(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石によるトルクとリラクタンストルクとの合成値に相当するトルクを発生する永久磁石リラクタンスモータをインバータ駆動するに際し、トルク指令に基づきｄ軸電流指令及びｑ軸電流指令を設定し、更に、モータ端子電圧がインバータ出力最大電圧以下となるように弱め磁束制御を行うモータ制御装置において、
前記モータ端子電圧をインバータ出力最大電圧以下とするための電流指令補正値を求め、その電流指令補正値を前記トルク指令の大きさに応じてｄ軸及びｑ軸に可変配分し、ｄ軸電流指令補正値及びｑ軸電流指令補正値を演算するｄｑ軸電流指令補正値演算部と、
前記ｄｑ軸電流指令補正値演算部の演算結果に基づき、前記ｄ軸電流指令及びｑ軸電流指令の双方に対する補正を行うｄｑ軸電流指令補正部と、
を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
永久磁石によるトルクとリラクタンストルクとの合成値に相当するトルクを発生する永久磁石リラクタンスモータを制御するモータ制御装置において、与えられたトルク指令に基づき、予め与えられたパターンに従って永久磁石軸方向に対応するｄ軸電流指令およびそれに直交する方向のｑ軸電流指令を演算するｄｑ軸電流指令設定部と、ｄ軸電流フィードバック値を前記ｄ軸電流指令に追従させるためのｄ軸電圧を演算するｄ軸電流制御部と、ｑ軸電流フィードバック値を前記ｑ軸電流指令に追従させるためのｑ軸電圧を演算するｑ軸電流制御部と、前記ｄ軸電圧および前記ｑ軸電圧をベクトル成分とする電圧ベクトル長を求める電圧ベクトル長演算部と、前記電圧ベクトル長およびインバータ直流入力電圧を比較し、前記電圧ベクトル長が前記インバータ直流入力電圧に従って決定されるインバータ出力最大電圧を超えないように制限された電圧ベクトル長制限値を演算する電圧ベクトル長制限部と、前記電圧ベクトル長を前記電圧ベクトル長制限値に一致させるための電流指令補正値を演算する端子電圧一定制御部と、前記トルク指令に応じて前記ｄ軸電流指令補正値およびｑ軸電流指令補正値を演算するｄｑ軸電流指令補正値演算部と、前記ｄ軸電流指令を前記ｄ軸電流指令補正値で補正し、前記ｑ軸電流指令を前記ｑ軸電流指令補正値で補正するｄｑ軸電流指令補正部と、前記ｄ軸電流制御部から出力されるｄ軸電圧、前記ｑ軸電流制御部から出力されるｑ軸電圧、およびモータ回転子位置検出角に基づいて、前記ｄ軸電圧指令およびｑ軸電圧指令を３相電圧指令に変換するｄｑ３相変換部とを備えたことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項３】
永久磁石によるトルクとリラクタンストルクとの合成値に相当するトルクを発生する永久磁石リラクタンスモータを制御するモータ制御装置において、与えられたトルク指令に基づき、予め与えられたパターンに従って永久磁石軸方向に対応するｄ軸電流指令およびそれに直交する方向のｑ軸電流指令を演算するｄｑ軸電流指令設定部と、前記トルク指令に基づいて弱め磁束軸角度を演算する弱め磁束軸角度設定部と、前記ｄ軸電流指令およびｑ軸電流指令を、前記弱め磁束軸角度方向に相当するｆ軸電流指令およびそれに直交する方向のｔ軸電流指令に変換するｆｔ座標変換部と、前記ｆ軸電流指令を電流指令補正値で補正するｆ軸電流指令補正部と、このｆ軸電流指令補正部によって補正されたｆ軸電流指令および前記ｔ軸電流指令を新たなｄ軸電流指令およびｑ軸電流指令に座標変換するｆｔ逆座標変換部と、ｄ軸電流フィードバック値を前記ｆｔ逆座標変換部によって得られたｄ軸電流指令に追従させるためのｄ軸電圧を演算するｄ軸電流制御部と、ｑ軸電流フィードバック値を前記ｆｔ逆座標変換部によって得られたｑ軸電流指令に追従させるためのｑ軸電圧を演算するｑ軸電流制御部と、前記ｄ軸電圧および前記ｑ軸電圧をベクトル成分とする電圧ベクトル長を求める電圧ベクトル長演算部と、前記電圧ベクトル長およびインバータ直流入力電圧を比較し、前記電圧ベクトル長が前記インバータ直流入力電圧に従って決定されるインバータ出力最大電圧を超えないように制限された電圧ベクトル長制限値を演算する電圧ベクトル長制限部と、前記電圧ベクトル長を前記電圧ベクトル長制限値に一致させるために前記電流指令補正値を演算し前記ｆ軸電流指令補正部に送出する端子電圧一定制御部と、前記ｄ軸電流制御部から出力されるｄ軸電圧、前記ｑ軸電流制御部から出力されるｑ軸電圧、およびモータ回転子位置検出角に基づいて、前記ｄ軸電圧指令およびｑ軸電圧指令を３相電圧指令に変換するｄｑ３相変換部とを備えたことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載のモータ制御装置において、前記弱め磁束軸角度設定部は、前記トルク指令から導出された前記ｄ軸電流指令およびｑ軸電流指令に基づいて前記弱め磁束軸角度を演算することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項５】
請求項３に記載のモータ制御装置において、前記ｆｔ座標変換部は、ｆｔ座標軸の原点を、ｄｑ座標軸上での、モータ端子短絡のままモータを回転させたときに流れる短絡電流動作点に設定してｆｔ座標変換を行うことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項６】
請求項３に記載のモータ制御装置において、前記トルク指令、モータ回転角速度、前記ｆｔ逆座標変換部から出力されるｄ軸電流指令およびｑ軸電流指令、並びに前記ｄ軸電圧指令およびｑ軸電圧指令に基づいて、端子電圧一定制御の結果として前記ｆ軸電流指令が補正されることによるモータ出力トルクの前記トルク指令に対する誤差を補正するためのｔ軸電流指令補正値を演算し、このｔ軸電流指令補正値により前記ｔ軸電流指令を補正するｔ軸電流指令補正部をさらに備えたことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項７】
永久磁石によるトルクとリラクタンストルクとの合成値に相当するトルクを発生する永久磁石リラクタンスモータを制御するモータ制御装置において、与えられたトルク指令に基づき永久磁石軸方向に対応するｄ軸電流指令およびそれに直交する方向のｑ軸電流指令を演算するｄｑ軸電流指令設定部と、前記トルク指令に基づいて弱め磁束軸角度を演算する弱め磁束軸角度設定部と、前記ｄ軸電流指令およびｑ軸電流指令を入力として前記弱め磁束軸角度方向に直交する方向のｔ軸電流指令を得るｆｔ座標変換部と、ｄ軸電流フィードバック値、ｑ軸電流フィードバック値、および前記弱め磁束軸角度に基づいてｔ軸電流を演算する実電流ｆｔ座標変換部と、前記ｔ軸電流指令および前記ｔ軸電流間の差に基づいて電圧位相角を演算するｔ軸電流制御部と、前記電圧位相角、インバータ入力直流電圧、およびモータ回転子位相を用いて、インバータスイッチング素子を出力周波数１周期につき１回ずつオンオフするだけの１パルス波形の３相電圧指令を演算する１パルス波形電圧演算部とを備えたことを特徴とするモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、永久磁石リラクタンスモータを制御するモータ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、永久磁石モータや、リラクタンスモータを電車や電気自動車等の用途に用いるためにインバータ駆動する場合、高速回転時の一定出力運転時に、モータ端子電圧がインバータの出力可能な最大電圧以下になるように弱め磁束制御を実施する場合が多い。
【０００３】
図１１は、そのような弱め磁束制御を実施する従来のモータ制御装置を例示するものである。この制御装置は、ｄｑ軸電流指令設定部１１、ｄ軸電流指令補正部１４、ｄ軸電流制御部１６、ｑ軸電流制御部１７、電圧ベクトル長演算部１８、電圧ベクトル長制限部１９、端子電圧一定制御部２０、およびｄｑ３相変換部２１を備えている。
【０００４】
ｄｑ軸電流指令設定部１１は、トルク指令Ｔｒｅｆを入力としてそのトルクを出力するためのｄ軸電流指令Ｉｄｒｅｆおよびｑ軸電流指令Ｉｑｒｅｆを求める。ｄ軸電流指令Ｉｄｒｅｆは端子電圧一定制御部２０からのｄ軸電流指令補正値ΔＩｄｒｅｆを加算する形でｄ軸電流指令補正部１４で補正が加えられ、ｄ軸電流制御部１６に入力される。ｑ軸電流指令Ｉｑｒｅｆはｑ軸電流制御部１７に入力される。
【０００５】
ｄ軸電流制御部１６は、ｄ軸電流指令補正部１４から送出されるｄ軸電流指令Ｉｄｒｅｆと、ｄ軸電流フィードバック値Ｉｄとを入力として、ｄ軸電流フィードバック値Ｉｄがｄ軸電流指令Ｉｄｒｅｆに追従するようにｄ軸電圧指令Ｖｄを生成し、それをｄｑ３相変換部２１に入力する。同様に、ｑ軸電流制御部１７は、ｄｑ軸電流指令設定部１１から送出されるｑ軸電流指令Ｉｑｒｅｆと、ｑ軸電流フィードバック値Ｉｑとを入力として、ｑ軸電流フィードバック値Ｉｑがｑ軸電流指令Ｉｑｒｅｆに追従するようにｑ軸電圧指令Ｖｑを生成し、それをｄｑ３相変換部２１に入力する。ｄｑ３相変換部２１はｄ軸電圧指令Ｖｄ、ｑ軸電圧指令Ｖｑ、およびモータ回転子位相θｒに基づいて３相電圧指令Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを生成し、それを達成するように図示していない電力変換器を通してモータを制御する。
【０００６】
なお、電圧ベクトル長演算部１８は、ｄｑ軸電圧指令Ｖｄ，Ｖｑを入力として電圧ベクトル長（電圧絶対値）Ｖｌを算出する。電圧ベクトル長制限部１９は、得られた電圧ベクトル長Ｖｌ、およびインバータ入力直流電圧Ｖｄｃを入力として、制限された電圧ベクトル制限長Ｖｌｌｉｍを求める。端子電圧一定制御部２０は、電圧ベクトル長Ｖｌおよび電圧ベクトル制限長Ｖｌｌｉｍに基づき、電流指令補正値ΔＩｒｅｆを計算し、既に述べたようにｄ軸電流指令補正部１４に入力される。
【０００７】
図において、符号１８，１９，２０および１４で表された回路部分が弱め磁束制御のための回路部分である。永久磁石モータの弱め磁束制御は、永久磁石磁束とモータ電機子に流す電流で作られる磁束が逆方向になるような電機子電流、いわゆるマイナスのｄ軸電流を流すのが一般的である。一方、インダクタンス値の大きい軸（ｑ軸）と、インダクタンス値の小さい軸（ｄ軸）とがあるリラクタンスモータの場合は、より弱め磁束効果の高いｑ軸電流を小さくすることによって弱め磁束制御を実行するのが一般的である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、永久磁石によるトルクと、リラクタンストルクとの合成トルクを発生するモータ弱め磁束制御を実行する場合、ｄ軸またはｑ軸のどちらか一方の軸に固定して弱め磁束制御のための電流を流すと、出力したいトルクによって可変にする電流振幅の大きさによっては、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出力最大電圧以下に制御することが不可能となって制御不安定に陥ってしまう。これは、回転子鉄心内部に永久磁石を埋め込んだ形状により永久磁石トルクとリラクタンストルクの合成トルクを出力する、いわゆる埋め込み型永久磁石モータにおいても同様の現象が発生する可能性がある。
【０００９】
従って本発明は、以上の問題点を解決するために、いかなるトルクを出力している状態においても、安定かつ有効に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ことを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、永久磁石によるトルクとリラクタンストルクとの合成値に相当するトルクを発生する永久磁石リラクタンスモータをインバータ駆動するに際し、トルク指令に基づきｄ軸電流指令及びｑ軸電流指令を設定し、更に、モータ端子電圧がインバータ出力最大電圧以下となるように弱め磁束制御を行うモータ制御装置において、前記モータ端子電圧をインバータ出力最大電圧以下とするための電流指令補正値を求め、その電流指令補正値を前記トルク指令の大きさに応じてｄ軸及びｑ軸に可変配分し、ｄ軸電流指令補正値及びｑ軸電流指令補正値を演算するｄｑ軸電流指令補正値演算部と、前記ｄｑ軸電流指令補正値演算部の演算結果に基づき、前記ｄ軸電流指令及びｑ軸電流指令の双方に対する補正を行うｄｑ軸電流指令補正部と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
請求項２に係る発明は、永久磁石によるトルクとリラクタンストルクとの合成値に相当するトルクを発生する永久磁石リラクタンスモータを制御するモータ制御装置において、与えられたトルク指令に基づき、予め与えられたパターンに従って永久磁石軸方向に対応するｄ軸電流指令およびそれに直交する方向のｑ軸電流指令を演算するｄｑ軸電流指令設定部と、ｄ軸電流フィードバック値をｄ軸電流指令に追従させるためのｄ軸電圧を演算するｄ軸電流制御部と、ｑ軸電流フィードバック値をｑ軸電流指令に追従させるためのｑ軸電圧を演算するｑ軸電流制御部と、ｄ軸電圧およびｑ軸電圧をベクトル成分とする電圧ベクトル長を求める電圧ベクトル長演算部と、電圧ベクトル長およびインバータ直流入力電圧を比較し、電圧ベクトル長がインバータ直流入力電圧に従って決定されるインバータ出力最大電圧を超えないように制限された電圧ベクトル長制限値を演算する電圧ベクトル長制限部と、電圧ベクトル長を電圧ベクトル長制限値に一致させるための電流指令補正値を演算する端子電圧一定制御部と、トルク指令に応じてｄ軸電流指令補正値およびｑ軸電流指令補正値を演算するｄｑ軸電流指令補正値演算部と、ｄ軸電流指令をｄ軸電流指令補正値で補正し、ｑ軸電流指令をｑ軸電流指令補正値で補正するｄｑ軸電流指令補正部と、ｄ軸電流制御部から出力されるｄ軸電圧、ｑ軸電流制御部から出力されるｑ軸電圧、およびモータ回転子位置検出角に基づいて、ｄ軸電圧指令およびｑ軸電圧指令を３相電圧指令に変換するｄｑ３相変換部とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
請求項３に係る発明は、永久磁石によるトルクとリラクタンストルクとの合成値に相当するトルクを発生する永久磁石リラクタンスモータを制御するモータ制御装置において、与えられたトルク指令に基づき、予め与えられたパターンに従って永久磁石軸方向に対応するｄ軸電流指令およびそれに直交する方向のｑ軸電流指令を演算するｄｑ軸電流指令設定部と、トルク指令に基づいて弱め磁束軸角度を演算する弱め磁束軸角度設定部と、ｄ軸電流指令およびｑ軸電流指令を、弱め磁束軸角度方向に相当するｆ軸電流指令およびそれに直交する方向のｔ軸電流指令に変換するｆｔ座標変換部と、ｆ軸電流指令を電流指令補正値で補正するｆ軸電流指令補正部と、このｆ軸電流指令補正部によって補正されたｆ軸電流指令およびｔ軸電流指令を新たなｄ軸電流指令およびｑ軸電流指令に座標変換するｆｔ逆座標変換部と、ｄ軸電流フィードバック値をｆｔ逆座標変換部によって得られたｄ軸電流指令に追従させるためのｄ軸電圧を演算するｄ軸電流制御部と、ｑ軸電流フィードバック値をｆｔ逆座標変換部によって得られたｑ軸電流指令に追従させるためのｑ軸電圧を演算するｑ軸電流制御部と、ｄ軸電圧およびｑ軸電圧をベクトル成分とする電圧ベクトル長を求める電圧ベクトル長演算部と、電圧ベクトル長およびインバータ直流入力電圧を比較し、電圧ベクトル長がインバータ直流入力電圧に従って決定されるインバータ出力最大電圧を超えないように制限された電圧ベクトル長制限値を演算する電圧ベクトル長制限部と、電圧ベクトル長を電圧ベクトル長制限値に一致させるために電流指令補正値を演算しｆ軸電流指令補正部に送出する端子電圧一定制御部と、ｄ軸電流制御部から出力されるｄ軸電圧、ｑ軸電流制御部から出力されるｑ軸電圧、およびモータ回転子位置検出角に基づいて、ｄ軸電圧指令およびｑ軸電圧指令を３相電圧指令に変換するｄｑ３相変換部とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
請求項４に係る発明は、請求項３に記載のモータ制御装置において、弱め磁束軸角度設定部は、トルク指令から導出されたｄ軸電流指令およびｑ軸電流指令に基づいて弱め磁束軸角度を演算することを特徴とする。
【００１４】
請求項５に係る発明は、請求項３に記載のモータ制御装置において、ｆｔ座標変換部は、ｆｔ座標軸の原点を、ｄｑ座標軸上での、モータ端子短絡のままモータを回転させたときに流れる短絡電流動作点に設定してｆｔ座標変換を行うことを特徴とする。
【００１５】
請求項６に係る発明は、請求項３に記載のモータ制御装置において、トルク指令、モータ回転角速度、ｆｔ逆座標変換部から出力されるｄ軸電流指令およびｑ軸電流指令、並びにｄ軸電圧指令およびｑ軸電圧指令に基づいて、端子電圧一定制御の結果としてｆ軸電流指令が補正されることによるモータ出力トルクのトルク指令に対する誤差を補正するためのｔ軸電流指令補正値を演算し、このｔ軸電流指令補正値によりｔ軸電流指令を補正するｔ軸電流指令補正部をさらに備えたことを特徴とする。
【００１６】
請求項７に係る発明は、永久磁石によるトルクとリラクタンストルクとの合成値に相当するトルクを発生する永久磁石リラクタンスモータを制御するモータ制御装置において、与えられたトルク指令に基づき永久磁石軸方向に対応するｄ軸電流指令およびそれに直交する方向のｑ軸電流指令を演算するｄｑ軸電流指令設定部と、トルク指令に基づいて弱め磁束軸角度を演算する弱め磁束軸角度設定部と、ｄ軸電流指令およびｑ軸電流指令を入力として弱め磁束軸角度方向に直交する方向のｔ軸電流指令を得るｆｔ座標変換部と、ｄ軸電流フィードバック値、ｑ軸電流フィードバック値、および弱め磁束軸角度に基づいてｔ軸電流を演算する実電流ｆｔ座標変換部と、ｔ軸電流指令およびｔ軸電流間の差に基づいて電圧位相角を演算するｔ軸電流制御部と、電圧位相角、インバータ入力直流電圧、およびモータ回転子位相を用いて、インバータスイッチング素子を出力周波数１周期につき１回ずつオンオフするだけの１パルス波形の３相電圧指令を演算する１パルス波形電圧演算部とを備えたことを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００１８】
＜実施の形態１＞
図１および図２を参照して請求項１に係るモータ制御装置に対応する実施の形態について説明する。図１に示すは、ｄｑ軸電流指令設定部１１、ｄｑ軸電流指令補正値演算部１２、ｄｑ軸電流指令補正部１３、ｄ軸電流制御部１６、ｑ軸電流制御部１７、電圧ベクトル長演算部１８、電圧ベクトル長制限部１９、端子電圧一定制御部２０、およびｄｑ３相変換部２１とを備えている。
【００１９】
ｄｑ軸電流指令設定部１１は、トルク指令Ｔｒｅｆを入力としてそのトルクを出力するのに最も適したｄ軸電流指令Ｉｄｒｅｆおよびｑ軸電流指令Ｉｑｒｅｆを求めて出力する。両軸電流指令Ｉｄｒｅｆ，Ｉｑｒｅｆの最適値としては、例えば同一トルクを出力するのに必要なモータ電流ベクトル長Ｉｌｒｅｆが最も小さくなるものを選ぶ。この時の両軸電流指令Ｉｄｒｅｆ，Ｉｑｒｅｆは次式によって求めることができる。
【００２０】
Ｉｄｒｅｆ＝｛−Φｐｍ−√（Φｐｍ２＋８・ΔＬ２・Ｉｌｒｅｆ２）｝／（４・ΔＬ）…（１）
ここで、Φｐｍは永久磁石磁束、ΔＬ＝Ｌｄ−Ｌｑ、Ｌｄはｄ軸インダクタンス、Ｌｑはｑ軸インダクタンス、Ｉｌｒｅｆは電流振幅であって、
Ｉｌｒｅｆ＝√（Ｉｄｒｅｆ２＋Ｉｑｒｅｆ２）                            …（２）
である。
【００２１】
電流振幅Ｉｌｒｅｆをパラメータとして変化させた時の（１）式を満たすｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑを求め、さらに、この時モータが発生するトルクＴを次式によって求める。
【００２２】
Ｔ＝ｐ・（Φｐｍ＋ΔＬ・Ｉｄ）Ｉｑ                            …（３）
ここで、ｐはモータ極対数である。
【００２３】
モータ等価回路定数の具体例として、Φｐｍ＝０．０９、Ｌｄ＝１５ｍＨ、モータ極対数ｐ＝４であるモータトルク指令Ｔｒｅｆとｄ軸電流指令Ｉｄｒｅｆとの関数関係を図３に示す。入力されたトルク指令Ｔｒｅｆから図３の関数グラフに従ってｄ軸電流指令Ｉｄｒｅｆを求めて出力する。同様に、入力されたトルク指令Ｔｒｅｆから図４の関数グラフに従ってｑ軸電流指令Ｉｑｒｅｆを求めて出力する。
【００２４】
ｄｑ軸電流指令補正値演算部１２の動作を、図２を参照して説明する。ｄｑ軸電流指令補正値演算部１２は、割算器１２１、掛算器１２２、cos演算器１２３、およびsin演算器１２４を備えており、全体として、トルク指令Ｔrefと、端子電圧一定制御部２０から出力される電流指令補正値ΔＩrefとを入力として、次の演算によりｄ軸電流指令補正値ΔＩdrefと、ｑ軸電流指令補正値ΔＩqrefを求めて出力する。まず、入力されたトルク指令Ｔrefのトルク指令最大値Ｔrefmaxに対する比率Ｔrateを、
Ｔrate＝Ｔref／Ｔrefmax                                    …（４）
として割算器１２１で求めてそれを掛算器１２２に出力する。掛算器１２２は比率Ｔrateにπ／２を掛けてＴrate・π／２を出力する。このＴrate・π／２と、ｄ軸電流指令補正値ΔＩrefを用いてcos演算器１２およびsin演算器１２４により次の演算を行い、ｄ軸電流指令補正値ΔＩdrefおよびｑ軸電流指令補正値ΔＩqrefを、
ΔＩdref＝ΔＩref・cos（Ｔrate・π／２）                   …（５）
ΔＩqref＝ΔＩref・sin（Ｔrate・π／２）                   …（６）
として求める。
【００２５】
ｄｑ軸電流指令補正部１３は、ｄｑ軸電流指令設定部１１から出力されるｄ軸電流指令Ｉｄｒｅｆおよびｑ軸電流指令Ｉｑｒｅｆと、ｄｑ軸電流指令補正値演算部１２から出力されるｄ軸電流指令補正値ΔＩｄｒｅｆおよびｑ軸電流指令補正値ΔＩｑｒｅｆとを入力として、次の演算により補正された新たな軸電流指令Ｉｄｒｅｆおよびｑ軸電流指令Ｉｑｒｅｆを、
Ｉｄｒｅｆ＝Ｉｄｒｅｆ＋ΔＩｄｒｅｆ                                      …（７）
Ｉｑｒｅｆ＝Ｉｑｒｅｆ＋ΔＩｑｒｅｆ                                      …（８）
として求めて出力する。
【００２６】
ｄ軸電流制御部１６は、ｄｑ軸電流指令補正部１３から送出されるｄ軸電流指令Ｉｄｒｅｆと、ｄ軸電流フィードバック値Ｉｄとを入力として、ｄ軸電流Ｉｄがｄ軸電流指令Ｉｄｒｅｆに追従するようにｄ軸電圧指令Ｖｄを、
Ｖｄ＝（Ｋｐ＋Ｋｉ／ｓ）・（Ｉｄｒｅｆ−Ｉｄ）                  …（９）
として求めて出力する。ここで、ｓはラプラス演算子、Ｋｐは比例ゲイン、Ｋｉは積分ゲインである。
【００２７】
同様に、ｑ軸電流制御部１７は、ｄｑ軸電流指令補正部１３から送出されるｑ軸電流指令Ｉｑｒｅｆと、ｑ軸電流フィードバック値Ｉｑとを入力として、ｑ軸電流Ｉｑがｑ軸電流指令Ｉｑｒｅｆに追従するようにｑ軸電圧指令Ｖｑを、
Ｖｑ＝（Ｋｐ＋Ｋｉ／ｓ）・（Ｉｑｒｅｆ−Ｉｑ）                …（１０）
として求めて出力する。
【００２８】
電圧ベクトル長演算部１８は、ｄ軸電流制御部１６から出力されるｄ軸電圧指令Ｖｄ、およびｑ軸電流制御部１７から出力されるｑ軸電圧指令Ｖｑとを入力として電圧ベクトル長Ｖｌを、
Ｖｌ＝√（Ｖｄ２＋Ｖｑ２）                                …（１１）
として求めて出力する。
【００２９】
電圧ベクトル長制限部１９は、電圧ベクトル長演算部１８から出力される電圧ベクトル長Ｖｌ、およびインバータ入力直流電圧Ｖｄｃを入力として、制限された電圧ベクトル制限長Ｖｌｌｉｍを求める。そのため、ここではまず、最大電圧Ｖｌｍａｘを、
Ｖｌｍａｘ＝０．９・√６・Ｖｄｃ／π                            …（１２）
として求める。この（１２）式は、１パルス波形電圧モード、すなわちインバータスイッチング素子を出力周波数１周期につき１回ずつオンオフするだけの１パルス波形の電圧を出力するモードでの基本波電圧振幅を表し、式中の係数０．９は制御余裕のために１０％差し引いた値で設定するための係数である。
【００３０】
次に、端子電圧Ｖ１と（１２）式で得られた最大電圧Ｖｌｍａｘとを比較し、
Ｖ１＜Ｖｌｍａｘ  のとき、Ｖｌｌｉｍ＝Ｖ１                        …（１３）
Ｖ１＞Ｖｌｍａｘ  のとき、Ｖｌｌｉｍ＝ｌｍａｘ                        …（１４）
として、制限された電圧ベクトル制限長Ｖｌｌｉｍを出力する。
【００３１】
端子電圧一定制御部２０は、電圧ベクトル長演算部１８から出力された電圧ベクトル長Ｖｌ、および電圧ベクトル長制限部１９から出力される電圧ベクトル長Ｖｌｌｉｍとを入力として、電流指令補正値ΔＩｒｅｆを、
ΔＩｒｅｆ＝Ｇ（ｓ）・（Ｖｌｌｉｍ−Ｖｌ）                        …（１５）
として求める。ここで、ｓはラプラス演算子、Ｇ（ｓ）は制御ゲインである。制御ゲインＧ（ｓ）としては比例積分制御の制御ゲインが考えられる。ここで求められた電流指令補正値ΔＩｒｅｆがｄｑ軸電流指令補正値演算部１２で用いられることは既に述べたところである。
【００３２】
ｄｑ３相変換部２１はｄ軸電流制御部１６から出力されるｄ軸電圧指令Ｖｄ、ｑ軸電流制御部１７から出力されるｑ軸電圧指令Ｖｑ、およびモータ回転子位相θｒを入力として、ＵＶＷ３相各相の電圧指令Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを
Ｖｌ＝√（Ｖｄ２＋Ｖｑ２）                              …（１６）
δＶ＝ｔａｎ−１（Ｖｑ／Ｖｄ）                          …（１７）
Ｖｕ＝√（２／３）・Ｖｌ・ｃｏｓ（θ＋δＶ）                …（１８）
Ｖｖ＝√（２／３）・Ｖｌ・ｃｏｓ（θ＋δＶ−２π／３）      …（１９）
Ｖｗ＝√（２／３）・Ｖｌ・ｃｏｓ（θ＋δＶ−４π／３）      …（２０）
として求める。
【００３３】
以上のようにして永久磁石リラクタンスモータを制御することにより、いかなるトルクを出力している状態においても、安定かつ有効に弱め磁束制御を実施することができる。
【００３４】
＜実施の形態２＞
図５は請求項２に対応する実施の形態を示すものである。このモータ制御装置は、ｄｑ軸電流指令設定部１１、弱め磁束軸角度設定部２２、ｆｔ座標変換部２３、ｆ軸電流指令補正部２４、ｆｔ逆座標変換部２５、ｄ軸電流制御部１６、ｑ軸電流制御部１７、電圧ベクトル長演算部１８、電圧ベクトル長制限部１９、端子電圧一定制御部２０、およびｄｑ３相変換部２１とを備えている。ここで図１の制御装置における構成要素と同一または対応する構成要素には同一符号を付して示しており、個々の説明は省略する。
【００３５】
弱め磁束軸角度設定部２２は、トルク指令Ｔｒｅｆを入力として、予め実験的に求めておいた弱め磁束角度最適地またはその近似解を弱め磁束角度設定値Ｑｆｔとして出力する。ここでは一例として近似解を出力するものとすれば、弱め磁束角度設定値Ｑｆｔは、トルク指令最大値をＴｒｅｆｍａｘとして、
Ｑｆｔ＝（π／２）・（Ｔｒｅｆ／Ｔｒｅｆｍａｘ）                      …（２１）
によって求められる。
【００３６】
ｆｔ座標変換部２３は、ｄｑ軸電流指令設定部１１から出力されるｄ軸電流指令Ｉｄｒｅｆおよびｑ軸電流指令Ｉｑｒｅｆ、並びに弱め磁束軸角度設定部２２から出力される弱め磁束角度設定値Ｑｆｔとに基づいて、ｆ軸電流指令Ｉｆｒｅｆおよびｔ軸電流指令Ｉｔｒｅｆを、
【数１】
0003566163.tif 000002
として求める。
【００３７】
ｆ軸電流指令補正部２４は、ｆｔ座標変換部２３から出力されるｆ軸電流指令Ｉｆｒｅｆと、端子電圧一定制御部２０から出力されるｆ軸電流指令補正値ΔＩｆｒｅｆを入力として、補正された新たなｆ軸電流指令Ｉｆｒｅｆを、
Ｉｆｒｅｆ＝Ｉｆｒｅｆ＋ΔＩｆｒｅｆ                                  …（２３）
として求めてｆｔ逆座標変換部２５へ送出する。
【００３８】
ｆｔ逆座標変換部２５では、ｆ軸電流指令補正部２４から出力されるｆ軸電流指令Ｉｆｒｅｆ、ｆｔ座標変換部２３から出力されるｔ軸電流指令Ｉｔｒｅｆ、および弱め磁束軸角度設定部２２から出力される弱め磁束軸角度Ｑｆｔを入力として、新たなｄ軸電流指令Ｉｄｒｅｆおよびｑ軸電流指令Ｉｑｒｅｆを、
【数２】
0003566163.tif 000003
によって求める。
【００３９】
以上のようにして求められたｄｑ軸電流指令Ｉｄｒｅｆ，Ｉｑｒｅｆを用いて、実施の形態１で説明したと同様に、最終的に（１８）〜（２０）式により各相電圧指令Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを得て、モータ制御を行う。それにより、いかなるトルクを出力している状態においても、安定かつ有効に弱め磁束制御を実施することができる。
【００４０】
＜実施の形態３＞
図６および図７は請求項３に対応する実施の形態を示すものである。この実施の形態は図５に示した制御装置と類似しており、大部分の構成要素を共通にしているが、唯一、弱め磁束軸角度設定部２６が異なっている。すなわち、弱め磁束軸角度設定部２６は、弱め磁束角度設定値Ｑｆｔをトルク指令Ｔｒｅｆから求めるのではなく、ｄｑ軸電流指令設定部１１から出力されるｄ軸電流指令Ｉｄｒｅｆおよびｑ軸電流指令Ｉｑｒｅｆを入力として、予め実験的に求めたｄｑ電流指令座標上における端子電圧のグラフ（図７）を参照して、端子電圧一定曲線に対して求心方向で端子電圧が低くなる方向に弱め磁束角度設定値Ｑｆｔを設定し出力する。
【００４１】
図７は、モータの等価回路定数である永久磁石磁束Φｐｍ、ｄ軸インダクタンスＬｄ、およびｑ軸インダクタンスＬｑがそれぞれ、
Φｐｍ＝０．０５７３［Ｗｂ］、
Ｌｄ＝１．８１［ｍＨ］、
Ｌｑ＝４．４６［ｍＨ］
であるモータ、ｄｑ軸座標軸における端子電圧一定曲線を示すものである。ｄｑ軸電流指令設定部１１から出力されるｄｑ軸電流指令点における、等端子電圧曲線の求心方向（図中、矢印方向）に弱め磁束軸角度設定値Ｑｆｔを設定する。
【００４２】
以上により、実施の形態１，２の場合と同様に、いかなるトルクを出力している状態においても、安定に弱め磁束制御を実施することが可能になり、しかも、より適切な弱め磁束制御となるため、端子電圧を一定値以下に抑えるために必要とする弱め磁束電流を最小限に抑えることにより必要電流容量の低減を図ることができる。
【００４３】
＜実施の形態４＞
図８は請求項４に対応する実施の形態を示すものである。この実施の形態は図５に示した制御装置と類似しており、大部分の構成要素を共通にしている。唯一、ｆｔ座標変換部２７が異なっており、他は同一である。すなわち、ｆｔ座標変換部２７は、ｄｑ軸電流指令設定部１１から出力されるｄｑ軸電流指令Ｉｄｒｅｆ，Ｉｑｒｅｆ、および弱め磁束軸角度設定部２２から出力される弱め磁束軸角度Ｑｆｔを入力として、ｆ軸電流指令Ｉｆｒｅｆおよびｔ軸電流指令Ｉｔｒｅｆを求めて出力する。
【００４４】
モータ３相出力端子をそれぞれ短絡した場合、モータ誘起電圧によってモータ巻線に負のｄ軸電流Ｉｄが流れる。この時のｄ軸電流をＩｄｚとすれば、このｄ軸電流Ｉｄｚは、モータ等価回路定数として、永久磁石磁束Φｐｍおよびｄ軸インダクタンスＬｄを用いて、
Ｉｄｚ＝Φｐｍ／Ｌｄ                                        …（２５）
【数３】
0003566163.tif 000004
により求めることができる。
【００４５】
上記座標変換は、ｆｔ座標軸がｄｑ座標軸に対して原点がｄ軸方向に、−Ｉｄｚだけずれており、かつ位相角が角度Ｑｆｔだけ回転している座標軸であることを示している。ｆｔ座標軸の原点まで弱め磁束制御を行うと、結果としてモータ端子電圧はゼロとなり、最も確実に弱め磁束が働く方向になる。
【００４６】
ｆｔ逆座標変換部２５は、ｆ軸電流指令補正部２４から出力されるｆ軸電流指令Ｉｆｒｅｆ、ｆｔ座標変換部２７から出力されるｔ軸電流指令Ｉｔｒｅｆ、および弱め磁束軸角度設定部２２から出力される弱め磁束軸角度Ｑｆｔを入力として、次の演算により新たなｄ軸電流指令Ｉｄｒｅｆおよびｑ軸電流指令Ｉｑｒｅｆを求める。
【００４７】
モータ３相出力端子をそれぞれ短絡した場合、モータ誘起電圧によってモータ巻線に負のｄ軸電流Ｉｄが流れる。この時のｄ軸電流をＩｄｚとすれば、このｄ軸電流Ｉｄｚは、モータ等価回路定数として、永久磁石磁束Φｐｍおよびｄ軸インダクタンスＬｄを用いて、
Ｉｄｚ＝Φｐｍ／Ｌｄ                                        …（２７）
【数４】
0003566163.tif 000005
により求めることができる。
【００４８】
以上により、実施の形態１，２の場合と同様に、いかなるトルクを出力している状態においても、安定かつ有効に弱め磁束制御を実施することが可能になり、しかも、弱め磁束制御中のトルク指令急変時にも、端子電圧一定制御を発散させることなしに、安定に制御することができる。
【００４９】
＜実施の形態５＞
図９は請求項５に対応する実施の形態を示すものである。この実施の形態は図８に示した制御装置に対して、ｔ軸電流指令Ｉｔｒｅｆを補正するためのｔ軸電流補正値ΔＩｔｒｅｆを演算するｔ軸電流指令補正部２６を付加したものであり、他の構成部分は図８のものと変わりがない。このｔ軸電流指令補正部２６は、トルク指令Ｔｒｅｆ、モータ回転角速度ωｒ、ｄ軸電流制御部１６から出力されるｄ軸電圧Ｖｄ、ｑ軸電流制御部１７から出力されるｑ軸電圧Ｖｑ、およびｆｔ逆座標変換部２５から出力されるｄｑ軸電流指令Ｉｄｒｅｆ，Ｉｑｒｅｆを入力として、ｔ軸電流補正値ΔＩｔｒｅｆを求めるために、まず、有効電力指令Ｐｒｅｆを、
Ｐｒｅｆ＝Ｔｒｅｆ・ωｒ                                        …（２９）
として求め、次に、有効電力計算値Ｐｃａｌを、
Ｐｃａｌ＝Ｖｄ・Ｉｄｒｅｆ＋Ｖｑ・Ｉｑｒｅｆ                          …（３０）
として求める。これらの計算結果を用いて、ｔ軸電流補正値ΔＩｔｒｅｆを、
ΔＩｔｒｅｆ＝Ｇ（ｓ）・（Ｐｒｅｆ−Ｐｃａｌ）                      …（３１）
として求める。ここで、ｓは微分演算子であり、Ｇ（ｓ）は比例積分制御等における制御ゲインである。
【００５０】
こうして得られたｔ軸電流補正値ΔＩｔｒｅｆを、ｆｔ座標変換部２３から出力されるｔ軸電流指令Ｉｔｒｅｆに加算部２７で加算して新たなｔ軸電流指令Ｉｔｒｅｆとし、これをｆｔ逆座標変換部２５へ送出する。すなわち、加算部２７の機能は、
Ｉｔｒｅｆ＝Ｉｔｒｅｆ＋ΔＩｔｒｅｆ                                  …（３２）
である。
【００５１】
以上により、実施の形態１，２の場合と同様に、いかなるトルクを出力している状態においても、安定かつ有効に弱め磁束制御を実施することができ、しかも出力トルクのトルク指令値への一致性を向上させることができる。
【００５２】
＜実施の形態６＞
図１０は請求項６に対応する実施の形態を示すものである。この実施の形態による制御装置は、ｄｑ軸電流指令設定部１１、弱め磁束軸角度設定部２２、ｆｔ座標変換部２８、実電流ｆｔ座標変換部２９、ｔ軸電流制御部３０、および１パルス波形電圧演算部３１を備えている。
【００５３】
ｄｑ軸電流指令設定部１１および弱め磁束軸角度設定部２２の機能は、すでに述べた図５の制御装置における同一符号の各構成要素と同一である。
【００５４】
ｆｔ座標変換部２８は、ｄｑ軸電流指令設定部１１から出力されるｄｑ軸電流指令Ｉｄｒｅｆ，Ｉｑｒｅｆ、および弱め磁束軸角度設定部２２から出力される弱め磁束軸角度Ｑｆｔを入力として、ｔ軸電流指令Ｉｔｒｅｆを、
Ｉｔｒｅｆ＝−Ｉｄｒｅｆ・ｓｉｎ（Ｑｆｔ）＋Ｉｑｒｅｆ・ｃｏｓ（Ｑｆｔ）        …（３３）
として求める。
【００５５】
実電流ｆｔ座標変換部２９は、ｄｑ軸電流フィードバック値Ｉｄ，Ｉｑ、および弱め磁束軸角度設定部２２から出力される弱め磁束軸角度Ｑｆｔを入力としてｔ軸電流指令Ｉｔを、
Ｉｔ＝−Ｉｄ・ｓｉｎ（Ｑｆｔ）＋Ｉｑ・ｃｏｓ（Ｑｆｔ）              …（３４）
により求める。
【００５６】
ｔ軸電流制御部３０は、ｆｔ座標変換部２８から出力される（３３）式のｔ軸電流指令Ｉｔｒｅｆ、および実電流ｆｔ座標変換部２９から出力されるｔ軸電流指令Ｉｔを入力として、電圧位相角δＶを、
δＶ＝Ｇ（ｓ）・（Ｉｔｒｅｆ−Ｉｔ）                          …（３５）
により求める。ここで、ｓは微分演算子、Ｇ（ｓ）は比例積分制御等における制御ゲインである。
【００５７】
１パルス波形電圧演算部３１は、ｔ軸電流制御部３０から出力される（３５）式の電圧位相角δＶ、モータ回転子位相θｒ、およびインバータ入力直流電圧Ｖｄｃを入力として、３相１パルス波形電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを求めるのであるが、その第１段階として、３相電圧正弦波Ｖｕｏ，Ｖｖｏ，Ｖｗｏを、
Ｖｕｏ＝ｃｏｓ（θｒ＋δＶ）                                …（３６）
Ｖｖｏ＝ｃｏｓ（θｒ＋δＶ−２π／３）                      …（３７）
Ｖｗｏ＝ｃｏｓ（θｒ＋δＶ−４π／３）                      …（３８）
として求める。次に第２段階として、この計算結果から次の条件分岐に従い、３相１パルス波形電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを、
Ｖｕｏ＞０  のとき、Ｖｕ＝＋Ｖｄｃ／２                      …（３９）
Ｖｕｏ＜０  のとき、Ｖｕ＝−Ｖｄｃ／２                      …（４０）
Ｖｖｏ＞０  のとき、Ｖｖ＝＋Ｖｄｃ／２                      …（４１）
Ｖｖｏ＜０  のとき、Ｖｖ＝−Ｖｄｃ／２                      …（４２）
Ｖｗｏ＞０  のとき、Ｖｗ＝＋Ｖｄｃ／２                      …（４３）
Ｖｗｏ＜０  のとき、Ｖｗ＝−Ｖｄｃ／２                      …（４４）
以上により、実施の形態１，２の場合と同様に、いかなるトルクを出力している状態においても、安定かつ有効に弱め磁束制御を実施することができ、しかも１パルス波形電圧を適用することによりインバータ電圧利用率が向上し、装置の低コスト化および高効率化を図ることができる。
【００５８】
【発明の効果】
本発明によれば、弱め磁束制御を実施するモータ制御装置において、いかなるトルクを出力している状態においても、安定かつ有効に弱め磁束制御を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態を示す制御装置のブロック図。
【図２】第１の実施の形態におけるｄｑ軸電流指令補正値演算部の詳細構成を示すブロック図。
【図３】第１の実施の形態におけるｄｑ軸電流指令設定部の入力トルク指令と出力ｄ軸電流指令との関係を示す線図。
【図４】第１の実施の形態におけるｄｑ軸電流指令設定部の入力トルク指令と出力ｑ軸電流指令との関係を示す線図。
【図５】第２の実施の形態を示す制御装置のブロック図。
【図６】第３の実施の形態を示す制御装置のブロック図。
【図７】第３の実施の形態における弱め磁束軸角度設定部の演算内容を説明するための線図。
【図８】第４の実施の形態を示す制御装置のブロック図。
【図９】第５の実施の形態を示す制御装置のブロック図。
【図１０】第６の実施の形態を示す制御装置のブロック図。
【図１１】従来の制御装置を例示するブロック図。
【符号の説明】
１１  ｄｑ軸電流指令設定部
１２  ｄｑ軸電流指令補正値演算部
１３  ｄｑ軸電流指令補正部
１４  ｄ軸電流指令補正部
１６  ｄ軸電流制御部
１７  ｑ軸電流制御部
１８  電圧ベクトル長演算部
１９  電圧ベクトル長制限部
２０  端子電圧一定制御部
２１  ｄｑ３相変換部
２２  弱め磁束軸角度設定部
２３  ｆｔ座標変換部
２４  ｆ軸電流指令補正部
２５  ｆｔ逆座標変換部
２６  弱め磁束軸角度設定部
２７  ｆ軸電流指令補正部
２８  加算部
２９  ｆｔ座標変換部
３０  実電流ｆｔ座標変換部
３１  ｔ軸電流制御部
３２  １パルス波形電圧演算部
【図１】
0003566163.tif 000006
【図２】
0003566163.tif 000007
【図３】
0003566163.tif 000008
【図４】
0003566163.tif 000009
【図５】
0003566163.tif 000010
【図６】
0003566163.tif 000011
【図７】
0003566163.tif 000012
【図８】
0003566163.tif 000013
【図９】
0003566163.tif 000014
【図１０】
0003566163.tif 000015
【図１１】
0003566163.tif 000016