特許 7472397 電力変換装置、推定器及び推定方法

(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】

(24)【登録日】2024-04-12

(45)【発行日】2024-04-22

(54)【発明の名称】電力変換装置、推定器及び推定方法

(51)【国際特許分類】

   H02P 21/16 20160101AFI20240415BHJP

   H02P 21/26 20160101ALI20240415BHJP

【ＦＩ】

H02P21/16

H02P21/26

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2023512635

(86)(22)【出願日】2021-04-09

(86)【国際出願番号】 JP2021015056

(87)【国際公開番号】W WO2022215263

(87)【国際公開日】2022-10-13

【審査請求日】2023-08-08

(73)【特許権者】

【識別番号】000006622

【氏名又は名称】株式会社安川電機

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100145012

【弁理士】

【氏名又は名称】石坂 泰紀

(74)【代理人】

【識別番号】100171099

【弁理士】

【氏名又は名称】松尾 茂樹

(72)【発明者】

【氏名】嶌本 慶太

(72)【発明者】

【氏名】森本 進也

【審査官】谿花 正由輝

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－１４９８２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０３３５８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】韓国公開特許第１０－２０１６－００３２８９４（ＫＲ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｐ ２１／１６

Ｈ０２Ｐ ２１／２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

一次側電力を二次側電力に変換して電動機に供給する電力変換回路と、
前記電動機の磁極位置に同期して回転する回転座標系における電流指令と、前記回転座標系の第１座標軸と第２座標軸との間の相互インダクタンスとに基づいて、前記回転座標系における電圧指令を生成する電圧指令生成部と、
前記電圧指令に対応する二次側電圧を前記電動機に印加するように前記電力変換回路を制御する制御部と、を備える電力変換装置。

【請求項2】

前記電動機の磁極位置と、前記第１座標軸に対応する前記電動機の第１インダクタンスと、前記第２座標軸に対応する前記電動機の第２インダクタンスとに基づいて前記相互インダクタンスを推定する相互インダクタンス推定部を更に備え、
前記電圧指令生成部は、前記相互インダクタンス推定部により推定された前記相互インダクタンスに基づいて前記電圧指令を生成する、請求項１記載の電力変換装置。

【請求項3】

二次側電流に基づいて前記磁極位置を推定する磁極位置推定部を更に備え、
前記相互インダクタンス推定部は、前記磁極位置推定部により推定された前記磁極位置に基づいて前記相互インダクタンスを推定する、請求項２記載の電力変換装置。

【請求項4】

二次側電流に基づいて、前記第１座標軸と前記第２座標軸との間の電磁的な相互干渉を表す干渉係数を算出する係数算出部を更に備え、
前記磁極位置推定部は、前記干渉係数に更に基づいて前記磁極位置を推定する、請求項３記載の電力変換装置。

【請求項5】

前記電力変換装置は、前記電圧指令生成部による前記電圧指令の生成と、前記係数算出部による前記干渉係数の算出と、前記磁極位置推定部による前記磁極位置の推定と、前記相互インダクタンス推定部による前記相互インダクタンスの推定と、を含む制御サイクルを繰り返し、
前記係数算出部は、一つ以上前の制御サイクルにおいて前記磁極位置推定部により推定された前記磁極位置に更に基づいて前記干渉係数を算出する、請求項４記載の電力変換装置。

【請求項6】

前記制御サイクルの周期は、前記相互インダクタンスの変動周期よりも短い、請求項５記載の電力変換装置。

【請求項7】

前記相互インダクタンス推定部は、前記干渉係数と、前記第１インダクタンスと、前記第２インダクタンスとに基づいて前記相互インダクタンスを推定する、請求項４～６のいずれか一項記載の電力変換装置。

【請求項8】

二次側電流と、前記磁極位置推定部により推定された前記磁極位置とに基づいて前記第１インダクタンス及び前記第２インダクタンスを推定する軸別インダクタンス推定部を更に備え、
前記相互インダクタンス推定部は、前記軸別インダクタンス推定部により推定された前記第１インダクタンス及び前記第２インダクタンスに基づいて前記相互インダクタンスを推定する、請求項３～７のいずれか一項記載の電力変換装置。

【請求項9】

前記電圧指令生成部は、
前記電流指令の前記第１座標軸の成分と、二次側電流の前記第１座標軸の成分との偏差に基づいて前記電圧指令の前記第１座標軸の成分を生成する第１指令生成部と、
前記電流指令の前記第２座標軸の成分と、前記二次側電流の前記第２座標軸の成分との偏差に基づいて前記電圧指令の前記第２座標軸の成分を生成する第２指令生成部と、
前記相互インダクタンスと前記二次側電流の前記第２座標軸の成分とに基づいて、前記相互インダクタンスが前記二次側電圧の前記第１座標軸の成分に及ぼす影響を補償するように、前記電圧指令の前記第１座標軸の成分を補正する第１補償部と、
前記相互インダクタンスと前記二次側電流の前記第１座標軸の成分とに基づいて、前記相互インダクタンスが前記二次側電圧の前記第２座標軸の成分に及ぼす影響を補償するように、前記電圧指令の前記第２座標軸の成分を補正する第２補償部と、を有する、請求項１～８のいずれか一項記載の電力変換装置。

【請求項10】

前記電圧指令生成部は、前記電流指令の前記第１座標軸の成分と、二次側電流の前記第１座標軸の成分との偏差と、前記電流指令の前記第２座標軸の成分と、前記二次側電流の前記第２座標軸の成分との偏差と、前記相互インダクタンスとに基づいて、前記電圧指令を非線形に算出する、請求項１～８のいずれか一項記載の電力変換装置。

【請求項11】

電動機の磁極位置に同期して回転する回転座標系の第１座標軸と第２座標軸との間の電磁的な相互干渉を表す干渉係数と、前記第１座標軸に対応する前記電動機の第１インダクタンスと、前記第２座標軸に対応する前記電動機の第２インダクタンスとに基づいて、前記第１座標軸と前記第２座標軸との間の相互インダクタンスを推定する相互インダクタンス推定部を備える推定器。

【請求項12】

前記電動機に供給される電流に基づいて前記干渉係数を算出する係数算出部を更に備え、
前記推定器は、係数算出部による干渉係数の算出と、相互インダクタンス推定部による相互インダクタンスの推定とを含む推定サイクルを繰り返し、
前記係数算出部は、一つ以上前の推定サイクルにおける前記磁極位置に更に基づいて、前記干渉係数を算出する、請求項１１記載の推定器。

【請求項13】

電動機の磁極位置に同期して回転する回転座標系の第１座標軸と第２座標軸との間の電磁的な相互干渉を表す干渉係数を、前記電動機に供給される電流に基づいて算出することと、
前記干渉係数と、前記第１座標軸に対応する前記電動機の第１インダクタンスと、前記第２座標軸に対応する前記電動機の第２インダクタンスとに基づいて前記第１座標軸と前記第２座標軸との間の相互インダクタンスを推定することと、を含む推定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、電力変換装置、推定器及び推定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、突極性を有するロータを備えた回転電機に高周波電流を印加し、高周波電流への応答成分として電圧指令に含まれる高周波成分に基づいてロータの磁極方向を推定し、回転電機を制御するいわゆるセンサレスベクトル制御を行う回転電機制御装置であって、ｄｑ軸間の磁束干渉により生じる磁極方向の推定値の誤差を算出し、当該誤差に基づいて補正を行う回転電機制御装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１３－９０５５２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本開示は、電動機の動作リプルの更なる低減に有効な電力変換装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一側面に係る電力変換装置は、一次側電力を二次側電力に変換して電動機に供給する電力変換回路と、電動機の磁極位置に同期して回転する回転座標系における電流指令と、回転座標系の第１座標軸と第２座標軸との間の相互インダクタンスとに基づいて、回転座標系における電圧指令を生成する電圧指令生成部と、電圧指令に対応する二次側電圧を電動機に印加するように電力変換回路を制御する制御部と、を備える。

【0006】

本開示の他の側面に係る推定器は、電動機の磁極位置に同期して回転する回転座標系の第１座標軸と第２座標軸との間の電磁的な相互干渉を表す干渉係数と、第１座標軸に対応する電動機の第１インダクタンスと、第２座標軸に対応する電動機の第２インダクタンスとに基づいて、第１座標軸と第２座標軸との間の相互インダクタンスを推定する相互インダクタンス推定部を備える。

【0007】

本開示の更に他の側面に係る推定方法は、電動機の磁極位置に同期して回転する回転座標系の第１座標軸と第２座標軸との間の電磁的な相互干渉を表す干渉係数を、電動機に供給される電流に基づいて算出することと、干渉係数と、第１座標軸に対応する電動機の第１インダクタンスと、第２座標軸に対応する電動機の第２インダクタンスとに基づいて第１座標軸と第２座標軸との間の相互インダクタンスを推定することと、を含む。

【発明の効果】

【0008】

本開示によれば、電動機の動作リプルの更なる低減に有効な電力変換装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】電力変換装置の構成を例示する模式図である。

【図2】重畳される電圧ベクトルを例示する図である。

【図3】電圧指令生成部の構成を例示するブロック図である。

【図4】制御回路のハードウェア構成を例示する図である。

【図5】電力変換手順を例示するフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

【0011】

〔電力変換装置〕
図１に示す電力変換装置１は、電源３から供給された一次側電力を二次側電力に変換して電動機２に供給する装置である。一次側電力及び二次側電力は、交流電力であってもよく、直流電力であってもよい。以下においては、一次側電力及び二次側電力がいずれも三相交流電力である場合を例示する。電源３の具体例としては、電力会社の電力系統、又は無停電電源等が挙げられる。

【0012】

電動機２は、突極性を有する。突極性を有するとは、回転座標系の座標軸間でインダクタンスが異なることを意味する。回転座標系は、電動機２の磁極位置に同期して回転する座標系である。突極性を有する電動機２の具体例としては、ＩＰＭ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）電動機又はシンクロナスリラクタンス電動機等が挙げられる。ＩＰＭ電動機の磁極位置は、例えば、鉄心に埋め込まれた永久磁石が形成する界磁の磁極の位置である。シンクロナスリラクタンス電動機の磁極位置は、例えばインダクタンスが最も大きい位置である。

【0013】

電力変換装置１は、電力変換回路１０と、制御回路１００とを備える。電力変換回路１０（電力変換部）は、電源３から供給された一次側電力を二次側電力に変換して電動機２に供給する。一例として、電力変換回路１０は、整流回路１１と、平滑コンデンサ１２と、インバータ回路１３と、電流センサ１４とを有する。

【0014】

整流回路１１は、例えばダイオードブリッジ回路又はＰＷＭコンバータ回路であり、一次側電力を直流電力に変換する。平滑コンデンサ１２は、上記直流電力を平滑化する。インバータ回路１３は、上記直流電力と二次側電力との間の電力変換を行う。例えばインバータ回路１３は、力行状態において、直流電力を二次側電力に変換して電動機２に供給し、回生状態において、電動機２が発電する二次側電力を直流電力に変換する。例えばインバータ回路１３は、複数のスイッチング素子１５を有し、複数のスイッチング素子１５のオン・オフを切り替えることによって上記電力変換を行う。スイッチング素子１５は、例えばパワーＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）又はＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等であり、ゲート駆動信号に応じてオン・オフを切り替える。

【0015】

電流センサ１４は、インバータ回路１３と電動機２との間に流れる電流（以下、「二次側電流」という。）を検出する。例えば電流センサ１４は、二次側電力の全相（Ｕ相、Ｖ相及びＷ相）の電流を検出するように構成されていてもよいし、二次側電力のいずれか二相の電流を検出するように構成されていてもよい。零相電流が生じない限り、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の電流の合計はゼロなので、二相の電流を検出する場合にも全相の電流の情報が得られる。

【0016】

以上に示した電力変換回路１０の構成はあくまで一例である。電力変換回路１０の構成は、一次側電力を二次側電力に変換して電動機２に供給し得る限りにおいていかようにも変更可能である。例えば、整流回路１１は交流電力を直流電力に変換するＰＷＭコンバータ回路であってもよい。電力変換回路１０は、直流化を経ることなく電源電力と駆動電力との双方向の電力変換を行うマトリクスコンバータ回路であってもよい。電源電力が直流電力である場合に、電力変換回路１０は整流回路１１を有していなくてもよい。

【0017】

制御回路１００は、インバータ回路１３と電動機２との間に、電流指令に対応する二次側電流を流すための電圧指令を生成し、電圧指令に対応する二次側電圧を電動機２に印加するように電力変換回路１０を制御する。

【0018】

電圧指令の生成においては、電動機の特性を表すパラメータが必要となる。パラメータにより表される電動機の特性と、実際の特性とが乖離すると、電流指令に対する二次側電流の追従性が低下する。電流指令に対する二次側電流の追従性が低下すると、適切なタイミングで二次側電流を発生させることができず、電動機２の動作のリプルが大きくなる可能性がある。このため、リプルの低減のためには、電動機の特性をより的確に表すパラメータを用いることが望ましい。

【0019】

これに対し、制御回路１００は、回転座標系における電流指令と、回転座標系の第１座標軸と第２座標軸との間の相互インダクタンスとに基づいて、回転座標系における電圧指令を生成することと、電圧指令に対応する二次側電圧を電動機２に印加するように電力変換回路１０を制御することと、を実行するように構成されている。相互インダクタンスに基づくことで、二次側電流の第１座標軸成分が二次側電圧の第２座標軸成分に及ぼす影響と、二次側電流の第２座標軸成分が二次側電圧の第１座標軸成分に及ぼす影響とを補償するように電圧指令を生成し、電流指令に対する二次側電流の変動を抑制することができる。

【0020】

制御回路１００は、電動機２の磁極位置と、第１座標軸に対応する電動機２の第１インダクタンスと、第２座標軸に対応する電動機２の第２インダクタンスとに基づいて相互インダクタンスを推定することを更に実行し、推定した相互インダクタンスに基づいて電圧指令を生成してもよい。制御回路１００は、二次側電流に基づいて磁極位置を推定することを更に実行し、推定した磁極位置に基づいて相互インダクタンスを推定してもよい。例えば制御回路１００は、二次側電流に基づいて磁極位置を推定することと、推定した磁極位置に基づいて相互インダクタンスを推定することと、電流指令と、推定した相互インダクタンスとに基づいて電圧指令を生成することと、電圧指令に対応する二次側電圧を電動機２に印加するように電力変換回路１０を制御することと、を含む制御サイクルを所定の制御周期で繰り返す。

【0021】

一例として、制御回路１００は、機能上の構成要素として、高周波重畳部１１２と、電流指令生成部１１３と、３相２相変換部１１４と、座標変換部１１５と、高周波応答評価部１１６と、係数算出部１１７と、相互インダクタンス推定部１１８と、磁極位置推定部１１９と、電圧指令生成部１２０と、ＰＷＭ制御部１１１とを有する。

【0022】

高周波重畳部１１２は、各制御サイクルにおいて、磁極位置の推定用の高周波成分を二次側電圧又は二次側電流に重畳する。なお、高周波成分とは、電動機２の動作に実質的な影響を与えない程度に高い周波数を有する成分である。例えば、高周波成分の周波数は、電動機２が機械的に応答可能な周波数よりも十分に高く設定される。一例として、高周波重畳部１１２は、二次側電圧に高周波成分を重畳する。例えば高周波重畳部１１２は、次式で表される高周波成分を二次側電圧に重畳する。

【数1】

Ｖ_αｈ：高周波電圧のα軸成分
Ｖ_βｈ：高周波電圧のβ軸成分
Ｔ：高周波電圧の周期
Ｖ_ｉｎｊ：電圧ベクトルの大きさ

【0023】

α軸及びβ軸は、αβ座標系の座標軸である。αβ座標系は、電動機２のステータに固定された固定座標系の一例である。α軸は、電動機２のｕ相巻線が磁界を発生する方向に沿っており、β軸は、α軸、及び電動機２の回転子の回転中心に垂直である。

【0024】

図２は、高周波重畳部１１２が重畳する高周波電圧を表す電圧ベクトルをαβ座標系に図示したものである。図２に示されるように、高周波重畳部１１２は、時間０＜ｔ≦Ｔ／４において、電圧ベクトルＡ１で表される電圧を二次側電圧に加え、時間Ｔ／４＜ｔ≦Ｔ／２において、電圧ベクトルＡ２で表される電圧を二次側電圧に加え、時間Ｔ／２＜ｔ≦３Ｔ／４において、電圧ベクトルＡ３で表される電圧を二次側電圧に加え、時間３Ｔ／４＜ｔ≦Ｔにおいて、電圧ベクトルＡ４で表される電圧を二次側電圧に加えることを繰り返す。

【0025】

図１に戻り、電流指令生成部１１３は、各制御サイクルにおいて、電動機２に所望の動作をさせるための電流指令を生成する。例えば電流指令生成部１１３は、電動機２の動作速度（例えば回転速度）を速度指令（例えば周波数指令）に追従させるための電流指令を生成する。例えば電流指令生成部１１３は、速度指令と動作速度との偏差に比例演算、比例・積分演算、又は比例・積分・微分演算等を行って電流指令を生成する。

【0026】

電流指令生成部１１３は、回転座標系における電流指令を生成する。例えば電流指令生成部１１３は、回転座標系の一例であるｄｑ座標系における電流指令を生成する。ｄｑ座標系は、座標軸としてｄ軸とｑ軸とを有する。ｄ軸は、電動機２の磁極方向に向かい、ｑ軸は、ｄ軸、及び電動機２の回転子の回転中心に垂直である。ｄ軸及びｑ軸は、上述した第１座標軸及び第２座標軸の一例である。ｄ軸が第１座標軸の一例であり、ｑ軸が第２座標軸の一例であってもよく、ｑ軸が第１座標軸の一例であり、ｄ軸が第２座標軸の一例であってもよい。なお、回転座標系は、ｄｑ座標系に限られないので、第１座標軸及び第２座標軸もｄ軸及びｑ軸には限られない。

【0027】

例えば電流指令生成部１１３は、ｄ軸電流指令ｉ_{ｄ＿ｃｍｄ}と、ｑ軸電流指令ｉ_{ｑ＿ｃｍｄ}とを算出する。ｄ軸電流指令は、電流指令を表す電流指令ベクトルのｄ軸成分であり、ｑ軸電流指令は、当該電流指令ベクトルのｑ軸成分である。

【0028】

３相２相変換部１１４は、各制御サイクルにおいて、電流センサ１４により検出されたｕ相電流ｉ_ｕ、ｖ相電流ｉ_ｖ及びｗ相電流ｉ_ｗを取得し、これらに３相２相変換を行ってα軸電流ｉ_α、及びβ軸電流ｉ_βを算出する。α軸電流ｉ_αは、電流センサ１４により検出された電流を表す電流ベクトルのα軸成分であり、β軸電流ｉ_βは、当該電流ベクトルのβ軸成分である。

【0029】

座標変換部１１５は、各制御サイクルにおいて、α軸電流ｉ_α及びβ軸電流ｉ_βに座標変換を行ってｄ軸電流ｉ_ｄ及びｑ軸電流ｉ_ｑを算出する。ｄ軸電流ｉ_ｄは、電流ベクトルのｄ軸成分であり、ｑ軸電流ｉ_ｑは、電流ベクトルのｑ軸成分である。座標変換には、磁極位置の情報が必要である。例えば座標変換部１１５は、一つ以上前の制御サイクル（例えば一つ前の制御サイクル）において、後述の磁極位置推定部１１９により推定された磁極位置に基づいて座標変換を行う。

【0030】

高周波応答評価部１１６は、各制御サイクルにおいて、電流指令生成部１１３により重畳された高周波成分に対する応答を評価する。例えば高周波応答評価部１１６は、二次側電圧に重畳された高周波成分に対応する応答成分を、α軸電流ｉ_α及びβ軸電流ｉ_βから抽出し、抽出結果を評価する。応答成分の抽出手法としては、バンドパス型のフィルタリング又は高速フーリエ変換等が挙げられる。一例として、高周波応答評価部１１６は、応答成分の評価結果として、次式により、正弦成分ｎ及び余弦成分ｍを算出する。

【数2】

【数3】

（ｄ／ｄｔ）Ｉ_αｈＶα：α軸方向に電圧を重畳した際に、重畳した電圧ベクトルの方向を正としたときのα軸電流の変化
（ｄ／ｄｔ）Ｉ_αｈＶβ：β軸方向に電圧を重畳した際に、重畳した電圧ベクトルの方向を正としたときのα軸電流の変化
（ｄ／ｄｔ）Ｉ_βｈＶα：α軸方向に電圧を重畳した際に、重畳した電圧ベクトルの方向を正としたときのβ軸電流の変化
（ｄ／ｄｔ）Ｉ_βｈＶβ：β軸方向に電圧を重畳した際に、重畳した電圧ベクトルの方向を正としたときのβ軸電流の変化

【0031】

ｄ軸とｑ軸との間の電磁的な相互干渉を無視した場合、正弦成分ｎは、上記磁極位置を表す回転角θの２倍（以下、「倍角２θ」という。）の正弦値に相当する。また、上記相互干渉を無視した場合、余弦成分ｍは、倍角２θの余弦値に相当する。なお、回転角θは、例えばαβ座標系に対するｄｑ座標系の回転角である。上述のように、ｄｑ座標系は、電動機２の磁極位置に同期して回転する回転座標系の一例であるため、回転角θは磁極位置を表す。以下、正弦成分ｎが上記倍角２θの正弦値に相当し、余弦成分ｍが倍角２θの余弦値に相当する理由を説明する。

【0032】

上記相互干渉を無視した場合の、αβ座標系における高周波成分の電圧方程式は次式のとおりである。

【数4】

Ｖ_αｈ：α軸電圧の高周波成分
Ｖ_βｈ：β軸電圧の高周波成分
Ｉ_αｈ：α軸電流の高周波成分
Ｉ_βｈ：β軸電流の高周波成分

【0033】

上式（４）中のＬ及びｌは、次式（５），（６）で表される。

【数5】

【数6】

Ｌ_ｄ：ｄ軸インダクタンス
Ｌ_ｑ：ｑ軸インダクタンス

【0034】

ｄ軸インダクタンスＬ_ｄは、ｄ軸電流ｉ_ｄに対するｄ軸磁束（ｄ軸電流ｉ_ｄによりｄ軸方向に発生する磁束）の比例定数であり、ｑ軸インダクタンスＬ_ｑは、ｑ軸電流ｉ_ｑに対するｑ軸磁束（ｑ軸電流ｉ_ｑによりｑ軸方向に発生する磁束）の比例定数である。

【0035】

上式（１），（４）に基づくと、倍角２θの正接は次式（７）により表される。

【数7】

【0036】

上式（２）の右辺と、上式（７）の右辺の分子とが一致していることから、上式（２）により算出される正弦成分ｎが倍角２θの正弦値に相当するといえる。上式（３）の右辺と、上式（７）の右辺の分子とが一致していることから、上式（３）により算出される余弦成分ｍが倍角２θの余弦値に相当するといえる。

【0037】

係数算出部１１７は、二次側電流に基づいて、回転座標系の第１座標軸と第２座標軸との間の電磁的な相互干渉を表す干渉係数を算出する。係数算出部１１７は、一つ以上前の制御サイクルにおいて後述の磁極位置推定部１１９により推定された磁極位置に更に基づいて干渉係数を算出してもよい。

【0038】

まず、干渉係数を具体的に例示する。上記相互干渉を考慮した場合の、αβ座標系における高周波成分の電圧方程式は次式のとおりである。

【数8】

【数9】

【数10】

【0039】

上式（１），（８）に基づくと、倍角２θの正接は次式により表される。

【数11】

【0040】

式（９）によれば、上記相互干渉によって、正弦成分ｎにＬｘ／ｌを乗算した値が正接の分母に影響し、余弦成分ｍにＬｘ／ｌを乗算した値が正接の分子に影響しているといえる。よって、Ｌｘ／ｌは、相互干渉を表す係数の一例だといえる。そこで、一例として、干渉係数ｃを次式のように定義する。

【数12】

【0041】

ここで、正弦成分ｎ及び余弦成分ｍを角度θにより表すと、次式のようになる。

【数13】

【数14】

【0042】

式（１２），（１３），（１４）に基づくことで、干渉係数ｃは次式により表される。

【数15】

【0043】

式（１５）に基づき干渉係数ｃを導出するには、上式（２），（３）により導出される正弦成分ｎ及び余弦成分ｍに加えて、回転角θの値が必要となる。これに対し、係数算出部１１７は、各制御サイクルにおいて、座標変換部１１５により算出されたｄ軸電流ｉ_ｄ及びｑ軸電流ｉ_ｑと、一つ以上前の制御サイクルにおいて磁極位置推定部１１９により推定された磁極位置とに基づいて干渉係数を算出してもよい。例えば係数算出部１１７は、次式により干渉係数ｃを算出する。

【数16】

ｎ［ｋ］：実行中の制御サイクルにおいて高周波応答評価部１１６により算出された正弦成分ｎ
ｍ［ｋ］：実行中の制御サイクルにおいて高周波応答評価部１１６により算出された余弦成分ｍ
θ［ｋ－１］：一つ前の制御周期において磁極位置推定部１１９により推定された回転角θ

【0044】

相互インダクタンス推定部１１８は、電動機２の磁極位置と、第１座標軸に対応する電動機２の第１インダクタンスと、第２座標軸に対応する電動機２の第２インダクタンスとに基づいて電動機２の相互インダクタンスを推定する。例えば相互インダクタンス推定部１１８は、各制御サイクルにおいて、上記回転角θと、ｄ軸に対応するｄ軸インダクタンスＬ_ｄと、ｑ軸に対応するｑ軸インダクタンスＬ_ｑとに基づいて、相互インダクタンスＬ_ｄｑ，Ｌ_ｑｄを推定する。

【0045】

相互インダクタンスＬ_ｄｑと相互インダクタンスＬ_ｑｄとの差はわずかである場合が多い。そこで、相互インダクタンスＬ_ｄｑと相互インダクタンスＬ_ｑｄとが等しいと仮定すると、相互インダクタンスＬ_ｄｑ，Ｌ_ｑｄとｄ軸インダクタンスＬ_ｄ及びｑ軸インダクタンスＬ_ｑとの関係は次式により表される。

【数17】

【0046】

そこで、相互インダクタンス推定部１１８は、一例として、干渉係数ｃと、ｄ軸インダクタンスＬ_ｄと、ｑ軸インダクタンスＬ_ｑとに基づいて相互インダクタンスＬ_ｄｑ，Ｌ_ｑｄを推定する。例えば相互インダクタンス推定部１１８は、ｄ軸インダクタンスＬ_ｄ及びｑ軸インダクタンスＬ_ｑの値と、係数算出部１１７により算出された干渉係数ｃの値とを上式（９）に代入して、相互インダクタンスＬ_ｄｑ，Ｌ_ｑｄの推定値を算出する。

【0047】

上述したように、係数算出部１１７は、一つ以上前の制御サイクルにおいて磁極位置推定部１１９により推定された磁極位置に基づき干渉係数ｃを算出するので、干渉係数ｃに基づき相互インダクタンスＬ_ｄｑ，Ｌ_ｑｄを推定することは、一つ以上前の制御サイクルにおいて磁極位置推定部１１９により推定された磁極位置に基づいて干渉係数ｃを算出することの一例に相当する。

【0048】

磁極位置推定部１１９は、二次側電流に基づいて上記磁極位置を推定する。上式（１４）より、磁極位置を表す回転角θについては、次式が成立する。

【数18】

【0049】

そこで、磁極位置推定部１１９は、干渉係数ｃに更に基づいて磁極位置を推定してもよい。例えば磁極位置推定部１１９は、各制御サイクルにおいて、高周波応答評価部１１６により算出された正弦成分ｎ及び余弦成分ｍの値と、係数算出部１１７により算出された干渉係数ｃの値とを上式（１２）に代入して回転角θを算出する。

【0050】

上述したように、高周波応答評価部１１６は、α軸電流ｉ_α及びβ軸電流ｉ_βに基づいて正弦成分ｎ及び余弦成分ｍを算出するので、正弦成分ｎ及び余弦成分ｍに基づき磁極位置を推定することは、二次側電流の検出結果に基づき磁極位置を推定することの一例に相当する。

【0051】

干渉係数ｃは、電流センサ１４による検出結果のノイズ等に起因して振動的になる可能性がある。そのような場合、磁極位置推定部１１９は、０より大きく１より小さい任意の係数を干渉係数ｃに乗算し、次式（１３）により角度推定値θを算出してもよい。

【数19】

【0052】

磁極位置推定部１１９は、回転角θの微分値に相当する角周波数ωを更に算出してもよい。角周波数ωは、例えばαβ座標系に対するｄｑ座標系の角速度であり、磁極位置の変化速度に相当する。

【0053】

なお、磁極位置の推定手法は、干渉係数ｃに基づく手法に限られない。例えば、磁極位置推定部１１９は、相互インダクタンス推定部１１８による相互インダクタンスＬ_ｄｑ，Ｌ_ｑｄの推定結果に基づいて回転角θを算出してもよい。一例として、磁極位置推定部１１９は、上記相互干渉を無視して回転角θを仮推定し、上記相互干渉を無視することによる推定誤差を次式により算出し、仮推定結果を推定誤差の算出結果に基づき補正して回転角θを算出してもよい。

【数20】

θ^ｅ：相互干渉を無視することによる推定誤差

【0054】

電圧指令生成部１２０は、回転座標系における電流指令と、回転座標系の第１座標軸と第２座標軸との間の相互インダクタンスとに基づいて、回転座標系における電圧指令を生成する。例えば電圧指令生成部１２０は、各制御サイクルにおいて、電流指令生成部１１３が生成したｄ軸電流指令ｉ_{ｄ＿ｃｍｄ}及びｑ軸電流指令ｉ_{ｑ＿ｃｍｄ}と、座標変換部１１５が算出したｄ軸電流ｉ_ｄ及びｑ軸電流ｉ_ｑと、ｄ軸インダクタンスＬ_ｄと、ｑ軸インダクタンスＬ_ｑと、電動機２の巻線抵抗Ｒと、電動機２の角周波数ωと、相互インダクタンス推定部１１８により推定された相互インダクタンスＬ_ｄｑ，Ｌ_ｑｄと、磁石磁束Φとに基づいて、ｄｑ座標系におけるｄ軸電圧指令Ｖ_{ｄ＿ｃｍｄ}及びｑ軸電圧指令Ｖ_{ｑ＿ｃｍｄ}を生成する。ｄ軸電圧指令Ｖ_{ｄ＿ｃｍｄ}は、電圧指令を表す電圧指令ベクトルのｄ軸成分であり、ｑ軸電圧指令Ｖ_{ｑ＿ｃｍｄ}は、当該電圧指令ベクトルのｑ軸成分である。角周波数ωは、αβ座標系に対するｄｑ座標系の角速度に相当し、磁極位置推定部１１９により推定される。

【0055】

例えば電圧指令生成部１２０は、図３に示すように、第１指令生成部１２１と、第２指令生成部１２２と、第１補償部１２３と、第２補償部１２４とを有する。第１指令生成部１２１は、電流指令の第１座標軸の成分と、二次側電流の第１座標軸の成分との偏差に基づいて電圧指令の第１座標軸の成分を生成する。例えば第１指令生成部１２１は、加え合わせ点Ｐ１１で表されるように、ｄ軸電流指令ｉ_{ｄ＿ｃｍｄ}とｄ軸電流ｉ_ｄとの偏差を算出し、当該偏差に対し、ブロックＢ１１で表される比例・積分演算、比例演算、又は比例・積分・微分演算等を行ってｄ軸電圧指令Ｖ_{ｄ＿ｃｍｄ}を算出する。

【0056】

第２指令生成部１２２は、電流指令の第２座標軸の成分と、二次側電流の第２座標軸の成分との偏差に基づいて電圧指令の第２座標軸の成分を生成する。例えば第２指令生成部１２２は、加え合わせ点Ｐ２１で表されるように、ｑ軸電流指令ｉ_{ｑ＿ｃｍｄ}とｑ軸電流ｉ_ｑとの偏差を算出し、当該偏差に対し、ブロックＢ２１で表される比例・積分演算、比例演算、又は比例・積分・微分演算等を行ってｑ軸電圧指令Ｖ_{ｑ＿ｃｍｄ}を算出する。

【0057】

第１補償部１２３は、相互インダクタンスと二次側電流の第２座標軸の成分とに基づいて、相互インダクタンスが二次側電圧の第１座標軸の成分に及ぼす影響を補償するように、電圧指令の第１座標軸の成分を補正する。例えば第１補償部１２３は、ｑ軸インダクタンスＬ_ｑと、電動機２の角周波数ωと、相互インダクタンス推定部１１８により推定された相互インダクタンスＬ_ｄｑとに基づいて補償値Ｖ_ｄ＿ｆｆを算出し、加え合わせ点Ｐ３１で表されるように、補償値Ｖ_ｄ＿ｆｆをｄ軸電圧指令Ｖ_{ｄ＿ｃｍｄ}に加算する。一例として、第１補償部１２３は、次式により補償値Ｖ_ｄ＿ｆｆを算出する。

【数21】

【0058】

第２補償部１２４は、相互インダクタンスと二次側電流の第１座標軸の成分とに基づいて、相互インダクタンスが二次側電圧の第２座標軸の成分に及ぼす影響を補償するように、電圧指令の第２座標軸の成分を補正する。例えば第２補償部１２４は、ｄ軸インダクタンスＬ_ｄと、電動機２の角周波数ωと、相互インダクタンス推定部１１８により推定された相互インダクタンスＬ_ｑｄとに基づいて補償値Ｖ_ｑ＿ｆｆを算出し、加え合わせ点Ｐ４１で表されるように、補償値Ｖ_ｑ＿ｆｆをｑ軸電圧指令Ｖ_{ｑ＿ｃｍｄ}に加算する。一例として第２補償部１２４は、次式により補償値Ｖ_ｑ＿ｆｆを算出する。

【数22】

【0059】

電圧指令生成部１２０は、電流指令の第１座標軸の成分と、二次側電流の第１座標軸の成分との偏差と、電流指令の第２座標軸の成分と、二次側電流の第２座標軸の成分との偏差と、相互インダクタンスとに基づいて、電圧指令を非線形に算出してもよい。例えば電圧指令生成部１２０は、非線形制御の一例であるスライディングモード制御における電圧指令を次式により算出してもよい。

【数23】

【数24】

【数25】

【数26】

Ｋ： 式（１８）における偏差ｅの各成分に対するゲインを表す行列
Ｋ_ｎｌ： 非線形ゲイン

【0060】

図１に戻り、ＰＷＭ制御部１１１（制御部）は、各制御サイクルで電圧指令生成部１２０により生成される電圧指令に対応する二次側電圧を電動機２に印加するように電力変換回路１０を制御する。例えばＰＷＭ制御部１１１は、磁極位置推定部１１９により推定された磁極位置に基づく座標変換により、ｄ軸電圧指令Ｖ_{ｄ＿ｃｍｄ}及びｑ軸電圧指令Ｖ_{ｑ＿ｃｍｄ}をαβ座標系における電圧指令に変換し、更に、２相３相変換により、αβ座標系における電圧指令をｕ相、ｖ相及びｗ相の各相の電圧指令に変換する。以下、各相の電圧指令を相別電圧指令という。

【0061】

上述した電流指令生成部１１３は、相別電圧指令に変換される前の電圧指令に上述の高周波成分を重畳してもよい。これにより、相別電圧指令にも高周波成分が重畳されることとなる。ＰＷＭ制御部１１１は、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）方式によって、ｕ相、ｖ相及びｗ相の各相に、相別電圧指令に対応する電圧を印加するように、スイッチング素子１５のオン・オフを切り替える。

【0062】

電動機２においては、二次側電流によって第１インダクタンス及び第２インダクタンスも変化し得る。そこで、制御回路１００は、二次側電流に応じて第１インダクタンス及び第２インダクタンスの現在値を推定するように構成されていてもよい。

【0063】

例えば制御回路１００は、軸別インダクタンス推定部１３１を更に有してもよい。軸別インダクタンス推定部１３１は、二次側電流と、磁極位置推定部１１９により推定された磁極位置とに基づいて第１インダクタンス及び第２インダクタンスを推定する。例えば軸別インダクタンス推定部１３１は、各制御サイクルにおいて、座標変換部１１５により算出されたｄ軸電流ｉ_ｄ及びｑ軸電流ｉ_ｑに基づいてｄ軸インダクタンスＬ_ｄ及びｑ軸インダクタンスＬ_ｑを推定する。

【0064】

上述のとおり、ｄ軸電流ｉ_ｄ及びｑ軸電流ｉ_ｑは、電流センサ１４による検出結果と、磁極位置推定部１１９により推定された磁極位置とに基づいて算出される。このため、ｄ軸電流ｉ_ｄ及びｑ軸電流ｉ_ｑに基づいてｄ軸インダクタンスＬ_ｄ及びｑ軸インダクタンスＬ_ｑを推定することは、二次側電流と、磁極位置推定部１１９により推定された磁極位置とに基づいてｄ軸インダクタンスＬ_ｄ及びｑ軸インダクタンスＬ_ｑを推定することの一例に相当する。

【0065】

一例として、軸別インダクタンス推定部１３１は、ｄ軸電流ｉ_ｄ及びｑ軸電流ｉ_ｑと、ｄ軸インダクタンスＬ_ｄ及びｑ軸インダクタンスＬ_ｑとの関係を表すように予め準備されたインダクタンスプロファイルと、ｄ軸電流ｉ_ｄ及びｑ軸電流ｉ_ｑの現在値とに基づいて、ｄ軸インダクタンスＬ_ｄ及びｑ軸インダクタンスＬ_ｑの現在値を推定する。この場合、制御回路１００は、インダクタンス記憶部１３２を更に有してもよい。インダクタンス記憶部１３２は、実機試験又はシミュレーション等により予め準備されたインダクタンスプロファイルを記憶する。軸別インダクタンス推定部１３１は、インダクタンス記憶部１３２が記憶するインダクタンスプロファイルにおいて、ｄ軸電流ｉ_ｄ及びｑ軸電流ｉ_ｑの現在値に対応するｄ軸インダクタンスＬ_ｄ及びｑ軸インダクタンスＬ_ｑを特定してもよい。

【0066】

インダクタンスプロファイルは、ｄ軸電流ｉ_ｄ及びｑ軸電流ｉ_ｑと、ｄ軸インダクタンスＬ_ｄ及びｑ軸インダクタンスＬ_ｑとの関係を連続的に表す関数であってもよく、ｄ軸電流ｉ_ｄ及びｑ軸電流ｉ_ｑと、ｄ軸インダクタンスＬ_ｄ及びｑ軸インダクタンスＬ_ｑとの関係を離散的に表す点列データであってもよい。

【0067】

インダクタンス記憶部１３２が離散的なインダクタンスプロファイルを記憶する場合、軸別インダクタンス推定部１３１は、インダクタンスプロファイルの点列を線形補間、多項式補間、又はスプライン補間等により補間して、ｄ軸電流ｉ_ｄ及びｑ軸電流ｉ_ｑの現在値に対応するｄ軸インダクタンスＬ_ｄ及びｑ軸インダクタンスＬ_ｑを特定してもよい。

【0068】

制御回路１００が軸別インダクタンス推定部１３１を備える場合、相互インダクタンス推定部１１８は、軸別インダクタンス推定部１３１により推定された第１インダクタンス及び第２インダクタンスに基づいて相互インダクタンスを推定してもよい。

【0069】

以上に例示した制御回路１００によれば、電圧指令生成部１２０による電圧指令の生成、係数算出部１１７による干渉係数の算出、磁極位置推定部１１９による磁極位置の推定、及び相互インダクタンス推定部１１８による相互インダクタンスの推定等を含む制御サイクルが制御周期で繰り返される。制御サイクルの周期は、相互インダクタンスの変動周期よりも短くてもよい。

【0070】

以上に例示した電力変換装置１は、電動機の磁極位置に同期して回転する回転座標系の第１座標軸と第２座標軸との間の電磁的な相互干渉を表す干渉係数を、電動機に供給される電流に基づいて算出することと、干渉係数と、第１座標軸に対応する電動機２の第１インダクタンスと、第２座標軸に対応する電動機２の第２インダクタンスとに基づいて、第１座標軸と第２座標軸との間の相互インダクタンスを推定することと、を実行するように構成された推定器を含んでいる。

【0071】

例えば電力変換装置１は、係数算出部１１７と、相互インダクタンス推定部１１８とを有する推定器を含んでいる。この推定器は、係数算出部１１７による干渉係数の算出と、相互インダクタンス推定部による相互インダクタンスの推定とを含む推定サイクルを繰り返し、係数算出部１１７は、一つ以上前の推定サイクルにおける磁極位置に更に基づいて、干渉係数を算出している。

【0072】

また、磁極位置推定部１１９により、センサレスで磁極位置を推定する例を示したが、電動機２に設けられたセンサにより磁極位置を検出可能である場合には磁極位置推定部１１９を省略可能である。この場合、座標変換部１１５は回転角θの検出結果に基づき上述の座標変換を行い、係数算出部１１７は回転角θの検出結果に基づき干渉係数を算出し、及びＰＷＭ制御部１１１は回転角θの検出結果に基づきαβ座標系における電圧指令を算出する。また、電圧指令生成部１２０は、角周波数ωの検出結果に基づき回転座標系における電圧指令を生成する。

【0073】

図４は、制御回路１００のハードウェア構成を例示するブロック図である。図４に示すように、制御回路１００は、１以上のプロセッサ１９１と、メモリ１９２と、ストレージ１９３と、入出力ポート１９４と、スイッチング制御回路１９５とを含む。ストレージ１９３は、例えば不揮発性の半導体メモリ等、コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体を有する。ストレージ１９３は、回転座標系における電流指令と、回転座標系の第１座標軸と第２座標軸との間の相互インダクタンスとに基づいて、回転座標系における電圧指令を生成することと、電圧指令に対応する二次側電圧を電動機２に印加するように電力変換回路１０を制御することと、制御回路１００に実行させるためのプログラムを記憶している。ストレージ１９３は、上述した機能上の各構成要素を制御回路１００に構成させるためのプログラムを記憶している。

【0074】

メモリ１９２は、ストレージ１９３の記憶媒体からロードしたプログラム及びプロセッサ１９１による演算結果を一時的に記憶する。プロセッサ１９１は、メモリ１９２と協働して上記プログラムを実行することで、制御回路１００の各機能ブロックを構成する。入出力ポート１９４は、プロセッサ１９１からの指令に従って、電流センサ１４との間で電気信号の入出力を行う。スイッチング制御回路１９５は、プロセッサ１９１からの指令に従って、インバータ回路１３に、スイッチング素子１５のオン・オフを切り替えるための駆動信号を出力する。

【0075】

なお、制御回路１００は、必ずしもプログラムにより各機能を構成するものに限られない。例えば制御回路１００は、専用の論理回路又はこれを集積したＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）により少なくとも一部の機能を構成してもよい。

【0076】

〔電力変換手順〕
続いて、制御方法の一例として、制御回路１００が実行する制御手順を例示する。この制御手順は、相互インダクタンスの推定方法の一例として、電動機２に供給される電流に基づいて干渉係数を算出することと、干渉係数と、第１座標軸に対応する電動機２の第１インダクタンスと、第２座標軸に対応する電動機２の第２インダクタンスとに基づいて第１座標軸と第２座標軸との間の相互インダクタンスを推定することと、を含む。

【0077】

図５に示すように、制御回路１００は、ステップＳ０１，Ｓ０２，Ｓ０３，Ｓ０４，Ｓ０５，Ｓ０６，Ｓ０７，Ｓ０８，Ｓ０９，Ｓ１１，Ｓ１２を順に実行する。ステップＳ０１では、電流指令生成部１１３が、電動機２に所望の動作をさせるためのｄ軸電流指令ｉ_{ｄ＿ｃｍｄ}及びｑ軸電流指令ｉ_{ｑ＿ｃｍｄ}を生成する。

【0078】

ステップＳ０２では、３相２相変換部１１４が、電流センサ１４により検出されたｕ相電流ｉ_ｕ、ｖ相電流ｉ_ｖ及びｗ相電流ｉ_ｗを取得する。ステップＳ０３では、３相２相変換部１１４が、ｕ相電流ｉ_ｕ、ｖ相電流ｉ_ｖ及びｗ相電流ｉ_ｗに３相２相変換を行ってα軸電流ｉ_α及びβ軸電流ｉ_βを算出する。ステップＳ０４では、座標変換部１１５が、α軸電流ｉ_α及びβ軸電流ｉ_βに座標変換を行ってｄ軸電流ｉ_ｄ及びｑ軸電流ｉ_ｑを算出する。この際に、座標変換部１１５は、一つ以上前の制御サイクル（例えば一つ前の制御サイクル）において、磁極位置推定部１１９により推定された回転角θに基づいて座標変換を行う。

【0079】

ステップＳ０５では、軸別インダクタンス推定部１３１が、座標変換部１１５により算出されたｄ軸電流ｉ_ｄ及びｑ軸電流ｉ_ｑに基づいてｄ軸インダクタンスＬ_ｄ及びｑ軸インダクタンスＬ_ｑを推定する。ステップＳ０６では、高周波応答評価部１１６が、電流指令生成部１１３により重畳された高周波成分に対する応答を評価する。例えば高周波応答評価部１１６は、二次側電圧に重畳された高周波成分に対応する応答成分を、α軸電流ｉ_α及びβ軸電流ｉ_βから抽出し、抽出結果に基づいて、上述した正弦成分ｎ及び余弦成分ｍを算出する。

【0080】

ステップＳ０７では、係数算出部１１７が、座標変換部１１５により算出されたｄ軸電流ｉ_ｄ及びｑ軸電流ｉ_ｑと、一つ以上前の制御サイクルにおいて磁極位置推定部１１９により推定された回転角θとに基づいて干渉係数ｃを算出する。例えば係数算出部１１７は、高周波応答評価部１１６により算出された正弦成分ｎ及び余弦成分ｍと、一つ前の制御サイクルにおいて磁極位置推定部１１９により推定された回転角θとに基づいて干渉係数ｃを算出する。

【0081】

ステップＳ０８では、相互インダクタンス推定部１１８が、一つ以上前の制御周期において磁極位置推定部１１９により推定された回転角θと、ｄ軸インダクタンスＬ_ｄと、ｑ軸インダクタンスＬ_ｑとに基づいて、相互インダクタンスＬ_ｄｑ，Ｌ_ｑｄを推定する。例えば相互インダクタンス推定部１１８は、係数算出部１１７により算出された干渉係数ｃと、軸別インダクタンス推定部１３１により推定されたｄ軸インダクタンスＬ_ｄ及びｑ軸インダクタンスＬ_ｑとに基づいて相互インダクタンスＬ_ｄｑ，Ｌ_ｑｄを推定する。

【0082】

ステップＳ０９では、磁極位置推定部１１９が、二次側電流に基づいて回転角θ及び角周波数ωを推定する。例えば磁極位置推定部１１９は、高周波応答評価部１１６により算出された正弦成分ｎ及び余弦成分ｍと、係数算出部１１７により算出された干渉係数ｃとに基づいて回転角θを算出する。

【0083】

ステップＳ１１では、電流指令生成部１１３が生成したｄ軸電流指令ｉ_{ｄ＿ｃｍｄ}及びｑ軸電流指令ｉ_{ｑ＿ｃｍｄ}と、座標変換部１１５が算出したｄ軸電流ｉ_ｄ及びｑ軸電流ｉ_ｑと、ｄ軸インダクタンスＬ_ｄと、ｑ軸インダクタンスＬ_ｑと、電動機２の巻線抵抗Ｒと、電動機２の角周波数ωと、相互インダクタンス推定部１１８により推定された相互インダクタンスＬ_ｄｑ，Ｌ_ｑｄとに基づいて、電圧指令生成部１２０が、ｄｑ座標系におけるｄ軸電圧指令Ｖ_{ｄ＿ｃｍｄ}及びｑ軸電圧指令Ｖ_{ｑ＿ｃｍｄ}を生成する。

【0084】

ステップＳ１２では、電圧指令生成部１２０が生成した電圧指令に対応する電圧を電動機２に印加するように、ＰＷＭ制御部１１１が、電力変換回路１０のスイッチング素子１５のオン・オフを切り替えることを開始する。電流指令生成部１１３は、ＰＷＭ制御部１１１により相別電圧指令に変換される前の電圧指令（上記αβ座標系における電圧指令）に上述の高周波成分を重畳する。これにより、高周波成分が重畳された二次側電圧が電動機２に印加される。

【0085】

制御回路１００は、以上の制御サイクルを上記制御周期で繰り返す。ステップＳ０９における回転角θの推定結果は、次のサイクルにおいて、ステップＳ０４（ｄ軸電流ｉ_ｄ及びｑ軸電流ｉ_ｑの算出）と、ステップＳ０７（干渉係数ｃの算出）とに用いられる。

【0086】

なお、以上の手順は適宜変更可能である。例えばステップＳ０５（ｄ軸インダクタンスＬ_ｄ及びｑ軸インダクタンスＬ_ｑの推定）を、ステップＳ０７（干渉係数ｃの算出）の後に実行してもよい。また、ステップＳ０９（回転角θ及び角周波数ωの推定）を、ステップＳ０８（相互インダクタンスＬ_ｄｑ，Ｌ_ｑｄの推定）の前に実行してもよい。

【0087】

〔本実施形態の効果〕
以上に説明したように、電力変換装置１は、一次側電力を二次側電力に変換して電動機２に供給する電力変換回路１０と、電動機２の磁極位置に同期して回転する回転座標系における電流指令と、回転座標系の第１座標軸と第２座標軸との間の相互インダクタンスとに基づいて、回転座標系における電圧指令を生成する電圧指令生成部１２０と、電圧指令に対応する二次側電圧を電動機２に印加するように電力変換回路１０を制御するＰＷＭ制御部１１１と、を備える。

【0088】

この電力変換装置１によれば、相互インダクタンスに基づくことで、二次側電流の第１座標軸成分が二次側電圧の第２座標軸成分に及ぼす影響と、二次側電流の第２座標軸成分が二次側電圧の第１座標軸成分に及ぼす影響とを補償するように電圧指令を生成し、電流指令に対する二次側電流の追従性を向上させることができる。このため、電動機２の動作のリプルを低減するのに有効である。

【0089】

電力変換装置１は、電動機２の磁極位置と、第１座標軸に対応する電動機２の第１インダクタンスと、第２座標軸に対応する電動機２の第２インダクタンスとに基づいて相互インダクタンスを推定する相互インダクタンス推定部１１８を更に備え、電圧指令生成部１２０は、相互インダクタンス推定部１１８により推定された相互インダクタンスに基づいて電圧指令を生成してもよい。この場合、相互インダクタンスをリアルタイムに推定し、推定結果を電圧指令に反映させることによって、相互インダクタンス自体の時間変化が二次側電圧に及ぼす影響を補償することができる。従って、電動機２の動作のリプルを更に低減するのに有効である。

【0090】

電力変換装置１は、二次側電流に基づいて磁極位置を推定する磁極位置推定部１１９を更に備え、相互インダクタンス推定部１１８は、磁極位置推定部１１９により推定された磁極位置に基づいて相互インダクタンスを推定してもよい。この場合、センサレス制御を行う場合においても相互インダクタンスを的確に推定することができる。

【0091】

電力変換装置１は、二次側電流に基づいて、第１座標軸と第２座標軸との間の電磁的な相互干渉を表す干渉係数を算出する係数算出部１１７を更に備え、磁極位置推定部１１９は、干渉係数に更に基づいて磁極位置を推定してもよい。この場合、磁極位置の推定精度を向上させることで、電動機２の動作のリプルを更に低減することができる。

【0092】

電力変換装置１は、電圧指令生成部１２０による電圧指令の生成と、係数算出部１１７による干渉係数の算出と、磁極位置推定部１１９による磁極位置の推定と、相互インダクタンス推定部１１８による相互インダクタンスの推定と、を含む制御サイクルを繰り返し、係数算出部１１７は、一つ以上前の制御サイクルにおいて磁極位置推定部１１９により推定された磁極位置に更に基づいて干渉係数を算出してもよい。この場合、干渉係数を容易に算出することができる。干渉係数の算出の簡素化は、制御サイクルの周期の短縮化にも寄与し得る。

【0093】

制御サイクルの周期は、相互インダクタンスの変動周期よりも短くてもよい。この場合、相互インダクタンスの変動に起因する動作リプルを更に抑制することができる。

【0094】

相互インダクタンス推定部１１８は、干渉係数と、第１インダクタンスと、第２インダクタンスとに基づいて相互インダクタンスを推定してもよい。この場合、干渉係数を、相互インダクタンスの推定にも活用することで、相互インダクタンスを容易に算出することができる。

【0095】

電力変換装置１は、二次側電流と、磁極位置推定部１１９により推定された磁極位置とに基づいて第１インダクタンス及び第２インダクタンスを推定する軸別インダクタンス推定部１３１を更に備え、相互インダクタンス推定部１１８は、軸別インダクタンス推定部１３１により推定された第１インダクタンス及び第２インダクタンスに基づいて相互インダクタンスを推定してもよい。この場合、第１インダクタンス及び第２インダクタンスをリアルタイムに推定し、推定結果を電圧指令に反映させることによって、第１インダクタンス及び第２インダクタンス自体の時間変化に起因する動作リプルを抑制することができる。

【0096】

電圧指令生成部１２０は、電流指令の第１座標軸の成分と、二次側電流の第１座標軸の成分との偏差に基づいて電圧指令の第１座標軸の成分を生成する第１指令生成部１２１と、電流指令の第２座標軸の成分と、二次側電流の第２座標軸の成分との偏差に基づいて電圧指令の第２座標軸の成分を生成する第２指令生成部１２２と、相互インダクタンスと二次側電流の第２座標軸の成分とに基づいて、相互インダクタンスが二次側電圧の第１座標軸の成分に及ぼす影響を補償するように、電圧指令の第１座標軸の成分を補正する第１補償部１２３と、相互インダクタンスと二次側電流の第１座標軸の成分とに基づいて、相互インダクタンスが二次側電圧の第２座標軸の成分に及ぼす影響を補償するように、電圧指令の第２座標軸の成分を補正する第２補償部１２４と、を有していてもよい。この場合、広く普及している電圧指令の算出手法に、ｄｑ軸間の電磁的な相互干渉の補償成分を容易に組み込むことができる。

【0097】

電圧指令生成部１２０は、電流指令の第１座標軸の成分と、二次側電流の第１座標軸の成分との偏差と、電流指令の第２座標軸の成分と、二次側電流の第２座標軸の成分との偏差と、相互インダクタンスとに基づいて、電圧指令を非線形に算出してもよい。この場合、相互インダクタンスに基づくことで、ｄｑ軸間の電磁的な相互干渉の補償成分を、非線形な電圧指令の算出にも容易に組み込むことができる。

【0098】

以上、実施形態について説明したが、本開示は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。

【符号の説明】

【0099】

１…電力変換装置、２…電動機、１０…電力変換回路（電力変換部）、１１１…ＰＷＭ制御部（制御部）、１１７…係数算出部、１１８…相互インダクタンス推定部、１１９…磁極位置推定部、１２０…電圧指令生成部、１２１…第１指令生成部、１２２…第２指令生成部、１２３…第１補償部、１２４…第２補償部、１３１…軸別インダクタンス推定部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】