(57)【要約】【課題】モータの回転制御の精度を向上させる。【解決手段】モータの制御方法は、永久磁石を備える回転子に設けられる磁気的障壁によって、永久磁石から固定子へと向かう磁束をモータへの印加電流に応じて変化させることが可能な可変磁束型のモータの制御方法である。この制御方法は、印加電流のフィードバック制御に用いるゲインを、印加電流により示される現在の動作点から目標電流により示される目標動作点までの経路における複数の算出タイミングで、算出し、ゲインを用いたフィードバック制御によって印加電流を制御する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石を備える回転子に設けられる磁気的障壁によって、前記永久磁石から固定子へと向かう磁束をモータへの印加電流に応じて変化させることが可能な可変磁束型のモータの制御方法であって、
前記印加電流のフィードバック制御に用いるゲインを、前記印加電流により示される現在の動作点から目標電流により示される目標動作点までの経路における複数の算出タイミングで、算出し、
前記ゲインを用いた前記フィードバック制御によって前記印加電流を制御する、モータの制御方法。
【請求項２】
請求項１に記載のモータの制御方法において、
前記経路における前記動作点の電流を用いて前記モータのインダクタンスを求め、前記モータのインダクタンスに基づいて前記ゲインを算出する、モータの制御方法。
【請求項３】
請求項２に記載のモータの制御方法において、
前記目標電流を振動させることにより前記印加電流を振動させ、振動される前記印加電流の複数の値を用いて前記モータのインダクタンスを算出する、モータの制御方法。
【請求項４】
請求項３に記載のモータの制御方法において、
振動させる前記目標電流は、ｄ軸電流である、モータの制御方法。
【請求項５】
請求項３または４に記載のモータの制御方法において、
前記振動の振幅を前記動作点に応じて定める、モータの制御方法。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載のモータの制御方法において、
前記算出タイミングは、前記モータの運転状態に応じて、複数定められる、モータの制御方法。
【請求項７】
請求項６に記載のモータの制御方法において、
前記算出タイミングの間隔は、前記経路におけるトルク変化量が大きいほど、長くなるように設定される、モータの制御方法。
【請求項８】
請求項６に記載のモータの制御方法において、
前記算出タイミングの間隔は、該間隔においてトルク変化量が等しくなるように設定される、モータの制御方法。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載のモータの制御方法において、
前記算出タイミングは、現在の前記動作点における電流に基づいて、複数定められる、モータの制御方法。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項に記載のモータの制御方法において、
前記算出タイミングにおいて、現在の前記動作点と、次の前記算出タイミングにおける前記動作点との中間動作点を生成し、該中間動作点における電流に基づいて、前記ゲインを算出する、モータの制御方法。
【請求項１１】
回転子に設けられる磁気的障壁によって、モータへの印加電流に応じて前記回転子が有する永久磁石から固定子へと向かう磁束を変化させることが可能な可変磁束型のモータの制御装置であって、
前記印加電流のフィードバック制御に用いるゲインの算出タイミングを、現在の前記印加電流により示される動作点から目標電流により示される目標動作点までの経路において、複数定める算出タイミング生成部と、
前記算出タイミングで、前記ゲインを算出するゲイン算出部と、
前記ゲインを用いた前記フィードバック制御により求められる電流を、前記モータへ印加するインバータと、を備えるモータの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータの制御方法、及び、モータの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータにおいては、回転速度が制御される際に、磁気的な非線形性や磁気飽和に起因してモータのインダクタンスが変動することがある。そこで、特許文献１に開示されている技術のように、モータの非線形有限要素法などの解析により、あらかじめ電流値に対する各巻線の磁束鎖交数を求め、これらの電流値と磁束鎖交数とを対応させたデータテーブルを使用してモータのトルクなどを制御する技術が知られている。この技術により、制御パラメータが適正化され、より高い精度のモータ制御を実現することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１４１８３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、モータの中には、回転子に物理的な空隙などの磁気的障壁が設けられた構造の可変磁束型（または、可変漏れ磁束型）と称されるモータがある。この可変磁束型のモータにおいては、回転子が有する永久磁石から固定子へと向かう磁束の一部が磁気的障壁にて妨げられるように構成され、この磁気的障壁にて妨げられる磁束量はモータへの印加電流に応じて変化する。したがって、印加電流の大きさに応じて回転子から固定子へと向かう磁束量が変化するので、インダクタンスの変化量が比較的大きいという特徴がある。
【０００５】
この可変磁束型のモータにおいては、磁気的障壁が設けられることにより、印加電流によってインダクタンスが大きく変化してしまう。そのため、特許文献１に開示されたような解析手法を用いてもインダクタンスの算出精度が十分に高くならないため、算出したインダクタンスを用いてトルク、速度、及び、位置などを制御しても、精度よく回転制御できないおそれがある。このようなことから、さらなる回転制御の精度を向上させる技術が求められている。
【０００６】
本発明は、このような課題に着目してなされたものであり、モータの回転制御の精度を向上させることができるモータの制御方法、及び、モータの制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のモータの制御方法の一態様は、永久磁石を備える回転子に設けられる磁気的障壁によって、永久磁石から固定子へと向かう磁束をモータへの印加電流に応じて変化させることが可能な可変磁束型のモータの制御方法である。この制御方法は、印加電流のフィードバック制御に用いるゲインを、印加電流により示される現在の動作点から目標電流により示される目標動作点までの経路における複数の算出タイミングで、算出し、ゲインを用いたフィードバック制御によって印加電流を制御する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一態様によれば、モータの回転制御の精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、第１実施形態の可変磁束型のモータの断面図である。
【図２】図２は、モータの一部分を示す構成図である。
【図３】図３は、モータ及びその制御装置のブロック図である。
【図４】図４は、ゲインの算出タイミングを示す図である。
【図５Ａ】図５Ａは、第１変形例におけるゲインの算出タイミングを示す図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、インダクタンスの変化の一例を示す図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、インダクタンスの変化の一例を示す図である。
【図６Ａ】図６Ａは、第２変形例におけるゲインの算出タイミングの一例を示す図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、ゲインの算出タイミングの他の一例を示す図である。
【図７】図７は、第３変形例におけるモータのトルクと時間との関係を示す図である。
【図８】図８は、第２実施形態のモータ及び制御装置のブロック図である。
【図９】図９は、第３実施形態のモータ及び制御装置のブロック図である。
【図１０】図１０は、目標電流が振動する場合の動作点を示す図である。
【図１１】図１１は、目標電流が振動する場合の動作点を示す図である。
【図１２】図１２は、第４変形例における目標電流が振動する場合の動作点を示す図である。
【図１３】図１３は、目標電流が振動する場合の動作点を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
【００１１】
（第１実施形態）
一般に、可変磁束型もしくは可変漏れ磁束型と称されるモータは、回転子などにおける物理的な構成に起因して、回転子から固定子へと向かう磁束量を変化可能に構成されている。この磁束の変化量はモータへの印加電流に応じて変化することが知られており、印加電流を制御することでインダクタンスを変化させることができるので、要求負荷に応じた最適動作点を実現することができる。
【００１２】
図１は、第１実施形態の可変磁束型の電動モータ（回転電機）１００の軸方向に垂直な断面図であって、構成全体の４分の１を示す図である。全体構成の残りの４分の３の部分は、図１で示す部分構成が連続的に繰り返される。本実施形態のモータ１００は、円環形状をなす固定子１と、固定子１と同心円状をなし、かつ、固定子１との間にエアギャップ１３を有するように配置された回転子２と、回転子２に嵌装された複数の永久磁石３とを備え、電動機或いは発電機を構成する。
【００１３】
固定子１は、リング状の固定子コア１１と、固定子コア１１から内周側に向けて突起する複数のティース８と、隣接するティース８間の空間であるスロット９とからなる。ティース８には、固定子巻線１０が巻き回される。固定子コア１１は、例えば軟磁性材料である電磁鋼板により形成される。
【００１４】
回転子２は、回転子コア１２を有している。回転子コア１２は、透磁率の高い金属製の鋼板を円環状に打ち抜き加工して形成された多数の電磁鋼板を軸方向に積層して構成された、いわゆる積層鋼板構造により円筒形に形成されている。また、回転子コア１２の、固定子１と対向する周辺部の近傍には、周方向に沿って、複数の永久磁石３が互いに等間隔で、且つ、互いに隣接する永久磁石３の極性が異極性となるように設けられている。なお、本実施形態の可変磁束型のモータ１００に係る回転子コア１２は、図１で示す部分構成から推察されるとおり、周方向に沿って８個の永久磁石３が設けられた８極構造を有する。
【００１５】
また、回転子２は、隣接する永久磁石３が構成する各磁極間に、回転子コア１２を形成する電磁鋼板を打ち抜き加工することで形成される空間部分である磁気的障壁（フラックスバリアともいう）４、５を有する。磁気的障壁４、５は、電磁鋼板よりも磁気抵抗が大きい。したがって、磁気的障壁４、５は、永久磁石３が回転子２上に構成する磁気回路において、磁石磁束に対する磁束障壁として作用する。図で示す通り、磁気的障壁４は回転子２の外周側よりも回転中心側の方が幅の狭い略三角形状に形成される。磁気的障壁５は、磁気的障壁４よりも回転中心側に、磁気的障壁４を覆うように略Ｕ字状に形成される。ただし、磁気的障壁４、５の形状は、後述する技術的効果を奏する限り、図で示す形状に限定されるものではない。また、回転子２には、磁気的障壁４、５が図のように形成されていることにより、ある一磁極を構成する永久磁石３から出た磁束が、隣接する他の永久磁石３が構成する磁極側へ漏洩する際の経路となる磁束バイパス路６が形成される。さらに、回転子２には、磁気的障壁４の外周側に、磁束バイパス路６と連結する幅狭のブリッジ形状部７が設けられている。
【００１６】
永久磁石３は、回転子コア１２の対応部分に形成された空隙に嵌め込まれることにより回転子コア１２に固定されている。また、永久磁石３は、回転子２の半径方向が磁化方向とされる。ここで、本実施形態では、永久磁石３の幾何学的な中心をｄ軸とし、当該ｄ軸と電気的に直交する位置をｑ軸と定義する。なお、本実施形態の可変磁束型のモータ１００は８極構造なので、ｄ軸から機械角で２２．５度の位置がｑ軸と定義される。なお、上述の磁気的障壁４、５は、ｑ軸上に形成される。
【００１７】
以上が、第１実施形態の可変磁束型のモータ１００の基本となる構成である。ここで、本実施形態の詳細な説明の前に、本発明の対象である可変磁束型のモータ１００の基本原理について説明する。
【００１８】
本発明が対象とする可変磁束型のモータ１００は、固定子巻線１０に印加される負荷電流（ステータ電流）の作用によって、回転子２が備える永久磁石３から出る磁束の一部（漏れ磁束）の磁路を変化させることができることを特徴とする。この特徴により、モータ１００は、ステータ電流を制御することでステータ鎖交磁束を受動的に変化させることができるので、回転子２が備える永久磁石３の磁力を電流制御によって見かけ上可変にすることができる特性を有する。このような特性から、上述のように、本発明の対象である可変磁束型のモータ１００は、可変漏れ磁束型とも呼ばれる。
【００１９】
図２は、モータ１００の一部分を示した構成図であって、可変磁束型における作動の概要を説明するための図である。なお、図２で示す可変磁束型のモータ１００が有する各構成の形状および配置は、作動の概要を説明するために示した一般的なものである。
【００２０】
モータ１００は、固定子１と、固定子１との間にエアギャップ１３を形成して配置される回転子２とを備える。そして、回転子２は、永久磁石３と、磁気的障壁４、５と、隣接する２つの永久磁石の間に設けられる磁気的障壁４、５間を経由して連結された磁束バイパス路６とを有する。なお、図の左側に示す矢印の指す方向は、回転子２の回転方向を示している。
【００２１】
図２で示す磁路方向１５は、固定子１が備える固定子巻線１０に電流を通電しないときの漏れ磁束の流れる方向を示している。図２で示すように、回転子内において、永久磁石３から出た磁束の一部は、磁束バイパス路６を通って、隣接する異極側へ漏洩する。
【００２２】
このため、永久磁石３から出る固定子１側への主磁束成分の磁束量、すなわちステータ鎖交磁束が相対的に低減されるので、永久磁石３の磁力が見かけ上弱くなる。これにより、ステータ鎖交磁束によって発生する鉄損を低減することができる。この効果は、特に、低負荷、高速領域におけるモータ１００の効率を改善する上で有効となる。
【００２３】
他方、磁路方向２０は、固定子巻線１０に電流を通電しているときの磁束の流れる方向を示している。ステータ電流が流れることで、永久磁石３から出た磁束は、磁路方向２０が指し示すとおり、回転子２の回転方向の固定子側へ引き寄せられる。このため、固定子巻線１０に電流を通電しないときには漏れ磁束として回転子２内で漏洩していた磁束をステータ鎖交磁束へと効率よく変換できる。これにより、モータ１００は、永久磁石３から出る磁束が漏洩していない状態と同等の高トルクを出力することができる。
【００２４】
このように、回転子２に構成される磁極間に磁束バイパス路６を設け、ステータ電流を制御することで回転子内漏れ磁束を変化させることで、ステータ鎖交磁束が受動的に変化する特性を有するモータを可変磁束型（可変漏れ磁束型）という。
【００２５】
以上が本発明の対象となる可変磁束型のモータ１００の基本原理である。以下、このような可変磁束型のモータ１００を制御する制御装置の詳細について説明する。
【００２６】
図３は、モータ１００及び制御装置２００のブロック図である。なお、制御装置２００は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。制御装置２００は、プログラムを記憶しており、記憶しているプログラムを実行することで、後述の制御などを実行する。
【００２７】
制御装置２００は、目標電流算出部２３０にて算出されるｄ軸目標電流Ｉd*及びｑ軸目標電流Ｉq*に基づいて、回転制御に用いる三相交流電流Ｉu、Ｉv及びＩwをモータ１００に出力する。なお、目標電流算出部２３０においては、ドライバによるアクセルやブレーキなどの操作に基づいて、モータ１００において所望の回転速度を実現するようなｄ軸目標電流Ｉd*及びｑ軸目標電流Ｉq*が算出される。また、制御装置２００には、モータ１００の回転速度ωがフィードバック入力される。
【００２８】
ｄ軸ＰＩ制御部２０１には、前段に設けられる減算器２０２から、ｄ軸目標電流Ｉd*からインバータ２１１から出力されるｄ軸電流Ｉdを減じた減算値が入力される。さらに、ｄ軸ＰＩ制御部２０１においては、ゲインマップ２１２にて求められるｄ軸ゲインＧdが入力される。ｄ軸ゲインＧdには、比例制御ゲイン、及び、積分制御ゲインが含まれており、ｄ軸ＰＩ制御部２０１は、入力されるｄ軸ゲインＧdを用いた比例及び積分制御によって、ｄ軸電流Ｉdをフィードバック制御する。
【００２９】
ｄ軸ＰＩ制御部２０１の後段には、減算器２０３が設けられており、ｄ軸ＰＩ制御部２０１から出力されるフィードバック制御されたｄ軸目標電流Ｉd*から、ｄ軸非干渉制御部２０４から出力されるｄ軸非干渉制御電流を減じた減算値が、インバータ２１１に出力される。
【００３０】
ｑ軸に関しても、制御装置２００に入力されるｑ軸目標電流Ｉq*は、ｑ軸ＰＩ制御部２２１、及び、減算器２２２によってフィードバック制御された後に、減算器２２３、及び、ｑ軸非干渉制御部２２４により干渉成分がキャンセルされて非干渉化されて、インバータ２１１へ出力される、なお、この算出の過程において、ゲインマップ２１２からはｑ軸ゲインＧqが入力される。
【００３１】
インバータ２１１においては、入力されるｄ軸目標電流Ｉd*及びｑ軸目標電流Ｉq*に応じてスイッチング素子が制御されることで、三相交流電流Ｉｕ、Ｉｖ及びＩｗがモータ１００に出力される。このようにして、モータ１００の回転制御が行われる。なお、インバータ２１１とモータ１００との間には、電流計１０１が設けられており、電流計１０１において測定された三相交流電流Ｉｕ、Ｉｖ及びＩｗに対して、ｕｖｗ相からｄｑ軸への変換が行われて、ｄ軸電流Ｉd及びｑ軸電流Ｉqが制御装置２００へフィードバック入力される。
【００３２】
ここで、ゲインマップ２１２における処理について説明する。可変磁束型のモータ１００においては、印加電流に応じてインダクタンスが大きく変化する。また、一般に、モータ１００においては、インダクタンスに応じて、印加電流のフィードバック制御における応答性が変化する。すなわち、可変磁束型のモータ１００においては、印加電流に応じてフィードバック制御の応答性が大きく異なることになる。
【００３３】
ｄ軸ＰＩ制御部２０１、及び、ｑ軸ＰＩ制御部２２１におけるフィードバック制御に用いられるゲイン（比例制御ゲイン、及び、積分制御ゲイン）が大きければ、電流が定常状態になるまでの時間が短いが振動して発散するおそれがある。一方、ゲインが小さければ、発散するおそれは小さいが定常状態になるまでの時間が長い。そこで、モータ１００への印加電流に応じて、発散することなく最短で定常状態となるようなゲインを、ゲインマップ２１２が予め記憶しているものとする。
【００３４】
ゲインマップ２１２は。このような予め記憶しているマップを用いて、モータ１００に入力されるｄ軸電流Ｉd、及び、ｑ軸電流Ｉqに応じて、ｄ軸ゲインＧd、及び、ｑ軸ゲインＧqを算出する。なお、ゲインマップ２１２によるゲインの算出は、算出タイミング生成部２１４により生成される算出タイミングＴＭに応じて行われる。そして、算出されたゲインは、次の算出タイミングまで使用されることになる。
【００３５】
インダクタンス推定部２１３においては、ｄ軸ゲインＧd、及び、ｑ軸ゲインＧqの入力から、モータ１００のｄ軸インダクタンスＬd、及び、ｑ軸インダクタンスＬqが求められる。これは、モータ１００への印加電流は、ゲイン、及び、インダクタンスのそれぞれと対応しているので、求められるゲインに応じてインダクタンスを推定することができるためである。モータ１００への印加電流からインダクタンスを推定することもできる。
【００３６】
算出タイミング生成部２１４においては、入力されるｄ軸電流Ｉd、及び、ｑ軸電流Ｉqにより定まる現在の動作点と、ｄ軸目標電流Ｉd*、及び、ｑ軸目標電流Ｉq*により定まる目標動作点とから、ゲインの算出タイミングを算出し、このタイミングを示す算出タイミングＴＭをゲインマップ２１２に出力する。算出タイミング生成部２１４には、モータ１００の制御周期、負荷条件、回転速度などの運転状態が入力され、これらの運転状態を用いて算出タイミングが算出されてもよい。
【００３７】
ｄ軸非干渉制御部２０４、及び、ｑ軸非干渉制御部２２４は、ｄ軸とｑ軸とのそれぞれにおいて、相互の非干渉化を実現するｄ軸非干渉制御電流、ｑ軸非干渉制御電流を求め、それぞれを減算器２０３、及び、減算器２２３に出力する。ｄ軸非干渉制御部２０４は、モータの回転速度ω、インバータ２１１から出力されるｄ軸電流Ｉd、及び、インダクタンス推定部２１３にて推定されるｄ軸インダクタンスＬdから、ｄ軸非干渉制御電流を求める。同様に、ｑ軸非干渉制御部２２４は、モータの回転速度ω、インバータ２１１から出力されるｑ軸電流Ｉq、及び、インダクタンス推定部２１３にて推定されるｑ軸インダクタンスＬqから、ｑ軸非干渉制御電流を求める。
【００３８】
ここで、一般的なモータの制御においては、ゲインは固定値を用いる場合が多い。これに対して、可変磁束型のモータ１００においては、印加電流に応じてインダクタンスが大きく変化するため、フィードバック制御に用いるゲインとして固定値を用いると追従性が悪くなり、オーバーシュートや安定化までに時間を要してしまうことがある。そこで、算出タイミング生成部２１４により指示される算出タイミングで、ゲインマップ２１２におけるゲインの算出を逐次行うことにより、フィードバック制御によって発散することなく安定化までの時間を短くすることができる。
【００３９】
図４は、算出タイミング生成部２１４による算出タイミングを示す図である。
【００４０】
この図においては、横軸にｄ軸電流Ｉdが縦軸にｑ軸電流Ｉqが示されるとともに、モータ１００の動作点が示されている。ｄ軸電流Ｉd及びｑ軸電流Ｉqが共にゼロとなる初期動作点であるＰ０から、ｄ軸目標電流Ｉd*及びｑ軸目標電流Ｉq*により示される目標動作点であるＰ*へと印加電流を変化させる場合の経路が示されている。そして、この例においては、初期動作点Ｐ０から目標動作点Ｐ*までの経路において、Ｐ１からＰ７までの複数の算出タイミングでゲインマップ２１２によるゲインの算出が行われる。なお、Ｐ１からＰ７までの算出タイミングは一度に決められる必要はなく、たとえばＰ１においてＰ２を決定した後にＰ２においてＰ３を決定するように、逐次算出タイミングを求めてもよい。
【００４１】
具体的には、例えば、初期動作点Ｐ０においては、その電流値からゲインが算出され、算出されたゲインを用いて初期動作点Ｐ０から次の算出タイミングである動作点Ｐ１までのフィードバック制御が行われる。動作点Ｐ１においては、動作点Ｐ１における電流値からゲインが算出され、動作点Ｐ１から次のゲインの算出タイミングである動作点Ｐ２までのフィードバック制御が行われる。このように、逐次ゲインの算出を行うことで、フィードバック制御の制御精度を向上させることができる。
【００４２】
なお、本実施形態においては、経路上の７つの動作点にてゲインが算出されたがこれに限らない。複数の動作点において逐次ゲインが算出されればよい。また、算出タイミング生成部２１４は、モータ１００の制御周期、負荷条件、回転速度などの運転状態に応じて、ゲインの算出タイミングやゲインの算出タイミングや算出周期を適宜決定することができる。
【００４３】
第１実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
【００４４】
第１実施形態の制御方法によって制御されるモータ１００は、可変磁束型であって、磁気的障壁４、５が設けられる回転子２を有しており、印加される電流に応じて回転子２が有する永久磁石３から固定子１へと向かう磁束を変化させることができる。このモータ１００を制御するために、モータ１００に印加するｄ軸電流Ｉd及びｑ軸電流Ｉqを用いたｄ軸ＰＩ制御部２０１、ｑ軸ＰＩ制御部２２１におけるフィードバック制御に用いるゲインがゲインマップ２１２にて求められる。
【００４５】
算出タイミング生成部２１４は、初期動作点Ｐ０から目標電流により示される目標動作点Ｐ*までの経路において、経路上の複数の動作点Ｐ１からＰ７までを算出タイミングとして設定する。そして、ゲインマップ２１２は、逐次、算出タイミングにおける動作点の電流に基づいて、ゲインを算出する。このように逐次算出されるゲインを用いてｄ軸ＰＩ制御部２０１、及び、ｑ軸ＰＩ制御部２２１においてフィードバック制御がされて、モータ１００に印加される電流Ｉd、Ｉq（Ｉu、Ｉv、Ｉw）が求められる。
【００４６】
可変磁束型のモータ１００は、印加電流に応じてインダクタンスが大きく変化する特徴を有する。また、一般に、モータ１００においては、インダクタンスに応じて印加電流のフィードバック制御における応答性が異なる。すなわち、可変磁束型のモータ１００においては、入力される電流に応じてフィードバック制御の応答性が大きく異なるので、印加電流に応じてフィードバック制御に用いるｄ軸ゲインＧd及びｑ軸ゲインＧqを算出する必要がある。
【００４７】
そこで、モータ１００において初期動作点Ｐ０から目標動作点Ｐ*までの変化を制御する場合には、変化の経路において複数の算出タイミングを設定し、これらの算出タイミングで、印加電流に応じたゲインの算出を行う。このようにすることで、インダクタンスが大きく変化しても適時ゲインが算出されるので、フィードバック制御が適切に行われ、発散の抑制や安定化時間の短縮を図ることができる。
【００４８】
第１実施形態のモータ１００の制御方法によれば、算出タイミング生成部２１４は、モータ１００の制御周期、負荷条件、回転速度などの運転状態に応じて、ゲインの算出タイミングを定める。このようにすることで、例えば、モータ１００のインダクタンスの変化量が大きい場合にはゲインの算出間隔を短くすることで最適なフィードバック制御を実現することができる。一方、モータ１００のインダクタンスの変化量が小さい場合には算出間隔を長くすることで不要なゲインの変化を抑制することができる。
【００４９】
第１実施形態のモータ１００の制御方法によれば、ゲインマップ２１２は、ゲインの算出タイミングにおいて、現在の算出タイミング動作点を示す電流値に基づいてゲインを算出する。このようにすることで、比較的単純な制御でゲインを逐次算出することができるので、全体の処理を簡略化することができる。
【００５０】
（第１変形例）
上述の第１実施形態の例においては、ゲインの算出タイミングにおいて、現在の動作点の電流に基づいて所定の算出周期ごとにゲインを修正する例について説明した。本実施形態においては、ゲインの算出タイミングの設定方法の変形例について説明する。
【００５１】
図５Ａは、ゲインの算出タイミングの第１変形例を示す図である。この図においては、動作点の変化の経路のみが一次元で示されている。
【００５２】
この例によれば、算出タイミング生成部２１４は、初期動作点Ｐ０から目標動作点Ｐ*までの経路において、Ｐ１からＰ６までの動作点をゲインの算出タイミングとして設定する。そして、各々のゲインの算出タイミングにおいては、現在の算出タイミングの動作点と次の算出タイミングでの動作点との中間動作点を求め、この中間動作点を示す電流を用いてゲインを算出する。
【００５３】
具体的には、例えば、初期動作点Ｐ０においては、算出タイミング生成部２１４は、現在の算出タイミングの初期動作点Ｐ０と次の算出タイミングでの動作点Ｐ１との中間動作点を、経路上における初期動作点Ｐ０と動作点Ｐ１との中間に生成する。そして、中間動作点は、算出タイミングＴＭを用いて、ゲインマップ２１２に伝達される。このようにして、ゲインマップ２１２において中間動作点でのゲインが算出されるので、そのゲインを用いて初期動作点Ｐ０から動作点Ｐ１までのフィードバック制御を行うことができる。
【００５４】
ここで、ゲインを算出するタイミングにおいて、現在の動作点のインダクタンスに対して次の算出タイミングでのインダクタンスが小さい場合について検討する。
【００５５】
図５Ｂは、インダクタンスが小さくなる場合の電流とインダクタンスとの関係を示す図である。この図には、現在の算出タイミングにおける動作点と、次の算出タイミングでの動作点が示されている。そして、現在の動作点から次の算出タイミングの動作点に向かって、インダクタンスＬが小さくなることが示されている。
【００５６】
現在の動作点から次の算出タイミングの動作点までの区間について検討すれば、この区間の開始タイミングである現在の動作点においては、インダクタンスは比較的大きいのにも関わらず、中間動作点に基づいて算出された比較的小さなゲインがフィードバック制御に用いられるので、応答性が低くなる。これに対して、この区間の終了タイミングである次の算出タイミングの動作点においては、インダクタンスは比較的小さいのにも関わらず、中間動作点に基づいて算出された比較的大きなゲインが用いられるので、応答性が高くなる。このように、初期動作点Ｐ０から動作点Ｐ１へと変化する区間においては、応答性が徐々に高くなることによる安定性の向上が見込まれる。
【００５７】
次に、ゲインを算出するタイミングにおいて、現在の動作点のインダクタンスに対して次の算出タイミングでのインダクタンスが大きい場合について検討する。
【００５８】
図５Ｃは、インダクタンスが大きくなる場合の電流とインダクタンスとの関係を示す図である。この図には、現在の動作点から次の算出タイミングの動作点に向かって、インダクタンスＬが大きくなることが示されている。
【００５９】
現在の動作点から次の算出タイミングの動作点までの区間においては、開始タイミングである現在の動作点においては、インダクタンスは比較的小さいのにも関わらず、中間動作点に基づいて算出された比較的大きなゲインが用いられるので、応答性が高くなる。これに対して、この区間の終了タイミングである次の算出タイミングの動作点においては、インダクタンスは比較的大きいのにも関わらず、中間動作点に基づいて算出された比較的小さいゲインが用いられるので、応答性が低くなる。このように、動作点がＰ０からＰ１へと変化する区間においては、応答性が徐々に低くなるため、当該区間の始期では応答性が高く発散しやすいが終期では発散の抑制が見込まれる。
【００６０】
第１変形例によれば以下の効果を得ることができる。
【００６１】
第１変形例のモータ１００の制御方法によれば、算出タイミング生成部２１４は、ゲインの算出タイミングにおいて、現在の動作点と、次の算出タイミングにおける動作点との中間動作点を両者間の経路において生成する。そして、ゲインマップ２１２は、その中間動作点を示す電流に基づいてゲインを算出する。このようにすることにより、次のゲインの算出タイミングまでの間にモータ１００のインダクタンスが大きく変化するような場合であっても、中間動作点の電流を用いて算出したゲインを用いることにより、フィードバック制御による発散や収束時間の長期化を抑制することができる。
【００６２】
第１変形例のモータ１００の制御方法によれば、図５Ｂに示したように、現在の動作点から次の算出タイミングでの動作点に向かって、モータ１００のインダクタンスが小さくなる。このような場合には、現在の動作点から次の算出タイミングの動作点までの区間において、応答性が徐々に高くなることにより安定性の向上を図ることができる。
【００６３】
第１変形例のモータ１００の制御方法によれば、図５Ｃに示したように、現在の動作点から次の算出タイミングでの動作点に向かって、モータ１００のインダクタンスが大きくなる。このような場合には、現在の動作点から次の算出タイミングの動作点までの区間において、応答性が徐々に低くなることにより発散の抑制を図ることができる。
【００６４】
（第２変形例）
第１実施形態におけるこれまでの例においては、ゲインの算出周期が一定である例について説明した。第２変形例においては、算出周期を変化させる例について説明する。
【００６５】
図６Ａ、図６Ｂは、第２変形例における動作点の変化を示す図である。
【００６６】
図６Ａに示される場合には、図６Ｂに示される場合と比較すると、初期動作点Ｐ０と目標動作点Ｐ*との間におけるｑ軸電流Ｉqの差が大きい。ここで、ｑ軸電流Ｉqはモータ１００のトルクに影響を与えるため、図６Ａに示される場合には、図６Ｂに示される場合と比較すると、初期動作点Ｐ０から目標動作点Ｐ*までの間のモータ１００のトルクの変化が小さい。
【００６７】
そこで、図６Ａに示したような比較的トルクの変化が大きい場合には、ゲインの大きな変化が見込まれるので、初期動作点Ｐ０から目標動作点Ｐ*までの間において、ゲインの算出間隔を短く設定する。これに対して、図６Ｂに示したような比較的トルクの変化が小さい場合には、算出間隔を長く設定する。
【００６８】
これにより、トルクの変動が大きくゲインの算出頻度を高める必要がある場合には、ゲインの算出間隔を短くすることで、ゲインの算出頻度が高くなり、フィードバック制御における追従性を向上させることができる。一方、トルクの変動が小さく、多くのゲインの算出を必要としない場合には、ゲインの算出間隔を長くすることで、ゲインの算出頻度が低くなり、不要な処理を省略することができる。
【００６９】
第２変形例によれば以下の効果を得ることができる。
【００７０】
第２変形例のモータ１００の制御方法によれば、初期動作点Ｐ０から目標動作点Ｐ*までの経路においてq軸電流の変化が大きい場合には、算出タイミング生成部２１４は、ゲインの算出タイミングの間隔を多くする。このようにすることで、トルクの変動が大きい場合には頻繁にゲインを算出できるので、追従性を向上させることができる。一方、ｄ軸電流の変化が小さく、トルクの変化が小さい場合には、ゲインの頻繁な変更は不要なので、ゲインの算出間隔を長くすることで、不要な処理を省略することができる。
【００７１】
（第３変形例）
第２変形例においては、ゲインの算出周期を変更する例について説明した。第３変形例においては、複数のゲインの算出周期を可変に設定する例について説明する。
【００７２】
図７は、制御装置２００によって制御される場合のモータ１００のトルクと、経過時間との関係を示す図である。なお、縦軸には、トルクが示されており、初期動作点Ｐ０、及び、目標動作点Ｐ*におけるトルクが、Ｔ０、及び、Ｔ*として示されている。トルクＴ０、及び、Ｔ*となる時刻が、ｔ０、及び、ｔｅとして示されている。
【００７３】
この図によれば、トルクは、その値が小さい場合には変化率が大きく、その値が大きい場合には変化率が小さい。そこで、トルクについては、トルクＴ０からＴ*までの間隔が等間隔になるようにＴ１乃至Ｔ８が設定される。そして、トルクＴ１乃至Ｔ８と対応する時刻が、ｔ１乃至ｔ８として設定される。
【００７４】
例えば、トルクがＴ０からＴ１に変化する区間においては、トルクの変化率が比較的大きいので、時刻ｔ０からｔ１までのゲインの算出間隔は比較的短くなる。これに対して、トルクがＴ８から目標トルクＴｆに変化するまでの区間においては、トルクの変化率が比較的小さいので、時刻ｔ８から目標時刻ｔｆまでのゲインの算出間隔は比較的長くなる。
【００７５】
このように、算出タイミング生成部２１４は、図７に示すようなトルクと時間との関係を用いて、トルクの変化量が等間隔となるように、ゲインの算出タイミングであるｔ１乃至ｔ８を設定する。このようにすることで、トルクの変化率が大きい場合にはゲインの算出回数が増えるので追従性を高くすることができるととともに、トルクの変化率が小さい場合にはゲインの算出回数が減るので不要な処理を省略することができる。
【００７６】
第３変形例によれば以下の効果を得ることができる。
【００７７】
第３変形例のモータ１００の制御方法によれば、算出タイミング生成部２１４は、初期動作点Ｐ０から目標動作点Ｐ*までの経路において、トルクの変化率が比較的大きい場合には、ゲインの算出間隔を短くする。このようにすることで頻繁にゲインが更新されるので、追従性を向上させることができる。一方、トルクの変化率が比較的小さい場合には、ゲインの変更は頻繁に行う必要性が低いので、算出間隔を長くすることで、不要な処理を省略することができる。
【００７８】
（第２実施形態）
第１実施形態においては、ゲインマップ２１２の後段にインダクタンス推定部２１３が設けられる例について説明した。本実施形態においては、インダクタンス推定部２１３の後段にゲイン算出器を設ける例について説明する。
【００７９】
図８は、本実施形態の制御装置２００を示す図である。
【００８０】
この図によれば、本実施形態の制御装置２００は、第１実施形態の制御装置２００と比較すると減算器２０３とインバータ２１１との間にｄ軸電圧計２３１が追加されおり、また、減算器２２３と、インバータ２１１との間にｑ軸電圧計２３２が追加されている。
【００８１】
さらに、インダクタンス推定部２１３へは、ｄ軸電流Ｉd、及び、ｑ軸電流Ｉqに加えて、ｄ軸電圧計２３１にて計測されるｄ軸電圧Ｖd、及び、ｑ軸電圧計２３２にて計測されるｑ軸電圧Ｖqが入力される。インダクタンス推定部２１３は、ｄ軸電流Ｉdとｄ軸電圧Ｖdとからｄ軸インダクタンスＬdを求めるとともに、ｑ軸電流Ｉqとｑ軸電圧Ｖqとからｑ軸インダクタンスＬｑを求める。そして、求められたｄ軸インダクタンスＬdは、ｄ軸ゲイン算出器２３３とｄ軸非干渉制御部２０４に出力され、ｑ軸インダクタンスＬｑは、ｑ軸ゲイン算出器２３４とｑ軸非干渉制御部２２４に出力される。
【００８２】
ｄ軸ゲイン算出器２３３は、ｄ軸インダクタンスＬdに基づいてｄ軸ＰＩ制御部２０１にて用いられるｄ軸ゲインＧdを求める。ｑ軸ゲイン算出器２３４は、ｑ軸インダクタンスＬｑに基づいてｑ軸ＰＩ制御部２２１にて用いられるｑ軸ゲインＧqを求める。これは、可変磁束型のモータ１００においては、インダクタンスに応じて応答性が変化するため、インダクタンスに基づいてフィードバック制御に用いられるゲインを定めることができるためである。
【００８３】
ｄ軸ゲイン算出器２３３、及び、ｑ軸ゲイン算出器２３４においては、第１実施形態において図４にて示した場合と同様に、算出タイミング生成部２１４にて生成された算出タイミング、すなわち、初期動作点Ｐ０から目標動作点Ｐ*までの経路にける複数のタイミングで、ゲインを算出する。このように逐次ゲインの算出を行うことで、フィードバック制御の制御精度を向上させることができる。
【００８４】
なお、本実施形態においても、第１実施形態の第１変形例乃至第３変形例で示したように、ゲインの算出タイミングを定めることで、フィードバック制御をより精度よく行うことができる。
【００８５】
第２実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
【００８６】
第２実施形態の制御方法によれば、ｄ軸ゲイン算出器２３３、及び、ｑ軸ゲイン算出器２３４は、インダクタンス推定部２１３にて算出されたインダクタンスに基づいて、ゲインを算出する。ここで、モータ１００はインダクタンスに応じて応答性が変化するため、インダクタンスに基づいてもゲインを求めることができる。そのため、第１実施形態のようにｄ軸電流Ｉd及びｑ軸電流Ｉqに基づいてゲインを算出する実施形態以外にも、インダクタンスを用いた異なる実施形態でゲインを設定してフィードバック制御を安定させることができるので、設計の自由度を向上させることができる。
【００８７】
（第３実施形態）
第１実施形態及び第２実施形態においては、モータ１００からのフィードバック入力を用いてインダクタンスを測定する例について説明された。第３実施形態においては、インダクタンスを測定するために動作点を微小に変化させてインダクタンスを測定する例について説明する。
【００８８】
図９は、本実施形態における制御装置２００を示す図である。本実施形態の制御装置２００は、第２実施形態の制御装置２００と比較すると、制御装置２００の算出タイミング生成部２１４から目標電流算出部２３０に対してゲインの算出タイミングＴＭが通知される点が異なる。目標電流算出部２３０は、算出タイミング生成部２１４から算出タイミングＴＭを受信すると、ｄ軸目標電流Ｉd*をΔＩdの振幅で所定の時間だけ振動させる。このようにすることで、モータ１００への印加電流も振動する。
【００８９】
図１０は、ｄ軸目標電流Ｉd*が振動する場合の動作点が示されている。
【００９０】
この図によれば、あるゲインの算出タイミングにおいて振動する動作点について、ｄ軸電流の下限がｉd1であり、上限がｉd2であるものとする。ここで、ｄ軸電流がｉd1である場合のｑ軸電圧をＶq1、ｑ軸電流をｉq1する。ｄ軸電流がｉd2である場合のｑ軸電圧をＶq2、ｑ軸電流をｉq2すると、以下の式が成立する。
【００９１】
ただし、モータ１００の抵抗をＲａ、微分演算子をρと示すものとする。また、モータ１００における磁石磁束をψaとし、鎖交磁束をλとする。
【００９２】
【数１】
2019068601.tif 000003
【００９３】
【数２】
2019068601.tif 000004
【００９４】
【数３】
2019068601.tif 000005
【００９５】
これらの式を用いることにより、第１実施形態及び第２実施形態のようにマップを用いなくても、ｄ軸インダクタンスＬd及びｑ軸インダクタンスＬｑを推定することができる。
【００９６】
第３実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
【００９７】
第３実施形態のモータ１００の制御方法によれば、算出タイミングにおける動作点を示す電流値が所定の振幅で振動される。このような場合には、例えば、振動の上限の電流と対応する動作点と、下限の電流と対応する動作点との２つの動作点について、それぞれの動作点と対応する電流値、及び、電圧を用いて、モータ１００のインダクタンスを求めることができる。したがって、第１及び第２実施形態のように、ゲインマップ２１２を有する必要がなくなるので、記憶メモリの容量を削減することができる。
【００９８】
第３実施形態のモータ１００の制御方法によれば、目標電流のうちｄ軸目標電流Ｉd*が振動される。このようにすることで、モータ１００のトルクに影響を与えるｑ軸目標電流Ｉq*は変化しないので、モータ１００の回転制御に影響を与えることなく、インピーダンスの推定を行うことができる。
【００９９】
なお、本実施形態においては、モータ１００へのトルクへの影響が少ないｄ軸電流Ｉdを振動させたが、これに限らない。ｑ軸電流Ｉqを振動させてもよいし、また、図１１のようにｄ軸電流Ｉd及びｑ軸電流Ｉqの両者を変化させるために、算出タイミングの動作点を示すｄ軸電流、及び、ｑ軸電流を中心に、ｒを半径とする円状の軌跡に電流を変化させてもよい。
【０１００】
このような場合には、（１）式に替えて次の式と、（２）及び（３）式とが用いられることによりｄ軸インダクタンスＬd及びｑ軸インダクタンスＬｑを推定することができる。この例においてはｑ軸電流も変化するため、さらに、ｄ軸電圧Ｖd1、Ｖd2が用いられる。
【０１０１】
【数４】
2019068601.tif 000006
【０１０２】
【数５】
2019068601.tif 000007
【０１０３】
（第４変形例）
第３実施形態の例においては、算出タイミングにおける動作点を示す電流を所定の振幅で振動させる例について説明した。第４変形例においては、この振幅を動作点ごとに変化させる例について説明する。
【０１０４】
図１２は、ｄ軸目標電流Ｉd*が振動させる動作点が複数示されている。
【０１０５】
この図によれば、ゲインの算出タイミングである動作点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３と変化するにつれて、振幅がΔd1、Δd2、Δd3と順に大きくなるように設定する。振幅は、動作点におけるｄ軸電流の大きさに応じて一定の割合で定められるものとする。すなわち、動作点Ｐ１のようにｄ軸目標電流Ｉd*の絶対値が比較的小さい場合には、比較的小さな振幅Δd1で振動させる。一方、動作点Ｐ３のようにｄ軸目標電流Ｉd*の絶対値が比較的大きい場合には、比較的大きな振幅Δd3で振動させる。このようにすることで、動作点ごとに電流に応じた大きさの振幅で振動させることになるので、不要な大きさでの振動を抑制することができる。
【０１０６】
第４変形例によれば以下の効果を得ることができる。
【０１０７】
第４変形例のモータ１００の制御方法によれば、動作点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３と変化するにつれて、ｄ軸電流が大きくなる場合には、それぞれの動作点における振動の振幅がΔd1、Δd2、Δd3と順に大きくなるように設定する。このようにすることで、それぞれの動作点に応じた振幅を設定することができるので、不必要に大きな振幅での振動が抑制されるので、インダクタンスを測定するための振動がモータ１００の回転制御に与える影響を抑制できる。
【０１０８】
なお、本変形例においては、モータ１００へのトルクへの影響が少ないｄ軸電流Ｉdを振動させたが、これに限らない。ｑ軸電流Ｉqを振動させてもよいし、また、図１３のようにｄ軸電流Ｉd及びｑ軸電流Ｉqの両者を変化させるために、算出タイミングの動作点を示すｄ軸電流、及び、ｑ軸電流を中心に、ｒを半径とする円状の軌跡に電流を変化させてもよい。このような場合には、半径ｒがｄ軸電流の大きさに応じて変化する。
【０１０９】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【符号の説明】
【０１１０】
１００  モータ
２００  制御装置
２０１  ｄ軸ＰＩ制御部
２１２  ゲインマップ
２１３  インダクタンス推定器
２１４  算出タイミング生成部
２２１  ｑ軸ＰＩ制御部
２３０  目標電流算出部
【図１】
2019068601.tif 000008
【図２】
2019068601.tif 000009
【図３】
2019068601.tif 000010
【図４】
2019068601.tif 000011
【図５Ａ】
2019068601.tif 000012
【図５Ｂ】
2019068601.tif 000013
【図５Ｃ】
2019068601.tif 000014
【図６Ａ】
2019068601.tif 000015
【図６Ｂ】
2019068601.tif 000016
【図７】
2019068601.tif 000017
【図８】
2019068601.tif 000018
【図９】
2019068601.tif 000019
【図１０】
2019068601.tif 000020
【図１１】
2019068601.tif 000021
【図１２】
2019068601.tif 000022
【図１３】
2019068601.tif 000023