(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トルク電流指令とモータ回転速度とを用いてモータの力行/回生状態を判別する力行/回生判別器と、
前記モータが力行状態であるときには前記トルク電流指令を通過させ回生状態であるときには前記トルク電流指令の大きさを制限して通過させるリミッタと、
前記モータ回転速度を用いてモータの回転状態を認識し当該回転状態に応じた励磁電流指令を演算する励磁電流指令演算器と、
前記リミッタ通過後のトルク電流指令と演算した励磁電流指令とを用いて前記モータを駆動するモータ駆動部と、を有し、
前記モータの力行/回生状態と前記モータ回転速度とを用いて、前記モータが回生状態であるときの前記リミッタの制限値を算出するｑ軸電流制限値算出器をさらに有し、
前記リミッタは、前記ｑ軸電流制限値算出器が算出する制限値を用いて前記トルク電流指令の大きさを制限することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記励磁電流指令演算器は、
前記モータ回転速度が基底速度よりも高速であるときには、前記基底速度との差の大きさに比例させた弱め界磁前の励磁電流指令を求め、さらに、求めた弱め界磁前の励磁電流指令から前記基底速度との差の大きさに反比例させた励磁電流指令を演算することを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記モータに供給する電流を座標変換することによってｑ軸電流フィードバック及びｄ軸電流フィードバックを求める座標変換器をさらに有し、
前記モータ駆動部は、前記トルク電流指令から前記ｑ軸電流フィードバックを減算した値及び前記励磁電流指令から前記ｄ軸電流フィードバックを減算した値を用いて前記モータを駆動する電圧指令を求めることを特徴とする請求項１または２に記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記リミッタ通過後のトルク電流指令と前記励磁電流指令演算器が演算した励磁電流指令とからすべり周波数指令を演算するすべり周波数演算器をさらに有し、
前記座標変換器は、前記すべり周波数演算器が演算したすべり周波数指令を用いて前記モータに供給する電流を座標変換することを特徴とする請求項３に記載のモータ制御装置。
【請求項５】
前記力行/回生判別器は、
前記モータ回転速度が設定したモータ回転速度閾値よりも大きく、かつ、トルク電流指令の大きさが設定したトルク電流閾値よりも小さい場合、または、前記モータ回転速度が設定したモータ回転速度閾値よりも小さく、かつ、トルク電流指令の大きさが設定したトルク電流閾値よりも大きい場合、には、モータが回生状態であると判別し、上記以外の場合には、モータが力行状態であると判別することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のモータ制御装置。
【請求項６】
前記ｑ軸電流制限値算出器は、
前記モータが回生状態である時の制限値を下記の式によって算出することを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
制限値ＩｑＬＩＭ＝Ｉｑｍａｘ
（０≦|ωｍ|≦ω１のとき）
制限値ＩｑＬＩＭ＝Ｉｑｍａｘ−ＫＬＩＭ・(|ωｍ|−ω１)
（ω１＜|ωｍ|のとき）
ここで、ω１：ｑ軸電流の制限開始回転速度
ω１は基底速度以上の値で前記モータ減速時のトルク特性に基づき調整する。
ＫＬＩＭ：高速回転時のｑ軸電流指令制限値の低減量を決める係数
【請求項７】
トルク電流指令とモータ回転速度とを用いてモータの力行/回生状態を判別する力行/回生判別器と、
前記モータが力行状態であるときには前記トルク電流指令を通過させ回生状態であるときには前記トルク電流指令の大きさを制限して通過させるリミッタと、
前記モータ回転速度を用いて前記モータの磁束指令を演算する磁束指令演算器と、
前記モータに供給する電流から求めた磁束と前記磁束指令演算器が演算した磁束指令とから励磁電流指令を求める磁束制御器と、
前記リミッタ通過後のトルク電流指令と求めた励磁電流指令とを用いて前記モータを駆動するモータ駆動部と、を有し、
前記モータの力行/回生状態と前記モータ回転速度とを用いて、前記モータが回生状態であるときの前記リミッタの制限値を算出するｑ軸電流制限値算出器をさらに有し、
前記リミッタは、前記ｑ軸電流制限値算出器が算出する制限値を用いて前記トルク電流指令の大きさを制限することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項８】
前記磁束指令演算器は、
前記モータ回転速度が基底速度よりも高速であるときには、前記基底速度との差の大きさに比例させた弱め界磁前の磁束指令を求め、さらに、求めた弱め界磁前の磁束指令から前記基底速度との差の大きさに反比例させた磁束指令を演算することを特徴とする請求項７に記載のモータ制御装置。
【請求項９】
前記モータに供給する電流から求めた磁束は、前記モータに供給する電流を座標変換することによって求めたｄ軸電流フィードバックから磁束演算器が求めることを特徴とする請求項７または８に記載のモータ制御装置。
【請求項１０】
トルク指令とモータ回転速度とを用いてモータの力行/回生状態を判別する力行/回生判別器と、
前記モータが力行状態であるときには前記トルク指令を通過させ回生状態であるときには前記トルク指令の大きさを制限して通過させるリミッタと、
前記リミッタを通過したトルク指令を用いてトルク電流指令を演算するｑ軸電流演算器と、
前記モータ回転速度を用いて前記モータの磁束指令を演算する磁束指令演算器と、
前記モータに供給する電流から求めた磁束と前記磁束指令演算器が演算した磁束指令とから励磁電流指令を求める磁束制御器と、
演算したトルク電流指令と求めた励磁電流指令とを用いて前記モータを駆動するモータ駆動部と、を有し、
前記モータの力行/回生状態と前記モータ回転速度とを用いて、前記モータが回生状態であるときの最大一次電流指令を算出する最大一次電流指令算出器と、
前記最大一次電流指令算出器が算出する最大一次電流指令、前記磁束制御器が求める励磁電流指令及び前記磁束演算器が求める磁束を用いて、前記モータが回生状態であるときの前記リミッタの制限値を演算するトルク制限値演算器と、をさらに有し、
前記リミッタは、前記トルク制限値演算器が演算する制限値を用いて前記トルク指令の大きさを制限することを特徴とするモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘導機のベクトル制御における加減速特性を改善したモータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械の主軸には、低速重切削と高速切削との両立が求められる。このため、弱め界磁による定出力制御を用いて、低速回転時の高トルク化と高速回転化とを実現している。定出力制御を行うモータ制御装置としては次のような構成のものが例示できる。
【０００３】
図１２は、従来のモータ制御装置のブロック図である。このモータ制御装置は次のように動作する。
【０００４】
まず、速度指令を速度演算器１５からのモータ回転速度ωｍと比較し、速度制御器２０によってｑ軸電流指令ＩｑＣを求める。速度演算器１５が出力するモータ回転速度ωｍは、エンコーダ１０が検出する位置フィードバックを用いて演算する。ｑ軸電流指令ＩｑＣを座標変換器２５からのｑ軸電流フィードバックＩｑＦと比較し、ｑ軸電流制御器３０によってｑ軸電圧指令ＶｑＣを求める。
【０００５】
一方、モータ回転速度ωｍを参照して、必要とする磁束を磁束指令φ２Ｃとして与え、磁束指令φ２Ｃを磁束演算器３５が求めた磁束φ２と比較し、磁束制御器４０によってｄ軸電流指令ＩｄＣを求める。磁束演算器３５が出力する磁束φ２は、座標変換器２５からのｄ軸電流フィードバックＩｄＦを用いて演算する。ｄ軸電流指令ＩｄＣを座標変換器２５からのｄ軸電流フィードバックＩｄＦと比較し、ｄ軸電流制御器４５によってｄ軸電圧指令ＶｄＣを求める。
【０００６】
ｑ軸電流指令ＩｑＣと磁束φ２とからすべり周波数演算器５０がすべり周波数指令ωｓを算出する。すべり周波数指令ωｓは速度演算器１５が出力するモータ回転速度ωｍと加算する。すべり周波数指令ωｓとモータ回転速度ωｍとで一次周波数指令ω１を求める。一次周波数指令ω１を積分器５５で積分して固定子位置指令θｍｃを求める。
【０００７】
座標変換器６０は固定子位置指令θｍｃを基にｑ軸電圧指令ＶｑＣ、ｄ軸電圧指令ＶｄＣを座標変換し、三相電圧指令Ｖｕｃ、Ｖｖｃ、Ｖｗｃを求める。三相電圧指令Ｖｕｃ、Ｖｖｃ、ＶｗｃはＰＷＭ制御器６５、電力変換器７０を介してモータ８０に供給され、三相電圧指令Ｖｕｃ、Ｖｖｃ、Ｖｗｃに応じてモータ８０が駆動される。
【０００８】
ｑ軸電流フィードバックＩｑＦとｄ軸電流フィードバックＩｄＦは、固定子位置指令θｍｃを基に、座標変換器２５がモータ電流Ｉｕ、Ｉｖを座標変換することによって求める。
【０００９】
磁束指令φ２Ｃは、図１２のグラフに示す通り、定トルク領域では一定にし、定出力領域では、モータ８０の回転速度の上昇に反比例して減少させる。モータ８０の回転速度の上昇に反比例して磁束指令φ２Ｃを低減させることによって、弱め界磁制御をする。
【００１０】
タッピング加工を行う工作機械の主軸には、加工時間を短縮化するために、小型で慣性が小さく、高速に回転できる主軸モータが求められる。モータの小型化や低慣性化を実現するため、モータの鉄心の磁束密度を高く設計すると、力行時の高速高負荷回転時に鉄心の飽和により十分な磁束を確立することができず、必要な大きさのトルクが出せないために加速時間が長くなるという問題がある。
【００１１】
これを改善するためには、高速回転時の磁束を増加させることが考えられる。この場合には、モータの減速時のトルクが加速時に比較して過大になりすぎるという問題がある。モータ減速時は、モータの回生電力により電力変換器の直流電圧が高くなるため、モータに加わる電圧が高くなり、鉄心の飽和が緩和されるため大きなトルクが出る。過大なトルクは機械系に悪影響を及ぼすために、仕様内に収めることが求められる。また、減速時のトルクが大きすぎると、回生電力が大きくなり、モータ制御装置の許容する回生電力を超えてしまうことがある。抵抗器で回生電力を消費させるモータ制御装置では、インバータの直流電圧が上昇して過電圧になってしまうという問題がある。また、電源に回生電力を返還させるモータ制御装置ではコンバータの電流が上昇して過電流になってしまうという問題があった。
【００１２】
これらの問題を改善するために、下記特許文献１に記載されている発明では、力行時と回生時とで磁束指令を変えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特許第４０６５９０３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかし、上記の特許文献１に記載されている発明を採用した場合、力行時と回生時とで磁束指令を変えると、力行から回生に移行するときに磁束が急変してトルク定数が変わり、トルクを出力していた場合、モータの出力トルクが急変して機械系に衝撃を与えてしまうという問題がある。
【００１５】
本発明は、上記のような従来のモータ制御装置の問題を解消するために成されたものであり、磁気飽和のあるモータの力行時における高速負荷回転時のトルク低下を改善して加速時間を短縮し、同時に、モータ回生時の過大なトルクも抑制して、インバータの過電圧やコンバータの過電流を防止し、しかもトルク定数の急変がなく、良好な加速特性と安全な減速特性が両立できるモータ制御装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するための、本発明にかかるモータ制御装置は、力行/回生判別器、リミッタ、励磁電流指令演算器、モータ駆動部及びｑ軸電流制限値算出器を有する。
【００１７】
力行/回生判別器は、トルク電流指令とモータ回転速度とを用いてモータの力行/回生状態を判別する。リミッタは、モータが力行状態であるときにはトルク電流指令を通過させ回生状態であるときにはトルク電流指令の大きさを制限して通過させる。励磁電流指令演算器は、モータ回転速度を用いてモータの回転状態を認識し当該回転状態に応じた励磁電流指令を演算する。モータ駆動部は、リミッタ通過後のトルク電流指令と演算した励磁電流指令とを用いてモータを駆動する。ｑ軸電流制限値算出器は、モータの力行/回生状態とモータ回転速度とを用いて、モータが回生状態であるときのリミッタの制限値を算出する。リミッタは、ｑ軸電流制限値算出器が算出する制限値を用いてトルク電流指令の大きさを制限する。
【発明の効果】
【００１８】
以上のように構成された本発明にかかるモータ制御装置によれば、磁気飽和のあるモータの力行時における高速負荷回転時のトルク低下を改善して加速時間を短縮し、同時に、モータ回生時の過大なトルクも抑制して、インバータの過電圧やコンバータの過電流を防止し、しかもトルク定数の急変がなく、良好な加速特性と安全な減速特性とを両立させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施形態１に係るモータ制御装置のブロック図である。
【図２】図１の力行/回生判別器における力行及び回生の判別手法を示す図である。
【図３】図１のｑ軸電流制限値算出器におけるモータ回転速度ωｍとｑ軸電流指令制限値ＩｑＬＩＭとの関係を示す図である。
【図４】図１の励磁電流指令演算器におけるモータ回転速度ωｍと弱め界磁前の励磁電流指令ＩｄＣＢとの関係を示す図である。
【図５】図１の励磁電流指令演算器におけるモータ回転速度ωｍと励磁電流指令ＩｄＣとの関係を示す図である。
【図６】実施形態２に係るモータ制御装置のブロック図である。
【図７】図６のｑ軸電流制限値算出部におけるモータ回転速度ωｍと弱め界磁前の磁束指令φ２ＣＢとの関係を示す図である。
【図８】図６のｑ軸電流制限値算出部におけるモータ回転速度ωｍと磁束指令φ２Ｃとの関係を示す図である。
【図９】実施形態３に係るモータ制御装置のブロック図である。
【図１０】図９の力行/回生判別器における力行及び回生の判別手法を示す図である。
【図１１】図９の最大一次電流指令演算器におけるモータ回転速度ωｍと最大一次電流指令ＩＰＣとの関係を示す図である。
【図１２】従来のモータ制御装置の一例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明にかかるモータ制御装置は、磁気飽和のあるモータの力行時における高速負荷回転時のトルク低下を改善して加速時間を短縮し、同時に、モータの回生時における過大なトルクも抑制して、インバータの過電圧やコンバータの過電流を防止し、しかもトルク定数の急変がなく、良好な加速特性と安全な減速特性とを両立させる。すなわち、本発明にかかるモータ制御装置はモータの加減速特性を改善させる。
【００２１】
次に、図面を参照しながら、上記のような特性を発揮する、本発明に係るモータ制御装置の実施形態を、〔実施形態１〕から〔実施形態３〕に分けて説明する。
【００２２】
〔実施形態１〕
［モータ制御装置１００の全体構成］
図１は、実施形態１に係るモータ制御装置１００のブロック図である。
【００２３】
モータ制御装置１００は、ｑ軸電圧指令ＶｑＣを与える系として、ｑ軸電流制御器１３０、力行/回生判別器１７５、ｑ軸電流制限値算出器１８５及びリミッタ１９０を有する。
【００２４】
力行/回生判別器１７５は、トルク電流指令ＩｑＣＢとモータ回転速度ωｍとから、モータ１８０が力行状態にあるのか、回生状態にあるのかを判別する。モータ回転速度ωｍは速度演算器１１５から出力される。速度演算器１１５は、モータ回転速度ωｍを、エンコーダ１１０が検出する位置フィードバックを用いて演算する。なお、力行/回生判別器１７５の詳細な動作は後述する。
【００２５】
ｑ軸電流制限値算出器１８５は、力行/回生判別器１７５による力行、回生判別結果とモータ回転速度ωｍとから、ｑ軸電流制限値ＩｑＬＩＭを算出する。なお、ｑ軸電流制限値算出器１８５の詳細な動作は後述する。
【００２６】
リミッタ１９０は、ｑ軸電流制限値算出器１８５が算出したｑ軸電流制限値ＩｑＬＩＭを入力し、トルク電流指令ＩｑＣＢの値を制限する。なお、リミッタ１９０の詳細な動作は後述する。
【００２７】
ｑ軸電流制限器１３０は、リミッタ１９０を介して入力したｑ軸電流指令ＩｑＣからｑ軸電流フィードバックＩｑＦを減算して得られる電流偏差を入力し、ｑ軸電圧指令ＶｑＣを算出する。ｑ軸電流フィードバックＩｑＦは座標変換器１２５から出力される。ｑ軸電流フィードバックＩｑＦは、後述する固定子位置指令θｍｃを基に、座標変換器１２５がモータ電流Ｉｕ、Ｉｖを座標変換することによって求める。ｑ軸電流制御器１３０は比例積分制御器で構成する。
【００２８】
また、モータ制御装置１００は、ｄ軸電圧指令ＶｄＣを与える系として、磁束電流指令演算器１３５、ｄ軸電流制御器１４５を有する。
【００２９】
励磁電流指令演算器１３５は、モータ回転速度ωｍを入力し、モータ１８０の加減速特性を改善するための最適なｑ軸電流指令ＩｄＣを演算する。なお、励磁電流指令演算器１３５の詳細な動作は後述する。
【００３０】
ｄ軸電流制御器１４５は、励磁電流指令演算器１３５から出力されたｑ軸電流指令ＩｄＣからｄ軸電流フィードバックＩｄＦを減算して得られる電流偏差を入力し、ｄ軸電圧指令ＶｄＣを算出する。ｄ軸電流フィードバックＩｄＦは座標変換器１２５から出力される。ｄ軸電流フィードバックＩｄＦは、後述する固定子位置指令θｍｃを基に、座標変換器１２５がモータ電流Ｉｕ、Ｉｖを座標変換することによって求める。ｄ軸電流制御器１４５は、比例積分制御器で構成する。
【００３１】
さらに、モータ制御装置１００は、座標変換を行わせるための系として、すべり周波数演算器１５０、積分器１５５、ＯＳＣ１５７、座標変換器１２５、１６０を有する。
【００３２】
すべり周波数演算器１５０は、ｑ軸電流指令ＩｑＣと励磁電流指令演算器１３５から出力されるｄ軸電流指令ＩｄＣを入力し、すべり周波数指令ωｓを算出する。なお、すべり周波数演算器１５０の詳細な動作は後述する。
【００３３】
積分器１５５は、すべり周波数演算器１５０から出力されるすべり周波数指令ωｓと速度演算器１１５から出力されるモータ回転速度ωｍとを加算して得られる一次周波数指令ω１を入力し、一次周波数指令ω１を積分して固定子位置指令θｍｃを求める。固定子位置指令θｍｃはＯＳＣ１５７を介して座標変換器１２５、１６０に出力される。
【００３４】
座標変換器１６０は、入力した固定子位置指令θｍｃを基に、ｑ軸電圧指令ＶｑＣ、ｄ軸電圧指令ＶｄＣを座標変換し、三相電圧指令Ｖｕｃ、Ｖｖｃ、Ｖｗｃを求める。
【００３５】
座標変換器１２５は、入力した固定子位置指令θｍｃを基に、モータ電流Ｉｕ、Ｉｖを座標変換し、ｑ軸電流フィードバックＩｑＦ、ｄ軸電流フィードバックＩｄＦを求める。
【００３６】
さらに、モータ制御装置１００は、モータ１８０を駆動させるための系として、ＰＷＭ制御器１６５、電力変換器１７０を有する。なお、ＰＷＭ制御器１６５、電力変換器１７０、ｑ軸電流制御器１３０、ｄ軸電流制御器１４５、座標変換器１６０によってモータ駆動部を形成する。
【００３７】
ＰＷＭ制御器１６５は、座標変換器１６０から出力される三相電圧指令Ｖｕｃ、Ｖｖｃ、Ｖｗｃを入力し、入力した三相電圧指令Ｖｕｃ、Ｖｖｃ、Ｖｗｃに基づいて、電力変換器１７０をスイッチングさせるためのＰＷＭ信号を出力する。
【００３８】
電力変換器１７０は、ＰＷＭ制御器１６５から出力されるＰＷＭ信号を入力して内部に備えた半導体スイッチング素子をスイッチングし、モータ１８０を駆動する。
【００３９】
［力行/回生判別器１７５の動作］
前述のように、力行/回生判別器１７５は、トルク電流指令ＩｑＣＢとモータ回転速度ωｍとから、モータ１８０が力行状態にあるのか、回生状態にあるのかを判別する。
【００４０】
力行、回生判別は、モータ１８０の損失やエンコーダ１１０の量子化誤差に起因する速度リップルを考慮し、図２に示すように、モータ回転速度閾値ωＡ、トルク電流指令閾値ＩｑＡを用いて行う。モータ回転速度閾値ωＡは、エンコーダ１１０の量子化誤差を考慮して決め、モータ１８０の無負荷運転時に、力行、回生判別結果がチャタリングしないようにしている。トルク電流指令閾値ＩｑＡは、モータ１８０の損失を考慮して決め、モータ１８０の回生電力−モータ損失＝０となるときのトルク電流指令ＩｑＣＢの値で設定する。
【００４１】
力行/回生判別器１７５は、図２に示すように、ωｍ≧ωＡかつＩｑＣＢ≦−ＩｑＡ、または、ωｍ≦−ωＡかつＩｑＣＢ≧ＩｑＡの条件の場合には回生状態にあると判定し、これらの条件以外の条件の場合には、力行状態にあると判断する。
【００４２】
［ｑ軸電流制限値算出器１８５の動作］
前述のように、ｑ軸電流制限値算出器１８５は、力行/回生判別器１７５による力行、回生判別結果とモータ回転速度ωｍとから、ｑ軸電流制限値ＩｑＬＩＭを算出する。具体的には、ｑ軸電流制限値算出器１８５は、力行状態の場合にはｑ軸電流ＩｑＣは制限せず、回生状態の場合には図３に示すようにｑ軸電流ＩｑＣを制限する。
【００４３】
ｑ軸電流指令制限値ＩｑＬＩＭ＝Ｉｑｍａｘ
（０≦|ωｍ|≦ω１のとき）
ｑ軸電流制限値ＩｑＬＩＭ＝Ｉｑｍａｘ−ＫＬＩＭ・(|ωｍ|−ω１)
（ω１＜|ωｍ|のとき）
ここで、ω１：ｑ軸電流の制限開始回転速度
ω１は基底速度以上の値でモータ１８０減速時のトルク特性に基づき調整する。
【００４４】
ＫＬＩＭ：高速回転時のｑ軸電流指令制限値の低減量を決める係数
［リミッタ１９０の動作］
前述のように、リミッタ１９０は、ｑ軸電流制限値算出器１８５が算出したｑ軸電流制限値ＩｑＬＩＭを入力し、トルク電流指令ＩｑＣＢの値を制限する。リミッタ１９０は、トルク電流指令ＩｑＣＢを通し、リミット後のｑ軸電流指令Ｉｑｃを求める。
【００４５】
［励磁電流指令演算器１３５の動作］
前述のように、励磁電流指令演算器１３５は、モータ１８０の加減速特性を改善するための最適な励磁電流指令ＩｄＣを演算する。
【００４６】
図４は、図１の励磁電流指令演算器１３５におけるモータ回転速度ωｍと弱め界磁前の励磁電流指令ＩｄＣＢとの関係を示す図である。励磁電流指令演算器１３５はモータ回転速度ωｍに応じた弱め界磁前の励磁電流指令ＩｄＣＢを演算する。また、図５は、図１の励磁電流指令演算器１３５におけるモータ回転速度ωｍと励磁電流指令ＩｄＣとの関係を示す図である。励磁電流指令演算器１３５はモータ回転速度ωｍに応じた励磁電流指令ＩｄＣを演算する。
【００４７】
図４及び図５は、モータ回転速度ωｍに対する励磁電流指令特性を示している。図４は、弱め界磁前の励磁電流指令ＩｄＣＢを示し、図５は、励磁電流指令ＩｄＣを示している。
【００４８】
図４に示すように、弱め界磁前の励磁電流指令ＩｄＣＢは、モータ回転速度ωｍが０からω０までは電流Ｉ０のままで変わらない。モータ回転速度がω０を超えると、励磁電流指令ＩｄＣＢは、モータ回転速度ωｍの増加に応じて、電流Ｉ０から一定の傾きで上昇する。
【００４９】
また、図５に示すように、励磁電流指令ＩｄＣは、モータ回転速度ωｍが０からω０までは電流Ｉ０のままで変わらない。モータ回転速度がω０を超えると、モータ回転速度ωｍの増加に反比例して下降する。
【００５０】
励磁電流指令演算器１３５は、弱め界磁前の励磁電流指令ＩｄＣＢを次式によって求める。
【００５１】
ＩｄＣＢ＝Ｉ０
（０≦|ωｍ|≦ω０のとき）
ＩｄＣＢ＝φ０＋Ｋ０・(|ωｍ|−ω０)
（ω０＜|ωｍ|のとき）                          …（１）
ここで、ω０：基底速度
Ｉ０：基底速度における励磁電流
φ０：基底速度における磁束
Ｋ０：高速回転時の励磁電流指令を上昇させる係数
上記の式（１）にモータ回転速度ωｍを代入して弱め界磁前の励磁電流指令ＩｄＣＢを可視化すると図４のようなグラフとなる。
【００５２】
高速回転時の励磁電流指令を上昇させる係数Ｋ０によって、モータ１８０の高速回転時の励磁電流指令が大きくなり、磁気飽和があっても磁束が小さくならないようにでき、加減速特性が改善できる。Ｋ０の最適値をどの値にするかは、トライアンドエラーによる実験によって求めるか、シミュレーションによって求める。
【００５３】
励磁電流指令演算器１３５は、上記のようにして弱め界磁前の励磁電流指令ＩｄＣＢを求めた後、励磁電流指令ＩｄＣを次式によって求める。
【００５４】
ＩｄＣ＝ＩｄＣＢ
（０≦|ωｍ|≦ω０のとき）
ＩｄＣ＝ＩｄＣＢ・ω０／|ωｍ| 
（ω０＜|ωｍ|のとき）                          …（２）
上記の式（２）にモータ回転速度ωｍを代入して励磁電流指令ＩｄＣを可視化すると図５のようなグラフとなる。
【００５５】
励磁電流指令演算器１３５は、モータ回転速度ωｍに応じて、（１）式の演算を行って弱め界磁前の励磁電流指令ＩｄＣＢを求めた後に、弱め界磁前の励磁電流指令ＩｄＣＢに対して（２）式の演算を行い、励磁電流指令ＩｄＣをｄ軸電流制御器１４５に向けて出力する。
【００５６】
［すべり周波数演算器１５０の動作］
すべり周波数演算器１５０は、下記の式に示すように、リミッタ１９０通過後のｑ軸電流指令ＩｑＣとｄ軸電流指令ＩｄＣとからすべり周波数指令ωｓを算出する。すべり周波数指令ωｓは次式によって求める。
【００５７】
ωｓ＝Ｒ２／Ｌ２・（ＩｑＣ／ＩｄＣ）              …（３）
Ｒ２：二次抵抗
Ｌ２：二次インダクタンス
［モータ制御装置１００の動作］
まず、入力したトルク電流指令ＩｑＣＢをリミッタ１９０によって制限し、リミッタ１９０から出力されたｑ軸電流ＩｑＣを座標変換器１２５からのｑ軸電流フィードバックＩｑＦと比較し、ｑ軸電流制御器１３０によってｑ軸電圧指令ＶｑＣを求める。
【００５８】
一方、モータ回転速度ωｍから、励磁電流指令演算器１３５が上記の（１）式及び（２）式を用いて求めたｄ軸電流指令ＩｄＣを、座標変換器１２５からのｄ軸電流フィードバックＩｄＦと比較し、ｄ軸電流制御器１４５によってｄ軸電圧指令ＶｄＣを求める。
【００５９】
ｑ軸電流指令ＩｑＣと励磁電流指令ＩｄＣとから、すべり周波数演算器１５０が上記の（３）式を用いてすべり周波数指令ωｓを算出する。すべり周波数指令ωｓは速度演算器１１５が出力するモータ回転速度ωｍと加算する。すべり周波数指令ωｓとモータ回転速度ωｍとで一次周波数指令ω１を求める。一次周波数指令ω１を積分器１５５で積分して固定子位置指令θｍｃを求める。
【００６０】
座標変換器１６０は固定子位置指令θｍｃを基にｑ軸電圧指令ＶｑＣ、ｄ軸電圧指令ＶｄＣを座標変換し、三相電圧指令Ｖｕｃ、Ｖｖｃ、Ｖｗｃを求める。三相電圧指令Ｖｕｃ、Ｖｖｃ、ＶｗｃはＰＷＭ制御器１６５、電力変換器１７０を介してモータ１８０に供給され、三相電圧指令Ｖｕｃ、Ｖｖｃ、Ｖｗｃに応じてモータ１８０が駆動される。
【００６１】
ｑ軸電流フィードバックＩｑＦとｄ軸電流フィードバックＩｄＦは、固定子位置指令θｍｃを基に、座標変換器１２５がモータ電流Ｉｕ、Ｉｖを座標変換することによって求める。
【００６２】
以上に説明したように、励磁電流指令演算器１３５は、モータ回転速度と基底速度との差に比例させて励磁電流を増加させた値を求め、その値を基に弱め界磁を実施するようにし、さらに、弱め界磁領域でｑ軸電流指令Ｉｑｃに比例させて磁束を低減する。つまり、励磁電流指令演算器１３５は、モータ１８０の加減速特性を改善するための最適な励磁電流指令ＩｄＣを出力する。
【００６３】
このため、実施形態１にかかるモータ制御装置１００によれば、磁気飽和のあるモータの力行時における高速負荷回転時のトルク低下を改善して加速時間を短縮し、同時に、モータ回生時における過大なトルクも抑制して、インバータの過電圧やコンバータの過電流を防止し、しかもトルク定数の急変がなく、良好な加速特性と安全な減速特性とを両立させることができる。
【００６４】
なお、実施形態１に係るモータ制御装置１００は、ｑ軸電圧指令ＶｑＣ、ｄ軸電圧指令ＶｄＣを出力する系に非干渉制御器を設け、ｄ軸及びｑ軸の干渉を制御するようにしても良い。また、ｄ軸及びｑ軸の電流制御系の内部を三相電流制御系で構成しても良い。さらに、励磁電流指令を基底速度からではなく任意の回転速度から上昇させるようにしても良い。
【００６５】
〔実施形態２〕
［モータ制御装置２００の全体構成］
図６は、実施形態２に係るモータ制御装置２００のブロック図である。実施形態２に係るモータ制御装置２００は、実施形態１に係るモータ制御装置１００の構成に磁束制御器と磁束演算器を付加し、励磁電流指令演算器１３５に換えて磁束指令演算器を設けている。
【００６６】
モータ制御装置２００は、ｑ軸電圧指令ＶｑＣを与える系として、ｑ軸電流制御器２３０、力行/回生判別器２７５、ｑ軸電流制限値算出器２８５及びリミッタ２９０を有する。ｑ軸電流制御器２３０、力行/回生判別器２７５、ｑ軸電流制限値算出器２８５及びリミッタ２９０は、実施形態１のｑ軸電流制御器１３０、力行/回生判別器１７５、ｑ軸電流制限値算出器１８５及びリミッタ１９０と同一である。
【００６７】
また、モータ制御装置２００は、ｄ軸電圧指令ＶｄＣを与える系として、磁束指令演算器２２０、磁束制御器２４０、ｄ軸電流制御器２４５を有する。
【００６８】
磁束指令演算器２２０は、モータ回転速度ωｍを入力し、モータ２８０の加減速特性を改善するための最適な磁束指令φ２Ｃを演算する。なお、磁束指令演算器２２０の詳細な動作は後述する。
【００６９】
磁束制御器２４０は、磁束指令演算器２２０から出力された磁束指令φ２Ｃから磁束φ２を減算して得られる磁束偏差を入力し、ｄ軸電流指令ＩｄＣを算出する。磁束φ２は磁束演算器２３５から出力される。磁束制御器２４０は、比例積分制御器で構成する。
【００７０】
磁束演算器２３５は、磁束φ２を、座標変換器２２５が出力するｄ軸電流フィードバックＩｄＦを用いて演算する。磁束演算器２３５の詳細な動作は後述する。
【００７１】
ｄ軸電流制御器２４５は、磁束制御器２４０から出力されたｄ軸電流指令Ｉｄｃからｄ軸電流フィードバックＩｄＦを減算して得られる電流偏差を入力し、ｄ軸電圧指令ＶｄＣを算出する。ｄ軸電流フィードバックＩｄＦは座標変換器２２５から出力される。ｄ軸電流フィードバックＩｄＦは、後述する固定子位置指令θｍｃを基に、座標変換器２２５がモータ電流Ｉｕ、Ｉｖを座標変換することによって求める。ｄ軸電流制御器２４５は、比例積分制御器で構成する。
【００７２】
さらに、モータ制御装置２００は、座標変換を行わせるための系として、すべり周波数演算器２５０、積分器２５５、ＯＳＣ２５７、座標変換器２２５、２６０を有する。
【００７３】
すべり周波数演算器２５０は、入力したｑ軸電流指令ＩｑＣと磁束演算器２３５から出力される磁束φ２を入力し、すべり周波数指令ωｓを算出する。なお、すべり周波数演算器２５０の詳細な動作は後述する。
【００７４】
積分器２５５、ＯＳＣ２５７、座標変換器２２５、２６０は、実施形態１の積分器１５５、ＯＳＣ１５７、座標変換器１２５、１６０と同一である。
【００７５】
さらに、モータ制御装置２００は、モータ２８０を駆動させるための系として、ＰＷＭ制御器２６５、電力変換器２７０を有する。ＰＷＭ制御器２６５、電力変換器２７０は、実施形態１のＰＷＭ制御器１６５、電力変換器１７０と同一である。なお、ＰＷＭ制御器２６５、電力変換器２７０、ｑ軸電流制御器２３０、ｄ軸電流制御器２４５、座標変換器２６０によってモータ駆動部を形成する。
【００７６】
［磁束指令演算器２２０の動作］
前述のように、磁束指令演算器２２０は、モータ２８０の加減速特性を改善するための最適な磁束指令φ２Ｃを演算する。
【００７７】
図７は、図６の磁束指令演算器２２０におけるモータ回転速度ωｍと弱め界磁前の磁束指令φ２ＣＢとの関係を示す図である。磁束指令演算器２２０はモータ回転速度ωｍに応じた弱め界磁前の磁束指令φ２ＣＢを演算する。また、図８は、図６の磁束指令演算器２２０におけるモータ回転速度ωｍと磁束指令φ２Ｃとの関係を示す図である。磁束指令演算器２２０はモータ回転速度ωｍに応じた磁束指令φ２Ｃを演算する。
【００７８】
図７及び図８は、モータ回転速度ωｍに対する磁束φ０の磁束指令特性を示している。図７は、弱め界磁前の磁束指令φ２ＣＢを示し、図８は、磁束指令φ２Ｃを示している。
【００７９】
図７に示すように、弱め界磁前の磁束指令φ２ＣＢは、モータ回転速度ωｍが０からω０までは磁束φ０のままで変わらない。モータ回転速度がω０を超えると、磁束指令φ２ＣＢは磁束φ０から一定の傾きで上昇する。
【００８０】
また、図８に示すように、磁束指令φ２Ｃは、モータ回転速度ωｍが０からω０までは磁束φ０のままで変わらない。モータ回転速度がω０を超えると、磁束指令φ２Ｃは磁束φ０からモータ回転速度ωｍの増加に反比例して下降する。
【００８１】
磁束指令演算器２２０は、弱め界磁前の磁束指令φ２ＣＢを次式によって求める。
【００８２】
φ２ＣＢ＝φ０
（０≦|ωｍ|≦ω０のとき）
φ２ＣＢ＝φ０＋Ｋ０・ (|ωｍ|−ω０) 
（ω０＜|ωｍ|のとき）                          …（４）
ここで、ω０：基底速度
φ０：基底速度における磁束
Ｋ０：高速回転時の磁束を上昇させる係数
上記の式（４）にモータ回転速度ωｍを代入して磁束指令φ２ＣＢを可視化すると図７のようなグラフとなる。
【００８３】
高速回転時の磁束を上昇させる係数Ｋ０によって高速回転軽負荷の磁束指令φ２ＣＢの値を大きくすることができ、モータ１８０の高速回転時の励磁電流指令が大きくなり、磁気飽和があっても磁束が小さくならないようにでき、加減速特性が改善できる。Ｋ０の最適値をどの値にするかは、トライアンドエラーによる実験によって求めるか、シミュレーションによって求める。
【００８４】
磁束指令演算器２２０は、上記のようにして弱め界磁前の磁束指令を求めた後、磁束指令φ２Ｃを次式によって求める。
【００８５】
φ２Ｃ＝φ２ＣＢ
（０≦|ωｍ|≦ω０のとき）
φ２Ｃ＝φ２ＣＢ・ω０／|ωｍ| 
（ω０＜|ωｍ|のとき）                          …（５）
上記の式（５）にモータ回転速度ωｍを代入して磁束指令φ２Ｃを可視化すると図８のようなグラフとなる。
【００８６】
磁束指令演算器２２０は、モータ回転速度ωｍに応じて、（４）式の演算を行って弱め界磁前の磁束指令φ２ＣＢを求めた後に、磁束指令φ２ＣＢに対して（５）式の演算を行い、磁束指令φ２Ｃを磁束制御器２４０に向けて出力する。
【００８７】
［すべり周波数演算器２５０の動作］
すべり周波数演算器２５０は、下記の式に示すように、ｑ軸電流指令Ｉｑｃと磁束φ２とからすべり周波数指令ωｓを算出する。すべり周波数指令ωｓは次式によって求める。
【００８８】
ωｓ＝Ｍ・Ｒ２／Ｌ２・（Ｉｑｃ／φ２）              …（６）
Ｒ２：二次抵抗
φ２：二次磁束
Ｌ２：二次インダクタンス
Ｍ：相互インダクタンス
［磁束演算器２３５の動作］
磁束演算器２３５は、下記の式に示すように、ｄ軸電流フィードバックＩｄＦから磁束φ２を求める。
【００８９】
φ２＝１／（１＋Ｌ２／Ｒ２・Ｓ）・Ｍ・ＩｄＦ          …（７）
Ｓ：すべり
ＩｄＦ：ｑ軸電流フィードバック
［モータ制御装置２００の動作］
まず、入力したトルク電流指令ＩｑＣＢをリミッタ２９０によって制限し、リミッタ２９０から出力されたｑ軸電流ＩｑＣを座標変換器２２５からのｑ軸電流フィードバックＩｑＦと比較し、ｑ軸電流制御器２３０によってｑ軸電圧指令ＶｑＣを求める。
【００９０】
一方、モータ回転速度ωｍから、磁束指令演算器２２０が上記の（４）式及び（５）式を用いて算出した磁束を磁束指令φ２Ｃとして与え、磁束演算器２３５が上記の（７）式を用いて算出した磁束φ２と比較し、磁束制御器２４０によってｄ軸電流指令ＩｄＣを求める。ｄ軸電流指令ＩｄＣを座標変換器２２５からのｄ軸電流フィードバックＩｄＦと比較し、ｄ軸電流制御器２４５によってｄ軸電圧指令ＶｄＣを求める。
【００９１】
ｑ軸電流指令ＩｑＣと磁束φ２とからすべり周波数演算器２５０が上記の（６）式を用いてすべり周波数指令ωｓを算出する。すべり周波数指令ωｓは速度演算器２１５が出力するモータ回転速度ωｍと加算する。すべり周波数指令ωｓとモータ回転速度ωｍとで一次周波数指令ω１を求める。一次周波数指令ω１を積分器２５５で積分して固定子位置指令θｍｃを求める。
【００９２】
座標変換器２６０は固定子位置指令θｍｃを基にｑ軸電圧指令ＶｑＣ、ｄ軸電圧指令ＶｄＣを座標変換し、三相電圧指令Ｖｕｃ、Ｖｖｃ、Ｖｗｃを求める。三相電圧指令Ｖｕｃ、Ｖｖｃ、ＶｗｃはＰＷＭ制御器２６５、電力変換器２７０を介してモータ２８０に供給され、三相電圧指令Ｖｕｃ、Ｖｖｃ、Ｖｗｃに応じてモータ２８０が駆動される。
【００９３】
ｑ軸電流フィードバックＩｑＦとｄ軸電流フィードバックＩｄＦは、固定子位置指令θｍｃを基に、座標変換器２２５がモータ電流Ｉｕ、Ｉｖを座標変換することによって求める。
【００９４】
以上に説明したように、磁束指令演算器２２０は、モータ回転速度と基底速度との差に比例させて磁束を増加させた値を求め、その値を基に弱め界磁を実施するようにし、さらに、弱め界磁領域でトルク電流指令Ｉｑｃに比例させて磁束を低減する。つまり、磁束制御器２４０は、モータ２８０の加減速特性を改善するための最適な励磁電流指令ＩｄＣを出力する。
【００９５】
このため、実施形態２にかかるモータ制御装置２００によれば、磁気飽和のあるモータの力行時における高速負荷回転時のトルク低下を改善して加速時間を短縮し、同時に、モータ回生時における過大なトルクも抑制して、インバータの過電圧やコンバータの過電流を防止し、しかもトルク定数の急変がなく、良好な加速特性と安全な減速特性とを両立させることができる。
【００９６】
なお、実施形態２に係るモータ制御装置２００は、ｑ軸電圧指令ＶｑＣ、ｄ軸電圧指令ＶｄＣを出力する系に非干渉制御器を設け、ｄ軸及びｑ軸の干渉を制御するようにしても良い。また、ｄ軸及びｑ軸の電流制御系の内部を三相電流制御系で構成しても良い。さらに、励磁電流指令を基底速度からではなく任意の回転速度から上昇させるようにしても良い。
【００９７】
〔実施形態３〕
［モータ制御装置３００の全体構成］
図９は、実施形態３に係るモータ制御装置３００のブロック図である。実施形態３に係るモータ制御装置３００は、実施形態２に係るモータ制御装置２００の構成に最大一次電流指令算出器、トルク制限値演算器及びｑ軸電流演算器を付加している。
【００９８】
モータ制御装置３００は、ｑ軸電圧指令ＶｑＣを与える系として、ｑ軸電流制御器３３０、力行/回生判別器３７５、最大一次電流指令算出器３８３、トルク制限値演算器３８５、リミッタ３９０及びｑ軸電流演算器３９５を有する。ｑ軸電流制御器３３０及び力行/回生判別器３７５は、実施形態２のｑ軸電流制御器２３０及び力行/回生判別器２７５と同一である。
【００９９】
最大一次電流指令算出器３８３は、モータ３８０に供給する一次電流指令の最大値を算出し、最大一次電流指令ＩＰＣとしてトルク制限値演算器３８５に出力する。最大一次電流指令算出器３８３の詳細な動作は後述する。
【０１００】
トルク制限値演算器３８５は、磁束演算器３３５が出力する磁束φ２、磁束制御器３４０が出力するｄ軸電流指令ＩｄＣ、最大一次電流指令ＩＰＣから、トルク制限値ＴＬＩＭを演算する。トルク制限値演算器３８５の詳細の動作は後述する。
【０１０１】
リミッタ３９０は、トルク制限値演算器３８５が出力するトルク制限値ＴＬＩＭを入力して、トルク指令ＴＣＢの値を制限する。リミッタ３９０の詳細な動作は後述する。
【０１０２】
ｑ軸電流演算器３９５は、リミッタ３９０を介して入力されるトルク指令ＴＣＢを用いてｑ軸電流ＩｑＣを演算する。ｑ軸電流演算器３９５の詳細な動作は後述する。
【０１０３】
また、モータ制御装置３００は、ｄ軸電圧指令ＶｄＣを与える系として、磁束指令演算器３２０、磁束制御器３４０、ｄ軸電流制御器３４５を有する。磁束指令演算器３２０、磁束制御器３４０、ｄ軸電流制御器３４５は、実施形態２の磁束指令演算器２２０、磁束制御器２４０、ｄ軸電流制御器２４５と同一である。
【０１０４】
さらに、モータ制御装置３００は、座標変換を行わせるための系として、すべり周波数演算器３５０、積分器３５５、ＯＳＣ３５７、座標変換器３２５、３６０を有する。すべり周波数演算器３５０、積分器３５５、ＯＳＣ３５７、座標変換器３２５、３６０は、実施形態２のすべり周波数演算器２５０、積分器２５５、ＯＳＣ２５７、座標変換器２２５、２６０と同一である。
【０１０５】
さらに、モータ制御装置３００は、モータ３８０を駆動させるための系として、ＰＷＭ制御器３６５、電力変換器３７０を有する。ＰＷＭ制御器３６５、電力変換器３７０は、実施形態２のＰＷＭ制御器２６５、電力変換器２７０と同一である。なお、ＰＷＭ制御器３６５、電力変換器３７０、ｑ軸電流制御器３３０、ｄ軸電流制御器３４５、座標変換器３６０によってモータ駆動部を形成する。
【０１０６】
［力行/回生判別器３７５の動作］
前述のように、力行/回生判別器３７５は、トルク指令ＴＣＢとモータ回転速度ωｍとから、モータ３８０が力行状態にあるのか、回生状態にあるのかを判別する。
【０１０７】
力行、回生判別は、モータ３８０の損失やエンコーダ３１０の量子化誤差に起因する速度リップルを考慮し、図１０に示すように、モータ回転速度閾値ωＡ、トルク指令閾値ＴＣＡを用いて行う。モータ回転速度閾値ωＡは、エンコーダ３１０の量子化誤差を考慮して決め、モータ３８０の無負荷運転時に、力行、回生判別結果がチャタリングしないようにしている。トルク指令閾値ＴＣＡは、モータ３８０の損失を考慮して決め、モータ３８０の回生電力−モータ損失＝０となるときのトルク電流指令ＴＣＢの値を設定する。
【０１０８】
力行/回生判別器３７５は、図１０に示すように、ωｍ≧ωＡかつＴＣＢ≦−ＴＣＡ、または、ωｍ≦−ωＡかつＴＣＢ≧ＴＣＡの条件の場合には回生状態にあると判定し、これらの条件以外の条件の場合には、力行状態にあると判断する。
【０１０９】
［最大一次電流指令算出器３８３の動作］
前述のように、最大一次電流指令算出器３８３は、力行/回生判別器３７５による力行、回生判別結果とモータ回転速度ωｍとから、最大一次電流指令ＩＰＣを算出する。具体的には、最大一次電流指令算出器３８３は、力行状態の場合には最大一次電流指令ＩＰＣは制限せず、回生状態の場合には図１１に示すように最大一次電流指令ＩＰＣを制限する。
【０１１０】
最大一次電流指令ＩＰＣ＝ＩＰＣｍａｘ
（０≦|ωｍ|≦ω１のとき）
最大一次電流指令ＩＰＣ＝ＩＰＣｍａｘ−ＫＬＩＭ・(|ωｍ|−ω１)
（ω１＜|ωｍ|のとき）
ここで、ω１：ｑ軸電流の制限開始回転速度
ω１は基底速度以上の値でモータ１８０減速時のトルク特性に基づき調整する。
【０１１１】
ＫＬＩＭ：高速回転時の最大一次電流指令値の低減量を決める係数
［リミッタ３９０の動作］
前述のように、リミッタ３９０は、トルク制限値演算器３８５が算出したトルク制限値ＴＬＩＭを入力し、トルク指令ＴＣＢの値を制限する。
【０１１２】
［磁束指令演算器３２０の動作］
前述のように、磁束指令演算器３２０は、モータ３８０の加減速特性を改善するための最適な磁束指令φ２Ｃを演算する。
【０１１３】
磁束指令演算器３２０は、弱め界磁前の磁束指令φ２ＣＢを次式によって求める。
【０１１４】
φ２ＣＢ＝φ０
（０≦|ωｍ|≦ω０のとき）
φ２ＣＢ＝φ０＋Ｋ０・(|ωｍ|−ω０) 
（ω０＜|ωｍ|のとき）                          …（９）
ここで、ω０：基底速度
φ０：基底速度における磁束
Ｋ０：高速回転時の磁束を上昇させる係数
上記の式（９）にモータ回転速度ωｍを代入して磁束指令φ２ＣＢを可視化すると実施形態２で示した図８のようなグラフとなる。
【０１１５】
高速回転時の磁束を上昇させる係数Ｋ０によって高速回転軽負荷の磁束指令φ２ＣＢの値を大きくすることができ、モータ３８０の高速回転時の励磁電流指令が大きくなり、磁気飽和があっても磁束が小さくならないようにでき、加減速特性が改善できる。Ｋ０の最適値をどの値にするかは、トライアンドエラーによる実験によって求めるか、シミュレーションによって求める。
【０１１６】
磁束指令演算器３２０は、上記のようにして弱め界磁前の磁束指令を求めた後、磁束指令φ２Ｃを次式によって求める。
【０１１７】
φ２Ｃ＝φ２ＣＢ
（０≦|ωｍ|≦ω０のとき）
φ２Ｃ＝φ２ＣＢ・ω０／|ωｍ| 
（ω０＜|ωｍ|のとき）                          …（１０）
上記の式（１０）にモータ回転速度ωｍを代入して磁束指令φ２Ｃを可視化すると実施形態２で示した図９のようなグラフとなる。
【０１１８】
磁束指令演算器３２０は、モータ回転速度ωｍに応じて、（９）式の演算を行って弱め界磁前の磁束指令φ２ＣＢを求めた後に、磁束指令φ２ＣＢに対して（１０）式の演算を行い、磁束指令φ２Ｃを磁束制御器３４０に向けて出力する。
【０１１９】
［すべり周波数演算器３５０の動作］
すべり周波数演算器３５０は、実施形態２のすべり周波数演算器２５０と同様に、上記の（６）式を用いて、トルク電流指令Ｉｑｃと磁束φ２Ｃとからすべり周波数指令ωｓを算出する。
【０１２０】
［磁束演算器３３５の動作］
磁束演算器３３５は、実施形態２の磁束演算器２３５と同様に、上記の（７）式を用いて、ｄ軸電流フィードバックＩｄＦから磁束φ２を求める。
【０１２１】
［トルク制限値演算器３８５の動作］
トルク制限値演算器３８５は、ｄ軸電流指令ＩｄＣと最大一次電流指令ＩＰＣとから次式を用いてトルク制限値ＴＬＩＭを演算する。
【０１２２】
ＴＬＩＭ＝Ｐｍ・Ｍ／Ｌ２・φ２・（ＩＰＣ２−ＩｄＣ２）１／２  …（１１）
ここで、Ｐｍはモータ３８０の極対数
［ｑ軸電流演算器３９５の動作］
ｑ軸電流演算器３９５は、リミッタ３９０を介してトルク制限された後のトルク指令からｑ軸電流指令ＩｑＣを、次式を用いて求める。
【０１２３】
ＩｑＣ＝Ｌ２／（Ｐｍ・Ｍ・φ２）・（トルク制限された後のトルク指令）…（１２）
［モータ制御装置３００の動作］
入力したトルク指令ＴＣＢは、リミッタ３９０によってトルク制限値ＴＬＩＭ内に制限され、ｑ軸電流演算器３９５に出力される。ｑ軸電流演算器３９５は、トルク制限後のトルク指令ＴＣＢと磁束φ２に基づいてｑ軸電流指令ＩｑＣを求める。ｑ軸電流指令ＩｑＣを座標変換器３２５からのｑ軸電流フィードバックＩｑＦと比較し、ｑ軸電流制御器３３０によってｑ軸電圧指令ＶｑＣを求める。なお、リミッタ３９０がトルク指令ＴＣＢの値を制限するためのトルク制限値ＴＬＩＭは、トルク制限値演算器３８５が上記の（１１）式を用いて算出する。
【０１２４】
一方、磁束指令演算器３２０が上記の（９）式及び（１０）式を用いて算出した磁束を磁束指令φ２Ｃとして与え、磁束演算器３３５が上記の（７）式を用いて算出した磁束φ２と比較し、磁束制御器３４０によってｄ軸電流指令ＩｄＣを求める。ｄ軸電流指令ＩｄＣを座標変換器３２５からのｄ軸電流フィードバックＩｄＦと比較し、ｄ軸電流制御器３４５によってｄ軸電圧指令ＶｄＣを求める。
【０１２５】
トルク電流指令ＩｑＣと磁束φ２とからすべり周波数演算器３５０が上記の（６）式を用いてすべり周波数指令ωｓを算出する。すべり周波数指令ωｓは速度演算器３１５が出力するモータ回転速度ωｍと加算する。すべり周波数指令ωｓとモータ回転速度ωｍとで一次周波数指令ω１を求める。一次周波数指令ω１を積分器３５５で積分して固定子位置指令θｍｃを求める。
【０１２６】
座標変換器３６０は固定子位置指令θｍｃを基にｑ軸電圧指令ＶｑＣ、ｄ軸電圧指令ＶｄＣを座標変換し、三相電圧指令Ｖｕｃ、Ｖｖｃ、Ｖｗｃを求める。三相電圧指令Ｖｕｃ、Ｖｖｃ、ＶｗｃはＰＷＭ制御器３６５、電力変換器３７０を介してモータ３８０に供給され、三相電圧指令Ｖｕｃ、Ｖｖｃ、Ｖｗｃに応じてモータ３８０が駆動される。
【０１２７】
ｑ軸電流フィードバックＩｑＦとｄ軸電流フィードバックＩｄＦは、固定子位置指令θｍｃを基に、座標変換器３２５がモータ電流Ｉｕ、Ｉｖを座標変換することによって求める。
【０１２８】
以上に説明したように、磁束指令演算器３２０は、モータ回転速度と基底速度との差に比例させて磁束を増加させた値を求め、その値を基に弱め界磁を実施するようにし、さらに、弱め界磁領域でトルク電流指令Ｉｑｃに比例させて磁束を低減する。つまり、磁束制御器３４０は、モータ３８０の加減速特性を改善するための最適な励磁電流指令ＩｄＣを出力する。
【０１２９】
このため、実施形態３にかかるモータ制御装置３００によれば、磁気飽和のあるモータの力行時における高速負荷回転時のトルク低下を改善して加速時間を短縮し、同時に、モータ回生時における過大なトルクも抑制して、インバータの過電圧やコンバータの過電流を防止し、しかもトルク定数の急変がなく、良好な加速特性と安全な減速特性とを両立させることができる。
【０１３０】
なお、実施形態３に係るモータ制御装置３００は、ｑ軸電圧指令ＶｑＣ、ｄ軸電圧指令ＶｄＣを出力する系に非干渉制御器を設け、ｄ軸及びｑ軸の干渉を制御するようにしても良い。また、ｄ軸及びｑ軸の電流制御系の内部を三相電流制御系で構成しても良い。さらに、励磁電流指令を基底速度からではなく任意の回転速度から上昇させるようにしても良い。
【０１３１】
本発明に係るモータ制御装置では、モータの基底回転速度以上の回転速度で、回転速度に比例させて磁束を増加し、力行/回生判別を設けて、回生時の最大一次電流を制限している。これにより、磁気飽和のあるモータの力行動作時における高速負荷時のトルク低下を改善して加速時間を早める。同時にモータ回生時の過大なトルクも抑制して、インバータの過電圧やコンバータの過電流を防止し、しかもトルク定数の急変がなく、早い加速特性と安全な減速特性を両立できるモータ制御装置を実現することができる。
【符号の説明】
【０１３２】
１００、２００、３００  モータ制御装置、
１０、１１０、２１０、３１０  エンコーダ、
１５、１１５、２１５、３１５  速度演算器、
２０  速度制御器、
２５、１２５、２２５、３２５  座標変換器、
１３５  励磁電流指令演算器、
３０、１３０、２３０、３３０  ｑ軸電流制御器、
２３５、３３５  磁束演算器、
２４０、３４０  磁束制御器、
４５、１４５、２４５、３４５  ｄ軸電流制御器、
５０、１５０、２５０、３５０  すべり周波数演算器、
５５、１５５、２５５、３５５  積分器、
６０、１６０、２６０、３６０  座標変換器、
６５、１６５、２６５、３６５  ＰＷＭ制御器、
７０、１７０、２７０、３７０  電力変換器、
８０、１８０、２８０、３８０  モータ、
１９０、２９０、３９０  リミッタ、
１５７、２５７、３５７  ＯＳＣ、
２２０、３２０  磁束指令演算器、
３８３  最大一次電流指令算出器、
３８５  トルク制限値演算器、
３９５  ｑ軸電流演算器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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