(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
３相モータの電機子鎖交磁束及びモータトルクがそれぞれ目標磁束及び目標トルクに追従するように、インバータによって前記３相モータに電圧ベクトルを印加するモータ制御装置であって、
前記３相モータにおける３相交流座標上の相電流を、２相交流座標上の軸電流に変換する３相２相座標変換部と、
前記軸電流と、前記電圧ベクトルに対応する前記２相交流座標上の軸電圧とから、前記電機子鎖交磁束を推定する磁束演算部と、
前記軸電流と、推定された前記電機子鎖交磁束とから、前記モータトルクを推定するトルク演算部と、
前記目標トルクと推定された前記モータトルクとの間のトルク偏差と、推定された前記電機子鎖交磁束の位相と、前記目標磁束とから、前記電機子鎖交磁束が追従するべき目標磁束ベクトルを特定する磁束指令演算部と、
前記目標磁束ベクトルと推定された前記電機子鎖交磁束との間の磁束偏差から、前記３相モータに印加されるべき前記電圧ベクトルを表す前記軸電圧を特定する電圧指令演算部と、
推定された前記電機子鎖交磁束の絶対値が前記目標磁束に近づくように、ｉ）推定された前記電機子鎖交磁束の位相を調整する、ii）前記軸電圧の位相を調整する、又はiii）前記軸電流の位相を調整する位相調整部と、
を備えたモータ制御装置。
【請求項２】
前記位相調整部は、ｉ）推定された前記電機子鎖交磁束の位相を進ませる、ii）前記軸電圧の位相を進ませる、又はiii）前記軸電流の位相を遅らせる請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記位相調整部は、前記３相モータの回転数が大きければ大きいほど、ｉ）推定された前記電機子鎖交磁束の位相を大きくシフトさせる、ii）前記軸電圧の位相を大きくシフトさせる、又はiii）前記軸電流の位相を大きくシフトさせる請求項１又は２に記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記位相調整部は、前記軸電流を用いて前記目標磁束を再導出し、推定された前記電機子鎖交磁束の絶対値と再導出された前記目標磁束との差がゼロに収束するように、ｉ）推定された前記電機子鎖交磁束の位相を調整する、ii）前記軸電圧の位相を調整する、又はiii）前記軸電流の位相を調整する請求項１〜３のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
【請求項５】
前記位相調整部は、推定された前記電機子鎖交磁束の絶対値と当該モータ制御装置に与えられた前記目標磁束との差がゼロに収束するように、推定された前記電機子鎖交磁束の位相を調整する請求項１〜３のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
【請求項６】
前記位相調整部は、ルックアップテーブルを用いて、前記軸電流及び前記３相モータの回転数に応じて、ｉ）推定された前記電機子鎖交磁束の位相を調整する、ii）前記軸電圧の位相を調整する、又はiii）前記軸電流の位相を調整する請求項１〜３のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
【請求項７】
３相発電機の電機子鎖交磁束及び発電機トルクがそれぞれ目標磁束及び目標トルクに追従するように、コンバータによって前記３相発電機に電圧ベクトルを印加する発電機制御装置であって、
前記３相発電機における３相交流座標上の相電流を、２相交流座標上の軸電流に変換す
る３相２相座標変換部と、
前記軸電流と、前記電圧ベクトルに対応する前記２相交流座標上の軸電圧とから、前記電機子鎖交磁束を推定する磁束演算部と、
前記軸電流と、推定された前記電機子鎖交磁束とから、前記発電機トルクを推定するトルク演算部と、
前記目標トルクと推定された前記発電機トルクとの間のトルク偏差と、推定された前記電機子鎖交磁束の位相と、前記目標磁束とから、前記電機子鎖交磁束が追従するべき目標磁束ベクトルを特定する磁束指令演算部と、
前記目標磁束ベクトルと推定された前記電機子鎖交磁束との間の磁束偏差から、前記３相発電機に印加されるべき前記電圧ベクトルを表す前記軸電圧を特定する電圧指令演算部と、
推定された前記電機子鎖交磁束の絶対値が前記目標磁束に近づくように、ｉ）推定された前記電機子鎖交磁束の位相を調整する、ii）前記軸電圧の位相を調整する、又はiii）前記軸電流の位相を調整する位相調整部と、
を備えた発電機制御装置。
【請求項８】
３相モータの電機子鎖交磁束及びモータトルクがそれぞれ目標磁束及び目標トルクに追従するように、インバータによって前記３相モータに電圧ベクトルを印加するモータ制御方法であって、
前記３相モータにおける３相交流座標上の相電流を、２相交流座標上の軸電流に変換する３相２相座標変換工程と、
前記軸電流と、前記電圧ベクトルに対応する前記２相交流座標上の軸電圧とから、前記電機子鎖交磁束を推定する磁束演算工程と、
前記軸電流と、推定された前記電機子鎖交磁束とから、前記モータトルクを推定するトルク演算工程と、
前記目標トルクと推定された前記モータトルクとの間のトルク偏差と、推定された前記電機子鎖交磁束の位相と、前記目標磁束とから、前記電機子鎖交磁束が追従するべき目標磁束ベクトルを特定する磁束指令演算工程と、
前記目標磁束ベクトルと推定された前記電機子鎖交磁束との間の磁束偏差から、前記３相モータに印加されるべき前記電圧ベクトルを表す前記軸電圧を特定する電圧指令演算工程と、
推定された前記電機子鎖交磁束の絶対値が前記目標磁束に近づくように、ｉ）推定された前記電機子鎖交磁束の位相を調整する、ii）前記軸電圧の位相を調整する、又はiii）前記軸電流の位相を調整する位相調整工程と、
を備えたモータ制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ制御装置、発電機制御装置及びモータ制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ブラシレスＤＣモータ等の３相モータの駆動方法として、直接トルク制御（DTC:Direct Torque Control）が知られている。一般的な直接トルク制御では、まず、インバータに接続された３相モータの相電流及び相電圧を検出する。次に、相電流及び相電圧から、３相モータの電機子鎖交磁束及びモータトルクを求める。次に、求められたトルクと、トルク指令と、磁束指令と、電気子鎖交磁束の位置とから、目標磁束ベクトルを求める。トルク指令及び磁束指令は、例えば、速度コントローラで求められる。次に、目標磁束ベクトルと、電機子鎖交磁束とから、インバータから３相モータに印加されるべき電圧ベクトルを決定する。次に、決定された電圧ベクトルが３相モータに印加されるように、インバータのスイッチングを制御する。
【０００３】
直接トルク制御の駆動アルゴリズムはシンプルである。また、エンコーダ、レゾルバ等の位置センサを省略できる。
【０００４】
非特許文献１には、直接トルク制御を用いたモータ制御装置の一例が記載されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】井上、他３名，「直接トルク制御による埋込磁石同期モータのトルクリプル低減と弱め磁束制御（Torque ripple reduction, and flux-weakening control forinterior permanent magnet synchronous motor based on direct torque control）」，平成１８年電気学会全国大会講演論文集，電気学会，平成１８年３月，第４分冊，４−１０６，ｐ．１６６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
直接トルク制御を用いた従来のモータ制御装置は、３相モータの高速化に十分には対応していない。本発明は、このような事情に鑑みてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち、本開示は、
３相モータの電機子鎖交磁束及びモータトルクがそれぞれ目標磁束及び目標トルクに追従するように、インバータによって前記３相モータに電圧ベクトルを印加するモータ制御装置であって、
前記３相モータにおける３相交流座標上の相電流を、２相交流座標上の軸電流に変換する３相２相座標変換部と、
前記軸電流と、前記電圧ベクトルに対応する前記２相交流座標上の軸電圧とから、前記電機子鎖交磁束を推定する磁束演算部と、
前記軸電流と、推定された前記電機子鎖交磁束とから、前記モータトルクを推定するトルク演算部と、
前記目標トルクと推定された前記モータトルクとの間のトルク偏差と、推定された前記電機子鎖交磁束の位相と、前記目標磁束とから、前記電機子鎖交磁束が追従するべき目標磁束ベクトルを特定する磁束指令演算部と、
前記目標磁束ベクトルと推定された前記電機子鎖交磁束との間の磁束偏差から、前記３
相モータに印加されるべき前記電圧ベクトルを表す前記軸電圧を特定する電圧指令演算部と、
推定された前記電機子鎖交磁束の絶対値が前記目標磁束に近づくように、ｉ）推定された前記電機子鎖交磁束の位相を調整する、ii）前記軸電圧の位相を調整する、又はiii）前記軸電流の位相を調整する位相調整部と、
を備えたモータ制御装置を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
上記の技術によれば、高速回転する３相モータを適切に制御できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態のモータ制御装置のブロック図
【図２】ＰＷＭインバータの構成図
【図３】第１の実施形態における位相補償角の決定方法を説明するブロック図
【図４】第１の実施形態の効果を確かめるためのシミュレーションの結果を示すグラフ
【図５】第１の実施形態の変形例１に係るモータ制御装置のブロック図
【図６】第１の実施形態の変形例１における位相補償角の決定方法を説明するブロック図
【図７】第１の実施形態の変形例２に係るモータ制御装置のブロック図
【図８】第１の実施形態の変形例２における位相補償角の決定方法を説明するブロック図
【図９】第２の実施形態のモータ制御装置のブロック図
【図１０】第２の実施形態における位相補償角の決定方法を説明するブロック図
【図１１】第２の実施形態の効果を確かめるためのシミュレーションの結果を示すグラフ
【図１２】第２の実施形態の変形例における位相補償角の決定方法を説明するブロック図
【図１３】第３の実施形態のモータ制御装置のブロック図
【図１４】第３の実施形態における位相補償角の決定方法を説明するブロック図
【図１５】第３の実施形態の効果を確かめるためのシミュレーションの結果を示すグラフ
【図１６】第３の実施形態の変形例における位相補償角の決定方法を説明するブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
直接トルク制御では、電機子鎖交磁束が追従するべき目標磁束ベクトルは、磁束指令、サンプリングしたモータ電流等に基づいて特定される。この目標磁束ベクトルに電機子鎖交磁束が追従するように、３相モータに電圧ベクトルが印加される。
【００１１】
モータ電流をサンプリングするタイミングから、このモータ電流に基づいて生成された電圧ベクトルを３相モータに印加するタイミングまでの間に、３相モータの電気角は角度θE（≠０ｒａｄ）進む。しかし、モータ制御装置は、通常は、角度θEが十分に小さくゼロに近似できるという仮定のもとで構成される。そのため、従来の直接トルク制御では、３相モータに実際に印加される電圧ベクトルが、３相モータに本来印加されるべき電圧ベクトルからずれる。電機子鎖交磁束の絶対値は、磁束指令が表す目標磁束に正確には一致しない。
【００１２】
３相モータの回転数を増やすと、モータ電流のサンプリング周期に対する３相モータの電気角の１周期の比率が小さくなる。つまり、１サンプリング周期において３相モータの
電気角が大きく進む。角度θEも大きくなる。従って、電機子鎖交磁束の絶対値の目標磁束からのずれが顕在化する。場合によっては、位置センサレス制御の破綻による脱調を招く。
【００１３】
本発明者は、３相モータの挙動に関連するベクトル量の位相を補償することにより、３相モータを精度よく制御することを検討した。
【００１４】
すなわち、本開示の第１態様は、
３相モータの電機子鎖交磁束及びモータトルクがそれぞれ目標磁束及び目標トルクに追従するように、インバータによって前記３相モータに電圧ベクトルを印加するモータ制御装置であって、
前記３相モータにおける３相交流座標上の相電流を、２相交流座標上の軸電流に変換する３相２相座標変換部と、
前記軸電流と、前記電圧ベクトルに対応する前記２相交流座標上の軸電圧とから、前記電機子鎖交磁束を推定する磁束演算部と、
前記軸電流と、推定された前記電機子鎖交磁束とから、前記モータトルクを推定するトルク演算部と、
前記目標トルクと推定された前記モータトルクとの間のトルク偏差と、推定された前記電機子鎖交磁束の位相と、前記目標磁束とから、前記電機子鎖交磁束が追従するべき目標磁束ベクトルを特定する磁束指令演算部と、
前記目標磁束ベクトルと推定された前記電機子鎖交磁束との間の磁束偏差から、前記３相モータに印加されるべき前記電圧ベクトルを表す前記軸電圧を特定する電圧指令演算部と、
推定された前記電機子鎖交磁束の絶対値が前記目標磁束に近づくように、ｉ）推定された前記電機子鎖交磁束の位相を調整する、ii）前記軸電圧の位相を調整する、又はiii）前記軸電流の位相を調整する位相調整部と、
を備えたモータ制御装置を提供する。
【００１５】
第１態様によれば、３相モータに実際に印加される電機子鎖交磁束の絶対値が目標磁束に近づく。従って、高速回転する３相モータを適切に制御できる。
【００１６】
本開示の第２態様は、第１態様に加え、ｉ）推定された前記電機子鎖交磁束の位相を進ませる、ii）前記軸電圧の位相を進ませる、又はiii）前記軸電流の位相を遅らせるモータ制御装置を提供する。第２態様の構成によれば、適切な方向に位相をシフトできる。
【００１７】
本開示の第３態様は、第１態様又は第２態様に加え、前記位相調整部は、前記３相モータの回転数が大きければ大きいほど、ｉ）推定された前記電機子鎖交磁束の位相を大きくシフトさせる、ii）前記軸電圧の位相を大きくシフトさせる、又はiii）前記軸電流の位相を大きくシフトさせるモータ制御装置を提供する。第３態様の構成によれば、３相モータの回転数に応じて位相を調整できる。
【００１８】
本開示の第４態様は、第１〜第３態様のいずれか１つに加え、前記位相調整部は、前記軸電流を用いて前記目標磁束を再導出し、推定された前記電機子鎖交磁束の絶対値と再導出された前記目標磁束との差がゼロに収束するように、ｉ）推定された前記電機子鎖交磁束の位相を調整する、ii）前記軸電圧の位相を調整する、又はiii）前記軸電流の位相を調整するモータ制御装置を提供する。
【００１９】
本開示の第５態様は、第１〜第３態様のいずれか１つに加え、前記位相調整部は、推定された前記電機子鎖交磁束の絶対値と当該モータ制御装置に与えられた前記目標磁束との差がゼロに収束するように、推定された前記電機子鎖交磁束の位相を調整するモータ制御
装置を提供する。
【００２０】
本開示の第６態様は、第１〜第３態様のいずれか１つに加え、前記位相調整部は、ルックアップテーブルを用いて、前記軸電流及び前記３相モータの回転数に応じて、ｉ）推定された前記電機子鎖交磁束の位相を調整する、ii）前記軸電圧の位相を調整する、又はiii）前記軸電流の位相を調整するモータ制御装置を提供する。
【００２１】
第４態様又は第５態様の位相調整部は、電機子鎖交磁束の絶対値と目標磁束との差がゼロになるような制御（フィードバック制御）を行うので、３相モータの回転数が変動する場合も、高い精度で３相モータを制御できる。第６態様の位相調整部は、３相モータの回転数を用いた制御を行うため、３相モータの回転数が変動する場合も、高い精度で３相モータを制御できる。
【００２２】
本開示の第７態様は、３相発電機の電機子鎖交磁束及び発電機トルクがそれぞれ目標磁束及び目標トルクに追従するように、コンバータによって前記３相発電機に電圧ベクトルを印加する発電機制御装置であって、
前記３相発電機における３相交流座標上の相電流を、２相交流座標上の軸電流に変換する３相２相座標変換部と、
前記軸電流と、前記電圧ベクトルに対応する前記２相交流座標上の軸電圧とから、前記電機子鎖交磁束を推定する磁束演算部と、
前記軸電流と、推定された前記電機子鎖交磁束とから、前記発電機トルクを推定するトルク演算部と、
前記目標トルクと推定された前記発電機トルクとの間のトルク偏差と、推定された前記電機子鎖交磁束の位相と、前記目標磁束とから、前記電機子鎖交磁束が追従するべき目標磁束ベクトルを特定する磁束指令演算部と、
前記目標磁束ベクトルと推定された前記電機子鎖交磁束との間の磁束偏差から、前記３相発電機に印加されるべき前記電圧ベクトルを表す前記軸電圧を特定する電圧指令演算部と、
推定された前記電機子鎖交磁束の絶対値が前記目標磁束に近づくように、ｉ）推定された前記電機子鎖交磁束の位相を調整する、ii）前記軸電圧の位相を調整する、又はiii）前記軸電流の位相を調整する位相調整部と、
を備えた発電機制御装置を提供する。
【００２３】
このような発電機制御装置によれば、第１態様により得られる効果と同様の効果が得られる。
【００２４】
本開示の第８態様は、３相モータの電機子鎖交磁束及びモータトルクがそれぞれ目標磁束及び目標トルクに追従するように、インバータによって前記３相モータに電圧ベクトルを印加するモータ制御方法であって、
前記３相モータにおける３相交流座標上の相電流を、２相交流座標上の軸電流に変換する３相２相座標変換工程と、
前記軸電流と、前記電圧ベクトルに対応する前記２相交流座標上の軸電圧とから、前記電機子鎖交磁束を推定する磁束演算工程と、
前記軸電流と、推定された前記電機子鎖交磁束とから、前記モータトルクを推定するトルク演算工程と、
前記目標トルクと推定された前記モータトルクとの間のトルク偏差と、推定された前記電機子鎖交磁束の位相と、前記目標磁束とから、前記電機子鎖交磁束が追従するべき目標磁束ベクトルを特定する磁束指令演算工程と、
前記目標磁束ベクトルと推定された前記電機子鎖交磁束との間の磁束偏差から、前記３相モータに印加されるべき前記電圧ベクトルを表す前記軸電圧を特定する電圧指令演算工
程と、
推定された前記電機子鎖交磁束の絶対値が前記目標磁束に近づくように、ｉ）推定された前記電機子鎖交磁束の位相を調整する、ii）前記軸電圧の位相を調整する、又はiii）前記軸電流の位相を調整する位相調整工程と、
を備えたモータ制御方法を提供する。
【００２５】
このようなモータ制御方法によれば、第１態様により得られる効果と同様の効果が得られる。
【００２６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２７】
（第１の実施形態）
図１に示すように、モータ制御装置１００は、第１電流センサ１０５ａ、第２電流センサ１０５ｂ、３相２相座標変換部１０６、電圧指令演算部１０７、磁束演算部１０８、トルク演算部１０９、位相演算部１１０、トルク偏差演算部１１１、磁束指令演算部１１２、α軸磁束偏差演算部１１３ａ、β軸磁束偏差演算部１１３ｂ、２相３相座標変換部１１４、デューティ生成部１０３及び位相調整部１１５を備えている。モータ制御装置１００は、ＰＷＭインバータ１０４及び３相モータ１０２に接続される。
【００２８】
モータ制御装置１００の一部又は全部の要素は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）又はマイクロコンピュータにおいて実行される制御アプリケーションによって提供され得る。ＤＳＰ又はマイクロコンピュータは、コア、メモリ、Ａ／Ｄ変換回路及び通信ポート等の周辺装置を含んでいてもよい。また、モータ制御装置１００の一部又は全部の要素は、論理回路によって構成されていてもよい。
【００２９】
（モータ制御装置１００による制御の概要）
モータ制御装置１００は、磁束指令及びトルク指令から、出力デューティＤu，Ｄv，Ｄwを生成する。ＰＷＭインバータ１０４は、この出力デューティＤu，Ｄv，Ｄwを用いて、３相モータ１０２に印加するべき電圧ベクトルｖu，ｖv，ｖwを生成する。磁束指令及びトルク指令は、上位コントローラからモータ制御装置１００に与えられる。磁束指令は、３相モータ１０２の電機子鎖交磁束の絶対値が追従するべき目標磁束｜Ψs*｜を表す。トルク指令は、３相モータ１０２のモータトルクが追従するべき目標トルクＴe*を表す。本実施形態における目標磁束｜Ψs*｜は、モータ電流を最小とするための電機子鎖交磁束の絶対値である。以下、図１を参照しながら、モータ制御装置１００の動作の概要を説明する。
【００３０】
電流センサ１０５ａ，１０５ｂによって、相電流ｉu，ｉwを検出する。３相２相座標変換部１０６によって、相電流ｉu，ｉwを、軸電流ｉα，ｉβに変換する。軸電流ｉα，ｉβは、３相モータ１０２の固定されたα−β座標上におけるα軸電流ｉα及びβ軸電流ｉβをまとめて記載したものである。磁束演算部１０８によって、軸電流ｉα，ｉβ及び軸電圧ｖα*，ｖβ*から、電機子鎖交磁束を推定する（推定磁束Ψsを求める）。軸電圧ｖα*，ｖβ*は、３相モータ１０２のα−β座標上におけるα軸電圧ｖα*及びβ軸電圧ｖβ*をまとめて記載したものである。推定磁束Ψsのα軸成分及びβ軸成分をそれぞれ推定磁束Ψα，Ψβと記載する。位相調整部１１５によって、推定磁束Ψsから、推定磁束Ψscを求める。推定磁束Ψscのα軸成分及びβ軸成分をそれぞれ推定磁束Ψαc，Ψβcと記載する。位相演算部１１０によって、推定磁束Ψscから、推定磁束Ψscの位相θsを求める。トルク演算部１０９によって、推定磁束Ψsc及び軸電流ｉα，ｉβから、モータトルクを推定する（推定トルクＴeを求める）。トルク偏差演算部１１１によって、推定トルクＴeと目標トルクＴe*との偏差（トルク偏差）ΔＴを求める。磁束指令演算部１１２によって、目標磁束｜Ψs*｜、トルク偏差ΔＴ及び位相θsから、目標磁束ベクトルΨs*を
求める。目標磁束ベクトルΨs*のα軸成分及びβ軸成分をそれぞれα軸目標磁束Ψα*、β軸目標磁束Ψβ*と記載する。α軸磁束偏差演算部１１３ａによって、α軸目標磁束Ψα*と推定磁束Ψαcとの偏差（磁束偏差）ΔΨαを求める。β軸磁束偏差演算部１１３ｂによって、β軸目標磁束Ψβ*と推定磁束Ψβcとの偏差（磁束偏差）ΔΨβを求める。電圧指令演算部１０７によって、磁束偏差ΔΨα，ΔΨβ及び軸電流ｉα，ｉβから、軸電圧ｖα*，ｖβ*を求める。２相３相座標変換部１１４によって、軸電圧ｖα*，ｖβ*を、３相モータ１０２に印加するべき目標電圧ベクトルｖu*，ｖv*，ｖw*に変換する。デューティ生成部１０３によって、目標電圧ベクトルｖu*，ｖv*，ｖw*から、３相モータ１０２の各相用の出力デューティＤu，Ｄv，Ｄwを生成する。出力デューティＤu，Ｄv，Ｄwは、ＰＷＭインバータ１０４に入力される。このような制御により、３相モータ１０２は、推定磁束Ψα，Ψβ及びモータトルクＴeがそれぞれ目標磁束Ψα*，Ψβ*及び目標トルク指令Ｔe*に追従するように制御される。
【００３１】
本明細書では、軸電流ｉα，ｉβは、実際に３相モータ１０２を流れる電流ではなく、情報として伝達される電流値（電流情報）を意味する。軸電圧ｖα*，ｖβ*は、実際に３相モータ１０２に印加される電圧ではなく、情報として伝達される電圧値（電圧情報）を意味する。同様に、推定磁束Ψs，Ψsc、推定トルクＴe、目標磁束｜Ψs*｜、目標トルクＴe*、目標磁束ベクトルΨs*、目標電圧ベクトルｖu*，ｖv*，ｖw*、出力デューティＤu，Ｄv，Ｄwも、情報として伝達される値を意味する。
【００３２】
次に、モータ制御装置１００、ＰＷＭインバータ１０４及び３相モータ１０２の詳細を以下で説明する。
【００３３】
（ＰＷＭインバータ１０４）
図２に示すように、ＰＷＭインバータ１０４は、スイッチング素子１１９ａ，１１９ｂ，１１９ｃ，１１９ｄ，１１９ｅ，１１９ｆ及び還流ダイオード１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄ，１２０ｅ，１２０ｆが対になった変換回路、ベースドライバ１１６、平滑コンデンサ１１７及び直流電源１１８を含む。直流電源１１８は、ダイオードブリッジ等によって整流された出力を表す。なお、本明細書では、変換回路及び平滑コンデンサ１１７を併せた構成をインバータと記載する。
【００３４】
ＰＷＭインバータ１０４は、ＰＷＭ制御によって３相モータ１０２に電圧ベクトルを印加する。具体的には、３相モータ１０２への給電は、スイッチング素子１１９ａ〜１１９ｆを介して、直流電源１１８から行われる。より具体的には、まず、出力デューティＤu，Ｄv，Ｄwがベースドライバ１１６に入力される。次に、出力デューティＤu，Ｄv，Ｄwがスイッチング素子１１９ａ〜１１９ｆを電気的に駆動するためのドライブ信号に変換される。次に、ドライブ信号に従って各スイッチング素子１１９ａ〜１１９ｆが動作する。
【００３５】
本実施形態では、ＰＷＭインバータ１０４は、スイッチング素子１１９ａ〜１１９ｆを用いた３相スイッチング回路である。スイッチング素子１１９ａ〜１１９ｆとしては、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）及びＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）が挙げられる。
【００３６】
（３相モータ１０２）
３相モータ１０２は、モータ制御装置１００の制御対象である。３相モータ１０２には、ＰＷＭインバータ１０４によって、電圧ベクトルが印加される。「３相モータ１０２に電圧ベクトルが印加される」とは、３相モータ１０２における３相交流座標上の３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の各々に電圧が印加されることを指す。本実施形態では、３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の各々が、相対的に高電圧を有する高電圧相と、相対的に低電圧を有する低電圧相との２種類から選択されるいずれかとなるように、３相モータ１０２が制御される
。
【００３７】
３相モータ１０２は、例えば、永久磁石同期モータである。永久磁石同期モータとしては、ＩＰＭＳＭ（Interior Permanent Magnet Synchronous Motor）及びＳＰＭＳＭ（Surface Permanent Magnet Synchronous Motor）が挙げられる。ＩＰＭＳＭは、ｄ軸インダクタンスＬｄとｑ軸インダクタンスＬｑとが相違する突極性（一般には、Ｌｑ＞Ｌｄの逆突極性）を有し、マグネットトルクに加えてリラクタンストルクも利用できる。このため、ＩＰＭＳＭの駆動効率は極めて高い。３相モータ１０２としては、誘導モータ、シンクロナスリラクタンスモータを用いることもできる。
【００３８】
（第１電流センサ１０５ａ、第２電流センサ１０５ｂ）
第１電流センサ１０５ａ、第２電流センサ１０５ｂとして、公知の電流センサを用いることができる。本実施形態では、第１電流センサ１０５ａは、ｕ相を流れる相電流ｉuを測定するように設けられ、第２電流センサ１０５ｂは、ｗ相を流れる相電流ｉwを測定するように設けられている。ただし、第１電流センサ１０５ａ及び第２電流センサ１０５ｂは、ｕ相及びｗ相の２相以外の組み合わせの２相の電流を測定するように設けられていてもよい。
【００３９】
（３相２相座標変換部１０６）
３相２相座標変換部１０６は、３相モータ１０２における３相交流座標上の相電流ｉu，ｉwを、２相交流座標上の軸電流ｉα，ｉβに変換する。本実施形態では、３相２相座標変換部１０６は、式（１）、（２）により、相電流ｉu，ｉwを、α−β座標上のα軸電流ｉα及びβ軸電流ｉβに変換して、α軸電流ｉα及びβ軸電流ｉβを出力する。
【００４０】
【数１】
0006030511.tif 000002
【００４１】
【数２】
0006030511.tif 000003
【００４２】
（磁束演算部１０８）
磁束演算部１０８は、２相交流座標上の軸電流ｉα，ｉβと、２相交流座標上の軸電圧ｖα*，ｖβ*とから、推定磁束Ψs（推定磁束Ψα，Ψβ）を求める。本実施形態では、磁束演算部１０８は、式（３）、（４）及び（５）を用いて、推定磁束Ψα，Ψβ、及び推定磁束Ψsの絶対値｜Ψs｜を求める。式（３）及び（４）におけるΨα|t=0、Ψβ|t=0は、それぞれ推定磁束Ψα，Ψβの初期値である。式（３）及び（４）におけるＲは、３相モータ１０２の巻線抵抗である。磁束演算部１０８は、ＤＳＰ、マイクロコンピュータ等のディジタル制御装置に組み込まれていてもよい。この場合は、式（３）及び（４）における演算のために必要となる積分器は、離散系で構成され得る。具体的には、１制御周期前における電機子鎖交磁束Ψα，Ψβに、現在の制御周期に由来する値を加減算すればよい。
【００４３】
【数３】
0006030511.tif 000004
【００４４】
【数４】
0006030511.tif 000005
【００４５】
【数５】
0006030511.tif 000006
【００４６】
（位相調整部１１５）
位相調整部１１５は、推定磁束Ψsの絶対値が目標磁束｜Ψs*｜に近づくように、推定磁束Ψs（推定磁束Ψα，Ψβ）の位相を調整（補償）する。すなわち、位相調整部１１５は、３相モータ１０２の電流（モータ電流）が最小値となるように、推定磁束Ψsの位相を調整する。位相調整部１１５は、軸電流ｉα，ｉβ及び推定磁束Ψα，Ψβから、推定磁束Ψαc，Ψβcを求める。具体的には、位相調整部１１５は、式（６）を用いて、推定磁束Ψαc，Ψβcを求める。推定磁束Ψαc，Ψβcは、補償後の推定磁束である。式（６）におけるΔθは、位相補償角（位相のシフト量）である。
【００４７】
【数６】
0006030511.tif 000007
【００４８】
本実施形態における位相調整部１１５は、図３に示すブロック図に従って位相補償角Δθを求める。具体的に、位相調整部１１５は、要素ＭＴＰＡ（maximum torque per ampere）と、要素ａｂｓと、要素ＰＩ（ＰＩ補償器）とを有している。要素ＭＴＰＡは、最大トルク／電流制御を行う要素である。最大トルク／電流制御は公知であるため、最大トルク／電流制御の説明は省略する。本実施形態では、要素ＭＴＰＡは、軸電流ｉα，ｉβから、モータ電流を最小とするための電機子鎖交磁束の絶対値として、仮想振幅（仮想磁束の振幅）Ψｓ_ｉ*を特定する。要素ＭＴＰＡは、演算子であってもよく、テーブルであってもよい。要素ａｂｓは、補償前の推定磁束Ψs（推定磁束Ψα及びΨβ）から、推定磁束Ψsの絶対値｜Ψs｜を求める。要素ＰＩは、仮想振幅Ψｓ_ｉ*と絶対値｜Ψs｜との偏差から、補償後の推定磁束Ψsc（推定磁束Ψαc，Ψβc）の絶対値｜Ψsc｜が仮想振幅Ψｓ_ｉ*に一致するように、位相補償角Δθを求める。式（６）に示したとおり、補償前の推定磁束Ψsの位相を−Δθｒａｄ回転させることにより、補償後の推定磁束Ψscが求まる。
【００４９】
要素ＭＴＰＡは、軸電流を用いて、目標磁束を再導出していると捉えることができる。このため、仮想振幅は再導出された目標磁束であるといえる。また、位相調整部１１５（要素ＰＩ）は、推定磁束の絶対値を目標磁束に近づけるための補償機構であるといえる。
【００５０】
（トルク演算部１０９）
トルク演算部１０９は、軸電流ｉα，ｉβ及び位相調整部１１５で調整された推定磁束Ψαc，Ψβcを取得し、これらから推定トルクＴeを求める。本実施形態では、トルク演
算部１０９は、式（７）を用いて、推定トルクＴeを求める。式（７）におけるＰnは、３相モータ１０２の極対数である。推定磁束Ψαc，Ψβcの代わりに推定磁束Ψα，Ψβを用いて、推定トルクＴeを求めてもよい。
【００５１】
【数７】
0006030511.tif 000008
【００５２】
（位相演算部１１０）
位相演算部１１０は、位相調整部１１５で調整された推定磁束Ψαc，Ψβcを取得し、これらから推定磁束Ψscの位相θsを求める。本実施形態では、位相演算部１１０は、式（８）を用いて、推定磁束Ψscの位相θsを求める。位相演算部１１０は、例えば、公知の位相推定器である。
【００５３】
【数８】
0006030511.tif 000009
【００５４】
（トルク偏差演算部１１１）
トルク偏差演算部１１１は、目標トルクＴe*と推定トルクＴeとの偏差（トルク偏差ΔＴ：Ｔe*−Ｔe）を求める。トルク偏差演算部１１１としては、公知の演算子を用いればよい。
【００５５】
（磁束指令演算部１１２）
磁束指令演算部１１２は、目標磁束｜Ψs*｜、トルク偏差ΔＴ及び位相θsから、目標磁束ベクトルΨs*（目標磁束Ψα*，Ψβ*）を求める。具体的には、式（９）を用いて、電機子鎖交磁束の回転量Δθsを求める。式（１０）を用いて、目標磁束ベクトルΨs*の位置θs*を求める。式（１１）及び（１２）を用いて、目標磁束Ψα*，Ψβ*を求める。磁束指令演算部１１２は、トルク偏差ΔＴをゼロに近づける。この点で、磁束指令演算部１１２は、トルクの補償機構を構成するともいえる。磁束指令演算部１１２は、ＤＳＰ、マイクロコンピュータ等のディジタル制御装置に組み込まれていてもよい。この場合は、式（９）における演算のために必要となる積分器は、離散系で構成され得る。
【００５６】
【数９】
0006030511.tif 000010
【００５７】
【数１０】
0006030511.tif 000011
【００５８】
【数１１】
0006030511.tif 000012
【００５９】
【数１２】
0006030511.tif 000013
【００６０】
（α軸磁束偏差演算部１１３ａ、β軸磁束偏差演算部１１３ｂ）
α軸磁束偏差演算部１１３ａは、目標磁束Ψα*と位相調整部１１５で調整された推定磁束Ψαcを取得し、これらの偏差（磁束偏差ΔΨα：Ψα*−Ψαc）を求める。β軸磁束偏差演算部１１３ｂは、目標磁束Ψβ*と位相調整部１１５で調整された推定磁束Ψβcを取得し、これらの偏差（磁束偏差ΔΨβ：Ψβ*−Ψβc）を求める。磁束偏差演算部１１３ａ，１１３ｂとしては、公知の演算子を用いればよい。
【００６１】
（電圧指令演算部１０７）
電圧指令演算部１０７は、磁束偏差ΔΨα，ΔΨβ及び軸電流ｉα，ｉβから、軸電圧ｖα*，ｖβ*を求める。本実施形態では、電圧指令演算部１０７は、式（１３）を用いて、α軸電圧ｖα*を求める。また、本実施形態では、電圧指令演算部１０７は、式（１４）を用いて、β軸電圧ｖβ*を求める。ここで、Ｔsは本制御における制御周期（サンプリング周期）を意味する。
【００６２】
【数１３】
0006030511.tif 000014
【００６３】
【数１４】
0006030511.tif 000015
【００６４】
（２相３相座標変換部１１４）
２相３相座標変換部１１４は、軸電圧ｖα*，ｖβ*を、目標電圧ベクトルｖu*，ｖv*，ｖw*に変換する。目標電圧ベクトルｖu*，ｖv*，ｖw*は、それぞれ３相交流座標上のＵ相電圧、Ｖ相電圧及びＷ相電圧に対応する。本実施形態では、２相３相座標変換部１１４は、軸電圧ｖα*，ｖβ*を、式（１５）を用いて、目標電圧ベクトルｖu*，ｖv*，ｖw*に変換して、目標電圧ベクトルｖu*，ｖv*，ｖw*を出力する。
【００６５】
【数１５】
0006030511.tif 000016
【００６６】
（デューティ生成部１０３）
デューティ生成部１０３は、目標電圧ベクトルｖu*，ｖv*，ｖw*から、デューティＤu，Ｄv，Ｄwを生成する。本実施形態では、デューティ生成部１０３は、目標電圧ベクトルｖu*，ｖv*，ｖw*の各々を、各相のデューティＤu，Ｄv，Ｄwに変換する。デューティＤu，Ｄv，Ｄwの生成方法としては、一般的な電圧形ＰＷＭインバータに用いられる方法を用いればよい。例えば、デューティＤu，Ｄv，Ｄwは、目標電圧ベクトルｖu*，ｖv*，ｖw*を、直流電源１１８の電圧値Ｖdcの半分の値で除すことにより求めてもよい。この場合、デューティＤuは、２×ｖu／Ｖdcである。デューティＤvは、２×ｖv／Ｖdcである。デューティＤwは、２×ｖw／Ｖdcである。デューティ生成部１０３は、デューティＤu，Ｄv，Ｄwを出力する。デューティＤu，Ｄv，Ｄwは、ＰＷＭインバータ１０４に入力される。ＰＷＭインバータ１０４は、デューティＤu，Ｄv，Ｄwによって駆動される。
【００６７】
上述のように、モータ電流をサンプリングするタイミングから、このモータ電流に基づいて生成された電圧ベクトルを３相モータに印加するタイミングまでの間に、３相モータ１０２の電気角は角度θE（≠０ｒａｄ）進む。位相調整部１１５は、軸電流を用いて目標磁束を再導出し、推定された電機子鎖交磁束の絶対値と再導出された目標磁束との差がゼロに収束するように、推定された電機子鎖交磁束の位相を調整する。モータ制御装置１００は、位相調整部１１５を備えているため、角度θE（上記両タイミング間の３相モータの進み角）を考慮して３相モータ１０２を制御できる。すなわち、モータ制御装置１００によれば、位置センサレス制御の信頼性の向上を図ることができる。具体的に、本実施形態のモータ制御装置１００は、電機子鎖交磁束の値を、モータ電流を最小とする値へと精度よく一致させることができる。
【００６８】
３相モータ１０２の回転数を増やすと、角度θEは大きくなる。位相調整部１１５は、要素ＰＩを有しているため、位相補償角Δθを自動的に適切な値に設定できる。このため、本実施形態の位相調整部１１５は、３相モータ１０２の回転数が大きければ大きいほど、推定磁束Ψsの位相を大きくシフトさせることができる。従って、位相調整部１１５は、３相モータ１０２の回転数の増加に由来する制御精度の低下を防止する。このことは、３相モータ１０２が高速回転（例えば１０万回転）し得る場合に特に有利である。
【００６９】
位相調整部１１５によれば、電流のサンプリング周波数が低い場合にも、制御精度が維持される。従って、モータ制御装置１００によれば、制御精度を維持しつつ、ＤＳＰ、マイクロコンピュータ等のＣＰＵの演算量を抑えることができる。つまり、比較的性能の低いＤＳＰ又はマイクロコンピュータを使用したとしても、精度を落とさずに３相モータ１０２を制御できる。このことは、コストの観点から有利である。従って、モータ制御装置１００は、３相モータ１０２が低速回転する場合にも好適に使用できる。
【００７０】
位相調整部１１５に基づく効果を、図４に示す。図４は、３相モータ１０２の回転数及び３相モータ１０２にかかる負荷が一定の条件で行った、シミュレーション結果を表している。シミュレーションの条件の詳細を表１に示す。この結果から、表１の条件では、位相補償角Δθを約−０．１５ｒａｄとすれば、モータトルクが目標トルクに維持されつつ、モータ電流が最小となることが把握される。モータ制御装置１００の設定にもよるが、本発明者の検討によれば、位相調整部１１５によって推定磁束Ψsの位相を進ませることは、推定磁束Ψsの絶対値を目標磁束｜Ψs*｜に近づける観点から有効である。本明細書では、０ｒａｄよりも大きくπｒａｄ以下の範囲で位相を進ませることを、単に位相を進ませると記載する。同様に、０よりも大きくπｒａｄ以下の範囲で位相を遅らせることを、単に位相を遅らせると記載する。サンプリングの１周期におけるロータの回転に伴う位相の回転量等を考慮して、位相補償角Δθを、例えば、−０．２９３ｒａｄ以上０ｒａｄ未満とできる。つまり、推定磁束Ψsの位相を、例えば０ｒａｄよりも大きく０．２９３ｒａｄ以下の範囲で進ませることができる。この点は、後述の変形例１及び２においても
同様である。
【表１】
0006030511.tif 000017
【００７１】
本実施形態における目標磁束｜Ψs*｜は、モータ電流が最小となるように定められたものである。位相調整部１１５は、モータ電流を最小とするための位相補償角Δθを定めるように構成されている。具体的には、位相調整部１１５における要素ＭＴＰＡが、モータ電流を最小とするための仮想振幅Ψｓ_ｉ*を特定している。これにより、精度よく最大トルク／電流（ＭＴＰＡ）制御を行っている。しかし、目標磁束｜Ψs*｜は、３相モータ１０２における電力が最小となるよう（効率が最大となるように）に定められたものであってもよい。この場合には、位相調整部１１５を、３相モータ１０２における電力を最小とするための位相補償角Δθを定めるように構成すればよい。例えば、要素ＭＴＰＡに代えて、軸電流等から電力を最小とするための仮想振幅を特定する要素を用いればよい。このようにすれば、電力最小（最大効率）制御を精度よく行うことができる。また、目標磁束｜Ψs*｜は、３相モータ１０２における力率が所定値となるように定められたものであってもよい。この場合には、位相調整部１１５を、３相モータ１０２における力率を所定値とするための位相補償角Δθを定めるように構成すればよい。例えば、要素ＭＴＰＡに代えて、軸電流等から力率を所定値とするための仮想振幅を特定する要素を用いればよい。このようにすれば、力率一定制御を精度よく行うことができる。通常時はＭＴＰＡ制御用に目標磁束｜Ψs*｜及び仮想振幅を定め、必要時に電力最小制御又は力率一定制御用に目標磁束｜Ψs*｜及び仮想振幅を定めるような切り替えも可能である。要するに、目標磁束｜Ψs*｜が、３相モータ１０２の所定の制御量が所定の目標値となるように定められている場合に、位相調整部１１５を、３相モータ１０２の所定の制御量を所定の目標値とするための位相補償角Δθを定めるように構成すればよい。この点は、後述の実施形態及び変形例についても同様である。また、本明細書では、「目標磁束を再導出する」とは、目標磁束｜Ψs*｜が、３相モータ１０２の所定の制御量（例えば相電流）が所定の目標値となるように定められている場合に、３相モータ１０２の所定の制御量を所定の目標値とするための電機子鎖交磁束の絶対値を特定することを意味する。
【００７２】
仮想振幅を特定する（目標磁束を再導出する）ための上述の各種要素としては、ルックアップテーブルを有する要素、計算式（近似式）が格納された演算子を有する要素等が挙げられる。ルックアップテーブルを有する要素を用いる場合、軸電流等と仮想振幅との対応関係を表すルックアップテーブルを事前に準備すればよい。演算子を有する要素における計算式も、事前に準備できる。このようなルックアップテーブル及び計算式は、予め行った測定データ又は理論に基づいて設定できる。これらの仮想磁束の具体的な特定方法は、公知の文献（武田洋次、森本茂雄、松井信行、本田幸夫、「埋込磁石同期モータの設計と制御」、株式会社オーム社、２００１年１０月２５日発行、等）を参照することにより理解され得る。一例では、ＭＴＰＡ制御用の仮想磁束Ψｓ_ｉ*は、Ia＝√（ｉα2＋ｉβ2）としたときに、Ψｓ_ｉ*＝√（Ψa2＋（Ia×Ｌa）2）として特定できる。Ψaは、３相モータ１０２における永久磁石による鎖交磁束である。Ｌaは、３相モータ１０２の電機子巻線の一相当たりのインダクタンスである。電力最小制御用の仮想磁束Ψｓ_ｉ*は、ＭＴＰＡ制御用の仮想磁束よりも若干小さな値とすればよい。ただし、電力最小制御用の仮想磁束Ψｓ_ｉ*を理論に基づいて正確に特定することも可能である。力率一定制御用の仮想磁束Ψｓ_ｉ*は、Ψｓ_ｉ*＝√（（Ψa＋Ｉa×Ｌa）2＋（Ia×Ｌa）2）として特定できる。
【００７３】
また、磁束演算部１０８は、３相モータ１０２に印加されている電圧の検出値を３相２相変換させて得た電圧を用いて推定磁束を求めてもよい。すなわち、「軸電流と、電圧ベクトルに対応する２相交流座標上の軸電圧とから、電機子鎖交磁束を推定する磁束演算部」における２相交流座標上の軸電圧は、電圧指令演算部において演算されたものであってもよく、３相モータ１０２に印加されている電圧の検出値に由来したものであってもよい。
【００７４】
本実施形態においてモータ制御装置について説明した事項は、モータ制御方法にも適用できる。この点は、後述の変形例及び実施形態についても同様である。
【００７５】
３相モータ１０２は、上述のように、電動機として駆動して、力行運転を実施できる。３相モータ１０２はまた、発電機として駆動して、回生運転を実施することもできる。両方の場合において、制御の態様は実質的に同じである。従って、本実施形態のモータ制御装置について説明した事項は、３相モータ１０２を発電機として駆動する場合にも適用できる。この点は、後述の変形例及び実施形態においても同様である。ただし、３相モータ１０２を電動機として駆動する場合と発電機として駆動する場合とでは、３相モータ１０２を流れる電流の位相が逆となる等の相違がある。この点には注意が必要である。なお、モータ制御装置１００と同一の制御系を有する発電機制御装置を用いて、発電機として駆動する３相モータを制御する場合にも、この発電機制御装置における位相調整部は、ｉ）推定された電機子鎖交磁束の位相を進ませる、ii）軸電圧の位相を進ませる、又はiii）軸電流の位相を遅らせることとなる。
【００７６】
（変形例１）
変形例１に係るモータ制御装置２００は、図５及び６に示すように、再導出された目標磁束ではなくモータ制御装置２００の外部（上位コントローラ）から与えられた目標磁束を用い、推定磁束の絶対値及び外部から与えられた目標磁束の差がゼロに収束するように、推定磁束の位相を調整する位相調整部２１５を有する。位相調整部１１５が位相調整部２１５に置換されていることを除くと、モータ制御装置２００の構成はモータ制御装置１００の構成と同じである。本変形例によれば、先に記載した第１の実施形態の効果と同様の効果が得られる。なお、本明細書では、「推定された電機子鎖交磁束の絶対値が目標磁束に近づく」を、「推定された電機子鎖交磁束の絶対値が再導出された目標磁束に近づく」ことと、「推定された電機子鎖交磁束の絶対値が外部から与えられた目標磁束に近づく」こととの両方を含む意味で用いている。
【００７７】
先に記載した第１の実施形態では、目標磁束を再導出しているのに対し、本変形例では、外部から与えられた目標磁束を利用している。従って、本変形例は、先に記載した第１の実施形態よりも、計算機資源の観点から有利である。
【００７８】
（変形例２）
以下、本発明における第１の実施形態の変形例２のモータ制御装置について、図７及び８を参照しながら説明する。なお、変形例２では、第１の実施形態と同様の部分については同一符号を付し、説明を省略する。
【００７９】
変形例２のモータ制御装置３００は、モータ制御装置１００の位相調整部１１５とは異なる位相調整部３１５を有する。位相調整部３１５は、図８に示すダイアグラムに従って位相補償角Δθを求める。位相調整部３１５は、要素ａｂｓと、要素ＬＵＴとを有している。要素ａｂｓは、軸電流ｉα，ｉβから、軸電流ｉα，ｉβの絶対値｜ｉs｜を求める。要素ＬＵＴは、絶対値｜ｉs｜と、３相モータ１０２の回転数ωとから、位相補償角Δθを特定するルックアップテーブルである。このルックアップテーブルは、絶対値｜ｉs｜と回転数ωとの組み合わせから、モータ電流を最小とするための位相補償角Δθが特定
されるように構成されている。ルックアップテーブルの数は１つでもかまわないが、典型的には、採用され得るサンプリング周期Ｔs毎にルックアップテーブルが準備される。位相調整部３１５は、このような１又は複数のルックアップテーブルを有しているため、推定磁束Ψsの絶対値が目標磁束｜Ψs*｜に近づくように、推定磁束Ψsの位相を調整できる。ルックアップテーブルにおける絶対値｜ｉs｜、回転数ω及び位相補償角Δθの対応関係は、例えば、絶対値｜ｉs｜と回転数ωとの組み合わせ毎に、モータ電流を最小とするための位相補償角Δθを予め測定することにより設定すればよい。位相調整部３１５が取得する回転数ωは、上位コントローラから取得した値であってもよく、位相演算部１１０で得られた位相θsの時間微分等の計算された値であってもよい。
【００８０】
位相調整部３１５は、ルックアップテーブルを用いて、軸電流及び３相モータ１０２の回転数に応じて、推定磁束の位相を調整する。モータ制御装置３００は、位相調整部３１５を備えているため、角度θE（サンプルの遅れ分）を考慮して３相モータ１０２を制御できる。すなわち、モータ制御装置３００によれば、位置センサレス制御の信頼性の向上を図ることができる。具体的に、本実施形態のモータ制御装置３００は、電機子鎖交磁束の値を、モータ電流を最小とする値へと精度よく一致させることができる。
【００８１】
本変形例でも、３相モータ１０２の回転数が大きければ大きいほど、推定磁束の位相を大きくシフトさせるように、位相調整部３１５が構成されている。具体的には、位相調整部３１５は、回転数ωを用いるため、回転数ωに応じた位相補償角Δθを自動的に設定できる。従って、位相調整部３１５は、３相モータ１０２の回転数の増加に由来する制御精度の低下を防止する。位相調整部３１５によれば、電流のサンプリング周波数が低い場合にも、制御精度が維持される。
【００８２】
（第２の実施形態）
以下、本発明における第２の実施形態のモータ制御装置について説明する。なお、第２の実施形態では、第１の実施形態と同様の部分については同一符号を付し、説明を省略する。
【００８３】
図９に示す制御装置４００は、位相調整部１１５の代わりに、位相調整部４２１を有している。
【００８４】
（位相調整部４２１）
位相調整部４２１は、推定磁束Ψsの絶対値が目標磁束｜Ψs*｜に近づくように、軸電圧ｖα*，ｖβ*の位相を調整（補償）する。すなわち、位相調整部４２１は、モータ電流が最小値となるように、軸電圧ｖα*，ｖβ*の位相を調整する。位相調整部４２１は、推定磁束Ψs（推定磁束Ψα，Ψβ）、軸電流ｉc，ｉβ及び軸電圧ｖα*，ｖβ*から、軸電圧ｖαc*，ｖβc*を求める。具体的には、位相調整部４２１は、式（１６）を用いて、軸電圧ｖαc*，ｖβc*を求める。軸電圧ｖαc*，ｖβc*は、補償後の軸電圧である。
【００８５】
【数１６】
0006030511.tif 000018
【００８６】
本実施形態における位相調整部４２１は、図１０に示すブロック図に従って位相補償角Δθを求める。具体的に、位相調整部４２１は、要素ＭＴＰＡと、要素ａｂｓと、要素ＰＩとを有している。位相調整部４２１における要素ＭＴＰＡ及び要素ａｂｓは、位相調整部１１５における要素ＭＴＰＡ及び要素ａｂｓと同一である。位相調整部４２１における要素ＰＩは、仮想振幅Ψｓ_ｉ*と絶対値｜Ψs｜との偏差がゼロに収束するように、位相
補償角Δθを求める。式（１６）に示したとおり、軸電圧ｖα*，ｖβ*の位相を−Δθｒａｄ回転させることにより、補償後の軸電圧ｖαc*，ｖβc*が求まる。
【００８７】
第１の実施形態で説明した位相調整部１１５における要素ＰＩは、推定磁束Ψs（推定磁束Ψα，Ψβ）に適用されるべき位相補償角Δθを出力する。これに対し、位相調整部４２１における要素ＰＩは、軸電圧ｖα*，ｖβ*に適用されるべき位相補償角Δθを出力する。このため、制御条件が同じであっても、位相調整部１１５における要素ＰＩから出力される位相補償角Δθと、位相調整部４２１における要素ＰＩから出力される位相補償角Δθとは、通常は同一とはならない。要するに、位相調整部１１５における要素ＰＩと、位相調整部４２１における要素ＰＩとは、別の構成（計算式、テーブル等）を有している。
【００８８】
（磁束演算部１０８）
磁束演算部１０８は、軸電流ｉα，ｉβ及び位相調整部４２１で調整された軸電圧ｖαc*，ｖβc*を取得し、これらから推定磁束Ψsを求める。本実施形態では、磁束演算部１０８は、式（１７）、（１８）及び（１９）を用いて、推定磁束Ψα，Ψβ、及び推定磁束Ψsの絶対値｜Ψs｜を求める。
【００８９】
【数１７】
0006030511.tif 000019
【００９０】
【数１８】
0006030511.tif 000020
【００９１】
【数１９】
0006030511.tif 000021
【００９２】
（トルク演算部１０９）
トルク演算部１０９は、軸電流ｉα，ｉβ及び推定磁束Ψα，Ψβから、推定トルクＴeを求める。本実施形態では、トルク演算部１０９は、式（２０）を用いて、推定トルクＴeを求める。
【００９３】
【数２０】
0006030511.tif 000022
【００９４】
（位相演算部１１０）
位相演算部１１０は、推定磁束Ψα，Ψβから、推定磁束Ψsの位相θsを求める。本実施形態では、位相演算部１１０は、式（２１）を用いて、推定磁束Ψsの位相θsを求める。
【００９５】
【数２１】
0006030511.tif 000023
【００９６】
（２相３相座標変換部１１４）
２相３相座標変換部１１４は、位相調整部４２１で調整された軸電圧ｖαc*，ｖβc*を取得し、これらを目標電圧ベクトルｖu*，ｖv*，ｖw*に変換する。本実施形態では、２相３相座標変換部１１４は、軸電圧ｖαc，ｖβcを、式（２２）を用いて、目標電圧ベクトルｖu*，ｖv*，ｖw*に変換して、目標電圧ベクトルｖu*，ｖv*，ｖw*を出力する。
【００９７】
【数２２】
0006030511.tif 000024
【００９８】
位相調整部４２１は、軸電流を用いて目標磁束を再導出し、推定された電機子鎖交磁束の絶対値と再導出された目標磁束との差がゼロに収束するように、軸電圧の位相を調整する。本実施形態のモータ制御装置４００は、位相調整部４２１を備えているため、角度θEを考慮して３相モータ１０２を制御できる。
【００９９】
位相調整部４２１は、要素ＰＩを有しているため、位相補償角Δθを自動的に適切な値に設定できる。このため、本実施形態の位相調整部４２１は、３相モータ１０２の回転数が大きければ大きいほど、軸電圧の位相を大きくシフトさせることができる。
【０１００】
位相調整部４２１に基づく効果を、図１１に示す。図１１は、表１に示す条件で行った、シミュレーション結果を表している。この結果から、表１の条件では、位相補償角Δθを約−０．３０ｒａｄとすれば、モータトルクが目標トルクに維持されつつ、モータ電流が最小となることが把握される。モータ制御装置４００の設定にもよるが、本発明者の検討によれば、位相調整部４２１によって軸電圧の位相を進ませることは、推定磁束Ψsの絶対値を目標磁束｜Ψs*｜に近づける観点から有効である。先に説明した第１の実施形態と同様、位相補償角Δθを、例えば、−０．２９３ｒａｄ以上０ｒａｄ未満とできる。つまり、軸電圧ｖα*，ｖβ*の位相を、例えば０ｒａｄよりも大きく０．２９３ｒａｄ以下の範囲で進ませることができる。
【０１０１】
なお、位相調整部４２１に代えて、図１２に示すダイアグラムに従って位相補償角Δθを求める位相調整部Ａを用いてもよい。位相調整部Ａは、要素ａｂｓと、要素ＬＵＴとを有している。図１２に示す要素ａｂｓは、図８に示す要素ａｂｓと同一である。図１２に示す要素ＬＵＴは、絶対値｜ｉs｜と、３相モータ１０２の回転数ωとから、位相補償角Δθを特定するルックアップテーブルである。このルックアップテーブルは、絶対値｜ｉs｜と回転数ωとの組み合わせから、モータ電流を最小とするための位相補償角Δθが自動的に特定されるように構成されている。これらの点で、図１２に示す要素ＬＵＴは、図８に示す要素ＬＵＴと共通している。ただし、図８に示す要素ＬＵＴは、推定磁束Ψs（推定磁束Ψα，Ψβ）に適用されるべき位相補償角Δθを出力するのに対し、図１２に示す要素ＬＵＴは、軸電圧ｖα*，ｖβ*に適用されるべき位相補償角Δθを出力する。この
ため、制御条件が同じであっても、図８に示す要素ＬＵＴから出力される位相補償角Δθと、図１２に示す要素ＬＵＴから出力される位相補償角Δθとは、通常は同一とはならない。要するに、図１２に示す要素ＬＵＴは、図８に示す要素ＬＵＴとは別のルックアップテーブルである。
【０１０２】
（第３の実施形態）
以下、本発明における第３の実施形態のモータ制御装置について説明する。なお、第３の実施形態では、第１の実施形態と同様の部分については同一符号を付し、説明を省略する。
【０１０３】
図１３に示す制御装置５００は、位相調整部１１５の代わりに、位相調整部５２２を有している。
【０１０４】
（位相調整部５２２）
位相調整部５２２は、推定磁束Ψsの絶対値が目標磁束｜Ψs*｜に近づくように、軸電流ｉα，ｉβの位相を調整（補償）する。すなわち、位相調整部５２２は、モータ電流が最小値となるように、軸電流ｉα，ｉβの位相を調整する。位相調整部５２２は、推定磁束Ψs（推定磁束Ψα，Ψβ）及び軸電流ｉα，ｉβから、軸電流ｉαc，ｉβcを求める。具体的には、位相調整部５２２は、式（２３）を用いて、軸電流ｉαc，ｉβcを求める。軸電流ｉαc，ｉβcは、補償後の軸電流である。
【０１０５】
【数２３】
0006030511.tif 000025
【０１０６】
本実施形態における位相調整部５２２は、図１４に示すブロック図に従って位相補償角Δθを求める。具体的に、位相調整部５２２は、要素ＭＴＰＡと、要素ａｂｓと、要素ＰＩとを有している。位相調整部５２２における要素ＭＴＰＡ及び要素ａｂｓは、磁束位相調整部１１５における要素ＭＴＰＡ及び要素ａｂｓと同一である。位相調整部５２２における要素ＰＩは、仮想振幅Ψｓ_ｉ*と絶対値｜Ψs｜との偏差がゼロに収束するように、位相補償角Δθを求める。式（２３）に示したとおり、軸電流ｉα，ｉβの位相を−Δθｒａｄ回転させることにより、補償後の軸電流ｉαc，ｉβcが求まる。
【０１０７】
位相調整部１１５における要素ＰＩは、推定磁束Ψｓ（推定磁束Ψα，Ψβ）に適用されるべき位相補償角Δθを出力するのに対し、位相調整部５２２における要素ＰＩは、軸電流ｉα，ｉβに適用されるべき位相補償角Δθを出力する。このため、制御条件が同じであっても、位相調整部１１５における要素ＰＩから出力される位相補償角Δθと、位相調整部５２２における要素ＰＩから出力される位相補償角Δθとは、通常は同一とはならない。要するに、位相調整部１１５における要素ＰＩと、位相調整部５２２における要素ＰＩとは、別の構成（計算式、テーブル等）を有している。
【０１０８】
（磁束演算部１０８）
磁束演算部１０８は、位相調整部５２２で調整された軸電流ｉαc，ｉβc及び軸電圧ｖα*，ｖβ*を取得し、これらから推定磁束Ψs（推定磁束Ψα，Ψβ）を求める。本実施形態では、磁束演算部１０８は、式（２４）、（２５）及び（２６）を用いて、推定磁束Ψα，Ψβ、及び推定磁束Ψsの絶対値｜Ψs｜を求める。
【０１０９】
【数２４】
0006030511.tif 000026
【０１１０】
【数２５】
0006030511.tif 000027
【０１１１】
【数２６】
0006030511.tif 000028
【０１１２】
（トルク演算部１０９）
トルク演算部１０９は、位相調整部５２２で調整された軸電流ｉαc，ｉβc及び推定磁束Ψα，Ψβを取得し、これらから推定トルクＴeを求める。本実施形態では、トルク演算部１０９は、式（２７）を用いて、推定トルクＴeを求める。
【０１１３】
【数２７】
0006030511.tif 000029
【０１１４】
（位相演算部１１０）
位相演算部１１０は、推定磁束Ψα，Ψβから、推定磁束Ψsの位相θsを求める。本実施形態では、位相演算部１１０は、式（２８）を用いて、推定磁束Ψsの位相θsを求める。
【０１１５】
【数２８】
0006030511.tif 000030
【０１１６】
（電圧指令演算部１０７）
電圧指令演算部１０７は、磁束偏差ΔΨα，ΔΨβ及び位相調整部５２２で調整された軸電流ｉαc，ｉβcを取得し、これらから軸電圧ｖα*，ｖβ*を求める。本実施形態では、電圧指令演算部１０７は、式（２９）を用いて、α軸電圧ｖα*を求める。また、本実施形態では、電圧指令演算部１０７は、式（３０）を用いて、β軸電圧ｖβ*を求める。
【０１１７】
【数２９】
0006030511.tif 000031
【０１１８】
【数３０】
0006030511.tif 000032
【０１１９】
位相調整部５２２は、軸電流を用いて目標磁束を再導出し、推定された電機子鎖交磁束の絶対値と再導出された目標磁束との差がゼロに収束するように、軸電流の位相を調整する。本実施形態のモータ制御装置５００は、位相調整部５２２を備えているため、角度θEを考慮して３相モータ１０２を制御できる。
【０１２０】
位相調整部５２２は、要素ＰＩを有しているため、位相補償角Δθを自動的に適切な値に設定できる。このため、本実施形態の位相調整部５２２は、３相モータ１０２の回転数が大きければ大きいほど、軸電流の位相を大きくシフトさせることができる。
【０１２１】
位相調整部５２２に基づく効果を、図１５に示す。図１５は、表１に示す条件で行った、シミュレーション結果を表している。この結果から、表１の条件では、位相補償角Δθを約０．１５ｒａｄとすれば、モータトルクが目標トルクに維持されつつ、モータ電流が最小となることが把握される。モータ制御装置５００の設定にもよるが、本発明者の検討によれば、位相調整部５２１によって軸電流の位相を遅らせることは、推定磁束Ψsの絶対値を目標磁束｜Ψs*｜に近づける観点から有効である。先に説明した第１の実施形態と同様、位相補償角Δθを、例えば、０ｒａｄよりも大きく０．２９３ｒａｄ以下とできる。つまり、軸電流ｉα，ｉβの位相を、例えば０ｒａｄよりも大きく０．２９３ｒａｄ以下の範囲で遅らせることができる。
【０１２２】
なお、位相調整部５２２に代えて、図１６に示すブロック図に従って位相補償角Δθを求める位相調整部Ｂを用いてもよい。位相調整部Ｂは、要素ａｂｓと、要素ＬＵＴとを有している。図１６に示す要素ａｂｓは、図８に示す要素ａｂｓと同一である。図１６に示す要素ＬＵＴは、絶対値｜ｉs｜と、３相モータ１０２の回転数ωとから、位相補償角Δθを特定するルックアップテーブルである。このルックアップテーブルは、絶対値｜ｉs｜と回転数ωとの組み合わせから、モータ電流を最小とするための位相補償角Δθが自動的に特定されるように構成されている。これらの点で、図１６に示す要素ＬＵＴは、図８に示す要素ＬＵＴと共通している。ただし、図８に示す要素ＬＵＴは、推定磁束Ψｓ（推定磁束Ψα，Ψβ）に適用されるべき位相補償角Δθを出力するのに対し、図１６に示す要素ＬＵＴは、軸電流ｉα，ｉβに適用されるべき位相補償角Δθを出力する。このため、制御条件が同じであっても、図８に示す要素ＬＵＴから出力される位相補償角Δθと、図１６に示す要素ＬＵＴから出力される位相補償角Δθとは、通常は同一とはならない。要するに、図１６に示す要素ＬＵＴは、図８に示す要素ＬＵＴとは別のテーブルである。
【０１２３】
上述の位相調整部５２２及び位相調整部Ｂは、軸電流ｉα，ｉβの位相を直接的に調整する。しかし、位相調整部５２２及び位相調整部Ｂは、電流センサ１０５ａ，１０５ｂに基づく相電流ｉu，ｉwの検出値が構成するベクトルの位相を調整するものであってもよい。この場合にも、位相調整部５２２又は位相調整部Ｂは、軸電流ｉα，ｉβの位相を（間接的に）調整することとなる。すなわち、「軸電流の位相を調整する」とは、軸電流の位相を直接的に調整することのみならず、相電流ｉu，ｉwの検出値が構成するベクトルの位相を調整することも含む概念である。
【０１２４】
本実施形態では、補償後の軸電流ｉαc，ｉβcが、電圧指令演算部１０７、磁束演算部１０８及びトルク演算部１０９の全てにおいて用いられている。しかし、軸電流ｉαc，ｉβcは、これらの少なくとも１つにおいて用いられることとしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１２５】
本発明は、各種モータの制御に適用できる。具体的に、本発明は、ＳＰＭＳＭ、ＩＰＭＳＭ等の同期モータに適用できる。それらの同期モータは、冷暖房装置又は給湯機に使用されたヒートポンプ式冷凍装置に適している。また、本発明は、特に、高速駆動が求められるスピンドルモータ等に有用である。
【符号の説明】
【０１２６】
１００、２００、３００、４００、５００  モータ制御装置
１０２                  ３相モータ
１０４                  ＰＷＭインバータ
１０５ａ                第１電流センサ
１０５ｂ                第２電流センサ
１０６                  ３相２相座標変換部
１０７                  電圧指令演算部
１０８                  磁束演算部
１０９                  トルク演算部
１１０                  位相演算部
１１１                  トルク偏差演算部
１１２                  磁束指令演算部
１１３ａ                α軸磁束偏差演算部
１１３ｂ                β軸磁束偏差演算部
１１４                  ２相３相座標変換部
１１５，２１５，３１５，４２１，５２２  位相調整部
１１６                  ベースドライバ
１１７                  平滑コンデンサ
１１８                  直流電源
１１９ａ〜１１９ｆ      スイッチング素子
１２０ａ〜１２０ｆ      還流ダイオード
【図１】
0006030511.tif 000033
【図２】
0006030511.tif 000034
【図３】
0006030511.tif 000035
【図４】
0006030511.tif 000036
【図５】
0006030511.tif 000037
【図６】
0006030511.tif 000038
【図７】
0006030511.tif 000039
【図８】
0006030511.tif 000040
【図９】
0006030511.tif 000041
【図１０】
0006030511.tif 000042
【図１１】
0006030511.tif 000043
【図１２】
0006030511.tif 000044
【図１３】
0006030511.tif 000045
【図１４】
0006030511.tif 000046
【図１５】
0006030511.tif 000047
【図１６】
0006030511.tif 000048