(57)【要約】  本発明の一実施例に係る電動機制御装置は、電動機の駆動のためのトルク指令と電動機の基本波電流とに基づいて電圧指令信号を生成する電流制御器と、前記電圧指令信号に注入するための高周波電圧信号を生成する高周波電圧生成器と、前記電圧指令信号及び高周波電圧信号に基づいて電動機に電圧を印加するインバータと、前記電動機の電流信号に基づいて推定座標系上で前記電動機の回転子の推定角を生成する角推定器、及び前記電流信号（ｉsig）に第１補償信号（ｉcomp）を加える補償器と、を含み、前記第１補償信号（ｉcomp）は、トルク指令及び推定角に関連したものであってよい。
2020534777.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機の駆動のためのトルク指令と電動機の基本波電流とに基づいて電圧指令信号を生成する電流制御器と、
前記電圧指令信号に注入するための高周波電圧信号を生成する高周波電圧生成器と、
前記電圧指令信号及び高周波電圧信号に基づいて電動機に電圧を印加するインバータと、
前記電動機の電流信号に基づいて推定座標系上で前記電動機の回転子の推定角を生成する角推定器、及び
前記電流信号（ｉsig）に第１補償信号（ｉcomp）を加える補償器と、を含み、
前記第１補償信号（ｉcomp）はトルク指令及び推定角に関連したものである特徴とする電動機制御装置。
【請求項２】
前記電流信号（ｉsig）は、電動機電流から前記高周波電圧信号の周波数に対応する部分の信号を抽出したものであり、
前記電流信号（ｉsig）は、推定座標系の推定ｑ軸成分であることを特徴とする請求項１に記載の電動機制御装置。
【請求項３】
前記角推定器は、前記電流信号と第１補償信号との和である第１補償電流信号（ｉsig’）に基づいて前記電動機の回転子の推定角を生成し、
前記電流信号（ｉsig）は、トルク指令、前記電動機の回転子の位置、及び第１角誤差に対する関数であり、前記第１角誤差は、前記推定角と前記回転子の位置との差であり、
前記第１補償信号は、次式
第１補償信号（ｉcomp）＝（−１）×電流信号（ｉsig）、ここで、第１角誤差＝０°
で表されることを特徴とする請求項１に記載の電動機制御装置。
【請求項４】
前記電動機の回転子の位置とトルク指令とに対する対応関係参照表を格納する参照表ストレージを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の電動機制御装置。
【請求項５】
前記補償器は、
前記参照表ストレージに格納された対応関係参照表と現在トルク指令とに基づいて前記第１補償信号を生成することを特徴とする請求項４に記載の電動機制御装置。
【請求項６】
第１座標変換器及び第２座標変換器を更に含み、
第１座標変換器は、前記推定角に基づいて電圧指令信号と高周波電圧信号との和を推定された同期座標系から静止座標系に基準座標変換し、
第２座標変換器は、前記推定角に基づいて基本波電流を静止座標系から推定された同期座標系に基準座標変換することを特徴とする請求項１に記載の電動機制御装置。
【請求項７】
前記高周波電圧生成器は、前記推定座標系上の推定ｄ軸で前記高周波電圧信号を生成し、
前記電動機の電流信号は、推定座標系上の推定ｑ軸成分であることを特徴とする請求項１に記載の電動機制御装置。
【請求項８】
前記電流制御器に入力される前記基本波電流は、推定座標系上の推定ｄ軸及び推定ｑ軸成分であることを特徴とする請求項１に記載の電動機制御装置。
【請求項９】
前記高周波電圧生成器は、推定座標系を注入角だけ回転した注入座標系の注入ｄ軸で前記高周波電圧信号を生成することを特徴とする請求項１に記載の電動機制御装置。
【請求項１０】
前記電流信号は、前記注入座標系の注入ｑ軸成分であることを特徴とする請求項９に記載の電動機制御装置。
【請求項１１】
前記電流信号は、トルク指令、前記回転子の位置、前記注入角、及び第２角誤差に対する関数で表され、前記第２角誤差は、前記注入角と前記回転子の位置との差であることを特徴とする請求項９に記載の電動機制御装置。
【請求項１２】
前記電流信号（ｉsig）に第２補償信号（ｉcomp’）を加える補償器を更に含み、
前記角推定器は、前記電流信号と第２補償信号との和である補償電流信号（ｉsig”）に基づいて前記電動機の回転子の推定角を生成し、
前記第２補償信号は、次式
第２補償信号（ｉcomp’）＝（−１）×電流信号（ｉsig）、ここで、第１角誤差＝０°
で表されることを特徴とする請求項１１に記載の電動機制御装置。
【請求項１３】
前記注入ｄ軸は、推定ｄ軸より注入角だけ進角することを特徴とする請求項９に記載の電動機制御装置。
【請求項１４】
前記電動機において、前記電動機の回転子の位置に応じたトルク指令及び注入角に対する対応関係参照表を格納する参照表ストレージを更に含むことを特徴とする請求項１２に記載の電動機制御装置。
【請求項１５】
前記補償器は、前記参照表ストレージに格納された対応関係参照表と現在トルク指令とに基づいて第２補償信号を生成することを特徴とする請求項１４に記載の電動機制御装置。
【請求項１６】
前記注入角は、第１角誤差が０であり、第２補償電流信号が前記第１角誤差を基準に正の傾きを有し且つ０になる値の範囲内で決められることを特徴とする請求項１５に記載の電動機制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機制御装置に係り、より詳しくは、電流信号を補償し高周波電圧信号を注入する角を変化させた位置センサレス電動機制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に各種の産業機器には駆動力を発生させるために電動機が備えられる。この種の電動機は、供給される電流、回転軸の回転数などを検知し、これを補償したり制御したりすることで発生するトルクを調整するようになる。例えば、電動機の一種である交流電動機において、電動機の制御は固定子に交流電流を流して行なわれ得る。交流電流の生成のためには、周波数と位相に対する基準が必要となる。該基準は回転子の位置情報あるいは速度情報と関連がある。よって、電動機の回転子の正確な位置情報を得るためにはリゾルバ（ｒｅｓｏｌｖｅｒ）、エンコーダ（ｅｎｃｏｄｅｒ）などのようなセンサを電動機の回転子軸に取り付ける必要がある。しかしながら、リゾルバ、エンコーダなどのようなセンサは、一般的に価格が高価のものであるだけでなく、別途の複雑なハードウェアを制御回路に取り付ける必要があるという短所がある。また、前記センサは、振動や湿度などの周囲環境からの影響を多く受けるため、使用環境に制限を受ける。また、電動機の回転軸にセンサが取り付けられることで電動機の大きさ増大といった付随的な問題も発生する。
【０００３】
このような問題点を回避するために、電動機の回転子の位置を把握するセンサを備えることなく、電動機の各パラメーター値を用いて所望のトルクを発生できるように制御することができるセンサレス電動機（Ｓｅｎｓｏｒｌｅｓｓ  ｍｏｔｏｒ）が多用されている。特に電動機が停止又は低速度で運転されている際は、信号注入による位置情報推定技術が多く活用されている。
【０００４】
図１は、従来のセンサレス電動機において回転子の位置情報を推定するために測定される信号を示す。図１を参照すると、電動機の推定同期座標系で特定の高周波信号電圧を印加することによって、電動機の固定子には推定同期座標系上のｄｑ軸に印加された電圧と同様な周波数の電流が示される。このような電流の推定座標系における大きさは楕円形態を呈するようになる。従来は、このような楕円形態の電流の長軸と短軸とを比べて回転子の位置（θ）を推定していた。
【０００５】
図２は、各運転点に応じた、印加された高調波電圧による電動機電流の軌跡を示す図である。図２を参照すると、負荷電流の増加に伴い電動機が磁気的（Ｍａｇｎｅｔｉｃａｌｌｙ）に飽和（Ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ）すると、当該運転点でインダクタンスが変化して電流軌跡の形態が変化する。例えば、Ｌdqh＝０であり且つΔＬ＝（Ｌd−Ｌq）／２＝０である場合（２１）、電流軌跡は円形となって長軸と短軸との電流大きさの比較による回転子の位置推定が不可能になる。また、円形ではなく楕円形態の電流においても、長軸と短軸との差が小さい場合に角誤差が大きく発生する。
【０００６】
このように、電動機の高トルク領域で磁気的飽和によってセンサレス電動機の運転時に発生する角誤差を解決するために、下記のような方式が用いられている。
【０００７】
例えば、Ｌdqhによる角誤差がｑ軸電流に比例する成分であることを用いて角推定器の出力に補償値を加える方法（非特許文献１：Ｚ.  Ｑ.  Ｚｈｕ，Ｙ.  Ｌｉ，Ｄ.  Ｈｏｗｅ，ａｎｄ  Ｃ.  Ｍ.  Ｂｉｎｇｈａｍ，“Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  ｒｏｔｏｒ  ｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ  ｅｒｒｏｒ  ｄｕｅ  ｔｏ  ｃｒｏｓｓ−ｃｏｕｐｌｉｎｇ  ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ  ｉｎ  ｓｉｇｎａｌ  ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  ｂａｓｅｄ  ｓｅｎｓｏｒｌｅｓｓ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｏｆ  ＰＭ  ｂｒｕｓｈｌｅｓｓ  ＡＣ  ｍｏｔｏｒｓ，”  ｉｎ  Ｐｒｏｃ.Ｉｎｔ.  Ｅｌｅｃｔ.  Ｍａｃｈ.  Ｄｒｉｖｅｓ  Ｃｏｎｆ.（ＩＥＭＤＣ），Ｍａｙ  ２００７，ｐｐ．２０８２１３。）が用いられている。
【０００８】
しかしながら、このような従来方式でも電流増加に伴う角推定不能を解決することはできず、推定された回転子の位置（角）と実際の回転子の位置との間では角誤差が依然として発生するという問題が存在する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の一実施例によれば、インダクタンスが運転点に応じて変化する現象を考慮して角推定器に入力される信号の大きさ又は形態を修正することで、高トルク領域でも回転子の位置を正確に推定して制御することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一実施例に係る電動機制御装置は、電動機の駆動のためのトルク指令と電動機の基本波電流とに基づいて電圧指令信号を生成する電流制御器と、前記電圧指令信号に注入するための高周波電圧信号を生成する高周波電圧生成器と、前記電圧指令信号及び高周波電圧信号に基づいて電動機に電圧を印加するインバータと、前記電動機の電流信号に基づいて推定座標系上で前記電動機の回転子の推定角を生成する角推定器、及び前記電流信号（ｉsig）に第１補償信号（ｉcomp）を加える補償器と、を含み、前記第１補償信号（ｉcomp）はトルク指令及び推定角に関連したものであってよい。
【００１１】
好ましい一実施例において、前記電流信号（ｉsig）は、電動機電流から前記高周波電圧信号の周波数に対応する部分の信号を抽出したものであり、前記電流信号（ｉsig）は、前記推定座標系の推定ｑ軸成分であってよい。
【００１２】
好ましい一実施例において、前記角推定器は、前記電流信号と第１補償信号との和である第１補償電流信号（ｉsig’）に基づいて前記電動機の回転子の推定角を生成し、前記電流信号（ｉsig）は、トルク指令、前記電動機の回転子の位置、及び第１角誤差に対する関数であり、前記第１角誤差は、前記推定角と前記回転子の位置との差であり、前記第１補償信号は、次式で表され得る。
【００１３】
第１補償信号（ｉcomp）＝（−１）×電流信号（ｉsig）、ここで、第１角誤差＝０°。
【００１４】
好ましい一実施例において、前記電動機の回転子の位置とトルク指令とに対する対応関係参照表を格納する参照表ストレージを更に含んでよい。
【００１５】
好ましい一実施例において、前記補償器は、前記参照表ストレージに格納された対応関係参照表と現在トルク指令とに基づいて前記第１補償信号を生成してよい。
【００１６】
好ましい一実施例において、第１座標変換器及び第２座標変換器を更に含み、第１座標変換器は、前記推定角に基づいて電圧指令信号と高周波電圧信号との和を推定された同期座標系から静止座標系に基準座標変換し、第２座標変換器は、前記推定角に基づいて基本波電流を静止座標系から推定された同期座標系に基準座標変換してよい。
【００１７】
好ましい一実施例において、前記高周波電圧生成器は、前記推定座標系上の推定ｄ軸で前記高周波電圧信号を生成し、前記電動機の電流信号は、推定座標系上の推定ｑ軸成分であってよい。
【００１８】
好ましい一実施例において、前記電流制御器に入力される前記基本波電流は、推定座標系上の推定ｄ軸及び推定ｑ軸成分であってよい。
【００１９】
好ましい一実施例において、前記高周波電圧生成器は、推定座標系を注入角だけ回転した注入座標系の注入ｄ軸で前記高周波電圧信号を生成してよい。
【００２０】
好ましい一実施例において、前記電流信号は、前記注入座標系の注入ｑ軸成分であってよい。
【００２１】
好ましい一実施例において、前記電流信号は、トルク指令、前記回転子の位置、前記注入角、及び第２角誤差に対する関数で表され、前記第２角誤差は、前記注入角と前記回転子の位置との差であってよい。
【００２２】
好ましい一実施例において、前記電流信号（ｉsig）に第２補償信号（ｉcomp’）を加える補償器を更に含み、前記角推定器は、前記電流信号と第２補償信号との和である補償電流信号（ｉsig”）に基づいて前記電動機の回転子の推定角を生成し、前記第２補償信号は、次式で表されてよい。
【００２３】
第２補償信号（ｉcomp’）＝（−１）×電流信号（ｉsig）、ここで、第１角誤差＝０°。
【００２４】
好ましい一実施例において、前記注入ｄ軸は、推定ｄ軸より注入角だけ進角してよい。
【００２５】
好ましい一実施例において、前記電動機において、前記電動機の回転子の位置に応じたトルク指令及び注入角に対する対応関係参照表を格納する参照表ストレージを更に含んでよい。
【００２６】
好ましい一実施例において、前記補償器は、前記参照表ストレージに格納された対応関係参照表と現在トルク指令とに基づいて第２補償信号を生成してよい。
【００２７】
好ましい一実施例において、前記注入角は、第１角誤差が０であり、第２補償電流信号が前記第１角誤差を基準に正の傾きを有し且つ０になる値の範囲内で決められてよい。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の一側面によれば、角推定器に入力される電流信号に補償値を加え、高周波電圧を注入し電流リップルを検出する軸（注入軸）と回転子の位置を推定する軸（推定軸）とを共に用いることで、如何なる運転点に対しても電動機の回転子の位置を正確に推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】従来のセンサレス電動機で回転子の位置情報を推定するために測定される信号を示す図である。
【図２】各運転点に応じた特定の高周波印加電圧に対する電動機の電流軌跡を示す図である。
【図３】角誤差
【数１】
2020534777.tif 000003
に応じて電流運転点が変化することを説明するための図である。
【図４ａ】回転子の位置
【数２】
2020534777.tif 000004
を０°に固定したときの運転点に応じたインダクタンスを示す図である。
【図４ｂ】回転子の位置
【数３】
2020534777.tif 000005
を０°に固定したときの運転点に応じたインダクタンスを示す図である。
【図４ｃ】回転子の位置
【数４】
2020534777.tif 000006
を０°に固定したときの運転点に応じたインダクタンスを示す図である。
【図５ａ】特定の回転子位置でトルク指令及び角誤差に応じた電流信号（ｉsig）を示す図である。
【図５ｂ】特定の回転子位置でトルク指令及び角誤差に応じた電流信号（ｉsig）を示す図である。
【図５ｃ】特定の回転子位置でトルク指令及び角誤差に応じた電流信号（ｉsig）を示す図である。
【図５ｄ】特定の回転子位置でトルク指令及び角誤差に応じた電流信号（ｉsig）を示す図である。
【図５ｅ】特定の回転子位置でトルク指令及び角誤差に応じた電流信号（ｉsig）を示す図である。
【図５ｆ】特定の回転子位置でトルク指令及び角誤差に応じた電流信号（ｉsig）を示す図である。
【図５ｇ】特定の回転子位置でトルク指令及び角誤差に応じた電流信号（ｉsig）を示す図である。
【図５ｈ】特定の回転子位置でトルク指令及び角誤差に応じた電流信号（ｉsig）を示す図である。
【図５ｉ】特定の回転子位置でトルク指令及び角誤差に応じた電流信号（ｉsig）を示す図である。
【図５ｊ】特定の回転子位置でトルク指令及び角誤差に応じた電流信号（ｉsig）を示す図である。
【図６】本発明の一実施例に係る電動機制御装置１００のブロック図である。
【図７ａ】多様な回転子の位置においてトルク指令と角誤差に応じた第１補償電流信号（ｉsig’）を示す図である。
【図７ｂ】多様な回転子の位置においてトルク指令と角誤差に応じた第１補償電流信号（ｉsig’）を示す図である。
【図７ｃ】多様な回転子の位置においてトルク指令と角誤差に応じた第１補償電流信号（ｉsig’）を示す図である。
【図７ｄ】多様な回転子の位置においてトルク指令と角誤差に応じた第１補償電流信号（ｉsig’）を示す図である。
【図７ｅ】多様な回転子の位置においてトルク指令と角誤差に応じた第１補償電流信号（ｉsig’）を示す図である。
【図７ｆ】多様な回転子の位置においてトルク指令と角誤差に応じた第１補償電流信号（ｉsig’）を示す図である。
【図７ｇ】多様な回転子の位置においてトルク指令と角誤差に応じた第１補償電流信号（ｉsig’）を示す図である。
【図７ｈ】多様な回転子の位置においてトルク指令と角誤差に応じた第１補償電流信号（ｉsig’）を示す図である。
【図７ｉ】多様な回転子の位置においてトルク指令と角誤差に応じた第１補償電流信号（ｉsig’）を示す図である。
【図７ｊ】多様な回転子の位置においてトルク指令と角誤差に応じた第１補償電流信号（ｉsig’）を示す図である。
【図８】本発明の一実施例に係る電動機制御装置１００のブロック図である。
【図９】実際の回転子の位置を示す同期座標系（ｄｒ、ｑｒ）、推定同期座標系
【数５】
2020534777.tif 000007
及び注入座標系（ｄｉ、ｑｉ）の関係を示す図である。
【図１０ａ】回転子の位置が３６°であり且つ注入角が各０°、３０°であるときの第１角誤差
【数６】
2020534777.tif 000008
とトルク指令（Ｔe*）に対する電流信号（ｉsig）を示す図である。
【図１０ｂ】回転子の位置が３６°であり且つ注入角が各０°、３０°であるときの第１角誤差
【数７】
2020534777.tif 000009
とトルク指令（Ｔe*）に対する電流信号（ｉsig）を示す図である。
【図１１ａ】本発明の一実施例に係る、トルク指令が所定の値（１ｐｕ）であるときの、第１角誤差
【数８】
2020534777.tif 000010
と注入角
【数９】
2020534777.tif 000011
に応じた電流信号
【数１０】
2020534777.tif 000012
を示す図である。
【図１１ｂ】本発明の一実施例に係る、トルク指令が所定の値（１ｐｕ）であるときの、第１角誤差
【数１１】
2020534777.tif 000013
と注入角
【数１２】
2020534777.tif 000014
に応じた電流信号
【数１３】
2020534777.tif 000015
を示す図である。
【図１１ｃ】本発明の一実施例に係る、トルク指令が所定の値（１ｐｕ）であるときの、第１角誤差
【数１４】
2020534777.tif 000016
と注入角
【数１５】
2020534777.tif 000017
に応じた電流信号
【数１６】
2020534777.tif 000018
を示す図である。
【図１１ｄ】本発明の一実施例に係る、トルク指令が所定の値（１ｐｕ）であるときの、第１角誤差
【数１７】
2020534777.tif 000019
と注入角
【数１８】
2020534777.tif 000020
に応じた電流信号
【数１９】
2020534777.tif 000021
を示す図である。
【図１１ｅ】本発明の一実施例に係る、トルク指令が所定の値（１ｐｕ）であるときの、第１角誤差
【数２０】
2020534777.tif 000022
と注入角
【数２１】
2020534777.tif 000023
に応じた電流信号
【数２２】
2020534777.tif 000024
を示す図である。
【図１１ｆ】本発明の一実施例に係る、トルク指令が所定の値（１ｐｕ）であるときの、第１角誤差
【数２３】
2020534777.tif 000025
と注入角
【数２４】
2020534777.tif 000026
に応じた電流信号
【数２５】
2020534777.tif 000027
を示す図である。
【図１１ｇ】本発明の一実施例に係る、トルク指令が所定の値（１ｐｕ）であるときの、第１角誤差
【数２６】
2020534777.tif 000028
と注入角
【数２７】
2020534777.tif 000029
に応じた電流信号
【数２８】
2020534777.tif 000030
を示す図である。
【図１１ｈ】本発明の一実施例に係る、トルク指令が所定の値（１ｐｕ）であるときの、第１角誤差
【数２９】
2020534777.tif 000031
と注入角
【数３０】
2020534777.tif 000032
に応じた電流信号
【数３１】
2020534777.tif 000033
を示す図である。
【図１１ｉ】本発明の一実施例に係る、トルク指令が所定の値（１ｐｕ）であるときの、第１角誤差
【数３２】
2020534777.tif 000034
と注入角
【数３３】
2020534777.tif 000035
に応じた電流信号
【数３４】
2020534777.tif 000036
を示す図である。
【図１１ｊ】本発明の一実施例に係る、トルク指令が所定の値（１ｐｕ）であるときの、第１角誤差
【数３５】
2020534777.tif 000037
と注入角
【数３６】
2020534777.tif 000038
に応じた電流信号
【数３７】
2020534777.tif 000039
を示す図である。
【図１２ａ】本発明の一実施例に係る、図１１ａに示される電流信号（ｉsig）に第２補償信号（ｉcomp’）が適用された第２補償電流信号（ｉsig”）を示す図である。
【図１２ｂ】本発明の一実施例に係る、図１１ｂに示される電流信号（ｉsig）に第２補償信号（ｉcomp’）が適用された第２補償電流信号（ｉsig”）を示す図である。
【図１２ｃ】本発明の一実施例に係る、図１１ｃに示される電流信号（ｉsig）に第２補償信号（ｉcomp’）が適用された第２補償電流信号（ｉsig”）を示す図である。
【図１２ｄ】本発明の一実施例に係る、図１１ｄに示される電流信号（ｉsig）に第２補償信号（ｉcomp’）が適用された第２補償電流信号（ｉsig”）を示す図である。
【図１２ｅ】本発明の一実施例に係る、図１１ｅに示される電流信号（ｉsig）に第２補償信号（ｉcomp’）が適用された第２補償電流信号（ｉsig”）を示す図である。
【図１２ｆ】本発明の一実施例に係る、図１１ｆに示される電流信号（ｉsig）に第２補償信号（ｉcomp’）が適用された第２補償電流信号（ｉsig”）を示す図である。
【図１２ｇ】本発明の一実施例に係る、図１１ｇに示される電流信号（ｉsig）に第２補償信号（ｉcomp’）が適用された第２補償電流信号（ｉsig”）を示す図である。
【図１２ｈ】本発明の一実施例に係る、図１１ｈに示される電流信号（ｉsig）に第２補償信号（ｉcomp’）が適用された第２補償電流信号（ｉsig”）を示す図である。
【図１２ｉ】本発明の一実施例に係る、図１１ｉに示される電流信号（ｉsig）に第２補償信号（ｉcomp’）が適用された第２補償電流信号（ｉsig”）を示す図である。
【図１２ｊ】本発明の一実施例に係る、図１１ｊに示される電流信号（ｉsig）に第２補償信号（ｉcomp’）が適用された第２補償電流信号（ｉsig”）を示す図である。
【図１３ａ】注入軸の適用及び電流信号（図１１ａ）が補償された第２補償電流信号を示す図である。
【図１３ｂ】注入軸の適用及び電流信号（図１１ｂ）が補償された第２補償電流信号を示す図である。
【図１３ｃ】注入軸の適用及び電流信号（図１１ｃ）が補償された第２補償電流信号を示す図である。
【図１３ｄ】注入軸の適用及び電流信号（図１１ｄ）が補償された第２補償電流信号を示す図である。
【図１３ｅ】注入軸の適用及び電流信号（図１１ｅ）が補償された第２補償電流信号を示す図である。
【図１３ｆ】注入軸の適用及び電流信号（図１１ｆ）が補償された第２補償電流信号を示す図である。
【図１３ｇ】注入軸の適用及び電流信号（図１１ｇ）が補償された第２補償電流信号を示す図である。
【図１３ｈ】注入軸の適用及び電流信号（図１１ｈ）が補償された第２補償電流信号を示す図である。
【図１３ｉ】注入軸の適用及び電流信号（図１１ｉ）が補償された第２補償電流信号を示す図である。
【図１３ｊ】注入軸の適用及び電流信号（図１１ｊ）が補償された第２補償電流信号を示す図である。
【図１４ａ】従来の方式と本発明によるシミュレーション結果を示す図である。
【図１４ｂ】従来の方式と本発明によるシミュレーション結果を示す図である。
【図１５】本発明の一実施例に係る、電動機の速度を１５０r／ｍｉｎに一定に制御しながら電動機にトルク指令を２ｐｕ／ｓの傾きで上昇させた実験結果を示す図である。
【図１６ａ】従来の方式と本発明による回転子位置推定の実験結果をそれぞれ示す図である。
【図１６ｂ】従来の方式と本発明による回転子位置推定の実験結果をそれぞれ示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
後述する本発明に係る詳細な説明は、本発明が実施できる特定の実施例を例示として示す添付の図面を参照する。これらの実施例は、当業者が本発明を実施できるようにするうえで十分且つ詳細に説明されている。本発明の種々の実施例は、互いに異なるものの、相互排他的である必要はないことが理解されるべきである。例えば、これらに記載されている特定の形状、構造、及び特性は、一実施例に関連して本発明の精神や範囲を逸脱することなく他の実施例で具現され得る。
【００３１】
また、各開示の実施例中の個々の構成要素の位置または配置は、本発明の精神や範囲を逸脱することなく変更されてよいことが理解されるべきである。したがって、後述する詳細な説明は限定的な意味として捉えられるものではなく、また、本発明の範囲は、適切に説明されていれば、当該請求項で主張するのと均等な全ての範囲と共に添付の請求項だけによって限定される。図中の類似の参照符号は種々の側面に亘って同一か類似の機能を指し示す。
【００３２】
説明に先立って、ｄｑで表された電流、電圧について簡略に説明することにする。交流電動機の駆動に用いられる電圧と電流は交流成分である。３相固定子巻線を通る電流は電動機の回転周波数と同一か類似の交流成分の電流であって、各相は互いに１２０度の位相差が存在し、位相の順にＵＶＷあるいはＲＳＴと表す。複素空間ベクトル（Ｃｏｍｐｌｅｘ  ｓｐａｃｅ  ｖｅｃｔｏｒ）という概念を用いてこのような電流成分をベクトルで表すことができる。ベクトル理論において、平面に存在する特定のベクトルは２つの基準ベクトルの和で表され得る。この原理を用い、ＵＶＷ三相電流を互いに位相差９０度のｄｑ基準電流ベクトルを用いてよく表す。
【００３３】
一般的に高周波電圧を注入するセンサレス角推定方式は、推定座標系上の推定ｄ軸に高周波電圧（例えば、矩形波）を注入し、推定ｑ軸電流リップルを検知して回転子の位置（角度）を推定する。このとき、推定ｑ軸電流リップルは、下記の数学式１のとおりである。推定ｑ軸電流リップルをクロック信号（その大きさが＋１、−１と交番する矩形波信号、ｃｌｋ）で除すると、角推定器に入力される電流信号（ｉsig）が下記の数学式２のように表される。
【数３８】
2020534777.tif 000040
【００３４】
数学式１と２で角誤差
【数３９】
2020534777.tif 000041
は、回転子の位置
【数４０】
2020534777.tif 000042
と推定された回転子の位置
【数４１】
2020534777.tif 000043
との差であって、下記の数学式３で定義され得る。
【数４２】
2020534777.tif 000044
【００３５】
一方、従来の
【数４３】
2020534777.tif 000045
は、角誤差
【数４４】
2020534777.tif 000046
に応じて変わらないと知られている。したがって電流信号（ｉsig）は、角誤差に対して正弦波の形態を示すと知られている。また、角推定器（Ｏｂｓｅｒｖｅｒ）は、入力される電流信号（ｉsig）が負の数から正の数にゼロ交差（ｚｅｒｏ  ｕｐ−ｃｒｏｓｓｉｎｇ）する所で収束するように動作して回転子位置を推定する。したがって、正常状態で角誤差は
【数４５】
2020534777.tif 000047
に収束すると知られている。
【００３６】
しかし、従来の知られたところと異なり、実際のセンサレス運転時の電流運転点は角誤差に応じて変化し、また電動機インダクタンスは電流運転点と回転子位置とに応じて変化する。
【００３７】
図３は、角誤差
【数４６】
2020534777.tif 000048
に応じて電流運転点が変化することを説明するための図である。電動機を単位電流当たり最大トルク（ＭＴＰＡ；Ｍａｘｉｍｕｍ  Ｔｏｒｑｕｅ  Ｐｅｒ  Ａｍｐｅｒｅ）で運転すると仮定した場合、トルク指令によって電流運転点が決定される。図３中の点線３１は、同期座標系（ｄｒ、ｑｒ）電流平面上におけるＭＴＰＡ曲線を示す。この場合、任意のトルク指令に対する電流運転点はこの点線３１上の一点と決定される。
【００３８】
しかし、センサレス運転時の電流制御は、推定座標系
【数４７】
2020534777.tif 000049
を基準に行なわれるため、角誤差が生じると、運転点が角誤差
【数４８】
2020534777.tif 000050
分回転移動する。したがって、ユーザが意図したＭＴＰＡ曲線３１上のトルクの運転点が他の曲線３２上の運転点に変更されるという問題が生じる。
【００３９】
図４ａ乃至図４ｃは、回転子の位置
【数４９】
2020534777.tif 000051
を０°に固定したときの運転点に応じたインダクタンスを示す。図４ａ乃至図４ｃは、コモテック社製の８極１２スロットの電動機に対して有限要素解析（Ｆｉｎｉｔｅ  Ｅｌｅｍｅｎｔ  Ａｎａｌｙｓｉｓ、ＦＥＡ）によって得たシミュレーション結果であって、本明細書で運転点に応じた磁束とインダクタンスの変化を説明するための用途に用いられるだけであり、本発明の内容が当該製品の構造や特徴に制限されるものではない。
【００４０】
図４ａ乃至図４ｃを参照すると、運転点に応じてインダクタンスが非線形的に変化することが示されている。インダクタンスには回転子位置に応じた６高調波が存在するため、回転子位置を変化させると、図４ａ乃至図４ｃの波形も変化する。
【００４１】
このように電流運転点は、トルク指令だけではなく、１）角誤差と、２）回転子位置の影響も受けるため、これらを考慮して電動機角を推定して制御することが求められる。
【００４２】
このために、電動機のインダクタンスはトルク指令、角誤差、回転子位置に対する関数で表される必要がある。電動機のインダクタンスがトルク指令、角誤差、回転子位置に対する関数で表される場合、数学式１と２の電流信号は、下記の数学式４と５のようにそれぞれ表され得る。
【数５０】
2020534777.tif 000052
【００４３】
数学式４と５を参照すると、
【数５１】
2020534777.tif 000053
も角誤差に対する関数であるため、電流信号（ｉsig）は、もはや角誤差に対して正弦的な特性を有しない。すなわち、ｘ軸を角誤差、ｙ軸を電流信号（ｉsig）として表すとき、電流信号（ｉsig）は正弦波の形態を有さない。
【００４４】
図５ａ乃至図５ｊは、特定の回転子位置でトルク指令及び角誤差に応じた電流信号（ｉsig）を示す。図５ａ乃至図５ｊを参照すると、電流信号（ｉsig）は、角誤差に対して正弦波形態を示さずに不定形の形態で変化することが分かる。
【００４５】
図５ａ乃至図５ｊをさらに参照すると、領域５１は、電流信号（ｉsig）が負の数である部分を示す。したがって、図５ａ乃至図５ｊ中の矢印５２、５３は、電流信号（ｉsig）の符号が変更される地点（ゼロ交差、ｚｅｒｏ  ｃｒｏｓｓｉｎｇ）を示す。より具体的に、矢印５２は、角誤差
【数５２】
2020534777.tif 000054
が増加するほど電流信号（ｉsig）が正の数から負の数に変化しながら０（Ａ）の地点を通ることを示し、矢印５３は、角誤差
【数５３】
2020534777.tif 000055
が増加するほど電流信号（ｉsig）が負の数から正の数に変化しながら０（Ａ）の地点を通ることを示す。説明の便宜のために、本明細書では矢印５２のように正の数から負の数に変化しながら０を通ることをゼロ下降交差（ｚｅｒｏ  ｄｏｗｎ−ｃｒｏｓｓｉｎｇ）と称し、矢印５３のように負の数から正の数に変化しながら０を通ることをゼロ上昇交差（ｚｅｒｏ  ｕｐ−ｃｒｏｓｓｉｎｇ）と称することにする。
【００４６】
先述したように、角推定器は、電流信号（ｉsig）がゼロ上昇交差する点に推定角を収束させるため、図５ａ乃至図５ｊにおいてハッチングした部分５５が角推定器の収束点であるとみることができる。例えば、図５ｈ及び図５ｊを参照すると、トルク指令が２ｐｕの場合における角誤差は約２０°と約２４°であることが分かる。このような結果を参照すると、回転子位置に応じて同じトルク指令に対しても異なった角誤差を示すという問題が存在することが分かる。したがって、回転子位置とこれに応じて変化する角誤差を考慮して回転子の角を推定する方法が求められる。
【００４７】
第１実施例（電流信号の補償）
図６は、本発明の一実施例に係る電動機制御装置１００のブロック図である。
電動機１０１は、電流が流れる導体が磁場の中で受ける力を用いて電気エネルギーを力学的エネルギーに変える装置である。電動機は、電源の種類に応じて直流電動機と交流電動機とに分けられ、本発明の実施例における電動機１０１は交流電動機を指す。交流電動機は、さらに３相交流用と単相交流用とに分けられ、本発明の実施例では、交流電動機の種類を特に制限しないが、説明の便宜のために３相交流電動機を主にして述べることにする。
【００４８】
電動機制御装置１００は、センサレス方式で電動機１０１の回転子位置を推定し駆動を制御する。電動機制御装置１００は、電流制御器１１０、高周波電圧生成器１２０、インバータ１４０、角推定器１８０を含んでよいが、これらに制限されるものではなく、挙げた構成要素のうち一部だけ又は更に他の要素をも含んでよい。
【００４９】
電流制御器１１０は、電動機１０１の駆動のためのトルク指令（Ｔe*）と電動機１０１の基本波電流
【数５４】
2020534777.tif 000056
とに基づいて基本波電圧指令
【数５５】
2020534777.tif 000057
を生成する。電流制御器１１０は、実際の電動機１０１の基本波電流
【数５６】
2020534777.tif 000058
とトルク指令（Ｔe*）とを考慮したフィードバックによって、基本波電圧指令
【数５７】
2020534777.tif 000059
を生成することで電動機１０１を安定して制御することができる。
【００５０】
一実施例では、電流指令生成器（ＭＴＰＡブロック）を更に含んでよい。電流指令生成器ＭＴＰＡは、電動機の回転子を回転させるための基本波電流指令
【数５８】
2020534777.tif 000060
を生成することができる。具体的に、電流指令生成器は、トルク指令（Ｔe*）に基づいて必要な基本波電流指令
【数５９】
2020534777.tif 000061
を生成することができる。他の実施例において電流指令生成器は、角推定器１８０で推定された電動機１０１の回転子の推定角
【数６０】
2020534777.tif 000062
に基づいて基本波電流指令
【数６１】
2020534777.tif 000063
を生成することもできる。したがって、電流制御器１１０は、電流指令生成器で生成された基本波電流指令
【数６２】
2020534777.tif 000064
及び／又は基本波電流
【数６３】
2020534777.tif 000065
に基づいて基本波電圧指令
【数６４】
2020534777.tif 000066
を生成することができる。また、電流制御器１１０に入力される基本波電流
【数６５】
2020534777.tif 000067
は、推定座標系上の推定ｄ軸及び推定ｑ軸成分であってよい。
【００５１】
高周波電圧生成器１２０は、電動機１０１のセンサレス制御のために、基本波電圧指令
【数６６】
2020534777.tif 000068
に加えられる高周波電圧指令
【数６７】
2020534777.tif 000069
を生成することができる。高周波電圧指令
【数６８】
2020534777.tif 000070
は、電流制御器１１０の出力である基本波電圧指令によって駆動される電動機１０１の運転周波数よりも高い周波数である。
【００５２】
高周波電圧生成器１２０は、推定座標系上の推定ｄ軸で高周波電圧指令を生成することができる。すなわち、注入される高周波電圧指令
【数６９】
2020534777.tif 000071
は、推定ｄ軸成分のみを含んでよい。基本波電圧指令
【数７０】
2020534777.tif 000072
と高周波電圧指令
【数７１】
2020534777.tif 000073
とは加算器１０で合わされてインバータ１４０に伝達されてよい。
【００５３】
本発明の一実施例において電動機制御装置１００は、第１座標変換器１３０または第２座標変換器１５０を更に含んでよい。
【００５４】
第１座標変換器１３０は、推定角
【数７２】
2020534777.tif 000074
に基づいて基本波電圧指令
【数７３】
2020534777.tif 000075
と高周波電圧指令
【数７４】
2020534777.tif 000076
との和を推定同期座標系
【数７５】
2020534777.tif 000077
から静止座標系に基準座標変換することができる。第２座標変換器１５０は、推定角
【数７６】
2020534777.tif 000078
に基づいて電動機１０１の電流
【数７７】
2020534777.tif 000079
を静止座標系から推定同期座標系に基準座標変換することができる。
【００５５】
インバータ１４０は、電圧指令
【数７８】
2020534777.tif 000080
に基づいて電動機１０１の固定子に電圧（ｖabcs）を印加することができる。電動機１０１の固定子は、印加された電圧（ｖabcs）によって固定子電圧が回転磁界を形成して回転子を回転させる。インバータ１４０は、単相インバータまたは多相インバータであってよい。
【００５６】
角推定器１８０は、電動機１０１の電流信号（ｉsig）に基づいて推定座標系上で電動機１０１の回転子の位置を推定することができる。すなわち、角推定器１８０は、推定角
【数７９】
2020534777.tif 000081
を出力することができる。電流信号（ｉsig）は、電動機１０１の電動機電流
【数８０】
2020534777.tif 000082
から高周波電流成分
【数８１】
2020534777.tif 000083
を抽出して復調（ｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）した信号であってよい。
【００５７】
図６を参照すると、電動機の固定子から獲得した電動機電流
【数８２】
2020534777.tif 000084
をフィルタ１６０に通して所定の高周波領域の信号をフィルタリングすることで基本波電流
【数８３】
2020534777.tif 000085
が生成されてよい。フィルタ１６０は、ノッチフィルタまたは低域通過フィルタであってよい。
【００５８】
減算器２０は、電動機電流
【数８４】
2020534777.tif 000086
から基本波電流
【数８５】
2020534777.tif 000087
を減算することで高周波電流
【数８６】
2020534777.tif 000088
を生成することができる。本明細書において「電動機電流」は、基本波電流または高調波電流を含んでよく、「電動機電圧」は基本波電圧または高調波電圧を含んでよい。
【００５９】
電流信号（ｉsig）は、高周波電流
【数８７】
2020534777.tif 000089
の推定ｑ軸電流リップルでクロック信号を除した結果である。
【００６０】
前述したように、電流信号（ｉsig）は、角誤差に応じて変化する値である。より具体的に、電流信号（ｉsig）は、トルク指令（Ｔe*）、回転子の位置
【数８８】
2020534777.tif 000090
及び第１角誤差（推定角と回転子の位置（角度）との差
【数８９】
2020534777.tif 000091
に応じて変化する値である。したがって、電流信号（ｉsig）は、数学式４と５で表すようにトルク指令（Ｔe*）、回転子の位置
【数９０】
2020534777.tif 000092
及び第１角誤差
【数９１】
2020534777.tif 000093
に対する関数で表され得る。
【００６１】
本発明の一実施例に係る電動機制御装置１００は、補償器１７０を更に含んでよい。補償器１７０は、電流信号（ｉsig）に第１補償信号（ｉcomp）を加えることができる。説明の明確化のために電流信号（ｉsig）と第１補償信号（ｉcomp）との和を第１補償電流信号（ｉsig’）と称する。この場合、角推定器１８０に入力される信号は第１補償電流信号である。一実施例において、第１補償電流信号または電流信号は増幅されて角推定器１８０に入力されてもよい。
【００６２】
本発明の一実施例によれば、補償器１７０は、第１補償信号（ｉcomp）を電流信号（ｉsig）に加えることで角推定器１７０に対する入力信号を変化させることができ、その結果、角推定器１７０の収束点が変化され得る。
【００６３】
所定のトルク指令、回転子位置値が適用された第１補償信号（ｉcomp）は、電流信号（ｉsig）の波形を変更させることなく大きさを変更させることができる。
【００６４】
一実施例において、第１補償信号（ｉcomp）は、各トルク指令（Ｔe*）と回転子の位置
【数９２】
2020534777.tif 000094
に対して角誤差
【数９３】
2020534777.tif 000095
が０になるように下の数学式６で表すように決められてよい。
【数９４】
2020534777.tif 000096
【００６５】
この場合、第１補償電流信号（ｉsig’）は、下の数学式７のように表され得る。
【数９５】
2020534777.tif 000097
【００６６】
より具体的に、数学式６で表される第１補償信号（ｉcomp）は、トルク指令と推定角によって決められる所定の定数値であって、電流信号（ｉsig）の波形の模様は変更させることなく大きさだけを変更させることができる。
【００６７】
このようにして生成された第１補償電流信号（ｉsig’）は角推定器１８０に入力され、角推定器１８０は、第１補償電流信号（ｉsig’）に基づいて回転子の位置を推定することができる。
【００６８】
図７ａ乃至図７ｊは、種々の回転子位置においてトルク指令と角誤差に応じた第１補償電流信号（ｉsig’）を示す。図５ａ乃至図５ｊと同様、図７ａ乃至図７ｊにおいて領域７１は、第１補償電流信号（ｉsig’）が負の数である部分を示し、矢印７３は、第１補償電流信号（ｉsig’）がゼロ上昇交差する部分を示す。
【００６９】
図７ａ乃至図７ｊを参照すると、各回転子位置及び各トルク指令の範囲において第１補償電流信号（ｉsig’）は角誤差
【数９６】
2020534777.tif 000098
が０である部分でゼロ上昇交差することから、角推定器１８０の角誤差
【数９７】
2020534777.tif 000099
は０になることが分かる。すなわち、正確な回転子位置の推定がなされるようになる。
【００７０】
数学式６を再び参照すると、第１補償信号はトルク指令（Ｔe*）と推定角
【数９８】
2020534777.tif 000100
に対する関数で表されることが分かる。したがって、本発明の一実施例に係る電動機制御装置１００は、各電動機のトルク指令（Ｔe*）と推定角
【数９９】
2020534777.tif 000101
に対する対応関係参照表を格納する参照表ストレージ１７５を更に含んでよい。補償器１７０は、参照表ストレージ１７５に格納された対応関係参照表と現在の電流制御器１１０に入力されたトルク指令（Ｔe*）と推定角
【数１００】
2020534777.tif 000102
に基づいて第１補償信号（ｉcomp）を生成することができる。
【００７１】
電動機毎に回転子の位置に応じたトルク指令の関係が異なり得るため、電動機試験によって角誤差が０になる個々の電動機に対するトルク指令と推定角との対応関係及び各値（トルク指令値と推定角値）を算出して予め格納しておくことができる。すなわち、個々の電動機に対する第１補償信号を予め準備して電動機の制御に用いることができる。
【００７２】
第２実施例（電流信号の補償、注入軸の適用）
図８は、本発明の第２実施例に係る電動機制御装置１００のブロック図である。
図７ｇを再び参照すると、回転子が３６°の近傍に位置し且つトルク指令が２．２ｐｕである場合、第１補償電流信号（ｉsig’）は、第１角誤差が０である地点
【数１０１】
2020534777.tif 000103
でゼロ上昇交差せずに、０に達した後に再び減少して負の数になる（矢印７３’参照）。このような運転点は、角推定器の推定角が収束し得ない地点であり、このため、推定角は不安定な地点で収束しまたは発散するなどの問題が生じることがある。このような問題を解決するためには、角推定器に入力される電流信号（または、補償電流信号）の波形を修正して角誤差が０である地点に近接してゼロ下降交差部分が位置しないように電流信号を制御することが必要である。
【００７３】
図８に示された本発明の一実施例に係る電動機制御装置１００は、注入する高周波電圧信号を推定ｄ軸ではない他の軸（以下、注入軸）に変更することで角推定器１８０に入力される電流信号（または、補償電流信号）の波形を変更することができる。すなわち、上述した第１実施例では、推定ｄ軸
【数１０２】
2020534777.tif 000104
に高周波電圧を注入し、このときに生じる推定ｑ軸
【数１０３】
2020534777.tif 000105
電流リップルの大きさを角推定器の入力に用いたが、図８の第２実施例では、高周波電圧信号を注入する軸を変更する。第２実施例は、注入角を適用する場合と注入角の適用とともに補償電流を適用する場合の少なくとも一方を含んでよい。
【００７４】
このような第２実施例において、電動機制御装置１００の高周波電圧生成器１２０は、注入座標系を基準に注入ｄ軸に高周波電圧指令
【数１０４】
2020534777.tif 000106
を印加し、角推定器１８０は、電流信号（ｉsig）の注入ｑ軸成分に基づいて回転子の位置を推定することができる。すなわち、推定ｄ軸ではない注入ｄ軸
【数１０５】
2020534777.tif 000107
に高周波電圧を注入し、このときに生じる注入ｑ軸
【数１０６】
2020534777.tif 000108
電流リップルの大きさを角推定器１８０の入力に用いる。なお、このような場合でも電流制御器１１０は、推定座標系を基準に基本波電流
【数１０７】
2020534777.tif 000109
を受信して判断し電圧指令
【数１０８】
2020534777.tif 000110
を生成する。
【００７５】
図８を参照すると、図６の電動機制御装置１００に比べて、注入される高周波電圧指令
【数１０９】
2020534777.tif 000111
の注入角（注入ｄ軸）と角推定器１８０に入力される電流信号（ｉsig）及び補償信号（ｉcomp）の角（注入ｑ軸）が異なる。
【００７６】
図９は、実回転子位置を示す同期座標系（ｄｒ、ｑｒ）、推定同期座標系
【数１１０】
2020534777.tif 000112
及び注入座標系（ｄｉ、ｑｉ）の関係を示す。図９を参照すると、注入ｄ軸は、推定座標系ｄ軸よりも注入角
【数１１１】
2020534777.tif 000113
だけ進角するものと定義した（他の実施例では、その逆であることもある）。この場合、第１角誤差
【数１１２】
2020534777.tif 000114
と注入角
【数１１３】
2020534777.tif 000115
と第２角誤差
【数１１４】
2020534777.tif 000116
との間の関係は、下の数学式８のとおりである。
【数１１５】
2020534777.tif 000117
【００７７】
説明の明確化のために、式中の
【数１１６】
2020534777.tif 000118
は第１角誤差、
【数１１７】
2020534777.tif 000119
は第２角誤差、
【数１１８】
2020534777.tif 000120
は注入角を表すものとする。
【００７８】
注入ｄ軸に高周波電圧を注入したときの注入ｑ軸の電流リップルをクロック信号で除した電流信号（ｉsig）を第２角誤差
【数１１９】
2020534777.tif 000121
に対する関数で表すと、下の数学式９のとおりである。上述したように、電流信号（ｉsig）は、トルク指令、回転角、及び第１角誤差に対する関数で表されることが分かった。本実施例では、注入角
【数１２０】
2020534777.tif 000122
という新規な変数を適用したので、電流信号は、下の数学式９のように注入角を更に含む関数で表される。
【数１２１】
2020534777.tif 000123
【００７９】
数学式９を参照すると、３変数に対する関数であった数学式５とは異なり、電流信号（ｉsig）は４変数に対する関数になる。注入角を振る方法（推定角から注入角位座標系を回転）を用いることである角誤差に対応する電流運転点が注入角
【数１２２】
2020534777.tif 000124
だけ回転移動する効果が生じる。これにより、電流運転点によって決められる。
【数１２３】
2020534777.tif 000125
が第１角誤差に対して既存の値と異なる値を有する。したがって、本発明の一実施例によれば、第１角誤差
【数１２４】
2020534777.tif 000126
と電流運転点（別の表現にすると、トルク指令）との間の対応関係を変化させることで電流信号（ｉsig）の波形を変化させることができる。
【００８０】
数学式９を第１角誤差
【数１２５】
2020534777.tif 000127
に対する関数で整理すると、下の数学式１０のとおりである。
【数１２６】
2020534777.tif 000128
【００８１】
数学式１０を参照すると、注入角
【数１２７】
2020534777.tif 000129
に応じて電流信号（ｉsig）の波形が変化することが分かる。
【００８２】
図１０ａ及び図１０ｂは、回転子の位置が３６°で注入角が各０°、３０°であるときの第１角誤差
【数１２８】
2020534777.tif 000130
とトルク指令（Ｔe*）に対する電流信号（ｉsig）を示す。図１０ａ及び図１０ｂ中の領域１０-１は電流信号（ｉsig）が負の数である部分を示す。図１０ａ及び図１０ｂを参照すると、注入角
【数１２９】
2020534777.tif 000131
に応じて電流信号（ｉsig）の波形が変化することが分かる。
【００８３】
したがって、各トルク指令（Ｔe*）、回転子位置
【数１３０】
2020534777.tif 000132
に応じて適切な注入角
【数１３１】
2020534777.tif 000133
を適用することで電流信号の波形を変化させることができ、その結果、上述した問題点（角誤差が０である部分に近接してゼロ下降交差が発生する問題）を解決することができる。
【００８４】
以下では、トルク指令と回転子位置に応じて必要な注入角と補償信号の値を見出す方法を説明する。
【００８５】
実質的に注入角と補償信号は、いずれもトルク指令と回転子位置に応じて可変し得る要素であるが、説明の単純化のために、以下では、注入角はトルク指令だけに応じて変化する値であると仮定し、補償信号は、第１実施例のようにトルク指令と回転子位置とに応じて変化する値であると仮定して説明する。
【００８６】
図１１ａ乃至図１１ｊは、本発明の一実施例に係る、トルク指令が所定値（１ｐｕ）であるときの、第１角誤差
【数１３２】
2020534777.tif 000134
と注入角
【数１３３】
2020534777.tif 000135
とに応じた電流信号
【数１３４】
2020534777.tif 000136
を示す。図１１ａ乃至図１１ｊ中の太線１１-１は、電流信号（ｉsig）がゼロ上昇交差する地点であって、角推定器１８０はこの地点を収束点に決める。
【００８７】
図１１ａ乃至図１１ｊの実施例は、補償信号を適用しない場合を示すものである。
【００８８】
一実施例において、各注入角に対して角推定器１８０が角誤差
【数１３５】
2020534777.tif 000137
が０の所に収束できるように、補償器１７０は、下の数学式１１のように第２補償信号（ｉcomp’）を電流信号（ｉsig）に適用することができる。
【数１３６】
2020534777.tif 000138
【００８９】
その結果、角推定器１８０は、電流信号（ｉsig）と第２補償信号（ｉcomp’）との和である第２補償電流信号（ｉsig’’）を受信して回転子の位置を推定することができる。
【００９０】
図１２ａ乃至図１２ｊは、本発明の一実施例に係る、トルク指令が所定値（１ｐｕ）であるときの、第１角誤差
【数１３７】
2020534777.tif 000139
と注入角
【数１３８】
2020534777.tif 000140
とに応じた電流信号ｉsigに数学式１１のように第２補償信号（ｉcomp’）を加えた第２補償電流信号（ｉsig’’）を示す。
【００９１】
図１２ａ乃至図１２ｊ中の第１部分１２-１は、第２補償電流信号（ｉsig’’）がゼロ上昇交差する部分であって角推定器１８０の収束点になる。なお、第２部分１２-２は、第２補償電流信号（ｉsig’’）がゼロ下降交差する部分であって角推定器１８０の収束点になれない。
【００９２】
したがって、第１部分１２-１に該当する任意の注入角を適用することで第１角誤差を除去しながら回転子の位置を推定することができる。例えば、第１部分１２-１に該当する注入角の範囲に対して中間値が代表値として適用されてよく、該中間値が予め格納されていてよい。
【００９３】
すなわち、注入角は第１角誤差が０であり、第２補償電流信号が、前記第１角誤差を基準に正の傾きを有し且つ０になる値の範囲内で決められてよい。
【００９４】
図１２ａ乃至図１２ｊは、特定のトルク指令に対して行なった結果であって、使用可能なすべてのトルク指令に対して前記過程を繰り返すことで、各トルク指令に対して適切な注入角を決めることができる。
【００９５】
これにより、電動機制御装置のメーカは、個々の電動機に対して回転子の位置
【数１３９】
2020534777.tif 000141
に応じた、トルク指令（Ｔe*）及び注入角
【数１４０】
2020534777.tif 000142
の対応関係参照表を生成することができる。このような対応関係参照表は、参照表ストレージ１７５に保存されていてよく、補償器１７０は、参照表ストレージ１７５に格納された対応関係参照表を用いて第２補償信号を生成することができる。
【００９６】
上述したように、第１角誤差の解消のために適用可能な注入角は所定の範囲を有するが、計算の便宜及びデータ格納効率のために所定の範囲内の中間値が用いられていてもよい。
【００９７】
図１３ａ乃至図１３ｊは、本発明の第２実施例に係る、注入軸の適用及び電流信号（図１１ａ乃至図１１ｊ）が補償された第２補償電流信号を示す。具体的に、図１３ａ乃至図１３ｊは、各回転子位置
【数１４１】
2020534777.tif 000143
における第１角誤差
【数１４２】
2020534777.tif 000144
とトルク指令（Ｔe*）に対する第２補償電流信号（ｉsig”）を示す。
【００９８】
図１３ａ乃至図１３ｊを参照すると、角推定器１８０に入力される第２補償電流信号（ｉsig”）は角誤差
【数１４３】
2020534777.tif 000145
が０である地点の近所にはゼロ下降交差する部分がないため、角誤差
【数１４４】
2020534777.tif 000146
が０である地点を容易に収束点に決められる。
【００９９】
シミュレーション及び実験結果の比較
図１４ａ及び図１４ｂは、トルク指令が-３．５ｐｕから３．５ｐｕの間で２０ｐｕ／ｓの傾きで変化し、速度が１５０ｒ／ｍｉｎである場合における、従来方式と本発明によるシミュレーション結果を示す。図１４ａは従来方式のものであって、これを参照すると、トルク指令が１．７ｐｕに達すると、位置推定が不可能になることが示されている。一方、図１４ｂは、本発明によるものであって、これを参照すると、すべてのトルクの範囲で位置推定が安定して行われており、誤差範囲も１０°を超えていない。したがって、本発明による場合、すべてのトルクの範囲でセンサレス制御が可能であることが分かる。
【０１００】
図１５は、本発明の一実施例に係る、電動機の速度を１５０ｒ／ｍｉｎと一定に制御しながら電動機にトルク指令を２ｐｕ／ｓの傾きで上昇させた実験結果を示す。
【０１０１】
図１５を参照すると、トルク指令が２．３ｐｕに達すると、推定位置が顕著に違ってくることが分かり、これは、ＳＩＳＬ（信号注入センサレス制御）実行可能性の分析と一致することを示す。
【０１０２】
図１６ａ及び図１６ｂは、従来方式と本発明による回転子位置推定結果をそれぞれ示す。
【０１０３】
図１６ａを参照すると、観測器は、過電流ミスによって電動機制御器が停止する前に位置推定を喪失する。しかし、図１６ｂの場合、観測器は、±１０°の範囲内で位置誤差を維持しながら、３．５から３．５ｐｕの全トルクの範囲で位置推定性能を維持する。これは、本発明の方法によって全トルクの範囲のセンサレス制御が可能であることを示す。
【０１０４】
以上、本発明に関して、具体的な構成要素などのような特定事項と限定された実施例及び図面に基づいて説明してきたが、これらは本発明のより全般的な理解を助けるために提供されたものであるに過ぎず、本発明が前記実施例に限定されるものではなく、本発明の属する技術分野における通常的な知識を有する者であれば、このような記載から種々な修正及び変形を図ることができる。
【０１０５】
したがって、本発明の思想は、前記説明された実施例に局限されて決められてはならず、後述する特許請求の範囲だけでなく、この特許請求の範囲と均等に又は等価的に変形されたあらゆるものが本発明の思想の範疇に属するといえる。
【符号の説明】
【０１０６】
１００：電動機制御装置
１０１：電動機
１１０：電流制御器
１２０：高周波電圧生成器
１３０：第１座標変換器
１４０：インバータ
１５０：第２座標変換器
１６０：フィルタ
１７０：補償器
１７５：参照表ストレージ
１８０：角推定器
【図１】
2020534777.tif 000147
【図２】
2020534777.tif 000148
【図３】
2020534777.tif 000149
【図４ａ】
2020534777.tif 000150
【図４ｂ】
2020534777.tif 000151
【図４ｃ】
2020534777.tif 000152
【図５ａ】
2020534777.tif 000153
【図５ｂ】
2020534777.tif 000154
【図５ｃ】
2020534777.tif 000155
【図５ｄ】
2020534777.tif 000156
【図５ｅ】
2020534777.tif 000157
【図５ｆ】
2020534777.tif 000158
【図５ｇ】
2020534777.tif 000159
【図５ｈ】
2020534777.tif 000160
【図５ｉ】
2020534777.tif 000161
【図５ｊ】
2020534777.tif 000162
【図６】
2020534777.tif 000163
【図７ａ】
2020534777.tif 000164
【図７ｂ】
2020534777.tif 000165
【図７ｃ】
2020534777.tif 000166
【図７ｄ】
2020534777.tif 000167
【図７ｅ】
2020534777.tif 000168
【図７ｆ】
2020534777.tif 000169
【図７ｇ】
2020534777.tif 000170
【図７ｈ】
2020534777.tif 000171
【図７ｉ】
2020534777.tif 000172
【図７ｊ】
2020534777.tif 000173
【図８】
2020534777.tif 000174
【図９】
2020534777.tif 000175
【図１０ａ】
2020534777.tif 000176
【図１０ｂ】
2020534777.tif 000177
【図１１ａ】
2020534777.tif 000178
【図１１ｂ】
2020534777.tif 000179
【図１１ｃ】
2020534777.tif 000180
【図１１ｄ】
2020534777.tif 000181
【図１１ｅ】
2020534777.tif 000182
【図１１ｆ】
2020534777.tif 000183
【図１１ｇ】
2020534777.tif 000184
【図１１ｈ】
2020534777.tif 000185
【図１１ｉ】
2020534777.tif 000186
【図１１ｊ】
2020534777.tif 000187
【図１２ａ】
2020534777.tif 000188
【図１２ｂ】
2020534777.tif 000189
【図１２ｃ】
2020534777.tif 000190
【図１２ｄ】
2020534777.tif 000191
【図１２ｅ】
2020534777.tif 000192
【図１２ｆ】
2020534777.tif 000193
【図１２ｇ】
2020534777.tif 000194
【図１２ｈ】
2020534777.tif 000195
【図１２ｉ】
2020534777.tif 000196
【図１２ｊ】
2020534777.tif 000197
【図１３ａ】
2020534777.tif 000198
【図１３ｂ】
2020534777.tif 000199
【図１３ｃ】
2020534777.tif 000200
【図１３ｄ】
2020534777.tif 000201
【図１３ｅ】
2020534777.tif 000202
【図１３ｆ】
2020534777.tif 000203
【図１３ｇ】
2020534777.tif 000204
【図１３ｈ】
2020534777.tif 000205
【図１３ｉ】
2020534777.tif 000206
【図１３ｊ】
2020534777.tif 000207
【図１４ａ】
2020534777.tif 000208
【図１４ｂ】
2020534777.tif 000209
【図１５】
2020534777.tif 000210
【図１６ａ】
2020534777.tif 000211
【図１６ｂ】
2020534777.tif 000212
【国際調査報告】
2020534777.tif 000213
2020534777.tif 000214
2020534777.tif 000215
2020534777.tif 000216