(57)【要約】【課題】車両駆動用途としてＰＭＳＭを用いる場合に、インバータ直流電圧の変動及び弱め磁束制御への切替に対応しつつ、トルク指令に対応する所定のトルクを得る。【解決手段】実施形態のモータ制御装置は、インバータからの電力供給を受けて駆動されるモータを、入力されたトルク指令値に対応するトルクとなるように制御するモータ制御装置である。そして、電流指令生成部は、トルク指令に対応するトルクを出力し、かつ、銅損及び鉄損を合わせた損失が最小となるように速度、インバータに印加される直流電圧に基づいて電流指令を決定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インバータからの電力供給を受けて駆動されるモータを、入力されたトルク指令値に対応するトルクとなるように制御するモータ制御装置であって、
トルク指令に対応するトルクを出力し、かつ、銅損及び鉄損を合わせた損失が最小となるように前記速度、前記インバータに印加される直流電圧に基づいて電流指令を決定する電流指令生成部を備えたモータ制御装置。
【請求項２】
前記損失が最小となるように電流位相角を決定する電流位相角決定部を備え、
前記電流指令生成部は、入力されたトルク指令値に対応するトルクとなるように、前記速度、前記インバータに印加される直流電圧に基づいて前記電流指令を決定する、
請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記電流指令は、前記トルク指令値、前記速度、前記インバータに印加される直流電圧に基づいて決定される電流振幅及び電流位相角により決定される請求項２記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記電流指令生成部は、前記インバータの出力電圧が所定の電圧に至るまでは、損失最小制御を行い、前記所定の電圧を超えた場合に弱め磁束制御を行う、
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のモータ制御装置。
【請求項５】
前記速度に応じて、前記損失が最小となるように電流指令を決定する損失最小制御部と、
前記インバータの出力電圧が所定の電圧を超えないように電流指令を決定する弱め磁束制御部と、
前記モータの速度及び前記トルク指令値に基づいて前記損失最小制御部あるいは前記弱め磁束制御部の電流指令のいずれかを制御用の電流指令として切り替える切替部と、
を備えた請求項４記載のモータ制御装置。
【請求項６】
前記トルク指令値及び前記速度に基づいて前記トルク指令値に対応するトルクで損失が最小となる第１電流指令値を決定する第１電流指令生成部と、
前記トルク指令値及び前記インバータの入力直流電圧に基づいて等トルク線上で定電圧曲線の交点に相当する第２電流指令値を決定する第２電流指令生成部と、
前記トルク指令値、前記速度及び前記インバータの入力直流電圧に基づいて前記第１電流指令値あるいは前記第２電流指令値のいずれか一方を電流指令値として出力する電流指令値切替部と、
を備えた請求項４記載のモータ制御装置。
【請求項７】
等トルク線と等電流曲線の交点から等トルク線に沿うように弱め磁束方向を決定する弱め磁束方向決定部と、
前記弱め磁束方向に沿って、前記損失が最小となるようにフィードフォワード制御を行い、第１弱め深さを決定する第１弱め深さ決定部と、
前記弱め磁束方向に沿って、前記インバータの出力電圧が前記所定の電圧を超えないように、フィードバック制御を行い、第２弱め深さを決定する第２弱め深さ決定部と、
前記トルク指令値、前記速度及び前記インバータの入力直流電圧に基づいて前記第１弱め深さあるいは前記第２弱め深さのいずれか一方を弱め深さとして出力する弱め深さ切替部と、
を備えた請求項２記載のモータ制御装置。
【請求項８】
インバータにより永久磁石同期モータを駆動して、車両を駆動する電気車制御装置であって、
トルク指令に対応するトルクを出力し、かつ、銅損及び鉄損を合わせた損失が最小となるように前記速度、前記インバータに印加される直流電圧に基づいて電流指令を決定する電流指令生成部を備えた電気車制御装置。
【請求項９】
前記車両制御装置からノッチオフ指令が入力された場合に、より損失が少なくなるように、前記インバータをゲートオフ制御あるいはゼロトルク制御のいずれかを実行する、
請求項８記載の電気車制御装置。
【請求項１０】
前記電流指令生成部は、前記車両制御装置から、定速運転指令が入力された場合には、トルク指令に対応するトルクを出力し、かつ、銅損及び鉄損を合わせた損失が最小となるように前記電流指令を決定し、
前記車両制御装置から、前記定速運転指令が入力されていない場合には、前記銅損が最小となるように前記速度、前記インバータに印加される直流電圧に基づいて前記電流指令を決定する、
請求項８又は請求項９記載の電気車制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、モータ制御装置及び電気車制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、鉄道車両駆動用途として用いられる電動機として、永久磁石同期電動機（以下、ＰＭＳＭという。）が用いられている。鉄道車両駆動用に用いられるＰＭＳＭは、許容動作電圧などの観点から、印加される電圧が制限されていない領域においては、電流が最小となるように電流位相角が設定される電流最小制御が一般的に用いられている。この制御は、銅損が最小となる、インバータ電流を最小に出来るといったメリットが挙げられていた。
【０００３】
一方、産業用途として用いられるＰＭＳＭは、全損失（＝銅損＋鉄損）が最小になるように電流位相角が決定される損失最小制御が用いられる場合がある。この損失最小制御は、効率向上というメリットが挙げられていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４００８７２４号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】電気学会論文誌Ｄ，産業応用部門誌Ｖｏｌ．１１２（１９９２）  Ｎｏ．３          「ブラシレスＤＣモータの省エネルギー高効率運転法」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、鉄道車両駆動用途としてＰＭＳＭを用いる場合は、ＰＭＳＭに駆動電力を供給するインバータに印加されるインバータ直流電圧が大きく変動したり、インバータ直流電圧の変動の影響を受けることなくトルク指令に対応する所定のトルクを得るなど、鉄道車両の走行に対応した制御が必要であった。電流最小制御を行っていたのは、上記の条件を満たしつつ、損失最小制御を行うのは困難であると考えられていたためである。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、車両駆動用途としてＰＭＳＭを用いる場合に、インバータ直流電圧の変動、トルク指令に対応する所定のトルクを得ることが可能なモータ制御装置及び電気車制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施形態のモータ制御装置は、インバータからの電力供給を受けて駆動されるモータを、入力されたトルク指令値に対応するトルクとなるように制御するモータ制御装置である。
そして、電流位相角決定部は、電流振幅とモータの速度に応じて銅損及び鉄損を合わせた損失が最小となるように電流位相角を決定する。
また、電流振幅決定部は、入力されたトルク指令値に対応するトルクとなるように、速度、インバータに印加される直流電圧に基づいて電流振幅を決定する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、第１実施形態のモータ制御装置を備えた電気車の概要構成ブロック図である。
【図２】図２は、電流位相角に対するモータの銅損、鉄損及び全損失（銅損＋鉄損）の関係説明図である。
【図３】図３は、従来技術である電流最小制御における速度ωと、トルクＴ、出力電圧Ｖ、電流振幅Ｉ及び電流位相角βと、の関係の説明図である。
【図４】図４は、第１実施形態の損失最小制御の実現方法の一例の説明図である。
【図５】図５は、インバータ出力電圧が低下した場合の動作状態説明図である。
【図６】図６は、第１実施形態の電流指令生成部の概要構成ブロック図である。
【図７】図７は、第１実施形態の変形例の損失最小制御の実現方法の一例の説明図である。
【図８】図８は、インバータ出力電圧が低下した場合の動作状態説明図である。
【図９】図９は、第１実施形態の変形例の電流指令生成部の概要構成ブロック図である。
【図１０】図１０は、第２実施形態のモータ制御装置を備えた電気車の概要構成ブロック図である。
【図１１】図１１は、第２実施形態の電流指令生成部の概要構成ブロック図である。
【図１２】図１２は、ｄｑ軸電流に対する等トルク線及び等電圧線の関係説明図である。
【図１３】図１３は、第２実施形態の変形例の電流指令生成部の概要構成ブロック図である。
【図１４】図１４は、第３実施形態の電流指令生成部の概要構成ブロック図である。
【図１５】図１５は、第３実施形態の動作説明図である。
【図１６】図１６は、第４実施形態の電流指令生成部の概要構成ブロック図である。
【図１７】図１７は、第５実施形態のモータ制御装置を備えた電気車の概要構成ブロック図である。
【図１８】図１８は、第５実施形態における惰行判断部の概要構成ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に図面を参照して実施形態について詳細に説明する。
［１]第１実施形態
図１は、第１実施形態のモータ制御装置を備えた電気車の概要構成ブロック図である。
【００１１】
電気車１００は、大別すると、電力変換を行うインバータ１と、インバータ１により電力が供給されて電気車１００を駆動するＰＭＳＭ２と、インバータ１からＰＭＳＭ２に供給される電流（本実施形態では、Ｕ相電流及びＷ相電流）を検出する電流検出部３と、ＰＭＳＭ２の回転角を検出する回転角検出部４と、架線電力を整流するフィルタリアクトル１１と、架線電力を充電するフィルタコンデンサ１０と、架線電力を集電するパンタグラフ１２と、電気車１００に設けられている車輪１４と、インバータ１に印加される直流電圧であるインバータ直流電圧Ｖｄｃを検出するインバータ直流電圧検出部１６と、電気車１００（ひいては列車）の走行制御を行うための列車制御装置１９と、列車制御装置１９の制御下でＰＭＳＭ２の駆動制御を行うモータ制御装置２０と、を有している。また、電気車１００の車輪１４は、レール１５上を回転し、電気車１００を走行させる。
【００１２】
モータ制御装置２０は、回転角検出部４が検出した回転角θに基づいて、ＰＭＳＭ２の（回転）速度ωを演算し出力する速度演算部２１と、列車制御装置１９から入力されるトルク指令Ｔ＊並びに入力されたインバータ直流電圧Ｖｄｃ及び速度ωに基づいて、ｄ軸電流値を指令するｄ軸電流指令ｉｄ＊及びｑ軸電流値を指令するｑ軸電流指令ｉｑ＊を生成して出力する電流指令生成部２６と、ｄ軸電流指令ｉｄ＊、ｑ軸電流指令ｉｑ＊、ｄ軸電流実測値ｉｄ、ｑ軸電流実測値ｉｑに基づいて、ｄ軸電圧指令ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令ｖｑ＊を生成し出力する電流制御部２５と、入力された回転角θ、ｄ軸電圧指令ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令ｖｑ＊に基づいて、ｄ軸電圧指令ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令ｖｑ＊のｄｑ／ＵＶＷ座標変換を行って、インバータ１が出力するＵ相電圧、Ｖ相電圧及びＷ相電圧を制御するためのＵ相電圧指令ｖｕ＊、Ｖ相電圧指令ｖｖ＊及びＷ相電圧指令ｖｗ＊を生成し出力する第１座標変換部２４と、入力されたＵ相電圧指令ｖｕ＊、Ｖ相電圧指令ｖｖ＊及びＷ相電圧指令ｖｗ＊に基づいてインバータ１を構成している図示しないスイッチングトランジスタ（例えば、ＩＧＢＴ；Insulated  Gate  Bipolar  Transistor）を駆動するためのゲート指令信号（群）ＧＣを生成して出力するＰＷＭ変調部２２と、電流検出部が検出したＵ相電流ｉｕ、Ｗ相電流ｉｗのＵＶＷ／ｄｑ座標変換を行って、ｄ軸電流実測値ｉｄ、ｑ軸電流実測値ｉｑを出力する第２座標変換部２３と、を備えている。
【００１３】
上記構成において、インバータ１は、ゲート指令信号ＧＣに基づいて、インバータ１に内蔵されているスイッチング素子（例えば、ＩＧＢＴ）のオン／オフを切替えることによって交流／直流電力を相互に変換する。
【００１４】
電流検出部３は、電流センサ３ｕ及び電流センサ３ｗにより、Ｕ相電流ｉｕ及びＷ相電流ｉｗを検出して第２座標変換部２３に出力する。なお、本実施形態では、Ｕ相及びＷ相の２相の電流値（電流応答値）を検出しているが、３相全ての電流値を検出する構成とすることも可能である。
【００１５】
第２座標変換部２３は、回転角θに基づき、入力されたＵ相電流ｉｕ及びＷ相電流ｉｗに対してＵＶＷ／ｄｑ変換を行う。そして、ＵＶＷ／ｄｑ変換によって生成されたｄ軸電流実測値ｉｄ、ｑ軸電流実測値ｉｑを電流制御部２５に出力する。
【００１６】
図２は、電流位相角に対するモータの銅損、鉄損及び全損失（銅損＋鉄損）の関係説明図である。
図２において、Ｗｃはモータの銅損、Ｗｉモータの鉄損、Ｗｔはモータの全損失である。
【００１７】
図２に示すように、位相角Ａにおいて銅損Ｗｃが最も少なくなっている。また、位相角Ｂにおいて、全損失Ｗｔが最も少なくなっている。
ところで、一般的な鉄道車両駆動用のモータ制御においては、銅損Ｗｃが最小となる位相角Ａとなるように、すなわち、電流が最小となるように制御する電流最小制御を行っていた。この電流最小制御を行っていた理由は、銅損Ｗｃが最も少なくなる条件は、モータの（回転）速度に依存性が無く、制御が容易であるからである。
以下、本実施形態の鉄道車両の走行条件を満たしつつ、位相角Ｂにおいて全損失Ｗｔが最小となるような制御（損失最小制御）について説明する。
【００１８】
ここで、モータの銅損Ｗｃ、鉄損Ｗｉ及び全損失Ｗｔは、機械損、漂遊負荷損等を無視したとすると、以下のように表すことができる。
すなわち、モータの銅損Ｗｃは、巻線抵抗をＲとし、電流振幅をＩとすると、（１）式で表せる。
【００１９】
【数１】
2015006067.tif 000003
【００２０】
また鉄損Ｗｉは、ｄ軸インダクタンスをＬｄ、ｑ軸インダクタンスをＬｑとし、φは磁石磁束とし、Ｉを電流振幅とし、電流位相角をβとし、速度をωとすると、（２）式で表せる。
【００２１】
【数２】
2015006067.tif 000004
【００２２】
また、全損失Ｗｔは、（３）式により表せる。
【００２３】
【数３】
2015006067.tif 000005
【００２４】
一方、ＰＭＳＭのトルクＴは、次式により表される。
【００２５】
【数４】
2015006067.tif 000006
【００２６】
ここで、ｐは、極対数を表している。
（２）式に示したように、鉄損Ｗｉは、速度ωの二乗に比例して変化するため、全損失Ｗｔが最小となる電流位相角βも速度ωに応じて変化することとなる。
ここで、電流位相角βが変更されると、トルクＴも変化することとなるので、トルクＴを変化しないように電流振幅Ｉを制御して変化させる必要がある。
【００２７】
図３は、従来技術である電流最小制御における速度ωと、トルクＴ、出力電圧Ｖ、電流振幅Ｉ及び電流位相角βと、の関係の説明図である。
ここで、出力電圧Ｖが制限電圧Ｖｌｉｍに至る迄、すなわち、速度ω＝ω１に至るまでは、電流振幅Ｉと、電流位相角βは、一定値に保たれている。
そして、出力電圧Ｖが制限電圧Ｖｌｉｍに達すると、出力電圧Ｖが制限電圧Ｖｌｉｍを超えないように電流位相角βを進めることとなる。
従って、速度ω１以下の速度ではトルクＴを一定に保つためには、電流位相角βを進めた際は、電流振幅Ｉを上げる必要がある。図３において、速度ω１以上の速度ではトルクＴも低下するため、電流振幅が減少する。
図３においては、速度ω１でトルクＴが低下し始めるのと、出力電圧Ｖが制限電圧Ｖｌｉｍに達するのと、が同時になっており、このようにトルクＴの低下の開始点と出力電圧Ｖの制限電圧Ｖｌｉｍの到達点を一致させるようにモータを設計することが一般的である。
しかしながら、トルクＴの低下の開始点と出力電圧Ｖの制限電圧Ｖｌｉｍの到達点と、が一致しない場合には、トルクＴに合わせて電流振幅Ｉを設定していた。
以上が電流最小制御を実現するための制御方法であり、従来技術によれば、上述したように、トルクＴの維持は、損失最小制御とは相容れないものとなっていた。
【００２８】
図４は、第１実施形態の損失最小制御の実現方法の一例の説明図である。
図４において、速度ω＝０において全損失Ｗｔが最小となる電流位相角をβ０とし、このときにトルクＴ１を実現するための電流振幅をＩ０とし、速度＝ω１において全損失Ｗｔが最小となる電流位相角をβ１とし、このときにトルクＴ１を実現するための電流振幅をＩ１とする。
【００２９】
そして、電流振幅Ｉ０−Ｉ１間及び電流位相角β０−β１間をそれぞれ線形補間し、電流振幅制御基準線及び電流位相角制御線として、対応するテーブルあるいは対応する関数として記憶しておく。あるいは、速度ω＝０〜速度ω＝ω１の間における数箇所の電流振幅Ｉと電流位相角βとの組み合わせを取得し、テーブルとして記憶したり、近似関数（近似曲線）を記憶したりしてもよい。
【００３０】
図５は、インバータ出力電圧が図４よりも低下した場合の動作状態説明図である。
図５に示すように、インバータの出力電圧Ｖ＝Ｖ１が図４に示した所定電圧Ｖ０よりも低くなった場合には（Ｖ１＜Ｖ０）、速度ω２（＜ω１）でインバータの出力電圧Ｖが電圧制限に至ることとなる。
【００３１】
本第１実施形態において、インバータの出力電圧Ｖが電圧制限に至った状態においても、速度ω１までトルクＴを一定にする必要がある。
すなわち、速度ω＝ω２〜ω１の領域においても、トルクＴを一定に保つ必要がある。
【００３２】
このため、本実施形態においては、速度ω１で電圧制限を満たしながら全損失が最小となる電流位相角β３において要求されるトルクＴ１を実現するための電流振幅Ｉ３とする。また、速度ω２で電圧制限を満たしながら全損失が最小となる電流位相角β２において要求されるトルクＴ１を実現するための電流振幅Ｉ２とする。
【００３３】
そして、電流振幅Ｉ２−Ｉ３間及び電流位相角β２−β３間をそれぞれ線形補間し、電流振幅制御基準線及び電流位相角制御線として、対応するテーブルあるいは対応する関数として記憶しておく。あるいは、速度ω＝ω２〜ω１の間における数箇所の電流振幅Ｉと電流位相角βとの組み合わせを取得し、テーブルとして記憶したり、近似関数（近似曲線）を記憶したりしてもよい。
【００３４】
図６は、第１実施形態の電流指令生成部の概要構成ブロック図である。
電流指令生成部２６は、トルク指令Ｔ＊、インバータ直流電圧Ｖｄｃ及び速度ωが入力されて、それらの組み合わせに相当する複数のテーブルのいずれかを参照して入力されたトルク指令Ｔ＊、インバータ直流電圧Ｖｄｃ及び速度ωに対応する電流振幅Ｉを出力する電流振幅設定部８１と、トルク指令Ｔ＊、インバータ直流電圧Ｖｄｃ及び速度ωが入力されて、それらの組み合わせに相当する複数のテーブルのいずれかを参照して入力されたトルク指令Ｔ＊、インバータ直流電圧Ｖｄｃ及び速度ωに対応する電流位相角βを出力する電流位相角設定部８２と、電流振幅Ｉｓ及び電流位相角βｓに基づいて演算を行い、ｄ軸電流指令ｉｄ＊及びｑ軸電流指令ｉｑ＊を生成して電流制御部２５に出力する電流指令演算部８３と、を備えている。
【００３５】
ここで、モータ制御装置２０の主要動作について説明する。
電流指令生成部２６の電流振幅設定部８１は、列車制御装置１９からトルク指令Ｔ＊が入力され、インバータ直流電圧検出部１６から検出したインバータ直流電圧Ｖｄｃが入力され、速度演算部２１から演算結果である速度ωが入力されると、それらの組み合わせに相当する複数のテーブルのいずれかを参照して電流振幅Ｉｓを設定し、電流指令演算部８３に出力する。
【００３６】
また電流指令生成部２６の電流位相角設定部８２は、列車制御装置１９からトルク指令Ｔ＊が入力され、インバータ直流電圧検出部１６から検出したインバータ直流電圧Ｖｄｃが入力され、速度演算部２１から演算結果である速度ωが入力されると、それらの組み合わせに相当する複数のテーブルのいずれかを参照して電流位相角βｓを設定し、電流指令演算部８３に出力する。
【００３７】
これらの結果、電流指令演算部８３は、電流振幅Ｉｓ及び電流位相角βｓに基づいて演算を行い、ｄ軸電流指令ｉｄ＊及びｑ軸電流指令ｉｑ＊を生成して電流制御部２５に出力する。
【００３８】
そして、電流制御部２５は、ｄ軸電流指令ｉｄ＊、ｑ軸電流指令ｉｑ＊、ｄ軸電流実測値ｉｄ、ｑ軸電流実測値ｉｑに基づいて、ｄ軸電圧指令ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令ｖｑ＊を生成し第１座標変換部２４に出力する。
【００３９】
第１座標変換部２４は、回転角検出部４から入力された回転角θ、電流制御部２５  から入力されたｄ軸電圧指令ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令ｖｑ＊に基づいて、ｄ軸電圧指令ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令ｖｑ＊のｄｑ／ＵＶＷ座標変換を行って、Ｕ相電圧指令ｖｕ＊、Ｖ相電圧指令ｖｖ＊及びＷ相電圧指令ｖｗ＊を生成しＰＷＭ変調部２２に出力する。
【００４０】
この結果、ＰＷＭ変調部２２は、入力されたＵ相電圧指令ｖｕ＊、Ｖ相電圧指令ｖｖ＊及びＷ相電圧指令ｖｗ＊に基づいてインバータ１を構成している図示しないスイッチングトランジスタを駆動するためのゲート指令信号（群）ＧＣを生成してインバータ１に出力する。
【００４１】
以上のように構成することにより、本第１実施形態によれば、インバータ１から出力される交流電力により制御されるＰＭＳＭ２においては、最小損失制御がなされることにより、効率を向上させることができるとともに、インバータ直流電圧Ｖｄｃの変動にかかわらず、列車制御装置１９から入力されたトルク指令Ｔ＊に対応するトルクＴを維持できる。
【００４２】
［１．１］変形例
上記第１実施形態においては、図４に示したように、トルクＴをトルク指令Ｔ＊に対応する値に維持するために電流振幅Ｉ及び電流位相角βを制御する構成を採っていたが、本第１変形例は、トルクＴをトルク指令Ｔ＊に対応する値に維持するために、電流指令生成部２６−１が列車制御装置１９から入力されるトルク指令Ｔ＊並びに入力されたインバータ直流電圧Ｖｄｃ及び速度ωを参照して、直接ｄ軸電流値を指令するｄ軸電流指令ｉｄ＊及びｑ軸電流値を指令するｑ軸電流指令ｉｑ＊を出力する構成としたものである。
【００４３】
図７は、第１実施形態の変形例の損失最小制御の実現方法の一例の説明図である。ただし、図７においてｄ軸電流指令ｉｄ＊は電流振幅の大きさをわかりやすくするため、符号を反転して表示している。実際には負の値である。
図７において、速度ω＝０において全損失Ｗｔが最小となるｄ軸電流指令をｉｄ０とし、このときにトルクＴ１を実現するためのｑ軸電流をｉｑ０とし、速度＝ω１において全損失Ｗｔが最小となるｄ軸電流をｉｄ１とし、このときにトルクＴ１を実現するためのｑ軸電流をｉｑ１とする。
【００４４】
そして、ｄ軸電流ｉｄ０−ｉｄ１間及びｑ軸電流ｉｑ０−ｉｑ１間をそれぞれ線形補間し、ｄ軸電流制御基準線及びｑ軸電流制御線として、対応するテーブルあるいは対応する関数として記憶しておく。あるいは、速度ω＝０〜速度ω＝ω１の間における数箇所のｄ軸電流ｉｄとｑ軸電流ｉｑとの組み合わせを取得し、テーブルとして記憶したり、近似関数（近似曲線）を記憶したりしてもよい。
【００４５】
図８は、インバータ出力電圧が図７よりも低下した場合の動作状態説明図である。
図８に示すように、インバータの出力電圧Ｖ＝Ｖ１が図７に示した所定電圧Ｖ０よりも低くなった場合には（Ｖ１＜Ｖ０）、速度ω２（＜ω１）でインバータの出力電圧Ｖが電圧制限に至ることとなる。
【００４６】
ところで、本第１実施形態の変形例において、インバータの出力電圧Ｖが電圧制限に至った状態においても、トルクＴを一定にする必要がある。
すなわち、速度ω２〜ω１の領域においても、トルクＴを一定に保つ必要がある。
【００４７】
このため、本第１実施形態の第１変形例においては、速度ω１で電圧制限を満たしながら全損失が最小となるｄ軸電流ｉｄ３において要求されるトルクＴ１を実現するためのｑ軸電流指令をｑ軸電流ｉｑ３とする。また、速度ω２で電圧制限を満たしながら全損失が最小となるｄ軸電流ｉｄ２において要求されるトルクＴ１を実現するためのｑ軸電流指令をｑ軸電流ｉｑ２とする。
【００４８】
そして、ｄ軸電流ｉｄ２−ｉｄ３間及びｑ軸電流ｉｑ２−ｉｑ３間をそれぞれ線形補間し、ｄ軸電流制御基準線及びｑ軸電流制御線として、対応するテーブルあるいは対応する関数として記憶しておく。あるいは、速度ω＝ω２〜速度ω１の間における数箇所のｄ軸電流ｉｄとｑ軸電流ｉｑとの組み合わせを取得し、テーブルとして記憶したり、近似関数（近似曲線）を記憶したりしてもよい。
【００４９】
図９は、第１実施形態の変形例の電流指令生成部の概要構成ブロック図である。
電流指令生成部２６Ａは、トルク指令Ｔ＊、インバータ直流電圧Ｖｄｃ及び速度ωが入力されて、それらの組み合わせに相当する複数のテーブルのいずれかを参照して入力されたトルク指令Ｔ＊、インバータ直流電圧Ｖｄｃ及び速度ωに対応するｄ軸電流指令ｉｄ＊を出力するｄ軸電流指令設定部８４と、トルク指令Ｔ＊、インバータ直流電圧Ｖｄｃ及び速度ωが入力されて、それらの組み合わせに相当する複数のテーブルのいずれかを参照して入力されたトルク指令Ｔ＊、インバータ直流電圧Ｖｄｃ及び速度ωに対応するｑ軸電流指令ｉｑ＊を出力するｑ軸電流指令設定部８５と、を備えている。
【００５０】
ここで、本第１実施形態の変形例におけるモータ制御装置２０の主要動作について説明する。
電流指令生成部２６Ａのｄ軸電流指令設定部８４は、トルク指令Ｔ＊、インバータ直流電圧Ｖｄｃ及び速度ωが入力されて、それらの組み合わせに相当する複数のテーブルのいずれかを参照して対応するｄ軸電流指令ｉｄ＊を電流制御部２５に出力する。
【００５１】
同様に、ｑ軸電流指令設定部８５は、トルク指令Ｔ＊、インバータ直流電圧Ｖｄｃ及び速度ωが入力されて、それらの組み合わせに相当する複数のテーブルのいずれかを参照して対応するｑ軸電流指令ｉｑ＊を電流制御部２５に出力する。
【００５２】
そして、電流制御部２５は、ｄ軸電流指令ｉｄ＊、ｑ軸電流指令ｉｑ＊、ｄ軸電流実測値ｉｄ、ｑ軸電流実測値ｉｑに基づいて、ｄ軸電圧指令ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令ｖｑ＊を生成し第１座標変換部２４に出力する。
【００５３】
第１座標変換部２４は、回転角検出部４から入力された回転角θ、電流制御部２５から入力されたｄ軸電圧指令ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令ｖｑ＊に基づいて、ｄ軸電圧指令ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令ｖｑ＊のｄｑ／ＵＶＷ座標変換を行って、Ｕ相電圧指令ｖｕ＊、Ｖ相電圧指令ｖｖ＊及びＷ相電圧指令ｖｗ＊を生成しＰＷＭ変調部２２に出力する。
【００５４】
この結果、ＰＷＭ変調部２２は、入力されたＵ相電圧指令ｖｕ＊、Ｖ相電圧指令ｖｖ＊及びＷ相電圧指令ｖｗ＊に基づいてインバータ１を構成している図示しないスイッチングトランジスタを駆動するためのゲート指令信号（群）ＧＣを生成してインバータ１に出力する。
【００５５】
以上のように構成することにより、本第１実施形態の変形例によっても、インバータ１から出力される交流電力により制御されるＰＭＳＭ２においては、最小損失制御がなされることにより、効率を向上させることができるとともに、インバータ直流電圧Ｖｄｃの変動にかかわらず、列車制御装置１９から入力されたトルク指令Ｔ＊に対応するトルクＴを維持できる。
【００５６】
［１．２］第１実施形態の他の変形例
以上の説明においては、回転角検出部４を用いた場合の実施形態について説明したが、回転角検出部４を持たない、センサレス制御であっても同様に制御し、同様の効果を得ることが可能である。
【００５７】
また、以上の説明においては、鉄道車両駆動用のモータ制御装置を例として説明したが、ＥＶ（Electric  Vehicle：電気自動車）、ＨＥＶ（Hybrid  Electric  Vehicle：ハイブリッド電気自動車）におけるモータ制御装置に適用することも可能である。
【００５８】
［２］第２実施形態
図１０は、第２実施形態のモータ制御装置を備えた電気車の概要構成ブロック図である。
図１０において、図１の第１実施形態と同様の部分には、同一の符号を付すものとする。
【００５９】
図１０において、図１の第１実施形態と異なる点は、電流指令生成部２６に代えて、電流指令生成部２６Ｂを備えた点である。この電流指令生成部２６Ｂは、列車制御装置１９から入力されるトルク指令Ｔ＊、インバータ直流電圧検出部１６から入力されたインバータ直流電圧Ｖｄｃ、速度演算部２１から入力された速度ω並びに電流制御部２５から入力されたｄ軸電圧指令ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令ｖｑ＊に基づいて、ｄ軸電流値を指令するｄ軸電流指令ｉｄ＊及びｑ軸電流値を指令するｑ軸電流指令ｉｑ＊を生成して出力する。
【００６０】
図１１は、第２実施形態の電流指令生成部の概要構成ブロック図である。
電流指令生成部２６Ｂは、大別すると、列車制御装置１９から入力されるトルク指令Ｔ＊及び速度演算部２１から入力される速度ωに基づいて第１ｄ軸電流指令ｉｄ１＊及び第１ｑ軸電流指令ｉｑ１＊を生成し、出力する第一電流指令演算部９１と、電流制御部２５から入力されたｄ軸電圧指令ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令ｉｑ＊に基づいて出力電圧振幅Ｖを演算し出力する出力電圧振幅演算部９２と、インバータ直流電圧検出部１６から入力されたインバータ直流電圧Ｖｄｃに基づいて出力電圧振幅指令Ｖ＊を演算し出力する出力電圧振幅指令演算部９３と、出力電圧振幅演算部９２から入力された出力電圧振幅Ｖ及び出力電圧振幅指令演算部９３から入力された出力電圧振幅指令Ｖ＊に基づいて第２ｄ軸電流指令ｉｄ２＊及び第２ｑ軸電流指令ｉｑ２＊を生成し、出力する第二電流指令演算部９４と、列車制御装置１９から入力されるトルク指令Ｔ＊、インバータ直流電圧検出部１６から入力されたインバータ直流電圧Ｖｄｃ、速度演算部２１から入力された速度ωに基づいて電流指令切替信号ｆｉを出力する電流指令切替信号生成部９５と、第１ｄ軸電流指令ｉｄ１＊、第１ｑ軸電流指令ｉｑ１＊、第２ｄ軸電流指令ｉｄ２＊及び第２ｑ軸電流指令ｉｑ２＊が入力され、電流指令切替信号ｆｉに基づいて、第１ｄ軸電流指令ｉｄ１＊あるいは第２ｄ軸電流指令ｉｄ２＊のいずれかを磁束電流指令ｉｄ＊として出力し、第１ｑ軸電流指令ｉｑ１＊あるいは第２ｑ軸電流指令ｉｑ２＊のいずれかをトルク電流指令ｉｑ＊として出力する電流指令切替器９６と、を備えている。
【００６１】
次に各部の動作を説明する。
第一電流指令演算部９１は、列車制御装置１９から入力されるトルク指令Ｔ＊及び速度演算部２１から入力された速度ωに基づいて、損失が最小、すなわち、全損失Ｗｔが最小となる第１ｄ軸電流指令ｉｄ１＊及び第１ｑ軸電流指令ｉｑ１＊を生成し、電流指令切替器の第１ｄ軸電流指令入力端子Ｔｄ１に第１ｄ軸電流指令ｉｄ１＊を出力し、第１ｑ軸電流指令入力端子Ｔｑ１に第１ｑ軸電流指令ｉｑ１＊を出力する。
【００６２】
一方、出力電圧振幅演算部９２は、電流制御部２５から入力されたｄ軸電圧指令ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令ｖｑ＊に基づいて出力電圧振幅Ｖを演算し第二電流指令演算部９４に出力する。
より具体的には、例えば次式により出力電圧振幅Ｖを演算する。
【００６３】
【数５】
2015006067.tif 000007
【００６４】
これと並行して、出力電圧振幅指令演算部９３は、インバータ直流電圧検出部１６から入力されたインバータ直流電圧Ｖｄｃに基づいて出力電圧振幅指令Ｖ＊を演算し第二電流指令演算部９４に出力する。
より具体的には、次式により出力電圧振幅指令Ｖ＊を演算する。
【００６５】
【数６】
2015006067.tif 000008
【００６６】
これらの結果、第二電流指令演算部９４は、入力された出力電圧振幅Ｖ及び出力電圧振幅指令Ｖ＊に基づいて、等トルク線に沿いながら、出力電圧振幅Ｖが出力電圧振幅指令Ｖ＊に対応する値となるように、第２ｄ軸電流指令ｉｄ２＊及び第２ｑ軸電流指令ｉｑ２＊を生成し、電流指令切替器９６の第２ｄ軸電流指令入力端子Ｔｄ２に第２ｄ軸電流指令ｉｄ２＊を出力し、第２ｑ軸電流指令入力端子Ｔｑ２に第２ｑ軸電流指令ｉｑ２＊を出力する。
【００６７】
この状態において、電流指令切替信号生成部９５は、列車制御装置１９から入力されるトルク指令Ｔ＊、インバータ直流電圧検出部１６から入力されたインバータ直流電圧Ｖｄｃ、速度演算部２１から入力された速度ωに基づいて電流指令切替信号ｆｉを出力することとなる。
【００６８】
ここで、電流指令切替信号ｆｉに基づく磁束電流指令ｉｄ＊及びトルク電流指令ｉｑ＊の切り替え、すなわち、損失最小制御と弱め磁束制御との切り替えについて説明する。
【００６９】
図１２は、ｄｑ軸電流に対する等トルク線及び等電圧線の関係説明図である。
図１２に示すように、例えば、トルクＴ＝１００％で速度ω＝０のとき、Ａ点が損失最小になる条件を満たしている。
【００７０】
そして、第一電流指令演算部は、等トルク線に沿って、速度ωに応じてＡ点からＢ点に方向に移動していくように、第１ｄ軸電流指令ｉｄ１＊及び第１ｑ軸電流指令ｉｑ１＊を生成する。
【００７１】
しかしながら、速度ωが大きくなってくると（たとえば、速度ω＝３０％から速度ω＝６０％になると）等電圧線が図１２中、徐々に小さくなってゆくため、第一電流指令演算部９１で演算した第１ｄ軸電流指令ｉｄ１＊及び第１ｑ軸電流指令ｉｑ１＊では、出力電圧振幅Ｖが大きくなりすぎて、インバータ１で出力することが出来ない。
【００７２】
そこで、第二電流指令演算部９４は、同じ等トルク線上から第２の電流指令を演算しているが、出力電圧振幅指令演算部９３が演算した出力電圧振幅指令Ｖ＊に従って、等トルク線と等トルク線が交わる点をＡ点からＢ点の方向に移動して行くように制御する弱め磁束制御を行うため、出力電圧振幅演算部９３が演算した出力電圧振幅Ｖが大きくなることはない。
【００７３】
さらに、本第２実施形態では、電流指令切替信号生成部９５は、列車制御装置１９から入力されるトルク指令Ｔ＊、インバータ直流電圧検出部１６から入力されたインバータ直流電圧Ｖｄｃ、速度演算部２１から入力された速度ωに基づいて図示しない切替タイミングテーブルを参照し、第１ｄ軸電流指令ｉｄ１＊及び第１ｑ軸電流指令ｉｑ１＊から第２ｄ軸電流指令ｉｄ２＊及び第２ｑ軸電流指令ｉｑ２＊に安定して切り替えることが出来るように電流指令切替信号ｆｉを出力している。
【００７４】
この結果、本第２実施形態によれば、第１実施形態の効果に加えて、損失最小制御から弱め磁束制御に安定した切替を実現できる。
【００７５】
［２．１］第２実施形態の変形例
図１３は、第２実施形態の変形例の電流指令生成部の概要構成ブロック図である。
図１３において、図１１の第２実施形態と異なる点は、列車制御装置１９から入力されるトルク指令Ｔ＊、インバータ直流電圧検出部１６から入力されたインバータ直流電圧Ｖｄｃ、速度演算部２１から入力された速度ωに基づいて電流指令切替信号ｆｉを出力していた電流指令切替信号生成部９５に代えて、第一電流指令演算部９２が出力した第１ｄ軸電流指令ｉｄ１＊及び第１ｑ軸電流指令ｉｑ１＊並びに第二電流指令演算部９４が出力した第２ｄ軸電流指令ｉｄ２＊及び第２ｑ軸電流指令ｉｑ２＊が入力され、これらに基づいて電流指令切替信号ｆｉを出力する電流指令切替信号生成部９５Ａを備えた点である。
【００７６】
そして、電流指令切替信号生成部９５Ａは、第１ｄ軸電流指令ｉｄ１＊が第２ｄ軸電流指令ｉｄ２＊と一致し、かつ、第１ｑ軸電流指令ｉｑ１＊が第２ｑ軸電流指令ｉｑ２＊と一致したタイミングを切替タイミングとして検出する。
そして、電流指令切替信号生成部９５Ａは、当該切替タイミングで、電流指令切替器９６が第１ｄ軸電流指令ｉｄ１＊及び第１ｑ軸電流指令ｉｑ１＊側である場合には、当該切替タイミング以降、電流指令切替器９６が第２ｄ軸電流指令ｉｄ２＊及び第２ｑ軸電流指令ｉｑ２＊側となるように電流指令切替信号ｆｉを出力する。
【００７７】
また、電流指令切替信号生成部９５Ａは、当該切替タイミングで、電流指令切替器９６が第２ｄ軸電流指令ｉｄ２＊及び第２ｑ軸電流指令ｉｑ２＊側である場合には、当該切替タイミング以降電流指令切替器９６が第１ｄ軸電流指令ｉｄ１＊及び第１ｑ軸電流指令ｉｑ１＊側となるように電流指令切替信号ｆｉを出力する。
この結果、第２実施形態の効果に加えて、より簡単な構成で、損失最小制御と弱め磁束制御との間で安定した切替を実現できる。
【００７８】
［３］第３実施形態
本第３実施形態のモータ制御装置を備えた電気車の構成は、図１０の第２実施形態と同様であるので、その詳細な説明を援用するものとする。
【００７９】
図１４は、第３実施形態の電流指令生成部の概要構成ブロック図である。
電流指令生成部２６Ｄは、大別すると、電流制御部２５から入力されたｄ軸電圧指令ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令ｖｑ＊に基づいて出力電圧振幅Ｖを演算し出力する出力電圧振幅演算部９２と、インバータ直流電圧検出部１６から入力されたインバータ直流電圧Ｖｄｃに基づいて出力電圧振幅指令Ｖ＊を演算し出力する出力電圧振幅指令演算部９３と、列車制御装置１９から入力されるトルク指令Ｔ＊及び速度演算部２１から入力された速度ωに基づいて第１弱め磁束指令ｉｆ１＊を生成し出力する弱め磁束指令演算部１０１と、出力電圧振幅Ｖと出力電圧振幅指令Ｖ＊との差ΔＶを求める減算器１０２と、差ΔＶに基づいてＰＩ（比例積分）を行い、ΔＶが０となるように第２弱め磁束指令ｉｆ２＊を生成し出力するＰＩ制御部１０３と、第１弱め磁束指令ｉｆ１＊と第２弱め磁束指令ｉｆ２＊との和を求めて合成弱め磁束指令ｉｆ３＊として出力する加算器１０４と、列車制御装置１９から入力されるトルク指令Ｔ＊に基づいて、電流が最小となるｄ軸電流指令ｉｄ３＊及びｑ軸電流指令ｉｑ３＊を生成し出力する電流指令演算部１０５と、列車制御装置１９から入力されるトルク指令Ｔ＊に基づいて、弱め磁束目標値ｉｄＲｅｆＺを生成し出力する弱め磁束目標値演算部１０６と、入力されたｄ軸電流指令ｉｄ３＊、ｑ軸電流指令ｉｑ３＊及び弱め磁束目標値ｉｄＲｅｆＺに基づいてｄｑ／ｆｔ座標変換を行って基本弱め磁束指令ｉｆ０＊及びトルク軸指令ｉｔ＊を生成し出力する第１座標変換部１０７と、基本弱め磁束指令ｉｆ０＊と合成弱め磁束指令ｉｆ３＊との和を求めて弱め磁束指令ｉｆ＊として出力する加算器１０８と、弱め磁束指令ｉｆ＊、トルク軸指令ｉｔ＊及び弱め磁束目標値ｉｄＲｅｆＺが入力され、これらに基づいてｆｔ／ｄｑ変換を行って、磁束電流指令ｉｄ＊及びトルク電流指令ｉｑ＊を出力する第２座標変換部１０９と、を備えている。
【００８０】
次に各部の動作を説明する。
図１５は、第３実施形態の動作説明図である。
電流指令生成部２６Ｄの弱め磁束指令演算部１０１は、列車制御装置１９から入力されるトルク指令Ｔ＊及び速度演算部２１から入力された速度ωに基づいて第１弱め磁束指令ｉｆ１＊を生成し加算器１０４に出力する。
【００８１】
また、出力電圧振幅演算部９２は、電流制御部２５から入力されたｄ軸電圧指令ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令ｖｑ＊に基づいて出力電圧振幅Ｖを演算し減算器１０２に出力する。これと並行して出力電圧振幅指令演算部９３は、インバータ直流電圧検出部１６から入力されたインバータ直流電圧Ｖｄｃに基づいて出力電圧振幅指令Ｖ＊を演算し減算器１０２に出力する。
【００８２】
減算器１０２は、出力電圧振幅Ｖと出力電圧振幅指令Ｖ＊との差ΔＶを求め、差ΔＶをＰＩ制御部１０３に出力する。
ＰＩ制御部１０３は、入力された差ΔＶに基づいてＰＩ（比例積分）を行い、ΔＶが０となるように第２弱め磁束指令ｉｆ２＊を生成し加算器１０４に出力する。
この結果、加算器１０４は、第１弱め磁束指令ｉｆ１＊と第２弱め磁束指令ｉｆ２＊との和を求めて合成弱め磁束指令ｉｆ３＊として加算器１０８に出力する。
【００８３】
一方、電流指令演算部１０５は、列車制御装置１９から入力されるトルク指令Ｔ＊に基づいて、電流が最小となるｄ軸電流指令ｉｄ３＊及びｑ軸電流指令ｉｑ３＊を生成し第１座標変換部１０７に出力する。
【００８４】
このときのｄ軸電流指令ｉｄ３＊及びｑ軸電流指令ｉｑ３＊は、トルク指令Ｔ＊＝６０％とした場合、図１５に示すように、Ｄ点に相当する値となる。ここで、Ｄ点は、最大トルク／電流曲線と、等トルク線の交点となっている。
【００８５】
また、弱め磁束目標値演算部１０６は、列車制御装置１９から入力されるトルク指令Ｔ＊に基づいて、弱め磁束目標値ｉｄＲｅｆＺを生成し出力する。
このとき、弱め磁束目標値演算部１０６は、図１５に示すように、例えば、トルクＴ＝６０％においては、上述したＤ点と最大トルク／磁束曲線と等トルク線の交点Ｅを結んだ直線とｄ軸の交点Ｆのｄ軸電流ｉｄを弱め磁束目標値ｉｄＲｅｆＺとして生成する。この結果、ｆｔ軸は、図１５に示すように、上述したＤ点とＦ点とを結んだ軸をｆ軸とし、Ｆ点上でｆ軸と直交する軸をｔ軸としている。
【００８６】
これらの結果、第１座標変換部１０７は、入力されたｄ軸電流指令ｉｄ３＊、ｑ軸電流指令ｉｑ３＊及び弱め磁束目標値ｉｄＲｅｆＺに基づいてｄｑ／ｆｔ座標変換を行って基本弱め磁束指令ｉｆ０＊及びトルク軸指令ｉｔ＊を生成する。
ここで、基本弱め磁束指令ｉｆ０＊は、上述したＤ点に相当する値である。
【００８７】
そして、第１座標変換部１０７は、生成した基本弱め磁束指令ｉｆ０＊を加算器１０８に出力する。また、第１座標変換部１０７は、生成したトルク軸指令ｉｔ＊を第２座標変換部１０９に出力する。
そして、加算器１０８は、基本弱め磁束指令ｉｆ０＊と合成弱め磁束指令ｉｆ３＊との和を求めて弱め磁束指令ｉｆ＊として出力する。
【００８８】
すなわち、合成弱め磁束指令ｉｆ３＊は、負の値を有しており、ｆ軸上で、Ｄ点からＥ点に向かってｄ軸電流指令及びｑ軸電流指令に相当する点を指定するためのＤ点からの距離に相当する値となっている。
【００８９】
これらの結果、第２座標変換部１０９は、入力された弱め磁束指令ｉｆ＊、トルク軸指令ｉｔ＊及び弱め磁束目標値ｉｄＲｅｆＺに基づいてｆｔ／ｄｑ変換を行って、磁束電流指令ｉｄ＊及びトルク電流指令ｉｑ＊を出力する。
【００９０】
以上の説明のように、本第３実施形態によれば、速度ωが大きくなると、図１５の等トルク線に沿って、点Ｄに相当する電流指令から点Ｅの方向に向かって電流指令に相当する電流値が移動することとなる。
すなわち、本第３実施形態によれば、全損失Ｗｔが最小になる弱め磁束指令ｉｆ＊をフィードフォワードで与え、出力電圧振幅Ｖが出力電圧振幅指令Ｖ＊と等しくなるように、フィードバック制御を行っているため、損失最小制御から弱め磁束制御への移行が急激になされることが無く、スムーズかつ自動的に移行を実現できる。
【００９１】
［４］第４実施形態
本第４実施形態は、列車制御装置１９から定速運転指令がなされた場合の実施形態である。
図１６は、第４実施形態の電流指令生成部の概要構成ブロック図である。
図１６において、図１１の第２実施形態及び図１４の第３実施形態と同様の部分には同一の符号を付すものとする。
【００９２】
電流指令生成部２６Ｅは、大別すると、列車制御装置１９から入力されるトルク指令Ｔ＊に基づいて第１ｄ軸電流指令ｉｄ１＊及び第１ｑ軸電流指令ｉｑ１＊を生成し、出力する第一電流指令演算部９１と、列車制御装置１９から入力されるトルク指令Ｔ＊に基づいて、電流が最小となる第３ｄ軸電流指令ｉｄ３＊及び第３ｑ軸電流指令ｉｑ３＊を生成し出力する電流指令演算部１０５と、列車制御装置１９（図２参照）から入力される定速運転指令Ｖｃに基づいて第一電流指令演算部９１あるいは電流指令演算部１０５のいずれかの出力を磁束電流指令ｉｄ＊及びトルク電流指令ｉｑ＊として出力する電流指令切換器１１０と、を備えている。
【００９３】
次に第４実施形態の動作を説明する。
電流指令生成部２６Ｅの第一電流指令演算部９１は、列車制御装置１９から入力されるトルク指令Ｔ＊に基づいて第１ｄ軸電流指令ｉｄ１＊及び第１ｑ軸電流指令ｉｑ１＊を生成し、電流指令切換器１１０に出力する。
【００９４】
また、電流指令演算部１０５は、列車制御装置１９から入力されるトルク指令Ｔ＊に基づいて、電流が最小となるｄ軸電流指令ｉｄ３＊及びｑ軸電流指令ｉｑ３＊を生成し電流指令切換器１１０に出力する。
【００９５】
これらにより、電流指令切換器１１０は、列車制御装置１９（図２参照）から入力される定速運転指令Ｖｃに基づいて第一電流指令演算部９１あるいは電流指令演算部１０５のいずれかの出力を磁束電流指令ｉｄ＊及びトルク電流指令ｉｑ＊として出力する。より詳細には、電流指令切換器１１０は、通常走行時（非定速運転時）には、電流指令演算部１０５の出力であるｄ軸電流指令ｉｄ３＊及びｑ軸電流指令ｉｑ３＊を磁束電流指令ｉｄ＊及びトルク電流指令ｉｑ＊として出力し、定速運転時には、第一電流指令演算部９１の出力である第１ｄ軸電流指令ｉｄ１＊及び第１ｑ軸電流指令ｉｑ１＊を磁束電流指令ｉｄ＊及びトルク電流指令ｉｑ＊として出力する。
【００９６】
上記構成によれば、通常走行（非定速運転）の際には、電流最小制御を行い、定速運転の際には、損失最小制御を行うこととなる。
したがって、定速運転時（定速運転モード時）には、速度が高く、負荷が小さいため、損失最小制御のメリットを享受でき、少ない労力で大きな消費電力量低減効果が得られる。
【００９７】
［５］第５実施形態
本第５実施形態は、列車制御装置からノッチオフ指令が出された場合の制御についての実施形態である。
【００９８】
図１７は、第５実施形態のモータ制御装置を備えた電気車の概要構成ブロック図である。図１７において、図１の第１実施形態と同様の部分には、同一の符号を付し、その詳細な説明を援用するものとする。
図１７において、図１の第１実施形態と異なる点は、惰行判断部１２１を備えた点である。
【００９９】
図１８は、第５実施形態における惰行判断部の概要構成ブロック図である。
惰行判断部１２１は、あらかじめ設定した惰行速度ωｃ及び速度演算部２１から入力された速度ωを比較して惰行指令を生成して出力する比較器１３１と、列車制御装置１９から入力されたノッチオフ指令と惰行指令が双方とも惰行を指示するものである場合にゲートオフを指示するゲートオフ指令を出力する論理積（ＡＮＤ）回路１３２と、を備えている。
【０１００】
惰行判断部１２１は、列車制御装置１９からノッチオフ指令が入力されると、惰行を実行するか、零トルク制御を実行するかを、速度演算部２１から入力された惰行指令に対応する惰行速度ωｃ及び現在の速度ωに基づいて判断する。
そして惰行を行う場合には、ゲートオフ指令をＰＷＭ変調部２２に送る。
【０１０１】
より具体的には、図１８に示すように、惰行判断部１２１の比較器１３１は、あらかじめ設定した惰行速度ωｃ及び速度演算部２１から入力された速度ωを比較して惰行指令を生成して出力する。
【０１０２】
より詳細には、比較器１３１は、惰行速度ωｃ及び速度ωを比較して、速度ωが惰行速度ωｃ未満であった場合には、惰行を指示する惰行指令（＝“Ｈ”レベル［オン］）を生成し、速度ωが惰行速度ωｃ以上であった場合には、惰行を指示しない惰行指令（＝“Ｌ”レベル［オフ］）を生成し、論理積回路１３２に出力する。
【０１０３】
また、比較器１３１は、速度ωが惰行速度ωｃ以上であった場合には、惰行を指示しない惰行指令（＝“Ｌ”レベル［オフ］）を生成し、論理積回路１３２に出力する。
【０１０４】
一般に列車制御装置からノッチオフ指令が入力されると、トルク指令を０にして、ゲートオフを行うのが一般的である。
ところで、トルク指令を０としたときの、銅損Ｗｃ及び鉄損Ｗｉは、（７）式及び（８）式で表される。
【０１０５】
【数７】
2015006067.tif 000009
【０１０６】
【数８】
2015006067.tif 000010
ゲートオフして惰行をした場合、銅損Ｗｃは０となり、鉄損Ｗｉは次式で表される。
【０１０７】
【数９】
2015006067.tif 000011
【０１０８】
そこで、本第５実施形態においては、（７）式及び（８）式の和と、（９）式の値とを比較して、（９）式で表される値が大きい場合にはトルク指令を０にして損失が最小になるようにｄ軸電流を決定し、（７）式及び（８）式の和が大きい場合には、ゲートオフ指令を出して惰行を行うようにしている。これを実現するため、（７）式及び（８）式の和が大きくなる速度を惰行速度ωｃとして設定する。
すなわち、論理積（ＡＮＤ）回路１３２は、列車制御装置１９から入力されたノッチオフ指令と惰行指令が双方とも惰行を指示するものである場合に、ゲートオフを指示するゲートオフ指令をインバータ１に出力することとなる。
この結果、第５実施形態によれば、ノッチオフ指令が出された場合における損失をより低減することができる。
本実施例では、モータ損失のみで惰行速度ωｃを設定しているが、モータ損失に加えてインバータ損失を考慮して惰行速度ωｃを設定しても良い。
【０１０９】
［６］実施形態の変形例
本実施形態のモータ制御装置あるいは電気車制御装置は、ＣＰＵなどの制御装置と、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）やＲＡＭなどの記憶装置と、ＨＤＤ、ＣＤドライブ装置などの外部記憶装置と、ディスプレイ装置などの表示装置と、キーボードやマウスなどの入力装置を備えており、通常のコンピュータを利用したハードウェア構成とすることも可能である。
【０１１０】
本実施形態のモータ制御装置あるいは電気車制御装置で実行される制御プログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｋ）等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録されて提供されるようにしてもよい。
【０１１１】
また、本実施形態のモータ制御装置あるいは電気車制御装置で実行される制御プログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成しても良い。また、本実施形態のモータ制御装置あるいは電気車制御装置で実行される制御プログラムをインターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成してもよい。
また、本実施形態のモータ制御装置あるいは電気車制御装置の制御プログラムを、ＲＯＭ等に予め組み込んで提供するように構成してもよい。
【０１１２】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１１３】
１      インバータ
２      ＰＭＳＭ
３      電流検出部
４      回転角検出部
１０    フィルタコンデンサ
１１    フィルタリアクトル
１２    パンタグラフ
１３    架線
１４    車輪
１５    レール
１６    インバータ直流電圧検出部
１９    列車制御装置
２０    モータ制御装置
２１    速度演算部
２２    ＰＷＭ変調部
２３    第２座標変換部
２４    第１座標変換部
２５    電流制御部
２６    電流指令生成部
２６Ａ  電流指令生成部
２６Ｂ  電流指令生成部
２６Ｄ  電流指令生成部
２６Ｅ  電流指令生成部
８１    電流振幅設定部
８２    電流位相角設定部
８３    電流指令演算部
８４    ｄ軸電流指令設定部
８５    ｑ軸電流指令設定部
９１    第一電流指令演算部
９２    出力電圧振幅演算部
９３    出力電圧振幅指令演算部
９４    第二電流指令演算部
９５    電流指令切替信号生成部
９５Ａ  電流指令切替信号生成部
９６    電流指令切替器
１００  電気車
１０１  弱め磁束指令演算部
１０２  減算器
１０３  ＰＩ制御部
１０４  加算器
１０５  電流指令演算部
１０６  弱め磁束目標値演算部
１０７  第１座標変換部
１０８  加算器
１０９  第２座標変換部
１１０  電流指令切換器
１２１  惰行判断部
１３１  比較器
１３２  論理積回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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