(57)【要約】【課題】２重ロータを有する電動機の誘起電圧定数を該電動機の運転状態に応じて適切に設定して、該電動機の最大効率制御が可能な範囲を拡大することができる電動機の制御装置を提供する。【解決手段】直流電源の出力電圧Ｖdcと電動機１の回転数Ｎmとトルク指令Ｔr_cとに基いて、トルク指令Ｔr_cに応じたトルクを得る際に電動機１の効率が最大となるように、電動機１の誘起電圧定数の指令値Ｋe_cを算出するＫe指令算出部９０と、Ｋe_cに応じてロータ位相差の指令値θd_cを算出し、θd_cをアクチュエータ２５に出力してロータ位相差を変更する位相差制御部８０とを備える。【選択図】  図１
2008061445.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石による界磁を複数個有する第１ロータ及び第２ロータを、回転軸の周囲に同心円状に配置した永久磁石界磁型の回転電動機の作動を制御する電動機の制御装置であって、
前記第１ロータと前記第２ロータとの位相差であるロータ位相差を変更するロータ位相差変更手段と、
直流電源から供給される直流電圧を多相交流電圧に変換して前記電動機の電機子に印加するインバータと、
所定のトルク指令に応じて、前記インバータを介して前記電動機の各相の電機子に流れる電流のベクトル和である相電流を制御する通電制御手段とを備えた電動機の制御装置において、
前記電動機の回転数を検出する回転数検出手段と、
前記直流電源の出力電圧と、前記電動機の回転数と、前記トルク指令とに基いて、前記トルク指令に応じたトルクを得る際に前記電動機の効率が最大となるように、前記ロータ位相差変更手段により前記ロータ位相差を変更するロータ位相差制御手段とを備えたことを特徴とする電動機の制御装置。
【請求項２】
前記ロータ位相差制御手段は、予め設定された、前記インバータに供給される直流電圧と前記電動機の回転数と前記電動機のトルクとに対して、前記電動機の損失が最小となる誘起電圧定数を決定する相関マップに、前記直流電源の出力電圧と前記回転数検出手段により検出された前記電動機の回転数と前記トルク指令とを適用して、対応する誘起電圧定数を取得し、該取得した誘起電圧定数に応じて前記電動機のロータ位相差を変更することを特徴とする請求項１記載の電動機の制御装置。
【請求項３】
前記電動機を、界磁の磁束方向であるｄ軸上にあるｄ軸電機子とｄ軸と直交するｑ軸上にあるｑ軸電機子とを有する等価回路に変換して扱い、
前記通電制御手段は、ｄ軸電機子に流れる電流であるｄ軸電流の実際値と指令値との差を減少させ、また、ｑ軸電機子に流れる電流であるｑ軸電流の実際値と指令値との差を減少させるように前記通電制御を行い、
前記ロータ位相差に応じた前記電動機の誘起電圧定数と、前記電動機の回転数に応じた角速度とに基いて、前記トルク指令に応じたトルクが得られるｄ軸電流とｑ軸電流の組み合わせのうち、前記電動機の損失が最小となる組み合わせを第１のｄｑ電流設定として決定し、該第１のｄｑ電流設定によるｄ軸電流とｑ軸電流を供給したときにｄ軸電機子に生じる誘起電圧とｑ軸電機子に生じる誘起電圧を、前記ロータ位相差に応じた前記電動機の誘起電圧定数と前記電動機の回転数とに基いて推定して、
該推定したｄ軸電機子に生じる誘起電圧とｑ軸電機子に生じる誘起電圧とのベクトル和である第１のｄｑ判定電圧が、前記直流電源の出力電圧に応じて設定された制限電圧以下となり、且つ、ｄ軸電流とｑ軸電流のベクトル和であるｄｑ軸電流の前記第１のｄｑ電流設定による場合の大きさである第１のｄｑ判定電流が所定の制限電流以下となるときに、該第１のｄｑ電流設定によるｄ軸電流をｄ軸電流の指令値とすると共に該第１のｄｑ電流設定によるｑ軸電流をｑ軸電流の指令値とする電流指令設定手段を備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の電動機の制御装置。
【請求項４】
前記電流指令設定手段は、前記第１のｄｑ判定電圧が前記制限電圧以下となり、且つ、前記第１のｄｑ判定電流が前記制限電流よりも大きくなるときは、ｄｑ軸電流の大きさが前記制限電流となり、且つ、前記電動機のトルクが最大となるｄ軸電流とｑ軸電流の組み合わせである第２のｄｑ電流設定の算出が可能であるか否かを判断し、
該第２のｄｑ電流設定の算出が可能であるときには、該第２のｄｑ電流設定によるｄ軸電流とｑ軸電流を供給したときにｄ軸電機子に生じる誘起電圧とｑ軸電機子に生じる誘起電圧を、前記ロータ位相差に応じた前記電動機の誘起電圧定数と前記電動機の回転数とに基いて推定して、
該推定したｄ軸電機子に生じる誘起電圧とｑ軸電機子に生じる誘起電圧とのベクトル和である第２のｄｑ判定電圧が前記制限電圧以下となるときは、前記第２のｄｑ電流設定によるｄ軸電流をｄ軸電流の指令値とすると共に該第１のｄｑ電流設定によるｑ軸電流をｑ軸電流の指令値とすることを特徴とする請求項３記載の電動機の制御装置。
【請求項５】
前記電流指令設定手段は、前記第２の判定電圧が前記制限電圧よりも高くなるときには、ｄｑ軸電流の大きさが前記制限電流となり、且つ、ｄｑ誘起電圧が前記制限電圧となるｄ軸電流とｑ軸電流の組み合わせである第３のｄｑ電流設定の算出が可能であるか否かを判断し、該第３のｄｑ電流設定の算出が可能であるときは、該第３のｄｑ電流設定によるｄ軸電流をｄ軸電流の指令値とすると共に該第３のｄｑ電流設定によるｑ軸電流をｑ軸電流の指令値とすることを特徴とする請求項４記載の電動機の制御装置。
【請求項６】
前記電流指令設定手段は、前記第１のｄｑ判定電圧が前記制限電圧以下となり、且つ、前記第１のｄｑ判定電流が前記制限電流よりも大きくなるときは、ｄｑ軸電流の大きさが前記制限電流となり、且つ、前記電動機のトルクが最大となるｄ軸電流とｑ軸電流の組み合わせである第２のｄｑ電流設定の算出が可能であるか否かを判断し、
該第２のｄｑ電流設定の算出が不能であるときには、ｄｑ軸電流の大きさが前記制限電流となり、且つ、前記電動機のトルクが最大となるｄ軸電流とｑ軸電流の組み合わせを第４のｄｑ電流設定として決定し、該第４のｄｑ電流設定によるｄ軸電流をｄ軸電流の指令値とすると共に該第１のｄｑ電流設定によるｑ軸電流をｑ軸電流の指令値とすることを特徴とする請求項３記載の電動機の制御装置。
【請求項７】
前記電流指令設定手段は、前記第１のｄｑ判定電圧が前記制限電圧よりも高くなるときは、前記トルク指令に応じたトルクが得られ、且つ、ｄ軸電機子に生じる誘起電圧とｑ軸電機子に生じる誘起電圧とのベクトル和であるｄｑ誘起電圧が前記制限電圧となるｄ軸電流とｑ軸電流の組み合わせである第５のｄｑ電流設定の算出が可能であるか否かを判断し、
該第５のｄｑ電流設定の算出が可能であり、且つ、該第５のｄｑ電流設定によるｄｑ軸電流の大きさである第２のｄｑ判定電流が前記制限電流以下であるときは、該第５のｄｑ電流設定によるｄ軸電流をｄ軸電流の指令値とすると共に該第５のｄｑ電流設定によるｑ軸電流をｑ軸電流の指令値とすることを特徴とする請求項３記載の電動機の制御装置。
【請求項８】
前記電流指令設定手段は、前記第５のｄｑ電流設定の算出が可能であり、且つ、前記第２のｄｑ判定電流が前記制限電流よりも大きくなるときには、ｄｑ軸電流の大きさが前記制限電流となり、且つ、ｄｑ誘起電圧が前記制限電圧となるｄ軸電流とｑ軸電流の組み合わせである第３のｄｑ電流設定の算出が可能であるか否かを判断し、該第３のｄｑ電流設定の算出が可能であるときは、該第３のｄｑ電流設定によるｄ軸電流をｄ軸電流の指令値とすると共に該第３のｄｑ電流設定によるｑ軸電流をｑ軸電流の指令値とすることを特徴とする請求項７記載の電動機の制御装置。
【請求項９】
前記電流指令設定手段は、前記第１のｄｑ判定電圧が前記制限電圧よりも高くなるときは、前記トルク指令に応じたトルクが得られ、且つ、ｄ軸電機子に生じる誘起電圧とｑ軸電機子に生じる誘起電圧とのベクトル和であるｄｑ誘起電圧が前記制限電圧となるｄ軸電流とｑ軸電流の組み合わせである第５のｄｑ電流設定の算出が可能であるか否かを判断し、
該第５のｄｑ電流設定の算出が不能であるときは、ｄｑ誘起電圧が前記制限電圧となり、且つ、前記ロータ位相差に応じた前記電動機の誘起電圧定数に対して、前記電動機のトルクが最大となるｄ軸電流とｑ軸電流の組み合わせである第６のｄｑ電流設定を算出し、該第６のｄｑ電流設定によるｄｑ軸電流の大きさである第３のｄｑ判定電流が前記制限電流以下であるときは、該第６のｄｑ電流設定によるｄ軸電流をｄ軸電流の指令値とすると共に該第６のｄｑ電流設定によるｑ軸電流をｑ軸電流の指令値とすることを特徴とする請求項３記載の電動機の制御装置。
【請求項１０】
前記電流指令設定手段は、前記第５の電流設定の算出が不能であり、且つ、前記第３のｄｑ判定電流が前記制限電流よりも大きくなるときには、ｄｑ軸電流の大きさが前記制限電流となり、且つ、ｄｑ誘起電圧が前記制限電圧となるｄ軸電流とｑ軸電流の組み合わせである第３のｄｑ電流設定の算出が可能であるか否かを判断し、該第３のｄｑ電流設定の算出が可能であるときは、該第３のｄｑ電流設定によるｄ軸電流をｄ軸電流の指令値とすると共に該第３のｄｑ電流設定によるｑ軸電流をｑ軸電流の指令値とすることを特徴とする請求項９記載の電動機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石界磁型の回転電動機の界磁制御を、同心円状に配置された二つのロータ間の位相差を変更することによって行う電動機の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、永久磁石界磁型の回転電動機の回転軸の周囲に同心円状に設けた第１ロータ及び第２ロータを備え、回転速度に応じて第１ロータと第２ロータの位相差を変更し、これにより電動機の誘起電圧定数を変更して界磁弱め制御を行うようにした電動機が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
かかる従来の電動機においては、第１ロータと第２ロータが、遠心力の作用により径方向に沿って変位する部材を介して接続されている。また、電動機が停止状態にあるときに、第１ロータに配置された永久磁石の磁極と第２ロータに配置された永久磁極の磁極の向きが同一となって界磁の磁束が最大（電動機の誘起電圧定数が最大）となり、電動機の回転速度が高くなるに従って遠心力により第１ロータと第２ロータの位相差が拡大して、界磁の磁束が減少（電動機の誘起電圧定数が減少）するように構成されている。
【０００４】
ここで、図２６は縦軸を出力トルクＴrとし横軸を回転数Ｎとして、電動機の界磁弱めが必要となる領域を示したものであり、図中ｕは電動機の直交ライン（界磁弱め制御を行わずに電動機を作動させたときに、回転数と出力トルクの組合わせにより電動機の相電圧が電源電圧と等しくなる点を結んだもの）である。図中Ｘは界磁弱めが不要な領域であり、Ｙは界磁弱めが必要な領域である。
【０００５】
図２６に示したように、界磁弱めが必要となる領域Ｙは電動機の回転数Ｎと出力トルクＴrにより決定されるため、従来の回転数のみによる界磁弱め制御では、電動機の誘起電圧定数の変更が、必要な界磁弱めの制御量に対して過大又は過小なものになるという不都合があった。
【０００６】
また、電動機の回転数に依らずに、誘起電圧定数を変更することができないため、電動機の出力トルクや供給可能な電流の制限等の回転数以外の運転条件に対して、適切な誘起電圧定数を設定することができず、電動機を作動させる際の効率が悪くなるという不都合があった。
【特許文献１】特開２００２−２０４５４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記背景を鑑みてなされたものであり、２重ロータを有する電動機の誘起電圧定数を該電動機の運転状態に応じて適切に設定して、該電動機を作動させる際の効率を高めることができる電動機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】
【０００８】
本発明は上記目的を達成するためになされたものであり、永久磁石による界磁を複数個有する第１ロータ及び第２ロータを、回転軸の周囲に同心円状に配置した永久磁石界磁型の回転電動機の作動を制御する電動機の制御装置であって、前記第１ロータと前記第２ロータとの位相差であるロータ位相差を変更するロータ位相差変更手段と、直流電源から供給される直流電圧を多相交流電圧に変換して前記電動機の電機子に印加するインバータと、所定のトルク指令に応じて、前記インバータを介して前記電動機の各相の電機子に流れる電流のベクトル和である相電流を制御する通電制御手段とを備えた電動機の制御装置の改良に関する。
【０００９】
そして、前記電動機の回転数を検出する回転数検出手段と、前記直流電源の出力電圧と、前記電動機の回転数と、前記トルク指令とに基いて、前記トルク指令に応じたトルクを得る際に前記電動機の効率が最大となるように、前記ロータ位相差変更手段により前記ロータ位相差を変更するロータ位相差制御手段とを備えたことを特徴とする（請求項１に対応）。
【００１０】
かかる本発明によれば、前記電動機の作動状態に応じて、前記トルク指令に応じたトルクを得る際に前記電動機の効率が最大となるように、前記ロータ位相差制御手段により前記ロータ位相差が変更される。そのため、前記通電制御手段による前記相電流の通電能力の範囲内で、前記電動機の効率を最大として作動させることができる範囲を拡大することができる。
【００１１】
また、前記ロータ位相差制御手段は、予め設定された、前記インバータに供給される直流電圧と前記電動機の回転数と前記電動機のトルクとに対して、前記電動機の損失が最小となる誘起電圧定数を決定する相関マップに、前記直流電源の出力電圧と前記回転数検出手段により検出された前記電動機の回転数と前記トルク指令とを適用して、対応する誘起電圧定数を取得し、該取得した誘起電圧定数に応じて前記電動機のロータ位相差を変更することを特徴とする（請求項２に対応）。
【００１２】
かかる本発明によれば、前記ロータ位相差制御手段は、前記相関マップ用いることによって、電動機の運転条件に応じて電動機の損失が最小となる最適な誘起電圧定数を取得することができ、取得した誘起電圧定数に応じて電動機のロータ位相差を変更することで、前記電動機の運転条件に応じて前記電動機の効率が最大となる前記ロータ位相差を設定することができる。
【００１３】
また、前記電動機を、界磁の磁束方向であるｄ軸上にあるｄ軸電機子とｄ軸と直交するｑ軸上にあるｑ軸電機子とを有する等価回路に変換して扱い、前記通電制御手段は、ｄ軸電機子に流れる電流であるｄ軸電流の実際値と指令値との差を減少させ、また、ｑ軸電機子に流れる電流であるｑ軸電流の実際値と指令値との差を減少させるように前記通電制御を行い、前記ロータ位相差に応じた前記電動機の誘起電圧定数と、前記電動機の回転数に応じた角速度とに基いて、前記トルク指令に応じたトルクが得られるｄ軸電流とｑ軸電流の組み合わせのうち、前記電動機の損失が最小となる組み合わせを第１のｄｑ電流設定として決定し、該第１のｄｑ電流設定によるｄ軸電流とｑ軸電流を供給したときにｄ軸電機子に生じる誘起電圧とｑ軸電機子に生じる誘起電圧を、前記ロータ位相差に応じた前記電動機の誘起電圧定数と前記電動機の回転数とに基いて推定して、該推定したｄ軸電機子に生じる誘起電圧とｑ軸電機子に生じる誘起電圧とのベクトル和である第１のｄｑ判定電圧が、前記直流電源の出力電圧に応じて設定された制限電圧以下となり、且つ、ｄ軸電流とｑ軸電流のベクトル和であるｄｑ軸電流の前記第１のｄｑ電流設定による場合の大きさである第１のｄｑ判定電流が所定の制限電流以下となるときに、該第１のｄｑ電流設定によるｄ軸電流をｄ軸電流の指令値とすると共に該第１のｄｑ電流設定によるｑ軸電流をｑ軸電流の指令値とする電流指令設定手段を備えたことを特徴とする（請求項３に対応）。
【００１４】
かかる発明によれば、前記電流指令設定手段は、前記電動機の作動条件が前記制限電圧と前記制限電流による制約を受けないものであるときには、前記トルク指令に対して前記電動機の効率が最大となる前記第１のｄｑ電流設定により、ｄ軸電流の指令値とｑ軸電流の指令値を設定する。そして、これにより、前記電動機を作動させる際の効率を最大にすることができる。
【００１５】
また、前記電流指令設定手段は、前記第１のｄｑ判定電圧が前記制限電圧以下となり、且つ、前記第１のｄｑ判定電流が前記制限電流よりも大きくなるときは、ｄｑ軸電流の大きさが前記制限電流となり、且つ、前記電動機のトルクが最大となるｄ軸電流とｑ軸電流の組み合わせである第２のｄｑ電流設定の算出が可能であるか否かを判断し、該第２のｄｑ電流設定の算出が可能であるときには、該第２のｄｑ電流設定によるｄ軸電流とｑ軸電流を供給したときにｄ軸電機子に生じる誘起電圧とｑ軸電機子に生じる誘起電圧を、前記ロータ位相差に応じた前記電動機の誘起電圧定数と前記電動機の回転数とに基いて推定して、該推定したｄ軸電機子に生じる誘起電圧とｑ軸電機子に生じる誘起電圧とのベクトル和である第２のｄｑ判定電圧が前記制限電圧以下となるときは、前記第２のｄｑ電流設定によるｄ軸電流をｄ軸電流の指令値とすると共に該第１のｄｑ電流設定によるｑ軸電流をｑ軸電流の指令値とすることを特徴とする（請求項４に対応）。
【００１６】
かかる本発明によれば、前記電流指令設定手段は、前記電動機の作動条件が前記制限電圧による制約は受けないが、前記制限電流による制約を受けるものであるときには、前記ｄｑ電流の大きさが前記制限電流となる範囲で、前記電動機の出力トルクが最大となる前記第２のｄｑ電流設定によりｄ軸電流の指令値とｑ軸電流の指令値とを設定する。この場合は、前記電動機の効率は最大にならないが、前記制限電流の範囲内で前記電動機の制御可能範囲を拡大することができる。
【００１７】
また、前記電流指令設定手段は、前記第２の判定電圧が前記制限電圧よりも高くなるときには、ｄｑ軸電流の大きさが前記制限電流となり、且つ、ｄｑ誘起電圧が前記制限電圧となるｄ軸電流とｑ軸電流の組み合わせである第３のｄｑ電流設定の算出が可能であるか否かを判断し、該第３のｄｑ電流設定の算出が可能であるときは、該第３のｄｑ電流設定によるｄ軸電流をｄ軸電流の指令値とすると共に該第３のｄｑ電流設定によるｑ軸電流をｑ軸電流の指令値とすることを特徴とする（請求項５に対応）。
【００１８】
かかる本発明によれば、前記電流指令設定手段は、前記電動機の作動条件が、前記制限電圧による制約を受けるが、ｄｑ誘起電圧が前記制限電圧であるときにｄｑ電流の大きさが前記制限電流以下となる前記第３のｄｑ電流設定の算出が可能であるときには、前記第３のｄｑ電流設定によりｄ軸電流の指令値とｑ軸電流の指令値とを設定する。そして、これにより、前記制限電圧と前記制限電流による制約の下で前記電動機の制御可能範囲を拡大することができる。
【００１９】
また、前記電流指令設定手段は、前記第１のｄｑ判定電圧が前記制限電圧以下となり、且つ、前記第１のｄｑ判定電流が前記制限電流よりも大きくなるときは、ｄｑ軸電流の大きさが前記制限電流となり、且つ、前記電動機のトルクが最大となるｄ軸電流とｑ軸電流の組み合わせである第２のｄｑ電流設定の算出が可能であるか否かを判断し、該第２のｄｑ電流設定の算出が不能であるときには、ｄｑ軸電流の大きさが前記制限電流となり、且つ、前記電動機のトルクが最大となるｄ軸電流とｑ軸電流の組み合わせを第４のｄｑ電流設定として決定し、該第４のｄｑ電流設定によるｄ軸電流をｄ軸電流の指令値とすると共に該第１のｄｑ電流設定によるｑ軸電流をｑ軸電流の指令値とすることを特徴とする（請求項６に対応）。
【００２０】
かかる本発明によれば、前記電流指令設定手段は、前記電動機の作動条件が前記制限電圧による制約を受けないが前記制限電流による制約を受けるときに、前記第２のｄｑ電流設定の算出が不能であるときには、ｄｑ軸電流の大きさが前記制限電流となり、且つ、前記電動機のトルクが最大となる前記第４のｄｑ電流設定によりｄ軸電流の指令値とｑ軸電流の指令値を設定する。そして、これにより、前記制限電流の下で前記電動機の制御可能範囲を拡大することができる。
【００２１】
また、前記電流指令設定手段は、前記第１のｄｑ判定電圧が前記制限電圧よりも高くなるときは、前記トルク指令に応じたトルクが得られ、且つ、ｄ軸電機子に生じる誘起電圧とｑ軸電機子に生じる誘起電圧とのベクトル和であるｄｑ誘起電圧が前記制限電圧となるｄ軸電流とｑ軸電流の組み合わせである第５のｄｑ電流設定の算出が可能であるか否かを判断し、該第５のｄｑ電流設定の算出が可能であり、且つ、該第５のｄｑ電流設定によるｄｑ軸電流の大きさである第２のｄｑ判定電流が前記制限電流以下であるときは、該第５のｄｑ電流設定によるｄ軸電流をｄ軸電流の指令値とすると共に該第５のｄｑ電流設定によるｑ軸電流をｑ軸電流の指令値とすることを特徴とする（請求項７に対応）。
【００２２】
かかる本発明によれば、前記電流指令設定手段は、前記電動機の作動条件が、前記制限電圧による制約を受け、ｄｑ誘起電圧が前記制限電圧であるときに前記トルク指令に応じたトルクが得られる前記第５のｄｑ電流設定の算出が可能であるか否かを判断する。そして、前記第５のｄｑ電流設定の算出が可能であって、前記第５のｄｑ電流設定によるｄｑ軸電流の大きさである前記第２の判定電流が前記制限電流以下であるときは、前記第５のｄｑ電流設定によるｄ軸電流をｄ軸電流の指令値とすると共に該第５のｄｑ電流設定によるｑ軸電流をｑ軸電流の指令値とする。この場合、前記トルク指令に応じたトルクを確保することができる。
【００２３】
また、前記電流指令設定手段は、前記第５のｄｑ電流設定の算出が可能であり、且つ、前記第２のｄｑ判定電流が前記制限電流よりも大きくなるときには、ｄｑ軸電流の大きさが前記制限電流となり、且つ、ｄｑ誘起電圧が前記制限電圧となるｄ軸電流とｑ軸電流の組み合わせである第３のｄｑ電流設定の算出が可能であるか否かを判断し、該第３のｄｑ電流設定の算出が可能であるときは、該第３のｄｑ電流設定によるｄ軸電流をｄ軸電流の指令値とすると共に該第３のｄｑ電流設定によるｑ軸電流をｑ軸電流の指令値とすることを特徴とする（請求項８に対応）。
【００２４】
かかる本発明によれば、前記電流指令設定手段は、前記第５のｄｑ電流設定の算出が可能であるが、前記第２の判定電流が前記制限電流よりも大きくなるときは、ｄｑ軸電流の大きさが前記制限電流となり、且つ、ｄｑ誘起電圧が前記制限電圧となるｄ軸電流とｑ軸電流の組み合わせである第３のｄｑ電流設定の算出が可能であるか否かを判断する。そして、前記第３のｄｑ電流設定の算出が可能であるときは、前記第３のｄｑ電流設定によるｄ軸電流をｄ軸電流の指令値とすると共に該第３のｄｑ電流設定によるｑ軸電流をｑ軸電流の指令値とする。そして、これにより、前記制限電圧と前記制限電流による制約を受ける範囲内で前記電動機の制御可能範囲を拡大することができる。
【００２５】
また、前記電流指令設定手段は、前記第１のｄｑ判定電圧が前記制限電圧よりも高くなるときは、前記トルク指令に応じたトルクが得られ、且つ、ｄ軸電機子に生じる誘起電圧とｑ軸電機子に生じる誘起電圧とのベクトル和であるｄｑ誘起電圧が前記制限電圧となるｄ軸電流とｑ軸電流の組み合わせである第５のｄｑ電流設定の算出が可能であるか否かを判断し、該第５のｄｑ電流設定の算出が不能であるときは、ｄｑ誘起電圧が前記制限電圧となり、且つ、前記ロータ位相差に応じた前記電動機の誘起電圧定数に対して、前記電動機のトルクが最大となるｄ軸電流とｑ軸電流の組み合わせである第６のｄｑ電流設定を算出し、該第６のｄｑ電流設定によるｄｑ軸電流の大きさである第３のｄｑ判定電流が前記制限電流以下であるときは、該第６のｄｑ電流設定によるｄ軸電流をｄ軸電流の指令値とすると共に該第６のｄｑ電流設定によるｑ軸電流をｑ軸電流の指令値とすることを特徴とする（請求項９に対応）。
【００２６】
かかる本発明によれば、前記電動機の作動条件が前記制限電圧による制約を受け、前記第５のｄｑ電流設定の算出が不能であるときは、ｄｑ誘起電圧が前記制限電圧となり、且つ、前記ロータ位相差に応じた前記電動機の誘起電圧定数に対して、前記電動機のトルクが最大となる前記第６のｄｑ電流設定を算出し、前記第６のｄｑ電流設定によるｄ軸電流をｄ軸電流の指令値とすると共に前記第６のｄｑ電流設定によるｑ軸電流をｑ軸電流の指令値とする。この場合、前記制限電圧による制限の下で、前記電動機のトルクを最大にすることができ、前記電動機の制御可能範囲を拡大することができる。
【００２７】
また、前記電流指令設定手段は、前記第５の電流設定の算出が不能であり、且つ、前記第３のｄｑ判定電流が前記制限電流よりも大きくなるときには、ｄｑ軸電流の大きさが前記制限電流となり、且つ、ｄｑ誘起電圧が前記制限電圧となるｄ軸電流とｑ軸電流の組み合わせである第３のｄｑ電流設定の算出が可能であるか否かを判断し、該第３のｄｑ電流設定の算出が可能であるときは、該第３のｄｑ電流設定によるｄ軸電流をｄ軸電流の指令値とすると共に該第３のｄｑ電流設定によるｑ軸電流をｑ軸電流の指令値とすることを特徴とする（請求項１０に対応）。
【００２８】
かかる本発明によれば、前記電流指令設定手段は、前記電動機の作動条件が、前記制限電圧による制約を受けるが、ｄｑ誘起電圧が前記制限電圧であるときにｄｑ電流の大きさが前記制限電流以下となる前記第３のｄｑ電流設定の算出が可能であるときには、前記第３のｄｑ電流設定によりｄ軸電流の指令値とｑ軸電流の指令値とを設定する。そして、これにより、前記制限電圧と前記制限電流による制約の下で前記電動機の制御可能範囲を拡大することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明の実施の形態について、図１〜図２５を参照して説明する。図１は本発明の電動機の制御装置の制御ブロック図、図２は図１に示した２重ロータを備えた電動機の構成図、図３及び図４は外側ロータと内側ロータの位相差を変更することによる効果の説明図、図５は電動機の制御装置の全体的な動作を示すフローチャート、図６〜図８はロータ位相差を変更することによる電動機の制御可能範囲の拡大効果の説明図、図９〜図１１は最大効率制御を行うための最適な誘起電圧定数を決定するためのマップの作成手順の説明図、図１２は最大効率制御を行うための最適な誘起電圧定数を算出する処理のフローチャート、図１３は誘起電圧定数をロータ位相差に変換するマップの説明図、図１４〜図２２は最適な電流指令値を決定する方法の説明図、図２３〜図２５は最大効率制御及び電動機の制御可能範囲の拡大を行うための電流指令値を設定する処理のフローチャートである。
【００３０】
図１を参照して、本発明の電動機の制御装置（以下、電動機制御装置という）は、２重ロータを備えたＤＣブラシレスモータである電動機１の作動を制御するものである。先ず、図２〜図４を参照して、電動機１の構成について説明する。
【００３１】
図２に示したように、電動機１は、永久磁石１１ａ，１１ｂの界磁が周方向に沿って等間隔に配置された内側ロータ１１と、永久磁石１２ａ，１２ｂの界磁が周方向に沿って等間隔に配置された外側ロータ１２と、内側ロータ１１及び外側ロータ１３に対する回転磁界を発生させるための電機子１０ａを有するステータ１０とを備えたＤＣブラシレスモータである。なお、内側ロータ１１と外側ロータ１２のうちの一方が本発明の第１ロータに相当し、他方が本発明の第２ロータに相当する。
【００３２】
内側ロータ１１と外側ロータ１２は、共に回転軸が電動機１の回転軸２と同軸となるように同心円状に配置されている。そして、内側ロータ１１においては、Ｓ極を回転軸２側とする永久磁石１１ａとＮ極を回転軸２側とする永久磁石１１ｂが交互に配置されている。同様に、外側ロータ１２においても、Ｓ極を回転軸２側とする永久磁石１２ａとＮ極を回転軸２側とする永久磁石１２ｂが交互に配置されている。
【００３３】
そして、電動機１は、外側ロータ１２と内側ロータ１１の位相差であるロータ位相差を変更するために、遊星歯車機構等の相対回転機構（図示しない）を備えており、該相対回転機構をアクチュエータ２５（図１参照）により作動させることによって、ロータ位相差を変更することができる。なお、アクチュエータ２５としては、例えば電動機や油圧によるものを用いることができる。また、相対回転機構とアクチュエータ２５とにより、本発明のロータ位相差変更手段が構成される。
【００３４】
また、外側ロータ１２と内側ロータ１１の位相差は、少なくとも電気角で１８０度の範囲で進角側又は遅角側に変更可能に構成され、電動機１の状態は、外側ロータ１２の永久磁石１２ａ，１２ｂと内側ロータ１１の永久磁石１１ａ，１１ｂが同極同士を対向して配置された界磁弱め状態と、外側ロータ１２の永久磁石１２ａ，１２ｂと内側ロータ１１の永久磁石１１ａ，１１ｂが異極同士を対向して配置された界磁強め状態との間で、適宜設定可能となっている。
【００３５】
図３（ａ）は界磁強め状態を示しており、外側ロータ１２の永久磁石１２ａ，１２ｂの磁束Ｑ２と内側ロータ１１の永久磁石１１ａ，１１ｂの磁束Ｑ１の向きが同一であるため、合成された磁束Ｑ３が大きくなる。一方、図３（ｂ）は界磁弱め状態を示しており、外側ロータ１２の永久磁石１２ａ，１２ｂの磁束Ｑ２と内側ロータ１１の永久磁石１１ａ，１１ｂの磁束Ｑ１の向きが逆であるため、合成された磁束Ｑ３が小さくなる。
【００３６】
図４は、図３（ａ）の状態と図３（ｂ）の状態において、電動機１を所定回転数で作動させた場合にステータ１０の電機子に生じる誘起電圧を比較したグラフであり、縦軸が誘起電圧（Ｖ）に設定され、横軸が電気角（度）に設定されている。図中ａが図３（ａ）の状態（界磁強め状態）であり、ｂが図３（ｂ）の状態（界磁弱め状態）である。図４から、外側ロータ１２と内側ロータ１１の位相差を変更することで、生じる誘起電圧のレベルが大幅に変化していることがわかる。
【００３７】
そして、このように、外側ロータ１２と内側ロータ１１の位相差を変更して、界磁の磁束を増減させることにより、電動機１の誘起電圧定数Ｋeを変化させることができる。これにより、誘起電圧定数Ｋeが一定である場合に比べて、電動機１の出力及び回転数に対する運転可能領域を拡大することができる。また、ｄｑ座標変換により、ｄ軸（界磁軸）側の電機子に通電して界磁弱め制御を行う場合に比べて、電動機１の損失が減少するため、電動機の効率を高めることができる。
【００３８】
次に、図１を参照して、電動機制御装置の構成について説明する。電動機制御装置は、電動機１を界磁方向をｄ軸としｄ軸と直交する方向をｑ軸とした２相直流の回転座標系による等価回路に変換して扱い、外部から与えられるトルク指令Ｔr_cに応じたトルクが電動機１から出力されるように、電動機１に対する通電量を制御するものである。
【００３９】
電動機制御装置はＣＰＵ、メモリ等により構成された電子ユニットであり、トルク指令Ｔr_cと電動機１の回転数Ｎmと電動機１の誘起電圧定数の算出値Ｋe_sとに基いて、ｄ軸側の電機子（以下、ｄ軸電機子という）に流れる電流（以下、ｄ軸電流という）の指令値Ｉd_cとｑ軸側の電機子（以下、ｑ軸電機子という）に流れる電流（以下、ｑ軸電流という）の指令値Ｉq_cとを算出する電流指令算出部５０（本発明の電流指令設定手段に相当する）、及び電流センサ６１，６２により検出されてＢＰ（バンドパス）フィルタ５７により不要成分が除去された電流検出信号と、レゾルバ７０により検出される外側ロータ１２のロータ角度θmとに基いて、３相／ｄｑ変換によりｄ軸電流の検出値Ｉd_sとｑ軸電流の検出値Ｉq_sとを算出する３相／ｄｑ変換部５６を備えている。
【００４０】
また、電動機制御装置は、ｄ軸電流の指令値Ｉd_cと検出値Ｉd_sとの偏差ΔＩdを算出する減算器５１、ｑ軸電流の指令値Ｉq_cと検出値Ｉq_sとの偏差ΔＩqを算出する減算器５２、ΔＩd及びΔＩqに基いてｄ軸電機子に印加する電圧（以下、ｄ軸電圧という）の指令値Ｖd_cとｑ軸電機子に印加する電圧（以下、ｑ軸電圧という）の指令値Ｖq_cとを決定する電流ＦＢ（フィードバック）制御部５３、Ｖd_cとＶq_cを角度θと大きさｒに変換するｒθ変換部５４、及び直流電圧Ｖdcからθとｒに応じた３相交流電圧を生成して電動機１に出力するＰＷＭ演算部５５（本発明のインバータの機能を含む）を備えている。
【００４１】
なお、減算器５１、減算器５２、電流ＦＢ制御部５３、ｒθ変換部５４、ＢＰフィルタ５７、及び３相／ｄｑ変換部５６により本発明の通電制御手段が構成される。
【００４２】
さらに、電動機制御装置は、レゾルバ７０により検出される電動機１のロータ角度θmを微分して電動機１の回転数Ｎmを出力する微分器７１（本発明の回転数検出手段に相当する）、トルク指令値Ｔr_cと直流電源（図示しない）の出力電圧Ｖdcと電動機の回転数Ｎmとに基いて最適な誘起電圧定数の指令値Ｋe_cを算出するＫe指令値算出部９０、位相差検出器２６によるロータ位相差の検出値θd_sに応じた誘起電圧定数Ｋe_sを算出するＫe算出部９２、Ｋe_cとＫe_sの偏差ΔＫeを算出する減算器９１、及びＫe_sとΔＫeからロータ位相差の指令値θd_cを算出してアクチュエータ２５に出力する位相差制御部８０を備えている。なお、Ｋe指令算出部９０、減算器９１、Ｋe算出部９２、位相差制御部８０、及び位相差検出器２６により、本発明のロータ位相差制御手段が構成される。
【００４３】
次に、図５に示したフローチャートに従って、電動機１の効率が最大となるように電動機１の作動を制御する「最大効率制御」を実行するための、Ｋe指令算出部９０による最適な誘起電圧定数の指令値Ｋe_cの算出処理と、電流指令算出部５０によるｄ軸指令値Ｉd_c及びｑ軸電流指令値Ｉq_cの算出処理について説明する。
【００４４】
図５のＳＴＥＰ１〜ＳＴＥＰ３はＫe指令算出部９０による処理であり、Ｋe算出部９０は、ＳＴＥＰ１で直流電源の出力電圧Ｖdc、トルク指令Ｔr_c、及び電動機１の回転数Ｎmを取得する。そして、続くＳＴＥＰ２で、予めメモリ（図示しない）に記憶されたＶdc，Ｔr_c，Ｎmに対して「最大効率制御」の実行に最適な誘起電圧定数を決定するための相関マップに、ＳＴＥＰ１で取得した（Ｖdc，Ｔr_c，Ｎm）を適用して得られるＫeを、誘起電圧定数の指令値Ｋe_cに決定する。
【００４５】
ここで、図６は電動機１のｄ軸電機子に生じる誘起電圧とｑ軸電機子に生じる誘起電圧のベクトル和であるｄｑ誘起電圧Ｖoが、制限電圧Ｖom（ＰＷＭ演算部５５から出力可能なｄｑ電圧（ｄ軸電圧とｑ軸電圧のベクトル和）の上限値付近に設定される）となる基底回転数以下の領域において、電動機１の出力トルクが一定である場合の効率、総損失、鉄損、銅損、及びｄ軸電流とｑ軸電流のベクトル和であるｄｑ軸電流の変化を示したものであり、左側の縦軸が損失、右側の縦軸が効率、横軸がｄ軸電流とｑ軸電流間の位相（電流位相）βに設定されている。
【００４６】
そして、図中ａが効率、ｂが総損失、ｃが鉄損、ｄが銅損、ｅがｄｑ軸電流の大きさの変化を示している。図６において、Ｐ10は一定トルクを得るために必要なｄｑ軸電流の大きさが最小となる（トルク／ｄｑ軸電流の大きさが最大となる）点であり、Ｐ11は一定トルクを得る際の損失が最小（効率が最大）となる点である。
【００４７】
図６に示したように、基底回転数以下の領域においては、一定トルクを得る際にｄｑ軸電流の大きさを最小とする「最大トルク／電流制御」と、一定トルクを得る際に電動機１の効率を最大とする「最大効率制御」とでは、選択されるｄ軸電流とｑ軸電流間の位相βが異なる。そして、一般に、「最大効率制御」では電流を進角させて鉄損を減少させるために電流が消費されるので、一定トルクを得る際に必要なｄｑ軸電流の大きさは、「最大トルク／電流制御」よりも「最大効率制御」の方が多くなる。そのため、供給可能なｄｑ軸電流の制約により、「最大効率制御」により電動機１を運転することができないときには、「最大トルク／電流制御」により電動機１を運転することで電動機１の制御可能範囲を拡大することができる。
【００４８】
そして、Ｋe指令算出部９０により、トルク指令値Ｔr_c、電動機１の回転数Ｎm、及び直流電源の出力電圧Ｖdcに応じて電動機１の誘起電圧定数Ｋeを適切に変更することによって、「最大効率制御」による電動機１の運転が可能な範囲を拡大することができる。
【００４９】
ここで、図７（ａ）は誘起電圧定数Ｋeを中間にした場合の電動機１のトルクと回転数との関係を示したものであり、縦軸がトルク（Ｔr）に設定され、横軸が回転数（Ｎm）に設定されている。また、図７（ｂ）は誘起電圧定数Ｋeを最大、中間、最小の三段階に切り換えた場合の電動機１のトルクと回転数との関係を示したものであり、図７（ａ）と同様に、縦軸がトルク（Ｔr）に設定され、横軸が回転数（Ｎm）に設定されている。
【００５０】
図７（ａ）において、Ａ10の範囲（ｙ10の境界線，Ｔr軸，Ｎm軸により囲まれた範囲）は、「最大効率制御」による電動機１の制御可能範囲を示し、Ａ10＋Ｂ10の範囲（Ｔr＝Ｔr10の直線，ｘ10の境界線，Ｔr軸，Ｎm軸により囲まれた範囲）は、「最大出力制御」（界磁弱め電流を加えて、電動機の動作範囲を拡大する制御）による制御可能範囲を示している。
【００５１】
図７（ｂ）において、Ａ11の範囲（ｙ11の境界線，Ｔr軸，Ｎm軸により囲まれた範囲）は、誘起電圧定数Ｋeを最大としたときの「最大効率制御」による電動機１の制御可能範囲を示している。また、Ａ11＋Ｂ11の範囲（Ｔr＝Ｔr11の直線，ｘ11の境界線，Ｔr軸，Ｎm軸により囲まれた範囲）は、誘起電圧定数Ｋeを最大としたときの「最大出力制御」による制御可能範囲を示している。
【００５２】
Ａ12の範囲（ｙ12の境界線，Ｔr軸，Ｎm軸により囲まれた範囲）は、誘起電圧定数Ｋeを中間としたときの「最大効率制御」による電動機１の制御可能範囲を示している。また、Ａ12＋Ｂ12の範囲（Ｔr＝Ｔr12の直線，ｘ12の境界線，Ｔr軸，Ｎm軸により囲まれた範囲）は、誘起電圧定数Ｋeを中間としたときの「最大出力制御」による制御可能範囲を示している。
【００５３】
Ａ13の範囲（ｙ13の境界線，Ｔr軸，Ｎm軸により囲まれた範囲）は、誘起電圧定数Ｋeを最小としたときの「最大効率制御」による電動機１の制御可能範囲を示している。また、Ａ13＋Ｂ13の範囲（Ｔr＝Ｔr13の直線，ｘ13の境界線，Ｔr軸，Ｎm軸により囲まれた範囲）は、誘起電圧定数Ｋeを最小としたときの「最大出力制御」による制御可能範囲を示している。
【００５４】
図７（ａ）に示した誘起電圧定数Ｋeが固定である場合に比べて、図７（ｂ）では、誘起電圧定数Ｋeを増大させることにより、図中の矢印Ａr2で示したように、「最大効率制御」による電動機１の制御可能範囲を出力トルクＴrを増加させる方向に拡大することができる。また、誘起電圧定数Ｋeを減少させることにより、図中の矢印Ａr1で示したように、「最大効率制御」による電動機１の制御可能範囲を回転数Ｎmを増加させる方向に拡大することができる。
【００５５】
図８（ａ）は、図７（ｂ）のＰ20（誘起電圧定数Ｋeが最大、中間、最小のいずれの場合でも、「最大効率制御」による制御可能範囲内にある点）において、一定のトルクが得られる場合のｄ軸電流とｑ軸電流間の位相（電流位相）の変化を示したものであり、左側の縦軸がｄｑ軸電流の大きさ及び電動機１の損失に設定され、右側の縦軸が電動機１の効率に設定され、横軸が電流位相に設定されている。
【００５６】
そして、図８（ａ）中、ａ11は誘起電圧定数Ｋeを最大としたときの効率を示し、ａ12は誘起電圧定数Ｋeを中間としたときの効率を示し、ａ13は誘起電圧定数Ｋeを最小としたときの効率を示している。また、Ｐ31はａ11において効率が最大となる点、Ｐ32はａ12において効率が最大となる点、Ｐ33はａ13において効率が最大となる点である。
【００５７】
また、ｂ11は誘起電圧定数Ｋeを最大としたときの損失を示し、ｂ12は誘起電圧定数Ｋeを中間としたときの損失を示し、ｂ13は誘起電圧定数Ｋeを最小としたときの損失を示している。そして、Ｐ34はｂ11において損失が最小となる点、Ｐ35はｂ12において損失が最小となる点、Ｐ36はｂ13において損失が最小となる点である。
【００５８】
また、ｃ11は誘起電圧定数Ｋeを最大としたときのｄｑ軸電流の大きさを示し、ｃ12は誘起電圧定数Ｋeを中間としたときのｄｑ軸電流の大きさを示し、ｃ13は誘起電圧定数Ｋeを最小としたときのｄｑ軸電流の大きさを示している。そして、Ｐ37はｃ11においてｄｑ軸電流の大きさが最小となる点、Ｐ38はｃ12においてｄｑ軸電流の大きさが最小となる点、Ｐ39はｃ13においてｄｑ軸電流が最小となる点である。
【００５９】
図８（ａ）のａ11〜ａ13とｃ11〜ｃ13から、「最大効率制御」によるｄｑ軸電流の設定（Ｐ31，Ｐ32，Ｐ33）と「最大トルク／電流制御」によるｄｑ軸電流の設定（Ｐ37，Ｐ38，Ｐ39）とでは、電流位相が異なり、「最大トルク／電流制御」の方が「最大効率制御」よりもｄｑ軸電流の大きさが小さくなることが分かる。また、（Ｐ31，Ｐ32，Ｐ33）から、誘起電圧定数Ｋeを変更することによって、一定トルクを得る際の電動機１の効率を大きくすることができることが分かる。
【００６０】
また、図８（ｂ）は、図７（ｂ）のＰ21（誘起電圧定数Ｋeが最大、中間、最小のいずれの場合でも、「最大効率制御」による制御可能範囲外にある点）において、一定の出力トルクを得る場合の電流位相の変化を示したものであり、図８（ａ）と同様に、左側の縦軸がｄｑ軸電流の大きさ及び電動機１の損失に設定され、右側の縦軸が電動機１の効率に設定され、横軸が電流位相に設定されている。
【００６１】
そして、図８（ｂ）中、ａ21は誘起電圧定数Ｋeを最大としたときの効率を示し、ａ22は誘起電圧定数Ｋeを中間としたときの効率を示し、ａ23は誘起電圧定数Ｋeを最小としたときの効率を示している。また、Ｐ41はａ21において効率が最大となる点、Ｐ42はａ22において効率が最大となる点、Ｐ43はａ23において効率が最大となる点である。
【００６２】
また、ｂ21は誘起電圧定数Ｋeを最大としたときの損失を示し、ｂ22は誘起電圧定数Ｋeを中間としたときの損失を示し、ｂ23は誘起電圧定数Ｋeを最小としたときの損失を示している。また、ｃ21は誘起電圧定数Ｋeを最大としたときのｄｑ軸電流の大きさを示し、ｃ22は誘起電圧定数Ｋeを中間としたときのｄｑ軸電流の大きさを示し、ｃ23は誘起電圧定数Ｋeを最小としたときのｄｑ軸電流の大きさを示している。そして、Ｐ47はｃ21においてｄｑ軸電流の大きさが最小となる点、Ｐ48はｃ22においてｄｑ軸電流の大きさが最小となる点、Ｐ49はｃ23においてｄｑ軸電流の大きさが最小となる点である。
【００６３】
図８（ｂ）においても、ａ21〜ａ23とｃ21〜ｃ23から、「最大効率制御」によるｄｑ軸電流の設定（Ｐ41，Ｐ42，Ｐ43）と「最大トルク／電流制御」によるｄｑ軸電流の設定（Ｐ47，Ｐ48，Ｐ49）とでは、電流位相が異なることがわかる。また、（Ｐ41，Ｐ42，Ｐ43）から、誘起電圧定数Ｋeを変更することによって、一定トルクを得る際の電動機１の効率を増大させることができることが分かる。
【００６４】
次に、図９〜図１１を参照して、図５のＳＴＥＰ２で使用される相関マップの作成手順について説明する。図９は、直流電源の出力電圧Ｖdcの設定が３段階（Ｖdc＝Ｖ１，Ｖ2，Ｖ3）に切換えられるときに、各出力電圧に対して最適な誘起電圧定数Ｋeを決定する最適Ｋeマップを作成する手順を示している。
【００６５】
図９のＳ1，Ｓ2は、出力電圧Ｖdc＝Ｖ1に対する最適ＫeマップＫＭ1を作成する処理であり、Ｓ1では、各段階の誘起電圧定数Ｋe（Ｋe＝Ｋe1，Ｋe2，Ｋe3，Ｋe4、Ｋe4＜Ｋe3＜Ｋe2＜Ｋe1）について、電動機１のトルクＴrと回転数Ｎmを可変した場合のｄｑ軸電流をプロットしたｄｑ電流マップを作成する。具体的には、図１０（ａ）に示したように、（Ｖdc＝Ｖ1，Ｋe＝Ｋe1）の条件下で、回転数Ｎmと出力トルクＴrを可変したときの電動機１の損失をプロットして、損失マップＭ11を作成する。なお、このプロットの作業は実験やコンピュータシミュレーションにより行う。
【００６６】
また、同様にして、（Ｖdc＝Ｖ1，Ｋe＝Ｋe2）の条件下での損失マップＭ12、（Ｖdc＝Ｖ1，Ｋe＝Ｋe3）の条件下での損失マップＭ13、及び（Ｖdc＝Ｖ1，Ｋe＝Ｋe4）の条件下での損失マップＭ14を作成する。そして、Ｓ２で、このようにして作成した４つの損失マップＭ11，Ｍ12，Ｍ13，Ｍ14を比較して、（トルクＴr，回転数Ｎm）の各プロット点について損失が最小となる誘起電圧定数Ｋeを選択した最適ＫeマップＫＭ1を作成する。
【００６７】
最適ＫeマップＫＭ1は、図１０（ｂ）に示したように、トルクＴrと回転数Ｎmに対して、電動機１の損失が最小となる誘起電圧定数Ｋeを決定するものであり、例えば、図中（Ｔr，Ｎm）＝（Ｔr10，Ｎm10）の条件に対しては、誘起電圧定数Ｋe＝Ｋe1が決定される。
【００６８】
また、Ｓ３，Ｓ４は出力電圧Ｖdc＝Ｖ2に対する最適Ｋeマップを作成する処理であり、上述したＳ１，Ｓ２の処理と同様にして、Ｓ３で（Ｖdc＝Ｖ2，Ｋe＝Ｋe1）の条件下での損失マップＭ21、（Ｖdc＝Ｖ2，Ｋe＝Ｋe2）の条件下での損失マップＭ22、（Ｖdc＝Ｖ2，Ｋe＝Ｋe3）の条件下での損失マップＭ23、（Ｖdc＝Ｖ2，Ｋe＝Ｋe4）の条件下での損失マップＭ24が作成され、Ｓ４でＶdc＝Ｖ2の条件下での最適ＫeマップＫＭ2が作成される。
【００６９】
また、Ｓ５，Ｓ６は出力電圧Ｖdc＝Ｖ3に対する最適Ｋeマップを作成する処理であり、上述したＳ１，Ｓ２及びＳ３，Ｓ４の処理と同様にして、Ｓ５で（Ｖdc＝Ｖ3，Ｋe＝Ｋe1）の条件下での損失マップＭ31、（Ｖdc＝Ｖ3，Ｋe＝Ｋe2）の条件下での損失マップＭ32、（Ｖdc＝Ｖ3，Ｋe＝Ｋe3）の条件下での損失マップＭ33、（Ｖdc＝Ｖ3，Ｋe＝Ｋe4）の条件下での損失マップＭ34が作成され、Ｓ６でＶdc＝Ｖ3の条件下での最適ＫeマップＫＭ3が作成される。
【００７０】
以上説明した図９のＳ１〜Ｓ６の処理により、図１１（ａ）に示したように、Ｖdc＝Ｖ1に対する最適ＫeマップＫＭ1、Ｖdc＝Ｖ2に対する最適ＫeマップＫＭ2、及びＶdc＝Ｖ3に対する最適ＫeマップＫＭ3からなる相関マップが作成される。図１１（ｂ）は、最適ＫeマップＫＭ1，ＫＭ2，ＫＭ3における誘起電圧定数Ｋeの設定例であり、縦軸がトルクＴr（力行トルク及び回生トルク）に設定され、横軸が回転数Ｎmに設定されている。
【００７１】
そして、図１１（ｂ）中、Ｄ1が誘起電圧定数Ｋe1が選択される範囲、Ｄ2が誘起電圧定数Ｋe2が選択される範囲、Ｄ3が誘起電圧定数Ｋe3が選択される範囲、Ｄ4が誘起電圧定数Ｋ4が選択される範囲である。このように、電動機１の回転数が増加するに従って誘起電圧定数をＫe1→Ｋe2→Ｋe3→Ｋe4と減少させることによって、「最大効率制御」による電動機１の制御可能範囲を拡大することができる。
【００７２】
なお、相関マップではなく、各誘起電圧定数Ｋe（Ｋe＝Ｋe1，Ｋe2，Ｋe3，Ｋe4）について、電源電圧Ｖdc、トルク指令Ｔr_c、及び回転数Ｎmの条件下で必要となるｄｑ軸電流を算出し、該ｄｑ軸電流での電動機１のトルクが最大となるＫeのうち、電動機１の損失が最小となるものを最適Ｋeとして決定するようにしてもよい。図１２はこのようにｄｑ軸電流を算出して、最適Ｋeを決定する処理のフローチャートである。
【００７３】
図１２のフローチャートでは、先ずＳＴＥＰ１０で、直流電源の出力電圧Ｖdcと、トルク指令Ｔr_cと、回転数Ｎmとを取得する。そして、ＳＴＥＰ１１〜ＳＴＥＰ１６のループを、Ｋe(n)＝Ｋe(1)，Ｋe(2)，Ｋe(3)，Ｋe(4)について実行し、ＳＴＥＰ１２でＶdc，Ｔr_c，Ｎm，Ｋ(n)に応じた電流指令値（Ｉd_c(n)，Ｉq_c(n)）を、後述する電流指令算出部５０による場合と同様にして算出する。また、続くＳＴＥＰ１３でＫe(n)，Ｉd_c(n)，Ｉq_c(n)での電動機１のトルクＴr(n)を後述する式（７）により算出し、ＳＴＥＰ１４でＫe(n)，Ｉd_c(n)，Ｉq_c(n)での電動機１の損失Ｗloss(n)を後述する式(８）〜式（１０）により算出する。そして、ＳＴＥＰ１５でＴr(n)とＷloss(n)をメモリ（図示しない）に記憶する。
【００７４】
そして、ＳＴＥＰ１７で、電動機１のトルクＴr(n)が最大となるＫe(n)のうち、損失Ｗloss(n)が最小となるものを、最適Ｋeとして決定する。これにより、上述した最適Ｋeマップの検索による場合と同様に、トルク指令Ｔr_cに対して、電動機１の損失が最小となる誘起電圧定数Ｋeを決定することができる。
【００７５】
次に、図５のＳＴＥＰ３で、Ｋe指令算出部９０は、ＳＴＥＰ２で決定した最適Ｋeを誘起電圧定数の指令値Ｋe_cとして位相差制御部８０（図１参照）に出力する。続くＳＴＥＰ４は位相差制御部８０による処理であり、位相差制御部８０は、図１３に示したＫe／θd変換マップにＫe_cを適用して、対応するθdをロータ位相差の指令値θd_cとして決定する。なお、Ｋe／θdマップは実験やコンピュータシミュレーションにより作成され、Ｋe／θdマップのデータは予めメモリに記憶されている。
【００７６】
そして、位相差制御部８０は、ロータ位相差の指令値θd_cをアクチュエータ２５に出力し、これにより、アクチュエータ２５が電動機１のロータ位相差をθd_cとし、電動機１の誘起電圧定数Ｋeが最適Ｋeに制御される。
【００７７】
続くＳＴＥＰ５は電流指令算出部５０（図１参照）により処理であり、電流指令算出部５０は、基本的には「最大効率制御」によりｄ軸電流の指令値Ｉd_c及びｑ軸電流の指令値Ｉq_cを算出して、減算器５１，５２（図１参照）に出力する。
【００７８】
先ず、図１４〜図２０を参照して、電流指令値算出部５０によるｄ軸電流の指令値Ｉ_c及びｑ軸電流の指令値Ｉq_cの算出処理の基本的な考え方について説明する。図１４（ａ）に示した電動機１のｄ軸側の等価回路、及び図１４（ｂ）に示した電動機１のｑ軸側の等価回路から、Ｋe指令算出部９０により算出された最適Ｋeに対応する鎖交磁束Ψaの下で、電流の関係式は以下の式（１）〜式（４）で表され、電圧方程式は以下の式（５）及び式（６）で表される。
【００７９】
【数１】
2008061445.tif 000003
【００８０】
【数２】
2008061445.tif 000004
【００８１】
【数３】
2008061445.tif 000005
【００８２】
但し、ω：電動機１の角速度、Ｌq：ｑ軸電機子のインダクタンス、Ｒc：ｑ軸電機子及びｄ軸電機子のコイル抵抗。
【００８３】
【数４】
2008061445.tif 000006
【００８４】
但し、Ψa：最適Ｋeに対応する鎖交磁束、Ｌd：ｄ軸電機子のインダクタンス。
【００８５】
【数５】
2008061445.tif 000007
【００８６】
但し、Ｒa：ｄ軸電機子及びｑ軸電機子のコイル抵抗Ｒc以外の抵抗成分。
【００８７】
【数６】
2008061445.tif 000008
【００８８】
また、電動機１のトルクＴは、以下の式（７）で算出することができる。
【００８９】
【数７】
2008061445.tif 000009
【００９０】
但し、Ｐn：極対数。
【００９１】
また、電動機１の銅損Ｗcは以下の式（８）で算出することができ、電動機１の鉄損Ｗiは以下の式（９）で算出することができる。そして、電動機１の損失は以下の式（１０）で算出することができる。
【００９２】
【数８】
2008061445.tif 000010
【００９３】
【数９】
2008061445.tif 000011
【００９４】
【数１０】
2008061445.tif 000012
【００９５】
ここで、角速度ωとトルクＴrによる電動機１の作動状態が与えられたときに、損失Ｗlossを最小にする（電動機１の効率を最大にする）条件は以下の式（１１）となり、該条件は上記式（７）〜式（１０）により以下の式（１２）で与えられれる。
【００９６】
【数１１】
2008061445.tif 000013
【００９７】
【数１２】
2008061445.tif 000014
【００９８】
上記式（１２）の関係を満たすＩodが得られると、Ｉoqは上記式（７）から以下の式（１３）で与えられる。そして、ｄ軸電流Ｉdとｑ軸電流Ｉqは以下の式（１４）、式（１５）で与えられる。
【００９９】
【数１３】
2008061445.tif 000015
【０１００】
【数１４】
2008061445.tif 000016
【０１０１】
【数１５】
2008061445.tif 000017
【０１０２】
なお、Ｌd＝Ｌqの非突極型の電動機の場合の条件式は以下の式（１６）となり、Ｉodは角速度ωのみの関数として、以下の式（１７）で表される。
【０１０３】
【数１６】
2008061445.tif 000018
【０１０４】
【数１７】
2008061445.tif 000019
【０１０５】
次に、図１５（ａ）は、縦軸をｑ軸電流Ｉqとし横軸をｄ軸電流ＩdとしたＩd−Ｉq平面上に、電動機１の角速度ωが一定であるときに「最大効率制御」を実現するｄ軸電流Ｉdとｑ軸電流Ｉqの組み合わせ（Ｉd，Ｉq）（以下、電流ベクトルという）の軌跡である最大効率曲線Ｌ（Ｌ0，Ｌ1，Ｌ2，Ｌ3，Ｌ4）と、電動機１のトルクが一定となる電流ベクトルの軌跡である定トルク曲線Ｔ（Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3）を表したものである。
【０１０６】
図１５（ａ）において、Ｌ0はω＝ω0＝０の最大効率曲線、Ｌ1はω＝ω1の最大効率曲線、Ｌ2はω＝ω2の最大効率曲線、Ｌ3はω＝ω3の最大効率曲線、Ｌ4はω＝ω4＝∞の最大効率曲線である（ω0＜ω1＜ω2＜ω3＜ω4）。また、Ｔ1はＴr＝Ｔr1の定トルク曲線、Ｔ2はＴr＝Ｔr2の定トルク曲線、Ｔ3はＴr＝Ｔr3の定トルク曲線である。
【０１０７】
角速度ωが０であるとときは鉄損が０となるため、Ｌ0は銅損が最小となる最大トルク／電流曲線と一致する。また、最大効率曲線Ｌは、角速度ωの増加に従って図１５（ａ）の左方向に移動し（Ｌ0→Ｌ1→Ｌ2→Ｌ3→Ｌ4）、角速度ωが∞であるＬ4では鉄損に対して銅損が無視できるため、Ｌ4は鉄損が最小となる最大トルク／磁束曲線と一致する。そして、電動機１の作動条件としてあるトルク指令Ｔrxと角速度ωxが与えられたときに、「最大効率制御」を実現する電流ベクトルは、Ｔr＝Ｔrxの定トルク曲線とω＝ωxの最大効率曲線の交点となる。
【０１０８】
次に、ｄ軸電機子に生じる誘起電圧Ｖodとｑ軸電機子に生じる誘起電圧Ｖoqのベクトル和であるｄｑ誘起電圧Ｖoの大きさは以下の式（１８）で表され、ｄ軸電機子の端子間電圧とｑ軸電機子の端子間電圧のベクトル和である端子間電圧Ｖaの大きさは以下の式（１９）で表される。
【０１０９】
【数１８】
2008061445.tif 000020
【０１１０】
【数１９】
2008061445.tif 000021
【０１１１】
そして、等価弱め界磁制御により端子電圧Ｖaを制限電圧Ｖom以下に抑える制御が可能となる。誘起電圧Ｖoを制限電圧Ｖomに維持するとき、Ｖo＝Ｖomを上記式（１８）に代入して以下の式（２０）を得ることができる。
【０１１２】
【数２０】
2008061445.tif 000022
【０１１３】
上記式（２０）は、Ｉd−Ｉq平面上では楕円（定誘起電圧楕円）となる。定誘起電圧楕円は角速度ωが上昇するに従って径が減少していく。図１５（ｂ）は、縦軸をｑ軸電流Ｉqとし横軸をｄ軸電流ＩdとしたＩd−Ｉq平面上に、定誘起電圧楕円Ｎ（Ｎ1，Ｎ2，Ｎ3）と、定トルク曲線Ｔ（Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3）と、最大トルク／磁束曲線Ｌ3を表したものである。
【０１１４】
図１５（ｂ）において、Ｎ1はω＝ω1の定誘起電圧楕円、Ｎ2はω＝ω2の定誘起電圧楕円、Ｎ3はω＝ω3の定誘起電圧楕円である（ω1＜ω2＜ω3）。また、Ｔ1はＴr＝Ｔr1の定トルク曲線、Ｔ2はＴr＝Ｔr2の定トルク曲線、Ｔ3はＴr＝Ｔr3の定トルク曲線である。例えば、ω＝ω1という一定値であれば、電動機１の負荷が増加するに従って、制限電圧Ｖomの下での電流ベクトルは、図中の矢印Ａr3で示したように、ω＝ω1の定誘起電圧楕円Ｎ1上をＰ21→Ｐ22→Ｐ23と移動する。
【０１１５】
上記式（２０）より、角速度ω及びｑ軸電流Ｉqが与えられれば、以下の式（２１）の条件下で、ｄ軸電流Ｉdを以下の式（２２）及び式（２３）により求めることができる。
【０１１６】
【数２１】
2008061445.tif 000023
【０１１７】
【数２２】
2008061445.tif 000024
【０１１８】
【数２３】
2008061445.tif 000025
【０１１９】
このように、ｑ軸電流Ｉqに対して２種類のｄ軸電流Ｉdを算出することができるが、電流値が小さいほど好ましいので、図１５（ｂ）のＰ21，Ｐ22のような負荷状態では上記式（２２）によりＩdを算出し、負荷が増加してＩd＝−Ψa／Ｌdとなった後は上記式（２３）によりＩdを算出する。そして、電流ベクトルが最大トルク／磁束曲線Ｌ4との交点Ｐ23に達したときに、トルクが最大となる。
【０１２０】
また、電動機１の電機子に供給される電流が制限されるときは、制限電流Ｉamを半径とする定電流円（制限電流円）内で電動機１の運転が可能である。その際、定誘起電圧楕円上の電流ベクトルを選択して電動機１を作動させることが、電動機１の損失を最小にする運転方法である。
【０１２１】
以上説明した各種の条件の下で設定すべき電流ベクトルの指令値（Ｉd_c，Ｉq_c）の選択方法は、以下のようにまとめられる。
【０１２２】
［最大効率制御領域］誘起電圧Ｖoが低速度運転領域では制限電圧Ｖomまでの電圧に余裕があるため、制限電流Ｉamのみを考慮すればよい。このとき、電動機１の効率を最大とするには、上記式（１４），式（１５）によりｄ軸電流Ｉｄとｑ軸電流を算出すればよい（上記式（１２），式（１３）を満たすＩod，Ｉoqを用いる）。
【０１２３】
ここで、図１６（ａ）は、縦軸をｑ軸電流Ｉqとし横軸をｄ軸電流ＩdとしたＩd−Ｉq平面上に、最大効率曲線Ｌ（Ｌ10，Ｌ11，Ｌ12，Ｌ13，Ｌ14，Ｌ15，Ｌ16，Ｌ17，Ｌ18）と、定トルク曲線Ｔ（Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3）と、定誘起電圧楕円Ｎ（Ｎ10，Ｎ11，Ｎ12，Ｎ13，Ｎ14，Ｎ15）と、制限電流円ＡＭとを表したものである。
【０１２４】
図１６（ａ）において、Ｌ10はω＝ω10（＝０）の最大効率曲線（最大トルク／電流曲線）、Ｌ11はω＝ω11の最大効率曲線、Ｌ12はω＝ω12の最大効率曲線、Ｌ13はω＝ω13の最大効率曲線、Ｌ14はω＝ω14の最大効率曲線、Ｌ15はω＝ω15の最大効率曲線、Ｌ16はω＝ω16の最大効率曲線、Ｌ17はω＝ω17の最大効率曲線、Ｌ18はω＝ω18（＝∞）の最大効率曲線（最大トルク／磁束曲線）である（ω10＜ω11＜ω12＜ω13＜ω14＜ω15＜ω16＜ω17＜ω18）。
【０１２５】
また、Ｔ1はＴr＝Ｔr1の定トルク曲線、Ｔ2はＴr＝Ｔr2の定トルク曲線、Ｔ3はＴr＝Ｔr3の定トルク曲線である。また、Ｎ11はω＝ω11の定誘起電圧楕円、Ｎ12はω＝ω12の定誘起電圧楕円、Ｎ13はω＝ω13の定誘起電圧楕円、Ｎ14はω＝ω14の定誘起電圧楕円、Ｎ15はω＝ω15の定誘起電圧楕円、Ｎ16はω＝ω16の定誘起電圧楕円、Ｎ17はω＝ω17の定誘起電圧楕円である。
【０１２６】
「最大効率制御」におけるｄ軸電流Ｉdとｑ軸電流Ｉqの組み合わせは、図１６（ａ）の最大効率曲線Ｌとなる。最大効率曲線Ｌ上でｄ軸電流Ｉdとｑ軸電流Ｉqのベクトル和の大きさＩ（＝√（Ｉd2＋Ｉq2））が制限電流Ｉamとなるとき（Ｉ＝Ｉam）に、最大効率での発生トルクが最大となる。そして、電流位相を減少させていくと効率は最大ではなくなるが、最大トルク／電流曲線Ｌ10に近づきながらトルクが増大する。最大トルク発生時は、最大トルク／電流曲線Ｌ10と制限電流円ＡＭとの交点Ｐ52（Ｉda，Ｉqa）での電流設定となり、ＩdaとＩqaは以下の式（２４），式（２５）により算出することができる。
【０１２７】
【数２４】
2008061445.tif 000026
【０１２８】
【数２５】
2008061445.tif 000027
【０１２９】
このときの電機子鎖交磁束は以下の式（２６）で表され、ｄｑ誘起電圧Ｖo（＝ωΨoa）が制限電圧Ｖomに達する角速度ωbaseは以下の式（２７）で与えられる。
【０１３０】
【数２６】
2008061445.tif 000028
【０１３１】
【数２７】
2008061445.tif 000029
【０１３２】
図１６（ａ）では、最大トルク／電流曲線Ｌ10が制限電流円ＡＭと交わる点Ｐ52で、定誘起電圧楕円Ｎ10が交わっているため、ω11がωbaseとなり、ω11以上の角速度では電流ベクトル（Ｉd，Ｉq）をＰ52に制御することができなくなる。この場合、最大の発生トルクで電動機１を運転できる角速度の上限値（基底速度）ωbaseまでが、「定トルク運転領域」となる。この「定トルク運転領域」では、ｄｑ軸電流の大きさＩ及びｄｑ誘起電圧Ｖoは、Ｉ＝Ｉam、Ｖo＜Ｖomとなっている。
【０１３３】
図１６（ｂ）は図１６（ａ）を縦軸をトルク（Ｔr）に設定し、横軸を角速度（ω）に設定して表したものであり、ω＝０からω11の範囲が「定トルク運転領域」となる。
【０１３４】
［第１の等価弱め界磁領域］角速度がωbeseを超える速度領域では、制限電流Ｉamに加えて制限電圧Ｖomも考慮する必要がある。このとき、制限電圧Ｖomのみを考慮してトルクが最大となるのが、「最大トルク／磁束制御」である。「最大トルク／磁束制御」では制限電流Ｉamによる制限を考慮していないため、制限電流Ｉamによる制限を考慮すると適用範囲が限定される。すなわち、図１６（ａ）に示した最大トルク／磁束曲線Ｌ18が電流制限円ＡＭの内側に存在しない範囲では、「最大トルク／磁束制御」の適用は不可能である。
【０１３５】
ここで、点Ｐ52での運転（Ｉdq＝Ｉamでの「最大トルク／電流制御」）及び「最大トルク／磁束制御」ができない速度領域において、発生トルクが最大となるのは電流ベクトルを電流制限円ＡＭと定電圧制限楕円の交点Ｐ54（ω＝ω11の場合）やＰ56（ω＝ω12の場合）に制御したときであり、このときのｄ軸電流Ｉdbとｑ軸電流Ｉqbは以下の式（２８）、式（２９）により算出することができる。
【０１３６】
【数２８】
2008061445.tif 000030
【０１３７】
【数２９】
2008061445.tif 000031
【０１３８】
この制御モードは、等価弱め界磁制御において、ｄｑ軸電流Ｉdqを制限電流Ｉamとした場合に相当し、ｄｑ軸電流の大きさＩとｄｑ誘起電圧Ｖoは常にＩ＝Ｉam、Ｖo＝Ｖomとなっている。
【０１３９】
ここで、図１７（ａ）は、縦軸をｑ軸電流Ｉqとし横軸をｄ軸電流ＩdとしたＩd−Ｉq平面上に、最大トルク／電流曲線Ｑ20、最大トルク／磁束曲線Ｒ20、制限電流円ＡＭ、定誘起電圧楕円Ｎ20（ω＝ω20），Ｎ21（ω＝ω21），Ｎ22（ω＝ω22）を示したものである。また、図１７（ｂ）は図１７（ａ）を縦軸をトルク（Ｔr）に設定し横軸を角速度（ω）に設定して表したものである。
【０１４０】
Ψdmin＝Ψa−ＬdＩam≧０の場合、図１７（ａ）に示したように、最大トルク／磁束曲線Ｒ20が電流制限円ＡＭの外側に存在するため、「最大トルク／磁束制御」を適用することができない。したがって、定電圧制限楕円Ｎ22が電流制限円ＡＭと接する角速度ω22で、電流ベクトル（Ｉd，Ｉq）は点Ｐc（Ｉd＝−Ｉam，Ｉq＝０）に到達して電動機１の出力トルクが０となる（出力限界）。出力限界となる角速度ωc（図１７（ａ）ではω22）は以下の式（３０）、式（３１）で算出することができる。
【０１４１】
【数３０】
2008061445.tif 000032
【０１４２】
【数３１】
2008061445.tif 000033
【０１４３】
［第２の等価弱め界磁制御］次に、図１８（ａ）は図１７（ａ）と同様に、縦軸をｑ軸電流Ｉqとし横軸をｄ軸電流ＩdとしたＩd−Ｉq平面上に、最大トルク／電流曲線Ｑ30、最大トルク／磁束曲線Ｒ30、制限電流円ＡＭ、定誘起電圧楕円Ｎ30（ω＝ω30），Ｎ31（ω＝ω31）を示したものである。また、図１８（ｂ）は図１８（ａ）を縦軸をトルク（Ｔr）に設定し横軸を角速度（ω）に設定して表したものである。
【０１４４】
Ψdmin＝Ψa−ＬdＩam＜０の場合、図１８（ａ）に示したように、最大トルク／磁束曲線Ｒ30が電流制限円ＡＭの内側に存在するため、高速領域で「最大トルク／磁束制御」に移行することができる。ここで、制限電流Ｉamによる制限がなく制限電圧Ｖomによる制限のみを考慮して最大のトルク出力を得るには、「最大トルク／磁束制御」を適用すればよい。このときの電流ベクトル（Ｉdc，Ｉqc）は、最大トルク／磁束曲線Ｒ30と定誘起電圧楕円Ｎ31の交点として、以下の式（３２）〜式（３４）による角速度ωの関数により算出することができる。
【０１４５】
【数３２】
2008061445.tif 000034
【０１４６】
【数３３】
2008061445.tif 000035
【０１４７】
【数３４】
2008061445.tif 000036
【０１４８】
この場合、算出される電流ベクトル（Ｉd，Ｉq）＝（Ｉdc，Ｉqc）は、図１８（ａ）の最大トルク／磁束曲線Ｒ30上を速度の上昇に従って点Ｍに向かって移動する。この制御モードでは、ＩdqとＶdqは、Ｉdq＜Ｉam、Ｖo＝Ｖomとなっている。また、図１８（ｂ）では、図１７（ｂ）に対して算出可能な電流ベクトル（Ｉd，Ｉq）の範囲が拡大されている。
【０１４９】
次に、図１９〜図２２は、上述した図１６（ａ）の条件の下で、電動機１の角速度ωがω10（図１９（ａ）），ω11（図１９（ｂ）），ω12（図２０（ａ）），ω13（図２０（ｂ）），ω14（図２１（ａ）），ω15（図２１（ｂ）），ω16（図２２（ａ）），ω17（図２２（ｂ））である場合（ω10＜ω11＜ω12＜ω13＜ω14＜ω15＜ω16＜ω17）に設定可能な電流ベクトル（Ｉd，Ｉq）の軌跡を示したものである。
【０１５０】
図１９（ａ）では、電圧及び電流による制約を受けないため、電流ベクトル（Ｉd，Ｉq）の軌跡Ｖe1は、ω＝ω10の最大効率曲線（最大トルク／電流曲線）Ｌ10を電流制限円ＡＭとの交点Ｐ52まで移動する。この場合、「最大効率制御」により最大Ｔr3までのトルクを得ることができる。
【０１５１】
図１９（ｂ）では、電流ベクトル（Ｉd，Ｉq）の軌跡Ｖe2は、ω＝ω11の最大効率曲線Ｌ11と電流制限円ＡＭとの交点Ｐ53まで、Ｌ11上を移動して「最大効率制御」を行うことができる。そして、Ｐ53から電流による制約を受けるが、ω＝ω11の定誘起電圧楕円Ｎ11と電流制限円ＡＭが交わり電圧による制約を受けるようになるＰ52まで、電流制限円ＡＭ上で最大Ｔr3までのトルクを得ることができる。
【０１５２】
図２０（ａ）では、電流ベクトル（Ｉd，Ｉq）の軌跡Ｖe3は、ω＝ω12の最大効率曲線Ｌ12と電流制限円ＡＭとの交点Ｐ55まで、Ｌ12上を移動して「最大効率制御」を行うことができる。そして、Ｐ55から電流による制約を受けるが、ω＝ω12の定誘起電圧楕円Ｎ12と電流制限円ＡＭが交わり電圧による制約を受けるようになるＰ52まで、電動機１を作動させることができる。この場合、トルクＴr3を得ることができない。
【０１５３】
図２０（ｂ）では、電流ベクトル（Ｉd，Ｉq）の軌跡Ｖe4は、ω＝ω13の最大効率曲線Ｌ13と電流制限円ＡＭとの交点Ｐ57まで、Ｌ13上を移動して「最大効率制御」を行うことができる。そして、Ｐ57から電流による制約を受けるが、ω＝ω13の定誘起電圧楕円Ｎ13と電流制限円ＡＭが交わり電圧による制約を受けるようになるＰ56まで、電動機１を作動させることができる。この場合、得られる最大トルクは図２０（ａ）よりもさらに減少する。
【０１５４】
図２１（ａ）では、電流ベクトル（Ｉd，Ｉq）の軌跡Ｖe5は、ω＝ω14の最大効率曲線Ｌ14とω＝ω14の定誘起電圧楕円Ｎ14との交点Ｐ59まで、Ｌ14上を移動して「最大効率制御」を行うことができる。そして、Ｐ59から電圧による制約を受けるが、定誘起電圧楕円Ｎ14と電流制限円ＡＭが交わり電流による制約を受けるようになるＰ58まで、電動機１を作動させることができる。この場合、得られる最大トルクは図２０（ｂ）よりもさらに減少する。
【０１５５】
図２１（ｂ）では、電流ベクトル（Ｉd，Ｉq）の軌跡Ｖe6は、ω＝ω15の最大効率曲線Ｌ15とω＝ω15の定誘起電圧楕円Ｎ15がＰ75から重なっているため、電圧による制約を受けてＮ15上を移動し、「最大効率制御」を行うことができない。そして、定誘起電圧楕円Ｎ15と電流制限円ＡＭが交わり電流による制約を受けるようになるＰ60まで、電動機１を作動させることができる。この場合、得られる最大トルクは図２１（ａ）よりもさらに減少する。
【０１５６】
図２２（ａ）では、ω＝ω16の最大効率曲線Ｌ16がω＝ω16の定誘起電圧楕円Ｎ16の外側にあるため、電圧による制約を受けて「最大効率制御」を行うことができない。そして、電流ベクトル（Ｉd，Ｉq）の軌跡Ｖe7は、定誘起電圧楕円Ｎ16と電流制限円ＡＭが交わり電流による制約を受けるようになるＰ61まで、Ｎ16上を移動する。この場合、得られる最大トルクは図２１（ｂ）よりもさらに減少する。
【０１５７】
図２２（ｂ）では、ω＝ω17の最大効率曲線Ｌ17がω＝ω17の定誘起電圧楕円Ｎ17の外側にあるため、電圧による制約を受けて「最大効率制御」を行うことができない。そして、電流ベクトル（Ｉd，Ｉq）の軌跡Ｖe8は、定誘起電圧楕円Ｎ17と最大トルク／磁束曲線Ｌ18が交わるＰ62まで、Ｎ17上を移動する。この場合、得られる最大トルクは図２２（ａ）よりもさらに減少する。
【０１５８】
以上の説明に基き、図５のＳＴＥＰ５における電流指令算出部５０による電流指令値（ｄ軸電流の指令値Ｉd_c_及びｑ軸電流の指令値Ｉq_c）の設定処理について、図２３〜図２５に示したフローチャートに従って説明する。
【０１５９】
電流指令算出部５０は、図２３のＳＴＥＰ２０で、直流電源の出力電圧Ｖdcから制限電圧Ｖomを算出し、微分器７１（図１参照）により算出される電動機１の回転数Ｎmから電動機１の角速度ωを算出し、Ｋe指令算出部９０により算出された最適Ｋeであるときの鎖交磁束Ψaを算出する。
【０１６０】
そして、続くＳＴＥＰ２１で、上記式（７）及び式（１２）〜式（１５）にトルク指令Ｔr_cとＳＴＥＰ２０で算出した鎖交磁束Ψaを代入して、第１のｄｑ電流設定（Ｉd1，Ｉq1）を算出する。また、ＳＴＥＰ２２で上記式（６）の（Ｉd，Ｉq）＝（Ｉd1，Ｉq1）として、ｄｑ誘起電圧Ｖo1（本発明の第１のｄｑ判定電圧に相当する）を算出する。
【０１６１】
次のＳＴＥＰ２３で、電流指令算出部５０は、ｄｑ誘起電圧Ｖo1が制限電圧Ｖom以下であるか否かを判断し、ｄｑ誘起電圧Ｖo1が制限電圧Ｖom以下であるときはＳＴＥＰ２４に進み、ｄｑ誘起電圧Ｖo1が制限電圧Ｖomよりも高いときは図２５のＳＴＥＰ７０に分岐する。また、続くＳＴＥＰ２４で第１のｄｑ電流設定によるｄｑ軸電流の大きさ（√（Ｉd12＋Ｉq12）、本発明の第１のｄｑ判定電流に相当する）が制限電流Ｉam以下であるか否かを判断し、該ｄｑ軸電流の大きさが制限電流Ｉam以下であるときはＳＴＥＰ２５に進み、該ｄｑ軸電流の大きさが制限電流Ｉamよりも大きいときにはＳＴＥＰ３０に分岐する。
【０１６２】
ＳＴＥＰ２５に進んだ場合は、制限電圧Ｖom及び制限電流Ｉamによる制約を受けない作動条件であるので、「最大効率制御」の実行が可能である。そのため、ＳＴＥＰ２５で、電流指令算出部５０は、ＳＴＥＰ２１で算出した第１のｄｑ電流設定（Ｉd1，Ｉq1）をｄ軸電流及びｑ軸電流の指令値（Ｉd_c，Ｉq_c）とする。そして、ＳＴＥＰ２６に進み、電流指令算出部５０は電流指令値の算出処理を終了する。
【０１６３】
また、ＳＴＥＰ３０に分岐した場合は、制限電流Ｖomの制約は受けないが制限電流Ｉamによる制約を受ける作動条件である。そこで、ＳＴＥＰ３０で、電流指令算出部５０は、上記式（７）及び以下の式（３５）を満たす第２のｄｑ電流設定の算出が可能か否かを判断する。第２のｄｑ電流設定は、定トルク曲線と電流制限円との交点の電流ベクトルとなる。
【０１６４】
【数３５】
2008061445.tif 000037
【０１６５】
そして、第２のｄｑ電流設定の算出が可能であるときは図２４のＳＴＥＰ４０に分岐し、電流指令算出部５０は、第２のｄｑ電流設定による電流ベクトル（Ｉd2，Ｉq2）を算出する。また、ＳＴＥＰ４１で、電流指令算出部５０は、上記式（６）の（Ｉd，Ｉq）＝（Ｉd2，Ｉq2）としてｄｑ誘起電圧Ｖo2（本発明の第２のｄｑ判定電圧に相当する）を算出する。
【０１６６】
続くＳＴＥＰ４２で、電流指令算出部５０は、ｄｑ誘起電圧Ｖo2が制限電圧Ｖom以下であるか否かを判断する。そして、ｄｑ誘起電圧Ｖo2が制限電圧Ｖom以下であるときはＳＴＥＰ４３に進み、電流指令算出部５０は、ＳＴＥＰ４０で算出した第２のｄｑ電流設定（Ｉd2，Ｉq2）をｄ軸電流及びｑ軸電流の指令値（Ｉd_c，Ｉq_c）とする。そして、図２３のＳＴＥＰ２６に進み、電流指令算出部５０は電流指令値の算出処理を終了する。
【０１６７】
一方、ＳＴＥＰ４２でｄｑ誘起電圧Ｖoが制限電圧Ｖomよりも高いときにはＳＴＥＰ５０に分岐し、電流指令算出部５０は、上記式（２０）及び式（３５）による第３のｄｑ電流設定の算出が可能であるか否かを判断する。第３のｄｑ電流設定の算出が可能であるのは、以下の式（３６）の条件が成立する場合であり、第３のｄｑ電流設定は電流制限円と定誘起電圧楕円の交点の電流ベクトルとなる。
【０１６８】
【数３６】
2008061445.tif 000038
【０１６９】
そして、第３のｄｑ電流設定の算出が可能であるときはＳＴＥＰ５１に進み、電流指令算出部５０は、第３のｄｑ電流設定（Ｉd3，Ｉq3）を算出し、ＳＴＥＰ５２で該第３のｄｑ電流設定（Ｉd3，Ｉq3）をｄ軸電流及びｑ軸電流の指令値（Ｉd_c，Ｉq_c）とする。そして、図２３のＳＴＥＰ２６に進み、電流指令算出部５０は電流指令値の設定処理を終了する。
【０１７０】
また、ＳＴＥＰ５０で第３のｄｑ電流設定（Ｉd3，Ｉq3）の算出が不能であるときにはＳＴＥＰ６０に分岐し、電流指令算出部５０は、以下の式（３７），式（３８）により電流指令値を設定する。そして、図２３のＳＴＥＰ２６に進み、電流指令算出部５０は電流指令値の設定処理を終了する。
【０１７１】
【数３７】
2008061445.tif 000039
【０１７２】
【数３８】
2008061445.tif 000040
【０１７３】
また、ＳＴＥＰ３０で第２のｄｑ電流設定の算出が不能であるときはＳＴＥＰ３１に進み、電流指令算出部５０は、上記式（２４）及び式（２５）による第４のｄｑ電流設定（Ｉd4，Ｉq4）を算出する。第４のｄｑ電流設定は、電流制限円上を最大トルク／電流曲線との交点までの範囲で電流ベクトルを動させて最大のトルクを得る制御となる。そして、電流指令算出部５０は、ＳＴＥＰ３２で第４のｄｑ電流設定（Ｉd4，Ｉq4）を電流指令値に設定し、図２３のＳＴＥＰ２６に進んで電流指令値の設定処理を終了する。
【０１７４】
次に、図２３のＳＴＥＰ２３から図２５のＳＴＥＰ７０に分岐した場合は、第１のｄｑ電流設定（Ｉd1，Ｉq1）としたときのｄｑ誘起電圧Ｖo1が制限電圧Ｖomよりも高くなる作動条件となっている。この場合、電流指令算出部５０は、上記式（７）及び式（２０）の関係を満たす第５のｄｑ電流設定（Ｉd5，Ｉq5）の算出が可能であるか否かを判断する。なお、以下の式（３９）の条件が成立するときに、第５のｄｑ電流設定の算出が可能となる。
【０１７５】
【数３９】
2008061445.tif 000041
【０１７６】
そして、第５のｄｑ電流設定（Ｉd5，Ｉq5）の算出が可能であるときはＳＴＥＰ７１に進み、電流指令算出部５０は、第５のｄｑ電流設定（Ｉd5，Ｉq5）を算出し、続くＳＴＥＰ７２で、該第５のｄｑ電流設定による電流ベクトルの大きさ（√（Ｉd52＋Ｉq52）、本発明の第２のｄｑ判定電流に相当する）が制限電流Ｉam以下であるか否かを判断する。
【０１７７】
ＳＴＥＰ７２で、第５のｄｑ電流設定による電流ベクトルの大きさ（√（Ｉd52＋Ｉq52））が制限電流Ｉam以下であるときはＳＴＥＰ７３に進む。そして、電流指令算出部５０は、第５のｄｑ電流設定（Ｉd5，Ｉq5）を電流指令値に設定し、図２３のＳＴＥＰ２６に進んで電流指令値の設定処理を終了する。
【０１７８】
一方、ＳＴＥＰ７２で、第５のｄｑ電流設定による電流ベクトルの大きさ（√（Ｉd52＋Ｉq52））が制限電流Ｉamを越えるときには図２４のＳＴＥＰ５０に分岐する。そして、電流指令算出部５０は、上述したＳＴＥＰ５０〜ＳＴＥＰ５２又はＳＴＥＰ５０，ＳＴＥＰ６０の処理により電流指令値（Ｉd_c，Ｉq_c）を設定する。
【０１７９】
また、ＳＴＥＰ７０で第５のｄｑ電流設定の算出が不能であったときにはＳＴＥＰ８０に分岐し、電流指令算出部５０は、上記式（３２），式（３３）及び式（３４）による第６のｄｑ電流設定（Ｉd6，Ｉq6）を算出する。第６のｄｑ電流設定は、最大トルク／磁束曲線と定誘起電圧楕円の交点の電流ベクトルとなる。
【０１８０】
続くＳＴＥＰ８１で、電流指令算出部５０は、第６のｄｑ電流設定（Ｉd6，Ｉq6）による電流ベクトルの大きさ（√（Ｉd62＋Ｉq62）、本発明の第３のｄｑ判定電流に相当する）が制限電流Ｉam以下であるか否かを判断する。そして、第６のｄｑ電流設定（Ｉd6，Ｉq6）による電流ベクトルの大きさ（√（Ｉd62＋Ｉq62））が制限電流Ｉam以下であったときは、ＳＴＥＰ８２に進む。そして、電流指令算出部５０は、次のＳＴＥＰ８２で第６のｄｑ電流設定（Ｉd6，Ｉq6）を電流指令値（Ｉd_c，Ｉq_c）に設定して図２３のＳＴＥＰ２６に進み、電流指令値の設定処理を終了する。
【０１８１】
一方、ＳＴＥＰ８１で第６のｄｑ電流設定による電流ベクトルの大きさ（√（Ｉd62＋Ｉq62））が制限電流Ｉamよりも大きかったときには、図２４のＳＴＥＰ５０に分岐し、電流指令算出部５０は、上述したＳＴＥＰ５０〜ＳＴＥＰ５２又はＳＴＥＰ５０，ＳＴＥＰ６０の処理により電流指令値（Ｉd_c，Ｉq_c）を設定する。
【０１８２】
なお、本実施の形態では、図５のフローチャートにより、ＳＴＥＰ１〜ＳＴＥＰ４によって「最大効率制御」を実現するための最適Ｋeに応じたロータ位相差の制御を行った後に、ＳＴＥＰ５で最適Ｋeに基いて電流指令値（Ｉd_c，Ｉq_c）を設定したが、ＳＴＥＰ５の処理を行わない場合にも本発明の効果を得ることができる。
【０１８３】
また、本実施の形態では、図２３〜図２５のフローチャートにより、第１のｄｑ電流設定、第２のｄｑ電流設定、第３のｄｑ電流設定、第４のｄｑ電流設定、第５のｄｑ電流設定、及び第６のｄｑ電流設定により、電流指令値（Ｉd_c，Ｉq_c）を算出したが、第１のｄｑ電流設定のみ、第１のｄｑ電流設定と第２のｄｑ電流設定のみ、第１のｄｑ電流設定と第２のｄｑ電流設定と第３のｄｑ電流設定のみ、第１のｄｑ電流設定と第４のｄｑ電流設定のみ、第１のｄｑ電流設定と第５のｄｑ電流設定のみ、第１のｄｑ電流設定と第５のｄｑ電流設定と第３のｄｑ電流設定のみ、第１のｄｑ電流設定と第６のｄｑ電流設定のみ、第１のｄｑ電流設定と第６のｄｑ電流設定と第３のｄｑ電流設定のみのうちのいずれかによって、電流指令値（Ｉd_c，Ｉq_c）を算出する場合にも本発明の効果を得ることができる。
【０１８４】
また、本実施の形態では、図１に示したように、位相検出器２６によりロータ位相差を検出し、ロータ位相差の検出値θd_sから誘起電圧定数の検出値Ｋe_sを算出したが、ｄ軸電圧の指令値Ｖd_c、ｑ軸電圧の指令値Ｖq_c、ｄ軸電流の検出値Ｉd_s、及びｑ軸電流の検出値Ｉq_sから、誘起電圧定数Ｋeを推定する構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１８５】
【図１】本発明の電動機の制御装置の制御ブロック図。
【図２】図１に示した２重ロータを備えた電動機の構成図。
【図３】外側ロータと内側ロータの位相差を変更することによる効果の説明図。
【図４】外側ロータと内側ロータの位相差を変更することによる効果の説明図。
【図５】電動機の制御装置の全体的な動作を示すフローチャート。
【図６】ロータ位相差を変更することによる電動機の制御可能範囲の拡大効果の説明図。
【図７】ロータ位相差を変更することによる電動機の制御可能範囲の拡大効果の説明図。
【図８】ロータ位相差を変更することによる電動機の制御可能範囲の拡大効果の説明図。
【図９】最適な誘起電圧定数を決定するためのマップの作成手順の説明図。
【図１０】最適な誘起電圧定数を決定するためのマップの作成手順の説明図。
【図１１】最適な誘起電圧定数を決定するためのマップの作成手順の説明図。
【図１２】最適な誘起電圧定数を算出する処理のフローチャート。
【図１３】誘起電圧定数をロータ位相差に変換するマップの説明図。
【図１４】最適な電流指令値を決定する方法の説明図。
【図１５】最適な電流指令値を決定する方法の説明図。
【図１６】最適な電流指令値を決定する方法の説明図。
【図１７】最適な電流指令値を決定する方法の説明図。
【図１８】最適な電流指令値を決定する方法の説明図。
【図１９】最適な電流指令値を決定する方法の説明図。
【図２０】最適な電流指令値を決定する方法の説明図。
【図２１】最適な電流指令値を決定する方法の説明図。
【図２２】最適な電流指令値を決定する方法の説明図。
【図２３】最適な電流指令値を設定する処理のフローチャート。
【図２４】最適な電流指令値を設定する処理のフローチャート。
【図２５】最適な電流指令値を設定する処理のフローチャート。
【図２６】駆動側と回生側における界磁弱め制御の必要性の説明図。
【符号の説明】
【０１８６】
１…電動機、２…電動機の回転軸、１０…ステータ、１１…内側ロータ、１１ａ，１１ｂ…永久磁石、１２…外側ロータ、１２ａ，１２ｂ…永久磁石、２５…アクチュエータ、５０…電流指令算出部、８０…位相差制御部、９０…Ｋe指令算出部、９２…Ｋe算出部
【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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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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