(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｑ相電流指令およびｄ相電流指令に基づいて、永久磁石を有する同期モータの電流ベクトル制御を行う同期モータの制御装置であって、
前記制御装置に設定された制御装置電流制限値および制御装置電圧制限値ならびに同期モータのモータ速度を用いて、ｄｑ電流座標平面上において、前記制御装置電流制限値の電流ベクトル軌跡を表す電流制限円と、モータ速度に対応して前記制御装置電圧制限値の電流ベクトル軌跡を表す電圧制限楕円と、の交点に基づいて、第１のｄ相電流制限候補値および第１のｑ相電流制限候補値を算出する第１の候補値演算部と、
前記制御装置電圧制限値および同期モータのモータ速度を用いて、ｄｑ電流座標平面上において、同一鎖交磁束に対してトルクが最大となる電流ベクトル軌跡を表す最大トルク・磁束曲線と、モータ速度に対応した前記制御装置電圧制限値の電流ベクトル軌跡を表す電圧制限楕円と、の交点に基づいて、第２のｄ相電流制限候補値および第２のｑ相電流制限候補値を算出する第２の候補値演算部と、
前記第１のｄ相電流制限候補値の絶対値が前記第２のｄ相電流制限候補値の絶対値よりも小さい場合には前記第１のｑ相電流制限候補値を、それ以外の場合は前記第２のｑ相電流制限候補値を、ｑ相電流制限値として設定して、トルク指令に基づいて作成したｑ相電流指令が前記ｑ相電流制限値を超える場合には、前記ｑ相電流指令を前記ｑ相電流制限値に制限して出力するｑ相電流指令部と、
前記第１のｄ相電流制限候補値の絶対値が前記第２のｄ相電流制限候補値の絶対値よりも小さい場合には前記第１のｄ相電流制限候補値を、それ以外の場合は前記第２のｄ相電流制限候補値を、ｄ相電流制限値として設定して、前記モータ速度および前記ｑ相電流指令に基づいて作成したｄ相電流指令が前記ｄ相電流制限値を超える場合には、前記ｄ相電流指令を前記ｄ相電流制限値に制限して出力するｄ相電流指令部と、
を備えることを特徴とする同期モータの制御装置。
【請求項２】
ｑ相電流指令およびｄ相電流指令に基づいて、永久磁石を有する同期モータの電流ベクトル制御を行う同期モータの制御装置であって、
前記制御装置に設定された制御装置電流制限値および制御装置電圧制限値ならびに同期モータのモータ速度を用いて、ｄｑ電流座標平面上において、前記制御装置電流制限値の電流ベクトル軌跡を表す電流制限円と、モータ速度に対応して前記制御装置電圧制限値の電流ベクトル軌跡を表す電圧制限楕円と、の交点に基づいて、第１のｄ相電流制限候補値および第１のｑ相電流制限候補値を算出する第１の候補値演算部と、
前記制御装置電圧制限値および同期モータのモータ速度を用いて、ｄｑ電流座標平面上において、同一鎖交磁束に対してトルクが最大となる電流ベクトル軌跡を表す最大トルク・磁束曲線と、モータ速度に対応した前記制御装置電圧制限値の電流ベクトル軌跡を表す電圧制限楕円と、の交点に基づいて、第２のｄ相電流制限候補値および第２のｑ相電流制限候補値を算出する第２の候補値演算部と、
前記第１のｄ相電流制限候補値の絶対値が前記第２のｄ相電流制限候補値の絶対値よりも小さい場合には前記第１のｑ相電流制限候補値を、それ以外の場合は前記第２のｑ相電流制限候補値を、ｑ相電流制限値として設定して、トルク指令に基づいて作成した第１のｑ相電流指令候補値が前記ｑ相電流制限値を超える場合には、前記第１のｑ相電流指令候補値を前記ｑ相電流制限値に制限して出力する第１のｑ相電流指令部と、
前記第１のｄ相電流制限候補値の絶対値が前記第２のｄ相電流制限候補値の絶対値よりも小さい場合には前記第１のｄ相電流制限候補値を、それ以外の場合は前記第２のｄ相電流制限候補値を、ｄ相電流制限値として設定し、前記モータ速度および前記第１のｑ相電流指令候補値に基づいて作成した第１のｄ相電流指令候補値が前記ｄ相電流制限値を超える場合には、前記第１のｄ相電流指令候補値を前記ｄ相電流制限値に制限して出力する第１のｄ相電流指令部と、
ｄｑ電流座標平面上において、同一電流に対して発生トルクが最大となる電流ベクトル軌跡を表す最大トルク・電流曲線と、前記制御装置電流制限値の電流ベクトル軌跡を表す電流制限円と、の交点に基づいて、第３のｄ相電流制限候補値および第３のｑ相電流制限候補値を算出する第３の候補値演算部と、
トルク指令に基づいて生成した第２のｑ相電流指令候補値が前記第３のｑ相電流制限候補値を超える場合には、前記第２のｑ相電流指令候補値を前記第３のｑ相電流制限値に制限して出力する第２のｑ相電流指令部と、
前記第２のｑ相電流指令部から出力された前記第２のｑ相電流指令候補値と、ｄｑ電流座標平面上における同一電流に対して発生トルクが最大となる電流ベクトル軌跡を表す最大トルク・電流曲線と、を用いて第２のｄ相電流指令候補値を作成して出力する第２のｄ相電流指令部と、
前記第２のｄ相電流指令候補値の絶対値が前記第１のｄ相電流指令候補値の絶対値よりも大きい場合には、前記第２のｑ相電流指令候補値および前記第２のｄ相電流指令候補値を、それ以外の場合には、前記第１のｑ相電流指令候補値および前記第１のｄ相電流指令候補値を、それぞれｄ相電流指令およびｑ相電流指令として出力するｄｑ相電流指令判断部と、
を備えることを特徴とする同期モータの制御装置。
【請求項３】
第１の候補値演算部は、同期モータのモータ速度をω、電機子鎖交磁束をΨa、ｑ軸およびｄ軸インダクタンスをＬqおよびＬd、前記制御装置電圧制限値をＶom、前記制御装置電流制限値をＩam、前記第１のｄ相電流制限候補値をＩd1、前記第１のｑ相電流制限候補値をＩq1としたとき、
【数１】
0005391347.tif 000041
に基づいて前記第１のｄ相電流制限候補値Ｉd1を算出し、
【数２】
0005391347.tif 000042
に基づいて前記第１のｑ相電流制限候補値Ｉq1を算出する請求項１または２に記載の同期モータの制御装置。
【請求項４】
第２の候補値演算部は、同期モータのモータ速度をω、電機子鎖交磁束をΨa、ｑ軸およびｄ軸インダクタンスをＬqおよびＬd、前記制御装置電圧制限値をＶom、前記第２のｄ相電流制限候補値をＩd2、前記第２のｑ相電流制限候補値をＩq2としたとき、
【数３】
0005391347.tif 000043
に基づいて前記第２のｄ相電流制限候補値Ｉd2を算出し、
【数４】
0005391347.tif 000044
に基づいて前記第２のｑ相電流制限候補値Ｉq2を算出する請求項１または２に記載の同期モータの制御装置。
【請求項５】
前記第３の候補値演算部は、同期モータの電機子鎖交磁束をΨa、ｑ軸およびｄ軸インダクタンスをＬqおよびＬd、前記制御装置電流制限値をＩam、前記第３のｄ相電流制限候補値をＩd3、前記第３のｑ相電流制限候補値をＩq3としたとき、
【数５】
0005391347.tif 000045
に基づいて前記第３のｄ相電流制限候補値Ｉd3を算出し、
【数６】
0005391347.tif 000046
に基づいて前記第３のｑ相電流制限候補値Ｉq3を算出する請求項２に記載の同期モータの制御装置。
【請求項６】
前記第２のｄ相電流指令部は、同期モータの電機子鎖交磁束をΨa、ｑ軸およびｄ軸インダクタンスをＬqおよびＬd、前記第２のｑ相電流指令部から出力された前記第２のｑ相電流指令候補値をｉq2、前記第２のｄ相電流指令候補値をｉd2としたとき、
【数７】
0005391347.tif 000047
で表される近似式に基づいて前記第２のｄ相電流指令候補値ｉd2を算出する請求項２に記載の同期モータの制御装置。
【請求項７】
前記ｄ相電流指令部は、同期モータのモータ速度をω、前記ｑ相電流指令部から出力された前記ｑ相電流指令をｉq1、任意の係数をａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆおよびｇ、前記ｄ相電流指令をｉd1としたとき、
【数８】
0005391347.tif 000048
で表される近似式に基づいて前記ｄ相電流指令ｉd1を算出する請求項１に記載の同期モータの制御装置。
【請求項８】
前記第１のｄ相電流指令部は、同期モータのモータ速度をω、前記第１のｑ相電流指令部から出力された前記第１のｑ相電流指令候補値をｉq1、任意の係数をａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆおよびｇ、前記第１のｄ相電流指令候補値をｉd1、としたとき、
【数９】
0005391347.tif 000049
で表される近似式に基づいて、前記第１のｄ相電流指令候補値ｉd1を算出する請求項２に記載の同期モータの制御装置。
【請求項９】
前記第２のｄ相電流指令部は、前記第２のｑ相電流指令部から出力された前記第２のｑ相電流指令候補値を変数とする２次関数で表される近似式に基づき、前記第２のｄ相電流指令候補値を算出する請求項２に記載の同期モータの制御装置。
【請求項１０】
前記第１の候補値演算部および前記第２の候補値演算部は、同期モータのモータ速度を変数とする２次関数で表される近似式に基づいて、第１のｄ相電流制限候補値、第１のｑ相電流制限候補値および第２のｑ相電流制限候補値をそれぞれ算出する請求項１または２に記載の同期モータの制御装置。
【請求項１１】
同期モータの電源入力端に設けられた電圧検出センサによって検出される同期モータへの入力電圧に対応して、前記近似式で表される関数における係数を決定する係数決定部をさらに備える請求項７〜１０のいずれか一項に記載の同期モータの制御装置。
【請求項１２】
同期モータの近傍に設けられた温度センサによって検出される同期モータの温度に対応して、前記近似式で表される関数における係数を決定する係数決定部をさらに備える請求項７〜１０のいずれか一項に記載の同期モータの制御装置。
【請求項１３】
前記ｄ相電流指令部は、同期モータのモータ速度をω、前記ｑ相電流指令部から出力された前記ｑ相電流指令をｉq1、任意の係数をａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈおよびｊ、前記ｄ相電流指令をｉd1としたとき、
【数１０】
0005391347.tif 000050
で表される近似式に基づいて前記ｄ相電流指令ｉd1を算出する請求項１に記載の同期モータの制御装置。
【請求項１４】
前記第１のｄ相電流指令部は、同期モータのモータ速度をω、前記第１のｑ相電流指令部から出力された前記第１のｑ相電流指令候補値をｉq1、任意の係数をａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈおよびｊ、前記第１のｄ相電流指令候補値をｉd1としたとき、
【数１１】
0005391347.tif 000051
で表される近似式に基づいて、前記第１のｄ相電流指令候補値ｉd1を算出する請求項２に記載の同期モータの制御装置。
【請求項１５】
前記ｄ相電流指令部は、同期モータのモータ速度をω、前記ｑ相電流指令部から出力された前記ｑ相電流指令をｉq1、任意の係数をｆ、ｇ、ｈおよびｊ、同期モータの電源入力端に設けられた電圧検出センサによって検出される同期モータへの入力電圧および同期モータの近傍に設けられた温度センサによって検出される同期モータの温度のうちの少なくとも１つに基づく変数をｋ、前記ｄ相電流指令をｉd1としたとき、
【数１２】
0005391347.tif 000052
で表される近似式に基づいて前記ｄ相電流指令ｉd1を算出し、
前記第１の候補値演算部は、任意の係数をｌ、ｍ、ｐおよびｑとしたとき、
【数１３】
0005391347.tif 000053
で表される近似式に基づいて、第１のｄ相電流制限候補値ｉd1、および第１のｑ相電流制限候補値ｉq1をそれぞれ算出する請求項１に記載の同期モータの制御装置。
【請求項１６】
前記第１のｄ相電流指令部は、同期モータのモータ速度をω、前記第１のｑ相電流指令部から出力された前記第１のｑ相電流指令候補値をｉq1、任意の係数をｆ、ｇ、ｈおよびｊ、同期モータの電源入力端に設けられた電圧検出センサによって検出される同期モータへの入力電圧および同期モータの近傍に設けられた温度センサによって検出される同期モータの温度のうちの少なくとも１つに基づく変数をｋ、前記第１のｄ相電流指令候補値をｉd1としたとき、
【数１４】
0005391347.tif 000054
で表される近似式に基づいて、前記第１のｄ相電流指令候補値ｉd1を算出し、
前記第１の候補値演算部は、任意の係数をｌ、ｍ、ｐおよびｑとしたとき、
【数１５】
0005391347.tif 000055
で表される近似式に基づいて、第１のｄ相電流制限候補値ｉd1、および第１のｑ相電流制限候補値ｉq1をそれぞれ算出する請求項２に記載の同期モータの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石を有する同期モータの制御装置し、特に、ｑ相電流指令およびｄ相電流指令に基づいて、永久磁石を有する同期モータを電流ベクトル制御する同期モータの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石を有する３相交流同期モータの制御方法として、ｑ相電流指令およびｄ相電流指令を用いた電流ベクトル制御が知られている。図１３は、同期モータのベクトル電流制御に用いられるｄｑ各電流指令と三相電流指令との関係を説明する模式図である。永久磁石を有する三相交流同期モータ３の制御装置において、同期モータ３に対するトルク指令および同期モータ３からフィードバックされるモータ速度などに基づいて生成されたｑ相電流指令ｉqおよびｄ相電流指令ｉdが入力された電流ベクトル制御ブロック５１は、所望の電流ベクトル制御を実現するためのｑ相電流指令ｉq*およびｄ相電流指令ｉd*を生成する。ＤＱ／三相変換ブロック５２では、ｑ相電流指令ｉq*およびｄ相電流指令ｉd*を二相三相変換して同期モータ３のｕ相、ｖ相およびｗ相の各相ごとの電流指令ｉu*、ｉv*およびｉw*を作成する。通常、同期モータ３はインバータ装置（図示せず）によって駆動されるが、ＤＱ／三相変換ブロック５２から出力された三相電流指令ｉu*、ｉv*およびｉw*は、当該インバータ装置内において各相ごとに設けられた半導体スイッチング素子に対するスイッチング指令として用いられる。インバータ装置は三相電流指令ｉu*、ｉv*およびｉw*に基づきスイッチング動作を行うことで、同期モータ３の各相巻線に駆動電力を供給する。
【０００３】
図１４は、永久磁石を有する同期モータに発生する各電圧を説明するベクトル図である。ｄｑ電流座標平面上において、永久磁石を有する同期モータを高速回転させたときの同期モータの電気角速度（以下、単に「モータ速度」と称する。）ωおよび永久磁石のΨaに依存する誘起電圧ωΨa、ならびにモータ速度ωと同期モータのｑ軸インダクタンスＬqおよびｑ相電流ｉqに依存する電圧ωＬｑｉqが発生する。これらの合計電圧Ｖが、図１４に示すように制御装置に設定された電圧制限値Ｖomを超えると、駆動電圧が不足する事態となり、同期モータを回転させることができなくなる。
【０００４】
図１５は、特許文献１（特開平９−０８４４００号公報）に記載されたサーボモータの電流制御方法を説明するベクトル図である。上述のモータ印加電圧が不足する問題を解消して同期モータの高速回転を実現する方法として、たとえばｄ軸のマイナス方向にｄ相電流ｉdを流し、これによりモータ速度ωとｄ軸インダクタンスＬdとｄ相電流ｉdとに依存する電圧ωＬdｉdを発生させることで、モータ印加電圧を小さくし、制御装置に設定された電圧制限値Ｖomを超えないようにする方法がある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
またさらに、いわゆる「弱め磁束制御」により、モータ印加電圧が不足する問題に対処することができることもよく知られている（例えば、非特許文献１参照。）。非特許文献１によれば、同期モータのモータ速度をω、電機子鎖交磁束をΨa、ｑ軸およびｄ軸インダクタンスをＬqおよびＬd、制御装置に設定された電圧制限値をＶom、ｑ相電流をｉq、ｄ相電流をｉd、誘起電圧をＶoとしたとき、誘起電圧Ｖoをその制限値Ｖomに保つ場合、式１の関係式が得られる。
【０００６】
【数１】
0005391347.tif 000002
【０００７】
弱め磁束制御では、同期モータのモータ速度ωおよびｑ相電流指令ｉqが与えられると、ｄ相電流指令ｉdは式２のように表わされる。
【０００８】
【数２】
0005391347.tif 000003
【０００９】
上述の式２で示される弱め磁束制御は、電圧制限については考慮することができるが、電流制限については考慮することができない。電圧制限および電流制限の両方を考慮する場合は、非特許文献１に記載されているような、同期モータのモータ速度ωに応じて制御モードを変えていく制御方法が考えられる。図１６は、非特許文献１（「埋込磁石同期モータの設計と制御」）に記載された複数の制御モードを有する同期モータの制御方法を説明する模式図である。非特許文献１の記載によれば、電流および電圧の制限を考慮して最大の出力を得る最大出力制御を実現するためには、電流ベクトルを同期モータのモータ速度ωに応じて適切に制御する必要がある。すなわち、同期モータの制御装置内に同期モータのモータ速度ωを判定する速度判定器５３を設け、モータ速度ωが「電圧制限値に達する基底速度」ωbase以下の場合は電流制限のみを考慮してトルクを最大化する制御である制御モードＩに基づいて、あるいはモータ速度ωが基底速度ωbaseより大きく所定の高速度ωd以下の場合は電流制限および電圧制限を考慮してトルクを最大化する制御である制御モードＩＩに基づいて、またあるいはモータ速度ωが所定の高速度ωdより大きい場合は電圧制限のみを考慮してトルクを最大化する制御である制御モードＩＩＩに基づいて、それぞれｑ相電流指令ｉqおよびｄ相電流指令ｉdを作成する。
【００１０】
また、上述の弱め磁束制御を類似した方法として、ｄ相電流をトルク指令に応じて変化させる制御方法がある（例えば、特許文献２参照。）。この制御方法によれば、モータ回転数に応じて最大負荷時のモータ端子電圧をモータ制御装置の最大出力電圧内にする最大負荷時ｄ相電流指令値と、無負荷時のモータ端子電圧をモータ制御装置の最大出力電圧内にする最小負荷時ｄ相電流指令値を求め、トルク指令の大きさに応じて上記２つのｄ相電流指令値を内挿した値をｄ相電流指令とするものである。
【００１１】
また、永久磁石を持つ同期式電動機の制御において、電力増幅器に入力される交流の電源電圧、あるいは入力電圧を整流した直流のＤＣリンク電圧を測定し、この電源電圧に応じて無効電流（ｄ軸電流）を変化させ、あるいは、電流制御位相進め量を変化させることによって、無効電流制御や位相制御を入力電源電圧の変化に応じて直接的に行う制御方法がある（例えば、特許文献３参照。）。
【００１２】
また、特定の計算式を用いてモータ速度に応じてｄ軸電流指令に制限をかける制御方法もいくつか提案されている（例えば、特許文献４参照。）。
【００１３】
また、非特許文献１にも記載されている最大トルク/電流制御を、近似式を用いた計算により実現する制御方法も提案されている（例えば、特許文献５参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開平９−０８４４００号公報
【特許文献２】特開２００３−０５２１９９号公報
【特許文献３】特開２００６−０２０３９７号公報
【特許文献４】特開２００８−０８６１３８号公報
【特許文献５】国際公開ＷＯ２００８／０３８３３８号
【非特許文献】
【００１５】
【非特許文献１】武田洋次、松井信行、森本茂雄、本田幸夫著、「埋込磁石同期モータの設計と制御」、株式会社オーム社、第１版第７刷、１７〜２７頁および３８〜４６頁、２００７年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
非特許文献１に記載された同期モータのモータ速度ωに応じて制御モードを変えていく制御方法によれば、基底速度ωbaseや制御モードＩＩと制御モードＩＩＩとを切り替えるときの速度ωdを事前に予想して設定しておき、制御モードを切り替えてｑ相電流指令およびｄ相電流指令を独立に算出している。そのため、これら基底速度ωbaseおよび速度ωdの予想が正しくなかった場合には、制御方式を切り替える際に電流が不連続となってしまい、同期モータが振動するという問題がある。
【００１７】
また、式１のような計算式は、ルートの計算や割り算などを含んでいるため、プログラムが複雑となり、計算処理速度が遅い。そのため、短い制御周期で同期モータの制御装置を動作させることが難しく、永久磁石モータの制御性の向上は難しいという問題がある。
【００１８】
従って本発明の目的は、上記問題に鑑み、永久磁石を有する同期モータを電流ベクトル制御するのに用いられるｑ相電流指令およびｄ相電流指令を高速に生成し、同期モータを安定に制御することができる同期モータの制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記目的を実現するために、本発明の第１の態様においては、ｑ相電流指令およびｄ相電流指令に基づいて、永久磁石を有する同期モータの電流ベクトル制御を行う同期モータの制御装置であって、制御装置に設定された制御装置電流制限値および制御装置電圧制限値ならびに同期モータのモータ速度を用いて、ｄｑ電流座標平面上において、制御装置電流制限値の電流ベクトル軌跡を表す電流制限円と、モータ速度に対応して制御装置電圧制限値の電流ベクトル軌跡を表す電圧制限楕円と、の交点に基づいて、第１のｄ相電流制限候補値および第１のｑ相電流制限候補値を算出する第１の候補値演算部と、制御装置電圧制限値および同期モータのモータ速度を用いて、ｄｑ電流座標平面上において、同一鎖交磁束に対してトルクが最大となる電流ベクトル軌跡を表す最大トルク・磁束曲線と、モータ速度に対応した制御装置電圧制限値の電流ベクトル軌跡を表す電圧制限楕円と、の交点に基づいて、第２のｄ相電流制限候補値および第２のｑ相電流制限候補値を算出する第２の候補値演算部と、第１のｄ相電流制限候補値の絶対値が第２のｄ相電流制限候補値の絶対値よりも小さい場合には第１のｑ相電流制限候補値を、それ以外の場合は第２のｑ相電流制限候補値を、ｑ相電流制限値として設定して、トルク指令に基づいて作成したｑ相電流指令がｑ相電流制限値を超える場合には、ｑ相電流指令をｑ相電流制限値に制限して出力するｑ相電流指令部と、第１のｄ相電流制限候補値の絶対値が第２のｄ相電流制限候補値の絶対値よりも小さい場合には第１のｄ相電流制限候補値を、それ以外の場合は第２のｄ相電流制限候補値を、ｄ相電流制限値として設定して、モータ速度およびｑ相電流指令に基づいて作成したｄ相電流指令がｄ相電流制限値を超える場合には、ｄ相電流指令をｄ相電流制限値に制限して出力するｄ相電流指令部と、を備える。
【００２０】
また、本発明の第２の態様においては、ｑ相電流指令およびｄ相電流指令に基づいて、永久磁石を有する同期モータの電流ベクトル制御を行う同期モータの制御装置は、制御装置に設定された制御装置電流制限値および制御装置電圧制限値ならびに同期モータのモータ速度を用いて、ｄｑ電流座標平面上において、制御装置電流制限値の電流ベクトル軌跡を表す電流制限円と、モータ速度に対応して制御装置電圧制限値の電流ベクトル軌跡を表す電圧制限楕円と、の交点に基づいて、第１のｄ相電流制限候補値および第１のｑ相電流制限候補値を算出する第１の候補値演算部と、制御装置電圧制限値および同期モータのモータ速度を用いて、ｄｑ電流座標平面上において、同一鎖交磁束に対してトルクが最大となる電流ベクトル軌跡を表す最大トルク・磁束曲線と、モータ速度に対応した制御装置電圧制限値の電流ベクトル軌跡を表す電圧制限楕円と、の交点に基づいて、第２のｄ相電流制限候補値および第２のｑ相電流制限候補値を算出する第２の候補値演算部と、第１のｄ相電流制限候補値の絶対値が第２のｄ相電流制限候補値の絶対値よりも小さい場合には第１のｑ相電流制限候補値を、それ以外の場合は第２のｑ相電流制限候補値を、ｑ相電流制限値として設定して、トルク指令に基づいて作成した第１のｑ相電流指令候補値がｑ相電流制限値を超える場合には、第１のｑ相電流指令候補値をｑ相電流制限値に制限して出力する第１のｑ相電流指令部と、第１のｄ相電流制限候補値の絶対値が第２のｄ相電流制限候補値の絶対値よりも小さい場合には第１のｄ相電流制限候補値を、それ以外の場合は第２のｄ相電流制限候補値を、ｄ相電流制限値として設定し、モータ速度および第１のｑ相電流指令候補値に基づいて作成した第１のｄ相電流指令候補値がｄ相電流制限値を超える場合には、第１のｄ相電流指令候補値をｄ相電流制限値に制限して出力する第１のｄ相電流指令部と、ｄｑ電流座標平面上において、同一電流に対して発生トルクが最大となる電流ベクトル軌跡を表す最大トルク・電流曲線と、制御装置電流制限値の電流ベクトル軌跡を表す電流制限円と、の交点に基づいて、第３のｄ相電流制限候補値および第３のｑ相電流制限候補値を算出する第３の候補値演算部と、トルク指令に基づいて生成した第２のｑ相電流指令候補値が第３のｑ相電流制限候補値を超える場合には、第２のｑ相電流指令候補値を第３のｑ相電流制限値に制限して出力する第２のｑ相電流指令部と、第２のｑ相電流指令部から出力された第２のｑ相電流指令候補値と、ｄｑ電流座標平面上における同一電流に対して発生トルクが最大となる電流ベクトル軌跡を表す最大トルク・電流曲線と、を用いて第２のｄ相電流指令候補値を作成して出力する第２のｄ相電流指令部と、第２のｄ相電流指令候補値の絶対値が第１のｄ相電流指令候補値の絶対値よりも大きい場合には、第２のｑ相電流指令候補値および第２のｄ相電流指令候補値を、それ以外の場合には、第１のｑ相電流指令候補値および第１のｄ相電流指令候補値を、それぞれｄ相電流指令およびｑ相電流指令として出力するｄｑ相電流指令判断部と、を備える。
【００２１】
また、上述の第２の態様では、第２のｄ相電流指令部は、第２のｑ相電流指令部から出力された第２のｑ相電流指令候補値を変数とする２次関数で表される近似式に基づき、第２のｄ相電流指令候補値を算出してもよい。
【００２２】
上述の第１および第２の態様では、第１の候補値演算部および第２の候補値演算部は、同期モータのモータ速度を変数とする２次関数で表される近似式に基づいて、第１のｄ相電流制限候補値、第１のｑ相電流制限候補値および第２のｑ相電流制限候補値をそれぞれ算出してもよい。
【００２３】
上述の第１および第２の態様では、同期モータの電源入力端に設けられた電圧検出センサによって検出される同期モータへの入力電圧に対応して、近似式で表される関数における係数を決定する係数決定部をさらに備えてもよい。
【００２４】
同期モータの近傍に設けられた温度センサによって検出される同期モータの温度に対応して、近似式で表される関数における係数を決定する係数決定部をさらに備えてもよい。
【００２５】
また、上述の第１の態様において、ｄ相電流指令部は、所定の近似式に基づいてｄ相電流指令を算出するようにしてもよい。
【００２６】
また、上述の第２の態様において、第１のｄ相電流指令部は、所定の近似式に基づいて、前記第１のｄ相電流指令候補値を算出するようにしてもよい。
【００２７】
また、上述の第１の態様において、ｄ相電流指令部は、同期モータの電源入力端に設けられた電圧検出センサによって検出される同期モータへの入力電圧および同期モータの近傍に設けられた温度センサによって検出される同期モータの温度のうちの少なくとも１つに基づく変数を含む所定の近似式に基づいてｄ相電流指令を算出し、第１の候補値演算部は、所定の近似式に基づいて、第１のｄ相電流制限候補値および第１のｑ相電流制限候補値をそれぞれ算出するようにしてもよい。
【００２８】
また、上述の第２の態様において、第１のｄ相電流指令部は、同期モータの電源入力端に設けられた電圧検出センサによって検出される同期モータへの入力電圧および同期モータの近傍に設けられた温度センサによって検出される同期モータの温度のうちの少なくとも１つに基づく変数を含む所定の近似式に基づいて第１のｄ相電流指令候補値を算出し、第１の候補値演算部は、所定の近似式に基づいて、第１のｄ相電流制限候補値および第１のｑ相電流制限候補値をそれぞれ算出するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、永久磁石を有する同期モータを電流ベクトル制御するのに用いられるｑ相電流指令およびｄ相電流指令を高速に生成し、同期モータを安定に制御することができる同期モータの制御装置を実現することができる。本発明によればｄ相電流指令およびｑ相電流指令を求める際に、モータ速度による切り替えがないので、制御方式が切り替わっても電流が不連続とならず、同期モータが振動する問題は生じない。制御に用いる計算式が複雑ではないため、計算処理速度を高速化することができ、同期モータをより安定に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１の実施例による同期モータの制御装置の原理ブロック図である。
【図２】本発明の第２の実施例による同期モータの制御装置の原理ブロック図である。
【図３】本発明の第１および第２の実施例による同期モータの制御装置における、ｑ相電流制限値およびｄ相電流制限値の切替えを説明するためのｄｑ電流座標平面を示す図である。
【図４】ｑ相電流制限値およびｄ相電流制限値が図３に示す関係を有する場合におけるモータ速度とｑ相電流およびｄ相電流との関係を示す図であって、（ａ）はｑ相電流を示し、（ｂ）はｄ相電流を示す。
【図５】本発明の第２の実施例と第３の実施例のｄ相電流についての比較結果を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施例と第３の実施例のｑ相電流についての比較結果を示す図である。
【図７】電圧制限Ｖo＝１７０Ｖｒｍｓとした場合における本発明の第２の実施例と第５の実施例のｄ相電流についての比較結果を示す図である。
【図８】電圧制限Ｖo＝１７０Ｖｒｍｓとした場合における本発明の第２の実施例と第５の実施例のｑ相電流についての比較結果を示す図である。
【図９】電圧制限Ｖo＝２００Ｖｒｍｓとした場合における本発明の第２の実施例と第５の実施例のｄ相電流についての比較結果を示す図である。
【図１０】電圧制限Ｖo＝２００Ｖｒｍｓとした場合における本発明の第２の実施例と第５の実施例のｑ相電流についての比較結果を示す図である。
【図１１】電圧制限Ｖo＝２６４Ｖｒｍｓとした場合における本発明の第２の実施例と第５の実施例のｄ相電流についての比較結果を示す図である。
【図１２】電圧制限Ｖo＝２６４Ｖｒｍｓとした場合における本発明の第２の実施例と第５の実施例のｑ相電流についての比較結果を示す図である。
【図１３】同期モータのベクトル電流制御に用いられるｄｑ各電流指令と三相電流指令との関係を説明する模式図である。
【図１４】永久磁石を有する同期モータに発生する各電圧を説明するベクトル図である。
【図１５】特許文献１（特開平９−０８４４００号公報）に記載されたサーボモータの電流制御方法を説明するベクトル図である。
【図１６】非特許文献１（「埋込磁石同期モータの設計と制御」）に記載された複数の制御モードを有する同期モータの制御方法を説明する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の第１の実施例および第２の実施例による、永久磁石を有する同期モータへのトルク指令および同期モータのモータ速度に基づいて生成されるｑ相電流指令およびｄ相電流指令に基づいて同期モータの電流ベクトル制御を行う同期モータの制御装置について説明する。
【００３２】
図１は、本発明の第１の実施例による同期モータの制御装置の原理ブロック図である。
【００３３】
本発明の第１の実施例によれば、ｑ相電流指令およびｄ相電流指令に基づいて、永久磁石を有する同期モータの電流ベクトル制御を行う同期モータの制御装置１は、制御装置１に設定された制御装置電流制限値および制御装置電圧制限値ならびに同期モータ（図示せず）のモータ速度を用いて、第１のｄ相電流制限候補値および第１のｑ相電流制限候補値を算出する第１の候補値演算部１１と、制御装置電圧制限値および同期モータのモータ速度を用いて第２のｄ相電流制限候補値および第２のｑ相電流制限候補値を算出する第２の候補値演算部１２と、第１のｄ相電流制限候補値の絶対値が第２のｄ相電流制限候補値の絶対値よりも小さい場合には第１のｑ相電流制限候補値を、それ以外の場合は第２のｑ相電流制限候補値を、ｑ相電流制限値として設定して、トルク指令に基づいて作成したｑ相電流指令がｑ相電流制限値を超える場合には、ｑ相電流指令をｑ相電流制限値に制限して出力するｑ相電流指令部１３と、第１のｄ相電流制限候補値の絶対値が第２のｄ相電流制限候補値の絶対値よりも小さい場合には第１のｄ相電流制限候補値を、それ以外の場合は第２のｄ相電流制限候補値を、ｄ相電流制限値として設定して、モータ速度およびｑ相電流指令に基づいて作成したｄ相電流指令がｄ相電流制限値を超える場合には、ｄ相電流指令をｄ相電流制限値に制限して出力するｄ相電流指令部１４と、を備える。なお、ｑ相電流指令部１３およびｄ相電流指令部１４から出力されたｑ相電流指令およびｄ相電流指令は、その後、三相の電流指令に変換される。三相の電流指令は、同期モータを駆動するインバータ装置に送られ、インバータ装置は、受信した電流指令に基づき、内部の半導体スイッチング素子をスイッチング動作させ、所望の三相駆動電力を生成し、同期モータへ供給する。
【００３４】
ここで、上記制御装置電流制限値は、モータまたはインバータ装置が許容する最大電流に相当する。また、上記制御装置電圧制限値は、同期モータを駆動するインバータ装置が出力可能な最大電圧に相当するものであり、インバータ装置の直流側のＤＣリンク電圧に依存する。以下、各構成部について説明する。
【００３５】
図１に示す第１の候補値演算部１１は、ｄｑ電流座標平面上において、制御装置電流制限値の電流ベクトル軌跡を表す電流制限円と、モータ速度に対応して制御装置電圧制限値の電流ベクトル軌跡を表す電圧制限楕円と、の交点に基づいて、第１のｄ相電流制限候補値および第１のｑ相電流制限候補値を算出する。
【００３６】
制御装置電流制限値Ｉamの電流ベクトル軌跡は、非特許文献１によれば、ｄｑ電流座標平面上において、式３で表わされる電流制限円となる。
【００３７】
【数３】
0005391347.tif 000004
【００３８】
また、制御装置電圧制限値Ｖomの電流ベクトル軌跡は、非特許文献１によれば、ｄｑ電流座標平面上において、式４で表わされる電圧制限楕円となる。
【００３９】
【数４】
0005391347.tif 000005
【００４０】
同期モータのモータ速度をω、電機子鎖交磁束をΨa、ｑ軸およびｄ軸インダクタンスをＬqおよびＬd、制御装置電圧制限値をＶom、制御装置電流制限値をＩamとしたとき、第１の候補値演算部１１は、ｄｑ電流座標平面上において、制御装置電流制限値Ｉamの電流ベクトル軌跡を表す電流制限円と、モータ速度ωに対応して制御装置電圧制限値Ｖomの電流ベクトル軌跡を表す電圧制限楕円と、の交点に基づいて、第１のｄ相電流制限候補値Ｉd1および第１のｑ相電流制限候補値Ｉq1を算出する。式３および式４から、式５が得られる。
【００４１】
【数５】
0005391347.tif 000006
【００４２】
第１の候補値演算部１１内の第１の演算部１１−１は、式５に基づいて第１のｄ相電流制限候補値Ｉd1を算出する。
【００４３】
また、第１の候補値演算部１１内の第２の演算部１１−２は、式３を変形した式６に基づいて、第１のｑ相電流制限候補値Ｉq1を算出する。
【００４４】
【数６】
0005391347.tif 000007
【００４５】
図１に示す第２の候補値演算部１２は、ｄｑ電流座標平面上において、同一鎖交磁束に対してトルクが最大となる電流ベクトル軌跡を表す最大トルク・磁束曲線と、モータ速度に対応した制御装置電圧制限値の電流ベクトル軌跡を表す電圧制限楕円と、の交点に基づいて、第２のｄ相電流制限候補値および第２のｑ相電流制限候補値を算出する。
【００４６】
永久磁石を有する同期モータの鎖交磁束Ψo（ｄｑ電流座標平面上においてΨodおよびΨoq）は、非特許文献１によれば、式７および式８のように表わされる。
【００４７】
【数７】
0005391347.tif 000008
【００４８】
【数８】
0005391347.tif 000009
【００４９】
また、永久磁石を有する同期モータのトルクＴは、非特許文献１によれば、マグネットトルクをＴm、リラクタンストルクをＴrとして式９のように表わされる。
【００５０】
【数９】
0005391347.tif 000010
【００５１】
鎖交磁束Ψoを表す式８を用いて式９よりｑ相電流ｉqを消去し、トルクＴをｄ相電流ｉdと鎖交磁束Ψoで表して∂Ｔ／∂ｉd＝０とおくと、同一トルク発生時に鎖交磁束が最小となる条件は、式１０、式１１および式１２で表わされる。これは、同一鎖交磁束に対してトルクが最大となる条件でもある。
【００５２】
【数１０】
0005391347.tif 000011
【００５３】
【数１１】
0005391347.tif 000012
【００５４】
【数１２】
0005391347.tif 000013
【００５５】
式１０、式１１および式１２について、Ψo＝Ｖom／ωと置き換えてモータ速度ωの関係式として表すと、式１３、式１４および式１５が得られる。
【００５６】
【数１３】
0005391347.tif 000014
【００５７】
【数１４】
0005391347.tif 000015
【００５８】
【数１５】
0005391347.tif 000016
【００５９】
式１３、式１４および式１５の関係をｄｑ電流座標平面上で表すと曲線状となる。この曲線は、同一鎖交磁束に対してトルクが最大となる電流ベクトル軌跡を表すものであり、ここでは、「最大トルク・磁束曲線」と称する。
【００６０】
第２の候補値演算部１２は、ｄｑ電流座標平面上において、同一鎖交磁束に対してトルクが最大となる電流ベクトル軌跡を表す最大トルク・磁束曲線と、モータ速度ωに対応した制御装置電圧制限値Ｖomの電流ベクトル軌跡を表す電圧制限楕円と、の交点に基づいて、第２のｄ相電流制限候補値Ｉd2および第２のｑ相電流制限候補値Ｉq2を算出する。
【００６１】
第２の候補値演算部１２内の第３の演算部１２−１は、式１３および式１４に基づいて、第２のｄ相電流制限候補値Ｉd2を算出する。
【００６２】
第２の候補値演算部１２内の第４の演算部１２−２は、式１５に基づいて、第２のｑ相電流制限候補値Ｉq2を算出する。
【００６３】
図１に示すｑ相電流指令部１３は、トルク指令に基づいてｑ相電流指令ｉqを作成するものである。本発明の第１の実施例では、ｑ相電流指令部１３においてｑ相電流指令ｉqを作成する際に適用されるｑ相電流制限値Ｉqo1を、第１のｑ相電流制限候補値Ｉq1もしくは第２のｑ相電流制限候補値Ｉq2の中から選択する。その選択判断には、第１のｄ相電流制限候補値Ｉd1および第２のｄ相電流制限候補値Ｉd2を用いる。すなわち、ｑ相電流指令部１３は、第１のｄ相電流制限候補値Ｉd1の絶対値と第２のｄ相電流制限候補値Ｉd2の絶対値との大小関係を判定し、第１のｄ相電流制限候補値Ｉd1の絶対値が第２のｄ相電流制限候補値Ｉd2の絶対値よりも小さい場合には、ｑ相電流指令ｉqを作成する際に適用されるｑ相電流制限値Ｉqo1として第１のｑ相電流制限候補値Ｉq1を設定する。一方、第１のｄ相電流制限候補値Ｉd1の絶対値が第２のｄ相電流制限候補値Ｉd2の絶対値よりも大きい場合には、ｑ相電流指令ｉqを作成する際に適用されるｑ相電流制限値Ｉqo1として第２のｑ相電流制限候補値Ｉq2を設定する。ｑ相電流指令部１３は、トルク指令に基づいて作成したｑ相電流指令ｉqが、上記のように設定したｑ相電流制限値Ｉqo1を超える場合には、ｑ相電流指令ｉqを当該ｑ相電流制限値Ｉqo1に制限して出力する。
【００６４】
図１に示すｄ相電流指令部１４は、モータ速度ωおよびｑ相電流指令ｉqに基づいてｄ相電流指令ｉdを作成するものである。ｄ相電流指令ｉdの作成には式１６が用いられる。なお、式１６は、上述した式１と同一であるので、詳細な説明は省略する。
【００６５】
【数１６】
0005391347.tif 000017
【００６６】
本発明の第１の実施例では、ｄ相電流指令部１４においてｄ相電流指令ｉdを作成する際に適用されるｄ相電流制限値Ｉdo1を、第１のｄ相電流制限候補値Ｉd1もしくは第２のｄ相電流制限候補値Ｉd2の中から選択する。すなわち、ｄ相電流指令部１４は、第１のｄ相電流制限候補値Ｉd1の絶対値と第２のｄ相電流制限候補値Ｉd2の絶対値との大小関係を判定し、第１のｄ相電流制限候補値Ｉd1の絶対値が第２のｄ相電流制限候補値Ｉd2の絶対値よりも小さい場合には、ｄ相電流指令ｉdを作成する際に適用されるｄ相電流制限値Ｉdo1として第１のｄ相電流制限候補値Ｉd1を設定する。一方、第１のｄ相電流制限候補値Ｉd1の絶対値が第２のｄ相電流制限候補値Ｉd2の絶対値よりも大きい場合には、ｄ相電流指令ｉdを作成する際に適用されるｄ相電流制限値Ｉdo1として第２のｄ相電流制限候補値Ｉd2を設定する。ｄ相電流指令部１４は、式１６を用いてモータ速度ωおよびｑ相電流指令ｉqに基づいて作成したｄ相電流指令ｉdが、上記のように設定したｄ相電流制限値Ｉdo1を超える場合には、ｄ相電流指令を当該ｄ相電流制限値Ｉdo1に制限して出力する。
【００６７】
図２は、本発明の第２の実施例による同期モータの制御装置の原理ブロック図である。
【００６８】
本発明の第２の実施例によれば、ｑ相電流指令およびｄ相電流指令に基づいて、永久磁石を有する同期モータの電流ベクトル制御を行う同期モータの制御装置２は、制御装置２に設定された制御装置電流制限値および制御装置電圧制限値ならびに同期モータのモータ速度を用いて、第１のｄ相電流制限候補値および第１のｑ相電流制限候補値を算出する第１の候補値演算部２１と、制御装置電圧制限値および同期モータのモータ速度を用いて第２のｄ相電流制限候補値および第２のｑ相電流制限候補値を算出する第２の候補値演算部２２と、第１のｄ相電流制限候補値の絶対値が第２のｄ相電流制限候補値の絶対値よりも小さい場合には第１のｑ相電流制限候補値を、それ以外の場合は第２のｑ相電流制限候補値を、ｑ相電流制限値として設定して、トルク指令に基づいて作成した第１のｑ相電流指令候補値がｑ相電流制限値を超える場合には、第１のｑ相電流指令候補値をｑ相電流制限値に制限して出力する第１のｑ相電流指令部２３と、第１のｄ相電流制限候補値の絶対値が第２のｄ相電流制限候補値の絶対値よりも小さい場合には第１のｄ相電流制限候補値を、それ以外の場合は第２のｄ相電流制限候補値を、ｄ相電流制限値として設定し、モータ速度ωおよび第１のｑ相電流指令候補値に基づいて作成した第１のｄ相電流指令候補値がｄ相電流制限値を超える場合には、第１のｄ相電流指令候補値をｄ相電流制限値に制限して出力する第１のｄ相電流指令部２４と、ｄｑ電流座標平面上において、同一電流に対して発生トルクが最大となる電流ベクトル軌跡を表す最大トルク・電流曲線と、制御装置電流制限値の電流ベクトル軌跡を表す電流制限円と、の交点に基づいて、第３のｄ相電流制限候補値および第３のｑ相電流制限候補値を算出する第３の候補値演算部２５と、トルク指令に基づいて生成した第２のｑ相電流指令候補値が第３のｑ相電流制限候補値を超える場合には、第２のｑ相電流指令候補値を第３のｑ相電流制限値に制限して出力する第２のｑ相電流指令部２６と、第２のｑ相電流指令部２６から出力された第２のｑ相電流指令候補値と、ｄｑ電流座標平面上における同一電流に対して発生トルクが最大となる電流ベクトル軌跡を表す最大トルク・電流曲線と、を用いて第２のｄ相電流指令候補値を作成して出力する第２のｄ相電流指令部２７と、第２のｄ相電流指令候補値の絶対値が第１のｄ相電流指令候補値の絶対値よりも大きい場合には、第２のｄ相電流指令候補値および第２のｑ相電流指令候補値を、それ以外の場合には、第１のｄ相電流指令候補値および第１のｑ相電流指令候補値を、それぞれｄ相電流指令およびｑ相電流指令として出力するｄｑ相電流指令判断部２８と、を備える。なお、ｄｑ相電流指令判断部２８から出力されたｑ相電流指令およびｄ相電流指令は、その後、三相の電流指令に変換される。三相の電流指令は、同期モータを駆動するインバータ装置に送られ、インバータ装置は、受信した電流指令に基づき、内部の半導体スイッチング素子をスイッチング動作させ、所望の三相駆動電力を生成し、同期モータへ供給する。
【００６９】
すなわち、本発明の第２の実施例による同期モータの制御装置２は、上述した第１の実施例による同期モータの制御装置１のｑ相電流指令部１３およびｄ相電流指令部１４をそれぞれ第１のｑ相電流指令部２３および第１のｄ相電流指令部２４とした上で、新たに、第３の候補値演算部２５、第２のｑ相電流指令部２６、第２のｄ相電流指令部２７およびｄｑ相電流指令判断部２８を追加したものである。
【００７０】
図２に示す第１の候補値演算部２１および第２の候補値演算部２２は、図１を参照して説明した第１の実施例における第１の候補値演算部１１および第２の候補値演算部１２と同一であるので説明は省略する。
【００７１】
図２に示す第１のｑ相電流指令部２３および第１のｄ相電流指令部２４は、図１を参照して説明した第１の実施例におけるｑ相電流指令部１３およびｄ相電流指令部１４に対応するものであり、その動作原理は同じである。すなわち、第１の実施例におけるｑ相電流指令部１３から出力されるｑ相電流指令を、第２の実施例における第１のｑ相電流指令部２３から出力される第１のｑ相電流指令候補値に置き換え、第１の実施例におけるｄ相電流指令部１４から出力されるｄ相電流指令を、第２の実施例における第１のｄ相電流指令部２４から出力される第１のｄ相電流指令候補値に置き換えればよい。
【００７２】
以下に、本発明の第２の実施例が第１の実施例とは異なる点である第３の候補値演算部２５、第２のｑ相電流指令部２６、第２のｄ相電流指令部２７およびｄｑ相電流指令判断部２８について説明する。
【００７３】
第３の候補値演算部２５は、ｄｑ電流座標平面上において、同一電流に対して発生トルクが最大となる電流ベクトル軌跡を表す最大トルク・電流曲線と、制御装置電流制限値の電流ベクトル軌跡を表す電流制限円と、の交点に基づいて、第３のｄ相電流制限候補値および第３のｑ相電流制限候補値を算出する。
【００７４】
同一電流に対して発生トルクが最大となる条件を満たす最適な電流位相は、式９で表わされるトルクの式をβで偏微分し０とおくことで式１７のように表される。ここで、Ｉaは電流の振幅、βは電流位相を表す。
【００７５】
【数１７】
0005391347.tif 000018
【００７６】
式１７より、ｑ相電流ｉqとｄ相電流ｉdとの関係は式１８のように表わされる。
【００７７】
【数１８】
0005391347.tif 000019
【００７８】
すなわち、ｄｑ電流座標平面上において、式１８を満たすｑ相電流ｉqとｄ相電流ｉdとの関係を表す曲線は、同一電流に対して発生トルクが最大となるものとなり、ここは「最大トルク・電流曲線」と称する。本発明の第２の実施例では、第３の候補値演算部２５は、ｄｑ電流座標平面上において、同一電流に対して発生トルクが最大となる電流ベクトル軌跡を表す最大トルク・電流曲線と、制御装置電流制限値の電流ベクトル軌跡を表す電流制限円と、の交点に基づいて、第３のｄ相電流制限候補値Ｉd3および第３のｑ相電流制限候補値Ｉq3を算出する。
【００７９】
第３の候補値演算部２５内の第５の演算部２５−１は、最大トルク・電流曲線を表わす式１８と、電流制限円を表わす式３とから得られる式１９に基づいて、第３のｄ相電流制限候補値Ｉd3を算出する。
【００８０】
【数１９】
0005391347.tif 000020
【００８１】
第３の候補値演算部２５内の第６の演算部２５−２は、電流制限円を表わす式３を変形して得られる式２０に基づいて、第３のｑ相電流制限候補値Ｉq3を算出する。
【００８２】
【数２０】
0005391347.tif 000021
【００８３】
図２に示す第２のｑ相電流指令部２６は、トルク指令に基づいてｑ相電流指令候補値Ｉqo2を作成するものである。本発明の第２の実施例では、第２のｑ相電流指令部２６においてｑ相電流指令候補値Ｉqo2を作成する際に適用されるｑ相電流制限値Ｉqo2として第３のｑ相電流制限値Ｉq3を設定する。第２のｑ相電流指令部２６は、トルク指令に基づいて作成した第２のｑ相電流指令候補値Ｉqo2が、上記のように設定した第３のｑ相電流制限値Ｉq3を超える場合には、第２のｑ相電流指令候補値Ｉqo2を当該第３のｑ相電流制限値Ｉq3に制限して出力する。
【００８４】
図２に示す第２のｄ相電流指令部２７は、第２のｑ相電流指令部２６から出力された第２のｑ相電流指令候補値Ｉqo2と、ｄｑ電流座標平面上における同一電流に対して発生トルクが最大となる電流ベクトル軌跡を表す最大トルク・電流曲線と、を用いて第２のｄ相電流指令候補値Ｉdo2を作成して出力する。第２のｄ相電流指令候補値Ｉdo2の作成には式２１が用いられる。式２１は上述した式１８と同一である。
【００８５】
【数２１】
0005391347.tif 000022
【００８６】
図２に示すｄｑ相電流指令判断部２８は、最終的に出力すべきｑ相電流指令ｉqおよびｄ相電流指令ｉdを、第１のｑ相電流指令部２３および第１のｄ相電流指令部２４から出力された第１のｑ相電流指令候補値Ｉqo1および第１のｄ相電流指令候補値Ｉdo1、または第２のｑ相電流指令部２６および第２のｄ相電流指令部２７から出力された第２のｑ相電流指令候補値Ｉqo2および第２のｄ相電流指令候補値Ｉdo2の中から選択する。その選択判断には、第１のｄ相電流指令候補値Ｉdo1および第２のｄ相電流指令候補値Ｉdo2を用いる。すなわち、ｄｑ相電流指令判断部２８は、第１のｄ相電流指令候補値Ｉdo1の絶対値と第２のｄ相電流指令候補値Ｉdo2の絶対値との大小関係を判定し、第２のｄ相電流指令候補値Ｉdo2の絶対値が第１のｄ相電流指令候補値Ｉdo1の絶対値よりも大きい場合には、最終的に出力すべきｑ相電流指令ｉqおよびｄ相電流指令ｉdを第２のｑ相電流指令候補値Ｉqo2および第２のｄ相電流指令候補値Ｉdo2に決定し、これらを出力する。一方、第２のｄ相電流指令候補値Ｉdo2の絶対値が第１のｄ相電流指令候補値Ｉdo1の絶対値よりも小さい場合には、最終的に出力すべきｑ相電流指令ｉqおよびｄ相電流指令ｉdを第１のｑ相電流指令候補値Ｉqo1および第１のｄ相電流指令候補値Ｉdo1に決定し、これらを出力する。
【００８７】
発生するトルクを最大化することが、同期モータを開発する上でひとつの重要な目的であるが、トルクはｑ相電流ｉqに比例するので、ｑ相電流ｉqが電圧制限および電流制限を超えない範囲でできるだけ大きくするのが望ましい。同期モータの発生トルクは、同期モータを駆動するためのインバータ装置の電流制限と、電源側から入力される電圧などで決まる電圧制限により、制限される。本発明の第１および第２の実施例においては、電流制限や電圧制限に達しない状態で同期モータを駆動した場合、同期モータのマグネットトルクとリラクタンストルクの合計トルクが最大化するリラクタンストルク制御を行い、電流制限を受ける領域で同期モータを駆動する場合は、弱め磁束制御を行うことで、同期モータのトルクを最大化する。本発明の第１および第２の実施例においては、リラクタンストルク制御と弱め磁束制御のうち、発生するトルクが最大化する方を採用するため、算出された第１のｄ相電流制限値Ｉd1の絶対値と第２のｄ相電流制限値Ｉd2の絶対値との大小関係をリラクタンストルク制御と弱め磁束制御との切替えの判断基準に用いる。図３は、本発明の第１および第２の実施例による同期モータの制御装置における、ｑ相電流制限値およびｄ相電流制限値の切替えを説明するためのｄｑ電流座標平面を示す図である。図３では、モータ速度ω1、ω2およびω3（ただし、ω1＜ω2＜ω3）に対応する制御装置電圧制限の電流ベクトル軌跡を表す電圧制限楕円をＰ1、Ｐ2およびＰ3で示し、制御装置電流制限の電流ベクトル軌跡を表す電流制限円をＱで示す。第１の候補演算部１１および２１は、電圧制限楕円Ｐ1、Ｐ2およびＰ3と電流制限円Ｑとの交点（図中、黒丸「●」で表す。）の各ｑｄ座標を、第１のｑ相電流制限候補値Ｉq1および第１のｄ相電流制限候補値Ｉd1として採用する。一方、第２の候補演算部１２および２２は、同一鎖交磁束に対してトルクが最大となる電流ベクトル軌跡を表す最大トルク・磁束曲線と、電流制限円Ｑとの交点（図中、三角「△」で表す。）の各ｑｄ座標を、第２のｑ相電流制限候補値Ｉq2および第２のｄ相電流制限候補値Ｉd2として採用する。なお、図示の例では、図面を見やすくするために、最大トルク・磁束曲線を一定値Ｉd2としている。図３から、第１のｄ相電流制限候補値Ｉd1の絶対値が第２のｄ相電流制限候補値Ｉd2の絶対値よりも小さいときは、ｑ相電流制限値およびｄ相電流制限値として第１のｑ相電流制限候補値Ｉq1および第１のｄ相電流制限候補値Ｉd1を採用し、第１のｄ相電流制限候補値Ｉd1の絶対値が第２のｄ相電流制限候補値Ｉd2の絶対値よりも大きいときは、ｑ相電流制限値およびｄ相電流制限値として第２のｑ相電流制限候補値Ｉq2および第２のｄ相電流制限候補値Ｉd2を採用すれば、ｑ相電流指令を、できるだけ大きな制限値で制限したものとすることができるので、ｑ相電流に比例する発生トルクも最大化する。
【００８８】
図４は、ｑ相電流制限値およびｄ相電流制限値が図３に示す関係を有する場合におけるモータ速度とｑ相電流およびｄ相電流との関係を示す図であって、（ａ）はｑ相電流を示し、（ｂ）はｄ相電流を示す。モータ速度がω2未満である場合は、電流制限値として第２のｑ相電流制限候補値Ｉq2および第２のｄ相電流制限候補値Ｉd2を採用すると、制御装置電流制限Ｉamを超えてしまう。したがってこの場合は、電流制限値として第１のｑ相電流制限候補値Ｉq1および第１のｄ相電流制限候補値Ｉq1を採用する。一方、モータ速度がω2以上である場合は、発生トルクの大きさに関与するｑ軸成分である第２のｑ相電流制限候補値Ｉq2は第１のｑ相電流制限候補値Ｉq1よりも大きいため、より大きなトルクを発生させることが可能な第２のｑ相電流制限候補値Ｉq2および第２のｄ相電流制限候補値Ｉd2を採用する。
【００８９】
本発明の第１および第２の実施例では、各電流制限候補値の算出およびｑ相電流指令およびｄ相電流指令の決定を理論式に基づいて算出するものであるが、以下に説明する本発明の第３〜第６の実施例は、同期モータが有する種々のパラメータや実際に同期モータを駆動した際に得られる各種データを、所定の近似式に当てはめて、ｑ相電流指令およびｄ相電流指令を決定するものである。
【００９０】
本発明の第３の実施例を説明すると次の通りである。
【００９１】
まず、ｑ相電流の制限値は次のようにして設定する。第３の候補値演算部２５は、第３のｑ相電流制限候補値Ｉq3を、式２２に示すように、第３のｑ相電流制限候補値Ｉq3_approxで表される近似式に基づいて設定する。ここで、係数をｃ1とする。
【００９２】
【数２２】
0005391347.tif 000023
【００９３】
第１の候補値演算部１１および２１ならびに第２の候補値演算部１２および２２は、第１のｑ相電流制限候補値Ｉq1および第２のｑ相電流制限候補値Ｉq2を、同期モータのモータ速度ωを変数とする２次関数で表される近似式に基づいて設定するようにしてもよい。ここでは一例として、式２３に示すような近似式で第１のｑ相電流制限候補値および第２のｑ相電流制限候補値（まとめてＩq12_approxで表す。）を算出するものとする。ここで、係数をａ2、ｂ2およびｃ2とする。
【００９４】
【数２３】
0005391347.tif 000024
【００９５】
ｑ相電流については、上述のように近似式にて算出されたＩq3_approxとＩq12_approxとの大小関係を比較し、小さいほうの値を、ｑ相電流制限値ｉq_limに設定する。
【００９６】
次に、ｄ相電流の制限値は次のようにして設定する。第３の候補値演算部２５は、第３のｄ相電流制限候補値Ｉd3を、式２４に示すように、第３のｄ相電流制限候補値Ｉd3_approxで表される近似式に基づいて設定する。ここで、係数をｃ3とする。
【００９７】
【数２４】
0005391347.tif 000025
【００９８】
第１の候補値演算部１１および２１ならびに第２の候補値演算部１２および２２は、第１のｄ相電流制限候補値Ｉd1および第２のｄ相電流制限候補値Ｉd2を、同期モータのモータ速度ωを変数とする２次関数で表される近似式に基づいて設定するようにしてもよい。ここでは一例として、式２５に示すような近似式で第１のｄ相電流制限候補値Ｉd1_approxを算出する。式２５において、係数をａ4、ｂ4およびｃ4とする。また、第２のｄ相電流制限候補値Ｉd2_approxについては、一例として、式２６に示すように、近似式に従って算出したものが定数（すなわち、モータ速度ωの２次の項および１次の項の係数が０）であるとする。式２６において、係数をｃ5とする。
【００９９】
【数２５】
0005391347.tif 000026
【０１００】
【数２６】
0005391347.tif 000027
【０１０１】
ｄ相電流については、上述のように近似式にて算出されたＩd3_approxの絶対値とＩd1_approxの絶対値との大小関係を比較し、Ｉd3_approxの絶対値がＩd1_approxの絶対値より大きいときはＩd3_approxをｄ相電流制限値ｉd_limに設定し、Ｉd1_approxの絶対値がＩd2_approxの絶対値より大きいときはＩd2_approxをｄ相電流制限値ｉd_limに設定し、それ以外のときは、Ｉd1_approxをｄ相電流制限値ｉd_limに設定する。
【０１０２】
次に近似式を用いたｑ相電流指令およびｄ相電流指令の決定について以下に説明する。
【０１０３】
第２のｄ相電流指令部２７は、式２７に示すように、第２のｑ相電流指令部２６から出力された第２のｑ相電流指令候補値ｉq2を変数とする２次関数で表される近似式に基づき、第２のｄ相電流指令候補値ｉd2_*approxを算出する。ここで、係数をｄ6、ｅ6およびｆ6とする。
【０１０４】
【数２７】
0005391347.tif 000028
【０１０５】
ｄ相電流指令部１４および第１のｄ相電流指令部２４は、同期モータのモータ速度をω、ｑ相電流指令部１３もしくは第１のｑ相電流指令部２３から出力されたｑ相電流指令もしくはｑ相電流指令候補値をｉq1、任意の係数をａ7、ｂ7、ｃ7、ｄ7、ｅ7、ｆ7およびｇ7としたとき、式２８で表わされる近似式に基づき、ｄ相電流指令もしくは第１のｄ相電流指令候補値ｉd1_*approxを算出する。ここで、係数をａ7、ｂ7、ｃ7、ｄ7、ｅ7およびｆ7とする。
【０１０６】
【数２８】
0005391347.tif 000029
【０１０７】
ｄ相電流指令もしくは第１のｄ相電流指令候補値ｉd1の絶対値が上述のｄ相電流制限値Ｉd_limの絶対値よりも大きいときは、ｄ相電流指令もしくは第１のｄ相電流指令候補値ｉd1を当該制限値に制限する。
【０１０８】
図５は、本発明の第２の実施例と第３の実施例のｄ相電流についての比較結果を示す図であり、図６は、本発明の第２の実施例と第３の実施例のｑ相電流についての比較結果を示す図である。図５および図６では、永久磁石を有する３相動機モータで、それぞれ１相あたりの電気子鎖交磁束Ψa＝０．０９６５ Ｖp ｓｅｃ／ｒａｄ、ｑ軸インダクタンスＬｑ＝０．００２１７Ｈ、ｄ軸インダクタンスＬｄ＝０．００１３Ｈ、電圧制限Ｖo＝２００Ｖｒｍｓ、電流制限Ｉam＝４２．４Ａｒｍｓの場合に、本発明の第２の実施例にしたがって計算したときの、モータ速度ωとｄ相電流ｉdとｑ相電流ｉqの関係と、本発明の第３の実施例の近似式にしたがって計算したときの、モータ速度ωとｄ相電流ｉdとｑ相電流ｉqの関係を示している。ここでは、式２２〜式２８の各係数を次の通りに設定した。すなわち、ｃ1＝３９．６９、ａ2＝０．０００１５３９、ｂ2＝−０．１９３８、ｃ2＝７６．１８、ｃ3＝１５、ａ4＝−０．０００２４７７、ｂ4＝０．３１１２、ｃ4＝−４２．７８、ｃ5＝３６、ｄ6＝１、ｅ6＝０．１４２、ｆ6＝０．４、ａ7＝−０．０００１２６７、ｂ7＝０．１５９２、ｃ7＝−１８、ｄ7＝１．２、ｅ7＝０、ｆ7＝１、ｇ7＝３０といったように設定した。図５および図６から分かるように、本発明の第２の実施例と比較しても、本発明の第３の実施例による近似式で十分に本発明の同期モータの制御装置をモデル化できていることがわかる。
【０１０９】
なお、本発明の第３の実施例において式２２〜式２８で用いた各係数は、同期モータの逆起電力やインダクタンスといった固有値を、モータ固体毎に予め測定しておき、設定すればよい。測定したモータ個体後の値に応じて係数を変化させることで、その同期モータに適したより高出力で高効率な制御が可能となる。このモータ固体毎の固有値は、同期モータ内部に付属するメモリなどに記憶させておけば、同期モータと本発明による制御装置を接続するだけで係数を変化させることも容易となる。また、同期モータの電源入力端に設けられた電圧検出センサによって検出される同期モータへの入力電圧に対応して、前記近似式で表される関数における係数を決定する係数決定部（図示せず）をさらに備えてもよい。あるいはまた、同期モータの近傍に設けられた温度センサによって検出される同期モータの温度に対応して、前記近似式で表される関数における係数を決定する係数決定部をさらに備えてもよい。
【０１１０】
次に、本発明の第４の実施例について説明する。本発明の第４の実施例は、上述の第３の実施例における式２８の係数ｇ7の部分を、式２９に示すようにｑ相電流指令もしくはｑ相電流指令候補値であるｉq1の２次関数に置き換えることで、第３の実施例の場合に比べてより高出力で高効率が制御を可能にしたものである。ここで、係数をａ1、ｂ1、ｃ1、ｄ1、ｅ1、ｆ1、ｇ1、ｈ1およびｊ1とする。
【０１１１】
【数２９】
0005391347.tif 000030
【０１１２】
ｄ相電流指令部１４および第１のｄ相電流指令部２４は、同期モータのモータ速度をω、ｑ相電流指令部１３もしくは第１のｑ相電流指令部２３から出力されたｑ相電流指令もしくはｑ相電流指令候補値をｉq1、任意の係数をｆ4、ｇ4およびｈ4としたとき、式２９で表わされる近似式に基づき、ｄ相電流指令もしくは第１のｄ相電流指令候補値ｉd1*_approxを算出する。
【０１１３】
なお、本発明の第４の実施例において式２９で用いた各係数は、同期モータの逆起電力やインダクタンスといった固有値を、モータ固体毎に予め測定しておき、設定すればよい。測定したモータ個体後の値に応じて係数を変化させることで、その同期モータに適したより高出力で高効率な制御が可能となる。このモータ固体毎の固有値は、同期モータ内部に付属するメモリなどに記憶させておけば、同期モータと本発明による制御装置を接続するだけで係数を変化させることも容易となる。
【０１１４】
次に、本発明の第５の実施例を説明する。本発明の第５の実第５の実施例施例は、上述の第３の実施例同様、同期モータが有する種々のパラメータや実際に同期モータを駆動した際に得られる各種データを、所定の近似式に当てはめて、ｑ相電流指令およびｄ相電流指令を決定するものであるが、ｄ相電流の制限値、ｑ相電流制限値、およびｄ相電流を算出する際に、共通の速度項を用いることで、第３の実施例よりも計算量を低減したものである。
【０１１５】
まず、ｑ相電流の制限値は次のようにして設定する。第３の候補値演算部２５は、第３のｑ相電流制限候補値Ｉq3を、式３０に示すように、第３のｑ相電流制限候補値Ｉq3_approxで表される近似式に基づいて設定する。ここで、係数をｃ1とする。
【０１１６】
【数３０】
0005391347.tif 000031
【０１１７】
第１の候補値演算部１１および２１ならびに第２の候補値演算部１２および２２は、第１のｑ相電流制限候補値Ｉq1および第２のｑ相電流制限候補値Ｉq2を、同期モータのモータ速度ωを変数とする２次関数である式３１に示すような近似式で第１のｑ相電流制限候補値および第２のｑ相電流制限候補値（まとめてＩq12_approxで表す。）を算出する。なお、速度項ｋについては後述する。ここで、係数をｐ10およびｑ10とする。
【０１１８】
【数３１】
0005391347.tif 000032
【０１１９】
ｑ相電流については、上述のように近似式にて算出されたＩq3_approxとＩq12_approxとの大小関係を比較し、小さいほうの値を、ｑ相電流制限値ｉq_limに設定する。
【０１２０】
次に、ｄ相電流の制限値は次のようにして設定する。第３の候補値演算部２５は、第３のｄ相電流制限候補値Ｉd3を、式３２に示すように、第３のｄ相電流制限候補値Ｉd3_approxで表される近似式に基づいて設定する。ここで、係数をｃ3とする。
【０１２１】
【数３２】
0005391347.tif 000033
【０１２２】
第１の候補値演算部１１および２１は、第１のｄ相電流制限候補値Ｉd1としてを、同期モータのモータ速度ωを変数とする２次関数である式３３に示すような近似式で第１のｄ相電流制限候補値Ｉd1_approxを算出する。式３３において、係数をｌ10およびｍ10とする。また、第２の候補値演算部１２および２２は、第２のｄ相電流制限候補値Ｉd2については、式３４の第２のｄ相電流制限候補値Ｉd2_approxとして示すように、近似式に従って算出したものが定数（すなわち、モータ速度ωの２次の項および１次の項の係数が０）であるとする。式３４において、係数をｃ5とする。なお、速度項ｋについては後述する。
【０１２３】
【数３３】
0005391347.tif 000034
【０１２４】
【数３４】
0005391347.tif 000035
【０１２５】
ｄ相電流については、上述のように近似式にて算出されたＩd3_approxの絶対値とＩd1_approxの絶対値との大小関係を比較し、Ｉd3_approxの絶対値がＩd1_approxの絶対値より大きいときはＩd3_approxをｄ相電流制限値ｉd_limに設定し、Ｉd1_approxの絶対値がＩd2_approxの絶対値より大きいときはＩd2_approxをｄ相電流制限値ｉd_limに設定し、それ以外のときは、Ｉd1_approxをｄ相電流制限値ｉd_limに設定する。
【０１２６】
次に近似式を用いたｑ相電流指令およびｄ相電流指令の決定について以下に説明する。
【０１２７】
ｄ相電流指令部１４および第１のｄ相電流指令部２４は、同期モータのモータ速度をω、ｑ相電流指令部１３もしくは第１のｑ相電流指令部２３から出力されたｑ相電流指令もしくはｑ相電流指令候補値をｉq1、任意の係数をｆ4、ｇ4およびｈ4としたとき、式３５で表わされる近似式に基づき、ｄ相電流指令もしくは第１のｄ相電流指令候補値ｉd1*_approxを算出する。ここで、係数をｆ4、ｇ4およびｈ4とする。
【０１２８】
【数３５】
0005391347.tif 000036
【０１２９】
第２のｄ相電流指令部２７は、式３６に示すように、第２のｑ相電流指令部２６から出力された第２のｑ相電流指令候補値ｉq2を変数とする２次関数で表される近似式に基づき、第２のｄ相電流指令候補値ｉd2*_approxを算出する。ここで、係数をａ10、ｄ10、ｅ10、ｆ10、ｇ10、ｈ10およびｊ10とする。なお、速度項ｋについては後述する。
【０１３０】
【数３６】
0005391347.tif 000037
【０１３１】
図２に示すｄｑ相電流指令判断部２８は、ｉd1*_approxの絶対値がｉd2*_approxの絶対値よりも大きいときは、ｄ相電流指令もしくは第１のｄ相電流指令候補値をｉd1*_approxに設定し、それ以外の時はｉd2*_approxに設定する。ただし、ｄｑ相電流指令判断部２８は、idの絶対値がid_limの絶対値よりも大きいときには、ｄ相電流指令もしくは第１のｄ相電流指令候補値を式３２〜式３４で定まるｄ相電流制限値id_limに設定する。
【０１３２】
ここで、ｑ相電流の制限値の算出に用いられる式３１、ｄ相電流の制限値の算出に用いられる式３３、ｄ相電流の算出に用いられる式３６における速度項ｋについて説明すると次の通りである。速度項ｋは式３７を用いて算出する。ここで、Ｖinを同期モータの電源入力端に設けられた電圧検出センサによって検出される同期モータへの入力電圧とする。また、Ｔinを同期モータの近傍（例えばモータ巻線）に設けられた温度センサ（サーミスタ）によって検出される同期モータの温度とする。また、係数をｂ4、ｃ4およびｄ4とする。
【０１３３】
【数３７】
0005391347.tif 000038
【０１３４】
ここで、式３７において、Ｖbaseは、パラメータ調整時に、同期モータの電源入力端に設けられた電圧検出センサによって検出される同期モータへの入力電圧Ｖinが変動する際、その影響を電流の速度項ｋに反映させるための基準電圧である。例えば電圧が１７０Ｖ〜２６４Ｖの間で変動する場合、基準電圧Ｖbaseを１７０Ｖに設定すると、式３７に基づいて、電圧検出センサによって検出される同期モータへの入力電圧Ｖinが１７０Ｖの場合は０に、２００Ｖの場合は３０に、２６４Ｖの場合は９４に、係数ｃ4がかけられて速度項ｋが算出され、この速度項ｋが式３６に代入されることになる。したがって、式３６から、電圧検出センサによって検出される同期モータへの入力電圧Ｖinが高くなるほど、第２のｄ相電流指令候補値ｉd2*_approxの値は小さくなる。
【０１３５】
また、式３７において、Ｔbaseは、同期モータの近傍（例えばモータ巻線）に設けられた温度センサ（サーミスタ）によって検出される同期モータの温度Ｔinが変動する際、その影響を電流の速度項ｋに反映させるための基準電圧である。一般に、同期モータの動作パターンや同期モータにかかる負荷によって同期モータの温度の上昇の程度は変わるが、ある基準でのベース温度Ｔbaseを予め決めておいて、温度変化による第２のｄ相電流指令候補値ｉd2*_approxの調整が可能になる。同期モータの近傍（例えばモータ巻線）に設けられた温度センサ（サーミスタ）によって検出される同期モータの温度が高温になるほど、第２のｄ相電流指令候補値ｉd2*_approxの値は小さくなる。同期モータの温度が高温になるほど逆起電力が減るため、第２のｄ相電流指令候補値ｉd2*_approxの値が小さくなっても高速回転ができるなど省エネになる。
【０１３６】
なお、式３７において、係数ｃ4を０に設定すると、同期モータの温度Ｔinの影響のみを速度項ｋに反映させることができ、係数ｄ4を０に設定すると、同期モータへの入力電圧Ｖinの影響のみを速度項ｋに反映させることができる。
【０１３７】
このように、本発明の第５の実施例では、ｄ相電流の制限値、ｑ相電流制限値、およびｄ相電流を算出する際に、式３７に示す共通の速度項ｋを用いることで、第３の実施例よりも計算量を低減することができるとともに、同期モータの温度や同期モータへの入力電圧が変動する際の補正の計算が容易になる。
【０１３８】
ｄ相電流指令部１４および第１のｄ相電流指令部２４は、同期モータのモータ速度をω、ｑ相電流指令部１３もしくは第１のｑ相電流指令部２３から出力されたｑ相電流指令もしくはｑ相電流指令候補値をｉq1、任意の係数をｆ4、ｇ4およびｈ4としたとき、式３７で表わされる近似式に基づき、ｄ相電流指令もしくは第１のｄ相電流指令候補値ｉd1*_approxを算出する。ここで、係数をａ5、ｂ5、ｃ5、ｄ5、ｅ5、ｆ5、ｇ5、ｈ5およびｊ5とする。
【０１３９】
式３６におけるａ10×（ｄ10ｉq2＋ｅ10ｉq＋ｆ10）は、式２９における（ｄ1ｉq2＋ｅ1ｉq＋ｆ1）に対応し、式３６における（ｇ10ｉq2＋ｈ10ｉq＋ｊ10）は、式２９における（ｇ1ｉq2＋ｈ1ｉq＋ｊ1）に対応する。したがって、式３６を整理すると、式３８が得られる。式３８では、係数をａ11、ｂ11、ｃ11、ｄ11、ｅ11、ｆ11、ｇ11、ｈ11およびｊ11として整理している。
【０１４０】
【数３８】
0005391347.tif 000039
【０１４１】
なお、本発明の第５の実施例において式３２〜式３８で用いた各係数は、同期モータの逆起電力やインダクタンスといった固有値を、モータ固体毎に予め測定しておき、設定すればよい。測定したモータ個体後の値に応じて係数を変化させることで、その同期モータに適したより高出力で高効率な制御が可能となる。このモータ固体毎の固有値は、同期モータ内部に付属するメモリなどに記憶させておけば、同期モータと本発明による制御装置を接続するだけで係数を変化させることも容易となる。本発明の第５の実施例では、同期モータの電源入力端に設けられた電圧検出センサによって検出される同期モータへの入力電圧に対応して、前記近似式で表される関数における係数を決定する係数決定部（図示せず）をさらに備える。あるいはまた、同期モータの近傍に設けられた温度センサによって検出される同期モータの温度に対応して、前記近似式で表される関数における係数を決定する係数決定部をさらに備える。
【０１４２】
図７は、電圧制限Ｖo＝１７０Ｖｒｍｓとした場合における本発明の第２の実施例と第５の実施例のｄ相電流についての比較結果を示す図であり、図８は、電圧制限Ｖo＝１７０Ｖｒｍｓとした場合における本発明の第２の実施例と第５の実施例のｑ相電流についての比較結果を示す図である。また、図９は、電圧制限Ｖo＝２００Ｖｒｍｓとした場合における本発明の第２の実施例と第５の実施例のｄ相電流についての比較結果を示す図であり、図１０は、電圧制限Ｖo＝２００Ｖｒｍｓとした場合における本発明の第２の実施例と第５の実施例のｑ相電流についての比較結果を示す図である。また、図１１は、電圧制限Ｖo＝２６４Ｖｒｍｓとした場合における本発明の第２の実施例と第５の実施例のｄ相電流についての比較結果を示す図であり、図１２は、電圧制限Ｖo＝２６４Ｖｒｍｓとした場合における本発明の第２の実施例と第５の実施例のｑ相電流についての比較結果を示す図である。図７〜図１２では、永久磁石を有する３相動機モータで、それぞれ１相あたりの電気子鎖交磁束Ψa＝０．５２０４ Ｖp ｓｅｃ／ｒａｄ、ｑ軸インダクタンスＬｑ＝０．００１７７Ｈ、ｄ軸インダクタンスＬｄ＝０．００１４９Ｈ、電流制限Ｉam＝１１３．１Ａｒｍｓの場合に、本発明の第２の実施例にしたがって計算したときの、モータ速度ωとｄ相電流ｉdとｑ相電流ｉqの関係と、本発明の第５の実施例の近似式にしたがって計算したときの、モータ速度ωとｄ相電流ｉdとｑ相電流ｉqの関係を示している。ここでは、また、関係式については式３９を用いた。
【０１４３】
【数３９】
0005391347.tif 000040
【０１４４】
また、式３９の各係数を次の通りに設定した。すなわち、ｃ1＝１１３．１、ａ1＝０．０００８、ｅ1＝３５、ｃ3＝０、ａ2＝−０．０００９５、ｃ2＝１２３、ｃ5＝９６、ｆ4＝０、ｇ4＝０、ｈ4＝０、ａ3＝−０．００１４、ｉ＝１．５、ｅ3＝９５、Ｊ＝２．３、ｂ＝−６０００、ｃ＝−０．３５、Ｖbase＝１７０、ｄ＝０、Ｔbase＝９０といったように設定した。ｄ相電流制限値ｉd_limを一点鎖線で示す。図７〜図１２から分かるように、本発明の第２の実施例と比較しても、本発明の第５の実施例による近似式で十分に本発明の同期モータの制御装置をモデル化できていることがわかる。
【０１４５】
以上説明した制御装置における上記各構成部は、同期モータの制御装置内のプロセッサなどを用いて構成される。
【産業上の利用可能性】
【０１４６】
本発明は、永久磁石を有する同期モータの制御装置に適用することができる。特に、表面貼り付け型ロータを有する同期モータ（ＳＰＭＳＭ）の場合はリラクタンストルクが発生しないので、本発明を適用すると、より効率的に同期モータを制御することができる。
【符号の説明】
【０１４７】
１    制御装置
２    制御装置
１１    第１の候補値演算部
１１−１    第１の演算部
１１−２    第２の演算部
１２    第２の候補値演算部
１２−１    第３の演算部
１２−２    第４の演算部
１３    ｑ相電流指令部
１４    ｄ相電流指令部
２１    第１の候補値演算部
２１−１    第１の演算部
２１−２    第２の演算部
２２    第２の候補値演算部
２２−１    第３の演算部
２２−２    第４の演算部
２３    第１のｑ相電流指令部
２４    第１のｄ相電流指令部
２５    第３の候補値演算部
２５−１    第５の演算部
２５−２    第６の演算部
２６    第２のｑ相電流指令部
２７    第２のｄ相電流指令部
２８    ｄｑ相電流指令判断部
【図１】
0005391347.tif 000056
【図２】
0005391347.tif 000057
【図３】
0005391347.tif 000058
【図４】
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【図５】
0005391347.tif 000060
【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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【図１３】
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【図１４】
0005391347.tif 000069
【図１５】
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【図１６】
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