(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石同期機を制御する電力変換器と、前記電力変換器を制御する制御器とを有する永久磁石同期機制御装置において、
前記制御器は、
前記永久磁石同期機に所望の電流を流すための電圧指令を生成する電圧指令生成部と、
前記電圧指令を印加した時に前記永久磁石同期機に流れる電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部により検出された電流に基づき前記永久磁石同期機の磁極位置を推定する磁極位置推定部とを備え、
前記磁極位置推定部は、
前記電流検出部により検出された電流の変化量に対する前記永久磁石同期機のインダクタンス値の変化量の絶対値に基づいて前記永久磁石同期機の磁極の極性を判別する極性判別部を備える
ことを特徴とする永久磁石同期機制御装置。
【請求項２】
前記極性判別部は、
前記永久磁石同期機の磁極方向の電流が変化するように前記電圧指令を印可した時に前記永久磁石同期機に流れた磁極方向の電流の少なくとも２点以上の電流値のうち、第一の正の電流値から前記永久磁石同期機の第一のインダクタンス値を演算し、第二の正の電流値から前記永久磁石同期機の第二のインダクタンス値を演算し、第一の負の電流値から前記永久磁石同期機の第三のインダクタンス値を演算し、第二の負の電流値から前記永久磁石同期機の第四のインダクタンス値を演算し、
前記第一のインダクタンス値と前記第二のインダクタンス値との偏差の絶対値と、前記第三のインダクタンス値と前記第四のインダクタンス値との偏差の絶対値と、の大小比較により前記永久磁石同期機の磁極の極性を判別する
ことを特徴とする請求項１に記載の永久磁石同期機制御装置。
【請求項３】
前記極性判別部は、
前記永久磁石同期機の磁極方向の電流が変化するように前記電圧指令を印可した時に前記永久磁石同期機に流れた磁極方向の電流の少なくとも１点以上の電流値のうち、正の電流値から前記永久磁石同期機の第一のインダクタンス値を演算し、負の電流値から前記永久磁石同期機の第二のインダクタンス値を演算し、
前記第一のインダクタンス値と所定の基準インダクタンス値との偏差の絶対値と、前記第二のインダクタンス値と前記所定の基準インダクタンス値との偏差の絶対値と、の大小比較により前記永久磁石同期機の磁極の極性を判別する
ことを特徴とする請求項１に記載の永久磁石同期機制御装置。
【請求項４】
前記所定の基準インダクタンス値は、前記永久磁石同期機の無負荷時のｄ軸インダクタンスの設計値であることを特徴とする請求項３に記載の永久磁石同期機制御装置。
【請求項５】
前記所定の基準インダクタンス値は、前記永久磁石同期機のｄ軸インダクタンス値を予め同定した値であることを特徴とする請求項３に記載の永久磁石同期機制御装置。
【請求項６】
前記電圧指令生成部は、前記永久磁石同期機の磁極方向に交流電圧成分を印可するための交流電圧成分印可指令を出力する交流電圧成分印加部を備え、
前記交流電圧成分の印可による前記永久磁石同期機の磁極方向の電流の変化量に対するインダクタンス値の変化量の絶対値に基づいて前記永久磁石同期機の磁極の極性を判別することを特徴とする請求項１に記載の永久磁石同期機制御装置。
【請求項７】
前記交流電圧成分印加部は、振幅が異なる少なくとも２つ以上の前記交流電圧成分を前記永久磁石同期機の磁極方向に印可するための前記交流電圧成分印可指令を出力することを特徴とする請求項６に記載の永久磁石同期機制御装置。
【請求項８】
前記電圧指令生成部は、
前記永久磁石同期機の磁極方向に直流電圧成分を印可するための直流電圧成分印可指令を出力する直流電圧成分印加部と、
前記永久磁石同期機の磁極方向に交流電圧成分を印可するための交流電圧成分印可指令を出力する交流電圧成分印加部とを備え、
前記直流電圧成分と前記交流電圧成分の少なくとも一方を変化させることで、直流に交流を重畳した合成電圧の印加による前記永久磁石同期機の磁極方向の電流の変化量に対するインダクタンス値の変化量の絶対値に基づいて前記永久磁石同期機の磁極の極性を判別する
ことを特徴とする請求項１に記載の永久磁石同期機制御装置。
【請求項９】
前記直流電圧成分印加部は、振幅が異なる少なくとも２つ以上の前記直流電圧成分を前記永久磁石同期機の磁極方向に印可するための前記直流電圧成分印可指令を出力することを特徴とする請求項８に記載の永久磁石同期機制御装置。
【請求項１０】
前記電圧指令生成部は、前記インダクタンス値の変化量の絶対値が所定の値以上となるように、前記直流電圧成分印可指令もしくは前記交流電圧成分印可指令を調整することを特徴とする請求項８または９に記載の永久磁石同期機制御装置。
【請求項１１】
前記永久磁石同期機制御装置は、前記永久磁石同期機の駆動を制御する、または／および前記永久磁石同期機の発電を制御することを特徴とする請求項１〜１０の何れか１項に記載の永久磁石同期機制御装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１の何れか１項に記載の永久磁石同期機制御装置を備えることを特徴とする電気車。
【請求項１３】
永久磁石同期機を制御する電力変換器と、前記電力変換器を制御する制御器とを有する永久磁石同期機制御装置が実行する永久磁石同期機の磁極の極性判別方法において、
前記制御器が、前記永久磁石同期機に所望の電流を流すための電圧指令を印加した時に前記永久磁石同期機に流れる電流を検出し、
前記制御器が、検出された電流に基づき前記永久磁石同期機の磁極位置を推定し、
前記制御器が、検出された電流の変化量に対する前記永久磁石同期機のインダクタンス値の変化量の絶対値に基づいて前記永久磁石同期機の磁極の極性を判別する
ことを特徴とする永久磁石同期機の磁極の極性判別方法。
【請求項１４】
前記永久磁石同期機制御装置は、前記永久磁石同期機の駆動を制御する、または／および前記永久磁石同期機の発電を制御することを特徴とする請求項１３に記載の永久磁石同期機の磁極の極性判別方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石同期機制御装置、電気車および永久磁石同期機の磁極極性判別方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば永久磁石同期機の回転子磁極位置を検出するセンサを用いない同期機の駆動装置において、永久磁石同期機が停止状態、または永久磁石同期機の逆起電圧情報が非常に小さくなる極低速運転状態から駆動装置を起動する際の回転子磁極位置の推定には、永久磁石同期機のインダクタンスの突極性を利用しているため、磁極の極性判別が必要になる。
【０００３】
一般に、永久磁石同期機の磁極方向を推定する磁極の極性判別方法に関しては、永久磁石同期機の磁気飽和現象を利用した極性判別手法が知られており、例えば、特許文献１や特許文献２に開示されている。
【０００４】
特許文献１には、永久磁石同期機の磁極方向に対して正負対称に交互に切り替わる一定波形の直流バイアス電流を重畳し、この直流バイアス電流の正負切替タイミングにおける磁極方向の印加電圧と電流変化率との関係から永久磁石のＮ極、Ｓ極の磁極方向を判別する技術が開示されている。
【０００５】
特許文献２には、磁極方向のインダクタンスと電流の関係が磁石磁束を強める電流方向を正方向として、正方向および負方向に同一の所定電流値で電流を流した場合に、磁極方向のインダクタンスが大きくなる側をＮ極側と判定する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−７９４８９号公報
【特許文献２】特許第５９７６４２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら特許文献１に開示の技術は、磁極方向に重畳した直流バイアス電流の印加電圧と電流変化率とから永久磁石同期機の磁極の極性を判別するものであり、その磁極の極性判別方法は、永久磁石同期機の磁極のＮ極方向の電流増加に対して磁石磁束方向のインダクタンスが単調減少すること、を利用して磁極方向を推定している。つまりは、磁極方向の電流変化に対するインダクタンスが小さくなる側をＮ極側と判定するものである。そのため、永久磁石同期機が、Ｎ極方向の電流増加に対して磁石磁束方向のインダクタンスが単調減少ではなく、極大点を有するようなインダクタンス特性であった場合、磁極の極性判別に失敗して起動できなくなるか、もしくはその極大点よりもさらにＮ極方向に電流を増加させ、磁石磁束方向のインダクタンス特性が単調減少する点まで極性判別時に流す電流を増加させる必要があり、永久磁石同期機の駆動システムの損失や騒音が増大する課題があった。
【０００８】
また、特許文献２に開示の技術は、磁極方向に同一の所定電流値で電流を流したときのインダクタンスの大きさや電流振幅から永久磁石同期機の磁極の極性を判別するものであり、その磁極の極性判別方法は、永久磁石同期機の磁極のＮ極方向の電流増加に対して磁石磁束方向のインダクタンスが極大点を有すること、を利用して磁極方向を推定している。つまりは、磁極方向の電流変化に対するインダクタンスが大きくなる側をＮ極側と判定するものである。そのため、永久磁石同期機が、Ｎ極方向の電流増加に対して磁石磁束方向のインダクタンスが極大点を有しない特性であった場合には適用することができず、予め、駆動対象となる永久磁石同期機のインダクタンス特性が、磁極の極性判別を行うのに十分なインダクタンスの極大点を有するか、否かを把握しておく必要があった。
【０００９】
したがって、上記従来技術の磁極の極性判別方法は、汎用の電力変換装置のように、駆動対象となる永久磁石同期機のインダクタンス特性が未知である場合や、磁極の極性判別装置のインダクタンスの大小判定値を誤って設定した場合や、誤って異なる永久磁石同期機を接続してしまった場合などにおいて、永久磁石同期機の駆動システムの損失増大や騒音増大、もしくは起動に失敗して永久磁石同期機が逆転するという問題が生じるおそれがある。
【００１０】
また、極性判別に利用する永久磁石同期機の磁気飽和特性は、永久磁石の温度変化や磁石に不可逆減磁が発生した場合に大きく変化してしまうことがあり、これらの変化要因によって同じ永久磁石同期機であってもＮ極方向（磁極方向）とＳ極方向の電流変化やインダクタンスの大小関係が逆転し、磁極の極性を誤判別するおそれがある。
【００１１】
本発明の目的は、上記の課題に鑑み、永久磁石同期機の磁極方向に電流を流したときの磁気飽和現象によるインダクタンスの減少または増加の特性に関係なく、永久磁石同期機の磁極の極性判別を可能とする永久磁石同期機制御装置、電気車および永久磁石同期機の磁極極性判別方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
かかる課題を解決するため本発明においては、電流検出部により検出された電流の変化量に対する永久磁石同期機のインダクタンス値の変化量の絶対値に基づいて永久磁石同期機の磁極の極性を判別する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、永久磁石同期機の磁極方向に電流を流したときの永久磁石同期機のＮ極側のインダクタンス値の変化量がＳ極側のインダクタンス値の変化量よりも大きくなるため、永久磁石同期機の磁気飽和現象によるＮ極側のインダクタンスの減少または増加の特性に関係なく、永久磁石同期機の磁極の極性判別が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施例１の永久磁石同期機駆動システムの構成例を表すブロック図。
【図２】実施例１の永久磁石同期機の制御において使用される座標系と記号の定義を示す図。
【図３】実施例１の位置・速度推定演算部の構成例を表すブロック図。
【図４】実施例１の磁極極性判定部の構成例を表すブロック図。
【図５】実施例１の重畳電圧演算部の構成例を表すブロック図。
【図６】実施例１の交流電圧成分印加部の構成例を表すブロック図。
【図７】実施例１の重畳電圧演算部のＳＷ動作と出力電圧波形の関係を例示したグラフ。
【図８】実施例１の磁極極性判定部の入力信号とｄ軸電流の電流検出点を例示したグラフ。
【図９】Ｎ極方向の電流増加に対して磁石磁束方向のインダクタンスが単調減少するような特性を有する永久磁石同期機において、実施例１のインダクタンス演算部が出力するインダクタンス値を例示したグラフ。
【図１０】Ｎ極方向の電流増加に対して磁石磁束方向のインダクタンスが極大点を有して単調減少するような特性を有する永久磁石同期機において、実施例１のインダクタンス演算部が出力するインダクタンス値を例示したグラフ。
【図１１】永久磁石同期機の初期磁極位置推定フローを例示したグラフ。
【図１２】従来技術の極性判別法を用いた初期磁極位置推定のシミュレーション結果を例示したグラフ。
【図１３】実施例１の極性判別法を用いた初期磁極位置推定のシミュレーション結果を例示したグラフ。
【図１４】実施例２の交流電圧成分印加部の構成例を表すブロック図。
【図１５】実施例２の重畳電圧演算部のＳＷ動作と出力電圧波形の関係を例示したグラフ。
【図１６】実施例２の磁極極性判定部の入力信号とｄ軸電流の電流検出点を例示したグラフ。
【図１７】実施例３の磁極極性判定部の構成例を表すブロック図。
【図１８】実施例３の磁極極性判定部の入力信号とｄ軸電流の電流検出点を例示したグラフ。
【図１９】Ｎ極方向の電流増加に対して磁石磁束方向のインダクタンスが極大点を有して単調減少するような特性を有する永久磁石同期機において、実施例３のインダクタンス演算部が出力するインダクタンス値を例示したグラフ。
【図２０】実施例４の重畳電圧演算部の構成例を表すブロック図。
【図２１】実施例４の直流電圧成分印加部の構成例を表すブロック図。
【図２２】実施例４の重畳電圧演算部のＳＷ動作と出力電圧波形の関係を例示したグラフ。
【図２３】実施例４の磁極極性判定部の入力信号とｄ軸電流の電流検出点を例示したグラフ。
【図２４】実施例５の重畳電圧演算部の構成例を表すブロック図。
【図２５】実施例５の磁極極性判定部の構成例を表すブロック図。
【図２６】実施例５の直流電圧成分印加部の構成例を表すブロック図。
【図２７】実施例５の重畳電圧演算部のＳＷ動作と出力電圧波形の関係を例示したグラフ。
【図２８】実施例５の磁極極性判定部の入力信号とｄ軸電流の電流検出点を例示したグラフ。
【図２９】実施例５の基準インダクタンスに、基準インダクタンスの以前の同定値またはモータ設計値を利用した場合の磁極極性判定部の入力信号とｄ軸電流の電流検出点を例示したグラフ。
【図３０】実施例６の永久磁石同期機駆動システムの構成例を表すブロック図。
【図３１】実施例６の位置・速度推定演算部の構成例を表すブロック図。
【図３２】実施例６の磁極極性判定部の構成例を表すブロック図。
【図３３】実施例６の磁極極性判定量演算器の構成例を表すブロック図。
【図３４】実施例６の重畳電圧演算部の構成例を表すブロック図。
【図３５】実施例６の交流電圧成分印加部の構成例を表すブロック図。
【図３６】実施例６の重畳電圧演算部のＳＷ動作、出力電圧波形および磁極極性判定量演算器が出力する振幅指令判定量ΔＰａｍｐの関係を例示したグラフ。
【図３７】Ｎ極方向の電流増加に対して磁石磁束方向のインダクタンスが極大点を有して単調減少するような特性を有する永久磁石同期機において、実施例６のインダクタンス演算部が出力するインダクタンス値を例示したグラフ。
【図３８】実施例７の重畳電圧演算部の構成例を表すブロック図。
【図３９】実施例７の直流電圧成分印加部の構成例を表すブロック図。
【図４０】実施例７の重畳電圧演算部のＳＷ動作、出力電圧波形および磁極極性判定量演算器が出力する振幅指令判定量ΔＰａｍｐの関係を例示したグラフ。
【図４１】実施例８の、実施例１〜７のいずれかの永久磁石同期機の駆動装置を搭載する鉄道車両の一部の概略の構成例を示した図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施例１〜８について詳細に説明する。なお、同一の要素については、全ての図において、原則として同一の符号を付している。また、同一の機能を有する部分については、重複する説明を省略する。以下の実施例および変形例は、矛盾しない範囲で、その一部または全部を組合せてもよい。
【実施例１】
【００１６】
図１は、実施例１の永久磁石同期機駆動システムの構成例を表すブロック図である。実施例１の永久磁石同期機駆動システムは、制御対象である永久磁石同期機１０３と、永久磁石同期機１０３を駆動する電力変換器１０２と、電力変換器１０２を制御する制御器１０１と、永久磁石同期機１０３のトルク指令値Ｔｍ＊を発生する指令発生器１０５と、永久磁石同期機１０３に流れる電流を検出する相電流検出部１２１を備える。
【００１７】
電力変換器１０２は、電力変換器１０２に電力を供給する入力端子１２３ａ、１２３ｂと、６個のスイッチング素子Ｓｕｐ〜Ｓｗｎで構成される主回路部１３２と、主回路部１３２を直接駆動するゲート・ドライバ１３３と、電力変換器１０２の過電流保護用に取り付けた直流抵抗器１３４と、平滑用コンデンサ１３１を備える。電力変換器１０２は、制御器１０１が生成したゲート指令信号に基づいて、入力端子１２３ａ、１２３ｂから供給される直流電力を三相交流電力に変換して、三相交流電力を永久磁石同期機１０３に供給する。
【００１８】
相電流検出部１２１は、電力変換器１０２から永久磁石同期機１０３に流れる交流電流ｉｕ、ｉｗを検出する。相電流検出部１２１は、たとえばホール素子を用いた電流センサにより実現される。なお、図１の相電流検出部１２１は２相検出による交流電流検出の構成としているが、３相検出としてもよい。また、相電流センサを用いず、電力変換器１０２の過電流保護用に取り付けられた直流抵抗器１３４を流れる電流値から推定される交流電流値を用いてもよい。
【００１９】
指令発生器１０５は、永久磁石同期機１０３へ入力するトルク指令値Ｔｍ＊を発生する、制御器１０１の上位に位置する制御器である。制御器１０１は、指令発生器１０５のトルク指令値Ｔｍ＊に基づき、永久磁石同期機１０３の発生トルクを制御する。この上位の制御器としては、例えば、永久磁石同期機１０３に流れる電流を制御する場合には電流制御器が用いられ、あるいは回転速度や位置を制御する場合には速度制御器や位置制御器が用いられる。本実施例ではトルクの制御を行うことを目的としているためトルク制御器として動作している。
【００２０】
制御器１０１は、ベクトル制御部１１１と、位置・速度推定演算部１１２と、三相座標変換部１１３と、ｄｑ座標変換部１１４と、ＰＷＭ信号制御器１１５と、電流検出部１１６と、重畳電圧演算部１１７を備える。制御器１０１は、永久磁石同期機１０３を流れる交流電流ｉｕ、ｉｗの検出値である交流電流検出値Ｉｕ、Ｉｗと、指令発生器１０５からのトルク指令値Ｔｍ＊とに基づいた電流制御系と位相制御系の演算結果から、電力変換器１０２のスイッチング素子を駆動するためのゲート指令信号を生成し、電力変換器１０２のゲート・ドライバ１３３に供給する。
【００２１】
図２は、実施例１の永久磁石同期機の制御において使用される座標系と記号の定義を示す図である。図２において、ａ軸とｂ軸で定義されるａｂ軸座標系は、永久磁石同期機１０３の固定子巻線の位相を表す固定子座標系であり、ａ軸は一般的に永久磁石同期機１０３のｕ相巻線位相が基準にとられる。ｄ軸とｑ軸で定義されるｄｑ軸座標系は、永久磁石同期機１０３の回転子の磁極位置を表す回転子座標系であり、永久磁石同期機１０３の回転子磁極位置と同期して回転する。永久磁石同期機の場合、ｄ軸は一般的に回転子に取り付けられた永久磁石による磁極のＮ極方向が基準にとられ、ｄ軸は磁極軸とも呼ばれる。
【００２２】
ｄｃ軸とｑｃ軸で定義されるｄｃ−ｑｃ軸座標系は、永久磁石同期機１０３の回転子磁極位置の推定位相、すなわち制御器１０１がｄ軸、ｑ軸方向と想定している座標系であり、制御軸とも呼ばれる。ｐ軸とｚ軸で定義されるｐｚ軸座標系は、高周波電圧指令を重畳する位相を表す座標系である。なお、各座標系において組み合わされる座標軸同士はいずれも互いに直交している。
【００２３】
上記の各座標系において、図２に示すように、ａ軸を基準としたｄ軸、ｄｃ軸、ｐ軸の各軸の位相をθｄ、θｄｃ、θｐとそれぞれ表す。また、ｄ軸に対するｄｃ軸の偏差をΔθｃ、ｄｃ軸に対するｐ軸の偏差をΔθｐｄとそれぞれ表す。
【００２４】
図１において、ベクトル制御部１１１は、指令発生器１０５のトルク指令値Ｔｍ＊に基づいて演算されたｄｃ−ｑｃ軸座標系上の電流指令値Ｉｄｃ＊、Ｉｑｃ＊と、ｄｑ座標変換部１１４が出力したｄｃ軸電流検出値Ｉｄｃおよびｑｃ軸電流検出値Ｉｑｃを一致させるべく電流制御を行い、演算結果としてｄｃ軸電圧指令値Ｖｄｃ＊およびｑｃ軸電圧指令値Ｖｑｃ＊を出力する。
【００２５】
位置・速度推定演算部１１２は、ベクトル制御部１１１が出力したｄｃ軸電圧指令値Ｖｄｃ＊およびｑｃ軸電圧指令値Ｖｑｃ＊と、重畳電圧演算部１１７が出力したｄｃ軸重畳電圧指令値Ｖｄｈ＊およびｑｃ軸重畳電圧指令値Ｖｑｈ＊と、ｄｑ座標変換部１１４が出力したｄｃ軸電流検出値Ｉｄｃおよびｑｃ軸電流検出値Ｉｑｃに基づいて、永久磁石同期機１０３の駆動周波数推定値ωｒ＾と制御位相θｄｃを演算し、出力する。
【００２６】
三相座標変換部１１３は、ベクトル制御部１１１が出力したｄｃ軸電圧指令値Ｖｄｃ＊およびｑｃ軸電圧指令値Ｖｑｃ＊に、重畳電圧演算部１１７が出力したｄｃ軸重畳電圧指令値Ｖｄｈ＊およびｑｃ軸重畳電圧指令値Ｖｑｈ＊を加算したｄｃ軸電圧指令値Ｖｄｃ＊＊およびｑｃ軸電圧指令値Ｖｑｃ＊＊を、位置・速度推定演算部１１２が出力した制御位相θｄｃに基づいて三相交流電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、およびＶｗ＊に変換し、ＰＷＭ信号制御器１１５に出力する。
【００２７】
ｄｑ座標変換部１１４は、電流検出部１１６が出力した三相電流検出値Ｉｕ、Ｉｖ、およびＩｗを、位置・速度推定演算部１１２が出力した制御位相θｄｃに基づいてｄｃ軸電流検出値Ｉｄｃおよびｑｃ軸電流検出値Ｉｑｃに変換し出力する。
【００２８】
ＰＷＭ信号制御器１１５は、任意のキャリア周波数ｆｃと平滑用コンデンサ１３１の電圧検出値Ｅｃｆに基づいて三角波キャリアを生成し、その三角波キャリアと三相交流電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊に基づく変調波との大小比較を行い、パルス幅変調を実施する。このパルス幅変調の演算結果にて生成されたゲート指令信号によって、電力変換器１０２のスイッチング素子をオン／オフ制御する。また、ＰＷＭ信号制御器１１５は、電流検出部１１６の電流検出タイミングを決定する電流検出タイミング設定信号ＳＡＨを出力する。電流検出タイミング設定信号ＳＡＨは、例えば、三角波キャリアとする。
【００２９】
電流検出部１１６は、ＰＷＭ信号制御器１１５が出力した電流検出タイミング設定信号ＳＡＨに基づいて、相電流検出部１２１が検出した交流電流ｉｕ、ｉｗから三相電流検出値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを演算し、ｄｑ座標変換部１１４に出力する。
【００３０】
重畳電圧演算部１１７は、ｄｑ座標変換部１１４が出力したｄｃ軸電流検出値Ｉｄｃおよびｑｃ軸電流検出値Ｉｑｃと、ＰＷＭ信号制御器１１５が出力した電流検出タイミング設定信号ＳＡＨに基づいて、永久磁石同期機１０３に高周波電流（脈動電流）を発生させるためのｄｃ軸重畳電圧指令値Ｖｄｈ＊およびｑｃ軸重畳電圧指令値Ｖｑｈ＊を演算し出力する。
【００３１】
図３は、実施例１の位置・速度推定演算部の構成例を表すブロック図である。図３に示すように位置・速度推定演算部１１２は、磁極極性判定部２０１と、軸誤差推定演算部２０２と、速度推定演算部２０３と、位置推定演算部２０４を備える。位置・速度推定演算部１１２は、永久磁石同期機１０３の回転子磁極位相であるｄ軸と制御位相であるｄｃ軸を一致（同期）させるべく、位相制御を行う。
【００３２】
軸誤差推定演算部２０２は、ベクトル制御部１１１が出力したｄｃ軸電圧指令値Ｖｄｃ＊およびｑｃ軸電圧指令値Ｖｑｃ＊と、重畳電圧演算部１１７が出力したｄｃ軸重畳電圧指令値Ｖｄｈ＊およびｑｃ軸重畳電圧指令値Ｖｑｈ＊と、ｄｑ座標変換部１１４が出力したｄｃ軸電流検出値Ｉｄｃおよびｑｃ軸電流検出値Ｉｑｃと、速度推定演算部２０３が出力した駆動周波数推定値ωｒ＾に基づいて、ｄ軸とｄｃ軸の偏差となる軸誤差推定値Δθｃ＾を演算し、速度推定演算部２０３に出力する。
【００３３】
速度推定演算部２０３は、軸誤差推定演算部２０２が出力した軸誤差推定値Δθｃ＾に基づいて、永久磁石同期機１０３の駆動周波数推定値ωｒ＾を演算し出力する。
【００３４】
位置推定演算部２０４は、速度推定演算部２０３が出力した駆動周波数推定値ωｒ＾に基づいて、永久磁石同期機１０３の回転子磁極位置の推定位相である基準制御位相θｄｃ０を演算し出力する。さらに、位置・速度推定演算部１１２では、磁極極性判定部２０１が出力した磁極極性補正位相θｐｎを基準制御位相θｄｃ０に加算して、制御位相θｄｃを出力する。
【００３５】
制御器１０１の位相制御系が位置センサ類を用いずにｄ軸とｄｃ軸を同期させる手法については、“電気学会論文誌Ｄ、Ｖｏｌ．１２４、Ｎｏ．１１、「家電機器向け位置センサレス永久磁石同期モ−タの簡易ベクトル制御」”（以下、従来技術文献１という）に示されているような永久磁石同期機の速度起電力を利用した磁極位置推定手段がある。
【００３６】
また、永久磁石同期機が停止している状態や速度起電力が観測できないほど小さい回転速度が低い状態では、特許第５３５１８５９号公報（以下、従来技術文献２という）に示しているような高周波電圧を重畳し永久磁石同期機のロータの突極性を利用してｄ軸とｄｃ軸を同期させる磁極位置推定手段がある。
【００３７】
このうち、永久磁石同期機のロータの突極性を利用した磁極位置推定においては、磁極の極性方向については判別できないため、ｄ軸とｄｃ軸が１８０度ずれた方向が磁極位相と誤って推定されるおそれがあるため、永久磁石同期機の磁極の極性判別手段が必要となる。
【００３８】
従来技術の磁極の極性判別手段では、永久磁石同期機のｄ軸方向に交番電圧を印加して流れるｄ軸電流の正の値と負の値を大小比較したり、もしくは正方向のｄ軸電流の増加に対するｄ軸インダクタンスと負方向のｄ軸電流の増加に対するｄ軸インダクタンスを大小比較したりして、その大小比較した結果から磁極のＮ極方向を判別している。
【００３９】
一般的な埋込磁石形の永久磁石同期機では、ｄ軸電流の増加に対して、ｄ軸インダクタンス値Ｌｄが単調減少する磁気飽和特性となる。一方で、従来技術文献２に示しているような永久磁石同期機においては、ｄ軸インダクタンスがｄ軸電流に対して、正の方向に極大点Ｌｄｐを持ち、極大点Ｌｄｐよりもｄ軸電流を大きくすると、ｄ軸インダクタンス値Ｌｄが単調減少するような磁気飽和特性となることがある。つまり、ｄ軸方向に交番電圧を印加したときに流れるｄ軸電流やｄ軸インダクタンスの正側と負側の値の大小関係は、永久磁石同期機の構造によって磁気飽和特性が顕在化する磁路が異なるため一意に決まらないことが知られている。
【００４０】
したがって、従来技術の極性判別手段では、予め、ｄ軸電流のＮ極方向に電流増加に対してｄ軸インダクタンス特性が単調減少するのか、それとも極大点を有するのか把握しておかなければならず、汎用インバータのようにｄ軸インダクタンス特性が未知の永久磁石同期機が接続され、制御する場合には極大点の有無によって磁極の極性判別に失敗し、逆転するおそれがあった。
【００４１】
実施例１は、永久磁石同期機の磁極の極性判別に係り、永久磁石同期機のｄ軸インダクタンス特性が、ｄ軸電流のＮ極方向の電流増加に対して単調減少するようなＬｄ特性を持つ永久磁石同期機であっても、ｄ軸電流のＮ極方向の電流増加に対して極大点を有するようなＬｄ特性を持つ永久磁石同同期機であっても、磁極のＮ極方向を誤判別しない極性判別手段を提供する。
【００４２】
図４は、実施例１の磁極極性判定部の構成例を表すブロック図である。図４に示すように磁極極性判定部２０１は、インダクタンス演算部２１０と、極性判別・反転処理部２１５とを備え、インダクタンス演算部２１０は、第一のインダクタンス演算部２１１と、第二のインダクタンス演算部２１２と、第三のインダクタンス演算部２１３と、第四のインダクタンス演算部２１４とを備える。
【００４３】
磁極極性判定部２０１では、第一のインダクタンス演算部２１１にて、永久磁石同期機１０３に流れる脈動電流のｄｃ軸電流検出値Ｉｄｃおよびｑｃ軸電流検出値Ｉｑｃの正の電流値と、脈動電流を発生させるｄｃ軸重畳電圧指令値Ｖｄｈ＊およびｑｃ軸重畳電圧指令値Ｖｑｈ＊に基づいて、ｄｃ−ｑｃ軸座標系上の正の値の電流の変化に対する第一のインダクタンス値Ｌｄｃ１＋を演算し、極性判別・反転処理部２１５に出力する。
【００４４】
また、第二のインダクタンス演算部２１２にて、永久磁石同期機１０３に流れる脈動電流のｄｃ軸電流検出値Ｉｄｃおよびｑｃ軸電流検出値Ｉｑｃの第一のインダクタンス値Ｌｄｃ１＋とは異なる正の電流値と、脈動電流を発生させるｄｃ軸重畳電圧指令値Ｖｄｈ＊およびｑｃ軸重畳電圧指令値Ｖｑｈ＊に基づいて、ｄｃ−ｑｃ軸座標系上の正の値の電流の変化に対する第二のインダクタンス値Ｌｄｃ２＋を演算し、極性判別・反転処理部２１５に出力する。
【００４５】
さらに、第三のインダクタンス演算部２１３にて、永久磁石同期機１０３に流れる脈動電流のｄｃ軸電流検出値Ｉｄｃおよびｑｃ軸電流検出値Ｉｑｃの負の電流値と、脈動電流を発生させるｄｃ軸重畳電圧指令値Ｖｄｈ＊およびｑｃ軸重畳電圧指令値Ｖｑｈ＊に基づいて、ｄｃ−ｑｃ軸座標系上の負の値の電流の変化に対する第三のインダクタンス値Ｌｄｃ１−を演算し、極性判別・反転処理部２１５に出力する。
【００４６】
さらに、第四のインダクタンス演算部２１４にて、永久磁石同期機１０３に流れる脈動電流のｄｃ軸電流検出値Ｉｄｃおよびｑｃ軸電流検出値Ｉｑｃの第三のインダクタンス値Ｌｄｃ１−とは異なる負の電流値と、脈動電流を発生させるｄｃ軸重畳電圧指令値Ｖｄｈ＊およびｑｃ軸重畳電圧指令値Ｖｑｈ＊に基づいて、ｄｃ−ｑｃ軸座標系上の負の値の電流の変化に対する第四のインダクタンス値Ｌｄｃ２−を演算し、極性判別・反転処理部２１５に出力する。
【００４７】
そして、極性判別・反転処理部２１５にて、ｄｃ−ｑｃ軸座標系上の正の値の電流変化に対する第一のインダクタンス値Ｌｄｃ１＋と第二のインダクタンス値Ｌｄｃ２＋の偏差量ΔＬｄｃ＋と、ｄｃ−ｑｃ軸座標系上の負の値の電流変化に対する第三のインダクタンス値Ｌｄｃ１−と第四のインダクタンス値Ｌｄｃ２−の偏差量ΔＬｄｃ−を演算する。さらに、偏差量ΔＬｄｃ＋と偏差量ΔＬｄｃ−の絶対値を演算し、インダクタンスの偏差量の絶対値が大きい側を永久磁石同期機１０３のＮ極方向（ｄ軸方向）と判定する。極性判別・反転処理部２１５は、ロータ鉄心の磁気飽和特性を利用して永久磁石同期機１０３の回転子磁極のＮ極方向を判別し、その結果、位置推定演算部２０４で推定した回転子磁極位置が１８０度ずれている場合には、制御位相θｄｃを反転させるため磁極極性補正位相θｐｎは１８０度を出力する。極性判別の結果、回転子の磁極のＮ極方向が制御位相θｄｃとずれていない場合には、磁極極性補正位相θｐｎは０度を出力する。
【００４８】
図５は、実施例１の重畳電圧演算部の構成例を表すブロック図である。図５に示すように重畳電圧演算部１１７は、交流電圧成分印加部７０１と、重畳電圧位相補正テーブル７０２と、ｄｑ座標変換部７０３とを備える。
【００４９】
交流電圧成分印加部７０１は、ＰＷＭ信号制御器１１５が出力した電流検出タイミング設定信号ＳＡＨに基づいて、ｐ軸重畳交流電圧指令Ｖｐ−ａｃ＊、ｚ軸重畳交流電圧指令Ｖｚ−ａｃ＊を演算し、ｄｑ座標変換部７０３に出力する。
【００５０】
重畳電圧位相補正テーブル７０２は、ｄｑ座標変換部１１４が出力したｄｃ軸電流検出値Ｉｄｃおよびｑｃ軸電流検出値Ｉｑｃに基づいて、永久磁石同期機１０３に脈動電流を発生させるための電圧指令を重畳する座標系であるｐ軸と制御座標系のdｃ軸の偏差量Δθｐｄを演算し、ｄｑ座標変換部７０３に出力する。
【００５１】
ｄｑ座標変換部７０３は、交流電圧成分印加部７０１が出力したｐ軸重畳交流電圧指令Ｖｐ−ａｃ＊、ｚ軸重畳交流電圧指令Ｖｚ−ａｃ＊を、重畳電圧位相補正テーブル７０２が出力したｐ軸とｄｃ軸の偏差量Δθｐｄに基づいてｄｃ軸重畳電圧指令値Ｖｄｈ＊およびｑｃ軸重畳電圧指令値Ｖｑｈ＊に変換し出力する。
【００５２】
図６は、実施例１の交流電圧成分印加部の構成例を表すブロック図である。図６に示すように交流電圧成分印加部７０１は、交流波形発生器７１１および７１３と、交流電圧波形の振幅の大きさを切り替える切替器７１２および７１４と、交流波形発生器７１１および７１３の出力値と切替器７１２および７１４の出力値をそれぞれ乗算して出力する乗算器８０４、８０５を備える。
【００５３】
交流電圧成分印加部７０１は、交流波形発生器７１１および７１３が電流検出タイミング設定信号ＳＡＨに基づいて永久磁石同期機１０３に脈動電流を発生させるためのｐ軸交流電圧波形Ｓｐ−ａｃ＊およびｚ軸交流電圧波形Ｓｚ−ａｃ＊を出力する。また、切替器７１２および７１４は、ｐｚ軸座標系上に重畳するｐ軸交流電圧波形Ｓｐ−ａｃ＊およびｚ軸交流電圧波形Ｓｚ−ａｃ＊の振幅を制御する切替器である。乗算器８０４、８０５にて、交流波形発生器７１１および７１３が出力したｐ軸交流電圧波形Ｓｐ−ａｃ＊およびｚ軸交流電圧波形Ｓｚ−ａｃ＊と、切替器７１２および７１４が出力したｐ軸交流電圧成分振幅指令Ｋｐ−ａｃ＿ａｍｐ＊およびｚ軸交流電圧成分振幅指令Ｋｚ−ａｃ＿ａｍｐ＊と、をそれぞれ乗算して、ｐ軸重畳交流電圧指令Ｖｐ−ａｃ＊、ｚ軸重畳交流電圧指令Ｖｚ−ａｃ＊を出力する。
【００５４】
次に、実施例１の磁極極性判定の具体的な動作について説明する。図７は、実施例１の重畳電圧演算部のＳＷ動作と出力電圧波形の関係を例示したグラフである。図７において、図７（ａ）は、交流電圧成分印加部７０１において交流波形発生器７１１および７１３が発生する矩形波信号の周期を決める電流検出タイミング設定信号ＳＡＨの波形例を示している。図７（ｂ）は、交流波形発生器７１１から出力されるｐ軸交流電圧波形Ｓｐ−ａｃ＊の波形例を示している。図７（ｃ）は、交流波形発生器７１３から出力されるｚ軸交流電圧波形Ｓｚ−ａｃ＊の波形例を示している。図７（ｄ）は、切替器７１２のスイッチング指令ＳＷ１の切替例を示している。図７（ｅ）は、切替器７１４のスイッチング指令ＳＷ２の切替例を示している。図７（ｆ）は、乗算器８０４の演算結果であるｐ軸重畳交流電圧指令Ｖｐ−ａｃ＊の波形例を示している。図７（ｇ）は、乗算器８０５の演算結果であるｚ軸重畳交流電圧指令Ｖｚ−ａｃ＊の波形例を示している。図７（ｈ）は、実施例１の磁極の極性判別時に永久磁石同期機１０３に流れるｄ軸電流ｉｄの波形例を示している。なお、本実施例では、交流波形発生器７１１および７１３から出力されるｐ軸交流電圧波形Ｓｐ−ａｃ＊およびｚ軸交流電圧波形Ｓｚ−ａｃ＊を矩形波としたが、正弦波を用いてもよい。
【００５５】
図８は、実施例１の磁極極性判定部の入力信号とｄ軸電流の電流検出点を例示したグラフである。図８において、図８（ａ）は、交流電圧成分印加部７０１から出力されるｐ軸重畳交流電圧指令Ｖｐ−ａｃ＊の波形例を示している。図８（ｂ）は、交流電圧成分印加部７０１から出力されるｚ軸重畳交流電圧指令Ｖｚ−ａｃ＊の波形例を示している。図８（ｃ）は、重畳電圧位相補正テーブル７０２から出力されるｐ軸とｄｃ軸の偏差量Δθｐｄの波形例を示している。図８（ｄ）は、重畳電圧演算部１１７から出力されるｄｃ軸重畳電圧指令値Ｖｄｈ＊の波形例を示している。図８（ｅ）は、重畳電圧演算部１１７から出力されるｑｃ軸重畳電圧指令値Ｖｑｈ＊の波形例を示している。図８（ｆ）は、実施例１の磁極の極性判別時に永久磁石同期機１０３に流れるｄ軸電流ｉｄの波形とｄ軸インダクタンスの演算に用いる電流検出値のサンプル点の例を示している。
【００５６】
図７および図８を参照して、実施例１の重畳電圧演算部１１７と磁極極性判定部２０１の動作および磁極の極性判別手法を説明する。なお、図７および図８の波形例では、ｐ軸とｄｃ軸の偏差量Δθｐｄおよびｄ軸とｄｃ軸の偏差量Δθｃが零の状態であるものとした。
【００５７】
重畳電圧演算部１１７は、交流波形発生器７１１および７１３にて、ＰＷＭ信号制御器１１５が出力した電流検出タイミング設定信号ＳＡＨに基づいて、ｐ軸交流電圧波形Ｓｐ−ａｃ＊およびｚ軸交流電圧波形Ｓｚ−ａｃ＊を演算し、切替器７１２および７１４のスイッチング状態を操作することで、ｐ軸重畳交流電圧指令Ｖｐ−ａｃ＊、ｚ軸重畳交流電圧指令Ｖｚ−ａｃ＊を制御している。
【００５８】
図７において、図７（ｄ）の切替器７１２のスイッチング指令ＳＷ１を、振幅指令に０が設定された状態２から、振幅指令に第一のｐ軸交流電圧振幅指令Ｖｐ−ａｃ＿ａｍｐ１が設定された状態１に切り替えることで、図７（ｆ）のｐ軸重畳交流電圧指令Ｖｐ−ａｃ＊に電圧振幅がＶｐ−ａｃ＿ａｍｐ１の矩形波電圧指令が出力される。任意の時間が経過後、スイッチング指令ＳＷ１を状態１から状態２に切り替え、図７（ｆ）のｐ軸重畳交流電圧指令Ｖｐ−ａｃ＊の出力を一度０にする。
【００５９】
さらに、スイッチング指令ＳＷ１を状態２から、振幅指令に第一のｐ軸交流電圧振幅指令Ｖｐ−ａｃ＿ａｍｐ１とは異なる第二のｐ軸交流電圧振幅指令Ｖｐ−ａｃ＿ａｍｐ２が設定された状態３に切り替えることで、図７（ｆ）のｐ軸重畳交流電圧指令Ｖｐ−ａｃ＊に電圧振幅がＶｐ−ａｃ＿ａｍｐ２の矩形波電圧指令が出力される。そして、任意の時間が経過後、スイッチング指令ＳＷ１を状態３から状態２に切り替え、図７（ｆ）のｐ軸重畳交流電圧指令Ｖｐ−ａｃ＊の出力を０にする。
【００６０】
なお、本実施例では、図７（ｅ）のスイッチング指令ＳＷ２を常に、振幅指令に０が設定された状態２にしておくことで、図７（ｇ）のｚ軸重畳交流電圧指令Ｖｚ−ａｃ＊（ｚ軸）の出力を０にしている。また、本実施例では、ｐ軸とｄｃ軸の偏差量Δθｐｄおよびｄ軸とｄｃ軸の偏差量Δθｃが零の状態であるものとしているため、ｐ軸とｄｃ軸は一致しており、ｐ軸重畳交流電圧指令Ｖｐ−ａｃ＊およびｚ軸重畳交流電圧指令Ｖｚ−ａｃ＊と、ｄｃ軸重畳電圧指令値Ｖｄｈ＊およびｑｃ軸重畳電圧指令値Ｖｑｈ＊は同一波形となる。重畳電圧演算部１１７が出力したｄｃ軸重畳電圧指令値Ｖｄｈ＊およびｑｃ軸重畳電圧指令値Ｖｑｈ＊によって、図７（ｈ）のような振幅の異なる脈動電流を永久磁石同期機に流すことができる。
【００６１】
磁極極性判定部２０１は、重畳電圧演算部１１７が出力したｄｃ軸重畳電圧指令値Ｖｄｈ＊およびｑｃ軸重畳電圧指令値Ｖｑｈ＊の電圧印加によって永久磁石同期機１０３に流れたｄ軸の脈動電流からｄ軸インダクタンスを推定演算し、その演算結果から永久磁石同期機１０３の磁極極性を判別し、磁極極性補正位相θｐｎを出力する。
【００６２】
図８において、前述したとおり、図８（ｄ）で示したｄｃ軸重畳電圧指令値Ｖｄｈ＊と図８（ｅ）で示したｑｃ軸重畳電圧指令値Ｖｑｈ＊の電圧印加によって、永久磁石同期機１０３には図８（ｆ）で示したようにｄ軸電流ｉｄに振幅の異なる脈動電流が発生する。
【００６３】
磁極極性判定部２０１のインダクタンス演算部２１０では、電流検出部１１６にて所定のタイミングでサンプリングされたｄｃ軸電流検出値Ｉｄｃからｄ軸インダクタンス値を演算する。図８（ｆ）に、実施例１の磁極の極性判別に必要なｄｃ軸電流検出値Ｉｄｃのサンプリング点を例示した。本実施例では、例えば、ｄ軸インダクタンス値を演算するためのｄｃ軸電流検出値Ｉｄｃのサンプリングは、電流検出タイミング設定信号ＳＡＨを三角波キャリアとして、その三角波キャリアの山谷周期としている。
【００６４】
まず、第一のインダクタンス演算部２１１において、図８（ｆ）で示したｄｃ軸電流検出値Ｉｄｃのサンプリング点の電流値Ｉｄｃ１０＋、Ｉｄｃ１＋から、ｄｃ−ｑｃ軸座標系上の正の値の電流の変化に対する第一のインダクタンス値Ｌｄｃ１＋を演算する。第一のインダクタンス値Ｌｄｃ１＋は、例えば、以下の式（１）にて演算されるものとする。
【００６５】
【数１】
0006975333.tif 000002
【００６６】
なお、式（１）のｄｃ軸電流の変化量ΔＩｄｃ１＋を演算するのに、図８（ｆ）で示したｄｃ軸電流検出値Ｉｄｃのサンプリング点の電流値Ｉｄｃ１０＋とＩｄｃ１＋の偏差を用いたが、Ｉｄｃ１＋の電流値のみでｄｃ軸電流の変化量ΔＩｄｃ１＋と代用してもよい。なお、後述のｄｃ軸電流の変化量ΔＩｄｃ１−、ΔＩｄｃ２＋、ΔＩｄｃ２−も同様である。
【００６７】
また、式（１）の磁束の変化量ΔΦｄｃ１＋は、電流の変化量ΔＩｄｃ１＋を与えたときの磁束の変化量であり、以下の式（２）にて演算することができる。
【００６８】
【数２】
0006975333.tif 000003
【００６９】
なお、ＰＷＭ制御型の電力変換器を用いた場合、磁束の変化量ΔΦｄは、電流の変化量ΔＩｄｃ１＋を与えたときの、電力変換器の入力端子１２３ａ、１２３ｂに供給される直流電圧が三相交流電圧に変換されて印加される電圧Ｖの印加時間Δｔに比例するため、直流電圧の大きさが同一であればｄｃ軸重畳電圧指令値Ｖｄｈ＊から磁束の変化量ΔΦｄを推定演算可能である。
【００７０】
より具体的には、例えば、ｄｃ軸電圧指令値Ｖｄｃ＊＊およびｑｃ軸電圧指令値Ｖｑｃ＊＊がＰＷＭ変調されることを考慮すると、ＰＷＭ制御型の電力変換器の直流電圧をＥｄｃ、ｄｃ軸重畳電圧指令値Ｖｄｈ＊およびｑｃ軸重畳電圧指令値Ｖｑｈ＊に基づく電力変換器による直流電圧印加時間ΔＴｖｈを算出することで、以下の式（３）にて磁束の変化量ΔΦｄｃを推定演算することができる。
【００７１】
【数３】
0006975333.tif 000004
【００７２】
ここで、式（３）の換算係数Ｋｃｏｎｖは、電力変換器から出力されるＰＷＭ電圧を三相固定座標系からｄｑ軸回転座標系への座標変換に伴う換算係数である。例えば、ＰＷＭ制御型の電力変換器が２レベルインバータで、三相固定座標系からｄｑ軸回転座標系への座標変換に相対変換を用いた場合、係数Ｋｃｏｎｖには２／３を用いればよい。したがって、換算係数Ｋｃｏｎｖは電力変換器の構成や高周波電圧を印加する際の電力変換器のスイッチング方法、および電力変換器を制御する際に用いる座標変換の変換方法によって設定値を変更する必要がある。ただし、この換算係数Ｋｃｏｎｖは、正確にインダクタンスの値を算出するためには重要な設定値であるが、実施例１の極性判別手段ではＮ極方向とＳ極方向のインダクタンスの変化量の絶対値を大小比較することから、最終的にこの換算係数Ｋｃｏｎｖはキャンセルされてしまうため、換算係数Ｋｃｏｎｖは０より大きい値を用いてもよい。
【００７３】
次に、第三のインダクタンス演算部２１３において、図８（ｆ）で示したｄｃ軸電流検出値Ｉｄｃのサンプリング点の電流値Ｉｄｃ１０−、Ｉｄｃ１−から、ｄｃ−ｑｃ軸座標系上の負の値の電流の変化に対する第三のインダクタンス値Ｌｄｃ１−を演算する。第三のインダクタンス値Ｌｄｃ１−は、例えば、以下の式（４）にて演算されるものとする。
【００７４】
【数４】
0006975333.tif 000005
【００７５】
次に、第二のインダクタンス演算部２１２において、図８（ｆ）で示したｄｃ軸電流検出値Ｉｄｃのサンプリング点の電流値Ｉｄｃ２０＋、Ｉｄｃ２＋から、ｄｃ−ｑｃ軸座標系上の正の値の電流の変化に対する第二のインダクタンス値Ｌｄｃ２＋を演算する。第二のインダクタンス値Ｌｄｃ２＋は、例えば、以下の式（５）にて演算されるものとする。
【００７６】
【数５】
0006975333.tif 000006
【００７７】
次に、第四のインダクタンス演算部２１４において、図８（ｆ）で示したｄｃ軸電流検出値Ｉｄｃのサンプリング点の電流値Ｉｄｃ２０−、Ｉｄｃ２−から、ｄｃ−ｑｃ軸座標系上の負の値の電流の変化に対する第四のインダクタンス値Ｌｄｃ２−を演算する。第四のインダクタンス値Ｌｄｃ２−は、例えば、以下の式（６）にて演算されるものとする。
【００７８】
【数６】
0006975333.tif 000007
【００７９】
インダクタンス演算部２１０は、第一から第四のインダクタンスの演算結果であるＬｄｃ１＋、Ｌｄｃ２＋、Ｌｄｃ１−、Ｌｄｃ２−を極性判別・反転処理部２１５に出力する。
【００８０】
極性判別・反転処理部２１５では、第一のインダクタンス値Ｌｄｃ１＋と第二のインダクタンス値Ｌｄｃ２＋の偏差量ΔＬｄｃ＋を演算する。偏差量ΔＬｄｃ＋は、例えば、以下の式（７）にて演算されるものとする。
【００８１】
【数７】
0006975333.tif 000008
【００８２】
さらに、第三のインダクタンス値Ｌｄｃ１−と第四のインダクタンス値Ｌｄｃ２−の偏差量ΔＬｄｃ−を演算する。偏差量ΔＬｄｃ−は、例えば、以下の式（８）にて演算されるものとする。
【００８３】
【数８】
0006975333.tif 000009
【００８４】
正の値の電流の変化に対するインダクタンスの偏差量ΔＬｄｃ＋の絶対値｜ΔＬｄｃ＋｜と、負の値の電流の変化に対するインダクタンスの偏差量ΔＬｄｃ−の絶対値｜ΔＬｄｃ−｜をそれぞれ演算し、絶対値｜ΔＬｄｃ＋｜と｜ΔＬｄｃ−｜の大小関係を比較し、インダクタンスの偏差量の絶対値が大きい側を永久磁石同期機１０３のＮ極方向（ｄ軸方向）と判定する。
【００８５】
例えば、極性判別演算の結果、インダクタンスの偏差量の絶対値が｜ΔＬｄｃ＋｜＞｜ΔＬｄｃ−｜の大小関係が得られた場合、永久磁石同期機の回転子磁極のＮ極方向（ｄ軸方向）と、制御位相θｄｃ（ｄｃ軸）は１８０度ずれていないこととなり、磁極極性判定部２０１の磁極極性補正位相θｐｎには０度が出力される。反対に、インダクタンスの偏差量の絶対値が｜ΔＬｄｃ＋｜＜｜ΔＬｄｃ−｜の大小関係が得られた場合、永久磁石同期機の回転子磁極のＮ極方向（ｄ軸方向）と、制御位相θｄｃ（ｄｃ軸）は１８０度ずれていることとなり、磁極極性判定部２０１の磁極極性補正位相θｐｎには１８０度が出力される。
【００８６】
次に、実施例１の効果について図９および図１０を用いて説明する。図９は、Ｎ極方向の電流増加に対して磁石磁束方向のインダクタンスが単調減少するような特性を有する永久磁石同期機において、実施例１のインダクタンス演算部２１０が出力するインダクタンス値を例示したグラフである。図９に示すとおり、インダクタンスの偏差量の絶対値｜ΔＬｄｃ＋｜と｜ΔＬｄｃ−｜の大小関係を比較すると、Ｎ極方向のインダクタンスの偏差量の絶対値｜ΔＬｄｃ＋｜が大きくなることがわかる。
【００８７】
また、図１０は、Ｎ極方向の電流増加に対して磁石磁束方向のインダクタンスが極大点を有して単調減少するような特性を有する永久磁石同期機において、実施例１のインダクタンス演算部２１０が出力するインダクタンス値を例示したグラフである。図１０に示すとおり、ｄ軸インダクタンスの磁気飽和特性に極大点を持つような永久磁石同期機の場合でも、インダクタンスの偏差量の絶対値｜ΔＬｄｃ＋｜と｜ΔＬｄｃ−｜の大小関係を比較すると、Ｎ極方向のインダクタンスの偏差量の絶対値｜ΔＬｄｃ＋｜が大きくなることがわかる。
【００８８】
したがって、本実施例のように、正の値の電流の変化に対するインダクタンスの偏差量ΔＬｄｃ＋と、負の値の電流の変化に対するインダクタンスの偏差量ΔＬｄｃ−の絶対値｜ΔＬｄｃ＋｜、｜ΔＬｄｃ−｜をそれぞれ演算し、絶対値｜ΔＬｄｃ＋｜と｜ΔＬｄｃ−｜の大小関係を比較すれば、絶対値が大きい側に永久磁石同期機のＮ極方向（ｄ軸方向）が存在し、前述した図９や図１０のような永久磁石同期機のｄ軸インダクタンスの磁気飽和特性の違いによる磁極の極性判別に失敗するおそれがなくなる。また、ｄ軸電流変化に対するｄ軸インダクタンスの単調減少や極大点による増加の磁気飽和特性のどちらも利用できるため、必要最小限のｄ軸電流で極性判別が実施可能となる。
【００８９】
最後に、実施例１による永久磁石同期機の初期磁極位置推定のシミュレーション動作波形例を示し、実施例１の具体的な効果について説明する。
【００９０】
図１１は、永久磁石同期機の初期磁極位置推定フローを例示したグラフである。図１１において、（ａ）は永久磁石同期機１０３の駆動周波数ωｒ、（ｂ）は交流電圧成分印加部７０１から出力されるｐ軸重畳交流電圧指令Ｖｐ−ａｃ＊、（ｃ）はｄｑ座標変換部１１４から出力されるｄｃ軸電流検出値Ｉｄｃ、（ｄ）はｄｑ座標変換部１１４から出力されるｑｃ軸電流検出値Ｉｑｃ、（ｅ）は永久磁石同期機１０３の回転子磁極位置θｄおよび永久磁石同期機１０３の回転子磁極位置を推定した制御位相θｄｃ、（ｆ）は永久磁石同期機１０３の回転子磁極位置θｄと制御位相θｄｃの偏差量Δθｅｒｒの波形例を示している。なお、図１１のシミュレーション動作波形例では、交流電圧成分印加部７０１から出力されるｚ軸重畳交流電圧指令Ｖｚ−ａｃ＊を０、重畳電圧位相補正テーブル７０２から出力されるｐ軸とｄｃ軸の偏差量Δθｐｄを０としたため、動作波形の例示を省略する。また、印加するｐ軸重畳交流電圧指令Ｖｐ−ａｃ＊の振幅値は、突極性利用時には電流リプルの大きさが永久磁石同期機の定格電流の約０．１ｐ．ｕ．、磁気飽和利用時には定格電流の約０．９ｐ．ｕ．となるよう調整した値を用いたが、重畳する電流リプルは任意の大きさに調整可能である。また、図１１のシミュレーション動作波形例では、永久磁石同期機１０３が始動するまでの初期磁極位置推定に要する時間を約１５０ｍｓに設定しているが、実用上は更なる推定時間の短縮が可能である。
【００９１】
永久磁石同期機の初期磁極位置推定は、まず、永久磁石同期機に高周波電圧を印加して電流リプルを発生させ、永久磁石同期機の突極性による電流変化を利用して軸誤差推定値Δθｃ＾を推定演算し、それが零になるようにＰＬＬ(Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ)制御することで磁極位置を推定する。そして、突極性利用形では永久磁石同期機の磁極の極性が判別できないため、最終的に磁気飽和特性を利用した極性判別を実施して初期磁極位置を推定する。なお、図１１では、突極性を利用した磁極位置推定と、磁気飽和現象を利用した極性判別を実施する期間とで印加する高周波電圧の振幅を変更している。これは、永久磁石同期機が始動する前で負荷電流が流れていない場合、駆動時と比べて突極比が大きいため、磁気飽和特性を利用する場合に比べ少ない電流リプルの重畳で軸誤差推定値Δθｃ＾を演算できる。一方、極性判別時には磁気飽和特性を精度よく抽出するために極性判別用に重畳する電流リプルの大きさを増やしている。また、図１１は、永久磁石同期機が停止した状態から初期磁極位置推定による永久磁石同期機の始動のシミュレーション動作波形例を示したが、永久磁石同期機が回転している状態（惰行運転状態）からの初期磁極位置推定についても同様の手順で実施可能である。
【００９２】
さらに、永久磁石同期機の初期磁極位置推定において、従来の極性判別法を用いた場合と実施例１の極性判別法を用いた場合のシミュレーション動作波形例を示し、初期磁極位置推定結果の違いを詳しく説明する。なお、ここでの永久磁石同期機の磁気飽和特性は、図１０で示したようなＮ極方向の電流増加に対して磁石磁束方向のインダクタンスが極大点を有して単調減少するような特性を有する場合を例に説明する。
【００９３】
図１２は、従来の極性判別法を用いた場合の永久磁石同期機の初期磁極位置推定のシミュレーション動作波形を例示したグラフである。なお、図１２のシミュレーション動作波形例は、前述した永久磁石同期機の初期磁極位置推定フローにおいて極性判別を実施している部分を抽出した動作波形を例示している。図１２において、（ａ）は交流電圧成分印加部７０１から出力されるｐ軸重畳交流電圧指令Ｖｐ−ａｃ＊、（ｂ）はｄｑ座標変換部１１４から出力されるｄｃ軸電流検出値Ｉｄｃ、（ｃ）はｄｃ軸電流検出値Ｉｄｃの変化量を算出し絶対値をとった値｜ΔＩｄｃ｜、（ｄ）は従来の極性判別法における極性判別値ΔＰＦ、（ｅ）は永久磁石同期機１０３の回転子磁極位置θｄおよび永久磁石同期機１０３の回転子磁極位置を推定した制御位相θｄｃの波形例を示している。ここで、従来の極性判別法は、例えば、ｄｃ軸電流検出値Ｉｄｃの正側の電流変化量と負側の電流変化量を算出し、それら電流変化の大きさを比較して電流変化が大きい側をＮ極方向として磁極の極性を判別するものとした。図１２（ｄ）の極性判別値ΔＰＦはｄｃ軸電流検出値Ｉｄｃの正側の電流変化量と負側の電流変化量の差をとったものであり、極性判別値ΔＰＦが正であればｄｃ軸とｄ軸は一致しており、負であればｄｃ軸が反転（位相差１８０度）していることを表す。
【００９４】
図１２の従来の極性判別法を用いた場合の永久磁石同期機の初期磁極位置推定のシミュレーション動作波形例において、横軸のシミュレーション時間（ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
ｔｉｍｅ）が０．１５ｓ時点で、永久磁石同期機１０３の磁極位置θｄが１０５度であるのに対して、突極性を利用した磁極位置推定によって制御位相θｄｃは約−７５度に収束しているのが見てとれる。そこから、従来方式による磁極の極性判別を実施するが、図１２（ｄ）に示すように、磁極の極性判別に利用する磁気飽和現象による電流変化量の差をとった極性判別値ΔＰＦが正の値となるため、収束した制御位相θｄｃはＮ極方向であると判断され、極性判別に失敗してしまうことがわかる。
【００９５】
次に、図１３は、実施例１の極性判別法を用いた場合の永久磁石同期機の初期磁極位置推定のシミュレーション動作波形を例示したグラフである。なお、図１３のシミュレーション動作波形例は、前述した永久磁石同期機の初期磁極位置推定フローにおいて極性判別を実施している部分を抽出した動作波形を例示している。図１３において、（ａ）は交流電圧成分印加部７０１から出力されるｐ軸重畳交流電圧指令Ｖｐ−ａｃ＊、（ｂ）はｄｑ座標変換部１１４から出力されるｄｃ軸電流検出値Ｉｄｃ、（ｃ）はｄｃ軸電流検出値Ｉｄｃの電流変化に対するインダクタンス算出値Ｌｄｃ−ｃｌｃ、（ｄ）は実施例１の極性判別法における極性判別値ΔＰＦ２、（ｅ）は永久磁石同期機１０３の回転子磁極位置θｄおよび永久磁石同期機１０３の回転子磁極位置を推定した制御位相θｄｃの波形例を示している。ここで、図１３（ｄ）の極性判別値ΔＰＦ２は、実施例１における正の値の電流の変化に対するインダクタンスの偏差量ΔＬｄｃ＋の絶対値｜ΔＬｄｃ＋｜と、負の値の電流の変化に対するインダクタンスの偏差量ΔＬｄｃ−の絶対値｜ΔＬｄｃ−｜の差をとったものであり、極性判別値ΔＰＦ２が正であればｄｃ軸とｄ軸は一致しており、負であればｄｃ軸が反転（位相差１８０度）していることを表す。
【００９６】
図１３の実施例１の極性判別法を用いた場合の永久磁石同期機の初期磁極位置推定のシミュレーション動作波形例において、横軸のシミュレーション時間が０．１５ｓ時点で、突極性を利用した磁極位置推定によって制御位相θｄｃが約−７５度に収束している点は図１２と同様であるが、そこから実施例１による磁極の極性判別を実施した結果、磁極の極性判別に利用する磁気飽和現象によるインダクタンス変化量の差をとった極性判別値ΔＰＦ２は負の値となるため、収束した制御位相θｄｃはＳ極方向であると判断し、０．１９８ｓ時点で制御位相θｄｃに１８０度が加算される。実施例１による極性判別の結果、永久磁石同期機１０３の回転子磁極位置θｄと制御位相θｄｃが一致し、初期磁極位置推定に成功していることがわかる。
【００９７】
以上説明したように、本実施例によれば、永久磁石同期機に電流変化を与えた場合のインダクタンス値の変化量の絶対値から磁極の極性を判別する。これにより、極性判別の判定値の大小関係が永久磁石同期機のインダクタンスの磁気飽和特性によって反転するおそれがなくなり、インダクタンスの磁気飽和特性が未知の永久磁石同期機でも磁極の極性判別に失敗しない永久磁石同期機の駆動装置が実現できるようになる。
【００９８】
また、永久磁石同期機のインダクタンスの磁気飽和特性は、永久磁石の温度変化や磁石に不可逆減磁が発生した場合などに大きく変化してしまうことがあり、これらの変化要因によって同じ永久磁石同期機であってもＮ極方向（磁極方向）とＳ極方向の電流変化やインダクタンスの大小関係が逆転し、磁極の極性を誤判別するおそれがある。例えば、図９のような磁気飽和特性を有する永久磁石同期機であっても、永久磁石の温度変化や磁石の不可逆減磁の発生によって、図１０のような磁気飽和特性に変化してしまう場合がある。本実施例によれば、永久磁石のＮ極方向に電流を流したときのインダクタンスが磁気飽和現象によって必ず何かしらの変化を伴うが、それに比べＳ極側のインダクタンスには変化がほとんど生じないという特性を利用し、インダクタンスの変化量の大小関係に基づいて磁極の極性を判別するため、磁気飽和現象によるＮ極方向の電流変化やインダクタンスの減少または増加の特性に関係なく磁極の極性判別が可能となり、磁石温度の変化や不可逆減磁が発生した場合でも永久磁石同期機の磁極の極性判別に失敗しない永久磁石同期機の駆動装置が実現できるようになる。
【実施例２】
【００９９】
実施例２では、第一から第四のインダクタンス値を演算するためのｄｃ軸電流検出値Ｉｄｃのサンプリング点を工夫することで、実施例１よりも磁極の極性判別時に重畳する高周波電圧の印加時間を短縮し、その結果、極性判別時の脈動電流が低減し、より高効率で騒音が少ない永久磁石同期機の駆動装置が実現できる。
【０１００】
図１４は、実施例２の交流電圧成分印加部の構成例を表すブロック図である。実施例２は、実施例１の交流電圧成分印加部７０１の代わりに、交流電圧成分印加部７０１ｂを用いることで実現できる。
【０１０１】
図１４において、交流電圧成分印加部７０１ｂは、交流波形発生器７１１および７１３と、交流電圧波形の振幅の大きさを切り替える切替器７１２ｂ、７１４ｂと、交流波形発生器７１１および７１３の出力値と切替器７１２ｂ、７１４ｂの出力値をそれぞれ乗算して出力する乗算器８０４ｂおよび８０５ｂを備える。交流電圧成分印加部７０１ｂでは、交流波形発生器７１１および７１３が電流検出タイミング設定信号ＳＡＨに基づいて永久磁石同期機１０３に脈動電流を発生させるためのｐ軸交流電圧波形Ｓｐ−ａｃ＊およびｚ軸交流電圧波形Ｓｚ−ａｃ＊を出力する。
【０１０２】
また、切替器７１２ｂおよび７１４ｂは、交流波形発生器７１１および７１３が出力したｐｚ軸座標系上に重畳するｐ軸交流電圧波形Ｓｐ−ａｃ＊およびｚ軸交流電圧波形Ｓｚ−ａｃ＊の振幅を制御する切替器である。実施例１に対して、実施例２では切替器７１２ｂおよび７１４ｂがとる交流電圧波形の振幅指令値の出力状態は２つになる。乗算器８０４ｂおよび８０５ｂにて、交流波形発生器７１１および７１３が出力したｐ軸交流電圧波形Ｓｐ−ａｃ＊およびｚ軸交流電圧波形Ｓｚ−ａｃ＊と、切替器７１２ｂおよび７１４ｂが出力したｐ軸交流電圧成分振幅指令Ｋｐ−ａｃ＿ａｍｐ＊およびｚ軸交流電圧成分振幅指令Ｋｚ−ａｃ＿ａｍｐ＊と、をそれぞれ乗算して、ｐ軸重畳交流電圧指令Ｖｐ−ａｃ＊およびｚ軸重畳交流電圧指令Ｖｚ−ａｃ＊を演算し、出力する。
【０１０３】
次に、実施例２の磁極極性判定の具体的な動作について説明する。図１５は、実施例２の重畳電圧演算部のＳＷ動作と出力電圧波形の関係を例示したグラフである。図１５において、図１５（ａ）は、交流電圧成分印加部７０１ｂにおいて交流波形発生器７１１および７１３が発生する矩形波信号の周期を決める電流検出タイミング設定信号ＳＡＨの波形例を示している。図１５（ｂ）は、交流波形発生器７１１から出力されるｐ軸交流電圧波形Ｓｐ−ａｃ＊の波形例を示している。図１５（ｃ）は、交流波形発生器７１３から出力されるｚ軸交流電圧波形Ｓｚ−ａｃ＊の波形例を示している。図１５（ｄ）は、切替器７１２ｂのスイッチング指令ＳＷ１の切替例を示している。図１５（ｅ）は、切替器７１４ｂのスイッチング指令ＳＷ２の切替例を示している。図１５（ｆ）は、乗算器８０４ｂの演算結果であるｐ軸重畳交流電圧指令Ｖｐ−ａｃ＊の波形例を示している。図１５（ｇ）は、乗算器８０５ｂの演算結果であるｚ軸重畳交流電圧指令Ｖｚ−ａｃ＊の波形例を示している。図１５（ｈ）は、実施例２の磁極の極性判別時に永久磁石同期機１０３に流れるｄ軸電流ｉｄの波形例を示している。なお、本実施例では、交流波形発生器７１１および７１３から出力されるｐ軸交流電圧波形Ｓｐ−ａｃ＊およびｚ軸交流電圧波形Ｓｚ−ａｃ＊を矩形波としたが、正弦波を用いてもよい。
【０１０４】
図１６は、実施例２の磁極極性判定部の入力信号とｄ軸電流の電流検出点を例示したグラフである。図１６において、図１６（ａ）は、交流電圧成分印加部７０１ｂから出力されるｐ軸重畳交流電圧指令Ｖｐ−ａｃ＊の波形例を示している。図１６（ｂ）は、交流電圧成分印加部７０１ｂから出力されるｚ軸重畳交流電圧指令Ｖｚ−ａｃ＊の波形例を示している。図１６（ｃ）は、重畳電圧位相補正テーブル７０２から出力されるｐ軸とｄｃ軸の偏差量Δθｐｄの波形例を示している。図１６（ｄ）は、重畳電圧演算部１１７から出力されるｄｃ軸重畳電圧指令値Ｖｄｈ＊の波形例を示している。図１６（ｅ）は、重畳電圧演算部１１７から出力されるｑｃ軸重畳電圧指令値Ｖｑｈ＊の波形例を示している。図１６（ｆ）は、実施例２の磁極の極性判別時に永久磁石同期機１０３に流れるｄ軸電流ｉｄの波形とｄ軸インダクタンスの演算に用いる電流検出値のサンプル点の例を示している。
【０１０５】
図１５および図１６を参照して、実施例２の重畳電圧演算部１１７と磁極極性判定部２０１の動作および磁極の極性判別手法を説明する。なお、図１５および図１６の波形例では、ｐ軸とｄｃ軸の偏差量Δθｐｄおよびｄ軸とｄｃ軸の偏差量Δθｃが零の状態であるものとした。
【０１０６】
重畳電圧演算部１１７は、交流波形発生器７１１および７１３にて、ＰＷＭ信号制御器１１５が出力した電流検出タイミング設定信号ＳＡＨに基づいて、ｐ軸交流電圧波形Ｓｐ−ａｃ＊およびｚ軸交流電圧波形Ｓｚ−ａｃ＊を演算し、切替器７１２ｂおよび７１４ｂのスイッチング状態を操作することで、ｐ軸重畳交流電圧指令Ｖｐ−ａｃ＊およびｚ軸重畳交流電圧指令Ｖｚ−ａｃ＊を制御している。
【０１０７】
図１５において、図１５（ｄ）の切替器７１２ｂのスイッチング指令ＳＷ１を、振幅指令に０が設定された状態２から、振幅指令にｐ軸交流電圧振幅指令Ｖｐ−ａｃ＿ａｍｐが設定された状態１に切り替えることで、図１５（ｆ）のｐ軸重畳交流電圧指令Ｖｐ−ａｃ＊に電圧振幅がＶｐ−ａｃ＿ａｍｐの矩形波電圧指令が出力される。任意の時間が経過後、スイッチング指令ＳＷ１を状態１から状態２に切り替え、図１５（ｆ）のｐ軸重畳交流電圧指令Ｖｐ−ａｃ＊の出力を０にする。
【０１０８】
なお、本実施例では、図１５（ｅ）のスイッチング指令ＳＷ２を常に、振幅指令に０が設定された状態２にしておくことで、図１５（ｇ）のｚ軸重畳交流電圧指令Ｖｚ−ａｃ＊の出力を０にしている。また、本実施例では、ｐ軸とｄｃ軸の偏差量Δθｐｄおよびｄ軸とｄｃ軸の偏差量Δθｃが零の状態であるものとしているため、ｐ軸とｄｃ軸は一致しており、ｐ軸重畳交流電圧指令Ｖｐ−ａｃ＊およびｚ軸重畳交流電圧指令Ｖｚ−ａｃ＊と、ｄｃ軸重畳電圧指令値Ｖｄｈ＊およびｑｃ軸重畳電圧指令値Ｖｑｈ＊は同一波形となる。重畳電圧演算部１１７が出力したｄｃ軸重畳電圧指令値Ｖｄｈ＊およびｑｃ軸重畳電圧指令値Ｖｑｈ＊によって、図１５（ｈ）のような脈動電流を永久磁石同期機に流すことができる。
【０１０９】
磁極極性判定部２０１は、重畳電圧演算部１１７が出力したｄｃ軸重畳電圧指令値Ｖｄｈ＊およびｑｃ軸重畳電圧指令値Ｖｑｈ＊の電圧印加によって永久磁石同期機１０３に流れたｄ軸の脈動電流からｄ軸インダクタンス値を推定演算し、その演算結果から永久磁石同期機１０３の磁極の極性を判別し、磁極極性補正位相θｐｎを出力する。
【０１１０】
図１６において、前述したとおり、図１６（ｄ）で示したｄｃ軸重畳電圧指令値Ｖｄｈ＊と図１６（ｅ）で示したｑｃ軸重畳電圧指令値Ｖｑｈ＊の電圧印加によって、永久磁石同期機１０３には図１６（ｆ）で示したような脈動電流が発生する。
【０１１１】
磁極極性判定部２０１のインダクタンス演算部２１０は、電流検出部１１６にて所定のタイミングでサンプリングされたｄｃ軸電流検出値Ｉｄｃからｄ軸インダクタンス値を演算する。図１６（ｆ）に実施例２の磁極の極性判別に必要なｄｃ軸電流検出値Ｉｄｃのサンプリング点を例示した。本実施例では、例えば、ｄ軸インダクタンス値を演算するためのｄｃ軸電流検出値Ｉｄｃのサンプリングは、電流検出タイミング設定信号ＳＡＨを三角波キャリアとして、その三角波キャリアの山、谷タイミングに加えて、山谷の中間点でもサンプリングするような検出タイミングとしている。
【０１１２】
まず、第一のインダクタンス演算部２１１において、図１６（ｆ）で示したｄｃ軸電流検出値Ｉｄｃのサンプリング点の電流値Ｉｄｃ０＋、Ｉｄｃ１＋から、ｄｃ−ｑｃ軸座標系上の正の値の電流の変化に対する第一のインダクタンス値Ｌｄｃ１＋を演算する。第一のインダクタンス値Ｌｄｃ１＋は、例えば、以下の式（９）にて演算されるものとする。
【０１１３】
【数９】
0006975333.tif 000010
【０１１４】
次に、第二のインダクタンス演算部２１２において、図１６（ｆ）で示したｄｃ軸電流検出値Ｉｄｃのサンプリング点の電流値Ｉｄｃ２＋、Ｉｄｃ１＋から、ｄｃ−ｑｃ軸座標系上の正の値の電流の変化に対する第二のインダクタンス値Ｌｄｃ２＋を演算する。第二のインダクタンス値Ｌｄｃ２＋は、例えば、以下の式（１０）にて演算されるものとする。
【０１１５】
【数１０】
0006975333.tif 000011
【０１１６】
次に、第三のインダクタンス演算部２１３において、図１６（ｆ）で示したｄｃ軸電流検出値Ｉｄｃのサンプリング点の電流値Ｉｄｃ０−、Ｉｄｃ１−から、ｄｃ−ｑｃ軸座標系上の負の値の電流の変化に対する第三のインダクタンス値Ｌｄｃ１−を演算する。第三のインダクタンス値Ｌｄｃ１−は、例えば、以下の式（１１）にて演算されるものとする。
【０１１７】
【数１１】
0006975333.tif 000012
【０１１８】
次に、第四のインダクタンス演算部２１４において、図１６（ｆ）で示したｄｃ軸電流検出値Ｉｄｃのサンプリング点の電流値Ｉｄｃ１−、Ｉｄｃ２−から、ｄｃ−ｑｃ軸座標系上の負の値の電流の変化に対する第四のインダクタンス値Ｌｄｃ２−を演算する。第四のインダクタンス値Ｌｄｃ２−は、例えば、以下の式（１２）にて演算されるものとする。
【０１１９】
【数１２】
0006975333.tif 000013
【０１２０】
インダクタンス演算部２１０は、第一から第四のインダクタンスの演算結果であるＬｄｃ１＋、Ｌｄｃ２＋、Ｌｄｃ１−、Ｌｄｃ２−を極性判別・反転処理部２１５に出力し、極性判別・反転処理部２１５にて実施例１と同様に、正の値の電流の変化と負の値の電流変化に対するインダクタンスの偏差量の絶対値を大小比較し、インダクタンスの偏差量の絶対値が大きい側を永久磁石同期機１０３のＮ極方向（ｄ軸方向）と判定する。
【０１２１】
したがって、実施例２では、実施例１のように異なる振幅の交流電圧を永久磁石同期機に重畳して振幅の異なる脈動電流を発生させなくても、図１６で説明した電流検出タイミングのｄｃ軸電流検出値を用いることで第一から第四のインダクタンスが演算できる。その結果、実施例１よりも磁極の極性判別時の脈動電流の発生時間が減少し、永久磁石同期機の駆動装置の高効率化および低騒音化を図ることができる。
【０１２２】
なお、本実施例では、ｄ軸インダクタンス値を演算するためのｄｃ軸電流検出値Ｉｄｃのサンプリングを、電流検出タイミング設定信号ＳＡＨを三角波キャリアとして、その三角波キャリアの山、谷、および山谷の中間をサンプリング点とするような検出周期としたが、三角波キャリアの山谷タイミングから任意の時間Δｔｄ１、Δｔｄ２が経過したタイミングのｄｃ軸電流検出値Ｉｄｃをインダクタンスの演算に用いてもよい。
【実施例３】
【０１２３】
実施例３では、実施例２の第一のインダクタンス値と第三のインダクタンス値に所定のｄ軸インダクタンス値を用いることで、ｄｃ軸電流検出値Ｉｄｃのサンプリング点が電力変換器のスイッチングサージの影響をより受けにくくなり、実施例２よりもノイズに強い永久磁石同期機の駆動装置が実現できる。
【０１２４】
図１７は、実施例３の磁極極性判定部の構成例を表すブロック図である。実施例３は、実施例２の磁極極性判定部２０１の代わりに、磁極極性判定部２０１ｃを用いることで実現できる。
【０１２５】
図１７において、磁極極性判定部２０１ｃは、インダクタンス演算部２１０ｃと、極性判別・反転処理部２１５ｃとを備え、インダクタンス演算部２１０ｃは、所定のｄ軸インダクタンス値Ｌｄ０を出力する基準インダクタンス出力部２１６ｃと、電流正側のインダクタンス演算部２１２ｃと、電流負側のインダクタンス演算部２１４ｃとを備える。
【０１２６】
磁極極性判定部２０１ｃでは、電流正側のインダクタンス演算部２１２ｃにて、永久磁石同期機１０３に流れる脈動電流のｄｃ軸電流検出値Ｉｄｃおよびｑｃ軸電流検出値Ｉｑｃの正の電流値と、脈動電流を発生させるｄｃ軸重畳電圧指令値Ｖｄｈ＊およびｑｃ軸重畳電圧指令値Ｖｑｈ＊に基づいて、ｄｃ−ｑｃ軸座標系上の正の値の電流の変化に対するインダクタンス値Ｌｄｃ＋を演算し、極性判別・反転処理部２１５ｃに出力する。
【０１２７】
また、電流負側のインダクタンス演算部２１４ｃにて、永久磁石同期機１０３に流れる脈動電流のｄｃ軸電流検出値Ｉｄｃおよびｑｃ軸電流検出値Ｉｑｃの負の電流値と、脈動電流を発生させるｄｃ軸重畳電圧指令値Ｖｄｈ＊およびｑｃ軸重畳電圧指令値Ｖｑｈ＊に基づいて、ｄｃ−ｑｃ軸座標系上の負の値の電流の変化に対するインダクタンス値Ｌｄｃ−を演算し、極性判別・反転処理部２１５ｃに出力する。
【０１２８】
さらに、基準インダクタンス出力部２１６ｃにて、所定のｄ軸インダクタンス値Ｌｄ０を極性判別・反転処理部２１５ｃに出力する。なお、所定のｄ軸インダクタンス値Ｌｄ０は、例えば、永久磁石同期機の無負荷時のｄ軸インダクタンスの設計値を用いればよい。
【０１２９】
そして、極性判別・反転処理部２１５ｃにて、所定のｄ軸インダクタンス値Ｌｄ０とｄｃ−ｑｃ軸座標系上の正の値の電流変化に対するインダクタンス値Ｌｄｃ＋の偏差量ΔＬｄｃ＋と、所定のｄ軸インダクタンス値Ｌｄ０とｄｃ−ｑｃ軸座標系上の負の値の電流変化に対するインダクタンス値Ｌｄｃ−の偏差量ΔＬｄｃ−を演算する。このあとは、実施例１および２と同様に、偏差量ΔＬｄｃ＋と偏差量ΔＬｄｃ−の絶対値を演算し、インダクタンスの偏差量の絶対値が大きい側を永久磁石同期機１０３のＮ極方向（ｄ軸方向）と判定する。極性判別・反転処理部２１５ｃは、ロータ鉄心の磁気飽和特性を利用して永久磁石同期機１０３の回転子磁極のＮ極方向を判別し、その結果、位置推定演算部２０４で推定した回転子磁極位置が１８０度ずれている場合には、制御位相θｄｃを反転させるため磁極極性補正位相θｐｎは１８０度を出力する。極性判別の結果、回転子磁極のＮ極方向が制御位相θｄｃとずれていない場合には、磁極極性補正位相θｐｎは０度を出力する。
【０１３０】
次に、実施例３の磁極極性判定の具体的な動作について説明する。図１８は、実施例３の磁極極性判定部の入力信号とｄ軸電流の電流検出点を例示したグラフである。なお、実施例３の重畳電圧演算部１１７の動作は、実施例２の重畳電圧演算部１１７の動作と同じでよいため、説明を省略する。
【０１３１】
図１８において、図１８（ａ）は、交流電圧成分印加部７０１ｂから出力されるｐ軸重畳交流電圧指令Ｖｐ−ａｃ＊の波形例を示している。図１８（ｂ）は、交流電圧成分印加部７０１ｂから出力されるｚ軸重畳交流電圧指令Ｖｚ−ａｃ＊の波形例を示している。図１８（ｃ）は、重畳電圧位相補正テーブル７０２から出力されるｐ軸とｄｃ軸の偏差量Δθｐｄの波形例を示している。図１８（ｄ）は、重畳電圧演算部１１７から出力されるｄｃ軸重畳電圧指令値Ｖｄｈ＊の波形例を示している。図１８（ｅ）は、重畳電圧演算部１１７から出力されるｑｃ軸重畳電圧指令値Ｖｑｈ＊の波形例を示している。図１８（ｆ）は、実施例３の磁極の極性判別時に永久磁石同期機１０３に流れるｄ軸電流ｉｄの波形とｄ軸インダクタンスの演算に用いる電流検出値のサンプル点の例を示している。
【０１３２】
図１８を参照して、実施例３の磁極極性判定部２０１ｃの磁極の極性判別手法を説明する。磁極極性判定部２０１ｃは、重畳電圧演算部１１７が出力したｄｃ軸重畳電圧指令値Ｖｄｈ＊およびｑｃ軸重畳電圧指令値Ｖｑｈ＊の電圧印加によって永久磁石同期機１０３に流れたｄ軸の脈動電流からｄ軸インダクタンスを推定演算し、その演算結果から永久磁石同期機１０３の磁極の極性を判別し、磁極極性補正位相θｐｎを出力する。図１８において、前述したとおり、図１８（ｄ）で示したｄｃ軸重畳電圧指令値Ｖｄｈ＊と図１８（ｅ）で示したｑｃ軸重畳電圧指令値Ｖｑｈ＊の電圧印加によって、永久磁石同期機１０３には図１８（ｆ）で示したような脈動電流が発生する。
【０１３３】
磁極極性判定部２０１ｃのインダクタンス演算部２１０ｃでは、電流検出部１１６にて所定のタイミングでサンプリングされたｄｃ軸電流検出値Ｉｄｃからｄ軸インダクタンス値を演算する。図１８（ｆ）に、実施例３の磁極の極性判別に必要なｄｃ軸電流検出値Ｉｄｃのサンプリング点を例示した。本実施例では、例えば、ｄ軸インダクタンス値を演算するためのｄｃ軸電流検出値Ｉｄｃのサンプリングは、電流検出タイミング設定信号ＳＡＨを三角波キャリアとして、その三角波キャリアの山、谷タイミングとしている。
【０１３４】
まず、電流正側のインダクタンス演算部２１２ｃにおいて、図１８（ｆ）で示したｄｃ軸電流検出値Ｉｄｃのサンプリング点の電流値Ｉｄｃ０＋、Ｉｄｃ＋から、ｄｃ−ｑｃ軸座標系上の正の値の電流の変化に対するインダクタンス値Ｌｄｃ＋を演算する。インダクタンス値Ｌｄｃ＋は、例えば、以下の式（１３）にて演算されるものとする。
【０１３５】
【数１３】
0006975333.tif 000014
【０１３６】
なお、式（１３）のｄｃ軸電流の変化量ΔＩｄｃ＋を演算するのに、図１８（ｆ）で示したｄｃ軸電流検出値Ｉｄｃのサンプリング点の電流値Ｉｄｃ０＋とＩｄｃ＋の偏差を用いたが、Ｉｄｃ＋の電流値のみでｄｃ軸電流の変化量ΔＩｄｃ＋の代用としてもよい。後述の変化量ΔＩｄｃ−も同様である。
【０１３７】
次に、電流負側のインダクタンス演算部２１４ｃにおいて、図１８（ｆ）で示したｄｃ軸電流検出値Ｉｄｃのサンプリング点の電流値Ｉｄｃ０−、Ｉｄｃ−から、ｄｃ−ｑｃ軸座標系上の負の値の電流の変化に対するインダクタンス値Ｌｄｃ−を演算する。インダクタンス値Ｌｄｃ−は、例えば、以下の式（１４）にて演算されるものとする。
【０１３８】
【数１４】
0006975333.tif 000015
【０１３９】
なお、式（１４）のｄｃ軸電流の変化量ΔＩｄｃ−を演算するのに、図１８（ｆ）で示したｄｃ軸電流検出値Ｉｄｃのサンプリング点の電流値Ｉｄｃ０−とＩｄｃ−の偏差を用いたが、Ｉｄｃ−の電流値のみでｄｃ軸電流の変化量ΔＩｄｃ−の代用としてもよい。
【０１４０】
インダクタンス演算部２１０ｃは、ｄ軸インダクタンスの演算結果であるＬｄｃ＋、Ｌｄｃ−、および基準となる所定のｄ軸インダクタンス値Ｌｄ０を極性判別・反転処理部２１５ｃに出力する。
【０１４１】
極性判別・反転処理部２１５ｃでは、正の値の電流の変化に対するインダクタンス値Ｌｄｃ＋と所定のｄ軸インダクタンス値Ｌｄ０の偏差量ΔＬｄｃ＋を演算する。ｄ軸インダクタンス値Ｌｄ０は、例えば、以下の式（１５）にて演算されるものとする。
【０１４２】
【数１５】
0006975333.tif 000016
【０１４３】
さらに、負の値の電流の変化に対するインダクタンス値Ｌｄｃ−と所定のインダクタンス値Ｌｄ０の偏差量ΔＬｄｃ−を演算する。偏差量ΔＬｄｃ−は、例えば、以下の式（１６）にて演算されるものとする。
【０１４４】
【数１６】
0006975333.tif 000017
【０１４５】
このように、所定のｄ軸インダクタンス値Ｌｄ０を用いることで、演算するインダクタンス値は、正の電流値の変化と、負の電流値の変化に対するインダクタンス値の２つを求めればよくなるため、ｄｃ軸電流検出値Ｉｄｃのサンプリング点は、電流検出タイミング設定信号ＳＡＨを三角波キャリアとして、その三角波キャリアの山、谷タイミングの検出周期でよくなる。その結果、実施例２の三角波キャリアの山と谷のタイミング以外での電流検出で懸念される、電力変換器のスイッチングサージの影響によるインダクタンス演算精度の低下が改善される。
【０１４６】
そして、極性判別・反転処理部２１５ｃは、正の値の電流の変化に対するインダクタンスの偏差量ΔＬｄｃ＋の絶対値｜ΔＬｄｃ＋｜と、負の値の電流の変化に対するインダクタンスの偏差量ΔＬｄｃ−の絶対値｜ΔＬｄｃ−｜をそれぞれ演算し、絶対値｜ΔＬｄｃ＋｜と｜ΔＬｄｃ−｜の大小関係を比較し、インダクタンスの偏差量の絶対値が大きい側を永久磁石同期機１０３のＮ極方向（ｄ軸方向）と判定し、磁極極性補正位相θｐｎは磁極判別結果に応じた値を出力する。
【０１４７】
図１９は、Ｎ極方向の電流増加に対して磁石磁束方向のインダクタンスが極大点を有して単調減少するような特性を有する永久磁石同期機において、実施例３のインダクタンス演算部が出力するインダクタンス値を例示したグラフである。図１９に示すとおり、所定のｄ軸インダクタンス値Ｌｄ０を用いた場合でも、インダクタンスの偏差量の絶対値｜ΔＬｄｃ＋｜と｜ΔＬｄｃ−｜の大小関係を比較すると、Ｎ極方向のインダクタンスの偏差量の絶対値｜ΔＬｄｃ＋｜が大きくなっていることがわかる。
【０１４８】
したがって、実施例３では、実施例２のように三角波キャリアの山、谷タイミング以外の電流検出値を用いなくても、所定のｄ軸インダクタンスを基準値として用いることで三角波キャリアの山、谷タイミングの電流検出値のみで、正の値の電流の変化に対するインダクタンスの偏差量と負の値の電流の変化に対するインダクタンスの偏差量が演算できる。その結果、極性判別は、実施例２よりもノイズの影響を受けにくくなる。
【実施例４】
【０１４９】
実施例４では、実施例１〜３が交流電圧指令のみを印加して流れる脈動電流から磁気飽和特性による永久磁石同期機のインダクタンスの変化量の絶対値を演算して磁極の極性判別を実施しているのに対して、交流電圧成分と直流電圧成分を含む重畳電圧指令を印加して流れる脈動電流から磁極の極性判別を実施することで、実施例１〜３よりも磁極の極性判別に伴う脈動電流発生による騒音が少ない永久磁石同期機の駆動装置が実現できる。
【０１５０】
以下、図１の実施例１と比較して、構成要素の相違部分のみを説明する。図２０は、実施例４の重畳電圧演算部の構成例を表すブロック図である。実施例４は、実施例１の重畳電圧演算部１１７の代わりに、重畳電圧演算部１１７ｄを用いることで実現できる。
【０１５１】
図２０において、重畳電圧演算部１１７ｄは、交流電圧成分印加部７０１ｂと、重畳電圧位相補正テーブル７０２と、ｄｑ座標変換部７０３と、ｐｚ座標変換部７０４ｄと、直流電圧成分印加部７０５ｄと、加算器８０６ｄおよび８０７ｄとを備える。
【０１５２】
ｐｚ座標変換部７０４ｄは、ｄｑ座標変換部１１４が出力したｄｃ軸電流検出値Ｉｄｃおよびｑｃ軸電流検出値Ｉｑｃを、重畳電圧位相補正テーブル７０２が出力したｐ軸とｄｃ軸の偏差量Δθｐｄに基づいてｐ軸電流検出値Ｉｐおよびｚ軸電流検出値Ｉｚに変換し、直流電圧成分印加部７０５ｄに出力する。
【０１５３】
直流電圧成分印加部７０５ｄは、ｐｚ座標変換部７０４ｄが出力したｐ軸電流検出値Ｉｐおよびｚ軸電流検出値Ｉｚに基づいて、ｐ軸重畳直流電圧指令Ｖｐ−ｄｃ＊およびｚ軸重畳直流電圧指令Ｖｚ−ｄｃ＊を演算し、加算器８０６ｄおよび８０７ｄに出力する。
【０１５４】
交流電圧成分印加部７０１ｂは、ＰＷＭ信号制御器１１５が出力した電流検出タイミング設定信号ＳＡＨに基づいて、ｐ軸重畳交流電圧指令Ｖｐ−ａｃ＊およびｚ軸重畳交流電圧指令Ｖｚ−ａｃ＊を演算し、加算器８０６ｄおよび８０７ｄに出力する。
【０１５５】
加算器８０６ｄは、ｐ軸重畳直流電圧指令Ｖｐ−ｄｃ＊とｐ軸重畳交流電圧指令Ｖｐ−ａｃ＊を加算し、ｄｑ座標変換部７０３に出力する。加算器８０７ｄは、ｚ軸重畳直流電圧指令Ｖｚ−ｄｃ＊とｚ軸重畳交流電圧指令Ｖｚ−ａｃ＊を加算し、ｄｑ座標変換部７０３に出力する。
【０１５６】
図２１は、実施例４の直流電圧成分印加部の構成例を表すブロック図である。図２１に示すように直流電圧成分印加部７０５ｄは、電流制御器７５１ｄ、７５３ｄと、電流制御の目標電流指令値を切り替える切替器７５２ｄ、７５４ｄと、ｐ軸電流検出値Ｉｐおよびｚ軸電流検出値Ｉｚの高周波リプル成分を除去するための移動平均演算器７５５ｄおよび７５６ｄと、切替器７５２ｄおよび７５４ｄの出力値と移動平均演算器７５５ｄおよび７５６ｄの出力値の偏差を出力する減算器８０８ｄおよび８０９ｄを備える。
【０１５７】
直流電圧成分印加部７０５ｄでは、切替器７５２ｄが出力した電流制御のｐ軸目標電流指令値Ｉｐ−ｄｃ＊と、移動平均演算器７５５ｄが出力したｐ軸電流検出移動平均値Ｉｐ−ａｖｅとの偏差を入力として、電流制御器７５１ｄが電流制御した演算結果をｐ軸重畳直流電圧指令Ｖｐ−ｄｃ＊として出力する。また、切替器７５４ｄが出力した電流制御のｚ軸目標電流指令値Ｉｚ−ｄｃ＊と、移動平均演算器７５６ｄが出力したｚ軸電流検出移動平均値Ｉｚ−ａｖｅとの偏差を入力として、電流制御器７５３ｄが電流制御した演算結果をｚ軸重畳直流電圧指令Ｖｚ−ｄｃ＊として出力する。なお、本実施例では、ｐ軸電流検出値Ｉｐおよびｚ軸電流検出値Ｉｚの高周波リプル成分を除去するために移動平均演算をおこなったが、一次遅れフィルタやバンドパスフィルタなどを用いた演算処理をおこなってもよい。
【０１５８】
次に、実施例４の磁極極性判定の具体的な動作について説明する。図２２は、実施例４の重畳電圧演算部のＳＷ動作と出力電圧波形の関係を例示したグラフである。図２２（ａ）は、交流電圧成分印加部７０１ｂの切替器７１２ｂのスイッチング指令ＳＷ１の切替例を示している。図２２（ｂ）は、交流電圧成分印加部７０１ｂの切替器７１４ｂのスイッチング指令ＳＷ２の切替例を示している。図２２（ｃ）は、交流電圧成分印加部７０１ｂが出力したｐ軸重畳交流電圧指令Ｖｐ−ａｃ＊の波形例を示している。図２２（ｄ）は、交流電圧成分印加部７０１ｂが出力したｚ軸重畳交流電圧指令Ｖｚ−ａｃ＊の波形例を示している。図２２（ｅ）は、直流電圧成分印加部７０５ｄの切替器７５２ｄのスイッチング指令ＳＷ３の切替例を示している。図２２（ｆ）は、直流電圧成分印加部７０５ｄの切替器７５４ｄのスイッチング指令ＳＷ４の切替例を示している。図２２（ｇ）は、直流電圧成分印加部７０５ｄが出力したｐ軸重畳直流電圧指令Ｖｐ−ｄｃ＊の波形例を示している。図２２（ｈ）は、直流電圧成分印加部７０５ｄが出力したｚ軸重畳直流電圧指令Ｖｚ−ｄｃ＊の波形例を示している。図２２（ｉ）は、実施例４の磁極の極性判別時に永久磁石同期機１０３に流れるｄ軸電流ｉｄの波形例を示している。なお、本実施例では、交流波形発生器７１１および７１３から出力されるｐ軸交流電圧波形Ｓｐ−ａｃ＊およびｚ軸交流電圧波形Ｓｚ−ａｃ＊を矩形波としたが、正弦波を用いてもよい。
【０１５９】
図２３は、実施例４の磁極極性判定部の入力信号とｄ軸電流の電流検出点を例示したグラフである。図２３（ａ）は、交流電圧成分印加部７０１ｂから出力されるｐ軸重畳交流電圧指令Ｖｐ−ａｃ＊の波形例を示している。図２３（ｂ）は、交流電圧成分印加部７０１ｂから出力されるｚ軸重畳交流電圧指令Ｖｚ−ａｃ＊の波形例を示している。図２３（ｃ）は、直流電圧成分印加部７０５ｄから出力されるｐ軸重畳直流電圧指令Ｖｐ−ｄｃ＊の波形例を示している。図２３（ｄ）は、直流電圧成分印加部７０５ｄから出力されるｚ軸重畳直流電圧指令Ｖｚ−ｄｃ＊の波形例を示している。図２３（ｅ）は、重畳電圧位相補正テーブル７０２から出力されるｐ軸とｄｃ軸の偏差量Δθｐｄの波形例を示している。図２３（ｆ）は、重畳電圧演算部１１７ｄから出力されるｄｃ軸重畳電圧指令値Ｖｄｈ＊の波形例を示している。図２３（ｇ）は、重畳電圧演算部１１７ｄから出力されるｑｃ軸重畳電圧指令値Ｖｑｈ＊の波形例を示している。図２３（ｈ）は、実施例４の磁極の極性判別時に永久磁石同期機１０３に流れるｄ軸電流ｉｄの波形とｄ軸インダクタンスの演算に用いる電流検出値のサンプル点の例を示している。
【０１６０】
図２２および図２３を参照して、実施例４の重畳電圧演算部１１７ｄと磁極極性判定部２０１の動作および磁極の極性判別手法を説明する。なお、図２２および図２３の波形例では、ｐ軸とｄｃ軸の偏差量Δθｐｄおよびｄ軸とｄｃ軸の偏差量Δθｃが零の状態であるものとした。
【０１６１】
重畳電圧演算部１１７ｄは、交流電圧成分印加部７０１ｂにて、交流波形発生器７１１および７１３が、ＰＷＭ信号制御器１１５が出力した電流検出タイミング設定信号ＳＡＨに基づいて、ｐ軸交流電圧波形Ｓｐ−ａｃ＊およびｚ軸交流電圧波形Ｓｚ−ａｃ＊を演算し、切替器７１２ｂおよび７１４ｂのスイッチング状態を操作することで、ｐ軸重畳交流電圧指令Ｖｐ−ａｃ＊およびｚ軸重畳交流電圧指令Ｖｚ−ａｃ＊を制御している。
【０１６２】
図２２において、図２２（ａ）の切替器７１２ｂのスイッチング指令ＳＷ１を、振幅指令に０が設定された状態２から、振幅指令にｐ軸交流電圧振幅指令Ｖｐ−ａｃ＿ａｍｐが設定された状態１に切り替えることで、図２２（ｃ）のｐ軸重畳交流電圧指令Ｖｐ−ａｃ＊に電圧振幅がＶｐ−ａｃ＿ａｍｐの矩形波電圧指令が出力される。任意の時間が経過後、スイッチング指令ＳＷ１を状態１から状態２に切り替え、図２２（ｃ）のｐ軸重畳交流電圧指令Ｖｐ−ａｃ＊の出力を０にする。
【０１６３】
なお、本実施例では、図２２（ｂ）の切替器７１４ｂのスイッチング指令ＳＷ２を常に、振幅指令に０が設定された状態２にしておくことで、図２２（ｄ）のｚ軸重畳交流電圧指令Ｖｚ−ａｃ＊の出力を０にしている。また、直流電圧成分印加部７０５ｄにて、切替器７５２ｄおよび７５４ｄのスイッチング状態を操作し、電流制御のｐ軸目標電流指令値Ｉｐ−ｄｃ＊およびｚ軸目標電流指令値Ｉｚ−ｄｃ＊の少なくとも一方の出力が変更されることで、電流制御器７５１ｄおよび７５３ｄから出力されるｐ軸重畳直流電圧指令Ｖｐ−ｄｃ＊およびｚ軸重畳直流電圧指令Ｖｚ−ｄｃ＊を制御している。
【０１６４】
図２２において、図２２（ｅ）の切替器７５２ｄのスイッチング指令ＳＷ３を、目標電流指令値に０が設定された状態３から、目標電流指令に第一のｐ軸直流電流振幅指令Ｉｐ−ｄｃ＿ａｍｐ１が設定された状態１に切り替えることで、図２２（ｇ）のｐ軸重畳直流電圧指令Ｖｐ−ｄｃ＊に目標電流指令をＩｐ−ｄｃ＿ａｍｐ１とするｐ軸電流制御の演算結果が出力される。任意の時間が経過後、スイッチング指令ＳＷ３を状態１から状態３に切り替え、図２２（ｇ）のｐ軸重畳直流電圧指令Ｖｐ−ｄｃ＊に目標電流指令を０とするｐ軸電流制御の演算結果が出力される。
【０１６５】
さらに、スイッチング指令ＳＷ３を状態３から、目標電流指令に第一のｐ軸直流電流振幅指令Ｉｐ−ｄｃ＿ａｍｐ１の符号を反転した値が設定された状態２に切り替えることで、図２２（ｇ）のｐ軸重畳直流電圧指令Ｖｐ−ｄｃ＊に目標電流指令を−１×Ｉｐ−ｄｃ＿ａｍｐ１とするｐ軸電流制御の演算結果が出力される。任意の時間が経過後、スイッチング指令ＳＷ３を状態２から状態３に切り替え、図２２（ｇ）のｐ軸重畳直流電圧指令Ｖｐ−ｄｃ＊に目標電流指令を０とするｐ軸電流制御の演算結果が出力される。
【０１６６】
さらに、スイッチング指令ＳＷ３を状態３から、目標電流指令に第一のｐ軸直流電流振幅指令とは異なる第二のｐ軸直流電流振幅指令Ｉｐ−ｄｃ＿ａｍｐ２が設定された状態４に切り替えることで、図２２（ｇ）のｐ軸重畳直流電圧指令Ｖｐ−ｄｃ＊に目標電流指令をＩｐ−ｄｃ＿ａｍｐ２とするｐ軸電流制御の演算結果が出力される。任意の時間が経過後、スイッチング指令ＳＷ３を状態１から状態３に切り替え、図２２（ｇ）のｐ軸重畳直流電圧指令Ｖｐ−ｄｃ＊に目標電流指令を０とするｐ軸電流制御の演算結果が出力される。
【０１６７】
さらに、スイッチング指令ＳＷ３を状態３から、目標電流指令に第二のｐ軸直流電流振幅指令Ｉｐ−ｄｃ＿ａｍｐ２の符号を反転した値が設定された状態５に切り替えることで、図２２（ｇ）のｐ軸重畳直流電圧指令Ｖｐ−ｄｃ＊に目標電流指令を−１×Ｉｐ−ｄｃ＿ａｍｐ２とするｐ軸電流制御の演算結果が出力される。任意の時間が経過後、スイッチング指令ＳＷ３を状態５から状態３に切り替え、図２２（ｇ）のｐ軸重畳直流電圧指令Ｖｐ−ｄｃ＊に目標電流指令を０とするｐ軸電流制御の演算結果が出力される。
【０１６８】
なお、本実施例では、図２２（ｆ）の切替器７５４ｄのスイッチング指令ＳＷ４を常に、電流制御の目標電流指令に０が設定された状態３にしておくことで、図２２（ｈ）のｚ軸重畳直流電圧指令Ｖｚ−ｄｃ＊に目標電流指令を０とするｚ軸電流制御の演算結果が出力される。ｐ軸重畳直流電圧指令Ｖｐ−ｄｃ＊およびｚ軸重畳直流電圧指令Ｖｚ−ｄｃ＊と、ｐ軸重畳交流電圧指令Ｖｐ−ａｃ＊およびｚ軸重畳交流電圧指令Ｖｚ−ａｃ＊とを合成したｐｚ軸座標系上の重畳電圧指令を、ｄｑ座標変換部７０３にて重畳電圧位相補正テーブル７０２が出力したｐ軸とｄｃ軸の偏差量Δθｐｄに基づいて、ｄｃ軸重畳電圧指令値Ｖｄｈ＊およびｑｃ軸重畳電圧指令値Ｖｑｈ＊に変換し、出力する。
【０１６９】
なお、本実施例では、ｐ軸とｄｃ軸の偏差量Δθｐｄおよびｄ軸とｄｃ軸の偏差量Δθｃが零の状態であるものとしているため、ｐ軸とｄｃ軸は一致することになる。重畳電圧演算部１１７ｄが出力した重畳電圧指令値Ｖｄｈ＊、Ｖｑｈ＊によって、図２２（ｉ）のような脈動電流を永久磁石同期機に流すことができる。
【０１７０】
磁極極性判定部２０１は、重畳電圧演算部１１７ｄが出力した重畳電圧指令値Ｖｄｈ＊、Ｖｑｈ＊の電圧印加によって永久磁石同期機１０３に流れたｄ軸の脈動電流からｄ軸インダクタンスを推定演算し、その演算結果から永久磁石同期機１０３の磁極の極性を判別し、判別結果に応じた磁極極性補正位相θｐｎを出力する。図２３において、前述したとおり、図２３（ｆ）で示したｄｃ軸重畳電圧指令値Ｖｄｈ＊と図２３（ｇ）で示したｑｃ軸重畳電圧指令値Ｖｑｈ＊の電圧印加によって、永久磁石同期機１０３には図２３（ｈ）で示したような直流成分と交流成分を含んだｄ軸電流が発生する。
【０１７１】
磁極極性判定部２０１のインダクタンス演算部２１０では、電流検出部１１６にて所定のタイミングでサンプリングされたｄｃ軸電流検出値Ｉｄｃからｄ軸インダクタンス値を演算する。図２３（ｈ）に、実施例４の磁極の極性判別に必要なｄｃ軸電流検出値Ｉｄｃのサンプリング点を例示した。本実施例では、例えば、ｄ軸インダクタンス値を演算するためのｄｃ軸電流検出値Ｉｄｃのサンプリングは、電流検出タイミング設定信号ＳＡＨを三角波キャリアとして、その三角波キャリアの山谷周期とすればよい。
【０１７２】
まず、第一のインダクタンス演算部２１１において、図２３（ｈ）で示したｄｃ軸電流検出値Ｉｄｃのサンプリング点の電流値Ｉｄｃ１１＋、Ｉｄｃ１２＋から、ｄｃ−ｑｃ軸座標系上の正の値の電流の変化に対する第一のインダクタンス値Ｌｄｃ１＋を演算する。なお、電流値Ｉｄｃ１１＋、Ｉｄｃ１２＋は、複数回の交流電圧印加における電流検出値の平均値を演算した結果を用いてもよい。第一のインダクタンス値Ｌｄｃ１＋は、例えば、以下の式（１７）にて演算されるものとする。
【０１７３】
【数１７】
0006975333.tif 000018
【０１７４】
なお、式（１７）のｄｃ軸電流の変化量ΔＩｄｃ１＋を演算するのに、図２３（ｈ）で示したｄｃ軸電流検出値Ｉｄｃのサンプリング点の電流値Ｉｄｃ１１＋とＩｄｃ１２＋の偏差を用いたが、Ｉｄｃ１１＋の電流値のみをサンプリングしてｄｃ軸電流の変化量ΔＩｄｃ１＋の代用としてもよい。後述の変化量ΔＩｄｃ１−、ΔＩｄｃ２＋、ΔＩｄｃ２−も同様である。
【０１７５】
次に、第三のインダクタンス演算部２１３において、図２３（ｈ）で示したｄｃ軸電流検出値Ｉｄｃのサンプリング点の電流値Ｉｄｃ１１−、Ｉｄｃ１２−から、ｄｃ−ｑｃ軸座標系上の負の値の電流の変化に対する第三のインダクタンス値Ｌｄｃ１−を演算する。なお、電流値Ｉｄｃ１１−、Ｉｄｃ１２−は、複数回の交流電圧印加の電流検出値の平均値を演算した結果を用いてもよい。第三のインダクタンス値Ｌｄｃ１−は、例えば、以下の式（１８）にて演算されるものとする。
【０１７６】
【数１８】
0006975333.tif 000019
【０１７７】
なお、式（１８）のｄｃ軸電流の変化量ΔＩｄｃ１−を演算するのに、図２３（ｈ）で示したｄｃ軸電流検出値Ｉｄｃのサンプリング点の電流値Ｉｄｃ１１−とＩｄｃ１２−の偏差を用いたが、Ｉｄｃ１１−の電流値のみをサンプリングしてｄｃ軸電流の変化量ΔＩｄｃ１−の代用としてもよい。
【０１７８】
次に、第二のインダクタンス演算部２１２において、図２３（ｈ）で示したｄｃ軸電流検出値Ｉｄｃのサンプリング点の電流値Ｉｄｃ２１＋、Ｉｄｃ２２＋から、ｄｃ−ｑｃ軸座標系上の正の値の電流の変化に対する第二のインダクタンス値Ｌｄｃ２＋を演算する。なお、電流値Ｉｄｃ２１＋、Ｉｄｃ２２＋は、複数回の交流電圧印加における電流検出値の平均値を演算した結果を用いてもよい。第二のインダクタンス値Ｌｄｃ２＋は、例えば、以下の式（１９）にて演算されるものとする。
【０１７９】
【数１９】
0006975333.tif 000020
【０１８０】
なお、式（１９）のｄｃ軸電流の変化量ΔＩｄｃ２＋を演算するのに、図２３（ｈ）で示したｄｃ軸電流検出値Ｉｄｃのサンプリング点の電流値Ｉｄｃ２１＋とＩｄｃ２２＋の偏差を用いたが、Ｉｄｃ２１＋の電流値のみをサンプリングしてｄｃ軸電流の変化量ΔＩｄｃ２＋の代用としてもよい。
【０１８１】
次に、第四のインダクタンス演算部２１４において、図２３（ｈ）で示したｄｃ軸電流検出値Ｉｄｃのサンプリング点の電流値Ｉｄｃ２１−、Ｉｄｃ２２−から、ｄｃ−ｑｃ軸座標系上の負の値の電流の変化に対する第四のインダクタンス値Ｌｄｃ２−を演算する。なお、電流値Ｉｄｃ２１−、Ｉｄｃ２２−は、複数回の交流電圧印加における電流検出値の平均値を演算した結果を用いてもよい。第四のインダクタンス値Ｌｄｃ２−は、例えば、以下の式（２０）にて演算されるものとする。
【０１８２】
【数２０】
0006975333.tif 000021
【０１８３】
なお、式（２０）のｄｃ軸電流の変化量ΔＩｄｃ２−を演算するのに、図２３（ｈ）で示したｄｃ軸電流検出値Ｉｄｃのサンプリング点の電流値Ｉｄｃ２１−とＩｄｃ２２−の偏差を用いたが、Ｉｄｃ２１−の電流値のみをサンプリングしてｄｃ軸電流の変化量ΔＩｄｃ２−の代用としてもよい。
【０１８４】
このように、実施例４のインダクタンス演算部２１０は、第一から第四のインダクタンスの演算結果であるＬｄｃ１＋、Ｌｄｃ２＋、Ｌｄｃ１−、Ｌｄｃ２−を極性判別・反転処理部２１５に出力し、極性判別・反転処理部２１５にて実施例１と同様に、正の値の電流の変化と負の値の電流変化に対するインダクタンスの偏差量の絶対値を大小比較し、インダクタンスの偏差量の絶対値が大きい側を永久磁石同期機１０３のＮ極方向（ｄ軸方向）と判定する。
【０１８５】
したがって、実施例４では、実施例１〜３が振幅の大きい交流電圧を永久磁石同期機に重畳して脈動幅の大きいｄ軸電流を発生させることで磁極の極性判別を実現するのに対して、ｄ軸電流に直流電流を流した状態で振幅の小さい交流電流を発生させることで永久磁石同期機のインダクタンス値を演算できる。その結果、実施例１〜３よりも磁極の極性判別時に流すｄ軸電流に交流電流成分が減少し、永久磁石同期機の駆動装置の低騒音化を図ることができる。
【実施例５】
【０１８６】
実施例５では、実施例４における第一のインダクタンス値と第三のインダクタンス値に、直流電流指令が０に電流制御された状態で交流電圧成分を印加して流れるｄ軸の脈動電流から求めた基準インダクタンス値を用いることで、実施例４よりも磁極の極性判別時に重畳する高周波電圧の印加時間を短縮し、その結果、磁極の極性判別時のｄ軸の脈動電流が低減し、より高効率で騒音が少ない永久磁石同期機の駆動装置が実現できる。
【０１８７】
以下、前述した実施例４と比較して、構成要素の相違部分のみを説明する。図２４は、実施例５の重畳電圧演算部の構成例を表すブロック図である。また、図２５は、実施例５の磁極極性判定部の構成例を表すブロック図である。実施例５は、実施例１の重畳電圧演算部１１７の代わりに、重畳電圧演算部１１７ｅを用い、さらに、実施例１の磁極極性判定部２０１の代わりに、磁極極性判定部２０１ｅを用いることで実現できる。
【０１８８】
図２４において、重畳電圧演算部１１７ｅは、交流電圧成分印加部７０１ｂと、重畳電圧位相補正テーブル７０２と、ｄｑ座標変換部７０３と、ｐｚ座標変換部７０４ｄと、直流電圧成分印加部７０５ｅと、加算器８０６ｄおよび８０７ｄとを備える。
【０１８９】
直流電圧成分印加部７０５ｅは、ｐｚ座標変換部７０４ｄが出力したｐ軸電流検出値Ｉｐおよびｚ軸電流検出値Ｉｚに基づいて、ｐ軸重畳直流電圧指令Ｖｐ−ｄｃ＊およびｚ軸重畳直流電圧指令Ｖｚ−ｄｃ＊を演算し、加算器８０６ｄ、８０７ｄに出力する。
【０１９０】
なお、重畳電圧演算部１１７ｅは、直流電圧成分印加部７０５ｅ以外の構成は、実施例４の重畳電圧演算部１１７ｄと同じである。
【０１９１】
図２５において、磁極極性判定部２０１ｅは、インダクタンス演算部２１０ｅと、極性判別・反転処理部２１５ｅとを備え、インダクタンス演算部２１０ｅは、基準インダクタンス演算部２１７ｅと、電流正側のインダクタンス演算部２１２ｅと、電流負側のインダクタンス演算部２１４ｅとを備える。
【０１９２】
磁極極性判定部２０１ｅでは、電流正側のインダクタンス演算部２１２ｅにて、永久磁石同期機１０３に流れる脈動電流のｄｃ軸電流検出値Ｉｄｃおよびｑｃ軸電流検出値Ｉｑｃの正の電流値と、脈動電流を発生させるｄｃ軸重畳電圧指令値Ｖｄｈ＊およびｑｃ軸重畳電圧指令値Ｖｑｈ＊に基づいて、ｄｃ−ｑｃ軸座標系上の正の値の電流の変化に対するインダクタンス値Ｌｄｃ＋を演算し、極性判別・反転処理部２１５ｅに出力する。
【０１９３】
また、電流負側のインダクタンス演算部２１４ｅにて、永久磁石同期機１０３に流れる脈動電流のｄｃ軸電流検出値Ｉｄｃおよびｑｃ軸電流検出値Ｉｑｃの負の電流値と、脈動電流を発生させるｄｃ軸重畳電圧指令値Ｖｄｈ＊およびｑｃ軸重畳電圧指令値Ｖｑｈ＊に基づいて、ｄｃ-ｑｃ軸座標系上の負の値の電流の変化に対するインダクタンス値Ｌｄｃ−を演算し、極性判別・反転処理部２１５ｅに出力する。
【０１９４】
さらに、基準インダクタンス演算部２１７ｅにて、永久磁石同期機１０３に流れる脈動電流のｄｃ軸電流検出値Ｉｄｃおよびｑｃ軸電流検出値Ｉｑｃと、脈動電流を発生させるｄｃ軸重畳電圧指令値Ｖｄｈ＊およびｑｃ軸重畳電圧指令値Ｖｑｈ＊に基づいて、ｄｃ−ｑｃ軸座標系上の基準インダクタンス値Ｌｄｃ０を演算し、極性判別・反転処理部２１５ｅに出力する。なお、基準となるインダクタンス値Ｌｄｃ０は、例えば、ｄ軸電流の直流電流成分を０として交流電流成分を永久磁石同期機に流した時の電流変化から演算されるｄ軸インダクタンス値を用いればよい。
【０１９５】
そして、極性判別・反転処理部２１５ｅにて、基準インダクタンス値Ｌｄｃ０とｄｃ−ｑｃ軸座標系上の正の値の電流変化に対するインダクタンス値Ｌｄｃ＋の偏差量ΔＬｄｃ＋と、基準インダクタンス値Ｌｄｃ０とｄｃ−ｑｃ軸座標系上の負の値の電流変化に対するインダクタンス値Ｌｄｃ−の偏差量ΔＬｄｃ−を演算する。このあとは、実施例１〜４と同様に、偏差量ΔＬｄｃ＋と偏差量ΔＬｄｃ−の絶対値を演算し、インダクタンスの偏差量の絶対値が大きい側を永久磁石同期機１０３のＮ極方向（ｄ軸方向）と判定し、磁極極性補正位相θｐｎは磁極判別結果に応じた値を出力する。
【０１９６】
図２６は、実施例５の直流電圧成分印加部の構成例を表すブロック図である。図２６に示すように直流電圧成分印加部７０５ｅは、電流制御器７５１ｄおよび７５３ｄと、電流制御の目標電流指令値を切り替える切替器７５２ｅおよび７５４ｅと、ｐ軸電流検出値Ｉｐおよびｚ軸電流検出値Ｉｚの高周波リプル成分を除去するための移動平均演算器７５５ｄおよび７５６ｄと、切替器７５２ｅおよび７５４ｅの出力値と移動平均演算器７５５ｄおよび７５６ｄの出力値の偏差を出力する減算器８０８ｄおよび８０９ｄを備える。
【０１９７】
なお、直流電圧成分印加部７０５ｅは、切替器７５２ｅおよび７５４ｅ以外の構成は、実施例４の直流電圧成分印加部７０５ｄと同じである。
【０１９８】
直流電圧成分印加部７０５ｅでは、切替器７５２ｅが出力した電流制御のｐ軸目標電流指令値Ｉｐ−ｄｃ＊と、移動平均演算器７５５ｄが出力したｐ軸電流検出移動平均値Ｉｐ−ａｖｅとの偏差を入力として、電流制御器７５１ｄが電流制御した演算結果をｐ軸重畳直流電圧指令Ｖｐ−ｄｃ＊として出力する。また、切替器７５４ｅが出力した電流制御のｚ軸目標電流指令値Ｉｚ−ｄｃ＊と、移動平均演算器７５６ｄが出力したｚ軸電流検出移動平均値Ｉｚ−ａｖｅとの偏差を入力として、電流制御器７５３ｄが電流制御した演算結果をｚ軸重畳直流電圧指令Ｖｚ−ｄｃ＊として出力する。なお、本実施例では、ｐ軸電流検出値Ｉｐおよびｚ軸電流検出値Ｉｚの高周波リプル成分を除去するために移動平均演算をおこなったが、一次遅れフィルタやバンドパスフィルタなどを用いた演算処理をおこなってもよい。
【０１９９】
次に、実施例５の磁極極性判定の具体的な動作について説明する。図２７は、実施例５の重畳電圧演算部のＳＷ動作と出力電圧波形の関係を例示したグラフである。図２７において、図２７（ａ）は、交流電圧成分印加部７０１ｂの切替器７１２ｂのスイッチング指令ＳＷ１の切替例を示している。図２７（ｂ）は、交流電圧成分印加部７０１ｂの切替器７１４ｂのスイッチング指令ＳＷ２の切替例を示している。図２７（ｃ）は、交流電圧成分印加部７０１ｂが出力したｐ軸重畳交流電圧指令Ｖｐ−ａｃ＊の波形例を示している。図２７（ｄ）は、交流電圧成分印加部７０１ｂが出力したｚ軸重畳交流電圧指令Ｖｚ−ａｃ＊の波形例を示している。図２７（ｅ）は、直流電圧成分印加部７０５ｅの切替器７５２ｅのスイッチング指令ＳＷ３の切替例を示している。図２７（ｆ）は、直流電圧成分印加部７０５ｅの切替器７５４ｅのスイッチング指令ＳＷ４の切替例を示している。図２７（ｇ）は、直流電圧成分印加部７０５ｅが出力したｐ軸重畳直流電圧指令Ｖｐ−ｄｃ＊の波形例を示している。図２７（ｈ）は、直流電圧成分印加部７０５ｅが出力したｚ軸重畳直流電圧指令Ｖｚ−ｄｃ＊の波形例を示している。図２７（ｉ）は、実施例５の磁極の極性判別時に永久磁石同期機１０３に流れるｄ軸電流ｉｄの波形例を示している。なお、本実施例では、交流波形発生器７１１および７１３から出力されるｐ軸交流電圧波形Ｓｐ−ａｃ＊およびｚ軸交流電圧波形Ｓｚ−ａｃ＊を矩形波としたが、正弦波を用いてもよい。
【０２００】
図２８は、実施例５の磁極極性判定部の入力信号とｄ軸電流の電流検出点を例示したグラフである。図２８において、図２８（ａ）は、交流電圧成分印加部７０１ｂから出力されるｐ軸重畳交流電圧指令Ｖｐ−ａｃ＊の波形例を示している。図２８（ｂ）は、交流電圧成分印加部７０１ｂから出力されるｚ軸重畳交流電圧指令Ｖｚ−ａｃ＊の波形例を示している。図２８（ｃ）は、直流電圧成分印加部７０５ｅから出力されるｐ軸重畳直流電圧指令Ｖｐ−ｄｃ＊の波形例を示している。図２８（ｄ）は、直流電圧成分印加部７０５ｅから出力されるｚ軸重畳直流電圧指令Ｖｚ−ｄｃ＊の波形例を示している。図２８（ｅ）は、重畳電圧位相補正テーブル７０２から出力されるｐ軸とｄｃ軸の偏差量Δθｐｄの波形例を示している。図２８（ｆ）は、重畳電圧演算部１１７ｅから出力されるｄｃ軸重畳電圧指令値Ｖｄｈ＊の波形例を示している。図２８（ｇ）は、重畳電圧演算部１１７ｅから出力されるｑｃ軸重畳電圧指令値Ｖｑｈ＊の波形例を示している。図２８（ｈ）は、実施例５の磁極の極性判別時に永久磁石同期機１０３に流れるｄ軸電流ｉｄの波形とｄ軸インダクタンスの演算に用いる電流検出値のサンプル点の例を示している。
【０２０１】
図２７および図２８を参照して、重畳電圧演算部１１７ｅと磁極極性判定部２０１ｅの動作および磁極の極性判別手法を説明する。なお、図２７および図２８の波形例では、ｐ軸とｄｃ軸の偏差量Δθｐｄおよびｄ軸とｄｃ軸の偏差量Δθｃが零の状態であるものとした。
【０２０２】
重畳電圧演算部１１７ｅは、交流電圧成分印加部７０１ｂにて、交流波形発生器７１１および７１３が、ＰＷＭ信号制御器１１５が出力した電流検出タイミング設定信号ＳＡＨに基づいて、ｐ軸交流電圧波形Ｓｐ−ａｃ＊およびｚ軸交流電圧波形Ｓｚ−ａｃ＊を演算し、切替器７１２ｂおよび７１４ｂのスイッチング状態を操作することで、ｐ軸重畳交流電圧指令Ｖｐ−ａｃ＊およびｚ軸重畳交流電圧指令Ｖｚ−ａｃ＊を制御している。
【０２０３】
図２７において、図２７（ａ）の切替器７１２ｂのスイッチング指令ＳＷ１を、振幅指令に０が設定された状態２から、振幅指令にｐ軸交流電圧振幅指令Ｖｐ−ａｃ＿ａｍｐが設定された状態１に切り替えることで、図２７（ｃ）のｐ軸重畳交流電圧指令Ｖｐ−ａｃ＊に電圧振幅がＶｐ−ａｃ＿ａｍｐの矩形波電圧指令が出力される。任意の時間が経過後、スイッチング指令ＳＷ１を状態１から状態２に切り替え、図２７（ｃ）のｐ軸重畳交流電圧指令Ｖｐ−ａｃ＊の出力を０にする。実施例５では、基準インダクタンス値Ｌｄｃ０と、ｄｃ−ｑｃ軸座標系上の正の値の電流変化に対するインダクタンス値Ｌｄｃ＋と、ｄｃ−ｑｃ軸座標系上の負の値の電流変化に対するインダクタンス値Ｌｄｃ−を演算するため、スイッチング指令ＳＷ１はｐ軸交流電圧振幅指令Ｖｐ−ａｃ＿ａｍｐの切替を行う。
【０２０４】
なお、本実施例では、図２７（ｂ）の切替器７１４ｂのスイッチング指令ＳＷ２を常に、振幅指令に０が設定された状態２にしておくことで、図２７（ｄ）のｚ軸重畳交流電圧指令Ｖｚ−ａｃ＊の出力を０にしている。また、直流電圧成分印加部７０５ｅにて、切替器７５２ｅおよび７５４ｅのスイッチング状態を操作し、電流制御のｐ軸目標電流指令値Ｉｐ−ｄｃ＊およびｚ軸目標電流指令値Ｉｚ−ｄｃ＊の少なくとも一方の出力が変更されることで、電流制御器７５１ｄおよび７５３ｄから出力されるｐ軸重畳直流電圧指令Ｖｐ−ｄｃ＊およびｚ軸重畳直流電圧指令Ｖｚ−ｄｃ＊を制御している。
【０２０５】
図２７において、図２７（ｅ）の切替器７５２ｅのスイッチング指令ＳＷ３は、まず、目標電流指令値に０が設定された状態３とし、図２７（ｇ）のｐ軸重畳直流電圧指令Ｖｐ−ｄｃ＊に目標電流指令を０とするｐ軸電流制御の演算結果が出力された状態で、スイッチング指令ＳＷ１を状態２から状態１への切替を行い、ｄｃ軸重畳電圧指令値Ｖｄｈ＊に交流電圧成分のみを出力する。任意の時間が経過後、スイッチング指令ＳＷ３を状態３から、目標電流指令にｐ軸直流電流振幅指令Ｉｐ−ｄｃ＿ａｍｐが設定された状態１に切り替えることで、図２７（ｇ）のｐ軸重畳直流電圧指令Ｖｐ−ｄｃ＊に目標電流指令をＩｐ−ｄｃ＿ａｍｐとするｐ軸電流制御の演算結果が出力される。任意の時間が経過後、スイッチング指令ＳＷ３を状態１から状態３に切り替え、図２７（ｇ）のｐ軸重畳直流電圧指令Ｖｐ−ｄｃ＊に目標電流指令を０とするｐ軸電流制御の演算結果が出力される。
【０２０６】
さらに、スイッチング指令ＳＷ３を状態３から、目標電流指令にｐ軸直流電流振幅指令Ｉｐ−ｄｃ＿ａｍｐの符号を反転した値が設定された状態２に切り替えることで、図２７（ｇ）のｐ軸重畳直流電圧指令Ｖｐ−ｄｃ＊に目標電流指令を−１×Iｐ−ｄｃ＿ａｍｐとするｐ軸電流制御の演算結果が出力される。任意の時間が経過後、スイッチング指令ＳＷ３を状態２から状態３に切り替え、図２７（ｇ）のｐ軸重畳直流電圧指令Ｖｐ−ｄｃ＊に目標電流指令を０とするｐ軸電流制御の演算結果が出力される。
【０２０７】
なお、本実施例では、図２７（ｆ）の切替器７５４ｅのスイッチング指令ＳＷ４を常に、電流制御の目標電流指令に０が設定された状態３にしておくことで、図２７（ｈ）のｚ軸重畳直流電圧指令Ｖｚ−ｄｃ＊に目標電流指令を０とするｚ軸電流制御の演算結果が出力される。ｐ軸重畳直流電圧指令Ｖｐ−ｄｃ＊およびｚ軸重畳直流電圧指令Ｖｚ−ｄｃ＊と、ｐ軸重畳交流電圧指令Ｖｐ−ａｃ＊およびｚ軸重畳交流電圧指令Ｖｚ−ａｃ＊とを合成したｐｚ軸座標系上の重畳電圧指令を、ｄｑ座標変換部７０３にて重畳電圧位相補正テーブル７０２が出力したｐ軸とｄｃ軸の偏差量Δθｐｄに基づいて、ｄｃ軸重畳電圧指令値Ｖｄｈ＊およびｑｃ軸重畳電圧指令値Ｖｑｈ＊に変換し、出力される。
【０２０８】
なお、本実施例では、ｐ軸とｄｃ軸の偏差量Δθｐｄおよびｄ軸とｄｃ軸の偏差量Δθｃが零の状態であるものとしているため、ｐ軸とｄｃ軸は一致することになる。重畳電圧演算部１１７ｅが出力したｄｃ軸重畳電圧指令値Ｖｄｈ＊およびｑｃ軸重畳電圧指令値Ｖｑｈ＊によって、図２７（ｉ）のようなｄ軸電流を永久磁石同期機に流すことができる。
【０２０９】
磁極極性判定部２０１ｅは、重畳電圧演算部１１７ｅが出力したｄｃ軸重畳電圧指令値Ｖｄｈ＊およびｑｃ軸重畳電圧指令値Ｖｑｈ＊の電圧印加によって永久磁石同期機１０３に流れたｄ軸の脈動電流からｄ軸インダクタンス値を推定演算し、その演算結果から永久磁石同期機１０３の磁極の極性を判別し、判別結果に応じた磁極極性補正位相θｐｎを出力する。図２８において、前述したとおり、図２８（ｆ）で示したｄｃ軸重畳電圧指令値Ｖｄｈ＊と図２８（ｇ）で示したｑｃ軸重畳電圧指令値Ｖｑｈ＊の電圧印加によって、永久磁石同期機１０３には図２８（ｈ）で示したような交流成分のみを含むｄ軸電流が発生する期間と、直流成分と交流成分を含むｄ軸電流が発生する期間が存在する。
【０２１０】
磁極極性判定部２０１ｅのインダクタンス演算部２１０ｅでは、電流検出部１１６にて所定のタイミングでサンプリングされたｄｃ軸電流検出値Ｉｄｃからｄ軸インダクタンス値を演算する。図２８（ｈ）に、実施例５の磁極の極性判別に必要なｄｃ軸電流検出値Ｉｄｃのサンプリング点を例示した。本実施例では、例えば、ｄ軸インダクタンス値を演算するためのｄｃ軸電流検出値Ｉｄｃのサンプリングは、電流検出タイミング設定信号ＳＡＨを三角波キャリアとして、その三角波キャリアの山谷周期とすればよい。
【０２１１】
まず、基準インダクタンス演算部２１７ｅにおいて、図２８（ｈ）で示したｄｃ軸電流検出値Ｉｄｃのサンプリング点の電流値Ｉｄｃ０＋、Ｉｄｃ０−から、ｄｃ−ｑｃ軸座標系上のｄｃ電流の直流成分が０付近の電流変化に対する基準インダクタンス値Ｌｄｃ０を演算する。なお、電流値Ｉｄｃ０＋、Ｉｄｃ０−は、複数回の交流電圧印加の電流検出値の平均値を演算した結果を用いてもよい。基準インダクタンス値Ｌｄｃ０は、例えば、以下の式（２１）にて演算されるものとする。
【０２１２】
【数２１】
0006975333.tif 000022
【０２１３】
なお、基準インダクタンス値Ｌｄｃ０を演算するのに、式（２０）では図２８（ｈ）で示したｄｃ軸電流検出値Ｉｄｃのサンプリング点の電流値Ｉｄｃ０＋とＩｄｃ０−の偏差を用いて動的インダクタンス（過渡インダクタンス）を求めたが、Ｉｄｃ０＋もしくはＩｄｃ０−のどちらかの電流値のみ用いて静的インダクタンスを求め、基準インダクタンス値Ｌｄｃ０としてもよい。ただし、基準インダクタンス値Ｌｄｃ０を静的インダクタンスとした場合は、正の値の電流の変化に対するインダクタンス値Ｌｄｃ＋と負の値の電流の変化に対するインダクタンス値Ｌｄｃ−も静的インダクタンスを演算する必要がある。
【０２１４】
次に、電流正側のインダクタンス演算部２１２ｅにおいて、図２８（ｈ）で示したｄｃ軸電流検出値Ｉｄｃのサンプリング点の電流値Ｉｄｃ１＋、Ｉｄｃ２＋から、ｄｃ−ｑｃ軸座標系上の正の値の電流の変化に対するインダクタンス値Ｌｄｃ＋を演算する。なお、電流値Ｉｄｃ１＋、Ｉｄｃ２＋は、複数回の交流電圧印加の電流検出値の平均値を演算した結果を用いてもよい。インダクタンス値Ｌｄｃ＋は、例えば、以下の式（２２）にて演算されるものとする。
【０２１５】
【数２２】
0006975333.tif 000023
【０２１６】
なお、ｄｃ−ｑｃ軸座標系上の正の値の電流の変化に対するインダクタンス値Ｌｄｃ＋を演算するのに、式（２２）では図２８（ｈ）で示したｄｃ軸電流検出値Ｉｄｃのサンプリング点の電流値Ｉｄｃ１＋とＩｄｃ２＋の偏差を用いて動的インダクタンス（過渡インダクタンス）を求めたが、Ｉｄｃ１＋もしくはＩｄｃ２＋のどちらかの電流値のみ用いて静的インダクタンスを求め、正の値の電流の変化に対するインダクタンス値Ｌｄｃ＋としてもよい。ただし、正の値の電流の変化に対するインダクタンス値Ｌｄｃ＋を静的インダクタンスとした場合は、基準インダクタンス値Ｌｄｃ０と負の値の電流の変化に対するインダクタンス値Ｌｄｃ−も静的インダクタンスを演算する必要がある。
【０２１７】
次に、電流負側のインダクタンス演算部２１４ｅにおいて、図２８（ｈ）で示したｄｃ軸電流検出値Ｉｄｃのサンプリング点の電流値Ｉｄｃ１−、Ｉｄｃ２−から、ｄｃ−ｑｃ軸座標系上の負の値の電流の変化に対するインダクタンス値Ｌｄｃ−を演算する。なお、電流値Ｉｄｃ１−、Ｉｄｃ２−は、複数回の交流電圧印加の電流検出値の平均値を演算した結果を用いてもよい。インダクタンス値Ｌｄｃ−は、例えば、以下の式（２３）にて演算されるものとする。
【０２１８】
【数２３】
0006975333.tif 000024
【０２１９】
なお、ｄｃ−ｑｃ軸座標系上の負の値の電流の変化に対するインダクタンス値Ｌｄｃ−を演算するのに、式（２２）では図２８（ｈ）で示したｄｃ軸電流検出値Ｉｄｃのサンプリング点の電流値Ｉｄｃ１−とＩｄｃ２−の偏差を用いて動的インダクタンス（過渡インダクタンス）を求めたが、Ｉｄｃ１−もしくはＩｄｃ２−のどちらかの電流値のみ用いて静的インダクタンスを求め、負の値の電流の変化に対するインダクタンス値Ｌｄｃ−としてもよい。ただし、負の値の電流の変化に対するインダクタンス値Ｌｄｃ−を静的インダクタンスとした場合は、基準インダクタンス値Ｌｄｃ０と正の値の電流の変化に対するインダクタンス値Ｌｄｃ＋も静的インダクタンスを演算する必要がある。
【０２２０】
以上、インダクタンス演算部２１０ｅは、ｄ軸インダクタンスの演算結果であるＬｄｃ＋、Ｌｄｃ−、および基準インダクタンス値Ｌｄｃ０を極性判別・反転処理部２１５ｅに出力する。
【０２２１】
極性判別・反転処理部２１５ｅでは、正の値の電流の変化に対するインダクタンス値Ｌｄｃ＋と基準インダクタンス値Ｌｄｃ０の偏差量ΔＬｄｃ＋を演算する。偏差量ΔＬｄｃ＋は、例えば、以下の式（２４）にて演算されるものとする。
【０２２２】
【数２４】
0006975333.tif 000025
【０２２３】
さらに、負の値の電流の変化に対するインダクタンス値Ｌｄｃ−と基準インダクタンス値Ｌｄｃ０の偏差量ΔＬｄｃ−を演算する。偏差量ΔＬｄｃ−は、例えば、以下の式（２５）にて演算されるものとする。
【０２２４】
【数２５】
0006975333.tif 000026
【０２２５】
そして、極性判別・反転処理部２１５ｅは、正の値の電流の変化に対するインダクタンスの偏差量ΔＬｄｃ＋と、負の値の電流の変化に対するインダクタンスの偏差量ΔＬｄｃ−の絶対値｜ΔＬｄｃ＋｜、｜ΔＬｄｃ−｜をそれぞれ演算し、絶対値｜ΔＬｄｃ＋｜と｜ΔＬｄｃ−｜の大小関係を比較し、インダクタンスの偏差量の絶対値が大きい側を永久磁石同期機１０３のＮ極方向（ｄ軸方向）と判定し、磁極極性補正位相θｐｎは磁極判別結果に応じた値を出力する。
【０２２６】
このように、実施例５では、基準インダクタンス値Ｌｄｃ０と、正の値の電流の変化に対するインダクタンス値Ｌｄｃ＋と、負の値の電流の変化に対するインダクタンス値Ｌｄｃ−の３つを演算すれば磁極の極性判別ができるため、実施例４よりも磁極の極性判別時の脈動電流の発生時間が減少し、永久磁石同期機の駆動装置の高効率化および低騒音化を図ることができる。
【０２２７】
また、実施例５は、対象となる永久磁石同期機において、最初の極性判別時の基準インダクタンス値Ｌｄｃ０の演算結果を保持しておくことで、それ以降の同一の永久磁石同期機の極性判別では、基準インダクタンス値Ｌｄｃ０を演算するための高周波電圧の印加期間が不要となるため、さらなる永久磁石同期機の駆動装置の高効率化および低騒音化が図れる。
【０２２８】
あるいは、実施例５において、インダクタンス演算部２１０ｅの代わりに、インダクタンス演算部２１０ｃを用いることでも実現できる。この場合、前述の基準インダクタンス値Ｌｄｃ０を同定するための高周波電圧の印加期間が不要となるため、前述と同様、さらなる永久磁石同期機の駆動装置の高効率化および低騒音化が図れる。
【０２２９】
図２９は、実施例５において基準インダクタンスに、基準インダクタンスの以前の同定値またはモータ設計値を利用した場合の磁極極性判定部の入力信号とｄ軸電流の電流検出点を例示したグラフである。図２９に示すように、基準インダクタンス値Ｌｄｃ０を演算するための高周波電圧の印加期間は不要となる。
【実施例６】
【０２３０】
実施例６では、実施例１〜３が磁極の極性判別時に重畳する交流電圧成分の振幅を予め設定しておいた振幅指令値に基づいて制御しているのに対して、磁極の極性判別において正の値の電流の変化に対するインダクタンスの変化量の絶対値と負の値の電流の変化に対するインダクタンスの変化量の絶対値のどちらか一方が、所定の値以上となるよう重畳する交流電圧成分の振幅指令値を調整することで、実施例１〜３よりも磁極の極性判別において磁気飽和によるｄ軸インダクタンスの非線形特性やノイズ等の影響を受けにくい永久磁石同期機の駆動装置が実現できる。
【０２３１】
図３０は、実施例６の永久磁石同期機駆動システムの構成例を表すブロック図である。図１に示した実施例１と比較して、構成の相違部分のみを説明する。
【０２３２】
図３０において、実施例６の永久磁石同期機駆動システムは、図１の実施例１の位置・速度推定演算部１１２と重畳電圧演算部１１７の代わりに、位置・速度推定演算部１１２ｆと重畳電圧演算部１１７ｆを用いることで実現できる。
【０２３３】
図３１は、実施例６の位置・速度推定演算部の構成例を表すブロック図である。図３１に示すように位置・速度推定演算部１１２ｆは、磁極極性判定部２０１ｆと、軸誤差推定演算部２０２と、速度推定演算部２０３と、位置推定演算部２０４を備える。
【０２３４】
位置・速度推定演算部１１２ｆは、ベクトル制御部１１１が出力したｄｃ軸電圧指令値Ｖｄｃ＊およびｑｃ軸電圧指令値Ｖｑｃ＊と、重畳電圧演算部１１７ｆが出力したｄｃ軸重畳電圧指令値Ｖｄｈ＊およびｑｃ軸重畳電圧指令値Ｖｑｈ＊と、ｄｑ座標変換部１１４が出力したｄｃ軸電流検出値Ｉｄｃおよびｑｃ軸電流検出値Ｉｑｃに基づいて、永久磁石同期機１０３の駆動周波数推定値ωｒ＾と制御位相θｄｃと、振幅指令判定量ΔＰａｍｐを演算し、出力する。なお、位置・速度推定演算部１１２ｆは、磁極極性判定部２０１ｆ以外の構成は、実施例１の位置・速度推定演算部１１２と同じである。
【０２３５】
図３２は、実施例６の磁極極性判定部の構成例を表すブロック図である。図３２に示すように、磁極極性判定部２０１ｆは、インダクタンス演算部２１０と、極性判別・反転処理部２１５と、磁極極性判定量演算器２１８ｆを備え、インダクタンス演算部２１０は、第一のインダクタンス演算部２１１と、第二のインダクタンス演算部２１２と、第三のインダクタンス演算部２１３と、第四のインダクタンス演算部２１４とを備える。
【０２３６】
磁極極性判定部２０１ｆは、重畳電圧演算部１１７ｆが出力したｄｃ軸重畳電圧指令値Ｖｄｈ＊およびｑｃ軸重畳電圧指令値Ｖｑｈ＊と、ｄｑ座標変換部１１４が出力したｄｃ軸電流検出値Ｉｄｃおよびｑｃ軸電流検出値Ｉｑｃに基づいて、磁極極性補正位相θｐｎと振幅指令判定量ΔＰａｍｐを演算し、出力する。なお、磁極極性判定部２０１ｆは、磁極極性判定量演算器２１８ｆ以外の構成は、実施例１の磁極極性判定部２０１と同じである。また、磁極極性判定部２０１ｆは、インダクタンス演算部２１０の代わりに、実施例３で説明したようなインダクタンス演算部２１０ｃを用いてもよい。
【０２３７】
図３３は、実施例６の磁極極性判定量演算器の構成例を表すブロック図である。図３３に示すように、磁極極性判定量演算器２１８ｆは、減算器８１０ｆおよび８１１ｆと、絶対値演算部２８１ｆおよび２８２ｆと、比較器２８３ｆと、切替器２８４ｆとを備える。
【０２３８】
減算器８１０ｆは、インダクタンス演算部２１０が出力した第一のインダクタンス値Ｌｄｃ１＋と、第二のインダクタンス値Ｌｄｃ２＋の偏差量ΔＬｄｃ＋を演算し、絶対値演算部２８１ｆに出力する。
【０２３９】
減算器８１１ｆは、インダクタンス演算部２１０が出力した第三のインダクタンス値Ｌｄｃ１−と、第四のインダクタンス値Ｌｄｃ２−の偏差量ΔＬｄｃ−を演算し、絶対値演算部２８２ｆに出力する。
【０２４０】
絶対値演算部２８１ｆおよび２８２ｆは、減算器８１０ｆおよび８１１ｆが出力したインダクタンスの偏差量ΔＬｄｃ＋およびΔＬｄｃ−の絶対値を演算し、出力する。
【０２４１】
比較器２８３ｆは、絶対値演算部２８１ｆが出力した正の値の電流の変化に対するインダクタンスの偏差量の絶対値｜ΔＬｄｃ＋｜と、絶対値演算部２８２ｆが出力した負の値の電流の変化に対するインダクタンスの偏差量の絶対値｜ΔＬｄｃ−｜とを比較し、大小比較結果出力信号Ｓｉｇ−Ｃは、絶対値｜ΔＬｄｃ＋｜が大きい場合は１を、絶対値｜ΔＬｄｃ−｜が大きい場合は０を出力する。
【０２４２】
切替器２８４ｆは、比較器２８３ｆが出力した大小比較結果出力信号Ｓｉｇ−Ｃに基づいて、正の値の電流の変化に対するインダクタンスの偏差量の絶対値｜ΔＬｄｃ＋｜と、負の値の電流の変化に対するインダクタンスの偏差量の絶対値｜ΔＬｄｃ−｜の大きいほうを振幅指令判定量ΔＰａｍｐとして出力する。
【０２４３】
図３４は、実施例６の重畳電圧演算部の構成例を表すブロック図である。図３４に示すように重畳電圧演算部１１７ｆは、交流電圧成分印加部７０１ｆと、重畳電圧位相補正テーブル７０２と、ｄｑ座標変換部７０３とを備える。重畳電圧演算部１１７ｆは、ｄｑ座標変換部１１４が出力したｄｃ軸電流検出値Ｉｄｃおよびｑｃ軸電流検出値Ｉｑｃと、ＰＷＭ信号制御器１１５が出力した電流検出タイミング設定信号ＳＡＨと、位置・速度推定演算部１１２ｆが出力した振幅指令判定量ΔＰａｍｐに基づいて、永久磁石同期機１０３に高周波電流（脈動電流）を発生させるためのｄｃ軸重畳電圧指令値Ｖｄｈ＊およびｑｃ軸重畳電圧指令値Ｖｑｈ＊を演算し出力する。なお、重畳電圧演算部１１７ｆは、交流電圧成分印加部７０１ｆ以外の構成は、実施例１の重畳電圧演算部１１７と同じである。
【０２４４】
図３５は、実施例６の交流電圧成分印加部の構成例を表すブロック図である。図３５に示すように、交流電圧成分印加部７０１ｆは、交流波形発生器７１１および７１３と、交流電圧波形に乗算する振幅指令を切り替える切替器７１２および７１４と、交流波形発生器７１１および７１３の出力値と切替器７１２および７１４の出力値をそれぞれ乗算して出力する乗算器８０４、８０５と、振幅指令調整器７１５ｆ、７１６ｆとを備える。
【０２４５】
交流電圧成分印加部７０１ｆでは、交流波形発生器７１１および７１３が電流検出タイミング設定信号ＳＡＨに基づいて永久磁石同期機１０３に脈動電流を発生させるためのｐ軸交流電圧波形Ｓｐ−ａｃ＊およびｚ軸交流電圧波形Ｓｚ−ａｃ＊を出力する。また、切替器７１２および７１４は、ｐｚ軸座標系上に重畳するｐ軸交流電圧波形Ｓｐ−ａｃ＊およびｚ軸交流電圧波形Ｓｚ−ａｃ＊に乗算する振幅指令値を切り替える切替器である。さらに、振幅指令調整器７１５ｆは、磁極極性判定量演算器２１８ｆが出力した振幅指令判定量ΔＰａｍｐに基づいて、切替器７１２に入力される第一のｐ軸交流電圧振幅指令Ｖｐ−ａｃ＿ａｍｐ１と第二のｐ軸交流電圧振幅指令Ｖｐ−ａｃ＿ａｍｐ２の値を調整する。
【０２４６】
振幅指令調整器７１６ｆは、磁極極性判定量演算器２１８ｆが出力した振幅指令判定量ΔＰａｍｐに基づいて、切替器７１４に入力される第一のｚ軸交流電圧振幅指令Ｖｚ−ａｃ＿ａｍｐ１と第二のｚ軸交流電圧振幅指令Ｖｚ−ａｃ＿ａｍｐ２の値を調整する。そして、乗算器８０４、８０５にて、交流波形発生器７１１および７１３が出力したｐ軸交流電圧波形Ｓｐ−ａｃ＊およびｚ軸交流電圧波形Ｓｚ−ａｃ＊と、切替器７１２および７１４が出力したｐ軸交流電圧成分振幅指令Ｋｐ−ａｃ＿ａｍｐ＊およびｚ軸交流電圧成分振幅指令Ｋｚ−ａｃ＿ａｍｐ＊と、をそれぞれ乗算して、ｐ軸重畳交流電圧指令Ｖｐ−ａｃ＊およびｚ軸重畳交流電圧指令Ｖｚ−ａｃ＊を出力する。
【０２４７】
次に、実施例６の磁極極性判定の具体的な動作について説明する。図３６は、実施例６の重畳電圧演算部のＳＷ動作、出力電圧波形および磁極極性判定量演算器２１８ｆが出力する振幅指令判定量ΔＰａｍｐの関係を例示したグラフである。図３６において、図３６（ａ）は、交流電圧成分印加部７０１ｆの切替器７１２のスイッチング指令ＳＷ１の切替例を示している。図３６（ｂ）は、交流電圧成分印加部７０１ｆの切替器７１４のスイッチング指令ＳＷ２の切替例を示している。図３６（ｃ）は、交流電圧成分印加部７０１ｆの振幅指令調整器７１５ｆが出力する第一のｐ軸交流電圧振幅指令Ｖｐ−ａｃ＿ａｍｐ１の波形例を示している。図３６（ｄ）は、交流電圧成分印加部７０１ｆの振幅指令調整器７１５ｆが出力する第二のｐ軸交流電圧振幅指令Ｖｐ−ａｃ＿ａｍｐ２の波形例を示している。図３６（ｅ）は、乗算器８０４の演算結果であるｐ軸重畳交流電圧指令Ｖｐ−ａｃ＊の波形例を示している。図３６（ｆ）は、乗算器８０５の演算結果であるｚ軸重畳交流電圧指令Ｖｚ−ａｃ＊の波形例を示している。図３６（ｇ）は、実施例６の磁極の極性判別時に永久磁石同期機１０３に流れるｄ軸電流ｉｄの波形例を示している。図３６（ｈ）は、磁極極性判定量演算器２１８ｆの切替器２８４ｆが出力した振幅指令判定量ΔＰａｍｐの波形例を示している。なお、本実施例では、交流波形発生器７１１および７１３から出力されるｐ軸交流電圧波形Ｓｐ−ａｃ＊およびｚ軸交流電圧波形Ｓｚ−ａｃ＊を矩形波としたが、正弦波を用いてもよい。
【０２４８】
図３７は、ｄ軸方向の電流増加に対して磁石磁束方向のインダクタンスが極大点を有して単調減少するような特性を有する永久磁石同期機において、実施例６のインダクタンス演算部が出力するインダクタンス値を例示したグラフである。図３７の（ａ）〜（ｄ）に示したように、重畳する電圧指令に応じて発生するｄ軸の脈動電流の大きさが変化し、その結果、演算されるインダクタンス値Ｌｄｃ１＋、Ｌｄｃ２＋、Ｌｄｃ１−、Ｌｄｃ２−および振幅指令判定量ΔＰａｍｐの大きさが変化していくことがわかる。
【０２４９】
図３６および図３７を参照して、実施例６の磁極の極性判別における重畳電圧指令振幅調整の動作を説明する。重畳電圧演算部１１７ｆは、交流電圧成分印加部７０１ｆにて、交流波形発生器７１１および７１３が、ＰＷＭ信号制御器１１５が出力した電流検出タイミング設定信号ＳＡＨに基づいて、ｐ軸交流電圧波形Ｓｐ−ａｃ＊およびｚ軸交流電圧波形Ｓｚ−ａｃ＊を演算し、切替器７１２および７１４に出力する。また、振幅指令調整器７１５ｆおよび７１６ｆが、磁極極性判定量演算器２１８ｆの切替器２８４ｆが出力した振幅指令判定量ΔＰａｍｐに基づいて、第一のｐ軸交流電圧振幅指令Ｖｐ−ａｃ＿ａｍｐ１と、第二のｐ軸交流電圧振幅指令Ｖｐ−ａｃ＿ａｍｐ２と、第一のｚ軸交流電圧振幅指令Ｖｚ−ａｃ＿ａｍｐ１と、第二のｚ軸交流電圧振幅指令Ｖｚ−ａｃ＿ａｍｐ２を演算し、切替器７１２および７１４に出力する。さらに、切替器７１２および７１４のスイッチング状態を操作することで、ｐ軸重畳交流電圧指令Ｖｐ−ａｃ＊およびｚ軸重畳交流電圧指令Ｖｚ−ａｃ＊を制御している。
【０２５０】
図３６において、図３６（ｈ）の“ｔ１”で示す一回目の極性判別では、切替器７１２のスイッチング指令ＳＷ１を、振幅指令に０が設定された状態２から、振幅指令に第一のｐ軸交流電圧振幅指令Ｖｐ−ａｃ＿ａｍｐ１が設定された状態１に切り替えることで、図３６（ｅ）のｐ軸重畳交流電圧指令Ｖｐ−ａｃ＊に電圧振幅がＶｐ−ａｃ＿ａｍｐ１の矩形波電圧指令が出力される。任意の時間が経過後、スイッチング指令ＳＷ１を状態１から状態２に切り替え、図３６（ｅ）のｐ軸重畳交流電圧指令Ｖｐ−ａｃ＊の出力を一度０にする。さらに、スイッチング指令ＳＷ１を状態２から、振幅指令に第一のｐ軸交流電圧振幅指令Ｖｐ−ａｃ＿ａｍｐ１とは異なる第二のｐ軸交流電圧振幅指令Ｖｐ−ａｃ＿ａｍｐ２が設定された状態３に切り替えることで、図３６（ｅ）のｐ軸重畳交流電圧指令Ｖｐ−ａｃ＊に電圧振幅がＶｐ−ａｃ＿ａｍｐ２の矩形波電圧指令が出力される。そして、任意の時間が経過後、スイッチング指令ＳＷ１を状態３から状態２に切り替え、図３６（ｅ）のｐ軸重畳交流電圧指令Ｖｐ−ａｃ＊の出力を０にする。
【０２５１】
なお、本実施例では、図３６（ｂ）のスイッチング指令ＳＷ２を常に、振幅指令に０が設定された状態２にしておくことで、図３６（ｆ）のｚ軸重畳交流電圧指令Ｖｚ−ａｃ＊の出力を０にしている。また、本実施例では、ｐ軸とｄｃ軸の偏差量Δθｐｄおよびｄ軸とｄｃ軸の偏差量Δθｃが零の状態であるものとし、ｐ軸とｄｃ軸とｄ軸はすべて一致しているものとする。
【０２５２】
図３６（ｈ）の“ｔ２”で示す二回目の極性判別では、振幅指令調整器７１５ｆによって調整された第一のｐ軸交流電圧振幅指令Ｖｐ−ａｃ＿ａｍｐ１と、第二のｐ軸交流電圧振幅指令Ｖｐ−ａｃ＿ａｍｐ２を用いて、前述した一回目と同様の手順で磁極の極性判別を実施する。
【０２５３】
図３７（ａ）は、二回目の極性判別終了時の演算結果であるインダクタンス値Ｌｄｃ１＋、Ｌｄｃ２＋、Ｌｄｃ１−、Ｌｄｃ２−および振幅指令判定量ΔＰａｍｐを例示したものである。この二回目の磁極の極性判別演算の結果、振幅指令判定量ΔＰａｍｐが目標値に達していない場合、振幅指令判定量ΔＰａｍｐに基づいて、振幅指令調整器７１５ｆが第一のｐ軸交流電圧振幅指令Ｖｐ−ａｃ＿ａｍｐ１と、第二のｐ軸交流電圧振幅指令Ｖｐ−ａｃ＿ａｍｐ２を調整する。なお、振幅指令判定量ΔＰａｍｐの目標値は、例えば、電流センサ等がノイズの影響を受けたとしても磁極の極性判別が正しく行える程度のインダクタンス偏差量の観測値とすればよく、電流センサを含む相電流検出部１２１の感度や永久磁石同期機１０３の特性などに応じて定める。
【０２５４】
なお、図３７（ｂ）は、三回目の極性判別終了時の演算結果であるインダクタンス値Ｌｄｃ１＋、Ｌｄｃ２＋、Ｌｄｃ１−、Ｌｄｃ２−および振幅指令判定量ΔＰａｍｐを例示したものである。図３７（ｃ）は、四回目の極性判別終了時の演算結果を例示し、図３７（ｄ）は、五回目の極性判別終了時の演算結果を例示したものである。
【０２５５】
図３７に示すような、ｄ軸インダクタンス値Ｌｄがｄ軸電流ｉｄに対して正の方向に極大点を有する永久磁石同期機の場合、この極大点のインダクタンス値を捉えることで、振幅指令判定量ΔＰａｍｐが増加する。このとき、振幅指令判定量ΔＰａｍｐの所望の目標値が、図３６（ｈ）の（１）で示す“第一の目標値”であれば、極性判別の結果に応じた磁極極性補正位相θｐｎの値を出力し、極性判別を終了してよい。また、このときの第一のｐ軸交流電圧振幅指令Ｖｐ−ａｃ＿ａｍｐ１および第二のｐ軸交流電圧振幅指令Ｖｐ−ａｃ＿ａｍｐ２の設定値を保持しておくことで、次回以降の磁極の極性判別において重畳電圧指令の振幅を調整する必要がなくなる。
【０２５６】
一方、振幅指令判定量ΔＰａｍｐの所望の目標値が、図３６（ｈ）の（２）で示す“第二の目標値”であった場合は、振幅指令判定量ΔＰａｍｐに基づいて、振幅指令調整器７１５ｆが第一のｐ軸交流電圧振幅指令Ｖｐ−ａｃ＿ａｍｐ１と、第二のｐ軸交流電圧振幅指令Ｖｐ−ａｃ＿ａｍｐ２を調整する。このように、実施例６では、図３６（ｈ）の“ｔ３”、“ｔ４”、・・・で示す三回目の極性判別、四回目の極性判別、・・・のように、この処理を繰り返し実施することで、磁極の極性判別時に永久磁石同期機に印加する重畳電圧指令を所望のＳ／Ｎ比に応じた電圧振幅に調整することができる。
【０２５７】
なお、本実施例では、ｄ軸インダクタンス値Ｌｄがｄ軸電流ｉｄに対して正の方向に極大点を有する永久磁石同期機を例に説明したが、ｄ軸インダクタンス値Ｌｄがｄ軸電流ｉｄに対して単調減少する永久磁石同期機であっても同様に適用することが可能である。
【０２５８】
したがって、実施例６では、インダクタンスの磁気飽和特性が未知の永久磁石同期機であっても、所望のＳ／Ｎ比に応じた振幅指令判定量ΔＰａｍｐの目標値を設定して重畳電圧指令の振幅を調整することで、対象となる永久磁石同期機のｄ軸インダクタンスの磁気飽和特性や電流センサ等のノイズ環境に応じた必要最小限の電流で極性判別が実現できるようになり、永久磁石同期機の駆動装置の高効率化および低騒音化を図ることができる。
【０２５９】
以上、実施例６について説明した。説明上、主として実施例１の構成を例にして説明したが、実施例２および３においても同様に適用可能である。
【実施例７】
【０２６０】
実施例７では、実施例４および５が磁極の極性判別時に重畳する直流電圧成分は予め設定しておいた目標電流指令値に基づいて電流制御された重畳直流電圧指令の演算結果を用いているのに対して、磁極の極性判別において正の値の電流の変化に対するインダクタンスの変化量の絶対値と負の値の電流の変化に対するインダクタンスの変化量の絶対値のどちらか一方が、所定の値以上となるよう重畳直流電圧指令を出力する電流制御の目標電流指令値を調整することで、実施例４および５よりも磁極の極性判別において磁気飽和によるｄ軸インダクタンスの非線形特性やノイズ等の影響を受けにくい永久磁石同期機の駆動装置が実現できる。
【０２６１】
以下、図３０の実施例６と比較して、構成要素の相違部分のみを説明する。図３８は、実施例７の重畳電圧演算部の構成例を表すブロック図である。実施例７は、実施例６の重畳電圧演算部１１７ｆの代わりに、重畳電圧演算部１１７ｇを用いることで実現できる。
【０２６２】
図３８において、重畳電圧演算部１１７ｇは、交流電圧成分印加部７０１ｂと、重畳電圧位相補正テーブル７０２と、ｄｑ座標変換部７０３と、ｐｚ座標変換部７０４ｄと、直流電圧成分印加部７０５ｇと、加算器８０６ｄおよび８０７ｄとを備える。
【０２６３】
直流電圧成分印加部７０５ｇは、ｐｚ座標変換部７０４ｄが出力したｐ軸電流検出値Ｉｐおよびｚ軸電流検出値Ｉｚ、ならびに位置・速度推定演算部１１２ｆが出力した振幅指令判定量ΔＰａｍｐに基づいて、ｐ軸重畳直流電圧指令Ｖｐ−ｄｃ＊およびｚ軸重畳直流電圧指令Ｖｚ−ｄｃ＊を演算し、加算器８０６ｄおよび８０７ｄに出力する。
【０２６４】
なお、重畳電圧演算部１１７ｇは、直流電圧成分印加部７０５ｇ以外の構成は、実施例４の重畳電圧演算部１１７ｄと同じである。
【０２６５】
また、実施例７において、磁極極性判定部２０１ｆは、インダクタンス演算部２１０は実施例４と同じものとし、それ以外の構成は実施例６と同じものとする。
【０２６６】
図３９は、実施例７の直流電圧成分印加部の構成例を表すブロック図である。図３９に示すように直流電圧成分印加部７０５ｇは、電流制御器７５１ｄおよび７５３ｄと、電流制御の目標電流指令値を切り替える切替器７５２ｄおよび７５４ｄと、ｐ軸電流検出値Ｉｐおよびｚ軸電流検出値Ｉｚの高周波リプル成分を除去するための移動平均演算器７５５ｄおよび７５６ｄと、切替器７５２ｄおよび７５４ｄの出力値と移動平均演算器７５５ｄおよび７５６ｄの出力値の偏差を出力する減算器８０８ｄおよび８０９ｄと、電流制御の目標電流指令値を調整する振幅指令調整器７５７ｇおよび７５８ｇとを備える。
【０２６７】
直流電圧成分印加部７０５ｇにおいて、振幅指令調整器７５７ｇは、磁極極性判定量演算器２１８ｆが出力した振幅指令判定量ΔＰａｍｐに基づいて、切替器７５２ｄに入力される第一のｐ軸直流電流振幅指令Ｉｐ−ｄｃ＿ａｍｐ１と第二のｐ軸直流電流振幅指令Ｉｐ−ｄｃ＿ａｍｐ２の値を調整する。振幅指令調整器７５８ｇは、磁極極性判定量演算器２１８ｆが出力した振幅指令判定量ΔＰａｍｐに基づいて、切替器７５４ｄに入力される第一のｚ軸直流電流振幅指令Ｉｚ−ｄｃ＿ａｍｐ１と第二のｚ軸直流電流振幅指令Ｉｚ−ｄｃ＿ａｍｐ２の値を調整する。
【０２６８】
減算器８０８ｄは、切替器７５２ｄが出力した電流制御のｐ軸目標電流指令値Ｉｐ−ｄｃ＊と、移動平均演算器７５５ｄが出力したｐ軸電流検出移動平均値Ｉｐ−ａｖｅとの偏差を入力として、電流制御器７５１ｄが電流制御した演算結果をｐ軸重畳直流電圧指令Ｖｐ−ｄｃ＊として出力する。また、減算器８０９ｄは、切替器７５４ｄが出力した電流制御のｚ軸目標電流指令値Ｉｚ−ｄｃ＊と、移動平均演算器７５６ｄが出力したｚ軸電流検出移動平均値Ｉｚ−ａｖｅとの偏差を入力として、電流制御器７５３ｄが電流制御した演算結果をｚ軸重畳直流電圧指令Ｖｚ−ｄｃ＊として出力する。
【０２６９】
なお、本実施例では、ｐ軸電流検出値Ｉｐおよびｚ軸電流検出値Ｉｚの高周波リプル成分を除去するために移動平均演算をおこなったが、一次遅れフィルタやバンドパスフィルタなどを用いた演算処理をおこなってもよい。
【０２７０】
図４０は、実施例７の重畳電圧演算部のＳＷ動作、出力電圧波形および磁極極性判定量演算器が出力する振幅指令判定量ΔＰａｍｐの関係を例示したグラフである。重畳電圧演算部１１７ｇのＳＷ動作として、図４０（ａ）は、交流電圧成分印加部７０１ｂの切替器７１２ｂのスイッチング指令ＳＷ１の切替例を示している。図４０（ｂ）は、交流電圧成分印加部７０１ｂの切替器７１４ｂのスイッチング指令ＳＷ２の切替例を示している。図４０（ｃ）は、直流電圧成分印加部７０５ｇの切替器７５２ｄのスイッチング指令ＳＷ３の切替例を示している。図４０（ｄ）は、直流電圧成分印加部７０５ｇの切替器７５４ｄのスイッチング指令ＳＷ４の切替例を示している。図４０（ｅ）は、直流電圧成分印加部７０５ｇの振幅指令調整器７５７ｇが出力する第一のｐ軸直流電流振幅指令Ｉｐ−ｄｃ＿ａｍｐ１の波形例を示している。図４０（ｆ）は、直流電圧成分印加部７０５ｇの振幅指令調整器７５７ｇが出力する第二のｐ軸直流電流振幅指令Ｉｐ−ｄｃ＿ａｍｐ２の波形例を示している。図４０（ｇ）は、直流電圧成分印加部７０５ｇの電流制御器７５１ｄが出力したｐ軸重畳直流電圧指令Ｖｐ−ｄｃ＊の波形例を示している。図４０（ｈ）は、直流電圧成分印加部７０５ｇの電流制御器７５３ｄが出力したｚ軸重畳直流電圧指令Ｖｚ−ｄｃ＊の波形例を示している。図４０（ｉ）は、実施例７の磁極の極性判別時に永久磁石同期機１０３に流れるｄ軸電流ｉｄの波形例を示している。図４０（ｊ）は、磁極極性判定量演算器２１８ｆの切替器２８４ｆが出力した振幅指令判定量ΔＰａｍｐの波形例を示している。
【０２７１】
図４０を参照して、実施例７の磁極の極性判別の重畳電圧指令振幅調整の動作を説明する。重畳電圧演算部１１７ｇは、交流電圧成分印加部７０１ｂにおける交流波形発生器７１１および７１３にて、ＰＷＭ信号制御器１１５が出力した電流検出タイミング設定信号ＳＡＨに基づいて、ｐ軸交流電圧波形Ｓｐ−ａｃ＊およびｚ軸交流電圧波形Ｓｚ−ａｃ＊を演算し、切替器７１２ｂおよび７１４ｂのスイッチング状態を操作することで、ｐ軸重畳交流電圧指令Ｖｐ−ａｃ＊およびｚ軸重畳交流電圧指令Ｖｚ−ａｃ＊を制御している。
【０２７２】
図４０において、図４０（ａ）の切替器７１２ｂのスイッチング指令ＳＷ１を、振幅指令に０が設定された状態２から、振幅指令にｐ軸交流電圧振幅指令Ｖｐ−ａｃ＿ａｍｐが設定された状態１に切り替えることで、ｐ軸重畳交流電圧指令Ｖｐ−ａｃ＊に電圧振幅がＶｐ−ａｃ＿ａｍｐの矩形波電圧指令が出力される。任意の時間が経過後、スイッチング指令ＳＷ１を状態１から状態２に切り替え、ｐ軸重畳交流電圧指令Ｖｐ−ａｃ＊の出力を０にする。
【０２７３】
なお、本実施例では、図４０（ｂ）の切替器７１４ｂのスイッチング指令ＳＷ２を常に、振幅指令に０が設定された状態２にしておくことで、ｚ軸重畳交流電圧指令Ｖｚ−ａｃ＊の出力を０にしている。
【０２７４】
また、直流電圧成分印加部７０５ｇにて、振幅指令調整器７５７ｇおよび７５８ｇが、磁極極性判定量演算器２１８ｆの切替器２８４ｆが出力した振幅指令判定量ΔＰａｍｐに基づいて、第一のｐ軸直流電流振幅指令Ｉｐ−ｄｃ＿ａｍｐ１と、第二のｐ軸直流電流振幅指令Ｉｐ−ｄｃ＿ａｍｐ２と、第一のｚ軸直流電流振幅指令Ｉｚ−ｄｃ＿ａｍｐ１と、第二のｚ軸直流電流振幅指令Ｉｚ−ｄｃ＿ａｍｐ２を演算し、切替器７５２ｄおよび７５４ｄに出力する。さらに、切替器７５２ｄおよび７５４ｄのスイッチング状態を操作し、電流制御のｐ軸目標電流指令値Ｉｐ−ｄｃ＊およびｚ軸目標電流指令値Ｉｚ−ｄｃ＊の少なくとも一方の出力が変更されることで、電流制御器７５１ｄおよび７５３ｄから出力されるｐ軸重畳直流電圧指令Ｖｐ−ｄｃ＊およびｚ軸重畳直流電圧指令Ｖｚ−ｄｃ＊を制御している。
【０２７５】
図４０において、図４０（ｊ）の“ｔ１”で示す一回目の極性判別では、図４０（ｃ）の切替器７５２ｄのスイッチング指令ＳＷ３を、目標電流指令値に０が設定された状態３から、目標電流指令に第一のｐ軸直流電流振幅指令Ｉｐ−ｄｃ＿ａｍｐ１が設定された状態１に切り替えることで、図４０（ｇ）のｐ軸重畳直流電圧指令Ｖｐ−ｄｃ＊に目標電流指令をＩｐ−ｄｃ＿ａｍｐ１とするｐ軸電流制御の演算結果が出力される。任意の時間が経過後、スイッチング指令ＳＷ３を状態１から状態３に切り替え、図４０（ｇ）のｐ軸重畳直流電圧指令Ｖｐ−ｄｃ＊に目標電流指令を０とするｐ軸電流制御の演算結果が出力される。
【０２７６】
さらに、スイッチング指令ＳＷ３を状態３から、目標電流指令に第一のｐ軸直流電流振幅指令Ｉｐ−ｄｃ＿ａｍｐ１の符号を反転した値が設定された状態２に切り替えることで、図４０（ｇ）のｐ軸重畳直流電圧指令Ｖｐ−ｄｃ＊に目標電流指令を−１×Ｉｐ−ｄｃ＿ａｍｐ１とするｐ軸電流制御の演算結果が出力される。任意の時間が経過後、スイッチング指令ＳＷ３を状態２から状態３に切り替え、図４０（ｇ）のｐ軸重畳直流電圧指令Ｖｐ−ｄｃ＊に目標電流指令を０とするｐ軸電流制御の演算結果が出力される。
【０２７７】
さらに、スイッチング指令ＳＷ３を状態３から、目標電流指令に第二のｐ軸直流電流振幅指令Ｉｐ−ｄｃ＿ａｍｐ２が設定された状態４に切り替えることで、図４０（ｇ）のｐ軸重畳直流電圧指令Ｖｐ−ｄｃ＊に目標電流指令をＩｐ−ｄｃ＿ａｍｐ２とするｐ軸電流制御の演算結果が出力される。任意の時間が経過後、スイッチング指令ＳＷ３を状態１から状態３に切り替え、図４０（ｇ）のｐ軸重畳直流電圧指令Ｖｐ−ｄｃ＊に目標電流指令を０とするｐ軸電流制御の演算結果が出力される。
【０２７８】
さらに、スイッチング指令ＳＷ３を状態３から、目標電流指令に第二のｐ軸直流電流振幅指令Ｉｐ−ｄｃ＿ａｍｐ２の符号を反転した値が設定された状態５に切り替えることで、図４０（ｇ）のｐ軸重畳直流電圧指令Ｖｐ−ｄｃ＊に目標電流指令を−１×Ｉｐ−ｄｃ＿ａｍｐ２とするｐ軸電流制御の演算結果が出力される。任意の時間が経過後、スイッチング指令ＳＷ３を状態５から状態３に切り替え、図４０（ｇ）のｐ軸重畳直流電圧指令Ｖｐ−ｄｃ＊に目標電流指令を０とするｐ軸電流制御の演算結果が出力される。
【０２７９】
なお、本実施例では、図４０（ｆ）の切替器７５４ｄのスイッチング指令ＳＷ４を常に、電流制御の目標電流指令に０が設定された状態３にしておくことで、図４０（ｈ）のｚ軸重畳直流電圧指令Ｖｚ−ｄｃ＊に目標電流指令を０とするｚ軸電流制御の演算結果が出力される。ｐ軸重畳直流電圧指令Ｖｐ−ｄｃ＊およびｚ軸重畳直流電圧指令Ｖｚ−ｄｃ＊と、ｐ軸重畳交流電圧指令Ｖｐ−ａｃ＊およびｚ軸重畳交流電圧指令Ｖｚ−ａｃ＊とを合成したｐｚ軸座標系上の重畳電圧指令を、ｄｑ座標変換部７０３にて重畳電圧位相補正テーブル７０２が出力したｐ軸とｄｃ軸の偏差量Δθｐｄに基づいて、ｄｃ軸重畳電圧指令値Ｖｄｈ＊およびｑｃ軸重畳電圧指令値Ｖｑｈ＊に変換し、出力する。また、本実施例では、ｐ軸とｄｃ軸の偏差量Δθｐｄおよびｄ軸とｄｃ軸の偏差量Δθｃが零の状態であるものとし、ｐ軸とｄｃ軸とｄ軸はすべて一致しているものとする。
【０２８０】
この一回目の磁極の極性判別演算の結果、図４０（ｈ）に示したように、振幅指令判定量ΔＰａｍｐが、図４０（ｊ）の（１）で示す“目標値”未満の場合、振幅指令判定量ΔＰａｍｐに基づいて、振幅指令調整器７５７ｇが第一のｐ軸直流電流振幅指令Ｉｐ−ｄｃ＿ａｍｐ１と、第二のｐ軸直流電流振幅指令Ｉｐ−ｄｃ＿ａｍｐ２を調整する。振幅指令判定量ΔＰａｍｐが“所定目標値”に達するまで、図４０（ｊ）の“ｔ２”で示す二回目の極性判別、“ｔ３”で示す三回目の極性判別、・・・を実施する。なお、振幅指令判定量ΔＰａｍｐの目標値は、例えば、電流センサ等がノイズの影響を受けたとしても磁極の極性判別が正しく行える程度のインダクタンス偏差量の観測値とすればよい。
【０２８１】
このように、実施例７では、この処理を繰り返し実施することで、磁極の極性判別時に永久磁石同期機に流れるｄ軸電流を所望のＳ／Ｎ比に応じたに電流振幅に調整することができる。
【０２８２】
なお、本実施例では、ｄ軸インダクタンス値Ｌｄがｄ軸電流ｉｄに対して正の方向に極大点を有する永久磁石同期機を例に説明したが、ｄ軸インダクタンス値Ｌｄがｄ軸電流ｉｄに対して単調減少する永久磁石同期機であっても同様に適用することが可能である。
【０２８３】
したがって、実施例７では、インダクタンスの磁気飽和特性が未知の永久磁石同期機であっても、所望のＳ／Ｎ比に応じた振幅指令判定量ΔＰａｍｐの目標値を設定して重畳電圧指令を制御することで、対象となる永久磁石同期機のｄ軸インダクタンスの磁気飽和特性や電流センサ等のノイズ環境に応じた必要最小限の電流で極性判別ができるようになり、永久磁石同期機の駆動装置の高効率化および低騒音化を図ることができる。
【０２８４】
以上、実施例７について説明した。説明上、主として実施例６の構成を例にして説明したが、実施例４および５においても同様に適用可能である。
【実施例８】
【０２８５】
図４１は、実施例８の、実施例１〜７のいずれかの永久磁石同期機の駆動装置を搭載する鉄道車両の一部の概略の構成例を示した図である。例えば鉄道車両は、永久磁石同期機１０３ａおよび１０３ｂが搭載された台車、ならびに、永久磁石同期機１０３ｃおよび１０３ｄが搭載された台車を有する。また鉄道車両は、制御器１０１、電力変換器１０２、指令発生器１０５、および相電流検出部１２１を含む永久磁石同期機の駆動装置が搭載されている。鉄道車両は、運転士によりマスター・コントローラを介して入力された運転指令に基づき指令発生器１０５が発生したトルク指令値Ｔｍ＊に応じて、架線から集電装置を介して供給された電力を電力変換器１０２で交流電力に変換して永久磁石同期機１０３に供給されることで永久磁石同期機１０３を駆動する。永久磁石同期機１０３は鉄道車両の車軸と連結されており、永久磁石同期機１０３により鉄道車両の走行が制御される。実施例８では、鉄道車両に、実施例１〜７を適用することで、駆動装置の起動時に、より少ない電流で、騒音の発生が少ない、永久磁石同期機の磁極の極性判別が実施可能な鉄道車両を実現できる。
【０２８６】
なお、上記実施例における電力変換器１０２では、三相フルブリッジの電圧形２レベル変換器を例に説明したが、永久磁石同期機の磁極の極性判別法は、永久磁石同期機に流れる電流の変化から求まるインダクタンスの変化量に基づくものであり、永久磁石同期機に電流を流すための電力変換器の構成や制御方式にはよらないため、３レベル変換器その他のマルチレベル変換器や、電流形の電力変換器等、様々なタイプの電力変換器についても同様に適用が可能である。
【０２８７】
上記実施例では、永久磁石同期機の駆動装置を例に説明したが、本発明は発電機を含む同期機にも広く適用可能である。例えば、風力発電システムや水力発電システム等では、永久磁石同期発電機が機械的なエネルギーを受け取り、永久磁石同期発電機の回転軸が回転することでモータ端子間に電気エネルギーが作られ、その発電エネルギーを電力変換器で制御することになる。発電機システムへの適用を考えた場合、上記実施例で説明した電力変換器を用いて電源から供給される電気エネルギーを永久磁石同期機に与えて機械的なエネルギーに変換する制御装置とはエネルギーフローの考え方が異なるだけである。したがって、永久磁石同期発電機を停止状態や極低速運転状態から電力変換器を用いて始動させる場合には、同様に、永久磁石同期発電機の磁極の極性を判別する手段が必要となる。また、エンジン発電機システムでは、発電機をエンジンの始動用モータ（スタータモータ）として使用することがあり、電力変換器を制御して永久磁石同期発電機を始動する際に本発明の磁極の極性判別手段を適用することで、より少ない電流で、騒音の発生が少ないエンジン発電機システムの始動が実現できる。
【０２８８】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば上述した実施例は本発明を分かりやすく説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。さらに実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。また上述の実施の形態および変形例で例示した各構成および各処理は、実装形態や処理効率に応じて適宜統合、分離、または処理順序の入れ替えを行ってもよい。また、例えば上述の実施例および変形例は、矛盾しない範囲で、その一部または全部を組合せてもよい。
【符号の説明】
【０２８９】
１０１    制御器
１０２    電力変換器
１０３、１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄ    永久磁石同期機
１０５    指令発生器
１１１    ベクトル制御部
１１２、１１２ｆ    位置・速度推定演算部
１１３    三相座標変換部
１１４、７０３  ｄｑ座標変換部
１１５    ＰＷＭ信号制御器
１１６    電流検出部
１１７、１１７ｄ、１１７ｅ、１１７ｆ、１１７ｇ    重畳電圧演算部
１２１    相電流検出部
１３２    主回路部
１３３    ゲート・ドライバ
２０１、２０１ｃ、２０１ｅ、２０１ｆ    磁極極性判定部
２０２    軸誤差推定演算部
２０３    速度推定演算部
２０４    位置推定演算部
２１０、２１０ｃ、２１０ｅ    インダクタンス演算部
２１１    第一のインダクタンス演算部
２１２    第二のインダクタンス演算部
２１２ｃ、２１２ｅ  電流正側のインダクタンス演算部
２１３    第三のインダクタンス演算部
２１４    第四のインダクタンス演算部
２１４ｃ、２１４ｅ  電流負側のインダクタンス演算部
２１５、２１５ｃ、２１５ｅ    極性判別・反転処理部
２１６ｃ  基準インダクタンス出力部
２１７ｅ  基準インダクタンス演算部
２１８ｆ  磁極極性判定量演算器
２８１ｆ、２８２ｆ  絶対値演算部
２８３ｆ  比較器
２８４ｆ、７１２、７１２ｂ、７１４、７１４ｂ、７５２ｄ、７５２ｅ、７５４ｂ、７５４ｄ、７５４ｅ  切替器
７０１、７０１ｂ、７０１ｆ    交流電圧成分印加部
７０２    重畳電圧位相補正テーブル
７０３  ｄｑ座標変換部
７０４ｄ  ｐｚ座標変換部
７０５、７０５ｄ、７０５ｅ、７０５ｇ  直流電圧成分印加部
７１１、７１３    交流波形発生器
７１５ｆ、７１６ｆ、７５７ｇ、７５８ｇ  振幅指令調整器
７５１ｄ、７５３ｄ  電流制御器
７５５ｄ、７５６ｄ  移動平均演算器
８０１、８０２、８０３、８０６ｄ、８０７ｄ  加算器
８０４、８０４ｂ、８０５、８０５ｂ  乗算器
８０８ｄ、８０９ｄ、８１０ｆ、８１１ｆ  減算器
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
0006975333.tif 000042
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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