JP6847268B2 - 回転機の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、インダクタンスが回転子位置によって変化するインダクタンス交流分を有する回転機を、回転子位置を検出する位置センサを用いることなく回転子位置情報を得て制御する、回転機の制御装置に関する。

回転機の性能を十分に引き出して回転機を駆動するためには、回転子の位置情報が必要である。そのため、従来の回転機の制御装置は、回転機に取付けられた位置センサで検出される位置情報を用いている。しかしながら、回転機の製造コストのより一層の低減、回転機の小型化、及び回転機の信頼性の向上といった観点から、位置センサレスで回転機を駆動する技術が開発されてきた。回転機の位置センサレス制御方法には、高周波電圧を回転機に印加することによって回転子位置を推定する方法と、高周波電圧を印加せずに回転機の誘起電圧、鎖交磁束などから回転子位置を推定する方法とがある。

特許文献１には、高周波電圧を回転機に印加することによって回転子位置を推定する方法が開示されている。特許文献１に開示される位置センサレス制御方法では、高周波電圧を回転機に印加したときの回転機電流が検出され、高周波電圧と同じ周波数成分の高周波電流が抽出される。そして、回転機のインダクタンス、すなわち、高周波電流の振幅が回転子位置電気角に対して２倍の周波数で変化することを利用して、回転子位置が推定される。このような高周波電圧を利用する方式では、回転機が零速又は零速に近い低速でも、正確に回転子位置を推定できる一方で、重畳される高周波電圧によってトルク脈動又は騒音が発生する。また、高周波電圧を利用する方式では、回転機の巻線に印加される電圧と、回転機の巻線に流れる電流とに高周波電圧が重畳される分だけ、回転機の最大トルク又は回転機の回転速度が小さくなり、もしくはその両方が小さくなる。

特許文献２，３，４には、高周波電圧を印加せずに回転子位置を推定する方法が開示されている。高周波電圧を印加せずに回転子位置を推定する方法では、回転機の鎖交磁束から回転子のｑ軸又はｄ軸のインダクタンスと回転機電流との積を減算することで、鎖交磁束の内、回転子位置に同期して回転する成分を抽出する。当該成分には、ｄ軸基準のＡｃｔｉｖｅＦｌｕｘと、ｑ軸基準のＡｃｔｉｖｅＦｌｕｘとがそれぞれ含まれる。ここで、インダクタンスが最大になる回転子の方向をｄ軸とし、インダクタンスが最小になる方向をｑ軸とする。ｄ軸は磁束軸と称される軸であり、ｑ軸はトルク軸と称される軸である。特許文献２では、ＡｃｔｉｖｅＦｌｕｘをオブザーバで推定することによって回転子位置が推定される。特許文献３では、ＡｃｔｉｖｅＦｌｕｘによって発生する誘起電圧を用いて回転子位置が推定される。

特許文献２，３に開示される位置センサレス制御方法では、回転機電流のｄ軸成分又はｑ軸成分が零の場合、ＡｃｔｉｖｅＦｌｕｘが零となり、回転子位置を推定できない。すなわち、特許文献２，３に開示される位置センサレス制御方法では、回転機の通電方向によっては、回転子位置を推定できない。特許文献４に開示される位置センサレス制御方法では、ｄ軸基準とｑ軸基準の両方のＡｃｔｉｖｅＦｌｕｘに、回転機電流又は鎖交磁束のｄ軸成分とｑ軸成分に基づいた重み付けを行い、回転子位置の推定に利用することによって、この問題を解決している。

特許第５０６９３０６号公報 特許第４６４４０１０号公報 特許第３５７１６９８号公報 欧州特許出願公開第２４９３０６７号明細書

しかしながら、特許文献４に開示される、回転機電流又は鎖交磁束のｄ軸成分とｑ軸成分に基づいた重み付けは、回転子位置推定の制御設計だけでなく制御処理を複雑にするという課題がある。そのため、特許文献４に開示される技術では、回転子位置を推定するための構成が複雑になるという課題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、回転機の通電方向に依らず簡単な構成で回転子位置を推定することができる回転機の制御装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の回転機の制御装置は、インダクタンスが回転子位置によって変化するインダクタンス交流分を有する回転機を制御する回転機の制御装置であって、回転機に流れる回転機電流を検出する電流検出器を備える。回転機の制御装置は、回転子位置を推定する位置推定器と、回転機電流と回転子位置とに基づいて回転機を駆動するための回転機電圧指令を出力する制御器と、回転機電圧指令に基づいて回転機に電圧を印加する電圧印加器とを備える。位置推定器は、インダクタンス交流分と回転機電流とによって生成される鎖交磁束インダクタンス交流分から回転子位置を推定することを特徴とする。

本発明によれば、回転機の通電方向に依らず簡単な構成で回転子位置を推定することができる、という効果を奏する。

本発明の実施の形態１に係る回転機の制御装置の構成を示す図 図１に示す位置推定器の構成を示す図 本発明の実施の形態２に係る回転機の制御装置の構成を示す図 図３に示す位置推定器の構成を示す図 本発明の実施の形態３に係る回転機の制御装置の構成を示す図 図５に示す位置推定器の構成を示す図 図５に示す制御座標角度演算器の構成を示す図 本発明の実施の形態４に係る回転機の制御装置の構成を示す図 図８に示す位置推定器の構成を示す図 図９に示す適応推定器の構成を示す図 本発明の実施の形態５に係る回転機の制御装置の構成を示す図 図１１に示す位置推定器の構成を示す図 本発明の実施の形態１から５に係る回転電機の制御装置の第１のハードウェア構成例を示す図 実施の形態１から５に係る回転電機の制御装置の第２のハードウェア構成例を示す図

以下に、本発明の実施の形態に係る回転機の制御装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る回転機の制御装置の構成を示す図である。実施の形態１に係る回転機の制御装置１００は、回転機を駆動するための回転機電圧指令ｖ_ｓｕ ^＊，ｖ_ｓｖ ^＊，ｖ_ｓｗ ^＊に従って、交流電圧を回転機１に印加する電圧印加器５と、電圧印加器５から回転機１に供給される交流電流を検出し、検出した交流電流を回転機電流ｉ_ｓｕ，ｉ_ｓｖ，ｉ_ｓｗとして出力する電流検出器２とを備える。また回転機の制御装置１００は、回転機電圧指令ｖ_ｓｕ ^＊，ｖ_ｓｖ ^＊，ｖ_ｓｗ ^＊と回転機電流ｉ_ｓｕ，ｉ_ｓｖ，ｉ_ｓｗとを用いて、電気角である推定回転子位置θ^＾ _ｒを演算する位置推定器３と、制御器４とを備える。推定回転子位置θ^＾ _ｒは、回転機１を構成する図示しない回転子の回転位置である回転子位置の推定値である。推定回転子位置θ^＾ _ｒは、電気角で表わされる。回転機の制御装置１００によって制御される回転機１は同期リラクタンスモータである。同期リラクタンスモータは、インダクタンスが回転子位置によって変化するインダクタンス交流分を有するモータである。インダクタンスとは、固定子巻線の鎖交磁束を固定子電流値で除した値である。以下では回転機１を単に「回転機」と称する場合がある。電圧印加器５は、Ｕ，Ｖ，Ｗの３本の配線を介して、回転機に接続される。電流検出器２では、当該配線に流れる交流電流が検出される。以下では、インダクタンスが最大になる回転子の方向をｄ軸とし、インダクタンスが最小になる方向をｑ軸とし、回転子位置は回転子のｄ軸を基準とする。

制御器４は、電流指令演算器４０１、三相電流指令演算器４０２及び三相電流制御器４０３を備え、回転機がトルク指令値Ｔ^＊に対応した出力を発生するための回転機電圧指令ｖ_ｓｕ ^＊，ｖ_ｓｖ ^＊，ｖ_ｓｗ ^＊を演算する。

電流指令演算器４０１は、回転機がトルク指令値Ｔ^＊に対応した出力を発生するために必要な電流実効値指令Ｉ_ｐｈ ^＊及び通電角度指令φ_ｉ ^＊を演算する。通電角度指令φ_ｉ ^＊は、実際の回転子位置と回転機電流との成す角度を示す通電角の指令である。ここでは、電流実効値指令Ｉ_ｐｈ ^＊と通電角度指令φ_ｉ ^＊とは、トルクに対する電流実効値、すなわち回転機の銅損が最小になるように選定される。

三相電流指令演算器４０２は、下記（１）式に示すように、電流実効値指令Ｉ_ｐｈ ^＊と通電角度指令φ_ｉ ^＊と推定回転子位置θ^＾ _ｒとを用いて、三相電流指令ｉ_ｓｕ ^＊，ｉ_ｓｖ ^＊，ｉ_ｓｗ ^＊を演算する。

三相電流制御器４０３は、回転機電圧指令ｖ_ｓｕ ^＊，ｖ_ｓｖ ^＊，ｖ_ｓｗ ^＊を演算する。回転機電圧指令ｖ_ｓｕ ^＊，ｖ_ｓｖ ^＊，ｖ_ｓｗ ^＊は、三相座標上の回転機電流ｉ_ｓｕ，ｉ_ｓｖ，ｉ_ｓｗが三相電流指令ｉ_ｓｕ ^＊，ｉ_ｓｖ ^＊，ｉ_ｓｗ ^＊となるように、回転機電流ｉ_ｓｕ，ｉ_ｓｖ，ｉ_ｓｗを例えば比例積分（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ Ｉｎｔｅｇｒａｌ：ＰＩ）制御することで得られる。

図２は図１に示す位置推定器の構成を示す図である。図２に示すように位置推定器３は、三相−二相変換器３０１、三相−二相変換器３０２、鎖交磁束インダクタンス交流分演算器３０３、鎖交磁束インダクタンス交流分推定器３０４、回転子位置推定誤差演算器３０５及び回転子位置演算器３０６を備える。以下では、鎖交磁束インダクタンス交流分演算器３０３を「交流分演算器３０３」と称し、鎖交磁束インダクタンス交流分推定器３０４を「交流分推定器３０４」と称し、回転子位置推定誤差演算器３０５を「推定誤差演算器３０５」と称する場合がある。

三相−二相変換器３０１は、三相座標上の回転機電圧指令ｖ_ｓｕ ^＊，ｖ_ｓｖ ^＊，ｖ_ｓｗ ^＊を二相座標上の回転機電圧指令ｖ_ｓα ^＊，ｖ_ｓβ ^＊に変換する。なお、以下では「ｖ_ｓα ^＊，ｖ_ｓβ ^＊」を「ｖ_ｓ ^αβ＊」と表記する場合がある。実施の形態１では、三相−二相変換に下記（２）式の変換行列Ｃ_３２が利用される。

同様に、三相−二相変換器３０２は、三相座標上の回転機電流ｉ_ｓｕ，ｉ_ｓｖ，ｉ_ｓｗを二相座標上の回転機電流ｉ_ｓα，ｉ_ｓβに変換する。なお、以下では「ｉ_ｓα，ｉ_ｓβ」を「ｉ_ｓ ^αβ＊」と表記する場合がある。

次に、交流分演算器３０３の動作について説明する。まず、回転機の鎖交磁束Ψ_ｓ ^αβは、下記（３）式により求められる。

上記（３）式のｖ_ｓ ^αβ＊は二相座標での回転機電圧指令であり、回転機電流ｉ_ｓ ^αβは二相座標上の回転機電流であり、Ｒ_ｓは巻線抵抗である。また上記（３）式の積分は、ラプラス変換におけるｓ領域において下記（４）式で表される。

回転機の鎖交磁束Ψ_ｓ ^αβを積分で演算する場合、通常は初期値が不明であるため、回転機の鎖交磁束Ψ_ｓ ^αβの基本波周波数成分に対して十分にカットオフ周波数の低いハイパスフィルタ（Ｈｉｇｈ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ：ＨＰＦ）を利用する。そのＨＰＦの伝達関数は、カットオフ周波数をω_ｈｐｆとして下記（５）式で表される。

このＨＰＦを上記（４）式に適用すると、鎖交磁束Ψ_ｓｈｐｆ ^αβは下記（６）式で計算される。

上記（６）式を変形すると下記（７）式となる。

一方で、回転機の鎖交磁束Ψ_ｓ ^αβは下記（８）式で表される。

上記（８）式のＬ_ｓｄｃは、回転子位置によって変化しないインダクタンス直流分であり、Ｌ_ｍａｃは回転子位置によって変化するインダクタンス交流分である。Ｌ_ｓａｃ ^αβはインダクタンス交流分を表す。また、インダクタンスの変化は一般的に、電気角で表される回転子位置をθ_ｒとすれば、２θ_ｒの正弦関数又は余弦関数で表される。実施の形態１では、インダクタンス交流分と回転機電流ｉ_ｓ ^αβとによって生成される鎖交磁束を、鎖交磁束インダクタンス交流分とする。交流分演算器３０３は、上記（７）式で計算した鎖交磁束Ψ_ｓｈｐｆ ^αβを用いて、下記（９）式により、鎖交磁束インダクタンス交流分Ψ_{ｓａｃ，ｃａｌｃ} ^αβを演算する。

上記（９）式で演算される鎖交磁束インダクタンス交流分Ψ_{ｓａｃ，ｃａｌｃ} ^αβは、実施の形態１に係る回転機の制御装置１００で演算される鎖交磁束インダクタンス交流分演算値である。

交流分推定器３０４は、下記（１０）式に示すように、回転機電流ｉ_ｓ ^αβと推定回転子位置θ^＾ _ｒとを用いて、鎖交磁束インダクタンス交流分を推定する。

上記（１０）式で演算されるΨ^＾ _ｓａｃ ^αβは、実施の形態１に係る回転機の制御装置１００で演算される鎖交磁束インダクタンス交流分推定値である。上記（１０）式の「Ｌ^＾ _ｓａｃ ^αβ」は、「インダクタンス交流分推定値」である。

推定誤差演算器３０５は、鎖交磁束インダクタンス交流分演算値と鎖交磁束インダクタンス交流分推定値とを用いて、回転子位置の推定誤差を演算する。鎖交磁束インダクタンス交流分演算値と鎖交磁束インダクタンス交流分推定値との外積は、上記（９）式すなわち上記（８）式の第２項を演算した値と、上記（１０）式とを用いて、下記（１１）式で表される。

ここで、回転子位置の推定値と真値がおよそ等しい、すなわちθ^＾ _ｒ≒θ_ｒとすると、回転子位置の推定誤差は下記（１２）式で演算できる。推定誤差演算器３０５は、演算した回転子位置の推定誤差を回転子位置演算器３０６へ出力する。

回転子位置演算器３０６は、回転子位置の推定誤差をＰＩ制御した後に積分して、推定回転子位置θ^＾ _ｒを演算する。

前述した特許文献２に開示される技術では、下記（１３）式に示すように、回転機の鎖交磁束Ψ_ｓ ^αβから、回転子のｑ軸インダクタンスＬ_ｓｑと回転機電流ｉ_ｓ ^αβとの積を減算することで、鎖交磁束のうち回転子位置に同期して回転する成分であるｄ軸基準のＡｃｔｉｖｅＦｌｕｘ（Ψ_ＡＦｄ ^αβ）が抽出される。

上記（１３）式に示す回転子のｑ軸インダクタンスＬ_ｓｑは、Ｌ_ｓｑ＝Ｌ_ｓｄｃ−Ｌ_ｍａｃで表すことができる。また、回転機電流ｉ_ｓ ^αβは下記（１４）式で表される。

上記（１４）式のＩ_ｐｈは電流実効値であり、φ_ｉは通電角度、すなわち回転子位置と回転機電流との角度差である。

上記（８）式と上記（１４）式とを上記（１３）式の右辺へ代入すると、ｄ軸基準のＡｃｔｉｖｅＦｌｕｘ（Ψ_ＡＦｄ ^αβ）は下記（１５）式で表される。

上記（１５）式のＬ_ｓｄは、Ｌ_ｓｄ＝Ｌ_ｓｄｃ＋Ｌ_ｍａｃで表すことができる。また、ｄ−ｑ軸電流ｉ_ｓｄ，ｉ_ｓｑは、下記（１６）式に示すように、α−β軸電流を回転子位置θ_ｒを用いて回転座標変換して得られる。なお、以下ではｄ−ｑ軸電流ｉ_ｓｄ，ｉ_ｓｑを「回転機電流ｉ_ｓ ^ｄｑ」と称する場合がある。

実施の形態１の回転座標変換には、上記（１６）式の変換行列Ｃ_ｄｑが利用される。上記（１５）式のＡｃｔｉｖｅＦｌｕｘの方向は回転子ｄ軸方向であるので、これをオブザーバ等を用いて推定することで、回転子位置を演算できる。前述した特許文献３に開示される技術では、ｄ軸基準のＡｃｔｉｖｅＦｌｕｘによって発生する誘起電圧を用いて回転子位置の推定が行われている。また前述した特許文献２には、下記（１７）式に示すように、回転機の鎖交磁束から回転子のｄ軸インダクタンスと回転機電流との積を減算した、ｑ軸基準のＡｃｔｉｖｅＦｌｕｘについても記載されている。

ｄ軸基準の場合と同様に、上記（１７）式の右辺に上記（８）式と上記（１４）式を代入すると、ｑ軸基準のＡｃｔｉｖｅＦｌｕｘ（Ψ_ＡＦｑ ^αβ）は下記（１８）式で表される。

ｑ軸基準のＡｃｔｉｖｅＦｌｕｘは回転子ｑ軸方向であるため、これをオブザーバ等を用いて推定することで、回転子位置を推定できる。しかしながら、ｄ軸基準のＡｃｔｉｖｅＦｌｕｘは、通電方向が回転子ｑ軸方向のみ場合、すなわちｉ_ｓｄ＝０の場合には零となり、これを用いた回転子位置の推定ができない。同様に、ｑ軸基準のＡｃｔｉｖｅＦｌｕｘは、通電方向が回転子ｄ軸方向のみ場合、すなわちｉ_ｓｑ＝０の場合には零となり、これを用いた回転子位置の推定ができない。このような問題に対して、前述した特許文献４に開示される位置センサレス制御方法は、ｄ軸基準とｑ軸基準の両方のＡｃｔｉｖｅＦｌｕｘに、回転機電流又は鎖交磁束のｄ軸成分とｑ軸成分に基づいた重み付けを行い、回転子位置の推定に利用することによって、この問題を解決している。しかしながら、回転機電流又は鎖交磁束のｄ軸成分とｑ軸成分に基づいた重み付けは、回転子位置推定の制御設計だけでなく制御処理を複雑にする。

実施の形態１に係る回転機の制御装置１００は、鎖交磁束インダクタンス交流分、すなわち上記（８）式の第２項と上記（１０）式とを用いて回転子位置を推定する。この鎖交磁束インダクタンス交流分は二相両方の成分を持っており、この鎖交磁束インダクタンス交流分を用いることによって、電流の通電方向に依存せずに回転子位置の推定が可能である。また、実施の形態１に係る回転機の制御装置１００では、通電方向によって重み付けを行う必要もない。従って実施の形態１に係る回転機の制御装置１００は、回転機の通電方向に依らず簡単な構成で回転子位置を推定できる、という従来にない顕著な効果を奏する。

実施の形態２．
図３は本発明の実施の形態２に係る回転機の制御装置の構成を示す図である。実施の形態１に係る回転機の制御装置１００では、回転機のインダクタンスの変化が、回転子位置θ_ｒとして２θ_ｒの正弦関数又は余弦関数で表される。しかしながら実際のインダクタンスの変化は、正確には２θ_ｒの正弦関数又は余弦関数とはならず、推定回転子位置に誤差が発生する。また実施の形態１に係る回転機の制御装置１００は、上記（１０）式の鎖交磁束インダクタンス交流分を推定するために２θ_ｒの正弦関数と余弦関数が必要であり、制御演算量が多くなる。実施の形態２に係る回転機の制御装置１００Ａは、少ない制御演算量で正確に回転子位置を推定できるように構成されている。実施の形態２に係る回転機の制御装置１００Ａは、図１に示す位置推定器３及び制御器４の代わりに、位置推定器６及び制御器７を備える。その他の構成については、実施の形態１の構成と同一又は同等であり、同一又は同等の構成部には同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

制御器７は、電流指令演算器７０１、ｄ−ｑ電流制御器７０２、回転座標逆変換器７０３、二相−三相変換器７０４、三相−二相変換器７０５及び回転座標変換器７０６を備え、回転機がトルク指令値Ｔ^＊に対応した出力を発生するための回転機電圧指令ｖ_ｓｕ ^＊，ｖ_ｓｖ ^＊，ｖ_ｓｗ ^＊を演算する。

電流指令演算器７０１は、回転機がトルク指令値Ｔ^＊に対応した出力を発生するために必要な回転座標上の電流指令ｉ_ｓｄ ^＊，ｉ_ｓｑ ^＊を演算する。ここでは、回転座標上の電流指令ｉ_ｓｄ ^＊，ｉ_ｓｑ ^＊は、トルクに対する電流実効値、すなわち回転機の銅損が最小になるように選定される。

ｄ−ｑ電流制御器７０２は、回転座標変換器７０６で回転座標変換されるｄ−ｑ軸電流ｉ_ｓｄ，ｉ_ｓｑが電流指令ｉ_ｓｄ ^＊，ｉ_ｓｑ ^＊となるように制御を行い、回転座標上の回転機電圧指令ｖ_ｓｄ ^＊，ｖ_ｓｑ ^＊を演算する。この電流制御には、例えば比例積分制御などを利用する。

回転座標逆変換器７０３は、下記（１９）式に示すように、位置推定器６で演算された推定回転子位置θ^＾ _ｒを用いて、回転座標上の回転機電圧指令ｖ_ｓｄ ^＊，ｖ_ｓｑ ^＊を二相座標上の回転機電圧指令ｖ_ｓα ^＊，ｖ_ｓβ ^＊へ回転座標逆変換する。実施の形態２では、回転座標逆変換に下記（１９）式の変換行列Ｃ_ｄｑ ^−１（θ^＾ _ｒ）が利用される。

二相−三相変換器７０４は、下記（２０）式に示すように、二相座標上の回転機電圧指令ｖ_ｓα ^＊，ｖ_ｓβ ^＊を三相座標上の回転機電圧指令ｖ_ｓｕ ^＊，ｖ_ｓｖ ^＊，ｖ_ｓｗ ^＊に変換する。実施の形態２では、二相−三相変換に下記（２０）式の変換行列Ｃ_２３が利用される。

三相−二相変換器７０５は、三相座標上の回転機電流ｉ_ｓｕ，ｉ_ｓｖ，ｉ_ｓｗを二相座標上の回転機電流ｉ_ｓα，ｉ_ｓβへ三相−二相変換する。回転座標変換器７０６は、推定回転子位置θ^＾ _ｒを用いて、二相座標上の回転機電流ｉ_ｓα，ｉ_ｓβを回転座標上のｄ−ｑ軸電流ｉ_ｓｄ，ｉ_ｓｑへ回転座標変換する。

図４は図３に示す位置推定器の構成を示す図である。図４に示すように位置推定器６は、三相−二相変換器６０１、三相−二相変換器６０２、回転座標変換器６０３、鎖交磁束インダクタンス交流分演算器６０４、鎖交磁束インダクタンス交流分推定器６０５、回転子位置推定誤差演算器６０６及び回転子位置演算器６０７を備える。位置推定器６では、三相−二相変換器６０２、鎖交磁束インダクタンス交流分演算器６０４及び鎖交磁束インダクタンス交流分推定器６０５の動作が実施の形態１と異なる。以下では、鎖交磁束インダクタンス交流分演算器６０４を「交流分演算器６０４」と称し、鎖交磁束インダクタンス交流分推定器６０５を「交流分推定器６０５」と称し、回転子位置推定誤差演算器６０６を「推定誤差演算器６０６」と称する場合がある。

三相−二相変換器６０１は、実施の形態１の三相−二相変換器３０１と同様に、三相座標上の回転機電圧指令ｖ_ｓｕ ^＊，ｖ_ｓｖ ^＊，ｖ_ｓｗ ^＊を二相座標上の回転機電圧指令ｖ_ｓα ^＊，ｖ_ｓβ ^＊に変換する。三相−二相変換器６０２は、実施の形態１の三相−二相変換器３０２と同様に、三相座標上の回転機電流ｉ_ｓｕ，ｉ_ｓｖ，ｉ_ｓｗを二相座標上の回転機電流ｉ_ｓα，ｉ_ｓβに変換する。

回転機の鎖交磁束Ψ_ｓ ^αβは二相座標上において上記（８）式で表されるが、下記（２１）式で示される回転機の鎖交磁束Ψ_ｓ ^ｄｑは、制御座標角度θ_ｓを用いて、回転機の鎖交磁束Ψ_ｓ ^αβを回転座標変換したものである。下記（２１）式の第２項は、インダクタンス交流分と回転機電流とによって生成される鎖交磁束インダクタンス交流分である。

交流分演算器６０４は、まず実施の形態１と同様に上記（７）式を用いて、二相座標での鎖交磁束Ψ_ｓｈｐｆ ^αβを演算する。さらに、交流分演算器６０４は、鎖交磁束Ψ_ｓｈｐｆ ^αβを回転座標変換して、鎖交磁束Ψ_ｓｈｐｆ ^ｄｑとする。回転座標上での鎖交磁束インダクタンス交流分Ψ_{ｓａｃ，ｃａｌｃ} ^ｄｑは、上記（２１）式に従って、下記（２２）式で演算される。下記（２２）式で演算される鎖交磁束インダクタンス交流分Ψ_{ｓａｃ，ｃａｌｃ} ^ｄｑは、以下では鎖交磁束インダクタンス交流分演算値と称する。

回転座標変換器６０３は、推定回転子位置θ^＾ _ｒを用いて、二相座標上の回転機電流ｉ_ｓα，ｉ_ｓβを回転座標上のｄ−ｑ軸電流ｉ_ｓｄ，ｉ_ｓｑへ回転座標変換する。

交流分推定器６０５は、下記（２３）式に示すように、回転機電流ｉ_ｓ ^ｄｑを用いて、鎖交磁束インダクタンス交流分を推定する。

ここで、上記（２３）式では、制御座標角度θ_ｓとして推定回転子位置θ^＾ _ｒを用いているので、上記（２３）式は下記（２４）式に示すように簡略化される。

上記（２４）式のΨ^＾ _ｓａｃ ^ｄｑは、実施の形態２に係る回転機の制御装置１００Ａで演算される鎖交磁束インダクタンス交流分推定値である。

推定誤差演算器６０６は、実施の形態１の推定誤差演算器３０５と同様に、鎖交磁束インダクタンス交流分演算値と鎖交磁束インダクタンス交流分推定値とを用いて、回転子位置の推定誤差を演算する。回転子位置演算器６０７は、実施の形態１の回転子位置演算器３０６と同様に、回転子位置の推定誤差をＰＩ制御した後に積分して、推定回転子位置θ^＾ _ｒを演算する。

実施の形態２に係る回転機の制御装置１００Ａは、回転子位置に同期した回転座標上で上記（２２）式に示すように鎖交磁束インダクタンス交流分を演算し、さらに上記（２４）式に示すように鎖交磁束インダクタンス交流分を推定している。この鎖交磁束インダクタンス交流分は二相両方の成分を持っており、この鎖交磁束インダクタンス交流分を用いることによって、電流の通電方向に依存せずに回転子位置の推定が可能である。また、実施の形態２に係る回転機の制御装置１００Ａでは、通通電方向によって重み付けを行う必要もない。さらに、実施の形態２では、回転座標上での鎖交磁束インダクタンス交流分の演算式である上記（２４）式において、回転座標上のｄ軸におけるインダクタンス値と、回転座標上のｑ軸におけるインダクタンス値とを使用しているため、回転子位置をθ_ｒとしたときに、インダクタンスを２θ_ｒの正弦関数又は余弦関数で表す必要がない。従って、実際の回転機のインダクタンスは正確には２θ_ｒの正弦関数又は余弦関数とならないことによる回転子推定誤差が発生しない。また、実施の形態２では、鎖交磁束インダクタンス交流分の推定に、２θ_ｒの正弦関数と余弦関数を必要としない。従って、実施の形態２に係る回転機の制御装置１００Ａは、少ない制御演算量で正確に回転子位置を推定できる、といった従来にない顕著な効果を奏する。

実施の形態３．
図５は本発明の実施の形態３に係る回転機の制御装置の構成を示す図である。実施の形態３に係る回転機の制御装置１００Ｂは、より高応答かつ安定に回転子の回転速度と回転位置を推定できるように構成されている。回転機の制御装置１００Ｂは、図３に示す実施の形態２に係る位置推定器６及び制御器７の代わりに位置推定器８及び制御器１０を備える。さらに回転機の制御装置１００Ｂは、制御座標角度演算器９を備える。以下では、制御座標角度演算器９を「角度演算器９」と称する場合がある。その他の構成については、実施の形態２の構成と同一又は同等であり、同一又は同等の構成部には同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

制御器１０は、速度演算器１００１、電流指令演算器７０１、ｄ−ｑ電流制御器７０２、回転座標逆変換器１００２、二相−三相変換器７０４、三相−二相変換器７０５及び回転座標変換器１００３を備え、回転機が回転速度指令値ω_ｒ ^＊に対応した回転速度を発生するための回転機電圧指令ｖ_ｓｕ ^＊，ｖ_ｓｖ ^＊，ｖ_ｓｗ ^＊を演算する。

速度演算器１００１は、推定回転速度ω^＾ _ｒが回転速度指令値ω_ｒ ^＊になるように、例えば比例積分制御を行って、トルク指令値Ｔ^＊を演算する。

回転座標逆変換器１００２は、角度演算器９で演算された制御座標角度θ_ｓを用いて、回転座標上の回転機電圧指令ｖ_ｓｄ ^＊，ｖ_ｓｑ ^＊を二相座標上の回転機電圧指令ｖ_ｓα ^＊，ｖ_ｓβ ^＊へ回転座標逆変換する。

回転座標変換器１００３は、角度演算器９で演算された制御座標角度θ_ｓを用いて、二相座標上の回転機電流ｉ_ｓα，ｉ_ｓβを回転座標上のｄ−ｑ軸電流ｉ_ｓｄ，ｉ_ｓｑへ回転座標変換する。

位置推定器８は、推定回転速度ω^＾ _ｒと推定回転子位置θ^＾ _ｒを演算する。図６は図５に示す位置推定器の構成を示す図である。図６に示すように位置推定器８は、三相−二相変換器６０１、三相−二相変換器６０２、回転座標変換器８０１、鎖交磁束インダクタンス交流分演算器８０２、鎖交磁束インダクタンス交流分推定器８０３、推定誤差演算器６０６及び回転子位置演算器８０４を備える。以下では鎖交磁束インダクタンス交流分演算器８０２を「交流分演算器８０２」と称し、鎖交磁束インダクタンス交流分推定器８０３を「交流分推定器８０３」と称する場合がある。

交流分演算器８０２は、実施の形態２と同様に、回転座標上での鎖交磁束インダクタンス交流分Ψ_{ｓａｃ，ｃａｌｃ} ^ｄｑ、すなわち鎖交磁束インダクタンス交流分演算値を計算する。ただし回転座標変換には、推定回転子位置θ^＾ _ｒの代わりに制御座標角度θ_ｓが用いられる。

回転座標変換器８０１は、制御座標角度θ_ｓを用いて、二相座標上の回転機電流ｉ_ｓα，ｉ_ｓβを回転座標上のｄ−ｑ軸電流ｉ_ｓｄ，ｉ_ｓｑへ回転座標変換する。

交流分推定器８０３は、上記（２３）式に示すように、回転機電流ｉ_ｓ ^ｄｑを用いて、鎖交磁束インダクタンス交流分を推定する。位置推定器８で演算される推定回転子位置θ^＾ _ｒが角度演算器９で演算される制御座標角度θ_ｓとおよそ等しくなるように、位置推定器８が動作していると仮定した場合、鎖交磁束インダクタンス交流分の演算式である上記（２３）式は、下記（２５）式のように簡略化される。

上記（２５）式のΨ^＾ _ｓａｃ ^ｄｑは、実施の形態３に係る回転機の制御装置１００Ｂで演算される鎖交磁束インダクタンス交流分推定値である。

回転子位置演算器８０４は、回転子位置の推定誤差をＰＩ制御して推定回転速度ω^＾ _ｒを演算する。さらに回転子位置演算器８０４は、推定回転速度ω^＾ _ｒを積分して、推定回転子位置θ^＾ _ｒを演算する。

図７は図５に示す制御座標角度演算器９の構成を示す図である。角度演算器９は、推定回転子位置θ^＾ _ｒと制御座標角度θ_ｓとの誤差を、ＰＩ制御した後に積分して制御座標角度θ_ｓを演算し、制御座標角度θ_ｓを推定回転子位置θ^＾ _ｒに追従させる。その追従応答は、比例積分制御のゲインによって任意に調整可能である。

実施の形態３に係る回転機の制御装置１００Ｂは、位置推定器８及び制御器１０のそれぞれの回転座標変換に用いる角度として、推定回転子位置θ^＾ _ｒを直接用いるのではなく、これに任意の応答で追従する制御座標角度θ_ｓを利用している。回転子位置及び回転速度をより高応答に推定する場合には、推定回転子位置θ^＾ _ｒの応答が振動的になる場合がある。この場合も、制御座標角度θ_ｓの追従をその振動を除去できるように位置推定応答より遅い応答に設定すれば、回転子位置の推定を含む回転機の制御を安定に動作させることができる。従って、実施の形態３に係る回転機の制御装置１００Ｂは、より高応答かつ安定に回転子の回転速度と回転位置を推定できる、といった従来にない顕著な効果を奏する。

実施の形態４．
図８は本発明の実施の形態４に係る回転機の制御装置の構成を示す図である。実施の形態１，２，３に係る回転機の制御装置１００，１００Ａ，１００Ｂは、鎖交磁束インダクタンス交流分の演算値と推定値とを用いて回転子位置を推定する。これに対して実施の形態４に係る回転機の制御装置１００Ｃでは、適応オブザーバを用いて回転子位置を推定するように構成されている。適応オブザーバは、後述する（３３）式の係数Ｈの演算式である（３４）式に含まれる変数（回転子位置）を適応推定によって推定する場合のオブザーバ全体を示す。回転機の制御装置１００Ｃは、図３に示す実施の形態２に係る位置推定器６の代わりに位置推定器１１を備える。その他の構成については、実施の形態２の構成と同一又は同等であり、同一又は同等の構成部には同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

図９は図８に示す位置推定器の構成を示す図である。位置推定器１１は、三相―二相変換器１１０１、三相―二相変換器１１０２、鎖交磁束インダクタンス演算器１１０３、回転座標変換器１１０４、適応オブザーバ１１０５及び適応推定器１１０６を備える。

三相―二相変換器１１０１は、三相座標上の回転機電圧指令を二相座標上の回転機電圧指令ｖ_ｓ ^αβ＊へ座標変換する。三相―二相変換器１１０２は、三相座標上の回転機電流を二相座標上の回転機電流ｉ_ｓ ^αβへ座標変換する。鎖交磁束インダクタンス演算器１１０３は、実施の形態２と同様に、二相座標上の鎖交磁束Ψ_ｓｈｐｆ ^αβを演算し、さらに推定回転子位置θ^＾ _ｒを用いて、二相座標上の鎖交磁束Ψ_ｓｈｐｆ ^αβを回転座標上の鎖交磁束Ψ_ｓ ^ｄｑへ回転座標変換する。

一方、回転座標変換器１１０４は、二相座標上の回転機電圧指令ｖ_ｓ ^αβ＊を回転座標上での回転機電圧指令ｖ_ｓ ^ｄｑ＊に変換する。そして、適応オブザーバ１１０５は、回転座標上の回転機電圧指令ｖ_ｓ ^ｄｑ＊と鎖交磁束Ψ_ｓ ^ｄｑとを用いて、推定回転子位置θ^＾ _ｒを演算する。

適応オブザーバ１１０５の動作について説明する。まず、回転機のモデルは二相座標上において下記（２６）式及び（２７）式で表される。

鎖交磁束を変数とすれば、上記（２６）式及び（２７）式のモデルは下記（２８）式で表される。

上記（２６）式及び（２７）式のモデルを、回転座標上では下記（２９）式及び（３０）式で表される。

鎖交磁束を変数とすれば、上記（２９）式及び（３０）式のモデルは下記（３１）式で表される。下記（３１）式は、鎖交磁束Ψ_ｓ ^ｄｑを推定するオブザーバである。

さらに、上記（３１）式のモデルは、回転子位置θ_ｒと制御座標角度θ_ｓがおよそ等しい、すなわちθ_ｒ≒θ_ｓとすれば下記（３２）式で表される。

回転子位置を推定するため、まずオブザーバを下記（３３）式のように構成する。

ここで、下記（３４）式に示すように、オブザーバゲインＨを適切に設計することで、オブザーバの推定鎖交磁束Ψ^＾ｄｑは真値である応答ω_ｃｏｂｓで収束する。なお、オブザーバゲインＨの設計が下記（３４）式の例に限定されるものではない。

オブザーバにおいて、推定回転子位置θ^＾ _ｒに誤差がある場合、推定鎖交磁束Ψ^＾ｄｑに誤差が表れる。適応推定器１１０６は、回転子位置の推定誤差によって生じる鎖交磁束インダクタンス交流分に関する鎖交磁束の推定誤差から、回転子位置を演算する。

図１０は図９に示す適応推定器の構成を示す図である。図１０に示すように適応推定器１１０６は、下記（３５）式の適応則を用いて回転子の推定回転子位置θ^＾ _ｒを演算する。

ここで、上記（３５）式のｋ_ａｐを下記（３６）式で演算される値とし、上記（３５）式のω_ａｉを下記（３７）式で演算される値とし、回転子位置の推定応答はω_ｃａとなる。上記（３５）式のｋ_ａｐは適応推定比例ゲインを表し、上記（３５）式のω_ａｉは適応推定積分応答を表す。

また、適応推定器１１０６は、下記（３８）式に示すｅ_１、すなわち上記（３５）式に含まれる値によって、鎖交磁束インダクタンス交流分を利用して回転子位置の推定誤差を抽出している。下記（３８）式のｅ_１は「適応推定誤差１」を表す。

なお、回転子位置を推定する適応則の選び方は上記の方法に限定されず、例えば、以下の参考文献１に従って決めることができる。
（参考文献１）ヨアン・Ｄ・ランダウ、富塚誠義「適応制御システムの理論と実際」オーム社、１９８１

実施の形態４に係る回転機の制御装置１００Ｃは、上記（２７）式から上記（３２）式までに示すθ_ｒに関する項に対応する鎖交磁束インダクタンス交流分に関する鎖交磁束の推定誤差を用いて、回転子位置を推定する。この鎖交磁束インダクタンス交流分は二相両方の成分を持っており、この鎖交磁束インダクタンス交流分を用いることによって、電流の通電方向に依存せずに回転子位置の推定が可能である。また、実施の形態４に係る回転機の制御装置１００Ｃでは、通電方向によって重み付けを行う必要もない。従って実施の形態４に係る回転機の制御装置１００Ｃは、回転機の通電方向に依らず簡単な構成で回転子位置を推定できる、といった従来にない顕著な効果を奏する。

実施の形態４に係る回転機の制御装置１００Ｃは、実施の形態２と同様に、回転子位置に同期した回転座標上で鎖交磁束を演算し、さらに鎖交磁束を推定している。従って、少ない制御演算量で正確に回転子位置を推定できる、といった従来にない顕著な効果を奏する。当然ながら、実施の形態４に係る回転機の制御装置１００Ｃによる回転子位置を推定は、上記（２６）式から上記（２８）式に基づいて、二相座標上で実施可能なことは自明なことである。

実施の形態４に係る回転機の制御装置１００Ｃでは、鎖交磁束の演算値と推定値とを用いて、上記（３５）式を用いて回転子位置を演算している。ここで、鎖交磁束インダクタンス交流分推定値Ψ^＾ _ｓａｃ ^ｄｑは、下記（３９）式により演算できる。

実施の形態４に係る回転機の制御装置１００Ｃは、実施の形態１，２，３と同様にして、上記（３９）式により演算される鎖交磁束インダクタンス交流分推定値と鎖交磁束インダクタンス交流分演算値とを用いて、回転子位置を推定できることは言うまでもない。また実施の形態４に係る回転機の制御装置１００Ｃは、実施の形態３と同様に、位置推定器１１及び制御器７のそれぞれの回転座標変換に用いる角度として、推定回転子位置θ^＾ _ｒを直接用いるのではなく、これに追従する制御座標角度θ_ｓを利用できることは言うまでもない。

実施の形態５．
図１１は本発明の実施の形態５に係る回転機の制御装置の構成を示す図である。実施の形態１，２，３に係る回転機の制御装置１００，１００Ａ，１００Ｂは、鎖交磁束インダクタンス交流分の演算値と推定値を用いて回転子位置を推定し、実施の形態４に係る回転機の制御装置１００Ｃは、適応オブザーバを用いて回転子位置を推定する。実施の形態５に係る回転機の制御装置１００Ｄは、鎖交磁束インダクタンス交流分の演算値と通電角度と回転子位置とを用いて、回転子位置の推定を行うように構成されている。回転機の制御装置１００Ｄは、図１に示す位置推定器３の代わりに、位置推定器１２を備える。その他の構成については、実施の形態１の構成と同一又は同等であり、同一又は同等の構成部には同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

図１２は図１１に示す位置推定器の構成を示す図である。図１２に示すように位置推定器１２は、三相−二相変換器３０１、三相−二相変換器３０２、交流分演算器３０３、鎖交磁束インダクタンス交流分ベクトル推定器１２０１、回転子位置推定誤差演算器１２０２及び回転子位置演算器３０６を備える。位置推定器１２では、鎖交磁束インダクタンス交流分ベクトル推定器１２０１及び回転子位置推定誤差演算器１２０２の動作が実施の形態１と異なる。

まず、上記（８）式の第２項に示す鎖交磁束インダクタンス交流分を、上記（１４）式の電流実効値指令Ｉ_ｐｈを用いて演算すると、下記（４０）式に示すΨ_ｓａｃ ^αβを演算できる。下記（４０）式のΨ_ｓａｃ ^αβは、二相座標上での鎖交磁束インダクタンス交流分を表す。

上記（４０）式より、鎖交磁束インダクタンス交流分は、回転子位置から回転機電流の通電角度を減じた位相で回転している。また、実施の形態５では、鎖交磁束インダクタンス交流分と同方向のベクトルである上記（４０）式の「ｅ_Ψｓａｃ ^αβ」を「鎖交磁束インダクタンス交流分ベクトル」と称する。

鎖交磁束インダクタンス交流分ベクトル推定器１２０１は、下記（４１）式に示すように、通電角度指令φ_ｉ ^＊と推定回転子位置θ^＾ _ｒとを用いて、鎖交磁束インダクタンス交流分ベクトル推定値ｅ^＾ _Ψｓａｃ ^αβを演算する。

回転子位置推定誤差演算器１２０２は、鎖交磁束インダクタンス交流分演算値Ψ_{ｓａｃ，ｃａｌｃ} ^αβと鎖交磁束インダクタンス交流分ベクトル推定値ｅ^＾ _Ψｓａｃ ^αβとを用いて、回転子位置の推定誤差を演算する。鎖交磁束インダクタンス交流分演算値Ψ_{ｓａｃ，ｃａｌｃ} ^αβと鎖交磁束インダクタンス交流分ベクトル推定値ｅ^＾ _Ψｓａｃ ^αβとの外積は、通電角度φ_ｉと通電角度指令φ_ｉ ^＊とが等しいとすると、下記（４２）式で表すことができる。なお、鎖交磁束インダクタンス交流分演算値Ψ_{ｓａｃ，ｃａｌｃ} ^αβは、上記（４０）式を、回転機電圧指令と回転機電流とを用いて上記（９）式により演算したものである。

ここで、回転子位置の推定値と真値がおよそ等しい、すなわちθ^＾ _ｒ≒θ_ｒとすると、回転子位置の推定誤差は下記（４３）式で演算できる。この回転子位置の推定誤差から、実施の形態１と同様にして、推定回転子位置が演算される。

実施の形態５に係る回転機の制御装置１００Ｄは、鎖交磁束インダクタンス交流分とこれと同方向のベクトルとを用いて、すなわち上記（４０）式及び（４１）式を用いて回転子位置を推定する。なお、この同方向のベクトルである鎖交磁束インダクタンス交流分ベクトルは、通電角度指令と推定回転子位置とを用いて演算される。これらの鎖交磁束インダクタンス交流分と磁束インダクタンス交流分ベクトルは、二相両方の成分を持っており、鎖交磁束インダクタンス交流分と磁束インダクタンス交流分ベクトルを用いることによって、電流の通電方向に依存せずに回転子位置の推定が可能である。また、実施の形態５に係る回転機の制御装置１００Ｄでは、通電方向によって重み付けを行う必要もない。従って実施の形態５に係る回転機の制御装置１００Ｄは、回転機の通電方向に依らず簡単な構成で回転子位置を推定できる、といった従来にない顕著な効果を奏する。

実施の形態１から５に係る回転機の制御装置１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄが備える各機能は処理回路を用いて実現することができる。各機能とは、電流検出器２、電圧印加器５、位置推定器３，６，８，１１，１２、制御器４，７，１０及び角度演算器９である。

図１３は本発明の実施の形態１から５に係る回転電機の制御装置の第１のハードウェア構成例を示す図である。図１３には専用処理回路１３のような専用のハードウェアにより上記の処理回路を実現する例が示される。図１３に示すように専用のハードウェアを利用する場合、専用処理回路１３は、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、又はこれらを組み合わせたものが該当する。上記の各機能のそれぞれを、処理回路で実現してもよいし、まとめて処理回路で実現してもよい。

図１４は実施の形態１から５に係る回転電機の制御装置の第２のハードウェア構成例を示す図である。図１４にはプロセッサ１４及び記憶装置１５により上記の処理回路を実現する例が示される。図１４に示すようにプロセッサ１４及び記憶装置１５を利用する場合、上記の各機能のそれぞれは、ソフトウェア、ファームウェア又はこれらの組合せにより実現される。ソフトウェア又はファームウェアはプログラムとして記述され、記憶装置１５に記憶される。プロセッサ１４は記憶装置１５に記憶されたプログラムを読み出して実行する。またこれらのプログラムは、上記の各機能のそれぞれが実行する手順及び方法をコンピュータに実行させるものであるとも言える。記憶装置１５は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリー、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、又はＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）といった半導体メモリが該当する。半導体メモリは不揮発性メモリでもよいし揮発性メモリでもよい。また記憶装置１５は、半導体メモリ以外にも、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク又はＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）が該当する。

また上記の各機能のそれぞれは、一部をハードウェアで実現し、一部をソフトウェア又はファームウェアで実現してもよい。具体例としては、電流検出器２及び電圧印加器５は専用のハードウェアを用いてその機能が実現され、位置推定器３，６，８，１１，１２、制御器４，７，１０及び角度演算器９はプロセッサ１４及び記憶装置１５を用いてその機能が実現される。

実施の形態１から５では、回転機のトルクに対する電流指令は、実効値すなわち回転機の銅損が最小になるように選定されたが、鎖交磁束すなわち回転機の誘起電圧を小さくして回転機をより高速まで運転できるように設定してもよいし、モータ損失を最小化するように設定してもよいことは言うまでもない。また実施の形態１から５では、電流検出器２が回転機に流れる相電流を検出する構成例を説明したが、回転機に流れる相電流は、電圧印加器５であるインバータに内蔵された電流センサ、シャント抵抗等により検出してもよい。また、実施の形態１から５では、説明を分かりやすくするため、制御器における回転機の電圧及び電流の座標変換と、位置推定器における回転機の電圧及び電流の座標変換とが重複して行われているが、これらの座標変換は制御器及び位置推定器に共通の機能で実施してもよい。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ 回転機、２ 電流検出器、３，６，８，１１，１２ 位置推定器、４，７，１０ 制御器、５ 電圧印加器、９ 制御座標角度演算器、１３ 専用処理回路、１４ プロセッサ、１５ 記憶装置、１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ 制御装置、３０１，３０２，６０１，６０２，７０５，１１０１，１１０２ 三相―二相変換器、３０３，３０４，６０４，８０２ 鎖交磁束インダクタンス交流分演算器、３０５，６０６，１２０２ 回転子位置推定誤差演算器、３０６，６０７，８０４ 回転子位置演算器、４０１，７０１ 電流指令演算器、４０２ 三相電流指令演算器、４０３ 三相電流制御器、６０３ 回転座標変換器、７０６，８０１，１００３，１１０４ 回転座標変換器、６０５，８０３ 鎖交磁束インダクタンス交流分推定器、７０２ ｄ−ｑ電流制御器、７０３，１００２ 回転座標逆変換器、７０４ 二相−三相変換器、１００１ 速度演算器、１１０３ 鎖交磁束インダクタンス演算器、１１０５ 適応オブザーバ、１１０６ 適応推定器、１２０１ 鎖交磁束インダクタンス交流分ベクトル推定器。

Claims (13)

1. インダクタンスが回転子位置によって変化するインダクタンス交流分を有する回転機を制御する回転機の制御装置であって、
   前記回転機に流れる回転機電流を検出する電流検出器と、
   前記回転子位置を推定する位置推定器と、
   前記回転機電流と前記回転子位置とに基づいて前記回転機を駆動するための回転機電圧指令を出力する制御器と、
   前記回転機電圧指令に基づいて回転機に電圧を印加する電圧印加器とを備え、
   前記位置推定器は、
   前記インダクタンス交流分と前記回転機電流とによって生成される鎖交磁束インダクタンス交流分から前記回転子位置を推定することを特徴とする回転機の制御装置。
2. 前記回転機のインダクタンスは、前記回転子位置によって変化しない第１の成分と、前記回転子位置に対して２倍の周波数で変化する第２の成分とから構成され、
   前記インダクタンス交流分は、前記第２の成分であることを特徴とする請求項１に記載の回転機の制御装置。
3. 前記位置推定器は、
   前記回転機電圧指令及び前記回転機電流から演算された前記鎖交磁束インダクタンス交流分である鎖交磁束インダクタンス交流分演算値と、前記回転機電流、前記インダクタンス交流分及び前記回転子位置から推定された前記鎖交磁束インダクタンス交流分である鎖交磁束インダクタンス交流分推定値とを用いて、前記回転子位置を推定することを特徴とする請求項１又は２に記載の回転機の制御装置。
4. 前記位置推定器は、
   前記鎖交磁束インダクタンス交流分演算値と前記鎖交磁束インダクタンス交流分推定値の外積から前記回転子位置の推定誤差を演算することを特徴とする請求項３に記載の回転機の制御装置。
5. 前記位置推定器は、
   前記鎖交磁束インダクタンス交流分を前記回転機の回転に同期した回転座標上で演算又は推定することを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載の回転機の制御装置。
6. 前記位置推定器は、
   前記回転機電圧指令及び前記回転機電流から演算した鎖交磁束インダクタンス交流分演算値と、前記回転機電流と前記回転子位置との角度差である通電角度と、前記回転子位置とを用いて、前記回転子位置の推定を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の回転機の制御装置。
7. 前記位置推定器は、
   前記通電角度及び前記回転子位置から前記鎖交磁束インダクタンス交流分と同方向のベクトルである鎖交磁束インダクタンス交流分ベクトルを推定し、
   前記鎖交磁束インダクタンス交流分演算値と、推定された前記鎖交磁束インダクタンス交流分ベクトルの推定値との外積から前記回転子位置の推定誤差を演算することを特徴とする請求項６に記載の回転機の制御装置。
8. 前記位置推定器は、
   オブザーバを用いて鎖交磁束を推定し、推定された当該鎖交磁束インダクタンス交流分の推定誤差を用いて前記回転子位置を推定することを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載の回転機の制御装置。
9. 前記位置推定器は、
   前記鎖交磁束を前記回転機の回転に同期した回転座標上で演算又は推定することを特徴とする請求項８に記載の回転機の制御装置。
10. 適応推定誤差をｅ_１とし、回転座標上での前記鎖交磁束をΨ_ｓ ^ｄｑとし、回転座標上での前記鎖交磁束の推定値をΨ^＾ _ｓ ^ｄｑとしたとき、
    前記位置推定器は、回転座標上での前記鎖交磁束と、回転座標上での前記鎖交磁束の推定値とを含む下記（１）式によって、前記回転子位置を演算することを特徴とする請求項９に記載の回転機の制御装置。
    

    
11. 推定した前記回転子位置に制御座標角度を追従させる制御座標角度演算器を備え、
    前記制御器は、
    前記回転機電流を前記制御座標角度で回転座標変換して、前記回転機電圧指令を演算することを特徴とする請求項１から１０の何れか一項に記載の回転機の制御装置。
12. 推定した前記回転子位置に制御座標角度を追従させる制御座標角度演算器を備え、
    前記位置推定器は、
    前記鎖交磁束インダクタンス交流分を前記制御座標角度で変換した回転座標上で演算し、また前記鎖交磁束インダクタンス交流分を前記制御座標角度で変換した回転座標上で推定することを特徴とする請求項５、９又は１１に記載の回転機の制御装置。
13. 前記制御座標角度の追従応答は、前記回転子位置の推定応答よりも遅いことを特徴とする請求項１１又は１２に記載の回転機の制御装置。

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