(57)【要約】【課題】電流の大きさを所定値と比較することを前提とせず、力率角の計算値を比較する。【解決手段】装置２は、比較器２０１と、力率角演算器２０２，２０３とを備える。力率角演算器２０２は、モータ６に流れる電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗと、モータ６に印加される電圧の指令値Ｖ＊とからモータ６の力率角の第１計算値θ１＾を求める。力率角演算器２０３は、モータ６の回転角速度の指令値ωｒｅｆと、モータ６の機器定数｜Ψａ｜，Ｌｄ，Ｌｑ，Ｒとから力率角の第２計算値θ２＾を求める。比較器２０１は、第１計算値θ１＾と第２計算値θ２＾との差と、所定の閾値とを比較した結果を示す信号Ｄを出力する。【選択図】図７
2020089125.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータ（６）に流れる電流（ｉｕ，ｉｖ，ｉｗ）もしくは前記電流の指令値と、前記モータに印加される電圧（Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ）もしくは前記電圧の指令値（Ｖ＊）とから前記モータの力率角（θ）の第１計算値（θ１＾）を求める第１力率角演算器（２０２）と、
前記モータの回転角速度の指令値（ωｒｅｆ）もしくは前記回転角速度の計算値と、前記モータの機器定数（｜Ψａ｜、Ｌｄ，Ｌｑ，Ｒ）とから前記力率角の第２計算値（θ２＾）を求める第２力率角演算器（２０３）と、
前記第１計算値と前記第２計算値との差と、所定の閾値（θｔｈ）とを比較した結果（Ｄ）を出力する比較器（２０１）と
を備える、力率角の計算値を比較する装置（２）。
【請求項２】
前記第２力率角演算器（２０３）は、
前記回転角速度の指令値（ωｒｅｆ）もしくは前記回転角速度の前記計算値と、前記機器定数（｜Ψａ｜、Ｌｄ，Ｌｑ，Ｒ）とから、前記モータにおける負荷角（δｏ）の計算値（δｏ＾）と、前記モータの一次磁束（Ψｏ）の大きさ（｜Ψｏ｜）の計算値（｜Ψｏ＾｜）とを求め、
前記回転角速度の指令値もしくは前記回転角速度の前記計算値と、前記機器定数と、前記負荷角の前記計算値と、前記一次磁束の大きさの前記計算値とから、前記第２計算値（θ２＾）を求める、請求項１記載の力率角の計算値を比較する装置（２）。
【請求項３】
前記所定の閾値は、
前記回転角速度の指令値（ωｒｅｆ）もしくは前記回転角速度の前記計算値が第１の値（ωｒｅｆ１）であるときに採用される第１閾値（θｔｈ１）と、
前記回転角速度の前記指令値もしくは前記回転角速度の前記計算値が第２の値（ωｒｅｆ２）であるときに採用される第２閾値（θｔｈ２）と
を含み、
前記第１の値は前記第２の値よりも小さく、前記第１閾値は前記第２閾値よりも小さい、請求項１または請求項２に記載の力率角の計算値を比較する装置（２）。
【請求項４】
前記所定の閾値は、
前記モータのインダクタンス（Ｌｄ，Ｌｑ）が第３の値（Ｌ３）であるときに採用される第３閾値（θｔｈ３）と、
前記インダクタンスが第４の値（Ｌ４）であるときに採用される第４閾値（θｔｈ４）と
を含み、
前記第３の値は前記第４の値よりも小さく、前記第３閾値は前記第４閾値よりも小さい、請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の力率角の計算値を比較する装置（２）。
【請求項５】
前記所定の閾値は、
前記モータの抵抗値（Ｒ）が第５の値（Ｒ５）であるときに採用される第５閾値（θｔｈ５）と、
前記抵抗値が第６の値（Ｒ６）であるときに採用される第６閾値（θｔｈ６）と
を含み、
前記第５の値は前記第６の値よりも大きく、前記第５閾値は前記第６閾値よりも小さい、請求項１から請求項４のいずれか一つに記載の力率角の計算値を比較する装置（２）。
【請求項６】
前記結果（Ｄ）は、前記差が前記所定の閾値を所定回数以上超えているときにアクティブとなる、請求項１から請求項５のいずれか一つに記載の力率角の計算値を比較する装置（２）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は力率角に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、モータの脱調を検出する技術を開示する。モータの力率角が９０度に近い状態にあるときの出力電流の大きさが所定値を超えた場合に脱調が発生している、と当該技術は判断する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３８０７５０７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の技術は、力率角が９０度に近い状態であることと、電流の大きさを所定値と比較することとを前提としている。本開示は、電流の大きさを所定値と比較することを前提とせず、力率角の計算値を比較する技術を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の装置は力率角の計算値を比較する。当該装置の第１の態様は、比較器（２０１）と、第１力率角演算器（２０２）と、第２力率角演算器（２０３）とを備える。
【０００６】
前記第１力率角演算器（２０２）は、モータ（６）に流れる電流（ｉｕ，ｉｖ，ｉｗ）もしくは前記電流の指令値と、前記モータに印加される電圧（Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ）もしくは前記電圧の指令値（Ｖ＊）とから前記モータの力率角（θ）の第１計算値（θ１＾）を求める。
【０００７】
前記第２力率角演算器（２０３）は、前記モータの回転角速度の指令値（ωｒｅｆ）もしくは前記回転角速度の計算値と、前記モータの機器定数（｜Ψａ｜、Ｌｄ，Ｌｑ，Ｒ）とから前記力率角の第２計算値（θ２＾）を求める。
【０００８】
前記比較器（２０１）は、前記第１計算値と前記第２計算値との差と、所定の閾値（θｔｈ）とを比較した結果（Ｄ）を出力する。
【０００９】
第１の態様は、モータの脱調の有無の判断に採用することができる。
【００１０】
当該装置の第２の態様は、その第１の態様であって、前記第２力率角演算器（２０３）は、前記回転角速度の前記指令値（ωｒｅｆ）もしくは前記回転角速度の前記計算値と、前記機器定数（｜Ψａ｜、Ｌｄ，Ｌｑ，Ｒ）とから、前記モータにおける負荷角（δｏ）の計算値（δｏ＾）と、前記モータの一次磁束（Ψｏ）の大きさ（｜Ψｏ｜）の計算値（｜Ψｏ＾｜）とを求め、前記回転角速度の前記指令値もしくは前記回転角速度の前記計算値と、前記機器定数と、前記負荷角の前記計算値と、前記一次磁束の大きさの前記計算値とから、前記第２計算値（θ２＾）を求める。
【００１１】
第２の態様は、前記第２計算値の算出に資する。
【００１２】
当該装置の第３の態様は、その第１の態様または第２の態様であって、前記所定の閾値は、前記回転角速度の前記指令値（ωｒｅｆ）もしくは前記回転角速度の前記計算値が第１の値（ωｒｅｆ１）であるときに採用される第１閾値（θｔｈ１）と、前記回転角速度の前記指令値もしくは前記回転角速度の前記計算値が第２の値（ωｒｅｆ２）であるときに採用される第２閾値（θｔｈ２）とを含む。前記第１の値は前記第２の値よりも小さく、前記第１閾値は前記第２閾値よりも小さい。
【００１３】
当該装置の第４の態様は、その第１の態様から第３の態様のいずれかであって、前記所定の閾値は、前記モータのインダクタンス（Ｌｄ，Ｌｑ）が第３の値（Ｌ３）であるときに採用される第３閾値（θｔｈ３）と、前記インダクタンスが第４の値（Ｌ４）であるときに採用される第４閾値（θｔｈ４）とを含む。前記第３の値は前記第４の値よりも小さく、前記第３閾値は前記第４閾値よりも小さい。
【００１４】
当該装置の第５の態様は、その第１の態様から第４の態様のいずれかであって、前記所定の閾値は、前記モータの抵抗値（Ｒ）が第５の値（Ｒ５）であるときに採用される第５閾値（θｔｈ５）と、前記抵抗値が第６の値（Ｒ６）であるときに採用される第６閾値（θｔｈ６）とを含む。前記第５の値は前記第６の値よりも大きく、前記第５閾値は前記第６閾値よりも小さい。
【００１５】
第３の態様、第４の態様、第５の態様のいずれも、モータの回転角速度が小さいときにその脱調の有無を判断する精度を向上させる観点で有利である。
【００１６】
当該装置の第６態様は、その第１の態様から第５の態様のいずれかであって、前記結果（Ｄ）は、前記差が前記所定の閾値を所定回数以上超えているときにアクティブとなる。第３の態様は、比較器で判断された結果の精度を向上する観点で有利である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】電圧位相と電流位相の負荷角に対する依存性を例示するグラフである。
【図２】力率角の負荷角に対する依存性を例示するグラフである。
【図３】電圧位相と電流位相の負荷角に対する依存性を例示するグラフである。
【図４】力率角の負荷角に対する依存性を例示するグラフである。
【図５】脱調が無いときの第１計算値と第２計算値との、負荷角に対する依存性を例示するグラフである。
【図６】脱調があるときの第１計算値と第２計算値との、負荷角に対する依存性を例示するグラフである。
【図７】本実施の形態を説明するブロック図である。
【図８】本実施の形態の変形を例示するブロック図である。
【図９】本実施の形態で行われる処理のルーチンを例示するフローチャートである。
【図１０】回転角速度とその指令値の経時的変化を例示するグラフである。
【図１１】相電流の経時的変化を例示するグラフである。
【図１２】計算値の経時的変化を例示するグラフである。
【図１３】第１計算値および第２計算値の経時的変化を例示するグラフである。
【図１４】第１計算値から第２計算値を減じた値の経時的変化を例示するグラフである。
【図１５】カウント値と信号との経時的変化を例示するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
＜力率角の負荷角に対する依存性＞
この実施の形態で計算される力率角を、ｄｑ座標系とｍｔ座標系とを用いて説明する。ｄｑ座標系はｄ軸およびこれに対して９０度で進相するｑ軸で設定される。ｄ軸は界磁磁束Ψａと同位相に設定され、モータの回転と同期して回転する。界磁磁束Ψａはモータの界磁が発生する磁束である。
【００１９】
ｍｔ座標系はｍ軸およびこれに対して９０度で進相するｔ軸で設定される。ｍ軸はモータにおける一次磁束Ψｏと同位相に設定される。
【００２０】
一次磁束Ψｏは界磁磁束Ψａと第１磁束との合成である。ここで第１磁束とは、電機子反作用によって発生する磁束を指す。一次磁束Ψｏは界磁磁束Ψａに対して負荷角δｏで進相する。
【００２１】
以下の説明において、ｄ軸インダクタンスＬｄ、ｑ軸インダクタンスＬｑ、ｄ軸電流ｉｄ、ｑ軸電流ｉｑ、抵抗値Ｒを導入する。ｄ軸インダクタンスＬｄはモータのインダクタンスのｄ軸方向の成分である。ｑ軸インダクタンスＬｑはモータのインダクタンスのｑ軸方向の成分である。ｄ軸電流ｉｄはモータに流れる電流ｉａのｄ軸方向の成分である。ｑ軸電流ｉｑはモータに流れる電流ｉａのｑ軸方向の成分である。第１磁束のｄ軸方向の成分は磁束Ｌｄ・ｉｄであり、第１磁束のｑ軸方向の成分は磁束Ｌｑ・ｉｑである。
【００２２】
抵抗値Ｒはモータの抵抗成分である。電流ｉａが流れることによりモータでは電圧降下Ｒ・ｉａが発生する。電圧降下Ｒ・ｉａは電流ｉａと同相である。電流ｉａはｑ軸に対して電流位相βで進相する。
【００２３】
モータが回転角速度ωｒｅで回転することによってモータにはｔ軸と同位相の電圧Ｖｏ（＝ωｒｅ・Ψｏ）が発生する。モータに印加される電圧Ｖａは電圧Ｖｏと電圧降下Ｒ・ｉａとの合成である。
【００２４】
電圧Ｖｏは、界磁磁束Ψａに対して９０度で進相する電圧ωｒｅ・｜Ψａ｜と、磁束Ｌｄ・ｉｄに対して９０度で進相する電圧（−ωｒｅ・Ｌｄ・ｉｄ）と、磁束Ｌｑ・ｉｑに対して９０度で進相する電圧（−ωｒｅ・Ｌｑ・ｉｑ）との合成である。界磁磁束量｜Ψａ｜は界磁磁束Ψａの大きさである。
【００２５】
電圧Ｖａはｑ軸に対して電圧位相δで進相する。電圧位相から電流位相を減じた値である力率角θ（＝δ−β）を導入して、モータの力率は余弦値cosθで表される。
【００２６】
モータに印加される負荷トルクが増大すると、モータが回転角速度ωｒｅで回転するために必要な電流ｉａ、特にｑ軸電流ｉｑが増大する。負荷トルクの増減は負荷角δｏの増減として現れる。負荷トルクが変動する場合には、負荷角δｏも変動する。
【００２７】
図１は電圧位相δと電流位相βの負荷角δｏに対する依存性を例示するグラフである。但し電圧位相δと電流位相βとは−１８０度〜１８０度で表現している。図２は力率角θの負荷角δｏに対する依存性を例示するグラフである。図１および図２のいずれも回転角速度ωｒｅが６０π［rad/s］の場合を例示する。
【００２８】
図３は電圧位相δと電流位相βの負荷角δｏに対する依存性を例示するグラフである。但し電圧位相δと電流位相βとは−１８０度〜１８０度で表現している。図４は力率角θの負荷角δｏに対する依存性を例示するグラフである。図３および図４のいずれも回転角速度ωｒｅが２００π［rad/s］の場合を例示する。
【００２９】
印加される負荷トルクが増減してもモータが脱調せずに回転する場合、力率角θが図２、図４に従って変動する。図２および図４を参照して、力率角θの変動幅は回転角速度ωｒｅの影響が小さく、ここではほぼ１３５度である。
【００３０】
＜力率角θの二つの計算手法＞
力率角θは二つの計算手法で計算できる。第１の計算手法は、モータに流れる電流（以下「モータ電流」と称することがある）とモータに印加される電圧（以下「モータ電圧」と称することがある）とから第１計算値θ１＾を求める手法である。
【００３１】
第１の計算手法で採用されるモータ電流は、測定値であってもよいし、モータ電流の指令値であってもよい。モータ電流の測定値として、当該測定値に対して座標変換を施して得られる値、および測定された他の電流から計算で求められる値を採用できる。ここにいう他の電流として、モータ電流を出力するインバータにおける直流電流を例示できる。
【００３２】
第１の計算手法で採用されるモータ電圧は、測定値であってもよいし、モータ電圧の指令値であってもよい。モータ電圧の測定値として、当該測定値に対して座標変換を施して得られる値、および測定された他の電圧から計算で求められる値を採用できる。ここにいう他の電圧として、モータ電圧を出力するインバータにおける直流電圧を例示できる。
【００３３】
例えばモータ電流とモータ電圧からモータの力率φを求め、その逆余弦の値として力率角θの第１計算値θ１＾を求める。例えばモータが三相モータであってｕｖｗ座標系を採用してモータの力率φを求める手法は特許文献１等で公知である。
【００３４】
第２の計算手法は、モータの回転角速度の指令値もしくは回転角速度の計算値と、モータの機器定数とから力率角θの第２計算値θ２＾を求める手法である。第２の計算手法は例えば、力率角θが電圧位相δから電流位相βを減じて得られる位相であることを利用する。
【００３５】
力率角θについてはｄｑ座標系で式（１）が成立することが公知である。式（１）では、ｄ軸電圧ｖｄ、ｑ軸電圧ｖｑ、モータの回転角速度ωｒｅを導入した。ｄ軸電圧ｖｄは電圧Ｖａのｄ軸方向の成分である。ｑ軸電圧ｖｑは電圧Ｖａのｑ軸方向の成分である。
【００３６】
【数１】
2020089125.tif 000003
【００３７】
式（２），（３）が成立することも公知である。式（２），（３）では一次磁束Ψｏの大きさ（以下、「一次磁束量」とも称す）｜Ψｏ｜を導入した。
【００３８】
【数２】
2020089125.tif 000004
【００３９】
【数３】
2020089125.tif 000005
【００４０】
式（１）、（２）、（３）から力率角θについて式（４）が得られる。
【００４１】
【数４】
2020089125.tif 000006
【００４２】
本実施の形態では式（４）の回転角速度ωｒｅには測定値を採用しない。例えば回転角速度ωｒｅにはその指令値ωｒｅｆを採用する。ｄ軸インダクタンスＬｄ、ｑ軸インダクタンスＬｑ、抵抗値Ｒ、界磁磁束量｜Ψａ｜は通常、モータの機器定数として既知である。本実施の形態では負荷角δｏと一次磁束量｜Ψｏ｜を計算で求める。
【００４３】
負荷角δｏについて式（５）が成立する。式（５）においてｍ軸電流ｉｍ、ｔ軸電流ｉｔ、ｍ軸電圧ｖｍ、ｔ軸電圧ｖｔを導入した。ｍ軸電流ｉｍは、電流ｉａのｍ軸方向の成分である。ｔ軸電流ｉｔは、電流ｉａのｔ軸方向の成分である。ｍ軸電圧ｖｍは、電圧Ｖａのｍ軸方向の成分である。ｔ軸電圧ｖｔは、電圧Ｖａのｔ軸方向の成分である。
【００４４】
【数５】
2020089125.tif 000007
【００４５】
ｍ軸電流ｉｍおよびｔ軸電流ｉｔは、測定された電流ｉａから公知の座標変換を実行する演算で求められる。ｍ軸電圧ｖｍおよびｔ軸電圧ｖｔとして、それぞれの指令値ｖｍ＊，ｖｔ＊を採用し、回転角速度ωｒｅとして指令値ωｒｅｆを採用して、式（５）から負荷角δｏの計算値δｏ＾が得られる。
【００４６】
一次磁束Ψｏのｍ軸方向の成分Ψｏｍおよびｔ軸方向の成分Ψｏｔについて、式（６）が成立することが公知である。式（６）の値Ｌ０，Ｌ１は式（７）で表され、いずれもｄ軸インダクタンスＬｄ、ｑ軸インダクタンスＬｑから求められる。
【００４７】
【数６】
2020089125.tif 000008
【００４８】
【数７】
2020089125.tif 000009
【００４９】
負荷角δｏとして計算値δｏ＾を採用して、式（６）から成分Ψｏｍの計算値Ψｏｍ＾と、成分Ψｏｔの計算値Ψｏｔ＾とが求められる。計算値Ψｏｍ＾は一次磁束Ψｏの計算値Ψｏ＾のｍ軸方向の成分である。計算値Ψｏｔ＾は計算値Ψｏ＾のｔ軸方向の成分である。計算値Ψｏｍ＾の平方と計算値Ψｏｔ＾の平方との和の平方根（√（Ψｏｍ＾・Ψｏｍ＾＋Ψｏｔ＾・Ψｏｔ＾））が、一次磁束量｜Ψｏ｜の計算値｜Ψｏ＾｜である。
【００５０】
回転角速度ωｒｅとして指令値ωｒｅｆを、負荷角δｏとして計算値δｏ＾を、一次磁束量｜Ψｏ｜として計算値｜Ψｏ＾｜を、それぞれ採用して式（４）から第２計算値θ２＾が得られる。
【００５１】
第２計算値θ２＾はモータを制御する側からみて力率角θを計算しており、制御されたモータの側からみて計算された第１計算値θ１＾とは必ずしも一致しない。計算手法の相違により、第１計算値θ１＾と第２計算値θ２＾とは、モータにおける脱調の有無によって下記の特徴（Ａ）、（Ｂ）を持つ。
【００５２】
（Ａ）モータにおいて脱調が無いとき、第１計算値θ１＾と第２計算値θ２＾とはいずれもほぼ式（１），（４）に従う。モータにおいて脱調が無いとき、第１計算値θ１＾と第２計算値θ２＾との差は小さい。
【００５３】
例えば図２や図４に示されたグラフにほぼ沿って、第１計算値θ１＾と第２計算値θ２＾とは、いずれも負荷角δｏに対してほぼ等しい値を採る。図５は脱調が無いときの第１計算値θ１＾と第２計算値θ２＾との、負荷角δｏに対する依存性を例示するグラフである（回転角速度ωｒｅは２００π［rad/s］）。図５は上記特徴（Ａ）を例示する。
【００５４】
（Ｂ）モータにおいて脱調があるとき、回転角速度ωｒｅはほぼ零となるが、モータには周波数ωｒｅｆ／２πの電圧Ｖａが印加される。第１計算値θ１＾は負荷角δｏに依存することなく近似的に式（８）で表される。指令値ωｒｅｆが大きいほど第１計算値θ１＾が９０度に近い値を採る。
【００５５】
【数８】
2020089125.tif 000010
【００５６】
図６は脱調があるときの第１計算値θ１＾と第２計算値θ２＾との、負荷角δｏに対する依存性を例示するグラフである（回転角速度ωｒｅは２００π［rad/s］）。図６は上記特徴（Ｂ）を例示する。
【００５７】
第２計算値θ２＾は式（４）においてωｒｅ＝ωｒｅｆ、δｏ＝δｏ＾、｜Ψｏ｜＝｜Ψｏ＾｜として得られる。計算値δｏ＾は指令値ωｒｅｆを採用して計算される。モータが脱調しているときにはｍ軸はｄ軸と同期せず、ｍ軸はｄ軸に対して回転する。換言すると負荷角δｏは−１８０〜１８０度の値を採る。第２計算値θ２＾は、図２および図４に示される力率角θがとり得る値のほぼ全てを採って変動する。
【００５８】
上記（Ｂ）から、（Ｃ）脱調が発生しているとき、第１計算値θ１＾の負荷角δｏに対する依存性よりも、第２計算値θ２＾の負荷角δｏに対する依存性の方が大きい、という特徴が導かれる。
【００５９】
上記（Ａ）、（Ｃ）から、（Ｄ）脱調が発生しているときの方が、脱調が発生していないときよりも、第１計算値θ１＾と第２計算値θ２＾との差分|θ１＾−θ２＾|の負荷角δｏに対する依存性は大きい、という特徴が導かれる。
【００６０】
上記（Ｄ）は、差分|θ１＾−θ２＾|を正の閾値θｔｈと比較し、|θ１＾−θ２＾|＞θｔｈが検出されたことによって、モータにおいて脱調が発生していると判断する脱調判断手法が導かれる。
【００６１】
差分|θ１＾−θ２＾|を用いて脱調が発生しているか否かを判断することは、負荷トルクが変動する場合において有利である。負荷トルクの変動によって負荷角δｏが変動しても、閾値θｔｈは負荷角δｏに依存せずに設定できるからである。
【００６２】
図２と図４を用いて例示されたように、回転角速度ωｒｅがある程度大きい場合、力率角θの負荷角δｏに対する変動幅の、回転角速度ωｒｅに対する依存性は小さい。よって差分|θ１＾−θ２＾|の回転角速度ωｒｅに対する依存性も小さい。よってモータの脱調の有無の判断に用いられる閾値は、指令値ωｒｅｆによらず一定値に設定できる。
【００６３】
しかし指令値ωｒｅｆが小さいと回転角速度ωｒｅが小さく、脱調が発生していなくても差分|θ１＾−θ２＾|は小さい。これはωｒｅｆ＝０の場合、ωｒｅ＝０であり、θ＝０であり、θ１＾＝θ２＾＝０であることからも分かる。よって指令値ωｒｅｆが小さいときに閾値θｔｈを小さくすることは、脱調の有無を判断する精度を向上させる観点で有利である。
【００６４】
例えば指令値ωｒｅｆがある値ωｒｅｆ１，ωｒｅｆ２（＞ωｒｅｆ１）であるときには、閾値θｔｈとしてそれぞれ値θｔｈ１，θｔｈ２（＞θｔｈ１）が採用される。
【００６５】
モータ６のインダクタンス（例えばｄ軸インダクタンスＬｄ、ｑ軸インダクタンスＬｑ、または、ｄ軸インダクタンスの平方とｑ軸インダクタンスの平方との和の平方根（√（Ｌｄ・Ｌｄ＋Ｌｑ・Ｌｑ）））が小さいと式（８）の分母が大きく、力率角θは小さい。よって、当該インダクタンスが小さいときに閾値θｔｈを小さく設定することも、脱調の有無を判断する精度を向上させる観点で有利である。
【００６６】
例えば当該インダクタンスがある値Ｌ３．Ｌ４（＞Ｌ３）であるときには、閾値θｔｈはそれぞれ値θｔｈ３，θｔｈ４（＞θｔｈ３）が採用される。
【００６７】
抵抗値Ｒが大きいときには式（８）において相対的に指令値ωｒｅｆが小さく、力率角θは小さい。よってこのときに閾値θｔｈを小さく設定することも、脱調の有無を判断する精度を向上させる観点で有利である。
【００６８】
例えば抵抗値Ｒがある値Ｒ５，Ｒ６（＜Ｒ５）であるときには、閾値θｔｈとしてそれぞれ値θｔｈ５，θｔｈ６（＞θｔｈ５）が採用される。
【００６９】
＜モータを制御する構成＞
図７は本実施の形態を説明するブロック図である。インバータ５は不図示のスイッチを備える。当該スイッチはインバータ制御回路１から与えられるスイッチング信号Ｇに従って開閉する。インバータ５は当該開閉によって直流電圧Ｅを交流電圧に変換する。当該交流電圧はモータ６に印加される。例えばモータ６は埋め込み永久磁石モータ（Interior Permanent Magnet Motor）である。
【００７０】
インバータ制御回路１は速度制御器１０１、磁束制御器１０２、磁束演算器１０３、負荷角演算器１０４、変調器１０５を備える。
【００７１】
速度制御器１０１には指令値ωｒｅｆとｍ軸電流ｉｍおよびｔ軸電流ｉｔとが入力される。速度制御器１０１は制御座標系の回転角速度の指令値ωｏを出力する。ここでは制御座標系としてｍｔ座標系が採用される。速度制御器１０１の機能は公知であり、例えば特許６３６９５１７号公報で紹介される。
【００７２】
磁束制御器１０２には一次磁束Ψｏの計算値Ψｏ＾と指令値ωｏとが入力される。磁束制御器１０２は、計算値Ψｏ＾と指令値ωｏとから電圧指令Ｖ＊を求め、電圧指令Ｖ＊を出力する。
【００７３】
電圧指令Ｖ＊は、例えば指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊の集合である。指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊は、三相の相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗのそれぞれの指令値である。相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗは、モータ６に印加される電圧のｕｖｗ座標系の成分である。ｕｖｗ座標系に代えて、他の固定座標径を採用してもよい。
【００７４】
磁束演算器１０３は式（６）（７）に従った演算を行って計算値Ψｏ＾を求める。式（６）において負荷角δｏとして計算値δｏ＾を採用して、計算値Ψｏ＾が求められる。磁束演算器１０３には機器定数（具体的にはｄ軸インダクタンスＬｄ、ｑ軸インダクタンスＬｑ、界磁磁束量｜Ψａ｜）、ｍ軸電流ｉｍおよびｔ軸電流ｉｔの他、計算値δｏ＾も与えられる。
【００７５】
負荷角演算器１０４は式（５）に従った演算を行って計算値δｏ＾を求める。式（５）において回転角速度ωｒｅとしてその指令値ωｒｅｆを、ｍ軸電圧ｖｍとして指令値ｖｍ＊を、ｔ軸電圧ｖｔとして指令値ｖｔ＊を、それぞれ採用して、計算値δｏ＾が求められる。負荷角演算器１０４には機器定数（具体的にはｑ軸インダクタンスＬｑ、抵抗値Ｒ）、ｍ軸電流ｉｍおよびｔ軸電流ｉｔ、指令値ωｒｅｆおよび電圧指令Ｖ＊が入力される。
【００７６】
変調器１０５は、電圧指令Ｖ＊とインバータ５におけるＤＣ電圧Ｖｄｃとに基づいたパルス幅変調を行って、スイッチング信号Ｇを生成する。例えば変調器１０５は、電圧指令Ｖ＊とＤＣ電圧ＶｄｃからベクトルパターンＰを生成し、ベクトルパターンＰに基づいてスイッチング信号Ｇを生成する。
【００７７】
検出回路３は、電圧検出回路３０１と電流検出回路３０２とを有する。電圧検出回路３０１はインバータ５における（例えばインバータ５の直流リンクにおける）ＤＣ電圧Ｖｄｃの値を検出し、その値を変調器１０５に与える。電流検出回路３０２はインバータ５に流れる（例えばインバータ５の直流リンクに流れる）ＤＣ電流Ｉｄｃの値を検出し、その値を電流演算器４に与える。
【００７８】
電流演算器４はＤＣ電流Ｉｄｃからモータ６に流れる三相の相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗ、並びにｍ軸電流ｉｍおよびｔ軸電流ｉｔを演算によって求める。当該演算において、例えばベクトルパターンＰと回転角度θｏとを利用することができる。
【００７９】
回転角度θｏは指令値ωｏを積分して得ることができる。積分器７が指令値ωｏを入力して回転角度θｏを電流演算器４に与える場合を、図７は例示する。
【００８０】
変調器１０５には信号Ｄも与えられる。信号Ｄが活性（アクティブ）であれば、変調器１０５は、電圧指令Ｖ＊の値に拘わらず、インバータ５にモータ６を停止する動作をスイッチング信号Ｇを用いて行わせる。
【００８１】
信号Ｄが非活性であれば、変調器１０５は、電圧指令Ｖ＊に基づいてスイッチング信号Ｇを生成する。例えば信号Ｄとして、モータ６が脱調しているときに活性であり、脱調していない（正常運転されている）ときには非活性である信号を採用することができる。
【００８２】
以上に説明されたインバータ制御回路１、検出回路３、電流演算器４、インバータ５の機能は公知であり、それぞれの構成もまた公知の技術によって実現される。
【００８３】
＜信号Ｄを生成する構成＞
本実施の形態において装置２は、第１計算値θ１＾と第２計算値θ２＾との差を所定の閾値θｔｈと比較した結果を出力する。図７において当該結果は上記の信号Ｄとして採用される。装置２は、閾値θｔｈの二倍の幅を有する不感帯を許して第１計算値θ１＾と第２計算値θ２＾との比較を行う装置である、と認識することができる。
【００８４】
装置２は、比較器２０１、力率角演算器２０２，２０３を備える。力率角演算器２０２は電圧Ｖａと電流ｉａを用いた演算によって第１計算値θ１＾を求める。
【００８５】
力率角演算器２０２が、電圧Ｖａとして電圧指令Ｖ＊を採用し、電流ｉａとして相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを採用して第１計算値θ１＾を求める場合を、図７は例示する。第１計算値θ１＾は、例えば式（９）を用いて求められる。
【００８６】
【数９】
2020089125.tif 000011
【００８７】
力率角演算器２０３は、式（４）を用いた演算によって第２計算値θ２＾を求める。当該演算では回転角速度ωｒｅとして指令値ωｒｅｆが、一次磁束量｜Ψｏ｜として計算値｜Ψｏ＾｜が、負荷角δｏとして計算値δｏ＾が、それぞれ採用される。
【００８８】
比較器２０１は差分｜θ１＾−θ２＾｜を閾値θｔｈと比較する。｜θ１＾−θ２＾｜＞θｔｈが真であるか偽であるかが、比較結果として比較器２０１から出力される。
【００８９】
比較器２０１は当該比較結果を二値の信号Ｄとして出力する。当該比較結果が真のときに信号Ｄは活性（アクティブ）である。当該比較結果が偽のときに信号Ｄが非活性である。スイッチング信号Ｇは、｜θ１＾−θ２＾｜＞θｔｈが真のときに、インバータ５にモータ６を停止する動作を行わせる。
【００９０】
|θ１＾−θ２＾|＞θｔｈを検出したことで、モータ６において脱調が発生していると判断される。インバータ制御回路１は、装置２から信号Ｄを得て、モータ６に脱調が発生していると判断されたときに、モータ６を停止する制御を行う。
【００９１】
＜変形＞
図８は、本実施の形態の変形を例示するブロック図である。図８に示された構成では検出回路３は電圧検出回路３０１，３０３、電流検出回路３０４を備える。
【００９２】
当該変形においても電圧検出回路３０１は、インバータ５における（例えばインバータ５の直流リンクにおける）ＤＣ電圧Ｖｄｃの値を検出し、その値を変調器１０５に与える。
【００９３】
電圧検出回路３０３はインバータ５に印加される相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗの値を検出し、その値を力率角演算器２０２に与える。電圧検出回路３０３は相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗのうちの二相分を検出し、他の一相分を当該二相分から計算して求めてもよい。
【００９４】
電流検出回路３０４は三相電流Ｉｕｖの値を検出し、相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗの値を力率角演算器２０２に与える。電流検出回路３０４は三相電流Ｉｕｖのうちの二相分を検出し、他の一相分を当該二相分から計算して求めてもよい。
【００９５】
当該変形において力率角演算器２０２には、電圧指令Ｖ＊は入力されない。当該変形において力率角演算器２０２は、式（９）において指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊をそれぞれ相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに代えて第１計算値θ１＾を求める。この点を除き、図８に示された装置２の構成および機能に、図７に示された装置２の構成および機能を採用できる。
【００９６】
この変形において電流演算器４には相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗが入力される。電流演算器４は相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗに対して座標変換の演算を行ってｄ軸電流ｉｄ、ｑ軸電流ｉｑ、ｍ軸電流ｉｍ、ｔ軸電流ｉｔを得る。このような演算は公知であるので詳細な説明は省略する。
【００９７】
この変形において電流演算器４にはベクトルパターンＰは必要ない。よって変調器１０５はベクトルパターンＰを出力する必要がない。この点を除き、図８に示されたインバータ制御回路１の構成および機能に、図７に示されたインバータ制御回路１の構成および機能を採用できる。
【００９８】
モータ６の脱調の有無によらず、相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗは、それらの指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に対して良好に追従する。よって式（９）において相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを用いるか、指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊を用いるかが、脱調の有無を判断する精度に与える影響は小さい。
【００９９】
＜脱調判定の処理ルーチン＞
図９は本実施の形態で行われる処理のルーチンを例示するフローチャートである。当該ルーチンはモータ６における脱調の有無を判定するので、当該フローチャートにおいて「脱調判定」とのタイトルが付けられている。
【０１００】
ステップＳ１１，Ｓ１２は、図９に例示されるように並行して処理されてもよいし、順次に処理されてもよい。順次に処理される場合、その先後関係は不問である。
【０１０１】
ステップＳ１１では第１計算値θ１＾が計算によって求められる。図７に示された構成または図８に示された構成に即して言えば、力率角演算器２０２における演算がステップＳ１１に相当する。ステップＳ１２では第２計算値θ２＾が計算によって求められる。図７に示された構成または図８に示された構成に即して言えば、力率角演算器２０３における演算がステップＳ１２に相当する。
【０１０２】
ステップＳ１１およびステップＳ１２が実行された後、ステップＳ１３が実行される。ステップＳ１３では｜θ１＾−θ２＾｜＞θｔｈが真であるか偽であるかが判断される。図７に示された構成または図８に示された構成に即して言えば、比較器２０１がステップＳ１３を実行する。
【０１０３】
ステップＳ１３の判断結果が偽であれば、ステップＳ１３からの”ＮＯ”の矢印に従って、処理がステップＳ１１，Ｓ１２に戻る。ステップＳ１３の判断結果が真であれば、ステップＳ１３からの”ＹＥＳ”の矢印に従って、処理がステップＳ１４に進む。
【０１０４】
ステップＳ１４ではカウント値を増加させる処理が行われる。ステップＳ１３の判断結果が真である事象が発生するほど、カウント値は増大する。よってカウント値は｜θ１＾−θ２＾｜＞θｔｈを満足する第１計算値θ１＾および第２計算値θ２＾が計算された回数の指標である。
【０１０５】
ステップＳ１４が実行された後、ステップＳ１５が実行される。ステップＳ１５はカウント値が所定値を超えたか否かが判断される。カウント値が所定値を超えたと判断された場合、処理がステップＳ１６に進む。カウント値が所定値を超えていないと判断された場合、処理がステップＳ１１，Ｓ１２に戻る。
【０１０６】
ステップＳ１６では脱調時の処理を外部に指示する。当該指示は図７に示された構成または図８に示された構成に即して言えば、活性している信号Ｄを比較器２０１が出力すること、または比較器２０１が出力する信号Ｄを比較器２０１が活性化することで実現される。
【０１０７】
ステップＳ１４，Ｓ１５は当該処理ルーチンにおいて必須ではなく、ステップＳ１３の判断結果が真であれば、処理がステップＳ１６へ進んでもよい。
【０１０８】
ステップＳ１４，Ｓ１５が実行されることにより、差分｜θ１＾−θ２＾｜が偶発的に閾値θｔｈを超えた場合をも脱調が発生したと判断することが抑制される。換言すれば脱調の発生についての誤判断が抑制される。ステップＳ１４，Ｓ１５の採用は、脱調の発生の有無を判断する精度を高める観点で有利である。
【０１０９】
＜波形の例＞
図１０は回転角速度ωｒｅと指令値ωｒｅｆの経時的変化を例示するグラフである。図１１は相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗの経時的変化を例示するグラフである。図１２は計算値δｏ＾の経時的変化を例示するグラフである。図１３は第１計算値θ１＾および第２計算値θ２＾の経時的変化を例示するグラフである。図１４は第１計算値θ１＾から第２計算値θ２＾を減じた値（θ１＾−θ２＾）の経時的変化を例示するグラフである。図１５はカウント値Ｋと信号Ｄの経時的変化を例示するグラフである。
【０１１０】
図１０〜１５は脱調によって回転角速度ωｒｅが指令値ωｒｅｆよりも低下する場合が例示される。時刻ｔ５は信号Ｄが活性化する時点を示す。
【０１１１】
図１０を参照する。時刻ｔ５以前では、回転角速度ωｒｅの指令値ωｒｅｆからの低下に対応して、指令値ωｒｅｆが上昇するフィードバックが発生している。時刻ｔ５以降ではインバータ５がモータ６を停止する動作を行うので、当該フィードバックは発生しない。
【０１１２】
図１１を参照する。時刻ｔ５以前ではインバータ５からモータ６に相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗが供給される。時刻ｔ５以降ではインバータ５がモータ６を停止する動作を行うので、モータ６からの回生電流として相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗが流れる。
【０１１３】
図１２を参照する。時刻ｔ５以前では、計算値δｏ＾は回転角速度ωｒｅの指令値ωｒｅｆからの低下に対応して上昇する。但し計算値δｏ＾は−１８０度〜１８０度で表現している。時刻ｔ５以降ではインバータ５がモータ６を停止する動作を行うので、計算値δｏ＾は変動しない。
【０１１４】
図１３を参照する。第２計算値θ２＾は、第１計算値θ１＾から離れ出すと、その後は第１計算値θ１＾から急激に低下する。
【０１１５】
図１４を参照する。図１４は二つの閾値＋θｔｈ（＝θｔｈ）、−θｔｈを併記した。よって（θ１＾−θ２＾）＜−θｔｈまたは（θ１＾−θ２＾）＞＋θｔｈであれば、｜θ１＾−θ２＾｜＞θｔｈを満足し、ステップＳ１３の判断結果は真となる。時刻ｔ０は図１４において最初に｜θ１＾−θ２＾｜＞θｔｈが検出された時点であり、時刻ｔ５は｜θ１＾−θ２＾｜＞θｔｈが合計５回検出された時点である。
【０１１６】
図１５を参照する。図１４と整合して、カウント値Ｋは時刻ｔ０において上昇して値１を採る。時刻ｔ０の後、｜θ１＾−θ２＾｜＞θｔｈが検出される度にカウント値Ｋは増加量１で増加する。時刻ｔ５においてカウント値Ｋは値５に達し、信号Ｄは値０から値１へ遷移する。信号Ｄの値０は非活性を意味し、値１は活性を意味する。
【０１１７】
本実施の形態で示された装置２は、比較器２０１と、力率角演算器２０２，２０３とを備える。比較器２０１は、第１計算値θ１＾と第２計算値θ２＾との差と、所定の閾値θｔｈとを比較した結果を示す信号Ｄを出力する。
【０１１８】
力率角演算器２０２は第１計算値θ１＾を求める。力率角演算器２０３は第２計算値θ２＾を求める。
【０１１９】
第１計算値θ１＾は、モータ６に流れる電流（例えば相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗ）と、モータ６に印加される電圧（例えば相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ）とから求められる。モータ６に流れる電流に代えて、その指令値を用いて第１計算値θ１＾を求めることができる。モータ６に印加される電圧に代えて、その電圧指令Ｖ＊を用いて第１計算値θ１＾を求めてもよい。
【０１２０】
第２計算値θ２＾は、モータ６の回転角速度の指令値ωｒｅｆと、モータ６の機器定数（例えば界磁磁束量｜Ψａ｜、ｄ軸インダクタンスＬｄ、ｑ軸インダクタンスＬｑ、抵抗値Ｒ）とから求められる。
【０１２１】
このように構成された装置２は、信号Ｄを利用してモータの脱調の有無の判断に採用することができる。
【０１２２】
例えば力率角演算器２０３は、指令値ωｒｅｆと、機器定数と、負荷角δｏの計算値δｏ＾と、一次磁束量｜Ψｏ｜の計算値｜Ψｏ＾｜とから、第２計算値θ２＾を求める。計算値δｏ＾，｜Ψｏ＾｜は、指令値ωｒｅｆと、機器定数とから求めることができる。回転角速度ωｒｅの指令値ωｒｅｆに代えて回転角速度ωｒｅの計算値を用いて第２計算値θ２＾を求めてもよい。
【０１２３】
第２計算値θ２＾には一次磁束量｜Ψｏ｜を考慮する必要はない。換言すると、第２計算値θ２＾は、ｍｔ座標系における制御を前提として理解される必要はない。第２計算値θ２＾は、ｄｑ座標系における制御において計算することもできる。
【０１２４】
閾値θｔｈは、指令値ωｒｅｆが第１の値ωｒｅｆ１であるときに採用される第１閾値θｔｈ１と、指令値ωｒｅｆが第２の値ωｒｅｆ２であるときに採用される第２閾値θｔｈ２とを含んでもよい。第１の値ωｒｅｆ１が第２の値ωｒｅｆ２よりも小さいとき、第１閾値θｔｈ１は第２閾値θｔｈ２よりも小さい。
【０１２５】
閾値θｔｈは、モータ６のインダクタンスが第３の値Ｌ３であるときに採用される第３閾値θｔｈ３と、当該インダクタンスが第４の値Ｌ４であるときに採用される第４閾値θｔｈ４とを含んでもよい。第３の値Ｌ３が第４の値Ｌ４よりも小さいとき、第３閾値θｔｈ３は第４閾値θｔｈ４よりも小さい。
【０１２６】
閾値θｔｈは、モータ６の抵抗値Ｒが第５の値Ｒ５であるときに採用される第５閾値θｔｈ５と、抵抗値Ｒが第６の値Ｒ６であるときに採用される第６閾値θｔｈ６とを含んでもよい。第５の値Ｒ５が第６の値Ｒ６よりも大きいとき、第５閾値θｔｈ５は第６閾値θｔｈ６よりも小さい。
【０１２７】
このように閾値θｔｈが複数の閾値を含むことは、モータ６の回転角速度ωｒｅが小さいときにその脱調の有無を判断する精度を向上させる観点で有利である。
【０１２８】
例えば信号Ｄは、差分｜θ１＾−θ２＾｜が閾値θｔｈを所定回数以上超えているときにアクティブとなる。上記実施の形態に即して言えば所定回数は５回である。このような特徴は、信号Ｄが示す判断結果の精度を向上する観点で有利である。
【０１２９】
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】
【０１３０】
２  装置
６  モータ
２０１  比較器
２０２，２０３  力率角演算器
【図１】
2020089125.tif 000012
【図２】
2020089125.tif 000013
【図３】
2020089125.tif 000014
【図４】
2020089125.tif 000015
【図５】
2020089125.tif 000016
【図６】
2020089125.tif 000017
【図７】
2020089125.tif 000018
【図８】
2020089125.tif 000019
【図９】
2020089125.tif 000020
【図１０】
2020089125.tif 000021
【図１１】
2020089125.tif 000022
【図１２】
2020089125.tif 000023
【図１３】
2020089125.tif 000024
【図１４】
2020089125.tif 000025
【図１５】
2020089125.tif 000026