(57)【要約】 【課題】  高速回転時に高トルクを得ることができるとともに、効率化を図ることができる同期モータの制御方法を提供することである。【解決手段】  同期モータ２１に端子間電圧Ｖが、予め定められる最大許容電圧Ｖｍａｘに達した場合には、トルク指令値に応じてｑ軸電流指令値Ｉｑｃを決定するとともに、同期モータ２１の回転速度ωと前記トルク指令値とに基づいて、ｄ軸電流指令値Ｉｄｃを決定する。これによって同期モータの界磁φａを等価的に弱めることができ、同期モータ２１の出力トルクの低下を抑えることができる。さらにｄ軸電流指令値Ｉｄｃは、トルク指令値と回転速度ωとに基づいて決定されるので、高いトルクを必要としない場合には、ｄ軸電流指令値Ｉｄｃを小さくすることができ、ｄ軸電流指令値Ｉｄｃの不所望な増加を防ぐことができる。これによって同期モータ２１の効率化を図り、発熱を抑えるとともに力率を改善することができる。【選択図】      図３
2006158000.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同期モータを流れる電流をｄｑ軸変換した値に基づいて、同期モータに流すべき電流を決定して同期モータを制御する同期モータの制御方法であって、
同期モータの端子間電圧が、予め定められる最大許容電圧に達するまでは、同期モータの出力トルクを示すトルク指令値に応じて、同期モータのｑ軸電流を示すｑ軸電流指令値を決定し、同期モータのｄ軸電流を示すｄ軸電流指令値をゼロとし、
同期モータの端子間電圧が、予め定められる最大許容電圧に達した場合には、トルク指令値に応じてｑ軸電流指令値を決定するとともに、同期モータの回転速度と前記トルク指令値とに基づいて、ｄ軸電流指令値を決定することを特徴とする同期モータの制御方法。
【請求項２】
予め定められる最大許容電圧に達するときに最大トルクで回転可能な同期モータの回転速度となる規定回転速度をωｍ１とし、同期モータの回転速度をωとし、Ｋ１を予め定められる定数または変数とし、トルク指令値に応じて決定されるｑ軸電流指令値をＩｑｃとし、ｄ軸電流指令値をＩｄｃとすると、
Ｉｄｃ＝Ｉｑｃ・ｔａｎ[Ｋ１・（ω−ωｍ１）]                      …（１）
同期モータの端子間電圧が、予め定められる最大許容電圧Ｖに達した場合には、（１）式を満たすように、ｄ軸電流指令値を決定することを特徴とする請求項１記載の同期モータの制御方法。
【請求項３】
前記決定したｄ軸電流指令値が、同期モータの界磁を弱めることが限界となる弱め界磁限度電流値を超える場合、前記弱め界磁限度電流値となるようにｄ軸電流指令値を決定し直すことを特徴とする請求項１または２記載の同期モータの制御方法。
【請求項４】
前記決定した各軸電流指令値では同期モータに流れる電流が、予め定められる最大許容電流を超える場合、
同期モータに流れる電流が最大許容電流以下となるように、ｑ軸電流指令値とｄ軸電流指令値とを決定し直すことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の同期モータの制御方法。
【請求項５】
決定した各軸電流指令値では同期モータに流れる電流が、予め定められる最大許容電流を超える場合、
トルク指令値に応じて決定したｑ軸電流指令値を変化させずに、同期モータに流す電流が最大許容電流以下となるようにｄ軸電流指令値を小さく決定し直し、
同期モータの端子間電圧のうちのｑ軸成分を示すｑ軸調整電圧指令値を、ｑ軸電流指令値から決定されるｑ軸電圧指令値から、回転速度に応じて設定される補償電圧値を減算して決定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の同期モータの制御方法。
【請求項６】
ｑ軸電流指令値をＩｑｃとし、同期モータに流れるｄ軸電流をＩｄとし、同期モータの回転速度をωとし、Ｋ２およびＫ３を予め定められる定数または変数とし、前記補償電圧をＶｑｅとすると、
Ｖｑｅ＝Ｋ２・ω・Ｉｑｃ＋Ｋ３・ω・Ｉｄ                        …（２）
（２）式を満たすように、前記補償電圧を決定することを特徴とする請求項５記載の同期モータの制御方法。
【請求項７】
同期モータを流れる電流をｄｑ軸変換した値に基づいて、同期モータに流すべき電流を決定して同期モータを制御する同期モータの制御装置であって、
同期モータの回転速度を取得する速度取得手段と、
所望とする回転速度となるように、同期モータに流すべき電流を示す各軸電流指令値を決定する演算手段とを有し、
速度取得手段によって取得した回転速度が、同期モータの端子間電圧が予め定められる最大許容電圧に達するときに最大トルクで回転可能な同期モータの回転速度となる規定回転速度以下であれば、同期モータの出力トルクを示すトルク指令値に応じて、同期モータのｑ軸電流を示すｑ軸電流指令値を決定し、同期モータのｄ軸電流を示すｄ軸電流指令値をゼロとし、
速度取得手段によって取得した回転速度が、前記規定回転速度を超えた場合には、トルク指令に応じてｑ軸電流指令値を決定するとともに、同期モータの回転速度と前記トルク指令値とに基づいて、ｄ軸電流指令値を決定することを特徴とする同期モータの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同期モータの制御方法および制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
同期モータは、回転子の回転速度が増加するにつれて、速度起電力である誘起電圧が増加する。この誘起電圧は、インバータ回路から発生するインバータ電圧と極性が反対である。したがって誘起電圧の増加に起因して、同期モータから出力可能なトルクが低下する。さらにモータ端子間電圧が瞬時電圧降下すると、出力可能なトルクがさらに低下する。
【０００３】
したがって高速回転時に高いトルクが必要となる場合、低速回転用同期モータとは異なる、高速回転用同期モータを採用しなければならない。高速回転用同期モータは、許容最大電流および許容最大電圧が大きく構成されており、大形化を余儀なくされるとともに、生産コストが高くなってしまう。
【０００４】
近年では、省スペース化およびコストダウンの要求の高まりにつれて、低速回転用同期モータを用いて、高速回転時に高いトルクを発生できるように図られつつある。また小形化および効率化の観点から、モータ使用時における発熱および力率改善を抑制することが望まれている。たとえば同期モータの速度−トルク特性を改善する同期モータの制御方法が、以下の従来技術に開示されている。
【０００５】
第１の従来技術では、高速回転時に所定のｄ軸電流が流れるようにする（特許文献１参照）。この技術では、回転速度に所定定数を乗算した値に応じてｄ軸電流を大きくする。第２の従来技術では、高速回転時にのみにｄ軸電流を流し、ｄ軸電流を回転子の速度に応じて増加させる（特許文献２参照）。この技術では、電圧飽和が発生する速度の近傍の第１設定速度からｄ軸電流を流し、回転速度における一次の増加関数に従ってｄ軸電流を増加させ、第２設定速度に達するとｄ軸電流を一定値に固定する。第１および第２従来技術では、回転速度に基づいて、ｄ軸電流を大きくすることによって、回転速度の増加によって大きくなる誘起電圧に起因する出力トルク低下を抑える。
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−１８４９８号公報
【特許文献２】特開平９−８４４００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した各従来技術では、回転速度に基づいてｄ軸電流を流すのみであるので、必要とするトルクが小さい場合であっても、回転速度に応じたｄ軸電流を流してしまう。したがって従来技術では、必要とするトルクにかかわらずに、ｄ軸電流を流してしまい、不必要な電流が流れる可能性が大きい。このために効率化が妨げられてしまい、モータの発熱量が大きくなるとともに、力率が悪化してしまう。
【０００８】
したがって本発明の目的は、高速回転時に高トルクを得ることができるとともに、効率化を図ることができる同期モータの制御方法および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】
【０００９】
本発明は、同期モータを流れる電流をｄｑ軸変換した値に基づいて、同期モータに流すべき電流を決定して同期モータを制御する同期モータの制御方法であって、
同期モータの端子間電圧が、予め定められる最大許容電圧に達するまでは、同期モータの出力トルクを示すトルク指令値に応じて、同期モータのｑ軸電流を示すｑ軸電流指令値を決定し、同期モータのｄ軸電流を示すｄ軸電流指令値をゼロとし、
同期モータの端子間電圧が、予め定められる最大許容電圧に達した場合には、トルク指令値に応じてｑ軸電流指令値を決定するとともに、同期モータの回転速度と前記トルク指令値とに基づいて、ｄ軸電流指令値を決定することを特徴とする同期モータの制御方法である。
【００１０】
また本発明は、予め定められる最大許容電圧に達するときに最大トルクで回転可能な同期モータの回転速度となる規定回転速度をωｍ１とし、同期モータの回転速度をωとし、Ｋ１を予め定められる定数または変数とし、トルク指令値に応じて決定されるｑ軸電流指令値をＩｑｃとし、ｄ軸電流指令値をＩｄｃとすると、
Ｉｄｃ＝Ｉｑｃ・ｔａｎ[Ｋ１・（ω−ωｍ１）]                      …（１）
同期モータの端子間電圧が、予め定められる最大許容電圧Ｖに達した場合には、（１）式を満たすように、ｄ軸電流指令値を決定することを特徴とする。前記規定回転速度は、モータの特性によって決定される速度であり、同期モータ毎に予め規定される。本発明として正確な規定回転速度を得ることができない場合には、規定回転速度に近い値を（１）式におけるωｍ１として選択するようにしてもよい。
【００１１】
また本発明は、前記決定したｄ軸電流指令値が、同期モータの界磁を弱めることが限界となる弱め界磁限度電流値を超える場合、前記弱め界磁限度電流値となるようにｄ軸電流指令値を決定し直すことを特徴とする。
【００１２】
また本発明は、前記決定した各軸電流指令値では同期モータに流れる電流が、予め定められる最大許容電流を超える場合、
同期モータに流れる電流が最大許容電流以下となるように、ｑ軸電流指令値とｄ軸電流指令値とを決定し直すことを特徴とする。
【００１３】
また本発明は、決定した各軸電流指令値では同期モータに流れる電流が、予め定められる最大許容電流を超える場合、
トルク指令値に応じて決定したｑ軸電流指令値を変化させずに、同期モータに流す電流が最大許容電流以下となるようにｄ軸電流指令値を小さく決定し直し、
同期モータの端子間電圧のうちのｑ軸成分を示すｑ軸調整電圧指令値を、ｑ軸電流指令値から決定されるｑ軸電圧指令値から、回転速度に応じて設定される補償電圧値を減算して決定することを特徴とする。
【００１４】
また本発明は、ｑ軸電流指令値をＩｑｃとし、同期モータに流れるｄ軸電流をＩｄとし、同期モータの回転速度をωとし、Ｋ２およびＫ３を予め定められる定数または変数とし、前記補償電圧をＶｑｅとすると、
Ｖｑｅ＝Ｋ２・ω・Ｉｑｃ＋Ｋ３・ω・Ｉｄ                        …（２）
（２）式を満たすように、前記補償電圧を決定することを特徴とする。
【００１５】
また本発明は、同期モータを流れる電流をｄｑ軸変換した値に基づいて、同期モータに流すべき電流を決定して同期モータを制御する同期モータの制御装置であって、
同期モータの回転速度を取得する速度取得手段と、
所望とする回転速度となるように、同期モータに流すべき電流を示す各軸電流指令値を決定する演算手段とを有し、
速度取得手段によって取得した回転速度が、同期モータの端子間電圧が予め定められる最大許容電圧に達するときに最大トルクで回転可能な同期モータの回転速度となる規定回転速度以下であれば、同期モータの出力トルクを示すトルク指令値に応じて、同期モータのｑ軸電流を示すｑ軸電流指令値を決定し、同期モータのｄ軸電流を示すｄ軸電流指令値をゼロとし、
速度取得手段によって取得した回転速度が、前記規定回転速度を超えた場合には、トルク指令に応じてｑ軸電流指令値を決定するとともに、同期モータの回転速度と前記トルク指令値とに基づいて、ｄ軸電流指令値を決定することを特徴とする同期モータの制御装置である。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１記載の本発明によれば、同期モータは、回転速度が高くなるにつれて回転に抗する力となる誘起電圧が大きくなる。したがって回転速度が高くなるにつれて必要なトルクを得るために同期モータに与える電圧が大きくなる。
【００１７】
同期モータの端子間電圧が最大許容電圧に達するまでは、トルク指令値に応じてｑ軸電流指令値を決定する。同期モータの端子間電圧が最大許容電圧に達した場合には、トルク指令値に応じてｑ軸電流指令値を決定するとともに、同期モータの回転速度とトルク指令値とに基づいて、同期モータに流すｄ軸電流指令値を決定する。このように決定したｄ軸電流指令値を同期モータに流すことによって、同期モータの界磁を等価的に弱めることができ、端子間電圧を増加させることなく、同期モータの出力トルクの低下を抑えることができる。これによって端子間電圧が最大許容電圧を超えることを防ぎ、高速回転時に出力可能なトルクを大きくすることができる。また最大回転速度を高くすることができる。
【００１８】
またｄ軸電流指令値は、トルク指令値と回転速度とに基づいて決定される。これによって高速回転時においても高いトルクを必要としない場合には、ｄ軸電流指令値を小さくすることができ、ｄ軸電流指令値の不所望な増加を防ぐことができる。これによって効率化を図ることができ、同期モータの発熱を抑えるとともに力率を改善することができる。
【００１９】
請求項２記載の本発明によれば、（１）式を満たすようにｄ軸電流指令値を決定することによって、回転速度が低い場合にはｄ軸電流指令値を小さくすることができ、回転速度が高い場合にはｄ軸電流指令値を大きくすることができる。このように回転速度が低いときと高いときとで、ｄ軸電流指令値の変化率を異ならせることができ、界磁を弱めるのに効果的にｄ軸電流を流すことができる。またトルク指令値に応じてｑ軸電流指令値を決定することによって、必要なトルクが低い場合には、ｄ軸電流指令値も小さくすることができ、不所望にｄ軸電流指令値が流れることを防ぐことができ、効率化を図ることができる。なお、規定回転速度は、予め定められる最大許容電圧に達するときに最大トルクで回転可能な同期モータの回転速度の近傍の速度であってもよい。なお、前記規定回転速度は、モータの特性によって決定される速度であり、同期モータ毎に予め規定される。本発明として正確な規定回転速度を得ることができない場合には、規定回転速度に近い値を（１）式におけるωｍ１として選択するようにしてもよい。
【００２０】
請求項３記載の本発明によれば、同期モータの回転速度とトルク指令値とに基づいて、決定したｄ軸電流指令値が、弱め界磁限度電流を超える場合、ｄ軸電流指令値を弱め界磁限度電流となるようにする。これによって弱め界磁限度電流を超えてｄ軸電流指令値が流れることを防いで、同期モータの界磁を弱めるのに効果的な電流を流すことができる。したがって弱め界磁限度電流を超えるような、不要なｄ軸電流がモータに流れることを防ぎ、これによって同期モータの発熱をさらに抑えることができる。
【００２１】
請求項４記載の本発明によれば、同期モータに流す電流が最大許容電流を超えないように、ｑ軸電流指令値およびｄ軸電流指令値とを決定する。これによってモータに流れる電流が最大許容電流を超えて、モータが絶縁破壊をおこして焼損するおそれを防ぐことができる。たとえばトルク指令に応じて決定したｑ軸電流指令値と、同期モータの回転速度と前記トルク指令値とに基づいて決定したｄ軸電流指令値との成分比を保った状態で、それらの電流指令値が小さくなるようにして各軸電流指令値を決定することで、モータの制御を容易にすることができ、意図した制御を行うことができる。
【００２２】
請求項５記載の本発明によれば、ｑ軸電圧指令値を回転速度に応じて変化させることによって、トルク指令値から各軸電流指令値を求めるためのパラメータ、たとえば誘起電圧、温度によって変化するモータの抵抗およびリアクタンスなどのパラメータが正確でなくても、同期モータの端子間電圧を許容最大電圧以下にすることができる。また同期モータを流れる電流が許容電流を超えることを等価的に防ぐことができる。またｑ軸電圧指令値を、回転速度に応じて変化させることによって、回転速度に応じて変化する誘起電圧の補償を行うことができ、同期モータに与えられる電圧および電流が、許容最大電圧および許容最大電流を超えることを防ぐことができる。
【００２３】
請求項６記載の本発明によれば、補償電圧を（２）式によって決定する。補償電圧を、ｑ軸指令電流値に比例させて決定することによって、ｑ軸電流指令値を回転速度に応じて減少させなくても、モータの端子間電圧が許容最大電圧を超えることを防ぐことができる。また補償電圧を、ｄ軸電流に比例させて決定することによって、ｄ軸電流が増加しないことに起因する、弱め界磁の効果の減少を考慮することができ、モータの端子間電圧が許容最大電圧を超えることを防ぐことができる。このようにｑ軸電圧指令を減少させることによって、モータの端子間電圧が許容最大電圧以下となるようにすることができ、等価的にモータに流れる電流が許容最大電流以下となるようにすることができる。
【００２４】
請求項７記載の本発明によれば、演算手段は、速度取得手段によって取得された回転速度に基づいて、各軸電流指令値を決定する。モータの回転速度が規定回転速度以下であれば、トルク指令値に応じてｑ軸電流指令値を決定し、ｄ軸電流指令値をゼロとする。また、回転速度が規定回転速度を超えていると、トルク指令値に応じてｑ軸電流指令値を決定するとともに、同期モータの回転速度とトルク指令値とに基づいて、ｄ軸電流指令値を決定する。ｄ軸電流指令値を流すことによって、同期モータの界磁を弱めることができ、同期モータの出力トルクの低下を抑えることができる。すなわち同期モータを高速回転させる場合においても、出力可能なトルクを可能な限り大きくすることができる。
【００２５】
またｄ軸電流指令値は、トルク指令値に基づいて決定される。これによってモータを高速回転させる場合のうちで高いトルクを必要としない場合には、ｄ軸電流指令値を小さくすることができ、d軸電流指令値の不所望な増加を防ぐことができる。これによって効率化を図ることができ、同期モータの発熱を抑えるとともに力率を改善することができる。なお、規定回転速度は、モータの特性によって決定される速度であり、同期モータ毎に予め規定される。本発明として正確な規定回転速度を得ることができない場合には、規定回転速度に近い値を規定回転速度として選択するようにしてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
図１は、本発明の実施の第１形態である同期モータ制御システム２０を示すブロック図である。同期モータ制御システム２０は、同期モータ２１と、ＰＷＭインバータ回路２２と、直流電源２３と、制御装置２４とを含む。同期モータ２１は、３相同期モータであり、たとえば円筒形ブラシレスＤＣモータが用いられる。
【００２７】
インバータ回路２２は、直流電源２３から与えられる直流電力を、３相の交流電力に変換して同期モータ２１に与え、交流電流を同期モータ２１の各相にそれぞれ流すための複数のスイッチング素子が設けられる。インバータ回路２２は、３つの出力端子２９を有し、それらが接続経路２７を介して、同期モータ２１の各相に連結される３つの端子２６にそれぞれ接続される。
【００２８】
制御装置２４は、ゲート信号を各スイッチング素子に与えることによって、インバータ回路２２から１２０度づつ位相がずれた正弦波形の交流電流をそれぞれの接続経路２７に流すことができる。同期モータ２１は、接続経路２７を介して各相に交流電流が流れることによって、その回転子が回転する。制御装置２４は、インバータ回路２２に与えるゲート信号を調整することで同期モータ２１の回転子の回転速度および出力トルクを調整することができる。
【００２９】
同期モータ制御システム２０は、３つの接続経路２７のうち２つの接続経路２７を流れる電流を検出する電流検出手段２８を有する。電流検出手段２８は、検出した電流を制御装置２４に与える。また同期モータ２１は、回転子の回転角度位置を検出する位置検出手段２５を有する。位置検出手段２５は、検出した角度位置を制御装置２４に与える。
【００３０】
図２は、制御装置２４における制御ループの概略を示すブロック線図である。制御装置２４は、位置検出手段２５から位置検出値が与えられる。また制御装置２４は、電流検出手段２８から電流検出値が与えられる。制御装置２４は、予め記憶するプログラムを実行することによって、以下の制御ループを実現することができる。また電気回路などのハードウェア構成によって以下の制御ループを実現してもよい。
【００３１】
制御装置２４は、予め定められる位置指令値から位置検出値を減じて位置偏差を求め、その位置偏差に対して、位置制御部３０で位置ゲインを乗じて位置ループ制御を行い、速度指令値を演算する。制御装置２４は、位置検出値を微分して速度検出値を演算する。そして制御装置２４は、位置制御部３０で求めた速度指令値から速度検出値を減じて速度偏差を演算する。
【００３２】
次に制御装置２４は、演算した速度偏差に対して、速度制御部３１で、比例・積分制御などの速度ループ制御を行い、トルク指令値を演算する。トルク指令値は、所望のトルクを出力するに必要な電流値に換算されている。制御装置２４は、トルク指令値と速度検出値とに基づいて、電流指令値作成部３２で電流指令値を演算する。
【００３３】
次に制御装置２４は、電流指令値から電流検出値を減じて、電流制御部３３で電流ループ制御を行い、各相の電圧指令値を求める。この電圧指令値をインバータ回路２２に適したゲート信号に変換して、インバータ回路２２に与え、インバータ回路２２を用いて同期モータ２１を制御する。
【００３４】
本実施の形態では、同期モータ２１の各相に流れる３つの電流を三相／直交変換、いわゆるｄｑ軸変換する。そしてモータに流れる電流のうちで、トルク成分となるｑ軸電流、励磁成分となるｄ軸電流の２相の直流座標系に変換してから制御量を決定し、決定した制御量を直交／三相変換、いわゆる逆ｄｑ軸変換して、三相成分の電圧指令値にする。この三相の各電圧指令に基づいて、同期モータを制御する。
【００３５】
図３は、電流指令値作成部３２と電流制御部３３との詳細を示すブロック線図である。制御装置２４は、同期モータ２１に設定される３つの相、いわゆるｕ相、ｖ相、ｗ相に流れる各電流のうち２つが電流検出値Ｉｕ，Ｉｖとして与えられる。制御装置２４は、ｄｑ軸変換部３４によって、与えられる電流検出値Ｉｕ，Ｉｖと電気角とに基づいて、同期モータ２１のトルク成分電流値であるｑ軸電流検出値Ｉｑと、励磁成分電流値であるｄ軸電流検出値Ｉｄとに変換する。
【００３６】
また電流指令値作成部３２が、トルク指令値と速度検出値とに基づいて、モータ２１に与えるべき電流のうちのトルク成分電流値となるｑ軸電流指令値Ｉｑｃと、励磁成分電流値となるｄ軸電流指令値Ｉｄｃとを決定する。そして制御装置２４は、各軸電流指令値Ｉｑｃ，Ｉｄｃから、各軸電流検出値Ｉｑ，Ｉｄを減じて、電流偏差Ｉｑｅ，Ｉｄｅをそれぞれ演算する。
【００３７】
制御装置２４は、電流制御部３３で、各軸の電流偏差Ｉｑｅ，Ｉｄｅに対応する電流を発生させるために必要な各軸電圧指令値Ｖｑ，Ｖｄをそれぞれ演算する。制御装置２４は、各軸電圧指令値Ｖｑ，Ｖｄと、電気角とに基づいて、逆ｄｑ軸変換部３５によって、同期モータ２１の３つの相にそれぞれ与えるべき三相電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに変換し、変換した各相電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを発生させるゲート信号をインバータ回路２２に与える。インバータ回路２２は、制御装置２４から与えられたゲート信号に従って、スイッチング素子をオンオフすることによって、同期モータ２１の各相に必要な電流を流すことができる。
【００３８】
ｄｑ軸変換に関して、ｑ軸電流検出値Ｉｑおよびｄ軸電流検出値Ｉｄは、以下の式によって表わされる。
Ｉｄ＝Ａ・Ｉｕ＋Ｂ・Ｉｖ
Ｉｑ＝Ｃ・Ｉｕ＋Ｄ・Ｉｖ
ここで、Ａ＝（２／３）・｛ｃｏｓθｅ−ｃｏｓ（θｅ−２４０°）｝
Ｂ＝（２／３）・｛ｃｏｓ（θｅ−１２０°）−ｃｏｓ（θｅ−２４０°）｝
Ｃ＝（２／３）・｛ｓｉｎθｅ−ｓｉｎ（θｅ−２４０°）｝
Ｄ＝（２／３）・｛ｓｉｎ（θｅ−１２０°）−ｓｉｎ（θｅ−２４０°）｝
であり、Ｉｄはｄ軸電流検出値を示し、Ｉｑはｑ軸電流検出値を示す。またＩｕは、電流検出手段２８から与えられる２つのうち１つの電流検出値を示し、Ｉｖは、電流検出手段２８から与えられる２つのうち他の１つの電流検出値を示す。またｃｏｓは、三角関数の余弦を示し、ｓｉｎは、三角関数の正弦を示す。またθｅは、ｄｑ軸座標系における電気角を表わす。
【００３９】
逆ｄｑ軸変換に関して、三相電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗは、以下の式によって表わされる。
Ｖｕ＝Ｖｄ・ｃｏｓθｅ＋Ｖｑ・ｓｉｎθｅ
Ｖｖ＝Ｖｄ・ｃｏｓ（θｅ−１２０°）＋Ｖｑ・ｓｉｎ（θｅ−１２０°）
Ｖｗ＝−Ｖｕ−Ｖｖ
ここで、Ｖｕは、三相電圧指令値のうちの第１の電圧指令値である。Ｖｖは、三相電圧指令値のうちの第２の電圧指令値である。Ｖｗは、三相電圧指令値のうちの第３の電圧指令値である。また、Ｖｄはｄ軸電圧指令値であり、Ｖｑはｑ軸電圧指令値である。
【００４０】
図４は、回転速度の変化に関して、同期モータ２１に与えられる端子間電圧Ｖと、同期モータ２１が出力可能な最大トルクＴとを示すグラフである。また図５は、同期モータ２１の端子間電圧Ｖを説明するための回路図である。
【００４１】
同期モータ２１の回転子の回転速度ωは、端子間電圧Ｖの増加に比例して、ゼロの状態から増加する。回転速度ωは、以下の式によって表わされる。たとえばモータの回転速度は、電気角速度で表わされる。
ω＝（Ｖ−Ｉｑ・ｒ）／（Ｌ２・φａ）                          …（３）
ここで、ωは回転速度であり、Ｖは端子間電圧であり、ｒはモータの電機子巻線抵抗であり、Ｉｑはｑ軸検出電流であり、Ｌ２は予め定められる定数であり、φａは界磁による磁束であって、誘起電圧定数またはトルク定数と称される場合もある。
【００４２】
端子間電圧Ｖがモータの最大許容電圧Ｖｍａｘに達したときに、最大トルクＴｍａｘで回転可能な速度を規定回転速度ωｍ１とする。この規定回転速度ωｍ１は、モータの特性によって決定される速度であり、同期モータ毎に予め規定される。規定回転速度ωｍ１以上に回転速度を大きくさせようとした場合、端子間電圧Ｖがモータの最大許容電圧Ｖｍａｘに達しているので、それ以上、端子間電圧Ｖを増加することができない。
【００４３】
端子間電圧Ｖは、電機子電圧Ｖｅと誘起電圧Ｅとの和によって表わされる。誘起電圧Ｅは、速度起電圧であって、モータの回転速度ωの増加にともなって増加する。また端子間電圧Ｖが一定である場合、誘起電圧Ｅが増加すると、電機子電圧Ｖｅが降下する。端子間電圧Ｖ、電機子電圧Ｖｅおよび誘起電圧Ｅは、以下の式によって表わされる。
Ｖ＝Ｖｅ＋Ｅ                                                    …（４）
Ｖｅ＝Ｉｑ・ｒ                                                  …（５）
Ｅ＝Ｌ２・φａ・ω                                              …（６）
ここで、Ｖは端子間電圧であり、Ｖｅは電機子電圧であり、Ｅは誘起電圧であり、Ｌ２は、予め定められる定数である。その他の記号は、上述と同様である。
【００４４】
規定回転速度ωｍ１よりも回転速度ωを大きくさせた場合、回転速度ωにともなって誘起電圧Ｅがさらに増加するが、端子間電圧Ｖを最大端子間電圧Ｖｍａｘよりも大きくすることができないので、誘起電圧Ｅの増加に対応して電機子電圧Ｖｅが減少する。電機子電圧Ｖｅの減少とともに、トルク成分電流であるｑ軸電流Ｉｑが減少する。モータの出力トルクＴは以下の式によって表わされる。
Ｔ＝Ｌ１・φａ・Ｉｑ                                            …（７）
ここで、Ｔは出力トルクであり、Ｌ１は、予め定められる定数である。その他の記号は、上述と同様である。したがって出力トルクは、ｑ軸電流Ｉｑの減少とともに減少する。すなわち、図４に示すように、モータの回転速度ωが規定回転速度ωｍ１を超えると、出力可能な最大トルクが減少する。
【００４５】
規定回転速度ωｍ１を超えてから、さらにモータの回転速度を上昇させるために、励磁成分電流であるｄ軸電流Ｉｄを流す。これによって等価的に界磁φａを小さくすることができる。このように界磁φａを小さくすることで、（６）式に示すように、回転速度ωを増加したときの誘起電圧Ｅの上昇が抑制され、（４）式に示すように、電機子電圧Ｖｅの減少が抑制される。これによって（５）式に示すように、ｑ軸電流Ｉｑの減少を抑えて、（７）式に示すように、出力トルクの減少を防いで、回転速度ωを上げることができる。
【００４６】
ｄ軸電流Ｉｄを流すことによって界磁φａを等価的に小さくしても、（７）式に示すように、トルクＴは減少する。しかしｄ軸電流Ｉｄを流さない場合に比べて、同じ回転速度ωでも大きいトルクＴを発生することができ、かつ回転速度ωの最大値を大きくすることができる。なお、ｄ軸電流Ｉｄによる界磁φａの弱め効果は限度があり、ｄ軸電流Ｉｄが予め定める弱め界磁限度電流Ｉｄｍａｘとなった場合に、最も大きい効果を得ることができる。言い換えると、ｄ軸電流Ｉｄが弱め界磁限度電流Ｉｄｍａｘを超えたとしても、弱め界磁限度電流Ｉｄｍａｘを超える効果を得ることができない。
【００４７】
本実施の形態では、規定回転速度ωｍ１以上であっても、出力可能な最大トルクＴを可能な限り大きくするために、ｄ軸電流Ｉｄを流してモータの界磁φａを弱める。具体的には、同期モータ２１の端子間電圧Ｖが、予め定められる最大許容電圧Ｖｍａｘに達するまで、言い換えると回転速度ωが規定回転速度ωｍ１に達するまでは、所望の回転速度とするために必要とするトルクを示すトルク指令値に応じて、同期モータに流すｑ軸電流のｑ軸電流指令値Ｉｑｃを決定し、同期モータに流すｄ軸電流のｄ軸電流指令値Ｉｄｃをゼロとする。
【００４８】
そして同期モータ２１の端子間電圧Ｖが、予め定められる最大許容電圧Ｖｍａｘに達して、モータの回転速度ωが前記規定回転速度ωｍ１を超える速度指令値が与えられた場合には、トルク指令に応じて同期モータに流すｑ軸電流のｑ軸電流指令値Ｉｑｃを決定するとともに、回転速度ωと前記トルク指令値とに基づいて、同期モータ２１に流すｄ軸電流のｄ軸電流指令値Ｉｄｃを決定する。なお、規定回転速度ωｍ１は、厳密に求める必要がなく、規定回転速度ωｍ１近傍の速度ωｍ１’を、模擬的に規定回転速度ωｍ１として用いてもよい。以下、規定回転速度ωｍ１は、規定回転速度ωｍ１近傍の値を含むものとして説明する。
【００４９】
以下に、本発明の実施の第１形態の詳細について説明する。図３に示すように、電流指令値作成部３２が、ｑ軸電流指令値Ｉｑｃおよびｄ軸電流指令値Ｉｄｃを決定する。図６〜図１０は、電流指令値作成部３２によって決定される各軸電流指令値Ｉｑｃ，Ｉｄｃを示すグラフである。
【００５０】
電流指令値作成部３２は、基本的には、トルク指令値をｑ軸電流指令値Ｉｑｃとして決定する。また電流指令値作成部３２は、基本的には、トルク指令値と回転速度ωとに基づいて、予め定められる演算式によってｄ軸電流指令値Ｉｄｃを決定する。本実施の形態では、前記演算式は、次式によって与えられる。
Ｉｄｃ１＝Ｉｑｃ１・ｔａｎθａ                                  …（８）
θａ＝Ｋ１・（ω−ωｍ１）                                      …（９）
ここで、Ｉｑｃ１はトルク指令値そのままの値となる第１ｑ軸電流指令値Ｉｑｃ１であり、Ｉｄｃ１はトルク指令値と回転速度とに基づいて決定される第１ｄ軸電流指令値Ｉｄｃ１である。ｔａｎは三角関数の正接を表わし、Ｋ１は予め定められる定数または変数であり、ωは速度検出値であり、ωｍ１は、前記規定回転速度ωｍ１である。なお、規定回転速度ωｍ１は、上述したように、正確な規定回転速度ωｍ１近傍の値ωｍ１’であってもよい。またθａは、回転速度ωに関する速度変数となる。ただし、Ｋ１＞０で、ω＜ωｍ１である場合には、θａ＝０が与えられる。表１にモータの一例を示す。
【００５１】
【表１】
2006158000.tif 000003
【００５２】
たとえば同期モータ２１が表１に示す特性を有する場合、（９）式におけるＫ１は、７．５×１０−３となる。またωｍ１は、電気角として規定すると１５７．０８［ｒａｄ／ｓ］に設定される。またωｍ１を回転子の速度から規定すると約１５００ｒｐｍに設定される。
【００５３】
図６は、回転速度ωが規定回転速度ωｍ１以下である場合を示す。図６に示すように、回転速度ωが規定回転速度ωｍ１以下である場合には、トルク指令値と同じ値となる第１ｑ軸電流指令値Ｉｑｃ１がｑ軸電流指令値Ｉｑｃとなる。また本実施の形態では、モータの回転方向、トルクの向きにかかわらずに、ｄ軸電流指令値Ｉｄｃを常時ゼロ以上に制御する。またｄ軸電流指令値Ｉｄｃはゼロとなる。
【００５４】
図７は、回転速度ωが規定回転速度ωｍ１を超える場合を示す。図７に示すように、回転速度ωが規定回転速度ωｍ１を超えた場合には、トルク指令値と同じ値となる第１ｑ軸電流指令値Ｉｑｃ１がｑ軸電流指令値Ｉｑｃとなる。また（８）式によって演算される第１ｄ軸電流指令値Ｉｄｃ１が、ｄ軸電流指令値Ｉｄｃとなる。
【００５５】
図８は、第１ｄ軸電流指令値Ｉｄｃ１が弱め界磁限度電流Ｉｄｍａｘを超える場合を示す。図８に示すように、（８）式によって演算される第１ｄ軸電流指令値Ｉｄｃ１が弱め界磁限度電流Ｉｄｍａｘを超える場合、電流指令値作成部３２は、弱め界磁限度電流Ｉｄｍａｘをｄ軸電流指令値Ｉｄｃとして決定する。たとえばモータが表１に示す特性を有する場合、Ｉｄｍａｘは、５６アンペアに設定される。
【００５６】
図９および図１０は、第１ｑ軸電流指令値Ｉｑｃ１と第１ｄ軸電流指令値Ｉｄｃ１とに基づいて同期モータ２１に電流を流すと、モータ２１に流れる電流｜Ｉ｜が許容最大電流値｜Ｉｍａｘ｜を超える場合を示す。第１ｑ軸電流指令値Ｉｑｃ１と、第１ｄ軸電流指令値Ｉｄｃ１とを同期モータ２１に流すと、同期モータに流れる電流｜Ｉ｜が、予め定められる最大許容電流｜Ｉｍａｘ｜を超える場合、すなわち次式を満たす場合、
｜Ｉｍａｘ｜＜（（Ｉｄｃ１）２＋（Ｉｑｃ１）２）０．５          …（10）
同期モータに流す電流が最大許容電流以下となるように、第２ｑ軸電流指令値Ｉｑｃ２とｄ軸電流指令値Ｉｄｃ２とを決定する。具体的には、次式を満たすように、第２ｑ軸電流指令値Ｉｑｃ２と第２ｄ軸電流指令値Ｉｄｃ２を求め、それらを各軸電流指令値Ｉｑｃ，Ｉｄｃとして決定しなおす。
｜Ｉｍａｘ｜＝（（Ｉｄｃ２）２＋（Ｉｑｃ２）２）０．５          …（11）
Ｉｄｃ２＝Ｉｑｃ２・ｔａｎθａ                                  …（12）
【００５７】
したがってトルク指令値に基づいて第１ｑ軸電流指令値Ｉｑｃ１を求め、回転速度ωに応じてｄ軸電流指令値Ｉｄｃを、弱め界磁限度電流Ｉｄｍａｘとした場合であっても、（１０）式を満たさない場合には、（１１）（１２）式を満たす第２各軸電流指令値Ｉｄｃ２，Ｉｑｃ２を、各軸電流指令値Ｉｄｃ，Ｉｑｃとして決定する（図９参照）。同様に、トルク指令値に基づいて第１ｑ軸電流指令値Ｉｄｃ１を求め、（８）式に基づいて第１ｄ軸電流指令値Ｉｄｃ１を求めた場合であっても、（１０）式を満たさない場合には、（１１）（１２）式を満たす第２各軸電流指令値Ｉｄｃ２，Ｉｑｃ２を、各軸電流指令値Ｉｄｃ，Ｉｑｃとして決定する（図１０参照）。このように本実施形態では、（１）ｑ軸電流指令値Ｉｑｃは、基本的にはトルク指令をそのまま用いる。（２）ｄ軸電流指令値Ｉｄｃを、ｑ軸電流指令値Ｉｑｃと回転速度ωの増加にともなって増加させる（３）モータに流れる電流｜Ｉ｜がモータの最大許容電流｜Ｉｍａｘ｜よりも小さくなるようにする。
【００５８】
以上のように本実施の第１形態では、モータ２１の端子間電圧Ｖが最大許容電圧Ｖｍａｘに達するまで、言い換えると規定回転速度ωｍ１に達するまでは、トルク指令値に応じてｑ軸電流指令値Ｉｑｃを決定する。このときｄ軸電流指令値Ｉｄｃをゼロとすることで、効率化を図ることができ、モータの発熱を抑えるとともに力率を改善することができる。また、最大許容電圧Ｖｍａｘに達するまでは、端子間電圧Ｖを増加させることによって、誘起電圧Ｅの増加にかかわらず所望とする出力トルクを得ることができる。
【００５９】
また、端子間電圧Ｖが最大許容電圧Ｖｍａｘに達して、回転速度ωが規定回転速度ωｍ１を超えた場合、トルク指令値に応じてｑ軸電流指令値Ｉｑｃを決定する。また、回転速度ωとトルク指令値とに基づいて、ｄ軸電流指令値Ｉｄｃを決定する。このように決定したｄ軸電流指令値Ｉｄｃに基づいて電流をモータ２１に流すことによって、同期モータ２１の界磁φａを等価的に弱めることができ、同期モータの出力トルクの低下を抑えることができる。すなわち同期モータ２１を高速回転させる場合に出力可能な最大トルクを大きくすることができる。またモータの最大回転速度を高くすることができる。
【００６０】
また本実施の形態では、ｄ軸電流指令値Ｉｄｃは、基本的には、（８）式に示すようにトルク指令値に基づいて決定される。これによって高速回転させても、高いトルクを必要としない場合には、ｄ軸電流指令値Ｉｄｃを小さくすることができ、ｄ軸電流指令値Ｉｄｃの不所望な増加を防ぐことができる。これによって効率化を図り、同期モータ２１の発熱を抑えるとともに力率を改善することができる。
【００６１】
また本実施の形態では、（８）式に示すように回転速度ωに基づいてｄ軸電流指令値Ｉｄｃを決定する。これによって図６に示すように回転速度ωが低い場合には、ｄ軸電流指令値Ｉｄｃをほぼゼロにすることができ、図７に示すように回転速度ωが高い場合には、ｄ軸電流指令値Ｉｄｃを大きくすることができる。また（８）式に三角関数である正接関数ｔａｎを用いることによって、回転速度が低いときと高いときとでｄ軸電流指令値Ｉｄｃの変化率を異ならせることができ、界磁φａを弱めるのに効果的にｄ軸電流を流すことができる。また（８）式のように、ｄ軸電流指令値Ｉｄｃを決定することによって、回転速度ωに見合った最大トルクを発生させる場合に、モータに予め定められる許容最大電流｜Ｉｍａｘ｜に可能な限り近づくように、ｑ軸電流指令値Ｉｑｃとｄ軸電流指令値Ｉｄｃとを設定することができ、発生可能なトルクを大きくすることができる。
【００６２】
さらに、図８に示すように、トルク指令値と回転速度ωとに基づいて決定した第１ｄ軸電流指令値Ｉｄｃ１が、弱め界磁限度電流Ｉｄｍａｘを超える場合、ｄ軸電流指令値Ｉｄｃを弱め界磁限度電流Ｉｄｍａｘとして決定する。これによって弱め界磁限度電流Ｉｄｍａｘを超えるｄ軸電流が流れることがなく、同期モータ２１に発生する界磁φａを弱めるのに効果的となるように電流を流すことができる。これによって弱め界磁限度電流を超えるような不要なｄ軸電流がモータに流れることを防ぐことができ、効率化を図ることができる。
【００６３】
また本実施の形態によれば、モータ２１に流す電流が最大許容電流Ｉｍａｘを超えないように、（１１）式および（１２）式に基づいて、ｑ軸電流指令値Ｉｑｃおよびｄ軸電流指令値Ｉｄｃを決定する。これによってモータ２１が絶縁破壊をおこして焼損することを防ぐことができる。本実施の形態では、トルク指令値に応じて決定した第１ｑ軸電流指令値Ｉｑｃ１と、回転速度ωと前記トルク指令値とに基づいて決定した第１ｄ軸電流指令値Ｉｄｃ１との成分比を保った状態で、モータ２１に流れる電流が最大許容電流Ｉｍａｘ以下となるように，各軸電流指令値Ｉｄｃ，Ｉｑｃを決定することで、モータ２１の制御を容易にすることができ、意図した制御を行うことができる。
【００６４】
図１１は、本発明の実施の第２形態における電流指令値作成部１３２と電流制御部１３３との詳細を示すブロック線図である。第２形態の同期モータ制御システムは、第１形態の同期モータ制御システム２０と類似した構成を示し、電流指令値作成部１３２の動作が異なるほか、新たにｑ軸電圧指令Ｖｑを調整する電圧調整部１３６が設けられる。これらのほかの構成については、第１形態の同期モータ制御システム２０と同様であるので説明を省略する。
【００６５】
電流指令値作成部１３２は、与えられるトルク指令値を第１ｑ軸電流指令値Ｉｑｃ１として決定する。また電流指令値作成部１３２は、基本的には、トルク指令値と回転速度とに基づいてｄ軸電流指令値Ｉｄｃを決定する。本実施の形態では、基本的には、ｄ軸電流指令値Ｉｄｃは、（８）式によって求められる第１各軸電流指令値Ｉｑｃ１，Ｉｄｃ１を、各軸電流指令値Ｉｑｃ，Ｉｄｃとして決定する。
【００６６】
また、同期モータ２１の界磁φａを弱めることが可能な最大電流となる弱め界磁限度電流を、ｄ軸電流Ｉｄが超える場合、それ以上界磁φａを弱める効果がない。したがって（８）式によって求められた第１ｄ軸電流指令値Ｉｄｃ１が、弱め界磁限度電流Ｉｄｍａｘを超えた場合には、電流指令値作成部１３２は、図８に示すように、弱め界磁限度電流Ｉｄｍａｘをｄ軸電流指令値Ｉｄｃとして決定する。
【００６７】
またトルク指令値に応じて決定した第１ｑ軸電流指令値Ｉｑｃ１と、回転速度ωとトルク指令値とに基づいて決定した第１ｄ軸電流指令値Ｉｄｃ１とを同期モータに流すと、同期モータ２１に流れる電流の絶対値｜Ｉ｜が、予め定められる最大許容電流｜Ｉｍａｘ｜を超える場合、すなわち上述した（１０）式を満たす場合、同期モータ２１に流す電流｜Ｉ｜が最大許容電流｜Ｉｍａｘ｜以下となるように、ｑ軸電流指令値Ｉｑｃとｄ軸電流指令値Ｉｄｃとを決定する。具体的には、次式を満たす第３ｄ軸電流指令値Ｉｄｃ３を、ｄ軸電流指令値Ｉｄｃとして決定し直す。
｜Ｉｍａｘ｜＝（（Ｉｄｃ３）２＋（Ｉｑｃ１）２）０．５          …（13）
【００６８】
すなわち、ｑ軸電流指令値Ｉｑｃは、トルク指令値に基づいて決定した値をそのまま用い、（１３）式を満たす第３ｄ軸電流指令値Ｉｄｃ３をｄ軸電流指令値Ｉｄｃとして用いる。
【００６９】
制御装置２４は、電流指令値作成部１３２が決定した各軸電流指令値Ｉｑｃ，Ｉｄｃから、各軸電流検出値Ｉｑ，Ｉｄを減した各電流偏差Ｉｑｅ，Ｉｄｅを、電流制御部１３３に与え、各軸電圧指令値Ｖｑ，Ｖｄを求める。また電圧調整部１３６は、回転速度に応じて変化する補償電圧Ｖｑｅを決定する。制御装置２４は、電流制御部１３３によって決定されたｑ軸電圧指令値Ｖｑから前記補償電圧値Ｖｑｅを減じたｑ軸電圧調整指令値Ｖｑ’を逆ｄｑ軸変換部１３５に与える。すなわち逆変換に関する式について、Ｖｑの代わりにＶｑ'を代入する。
【００７０】
電圧調整部１３６は、ｄ電流検出値Ｉｄと、ｑ軸電流指令値Ｉｑｃと、回転速度ωに基づいて、補償電圧値Ｖｑｅを決定する。本実施の形態では、補償電圧値Ｖｑｅは、次式に基づいて決定される。
Ｖｑｅ＝Ｋ２・ω・Ｉｑｃ＋Ｋ３・ω・Ｉｄ                       …（14）
ここで、Ｖｑｅは補償電圧値であり、Ｋ２およびＫ３は予め定められる定数または変数であり、Ｉｑｃはトルク指令値によって決定されるｑ軸電流指令値であり、Ｉｄはｄ軸電流検出値であり、ωは回転速度である。
【００７１】
図１２は、第２実施形態の各軸電流指令値Ｉｑｃ，Ｉｄｃと、各軸電圧指令値Ｖｑ，Ｖｄと、補償電圧値Ｖｑｅを示すグラフである。上述したようにｑ軸電流指令値Ｉｑｃは、トルク指令値に等しく決定し、回転速度ωにかかわらずに決定する。またｄ軸電流指令値は、基本的には（８）式に基づいて決定し、その場合に、同期モータに流す電流｜Ｉ｜が最大許容電流｜Ｉｍａｘ｜となると、（１３）式に基づいて、決定しなおす。
【００７２】
このままでは、モータ２１の端子間電圧Ｖが許容最大電圧Ｖｍａｘを超えるおそれがあるので、本実施の形態では、ｑ軸電圧指令値Ｖｑから電圧調整部１３６によって与えられる補償電圧Ｖｑｅを減じたｑ軸電圧調整指令値Ｖｑ’を逆ｄｑ軸変換部１３５に与える。これによってモータ２１の端子間電圧Ｖが許容最大電圧Ｖｍａｘを超えることを防ぐことができる。またモータに与えるｑ軸電圧を低下させることによって、モータに流れるｑ軸電流を等価的に小さくすることができ、モータに流れる電流が最大許容電流｜Ｉｍａｘ｜を超えることを防ぐことができる。
【００７３】
本実施の形態では、補償電圧Ｖｑｅは、速度に比例して増加する誘起電圧Ｅの補償としての役割を有する。したがって回転速度ωに比例して増加させることによって、モータ２１の端子間電圧Ｖが最大許容電圧Ｖｍａｘを超えることをより確実に防ぐことができる。
【００７４】
また上述した補償電圧値Ｖｑｅを求める（１４）式のうち、ｑ軸電流指令値Ｉｑｃに応じて変化する項（Ｋ２・ω・Ｉｑｃ）を設けることで、ｑ軸電流指令値Ｉｑｃに応じてモータに与える電圧を減らすことができる。したがって第１実施形態のように回転速度ωに応じてｑ軸電流指令値Ｉｑｃを減少させなくても、ｑ軸調整電圧指令値Ｖｑ’においてＩｑ・ｒを減らす補償を与えることができる。これによってモータ２１の端子間電圧Ｖが最大許容電圧Ｖｍａｘを超える原因の１つを解消することができる。なお、ｒはモータの電機子巻線抵抗を示す。
【００７５】
また上述した補償電圧値Ｖｑｅを求める（１４）式のうち、ｄ軸検出電流値Ｉｄに応じて変化する項（Ｋ３・ω・Ｉｄ）を設けることで、ｄ軸電流検出値Ｉｄに応じてモータに与える電圧を減らすことができる。したがって第１実施形態よりもｄ軸検出電流Ｉｄが小さくて、弱め界磁の効果が少なくても、ｑ軸調整電圧指令値Ｖｑ’においてＩｄ・Ｘｄを増やす補償を与えることができる。これによってモータ２１の端子間電圧Ｖが最大許容電圧Ｖｍａｘを超える原因の他の１つを解消することができる。なお、Ｘｄはモータのｄ軸成分リアクタンスを示す。
【００７６】
図１３は、比較例の各軸電流指令値Ｉｑｃ，Ｉｄｃと、各軸電圧指令値Ｖｑ，Ｖｄと、補償電圧値Ｖｑｅを示すグラフである。図１３では、補償電圧Ｖｑｅを設定しない場合について示す。補償電圧Ｖｑｅを設定しない場合には、ｑ軸電流指令値Ｉｑｃが回転速度ωに応じて減少しないので、ｄ軸電流指令値Ｉｄｃが小さい値となる。これによって弱め界磁の効果が小さく、誘起電圧Ｅを弱める力が小さくなる。そして誘起電圧Ｅが増加した分だけ、ｑ軸電圧Ｖｑが増加し、結果として端子間電圧Ｖが増加し、モータ２１の端子間電圧Ｖが最大許容電圧Ｖｍａｘを超える原因となる。
【００７７】
これに対して、上述したように本実施形態では、図１２に示すようにｑ軸電圧指令値Ｖｑから補償電圧Ｖｑｅを減じたｑ軸調整指令値Ｖｑ’を逆ｄｑ軸変換部１３５に与えることによって、モータ２１の端子間電圧Ｖが最大許容電圧Ｖｍａｘを超えることを防ぐことができる。このように本実施形態では、（１）ｑ軸電流指令値Ｉｑｃは、トルク指令をそのまま用いる。（２）ｄ軸電流指令値Ｉｄｃを、ｑ軸電流指令値Ｉｑｃと回転速度ωの増加にともなって増加させる（３）モータに流れる電流｜Ｉ｜がモータの最大許容電流｜Ｉｍａｘ｜よりも小さくなるようにする。（４）ｑ軸電圧指令値Ｖｑから補償電圧値Ｖｑｅを減じたｑ軸調整指令値Ｖｐ’を逆ｄｑ軸変換部１３５に与え、補償電圧値Ｖｑｅを、ｄ軸電流検出値Ｉｄ、ｑ軸電流指令値Ｉｑｃおよび回転速度の増加にともなって増加させる。
【００７８】
以上のように第２実施形態に従えば、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。第１実施形態では、回転速度毎に最大トルクを得るためには、誘起電圧Ｅ、モータのリアクタンスＸｄ，Ｘｑ、抵抗Ｒなどを正確に把握する必要がある。それらの各パラメータ値Ｅ，Ｘｄ，Ｘｑ，Ｒは、温度、回転速度などによって変化し、正確に求めることが困難な場合がある。つまりある回転速度ωにおける上記θａの値を正確に決定することが困難である。
【００７９】
これに対して第２実施形態では、（８）式に基づいて決定した各軸電流指令値が最大許容電流値Ｉｍａｘを超えた場合であっても、上記θａの値にかかわらずに、ｑ軸電流指令値はそのままで、ｄ軸電流指令値を決定しなおす。これによって上述したパラメータ値が少々正確でなくとも、モータ２１の端子間電圧Ｖおよびモータ２１に流れる電流Ｉが許容値を超えることなく、高速回転時であっても可能な限り高トルクを得ることができる。
【００８０】
上述した各実施形態の制御装置２４は、本発明の例示に過ぎず発明の範囲内において構成を変更することができる。たとえば本実施の形態では、回転子の回転速度を検出する速度検出手段として、エンコーダやレゾルバを用いることができるがこれに限定されない。たとえば回転子の回転速度を検出するオブザーバを用いて速度検出手段を実現してもよい。オブザーバは、同期モータ２１を流れる電流に基づいて、回転速度を演算することができる。また、制御装置２４に設けられる位置制御部３０、速度制御部３１、電流制御部３３は、周知の技術を用いて実現することができる。
【００８１】
また本実施の形態では、基本的に回転速度ωとトルク指令値とに基づいて、（８）式に示すようにｄ軸電流指令値Ｉｄｃを決定したが、ｄ軸電流指令値は、回転速度ωとトルク指令値とに基づく演算式によって求めればよく、（８）式に示す演算式以外の演算式、たとえばＩｄｃ＝α・Ｉｑｃ（ω−ωｍ１）によって求めてもよい。なお、αは予め定められる定数または変数である。
【００８２】
また本実施の形態では、同期モータの許容電流および許容電流を用いたが、インバータ回路などの他のハードウェアによって規定される許容値に基づいて、各軸電流指令値Ｉｄｃ，Ｉｑｃおよび各軸電圧指令値Ｖｑ，Ｖｄを設定してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の第１実施形態である同期モータ制御システム２０を示すブロック図である。
【図２】制御装置２４における制御ループの概略を示すブロック線図である。
【図３】電流指令値作成部３２と電流制御部３３との詳細を示すブロック線図である。
【図４】回転速度ωの変化に関して、同期モータ２１に与えられる端子間電圧Ｖと、出力可能な最大トルクＴとを示すグラフである。
【図５】同期モータ２１の端子間電圧Ｖを説明するための回路図である。
【図６】電流指令値作成部３２によって決定される各軸電流指令値Ｉｑｃ，Ｉｄｃを示すグラフである。
【図７】電流指令値作成部３２によって決定される各軸電流指令値Ｉｑｃ，Ｉｄｃを示すグラフである。
【図８】電流指令値作成部３２によって決定される各軸電流指令値Ｉｑｃ，Ｉｄｃを示すグラフである。
【図９】電流指令値作成部３２によって決定される各軸電流指令値Ｉｑｃ，Ｉｄｃを示すグラフである。
【図１０】電流指令値作成部３２によって決定される各軸電流指令値Ｉｑｃ，Ｉｄｃを示すグラフである。
【図１１】本発明の実施の第２形態における電流指令値作成部１３２と電流制御部１３３との詳細を示すブロック線図である。
【図１２】第２実施形態の各軸電流指令値Ｉｑｃ，Ｉｄｃと、各軸電圧指令値Ｖｑ，Ｖｄと、補償電圧値Ｖｑｅを示すグラフである。
【図１３】比較例の各軸電流指令値Ｉｑｃ，Ｉｄｃと、各軸電圧指令値Ｖｑ，Ｖｄと、補償電圧値Ｖｑｅを示すグラフである。
【符号の説明】
【００８４】
２０  同期モータ制御システム
２１  同期モータ
２２  インバータ回路
２３  直流電源
２４  制御装置
３０  位置制御部
３１  速度制御部
３２  電流指令値作成部
３３  電流制御部
【図１】
2006158000.tif 000004
【図２】
2006158000.tif 000005
【図３】
2006158000.tif 000006
【図４】
2006158000.tif 000007
【図５】
2006158000.tif 000008
【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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【図１２】
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【図１３】
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