(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石によるマグネットトルクとリラクタンストルクを発生可能なモータを制御するモータ制御装置において、
前記モータの出力トルクを演算するトルク演算部と、
トルク指令値と前記トルク演算値が一致するように、基準電流ベクトルに加える弱め磁束電流ベクトルの角度を決定する弱め磁束角度演算部と、
前記モータの端子電圧を取得する電圧取得部と、
前記モータの端子電圧が前記モータに印加可能な最大電圧以下となるように、前記弱め磁束電流ベクトルの振幅を決定するする弱め磁束振幅演算部と、
前記基準電流ベクトルに前記弱め磁束電流ベクトルを加えて指令電流ベクトルを演算する指令電流演算部とを備え、
前記弱め磁束角度演算部は、前記トルク指令値から前記トルク演算値を減算して得たトルク差分値に応じた補正角度を前記基準電流ベクトルの角度から減算して前記弱め磁束電流ベクトルの角度を決定することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記弱め磁束振幅演算部は、前記モータの端子電圧が前記最大印加電圧よりも低い場合には、前記弱め磁束電流ベクトルの振幅をゼロとし、前記モータの端子電圧が前記最大印加電圧以上の場合には、前記モータの端子電圧から前記最大印加電圧を減算して得た電圧差分値に応じて前記弱め磁束電流ベクトルの振幅を増加させることを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記トルク演算部は、電機子鎖交磁束、ｄ軸電流、ｑ軸電流、ｄ軸インダクタンスおよびｑ軸インダクタンスを用いて求めたマグネットトルクとリラクタンストルクを加算することにより第１トルクを演算し、出力電力から銅損と鉄損を減じて回転速度で除算することにより第２トルクを演算し、高速低トルクの運転領域では前記第１トルクを前記モータの出力トルクとし、低速高トルクの運転領域では前記第２トルクを前記モータの出力トルクとすることを特徴とする請求項１または２記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記トルク演算部は、前記高速低トルクの運転領域と前記低速高トルクの運転領域とを除くその他の運転領域では、回転速度とトルクに応じて前記第１トルクと前記第２トルクを加重平均して前記モータの出力トルクとすることを特徴とする請求項３記載のモータ制御装置。
【請求項５】
指令トルクを出力するのに必要な電流振幅が最小となるように前記基準電流ベクトルを決定する基準電流決定部を備えていることを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載のモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、マグネットトルクとリラクタンストルクを発生可能なモータを制御するモータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電車や電気自動車等のシステムでは、永久磁石モータやリラクタンスモータをインバータで駆動する。この場合、モータの端子電圧は、インバータの出力可能な最大電圧を超えることができない。そこで、高速回転で定出力運転をしている時に、モータの端子電圧が最大電圧以下になるように弱め磁束制御を実施する必要がある。永久磁石モータの弱め磁束制御は、永久磁石による磁束と電機子電流により作られる磁束とが逆向きになるような電機子電流、すなわちマイナスのｄ軸電流を流すのが一般的である。
【０００３】
しかし、永久磁石によるトルク（以下、マグネットトルクと称す）とリラクタンストルクの合成トルクを発生するモータに対し弱め磁束制御を実行する場合、弱め磁束制御のための電流をｄ軸方向に固定して流すと制御が不安定になる虞がある。これは、電流振幅を制御することにより所望のトルクを得るトルク制御との干渉により、弱め磁束の効果が得られず、結果としてモータ端子電圧をインバータの出力可能な最大電圧以下に制限することができなくなるからである。
【０００４】
この現象は、回転子鉄心の内部に永久磁石を埋め込んでマグネットトルクとリラクタンストルクの合成トルクを出力する埋め込み型永久磁石モータにおいても同様に生じる可能性がある。この現象に対し、弱め磁束の深さによって曲線的に変化する定トルク曲線をなぞるように弱め磁束制御を行う技術がある（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２７４６９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、モータの特性、運転範囲、電流通電状態によらず、安定かつ簡易な演算により弱め磁束制御を実施することができるモータ制御装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態のモータ制御装置は、永久磁石によるマグネットトルクとリラクタンストルクを発生可能なモータを制御する。トルク演算部は、モータの出力トルクを演算する。弱め磁束角度演算部は、モータのトルク指令値とトルク演算値が一致するように、基準電流ベクトルに対して加える弱め磁束電流ベクトルの角度を決定する。電圧取得部は、モータの端子電圧を取得する。弱め磁束振幅演算部は、モータの端子電圧がモータに印加可能な最大電圧以下となるように、弱め磁束電流ベクトルの振幅を決定する。具体的には、モータの端子電圧が最大印加電圧よりも低い場合には、弱め磁束電流ベクトルの振幅をゼロとし、モータの端子電圧が最大印加電圧以上の場合には、モータの端子電圧から最大印加電圧を減算して得た電圧差分値に応じて弱め磁束電流ベクトルの振幅を増加させる。指令電流演算部は、基準電流ベクトルに弱め磁束電流ベクトルを加えて指令電流ベクトルを演算する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】一実施形態によるモータ制御装置のブロック構成図
【図２】弱め磁束角度演算部のブロック構成図
【図３】弱め磁束振幅演算部のブロック構成図
【図４】弱め磁束制御に係るモータ制御処理のフローチャート
【図５】ｄｑ座標軸上の最適電流ラインと定トルク曲線を示す図
【図６】図５に対し定電圧円を加えた図
【図７】基準電流ベクトル、弱め磁束電流ベクトルおよび指令電流ベクトルの関係を示すベクトル図
【図８】回転速度−トルク特性とトルク演算方法の切替条件を示す図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図面を参照しながら一実施形態を説明する。図１に示すモータ制御装置１は、回転子鉄心の内部に永久磁石が埋め込まれた永久磁石モータ２を制御する。この永久磁石モータ２（以下、モータ２と称す）は、永久磁石によるマグネットトルクと、磁気的突極性によるリラクタンストルクを発生可能なモータである。
【００１０】
モータ制御装置１の主回路は、直流電圧Ｖdcを出力する直流電源３、ＩＧＢＴなどのスイッチング素子が３相ブリッジ接続されたインバータ４、直流電圧Ｖdcの大きさを検出する電圧センサ５、モータ２の回転子位置を検出する位置センサ６、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検出する電流センサ７ｕ、７ｖ、７ｗなどから構成されている。位置センサ６は、例えばホールＩＣから構成されている。電流センサ７ｕ、７ｖ、７ｗは、例えばホールＣＴから構成されている。
【００１１】
主回路以外の構成部分からなる制御部８は、マイクロコンピュータを用いたソフトウェア処理により実現されている。マイクロコンピュータは、ＣＰＵ、ＲＡＭ、不揮発性メモリ（ＲＯＭ、フラッシュメモリ等）、位置信号やゲート信号を入出力するポート、上位装置との間で通信するシリアル通信回路、直流電圧Ｖdcと相電流Ｉｕ、Ｉｖ、ＩｗをＡ／Ｄ変換して入力するＡ／Ｄ変換器、ＰＷＭ処理を行うためのタイマなどを備えている。
【００１２】
位置・速度検出部９は、位置センサ６から出力される例えば６０°（電気角）ごとに変化する位置信号に対し角度補間処理および回転速度検出処理を行い、角度分解能を高めた回転位相角θｒおよび回転速度ωを演算する。電流変換部１０は、３相−２相変換と回転座標変換を併せて行うもので、回転位相角θｒに基づいて静止座標系の３相の電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを回転座標系の２相の電流Ｉｄ、Ｉｑに変換する。
【００１３】
指令トルク決定部１１は、トルクや回転速度のフィードバック制御において必要とされる指令トルクＴrefを決定する。基準電流決定部１２は、指令トルクＴrefに基づいて、電流振幅Ｉampが最も小さくなるようなｄ軸電流Ｉｄとｑ軸電流Ｉｑを決定する。この電流振幅最小基準に従って決定された電流を基準ｄ軸電流Ｉdrefb、基準ｑ軸電流Ｉqrefbと称す。
【００１４】
マグネットトルクとリラクタンストルクを併用するモータ２の出力トルクＴは、一般に（１）式で表される。電流振幅Ｉampは（２）式で表される。ここで、φは永久磁石による電機子鎖交磁束（誘起電圧定数）、Ｌｄ、Ｌｑはそれぞれｄ軸、ｑ軸のインダクタンス、Ｐは極対数である。
Ｔ＝Ｉｑφ＋Ｐ（Ｌｄ−Ｌｑ）ＩｄＩｑ    …（１）
Ｉamp＝（Ｉｄ２＋Ｉｑ２）１／２    …（２）
【００１５】
（１）式左辺のトルクＴを出力できるｄ軸電流Ｉｄとｑ軸電流Ｉｑの組み合わせ（電流ベクトル）は多岐に亘るが、（２）式左辺の電流振幅Ｉampが最小となる組み合わせは１つである。基準電流決定部１２は、（１）式と（２）式を用いた演算により、または予めメモリに記憶されたテーブルを参照することにより、基準ｄ軸電流Ｉdrefbと基準ｑ軸電流Ｉqrefbを指令電流として決定する。この基準ｄ軸電流Ｉdrefbと基準ｑ軸電流Ｉqrefbとからなるｄｑ座標軸上の電流ベクトルを基準電流ベクトルと称す。基準電流ベクトルの角度θｂ（基準角度）は、ｑ軸正方向を０°として定義される（図７参照）。
【００１６】
電流制御部１３は、後述する弱め磁束制御により最終的に決定された指令ｄ軸電流Ｉdref、指令ｑ軸電流Ｉqrefと検出したｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑとが一致するように、ＰＩ制御などを実行して指令ｄ軸電圧Ｖdref、指令ｑ軸電圧Ｖqrefを決定する。電圧変換部１４は、回転座標変換および２相−３相変換を併せて行うもので、回転位相角θｒに基づいて回転座標系の２相の指令電圧Ｖdref、Ｖqrefを静止座標系の３相の指令電圧Ｖuref、Ｖvref、Ｖwrefに変換する。
【００１７】
デューティ演算部１５は、３相の指令電圧Ｖuref、Ｖvref、Ｖwrefと直流電圧Ｖdcとから３相の出力デューティ比を決定し、インバータ４を構成するスイッチング素子の短絡防止用デッドタイムを付加したゲート信号Ｇup、Ｇvp、Ｇwp、Ｇun、Ｇvn、Ｇwnを生成して出力する。電圧取得部に相当する電圧振幅演算部１６は、インバータ４の指令ｄ軸電圧Ｖdrefと指令ｑ軸電圧Ｖqrefとから、後述する（６）式によって電圧振幅Ｖdqを演算する。この電圧振幅Ｖdqは、モータ２の端子電圧に等しい。
【００１８】
トルク演算部１７は、後述する切替条件に従って、２種類の演算方法によって得られた出力トルクＴ１、Ｔ２の一方または加重平均を用いてモータ２の出力トルクＴを演算する。第１の演算方法は、前述の（１）式に基づき、電機子鎖交磁束φ、電流Ｉｄ、ＩｑおよびインダクタンスＬｄ、Ｌｑを用いて個々に求めたマグネットトルクとリラクタンストルクを加算することにより第１の出力トルクＴ１を演算する。第２の演算方法は、次の（３）式に基づき、出力電力から銅損と鉄損を減じて回転速度ωで除算することにより第２の出力トルクＴ２を演算する。
Ｔ＝（（ＶdrefＩｄ＋ＶqrefＩｑ）−ＲＩdq２−Ｖdq２／Ｒｃ）／ω    …（３）
【００１９】
ここで、Ｒはモータ２の巻線抵抗、Ｉdqは電流ベクトル（Ｉｄ、Ｉｑ）の大きさ、Ｒｃは等価鉄損抵抗である。（３）式の分子の第１項は、インバータ４からモータ２に入力される電力を表している。分子の第２項は、モータ２の銅損を表している。分子の第３項は、モータ２の鉄損を表している。すなわち、分子はモータ２の機械的な出力電力を表している。分母はモータ２の回転速度ωである。従って、単位回転速度あたりの出力電力、すなわちトルクを演算していることになる。
【００２０】
弱め磁束角度演算部１８は、指令トルク決定部１１から入力された指令トルクＴrefとトルク演算部１７で演算したトルクＴが一致するように、弱め磁束電流ベクトルの角度θを演算する。弱め磁束電流ベクトルは、弱め磁束制御を行うときに基準電流ベクトルに加算される電流ベクトルである（図７参照）。弱め磁束電流ベクトルの角度θは、ｑ軸正方向を０°としてｄｑ座標軸上における実際の弱め磁束電流ベクトルの角度から９０°（電気角）を引いた角度、換言すればｄ軸負方向からの角度として定義される。
【００２１】
弱め磁束角度演算部１８は、図２に示す演算を実行する。減算器１９は、指令トルクＴrefから演算トルクＴを減算してトルク差分値ΔＴを求め、ＰＩ演算部２０は、トルク差分値ΔＴをＰＩ演算して補正角度Δθを求める。基準角度演算部２１は、上述した電流振幅最小基準に従って決定された基準電流ベクトルの基準角度θｂを演算する。基準角度θｂも、ｑ軸正方向を０°として定義される。減算器２２は、基準角度θｂから補正角度Δθを減算して弱め磁束電流ベクトルの角度θ（弱め磁束電流角度）を求める。
【００２２】
弱め磁束振幅演算部２３は、モータ端子電圧すなわち電圧振幅Ｖdqがインバータ４から出力可能な最大電圧である直流電圧Ｖdc以下となるように弱め磁束電流ベクトルの振幅Ｉamprefを演算する。具体的には、図３に示す演算を実行する。減算器２４は、電圧振幅Ｖdqから直流電圧Ｖdcを減算し、ＰＩ演算部２５は、電圧差分値ΔＶをＰＩ演算して弱め磁束電流ベクトルの振幅Ｉampref（弱め磁束電流振幅）を求める。リミッタ２６は、振幅Ｉamprefが負になる場合、つまり電圧振幅Ｖdqが直流電圧Ｖdcよりも低い場合に振幅Ｉamprefをゼロに制限する。弱め磁束制御をする必要がないからである。
【００２３】
指令電流演算部に相当する弱め磁束電流演算部２７は、弱め磁束角度演算部１８で演算された弱め磁束電流角度θ、弱め磁束振幅演算部２３で演算された弱め磁束電流振幅Ｉampref、および基準電流決定部１２で決定された基準ｄ軸電流Ｉdrefb、基準ｑ軸電流Ｉqrefbを入力する。弱め磁束電流演算部２７は、後述する（１０）式、（１１）式を用いて最終的な指令ｄ軸電流Ｉdrefと指令ｑ軸電流Ｉqrefを演算する。これは、基準電流ベクトルに弱め磁束電流ベクトルを加えて指令電流ベクトルを決定する演算である。その結果、現在の回転速度ωにおいて、指令トルクＴrefを出力できるように弱め磁束制御を実行できる。
【００２４】
図４は、制御部８が実行する弱め磁束制御に係るモータ制御処理を示している。詳細な作用説明をする前に、このフローチャートを用いて弱め磁束制御を概説する。制御部８は、ステップＳ１からＳ１５までの処理を所定の制御周期で実行する。制御部８は、電圧センサ５により直流電圧Ｖdcの大きさを検出する（ステップＳ１）。電流センサ７ｕ、７ｖ、７ｗで電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検出し、電流変換部１０でｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑに変換する（ステップＳ２）。位置・速度検出部９で回転位相角θｒおよび回転速度ωを検出する（ステップＳ３）。
【００２５】
続いて、制御部８は、指令トルク決定部１１で指令トルクＴrefを決定し（ステップＳ４）、基準電流決定部１２で電流振幅が最小となる最適な基準ｄ軸電流Ｉdrefbと基準ｑ軸電流Ｉqrefbを算出する（ステップＳ５）。前回演算したトルクＴとステップＳ３で検出した回転速度ωに基づいて、トルク演算に用いる係数α、β（後述）を決定する（ステップＳ６）。この場合、トルクＴと回転速度ωに対し係数α、βを関係付ける関数式またはテーブルを用いて係数α、βを決定すればよい。トルク演算部１７でモータ２の出力トルクＴを演算する（ステップＳ７）。
【００２６】
続いて、制御部８は、弱め磁束角度演算部１８のＰＩ演算部２０で指令トルクＴrefと演算トルクＴに基づくＰＩ演算により補正角度Δθを求め（ステップＳ８）、基準角度演算部２１で基準ｄ軸電流Ｉdrefbと基準ｑ軸電流Ｉqrefbに基づいて基準角度θｂを演算する（ステップＳ９）。そして、基準角度θｂから補正角度Δθを減算して弱め磁束電流角度θを得る（ステップＳ１０）。この弱め磁束電流角度θの演算と並列して、直流電圧Ｖdcとモータ端子電圧（電圧振幅Ｖdq）に基づいて弱め磁束電流振幅Ｉamprefを演算する（ステップＳ１１）。
【００２７】
続いて、制御部８は、弱め磁束電流演算部２７で弱め磁束電流角度θ、弱め磁束電流振幅Ｉampref、および基準ｄ軸電流Ｉdrefb、基準ｑ軸電流Ｉqrefbに基づいて指令ｄ軸電流Ｉdrefと指令ｑ軸電流Ｉqrefを演算する（ステップＳ１２）。そして、電流制御部１３で、電流制御のＰＩ演算を行って指令ｄ軸電圧Ｖdrefと指令ｑ軸電圧Ｖqrefを算出し（ステップＳ１３）、電圧変換部１４で指令電圧Ｖuref、Ｖvref、Ｖwrefに変換する（ステップＳ１４）。その後、デューティ演算部１５でＰＷＭ波形を持つゲート信号Ｇup〜Ｇwnを出力する（ステップＳ１５）。
【００２８】
次に、作用について図５ないし図８も参照しながら説明する。
図５は、ｄｑ座標軸上に、５ｋＷ程度の定格出力を持つモータ２の最適電流ラインと定トルク曲線とをプロットしたものである。最適電流ラインは、基準電流決定部１２が電流振幅最小基準に従って決定した基準ｄ軸電流Ｉdrefbと基準ｑ軸電流Ｉqrefbからなる基準電流ベクトルの軌跡を表している。定トルク曲線は、（１）式に基づく計算により、１０Ｎｍ、１７Ｎｍ、２５Ｎｍ、３５Ｎｍの各トルクを出力するために必要なｄ軸電流とｑ軸電流とからなる電流ベクトルの取り得る軌跡を表している。
【００２９】
（１）式から分かるように、マグネットトルクとリラクタンスを併用する永久磁石モータ２の発生トルクは、ｑ軸電流Ｉｑのみならずｄ軸電流Ｉｄにも依存する。一般的なモータ２ではＬｄ＜Ｌｑなので、負のｄ軸電流Ｉｄを流すことによりリラクタンストルクが得られる。従って、電流振幅を最小にして効率を高めるには、出力トルクの増大に伴い基準ｄ軸電流Ｉdrefbを負の向きに増やす必要がある。ただし、ｄ軸電流を増やし過ぎると却って電流振幅が増大する。
【００３０】
ｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑを流す場合に必要となるｄ軸電圧Ｖｄ、ｑ軸電圧Ｖｑおよび電圧振幅Ｖdqは、それぞれ（４）式、（５）式および（６）式で表される。
Ｖｄ＝ＲＩｄ−ωＬｑＩｑ    …（４）
Ｖｑ＝ＲＩｑ＋ωＬｄＩｄ＋ωφ    …（５）
Ｖdq＝３１／２（Ｖｄ２＋Ｖｑ２）１／２    …（６）
【００３１】
（６）式の電圧振幅Ｖdq（モータ端子電圧）は、インバータ４から出力可能な最大電圧である直流電圧Ｖdc以下となる必要があるため（７）式で制限される。
Ｖdq≦Ｖdc    …（７）
【００３２】
つまり、直流電圧Ｖdcが低いほどまたは回転速度ωが高いほど、（７）式の制限を受け易くなり、通電できる電流が制限される。図６は、図５に加えてｄｑ座標軸上に定電圧円をプロットしたものである。この定電圧円Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４は、（４）式〜（７）式に基づく計算により、直流電圧Ｖdcを４０Ｖとし、回転速度ωを１０００ｒｐｍ、２０００ｒｐｍ、３０００ｒｐｍ、４０００ｒｐｍとしたときの通電可能な電流の範囲を表している。
【００３３】
モータ２が指令トルクＴrefを出力できるようにｄ軸電流Ｉｄとｑ軸電流Ｉｑを流す場合、例えば回転速度ωが１０００ｒｐｍ、直流電圧Ｖdcが４０Ｖの駆動状態では、通電できる範囲が定電圧円Ｑ１の範囲内となり非常に広くなる。この定電圧円Ｑ１の中に最適電流ラインが入る場合は、最適電流ラインに沿って指令ｄ軸電流Ｉdrefと指令ｑ軸電流Ｉqrefを決定すればよい。従って、この駆動状態では弱め磁束制御を行わない。
【００３４】
これに対し、回転速度ωが２０００ｒｐｍ、直流電圧Ｖdcが４０Ｖの駆動状態では、最適電流ラインと定電圧円Ｑ２とが交差する図中のＡ点までは、最適電流ラインに沿って電流を増やすことでトルクを増加することができる。しかし、最適電流ラインのＡ点より上側は、定電圧円Ｑ２の外側に外れるので、電流を流すために必要な電圧を確保できず通電することができない。
【００３５】
このような場合に運転可能範囲を拡大する目的で従来から用いられているのが、ｄ軸電流Ｉｄを負の方向に流す弱め磁束制御である。この場合、Ａ点において弱め磁束電流として負のｄ軸電流を流すと、電流は例えば図中のＢ点で示す値になる。その結果、電流が定電圧円Ｑ２の内側に入ってくるので電圧に余裕ができ、さらにトルクを増やすことが可能になる。
【００３６】
しかし、実際のモータ制御においてこのような弱め磁束制御を行うと、Ｂ点はＡ点を通る１７Ｎｍの定トルク曲線上から上側に外れるので、Ａ点からＢ点への電流変化に伴い、出力トルクが増えることが分かる。このため、指令トルクＴrefに基づく制御を行う場合、ｄ軸電流Ｉｄを負の方向に流す弱め磁束制御が外乱となってしまう。この外乱を避けるため、トルク制御を行う場合には、弱め磁束制御のために加算する弱め磁束電流ベクトルをｄ軸方向ではなく、定トルク曲線に沿った方向にすることが望ましい。図６に示す場合には、Ａ点からＣ点の方向に弱め磁束電流を流せばよい。
【００３７】
このような弱め磁束制御では、ｄ軸電流Ｉｄのみならずｑ軸電流Ｉｑも減少させることになる。ところが、定トルク曲線の傾きは、図６に示すように一定ではなく電流値に応じて変化する。このため、電流ベクトルが定トルク曲線上を移動するように弱め磁束制御を行うには、現在の電流に応じて弱め磁束電流ベクトルの角度を調節する必要がある。
【００３８】
図７に示すように、弱め磁束電流演算部２７は、基準電流ベクトルに弱め磁束電流ベクトルを加えて指令電流ベクトルを決定する。弱め磁束電流ベクトルを定トルク曲線に沿って設定することにより指令電流ベクトルは定トルク曲線上を移動し、弱め磁束制御によるトルク変動を生じさせない。そこで、弱め磁束角度演算部１８は、演算トルクＴが指令トルクＴrefに一致するように、弱め磁束電流ベクトルの角度θを決定する。これにより、図６に示すｄｑ座標軸上の何れの点においても、外乱を生じさせない最適な弱め磁束電流ベクトルの方向を決定することができる。
【００３９】
具体的には、基準角度演算部２１は、基準電流決定部１２で決定された基準ｄ軸電流Ｉdrefbと基準ｑ軸電流Ｉqrefbを入力し、（８）式を用いた逆正接関数Ａｔａｎの演算により基準電流ベクトルの基準角度θｂを演算する。
θｂ＝Ａｔａｎ（−Ｉdrefb／Ｉqrefb）    …（８）
【００４０】
ＰＩ演算部２０から出力される補正角度Δθがゼロのとき、弱め磁束電流ベクトル（基準弱め磁束電流ベクトル）の角度θは基準角度θｂに等しくなる。このときのｄｑ座標軸上における実際の基準弱め磁束電流ベクトルの角度は、角度θに９０°を加えた角度（原点Ｏを中心としてＡ点を通る円の接線方向）となる。
【００４１】
しかし、図６、図７に示す定トルク曲線の場合に基準弱め磁束電流ベクトルを用いると、指令電流ベクトルが１７Ｎｍの定トルク曲線上から内側に外れ、出力トルクが不足する。弱め磁束角度演算部１８は、指令トルクＴrefから演算トルクＴを減算して得たトルク差分値ΔＴをＰＩ演算して補正角度Δθを求める。そして、（９）式により弱め磁束電流ベクトルの角度θを求める。
θ＝θｂ−Δθ    …（９）
【００４２】
出力トルクが不足する場合には、トルク差分値ΔＴおよび補正角度Δθが正の値になる。このため弱め磁束電流ベクトルの角度θは、図７に示すように基準角度θｂよりも補正角度Δθだけ小さくなる。その結果、弱め磁束電流ベクトルが定トルク曲線に沿った向きに調節され、出力トルクＴが指令トルクＴrefに一致するようになる。
【００４３】
また、図７に示す定トルク曲線上では、弱め磁束電流を増加させるに従い角度θをさらに小さくする必要があることが分かる。この場合にも、トルクＴが指令トルクＴrefからずれるので、両トルクが一致するようにＰＩ演算部２０が動作し、基準角度θｂに対する補正角度Δθが減少する。その結果、モータ２の出力トルクＴが指令トルクＴrefに一致した状態で弱め磁束制御を実現できる。
【００４４】
弱め磁束振幅演算部２３は、インバータ４が出力している電圧振幅Ｖdqと直流電圧Ｖdcを入力し、ＰＩ演算により電圧振幅Ｖdqが直流電圧Ｖdc以下となるように弱め磁束電流ベクトルの振幅Ｉamprefを出力する（図３参照）。弱め磁束電流演算部２７は、弱め磁束電流ベクトルの角度θと振幅Ｉamprefおよび基準ｄ軸電流Ｉdrefbと基準ｑ軸電流Ｉqrefbに基づいて、次の（１０）式、（１１）式により指令ｄ軸電流Ｉdrefと指令ｑ軸電流Ｉqrefを演算する。
Ｉdref＝Ｉdrefb−Ｉampref×cosθ    …（１０）
Ｉqref＝Ｉqrefb−Ｉampref×sinθ    …（１１）
【００４５】
ところで、トルク演算部１７は、上述したように（１）式を用いて第１の出力トルクＴ１を演算し、（３）式を用いて第２の出力トルクＴ２を演算する。図８は、モータ２の回転速度−トルク特性とトルク演算方法の切替条件を示している。
【００４６】
運転領域１は、高速低トルクの領域であり、モータ２の損失として鉄損が無視できない領域となる。この運転領域１で（３）式を用いて出力トルクＴ２を演算すると、実際の鉄損と演算で求めた鉄損との誤差が大きくなる可能性が高くなる。その一方で、運転領域１はモータ電流が小さい領域であるため、大電流通電による磁気飽和の影響が少なく、インダクタンスＬｄ、Ｌｑの低下が少ない。すなわち、運転領域１では、第１の出力トルクＴ１の誤差が第２の出力トルクＴ２の誤差よりも小さくなるので、第１の出力トルクＴ１を用いる。
【００４７】
これに対し、運転領域２は、低速高トルクの領域である。回転速度が低いので鉄損が小さく、（３）式を用いて演算した出力トルクＴ２の誤差が小さくなる。その一方で、大きな電流を通電するため、磁気飽和の影響によりインダクタンスＬｄ、Ｌｑが低下し易く、（１）式を用いて演算した出力トルクＴ１の誤差が大きくなる。すなわち、運転領域２では、第２の出力トルクＴ２の誤差が第１の出力トルクＴ１の誤差よりも小さくなるので、第２の出力トルクＴ２を用いる。
【００４８】
高速低トルクの運転領域１と低速高トルクの運転領域２とを除くその他の運転領域では、（１２）式、（１３）式に示すように、回転速度ωとトルクＴに応じて第１の出力トルクＴ１と第２の出力トルクＴ２を加重平均してモータ２の出力トルクとする。
Ｔ＝αＴ１＋βＴ２    …（１２）
α＋β＝１、α，β≧０    …（１３）
【００４９】
この場合、領域１に近いほど係数αを大きくし、領域２に近いほど係数βを大きくする。その結果、演算された出力トルクは、回転速度ωとトルクＴに応じて出力トルクＴ１とＴ２の中間値となる。このような演算方法を用いることにより、演算したトルクＴの誤差が小さくなり、より正確に弱め磁束電流ベクトルの角度θを決定することができる。
【００５０】
以上説明した実施形態によれば、弱め磁束電流ベクトルが定トルク曲線に沿った向きに調節されるので、弱め磁束制御に伴うトルク変動が抑えられ、モータの特性、運転範囲、電流通電状態によらず、安定かつ有効に弱め磁束制御を実施することができる。この場合、ＰＩ演算を行って弱め磁束電流ベクトルの角度θと振幅Ｉamprefを求めているので、駆動するモータごとに定トルク曲線のデータを予め求めておく必要がない。また、弱め磁束電流ベクトルの定トルク曲線からのずれ量とトルクの変化量との関係が線形に近い関係になるので、ＰＩ演算が有効に作用する。振幅Ｉamprefの調節が角度θの調節に影響を与えないので相互の干渉もない。
【００５１】
トルク演算部１７は、マグネットトルクとリラクタンストルクの加算値として第１の出力トルクＴ１を演算し、機械的な出力電力を回転速度ωで除算して第２の出力トルクＴ２を演算する。回転速度ωとトルクＴに応じて出力トルクＴ１、Ｔ２を使い分けているので、演算したトルクＴの誤差を低減できる。
本実施形態の弱め磁束制御は、Ａｔａｎ、ｓｉｎ、ｃｏｓの各演算にデータテーブルを用いるなどすれば簡易な演算で済み、演算量も少ないので、マイクロコンピュータの処理負担の増加が少ないという利点がある。
【００５２】
以上説明した実施形態において以下のような構成を採用してもよい。
弱め磁束振幅演算部２３は、インバータ４から出力可能な最大電圧について余裕を確保するとよい。すなわち、減算器２４は、電圧振幅Ｖdqから（直流電圧Ｖdc−余裕電圧Ｖｍ）を減算して得た電圧差分値ΔＶに基づいて弱め磁束電流振幅Ｉamprefを求めるとよい。
【００５３】
基準電流ベクトルは、弱め磁束制御を行わないときに用いられる基準の電流ベクトルである。基準電流決定部１２は、電流振幅最小基準とは異なる基準により基準ｄ軸電流Ｉdrefbと基準ｑ軸電流Ｉqrefbを決定してもよい。
【００５４】
電圧振幅演算部１６は、指令ｄ軸電圧Ｖdrefと指令ｑ軸電圧Ｖqrefとからモータ端子電圧の電圧振幅Ｖdqを求めたが、モータ端子電圧を検出するセンサを備え、その検出値から電圧振幅Ｖdqを求めてもよい。
【００５５】
電流センサ７ｕ、７ｖ、７ｗは、インバータ４の下アーム側スイッチング素子と直流電源線との間に設けたシャント抵抗であってもよい。
以上説明した実施形態によれば、モータの特性、運転範囲、電流通電状態によらず、安定かつ簡易な演算により弱め磁束制御を実施することができる。
【００５６】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５７】
図面中、１はモータ制御装置、２は永久磁石モータ、１２は基準電流決定部、１６は電圧振幅演算部（電圧取得部）、１７はトルク演算部、１８は弱め磁束角度演算部、２３は弱め磁束振幅演算部、２７は弱め磁束電流演算部（指令電流演算部）である。
【図１】
0005550672.tif 000002
【図２】
0005550672.tif 000003
【図３】
0005550672.tif 000004
【図４】
0005550672.tif 000005
【図５】
0005550672.tif 000006
【図６】
0005550672.tif 000007
【図７】
0005550672.tif 000008
【図８】
0005550672.tif 000009