(57)【要約】      （修正有）【課題】電動機のコイルに発生する誘起電圧が含有する高調波成分により生ずる電流の変動を低減する。【解決手段】外乱オブザーバ１１５は、回転位置検出部１１０が検出した回転位置θと、三相電流検出部１１２が検出したコイル電流ｉＵ、ｉＶ、ｉＷの値と、三相電圧検出部１１３が検出した電圧操作量ｖＵ、ｖＶ、ｖＷと、インダクタンス検索部１１５２が検索したインダクタンス行列Ｌと、に基づいて誘起電圧ＥＵ、ＥＶ、ＥＷを推定する。推定された誘起電圧ＥＵ、ＥＶ、ＥＷから求められた補正電圧ＫＥＵ、ＫＥＶ、ＫＥＷを指示電圧ｒｖＵ、ｒｖＶ、ｒｖＷから減算することにより、三相交流電動機５０のコイルに流れるコイル電流ｉＵ、ｉＶ、ｉＷの変動を低減する。【選択図】図１
2008199704.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機のコイルに発生している誘起電圧を推定する誘起電圧推定手段と、
前記誘起電圧推定手段により推定された誘起電圧に基づいて、電動機を駆動するための駆動電圧を指示する指示信号を補正して、出力する補正手段と、
を備えることを特徴とする電動機の制御装置。
【請求項２】
前記補正手段は、前記誘起電圧推定手段により推定された誘起電圧に基づいて、電動機のコイルに流れる電流が正弦波になるように、駆動電圧を補正する、
ことを特徴とする請求項１に記載の電動機の制御装置。
【請求項３】
前記誘起電圧推定手段は、
電動機のコイルに流れる電流の電流値を検出する電流検出手段と、
電動機のコイルのインダクタンスを判別するインダクタンス判別手段と、
前記電流検出手段により検出された電流値と前記インダクタンス判別手段により判別されたインダクタンスとに基づいて電動機のコイルの誘起電圧を推定する手段と、
を備える、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電動機の制御装置。
【請求項４】
前記誘起電圧推定手段は、
電動機のコイルに流れる電流の電流値を検出する電流検出手段と、
電動機のコイルに印加する電圧の操作量を検出する電圧操作量検出手段と、
電動機のコイルのインダクタンスを求めるインダクタンス判別手段と、
前記電流検出手段により検出された電流値と、前記電圧操作量検出手段により検出された印加電圧の操作量と、前記インダクタンス判別手段により判別されたインダクタンスと、に基づいて電動機の誘起電圧を推定する手段と、
を備える、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電動機の制御装置。
【請求項５】
前記誘起電圧推定手段は、
電動機のロータの回転位置とコイルに流れる電流の電流値とに対応付けてコイルのインダクタンスを記憶するテーブルと、
ロータの回転位置を検出する回転位置検出手段と、
電動機のコイルに流れる電流の電流値を検出する電流検出手段と、
前記回転位置検出手段により検出された回転位置と前記電流検出手段により検出された電流値とに基づいて、前記テーブルを検索して、コイルのインダクタンスを求めるインダクタンス判別手段と、
前記電流検出手段により検出された電流値と、前記電圧操作量検出手段により検出された印加電圧の操作量と、前記インダクタンス判別手段により判別されたインダクタンスと、に基づいて電動機の誘起電圧を推定する手段と、
を備える、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電動機の制御装置。
【請求項６】
前記電動機の制御装置は、前記誘起電圧推定手段により推定された値を乗算する乗算手段をさらに備え、
前記補正手段は、前記乗算手段により乗算された値に基づいて電動機を制御するための指示電圧を補正する、ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電動機の制御装置。
【請求項７】
前記補正手段により補正された駆動電圧の指示信号により指示される駆動電圧で電動機を駆動制御する駆動手段と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の電動機の制御装置。
【請求項８】
電動機の駆動電圧を指示する指示信号を生成する指示信号生成手段と、
電動機のコイルに流れる電流を検出する駆動電流検出手段と、
前記駆動電流検出手段により検出された駆動電流の波形が正弦波に近づくように、前記指示信号生成手段で生成された指示値を補正する補正手段と、
を備えることを特徴とする電動機の制御装置。
【請求項９】
電動機のコイルに発生している誘起電圧を推定する誘起電圧推定ステップと、
推定された誘起電圧に基づいて、電動機を駆動するための駆動電圧の指示信号を補正して、出力する補正ステップと、
を備えることを特徴とする電動機の制御方法。
【請求項１０】
コンピュータに、
電動機のコイルに発生している誘起電圧を推定する誘起電圧推定ステップと、
推定された誘起電圧に基づいて、電動機を駆動するための駆動電圧の指示信号を補正して、出力する補正ステップと、
を実施させるコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機の制御装置、制御方法及びコンピュータプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電動機を駆動する場合、電動機のコイルに流す電流をより厳格に制御し、振動や騒音等の発生を防止することが望まれる。かかる事実に鑑み、例えば、非特許文献１には、電動機の磁束方向を基準として、基準軸（ｄ軸）とこれに直交する軸（ｑ軸）に流れる電流を独立して調整し、磁束及びトルクを制御する所謂ベクトル制御が記載されている。
【非特許文献１】「ＡＣサーボシステムの理論と設計の実際  基礎からソフトウェアサーボまで」  編者：工学博士  杉本英彦、出版：総合電子出版社、４章  ブラシレスＤＣサーボモータ  ８５−９２頁
【０００３】
非特許文献１に開示されたベクトル制御では、電流検出器において検出された三相交流電流は、二相のｄ−ｑ座標系に変換され、ｑ軸電流とｄ軸電流にフィードバックがかけられている。このため、ｑ軸電流のみを制御する場合に比し、磁束及びトルクの厳密な制御が可能となっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電動機を駆動すると、ファラデーの法則により誘起電圧が発生する。この際、誘起電圧は高調波を含有するが、非特許文献１に開示された電動機の駆動方式は、誘起電圧に含有された高調波が考慮された設計及び制御となっていない。従って、高調波電圧のため、電動機のコイルに流れる電流が正弦波からずれてふらつきが生じ、結果として電動機が振動や騒音を発生してしまうことがある。
【０００５】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、電流のふらつきを抑えることが可能な電動機の制御装置と制御方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、発生する振動や騒音の小さい電動機の制御装置と制御方法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】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の第一の観点にかかる電動機の制御装置は、
電動機のコイルに発生している誘起電圧を推定する誘起電圧推定手段と、
前記誘起電圧推定手段により推定された誘起電圧に基づいて、電動機を駆動するための駆動電圧を指示する指示信号を補正して、出力する補正手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００７】
例えば、前記補正手段は、前記誘起電圧推定手段により推定された誘起電圧に基づいて、電動機のコイルに流れる電流が正弦波になるように、駆動電圧を補正する。
【０００８】
例えば、前記誘起電圧推定手段は、
電動機のコイルに流れる電流の電流値を検出する電流検出手段と、
電動機のコイルのインダクタンスを判別するインダクタンス判別手段と、
前記電流検出手段により検出された電流値と前記インダクタンス判別手段により判別されたインダクタンスとに基づいて電動機のコイルの誘起電圧を推定する手段と、
を備える。
【０００９】
例えば、前記誘起電圧推定手段は、電動機のコイルに流れる電流の電流値を検出する電流検出手段と、電動機のコイルに印加する電圧の操作量を検出する電圧操作量検出手段と、電動機のコイルのインダクタンスを求めるインダクタンス判別手段と、前記電流検出手段により検出された電流値と、前記電圧操作量検出手段により検出された印加電圧の操作量と、前記インダクタンス判別手段により判別されたインダクタンスと、に基づいて電動機の誘起電圧を推定する手段と、を備える。
【００１０】
例えば、前記誘起電圧推定手段は、電動機のロータの回転位置とコイルに流れる電流の電流値とに対応付けてコイルのインダクタンスを記憶するテーブルと、ロータの回転位置を検出する回転位置検出手段と、電動機のコイルに流れる電流の電流値を検出する電流検出手段と、前記回転位置検出手段により検出された回転位置と前記電流検出手段により検出された電流値とに基づいて、前記テーブルを検索して、コイルのインダクタンスを求めるインダクタンス判別手段と、前記電流検出手段により検出された電流値と、前記電圧操作量検出手段により検出された印加電圧の操作量と、前記インダクタンス判別手段により判別されたインダクタンスと、に基づいて電動機の誘起電圧を推定する手段と、から構成される。
【００１１】
前記誘起電圧推定手段により推定された値を乗算する乗算手段を配置し、前記補正手段が、前記乗算手段により乗算された値に基づいて電動機を制御するための指示電圧を補正するように構成してもよい。
【００１２】
前記補正手段により補正された駆動電圧の指示信号により指示される駆動電圧で電動機を駆動制御する駆動手段を配置してもよい。
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明の第二の観点にかかる電動機の制御装置は、
電動機の駆動電圧を指示する指示信号を生成する指示信号生成手段と、
電動機のコイルに流れる電流を検出する駆動電流検出手段と、
前記駆動電流検出手段により検出された駆動電流の波形が正弦波に近づくように、前記指示信号生成手段で生成された指示値を補正する補正手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明の第三の観点にかかる電動機の制御方法は、
電動機のコイルに発生している誘起電圧を推定する誘起電圧推定ステップと、
推定された誘起電圧に基づいて、電動機を駆動するための駆動電圧の指示信号を補正して、出力する補正ステップと、
を備えることを特徴とする。
【００１５】
コンピュータを、上述の制御装置として機能させ、或いは、コンピュータに上述の処理を実行させるコンピュータプログラムを製造、配布等することも可能である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、指示電圧が補正される。このため、電流の変動・ふらつきを低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態に係る電動機の制御装置及び該制御装置が実行する制御方法について説明する。
【００１８】
本実施形態に係る電動機の制御装置１００は、図１に示すように、三相交流電動機５０を駆動制御するための装置であり、トルク／電流変換部１０１と、減算器１０２、１０３と、電流制御部１０４と、二相／三相電圧変換部１０５と、減算器１０６、１０７、１０８と、ＰＷＭ生成部１０９と、回転位置検出部１１０と、回転数検出部１１１と、三相電流検出部１１２と、三相電圧検出部１１３と、三相／二相電流変換部１１４と、外乱オブザーバ１１５と、乗算部１１６と、を備えている。また、トルク／電流変換部１０１には、ＥＣＵ（Electric  Control  Unit）１０が接続されている。さらに、ＰＷＭ生成部１０９にはインバータ４０が接続されている。インバータ４０には、直流電源２０とキャパシタ３０が並列に接続されている。インバータ４０には、制御対象である三相交流電動機５０が接続されている。
【００１９】
ＥＣＵ１０は、トルク／電流変換部１０１に、三相交流電動機５０の回転トルクを指示する指示トルクＴｒｅｑを出力する。
【００２０】
直流電源２０は、インバータ４０に接続されており、インバータ４０に電源を供給する。
【００２１】
キャパシタ３０は、直流電源２０と並列にインバータ４０に接続されている。従って、インバータ４０に供給される電荷の充電・放電を行う機能を有する。
【００２２】
インバータ４０は、ＰＷＭ生成部１０９から入力されるＰＷＭ信号に従ってコイル電流ｉＵ、ｉＶ、ｉＷを流し三相交流電動機５０を駆動する。以下に、図２を用いてインバータ４０の機能を説明する。
【００２３】
図２は、インバータ４０の機能を説明するための図である。
【００２４】
インバータ４０は、ＩＧＢＴ（Insulated  Gate  Bipolar  Transistor）であるＩＧＢＴ４１１〜４１６と、ダイオードであるＤ４２１〜Ｄ４２６と、を備える。ＩＧＢＴ４１１〜４１６は、キャパシタ３０を介して直流電源２０から電圧を供給され、ＰＷＭ生成部１０９から入力されるＰＷＭ波形により三相交流電動機のＵ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルの各相コイルに電流を流す。また、Ｄ４２１〜Ｄ４２６は、ＩＧＢＴ４１１〜４１６のエミッタ−コレクタ間にそれぞれ接続されており、エミッタ側からコレクタ側に電流を流す。
【００２５】
三相交流電動機５０は、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル及びＷ相コイルをステータコイルとして含む三相の交流電動機である。Ｕ相コイル、Ｖ相コイル及びＷ相コイルには、それぞれコイル電流ｉＵ、ｉＶ、ｉＷが流れる。
【００２６】
トルク／電流変換部１０１は、外部装置１０から指示トルクＴｒｅｑを入力し、後述する回転数検出部１１１から角速度ωを入力する。また、指示トルクＴｒｅｑにより指示されたトルクを出力するために必要な電流指令ｒｅｑ＿ｉｄ、ｒｅｑ＿ｉｑを生成する。また、トルク／電流変換部１０１は、生成した電流指令ｒｅｑ＿ｉｄを減算器１０２と電流制御部１０４に出力し、生成した電流指令ｒｅｑ＿ｉｑを減算器１０３と電流制御部１０４に出力する。
【００２７】
減算器１０２は、トルク／電流変換部１０１から入力した電流指令ｒｅｑ＿ｉｄと、三相／二相電流変換部１１４から入力した二相電流値ｉｄとの電流偏差ｅｄを求め、電流偏差ｅｄを電流制御部１０４に出力する。同様に、減算器１０３は、トルク／電流変換部１０１から入力した電流指令ｒｅｑ＿ｉｑと、後述する三相／二相電流変換部１１４から入力した二相電流値ｉｑとの電流偏差ｅｑを求め、電流偏差ｅｑを電流制御部１０４に出力する。
【００２８】
電流制御部１０４は、トルク／電流変換部１０１から電流指令ｒｅｑ＿ｉｄ、ｒｅｑ＿ｉｑを入力する。また、電流制御部１０４は、減算器１０２から電流偏差ｅｄを入力し、減算器１０３から電流偏差ｅｑを入力する。そして、電流制御部１０４は、電流指令ｒｅｑ＿ｉｄ、ｒｅｑ＿ｉｑ、電流偏差ｅｄ、ｅｑから指示電圧ｖｄ、ｖｑを算出し、算出した指示電圧ｖｄ、ｖｑを後述する二相／三相電圧変換部１０５に出力する。
【００２９】
二相／三相電圧変換部１０５は、電流制御部１０４から指示電圧ｖｄ、ｖｑを入力し、後述する回転位置検出部１１０から回転位置θを入力する。また、二相／三相電圧変換部１０５は、回転位置θを用いて指示電圧ｖｄ、ｖｑから指示電圧ｒｖＵ、ｒｖＶ、ｒｖＷを算出し、算出した指示電圧ｒｖＵ、ｒｖＶ、ｒｖＷをそれぞれ後述する減算器１０６、１０７、１０８に出力する。
【００３０】
減算器１０６、１０７、１０８は、二相／三相電圧変換部１０５から指示電圧ｒｖＵ、ｒｖＶ、ｒｖＷをそれぞれ入力し、後述する乗算部１１６から補正電圧ＫＥＵ、ＫＥＶ、ＫＥＷをそれぞれ入力する。減算器１０６、１０７、１０８は、指示電圧ｒｖＵ、ｒｖＶ、ｒｖＷから補正電圧ＫＥＵ、ＫＥＶ、ＫＥＷをそれぞれ減算し電圧操作量ｖＵ、ｖＶ、ｖＷを算出する。減算器１０６、１０７、１０８は、算出された電圧操作量ｖＵ、ｖＶ、ｖＷを、後述するＰＷＭ生成部１０９及び後述する三相電圧検出部１１３に出力する。
【００３１】
ＰＷＭ生成部１０９は、減算器１０６、１０７、１０８から電圧操作量ｖＵ、ｖＶ、ｖＷを入力し、入力した電圧操作量ｖＵ、ｖＶ、ｖＷに応じたＰＷＭ波形をインバータ４０に出力する。
【００３２】
回転位置検出部１１０は、三相交流電動機５０のロータの回転位置θを検出し、検出した回転位置θを二相／三相電圧変換部１０５、後述する回転数検出部１１１、後述する三相／二相電流変換部１１４及び後述するインダクタンス検索部１１５２に出力する。なお、回転位置θは、電気角を示すものとする。回転位置検出部１１０に、レゾルバやエンコーダを使用することができる。
【００３３】
回転数検出部１１１は、回転位置検出部１１０が検出した回転位置θから角速度ωを算出し、算出した角速度ωをトルク／電流変換部１０１に出力する。角速度ωの算出は、例えば一定時間毎に回転位置θをサンプリングし、サンプリング周期あたりの回転位置θの変化量の平均値などから算出する。
【００３４】
三相電流検出部１１２は、三相交流電動機５０の各相コイルに流れる三相のコイル電流ｉＵ、ｉＶ、ｉＷを検出し、検出したコイル電流ｉＵ、ｉＶ、ｉＷの値を後述する三相／二相電流変換部１１４、後述するインダクタンス検索部１１５２、後述する誘起電圧推定部１１５３に出力する。
【００３５】
三相電圧検出部１１３は、減算器１０６、１０７、１０８が出力した電圧操作量ｖＵ、ｖＶ、ｖＷを検出し、検出した電圧操作量ｖＵ、ｖＶ、ｖＷの値を後述する誘起電圧推定部１１５３に出力する。
【００３６】
三相／二相電流変換部１１４は、三相電流検出部１１２が検出した三相のコイル電流ｉＵ、ｉＶ、ｉＷの値を、回転位置検出部１１０が検出した回転位置θを用いて二相電流値ｉｄ、ｉｑに変換する。また、三相／二相電流変換部１１４は、変換した二相電流値ｉｄ、ｉｑをそれぞれ減算器１０２、１０３に出力する。
【００３７】
外乱オブザーバ１１５は、誘起電圧ＥＵ、ＥＶ、ＥＷを一種の外乱ととらえて推定する装置である。具体的には、回転位置検出部１１０が検出した回転位置θと、三相電流検出部１１２が検出した三相のコイル電流ｉＵ、ｉＶ、ｉＷの値と、三相電圧検出部１１３が検出した電圧操作量ｖＵ、ｖＶ、ｖＷと、後述するインダクタンス検索部１１５２が検索したインダクタンス行列Ｌと、に基づいて誘起電圧ＥＵ、ＥＶ、ＥＷを推定する。
【００３８】
外乱オブザーバ１１５は、テーブル記憶部１１５１と、インダクタンス検索部１１５２と、誘起電圧推定部１１５３と、を備える。
【００３９】
テーブル記憶部１１５１には、コイル電流ｉＵ、ｉＶ、ｉＷと回転位置θに対する自己インダクタンス及び相互インダクタンスとの関係を予め実験等により測定して求めた３次元テーブルｔｂｌが保存されている。
【００４０】
３次元テーブルｔｂｌの構成について、より詳細に説明する。
図３（ａ）は、Ｕ相のコイル電流ｉＵがある特定の値であるときの三相交流電動機５０のロータの回転位置θとＵ相のコイルの自己インダクタンスＬＵ（Ｈ）との関係を示す。縦軸はＵ相の自己インダクタンスＬＵ（Ｈ）を表し、横軸は回転位置θ（度）を表している。図３（ａ）に示すように、Ｕ相の自己インダクタンスＬＵ（Ｈ）は回転位置θ（度）により変化する。また、Ｕ相の自己インダクタンスＬＵ（Ｈ）は回転位置θ（度）が同じでもコイル電流ｉＵ（Ａ）の大きさにより変化する。
【００４１】
図３（ｂ）は、回転位置とコイル電流と相互インダクタンスとの関係を示す図である。図３（ｂ）では、縦方向はＵ相Ｖ相間の相互インダクタンスＭＵＶ（Ｈ）を表し、横方向は回転位置θ（度）を表している。図３（ｂ）に示すように、Ｕ相Ｖ相間の相互インダクタンスＭＵＶ（Ｈ）は回転位置θ（度）により変化する。また、Ｕ相Ｖ相間の相互インダクタンスＭＵＶ（Ｈ）は回転位置θ（度）が同じでもコイル電流ｉＵ（Ａ）の大きさにより変化する。
【００４２】
テーブル記憶部１１５１には、予め三相交流モータ５０の動作特性を解析して求めておいた三相の自己インダクタンスＬＵ、ＬＶ、ＬＷ及び三相間の相互インダクタンスＭＵＶ、ＭＵＷ、ＭＶＵ、ＭＶＷ、ＭＷＵ、ＭＷＶの全てについて、回転位置θとコイル電流ｉＵ、ｉＶ、ｉＷに対する３次元テーブルｔｂｌが保存されている。従って、回転位置検出において検出された回転位置θと、三相電流検出において検出されたコイル電流ｉＵ、ｉＶ、ｉＷの値とから、テーブルｔｌｂを参照することにより、そのＵＶＷ相の自己インダクタンス及び相互インダクタンスを求める（予想する）ことができる。
【００４３】
インダクタンス検索部１１５２は、回転位置θとコイル電流ｉＵ、ｉＶ、ｉＷの値とから、３次元テーブルｔｂｌを検索し、ＵＶＷ相の自己インダクタンスと相互インダクタンスを求め、後述するインダクタンス行列Ｌを求める。インダクタンス検索部１１５２は、求めたインダクタンス行列Ｌを誘起電圧推定部１１５３に出力する。
【００４４】
誘起電圧推定部１１５３は、コイル電流ｉＵ、ｉＶ、ｉＷと、電圧操作量ｖＵ、ｖＶ、ｖＷと、インダクタンス行列Ｌと、から誘起電圧ＥＵ、ＥＶ、ＥＷを推定する。また、誘起電圧推定部１１５３は、推定した誘起電圧ＥＵ、ＥＶ、ＥＷを後述する乗算部１１６に出力する。
【００４５】
乗算部１１６は、誘起電圧推定部１１５３が求めた誘起電圧ＥＵ、ＥＶ、ＥＷを入力し、誘起電圧ＥＵ、ＥＶ、ＥＷと比例ゲインＫをそれぞれ乗算し補正電圧ＫＥＵ、ＫＥＶ、ＫＥＷを求める。また、乗算部１１６は、求められた補正電圧ＫＥＵ、ＫＥＶ、ＫＥＷを、減算器１０６、１０７、１０８に出力する。
【００４６】
次に、上記構成を備える電動機の制御装置１００の動作を説明する。
【００４７】
まず、ＥＣＵ１０は、制御の必要に応じて、三相交流電動機５０の回転トルクの目標値を示す指示トルクＴｒｅｑをトルク／電流変換部１０１に出力する。
【００４８】
回転位置検出部１１０は、三相交流電動機５０のロータの回転位置θを検出する。
【００４９】
回転数検出部１１１は、回転位置検出部１１０が検出した回転位置θを入力し、入力した回転位置θから角速度ωを算出し、トルク／電流変換部１０１に出力する。
【００５０】
トルク／電流変換部１０１は、ＥＣＵ１０から供給された指示トルクＴｒｅｑと回転数検出部１１１から供給された角速度ωを入力し、三相交流電動機５０が指示トルクＴｒｅｑを出力するために必要な電流指令ｒｅｑ＿ｉｄ、ｒｅｑ＿ｉｑの値を、例えばテーブルから検索して求める。図４は、トルクと電流指令の関係を表した図である。横軸はトルク（Ｎｍ）を表し、縦軸は電流指令（Ａ）を表す。図４に示されているような関係にあるトルク、電流指令（ｄ軸、ｑ軸）の値をあらかじめテーブルに保存しておき、電流制御する際に読み出すようにすればよい。具体的には、あらかじめ、所定のトルクを出力するために必要な電流指令ｒｅｑ＿ｉｄ、ｒｅｑ＿ｉｑの値を実験などにより求めておき、テーブル記憶部１１５１にテーブルデータとして記憶しておく。そして、電流制御する際に、指示トルクＴｒｅｑに対応する電流指令ｒｅｑ＿ｉｄ、ｒｅｑ＿ｉｑの値をテーブル記憶部１１５１のテーブルから読み出せばよい。
【００５１】
一方、三相／二相電流変換部１１４は、回転位置検出部１１０が検出した回転位置θと、三相電流検出部１１２が検出した三相のコイル電流ｉＵ、ｉＶ、ｉＷの値を入力する。三相／二相電流変換部１１４は、式（１）を用いて、入力した三相のコイル電流ｉＵ、ｉＶ、ｉＷの値を二相電流値ｉｄ、ｉｑに変換する。
【数１】
2008199704.tif 000003
【００５２】
減算器１０２、１０３は、電流指令ｒｅｑ＿ｉｄ、ｒｅｑ＿ｉｑをトルク／電流変換部１０１から入力し、二相電流値ｉｄ、ｉｑを三相／二相電流変換部１１４から入力し、式（２）により電流偏差ｅｄ、ｅｑを求め、電流制御部１０４に供給する。電流偏差ｅｄ、ｅｑは指示トルクを得るために、増加又は減少すべき二相電流の量を示す。
【数２】
2008199704.tif 000004
【００５３】
電流制御部１０４は、電流指令ｒｅｑ＿ｉｄ、ｒｅｑ＿ｉｑをトルク／電流変換部１０１から入力し、電流偏差ｅｄ、ｅｑをそれぞれ減算器１０２、１０３から入力する。そして、電流制御部１０４は、電流指令ｒｅｑ＿ｉｄ、ｒｅｑ＿ｉｑ、電流偏差ｅｄ、ｅｑから指示電圧ｖｄ、ｖｑを、式（３）に示すようによう、例えばＰＩ（Proportional Integral)制御により算出する。指示電圧ｖｄ、ｖｑは、指示されたトルクＴｒｅｑを得るために必要な二相用の駆動電圧を示す。
【数３】
2008199704.tif 000005
ｋ０，ｋ１，ｋ２  定数
【００５４】
二相／三相電圧変換部１０５は、算出された指示電圧ｖｄ、ｖｑを電流制御部１０４から入力し、回転位置θを回転位置検出部１１０から入力し、式（４）により指示電圧ｖｄ、ｖｑを３相用の指示電圧ｒｖＵ、ｒｖＶ、ｒｖＷに変換する。指示電圧ｒｖＵ、ｒｖＶ、ｒｖＷは、指示されたトルクＴｒｅｑを得るために、三相交流モータ５０の各相に印加する駆動電圧を表す。
【数４】
2008199704.tif 000006
【００５５】
外乱オブザーバ１１５は、三相電流応答の基本式を式（５）のように定義し、式（６）で表される誘起電圧Ｅ＝［ＥＵ，ＥＶ，ＥＷ］Ｔを推定する。ここで、添え字「Ｔ」は転置行列を示す。
【数５】
2008199704.tif 000007
【数６】
2008199704.tif 000008
【００５６】
ここで、ｖ＝［ｖU，ｖV，ｖW］Ｔは三相電圧ベクトル、Ｒは直列抵抗（例えば７３．０５×１０−３）、Ｉは３×３の単位行列、ｉ＝［ｉU，ｉV，ｉW］Ｔは三相電流ベクトル、Ψ＝［ΨU，ΨV，ΨW］Ｔは鎖交磁束数のベクトル表示、θはロータの回転位置である。また、インダクタンス行列Ｌは三相コイルの自己インダクタンスと相互インダクタンスを式（７）のように３×３の行列で表現したものである。
【数７】
2008199704.tif 000009
【００５７】
以下、誘起電圧Ｅを推定する具体的な方法を説明する。
【００５８】
テーブル記憶部１１５１には、予め三相交流モータ５０の特性を解析して求めておいた三相の自己インダクタンスＬＵ、ＬＶ、ＬＷ及び三相間の相互インダクタンスＭＵＶ、ＭＵＷ、ＭＶＵ、ＭＶＷ、ＭＷＵ、ＭＷＶの全てについて、回転位置θとコイル電流ｉＵ、ｉＶ、ｉＷと対応付ける３次元テーブルｔｂｌが保存されている。インダクタンス検索部１１５２は、この３次元テーブルｔｂｌを基にして、回転位置検出部１１０で検出された回転位置θと、三相電流検出部１１２で検出されたコイル電流ｉＵ、ｉＶ、ｉＷの値から、３次元テーブルｔｌｂを参照し、式（７）で表されたインダクタンス行列Ｌの全ての要素（自己インダクタンスと相互インダクタンス）を検索し、誘起電圧推定部１１５３に供給する。
【００５９】
誘起電圧推定部１１５３は、三相電流検出部１１２で検出されたコイル電流ｉＵ、ｉＶ、ｉＷと、三相電圧検出部１１３で検出された電圧操作量ｖＵ、ｖＶ、ｖＷと、インダクタンス検索部１１５２で検索された自己インダクタンス及び相互インダクタンスから構成される行列Ｌと、から誘起電圧ＥＵ、ＥＶ、ＥＷを推定する。以下に誘起電圧ＥＵ、ＥＶ、ＥＷの推定方法を示す。
【００６０】
まず、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｅを任意の状態空間行列として、三相電流応答の状態空間表現Ｐ（ｓ）を式（８）のように定義する。
【数８】
2008199704.tif 000010
なお、記号上部のドット「・」は時間微分を表す。
【００６１】
また、外乱オブザーバ１１５のフィルタを式（９）のように定義する。
【数９】
2008199704.tif 000011
なお、τは時定数（例えばτ＝１／３０００）ｓはラプラス演算子である。
【００６２】
ここで、（τｓ＋１）Ｐ（ｓ）を考慮して、式（８）は式（１０）、（１１）のように変形可能である。
【数１０】
2008199704.tif 000012
【数１１】
2008199704.tif 000013
【００６３】
ここでＡ＝ＲＩ、Ｂ＝Ｉ、Ｃ＝Ｉ、Ｅ＝Ｌとおいて、逆行列を計算すると式（１２）は式（１３）のように表現可能である。
【数１２】
2008199704.tif 000014
【数１３】
2008199704.tif 000015
【００６４】
よって、求める誘起電圧ＥＵ、ＥＶ、ＥＷを［ＥＵ  ＥＶ  ＥＷ］Ｔ、コイル電流ｉＵ、ｉＶ、ｉＷを［ｉＵ  ｉＶ  ｉＷ］Ｔ、電圧操作量ｖＵ、ｖＶ、ｖＷを［ｖＵ  ｖＶ  ｖＷ］Ｔとすると、式（１４）のように表現できる。
【数１４】
2008199704.tif 000016
なお、［ｘＵ  ｘＶ  ｘＷ］Ｔ、［ｙＵ  ｙＶ  ｙＷ］Ｔは媒介変数である。
【００６５】
式（１４）より、誘起電圧推定部１１５３は、誘起電圧ＥＵ、ＥＶ、ＥＷを推定する。
【００６６】
乗算部１１６は、誘起電圧推定部１１５３において求められた誘起電圧ＥＵ、ＥＶ、ＥＷを入力し、入力した誘起電圧ＥＵ、ＥＶ、ＥＷと比例ゲインＫを乗算し補正電圧ＫＥＵ、ＫＥＶ、ＫＥＷを求め、減算器１０６，１０７，１０８にそれぞれ出力する。例えば、比例ゲインＫはＫ＝１とすることができる。
【００６７】
減算器１０６、１０７、１０８は、二相／三相電圧変換部１０５から指示電圧ｒｖＵ、ｒｖＶ、ｒｖＷをそれぞれ入力し、乗算部１１６において求められた補正電圧ＫＥＵ、ＫＥＶ、ＫＥＷを乗算部１１６からそれぞれ入力する。そして、減算器１０６、１０７、１０８は、指示電圧ｒｖＵ、ｒｖＶ、ｒｖＷから補正電圧ＫＥＵ、ＫＥＶ、ＫＥＷをそれぞれ減算し電圧操作量ｖＵ、ｖＶ、ｖＷを算出し、ＰＷＭ生成部１０９に出力する。電圧操作量ｖＵ、ｖＶ、ｖＷは、三相交流電動機５０の各相コイルによって発生する誘起電圧分の電流の変動を打ち消すように補正されることになる。従って、電圧操作量ｖＵ、ｖＶ、ｖＷを三相交流電動機５０に印加することにより、誘起電圧の影響が緩和（除去）された電流、即ち、正弦波に近い波形の各相電流を流すことができる。
【００６８】
ＰＷＭ生成部１０９は、電圧補正演算（図７：ステップＳ９）において算出された電圧操作量ｖＵ、ｖＶ、ｖＷを減算器１０６、１０７、１０８から入力する。そして、ＰＷＭ生成部１０９は、電圧操作量ｖＵ、ｖＶ、ｖＷに応じたＰＷＭ信号をインバータ４０に出力する。このＰＷＭ信号により、インバータ４０は、各相に与えるパルスの幅を、三相交流電動機５０に印加する電圧が、電圧操作量ｖＵ、ｖＶ、ｖＷになるように調整して三相交流電動機５０を駆動する。
このとき各相のコイルに流れる電流がコイル電流ｉＵ、ｉＶ、ｉＷとして三相電流検出部１１２により検出される。
【００６９】
このような一連の動作が図１の制御装置１００で定常的に実施されることにより、三相交流電動機５０は、その誘起電圧分を補正したコイル電流により駆動される。従って、各相のコイルに流れる駆動電流は、ほぼ正弦波電流となる。従って、駆動電流のふらつきが小さく、また、発生する振動や騒音の小さい電動機の提供が可能となる。
【００７０】
ここで、図５、図６を参照して、本実施形態の制御装置１００により電流応答と従来の電動機の制御装置との電流応答の違いを具体的に説明する。
【００７１】
図５（ａ）は、従来の電動機の制御装置におけるｑ軸方向の電流応答と時間の関係図である。
図５（ｂ）は、従来の電動機の制御装置におけるｄ軸方向の電流応答と時間の関係図である。
【００７２】
図５（ａ）において、縦軸はｑ軸方向の二相電流値ｉｑを表し、横軸は時間（ｓｅｃ）を表す。また、図５（ｂ）において、縦軸はｄ軸方向の二相電流値ｉｄを表し、横軸は時間（ｓｅｃ）を表す。図５（ａ）、（ｂ）においては、位相及び振幅に差異はあるものの、ともに電流値が周期的に変化している点で一致している。従来の電動機の制御装置においては、電動機のコイルに電流を流すことにより発生する誘起電圧は高調波成分を含有し、結果としてｑ軸、ｄ軸双方の電流応答が高調波成分を含有するからである。なお、ここでは、従来の電動機の制御装置とは、減算器１０６、１０７、１０８において電圧操作量ｖＵ、ｖＶ、ｖＷを補正しない構成の電動機の制御装置をいう。以下に、誘起電圧に高調波成分が含有される理由を示す。
【００７３】
まず、電動機の界磁による鎖交磁束数Ψｆ（ΨｆＵ、ΨｆＶ、ΨｆＷ）を、７次までの高調波（７次より高次の成分は無視する）を考慮して式（１５）のように表現する。
【数１５】
2008199704.tif 000017
なお、Ψｆｎはｎ次高調波の振幅を表し、φｎはｎ次高調波の位相を表す。
【００７４】
ここで、式（１５）において、式（５）及びｄθ／ｄｔ＝ωを考慮すると、誘起電圧ＥＵ、ＥＶ、ＥＷは式（１６）のように表現できる。ここでωは角速度を示す。
【数１６】
2008199704.tif 000018
【００７５】
ここで、三相二相変換すると、式（１６）は式（１７）のように表現できる。なお、Ｅｄ、Ｅｑはｄ軸方向及びｑ軸方向の誘起電圧を表す。
【数１７】
2008199704.tif 000019
従って、式（１７）に示すように誘起電圧Ｅｄ、Ｅｑは６次高調波を含有する。
【００７６】
一方、本実施の形態の制御装置１００の駆動方法による電流応答特性を図６（ａ）、（ｂ）に示す。
図６（ａ）は、本実施の形態に係る電動機の制御装置におけるｑ軸方向の電流応答と時間の関係図、図６（ｂ）は、本実施の形態に係る電動機の制御装置におけるｄ軸方向の電流応答と時間の関係図である。
図６（ａ）において、縦軸はｑ軸方向の二相電流値ｉｑを表し、横軸は時間（ｓｅｃ）を表す。また、図６（ｂ）において、縦軸はｄ軸方向の二相電流値ｉｄを表し、横軸は時間（ｓｅｃ）を表す。図６（ａ）、（ｂ）においては、ともに電流値の周期的な変化が極めて小さくなっている。また、波形が正弦波に近くなっている。これは、本実施の形態に係る電動機の制御装置においては、減算器１０６、１０７、１０８において、指示電圧ｒｖＵ、ｒｖＶ、ｒｖＷから補正電圧ＫＥＵ、ＫＥＶ、ＫＥＷをそれぞれ減算し電圧操作量ｖＵ、ｖＶ、ｖＷを算出しているからである。すなわち、電圧操作量ｖＵ、ｖＶ、ｖＷは、三相交流電動機５０の各相コイルによって発生する誘起電圧の高調波成分による電流の変動を打ち消すように補正される。このため、電圧操作量ｖＵ、ｖＶ、ｖＷに従って三相交流電動機５０に電流を流すことにより、三相交流電動機５０の各相コイルには安定した電流が流れることになる。
【００７７】
図５（ａ）〜図６（ｂ）から、本実施形態に係る駆動装置１００による駆動方法の作用と効果が確認できる。
【００７８】
なお、この発明は上記実施例に限定されず、種々の変形及び応用が可能である。
【００７９】
上記実施の形態では、トルク／電流変換部１０１は、必要な電流指令ｒｅｑ＿ｉｄ、ｒｅｑ＿ｉｑの値をテーブルを用いて求めたが、計算式から求めるようにしてもよい。
【００８０】
上記実施の形態では、電流制御部１０４は、ＰＩ制御により指示電圧ｖｄ、ｖｑを算出していたが、Ｐ制御、ＰＩＤ制御など他の制御方法により指示電圧ｖｄ、ｖｑを算出してもよい。
【００８１】
また、上記実施の形態では、インダクタンス検索部１１５２は、回転位置θとコイル電流ｉＵ、ｉＶ、ｉＷに対する３次元テーブルｔｂｌからインダクタンスを検索したが、必ずしも３次元テーブルｔｂｌを用いる必要はなく上述の近似式などから演算によりインダクタンスを求めてもよい。
【００８２】
また、上記実施の形態では、乗算部１１６において誘起電圧ＥＵ、ＥＶ、ＥＷと比例ゲインＫを乗算し補正電圧ＫＥＵ、ＫＥＶ、ＫＥＷを求めていたが、必ずしも乗算器を用いる必要はなく、乗算器の代わりに簡単な演算を行う演算器を用いてもよい。
【００８３】
また、上記実施の形態では、乗算部１１６によって求められた補正電圧ＫＥＵ、ＫＥＶ、ＫＥＷを直接減算器１０６、１０７、１０８に出力していたが、ハイパスフィルタを通してから出力してもよい。
【００８４】
また、上記実施の形態では、三相電圧である電圧操作量ｖＵ、ｖＶ、ｖＷに対して補正しているが、二相電圧である指示電圧ｖｄ、ｖｑに対して補正してもよい。この場合、誘起電圧は二相上の外乱オブザーバにおいて推定する。
【００８５】
また、上記実施の形態においては、制御装置１００をディスクリート部品で構成するように記載したが、例えば、制御装置１００で実行される処理のほとんどをＣＰＵ(Central Processing Unit)やＤＳＰ（Digital Signal Processor)等のプロセッサ回路に実行させることも可能である。このような構成とすれば、回路構成を簡略化することが可能である。なお、この場合、各種センサの出力は、Ａ／Ｄコンバータなどにより、デジタル化される。プロセッサの出力は必要に応じてＤ／Ａコンバータによりアナログ化されて供給される。
【００８６】
この場合のプロセッサがプログラムを実行することにより行う処理手順の一例を図７、図８を参照して説明する。
【００８７】
まず、プロセッサは、回転位置検出部１１０から回転位置θを入力し、三相電流検出部１１２から三相のコイル電流ｉＵ、ｉＶ、ｉＷの値を入力し、三相電圧検出部１１３から電圧操作量ｖＵ、ｖＶ、ｖＷの値を入力する（ステップＳ１）。
続いて、プロセッサは、ＥＣＵ１０から指示トルクＴｒｅｑを入力し、し、また、角速度ωを求め、二相電流指令ｒｅｑ＿ｉｄ、ｒｅｑ＿ｉｑを算出する（ステップＳ２）。
【００８８】
続いて、プロセッサは、回転位置θと三相のコイル電流ｉＵ、ｉＶ、ｉＷの値から、式（１）に従って、二相電流値ｉｄ、ｉｑを求める（ステップＳ３）。
【００８９】
続いて、プロセッサは、電流指令ｒｅｑ＿ｉｄ、ｒｅｑ＿ｉｑから二相電流値ｉｄ、ｉｑをそれぞれ減算し、二相電流偏差ｅｄ、ｅｑを求める（ステップＳ４）。
【００９０】
続いて、プロセッサは、二相電流偏差ｅｄ、ｅｑから二相指示電圧ｖｄ、ｖｑを例えばＰＩ制御により算出する（ステップＳ５）。
【００９１】
続いて、プロセッサは、二相指示電圧ｖｄ、ｖｑと、回転位置θとを用いて、式（４）により、三相指示電圧ｒｖＵ、ｒｖＶ、ｒｖＷを求める（ステップＳ６）。
【００９２】
続いて、プロセッサは、誘起電圧を推定する（ステップＳ７）。
【００９３】
誘起電圧推定処理（ステップＳ７）では、図８に示すように、プロセッサは、その時点でのインダクタンス行列Ｌを求める（ステップＳ７０１）。即ち、回転位置θとコイル電流ｉＵ、ｉＶ、ｉＷとから、３次元テーブルｔｂｌを検索し、インダクタンス行列Ｌの全ての要素を求める。
【００９４】
続いて、プロセッサは、誘起電圧推定（ステップＳ７０２）を実行する。ここで、プロセッサは、コイル電流ｉＵ、ｉＶ、ｉＷと、電圧操作量ｖＵ、ｖＶ、ｖＷと、インダクタンス行列Ｌと、から、式（８）〜（１４）等に従って、誘起電圧ＥＵ、ＥＶ、ＥＷを推定する。
【００９５】
続いて、プロセッサは、ステップＳ８に進み、誘起電圧ＥＵ、ＥＶ、ＥＷと比例ゲインＫを乗算し補正電圧ＫＥＵ、ＫＥＶ、ＫＥＷを求める（ステップＳ８）。
【００９６】
続いて、プロセッサは、指示電圧ｒｖＵ、ｒｖＶ、ｒｖＷから補正電圧ＫＥＵ、ＫＥＶ、ＫＥＷを減算し、電圧操作量ｖＵ、ｖＶ、ｖＷを算出する（ステップＳ９）。
【００９７】
続いて、プロセッサは、電圧操作量ｖＵ、ｖＶ、ｖＷに応じたＰＷＭ信号をインバータ４０に出力する（ステップＳ１０）。このＰＷＭ信号により、インバータ４０は、コイル電流ｉＵ、ｉＶ、ｉＷを流し三相交流電動機５０を駆動する。
【００９８】
続いて、プロセッサは、制御をステップＳ１に戻す。
【００９９】
このような処理により、図１の制御装置１００と同様の制御が可能となる。なお、上記実施の形態で説明したフローチャートは実施形態の一例であり、これらの処理ルーチンに限定されるものではないことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】本発明の実施形態に係る電動機の制御装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示すインバータの機能を説明するための図である。
【図３】（ａ）は、ロータの回転位置とコイル電流と自己インダクタンスとの関係図である。（ｂ）は、ロータの回転位置とコイル電流と相互インダクタンスとの関係図である。
【図４】トルクと電流指令の関係を表した図である。
【図５】（ａ）は、従来の電動機の制御装置におけるｑ軸方向の電流応答と時間の関係図である。（ｂ）は、従来の電動機の制御装置におけるｄ軸方向の電流応答と時間の関係図である。
【図６】（ａ）は、本実施の形態に係る電動機の制御装置におけるｑ軸方向の電流応答と時間の関係図である。（ｂ）は、本実施の形態に係る電動機の制御装置におけるｄ軸方向の電流応答と時間の関係図である。
【図７】制御装置の主要部をプロセッサで構成した場合の、プロセッサの制御処理を説明するためのフローチャートである。
【図８】図７のフローチャートにおける誘起電圧推定処理を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【０１０１】
１０      ＥＣＵ
２０      直流電源
３０      キャパシタ
４０      インバータ
５０      三相交流電動機
１０１    トルク／電流変換部
１０２    減算器
１０３    減算器
１０４    電流制御部
１０５    二相／三相電圧変換部
１０６    減算器                    （補正手段）
１０７    減算器                    （補正手段）
１０８    減算器                    （補正手段）
１０９    ＰＷＭ生成部              （駆動手段）
１１０    回転位置検出部            （回転位置検出手段）
１１１    回転数検出部
１１２    三相電流検出部            （電流検出手段）
１１３    三相電圧検出部            （電圧検出手段）
１１４    三相／二相電流変換部
１１５    外乱オブザーバ            （インダクタンス検索手段、誘起電圧推定手段）
１１５１  テーブル記憶部            
１１５２  インダクタンス検索部      （インダクタンス検索手段）
１１５３  誘起電圧推定部            （誘起電圧推定手段）
１１６    乗算部                    
【図１】
2008199704.tif 000020
【図２】
2008199704.tif 000021
【図４】
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【図５】
2008199704.tif 000023
【図６】
2008199704.tif 000024
【図７】
2008199704.tif 000025
【図８】
2008199704.tif 000026
【図３】
2008199704.tif 000027