(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動電圧指令に基づいてモータに交流電圧を印加する電圧印加手段と、
前記モータに流れるモータ電流を検出する電流検出手段と、
前記駆動電圧指令および前記モータ電流に基づいて前記モータの回転子位置の推定値である推定位相および前記モータの回転速度の推定値である推定速度を演算して出力する推定手段と、
前記モータ電流を任意の制御位相上へ座標変換した制御電流ベクトルが前記任意の制御位相上の制御電流ベクトル指令に一致するように前記駆動電圧指令を出力する制御手段と
を備え、
前記制御手段は、
任意に設定した同期位相と前記推定位相とを相互に切換えて前記任意の制御位相とする制御位相演算器と、
外部から入力される速度指令と前記推定速度とが一致するように制御して得られたトルク分電流指令を前記任意の制御位相のδ軸上に投影したδ軸制御電流ベクトル指令を生成するδ軸電流指令演算部と、
前記δ軸制御電流ベクトル指令と、前記速度指令から予め設定された励磁分電流指令とに基づいて、γ軸制御電流ベクトル指令を生成するγ軸電流指令演算部と、
を備え、
前記δ軸制御電流ベクトル指令と、前記γ軸制御電流ベクトル指令とに基づいて前記駆動電圧指令を生成する
ことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
第１の交流電圧指令と、第２の交流電圧指令に基づいてモータに交流電圧を印加する電圧印加手段と、
前記モータに流れるモータ電流を検出する電流検出手段と、
前記検出されたモータ電流に基づいて、前記モータの回転子位置の推定値である推定位相および前記モータの回転速度の推定値である推定速度を演算して出力する推定手段と、
前記検出されたモータ電流を前記推定位相に基づいて任意の制御位相上へ変換した制御電流ベクトルが、前記任意の制御位相上での制御電流ベクトル指令に一致するように第１の駆動電圧指令を生成する制御手段と
を備え、
前記制御手段は、
外部から入力される速度指令と前記推定速度とが一致するように制御して得られたｑ軸制御電流ベクトル指令を生成するｑ軸電流指令演算部と、
前記ｑ軸制御電流ベクトル指令と、前記推定速度と、予め設定された励磁分電流指令とに基づいて、ｄ軸制御電流ベクトル指令を生成するｄ軸電流指令演算部と、
前記制御電流ベクトルと、前記ｑ軸制御電流ベクトル指令と、前記ｄ軸制御電流ベクトル指令とに基づいて、前記第１の駆動電圧指令とは異なる第２の駆動電圧指令を生成する駆動電圧指令演算部と、
を備え、
前記第２の駆動電圧指令と、前記ｄ軸制御電流ベクトル指令に基づいて生成された高周波電圧指令とに基づいて前記第１の駆動電圧指令を生成する
ことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項３】
前記モータの回転子を構成する永久磁石が作る磁束に平行な軸をｄ軸、該ｄ軸に直交する軸をｑ軸とした場合、前記制御手段は、ｑ軸制御電流ベクトル指令にフィルタを掛けた値と前記推定速度とに基づいて、ｄ軸制御電流ベクトル指令を高周波電圧発生器の動作・非動作を制御する形で生成する
ことを特徴とする請求項２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するものである。
【背景技術】
【０００２】
モータを高速・高精度で制御する場合、回転子の磁極位置に合わせて回転磁束を発生させる必要がある。しかし、磁極位置の検出に位置センサを用いる場合、高コスト、振動や熱に対する脆弱性、モータ寸法の大型化や配線の増加、配線長の制約など様々な問題が付随する。【０００３】
このため、従来から位置センサを用いずに磁極位置を検出する方法が開発されており、永久磁石の磁束による回転時の誘起電圧を利用して回転子の磁極位置を推定する方法（センサレスベクトル制御）が広く知られている。但し、この方法では誘起電圧が小さい低速時においては、誘起電圧の検出または推定が困難になり、回転子の磁極位置検出精度及び速度推定精度が悪化するという難点がある。【０００４】
この問題を解決する方法として、低速時は、任意の制御位相上に所定の電流ベクトルを流し、速度指令を積分することで得られた同期位相を制御位相として与えることで、モータの速度が速度指令に対して追従するように制御する方法である同期電流制御を用い、速度指令が誘起電圧の検出または推定を十分行える値になったときに同期電流制御からセンサレスベクトル制御へ切換える方法が広く知られている（例えば、特許文献１参照）。【０００５】
なお、磁気突極性のあるモータに対しては、低速域では位置推定用の高周波電圧指令を印加し、検出電流により回転子の磁極位置を推定する方法（高周波重畳方式）を用いてセンサレスベクトル制御の位相推定誤差を補正し、速度指令または推定速度が誘起電圧の検出または推定を十分行える値になったときセンサレスベクトル制御のみに移行する方法が知られている（例えば、特許文献２、特許文献３参照）。【０００６】
また、リラクタンストルクを利用した最大トルク制御や、鉄損などを考慮した最大効率制御などの高効率制御が広く知られている（最大トルク制御については例えば特許文献４参照、最大効率制御については例えば特許文献５参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−１９６２６号公報
【特許文献２】国際公開第２０１０／１０９５２８号
【特許文献３】特開２００８−１１６１６号公報
【特許文献４】特開２００３−８８１５７号公報
【特許文献５】特開平８−２６６０９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、センサレスベクトル制御でリラクタンストルクを用いた最大トルク制御や最大効率制御を行う場合、トルク分電流に応じた励磁分電流を流すため、トルク分電流の大きさによっては励磁分電流を負方向に流す必要がある。【０００９】
一方で、低速域制御の場合、同期電流制御では強めの励磁分電流を流してトルク分電流はゼロ固定とする（特許文献１）、あるいは一定のトルク分電流を流して励磁分電流はゼロ固定とする（特許文献３）など、励磁分電流をゼロまたは正方向に流す必要がある。
【００１０】
また、高周波重畳方式では高周波電流を流すために、高周波電圧を印加しない場合と比較して損失が多く、モータパラメータも変化するので、最大トルク制御などの制御を行うことは難しい。そのため、高周波電圧を印加する速度領域では、高周波電圧印加前の励磁分電流指令はゼロ付近の一定の値としている。【００１１】
要するに、ある程度の負荷が印加された状態で低速域制御とセンサレスベクトル制御とを切換えると、制御切換えの前後に励磁分電流が急変し、速度やトルクが変動してしまうという問題がある。【００１２】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、負荷印加時の制御切換えの前後における励磁分電流の急変を抑制し、速度やトルクが変動することなくスムーズに制御切換えを行うことが可能なモータ制御装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるモータ制御装置は、駆動電圧指令に基づいてモータに交流電圧を印加する電圧印加手段と、前記モータに流れるモータ電流を検出する電流検出手段と、前記駆動電圧指令および前記モータ電流に基づいて前記モータの回転子位置の推定値である推定位相および前記モータの回転速度の推定値である推定速度を演算して出力する推定手段と、前記モータ電流を任意の制御位相上へ座標変換した制御電流ベクトルが前記任意の制御位相上の制御電流ベクトル指令に一致するように前記駆動電圧指令を出力する制御手段とを備え、前記制御手段は、任意に設定した同期位相と前記推定位相とを相互に切換えて前記任意の制御位相とする制御位相演算器と、外部から入力される速度指令と前記推定速度とが一致するように制御して得られたトルク分電流指令を前記任意の制御位相のδ軸上に投影したδ軸制御電流ベクトル指令を生成するδ軸電流指令演算部と、前記δ軸制御電流ベクトル指令と、前記速度指令から予め設定された励磁分電流指令とに基づいて、γ軸制御電流ベクトル指令を生成するγ軸電流指令演算部と、を備え、前記δ軸制御電流ベクトル指令と、前記γ軸制御電流ベクトル指令とに基づいて前記駆動電圧指令を生成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、負荷印加時の制御切換えの前後における励磁分電流の急変を抑制し、速度やトルクが変動することなくスムーズに制御切換えを行うことが可能となるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１によるモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、図１に示す制御手段が選択する３つの制御領域の各位相を説明する特性図である。
【図３】図３は、図１に示す速度指令ω＊とγ軸電流指令演算部が算出するγ軸制御電流ベクトル指令との関係例（その１）を示す特性図である。
【図４】図４は、図１に示す速度指令ω＊とγ軸電流指令演算部が算出するγ軸制御電流ベクトル指令との関係例（その２）を示す特性図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態２によるモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図６】図６は、図５に示す制御手段が選択する３つの制御領域の各位相を説明する特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明にかかるモータ制御装置の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１７】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１によるモータ制御装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態１では、同期電流制御から切換え制御を経てセンサレスベクトル制御へ切換える、あるいはセンサレスベクトル制御から切換え制御を経て同期電流制御へ切換える場合について説明する。
【００１８】
なお、センサレスベクトル制御とは、モータに位置センサを取り付けることなく、あるいはモータに位置センサが取り付けられていてもそれを用いることなく、モータの誘起電圧からモータの回転速度を推定し、推定速度が速度指令に一致するようにモータ速度を制御する方法である。また、同期電流制御とは、任意の制御位相上に所定の電流ベクトルを流し、任意に設定した同期位相を制御位相として与えることで、モータの回転速度が速度指令に対して追従するようにモータ速度を制御する方法であり、誘起電圧の検出または推定が困難な低速域で適用される方法である。
【００１９】
図１において、モータ１ａは、例えば三相交流永久磁石同期機であり、回転子の磁極がつくる磁束の方向（永久磁石の中心軸）をｄ軸とし、該ｄ軸と電気的、磁気的に直交する軸（永久磁石間の軸）をｑ軸とする。そして、ｄ軸およびｑ軸に対応する制御上の推定軸をγ軸およびδ軸とする。なお、ｄ軸は磁束軸とも呼ばれ、ｑ軸はトルク軸とも呼ばれている。
【００２０】
このモータ１ａを駆動制御する実施の形態１によるモータ制御装置２ａは、電圧印加手段３と、電流検出手段４と、推定手段５ａと、制御手段６ａとを備えている。このモータ制御装置２ａは、ｄ軸およびｑ軸に対応する制御上の推定軸をγ軸およびδ軸とし、そのγ軸およびδ軸を用いてモータ１ａを制御するように構成されている。
【００２１】
電圧印加手段３は、ＰＷＭ（Pulse  Width  Modulation：パルス幅変調）方式インバータなどの半導体電力変換器であり、制御手段６ａの出力である駆動電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊に基づいて、直流電圧をＰＷＭ変調した三相交流電圧へ変換しそれをモータ１ａに印加する。
【００２２】
電流検出手段４は、モータ１ａと電圧印加手段３とを結ぶ電力線に実装される例えば変流器であり、該電力線からモータ１ａと電圧印加手段３との間を流れる三相のモータ電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを検出し、制御手段６ａへ出力する。なお、図１では３相の電流を検出するとしているが、任意の２相の電流のみを検出し、残りの相の電流はモータ電流が３相平衡であることを利用して演算で求めてもよい。
【００２３】
推定手段５ａは、電流検出手段４の出力であるモータ電流ｉｕ，ｉｗと制御手段６ａの出力である駆動電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｗ＊とに基づいて、モータ１ａの回転子位置の推定値である推定位相（推定位置）θ０およびモータ１ａの回転速度の推定値である推定速度ωｒ０を演算し、制御手段６ａへ出力する。ここで、推定位相θ０上での電流ベクトルはｄ軸上およびｑ軸上の制御電流ベクトルｉｄ，ｉｑと一致するものである。なお、推定演算では、適当な組合せの２相分の駆動電圧指令およびモータ電流を使ってもよいし、３相全ての駆動電圧指令およびモータ電流を使ってもよい。
【００２４】
推定手段５ａの推定方法は、誘起電圧を利用した方法であるため、低速域では推定位相の演算精度が悪い。そこで、外部から入力される速度指令ω＊の絶対値｜ω＊｜が予め設定した基準値ωｌｖ１未満の場合は推定手段５ａを停止させ、絶対値｜ω＊｜が基準値ωｌｖ１以上になったときに推定手段５ａを動作させるようにしておくとよい。また、基準値ωｌｖ１は、推定位相θ０、推定速度ωｒ０の演算精度が所望の値となる中で最も小さい値に設定しておくとよい。推定手法については、例えば特許文献１に述べられているような方法を用いてもよいが、その手法に限定されるものではなく、モータ１ａの回転子位置および速度を推定するものであれば、どのような手法を適用してもよい。
【００２５】
制御手段６ａは、本実施の形態１では、主に、次の（１）〜（３）に示す３つの制御動作を行う。
（１）制御手段６ａは、任意に設定した同期位相θｓと、推定位相θ０と、速度指令ω＊とに基づいて、任意の制御位相θｃ上でのγ軸およびδ軸の制御電流ベクトル指令ｉγ＊，ｉδ＊を生成し、モータ電流ｉｕ，ｉｗを制御位相θｃ上へ変換したγ軸およびδ軸の制御電流ベクトルｉγ，ｉδがγ軸およびδ軸の制御電流ベクトル指令ｉγ＊，ｉδ＊に一致するように駆動電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊を生成し、電圧印加手段３へ出力する。
【００２６】
（２）制御手段６ａは、速度指令ω＊と推定速度ωｒ０とが一致するように制御して得られたトルク分電流指令と、制御位相θｃと、推定位相θ０と、γ軸制御電流ベクトルｉγとに基づいて、δ軸制御電流ベクトル指令ｉδ＊を生成するとともに、任意に設定した同期位相θｓと推定位相θ０とを交互に切換えて制御位相θｃとすることを行う。なお、同期位相θｓは、本実施の形態１では、速度指令ω＊を積分した値に設定されている。
【００２７】
（３）制御手段６ａは、外部から入力される速度指令ω＊の大きさに応じて、同期電流制御と切換え制御とセンサレスベクトル制御との３種類の制御方法を選択しそれぞれを例えば図２に示すように制御する。図２は、図１に示す制御手段が選択する３つの制御領域の位相を説明する特性図である。図２では横軸が外部から入力される速度指令ω＊である。縦軸に示す「位相比例係数Ｋｃ」は後述するように制御手段６ａ内で生成する。
【００２８】
図２の横軸において、制御手段６ａは、速度指令ω＊の絶対値｜ω＊｜が０から予め設定した基準値ωｌｖ２（ωｌｖ２＞ωｌｖ１）未満までは同期電流制御２１を選択し、絶対値｜ω＊｜が基準値ωｌｖ２から予め設定された基準値ωｌｖ３（ωｌｖ３＞ωｌｖ２）未満までは切換え制御２２を選択し、絶対値｜ω＊｜が基準値ωｌｖ３以上のときセンサレスベクトル制御２３を選択し、それぞれの速度期間においてそれぞれの制御を行う。
【００２９】
制御手段６ａは、このような制御を実現するため、座標変換器１０，１１と、電流制御器１２と、制御位相演算器１３と、δ軸電流指令演算部１４と、同期位相演算器１５と、γ軸電流指令演算部１６とを備えている。以下、各要素について説明する。
【００３０】
同期位相演算器１５には、速度指令ω＊と、γ軸電流指令演算部１６にて演算されたγ軸制御電流ベクトル指令ｉγ＊と、δ軸電流指令演算部１４にて演算されたδ軸制御電流ベクトル指令ｉδ＊と、推定手段５ａにて演算された推定位相θ０および推定速度ωｒ０とが入力される。同期位相演算器１５は、それらに基づき、図２に示した３つの制御期間において用いる同期位相θｓを演算して出力する。
【００３１】
すなわち、同期位相演算器１５は、同期電流制御時（｜ω＊｜＜ωｌｖ２）には、速度指令ω＊を積分した同期位相θｓを出力する。また、同期位相演算器１５は、切換え制御時（ωｌｖ２≦｜ω＊｜＜ωｌｖ３）には、推定速度ωｒ０を積分した同期位相θｓを出力する。また、同期位相演算器１５は、センサレスベクトル制御時（ωｌｖ３≦｜ω＊｜）には、例えば特許文献１に示されているように、δ軸制御電流ベクトル指令ｉδ＊と同期電流制御時のγ軸制御電流ベクトル指令ｉγ＊とを逆正弦演算して求めた位相を推定位相θ０に加算し、その加算した位相を同期位相θｓとして出力する。これら３種の同期位相θｓは、制御位相演算器１３とδ軸電流指令演算部１４とに入力される。
【００３２】
まず、制御位相演算器１３は、速度指令ω＊と、同期位相演算器１５が出力する同期位相θｓと、推定手段５ａにて演算された推定位相θ０とを入力とし、それらに基づき、図２に示した同期電流制御２１と切換え制御２２との間の切換え、および切換え制御２２とセンサレスベクトル制御２３との間の切換えをそれぞれスムーズに行うために、図２の縦軸に示した制御毎の位相比例係数Ｋｃを速度指令ω＊に基づいて設定し、その設定した位相比例係数Ｋｃを式（１）に適用することで、設定した位相比例係数Ｋｃに応じた制御位相θｃを演算出力する。
θｃ＝Ｋｃ・θｓ＋（１−Ｋｃ）・θ０    ……（１）
【００３３】
図２に示す例では、位相比例係数Ｋｃは、同期電流制御時（｜ω＊｜＜ωｌｖ２）にはＫｃ＝１に設定され、切換え制御時（ωｌｖ２≦｜ω＊｜＜ωｌｖ３）には、Ｋｃ＝１からＫｃ＝０に向かって直線状に降下するように設定され、センサレスベクトル制御時（ωｌｖ３≦｜ω＊｜）には、Ｋｃ＝０に設定されている。
【００３４】
このような位相比例係数Ｋｃを式（１）に適用するので、同期電流制御時（｜ω＊｜＜ωｌｖ２）における制御位相θｃには、同期位相演算器１５から入力される同期位相θｓが用いられ、センサレスベクトル制御時（ωｌｖ３≦｜ω＊｜）における制御位相θｃには、推定手段５ａから入力される推定位相θ０が用いられる。そして、切換え制御時（ωｌｖ２≦｜ω＊｜＜ωｌｖ３）における制御位相θｃには、同期位相θｓと推定位相θ０とを位相比例係数Ｋｃで重み付けした位相が用いられる。
【００３５】
なお、本実施の形態１においては、係数として速度指令ω＊に比例して変化する位相比例係数Ｋｃを用いて説明したが、係数としては、速度指令ω＊が基準値ωｌｖ２の時に同期位相θｓとなり、速度指令ω＊が基準値ωｌｖ３の時に推定位相θ０となるように変化するものであればよい。制御位相演算器１３にて求められた制御位相θｃは、δ軸電流指令演算部１４と座標変換器１０，１１とに入力される。
【００３６】
次に、δ軸電流指令演算部１４は、速度指令ω＊と、γ軸制御電流ベクトル指令ｉγ＊と、同期位相θｓと、制御位相θｃと、推定位相θ０と、推定速度ωｒ０とを入力とし、２つの制御電流ベクトル指令の一方であるδ軸制御電流ベクトル指令ｉδ＊を生成する。生成されたδ軸制御電流ベクトル指令ｉδ＊は、電流制御器１２と、γ軸電流指令演算部１６と、前記した同期位相演算器１５とに入力される。
【００３７】
δ軸電流指令演算部１４は、δ軸制御電流ベクトル指令ｉδ＊を、例えば特許文献１に示されているように、速度指令ω＊と推定速度ωｒ０とが一致するように制御して得られたトルク分電流指令と、制御位相θｃと、推定位相θ０と、２つの制御電流ベクトル指令の他方であるγ軸制御電流ベクトル指令ｉγ＊とに基づいて生成する。なお、δ軸電流指令演算部１４は、同期電流制御時におけるδ軸制御電流ベクトル指令ｉδ＊をゼロに設定している。
【００３８】
次に、γ軸電流指令演算部１６は、速度指令ω＊とδ軸制御電流ベクトル指令ｉδ＊とを入力とし、γ軸制御電流ベクトル指令ｉγ＊を生成する。生成されたγ軸制御電流ベクトル指令ｉγ＊は電流制御器１２に入力される。図３は、図１に示す速度指令ω＊とγ軸電流指令演算部が算出するγ軸制御電流ベクトル指令ｉγ＊との関係例（その１）を示す特性図である。図４は、図１に示す速度指令ω＊とγ軸電流指令演算部が算出するγ軸制御電流ベクトル指令ｉγ＊との関係例（その２）を示す特性図である。
【００３９】
図３と図４において、横軸は速度指令ω＊であり、縦軸はγ軸制御電流ベクトル指令ｉγ＊である。γ軸電流指令演算部１６は、速度指令ω＊およびδ軸制御電流ベクトル指令ｉδ＊に応じたγ軸制御電流ベクトル指令ｉγ＊を図３あるいは図４に示すように生成する。生成されたγ軸制御電流ベクトル指令ｉγ＊は、電流制御器１２と前記したδ軸電流指令演算部１４および同期位相演算器１５とに入力される。
【００４０】
図３では、速度指令ω＊の絶対値｜ω＊｜が基準値ωｌｖ３よりも小さい、｜ω＊｜＜ωｌｖ３となる、同期電流制御時および切換え制御時の速度期間では、γ軸制御電流ベクトル指令ｉγ＊は一定値ｉγ＊＿ｌｖ１とし、基準値ωｌｖ３からある程度の幅を設けた基準値ωｌｖ４以上でのγ軸制御電流ベクトル指令ｉγ＊は、センサレスベクトル制御で最大効率制御や最大トルク制御を行う際の所定値ｉγ＊＿ｌｖ２とする。それに対し、ωｌｖ３≦｜ω＊｜＜ωｌｖ４の速度領域でのγ軸制御電流ベクトル指令ｉγ＊は、一定値ｉγ＊＿ｌｖ１と所定値ｉγ＊＿ｌｖ２との間で、速度指令ω＊に応じて線形に推移させる例が示されている。但し、速度指令ω＊に応じた関数として推移させてもよい。
【００４１】
一方、図４では、同期電流制御時（｜ω＊｜＜ωｌｖ２）でのγ軸制御電流ベクトル指令ｉγ＊は、一定値ｉγ＊＿ｌｖ１とし、切換え制御時（ωｌｖ２≦｜ω＊｜＜ωｌｖ３）でのγ軸制御電流ベクトル指令ｉγ＊は、位相比例係数Ｋｃに応じて一定値ｉγ＊＿ｌｖ１とゼロまたはゼロ付近の値との間で線形に推移させ、センサレスベクトル制御時（ωｌｖ３≦｜ω＊｜）でのγ軸制御電流ベクトル指令ｉγ＊は、基準値ωｌｖ３からある程度の幅を設けた基準値ωｌｖ４以上では、センサレスベクトル制御で最大効率制御や最大トルク制御を行う際の所定値ｉγ＊＿ｌｖ２とする。それに対し、ωｌｖ３≦｜ω＊｜＜ωｌｖ４の速度領域でのγ軸制御電流ベクトル指令ｉγ＊は、ゼロまたはゼロ付近の値と所定値ｉγ＊＿ｌｖ２との間で、速度指令ω＊に応じて線形に推移させる例が示されている。但し、速度指令ω＊に応じた関数として推移させてもよい。
【００４２】
ここで、γ軸制御電流ベクトル指令ｉγ＊の一定値ｉγ＊＿ｌｖ１は、任意の値で構わないが、モータ１ａの連続定格電流未満に設定しておくことが望ましい。
【００４３】
また、γ軸制御電流ベクトル指令ｉγ＊の所定値ｉγ＊＿ｌｖ２は、最大トルク制御を行う際には式（２）を用いて求めてもよいが、最大効率制御を行う際などでは、予め求めた近似式やテーブル値などを用いて、δ軸制御電流ベクトル指令ｉδ＊応じて設定してもよい。
【００４４】
ｉγ＊＿ｌｖ２＝
Φａ／｛２（Ｌｑ−Ｌｄ）｝−√［Φａ＾２／｛４（Ｌｑ−Ｌｄ）＾２｝＋ｉδ＊＾２］  ……（２）
なお、式（２）において、Φａは永久磁石による電機子鎖交磁束であり、Ｌｄ，Ｌｑはそれぞれd軸、q軸のインダクタンスである。
【００４５】
ここで、式（２）を用いる前提として、ｄ軸とγ軸、ｑ軸とδ軸がそれぞれ一致している必要があるため、所定値ｉγ＊＿ｌｖ２を用いた制御が可能なのはセンサレスベクトル制御時のみとなる。
【００４６】
但し、δ軸電流指令演算部１４は、δ軸制御電流ベクトル指令ｉδ＊を速度指令ω＊と推定速度ωｒ０との差が小さくなるように演算するため、推定速度ωｒ０の振れ幅が大きい場合に、δ軸制御電流ベクトル指令ｉδ＊、ひいてはγ軸制御電流ベクトル指令ｉγ＊も振動的となってしまう。これを防止するため、γ軸電流指令演算部１６では、最大効率制御を行う際などで用いる所定値ｉγ＊＿ｌｖ２をδ軸制御電流ベクトル指令ｉδ＊に応じて演算する場合、その演算する際に用いるδ軸制御電流ベクトル指令ｉδ＊には、フィルタを掛けて振動成分を除去しておくとよい。
【００４７】
電流制御器１２は、γ軸およびδ軸の制御電流ベクトル指令ｉγ＊,  ｉδ＊に座標変換器１０の出力であるγ軸およびδ軸の制御電流ベクトルｉγ，ｉδが一致するように比例積分制御を行い、制御結果を制御電圧ベクトルＶγ＊，Ｖδ＊として座標変換器１１へ出力する。座標変換器１１は、入力する制御電圧ベクトルＶγ＊，Ｖδ＊を制御位相θｃ上の駆動電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊へ変換し、その全てが電圧印加手段３の入力となり、２つの駆動電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｗ＊は、推定手段５ａの入力となる。
【００４８】
座標変換器１０は、検出されたモータ電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを制御位相θｃ上の制御電流ベクトルｉγ，ｉδへ変換する。変換された制御電流ベクトルｉγ，ｉδは、電流制御器１２の入力となる。
【００４９】
なお、本実施の形態１では、例えば特許文献１に述べられているような手法を用いて同期電流制御とセンサレスベクトル制御との切換えを行っているが、その手法に限定されるものではなく、同期電流制御時とセンサレスベクトル制御時とでのγ軸制御電流ベクトル指令の値が異なっているので、制御の切換えを速度指令ないし推定速度に応じて行うものであれば、どのような手法を用いてもよい。
【００５０】
以上のように、本実施の形態１によれば、負荷印加時の制御切換えの前後におけるγ軸制御電流ベクトル指令ｉγ＊の急変を抑制できるので、速度やトルクが変動することなくスムーズに制御切換えを行うことができる。
【００５１】
実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２によるモータ制御装置の構成を示すブロック図である。なお、図５では、図１（実施の形態１）に示した構成要素と同一ないし同等である構成要素には同一の符号が付されている。ここでは、本実施の形態２に関わる部分を中心に説明する。
【００５２】
本実施の形態２では、全体としての駆動制御はセンサレスベクトル制御であるが、低速域においては高周波重畳方式による位相推定誤差補正を行い、中速〜高速域においては高周波重畳方式による位相推定誤差補正を行わないで、センサレスベクトル制御のみによる最大効率制御や最大トルク制御を行う場合について説明する。ここで、前記したが、センサレスベクトル制御とは、モータに位置センサを取り付けることなく、あるいはモータに位置センサが取り付けられていてもそれを用いることなく、モータの誘起電圧からモータの回転速度を推定し、推定速度が速度指令に一致するようにモータ速度を制御する方法である。
【００５３】
図５において、モータ１ｂは、例えば、回転子の内部に永久磁石を埋め込んだ埋込磁石型の同期モータである。この埋込磁石型の同期モータ１ｂでも、回転子の磁極が作る磁束の方向（永久磁石の中心軸）をｄ軸とし、このｄ軸と電気的、磁気的に直交する軸（永久磁石間の軸）をｑ軸とする。ｄ軸は磁束軸とも呼ばれ、ｑ軸はトルク軸とも呼ばれる。図示してないが、ｄ軸電流ｉｄによる鎖交磁束は、透磁率の低い磁石が途中にあるために制限されるのに対して、ｑ軸電流ｉｑによる鎖交磁束は、磁石よりも透磁率の高い材質（例えばケイ素鋼）中を通るので大きくなる。モータ１ｂは、その定常運転時において、ｄ軸の磁気抵抗がｑ軸の磁気抵抗よりも大きくなり、ｄ軸のインダクタンスＬｄがｑ軸のインダクタンスＬｑよりも小さくなる。すなわち、ｄ軸のインダクタンスＬｄに対するｑ軸のインダクタンスＬｑの比である突極比Ｌｑ／Ｌｄが１よりも大きな値になっている。すなわち、モータ１ｂは、突極性を有する。
【００５４】
このモータ１ｂを駆動制御する実施の形態２によるモータ制御装置２ｂは、電圧印加手段３と、電流検出手段４と、推定手段５ｂと、制御手段６ｂとを備えている。モータ制御装置２ｂは、この構成によって、定常運転時におけるモータ１ｂの突極比が１よりも大きな値であること、すなわちモータ１ｂが有する突極性を利用して回転子の磁極位置を推定し、推定された磁極位置を用いてモータ１ｂの駆動速度を制御する。なお、電圧印加手段３および電流検出手段４は、実施の形態１と同様であり、ここではその説明を割愛する。
【００５５】
制御手段６ｂは、全体としての駆動制御はセンサレスベクトル制御であるが、低速域においては高周波重畳方式による位相推定誤差補正を行い、中速〜高速域においては高周波重畳方式による位相推定誤差補正を行わず、センサレスベクトル制御のみによる最大効率制御や最大トルク制御を行う構成として、高周波電圧発生器３０と、加算部３１と、座標変換器３２と、フィルタ３３と、電流制御器３４ａおよび座標変換器３４ｂで構成される駆動電圧指令演算部３４と、ｄ軸電流指令演算部３５と、ｑ軸電流指令演算部３６とを備えている。
【００５６】
高周波電圧発生器３０は、ｄ軸電流指令演算部３５が演算出力するｄ軸制御電流ベクトル指令ｉｄ＊、または、信号ラインは図示してないが後述する推定手段５ｂが演算出力する推定速度ωｒ０を動作開始・停止の制御信号とし、第２の交流電圧指令として外部から入力される高周波電圧指令Ｖｄｈ，Ｖｑｈに従い、第１の交流電圧指令として駆動電圧指令演算部３４内の座標変換器３４ｂが出力する駆動制御用の電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊とは電圧・周波数が異なる高周波電圧指令Ｖｕｈ，Ｖｖｈ，Ｖｗｈを発生する。高周波電圧指令Ｖｕｈ，Ｖｖｈ，Ｖｗｈは、基本的に、駆動制御用の電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊とは異なる周波数であればどのようなものでもよいが本実施の形態２では、３相の高周波電圧指令としている。
【００５７】
加算部３１は、高周波電圧発生器３０から出力される３相の高周波電圧指令Ｖｕｈ，Ｖｖｈ，Ｖｗｈを、駆動電圧指令演算部３４内の座標変換器３４ｂが出力する駆動制御用の電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に重畳し、それをモータ１ｂの駆動電圧指令Ｖｕｐ＊，Ｖｖｐ＊，Ｖｗｐ＊として電圧印加手段３に与える。
【００５８】
電圧印加手段３は、モータ１ｂの駆動電圧指令Ｖｕｐ＊，Ｖｖｐ＊，Ｖｗｐ＊に基づいて３相の交流電圧を生成しモータ１ｂに印加する。そうすると、電流検出手段４にて検出されるモータ電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗには、高周波電圧指令Ｖｕｈ，Ｖｖｈ，Ｖｗｈと同じ周波数成分の高周波電流ｉｕｈ，ｉｖｈ，ｉｗｈが含まれている。そして、モータ１ｂは、突極性を有するので、回転子位置に応じてインダクタンスが変化する。このため、モータ電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗに含まれている高周波電流ｉｕｈ，ｉｖｈ，ｉｗｈの振幅は、モータ１ｂの回転子位置に応じて変化する。
【００５９】
座標変換器３２は、このように振幅が変化する高周波電流ｉｕｈ，ｉｖｈ，ｉｗｈが含まれているモータ電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを、推定位相θ０と同期して回転する直交２軸（ｄ軸−ｑ軸）上の制御電流ｉｄｆ，ｉｑｆに座標変換し、フィルタ３３に出力する。
【００６０】
フィルタ３３は、回転直交２軸（ｄ軸−ｑ軸）上の制御電流ｉｄｆ，ｉｑｆから、高周波電圧発生器３０に外部から入力される高周波電圧指令Ｖｄｈ，Ｖｑｈと同じ周波数成分の高周波電流ｉｄｈ、ｉｑｈを取り除いた制御電流ベクトルｉｄ，ｉｑを推定手段５ｂと駆動電圧指令演算部３４内の電流制御器３４ａとに出力するとともに、その取り除いた高周波電流ｉｄｈ、ｉｑｈを推定手段５ｂに出力する。なお、高周波電流ｉｄｈ、ｉｑｈの抽出は、例えばバンドパスフィルタやノッチフィルタなどを利用して行う。
【００６１】
推定手段５ｂは、制御手段６ｂ内のフィルタ３３が出力する、高周波電流ｉｄｈ，ｉｑｈおよび制御電流ベクトルｉｄ，ｉｑと、駆動電圧指令演算部３４内の電流制御器３４ａが出力する電圧指令Ｖｄ＊，Ｖｑ＊とに基づいて、モータ１ｂの推定位相θ０および推定速度ωｒ０を演算する。推定位相θ０は、座標変換器３２，３４ｂに与えられ、推定速度ωｒ０は、ｄ軸電流指令演算部３５およびｑ軸電流指令演算部３６に与えられている。ここで、推定手法については、例えば特許文献２に述べられているような方法を用いて、低速域のみ高周波重畳方式による位相推定誤差補正を行ってもよいが、その手法に限定されるものではなく、モータ１ｂの回転子位置を推定するものであれば、どのような手法を適用してもよい。
【００６２】
なお、特許文献２に述べられているような高周波重畳方式による位相推定誤差補正を低速域でのみ行う場合は、加速時と減速時とで位相推定誤差補正を開始・停止する速度にヒステリシスを設け、推定速度ωｒ０の大きさに応じて位相推定誤差補正を行うことで、推定速度ωｒ０の変動による補正の有無の頻繁な切換えを回避しつつ、低速域でのみ位相推定誤差補正を行うことができる。但し、このヒステリシス領域（ωｌｖ１≦｜ωｒ０｜＜ωｌｖ２）は、高周波電圧を重畳する速度領域（｜ωｒ０｜＜ωｌｖ３）よりも低速としておくことが望ましい。この場合、高周波電圧の印加レベルも、一定値ωｌｖ３からある程度の幅を設けた一定値ωｌｖ４との間で減衰させるか、あるいは高周波電圧の印加の開始・停止にヒステリシスを設けることで、推定速度ωｒ０の変動により電流が頻繁に急変することを回避することができる。
【００６３】
制御手段６ｂは、推定手段５ｂが推定した推定速度ωｒ０の大きさに応じて、高周波電圧印加による低速センサレスベクトル制御と、切換え制御と、高周波電圧を印加しない中速・高速センサレスベクトル制御との３種類の制御方法を選択し、それぞれを例えば図６に示すように制御する。図６は、図５に示す制御手段が選択する３つの制御領域の推定速度ωｒ０とｄ軸制御電流ベクトル指令ｉｄ＊との関係を説明する特性図である。図６において、横軸は推定手段５ｂが出力する推定速度ωｒ０であり、縦軸はｄ軸電流指令演算部３５が推定速度ωｒ０に基づき生成するｄ軸制御電流ベクトル指令ｉｄ＊である。
【００６４】
図６の横軸において、制御手段６ｂは、推定速度ωｒ０の絶対値｜ωｒ０｜が０から予め設定した基準値ωｌｖ４未満までは高周波電圧印加による低速センサレスベクトル制御４１を選択し、推定速度ωｒ０の絶対値｜ωｒ０｜が基準値ωｌｖ４から予め設定された基準値ωｌｖ５未満までは切換え制御４２を選択し、推定速度ωｒ０の絶対値｜ωｒ０｜が基準値ωｌｖ５以上のとき高周波電圧を印加しないで中速・高速センサレスベクトル制御４３を選択し、それぞれの速度期間においてそれぞれの制御を行う。
【００６５】
図６の縦軸において、ｄ軸電流指令演算部３５は、推定速度ωｒ０に基づき生成するｄ軸制御電流ベクトル指令ｉｄ＊を、高周波電圧印加領域（｜ωｒ０｜＜ωｌｖ４）ではセンサレスベクトル制御で位相推定誤差補正を行う際のゼロまたはゼロ付近の一定値ｉｄ＊＿ｌｖ１として生成し、高周波電圧を印加しない領域（｜ωｒ０｜＞ωｌｖ５）ではセンサレスベクトル制御で位相推定誤差補正を行わないで最大効率制御や最大トルク制御を行う際の所定値ｉｄ＊＿ｌｖ２として生成する。また、ｄ軸電流指令演算部３５は、切換え速度領域（ωｌｖ４≦｜ωｒ０｜＜ωｌｖ５）では、ｄ軸制御電流ベクトル指令ｉｄ＊をゼロまたはゼロ付近の一定値ｉｄ＊＿ｌｖ１から所定値ｉｄ＊＿ｌｖ２まで推定速度ωｒ０に応じて線形に推移させて生成する、あるいは、推定速度ωｒ０に応じた関数として推移させて生成する。
【００６６】
ここで、ｄ軸電流指令演算部３５は、所定値ｉｄ＊＿ｌｖ２を、最大トルク制御を行う際には、式（３）を用いて求めてもよいが、最大効率制御を行う際などでは、予め求めた近似式やテーブル値などを用いて、ｑ軸電流指令演算部３６が生成したｑ軸制御電流ベクトル指令ｉｑ＊に応じて設定してもよい。
【００６７】
ｉｄ＊＿ｌｖ２＝
Φａ／｛２（Ｌｑ−Ｌｄ）｝−√［Φａ＾２／｛４（Ｌｑ−Ｌｄ）＾２｝＋ｉｑ＊＾２］  ……（３）
なお、式（３）において、Φａは永久磁石による電機子鎖交磁束、Ｌｄ，Ｌｑはそれぞれｄ軸、ｑ軸のインダクタンスである。
【００６８】
但し、ｑ軸電流指令演算部３６は、速度指令ω＊と推定速度ωｒ０とが一致するように比例積分制御を行い、その制御結果をｑ軸制御電流ベクトル指令ｉｑ＊として出力するため、推定速度ωｒ０の振れ幅が大きい場合には、ｑ軸制御電流ベクトル指令ｉｑ＊、ひいてはｄ軸制御電流ベクトル指令ｉｄ＊も振動的となってしまう。これを防止するため、ｄ軸電流指令演算部３５では、最大効率制御を行う際などで用いる所定値ｉｄ＊＿ｌｖ２をｑ軸制御電流ベクトル指令ｉｑ＊に応じて演算する場合、その演算に用いるｑ軸制御電流ベクトル指令ｉｑ＊には、フィルタを掛けて振動成分を除去しておくとよい。
【００６９】
駆動電圧指令演算部３４内の電流制御器３４ａは、ｄ軸およびｑ軸の制御電流ベクトル指令ｉｄ＊，ｉｑ＊にフィルタ３３の出力であるｄ軸およびｑ軸の制御電流ベクトルｉｄ，ｉｑが一致するように比例積分制御を行い、その制御結果を駆動電圧指令Ｖｄ＊，Ｖｑ＊として座標変換器３４ｂと推定手段５ｂとへ出力する。座標変換器３４ｂは、入力された駆動電圧指令Ｖｄ＊，Ｖｑ＊を推定位相θ０上の第２の駆動電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊へ変換する。その第２の駆動電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊は、加算部３１
において高周波電圧指令Ｖｕｈ，Ｖｖｈ，Ｖｗｈが重畳されモータ１ｂの駆動電圧指令Ｖｕｐ＊，Ｖｖｐ＊，Ｖｗｐ＊となる。
【００７０】
以上のように、本実施の形態２によれば、高周波電圧印加の有無に伴うｄ軸電流指令の急変を抑制できるので、速度やトルクが変動することなくスムーズに制御切換えを行うことができる。
【００７１】
以上要するに、実施の形態１，２によれば、制御切換えを行う速度領域、あるいはそれに接した、センサレスベクトル制御を行う速度領域において、速度指令または推定速度に応じて、励磁分電流指令をセンサレスベクトル制御での値と低速域制御での値との間で線形ないし速度に応じた関数として推移させるようにしたので、制御切換えの前後における励磁分電流の急変を抑制することができ、速度やトルクが変動することなくスムーズに制御切換えを行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
以上のように、本発明にかかるモータ制御装置は、負荷印加時の制御切換えの前後における励磁分電流の急変を抑制し、速度やトルクが変動することなくスムーズに制御切換えを行うことが可能なモータ制御装置として有用である。
【符号の説明】
【００７３】
１ａ  モータ（例えば三相交流永久磁石同期機）、１ｂ  モータ（例えば埋込磁石型同期機）、２ａ，２ｂ  モータ制御装置、３  電圧印加手段、４  電流検出手段、５ａ，５ｂ  推定手段、６ａ，６ｂ  制御手段、１０，１１  座標変換器、１２  電流制御器、１３  制御位相演算器、１４  δ軸電流指令演算部、１５  同期位相演算器、１６  γ軸電流指令演算部、３０  高周波電圧発生器、３１  加算部、３２  座標変換器、３３  フィルタ、３４  駆動電圧指令演算部、３４ａ  電流制御器、３４ｂ  座標変換器、３５  ｄ軸電流指令演算部、３６  ｑ軸電流指令演算部。
【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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