JP2018121394A - 回転機制御装置及び回転機制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】３相回転機の回転速度が低い場合において制御性能の低下を抑制可能な制御モードと、回転速度が高い場合においてトルクに対する高い応答性を確保可能な制御モードとを切換可能な制御装置であって、制御モード切換時のトルク変動を抑制するのに適した制御装置を提供する。
【解決手段】移動量特定部１１１は、３相回転機１０２の指令速度と制御サイクルの周期の積を計算し、第１制御モードにおいては推定トルクの振動成分をゼロに近づけるものであり第２制御モードにおいては指令トルクと推定トルクとの差分をゼロに近づけるものである第１移動量を特定し、積と第１移動量とを合計することによって１制御サイクルで一次磁束ベクトルの位相が移動するべき第２移動量を特定する。
【選択図】図４

Description

本開示は、回転機制御装置及び回転機制御方法に関するものである。

従来から、直接トルク制御（DTC:Direct Torque Control）が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、特許文献２では、３相回転機の回転速度が低い場合に顕在化する制御性能の低下を抑制する技術が提案されている。

特許第３４８５８４４号明細書 特開２０１６−１００９９４号公報

３相回転機の回転速度が低い場合において制御性能の低下を抑制可能な制御モードと、回転速度が高い場合においてトルクに対する高い応答性を確保可能な制御モードとを切換可能な制御装置であって、制御モード切換時のトルク変動を抑制するのに適した制御装置は、従来提案されていない。そこで、本発明者らは、そのような制御装置の作製を目指した。

すなわち、本開示は、
３相回転機の一次磁束ベクトルが指令磁束ベクトルに追従するように、インバータを用いて前記３相回転機に電圧ベクトルを印加する回転機制御装置であって、
前記回転機制御装置は、前記３相回転機のトルクを指令トルクに追従させる第２制御モードと、前記第２制御モードとは異なる第１制御モードと、を切り換え可能であり、
前記回転機制御装置は、
前記一次磁束ベクトルと、前記３相回転機の電流ベクトルと、を用いて、前記３相回転機のトルクを推定するトルク推定部と、
前記一次磁束ベクトルの位相を推定する位相推定部と、
前記３相回転機の指令速度と制御サイクルの周期の積を計算し、前記第１制御モードにおいては推定される前記トルクの振動成分をゼロに近づけるものであり前記第２制御モードにおいては前記指令トルクと推定される前記トルクとの差分をゼロに近づけるものである第１移動量を特定し、前記積と前記第１移動量とを合計することによって１制御サイクルで前記一次磁束ベクトルの位相が移動するべき第２移動量を特定する移動量特定部と、
推定された前記位相と、前記第２移動量と、を用いて、前記指令磁束ベクトルの位相である指令位相を特定する指令位相特定部と、
前記指令位相を用いて前記指令磁束ベクトルを特定する指令磁束特定部と、を備えた、回転機制御装置を提供する。

本開示に係る回転機制御装置は、３相回転機の回転速度が低い場合において制御性能の低下を抑制可能な制御モードと、回転速度が高い場合においてトルクに対する高い応答性を確保可能な制御モードとを切換可能である。しかも、この回転機制御装置は、制御モード切換時のトルク変動を抑制可能である。

３相回転機、インバータ及び回転機制御装置のブロック図 ｄｑ座標系を説明するための図 αβ座標系を説明するための図 実施形態１に係る回転機制御部のブロック図 実施形態１に係る移動量特定部のブロック図 実施形態１における制御モードの切換方法を説明するための図 ＰＷＭインバータの構成図 実施形態２に係る回転機制御部のブロック図 実施形態２に係る移動量特定部のブロック図 実施形態３に係る回転機制御部のブロック図 実施形態３に係る移動量特定部のブロック図 磁束ベクトル及び電流ベクトルを説明するための図 指令振幅を得るための計算式の例を説明するための図 振幅修正量生成部のブロック図

（本発明者らによる知見）
直接トルク制御の一例では、３相回転機の電圧ベクトルに基づいて３相回転機の回転速度を推定する。速度制御部において、回転速度に基づいて３相回転機の参照トルクを生成する。そして、参照トルクを指令トルクとして用い、３相回転機のトルクが指令トルクに追従するように、３相回転機が制御される。本発明者らの検討によれば、このようにすれば、回転速度が高い場合には、トルクに対する高い応答性を確保することができる。しかし、回転速度が低い場合には、制御が不安定になり易い。なぜなら、この場合には、制御で情報として用いられる電圧ベクトルと実際に３相回転機に印加されている電圧ベクトルとの間の誤差（電圧誤差）が大きくなり易く、回転速度の推定精度を確保し難く、参照トルクが脈動し易いためである。

特許文献２では、３相回転機の回転速度が低い場合における制御性能の低下を抑制する技術が提案されている。しかし、本発明者らの検討によれば、この技術は、３相回転機の回転速度が高い場合にトルクに対する高い応答性を確保することには必ずしも適していない。

回転速度が低い場合と高い場合とで別の制御モードを用いる場合、制御モードの切換時に３相回転機の電圧が急激に変動し、トルクが大きく変動するおそれがある。本発明者らの知る限り、この変動の抑制に適した技術は提案されていない。

そこで、本発明者らは、３相回転機の回転速度が低い場合において制御性能の低下を抑制可能な制御モードと、回転速度が高い場合においてトルクに対する高い応答性を確保可能な制御モードとを切換可能な制御装置であって、制御モード切換時のトルク変動を抑制可能な制御装置の作製を目指した。

本開示の第１態様は、
３相回転機の一次磁束ベクトルが指令磁束ベクトルに追従するように、インバータを用いて前記３相回転機に電圧ベクトルを印加する回転機制御装置であって、
前記回転機制御装置は、前記３相回転機のトルクを指令トルクに追従させる第２制御モードと、前記第２制御モードとは異なる第１制御モードと、を切り換え可能であり、
前記回転機制御装置は、
前記一次磁束ベクトルと、前記３相回転機の電流ベクトルと、を用いて、前記３相回転機のトルクを推定するトルク推定部と、
前記一次磁束ベクトルの位相を推定する位相推定部と、
前記３相回転機の指令速度と制御サイクルの周期の積を計算し、前記第１制御モードにおいては推定される前記トルクの振動成分をゼロに近づけるものであり前記第２制御モードにおいては前記指令トルクと推定される前記トルクとの差分をゼロに近づけるものである第１移動量を特定し、前記積と前記第１移動量とを合計することによって１制御サイクルで前記一次磁束ベクトルの位相が移動するべき第２移動量を特定する移動量特定部と、
推定された前記位相と、前記第２移動量と、を用いて、前記指令磁束ベクトルの位相である指令位相を特定する指令位相特定部と、
前記指令位相を用いて前記指令磁束ベクトルを特定する指令磁束特定部と、を備えた、回転機制御装置を提供する。

第１態様に係る回転機制御装置は、３相回転機の回転速度が低い場合において制御性能の低下を抑制可能な制御モード（第１制御モード）と、回転速度が高い場合においてトルクに対する高い応答性を確保可能な制御モード（第２制御モード）とを切換可能である。しかも、この回転機制御装置は、制御モード切換時のトルク変動を抑制可能である。

本開示の第２態様は、第１態様に加え、
前記第１制御モードにおいて、前記移動量特定部は、推定された前記トルクにおける遮断角周波数よりも高い周波数成分である高周波成分をゼロに近づける前記第１移動量を特定する回転機制御装置を提供する。

第２態様では、第１制御モードにおいて、推定された前記トルクにおける遮断角周波数よりも高い周波数成分である高周波成分をゼロに近づける制御が行われる。このようにすれば、推定されるトルクの振動成分を容易にゼロに近づけることができる。

本開示の第３態様は、第２態様に加え、
前記第１制御モードにおいて、前記高周波成分をゼロに近づけるフィードバック制御によって前記第１移動量が特定され、
前記第２制御モードにおいて、前記指令トルクと推定された前記トルクとの差分をゼロに近づけるフィードバック制御によって前記第１移動量が特定される回転機制御装置を提供する。

第３態様では、第１制御モードにおいて、高周波成分をゼロに近づけるフィードバック制御が行われる。このようにすれば、推定されるトルクの振動成分を容易にゼロに近づけることができる。また、第３態様では、第２制御モードにおいて、前記指令トルクと推定された前記トルクとの差分をゼロに近づけるフィードバック制御が行われる。このようにすれば、指令トルクと推定されるトルクとの差分を容易にゼロに近づけることができる。

本開示の第４態様は、第２態様又は第３態様に加え、
前記回転機制御装置は、指令振幅特定部を備え、
前記第１制御モード及び前記第２制御モードの両方において、（ｉ）同じ固定値が前記指令磁束ベクトルの振幅である指令振幅として用いられ、又は（ii）同じ計算式を用いて得た値が前記指令磁束ベクトルの振幅である指令振幅として用いられ、
前記第１制御モード及び前記第２制御モードの両方において、前記指令磁束特定部は前記指令振幅を用いて前記指令磁束ベクトルを特定する回転機制御装置を提供する。

第１態様から理解されるように、第１制御モードと第２制御モードとでは、指令磁束ベクトルの位相（指令位相）の特定方法が異なる。回転機制御装置における他の制御及び３相回転機の使用条件にもよるが、両制御モードで指令磁束ベクトルの振幅（指令振幅）の特定方法が大きく異なる場合、指令位相の特定方法の相違と指令振幅の特定方法の相違の両方の影響で、制御モード切換時に大きなトルク変動が生じるおそれがある。この点、第４態様では、第１制御モード及び第２制御モードおける指令振幅の特定方法の共通性が高い。このため、第４態様は、制御モード切換時のトルク変動抑制の観点から有利である。

本開示の第５態様は、第１態様に加え、
前記第１制御モードにおいて、前記移動量特定部は、推定された前記トルクにおける遮断角周波数よりも低い周波数成分である低周波成分と、前記低周波成分と推定された前記トルクとの差分である第１差分をゼロに近づける前記第１移動量と、を特定する回転機制御装置を提供する。

第５態様では、第１制御モードにおいて、推定された前記トルクにおける遮断角周波数よりも低い周波数成分である低周波成分と推定されたトルクとの差分である第１差分をゼロに近づけるように制御が行われる。このようにすれば、推定されるトルクの振動成分を容易にゼロに近づけることができる。

本開示の第６態様は、第５態様に加え、
前記回転機制御装置は、参照トルク特定部と、指令振幅特定部と、を備え、
前記参照トルク特定部は、前記３相回転機の回転子速度を前記指令速度に追従させる場合に前記３相回転機のトルクが追従するべき参照トルクを特定し、
前記第１制御モードにおいて、前記低周波成分が前記指令トルクとして用いられ、
前記第２制御モードにおいて、前記参照トルクが前記指令トルクとして用いられ、
前記第１制御モード及び前記第２制御モードの両方において、前記指令トルクと推定された前記トルクとの差分をゼロに近づけるフィードバック制御によって前記第１移動量が特定され、
前記第１制御モード及び前記第２制御モードの両方において、前記指令振幅特定部は前記指令トルクを用いて前記指令磁束ベクトルの振幅である指令振幅を特定し、前記指令磁束特定部は前記指令振幅を用いて前記指令磁束ベクトルを特定する回転機制御装置を提供する。

第６態様では、第１制御モードにおいて、第５態様の第１差分と同じ値をゼロに近づけるフィードバック制御が行われる。従って、第１制御モードにおいて、第１差分を容易にゼロに近づけることができ、推定されるトルクの振動成分を容易にゼロに近づけることができる。また、第６態様では、第２制御モードにおいて、指令トルクと推定されたトルクとの差分をゼロに近づけるフィードバック制御が行われる。このようにすれば、指令トルクと推定されるトルクとの差分を容易にゼロに近づけることができる。

第６態様の第１制御モードにおいて指令振幅の特定に用いられる指令トルクは、トルクの低周波成分に対応する。このため、３相回転機の回転速度が低いときに第１制御モードが用いられるようにすれば、回転速度の低さに起因する脈動が指令振幅に反映され難くなる。このため、特定される指令振幅の脈動が抑制され、安定した指令磁束ベクトルが生成され、その安定した指令磁束ベクトルに一次磁束ベクトルが追従する。このため、第６態様の第１制御モードは、回転速度が低いときに安定した制御を行う観点から有利である。また、第１制御モードにより得られる安定性により、第１制御モードと第２制御モードとの切換時におけるトルク変動も緩和される。また、第６態様の第２制御モードにおいて指令振幅の特定に用いられる指令トルクは、参照トルクに対応する。参照トルクは、トルクの低周波成分と同様、トルクに関連するものである。つまり、第６態様では、第１制御モード及び第２制御モードおける指令振幅の特定方法の共通性が高い。この高い共通性も、制御モード切換時のトルク変動緩和に有利である。

また、指令トルクとして用いられるトルクの低周波成分も参照トルクも、指令振幅を特定するのに役立つ情報である。このため、第６態様では、第１制御モード及び第２制御モードの両方において（回転速度が低い場合と高い場合の両方において）、制御目的に即した指令振幅を特定し易い。例えば、両制御モードにおいて最大トルク/電流(MTPA: Maximum Torque Per Ampere)制御を行うことができる。このようにすれば、回転速度が低い場合と高い場合の両方において、３相回転機を高効率に制御することが可能となる。

本開示の第７態様は、第１態様に加え、
前記移動量特定部は、リミッタを有し、
前記リミッタは、前記リミッタへの入力が上限値以上である場合は前記上限値を出力し、前記リミッタへの入力が下限値以下である場合は前記下限値を出力し、前記リミッタへの入力が前記下限値よりも大きく前記上限値よりも小さい場合は前記リミッタへの入力を出力するものであり、
前記第１制御モードにおいて、前記移動量特定部は、推定された前記トルクにおける遮断角周波数よりも低い周波数成分である低周波成分を前記リミッタに入力させ、前記リミッタの出力と推定された前記トルクとの差分である第２差分をゼロに近づける前記第１移動量を特定する回転機制御装置を提供する。

第７態様では、第１制御モードにおいて、推定されたトルクの低周波成分をリミッタに入力させ、リミッタの出力と推定されるトルクの差分（第２差分）をゼロに近づけるように制御が行われる。このようにすれば、結果として、推定されるトルクの振動成分をゼロに近づけることができる。

リミッタの出力は、極端に小さい値になったり極端に大きい値になったりすることがない。このため、リミッタによれば、３相回転機に流れる電流が過大となる事態を回避できる。つまり、３相回転機、インバータ等における異常な発熱を回避できる。この点で、リミッタは、信頼性の高い回転機制御装置の実現に寄与するといえる。

本開示の第８態様は、第７態様に加え、
前記回転機制御装置は、参照トルク特定部と、指令振幅特定部と、を備え、
前記参照トルク特定部は、前記３相回転機の回転子速度を前記指令速度に追従させる場合に前記３相回転機のトルクが追従するべき参照トルクを特定し、
前記第２制御モードにおいて、前記参照トルクが前記リミッタに入力され、
前記第１制御モード及び前記第２制御モードの両方において、前記リミッタの出力が前記指令トルクとして用いられ、前記指令トルクと推定された前記トルクとの差分をゼロに近づけるフィードバック制御によって前記第１移動量が特定され、
前記第１制御モード及び前記第２制御モードの両方において、前記指令振幅特定部は前記指令トルクを用いて前記指令磁束ベクトルの振幅である指令振幅を特定し、前記指令磁束特定部は前記指令振幅を用いて前記指令磁束ベクトルを特定する回転機制御装置を提供する。

第８態様では、第１制御モードにおいて、第７態様の第２差分と同じ値をゼロに近づけるフィードバック制御が行われる。従って、第１制御モードにおいて、第２差分を容易にゼロに近づけることができ、推定されるトルクの振動成分を容易にゼロに近づけることができる。また、第８態様では、第２制御モードにおいて、指令トルクと推定されたトルクとの差分をゼロに近づけるフィードバック制御が行われる。このようにすれば、指令トルクと推定されるトルクとの差分を容易にゼロに近づけることができる。

第８態様では、第１制御モード及び第２制御モードの両方において、リミッタの出力を用いた制御が行われる。上述のように、リミッタの出力は、極端に小さい値になったり極端に大きい値になったりすることがない。第８態様では、第１制御モード及び第２制御モードの両方において、そのようなリミッタの出力を用いて指令磁束ベクトルの振幅（指令振幅）を特定する。このようにすれば、指令振幅が極端に小さくなったり大きくなったりすることが防止される。つまり、安定した指令磁束ベクトルが生成され、その安定した指令磁束ベクトルに一次磁束ベクトルが追従する。このため、トルク等、３相回転機の種々の物理量が全体的に安定する。このような安定性により、第１制御モードと第２制御モードの切換時におけるトルク変動も緩和される。また、トルクの低周波成分も参照トルクもトルクに関連するものであり、両制御モードにおいて、そのトルク関連情報がリミッタに入力され、リミッタの出力が指令トルクとして用いられ、指令トルクから指令振幅が特定される。つまり、第８態様では、両制御モードおける指令振幅の特定方法の共通性が高い。この高い共通性も、制御モード切換時のトルク変動緩和に有利である。

なお、第７及び第８態様の第１制御モード及び第２制御モードにおいてリミッタへの入力が下限値よりも大きく上限値よりも小さい場合には、第７及び第８態様により、第５及び第６態様と同様の効果を得ることができる。

本開示の第９態様は、
３相回転機の一次磁束ベクトルが指令磁束ベクトルに追従するように、インバータを用いて前記３相回転機に電圧ベクトルを印加する回転機制御方法であって、
前記回転機制御方法は、前記３相回転機のトルクを指令トルクに追従させる第２制御モードと、前記第２制御モードとは異なる第１制御モードと、を切り換え可能であり、
前記回転機制御方法は、
前記一次磁束ベクトルと、前記３相回転機の電流ベクトルと、を用いて、前記３相回転機のトルクを推定するトルク推定ステップと、
前記一次磁束ベクトルの位相を推定する位相推定ステップと、
前記３相回転機の指令速度と制御サイクルの周期の積を計算し、前記第１制御モードにおいては推定される前記トルクの振動成分をゼロに近づけるものであり前記第２制御モードにおいては前記指令トルクと推定される前記トルクとの差分をゼロに近づけるものである第１移動量を特定し、前記積と前記第１移動量とを合計することによって１制御サイクルで前記一次磁束ベクトルの位相が移動するべき第２移動量を特定する移動量特定ステップと、
推定された前記位相と、前記第２移動量と、を用いて、前記指令磁束ベクトルの位相である指令位相を特定する指令位相特定ステップと、
前記指令位相を用いて前記指令磁束ベクトルを特定する指令磁束特定ステップと、を備えた、回転機制御方法を提供する。

第９態様によれば、第１態様の効果と同じ効果を得ることができる。

回転機制御装置の技術は、回転機制御方法に適用できる。回転機制御方法の技術は、回転機制御装置に適用できる。

本開示の第１０態様は、第９態様の回転機制御方法を実行するための命令を含む、コンピュータプログラムを提供する。

本開示の第１１態様は、第１０態様のコンピュータプログラムが格納された、コンピュータによる読み取りが可能なメモリを提供する。

本開示の第１２態様は、第１０態様のコンピュータプログラムを実行するプロセッサを提供する。

本開示の第１３態様は、
第１０態様のコンピュータプログラムが格納された、コンピュータによる読み取りが可能なメモリと、
前記コンピュータプログラムを実行するプロセッサと、を備えた制御システムを提供する。

以下、本開示の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１に示すように、本開示の回転機制御装置１００（，２００ａ，２００ｂ）は、第１電流センサ１０５ａ、第２電流センサ１０５ｂ、回転機制御部１０１（，２０１ａ，２０１ｂ）及びデューティ生成部１０３を含んでいる。回転機制御装置１００は、ＰＷＭインバータ（ＰＷＭ方式で電力変換を行う電力変換回路）１０４及び３相回転機１０２に接続され得る。

回転機制御部１０１は、３相回転機１０２を所望の指令速度で駆動させるための構成を有している。また、回転機制御部１０１は、３相回転機１０２の速度・位置センサレス運転を実行するように構成されている。速度・位置センサレス運転は、エンコーダ、レゾルバ等の位置センサを用いない運転である。本実施形態のセンサレス運転では、３相回転機１０２の磁束ベクトルを推定する。そして、推定された磁束ベクトルの位相を用いて磁束ベクトルを制御する。磁束ベクトルは、３相回転機１０２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。同様に、電流ベクトルは、３相回転機１０２を流れている３相交流座標上の電流ベクトルと、この電流ベクトルを座標変換することにより得た電流ベクトルの両方を含む概念である。同様に、電圧ベクトルは、３相回転機１０２に印加されている３相交流座標上の電圧ベクトルと、この電圧ベクトルを座標変換することにより得た電圧ベクトル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。

回転機制御装置１００の一部又は全部の要素は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）又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又はマイクロコンピュータは、コア、メモリ、Ａ／Ｄ変換回路及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の一部又は全部の要素は、論理回路によって構成されていてもよい。

（回転機制御装置１００を用いた制御の概要）
図１を参照しながら、回転機制御装置１００を用いた制御の概要を説明する。電流センサ１０５ａ，１０５ｂによって、相電流ｉ_u，ｉ_wが検出される。相電流ｉ_u，ｉ_wは、Ｕ相電流ｉ_u及びＷ相電流ｉ_wをまとめて記載したものである。Ｕ相電流ｉ_u及びＷ相電流ｉ_wは、それぞれ検出された電流ベクトルｉ_aのＵ相成分及びＷ相成分である。回転機制御部１０１によって、指令速度ω_ref ^*及び相電流ｉ_u，ｉ_wから、指令電圧ベクトルｖ_u ^*，ｖ_v ^*，ｖ_w ^*が特定される。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相電圧及びＷ相電圧に対応する。デューティ生成部１０３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。ＰＷＭインバータ１０４によって、デューティＤ_u，Ｄ_v，Ｄ_wから、３相回転機１０２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。指令速度ω_ref ^*は、上位制御装置から回転機制御装置１００に与えられる。指令速度ω_ref ^*は、３相回転機１０２の回転速度が追従するべき回転速度（単位：ｒａｄ／秒）を表す。このような制御により、３相回転機１０２は、回転速度が指令速度ω_ref ^*に追従するように制御される。

指令電圧ベクトルｖ_u ^*，ｖ_v ^*，ｖ_w ^*は、逐次更新される。本明細書では、指令電圧ベクトルｖ_u ^*，ｖ_v ^*，ｖ_w ^*が更新されてから次に更新されるまでのサイクルを「制御サイクル」と称する。本実施形態では、制御サイクル毎に、指令トルク及び指令電圧ベクトルｖ_u ^*，ｖ_v ^*，ｖ_w ^*が特定される。特定された指令電圧ベクトルｖ_u ^*，ｖ_v ^*，ｖ_w ^*は、次の制御サイクルにおいて３相回転機１０２に印加される電圧ベクトルｖ_u，ｖ_v，ｖ_wを規定する。本実施形態の各制御サイクルは、周期Ｔ_sを有する。

図２Ａに示すｄｑ座標系は、回転座標系である。ｄ軸及びｑ軸は、回転子磁束ベクトル（二次磁束ベクトル）の回転速度（角速度）と同じ速度で回転する。反時計回り方向が、位相の進み方向である。ｄ軸は、回転子磁束ベクトルの方向に延びる軸として設定されている。ｑ軸は、ｄ軸を進み方向に９０度回転させた軸として設定されている。Ｕ軸は、Ｕ相巻線に対応する。Ｖ軸は、Ｖ相巻線に対応する。Ｗ軸は、Ｗ相巻線に対応する。Ｕ軸、Ｖ軸及びＷ軸は、回転子が回転しても、回転しない。つまり、Ｕ軸、Ｖ軸及びＷ軸は、固定軸である。

回転子速度ω_2nは、回転子の速度を表す（図示していない）。二次磁束回転速度ω_2fは、二次磁束ベクトルの回転速度を表す。誘導機のような非同期機の場合は回転子速度（回転子の速度）ω_2nと二次磁束の回転速度ω_2fの間には差があり、この差はすべり角速度ω_sと呼ばれる。本明細書では、特に断りが無い限り、角度は電気角を意味する。ｄ軸とｑ軸との間の角度、角度θ、回転子角速度ω_2n及び二次磁束回転速度ω_2fは、電気角に基づいた値である。回転子速度ω_2n及び二次磁束回転速度ω_2fの単位はｒａｄ／秒である。

図２Ｂに示すαβ座標系は、固定座標系である。α軸及びβ軸は、固定軸である。反時計回り方向が、位相の進み方向である。α軸は、Ｕ軸と同一方向に延びる軸として設定されている。β軸は、α軸を進み方向に９０度回転させた軸として設定されている。

（実施形態１）
（回転機制御部１０１について）
図３に示すように、回転機制御部１０１は、ｕ，ｗ／α，β変換部（３相２相座標変換部）１０６、指令電圧特定部１０７、磁束推定部１０８、トルク推定部１０９、速度・位相推定部１１０、参照トルク特定部１２１、指令振幅特定部１２２、移動量特定部１１１、指令位相特定部１２７、指令磁束特定部１１２、α軸磁束偏差特定部１１３ａ、β軸磁束偏差特定部１１３ｂ及びα，β／ｕ，ｖ，ｗ変換部（２相３相座標変換部）１１４を含んでいる。

回転機制御部１０１では、ｕ，ｗ／α，β変換部１０６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、３相回転機１０２のα−β座標上におけるα軸電流ｉ_α及びβ軸電流ｉ_βをまとめて記載したものである。相電流ｉ_u，ｉ_w及び軸電流ｉ_α，ｉ_βは電流ベクトルであるので、相電流ｉ_u，ｉ_w及び軸電流ｉ_α，ｉ_βをそれぞれ電流ベクトルｉ_u，ｉ_w及び電流ベクトルｉ_α，ｉ_βと称することができる。磁束推定部１０８によって、指令軸電圧ｖ_α ^*，ｖ_β ^*及び軸電流ｉ_α，ｉ_βから、３相回転機１０２の一次磁束ベクトルが推定される（推定一次磁束ψ_sが特定される）。推定一次磁束ψ_sのα軸成分及びβ軸成分をそれぞれ推定一次磁束ψ_α及び推定一次磁束ψ_βと記載する。推定一次磁束ψ_sの振幅を｜ψ_s｜と記載する。軸指令電圧ｖ_α ^*，ｖ_β ^*は、次の制御サイクルにおいて回転機に印加される電圧ベクトルを規定するものである。速度・位相推定部１１０によって、推定一次磁束ψ_α，ψ_βから、３相回転機１０２の一次磁束ベクトルの位相と、一次磁束の回転速度が推定される（推定位相θ_sと推定一次磁束速度ω_1fが特定される）。図３の例では、一次磁束の回転速度と回転子の回転速度は同じである。つまり、速度・位相推定部１１０によって、推定回転子速度ω_2nが特定される。トルク推定部１０９によって、推定一次磁束ψ_α，ψ_β及び軸電流ｉ_α，ｉ_βから、３相回転機１０２のトルクが推定される（推定トルクＴ_eが特定される）。参照トルク特定部１２１によって、推定回転子速度ω_2nが指令速度ω_ref ^*に一致するように、参照トルクＴ_refが特定される。移動量特定部１１１によって、参照トルクＴ_ref、指令速度ω_ref ^*及び推定トルクＴ_eから、第２移動量Δθ_sが特定される。指令振幅特定部１２２によって、参照トルクＴ_refから指令振幅｜ψ_s ^*｜が特定される。指令位相特定部１２７によって、第２移動量Δθ_s及び推定位相θ_sから、指令位相θ_s ^*が特定される。指令磁束特定部１１２によって、指令位相θ_s ^*及び指令振幅｜ψ_s ^*｜から、指令磁束ベクトルψ_s ^*が特定される。指令磁束ベクトルψ_s ^*のα軸成分及びβ軸成分を、それぞれα軸指令磁束ψ_α ^*及びβ軸指令磁束ψ_β ^*と記載する。α軸磁束偏差特定部１１３ａによって、α軸指令磁束ψ_α ^*と推定一次磁束ψ_αとの偏差（磁束偏差Δψ_α＝ψ_α ^*−ψ_α）が求められる。β軸磁束偏差特定部１１３ｂによって、β軸指令磁束ψ_β ^*と推定一次磁束ψ_βとの偏差（磁束偏差Δψ_β＝ψ_β ^*−ψ_β）が求められる。指令電圧特定部１０７によって、磁束偏差Δψ_α，Δψ_β及び軸電流ｉ_α，ｉ_βから、指令軸電圧ｖ_α ^*，ｖ_β ^*が特定される。指令軸電圧ｖ_α ^*，ｖ_β ^*は、３相回転機１０２のα−β座標上におけるα軸指令電圧ｖ_α ^*及びβ軸指令電圧ｖ_β ^*をまとめて記載したものである。指令軸電圧ｖ_α ^*，ｖ_β ^*は電圧ベクトルであるので、指令軸電圧ｖ_α ^*，ｖ_β ^*を指令電圧ベクトルｖ_α ^*，ｖ_β ^*と称することができる。α，β／ｕ，ｖ，ｗ変換部１１４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。なお、本実施形態では、後述の第１制御モードにおいては、参照トルク特定部１２１および指令振幅特定部１２２では機能せず、移動量特定部１１１において参照トルクＴ_refは用いられない。

このような制御（フィードバック制御）により、３相回転機１０２の一次磁束ベクトルが指令磁束ベクトルψ_s ^*に追従する（３相回転機１０２の一次磁束ベクトルの振幅が指令振幅｜ψ_s ^*｜に追従する）ように、ＰＷＭインバータ１０４を介して３相回転機１０２に電圧ベクトルが印加される。

本明細書では、軸電流ｉ_α，ｉ_βは、実際に３相回転機１０２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 ^*、推定一次磁束ψ_s（磁束ψ_α，ψ_β）、推定位相θ_s、推定トルクＴ_e、参照トルクＴ_ref、指令トルクＴ_e ^*、指令速度ω_ref ^*、指令位相θ_s ^*、指令振幅｜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 ^*等も同様である。

本実施形態の制御に関する各構成要素について、以下で説明する。

（第１電流センサ１０５ａ、第２電流センサ１０５ｂ）
第１電流センサ１０５ａ及び第２電流センサ１０５ｂは、３相回転機１０２の相電流（電流ベクトル）ｉ_u，ｉ_wを検出する。図１に示す第１電流センサ１０５ａ及び第２電流センサ１０５ｂとして、公知の電流センサを用いることができる。本実施形態では、第１電流センサ１０５ａ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１０５ｂ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１０５ａ及び第２電流センサ１０５ｂは、ｕ相及び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。以下では、第１電流センサ１０５ａ及び第２電流センサ１０５ｂの組み合わせを電流検出部と称することがある。電流検出部は、電流ベクトルｉ_aを検出する。

（ｕ，ｗ／α，β変換部１０６）
図３に示すｕ，ｗ／α，β変換部１０６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、ｕ，ｗ／α，β変換部１０６は、式（１−１）及び（１−２）により、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。

（磁束推定部１０８）
磁束推定部１０８は、前の制御サイクルにおいて特定された指令軸電圧（指令電圧ベクトル）ｖ_α ^*，ｖ_β ^*を用いて、現在の制御サイクルにおける３相回転機１０２の一次磁束ベクトルを推定する（推定一次磁束ψ_sを特定する）。具体的には、磁束推定部１０８は、軸電流ｉ_α，ｉ_β及び指令軸電圧ｖ_α ^*，ｖ_β ^*から、推定一次磁束ψ_s（推定一次磁束ψ_α，ψ_β）を求める。より具体的には、磁束推定部１０８は、式（１−３）、（１−４）及び（１−５）を用いて、推定一次磁束ψ_α，ψ_β、及び推定一次磁束ψ_sの振幅｜ψ_s｜を求める。式（１−３）及び（１−４）におけるψ_α|t=0、ψ_β|t=0は、それぞれ推定一次磁束ψ_α，ψ_βの初期値である。式（１−３）及び（１−４）におけるＲ_aは、３相回転機１０２の固定子抵抗である。本実施形態では、式（１−３）及び（１−４）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ている。

推定一次磁束ψ_sの特定の際に、指令電圧ベクトル（指令軸電圧ｖ_αβ ^*）に代えて、検出された３相回転機１０２の電圧ベクトル（２相電圧ｖ_αβ）を用いることもできる。すなわち、式（１−３）の「ｖ_α ^*」を「ｖ_α」に置き換え、式（１−４）の「ｖ_β ^*」を「ｖ_β」に置き換えることができる。具体的には、磁束推定部１０８は、３相回転機１０２に印加されている電圧ベクトルの検出値を３相２相変換させて得た２相電圧（２相電圧ｖ_αβ）を用いて推定一次磁束ψ_sを特定するものであってもよい。

（トルク推定部１０９）
トルク推定部１０９は、検出された電流ベクトルｉ_a（軸電流ｉ_α，ｉ_β）と、現在の制御サイクルにおいて推定された一次磁束ベクトルである推定一次磁束ψ_α，ψ_βとから、現在の制御サイクルにおけるトルクを推定する（推定トルクＴ_eを特定する）。具体的には、トルク推定部１０９は、式（１−６）を用いて、推定トルクＴ_eを求める。式（１−６）におけるＮ_pは、３相回転機１０２の極対数である。

（速度・位相推定部１１０）
速度・位相推定部１１０は、推定一次磁束ψ_s（推定一次磁束ψ_α，ψ_β）から一次磁束ベクトルの位相を推定する（推定位相θ_sを特定する）。具体的に、速度・位相推定部１１０は、式（１−７）により、推定位相θ_sを求める。また、速度・位相推定部１１０は、現在の制御サイクルにおいて求めた推定位相θ_s（ｎ）と、前回の制御サイクルにおいて求めた推定位相θ_s（ｎ−１）とを用いて、式（１−８）により、３相回転機１０２の一次磁束の角速度ω_1fすなわち回転子の角速度（回転子速度）ω_2nを推定する。本実施形態の３相回転機１０２は、後述のように同期回転機であるため、一次磁束の角速度ω_1fと回転子の角速度ω_2nは一致する。速度・位相推定部１１０は、公知の速度・位相推定器である。ここで、Ｔ_sは各制御サイクルの周期（制御周期）を意味する。ｎは、ｎ番目の制御サイクルであることを示す。ｎは整数である。

３相回転機１０２が誘導機の場合、回転子の角速度ω_2nは一次磁束の回転速度ω_1fに対してすべり角速度ω_s分ずれた角速度となる。このため、式（１−８）により回転子速度ω_2nを求めることはできない。３相回転機１０２が誘導機である変形例では、式（１−８）の左辺と中辺の間の関係式を用いて求めた３相回転機１０２の一次磁束の回転速度ω_1fと、正規化二次磁束ψ_2nと、推定トルクＴ_eとから、回転子の速度を推定する（回転子速度ω_2nを特定する）。具体的には、式（１−９Ａ）を用いて、すべり角速度ω_sを求める。さらに、算出したすべり角速度ω_sと一次磁束の回転速度ω_1fから回転子速度ω_2nを式（１−１０）により求める。式（１−９Ａ）におけるＲ_2nは、３相誘導機１０２の正規化回転子抵抗である。Ｍは、相互インダクタンスである。Ｒ₂は、回転子抵抗である。Ｌ₂は、回転子インダクタンスである。なお、正規化二次磁束ψ_2nは回転子磁束（二次磁束）ψ₂のＭ／Ｌ₂倍の値であり、正規化二次磁束ψ_2nの回転速度は二次磁束ψ₂の回転速度と同じである。式（１−９Ａ）の導出方法は、例えば公知の文献（新中新二：「瞬時速度推定同伴の最小次元Ｄ因子磁束状態オブザーバを用いた誘導モータのセンサレスベクトル制御」、電気学会論文誌Ｄ、Ｖｏｌ．１３５、Ｎｏ．３、ｐｐ．２９９−３０７、（２０１５））に記載されている。正規化二次磁束ψ_2nのノルムが一定の条件においては二次磁束（正規化二次磁束）の回転速度ω_2fではなく一次磁束の回転速度ω_1fを利用できることも上記公知の文献に記載のとおりである。正規化二次磁束ψ_2nは、例えば、式（１−９Ｂ）を用いて求めることができる。式（１−９Ｂ）におけるｌ_1tｉ_aは、３相誘導機１０２の仮想電機子反作用磁束である。ｌ_1tは、固定子総合漏れインダクタンスである。仮想電機子反作用磁束ｌ_1tｉ_a及び固定子総合漏れインダクタンスの詳細については後述する。

本実施形態では、速度・位相推定部１１０は、速度推定部（速度特定部）と位相推定部（位相特定部）とを含んでいる。これらは、組み合わされて単一の推定部を構成していてもよく別個独立に設けられていてもよい。

（参照トルク特定部１２１）
参照トルク特定部１２１は、指令速度ω_ref ^*及び推定回転子速度ω_2nから、参照トルクＴ_refを特定する。具体的に、参照トルク特定部１２１は、式（１−１１）により、参照トルクＴ_refを求める。式（１−１１）におけるＫ_spは比例ゲインである。Ｋ_sIは積分ゲインである。参照トルク特定部１２１は、公知のＰＩ補償器である。本実施形態では、参照トルク特定部１２１は、後述の第２制御モードで動作し、第１制御モードでは動作しない。この点は、実施形態２及び３でも同様である。ただし、必要であれば、第１制御モードにおいて参照トルク特定部１２１を動作させてもよい。

（移動量特定部１１１）
移動量特定部１１１は、参照トルクＴ_ref、推定トルクＴ_e及び指令速度ω_ref ^*から第２移動量Δθ_sを求める。第２移動量Δθ_sは、１制御サイクルで一次磁束ベクトルの位相が移動するべき移動量である。図４に示すように、移動量特定部１１１は、トルク減算部１４１と、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）１４２と、乗算部１４３と、切り換えスイッチ１４４と、ＰＩ補償器１４５と、乗算部１４６と、加算部１４７と、を有している。

移動量特定部１１１では、切り換えスイッチ１４４を切り換えることにより、第１制御モードと第２制御モードとを切り換えることができる。第１制御モードは、３相回転機１０２の回転速度が低い場合において制御性能の低下を抑制可能な制御モードである。第２制御モードは、回転速度が高い場合においてトルクに対する高い応答性を確保可能な制御モードである。第２制御モードにおいて、回転機制御装置１０２は、３相回転機１０２のトルクを指令トルクＴ_e ^*（本実施形態では参照トルクＴ_refと同じである）に追従させる。

第１制御モードでは、ＨＰＦ１４２が、推定トルクＴ_eの高周波成分を抽出（特定）する。次に、乗算部１４３が、高周波成分の符合を反転させる。これにより、推定トルクＴ_eの振動成分（トルクの変動分）ΔＴ₁が得られる。ＨＰＦ１４２及び乗算部１４３の動作は、式（１−１２）によって表現される。式（１−１２）におけるω_cは遮断角周波数である。

第１制御モードでは、次に、切り換えスイッチ１４４が、振動成分ΔＴ₁を選択する。次に、ＰＩ補償器１４５が、式（１−１３Ａ）に基づいて、第１移動量Δθを特定する。式（１−１３Ａ）におけるＫ_θPは比例ゲインである。Ｋ_θIは積分ゲインである。本実施形態では、式（１−１３Ａ）における演算のために必要となる積分器は、離散系で構成されている。式（１−１３Ａ）から理解されるように、ＰＩ補償器１４５は、自身への入力をゼロに近づける（具体的には収束させる）フィードバック制御を行うことによって第１移動量Δθを特定するフィードバック補償部として機能する（この点は、実施形態１の第２制御モード並びに実施形態２及び３の第１及び第２制御モードでも同様である）。第１制御モードでは、ＰＩ補償器１４５が行うフィードバック制御により、振動成分ΔＴ₁がゼロに近づく。結果として、ＨＰＦ１４２の出力もゼロに近づく。なお、実施形態２及び３においても、実施形態１同様、第１制御モードにおける第１移動量Δθは、推定トルクＴ_eの振動成分をゼロに近づけるように生成される。

第１制御モードでは、乗算部１４６が、指令速度ω_ref ^*に制御周期Ｔ_sを乗算することによって、積ω_ref ^*Ｔ_sを特定する。加算部１４７は、第１移動量Δθと積ω_ref ^*Ｔ_sとを足し合わせる。これにより、第２移動量（一次磁束ベクトルの移動量）Δθ_sが特定される。乗算部１４６及び加算部１４７の動作は、式（１−１４）によって表現される。

このように、第１制御モードにおいて、移動量特定部１１１は、推定トルクＴ_eにおける遮断角周波数ω_cよりも高い周波数成分である高周波成分をゼロに近づける第１移動量Δθを特定する。そして、第１移動量Δθと積ω_ref ^*Ｔ_sとを合計することにより、第２移動量Δθ_sを特定する。

第２制御モードでは、トルク減算部１４１が、参照トルクＴ_refを指令トルクＴ_e ^*として用い、指令トルクＴ_e ^*から推定トルクＴ_eを差し引くことによって、トルク偏差ΔＴ₂（＝Ｔ_e ^*−Ｔ_e）を特定する。次に、切り換えスイッチ１４４が、トルク偏差ΔＴ₂を選択する。次に、ＰＩ補償器１４５が、式（１−１３Ｂ）に基づいて、第１移動量Δθを特定する。式（１−１３Ｂ）から理解されるように、第２制御モードにおける第１移動量Δθは、指令トルクＴ_e ^*（本実施形態では参照トルクＴ_refと同じである）と推定トルクＴ_eとの差分をゼロに近づけるものである。

その後、第２制御モードでは、乗算部１４６が、指令速度ω_ref ^*に制御周期Ｔ_sを乗算することによって、積ω_ref ^*Ｔ_sを特定する。加算部１４７は、第１移動量Δθと積ω_ref ^*Ｔ_sとを足し合わせることにより、第２移動量Δθ_sを得る。第２制御モードにおける乗算部１４６及び加算部１４７の動作も、上記の式（１−１４）によって表現される。

本実施形態における制御モードの切換方法について、図５を用いて説明する。図５における左右に延びる２つの半直線のうち、下側の半直線が第１制御モードに対応し、上側の半直線が第２制御モードに対応する。図５に示すように、第１制御モードが選択された状態において、３相回転機１０２が加速して回転子速度ω_2nがω_th2以上になると、制御モードは第２制御モードに切り換わる。第２制御モードが選択された状態において、３相回転機１０２が減速して回転子速度ω_2nがω_th1以下になると、制御モードは第１制御モードに切り換わる。これらの切り換えは、切り換えスイッチ１４４が担う。

３相回転機１０２の回転速度が低い領域では、回転子速度の推定精度を確保するのが難しい。参照トルクＴ_refは推定回転子速度ω_2nに基づいて生成されるため、参照トルクＴ_refの精度を確保するのも難しい。この点、本実施形態では、回転速度が低いときに、第１制御モードを選択し、参照トルクＴ_refを用いずに第２移動量Δθ_sを特定する。これにより、３相回転機１０２の低速駆動時における安定性が確保される。一方、回転速度が高いときには、第２制御モードを選択し、参照トルクＴ_refを用いて第２移動量Δθ_sを特定する。これにより、トルクに対する高い応答性が確保される。

また、図５を用いた説明から理解されるように、３相回転機１０２の回転速度と制御モード切り換えのタイミングとの関係は、ヒステリシスループを構成する。このようなヒステリシスループによれば、制御モード切換時のチャタリングを防止することができる。

なお、乗算部１４３による高周波成分の符合の反転は必須ではない。つまり、乗算部１４３を省略することもできる。この高周波成分自体が振動成分であると考えることもできる。この省略を行った場合であっても、適切な第２移動量Δθ_sが得られるように移動量特定部１１１を構成することは可能である。

（指令位相特定部１２７）
指令位相特定部１２７は、第２移動量（一次磁束ベクトルの移動量）Δθ_s及び推定位相θ_sから、指令位相θ_s ^*を特定する。指令位相θ_s ^*は、指令磁束ベクトルψ_s ^*の位相である。具体的には、指令位相特定部１２７は、式（１−１５）により指令位相θ_s ^*を求める。

（指令振幅特定部１２２）
振幅指令生成部１２２は、参照トルクＴ_refを指令トルクＴ_e ^*として用い、指令トルクＴ_e ^*から指令振幅｜ψ_s ^*｜を特定することができるように構成されている。指令振幅｜ψ_s ^*｜は、指令磁束ベクトルψ_s ^*の振幅である。指令振幅特定部１２２は、ルックアップテーブル、計算式（近似式）が格納された演算子等を用いて構成できる。ルックアップテーブルを用いる場合、指令トルクＴ_e ^*と指令振幅｜ψ_s ^*｜との対応関係を表すルックアップテーブルを事前に準備することができる。演算子における計算式も、事前に準備できる。このようなルックアップテーブル及び計算式は、予め行った測定データ又は理論に基づいて設定できる。指令振幅｜ψ_s ^*｜の具体的な特定方法は、公知の文献（武田洋次、森本茂雄、松井信行、本田幸夫、「埋込磁石同期モータの設計と制御」、株式会社オーム社、２００１年１０月２５日発行、等）を参照することにより理解され得る。本実施形態では、最小の電流で最大のトルクを発生できる最大トルク／電流制御（ＭＴＰＡ）を満たすトルクと磁束との関係を利用する。本実施形態における指令振幅特定部１２２は、磁束パラメータ｜ψ_a｜を用いて指令振幅｜ψ_s ^*｜を求める。磁束パラメータ｜ψ_a｜は、３相回転機（本実施形態では同期回転機）１０２における永久磁石が作る磁石磁束の振幅として与えられた定数である。

実施形態１では、第２制御モードにおいて、指令振幅特定部１２２により指令振幅｜ψ_s ^*｜を特定する。第１制御モードにおいては、指令振幅特定部１２２を用いず指令振幅｜ψ_s ^*｜を得る。具体的に、第１制御モードにおいては、指令振幅｜ψ_s ^*｜として、固定値、又は、計算式を用いて得た値を用いる。ただし、必要であれば、実施形態１の第１制御モードにおいても、指令振幅特定部１２２により指令振幅｜ψ_s ^*｜を特定してもよい。

実施形態１の変形例では、第１制御モード及び第２制御モードの両方において、（ｉ）同じ固定値が指令振幅｜ψ_s ^*｜として用いられる、又は（ii）同じ計算式を用いて得た値が指令振幅｜ψ_s ^*｜として用いられる。この変形例では、第１制御モード及び第２制御モードおける指令振幅の特定方法の共通性が高い。このため、この変形例は、制御モード切換時のトルク変動抑制の観点から有利である。（ii）の計算式の例については、後述の「指令振幅｜ψ_s ^*｜を得るための計算式の例」の項目で説明する。この計算式は、第２制御モードにおいて指令振幅特定部１２２を用いる場合にも、第１制御モードの指令振幅｜ψ_s ^*｜の特定に使用可能である。

なお、後述の第２実施形態及び第３実施形態においては、第１制御モード及び第２制御モードの両方において、指令振幅特定部１２２により指令振幅｜ψ_s ^*｜を特定する。ただし、第２実施形態及び第３実施形態においても、第１制御モード及び／又は第２制御モードにおいて上述の固定値を用いたり計算式を用いてもよい。

（指令磁束特定部１１２）
指令磁束特定部１１２は、制御サイクル毎に、指令位相θ_s ^*及び指令振幅｜ψ_s ^*｜を用いて、指令磁束ベクトルψ_s ^*を特定する。特定された指令磁束ベクトルψ_s ^*は、次の制御サイクルにおいて３相回転機１０２に印加される一次磁束ベクトルを規定する。具体的に、式（１−１６）及び（１−１７）を用いて、指令磁束ベクトルψ_α ^*，ψ_β ^*を求める。指令磁束ψ_α ^*は、指令磁束ベクトルψ_α ^*，ψ_β ^*のα軸成分である。指令磁束ψ_β ^*は、指令磁束ベクトルψ_α ^*，ψ_β ^*のβ軸成分である。

なお、指令振幅特定部１２２、指令位相特定部１２７及び指令磁束特定部１１２は、１つのまとまった演算部を構成していてもよい。

（α軸磁束偏差特定部１１３ａ、β軸磁束偏差特定部１１３ｂ）
α軸磁束偏差特定部１１３ａは、指令磁束ψ_α ^*と推定一次磁束ψ_αを取得し、これらの偏差（磁束偏差Δψ_α：ψ_α ^*−ψ_α）を求める。β軸磁束偏差特定部１１３ｂは、指令磁束ψ_β ^*と推定一次磁束ψ_βを取得し、これらの偏差（磁束偏差Δψ_β：ψ_β ^*−ψ_β）を求める。磁束偏差特定部１１３ａ，１１３ｂとしては、公知の演算子を用いることができる。

（指令電圧特定部１０７）
指令電圧特定部１０７は、制御サイクル毎に、指令軸電圧（指令電圧ベクトル）ｖ_α ^*，ｖ_β ^*を特定する。特定された指令軸電圧ｖ_α ^*，ｖ_β ^*は、次の制御サイクルにおいて３相回転機１０２に印加される電圧ベクトルを規定する。具体的には、指令電圧特定部１０７は、磁束偏差Δψ_α，Δψ_β及び軸電流ｉ_α，ｉ_βから、指令軸電圧ｖ_α ^*，ｖ_β ^*を求める。より具体的には、指令電圧特定部１０７は、式（１−１８）を用いてα軸指令電圧ｖ_α ^*を求め、式（１−１９）を用いてβ軸指令電圧ｖ_β ^*を求める。

（α，β／ｕ，ｖ，ｗ変換部１１４）
α，β／ｕ，ｖ，ｗ変換部１１４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、α，β／ｕ，ｖ，ｗ変換部１１４は、式（１−２０）により、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。

（デューティ生成部１０３）
図１に示すデューティ生成部１０３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。本実施形態では、デューティ生成部１０３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ることができる。例えば、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、直流電源１１８（図６）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１０３は、デューティＤ_u，Ｄ_v，Ｄ_wを出力する。

（ＰＷＭインバータ１０４）
図１及び図６に示すように、ＰＷＭインバータ１０４は、スイッチング素子１１９ａ，１１９ｂ，１１９ｃ，１１９ｄ，１１９ｅ，１１９ｆ及び還流ダイオード１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄ，１２０ｅ，１２０ｆが対になった変換回路、ベースドライバ１１６、平滑コンデンサ１１７及び直流電源１１８を含む。直流電源１１８は、ダイオードブリッジ等によって整流された出力を表す。

ＰＷＭインバータ１０４は、ＰＷＭ制御によって３相回転機１０２に電圧ベクトルを印加する。具体的には、３相回転機１０２への給電は、スイッチング素子１１９ａ〜１１９ｆを介して、直流電源１１８から行われる。より具体的には、まず、デューティＤ_u，Ｄ_v，Ｄ_wがベースドライバ１１６に入力される。次に、デューティＤ_u，Ｄ_v，Ｄ_wがスイッチング素子１１９ａ〜１１９ｆを電気的に駆動するためのドライブ信号に変換される。次に、ドライブ信号に従って各スイッチング素子１１９ａ〜１１９ｆが動作する。

本実施形態では、ＰＷＭインバータ１０４は、スイッチング素子１１９ａ〜１１９ｆを用いた３相スイッチング回路である。スイッチング素子１１９ａ〜１１９ｆとしては、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）及びＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）が挙げられる。

本実施形態の回転機制御装置１００は、ＰＭＷインバータ１０４を用いて、電圧ベクトルを３相回転機１０２に印加する。具体的には、回転機制御装置１００は、ＰＭＷインバータ１０４を用いて、前の制御サイクルにおいて特定された現在の制御サイクル用の指令電圧ベクトルを平均値とする電圧ベクトルを３相回転機１０２に印加する。

（３相回転機１０２）
図１に示す３相回転機１０２は、回転機制御装置１００の制御対象である。３相回転機１０２は、電動機であってもよく発電機であってもよい。３相回転機１０２には、ＰＷＭインバータ１０４によって、電圧ベクトルが印加される。「３相回転機１０２に電圧ベクトルが印加される」とは、３相回転機１０２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、３相回転機１０２が制御される。

本実施形態における３相回転機１０２は、例えば、永久磁石同期回転機である。永久磁石同期回転機としては、ＩＰＭＳＭ（Interior Permanent Magnet Synchronous Motor）及び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。３相回転機１０２としては、誘導機、シンクロリラクタンスモータを用いることもできる。

（本実施形態の効果）
３相回転機１０２の回転速度が低いときは、回転子速度の推定精度を確保するのが難しく、従って参照トルクＴ_refの精度を確保するのが難しい。この点、本実施形態の第１制御モードでは、参照トルクＴ_refを用いずに第２移動量Δθ_sを特定する。このため、第１制御モードは、３相回転機１０２の回転速度が低いときに３相回転機１０２の駆動を安定させる（ロバスト性を確保する）のに適している。また、本実施形態の第１制御モードでは、推定トルクＴ_eの振動成分ΔＴ₁をゼロに近づける（具体的にはゼロに収束させる）第１移動量Δθが特定される。その第１移動量Δθが指令磁束ベクトルψ_s ^*の位相（指令位相）θ_s ^*に反映され、その指令磁束ベクトルψ_s ^*に一次磁束ベクトルが追従する。推定トルクＴ_eの振動成分ΔＴ₁の情報が指令位相θ_s ^*に反映されることは、３相回転機１０２の駆動を安定させることに役立つ。このため、第１制御モードによれば、３相回転機１０２の回転速度が低い場合においても、制御性能が低下し難い。

本実施形態の第２制御モードでは、参照トルクＴ_refを指令トルクＴ_e ^*として用い、指令トルクＴ_e ^*と推定トルクとの差分をゼロに近づける（具体的にはゼロに収束させる）第１移動量Δθが特定される。その第１移動量Δθが第２移動量Δθ_sに反映され、その第２移動量Δθ_sが指令磁束ベクトルψ_s ^*の位相（指令位相）θ_s ^*に反映され、その指令磁束ベクトルψ_s ^*に一次磁束ベクトルが追従する。このような第２制御モードは、トルクに対する高い応答性を確保するのに適している。

また、本実施形態には、第１制御モード及び第２制御モードの両方を、速度センサ及び位置センサを用いずに実現できるというメリットもある。

（実施形態２）
以下、実施形態２の回転機制御装置２００ａについて説明する。なお、実施形態２では、実施形態１と同様の部分については同一符号を付し、説明を省略することがある。

図７に示すように、実施形態２の回転機制御部２０１ａは、移動量特定部２１１ａを有している。

（移動量特定部２１１ａ）
移動量特定部２１１ａは、参照トルクＴ_ref、推定トルクＴ_e及び指令速度ω_ref ^*から第２移動量（一次磁束ベクトルの移動量）Δθ_sを求める。図８に示すように、移動量特定部２１１ａは、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）２５２と、切り換えスイッチ２５１と、トルク減算部２５０と、ＰＩ補償器１４５と、乗算部１４６と、加算部１４７と、を有している。

移動量特定部２１１ａでは、切り換えスイッチ２５１を切り換えることにより、第１制御モードと第２制御モードとを切り換えることができる。具体的に、移動量特定部２１１ａは、移動量特定部１１１と同様、図５に従って制御モードを切り換えることができる。第２制御モードにおいて、回転機制御装置１０２は、３相回転機１０２のトルクを指令トルクＴ_e ^*に追従させる。

第１制御モードでは、ＬＰＦ２５２が、推定トルクＴ_eの低周波成分Ｔ₁を抽出（特定）する。具体的には、ＬＰＦ２５２は、式（１−２１）に従って低周波成分Ｔ₁を求める。式（１−２１）におけるω_cは遮断角周波数である。

第１制御モードでは、次に、切り換えスイッチ２５１が、低周波成分Ｔ₁を、指令トルクＴ_e ^*として選択する。次に、トルク減算部２５０が、指令トルクＴ_e ^*（低周波成分Ｔ₁）から推定トルクＴ_eを差し引くことによって、トルク偏差ΔＴ（＝Ｔ_e ^*−Ｔ_e）を特定する。このトルク偏差ΔＴは、実施形態１の振動成分ΔＴ₁と同じ意味合いを有する。従って、このトルク偏差ΔＴを、振動成分と称することができる。

第１制御モードでは、その後、ＰＩ補償器１４５は、式（１−１３Ｃ）に基づいて、第１移動量Δθを特定する。乗算部１４６が、指令速度ω_ref ^*に制御周期Ｔ_sを乗算することによって、積ω_ref ^*Ｔ_sを特定する。加算部１４７は、第１移動量Δθと積ω_ref ^*Ｔ_sとを足し合わせる。これにより、第２移動量（一次磁束ベクトルの移動量）Δθ_sが得られる。

このように、第１制御モードにおいて、移動量特定部２１１ａは、推定トルクＴ_eにおける遮断角周波数ω_cよりも低い周波数成分である低周波成分Ｔ₁と、低周波成分Ｔ₁と推定トルクＴ_eとの差分である第１差分をゼロに近づける第１移動量Δθと、を特定する。そして、第１移動量Δθと積ω_ref ^*Ｔ_sとを合計することにより、第２移動量Δθ_sを特定する。

第２制御モードでは、切り換えスイッチ２５１が、参照トルクＴ_refを、指令トルクＴ_e ^*として選択する。トルク減算部２５０が、指令トルクＴ_e ^*（参照トルクＴ_ref）から推定トルクＴ_eを差し引くことによって、トルク偏差ΔＴ（＝Ｔ_e ^*−Ｔ_e）を特定する。ＰＩ補償器１４５は、式（１−１３Ｃ）に基づいて、第１移動量Δθを特定する。乗算部１４６が、指令速度ω_ref ^*に制御周期Ｔ_sを乗算することによって、積ω_ref ^*Ｔ_sを特定する。加算部１４７は、第１移動量Δθと積ω_ref ^*Ｔ_sとを足し合わせる。これにより、第２移動量（一次磁束ベクトルの移動量）Δθ_sが得られる。

第１制御モード及び第２制御モードの両方において、指令トルクＴ_e ^*が指令振幅特定部１２２に与えられる。指令振幅特定部１２２では、指令トルクＴ_e ^*から指令振幅｜ψ_s ^*｜が特定される。

（本実施形態の効果）
実施形態２の第１制御モードでは、実施形態１の第１制御モードと同様、第２移動量Δθ_sを特定するのに参照トルクＴ_refを用いない。従って、実施形態２の第１制御モードも、３相回転機１０２の低速駆動時における安定性確保に有利である。さらに、実施形態２の第１制御モードでは、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）２５２の出力が指令トルクＴ_e ^*として用いられ、その指令トルクＴ_e ^*が指令位相θ_s ^*及び指令振幅｜ψ_s ^*｜に反映される。これにより、安定した指令磁束ベクトルψ_s ^*が生成され、その安定した指令磁束ベクトルψ_s ^*に一次磁束ベクトルが追従する。このような第１制御モードにより得られる安定性により、第１制御モードと第２制御モードとの間の切換時におけるトルク変動が緩和される。また、実施形態２の第２制御モードは、実施形態１の第２制御モードと同様、トルクに対する高い応答性を確保するのに有利である。

本実施形態によれば、第１制御モードと第２制御モードとを移動量特定部２１１ａの動作を変更することのみによって切り換えることができる。実際に、本実施形態では、第１制御モード及び第２制御モードにおいて、回転機制御装置１００のうち移動量特定部２１１ａ以外の要素は同様に動作する（この点は、実施形態３においても同様である）。つまり、両制御モードの制御態様の共通性を高くすることができる。すなわち、本実施形態によれば、制御モード切換時に制御が不安定になったり３相回転機１０２の物理量が大きく振動したりすることを回避し易い。制御モード切換時のトルク変動も抑制され易い。

また、上述のように両制御モードの切り換えを移動量特定部２１１ａの動作変更のみで行えること、すなわち両制御モードで多くの演算が共通することは、制御システムのシンプル化及び省メモリ化等の観点から有利である。

（実施形態３）
以下、実施形態３の回転機制御装置２００ｂについて説明する。なお、実施形態３では、実施形態２と同様の部分については同一符号を付し、説明を省略することがある。

図９に示すように、実施形態３の回転機制御部２０１ｂは、移動量特定部２１１ｂを有している。

（移動量特定部２１１ｂ）
移動量特定部２１１ｂは、参照トルクＴ_ref、推定トルクＴ_e及び指令速度ω_ref ^*から第２移動量（一次磁束ベクトルの移動量）Δθ_sを求める。図１０に示すように、移動量特定部２１１ｂは、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）２５２と、切り換えスイッチ２５１と、リミッタ（トルク制限部）２５３と、トルク減算部２５０と、ＰＩ補償器１４５と、乗算部１４６と、加算部１４７と、を有している。

移動量特定部２１１ｂでは、切り換えスイッチ２５１を切り換えることにより、第１制御モードと第２制御モードとを切り換えることができる。具体的に、移動量特定部２１１ｂは、移動量特定部１１１と同様、図５に従って制御モードを切り換えることができる。第２制御モードにおいて、回転機制御装置１０２は、３相回転機１０２のトルクを指令トルクＴ_e ^*に追従させる。

第１制御モードでは、ＬＰＦ２５２が、推定トルクＴ_eの低周波成分Ｔ₁を抽出（特定）する。具体的には、ＬＰＦ２５２は、式（１−２１）に従って低周波成分Ｔ₁を求める。切り換えスイッチ２５１が、低周波成分Ｔ₁を選択する。

第１制御モードでは、リミッタ２５３が、低周波成分Ｔ₁から指令トルクＴ_e ^*を特定する。具体的に、リミッタ２５３は、式（１−２２Ａ）に従って、指令トルクＴ_e ^*を求める。なお、式（１−２２Ａ）の例では、上限値Ｔ_limの絶対値と下限値−Ｔ_limの絶対値は同じであるが、これらは同じでなくてもよい。この点は、式（１−２２Ｂ）についても同様である。

第１制御モードでは、その後、トルク減算部２５０が、リミッタ２５３の出力から推定トルクＴ_eを差し引くことによって、トルク偏差ΔＴを特定する。ＰＩ補償器１４５は、式（１−１３Ｃ）に基づいて、第１移動量Δθを特定する。乗算部１４６が、指令速度ω_ref ^*に制御周期Ｔ_sを乗算することによって、積ω_ref ^*Ｔ_sを特定する。加算部１４７は、第１移動量Δθと積ω_ref ^*Ｔ_sとを足し合わせる。これにより、第２移動量（一次磁束ベクトルの移動量）Δθ_sが得られる。

第１制御モードにおいてＰＩ補償器１４５が行う制御により、リミッタ２５３の出力と推定トルクＴ_eの差分がゼロに近づく（具体的にはゼロに収束する）。このようにすれば、結果として、推定トルクＴ_eの振動成分もゼロに近づく（具体的にはゼロに収束する）。

第２制御モードでは、切り換えスイッチ２５１が、参照トルクＴ_refを選択する。

第２制御モードでは、リミッタ２５３が、参照トルクＴ_refから指令トルクＴ_e ^*を特定する。具体的に、リミッタ２５３は、式（１−２２Ｂ）に従って、指令トルクＴ_e ^*を求める。

第２制御モードでは、その後、トルク減算部２５０が、リミッタ２５３の出力から推定トルクＴ_eを差し引くことによって、トルク偏差ΔＴを特定する。ＰＩ補償器１４５は、式（１−１３Ｃ）に基づいて、第１移動量Δθを特定する。乗算部１４６が、指令速度ω_ref ^*に制御周期Ｔ_sを乗算することによって、積ω_ref ^*Ｔ_sを特定する。加算部１４７は、第１移動量Δθと積ω_ref ^*Ｔ_sとを足し合わせる。これにより、第２移動量（一次磁束ベクトルの移動量）Δθ_sが得られる。

第１制御モード及び第２制御モードの両方において、指令トルクＴ_e ^*が指令振幅特定部１２２に与えられる。指令振幅特定部１２２では、指令トルクＴ_e ^*から指令振幅｜ψ_s ^*｜が特定される。

（本実施形態の効果）
実施形態３の第１制御モードでは、低周波成分Ｔ₁が上限値Ｔ_lim以上であったり下限値−Ｔ_lim以下であったりする場合に、上限値Ｔ_lim又は下限値−Ｔ_limを指令トルクＴ_e ^*として用いる。実施形態３の第２制御モードでは、参照トルクＴ_refが上限値Ｔ_lim以上であったり下限値−Ｔ_lim以下であったりする場合に、上限値Ｔ_lim又は下限値−Ｔ_limを指令トルクＴ_e ^*として用いる。つまり、両制御モードにおいて、指令トルクＴ_e ^*が極端に小さい値になったり極端に大きい値になったりすることがない。その指令トルクＴ_e ^*が指令位相θ_s ^*及び指令振幅｜ψ_s ^*｜に反映される。これにより、安定した指令磁束ベクトルψ_s ^*が生成され、その安定した指令磁束ベクトルψ_s ^*に一次磁束ベクトルが追従する。従って、リミッタ２５３によれば、制御モードの切換時の過渡時においても、トルク変動が抑制される。

また、リミッタ２５３によれば、３相回転機１０２に流れる電流が過大となる事態を回避できる。つまり、３相回転機１０２、インバータ１０４等における異常な発熱を回避できる。この点で、リミッタ２５３は、信頼性の高い回転機制御装置の実現に寄与するといえる。

［式（１−９Ｂ）の導出］
以下、式（１−９Ｂ）の導出について説明する。誘導機の一般座標系（より具体的には、任意の速度ω_rで回転するγδ一般座標系）での数学モデルは公知の文献（新中新二：「瞬時速度推定同伴の最小次元Ｄ因子磁束状態オブザーバを用いた誘導モータのセンサレスベクトル制御」、電気学会論文誌Ｄ、Ｖｏｌ．１３５、Ｎｏ．３、ｐｐ．２９９−３０７、（２０１５））より式（２−１）、（２−２）、（２−３）で表され、ψ_2nd＝Ｍ_ni_d、ψ_2nq＝0を考慮すると、ｄｑ座標系では式（２−５）、（２−６）、（２−７）のように表せる。また、式（２−４Ａ）及び式（２−４Ｂ）の関係が成り立つ。Ｍは相互インダクタンス、Ｌ₁は固定子インダクタンス、Ｌ₂は回転子インダクタンス、Ｒ_aは固定子抵抗、Ｒ₂は回転子抵抗、Ｍ_nは正規化相互インダクタンス、Ｒ_2nは正規化回転子抵抗、ｌ_1tは固定子総合漏れインダクタンス、Ｗ₂は回転子逆時定数（回転子時定数の逆数）、ψ₂は回転子磁束（二次磁束）、ψ_2nは正規化回転子磁束（正規化二次磁束）、ｖは固定子電圧、ｉは固定子電流、ω₁は固定子磁束回転速度、ω_2nは回転子速度、Ｎ_pは極対数、Ｔはトルク、Ｉは２×２単位行列、Ｊは２×２交代行列であり、Ｄ（ｓ，ω_r）はＤ因子であり、ｓは微分演算子ｄ／ｄｔである。

（一次磁束と正規化二次磁束の関係）
定常状態においては、式（２−５）に基づいて、一次磁束に関する式（２−９）と、正規化二次磁束に関する式（２−１０）とが導かれる。一次磁束と正規化二次磁束との間では式（２−１１）の関係が成立する。図１１のベクトル図に、この関係を示す。ψ_sは固定子磁束（一次磁束）である。

式（２−１１）及び図１１から、一次磁束ψ_sは正規化二次磁束ψ_2nと仮想電機子反作用磁束ｌ_1tｉ_aからなることが分かる。式（２−１１）を変形することにより、式（１−９Ｂ）が導かれる。

［指令振幅｜ψ_s ^*｜を得るための計算式の例］
以下、指令振幅特定部１２２を用いずに指令振幅｜ψ_s ^*｜を得るための計算式の例について、図１２及び図１３を参照しながら説明する。

この例では、指令振幅｜ψ_s ^*｜は、仮設定部３３０と、振幅修正量生成部３１７と、加算部３３１と、によって計算される（図１２参照）。この計算では、軸電流ｉ_α，ｉ_βと推定磁束ψ_s（推定磁束ψ_α，ψ_β）とから、指令振幅｜ψ_s ^*｜が計算される。

（仮設定部３３０）
仮設定部３３０では、指令磁束ベクトルψ_s ^*の仮振幅｜ψ_ref｜が設定（特定）される。この例では、仮設定部３３０に、予め仮振幅｜ψ_ref｜が格納されている。仮振幅｜ψ_ref｜を定数である。例えば、仮振幅｜ψ_ref｜を、磁束パラメータψ_aとすることができる。

（振幅修正量生成部３１７）
振幅修正量生成部３１７は、軸電流ｉ_α，ｉ_βと推定磁束ψ_s（推定磁束ψ_α，ψ_β）とから、振幅修正量Δψを特定する。図１３に示すように、振幅修正量生成部３１７は、誤差パラメータ演算部３２１と、誤差パラメータ偏差演算部３２２と、ＰＩ補償部３２３とを有している。

振幅修正量生成部３１７は、ｄ軸インダクタンスＬ_dとｑ軸インダクタンスＬ_qとが相違する場合でも、一致する場合においても、同じ動作を実施する。具体的には、インダクタンス差がある場合において、インダクタンスＬとして、ｄ軸インダクタンスとｑ軸インダクタンスとの間の値を用いることができる。また、磁気的突極性が大きくない場合は、Ｌ＝Ｌ_dと取り扱っても差し支えがない。つまり、インダクタンスの値として、ｄ軸インダクタンスの値、ｄ軸インダクタンスよりも大きくｑ軸インダクタンスよりも小さい値、又はｄ軸インダクタンスよりも小さくｑ軸インダクタンスよりも大きい値を用いることができる。

特許第４９７２１３５号明細書は、上記のようにインダクタンスＬを設定する上で参考になる。特許第４９７２１３５号明細書には、ｄｍ−ｑｍ座標系に関する技術が記載されている。ｄｍ−ｑｍ座標系は、埋込磁石構造の永久磁石同期モータ等の磁気的突極性を有するモータを、磁気的突極性を有していない永久磁石同期モータと同様に扱うことを可能とする。ｄｍ−ｑｍ座標系を用い、ｄｍ軸電流（制御座標系ではγ軸電流）をゼロにすることによって、最大トルク制御（最大トルク／電流制御）を行うことができる。３相回転機１０２が磁気的突極性を有する場合、ｄ軸電流をｄｍ軸電流に、磁石磁束ψ_aを拡張鎖交磁束ベクトルΦ_exmに、インダクタンスＬを仮想インダクタンスＬ_mに、それぞれ置き換えることができる。ｄｍ軸電流、拡張鎖交磁束ベクトルΦ_exm及び仮想インダクタンスＬ_mの詳細については、特許第４９７２１３５号明細書（数式３６及び段落０１８２〜０１８３等）を参照されたい。なお、Ｌ_mは、Ｌ_d≦Ｌ_m＜Ｌ_qを満たす。また、インダクタンス差がない場合においては、ｄｍ−ｑｍ座標系と、一般的なｄ−ｑ座標系とは一致し、Ｌｍ＝Ｌｄ＝Ｌｑとすればよい。すなわち、インダクタンス差がある場合についての考え方は、インダクタンス差がない場合の考え方を包含することになる。

（誤差パラメータ演算部３２１）
誤差パラメータ演算部３２１は、仮想インダクタンス（３相回転機１０２のインダクタンス）Ｌ_mと軸電流ｉ_α，ｉ_βと推定磁束ψ_s（推定磁束ψ_α，ψ_β）とから、誤差パラメータεを演算する。具体的には、まず、電機子反作用磁束を推定する（推定電機子反作用磁束Ｌ_mｉ_aを求める）。推定電機子反作用磁束Ｌ_mｉ_aのα軸成分及びβ軸成分を、それぞれ推定電機子反作用磁束Ｌ_mｉ_α、推定電機子反作用磁束Ｌ_mｉ_βと記載する。推定電機子反作用磁束Ｌ_mｉ_α、推定電機子反作用磁束Ｌ_mｉ_βは、仮想インダクタンスＬ_mと、軸電流ｉ_α，ｉ_βとの積である。次に、推定磁束ψ_s（推定磁束ψ_α，ψ_β）及び推定電機子反作用磁束Ｌ_mｉ_a（推定電機子反作用磁束Ｌ_mｉ_α，Ｌ_mｉ_β）から、磁石磁束を推定する（推定磁石磁束ψ’_aeを求める）。推定磁石磁束ψ’_aeのα軸成分及びβ軸成分を、それぞれ推定磁石磁束ψ’_aeα，ψ’_aeβと記載する。具体的には、式（３−１）及び（３−２）に示すように、推定磁束ψ_α，ψ_βから推定電機子反作用磁束Ｌ_mｉ_α，Ｌ_mｉ_βを減じることにより推定磁石磁束ψ’_aeα，ψ’_aeβを求める。次に、推定磁石磁束ψ’_aeα，ψ’_aeβと軸電流ｉ_α，ｉ_βとから誤差パラメータεを式（３−３）のように計算する。

（誤差パラメータ偏差演算部３２２）
誤差パラメータ偏差演算部３２２は、指令誤差パラメータε^*と誤差パラメータεを取得し、これらの偏差（誤差パラメータ偏差Δε：ε^*−ε）を求める。誤差パラメータ偏差演算部３２２としては、公知の演算子を用いることができる。指令誤差パラメータε^*は、任意の値とすることができる。この例では、振幅修正量生成部３１７は、ＭＴＰＡ用に構成されている。ＭＴＰＡが成立するには、推定磁石磁束ψ’_aeと軸電流ｉ_α，ｉ_βとを直交させる必要がある。そこで、この例では、推定磁石磁束ψ’_aeと軸電流ｉ_α，ｉ_βとの内積をゼロにするために、指令誤差パラメータε^*をゼロに設定している。

（ＰＩ補償部３２３）
ＰＩ補償部３２３は、誤差パラメータ偏差Δεを取得し、これがゼロとなるように振幅修正量Δψを特定する。具体的には、式（３−４）に示すように、誤差パラメータ偏差Δεを入力とする比例・積分演算を実施することにより振幅修正量Δψを求める。上述のように、この例では、誤差パラメータ偏差演算部３２２において、ＭＴＰＡ用の誤差パラメータ偏差Δεが生成される。従って、ＰＩ補償部３２３において、ＭＴＰＡに適合した振幅修正量Δψが生成される。

（加算部３３１）
加算部３３１は、仮振幅｜ψ_ref｜と振幅修正量Δψとから、指令振幅｜ψ_s ^*｜を特定する。指令振幅｜ψ_s ^*｜は、仮振幅｜ψ_ref｜と振幅修正量Δψとの合計である。このようにすれば、ＭＴＰＡを行うことが可能となる。

以上のように、実施形態１〜３に係る回転機制御装置（１００，２００ａ，２００ｂ）は、３相回転機（１０２）の一次磁束ベクトルが指令磁束ベクトルψ_s ^*に追従するように、インバータ（１０４）を用いて３相回転機に電圧ベクトルを印加する。回転機制御装置は、３相回転機のトルクを指令トルクＴ_e ^*に追従させる第２制御モードと、第２制御モードとは異なる第１制御モードと、を切り換え可能である。回転機制御装置は、トルク推定部（１０９）と、位相推定部（速度・位相推定部１１０に含まれている）と、移動量特定部（１１１，２１１ａ，２１１ｂ）と、指令位相特定部（１２７）と、指令磁束特定部（１１２）と、を備えている。トルク推定部は、一次磁束ベクトルと、３相回転機の電流ベクトルと、を用いて、３相回転機のトルクを推定する（推定トルクＴ_eを特定する）。位相推定部は、一次磁束ベクトルの位相を推定する（推定位相θ_sを特定する）。移動量特定部は、３相回転機の指令速度ω_ref ^*と制御サイクルの周期Ｔ_sの積ω_ref ^*Ｔ_sを計算し、第１制御モードにおいては推定トルクＴ_eの振動成分をゼロに近づけるものであり第２制御モードにおいては指令トルクＴ_e ^*と推定されるトルクとの差分をゼロに近づけるものである第１移動量Δθを特定し、積ω_ref ^*Ｔ_sと第１移動量Δθとを合計することによって１制御サイクルで一次磁束ベクトルの位相が移動するべき第２移動量Δθ_sを特定する。指令位相特定部は、推定位相θ_sと、第２移動量Δθ_sと、を用いて、指令磁束ベクトルψ_s ^*の位相である指令位相θ_s ^*を特定する。指令磁束特定部は、指令位相θ_s ^*を用いて指令磁束ベクトルψ_s ^*を特定する。この回転機制御装置は、３相回転機の回転速度が低い場合において制御性能の低下を抑制可能な制御モード（第１制御モード）と、回転速度が高い場合においてトルクに対する高い応答性を確保可能な制御モード（第２制御モード）とを切換可能である。しかも、この回転機制御装置は、制御モード切換時のトルク変動を抑制可能である。

実施形態１では、第１制御モードにおいて、移動量特定部は、推定トルクＴ_eにおける遮断角周波数ω_cよりも高い周波数成分である高周波成分をゼロに近づける第１移動量Δθを特定する。このようにすれば、推定トルクＴ_eの振動成分を容易にゼロに近づけることができる。

実施形態１では、第１制御モードにおいて、高周波成分をゼロに近づけるフィードバック制御によって第１移動量Δθが特定される。第２制御モードにおいて、指令トルクＴ_e ^*と推定トルクＴ_eとの差分をゼロに近づけるフィードバック制御によって第１移動量Δθが特定される。このようにすれば、第１制御モードにおいて、推定トルクＴ_eの振動成分を容易にゼロに近づけることができる。また、第２制御モードにおいて、指令トルクＴ_e ^*と推定トルクＴ_eとの差分を容易にゼロに近づけることができる。

実施形態１の変形例に係る回転機制御装置（１００）は、指令振幅特定部（１２２）を備えている。第１制御モード及び第２制御モードの両方において、（ｉ）同じ固定値が指令磁束ベクトルψ_s ^*の振幅である指令振幅｜ψ_s ^*｜として用いられ、又は（ii）同じ計算式を用いて得た値が指令磁束ベクトルψ_s ^*の振幅である指令振幅｜ψ_s ^*｜として用いられる。第１制御モード及び第２制御モードの両方において、指令磁束特定部は指令振幅｜ψ_s ^*｜を用いて指令磁束ベクトルψ_s ^*を特定する。このようにすることは、制御モード切換時のトルク変動抑制の観点から有利である。

実施形態２では、第１制御モードにおいて、移動量特定部は、推定トルクＴ_eにおける遮断角周波数ω_cよりも低い周波数成分である低周波成分と、低周波成分と推定トルクＴ_eとの差分である第１差分（トルク偏差ΔＴ）をゼロに近づける第１移動量Δθと、を特定する。このようにすれば、推定トルクＴ_eの振動成分を容易にゼロに近づけることができる。

実施形態２に係る回転機制御装置（２０１ａ）は、参照トルク特定部（１２１）と、指令振幅特定部（１２２）と、を備えている。参照トルク特定部は、３相回転機（１０２）の回転子速度を指令速度ω_ref ^*に追従させる場合に３相回転機のトルクが追従するべき参照トルクＴ_refを特定する。第１制御モードにおいて、低周波成分が指令トルクＴ_e ^*として用いられる。第２制御モードにおいて、参照トルクＴ_refが指令トルクＴ_e ^*として用いられる。第１制御モード及び第２制御モードの両方において、指令トルクＴ_e ^*と推定トルクＴ_eとの差分をゼロに近づけるフィードバック制御によって第１移動量Δθが特定される。第１制御モード及び第２制御モードの両方において、指令振幅特定部は指令トルクＴ_e ^*を用いて指令磁束ベクトルψ_s ^*の振幅である指令振幅｜ψ_s ^*｜を特定し、指令磁束特定部は指令振幅｜ψ_s ^*｜を用いて指令磁束ベクトルψ_s ^*を特定する。このようにすれば、第１制御モードにおいて、推定トルクＴ_eの振動成分を容易にゼロに近づけることができる。また、第２制御モードにおいて、指令トルクＴ_e ^*と推定トルクＴ_eとの差分を容易にゼロに近づけることができる。また、このようにすることは、制御モード切換時のトルク変動抑制の観点から有利である。また、このようにすれば、第１制御モード及び第２制御モードの両方において、制御目的（最大トルク/電流等）に即した指令振幅を特定し易い。

実施形態３に係る移動量特定部（２１１ｂ）は、リミッタ（２５３）を有している。リミッタは、リミッタへの入力が上限値以上である場合は上限値を出力し、リミッタへの入力が下限値以下である場合は下限値を出力し、リミッタへの入力が下限値よりも大きく上限値よりも小さい場合はリミッタへの入力を出力するものである。第１制御モードにおいて、移動量特定部は、推定トルクＴ_eにおける遮断角周波数ω_cよりも低い周波数成分である低周波成分をリミッタに入力させ、リミッタの出力と推定トルクＴ_eとの差分である第２差分（トルク偏差ΔＴ）をゼロに近づける第１移動量Δθを特定する。このようにすれば、推定されるトルクの振動成分をゼロに近づけることができる。また、３相回転機に流れる電流が過大となる事態を回避でき、信頼性の高い回転機制御装置の実現が可能となる。

実施形態３に係る回転機制御装置（２０１ｂ）は、参照トルク特定部（１２１）と、指令振幅特定部（１２２）と、を備えている。参照トルク特定部は、３相回転機（１０２）の回転子速度を指令速度ω_ref ^*に追従させる場合に３相回転機のトルクが追従するべき参照トルクＴ_refを特定する。第２制御モードにおいて、参照トルクＴ_refがリミッタ（２５３）に入力される。第１制御モード及び第２制御モードの両方において、リミッタの出力が指令トルクＴ_e ^*として用いられ、指令トルクＴ_e ^*と推定トルクＴ_eとの差分をゼロに近づけるフィードバック制御によって第１移動量Δθが特定される。第１制御モード及び第２制御モードの両方において、指令振幅特定部は指令トルクＴ_e ^*を用いて指令磁束ベクトルψ_s ^*の振幅である指令振幅｜ψ_s ^*｜を特定し、指令磁束特定部は指令振幅｜ψ_s ^*｜を用いて指令磁束ベクトルψ_s ^*を特定する。このようにすれば、第１制御モードにおいて、推定トルクＴ_eの振動成分を容易にゼロに近づけることができる。また、第２制御モードにおいて指令トルクＴ_e ^*と推定トルクＴ_eとの差分をゼロに近づけることができる。また、このようにすることは、制御モード切換時のトルク変動抑制の観点から有利である。

本開示に係る技術は、かご型誘導機や同期機のような３相回転機に適用できる。本開示に係る技術が適用された３相回転機は、冷暖房装置又は給湯機に使用されたヒートポンプ式冷凍装置に適している。また、本開示に係る技術は、ファン、ブロアの制御装置に適している。

１００，２００ａ，２００ｂ 回転機制御装置
１０１，２０１ａ，２０１ｂ 回転機制御部
１０２ ３相回転機
１０３ デューティ生成部
１０４ ＰＷＭインバータ
１０５ａ 第１電流センサ
１０５ｂ 第２電流センサ
１０６ ｕ，ｗ/α，β変換部
１０７ 指令電圧特定部
１０８ 磁束推定部
１０９ トルク推定部
１１０ 速度・位相推定部
１１１，２１１ａ，２１１ｂ 移動量特定部
１１２ 指令磁束特定部
１１３ａ α軸磁束偏差特定部
１１３ｂ β軸磁束偏差特定部
１１４ α，β／ｕ，v，ｗ変換部
１１６ ベースドライバ
１１７ 平滑コンデンサ
１１８ 直流電源
１１９ａ〜１１９ｆ スイッチング素子
１２０ａ〜１２０ｆ 還流ダイオード
１２１ 参照トルク特定部
１２２ 指令振幅特定部
１２７ 指令位相特定部
１４１，２５０ トルク減算部
１４２ ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）
１４３，１４６ 乗算部
１４４，２５１ 切り換えスイッチ
１４５ ＰＩ補償器
１４７ 加算部
２５２ ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
２５３ リミッタ
３１７ 振幅修正量生成部
３２１ 誤差パラメータ演算部
３２２ 誤差パラメータ偏差演算部
３２３ ＰＩ補償部
３３０ 仮設定部
３３１ 加算部

Claims (9)

1. ３相回転機の一次磁束ベクトルが指令磁束ベクトルに追従するように、インバータを用いて前記３相回転機に電圧ベクトルを印加する回転機制御装置であって、
   前記回転機制御装置は、前記３相回転機のトルクを指令トルクに追従させる第２制御モードと、前記第２制御モードとは異なる第１制御モードと、を切り換え可能であり、
   前記回転機制御装置は、
   前記一次磁束ベクトルと、前記３相回転機の電流ベクトルと、を用いて、前記３相回転機のトルクを推定するトルク推定部と、
   前記一次磁束ベクトルの位相を推定する位相推定部と、
   前記３相回転機の指令速度と制御サイクルの周期の積を計算し、前記第１制御モードにおいては推定される前記トルクの振動成分をゼロに近づけるものであり前記第２制御モードにおいては前記指令トルクと推定される前記トルクとの差分をゼロに近づけるものである第１移動量を特定し、前記積と前記第１移動量とを合計することによって１制御サイクルで前記一次磁束ベクトルの位相が移動するべき第２移動量を特定する移動量特定部と、
   推定された前記位相と、前記第２移動量と、を用いて、前記指令磁束ベクトルの位相である指令位相を特定する指令位相特定部と、
   前記指令位相を用いて前記指令磁束ベクトルを特定する指令磁束特定部と、を備えた、回転機制御装置。
2. 前記第１制御モードにおいて、前記移動量特定部は、推定された前記トルクにおける遮断角周波数よりも高い周波数成分である高周波成分をゼロに近づける前記第１移動量を特定する、請求項１に記載の回転機制御装置。
3. 前記第１制御モードにおいて、前記高周波成分をゼロに近づけるフィードバック制御によって前記第１移動量が特定され、
   前記第２制御モードにおいて、前記指令トルクと推定された前記トルクとの差分をゼロに近づけるフィードバック制御によって前記第１移動量が特定される、請求項２に記載の回転機制御装置。
4. 前記回転機制御装置は、指令振幅特定部を備え、
   前記第１制御モード及び前記第２制御モードの両方において、（ｉ）同じ固定値が前記指令磁束ベクトルの振幅である指令振幅として用いられ、又は（ii）同じ計算式を用いて得た値が前記指令磁束ベクトルの振幅である指令振幅として用いられ、
   前記第１制御モード及び前記第２制御モードの両方において、前記指令磁束特定部は前記指令振幅を用いて前記指令磁束ベクトルを特定する、請求項２又は３に記載の回転機制御装置。
5. 前記第１制御モードにおいて、前記移動量特定部は、推定された前記トルクにおける遮断角周波数よりも低い周波数成分である低周波成分と、前記低周波成分と推定された前記トルクとの差分である第１差分をゼロに近づける前記第１移動量と、を特定する、請求項１に記載の回転機制御装置。
6. 前記回転機制御装置は、参照トルク特定部と、指令振幅特定部と、を備え、
   前記参照トルク特定部は、前記３相回転機の回転子速度を前記指令速度に追従させる場合に前記３相回転機のトルクが追従するべき参照トルクを特定し、
   前記第１制御モードにおいて、前記低周波成分が前記指令トルクとして用いられ、
   前記第２制御モードにおいて、前記参照トルクが前記指令トルクとして用いられ、
   前記第１制御モード及び前記第２制御モードの両方において、前記指令トルクと推定された前記トルクとの差分をゼロに近づけるフィードバック制御によって前記第１移動量が特定され、
   前記第１制御モード及び前記第２制御モードの両方において、前記指令振幅特定部は前記指令トルクを用いて前記指令磁束ベクトルの振幅である指令振幅を特定し、前記指令磁束特定部は前記指令振幅を用いて前記指令磁束ベクトルを特定する、請求項５に記載の回転機制御装置。
7. 前記移動量特定部は、リミッタを有し、
   前記リミッタは、前記リミッタへの入力が上限値以上である場合は前記上限値を出力し、前記リミッタへの入力が下限値以下である場合は前記下限値を出力し、前記リミッタへの入力が前記下限値よりも大きく前記上限値よりも小さい場合は前記リミッタへの入力を出力するものであり、
   前記第１制御モードにおいて、前記移動量特定部は、推定された前記トルクにおける遮断角周波数よりも低い周波数成分である低周波成分を前記リミッタに入力させ、前記リミッタの出力と推定された前記トルクとの差分である第２差分をゼロに近づける前記第１移動量を特定する、請求項１に記載の回転機制御装置。
8. 前記回転機制御装置は、参照トルク特定部と、指令振幅特定部と、を備え、
   前記参照トルク特定部は、前記３相回転機の回転子速度を前記指令速度に追従させる場合に前記３相回転機のトルクが追従するべき参照トルクを特定し、
   前記第２制御モードにおいて、前記参照トルクが前記リミッタに入力され、
   前記第１制御モード及び前記第２制御モードの両方において、前記リミッタの出力が前記指令トルクとして用いられ、前記指令トルクと推定された前記トルクとの差分をゼロに近づけるフィードバック制御によって前記第１移動量が特定され、
   前記第１制御モード及び前記第２制御モードの両方において、前記指令振幅特定部は前記指令トルクを用いて前記指令磁束ベクトルの振幅である指令振幅を特定し、前記指令磁束特定部は前記指令振幅を用いて前記指令磁束ベクトルを特定する、請求項７に記載の回転機制御装置。
9. ３相回転機の一次磁束ベクトルが指令磁束ベクトルに追従するように、インバータを用いて前記３相回転機に電圧ベクトルを印加する回転機制御方法であって、
   前記回転機制御方法は、前記３相回転機のトルクを指令トルクに追従させる第２制御モードと、前記第２制御モードとは異なる第１制御モードと、を切り換え可能であり、
   前記回転機制御方法は、
   前記一次磁束ベクトルと、前記３相回転機の電流ベクトルと、を用いて、前記３相回転機のトルクを推定するトルク推定ステップと、
   前記一次磁束ベクトルの位相を推定する位相推定ステップと、
   前記３相回転機の指令速度と制御サイクルの周期の積を計算し、前記第１制御モードにおいては推定される前記トルクの振動成分をゼロに近づけるものであり前記第２制御モードにおいては前記指令トルクと推定される前記トルクとの差分をゼロに近づけるものである第１移動量を特定し、前記積と前記第１移動量とを合計することによって１制御サイクルで前記一次磁束ベクトルの位相が移動するべき第２移動量を特定する移動量特定ステップと、
   推定された前記位相と、前記第２移動量と、を用いて、前記指令磁束ベクトルの位相である指令位相を特定する指令位相特定ステップと、
   前記指令位相を用いて前記指令磁束ベクトルを特定する指令磁束特定ステップと、を備えた、回転機制御方法。

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