(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
界磁として永久磁石を有する永久磁石同期モータを駆動するインバータの出力電圧をトルク指令に応じてベクトル制御する永久磁石同期モータのベクトル制御装置であって、
回転座標系であるｄ軸及びｑ軸の電圧又は電圧指令値と、前記インバータから前記永久磁石同期モータに供給される電流の検出値に基づいて、前記永久磁石同期モータの無効電力を演算又は検知する無効電力取得手段と、
前記電流の検出値に対応するｄ軸の電流と、前記無効電力と、前記永久磁石同期モータの角速度とに基づいて、前記永久磁石による鎖交磁束である磁石磁束を推定する磁石磁束推定手段と、
を備え、前記磁石磁束の推定に際し、前記電流の検出値に対応するｑ軸の電流をゼロではない一定値にし、かつ、前記ｄ軸の電流を複数の負の値に変化させつつ、前記永久磁石同期モータを駆動することを特徴とする永久磁石同期モータのベクトル制御装置。
【請求項２】
前記磁石磁束推定手段は、前記ｑ軸の電流Ｉｑに対して前記ｄ軸の電流を互いに異なる３値Ｉｄ１、Ｉｄ２、Ｉｄ３にそれぞれ設定したとき、前記Ｉｄ１、Ｉｄ２、Ｉｄ３に対応する前記無効電力の３値Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３と、前記Ｉｄ１、Ｉｄ２、Ｉｄ３に対応する前記角速度の３値ω１、ω２、ω３とを用いて、
【数１２】
0006514969.tif 000013
を演算することにより前記磁石磁束φｍを推定することを特徴とする請求項１に記載の永久磁石同期モータのベクトル制御装置。
【請求項３】
前記磁石磁束推定手段は、前記角速度の３値ω１、ω２、ω３に関し、ω１＝ω２＝ω３とみなすことができる場合、
【数１３】
0006514969.tif 000014
を演算することにより前記磁石磁束φｍを推定することを特徴とする請求項２に記載の永久磁石同期モータのベクトル制御装置。
【請求項４】
界磁として永久磁石を有する永久磁石同期モータを駆動するインバータの出力電圧をトルク指令に応じてベクトル制御する永久磁石同期モータのベクトル制御装置であって、
回転座標系であるｄ軸及びｑ軸の電圧又は電圧指令値と、前記インバータから前記永久磁石同期モータに供給される電流の検出値に基づいて、前記永久磁石同期モータの無効電力を演算又は検知する無効電力取得手段と、
前記電流の検出値に対応するｄ軸の電流と、前記無効電力と、前記永久磁石同期モータの角速度とに基づいて、前記永久磁石による鎖交磁束である磁石磁束を推定する磁石磁束推定手段と、
を備え、前記磁石磁束の推定に際し、前記電流の検出値に対応する前記ｄ軸及びｑ軸の電流を定トルク曲線上の複数の点に変化させつつ、前記永久磁石同期モータを駆動することを特徴とする永久磁石同期モータのベクトル制御装置。
【請求項５】
前記磁石磁束推定手段は、前記ｑ軸及びｄ軸の電流を前記定トルク曲線上の３点（Ｉｄ１、Ｉｑ１）、（Ｉｄ２、Ｉｑ２）、（Ｉｄ３、Ｉｑ３）を設定したとき、当該３点に対応する前記無効電力の３値Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３及び前記角速度の３値ω１、ω２、ω３とを用いて、
【数１４】
0006514969.tif 000015
を演算することにより前記磁石磁束φｍを推定することを特徴とする請求項４に記載の永久磁石同期モータのベクトル制御装置。
【請求項６】
前記磁石磁束推定手段は、前記角速度の３値ω１、ω２、ω３に関し、ω１＝ω２＝ω３とみなすことができる場合、
【数１５】
0006514969.tif 000016
を演算することにより前記磁石磁束φｍを推定することを特徴とする請求項４に記載の永久磁石同期モータのベクトル制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、界磁として永久磁石を有する永久磁石式同期モータのベクトル制御装置に関し、特に、磁石磁束の推定値に応じて永久磁石式同期モータの動作を制御する永久磁石式同期モータのベクトル制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、永久磁石式同期モータのベクトル制御装置においては、回転座標系であるｄ軸及びｑ軸の電流値及びインダクタンス値や、永久磁石による鎖交磁束（以下、「磁石磁束」という）の値に応じて制御される出力トルクによってモータが駆動される。しかし、磁石磁束は、永久磁石の温度上昇に伴い減少することが知られている。また、ｄ軸及びｑ軸のインダクタンスは、電流が変化したときに磁気飽和の影響によって変動する特性を有する。よって、モータの動作状況に応じて、磁石磁束の値や各インダクタンスの値が変動するので、その変動を反映できない場合には出力トルクの正確な制御に支障を来すことになる。
【０００３】
特許文献１には、永久磁石の温度上昇に起因する磁石磁束の変動への対策として、ｑ軸の電圧値の偏差を利用して磁石磁束の変化量の推定値を求め、この推定値に基づき出力トルクを制御する手法が開示されている。特許文献１の手法は、ｄ軸のインダクタンスが既知であることを前提として演算を行うものである。
【０００４】
これに対し、特許文献２には、演算により求めた無効電力を用いて磁石磁束を推定するベクトル制御の手法が開示されている。すなわち、無効電力と磁石磁束及びインダクタンスの所定の関係式（後述の（２）式参照）を利用し、ｄ軸の電流として設定された「正」と「負」の２段階の値に対応する２つの無効電力値を演算することにより、インダクタンスの変動やバラツキの影響を受けることなく、磁石磁束を推定することができる（例えば、特許文献２の段落５１〜５３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２２９７００号公報
【特許文献２】特開２００７−１５９２１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１において、ｄ軸のインダクタンスはｑ軸のインダクタンスと比較して、電流条件の影響を受けにくくインダクタンス値が安定しているため、電流条件によらず安定して推定精度を維持することが期待できる。しかしながら、本手法にはモータ個体差によるインダクタンスのバラツキに対する考慮がなされていなかった。
【０００７】
特許文献２の手法を採用すれば、簡便に磁石磁束を推定できる。しかしながら、磁石磁束の推定は、無効電力の推定値を演算する際のｄ軸の電流の設定条件に起因するという制約がある。図４は、特許文献２のベクトル制御において、ｄ軸の電流Ｉｄが負に設定された場合（図４（Ａ））及び正に設定された場合（図４（Ｂ））のそれぞれのベクトル図の例を示す図である。図４においては、ｄ軸及びｑ軸の電流Ｉｄ、Ｉｑ、モータ印加電圧（端子電圧）Ｖｏ及びモータ印加電流（端子電流）Ｉｏ、モータ角速度ω、磁石磁束φｍ、電機子鎖交磁束φａ、ｄ軸及びｑ軸のインダクタンスＬｄ、Ｌｑ、電流位相角βのそれぞれがベクトル図で表示されている。図４に示すように、Ｌｄ・Ｉｄの方向性に起因して、モータの印加電圧Ｖｏの大きさは、ｄ軸の電流が正の場合には、ｄ軸の電流が負の場合に比べて大幅に上昇することがわかる。従って、特にモータの回転が高くなる動作領域においては、モータに印加される電圧値の制限により、図４（Ｂ）の動作は実際上困難になるという問題がある。以上のように、従来の永久磁石式同期モータのベクトル制御装置においては、インダクタンスの変動の影響を受けず、かつ、モータの多様な動作条件の下、高精度に磁石磁束を推定可能な手法は実現できなかった。
【０００８】
本発明はこれらの問題を解決するためになされたものであり、インダクタンスの変動を考慮しつつ、モータの広い回転領域等の多様な動作条件下であっても適用可能で、高精度に磁石磁束を推定し得る永久磁石式同期モータのベクトル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】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様は、界磁として永久磁石を有する永久磁石同期モータ（１６）を駆動するインバータ（１４）の出力電圧をトルク指令（Ｔｒ）に応じてベクトル制御する永久磁石同期モータのベクトル制御装置であって、回転座標系であるｄ軸及びｑ軸の電圧（Ｖｄ、Ｖｑ）又は電圧指令値と、前記インバータから前記永久磁石同期モータに供給される電流の検出値（Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ）に基づいて、前記永久磁石同期モータの無効電力を演算又は検知する無効電力取得手段（２０）と、前記電流の検出値に対応するｄ軸の電流と、前記無効電力と、前記永久磁石同期モータの角速度とに基づいて、前記永久磁石による鎖交磁束である磁石磁束（φｍ）を推定する磁石磁束推定手段（２１）とを備え、前記磁石磁束の推定に際し、前記電流の検出値に対応するｑ軸の電流をゼロではない一定値にし、かつ、前記ｄ軸の電流を複数の負の値（Ｉｄ１、Ｉｄ２、Ｉｄ３）に変化させつつ、前記永久磁石同期モータを駆動することを特徴としている。
【００１０】
本発明の第１の態様によれば、磁石磁束の推定の際、ｑ軸の電流をゼロではない一定値にした状態で、ｄ軸の電流を複数の負の値に変化させるように制御するので、モータの印加電圧を抑制しつつ、モータの広い高回転領域でインダクタンスの変動の影響を受けることなく高精度に磁石磁束を推定することができる。また、第１の態様によれば、モータにトルクが発生している動作状態で磁石磁束を推定することができる。
【００１１】
本発明の第１の態様において、前記磁石磁束推定手段は、前記ｑ軸の電流Ｉｑに対して前記ｄ軸の電流を互いに異なる３値Ｉｄ１、Ｉｄ２、Ｉｄ３にそれぞれ設定したとき、前記Ｉｄ１、Ｉｄ２、Ｉｄ３に対応する前記無効電力の３値Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３と、前記Ｉｄ１、Ｉｄ２、Ｉｄ３に対応する前記角速度の３値ω１、ω２、ω３とを用いて、後述の（６）式を演算することにより前記磁石磁束φｍを推定することができる。また、このとき、前記磁石磁束推定手段は、前記角速度の３値ω１、ω２、ω３に関し、ω１＝ω２＝ω３とみなすことができる場合、後述の（７）式を演算することにより前記磁石磁束φｍを推定することができる。
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明の第２の態様は、界磁として永久磁石を有する永久磁石同期モータ（１６）を駆動するインバータ（１４）の出力電圧をトルク指令（Ｔｒ）に応じてベクトル制御する永久磁石同期モータのベクトル制御装置であって、回転座標系であるｄ軸及びｑ軸の電圧（Ｖｄ、Ｖｑ）又は電圧指令値と、前記インバータから前記永久磁石同期モータに供給される電流の検出値（Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ）に基づいて、前記永久磁石同期モータの無効電力を演算又は検知する無効電力取得手段（２０）と、前記電流の検出値に対応するｄ軸の電流と、前記無効電力と、前記永久磁石同期モータの角速度とに基づいて、前記永久磁石による鎖交磁束である磁石磁束（φｍ）を推定する磁石磁束推定手段（２１）とを備え、前記磁石磁束の推定に際し、前記電流の検出値に対応する前記ｑ軸及びｄ軸の電流を定トルク曲線（Ｃｔ）上の複数の点（（Ｉｄ１、Ｉｑ１）、（Ｉｄ２、Ｉｑ２）、（Ｉｄ３、Ｉｑ３））に変化させつつ、前記永久磁石同期モータを駆動することを特徴としている。
【００１３】
本発明の第２の態様によれば、磁石磁束の推定の際、ｄ軸及びｑ軸の電流を定トルク曲線の複数の点に変化させるように制御するので、第１の態様と同様、モータの広い高回転領域で高精度に磁石磁束を推定できることに加えて、トルク変動を十分に抑制した動作状態で磁石磁束を推定することができる。
【００１４】
本発明の第２の態様において、前記磁石磁束推定手段は、前記ｑ軸及びｄ軸の電流を前記定トルク曲線上の３点（Ｉｄ１、Ｉｑ１）、（Ｉｄ２、Ｉｑ２）、（Ｉｄ３、Ｉｑ３）に設定したとき、当該３点に対応する前記無効電力の３値Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３及び前記角速度の３値ω１、ω２、ω３とを用いて、後述の（１１）式を演算することにより前記磁石磁束φｍを推定することができる。また、このとき、前記磁石磁束推定手段は、前記角速度の３値ω１、ω２、ω３に関し、ω１＝ω２＝ω３とみなすことができる場合、後述の（１２）式を演算することにより前記磁石磁束φｍを推定することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、インダクタンスの変動の影響を回避しつつ、モータの広い回転領域等の多様な動作条件下でモータの印加電圧等によって制約されることなく、モータにトルクが発生した状態で高精度に磁石磁束を推定し得る永久磁石式同期モータのベクトル制御装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施形態の永久磁石式同期モータのベクトル制御装置における概略の全体構成を示すブロック図である。
【図２】本実施形態の第１の推定方法を用いたベクトル制御におけるベクトル図の一例を示す図である。
【図３】本実施形態の第２の推定方法を用いたベクトル制御におけるベクトル図の一例を示す図である。
【図４】特許文献２のベクトル制御におけるベクトル図の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。ただし、以下に述べる実施形態は本発明を適用した形態の例であって、本発明が本実施形態の内容により限定されることはない。
【００１８】
以下、本発明を適用した一実施形態に係る永久磁石式同期モータのベクトル制御装置について説明する。図１は、本実施形態の永久磁石式同期モータのベクトル制御装置における概略の全体構成を示すブロック図であり、電流指令生成部１０と、電流制御部１１と、２相／３相変換部１２と、ＰＷＭ演算部１３と、インバータ１４と、電流検知部１５と、モータ１６と、回転角検知部１７と、３相／２相変換部１８と、角速度演算部１９と、無効電力演算部２０と、磁石磁束推定部２１とを含む構成が示されている。
【００１９】
図１において、電流指令生成部１０は、外部から受け取ったトルク指令Ｔｒに基づいて、２相の回転座標系であるｄ軸及びｑ軸の電流指令値Ｉｄ＊、Ｉｑ＊を生成する。図１のモータ１６が電気自動車に搭載される場合を例にとると、電流指令生成部１０に入力されるトルク指令Ｔｒは、アクセル操作量に連動して変化する。また、後述の磁石磁束推定部２１により推定される磁石磁束φｍが電流指令生成部１０にフィードバックされるので、永久磁石の温度変動などによって磁石磁束φｍが変化する場合であっても、電流指令生成部１０で生成される上記各指令値が適切に補償するように制御される。
【００２０】
電流制御部１１は、１対の減算部１１ａ、１１ｂと、ＰＩ制御演算部１１ｃとによって構成される。減算部１１ａ、１１ｂは、電流指令生成部１０から出力される上記電流指令値Ｉｄ＊、Ｉｑ＊から、後述の３相／２相変換部１８から出力されるｄ軸及びｑ軸の電流Ｉｄ、Ｉｑをそれぞれ減算し、電流偏差ΔＩｄ、ΔＩｑを出力する。ＰＩ制御演算部１１ｃは、周知の関係式を用いてＰＩ（Proportional and Integral）制御を実行し、減算部１１ａ、１１ｂからの電流偏差ΔＩｄ、ΔＩｑと、角速度演算部１９から出力される角速度ωとに基づき、ｄ軸及びｑ軸の電圧指令値Ｖｄ＊、Ｖｑ＊をそれぞれ演算する。
【００２１】
２相／３相変換部１２は、回転角検知部１７で検知されたモータ１６の回転角θに基づき、ｄ軸及びｑ軸で表される回転座標系における２相の電圧指令値Ｖｄ＊、Ｖｑ＊を座標変換し、ｕ相、ｖ相、ｗ相により表される３相交流の電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊を出力する。
【００２２】
ＰＷＭ演算部１３及びインバータ１４は、２相／３相変換部１２から出力される電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊に基づき、モータ１６を駆動するための３相交流の出力電圧を生成する。なお、３相交流の出力電圧は、互いに位相が１２０°ずれる関係にある。インバータ１４は、例えば、ＰＷＭ演算部１３により生成されるＰＷＭ制御信号に応じてスイッチング制御される複数のトランジスタ等のスイッチング素子（不図示）を備え、その出力側がｕ相、ｖ相、ｗ相からなる３相の各配線を介してモータ１６の入力側と電気的に接続されている。
【００２３】
電流検知部１５は、インバータ１４からモータ１６に流れる３相の各配線の電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検知する。電流検知部１５は、例えば、３相の各配線の近傍に発生する磁界を利用することにより各電流を検知することができる。
【００２４】
モータ１６は、界磁として永久磁石を用いた回転子と、インバータ１４から供給される３相交流により回転磁界を発生する固定子とを備え、３相交流の周波数に同期して回転する永久磁石式同期モータである。また、モータ１６に付随する回転角検知部１７は、モータ１６の回転子の位置としての上述の回転角θを検知する。
【００２５】
３相／２相変換部１８は、回転角検知部１７で検知されたモータ１６の回転角θに基づき、電流検知部１５で検知された３相の電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを座標変換し、ｄ軸及びｑ軸で表される回転座標系の２相の電流Ｉｄ、Ｉｑを出力する。
【００２６】
角速度演算部１９は、回転角検知部１７で検知されたモータ１６の回転角θに基づき、モータ１６の上述の角速度ωを出力する。この角速度ωにより、モータ１６の回転数を判別することができる。
【００２７】
無効電力演算部２０は、モータ１６の無効電力Ｑを演算する手段（本発明の無効電力取得手段）である。無効電力演算部２０では、上述の３相／２相変換部１８から出力されるｄ軸及びｑ軸の電流Ｉｄ、Ｉｑと、電流制御部１１から出力されるｄ軸及びｑ軸の電圧指令値Ｖｄ＊、Ｖｑ＊とを用いて、次の（１）式のように無効電力Ｑを演算することができる。
【数１】
0006514969.tif 000002
ここで、（１）式は、回転座標系における電流及び電圧指令値の各ベクトルの外積の差に相当する。なお、本発明の無効電力取得手段は、（１）式に基づき演算した無効電力Ｑを用いることに限られず、センサにより検知した無効電力Ｑを用いることも可能である。
【００２８】
磁石磁束推定部２１は、無効電力演算部２０から出力される無効電力Ｑに基づき磁石磁束φｍを推定する手段である（本発明の第１の磁石磁束推定手段）。磁石磁束推定部２１における具体的な推定方法については後述する。磁石磁束推定部２１から出力された磁石磁束φｍは、前述の電流指令生成部１０に送出される。
【００２９】
次に、図１の磁石磁束推定部２１による磁石磁束φｍの第１の推定方法について説明する。まず、無効電力Ｑは、前述のｄ軸及びｑ軸の電流Ｉｄ、Ｉｑ、ｄ軸及びｑ軸のインダクタンスＬｄ、Ｌｑ、磁石磁束φｍ、角速度ωを用いて、次の（２）式で表すことができる。
【数２】
0006514969.tif 000003
【００３０】
そして、ｑ軸の電流Ｉｑを一定値に設定した上でモータ１６を駆動しつつ、ｄ軸の電流Ｉｄとして互いに異なる３値Ｉｄ１、Ｉｄ２、Ｉｄ３を設定し、それぞれ（２）式の演算を行う。これにより、３値Ｉｄ１、Ｉｄ２、Ｉｄ３に対応する下記の（３）〜（５）式がそれぞれ演算される。
【数３】
0006514969.tif 000004
なお、上記Ｉｄ１、Ｉｄ２、Ｉｄ３は、ｄ軸及びｑ軸のインダクタンスＬｄ、Ｌｑの変動が小さい範囲内に設定されるものとする。これにより、（３）〜（５）式において、ｄ軸の電流Ｉｄの３値Ｉｄ１、Ｉｄ２、Ｉｄ３に対応して、３つの無効電力Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３と、３つの角速度ω１、ω２、ω３が得られる。
【００３１】
上記（３）〜式及び（５）式においては、Ｌｄ、Ｌｑ、φｍはいずれも一定とみなせるから、連立方程式として計算することができる。その結果、磁石磁束推定部２１においては、磁石磁束φｍに関して、次の（６）式が算出される。
【数４】
0006514969.tif 000005
【００３２】
（６）式において、上記のようにモータ１６を駆動する際、角速度ωは時間的に緩やかに変化するので、ω＝ω１＝ω２＝ω３とみなすことができる。この場合、（６）式から、次の（７）式を導くことができる。
【数５】
0006514969.tif 000006
【００３３】
以上のように、磁石磁束推定部２１では、無効電力演算部２０から受け取った無効電力Ｑと、３相／２相変換部１８から受け取ったｄ軸及びｑ軸の電流Ｉｄ、Ｉｑと、角速度演算部１９から受け取った角速度ωとをそれぞれ抽出し、第１の推定方法として（６）式又は（７）式の演算を行うことができる。
【００３４】
図２は、第１の推定方法を用いたベクトル制御におけるベクトル図の一例を示している。図２においては、図４と同様、ｄ軸及びｑ軸の電流Ｉｄ、Ｉｑとモータ１６の印加電流Ｉｏが表示されている。前述のように、ｑ軸の電流Ｉｑが一定値に設定され、ｄ軸の電流Ｉｄがｄ軸上の３値Ｉｄ１、Ｉｄ２、Ｉｄ３に設定されるので、モータ１６の印加電流Ｉｏは、値Ｉｏ１（Ｉｄ１、Ｉｑ）、値Ｉｏ２（Ｉｄ２、Ｉｑ）、値Ｉｏ３（Ｉｄ３、Ｉｑ）の３点をｄ軸に平行に推移する。
【００３５】
第１の推定方法によれば、モータ１６を駆動する３点において、ｄ軸の電流Ｉｄがいずれも負の値に設定されるので、従来の図４（Ｂ）のようなモータ１６の印加電圧Ｖｏの上昇を防止でき、モータの高回転領域において高い精度で磁石磁束φｍを推定することができる。また、（６）式又は（７）式の演算ではインダクタンスＬｄ、Ｌｑの値を使用しないため、従来の推定方法（特許文献１の方法）で問題となる磁石磁束φｍの推定精度のインダクタンスのバラツキ影響を回避することができる。さらに、ｑ軸の電流Ｉｑがゼロより大きい一定値に保たれるので、モータ１６にトルクが発生している状況（例えば、車両走行中）における磁石磁束φｍを推定することができる。なお、上述の作用効果を得られる限り、ｑ軸の電流Ｉｑをゼロではない負の一定値に設定することができる。
【００３６】
次に、図１の磁石磁束推定部２１による磁石磁束φｍの第２の推定方法について説明する。第２の推定方法では、前述の（２）式は共通であるが、（２）式に基づき、モータ１６のトルクが一定に保たれる定トルク曲線Ｃｔ（図３参照）に沿うように、印加電流Ｉｏとして互いに異なる３値Ｉｏ１、Ｉｏ２、Ｉｏ３を設定する。なお、定トルク曲線Ｃｔの算出については後述する。そして、前述のように設定された３値Ｉｏ１、Ｉｏ２、Ｉｏ３に対応して、ｄ軸及びｑ軸の電流Ｉｄ、Ｉｑの組合せによる定トルク曲線Ｃｔ上の３点（Ｉｄ１、Ｉｑ１）、（Ｉｄ２、Ｉｑ２）、（Ｉｄ３、Ｉｑ３）の各値を用いて前述の（２）式の演算を行うことにより、次の（８）〜（１０）式が演算される。
【数６】
0006514969.tif 000007
【００３７】
（８）〜（１０）式においては、第１の推定方法と同様、ｄ軸及びｑ軸電流Ｉｄ、Ｉｑで定まる３点に対応して、３つの無効電力Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３と、３つの角速度ω１、ω２、ω３が得られる。よって、（８）〜（１０）に基づき、磁石磁束φｍに関して、次の（１１）式が得られる。
【数７】
0006514969.tif 000008
【００３８】
（１１）式においては、（６）式の場合と同様の観点から、ω＝ω１＝ω２＝ω３とみなすことができるので、（１１）式から、次の（１２）式を導くことができる。
【数８】
0006514969.tif 000009
【００３９】
以上のように、磁石磁束推定部２１では、無効電力演算部２０から受け取った無効電力Ｑと、３相／２相変換部１８から受け取ったｄ軸及びｑ軸の電流Ｉｄ、Ｉｑと、角速度演算部１９から受け取った角速度ωとをそれぞれ抽出し、第２の推定方法として（１１）式又は（１２）式の演算を行うことができる。
【００４０】
図３は、第２の推定方法を用いたベクトル制御におけるベクトル図の一例を示している。図３においては、ｄ軸及びｑ軸の電流Ｉｄ、Ｉｑとモータ１６の印加電流Ｉｏが表示されている。前述のように、ｄ軸及びｑ軸の電流Ｉｄ、Ｉｑの設定に応じて、モータ１６の印加電流Ｉｏは、定トルク曲線Ｃｔ上に沿って、値Ｉｏ１（Ｉｄ１、Ｉｑ１）、値Ｉｏ２（Ｉｄ２、Ｉｑ２）、値Ｉｏ３（Ｉｄ３、Ｉｑ３）の３点を推移する。
【００４１】
ここで、図３において、定トルク曲線Ｃｔの算出方法について説明する。一般に、モータ１６のトルクＴは、前述のｄ軸及びｑ軸の電流Ｉｄ、Ｉｑ及びインダクタンスＬｄ、Ｌｑと、磁石磁束φｍとを用いて、次の（１３）式で表すことができる。
【数９】
0006514969.tif 000010
ただし、Ｐｎ：磁極対数
【００４２】
（１３）式において、トルクＴが一定値であるとし（Ｔ＝Ｔｃｏｎｓｔ）、Ｉｑについて解くと、次の（１４）式が導かれる。
【数１０】
0006514969.tif 000011
【００４３】
（１４）式からわかるように、定トルク曲線Ｃｔ上ではｄ軸及びｑ軸の電流Ｉｄ、Ｉｑが反比例する関係にある。以上から、トルクＴとして所望の一定値Ｔｃｏｎｓｔを定めた上で、ｄ軸及びｑ軸の電流Ｉｄ、Ｉｑとして（１４）式の関係を満たす３点を設定し、（１１）式又は（１２）式の演算を行えばよい。なお、定トルク曲線Ｃｔ上の電流Ｉｄ、Ｉｑの各値は、マップ情報としてメモリに保持してもよい。
【００４４】
第２の推定方法によれば、モータ１６を駆動する３点が定トルク曲線Ｃｔ上に設定されるので、第１の推定方法と同様の効果に加えて、モータ１６のトルク変動を十分に抑制した状態で磁石磁束φｍを推定することができる。
【００４５】
次に、本実施形態の永久磁石式同期モータのベクトル制御装置の変形例について説明する。上述の説明では、第１及び第２の推定方法に基づき、モータ１６を３点で駆動して磁石磁束φｍを推定したが、本変形例においては、予めメモリに記憶されているマップ情報を用いて磁石磁束φｍの演算を行う。具体的には、任意のタイミングで無効電力Ｑを演算又は検知し、ｄ軸及びｑ軸の電流Ｉｄ、Ｉｑ及び角速度ωの各値をそれぞれ用いるとともに、マップ情報として保持されるｄ軸及びｑ軸のインダクタンスＬｄ、Ｌｑの各値を読み出すことにより、次の（１５）式の演算を行えばよい。
【数１１】
0006514969.tif 000012
【００４６】
本変形例を採用することにより、モータ１６がどのような動作状態であっても、少ない演算量で確実に磁石磁束φｍを推定することができる。
【００４７】
以上、本実施形態に基づいて、本発明に係る永久磁石式同期モータのベクトル制御装置について説明したが、本発明を適用可能な構成は、図１の構成に限定されることなく、多様な構成に対して本発明を適用可能である。例えば、図１において、無効電力演算部２０に加えて、モータ１６の有効電力を演算する有効電力演算部を併設し、無効電力と有効電力の両方を出力する構成、あるいは無効電力と有効電力を選択的に出力する構成を採用してもよい。
【００４８】
本発明に係る永久磁石式同期モータのベクトル制御装置は、多様な用途に利用することができる。例えば、電気自動車、電動バイク、電車などの移動体、ブロワ、ＦＡ装置、加工装置等の産業用途、昇降機、空調装置等の利用分野において、磁石磁束の変動を補償する構成を備えた永久磁石式同期モータのベクトル制御装置等に対して本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１０…電流指令生成部
１１…電流制御部
１１ａ、１１ｂ…減算部
１１ｃ…ＰＩ制御演算部
１２…２相／３相変換部
１３…ＰＷＭ演算部
１４…インバータ
１５…電流検知部
１６…モータ
１７…回転角検知部
１８…３相／２相変換部
１９…角速度演算部
２０…無効電力演算部
２１…磁石磁束推定部
Ｔｒ…トルク指令
Ｉｄ、Ｉｑ…ｄ軸及びｑ軸の電流
Ｌｄ、Ｌｑ…ｄ軸及びｑ軸のインダクタンス
Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ…３相交流の電流
Ｑ…無効電力
ω…角速度
φｍ…磁石磁束
【図１】
0006514969.tif 000017
【図２】
0006514969.tif 000018
【図３】
0006514969.tif 000019
【図４】
0006514969.tif 000020