(57)【要約】【課題】外部機器の追加を必要としない簡単な構成で、弱め界磁およびその遷移において外部環境変化にも追従する安定な電流ベクトル制御を行うことが可能なモータ制御装置を提供する。【解決手段】このモータ制御装置１００は、突極性を有するロータを含むモータ２のトルクおよび速度を制御するモータ制御装置であって、インバータ３に出力するＰＷＭ制御によるデューティ比Ｄｒｅａｌを算出するゲート信号変換部６０と、デューティ比Ｄｒｅａｌと、デューティ比基準値Ｄｃｒｉｔとの比較結果（カウンタ値Ｄｆｂ）に基づいて、ｑ軸電流制限値ｉｑｌｉｍを制御するｑ軸制限制御部７０とを備える。【選択図】図２
2014017924.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
突極性を有するロータを含むモータのトルクおよび速度を制御するモータ制御装置であって、
インバータに出力するＰＷＭ制御によるデューティ比を算出する手段と、
前記デューティ比と、デューティ比基準値との比較結果に基づいて、ｑ軸電流制限値を制御するｑ軸制限値制御手段とを備える、モータ制御装置。
【請求項２】
ｑ軸電流制限値の応答性を調整するｑ軸制限応答性調整手段をさらに備える、請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記ｑ軸制限応答性調整手段は、前記デューティ比と前記デューティ比基準値との比較結果と、前記比較結果基準値との差に基づいて、ｑ軸電流制限値の応答性を調整するように構成されている、請求項２に記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記ｑ軸制限応答性調整手段は、前記デューティ比と前記デューティ比基準値との比較結果としての、前記デューティ比が前記デューティ比基準値以上になった割合と、前記比較結果基準値としての割合基準値との差に基づいて、ｑ軸電流制限値の応答性を調整するように構成されている、請求項３に記載のモータ制御装置。
【請求項５】
最大トルク制御に基づくｄ軸電流目標値およびｑ軸電流目標値を算出する最大トルク制御手段をさらに備え、
前記最大トルク制御手段により算出されたｑ軸電流目標値が前記ｑ軸制限値制御手段により制御されたｑ軸電流制限値によって制限されることにより、電流ベクトル指令値が最大トルク制御領域から弱め界磁領域に遷移する、請求項１〜４のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
【請求項６】
前記ｑ軸制限値制御手段により制御されたｑ軸電流制限値に応じてｑ軸電流目標値を制限するｑ軸電流制限手段をさらに備える、請求項５に記載のモータ制御装置。
【請求項７】
弱め界磁領域において、
前記ｑ軸電流制限値によって制限された前記ｑ軸電流目標値とは独立して前記最大トルク制御手段により算出されたｄ軸電流目標値から、電流ベクトルのｄ軸電流指令値が決定され、
前記ｑ軸電流制限値によって制限された前記ｑ軸電流目標値から、電流ベクトルのｑ軸電流指令値が決定される、請求項５または６に記載のモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ制御装置に関し、特に、モータのトルクおよび速度を制御するモータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、モータのトルクおよび速度を制御するモータ制御装置が知られている（たとえば、非特許文献１〜３および特許文献１参照）。
【０００３】
上記非特許文献１〜３および特許文献１では、モータ出力を高効率に制御するため、最大トルク制御と弱め界磁制御とを切り替えて実施する電流ベクトル制御技術が開示されている。
【０００４】
図１１に示すように、最大トルク制御は、同一電流に対してモータ発生トルクを最大にすることが可能な最大トルク制御線ＭＴ上で電流ベクトル制御を行う制御である。モータは速度上昇に応じて誘起電圧が増大するため、最大トルク制御のままでは、モータへの印加可能な電圧上限に達して速度を上げられなくなる。この電圧上限を図１１上で示したのが電圧制限線ＶＬであり、電圧制限線ＶＬはモータの速度上昇に伴って図１１の下方向に下降する。弱め界磁制御は、負のｄ軸電流（弱め界磁電流）を増大させ、反作用磁束によって電機子鎖交磁束を減少させ、誘起電圧上昇を抑制することにより速度上限を拡大する制御である。このため、最大トルク制御では、電圧制限線ＶＬが下降して電流ベクトルの座標（点Ｐｃ）に達するまでの間、図１１の電流制限円ＣＬで示した電流制限（モータに供給可能な電流上限）のみを考慮すればよい。一方、弱め界磁制御では、モータ速度（誘起電圧）の上昇に伴い電圧制限線ＶＬが下降するため、電流制限（電流制限円ＣＬ）に加えて、さらに電圧制限（電圧制限線ＶＬ）を考慮して電流ベクトル指令値を決定する必要がある。
【０００５】
上記非特許文献１に開示された技術では、この最大トルク制御および弱め界磁制御における電流ベクトル指令値の決定手法が開示されている一方、弱め界磁制御における電流ベクトル指令値の算出には複雑な演算が必要であり、モータの各種パラメータの変動の影響も大きい。これに対し、上記非特許文献２では、電圧センサによって取得したＰＷＭインバータに供給される電源電圧（電圧ループ）を用いて、電流ベクトルにおけるｑ軸電流の上限値を制御することにより、弱め界磁制御における計算負荷を軽減する構成が開示されている。また、非特許文献３では、電源電圧を取得して、弱め界磁制御におけるｄ軸電流（弱め界磁電流）の制限値を、電流ベクトルと電圧ベクトルとの相互変換によって決定する手法を定式化している。上記非特許文献１〜３に開示された技術は、いずれも、最大トルク制御の実施中に速度上限に達すると（電圧制限線ＶＬが図１１の点Ｐｃに達すると）、電圧制限を考慮した弱め界磁制御に遷移する。弱め界磁制御においては、電圧制限線ＶＬ上で電流ベクトルが決定される。すなわち、図１１では、電圧制限線ＶＬと電流制限円ＣＬとの交点に電流ベクトルが設定され、電圧制限線ＶＬの下降に伴って電流ベクトルが円弧状に（図１１の左斜め下方向に）下降していく。
【０００６】
また、上記特許文献１には、電圧センサによって取得されたＰＷＭインバータの電源電圧から変調率を算出し、この変調率に応じて最大トルク制御と弱め界磁制御とを切替えるとともに、変調率に基づいて弱め界磁制御におけるｄ軸の弱め界磁電流を算出するモータ制御装置が開示されている。弱め界磁制御においては、モータ制御装置は、目標トルク値とｄ軸電流目標値とを対応付けた第１のマップからｄ軸電流目標値を読み出し、ｄ軸電流目標値から弱め界磁電流を減算してｄ軸電流指令値を算出する。そして、モータ制御装置は、目標トルク値とｄ軸電流およびｑ軸電流とを対応付けた第２のマップから、弱め界磁電流が減算されたｄ軸電流指令値に対応するｑ軸電流指令値を読み出す。そして、モータ制御装置は、弱め界磁電流を減算したｄ軸電流指令値と、第２のマップから読み出したｑ軸電流指令値とを用いてインバータを制御し、モータの駆動制御を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−２７４８４３号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Ｓｈｉｇｅｏ  Ｍｏｒｉｍｏｔｏ他著、「Ｅｘｐａｎｓｉｏｎ  ｏｆ  Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  Ｌｉｍｉｔｓ  ｆｏｒ  Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  Ｍａｇｎｅｔ  Ｍｏｔｏｒ  ｂｙ  Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｖｅｃｔｏｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ  Ｉｎｖｅｒｔｅｒ  Ｃａｐａｃｉｔｙ」、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ＯＮ  ＩＮＤＵＳＴＲＹ  ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮＳ、１９９０年９月、ＶＯＬ．２６、ＮＯ．５、ｐ．８６６−ｐ．８７１
【非特許文献２】Ｊａｎｇ−Ｍｏｋ  Ｋｉｍ、Ｓｅｕｎｇ−Ｋｉ  Ｓｕｌ著、「Ｓｐｅｅｄ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｏｆ  Ｉｎｔｅｒｉｏｒ  Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  Ｍａｇｎｅｔ  Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ  Ｍｏｔｏｒ  Ｄｒｉｖｅ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  Ｆｌｕｘ  Ｗｅａｋｅｎｉｎｇ  Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ」、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ＯＮ  ＩＮＤＵＳＴＲＹ  ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮＳ、１９９７年１月、ＶＯＬ．３３、ＮＯ．１、ｐ．４３−ｐ．４８
【非特許文献３】Ｐａｖｅｌ  Ｖａｃｌａｖｅｋ、Ｐｅｔｒ  Ｂｌａｈａ著、「Ｉｎｔｅｒｉｏｒ  Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  Ｍａｇｎｅｔ  Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ  Ｍａｃｈｉｎｅ  Ｈｉｇｈ  Ｓｐｅｅｄ  Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ  ｕｓｉｎｇ  Ｆｉｅｌｄ  Ｗｅａｋｅｎｉｎｇ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｓｔｒａｔｅｇｙ」、１２ｔｈ  ＷＳＥＡＳ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  ＳＹＳＴＥＭＳ、Ｈｅｒａｋｌｉｏｎ、Ｇｒｅｅｃｅ、２００８年７月２２−２４日
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記非特許文献１〜３では、いずれも、電圧制限線ＶＬ上で最大トルク制御から弱め界磁制御に遷移し、弱め界磁領域では電圧制限線ＶＬと電流制限円ＣＬとの交点に電流ベクトルが決定されるように構成されているため、これらの制御手法を実際のモータ制御に適用した場合、負荷トルクの変動や電源電圧変化などの種々の外部環境変化によって、最大トルク制御から弱め界磁制御に遷移する際に電流ベクトルが制限条件を逸脱して制御不能となることがあった。具体的には、図１１の太線で示した電流ベクトルが、負荷や外乱を考慮したシミュレーション結果である。電流ベクトルは、最大トルク制御から弱め界磁制御への遷移点Ｐｃの近傍で電流ベクトル指令（図１１の細線）から乖離し、弱め界磁領域へ遷移せずに逸脱している。このように、上記非特許文献１〜３では、実際のモータ制御に適用した場合に、弱め界磁およびその遷移における安定な電流ベクトル制御が困難であるという問題点がある。
【００１０】
また、上記特許文献１では、ｄ軸電流指令値を算出した後、目標トルク値とｄ軸電流指令値とに対応するｑ軸電流指令値を第２のマップを用いて読み出している。このため、目標トルク値が上昇した場合には、まず、上昇した目標トルク値に対応するｄ軸電流指令値が読み出され、上昇した目標トルク値およびｄ軸電流指令値に対応させたｑ軸電流指令値が第２のマップから読み出される。この結果、目標トルク値の変化前のｑ軸電流指令値を、変化後のｑ軸電流指令値が上回り、電流ベクトルが電圧制限条件を逸脱する可能性がある。このため、上記非特許文献１〜３と同様に、弱め界磁領域における安定な電流ベクトル制御が困難であるという問題点がある。
【００１１】
また、上記非特許文献２および３や、上記特許文献１では、電流ベクトル指令値を算出するために電源電圧を取得する必要があるため、ＰＷＭインバータに供給される電源電圧を取得するために電圧センサを設ける必要がある。このため、モータ制御装置とは別個に、ＰＷＭインバータに供給される電源電圧を取得するための外部機器（電圧センサ）の追加が必要となるので、構成が複雑化するという問題点もある。
【００１２】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、外部機器の追加を必要としない簡単な構成で、弱め界磁およびその遷移における安定な電流ベクトル制御を行うことが可能なモータ制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、この発明の一の局面におけるモータ制御装置は、突極性を有するロータを含むモータのトルクおよび速度を制御するモータ制御装置であって、インバータに出力するＰＷＭ制御によるデューティ比を算出する手段と、デューティ比と、デューティ比基準値との比較結果に基づいて、ｑ軸電流制限値を制御するｑ軸制限値制御手段とを備える。
【００１４】
この発明の一の局面によるモータ制御装置では、上記のように、インバータに出力するＰＷＭ制御によるデューティ比を算出する手段と、デューティ比と、デューティ比基準値との比較結果に基づいて、ｑ軸電流制限値を制御するｑ軸制限値制御手段とを設けることによって、インバータへの出力のデューティ比と、デューティ比基準値との比較結果に基づいて、弱め界磁領域での電流ベクトル制御を行うことができる。具体的には、たとえばデューティ比がデューティ比基準値を上回った時点から、ｑ軸電流制限値によるｑ軸電流指令値の制限が働くように制御することができる。電圧制限線ＶＬ上でデューティ比が最大値（＝１００％）になるため、デューティ比が最大値になる前のデューティ比基準値に対しｑ軸電流制限値を制御することによって、負荷変動などの外部環境変化が起きた場合にも、安定した電流ベクトル制御を行うことができる。また、インバータに供給される電源電圧を取得するための外部機器（電圧センサ）を設ける必要がないため、外部機器（電圧センサ）を設けることなく簡単な構成で電流ベクトル制御を行うことができる。
【００１５】
上記一の局面によるモータ制御装置において、ｑ軸電流制限値の応答性を調整するｑ軸制限応答性調整手段をさらに備える。このように構成すれば、ｑ軸制限応答性調整手段によって、ｑ軸電流指令値の制限を早く変化させたり、遅く変化させるようにｑ軸電流制限値の応答性を調整することができる。これにより、加速時・減速時の応答性の差異、モータの性能や、モータに接続される負荷の大きさなどによる制御対象の外部環境変化に応じるように、ｑ軸電流指令値の制限の応答性を調整することができるので、より安定した電流ベクトル制御を実現することができる。
【００１６】
この場合において、デューティ比とデューティ比基準値との比較結果と、比較結果基準値との差に基づいて、ｑ軸電流制限値の応答性を調整するように構成されている。このように構成すれば、デューティ比とデューティ比基準値との比較結果と、比較結果基準値との差に基づくことにより、差の大きさに応じてｑ軸電流制限値を制御することができる。これにより、より容易に、ｑ軸電流制限値を制御することができる。
【００１７】
この場合において、ｑ軸制限応答性調整手段は、デューティ比とデューティ比基準値との比較結果としての、デューティ比がデューティ比基準値以上になった割合と、比較結果基準値としての割合基準値との差に基づいて、ｑ軸電流制限値の応答性を調整するように構成されている。このように構成すれば、デューティ比がデューティ比基準値以上になった割合と、比較結果基準値としての割合基準値との差に基づくことにより、ｑ軸電流制限値を安定して制御することができる。すなわち、モータの実際の運転状態ではデューティ比が時々刻々と変化し、デューティ比が全体として上昇していく過程においても、デューティ比がデューティ比基準値を上回る瞬間もあれば、デューティ比基準値を下回る瞬間もある。このため、割合をとることによりデューティ比の瞬間的な変動の影響を抑制して、ｑ軸電流制限値を安定して制御することができる。
【００１８】
上記一の局面によるモータ制御装置において、最大トルク制御に基づくｄ軸電流目標値およびｑ軸電流目標値を算出する最大トルク制御手段をさらに備え、最大トルク制御手段により算出されたｑ軸電流目標値がｑ軸制限値制御手段により制御されたｑ軸電流制限値によって制限されることにより、電流ベクトル指令値が最大トルク制御領域から弱め界磁領域に遷移する。このように構成すれば、最大トルク制御による制御中にモータの速度が上昇し、電圧制限によって弱め界磁制御に遷移する場合に、最大トルク制御に基づいて算出されたｑ軸電流目標値をｑ軸電流制限値によって制限するだけで、電流ベクトルを最大トルク制御領域から弱め界磁領域に遷移させることができる。これにより、たとえば最大トルク制御と弱め界磁制御との切り替えを行うか否かを判断する制御や、弱め界磁電流値を別途算出して電流ベクトルから減算するなどの演算を行う必要がないので、制御処理を簡素化し計算負荷を軽減することができる。
【００１９】
この場合において、ｑ軸制限値制御手段により制御されたｑ軸電流制限値に応じてｑ軸電流目標値を制限するｑ軸電流制限手段をさらに備える。このように構成すれば、最大トルク制御手段から出力されるｑ軸電流目標値をｑ軸電流制限手段により制限するだけで、容易に、電流ベクトルを最大トルク制御領域から弱め界磁領域に遷移させることができる。すなわち、モータの速度が低い場合には、ｑ軸電流制限値が十分に大きく、ｑ軸電流目標値に制限がかからないため、最大トルク制御手段から出力されるｑ軸電流目標値により最大トルク制御を行うことができる。そして、モータの速度が上昇した場合（電圧制限が強くなった場合）には、ｑ軸電流目標値がｑ軸電流制限手段によりｑ軸電流制限値に基づいて制限されるので、電流ベクトルを弱め界磁領域に遷移させることができる。
【００２０】
上記最大トルク制御手段を備える構成において、弱め界磁領域において、ｑ軸電流制限値によって制限されたｑ軸電流目標値とは独立して最大トルク制御手段により算出されたｄ軸電流目標値から、電流ベクトルのｄ軸電流指令値が決定され、ｑ軸電流制限値によって制限されたｑ軸電流目標値から、電流ベクトルのｑ軸電流指令値が決定される。このように構成すれば、弱め界磁制御を行う場合に、最大トルク制御手段により算出されたｑ軸電流目標値をｑ軸電流制限手段により制限してｑ軸電流指令値を決定することができるとともに、最大トルク制御手段により算出されたｄ軸電流目標値からそのまま電流ベクトルのｄ軸電流指令値を決定することができる。これにより、電流ベクトル（指令値）の算出のための制御処理をさらに簡素化し、計算負荷の更なる軽減を図ることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、上記のように、外部機器の追加を必要としない簡単な構成で、弱め界磁およびその遷移において外部環境変化にも追従する安定な電流ベクトル制御を行うことが可能なモータ制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施形態によるモータ制御装置を備えたモータ装置の全体構成を示した図である。
【図２】本発明の第１実施形態によるモータ制御装置の構成を説明するための制御ブロック図である。
【図３】デューティ比とデューティ比基準値との比較結果を説明するための図である。
【図４】割合基準値によるｑ軸電流制限値の応答性の差異を説明するための図である。
【図５】本発明の第１実施形態によるモータ制御装置の電流ベクトル制御を説明するための電流ベクトル図である。
【図６】図５の点Ｐ６周辺の拡大図である。
【図７】本発明の実施例１による制御試験結果を示す電流ベクトル図である。
【図８】本発明の実施例２による制御試験結果を示す電流ベクトル図である。
【図９】本発明の実施例３による制御試験結果を示す電流ベクトル図である。
【図１０】本発明の第２実施形態によるモータ制御装置の構成を説明するための制御ブロック図である。
【図１１】従来手法による電流ベクトル制御を説明するためのシミュレーション結果を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２４】
（第１実施形態）
まず、図１〜図６を参照して、本発明の第１実施形態によるモータ制御装置１００の全体構成について説明する。第１実施形態では、たとえば航空機に搭載される電動アクチュエータや、一般産業用のモータ装置におけるモータ制御装置１００に本発明を適用した例について説明する。
【００２５】
図１に示すように、第１実施形態によるモータ制御装置１００は、モータ２、インバータ３および位置検出器４などを備えるモータ装置（電動アクチュエータ）１の一部を構成し、モータ２の駆動制御を行う機能を有する。
【００２６】
モータ２は、たとえば３相交流で駆動する埋込磁石構造の同期モータ（ＩＰＭＳＭ：Ｉｎｔｅｒｉｏｒ  Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  Ｍａｇｎｅｔ  Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ  Ｍｏｔｏｒ）であり、永久磁石を内部に埋め込んだロータと、電機子巻線が配置されたステータとを含む。このＩＰＭモータ２は、ｄ軸インダクタンスとｑ軸インダクタンスとが相違する突極性を有する。モータ２は、インバータ３から供給される３相交流電流（ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ）によって回転駆動され、出力軸に接続された負荷（図示せず）を動作させる。モータ２の位置は位置検出器４により検出され、位置検出器４から位置信号Ｐｆｂがモータ制御装置１００へ出力（フィードバック）される。
【００２７】
インバータ３は、モータ制御装置１００と、モータ２とに接続され、電源部（図示せず）の直流を３相交流に変換してモータ２に供給する。インバータ３は、モータ制御装置１００の３相ゲート駆動信号（Ｇｕ、Ｇｖ、Ｇｗ）によってスイッチング制御され、ＰＷＭ（パルス幅変調）信号によるモータ駆動を行う。インバータ３から出力されるＵ相電流信号ｉｕおよびＶ相電流信号ｉｖは、モータ制御装置１００へ出力（フィードバック）される。
【００２８】
モータ制御装置１００は、速度指令ωｃと、フィードバックされたＵ相電流信号ｉｕ、Ｖ相電流信号ｉｖおよび位置信号Ｐｆｂとに基づいて、３相ゲート駆動信号（Ｇｕ、Ｇｖ、Ｇｗ）を生成し、インバータ３へ出力する。第１実施形態では、モータ制御装置１００は、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）により構成されており、図２に示す各種制御ブロックを含んでいる。
【００２９】
具体的には、図２に示すように、モータ制御装置１００は、速度制御器１０と、最大トルク制御器２０と、電流制御器３０と、リミッタ４０と、３相変換部５０と、ゲート信号変換部６０と、ｑ軸制限制御部７０とを主として含んでいる。モータ制御装置１００は、全体としては、位置信号Ｐｆｂを速度演算した速度信号ωｆｂを用いる速度フィードバック制御と、Ｕ相電流信号ｉｕおよびＶ相電流信号ｉｖを用いる電流フィードバック制御とのカスケード制御により、モータ２の駆動制御を行う。なお、最大トルク制御器２０およびリミッタ４０は、それぞれ、特許請求の範囲の「最大トルク制御手段」および「ｑ軸電流制限手段」と対応する。また、ｑ軸制限制御部７０は、特許請求の範囲の「ｑ軸制限値制御手段」および「ｑ軸制限応答性調整手段」と対応する。
【００３０】
速度制御器１０は、速度指令ωｃと、速度信号ωｆｂとの差分ωｅｒｒから電流指令Ｉａを生成し、生成した電流指令Ｉａを最大トルク制御器２０へ出力する。ここで、図５に示すように、ｄ軸電流およびｑ軸電流を横軸および縦軸にとった電流ベクトル図において、所定のｄ軸座標およびｑ軸座標を決定することで、電流ベクトルが定まる。速度制御器１０の電流指令Ｉａは、電流ベクトルの大きさに相当し、図５において原点を中心とし、半径が電流指令Ｉａに相当する円を設定することに相当する。
【００３１】
最大トルク制御器２０は、最大トルク制御に基づく最大トルク制御電流ベクトル指令値（ｄ軸電流目標値ｉｄｅｘおよびｑ軸電流目標値ｉｑｅｘ）を計算し出力する。ここで、図５に示す最大トルク制御線ＭＴは、同一電流に対して発生トルクを最大にする電流ベクトルの軌跡である。最大トルク制御器２０は、電流指令Ｉａに基づいて図５に示す最大トルク制御線ＭＴ上の点（電流指令Ｉａの大きさに相当する円と最大トルク制御線ＭＴとの交点）を決定し、そのｄ軸電流目標値ｉｄｅｘおよびｑ軸電流目標値ｉｑｅｘを出力する。図２に示すように、第１実施形態では、ｄ軸電流目標値ｉｄｅｘは、ｄ軸電流指令値ｉｄｃとして、そのまま電流制御器３０へ出力され、ｑ軸電流目標値ｉｑｅｘは、リミッタ４０へ出力される。
【００３２】
リミッタ４０は、ｑ軸制限制御部７０により制御（設定）されたｑ軸電流制限値ｉｑｌｉｍに応じて、最大トルク制御器２０から入力されたｑ軸電流目標値ｉｑｅｘを制限する機能を有する。ｑ軸電流目標値ｉｑｅｘがｑ軸電流制限値ｉｑｌｉｍよりも小さい場合には、リミッタ４０におけるｑ軸電流制限は作用せず、ｑ軸電流目標値ｉｑｅｘがそのままｑ軸電流指令値ｉｑｃとして出力される。一方、ｑ軸電流目標値ｉｑｅｘがｑ軸電流制限値ｉｑｌｉｍよりも大きい場合には、リミッタ４０におけるｑ軸電流制限処理によって、ｑ軸電流目標値ｉｑｅｘがｑ軸電流制限値ｉｑｌｉｍに制限された後、ｑ軸電流指令値ｉｑｃとして出力される。
【００３３】
電流制御器３０は、最大トルク制御器２０からのｄ軸電流指令値ｉｄｃおよびリミッタ４０からのｑ軸電流指令値ｉｑｃを取得するとともに、Ｕ相電流信号ｉｕおよびＶ相電流信号ｉｖ（フィードバック）をｄｑ軸に座標変換したｄ軸ＦＢ電流ｉｄｆｂおよびｑ軸ＦＢ電流ｉｑｆｂを取得する。電流制御器３０は、ｄ、ｑ軸電流指令値（ｉｄｃ、ｉｑｃ）と、ｄ、ｑ軸ＦＢ電流（ｉｄｆｂ、ｉｑｆｂ）とに基づき、ｄ、ｑ軸電圧指令値（Ｖｄｃ、Ｖｑｃ）を出力する。
【００３４】
３相変換部５０は、ｄ、ｑ軸電圧指令値（Ｖｄｃ、Ｖｑｃ）を、３相指令値（Ｖｕｃ、Ｖｖｃ、Ｖｗｃ）に座標変換して、ゲート信号変換部６０へ出力する。
【００３５】
ゲート信号変換部６０は、モータ２の位置信号Ｐｆｂから座標変換された回転角度位置θを取得し、ベクトルＰＷＭ手法を用いて３相指令値（Ｖｕｃ、Ｖｖｃ、Ｖｗｃ）を３相ゲート駆動信号（Ｇｕ、Ｇｖ、Ｇｗ）に変換する。これにより、３相ゲート駆動信号（Ｇｕ、Ｇｖ、Ｇｗ）がモータ制御装置１００からインバータ３に出力される。また、ゲート信号変換部６０は、ベクトルＰＷＭ手法により出力される３相ゲート駆動信号（Ｇｕ、Ｇｖ、Ｇｗ）のデューティ比Ｄｒｅａｌをｑ軸制限制御部７０に出力する。
【００３６】
ここで、第１実施形態では、ｑ軸制限制御部７０は、ゲート信号変換部６０から取得したデューティ比Ｄｒｅａｌを用いて、ｑ軸電流制限値ｉｑｌｉｍを制御し、リミッタ４０にｑ軸電流制限値ｉｑｌｉｍを出力（設定）する機能を有する。ｑ軸制限制御部７０は、比較器７１と、ＵＤ（アップダウン）カウンタ７２と、積分器７３とを主として含んでいる。
【００３７】
比較器７１は、デューティ比Ｄｒｅａｌと、デューティ比基準値Ｄｃｒｉｔとを比較し、比較結果ＣＲをＵＤカウンタ７２に出力する。ｑ軸制限制御部７０は、この比較結果ＣＲに基づいてｑ軸電流制限値ｉｑｌｉｍを制御する。比較結果ＣＲは、Ｄｒｅａｌ≧Ｄｃｒｉｔの時にＨ信号、Ｄｒｅａｌ＜Ｄｃｒｉｔの時にＬ信号が出力される二値信号である。デューティ比基準値Ｄｃｒｉｔは、モータ制御装置１００に予め設定され、記憶部７４に記憶されている。後述するように、このデューティ比基準値Ｄｃｒｉｔによって、最大トルク制御から弱め界磁制御への遷移タイミングが任意に設定される。デューティ比基準値Ｄｃｒｉｔは、たとえば、最大のデューティ比１００％に対して、９５％程度に設定する。
【００３８】
ＵＤカウンタ７２は、比較結果ＣＲを取得し、比較結果ＣＲがＨのときにカウンタ値を＋１（加算）し、比較結果ＣＲがＬのときにカウンタ値を−１（減算）する。カウンタ値は、最大値を１００、最小値を０として正規化した０〜１００の値をとる。そして、ＵＤカウンタ７２は、現在のカウンタ値Ｄｆｂを出力する。このカウンタ値Ｄｆｂは、デューティ比Ｄｒｅａｌがデューティ比基準値Ｄｃｒｉｔ以上になった割合に相当する。これらの比較器７１およびＵＤカウンタ７２は、アナログ値であるデューティ比Ｄｒｅａｌを、デジタル値であるカウンタ値Ｄｆｂに変換して出力している。
【００３９】
ここで、図３を用いてカウンタ値Ｄｆｂの増減について説明する。たとえば、モータ駆動時間の経過に伴ってモータ２の速度が上昇する場合、誘起電圧の増大によりモータ２の端子電圧が上昇する（デューティ比Ｄｒｅａｌが上昇する）。このときのデューティ比の変化を所定期間Ｔ１〜Ｔ６で区切ってみると、実際のデューティ比Ｄｒｅａｌの値は図３の円で示した範囲でばらつきながら、全体としては増大していく。期間Ｔ１およびＴ２では、デューティ比Ｄｒｅａｌがデューティ比基準値Ｄｃｒｉｔに達することがないため、比較結果ＣＲのＨ信号／Ｌ信号の割合は０／１００（減算のみ）となる。したがって、カウンタ値Ｄｆｂは０になる。一方、期間Ｔ３およびＴ４では、デューティ比Ｄｒｅａｌがデューティ比基準値Ｄｃｒｉｔの近傍に達するため、デューティ比Ｄｒｅａｌがデューティ比基準値Ｄｃｒｉｔ以上となったり、デューティ比基準値Ｄｃｒｉｔを下回ったりを繰り返す。このとき、期間全体で見れば、期間Ｔ３ではＨ信号／Ｌ信号＝５０／５０となるため、上限（１００）または下限（０）でのカウントストップや、後述のｑ軸電流制限値ｉｑｌｉｍの変化を考慮しなければ、カウンタ値Ｄｆｂの増減の割合は略等しくなる（カウンタ値の変化なし）、期間Ｔ４ではＨ信号／Ｌ信号＝７０／３０となるため、カウントストップや、後述のｑ軸電流制限値ｉｑｌｉｍの変化を考慮しなければ、カウンタ値Ｄｆｂは緩やかに上昇する。期間Ｔ５およびＴ６では、デューティ比Ｄｒｅａｌが完全にデューティ比基準値Ｄｃｒｉｔを上回るため、Ｈ信号／Ｌ信号＝１００／０（加算のみ）となる。この結果、カウンタ値Ｄｆｂは速やかに上限の１００に達し、その後１００のまま継続する。
【００４０】
図２に示すように、積分器７３は、割合基準値ＬＲＲと、ＵＤカウンタ７２のカウンタ値Ｄｆｂとの差分（ＬＲＲ−Ｄｆｂ）である割合差分値ｄＲを取得して、積算する。そして、積分器７３は、得られた積算値をｑ軸電流制限値ｉｑｌｉｍとしてリミッタ４０へ出力（設定）する。積算値が負方向に大きいほど、ｑ軸電流制限値ｉｑｌｉｍは小さくなり、リミッタ４０におけるｑ軸電流制限が強くなる。また、積算値が正方向に大きいほど、制限値は大きくなり、リミッタ４０におけるｑ軸電流制限が緩和される。なお、割合基準値ＬＲＲは、特許請求の範囲の「比較結果基準値」と対応する。
【００４１】
割合基準値ＬＲＲは、ｑ軸電流制限値ｉｑｌｉｍの増減の応答性（積分器７３における増減の比率）、およびカウンタ値Ｄｆｂの収束点を決定する数値であり、モータ制御装置１００に予め設定され、記憶部７５に記憶されている。割合基準値ＬＲＲは、０＜ＬＲＲ＜１００の値から設定される。カウンタ値Ｄｆｂと割合基準値ＬＲＲの差分を積算しｑ軸電流制限値ｉｑｌｉｍを変動させるため、カウンタ値Ｄｆｂ、およびｑ軸電流制限値ｉｑｌｉｍはその差分が０となる割合基準値ＬＲＲの値へ収束する。応答性に関しては、図４に示すように、割合基準値ＬＲＲが５０の場合には、積分器７３における割合差分値ｄＲの積算値の増減（すなわち、ｑ軸電流制限値ｉｑｌｉｍの増減）が同比率となる。また、割合基準値ＬＲＲが５０よりも小さい場合には、割合差分値ｄＲの積算値（ｑ軸電流制限値ｉｑｌｉｍ）の増減が減少方向により大きい比率となり、割合基準値ＬＲＲが５０よりも大きい場合には、割合差分値ｄＲの積算値（ｑ軸電流制限値ｉｑｌｉｍ）の増減が増大方向により大きい比率となる。割合基準値ＬＲＲの作用を端的に示すため、カウンタ値Ｄｆｂ＝１００で固定された場合を仮定する。このとき、割合基準値ＬＲＲ＝５０の場合には、積分器７３で−５０が積算されていき、割合基準値ＬＲＲ＝２５の場合には、積分器７３で−７５が積算されていくため、割合基準値ＬＲＲが小さいほど積算値（ｑ軸電流制限値ｉｑｌｉｍ）が負方向に速やかに増大する。そのため、ｑ軸電流制限を強める応答が速くなり、弱める応答が遅くなる。一方、割合基準値ＬＲＲが大きいほど積算値が負方向に緩やかに増大する。そのため、ｑ軸電流制限を強める応答が遅くなり、弱める応答が早くなる。より安定な制御動作を行うために、望ましくは、割合基準値ＬＲＲは５０より小さい値を取る。このように、第１実施形態では、割合基準値ＬＲＲと、ＵＤカウンタ７２のカウンタ値Ｄｆｂとの差分である割合差分値ｄＲに基づいて、ｑ軸電流制限の応答性を調整し、制限値を制御する。
【００４２】
以上の構成により、最大トルク制御器２０の出力のうち、ｄ軸電流目標値ｉｄｅｘは、リミッタ４０のｑ軸電流制限値ｉｑｌｉｍとは独立して決定され、そのまま電流ベクトルのｄ軸電流指令値ｉｄｃとなる。一方、ｑ軸電流目標値ｉｑｅｘは、リミッタ４０（ｑ軸電流制限値ｉｑｌｉｍ）によって制限された後の目標値（リミッタ４０の出力）が、電流ベクトルのｑ軸電流指令値ｉｑｃとなる。
【００４３】
次に、図５および図６を参照して、第１実施形態によるモータ制御装置１００の電流ベクトル制御について説明する。図５および図６では、負荷トルクが変動せず、一定の状態における電流ベクトル制御のシミュレーション結果を模式的に示している。図５および図６において、負荷トルク線ＣＴは、負荷トルクと等しいトルクをモータ２が出力するための電流ベクトルの軌跡である。また、電流制限円ＣＬは、定常状態における電流ベクトルの大きさの最大値であり、インバータ３などのハードウェア仕様（定格電流値）に基づいて設定される。電流制限円ＣＬによる電流制限は、モータ２の始動時（加速時）などの過渡状態では行われず、モータ２の回転速度ωが速度指令ωｃの近傍に達すると、電流ベクトルが電流制限円ＣＬ以内に制限される。なお、図２の制御ブロック図においては、この電流制限の処理は省略している。
【００４４】
また、電圧制限線ＶＬ（ω１）、ＶＬ（ω２）、およびＶＬ（ω３）は、それぞれモータ２の回転速度ω＝ω１、ω２およびω３（ω１＜ω２＜ω３）における誘起電圧による電圧制限を示す軌跡である。電圧制限線ＶＬは、速度ωの上昇に伴って下降する。電圧制限線ＶＬが電流ベクトルの位置に達するとき、理論上はデューティ比が１００％になる。電流ベクトルが電圧制限線ＶＬの外部（上側）に設定された場合、インバータ３の最大出力電圧（デューティ比１００％）を超えることになるため、電流制御が不可能となる。このため、電流ベクトルは、モータ２の速度変化に追従して現在の速度ωに対応する電圧制限線ＶＬ以下（電圧制限線ＶＬの下側）の制限領域内に設定する必要がある。したがって、最大トルク制御線ＭＴに沿った最大トルク制御では、電流制限円ＣＬ以内（定常状態）では点Ｐ１で発生トルクが最大となり、速度ω１が速度限界（デューティ比１００％）となる。また、点Ｐ２では、負荷トルク線ＣＴと釣り合う等速回転（速度ω２）の限界点となる。点Ｐ２よりも内側（図５の最大トルク制御線ＭＴ上の点Ｐ２の点Ｐ１とは反対側）では、モータ２の回転速度を保てない。したがって、たとえば速度ω２を越える速度ω３の速度指令ωｃが与えられた場合、最大トルク制御線ＭＴに沿った最大トルク領域から、ハッチング領域により示した弱め界磁領域ＦＷに遷移する必要がある。
【００４５】
第１実施形態では、デューティ比Ｄｒｅａｌがデューティ比基準値Ｄｃｒｉｔ（たとえば９５％）を越えて１００％に近付くほど、カウンタ値Ｄｆｂが上昇し、割合差分値ｄＲ（ＬＲＲ−Ｄｆｂ）が負の値をとることから、積分器７３の出力としてのｑ軸電流制限値ｉｑｌｉｍが下降する（ｑ軸電流制限が強くなる）。逆に、デューティ比Ｄｒｅａｌがデューティ比基準値Ｄｃｒｉｔ（たとえば９５％）を下回るほど、カウンタ値Ｄｆｂが低下し、割合差分値ｄＲ（ＬＲＲ−Ｄｆｂ）が増加することから、積分器７３の出力としてのｑ軸電流制限値ｉｑｌｉｍが上昇する（ｑ軸電流制限が緩和される）。割合差分値ｄＲ（ＬＲＲ−Ｄｆｂ）が０のときにｑ軸電流制限値ｉｑｌｉｍが維持されることから、割合カウンタ値Ｄｆｂが割合基準値ＬＲＲとなるよう制御され、それに伴い電圧制限線ＶＬの内側（図５の下側）で、デューティ比Ｄｒｅａｌがデューティ比基準値Ｄｃｒｉｔの近傍に収束するように電流ベクトル（ｑ軸電流目標値）が制御される。したがって、デューティ比基準値Ｄｃｒｉｔとしてたとえば９５％を設定することは、デューティ比１００％である電圧制限線ＶＬよりも下側（図５の下側）にデューティ比基準値に相当する仮想的な電圧制限線ＶＬｃを設定することに相当する。
【００４６】
以下では、速度ω３（電圧制限線ＶＬ（ω３））を目標としてモータ２を駆動する場合について考える。デューティ比基準値Ｄｃｒｉｔを９５％（電圧制限線ＶＬｃ）とする。この場合、負荷トルク線ＣＴと電圧制限線ＶＬｃとの交点Ｐ６（収束点）において、負荷トルクとモータ２の発生トルクとが釣り合い、速度ω３での等速回転が可能となる。なお、図５および図６において電流ベクトル（指令）は、ｄ、ｑ軸電流指令値（ｉｄｃ、ｉｑｃ）により定まる電流ベクトルであり、電流ベクトル（ＦＢ）は、ｄ、ｑ軸ＦＢ電流（ｉｄｆｂ、ｉｑｆｂ）により定まる電流ベクトル（制御結果）である。
【００４７】
まず、モータ駆動開始時点では、速度指令ωｃ（＝ω３）に基づいて、原点から最大トルク制御線ＭＴに沿った最大トルク制御が行われる。速度指令ωｃと速度信号ωｆｂ（≒０）との差分が十分に大きいため、最大トルク制御器２０のｄ、ｑ軸電流目標値（ｉｄｅｘ、ｉｑｅｘ）は、最大トルク制御線ＭＴ上の最大値に相当する点Ｐｍｔが出力される。このとき、モータ２は加速中の過渡状態にあり、速度ωが十分に低いため、誘起電圧による電圧制限ＶＬ、および電流制限円ＣＬは問題とならない。したがって、図３の期間Ｔ１やＴ２に示すようにデューティ比Ｄｒｅａｌがデューティ比基準値Ｄｃｒｉｔを下回るため、積分器７３からのｑ軸電流制限値ｉｑｌｉｍは十分に高い値となっている。この場合、最大トルク制御器２０のｑ軸電流目標値ｉｑｅｘは、リミッタ４０の制限を受けずに、そのままｑ軸電流指令値ｉｑｃとなる。
【００４８】
モータ２の回転速度ωが上昇すると、電圧制限線ＶＬは下降する。上述の通り、デューティ比Ｄｒｅａｌがデューティ比基準値Ｄｃｒｉｔ（９５％）を上回り始めると、ｑ軸電流制限値ｉｑｌｉｍが下降する。これにより、デューティ比Ｄｒｅａｌが１００％に到達するよりも早い段階（電圧制限線ＶＬｃが電流ベクトルの指令値に到達する段階）で、ｑ軸電流制限値ｉｑｌｉｍによる制限が効き始める。このため、ｑ軸電流目標値ｉｑｅｘがリミッタ４０によってｑ軸電流制限値ｉｑｌｉｍに制限される。この結果、電流ベクトルが最大トルク制御線ＭＴ上から逸れて、速度上昇に追従して点Ｐ３まで下降する。この結果、モータ２の速度ωは目標速度ω３の近傍に到達し、徐々に目標速度ω３に収束する定常状態になるため、電流制限円ＣＬによる電流制限が追加される。
【００４９】
このため、電流ベクトルは、点Ｐ３まで下降するとｑ軸電流制限値ｉｑｌｉｍによって制限されたまま右方向に移動し、電流制限円ＣＬとの交点Ｐ４に達する。点Ｐ４以降も、回転速度ωの上昇に伴い電圧制限線ＶＬ（ＶＬｃ）は下降するため、これに応じてｑ軸電流制限値ｉｑｌｉｍは下降し、電流ベクトルは電流制限円ＣＬに沿って点Ｐ５まで移動する。
【００５０】
図６に示すように、点Ｐ５の近傍では、電流ベクトルがデューティ比基準値Ｄｃｒｉｔ（９５％）に対応する電圧制限線ＶＬｃの下側にある場合、デューティ比Ｄｒｅａｌがデューティ比基準値Ｄｃｒｉｔを下回り、ｑ軸電流制限値ｉｑｌｉｍが上昇する。このため、リミッタ４０のｑ軸電流制限値ｉｑｌｉｍの上昇（制限緩和）に伴い、リミッタ４０の出力としてｑ軸電流指令値ｉｑｃが徐々に増加する。この結果、目標速度ω３よりも速度が低い場合には、発生した速度差分ωｅｒｒによって電流ベクトルが負荷トルク線ＣＴよりも上方に設定され、発生トルクの増大によって速度ωが上昇する（電圧制限線ＶＬは下降する）。
【００５１】
一方、電流ベクトルが電圧制限線ＶＬｃの上側にある場合、デューティ比Ｄｒｅａｌがデューティ比基準値Ｄｃｒｉｔを上回り、ｑ軸電流制限値ｉｑｌｉｍが下降する。このため、リミッタ４０のｑ軸電流制限値ｉｑｌｉｍの下降（制限強化）に伴い、リミッタ４０の出力としてのｑ軸電流指令値ｉｑｃが徐々に低下する。この結果、目標速度ω３よりも速度が高い場合には、発生した速度差分ωｅｒｒとｑ軸電流制限値ｉｑｌｉｍとによって電流ベクトルが負荷トルク線ＣＴよりも下方に設定され、発生トルクの減少によって速度ωが低下する（電圧制限線ＶＬは上昇する）。この際のｑ軸電流制限値ｉｑｌｉｍの上昇および下降の早さ（応答性）は、割合基準値ＬＲＲの設定によって調節される。一連の制御動作の結果、Ｐ５の近傍では、電流ベクトルが負荷トルク線ＣＴを挟んで上下し、徐々に収束点Ｐ６（目標速度ω３）に近付いていく。
【００５２】
収束点Ｐ６では、電流ベクトルがデューティ比基準値Ｄｃｒｉｔ（デューティ比９５％）に対応する電圧制限線ＶＬｃ（ω３）近傍に位置する。このときカウンタ値Ｄｆｂが割合基準値ＬＲＲと等しい値となり、ｑ軸電流制限値ｉｑｌｉｍが略一定値に収束する。これにより、電流ベクトルが収束点Ｐ６に収束し、負荷トルク線ＣＴと釣り合う速度ω３での等速駆動となる。
【００５３】
このように、モータ制御装置１００では、ｑ軸制限制御部７０の動作により、デューティ比Ｄｒｅａｌがデューティ比基準値Ｄｃｒｉｔとなるようにｑ軸電流制限値ｉｑｌｉｍが調整され、電圧制限線ＶＬの内側で、デューティ比Ｄｒｅａｌがデューティ比基準値Ｄｃｒｉｔ近傍で収束する（収束点に到達する）ように電流ベクトル制御が行われる。
【００５４】
第１実施形態では、上記のように、デューティ比Ｄｒｅａｌを算出するゲート信号変換部６０と、デューティ比Ｄｒｅａｌと、デューティ比基準値Ｄｃｒｉｔとの比較結果（カウンタ値Ｄｆｂ）に基づいて、ｑ軸電流制限値ｉｑｌｉｍを制御するｑ軸制限制御部７０とを設けることによって、インバータ３への出力のデューティ比Ｄｒｅａｌと、デューティ比基準値Ｄｃｒｉｔとの比較結果に基づいて、弱め界磁領域での電流ベクトル制御を行うことができる。具体的には、デューティ比Ｄｒｅａｌがデューティ比基準値Ｄｃｒｉｔを上回った場合に、ｑ軸電流制限値ｉｑｌｉｍによるｑ軸電流目標値ｉｑｅｘの制限が働くように制御することができる。電圧制限線ＶＬ上でデューティ比Ｄｒｅａｌが最大値（＝１００％）になるため、カウンタ値Ｄｆｂに基づいてデューティ比Ｄｒｅａｌが最大値になる前のデューティ比基準値Ｄｃｒｉｔ（たとえば９５％）に対しｑ軸電流制限値ｉｑｌｉｍを制御することによって、負荷変動などの外部環境変化が起きた場合にも、安定した電流ベクトル制御を行うことができる。また、インバータ３に供給される電源電圧を取得するための外部機器（電圧センサ）を設ける必要がないため、外部機器（電圧センサ）を設けることなく簡単な構成で電流ベクトル制御を行うことができる。
【００５５】
また、第１実施形態では、上記のように、ｑ軸電流制限値ｉｑｌｉｍの応答性を調整するｑ軸制限制御部７０を設ける。このように構成すれば、ｑ軸制限制御部７０によって、ｑ軸電流目標値ｉｑｅｘの制限を早く変化させたり、遅く変化させるようにｑ軸電流制限値ｉｑｌｉｍの応答性を調整することができる。これにより、加速時・減速時の応答性の差異、モータ２の性能や、モータ２に接続される負荷の大きさなどの外部環境変化にも追従するように、ｑ軸電流目標値ｉｑｅｘの制限の応答性を調整することができるので、より安定した電流ベクトル制御を実現することができる。
【００５６】
一例として、たとえば機械的時定数が小さなモータでは、回転数の上昇（下降）が速く、電圧制限線ＶＬ（電圧制限線ＶＬｃ）の変化も早くなるため、電流ベクトルが電圧制限線ＶＬを越える可能性が高くなる。このような機械的時定数が小さなモータに対しては、割合基準値ＬＲＲを５０よりも小さく設定することにより、ｑ軸電流制限の応答性を早め、電流ベクトルの制限外への逸脱を防止することができる。また、ノイズや負荷トルク変動などの影響により電圧制限線ＶＬ（電圧制限線ＶＬｃ）が変化する場合にもｑ軸電流制限を速やかに応答させ、電流ベクトルの制限外への逸脱を防止することができる。
【００５７】
また、第１実施形態では、上記のように、ｑ軸制限制御部７０を、デューティ比Ｄｒｅａｌとデューティ比基準値Ｄｃｒｉｔとの比較結果（カウンタ値Ｄｆｂ）と、割合基準値ＬＲＲとに基づいて、ｑ軸電流制限値ｉｑｌｉｍの応答性を調整するように構成する。このように構成すれば、カウンタ値Ｄｆｂに基づいてｑ軸電流制限値ｉｑｌｉｍを制御する際に、割合基準値ＬＲＲの調整によって容易にｑ軸電流制限値ｉｑｌｉｍの応答性を調整することができる。これにより、ｑ軸電流目標値ｉｑｅｘの制限の応答性を柔軟に調整することができる。
【００５８】
また、第１実施形態では、上記のように、ｑ軸制限制御部７０を、デューティ比Ｄｒｅａｌとデューティ比基準値Ｄｃｒｉｔとの比較結果（カウンタ値Ｄｆｂ）と、割合基準値ＬＲＲとの差（割合差分値ｄＲ）に基づいて、ｑ軸電流制限値ｉｑｌｉｍの応答性を調整するように構成する。このように構成すれば、割合差分値ｄＲに基づくことにより、差の大きさに応じてｑ軸電流制限値ｉｑｌｉｍを制御することができる。これにより、より容易に、ｑ軸電流制限値ｉｑｌｉｍの応答性を調整することができる。
【００５９】
また、第１実施形態では、上記のように、ｑ軸制限制御部７０を、デューティ比Ｄｒｅａｌがデューティ比基準値Ｄｃｒｉｔ以上になった割合（カウンタ値Ｄｆｂ）と、割合基準値ＬＲＲとの差（割合差分値ｄＲ）に基づいて、ｑ軸電流制限値ｉｑｌｉｍの応答性を調整し、制限値を制御するように構成する。このように構成すれば、割合差分値ｄＲに基づくことにより、ｑ軸電流制限値ｉｑｌｉｍの応答性を安定して調整することができる。すなわち、図３に示すように、モータの実際の運転状態ではデューティ比Ｄｒｅａｌが時々刻々と変化し、デューティ比Ｄｒｅａｌが全体として上昇していく過程においても、デューティ比Ｄｒｅａｌがデューティ比基準値Ｄｃｒｉｔを上回る瞬間もあれば、デューティ比基準値Ｄｃｒｉｔを下回る瞬間もある。このため、割合をとることによりデューティ比Ｄｒｅａｌの瞬間的な変動の影響を抑制して、ｑ軸電流制限値ｉｑｌｉｍを安定して制御することができる。
【００６０】
また、第１実施形態では、上記のように、最大トルク制御に基づくｄ軸電流目標値ｉｄｅｘおよびｑ軸電流目標値ｉｑｅｘを算出する最大トルク制御器２０を設ける。そして、最大トルク制御器２０により算出されたｑ軸電流目標値ｉｑｅｘがｑ軸制限制御部７０により制御されたｑ軸電流制限値ｉｑｌｉｍによって制限されることにより、電流ベクトル指令値（ｄ軸電流指令値ｉｄｃ、ｑ軸電流指令値ｉｑｃ）が最大トルク制御領域（最大トルク制御線ＭＴ）から弱め界磁領域ＦＷに遷移するようにモータ制御装置１００を構成する。このように構成すれば、最大トルク制御による制御中にモータ２の速度が上昇し、電圧制限によって弱め界磁制御に遷移する場合に、最大トルク制御に基づいて算出されたｑ軸電流目標値ｉｑｅｘをｑ軸電流制限値ｉｑｌｉｍによって制限するだけで、電流ベクトルを最大トルク制御領域（ＭＴ）から弱め界磁領域ＦＷに遷移させることができる。これにより、たとえば最大トルク制御と弱め界磁制御との切り替えを行うか否かを判断する制御や、弱め界磁電流値を別途算出して電流ベクトルから減算するなどの演算を行う必要がないので、制御処理を簡素化し計算負荷を軽減することができる。
【００６１】
また、第１実施形態では、上記のように、ｑ軸制限制御部７０により制御されたｑ軸電流制限値ｉｑｌｉｍに応じてｑ軸電流目標値ｉｑｅｘを制限するリミッタ４０を設ける。このように構成すれば、最大トルク制御器２０から出力されるｑ軸電流目標値ｉｑｅｘをリミッタ４０により制限するだけで、容易に、電流ベクトルを最大トルク制御領域（ＭＴ）から弱め界磁領域ＦＷに遷移させることができる。すなわち、モータ２の速度が低い場合には、ｑ軸電流制限値ｉｑｌｉｍが十分に大きいので、ｑ軸電流目標値ｉｑｅｘに制限がかからないため、最大トルク制御器２０から出力されるｑ軸電流目標値ｉｑｅｘにより最大トルク制御を行うことができる。そして、モータ２の速度が上昇した場合（電圧制限が強くなった場合）には、ｑ軸電流目標値ｉｑｅｘがリミッタ４０によりｑ軸電流制限値ｉｑｌｉｍに基づいて制限されるので、電流ベクトルを弱め界磁領域ＦＷに遷移させることができる。
【００６２】
また、第１実施形態では、上記のように、弱め界磁領域において、ｑ軸電流指令値ｉｑｃとは独立して最大トルク制御器２０により算出されたｄ軸電流目標値ｉｄｅｘから、電流ベクトルのｄ軸電流指令値ｉｄｃを決定し、ｑ軸電流制限値ｉｑｌｉｍによって制限されたｑ軸電流目標値ｉｑｅｘから、電流ベクトルのｑ軸電流指令値ｉｑｃを決定する。このように構成すれば、弱め界磁制御を行う場合に、最大トルク制御器２０により算出されたｑ軸電流目標値ｉｑｅｘをリミッタ４０により制限してｑ軸電流指令値ｉｑｃを決定することができるとともに、最大トルク制御器２０により算出されたｄ軸電流目標値ｉｄｅｘからそのまま電流ベクトルのｄ軸電流指令値ｉｄｃを決定することができる。これにより、電流ベクトル（指令値）の算出のための制御処理をさらに簡素化し、計算負荷の更なる軽減を図ることができる。
【００６３】
（実施例）
次に、第１実施形態によるモータ制御装置１００の電流ベクトル制御の安定性を確認するために行った実証試験（実施例１〜３）の結果について説明する。
【００６４】
（実施例１）
図７では、図５の点Ｐ２（最大トルク制御領域）における速度ω２での等速駆動の状態から、段階的に速度指令ωｃを変化させた結果を示している。上記のように点Ｐ２は、負荷トルク線ＣＴとの釣り合いの位置にあり、速度ω２での最大トルク制御の限界点である。なお、シミュレーションとは異なり、実際の試験では負荷変動が存在するため、負荷トルク線ＣＴには変動幅がある。
【００６５】
電圧制限線ＶＬ（ω１１〜ω１７）は、速度指令ωｃを段階的に上昇させたときの、それぞれの速度に対応した電圧制限線であり、速度上昇に伴い下降している。図７に示す試験結果では、電流ベクトルは、速度上昇に伴い最大トルク制御線ＭＴから逸れて、負荷トルク線ＣＴに沿って移動している。つまり、電圧制限線ＶＬの下降に伴うｑ軸電流制限値ｉｑｌｉｍの下降によって、電流ベクトルの収束点Ｐ１１〜Ｐ１７が負荷トルク線ＣＴに沿って移動している。このように、速度指令ωｃを変化させた場合にも、電圧制限線ＶＬ（ω１１〜ω１７）の変化に追従して収束点Ｐ１１〜Ｐ１７を変化させ、安定した速度制御を実現していることが確認された。
【００６６】
（実施例２）
図８では、最大トルク制御領域上の点Ｐ２１から、段階的に負荷トルクを上昇させた結果を示している。負荷トルク線ＣＴ２１〜ＣＴ２６は、負荷トルクを段階的に上昇させたときの、それぞれの負荷トルクに対応した負荷トルク線（代表値）である。速度指令ωｃは一定（ω２１）とし、速度指令ωｃに対応する電圧制限線がＶＬ（ω２１）である。図８の試験結果では、負荷トルクの変動に対応し、電流ベクトルが電圧制限線ＶＬに沿って移動している。このように、実際の使用状態における負荷トルクの変化に対しても、安定した制御が可能であることが確認された。
【００６７】
（実施例３）
図９では、インバータ３の電源電圧を段階的に低下させた結果を示している。速度ωが一定であっても、電源電圧の低下に伴って、電圧制限線ＶＬ（ＶＬ３１〜ＶＬ３６）は低下する。これに対して、図９の試験結果では、電流ベクトルが電源電圧の低下に伴う電圧制限線ＶＬの変動に追従し、負荷トルク線ＣＴ（代表値）に沿って移動している。負荷トルク線ＣＴに沿って電流ベクトルが移動しているため、モータ２の発生トルクと負荷トルクとは略釣り合いの状態にあり、速度変化が抑制されている。このように、実際の使用状態において電源電圧が変動した場合にも、安定した速度制御が可能であることが確認された。
【００６８】
（第２実施形態）
次に、図２、図３および図１０を参照して、本発明の第２実施形態によるモータ制御装置２００について説明する。第２実施形態では、比較器７１、ＵＤカウンタ７２および割合基準値ＬＲＲを用いてｑ軸電流制限値を制御するｑ軸制限制御部７０を設けた上記第１実施形態とは異なり、ｑ軸制限制御部を簡素化した構成について説明する。
【００６９】
図１０に示すように、第２実施形態によるモータ制御装置２００のｑ軸制限制御部１７０は、ＰＩ制御器１７１を主として含んでいる。なお、モータ制御装置２００のｑ軸制限制御部１７０以外の構成は、上記第１実施形態と同様であり、上記第１実施形態と同一の符号を用いるとともに説明を省略する。なお、ｑ軸制限制御部１７０は、特許請求の範囲の「ｑ軸制限値制御手段」および「ｑ軸制限応答性調整手段」と対応する。
【００７０】
ｑ軸制限制御部１７０は、比較器７１およびＵＤカウンタ７２（図２参照）を用いてアナログ値であるデューティ比Ｄｒｅａｌをデジタル値（カウンタ値Ｄｆｂ）に変換した上記第１実施形態とは異なり、アナログ値そのままで取り扱うように構成されている。すなわち、ｑ軸制限制御部１７０は、デューティ比Ｄｒｅａｌと、デューティ比基準値Ｄｃｒｉｔとの差分（Ｄｃｒｉｔ−Ｄｒｅａｌ）をとり、ＰＩ制御器１７１へ出力する。そして、ＰＩ制御器１７１によるＰ（比例）、Ｉ（積分）制御の出力が、ｑ軸電流制限値ｉｑｌｉｍとしてリミッタ４０へ出力（設定）される。
【００７１】
図３の期間Ｔ５およびＴ６に示すように、速度上昇に伴いデューティ比Ｄｒｅａｌがデューティ比基準値Ｄｃｒｉｔよりも大きくなると、ＰＩ制御器１７１に対して負の差分が入力され、ｑ軸電流制限値ｉｑｌｉｍが低下する。これにより、最大トルク制御器２０からのｑ軸電流目標値ｉｑｅｘがリミッタ４０で制限される。
【００７２】
一方、図３の期間Ｔ１およびＴ２に示すように、速度低下に伴いデューティ比Ｄｒｅａｌがデューティ比基準値Ｄｃｒｉｔを下回ると、ＰＩ制御器１７１に対して正の差分が入力され、ｑ軸電流制限値ｉｑｌｉｍは上昇する。これにより、リミッタ４０による制限が解除（緩和）され、最大トルク制御器２０からのｑ軸電流目標値ｉｑｅｘがそのままｑ軸電流指令値ｉｑｃとして出力される。これにより、モータ２の速度が増加し、再びリミッタ４０での制限が働くようになる
【００７３】
この結果、ＰＩ制御器１７１の動作により、デューティ比Ｄｒｅａｌがデューティ比基準値Ｄｃｒｉｔとなるようにｑ軸電流制限値ｉｑｌｉｍが調整され、電圧制限線ＶＬの内側で、デューティ比Ｄｒｅａｌがデューティ比基準値Ｄｃｒｉｔに収束するように、電流ベクトルが収束点まで移動されることになる。
【００７４】
なお、上記第１実施形態では、カウンタ値Ｄｆｂと割合基準値ＬＲＲとの差分を積分器７３に入力する構成により、割合基準値ＬＲＲの大きさに応じてｑ軸電流制限値ｉｑｌｉｍの応答性を調節可能としたが、この第２実施形態においても、ＰＩ制御器１７１のゲインを調整することによって、ｑ軸電流制限値ｉｑｌｉｍの応答性の調節が可能である。
【００７５】
第２実施形態では、上記のように、デューティ比Ｄｒｅａｌを算出するゲート信号変換部６０と、デューティ比Ｄｒｅａｌを用いて、ｑ軸電流制限値ｉｑｌｉｍを制御するｑ軸制限制御部１７０とを設けることによって、インバータ３への出力のデューティ比Ｄｒｅａｌに基づいて、電流ベクトル制御を行うことができるので、インバータ３に供給される電源電圧を取得するための外部機器（電圧センサ）を設ける必要がない。そして、デューティ比Ｄｒｅａｌを用いてｑ軸電流制限値ｉｑｌｉｍを制御することによって、最大トルク制御器２０のｑ軸電流目標値ｉｑｅｘの増大に対して制限をかけることができる。これにより、電圧制限線ＶＬの近傍で電流ベクトルが制御される場合に、たとえｄ軸電流指令値ｉｄｃが増大したとしてもｑ軸電流指令値ｉｑｃの増大を制限することができるので、電圧制限線ＶＬでの電流ベクトル制御を行うことができる。以上により、第２実施形態によるモータ制御装置２００によれば、外部機器の追加を必要とすることなく、安定した電流ベクトル制御を行うことができる。
【００７６】
また、第２実施形態では、上記第１実施形態とは異なり、比較器７１およびＵＤカウンタ７２を設けることなく、デューティ比Ｄｒｅａｌをアナログ値のまま扱ってｑ軸電流指令値ｉｑｃを制御することができる。これにより、モータ制御装置２００の構成および制御処理を簡素化することができる。
【００７７】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００７８】
たとえば、上記第１および第２実施形態では、制御装置１００とインバータ３とを別個に設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、インバータ回路を内蔵したモータ制御装置としてもよい。
【００７９】
また、上記第１および第２実施形態では、埋込磁石構造のＩＰＭモータ（ＩＰＭＳＭ）の駆動制御を行う例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、ＩＰＭモータ（ＩＰＭＳＭ）以外のモータ（突極機）の駆動制御を行うように構成してもよい。
【００８０】
また、上記第１および第２実施形態では、モータ制御装置をＦＰＧＡにより構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえばマイコンやＣＰＵに所定のプログラム（ソフトウェア）を実行させる構成により、図２（図１０）に示した制御ブロックによる制御処理を実現するように構成してもよい。
【００８１】
また、上記第１および第２実施形態では、最大トルク制御と弱め界磁制御とを行うモータ制御装置について説明したが、本発明はこれに限られない。本発明では、最大トルク制御および弱め界磁制御に加えて、最大トルク制御および弱め界磁制御以外の他の制御手法を実行するように構成してもよい。
【００８２】
また、上記第１実施形態では、ＵＤカウンタの出力Ｄｆｂを０〜１００として、割合基準値ＬＲＲとの差分を積分器に入力するように構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、ＵＤカウンタの出力Ｄｆｂを−５０〜＋５０として、これに適切な係数をかけた値を積分器に入力するように構成してもよい。
【符号の説明】
【００８３】
２  モータ
３  インバータ
２０  最大トルク制御器（最大トルク制御手段）
４０  リミッタ（ｑ軸電流制限手段）
６０  ゲート信号変換部
７０、１７０  ｑ軸制限制御部７０（ｑ軸制限値制御手段、ｑ軸制限応答性調整手段）
１００  モータ制御装置
Ｄｒｅａｌ  デューティ比
Ｄｃｒｉｔ  デューティ比基準値
ｉｄｃ  ｄ軸電流指令値
ｉｑｃ  ｑ軸電流指令値
ｉｄｅｘ  ｄ軸電流目標値
ｉｑｅｘ  ｑ軸電流目標値
ｉｑｌｉｍ  ｑ軸電流制限値
ＬＲＲ  割合基準値（比較結果基準値）
【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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