(57)【要約】【課題】モータが回転するときの径方向の応力を軽減する。【解決手段】モータの回転速度ωｍが速度ｖ５であるときの振幅｜Ｖｓ｜は、第１の電圧値に第１の比を乗じた値を有する。回転速度ωｍが速度ｖ６であるときの振幅｜Ｖｓ｜は、第２の電圧値に第２の比を乗じた値を有する。第１の電圧値は、速度ｖ５で所定のトルクをモータが出力するときに振幅｜Ｖｓ｜が採り得る値の最大値である。第２の電圧値は、速度ｖ６で所定のトルクをモータが出力するときに振幅｜Ｖｓ｜が採り得る値の最大値である。速度ｖ６は速度ｖ５よりも大きく、第２の比は第１の比よりも小さい。【選択図】図３
2020048327.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフト（１０）の回転を用いて負荷（２０）を駆動するモータ（１）に印加される電圧である印加電圧（Ｖｓ）を出力するインバータ（２１０ｂ）を制御する方法であって、
第１の最大値（Ｖｍａｘ_ωＭＡＸ）よりも小さい振幅を有する前記印加電圧（Ｖｓ）を前記インバータ（２１０ｂ）に出力させて、第１の速度（ωＭＡＸ）で前記モータを回転して所定の前記負荷を駆動し、
第２の最大値（Ｖｍａｘ_ω３）の振幅を有する前記印加電圧（Ｖｓ）を前記インバータ（２１０ｂ）に出力させて、第２の速度（ω３）で前記モータを回転して前記所定の前記負荷を駆動し、
前記第１の最大値（Ｖｍａｘ_ωＭＡＸ）は、前記第１の速度（ωＭＡＸ）で前記所定の前記負荷を前記モータが駆動するときに前記印加電圧の振幅（｜Ｖｓ｜）が採り得る値の最大値であり、
前記第１の速度（ωＭＡＸ）は、前記モータが前記所定の前記負荷を駆動するときの前記モータの回転の速度（ωｍ）の最大値であり、
前記第２の最大値（Ｖｍａｘ_ω３）は、前記第２の速度（ω３）で前記所定の前記負荷を前記モータが駆動するときに前記印加電圧の振幅（｜Ｖｓ｜）が採り得る値の最大値であり、
前記第２の速度（ω３）は前記第１の速度（ωＭＡＸ）よりも小さい、インバータ制御方法。
【請求項２】
シャフト（１０）の回転を用いて負荷（２０）を駆動するモータ（１）に印加される電圧である印加電圧（Ｖｓ）を出力するインバータ（２１０ｂ）を制御する方法であって、
前記モータが所定のトルクを出力するときの前記モータの回転の速度（ωｍ）が、前記モータが前記所定のトルクを出力するときの前記モータの基底速度（ωｂ）以上であるとき、
第１の最大値（Ｖｍａｘ_ω１）に第１の比を乗じた振幅を有する前記印加電圧（Ｖｓ）を前記インバータ（２１０ｂ）に出力させて、第１の速度（ω１）で前記モータを回転させ、かつ前記モータに前記所定のトルクを出力させ、
第２の最大値（Ｖｍａｘ_ω２）に第２の比を乗じた振幅を有する前記印加電圧（Ｖｓ）を前記インバータ（２１０ｂ）に出力させて、第２の速度（ω２）で前記モータを回転させ、かつ前記モータに前記所定のトルクを出力させ、
前記第１の最大値（Ｖｍａｘ_ω１）は、前記第１の速度（ω１）で前記所定のトルクを前記モータが出力するときに前記印加電圧の振幅（｜Ｖｓ｜）が採り得る値の最大値であり、
前記第２の最大値（Ｖｍａｘ_ω２）は、前記第２の速度（ω２）で前記所定のトルクを前記モータが出力するときに前記印加電圧の振幅（｜Ｖｓ｜）が採り得る値の最大値であり、
前記第２の速度（ω２）は前記第１の速度（ω１）よりも大きく、
前記第２の比は前記第１の比よりも小さい、インバータ制御方法。
【請求項３】
前記第２の速度は、前記モータが前記所定のトルクを出力するときに採り得る前記速度（ωｍ）の最大値（ωｍａｘ）である、請求項２記載のインバータ制御方法。
【請求項４】
シャフト（１０）の回転を用いて負荷（２０）を駆動するモータ（１）に印加される電圧たる印加電圧（Ｖｓ）を出力するインバータ（２１０ｂ）と、
前記インバータの動作を制御する制御器（２０９）と
を備え、
前記制御器は、
第１の最大値（Ｖｍａｘ_ωＭＡＸ）よりも小さい振幅を有する前記印加電圧（Ｖｓ）を前記インバータ（２１０ｂ）に出力させて、第１の速度（ωＭＡＸ）で前記モータを回転して所定の前記負荷を駆動し、
第２の最大値（Ｖｍａｘ_ω３）の振幅を有する前記印加電圧（Ｖｓ）を前記インバータ（２１０ｂ）に出力させて、第２の速度（ω３）で前記モータを回転して前記所定の前記負荷を駆動し、
前記第１の最大値（Ｖｍａｘ_ωＭＡＸ）は、前記第１の速度（ωＭＡＸ）で前記所定の前記負荷を前記モータが駆動するときに前記印加電圧の振幅（｜Ｖｓ｜）が採り得る値の最大値であり、
前記第１の速度（ωＭＡＸ）は、前記モータが前記所定の前記負荷を駆動するときの前記モータの回転の速度（ωｍ）の最大値であり、
前記第２の最大値（Ｖｍａｘ_ω３）は、前記第２の速度（ω３）で前記所定の前記負荷を前記モータが駆動するときに前記印加電圧の振幅（｜Ｖｓ｜）が採り得る値の最大値であり、
前記第２の速度（ω３）は前記第１の速度（ωＭＡＸ）よりも小さい、モータ制御装置。
【請求項５】
シャフト（１０）の回転を用いて負荷（２０）を駆動するモータ（１）に印加される電圧たる印加電圧（Ｖｓ）を出力するインバータ（２１０ｂ）と、
前記インバータの動作を制御する制御器（２０９）と
を備え、
前記モータが所定のトルクを出力するときの前記モータの回転の速度（ωｍ）が、前記モータが前記所定のトルクを出力するときの前記モータの基底速度（ωｂ）以上であるとき、
前記制御器は、
第１の最大値（Ｖｍａｘ_ω１）に第１の比を乗じた振幅を有する前記印加電圧（Ｖｓ）を前記インバータ（２１０ｂ）に出力させて、第１の速度（ω１）で前記モータを回転させ、かつ前記モータに前記所定のトルクを出力させ、
第２の最大値（Ｖｍａｘ_ω２）に第２の比を乗じた振幅を有する前記印加電圧（Ｖｓ）を前記インバータ（２１０ｂ）に出力させて、第２の速度（ω２）で前記モータを回転させ、かつ前記モータに前記所定のトルクを出力させ、
前記第１の最大値（Ｖｍａｘ_ω１）は、前記第１の速度（ω１）で前記所定のトルクを前記モータが出力するときに前記印加電圧の振幅（｜Ｖｓ｜）が採り得る値の最大値であり、
前記第２の最大値（Ｖｍａｘ_ω２）は、前記第２の速度（ω２）で前記所定のトルクを前記モータが出力するときに前記印加電圧の振幅（｜Ｖｓ｜）が採り得る値の最大値であり、
前記第２の速度（ω２）は前記第１の速度（ω１）よりも大きく、
前記第２の比は前記第１の比よりも小さい、モータ制御装置。
【請求項６】
前記第２の速度は、前記モータが前記所定のトルクを出力するときに採り得る前記速度（ωｍ）の最大値（ωｍａｘ）である、請求項５記載のモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示はインバータを制御する技術とモータを制御する技術とに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１では、三相同期電動機の径方向電磁加振力の時間２次成分による振動を低減する技術が提案される。ここで「径方向電磁加振力の時間２次成分」とは、モータに流れる電流の基本波周波数の２倍である径方向電磁加振力であると説明されている。そして径方向電磁加振力の時間２次成分による振動は三相同期電動機の楕円状の変形や、正方形状の変形モードを発生させることが説明されている。当該技術では、ｄ軸インダクタンスとｑ軸インダクタンスが異なるモータに対して、ｑ軸電流の増大と共に負のｄ軸電流を増大させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−２１１５６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では径方向電磁加振力の時間２次成分に着目している。よってモータのシャフトが、これを回転自在に支持する軸受けに対して与える径方向の応力が、特定の回転角度において強くなる、いわゆる「片当たり」についての明確な言及はない。片当たりは軸受を損傷させる原因となる。本開示はモータが回転するときにシャフトが発生する径方向の応力を軽減する技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この開示のインバータ制御方法は、シャフト（１０）の回転を用いて負荷（２０）を駆動するモータ（１）に印加される電圧である印加電圧（Ｖｓ）を出力するインバータ（２１０ｂ）を制御する方法である。
【０００６】
インバータ制御方法の第１の態様では、第１の最大値（Ｖｍａｘ_ωＭＡＸ）よりも小さい振幅を有する前記印加電圧（Ｖｓ）を前記インバータ（２１０ｂ）に出力させて、第１の速度（ωＭＡＸ）で前記モータを回転して所定の前記負荷を駆動する。第２の最大値（Ｖｍａｘ_ω３）の振幅を有する前記印加電圧（Ｖｓ）を前記インバータ（２１０ｂ）に出力させて、第２の速度（ω３）で前記モータを回転して前記所定の前記負荷を駆動する。前記第２の速度（ω３）は前記第１の速度（ωＭＡＸ）よりも小さい。
【０００７】
前記第１の最大値（Ｖｍａｘ_ωＭＡＸ）は、前記第１の速度（ωＭＡＸ）で前記所定の前記負荷を前記モータが駆動するときに前記印加電圧の振幅（｜Ｖｓ｜）が採り得る値の最大値である。前記第１の速度（ωＭＡＸ）は、前記モータが前記所定の前記負荷を駆動するときの前記モータの回転の速度（ωｍ）の最大値である。
【０００８】
前記第２の最大値（Ｖｍａｘ_ω３）は、前記第２の速度（ω３）で前記所定の前記負荷を前記モータが駆動するときに前記印加電圧の振幅（｜Ｖｓ｜）が採り得る値の最大値である。
【０００９】
インバータ制御方法の第２の態様では、前記モータが所定のトルクを出力するときの前記モータの回転の速度（ωｍ）が、前記モータが前記所定のトルクを出力するときの前記モータの基底速度（ωｂ）以上であるとき、第１の最大値（Ｖｍａｘ_ω１）に第１の比を乗じた振幅を有する前記印加電圧（Ｖｓ）を前記インバータ（２１０ｂ）に出力させて、第１の速度（ω１）で前記モータを回転させ、かつ前記モータに前記所定のトルクを出力させる。第２の最大値（Ｖｍａｘ_ω２）に第２の比を乗じた振幅を有する前記印加電圧（Ｖｓ）を前記インバータ（２１０ｂ）に出力させて、第２の速度（ω２）で前記モータを回転させ、かつ前記モータに前記所定のトルクを出力させる。
【００１０】
前記第１の最大値（Ｖｍａｘ_ω１）は、前記第１の速度（ω１）で前記所定のトルクを前記モータが出力するときに前記印加電圧の振幅（｜Ｖｓ｜）が採り得る値の最大値である。前記第２の最大値（Ｖｍａｘ_ω２）は、前記第２の速度（ω２）で前記所定のトルクを前記モータが出力するときに前記印加電圧の振幅（｜Ｖｓ｜）が採り得る値の最大値である。
【００１１】
前記第２の速度（ω２）は前記第１の速度（ω１）よりも大きく、前記第２の比は前記第１の比よりも小さい。
【００１２】
この開示のインバータ制御方法の第３の態様は、その第２の態様であって、前記第２の速度は、前記モータが前記所定のトルクを出力するときに採り得る前記速度（ωｍ）の最大値（ωｍａｘ）である。
【００１３】
この開示のモータ制御装置は、シャフト（１０）の回転を用いて負荷（２０）を駆動するモータ（１）に印加される電圧たる印加電圧（Ｖｓ）を出力するインバータ（２１０ｂ）と、前記インバータの動作を制御する制御器（２０９）とを備える。
【００１４】
モータ制御装置の第１の態様では、前記制御器は、第１の最大値（Ｖｍａｘ_ωＭＡＸ）よりも小さい振幅を有する前記印加電圧（Ｖｓ）を前記インバータ（２１０ｂ）に出力させて、第１の速度（ωＭＡＸ）で前記モータを回転して所定の前記負荷を駆動し、第２の最大値（Ｖｍａｘ_ω３）の振幅を有する前記印加電圧（Ｖｓ）を前記インバータ（２１０ｂ）に出力させて、第２の速度（ω３）で前記モータを回転して前記所定の前記負荷を駆動する。前記第２の速度（ω３）は前記第１の速度（ωＭＡＸ）よりも小さい。
【００１５】
前記第１の最大値（Ｖｍａｘ_ωＭＡＸ）は、前記第１の速度（ωＭＡＸ）で前記所定の前記負荷を前記モータが駆動するときに前記印加電圧の振幅（｜Ｖｓ｜）が採り得る値の最大値であり、前記第１の速度（ωＭＡＸ）は、前記モータが前記所定の前記負荷を駆動するときの前記モータの回転の速度（ωｍ）の最大値である。
【００１６】
前記第２の最大値（Ｖｍａｘ_ω３）は、前記第２の速度（ω３）で前記所定の前記負荷を前記モータが駆動するときに前記印加電圧の振幅（｜Ｖｓ｜）が採り得る値の最大値である。
【００１７】
モータ制御装置の第２の態様では、前記モータが所定のトルクを出力するときの前記モータの回転の速度（ωｍ）が、前記モータが前記所定のトルクを出力するときの前記モータの基底速度（ωｂ）以上であるとき、前記制御器は、第１の最大値（Ｖｍａｘ_ω１）に第１の比を乗じた振幅を有する前記印加電圧（Ｖｓ）を前記インバータ（２１０ｂ）に出力させて、第１の速度（ω１）で前記モータを回転させ、かつ前記モータに前記所定のトルクを出力させ、第２の最大値（Ｖｍａｘ_ω２）に第２の比を乗じた振幅を有する前記印加電圧（Ｖｓ）を前記インバータ（２１０ｂ）に出力させて、第２の速度（ω２）で前記モータを回転させ、かつ前記モータに前記所定のトルクを出力させる。
【００１８】
前記第１の最大値（Ｖｍａｘ_ω１）は、前記第１の速度（ω１）で前記所定のトルクを前記モータが出力するときに前記印加電圧の振幅（｜Ｖｓ｜）が採り得る値の最大値であり、前記第２の最大値（Ｖｍａｘ_ω２）は、前記第２の速度（ω２）で前記所定のトルクを前記モータが出力するときに前記印加電圧の振幅（｜Ｖｓ｜）が採り得る値の最大値である。
【００１９】
前記第２の速度（ω２）は前記第１の速度（ω１）よりも大きく、前記第２の比は前記第１の比よりも小さい。
【００２０】
この開示のモータ制御装置の第３の態様は、その第２の態様であって、前記第２の速度は、前記モータが前記所定のトルクを出力するときに採り得る前記速度（ωｍ）の最大値（ωｍａｘ）である。
【００２１】
本開示のインバータ制御方法およびモータ制御装置は、モータが回転するときにシャフトが軸受に対して与える径方向の応力を軽減する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】圧縮機の構造を例示する断面図である。
【図２】モータと、モータを駆動するモータ駆動装置の構成とを示すブロック図である。
【図３】実施の形態において採用される制御と回転速度との関係を実線で示すグラフである。
【図４】制御器による出力回路の制御を示すフローチャートである。
【図５】回転速度を助変数とし、軸偏倚と駆動電圧との関係を示すグラフである。
【図６】回転速度を助変数として電流振幅と軸偏倚との関係を示すグラフである。
【図７】トルクを所定の値としたときの回転速度と電流振幅との関係を示すグラフである。
【図８】回転速度を助変数として電流ベクトルの位相と軸偏倚との関係を示すグラフである。
【図９】トルクを所定の値としたときの回転速度と位相との関係を示すグラフである。
【図１０】回転速度を助変数としてｄ軸電流と軸偏倚との関係を示すグラフである。
【図１１】回転速度を助変数としてｑ軸電流と軸偏倚との関係を示すグラフである。
【図１２】トルクを所定の値としたときの回転速度とｑ軸電流との関係を示すグラフである。
【図１３】界磁磁束ベクトル、電機子反作用による磁束ベクトル、一次磁束ベクトルの関係を示すベクトル図である。
【図１４】回転速度を助変数としてＴ軸電流と軸偏倚との関係を示すグラフである。
【図１５】トルクを所定の値としたときの回転速度とＴ軸電流との関係を示すグラフである。
【図１６】回転速度を助変数として一次磁束と軸偏倚との関係を示すグラフである。
【図１７】トルクを所定の値としたときの回転速度と一次磁束との関係を示すグラフである。
【図１８】回転速度を助変数として負荷角と軸偏倚との関係を示すグラフである。
【図１９】トルクを所定の値としたときの回転速度と負荷角との関係を示すグラフである。
【図２０】回転速度を助変数として瞬時実電力と軸偏倚との関係を示すグラフである。
【図２１】トルクを所定の値としたときの回転速度と瞬時実電力との関係を示すグラフである。
【図２２】制御器の第１の変形を示すブロック図である。
【図２３】制御器の第２の変形を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１は冷凍回路、例えばヒートポンプで採用される圧縮機１００の構造を例示する断面図である。圧縮機１００は圧縮機構２０、モータ１、軸受１４、ケーシング１５を備える。圧縮機構２０は冷媒（図示省略）を圧縮する。圧縮機構２０には例えばスイング方式が採用され、シャフト１０によってモータ１から伝達される回転によって冷媒を圧縮する。圧縮機構２０はモータ１が駆動する負荷である。
【００２４】
モータ１は固定子１１と回転子１２を備える。例えば固定子１１と回転子１２はそれぞれ電機子、界磁子で実現される。例えばモータ１はインナーロータ型の埋込磁石同期モータであって、回転子１２は界磁磁束を発生する永久磁石（図示省略）を有する。
【００２５】
シャフト１０は回転子１２に取り付けられ、軸受１４によって回転自在にケーシング１５に取り付けられる。
【００２６】
回転子１２の、シャフト１０に沿った方向（以下「軸方向」）の圧縮機構２０側に、バランスウェイト１３ａが設けられる。回転子１２の、軸方向の圧縮機構２０とは反対側に、バランスウェイト１３ｃが設けられる。構造の説明の便宜のため、図１において、断面図の上には、回転子１２の上面図（軸方向に沿って圧縮機構２０とは反対側から回転子１２を見た図）が、回転子１２の断面に対して四本の仮想線たる鎖線で結合して示される。
【００２７】
回転子１２の回転（以下、モータ１の回転と称すこともある）により、バランスウェイト１３ａ，１３ｃにはそれぞれ遠心力ＦＡ，ＦＣが働く。シャフト１０には不均衡磁気吸引力ＦＢが働く。不均衡磁気吸引力ＦＢは、固定子１１と回転子１２との間の磁気吸引力の不均衡に起因した、径方向、即ち軸方向と直交する方向の成分である。ここで当該成分のみに着目したのは、遠心力ＦＡ，ＦＣが径方向に働き、これらと共にシャフト１０に対して径方向にかかる応力で発生する撓み量（以下「軸偏倚」と称す）を検討するからである。ここでは便宜状、不均衡磁気吸引力ＦＢは回転子１２の軸方向中央におけるシャフト１０の位置Ｂに働くとして図示した。
【００２８】
モータ１が回転する速度（以下、「回転速度」とも称す）が大きいほど遠心力ＦＡ，ＦＣは大きい。回転速度が高いほど、軸偏倚が大きい。軸偏倚はシャフト１０から軸受１４に対して与える径方向の応力が特定の回転角度において強くなる、いわゆる片当たりの要因である。
【００２９】
冷凍回路の能力を高める観点からは、回転速度が大きいことが望ましい。換言すれば、軸偏倚が小さいことは冷凍回路の能力を向上する点で有利である。
【００３０】
以下の実施の形態では軸偏倚を低減するためのモータの駆動技術を紹介する。図２はモータ１と、モータ１を駆動するモータ制御装置２００の構成とを示すブロック図である。ここではモータ１が三相の埋込磁石形同期モータ（図ではＩＰＭＳＭと表記）である場合を例示する。モータ制御装置２００はモータ１に流れる三相の交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを、ｄ軸成分（以下「ｄ軸電流」）ｉｄ、ｑ軸成分（以下「ｑ軸電流」）ｉｑに変換してベクトル制御を行う。ここで「ｄ軸」、「ｑ軸」は、それぞれモータ１の界磁磁束と同相およびこれに対して９０度で進相する座標軸を示す。ｄ軸電流ｉｄは界磁磁束に寄与し、ｑ軸電流ｉｑはモータ１が出力するトルクに寄与する。
【００３１】
モータ制御装置２００は、出力回路２１０と、出力回路２１０の動作を制御する制御器２０９とを備える。出力回路２１０は、モータ１に印加される印加電圧Ｖｓをモータ１に出力する。モータ１は印加電圧Ｖｓによって、例えば回転速度が制御されて駆動される。例えば出力回路２１０は直流電圧ＶdcをＤＣ／ＡＣ変換して三相の印加電圧Ｖｓをモータ１に出力する。出力回路２１０はモータ１に三相の交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを供給する。
【００３２】
出力回路２１０はパルス幅変調回路（図中「ＰＷＭ回路」と表示）２１０ａと電圧制御型のＰＷＭインバータ２１０ｂとを含む。パルス幅変調回路２１０ａは三相の電圧指令値ｖｕ＊，ｖｖ＊，ｖｗ＊を入力し、ＰＷＭインバータ２１０ｂの動作を制御するゲート信号Ｇを生成する。ただし、ＰＷＭインバータ２１０ｂに替えて、他の変調方式のインバータを採用することもできる。
【００３３】
ＰＷＭインバータ２１０ｂには直流電源から直流電圧Ｖdcが供給される。ＰＷＭインバータ２１０ｂはゲート信号Ｇによって制御される動作を行い、直流電圧Ｖdcを印加電圧Ｖｓに変換し、モータ１に印加する。三相の交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，ＩｗはＰＷＭインバータ２１０ｂからモータ１に供給される。電圧指令値ｖｕ＊，ｖｖ＊，ｖｗ＊は印加電圧Ｖｓの指令値である。
【００３４】
図２では直流電圧Ｖdcを供給する電源はモータ制御装置２００の外部に設けているが、モータ制御装置２００に含めてもよい。当該電源は例えばＡＣ／ＤＣコンバータで実現することができる。
【００３５】
制御器２０９は例えば、電流指令生成部２１１、電流制御器２１２，座標変換器２１３，２１４、位置検出器２１５、乗算器２１６、速度演算器２１７を備える。
【００３６】
電流検出器２１８ｕ，２１８ｖは、それぞれ交流電流Ｉｕ，Ｉｖを検出する。制御器２０９が電流検出器２１８ｕ，２１８ｖを備えてもよい。位置検出器２１５はモータ１の回転位置をその機械角での回転角度θｍとして検出する。乗算器２１６は回転角度θｍに極対数Ｐｎを乗算し、電気角としての回転角度θを求める。座標変換器２１４は交流電流Ｉｕ，Ｉｖの値および回転角度θを入力し、ｄ軸電流ｉｄ、ｑ軸電流ｉｑを求める。
【００３７】
速度演算器２１７は回転角度θｍから機械角での回転速度ωｍを求める。電流指令生成部２１１は、トルク指令τ＊、あるいは回転速度ωｍおよびその指令値ωｍ＊とを入力し、これらからｄ軸電流ｉｄの指令値ｉｄ＊、ｑ軸電流ｉｑの指令値ｉｑ＊を求める。トルク指令τ＊はモータ１が出力するトルクτの指令値である。
【００３８】
電流制御器２１２は、ｄ軸電流ｉｄおよびその指令値ｉｄ＊、ｑ軸電流ｉｑおよびその指令値ｉｑ＊から、ｄ軸電圧ｖｄの指令値ｖｄ＊およびｑ軸電圧ｖｑの指令値ｖｑ＊を求める。例えばｄ軸電流ｉｄとその指令値ｉｄ＊との偏差、ｑ軸電流ｉｑとその指令値ｉｑ＊との偏差を零に近づけるフィードバック制御によって指令値ｖｄ＊，ｖｑ＊が求められる。
【００３９】
座標変換器２１３は、ｄ軸電圧ｖｄの指令値ｖｄ＊およびｑ軸電圧ｖｑの指令値ｖｑ＊と回転角度θとから、三相の電圧指令値ｖｕ＊，ｖｖ＊，ｖｗ＊を生成する。
【００４０】
本実施の形態において、必ずしも位置検出器２１５は要しない。交流電流Ｉｕ，Ｉｖと印加電圧Ｖｓから回転角度θｍを求める、いわゆるセンサレス方式を採用してもよい。
【００４１】
図３は本実施の形態において採用される制御と回転速度ωｍとの関係を実線で示すグラフである。図３（ａ），（ｂ），（ｃ）のいずれにおいても横軸に回転速度ωｍを採り、トルク指令τ＊をある一定値に揃えている。
【００４２】
図３（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ縦軸に印加電圧Ｖｓの振幅｜Ｖｓ｜、軸偏倚δＣ、ｄ軸電流ｉｄを採用している。ここでは、軸偏倚δＣはシャフト１０の、軸方向におけるバランスウェイト１３ｃ側の端部の位置Ｃ（図１）での軸偏倚とする。
【００４３】
回転速度ωｍが回転速度ｖ１（単に「速度ｖ１」とも称す：他の回転速度についても同様）以下では、回転速度ωｍが大きいほど、振幅｜Ｖｓ｜は大きい。例えばこのような制御としては最大トルク／電流制御や最大効率制御を採用することができる。図３では回転速度ωｍが速度ｖ１以下では最大トルク／電流制御が行われる場合を例示した。そして回転速度ωｍが速度ｖ１であるときの振幅｜Ｖｓ｜を電圧値Ｖmaxとして示した。
【００４４】
回転速度ωｍが速度ｖ２以上では、振幅｜Ｖｓ｜を電圧値Ｖmax未満とする。速度ｖ２は速度ｖ１以上である。このような制御を本実施の形態では便宜的に「電圧低下制御」と仮称する。図３（ａ）ではその例として、ｖ２＞ｖ１であって、回転速度ωｍが大きいほど振幅｜Ｖｓ｜が小さい場合が示されている。
【００４５】
回転速度ωｍが速度ｖ１よりも大きく速度ｖ２以下であるとき、振幅｜Ｖｓ｜は回転速度ωｍに依らずに速度ｖ１における振幅｜Ｖｓ｜（＝Ｖmax）と等しい。このとき、モータ１に対してはいわゆる弱め磁束制御が行われる。ｖ１＝ｖ２であれば回転速度ωｍが速度ｖ１よりも大きく速度ｖ２以下である事象は発生せず、弱め磁束制御が行われない。
【００４６】
制御器２０９は、このような印加電圧Ｖｓの回転速度ωｍに対する依存性で、出力回路２１０に印加電圧Ｖｓを出力させる。具体的には回転速度ωｍに応じた印加電圧Ｖｓを出力回路２１０が出力するような電圧指令値ｖｕ＊，ｖｖ＊，ｖｗ＊を、制御器２０９が生成し、これを出力回路２１０に出力する。
【００４７】
図４は制御器２０９による出力回路２１０の制御を示すフローチャートである。当該フローチャートは印加電圧Ｖｓを制御するルーチンであり、当該ルーチンは例えば不図示のメインルーチンに対する割り込み処理であり、割り込み処理によって開始し、当該ルーチンの終了により処理は当該メインルーチンに復帰する。当該ルーチンは、例えば当該メインルーチンと共に、制御器２０９で行われる。
【００４８】
ステップＳ４０１において回転速度ωｍと速度ｖ１，ｖ２との比較が行われる。ステップＳ４０１においてωｍ≦ｖ１と判断されれば処理はステップＳ４０２に進む。ステップＳ４０１においてｖ１＜ωｍ≦ｖ２と判断されれば処理はステップＳ４０３に進む。ステップＳ４０１においてｖ２＜ωｍと判断されれば処理はステップＳ４０４に進む。
【００４９】
ステップＳ４０２では最大トルク／電流制御が行われる。あるいは最大トルク／電流制御に代えてステップＳ４０２で最大効率制御が行われてもよい。あるいはステップＳ４０２において最大トルク／電流制御と最大効率制御とが切り替えて行われてもよい。
【００５０】
ステップＳ４０３では振幅｜Ｖｓ｜として電圧値Ｖmaxが採用され、例えば弱め磁束制御が行われる。ステップＳ４０４では電圧低下制御が行われ、振幅｜Ｖｓ｜として電圧値Ｖmax未満の値が採用される。
【００５１】
図３において破線は本実施の形態との比較のため、「電圧低下制御」を採用せずに回転速度ωｍが速度ｖ２よりも大きい場合でも弱め磁束制御を維持した場合を示す。最大トルク／電流制御、最大効率制御、弱め磁束制御のいずれを採用しても回転速度ωｍが大きいほど軸偏倚δＣは大きい。
【００５２】
図３では軸偏倚δＣの上限値δＣｏを示した。最大トルク／電流制御、最大効率制御、あるいは弱め磁束制御によって軸偏倚δＣが上限δＣｏを採る速度ｖ２を予め実測若しくは計算して求めておく。ここでは回転速度ωｍが上昇し、速度ｖ１を超えて最大トルク／電流制御から弱め磁束制御に制御が移っても、速度ｖ２以下では軸偏倚δＣが上限値δＣｏ未満である場合が例示されている。つまり速度ｖ２以下では振幅｜Ｖｓ｜がその電圧値Ｖmaxを維持しても軸偏倚δＣが上限値δＣｏ未満である場合が例示されている。
【００５３】
回転速度ωｍが速度ｖ２を超えると、振幅｜Ｖｓ｜は電圧値Ｖmax未満の値を採る。これにより回転速度ωｍが大きくても、軸偏倚δＣを上限値δＣｏ以下に抑えることができる。
【００５４】
例えば電圧値ＶmaxはＰＷＭインバータ２１０ｂが直流電圧Ｖdcから変換できる交流電圧の最大値である。ここでは最大トルク／電流制御が採用されるので、振幅｜Ｖｓ｜が電圧値Ｖmaxとなる速度ｖ１は基底速度と一致する。ここで基底速度とは、最大トルク／電流制御でモータ１にトルクτを発生させることができる、モータ１の回転速度の最大値である。最大効率制御が採用される場合、速度ｖ１は基底速度よりも大きい。
【００５５】
図５は、回転速度ωｍを助変数とし、軸偏倚δＣと振幅｜Ｖｓ｜との関係を示すグラフである。図３と図５とは同じトルク指令値τ＊を用いた場合を示した。以下、図５を用いて、電圧低下制御によって軸偏倚δＣが上限値δＣｏ以下に抑えられる理由を説明する。
【００５６】
図５では回転速度ωｍが速度ｖ１，ｖ５，ｖ６，ｖ７（但しｖ１＜ｖ２＜ｖ５＜ｖ６＜ｖ７）を採るときの軸偏倚δＣと振幅｜Ｖｓ｜との関係が示される。トルクτが維持されるとき、回転速度ωｍを実現するための振幅｜Ｖｓ｜が大きいほど、軸偏倚δＣは大きい。回転速度ωｍが大きいほど、軸偏倚δＣは大きい。
【００５７】
図５では回転速度ωｍが速度ｖ３，ｖ４，ｖ２（但しｖ３＜ｖ４＜ｖ１＜ｖ２）を採るときに最大トルク／電流制御と弱め磁束制御で採用される振幅｜Ｖｓ｜での軸偏倚δＣの値も追加してプロットした。図５における太線は、それに付記された矢頭の向きに沿って、回転速度ωｍの上昇に伴って本実施の形態で採用される振幅｜Ｖｓ｜が変化することを示す。
【００５８】
回転速度ωｍが速度ｖ３，ｖ４，ｖ１と上昇するに従って振幅｜Ｖｓ｜および軸偏倚δＣが上昇する。そして回転速度ωｍが速度ｖ１まで到達したときには振幅｜Ｖｓ｜は電圧値Ｖmaxに到達する。よってこれ以上に回転速度ωｍを上昇させるときでも振幅｜Ｖｓ｜はこれ以上には増大しない。
【００５９】
そして回転速度ωｍが速度ｖ２に到達するまで振幅｜Ｖｓ｜は電圧値Ｖmaxを維持する（太線矢印は図５において縦軸に平行に下から上へ向かう）。このとき弱め磁束制御が行われ、軸偏倚δＣは上昇する。
【００６０】
そして回転速度ωｍが速度ｖ２に到達すると軸偏倚δＣは上限値δＣｏに到達し、回転速度ωｍが速度ｖ２を超えると電圧低下制御が行われる。これにより回転速度ωｍが大きくても軸偏倚δＣは上限値δＣｏに維持される。
【００６１】
もちろん、振幅｜Ｖｓ｜が低下しても、必ずしも軸偏倚δＣは上限値δＣｏに維持されるものでもない。しかし電圧値Ｖmaxよりも振幅｜Ｖｓ｜が低下すれば、振幅｜Ｖｓ｜が電圧値Ｖmaxに維持される場合よりも軸偏倚δＣは軽減される。図３（ｂ）に即して言えば、電圧低下制御が採用されるとき、実線で示された曲線は破線で示された曲線よりも必ず下方にある。換言すればモータ１が回転しているときの、特定の回転角度における径方向の応力が軽減される。これは軸受１４に対するシャフト１０による片当たりの軽減に資する。
【００６２】
上述のように振幅｜Ｖｓ｜が低下して、軸偏倚δＣが上限値δＣｏよりも小さくなってもよい。例えば電圧低下制御における振幅｜Ｖｓ｜は図３（ａ）の実線で示された電圧値よりも低い一定値を採ることもできる。
【００６３】
図３（ｃ）では、電圧低下制御においても弱め磁束制御と同様に、ｄ軸電流ｉｄが低下（ｄ軸電流ｉｄは負値であるので、その絶対値は増加）する。ただし、回転速度ωｍの上昇に対してｄ軸電流ｉｄが低下する傾きは、弱め磁束制御よりも電圧低下制御でより顕著となる。
【００６４】
ただし電圧低下制御では、単なる弱め磁束制御とは異なり、振幅｜Ｖｓ｜がその最大値よりも低い値を採る。
【００６５】
以下、数式を用いて、軸偏倚δＣを上限値δＣｏ以下にするためのｄ軸電流ｉｄについて説明する。
【００６６】
【表１】
2020048327.tif 000003
【００６７】
軸偏倚δＣは、梁の撓みの弾性方程式から式（１）で表現できる。
【００６８】
【数１】
2020048327.tif 000004
【００６９】
モータ１の電機子が備える電機子巻線は、各相毎に複数のコイルが直列に接続されている場合を例に採る。この場合、不均衡磁気吸引力ＦＢは式（２）で表される。
【００７０】
【数２】
2020048327.tif 000005
【００７１】
そして遠心力ＦＡ，ＦＣは式（３）で表され、式（１），（２），（３）から式（４）が導出される。
【００７２】
【数３】
2020048327.tif 000006
【００７３】
【数４】
2020048327.tif 000007
【００７４】
ｑ軸電流ｉｑを一定とする場合、値ａ，ｂのみならず値ｃも一定となる。よって式（４）においてδＣ＝δＣｏとおいて得られる式（５）に示される関係から、回転速度ωｍの２乗はｄ軸電流ｉｄの二次式に正比例することがわかる。即ち回転速度ωｍに応じてｄ軸電流ｉｄを式（５）で決定することにより、軸偏倚δＣを上限値δＣｏ以下にすることができる。
【００７５】
【数５】
2020048327.tif 000008
【００７６】
式（５）から理解されるように、ｄ軸電流ｉｄが値（−ｂ／２ａ）よりも大きいときにはｄ軸電流ｉｄが小さいほど軸偏倚δＣも小さい。そしてｄ軸電流ｉｄが値（−ｂ／２ａ）よりも小さいときにはｄ軸電流ｉｄが小さいほど軸偏倚δＣは大きい。よって軸偏倚δＣを最も低減する観点ではｄ軸電流ｉｄが値（−ｂ／２ａ）を採ることが望ましい。
【００７７】
図６は回転速度ωｍを助変数として電流振幅ｉａ（任意単位）と軸偏倚δＣとの関係を示すグラフである。ただしトルクτを一定とした。ここでｉａ＝［ｉｄ２＋ｉｑ２］１／２であり、交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを電流ベクトルＩａとして表した場合の、電流ベクトルＩａの振幅である。
【００７８】
図６では回転速度ωｍが速度ｖ１，ｖ５，ｖ６，ｖ７を採るときの軸偏倚δＣと電流振幅ｉａとの関係が示される。トルクτが維持されるとき、回転速度ωｍを実現するための電流振幅ｉａが大きいほど、軸偏倚δＣは小さい。回転速度ωｍが大きいほど、軸偏倚δＣは大きい。
【００７９】
図６では回転速度ωｍが速度ｖ２を採るときに弱め磁束制御で採用される電流振幅ｉａでの軸偏倚δＣの値（これは上限値δＣｏに相当する）も追加してプロットした。このときに振幅｜Ｖｓ｜は電圧値Ｖmaxを採り、電流振幅ｉａは後述のように求められる値ｉａ＾を採る。最大トルク／電流制御で回転速度ωｍが速度ｖ１以下であるときに電流振幅ｉａは値ｉａ０を採る。
【００８０】
図７はトルクτを所定の値としたときの回転速度ωｍと電流振幅ｉａ（任意単位：但し図６と単位は揃えている）との関係を示すグラフである。実線はωｍ＞ｖ２で電圧低下制御を採用した場合を、破線はωｍ＞ｖ２で弱め磁束制御を採用した場合を、それぞれ示す。ωｍ≦ｖ１では最大トルク／電流制御を、ｖ１＜ωｍ≦ｖ２では弱め磁束制御を、それぞれ採用した場合が示される。
【００８１】
よって回転速度ωｍが速度ｖ２を越えるとき、電流振幅ｉａが弱め磁束において採用される値（これは値ｉａ＾よりも大きい）よりも大きい値を採ることにより、上述の電圧低下制御を行うことができる。
【００８２】
つまり回転速度ωｍが速度ｖ２を超えるとき、制御器２０９は出力回路２１０に、電流振幅ｉａが弱め磁束制御において採用される値（これは値ｉａ＾よりも大きい）よりも大きい電流振幅ｉａの電流ベクトルＩａが得られる交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗをモータ１へ流させる。
【００８３】
電流振幅ｉａが弱め磁束制御において採用される値は以下のようにして求めることができる。電気角としての回転速度ω、トルクτ（これはトルク指令値τ＊で代用してもよい）、モータ１のｄ軸インダクタンスＬｄ、ｑ軸インダクタンスＬｑ、モータ１が有する界磁子の永久磁石によって発生する界磁磁束Ψａ、モータ１の電気抵抗Ｒａ、ｄ軸電圧ｖｄおよびｑ軸電圧ｖｑ（これらはそれぞれの指令値ｖｄ＊，ｖｑ＊で代用してもよい）、微分演算子ｐを導入して、式（６），（７），（８），（９）が成立する。
【００８４】
【数６】
2020048327.tif 000009
【００８５】
【数７】
2020048327.tif 000010
【００８６】
【数８】
2020048327.tif 000011
【００８７】
【数９】
2020048327.tif 000012
【００８８】
回転速度ωは回転速度ωｍと極対数Ｐｎとの積で求められるので、ω＝Ｐｎ・ωｍとおいて式（６），（７），（８），（９）を連立させて得られる電流振幅ｉａが、弱め磁束制御において採用される電流振幅ｉａの値である。式（６）の左辺をω＝Ｐｎ・ｖ１とおいて式（６），（７），（８），（９）を連立させて得られる電流振幅ｉａが値ｉａ０である。
【００８９】
図８は回転速度ωｍを助変数として電流ベクトルＩａのｑ軸に対する位相βと軸偏倚δＣとの関係を示すグラフである。ただしトルクτを一定とした。ここで式（１０）の関係がある。
【００９０】
【数１０】
2020048327.tif 000013
【００９１】
図８では回転速度ωｍが速度ｖ１，ｖ５，ｖ６，ｖ７を採るときの軸偏倚δＣと位相βとの関係が示される。トルクτが維持されるとき、回転速度ωｍを実現するための位相βが大きいほど、軸偏倚δＣは小さい。回転速度ωｍが大きいほど、軸偏倚δＣは大きい。
【００９２】
図８では回転速度ωｍが速度ｖ２を採るときに弱め磁束制御で採用される位相βでの軸偏倚δＣの値（これは上限値δＣｏに相当する）も追加してプロットした。このときに振幅｜Ｖｓ｜は電圧値Ｖmaxを採り、位相βは後述のように求められる値β＾を採る。最大トルク／電流制御で回転速度ωｍが速度ｖ１以下であるときに位相βは値β０を採る。
【００９３】
図９はトルクτを所定の値としたときの回転速度ωｍと位相βとの関係を示すグラフである。実線はωｍ＞ｖ２で電圧低下制御を採用した場合を、破線はωｍ＞ｖ２で弱め磁束制御を採用した場合を、それぞれ示す。ωｍ≦ｖ１では最大トルク／電流制御を、ｖ１＜ωｍ≦ｖ２では弱め磁束制御を、それぞれ採用した場合が示される。
【００９４】
よって回転速度ωｍが速度ｖ２を越えるとき、位相βが弱め磁束において採用される値（これは値β＾よりも大きい）よりも大きい値を採ることにより、上述の電圧低下制御を行うことができる。
【００９５】
つまり回転速度ωｍが速度ｖ２を超えるとき、制御器２０９は出力回路２１０に、位相βが弱め磁束制御において採用される値よりも大きい位相βが得られる交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗをモータ１へ流させる。
【００９６】
ω＝Ｐｎ・ωｍとおいて式（６），（７），（８），（１０）を連立させて得られる位相βが、弱め磁束制御において採用される位相βの値である。式（６）の左辺をω＝Ｐｎ・ｖ１とおいて式（６），（７），（８），（１０）を連立させて得られる位相βが値β０である。
【００９７】
図１０は回転速度ωｍを助変数としてｄ軸電流ｉｄ（＜０；任意単位）と軸偏倚δＣとの関係を示すグラフである。
【００９８】
図１０では回転速度ωｍが速度ｖ１，ｖ５，ｖ６，ｖ７を採るときの軸偏倚δＣとｄ軸電流ｉｄとの関係が示される。ただしトルクτを一定とした。トルクτが維持されるとき、回転速度ωｍを実現するためのｄ軸電流ｉｄが大きいほど（絶対値が小さいほど）、軸偏倚δＣは大きい。回転速度ωｍが大きいほど、軸偏倚δＣは大きい。
【００９９】
図１０では回転速度ωｍが速度ｖ２を採るときに弱め磁束制御で採用されるｄ軸電流ｉｄでの軸偏倚δＣの値（これは上限値δＣｏに相当する）も追加してプロットした。このときに振幅｜Ｖｓ｜は電圧値Ｖmaxを採り、ｄ軸電流ｉｄは後述のように求められる値ｉｄ＾を採る。最大トルク／電流制御で回転速度ωｍが速度ｖ１以下であるときにｄ軸電流ｉｄは値ｉｄ０を採る（図３（ｃ）も参照）。
【０１００】
よって回転速度ωｍが速度ｖ２を越えるとき、ｄ軸電流ｉｄが弱め磁束制御において採用される値（これは値ｉｄ＾よりも小さい）よりも小さい値（絶対値が大きい値）を採ることにより、上述の電圧低下制御を行うことができる。
【０１０１】
つまり回転速度ωｍが速度ｖ２を超えるとき、制御器２０９は出力回路２１０に、ｄ軸電流ｉｄが弱め磁束制御において採用される値よりも小さい値のｄ軸成分を有する交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗをモータ１へ流させる。
【０１０２】
図１１は回転速度ωｍを助変数としてｑ軸電流ｉｑ（任意単位）と軸偏倚δＣとの関係を示すグラフである。ただしトルクτを一定とした。
【０１０３】
図１１では回転速度ωｍが速度ｖ１，ｖ５，ｖ６，ｖ７を採るときの軸偏倚δＣとの関係が示される。トルクτが維持されるとき、回転速度ωｍを実現するためのｑ軸電流ｉｑが大きいほど、軸偏倚δＣは大きい。回転速度ωｍが大きいほど、軸偏倚δＣは大きい。
【０１０４】
図１１では回転速度ωｍが速度ｖ２を採るときに弱め磁束制御で採用されるｑ軸電流ｉｑでの軸偏倚δＣの値（これは上限値δＣｏに相当する）も追加してプロットした。このときに振幅｜Ｖｓ｜は電圧値Ｖmaxを採り、ｑ軸電流ｉｑは後述のように求められる値ｉｑ＾を採る。最大トルク／電流制御で回転速度ωｍが速度ｖ１以下であるときにｑ軸電流ｉｑは値ｉｑ０を採る。
【０１０５】
よって回転速度ωｍが速度ｖ２を越えるとき、ｑ軸電流ｉｑが弱め磁束において採用される値（これは値ｉｑ＾よりも小さい）よりも小さい値を採ることにより、上述の電圧低下制御を行うことができる。
【０１０６】
図１２はトルクτを所定の値としたときの回転速度ωｍとｑ軸電流ｉｑ（任意単位：但し図１１と単位は揃えている）との関係を示すグラフである。実線はωｍ＞ｖ２で電圧低下制御を採用した場合を、破線はωｍ＞ｖ２で弱め磁束制御を採用した場合を、それぞれ示す。ωｍ≦ｖ１では最大トルク／電流制御を、ｖ１＜ωｍ≦ｖ２では弱め磁束制御を、それぞれ採用した場合が示される。
【０１０７】
つまり回転速度ωｍが速度ｖ２を超えるとき、制御器２０９は出力回路２１０に、ｑ軸電流ｉｑが弱め磁束制御において採用される値よりも小さい値のｑ軸成分を有する交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗをモータ１へ流させる。
【０１０８】
ω＝Ｐｎ・ωｍとおいて式（６），（７），（８）を連立させて得られるｄ軸電流ｉｄ、ｑ軸電流ｉｑがそれぞれ弱め磁束制御において採用されるｄ軸電流、ｑ軸電流である。式（６）の左辺をω＝Ｐｎ・ｖ１とおいて式（６），（７），（８）を連立させて得られるｄ軸電流ｉｄ、ｑ軸電流ｉｑがそれぞれ値ｉｄ０，ｉｑ０である。
【０１０９】
図１３は、界磁磁束ベクトルΨａ、電機子反作用による磁束ベクトルΨｂ、一次磁束ベクトルλ０の関係を示すベクトル図である。図１３ではこれらの磁束ベクトルΨａ，Ψｂ，λ０がベクトルであることを明示するために、それぞれの記号に矢印を載せている。ただし、本実施の形態の説明ではこれらのベクトルの振幅についても重複した記号を用いて、界磁磁束Ψａ、磁束Ψｂ、一次磁束λ０と称する。
【０１１０】
一次磁束ベクトルλ０は磁束ベクトル（−Ψｂ）と界磁磁束ベクトルΨａとの合成である。負荷角δ０は一次磁束ベクトルλ０の界磁磁束ベクトルΨａに対する位相である。一次磁束λ０は式（１１）で表される。一次磁束λ０と負荷角δ０との間には式（１２）の関係がある。
【０１１１】
【数１１】
2020048327.tif 000014
【０１１２】
【数１２】
2020048327.tif 000015
【０１１３】
α軸、β軸はモータ１における固定座標系の座標軸である。ｄ軸、ｑ軸は回転座標系の座標軸であり、それぞれの意味は上述した。界磁磁束ベクトルΨａとｄ軸とは同相であってベクトル図において方向が互いに一致する。Ｍ軸、Ｔ軸はそれぞれ一次磁束ベクトルλ０と同相およびこれに対して９０度で進相する座標軸を示す。一次磁束ベクトルλ０とＭ軸とはベクトル図において方向が互いに一致する。以下、モータ１に流れる三相の交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，ＩｗのＭ軸成分をＭ軸電流ｉＭ、Ｔ軸成分をＴ軸電流ｉＴとも称す。Ｔ軸電流ｉＴは式（１３）で表される。
【０１１４】
【数１３】
2020048327.tif 000016
【０１１５】
図１４は回転速度ωｍを助変数としてＴ軸電流ｉＴ（任意単位）と軸偏倚δＣとの関係を示すグラフである。ただしトルクτを一定とした。
【０１１６】
図１４では回転速度ωｍが速度ｖ１，ｖ５，ｖ６，ｖ７を採るときの軸偏倚δＣとＴ軸電流ｉＴとの関係が示される。トルクτが維持されるとき、回転速度ωｍを実現するためのＴ軸電流ｉＴが大きいほど、軸偏倚δＣは小さい。回転速度ωｍが大きいほど、軸偏倚δＣは大きい。
【０１１７】
図１４では回転速度ωｍが速度ｖ２を採るときに弱め磁束制御で採用されるＴ軸電流ｉＴでの軸偏倚δＣの値（これは上限値δＣｏに相当する）も追加してプロットした。このときに振幅｜Ｖｓ｜は電圧値Ｖmaxを採り、Ｔ軸電流ｉＴは後述のように求められる値ｉＴ＾を採る。最大トルク／電流制御で回転速度ωｍが速度ｖ１以下であるときにＴ軸電流ｉＴは値ｉＴ０を採る。
【０１１８】
よって回転速度ωｍが速度ｖ２を越えるとき、Ｔ軸電流ｉＴが弱め磁束において採用される値（これは値ｉＴ＾よりも大きい）よりも大きい値を採ることにより、上述の電圧低下制御を行うことができる。
【０１１９】
図１５はトルクτを所定の値としたときの回転速度ωｍとＴ軸電流ｉＴ（任意単位：但し図１４と単位は揃えている）との関係を示すグラフである。実線はωｍ＞ｖ２で電圧低下制御を用いた場合を、破線はωｍ＞ｖ２で弱め磁束制御を採用した場合を示す。ωｍ≦ｖ１では最大トルク／電流制御が、ｖ１＜ωｍ≦ｖ２では弱め磁束制御を採用した場合が示される。
【０１２０】
つまり回転速度ωｍが速度ｖ２を超えるとき、制御器２０９は出力回路２１０に、その速度で弱め磁束制御を実施した場合においてモータ１に流れる交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，ＩｗのＴ軸成分（Ｔ軸電流ｉＴ）の値よりも大きい値のＴ軸成分を有する交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗをモータ１へ流させる。
【０１２１】
ω＝Ｐｎ・ωｍとおいて式（６），（７），（８），（１２），（１３）を連立させて得られるＴ軸電流ｉＴが、弱め磁束制御を実施した場合のＴ軸電流ｉＴの値である。式（６）の左辺をω＝Ｐｎ・ｖ１とおいて式（６），（７），（８），（１２），（１３）を連立させて得られるＴ軸電流ｉＴが値ｉＴ０である。
【０１２２】
図１６は回転速度ωｍを助変数として一次磁束λ０（任意単位）と軸偏倚δＣとの関係を示すグラフである。ただしトルクτを一定とした。
【０１２３】
図１６では回転速度ωｍが速度ｖ１，ｖ５，ｖ６，ｖ７を採るときの軸偏倚δＣと一次磁束λ０との関係が示される。トルクτが維持されるとき、回転速度ωｍを実現するための一次磁束λ０が大きいほど、軸偏倚δＣは大きい。回転速度ωｍが大きいほど、軸偏倚δＣは大きい。
【０１２４】
図１６では回転速度ωｍが速度ｖ２を採るときに弱め磁束制御で採用される一次磁束λ０での軸偏倚δＣの値（これは上限値δＣｏに相当する）も追加してプロットした。このときに振幅｜Ｖｓ｜は電圧値Ｖmaxを採り、一次磁束λ０は後述のように求められる値λ０＾を採る。最大トルク／電流制御で回転速度ωｍが速度ｖ１以下であるときに一次磁束λ０は値λ００を採る。
【０１２５】
よって回転速度ωｍが速度ｖ２を越えるとき、弱め磁束制御を実施した場合の一次磁束の値よりも小さい値を採る一次磁束λ０を発生させることにより、上述の電圧低下制御を行うことができる。
【０１２６】
図１７はトルクτを所定の値としたときの回転速度ωｍと一次磁束λ０（任意単位：但し図１６と単位は揃えている）との関係を示すグラフである。実線はωｍ＞ｖ２で電圧低下制御を採用した場合を、破線はωｍ＞ｖ２で弱め磁束制御を採用した場合を、それぞれ示す。ωｍ≦ｖ１では最大トルク／電流制御を、ｖ１＜ωｍ≦ｖ２では弱め磁束制御を、それぞれ採用した場合が示される。
【０１２７】
つまり回転速度ωｍが速度ｖ２を超えるとき、制御器２０９は出力回路２１０に、弱め磁束制御を実施した場合の一次磁束の値よりも小さい一次磁束λ０をモータ１に発生させる交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗをモータ１に流させる。
【０１２８】
ω＝Ｐｎ・ωｍとおいて式（６），（７），（８），（１１）を連立させて得られる一次磁束λ０が、弱め磁束制御を実施した場合の一次磁束λ０の値である。式（６）の左辺をω＝Ｐｎ・ｖ１とおいて式（６），（７），（８），（１１）を連立させて得られる一次磁束λ０が値λ００である。
【０１２９】
図１８は回転速度ωｍを助変数として負荷角δ０と軸偏倚δＣとの関係を示すグラフである。ただしトルクを一定とした。
【０１３０】
図１８では回転速度ωｍが速度ｖ１，ｖ５，ｖ６，ｖ７を採るときの軸偏倚δＣと負荷角δ０との関係が示される。トルクτが維持されるとき、回転速度ωｍを実現するための負荷角δ０が大きいほど、軸偏倚δＣは小さい。回転速度ωｍが大きいほど、軸偏倚δＣは大きい。
【０１３１】
図１８では回転速度ωｍが速度ｖ２を採るときに弱め磁束制御で採用される負荷角δ０での軸偏倚δＣの値（これは上限値δＣｏに相当する）も追加してプロットした。このときに振幅｜Ｖｓ｜は電圧値Ｖmaxを採り、負荷角δ０は後述のように求められる値δ０＾を採る。最大トルク／電流制御で回転速度ωｍが速度ｖ１以下であるときに負荷角δ０は値δ００を採る。
【０１３２】
よって回転速度ωｍが速度ｖ２を越えるとき、負荷角δ０は弱め磁束制御を実施した場合の負荷角の値よりも大きい値を採ることにより、上述の電圧低下制御を行うことができる。
【０１３３】
図１９はトルクτを所定の値としたときの回転速度ωｍと負荷角δ０との関係を示すグラフである。実線はωｍ＞ｖ２で電圧低下制御を採用した場合を、破線はωｍ＞ｖ２で弱め磁束制御を採用した場合を、それぞれ示す。ωｍ≦ｖ１では最大トルク／電流制御を、ｖ１＜ωｍ≦ｖ２では弱め磁束制御を、それぞれ採用した場合が示される。
【０１３４】
つまり回転速度ωｍが速度ｖ２を超えるとき、制御器２０９は出力回路２１０に、弱め磁束制御を実施した場合の負荷角の値よりも大きい負荷角δ０をモータ１に発生させる交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを流させる。
【０１３５】
ω＝Ｐｎ・ωｍとおいて式（６），（７），（８），（１２）を連立させて得られる負荷角δ０が、弱め磁束制御を実施した場合の負荷角δ０の値である。式（６）の左辺をω＝Ｐｎ・ｖ１とおいて式（６），（７），（８），（１２）を連立させて得られる負荷角δ０が値δ００である。
【０１３６】
図２０は回転速度ωｍを助変数として瞬時実電力Ｐｏ（任意単位）と軸偏倚δＣとの関係を示すグラフである。ただしトルクを一定とした。
【０１３７】
図２０では回転速度ωｍが速度ｖ１，ｖ５，ｖ６，ｖ７を採るときの軸偏倚δＣと瞬時実電力Ｐｏとの関係が示される。瞬時実電力Ｐｏは出力回路２１０がモータ１へ供給する瞬時実電力である。瞬時実電力Ｐｏはモータ１が発生する瞬時実電力であるとも言える。Ｐｏ＝ｖｄ・ｉｄ＋ｖｑ・ｉｑであり、例えば指令値ｖｄ＊，ｖｑ＊を用いてｖｄ＊・ｉｄ＋ｖｑ＊・ｉｑで計算できる。
【０１３８】
トルクτが維持されるとき、回転速度ωｍを実現するための瞬時実電力Ｐｏが大きいほど、軸偏倚δＣは小さい。回転速度ωｍが大きいほど、軸偏倚δＣは大きい。
【０１３９】
図２０では回転速度ωｍが速度ｖ２を採るときに弱め磁束制御で採用される瞬時実電力Ｐｏでの軸偏倚δＣの値（これは上限値δＣｏに相当する）も追加してプロットした。このときに振幅｜Ｖｓ｜は電圧値Ｖmaxを採り、瞬時実電力Ｐｏは値Ｐｏ＾（＝ｖｄ＊・ｉｄ＾＋ｖｑ＊・ｉｑ＾）を採る。最大トルク／電流制御で回転速度ωｍが速度ｖ１以下であるときに瞬時実電力Ｐｏは値Ｐｏ０（＝ｖｄ＊・ｉｄ０＋ｖｑ＊・ｉｑ０）以下となる。
【０１４０】
よって回転速度ωｍが速度ｖ２を越えるとき、瞬時実電力Ｐｏは弱め磁束制御を実施した場合の瞬時実電力の値よりも大きい値を採ることにより、上述の電圧低下制御を行うことができる。
【０１４１】
図２１はトルクτを所定の値としたときの回転速度ωｍと瞬時実電力Ｐｏ（任意単位：但し図２０と単位は揃えている）との関係を示すグラフである。実線はωｍ＞ｖ２で電圧低下制御を採用した場合を、破線はωｍ＞ｖ２で弱め磁束制御を採用した場合を、それぞれ示す。ωｍ≦ｖ１では最大トルク／電流制御を、ｖ１＜ωｍ≦ｖ２では弱め磁束制御を、それぞれ採用した場合が示される。
【０１４２】
つまり回転速度ωｍが速度ｖ２を超えるとき、制御器２０９は出力回路２１０に、弱め磁束制御を実施した場合の瞬時実電力の値よりも大きい瞬時実電力Ｐｏをモータ１へ出力させる。
【０１４３】
図２２は制御器２０９の第１の変形を示すブロック図である。第１の変形では図２に示された電流指令生成部２１１と電流制御器２１２の近傍のみを抽出して示している。第１の変形では制御器２０９において電流指令生成部２１１と電流制御器２１２との間にリミッタ２１９が設けられ、ｄ軸電流ｉｄの指令値ｉｄ＊を上限値ｉｄｌｉｍ以下に制限する。具体的には電流指令生成部２１１から得られた指令値ｉｄ＊が上限値ｉｄｌｉｍを超えていれば、リミッタ２１９は指令値ｉｄ＊として上限値ｉｄｌｉｍを電流制御器２１２へ入力する。
【０１４４】
第１の変形では制御器２０９において、更に上限値算出部２２０が設けられる。上限値算出部２２０はｑ軸電流ｉｑの指令値ｉｑ＊と、回転速度ωｍの指令値ωｍ＊と、軸偏倚δＣの上限値δＣｏとを用いて上限値ｉｄｌｉｍを算出する。式（５）を変形して式（１４）が得られる。
【０１４５】
【数１４】
2020048327.tif 000017
【０１４６】
式（１４）において回転速度ωｍとして指令値ωｍ＊を採用して得られるｄ軸電流ｉｄの値として上限値ｉｄｌｉｍが算出できる。
【０１４７】
上述のように、軸偏倚δＣを最も低減する観点ではｄ軸電流ｉｄが値（−ｂ／２ａ）を採ることが望ましい。よってｉｄｌｉｍ＜（−ｂ／２ａ）とならないようにすることが望ましい。ｉｄｌｉｍ＜（−ｂ／２ａ）となる場合には例えば指令値ωｍ＊を低下させる制御（垂下制御）を採用することが望ましい。
【０１４８】
図２３は制御器２０９の第２の変形を示すブロック図である。第２の変形は一次磁束λ０を制御する、いわゆる一次磁束制御に採用することができる。
【０１４９】
制御器２０９は例えば、電圧指令生成部２２１、座標変換器２２３，２２４、角度演算部２２７を備える。
【０１５０】
角度演算部２２７は、電気角としての回転速度ωの指令値ω＊と、Ｔ軸電流ｉＴとから、公知の手法を用いてＭ軸の回転速度ωＯＣを求め、更にＭ軸の位置θＯＣを得る。座標変換器２２４は交流電流Ｉｕ，Ｉｖの値と位置θＯＣとから、Ｍ軸電流ｉＭ、Ｔ軸電流ｉＴを求める。
【０１５１】
電圧指令生成部２２１は、Ｍ軸電流ｉＭ、Ｔ軸電流ｉＴおよび一次磁束λ０の指令値λ０＊、回転速度ωＯＣからＴ軸電圧ｖＴの指令値ｖＴ＊、Ｍ軸電圧ｖＭの指令値ｖＭ＊を求める。
【０１５２】
座標変換器２２３では、指令値ｖＴ＊，ｖＭ＊と位置θＯＣとから三相の電圧指令値ｖｕ＊，ｖｖ＊，ｖｗ＊を生成する。
【０１５３】
制御器２０９は更に、リミッタ２２９、上限値算出部２２０，２２５を備える。リミッタ２２９は一次磁束λ０の指令値λ０＊を上限値λ０ｌｉｍ以下に制限する。具体的には指令値λ０＊が上限値λ０ｌｉｍを超えていれば、リミッタ２２９は指令値λ０＊として上限値λ０ｌｉｍを電圧指令生成部２２１へ入力する。
【０１５４】
上限値算出部２２０においては、式（１４）において回転速度ωｍとして指令値ωｍ＊を、ｑ軸電流ｉｑとしてその推定値ｉｑｅを、それぞれ採用して得られるｄ軸電流ｉｄの値として上限値ｉｄｌｉｍが算出できる。
【０１５５】
上限値算出部２２５は、式（１１）においてｉｄ＝ｉｄｌｉｍ，ｉｑ＝ｉｑｅを採用して得られる一次磁束λ０の値として上限値λ０ｌｉｍが算出できる。
【０１５６】
式（１２）を変形して式（１５）が得られる。式（４），（１５）から式（１６）が得られる。式（１６）から、負荷角δ０および軸偏倚δＣが一定値であれば、回転速度ωｍの２乗は一次磁束λ０の二次式に正比例することがわかる。
【０１５７】
【数１５】
2020048327.tif 000018
【０１５８】
【数１６】
2020048327.tif 000019
【０１５９】
上限値λ０ｌｉｍは、式（１６）を用いて、δＣ＝δＣｏ、ωｍ＝ωｍ＊として求めてもよい。
【０１６０】
上記に説明したように、モータ制御装置２００は、ＰＷＭインバータ２１０ｂと制御器２０９とを備える。ＰＷＭインバータ２１０ｂは、モータ１に印加される印加電圧Ｖｓをモータ１に出力する。制御器２０９はＰＷＭインバータ２１０ｂの動作を制御する。モータ１は、その負荷たる圧縮機構２０を、シャフト１０の回転を用いて駆動する。ＰＷＭインバータ２１０ｂは出力回路２１０に含まれる。
【０１６１】
上述した実施の形態では例えば、所定のトルクτをモータ１から出力させるとき、
(i)回転速度ωｍが速度ｖ１以下であるとき、回転速度ωｍが大きいほど振幅｜Ｖｓ｜が大きく（例えば最大トルク／電流制御、最大効率制御）；
(ii)回転速度ωｍが速度ｖ２（≧ｖ１）よりも大きいときの振幅｜Ｖｓ｜が、速度ｖ１における振幅｜Ｖｓ｜の電圧値Ｖmax未満であり（電圧低下制御）；
(iii)回転速度ωｍが速度ｖ１よりも大きく速度ｖ２以下であるときの振幅｜Ｖｓ｜が電圧値Ｖmaxである（例えば弱め磁束制御）。
【０１６２】
例えば電圧低下制御において、回転速度ωｍが速度ｖ２よりも大きいとき、回転速度ωｍが大きいほど振幅｜Ｖｓ｜は小さい。
【０１６３】
モータ１に所定のトルクτを発生させる場合に、回転速度ωｍが速度ｖ２を越えるとき、制御器２０９はＰＷＭインバータ２１０ｂに、例えば：
(iia)その速度において弱め磁束制御を適用した際にモータ１に流れる交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの位相βよりも大きい位相βの交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗをモータ１へ流させる；
(iib)その速度において弱め磁束制御を適用した際にモータ１に流れる交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの電流ベクトルＩａの電流振幅ｉａよりも大きい電流振幅ｉａの電流ベクトルＩａが得られる交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗをモータ１へ流させる；
(iic)その速度において弱め磁束制御を適用した際にモータ１に流れる交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗのｄ軸成分（ｄ軸電流ｉｄの値ｉｄ）よりも小さいｄ軸成分（ｄ軸電流ｉｄ）の交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗをモータ１へ流させる；
(iid)その速度において弱め磁束制御を適用した際にモータ１に流れる交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗのｑ軸成分（ｑ軸電流ｉｑの値ｉｑ）よりも小さいｑ軸成分（ｑ軸電流ｉｑ）の交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗをモータ１へ流させる；
(iie)その速度において弱め磁束制御を適用した際にモータ１に流れる交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，ＩｗのＴ軸成分（Ｔ軸電流ｉＴの値ｉＴ）よりも大きいＴ軸成分（Ｔ軸電流ｉＴ）の交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗをモータ１へ流させる；
(iif)その速度において弱め磁束制御を適用した際にモータ１に発生する一次磁束（より正確にはその振幅の値λ０）よりも小さい振幅の一次磁束λ０をモータ１に発生させる交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗをモータ１へ流させる；
(iig)その速度において弱め磁束制御を適用した際にモータ１に発生する一次磁束λ０の負荷角δ０よりも大きい負荷角δ０の一次磁束λ０をモータ１に発生させる交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗをモータ１に流させる；あるいは
(iih)その速度において弱め磁束制御を適用した際にモータ１に発生する瞬時実電力Ｐｏよりも大きい瞬時実電力Ｐｏをモータ１へ出力させる。
【０１６４】
必ずしも最大トルク／電流制御、最大効率制御、弱め磁束制御が採用される必要はない。一般的に、製品システムに採用されるモータの回転速度の最大値は、その製品システムに依存して決まる。ここで製品システムとは、実施の形態に即して言えば、モータ１、モータ制御装置２００、およびモータ１が駆動する圧縮機構２０を含む。振幅｜Ｖｓ｜の最大値は回転速度ωｍに依存する。
【０１６５】
以下、説明の便宜状、諸量を定義する。製品システムに依存して決まるモータ１の回転速度ωｍの最大値を速度ωＭＡＸとする。モータ１が速度ωＭＡＸで回転するときに振幅｜Ｖｓ｜が採り得る最大値を電圧値Ｖｍａｘ_ωＭＡＸとする。モータ１が速度ωＭＡＸよりも小さい速度ω３で回転するときに振幅｜Ｖｓ｜が採り得る最大値を電圧値Ｖｍａｘ_ω３とする。
【０１６６】
上述のように、回転速度が高いほど軸偏倚δｃが大きく、振幅｜Ｖｓ｜を小さくして軸偏倚δｃを小さくできる。よってモータ１が速度ωＭＡＸで回転するとき、電圧値Ｖｍａｘ_ωＭＡＸよりも小さい印加電圧Ｖｓが、ＰＷＭインバータ２１０ｂから出力されることが望ましい。
【０１６７】
他方、消費する電流を低減する観点では、振幅｜Ｖｓ｜は、モータ１が回転するときに採り得る最大値を採ることが望ましい。よって少なくともある一つの速度ω３において、振幅｜Ｖｓ｜が電圧値Ｖｍａｘ_ω３である印加電圧Ｖｓが、ＰＷＭインバータ２１０ｂから出力されることが望ましい。
【０１６８】
これらを纏めると、以下のように表現できる：
(a)電圧値Ｖｍａｘ_ωＭＡＸよりも小さい振幅｜Ｖｓ｜を有する印加電圧ＶｓをＰＷＭインバータ２１０ｂに出力させて、速度ωＭＡＸでモータ１を回転して負荷（例えば圧縮機構２０）を駆動し；
(b)電圧値Ｖｍａｘ_ω３の振幅｜Ｖｓ｜を有する印加電圧ＶｓをＰＷＭインバータ２１０ｂに出力させて、速度ω３（＜ωＭＡＸ）でモータ１を回転して負荷を駆動する：ここで、
(c)電圧値Ｖｍａｘ_ωＭＡＸは、速度ωＭＡＸで負荷をモータ１が駆動するときに振幅｜Ｖｓ｜が採り得る値の最大値であり；
(d)速度ωＭＡＸは、モータ１が負荷を駆動するときの回転速度ωｍの最大値であり；
(e)電圧値Ｖｍａｘ_ω３は、速度ω３で負荷をモータ１が駆動するときに振幅｜Ｖｓ｜が採り得る値の最大値であり；
(f)速度ω３は速度ωＭＡＸよりも小さい（速度ωＭＡＸよりも小さい全ての回転速度ωｍにおいて上記条件が成立する必要はない）。
【０１６９】
換言すれば：
(g)速度ωＭＡＸにおいて、振幅｜Ｖｓ｜の電圧値Ｖｍａｘ_ωＭＡＸに対する比は１より小さく；
(h)速度ωＭＡＸよりも小さいある速度ω３において、振幅｜Ｖｓ｜の電圧値Ｖｍａｘ_ω３に対する比は１に等しい。
【０１７０】
モータ１が速度ωＭＡＸで回転するときに限らず、回転速度ωｍが高いほど軸偏倚δｃが大きい。そして、電圧低下制御は基底速度（最大トルク／電流制御、あるいは最大効率制御でモータ１にトルクτを発生させることができる、モータ１の回転速度の最大速度と定義する）以上の回転速度ωｍで行われる。よって所定のトルクτをモータ１が出力するときの基底速度ωｂ、速度ω１（≧ωｂ），ω２（＞ω１）と、速度ω１で回転するときに振幅｜Ｖｓ｜が採り得る最大値を電圧値Ｖｍａｘ_ω１と、速度ω２で回転するときに振幅｜Ｖｓ｜が採り得る最大値を電圧値Ｖｍａｘ_ω２とを導入して、次の関係があってもよい。
【０１７１】
モータ１が所定のトルクτを出力するとき、
(i)当該トルクτを出力するときの基底速度ωｂ以上の、ある速度ω１において振幅｜Ｖｓ｜の電圧値Ｖｍａｘ_ω１に対する比が第１の比であり；
(j)速度ω１よりも大きいある速度ω２において振幅｜Ｖｓ｜の電圧値Ｖｍａｘ_ω２に対する比が第２の比であり；
(k)第２の比が第１の比よりも小さい（基底速度ωｂ以上の全ての二つの回転速度ωｍにおいて上記条件が成立する必要はない）。
【０１７２】
換言すれば、モータ１が所定のトルクτを出力するときの回転速度ωｍが、当該トルクτを出力するときの基底速度ωｂ以上であるとき：
(l)電圧値Ｖｍａｘ_ω１に第１の比を乗じた振幅｜Ｖｓ｜を有する印加電圧ＶｓをＰＷＭインバータ２１０ｂに出力させて、速度ω１でモータ１を回転させ、かつモータ１に当該トルクτを出力させ；
(m)電圧値Ｖｍａｘ_ω２に第２の比を乗じた振幅｜Ｖｓ｜を有する印加電圧ＶｓをＰＷＭインバータ２１０ｂに出力させて、速度ω２でモータ１を回転させ、かつモータ１に当該トルクτを出力させ；
(n)電圧値Ｖｍａｘ_ω１は、速度ω１で当該トルクτをモータ１が出力するときに振幅｜Ｖｓ｜が採り得る値の最大値であり；
(o)電圧値Ｖｍａｘ_ω２は、速度ω２で当該トルクτをモータ１が出力するときに振幅｜Ｖｓ｜が採り得る値の最大値であり；
(p)速度ω２は速度ω１よりも大きく；
(q)第２の比は第１の比よりも小さい。
【０１７３】
ω２＞ω１≧ωｂの関係にあるので、速度ω２はモータ１が当該トルクτを出力するときに回転速度ωｍが採り得る最大値ωｍａｘであってもよい。ω１＝ｖ１であればＶmax＝Ｖｍａｘ_ω１である。
【０１７４】
ｖ２＞ωｂであり、トルクτを維持した場合について図３を例にとって説明する。上述のようにｖ６＞ｖ５＞ｖ２である。
【０１７５】
(l')速度ｖ５でモータ１を回転させる。このときの振幅｜Ｖｓ｜は第１の電圧値に第１の比を乗じた値を有する；
(m')速度ｖ６でモータ１を回転させる。このときの振幅｜Ｖｓ｜は第２の電圧値に第２の比を乗じた値を有する；
(n')第１の電圧値は、速度ｖ５でトルクτをモータ１が出力するときに振幅｜Ｖｓ｜が採り得る値の最大値である；
(o')第２の電圧値は、速度ｖ６でトルクτをモータ１が出力するときに振幅｜Ｖｓ｜が採り得る値の最大値である；
(p')速度ｖ６は速度ｖ５よりも大きく；
(q')第２の比は第１の比よりも小さい。
【０１７６】
上述の制御によってモータ１が回転しているときの、特定の回転角度における径方向の応力が軽減される。これは軸受１４に対するシャフト１０による片当たりを軽減することに資する。
【０１７７】
直流電圧Ｖdcを供給する電源はモータ制御装置２００の外部に設けているが、モータ制御装置２００に含めてもよい。当該電源は例えばＡＣ／ＤＣコンバータで実現することができる。以下、このような場合のＰＷＭインバータ２１０ｂが出力する印加電圧Ｖｓの振幅｜Ｖｓ｜について説明する。
【０１７８】
当該コンバータは交流電圧Ｖinを直流電圧Ｖdcに変換する。この変換においてコンバータには交流電流Ｉinが流れ込み、直流電流Ｉdcを出力する。コンバータの入力側の力率cosΦin、コンバータの変換時の損失Ploss1を導入する。
【０１７９】
以下の説明ではＰＷＭインバータ２１０ｂは交流電圧Ｖout、交流電流Ｉoutを出力する。ＰＷＭインバータ２１０ｂの出力側の力率cosΦout、ＰＷＭインバータ２１０ｂの変換時の損失Ploss2を導入する。
【０１８０】
コンバータに関して、エネルギー保存則から次式（１７）が成立する。第１式の右辺第２項は変換器ロスによる電圧降下を示す。コンバータの変圧比ａを導入した。
【０１８１】
【数１７】
2020048327.tif 000020
【０１８２】
ＰＷＭインバータ２１０ｂに関して、エネルギー保存則から次式（１８）が成立する。第１式の右辺第２項は変換器ロスによる電圧降下を示す。ＰＷＭインバータ２１０ｂの変調率ｂを導入した。
【０１８３】
【数１８】
2020048327.tif 000021
【０１８４】
式（１７），（１８）から次式が成立する。
【０１８５】
【数１９】
2020048327.tif 000022
【０１８６】
式（１９）から、ＰＷＭインバータ２１０ｂから出力される交流電圧Ｖoutは、コンバータが変換する交流電圧Ｖin、変圧比ａ、変調率ｂ、コンバータの損失Ploss1、ＰＷＭインバータ２１０ｂの損失Ploss2、ＰＷＭインバータ２１０ｂに入力する直流電流Ｉdc、ＰＷＭインバータ２１０ｂが出力する交流電流Ｉout、ＰＷＭインバータ２１０ｂの力率cosΦoutによって一意に定まる。なお変圧比ａ、変調率ｂ、損失Ploss1，Ploss2、直流電流Ｉdc、交流電流Ｉout、力率cosΦoutは、ＰＷＭインバータ２１０ｂから電圧が印加されるモータが採用される製品システム、当該モータのトルク、回転速度が決まれば一意に決まる。
【０１８７】
よって上記実施の形態の振幅｜Ｖｓ｜は電源電圧、製品システム、トルクτ、回転速度ωｍが決まれば一意に決まる。ただし、直流電圧Ｖdcを供給する電源としてＡＣ／ＤＣコンバータで実現する場合、振幅｜Ｖｓ｜は当該コンバータに入力する交流電圧Ｖinにも依存する。
【０１８８】
更に振幅｜Ｖｓ｜の最大値について説明する。式（１９）から、交流電圧Ｖoutは変圧比ａ、変調率ｂが最大となるときに最大値を採る。変圧比ａ、変調率ｂのそれぞれの最大値ａMAX，ｂMAXを導入すると交流電圧Ｖoutの最大値ＶoutMAXは、次式（２０）で決定される。
【０１８９】
【数２０】
2020048327.tif 000023
【０１９０】
最大値ａMAX，ｂMAXは、いずれも製品システムごとに一意に決まる。上述のように振幅｜Ｖｓ｜は電源電圧、製品システム、トルクτ、回転速度ωｍが決まれば一意に決まる。よって振幅｜Ｖｓ｜の最大値も電源電圧、製品システム、トルクτ、回転速度ωｍが決まれば一意に決まる。例えばある製品システム、ある電源電圧において同じトルクτを維持するとき、電圧値Ｖｍａｘ_ω１，Ｖｍａｘ_ω２，Ｖｍａｘ_ω３，Ｖｍａｘ_ωＭＡＸはそれぞれ速度ω１，ω２，ω３，ωＭＡＸによって一意に決定する。
【０１９１】
ただし、直流電圧Ｖdcを供給する電源としてＡＣ／ＤＣコンバータで実現する場合、これらの電圧値も当該コンバータに入力する交流電圧Ｖinにも依存する。
【０１９２】
以上、実施形態を説明したが、特許請求の範囲の趣旨および範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。上述の各種の実施形態および変形例は相互に組み合わせることができる。
【符号の説明】
【０１９３】
１  モータ
１０  シャフト
２０  圧縮機構（負荷）
２０９  制御器
２１０ｂ  ＰＷＭインバータ（インバータ）
【図１】
2020048327.tif 000024
【図２】
2020048327.tif 000025
【図３】
2020048327.tif 000026
【図４】
2020048327.tif 000027
【図５】
2020048327.tif 000028
【図６】
2020048327.tif 000029
【図７】
2020048327.tif 000030
【図８】
2020048327.tif 000031
【図９】
2020048327.tif 000032
【図１０】
2020048327.tif 000033
【図１１】
2020048327.tif 000034
【図１２】
2020048327.tif 000035
【図１３】
2020048327.tif 000036
【図１４】
2020048327.tif 000037
【図１５】
2020048327.tif 000038
【図１６】
2020048327.tif 000039
【図１７】
2020048327.tif 000040
【図１８】
2020048327.tif 000041
【図１９】
2020048327.tif 000042
【図２０】
2020048327.tif 000043
【図２１】
2020048327.tif 000044
【図２２】
2020048327.tif 000045
【図２３】
2020048327.tif 000046
【手続補正書】
【提出日】令和1年9月2日(2019.9.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
【図１】圧縮機の構造を例示する断面図である。
【図２】モータと、モータを駆動するモータ駆動装置の構成とを示すブロック図である。
【図３】実施の形態において採用される制御と回転速度との関係を実線で示すグラフである。
【図４】制御器による出力回路の制御を示すフローチャートである。
【図５】回転速度を助変数とし、軸偏倚と印加電圧の振幅との関係を示すグラフである。
【図６】回転速度を助変数として電流振幅と軸偏倚との関係を示すグラフである。
【図７】トルクを所定の値としたときの回転速度と電流振幅との関係を示すグラフである。
【図８】回転速度を助変数として電流ベクトルの位相と軸偏倚との関係を示すグラフである。
【図９】トルクを所定の値としたときの回転速度と位相との関係を示すグラフである。
【図１０】回転速度を助変数としてｄ軸電流と軸偏倚との関係を示すグラフである。
【図１１】回転速度を助変数としてｑ軸電流と軸偏倚との関係を示すグラフである。
【図１２】トルクを所定の値としたときの回転速度とｑ軸電流との関係を示すグラフである。
【図１３】界磁磁束ベクトル、電機子反作用による磁束ベクトル、一次磁束ベクトルの関係を示すベクトル図である。
【図１４】回転速度を助変数としてＴ軸電流と軸偏倚との関係を示すグラフである。
【図１５】トルクを所定の値としたときの回転速度とＴ軸電流との関係を示すグラフである。
【図１６】回転速度を助変数として一次磁束と軸偏倚との関係を示すグラフである。
【図１７】トルクを所定の値としたときの回転速度と一次磁束との関係を示すグラフである。
【図１８】回転速度を助変数として負荷角と軸偏倚との関係を示すグラフである。
【図１９】トルクを所定の値としたときの回転速度と負荷角との関係を示すグラフである。
【図２０】回転速度を助変数として瞬時実電力と軸偏倚との関係を示すグラフである。
【図２１】トルクを所定の値としたときの回転速度と瞬時実電力との関係を示すグラフである。
【図２２】制御器の第１の変形を示すブロック図である。
【図２３】制御器の第２の変形を示すブロック図である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】
制御器２０９は、このような印加電圧Ｖｓの回転速度ωｍに対する依存性で、出力回路２１０に印加電圧Ｖｓを出力させる。具体的には回転速度ωｍに応じた印加電圧Ｖｓを出力回路２１０が出力するような電圧指令値ｖｕ＊，ｖｖ＊，ｖｗ＊を、制御器２０９が生成し、これを出力回路２１０に出力する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５２】
図３では軸偏倚δＣの上限値δＣｏを示した。最大トルク／電流制御、最大効率制御、あるいは弱め磁束制御によって軸偏倚δＣが上限値δＣｏを採る速度ｖ２を予め実測若しくは計算して求めておく。ここでは回転速度ωｍが上昇し、速度ｖ１を超えて最大トルク／電流制御から弱め磁束制御に制御が移っても、速度ｖ２以下では軸偏倚δＣが上限値δＣｏ未満である場合が例示されている。つまり速度ｖ２以下では振幅｜Ｖｓ｜がその電圧値Ｖmaxを維持しても軸偏倚δＣが上限値δＣｏ未満である場合が例示されている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５５】
図５は、回転速度ωｍを助変数とし、軸偏倚δＣと振幅｜Ｖｓ｜との関係を示すグラフである。図３と図５とは同じトルク指令τ＊を用いた場合を示した。以下、図５を用いて、電圧低下制御によって軸偏倚δＣが上限値δＣｏ以下に抑えられる理由を説明する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８３】
電流振幅ｉａが弱め磁束制御において採用される値は以下のようにして求めることができる。電気角としての回転速度ω、トルクτ（これはトルク指令τ＊で代用してもよい）、モータ１のｄ軸インダクタンスＬｄ、ｑ軸インダクタンスＬｑ、モータ１が有する界磁子の永久磁石によって発生する界磁磁束Ψａ、モータ１の電気抵抗Ｒａ、ｄ軸電圧ｖｄおよびｑ軸電圧ｖｑ（これらはそれぞれの指令値ｖｄ＊，ｖｑ＊で代用してもよい）、微分演算子ｐを導入して、式（６），（７），（８），（９）が成立する。
【手続補正書】
【提出日】令和2年1月22日(2020.1.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフト（１０）の回転を用いて負荷（２０）を駆動するモータ（１）に印加される電圧である印加電圧（Ｖｓ）を出力するインバータ（２１０ｂ）を制御する方法であって、
第１の最大値（Ｖｍａｘ_ωＭＡＸ）よりも小さい振幅を有する前記印加電圧（Ｖｓ）を前記インバータ（２１０ｂ）に出力させて、第１の速度（ωＭＡＸ）で前記モータを回転して所定の前記負荷を駆動し、
第２の最大値（Ｖｍａｘ_ω３）の振幅を有する前記印加電圧（Ｖｓ）を前記インバータ（２１０ｂ）に出力させて、第２の速度（ω３）で前記モータを回転して前記所定の前記負荷を駆動し、
前記第１の最大値（Ｖｍａｘ_ωＭＡＸ）は、前記第１の速度（ωＭＡＸ）で前記所定の前記負荷を前記モータが駆動するときに前記印加電圧の振幅（｜Ｖｓ｜）が採り得る値の最大値であり、
前記第１の速度（ωＭＡＸ）は、前記モータが前記所定の前記負荷を駆動するときの前記モータの回転の速度（ωｍ）の最大値であり、
前記第２の最大値（Ｖｍａｘ_ω３）は、前記第２の速度（ω３）で前記所定の前記負荷を前記モータが駆動するときに前記印加電圧の振幅（｜Ｖｓ｜）が採り得る値の最大値であり、
前記第２の速度（ω３）は前記第１の速度（ωＭＡＸ）よりも小さい、インバータ制御方法。
【請求項２】
シャフト（１０）の回転を用いて負荷（２０）を駆動するモータ（１）に印加される電圧である印加電圧（Ｖｓ）を出力するインバータ（２１０ｂ）を制御する方法であって、
前記モータは埋込磁石同期モータであり、
前記モータが所定のトルクを出力するときの前記モータの回転の速度（ωｍ）が、前記モータが前記所定のトルクを出力するときの前記モータの基底速度（ωｂ）以上であるとき、
第１の最大値（Ｖｍａｘ_ω１）に第１の比を乗じた振幅を有する前記印加電圧（Ｖｓ）を前記インバータ（２１０ｂ）に出力させて、第１の速度（ω１）で前記モータを回転させ、かつ前記モータに前記所定のトルクを出力させ、
第２の最大値（Ｖｍａｘ_ω２）に第２の比を乗じた振幅を有する前記印加電圧（Ｖｓ）を前記インバータ（２１０ｂ）に出力させて、第２の速度（ω２）で前記モータを回転させ、かつ前記モータに前記所定のトルクを出力させ、
前記第１の最大値（Ｖｍａｘ_ω１）は、前記第１の速度（ω１）で前記所定のトルクを前記モータが出力するときに前記印加電圧の振幅（｜Ｖｓ｜）が採り得る値の最大値であり、
前記第２の最大値（Ｖｍａｘ_ω２）は、前記第２の速度（ω２）で前記所定のトルクを前記モータが出力するときに前記印加電圧の振幅（｜Ｖｓ｜）が採り得る値の最大値であり、
前記第２の速度（ω２）は前記第１の速度（ω１）よりも大きく、
前記第２の比は前記第１の比よりも小さい、インバータ制御方法。
【請求項３】
前記第２の速度は、前記モータが前記所定のトルクを出力するときに採り得る前記速度（ωｍ）の最大値（ωｍａｘ）である、請求項２記載のインバータ制御方法。
【請求項４】
シャフト（１０）の回転を用いて負荷（２０）を駆動するモータ（１）に印加される電圧たる印加電圧（Ｖｓ）を出力するインバータ（２１０ｂ）と、
前記インバータの動作を制御する制御器（２０９）と
を備え、
前記制御器は、
第１の最大値（Ｖｍａｘ_ωＭＡＸ）よりも小さい振幅を有する前記印加電圧（Ｖｓ）を前記インバータ（２１０ｂ）に出力させて、第１の速度（ωＭＡＸ）で前記モータを回転して所定の前記負荷を駆動し、
第２の最大値（Ｖｍａｘ_ω３）の振幅を有する前記印加電圧（Ｖｓ）を前記インバータ（２１０ｂ）に出力させて、第２の速度（ω３）で前記モータを回転して前記所定の前記負荷を駆動し、
前記第１の最大値（Ｖｍａｘ_ωＭＡＸ）は、前記第１の速度（ωＭＡＸ）で前記所定の前記負荷を前記モータが駆動するときに前記印加電圧の振幅（｜Ｖｓ｜）が採り得る値の最大値であり、
前記第１の速度（ωＭＡＸ）は、前記モータが前記所定の前記負荷を駆動するときの前記モータの回転の速度（ωｍ）の最大値であり、
前記第２の最大値（Ｖｍａｘ_ω３）は、前記第２の速度（ω３）で前記所定の前記負荷を前記モータが駆動するときに前記印加電圧の振幅（｜Ｖｓ｜）が採り得る値の最大値であり、
前記第２の速度（ω３）は前記第１の速度（ωＭＡＸ）よりも小さい、モータ制御装置。
【請求項５】
シャフト（１０）の回転を用いて負荷（２０）を駆動するモータ（１）に印加される電圧たる印加電圧（Ｖｓ）を出力するインバータ（２１０ｂ）と、
前記インバータの動作を制御する制御器（２０９）と
を備え、
前記モータは埋込磁石同期モータであり、
前記モータが所定のトルクを出力するときの前記モータの回転の速度（ωｍ）が、前記モータが前記所定のトルクを出力するときの前記モータの基底速度（ωｂ）以上であるとき、
前記制御器は、
第１の最大値（Ｖｍａｘ_ω１）に第１の比を乗じた振幅を有する前記印加電圧（Ｖｓ）を前記インバータ（２１０ｂ）に出力させて、第１の速度（ω１）で前記モータを回転させ、かつ前記モータに前記所定のトルクを出力させ、
第２の最大値（Ｖｍａｘ_ω２）に第２の比を乗じた振幅を有する前記印加電圧（Ｖｓ）を前記インバータ（２１０ｂ）に出力させて、第２の速度（ω２）で前記モータを回転させ、かつ前記モータに前記所定のトルクを出力させ、
前記第１の最大値（Ｖｍａｘ_ω１）は、前記第１の速度（ω１）で前記所定のトルクを前記モータが出力するときに前記印加電圧の振幅（｜Ｖｓ｜）が採り得る値の最大値であり、
前記第２の最大値（Ｖｍａｘ_ω２）は、前記第２の速度（ω２）で前記所定のトルクを前記モータが出力するときに前記印加電圧の振幅（｜Ｖｓ｜）が採り得る値の最大値であり、
前記第２の速度（ω２）は前記第１の速度（ω１）よりも大きく、
前記第２の比は前記第１の比よりも小さい、モータ制御装置。
【請求項６】
前記第２の速度は、前記モータが前記所定のトルクを出力するときに採り得る前記速度（ωｍ）の最大値（ωｍａｘ）である、請求項５記載のモータ制御装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
インバータ制御方法の第２の態様では、前記モータは埋込磁石同期モータであり、前記モータが所定のトルクを出力するときの前記モータの回転の速度（ωｍ）が、前記モータが前記所定のトルクを出力するときの前記モータの基底速度（ωｂ）以上であるとき、第１の最大値（Ｖｍａｘ_ω１）に第１の比を乗じた振幅を有する前記印加電圧（Ｖｓ）を前記インバータ（２１０ｂ）に出力させて、第１の速度（ω１）で前記モータを回転させ、かつ前記モータに前記所定のトルクを出力させる。第２の最大値（Ｖｍａｘ_ω２）に第２の比を乗じた振幅を有する前記印加電圧（Ｖｓ）を前記インバータ（２１０ｂ）に出力させて、第２の速度（ω２）で前記モータを回転させ、かつ前記モータに前記所定のトルクを出力させる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
モータ制御装置の第２の態様では、前記モータは埋込磁石同期モータであり、前記モータが所定のトルクを出力するときの前記モータの回転の速度（ωｍ）が、前記モータが前記所定のトルクを出力するときの前記モータの基底速度（ωｂ）以上であるとき、前記制御器は、第１の最大値（Ｖｍａｘ_ω１）に第１の比を乗じた振幅を有する前記印加電圧（Ｖｓ）を前記インバータ（２１０ｂ）に出力させて、第１の速度（ω１）で前記モータを回転させ、かつ前記モータに前記所定のトルクを出力させ、第２の最大値（Ｖｍａｘ_ω２）に第２の比を乗じた振幅を有する前記印加電圧（Ｖｓ）を前記インバータ（２１０ｂ）に出力させて、第２の速度（ω２）で前記モータを回転させ、かつ前記モータに前記所定のトルクを出力させる。