JP7318727B2 - 電力変換装置、電力変換方法及びシステム - Google Patents

Description

本開示は、電力変換装置、電力変換方法及びシステムに関する。

特許文献１には、ＩＰＭモータの制御装置の内部信号から演算により得られる回転子磁極位置の推定信号と回転子速度推定信号を用いて、ＩＰＭモータの電機子回転磁界と回転子速度を制御する制御方法が開示されている。

特許第４２２８６５１号公報

本開示は、電動機を含む電力の供給先のインダクタンス変化に対し、電動機の制御のロバスト性を向上させるのに有効な電力変換装置、電力変換方法及びシステムを提供する。

本開示の一側面に係る電力変換装置は、電動機の駆動電力を生成する電力変換部と、周波数指令と、電力変換部から電動機への出力電流と、電動機のインダクタンスの推定値とに基づいて、電圧指令を算出する指令生成部と、電圧指令と、電力変換部から電動機への出力電流と、インダクタンスの推定値とに基づいて位相誤差を算出する誤差算出部と、位相誤差に基づいて電圧指令の位相を補正する指令補正部と、指令補正部により位相が補正された電圧指令に駆動電力を追従させるように電力変換部を制御する制御部と、を備える。

本開示の他の側面に係る電力変換方法は、電力変換部により電動機の駆動電力を生成する電力変換方法であって、周波数指令と、電力変換部から電動機への出力電流と、電動機のインダクタンスの推定値とに基づいて、電圧指令を算出することと、電圧指令と、電力変換部から電動機への出力電流と、インダクタンスの推定値とに基づいて位相誤差を算出することと、位相誤差に基づいて電圧指令の位相を補正することと、位相が補正された電圧指令に駆動電力を追従させるように電力変換部を制御することと、を含む。

本開示の更に他の側面に係るシステムは、上記の電力変換装置と、電動機と、電力変換部の出力に含まれるノイズ成分を削減するフィルタと、電力変換部の出力を昇圧して電動機に供給する昇圧トランスと、を備える。

本開示によれば、電動機を含む電力の供給先のインダクタンス変化に対し、電動機の制御のロバスト性を向上させるのに有効な電力変換装置、電力変換方法及びシステムを提供することができる。

電力変換装置の構成を例示するブロック図である。 固定座標系と回転座標系を例示する模式図である。 ゲインプロファイルを例示するグラフである。 制御回路のハードウェア構成を例示するブロック図である。 電力変換手順を例示するフローチャートである。 制御回路の変形例を示すブロック図である。 電力変換手順の変形例を示すフローチャートである。 電力変換装置を備えるシステムを例示する模式図である。 制御回路の変形例を示す模式図である。 電力変換手順の変形例を示すフローチャートである。 制御パラメータの導出手順を例示するフローチャートである。

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。

図１に示す電力変換装置１は、電源２と電動機３との間で電力変換を行う装置である。電源２は、例えば三相交流電源である。電源２の具体例としては、三相交流の電力系統、又は三相交流の発電機、無停電電源等が挙げられる。

電動機３は、交流電力（例えば三相交流電力）の供給により動作するシンクロナスモータである。電動機３は、突極性を有するシンクロナスモータであってもよい。突極性を有するとは、可動子の磁極方向の電流に対する電動機３のインダクタンスと、磁極方向に垂直な方向の電流に対する電動機３のインダクタンスとが異なることを意味する。突極性を有するシンクロナスモータの具体例としては、ＰＭＡ（Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ）モータ、ＩＰＭ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）モータ、及びシンクロナスリラクタンスモータ等が挙げられる。電動機３は、突極性を有しないシンクロナスモータであってもよい。突極性を有しないシンクロナスモータの具体例としては、ＳＰＭ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）モータが挙げられる。

電動機３は、固定子にコイルが設けられた固定コイル型であってもよいし、可動子にコイルが設けられた可動コイル型であってもよい。また、電動機３は、回転型であってもよいし、リニア型であってもよい。以下においては、電動機３が回転型である場合を説明するので、電動機３の動作速度を「回転速度」という。「回転速度」は、電動機３の回転速度である。

電力変換装置１は、電力変換回路１０と、制御回路１００とを有する。電力変換回路１０（電力変換部）は、電源２と電動機３との間で電力変換を行い、電動機３の駆動用の交流電力を生成する。例えば電力変換回路１０は、電源２からの交流電力（以下、「電源電力」という。）を電動機３の駆動用の交流電力（以下、「駆動電力」という。）に変換して電動機３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。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、上記電源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、上記直流電力と上記駆動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、直流電力を駆動電力に変換して電動機３に供給し、回生状態において、電動機３が発電する電力を直流電力に変換する。なお、力行状態とは、インバータ回路１３から供給された駆動電力により電動機３が動作する状態であり、回生状態とは、動作に応じた発電電力を電動機３がインバータ回路１３に供給する状態である。

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。

電流センサ１４は、インバータ回路１３と電動機３との間に流れる電流を検出する。例えば電流センサ１４は、三相交流の全相（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、三相交流のいずれか２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、２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。

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、電動機３の駆動電力を生成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サイリスタコンバータ回路やマトリクス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。

制御回路１００は、周波数指令と、電力変換回路１０から電動機３への出力電流と、電動機３のインダクタンスの推定値とに基づいて、電圧指令を算出することと、電圧指令と、電力変換回路１０から電動機３への出力電流と、インダクタンスの推定値とに基づいて位相誤差を算出することと、位相誤差に基づいて電圧指令の位相を補正することと、位相が補正された電圧指令に駆動電力を追従させ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。

例えば制御回路１００は、機能上の構成（以下、「機能ブロック」という。）として、指令生成部１１１と、電圧算出部１１２と、位相算出部１１３と、電流取得部１１４と、誤差算出部１１５と、指令補正部１１６と、ＰＷＭ制御部１１７とを有する。各機能ブロックは制御回路１００の構成要素であるため、各機能ブロックが実行する処理は、制御回路１００が実行する処理に相当する。

指令生成部１１１は、周波数指令と、電力変換回路１０から電動機３への出力電流と、電動機３のインダクタンスの推定値とに基づいて、電圧指令を算出する。周波数指令は、駆動電力の周波数の目標値を定める指令である。周波数指令は、駆動電力の周波数の目標値自体であってもよいし、当該目標値を間接的に定める数値であってもよい。例えば周波数指令は、電動機３の回転速度（同期速度）の目標値であってもよい。推定値は、リアルタイムの実測結果に基づかない値を意味する。推定値は実測に基づかない設計値であってもよいし、シミュレーションにより算出された値であってもよい。また、推定値は、事前に実測された値であってもよい。電圧指令は、例えば、電力変換回路１０が電動機３に出力する電圧の目標値である。

例えば指令生成部１１１は、より細分化された機能ブロックとして、誘起電圧算出部１２１と電圧指令算出部１２２とを含む。誘起電圧算出部１２１は、予め定められた指令プロファイルに従って、周波数指令に対応する誘起電圧（以下、「誘起電圧目標値」という。）を算出する。例えば指令プロファイルは、周波数指令の変化量に正比例した変化量にて誘起電圧目標値が変化するように予め定められている。指令プロファイルは、周波数指令が所定の上限値以上である場合には誘起電圧目標値が一定になるように定められていてもよい。

電圧指令算出部１２２は、誘起電圧算出部１２１が算出した誘起電圧目標値を用いて、電動機３の等価回路に基づき電圧指令を算出する。例えば電圧指令算出部１２２は、周波数指令に同期して回転する座標系（以下、「回転座標系」という。）における電圧指令ベクトルを算出する。回転座標系は、電動機３の固定子（ステータ）に固定された座標系（以下、「固定座標系」という。）に対し回転する。

固定座標系の具体例としては、αβ座標系が挙げられる。αβ座標系の原点は、電動機３の可動子の回転中心軸に位置する。α軸は、その方向が例えば固定子の三相巻線のうちのどれかの相に電流が流れることにより発生する起磁力の方向に一致する座標軸である。β軸は、α軸と、電動機３の可動子の回転中心軸とに垂直な座標軸である。

回転座標系の具体例としては、図２に示すγδ座標系が挙げられる。γδ座標系の原点は、電動機３の可動子の回転中心軸に位置する。γδ座標系は出力電圧の周波数に同期して回転する座標系であり、γ軸は例えば起動時は後述の固定座標系であるαβ座標系のα軸に一致し、起動に伴って周波数指令に同期して回転する。δ軸はγ軸と、電動機３の可動子の回転中心軸とに垂直な座標軸である。制御に関わる諸量はγδ座標系に基づき計算される。

これに対し、電動機３の可動子（ロータ）に固定されて回転するｄｑ座標系がある。ｄｑ座標系の原点は、電動機３の可動子の回転中心軸に位置する。ｄ軸は、電動機３の可動子の磁極方向（永久磁石におけるＳ極からＮ極に向かう方向）を正方向とする座標軸である。ｑ軸は、ｄ軸と、電動機３の可動子の回転中心軸とに垂直な座標軸である。

例えば電圧指令算出部１２２は、電圧指令ベクトルＶのγ軸成分であるγ軸電圧指令Ｖγと、電圧指令ベクトルＶのδ軸成分であるδ軸電圧指令Ｖδとを算出する。電圧指令算出部１２２は、電力変換回路１０から電動機３への出力電流と、電動機３の巻線抵抗に基づく巻線電圧降下の補償と、電動機３の回転速度と電動機３のインダクタンスの推定値とに基づく非干渉化補償とを誘起電圧目標値に施してγ軸電圧指令Ｖγ及びδ軸電圧指令Ｖδを算出する。

一例として、電圧指令算出部１２２は次式によりγ軸電圧指令Ｖγ及びδ軸電圧指令Ｖδを算出する。
Ｖγ＝Ｒ・ｉγ－ω・Ｌδ・ｉδ・・・（１）
Ｖδ＝ω・Ｌγ・ｉγ＋Ｒ・ｉδ＋Ｅ・・・（２）

式（１）及び（２）において、ｉγは、出力電流ベクトルのγ軸成分（以下、「γ軸電流」という。）である。ｉδは、出力電流ベクトルのδ軸成分（以下、「δ軸電流」という。）である。Ｒは、電動機３の巻線抵抗である。ωは、可動子の回転速度であり、周波数指令に基づき導出される。Ｌγは、γ軸電流に対する電動機３のインダクタンス（以下、「γ軸インダクタンス」という。）である。Ｌδは、δ軸電流に対する電動機３のインダクタンス（以下、「δ軸インダクタンス」という。）である。Ｅは、誘起電圧目標値であり、例えば設定されたＶ／ｆパターンを用いて周波数指令に基づき決定される。

電圧指令算出部１２２は、γ軸電圧指令Ｖγ及びδ軸電圧指令Ｖδを算出するためのγ軸電流ｉγ及びδ軸電流ｉδとして、後述の電流取得部１１４が算出したγ軸電流ｉγ及びδ軸電流ｉδを用いる。電圧指令算出部１２２は、γ軸電圧指令Ｖγ及びδ軸電圧指令Ｖδを算出するためのγ軸電流ｉγ及びδ軸電流ｉδの一方を電流取得部１１４が算出した値とし、他方を予め定められた指令値としてもよい。

例えば電圧指令算出部１２２は、γ軸電圧指令Ｖγ及びδ軸電圧指令Ｖδを算出するためのδ軸電流ｉδを電流取得部１１４が算出した値とし、γ軸電流ｉγを予め定められた指令値としてもよい。この場合、指令生成部１１１は、電流指令生成部１２３を更に有してもよい。電流指令生成部１２３は、γ軸電流ｉγの指令値を生成する。電流指令生成部１２３は、リラクタンス動力（突極性に起因する動力）に対する指令として負のγ軸電流ｉγを生成してもよい。電流指令生成部１２３は、周波数指令に基づいてγ軸電流ｉγを生成してもよい。例えば電流指令生成部１２３は、周波数指令が大きくなるのに応じてγ軸電流ｉγの絶対値を大きくしてもよい。なお、周波数指令が大きくなるのに応じてγ軸電流ｉγの絶対値を大きくすることは、周波数指令の所定範囲においては、周波数指令が大きくなるのに応じてγ軸電流ｉγの絶対値を大きくし、他の範囲においてはγ軸電流ｉγの絶対値を一定にすることも含む。

図１に戻り、電圧算出部１１２は、指令生成部１１１が生成した電圧指令の絶対値を算出する。例えば電圧算出部１１２は、電圧指令算出部１２２が算出したγ軸電圧指令Ｖγ及びδ軸電圧指令Ｖδの二乗和の平方根を電圧指令ベクトルＶの絶対値として算出する。

位相算出部１１３は、固定座標系における電圧指令の位相を算出する。例えば位相算出部１１３は、αβ座標系のα軸に対する電圧指令ベクトルＶの位相角を算出する。例えば位相算出部１１３は、周波数指令に基づいて、αβ座標系に対するγδ座標系の位相角（例えばα軸に対するγ軸の位相角）θｆを算出し、γ軸電圧指令Ｖγとδ軸電圧指令Ｖδとに基づいて、γδ座標系における電圧指令ベクトルＶの位相角（γ軸に対する電圧指令ベクトルＶの位相角）θｖを算出し、位相角θｆと位相角θｖとを合計して、α軸に対する電圧指令ベクトルＶの位相角θを算出する（図２参照）。

電流取得部１１４は、電流センサ１４から電流情報を取得する。例えば電流取得部１１４は、電流センサ１４から取得した電流情報に対し、３相２相変換と、回転座標変換とを施して、γ軸電流ｉγ及びδ軸電流ｉδを算出する。この回転座標変換には、固定座標系に対する回転座標系の位相が必要となる。例えば電流取得部１１４は、位相算出部１１３が算出した上記位相角θｆを回転座標変換に用いる。

誤差算出部１１５は、電圧指令と、電力変換回路１０から電動機３への出力電流と、インダクタンスの推定値とに基づいて、電圧指令の位相誤差を算出する。位相誤差は、γδ座標系とｄｑ座標系との間の角度誤差である。

例えば誤差算出部１１５は、電圧指令ベクトルと、電力変換回路１０から電動機３への出力電流ベクトルと、電動機３の巻線抵抗と、インダクタンスの推定値とに基づき誘起電圧ベクトルを算出し、誘起電圧ベクトルの位相に基づいて位相誤差を算出する。例えば誤差算出部１１５は、γδ座標系における誘起電圧ベクトルのδ軸に対する位相角を位相誤差として算出する。一例として、誤差算出部１１５は、αβ座標系に対するγδ座標系の回転方向を正方向として、次の式により位相誤差を算出する。
Δθ＝－ｔａｎ^－１（εｄ／εｑ）・・・（３）
εｄ＝Ｖγ－Ｒ・ｉγ＋ω・Ｌδ・ｉδ・・・（４）
εｑ＝Ｖδ－ω・Ｌγ・ｉγ－Ｒ・ｉδ・・・（５）

式（３）、（４）及び（５）において、Δθは位相誤差であり、εｄは誘起電圧ベクトルのγ軸成分であり、εｑは誘起電圧ベクトルのδ軸成分である。

以上に例示したように、γδ座標系における誘起電圧ベクトルのδ軸に対する位相角を位相誤差とし得ることの原理は、次のように説明される。γ軸が電動機３の可動子の磁極方向の正方向を向いたｄ軸と一致する場合、誘起電圧は、本来δ軸方向にしか生じないが、γ軸がｄ軸と一致しない場合、その誤差分だけ、誘起電圧ベクトルがδ軸に対し傾くこととなる。このため、誘起電圧ベクトルのδ軸に対する位相角は上記位相誤差を示しているといえる。なお、この位相誤差は、主としてインダクタンスの推定値の誤差に起因して生じる。特に、シンクロナスリラクタンスモータにおいては、永久磁石型の電動機に比較して、出力電流の値に応じたインダクタンスの変動が大きいので、インダクタンスの推定値の誤差が大きくなり易い。

なお、上述の電流取得部１１４は、位相算出部１１３が算出した上記位相角θｆに位相誤差Δθを加算した位相角を上記回転座標変換に用いてもよい。

指令補正部１１６は、誤差算出部１１５が算出した位相誤差に基づいて電圧指令の位相を補正する。例えば指令補正部１１６は、位相算出部１１３が算出した位相（以下、「補正前の位相」という。）に誤差算出部１１５が算出した位相誤差に基づく補正量を加算して電圧指令の位相を補正してもよい。以下、補正された電圧指令の位相を「補正後の位相」という。指令補正部１１６は、誤差算出部１１５が算出した位相誤差に所定の比例ゲインを乗算して上記補正量（以下、「比例演算による補正量」という。）を算出してもよい。

指令補正部１１６は、位相誤差の積分値に基づいて電圧指令の位相を補正してもよい。例えば指令補正部１１６は、誤差算出部１１５が算出した位相誤差の積分値に基づいて上記補正量を算出してもよい。指令補正部１１６は、誤差算出部１１５が算出した位相誤差の積分値に所定の比例ゲインを乗算して上記補正量（以下、「積分演算による補正量」という。）を算出してもよい。指令補正部１１６は、上記比例演算による補正量と、上記積分演算による補正量との両方を補正前の位相に加算して補正後の位相を算出してもよい。

指令補正部１１６は、上述のように算出した補正量にローパス型のフィルタリングを施した補正量を補正前の位相に加算して補正後の位相を算出してもよい。また、指令補正部１１６は、補正後の位相にローパス型のフィルタリングを施して電圧指令の位相を補正してもよい。

ＰＷＭ制御部１１７（制御部）は、指令補正部１１６により位相が補正された電圧指令に駆動電力を追従させるように電力変換回路１０を制御する。駆動電力を電圧指令に追従させるとは、駆動電力における電圧を電圧指令に追従させることを意味する。例えばＰＷＭ制御部１１７は、電圧算出部１１２が算出した絶対値と、指令補正部１１６が算出した補正後の位相により定まる電圧指令に一致した電圧を電動機３に出力するように、インバータ回路１３の複数のスイッチング素子１５のオン・オフを切り替える。

制御回路１００は、電力変換回路１０から電動機３への出力電流の値に応じてインダクタンスの推定値を変更するように構成されていてもよい。例えば制御回路１００は、インダクタンス記憶部１３１と、インダクタンス推定部１３２とを更に有してもよい。

インダクタンス記憶部１３１は、上記インダクタンスプロファイルを記憶する。上述のように、インダクタンスプロファイルは、出力電流の値と、インダクタンスの値との関係を示すプロファイルである。インダクタンスプロファイルは、出力電流の値に応じてインダクタンスが変化するように設定されている。インダクタンスプロファイルは、少なくとも、第１の出力電流値に対応するインダクタンスと、第２の出力電流値に対応するインダクタンスとが互いに異なるように設定されている。

インダクタンス記憶部１３１は、γ軸インダクタンスＬγのインダクタンスプロファイルと、δ軸インダクタンスＬδのインダクタンスプロファイルとを個別に記憶していてもよい。また、インダクタンス記憶部１３１は、γ軸インダクタンスＬγ及びδ軸インダクタンスＬδのそれぞれについて、γ軸電流ｉγ又はδ軸電流ｉδの値に応じて変化するインダクタンスプロファイルを記憶していてもよい。

更に、インダクタンス記憶部１３１は、γ軸インダクタンスＬγ及びδ軸インダクタンスＬδのそれぞれについて、γ軸電流ｉγ及びδ軸電流ｉδの２値に応じて変化する３次元のインダクタンスプロファイルを記憶していてもよい。インダクタンス記憶部１３１は、インダクタンスプロファイルを関数として記憶していてもよいし、点列データとして記憶していてもよい。

インダクタンス推定部１３２は、電流取得部１１４が取得（算出）した出力電流の値（例えばγ軸電流ｉγ、δ軸電流ｉδ）と、インダクタンス記憶部１３１が記憶するインダクタンスプロファイルとに基づきインダクタンスの推定値を導出する。例えばインダクタンス推定部１３２は、インダクタンスプロファイルにおいて、出力電流の値に対応するインダクタンスの値を、インダクタンスの推定値として導出する。インダクタンスプロファイルが点列データである場合、インダクタンス推定部１３２は、出力電流の値に対応するインダクタンスの値を点列データの補間により導出してもよい。

制御回路１００がインダクタンス記憶部１３１及びインダクタンス推定部１３２を有する場合、電圧指令算出部１２２は、インダクタンス推定部１３２により導出されたインダクタンスの推定値に基づいて電圧指令を算出する。誤差算出部１１５は、インダクタンス推定部１３２により導出されたインダクタンスの推定値に基づいて位相誤差を算出する。

制御回路１００は、プロファイル生成部１３４を更に有してもよい。プロファイル生成部１３４は、インダクタンスプロファイルの少なくとも２点を指定するユーザ入力に基づいてインダクタンスプロファイルを生成し、インダクタンス記憶部１３１に記憶させる。上記少なくとも２点のそれぞれは、出力電流の値と、インダクタンスプロファイルの値との組み合わせを含む。ユーザ入力は、電力変換装置１のユーザによる入力であり、例えば後述の入力デバイス３００等により入力される。プロファイル生成部１３４は、インダクタンスの推定値を変更しながら、出力電流と、インダクタンスの推定値と、位相誤差とを対応付けたデータを蓄積し、蓄積したデータに基づいて、位相誤差を縮小するようにインダクタンスプロファイルを自動設定してもよい。

制御回路１００は、電動機３の回転速度が第１速度であるときに比較して、電動機３の回転速度が第１速度よりも高い第２速度であるときに、誤差算出部１１５による電圧指令の位相の補正を抑制するように構成されていてもよい。例えば制御回路１００は、ゲイン記憶部１４１と、ゲイン算出部１４２とを更に有する。ゲイン記憶部１４１は、電動機３の回転速度が第１速度であるときのゲインよりも、電動機３の回転速度が第１速度よりも高い第２速度であるときのゲインが小さくなるゲインプロファイルを記憶する。第１速度及び第２速度は、第２速度が第１速度よりも高いという関係にある限りいかなる速度であってもよい。

図３は、ゲインプロファイルを例示するグラフである。図３において、横軸は、駆動電力の周波数を示している。駆動電力の周波数は、電動機３の回転速度に略比例するので、横軸は電動機３の回転速度を示しているともいえる。縦軸は、ゲインの大きさを示している。図３においては、駆動電力の周波数が所定の周波数閾値ｆｔ以下であるときにはゲインが一定である。周波数閾値ｆｔを超えると、周波数が大きくなるのに応じて（すなわち電動機３の回転速度が高くなるのに応じて）ゲインが小さくなる。

このプロファイルにおいては、周波数が周波数閾値ｆｔよりも小さいとき（電動機３の回転速度が第１速度であるとき）のゲインよりも、周波数が周波数閾値ｆｔよりも大きいとき（電動機３の回転速度が第２速度であるとき）のゲインが小さくなっている。例えば、周波数閾値ｆｔよりも小さい周波数ｆ１に対応するゲインＫ１に比較して、周波数閾値ｆｔよりも大きい周波数ｆ２に対応するゲインＫ２が小さい。ゲイン記憶部１４１は、ゲインプロファイルを関数として記憶していてもよいし、点列データとして記憶していてもよい。

ゲイン算出部１４２は、電動機３の回転速度とゲインプロファイルとに基づいてゲインを算出する。ゲイン算出部１４２は、周波数指令とゲインプロファイルとに基づいてゲインを算出してもよい。電動機３の回転速度は、周波数指令に略比例するので、周波数指令に基づくことは電動機３の回転速度に基づくことに相当する。例えばゲイン算出部１４２は、ゲインプロファイルにおいて、周波数指令に対応するゲインを算出する。ゲインプロファイルが点列データである場合、ゲイン算出部１４２は、周波数指令に対応するゲインを点列データの補間により算出してもよい。

制御回路１００がゲイン記憶部１４１及びゲイン算出部１４２を有する場合、指令補正部１１６は、ゲイン算出部１４２が算出したゲインを位相誤差に基づく補正量に乗算した補正量で電圧指令の位相を補正してもよい。なお、制御回路１００は、ユーザ入力等に基づいてゲインプロファイルを生成し、ゲイン記憶部１４１に保存するゲイン生成部（不図示）を更に有してもよい。ゲイン生成部は、蓄積データに基づいてゲインプロファイルを自動生成するように構成されていてもよい。

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、少なくとも一つのプロセッサ１９１と、メモリ１９２と、ストレージ１９３と、スイッチング制御回路１９４とを有する。ストレージ１９３は、例えばハードディスク等、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。記憶媒体は、不揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク及び光ディスク等の取り出し可能な媒体であってもよい。ストレージ１９３は、周波数指令と、電力変換回路１０から電動機３への出力電流と、電動機３のインダクタンスの推定値とに基づいて、電圧指令を算出することと、電圧指令と、出力電流と、インダクタンスの推定値とに基づいて位相誤差を算出することと、位相誤差に基づいて電圧指令の位相を補正することと、位相が補正された電圧指令に駆動電力を追従させるように電力変換回路１０を制御することと、を制御回路１００に実行させるためのプログラムを記憶している。

メモリ１９２は、ストレージ１９３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、上述した各機能ブロックを構成する。スイッチング制御回路１９４は、プロセッサ１９１からの指令により、上記ゲート駆動信号を生成してインバータ回路１３へ出力する。入出力ポート１９５は、プロセッサ１９１からの指令に従って、電流センサ１４、表示デバイス２００及び入力デバイス３００との間で電気信号の入出力を行う。

表示デバイス２００及び入力デバイス３００は、電力変換装置１のユーザインタフェースとして機能する。表示デバイス２００は、例えば液晶モニタ等を含み、ユーザに対する情報表示に用いられる。入力デバイス３００は、例えばキーパッド等であり、ユーザによる入力情報を取得する。表示デバイス２００及び入力デバイス３００は、所謂タッチパネルのように一体化されていてもよい。表示デバイス２００及び入力デバイス３００は、電力変換装置１に接続される外部機器に設けられていてもよいし、電力変換装置１に組み込まれていてもよい。

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。

〔電力変換手順〕
以下、電力変換回路１０により電動機３の駆動電力を生成する電力変換方法の一例として、制御回路１００による電力変換回路１０の制御手順を例示する。この手順は、周波数指令と、電力変換回路１０から電動機３への出力電流と、電動機３のインダクタンスの推定値とに基づいて、電圧指令を算出することと、電圧指令と、電力変換回路１０から電動機３への出力電流と、電動機３のインダクタンスの推定値とに基づいて位相誤差を算出することと、位相誤差に基づいて電圧指令の位相を補正することと、位相が補正された電圧指令に駆動電力を追従させるように電力変換回路１０を制御することと、を含む。

例えば制御回路１００は、図５に示すステップＳ０１～Ｓ０８を所定の制御周期で繰り返す。ステップＳ０１では、誘起電圧算出部１２１が、予め定められた指令プロファイルに従って、周波数指令に対応する誘起電圧目標値を算出する。

ステップＳ０２では、インダクタンス推定部１３２が、前回の制御周期で電流取得部１１４が取得（算出）した出力電流の値（例えばγ軸電流ｉγ、δ軸電流ｉδ）と、インダクタンス記憶部１３１が記憶するインダクタンスプロファイルとに基づきインダクタンスの推定値を導出する。

ステップＳ０３では、電圧指令算出部１２２が、ステップＳ０１で算出された誘起電圧目標値に対し電圧降下、速度起電力等を加減算して電圧指令を生成する。例えば電圧指令算出部１２２は、前回の制御周期で電流取得部１１４が算出したγ軸電流ｉγ及びδ軸電流ｉδと、電動機３の巻線抵抗と、周波数指令に基づき導出される電動機３の回転速度と、ステップＳ０２で導出された電動機３のインダクタンスの推定値と、誘起電圧目標値とに基づいてγ軸電圧指令Ｖγ及びδ軸電圧指令Ｖδを算出する。

ステップＳ０４では、電圧算出部１１２が、ステップＳ０３で生成された電圧指令の絶対値を算出し、位相算出部１１３が、固定座標系における電圧指令の位相を算出する。例えば位相算出部１１３は、周波数指令に基づいて、αβ座標系に対するγδ座標系の位相角θｆを算出し、γ軸電圧指令Ｖγとδ軸電圧指令Ｖδとに基づいて、γδ座標系における電圧指令ベクトルＶの位相角θｖを算出し、位相角θｆと位相角θｖとを合計して、α軸に対する電圧指令ベクトルＶの位相角θを算出する。

ステップＳ０５では、前回の制御周期で誤差算出部１１５が算出した位相誤差Δθに基づいて指令補正部１１６が電圧指令の位相を補正する。例えば指令補正部１１６は、ステップＳ０３で算出された位相（上記補正前の位相）に上記位相誤差に基づく補正量を加算して電圧指令の位相を補正する。ステップＳ０５では、ゲイン算出部１４２が周波数指令とゲインプロファイルとに基づいてゲインを算出し、ゲイン算出部１４２が算出したゲインを位相誤差に基づく補正量に乗算した補正量で指令補正部１１６が電圧指令の位相を補正してもよい。

ステップＳ０６では、ＰＷＭ制御部１１７が、ステップＳ０５で位相が補正された電圧指令（上記補正後の電圧指令）に駆動電力を追従させるように電力変換回路１０を制御することを開始する。

ステップＳ０７では、電流取得部１１４が、補正後の電圧指令に応じて電力変換回路１０が電動機３に出力した電流情報を電流センサ１４から取得し、取得した電流情報に３相２相変換と回転座標変換とを施してγ軸電流ｉγ及びδ軸電流ｉδを算出する。電流取得部１１４は、ステップＳ０４で算出された位相角θｆを上記回転座標変換に用いてもよいし、ステップＳ０４で算出された位相角θｆに上記位相誤差Δθを加算した位相角を上記回転座標変換に用いてもよい。

ステップＳ０８では、誤差算出部１１５が、ステップＳ０３で算出された電圧指令（上記補正前の電圧指令）と、ステップＳ０７で算出された出力電流（γ軸電流ｉγ及びδ軸電流ｉδ）と、ステップＳ０２で導出されたインダクタンスの推定値とに基づいて、電圧指令の位相誤差を算出する。ステップＳ０７で取得（算出）された出力電流は、次の制御周期のステップＳ０２でも用いられる。ステップＳ０８における位相誤差の推定結果は、次の制御周期のステップＳ０５で用いられる。

以上で１周期の制御手順が完了する。１周期の制御手順において、ステップＳ０２（インダクタンス推定）はステップＳ０１（誘起電圧目標値算出）の前に実行されてもよい。また、ステップＳ０２はステップＳ０７（電流情報取得）の後に実行されてもよい。この場合、ステップＳ０３（電圧指令算出）では、前回の制御周期でインダクタンス推定部１３２が導出したインダクタンスの推定値に基づいて電圧指令算出部１２２が電圧指令を生成する。

ステップＳ０８（位相誤差算出）は、ステップＳ０５（位相補正）よりも前に実行されてもよい。この場合、ステップＳ０５では、前回の制御周期で算出された電圧指令と、前回の制御周期で算出された出力電流とに基づいて誤差算出部１１５が位相誤差を算出する。

〔変形例〕
図６は、制御回路の変形例を示すブロック図である。図６に示す制御回路１００Ａは、周波数指令に基づき電圧指令を算出する構成において制御回路１００と異なる。制御回路１００Ａは、制御回路１００における指令生成部１１１を指令生成部１５１に置き換え、速度推定部１５２を付加したものである。

指令生成部１５１は、周波数指令と、電力変換回路１０から電動機３への出力電流と、電動機３のインダクタンスの推定値とに基づいて、電圧指令を算出する。指令生成部１５１は、速度制御部１５３と電流制御部１５４とを含む。

速度制御部１５３は、電動機３の回転速度目標値と、電動機３の回転速度との偏差（以下、「速度偏差」という。）に基づいて電流指令を算出する。例えば速度制御部１５３は、上記速度偏差に比例演算、比例・積分演算、又は比例・積分・微分演算を施して電流指令を算出する。回転速度目標値は、例えば周波数指令に従った交流が生成する回転磁界の回転速度の目標値である。電流指令は、電力変換回路１０から電動機３への出力電流目標値である。

電流制御部１５４は、出力電流目標値と、電流取得部１１４が取得する出力電流値との偏差（以下、「電流偏差」という。）に基づいて補正電圧を算出する。例えば速度制御部１５３は、上記電流偏差に比例演算、比例・積分演算、又は比例・積分・微分演算を施して補正電圧を算出する。

電圧指令算出部１５５は、電流制御部１５４が算出した補正電圧に基づいて電圧指令を算出する。例えば電圧指令算出部１５５は、電力変換回路１０から電動機３への出力電流と、電動機３の回転速度と、電動機３のインダクタンスの推定値とに基づいて、γ軸成分をゼロ、δ軸成分を電動機３の回転速度と速度起電力定数の積とする誘起電圧ベクトルに対して非干渉化補償を施した電圧ベクトルを算出し、この電圧ベクトルに補正電圧ベクトルを加算して電圧指令ベクトルを算出する。

電圧指令算出部１５５による以上の演算は、例えば次式により表される。
Ｖγ＝Ｅγ－ω・Ｌδ・ｉδ・・・（６）
Ｖδ＝Ｅδ＋ω・（Ｌγ・ｉγ＋Φ）・・・（７）

式（６）及び（７）において、Φは速度起電力係数であり、Ｅγは補正電圧のγ軸成分であり、Ｅδは補正電圧のδ軸成分である。

誤差算出部１１５は、電圧指令ベクトルと、補正電圧ベクトルと、電力変換回路１０から電動機３への出力電流ベクトルと、インダクタンスの推定値とに基づいて、電圧指令の位相誤差を算出する。例えば誤差算出部１１５は、位相誤差を算出するための誘起電圧ベクトルを次式により算出する。
εγ＝Ｖγ－Ｅγ＋ω・Ｌδ・ｉδ・・・（８）
εδ＝Ｖδ－ω・Ｌγ・ｉγ－Ｅδ・・・（９）

速度推定部１５２は、誤差算出部１１５が算出する位相誤差等に基づいて、電動機３の回転速度を推定する。速度制御部１５３は、電動機３の回転速度目標値と、速度推定部１５２により推定された電動機３の回転速度との偏差を上記速度偏差として電流指令を算出する。

図７は、制御回路１００Ａによる電力変換回路１０の制御手順を例示するフローチャートである。制御回路１００Ａは、図７に示すステップＳ１１～Ｓ２１を所定の制御周期で繰り返す。ステップＳ１１では、速度制御部１５３が、電動機３の回転速度目標値と、前回の制御周期で速度推定部１５２が推定した電動機３の回転速度との偏差（上記速度偏差）に基づいて電流指令を算出する。

ステップＳ１２では、電流制御部１５４が、出力電流目標値と、前回の制御周期で電流取得部１１４が算出した出力電流との偏差（上記電流偏差）に基づいて補正電圧を算出する。ステップＳ１３では、ステップＳ０２と同様に、インダクタンス推定部１３２がインダクタンスの推定値を導出する。

ステップＳ１４では、電圧指令算出部１５５が、ステップＳ１２で算出された補正電圧に基づき電圧指令を算出する。例えば電圧指令算出部１５５は、前回の制御周期で電流取得部１１４が算出した出力電流と、電動機３の回転速度と、ステップＳ１２で算出された補正電圧と、ステップＳ１３で導出された電動機３のインダクタンスの推定値とに基づいて電圧指令を算出する。

ステップＳ１５では、ステップＳ０４と同様に、電圧算出部１１２が電圧指令の絶対値を算出し、位相算出部１１３が固定座標系における電圧指令の位相を算出する。ステップＳ１６では、ステップＳ０５と同様に、前回の制御周期で誤差算出部１１５が算出した位相誤差Δθに基づいて指令補正部１１６が電圧指令の位相を補正する。ステップＳ１７では、ステップＳ０６と同様に、ＰＷＭ制御部１１７が、補正後の電圧指令に駆動電力を追従させるように電力変換回路１０を制御することを開始する。

ステップＳ１８では、ステップＳ０７と同様に、電流取得部１１４が、補正後の電圧指令に応じて電力変換回路１０が電動機３に出力した電流情報を電流センサ１４から取得し、取得した電流情報に３相２相変換と回転座標変換とを施してγ軸電流ｉγ及びδ軸電流ｉδを算出する。

ステップＳ１９では、ステップＳ０８と同様に、誤差算出部１１５が、ステップＳ１４で算出された補正前の電圧指令と、ステップＳ１８で算出された出力電流と、ステップＳ１３で導出されたインダクタンスの推定値とに基づいて、電圧指令の位相誤差を算出する。ステップＳ２１では、ステップＳ１９で算出された位相誤差に基づいて、電動機３の回転速度を推定する。

ステップＳ１８で算出された出力電流は、次の制御周期のステップＳ１３でも用いられる。ステップＳ１９における位相誤差の推定結果は、次の制御周期のステップＳ１６で用いられる。ステップＳ２１における電動機３の回転速度の推定結果は、次の制御周期のステップＳ１１で用いられる。

以上で１周期の制御手順が完了する。１周期の制御手順において、ステップＳ１３（インダクタンス推定）はステップＳ１１（電流目標値算出），Ｓ１２（補正電圧算出）の前に実行されてもよい。また、ステップＳ１３はステップＳ１８（電流情報取得）の後に実行されてもよい。この場合、ステップＳ１４（電圧指令算出）では、前回の制御周期でインダクタンス推定部１３２が導出したインダクタンスの推定値に基づいて電圧指令算出部１５５が補正電圧に基づき電圧指令を算出する。

ステップＳ１９（位相誤差算出）は、ステップＳ１６（位相補正）よりも前に実行されてもよい。この場合、ステップＳ１９では、前回の制御周期で算出された電圧指令と、前回の制御周期で算出された出力電流とに基づいて誤差算出部１１５が位相誤差を算出する。ステップＳ２１（速度推定）は、ステップＳ１１（電流目標値算出）よりも前に実行されてもよい。この場合、ステップＳ２１では、前回の制御周期で算出された位相誤差に基づいて、電動機３の回転速度を推定する。

以上の変形例で例示したように、制御回路の指令生成部は、周波数指令と、電力変換回路１０から電動機３への出力電流と、電動機３のインダクタンスの推定値とに基づいて、電圧指令を算出するように構成されていればよく、その算出手法は適宜変更可能である。

〔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、電動機３の駆動電力を生成する電力変換回路１０と、周波数指令と、電力変換回路１０から電動機３への出力電流と、電動機３のインダクタンスの推定値とに基づいて、電圧指令を算出する指令生成部１１１と、電圧指令と、電力変換回路１０から電動機３への出力電流と、インダクタンスの推定値とに基づいて位相誤差を算出する誤差算出部１１５と、位相誤差に基づいて電圧指令の位相を補正する指令補正部１１６と、指令補正部１１６により位相が補正された電圧指令に駆動電力を追従させるように電力変換回路１０を制御するＰＷＭ制御部１１７と、を備える。

電圧指令の位相を電動機３の動きに追従させるために、電動機３のインダクタンスの情報が用いられる場合がある。この場合、インダクタンスの変化により、インダクタンスの推定値の誤差が拡大すると、電圧指令の位相誤差が大きくなり、所望の動力（例えばトルク）が得られない可能性がある。これに対し、本電力変換装置１によれば、電圧指令と、出力電流と、インダクタンスの推定値とに基づいて位相誤差が算出され、位相誤差に基づいて電圧指令の位相が補正される。従って、電動機３を含む電力の供給先のインダクタンス変化に対する電動機３の制御のロバスト性向上に有効である。

誤差算出部１１５は、電圧指令と、電力変換回路１０から電動機３への出力電流と、インダクタンスの推定値とに基づき誘起電圧ベクトルを算出し、誘起電圧ベクトルの位相に基づいて位相誤差を算出してもよい。この場合、位相誤差をより適切に算出することができる。

電力変換装置１は、出力電流の値に応じてインダクタンスが変化するインダクタンスプロファイルを記憶するインダクタンス記憶部１３１と、電力変換回路１０から電動機３への出力電流の値と、インダクタンスプロファイルとに基づきインダクタンスの推定値を導出するインダクタンス推定部１３２と、を更に備え、指令生成部１１１は、インダクタンス推定部１３２により導出されたインダクタンスの推定値に基づいて電圧指令を算出し、誤差算出部１１５は、インダクタンス推定部１３２により導出されたインダクタンスの推定値に基づいて位相誤差を算出してもよい。この場合、出力電流の値に応じてインダクタンスが変化するインダクタンスプロファイルを予め記憶しておき、インダクタンスプロファイルに基づいてインダクタンスの推定値を導出することができる。これにより、出力電流の値の変化によってインダクタンスの推定値の誤差拡大が抑制される。従って、電動機３を含む電力の供給先のインダクタンス変化に対する電動機３の制御のロバスト性向上に更に有効である。

電力変換装置１は、インダクタンスプロファイルの少なくとも２点を指定するユーザ入力に基づいてインダクタンスプロファイルを生成するプロファイル生成部１３４を更に備えていてもよい。この場合、実際の電動機に適したインダクタンスプロファイルをユーザが設定することにより、インダクタンスの推定値の誤差拡大をより確実に抑制することができる。

指令補正部１１６は、位相誤差の積分値に基づいて電圧指令の位相を補正してもよい。この場合、電動機３の位相をより迅速に補正することができる。

電力変換装置１は、電動機３の動作速度が第１速度であるときのゲインよりも、動作速度が第１速度よりも高い第２速度であるときのゲインが小さくなるゲインプロファイルを記憶するゲイン記憶部１４１と、電動機３の動作速度とゲインプロファイルとに基づいてゲインを算出するゲイン算出部１４２と、を更に備え、指令補正部１１６は、ゲイン算出部１４２が算出したゲインを位相誤差に基づく補正量に乗算した補正量で電圧指令の位相を補正してもよい。電動機３の動作速度が高くなると、電圧指令のベクトルの絶対値（以下、「電圧振幅」という。）を大きくする余地が小さくなる。このため、電圧指令の位相の補正に合わせて電圧振幅を適正化することが難しくなる。このため、電圧指令の位相の補正によって、かえって電動機３の動力を低下させてしまう場合が生じ得る。これに対し、電動機３の動作速度が高い場合に位相誤差の補正ゲインを小さくする構成によれば、電圧指令の位相の補正に伴う電動機３の動力低下を抑制することができる。

電動機３は、突極性を有するシンクロナスモータであってもよく、指令生成部１１１は、突極性を有するシンクロナスモータに対応した駆動電力を生成するための電圧指令を算出してもよい。突極性を有するシンクロナスモータにおいては、突極性を有しないシンクロナスモータに比較して、出力電流の変化に応じたインダクタンスの変化が大きい。このため、電動機３が突極性を有するシンクロナスモータである場合、インダクタンス変化に対する電動機３の制御のロバスト性向上がより有益である。

〔システム〕
以下、電力変換装置１を備えるシステムを例示する。図８は、電力変換装置１を備えるシステムを例示する模式図である。図８に示すシステムＰＳ１は、資源探索又は土木工事等で掘削された穴内の水を汲み出すためのシステムであり、電力変換装置１と、電動機３と、フィルタ４と、昇圧トランス５と、電動水中ポンプ６とを備える。

フィルタ４は、電力変換回路１０と電動機３との間に介在する。ここで、電力変換回路１０と電動機３との間に介在するとは、電力変換回路１０と電動機３との間に電気的に介在することを意味する。フィルタ４は、電力変換回路１０の出力に含まれるノイズ成分を削減する。ここで電力変換回路１０の出力とは電力変換回路１０の出力電力を意味し、出力電力は出力電圧及び出力電流を含む。例えばフィルタ４は、電力変換回路１０に接続された入力部（一次側）と、昇圧トランス５に接続された出力部（二次側）とを有し、電力変換回路１０から入力部に入力された電力のノイズ成分を削減した電力を出力部から昇圧トランス５に出力する。フィルタ４の具体例としては、コイル４１とコンデンサ４２とを有するＬＣフィルタが挙げられる。電力変換回路１０と電動機３との間にフィルタ４が電気的に介在するので、上述の電流センサ１４は、電力変換回路１０からフィルタ４への出力電流を検出することとなる。

昇圧トランス５は、フィルタ４と電動機３との間に介在する。フィルタ４と電動機３との間に介在するとは、フィルタ４と電動機３との間に電気的に介在することを意味する。昇圧トランス５は、フィルタ４の出力を昇圧し電動機３に供給する。出力を昇圧するとは、出力における出力電圧を上昇させることを意味する。例えば電動機３は、フィルタ４に接続された入力部（一次側）と、電動機３に接続された出力部（二次側）とを有し、フィルタ４から入力部に入力された出力を昇圧し、出力部から電動機３に出力する。昇圧トランス５は、一次側及び二次側の両方がスター結線であるＹ－Ｙトランスであってもよいし、一次側及び二次側の両方がデルタ結線であるΔ－Δトランスであってもよいし、一次側がスター結線で二次側がデルタ結線であるＹ－Δトランスであってもよいし、一次側がデルタ結線で二次側がスター結線であるΔ－Ｙトランスであってもよい。

昇圧トランス５は、フィルタ４の出力を昇圧することによって、昇圧トランス５から電動機３までの電路（例えばケーブル等）における電圧降下を補う。昇圧トランス５から電動機３までの電路の長さは、例えば１～１０ｋｍである。電動水中ポンプ６は、電動機３により駆動される。電動水中ポンプ６は、資源探索又は土木工事等で掘削された穴内に配置され、穴内にたまった水を電動機３から付与された駆動力によって穴外に排出する。

システムＰＳ１においては、電力変換回路１０からの電力の供給先のインダクタンスが、電動機３のインダクタンスだけでなく、フィルタ４の特性、昇圧トランス５の特性、及び電力変換回路１０から電動機３までの電路の特性（例えば長さ、曲がり具合）等、電動機３の外部の条件によっても大きく変わる。このため、上述したロバスト性の向上がより有益である。

なお、電力変換回路１０により生成された出力電流の位相は、電動機３に到達するまでの間にフィルタ４及び昇圧トランス５等によって変化する。これに対応し、制御回路１００は、図９に示すように、補償値記憶部１６１と、電流補正部１６２とを更に有してもよい。

補償値記憶部１６１は、少なくとも昇圧トランス５における電流の位相変化（一次側の電流と二次側の電流との間の位相差）を補償する位相補償値を記憶する。位相補償値は、昇圧トランス５における電圧の位相変化を補償する第１位相補償値を含んでいてもよい。昇圧トランス５において、一次側の電流から励磁電流を除いた電流と、二次側の電流との間の位相差は、一次側の電圧と二次側の電圧との間の位相差と同等である。このため、昇圧トランス５における電圧の位相変化を補償することは、昇圧トランス５における電流の位相変化の少なくとも一部を補償することに相当する。補償値記憶部１６１は、少なくともフィルタ４における電流の位相変化を補償する第２位相補償値を更に記憶してもよい。位相補償値及び第２位相補償値は、実機試験又はシミュレーション等により予め導出されている。例えば、位相補償値は昇圧トランス５の一次側及び二次側との間で生じる電圧及び電流の位相差に応じて定まり、また、第２位相補償値は昇圧トランス５の一次側の励磁電流の大きさ、及びフィルタ４のコンデンサに供給すべき電流の基本波成分等に応じて定まる。

電流補正部１６２は、電流センサ１４が検出した出力電流を位相補償値に基づいて補正する。電流補正部１６２は、電流センサ１４が検出した出力電流を位相補償値及び第２位相補償値に基づいて補正してもよい。例えば電流補正部１６２は、電流センサ１４が検出した出力電流の位相を、昇圧トランス５の二次側に流れた電流（例えば昇圧トランス５から電動機３への出力電流）の位相に近付ける（例えば実質的に一致させる）ように、出力電流の位相に位相補償値及び第２位相補償値を加算又は減算する。例えば電流補正部１６２は、電流取得部１１４が算出した出力電流ベクトルを位相補償値及び第２位相補償値に基づき補正する。更に、電流補正部１６２は、昇圧トランス５における変圧比（一次側電圧に対する二次側電圧の倍率）に基づいて、出力電流の大きさを補正する（例えば変圧比の逆比を乗算する）ように構成されていてもよい。なお、電流補正部１６２は、電流取得部１１４が上記回転座標変換を行うのに先立って、位相補償値及び第２位相補償値に基づいて、回転座標変換用の角度を補正することで、回転座標変換により算出される出力電流ベクトルを補正してもよい。

電圧指令算出部１２２は、周波数指令と、電力変換回路１０から電動機３への出力電流（電流センサ１４が検出した出力電流）と、インダクタンスの推定値と、位相補償値とに基づいて電圧指令を算出してもよい。例えば電圧指令算出部１２２は、周波数指令と、位相補償値に基づき電流補正部１６２により補正された出力電流と、インダクタンスの推定値とに基づいて電圧指令を算出する。位相補償値に基づき電流補正部１６２により補正された出力電流に基づく点を除き、電圧指令算出部１２２による電圧指令の算出手法は、上述した手法と同様である。

誤差算出部１１５は、電圧指令と、電力変換回路１０から電動機３への出力電流（電流センサ１４が検出した出力電流）と、インダクタンスの推定値と、位相補償値とに基づいて位相誤差を算出してもよい。例えば誤差算出部１１５は、周波数指令と、位相補償値に基づき電流補正部１６２により補正された出力電流と、インダクタンスの推定値とに基づいて位相誤差を算出する。位相補償値に基づき電流補正部１６２により補正された出力電流に基づく点を除き、誤差算出部１１５による位相誤差の算出手法は上述した手法と同様である。

このように、電圧指令算出部１２２が位相補償値を加味した電圧指令を算出し、誤差算出部１１５が位相補償値を加味した位相誤差を算出することによって、指令補正部１１６においては、フィルタ４及び昇圧トランス５による出力電流の位相変化の影響を抑制するように電圧指令が補正されることとなる。指令補正部１１６は、誤差算出部１１５が算出した位相誤差と、位相補償値との両方に基づいて電圧指令を補正するように構成されていてもよい。例えば、昇圧トランス５の一次側と二次側とで結線方式が異なる場合、昇圧トランス５の一次側と二次側との間では、電圧及び電流の両方に位相差が生じる場合がある。例えば、昇圧トランス５がΔ－Ｙトランスである場合、二次側電圧の位相が一次側電圧の位相に対して３０°進み、二次側電流の位相が一次側電流の位相に対して３０°進む。この場合、その他の要因に起因する位相変化を無視すれば、位相補償値は３０°となる。電流補正部１６２は、電流センサ１４が検出した出力電流の位相に３０°を加算する。また、指令補正部１１６は、電圧指令算出部１２２が生成した電圧指令の位相に誤差算出部１１５が算出した位相誤差を加算し、更に３０°を減算する。更に、指令補正部１１６は、昇圧トランス５における変圧比に基づいて、電圧指令の大きさを補正する（例えば変圧比の逆比を乗算する）ように構成されていてもよい。

なお、昇圧トランス５について、一次電圧と二次電圧の位相差、タップ変化分も含めた正確な変圧比、励磁電流といった仕様が不明の場合もある。このような場合、例えば昇圧トランス５の一次側の電圧に対して電圧指令を生成することで、昇圧トランス５の二次側に接続された電動機３の制御を行うことができる。このときは、電圧指令を決定する式（１）及び（２）において、電動機３の巻線抵抗Ｒ、γ軸インダクタンスＬγ及びδ軸インダクタンスＬδについてはモータ定数としてあらかじめモータの設計値としてうたわれているものを使用し、誘起電圧目標値Ｅについてはインバータの定格電圧より低い電圧を設定しておく。この状態で式（１）及び（２）により電圧指令を定め、補償値記憶部１６１には少なくともフィルタ４による位相変化を補償する第２位相補償値を設定しておく。

以上の状態では、誘起電圧目標値Ｅ、巻線抵抗Ｒ、γ軸インダクタンスＬγ及びδ軸インダクタンスＬδが一次巻線側に換算された値ではないので、このまま運転しても負荷条件によっては脱調が発生したりする可能性がある。そこで試運転時に、誘起電圧目標値Ｅおよび第２位相補償値の調整を行う。調整により、式（１）及び（２）におけるＥ、Ｒ・ｉγ、－ω・Ｌδ・ｉδ、ω・Ｌγ・ｉγ、Ｒ・ｉδが、より正しい値に近づくことで、電動機３の運転状態範囲内で脱調の起きない昇圧トランス５の一次側の電圧指令を定めることが可能になる。

図１０は、制御回路１００が補償値記憶部１６１及び電流補正部１６２を更に備える場合における電力変換手順を例示するフローチャートである。図１０に示すように、制御回路１００は、ステップＳ３１，Ｓ３２，Ｓ３３，Ｓ３４，Ｓ３５，Ｓ３６，Ｓ３７，Ｓ３８，Ｓ３９を実行する。ステップＳ３１では、ステップＳ０１と同様に、誘起電圧算出部１２１が、予め定められた指令プロファイルに従って、周波数指令に対応する誘起電圧目標値を算出する。ステップＳ３２では、ステップＳ０２と同様に、インダクタンス推定部１３２が、前回の制御周期で電流取得部１１４が取得した出力電流の値と、インダクタンス記憶部１３１が記憶するインダクタンスプロファイルとに基づきインダクタンスの推定値を導出する。

ステップＳ３３では、電圧指令算出部１２２が、前回の制御周期で電流補正部１６２が補正した出力電流と、電動機３の巻線抵抗と、周波数指令に基づき導出される電動機３の回転速度と、電動機３のインダクタンスの推定値と、誘起電圧目標値とに基づいてγ軸電圧指令Ｖγ及びδ軸電圧指令Ｖδを算出する。ステップＳ３４では、ステップＳ０４と同様に、電圧算出部１１２が電圧指令の絶対値を算出し、位相算出部１１３が固定座標系における電圧指令の位相を算出する。ステップＳ３５では、ステップＳ０５と同様に、前回の制御周期で誤差算出部１１５が算出した位相誤差に基づいて指令補正部１１６が電圧指令の位相を補正する。指令補正部１１６は、誤差算出部１１５が算出した位相誤差と、位相補償値とに基づいて電圧指令の位相を補正してもよい。また、指令補正部１１６は、昇圧トランス５における変圧比の逆比に基づいて、電圧指令の大きさを更に補正してもよい。

ステップＳ３６では、ステップＳ０６と同様に、ＰＷＭ制御部１１７が、ステップＳ３４で位相と大きさが補正された電圧指令（上記補正後の電圧指令）に駆動電力を追従させるように電力変換回路１０を制御することを開始する。ステップＳ３７では、電流取得部１１４が、補正後の電圧指令に応じて電力変換回路１０がフィルタ４に出力した電流情報を電流センサ１４から取得し、取得した電流情報に３相２相変換と回転座標変換とを施してγ軸電流ｉγ及びδ軸電流ｉδを算出する。ステップＳ３８では、電流補正部１６２が、ステップＳ３６で算出された出力電流を位相補償値に基づいて、例えば回転変換により補正する。ステップＳ３９では、誤差算出部１１５が、周波数指令と、位相補償値に基づき電流補正部１６２により補正された出力電流と、インダクタンスの推定値とに基づいて電圧指令を算出する。以上で１周期の制御手順が完了する。制御回路１００は、以上の手順を所定の制御周期で繰り返す。なお、以上においては、電流取得部１１４が出力電流ベクトルを算出した後に、当該出力電流ベクトルの位相を電流補正部１６２が補正する手順を例示したが、これに限られない。例えば電流補正部１６２は、電流取得部１１４が上記回転座標変換を行うのに先立って、回転座標変換用の角度を補正することで、回転座標変換により算出される出力電流ベクトルを補正してもよい。

図９に戻り、電力変換装置１は、インダクタンス推定部１３２に代えて、チューニング制御部１６３と、チューニング部１６４と、パラメータ記憶部１６５とを更に有してもよい。チューニング制御部１６３は、電力変換回路１０がフィルタ４と昇圧トランス５とを介さずに電動機３に接続された状態で、電力変換回路１０から電動機３にチューニング電圧を印加させる。チューニング部１６４は、チューニング電圧の印加に応じて電力変換回路１０と電動機３との間に流れたチューニング電流と、チューニング電圧とに基づいて少なくともインダクタンスの推定値を含む少なくとも一つの制御パラメータを導出する。パラメータ記憶部１６５は、チューニング部１６４が導出した制御パラメータを記憶する。

なお、チューニング部１６４により導出されるインダクタンスの推定値は、電力変換回路１０から電動機３までの電路のインダクタンスと、電動機３自体のインダクタンスとを含む。少なくとも一つの制御パラメータは、インダクタンスの推定値の他に、電動機３の抵抗の推定値を更に含んでいてもよい。電動機３の抵抗の推定値は、電力変換回路１０から電動機３までの電路の抵抗と、電動機３の巻線自体の抵抗とを含む。

電力変換装置１がチューニング制御部１６３及びチューニング部１６４を更に備える場合、電圧指令算出部１２２は、周波数指令と、電流補正部１６２により補正された出力電流と、少なくとも一つの制御パラメータとに基づいて電圧指令を算出してもよい。誤差算出部１１５は、電圧指令と、電流補正部１６２により補正された出力電流と、少なくとも一つの制御パラメータとに基づいて位相誤差を算出してもよい。この構成によれば、フィルタ４及び昇圧トランス５を除いたシステムＰＳ１の特性に合わせてチューニングされた制御パラメータに基づいて、電圧指令の生成及び位相誤差の算出が行われるので、電圧指令をより適切に補正することが可能となる。

図１１は、制御パラメータの導出手順を例示するフローチャートである。この手順は、図１０で例示した電力変換手順に先立って、電力変換回路１０がフィルタ４と昇圧トランス５とを介さずに電動機３に接続された状態で実行される。この手順が実行される場合、電力変換手順において、ステップＳ３２のインダクタンスの推定値の算出処理は省略可能である。図１１に示すように、制御回路１００は、まずステップＳ４１，Ｓ４２，Ｓ４３を実行する。ステップＳ４１では、チューニング制御部１６３が、電力変換回路１０にチューニング電圧の印加を開始させる。ステップＳ４２では、電流取得部１１４が、チューニング電圧の印加に応じて電力変換回路１０と電動機３との間に流れたチューニング電流の情報を取得する。ステップＳ４３では、予め定められたチューニング期間が経過したか否かをチューニング制御部１６３が確認する。

ステップＳ４３においてチューニング期間が経過していないと判定した場合、制御回路１００は処理をステップＳ４１に戻す。ステップＳ４３においてチューニング期間が経過したと判定した場合、制御回路１００はステップＳ４４を実行する。ステップＳ４４では、チューニング電圧の印加に応じて電力変換回路１０と電動機３との間に流れたチューニング電流と、チューニング電圧とに基づいて、チューニング部１６４が少なくとも一つの制御パラメータを導出し、パラメータ記憶部１６５に保存する。以上で制御パラメータの導出手順が完了する。

システムＰＳ１のように、フィルタ４及び昇圧トランス５を備える構成は、電動機３の駆動対象が電動水中ポンプとは異なるシステムにも適用可能であり、例えば電力変換回路１０と電動機３との間の電路における電圧降下が無視できないシステムに有益である。

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。

１…電力変換装置、３…電動機、４…フィルタ、５…昇圧トランス、６…電動水中ポンプ、１０…電力変換回路（電力変換部）、１４…電流センサ、１１１，１５１…指令生成部、１１５…誤差算出部、１１６…指令補正部、１１７…ＰＷＭ制御部（制御部）、１３１…インダクタンス記憶部、１３２…インダクタンス推定部、１３４…プロファイル生成部、１４１…ゲイン記憶部、１４２…ゲイン算出部、１６１…補償値記憶部、１６２…電流補正部、１６３…チューニング制御部、１６４…チューニング部。

Claims (15)

1. 電動機の駆動電力を生成する電力変換部と、
   固定座標系に対し、周波数指令に同期して回転するように回転座標系の位相を算出する位相算出部と、
   前記電動機の動作速度に基づくことなく、前記周波数指令と、前記電力変換部から前記電動機への出力電流と、前記電動機のインダクタンスの推定値とに基づいて、前記回転座標系における電圧指令を算出する指令生成部と、
   前記電圧指令と、前記電力変換部から前記電動機への出力電流と、前記インダクタンスの推定値とに基づいて、前記回転座標系の位相誤差を算出する誤差算出部と、
   前記位相誤差を加算して前記回転座標系の位相を補正する指令補正部と、
   前記指令補正部により補正された前記回転座標系の位相と、前記電圧指令とに対応する電圧を前記電動機に出力するように前記電力変換部を制御する制御部と、を備える電力変換装置。
2. 前記誤差算出部は、
   前記電圧指令と、前記電力変換部から前記電動機への出力電流と、前記インダクタンスの推定値とに基づき前記回転座標系における誘起電圧ベクトルを算出し、前記誘起電圧ベクトルの位相に基づいて前記位相誤差を算出する、請求項１記載の電力変換装置。
3. 出力電流の値に応じてインダクタンスが変化するインダクタンスプロファイルを記憶するインダクタンス記憶部と、
   前記電力変換部から前記電動機への出力電流の値と、前記インダクタンスプロファイルとに基づき前記インダクタンスの推定値を導出するインダクタンス推定部と、を更に備え、
   前記指令生成部は、前記インダクタンス推定部により導出された前記インダクタンスの推定値に基づいて前記電圧指令を算出し、
   前記誤差算出部は、前記インダクタンス推定部により導出された前記インダクタンスの推定値に基づいて前記位相誤差を算出する、請求項１記載の電力変換装置。
4. 前記インダクタンスプロファイルの少なくとも２点を指定するユーザ入力に基づいて前記インダクタンスプロファイルを生成するプロファイル生成部を更に備える、請求項３記載の電力変換装置。
5. 前記指令補正部は、前記位相誤差の積分値に基づいて前記電圧指令の位相を補正する、請求項１～４のいずれか一項記載の電力変換装置。
6. 前記電動機の動作速度が第１速度であるときのゲインよりも、前記動作速度が第１速度よりも高い第２速度であるときのゲインが小さくなるゲインプロファイルを記憶するゲイン記憶部と、
   前記電動機の動作速度と前記ゲインプロファイルとに基づいてゲインを算出するゲイン算出部と、を更に備え、
   前記指令補正部は、前記ゲイン算出部が算出したゲインを前記位相誤差に基づく補正量に乗算した補正量で前記電圧指令の位相を補正する、請求項１～５のいずれか一項記載の電力変換装置。
7. 前記電動機は、突極性を有するシンクロナスモータであり、
   前記指令生成部は、前記突極性を有するシンクロナスモータに対応した駆動電力を生成するための前記電圧指令を算出する、請求項１～６のいずれか一項記載の電力変換装置。
8. 前記電力変換部と前記電動機との間において生じる電流の位相変化を補償する位相補償値を記憶する補償値記憶部を更に備え、
   前記指令生成部は、前記周波数指令と、前記電力変換部から前記電動機への出力電流と、前記インダクタンスの推定値と、前記位相補償値とに基づいて電圧指令を算出し、
   前記誤差算出部は、前記電圧指令と、前記電力変換部から前記電動機への出力電流と、前記インダクタンスの推定値と、前記位相補償値とに基づいて前記位相誤差を算出する、請求項１～７のいずれか一項記載の電力変換装置。
9. 前記出力電流を検出する電流センサと、
   前記位相補償値に基づいて前記電流センサによる出力電流の検出値を補正する電流補正部と、を更に備え、
   前記指令生成部は、前記周波数指令と、前記電流補正部により補正された出力電流の検出値と、前記インダクタンスの推定値とに基づいて電圧指令を算出し、
   前記誤差算出部は、前記電圧指令と、前記電流補正部により補正された出力電流の検出値と、前記インダクタンスの推定値とに基づいて前記位相誤差を算出する、請求項８記載の電力変換装置。
10. 前記指令補正部は、前記位相誤差と、前記位相補償値とに基づいて前記電圧指令の位相を補正する、請求項９記載の電力変換装置。
11. 前記位相補償値は、少なくとも前記電力変換部と前記電動機との間に介在するトランスにおける電圧の位相変化を補償する第１位相補償値を含む、請求項１０記載の電力変換装置。
12. 前記位相補償値は、少なくとも前記電力変換部と前記電動機との間に介在するフィルタにおける電流の位相変化を補償する第２位相補償値を更に含み、
    前記電流補正部は、前記電流センサが検出した出力電流を前記位相補償値及び前記第２位相補償値に基づいて補正する、請求項１１記載の電力変換装置。
13. 電力変換部により電動機の駆動電力を生成する電力変換方法であって、
    固定座標系に対し、周波数指令に同期して回転するように回転座標系の位相を算出することと、
    前記電動機の動作速度に基づくことなく、前記周波数指令と、前記電力変換部から前記電動機への出力電流と、前記電動機のインダクタンスの推定値とに基づいて、前記回転座標系における電圧指令を算出することと、
    前記電圧指令と、前記電力変換部から前記電動機への出力電流と、前記インダクタンスの推定値とに基づいて、前記回転座標系の位相誤差を算出することと、
    前記位相誤差を加算して前記回転座標系の位相を補正することと、
    補正された前記回転座標系の位相と、前記電圧指令とに対応する電圧を前記電動機に出力するように前記電力変換部を制御することと、を含む電力変換方法。
14. 請求項１～１２のいずれか一項記載の電力変換装置と、
    前記電動機と、
    前記電力変換部の出力に含まれるノイズ成分を削減するフィルタと、
    前記電力変換部の出力を昇圧して前記電動機に供給する昇圧トランスと、を備えるシステム。
15. 前記電動機により駆動される電動水中ポンプを更に備える、請求項１４記載のシステム。

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