特許 6433387 交流回転機の制御装置及び交流回転機の慣性モーメント演算方法

(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】6433387

(24)【登録日】2018年11月16日

(45)【発行日】2018年12月5日

(54)【発明の名称】交流回転機の制御装置及び交流回転機の慣性モーメント演算方法

(51)【国際特許分類】

   H02P 27/06 20060101AFI20181126BHJP

   H02P 21/14 20160101ALI20181126BHJP

【ＦＩ】

   H02P27/06

   H02P21/14

【請求項の数】9

【全頁数】25

(21)【出願番号】特願2015-139356(P2015-139356)

(22)【出願日】2015年7月13日

(65)【公開番号】特開2017-22893(P2017-22893A)

(43)【公開日】2017年1月26日

【審査請求日】2017年10月20日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100073759

【弁理士】

【氏名又は名称】大岩 増雄

(74)【代理人】

【識別番号】100088199

【弁理士】

【氏名又は名称】竹中 岑生

(74)【代理人】

【識別番号】100094916

【弁理士】

【氏名又は名称】村上 啓吾

(74)【代理人】

【識別番号】100127672

【弁理士】

【氏名又は名称】吉澤 憲治

(72)【発明者】

【氏名】蜂矢 陽祐

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 正人

【審査官】 池田 貴俊

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−０２７７４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１３０８４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−３４６７３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１３６０８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２３２５７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００３／０２３３８８７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｐ ２７／０６

Ｈ０２Ｐ ２１／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電圧指令を生成する電圧指令生成部と、
前記電圧指令に基づいてインバータを介して交流回転機に電圧を印加させる電圧印加部と、
前記交流回転機に流れる電流を検出する電流検出部と、
前記電圧指令と前記電流とに基づいて、前記交流回転機の回転速度を推定する回転速度推定部と、
前記電流に基づいて前記交流回転機の出力トルクを推定するトルク推定部と、
前記出力トルクに対してハイパスフィルタの特性を有するトルク用フィルタ処理を行った値である過渡トルク値と、前記回転速度に対して微分特性及びハイパスフィルタの特性を有する速度用フィルタ処理を行った値である過渡加速度値とに基づいて、前記交流回転機のロータ及び前記ロータと一体的に回転する回転部材の慣性モーメントを推定する慣性モーメント推定部と、を備え、
前記慣性モーメント推定部は、前記過渡トルク値の大きさが、前記過渡トルク値に含まれる誤差成分及びノイズ成分の大きさに応じて設定されたトルク用判定閾値よりも大きく、且つ、前記過渡加速度値の大きさが、前記過渡加速度値に含まれる誤差成分及びノイズ成分の大きさに応じて設定された加速度用判定閾値よりも大きい場合に、前記慣性モーメントの推定値の更新を許可し、それ以外の場合に、前記慣性モーメントの推定値の更新を禁止する交流回転機の制御装置。

【請求項2】

電圧指令を生成する電圧指令生成部と、
前記電圧指令に基づいてインバータを介して交流回転機に電圧を印加させる電圧印加部と、
前記交流回転機に流れる電流を検出する電流検出部と、
前記電圧指令と前記電流とに基づいて、前記交流回転機の回転速度を推定する回転速度推定部と、
前記電流に基づいて前記交流回転機の出力トルクを推定するトルク推定部と、
前記出力トルクに対してハイパスフィルタの特性を有するトルク用フィルタ処理を行った値である過渡トルク値と、前記回転速度に対して微分特性及びハイパスフィルタの特性を有する速度用フィルタ処理を行った値である過渡加速度値とに基づいて、前記交流回転機のロータ及び前記ロータと一体的に回転する回転部材の慣性モーメントを推定する慣性モーメント推定部と、を備え、
前記慣性モーメント推定部は、前記過渡トルク値の大きさが、トルク用判定閾値よりも大きく、且つ、前記過渡加速度値の大きさが、加速度用判定閾値よりも大きい場合に、前記慣性モーメントの推定値の更新を許可し、それ以外の場合に、前記慣性モーメントの推定値の更新を禁止し、
前記トルク用判定閾値及び前記加速度用判定閾値の一方又は双方は、前記出力トルク又は前記回転速度の推定に用いる前記交流回転機の回転機定数に応じた値に設定される交流回転機の制御装置。

【請求項3】

電圧指令を生成する電圧指令生成部と、
前記電圧指令に基づいてインバータを介して交流回転機に電圧を印加させる電圧印加部と、
前記交流回転機に流れる電流を検出する電流検出部と、
前記電圧指令と前記電流とに基づいて、前記交流回転機の回転速度を推定する回転速度推定部と、
前記電流に基づいて前記交流回転機の出力トルクを推定するトルク推定部と、
前記出力トルクに対してハイパスフィルタの特性を有するトルク用フィルタ処理を行った値である過渡トルク値と、前記回転速度に対して微分特性及びハイパスフィルタの特性を有する速度用フィルタ処理を行った値である過渡加速度値とに基づいて、前記交流回転機のロータ及び前記ロータと一体的に回転する回転部材の慣性モーメントを推定する慣性モーメント推定部と、を備え、
前記慣性モーメント推定部は、前記過渡トルク値の大きさが、トルク用判定閾値よりも大きく、且つ、前記過渡加速度値の大きさが、加速度用判定閾値よりも大きい場合に、前記慣性モーメントの推定値の更新を許可し、それ以外の場合に、前記慣性モーメントの推定値の更新を禁止し、
前記トルク用判定閾値及び前記加速度用判定閾値の一方又は双方は、前記電流の検出の最小分解能に応じた値に設定される交流回転機の制御装置。

【請求項4】

電圧指令を生成する電圧指令生成部と、
前記電圧指令に基づいてインバータを介して交流回転機に電圧を印加させる電圧印加部と、
前記交流回転機に流れる電流を検出する電流検出部と、
前記電圧指令と前記電流とに基づいて、前記交流回転機の回転速度を推定する回転速度推定部と、
前記電流に基づいて前記交流回転機の出力トルクを推定するトルク推定部と、
前記出力トルクに対してハイパスフィルタの特性を有するトルク用フィルタ処理を行った値である過渡トルク値と、前記回転速度に対して微分特性及びハイパスフィルタの特性を有する速度用フィルタ処理を行った値である過渡加速度値とに基づいて、前記交流回転機のロータ及び前記ロータと一体的に回転する回転部材の慣性モーメントを推定する慣性モーメント推定部と、
前記出力トルク及び前記回転速度の一方又は双方の推定に用いる、前記交流回転機の回転機定数を測定する回転機定数測定部と、を備え、
前記慣性モーメント推定部は、前記過渡トルク値の大きさが、トルク用判定閾値よりも大きく、且つ、前記過渡加速度値の大きさが、加速度用判定閾値よりも大きい場合に、前記慣性モーメントの推定値の更新を許可し、それ以外の場合に、前記慣性モーメントの推定値の更新を禁止し、
前記回転機定数の測定値に応じて、前記トルク用判定閾値及び前記加速度用判定閾値の一方又は双方を変化させる交流回転機の制御装置。

【請求項5】

電圧指令を生成する電圧指令生成部と、
前記電圧指令に基づいてインバータを介して交流回転機に電圧を印加させる電圧印加部と、
前記交流回転機に流れる電流を検出する電流検出部と、
前記電圧指令と前記電流とに基づいて、前記交流回転機の回転速度を推定する回転速度推定部と、
前記電流に基づいて前記交流回転機の出力トルクを推定するトルク推定部と、
前記出力トルクに対してハイパスフィルタの特性を有するトルク用フィルタ処理を行った値である過渡トルク値と、前記回転速度に対して微分特性及びハイパスフィルタの特性を有する速度用フィルタ処理を行った値である過渡加速度値とに基づいて、前記交流回転機のロータ及び前記ロータと一体的に回転する回転部材の慣性モーメントを推定する慣性モーメント推定部と、
前記出力トルク及び前記回転速度の一方又は双方の推定に用いる、前記交流回転機の回転機定数の入力を受け付ける回転機定数入力部と、を備え、
前記慣性モーメント推定部は、前記過渡トルク値の大きさが、トルク用判定閾値よりも大きく、且つ、前記過渡加速度値の大きさが、加速度用判定閾値よりも大きい場合に、前記慣性モーメントの推定値の更新を許可し、それ以外の場合に、前記慣性モーメントの推定値の更新を禁止し、
前記回転機定数の入力値に応じて、前記トルク用判定閾値及び前記加速度用判定閾値の一方又は双方を変化させる交流回転機の制御装置。

【請求項6】

前記慣性モーメント推定部は、前記過渡トルク値を前記過渡加速度値で除算した値を前記慣性モーメントとして推定する請求項１から５のいずれか一項に記載された交流回転機の制御装置。

【請求項7】

前記電流検出部は、前記交流回転機を流れる交流電流を、前記交流回転機の回転に同期して回転する二軸の回転座標系である二軸回転座標系で表した二相電流を前記電流として検出し、
前記電圧指令生成部は、前記電圧指令として前記二軸回転座標系で表した二相電圧指令を生成し、
前記回転速度推定部は、前記二相電圧指令と前記二相電流とに基づいて前記回転速度を推定し、
前記慣性モーメント推定部は、前記二相電流に基づいて前記出力トルクを推定する請求項１から６のいずれか一項に記載された交流回転機の制御装置。

【請求項8】

交流回転機の回転機定数を測定する回転機定数測定ステップと、
前記回転機定数測定ステップで測定した前記回転機定数の測定値に応じて、加速度用判定閾値及びトルク用判定閾値の一方又は双方を変化させる閾値設定ステップと、
電圧指令を生成する電圧指令生成ステップと、
前記電圧指令に基づいてインバータを介して交流回転機に電圧を印加させる電圧印加ステップと、
前記交流回転機に流れる電流を検出する電流検出ステップと、
前記電圧指令と前記電流とに基づいて、前記交流回転機の回転速度を推定する回転速度推定ステップと、
前記電流に基づいて前記交流回転機の出力トルクを推定するトルク推定ステップと、
前記出力トルクに対してハイパスフィルタの特性を有するトルク用フィルタ処理を行った値である過渡トルク値と、前記回転速度に対して微分特性及びハイパスフィルタの特性を有する速度用フィルタ処理を行った値である過渡加速度値とに基づいて、前記交流回転機のロータ及び前記ロータと一体的に回転する回転部材の慣性モーメントを推定する慣性モーメント推定ステップと、を演算処理装置が実行し、
前記慣性モーメント推定ステップでは、前記過渡トルク値の大きさが、前記トルク用判定閾値よりも大きく、且つ、前記過渡加速度値の大きさが、前記加速度用判定閾値よりも大きい場合に、前記慣性モーメントの推定値の更新を許可し、それ以外の場合に、前記慣性モーメントの推定値の更新を禁止する交流回転機の慣性モーメント演算方法。

【請求項9】

前記回転機定数測定ステップでは、
前記交流回転機の停止時の磁極位置を測定する初期磁極検出ステップと、
前記初期磁極検出ステップで測定した前記磁極位置の方向に電圧を印加して前記交流回転機の電機子抵抗を測定する抵抗測定ステップと、
前記交流回転機のインダクタンスを測定するインダクタンス測定ステップと、を実行する請求項８に記載の慣性モーメント演算方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、交流回転機の慣性モーメントを推定する交流回転機の制御装置、及び交流回転機の慣性モーメント演算方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

交流回転機の回転速度を所定の応答性で制御するためには、交流回転機のロータ及びロータと一体的に回転する回転部材の慣性モーメントを考慮する必要がある。しかし、交流回転機に機械装置が接続される場合は、接続される機械装置の変更や、機械装置の特性変化により慣性モーメントが変化するため、変化した慣性モーメントを把握する必要がある。しかし、実際の機械装置は複雑な機構を有しており、正確な慣性モーメントを把握することが困難な場合も多い。

【0003】

そこで、従来から、下記の特許文献１及び特許文献２のような技術が開発されている。特許文献１の技術では、慣性モーメントを測定する特別なチューニングモードを設け、そのチューニングモード中に特定パターンの加減速運転を行い、慣性モーメントを演算するように構成されている。特許文献２の技術では、速度指令値の変化幅が所定値以上の場合に、速度指令値の変化幅が所定値未満の場合に保持したトルク電流指令値Ｉｑ＊ｈｏｌｄからのトルク電流指令値Ｉｑ＊の偏差ΔＩｑ＊と、回転速度指令Ｎ＊の微分値とに基づいて、慣性モーメントを演算するように構成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】国際公開第２００７／０４６２５７号

【特許文献2】特開２００１−３５２７７３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、特許文献１の技術では、特定パターンの加減速運転を行う、特別なチューニングモードを実行する必要があり、通常の運転中に慣性モーメントを推定できない問題があった。特許文献２の技術では、速度指令値の変化幅が所定値未満である定常状態のトルク電流指令値Ｉｑ＊を基準にした、速度指令値の変化幅が所定値以上である過渡状態のトルク電流指令値Ｉｑ＊の変化から慣性モーメントを演算するように構成されている。しかし、定常状態と過渡状態とを分離する所定値は、経験的に設定されるものであり、設定される所定値の大きさに応じて、慣性モーメントの演算精度が変動する問題があった。

【0006】

そのため、特別なチューニングモードを設けて慣性モーメントを推定することなく、また、所定値による定常状態か過渡状態かの判定結果に基づいて慣性モーメントを推定することなく、通常の運転中に慣性モーメントを推定することが望まれる。
しかし、検出電流に基づいて交流回転機の回転速度を推定する、いわゆるセンサレスの交流回転機において、通常の運転中に慣性モーメントを推定しようとすると、回転速度センサにより回転速度を検出する交流回転機の場合よりも、回転速度の推定値に含まれる誤差成分及びノイズ成分が大きくなるため、回転速度に基づいて慣性モーメントを推定する場合に、誤差成分及びノイズ成分の影響を考慮する必要がある。

【0007】

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、センサレスの交流回転機において、通常の運転中に、精度よく慣性モーメントを推定できる交流回転機の制御装置及び交流回転機の慣性モーメント演算方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明に係る交流回転機の制御装置は、電圧指令を生成する電圧指令生成部と、前記電圧指令に基づいてインバータを介して交流回転機に電圧を印加させる電圧印加部と、前記交流回転機に流れる電流を検出する電流検出部と、前記電圧指令と前記電流とに基づいて、前記交流回転機の回転速度を推定する回転速度推定部と、前記電流に基づいて前記交流回転機の出力トルクを推定するトルク推定部と、前記出力トルクに対してハイパスフィルタの特性を有するトルク用フィルタ処理を行った値である過渡トルク値と、前記回転速度に対して微分特性及びハイパスフィルタの特性を有する速度用フィルタ処理を行った値である過渡加速度値とに基づいて、前記交流回転機のロータ及び前記ロータと一体的に回転する回転部材の慣性モーメントを推定する慣性モーメント推定部と、を備え、前記慣性モーメント推定部は、前記過渡トルク値の大きさが、前記過渡トルク値に含まれる誤差成分及びノイズ成分の大きさに応じて設定されたトルク用判定閾値よりも大きく、且つ、前記過渡加速度値の大きさが、前記過渡加速度値に含まれる誤差成分及びノイズ成分の大きさに応じて設定された加速度用判定閾値よりも大きい場合に、前記慣性モーメントの推定値の更新を許可し、それ以外の場合に、前記慣性モーメントの推定値の更新を禁止することを特徴とする。

【0009】

また、本発明に係る交流回転機の慣性モーメント演算方法は、交流回転機の回転機定数を測定する回転機定数測定ステップと、前記回転機定数測定ステップで測定した前記回転機定数の測定値に応じて、加速度用判定閾値及びトルク用判定閾値の一方又は双方を変化させる閾値設定ステップと、電圧指令を生成する電圧指令生成ステップと、前記電圧指令に基づいてインバータを介して交流回転機に電圧を印加させる電圧印加ステップと、前記交流回転機に流れる電流を検出する電流検出ステップと、前記電圧指令と前記電流とに基づいて、前記交流回転機の回転速度を推定する回転速度推定ステップと、前記電流に基づいて前記交流回転機の出力トルクを推定するトルク推定ステップと、前記出力トルクに対してハイパスフィルタの特性を有するトルク用フィルタ処理を行った値である過渡トルク値と、前記回転速度に対して微分特性及びハイパスフィルタの特性を有する速度用フィルタ処理を行った値である過渡加速度値とに基づいて、前記交流回転機のロータ及び前記ロータと一体的に回転する回転部材の慣性モーメントを推定する慣性モーメント推定ステップと、を演算処理装置が実行し、前記慣性モーメント推定ステップでは、前記過渡トルク値の大きさが、前記トルク用判定閾値よりも大きく、且つ、前記過渡加速度値の大きさが、前記加速度用判定閾値よりも大きい場合に、前記慣性モーメントの推定値の更新を許可し、それ以外の場合に、前記慣性モーメントの推定値の更新を禁止することを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

本発明に係る交流回転機の制御装置によれば、出力トルクに対してトルク用フィルタ処理を行った過渡トルク値と、回転速度に対して速度用フィルタ処理を行った過渡加速度値とに基づいて、慣性モーメントを推定するように構成されているので、従来技術のように、特別なチューニングモードを設けることなく、また、所定値による定常状態か過渡状態かの判定を行うことなく、通常の運転中に、連続的な演算処理によって慣性モーメントを推定することができる。一方、検出電流に基づいて回転速度を推定するセンサレスの交流回転機では、回転速度センサにより回転速度を検出する場合よりも、過渡トルク値及び過渡加速度値がゼロに近づいたときの、誤差成分及びノイズ成分が大きくなり、慣性モーメントの推定精度が悪化するおそれがある。しかし、上記の構成によれば、過渡トルク値又は過渡加速度値がゼロに近づき、トルク用判定閾値又は加速度用判定閾値以下になった場合に、慣性モーメントの推定値の更新を禁止するため、慣性モーメントの推定精度が悪化することを抑制できる。

【0011】

また、本発明に係る交流回転機の慣性モーメント演算方法によれば、検出電流に基づいて回転速度及び出力トルクを推定しているので、制御装置が制御する交流回転機の機種が変化し、交流回転電機の回転機定数が変化すると、適切な加速度用判定閾値及びトルク用判定閾値の値が変化する。上記の構成によれば、交流回転機の回転機定数が変化しても、回転機定数測定部により、変化した回転機定数を測定することができる。そして、回転機定数の測定値に応じて、加速度用判定閾値及びトルク用判定閾値の一方又は双方を、適切な値に変化させることができる。よって、交流回転機の機種が変化しても、慣性モーメントの推定精度を維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の実施の形態１に係る交流回転機の制御装置のブロック図である。

【図2】本発明の実施の形態１に係る慣性モーメント推定部のブロック図である。

【図3】本発明の実施の形態１に係る交流回転機の制御装置のハードウェア構成図である。

【図4】本発明の実施の形態１に係る更新禁止処理を説明するフローチャートである。

【図5】本発明の実施の形態１に係る慣性モーメント推定処理の制御挙動を説明するタイムチャートである。

【図6】比較例に係る慣性モーメント推定処理の制御挙動を説明するタイムチャートである。

【図7】本発明の実施の形態２に係る交流回転機の制御装置のブロック図である。

【図8】本発明の実施の形態２に係る交流回転機の制御装置の処理を説明するフローチャートである。

【図9】本発明の実施の形態２に係る回転機定数測定処理を説明するフローチャートである。

【図10】本発明の実施の形態３に係る交流回転機の制御装置のブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

実施の形態１．
実施の形態１に係る交流回転機２０の制御装置１（以下、単に制御装置１と称す）について図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態に係る制御装置１の概略的な構成を示すブロック図であり、図２は、慣性モーメント推定部７のブロック図である。

【0014】

交流回転機２０は、非回転部材に固定されたステータと、当該ステータの径方向内側に配置され、非回転部材に対して回転可能に支持されたロータと、を備えている。本実施の形態では、交流回転機２０は、永久磁石式同期回転機とされており、ステータに各相の巻線が巻装され、ロータに永久磁石が設けられている。交流回転機２０は、直流交流変換を行うインバータ２１を介して、直流電源２３に電気的に接続される。交流回転機２０は、少なくとも、直流電源２３からの電力供給を受けて動力を発生する電動機の機能を有している。なお、交流回転機２０は、電動機の機能に加えて、発電機の機能を有してもよい。

【0015】

インバータ２１は、直流電源２３と交流回転機２０との間で電力変換を行う直流交流変換装置である。インバータ２１は、正極電線と負極電線との間に直列接続された２個のスイッチング素子が、三相各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の巻線に対応して３セット設けられたブリッジ回路に構成されている。

【0016】

交流回転機２０のロータの回転軸は、機械装置２２に連結され、交流回転機２０の駆動力を機械装置２２に伝達するように構成されている。機械装置２２には、工作機械やロボット等のサーボ機構や、ポンプや、コンプレッサ等の交流回転機２０により回転駆動される様々な機械装置を用いることができる。

【0017】

制御装置１は、インバータ２１を制御することにより、交流回転機２０の制御を行う制御装置である。制御装置１は、電流検出部３、電圧指令生成部４、電圧印加部５、回転速度推定部６、慣性モーメント推定部７、及びトルク推定部８等の制御部を備えている。制御装置１が備える各制御部３〜８等は、制御装置１が備えた処理回路により実現される。具体的には、制御装置１は、図３に示すように、処理回路として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＤＳＰ（Digital Signal Processor）等の演算処理装置９０（コンピュータ）、演算処理装置９０とデータのやり取りする記憶装置９１、演算処理装置９０に外部の信号を入力する入力回路９２、及び演算処理装置９０から外部に信号を出力する出力回路９３等を備えている。記憶装置９１として、演算処理装置９０からデータを読み出し及び書き込みが可能に構成されたＲＡＭ（Random Access Memory）や、演算処理装置９０からデータを読み出し可能に構成されたＲＯＭ（Read Only Memory）等が備えられている。入力回路９２は、電流センサ２４等の各種のセンサやスイッチが接続され、これらセンサやスイッチの出力信号を演算処理装置９０に入力するＡ／Ｄ変換器等を備えている。出力回路９３は、スイッチング素子等の電気負荷が接続され、これら電気負荷に演算処理装置９０から制御信号を出力する駆動回路等を備えている。そして、制御装置１が備える各制御部３〜８等の各機能は、演算処理装置９０が、ＲＯＭ等の記憶装置９１に記憶されたソフトウェア（プログラム）を実行し、記憶装置９１、入力回路９２、及び出力回路９３等の制御装置１の他のハードウェアと協働することにより実現される。

【0018】

電圧指令生成部４は、電圧指令を生成する。電圧印加部５は、電圧指令に基づいてインバータ２１を介して交流回転機２０に電圧を印加させる。電流検出部３は、交流回転機２０に流れる電流を検出する。

【0019】

本実施の形態では、制御装置１は、ベクトル制御法を用いた電流フィードバック制御を行うように構成されている。
電流検出部３は、図１に示すように、制御装置１に入力される電流センサ２４の出力信号に基づいて、インバータ２１から交流回転機２０の各相の巻線Ｃｕ、Ｃｖ、Ｃｗに流れる交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検出するように構成されている。電流センサ２４は、三相の全ての相に対応して三つ備えられ、三相の全ての交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検出するように構成されてもよいし、三相内の二相に対応して二つ備えられ、二相分の電流を検出し、三相の合計電流がゼロになることを利用して、二相の電流から残りの一相の電流を検出するように構成されてもよい。制御装置１は、電流センサ２４の出力信号を入力回路９２のＡ／Ｄ変換器によりＡ／Ｄ変換（アナログ電気信号からデジタル電気信号に変換）して、処理に用いるように構成されている。

【0020】

電流検出部３は、交流回転機２０を流れる交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを、交流回転機２０の回転に同期して回転する二軸（ｄｑ軸とも称す）の回転座標系である二軸回転座標系で表した二相電流Ｉｄ、Ｉｑ（ｄｑ軸電流Ｉｄ、Ｉｑとも称す）を、電流として検出するように構成されている。具体的には、ロータに備えられた磁石のＮ極の向き（磁極位置θ）にｄ軸を定め、これより電気角でπ／２進んだ方向にｑ軸をとり、ロータの電気角での回転に同期して回転するｄ軸及びｑ軸からなる二軸回転座標系が設定される。電流検出部３は、三相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを、回転速度推定部６により推定した磁極位置θに基づいて三相二相変換及び回転座標変換を行って、二軸回転座標系で表した二相電流Ｉｄ、Ｉｑに変換する。

【0021】

電圧指令生成部４は、電圧指令として二軸回転座標系で表した二相電圧指令Ｖｄ、Ｖｑ（ｄｑ軸電圧指令Ｖｄ、Ｖｑとも称す）を生成する。具体的には、電圧指令生成部４は、二相電流Ｉｄ、Ｉｑが二相電流指令Ｉｄｏ、Ｉｑｏに近づくように二相電圧指令Ｖｄ、Ｖｑを、ＰＩ制御等により変化させる電流フィードバック制御を行う電流フィードバック制御部１０を備えている。本実施の形態では、電圧指令生成部４は、回転速度推定部６により推定した交流回転機２０の回転速度ωが回転速度指令ωｏに近づくように、二相電流指令Ｉｄｏ、Ｉｑｏ（本例では、ｑ軸電流指令Ｉｑｏのみ）を変化させる速度フィードバック制御を行う速度フィードバック制御部１１を備えている。ｄ軸電流指令Ｉｄｏには、ゼロ又は、運転条件に応じた値が設定される。

【0022】

速度フィードバック制御部１１は、速度フィードバック制御の制御ゲインを、後述する慣性モーメント推定部７により推定された慣性モーメントＪに応じて変化させるように構成されている。本実施の形態では、速度フィードバック制御部１１は、式（１）に示すように、回転速度指令ωｏと回転速度ωとの偏差Δω（＝ωｏ−ω）を算出し、回転速度の偏差Δωに対して比例演算及び積分演算を行って、ｑ軸電流指令Ｉｑｏを算出するように構成されている。

【数1】

【0023】

速度フィードバック制御部１１は、比例演算において回転速度の偏差Δωに乗算される比例ゲインＫｐ、及び積分演算において回転速度の偏差Δωに乗算される積分ゲインＫｉを、例えば、式（２）に示すように、推定した慣性モーメントＪに応じて変化させるように構成されている。

【数2】

ここで、Ａｐ、Ａｉは、予め設定された定数である。
この構成によれば、機械装置２２の機種の変更や、機械装置２２の特性変化などにより、慣性モーメントＪが変化しても、速度フィードバック制御系の応答性を適切な状態に維持することができる。

【0024】

電圧印加部５は、座標変換部１２により、二相電圧指令Ｖｄ、Ｖｑを、回転速度推定部６により推定された磁極位置θに基づいて、固定座標変換及び二相三相変換を行って、三相それぞれの巻線への交流電圧指令である三相交流電圧指令Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに変換する。そして、電圧印加部５は、ＰＷＭ信号生成部１３により、三相交流電圧指令Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗのそれぞれと、キャリア周波数で振動するキャリア波（例えば、三角波）とを比較し、交流電圧指令がキャリア波を上回った場合は、矩形パルス波をオンさせ、交流電圧指令がキャリア波を下回った場合は、矩形パルス波をオフさせる。電圧印加部５は、三相各相の矩形パルス波を、三相各相のインバータ制御信号Ｕｕ、Ｕｖ、Ｕｗとしてインバータ２１に出力し、スイッチング素子をオンオフさせる。

【0025】

回転速度推定部６は、電圧指令生成部４が生成した電圧指令と、電流検出部３が検出した電流とに基づいて、交流回転機２０の回転速度ω及び磁極位置θを推定する。本実施の形態では、回転速度推定部６は、二相電圧指令Ｖｄ、Ｖｑと二相電流Ｉｄ、Ｉｑとに基づいて回転速度ω及び磁極位置θを推定するように構成されている。具体的には、回転速度推定部６は、モータモデルを用い、二相電圧指令Ｖｄ、Ｖｑに基づいて、二相電流Ｉｄ、Ｉｑを推定し、二相電流Ｉｄ、Ｉｑの推定値が、二相電流Ｉｄ、Ｉｑの検出値に近くづくように、フィードバック制御により回転速度ωの推定値を変化させる。回転速度推定部６は、式（３）に示すように、回転速度ωの推定値を積分して、磁極位置θを推定する。詳
しくは、「センサレス突極形ブラシレスPMモータの初期位置推定角方法」（電学論Ｄ、１１６巻７号、平成８年）、及び国際公開第２００２／０９１５５８号に記載されている方法を用いる。

【数3】

ここで、ｓは、ラプラス演算子であり、ω／ｓにより、回転速度ωを積分することを意味する。
回転速度推定部６は、モータモデルを用い、二相電圧指令Ｖｄ、Ｖｑに基づいて、二相電流Ｉｄ、Ｉｑを推定する際に、回転子磁束φｆも推定するように構成されている。

【0026】

モータモデルには、交流回転機２０の回転機定数である、電機子抵抗Ｒ、回転子磁束φｆ、ｄ軸インダクタンスＬｄ、及びｑ軸インダクタンスＬｑ、及び回転子磁束φｆが用いられており、これらの回転機定数が回転速度ωの推定に用いられる。なお、回転子磁束φｆにはモータモデルを用いて推定された推定値が用いられる。

【0027】

トルク推定部８は、電流に基づいて交流回転機２０の出力トルクτを推定する。本実施機の形態では、トルク推定部８は、式（４）に示すトルク演算理論式を用い、二相電流Ｉｄ、Ｉｑに基づいて、出力トルクτを推定するように構成されている。

【数4】

ここで、Ｐｍは、極対数である。トルク演算理論式には、極対数Ｐｍ、回転子磁束φｆ、ｄ軸インダクタンスＬｄ及びｑ軸インダクタンスＬｑが用いられている。

【0028】

次に、慣性モーメント推定部７による慣性モーメントＪの推定方法について説明する。交流回転機２０の運動方程式によれば、式（５）によって慣性モーメントＪを推定できる。

【数5】

ここで、τｄは、交流回転機２０に作用する外力トルクであり、本実施の形態では、機械装置２２の負荷トルクとなる。αは、交流回転機２０の回転角速度であり、ｓは、ラプラス演算子であり、ｓ・ωにより、回転速度ωを微分することを意味する。

【0029】

式（５）より、外力トルクτｄの影響を除去できれば、交流回転機２０の出力トルクτ及び回転速度ωに基づいて、慣性モーメントＪを推定できることがわかる。
そこで、慣性モーメント推定部７は、図２及び式（６）に示すように、トルク推定部８により推定された出力トルクτに対してハイパスフィルタの特性を有するトルク用フィルタ処理Ｆ１を行った値である過渡トルク値τｆと、回転速度推定部６により推定された回転速度ωに対して微分特性及びハイパスフィルタの特性を有する速度用フィルタ処理Ｆ２
を行った値である過渡加速度値αｆとに基づいて、交流回転機２０のロータ及びロータと一体的に回転する回転部材の慣性モーメントＪを推定するように構成されている。

【数6】

【0030】

外力トルクτｄが、クーロン摩擦等により生じており、回転速度ωの変化に関わらず一定値だと仮定すると、外力トルクτｄにハイパスフィルタの特性を有するトルク用フィルタ処理Ｆ１を行った値はゼロになる。よって、式（７）に示すように、式（５）の分子と分母のそれぞれに対して、ハイパスフィルタ特性を有するフィルタ処理Ｆｈを行うことにより、外力トルクτｄの影響を除去して慣性モーメントＪを推定することができる。よって、上記の構成によれば、出力トルクτに対してハイパスフィルタ特性を有するトルク用フィルタ処理Ｆ１を行った過渡トルク値τｆと、回転速度ωに対して微分特性及びハイパスフィルタの特性を有する速度用フィルタ処理Ｆ２を行った過渡加速度値αｆとに基づいて慣性モーメントＪを推定するので、外力トルクτｄの影響を除去して精度よく慣性モーメントＪを推定することができる。

【数7】

【0031】

慣性モーメント推定部７により推定される慣性モーメントＪには、ロータの回転軸に機械装置２２が連結されている場合は、ロータ及びロータの回転軸の慣性モーメントに加えて、ロータの回転軸と一体的に回転する機械装置２２の部材の慣性モーメントが含まれる。ここで、一体的に回転する部材には、ロータと一体回転する部材の他、ギヤ機構やベルト機構等などを介して同速又は変速されて回転する部材や、送りねじ機構等により回転運動が直線運動に変換されて回転に応じて移動する部材が含まれ、これらの慣性モーメントをロータ基準に変換した慣性モーメントが推定される。ロータの回転軸に機械装置２２が連結されていない場合は、ロータ及びロータ回転軸の慣性モーメントが推定される。

【0032】

慣性モーメント推定部７は、式（８）に示すように、過渡トルク値τｆを過渡加速度値αｆで除算した値を慣性モーメントＪとして推定するように構成されている。

【数8】

【0033】

本実施の形態では、トルク用フィルタ処理Ｆ１及び速度用フィルタ処理Ｆ２は、ローパスフィルタ特性を有するように構成されている。この構成によれば、出力トルクτ及び回転速度ωに含まれるノイズ成分を低減して、慣性モーメントＪの推定精度を向上させることができる。

【0034】

本実施の形態では、トルク用フィルタ処理Ｆ１の伝達関数と、速度用フィルタ処理Ｆ２から微分特性ｓを除いた特性Ｆ３の伝達関数と、が同じ伝達関数になるように構成されている。この構成によれば、式（８）から理解できるように、分子の特性Ｆ１の伝達関数と、分母の特性Ｆ３の伝達関数とを相殺することができ、式（８）により算出する慣性モーメントＪと、フィルタ処理Ｆ１、Ｆ２を行わずに式（５）により算出する慣性モーメントＪとを等価にすることができ、慣性モーメントＪを精度よく推定できる。

【0035】

なお、トルク用フィルタ処理Ｆ１及び速度用フィルタ処理Ｆ２の一方又は双方は、実際の回転速度ωに対する回転速度ωの推定値の応答遅れ、及び実際の出力トルクτに対する出力トルクτの推定値の応答遅れの一方又は双方の影響を打ち消す補償特性を有するように構成されてもよい。

【0036】

本実施の形態では、ハイパスフィルタ及びローパスフィルタの特性を有するトルク用フィルタ処理Ｆ１、並びに微分、ハイパスフィルタ及びローパスフィルタの特性を有する速度用フィルタ処理Ｆ２の伝達関数は、式（９）のように設定される。

【数9】

ここで、分母の多項式ｆｄ（ｓ）はｓの３次の多項式として、低周波数成分と高周波数成分を低減する特性を持たせるものとする。

【0037】

慣性モーメント推定部７は、出力トルクτから低周波成分と高周波成分を低減した過渡的な出力トルク成分を抽出し、過渡トルク値τｆとして出力する。慣性モーメント推定部７は、回転速度ωから低周波成分と高周波成分を低減した過渡的な回転加速度成分を抽出し、過渡加速度値αｆとして出力する。

【0038】

慣性モーメント推定部７は、過渡トルク値τｆを過渡加速度値αｆで除算して算出した慣性モーメントＪに対して平均化処理１６を行った値を、最終的な慣性モーメントＪとするように構成されている。平均化処理１６として、移動平均処理、一次遅れフィルタ等のローパスフィルタ処理、又は逐次最小二乗法による処理等を用いることができる。

【0039】

次に、慣性モーメントＪの推定値の更新禁止処理について説明する。出力トルクτの変化、及び回転加速度αの変化が小さくなり定常状態に近づくと、過渡トルク値τｆ及び過渡加速度値αｆがゼロに近づき、過渡トルク値τｆ及び過渡加速度値αｆに含まれる誤差成分及びノイズ成分が相対的に大きくなり、ＳＮ比が悪化するため、慣性モーメントＪの推定精度が悪化する。本実施の形態では、特に、電流センサ２４により検出した電流に基づき回転速度ω及び出力トルクτを推定し、また、三相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを二相電流Ｉｄ、Ｉｑに変換する際に、電流に基づいて推定した回転速度ω（磁極位置θ）を用いるように構成されているため、回転速度センサを用いて回転速度ω及び磁極位置θを検出し、検出した磁極位置θを電流変換に用いる場合よりも、回転速度ω及び出力トルクτの誤差成分及びノイズ成分が大きくなる。そのため、過渡トルク値τｆ及び過渡加速度値αｆがゼロに近づいたときの、慣性モーメントＪの推定誤差が無視できないほど大きくなる。

【0040】

そこで、慣性モーメント推定部７は、更新禁止処理を実行する更新禁止部１５を備えている。更新禁止部１５は、図４のフローチャートに示すように、過渡トルク値τｆの大きさ（絶対値）が、トルク用判定閾値Ｘτよりも大きく（ステップＳ０１：Ｙｅｓ）、且つ、過渡加速度値αｆの大きさ（絶対値）が、加速度用判定閾値Ｘαよりも大きい（ステップＳ０２：Ｙｅｓ）場合に、ステップＳ０３に進み、慣性モーメントＪの推定値の更新を許可し、それ以外の場合（ステップＳ０１：Ｎｏ、又はステップＳ０２：Ｎｏ）に、ステップＳ０４に進み、慣性モーメントＪの推定値の更新を禁止するように構成されている。本実施の形態では、更新禁止部１５は、ステップＳ０３で、禁止許可フラグＳｇｎに、更新許可を表す１を設定し、ステップＳ０４で、禁止許可フラグＳｇｎに、更新禁止を表す０を設定するように構成されている。

【0041】

この構成によれば、過渡トルク値τｆ又は過渡加速度値αｆがゼロに近づき、電流センサ２４により検出した電流に基づいて算出した慣性モーメントＪの推定誤差が無視できないほど大きくなる状態において、慣性モーメントＪの推定値の更新を禁止するため、慣性モーメントＪの推定精度が悪化することを抑制できる。

【0042】

具体的には、慣性モーメント推定部７は、推定値の更新が禁止されている場合（Ｓｇｎ＝０）は、更新が禁止される直前に算出された慣性モーメントＪの値を維持し、推定の更新が許可されている場合（Ｓｇｎ＝１）は、過渡トルク値τｆ及び過渡加速度値αｆに基づいて慣性モーメントＪを算出し、慣性モーメントＪの値を更新する。

【0043】

加速度用判定閾値Ｘα及びトルク用判定閾値Ｘτは、ＳＮ比の悪化により慣性モーメントＪの推定精度が悪化しないように、過渡トルク値τｆ及び過渡加速度値αｆに含まれる誤差成分及びノイズ成分Δτｆ、Δαｆの大きさに応じた値に設定される。すなわち、過渡トルク値τｆ及び過渡加速度値αｆに含まれる誤差成分及びノイズ成分Δτｆ、Δαｆが大きくなる場合は、加速度用判定閾値Ｘα及びトルク用判定閾値Ｘτは大きい値に設定される。

【0044】

過渡トルク値τｆ及び過渡加速度値αｆに含まれる誤差成分及びノイズ成分Δτｆ、Δαｆの大きさは、電流に基づいて出力トルクτ又は回転速度ωの推定する際に用いられる交流回転機２０の回転機定数に応じて変化する。

【0045】

まず、過渡トルク値τｆについて説明する。
出力トルクτを算出する式（４）において、φｆ・Ｉｑの項は、（Ｌｄ−Ｌｑ）・Ｉｄ・Ｉｑの項よりも十分大きい値となるため、（Ｌｄ−Ｌｑ）・Ｉｄ・Ｉｑの項を無視すると、式（１０）のように近似することができる。よって、ｑ軸電流Ｉｑに含まれる誤差成分及びノイズ成分ΔＩｑは、交流回転機２０の回転機定数である極対数Ｐｍ及び回転子磁束φｆに比例して、出力トルクτの誤差成分及びノイズ成分Δτとして表れる。よって、出力トルクτに対してトルク用フィルタ処理Ｆ１を行った過渡トルク値τｆに含まれる誤差成分及びノイズ成分Δτｆの大きさは、ｑ軸電流Ｉｑに含まれる誤差成分及びノイズ成分ΔＩｑの大きさに比例し、極対数Ｐｍ及び回転子磁束φｆに応じて変化する。

【数10】

【0046】

次に、過渡加速度値αｆについて説明する。
上記したように、回転速度推定部６は、式（１１）に示すように、モータモデルを用いて推定した推定ｑ軸電流Ｉｑｅと電流検出部３により検出したｑ軸電流Ｉｑとの電流偏差ΔＩｑｅと、回転速度ωの推定誤差Δωｅとの関係は、「回転座標上の適用オブザーバを用いたＰＭ電動機の位置センサレス制御」電学論Ｄ、１２３巻５号、２００３年によれば、式（１１）のようになる。

【数11】

ここで、Ｒは、電機子抵抗であり、φｆｅは、回転子磁束φｆの推定値であって、実際の回転子磁束φｆに相当し、ωｒは、実際の回転速度ωであり、ｈ１からｈ４は、Ｈゲインである。

【0047】

Ｇｉｑの算出において、Ｈゲインは予め設計されているものであり、定常的な特性を仮定して微分演算子ｓの項を無視すると、Ｇｉｑは、電機子抵抗Ｒ、ｄｑ軸インダクタンスＬｄ、Ｌｑに基づいて算出される。回転子磁束の推定値φｆｅは、定常的には実際の回転子磁束φｆに一致する。よって、−１／（Ｇｉｑ・φｆｅ）は、電機子抵抗Ｒ、ｄｑ軸インダクタンスＬｄ、Ｌｑ、及び回転子磁束φｆに基づいて算出される。また、推定誤差Δωｅは、回転速度ωの推定値と実際の回転速度ωの変動分であり、回転速度ωの変動分は実質、回転加速度αとみなしてよい。よって、式（１２）に示すように、ｑ軸電流Ｉｑに含まれる誤差成分及びノイズ成分ΔＩｑは、−１／（Ｇｉｑ・φｆ）に比例して、回転加速度αの誤差成分及びノイズ成分Δαとして表れる。従って、過渡加速度値αｆに含まれる誤差成分及びノイズ成分Δαｆの大きさは、ｑ軸電流Ｉｑに含まれる誤差成分及びノイズ成分ΔＩｑの大きさに比例し、電機子抵抗Ｒ、ｄｑ軸インダクタンスＬｄ、Ｌｑ、回転子磁束φｆに応じて変化する。

【数12】

【0048】

そこで、本実施の形態では、トルク用判定閾値Ｘτ及び加速度用判定閾値Ｘαの一方又は双方（本例では、双方）は、出力トルクτ又は回転速度ωの推定に用いられる交流回転機２０の回転機定数に応じた値に設定されるように構成されている。

【0049】

この構成によれば、交流回転機２０の回転機定数の大きさに応じて変化する、過渡トルク値τｆ又は過渡加速度値αｆに含まれる誤差成分及びノイズ成分Δτｆ、Δαｆの大きさに適したトルク用判定閾値Ｘτ又は加速度用判定閾値Ｘαが設定される。よって、慣性モーメントＪの推定精度の悪化を適切に抑制することができる。

【0050】

具体的には、トルク用判定閾値Ｘτは、出力トルクτの推定に用いられる回転機定数である、極対数Ｐｍ及び回転子磁束φｆに応じた値に設定される。加速度用判定閾値Ｘαは、回転速度ωの推定に用いられる回転機定数である、電機子抵抗Ｒ、ｄｑ軸インダクタンスＬｄ、Ｌｑ、及び回転子磁束φｆに応じた値に設定される。

【0051】

ｑ軸電流Ｉｑに含まれる誤差成分及びノイズ成分ΔＩｑには、電流検出部３が電流センサ２４の出力信号をＡ／Ｄ変換器によりＡ／Ｄ変換するときの量子化誤差（丸め誤差）が含まれる。量子化誤差は、Ａ／Ｄ変換器のビット数Ｎｂｉｔ、及びＡ／Ｄ変換器の電圧レンジに対応する電流レンジΔＩｒｎｇに応じて定まる電流検出の最小分解能ΔＩｌｓｂの範囲内の大きさになる。電流検出の最小分解能ΔＩｌｓｂは、Ａ／Ｄ変換器のビット数Ｎｂｉｔ及び電流レンジΔＩｒｎｇから、式（１３）に基づいて算出できる。

【数13】

【0052】

本実施の形態では、電流センサ２４の出力信号をＡ／Ｄ変換して三相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検出する際に、電流検出の最小分解能ΔＩｌｓｂの範囲内の量子化誤差が生じる。三相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗに対して三相二相変換及び回転座標変換を行って算出した二相電流Ｉｄ、Ｉｑでは、三相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの量子化誤差は、電流検出の最小分解能ΔＩｌｓｂに対応する幅を有する高周波のノイズ成分（誤差成分）となる。

【0053】

このように、ｑ軸電流Ｉｑに含まれる誤差成分及びノイズ成分ΔＩｑには、Ａ／Ｄ変換器の電流検出の最小分解能ΔＩｌｓｂに起因する成分が含まれ、その成分は、電流検出の最小分解能ΔＩｌｓｂに対応する幅の高周波のノイズ成分となる。よって、過渡トルク値τｆ及び過渡加速度値αｆに含まれる誤差成分及びノイズ成分Δτｆ、Δαｆの大きさは、電流検出の最小分解能ΔＩｌｓｂに比例して変化する。

【0054】

そこで、本実施の形態では、トルク用判定閾値Ｘτ及び加速度用判定閾値Ｘαの一方又は双方（本例では双方）は、電流の検出の最小分解能ΔＩｌｓｂに応じた値に設定されるように構成されている。

【0055】

この構成によれば、電流の検出の最小分解能ΔＩｌｓｂの大きさに応じて変化する、過渡トルク値τｆ又は過渡加速度値αｆに含まれる誤差成分及びノイズ成分Δτｆ、Δαｆの大きさに適したトルク用判定閾値Ｘτ又は加速度用判定閾値Ｘαが設定される。よって、慣性モーメントＪの推定精度の悪化を適切に抑制することができる。

【0056】

本実施の形態では、トルク用判定閾値Ｘτは、式（１０）に基づいた式（１４）を用い、極対数Ｐｍ、回転子磁束φｆ、及び電流検出の最小分解能ΔＩｌｓｂに基づいて予め設定される。

【数14】

ここで、Ｋτは、トルク用判定閾値の設定ゲインであり、本実施の形態では１に設定される。なお、設定ゲインＫτは、１以外の値に設定されてもよい。

【0057】

本実施の形態では、加速度用判定閾値Ｘαは、式（１２）に基づいた式（１５）を用い、電機子抵抗Ｒ、ｄｑ軸インダクタンスＬｄ、Ｌｑ、回転子磁束φｆ、及び電流検出の最小分解能ΔＩｌｓｂに基づいて予め設定される。

【数15】

ここで、Ｋαは、加速度用判定閾値の設定ゲインであり、本実施の形態では１に設定される。なお、設定ゲインＫαは、１以外の値に設定されてもよい。Ｇｉｑは、上記したように、式（１１）に従って、電機子抵抗Ｒ、ｄｑ軸インダクタンスＬｄ、Ｌｑに基づいて算出される。

【0058】

次に慣性モーメントＪの推定挙動について説明する。
図５に、判定閾値Ｘτ、Ｘαに、回転機定数及び最小分解能ΔＩｌｓｂに応じた適切な値が設定されている場合の推定挙動の例を示し、図６に、判定閾値Ｘτ、Ｘαに、適切な値よりも小さな値が設定されている比較例の場合の推定挙動の例を示す。

【0059】

まず、図５に示す、判定閾値Ｘτ、Ｘαに適切な値が設定されている場合について説明する。回転速度指令ωｏが増加された後、速度フィードバック制御により、回転速度ωが増加して過渡状態になっている。図５には、実際の回転速度ωを示している。過渡状態になると、回転加速度αがゼロから変動する。検出電流に基づいて推定された回転速度ωの推定値から算出される回転加速度αには、ｑ軸電流Ｉｑの誤差成分及びノイズ成分ΔＩｑによって生じる誤差成分及びノイズ成分が重畳している。ｑ軸電流Ｉｑの誤差成分及びノイズ成分ΔＩｑは、電流検出の最小分解能ΔＩｌｓｂに起因して生じている。また、検出電流に基づいて算出された出力トルクτの推定値には、ｑ軸電流Ｉｑの誤差成分及びノイ
ズ成分ΔＩｑによって生じる誤差成分及びノイズ成分が重畳している。

【0060】

回転速度ωの推定値に対して速度用フィルタ処理Ｆ２を行うことにより、過渡的な回転加速度成分である過渡加速度値αｆを抽出できている。また、出力トルクτの推定値に対してトルク用フィルタ処理Ｆ１を行うことにより、過渡的な出力トルク成分である過渡トルク値τｆを抽出できている。図５には、過渡加速度値αｆ及び過渡トルク値τｆの絶対値を示している。出力トルクτ及び回転加速度αの変化が減少し、定常状態に近づくに従って、過渡トルク値τｆ及び過渡加速度値αｆがゼロに近づいている。そのため、過渡トルク値τｆ及び過渡加速度値αｆの実値に対して誤差成分及びノイズ成分が相対的に大きくなっており、ＳＮ比が悪化している。このＳＮ比が悪化した過渡トルク値τｆ及び過渡加速度値αｆに基づいて算出した慣性モーメントＪの推定精度は大幅に悪くなっている。

【0061】

慣性モーメント推定部７は、過渡加速度値αｆの絶対値｜αｆ｜が加速度用判定閾値Ｘαよりも大きく、且つ、過渡トルク値τｆの絶対値｜τｆ｜がトルク用判定閾値Ｘτよりも大きい場合に、慣性モーメントＪの推定値の更新を許可し、それ以外の場合に、慣性モーメントＪの推定値の更新を禁止している。また、図５の加速度用判定閾値Ｘα及びトルク用判定閾値Ｘτは、式（１４）及び式（１５）に基づき、回転速度ω及び出力トルクτの推定に用いられる交流回転機２０の回転機定数、及び電流の検出の最小分解能ΔＩｌｓｂに応じた値に設定されている。よって、ＳＮ比が大きく悪化していない過渡加速度値αｆ及び過渡トルク値τｆに基づいて、慣性モーメントＪの推定値を精度よく更新することができている。特に、過渡加速度値の絶対値｜αｆ｜及び過渡トルク値の絶対値｜τｆ｜がゼロに近づいていき、ＳＮ比が大きく悪化する前の適切なタイミングで更新を禁止することができており、慣性モーメントＪの推定精度の悪化を抑制できている。

【0062】

慣性モーメント推定部７は、過渡加速度値αｆ及び過渡トルク値τｆに基づいて算出した慣性モーメントＪに対して平均化処理１６を行った値を、最終的な慣性モーメントＪとして算出している。平均化処理１６後の慣性モーメントＪの推定値の精度は、良好になっている。また、推定値の更新開始前に生じていた推定値の誤差は更新中に減少している。

【0063】

次に、図６に示す、判定閾値Ｘτ、Ｘαに、適切な値よりも小さな値が設定されている比較例の場合について説明する。図６の加速度用判定閾値Ｘα及びトルク用判定閾値Ｘτは、図５の場合よりも小さい値に設定されている。そのため、ＳＮ比が悪化した過渡加速度値αｆ及び過渡トルク値τｆに基づいて、慣性モーメントＪの推定値が更新されており、推定精度が悪化している。特に、過渡加速度値の絶対値｜αｆ｜及び過渡トルク値の絶対値｜τｆ｜がゼロに近づいていき、ＳＮ比が悪化してから更新が禁止されており、慣性モーメントＪの推定精度が悪化している。

【0064】

実施の形態２．
上記の実施の形態１では、トルク用判定閾値Ｘτ及び加速度用判定閾値Ｘαは、予め設定されている場合を例に説明したが、本実施の形態では、トルク用判定閾値Ｘτ及び加速度用判定閾値Ｘαは、測定した回転機定数に応じて変化されるように構成される場合を説明する。制御装置１は、回転機定数を測定する構成、及び回転機定数の測定値に応じて判定閾値Ｘτ、Ｘαを変化させる構成以外は、上記の実施の形態１と同様に構成されている。よって、上記の実施の形態１と同様の部分は、説明を省略する。

【0065】

本実施の形態では、制御装置１は、図７のブロック図に示すように、電流検出部３、電圧指令生成部４、電圧印加部５、回転速度推定部６、慣性モーメント推定部７、及びトルク推定部８に加えて、回転機定数測定部９を備えている。回転機定数測定部９は、出力トルクτ及び回転速度ωの一方又は双方（本例では、双方）の推定に用いる、交流回転機２０の回転機定数を測定する。そして、慣性モーメント推定部７は、回転機定数の測定値に
応じて、加速度用判定閾値Ｘα及びトルク用判定閾値Ｘτの一方又は双方（本例では、双方）を変化させるように構成されている。

【0066】

制御装置１が制御する交流回転機２０の機種が変化すると、交流回転機２０の回転機定数が変化する。回転機定数が変化すると、適切な加速度用判定閾値Ｘα及びトルク用判定閾値Ｘτの値が変化する。上記の構成によれば、回転機定数が変化しても、回転機定数測定部９により、変化した回転機定数を測定することができる。そして、回転機定数の測定値に応じて、加速度用判定閾値Ｘα及びトルク用判定閾値Ｘτの一方又は双方を、適切な値に変化させることができる。よって、交流回転機２０の機種が変化しても、慣性モーメントＪの推定精度を維持することができる。

【0067】

本実施の形態に係る制御装置１の処理の手順（慣性モーメント演算方法）について、図８に示すフローチャートに基づいて説明する。
ステップＳ２１で、回転機定数測定部９は、図９のフローチャートを用いて後述するように、交流回転機２０の回転機定数を測定する回転機定数測定処理（回転機定数測定ステップ）を実行する。次に、ステップＳ２２で、慣性モーメント推定部７は、ステップＳ２１で測定した回転機定数の測定値に応じて、加速度用判定閾値Ｘα及びトルク用判定閾値Ｘτの一方又は双方を変化させる閾値設定処理（閾値設定ステップ）を実行する。その後、ステップＳ２３で、制御装置１は、交流回転機２０の通常運転を開始し、回転機の駆動制御処理（駆動制御ステップ）を実行する。ステップＳ２３では、電圧指令生成部４は、電圧指令を生成する電圧指令生成処理（電圧指令生成ステップ）を実行する。電圧印加部５は、電圧指令に基づいてインバータ２１を介して交流回転機２０に電圧を印加させる電圧印加処理（電圧印加ステップ）を実行する。電流検出部３は、交流回転機２０に流れる電流を検出する電流検出処理（電流検出ステップ）を実行する。回転速度推定部６は、電圧指令と電流とに基づいて、交流回転機２０の回転速度ωを推定する回転速度推定処理（回転速度推定ステップ）を実行する。トルク推定部８は、電流に基づいて交流回転機２０の出力トルクτを推定するトルク推定処理（トルク推定ステップ）を実行する。慣性モーメント推定部７は、出力トルクτに対してハイパスフィルタの特性を有するトルク用フィルタ処理Ｆ１を行った値である過渡トルク値τｆと、回転速度ωに対して微分特性及びハイパスフィルタの特性を有する速度用フィルタ処理Ｆ２を行った値である過渡加速度値αｆとに基づいて、慣性モーメントＪを推定する慣性モーメント推定処理（慣性モーメント推定ステップ）を実行する。そして、慣性モーメント推定部７は、慣性モーメント推定処理（慣性モーメント推定ステップ）において、過渡トルク値τｆの大きさが、トルク用判定閾値Ｘτよりも大きく、且つ、過渡加速度値αｆの大きさが、加速度用判定閾値Ｘαよりも大きい場合に、慣性モーメントＪの推定値の更新を許可し、それ以外の場合に、慣性モーメントＪの推定値の更新を禁止する更新禁止処理（更新禁止ステップ）を実行する。

【0068】

式（１０）を用いて上述したように、過渡トルク値τｆに含まれる誤差成分及びノイズ成分Δτｆの大きさは、出力トルクτの推定に用いる交流回転機２０の回転機定数である極対数Ｐｍ及び回転子磁束φｆに応じて変化する。そのため、慣性モーメント推定部７は、トルク用判定閾値Ｘτを、回転子磁束φｆの測定値に応じて変化させるように構成されている。

【0069】

慣性モーメント推定部７は、式（１６）に示すように、回転子磁束φｆとトルク用判定閾値Ｘτとの関係が予め設定されたマップ又は関数ｆτを用い、回転子磁束φｆの測定値に対応するトルク用判定閾値Ｘτを算出する。なお、慣性モーメント推定部７は、制御装置１が極対数Ｐｍの異なる交流回転機２０に対応できる場合は、極対数Ｐｍの測定値に応じてトルク用判定閾値Ｘτを変化させるように構成されてもよい。

【数16】

【0070】

本実施の形態では、慣性モーメント推定部７は、式（１４）に従い、回転子磁束φｆの測定値、及び予め設定された電流検出の最小分解能ΔＩｌｓｂに基づいて、トルク用判定閾値Ｘτを算出するように構成されている。なお、トルク用判定閾値の設定ゲインＫτ、及び極対数Ｐｍは、予め設定されている。

【0071】

式（１２）を用いて上述したように、過渡加速度値αｆに含まれる誤差成分及びノイズ成分Δαｆの大きさは、回転速度ωの推定に用いる交流回転機２０の回転機定数である電機子抵抗Ｒ、ｄｑ軸インダクタンスＬｄ、Ｌｑ、回転子磁束φｆに応じて変化する。そのため、慣性モーメント推定部７は、加速度用判定閾値Ｘαを、電機子抵抗Ｒ、ｄｑ軸インダクタンスＬｄ、Ｌｑ、及び回転子磁束φｆの測定値に応じて変化させるように構成されている。慣性モーメント推定部７は、式（１７）に示すように、電機子抵抗Ｒ、ｄｑ軸インダクタンスＬｄ、Ｌｑ、及び回転子磁束φｆと、加速度用判定閾値Ｘαとの関係が予め設定されたマップ又は関数ｆαを用い、電機子抵抗Ｒ、ｄｑ軸インダクタンスＬｄ、Ｌｑ、及び回転子磁束φｆの測定値に対応する加速度用判定閾値Ｘαを算出する。

【数17】

【0072】

本実施の形態では、慣性モーメント推定部７は、式（１５）に従い、電機子抵抗Ｒ、ｄｑ軸インダクタンスＬｄ、Ｌｑ、及び回転子磁束φｆの測定値、並びに予め設定された電流検出の最小分解能ΔＩｌｓｂに基づいて、加速度用判定閾値Ｘαを算出するように構成されている。なお、加速度用判定閾値の設定ゲインＫαは、予め設定されている。

【0073】

回転機定数測定部９は、回転速度推定部６において推定される回転子磁束φｆの推定値φｆｅを、回転子磁束φｆの測定値として用いるように構成されている。

【0074】

回転機定数測定部９は、電機子抵抗Ｒ、ｄｑ軸インダクタンスＬｄ、Ｌｑを測定する定数測定制御を実行するように構成されている。
図９のフローチャートに示すように、回転機定数測定部９は、新たな交流回転機２０が制御装置１に接続された判定した場合（ステップＳ１１：Ｙｅｓ）に、ステップＳ１２以降の定数測定制御を開始する。例えば、回転機定数測定部９は、初期化スイッチ（不図示）が、ユーザにより操作されたと判定した場合に、新たな交流回転機２０が制御装置１に接続されたと判定するように構成される。或いは、回転機定数測定部９は、電源オン後の初期動作として、定数測定制御を実行するように構成されてもよい。

【0075】

ステップＳ１２で、回転機定数測定部９は、交流回転機２０の停止時の磁極位置θを測定する初期磁極検出処理（初期磁極検出ステップ）を実行する。停止時の磁極位置測定法については、例えば「センサレス突極形ブラシレスPMモータの初期位置推定角方法」（電学論Ｄ、１１６巻７号、平成８年）など、さまざまな方法が提案されており、これらの方法を用いることで、停止時の磁極位置θを検出することができる。例えば、回転機定数測定部９は、交流回転機２０にパルス電圧を印加した後の電流波形に基づいて、磁極位置θを推定する。

【0076】

ステップＳ１３では、回転機定数測定部９は、ステップＳ１２で測定した交流回転機２０の磁極位置θの方向に電圧を印加して交流回転機２０の電機子抵抗Ｒを測定する抵抗測定処理（抵抗測定ステップ）を実行する。具体的には、回転機定数測定部９は、電圧指令生成部４により、トルク電流を発生させるｑ軸電圧指令Ｖｑを０とし、一定のｄ軸電圧指令Ｖｄを発生させて、交流回転機２０に電圧を印加させ、電流検出部３により、その時の電流を測定する。そして、回転機定数測定部９は、式（１８）を用い、ｄ軸電圧指令Ｖｄ、ｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑに基づいて、電機子抵抗Ｒを算出する。

【数18】

【0077】

ステップＳ１４では、回転機定数測定部９は、交流回転機２０のインダクタンスＬｑ、Ｌｄを測定するインダクタンス測定処理（インダクタンス測定ステップ）を実行する。特許第５５２３５８４号公報に記載の方法を用いることができる。回転機定数測定部９は、電圧指令生成部４により、交流回転機２０の基本回転周波数より十分高い周波数ωｈ[Hz]の電圧を印加させ、電流検出部３により、その時の電流を測定し、インダクタンスＬを演算する。具体的には、電圧指令生成部４は、周波数ωｈで回転する直交座標系をγδ軸として、γδ軸上で（Ｖｈ、０）なる電圧指令を与え、ｄｑ軸電圧指令Ｖｄ、Ｖｑに高調波を重畳させる。電流検出部３は、検出電流を、周波数ωｈより低い周波数ωｈ＊で回転する直交座標系γ＊δ＊軸上に座標変換し、γ＊軸電流Ｉγ＊を演算する。回転機定数測定部９は、γ＊軸電流Ｉγ＊から周波数ωｈと同一周波数の電流振幅Ｉｈを抽出し、式（１９）を用い、インダクタンスＬを演算する。

【数19】

回転機定数測定部９は、γ＊δ＊軸を少なくとも電気角で一周分以上回転させてインダクタンスＬを演算し、その間のインダクタンスＬの最大値と最小値を抽出し、最大値をｑ軸インダクタンスＬｑの測定値、最小値をｄ軸インダクタンスＬｄの測定値とする。

【0078】

なお、各回転機定数の測定方法については、本実施の形態に示すものに限らず、回転速度センサを用いないセンサレスの交流回転機において、初期磁極位置、電機子抵抗、インダクタンスの回転機定数を測定する方法であれば、どのような方法を用いてもよい。

【0079】

実施の形態３．
上記の実施の形態１では、トルク用判定閾値Ｘτ及び加速度用判定閾値Ｘαは、予め設定されている場合を例に説明したが、本実施の形態では、トルク用判定閾値Ｘτ及び加速度用判定閾値Ｘαは、ユーザにより入力された回転機定数に応じて変化されるように構成される場合を説明する。制御装置１は、ユーザによる回転機定数の入力を受け付ける構成、及び回転機定数の入力値に応じて判定閾値Ｘτ、Ｘαを変化させる構成以外は、上記の実施の形態１と同様に構成されている。よって、上記の実施の形態１と同様の部分は、説明を省略する。

【0080】

本実施の形態では、制御装置１は、図１０のブロック図に示すように、電流検出部３、電圧指令生成部４、電圧印加部５、回転速度推定部６、慣性モーメント推定部７、及びトルク推定部８に加えて、回転機定数入力部１４を備えている。回転機定数入力部１４は、出力トルクτ及び回転速度ωの一方又は双方（本例では、双方）の推定に用いる、交流回転機２０の回転機定数の入力を受け付ける。そして、慣性モーメント推定部７は、回転機定数の入力値に応じて、加速度用判定閾値Ｘα及びトルク用判定閾値Ｘτの一方又は双方（本例では、双方）を変化させるように構成されている。

【0081】

この構成によれば、交流回転機２０の機種が変更され、回転機定数が変化したとしても、ユーザにより入力された回転機定数の入力値に応じて、加速度用判定閾値Ｘα及びトルク用判定閾値Ｘτの一方又は双方を、適切な値に変化させることができる。よって、交流回転機２０の機種が変化しても、慣性モーメントＪの推定精度を維持することができる。

【0082】

回転機定数入力部１４は、表示装置及び入力装置等から構成されるユーザインターフェイス装置を備えており、ユーザによるユーザインターフェイス装置の操作により、電機子抵抗Ｒ、ｄｑ軸インダクタンスＬｄ、Ｌｑ、回転子磁束φｆ、及び極対数Ｐｍの値の入力を受け付けるように構成されている。

【0083】

慣性モーメント推定部７は、トルク用判定閾値Ｘτを、回転子磁束φｆ及び極対数Ｐｍの入力値に応じて変化させるように構成されている。慣性モーメント推定部７は、回転子磁束φｆ及び極対数Ｐｍと、トルク用判定閾値Ｘτとの関係が予め設定されたマップ又は関数を用い、回転子磁束φｆ及び極対数Ｐｍの入力値に対応するトルク用判定閾値Ｘτを算出する。

【0084】

本実施の形態では、慣性モーメント推定部７は、式（１４）に従い、回転子磁束φｆ及び極対数Ｐｍの入力値、並びに予め設定された電流検出の最小分解能ΔＩｌｓｂに基づいて、トルク用判定閾値Ｘτを算出するように構成されている。なお、トルク用判定閾値の設定ゲインＫτは、予め設定されている。

【0085】

慣性モーメント推定部７は、上記の実施の形態２と同様に、加速度用判定閾値Ｘαを、電機子抵抗Ｒ、ｄｑ軸インダクタンスＬｄ、Ｌｑ、及び回転子磁束φｆの入力値に応じて変化させるように構成されている。慣性モーメント推定部７は、電機子抵抗Ｒ、ｄｑ軸インダクタンスＬｄ、Ｌｑ、及び回転子磁束φｆと、加速度用判定閾値Ｘαとの関係が予め設定されたマップ又は関数を用い、電機子抵抗Ｒ、ｄｑ軸インダクタンスＬｄ、Ｌｑ、及び回転子磁束φｆの入力値に対応する加速度用判定閾値Ｘαを算出する。

【0086】

本実施の形態では、慣性モーメント推定部７は、式（１５）に従い、電機子抵抗Ｒ、ｄｑ軸インダクタンスＬｄ、Ｌｑ、及び回転子磁束φｆの入力値、並びに予め設定された電流検出の最小分解能ΔＩｌｓｂに基づいて、加速度用判定閾値Ｘαを算出するように構成されている。なお、加速度用判定閾値の設定ゲインＫαは、予め設定されている。

【0087】

〔その他の実施の形態〕
最後に、本発明のその他の実施の形態について説明する。なお、以下に説明する各実施の形態の構成は、それぞれ単独で適用されるものに限られず、矛盾が生じない限り、他の実施の形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。

【0088】

（１）上記の各実施の形態においては、トルク用フィルタ処理Ｆ１及び速度用フィルタ処理Ｆ２は、ローパスフィルタの特性を有している場合を例に説明した。しかし、トルク用フィルタ処理Ｆ１及び速度用フィルタ処理Ｆ２は、ローパスフィルタの特性を有していなくともよい。

【0089】

（２）上記の実施の形態２において、回転機定数測定部９は、交流回転機２０の通常運転を開始する前（回転機の駆動制御を開始する前）に、交流回転機２０の回転機定数として電機子抵抗Ｒ、ｄｑ軸インダクタンスＬｄ、Ｌｑを測定する回転機定数測定処理を実行するように構成されている場合を例に説明した。しかし、回転機定数測定部９は、回転機の駆動制御の実行中に、交流回転機２０の回転機定数として、電機子抵抗Ｒ、及びｄｑ軸インダクタンスＬｄ、Ｌｑの一方又は双方を測定し、慣性モーメント推定部７は、回転機定数の測定値に応じて判定閾値Ｘτ、Ｘαの一方又は双方を変化させるように構成されてもよい。この場合は、回転機定数測定部９は、回転機の駆動制御の実行中に、式（１８）に基づいて、電機子抵抗Ｒを算出するように構成される。また、回転機定数測定部９は、回転機の駆動制御の実行中に、実施の形態２と同様に、ｄｑ軸電圧指令Ｖｄ、Ｖｑに周波数ωｈの高調波を重畳させ、その時の検出電流から式（１９）に基づいて、インダクタンスＬを算出し、算出したインダクタンスＬの最大値と最小値からｄｑ軸インダクタンスＬｄ、Ｌｑを算出するように構成される。この構成によれば、回転機の駆動制御の実行中に、交流回転機２０の温度変化により、電機子抵抗Ｒが変化し、また、電流変化により、ｄｑ軸インダクタンスＬｄ、Ｌｑが変化しても、これらの回転機定数の変化に応じて、判定閾値Ｘτ、Ｘαの一方又は双方を変化させることができ、慣性モーメントＪの推定精度が悪化することを抑制できる。なお、回転子磁束φｆには、実施の形態２と同様に、回転機の駆動制御の実行中に、回転速度推定部６において推定される回転子磁束φｆの推定値φｆｅが用いられる。

【0090】

（３）上記の各実施の形態においては、制御装置１は、演算処理装置９０、記憶装置９１、入力回路９２、及び出力回路９３等により構成されている場合を例に説明した。しかし、制御装置１の一部が、他の処理回路により構成されてもよい。例えば、固定座標変換及び二相三相変換、三相二相変換及び回転座標変換等の座標変換処理、三相交流電圧指令Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに基づいて矩形パルス波を生成するＰＷＭ信号生成処理等の制御装置１の処理の一部又は全部を実行する、システムＬＳＩ、コンパレータ、三角波生成回路等の電子回路が、制御装置１に備えられてもよい。

【0091】

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

【産業上の利用可能性】

【0092】

この発明は、交流回転機の慣性モーメントを推定する交流回転機の制御装置、及び交流回転機の慣性モーメント演算方法に好適に利用することができる。

【符号の説明】

【0093】

１ 交流回転機の制御装置（制御装置）、３ 電流検出部、４ 電圧指令生成部、５ 電圧印加部、６ 回転速度推定部、７ 慣性モーメント推定部、８ トルク推定部、９ 回転機定数測定部、１０ 電流フィードバック制御部、１１ 速度フィードバック制御部、１２ 座標変換部、１３ 信号生成部、１４ 回転機定数入力部、１５ 更新禁止部、２０ 交流回転機、２１ インバータ、２２ 機械装置、２３ 直流電源、２４ 電流センサ、Ｆ１ トルク用フィルタ処理、Ｆ２ 速度用フィルタ処理、Ｊ 慣性モーメント、Ｘτ トルク用判定閾値、Ｘα 加速度用判定閾値、Ｉｄ Ｉ軸電流、Ｉｑ ｑ軸電流、Ｌｄ ｄ軸インダクタンス、Ｌｑ ｑ軸インダクタンス、Ｐｍ 極対数、Ｖｄ ｄ軸電圧指令、Ｖｑ ｑ軸電圧指令、Ｒ 電機子抵抗

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】