特許 7567532 永久磁石同期電動機の高効率運転制御装置および高効率運転制御方法

(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】2024-10-07

(45)【発行日】2024-10-16

(54)【発明の名称】永久磁石同期電動機の高効率運転制御装置および高効率運転制御方法

(51)【国際特許分類】

   H02P 21/24 20160101AFI20241008BHJP

【ＦＩ】

H02P21/24

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2021018673

(22)【出願日】2021-02-09

(65)【公開番号】P2022121778

(43)【公開日】2022-08-22

【審査請求日】2023-08-30

(73)【特許権者】

【識別番号】000006105

【氏名又は名称】株式会社明電舎

(74)【代理人】

【識別番号】100086232

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 博通

(74)【代理人】

【識別番号】100092613

【弁理士】

【氏名又は名称】富岡 潔

(74)【代理人】

【識別番号】100104938

【弁理士】

【氏名又は名称】鵜澤 英久

(74)【代理人】

【識別番号】100210240

【弁理士】

【氏名又は名称】太田 友幸

(72)【発明者】

【氏名】田中 賢一郎

【審査官】谿花 正由輝

(56)【参考文献】

【文献】特開２００４－１８０４２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－０２９０３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－２５１８８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／００９９６６７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｐ ２１／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

永久磁石同期電動機の定格速度での運転時に励磁電流がゼロとなるように設定したｖ／ｆ制御パターンによって、周波数指令から、永久磁石同期電動機を駆動するインバータの３相電圧指令を生成するｖ／ｆ制御部であって、前記設定したｖ／ｆ制御パターンによって周波数指令から得たδ軸の電圧指令ｖ_δに、推定した永久磁石同期電動機の速度起電力位相に基づいて生成した電圧補正量ｖ_δｃｏｒを加算して求めたδ方向の電圧指令と、ゼロに設定したγ軸方向の電圧指令ｖ_γとを、前記周波数指令を積分して求めた出力電圧位相θ_ｖｆによって座標変換してインバータの３相電圧指令を生成するｖ／ｆ制御部と、
前記生成されたインバータの３相電圧指令および３相検出電流から永久磁石同期電動機の回転子位置を推定する回転子位置推定部と、
前記生成されたインバータの３相電圧指令、インバータの３相検出電流、前記推定された永久磁石同期電動機の回転子位置に基づいて、永久磁石同期電動機駆動時の速度起電力位相を推定する速度起電力位相推定部と、
前記速度起電力位相推定部で推定された速度起電力位相がゼロになるようにＰＩ制御してδ軸方向の電圧補正量ｖ_δｃｏｒを生成し、該電圧補正量ｖ_δｃｏｒを前記ｖ／ｆ制御部のδ軸の電圧指令に加算する電圧補正量とする電圧補正量生成ＰＩ制御器と、を備え、
前記ｖ／ｆ制御部で生成された３相電圧指令によって前記インバータを制御することを特徴とする永久磁石同期電動機の高効率運転制御装置。

【請求項2】

前記回転子位置推定部は、前記インバータの３相電圧指令および３相検出電流をαβ座標軸に変換したα軸電圧ｖα、β軸電圧ｖβ、α軸電流ｉα、β軸電流ｉβを用いて、（４）式、（５）式、（６）式を演算して回転子位置θを推定し、

【数4】

【数5】

【数6】

（ただし、λαはα軸の磁束ベクトル、λβはβ軸の磁束ベクトル、ｓはラプラス演算子、ωｃは角周波数、Ｒ１は永久磁石同期電動機の巻線抵抗、Ｌｑはｑ軸インダクタンス）
前記速度起電力位相推定部は、前記インバータの３相電圧指令および３相検出電流に対して、前記推定された回転子位置θを用いて（７）式の座標変換を施してｄ軸電圧ｖｄ、ｄ軸電流ｉｄを推定し、

【数7】

前記推定されたｄ軸電圧ｖｄ、ｄ軸電流ｉｄを用いて（２）式を演算して速度起電力位相を推定することを特徴とする請求項１に記載の永久磁石同期電動機の高効率運転制御装置。

【数2】

（ただし、Ｌｄはｄ軸インダクタンス）

【請求項3】

ｖ／ｆ制御部が、永久磁石同期電動機の定格速度での運転時に励磁電流がゼロとなるように設定したｖ／ｆ制御パターンによって、周波数指令から、永久磁石同期電動機を駆動するインバータの３相電圧指令を生成するステップであって、前記設定したｖ／ｆ制御パターンによって周波数指令から得たδ軸の電圧指令ｖ_δに、推定した永久磁石同期電動機の速度起電力位相に基づいて生成した電圧補正量ｖ_δｃｏｒを加算して求めたδ方向の電圧指令と、ゼロに設定したγ軸方向の電圧指令ｖ_γとを、前記周波数指令を積分して求めた出力電圧位相θ_ｖｆによって座標変換してインバータの３相電圧指令を生成するｖ／ｆ制御ステップと、
回転子位置推定部が、前記生成されたインバータの３相電圧指令および３相検出電流から永久磁石同期電動機の回転子位置を推定する回転子位置推定ステップと、
速度起電力位相推定部が、前記生成されたインバータの３相電圧指令、インバータの３相検出電流、前記推定された永久磁石同期電動機の回転子位置に基づいて、永久磁石同期電動機駆動時の速度起電力位相を推定する速度起電力位相推定ステップと、
電圧補正量生成ＰＩ制御器が、前記速度起電力位相推定部で推定された速度起電力位相がゼロになるようにＰＩ制御してδ軸方向の電圧補正量ｖ_δｃｏｒを生成し、該電圧補正量ｖ_δｃｏｒを前記ｖ／ｆ制御ステップにおけるδ軸の電圧指令に加算する電圧補正量とするステップと、を備え、
前記ｖ／ｆ制御ステップで生成された３相電圧指令によって前記インバータを制御することを特徴とする永久磁石同期電動機の高効率運転制御方法。

【請求項4】

前記回転子位置推定ステップは、前記インバータの３相電圧指令および３相検出電流をαβ座標軸に変換したα軸電圧ｖα、β軸電圧ｖβ、α軸電流ｉα、β軸電流ｉβを用いて、（４）式、（５）式、（６）式を演算して回転子位置θを推定するステップを含み、

【数4】

【数5】

【数6】

（ただし、λαはα軸の磁束ベクトル、λβはβ軸の磁束ベクトル、ｓはラプラス演算子、ωｃは角周波数、Ｒ１は永久磁石同期電動機の巻線抵抗、Ｌｑはｑ軸インダクタンス）
前記速度起電力位相推定ステップは、前記インバータの３相電圧指令および３相検出電流に対して、前記推定された回転子位置θを用いて（７）式の座標変換を施してｄ軸電圧ｖｄ、ｄ軸電流ｉｄを推定するステップと、

【数7】

前記推定されたｄ軸電圧ｖｄ、ｄ軸電流ｉｄを用いて（２）式を演算して速度起電力位相を推定するステップとを含んでいることを特徴とする請求項３に記載の永久磁石同期電動機の高効率運転制御方法。

【数2】

（ただし、Ｌｄはｄ軸インダクタンス）

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、インバータ駆動による永久磁石同期電動機の高効率運転制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

省エネ・省スペース化の観点から、誘導電動機に代わり回転子に永久磁石を用いた永久磁石同期電動機（Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｍｏｔｏｒ；以下ＰＭＳＭと称することもある）が注目されている。このＰＭＳＭの簡素な制御手法としてｖ／ｆ一定制御が知られており、周波数指令に対応した電圧指令をインバータから出力する。この電圧／周波数の比率は、予め取得した電動機のパラメータから効率よく動作する点が設定される。

【0003】

一般に、負荷時において固定子の巻線温度の上昇から回転子に熱が伝わることや回転子に鎖交する磁束により回転子の永久磁石の温度が上昇する。また、高速回転時においては風損やベアリングの摩擦熱等によって無負荷においても磁石の温度上昇が懸念される。

【0004】

永久磁石はある上限温度を超えると減磁するため、回転子磁石の温度上昇を保護する必要がある。

【0005】

また、磁石の温度上昇により誘起電圧が低下し、ｖ／ｆ制御の場合予め設定した動作点から外れるため、運転効率の低下につながる。

【0006】

従来、モータの磁石温度を推定する方法は、例えば特許文献１に記載のものが提案されていた。また、従来、永久磁石が設けられたモータの制御方法として、例えば特許文献２に記載のものが提案されていた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開２０１７－２８８０６号公報

【文献】特開２００４－０１５８９１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

特許文献１では、回転子内部に感温磁性体を埋め込む必要があり、電動機の構造が複雑になる。さらに、温度測定用に高周波電圧を重畳する必要があり、異音の発生や効率低下が懸念される。

【0009】

特許文献２には、磁石の温度上昇により誘起電圧が低下したときの高効率運転制御方法は記載されていない。

【0010】

本発明は、上記課題を解決するものであり、その目的は、磁石の温度変化に不感な永久磁石同期電動機の高効率運転制御装置および高効率運転制御方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記課題を解決するための請求項１に記載の永久磁石同期電動機の高効率運転制御装置は、
永久磁石同期電動機の定格速度での運転時に励磁電流がゼロとなるように設定したｖ／ｆ制御パターンによって、周波数指令から、永久磁石同期電動機を駆動するインバータの３相電圧指令を生成するｖ／ｆ制御部であって、前記設定したｖ／ｆ制御パターンによって周波数指令から得たδ軸の電圧指令ｖ_δに、推定した永久磁石同期電動機の速度起電力位相に基づいて生成した電圧補正量ｖ_δｃｏｒを加算して求めたδ方向の電圧指令と、ゼロに設定したγ軸方向の電圧指令ｖ_γとを、前記周波数指令を積分して求めた出力電圧位相θ_ｖｆによって座標変換してインバータの３相電圧指令を生成するｖ／ｆ制御部と、
前記生成されたインバータの３相電圧指令および３相検出電流から永久磁石同期電動機の回転子位置を推定する回転子位置推定部と、
前記生成されたインバータの３相電圧指令、インバータの３相検出電流、前記推定された永久磁石同期電動機の回転子位置に基づいて、永久磁石同期電動機駆動時の速度起電力位相を推定する速度起電力位相推定部と、
前記速度起電力位相推定部で推定された速度起電力位相がゼロになるようにＰＩ制御してδ軸方向の電圧補正量ｖ_δｃｏｒを生成し、該電圧補正量ｖ_δｃｏｒを前記ｖ／ｆ制御部のδ軸の電圧指令に加算する電圧補正量とする電圧補正量生成ＰＩ制御器と、を備え、
前記ｖ／ｆ制御部で生成された３相電圧指令によって前記インバータを制御することを特徴とする。

【0012】

請求項２に記載の永久磁石同期電動機の高効率運転制御装置は、請求項１において、
前記回転子位置推定部は、前記インバータの３相電圧指令および３相検出電流をαβ座標軸に変換したα軸電圧ｖα、β軸電圧ｖβ、α軸電流ｉα、β軸電流ｉβを用いて、（４）式、（５）式、（６）式を演算して回転子位置θを推定し、

【0013】

【数4】

【0014】

【数5】

【0015】

【数6】

【0016】

（ただし、λαはα軸の磁束ベクトル、λβはβ軸の磁束ベクトル、ｓはラプラス演算子、ωｃは角周波数、Ｒ１は永久磁石同期電動機の巻線抵抗、Ｌｑはｑ軸インダクタンス）
前記速度起電力位相推定部は、前記インバータの３相電圧指令および３相検出電流に対して、前記推定された回転子位置θを用いて（７）式の座標変換を施してｄ軸電圧ｖｄ、ｄ軸電流ｉｄを推定し、

【0017】

【数7】

【0018】

前記推定されたｄ軸電圧ｖｄ、ｄ軸電流ｉｄを用いて（２）式を演算して速度起電力位相を推定することを特徴とする。

【0019】

【数2】

【0020】

（ただし、Ｌｄはｄ軸インダクタンス）
請求項３に記載の永久磁石同期電動機の高効率運転制御方法は、
ｖ／ｆ制御部が、永久磁石同期電動機の定格速度での運転時に励磁電流がゼロとなるように設定したｖ／ｆ制御パターンによって、周波数指令から、永久磁石同期電動機を駆動するインバータの３相電圧指令を生成するステップであって、前記設定したｖ／ｆ制御パターンによって周波数指令から得たδ軸の電圧指令ｖ_δに、推定した永久磁石同期電動機の速度起電力位相に基づいて生成した電圧補正量ｖ_δｃｏｒを加算して求めたδ方向の電圧指令と、ゼロに設定したγ軸方向の電圧指令ｖ_γとを、前記周波数指令を積分して求めた出力電圧位相θ_ｖｆによって座標変換してインバータの３相電圧指令を生成するｖ／ｆ制御ステップと、
回転子位置推定部が、前記生成されたインバータの３相電圧指令および３相検出電流から永久磁石同期電動機の回転子位置を推定する回転子位置推定ステップと、
速度起電力位相推定部が、前記生成されたインバータの３相電圧指令、インバータの３相検出電流、前記推定された永久磁石同期電動機の回転子位置に基づいて、永久磁石同期電動機駆動時の速度起電力位相を推定する速度起電力位相推定ステップと、
電圧補正量生成ＰＩ制御器が、前記速度起電力位相推定部で推定された速度起電力位相がゼロになるようにＰＩ制御してδ軸方向の電圧補正量ｖ_δｃｏｒを生成し、該電圧補正量ｖ_δｃｏｒを前記ｖ／ｆ制御ステップにおけるδ軸の電圧指令に加算する電圧補正量とするステップと、を備え、
前記ｖ／ｆ制御ステップで生成された３相電圧指令によって前記インバータを制御することを特徴とする。

【0021】

請求項４に記載の永久磁石同期電動機の高効率運転制御方法は、請求項３において、
前記回転子位置推定ステップは、前記インバータの３相電圧指令および３相検出電流をαβ座標軸に変換したα軸電圧ｖα、β軸電圧ｖβ、α軸電流ｉα、β軸電流ｉβを用いて、（４）式、（５）式、（６）式を演算して回転子位置θを推定するステップを含み、

【0022】

【数4】

【0023】

【数5】

【0024】

【数6】

【0025】

（ただし、λαはα軸の磁束ベクトル、λβはβ軸の磁束ベクトル、ｓはラプラス演算子、ωｃは角周波数、Ｒ１は永久磁石同期電動機の巻線抵抗、Ｌｑはｑ軸インダクタンス）
前記速度起電力位相推定ステップは、前記インバータの３相電圧指令および３相検出電流に対して、前記推定された回転子位置θを用いて（７）式の座標変換を施してｄ軸電圧ｖｄ、ｄ軸電流ｉｄを推定するステップと、

【0026】

【数7】

【0027】

前記推定されたｄ軸電圧ｖｄ、ｄ軸電流ｉｄを用いて（２）式を演算して速度起電力位相を推定するステップとを含んでいることを特徴とする。

【0028】

【数2】

【0029】

（ただし、Ｌｄはｄ軸インダクタンス）

【発明の効果】

【0030】

請求項１～４に記載の発明によれば、ｖ／ｆ制御パターンにより得た電圧指令に、推定した永久磁石同期電動機の速度起電力位相がゼロになるようにＰＩ制御して生成した電圧補正量を加算した電圧指令によって、インバータを制御しているので、磁石温度の変化により誘起電圧が変化しても高効率運転制御を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1】本発明の実施形態例による高効率運転制御装置の構成図。

【図2】励磁電流がゼロとなるように設定した際のｖ／ｆ制御における電圧ベクトル図。

【図3】ｖ／ｆ制御において誘起電圧が低下した際の電圧ベクトル図。

【図4】ｖ／ｆ制御における、高効率運転のための電圧ベクトル図。

【発明を実施するための形態】

【0032】

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明するが、本発明は下記の実施形態例に限定されるものではない。本実施形態例では、誘起電圧の変動から高効率動作点を推定し、磁石の温度変化に不感な高効率運転制御を可能にする。

【0033】

図１に、本実施形態例による高効率運転制御装置の全体構成を示す。図１において１０は、速度起電力位相が常に０となる電圧指令を生成するｖ／ｆ制御部であり、設定したｖ／ｆ制御パターンに基づいて、永久磁石同期電動機のパラメータから事前に設定される周波数指令ｆｃｏｍから、後で詳述する構成によりインバータ１１の３相電圧指令ｖ^* _uvwを生成する。

【0034】

１２は、インバータ１１のスイッチング動作により出力される３相の出力電圧ｖ_uvwによって駆動される永久磁石同期電動機である。

【0035】

１３は、インバータ１１の出力電流を検出して３相検出電流ｉ_uvwを出力する電流検出器である。

【0036】

１４は、インバータ１１の３相電圧指令ｖ^* _uvwおよび３相検出電流ｉ_uvwをαβ座標軸に変換するｕｖｗ／αβ変換部である。

【0037】

１５は、ｕｖｗ／αβ変換部１４で変換されたα軸電圧ｖα、β軸電圧ｖβ、α軸電流ｉα、β軸電流ｉβを用いて、後述の（４）式、（５）式、（６）式を演算して回転子位置θを推定する回転子位置推定部である。

【0038】

１６は、インバータ１１の３相電圧指令ｖ^* _uvwおよび３相検出電流ｉ_uvwに対して、前記推定された回転子位相θを用いて、後述の（７）式の座標変換を施してｄ軸電圧ｖｄ、ｄ軸電流ｉｄを出力（推定）するｕｖｗ／ｄｑ変換部である。

【0039】

１７は、前記出力されたｄ軸電圧ｖｄ、ｄ軸電流ｉｄを用いて後述の（２）式を演算し、速度起電力位相θ_Lを推定する速度起電力位相推定部である。

【0040】

前記ｕｖｗ／αβ変換部１４および回転子位置推定部１５によって本発明の回転子位置推定部を構成している。

【0041】

前記ｕｖｗ／ｄｑ変換部１６および速度起電力位相推定部１７によって本発明の速度起電力位相推定部を構成している。

【0042】

１８は目標値０と前記速度起電力位相θ_Lの偏差をとる減算器、１９は比例ゲインＫｐを有したＰＩ制御の比例項、２０は積分ゲインＫｉを有したＰＩ制御の積分項、２１は積分器、２２は比例項１９の出力と積分器２１の出力を加算してδ軸の電圧補正量ｖ_δcorを出力する加算器である。

【0043】

これら減算器１８、ＰＩ制御の比例項１９、積分項２０、積分器２１、加算器２２によって、前記速度起電力位相θ_LがゼロとなるようにＰＩ制御してδ軸方向の電圧補正量ｖ_δcorを生成する電圧補正量生成ＰＩ制御器３０を構成している。

【0044】

前記ｖ／ｆ制御部１０内の３１は、ＰＭＳＭ（１２）の定格速度での運転時に励磁電流がゼロとなるように設定されたｖ／ｆ制御パターンであり、入力される周波数指令ｆｃｏｍに対応したδ軸の電圧指令ｖ_δを出力する。

【0045】

３２は、δ軸の電圧指令ｖ_δと電圧補正量生成ＰＩ制御器３０で生成されたδ軸方向の電圧補正量ｖ_δcorを加算する加算器である。

【0046】

３３は、周波数指令ｆｃｏｍを積分して出力電圧位相θ_vfを出力する積分器である。

【0047】

３４は、加算器３２の加算出力であるδ方向の電圧指令と、ゼロに設定したγ軸方向の電圧指令ｖ_γとを、前記出力電圧位相θ_vfによって座標変換して３相電圧指令ｖ^* _uvwを生成するγδ／ｕｖｗ変換部である。

【0048】

このように、δ軸の電圧補正量ｖ_δcorがｖ／ｆ制御パターン３１の出力であるδ軸の電圧指令ｖ_δにフィードバックされる（加算器３２において加算される）ことによって、速度起電力位相θ_Lが常に０となる電圧指令（ｖ^* _uvw）が生成される。

【0049】

ｖ／ｆ制御とは、周波数指令によって出力電圧の大きさを設定することにより、出力電流を一定に制御する手法である。また、電動機駆動のためのトルクに寄与しない励磁電流成分は周波数と電圧の比で決定するため、一般には、電動機の定格速度での運転時において、励磁電流が０となるよう事前にｖ／ｆパターンが設定される。

【0050】

ここで、上記の通りに設定した際の電圧ベクトル図を図２に示す。図２において、回転子の磁束方向をｄ軸、直交する方向をｑ軸として、Ｉ１：出力電流、Ｖ１：出力電圧、Ｅ：誘起電圧、Ｖｒ：電圧降下、ＶＬ：速度起電力である。

【0051】

励磁電流＝０、すなわちｄ軸方向電流ｉｄ＝０となるよう設定したｖ／ｆパターンにおいては、速度起電力ＶＬはｄ軸方向のみに発生する。

【0052】

これに対して、回転子磁石温度が上昇し、誘起電圧Ｅが低下した際の電圧ベクトル図を図３に示す。図３に示すように、磁石の初期温度で設定した出力電圧Ｖ１では誘起電圧Ｅが低下した際に、ｄ軸に対する速度起電力ＶＬの位相が変化していることがわかる。

【0053】

したがって、電動機の定格速度において励磁電流が０となるように事前に設定したｖ／ｆパターンによれば、電動機の定格速度において、速度起電力ＶＬの位相から回転子磁石の温度上昇を推定することができる。

【0054】

次に、速度起電力ＶＬの位相の推定について示す。ＰＭＳＭ（永久磁石同期電動機１２）のｄｑ座標軸上の電圧方程式は下記（１）式の通りに表される。

【0055】

【数1】

【0056】

ここで、ｖｄ：ｄ軸の電圧指令、ｖｑ：ｑ軸の電圧指令、ｉｄ：ｄ軸の電流指令、ｉｑ：ｑ軸の電流指令、Ｒ1：巻線抵抗（定数）、Ｌｄ：ｄ軸インダクタンス、Ｌｑ：ｑ軸インダクタンス（定数）、ω：回転速度、λ：固定子鎖交磁束（定数）。

【0057】

（１）式より、ｄｑ軸上の速度起電力は、次の通り表される。

【0058】

ｄ軸方向の速度起電力：ωＬｑｉｑｖｄ－Ｒ１ｉｄ
ｑ軸方向の速度起電力：ωＬｄｉｄ
速度起電力ＶＬの位相θ_VLは、各軸の逆正接で得られるため次の（２）式となる。

【0059】

【数2】

【0060】

（ただし、Ｌｄはｄ軸インダクタンス）
次に、（２）式を導出するためのｖｄ、ｉｄの推定について示す。

【0061】

ｖ／ｆ制御は、電動機駆動に回転子位置情報を必要としないため、位置センサが不要な制御手法である。そこで、ｄｑ座標軸上の電圧・電流成分を求めるために、回転子位置を推定する必要がある。

【0062】

この回転子位置は、αβ座標軸上の電圧方程式から得られる各軸の鎖交磁束の逆正接から推定できる。αβ座標軸とは、α軸をＵ相とし、これと直交した方向をβ軸としＶ相・Ｗ相を分解した二相固定座標軸のことである。αβ座標軸上の電圧方程式は次の（３）式の通りである。

【0063】

【数3】

【0064】

ここで、Ｒ１：巻線抵抗（定数）、Ｌｑ：ｑ軸インダクタンス（定数、ｐは微分演算子、λは固定座標軸上で定義した磁束ベクトルである。回転子位置θは、次の（４）式の通り、磁束ベクトルの逆正接から得られる。

【0065】

【数4】

【0066】

一般にファラデーの法則が示すように、ある種の電圧情報を積分することにより鎖交磁束が得られるが、純粋な積分は電圧誤差や電流検出器のオフセットなどの計測の影響により、演算結果が収束しない問題がある。

【0067】

そこで本実施形態例では、次の（５）式、（６）式に示すローパスフィルタを使用し初期誤差を低減させる。

【0068】

【数5】

【0069】

【数6】

【0070】

（ただし、λαはα軸の磁束ベクトル、λβはβ軸の磁束ベクトル、ｓはラプラス演算子、ωｃは角周波数、Ｒ１は永久磁石同期電動機の巻線抵抗、Ｌｑはｑ軸インダクタンス）
前記（５）式、（６）式におけるωｃは小さすぎると誤差収束に時間を要し、大きすぎると運転周波数対域で積分特性を失うため、適切な値を選択する必要があるが、今回は例として１０ｒａｄ／ｓとする。

【0071】

したがって、回転子位置推定部１５において、（４）式、（５）式、（６）式を演算することによって回転子位置θが得られる。

【0072】

このようにして得られた回転子位置θを用いて、ｕｖｗ／ｄｑ変換部１６が、インバータ１１の３相電圧指令ｖ^* _uvwおよび３相検出電流ｉ_uvwに対して（７）式の座標変換を施すことにより、ｄ軸電圧ｖｄ、ｄ軸電流ｉｄを推定することができる。

【0073】

【数7】

【0074】

そして速度起電力位相推定部１７が（２）式を演算することによって速度起電力の位相θ_VLを導出し、該θ_VLを速度起電力位相θ_Lとして出力する。

【0075】

【数2】

【0076】

ここで、永久磁石同期電動機１２の高効率運転のためには前記図２に示すように、速度起電力の位相が０°となる必要がある。図４は高効率運転のための電圧レベルを示しており、図３と同様にＩ１は出力電流、Ｖ１は出力電圧、Ｅは誘起電圧、ＶＬは速度起電力である。図４では出力電圧Ｖ１の位相をδ位相と定義している。

【0077】

永久磁石同期電動機１２の回転子磁石の温度上昇により誘起電圧Ｅが低下した際は、図３に示すように速度起電力ＶＬの位相が正となり、出力電圧Ｖ１を減らすことにより速度起電力ＶＬの位相を０°とすることができる。

【0078】

また、負荷の軽減などで磁石温度が低下した際は、誘起電圧Ｅが上昇し、速度起電力ＶＬの位相が負となるため、出力電圧Ｖ１を増やすことにより速度起電力ＶＬの位相を０°とすることができる。

【0079】

したがって、前記速度起電力位相推定部１７において速度起電力ＶＬの位相θ_Lを推定し、これが０となるよう次の（８）式の通り電圧補正量生成ＰＩ制御器３０によりδ軸方向の電圧指令を補正する。

【0080】

【数8】

【0081】

ここで、Ｋｐは比例ゲイン、Ｋｉは積分ゲイン、ｖ_δcorはＰＩ制御により生成される電圧補正量である。これにより、誘起電圧の変動に影響を受けない高効率運転が可能となる。

【0082】

以上のように本発明によれば、磁石温度の変化により誘起電圧が変化したとしても高効率運転制御を行うことができる。

【0083】

また、温度推定用の誘起電圧検出器は不要であり装置を小型化できる。また、回転子内部に感温磁性体を埋め込む必要もなく、構造が簡素である。さらには、温度測定用に高調波電圧を重畳する必要がないため、異音の発生や効率の低下のおそれがない。

【符号の説明】

【0084】

１０…ｖ／ｆ制御部
１１…インバータ
１２…永久磁石同期電動機
１３…電流検出器
１４…ｕｖｗ／αβ変換部
１５…回転子位置推定部
１６…ｕｖｗ／ｄｑ変換部
１７…速度起電力位相推定部
１８…減算器
１９…ＰＩ制御の比例項
２０…ＰＩ制御の積分項
２１、３３…積分器
２２、３５…加算器
２４…γδ／ｕｖｗ変換部
３１…ｖ／ｆ制御パターン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】