(57)【要約】  モータを駆動する電圧印加部の電圧波形を考慮して、モータの出力を向上させることができるモータ駆動システムおよびモータ駆動方法を得る。  モータと、モータのモータ電流を検出する電流検出部と、モータの磁極位置を検出する磁極位置検出部と、モータ電流、磁極位置および外部から与えられる運転条件に基づいて、電圧指令を生成する制御部と、電圧指令に基づいて、モータに駆動電圧を印加する電圧印加部と、を備え、モータは、モータの駆動電圧波形が正弦波を台形波状に拡げた形状になるように、モータの誘起電圧の基本波成分に高調波成分が重畳されているものである。
2013118318.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータと、
前記モータのモータ電流を検出する電流検出部と、
前記モータの磁極位置を検出する磁極位置検出部と、
前記モータ電流、前記磁極位置および外部から与えられる運転条件に基づいて、電圧指令を生成する制御部と、
前記電圧指令に基づいて、前記モータに駆動電圧を印加する電圧印加部と、を備え、
前記モータは、前記モータの駆動電圧波形が正弦波を台形波状に拡げた形状になるように、前記モータの誘起電圧の基本波成分に高調波成分が重畳されている
ことを特徴とするモータ駆動システム。
【請求項２】
前記モータは、前記モータの駆動電圧波形が、正弦波を、その振幅ピーク値を低減した台形波状に拡げた形状になるように、前記モータの誘起電圧の基本波成分に高調波成分が重畳されている
ことを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動システム。
【請求項３】
前記モータの誘起電圧に重畳される高調波成分と、前記電圧指令に含まれる高調波成分とは、互いに等しく、
前記モータ電流は、ほぼ正弦波状に制御される
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のモータ駆動システム。
【請求項４】
前記モータの誘起電圧に重畳される高調波成分と、前記モータ電流とにより発生するトルクリップルをほぼ０にするように、前記モータ電流を制御するトルクリップル抑制部をさらに備えた
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のモータ駆動システム。
【請求項５】
前記モータの誘起電圧に重畳される高調波成分は、５次高調波成分および７次高調波成分の少なくとも一方である
ことを特徴とする請求項１から請求項４までの何れか１項に記載のモータ駆動システム。
【請求項６】
前記モータの駆動電圧が、その基本波成分に対する位相が三相電圧基準でほぼ０度となる５次高調波成分および７次高調波成分を含むように、前記モータの誘起電圧に高調波成分が重畳される
ことを特徴とする請求項１から請求項４までの何れか１項に記載のモータ駆動システム。
【請求項７】
前記モータの駆動電圧が、その基本波成分に対する位相が三相電圧基準でほぼ０度となる５次高調波成分を含むように、前記モータの誘起電圧に高調波成分が重畳される
ことを特徴とする請求項１から請求項４までの何れか１項に記載のモータ駆動システム。
【請求項８】
前記モータの誘起電圧に重畳される高調波成分および前記モータ電流の５次高調波成分は、次式で表され、
【数１】
2013118318.tif 000042
この式において、Ｖ5は駆動電圧に重畳する５次高調波成分の振幅、Ｅ5はモータの誘起電圧５次高調波成分の振幅、θe5はモータの誘起電圧５次高調波成分の位相、Ｉ5はモータ電流５次高調波成分の振幅、θi5はモータ電流５次高調波成分の位相、Ｒaはモータの巻線抵抗、Ｌaはモータのインダクタンスをそれぞれ示し、
任意の運転条件において、Ｅfはモータの誘起電圧基本波成分、Ｉfはモータ電流基本波成分、ωreはモータ回転電気角速度、βvはモータ駆動電圧基本波成分の誘起電圧基本波成分に対する位相、βiはモータ電流基本波成分の誘起電圧に対する位相である
ことを特徴とする請求項７に記載のモータ駆動システム。
【請求項９】
前記モータの駆動電圧が、その基本波成分に対する位相が三相電圧基準でほぼ１８０度となる７次高調波成分を含むように、前記モータの誘起電圧に高調波成分が重畳される
ことを特徴とする請求項１から請求項４までの何れか１項に記載のモータ駆動システム。
【請求項１０】
前記モータの誘起電圧に重畳される高調波成分および前記モータ電流の７次高調波成分は、次式で表され、
【数２】
2013118318.tif 000043
この式において、Ｖ7は駆動電圧に重畳する７次高調波成分の振幅、Ｅ7はモータの誘起電圧７次高調波成分の振幅、θe7はモータの誘起電圧７次高調波成分の位相、Ｉ7はモータ電流７次高調波成分の振幅、θi7はモータ電流７次高調波成分の位相、Ｒaはモータの巻線抵抗、Ｌaはモータのインダクタンスをそれぞれ示し、
任意の運転条件において、Ｅfはモータの誘起電圧基本波成分、Ｉfはモータ電流基本波成分、ωreはモータ回転電気角速度、βvはモータ駆動電圧基本波成分の誘起電圧基本波成分に対する位相、βiはモータ電流基本波成分の誘起電圧に対する位相である
ことを特徴とする請求項９に記載のモータ駆動システム。
【請求項１１】
モータのモータ電流を検出する電流検出ステップと、
前記モータの磁極位置を検出する磁極位置検出ステップと、
前記モータ電流、前記磁極位置および外部から与えられる運転条件に基づいて、電圧指令を生成する制御ステップと、
前記電圧指令に基づいて、前記モータに駆動電圧を印加する電圧印加ステップと、を備え、
前記モータは、前記モータの駆動電圧波形が正弦波を台形波状に拡げた形状になるように、前記モータの誘起電圧の基本波成分に高調波成分が重畳されている
ことを特徴とするモータ駆動方法。
【請求項１２】
前記モータは、前記モータの駆動電圧波形が、正弦波を、その振幅ピーク値を低減した台形波状に拡げた形状になるように、前記モータの誘起電圧の基本波成分に高調波成分が重畳されている
ことを特徴とする請求項１１に記載のモータ駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば電動パワーステアリング装置等に用いられるモータを駆動するモータ駆動システムおよびモータ駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、モータの誘起電圧を、奇数次高調波が重畳された台形波（矩形波）状にすることにより、誘起電圧の波高値は同じまま基本波成分を大きくして、モータの出力を向上させる方法が知られている。【０００３】
このような方法として、誘起電圧に奇数次高調波を重畳して、誘起電圧の波形を平坦で拡がった形状にすることにより、モータの出力を向上させることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。【０００４】
また、異なる二相間の相間誘起電圧を台形波状とすることにより、相電流を台形波状にして、モータの出力を向上させることも提案されている（例えば、特許文献２参照）。
なお、高調波を重畳する等して、モータの誘起電圧を生成する方法については、これらの他にも様々な方法が研究されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１７４６９２号公報
【特許文献２】国際公開第２００８／０４７６９８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
特許文献１、２に記載された発明では、モータの誘起電圧波形および電流波形に着目して、モータの出力を向上させることが検討されているものの、モータを駆動する電圧印加部の電圧波形については、何等考慮されていないという問題がある。【０００７】
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、モータを駆動する電圧印加部の電圧波形を考慮して、モータの出力を向上させることができるモータ駆動システムおよびモータ駆動方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係るモータ駆動システムは、モータと、モータのモータ電流を検出する電流検出部と、モータの磁極位置を検出する磁極位置検出部と、モータ電流、磁極位置および外部から与えられる運転条件に基づいて、電圧指令を生成する制御部と、電圧指令に基づいて、モータに駆動電圧を印加する電圧印加部と、を備え、モータは、モータの駆動電圧波形が正弦波を台形波状に拡げた形状になるように、モータの誘起電圧の基本波成分に高調波成分が重畳されているものである。【０００９】
また、この発明に係るモータ駆動方法は、モータのモータ電流を検出する電流検出ステップと、モータの磁極位置を検出する磁極位置検出ステップと、モータ電流、磁極位置および外部から与えられる運転条件に基づいて、電圧指令を生成する制御ステップと、電圧指令に基づいて、モータに駆動電圧を印加する電圧印加ステップと、を備え、モータは、モータの駆動電圧波形が正弦波を台形波状に拡げた形状になるように、モータの誘起電圧の基本波成分に高調波成分が重畳されているものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明に係るモータ駆動システムおよびモータ駆動方法によれば、モータは、モータの駆動電圧波形が正弦波を台形波状に拡げた形状になるように、モータの誘起電圧の基本波成分に高調波成分が重畳されている。
そのため、モータを駆動する電圧印加部の電圧波形を考慮して、モータの誘起電圧に高調波成分を重畳することで、電圧印加部の電圧を有効利用して、モータの出力を向上できることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１に係るモータ駆動システムを示すブロック構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１と比較した従来技術（正弦波）のモータ動作波形を示す説明図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係るモータ駆動システムのモータ動作波形を示す説明図である。
【図４】この発明の実施の形態１と比較した従来技術（誘起電圧台形波）のモータ動作波形を示す説明図である。
【図５】この発明の実施の形態１と比較した従来技術（モータ電流台形波）のモータ動作波形を示す説明図である。
【図６】この発明の実施の形態１と比較した従来技術（誘起電圧台形波・モータ電流台形波）のモータ動作波形を示す説明図である。
【図７】この発明の実施の形態２に係るモータ駆動システムを示すブロック構成図である。
【図８】この発明の実施の形態２に係るモータ駆動システムにおいて、電圧印加部の出力電圧の基本波成分を最も大きくすることができる駆動電圧波形を示す説明図である。
【図９】この発明の実施の形態２に係るモータ駆動システムのモータ動作波形を示す説明図である。
【図１０】この発明の実施の形態３に係るモータ駆動システムを示すブロック構成図である。
【図１１】この発明の実施の形態３に係るモータ駆動システムにおいて、駆動電圧に５次・７次高調波成分を重畳した場合の駆動電圧の出力向上を示す説明図である。
【図１２】図１１において、駆動電圧に重畳された５次・７次高調波成分の重畳量を示す説明図である。
【図１３】この発明の実施の形態３に係るモータ駆動システムにおいて、駆動電圧に５次・７次高調波成分を重畳する前後の駆動電圧波形を示す説明図である。
【図１４】この発明の実施の形態３に係るモータ駆動システムにおいて、駆動電圧に重畳される５次・７次高調波成分の位相と駆動電圧の出力向上との関係を示す説明図である。
【図１５】この発明の実施の形態３に係るモータ駆動システムのモータ動作波形を示す説明図である。
【図１６】この発明の実施の形態４に係るモータ駆動システムを示すブロック構成図である。
【図１７】この発明の実施の形態４に係るモータ駆動システムにおいて、駆動電圧に５次高調波成分を重畳した場合の駆動電圧の出力向上を示す説明図である。
【図１８】この発明の実施の形態４に係るモータ駆動システムにおいて、駆動電圧に５次高調波成分を重畳する前後の駆動電圧波形を示す説明図である。
【図１９】この発明の実施の形態４に係るモータ駆動システムにおいて、駆動電圧に重畳される５次高調波成分の位相と駆動電圧の出力向上との関係を示す説明図である。
【図２０】この発明の実施の形態４に係るモータ駆動システムのモータ動作波形を示す説明図である。
【図２１】この発明の実施の形態４と比較した従来技術のモータ動作波形を示す説明図である。
【図２２】この発明の実施の形態５に係るモータ駆動システムを示すブロック構成図である。
【図２３】この発明の実施の形態５に係るモータ駆動システムにおいて、駆動電圧に７次高調波成分を重畳した場合の駆動電圧の出力向上を示す説明図である。
【図２４】この発明の実施の形態５に係るモータ駆動システムにおいて、駆動電圧に７次高調波成分を重畳する前後の駆動電圧波形を示す説明図である。
【図２５】この発明の実施の形態５に係るモータ駆動システムにおいて、駆動電圧に重畳される７次高調波成分の位相と駆動電圧の出力向上との関係を示す説明図である。
【図２６】この発明の実施の形態５に係るモータ駆動システムのモータ動作波形を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、この発明に係るモータ駆動システムおよびモータ駆動方法の好適な実施の形態につき図面を用いて説明するが、各図において同一、または相当する部分については、同一符号を付して説明する。
【００１３】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係るモータ駆動システムを示すブロック構成図である。図１において、このモータ駆動システムは、モータ１、電流検出部２、磁極位置検出部３、制御部４および電圧印加部５を備えている。
【００１４】
モータ１は、回転子に永久磁石が用いられた三相同期モータであり、その誘起電圧には、後述するような高調波成分が重畳されている。電流検出部２は、モータ１のモータ電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを検出して制御部４に出力する。磁極位置検出部３は、モータ１の磁極位置θｒｅを検出して制御部４に出力する。
【００１５】
制御部４は、モータ電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ、磁極位置θｒｅおよび外部から与えられる運転条件に基づいて、電圧印加部５に三相電圧指令ｖｕ１*、ｖｖ１*、ｖｗ１*を出力する。電圧印加部５は、電圧指令ｖｕ１*、ｖｖ１*、ｖｗ１*に基づいて、モータ１に駆動電圧を供給する。以下、電流検出部２、制御部４および電圧印加部５の機能について詳細に説明する。
【００１６】
電流検出部２は、モータ１のモータ電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを検出する。なお、図１では、電流を三相とも検出しているが、二相分を検出し、三相電流の和が０であることを利用して、三相電流を求めてもよい。また、インバータ母線電流やスイッチング素子に流れる電流とスイッチング素子の状態とに基づいて、三相電流を演算してもよい。
【００１７】
制御部４は、トルク制御器４１、三相・二相変換器４２、第１座標変換器４３、電流制御器４４、第２座標変換器４５および二相・三相変換器４６を有している。トルク制御器４１は、外部から与えられる所望のトルク（運転条件）に基づいて、モータ１の磁極位置θｒｅに同期した回転座標上のＤ軸電流指令ｉｄ*、Ｑ軸電流指令ｉｑ*を生成する。なお、外部から与えられる所望の速度（運転条件）に基づいて、電流指令ｉｄ*、ｉｑ*を生成する速度制御器を用いてもよい。
【００１８】
三相・二相変換器４２は、モータ電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを、静止二軸座標上の電流ｉα、ｉβに変換する。第１座標変換器４３は、静止二軸座標上の電流ｉα、ｉβを、回転座標上のＤ軸電流ｉｄ、Ｑ軸電流ｉｑに変換する。電流制御器４４は、Ｄ軸電流指令ｉｄ*とＤ軸電流ｉｄとの差分、およびＱ軸電流指令ｉｑ*とＱ軸電流ｉｑとの差分を、それぞれ例えば比例積分制御して、Ｄ軸電圧指令ｖｄ*、Ｑ軸電圧指令ｖｑ*を生成する。
【００１９】
第２座標変換器４５は、回転座標上の電圧指令ｖｄ*、ｖｑ*を、静止二軸座標上の電圧指令ｖα*、ｖβ*に変換する。二相・三相変換器４６は、静止二軸座標上の電圧指令ｖα*、ｖβ*を、電圧指令ｖｕ１*、ｖｖ１*、ｖｗ１*に変換する。
【００２０】
電圧印加部５は、電圧指令ｖｕ１*、ｖｖ１*、ｖｗ１*に基づいて、インバータ等の電力変換装置により、モータ１に駆動電圧を供給する。電圧印加部５の出力可能な最大電圧は、入力として直流電源やバッテリを用いた場合には、その直流電圧によって制限され、ダイオードやスイッチング素子を含む変換器を用いた場合には、交流入力電圧や変換器の定格等によって制限される。ここで、出力する駆動電圧の線間電圧波高値の最大値は、Ｖｌｉｍであるとする。
【００２１】
次に、従来技術と比較しながら、このモータ駆動システムの動作について説明する。まず、従来の、モータの誘起電圧が正弦波状である一般的な場合について説明する。図１に示した電圧印加部５の出力電圧が最大となる運転条件の中から選択した、ある運転条件でのモータ動作波形を図２に示す。図２より、電圧印加部の出力する駆動電圧は、線間電圧波高値が最大値Ｖｌｉｍに達しており、これによってモータの出力が制限されていることが分かる。
【００２２】
続いて、上記と同じ運転条件における、この発明の実施の形態１に係るモータ駆動システムのモータ動作波形を図３に示す。ここでは、駆動電圧がほぼ台形波状になるように、モータ１の誘起電圧に高調波成分が重畳されている。また、駆動電圧の基本波成分、誘起電圧の基本波成分およびモータ電流は、一般的な場合である図２のものと等しい。
【００２３】
図３より、駆動電圧は、基本波成分を等しく保ったまま、その振幅ピーク値が線間電圧波高値の最大値Ｖｌｉｍよりも小さくなっていることが分かる。すなわち、この発明の実施の形態１では、モータ１の誘起電圧が正弦波状である一般的な場合と比較して、電圧印加部５の出力電圧を有効利用して、モータ１の出力を向上させることができる。
【００２４】
ここで、この発明の実施の形態１の設計方法および動作理論について説明する。まず、モータ１の電圧方程式は、静止二軸座標上において次式（１−１）で表される。
【００２５】
【数１】
2013118318.tif 000003
【００２６】
式（１−１）において、Ｒaはモータの巻線抵抗、Ｌaはモータのインダクタンス、ｖα，ｖβは静止二軸座標上の駆動電圧、ｉα，ｉβは静止二軸座標上のモータ電流、ｅα，ｅβは静止二軸座標上のモータの誘起電圧をそれぞれ示している。
【００２７】
また、式（１−１）の基本波成分を次式（１−２）に示し、高調波成分を次式（１−３）に示す。
【００２８】
【数２】
2013118318.tif 000004
【００２９】
【数３】
2013118318.tif 000005
【００３０】
ここで、モータ電流が正弦波状であり、高調波成分が０であるとすると、高調波成分に関する式（１−３）は、次式（１−４）となる。
【００３１】
【数４】
2013118318.tif 000006
【００３２】
したがって、任意に選択した、出力を向上させたい運転条件において、駆動電圧を台形波状にするための高調波成分と等しい高調波成分が、モータ１の誘起電圧に重畳されるようにすればよいことが分かる。
【００３３】
次に、上記と同じ運転条件において、誘起電圧を、その基本波成分を等しく保ったまま台形波状にした場合のモータ動作波形を図４に示す。図４より、誘起電圧は、台形波状になっているが、モータの駆動電圧は、台形波状になっていないことが分かる。
【００３４】
これは、上記式（１−１）〜（１−３）のように、駆動電圧と誘起電圧とは、モータ巻線抵抗およびインダクタンスによる電圧降下分だけ位相がずれているためである。このとき、図４に示すように、駆動電圧の振幅波高値が増加して波高値が最大値Ｖｌｉｍを超えるが、最大値Ｖｌｉｍを超えた電圧分は、電圧印加部では出力できないので、実際の電圧印加部の出力電圧およびモータの出力は低下する。
【００３５】
また、上記と同じ運転条件において、モータ電流を、その基本波成分を等しく保ったまま台形波状にした場合のモータ動作波形を図５に示す。図５より、モータ電流は、台形波状になっているが、モータの駆動電圧には、大きな高調波成分が重畳して波高値が最大値Ｖｌｉｍを大きく超えていることが分かる。
【００３６】
これは、モータ電流を高調波成分が含まれた台形波状にするために、特に高調波成分のインダクタンスの電圧下降分が大きくなるためである。したがって、実際の電圧印加部の出力電圧およびモータの出力は大きく低下する。
【００３７】
さらに、上記と同じ運転条件において、誘起電圧およびモータ電流を、それぞれの基本波成分を等しく保ったまま、ともに台形波状にした場合のモータ動作波形を図６に示す。図６より、誘起電圧およびモータ電流は、ともに台形波状になっているが、モータの駆動電圧は、台形波状とならず、波高値が最大値Ｖｌｉｍを大きく超えていることが分かる。
【００３８】
これは、上述したように、駆動電圧と誘起電圧とは、モータ巻線抵抗およびインダクタンスによる電圧降下分だけ位相がずれていること、およびモータ電流を高調波成分が含まれた台形波状にするために、特に高調波成分のインダクタンスの電圧下降分が大きくなるためである。この場合も、駆動電圧の波高値が最大値Ｖｌｉｍを超えるので、実際の電圧印加部の出力電圧およびモータの出力は低下する。
【００３９】
以上、従来技術のようにモータの誘起電圧を台形波状にしても、モータの駆動電圧は、台形波状にならず、電圧印加部の出力電圧制限を考慮すると、モータの出力が向上しないことを示した。また、モータ電流や、モータの誘起電圧およびモータ電流を台形波状にした場合についても、電圧印加部の出力電圧制限を考慮すると、モータの出力が向上しないことを示した。
【００４０】
これに対して、この発明の実施の形態１では、モータ１の駆動電圧が台形波状になるように、モータ１の誘起電圧に高調波成分が重畳されているので、電圧印加部５の出力電圧を有効に利用して、モータ１の出力を向上させることができる。
【００４１】
以上のように、実施の形態１によれば、モータは、モータの駆動電圧波形が正弦波を台形波状に拡げた形状になるように、モータの誘起電圧の基本波成分に高調波成分が重畳されている。
そのため、モータを駆動する電圧印加部の電圧波形を考慮して、モータの誘起電圧に高調波成分を重畳することで、電圧印加部の電圧を有効利用して、モータの出力を向上できることができる。
【００４２】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、電圧印加部５の出力電圧制限を考慮して、モータ１の駆動電圧を台形波状にすることで、モータ１の出力を向上させることを示した。この実施の形態２では、電圧印加部５の出力電圧をさらに有効利用して、モータ１Ａの出力を向上させることを示す。
【００４３】
図７は、この発明の実施の形態２に係るモータ駆動システムを示すブロック構成図である。図７において、このモータ駆動システムは、図１に示したモータ１および磁極位置検出部３に代えて、モータ１Ａおよび磁極位置検出部３Ａを備えている。モータ１Ａには、上記実施の形態１とは異なる高調波成分が重畳される。
【００４４】
磁極位置検出部３Ａは、例えば国際公開２００２／０９１５５８号に示された方法により、モータ１Ａの磁極位置θｒｅを推定する。概要について説明すると、磁極位置検出部３Ａは、回転座標上の電圧指令ｖｄ*、ｖｑ*、回転座標上の電流ｉｄ、ｉｑ、モータモデルおよび定数、並びに推定したモータ１Ａの推定速度および磁極位置に基づいて、モータ１Ａの推定電流、推定磁束、推定速度および磁極位置を演算する。
【００４５】
また、磁極位置検出部３Ａは、推定電流と回転座標上の電流ｉｄ、ｉｑとの誤差である推定電流誤差が０に収束するように、推定電流誤差と推定磁束とに基づいて、推定速度および磁極位置を演算し、推定磁極位置θｒｅを出力する。なお、磁極位置検出部として、電圧や電流とモータモデルとから磁極位置を推定するような構成を採用してもよい。
【００４６】
ここで、電圧印加部５の出力可能な最大電圧は、上記実施の形態１で説明したように、出力する駆動電圧の線間電圧波高値の最大値Ｖｌｉｍであるとする。この場合において、電圧印加部５の出力電圧の基本波成分を最も大きくすることができる電圧波形を図８に示す。このとき、その基本波成分は、図２に示した駆動電圧のような正弦波状で振幅波高値がＶｌｉｍの場合と比較して、約１０％向上する。
【００４７】
この発明の実施の形態２では、出力を向上させたい任意の運転条件において、駆動電圧が図８に示した形状になるように、モータ１Ａの誘起電圧に高調波成分が重畳されている。この場合のモータ動作波形を図９に示す。なお、比較のために、基本波成分が上記実施の形態１と等しくなる場合について示している。
【００４８】
図９より、駆動電圧は、図３に示した駆動電圧を台形波状にした場合の動作波形よりも、振幅ピーク値が低減されていることが分かる。すなわち、この発明の実施の形態２では、モータ１Ａの誘起電圧が台形波状である場合よりも、さらに電圧印加部５の出力電圧を有効利用して、モータ１Ａの出力を大きく向上させることができる。
【００４９】
実施の形態３．
上記実施の形態１では、電圧印加部５の出力電圧制限を考慮して、モータ１の駆動電圧を台形波状にすることで、モータ１の出力を向上させることを示した。この実施の形態３では、５次・７次高調波成分を重畳して、モータ１Ｂの出力を向上させることを示す。
【００５０】
図１０は、この発明の実施の形態３に係るモータ駆動システムを示すブロック構成図である。図１０において、このモータ駆動システムは、図１に示したモータ１および磁極位置検出部３に代えて、モータ１Ｂおよび磁極位置検出部３Ｂを備えている。モータ１Ｂには、上記実施の形態１とは異なる高調波成分が重畳される。
【００５１】
磁極位置検出部３Ｂは、位置推定用電圧発生器３１および位置推定器３２を有し、例えば国際公開２００９／０４０９６５号に示された方法により、モータ１Ｂの磁極位置θｒｅを推定する。概要について説明すると、位置推定用電圧発生器３１は、モータ１Ｂの磁極位置を推定するために、三相電圧指令ｖｕ１*、ｖｖ１*、ｖｗ１*とは周波数の異なる位置推定用電圧指令ｖｕ２*、ｖｖ２*、ｖｗ２*を出力する。
【００５２】
これにより、電圧指令ｖｕ１*、ｖｖ１*、ｖｗ１*に電圧指令ｖｕ２*、ｖｖ２*、ｖｗ２*を加えたものが新たな電圧指令ｖｕ３*、ｖｖ３*、ｖｗ３*となり、電圧印加部５からモータ１Ｂに出力される。このとき、モータ１Ｂのモータ電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗには、位置推定用電圧指令ｖｕ２*、ｖｖ２*、ｖｗ２*と同一の周波数成分が含まれている。
【００５３】
位置推定器３２は、モータ電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗに含まれる位置推定用電圧指令ｖｕ２*、ｖｖ２*、ｖｗ２*の周波数成分の振幅が、モータ１Ｂの位置に応じて余弦関数的に変化することを利用してモータ１Ｂの磁極位置を推定し、推定磁極位置θｒｅを出力する。なお、磁極位置検出部として、位置推定用電圧指令を印加した場合に、モータ電流に含まれる同一の周波数成分から磁極位置を推定するような構成を採用してもよい。
【００５４】
以下、５次・７次高調波成分を重畳することの効果について説明する。まず、モータ１Ｂの駆動電圧の基本波成分であるＶf、５次高調波成分であるＶ5および７次高調波成分であるＶ7を、それぞれ次式（３−１）〜（３−３）で表す。ここで、この発明の各実施の形態では、電圧位相が、すべて三相電圧基準で表現されている。
【００５５】
【数５】
2013118318.tif 000007
【００５６】
【数６】
2013118318.tif 000008
【００５７】
【数７】
2013118318.tif 000009
【００５８】
式（３−１）〜（３−３）において、Ｖfはモータの駆動電圧の基本波成分の振幅、βvはモータの駆動電圧の基本波成分の誘起電圧基本波成分に対する位相、Ｖ5はモータの駆動電圧の５次高調波成分の振幅、θv5はモータの駆動電圧の５次高調波成分の位相、θv5vfはモータの駆動電圧の５次高調波成分の基本波成分に対する位相、Ｖ7はモータの駆動電圧の７次高調波成分の振幅、θv7はモータの駆動電圧の７次高調波成分の位相、θv7vfはモータの駆動電圧の７次高調波成分の基本波成分に対する位相をそれぞれ示している。
【００５９】
５次・７次高調波成分を重畳することにより、モータ１Ｂの駆動電圧の出力が向上する様子を図１１に示す。ただし、モータ１Ｂの駆動電圧の５次高調波成分の基本波成分に対する位相θv5vfおよび７次高調波成分の基本波成分に対する位相θv7vfを、０としている。
【００６０】
図１１において、横軸は、重畳した５次・７次高調波成分の振幅Ｖ5、Ｖ7の絶対値の和を、基本波成分Ｖfに対するパーセント表示で示している。また、縦軸は、出力向上を示し、出力向上は、５次・７次高調波成分を重畳することにより、波高値がｋ57倍になった場合には、出力が１／ｋ57倍になると換算している。
【００６１】
また、図１１の横軸である、重畳した５次・７次高調波成分の振幅Ｖ5、Ｖ7の絶対値の和に対して、５次高調波成分Ｖ5および７次高調波成分Ｖ7をそれぞれ重畳した量を図１２に示す。
【００６２】
さらに、重畳した５次・７次高調波成分の振幅Ｖ5、Ｖ7の絶対値の和が１２．５％である場合について、５次・７次高調波成分を重畳する前後のモータ１Ｂの駆動電圧波形を図１３に示す。図１３より、波高値が低減されているので、基本波成分を大きくできることが分かる。
【００６３】
また、モータ１Ｂの駆動電圧の５次高調波成分の基本波成分に対する位相θv5vfおよび７次高調波成分の基本波成分に対する位相θv7vfを、θv5vf＝θv7vfとして変化させた場合の出力電圧の向上度を図１４に示す。ただし、重畳する５次・７次高調波成分の振幅Ｖ5、Ｖ7の絶対値の和を１２．５％とした。
【００６４】
図１４より、５次・７次高調波成分の基本波成分に対する位相が、三相電圧基準で０度の場合において、出力電圧向上の効果が最も大きいことが分かる。また、位相が±６０度の範囲であれば、出力電圧を向上させることができるので、±３０度（ほぼ０度）の範囲であれば、最大時の約半分の出力電圧向上の効果が期待できる。
【００６５】
この発明の実施の形態３では、出力を向上させたい任意の運転条件において、駆動電圧に、その基本波成分の位相に対してほぼ０度の位相で、５次・７次高調波成分が重畳されるように、モータ１Ｂの誘起電圧に５次・７次高調波成分が重畳されている。この場合のモータ動作波形を図１５に示す。ただし、重畳する５次・７次高調波成分の振幅Ｖ5、Ｖ7の絶対値の和を１２．５％とした。なお、比較のために、基本波成分が上記実施の形態１と等しくなる場合について示している。
【００６６】
図１５より、駆動電圧は、図２に示したモータ１Ｂの誘起電圧が正弦波状である一般的な場合の動作波形よりも、振幅ピーク値が低減されていることが分かる。すなわち、この発明の実施の形態３では、モータ１Ｂの誘起電圧が正弦波状である一般的な場合と比較して、電圧印加部５の出力電圧を有効利用して、モータ１Ｂの出力を向上させることができる。
【００６７】
また、上記実施の形態１、２では、モータの誘起電圧に重畳される高調波成分が急峻に変化するようにモータまたはモータ制御系を設計する必要がある。これに対して、この発明の実施の形態３によれば、５次・７次高調波成分を重畳するというより簡易な方法を用いて、効果的に、電圧印加部５の出力電圧を有効利用して、モータ１Ｂの出力を向上させることができる。
【００６８】
実施の形態４．
上記実施の形態１〜３では、モータ電流を正弦波状としたが、誘起電圧に高調波成分を重畳した場合には、トルクリップルが発生する。この実施の形態４では、トルクリップルを抑制したまま、モータ１Ｃの出力を向上させることを示す。
【００６９】
図１６は、この発明の実施の形態４に係るモータ駆動システムを示すブロック構成図である。図１６において、このモータ駆動システムは、図１に示したモータ１に代えて、モータ１Ｃを備えている。また、このモータ駆動システムは、図１に示したモータ駆動システムに加えて、トルクリップル抑制部６を備えている。モータ１Ｃには、上記実施の形態１とは異なる高調波成分が重畳される。
【００７０】
この発明の実施の形態４では、モータ１Ｃの誘起電圧に、５次高調波成分を重畳する。まず、５次高調波成分を重畳することの効果について説明する。５次高調波成分を重畳することにより、モータ１Ｃの駆動電圧の出力が向上する様子を図１７に示す。ただし、モータ１Ｃの駆動電圧の５次高調波成分の基本波成分に対する位相θv5vfを、０としている。
【００７１】
図１７において、横軸は、重畳した５次高調波成分の振幅Ｖ5を、基本波成分Ｖfに対するパーセント表示で示している。また、縦軸は、出力向上を示し、出力向上は、５次高調波成分を重畳することにより、波高値がｋ5倍になった場合には、出力が１／ｋ5倍になると換算している。
【００７２】
さらに、重畳した５次高調波成分の振幅Ｖ5が５％である場合について、５次高調波成分を重畳する前後のモータ１Ｃの駆動電圧波形を図１８に示す。図１８より、波高値が低減されているので、基本波成分を大きくできることが分かる。
【００７３】
また、モータ１Ｃの駆動電圧の５次高調波成分の基本波成分に対する位相θv5vfを変化させた場合の出力電圧の向上度を図１９に示す。ただし、重畳する５次高調波成分の振幅Ｖ5を５％とした。
【００７４】
図１９より、５次高調波成分の基本波成分に対する位相が、三相電圧基準で０度の場合において、出力電圧向上の効果が最も大きいことが分かる。また、位相が±６０度の範囲であれば、出力電圧を向上させることができるので、±３０度（ほぼ０度）の範囲であれば、最大時の約半分の出力電圧向上の効果が期待できる。
【００７５】
続いて、トルクリップルを抑制しつつ、モータ１Ｃの駆動電圧に、その基本波成分の位相に対してほぼ０度の位相で、５次高調波成分が重畳されるように、モータ１Ｃの誘起電圧に高調波成分を重畳する方法について説明する。
【００７６】
まず、モータ１Ｃの誘起電圧の基本波成分であるＥfおよびモータ電流の基本波成分であるＩfを、それぞれ次式（４−１）、（４−２）で表す。
【００７７】
【数８】
2013118318.tif 000010
【００７８】
【数９】
2013118318.tif 000011
【００７９】
式（４−１）、（４−２）において、Ｒaはモータ巻線抵抗、Ｌaはモータインダクタンス、Φはモータ磁束、ωreはモータ回転電気角速度、θreはモータ磁極位置、ＩdはモータＤ軸電流、ＩqはモータＱ軸電流、βiはモータ電流基本波成分の誘起電圧に対する位相をそれぞれ示している。
【００８０】
また、三相座標上から静止二軸座標上に変換する行列であるＣおよびその逆行列であるＣinvを、それぞれ次式（４−３）、（４−４）で表す。
【００８１】
【数１０】
2013118318.tif 000012
【００８２】
【数１１】
2013118318.tif 000013
【００８３】
次に、モータ１Ｃの誘起電圧に重畳する５次高調波成分であるＥ5およびモータ電流の５次高調波成分であるＩ5を、それぞれ次式（４−５）、（４−６）で表す。
【００８４】
【数１２】
2013118318.tif 000014
【００８５】
【数１３】
2013118318.tif 000015
【００８６】
式（４−５）、（４−６）において、Ｅ5はモータの誘起電圧５次高調波成分の振幅、θe5はモータの誘起電圧５次高調波成分の位相、Ｉ5はモータ電流５次高調波成分の振幅、θi5はモータ電流５次高調波成分の位相をそれぞれ示している。
【００８７】
ここで、モータ１Ｃの出力電力を演算すると、次式（４−７）で表される。
【００８８】
【数１４】
2013118318.tif 000016
【００８９】
したがって、６θre成分のトルクリップルを相殺する条件は、次式（４−８）で表される。
【００９０】
【数１５】
2013118318.tif 000017
【００９１】
また、静止二軸座標上におけるモータ１Ｃの誘起電圧の５次高調波成分であるＥαβ5、モータ電流の５次高調波成分であるＩαβ5およびモータ１Ｃの駆動電圧の５次高調波成分であるＶαβ5は、それぞれ次式（４−９）〜（４−１１）のように演算できる。
【００９２】
【数１６】
2013118318.tif 000018
【００９３】
【数１７】
2013118318.tif 000019
【００９４】
【数１８】
2013118318.tif 000020
【００９５】
ここで、モータ１Ｃの駆動電圧の５次高調波成分Ｖαβ5を、モータ１Ｃの誘起電圧の５次高調波成分Ｅαβ5の位相を基準として表すと、次式（４−１２）となる。
【００９６】
【数１９】
2013118318.tif 000021
【００９７】
式（４−１２）において、Ｖαβ5E5はＥαβ5の位相を基準としたモータ駆動電圧５次高調波成分、Ｉαβ5E5はＥαβ5の位相を基準としたモータ電流５次高調波成分、Ｅαβ5E5はＥαβ5の位相を基準としたモータの誘起電圧５次高調波成分をそれぞれ示している。
【００９８】
また、式（４−１２）を、式（４−８）〜（４−１０）を用いて展開すると、次式（４−１３）となる。
【００９９】
【数２０】
2013118318.tif 000022
【０１００】
このことから、モータ１Ｃの誘起電圧に重畳すべき誘起電圧の大きさＥ5は、モータ１Ｃの駆動電圧に重畳する５次高調波成分の振幅Ｖ5に対して、次式（４−１４）を解くことで求められる。
【０１０１】
【数２１】
2013118318.tif 000023
【０１０２】
ここで、式（４−１４）を解くと、次式（４−１５）が得られる。
【０１０３】
【数２２】
2013118318.tif 000024
【０１０４】
また、モータ１Ｃの駆動電圧に重畳する５次高調波成分の振幅Ｖ5とモータ１Ｃの誘起電圧に重畳すべき誘起電圧の大きさＥ5との位相差は、次式（４−１６）で表される。
【０１０５】
【数２３】
2013118318.tif 000025
【０１０６】
また、モータ１Ｃの誘起電圧に重畳すべき誘起電圧の位相θe5は、モータ１Ｃの駆動電圧の５次高調波成分の位相であるθv5が、その基本波成分に対して０になるようにする。すなわち、モータ１Ｃの駆動電圧の５次高調波成分の位相θv5は、次式（４−１７）で表される。
【０１０７】
【数２４】
2013118318.tif 000026
【０１０８】
したがって、モータ１Ｃの誘起電圧に重畳すべき誘起電圧の位相θe5は、次式（４−１８）で表される。
【０１０９】
【数２５】
2013118318.tif 000027
【０１１０】
なお、トルクリップルを相殺するためのモータ電流の５次高調波成分は、上記式（４−８）で表されたものである。
【０１１１】
続いて、トルクリップル抑制部６の機能について説明する。トルクリップル抑制部６は、三相・二相変換器６１および座標変換器６２を有し、モータ１Ｃのトルクリップルを抑制するモータ電流Ｉ5を、三相・二相変換器６１および座標変換器６２を用いて、モータ１Ｃの磁極位置θｒｅに同期した回転座標上の電流指令ｉｄ５*、ｉｑ５*に変換し、トルク制御器４１の生成する電流指令ｉｄ*、ｉｑ*に加算する。
【０１１２】
この発明の実施の形態４では、出力を向上させたい任意の運転条件において、トルクリップルを０にするモータ電流を通電する場合に、駆動電圧に、その基本波成分の位相に対してほぼ０度の位相で、５次高調波成分が重畳されるように、モータ１Ｃの誘起電圧に５次高調波成分が重畳されている。この場合のモータ動作波形を図２０に示す。ただし、重畳する５次高調波成分の振幅Ｖ5を５％とした。なお、比較のために、同じ運転条件で、高調波成分を重畳しない場合のモータ動作波形を図２１に示す。
【０１１３】
図２０より、駆動電圧は、高調波成分を重畳しない図２１に示したものよりも、波高値が低減されていることが分かる。すなわち、この発明の実施の形態４では、モータ１Ｃの誘起電圧およびモータ電流が正弦波状である一般的な場合と比較して、電圧印加部５の出力電圧を有効利用して、モータ１Ｃの出力を向上させることができる。さらに、モータ１Ｃの誘起電圧およびモータ電流には、５次高調波成分が含まれているが、トルクは一定、すなわちトルクリップルは０に抑制されている。
【０１１４】
以上のように、この発明の実施の形態４では、トルクリップルを０に抑制したまま、電圧印加部５の出力電圧を有効利用して、モータ１Ｃの出力を向上させることができる。また、この発明の実施の形態４では、５次高調波成分のみを重畳するという簡易な方法を用いて、効果的に、電圧印加部５の出力電圧を有効利用して、モータ１Ｃの出力を向上させることができる。
【０１１５】
実施の形態５．
この実施の形態５では、上記実施の形態４と同様に、トルクリップルを抑制したまま、モータ１Ｄの出力を向上させることを示す。
【０１１６】
図２２は、この発明の実施の形態５に係るモータ駆動システムを示すブロック構成図である。図２２において、このモータ駆動システムは、図１に示したモータ１に代えて、モータ１Ｄを備えている。また、このモータ駆動システムは、図１に示したモータ駆動システムに加えて、トルクリップル抑制部６Ｄを備えている。モータ１Ｄには、上記実施の形態１とは異なる高調波成分が重畳される。
【０１１７】
この発明の実施の形態５では、モータ１Ｄの誘起電圧に、７次高調波成分を重畳する。まず、７次高調波成分を重畳することの効果について説明する。７次高調波成分を重畳することにより、モータ１Ｄの駆動電圧の出力が向上する様子を図２３に示す。ただし、モータ１Ｄの駆動電圧の７次高調波成分の基本波成分に対する位相θv7vfを、０としている。
【０１１８】
図２３において、横軸は、重畳した７次高調波成分の振幅Ｖ7を、基本波成分Ｖfに対するパーセント表示で示している。また、縦軸は、出力向上を示し、出力向上は、７次高調波成分を重畳することにより、波高値がｋ7倍になった場合には、出力が１／ｋ7倍になると換算している。
【０１１９】
さらに、重畳した７次高調波成分の振幅Ｖ7が２．５％である場合について、７次高調波成分を重畳する前後のモータ１Ｄの駆動電圧波形を図２４に示す。図２４より、波高値が低減されているので、基本波成分を大きくできることが分かる。
【０１２０】
また、モータ１Ｄの駆動電圧の７次高調波成分の基本波成分に対する位相θv7vfを変化させた場合の出力電圧の向上度を図２５に示す。ただし、重畳する７次高調波成分の振幅Ｖ7を２．５％とした。
【０１２１】
図２５より、７次高調波成分の基本波成分に対する位相が、三相電圧基準で１８０度の場合において、出力電圧向上の効果が最も大きいことが分かる。また、位相が１８０±６０度の範囲であれば、出力電圧を向上させることができるので、１８０±３０度（ほぼ１８０度）の範囲であれば、最大時の約半分の出力電圧向上の効果が期待できる。
【０１２２】
続いて、トルクリップルを抑制しつつ、モータ１Ｄの駆動電圧に、その基本波成分の位相に対してほぼ１８０度の位相で、７次高調波成分が重畳されるように、モータ１Ｄの誘起電圧に高調波成分を重畳する方法について説明する。
【０１２３】
まず、モータ１Ｄの誘起電圧に重畳する７次高調波成分であるＥ7およびモータ電流の７次高調波成分であるＩ7を、それぞれ次式（５−１）、（５−２）で表す。
【０１２４】
【数２６】
2013118318.tif 000028
【０１２５】
【数２７】
2013118318.tif 000029
【０１２６】
式（５−１）、（５−２）において、Ｅ7はモータの誘起電圧７次高調波成分の振幅、θe7はモータの誘起電圧７次高調波成分の位相、Ｉ7はモータ電流７次高調波成分の振幅、θi7はモータ電流７次高調波成分の位相をそれぞれ示している。
【０１２７】
ここで、モータ１Ｄの出力電力を演算すると、次式（５−３）で表される。
【０１２８】
【数２８】
2013118318.tif 000030
【０１２９】
したがって、６θre成分のトルクリップルを相殺する条件は、次式（５−４）で表される。
【０１３０】
【数２９】
2013118318.tif 000031
【０１３１】
また、静止二軸座標上におけるモータ１Ｄの誘起電圧の７次高調波成分であるＥαβ7、モータ電流の７次高調波成分であるＩαβ7およびモータ１Ｄの駆動電圧の７次高調波成分であるＶαβ7は、それぞれ次式（５−５）〜（５−７）のように演算できる。
【０１３２】
【数３０】
2013118318.tif 000032
【０１３３】
【数３１】
2013118318.tif 000033
【０１３４】
【数３２】
2013118318.tif 000034
【０１３５】
ここで、モータ１Ｄの駆動電圧の７次高調波成分Ｖαβ7を、モータ１Ｄの誘起電圧の７次高調波成分Ｅαβ7の位相を基準として表すと、次式（５−８）となる。
【０１３６】
【数３３】
2013118318.tif 000035
【０１３７】
式（５−８）において、Ｖαβ7E7はＥαβ7の位相を基準としたモータ駆動電圧７次高調波成分、Ｉαβ7E7はＥαβ7の位相を基準としたモータ電流７次高調波成分、Ｅαβ7E7はＥαβ7の位相を基準としたモータの誘起電圧７次高調波成分をそれぞれ示している。
【０１３８】
また、式（５−８）を、式（５−４）〜（５−６）を用いて展開すると、次式（５−１９）となる。
【０１３９】
【数３４】
2013118318.tif 000036
【０１４０】
このことから、モータ１Ｄの誘起電圧に重畳すべき誘起電圧の大きさＥ7は、モータ１Ｄの駆動電圧に重畳する７次高調波成分の振幅Ｖ7に対して、次式（５−１０）を解くことで求められる。
【０１４１】
【数３５】
2013118318.tif 000037
【０１４２】
ここで、式（５−１０）を解くと、次式（５−１１）が得られる。
【０１４３】
【数３６】
2013118318.tif 000038
【０１４４】
また、モータ１Ｄの駆動電圧に重畳する７次高調波成分の振幅Ｖ7とモータ１Ｄの誘起電圧に重畳すべき誘起電圧の大きさＥ7との位相差は、次式（５−１２）で表される。
【０１４５】
【数３７】
2013118318.tif 000039
【０１４６】
また、モータ１Ｄの誘起電圧に重畳すべき誘起電圧の位相θe7は、モータ１Ｄの駆動電圧の７次高調波成分の位相であるθv7が、その基本波成分に対して１８０度になるようにする。すなわち、モータ１Ｄの駆動電圧の７次高調波成分の位相θv7は、次式（５−１３）で表される。
【０１４７】
【数３８】
2013118318.tif 000040
【０１４８】
したがって、モータ１Ｄの誘起電圧に重畳すべき誘起電圧の位相θe7は、次式（５−１４）で表される。
【０１４９】
【数３９】
2013118318.tif 000041
【０１５０】
なお、トルクリップルを相殺するためのモータ電流の７次高調波成分は、上記式（５−４）で表されたものである。
【０１５１】
続いて、トルクリップル抑制部６Ｄの機能について説明する。トルクリップル抑制部６Ｄは、トルクリップルを抑制し、かつモータ１Ｄの駆動電圧の波高値を低減できる高調波成分Ｖ7（ｖｕ７、ｖｖ７、ｖｗ７）を、三相電圧指令ｖｕ１*、ｖｖ１*、ｖｗ１*に加算する。
【０１５２】
この発明の実施の形態５では、出力を向上させたい任意の運転条件において、トルクリップルを０にするモータ電流を通電する場合に、駆動電圧に、その基本波成分の位相に対してほぼ１８０度の位相で、７次高調波成分が重畳されるように、モータ１Ｄの誘起電圧に７次高調波成分が重畳されている。この場合のモータ動作波形を図２６に示す。ただし、重畳する７次高調波成分の振幅Ｖ7を２．５％とした。なお、比較のため、運転条件は、実施の形態４と同様とする。
【０１５３】
図２６より、駆動電圧は、高調波成分を重畳しない図２１に示したものよりも、波高値が低減されていることが分かる。すなわち、この発明の実施の形態５では、モータ１Ｄの誘起電圧およびモータ電流が正弦波状である一般的な場合と比較して、電圧印加部５の出力電圧を有効利用して、モータ１Ｄの出力を向上させることができる。さらに、モータ１Ｄの誘起電圧およびモータ電流には、７次高調波成分が含まれているが、トルクは一定、すなわちトルクリップルは０に抑制されている。
【０１５４】
以上のように、この発明の実施の形態５では、トルクリップルを０に抑制したまま、電圧印加部５の出力電圧を有効利用して、モータ１Ｄの出力を向上させることができる。また、この発明の実施の形態５では、７次高調波成分のみを重畳するという簡易な方法を用いて、効果的に、電圧印加部５の出力電圧を有効利用して、モータ１Ｄの出力を向上させることができる。
【０１５５】
なお、上記実施の形態１〜５では、永久磁石を用いた同期モータを例に挙げて説明したが、これに限定されず、界磁巻線を用いた同期機や、リニアモータを用いた場合であっても、上記実施の形態１〜５と同様の効果を得ることができる。
【０１５６】
また、上記実施の形態１〜５のモータ動作波形の説明では、モータの駆動電圧の波高値は、電圧印加部で制限される波高値Ｖｌｉｍに対して余裕を持つが、これは、モータの駆動電圧が正弦波状でその波高値がＶｌｉｍである場合と基本波成分が等しくなる条件で示したためである。実際には、上記実施の形態１〜５を適用後のモータの駆動電圧の波高値がＶｌｉｍとなるようにすればよい。
【０１５７】
また、モータの駆動電圧の波高値を低減して電圧利用率を向上させる方法、さらに同時にトルクリップルを抑制する方法を、モータの数式モデルに基づいて説明したが、シミュレーションや実験、電磁界解析によって求めてもよい。
【０１５８】
また、モータの磁極位置を推定する方法として、電圧指令、電流指令およびモータモデルから推定する方法と、位置推定用電圧指令を重畳する方法を示したが、これらを組み合わせた方法を用いてもよい。
【符号の説明】
【０１５９】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ  モータ、２  電流検出部、３、３Ａ、３Ｂ  磁極位置検出部、４  制御部、５  電圧印加部、６、６Ｄ  トルクリップル抑制部、３１  位置推定用電圧発生器、３２  位置推定器、４１  トルク制御器、４２  三相・二相変換器、４３  第１座標変換器、４４  電流制御器、４５  第２座標変換器、４６  二相・三相変換器、６１  三相・二相変換器、６２  座標変換器。
【図１】
2013118318.tif 000044
【図２】
2013118318.tif 000045
【図３】
2013118318.tif 000046
【図４】
2013118318.tif 000047
【図５】
2013118318.tif 000048
【図６】
2013118318.tif 000049
【図７】
2013118318.tif 000050
【図８】
2013118318.tif 000051
【図９】
2013118318.tif 000052
【図１０】
2013118318.tif 000053
【図１１】
2013118318.tif 000054
【図１２】
2013118318.tif 000055
【図１３】
2013118318.tif 000056
【図１４】
2013118318.tif 000057
【図１５】
2013118318.tif 000058
【図１６】
2013118318.tif 000059
【図１７】
2013118318.tif 000060
【図１８】
2013118318.tif 000061
【図１９】
2013118318.tif 000062
【図２０】
2013118318.tif 000063
【図２１】
2013118318.tif 000064
【図２２】
2013118318.tif 000065
【図２３】
2013118318.tif 000066
【図２４】
2013118318.tif 000067
【図２５】
2013118318.tif 000068
【図２６】
2013118318.tif 000069
【手続補正書】
【提出日】平成26年3月5日(2014.3.5)
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
この発明に係るモータ駆動システムは、誘起電圧の基本波成分に５次高調波成分を含む奇数次高調波成分が重畳されているモータと、モータのモータ電流を検出する電流検出部と、モータの磁極位置を検出する磁極位置検出部と、モータ電流、磁極位置および外部から与えられる運転条件に基づいて、電流検出部にて検出されたモータ電流をほぼ正弦波状に制御し、かつモータの誘起電圧に重畳される高調波成分と、電圧指令に含まれる高調波成分とは、互いに等しく、モータの駆動電圧波形が正弦波を台形波状に拡げた形状である電圧指令を生成する制御部と、電圧指令に基づいて、モータに駆動電圧を印加する電圧印加部と、を備えるものである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘起電圧の基本波成分に５次高調波成分を含む奇数次高調波成分が重畳されているモータと、
前記モータのモータ電流を検出する電流検出部と、
前記モータの磁極位置を検出する磁極位置検出部と、
前記モータ電流、前記磁極位置および外部から与えられる運転条件に基づいて、前記電流検出部にて検出された前記モータ電流をほぼ正弦波状に制御し、かつ前記モータの誘起電圧に重畳される高調波成分と、前記電圧指令に含まれる高調波成分とは、互いに等しく、前記モータの駆動電圧波形が正弦波を台形波状に拡げた形状である電圧指令を生成する制御部と、
前記電圧指令に基づいて、前記モータに駆動電圧を印加する電圧印加部と、
を備えることを特徴とするモータ駆動システム。
【請求項２】
前記モータは、前記モータの駆動電圧波形が、正弦波を、その振幅ピーク値を低減した台形波状に拡げた形状になるように、前記モータの誘起電圧の基本波成分に高調波成分が重畳されている
ことを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動システム。
【請求項３】
前記モータの誘起電圧に重畳される高調波成分と、前記モータ電流とにより発生するトルクリップルをほぼ０にするように、前記モータ電流を制御するトルクリップル抑制部をさらに備えた
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のモータ駆動システム。
【請求項４】
前記モータの誘起電圧に重畳される高調波成分は、５次高調波成分および７次高調波成分である
ことを特徴とする請求項１から請求項３までの何れか１項に記載のモータ駆動システム。
【請求項５】
前記モータの駆動電圧が、その基本波成分に対する位相が三相電圧基準でほぼ０度となる５次高調波成分および７次高調波成分を含むように、前記モータの誘起電圧に高調波成分が重畳される
ことを特徴とする請求項１から請求項３までの何れか１項に記載のモータ駆動システム。
【請求項６】
前記モータの駆動電圧が、その基本波成分に対する位相が三相電圧基準でほぼ０度となる５次高調波成分を含むように、前記モータの誘起電圧に高調波成分が重畳される
ことを特徴とする請求項１から請求項３までの何れか１項に記載のモータ駆動システム。
【請求項７】
前記モータの誘起電圧に重畳される高調波成分および前記モータ電流の５次高調波成分は、次式で表され、
【数１】
2013118318.tif 000070
この式において、Ｖ５は駆動電圧に重畳する５次高調波成分の振幅、Ｅ５はモータの誘起電圧５次高調波成分の振幅、θｅ５はモータの誘起電圧５次高調波成分の位相、Ｉ５はモータ電流５次高調波成分の振幅、θｉ５はモータ電流５次高調波成分の位相、Ｒａはモータの巻線抵抗、Ｌａはモータのインダクタンスをそれぞれ示し、
任意の運転条件において、Ｅｆはモータの誘起電圧基本波成分、Ｉｆはモータ電流基本波成分、ωｒｅはモータ回転電気角速度、βｖはモータ駆動電圧基本波成分の誘起電圧基本波成分に対する位相、βｉはモータ電流基本波成分の誘起電圧に対する位相である
ことを特徴とする請求項６に記載のモータ駆動システム。
【請求項８】
前記モータの駆動電圧が、その基本波成分に対する位相が三相電圧基準でほぼ１８０度となる７次高調波成分を含むように、前記モータの誘起電圧に高調波成分が重畳される
ことを特徴とする請求項１から請求項３までの何れか１項に記載のモータ駆動システム。
【請求項９】
前記モータの誘起電圧に重畳される高調波成分および前記モータ電流の７次高調波成分は、次式で表され、
【数２】
2013118318.tif 000071
この式において、Ｖ７は駆動電圧に重畳する７次高調波成分の振幅、Ｅ７はモータの誘起電圧７次高調波成分の振幅、θｅ７はモータの誘起電圧７次高調波成分の位相、Ｉ７はモータ電流７次高調波成分の振幅、θｉ７はモータ電流７次高調波成分の位相、Ｒａはモータの巻線抵抗、Ｌａはモータのインダクタンスをそれぞれ示し、
任意の運転条件において、Ｅｆはモータの誘起電圧基本波成分、Ｉｆはモータ電流基本波成分、ωｒｅはモータ回転電気角速度、βｖはモータ駆動電圧基本波成分の誘起電圧基本波成分に対する位相、βｉはモータ電流基本波成分の誘起電圧に対する位相である
ことを特徴とする請求項８に記載のモータ駆動システム。
【手続補正書】
【提出日】平成26年11月7日(2014.11.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
この発明に係るモータ駆動システムは、誘起電圧の基本波成分に５次高調波成分を含む奇数次高調波成分が重畳されているモータと、モータのモータ電流を検出する電流検出部と、モータの磁極位置を検出する磁極位置検出部と、モータ電流、磁極位置および外部から与えられる運転条件に基づいて、電流検出部にて検出されたモータ電流をほぼ正弦波状に制御し、かつモータの誘起電圧に重畳される高調波成分と、電圧指令に含まれる高調波成分とは、互いに等しく、モータの駆動電圧波形が正弦波を台形波状に拡げた形状である電圧指令を生成する制御部と、電圧指令に基づいて、モータに駆動電圧を印加する電圧印加部と、モータの誘起電圧に重畳される高調波成分と、モータ電流とにより発生するトルクリップルをほぼ０にするように、モータ電流を制御するトルクリップル抑制部と、を備えるものである。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘起電圧の基本波成分に５次高調波成分を含む奇数次高調波成分が重畳されているモータと、
前記モータのモータ電流を検出する電流検出部と、
前記モータの磁極位置を検出する磁極位置検出部と、
前記モータ電流、前記磁極位置および外部から与えられる運転条件に基づいて、前記電流検出部にて検出された前記モータ電流をほぼ正弦波状に制御し、かつ前記モータの誘起電圧に重畳される高調波成分と、前記電圧指令に含まれる高調波成分とは、互いに等しく、前記モータの駆動電圧波形が正弦波を台形波状に拡げた形状である電圧指令を生成する制御部と、
前記電圧指令に基づいて、前記モータに駆動電圧を印加する電圧印加部と、
前記モータの誘起電圧に重畳される高調波成分と、前記モータ電流とにより発生するトルクリップルをほぼ０にするように、前記モータ電流を制御するトルクリップル抑制部と、
を備えることを特徴とするモータ駆動システム。
【請求項２】
前記モータは、前記モータの駆動電圧波形が、正弦波を、その振幅ピーク値を低減した台形波状に拡げた形状になるように、前記モータの誘起電圧の基本波成分に高調波成分が重畳されている
ことを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動システム。
【請求項３】
前記モータの誘起電圧に重畳される高調波成分は、５次高調波成分および７次高調波成分である
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のモータ駆動システム。
【請求項４】
前記モータの駆動電圧が、その基本波成分に対する位相が三相電圧基準でほぼ０度となる５次高調波成分および７次高調波成分を含むように、前記モータの誘起電圧に高調波成分が重畳される
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のモータ駆動システム。
【請求項５】
前記モータの駆動電圧が、その基本波成分に対する位相が三相電圧基準でほぼ０度となる５次高調波成分を含むように、前記モータの誘起電圧に高調波成分が重畳される
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のモータ駆動システム。
【請求項６】
前記モータの駆動電圧が、その基本波成分に対する位相が三相電圧基準でほぼ１８０度となる７次高調波成分を含むように、前記モータの誘起電圧に高調波成分が重畳される
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のモータ駆動システム。
【請求項７】
誘起電圧の基本波成分に５次高調波成分を含む奇数次高調波成分が重畳されているモータと、
前記モータのモータ電流を検出する電流検出部と、
前記モータの磁極位置を検出する磁極位置検出部と、
前記モータ電流、前記磁極位置および外部から与えられる運転条件に基づいて、前記電流検出部にて検出された前記モータ電流をほぼ正弦波状に制御し、かつ前記モータの誘起電圧に重畳される高調波成分と、前記電圧指令に含まれる高調波成分とは、互いに等しく、前記モータの駆動電圧波形が正弦波を台形波状に拡げた形状である電圧指令を生成する制御部と、
前記電圧指令に基づいて、前記モータに駆動電圧を印加する電圧印加部と、
を備え、
前記モータの駆動電圧が、その基本波成分に対する位相が三相電圧基準でほぼ０度となる５次高調波成分を含むように、前記モータの誘起電圧に高調波成分が重畳され、
前記モータの誘起電圧に重畳される高調波成分および前記モータ電流の５次高調波成分は、次式で表され、
【数１】
2013118318.tif 000072
この式において、Ｖ５は駆動電圧に重畳する５次高調波成分の振幅、Ｅ５はモータの誘起電圧５次高調波成分の振幅、θｅ５はモータの誘起電圧５次高調波成分の位相、Ｉ５はモータ電流５次高調波成分の振幅、θｉ５はモータ電流５次高調波成分の位相、Ｒａはモータの巻線抵抗、Ｌａはモータのインダクタンスをそれぞれ示し、
任意の運転条件において、Ｅｆはモータの誘起電圧基本波成分、Ｉｆはモータ電流基本波成分、ωｒｅはモータ回転電気角速度、βｖはモータ駆動電圧基本波成分の誘起電圧基本波成分に対する位相、βｉはモータ電流基本波成分の誘起電圧に対する位相である
ことを特徴とするモータ駆動システム。
【請求項８】
誘起電圧の基本波成分に５次高調波成分を含む奇数次高調波成分が重畳されているモータと、
前記モータのモータ電流を検出する電流検出部と、
前記モータの磁極位置を検出する磁極位置検出部と、
前記モータ電流、前記磁極位置および外部から与えられる運転条件に基づいて、前記電流検出部にて検出された前記モータ電流をほぼ正弦波状に制御し、かつ前記モータの誘起電圧に重畳される高調波成分と、前記電圧指令に含まれる高調波成分とは、互いに等しく、前記モータの駆動電圧波形が正弦波を台形波状に拡げた形状である電圧指令を生成する制御部と、
前記電圧指令に基づいて、前記モータに駆動電圧を印加する電圧印加部と、
を備え、
前記モータの駆動電圧が、その基本波成分に対する位相が三相電圧基準でほぼ１８０度となる７次高調波成分を含むように、前記モータの誘起電圧に高調波成分が重畳され、
前記モータの誘起電圧に重畳される高調波成分および前記モータ電流の７次高調波成分は、次式で表され、
【数２】
2013118318.tif 000073
この式において、Ｖ７は駆動電圧に重畳する７次高調波成分の振幅、Ｅ７はモータの誘起電圧７次高調波成分の振幅、θｅ７はモータの誘起電圧７次高調波成分の位相、Ｉ７はモータ電流７次高調波成分の振幅、θｉ７はモータ電流７次高調波成分の位相、Ｒａはモータの巻線抵抗、Ｌａはモータのインダクタンスをそれぞれ示し、
任意の運転条件において、Ｅｆはモータの誘起電圧基本波成分、Ｉｆはモータ電流基本波成分、ωｒｅはモータ回転電気角速度、βｖはモータ駆動電圧基本波成分の誘起電圧基本波成分に対する位相、βｉはモータ電流基本波成分の誘起電圧に対する位相である
ことを特徴とするモータ駆動システム。
【国際調査報告】
2013118318.tif 000074
2013118318.tif 000075
2013118318.tif 000076
2013118318.tif 000077