(57)【要約】【課題】同期電動機制御装置の電源電圧が低下した場合でも、高速域において余分に出力トルクを低減しすぎることなく、同期電動機の急激な出力トルク低下を抑制する。【解決手段】同期電動機制御装置１０において、電流リミット値生成処理部２７は、同期電動機５０の速度検出値、ｄ軸電圧の制限値を示すｄ軸電圧制限値ｖｄ＿ｌｉｍ＿ｉｎ、およびｑ軸電流指令値を導出する演算乗数値を示す電流指令リミット値演算ゲインｉｑ＿ｌｉｍ＿ｃａｌ＿ｇａｉｎに基づいて、同期電動機５０の電圧飽和を制限するｑ軸電流指令値リミット値ｉｑ＿ｌｉｍ＿ｏｕｔを導出する。電流指令リミット処理部２８は、電流リミット値生成処理部２７が導出したｑ軸電流指令値リミット値ｉｑ＿ｌｉｍ＿ｏｕｔに基づいて、ｑ軸電流指令値を制限する。【選択図】図１
2020043631.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
三相電源を入力として直流電圧を出力するコンバータ回路から前記直流電圧を印加され、同期電動機に対して三相電圧指令を印加するインバータ回路と、
前記同期電動機の回転速度を設定する速度指令値と前記同期電動機の回転速度を示す速度検出値との差分に応じてｑ軸電流指令値を演算する速度制御部と、
前記同期電動機の電圧飽和を制限する電流指令リミット値を出力する電流リミット値生成処理部と、
前記電流リミット値生成処理部から出力される前記電流指令リミット値に基づいて、前記速度制御部が演算した前記ｑ軸電流指令値を抑制するｑ軸電流制限指令値を生成する電流指令リミット処理部と、
前記電流指令リミット処理部が生成する前記ｑ軸電流制限指令値に基づいて、任意の起磁力相差角に従ってｄ軸電流指令値を生成するｄ軸電流指令生成部と、
前記電流指令リミット処理部が生成する前記ｑ軸電流制限指令値に基づいて、ｑ軸電圧指令値を生成するｑ軸電流制御部と、
前記ｄ軸電流指令生成部が生成する前記ｄ軸電流指令値に基づいて、ｄ軸電圧指令値を生成するｄ軸電流制御部と、
前記ｑ軸電流制御部が生成する前記ｑ軸電圧指令値および前記ｄ軸電流制御部が生成するｄ軸電圧指令値を前記三相指令値に変換する三相変換部と、
を有し、
前記電流リミット値生成処理部は、前記同期電動機の速度検出値、ｄ軸電圧の制限値を示すｄ軸電圧制限値、およびｑ軸電流指令リミット値を導出する演算乗数値を示す電流指令リミット値演算ゲインをパラメータとして前記同期電動機の負荷の変化に応じた前記電流指令リミット値を導出し、
前記電流指令リミット処理部は、前記電流リミット値生成処理部が導出した前記電流指令リミット値に基づいて、前記ｑ軸電流指令値を制限する、同期電動機制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の同期電動機制御装置において、
前記電流リミット値生成処理部に入力される前記ｄ軸電圧制限値および前記電流指令リミット値演算ゲインは、外部から入力される、同期電動機制御装置。
【請求項３】
三相電源を入力として直流電圧を出力するコンバータ回路から前記直流電圧を印加され、同期電動機に対して三相電圧指令を印加するインバータ回路と、
前記同期電動機の回転速度を設定する速度指令値と前記同期電動機の速度を示す速度検出値との差分に応じてｑ軸電流指令値を演算する速度制御部と、
前記同期電動機の電圧飽和を抑制する電流指令リミット値を出力する電流リミット値生成処理部と、
前記電流リミット値生成処理部から出力される前記電流指令リミット値に基づいて、前記速度制御部が演算した前記ｑ軸電流指令値を制限するｑ軸電流制限指令値を生成する電流指令リミット処理部と、
前記電流指令リミット処理部が生成する前記ｑ軸電流制限指令値に基づいて、任意の起磁力相差角に従ってｄ軸電流指令値を生成するｄ軸電流指令生成部と、
前記電流指令リミット処理部が生成する前記ｑ軸電流制限指令値に基づいて、ｑ軸電圧指令値を生成するｑ軸電流制御部と、
前記ｄ軸電流指令生成部が生成する前記ｄ軸電流指令値に基づいて、ｄ軸電圧指令値を生成するｄ軸電流制御部と、
前記ｑ軸電流制御部が生成する前記ｑ軸電圧指令値および前記ｄ軸電流制御部が生成するｄ軸電圧指令値を前記三相指令値に変換する三相変換部と、
を有し、
前記電流リミット値生成処理部は、前記同期電動機の速度検出値、前記インバータ回路に供給される前記直流電圧、ｄ軸電圧制限値を導出する演算乗数値を示すｄ軸電圧制限値演算ゲイン、ｄ軸電圧の制限値を導出するオフセット値を示すｄ軸電圧制限値演算オフセット、およびｑ軸電流指令リミット値を導出する演算乗数値を示すｑ軸電流指令値リミット値演算ゲインをパラメータとして前記インバータ回路に供給される前記直流電圧の変化に応じた前記電流指令リミット値を導出し、
前記電流指令リミット処理部は、前記電流リミット値生成処理部が導出した前記電流指令リミット値に基づいて、前記ｑ軸電流指令値を制限する、同期電動機制御装置。
【請求項４】
請求項３記載の同期電動機制御装置において、
前記電流リミット値生成処理部に入力される前記ｄ軸電圧制限値演算ゲイン、前記ｄ軸電圧制限値演算オフセット、および前記ｑ軸電流指令値リミット値演算ゲインは、外部から入力される、同期電動機制御装置。
【請求項５】
三相電源を入力として直流電圧を出力するコンバータ回路から前記直流電圧を印加され、同期電動機に対して三相電圧指令を印加するインバータ回路と、
前記同期電動機の転速度を設定する速度指令値と前記同期電動機の速度を示す速度検出値との差分に応じてｑ軸電流指令値を演算する速度制御部と、
前記同期電動機の電圧飽和を抑制する電流指令リミット値を出力する電流リミット値生成処理部と、
前記電流リミット値生成処理部から出力される前記電流指令リミット値に基づいて、前記速度制御部が演算した前記ｑ軸電流指令値を制限するｑ軸電流制限指令値を生成する電流指令リミット処理部と、
前記電流指令リミット処理部が生成する前記ｑ軸電流制限指令値に基づいて、任意の起磁力相差角に従ってｄ軸電流指令値を生成するｄ軸電流指令生成部と、
前記電流指令リミット処理部が生成する前記ｑ軸電流制限指令値に基づいて、ｑ軸電圧指令値を生成するｑ軸電流制御部と、
前記ｄ軸電流指令生成部が生成する前記ｄ軸電流指令値に基づいて、ｄ軸電圧指令値を生成するｄ軸電流制御部と、
前記ｑ軸電流制御部が生成する前記ｑ軸電圧指令値および前記ｄ軸電流制御部が生成するｄ軸電圧指令値を前記三相指令値に変換する三相変換部と、
を有し、
前記電流リミット値生成処理部は、前記同期電動機の速度検出値、前記インバータ回路に供給される前記直流電圧、ｄ軸電圧制限値を導出する演算乗数値を示すｄ軸電圧制限値演算ゲイン、ｄ軸電圧の制限値を導出するオフセット値を示すｄ軸電圧制限値演算オフセット、ｑ軸電流指令リミット値を導出する演算乗数値を示すｑ軸電流指令値リミット値演算ゲイン、制限するｑ軸電流指令値の最大値を示すｑ軸電流指令値リミット値、ｑ軸電流指令値を切り替える演算乗数値を示すｑ軸電流指令値リミット値切り替え速度演算ゲイン、およびｑ軸電流指令の切り替え速度を導出するオフセット値を示すｑ軸電流指令リミット値切り替え速度演算オフセットをパラメータとして前記インバータ回路に供給される前記直流電圧の変化および前記同期電動機の回転速度に応じた前記電流指令リミット値を導出し、
前記電流指令リミット処理部は、前記電流リミット値生成処理部が導出した前記電流指令リミット値に基づいて、前記ｑ軸電流指令値を制限する、同期電動機制御装置。
【請求項６】
請求項５記載の同期電動機制御装置において、
前記電流リミット値生成処理部に入力される前記ｄ軸電圧制限値演算ゲイン、前記ｄ軸電圧制限値演算オフセット、前記ｑ軸電流指令値リミット値演算ゲイン、前記ｑ軸電流指令値リミット値、前記ｑ軸電流指令値リミット値切り替え速度演算ゲイン、および前記ｑ軸電流指令リミット値切り替え速度演算オフセットは、外部から入力される、同期電動機制御装置。
【請求項７】
請求項６記載の同期電動機制御装置において、
前記電流リミット値生成処理部は、前記電流指令リミット値を一次遅れフィルタ処理する一次遅れフィルタを有する、同期電動機制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同期電動機制御装置に関し、特に、同期電動機における飽和電圧によるトルク低下の低減に有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
同期電動機の制御方法として、例えばベクトル制御や電流制御などが知られている。ベクトル制御は、電動機の磁極方向にとられるｄ軸とこれに直交するｑ軸とに流れる電流をそれぞれ独立に調整して制御するものである。また、電流制御は、例えば比例積分（ＰＩ）方式によって電流の制御を行なうものである。
【０００３】
リラクタンストルクを利用する同期電動機では、同期電動機制御装置より印加する電流に対して、インダクタンスが変化する。そのため、同期電動機の速度に対する駆動電圧は、非線形特性となる。
【０００４】
このとき、同期電動機制御装置の電源電圧が低下した場合は、電圧飽和によって同期電動機の出力トルクが急激に低下する。また、電圧飽和となると、同期電動機の電流制御特性が悪化して、急激な回転速度の落ち込みやトルクリプルが発生するなどの問題がある。
【０００５】
この種の同期電動機における出力トルクの低下を解決する技術としては、同期電動機制御装置の電源電圧が低下した場合でも、電源電圧に合わせて電圧飽和が発生しないように電流指令値に対して電流制限処理を施すものが知られている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１５−３５９２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した特許文献１の技術において、例えば電圧飽和が発生しないように電流指令値に対して電流制限処理を施す場合は、同期電動機の速度に対する一次関数として電流制限値を導出する。
【０００８】
しかしながら、電源電圧と電圧飽和限界となる電流制限値との関係性は、一次関数ではない。そのため、この電流制限値を一次関数で設定することによって電圧飽和は、発生しないものの、同期電動機の速度によっては、電流指令値を必要以上に制限してしまい、その結果、出力トルクが制限されてしまう恐れがある。
【０００９】
本発明の目的は、同期電動機制御装置の電源電圧が低下した場合でも、高速域において余分に出力トルクを低減しすぎることなく、同期電動機の急激な出力トルク低下を抑制することのできる技術を提供することにある。
【００１０】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴については、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１２】
すなわち、代表的な同期電動機制御装置は、インバータ回路、速度制御部、電流リミット値生成処理部、電流指令リミット処理部、ｄ軸電流指令生成部、ｑ軸電流制御部、ｄ軸電流制御部、および三相変換部を有する。
【００１３】
インバータ回路は、直流電圧から三相電圧指令を生成して、生成した三相電圧指令を同期電動機に印加する。速度制御部は、同期電動機の回転速度を設定する速度指令値と同期電動機の回転速度を示す速度検出値との差分に応じてｑ軸電流指令値を演算する。
【００１４】
電流リミット値生成処理部は、同期電動機の電圧飽和を抑制する電流指令リミット値を出力する。電流指令リミット処理部は、電流リミット値生成処理部から出力される電流指令リミット値に基づいて、速度制御部が演算したｑ軸電流指令値を制限するｑ軸電流制限指令値を生成する。
【００１５】
ｄ軸電流指令生成部は、電流指令リミット処理部が生成するｑ軸電流制限指令値に基づいて、任意の起磁力相差角に従ってｄ軸電流指令値を生成する。ｑ軸電流制御部は、電流指令リミット処理部が生成するｑ軸電流制限指令値に基づいて、ｑ軸電圧指令値を生成する。
【００１６】
ｄ軸電流制御部は、ｄ軸電流指令生成部が生成するｄ軸電流指令値に基づいて、ｄ軸電圧指令値を生成する。三相変換部は、ｑ軸電流制御部が生成するｑ軸電圧指令値およびｄ軸電流制御部が生成するｄ軸電圧指令値を三相指令値に変換する。
【００１７】
また、電流リミット値生成処理部は、同期電動機の速度検出値、ｄ軸電圧の制限値を示すｄ軸電圧制限値、およびｑ軸電流指令リミット値を導出する演算乗数値を示す電流指令リミット値演算ゲインをパラメータとして前記同期電動機の負荷の変化に応じた電流指令リミット値を導出する。電流指令リミット処理部は、電流リミット値生成処理部が導出した電流指令リミット値に基づいて、ｑ軸電流指令値を制限する。
【発明の効果】
【００１８】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００１９】
（１）同期電動機の急激なトルク変動を軽減することができる。
【００２０】
（２）上記（１）により、同期電動機の動作を安定化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施の形態１による同期電動機制御装置における構成の一例を示すブロック図である。
【図２】図１の同期電動機制御装置によって制御される同期電動機のトルク−速度特性の一例を示した説明図である。
【図３】図１の同期電動機制御装置におけるｄ軸電圧ｖｄおよびｑ軸電圧ｖｑにおける電圧ベクトルを示す説明図である。
【図４】同期電動機におけるトルク−速度特性の一例を示す説明図である。
【図５】電圧飽和現象を説明する説明図である。
【図６】実施の形態２による同期電動機制御装置における構成の一例を示すブロック図である。
【図７】図６の同期電動機制御装置が有する電流リミット値生成処理部における構成の一例を示す説明図である。
【図８】実施の形態２による同期電動機におけるトルク−速度特性の一例を示す説明図である。
【図９】実施の形態３による同期電動機制御装置における構成の一例を示す説明図である。
【図１０】図９の同期電動機制御装置が有する電流リミット値生成処理部における構成の一例を示す説明図である。
【図１１】実施の形態３による同期電動機におけるトルク−速度特性の一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００２３】
（実施の形態１）
以下、実施の形態を詳細に説明する。
【００２４】
〈同期電動機制御装置の構成例〉
図１は、本実施の形態１による同期電動機制御装置１０における構成の一例を示すブロック図である。    
【００２５】
同期電動機制御装置１０は、同期電動機５０の回転動作を制御する。同期電動機５０は、例えばサーボモータなどからなる。この同期電動機５０には、位置検出器５１が接続されている。位置検出器５１は、同期電動機５０の回転子位置θｍを検出する。
【００２６】
同期電動機制御装置１０は、図１に示すように、インバータ回路２１、コンバータ回路２３、速度検出演算部２４、減算器２５、速度制御部２６、電流リミット値生成処理部２７、電流指令リミット処理部２８、ｄ軸電流指令生成部２９、ｑ軸電流制御部３０、ｄ軸電流制御部３１、および三相変換部３２などから構成されている。
【００２７】
なお、図１の例では、同期電動機制御装置１０がコンバータ回路２３を備えて構成された例を示したが、該コンバータ回路２３は、同期電動機制御装置１０の外部に設けるようにしてもよい。
【００２８】
インバータ回路２１は、同期電動機５０に三相電圧指令ｖｕ，ｖｖ，ｖｗをそれぞれ印加する。コンバータ回路２３は、三相電源ＶＦを直流電圧Ｖｄｃに変換してインバータ回路２１に供給する。三相電源ＶＦは、三相交流電源である。
【００２９】
速度検出演算部２４は、位置検出器５１が検出した回転子位置θｍから同期電動機５０の回転速度である速度検出値Ｎｍを演算する。減算器２５は、速度指令値Ｎｒｅｆと速度検出演算部２４が演算した速度検出値Ｎｍとの差分を演算する。
【００３０】
速度指令値Ｎｒｅｆは、外部に設けられる上位の制御装置から入力される。例えば同期電動機５０がプレス機などに用いられている場合、上位の制御装置は、該プレス機の制御を司る制御装置などであり、プレス機を駆動する同期電動機への回転速度指令値が出力される。
【００３１】
速度制御部２６は、減算器２５の演算結果に基づいて、ｑ軸の電流を制御するｑ軸電流指令値ｉｑｒｅｆを演算する。電流リミット値生成処理部２７は、速度検出演算部２４から出力される速度検出値Ｎｍ、パラメータであるｄ軸電圧制限値ｖｄ＿ｌｉｍ＿ｉｎ、および演算ゲインｉｑ＿ｌｉｍ＿ｃａｌ＿ｇａｉｎに基づいて、ｑ軸電流指令リミット値ｉｑ＿ｌｉｍ＿ｏｕｔを生成して出力する。
【００３２】
ｄ軸電圧制限値ｖｄ＿ｌｉｍ＿ｉｎは、ｄ軸電圧の制限値を示す。演算ゲインｉｑ＿ｌｉｍ＿ｃａｌ＿ｇａｉｎは、ｑ軸電流指令値を導出する演算乗数値を示す。
【００３３】
これらｄ軸電圧制限値ｖｄ＿ｌｉｍ＿ｉｎおよび演算ゲインｉｑ＿ｌｉｍ＿ｃａｌ＿ｇａｉｎなどのパラメータは、例えば同期電動機制御装置１０に外部接続されるパーソナルコンピュータなどによって設定される。あるいは、ディップスイッチなどを用いてパラメータを設定するようにしてもよい。
【００３４】
電流指令リミット処理部２８は、電流リミット値生成処理部２７が生成したｑ軸電流指令リミット値ｉｑ＿ｌｉｍ＿ｏｕｔから速度制御部２６が演算したｑ軸電流指令値ｉｑｒｅｆを制限するｑ軸電流指令値ｉｑｒｅｆ＿ｏｕｔを出力する。
【００３５】
ｄ軸電流指令生成部２９は、電流指令リミット処理部２８から出力されるｑ軸電流指令値ｉｑｒｅｆ＿ｏｕｔに基づいて、ｄ軸（磁界成分）と電機子起磁力中心との相差角である起磁力相差角βに従ってｄ軸電流指令値ｉｄｒｅｆ＿ｏｕｔを出力する。
【００３６】
ｑ軸電流制御部３０は、電流指令リミット処理部２８から出力されるｑ軸電流指令値ｉｑｒｅｆ＿ｏｕｔに基づいて、ｑ軸電圧指令値ｖｑｒｅｆを演算する。ｄ軸電流制御部３１は、ｑ軸電流指令値ｉｑｒｅｆ＿ｏｕｔに基づいて、ｄ軸電圧指令値ｖｄｒｅｆを演算する。
【００３７】
三相変換部３２は、ｑ軸電流制御部３０が出力するｑ軸電圧指令値ｖｑｒｅｆおよびｄ軸電流制御部３１が出力するｄ軸電圧指令値ｖｄｒｅｆを三相指令値ｖｕｒｅｆ，ｖｖｒｅｆ，ｖｗｒｅｆに変換してインバータ回路２１に供給する。
【００３８】
続いて、同期電動機制御装置１０が有する電流リミット値生成処理部２７の動作について詳しく説明する。
【００３９】
図２は、図１の同期電動機制御装置１０によって制御される同期電動機５０のトルク−速度特性の一例を示した説明図である。
【００４０】
図２の一点鎖線は、リラクタンストルクを利用する同期電動機５０の設計上におけるトルク−速度特性を示したものである。ここでは、コンバータ回路２３から出力される直流電圧Ｖｄｃの低下は考慮しいないものとしており、該直流電圧Ｖｄｃは、例えば２７０Ｖ程度とする。
【００４１】
図２に示すように、同期電動機５０の最高速度Ｎｍａｘで負荷トルクを上げていくと、あるトルクから速度が線形特性に近い特性をもって低下していく。また、このときの直流電圧Ｖｄｃ（＝２７０Ｖ）を基準電圧と呼ぶことにする。
【００４２】
しかし、直流電圧Ｖｄｃが低くなった場合（Ｖｄｃ＜２７０Ｖ）は、ｑ軸電流制御部３０もしくはｄ軸電流制御部３１の電流指令にて同期電動機５０に電圧飽和が発生して、図２の実線に示すように、電圧飽和開始点から非線形特性によって速度が低下する。
【００４３】
この速度低下の原因である電圧飽和現象について、図３を用いて説明する。
【００４４】
図３は、図１の同期電動機制御装置１０におけるｄ軸電圧ｖｄおよびｑ軸電圧ｖｑにおける電圧ベクトルを示す説明図である。
【００４５】
ｄ軸電圧ｖｄの最大値を電圧ｖｄ＿ｍａｘとし、ｑ軸（トルク成分）電圧ｖｑの最大値を電圧ｖｑ＿ｍａｘとすると、インバータ回路２１が出力可能な電圧の最大値は、図３に示すように、円形になる。
【００４６】
電圧ベクトルの長さが、この円内であれば電圧飽和は発生しない。逆に、電圧ベクトルＢのように、この円の外側になると、電圧飽和が発生する。電圧飽和を抑制するためには、図３に示す電圧ベクトルＡのように、この円内に収まるようにベクトルの長さを抑制する必要がある。
【００４７】
そこで、同期電動機制御装置１０において、電流リミット値生成処理部２７は、ｑ軸電流制御部３０あるいはｄ軸電流制御部３１の電流指令によって電圧飽和が発生しない電流指令の制限値、すなわちｑ軸電流リミット値を導出する。
【００４８】
電流リミット値生成処理部２７は、上述したｑ軸電流リミット値を以下の原理から導出する。
【００４９】
電流リミット値生成処理部２７は、ｄ軸電圧制限値ｖｄ＿ｌｉｍ＿ｉｎと電動機速度Ｎｍに従って、ｑ軸電流リミット値を導出する。具体的には、同期電動機のｄ軸電圧方程式の干渉項から導出する。
【００５０】
一般的に、ｄｑ座標表現での同期電動機の電圧方程式は、以下に示す式（１）のとおりである。式（１）の同期電動機の電圧方程式において、干渉項は、式（２）のとおりであり、ｄ軸電圧方程式の干渉項はｖｏｄである。
【００５１】
式（１）および式（２）において、ｖｄはｄ軸電圧、ｖｑはｑ軸電圧、ｖｏｄはｄ軸の干渉電圧、ｖｏｑはｑ軸の干渉電圧、ｉｄはｄ軸電流、ｉｑはｑ軸電流、Ｒは同期電動機の巻線抵抗値、Ｌｄは同期電動機のｄ軸のインダクタンス値、Ｌｑは同期電動機のｑ軸のインダクタンス値、ωは同期電動機の電気角速度、Ψａは同期電動機の鎖交磁束である。
【００５２】
【数１】
2020043631.tif 000003
次に、電流リミット値生成処理部２７による具体的なｑ軸電流指令リミット値ｉｑ＿ｌｉｍ＿ｏｕｔの導出方法について、数式を用いて説明する。
【００５３】
電流リミット値生成処理部２７は、電動機速度Ｎｍに従って、以下の式（３）を用いて、ｑ軸電流指令リミット値ｉｑ＿ｌｉｍ＿ｏｕｔを導出する。また、ｑ軸電流指令リミット値ｉｑ＿ｌｉｍ＿ｏｕｔの値が負の値となった場合は、ｑ軸電流指令リミット値ｉｑ＿ｌｉｍ＿ｏｕｔ＝０とする。ここでは、電動機速度Ｎｍの単位として［ｍｉｎ−１］を想定している。また、式（３）におけるＰｐは同期電動機の極対数である。
【００５４】
式（３）のｖｄｌｉｍ＿ｉｎは、次のように事前に導出する。
【００５５】
【数２】
2020043631.tif 000004
同期電動機が最高回転数（電気角速度）にて駆動している時に印加される電流値ｉｄ、ｉｑを同期電動機のｄ軸電圧方程式の干渉項（式（２））に代入することによってｖｏｄを導出して、この時のｖｏｄをｖｄｌｉｍ＿ｉｎとする。
【００５６】
ｖｏｄは、式（２）によれば、同期電動機の回転数（電気角速度）ωにて値が変化するが、この回転数ωを上記のように最高回転数（電気角速度）［固定値］として代入することによって式（３）を簡略化する。これにより、同期電動機制御装置１０の演算処理負荷を軽減することができる。
【００５７】
また、ｑ軸電流指令値リミット値演算ゲインｉｑｌｉｍ＿ｃａｌ＿ｇａｉｎは、式（４）により、事前に導出する。
【００５８】
【数３】
2020043631.tif 000005
以上のように、電流リミット値生成処理部２７にて導出したｑ軸電流指令リミット値ｉｑ＿ｌｉｍ＿ｏｕｔに従って電流指令を制限するリミット処理を施すことによって、同期電動機５０の負荷が過大になった際でも、ｑ軸電流制御部３０あるいはｄ軸電流制御部３１からの電流指令による電圧飽和の発生を抑制することができる。
【００５９】
図４は、同期電動機におけるトルク−速度特性の一例を示す説明図である。
【００６０】
図４において、一点鎖線にて示すトルク−速度特性Ｃは、同期電動機が出力可能なトルク−速度特性である。点線にて示すトルク−速度特性Ｄは、電圧飽和の対策として課題にて述べた同期電動機の速度に対する一次関数として電流制限値を導出した際のトルク−速度特性である。実線にて示すトルク−速度特性Ｅは、電流リミット値生成処理部２７が導出した電圧飽和が発生しない電流指令の制限値であるｑ軸電流指令リミット値ｉｑ＿ｌｉｍ＿ｏｕｔを用いた際のトルク−速度特性である。
【００６１】
ｑ軸電流指令リミット値ｉｑ＿ｌｉｍ＿ｏｕｔは、ｄ軸電圧方程式から導出しているので、電圧飽和が発生しない境界レベルの値とすることができる。すなわち、図４の実線にて示すトルク−速度特性Ｅのように、高速域において余分に出力トルクを低減しすぎることなく、同期電動機の急激な出力トルク低下を抑制することができる。
【００６２】
それにより、同期電動機５０を安定して動作させることのできる同期電動機制御装置１０を提供することができる。
【００６３】
（実施の形態２）
実施の形態１では、コンバータ回路２３が出力する直流電圧Ｖｄｃが略一定値であることを前提として、ｑ軸電流リミット値を導出したが、本実施の形態２においては、コンバータ回路２３が出力する直流電圧Ｖｄｃの電圧が降下した場合に、その電圧降下分を考慮してｑ軸電流リミット値を導出する例について説明する。
【００６４】
図６は、本実施の形態２による同期電動機制御装置１０における構成の一例を示すブロック図である。
【００６５】
図６に示す同期電動機制御装置１０が前記実施の形態１の図１に示す同期電動機制御装置１０と異なっているところは、外部から入力されるパラメータである。図６に示す同期電動機制御装置１０では、ｄ軸電圧制限値ｖｄ＿ｌｉｍ＿ｉｎのパラメータの代わりに、ｄ軸電圧制限値演算ゲインｖｄ＿ｌｉｍ＿ｃａｌ＿ｇａｉｎおよびｄ軸電圧制限値演算オフセットｖｄ＿ｌｉｍ＿ｃａｌ＿ｏｆｓｔの２つのパラメータが新たに電流リミット値生成処理部２７に入力される。また、電流リミット値生成処理部２７に直流電圧Ｖｄｃが入力されているところも図１に示す同期電動機制御装置１０と異なっている点である。
【００６６】
ｄ軸電圧制限値演算ゲインｖｄ＿ｌｉｍ＿ｃａｌ＿ｇａｉｎは、ｄ軸電圧制限値を導出する演算乗数値を示す。ｄ軸電圧制限値演算オフセットｖｄ＿ｌｉｍ＿ｃａｌ＿ｏｆｓｔは、ｄ軸電圧の制限値を導出するオフセット値を示す。その他の接続構成については、図１と同様であるので説明は省略する。
【００６７】
電流リミット値生成処理部２７は、速度検出演算部２４から出力される速度検出値Ｎｍ、コンバータ回路２３が出力する直流電圧Ｖｄｃ、電流リミット値を生成するパラメータであるｄ軸電圧制限値演算ゲインｖｄ＿ｌｉｍ＿ｃａｌ＿ｇａｉｎ、ｄ軸電圧制限値演算オフセットｖｄ＿ｌｉｍ＿ｃａｌ＿ｏｆｓｔ、およびｑ軸電流指令値リミット値演算ゲインｉｑ＿ｌｉｍ＿ｃａｌ＿ｇａｉｎに基づいて、ｑ軸電流指令値リミット値ｉｑ＿ｌｉｍ＿ｏｕｔを生成して出力する。
【００６８】
つづいて、直流電圧Ｖｄｃと電圧飽和現象の関係性について説明する。
【００６９】
図５は、電圧飽和現象を説明する説明図である。
【００７０】
この図５は、ｄ軸電圧ｖｄおよびｑ軸電圧ｖｑにおける電圧ベクトルを示している。図５において、直流電圧Ｖｄｃが基準電圧であるｖｄ＿ｌｉｍ＿ｉｎ＿ｖｄｃ＿ｂａｓｅの場合は、ｄ軸電圧ｖｄおよびｑ軸電圧ｖｑの最大値は、それぞれ電圧ｖｄ＿ｍａｘ１、電圧ｖｑ＿ｍａｘ１であり、図６のインバータ回路２１が出力可能な電圧の最大値は、図５に示すインバータ回路出力電圧最大値Ｃ１ように円形になる。
【００７１】
このとき、電圧ベクトルの長さが、この円内であれば電圧飽和は発生しない。逆に、電圧ベクトルの長さが、電圧ベクトルＢ１に示すように、この円の外側の領域（図６のハッチングにて示す領域）になると、電圧飽和が発生する。電圧飽和を抑制するためには、電圧ベクトルＡ１に示すように、この円内に収まるようにベクトルの長さを抑制する必要がある。
【００７２】
また、直流電圧Ｖｄｃが最低電圧値であるｖｄ＿ｌｉｍ＿ｉｎ＿ｖｄｃ＿ｍｉｎ（＜  ｖｄ＿ｌｉｍ＿ｉｎ＿ｖｄｃ＿ｂａｓｅ）の場合は、ｄ軸電圧ｖｄおよびｑ軸電圧ｖｑの最大値は、それぞれ電圧ｖｄ＿ｍａｘ２、電圧ｖｑ＿ｍａｘ２であり、インバータ回路２１が出力可能な電圧の最大値は、図５のインバータ回路出力電圧最大値Ｃ２に示す円形になる。
【００７３】
直流電圧Ｖｄｃがｖｄ＿ｌｉｍ＿ｉｎ＿ｖｄｃ＿ｂａｓｅの場合と同様に、電圧飽和を抑制するためには、図５の電圧ベクトルＡ２に示すように、この円内に収まるようにベクトルの長さを抑制する必要がある。
【００７４】
直流電圧Ｖｄｃの大小関係と同様に、電圧ベクトルの長さは、式（５）の関係となる。
【００７５】
【数４】
2020043631.tif 000006
よって、上記のように、直流電圧Ｖｄｃが変化する場合は、電圧飽和現象を抑制するために直流電圧Ｖｄｃに従って最大の電圧ベクトル長を抑制する必要がある。
【００７６】
図７は、図６の同期電動機制御装置１０が有する電流リミット値生成処理部２７における構成の一例を示す説明図である。
【００７７】
電流リミット値生成処理部２７は、図７に示すように、ｄ軸電圧制限値生成処理部３５およびｑ軸電流制限値生成処理部３６から構成されている。ｄ軸電圧制限値生成処理部３５には、直流電圧Ｖｄｃ、パラメータであるｄ軸電圧制限値演算ゲインｖｄ＿ｌｉｍ＿ｃａｌ＿ｇａｉｎ、およびパラメータであるｄ軸電圧制限値演算オフセットｖｄ＿ｌｉｍ＿ｃａｌ＿ｏｆｓｔが入力される。
【００７８】
そして、ｄ軸電圧制限値生成処理部３５は、直流電圧Ｖｄｃ、ｄ軸電圧制限値演算ゲインｖｄ＿ｌｉｍ＿ｃａｌ＿ｇａｉｎ、およびｄ軸電圧制限値演算オフセットｖｄ＿ｌｉｍ＿ｃａｌ＿ｏｆｓｔに基づいて、ｄ軸電圧制限値ｖｄ＿ｌｉｍ＿ｃａｌを算出して出力する。
【００７９】
ｑ軸電流制限値生成処理部３６には、速度検出値Ｎｍ、ｄ軸電圧制限値生成処理部３５から出力されるｄ軸電圧制限値ｖｄ＿ｌｉｍ＿ｃａｌ、およびパラメータであるｑ軸電流指令値リミット値演算ゲインｉｑ＿ｌｉｍ＿ｃａｌ＿ｇａｉｎがそれぞれ入力される。
【００８０】
そして、ｑ軸電流制限値生成処理部３６は、入力された速度検出値Ｎｍ、ｄ軸電圧制限値ｖｄ＿ｌｉｍ＿ｃａｌ、およびｑ軸電流指令値リミット値演算ゲインｉｑ＿ｌｉｍ＿ｃａｌ＿ｇａｉｎに基づいて、ｑ軸電流指令値リミット値ｉｑ＿ｌｉｍ＿ｏｕｔを算出して出力する。
【００８１】
電流リミット値生成処理部２７は、直流電圧Ｖｄｃを考慮して、ｑ軸電流制御部３０もしくはｄ軸電流制御部３１にて電圧飽和が発生しない電流指令の制限値であるｑ軸電流リミット値を導出する。
【００８２】
電流リミット値生成処理部２７は、このｑ軸電流リミット値を以下の原理から導出している。具体的には、直流電圧Ｖｄｃを考慮して、同期電動機５０のｄ軸電圧方程式の干渉項から導出する。
【００８３】
続いて、電流リミット値生成処理部２７による具体的なｑ軸電流指令リミット値ｉｑ＿ｌｉｍ＿ｏｕｔの導出方法を数式を用いて説明する。
【００８４】
まず、ｄ軸電圧制限値生成処理部３５において、以下に示す式（６）にて、計算値であるｄ軸電圧制限値ｖｄ＿ｌｉｍ＿ｃａｌを導出する。Ｖｄｃ＿ｂａｓｅは、コンバータ回路２３が供給する直流電圧Ｖｄｃの基準電圧であり、Ｖｄｃ＿ｍｉｎは、コンバータ回路２３が供給する直流電圧Ｖｄｃの最低電圧である。
【００８５】
【数５】
2020043631.tif 000007
ｄ軸電圧制限値演算ゲインｖｄ＿ｌｉｍ＿ｃａｌ＿ｇａｉｎは、式（７）により、ｄ軸電圧制限値（基準）ｖｄ＿ｌｉｍ＿ｉｎ＿ｖｄｃ＿ｂａｓｅ、ｄ軸電圧制限値ｖｄ＿ｌｉｍ＿ｉｎ＿ｖｄｃ＿ｍｉｎ、直流電圧の基準電圧Ｖｄｃ＿ｂａｓｅ、直流電圧の最低電圧Ｖｄｃ＿ｍｉｎを代入することによって事前に導出する。
【００８６】
【数６】
2020043631.tif 000008
また、ｄ軸電圧制限値演算オフセットｖｄ＿ｌｉｍ＿ｃａｌ＿ｏｆｓｔにおいても、式（８）により、ｄ軸電圧制限値演算ゲインｖｄ＿ｌｉｍ＿ｃａｌ＿ｇａｉｎ、ｄ軸電圧制限値ｖｄ＿ｌｉｍ＿ｉｎ＿ｖｄｃ＿ｂａｓｅ、直流電圧の基準電圧Ｖｄｃ＿ｂａｓｅを代入することにより、事前に導出する。
【００８７】
【数７】
2020043631.tif 000009
ｖｄ＿ｌｉｍ＿ｉｎ＿ｖｄｃ＿ｂａｓｅは、直流電圧Ｖｄｃ＝Ｖｄｃ＿ｂａｓｅの場合、同期電動機が最高回転数（電気角速度）で駆動している時に印加する電流値ｉｄ，ｉｑを同期電動機のｄ軸電圧方程式の干渉項（式（２））に代入することによってｖｏｄを導出する。この時のｖｏｄは、ｖｄ＿ｌｉｍ＿ｉｎ＿ｖｄｃ＿ｂａｓｅとして事前に設定する。
【００８８】
また、ｖｄ＿ｌｉｍ＿ｉｎ＿ｖｄｃ＿ｍｉｎは、直流電圧Ｖｄｃ＝Ｖｄｃ＿ｍｉｎの場合、同期電動機が最高回転数（電気角速度）で駆動している時に印加する電流値ｉｄ、ｉｑを同期電動機のｄ軸電圧方程式の干渉項（式（２））に代入することによってｖｏｄを導出する。この時のｖｏｄをｖｄ＿ｌｉｍ＿ｉｎ＿ｖｄｃ＿ｍｉｎとして事前に設定する。
【００８９】
ｑ軸電流制限値生成処理部３６は、速度検出値Ｎｍに従って、式（９）にてｑ軸電流指令リミット値ｉｑ＿ｌｉｍ＿ｏｕｔを導出する。また、ｑ軸電流指令リミット値ｉｑ＿ｌｉｍ＿ｏｕｔの値が負の値となった場合は、ｉｑ＿ｌｉｍ＿ｏｕｔ＝０とする。ここでは、速度検出値Ｎｍの単位は［ｍｉｎ−１］を想定している。また、Ｐｐは同期電動機の極対数である。
【００９０】
【数８】
2020043631.tif 000010
また、ｑ軸電流指令値リミット値演算ゲインｉｑｌｉｍ＿ｃａｌ＿ｇａｉｎは、上記した式（４）により、事前に導出する。
【００９１】
以上のように、電流リミット値生成処理部２７にて導出したｑ軸電流指令リミット値ｉｑ＿ｌｉｍ＿ｏｕｔに従って電流指令リミット処理を施すことによって、たとえ直流電圧Ｖｄｃが変動する場合であっても、同期電動機５０の負荷が過大になった際の電圧飽和の発生を抑制することができる。
【００９２】
図８は、本実施の形態２による同期電動機におけるトルク−速度特性の一例を示す説明図である。
【００９３】
図８において、点線にて示すトルク-速度特性Ａ３は、直流電圧Ｖｄｃがｄ軸電圧制限値ｖｄ＿ｌｉｍ＿ｉｎ＿ｖｄｃ＿ｂａｓｅである場合の同期電動機が出力可能なトルク−速度特性である。一点鎖線にて示す示すトルク-速度特性Ａ４は、直流電圧Ｖｄｃがｄ軸電圧制限値ｖｄ＿ｌｉｍ＿ｉｎ＿ｖｄｃ＿ｍｉｎである場合の同期電動機が出力可能なトルク−速度特性を示している。
【００９４】
実太線にて示すトルク−速度特性Ｃ１は、直流電圧Ｖｄｃがｄ軸電圧制限値ｖｄ＿ｌｉｍ＿ｉｎ＿ｖｄｃ＿ｍｉｎの場合において、電圧飽和が発生しない電流指令の制限値であるｑ軸電流指令リミット値ｉｑ＿ｌｉｍ＿ｏｕｔを用いた際のトルク−速度特性である。
【００９５】
実細線にて示すトルク-速度特性Ｃ２は、直流電圧Ｖｄｃがｄ軸電圧制限値ｖｄ＿ｌｉｍ＿ｉｎ＿ｖｄｃ＿ｂａｓｅの場合において、電圧飽和が発生しない電流指令の制限値であるｑ軸電流指令リミット値ｉｑ＿ｌｉｍ＿ｏｕｔを用いた際のトルク−速度特性である。
【００９６】
上述したようにｑ軸電流指令リミット値ｉｑ＿ｌｉｍ＿ｏｕｔは、ｄ軸電圧方程式から導出しているので、電圧飽和が発生しない境界レベルでの値とすることができる。すなわち、図８のトルク−速度特性Ｃ１，Ｃ２に示すように、同期電動機５０の高速回転域において余分に出力トルクを低減させることなく、該同期電動機５０の急激な出力トルクの低下を抑制することができる。
【００９７】
以上により、同期電動機５０をより安定して動作させることのできる同期電動機制御装置１０を提供することができる。
【００９８】
（実施の形態３）
前記実施の形態２では、コンバータ回路２３が出力する直流電圧ｖｄｃの電圧が降下した際に、その電圧降下分を考慮してｑ軸電流リミット値を導出していた。ｑ軸電流リミット値の導出の基準となるｄ軸電圧制限値（基準）ｖｄ＿ｌｉｍ＿ｉｎ＿ｖｄｃ＿ｂａｓｅおよびｄ軸電圧制限値（最低）ｖｄ＿ｌｉｍ＿ｉｎ＿ｖｄｃ＿ｍｉｎは、いずれも同期電動機５０が最高速度にて運転している場合の値としている。
【００９９】
そのため、低速域では、電圧飽和せずに印加することのできる軸電流値に対して、ｑ軸電流リミット値が小さくなり、同期電動機５０が出力可能なトルクに対して出力トルクが小さくなる場合がある。
【０１００】
そこで、本実施の形態３においては、コンバータ回路２３が出力する直流電圧Ｖｄｃが電圧降下した場合であっても、その電圧降下分と同期電動機５０の速度とを考慮して、該同期電動機５０が効率的にトルクを出力することのできるｑ軸電流リミット値を導出する例について説明する。
【０１０１】
図９は、本実施の形態３による同期電動機制御装置１０における構成の一例を示す説明図である。
【０１０２】
図９に示す同期電動機制御装置１０が、前記実施の形態２の図６に示す同期電動機制御装置１０と異なるところは、電流リミット値生成処理部２７に入力されるパラメータである。
【０１０３】
図９の同期電動機制御装置１０では、図６の電流リミット値生成処理部２７に入力されるｑ軸電流指令値リミット値演算ゲインｉｑ＿ｌｉｍ＿ｃａｌ＿ｇａｉｎとｄ軸電圧制限値演算オフセットｖｄ＿ｌｉｍ＿ｃａｌ＿ｏｆｓｔとに加えて、ｑ軸電流指令値リミット値ｉｑ＿ｌｉｍ＿ｍａｘ、ｑ軸電流指令値リミット値切り替え速度演算ゲインＮ＿ｃｈｇ＿ｃａｌ＿ｇａｉｎ、およびｑ軸電流指令値リミット値切り替え速度演算オフセットＮ＿ｃｈｇ＿ｃａｌ＿ｏｆｓｔが新たに電流リミット値を生成するパラメータとして入力される構成となっている。ｑ軸電流指令値リミット値ｉｑ＿ｌｉｍ＿ｍａｘは、ｑ軸電流指令値リミット値の最大値である。
【０１０４】
電流リミット値生成処理部２７は、これら入力されるパラメータに基づいて、ｑ軸電流指令リミット値ｉｑ＿ｌｉｍ＿ｏｕｔを生成して出力する。その他の接続構成については、図６の同期電動機制御装置１０と同様であるので説明は省略する。
【０１０５】
図１０は、図９の同期電動機制御装置１０が有する電流リミット値生成処理部２７における構成の一例を示す説明図である。
【０１０６】
電流リミット値生成処理部２７は、図１０に示すように、ｄ軸電圧制限値生成処理部３５、ｑ軸電流制限値生成処理部３６、ｑ軸電流制限値切替速度生成処理部３７、ｑ軸電流制限値切替処理部３８、および一次遅れフィルタ３９から構成されている。
【０１０７】
ｄ軸電圧制限値生成処理部３５は、コンバータ回路２３が出力する直流電圧Ｖｄｃ、ｄ軸電圧制限値演算ゲインｖｄ＿ｌｉｍ＿ｃａｌ＿ｇａｉｎ、およびｄ軸電圧制限値演算オフセットｖｄ＿ｌｉｍ＿ｃａｌ＿ｏｆｓｔに基づいて、ｄ軸電圧制限値ｖｄ＿ｌｉｍ＿ｃａｌを生成して出力する。
【０１０８】
ｑ軸電流制限値生成処理部３６は、速度検出演算部２４から出力される速度検出値Ｎｍ、ｄ軸電圧制限値生成処理部３５から出力されるｄ軸電圧制限値ｖｄ＿ｌｉｍ＿ｃａｌ、およびパラメータであるｑ軸電流指令値リミット値演算ゲインｉｑ＿ｌｉｍ＿ｃａｌ＿ｇａｉｎに基づいて、ｑ軸電流指令値リミット値ｉｑ＿ｌｉｍ＿ｃａｌを生成して出力する。
【０１０９】
ｑ軸電流制限値切替速度生成処理部３７は、直流電圧Ｖｄｃ、パラメータであるｑ軸電流指令値リミット値切り替え速度演算ゲインＮ＿ｃｈｇ＿ｃａｌ＿ｇａｉｎ、およびｑ軸電流指令値リミット値切り替え速度演算オフセットＮ＿ｃｈｇ＿ｃａｌ＿ｏｆｓｔに基づいて、ｑ軸電流指令値を切り替えるｑ軸電流指令値リミット値切り替え速度Ｎ＿ｃｈｇ＿ｌｖｌを生成して出力する。
【０１１０】
ｑ軸電流制限値切替処理部３８は、速度検出値Ｎｍ、ｑ軸電流制限値生成処理部３６から出力されるｑ軸電流指令値リミット値ｉｑ＿ｌｉｍ＿ｃａｌ、ｑ軸電流制限値切り替え速度生成処理部３７から出力されるｑ軸電流指令値リミット値切り替え速度Ｎ＿ｃｈｇ＿ｌｖｌ、およびパラメータであるｑ軸電流指令値リミット値（最大）ｉｑ＿ｌｉｍ＿ｍａｘに基づいて、ｑ軸電流指令値リミット値ｉｑ＿ｌｉｍ＿ｓｅｔを生成して出力する。
【０１１１】
一次遅れフィルタ３９は、例えばローパスフィルタなどからなり、ｑ軸電流制限値切替処理部３８から出力されるｑ軸電流指令値リミット値ｉｑ＿ｌｉｍ＿ｓｅｔを一次遅れフィルタ処理を施してｑ軸電流指令リミット値ｉｑ＿ｌｉｍ＿ｏｕｔを出力する。
【０１１２】
このように、電流リミット値生成処理部２７は、直流電圧Ｖｄｃの電圧レベルを考慮して、ｑ軸電流制御部３０もしくはｄ軸電流制御部３１にて電圧飽和が発生しないように電流指令の制限値、すなわちｑ軸電流リミット値を導出する。
【０１１３】
電流リミット値生成処理部２７は、ｑ軸電流リミット値を以下の原理にて導出している。具体的には、ｑ軸電流リミット値は、直流電圧Ｖｄｃを考慮して、同期電動機５０のｄ軸電圧方程式の干渉項から導出する。加えて、この導出結果を速度検出値Ｎｍに基づいてｑ軸電流指令値リミット値（最大）ｉｑ＿ｌｉｍ＿ｍａｘに切り替えている。
【０１１４】
続いて、電流リミット値生成処理部２７における具体的なｑ軸電流指令リミット値ｉｑ＿ｌｉｍ＿ｏｕｔの導出方法について数式を用いて説明する。
【０１１５】
まず、ｄ軸電圧制限値生成処理部３５が、上記した式（６）〜式（８）にてｄ軸電圧制限値ｖｄ＿ｌｉｍ＿ｃａｌを導出する。そして、ｑ軸電流制限値生成処理部３６が、速度検出値Ｎｍに従って、式（１０）からｑ軸電流リミット値ｉｑ＿ｌｉｍ＿ｃａｌを導出する。
【０１１６】
また、ｑ軸電流リミット値ｉｑ＿ｌｉｍ＿ｃａｌが負の値となった場合は、ｉｑ＿ｌｉｍ＿ｃａｌ＝０とする。ここでは、速度検出値Ｎｍの単位は［ｍｉｎ−１］を想定している。また、Ｐｐは同期電動機の極対数である。
【０１１７】
【数９】
2020043631.tif 000011
（式）７におけるｖｄ＿ｌｉｍ＿ｉｎ＿ｖｄｃ＿ｂａｓｅは、コンバータ回路２３から出力される直流電圧Ｖｄｃ＝Ｖｄｃ＿ｂａｓｅの場合において、同期電動機５０が最高回転数（電気角速度）で駆動している時に印加する電流値ｉｄ、ｉｑを同期電動機５０のｄ軸電圧方程式の干渉項（式（２））に代入することでｖｏｄを導出し、この時のｖｏｄをｖｄ＿ｌｉｍ＿ｉｎ＿ｖｄｃ＿ｂａｓｅとして事前に設定する。
【０１１８】
また、式（７）のｖｄ＿ｌｉｍ＿ｉｎ＿ｖｄｃ＿ｍｉｎは、直流電圧Ｖｄｃ＝Ｖｄｃ＿ｍｉｎの場合において、同期電動機５０が最高回転数（電気角速度）で駆動している時に印加する電流値ｉｄ、ｉｑを同期電動機５０のｄ軸電圧方程式の干渉項（式（２））に代入することでｖｏｄを導出し、この時のｖｏｄをｖｄ＿ｌｉｍ＿ｉｎ＿ｖｄｃ＿ｍｉｎとして事前に設定する。
【０１１９】
また、ｑ軸電流指令値リミット値演算ゲインｉｑｌｉｍ＿ｃａｌ＿ｇａｉｎは、前記式（４）により、事前に導出する。
【０１２０】
ｑ軸電流制限値切り替え速度生成処理部３７は、式（１１）を用いてｄ軸電圧制限値Ｎ＿ｃｈｇ＿ｌｖｌを導出する。
【０１２１】
【数１０】
2020043631.tif 000012
ｑ軸電流指令値リミット値切り替え速度演算ゲインＮ＿ｃｈｇ＿ｃａｌ＿ｇａｉｎは、式（１２）を用いて事前に導出する。ここで、式（１２）におけるＮ＿ｃｈｇ＿ｌｖｌ＿ｂａｓｅは、直流電圧Ｖｄｃが基準電圧の時の同期電動機５０のｑ軸電流指令値リミット値の切り替え点である。同じく式（１２）におけるＮ＿ｃｈｇ＿ｌｖｌ＿ｍｉｎは、直流電圧Ｖｄｃが最低電圧の時のｑ軸電流指令値リミット値の切り替え点を示す。
【０１２２】
【数１１】
2020043631.tif 000013
また、ｑ軸電流指令値リミット値切り替え速度演算オフセットＮ＿ｃｈｇ＿ｃａｌ＿ｏｆｓｔは、式（１３）を用いて事前に導出する。
【０１２３】
【数１２】
2020043631.tif 000014
また、ｑ軸電流制限値切替処理部３８において、式（１４）にてｑ軸電流指令値リミット値ｉｑ＿ｌｉｍ＿ｓｅｔを導出する。
【０１２４】
【数１３】
2020043631.tif 000015
ｑ軸電流制限値切替処理部３８は、ｑ軸電流指令値リミット値ｉｑ＿ｌｉｍ＿ｓｅｔを切り替えした際に発生する同期電動機５０の切り替えショックを軽減するために、一次遅れフィルタ３９によってｑ軸電流指令値リミット値ｉｑ＿ｌｉｍ＿ｓｅｔに対して一次遅れフィルタ処理を施した後、ｑ軸電流指令リミット値ｉｑ＿ｌｉｍ＿ｏｕｔを出力する。
【０１２５】
このように、一次遅れフィルタ３９によるフィルタ処理を行うことによって、同期電動機５０に供給される電流値を滑らかに変化させることができるので、該同期電動機５０の急激な回転変化を防止することができる。
【０１２６】
以上のように、電流リミット値生成処理部２７が導出したｑ軸電流指令リミット値ｉｑ＿ｌｉｍ＿ｏｕｔに従って電流指令リミット処理を施すことによって、直流電圧Ｖｄｃが時変する場合においても、同期電動機５０の負荷が過大になった際にｑ軸電流制御部３０もしくはｄ軸電流制御部３１にて圧飽和が発生することを抑制することができる。
【０１２７】
さらに、このｑ軸電流指令リミット値ｉｑ＿ｌｉｍ＿ｏｕｔは、ｄ軸電圧方程式から導出しているので、電圧飽和が発生しないレベルでの値とすることができる。また、同期電動機５０の速度を監視して、ｑ軸電流指令リミット値をｑ軸電流指令値リミット値（最大）ｉｑ＿ｌｉｍ＿ｍａｘへ切り替えることにより、低速域においてｑ軸電流リミット値を過度に小さくしすぎないようすることができる。
【０１２８】
図１１は、直流電圧Ｖｄｃが変化する場合における同期電動機５０のトルク−速度特性の一例を示す説明図である。
【０１２９】
図１１において、点線にて示すトルク−速度特性Ａ３は、直流電圧Ｖｄｃがｄ軸電圧制限値ｖｄ＿ｌｉｍ＿ｉｎ＿ｖｄｃ＿ｂａｓｅである場合の同期電動機が出力可能なトルク−速度特性である。
【０１３０】
一点鎖線にて示すトルク−速度特性Ａ６は、直流電圧Ｖｄｃがｄ軸電圧制限値ｖｄ＿ｌｉｍ＿ｉｎ＿ｖｄｃ＿ｍｉｎである場合の同期電動機が出力可能なトルク−速度特性である。
【０１３１】
実太線にて示すトルク−速度特性Ｃ３は、直流電圧Ｖｄｃがｄ軸電圧制限値ｖｄ＿ｌｉｍ＿ｉｎ＿ｖｄｃ＿ｂａｓｅの場合において、電圧飽和が発生しない電流指令の制限値であるｑ軸電流指令リミット値ｉｑ＿ｌｉｍ＿ｏｕｔを用いた際のトルク−速度特性である。
【０１３２】
実細線にて示すトルク−速度特性Ｃ４は、直流電圧Ｖｄｃがｄ軸電圧制限値ｖｄ＿ｌｉｍ＿ｉｎ＿ｖｄｃ＿ｍｉｎの場合において、電圧飽和が発生しない電流指令の制限値であるｑ軸電流指令リミット値ｉｑ＿ｌｉｍ＿ｏｕｔを用いた際のトルク−速度特性である。
【０１３３】
上述したように、直流電圧Ｖｄｃの電圧が低下しても、同期電動機５０の速度を考慮してｑ軸電流リミット値をｑ軸電流指令値リミット値（最大）ｉｑ＿ｌｉｍ＿ｍａｘへ切り替えることにより、図１１のトルク−速度特性Ｃ３，Ｃ４に示すように、同期電動機５０の低速域ならびに高速域において、余分に出力トルクを低減しすぎることなく、同期電動機５０の急激な出力トルク低下を抑制することができる。
【０１３４】
これにより、直流電圧Ｖｄｃの電圧が低下した場合であっても、その電圧降下分および同期電動機５０の速度を考慮して、効率的に同期電動機５０のトルクを出力させることができる。
【０１３５】
よって、同期電動機５０をより一層安定して動作させることができる。
【０１３６】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の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種々変更可能であることはいうまでもない。
【０１３７】
なお、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
【０１３８】
また、ある実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【０１３９】
１０  同期電動機制御装置
２１  インバータ回路
２３  コンバータ回路
２４  速度検出演算部
２５  減算器
２６  速度制御部
２７  電流リミット値生成処理部
２８  電流指令リミット処理部
２９  ｄ軸電流指令生成部
３０  ｑ軸電流制御部
３１  ｄ軸電流制御部
３２  三相変換部
３５  ｄ軸電圧制限値生成処理部
３６  ｑ軸電流制限値生成処理部
３７  ｑ軸電流制限値切替速度生成処理部
３８  ｑ軸電流制限値切替処理部
３９  一次遅れフィルタ
５０  同期電動機
５１  位置検出器
【図１】
2020043631.tif 000016
【図２】
2020043631.tif 000017
【図３】
2020043631.tif 000018
【図４】
2020043631.tif 000019
【図５】
2020043631.tif 000020
【図６】
2020043631.tif 000021
【図７】
2020043631.tif 000022
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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