７０、８７０  電流制御器
１８０  重畳周波数除去器
１９０、１９１、８９０、８９１  座標変換器
【図１】
0004370754.tif 000042
【図２】
0004370754.tif 000043
【図３】
0004370754.tif 000044
【図４】
0004370754.tif 000045
【図５】
0004370754.tif 000046
【図６】
0004370754.tif 000047
【図７】
0004370754.tif 000048
【図８】
0004370754.tif 000049
【図９】
0004370754.tif 000050
【図１０】
0004370754.tif 000051
【図１１】
0004370754.tif 000052
【図１２】
0004370754.tif 000053
【図１３】
0004370754.tif 000054
【図１４】
0004370754.tif 000055
【図１５】
0004370754.tif 000056
【図１６】
0004370754.tif 000057
【図１７】
0004370754.tif 000058
【図１８】
0004370754.tif 000059