特許 6237798 負荷角推定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6237798

(24)【登録日】2017年11月10日

(45)【発行日】2017年11月29日

(54)【発明の名称】負荷角推定装置

(51)【国際特許分類】

   H02P 25/022 20160101AFI20171120BHJP

   H02P 23/14 20060101ALI20171120BHJP

【ＦＩ】

   H02P25/022

   H02P23/14

【請求項の数】5

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2016-2238(P2016-2238)

(22)【出願日】2016年1月8日

(65)【公開番号】特開2017-123744(P2017-123744A)

(43)【公開日】2017年7月13日

【審査請求日】2016年9月21日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002853

【氏名又は名称】ダイキン工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088672

【弁理士】

【氏名又は名称】吉竹 英俊

(74)【代理人】

【識別番号】100088845

【弁理士】

【氏名又は名称】有田 貴弘

(74)【代理人】

【識別番号】100103229

【弁理士】

【氏名又は名称】福市 朋弘

(72)【発明者】

【氏名】鬼頭 稔

(72)【発明者】

【氏名】北野 伸起

【審査官】 池田 貴俊

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１５−１３３７９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０５７５１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１５１６７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１９７３９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１９７３９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１４／０３４２９１（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｐ ２５／０２２

Ｈ０２Ｐ ２３／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

同期電動機（３）に流れる電流（［Ｉ］）によって発生する電機子反作用の磁束（［λａ］）と、前記同期電動機の界磁磁束（［Λｆ］）との合成である一次磁束（［λ０］）の、前記界磁磁束に対する位相差たる負荷角（δ）を推定する装置であって、
前記負荷角の第１の推定値（δｃ）を求める負荷角粗推定部（１０１）と、
前記第１の推定値と前記負荷角との誤差の推定値たる誤差推定値（Δδ２）を、磁束比の逆正接関数値として求める負荷角誤差推定部（１０７）と、
前記誤差推定値に基づく補償値（Ｋ２・Δδ２）と前記第１の推定値とを合成して前記負荷角の第２の推定値（δｃｃ）を得る合成部（１０８，１０５）と
を備え、
前記磁束比は、前記一次磁束（［λ０］）の推定値（［λ０＾］）の、前記一次磁束（［λ０］）の指令値たる一次磁束指令（［λ０＊］）と同相の成分に対する、前記一次磁束の前記推定値の前記一次磁束指令に対して９０度進相する成分の比である、負荷角推定装置（１００Ｂ）。

【請求項2】

同期電動機（３）に流れる電流（［Ｉ］）によって発生する電機子反作用の磁束（［λａ］）と、前記同期電動機の界磁磁束（［Λｆ］）との合成である一次磁束（［λ０］）の、前記界磁磁束に対する位相差たる負荷角（δ）を推定する装置であって、
前記負荷角の第１の推定値（δｃ）を求める負荷角粗推定部（１０１）と、
前記第１の推定値と前記負荷角との誤差の推定値たる誤差推定値（Δδ１）を、磁束比の逆正接関数値として求める負荷角誤差推定部（１０２）と、
前記誤差推定値に基づく補償値（Ｋ１・Δδ１）と前記第１の推定値とを合成して前記負荷角の第２の推定値（δｃｃ）を得る合成部（１０３，１０４）と
を備え、
前記磁束比は第１値を第２値で除した値として求められ、
前記電流（［Ｉ］）の前記一次磁束（［λ０］）の指令値たる一次磁束指令（［λ０＊］）と同相の成分たるＭｃ軸電流ｉＭｃと、前記電流の前記一次磁束指令に対して９０度進相する成分たるＴｃ軸電流ｉＴｃと、前記同期電動機（３）に印加される電圧の指令値の前記一次磁束指令と同相の成分たるＭｃ軸電圧指令ｖＭｃ＊と、前記電圧の前記指令値の前記一次磁束指令に対して９０度進相する成分たるＴｃ軸電圧指令ｖＴｃ＊と、前記同期電動機の抵抗成分Ｒとを導入して、前記第１値は（Ｒ・ｉＭｃ−ｖＭｃ＊）であり、前記第２値は（ｖＴｃ＊−Ｒ・ｉＴｃ）である、負荷角推定装置（１００Ａ）。

【請求項3】

前記負荷角粗推定部（１０１）は、前記負荷角の前記第１の推定値（δｃ）を、前記同期電動機の回転角速度の指令値ω＊と、前記同期電動機のインダクタンスの前記界磁磁束に対して９０度進相する成分たるｑ軸インダクタンスＬｑと、前記電流の前記一次磁束指令（［λ０＊］）と同相の成分たるＭｃ軸電流ｉＭｃと、前記電流の前記一次磁束指令に対して９０度進相する成分たるＴｃ軸電流ｉＴｃと、前記同期電動機に印加される電圧の指令値の前記一次磁束指令と同相の成分たるＭｃ軸電圧指令ｖＭｃ＊と、前記電圧の指令値の前記一次磁束指令に対して９０度進相する成分たるＴｃ軸電圧指令ｖＴｃ＊と、前記同期電動機の抵抗成分Ｒとを導入して、（ｖＭｃ＊−Ｒ・ｉＭｃ＋ω＊・Ｌｑ・ｉＴｃ）／（ｖＴｃ＊−Ｒ・ｉＴｃ−ω＊・Ｌｑ・ｉＭｃ）で表される値の逆正接関数値で求める、請求項１記載の負荷角推定装置（１００Ｂ）。

【請求項4】

前記負荷角粗推定部（１０１）は、前記負荷角の前記第１の推定値（δｃ）を、前記同期電動機の回転角速度の指令値ω＊と、前記同期電動機のインダクタンスの前記界磁磁束に対して９０度進相する成分たるｑ軸インダクタンスＬｑとを更に導入して、（ｖＭｃ＊−Ｒ・ｉＭｃ＋ω＊・Ｌｑ・ｉＴｃ）／（ｖＴｃ＊−Ｒ・ｉＴｃ−ω＊・Ｌｑ・ｉＭｃ）で表される値の逆正接関数値で求める、請求項２記載の負荷角推定装置（１００Ａ）。

【請求項5】

前記合成部は、
前記誤差推定値（Δδ１；Δδ２）に対して比例制御を行って前記補償値（Ｋ１・Δδ１；Ｋ２・Δδ２）を得る比例制御部（１０３）と、
前記補償値を前記第１の推定値（δｃ）に加算する加算器（１０４；１０５）と
を有する、請求項１乃至請求項４のいずれか一つに記載の負荷角推定装置（１００Ａ；１００Ｂ）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、界磁と電機子とを備える同期電動機を制御する技術に関する。特に、いわゆる一次磁束に基づいて、同期電動機を制御する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、一次磁束に基づいた同期電動機の制御、いわゆる一次磁束制御が種々提案されている。一次磁束制御は、簡単に言えば、同期電動機の一次磁束をその指令値に従って制御することにより、同期電動機を安定に制御する技術である。

【0003】

界磁磁束の位相と一次磁束の位相との位相差は負荷角と呼ばれ、例えば特許文献１では一次磁束の推定に用いられる。かかる負荷角を推定する技術が、下記の特許文献１によって紹介されている。特許文献１では、電機子のインダクタンス成分や抵抗成分という設計上の機器定数と、同期電動機に印加される電圧及び同期電動機に流れる電流という可観測量とに基づいて負荷角が推定される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第５４９４７６０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、負荷角の推定は、上記機器定数が実機と設定値とで異なる場合や、可観測量の誤差に起因して、誤差を伴う。

【0006】

よって、この発明は負荷角の推定値の精度を向上することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

この発明にかかる負荷角推定装置は、同期電動機（３）に流れる電流（［Ｉ］）によって発生する電機子反作用の磁束（［λａ］）と、前記同期電動機の界磁磁束（［Λｆ］）との合成である一次磁束（［λ０］）の、前記界磁磁束に対する位相差たる負荷角（δ）を推定する装置である。

【0008】

その第１の態様（１００Ｂ）は、前記負荷角の第１の推定値（δｃ）を求める負荷角粗推定部（１０１）と、前記第１の推定値と前記負荷角との誤差の推定値たる誤差推定値（Δδ２）を、磁束比の逆正接関数値として求める負荷角誤差推定部（１０７）と、前記誤差推定値に基づく補償値（Ｋ２・Δδ２）と前記第１の推定値とを合成して前記負荷角の第２の推定値（δｃｃ）を得る合成部（１０８，１０５）とを備える。

【0009】

但し前記磁束比は、前記一次磁束（［λ０］）の推定値（［λ０＾］）の、前記一次磁束（［λ０］）の指令値たる一次磁束指令（［λ０＊］）と同相の成分に対する、前記一次磁束の前記推定値の前記一次磁束指令に対して９０度進相する成分の比である。

【0010】

この発明にかかる負荷角推定装置の第２の態様（１００Ａ）は、前記負荷角の第１の推定値（δｃ）を求める負荷角粗推定部（１０１）と、前記第１の推定値と前記負荷角との誤差の推定値たる誤差推定値（Δδ１）を、磁束比の逆正接関数値として求める負荷角誤差推定部（１０２）と、前記誤差推定値に基づく補償値（Ｋ１・Δδ１）と前記第１の推定値とを合成して前記負荷角の第２の推定値（δｃｃ）を得る合成部（１０３，１０４）とを備える。前記磁束比は第１値を第２値で除した値として求められる。前記電流（［Ｉ］）の前記一次磁束（［λ０］）の指令値たる一次磁束指令（［λ０＊］）と同相の成分たるＭｃ軸電流ｉＭｃと、前記電流の前記一次磁束指令に対して９０度進相する成分たるＴｃ軸電流ｉＴｃと、前記同期電動機（３）に印加される電圧の指令値の前記一次磁束指令と同相の成分たるＭｃ軸電圧指令ｖＭｃ＊と、前記電圧の前記指令値の前記一次磁束指令に対して９０度進相する成分たるＴｃ軸電圧指令ｖＴｃ＊と、前記同期電動機の抵抗成分Ｒとを導入して、前記第１値は（Ｒ・ｉＭｃ−ｖＭｃ＊）であり、前記第２値は（ｖＴｃ＊−Ｒ・ｉＴｃ）である。

【0011】

この発明にかかる負荷角推定装置の第３の態様は、その第１の態様であって、前記負荷角の前記第１の推定値（δｃ）を、前記同期電動機の回転角速度の指令値ω＊と、前記同期電動機のインダクタンスの前記界磁磁束に対して９０度進相する成分たるｑ軸インダクタンスＬｑと、前記電流の前記一次磁束指令（［λ０＊］）と同相の成分たるＭｃ軸電流ｉＭｃと、前記電流の前記一次磁束指令に対して９０度進相する成分たるＴｃ軸電流ｉＴｃと、前記同期電動機に印加される電圧の指令値の前記一次磁束指令と同相の成分たるＭｃ軸電圧指令ｖＭｃ＊と、前記電圧の指令値の前記一次磁束指令に対して９０度進相する成分たるＴｃ軸電圧指令ｖＴｃ＊と、前記同期電動機の抵抗成分Ｒとを導入して、（ｖＭｃ＊−Ｒ・ｉＭｃ＋ω＊・Ｌｑ・ｉＴｃ）／（ｖＴｃ＊−Ｒ・ｉＴｃ−ω＊・Ｌｑ・ｉＭｃ）で表される値の逆正接関数値で求める。
この発明にかかる負荷角推定装置の第４の態様は、その第２の態様であって、前記負荷角粗推定部（１０１）は、前記負荷角の前記第１の推定値（δｃ）を、前記同期電動機の回転角速度の指令値ω＊と、前記同期電動機のインダクタンスの前記界磁磁束に対して９０度進相する成分たるｑ軸インダクタンスＬｑとを更に導入して、（ｖＭｃ＊−Ｒ・ｉＭｃ＋ω＊・Ｌｑ・ｉＴｃ）／（ｖＴｃ＊−Ｒ・ｉＴｃ−ω＊・Ｌｑ・ｉＭｃ）で表される値の逆正接関数値で求める。

【0012】

望ましくは前記合成部は、前記誤差推定値（Δδ１；Δδ２）に対して比例制御を行って前記補償値（Ｋ１・Δδ１；Ｋ２・Δδ２）を得る比例制御部（１０３）と、前記補償値を前記第１の推定値（δｃ）に加算する加算器（１０４；１０５）とを有する。

【発明の効果】

【0014】

この発明にかかる負荷角推定装置によれば負荷角が精度良く推定される。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】界磁磁束、一次磁束、電圧の関係を示すベクトル図である。

【図2】界磁磁束、一次磁束、電圧の関係を示すベクトル図である。

【図3】第１の実施の形態にかかる負荷角推定装置の構成を示すブロック図である。

【図4】同期電動機の駆動を制御する技術を示すブロック図である。

【図5】第２の実施の形態にかかる負荷角推定装置の構成を示すブロック図である。

【図6】変形にかかる負荷角推定装置の構成を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

第１の実施の形態.
以下、界磁磁束［Λｆ］(［］およびこれらで挟まれた記号は、その示す量がベクトルであることを示す：以下同様）の位相を回転座標系のｄ軸に採用し、一次磁束［λ０］の位相を他の回転座標系のＭ軸に採用する。このような設定では、Ｍ軸のｄ軸に対する位相差が負荷角δとして考えられる。なおＭ軸に対して９０度進相のＴ軸も想定する。

【0017】

一次磁束［λ０］は、界磁磁束［Λｆ］と、電機子巻線に流れる電機子電流によって発生する電機子反作用の磁束［λａ］との合成である。

【0018】

一次磁束の制御で採用する回転座標系の座標軸としてＭｃ軸及びＴｃ軸を採用する。Ｍｃ軸及びＴｃ軸はそれぞれＭ軸及びＴ軸に対応しており、Ｍｃ軸のｄ軸に対する位相差をδｃとする。Ｍｃ軸は一次磁束［λ０］の指令値（以下「一次磁束指令」と称す）［λ０＊］と同相に設定される。一次磁束指令［λ０＊］のＭｃ軸成分は値λ０＊を有し、Ｔｃ軸成分は零であるとする。

【0019】

一次磁束［λ０］が一次磁束指令［λ０＊］と一致すれば、一次磁束［λ０］のＭｃ軸成分λ０Ｍｃは値λ０＊に等しく、位相差δｃは負荷角δと等しく、Ｍｃ軸がＭ軸に一致する。

【0020】

図１は界磁磁束［Λｆ］、一次磁束［λ０］、電圧［Ｖ０］の関係を示すベクトル図である。図１では一次磁束［λ０］が一次磁束指令［λ０＊］と一致し、従って位相差δｃは負荷角δと等しく、Ｍｃ軸がＭ軸に一致し、Ｔｃ軸がＴ軸に一致する。

【0021】

電圧［Ｖ０］は同期電動機が回転することにより誘起される誘起電圧である。その大きさ｜Ｖ０｜は同期電動機の回転角速度をωとして積ω・｜λ０｜で表され（一次磁束［λ０］の大きさ｜λ０｜を導入した：δ＝δｃならば｜λ０｜＝λ０Ｍｃ）、一次磁束［λ０］に対して電気角で９０度進相し、よってその向きはＴ軸と一致することが周知である。図１では界磁磁束［Λｆ］の大きさ｜Λｆ｜も導入して図示している。以下同様に、ベクトル［Ｇ］の大きさは記号｜Ｇ｜を用いる。

【0022】

同期電動機の抵抗成分Ｒと、同期電動機のインダクタンスのｑ軸成分Ｌｑ（以下「ｑ軸インダクタンス」と称す）及びｄ軸成分Ｌｄ（以下「ｄ軸インダクタンス」と称す）と、同期電動機に流れる電流［Ｉ］のＴ軸成分ｉＴ（以下「Ｔ軸電流」と称す）及びＭ軸成分ｉＭ（以下「Ｍ軸電流」と称す）と、同期電動機に印加される電圧［Ｖａ］のＴ軸成分ｖＴ（以下「Ｔ軸電圧」と称す）及びＭ軸成分ｖＭ（以下「Ｍ軸電圧」と称す）とを導入すると、これらと負荷角δとの間には特許文献１（特にその式（８））に鑑みて式（１）の関係がある。

【0023】

【数1】

【0024】

このような関係に基づいて、右辺の諸量を用いて負荷角δを推定することを考える。当該推定は一次磁束制御において行われるので、当該制御における諸量が採用される。つまり負荷角δの推定値は、Ｍｃ軸及びＴｃ軸を有する回転座標系における諸量を用いて推定されるので、上記位相差δｃとして求められる。よって以下、位相差δｃを第１の推定値δｃと称す。

【0025】

特許文献１で例示されるように，一次磁束制御での観測量は同期電動機に流れる電流［Ｉ］である。よって第１の推定値δｃを求める際には式（１）のＴ軸電流ｉＴ、Ｍ軸電流ｉＭに代えて、電流［Ｉ］の観測値のＴｃ軸成分ｉＴｃ（以下「Ｔｃ軸電流」と称す）、Ｍｃ軸成分ｉＭｃ（以下「Ｍｃ軸電流」と称す）を採用する。

【0026】

一方、同期電動機に印加される電圧［Ｖａ］は通常は測定されないので、式（１）から第１の推定値δｃを求める際にはＴ軸電圧ｖＴ、Ｍ軸電圧ｖＭに代えて、それぞれＴｃ軸、Ｍｃ軸における電圧の指令値ｖＴｃ＊，ｖＭｃ＊（以下、それぞれ「Ｔｃ軸電圧指令ｖＴｃ＊」、「Ｍｃ軸電圧指令ｖＭｃ＊」と称す）を採用する。以下、回転角速度ωは直接には観測できないので、その指令値たる速度指令ω＊を採用する。速度指令ω＊は、特許文献１に示される様に、Ｔｃ軸電流ｉＴｃの高周波成分を除去した値を採用してもよい。

【0027】

以上の事から、式（１）に倣って第１の推定値δｃは式（２）で求められる。通常、同期電動機３は平衡負荷であり、抵抗成分Ｒは座標系に依存しないと考えることができる。

【0028】

【数2】

【0029】

さて、可観測量に誤差が発生することを想定する。例えば、電流［Ｉ］を測定する電流センサそれ自体に誤差がある場合である。あるいは電流センサに誤差がなくとも、同期電動機に電力を供給するインバータの動作不良によって電流［Ｉ］それ自体が変動する場合もある。後者の例としては、Ｔｃ軸電圧指令ｖＴｃ＊、Ｍｃ軸電圧指令ｖＭｃ＊に対するインバータの追従性が悪い場合が挙げられる。かかる追従性の悪化は例えばインバータ内部における電圧センサの不良が原因となる場合もあり得る。

【0030】

また、同期電動機のばらつきに起因して、機器定数たるｑ軸インダクタンスＬｑ、ｄ軸インダクタンスＬｄ、抵抗成分Ｒが設計値と異なる値を持っている可能性がある。

【0031】

このようにして式（１）のように実際に生じている負荷角δと式（２）で得られる第１の推定値δｃとは相違する可能性がある。

【0032】

図２は、Ｍｃ軸成分λ０Ｍｃが値λ０＊と異なり、よって第１の推定値δｃは負荷角δと異なり、Ｍｃ軸がＭ軸と相違する場合を示すベクトル図である。

【0033】

特許文献１では負荷角δから第１の推定値δｃを差し引いた角χの推定値χ＾を、式（３）で示している（記号は本件に整合させて示した）。

【0034】

【数3】

【0035】

よって、第１の推定値δｃよりも、負荷角δにより近い第２の推定値δｃｃを得るためには、式（４）の演算を行えば良い。ここで上記推定値χ＾に相当する誤差推定値Δδ１と、比例ゲインＫ１（＞０）とを導入した。

【0036】

【数4】

【0037】

図３は、本実施の形態にかかる負荷角推定装置１００Ａの構成を示すブロック図である。負荷角推定装置１００Ａは式（２），（４）に則って第２の推定値δｃｃを得る。

【0038】

負荷角推定装置１００Ａは、負荷角粗推定部１０１、負荷角誤差推定部１０２、比例制御部１０３（図において「Ｐ制御部」と表記）、加算器１０４を備えている。負荷角粗推定部１０１は、速度指令ω＊、Ｔｃ軸電圧指令ｖＴｃ＊、Ｍｃ軸電圧指令ｖＭｃ＊と、ｑ軸インダクタンスＬｑと、抵抗成分Ｒと、Ｔｃ軸電流ｉＴｃ、Ｍｃ軸電流ｉＭｃとを用い、式（２）に則って第１の推定値δｃを求める。

【0039】

より具体的には、負荷角粗推定部１０１は、第１値を第２値で除した値の逆正接関数値を第１の推定値δｃとして求める。第１値は、速度指令ω＊とｑ軸インダクタンスＬｑとＴｃ軸電流ｉＴｃとの積と、Ｍｃ軸電圧指令ｖＭｃ＊との和から、Ｍｃ軸電流ｉＭｃと抵抗成分Ｒとの積を減じた値である。第２値は、速度指令ω＊とｑ軸インダクタンスＬｑとＭｃ軸電流ｉＭｃとの積と、Ｔｃ軸電流ｉＴｃと抵抗成分Ｒとの積との和を、Ｔｃ軸電圧指令ｖＴｃ＊から減じた値である。

【0040】

負荷角誤差推定部１０２は、Ｔｃ軸電圧指令ｖＴｃ＊、Ｍｃ軸電圧指令ｖＭｃ＊と、抵抗成分Ｒと、Ｔｃ軸電流ｉＴｃ、Ｍｃ軸電流ｉＭｃとを用い、式（４）に則って誤差推定値Δδ１を求める。

【0041】

より具体的には、負荷角誤差推定部１０２は、第３値を第４値で除した値の逆正接関数値を誤差推定値Δδ１として求める。第３値は、Ｍｃ軸電圧指令ｖＭｃ＊を、Ｍｃ軸電流ｉＭｃと抵抗成分Ｒとの積から減じた値である。第４値は、Ｔｃ軸電圧指令ｖＴｃ＊から、Ｔｃ軸電流ｉＴｃと抵抗成分Ｒとの積を減じた値である。

【0042】

比例制御部１０３は、誤差推定値Δδ１に対して比例ゲインＫ１を用いて比例制御を行って値Ｋ１・Δδ１を得る。加算器１０４は値Ｋ１・Δδ１を第１の推定値δｃに加えて第２の推定値δｃｃを得る。つまり値Ｋ１・Δδ１は第１の推定値δｃを補償する補償値として考えることができる。比例制御部１０３と加算器１０４とを併せて、誤差推定値Δδ１に基づく補償値Ｋ１・Δδ１と第１の推定値δｃとを合成する合成部と考えることもできる。

【0043】

このように負荷角の誤差推定値Δδ１を用いて補償値Ｋ１・Δδ１を得ることにより、負荷角が精度良く推定される。

【0044】

図４は、負荷角推定装置１００Ａを用いて、同期電動機３の駆動を制御する技術を示すブロック図である。

【0045】

同期電動機３は例えば三相の電動機であり、不図示の電機子と、界磁たる回転子を備える。技術的な常識として、電機子は電機子巻線を有し、回転子は電機子と相対的に回転する。界磁は例えば界磁磁束を発生させる磁石を備える。

【0046】

電圧供給源２は例えば電圧制御型インバータ及びその制御部を備え、三相の電圧指令値［Ｖ＊］に基づいて、三相電圧を同期電動機３に印加する。これにより、同期電動機３には三相電流［Ｉ］が流れる。

【0047】

電動機制御装置１は、同期電動機３に対し、一次磁束［λ０］及び回転角速度ωを制御する装置である。電動機制御装置１は、負荷角推定装置１００と、一次磁束推定部１１０と、電圧指令計算部１２０と、第１座標変換部１３０と、第２座標変換部１４０と、積分器１５０とを備えている。

【0048】

第１座標変換部１３０は、Ｍｃ軸電圧指令ｖＭｃ＊、Ｔｃ軸電圧指令ｖＴｃ＊を電圧指令値［Ｖ＊］へ変換する。第２座標変換部１４０は、三相電流［Ｉ］を、一次磁束制御を行うＭｃ−Ｔｃ回転座標系におけるＭｃ軸電流ｉＭｃ及びＴｃ軸電流ｉＴｃに変換する。

【0049】

積分器１５０は回転角速度ωの指令値たる速度指令ω＊を積分し、固定軸座標、例えばＵ相電圧と同相のα軸に対するＭｃ軸の位相θを計算する。位相θに基づいて、第１座標変換部１３０及び第２座標変換部１４０は、上述の座標変換を行うことができる。

【0050】

位相θを求めるに際して、速度指令ω＊に代えて、特許文献１のように、Ｔｃ軸電流ｉＴｃの変動分を考慮した回転角速度ωを採用してもよい。

【0051】

負荷角推定装置１００は、Ｍｃ軸電圧指令ｖＭｃ＊、Ｔｃ軸電圧指令ｖＴｃ＊、速度指令ω＊、抵抗成分Ｒ、ｑ軸インダクタンスＬｑ、ｄ軸インダクタンスＬｄを入力して負荷角の第２の推定値δｃｃを出力する。具体的には、負荷角推定装置１００には、上述の負荷角推定装置１００Ａを採用することができる。

【0052】

一次磁束推定部１１０は第２の推定値δｃｃ、抵抗成分Ｒ、ｑ軸インダクタンスＬｑ、ｄ軸インダクタンスＬｄを入力して一次磁束の推定値［λ０＾］を求める。一次磁束推定部１１０の構成は公知の技術（例えば特許文献１で紹介される）を採用して実現することができる。

【0053】

負荷角推定装置１００として負荷角推定装置１００Ａを採用する場合、負荷角推定装置１００と一次磁束推定部１１０とは全体として、Ｍｃ軸電圧指令ｖＭｃ＊、Ｔｃ軸電圧指令ｖＴｃ＊、速度指令ω＊、抵抗成分Ｒ、ｑ軸インダクタンスＬｑ、ｄ軸インダクタンスＬｄを入力して推定値［λ０＾］を求める、一次磁束推定値として考えることもできる。

【0054】

電圧指令計算部１２０は、一次磁束の推定値［λ０＾］と、一次磁束指令［λ０＊］と、Ｍｃ軸電流ｉＭｃと、Ｔｃ軸電流ｉＴｃ、速度指令ω＊とを入力し、Ｍｃ軸電圧指令ｖＭｃ＊と、Ｔｃ軸電圧指令ｖＴｃ＊とを求める計算を行う。かかる計算は特許文献１においてフィードフォワード項と、フィードバック項とを求める計算及び両者の和として開示されており、公知の技術であるので、ここでは詳細な説明を省略する。

【0055】

第２の実施の形態．
特許文献１で示される様に、式（３）の分子は同期電動機３の内部誘起電圧のＴｃ軸成分と等しく、分母は内部誘起電圧のＭｃ軸成分と等しい。内部誘起電圧は回転角速度ωと一次磁束［λ０］との積である。よって一次磁束の推定値［λ０＾］のＭｃ軸成分λ０Ｍｃ＾と、Ｔｃ軸成分λ０Ｔｃ＾とを導入することにより、式（４）と同様にして、第２の推定値δｃｃを式（５）によって得ることができる。

【0056】

【数5】

【0057】

つまり、誤差推定値Δδ２、比例ゲインＫ２を導入し、補償値Ｋ２・Δδ２求め、これを第１の推定値δｃに加えて第２の推定値δｃｃが得られる。

【0058】

図５は本実施の形態にかかる負荷角推定装置１００Ｂの構成を示すブロック図である。負荷角推定装置１００Ｂは式（２），（５）に則って第２の推定値δｃｃを得る。

【0059】

負荷角推定装置１００Ｂは、負荷角粗推定部１０１、負荷角誤差推定部１０７、比例制御部１０８（図において「Ｐ制御部」と表記）、加算器１０５、一次磁束推定部１０６を備えている。負荷角粗推定部１０１は、第１実施の形態で示された負荷角粗推定部１０１と同じ機能を果たす。

【0060】

負荷角誤差推定部１０７は、一次磁束推定部１０６から後述するようにして得られる一次磁束の推定値［λ０＾］のＭｃ軸成分λ０Ｍｃ＾と、Ｔｃ軸成分λ０Ｔｃ＾を用い、式（５）に則って誤差推定値Δδ２を求める。

【0061】

より具体的には、負荷角誤差推定部１０７は、Ｔｃ軸成分λ０Ｔｃ＾をＭｃ軸成分λ０Ｍｃ＾で除した値の逆正接関数値を誤差推定値Δδ２として求める。

【0062】

比例制御部１０８は、誤差推定値Δδ２に対して比例ゲインＫ２を用いて比例制御を行って値Ｋ２・Δδ２を得る。加算器１０５は値Ｋ２・Δδ２を第１の推定値δｃに加えて第２の推定値δｃｃを得る。比例制御部１０８と加算器１０５とを併せて、誤差推定値Δδ２に基づく補償値Ｋ２・Δδ２と第１の推定値δｃとを合成する合成部と考えることもできる。

【0063】

このように負荷角の誤差推定値Δδ２を用いて補償値Ｋ２・Δδ２を得ることにより、負荷角の推定値が精度良く推定される。

【0064】

一次磁束推定部１０６は、第２の推定値δｃｃと、ｑ軸インダクタンスＬｑと、ｄ軸インダクタンスＬｄと、Ｍｃ軸電流ｉＭｃと、Ｔｃ軸電流ｉＴｃと、界磁磁束［Λｆ］の大きさ｜Λｆ｜とから、一次磁束の推定値［λ０＾］を計算する。かかる計算は周知であり、例えば特許文献１にも紹介されているので、ここではその詳細な説明を省略する。

【0065】

負荷角推定装置１００Ｂは、図４に示された負荷角推定装置１００と一次磁束推定部１１０とに置換することができる。あるいは逆に、負荷角推定装置１００Ｂの一次磁束推定部１０６の代わりに、一次磁束推定部１１０を採用してもよい。

【0066】

変形.
上述の様に、誤差推定値Δδ１はＭｃ軸成分λ０Ｍｃ＾と回転角速度ω（あるいは速度指令ω＊）との積を、Ｔｃ軸成分λ０Ｔｃ＾と回転角速度ω（あるいは速度指令ω＊）との積で除した値の逆正接関数の価である。誤差推定値Δδ２はＭｃ軸成分λ０Ｍｃ＾をＴｃ軸成分λ０Ｔｃ＾で除した値の逆正接関数の値である。

【0067】

よって誤差推定値Δδ１，Δδ２は、いずれも、一次磁束の推定値［λ０＾］のＭｃ軸成分λ０Ｍｃ＾に対する、Ｔｃ軸成分λ０Ｔｃ＾の比たる磁束比についての逆正接関数の値として考えることができる。

【0068】

しかしながらそれぞれ逆正接関数を得るためのパラメタとなる値は異なる。よって補償値Ｋ１・Δδ１，Ｋ２・Δδ２の両方を用いて第２の推定値δｃｃを求めてもよい。

【0069】

図６は第１の実施の形態と第２の実施の形態との変形にかかる負荷角推定装置１００Ｃの構成を示すブロック図である。負荷角推定装置１００Ｃは、負荷角推定装置１００Ａが備える負荷角粗推定部１０１及び負荷角誤差推定部１０２及び比例制御部１０３と、負荷角推定装置１００Ｂが備える負荷角誤差推定部１０７及び比例制御部１０８と、加算器１０９とを備える。

【0070】

負荷角粗推定部１０１、負荷角誤差推定部１０２，１０７の動作は既述であるので、これらへの入力の図示は省略している。比例制御部１０３，１０８は、それぞれ第１の実施の形態及び第２の実施の形態で説明されたように、誤差推定値Δδ１，Δδ２に対して比例ゲインＫ１，Ｋ２を以て比例制御を行う。

【0071】

加算器１０９は、補償値Ｋ１・Δδ１、Ｋ２・Δδ２と第１の推定値δｃとの和を採り、当該和が第２の推定値δｃｃとして出力する。比例制御部１０３，１０８と加算器１０９とを併せて、誤差推定値Δδ１，Δδ２に基づく補償値Ｋ１・Δδ１，Ｋ２・Δδ２と第１の推定値δｃとを合成する合成部と考えることもできる。

【0072】

このように二つの補償値を併用して第２の推定値δｃｃを得ても、これらの補償値を得るためのパラメタとなる値（補償値Ｋ１・Δδ１について見れば、Ｍｃ軸電圧指令ｖＭｃ＊、Ｔｃ軸電圧指令ｖＴｃ＊、Ｍｃ軸電流ｉＭｃ、Ｔｃ軸電流ｉＴｃ及び抵抗成分Ｒ；補償値Ｋ２・Δδ２について見れば、Ｍｃ軸成分λ０Ｍｃ＾及びＴｃ軸成分λ０Ｔｃ＾）であるので、第２の推定値δｃｃを求めることができる。

【符号の説明】

【0073】

３ 同期電動機
１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ 負荷角推定装置
１０１ 負荷角粗推定部
１０２，１０７ 負荷角誤差推定部
１０３，１０８ 比例制御部
１０４，１０５ 加算器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】