(57)【要約】【課題】磁極位置の角度誤差が大きい場合においても、磁極位置の角度推定誤差を精度よく算出できるようにする。【解決手段】円の中心座標・半径の演算手段１１１ａは、励磁軸とトルク軸を２軸とする平面において、埋込形永久磁石同期電動機１０１の磁極位置の角度推定誤差Δθ＃を含む値を軌道上に持つ２つの円を求め、円の交点の演算手段１１１ｂは、円の中心座標・半径の演算手段１１１ａにて算出された円の交点に基づいて、磁極位置の角度推定誤差Δθ＃を算出し、角度・速度推定器１１６は、円の交点の演算手段１１１ｂから出力された角度推定誤差Δθ＃に基づいて、速度推定値ωｒ＃および角度推定値θ＃を算出し、回転二相／三相座標変換手段１０５に出力する。【選択図】      図１
2009165333.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
励磁軸とトルク軸を２軸とする平面において、同期電動機の磁極位置の角度誤差を含む値を軌道上に持つ２つの円を求める円の中心座標・半径の演算手段と、
前記円の中心座標・半径の演算手段にて算出された円の交点に基づいて、前記磁極位置の角度推定誤差を算出する円の交点の演算手段と、
前記角度推定誤差を用いて生成された電圧指令値に基づいて、前記同期電動機を可変速制御する電力変換装置とを備えることを特徴とする同期電動機の制御装置。
【請求項２】
同期電動機の電機子電流を検出する電流検出手段と、
前記同期電動機のモデルに基づいて電機子電流を推定する適応電流オブザーバと、
励磁軸とトルク軸を２軸とする平面において、前記適応電流オブザーバにて推定された電流推定値と、前記電流検出手段にて検出された電流検出値との偏差に基づく位置を中心とし、一次電流の大きさ、一次周波数および励磁軸インダクタンスとトルク軸インダクタンスとの差分に基づく値を半径とする第１の円と、磁石磁束による誘起電圧の大きさに基づく値を中心および半径とする第２の円とを求める円の中心座標・半径の演算手段と、
前記円の中心座標・半径の演算手段にて算出された第１の円と第２の円との交点に基づいて、磁極位置の角度推定誤差を算出する円の交点の演算手段と、
前記角度推定誤差を用いて生成された電圧指令値に基づいて、前記同期電動機を可変速制御する電力変換装置とを備えることを特徴とする同期電動機の制御装置。
【請求項３】
前記第１の円の中心座標は、前記適応電流オブザーバの極を決める制御変数、励磁軸インダクタンス、励磁軸電流検出値と励磁軸電流推定値との差分を積算した値と、励磁軸インダクタンスとトルク軸インダクタンスとの差分の１／２の値、一次周波数、トルク軸電流検出値を積算した値とを加算した成分と、前記適応電流オブザーバの極を決める制御変数、トルク軸インダクタンスおよびトルク軸電流検出値とトルク軸電流推定値との差分を積算した値と、励磁軸インダクタンスとトルク軸インダクタンスとの差分の１／２の値、一次周波数および励磁軸電流検出値を積算した値とを加算した成分とからなる点、
前記第１の円の半径は、励磁軸インダクタンスとトルク軸インダクタンスとの差分の１／２の値、一次周波数および一次電流の大きさを積算した値、
前記第２の円の中心座標は、原点からトルク軸方向に磁石磁束と一次周波数とを積算した値だけ離れた点、
前記第２の円の半径は、磁石磁束と一次周波数とを積算した値であることを特徴とする請求項２記載の同期電動機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は同期電動機の制御装置に関し、特に、位置センサレスベクトル制御にて永久磁石同期電動機を可変速駆動する制御方法に適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石同期電動機は、誘導電動機に比べて小型高効率であるという利点があり、エレベータなどの他、電気自動車や鉄道車両などの交通分野にも適用されている。特に、鉄道車両などの交通分野での電動機駆動装置は、極低速から弱め界磁運転範囲までの広い範囲で可変速運転とトルク制御が可能であることが要求される。
また、永久磁石同期電動機の制御において、設置面積の制約、ロータリーエンコーダやレゾルバの配線およびメンテナンスに伴うコストの削減のため、位置センサなしでトルク制御可能な位置センサレスベクトル制御が用いられることがある。
これまでにも様々な永久磁石同期電動機の位置センサレスベクトル制御方法が提案されているが、非特許文献１には、特に、低速領域の制御を対象として、電流を推定するオブザーバを用いることで、永久磁石同期電動機速度センサレスベクトル制御を実現する方法が開示されている。
【０００３】
図３は、従来の同期電動機の制御装置の概略構成を示すブロック図である。
図３において、埋込形永久磁石同期電動機００１には、埋込形永久磁石同期電動機００１を可変速駆動する同期電動機の制御装置０００が接続され、埋込形永久磁石同期電動機００１の回転軸には負荷００２が接続されている。
ここで、同期電動機の制御装置０００には、電力変換装置００４、回転二相／三相座標変換手段００５、三相／回転二相座標変換手段００６、電流制御手段００７、電流指令値作成手段００８、速度ＰＩＤ調節器００９、適応電流オブザーバ０１０、逆伝達関数行列算出手段０１１、角度・速度・一次抵抗推定器０１２、減算器０１３、０１４、０１５が設けられ、同期電動機の制御装置０００の出力側には、埋込形永久磁石同期電動機００１に供給されるＵＶＷ相電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを検出する電流検出手段００３が設けられている。
【０００４】
なお、以下の説明では、励磁軸としてγ軸またはｄ軸と表記することもあり、トルク軸としてδ軸またはｑ軸と表記することもある。また、以下の説明では、励磁軸方向の値についてはγまたはｄというサフィックスを付し、トルク軸方向の値についてはδまたはｑというサフィックスを付し、１次側の値については１またはｓというサフィックスを付し、２次側の値については２またはｒというサフィックスを付した。
【０００５】
そして、減算器０１３は、同期電動機の制御装置０００に与えられた速度指令値ω＊と、角度・速度・一次抵抗推定器０１２から出力された速度推定値ωｒ＃との偏差を算出することができる。
速度ＰＩＤ調節器００９は、減算器０１３から出力された速度指令値ω＊と速度推定値ωｒ＃との偏差がゼロになるように、速度指令値ω＊と速度推定値ωｒ＃との偏差のＰＩＤ演算を行うことにより、トルク指令値Ｔ＊を算出することができる。
【０００６】
電流指令値作成手段００８は、速度ＰＩＤ調節器００９から出力されたトルク指令値Ｔ＊に基づいて、γδ軸の電流指令値ｉγ＊、ｉδ＊を算出することができる。なお、埋込形永久磁石同期電動機００１の磁石の磁極に平行な方向と推定している軸をγ軸、γ軸に直交する方向をδ軸とした。
三相／回転二相座標変換手段００６は、電流検出手段００３にて検出されたＵＶＷ相電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗの検出値をαβ軸の固定二相変換した後、角度・速度・一次抵抗推定器０１２から出力された角度推定値θ＃の回転座標変換を行うことで、γδ軸の電流検出値ｉγ、ｉδを算出することができる。
【０００７】
減算器０１４、０１５は、電流指令値作成手段００８から出力された電流指令値ｉγ＊、ｉδ＊と、三相／回転二相座標変換手段００６から出力された電流検出値ｉγ、ｉδとの偏差をそれぞれ算出することができる。
電流制御手段００７は、減算器０１４、０１５からそれぞれ出力された電流指令値ｉγ＊、ｉδ＊と電流検出値ｉγ、ｉδとの偏差がゼロになるように、γδ軸の電圧指令値ｖγ＊、ｖδ＊を算出することができる。
【０００８】
回転二相／三相座標変換手段００５は、角度・速度・一次抵抗推定器０１２から出力された角度推定値θ＃に基づいてγδ軸の電圧指令値ｖγ＊、ｖδ＊を逆回転変換し、固定二相の値に変換した後、二相三相変換を行うことで、電圧指令値ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊を算出することができる。
電力変換装置００４は、回転二相／三相座標変換手段００５から出力される電圧指令値ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊に基づいて埋込形永久磁石同期電動機００１を駆動することにより、埋込形永久磁石同期電動機００１を可変速制御することができる。
【０００９】
適応電流オブザーバ０１０は、埋込形永久磁石同期電動機１０１のモデルに基づいて電機子電流を推定することができる。ここで、適応電流オブザーバ１１０は、電機子電流を推定する場合、角度・速度・一次抵抗推定器１１２にて推定された電機子抵抗推定値ＲＳ＃を埋込形永久磁石同期電動機１０１のモデルのパラメータとして使用することができる。
逆伝達関数行列算出手段０１１は、軸ずれの角度推定誤差Δθ＃および電機子の抵抗推定誤差ΔＲＳ＃からγδ軸の電流検出値ｉγ、ｉδと電流推定値ｉγ＃、ｉδ＃との偏差までの伝達関数の逆行列に基づいて、γδ軸の電流の偏差を角度誤差に比例する成分と抵抗誤差に比例する成分とに分離し、角度推定誤差Δθ＃および抵抗推定誤差ΔＲＳ＃を出力することができる。
【００１０】
角度・速度・一次抵抗推定器０１２は、逆伝達関数行列算出手段１１１から出力された角度推定誤差Δθ＃および抵抗推定誤差ΔＲＳ＃に基づいて、速度推定値ωｒ＃＝ω１、角度推定値θ＃および電機子抵抗推定値ＲＳ＃を算出することができる。
そして、速度指令値ω＊が同期電動機の制御装置０００に与えられると、その速度指令値ω＊と、角度・速度・一次抵抗推定器０１２から出力された速度推定値ωｒ＃との偏差が減算器０１３にて算出され、速度ＰＩＤ調節器００９に出力される。そして、速度ＰＩＤ調節器００９は、速度指令値ω＊と速度推定値ωｒ＃との偏差がゼロになるようにＰＩＤ演算を行い、トルク指令値Ｔ＊を電流指令値作成手段００８にトルク指令値Ｔ＊を出力する。そして、電流指令値作成手段００８は、トルク指令値Ｔ＊を速度ＰＩＤ調節器００９から受け取ると、トルク指令値Ｔ＊に基づいて電流指令値ｉγ＊、ｉδ＊を算出し、減算器０１４、０１５にそれぞれ出力する。
【００１１】
一方、電流検出手段００３は、埋込形永久磁石同期電動機００１に供給されるＵＶＷ相電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを検出し、その検出値を三相／回転二相座標変換手段００６に出力する。そして、三相／回転二相座標変換手段００６は、ＵＶＷ相電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗの検出値をαβ軸の固定二相変換した後、角度・速度・一次抵抗推定器０１２から出力された角度推定値θ＃の回転座標変換を行うことで、電流検出値ｉγ、ｉδを算出し、減算器０１４、０１５にそれぞれ出力する。
【００１２】
そして、減算器０１４、０１５は、電流指令値ｉγ＊、ｉδ＊と電流検出値ｉγ、ｉδとをそれぞれ受け取ると、電流指令値ｉγ＊、ｉδ＊と電流検出値ｉγ、ｉδとの偏差をそれぞれ算出し、電流制御手段００７に出力する。そして、電流制御手段００７は、電流指令値ｉγ＊、ｉδ＊と電流検出値ｉγ、ｉδとの偏差がゼロになるように電圧指令値ｖγ＊、ｖδ＊を算出し、回転二相／三相座標変換手段００５に出力する。
【００１３】
そして、回転二相／三相座標変換手段００５は、電圧指令値ｖγ＊、ｖδ＊を受け取ると、角度・速度・一次抵抗推定器０１２から出力された角度推定値θ＃に基づいて電圧指令値ｖγ＊、ｖδ＊を逆回転変換し、固定二相の値に変換した後、二相三相変換を行うことで、電圧指令値ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊を算出し、電力変換装置００４に出力する。そして、電力変換装置００４は、電圧指令値ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊に基づいて埋込形永久磁石同期電動機００１を駆動することにより、埋込形永久磁石同期電動機００１を可変速制御する。
【００１４】
また、三相／回転二相座標変換手段００６にて算出された電流検出値ｉγ、ｉδは適応電流オブザーバ０１０に出力されるとともに、電流制御手段００７にて算出された電圧指令値ｖγ＊、ｖδ＊は適応電流オブザーバ０１０に出力される。さらに、角度・速度・一次抵抗推定器０１２にて算出された電機子抵抗推定値ＲＳ＃は適応電流オブザーバ０１０に出力される。
【００１５】
そして、適応電流オブザーバ０１０は、γδ軸の電流検出値ｉγ、ｉδおよびγδ軸の電流推定値ｉγ＃、ｉδ＃に関する状態方程式を用いることにより、γδ軸の電流検出値ｉγ、ｉδとγδ軸の電流推定値ｉγ＃、ｉδ＃との偏差（以下、電流誤差とも言う）をそれぞれ算出し、逆伝達関数行列算出手段０１１に出力する。
ここで、γδ軸の電流検出値ｉγ、ｉδおよびγδ軸の電流推定値ｉγ＃、ｉδ＃に関する状態方程式は、以下の（１）式で表すことができる。
【００１６】
【数１】
2009165333.tif 000003
【００１７】
ただし、
ｖγ：γ軸出力電圧
ｖδ：δ軸出力電圧
ｉγ：γ軸電流検出値
ｉδ：δ軸電流検出値
Ｌｄ：ｄ軸インダクタンス
Ｌｑ：ｑ軸インダクタンス
Φｍ：磁石磁束
ｉγ＃：γ軸電流推定値
ｉδ＃：δ軸電流推定値
ＲＳ＃：電機子抵抗推定値
ｇ１１、ｇ１２、ｇ２１、ｇ２２：適応電流オブザーバ０１０のフィードバックゲイン
である。
また、適応電流オブザーバ０１０のフィードバックゲインは、以下の（２）式のように与えることができる。
【００１８】
【数２】
2009165333.tif 000004
【００１９】
ただし、
ｇｃ：適応電流オブザーバ０１０の極を決める制御変数（正の値）
である。
そして、逆伝達関数行列算出手段０１１は、γδ軸の電流検出値ｉγ、ｉδとγδ軸の電流推定値ｉγ＃、ｉδ＃との偏差を受け取ると、電機子電流のγδ軸の検出値と推定値との偏差までの伝達関数の逆行列に基づいて、角度推定誤差Δθ＃および抵抗推定誤差ΔＲＳ＃を算出し、角度・速度・一次抵抗推定器０１２に出力する。
ここで、角度推定誤差Δθ＃および抵抗推定誤差ΔＲＳ＃から、γδ軸の電流検出値ｉγ、ｉδとγδ軸の電流推定値ｉγ＃、ｉδ＃との偏差までの伝達関数の逆行列は、以下の（３）式にて与えることができる。
【００２０】
【数３】
2009165333.tif 000005
【００２１】
ただし、係数Ｂ１１〜Ｂ２２は、以下の（４）式のように設定することができる。
【００２２】
【数４】
2009165333.tif 000006
【００２３】
また、（３）式において、Ｂ１１Ｂ２２−Ｂ１２Ｂ２１は、ｓの１次の項と０次の項を含み、係数Ｂ１１〜Ｂ２２の関係は、以下の（５）式にて与えることができる。
【００２４】
【数５】
2009165333.tif 000007
【００２５】
そこで、
【００２６】
【数６】
2009165333.tif 000008
【００２７】
ただし、過渡的な状態を考慮すると、逆伝達関数行列算出手段０１１にて算出される伝達関数の逆行列および実際の角度θから角度推定値θ＃までの閉ループ伝達関数の中に不安定な極が存在しないようにする必要がある。
このため、ｍ０≧０の場合、ｆ（ｍ０）＝１、ｍ０＜０の場合、ｆ（ｍ０）＝−１とすることができる。また、ｍ０ｍ１≧０の場合、ｈ１＝｜ｍ１｜、ｈ０＝｜ｍ０｜、ｍ０ｍ１＜０の場合、ｈ１＝｜ｍ０｜＋｜ｍ０｜｜ｍ１｜ｋ´とすることができる。
そして、角度・速度・一次抵抗推定器０１２は、角度推定誤差Δθ＃および抵抗推定誤差ΔＲＳ＃を受け取ると、以下の（７）〜（９）式を用いることにより、速度推定値ωｒ＃＝ω１、角度推定値θ＃および電機子抵抗推定値ＲＳ＃を算出することができる。
【００２８】
すなわち、角度・速度・一次抵抗推定器０１２は、速度推定値ωｒ＃＝ω１、角度推定値θ＃および電機子抵抗推定値ＲＳ＃を算出すると、速度推定値ωｒ＃を減算器０１３に出力し、角度推定値θ＃を回転二相／三相座標変換手段００５および三相／回転二相座標変換手段００６に出力し、電機子抵抗推定値ＲＳ＃を適応電流オブザーバ０１０に出力することができ、適応電流オブザーバ０１０は角度誤差Δθに比例する電流誤差を正確に出力することができる。
【００２９】
【数７】
2009165333.tif 000009
【００３０】
【数８】
2009165333.tif 000010
【００３１】
【数９】
2009165333.tif 000011
【００３２】
ただし、
Ｋθｐ：速度推定器の比例ゲイン
Ｋθｉ：速度推定器の積分ゲイン
ＫＲｐ：抵抗推定器の比例ゲイン
ＫＲｉ：抵抗推定器の積分ゲイン
である。
これにより、角度誤差に比例する成分と抵抗誤差に比例する成分とを分離して推定することができ、電機子抵抗Ｒｓを同時に同定しながら位置センサレスベクトル制御にて埋込形永久磁石同期電動機００１を可変速駆動することが可能となることから、電機子抵抗Ｒｓが変動する場合においても、低速域での位置精度を向上させることができる。
【非特許文献１】杉本英彦、能登泰之、菊池寿江：「適応電流オブザーバを用いたＩＰＭＳＭの電機子巻線抵抗推定器付き位置センサレス制御」，平成１９年電気学会全国大会，４−１１９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３３】
しかしながら、非特許文献１に開示された方法では、電機子抵抗Ｒｓを同時に同定したり、低速域での位置精度を向上させたりすることができるが、係数Ｂ１１〜Ｂ２２を導出するに当たり、Δθ≒０と仮定して、角度誤差Δθを含む値が、ｃｏｓΔθ≒ｃｏｓ２Δθ≒１、ｓｉｎΔθ≒Δθ、ｓｉｎ２Δθ≒２Δθと近似される。このため、磁極位置の角度誤差Δθが大きくなり、Δθ≒０という仮定が成り立たなくなると、角度推定誤差Δθ＃の算出精度が劣化するという問題があった。
そこで、本発明の目的は、磁極位置の角度誤差が大きい場合においても、磁極位置の角度推定誤差を精度よく算出することが可能な同期電動機の制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００３４】
上述した課題を解決するために、請求項１記載の同期電動機の制御装置によれば、励磁軸とトルク軸を２軸とする平面において、同期電動機の磁極位置の角度誤差を含む値を軌道上に持つ２つの円を求める円の中心座標・半径の演算手段と、前記円の中心座標・半径の演算手段にて算出された円の交点に基づいて、前記磁極位置の角度推定誤差を算出する円の交点の演算手段と、前記角度推定誤差を用いて生成された電圧指令値に基づいて、前記同期電動機を可変速制御する電力変換装置とを備えることを特徴とする。
【００３５】
また、請求項２記載の同期電動機の制御装置によれば、同期電動機の電機子電流を検出する電流検出手段と、前記同期電動機のモデルに基づいて電機子電流を推定する適応電流オブザーバと、励磁軸とトルク軸を２軸とする平面において、前記適応電流オブザーバにて推定された電流推定値と、前記電流検出手段にて検出された電流検出値との偏差に基づく位置を中心とし、一次電流の大きさ、一次周波数および励磁軸インダクタンスとトルク軸インダクタンスとの差分に基づく値を半径とする第１の円と、磁石磁束による誘起電圧の大きさに基づく値を中心および半径とする第２の円とを求める円の中心座標・半径の演算手段と、前記円の中心座標・半径の演算手段にて算出された第１の円と第２の円との交点に基づいて、磁極位置の角度推定誤差を算出する円の交点の演算手段と、前記角度推定誤差を用いて生成された電圧指令値に基づいて、前記同期電動機を可変速制御する電力変換装置とを備えることを特徴とする。
【００３６】
また、請求項３記載の同期電動機の制御装置によれば、前記第１の円の中心座標は、前記適応電流オブザーバの極を決める制御変数、励磁軸インダクタンス、励磁軸電流検出値と励磁軸電流推定値との差分を積算した値と、励磁軸インダクタンスとトルク軸インダクタンスとの差分の１／２の値、一次周波数、トルク軸電流検出値を積算した値とを加算した成分と、前記適応電流オブザーバの極を決める制御変数、トルク軸インダクタンスおよびトルク軸電流検出値とトルク軸電流推定値との差分を積算した値と、励磁軸インダクタンスとトルク軸インダクタンスとの差分の１／２の値、一次周波数および励磁軸電流検出値を積算した値とを加算した成分とからなる点、前記第１の円の半径は、励磁軸インダクタンスとトルク軸インダクタンスとの差分の１／２の値、一次周波数および一次電流の大きさを積算した値、前記第２の円の中心座標は、原点からトルク軸方向に磁石磁束と一次周波数とを積算した値だけ離れた点、前記第２の円の半径は、磁石磁束と一次周波数とを積算した値であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３７】
以上説明したように、本発明によれば、磁極位置の角度推定誤差を含む値を軌道上に持つ２つの円の交点を算出することにより、角度誤差が小さい時に成り立つ近似を行うことなく、磁極位置の角度推定誤差を算出することが可能となり、磁極位置の角度誤差が大きい場合においても、磁極位置の角度推定誤差の算出精度を向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、本発明の実施形態に係る同期電動機の制御装置について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る同期電動機の制御装置の概略構成を示すブロック図である。
図１において、埋込形永久磁石同期電動機１０１には、埋込形永久磁石同期電動機１０１を可変速駆動する同期電動機の制御装置１００が接続され、埋込形永久磁石同期電動機１０１の回転軸には負荷１０２が接続されている。
【００３９】
ここで、同期電動機の制御装置１００には、電力変換装置１０４、回転二相／三相座標変換手段１０５、三相／回転二相座標変換手段１０６、電流制御手段１０７、電流指令値作成手段１０８、速度ＰＩＤ調節器１０９、適応電流オブザーバ１１０、円の中心座標・半径の演算手段１１１ａ、円の交点の演算手段１１１ｂ、角度・速度推定器１１６、減算器１１３、１１４、１１５が設けられ、同期電動機の制御装置１００の出力側には、埋込形永久磁石同期電動機１０１に供給されるＵＶＷ相電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを検出する電流検出手段１０３が設けられている。
【００４０】
なお、電力変換装置１０４、回転二相／三相座標変換手段１０５、三相／回転二相座標変換手段１０６、電流制御手段１０７、電流指令値作成手段１０８、速度ＰＩＤ調節器１０９、適応電流オブザーバ１１０、減算器１１３、１１４、１１５は、図３の電力変換装置００４、回転二相／三相座標変換手段００５、三相／回転二相座標変換手段００６、電流制御手段００７、電流指令値作成手段００８、速度ＰＩＤ調節器００９、適応電流オブザーバ０１０、減算器０１３、０１４、０１５とそれぞれ同様の動作を行うことができる。
【００４１】
円の中心座標・半径の演算手段１１１ａは、励磁軸とトルク軸を２軸とする平面において、埋込形永久磁石同期電動機１０１の磁極位置の角度推定誤差Δθ＃を含む値を軌道上に持つ２つの円を求めることができる。ここで、角度推定誤差Δθ＃を含む値を軌道上に持つ第１の円の中心は、適応電流オブザーバ１１０にて推定されたγ軸電流推定値ｉγ＃およびδ軸電流推定値ｉδ＃と、三相／回転二相座標変換手段１０６にて算出されたγ軸電流検出値ｉγおよびδ軸電流検出値ｉδとの偏差に基づく位置とすることができる。第１の円の半径は、一次電流の大きさ、一次周波数ω１およびｄ軸インダクタンスＬｄとｑ軸インダクタンスＬｑとの差分に基づく値とすることができる。角度推定誤差Δθ＃を含む値を軌道上に持つ第２の円の中心および半径は、磁石磁束Φｍによる誘起電圧の大きさに基づく値とすることができる。
【００４２】
円の交点の演算手段１１１ｂは、円の中心座標・半径の演算手段１１１ａにて算出された円の交点に基づいて、磁極位置の角度推定誤差Δθ＃を算出することができる。
角度・速度推定器１１６は、円の交点の演算手段１１１ｂから出力された角度推定誤差Δθ＃に基づいて、速度推定値ωｒ＃（＝一次周波数ω１）および角度推定値θ＃を算出することができる。
【００４３】
そして、三相／回転二相座標変換手段１０６にて算出された電流検出値ｉγ、ｉδは適応電流オブザーバ１１０に出力されるとともに、電流制御手段１０７にて算出された電圧指令値ｖγ＊、ｖδ＊は適応電流オブザーバ１１０に出力される。さらに、角度・速度推定器１１６にて算出された一次周波数ω１は適応電流オブザーバ１１０に出力される。
そして、適応電流オブザーバ１１０は、γδ軸の電流検出値ｉγ、ｉδおよびγδ軸の電流推定値ｉγ＃、ｉδ＃に関する状態方程式を用いることにより、γδ軸の電流検出値ｉγ、ｉδとγδ軸の電流推定値ｉγ＃、ｉδ＃との偏差をそれぞれ算出し、γδ軸の電流検出値ｉγ、ｉδとγδ軸の電流推定値ｉγ＃、ｉδ＃との偏差および一次周波数ω１を円の中心座標・半径の演算手段１１１ａに出力する。
【００４４】
そして、円の中心座標・半径の演算手段１１１ａは、γδ軸の電流検出値ｉγ、ｉδとγδ軸の電流推定値ｉγ＃、ｉδ＃との偏差および一次周波数ω１を受け取ると、角度推定誤差Δθ＃を含む値を軌道上に持つ第１の円および第２の円を求め、第１の円の中心座標［Ｃ１γ，Ｃ１δ］Ｔおよび半径ｒ１、第２の円の中心座標［Ｃ２γ，Ｃ２δ］Ｔおよび半径ｒ２を円の交点の演算手段１１１ｂに出力する。
ここで、第１の円の中心座標［Ｃ１γ，Ｃ１δ］Ｔは、以下の（１０）式で与えることができる。
【００４５】
【数１０】
2009165333.tif 000012
【００４６】
また、第１の円の半径ｒ１は、以下の（１１）式で与えることができる。
【００４７】
【数１１】
2009165333.tif 000013
【００４８】
ここで、｜ｉａ｜は一次電流の大きさである。
また、第２の円の中心座標［Ｃ２γ，Ｃ２δ］Ｔは、磁石磁束Φｍに一次周波数ω１を掛けた値を用いることで、磁石磁束Φｍによる誘起電圧の大きさを算出し、以下の（１２）式で与えることができる。
【００４９】
【数１２】
2009165333.tif 000014
【００５０】
また、第２の円の半径ｒ２は、以下の（１３）式で与えることができる。
【００５１】
【数１３】
2009165333.tif 000015
【００５２】
また、第１の円と第２の円の中心間の距離ｄｃは、以下の（１４）式で与えることができる。
【００５３】
【数１４】
2009165333.tif 000016
【００５４】
次に、円の交点の演算手段１１１ｂは、第１の円の中心座標［Ｃ１γ，Ｃ１δ］Ｔおよび半径ｒ１、第２の円の中心座標［Ｃ２γ，Ｃ２δ］Ｔおよび半径ｒ２を受け取ると、第１の円と第２の円の交点を算出する。そして、第１の円と第２の円の交点に基づいて、磁極位置の角度推定誤差Δθ＃を算出し、角度推定誤差Δθ＃を角度・速度推定器１１６に出力する。
ここで、第１の円と第２の円の交点の座標［ｘγ，ｘδ］Ｔは、以下の（１５）式で与えることができる。
【００５５】
【数１５】
2009165333.tif 000017
【００５６】
この第１の円と第２の円の交点の座標［ｘγ，ｘδ］Ｔは、一次周波数ω１と回転子の回転速度が一致しているものとすると、以下の（１６）式で与えることができる。
【００５７】
【数１６】
2009165333.tif 000018
【００５８】
この結果、角度推定誤差Δθ＃は、第１の円と第２の円の交点から、以下の（１７）式で与えることができる。
【００５９】
【数１７】
2009165333.tif 000019
【００６０】
なお、（１７）式では、ａｒｃｓｉｎ関数を用いて角度推定誤差Δθ＃を求める方法について示したが、ｃｏｓΔθがｘδに含まれているので、ａｒｃｔａｎ関数を用いて角度推定誤差Δθ＃を求めるようにしてもよい。ただし、ａｒｃｔａｎ関数では、Δθが９０度に近づくと、無限大に近い値を角度に変換する必要があるから、ａｒｃｓｉｎ関数を用いた方がよい。
以下、円の交点の演算手段１１１ｂを用いることで、角度推定誤差Δθ＃が得られる理由を説明する。
γδ軸の電流検出値ｉγ、ｉδとγδ軸の電流推定値ｉγ＃、ｉδ＃との偏差をｃｏｓΔθ≒１、ｓｉｎΔθ≒Δθという近似を用いることなく、γδ軸の電圧検出値ｖγ、ｖδをインダクタンスや電流を用いて整理すると、以下の（１８）式が得られる。ただし、ω１＝ωｒと仮定した。
【００６１】
【数１８】
2009165333.tif 000020
【００６２】
なお、［ｅｉγ，ｅｉδ］Ｔ＝［ｉγ−ｉγ＃，ｉδ−ｉδ＃］Ｔである。
次に、回転子側の機械時定数が関係する角度誤差Δθが発生する時定数に比べ、適応電流オブザーバ１１０の応答速度が十分に速いものとし、定常状態を仮定する。また、電流誤差［ｅｉγ，ｅｉδ］Ｔにフィードバックゲインの制御変数ｇｃと［Ｌｄ，Ｌｑ］Ｔを掛けたベクトルをＵ＝［ｕγ，ｕδ］とすると、ベクトルＵは、以下の（１９）式で与えることができる。
【００６３】
【数１９】
2009165333.tif 000021
【００６４】
ここで、（１９）式のベクトルＵは、２つの円の座標を足し合わせたものと解釈するかことができる。
図２は、図１の円の交点の演算手段にて算出される第１の円と第２の円の交点の位置を示す図である。
図２において、（１９）式の右辺第２項に対応する円をＣ０とすると、γδ軸平面上において、この円Ｃ０の中心座標は［０，ωｒΦｍ］Ｔ、この円Ｃ０の半径はωｒΦｍである。また、円Ｃ０上の座標ωｒΦｍ［ｓｉｎΔθ，１−ｃｏｓΔθ］Ｔを点Ｐとする。
【００６５】
次に、（１９）式の右辺第１項も、第１項単体で考えると、［−１／２ω１（Ｌｑ−Ｌｄ）ｉδ，−１／２ω１（Ｌｑ−Ｌｄ）ｉγ］を中心とし、１／２ω１（Ｌｑ−Ｌｄ）√（ｉδ２＋ｉγ２）を半径とする円であることが判る。
そこで、ベクトルＵは、（１９）式の右辺第２項を考慮すると、（１９）式の第１項単体の円の座標に点Ｐの座標ωｒΦｍ［ｓｉｎΔθ，１−ｃｏｓΔθ］Ｔを加えた座標になることが判る。この円をＣ１とし、円Ｃ１の中心座標を点Ｑとする。
【００６６】
次に、γδ軸の電流検出値ｉγ、ｉδとγδ軸の電流推定値ｉγ＃、ｉδ＃との偏差の座標について考えると、（１９）式のベクトルＵは円Ｃ１の軌道上にあり、点Ｑを中心として点Ｐを２Δθだけ回転させたところに位置する。このベクトルＵの座標を点Ｒとすると、点Ｒは円Ｃ１の軌道上にある。このため、点Ｒを中心として、半径が１／２ω１（Ｌｑ−Ｌｄ）√（ｉδ２＋ｉγ２）の円Ｃ２を描くと、円Ｃ１の半径は１／２ω１（Ｌｑ−Ｌｄ）√（ｉδ２＋ｉγ２）なので、点Ｒがどの位置にあっても、この円Ｃ２は円Ｃ１の中心点Ｑを通る。
【００６７】
次に、点Ｒと円Ｃ２の座標に［１／２ω１（Ｌｑ−Ｌｄ）ｉδ，１／２ω１（Ｌｑ−Ｌｄ）ｉγ］を加えて平行移動させ、点Ｒを平行移動させた点をＲ´、円Ｃ２を平行移動させた円をＣ２´とする。そして、点Ｒ´を中心として、半径が１／２ω１（Ｌｑ−Ｌｄ）√（ｉδ２＋ｉγ２）の円Ｃ２´を描くと、点Ｒ´がどの位置にあっても、この円Ｃ２´は円Ｃ１の中心座標を平行移動した点を通る。一方、円Ｃ１の中心座標を平行移動した点は、点Ｐ（ωｒΦｍ［ｓｉｎΔθ，１−ｃｏｓΔθ］Ｔ）に等しい。
【００６８】
すなわち、点Ｒ´を中心として半径が１／２ω１（Ｌｑ−Ｌｄ）√（ｉδ２＋ｉγ２）の円Ｃ２´を描き、円Ｃ０との交点を求めると、その交点はωｒΦｍ［ｓｉｎΔθ，１−ｃｏｓΔθ］Ｔになる。このため、図１の円の交点の演算手段１１１ｂは、円Ｃ２´を第１の円、円Ｃ０を第２の円に対応させ、円Ｃ２´と円Ｃ０との交点を求めることにより、（１７）式を用いて角度推定誤差Δθ＃を求めることができる。
【００６９】
次に、図１において、角度・速度推定器１１６は、円の交点の演算手段１１１ｂから出力された角度推定誤差Δθ＃に基づいて、速度推定値ωｒ＃（＝一次周波数ω１）および角度推定値θ＃を算出する。そして、角度・速度推定器１１６は、速度推定値ωｒ＃を減算器１１３、一次周波数ω１を適応電流オブザーバ１１０、角度推定値θ＃を回転二相／三相座標変換手段１０５および三相／回転二相座標変換手段１０６に出力する。
ここで、一次周波数ω１は、以下の（２０）式で与えることができ、角度推定値θ＃は、以下の（２１）式で与えることができる。
【００７０】
【数２０】
2009165333.tif 000022
【００７１】
【数２１】
2009165333.tif 000023
【００７２】
これにより、磁極位置の角度推定誤差Δθ＃を含む値を軌道上に持つ２つの円の交点を算出することで、角度誤差Δθが小さい時に成り立つ近似を行うことなく、磁極位置の角度推定誤差Δθ＃を算出することが可能となり、磁極位置の角度誤差Δθが大きい場合においても、磁極位置の角度推定誤差Δθ＃の算出精度を向上させることが可能となる。
なお、上述した実施形態では、角度・速度推定器１１６にて速度推定値ωｒ＃（＝一次周波数ω１）および角度推定値θ＃を算出する方法について説明したが、ｃｏｓΔθ≒１、ｓｉｎΔθ≒Δθという近似が成り立つ場合には、図３の逆伝達関数行列算出手段０１１および角度・速度・一次抵抗推定器０１２を併用し、電機子抵抗Ｒｓを同時に同定できるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の一実施形態に係る同期電動機の制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１の円の交点の演算手段にて算出される第１の円と第２の円の交点の位置を示す図である。
【図３】従来の同期電動機の制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００７４】
１００  同期電動機の制御装置
１０１  埋込形永久磁石同期電動機
１０２  負荷
１０３  電流検出手段
１０４  電力変換装置
１０５  回転二相／三相座標変換手段
１０６  三相／回転二相座標変換手段
１０７  電流制御手段
１０８  電流指令値作成手段
１０９  速度ＰＩＤ調節器
１１０  適応電流オブザーバ
１１１ａ  円の中心座標・半径の演算手段
１１１ｂ  円の交点の演算手段
１１６  角度・速度推定器
１１３、１１４、１１５  減算器
【図１】
2009165333.tif 000024
【図２】
2009165333.tif 000025
【図３】
2009165333.tif 000026