特許 7357112 回転機制御装置

(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】

(24)【登録日】2023-09-27

(45)【発行日】2023-10-05

(54)【発明の名称】回転機制御装置

(51)【国際特許分類】

   H02P 21/05 20060101AFI20230928BHJP

   H02P 21/24 20160101ALI20230928BHJP

【ＦＩ】

H02P21/05

H02P21/24

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2022085836

(22)【出願日】2022-05-26

(65)【公開番号】P2023089904

(43)【公開日】2023-06-28

【審査請求日】2022-06-03

(31)【優先権主張番号】P 2021203816

(32)【優先日】2021-12-16

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(31)【優先権主張番号】P 2021203968

(32)【優先日】2021-12-16

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100109210

【弁理士】

【氏名又は名称】新居 広守

(74)【代理人】

【識別番号】100137235

【弁理士】

【氏名又は名称】寺谷 英作

(74)【代理人】

【識別番号】100131417

【弁理士】

【氏名又は名称】道坂 伸一

(72)【発明者】

【氏名】松山 哲也

(72)【発明者】

【氏名】田中 雄也

【審査官】保田 亨介

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２１－１３６８０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－２２３０２３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｐ２１／００－２５／０３

２５／０４

２５／１０－２７／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

同期回転機の磁束である回転機磁束を推定する磁束推定部と、
推定された前記回転機磁束である推定磁束と前記同期回転機の検出電流との第１内積、または前記同期回転機の永久磁石の推定された磁石磁束と前記検出電流との第２内積を用いたフィードバック制御を実行することによって指令磁束の振幅である指令振幅を生成する指令振幅生成部と、
前記推定磁束と前記検出電流とに基づいて前記磁石磁束の位相である磁石位相を特定し、前記磁石位相をｄｍ軸としかつ前記磁石位相に対して９０度進んだ位相をｑｍ軸としたｄｍ－ｑｍ座標を用いて、前記推定磁束のｑｍ軸磁束と前記検出電流のｑｍ軸電流と前記磁石位相の高調波成分とを特定し、前記ｑｍ軸磁束と前記高調波成分とから磁気エネルギーを特定する磁化特性特定部と、
前記ｑｍ軸電流と前記高調波成分と前記磁気エネルギーとに基づいて得られるリプル補償トルクを用いて、リプル補償位相を特定するリプル補償特定部と、
前記リプル補償位相とトルク指令または回転速度指令から生成される位相とを加算することによって指令磁束ベクトル位相を特定する指令位相特定部と、
前記指令振幅と前記指令磁束ベクトル位相とに基づいて前記指令磁束を生成する指令磁束生成部とを備える、
回転機制御装置。

【請求項2】

同期回転機の磁束である回転機磁束を推定する磁束推定部と、
推定された前記回転機磁束である推定磁束と前記同期回転機の検出電流との第１内積、または前記同期回転機の永久磁石の推定された磁石磁束と前記検出電流との第２内積を用いたフィードバック制御を実行することによって指令磁束の振幅である指令振幅を生成する指令振幅生成部と、
前記推定磁束と前記検出電流とに基づいて前記磁石磁束の位相である磁石位相を特定し、前記磁石位相をｄｍ軸としかつ前記磁石位相に対して９０度進んだ位相をｑｍ軸としたｄｍ－ｑｍ座標を用いて、前記推定磁束のｑｍ軸磁束と前記検出電流のｑｍ軸電流と前記磁石位相の高調波成分とを特定し、前記ｑｍ軸磁束と前記高調波成分とから磁気エネルギーを特定する磁化特性特定部と、
前記ｑｍ軸電流と前記高調波成分と前記磁気エネルギーとに基づいてリプル補償トルクを特定するリプル補償特定部と、
前記リプル補償トルクに基づいて共振部によって特定されるリプル補償位相とトルク指令または回転速度指令から生成される位相とを加算することによって指令磁束ベクトル位相を特定する指令位相特定部と、
前記指令振幅と前記指令磁束ベクトル位相とに基づいて前記指令磁束を生成する指令磁束生成部とを備える、
回転機制御装置。

【請求項3】

同期回転機の磁束である回転機磁束を推定する磁束推定部と、
推定された前記回転機磁束である推定磁束と前記同期回転機の検出電流との第１内積、または前記同期回転機の永久磁石の推定された磁石磁束と前記検出電流との第２内積を用いたフィードバック制御を実行することによって指令磁束の振幅である指令振幅を生成する指令振幅生成部と、
前記推定磁束と前記検出電流とに基づいて前記磁石磁束の位相である磁石位相を特定し、前記磁石位相をｄｍ軸としかつ前記磁石位相に対して９０度進んだ位相をｑｍ軸としたｄｍ－ｑｍ座標を用いて、前記検出電流のｑｍ軸電流の脈動分を含むリプル補償トルクに基づいて、共振部によってリプル補償位相を特定するリプル補償特定部と、
前記リプル補償位相とトルク指令または回転速度指令から生成される位相とを加算することによって指令磁束ベクトル位相を特定する指令位相特定部と、
前記指令振幅と前記指令磁束ベクトル位相とに基づいて前記指令磁束を生成する指令磁束生成部とを備える、
回転機制御装置。

【請求項4】

前記推定磁束に基づいて前記推定磁束の位相である推定位相を特定する位相特定部と、前記推定磁束と前記検出電流とに基づいて推定トルクを演算するトルク推定部とをさらに備え、
前記指令位相特定部は、前記推定トルクを指令トルクに収束させるためのトルク位相と前記リプル補償位相と前記推定位相とを加算することによって、前記指令磁束ベクトル位相を特定する、
請求項１から３のいずれか１項に記載の回転機制御装置。

【請求項5】

前記指令位相特定部は、（１）前記推定磁束の位相である推定位相が移動するべき制御周期毎の移動量を、前記同期回転機への前記回転速度指令を用いて特定し、（２）特定された前記移動量と前記リプル補償位相とを用いて前記指令磁束ベクトル位相を特定する、
請求項１から３のいずれか１項に記載の回転機制御装置。

【請求項6】

前記推定磁束に基づいて前記推定磁束の位相である推定位相を特定する位相特定部をさらに備え、
前記指令位相特定部は、（１）前記推定位相が移動するべき制御周期毎の移動量を、前記同期回転機への前記回転速度指令を用いて特定し、（２）特定された前記移動量と前記リプル補償位相と前記推定位相とを用いて前記指令磁束ベクトル位相を特定する、
請求項１から３のいずれか１項に記載の回転機制御装置。

【請求項7】

前記推定磁束と前記検出電流とに基づいて推定トルクを演算するトルク推定部をさらに備え、
前記指令位相特定部は、前記推定トルクをさらに用いて前記指令磁束ベクトル位相を特定する、
請求項５に記載の回転機制御装置。

【請求項8】

前記推定磁束と前記検出電流とに基づいて推定トルクを演算するトルク推定部をさらに備え、
前記指令位相特定部は、前記推定トルクをさらに用いて前記指令磁束ベクトル位相を特定する、
請求項６に記載の回転機制御装置。

【請求項9】

前記指令振幅生成部は、前記第１内積または前記第２内積の演算結果の目標値として、ゼロに設定する、
請求項１から３のいずれか１項に記載の回転機制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、回転機を制御する回転機制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、同期回転機（同期モータ）の駆動方法として、直接トルク制御（ＤＴＣ：Ｄｉｒｅｃｔ Ｔｏｒｑｕｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ）を用いた位置センサレス磁束制御が知られている。たとえば、特許文献１には、位置センサレス磁束制御について開示されている。

【0003】

また、従来、トルクリプルを低減する方法等が知られている。たとえば、非特許文献１および非特許文献２には、トルクリプルを低減する方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０２０－１７８４２９号公報

【非特許文献】

【0005】

【文献】井上征則、森本茂雄、真田雅之、「高調派を含む埋込磁石同期モータの直接トルク制御によるトルクリプル低減」、平成１８年電気学会産業応用部門大会、１－４、ｐ．１７３－１７６

【文献】寺山祐樹、星伸一、「ＰＭＳＭの磁気飽和を考慮した鎖交磁束高調波成分推定値を用いたトルクリプル抑制制御」、電気学会論文誌Ｄ、Ｖｏｌ．１４１、Ｎｏ．４、ｐｐ．３６６－３７３

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

位置センサレス磁束制御において、トルクリプルを効果的に低減することが望まれる。

【0007】

そこで、本開示は、位置センサレス磁束制御において、トルクリプルを効果的に低減できる回転機制御装置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】

本開示の一態様に係る回転機制御装置は、同期回転機の磁束である回転機磁束を推定する磁束推定部と、推定された前記回転機磁束である推定磁束と前記同期回転機の検出電流との第１内積、または前記同期回転機の永久磁石の推定された磁石磁束と前記検出電流との第２内積を用いたフィードバック制御を実行することによって指令磁束の振幅である指令振幅を生成する指令振幅生成部と、前記推定磁束と前記検出電流とに基づいて前記磁石磁束の位相である磁石位相を特定し、前記磁石位相をｄｍ軸としかつ前記磁石位相に対して９０度進んだ位相をｑｍ軸としたｄｍ－ｑｍ座標を用いて、前記推定磁束のｑｍ軸磁束と前記検出電流のｑｍ軸電流と前記磁石位相の高調波成分とを特定する磁化特性特定部と、前記ｑｍ軸電流と前記高調波成分とに基づいて得られるリプル補償トルクを用いて、リプル補償位相を特定するリプル補償特定部と、前記リプル補償位相とトルク指令または回転速度指令とに基づいて指令磁束ベクトル位相を特定する指令位相特定部と、前記指令振幅と前記指令磁束ベクトル位相とに基づいて前記指令磁束を生成する指令磁束生成部とを備える。

【0009】

本開示の一態様に係る回転機制御装置は、同期回転機の磁束である回転機磁束を推定する磁束推定部と、推定された前記回転機磁束である推定磁束と前記同期回転機の検出電流との第１内積、または前記同期回転機の永久磁石の推定された磁石磁束と前記検出電流との第２内積を用いたフィードバック制御を実行することによって指令磁束の振幅である指令振幅を生成する指令振幅生成部と、前記推定磁束と前記検出電流とに基づいて前記磁石磁束の位相である磁石位相を特定し、前記磁石位相をｄｍ軸としかつ前記磁石位相に対して９０度進んだ位相をｑｍ軸としたｄｍ－ｑｍ座標を用いて、前記推定磁束のｑｍ軸磁束と前記検出電流のｑｍ軸電流と前記磁石位相の高調波成分とを特定する磁化特性特定部と、前記ｑｍ軸電流と前記高調波成分とに基づいてリプル補償トルクを特定するリプル補償特定部と、前記リプル補償トルクに基づいて共振部によって特定されるリプル補償位相とトルク指令または回転速度指令とに基づいて指令磁束ベクトル位相を特定する指令位相特定部と、前記指令振幅と前記指令磁束ベクトル位相とに基づいて前記指令磁束を生成する指令磁束生成部とを備える。

【0010】

本開示の一態様に係る回転機制御装置は、同期回転機の磁束である回転機磁束を推定する磁束推定部と、推定された前記回転機磁束である推定磁束と前記同期回転機の検出電流との第１内積、または前記同期回転機の永久磁石の推定された磁石磁束と前記検出電流との第２内積を用いたフィードバック制御を実行することによって指令磁束の振幅である指令振幅を生成する指令振幅生成部と、前記推定磁束と前記検出電流とに基づいて前記磁石磁束の位相である磁石位相を特定し、前記磁石位相をｄｍ軸としかつ前記磁石位相に対して９０度進んだ位相をｑｍ軸としたｄｍ－ｑｍ座標を用いて、前記検出電流のｑｍ軸電流の脈動分を含むリプル補償トルクに基づいて、共振部によってリプル補償位相を特定するリプル補償特定部と、前記リプル補償位相とトルク指令または回転速度指令とに基づいて指令磁束ベクトル位相を特定する指令位相特定部と、前記指令振幅と前記指令磁束ベクトル位相とに基づいて前記指令磁束を生成する指令磁束生成部とを備える。

【発明の効果】

【0011】

本開示の一態様に係る回転機制御装置によれば、位置センサレス磁束制御において、トルクリプルを効果的に低減できる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、第１の実施の形態に係る回転機制御装置等のブロック図である。

【図2】図２は、αβ座標系、ｄｑ座標系、およびｄｍｑｍ座標系を説明するための図である。

【図3】図３は、図１の回転機制御装置の位置センサレス制御部のブロック図である。

【図4】図４は、図３の位置センサレス制御部の指令振幅生成部のブロック図である。

【図5】図５は、図３の位置センサレス制御部の磁化特性特定部のブロック図である。

【図6】図６は、図５の磁化特性特定部のフーリエ変換部のブロック図である。

【図7】図７は、図５の磁化特性特定部によって生成される磁気エネルギーテーブルを示す図である。

【図8】図８は、図３の位置センサレス制御部のリプル補償特定部のブロック図である。

【図9】図９は、図８のリプル補償特定部のリプルトルク特定部のブロック図である。

【図10】図１０は、図８のリプル補償特定部のリプル位相特定部のブロック図である。

【図11】図１１は、図３の位置センサレス制御部の指令位相特定部のブロック図である。

【図12】図１２は、第２の実施の形態に係る回転機制御装置の指令振幅生成部のブロック図である。

【図13】図１３は、第３の実施の形態に係る回転機制御装置の磁化特性特定部のブロック図である。

【図14】図１４は、第３の実施の形態に係る回転機制御装置の他の磁化特性特定部のブロック図である。

【図15】図１５は、第４の実施の形態に係る回転機制御装置の位置センサレス制御部のブロック図である。

【図16】図１６は、図１５の位置センサレス制御部の指令位相特定部のブロック図である。

【図17】図１７は、第５の実施の形態に係る回転機制御装置の指令位相特定部のブロック図である。

【図18】図１８は、第６の実施の形態に係る回転機制御装置の指令位相特定部のブロック図である。

【図19】図１９は、第７の実施の形態に係る回転機制御装置の指令位相特定部のブロック図である。

【図20】図２０は、第８の実施の形態に係る回転機制御装置の指令位相特定部のブロック図である。

【図21】図２１は、第９の実施の形態に係る回転機制御装置の指令位相特定部のブロック図である。

【図22】図２２は、第１０の実施の形態に係る回転機制御装置等のブロック図である。

【図23】図２３は、図２２の回転機制御装置の位置センサレス制御部のブロック図である。

【図24】図２４は、図２３の位置センサレス制御部のリプル補償特定部のブロック図である。

【図25】図２５は、図２３の位置センサレス制御部の指令位相特定部のブロック図である。

【図26】図２６は、第１３の実施の形態に係る回転機制御装置の位置センサレス制御部のブロック図である。

【図27】図２７は、図２６の位置センサレス制御部の指令位相特定部のブロック図である。

【図28】図２８は、第１４の実施の形態に係る回転機制御装置の指令位相特定部のブロック図である。

【図29】図２９は、第１５の実施の形態に係る回転機制御装置の指令位相特定部のブロック図である。

【図30】図３０は、第１６の実施の形態に係る回転機制御装置の指令位相特定部のブロック図である。

【図31】図３１は、第１７の実施の形態に係る回転機制御装置の指令位相特定部のブロック図である。

【図32】図３２は、第１８の実施の形態に係る回転機制御装置の指令位相特定部のブロック図である。

【図33】図３３は、第１９の実施の形態に係る回転機制御装置等のブロック図である。

【図34】図３４は、図３３の回転機制御装置の位置センサレス制御部のブロック図である。

【図35】図３５は、図３４の位置センサレス制御部のリプル補償特定部のブロック図である。

【図36】図３６は、回転機におけるトルクの波形を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本開示の一態様に係る回転機制御装置の具体例について、図面を参照しながら説明する。ここで示す実施の形態は、いずれも本開示の一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される数値、形状、構成要素、構成要素の配置および接続形態、ならびに、ステップ（工程）およびステップの順序等は、一例であって本開示を限定する趣旨ではない。また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。

【0014】

なお、本開示の包括的または具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたはコンピュータ読み取り可能なＣＤ－ＲＯＭなどの記録媒体で実現されてもよく、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムおよび記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。

【0015】

（第１の実施の形態）
図１に示すように、回転機制御装置１００は、第１電流センサ１０２、第２電流センサ１０４、位置センサレス制御部１０６、およびデューティ生成部１０８を備えている。回転機制御装置１００は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）インバータ３００および同期回転機４００に接続されている。

【0016】

位置センサレス制御部１０６は、同期回転機４００の位置センサレス磁束制御を行う。位置センサレス制御部１０６は、同期回転機４００の位置センサレス磁束制御運転を実行するように構成されている。本実施の形態では、位置センサレス磁束制御運転が実行されている期間において、同期回転機４００のロータの回転速度（回転数）が、同期回転機４００に印加される回転機電流の回転速度（同期速度）に一致する。位置センサレス磁束制御運転は、エンコーダおよびレゾルバ等の位置センサを用いない運転である。本明細書では、説明の便宜上、推定された回転機磁束の位相を用いて回転機磁束を制御する運転を磁束制御運転と称する。回転機磁束は、同期回転機４００に印加されている３相交流座標上の電機子鎖交磁束と、この電機子鎖交磁束を座標変換することにより得た磁束の両方を含む概念である。本明細書では、「振幅」は、単に大きさ（絶対値）を指す場合がある。

【0017】

回転機制御装置１００の一部または全部の要素は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）またはマイクロコンピュータにおいて実行される制御アプリケーションによって提供され得る。ＤＳＰまたはマイクロコンピュータは、コア、メモリ、Ａ／Ｄ変換回路および通信ポート等の周辺装置を含んでいてもよい。また、回転機制御装置１００の一部または全部の要素は、論理回路によって構成されていてもよい。

【0018】

（回転機制御装置１００による制御の概要）
回転機制御装置１００は、指令トルクＴ_e ^*および相電流ｉ_u，ｉ_wから、デューティＤ_u，Ｄ_v，Ｄ_wを生成する。ＰＷＭインバータ３００によって、デューティＤ_u，Ｄ_v，Ｄ_wから、同期回転機４００に印加するべき電圧ベクトルｖ_u，ｖ_v，ｖ_wが生成される。指令トルクＴ_e ^*は、上位制御装置から回転機制御装置１００に与えられる。指令トルクＴ_e ^*は、モータトルクが追従するべきトルクを表す。

【0019】

以下、回転機制御装置１００の動作の概要を説明する。電流センサ１０２，１０４（第１電流センサ１０２、第２電流センサ１０４）によって、相電流ｉ_u，ｉ_wが検出される。位置センサレス磁束制御運転を実行しているとき、位置センサレス制御部１０６によって、指令トルクＴ_e ^*および相電流ｉ_u，ｉ_wから、指令電圧ベクトルｖ_u ^*，ｖ_v ^*，ｖ_w ^*が生成される。指令電圧ベクトルｖ_u ^*，ｖ_v ^*，ｖ_w ^*の各成分は、それぞれ３相交流座標上のＵ相電圧、Ｖ相電圧、およびＷ相電圧に対応する。デューティ生成部１０８によって、指令電圧ベクトルｖ_u ^*，ｖ_v ^*，ｖ_w ^*から、デューティＤ_u，Ｄ_v，Ｄ_wが生成される。デューティＤ_u，Ｄ_v，Ｄ_wは、ＰＷＭインバータ３００に入力される。このような制御によって、同期回転機４００は、トルクが指令トルクＴ_e ^*に追従するように制御される。

【0020】

以下では、α－β座標に基づいて回転機制御装置１００を説明することがある。また、ｄ－ｑ座標に基づいて回転機制御装置１００を説明することもある。また、ｄｍ－ｑｍ座標に基づいて回転機制御装置１００を説明することもある。図２に、α－β座標、ｄ－ｑ座標、およびｄｍ－ｑｍ座標を示す。α－β座標は、固定座標である。α－β座標は、静止座標とも交流座標とも称される。α軸は、Ｕ軸（図２では省略）と同一方向に延びる軸として設定される。Ｕ軸は、回転機制御装置１００のＵ相巻線に対応する。β軸は、α軸と直交する。ｄ－ｑ座標は、回転座標である。ｄ－ｑ座標は、同期回転機４００のロータの位相をｄ軸とし、当該位相に対して９０度進んだ位相をｑ軸とする座標系である。ｄｍ－ｑｍ座標は、回転座標である。ｄｍ軸は、同期回転機４００の永久磁石の推定された磁束である磁石磁束Ψ_{a m}の位相である磁石位相θ_{d m}をｄｍ軸とし、磁石位相θ_{d m}に対して９０度進んだ位相をｑｍ軸とした座標系である。

【0021】

（位置センサレス制御部１０６）
図１に戻って、位置センサレス制御部１０６は、回転機磁束の振幅が目標振幅へと収束するように指令振幅を設定する位置センサレス磁束制御運転を実行する。位置センサレス磁束制御運転は、磁束推定部１１２（後述）に基づいて推定された回転機磁束の位相（推定位相θ_s）から求められる指令位相θ_s ^*を参照しながら実行される。目標振幅は、回転機磁束の振幅が最終的に到達するべき振幅である。指令振幅は、回転機磁束の振幅が追従するべき振幅である。

【0022】

図３に示すように、位置センサレス制御部１０６は、ｕ，ｗ／α，β変換部１１０、磁束推定部１１２、位相特定部１１４、トルク推定部１１６、指令振幅生成部１１８、磁化特性特定部１２０、リプル補償特定部１２２、指令位相特定部１２４、指令磁束生成部１２６、電圧指令生成部１２８、およびα，β／ｕ，ｖ，ｗ変換部１３０を備えている。

【0023】

位置センサレス制御部１０６では、ｕ，ｗ／α，β変換部１１０によって、相電流ｉ_u，ｉ_wが、軸電流ｉ_α，ｉ_βに変換される。軸電流ｉ_α，ｉ_βは、同期回転機４００のα－β座標上におけるα軸電流ｉ_αおよびβ軸電流ｉ_βをまとめて記載したものである。磁束推定部１１２によって、回転機磁束が推定される（推定磁束Ψ_sが求められる）。推定磁束Ψ_sのα軸成分およびβ軸成分をそれぞれ推定磁束Ψ_α，Ψ_βと記載する。位相特定部１１４によって、推定磁束Ψ_sから、回転機磁束の位相が推定される（推定磁束Ψ_sの推定位相θ_sが求められる）。トルク推定部１１６によって、推定磁束Ψ_sおよび軸電流ｉ_α，ｉ_βから、モータトルクが推定される（推定トルクＴ_eが求められる）。指令振幅生成部１１８によって、推定磁束Ψ_sおよび軸電流ｉ_α，ｉ_βから、指令振幅｜Ψ_s ^*｜が生成される。磁化特性特定部１２０によって、推定磁束Ψ_sおよび軸電流ｉ_α，ｉ_βから、ｑｍ軸電流ｉ_{q m}および磁石位相θ_{d m}の高調波成分ｎθ_{d m}が特定される。リプル補償特定部１２２によって、ｑｍ軸電流ｉ_{q m}および高調波成分ｎθ_{d m}から、リプル補償位相θ_rippleが特定される。指令位相特定部１２４によって、推定磁束Ψ_sの推定位相θ_s、指令トルクＴ_e ^*、推定トルクＴ_e、およびリプル補償位相θ_rippleから、指令磁束ベクトルΨ_s ^*の指令位相（指令磁束ベクトル位相）θ_s ^*が求められる。指令磁束生成部１２６によって、指令振幅｜Ψ_s ^*｜および指令位相θ_s ^*から、指令磁束ベクトルΨ_s ^*が求められる。指令磁束ベクトルΨ_s ^*のα軸成分およびβ軸成分を、それぞれα軸指令磁束Ψ_α ^*およびβ軸指令磁束Ψ_β ^*と記載する。電圧指令生成部１２８によって、指令磁束Ψ_α ^*，Ψ_β ^*、推定磁束Ψ_α，Ψ_β、および軸電流ｉ_α，ｉ_βから、指令軸電圧ｖ_α ^*，ｖ_β ^*が求められる。指令軸電圧ｖ_α ^*，ｖ_β ^*は、同期回転機４００のα－β座標上におけるα軸指令軸電圧ｖ_α ^*およびβ軸指令軸電圧ｖ_β ^*をまとめて記載したものである。α，β／ｕ，ｖ，ｗ変換部１３０によって、指令軸電圧ｖ_α ^*，ｖ_β ^*が、指令電圧ベクトルｖ_u ^*，ｖ_v ^*，ｖ_w ^*に変換される。

【0024】

位置センサレス磁束制御運転においては、このような制御によって、モータトルクが指令トルクＴ_e ^*に追従し、回転機磁束が指令磁束ベクトルΨ_s ^*に追従する。その結果、同期回転機４００の速度が指令速度ω_ref ^*に追従する。上述のように、「位置センサレス制御部１０６は、回転機磁束の振幅が目標振幅へと収束するように、指令振幅を設定する位置センサレス磁束制御運転を実行する」と表現する場合、「目標振幅」は、指令振幅｜Ψ_s ^*｜に対応する。これを考慮して、以下では、指令振幅｜Ψ_s ^*｜を目標振幅｜Ψ_s ^*｜と称することがある。

【0025】

本明細書では、軸電流ｉ_α，ｉ_βは、実際に同期回転機４００を流れる電流ではなく、情報として伝達される電流値を意味する。指令軸電圧ｖ_α ^*，ｖ_β ^*、推定磁束Ψ_s、推定位相θ_s、指令位相θ_s ^*、推定トルクＴ_e、指令トルクＴ_e ^*、指令振幅｜Ψ_s ^*｜（目標振幅｜Ψ_s ^*｜）、指令磁束ベクトルΨ_s ^*、指令電圧ベクトルｖ_u ^*，ｖ_v ^*，ｖ_w ^*、指令速度ω_ref ^*、磁石位相θ_{d m}、高調波成分ｎθ_{d m}、およびｑｍ軸電流ｉ_{q m}等も情報として伝達される値を意味する。

【0026】

図３に示す位置センサレス制御部１０６の構成要素について、以下で説明する。

【0027】

（ｕ，ｗ／α，β変換部１１０）
ｕ，ｗ／α，β変換部１１０は、相電流ｉ_u，ｉ_wを軸電流ｉ_α，ｉ_βに変換する。具体的には、ｕ，ｗ／α，β変換部１１０は、式（１）および式（２）によって、相電流ｉ_u，ｉ_wを軸電流ｉ_α，ｉ_βに変換して、軸電流ｉ_α，ｉ_βを出力する。

【0028】

【数1】

【0029】

【数2】

【0030】

（磁束推定部１１２）
磁束推定部１１２は、同期回転機４００の磁束である回転機磁束を推定し、推定された回転機磁束である推定磁束Ψ_s（推定磁束Ψ_α，Ψ_β）を出力する。磁束推定部１１２は、位置センサレス磁束制御運転を実行しているとき、軸電流ｉ_α，ｉ_βおよび指令軸電圧ｖ_α ^*，ｖ_β ^*から、推定磁束Ψ_sを求める。具体的には、磁束推定部１１２は、式（３）および式（４）を用いて、推定磁束Ψ_α，Ψ_βを求める。式（３）および式（４）におけるΨ_α|_t=0およびΨ_β|_t=0は、それぞれ推定磁束Ψ_α，Ψ_βの初期値である。式（３）および式（４）におけるＲは、同期回転機４００の巻線抵抗である。磁束推定部１１２がＤＳＰ、マイクロコンピュータ等のディジタル制御装置に組み込まれている場合、式（３）および式（４）における演算のために必要となる積分器は離散系で構成され得る。この場合には、１制御周期前における推定磁束Ψ_α，Ψ_βに、現在の制御周期に由来する値を加減算すればよい。

【0031】

【数3】

【0032】

【数4】

【0033】

（位相特定部１１４）
位相特定部１１４は、推定磁束Ψ_s（推定磁束Ψ_α，Ψ_β）に基づいて、推定磁束Ψ_sの位相である推定位相θ_sを特定する。本実施の形態では、位相特定部１１４は、推定磁束Ψ_sから推定位相θ_sを求める。具体的には、位相特定部１１４は、式（５）によって、推定磁束Ψ_sから推定位相θ_sを求める。たとえば、位相特定部１１４は、公知の位相推定器である。

【0034】

【数5】

【0035】

（トルク推定部１１６）
トルク推定部１１６は、推定磁束Ψ_s（推定磁束Ψ_α，Ψ_β）と検出電流ｉとに基づいて、推定トルクＴ_eを演算する。本実施の形態では、検出電流ｉは、軸電流ｉ_α，ｉ_βであり、トルク推定部１１６は、推定磁束Ψ_sおよび軸電流ｉ_α，ｉ_βから推定トルクＴ_eを求める。具体的には、トルク推定部１１６は、式（６）によって、推定磁束Ψ_sおよび軸電流ｉ_α，ｉ_βから推定トルクＴ_eを求める。式（６）におけるＰは、同期回転機４００の極対数である。

【0036】

【数6】

【0037】

（指令振幅生成部１１８）
指令振幅生成部１１８は、推定された回転機磁束である推定磁束Ψ_s（推定磁束Ψ_α，Ψ_β）と同期回転機４００の検出電流ｉとの第１内積、または同期回転機４００の永久磁石の推定された磁石磁束Ψ_{a m}と検出電流ｉとの第２内積を用いたフィードバック制御を実行することによって指令磁束の振幅である指令振幅｜Ψ_s ^*｜を生成する。図４に示すように、本実施の形態では、指令振幅生成部１１８は、第２内積を用いたフィードバック制御を実行することによって指令振幅｜Ψ_s ^*｜を生成する。

【0038】

指令振幅生成部１１８は、仮想インダクタンス（同期回転機４００のインダクタンス）Ｌ_{q m}、軸電流ｉ_α，ｉ_β、および推定磁束Ψ_s（推定磁束Ψ_α，Ψ_β）を用いて、無効電力成分を示す誤差変数εを演算する。具体的には、まず、指令振幅生成部１１８は、電機子反作用磁束を推定する（推定電機子反作用磁束Ｌ_{q m}ｉを求める）。推定電機子反作用磁束Ｌ_{q m}ｉのα軸成分およびβ軸成分を、それぞれ推定電機子反作用磁束Ｌ_{q m}ｉ_α、推定電機子反作用磁束Ｌ_{q m}ｉ_βと記載する。推定電機子反作用磁束Ｌ_{q m}ｉ_αは、仮想インダクタンスＬ_{q m}と軸電流ｉ_αとの積であり、推定電機子反作用磁束Ｌ_{q m}ｉ_βは、仮想インダクタンスＬ_{q m}と軸電流ｉ_βとの積である。次に、指令振幅生成部１１８は、推定磁束Ψ_s（推定磁束Ψ_α，Ψ_β）および推定電機子反作用磁束Ｌ_{q m}ｉ（推定電機子反作用磁束Ｌ_{q m}ｉ_α，Ｌ_{q m}ｉ_β）から、同期回転機４００の永久磁石の推定された磁石磁束（推定磁石磁束）Ψ_{a m}を求める。磁石磁束Ψ_{a m}のα軸成分およびβ軸成分を、それぞれ推定磁石磁束Ψ_{a mα}，Ψ_{a m β}と記載する。具体的には、指令振幅生成部１１８は、式（７）に示すように、推定磁束Ψ_αから推定電機子反作用磁束Ｌ_{q m}ｉ_αを減じることによって磁石磁束Ψ_{a mα}を求める。また、指令振幅生成部１１８は、式（８）に示すように、推定磁束Ψ_βから推定電機子反作用磁束Ｌ_{q m}ｉ_βを減じることによって磁石磁束Ψ_{a mβ}を求める。次に、指令振幅生成部１１８は、磁石磁束Ψ_{a mα}，Ψ_{a m β}および軸電流ｉ_α，ｉ_βから誤差変数εを式（９）のように計算する。

【0039】

【数7】

【0040】

【数8】

【0041】

【数9】

【0042】

式（９）および図４に示すように、指令振幅生成部１１８は、誤差変数εとして、同期回転機４００の永久磁石の推定された磁石磁束Ψ_{a m}と同期回転機４００の検出電流ｉとの内積（第２内積）を演算する。

【0043】

なお、誤差変数εは、同期回転機４００の推定磁束Ψ_{a m}と同期回転機４００の検出電流ｉとの内積（第１内積）を演算することでも求めることができる。

【0044】

このため、指令振幅生成部１１８は、式（１０）に示すように、誤差変数εとして、上記第２内積の替わりに、同期回転機４００の推定磁束Ψ_sと同期回転機４００の検出電流ｉとの内積（第１内積）を演算する構成であってもよい。

【0045】

【数10】

【0046】

図４に示すように、指令振幅生成部１１８は、減算器１３２、Ｐゲイン１３４、Ｉゲイン１３６、積分器１３８、加算器１４０、および加算器１４２を有している。指令振幅生成部１１８は、誤差変数εの目標値、すなわち、第１内積または第２内積の演算結果の目標値ε^*を設定する。ここでは、指令振幅生成部１１８は、第１内積または第２内積の演算結果の目標値ε^*として、ゼロに設定する。加算器１４２は、算出された磁束偏差ΔΨの絶対値｜ΔΨ｜と、推定磁束Ψ_{a m}のノミナル値であるΨ_{a_nominal}とを加算し、指令振幅｜Ψ_s ^*｜を生成する。

【0047】

このように、指令振幅生成部１１８は、誤差変数εを用いたフィードバック制御を実行することによって、指令振幅｜Ψ_s ^*｜を生成する。

【0048】

（磁化特性特定部１２０）
図５に示すように、磁化特性特定部１２０は、推定磁束Ψ_sと検出電流ｉとに基づいて磁石磁束Ψ_{a m}の位相である磁石位相θ_{d m}（図２参照）を特定し、磁石位相θ_{d m}をｄｍ軸としかつ磁石位相θ_{d m}に対して９０度進んだ位相をｑｍ軸としたｄｍ－ｑｍ座標を用いて、推定磁束Ψ_sのｑｍ軸磁束Ψ_{q m}と検出電流ｉのｑｍ軸電流ｉ_{q m}と磁石位相θ_{d m}の高調波成分ｎθ_{d m}とを特定する。ｑｍ軸磁束Ψ_{q m}は、推定磁束Ψ_sのｑｍ軸成分であり、ｑｍ軸電流ｉ_{q m}は、検出電流ｉのｑｍ軸成分である。

【0049】

磁化特性特定部１２０は、磁石磁束特定部１４４、磁石位相特定部１４６、α，β／ｑｍ変換部１４８、α，β／ｑｍ変換部１５０、高調波成分特定部１５２、フーリエ変換部１５４、および磁気エネルギー特定部１５６を有している。

【0050】

磁石磁束特定部１４４は、仮想インダクタンス（同期回転機４００のインダクタンス）Ｌ_{q m}、軸電流ｉ_α，ｉ_β、および推定磁束Ψ_s（推定磁束Ψ_α，Ψ_β）に基づいて、磁石磁束Ψ_{a m}を特定する。具体的には、磁石磁束特定部１４４は、式（１１）によって磁石磁束Ψ_{a mα}を求め、式（１２）によって磁石磁束Ψ_{a mβ}を求める。図２に示すように、磁石磁束Ψ_{a mα}は、磁石磁束Ψ_{a m}のα軸成分であり、磁石磁束Ψ_{a mβ}は、磁石磁束Ψ_amのβ軸成分である。

【0051】

【数11】

【0052】

【数12】

【0053】

磁石位相特定部１４６は、式（１３）によって、磁石磁束Ψ_{a mα}および磁石磁束Ψ_{a mβ}から磁石位相θ_{d m}を求める。

【0054】

【数13】

【0055】

α，β／ｑｍ変換部１４８は、軸電流ｉ_α，ｉ_βをｑｍ軸電流ｉ_{q m}に変換する。具体的には、α，β／ｑｍ変換部１４８は、式（１４）によって、軸電流ｉ_α，ｉ_βをｑｍ軸電流ｉ_{q m}に変換して、ｑｍ軸電流ｉ_{q m}を出力する。

【0056】

【数14】

【0057】

α，β／ｑｍ変換部１５０は、推定磁束Ψ_s（推定磁束Ψ_α，Ψ_β）をｑｍ軸磁束Ψ_{q m}に変換する。具体的には、α，β／ｑｍ変換部１５０は、式（１５）によって、推定磁束Ψ_s（推定磁束Ψ_α，Ψ_β）をｑｍ軸磁束Ψ_{q m}に変換して、ｑｍ軸磁束Ψ_{q m}を出力する。

【0058】

【数15】

【0059】

高調波成分特定部１５２は、磁石位相θ_{d m}の高調波成分ｎθ_{d m}を求める。具体的には、高調波成分特定部１５２は、磁石位相θ_{d m}に次数ｎを乗算することによって、高調波成分ｎθ_{d m}を求め、高調波成分ｎθ_{d m}を出力する。

【0060】

フーリエ変換部１５４は、ｑｍ軸磁束Ψ_{q m}および高調波成分ｎθ_{d m}から、磁束Ψ_qmcnおよび磁束Ψ_qmsnを求める。

【0061】

図６に示すように、フーリエ変換部１５４は、増幅器１５８、乗算器１６０、ローパスフィルタ１６２、乗算器１６４、およびローパスフィルタ１６６を有している。

【0062】

増幅器１５８は、ｑｍ軸磁束Ψ_{q m}を２倍に増幅する。

【0063】

乗算器１６０は、２倍に増幅されたｑｍ軸磁束Ψ_{q m}にｃｏｓｎθ_{d m}を乗算する。

【0064】

ローパスフィルタ１６２は、２倍に増幅されかつｃｏｓｎθ_{d m}が乗算されたｑｍ軸磁束Ψ_{q m}から、磁束Ψ_qmcnを出力する。

【0065】

乗算器１６４は、２倍に増幅されたｑｍ軸磁束Ψ_{q m}にｓｉｎｎθ_{d m}を乗算する。

【0066】

ローパスフィルタ１６６は、２倍に増幅されかつｓｉｎｎθ_{d m}が乗算されたｑｍ軸磁束Ψ_{q m}から、磁束Ψ_qmsnを出力する。

【0067】

図５に戻って、磁気エネルギー特定部１５６は、式（１６）によって磁束Ψ_qmcnから磁気エネルギーＷ´_qmcnを求め、式（１７）によって磁束Ψ_qmsnから磁気エネルギーＷ´_qmsnを求める。

【0068】

【数16】

【0069】

【数17】

【0070】

磁気エネルギー特定部１５６は、求めた結果を用いて、図７に示すような磁気エネルギーテーブル１６８を作成する。図７の（ａ）は、ｑｍ軸電流ｉ_{q m}の値に対応する磁気エネルギーＷ´_qmcnの値を示すテーブルである。図７の（ｂ）は、ｑｍ軸電流ｉ_{q m}の値に対応する磁気エネルギーＷ´_qmsnの値を示すテーブルである。

【0071】

（リプル補償特定部１２２）
図８に示すように、リプル補償特定部１２２は、ｑｍ軸電流ｉ_{q m}と高調波成分ｎθ_{d m}とに基づいて得られるリプル補償トルクＴ_rippleを用いて、リプル補償位相θ_rippleを特定する。リプル補償特定部１２２は、磁気エネルギーテーブル１６８、リプルトルク特定部１７０、およびリプル位相特定部１７２を有している。

【0072】

リプル補償特定部１２２は、α，β／ｑｍ変換部１４８から出力されたｑｍ軸電流ｉ_{q m}、および磁気エネルギー特定部１５６によって作成された磁気エネルギーテーブル１６８（図７参照）によって、磁気エネルギーＷ´_qmcnおよび磁気エネルギーＷ´_qmsnを求める。具体的には、リプル補償特定部１２２は、磁気エネルギーテーブル１６８から、α，β／ｑｍ変換部１４８から出力されたｑｍ軸電流ｉ_{q m}の値に対応する磁気エネルギーＷ´_qmcnの値を選択して出力する。また、リプル補償特定部１２２は、磁気エネルギーテーブル１６８から、α，β／ｑｍ変換部１４８から出力されたｑｍ軸電流ｉ_{q m}の値に対応する磁気エネルギーＷ´_qmsnの値を選択して出力する。

【0073】

図９に示すように、リプルトルク特定部１７０は、加算器１７４、乗算器１７６、乗算器１７８、減算器１８０、および乗算器１８２を有している。

【0074】

加算器１７４は、磁石位相θ_{d m}の高調波成分ｎθ_{d m}と調整位相Δθとを加算する。たとえば、調整位相Δθは、外部から入力される。

【0075】

乗算器１７６は、Ｗ´_qmsnにｃｏｓ（ｎθ_{d m}＋Δθ）を乗算する。

【0076】

乗算器１７８は、Ｗ´_qmcnにｓｉｎ（ｎθ_{d m}＋Δθ）を乗算する。

【0077】

減算器１８０は、Ｗ´_qmsnｃｏｓ（ｎθ_{d m}＋Δθ）からＷ´_qmcnｓｉｎ（ｎθ_{d m}＋Δθ）を減算する。

【0078】

乗算器１８２は、式（１８）によってリプル補償トルクＴ_rippleを求める。ｎは、次数であり、Ｐは、同期回転機４００の極対数である。

【0079】

【数18】

【0080】

図１０に示すように、リプル位相特定部１７２は、乗算器１８４を有している。

【0081】

乗算器１８４は、式（１９）によって、リプル補償トルクＴ_rippleおよび調整ゲインＫ_rippleを用いてリプル補償位相θ_rippleを求める。調整ゲインＫ_rippleは、既知の定数である。また、τ_sは、モータ時定数であり、τ_sｓは、微分演算子である。

【0082】

【数19】

【0083】

（指令位相特定部１２４）
図３に戻って、指令位相特定部１２４は、リプル補償位相θ_rippleとトルク指令または回転速度指令とに基づいて指令磁束ベクトル位相を特定する。ここでは、トルク指令に基づく例を示す。指令磁束ベクトル位相は、指令位相θ_s ^*である。つまり、本実施の形態では、図２に示すように、指令位相θ_s ^*は、指令磁束ベクトルΨ_s ^*の位相である。本実施の形態では、指令位相特定部１２４は、推定トルクＴ_eを指令トルクＴ_e ^*に収束させるためのトルク位相Δθ_sとリプル補償位相θ_rippleと推定位相θ_sとを加算することによって、指令位相θ_s ^*を特定する。つまり、指令位相特定部１２４は、トルク位相Δθ_s、リプル補償位相θ_ripple、および推定位相θ_sを用いて、指令位相θ_s ^*を特定する。

【0084】

図１１に示すように、指令位相特定部１２４は、減算器１８６、ＰＩ補償器１８８、加算器１９０、および加算器１９２を有している。

【0085】

減算器１８６は、指令トルクＴ_e ^*から推定トルクＴ_eを減算し、偏差を求める。

【0086】

ＰＩ補償器１８８は、減算器１８６によって求められた偏差を０に収束させるための比例積分制御によって、トルク位相Δθ_sを求める。

【0087】

加算器１９０は、トルク位相Δθ_sとリプル補償位相θ_rippleとを加算する。

【0088】

加算器１９２は、トルク位相Δθ_sとリプル補償位相θ_rippleとに推定位相θ_sをさらに加算し、指令位相θ_s ^*を求める。

【0089】

（指令磁束生成部１２６）
図３に戻って、指令磁束生成部１２６は、指令振幅｜Ψ_s ^*｜と指令位相θ_s ^*とに基づいて、指令磁束Ψ_α ^*，Ψ_β ^*を生成する。本実施の形態では、指令磁束生成部１２６は、指令振幅｜Ψ_s ^*｜と指令位相θ_s ^*とに基づいて、指令磁束ベクトルΨ_s ^*（指令磁束Ψ_α ^*，Ψ_β ^*）を求める。本実施の形態では、指令磁束生成部１２６は、指令振幅｜Ψ_s ^*｜および指令位相θ_s ^*から、指令磁束ベクトルΨ_s ^*（指令磁束Ψ_α ^*，Ψ_β ^*）を求める。具体的には、指令磁束生成部１２６は、式（２０）および（２１）によって、指令磁束Ψ_α ^*，Ψ_β ^*を求める。

【0090】

【数20】

【0091】

【数21】

【0092】

（電圧指令生成部１２８）
電圧指令生成部１２８は、推定磁束Ψ_s（推定磁束Ψ_α，Ψ_β）、軸電流ｉ_α，ｉ_β、および指令磁束ベクトルΨ_s ^*（指令磁束Ψ_α ^*，Ψ_β ^*）を用いて、指令軸電圧ｖ_α ^*，ｖ_β ^*を求める。まず、電圧指令生成部１２８は、指令磁束Ψ_α ^*から推定磁束Ψ_αを減算することによって、これらの偏差（磁束偏差ΔΨ_α：Ψ_α ^*－Ψ_α）を求める。また、電圧指令生成部１２８は、指令磁束Ψ_β ^*から推定磁束Ψ_βを減算することによって、これらの偏差（磁束偏差ΔΨ_β：Ψ_β ^*－Ψ_β）を求める。そして、電圧指令生成部１２８は、磁束偏差ΔΨ_α，ΔΨ_βおよび軸電流ｉ_α，ｉ_βを用いて、指令軸電圧ｖ_α ^*，ｖ_β ^*を求める。具体的には、電圧指令生成部１２８は、式（２２）によって、磁束偏差ΔΨ_αおよび軸電流ｉ_αを用いてα軸指令軸電圧ｖ_α ^*を求める。また、電圧指令生成部１２８は、式（２３）によって、磁束偏差ΔΨ_βおよび軸電流ｉ_βを用いてβ軸指令軸電圧ｖ_β ^*を求める。ここで、Ｔ_sは、制御周期である。

【0093】

【数22】

【0094】

【数23】

【0095】

（α，β／ｕ，ｖ，ｗ変換部１３０）
α，β／ｕ，ｖ，ｗ変換部１３０は、指令軸電圧ｖ_α ^*，ｖ_β ^*を、指令電圧ベクトルｖ_u ^*，ｖ_v ^*，ｖ_w ^*に変換する。具体的には、α，β／ｕ，ｖ，ｗ変換部１３０は、式（２４）によって、指令軸電圧ｖ_α ^*，ｖ_β ^*を指令電圧ベクトルｖ_u ^*，ｖ_v ^*，ｖ_w ^*に変換して、指令電圧ベクトルｖ_u ^*，ｖ_v ^*，ｖ_w ^*を出力する。

【0096】

【数24】

【0097】

図１に戻って、回転機制御装置１００の残りの構成要素および回転機制御装置１００に接続される構成要素について、以下で説明する。

【0098】

（第１電流センサ１０２、第２電流センサ１０４）
第１電流センサ１０２および第２電流センサ１０４として、公知の電流センサを用いることができる。本実施の形態では、第１電流センサ１０２は、ｕ相を流れる相電流ｉ_uを測定するように設けられている。第２電流センサ１０４は、ｗ相を流れる相電流ｉ_wを測定するように設けられている。ただし、第１電流センサ１０２および第２電流センサ１０４は、ｕ相およびｗ相の２相以外の組み合わせの２相の電流を測定するように設けられていてもよい。

【0099】

（デューティ生成部１０８）
デューティ生成部１０８は、指令電圧ベクトルｖ_u ^*，ｖ_v ^*，ｖ_w ^*から、デューティＤ_u，Ｄ_v，Ｄ_wを生成する。本実施の形態では、デューティ生成部１０８は、指令電圧ベクトルｖ_u ^*，ｖ_v ^*，ｖ_w ^*の各成分を、各相のデューティＤ_u，Ｄ_v，Ｄ_wに変換する。デューティＤ_u，Ｄ_v，Ｄ_wの生成方法としては、一般的な電圧形ＰＷＭインバータに用いられる方法を用いればよい。たとえば、デューティＤ_u，Ｄ_v，Ｄ_wは、指令電圧ベクトルｖ_u ^*，ｖ_v ^*，ｖ_w ^*を、後述のＰＷＭインバータ３００の直流電源の電圧値Ｖ_dcの半分の値で除すことにより求めてもよい。この場合、デューティＤ_uは、２×ｖ_u ^*／Ｖ_dcである。デューティＤ_vは、２×ｖ_v ^*／Ｖ_dcである。デューティＤ_wは、２×ｖ_w ^*／Ｖ_dcである。デューティ生成部１０８は、デューティＤ_u，Ｄ_v，Ｄ_wを出力する。

【0100】

（ＰＷＭインバータ３００）
ＰＷＭインバータ３００は、直流電源と変換回路とを有し、変換回路が、ＰＷＭ制御によって直流電圧を電圧ベクトルｖ_u，ｖ_v，ｖ_wに変換する。ＰＷＭインバータ３００は、変換した電圧ベクトルｖ_u，ｖ_v，ｖ_wを、同期回転機４００に印加する。

【0101】

（同期回転機４００）
同期回転機４００は、回転機制御装置１００の制御対象である。同期回転機４００には、ＰＷＭインバータ３００によって、電圧ベクトルが印加される。「同期回転機４００に電圧ベクトルが印加される」とは、同期回転機４００における３相交流座標上の３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の各々に電圧が印加されることを指す。本実施の形態では、３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の各々が、相対的に高電圧を有する高電圧相と、相対的に低電圧を有する低電圧相との２種類から選択されるいずれかとなるように、同期回転機４００が制御される。

【0102】

同期回転機４００は、たとえば、永久磁石同期モータである。永久磁石同期モータとしては、ＩＰＭＳＭ（Interior Permanent Magnet Synchronous Motor）およびＳＰＭＳＭ（Surface Permanent Magnet Synchronous Motor）が挙げられる。ＩＰＭＳＭは、ｄ軸インダクタンスＬｄとｑ軸インダクタンスＬｑとが相違する突極性（一般には、Ｌｑ＞Ｌｄの逆突極性）を有し、マグネットトルクに加えてリラクタンストルクも利用できる。このため、ＩＰＭＳＭの駆動効率は極めて高い。同期回転機４００としては、シンクロナスリラクタンスモータを用いることもできる。

【0103】

（効果等）
第１の実施の形態に係る回転機制御装置１００は、同期回転機４００の磁束である回転機磁束を推定する磁束推定部１１２と、推定された回転機磁束である推定磁束Ψ_sと同期回転機４００の検出電流ｉとの第１内積、または同期回転機４００の永久磁石の推定された磁石磁束Ψ_{a m}と検出電流ｉとの第２内積を用いたフィードバック制御を実行することによって指令磁束Ψ_α ^*，Ψ_β ^*の振幅である指令振幅｜Ψ_s ^*｜を生成する指令振幅生成部１１８と、推定磁束Ψ_sと検出電流ｉとに基づいて磁石磁束Ψ_{a m}の位相である磁石位相θ_{d m}を特定し、磁石位相θ_{d m}をｄｍ軸としかつ磁石位相θ_{d m}に対して９０度進んだ位相をｑｍ軸としたｄｍ－ｑｍ座標を用いて、推定磁束Ψ_sのｑｍ軸磁束Ψ_{q m}と検出電流ｉのｑｍ軸電流ｉ_{q m}と磁石位相θ_{d m}の高調波成分ｎθ_{d m}とを特定する磁化特性特定部１２０と、ｑｍ軸電流ｉ_{q m}と高調波成分ｎθ_{d m}とに基づいて得られるリプル補償トルクＴ_rippleを用いて、リプル補償位相θ_rippleを特定するリプル補償特定部１２２と、リプル補償位相θ_rippleとトルク指令または回転速度指令とに基づいて指令位相θ_s ^*を特定する指令位相特定部１２４と、指令振幅｜Ψ_s ^*｜と指令位相θ_s ^*とに基づいて指令磁束Ψ_α ^*，Ψ_β ^*を生成する指令磁束生成部１２６とを備える。

【0104】

これによれば、磁石位相θ_{d m}を特定でき、磁石位相θ_{d m}をｄｍ軸としかつ磁石位相θ_{d m}に対して９０度進んだ位相をｑｍ軸としたｄｍ－ｑｍ座標を用いて、推定磁束Ψ_sのｑｍ軸磁束Ψ_{q m}と検出電流ｉのｑｍ軸電流ｉ_{q m}と磁石位相θ_{d m}の高調波成分ｎθ_{d m}とを特定でき、ｑｍ軸電流ｉ_{q m}と高調波成分ｎθ_{d m}とに基づいて得られるリプル補償トルクＴ_rippleを用いて、リプル補償位相θ_rippleを特定でき、リプル補償位相θ_rippleとトルク指令または回転速度指令とに基づいて指令位相θ_s ^*を特定できるので、位置センサレス磁束制御において、トルクリプルを効果的に低減できる。

【0105】

また、第１の実施の形態に係る回転機制御装置１００は、推定磁束Ψ_sに基づいて推定磁束Ψ_sの位相である推定位相θ_sを特定する位相特定部１１４と、推定磁束Ψ_sと検出電流ｉとに基づいて推定トルクＴ_eを演算するトルク推定部１１６とをさらに備え、指令位相特定部１２４は、推定トルクＴ_eを指令トルクＴ_e ^*に収束させるためのトルク位相Δθ_sとリプル補償位相θ_rippleと推定位相θ_sとを加算することによって、指令位相θ_s ^*を特定する。

【0106】

これによれば、推定トルクＴ_eを指令トルクＴ_e ^*に収束させるためのトルク位相Δθ_sとリプル補償位相θ_rippleと推定位相θ_sとを加算することによって、指令位相θ_s ^*を特定できるので、位置センサレス磁束制御において、トルクリプルをさらに効果的に低減できる。

【0107】

また、第１の実施の形態に係る回転機制御装置１００において、指令振幅生成部１１８は、第１内積または第２内積の演算結果の目標値として、ゼロに設定する。

【0108】

これによれば、同期回転機４００の永久磁石の磁石磁束Ψ_{a m}の方向の界磁磁束を発生させる電流を流すことができるので、トルクリプルをさらに効果的に低減できる。

【0109】

（第２の実施の形態）
以下、第１の実施の形態に係る回転機制御装置１００の一部が変更されて構成される第２の実施の形態に係る回転機制御装置について説明する。ここでは、第２の実施の形態に係る回転機制御装置について、回転機制御装置１００と同様の構成要素については、既に説明済みであるとして同じ符号を振ってその詳細な説明を省略し、回転機制御装置１００との相違点を中心に説明する。

【0110】

図１２は、第２の実施の形態に係る回転機制御装置の指令振幅生成部１１８ａのブロック図である。

【0111】

図１２に示すように、第２の実施の形態に係る回転機制御装置は、第１の実施の形態に係る回転機制御装置１００から、指令振幅生成部１１８が指令振幅生成部１１８ａに変更されて構成される。

【0112】

指令振幅生成部１１８ａは、加算器１４２を有していない点において、指令振幅生成部１１８と主に異なっている。指令振幅生成部１１８ａは、加算器１４０によって求められた値を、指令振幅｜Ψ_s ^*｜として出力する。

【0113】

上述したように、指令振幅生成部１１８ａは、加算器１４２を有していなくてもよい。

【0114】

（第３の実施の形態）
以下、第１の実施の形態に係る回転機制御装置１００の一部が変更されて構成される第３の実施の形態に係る回転機制御装置について説明する。ここでは、第３の実施の形態に係る回転機制御装置について、回転機制御装置１００と同様の構成要素については、既に説明済みであるとして同じ符号を振ってその詳細な説明を省略し、回転機制御装置１００との相違点を中心に説明する。

【0115】

図１３は、第３の実施の形態に係る回転機制御装置の磁化特性特定部１２０ｂのブロック図である。図１４は、第３の実施の形態に係る回転機制御装置の他の磁化特性特定部１２０ｃのブロック図である。

【0116】

図１３に示すように、第３の実施の形態に係る回転機制御装置は、第１の実施の形態に係る回転機制御装置１００から、磁化特性特定部１２０が磁化特性特定部１２０ｂに変更されて構成される。

【0117】

磁化特性特定部１２０ｂは、電機子反作用磁束特定部１９４をさらに有している点において、磁化特性特定部１２０と主に異なっている。

【0118】

電機子反作用磁束特定部１９４は、軸電流ｉ_αに仮想インダクタンスＬ_{q m}を乗算することによって、推定電機子反作用磁束Ｌ_{q m}ｉ_αを求めて出力し、軸電流ｉ_βに仮想インダクタンスＬ_{q m}を乗算することによって、推定電機子反作用磁束Ｌ_{q m}ｉ_βを求めて出力する。

【0119】

α，β／ｑｍ変換部１５０は、推定電機子反作用磁束Ｌ_{q m}ｉ_α，Ｌ_{q m}ｉ_βをｑｍ軸磁束Ψ_{q m}に変換する。具体的には、α，β／ｑｍ変換部１５０は、式（２５）によって、推定電機子反作用磁束Ｌ_{q m}ｉ_α，Ｌ_{q m}ｉ_βをｑｍ軸磁束Ψ_{q m}に変換して、ｑｍ軸磁束Ψ_{q m}を出力する。

【0120】

【数25】

【0121】

上述したように、磁化特性特定部１２０ｂは、電機子反作用磁束特定部１９４をさらに有していてもよい。

【0122】

なお、図１３に示した磁化特性特定部１２０ｂは図１４に示す磁化特性特定部１２０ｃであってもよい。

【0123】

図１４に示すように、磁化特性特定部１２０ｃは、電機子反作用磁束特定部１９４に代わって電機子反作用磁束特定部１９４ｃを有している点において、磁化特性特定部１２０ｂと主に異なっている。すなわち、電機子反作用磁束特定部１９４ｃは、α，β／ｑｍ変換部１４８の後段に配される。そして、電機子反作用磁束特定部１９４ｃは、α，β／ｑｍ変換部１４８から出力されるｑｍ軸電流ｉ_{q m}に仮想インダクタンスＬ_{q m}を乗算することによって、ｑｍ軸磁束Ψ_{q m}を出力する。したがって、磁化特性特定部１２０ｃは、磁化特性特定部１２０ｂに比べ、α，β／ｑｍ変換部１５０が不要となり、簡単な構成とすることができる。

【0124】

上述したように、磁化特性特定部１２０ｂは、電機子反作用磁束特定部１９４ｃを有する磁化特性特定部１２０ｃに代えてもよい。

【0125】

（第４の実施の形態）
以下、第１の実施の形態に係る回転機制御装置１００の一部が変更されて構成される第４の実施の形態に係る回転機制御装置について説明する。ここでは、第４の実施の形態に係る回転機制御装置について、回転機制御装置１００と同様の構成要素については、既に説明済みであるとして同じ符号を振ってその詳細な説明を省略し、回転機制御装置１００との相違点を中心に説明する。

【0126】

図１５は、第４の実施の形態に係る回転機制御装置の位置センサレス制御部１０６ｃのブロック図である。図１６は、図１５の位置センサレス制御部１０６ｃの指令位相特定部１２４ｃのブロック図である。

【0127】

図１５に示すように、第４の実施の形態に係る回転機制御装置は、第１の実施の形態に係る回転機制御装置１００から、位置センサレス制御部１０６が位置センサレス制御部１０６ｃに変更されて構成される。

【0128】

位置センサレス制御部１０６ｃは、指令位相特定部１２４に代えて指令位相特定部１２４ｃを有している点において、位置センサレス制御部１０６と主に異なっている。

【0129】

本実施の形態では、位置センサレス制御部１０６ｃには、指令速度ω_ref ^*が与えられる。指令速度ω_ref ^*は、同期回転機４００が追従するべき速度を表す。位置センサレス制御部１０６ｃは、指令速度ω_ref ^*および相電流ｉ_u，ｉ_wから、指令電圧ベクトルｖ_u ^*，ｖ_v ^*，ｖ_w ^*を生成する。このような制御によって、同期回転機４００は、速度が指令速度ω_ref ^*に追従するように制御される。

【0130】

図１６に示すように、指令位相特定部１２４ｃは、積分器２００および加算器２０２を有している。指令位相特定部１２４ｃは、リプル補償位相θ_rippleと回転速度指令とに基づいて指令位相θ_s ^*を特定する。

【0131】

積分器２００は、指令速度ω_ref ^*を積分する。

【0132】

加算器２０２は、積分器２００によって求められた値にリプル補償位相θ_rippleを加算し、指令位相θ_s ^*を特定する。

【0133】

上述したように、回転機制御装置は、位置センサレス制御部１０６に代えて位置センサレス制御部１０６ｃを備えていてもよい。

【0134】

（第５の実施の形態）
以下、第４の実施の形態に係る回転機制御装置の一部が変更されて構成される第５の実施の形態に係る回転機制御装置について説明する。ここでは、第５の実施の形態に係る回転機制御装置について、第４の実施の形態に係る回転機制御装置と同様の構成要素については、既に説明済みであるとして同じ符号を振ってその詳細な説明を省略し、第４の実施の形態に係る回転機制御装置との相違点を中心に説明する。

【0135】

図１７は、第５の実施の形態に係る回転機制御装置の指令位相特定部１２４ｄのブロック図である。

【0136】

図１７に示すように、第５の実施の形態に係る回転機制御装置は、第４の実施の形態に係る回転機制御装置から、指令位相特定部１２４ｃが指令位相特定部１２４ｄに変更されて構成される。

【0137】

指令位相特定部１２４ｄは、（１）推定磁束Ψ_sの位相である推定位相θ_sが移動するべき制御周期毎の移動量Δθを、同期回転機４００への回転速度指令を用いて特定し、（２）特定された移動量Δθとリプル補償位相θ_rippleとを用いて指令位相θ_s ^*を特定する。指令位相特定部１２４ｄは、加算器２０２、乗算器２０４、および加算器２０６を有している。

【0138】

乗算器２０４は、指令速度ω_ref ^*にＴ_sを乗算し、移動量Δθを求める。ここで、Ｔ_sは、制御周期である。

【0139】

加算器２０２は、移動量Δθにリプル補償位相θ_rippleを加算する。

【0140】

加算器２０６は、加算器２０２によって求められた値に推定位相θ_sを加算することによって、指令位相θ_s ^*を特定する。

【0141】

上述したように、指令位相特定部１２４ｄは、加算器２０２、乗算器２０４、および加算器２０６を有していてもよい。

【0142】

第５の実施の形態に係る回転機制御装置は、推定磁束Ψ_sに基づいて推定磁束Ψ_sの位相である推定位相θ_sを特定する位相特定部１１４をさらに備え、指令位相特定部１２４ｄは、（１）推定位相Ψ_sが移動するべき制御周期毎の移動量Δθを、同期回転機４００への回転速度指令を用いて特定し、（２）特定された移動量Δθとリプル補償位相θ_rippleと推定位相θ_sとを用いて指令位相θ_s ^*を特定する。

【0143】

これによれば、推定位相Ψ_sが移動するべき制御周期毎の移動量Δθとリプル補償位相θ_rippleと推定位相θ_sとを用いて指令位相θ_s ^*を特定できるので、位置センサレス磁束制御において、トルクリプルをさらに効果的に低減できる。

【0144】

（第６の実施の形態）
以下、第５の実施の形態に係る回転機制御装置の一部が変更されて構成される第６の実施の形態に係る回転機制御装置について説明する。ここでは、第６の実施の形態に係る回転機制御装置について、第５の実施の形態に係る回転機制御装置と同様の構成要素については、既に説明済みであるとして同じ符号を振ってその詳細な説明を省略し、第５の実施の形態に係る回転機制御装置との相違点を中心に説明する。

【0145】

図１８は、第６の実施の形態に係る回転機制御装置の指令位相特定部１２４ｅのブロック図である。

【0146】

図１８に示すように、第６の実施の形態に係る回転機制御装置は、第５の実施の形態に係る回転機制御装置から、指令位相特定部１２４ｄが指令位相特定部１２４ｅに変更されて構成される。

【0147】

指令位相特定部１２４ｅは、推定トルクＴ_eをさらに用いて指令位相θ_s ^*を特定する。指令位相特定部１２４ｅは、加算器２０２、加算器２０６、乗算器２０８、ハイパスフィルタ２１０、符号反転器２１２、ＰＩ補償器２１４、および加算器２１６を有している。

【0148】

乗算器２０８は、指令速度ω_ref ^*にＴ_sを乗算し、ω_ref ^*Ｔ_sを求める。

【0149】

ハイパスフィルタ２１０は、推定トルクＴ_eからトルクＴ_Hを出力する。

【0150】

符号反転器２１２は、トルクＴ_Hの符号を反転させる。

【0151】

ＰＩ補償器２１４は、トルク－Ｔ_HからΔω_ref ^*Ｔ_sを求める。

【0152】

加算器２１６は、乗算器２０８によって求められたω_ref ^*Ｔ_sとＰＩ補償器２１４によって求められたΔω_ref ^*Ｔ_sとを加算し、トルク位相Δθ_sを求める。

【0153】

加算器２０２は、トルク位相Δθ_sにリプル補償位相θ_rippleを加算する。

【0154】

加算器２０６は、加算器２０２によって求められた値に推定位相θ_sを加算することによって、指令位相θ_s ^*を特定する。

【0155】

上述したように、指令位相特定部１２４ｅは、加算器２０２、加算器２０６、乗算器２０８、ハイパスフィルタ２１０、符号反転器２１２、ＰＩ補償器２１４、および加算器２１６を有していてもよい。

【0156】

第６の実施の形態に係る回転機制御装置は、推定磁束Ψ_sと検出電流ｉとに基づいて推定トルクＴ_eを演算するトルク推定部１１６をさらに備え、指令位相特定部１２４ｅは、推定トルクＴ_eをさらに用いて指令位相θ_s ^*を特定する。

【0157】

これによれば、推定トルクＴ_eをさらに用いて指令位相θ_s ^*を特定できるので、位置センサレス磁束制御において、トルクリプルをさらに効果的に低減できる。

【0158】

（第７の実施の形態）
以下、第４の実施の形態に係る回転機制御装置の一部が変更されて構成される第７の実施の形態に係る回転機制御装置について説明する。ここでは、第７の実施の形態に係る回転機制御装置について、第４の実施の形態に係る回転機制御装置と同様の構成要素については、既に説明済みであるとして同じ符号を振ってその詳細な説明を省略し、第４の実施の形態に係る回転機制御装置との相違点を中心に説明する。

【0159】

図１９は、第７の実施の形態に係る回転機制御装置の指令位相特定部１２４ｆのブロック図である。

【0160】

図１９に示すように、第７の実施の形態に係る回転機制御装置は、第４の実施の形態に係る回転機制御装置から、指令位相特定部１２４ｃが指令位相特定部１２４ｆに変更されて構成される。

【0161】

指令位相特定部１２４ｆは、積分器２００、加算器２０２、ハイパスフィルタ２１８、ゲイン乗算器２２０、および減算器２２２を有している。

【0162】

ハイパスフィルタ２１８は、推定トルクＴ_eからトルクＴ_Hを出力する。

【0163】

ゲイン乗算器２２０は、トルクＴ_HにゲインＫ_１を乗算する。

【0164】

減算器２２２は、指令速度ω_ref ^*からＫ_１Ｔ_Hを減算する。

【0165】

積分器２００は、減算器２２２によって求められた値を積分する。

【0166】

加算器２０２は、積分器２００によって求められた値にリプル補償位相θ_rippleを加算することによって、指令位相θ_s ^*を特定する。

【0167】

上述したように、指令位相特定部１２４ｆは、積分器２００、加算器２０２、ハイパスフィルタ２１８、ゲイン乗算器２２０、および減算器２２２を有していてもよい。

【0168】

（第８の実施の形態）
以下、第７の実施の形態に係る回転機制御装置の一部が変更されて構成される第８の実施の形態に係る回転機制御装置について説明する。ここでは、第８の実施の形態に係る回転機制御装置について、第７の実施の形態に係る回転機制御装置と同様の構成要素については、既に説明済みであるとして同じ符号を振ってその詳細な説明を省略し、第７の実施の形態に係る回転機制御装置との相違点を中心に説明する。

【0169】

図２０は、第８の実施の形態に係る回転機制御装置の指令位相特定部１２４ｇのブロック図である。

【0170】

図２０に示すように、第８の実施の形態に係る回転機制御装置は、第７の実施の形態に係る回転機制御装置から、指令位相特定部１２４ｆが指令位相特定部１２４ｇに変更されて構成される。

【0171】

指令位相特定部１２４ｇは、加算器２０２、乗算器２０４、加算器２０６、ハイパスフィルタ２１８、ゲイン乗算器２２０、および減算器２２２を有している。

【0172】

加算器２０２は、乗算器２０４によって求められた移動量Δθにリプル補償位相θ_rippleを加算する。

【0173】

加算器２０６は、加算器２０２によって求められた値に推定位相θ_sを加算することによって、指令位相θ_s ^*を特定する。

【0174】

上述したように、指令位相特定部１２４ｇは、加算器２０２、乗算器２０４、加算器２０６、ハイパスフィルタ２１８、ゲイン乗算器２２０、および減算器２２２を有していてもよい。

【0175】

（第９の実施の形態）
以下、第８の実施の形態に係る回転機制御装置の一部が変更されて構成される第９の実施の形態に係る回転機制御装置について説明する。ここでは、第９の実施の形態に係る回転機制御装置について、第８の実施の形態に係る回転機制御装置と同様の構成要素については、既に説明済みであるとして同じ符号を振ってその詳細な説明を省略し、第８の実施の形態に係る回転機制御装置との相違点を中心に説明する。

【0176】

図２１は、第９の実施の形態に係る回転機制御装置の指令位相特定部１２４ｈのブロック図である。

【0177】

図２１に示すように、第９の実施の形態に係る回転機制御装置は、第８の実施の形態に係る回転機制御装置から、指令位相特定部１２４ｇが指令位相特定部１２４ｈに変更されて構成される。

【0178】

指令位相特定部１２４ｈは、加算器２０２、加算器２０６、乗算器２０８、ＰＩ補償器２１４、加算器２１６、ローパスフィルタ２２４、および減算器２２６を有している。

【0179】

乗算器２０８は、指令速度ω_ref ^*にＴ_sを乗算し、ω_ref ^*Ｔ_sを求める。

【0180】

ローパスフィルタ２２４は、推定トルクＴ_eからトルクＴ_Lを出力する。

【0181】

減算器２２６は、トルクＴ_Lから推定トルクＴ_eを減算することによって、トルク－Ｔ_Hを求める。

【0182】

ＰＩ補償器２１４は、トルク－Ｔ_HからΔω_ref ^*Ｔ_sを求める。

【0183】

加算器２１６は、乗算器２０８によって求められたω_ref ^*Ｔ_sとＰＩ補償器２１４によって求められたΔω_ref ^*Ｔ_sとを加算し、トルク位相Δθ_sを求める。

【0184】

加算器２０２は、加算器２１６によって求められたトルク位相Δθ_sにリプル補償位相θ_rippleを加算する。

【0185】

加算器２０６は、加算器２０２によって求められた値に推定位相θ_sを加算することによって、指令位相θ_s ^*を特定する。

【0186】

上述したように、指令位相特定部１２４ｈは、加算器２０２、加算器２０６、乗算器２０８、ＰＩ補償器２１４、加算器２１６、ローパスフィルタ２２４、および減算器２２６を有していてもよい。

【0187】

（第１０の実施の形態）
以下、第１の実施の形態に係る回転機制御装置１００の一部が変更されて構成される第１０の実施の形態に係る回転機制御装置１００ｊについて説明する。ここでは、第１０の実施の形態に係る回転機制御装置１００ｊについて、回転機制御装置１００と同様の構成要素については、既に説明済みであるとして同じ符号を振ってその詳細な説明を省略し、回転機制御装置１００との相違点を中心に説明する。

【0188】

図２２に示すように、回転機制御装置１００ｊは、第１電流センサ１０２、第２電流センサ１０４、位置センサレス制御部１０６ｊ、およびデューティ生成部１０８を備えている。回転機制御装置１００ｊは、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）インバータ３００および同期回転機４００に接続されている。

【0189】

位置センサレス制御部１０６ｊは、同期回転機４００の位置センサレス磁束制御を行う。位置センサレス制御部１０６ｊは、同期回転機４００の位置センサレス磁束制御運転を実行するように構成されている。本実施の形態では、位置センサレス磁束制御運転が実行されている期間において、同期回転機４００のロータの回転速度（回転数）が、同期回転機４００に印加される回転機電流の回転速度（同期速度）に一致する。位置センサレス磁束制御運転は、エンコーダおよびレゾルバ等の位置センサを用いない運転である。本明細書では、説明の便宜上、推定された回転機磁束の位相を用いて回転機磁束を制御する運転を磁束制御運転と称する。回転機磁束は、同期回転機４００に印加されている３相交流座標上の電機子鎖交磁束と、この電機子鎖交磁束を座標変換することにより得た磁束の両方を含む概念である。本明細書では、「振幅」は、単に大きさ（絶対値）を指す場合がある。

【0190】

回転機制御装置１００ｊの一部または全部の要素は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）またはマイクロコンピュータにおいて実行される制御アプリケーションによって提供され得る。ＤＳＰまたはマイクロコンピュータは、コア、メモリ、Ａ／Ｄ変換回路および通信ポート等の周辺装置を含んでいてもよい。また、回転機制御装置１００ｊの一部または全部の要素は、論理回路によって構成されていてもよい。

【0191】

（回転機制御装置１００ｊによる制御の概要）
回転機制御装置１００ｊは、指令トルクＴ_e ^*および相電流ｉ_u，ｉ_wから、デューティＤ_u，Ｄ_v，Ｄ_wを生成する。ＰＷＭインバータ３００によって、デューティＤ_u，Ｄ_v，Ｄ_wから、同期回転機４００に印加するべき電圧ベクトルｖ_u，ｖ_v，ｖ_wが生成される。指令トルクＴ_e ^*は、上位制御装置から回転機制御装置１００ｊに与えられる。指令トルクＴ_e ^*は、モータトルクが追従するべきトルクを表す。

【0192】

以下、回転機制御装置１００ｊの動作の概要を説明する。電流センサ１０２，１０４（第１電流センサ１０２、第２電流センサ１０４）によって、相電流ｉ_u，ｉ_wが検出される。位置センサレス磁束制御運転を実行しているとき、位置センサレス制御部１０６ｊによって、指令トルクＴ_e ^*および相電流ｉ_u，ｉ_wから、指令電圧ベクトルｖ_u ^*，ｖ_v ^*，ｖ_w ^*が生成される。指令電圧ベクトルｖ_u ^*，ｖ_v ^*，ｖ_w ^*の各成分は、それぞれ３相交流座標上のＵ相電圧、Ｖ相電圧、およびＷ相電圧に対応する。デューティ生成部１０８によって、指令電圧ベクトルｖ_u ^*，ｖ_v ^*，ｖ_w ^*から、デューティＤ_u，Ｄ_v，Ｄ_wが生成される。デューティＤ_u，Ｄ_v，Ｄ_wは、ＰＷＭインバータ３００に入力される。このような制御によって、同期回転機４００は、トルクが指令トルクＴ_e ^*に追従するように制御される。

【0193】

以下では、α－β座標に基づいて回転機制御装置１００ｊを説明することがある。また、ｄ－ｑ座標に基づいて回転機制御装置１００ｊを説明することもある。また、ｄｍ－ｑｍ座標に基づいて回転機制御装置１００ｊを説明することもある。図２に、α－β座標、ｄ－ｑ座標、およびｄｍ－ｑｍ座標を示す。α－β座標は、固定座標である。α－β座標は、静止座標とも交流座標とも称される。α軸は、Ｕ軸（図２では省略）と同一方向に延びる軸として設定される。Ｕ軸は、回転機制御装置１００のＵ相巻線に対応する。β軸は、α軸と直交する。ｄ－ｑ座標は、回転座標である。ｄ－ｑ座標は、同期回転機４００のロータの位相をｄ軸とし、当該位相に対して９０度進んだ位相をｑ軸とする座標系である。ｄｍ－ｑｍ座標は、回転座標である。ｄｍ軸は、同期回転機４００の永久磁石の推定された磁束である磁石磁束Ψ_{a m}の位相である磁石位相θ_{d m}をｄｍ軸とし、磁石位相θ_{d m}に対して９０度進んだ位相をｑｍ軸とした座標系である。

【0194】

（位置センサレス制御部１０６ｊ）
図２２に戻って、位置センサレス制御部１０６ｊは、回転機磁束の振幅が目標振幅へと収束するように指令振幅を設定する位置センサレス磁束制御運転を実行する。位置センサレス磁束制御運転は、磁束推定部１１２（後述）に基づいて推定された回転機磁束の位相（推定位相θ_s）から求められる指令位相θ_s ^*を参照しながら実行される。目標振幅は、回転機磁束の振幅が最終的に到達するべき振幅である。指令振幅は、回転機磁束の振幅が追従するべき振幅である。

【0195】

図２３に示すように、位置センサレス制御部１０６ｊは、ｕ，ｗ／α，β変換部１１０、磁束推定部１１２、位相特定部１１４、トルク推定部１１６、指令振幅生成部１１８、磁化特性特定部１２０、リプル補償特定部１２２ｊ、指令位相特定部１２４ｊ、指令磁束生成部１２６、電圧指令生成部１２８、およびα，β／ｕ，ｖ，ｗ変換部１３０を備えている。

【0196】

位置センサレス制御部１０６ｊでは、ｕ，ｗ／α，β変換部１１０によって、相電流ｉ_u，ｉ_wが、軸電流ｉ_α，ｉ_βに変換される。軸電流ｉ_α，ｉ_βは、同期回転機４００のα－β座標上におけるα軸電流ｉ_αおよびβ軸電流ｉ_βをまとめて記載したものである。磁束推定部１１２によって、回転機磁束が推定される（推定磁束Ψ_sが求められる）。推定磁束Ψ_sのα軸成分およびβ軸成分をそれぞれ推定磁束Ψ_α，Ψ_βと記載する。位相特定部１１４によって、推定磁束Ψ_sから、回転機磁束の位相が推定される（推定磁束Ψ_sの推定位相θ_sが求められる）。トルク推定部１１６によって、推定磁束Ψ_sおよび軸電流ｉ_α，ｉ_βから、モータトルクが推定される（推定トルクＴ_eが求められる）。指令振幅生成部１１８によって、推定磁束Ψ_sおよび軸電流ｉ_α，ｉ_βから、指令振幅｜Ψ_s ^*｜が生成される。磁化特性特定部１２０によって、推定磁束Ψ_sおよび軸電流ｉ_α，ｉ_βから、ｑｍ軸電流ｉ_{q m}および磁石位相θ_{d m}の高調波成分ｎθ_{d m}が特定される。リプル補償特定部１２２ｊによって、ｑｍ軸電流ｉ_{q m}および高調波成分ｎθ_{d m}から、リプル補償トルクＴ_rippleが特定される。指令位相特定部１２４ｊによって、推定磁束Ψ_sの推定位相θ_s、指令トルクＴ_e ^*、推定トルクＴ_e、およびリプル補償トルクＴ_rippleから、指令磁束ベクトルΨ_s ^*の指令位相（指令磁束ベクトル位相）θ_s ^*が求められる。指令磁束生成部１２６によって、指令振幅｜Ψ_s ^*｜および指令位相θ_s ^*から、指令磁束ベクトルΨ_s ^*が求められる。指令磁束ベクトルΨ_s ^*のα軸成分およびβ軸成分を、それぞれα軸指令磁束Ψ_α ^*およびβ軸指令磁束Ψ_β ^*と記載する。電圧指令生成部１２８によって、指令磁束Ψ_α ^*，Ψ_β ^*、推定磁束Ψ_α，Ψ_β、および軸電流ｉ_α，ｉ_βから、指令軸電圧ｖ_α ^*，ｖ_β ^*が求められる。指令軸電圧ｖ_α ^*，ｖ_β ^*は、同期回転機４００のα－β座標上におけるα軸指令軸電圧ｖ_α ^*およびβ軸指令軸電圧ｖ_β ^*をまとめて記載したものである。α，β／ｕ，ｖ，ｗ変換部１３０によって、指令軸電圧ｖ_α ^*，ｖ_β ^*が、指令電圧ベクトルｖ_u ^*，ｖ_v ^*，ｖ_w ^*に変換される。

【0197】

位置センサレス磁束制御運転においては、このような制御によって、モータトルクが指令トルクＴ_e ^*に追従し、回転機磁束が指令磁束ベクトルΨ_s ^*に追従する。その結果、同期回転機４００の速度が指令速度ω_ref ^*に追従する。上述のように、「位置センサレス制御部１０６ｊは、回転機磁束の振幅が目標振幅へと収束するように、指令振幅を設定する位置センサレス磁束制御運転を実行する」と表現する場合、「目標振幅」は、指令振幅｜Ψ_s ^*｜に対応する。これを考慮して、以下では、指令振幅｜Ψ_s ^*｜を目標振幅｜Ψ_s ^*｜と称することがある。

【0198】

本明細書では、軸電流ｉ_α，ｉ_βは、実際に同期回転機４００を流れる電流ではなく、情報として伝達される電流値を意味する。指令軸電圧ｖ_α ^*，ｖ_β ^*、推定磁束Ψ_s、推定位相θ_s、指令位相θ_s ^*、推定トルクＴ_e、指令トルクＴ_e ^*、指令振幅｜Ψ_s ^*｜（目標振幅｜Ψ_s ^*｜）、指令磁束ベクトルΨ_s ^*、指令電圧ベクトルｖ_u ^*，ｖ_v ^*，ｖ_w ^*、指令速度ω_ref ^*、磁石位相θ_{d m}、高調波成分ｎθ_{d m}、およびｑｍ軸電流ｉ_{q m}等も情報として伝達される値を意味する。

【0199】

図２３に示す位置センサレス制御部１０６ｊの構成要素について、以下で説明する。

【0200】

（リプル補償特定部１２２ｊ）
図２４に示すように、リプル補償特定部１２２ｊは、ｑｍ軸電流ｉ_{q m}と高調波成分ｎθ_{d m}とに基づいてリプル補償トルクＴ_rippleを特定する。リプル補償特定部１２２ｊは、磁気エネルギーテーブル１６８、およびリプルトルク特定部１７０を有している。

【0201】

リプル補償特定部１２２ｊは、α，β／ｑｍ変換部１４８から出力されたｑｍ軸電流ｉ_{q m}、および磁気エネルギー特定部１５６によって作成された磁気エネルギーテーブル１６８（図７参照）によって、磁気エネルギーＷ´_qmcnおよび磁気エネルギーＷ´_qmsnを求める。具体的には、リプル補償特定部１２２ｊは、磁気エネルギーテーブル１６８から、α，β／ｑｍ変換部１４８から出力されたｑｍ軸電流ｉ_{q m}の値に対応する磁気エネルギーＷ´_qmcnの値を選択して出力する。また、リプル補償特定部１２２ｊは、磁気エネルギーテーブル１６８から、α，β／ｑｍ変換部１４８から出力されたｑｍ軸電流ｉ_{q m}の値に対応する磁気エネルギーＷ´_qmsnの値を選択して出力する。

【0202】

（指令位相特定部１２４ｊ）
図２３に戻って、指令位相特定部１２４ｊは、リプル補償トルクＴ_rippleに基づいて共振部１８９（後述）によって特定されるリプル補償位相θ_rippleとトルク指令または回転速度指令とに基づいて指令磁束ベクトル位相を特定する。ここでは、トルク指令に基づく例を示す。指令磁束ベクトル位相は、指令位相θ_s ^*である。つまり、本実施の形態では、図２に示すように、指令位相θ_s ^*は、指令磁束ベクトルΨ_s ^*の位相である。本実施の形態では、指令位相特定部１２４ｊは、推定トルクＴ_eを指令トルクＴ_e ^*に収束させるためのトルク位相Δθ_sとリプル補償位相θ_rippleと推定位相θ_sとを加算することによって、指令位相θ_s ^*を特定する。つまり、指令位相特定部１２４ｊは、トルク位相Δθ_s、リプル補償位相θ_ripple、および推定位相θ_sを用いて、指令位相θ_s ^*を特定する。

【0203】

図２５に示すように、指令位相特定部１２４ｊは、減算器１８６、ＰＩ補償器１８８、共振部１８９、加算器１９０、および加算器１９２を有している。

【0204】

減算器１８６は、指令トルクＴ_e ^*から推定トルクＴ_eおよびリプル補償トルクＴ_rippleを減算し、偏差ΔＴを求める。

【0205】

ＰＩ補償器１８８は、減算器１８６によって求められた偏差ΔＴを０に収束させるための比例積分制御によって、トルク位相Δθ_sを求める。

【0206】

共振部１８９は、式（２６）によって、偏差ΔＴを用いてリプル補償位相θ_rippleを特定する。ｂ₀は、係数であり、予め設定された定数である。また、ξは、減衰係数であり、ω_nは、固有振動数であり、ｓは、伝達関数である。

【0207】

【数26】

【0208】

このように、共振部１８９は、リプル補償トルクＴ_rippleに基づいてリプル補償位相θ_rippleを特定する。たとえば、共振部１８９は、共振器である。

【0209】

加算器１９０は、トルク位相Δθ_sとリプル補償位相θ_rippleとを加算する。

【0210】

加算器１９２は、トルク位相Δθ_sとリプル補償位相θ_rippleとに推定位相θ_sをさらに加算し、指令位相θ_s ^*を求める。

【0211】

（効果等）
第１０の実施の形態に係る回転機制御装置１００ｊは、同期回転機４００の磁束である回転機磁束を推定する磁束推定部１１２と、推定された回転機磁束である推定磁束Ψ_sと同期回転機４００の検出電流ｉとの第１内積、または同期回転機４００の永久磁石の推定された磁石磁束Ψ_{a m}と検出電流ｉとの第２内積を用いたフィードバック制御を実行することによって指令磁束Ψ_α ^*，Ψ_β ^*の振幅である指令振幅｜Ψ_s ^*｜を生成する指令振幅生成部１１８と、推定磁束Ψ_sと検出電流ｉとに基づいて磁石磁束Ψ_{a m}の位相である磁石位相θ_{d m}を特定し、磁石位相θ_{d m}をｄｍ軸としかつ磁石位相θ_{d m}に対して９０度進んだ位相をｑｍ軸としたｄｍ－ｑｍ座標を用いて、推定磁束Ψ_sのｑｍ軸磁束Ψ_{q m}と検出電流ｉのｑｍ軸電流ｉ_{q m}と磁石位相θ_{d m}の高調波成分ｎθ_{d m}とを特定する磁化特性特定部１２０と、ｑｍ軸電流ｉ_{q m}と高調波成分ｎθ_{d m}とに基づいてリプル補償トルクＴ_rippleを特定するリプル補償特定部１２２ｊと、リプル補償トルクＴ_rippleに基づいて共振部１８９によって特定されるリプル補償位相θ_rippleとトルク指令または回転速度指令とに基づいて指令位相θ_s ^*を特定する指令位相特定部１２４ｊと、指令振幅｜Ψ_s ^*｜と指令位相θ_s ^*とに基づいて指令磁束Ψ_α ^*，Ψ_β ^*を生成する指令磁束生成部１２６とを備える。

【0212】

これによれば、磁石位相θ_{d m}を特定でき、磁石位相θ_{d m}をｄｍ軸としかつ磁石位相θ_{d m}に対して９０度進んだ位相をｑｍ軸としたｄｍ－ｑｍ座標を用いて、推定磁束Ψ_sのｑｍ軸磁束Ψ_{q m}と検出電流ｉのｑｍ軸電流ｉ_{q m}と磁石位相θ_{d m}の高調波成分ｎθ_{d m}とを特定でき、ｑｍ軸電流ｉ_{q m}と高調波成分ｎθ_{d m}とに基づいてリプル補償トルクＴ_rippleを特定でき、リプル補償トルクＴ_rippleに基づいて特定されるリプル補償位相θ_rippleとトルク指令または回転速度指令とに基づいて指令位相θ_s ^*を特定できるので、位置センサレス磁束制御において、トルクリプルを効果的に低減できる。

【0213】

また、第１０の実施の形態では、図２５で説明したように、推定トルクＴ_eを用いてリプル補償位相θ_rippleを求めているので、高精度にトルクリプルを低減できる。

【0214】

また、第１０の実施の形態に係る回転機制御装置１００ｊは、推定磁束Ψ_sに基づいて推定磁束Ψ_sの位相である推定位相θ_sを特定する位相特定部１１４と、推定磁束Ψ_sと検出電流ｉとに基づいて推定トルクＴ_eを演算するトルク推定部１１６とをさらに備え、指令位相特定部１２４ｊは、推定トルクＴ_eを指令トルクＴ_e ^*に収束させるためのトルク位相Δθ_sとリプル補償位相θ_rippleと推定位相θ_sとを加算することによって、指令位相θ_s ^*を特定する。

【0215】

これによれば、推定トルクＴ_eを指令トルクＴ_e ^*に収束させるためのトルク位相Δθ_sとリプル補償位相θ_rippleと推定位相θ_sとを加算することによって、指令位相θ_s ^*を特定できるので、位置センサレス磁束制御において、トルクリプルをさらに効果的に低減できる。

【0216】

また、第１０の実施の形態に係る回転機制御装置１００ｊにおいて、指令振幅生成部１１８は、第１内積または第２内積の演算結果の目標値として、ゼロに設定する。

【0217】

これによれば、同期回転機４００の永久磁石の磁石磁束Ψ_{a m}の方向の界磁磁束を発生させる電流を流すことができるので、トルクリプルをさらに効果的に低減できる。

【0218】

（第１１の実施の形態）
以下、第１０の実施の形態に係る回転機制御装置１００ｊの一部が変更されて構成される第１１の実施の形態に係る回転機制御装置について説明する。ここでは、第１１の実施の形態に係る回転機制御装置について、回転機制御装置１００ｊと同様の構成要素については、既に説明済みであるとして同じ符号を振ってその詳細な説明を省略し、回転機制御装置１００ｊとの相違点を中心に説明する。

【0219】

図１２は、第２の実施の形態に係る回転機制御装置の指令振幅生成部１１８ａのブロック図である。

【0220】

図１２に示すように、第１１の実施の形態に係る回転機制御装置は、第１０の実施の形態に係る回転機制御装置１００ｊから、指令振幅生成部１１８が指令振幅生成部１１８ａに変更されて構成される。

【0221】

（第１２の実施の形態）
以下、第１０の実施の形態に係る回転機制御装置１００ｊの一部が変更されて構成される第１２の実施の形態に係る回転機制御装置について説明する。ここでは、第１２の実施の形態に係る回転機制御装置について、回転機制御装置１００ｊと同様の構成要素については、既に説明済みであるとして同じ符号を振ってその詳細な説明を省略し、回転機制御装置１００ｊとの相違点を中心に説明する。

【0222】

図１３は、第３の実施の形態に係る回転機制御装置の磁化特性特定部１２０ｂのブロック図である。図１４は、第３の実施の形態に係る回転機制御装置の他の磁化特性特定部１２０ｃのブロック図である。

【0223】

図１３に示すように、第１２の実施の形態に係る回転機制御装置は、第１０の実施の形態に係る回転機制御装置１００ｊから、磁化特性特定部１２０が磁化特性特定部１２０ｂに変更されて構成される。

【0224】

なお、図１３に示した磁化特性特定部１２０ｂは図１４に示す磁化特性特定部１２０ｃであってもよい。

【0225】

（第１３の実施の形態）
以下、第１０の実施の形態に係る回転機制御装置１００ｊの一部が変更されて構成される第１３の実施の形態に係る回転機制御装置について説明する。ここでは、第１３の実施の形態に係る回転機制御装置について、回転機制御装置１００ｊと同様の構成要素については、既に説明済みであるとして同じ符号を振ってその詳細な説明を省略し、回転機制御装置１００ｊとの相違点を中心に説明する。

【0226】

図２６は、第１３の実施の形態に係る回転機制御装置の位置センサレス制御部１０６ｋのブロック図である。図２７は、図２６の位置センサレス制御部１０６ｋの指令位相特定部１２４ｋのブロック図である。

【0227】

図２６に示すように、第１３の実施の形態に係る回転機制御装置は、第１０の実施の形態に係る回転機制御装置１００ｊから、位置センサレス制御部１０６ｊが位置センサレス制御部１０６ｋに変更されて構成される。

【0228】

位置センサレス制御部１０６ｋは、指令位相特定部１２４ｊに代えて指令位相特定部１２４ｋを有している点において、位置センサレス制御部１０６ｊと主に異なっている。

【0229】

本実施の形態では、位置センサレス制御部１０６ｋには、指令速度ω_ref ^*が与えられる。指令速度ω_ref ^*は、同期回転機４００が追従するべき速度を表す。位置センサレス制御部１０６ｋは、指令速度ω_ref ^*および相電流ｉ_u，ｉ_wから、指令電圧ベクトルｖ_u ^*，ｖ_v ^*，ｖ_w ^*を生成する。このような制御によって、同期回転機４００は、速度が指令速度ω_ref ^*に追従するように制御される。

【0230】

図２７に示すように、指令位相特定部１２４ｋは、共振部１８９、積分器２００、および加算器２０２を有している。指令位相特定部１２４ｋは、リプル補償位相θ_rippleと回転速度指令とに基づいて指令位相θ_s ^*を特定する。

【0231】

共振部１８９は、リプル補償トルクＴ_rippleに基づいてリプル補償位相θ_rippleを特定する。たとえば、共振部１８９は、上述した式（２６）におけるΔＴをＴ_rippleに置き換えて計算することによって、リプル補償位相θ_rippleを特定する。

【0232】

積分器２００は、指令速度ω_ref ^*を積分する。

【0233】

加算器２０２は、積分器２００によって求められた値にリプル補償位相θ_rippleを加算し、指令位相θ_s ^*を特定する。

【0234】

上述したように、回転機制御装置は、位置センサレス制御部１０６ｊに代えて位置センサレス制御部１０６ｋを備えていてもよい。

【0235】

（第１４の実施の形態）
以下、第１３の実施の形態に係る回転機制御装置の一部が変更されて構成される第１４の実施の形態に係る回転機制御装置について説明する。ここでは、第１４の実施の形態に係る回転機制御装置について、第１３の実施の形態に係る回転機制御装置と同様の構成要素については、既に説明済みであるとして同じ符号を振ってその詳細な説明を省略し、第１３の実施の形態に係る回転機制御装置との相違点を中心に説明する。

【0236】

図２８は、第１４の実施の形態に係る回転機制御装置の指令位相特定部１２４ｌのブロック図である。

【0237】

図２８に示すように、第１４の実施の形態に係る回転機制御装置は、第１３の実施の形態に係る回転機制御装置から、指令位相特定部１２４ｋが指令位相特定部１２４ｌに変更されて構成される。

【0238】

指令位相特定部１２４ｌは、（１）推定磁束Ψ_sの位相である推定位相θ_sが移動するべき制御周期毎の移動量Δθを、同期回転機４００への回転速度指令を用いて特定し、（２）特定された移動量Δθとリプル補償位相θ_rippleとを用いて指令位相θ_s ^*を特定する。指令位相特定部１２４ｌは、共振部１８９、加算器２０２、乗算器２０４、および加算器２０６を有している。

【0239】

乗算器２０４は、指令速度ω_ref ^*にＴ_sを乗算し、移動量Δθを求める。ここで、Ｔ_sは、制御周期である。

【0240】

加算器２０２は、移動量Δθにリプル補償位相θ_rippleを加算する。

【0241】

加算器２０６は、加算器２０２によって求められた値に推定位相θ_sを加算することによって、指令位相θ_s ^*を特定する。

【0242】

上述したように、指令位相特定部１２４ｌは、共振部１８９、加算器２０２、乗算器２０４、および加算器２０６を有していてもよい。

【0243】

第１４の実施の形態に係る回転機制御装置は、推定磁束Ψ_sに基づいて推定磁束Ψ_sの位相である推定位相θ_sを特定する位相特定部１１４をさらに備え、指令位相特定部１２４ｌは、（１）推定位相Ψ_sが移動するべき制御周期毎の移動量Δθを、同期回転機４００への回転速度指令を用いて特定し、（２）特定された移動量Δθとリプル補償位相θ_rippleと推定位相θ_sとを用いて指令位相θ_s ^*を特定する。

【0244】

これによれば、推定位相Ψ_sが移動するべき制御周期毎の移動量Δθとリプル補償位相θ_rippleと推定位相θ_sとを用いて指令位相θ_s ^*を特定できるので、位置センサレス磁束制御において、トルクリプルをさらに効果的に低減できる。

【0245】

（第１５の実施の形態）
以下、第１４の実施の形態に係る回転機制御装置の一部が変更されて構成される第１５の実施の形態に係る回転機制御装置について説明する。ここでは、第１５の実施の形態に係る回転機制御装置について、第１４の実施の形態に係る回転機制御装置と同様の構成要素については、既に説明済みであるとして同じ符号を振ってその詳細な説明を省略し、第１４の実施の形態に係る回転機制御装置との相違点を中心に説明する。

【0246】

図２９は、第１５の実施の形態に係る回転機制御装置の指令位相特定部１２４ｍのブロック図である。

【0247】

図２９に示すように、第１５の実施の形態に係る回転機制御装置は、第１４の実施の形態に係る回転機制御装置から、指令位相特定部１２４ｌが指令位相特定部１２４ｍに変更されて構成される。

【0248】

指令位相特定部１２４ｍは、推定トルクＴ_eをさらに用いて指令位相θ_s ^*を特定する。指令位相特定部１２４ｍは、共振部１８９、加算器２０２、加算器２０６、乗算器２０８、ハイパスフィルタ２１０、符号反転器２１２、ＰＩ補償器２１４、加算器２１６、および減算器２１７を有している。

【0249】

乗算器２０８は、指令速度ω_ref ^*にＴ_sを乗算し、ω_ref ^*Ｔ_sを求める。

【0250】

ハイパスフィルタ２１０は、推定トルクＴ_eからトルクＴ_Hを出力する。

【0251】

符号反転器２１２は、トルクＴ_Hの符号を反転させる。

【0252】

ＰＩ補償器２１４は、トルク－Ｔ_HからΔω_ref ^*Ｔ_sを求める。

【0253】

加算器２１６は、乗算器２０８によって求められたω_ref ^*Ｔ_sとＰＩ補償器２１４によって求められたΔω_ref ^*Ｔ_sとを加算し、トルク位相Δθ_sを求める。

【0254】

減算器２１７は、－Ｔ_rippleからＴ_eを減算する。

【0255】

共振部１８９は、リプル補償トルクＴ_rippleに基づいてリプル補償位相θ_rippleを特定する。たとえば、共振部１８９は、上述した式（２６）におけるΔＴを－Ｔ_ripple－Ｔ_eに置き換えて計算することによって、リプル補償位相θ_rippleを特定する。

【0256】

加算器２０２は、トルク位相Δθ_sにリプル補償位相θ_rippleを加算する。

【0257】

加算器２０６は、加算器２０２によって求められた値に推定位相θ_sを加算することによって、指令位相θ_s ^*を特定する。

【0258】

上述したように、指令位相特定部１２４ｍは、共振部１８９、加算器２０２、加算器２０６、乗算器２０８、ハイパスフィルタ２１０、符号反転器２１２、ＰＩ補償器２１４、加算器２１６、および減算器２１７を有していてもよい。

【0259】

第１５の実施の形態に係る回転機制御装置は、推定磁束Ψ_sと検出電流ｉとに基づいて推定トルクＴ_eを演算するトルク推定部１１６をさらに備え、指令位相特定部１２４ｍは、推定トルクＴ_eをさらに用いて指令位相θ_s ^*を特定する。

【0260】

これによれば、推定トルクＴ_eをさらに用いて指令位相θ_s ^*を特定できるので、位置センサレス磁束制御において、トルクリプルをさらに効果的に低減できる。

【0261】

（第１６の実施の形態）
以下、第１３の実施の形態に係る回転機制御装置の一部が変更されて構成される第１６の実施の形態に係る回転機制御装置について説明する。ここでは、第１６の実施の形態に係る回転機制御装置について、第１３の実施の形態に係る回転機制御装置と同様の構成要素については、既に説明済みであるとして同じ符号を振ってその詳細な説明を省略し、第１３の実施の形態に係る回転機制御装置との相違点を中心に説明する。

【0262】

図３０は、第１６の実施の形態に係る回転機制御装置の指令位相特定部１２４ｎのブロック図である。

【0263】

図３０に示すように、第１６の実施の形態に係る回転機制御装置は、第１３の実施の形態に係る回転機制御装置から、指令位相特定部１２４ｋが指令位相特定部１２４ｎに変更されて構成される。

【0264】

指令位相特定部１２４ｎは、共振部１８９、積分器２００、加算器２０２、減算器２１７、ハイパスフィルタ２１８、ゲイン乗算器２２０、および減算器２２２を有している。

【0265】

ハイパスフィルタ２１８は、推定トルクＴ_eからトルクＴ_Hを出力する。

【0266】

ゲイン乗算器２２０は、トルクＴ_HにゲインＫ_１を乗算する。

【0267】

減算器２２２は、指令速度ω_ref ^*からＫ_１Ｔ_Hを減算する。

【0268】

積分器２００は、減算器２２２によって求められた値を積分する。

【0269】

減算器２１７は、－Ｔ_rippleからＴ_eを減算する。

【0270】

共振部１８９は、リプル補償トルクＴ_rippleに基づいてリプル補償位相θ_rippleを特定する。たとえば、共振部１８９は、上述した式（２６）におけるΔＴを－Ｔ_ripple－Ｔ_eに置き換えて計算することによって、リプル補償位相θ_rippleを特定する。

【0271】

加算器２０２は、積分器２００によって求められた値にリプル補償位相θ_rippleを加算することによって、指令位相θ_s ^*を特定する。

【0272】

上述したように、指令位相特定部１２４ｎは、共振部１８９、積分器２００、加算器２０２、減算器２１７、ハイパスフィルタ２１８、ゲイン乗算器２２０、および減算器２２２を有していてもよい。

【0273】

（第１７の実施の形態）
以下、第１６の実施の形態に係る回転機制御装置の一部が変更されて構成される第１７の実施の形態に係る回転機制御装置について説明する。ここでは、第１７の実施の形態に係る回転機制御装置について、第１６の実施の形態に係る回転機制御装置と同様の構成要素については、既に説明済みであるとして同じ符号を振ってその詳細な説明を省略し、第１６の実施の形態に係る回転機制御装置との相違点を中心に説明する。

【0274】

図３１は、第１７の実施の形態に係る回転機制御装置の指令位相特定部１２４ｐのブロック図である。

【0275】

図３１に示すように、第１７の実施の形態に係る回転機制御装置は、第１６の実施の形態に係る回転機制御装置から、指令位相特定部１２４ｎが指令位相特定部１２４ｐに変更されて構成される。

【0276】

指令位相特定部１２４ｐは、共振部１８９、加算器２０２、乗算器２０４、加算器２０６、減算器２１７、ハイパスフィルタ２１８、ゲイン乗算器２２０、および減算器２２２を有している。

【0277】

加算器２０２は、乗算器２０４によって求められた移動量Δθにリプル補償位相θ_rippleを加算する。

【0278】

加算器２０６は、加算器２０２によって求められた値に推定位相θ_sを加算することによって、指令位相θ_s ^*を特定する。

【0279】

上述したように、指令位相特定部１２４ｐは、共振部１８９、加算器２０２、乗算器２０４、加算器２０６、減算器２１７、ハイパスフィルタ２１８、ゲイン乗算器２２０、および減算器２２２を有していてもよい。

【0280】

（第１８の実施の形態）
以下、第１７の実施の形態に係る回転機制御装置の一部が変更されて構成される第１８の実施の形態に係る回転機制御装置について説明する。ここでは、第１８の実施の形態に係る回転機制御装置について、第１７の実施の形態に係る回転機制御装置と同様の構成要素については、既に説明済みであるとして同じ符号を振ってその詳細な説明を省略し、第１７の実施の形態に係る回転機制御装置との相違点を中心に説明する。

【0281】

図３２は、第１８の実施の形態に係る回転機制御装置の指令位相特定部１２４ｑのブロック図である。

【0282】

図３２に示すように、第１８の実施の形態に係る回転機制御装置は、第１７の実施の形態に係る回転機制御装置から、指令位相特定部１２４ｐが指令位相特定部１２４ｑに変更されて構成される。

【0283】

指令位相特定部１２４ｑは、共振部１８９、加算器２０２、加算器２０６、乗算器２０８、ＰＩ補償器２１４、加算器２１６、減算器２１７、ローパスフィルタ２２４、および減算器２２６を有している。

【0284】

乗算器２０８は、指令速度ω_ref ^*にＴ_sを乗算し、ω_ref ^*Ｔ_sを求める。

【0285】

ローパスフィルタ２２４は、推定トルクＴ_eからトルクＴ_Lを出力する。

【0286】

減算器２２６は、トルクＴ_Lから推定トルクＴ_eを減算することによって、トルク－Ｔ_Hを求める。

【0287】

ＰＩ補償器２１４は、トルク－Ｔ_HからΔω_ref ^*Ｔ_sを求める。

【0288】

加算器２１６は、乗算器２０８によって求められたω_ref ^*Ｔ_sとＰＩ補償器２１４によって求められたΔω_ref ^*Ｔ_sとを加算し、トルク位相Δθ_sを求める。

【0289】

加算器２０２は、加算器２１６によって求められたトルク位相Δθ_sにリプル補償位相θ_rippleを加算する。

【0290】

加算器２０６は、加算器２０２によって求められた値に推定位相θ_sを加算することによって、指令位相θ_s ^*を特定する。

【0291】

上述したように、指令位相特定部１２４ｑは、共振部１８９、加算器２０２、加算器２０６、乗算器２０８、ＰＩ補償器２１４、加算器２１６、減算器２１７、ローパスフィルタ２２４、および減算器２２６を有していてもよい。

【0292】

（第１９の実施の形態）
以下、第１の実施の形態に係る回転機制御装置１００の一部が変更されて構成される第１９の実施の形態に係る回転機制御装置１００ｒについて説明する。ここでは、第１９の実施の形態に係る回転機制御装置１００ｒについて、回転機制御装置１００と同様の構成要素については、既に説明済みであるとして同じ符号を振ってその詳細な説明を省略し、回転機制御装置１００との相違点を中心に説明する。

【0293】

図３３に示すように、回転機制御装置１００ｒは、第１の実施の形態に係る回転機制御装置１００から、位置センサレス制御部１０６が位置センサレス制御部１０６ｒに変更されて構成される。

【0294】

図３４に示すように、位置センサレス制御部１０６ｒは、位置センサレス制御部１０６から、磁化特性特定部１２０およびリプル補償特定部１２２がリプル補償特定部１２２ｒに変更されて構成される。

【0295】

図３５に示すように、リプル補償特定部１２２ｒは、推定磁束Ψ_sと検出電流ｉとに基づいて磁石磁束Ψ_{a m}の位相である磁石位相θ_{d m}を特定し、磁石位相θ_{d m}をｄｍ軸としかつ磁石位相θ_{d m}に対して９０度進んだ位相をｑｍ軸としたｄｍ－ｑｍ座標を用いて、検出電流ｉのｑｍ軸電流ｉ_{q m}の脈動分を含むリプル補償トルクＴ_rippleに基づいて、共振部１８９によってリプル補償位相θ_rippleを特定する。具体的には、リプル補償特定部１２２ｒは、推定磁束Ψ_sと検出電流ｉとに基づいて磁石磁束Ψ_{a m}の位相である磁石位相θ_{d m}を特定する。そして、リプル補償特定部１２２ｒは、磁石位相θ_{d m}をｄｍ軸としかつ磁石位相θ_{d m}に対して９０度進んだ位相をｑｍ軸としたｄｍ－ｑｍ座標を用いて、検出電流ｉのｑｍ軸電流ｉ_{q m}を求める。そして、リプル補償特定部１２２ｒは、検出電流ｉのｑｍ軸電流ｉ_{q m}の脈動分を含むリプル補償トルクＴ_rippleを求める。そして、リプル補償特定部１２２ｒは、検出電流ｉのｑｍ軸電流ｉ_{q m}の脈動分を含むリプル補償トルクＴ_rippleに基づいて、共振部１８９によってリプル補償位相θ_rippleを特定する。リプル補償特定部１２２ｒは、磁石磁束特定部１４４、磁石位相特定部１４６、α，β／ｑｍ変換部１４８、トルク成分特定部２２８、および共振部１８９を有している。

【0296】

トルク成分特定部２２８は、ｑｍ軸電流ｉ_{q m}の脈動分を含むリプル補償トルクＴ_rippleを求める。具体的に、トルク成分特定部２２８は、式（２７）によって、ｑｍ軸電流ｉ_{q m}の脈動分を含むリプル補償トルクＴ_rippleを求める。

【0297】

【数27】

【0298】

共振部１８９は、ｑｍ軸電流ｉ_{q m}の脈動分を含むリプル補償トルクＴ_rippleに基づいて、リプル補償位相θ_rippleを特定する。具体的には、共振部１８９は、式（２８）によって、ｑｍ軸電流ｉ_{q m}の脈動分を含むリプル補償トルクＴ_rippleに基づいて、リプル補償位相θ_rippleを特定する。ｂ₀は、係数であり、予め設定された定数である。また、ξは、減衰係数であり、ω_nは、固有振動数であり、ｓは、伝達関数である。

【0299】

【数28】

【0300】

このように、共振部１８９は、ｑｍ軸電流ｉ_{q m}の脈動分を含むリプル補償トルクＴ_rippleに基づいてリプル補償位相θ_rippleを特定する。たとえば、共振部１８９は、共振器である。

【0301】

なお、たとえば、位置センサレス制御部１０６ｒは、指令振幅生成部１１８に代えて指令振幅生成部１１８ａを有していてもよい。また、たとえば、位置センサレス制御部１０６ｒは、指令位相特定部１２４に代えて、指令位相特定部１２４ｃ、指令位相特定部１２４ｄ、指令位相特定部１２４ｅ、指令位相特定部１２４ｆ、指令位相特定部１２４ｇ、または指令位相特定部１２４ｈを有していてもよく、位置センサレス制御部１０６ｒに指令速度ω_ref ^*が与えられてもよい。

【0302】

図３６は、回転機におけるトルクの波形を示すグラフである。具体的には、図３６は、回転機制御装置による回転機の制御をシミュレーションした場合における回転機におけるトルクを示すグラフである。ここでは、比較例に係る方法で回転機制御装置を駆動させて回転機を制御した後に、実施例に係る方法で回転機制御装置を駆動させて回転機を制御した。回転機は磁石磁束に高調波成分を持つモータを想定しており、回転速度が３６００ｒ／ｍｉｎとなりかつ定格負荷の５０％となるように回転機を制御した。比較例に係る方法は、非特許文献１に記載された方法と同様の方法であり、実施例に係る方法は、回転機制御装置１００ｒによる方法と同様の方法である。

【0303】

図３６に示すように、実施例に係る方法で回転機制御装置を駆動させた場合、比較例に係る方法で回転機制御装置を駆動させた場合に比べて、トルクリプル率を約２２％低減することができた。トルクリプル率は、（最大トルク－最小トルク）／平均トルクによって求められる。

【0304】

また、第１の実施の形態の回転機制御装置１００による方法と同様の方法で回転機制御装置を駆動させた場合、および第１０の実施の形態の回転機制御装置１００ｊによる方法と同様の方法で回転機制御装置を駆動させた場合にも、比較例に係る方法で回転機制御装置を駆動させた場合に比べて、トルクリプル率を低減することができた。

【0305】

（効果等）
第１９の実施の形態に係る回転機制御装置１００ｒは、同期回転機４００の磁束である回転機磁束を推定する磁束推定部１１２と、推定された回転機磁束である推定磁束Ψ_sと同期回転機４００の検出電流ｉとの第１内積、または同期回転機４００の永久磁石の推定された磁石磁束Ψ_{a m}と検出電流ｉとの第２内積を用いたフィードバック制御を実行することによって指令磁束Ψ_α ^*，Ψ_β ^*の振幅である指令振幅｜Ψ_s ^*｜を生成する指令振幅生成部１１８と、推定磁束Ψ_sと検出電流ｉとに基づいて磁石磁束Ψ_{a m}の位相である磁石位相θ_{d m}を特定し、磁石位相θ_{d m}をｄｍ軸としかつ磁石位相θ_{d m}に対して９０度進んだ位相をｑｍ軸としたｄｍ－ｑｍ座標を用いて、検出電流ｉのｑｍ軸電流ｉ_{q m}の脈動分を含むリプル補償トルクＴ_rippleに基づいて、共振部１８９によってリプル補償位相θ_rippleを特定するリプル補償特定部１２２ｒと、リプル補償位相θ_rippleとトルク指令または回転速度指令とに基づいて指令位相θ_s ^*を特定する指令位相特定部１２４と、指令振幅｜Ψ_s ^*｜と指令位相θ_s ^*とに基づいて指令磁束Ψ_α ^*，Ψ_β ^*を生成する指令磁束生成部１２６とを備える。

【0306】

これによれば、磁石位相θ_{d m}を特定でき、磁石位相θ_{d m}をｄｍ軸としかつ磁石位相θ_{d m}に対して９０度進んだ位相をｑｍ軸としたｄｍ－ｑｍ座標を用いて、推定磁束Ψ_sのｑｍ軸磁束Ψ_{q m}と検出電流ｉのｑｍ軸電流ｉ_{q m}とを特定でき、検出電流ｉのｑｍ軸電流ｉ_{q m}の脈動分を含むリプル補償トルクＴ_rippleに基づいてリプル補償位相θ_rippleを特定でき、リプル補償位相θ_rippleとトルク指令または回転速度指令とに基づいて指令位相θ_s ^*を特定できるので、位置センサレス磁束制御において、トルクリプルを効果的に低減できる。

【0307】

（他の実施の形態等）
以上、本開示の一態様に係る回転機制御装置について、第１から第１９の実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、これら実施の形態に限定されるものではない。本開示の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形をこの実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本開示の１つまたは複数の態様の範囲内に含まれてもよい。

【0308】

上述した第１の実施の形態では、回転機制御装置１００が、トルク推定部１１６および位相特定部１１４を備えている場合について説明したが、これに限定されない。たとえば、回転機制御装置は、トルク推定部１１６および位相特定部１１４を備えていなくてもよい。この場合、たとえば、回転機制御装置は、推定トルクＴ_eおよび推定位相θ_sを外部から取得してもよい。また、たとえば、図１６に示すように、推定トルクＴ_eおよび推定位相θ_sを用いずに指令位相θ_s ^*を特定してもよい。

【0309】

また、上述した第１の実施の形態では、回転機制御装置１００が、トルク推定部１１６を備えている場合について説明したが、これに限定されない。たとえば、回転機制御装置は、トルク推定部１１６を備えていなくてもよい。この場合、たとえば、回転機制御装置は、推定トルクＴ_eを外部から取得してもよい。また、たとえば、図１７に示すように、推定トルクＴ_eを用いずに指令位相θ_s ^*を特定してもよい。第２から第９の実施の形態についても同様である。

【0310】

なお、上述した実施の形態において、各構成要素は、専用のハードウェアで構成されるか、各構成要素に適したソフトウェアプログラムを実行することによって実現されてもよい。各構成要素は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）またはプロセッサ等のプログラム実行部が、ハードディスクまたは半導体メモリ等の記録媒体に記録されたソフトウェアプログラムを読み出して実行することによって実現されてもよい。

【0311】

なお、以下のような場合も本開示に含まれる。

【0312】

（１）上記の各装置は、具体的には、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスクユニット、ディスプレイユニット、キーボード、マウスなどから構成されるコンピュータシステムである。前記ＲＡＭまたはハードディスクユニットには、コンピュータプログラムが記憶されている。前記マイクロプロセッサが、前記コンピュータプログラムにしたがって動作することにより、各装置は、その機能を達成する。ここでコンピュータプログラムは、所定の機能を達成するために、コンピュータに対する指令を示す命令コードが複数個組み合わされて構成されたものである。

【0313】

（２）上記の各装置を構成する構成要素の一部または全部は、１個のシステムＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ：大規模集積回路）から構成されているとしてもよい。システムＬＳＩは、複数の構成部を１個のチップ上に集積して製造された超多機能ＬＳＩであり、具体的には、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを含んで構成されるコンピュータシステムである。前記ＲＡＭには、コンピュータプログラムが記憶されている。前記マイクロプロセッサが、前記コンピュータプログラムにしたがって動作することにより、システムＬＳＩは、その機能を達成する。

【0314】

（３）上記の各装置を構成する構成要素の一部または全部は、各装置に脱着可能なＩＣカードまたは単体のモジュールから構成されているとしてもよい。前記ＩＣカードまたは前記モジュールは、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどから構成されるコンピュータシステムである。前記ＩＣカードまたは前記モジュールは、上記の超多機能ＬＳＩを含むとしてもよい。マイクロプロセッサが、コンピュータプログラムにしたがって動作することにより、前記ＩＣカードまたは前記モジュールは、その機能を達成する。このＩＣカードまたはこのモジュールは、耐タンパ性を有するとしてもよい。

【0315】

（４）本開示は、上記に示す方法であるとしてもよい。また、これらの方法をコンピュータにより実現するコンピュータプログラムであるとしてもよいし、前記コンピュータプログラムからなるデジタル信号であるとしてもよい。

【0316】

また、本開示は、前記コンピュータプログラムまたは前記デジタル信号をコンピュータ読み取り可能な記録媒体、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＡＭ、ＢＤ（Ｂｌｕ－ｒａｙ（登録商標） Ｄｉｓｃ）、半導体メモリなどに記録したものとしてもよい。また、これらの記録媒体に記録されている前記デジタル信号であるとしてもよい。

【0317】

また、本開示は、前記コンピュータプログラムまたは前記デジタル信号を、電気通信回線、無線または有線通信回線、インターネットを代表とするネットワーク、データ放送等を経由して伝送するものとしてもよい。

【0318】

また、本開示は、マイクロプロセッサとメモリを備えたコンピュータシステムであって、前記メモリは、上記コンピュータプログラムを記憶しており、前記マイクロプロセッサは、前記コンピュータプログラムにしたがって動作するとしてもよい。

【0319】

また、前記プログラムまたは前記デジタル信号を前記記録媒体に記録して移送することにより、または前記プログラムまたは前記デジタル信号を前記ネットワーク等を経由して移送することにより、独立した他のコンピュータシステムにより実施するとしてもよい。

【0320】

（５）上記実施の形態及びその他の形態を組み合わせてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0321】

本開示は、回転機を制御する回転機制御装置等に広く利用可能である。

【符号の説明】

【0322】

１００，１００ｊ，１００ｒ 回転機制御装置
１０２ 第１電流センサ
１０４ 第２電流センサ
１０６，１０６ｃ，１０６ｊ，１０６ｋ，１０６ｒ 位置センサレス制御部
１０８ デューティ生成部
１１０ ｕ，ｗ／α，β変換部
１１２ 磁束推定部
１１４ 位相特定部
１１６ トルク推定部
１１８，１１８ａ 指令振幅生成部
１２０，１２０ｂ，１２０ｃ 磁化特性特定部
１２２，１２２ｊ リプル補償特定部
１２４，１２４ｃ，１２４ｄ，１２４ｅ，１２４ｆ，１２４ｇ，１２４ｈ，１２４ｊ，１２４ｋ，１２４ｌ，１２４ｍ，１２４ｎ，１２４ｐ，１２４ｑ 指令位相特定部
１２６ 指令磁束生成部
１２８ 電圧指令生成部
１３０ α，β／ｕ，ｖ，ｗ変換部
１３２，１８０，１８６，２２２，２２６ 減算器
１３４ Ｐゲイン
１３６ Ｉゲイン
１３８，２００ 積分器
１４０，１４２，１７４，１９０，１９２，２０２，２０６，２１６ 加算器
１４４ 磁石磁束特定部
１４６ 磁石位相特定部
１４８，１５０ α，β／ｑｍ変換部
１５２ 高調波成分特定部
１５４ フーリエ変換部
１５６ 磁気エネルギー特定部
１５８ 増幅器
１６０，１６４，１７６，１７８，１８２，１８４，２０４，２０８ 乗算器
１６２，１６６，２２４ ローパスフィルタ
１６８ 磁気エネルギーテーブル
１７０ リプルトルク特定部
１７２ リプル位相特定部
１８８，２１４ ＰＩ補償器
１８９ 共振部
１９４，１９４ｃ 電機子反作用磁束特定部
２１０，２１８ ハイパスフィルタ
２１２ 符号反転器
２２０ ゲイン乗算器
２２８ トルク成分特定部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】

【図31】

【図32】

【図33】

【図34】

【図35】

【図36】