(57)【要約】【課題】同期モータの矩形波駆動におけるトルク応答性能を向上可能なモータ制御装置を提供する。【解決手段】電流センサ９４が、同期モータＭに流れる電流を検出し、加算器１１が、ｑ軸電流指令値ｉq*からｑ軸電流値ｉqを減算して補正値としてのｑ軸電流偏差を生成し、電圧指令生成部１３が、ｑ軸電流偏差に基づいて補正した電圧ベクトルを生成する。よって、ベクトル制御を維持した矩形波トルク制御を可能とすると共に、トルク応答を向上させて、正弦波駆動から矩形波駆動への移行時におけるトルク変動の発生を抑制することができる。【選択図】図１
2008005629.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
指令トルクより算出した電圧ベクトルに基づいて３相矩形波電圧を出力し、同期モータを駆動するモータ制御装置において、
前記同期モータに流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記指令トルクと前記電流検出手段による検出電流とから補正値を算出する補正値算出手段と
を備え、
前記電圧ベクトルが前記補正値に基づいて補正されるように構成されたことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記補正値算出手段は、前記指令トルク及び前記検出電流のｄ軸成分より算出したｑ軸電流指令値と前記検出電流のｑ軸成分との偏差より前記補正値を算出することを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記補正値算出手段は、前記指令トルク及び前記検出電流のｑ軸成分より算出したｄ軸電流指令値と前記検出電流のｄ軸成分との偏差より前記補正値を算出することを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記電圧ベクトルのｄ軸成分が前記補正値に基づいて補正され、且つ前記電圧ベクトルのｑ軸成分が所定の電圧ベクトル大きさと前記補正後の電圧ベクトルｄ軸成分との差に基づいて算出されるように構成されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のモータ制御装置。
【請求項５】
前記電圧ベクトルのｑ軸成分が前記補正値に基づいて補正され、且つ前記電圧ベクトルのｄ軸成分が所定の電圧ベクトル大きさと前記補正後の電圧ベクトルｑ軸成分との差に基づいて算出されるように構成されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のモータ制御装置。
【請求項６】
指令トルクより算出した電圧ベクトルに基づいて３相矩形波電圧を出力し、同期モータを駆動するモータ制御装置において、
前記同期モータのトルクを検出するトルク検出手段と、
電源電圧を検出する電圧検出手段と、
所定変調率と前記電源電圧との積より電圧ベクトル制限値を算出する制限値算出手段と
を備え、
前記電圧ベクトルのｑ軸成分が、前記指令トルクと前記検出トルクとの偏差より決定され且つ前記電圧ベクトルのｄ軸成分が前記電圧ベクトル制限値と前記電圧ベクトルｑ軸成分との差より算出されるように構成されたことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項７】
指令トルクより算出した電圧ベクトルに基づいて３相矩形波電圧を出力し、同期モータを駆動するモータ制御装置において、
前記同期モータのトルクを検出するトルク検出手段と、
電源電圧を検出する電圧検出手段と、
所定変調率と前記電源電圧との積より電圧ベクトル制限値を算出する制限値算出手段と
を備え、
前記電圧ベクトルのｄ軸成分が、前記指令トルクと前記検出トルクとの偏差より決定され、且つ前記電圧ベクトルのｑ軸成分が前記電圧ベクトル制限値と前記電圧ベクトルｄ軸成分との差より算出されるように構成されたことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項８】
指令トルクより算出した電圧ベクトルに基づいて３相矩形波電圧を出力し、同期モータを駆動するモータ制御装置において、
前記同期モータのトルクを検出するトルク検出手段と、
電源電圧を検出する電圧検出手段と、
所定変調率と前記電源電圧との積より電圧ベクトル制限値を算出する制限値算出手段と、
前記同期モータに流れる電流を検出する電流検出手段と、
を備え、
前記電圧ベクトルのｄ軸成分が、前記指令トルクと前記検出トルクとの偏差、及び前記指令トルクと前記検出電流のｄ軸成分とから算出したｑ軸電流指令値と前記検出電流のｑ軸成分との偏差より決定され、前記電圧ベクトルのｑ軸成分が、前記電圧ベクトル制限値と前記電圧ベクトルｄ軸成分との差より算出されるように構成されたことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項９】
指令トルクより算出した電圧ベクトルから３相矩形波電圧を出力し、同期モータを駆動するモータ制御装置において、
前記同期モータのトルクを検出するトルク検出手段と、
電源電圧を検出する電圧検出手段と、
所定変調率と前記検出電源電圧との積より電圧ベクトル制限値を算出する制限値算出手段と、
前記同期モータに流れる電流を検出する電流検出手段と、
を備え、
前記電圧ベクトルのｑ軸成分が、前記電圧ベクトル制限値から、前記指令トルクと前記検出トルクとの偏差、及び前記指令トルクと前記検出電流のｄ軸成分とから算出したｑ軸電流指令値と前記検出電流のｑ軸成分との偏差を減算することにより算出され、前記電圧ベクトルのｄ軸成分が、前記電圧ベクトル制限値と前記電圧ベクトルｑ軸成分との差より算出されるように構成されたことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項１０】
前記電圧ベクトル制限値は、１以上の変調率を√（３／８）倍して得られる値と、前記検出電源電圧との積であることを特徴とする請求項６乃至９のいずれかに記載のモータ制御装置。
【請求項１１】
電圧ベクトル指令と電源電圧との比より算出される変調率が１以上の所定値に達した場合、前記ｄ軸・ｑ軸電圧ベクトルを座標変換して得られる３相交流電圧の符号が正のとき、Ｖｄｃ／２（Ｖｄｃは電源電圧）を前記３相矩形波電圧の電圧波高値とし、前記３相交流電圧の符号が負のとき、−Ｖｄｃ／２を前記３相矩形波電圧の電圧波高値とすることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載のモータ制御装置。
【請求項１２】
３相交流電圧から３相矩形波電圧までの間に不足する出力電圧の電圧値割合を予め記憶し、電圧ベクトル指令と電源電圧との比より算出される変調率に応じて前記出力電圧を補完するように構成されたことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載のモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ制御装置に関し、特に、指令トルクより算出した電圧ベクトルから３相矩形波電圧を出力して同期モータを駆動するモータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
同期モータを直流電源を用いて駆動する際にはインバータを用い、パルス幅変調（ＰＷＭ）波形電圧を印加することが広く行われている。しかしながら、ＰＷＭ波形電圧を同期モータに加えるのでは電圧利用率に限界があり、例えば、高回転域で十分な高出力を得ることができないという問題がある。
【０００３】
このような問題を解決するために、従来、矩形波電圧を同期モータに印加して回転駆動する技術が提案されている（例えば、特許文献１、２参照。）。かかる技術によれば、高回転域の出力を向上させることができる。
【特許文献１】特許第３７４６３７７号公報
【特許文献２】特許第３６７４７４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来技術では、回転数の増大に従って正弦波駆動から矩形波駆動へ移行する際に大きなトルク変動が生じ、これに伴う衝撃が発生するという問題があった。
【０００５】
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、同期モータの矩形波駆動におけるトルク応答性能を向上可能なモータ制御装置を提供することを解決すべき課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下、上記課題を解決するのに適した各手段につき、必要に応じて作用効果等を付記しつつ説明する。
【０００７】
１．指令トルクより算出した電圧ベクトルに基づいて３相矩形波電圧を出力し、同期モータを駆動するモータ制御装置において、
前記同期モータに流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記指令トルクと前記電流検出手段による検出電流とから補正値を算出する補正値算出手段と
を備え、
前記電圧ベクトルが前記補正値に基づいて補正されるように構成されたことを特徴とするモータ制御装置。
【０００８】
手段１によれば、電流検出手段が、同期モータに流れる電流を検出し、補正値算出手段が、指令トルクと電流検出手段による検出電流とから補正値を算出し、その補正値に基づいて補正された電圧ベクトルによって３相矩形波電圧を出力して同期モータを駆動するので、ベクトル制御を維持した矩形波トルク制御が可能になると共に、トルク応答を向上させて、正弦波駆動から矩形波駆動への移行時におけるトルク変動を抑制することができる。
【０００９】
２．前記補正値算出手段は、前記指令トルク及び前記検出電流のｄ軸成分より算出したｑ軸電流指令値と前記検出電流のｑ軸成分との偏差より前記補正値を算出することを特徴とする手段１に記載のモータ制御装置。
【００１０】
手段２によれば、補正値算出手段が、指令トルク及び検出電流のｄ軸成分より算出したｑ軸電流指令値と検出電流のｑ軸成分との偏差より補正値を算出するので、指令トルクに応じた適切な電流を実現することができる。
【００１１】
３．前記補正値算出手段は、前記指令トルク及び前記検出電流のｑ軸成分より算出したｄ軸電流指令値と前記検出電流のｄ軸成分との偏差より前記補正値を算出することを特徴とする手段１に記載のモータ制御装置。
【００１２】
手段３によれば、補正値算出手段が、指令トルク及び検出電流のｑ軸成分より算出したｄ軸電流指令値と検出電流のｄ軸成分との偏差より補正値を算出するので、指令トルクに応じた適切な電流を実現することができる。
【００１３】
４．前記電圧ベクトルのｄ軸成分が前記補正値に基づいて補正され、且つ前記電圧ベクトルのｑ軸成分が所定の電圧ベクトル大きさと前記補正後の電圧ベクトルｄ軸成分との差に基づいて算出されるように構成されたことを特徴とする手段１乃至３のいずれかに記載のモータ制御装置。
【００１４】
手段４によれば、電圧ベクトルのｄ軸成分が補正値に基づいて補正され、且つ電圧ベクトルのｑ軸成分が所定の電圧ベクトル大きさと補正後の電圧ベクトルｄ軸成分との差に基づいて算出されるので、電圧に制限がある場合でもベクトル制御を維持した矩形波トルク制御でトルク応答を向上させることができる。
【００１５】
５．前記電圧ベクトルのｑ軸成分が前記補正値に基づいて補正され、且つ前記電圧ベクトルのｄ軸成分が所定の電圧ベクトル大きさと前記補正後の電圧ベクトルｑ軸成分との差に基づいて算出されるように構成されたことを特徴とする手段１乃至３のいずれかに記載のモータ制御装置。
【００１６】
手段５によれば、電圧ベクトルのｑ軸成分が補正値に基づいて補正され、且つ電圧ベクトルのｄ軸成分が所定の電圧ベクトル大きさと補正後の電圧ベクトルｑ軸成分との差に基づいて算出されるので、電圧に制限がある場合でもベクトル制御を維持した矩形波トルク制御でトルク応答を向上させることができる。
【００１７】
６．指令トルクより算出した電圧ベクトルに基づいて３相矩形波電圧を出力し、同期モータを駆動するモータ制御装置において、
前記同期モータのトルクを検出するトルク検出手段と、
電源電圧を検出する電圧検出手段と、
所定変調率と前記電源電圧との積より電圧ベクトル制限値を算出する制限値算出手段と
を備え、
前記電圧ベクトルのｑ軸成分が、前記指令トルクと前記検出トルクとの偏差より決定され且つ前記電圧ベクトルのｄ軸成分が前記電圧ベクトル制限値と前記電圧ベクトルｑ軸成分との差より算出されるように構成されたことを特徴とするモータ制御装置。
【００１８】
手段６によれば、トルク検出手段が、同期モータのトルクを検出し、電圧検出手段が、電源電圧を検出し、制限値算出手段が、所定変調率と電源電圧との積より電圧ベクトル制限値を算出すると共に、電圧ベクトルのｑ軸成分が、トルク指令値と検出トルクとの偏差より決定され且つ電圧ベクトルのｄ軸成分が電圧ベクトル制限値と電圧ベクトルｑ軸成分との差より算出され、電圧ベクトルに基づく３相矩形波電圧を出力して同期モータを駆動するので、ベクトル制御を維持した矩形波トルク制御が可能になると共に高精度なトルク応答を実現することができる。
【００１９】
７．指令トルクより算出した電圧ベクトルに基づいて３相矩形波電圧を出力し、同期モータを駆動するモータ制御装置において、
前記同期モータのトルクを検出するトルク検出手段と、
電源電圧を検出する電圧検出手段と、
所定変調率と前記電源電圧との積より電圧ベクトル制限値を算出する制限値算出手段と
を備え、
前記電圧ベクトルのｄ軸成分が、前記指令トルクと前記検出トルクとの偏差より決定され、且つ前記電圧ベクトルのｑ軸成分が前記電圧ベクトル制限値と前記電圧ベクトルｄ軸成分との差より算出されるように構成されたことを特徴とするモータ制御装置。
【００２０】
手段７によれば、トルク検出手段が、同期モータのトルクを検出し、電圧検出手段が、電源電圧を検出し、制限値算出手段が、所定変調率と電源電圧との積より電圧ベクトル制限値を算出すると共に、電圧ベクトルのｄ軸成分が、指令トルクと検出トルクとの偏差より決定され、且つ電圧ベクトルのｑ軸成分が電圧ベクトル制限値と電圧ベクトルｄ軸成分との差より算出され、電圧ベクトルに基づく３相矩形波電圧を出力して同期モータを駆動するので、ベクトル制御を維持した矩形波トルク制御が可能になると共に高精度なトルク応答を実現することができる。
【００２１】
８．指令トルクより算出した電圧ベクトルに基づいて３相矩形波電圧を出力し、同期モータを駆動するモータ制御装置において、
前記同期モータのトルクを検出するトルク検出手段と、
電源電圧を検出する電圧検出手段と、
所定変調率と前記電源電圧との積より電圧ベクトル制限値を算出する制限値算出手段と、
前記同期モータに流れる電流を検出する電流検出手段と、
を備え、
前記電圧ベクトルのｄ軸成分が、前記指令トルクと前記検出トルクとの偏差、及び前記指令トルクと前記検出電流のｄ軸成分とから算出したｑ軸電流指令値と前記検出電流のｑ軸成分との偏差より決定され、前記電圧ベクトルのｑ軸成分が、前記電圧ベクトル制限値と前記電圧ベクトルｄ軸成分との差より算出されるように構成されたことを特徴とするモータ制御装置。
【００２２】
手段８によれば、トルク検出手段が、同期モータのトルクを検出し、電圧検出手段が、電源電圧を検出し、制限値算出手段が、所定変調率と電源電圧との積より電圧ベクトル制限値を算出すると共に、電圧ベクトルのｄ軸成分が、指令トルクと検出トルクとの偏差、及び指令トルクと検出電流のｄ軸成分とから算出したｑ軸電流指令値と検出電流のｑ軸成分との偏差より決定され、電圧ベクトルのｑ軸成分が、電圧ベクトル制限値と電圧ベクトルｄ軸成分との差より算出され、電圧ベクトルに基づく３相矩形波電圧を出力して同期モータを駆動するので、所望の電圧ベクトルの大きさで矩形波トルク制御でのトルク応答性能を向上させることができる。
【００２３】
９．指令トルクより算出した電圧ベクトルから３相矩形波電圧を出力し、同期モータを駆動するモータ制御装置において、
前記同期モータのトルクを検出するトルク検出手段と、
電源電圧を検出する電圧検出手段と、
所定変調率と前記検出電源電圧との積より電圧ベクトル制限値を算出する制限値算出手段と、
前記同期モータに流れる電流を検出する電流検出手段と、
を備え、
前記電圧ベクトルのｑ軸成分が、前記電圧ベクトル制限値から、前記指令トルクと前記検出トルクとの偏差、及び前記指令トルクと前記検出電流のｄ軸成分とから算出したｑ軸電流指令値と前記検出電流のｑ軸成分との偏差を減算することにより算出され、前記電圧ベクトルのｄ軸成分が、前記電圧ベクトル制限値と前記電圧ベクトルｑ軸成分との差より算出されるように構成されたことを特徴とするモータ制御装置。
【００２４】
手段９によれば、トルク検出手段が、同期モータのトルクを検出し、電圧検出手段が、電源電圧を検出し、制限値算出手段が、所定変調率と電源電圧との積より電圧ベクトル制限値を算出すると共に、電圧ベクトルのｑ軸成分が、電圧ベクトル制限値から、指令トルクと検出トルクとの偏差、及び指令トルクと検出電流のｄ軸成分とから算出したｑ軸電流指令値と検出電流のｑ軸成分との偏差を減算することにより算出され、電圧ベクトルのｄ軸成分が、電圧ベクトル制限値と電圧ベクトルｑ軸成分との差より算出され、電圧ベクトルに基づく３相矩形波電圧を出力して同期モータを駆動するので、所望の電圧ベクトルの大きさで矩形波トルク制御でのトルク応答性能を向上させることができる。
【００２５】
１０．前記電圧ベクトル制限値は、１以上の変調率を√（３／８）倍して得られる値と、前記検出電源電圧との積であることを特徴とする手段６乃至９のいずれかに記載のモータ制御装置。
【００２６】
手段１０によれば、電圧ベクトル制限値は、１以上の変調率を√（３／８）倍して得られる値と、検出電源電圧との積であるので、電源電圧が変動してもトルク制御の応答性を一定に保つことができる。
【００２７】
１１．電圧ベクトル指令と電源電圧との比より算出される変調率が１以上の所定値に達した場合、前記ｄ軸ｑ軸電圧ベクトルを座標変換して得られる３相交流電圧の符号が正のとき、Ｖｄｃ／２（Ｖｄｃは電源電圧）を前記３相矩形波電圧の電圧波高値とし、前記３相交流電圧の符号が負のとき、−Ｖｄｃ／２を前記３相矩形波電圧の電圧波高値とすることを特徴とする手段１乃至１０のいずれかに記載のモータ制御装置。
【００２８】
手段１１によれば、電圧ベクトル指令と電源電圧との比より算出される変調率が１以上の所定値に達した場合、ｄ軸ｑ軸電圧ベクトルを座標変換して得られる３相交流電圧の符号が正のとき、Ｖｄｃ／２（Ｖｄｃは電源電圧）を３相矩形波電圧の電圧波高値とし、３相交流電圧の符号が負のとき、−Ｖｄｃ／２を３相矩形波電圧の電圧波高値とするので、ベクトル制御を維持しつつ所望の変調率で矩形波制御に移行することができる。
【００２９】
１２．３相交流電圧から３相矩形波電圧までの間に不足する出力電圧の電圧値割合を予め記憶し、電圧ベクトル指令と電源電圧との比より算出される変調率に応じて前記出力電圧を補完するように構成されたことを特徴とする手段１乃至１１のいずれかに記載のモータ制御装置。
【００３０】
手段１２によれば、３相交流電圧から３相矩形波電圧までの間に不足する出力電圧の電圧値割合を予め記憶し、電圧ベクトル指令と電源電圧との比より算出される変調率に応じて出力電圧を補完するように構成されているので、電圧指令値と実電圧とを一致させることにより制御の発散を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明のモータ制御装置を具体化した各実施形態について図面を参照しつつ説明する。
【００３２】
まず、第一の実施形態のモータ制御装置１の全体構成について、図１の回路図を参照しつつ説明する。
【００３３】
モータ制御装置１は、同期モータＭを回転駆動するための制御装置であって、Ｉｑ（ｑ軸電流）指令生成部１０と、加算器１１と、制御器１２と、電圧指令生成部１３と、３相２相変換部１４と、２相３相変換部８０と、ＰＷＭ信号発生部８４と、ＰＷＭインバータ９０と、電源電圧検出部９２と、電流センサ９４と、ロータ角検出部９６とを備えて構成される。
【００３４】
モータ制御装置１では、図示しない電子制御装置（ＥＣＵ）で生成された指令トルクＴ*が、Ｉｑ指令生成部１０と電圧指令生成部１３とにそれぞれ入力される。電流センサ９４は、同期モータＭのＵ相，Ｖ相，Ｗ相の３相に流れる電流を検出し、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相の電流検出値ｉu，ｉv，ｉwを３相２相変換部１４に入力する。また、ロータ角検出部９６から出力される同期モータＭのロータ角度θは、３相２相変換部１４と２相３相変換部８０とにそれぞれ入力される。
【００３５】
３相２相変換部１４は、３相交流電流を２相交流電流に変換する。具体的には、３相２相変換部１４は、３相の電流検出値ｉu，ｉv，ｉwとロータ角度θとから２相のｑ軸電流ｉq、ｄ軸電流ｉdを算出し、ｄ軸電流ｉdをｉｑ指令生成部１０に、ｑ軸電流ｉqを加算器１１にそれぞれ入力する。
【００３６】
ここで、ＵＶＷ座標とｄｑ座標との関係について、図２を参照しつつ説明する。図２（ａ）は、固定座標の座標図を、同図（ｂ）は回転座標の座標図をそれぞれ示している。図２（ａ）において、ＵＶＷは３相交流座標であり、αβは２相交流座標である。つまり、αβ座標は３相交流をベクトル合成したものである。図２（ｂ）において、ロータ磁極位置がθre（真値、センサ値）によって表され、推定ロータ磁極位置がθ＾（推定値）によって表される。ｄｑ座標は、真の回転座標であり、γδ座標は推定した回転座標である。
【００３７】
Ｉｑ指令生成部１０は、指令トルクＴ*とｄ軸電流ｉdとからｑ軸電流指令値ｉq*を生成し、加算器１１に入力する。加算器１１は、ｑ軸電流指令値ｉq*からｑ軸電流値ｉqを減算してｑ軸電流偏差を生成し、制御器１２を介して電圧指令生成部１３に入力する。
【００３８】
電圧指令生成部１３は、指令トルクＴ*とｑ軸電流偏差とから電圧ベクトルのｄ軸成分ｖd*及びｑ軸成分ｖq*を生成して２相３相変換部８０に入力する。
【００３９】
２相３相変換部８０は、２相交流電圧を３相交流電圧に変換する。具体的には、２相３相変換部８０は、電圧ベクトルのｄ軸成分ｖd*及びｑ軸成分ｖq*とロータ角度θとから３相電圧ベクトルｖu*，ｖv*，ｖw*を生成してＰＷＭ信号発生部８０に入力する。ＰＷＭ信号発生部８０は、３相電圧ベクトルｖu*，ｖv*，ｖw*及び電源電圧検出部９２からの検出電源電圧Ｖｄｃに基づいて、３相矩形波電圧を発生させるためのスイッチング信号をＰＷＭインバータ９０に供給する。このようにして、同期モータＭが、矩形波電圧にて回転駆動される。
【００４０】
ここで、図３に電圧ベクトルｖ*とｄ軸成分ｖd*及びｑ軸成分ｖq*との関係を示す。図３よりｖd*、ｖq*を制御することで、電圧ベクトルｖ*を［１］から［２］へ高応答に制御できることがわかる。尚、実電圧制限は、電源電圧の大きさによって決定され（ｖ*_lim）、指令制限は、変調率を所定値に指令することによって決定される。
【００４１】
次に、同期モータＭの回転数の増大に伴って、正弦波駆動から矩形波駆動へ移行する際のトルク変動の測定結果について説明する。ここで、図４（ａ）は、正弦波駆動時の電圧波形を、同図（ｂ）は矩形波駆動時の電圧波形を示している。図５は、正弦波駆動から矩形波駆動へ移行する際のトルク変動の測定結果を示すグラフであり、同図（ａ）は比較例のグラフを、同図（ｂ）は実施例のグラフをそれぞれ示している。実施例は、図１に示す本実施形態を実施したものであり、比較例は従来技術を実施したものであり、比較例の構成は、図１におけるＩｑ指令生成部１０、加算器１１、３相２相変換部１４、及び電流センサ９４に相当する構成を有していない。
【００４２】
比較例では、図５（ａ）に示すように、正弦波駆動から矩形波駆動への移行時に、検出トルクが２［Ｎｍ］から３．４［Ｎｍ］に変動しており、約１．４［Ｎｍ］のトルク変動が発生していることがわかる。これに対し、実施例では、図５（ｂ）に示すように、正弦波駆動から矩形波駆動への移行時にトルク変動が殆ど発生していないことがわかる。
【００４３】
以上詳述したことから明らかなように、本実施形態によれば、電流センサ９４が、同期モータＭに流れる電流を検出し、加算器１１が、ｑ軸電流指令値ｉq*からｑ軸電流値ｉｑを減算して補正値としてのｑ軸電流偏差を生成し、電圧指令生成部１３が、ｑ軸電流偏差に基づいて補正した電圧ベクトルを生成する。よって、ベクトル制御を維持した矩形波トルク制御が可能になると共に、トルク応答を向上させて、正弦波駆動から矩形波駆動への移行時におけるトルク変動の発生を抑制することができる。
【００４４】
特に、指令トルクＴ*及び検出電流のｄ軸成分ｉdより算出したｑ軸電流指令値ｉq*と検出電流のｑ軸成分ｉqとの偏差より補正値を算出するので、指令トルクＴ*に応じた適切な電流を実現することができる。
【００４５】
尚、上記実施形態において、指令トルクＴ*及び検出電流のｑ軸成分ｉqより算出したｄ軸電流指令値ｉd*と検出電流のｄ軸成分ｉdとの偏差より補正値を算出するように変形して実施してもよい。
【００４６】
次に、第二の実施形態のモータ制御装置２について、図６の回路図を参照しつつ説明する。尚、上記第一の実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、それらについての説明を省略する。
【００４７】
モータ制御装置２は、Ｉｑ指令生成部２０と、加算器２１と、制御器２２と、Ｖｑ電圧生成部２３と、加算器２４と、Ｖｄ算出部２５と、３相２相変換部２６と、２相３相変換部８０と、ＰＷＭ信号発生部８４と、ＰＷＭインバータ９０と、電源電圧検出部９２と、電流センサ９４と、ロータ角検出部９６とを備えて構成される。
【００４８】
モータ制御装置２では、指令トルクＴ*が、Ｉｑ指令生成部２０とＶｑ電圧生成部２３とにそれぞれ入力される。電流センサ９４は、同期モータＭのＵ相，Ｖ相，Ｗ相の３相に流れる電流を検出し、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相の電流検出値ｉu，ｉv，ｉwを３相２相変換部２６に入力する。また、ロータ角検出部９６から出力される同期モータＭのロータ角度θは、３相２相変換部２６と２相３相変換部８０とにそれぞれ入力される。
【００４９】
３相２相変換部２６は、３相交流電流を２相交流電流に変換する。具体的には、３相２相変換部２６は、３相の電流検出値ｉu，ｉv，ｉwとロータ角度θとから２相のｑ軸電流ｉq、ｄ軸電流ｉdを算出し、ｄ軸電流ｉdをｉｑ指令生成部２０に、ｑ軸電流ｉqを加算器２１にそれぞれ入力する。
【００５０】
Ｉｑ指令生成部２０は、指令トルクＴ*とｄ軸電流ｉdとからｑ軸電流指令値ｉq*を生成し、加算器２１に入力する。加算器２１は、ｑ軸電流指令値ｉq*からｑ軸電流値ｉqを減算してｑ軸電流偏差を生成し、制御器２２を介して加算器２４に入力する。
【００５１】
Ｖｑ電圧生成部２１は、電圧ベクトルｑ軸成分ｖq*を生成して加算器２４に入力する。加算器２４は、電圧ベクトルｑ軸成分ｖq*をｑ軸電流偏差に基づいて補正し、補正後の電圧ベクトルｑ軸成分ｖq*をＶｄ算出部２５及び２相３相変換部８０にそれぞれ入力する。Ｖｄ算出部２５は、所定の電圧ベクトルｖmと補正後の電圧ベクトルｑ軸成分ｖq*とから電圧ベクトルｄ軸成分ｖd*を、数式ｖd*＝√（ｖm2−ｖq*2）によって算出し、２相３相変換部８０に入力する。
【００５２】
２相３相変換部８０は、２相交流電圧を３相交流電圧に変換する。具体的には、２相３相変換部８０は、電圧ベクトルのｄ軸成分ｖd*及びｑ軸成分ｖq*とロータ角度θとから３相電圧ベクトルｖu*，ｖv*，ｖw*を生成してＰＷＭ信号発生部８０に入力する。ＰＷＭ信号発生部８０は、３相電圧ベクトルｖu*，ｖv*，ｖw*及び電源電圧検出部９２からの検出電源電圧Ｖｄｃに基づいて、３相矩形波電圧を発生させるためのスイッチング信号をＰＷＭインバータ９０に供給する。このようにして、同期モータＭが、矩形波電圧にて回転駆動される。
【００５３】
本実施形態によれば、電圧ベクトルｑ軸成分ｖq*が補正値に基づいて補正され、且つ電圧ベクトルｄ軸成分ｖd*が所定の電圧ベクトル大きさと補正後の電圧ベクトルｑ軸成分ｖq*との差に基づいて算出されるように構成されているので、電圧に制限がある場合でもベクトル制御を維持した矩形波トルク制御でトルク応答を向上させることができる。
【００５４】
尚、上記実施形態において、電圧ベクトルｄ軸成分ｖd*が補正値に基づいて補正され、且つ電圧ベクトルｑ軸成分ｖq*が所定の電圧ベクトル大きさと補正後の電圧ベクトルｄ軸成分ｖd*との差に基づいて算出されるように変形して実施してもよい。
【００５５】
次に、第三の実施形態のモータ制御装置３について、図７の回路図を参照しつつ説明する。
【００５６】
モータ制御装置３は、加算器３１と、トルク制御部３２と、制限値算出部３３と、Ｖｑ算出部３４と、２相３相変換部８０と、指令値加工部８２と、ＰＷＭ信号発生部８４と、ＰＷＭインバータ９０と、電源電圧検出部９２と、ロータ角検出部９６と、トルク検出部９８とを備えて構成される。
【００５７】
そして、指令トルクＴ*が加算器３１に入力されると共に、トルク検出部９８で検出された検出トルクＴが加算器３１に入力される。加算器３１は、指令トルクＴ*から検出トルクＴを減算してトルク偏差を生成して、トルク制御部３２に入力する。トルク制御部３２は、電圧ベクトルｄ軸成分ｖd*を生成し、Ｖｑ算出部３４及び２相３相変換部８０にそれぞれ入力する。
【００５８】
一方、電源電圧検出部９２は、ＰＷＭインバータ９０の電源電圧Ｖｄｃを検出して制限値算出部３３に入力する。制限値算出部３３は、与えられた所定変調率と検出電源電圧Ｖｄｃとの積に√（３／８）を乗じて電圧ベクトル制限値を算出し、Ｖｑ算出部３４に入力する。Ｖｑ算出部３４は、電圧ベクトル制限値と電圧ベクトルｄ軸成分ｖd*との差より電圧ベクトルｑ軸成分ｖq*を算出し、２相３相変換部８０に入力する。
【００５９】
２相３相電圧変換部８０は、電圧ベクトルのｄ軸成分ｖd*及びｑ軸成分ｖq*とロータ角度θとから３相電圧ベクトルｖu*，ｖv*，ｖw*を生成して指令値加工部８２に入力する。
【００６０】
指令値加工部８２は、電圧ベクトル指令と電源電圧との比より変調率を算出し、変調率が１以上の所定値に達した場合、ｄ軸ｑ軸電圧ベクトルを座標変換して得られる３相交流電圧の符号が正のとき、Ｖｄｃ／２（Ｖｄｃは電源電圧）を３相矩形波電圧の電圧波高値とし、３相交流電圧の符号が負のとき、−Ｖｄｃ／２を３相矩形波電圧の電圧波高値とし、ＰＷＭ信号発生部８０に入力する。
【００６１】
ここで、図８（ａ）は、指令値加工部８２における電圧指令の電源電圧への貼付けを説明する図であり、同図（ｂ）はＵ相電圧の実出力電圧及び演算出力電圧の波形例を示すグラフである。
【００６２】
ＰＷＭ信号発生部８０は、入力された電圧波高値に基づいて３相矩形波電圧を発生させるためのスイッチング信号をＰＷＭインバータ９０に供給する。このようにして、同期モータＭが、矩形波電圧にて駆動される。
【００６３】
本実施形態によれば、電圧ベクトルｄ軸成分ｖd*が、指令トルクＴ*と検出トルクＴとの偏差より決定され、且つ電圧ベクトルｑ軸成分ｖq*が電圧ベクトル制限値と電圧ベクトルｄ軸成分ｖd*との差より算出されるように構成されているので、ベクトル制御を維持した矩形波トルク制御を可能とすると共に高精度なトルク応答を実現することができる。
【００６４】
次に、第四の実施形態のモータ制御装置４について、図９の回路図を参照しつつ説明する。
【００６５】
モータ制御装置４は、加算器４１と、トルク制御部４２と、Ｉｑ指令生成部４３と、加算器４４と、制御器４５と、加算器４６と、制限値算出部４７と、Ｖｑ算出部４８と、３相２相変換部４９と、２相３相変換部８０と、指令値加工部８２と、ＰＷＭ信号発生部８４と、ＰＷＭインバータ９０と、電源電圧検出部９２と、電流センサ９４と、ロータ角検出部９６と、トルク検出部９８とを備えて構成される。
【００６６】
モータ制御装置４において、指令トルクＴ*が加算器４１に入力されると共に、トルク検出部９８で検出された検出トルクＴが加算器４１に入力される。加算器４１は、指令トルクＴ*から検出トルクＴを減算してトルク偏差を生成してトルク制御部４２に入力する。トルク制御部４２は、電圧ベクトルｄ軸成分ｖd*を生成して加算器４６に入力する。
【００６７】
一方、指令トルクＴ*は、Ｉｑ指令生成部４３にも入力される。電流センサ９４は、同期モータＭのＵ相，Ｖ相，Ｗ相に流れる電流を検出し、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相の電流検出値ｉu，ｉv，ｉwを３相２相変換部４９に入力する。また、ロータ角検出部９６から出力される同期モータＭのロータ角度は、３相２相変換部４９と２相３相変換部８０とにそれぞれ入力される。
【００６８】
３相２相変換部４９は、３相の電流検出値ｉu，ｉv，ｉwとロータ角度θとからｑ軸電流ｉq、ｄ軸電流ｉdを算出し、ｄ軸電流ｉdをｉｑ指令生成部４３に、ｑ軸電流ｉqを加算器４４にそれぞれ入力する。
【００６９】
Ｉｑ指令生成部４３は、指令トルクＴ*とｄ軸電流値ｉdとからｑ軸電流指令値ｉq*を生成し、加算器４４に入力する。加算器４４は、ｑ軸電流指令値ｉq*からｑ軸電流値ｉqを減算してｑ軸電流偏差を生成し、制御器４５を介して加算器４６に入力する。
【００７０】
加算器４６は、トルク偏差とｑ軸電流偏差とから電圧ベクトルｄ軸成分ｖd*を生成し、Ｖｑ算出部４８及び２相３相電圧変換部８０にそれぞれ入力する。
【００７１】
一方、電源電圧検出部９２は、ＰＷＭインバータ９０の電源電圧Ｖｄｃを検出し、制限値算出部４７は、所定変調率と電源電圧Ｖｄｃとの積に√（３／８）を乗じて電圧ベクトル制限値を算出してＶｑ算出部４８に入力する。Ｖｑ算出部４８は、電圧ベクトル制限値と電圧ベクトルｄ軸成分ｖd*との差より電圧ベクトルのｑ軸成分ｖq*を算出して２相３相電圧変換部８０に入力する。
【００７２】
２相３相電圧変換部８０は、電圧ベクトルのｄ軸成分ｖd*及びｑ軸成分ｖq*とロータ角度θとから３相電圧ベクトルｖu*，ｖv*，ｖw*を生成して指令値加工部８２に入力する。
【００７３】
指令値加工部８２は、電圧ベクトル指令と電源電圧との比より変調率を算出し、変調率が１以上の所定値に達した場合、ｄ軸ｑ軸電圧ベクトルを座標変換して得られる３相交流電圧の符号が正のとき、Ｖｄｃ／２（Ｖｄｃは電源電圧）を３相矩形波電圧の電圧波高値とし、３相交流電圧の符号が負のとき、−Ｖｄｃ／２を３相矩形波電圧の電圧波高値とし、ＰＷＭ信号発生部８０に入力する。
【００７４】
ＰＷＭ信号発生部８０は、入力された電圧波高値に基づいて３相矩形波電圧を発生させるためのスイッチング信号をＰＷＭインバータ９０に供給する。このようにして、同期モータＭが、矩形波電圧にて駆動される。
【００７５】
本実施形態によれば、電圧ベクトルｄ軸成分ｖd*が、指令トルクＴ*と検出トルクＴとの偏差、及び指令トルクＴ*と検出電流のｄ軸成分ｉdとから算出したｑ軸電流指令値ｉq*と検出電流のｑ軸成分ｉqとの偏差より決定され、電圧ベクトルｑ軸成分ｖq*が、電圧ベクトル制限値と電圧ベクトルｄ軸成分ｖd*との差より算出されるので、所望の電圧ベクトルの大きさで矩形波トルク制御でのトルク応答性能を向上させることができる。
【００７６】
次に、第五の実施形態のモータ制御装置５について、図１０の回路図を参照しつつ説明する。
【００７７】
モータ制御装置５は、加算器５１と、トルク制御部５２と、Ｉｑ指令生成部５３と、加算器５４と、制御器５５と、加算器５６と、加算器５７と、制限値算出部５８と、Ｖｑ算出部５９と、３相２相変換部６０と、２相３相変換部８０と、指令値加工部８２と、ＰＷＭ信号発生部８４と、ＰＷＭインバータ９０と、電源電圧検出部９２と、電流センサ９４と、ロータ角検出部９６と、トルク検出部９８とを備えて構成される。
【００７８】
モータ制御装置５では、指令トルクＴ*が加算器５１に入力されると共に、トルク検出部９８で検出された検出トルクＴが加算器５１に入力される。加算器５１は、指令トルクＴ*から検出トルクＴを減算してトルク偏差を生成し、トルク制御部５２に入力する。トルク制御部５２は、電圧ベクトルｄ軸成分ｖd*を生成して加算器５６に入力する。
【００７９】
一方、指令トルクＴ*は、Ｉｑ指令生成部５３にも入力される。電流センサ９４は、同期モータＭのＵ相，Ｖ相，Ｗ相に流れる電流を検出し、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相の電流検出値ｉu，ｉv，ｉwを３相２相変換部６０に入力する。また、ロータ角検出部９６から出力される同期モータＭのロータ角度は、３相２相変換部６０と２相３相変換部８０とにそれぞれ入力される。
【００８０】
３相２相変換部６０は、３相の電流検出値ｉu，ｉv，ｉwとロータ角度θとからｑ軸電流ｉq、ｄ軸電流ｉdを算出し、ｄ軸電流ｉdをｉｑ指令生成部５３に、ｑ軸電流ｉqを加算器５４にそれぞれ入力する。
【００８１】
Ｉｑ指令生成部５３は、指令トルクＴ*とｄ軸電流値ｉdとからｑ軸電流指令値ｉq*を生成し、加算器５４に入力する。加算器５４は、ｑ軸電流指令値ｉq*からｑ軸電流値ｉqを減算してｑ軸電流偏差を生成し、制御器５５を介して加算器５６に入力する。
【００８２】
加算器５６は、トルク偏差とｑ軸電流偏差とから電圧ベクトルｄ軸成分ｖd*を生成して加算器５７に入力する。
【００８３】
一方、電源電圧検出部９２は、ＰＷＭインバータ９０の電源電圧Ｖｄｃを検出し、制限値算出部５８は、所定変調率と電源電圧Ｖｄｃとの積に√（３／８）を乗じて電圧ベクトル制限値を算出してＶｄ算出部５９及び加算器５７にそれぞれ入力する。加算器５７は、電圧ベクトル制限値と加算器５６の出力との差より電圧ベクトルｑ軸成分ｖq*を生成し、Ｖｄ算出部５９及び２相３相電圧変換部８０に入力する。
【００８４】
Ｖｄ算出部５９は、電圧ベクトル制限値と電圧ベクトルｑ軸成分とから電圧ベクトルｄ軸成分ｖd*を算出して２相３相電圧変換部８０に入力する。
【００８５】
２相３相電圧変換部８０は、電圧ベクトルのｄ軸成分ｖd*及びｑ軸成分ｖq*とロータ角度θとから３相電圧ベクトルｖu*，ｖv*，ｖw*を生成して指令値加工部８２に入力する。
【００８６】
指令値加工部８２は、電圧ベクトル指令と電源電圧との比より変調率を算出し、変調率が１以上の所定値に達した場合、ｄ軸ｑ軸電圧ベクトルを座標変換して得られる３相交流電圧の符号が正のとき、Ｖｄｃ／２（Ｖｄｃは電源電圧）を３相矩形波電圧の電圧波高値とし、３相交流電圧の符号が負のとき、−Ｖｄｃ／２を３相矩形波電圧の電圧波高値とし、ＰＷＭ信号発生部８０に入力する。
【００８７】
ＰＷＭ信号発生部８０は、入力された電圧波高値に基づいて３相矩形波電圧を発生させるためのスイッチング信号をＰＷＭインバータ９０に供給する。このようにして、同期モータＭが、矩形波電圧にて駆動される。
【００８８】
本実施形態によれば、電圧ベクトルｑ軸成分ｖq*が、電圧ベクトル制限値から、指令トルクＴ*と検出トルクＴとの偏差、及び指令トルクＴ*と検出電流のｄ軸成分ｉdとから算出したｑ軸電流指令値ｉq*と検出電流のｑ軸成分ｉqとの偏差を減算することにより算出され、電圧ベクトルｄ軸成分ｖd*が、電圧ベクトル制限値と電圧ベクトルｑ軸成分ｖq*との差より算出されるように構成されているので、所望の電圧ベクトルの大きさで矩形波トルク制御でのトルク応答性能を向上させることができる。
【００８９】
尚、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を施すことが可能である。
【００９０】
例えば、前記第三乃至第五の実施形態における指令値加工部８２において、３相交流電圧から３相矩形波電圧までの間に不足する出力電圧の電圧値割合を予め記憶し、電圧ベクトル指令と電源電圧との比より算出される変調率に応じて出力電圧を補完するように構成してもよい。例えば、Ｕ相電圧をＶｕ*、不足電圧割合をＫとしたとき、補完後の出力電圧Ｖｕ**は、数式Ｖｕ**＝Ｖｕ*＋Ｋ・Ｖｕ*のように表され、変調率Ｍｏｄは、以下の数式１によって表される。
【００９１】
【数１】
2008005629.tif 000003
【００９２】
また、図１１（ａ）は、Ｕ相電圧Ｖｕ*の変調率による補完を説明するための図であり、同図（ｂ）は、変調率と不足電圧割合Ｋとの関係の一例を示すグラフである。本変形例によれば、電圧指令値と実電圧とを一致させることにより制御の発散を防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
本発明は、モータ制御装置において同期モータの矩形波駆動におけるトルク応答性能を向上させる必要がある場合に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】本発明の第一の実施形態であるモータ制御装置の全体構成を示す回路図である。
【図２】（ａ）は固定座標の座標図であり、（ｂ）は回転座標の座標図である。
【図３】電圧ベクトルｖ*とｄ軸成分ｖd*及びｑ軸成分ｖq*との関係を示す図である。
【図４】（ａ）は正弦波駆動時の電圧波形を示す図であり、（ｂ）は矩形波駆動時の電圧波形を示す図である。
【図５】正弦波駆動から矩形波駆動へ移行する際のトルク変動の測定結果を示すグラフであり、（ａ）は比較例のグラフを、（ｂ）は実施例のグラフをそれぞれ示している。
【図６】第二の実施形態であるモータ制御装置の全体構成を示す回路図である。
【図７】第三の実施形態であるモータ制御装置の全体構成を示す回路図である。
【図８】（ａ）は指令値加工部における電圧指令の電源電圧への貼付けを説明する図であり、（ｂ）はＵ相電圧の実出力電圧及び演算出力電圧の波形例を示すグラフである。
【図９】第四の実施形態であるモータ制御装置の全体構成を示す回路図である。
【図１０】第五の実施形態であるモータ制御装置の全体構成を示す回路図である。
【図１１】（ａ）はＵ相電圧の変調率による補完を説明するための図であり、（ｂ）は、変調率と不足電圧割合Ｋとの関係の一例を示すグラフである。
【符号の説明】
【００９５】
１，２，３，４，５    モータ制御装置
１０    Ｉｑ指令生成部（補正値算出手段）
１１    加算器（補正値算出手段）
３３，４７，５８    制限値算出部（制限値算出手段）
９０    ＰＷＭインバータ
９２    電源電圧検出部（電圧検出手段）
９４    電流センサ（電流検出手段）
９８    トルク検出部（トルク検出手段）
Ｍ    同期モータ
【図１】
2008005629.tif 000004
【図２】
2008005629.tif 000005
【図３】
2008005629.tif 000006
【図４】
2008005629.tif 000007
【図５】
2008005629.tif 000008
【図６】
2008005629.tif 000009
【図７】
2008005629.tif 000010
【図８】
2008005629.tif 000011
【図９】
2008005629.tif 000012
【図１０】
2008005629.tif 000013
【図１１】
2008005629.tif 000014