特許 7465735 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】2024-04-03

(45)【発行日】2024-04-11

(54)【発明の名称】制御装置

(51)【国際特許分類】

   H02P 23/14 20060101AFI20240404BHJP

【ＦＩ】

H02P23/14

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2020117382

(22)【出願日】2020-07-07

(65)【公開番号】P2022014820

(43)【公開日】2022-01-20

【審査請求日】2023-04-14

(73)【特許権者】

【識別番号】000003115

【氏名又は名称】東洋電機製造株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】230118913

【弁護士】

【氏名又は名称】杉村 光嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100161148

【弁理士】

【氏名又は名称】福尾 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100163511

【弁理士】

【氏名又は名称】辻 啓太

(72)【発明者】

【氏名】高木 正志

【審査官】谿花 正由輝

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－０２２２８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－０５７９６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－２５９６９９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｐ ２３／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

誘導機の制御装置であって、
前記誘導機に流れる電流ベクトルを検出する電流検出部と、
前記電流ベクトルに基づいて、前記誘導機に直流電流を流す拾い上げ電圧指令を出力する拾い上げ制御部と、
前記電流ベクトルと、前記拾い上げ電圧指令とに基づき、前記誘導機の磁束ベクトルを演算する磁束推定部と、
前記磁束ベクトルを用いて、所定の始点時刻における磁束ベクトルと、前記始点時刻の後の所定の時点における磁束ベクトルと、前記始点時刻と前記所定の時点との中間の時点における磁束ベクトルとに基づく中間ベクトルを、前記始点時刻の後の複数の時点について抽出する中間ベクトル抽出部と、
前記複数の時点について抽出された中間ベクトルに基づき、前記誘導機の初期速度を演算する速度推定部と、
前記初期速度と前記電流ベクトルとに基づき、前記誘導機の初期二次磁束を演算する初期磁束推定部と、を備える制御装置。

【請求項2】

請求項１に記載に制御装置において、
前記中間ベクトル抽出部は、
前記始点時刻における磁束ベクトルをφ（ｔｓ）とし、前記所定の時点における磁束ベクトルをφ（ｔｎ）とし、前記始点時刻と前記所定の時点との中間の時点における磁束ベクトルをφ（（ｔｓ＋ｔｎ）／２）とすると、以下の式（１）により前記所定の時点における中間ベクトルφｃ（ｔｎ）を演算し、
φｃ（ｔｎ）＝２＊［φ（（ｔｓ＋ｔｎ）／２）－φ（ｔｓ）］
－［φ（ｔｎ）－φ（ｔｓ）］ ・・・式（１）
前記速度推定部は、前記始点時刻の後の第１の時点ｔ１における中間ベクトルφｃ（ｔ１）のベクトル角度をθ（ｔ１）とし、前記始点時刻の後の、前記第１の時点ｔ１とは異なる第２の時点ｔ２における中間ベクトルφｃ（ｔ２）のベクトル角度をθ（ｔ２）とすると、以下の式（２）により、前記初期速度ωｍ０を演算する、制御装置。
ωｍ０＝２＊（θｃ１－θｃ２）／（ｔ１－ｔ２） ・・・式（２）

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電動機のトルク制御を行う制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

電動機のメンテナンス性の向上、および、電動機の小型・高出力化の観点より、速度センサが設けられていない（速度センサを用いない）電動機の制御装置（いわゆる、速度センサレス電動機制御装置）が知られている（例えば、特許文献１参照）。このような制御装置では一般に、電動機のトルクを制御する際には、電動機の速度（角速度）を推定する必要がある。

【0003】

図３は、速度センサを用いない、いわゆる速度センサレス電動機制御装置である従来の制御装置１００Ａの構成例を示す図である。

【0004】

図３に示す制御装置１００Ａは、電流検出部２と、拾い上げ制御部３と、初期値推定部４と、トルク制御部５と、切替部６と、電力変換部７とを備える。

【0005】

電流検出部２は、電動機１に流れる電流ベクトルｉを検出し、拾い上げ制御部３、初期値推定部４およびトルク制御部５に出力する。

【0006】

拾い上げ制御部３は、電流検出部２により検出された電流ベクトルｉ、直流電流指令Ｉおよび電流位相角指令θが入力される。拾い上げ制御部３は、電動機１に流れる電流ｉを直流電流指令Ｉおよび電流位相角指令θ通りの直流電流にするための、拾い上げ電圧指令Ｖ０を生成し、初期値推定部４および切替部６に出力する。

【0007】

初期値推定部４は、電流検出部２により検出された電流ベクトルｉ、および、拾い上げ制御部３により生成された拾い上げ電圧指令Ｖ０が入力される。初期値推定部４は、電流ベクトルｉおよび拾い上げ電圧指令Ｖ０に基づき、電動機１の初期速度ωｍ０および初期二次磁束φ２０を演算し、トルク制御部５に出力する。初期値推定部４の構成の詳細については後述する。

【0008】

トルク制御部５は、電流検出部２により検出された電流ベクトルｉ、初期値推定部４により演算された電動機１の初期速度ωｍ０および初期二次磁束φ２０、ならびに、トルク制御開始指令ＳＷが入力される。トルク制御部５は、トルク制御開始指令ＳＷがオンになると、初期速度ωｍ０および初期二次磁束φ２０を初期値として、電流ベクトルｉに基づき、電動機１のトルクを制御するトルク制御指令Ｖ１を生成し、切替部６に出力する。なお、図３においては、電動機１の電源が投入された時点では、トルク制御開始指令ＳＷはオフの状態となっている。

【0009】

切替部６は、拾い上げ制御部３により生成された拾い上げ電圧指令Ｖ０、トルク制御部５により生成されたトルク制御指令Ｖ１およびトルク制御開始指令ＳＷが入力される。切替部６は、制御開始指令ＳＷに従い、拾い上げ電圧指令Ｖ０とトルク制御指令Ｖ１とを切り替えて電圧指令Ｖ^＊として、電力変換部７に出力する。すなわち、切替部６は、トルク制御開始指令ＳＷがオンになるまでは、拾い上げ電圧指令Ｖ０を電圧指令Ｖ^＊として出力し、トルク制御開始指令ＳＷがオンになると、トルク制御指令Ｖ１を電圧指令Ｖ^＊として出力する。

【0010】

電力変換部７は、切替部６から出力された電圧指令Ｖ^＊を増幅して電動機１に電力を供給する。

【0011】

図３に示す制御装置１００Ａにおいては、トルク制御開始指令ＳＷがオンになるまでは、拾い上げ制御部２と初期値推定部４とにより、電動機１の初期速度ωｍ０および初期二次磁束φ２０が推定される。そして、トルク制御開始指令ＳＷがオンになると、トルク制御開始指令ＳＷがオンになった時点の初期速度ωｍ０および初期二次磁束φ２０を初期値として、電動機１のトルク制御が行われる。トルク制御開始指令ＳＷをオンにするタイミングは、拾い上げ制御の実施時間、初期速度ωｍ０および初期二次磁束φ２０の状態などに基づいて決定される。

【0012】

以下、トルク制御開始指令ＳＷがオンになるまでの、拾い上げ制御における初期値推定部４の動作について詳細に説明する。

【0013】

図３に示すように、初期値推定部４は、演算用タイマー８と、磁束推定部９と、磁束メモリ１０と、３時点抽出部１１と、速度推定部１２と、初期磁束推定部１３とを備える。

【0014】

演算用タイマー８は、拾い上げ制御開始指令ＳＴが入力される。演算用タイマー８は、拾い上げ制御開始指令ＳＴのエッジで０クリアされるタイマカウンタであり、拾い上げ時刻ｔ０を磁束メモリ１０、３時点抽出部１１、速度推定部１２および初期磁束推定部１３に出力する。

【0015】

磁束推定部９は、電流検出部２により検出された電流ベクトルｉおよび拾い上げ制御部３により生成された拾い上げ電圧指令Ｖ０が入力される。磁束推定部９は、電流ベクトルｉおよび拾い上げ電圧指令Ｖ０に基づき、以下の式（１）により電動機１の磁束ベクトルφ２ｒを演算する。

【0016】

【数1】

【0017】

式（１）において、Ｒ１，Ｌ１，Ｌ２，Ｍはそれぞれ、電動機１の一次抵抗、一次自己インダクタンス、二次自己インダクタンス、相互インダクタンスである。

【0018】

磁束推定部９は、演算した磁束ベクトルφ２ｒを磁束メモリ１０に出力する。

【0019】

磁束メモリ１０は、演算用タイマー８により生成された拾い上げ時刻ｔ０および磁束推定部９により演算された磁束ベクトルφ２ｒが入力される。磁束メモリ１０は、時刻０から拾い上げ時刻ｔ０までの区間において、時々刻々と変化する磁束ベクトルφ２ｒを記憶し、磁束ベクトルφ（ｔ０）として３時点抽出部１１に出力する。

【0020】

３時点抽出部１１は、演算用タイマー８により生成された拾い上げ磁束ｔ０および磁束メモリ１０から出力された磁束ベクトルφ（ｔ０）が入力される。３時点抽出部１１は、時刻０から時刻ｔ０までの区間における、任意の３時点ｔ００，ｔ０１，ｔ０２での磁束ベクトルφ２ｒである磁束ベクトルφ（ｔ００），φ（ｔ０１），φ（ｔ０２）を抽出し、速度推定部１２に出力する。

【0021】

速度推定部１２は、演算用タイマー８により生成された拾い上げ時刻ｔ０および３時点抽出部１１により抽出された３つの磁束ベクトルφ（ｔ００），φ（ｔ０１），φ（ｔ０２）が入力される。速度推定部１２は、拾い上げ時刻ｔ０および磁束ベクトルφ（ｔ００），φ（ｔ０１），φ（ｔ０２）に基づき、以下の式（２）～式（７）により、初期速度ωｍ０を演算する。

【0022】

まず、速度推定部１２は、３つの磁束ベクトルφ（ｔ００），φ（ｔ０１），φ（ｔ０２）それぞれの終点を通る円の中心Ｒを以下の式（２）～式（５）により求める。

【0023】

【数2】

【0024】

式（２）～式（５）において、ベクトルＦ１は、磁束ベクトルφ（ｔ００）の終点から見た磁束ベクトルφ（ｔ０１）の終点を示すベクトルである。ベクトルＦ２は、磁束ベクトルφ（ｔ００）の終点から見た磁束ベクトルφ（ｔ０２）の終点を示すベクトルである。（Ｆ１_Ａ，Ｆ１_Ｂ）、（Ｆ２_Ａ，Ｆ２_Ｂ）および（Ｒ_Ａ，Ｒ_Ｂ）はそれぞれ、ベクトルＦ１、ベクトルＦ２、円の中心Ｒの成分である。

【0025】

次に、速度推定部１２は、円の中心Ｒから見た、磁束ベクトルφ（ｔ００）と磁束ベクトルφ（ｔ０２）との間の角度θＣを式（６）により求める。

【0026】

【数3】

【0027】

式（６）において、記号「×」はベクトルの外積を示し、記号「・」はベクトルの内積を示す。

【0028】

時刻ｔ００から時刻ｔ０２まで（例えば、数十ミリ秒）の電動機１の回転速度はほぼ一定とみなすことができる。このため、速度推定部１２は、以下の式（７）により初期速度ωｍ０を求めることができる。

【0029】

【数4】

【0030】

速度演算部１２は、演算した初期速度ωｍ０をトルク制御部５および初期磁束推定部１３に出力する。

【0031】

初期磁束推定部１３は、電流検出部２により検出された電流ベクトルｉ、演算用タイマー８により生成された拾い上げ時刻ｔ０および速度演算部１２により演算された初期速度ωｍ０が入力される。初期磁束推定部１３は、電流ベクトルｉおよび初期速度ωｍ０に基づき、以下の式（８）により初期二次磁束φ２０を求める。

【0032】

【数5】

【0033】

式（８）において、「ｊ」は虚数単位である。Ｔ２は、電動機１の二次時定数であり、二次抵抗Ｒ２を用いて、Ｌ２／Ｒ２により算出される。φｘｘは、拾い上げ制御開始時の残留磁束である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0034】

【文献】特開２０００－２８７４９１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0035】

上述した拾い上げ制御においては、以下に説明するように改良の余地がある。

【0036】

電動機１の温度の変動などにより、一次抵抗Ｒ１に誤差が発生している場合、式（１）の積分項により、後述する式（１１）のように、当該誤差が磁束推定部９の出力値である磁束ベクトルφ２ｒに積算されていく。その結果、３時点抽出部１１の出力である磁束ベクトルφ（ｔ００），φ（ｔ０１），φ（ｔ０２）に誤差が生じる。また、磁束ベクトルφ（ｔ００），φ（ｔ０１），φ（ｔ０２）に基づいて、式（２）～式（８）により演算する初期速度ωｍ０および初期磁束φ２０にも誤差が生じる。

【0037】

以下では、式（９）に示すように、一次抵抗Ｒ１が誤差ΔＲだけ真値Ｒ１ｒｅａｌからずれていたと仮定する。
Ｒ１ｒｅａｌ＝Ｒ１＋ΔＲ ・・・式（９）

【0038】

この場合、実磁束ベクトルφ２ｒｅａｌは、以下の式（１０）により求められる。

【0039】

【数6】

【0040】

式（１０）のＲ１ｒｅａｌに式（９）を代入すると、電流ベクトルｉは一定であるので、式（１０）は、式（１）を用いて、以下の式（１１）で表わされる。
φ２ｒ＝φ２ｒｅａｌ＋ΔＲ・ｉ・ｔ ・・・式（１１）

【0041】

式（１１）において、ｔは磁束ベクトルφ２ｒの演算時間である。また、Ｌ２≒Ｍとした。

【0042】

式（１１）に示すように、一次抵抗Ｒ１に誤差が発生している場合、式（１）の積分項により、その誤差が磁束推定部９の出力値である磁束ベクトルφ２ｒに積算されていく。

【0043】

このように、一次抵抗Ｒ１に誤差が存在する場合、初期値推定部４が推定する初期速度ωｍ０および初期二次磁束φ２０に誤差が生じる。トルク制御部５によるトルク制御の初期値である初期速度ωｍ０および初期二次磁束φ２０に誤差が生じると、電動機１のトルク制御の精度が低下するおそれがある。

【0044】

上記のような問題点に鑑みてなされた本発明の目的は、電動機のトルク制御の精度向上を図ることができる制御装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0045】

上記課題を解決するため、本発明に係る制御装置は、電動機の制御装置であって、前記電動機に流れる電流ベクトルを検出する電流検出部と、前記電流ベクトルに基づいて、前記電動機に直流電流を流す拾い上げ電圧指令を出力する拾い上げ制御部と、前記電流ベクトルと、前記拾い上げ電圧指令とに基づき、前記電動機の磁束ベクトルを演算する磁束推定部と、前記磁束ベクトルを用いて、所定の始点時刻における磁束ベクトルと、前記始点時刻の後の所定の時点における磁束ベクトルと、前記始点時刻と前記所定の時点との中間の時点における磁束ベクトルとに基づく中間ベクトルを、前記始点時刻の後の複数の時点について抽出する中間ベクトル抽出部と、前記複数の時点について抽出された中間ベクトルに基づき、前記電動機の初期速度を演算する速度推定部と、前記初期速度と前記電流ベクトルとに基づき、前記電動機の初期二次磁束を演算する初期磁束推定部と、を備える。

【0046】

また、本発明に係る制御装置において、前記中間ベクトル抽出部は、前記始点時刻における磁束ベクトルをφ（ｔｓ）とし、前記所定の時点における磁束ベクトルをφ（ｔｎ）とし、前記始点時刻と前記所定の時点との中間の時点における磁束ベクトルをφ（（ｔｓ＋ｔｎ）／２）とすると、以下の式（１２）により前記所定の時点における中間ベクトルφｃ（ｔｎ）を演算し、
φｃ（ｔｎ）＝２＊［φ（（ｔｓ＋ｔｎ）／２）－φ（ｔｓ）］
－［φ（ｔｎ）－φ（ｔｓ）］ ・・・式（１２）
前記速度推定部は、前記始点時刻の後の第１の時点ｔ１における中間ベクトルφｃ（ｔ１）のベクトル角度をθ（ｔ１）とし、前記始点時刻の後の、前記第１の時点ｔ１とは異なる第２の時点ｔ２における中間ベクトルφｃ（ｔ２）のベクトル角度をθ（ｔ２）とすると、以下の式（１３）により、前記初期速度ωｍ０を演算する。
ωｍ０＝２＊（θｃ１－θｃ２）／（ｔ１－ｔ２） ・・・式（１３）

【発明の効果】

【0047】

本発明に係る制御装置によれば、電動機のトルク制御の精度向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0048】

【図1】本発明の一実施形態に係る制御装置の構成例を示す図である。

【図2】図１に示す中間ベクトル抽出部が演算する中間ベクトルを示す図である。

【図3】従来の制御装置の構成例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0049】

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。

【0050】

図１は、本発明の一実施形態に係る制御装置１００の構成例を示す図である。本実施形態に係る制御装置１００は、電動機１のトルク制御を行うものである。図１において、図３と同様の構成には同じ符号を付し、説明を省略する。

【0051】

図１に示す制御装置１００は、電流検出部２と、拾い上げ制御部３と、トルク制御部５と、切替部６と、電力変換部７と、演算用タイマー８と、磁束推定部９と、磁束メモリ１０と、初期磁束推定部１３と、中間ベクトル抽出部１０１と、速度推定部１０２とを備える。すなわち、本実施形態に係る制御装置１００は、図３に示す制御装置１００Ａと比較して、３時点抽出部１１および速度推定部１２をそれぞれ、中間ベクトル抽出部１０１および速度推定部１０２に変更した点が異なる。

【0052】

中間ベクトル抽出部１０１は、磁束ベクトルφ２ｒに基づき、複数の時点における中間ベクトルを演算し、速度推定部１０２に出力する。以下では、中間ベクトルについて、より詳細に説明する。

【0053】

中間ベクトル抽出部１０１は、所定の始点時刻ｔｓにおける磁束ベクトルφ（ｔｓ）と、始点時刻ｔｓの後の所定の時点ｔｎにおける磁束ベクトルφ（ｔｎ）と、始点時刻ｔｓと所定の時点ｔｎとの中間の時点（（ｔｓ＋ｔｎ）／２）における磁束ベクトルφ（（ｔｓ＋ｔｎ）／２）とに基づき、所定の時点ｔｎにおける中間ベクトルφｃ（ｔｎ）を演算する。より具体的には、中間ベクトル抽出部１０１は、以下の式（１４）により、中間ベクトルφｃ（ｔｎ）を演算する。
φｃ（ｔｎ）＝２＊［φ（（ｔｓ＋ｔｎ）／２）－φ（ｔｓ）］
－［φ（ｔｎ）－φ（ｔｓ）］ ・・・式（１４）

【0054】

中間ベクトル抽出部１０１は、上述した中間ベクトルφｃ（ｔｎ）を複数の時点について演算する。

【0055】

以下では、中間ベクトル抽出部１０１は、始点時刻ｔｓ後の時点ｔ１（第１の時点）における中間ベクトルφｃ（ｔ１）、および、始点時刻ｔｓ後の、時点ｔ１とは異なる時点ｔ２（第２の時点）における中間ベクトルφｃ（ｔ２）を演算する例を用いて説明する。また、以下では、始点時刻ｔｓと時点ｔ１との中間の時点をｔＡとし、時点ｔＡにおける磁束ベクトルをφ（ｔＡ）とする。また、始点時刻ｔｓと時点ｔ２との中間の時点をｔＢとし、時点ｔＢにおける磁束ベクトルをφ（ｔＢ）とする。

【0056】

中間ベクトル抽出部１０１は、以下の式（１５）により、中間ベクトルφｃ（ｔ１）を演算し、以下の式（１６）により、中間ベクトルφｃ（ｔ２）を演算する。
φｃ（ｔ１）＝２＊［φ（ｔＡ）－φ（ｔｓ）］－［φ（ｔ１）－φ（ｔｓ）］
・・・式（１５）
φｃ（ｔ２）＝２＊［φ（ｔＢ）－φ（ｔｓ）］－［φ（ｔ２）－φ（ｔｓ）］
・・・式（１６）

【0057】

中間ベクトルφｃ（ｔ１）および中間ベクトルφｃ（ｔ２）を図２に示す。図２に示すように、時点ｔ１は、磁束ベクトルφ２ｒの軌跡（円）における、始点時刻ｔｓよりも後の任意の時点である。時点ｔ１における中間ベクトルφｃ（ｔ１）は、磁束ベクトルφ（ｔｓ）と、２＊（磁束ベクトルφ（ｔＡ）－磁束ベクトルφ（ｔｓ））とを加算し、さらに、磁束ベクトルφ（ｔ１）を加算したものである。また、時点ｔ２における中間ベクトルφｃ（ｔ２）は、磁束ベクトルφ（ｔｓ）と、２＊（磁束ベクトルφ（ｔＢ）－磁束ベクトルφ（ｔｓ））とを加算し、さらに、磁束ベクトルφ（ｔ２）を加算したものである。

【0058】

上述した中間ベクトルφｃ（ｔｎ）（中間ベクトルφｃ（ｔ１），φｃ（ｔ２））は、電動機１の一次抵抗Ｒ１の誤差ΔＲの影響を受けない。以下では、その理由について説明する。

【0059】

一次抵抗Ｒ１が誤差ΔＲだけ真値Ｒ１ｒｅａｌからずれていたと仮定する。この場合、式（１１）より、始点時刻ｔｓ、時点ｔ１および時点ｔＡそれぞれにおける磁束ベクトルは、以下の式（１７）～式（１９）となる。
φ（ｔｓ）＝φ２ｒｅａｌ（ｔｓ）＋ΔＲ・ｉ・ｔｓ ・・・式（１７）
φ（ｔ１）＝φ２ｒｅａｌ（ｔ１）＋ΔＲ・ｉ・ｔ１ ・・・式（１８）
φ（ｔＡ）＝φ２ｒｅａｌ（ｔＡ）＋ΔＲ・ｉ・ｔＡ ・・・式（１９）

【0060】

式（１５）を考慮すると、中間ベクトルφｃ（ｔ１）は以下の式（２０）で表わされる。
φｃ（ｔ１）＝２＊［φｒｅａｌ（ｔＡ）－φｒｅａｌ（ｔｓ）］
－［φｒｅａｌ（ｔ１）－φｒｅａｌ（ｔｓ）］
＋ΔＲ・ｉ・［２＊（ｔＡ－ｔｓ）－（ｔ１－ｔｓ）］・・・式（２０）

【0061】

ｔＡ＝（ｔ１＋ｔｓ）／２であるので、式（２０）におけるΔＲの項は０となる。すなわち、中間ベクトルφｃ（ｔ１）は誤差ΔＲの影響を受けないことが分かる。また、同様にして、中間ベクトルφｃ（ｔ２）は誤差ΔＲの影響を受けないことが分かる。

【0062】

速度推定部１０２は、複数の時点について抽出された中間ベクトルφｃ（ｔｎ）に基づき、電動機１の初期速度ωｍ０を演算する。速度推定部１０２による初期速度ωｍ０の演算について、上述した時点ｔ１および時点ｔ２を例として、より詳細に説明する。

【0063】

時点ｔ１における中間ベクトルφｃ（ｔ１）の成分を（ＦＣＴ１Ａ，ＦＣＴ１Ｂ）とすると、速度推定部１０２は、以下の式（２１）により、中間ベクトルφｃ（ｔ１）のベクトル角度θｃ１を演算する。
θｃ１＝ｔａｎ^－１（ＦＣＴ１Ｂ／ＦＣＴ１Ａ）（ＦＣＴ１Ａ≧０）
θｃ１＝π＋ｔａｎ^－１（ＦＣＴ１Ｂ／ＦＣＴ１Ａ）（ＦＣＴ１Ａ＜０）
・・・式（２１）

【0064】

また、時点ｔ２における中間ベクトルφｃ（ｔ２）の成分を（ＦＣＴ２Ａ，ＦＣＴ２Ｂ）とすると、速度推定部１０２は、以下の式（２２）により、中間ベクトルφｃ（ｔ２）のベクトル角度θｃ２を演算する。
θｃ２＝ｔａｎ^－１（ＦＣＴ２Ｂ／ＦＣＴ２Ａ）（ＦＣＴ２Ａ≧０）
θｃ２＝π＋ｔａｎ^－１（ＦＣＴ２Ｂ／ＦＣＴ２Ａ）（ＦＣＴ２Ａ＜０）
・・・式（２２）

【0065】

ベクトル角度θｃ１－ベクトル角度θｃ２は、時点ｔＡ～時点ｔＢ間で回転した磁束ベクトルの角度となる。時点ｔＡ～時点ｔＢ間の時間は、時点ｔ１から時点ｔ２までの時間の１／２となるので、速度推定部１０２は、以下の式（２３）により初期速度ωｍ０を演算する。
ωｍ０＝２＊（θｃ１－θｃ２）／（ｔ１－ｔ２） ・・・式（２３）

【0066】

式（２３）により求められる初期速度ωｍ０は、中間ベクトルφｃ（ｔ１），φｃ（ｔ２）から演算されるものであり、上述したように、中間ベクトルφｃ（ｔ１），φｃ（ｔ２）は、電動機１の一次抵抗Ｒ１の誤差ΔＲの影響を受けない。したがって、本実施形態においては、一次抵抗Ｒ１の誤差ΔＲの影響を受けることなく、電動機１の初期速度ωｍ０を演算することができる。

【0067】

初期磁束推定部１３は、上述したように、電流ベクトルｉおよび初期速度ωｍ０に基づき、式（８）により初期二次磁束φ２０を求める。初期速度ωｍ０は一次抵抗Ｒ１の誤差ΔＲの影響を受けないので、初期二次磁束φ２０も一次抵抗Ｒ１の誤差ΔＲの影響を受けることなく演算することができる。

【0068】

このように本実施形態においては、電動機１の初期速度ωｍ０および初期二次磁束φ２０を、一次抵抗Ｒ１の誤差ΔＲの影響を受けることなく演算することができる。そのため、初期速度ωｍ０および初期二次磁束φ２０を用いた電動機１のトルク制御の精度向上を図ることができる。

【0069】

式（２１）～式（２３）を用いた初期速度ωｍ０の演算には制限がある。磁束ベクトルφ２ｒの軌跡が１周以上回転すると、低速高速あるいは正転逆転の見分けがつかなくなる。そのため、始点時刻ｔｓに対して時点ｔ１，ｔ２は、磁束ベクトルφ２ｒの軌跡１周分以内の時点を選択する必要がある。

【0070】

上述した式（１５）および式（１６）に関しては、以下の式（１５’）および式（１６’）に示すように、右辺を１／２倍した式であってもよい。この場合も同様の効果が得られることは明らかである。また、右辺の倍数は、１／２以外でも、０でない正数であればよい。
φｃ（ｔ１）＝［φ（ｔＡ）－φ（ｔｓ）］－［φ（ｔ１）－φ（ｔｓ）］／２
・・・式（１５’）
φｃ（ｔ２）＝［φ（ｔＢ）－φ（ｔｓ）］－［φ（ｔ２）－φ（ｔｓ）］／２
・・・式（１６’）

【0071】

また、速度推定部１０２は、時点ｔ１，ｔ２とは少なくとも１つ時点が異なる２つの時点のセットを用いて、式（１５）、式（１６）、式（２１）～式（２３）と同様の演算を行うことにより、初期速度ωｍ０を複数回演算してもよい。また、速度推定部１０２は、複数回演算した初期速度ωｍ０の平均値あるいは一次遅れフィルタを通した値を、初期速度ωｍ０として出力してよい。

【0072】

このように本実施形態においては、制御装置１００は、電動機１に流れる電流ベクトルｉを検出する電流検出部２と、電流ベクトルｉに基づいて、電動機１に直流電流を流す拾い上げ電圧指令Ｖ１を出力する拾い上げ制御部３と、電流ベクトルｉと、拾い上げ電圧指令Ｖ１とに基づき、電動機１の磁束ベクトルφ２ｒを演算する磁束推定部９と、磁束ベクトルφ２ｒを用いて、所定の始点時刻ｔｓにおける磁束ベクトルφ（ｔｓ）と、始点時刻ｔｓの後の所定の時点ｔｎにおける磁束ベクトルφ（ｔｎ）と、始点時刻ｔｓと所定の時点ｔｎとの中間の時点における磁束ベクトルφ（（ｔｓ＋ｔｎ）／２）とに基づく中間ベクトルφｃ（ｔｎ）を複数の時点について抽出する中間ベクトル抽出部１０１と、複数の時点について抽出された中間ベクトルφｃ（ｔｎ）に基づき、電動機１の初期速度ωｍ０を演算する速度推定部１０２と、初期速度ωｍ０と電流ベクトルｉとに基づき、電動機１の初期二次磁束φ２０を演算する初期磁束推定部１３と、を備える。

【0073】

磁束ベクトルφ（ｔｓ）、磁束ベクトルφ（ｔｎ）および磁束ベクトルφ（（ｔｓ＋ｔｎ）／２）に基づく中間ベクトルφｃ（ｔｎ）は、電動機１の一次抵抗Ｒ１の誤差ΔＲの影響を受けない。したがって、中間ベクトルφｃ（ｔｎ）に基づき初期速度ωｍ０を演算することで、一次抵抗Ｒ１の誤差ΔＲの影響を受けることなく、初期速度ωｍ０を演算することができる。また、中間ベクトルφｃ（ｔｎ）に基づき演算された初期速度ωｍ０に基づき電動機１の初期二次磁束φ２０を演算することで、一次抵抗Ｒ１の誤差ΔＲの影響を受けることなく、初期二次磁束φ２０を演算することができる。したがって、一次抵抗Ｒ１の誤差ΔＲの影響を受けることなく、電動機１のトルク制御に用いられる初期速度ωｍ０および初期二次磁束φ２０を演算することができるので、電動機１のトルク制御の精度向上を図ることができる。そのため、例えば、電動機１を搭載した電気車において、惰行走行状態からの再加速および惰行走行状態からのブレーキが可能となる。

【0074】

上述の実施形態は代表的な例として説明したが、本発明の趣旨および範囲内で、多くの変更および置換が可能であることは当業者に明らかである。したがって、本発明は、上述の実施形態によって制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形および変更が可能である。

【符号の説明】

【0075】

１ 電動機
２ 電流検出部
３ 拾い上げ制御部
５ トルク制御部
６ 切替部
７ 電力変換部
８ 演算用タイマー
９ 磁束推定部
１０ 磁束メモリ
１３ 初期磁束推定部
１００ 制御装置
１０１ 中間ベクトル抽出部
１０２ 速度推定部

【図1】

【図2】

【図3】