JP2009273221A - 回転電機の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】位置推定のために回転電機に注入する信号に起因して発生する騒音を低減する。
【解決手段】回転電機１に流れる回転電機電流を検出する電流検出手段２と、回転電機電流に基づいて推定位置を出力する位置推定手段３と、推定位置に基づいて電圧指令を出力する制御手段４と、電圧指令に基づいて回転電機１に電圧を印加する電圧印加手段５を備え、制御手段４は、回転電機１を駆動するための駆動電圧指令を演算する駆動電圧演算部６と、駆動電圧指令とは別の周波数でかつ、周波数が異なる信号を複数加算した位置推定用電圧指令を発生する位置推定用電圧指令発生部１３とを有し、位置推定用電圧指令と駆動電圧指令とを加算した電圧指令を電圧印加手段５に出力する。
【選択図】図１

Description

本発明は、誘導機や同期機などの回転電機において、回転位置センサを用いることなく回転子位置情報を得て回転制御を行えるようにした回転電機の制御装置に関する。

回転電機の回転動作を精度良く制御するには、回転電機の回転子位置情報と、回転電機に流れる電流情報とが必要である。ここで、従来は、回転位置センサを回転電機に別途取付けることにより回転子位置情報を得ている。しかし、回転位置センサを別途設けるのは、コスト削減、省スペース、信頼性の向上という観点からデメリットが大きいため、回転位置センサのセンサレス化が要求されている。

回転電機における回転位置センサのセンサレス化の制御方法として、主に回転電機の誘起電圧より回転電機の回転子位置を推定する方法と、突極性を利用して回転電機の回転子位置を推定する方法とがある。

前者の方法で用いる誘起電圧の大きさは回転電機の速度に比例するという特徴があるため、零速や低速域では誘起電圧が小さくなりＳ／Ｎ比が悪化し、回転電機の回転子位置を推定することは困難になる。

一方、後者の突極性を利用した位置センサレス制御法は、回転電機駆動用の電圧指令に対して回転電機の回転子位置を推定するための位置推定用電圧指令を重畳して回転電機に注入し、注入した位置推定用電圧指令と同じ周波数成分の電流または電圧の振幅が回転子位置によって変化することを利用して回転子位置を推定する。したがって、回転電機の速度に関係せずに回転電機の回転子位置を推定できるメリットがあり、このため、零速や低速域において位置検出を行う上では、突極性を利用したセンサレス制御法が採用される。

ところが、突極性を利用した方法は、回転電機駆動用の電圧指令に位置推定用電圧指令を重畳して回転電機に注入するので、このことに起因して回転電機より騒音が発生する。そこで、従来技術では、突極性を利用した位置センサレス制御法において、回転子位置推定するために回転電機に注入する位置推定用電圧指令の周波数を可変とすることで、回転電機から発生する騒音のスペクトルを分散して、特定周波数成分の騒音を目立たなくすることにより耳障り感を低減するようにしたものが提案されている（例えば、下記の特許文献１参照）。

特開２００４−３４３８３３号公報

特許文献１の従来技術では、回転電機から発生する高周波スペクトルを分散して、特定周波数成分の騒音を目立たなくすることが可能であるものの、周波数を可変としているので、回転電機から発生する騒音も変化し、そのため、その騒音の周波数変化が耳障りになる場合がある。

また、回転電機に流れる電流または電圧の振幅は、回転子位置以外に回転電機に注入する位置推定用電圧指令の周波数にも依存する。このため、位置推定用電圧指令の周波数を可変とした場合、回転電機に流れる電流または電圧の振幅の変化は、回転子位置によって変化したものなのか、位置推定用電圧指令の周波数を変化させたことに起因するのかを区別することが難しくなり、回転子を正確に推定できなくなったり、その精度が悪化する。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、突極性を利用した位置センサレス制御のために、回転電機の回転子位置を推定するための位置推定用電圧指令を回転電機に注入する際の、位置推定用電圧指令に起因した騒音発生を有効に低減しつつ、回転子の位置推定を精度良く行うことができる回転電機の制御装置を提供することを目的とする。

本発明にかかる回転電機の制御装置は、回転電機の回転制御を行うものであって、上記回転電機に流れる回転電機電流を検出する電流検出手段と、この電流検出手段より検出した回転電機電流に基づいて回転子位置を推定する位置推定手段と、この位置推定手段で推定された回転子位置に基づいて上記回転電機を駆動するための駆動電圧指令を出力する制御手段と、前記駆動電圧指令に基づいて上記回転電機に交流電圧を印加する電圧印加手段とを備え、上記制御手段は、上記回転電機を駆動するための上記駆動電圧指令を演算する駆動電圧演算部と、この駆動電圧演算部で演算される上記駆動電圧指令とは別の周波数で、かつ互いに異なる周波数をもつ信号を複数加算してなる位置推定用電圧指令を発生する位置推定用電圧指令発生部と、この位置推定用電圧指令発生部で発生された上記位置推定用電圧指令を上記駆動電圧指令に重畳して上記電圧印加手段に出力する加算手段と、を含むことを特徴としている。

本発明に係る回転電機の制御装置は、回転電機の位置推定を行うための位置推定用電圧指令を互いに異なる周波数をもつ複数の信号を加算することにより得て、この位置推定用電圧指令を回転電機に注入することによって発生する騒音スペクトルを分散させることができる。このため、特定周波数の騒音が目立たなくなり、騒音の耳障り感を低減することができる。また、位置推定用電圧指令は、周波数を固定とした周波数の異なる複数の信号からなるため、周波数を可変とした場合に生じる騒音の変化による耳障り感を低減することができる。

実施の形態１．
図１〜図３は、本発明の実施の形態１を示すものであり、図１は回転電機の制御装置の全体を示す構成図、図２は同制御装置の位置推定用電圧指令発生部の構成を示すブロック図、図３は同制御装置の位置推定手段の構成を示すブロック図である。

この実施の形態１において、回転電機１は例えば埋込磁石型の同期機であって、この回転電機１には所定の制御電圧を印加する電圧印加手段５が接続されている。また、電圧印加手段５と回転電機１との間を流れる二相分の回転電機電流ｉｕ、ｉｖを検出する電流検出手段２と、回転電機１の回転子位置を求める位置推定手段３と、回転電機１を駆動する駆動電圧指令Ｖｕｐ＊，Ｖｖｐ＊，Ｖｗｐ＊を出力する制御手段４とが設けられている。
回転電機の制御装置は、回転電機１の回転制御を行うものであって、電流検出手段２、位置推定手段３、制御手段４、および電圧印加手段５によって構成されている。

上記の電流検出手段２は、例えば変流器等からなり、回転電機１と電圧印加手段５とを結ぶ電力線からＵ相電流ｉｕとＶ相電流ｉｖとの二相分の電流を検出する。しかし、それ以外に、Ｕ相電流、Ｖ相電流、Ｗ相電流のうち任意の二相分の電流を検出してもよい。また、電流検出手段２は、Ｕ相電流、Ｖ相電流、Ｗ相電流の三相電流を検出する方法でもよい。あるいは、電流検出手段２として、電圧印加手段５の入力である直流母線電流を検出し、その直流母線電流より三相回転電機電流を演算で検出することも可能である。

上記の制御手段４は、位置推定手段３の出力である回転子位置の推定値θｐに基づいて回転電機１を駆動するための駆動電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊を演算して出力する駆動電圧演算部６と、回転電機１の回転子位置を推定するために用いる位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈを発生する位置推定用電圧指令発生部１３と、駆動電圧演算部６の出力と位置推定用電圧指令発生部１３の出力とを加算する加算器４１とを備えている。

そして、駆動電圧演算部６は、減算器４２、ｄ軸電流制御器７、ｑ軸電流制御器８、座標変換器９、二相・三相変換器１０、三相・二相変換器１１、座標変換器１２を有する。
ｄ軸電流制御器７は、比例積分制御などを用いて減算器４２で得られるｄ軸電流指令値ｉｄ＊と座標変換器１２の出力であるｉｄとの偏差Δｉｄがなくなるようなｄ軸基本波電圧Ｖｄ＊を出力する。ｑ軸電流制御器８は、比例積分制御などを用いて減算器４２で得られるｑ軸電流指令値ｉｑ＊と座標変換器１２の出力であるｉｑとの偏差Δｉｑがなくなるようなｑ軸基本波電圧Ｖｑ＊を出力する。座標変換器９は、位置推定手段３が出力する回転子位置の推定値θｐを用いて、ｄ軸基本波電圧Ｖｄ＊とｑ軸基本波電圧Ｖｑ＊を固定二軸（α−β軸）上の基本波の駆動電圧指令Ｖα＊とＶβ＊に変換する。また、二相・三相変換器１０は基本波の駆動電圧Ｖα＊とＶβ＊を、三相分の正弦波形などの駆動電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊に変換して出力する。

一方、三相・二相変換器１１は、電流検出手段２で検出されたＵ相電流ｉｕとＶ相電流ｉｖを、固定二軸（α−β軸）上の電流ｉαとｉβに変換する。また、座標変換器１２は、位置推定手段３が出力する回転子位置の推定値θｐを用いて、ｉα、ｉβを回転二軸（ｄ−ｑ軸）電流ｉｄ、ｉｑに変換する。

次に、図２に示す位置推定用電圧指令発生部１３について説明する。
位置推定用電圧指令発生部１３は、複数の周波数指令を生成する周波数指令生成器１９と、この周波数指令生成器１９の出力である周波数指令ｆ１〜ｆｎ（ｎは正の整数）に基づいてＵ相位置推定用電圧指令Ｖｕｈを出力するＵ相位置推定用電圧指令生成器２０と、Ｖ相位置推定用電圧指令Ｖｖｈを出力するＶ相位置推定用電圧指令生成器２１と、Ｗ相位置推定用電圧指令Ｖｗｈを出力するＷ相位置推定用電圧指令生成器２２とを有する。

ここに、周波数指令生成器１９は、駆動電圧演算部６から出力される駆動電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊の周波数よりも高く、かつ、互いに異なる周波数をもつｎ個（ｎは正の整数）の信号が生成されるような周波数指令ｆ１〜ｆｎを出力するものである。なお、この各周波数指令ｆ１〜ｆｎは、常に一定の値になるように予め設定されている。

Ｕ相位置推定用電圧指令生成器２０は、周波数指令生成器１９からのｎ個の周波数指令ｆ１〜ｆｎに基づいて互いに異なる周波数をもつｎ個の位置推定用電圧指令Ｖｕｈ_１〜Ｖｕｈ_ｎを生成する。そして、次段の加算器２３でｎ個の位置推定用電圧指令Ｖｕｈ_１〜Ｖｕｈ_ｎを加算してＵ相位置推定用電圧指令Ｖｕｈとして出力する。

この場合のｎ個の位置推定用電圧指令Ｖｕｈ_１〜Ｖｕｈ_ｎとしては、正弦波、矩形波、方形波、のこぎり波などのいずれでもよい。一例として、正弦波とする場合は、次の（１）式に従って位置推定用電圧指令Ｖｕｈ_１〜Ｖｕｈ_ｎを演算する。

なお、（１）式中のｔは時間、Ｖｈは位置推定用電圧指令の振幅であり、Ｖｈの値は任意である。

Ｖ相位置推定用電圧指令生成器２１は、上記Ｕ相位置推定用電圧指令生成器２０で生成する位置推定用電圧指令Ｖｕｈ_１〜Ｖｕｈ_ｎとの位相差が２／３π［ｒａｄ］で、かつ周波数指令生成器１９からのｎ個の周波数指令ｆ１〜ｆｎに基づいて互いに異なる周波数をもつｎ個の位置推定用電圧指令Ｖｖｈ_１〜Ｖｖｈ_ｎを生成する。そして、次段の加算器２３でｎ個の位置推定用電圧指令Ｖｖｈ_１〜Ｖｖｈ_ｎを加算してＶ相位置推定用電圧指令Ｖｖｈとして出力する。

この場合のｎ個の位置推定用電圧指令Ｖｖｈ_１〜Ｖｖｈ_ｎとしては、正弦波、矩形波、方形波、のこぎり波などのいずれであってもよい。一例として、正弦波とする場合は（２）式に従って位置推定用電圧指令Ｖｖｈ_１〜Ｖｖｈ_ｎを演算する。

なお、（２）式中のｔは時間、Ｖｈは位置推定用電圧指令の振幅であり、Ｖｈの値は任意である。

Ｗ相位置推定用電圧指令生成器２２は、上記Ｕ相位置推定用電圧指令生成器２０で生成する位置推定用電圧指令Ｖｕｈ_１〜Ｖｕｈ_ｎとの位相差が４／３π［ｒａｄ］で、かつ周波数指令生成器１９からのｎ個の周波数指令ｆ１〜ｆｎに基づいて互いに異なる周波数をもつｎ個の位置推定用電圧指令Ｖｗｈ_１〜Ｖｗｈ_ｎを生成する。そして、次段の加算器２３でｎ個の位置推定用電圧指令Ｖｗｈ_１〜Ｖｗｈ_ｎを加算してＷ相位置推定用電圧指令Ｖｗｈとして出力する。

この場合の位置推定用電圧指令Ｖｗｈ_１〜Ｖｗｈ_ｎとしては、正弦波、矩形波、方形波、のこぎり波などのいずれでもよい。一例として、正弦波とする場合は（３）式に従って位置推定用電圧指令Ｖｗｈ_１〜Ｖｗｈ_ｎを演算する。

なお、（３）式中のｔは時間、Ｖｈは位置推定用電圧指令の振幅であり、Ｖｈの値は任意である。

制御手段４の加算器４１は、このように位置推定用電圧指令発生部１３からの位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈを、駆動電圧演算部６で発生される駆動電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊に重畳し、その重畳した信号を電圧指令Ｖｕｐ＊、Ｖｖｐ＊、Ｖｗｐ＊として次段の電圧印加手段５へ出力する。

このように、この実施の形態１では、位置推定用電圧指令発生部１３が出力する各位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈを、互いに異なる周波数をもつ複数の信号を加算して形成することで、位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈを回転電機１へ印加することにより発生する騒音の特定周波数が目立つのを防ぐことができる。すなわち、騒音スペクトルを分散することができるため、人間に与える不快感を軽減することができる。また、各位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈを形成する複数の信号の各々の周波数は常に一定で、時間経過に伴って変化することはないので、音の変動感により人間が不快に感じることも無い。

次に、図３に示す位置推定手段３について説明する。
前述のように、駆動電圧演算部６から出力される駆動電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に対して位置推定用電圧指令発生部１３が出力する三相の位置推定用電圧指令Ｖｕｈ，Ｖｖｈ，Ｖｗｈを重畳して回転電機１に出力するので、電流検出手段２により検出される回転電機１のＵ相電流ｉｕとＶ相電流ｉｖとの二相分の回転電機電流には、位置推定用電圧指令Ｖｕｈ，Ｖｖｈ，Ｖｗｈに対応した周波数をもつ高周波の位置推定用交流電流成分が含まれている。

したがって、位置推定手段３は、回転電機電流に含まれる高周波の位置推定用交流電流を抽出し、その位置推定用電流に基づいて回転子位置の推定値θｐを求めて出力するものであって、図３に示すように、三相・二相変換器１４、２つの電流振幅抽出器１５ａ、１５ｂ、２つの乗算器１６ａ、１６ｂ、減算器１７、および位置演算器１８が順次接続されて構成されている。

ここに、三相・二相変換器１４を設けているのは、二相電流に変換すれば以降の位置推定に必要な情報量を少なくすることができて演算が簡単になるためである。また、各電流振幅抽出器１５ａ、１５ｂは、回転電機電流に含まれる位置推定用交流電流の振幅Ｉαｓ，Ｉβｓを抽出するものである。

続いて、演算処理を容易にするために、乗算器１６は電流振幅抽出器１５の出力であるＩαｓ，Ｉβｓをそれぞれ二乗して、（Ｉαｓ・Ｉαｓ）と（Ｉβｓ・Ｉβｓ）とを出力する。引き続いて、減算器１７は（Ｉβｓ・Ｉβｓ）から（Ｉαｓ・Ｉαｓ）を減じて両者の差分ΔＩαβを出力する。そして、位置演算器１８は減算器１７の出力である差分ΔＩαβより回転子位置の推定値θｐを演算する。

こうして求めた回転子位置の推定値θｐは、センサ等を用いて直接その位置を検出したものではなく、演算により求めた値であるが、その場合でもセンサレスによって正しい回転子位置を推定することができる。以下、位置推定手段３により回転子位置θｐを求める処理内容について、さらに具体的に説明する。

回転電機１が埋込磁石型同期機の場合、固定直交座標（α−β軸）での電圧方程式は次の（４）式のように表すことができる。

回転電機が停止時または低速運転と仮定してω＝０とし、また、微分演算子Ｐをラプラス演算子ｓに置き換えると固定直交座標での電流ｉαｓ，ｉβｓは次の（５）式となる。

いま、位置推定用電圧指令発生部１３から、回転電機１を駆動するための駆動電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊の角周波数よりも十分に高い角周波数ωｈの位置推定用電圧指令Ｖｕｈ，Ｖｖｈ，Ｖｗｈを印加すると、Ｒ＜＜Ｌα・ωｈ及びＲ＜＜Ｌβ・ωｈが成り立ち（ｓ＝ｊωｈ（ｊは虚数単位）とした場合）、固定子抵抗Ｒの影響を無視すると、上記（５）式は次の（６）式となる。

また、位置推定用電圧指令発生器１３より印加する位置推定用電圧指令Ｖｕｈ，Ｖｖｈ，Ｖｗｈは、固定直交座標では次の（７）式のように表すことができる。

（７）式の固定直交座標での位置推定用電圧指令は、次の（８）式で表されるので、

（８）式を（６）式に代入し、ｓ＝ｊωｈ（ｊは虚数単位）とすると、次の（９）式となる。

（９）式に示すように固定直交座標での電流ｉαｓ，ｉβｓの振幅に回転子位置情報θが含まれていることが分かる。よって、電流振幅抽出器１５ａ、１５ｂにおいて、位置推定用電圧指令Ｖｕｈ，Ｖｖｈ，Ｖｗｈを印加したことにより回転電機１に発生する高周波電流の振幅をｉαｓ，ｉβｓから抽出してＩαｓ，Ｉβｓを求める。

そして、抽出した振幅Ｉαｓ，Ｉβｓに基づいて、次の（１０）式に示すような演算を施すことにより、回転子位置情報θのみを含んだ項を抽出する。この演算を実現するために、減算器１７で振幅Ｉβｓを二乗する乗算器１６ｂの出力である（Ｉβｓ・Ｉβｓ）から，振幅Ｉαｓを二乗する乗算器１６ａの出力である（Ｉαｓ・Ｉαｓ）を減じて回転子位置情報θのみを含むΔＩαβを出力する。

位置演算器１８では、上記（１０）式のΔＩαβを次の（１１）式で除すことにより、ｃｏｓ２θのみを抽出する。そして、ｃｏｓ２θの逆余弦を演算することにより回転子位置の推定値θｐを計算する。

なお、推定値θｐの演算は逆余弦演算ではなく、ｃｏｓ２θの値を記憶したテーブルを用意し、その記憶装置に記憶されたｃｏｓ２θの値に基づいてθｐを求める方法や、テーラー展開やテーラー展開に基づいた（１２）式のような近似計算をしてθｐを求めてもよい。

なお、この実施の形態１の場合、位置推定用交流電流の振幅を抽出することで回転子位置の推定値θｐを求めているが、これに限らず、位置推定手段３は上記の方法以外に、電流検出手段２より検出した回転電機電流に基づいて推定値θｐを求めるものであれば特に限定されるものではない。

図１に示した回転電機の制御装置では、制御手段４で発生される電圧指令Ｖｕｐ＊、Ｖｖｐ＊、Ｖｗｐ＊を次段の電圧印加手段５へ直接出力するようにしているが、図４に示すように、制御手段４と電圧印加手段５の間にパルス幅変調手段２４を配置し、このパルス幅変調手段２４でパルス幅変調されたロジック信号Ｖｕｌ、Ｖｖｌ、Ｖｗｌを電圧印加手段５に出力する構成とすることも可能である。

すなわち、パルス幅変調手段２４は、制御手段４が出力する電圧指令Ｖｕｐ＊、Ｖｖｐ＊、Ｖｗｐ＊に基づいて電圧印加手段５にパルス幅変調信号としてのロジック信号Ｖｕｌ、Ｖｖｌ、Ｖｗｌを出力する。この場合のパルス幅変調制御法としては、（ア）キャリア信号としての三角波Ｃｓによるパルス幅変調制御法、（イ）キャリア信号としてののこぎり波Ｗｓｔによるパルス幅変調制御法、（ウ）瞬時空間電圧ベクトルＶｓによるパルス幅変調制御法などのいずれの方法を採用してもよい。

図４に示すようなパルス幅変調手段２４を用いた回転電機の制御装置においても、位置推定用電圧指令発生部１３が出力する位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈを、互いに異なる周波数をもつ複数の信号を加算したものとすることで、当該位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈを回転電機１へ印加することにより発生する騒音の特定周波数が目立つのを防ぐことができる。

実施の形態２．
図５は本発明の実施の形態２における回転電機の制御装置の全体を示す構成図、図６は同制御装置の位置推定用電圧指令発生部の具体的な構成を示すブロック図であり、図１〜図３に示した実施の形態１と対応もしくは相当する構成部分には同一の符号を付す。

この実施の形態２では、制御手段４と電圧印加手段５の間にパルス幅変調手段２４が配置されており、このパルス幅変調手段２４でパルス幅変調されたロジック信号Ｖｕｌ、Ｖｖｌ、Ｖｗｌを電圧印加手段５に出力する構成となっている。

この場合、パルス幅変調手段２４は、パルス幅変調制御に用いるスイッチング周期Ｔｃを出力するスイッチング周期発生器２５と、このスイッチング周期発生器２５から与えられるスイッチング周期Ｔｃでもって制御手段４から出力される電圧指令Ｖｕｐ＊、Ｖｖｐ＊、Ｖｗｐ＊をパルス幅変調してロジック信号Ｖｕｌ、Ｖｖｌ、Ｖｗｌとして出力するパルス幅変調制御器２６とを有する。

また、この実施の形態２の場合、制御手段４が備える位置推定用電圧指令発生部１３は、駆動電圧演算部６から出力される駆動電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊の周波数よりも高く、かつ、互いに異なる周波数をもち、しかも、それぞれスイッチング周期発生器２５が出力するスイッチング周期Ｔｃのｋ倍（ｋは６以上の整数）以上の周期をもつ複数（本例ではｎ個）の信号を加算してなる各位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈを発生する。なお、ｋを６以上の整数とするのは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈに１２０°ずつ位相差を持たせるためである。

そして、加算器４１は、駆動電圧演算部６の出力である駆動電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊に、位置推定用電圧指令発生部１３の出力である位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈを加算して電圧指令Ｖｕｐ＊、Ｖｖｐ＊、Ｖｗｐ＊として出力するようになっている。
なお、駆動電圧演算部６および位置推定手段３の構成は、実施の形態１の場合と同様である。

次に、上記の位置推定用電圧指令発生部１３の具体的な構成について、図６を参照して説明する。
位置推定用電圧指令発生部１３は、複数の周波数指令を生成する周波数指令生成器１９と、この周波数指令生成器１９の出力である周波数指令ｆ１〜ｆｎ（ｎは正の整数）に基づいてＵ相位置推定用電圧指令Ｖｕｈを出力するＵ相位置推定用電圧指令生成器２０と、Ｖ相位置推定用電圧指令Ｖｖｈを出力するＶ相位置推定用電圧指令生成器２１と、Ｗ相位置推定用電圧指令Ｖｗｈを出力するＷ相位置推定用電圧指令生成器２２とを有する。

ここに、周波数指令生成器１９は、駆動電圧演算部６から出力される駆動電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊の周波数よりも高く、かつ、互いに異なる周波数をもち、しかも、それぞれスイッチング周期発生器２５が出力するスイッチング周期Ｔｃのｋ倍（ｋは６以上の整数）以上の周期をもつｎ個（ｎは正の整数）の信号が生成されるような周波数指令ｆ１〜ｆｎを出力するのもである。例えば、ｆ１＝１／（６・Ｔｃ）、ｆ２＝１／（７・Ｔｃ）、……、ｆｎ＝１／（ｍ・Ｔｃ）の周波数指令を出力する。

なお、周波数指令ｆ１〜ｆｎは、スイッチング周期Ｔｃのｋ倍（ｋは６以上の整数）以上の周期をもつ常に一定の値であり、上記のようにｆ１＝１／（６・Ｔｃ）、ｆ２＝１／（７・Ｔｃ）、……、ｆｎ＝１／（ｍ・Ｔｃ）というように、ｋの値を１つずつ規則的に変化させる必要はなく、例えば、ｆ１＝１／（８・Ｔｃ）、ｆ２＝１／（２１・Ｔｃ）、……、ｆｎ＝１／（ｍ・Ｔｃ）というように、ｋの値を不規則に変化させてもよい。

これにより、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各位置推定用電圧指令生成器２０、２１、２２は、それぞれ周波数指令生成器１９からのｎ個の周波数指令ｆ１〜ｆｎに基づいて、上記のような周波数の条件を満たしたｎ個の位置推定用電圧指令Ｖｕｈ_１〜Ｖｕｈ_ｎ、Ｖｖｈ_１〜Ｖｖｈ_ｎ、Ｖｗｈ_１〜Ｖｗｈ_ｎを生成する。この場合の各位置推定用電圧指令Ｖｕｈ_１〜Ｖｕｈ_ｎ、Ｖｖｈ_１〜Ｖｖｈ_ｎ、Ｖｗｈ_１〜Ｖｗｈ_ｎは、正弦波、矩形波、方形波、のこぎり波などのいずれであってもよい。一例として、正弦波とする場合は、前述の（１）、（２）、（３）式に従って位置推定用電圧指令Ｖｕｈ_１〜Ｖｕｈ_ｎ、Ｖｖｈ_１〜Ｖｖｈ_ｎ、Ｖｗｈ_１〜Ｖｗｈ_ｎが生成される。そして、次段の各加算器２３でｎ個の各位置推定用電圧指令Ｖｕｈ_１〜Ｖｕｈ_ｎ、Ｖｖｈ_１〜Ｖｖｈ_ｎ、Ｖｗｈ_１〜Ｖｗｈ_ｎがそれぞれを加算されてＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈとして出力される。

位置推定用電圧指令発生部１３を含む制御手段４は、通常はソフトウエアによって構成される。その場合、制御手段４の演算周期はスイッチング周期Ｔｃと同じか、Ｔｃの２倍に設定されることが多い。このとき、位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈの周期がスイッチング周期Ｔｃの倍数に設定されていないときには、位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈが不連続となり、その時間平均値はゼロではなくなるためにうねりが発生することがある。

しかし、この実施の形態２では、位置推定用電圧指令発生部１３からは、駆動電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊の周波数よりも高く、かつ、互いに異なる周波数をもち、しかも、それぞれスイッチング周期発生器２５が出力するスイッチング周期Ｔｃのｋ倍（ｋは６以上の整数）以上の周期をもつ複数（本例ではｎ個）の信号を加算してなる各位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈが出力されるようにしているので、位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈの周波数の変化が連続的になり、そのためにうねりの発生を抑制することができる。

次に、パルス幅変調手段２４を構成するパルス幅変調制御器２６によるパルス幅変調制御について説明する。
パルス幅変調制御法としては、（ア）キャリア信号としての三角波Ｃｓによるパルス幅変調制御法、（イ）キャリア信号としてののこぎり波Ｗｓｔによるパルス幅変調制御法、（ウ）瞬時空間電圧ベクトルＶｓによるパルス幅変調制御法などのいずれを用いてもよく、パルス幅変調制御器２６は、それらのパルス幅制御法を用いて電圧印加手段５にパルス幅変調されたロジック信号Ｖｕｌ、Ｖｖｌ、Ｖｗｌを出力する。

まず、（ア）三角波Ｃｓによるパルス幅変調制御法について説明する。
図７は、三角波Ｃｓによるパルス幅変調制御法を用いた場合のパルス幅変調動作波形である。この三角波Ｃｓによるパルス幅変調制御法では、例えば三角波Ｃｓの周期Ｔｃｓをスイッチング周期発生器２５が出力するスイッチング周期Ｔｃの２倍（すなわちＴｃｓ＝２Ｔｃ）に設定する。

三角波Ｃｓによる具体的なパルス幅変調動作について図７を用いて説明する。なお、図７において、電圧指令Ｖｕｐ＊、Ｖｖｐ＊、Ｖｗｐ＊は正弦波信号であるが、三角波Ｃｓのキャリア信号に比べて周波数が低いため、ここで直線状に表している。また、電圧指令Ｖｕｐ＊、Ｖｖｐ＊、Ｖｗｐ＊には実際には位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈが重畳されているが、ここではパルス幅変調動作について説明するために便宜上、図示省略している。

図７に示すように、三角波Ｃｓと電圧指令Ｖｕｐ＊、Ｖｖｐ＊、Ｖｗｐ＊との大小関係をそれぞれ比較し、三角波Ｃｓの大きさよりも電圧指令Ｖｕｐ＊、Ｖｖｐ＊、Ｖｗｐ＊の大きさが大きいときはＨｉ、小さいときはＬｏｗのロジック信号を出力する。なお、三角波Ｃｓと電圧指令Ｖｕｐ＊、Ｖｖｐ＊、Ｖｗｐ＊の大小関係をそれぞれ比較し、三角波Ｃｓの大きさよりも電圧指令Ｖｕｐ＊、Ｖｖｐ＊、Ｖｗｐ＊の大きさが大きいときはＬｏｗ、小さいときはＨｉのロジック信号を出力してもよい。

次に、（イ）のこぎり波Ｗｓｔによるパルス幅変調制御法について説明する。
図８は、のこぎり波Ｗｓｔによるパルス幅変調制御法を用いた場合のパルス幅変調動作波形である。のこぎり波Ｗｓｔによるパルス幅変調制御法では、のこぎり波Ｗｓｔの周期Ｔｗｓｔをスイッチング周期発生器２５が出力するスイッチング周期Ｔｃと同一とする。

具体的なパルス幅変調動作について図８を用いて説明する。
図８に示すように、のこぎり波Ｗｓｔと電圧指令Ｖｕｐ＊、Ｖｖｐ＊、Ｖｗｐ＊の大小関係をそれぞれ比較し、のこぎり波Ｗｓｔの大きさよりも電圧指令Ｖｕｐ＊、Ｖｖｐ＊、Ｖｗｐ＊の大きさが大きいときはＨｉ、小さいときはＬｏｗのロジック信号を出力する。なお、のこぎり波Ｗｓｔと電圧指令Ｖｕｐ＊、Ｖｖｐ＊、Ｖｗｐ＊大小関係をそれぞれ比較し、のこぎり波Ｗｓｔの大きさよりも電圧指令Ｖｕｐ＊、Ｖｖｐ＊、Ｖｗｐ＊の大きさが大きいときはＬｏｗ、小さいときはＨｉのロジック信号を出力するようにしてもよい。

次に、（ウ）瞬時空間電圧ベクトルＶｓによるパルス幅変調制御法について説明する。
制御手段４が出力する電圧指令Ｖｕｐ＊、Ｖｖｐ＊、Ｖｗｐ＊のベクトル和を瞬時空間電圧ベクトルＶｓとし、この瞬時空間電圧ベクトルＶｓと大きさ・方向が一致するようにロジック信号Ｖｕｌ、Ｖｖｌ、Ｖｗｌを任意時間Ｔｆ内で時分割して組み合わせることにより、ロジック信号のベクトル和の任意時間Ｔｆでの平均が瞬時空間電圧ベクトルＶｓと一致するように制御する方法である。なお、本実施の形態では、任意時間Ｔｆをスイッチング周期発生器２５が出力するスイッチング周期Ｔｃと同一とする。

具体的なパルス幅変調動作について図９を用いて説明する。
図９は瞬時空間電圧ベクトル制御法の動作を説明するための説明図であり、図９（ａ）はパルス幅変調制御器２６が出力するロジック信号の組み合わせを示した図であり、図９（ｂ）は図９（ａ）のロジック信号の組み合わせによる８つの電圧ベクトルの図である。図９（ａ）および（ｂ）中のベクトルＶ０とベクトルＶ７はすべてのスイッチがＬｏｗまたはＨｉとなり、大きさ・方向を持たないため、ゼロ電圧ベクトルと呼ぶ。

例えば、図９（ｃ）に示すように、制御手段４が出力する電圧指令Ｖｕｐ＊、Ｖｖｐ＊、Ｖｗｐ＊のベクトル和である瞬時空間電圧ベクトルＶｓが与えられ、この瞬時空間電圧ベクトルＶｓを任意時間Ｔｆの間で出力する場合を考える。瞬時空間電圧ベクトルＶｓはベクトルＶ１方向とベクトルＶ２方向に分割することができ、瞬時空間電圧ベクトルＶｓをベクトルＶ１方向に分割したときの大きさをＶ１ｓ、ベクトルＶ２方向に分割したときの大きさをＶ２ｓとする。

そして、Ｖ１ｓ、Ｖ２ｓに基づいて、任意時間Ｔｆ間でのベクトルＶ１の出力時間Ｔ１とベクトルＶ２の出力時間Ｔ２を次の（１３）式、（１４）式より計算する。

また、任意時間Ｔｆ間でのゼロ電圧ベクトルによる出力時間Ｔ３は、次の（１５）式により計算する。

以上のように、出力時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３を計算し、各出力時間Ｔ１〜Ｔ３に基づいて、図９（ｄ）のようにパルス幅変調制御器２６からベクトルＶ１、ベクトルＶ２、ベクトルＶ０、またはベクトルＶ７のロジック信号の組み合わせを出力することで、任意時間Ｔｆの間における出力の時間平均が瞬時空間電圧ベクトルＶｓと一致するようにする。

なお、ゼロ電圧ベクトルを出力する場合、ベクトルＶ０とベクトルＶ７の２つのロジック信号の組み合わせの両方を用いてもよいが、回転電機１の中性点から回転電機１の各相電圧を見た場合、ベクトルＶ０とベクトルＶ７どちらの場合でも回転電機１の各相電圧は同電位となり差異はないため、ベクトルＶ０とベクトルＶ７の両方を用いる必要はなく、どちらか一方の組み合わせだけを用いてもよい。

実施の形態３．
図１０は本発明の実施の形態３における回転電機の制御装置の全体を示す構成図、図１１は同制御装置の位置演算部の構成を示すブロック図、図１２は同制御装置の電流振幅検出信号発生部の構成を示すブロック図であり、図１〜図３に示した実施の形態１と対応もしくは相当する構成部分には同一の符合を付す。

位置推定用電圧指令発生部１３が、互いに異なる周波数をもつ複数（例えば、ここではｎ個とする）の信号を加算してなる位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈを回転電機１へ印加する場合、回転電機１に流れる回転電機電流は、ｎ個の周波数成分を含むものになる。これは、騒音発生を抑制する上では有効であっても、位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈと同じ周波数成分の回転電機電流の大きさを求めるためにフーリエ変換を行う場合、位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈに含まれるｎ個の周波数成分の内、１つの周波数成分の回転電機電流の大きさしか求めることができない。したがって、位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈに含まれる一つの周波数成分以外の周波数成分は無駄なものとなる。なお、フーリエ変換器をｎ個用意することで、回転電機１へ流れるｎ個の周波数成分を含んだ回転電機電流の大きさを全て求めることは可能であるが、ｎ個のフーリエ変換を行う必要があるために演算量が多くなり、現実的ではない。

また、従来技術のように、位置推定用電圧指令の周波数を可変とした場合は、位置推定用電圧指令を印加することにより回転電機１へ流れる回転電機電流の周波数も可変となるが、そうすると、回転電機電流の周波数は一定でないため、フーリエ変換により位置推定用電圧指令と同じ周波数成分の回転電機電流の大きさを求めることができなくなってしまう。

そこで、この実施の形態３では、上記に鑑み、位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈにｎ個の周波数成分が含まれる場合でも、簡単に回転電機電流の大きさを求めることができるようにしたものである。以下、この実施の形態３について説明する。

この実施の形態３の回転電機の制御装置の特徴は、位置推定手段３として、位置推定用電圧指令発生部１３が出力する位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈより回転電機電流の振幅を求めるための電流振幅検出信号Ｓｕｖ、Ｓｖｖ、Ｓｗｖを発生する電流振幅検出信号発生部２７と、この電流振幅検出信号発生部２７から出力される電流振幅検出信号Ｓｕｖ、Ｓｖｖ、Ｓｗｖおよび電流検出手段２で検出される回転電機電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗに基づいて回転子位置の推定値θｐを演算して出力する位置演算部２８とを備えていることである。
なお、その他の構成は、実施の形態１の場合と同様であるので、ここでは詳しい説明は省略する。

次に、この実施の形態３の特徴である位置推定手段３について詳細に説明する。
位置推定手段３は、フーリエ変換を行わないが、基本的にはフーリエ変換と同じ概念により位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈと同じ周波数成分の回転電機電流の大きさを求める。そこで、まず、フーリエ変換を用いた場合の大きさの求め方について説明する。

例えば、Ｕ相回転電機電流ｉｕから周波数ｆ１成分の大きさＩｕ_（ｆ１）を求めたい場合、（１６）式のフーリエ変換式に示すように、Ｕ相回転電機電流ｉｕに対して、周波数ｆ１のｃｏｓ関数（ｃｏｓ（２π・ｆ１・ｔ））およびｓｉｎ関数（ｓｉｎ（２π・ｆ１・ｔ））からなる電流振幅検出信号を乗算し、乗算したもの電流振幅検出信号の周期Ｔ（＝１／ｆ１）で期間積分し、積分した値を周期Ｔで除することで、周波数ｆ１成分の大きさＩｕ_（ｆ１）を求めることができる。つまり、Ｕ相回転電機電流ｉｕに対して電流振幅検出信号を乗算し、Ｕ相回転電機電流ｉｕと電流振幅検出信号との相互相関を求めることにより、Ｕ相回転電機電流ｉｕから周波数ｆ１成分の大きさＩｕ_（ｆ１）を求めることができる。

周波数の異なる複数の信号を加算してなる位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈを用いる場合でも、回転電機電流と電流振幅検出信号の相互相関を利用するフーリエ変換の基本概念に基づいて、位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈと同じ周波数成分の回転電機電流の大きさを求めるが、上記の（１６）式より分かるように、フーリエ変換は単一の周波数（（１６）式の場合は周波数ｆ１について）の電流振幅検出信号を利用するため、位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈに含まれる全ての周波数成分の信号を用いて回転電機電流の大きさを求めることができない。

そこで、この実施の形態３では、電流振幅検出信号発生部２７において位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈの全ての周波数成分を含む電流振幅検出信号Ｓｕｖ、Ｓｖｖ、Ｓｗｖを演算する。なお、この電流振幅検出信号Ｓｕｖ、Ｓｖｖ、Ｓｗｖの算出方法については後述する。次いで、位置演算部２８で、これらの電流振幅検出信号Ｓｕｖ、Ｓｖｖ、ＳｗｖとＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各回転電機電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗに含まれる各周波数成分の全ての信号とを用いて回転電機電流の大きさを求める。

すなわち、位置演算部２８は、図１１に示すように、回転電機電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを三相・二相変換器１４ａにより二相の回転電機電流ｉαｓ、ｉβｓに変換する。また、電流振幅検出信号発生部２７から発生される電流振幅検出信号Ｓｕｖ、Ｓｖｖ、Ｓｗｖも、三相・二相変換手段１４ｂにより二相の電流振幅検出信号Ｓαｖ、Ｓβｖに変換する。

次いで、（１７）式、（１８）式に示すように、二相の回転電機電流ｉαｓ、ｉβｓおよび二相の電流振幅検出信号Ｓαｖ、Ｓβｖから二相の回転電機電流の大きさＩαｓ、Ｉβｓをそれぞれ求める。

なお、（１７）式、（１８）式において、周期Ｔｈは、位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈに含まれる周波数のうち、最も高い周波数の逆数以上であればどのような値でもよいが、位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈに含まれる周波数のうち、最も低い周波数の逆数とするのがより好ましい。

まず、乗算器１６ａで二相の回転電機電流ｉαｓと二相の電流振幅検出信号Ｓαｖとを乗算し、乗算器１６ｂで二相の回転電機電流ｉβｓと二相の電流振幅検出信号Ｓβｖとを乗算する。次に、各乗算器１６ａ、１６ｂの出力を周期Ｔｈだけ積分器２９ａ、２９ｂで積分し、積分した値をゲイン演算器３０ａ、３０ｂにおいてＴｈで除してＴｈの時間平均をとる。これにより、位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈに対応する二相の回転電機電流の大きさ（振幅）Ｉαｓ、Ｉβｓを求める。

こうして、求めた二相回転電機電流の大きさＩαｓ，Ｉβｓについて、前述の（１０）式の演算を施すことにより、回転子位置情報θのみを含んだ項を抽出する。すなわち、まず、二相回転電機電流の大きさＩαｓ，Ｉβｓをそれぞれ乗算器３２ａ、３２ｂで二乗し、次に減算器１７で（Ｉβｓ・Ｉβｓ）から（Ｉαｓ・Ｉαｓ）を減じることにより、回転子位置情報θのみを含むΔＩαβを出力する。

そして、位置演算器１８は、（１０）式のΔＩαβを（１１）式で除すことにより、ｃｏｓ２θのみを抽出し、次いで、ｃｏｓ２θの逆余弦を演算することにより回転子位置の推定値θｐを計算する。

なお、回転子位置の推定値θｐの演算は逆余弦演算ではなく、ｃｏｓ２θの値を記憶したテーブルを用意し、その記憶装置に記憶されたｃｏｓ２θの値に基づいてθｐを求める方法や、テーラー展開やテーラー展開に基づいた（１２）式のような近似計算をしてθｐを求めてもよい。また、位置推定手段３は、以上のようにして推定値θｐを求める方法以外に、電流検出手段２より検出した回転電機電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗと位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈより演算した電流振幅検出信号Ｓｕｖ、Ｓｖｖ、Ｓｗｖとに基づいて推定値θｐを求めるものであれば、上記以外の方法でもよい。

なお、図１１に示した構成の位置演算部２８において、二相回転電機電流ｉαｓ、ｉβｓと二相の電流振幅検出信号Ｓαｖ、Ｓβｖを各乗算器１６ａ、１６ｂでそれぞれ乗算し、相互相関により電流振幅検出信号と同じ周波数成分の回転電機電流の大きさを求める場合、回転電機電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗに電流振幅検出信号Ｓｕｖ、Ｓｖｖ、Ｓｗｖよりも低い周波数成分が含まれていると、相互相関により求めた値に電流振幅検出信号よりも低い周波数成分の大きさがオフセットとして現れてしまう。回転電機電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗには位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈや駆動電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊と同じ周波数成分が含まれているが、ほとんどの場合、駆動電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊の周波数は、位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈの周波数よりも低い。このため、回転電機電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗやｉαｓ、ｉβｓの周波数は、位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈに基づいて演算する電流振幅検出信号Ｓｕｖ、Ｓｖｖ、ＳｗｖやＳαｖ、Ｓβｖの周波数よりも低い成分を含んでいる。

よって、二相回転電機電流ｉαｓ、ｉβｓと二相の電流振幅検出信号Ｓαｖ、Ｓβｖを乗算して相互相関を求めることにより電流振幅検出信号と同じ周波数成分、すなわち、位置推定用電圧指令と同じ周波数成分の回転電機電流の大きさを求める場合、電流振幅検出信号Ｓｕｖ、Ｓｖｖ、Ｓｗｖより低い周波数を含まないように、回転電機電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを三相・二相変換器１４ａにより二相の回転電機電流ｉαｓ、ｉβｓに変換する前もしくは後に、ローパスフィルタやバンドパスフィルタ、あるいはノッチフィルタなどを設けてフィルタ処理をすることが好ましい。

次に、この実施の形態３の電流振幅検出信号発生部２７について詳しく説明する。
前述の（１７）式、（１８）式に示したように、二相回転電機電流ｉαｓ、ｉβｓと二相の電流振幅検出信号Ｓαｖ、Ｓβｖとをそれぞれ乗算する場合、ｉαｓとＳαｖ、ｉβｓとＳβｖの位相がほぼ一致していないと、正しくＩαｓ、Ｉβｓを求めることができない。例えば、ｉαｓとＳαｖの位相が９０°ずれている場合は、ｉαｓとＳαｖの乗算した値はゼロになる。よって、電流振幅検出信号Ｓｕｖ、Ｓｖｖ、Ｓｗｖは、位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈに含まれる全ての周波数成分を有し、かつ、それらの各位相はそれぞれ回転電機電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗの位相とほぼ一致している必要がある。

このような条件を満たす電流振幅検出信号Ｓｕｖ、Ｓｖｖ、Ｓｗｖを得るために、電流振幅検出信号発生部２７は、図１２（ａ）および次の（１９）〜（２１）式に示すように、位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈに対して一次遅れを施し、その位相を遅らせた信号を電流振幅検出信号Ｓｕｖ、Ｓｖｖ、Ｓｗｖとする。その理由については後述する。

なお、（１９）〜（２１）式中のＲｈ、Ｌｈはどのような値でもよいが、Ｒｈを回転電機１の抵抗値、Ｌｈを回転電機１のインダクタンス値にするのがより好ましい。また、位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈの位相を遅らせて電流振幅検出信号Ｓｕｖ、Ｓｖｖ、Ｓｗｖを演算するものであれば、（１９）〜（２１）式の一次遅れ以外のものを用いてもよいが、電流振幅検出信号Ｓｕｖ、Ｓｖｖ、Ｓｗｖの位相をそれぞれ回転電機電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗの位相とほぼ一致するようにするためには、（１９）〜（２１）式を適用するのがより好ましい。

このように、位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈに対して図１２（ａ）および（１９）〜（２１）式に示したような一次遅れを施すことで得られる電流振幅検出信号Ｓｕｖ、Ｓｖｖ、Ｓｗｖは、位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈに含まれる全ての周波数成分を有し、かつ、それらの各位相が各回転電機電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗの位相とほぼ一致したものとなる理由について、次に説明する。

まず、電流振幅検出信号Ｓｕｖ、Ｓｖｖ、Ｓｗｖは、位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈを用いているので、位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈに含まれるすべての周波数成分を有するという条件を満足する。

次に、回転電機１は入力を電圧ｖ、出力を電流ｉとした場合、電圧−電流の相互関係より、その伝達特性は（２２）式のように一次遅れである。

そのため、上記（１９）〜（２２）式のように、位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈに一次遅れを施すことによって得られる電流振幅検出信号Ｓｕｖ、Ｓｖｖ、Ｓｗｖは、それぞれ回転電機電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗと相似波形となり、電流振幅検出信号Ｓｕｖ、Ｓｖｖ、Ｓｗｖの位相はそれぞれ回転電機電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗの位相とほぼ一致したものとなる。

以上のように、電流振幅検出信号発生部２７は、位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈに対して一次遅れを施すことにより、位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈに含まれる全ての周波数成分を有し、かつ、それらの各位相が回転電機電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗの位相とほぼ一致するという条件を満足した電流振幅検出信号Ｓｕｖ、Ｓｖｖ、Ｓｗｖを発生する。

なお、位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈに含まれる複数の各信号の周波数が高い場合、Ｒｈ＜＜（ω・Ｌｈ）という関係が成り立ち、ラプラス演算子ｓはｓ＝ｊω（ｊは虚数単位）であるので、電流振幅検出信号Ｓｕｖ、Ｓｖｖ、Ｓｗｖは、図１２（ｂ）および次の（２３）〜（２５）式のようにして求めてもよい。

特に、Ｌｈ＝１とした場合、電流振幅検出信号Ｓｕｖ、Ｓｖｖ、Ｓｗｖは、次の（２６）〜（２８）式となり、１／ｓは積分であるので、図１２（ｃ）に示すように、位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈを各積分器Ｕ、積分器Ｖ、積分器Ｗで積分するだけで電流振幅検出信号Ｓｕｖ、Ｓｖｖ、Ｓｗｖを求めることができるので、電流振幅検出信号発生部２７の構成をより簡単にすることができる。

以上のように、この実施の形態３では、電流振幅検出信号発生部２７で、位置推定用電圧指令の位相を遅らせることにより回転電機電流と同位相の電流振幅検出信号Ｓｕｖ、Ｓｖｖ、Ｓｗｖを演算し、位置演算部２８で電流振幅検出信号Ｓｕｖ、Ｓｖｖ、Ｓｗｖと回転電機電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗとに基づいて回転子位置の推定値θｐを求めるようにしているので、騒音低減のために、周波数が異なる信号を複数加算した位置推定用電圧指令を印加する場合に、印加した全ての周波数成分の各相回転電機電流の大小関係を簡単に求めて、位置推定を容易に行うことができる。なお、以上に示した位置推定手段３は、位置推定用電圧指令に含まれる周波数が１つのみの場合でも、また、周波数が可変の位置推定用電圧指令を印加する場合でも有効である。

なお、この実施の形態３では電流検出手段２によって三相分の回転電機電流を検出しているが、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各電流の内の任意の二相分の電流を検出し、残りの一相分の電流については、三相分の電流の総和がゼロになる関係から演算してもよい。

実施の形態４．
図１３は本発明の実施の形態４における回転電機の制御装置の全体を示す構成図、図１４は同制御装置の位置演算部の構成を示すブロック図、図１５は同制御装置の電流振幅検出信号発生部の構成を示すブロック図であり、図１〜図３に示した実施の形態１と対応もしくは相当する構成部分には同一の符合を付す。

上記の実施の形態３では、位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈに基づいて電流振幅検出信号Ｓｕｖ、Ｓｖｖ、Ｓｗｖを演算し、この電流振幅検出信号Ｓｕｖ、Ｓｖｖ、Ｓｗｖと回転電機電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗとの相互相関を求めて回転電機電流の大きさ（大小関係）から回転子位置の推定値θｐを演算している。

これに対して、この実施の形態４では、電流検出手段２の出力である回転電機電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗに基づいて、その全ての周波数成分を含む電流振幅検出信号Ｓｕｉ、Ｓｖｉ、Ｓｗｉを演算し、この電流振幅検出信号Ｓｕｖ、Ｓｖｖ、Ｓｗｖと位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈとの相互相関を求めて回転電機電流の大きさ（大小関係）から回転子位置の推定値θｐを演算するものである。

したがって、この実施の形態４において、位置推定手段３は、電流検出手段２の出力である回転電機電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗに基づいて電流振幅検出信号Ｓｕｉ、Ｓｖｉ、Ｓｗｉを発生する電流振幅検出信号発生部２７と、この電流振幅検出信号発生部２７から出力される電流振幅検出信号Ｓｕｉ、Ｓｖｉ、Ｓｗｉおよび位置推定用電圧指令発生部１３から出力される位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈに基づいて回転子位置の推定値θｐを演算して出力する位置演算部２８とを備えている。その他の構成は、実施の形態３の場合と同様である。

次に、位置演算部２８の詳細について説明する。
位置演算部２８は、図１４に示すように、位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈを三相・二相変換器１４ａにより二相の位置推定用電圧指令ｖαｈ、ｖβｈに変換する。また、電流振幅検出信号発生部２７から出力される電流振幅検出信号Ｓｕｉ、Ｓｖｉ、Ｓｗｉは、三相‐二相変換手段１４ｂにより二相の電流振幅検出信号Ｓαｉ、Ｓβｉに変換する。

次いで、（２９）式、（３０）式に示すように、二相の位置推定用電圧指令ｖαｈ、ｖβｈおよび二相の電流振幅検出信号Ｓαｉ、Ｓβｉから二相の回転電機電流の大きさＩαｓ、Ｉβｓをそれぞれ求める。

なお、（２９）式、（３０）式において、周期Ｔｈは、位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈに含まれる周波数のうち、最も高い周波数の逆数以上であればどのような値でもよいが、位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈに含まれる周波数のうち、最も低い周波数の逆数とするのがより好ましい。

まず、乗算器１６ａで二相の位置推定用電圧指令ｖαｈと二相の電流振幅検出信号Ｓαｉとを乗算し、乗算器１６ｂで二相の位置推定用電圧指令ｖβｈと二相の電流振幅検出信号Ｓβｉとを乗算する。次に、各乗算器１６ａ、１６ｂの出力を周期Ｔｈだけ積分器２９ａ、２９ｂで積分し、積分した値をゲイン演算器３０ａ、３０ｂにおいてＴｈで除してＴｈの時間平均をとる。ことにより、位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈに対応する二相の回転電機電流の大きさ（振幅）Ｉαｓ、Ｉβｓを求める。

こうして求めた二相回転電機電流の大きさＩαｓ，Ｉβｓについて、前述の（１０）式の演算を施すことにより、回転子位置情報θのみを含んだ項を抽出する。すなわち、まず、二相回転電機電流の大きさＩαｓ，Ｉβｓをそれぞれ乗算器３２ａ、３２ｂで二乗し、次に、減算器１７で（Ｉβｓ・Ｉβｓ）から（Ｉαｓ・Ｉαｓ）を減じることにより、回転子位置情報θのみを含むΔＩαβを出力する。

そして、位置演算器１８は、既述の（１０）式のΔＩαβを（１１）式で除すことにより、ｃｏｓ２θのみを抽出し、次いで、ｃｏｓ２θの逆余弦を演算することにより回転子位置の推定値θｐを計算する。

なお、この実施の形態４の場合も、回転子位置の推定値θｐの演算は逆余弦演算ではなく、ｃｏｓ２θの値を記憶したテーブルを用意し、その記憶装置に記憶されたｃｏｓ２θの値に基づいてθｐを求める方法や、テーラー展開やテーラー展開に基づいた既述の（１２）式のような近似計算をしてθｐを求めてもよい。また、位置推定手段３は以上のようにして推定値θｐを求める方法以外に、位置推定用電圧指令発生部１３の出力である位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈと、回転電機電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗより演算した電流振幅検出信号Ｓｕｉ、Ｓｖｉ、Ｓｗｉとに基づいて推定値θｐを求めるものであれば、上記以外の方法でもよい。

また、この実施の形態４の場合も、図１３に示した構成の位置演算部２８において、二相位置推定用電圧指令ｖαｈ、ｖβｈと二相の電流振幅検出信号Ｓαｉ、Ｓβｉを各乗算器１６ａ、１６ｂで乗算し、相互相関により位置推定用電圧指令と同じ周波数成分の回転電機電流の大きさを求める場合、電流振幅検出信号Ｓｕｉ、Ｓｖｉ、Ｓｗｉに位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈよりも低い周波数成分が含まれていると、相互相関により求めた値に位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈよりも低い周波数成分の大きさがオフセットとして現れる。

したがって、この実施の形態４においても、実施の形態３で説明した場合と同様に、位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈよりも低い周波数を含まないように、電流振幅検出信号Ｓｕｉ、Ｓｖｉ、Ｓｗｉを三相・二相変換器１４ｂにより二相の回転電機電流Ｓαｉ、Ｓβｉに変換する前または後、あるいは、電流振幅検出信号発生器２７の前または後に、ローバスフィルタやバンドバスフィルタ、ノッチフィルタなどを設けてフィルタ処理をすることが好ましい。

次に、この実施の形態４の電流振幅検出信号発生器２７について詳しく説明する。
電流振幅検出信号Ｓｕｉ、Ｓｖｉ、Ｓｗｉと位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈとの相互相関より回転電機電流の大きさ（大小関係）を求めるためには、電流振幅検出信号Ｓｕｉ、Ｓｖｉ、Ｓｗｉは、位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈに含まれる全ての周波数成分を有し、かつ、それらの各位相はそれぞれ位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈの位相とほぼ一致している必要がある。

このような条件を満たす電流振幅検出信号Ｓｕｉ、Ｓｖｉ、Ｓｗｉを得るために、電流振幅検出信号発生部２７は、図１５（ａ）および次の（３１）〜（３３）式に示すように、回転電機電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗに一次進みを施し、その位相を進めた信号を電流振幅検出信号Ｓｕｉ、Ｓｖｉ、Ｓｗｉとする。その理由については後述する。

なお、（３１）〜（３３）中のＲｈ、Ｌｈはどのような値でもよいが、Ｒｈを回転電機１の抵抗値、Ｌｈを回転電機１のインダクタンス値にするのがより好ましい。

このように、各回転電機電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗに対して、図１５（ａ）および（３１）〜（３３）式に示した一次進みを施すことにより得られる各電流振幅検出信号Ｓｕｉ、Ｓｖｉ、Ｓｗｉは、位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈに含まれる全ての周波数成分を有し、かつ、それらの各位相がそれぞれ位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈとほぼ一致したものとなる理由について、次に説明する。

まず、電流振幅検出信号Ｓｕｉ、Ｓｖｉ、Ｓｗｉは、位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈと同じ周波数成分を持つ回転電機電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗに基づいて演算するので、電流振幅検出信号Ｓｕｉ、Ｓｖｉ、Ｓｗｉが位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈに含まれる全ての周波数成分を有するという条件を満足する。

次に、回転電機１は入力を電流ｉ、出力を電圧ｖとした場合、電流−電圧の位相関係より、その伝達特性は（３４）式のように一次進みである。

そのため、上記（３１）〜（３３）式のように、回転電機電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗに一次進みを施すことによって得られる電流振幅検出信号Ｓｕｉ、Ｓｖｉ、Ｓｗｉは、それぞれ位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈと相似波形となり、電流振幅検出信号Ｓｕｉ、Ｓｖｉ、Ｓｗｉの位相はそれぞれ位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈの位相とほぼ一致したものとなる。

以上のように、電流振幅検出信号発生部２７は、回転電機電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗに一次進みを施すことにより、位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈに含まれる全ての周波数成分を有し、かつ、それらの各位相が位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈの位相とほぼ一致するという条件を満足した電流振幅検出信号Ｓｕｉ、Ｓｖｉ、Ｓｗｉを発生する。

なお、位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈに含まれる周波数が高い（したがって、回転電機電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗの周波数も高い）場合、Ｒｈ＜＜（ω・Ｌｈ）という関係が成り立ち、ラプラス演算子ｓはｓ＝ｊω（ｊは虚数単位）であるので、電流振幅検出信号Ｓｕｉ、Ｓｖｉ、Ｓｗｉは、図１５（ｂ）および次の（３５）〜（３７）式のようにして求めてもよい。

特に、Ｌｈ＝１とした場合、電流振幅検出信号Ｓｕｉ、Ｓｖｉ、Ｓｗｉは、次の（３８）〜（４０）式となり、ｓは微分であるので、図１５（ｃ）のように、回転電機電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを微分器Ｕ、微分器Ｖ、微分器Ｗで微分するだけで電流振幅検出信号Ｓｕｉ、Ｓｖｉ、Ｓｗｉを演算することができるので、電流振幅検出信号発生部２７の構成をより簡単にすることができる。

以上のように、この実施の形態４では、電流振幅検出信号発生部２７で、回転電機電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗの位相を進めることにより位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈと同位相の電流振幅検出信号Ｓｕｉ、Ｓｖｉ、Ｓｗｉを演算し、位置演算部２８で電流振幅検出信号Ｓｕｉ、Ｓｖｉ、Ｓｗｉと位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈとに基づいて回転子位置の推定値θｐを求めるようにしているので、騒音低減のために、互いに周波数が異なる信号を複数加算してなる位置推定用電圧指令を印加する場合でも、印加した全ての周波数成分の各相回転電機電流の大小関係を簡単に求めて、位置推定を容易に行うことができる。なお、以上に示した位置推定手段３は、位置推定用電圧指令に含まれる周波数が１つのみの場合でも、また、周波数が可変の位置推定用電圧指令を印加する場合でも有効である。

なお、この実施の形態４では電流検出手段２によって三相分の回転電機電流を検出しているが、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各電流の内の任意の二相分の電流を検出し、残りの一相分の電流については、三相分の電流の総和がゼロになる関係から演算してもよい。

実施の形態５．
図１６は本発明の実施の形態５における回転電機の制御装置の全体を示す構成図、図１７は同制御装置の位置推定用電圧指令発生部の構成を示すブロック図であり、図１〜図３に示した実施の形態１と対応もしくは相当する構成部分には同一の符合を付す。

この実施の形態５においても、実施の形態１〜４と同様、位置推定用電圧指令発生部１３で発生される位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈは、回転電機１を駆動するために駆動電圧演算部６が出力する駆動電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊の周波数よりも高く、かつ、互いに異なる周波数をもつ複数の信号を加算したものであるが、このような位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈを回転電機１へ印加する場合、位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈに含まれる複数の信号の周波数が低い場合には、駆動電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊と干渉して回転電機１が不用意に回転、振動する恐れがある。

そこで、この実施の形態５では、このような不具合が生じないようにするため、位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈの大きさについて、当該電圧中に含まれる各周波数に応じて重み付けをするようにしたものである。よって、この実施の形態５の回転電機の制御装置は、位置推定用電圧指令発生部１３以外の部分は、実施の形態１と同様の構成であるため、他の部分の説明は省略し、以下に、位置推定用電圧指令発生部１３の構成について説明する。

この実施の形態５における位置推定用電圧指令発生部１３は、図１７に示すように、複数の周波数指令を生成する周波数指令生成器１９と、この周波数指令生成器１９の出力である周波数指令ｆ１〜ｆｎ（ｎは正の整数）に基づいてＵ相位置推定用電圧指令Ｖｕｈを出力するＵ相位置推定用電圧指令生成器２０と、Ｖ相位置推定用電圧指令Ｖｖｈを出力するＶ相位置推定用電圧指令生成器２１と、Ｗ相位置推定用電圧指令Ｖｗｈを出力するＷ相位置推定用電圧指令生成器２２とを有する。

この場合、周波数指令生成器１９の構成は、実施の形態１の場合と同じであるが、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各位置推定用電圧指令生成器２０、２１、２２において、各加算器２３の出力側に電圧振幅変更器３１が個別に設けられている点が実施の形態１（図２）の場合と異なっている。

すなわち、各々の電圧振幅変更器３１は、位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈが回転電機１を駆動するための駆動電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊と干渉して回転電機１が不用意に回転、振動したりしないように、位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈに含まれる各周波数に応じて振幅に重み付けして振幅を変更するものである。

具体的には、位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈに含まれる信号の周波数が低いと、駆動電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊と干渉して、回転電機１が不用意に回転、振動したりするので、例えば、各々の電圧振幅変更器３１をハイパスフィルタで構成することにより、位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈに含まれる低い周波数成分の信号の振幅を小さくするようにする。なお、ハイパスフィルタは２次以上のものを適用することが望ましい。その理由を以下に示す。

回転電機１は、入力を電圧、出力を電流としたとき、電圧−電流の関係から、その伝達特性は（２２）式に示したように一次遅れであり、特に回転電機１に入力する電圧の周波数が高い場合はＲｈ＜＜ωＬｈとなる。このため、周波数の高い位置推定用電圧指令を回転電機１に印加する場合、回転電機１は一次の積分要素として働き、位置推定用電圧指令を回転電機１に印加することにより流れる回転電機電流は位置推定用電圧指令を一回積分したものとなる。

一次のハイパスフィルタの遮断領域、すなわち、ハイパスフィルタで位置推定用電圧指令の振幅を小さくする領域は、一次の微分要素であるため、一次のハイパスフィルタで位置推定用電圧指令の低い周波数成分の振幅を小さくしたものを回転電機１に印加しても、回転電機１が積分要素として働き、結局、回転電機１に流れる回転電機電流の位置検出用電圧と同じ周波数成分のうちの低い周波数成分の振幅は小さくならず効果が無い。つまり、回転電機１が一次の積分要素と働くので、ハイパスフィルタを２次以上とすることにより、回転電機に流れる回転電機電流の位置検出用電圧と同じ周波数成分のうちの低い周波数成分の振幅を小さくすることができる。

次に、上記構成を有する位置推定用電圧指令発生部１３の動作について説明する。
周波数指令生成器１９は、駆動電圧演算部６から出力される駆動電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊の周波数よりも高く、かつ、互いに異なる周波数をもつｎ個（ｎは正の整数）の信号が生成されるような周波数指令ｆ１〜ｆｎを出力する。

Ｕ相位置推定用電圧指令生成器２０は、周波数指令生成器１９からのｎ個の周波数指令ｆ１〜ｆｎに基づいて、互いに異なる周波数をもつｎ個の位置推定用電圧指令Ｖｕｈ_１〜Ｖｕｈ_ｎを生成する。この場合、ｎ個の位置推定用電圧指令Ｖｕｈ_１〜Ｖｕｈ_ｎは、正弦波、矩形波、方形波、のこぎり波などのいずれでもよい。一例として、正弦波とする場合は、既述の（１）式に従って各位置推定用電圧指令Ｖｕｈ_１〜Ｖｕｈ_ｎを演算する。

そして、次段の加算器２３でｎ個の位置推定用電圧指令Ｖｕｈ_１〜Ｖｕｈ_ｎを加算した信号Ｖｕｈ（ｍ）を出力する。次いで、電圧振幅変更器３１は、この信号Ｖｕｈ（ｍ）に含まれる各周波数成分ｆ１〜ｆｎの値に応じて振幅に重み付けした（つまり、低い周波数成分の振幅を小さくした）Ｕ相位置推定用電圧指令Ｖｕｈを出力する。

Ｖ相位置推定用電圧指令生成器２１は、周波数指令生成器１９からのｎ個の周波数指令ｆ１〜ｆｎに基づいて、互いに異なる周波数をもつｎ個の位置推定用電圧指令Ｖｖ_１〜Ｖｖｈ_ｎを生成する。この場合、ｎ個の位置推定用電圧指令Ｖｖｈ_１〜Ｖｖｈ_ｎは、正弦波、矩形波、方形波、のこぎり波などのいずれでもよい。一例として、正弦波とする場合は、既述の（２）式に従って各位置推定用電圧指令Ｖｖｈ_１〜Ｖｖｈ_ｎを演算する。

そして、次段の加算器２３でｎ個の位置推定用電圧指令Ｖｖｈ_１〜Ｖｖｈ_ｎを加算した信号Ｖｖｈ（ｍ）を出力する。次いで、電圧振幅変更器３１は、この信号Ｖｖｈ（ｍ）に含まれる各周波数成分ｆ１〜ｆｎの値に応じて振幅に重み付けした（つまり、低い周波数成分の振幅を小さくした）Ｖ相位置推定用電圧指令Ｖｖｈを出力する。

Ｗ相位置推定用電圧指令生成器２２は、周波数指令生成器１９からのｎ個の周波数指令ｆ１〜ｆｎに基づいて、互いに異なる周波数をもつｎ個の位置推定用電圧指令Ｖｗｈ_１〜Ｖｗｈ_ｎを生成する。この場合、ｎ個の位置推定用電圧指令Ｖｗｈ_１〜Ｖｗｈ_ｎは、正弦波、矩形波、方形波、のこぎり波などのいずれでもよい。一例として、正弦波とする場合は、既述の（３）式に従って各位置推定用電圧指令Ｖｗｈ_１〜Ｖｗｈ_ｎを演算する。

そして、次段の加算器２３でｎ個の位置推定用電圧指令Ｖｗｈ_１〜Ｖｗｈ_ｎを加算した信号Ｖｗｈ（ｍ）を出力する。次いで、電圧振幅変更器３１は、この信号Ｖｗｈ（ｍ）に含まれる各周波数成分ｆ１〜ｆｎの値に応じて振幅に重み付けした（つまり、低い周波数成分の振幅を小さくした）Ｗ相位置推定用電圧指令Ｖｗｈを出力する。

また、位置推定用電圧指令発生部１３は、図１７に示した構成に代えて、図１８に示すような構成とすることも可能である。

すなわち、図１８の位置推定用電圧指令発生部１３では、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各位置推定用電圧指令生成器２０〜２２において、周波数指令生成器１９からの周波数指令ｆ１〜ｆｎそれぞれに基づいて、位置推定用電圧指令Ｖｕｈ_１〜Ｖｕｈ_ｎ、Ｖｖｈ_１〜Ｖｖｈ_ｎ、Ｖｗｈ_１〜Ｖｗｈ_ｎを演算し、これらの信号をそれぞれ加算器２３で加算する前に、各位置推定用電圧指令Ｖｕｈ_１〜Ｖｕｈ_ｎ、Ｖｖｈ_１〜Ｖｖｈ_ｎ、Ｖｗｈ_１〜Ｖｗｈ_ｎを、各電圧振幅変更器３２によってその周波数成分ｆ１〜ｆｎの値に応じて個別に振幅に重み付けをし、その重み付けした各信号Ｖｕｈ_１’〜Ｖｕｈ_ｎ’、Ｖｖｈ_１’〜Ｖｖｈ_ｎ’、Ｖｗｈ_１’〜Ｖｗｈ_ｎ’をそれぞれ次段の加算器２３で加算してＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈとして出力する。

なお、図１８に示した構成の位置推定用電圧指令発生部１３における各電圧振幅変更器３２は、図１７に示した電圧振幅変更器３１と同じく、２次以上のハイパスフィルタにより各位置推定用電圧指令Ｖｕｈ_１〜Ｖｕｈ_ｎ、Ｖｖｈ_１〜Ｖｖｈ_ｎ、Ｖｗｈ_１〜Ｖｗｈ_ｎの各周波数成分ｆ１〜ｆｎの値に応じて重み付けをして振幅を変更するものの他、次の（４１）〜（４３）式のように、任意の基準周波数ｆｂを設定し、この基準周波数ｆｂに対する位置推定用電圧指令Ｖｕｈ_１〜Ｖｕｈ_ｎ、Ｖｖｈ_１〜Ｖｖｈ_ｎ、Ｖｗｈ_１〜Ｖｗｈ_ｎの各周波数の比（ｆｎ／ｆｂ）により重み付けをして振幅を変更するようにしてもよい。

また、上記の各電圧振幅変更器３１、３２は、駆動電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊と干渉しないように、位置推定用電圧指令中に含まれる各周波数に応じて振幅に重み付けするものであれば、ハイパスフィルタに限定されるものではない。

以上のように、この実施の形態５では、位置推定用電圧指令発生部１３が出力する位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈの大きさを、当該位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈの中に含まれる各周波数に応じて重み付けするようにしているので、駆動電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊と干渉して回転電機１が不用意に回転、振動したりするなどの不具合発生を防止することができる。

なお、前述の実施の形態３（図１０）、あるいは実施の形態４（図１３）に示した回転電機の制御装置においても、同様に、図１７あるいは図１８に示した構成の位置推定用電圧指令発生部１３を設ければ、位置推定用電圧指令が駆動電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊と干渉して回転電機１が不用意に回転、振動したりするなどの不具合発生を防ぐことができるので都合が良い。

実施の形態６．
図１９は本発明の実施の形態６における回転電機の制御装置の全体を示す構成図、図２０は同制御装置の位置推定用電圧指令発生部の構成を示すブロック図であり、図５および図６に示した実施の形態２と対応もしくは相当する構成部分には同一の符合を付す。

位置推定用電圧指令発生部１３を含む制御手段４は、通常はソフトウエアにより構成される。その場合の制御手段４の演算周期はスイッチング周期Ｔｃと同じか、Ｔｃの２倍に設定することが多い。このとき、位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈの周期がスイッチング周期Ｔｃの倍数に設定されていないときには、位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈが不連続となり、その時間平均値はゼロではなくなるためにうねりが発生する。

また、位置推定用電圧指令発生部１３が出力する位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈに低い周波数成分が含まれる場合には、回転電機を駆動するための駆動電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊に位置推定用電圧指令が干渉して、回転電機１が不用意に回転、振動したりする恐れがある。

そこで、この実施の形態６では、上記の実施の形態５と同様の考えに立ち、位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈの大きさについて、当該電圧中に含まれる各周波数に応じて重み付けをするようにしたものである。よって、この実施の形態６の回転電機の制御装置は、位置推定用電圧指令発生部１３以外の部分は、実施の形態２と同様の構成であるため、ここでは他の部分の説明は省略し、以下に、位置推定用電圧指令発生部１３の構成について説明する。

この実施の形態６における位置推定用電圧指令発生部１３は、図２０に示すように、複数の周波数指令を生成する周波数指令生成器１９と、この周波数指令生成器１９の出力である周波数指令ｆ１〜ｆｎ（ｎは正の整数）に基づいてＵ相位置推定用電圧指令Ｖｕｈを出力するＵ相位置推定用電圧指令生成器２０と、Ｖ相位置推定用電圧指令Ｖｖｈを出力するＶ相位置推定用電圧指令生成器２１と、Ｗ相位置推定用電圧指令Ｖｗｈを出力するＷ相位置推定用電圧指令生成器２２とを有する。

この場合、周波数指令生成器１９は、駆動電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊よりも高い周波数で、しかも、互いに異なる周波数をもち、かつ、スイッチング周期Ｔｃのｋ倍（ｋは６以上の整数）以上の周期をもつｎ個（ｎは正の整数）の信号が生成されるような周波数指令ｆ１〜ｆｎを出力する点は実施の形態２の場合と同じであるが、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各位置推定用電圧指令生成器２０、２１、２２において、各加算器２３の出力側に電圧振幅変更器３１が個別に設けられている点が実施の形態２（図６）の場合と異なっている。

すなわち、実施の形態６における位置推定用電圧指令発生部１３は、スイッチング周期発生器２５が出力するスイッチング周期Ｔｃのｋ倍（ｋは６以上の整数）以上の周期を持つ複数（本例ではｎ個）の信号を加算してなる各位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈが出力されるようにしているので、位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈの周波数の変化が連続的になり、そのためにうねりの発生を抑制することができ、また、各々の電圧振幅変更器３１は、回転電機１を駆動するための駆動電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊に位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈが干渉して回転電機１が不用意に回転、振動したりしないようにするため、位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈに含まれる各信号の周波数に応じて重み付けして振幅を変更するものである。

この場合の各電圧振幅変更器３１は、実施の形態５と同様にハイパスフィルタを適用することができるが、これに限らず、駆動電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊と干渉して回転電機１が不用意に回転、振動するなどの不具合が生じないように、位置推定用電圧指令中に含まれる各周波数に応じて振幅に重み付けできるものであれば適宜適用することが可能である。

次に、上記構成を有する位置推定用電圧指令発生部１３の動作について説明する。
周波数指令生成器１９は、駆動電圧演算部６から出力される駆動電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊の周波数よりも高く、かつ、互いに異なる周波数をもち、しかもスイッチング周期Ｔｃのｋ倍（ｋは６以上の整数）以上の周期をもつｎ個（ｎは正の整数）の信号が生成されるような周波数指令ｆ１〜ｆｎを出力する。

Ｕ相位置推定用電圧指令生成器２０は、周波数指令生成器１９からのｎ個の周波数指令ｆ１〜ｆｎに基づいて、互いに異なる周波数をもつｎ個の位置推定用電圧指令Ｖｕｈ_１〜Ｖｕｈ_ｎを生成する。そして、次段の加算器２３でｎ個の位置推定用電圧指令Ｖｕｈ_１〜Ｖｕｈ_ｎを加算した信号Ｖｕｈ（ｍ）を出力する。次いで、電圧振幅変更器３１は、この信号Ｖｕｈ（ｍ）に含まれる各周波数成分ｆ１〜ｆｎの値に応じて振幅に重み付けした（つまり、低い周波数成分の振幅を小さくした）Ｕ相位置推定用電圧指令Ｖｕｈを出力する。

Ｖ相位置推定用電圧指令生成器２１は、周波数指令生成器１９からのｎ個の周波数指令ｆ１〜ｆｎに基づいて、互いに異なる周波数をもつｎ個の位置推定用電圧指令Ｖｖｈ_１〜Ｖｖｈ_ｎを生成する。そして、次段の加算器２３でｎ個の位置推定用電圧指令Ｖｖｈ_１〜Ｖｖｈ_ｎを加算した信号Ｖｖｈ（ｍ）を出力する。次いで、電圧振幅変更器３１は、この信号Ｖｖｈ（ｍ）に含まれる各周波数成分ｆ１〜ｆｎの値に応じて振幅に重み付けした（つまり、低い周波数成分の振幅を小さくした）Ｖ相位置推定用電圧指令Ｖｖｈを出力する。

Ｗ相位置推定用電圧指令生成器２２は、周波数指令生成器１９からのｎ個の周波数指令ｆ１〜ｆｎに基づいて、互いに異なる周波数をもつｎ個の位置推定用電圧指令Ｖｗｈ_１〜Ｖｗｈ_ｎを生成する。そして、次段の加算器２３でｎ個の位置推定用電圧指令Ｖｗｈ_１〜Ｖｗｈ_ｎを加算した信号Ｖｗｈ（ｍ）を出力する。次いで、電圧振幅変更器３１は、この信号Ｖｗｈ（ｍ）に含まれる各周波数成分ｆ１〜ｆｎの値に応じて振幅に重み付けした（つまり、低い周波数成分の振幅を小さくした）Ｗ相位置推定用電圧指令Ｖｗｈを出力する。

なお、この実施の形態６の場合も、上記ｎ個の各位置推定用電圧指令Ｖｕｈ_１〜Ｖｕｈ_ｎ、Ｖｖｈ_１〜Ｖｖｈ_ｎ、Ｖｗｈ_１〜Ｖｗｈ_ｎは、正弦波、矩形波、方形波、のこぎり波などのいずれでもよい。一例として、正弦波とする場合は、既述の（１）、（２）、（３）式に従って各位置推定用電圧指令Ｖｕｈ_１〜Ｖｕｈ_ｎ、Ｖｖｈ_１〜Ｖｖｈ_ｎ、Ｖｗｈ_１〜Ｖｗｈ_ｎを演算することができる。

また、位置推定用電圧指令発生部１３は、図２０に示した構成に代えて、図２１に示すような構成とすることも可能である。

すなわち、図２１の構成の位置推定用電圧指令発生部１３では、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各位置推定用電圧指令生成器２０〜２２において、周波数指令生成器１９からの周波数指令ｆ１〜ｆｎそれぞれに基づいて、位置推定用電圧指令Ｖｕｈ_１〜Ｖｕｈ_ｎ、Ｖｖｈ_１〜Ｖｖｈ_ｎ、Ｖｗｈ_１〜Ｖｗｈ_ｎを演算し、これらの信号をそれぞれ加算器２３で加算する前に、各位置推定用電圧指令Ｖｕｈ_１〜Ｖｕｈ_ｎ、Ｖｖｈ_１〜Ｖｖｈ_ｎ、Ｖｗｈ_１〜Ｖｗｈ_ｎを、各電圧振幅変更器３２によってその周波数成分ｆ１〜ｆｎの値に応じて振幅に重み付けし、その重み付けした各信号Ｖｕｈ_１’〜Ｖｕｈ_ｎ’、Ｖｖｈ_１’〜Ｖｖｈ_ｎ’、Ｖｗｈ_１’〜Ｖｗｈ_ｎ’をそれぞれ次段の加算器２３で加算してＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈとして出力する。

以上のように、この実施の形態６では、互いに異なる周波数をもち、かつスイッチング周期Ｔｃのｋ倍（ｋは６以上の整数）以上の周期をもつ複数の信号を加算してなる位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈとすることで、位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈを連続的に変化させることができるため、うねりの発生を抑制することができるとともに、位置推定用電圧指令Ｖｕｈ、Ｖｖｈ、Ｖｗｈの中に含まれる各周波数に応じて重み付けすることにより、回転電機１が不用意に回転、振動したり、また、回転電機を駆動するための駆動電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊を出力する駆動電圧演算部６と位置推定用電圧指令が干渉するのを防ぐことができる。

なお、前述の実施の形態３（図１０）、あるいは実施の形態４（図１３）に示した回転電機の制御装置においても、同様に、図２０あるいは図２１に示した構成の位置推定用電圧指令発生部１３を設ければ、位置推定用電圧指令のうねりの発生を抑制することができるとともに、駆動電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊に位置推定用電圧指令が干渉して回転電機１が不用意に回転、振動したりするのを防ぐことができる。

本発明の実施の形態１における回転電機の制御装置の全体を示す構成図である。 同制御装置の位置推定用電圧指令発生部の構成を示すブロック図である。 同制御装置の位置推定手段の構成を示すブロック図である。 実施の形態１の回転電機の制御装置の変形例を示す全体構成図である。 本発明の実施の形態２における回転電機の制御装置の全体を示す構成図である。 同制御装置の位置推定用電圧指令発生部の構成を示すブロック図である。 実施の形態２において三角波に基づくパルス幅変調制御動作を説明するための説明図である。 実施の形態２ののこぎり波に基づくパルス幅変調制御動作を説明するための説明図である。 実施の形態２の瞬時空間電圧ベクトルに基づくパルス幅変調制御動作を説明するための説明図である。 本発明の実施の形態３における回転電機の制御装置の全体を示す構成図である。 同制御装置の位置演算部の構成を示すブロック図である。 同制御装置の電流振幅検出信号発生部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態４における回転電機の制御装置の全体を示す構成図である。 同制御装置の位置演算部の構成を示すブロック図である。 同制御装置の電流振幅検出信号発生部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態５における回転電機の制御装置の全体を示す構成図である。 同制御装置の位置推定用電圧指令発生部の構成を示すブロック図である。 同制御装置の位置推定用電圧指令発生部の構成の変形例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態６における回転電機の制御装置の全体を示す構成図である。 同制御装置の位置推定用電圧指令発生部の構成を示すブロック図である。 同制御装置の位置推定用電圧指令発生部の構成の変形例を示すブロック図である。

符号の説明

１ 回転電機、２ 電流検出手段、３ 位置演算手段、４ 制御手段、
５ 電圧印加手段、６ 駆動電圧演算部、１３ 位置推定用電圧指令発生部、
１９ 周波数指令生成器、２０ Ｕ相位置推定用電圧指令生成器、
２１ Ｖ相位置推定用電圧指令生成器、２２ Ｗ相位置推定用電圧指令生成器、
２３ 加算器、２４ パルス幅変調手段、２５ スイッチング周期発生器、
２６ パルス幅変調制御器、２７ 電流振幅検出信号発生部、２８ 位置演算部、
３１，３２ 電圧振幅変更器。

Claims (5)

1. 回転電機の回転制御を行う回転電機の制御装置であって、
   上記回転電機に流れる回転電機電流を検出する電流検出手段と、この電流検出手段より検出した回転電機電流に基づいて回転子位置を推定する位置推定手段と、この位置推定手段で推定された回転子位置に基づいて上記回転電機を駆動するための駆動電圧指令を出力する制御手段と、前記駆動電圧指令に基づいて上記回転電機に交流電圧を印加する電圧印加手段とを備え、
   上記制御手段は、上記回転電機を駆動するための上記駆動電圧指令を演算する駆動電圧演算部と、この駆動電圧演算部で演算される上記駆動電圧指令とは別の周波数で、かつ互いに異なる周波数をもつ信号を複数加算してなる位置推定用電圧指令を発生する位置推定用電圧指令発生部と、この位置推定用電圧指令発生部で発生された上記位置推定用電圧指令を上記駆動電圧指令に重畳して上記電圧印加手段に出力する加算手段と、を含むことを特徴とする回転電機の制御装置。
2. 上記位置推定手段は、少なくとも上記位置推定用電圧指令発生部が出力する位置推定用電圧指令または上記電流検出手段より検出した回転電機電流に基づいて上記回転電機電流の振幅を求めるための電流振幅検出信号を発生する電流振幅検出信号発生部と、この電流振幅検出信号発生部の出力である電流振幅検出信号と上記位置推定用電圧指令または上記回転電機電流に基づいて上記回転子位置の推定値を出力する位置演算部と、を備えることを特徴とする請求項１記載の回転電機の制御装置。
3. 上記電流振幅検出信号発生部は、上記位置推定用電圧指令発生部が出力する位置推定用電圧指令の位相を遅らせた電流振幅検出信号を出力するものである一方、上記位置演算部は、上記電流振幅検出信号発生部の出力である電流振幅検出信号と上記電流検出手段の出力である上記回転電機電流とに基づいて上記回転子位置の推定値を出力するものであることを特徴とする請求項２記載の回転電機の制御装置。
4. 上記電流振幅検出信号発生部は、上記電流検出手段の出力である回転電機電流の位相を進ませた電流振幅検出信号を出力するものである一方、上記位置演算部は、上記電流振幅検出信号発生部の出力である電流振幅検出信号と上記位置推定用電圧指令発生部が出力する位置推定用電圧指令に基づいて上記回転子位置の推定値を出力するものであることを特徴とする請求項２記載の回転電機の制御装置。
5. 上記位置推定用電圧指令発生部には、上記位置推定用電圧指令の大きさを当該位置推定用電圧指令に含まれる各信号の周波数に応じて重み付けする手段が設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の回転電機の制御装置。

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