(57)【要約】【課題】モータのインダクタンスの空間高調波を求める。【解決手段】３相交流モータＭの回転に同期して回転するｄ軸とｑ軸から成るｄｑ軸座標系においてモータＭの基本波電流を制御する基本波電流制御回路１００と、モータＭに流れる電流の基本波成分の周波数の整数倍の周波数で回転するｄｈ軸とｑｈ軸から成るｄｈｑｈ軸座標系においてモータＭの高調波電流を制御する高調波電流制御回路２００と、ｄｈｑｈ軸座標系において高調波電流を０に制御するための高調波制御電圧と、ｄｑ軸座標系における電流値と、モータＭの回転速度とに基づいて、モータＭのインダクタンスの空間高調波を算出する空間高調波演算器１０とを備える。【選択図】図１
2004023804.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３相交流モータの回転に同期して回転するｄ軸とｑ軸から成る直交座標系（以下、ｄｑ座標系と呼ぶ）において前記モータの基本波電流を制御する基本波電流制御手段と、
前記モータに流れる電流の基本波成分の周波数の整数倍の周波数で回転するｄｈ軸とｑｈ軸から成る直交座標系（以下、ｄｈｑｈ座標系と呼ぶ）において前記モータの高調波電流を制御する高調波電流制御手段と、
前記ｄｈｑｈ座標系において高調波電流を０に制御するための高調波制御電圧と、前記ｄｑ座標系における電流値と、前記モータの回転速度とに基づいて、前記モータのインダクタンスの空間高調波を算出する空間高調波算出手段とを備えることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のモータ制御装置において、
前記ｄｈｑｈ座標系では、前記モータのインダクタンスの空間高調波が直流量として表されることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のモータ制御装置において、
前記高調波制御電圧は、前記ｄｈｑｈ座標系における高調波電流を高調波電流指令値と一致させるための制御電圧であることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載のモータ制御装置において、
前記ｄｑ座標系における電流制御電圧に含まれる高調波成分を抽出する高調波成分抽出手段と、
前記ｄｑ座標系における電流制御電圧に含まれる高調波成分と、前記ｄｈｑｈ座標系における制御電圧とを加算する加算手段とをさらに備え、
前記空間高調波算出手段は、前記高調波制御電圧として前記加算手段による加算結果を用いて前記モータのインダクタンスの空間高調波を算出することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のモータ制御装置において、
前記空間高調波算出手段が前記モータのインダクタンスの空間高調波を算出する際に用いるｄｑ座標系における電流値は、前記ｄｑ座標系における電流指令値であることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれかに記載のモータ制御装置において、
前記モータに流れる３相交流電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段により検出された３相交流電流を前記ｄｑ座標系における電流値に変換する座標変換手段とをさらに備え、
前記空間高調波算出手段が前記モータのインダクタンスの空間高調波を算出する際に用いるｄｑ座標系における電流値は、前記座標変換手段により座標変換された電流値であることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載のモータ制御装置において、
前記空間高調波算出手段により算出されたインダクタンスの空間高調波を用いて前記モータの高調波速度起電力を推定する高調波速度起電力推定手段と、
前記高調波速度起電力推定手段により推定された高調波速度起電力を補償する補償手段とをさらに備えることを特徴とするモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、３相交流モータの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開２０００−３１２４９８号公報には、永久磁石型同期電動機のインダクタンスを電圧と電流の基本波の位相差から測定する手段が開示されており、また、同期電動機のインダクタンスをモータの等価回路方程式を用いて測定する手段が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の技術では、モータのインダクタンスが空間的に変化する場合、インダクタンスの基本波成分を測定することはできるが、空間高調波を測定することはできなかった。また、モータの高調波電流の制御を行う場合、インダクタンスの空間高調波の影響により、高調波電流の応答が遅くなるという問題もあった。
【０００４】
本発明の目的は、モータのインダクタンスの空間高調波を算出するモータ制御装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明によるモータ制御装置は、３相交流モータの回転に同期して回転するｄ軸とｑ軸から成る直交座標系（以下、ｄｑ座標系と呼ぶ）においてモータの基本波電流を制御する基本波電流制御手段と、モータに流れる電流の基本波成分の周波数の整数倍の周波数で回転するｄｈ軸とｑｈ軸から成る直交座標系（以下、ｄｈｑｈ座標系と呼ぶ）においてモータの高調波電流を制御する高調波電流制御手段と、ｄｈｑｈ座標系において高調波電流を０に制御するための高調波制御電圧と、ｄｑ座標系における電流値と、モータの回転速度とに基づいて、モータのインダクタンスの空間高調波を算出する空間高調波算出手段とを備えることにより、上記目的を達成する。
【０００６】
【発明の効果】
本発明によるモータ制御装置によれば、基本波電流制御手段と高調波電流制御手段と空間高調波算出手段とを備え、空間高調波算出手段は、ｄｈｑｈ座標系において高調波電流を０に制御するための高調波制御電圧と、ｄｑ座標系における電流値と、モータの回転速度とに基づいて、モータのインダクタンスの空間高調波を算出するので、特別な測定手段を設けることなく、モータを制御するための状態量に基づいて、インダクタンスの空間高調波を算出することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
−第１の実施の形態−
図１は、第１の実施の形態におけるモータ制御装置の構成を示す制御ブロック図である。第１の実施の形態のモータ制御装置は、基本波電流制御回路１００と高調波電流制御回路２００とを備えている。基本波電流制御回路１００は、３相同期モータＭに流れる電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗの励磁電流成分に対応するｄ軸とトルク電流成分に対応するｑ軸とからなる直交座標系、すなわち、モータ回転に同期して回転するｄｑ座標系でモータ電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗの基本波成分を制御する回路である。
【０００８】
高調波電流制御回路２００は、基本波電流制御回路１００のみでモータ電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを制御した場合に発生する所定次数の高調波成分の周波数で回転する直交座標系（以下、高調波座標系と呼ぶ）でモータ電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗに含まれる高調波成分を制御する回路である。高調波座標系は、換言すれば、モータ電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗの基本波成分の周波数の整数倍の周波数で回転する座標系である。
【０００９】
基本波電流制御回路１００は、ＰＩ−ｄｑ電流制御器１、ｄｑ／３相変換部２、非干渉制御部３、電力変換部４、３相／ｄｑ変換部５、位相速度演算部１２、減算器１３，１４および加算器１５，１６を備えている。減算器１３，１４は、ｄ軸，ｑ軸の実電流ｉｄ，ｉｑと電流指令値ｉｄ＊，ｉｑ＊との偏差（ｉｄ＊−ｉｄ），（ｉｑ＊−ｉｑ）を演算する。ＰＩ−ｄｑ電流制御器１は、減算器１３，１４で演算された基本波電流偏差（ｉｄ＊−ｉｄ），（ｉｑ＊−ｉｑ）をＰＩ（比例・積分）演算することにより、ｄｑ軸電圧指令値を算出する。
【００１０】
非干渉制御部３は、ｄｑ軸座標系における速度起電力を補償してｄｑ軸電流の応答性を改善するために、ｄｑ軸座標系の速度起電力を補償するためのｄ軸補償電圧Ｖｄ＿ｃｍｐとｑ軸補償電圧Ｖｑ＿ｃｍｐとを算出する。加算器１５，１６は、ＰＩ−ｄｑ電流制御器１の制御出力と、非干渉制御部３で演算されるｄ軸補償電圧Ｖｄ＿ｃｍｐ、ｑ軸補償電圧Ｖｑ＿ｃｍｐとをそれぞれ加算して、ｄ軸とｑ軸の基本波電圧指令値ｖｄ＊、ｖｑ＊を算出する。ｄｑ／３相変換部２は、３相交流モータＭの基本波電流の位相θｅに基づいて、ｄ軸とｑ軸の電圧指令値ｖｄ＊，ｖｑ＊を３相交流電圧指令値ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊に変換する。
【００１１】
加算器１７，１８，１９は、ｄｑ／３相変換部２で変換された３相交流電圧指令値ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊と、後述するｄｈｑｈ／３相変換部９で変換された３相交流電圧指令値ｖｕ’、ｖｖ’、ｖｗ’とをそれぞれ加算して、加算結果を電力変換部４に出力する。電力変換部４は、ＩＧＢＴなどの電力変換素子により、加算器１７，１８，１９で加算した電圧指令値にしたがって、バッテリなどの直流電源（不図示）の直流電圧をスイッチングし、３相交流電圧Ｕ、Ｖ、Ｗを３相交流モータＭに印加する。
【００１２】
エンコーダＰＳは、３相交流モータＭに連結され、モータＭの回転位置θｍを検出する。位相速度演算部１２は、エンコーダＰＳからの回転位置信号θｍに基づいて、基本波電流の位相θｅを演算するとともに、基本波電流の位相θｅに基づいて、ｄｑ／ｄｈｑｈ座標変換を行うための位相θｅｈを演算する。位相θｅｈは、ｄｑ軸での高調波の次数をｋとすると、次式（１）により求められる。
2004023804.tif 000003
【００１３】
図２は、高調波電流の３相交流座標における次数ｍとｄｑ軸座標における次数ｋとの関係を示す表である。例えば、３相交流座標にて５次高調波電流をｄｑ座標系に変換した場合、ｋ＝−６（＝−５−１）より、−６次高調波電流となる。
【００１４】
電流センサ２２，２３は、３相交流モータＭのＵ相とＶ相の実電流ｉｕ，ｉｖを検出する。３相／ｄｑ変換部５は、基本波電流位相θｅに基づいて、３相交流モータＭの実電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗ（＝−ｉｕ−ｉｖ）をｄ軸とｑ軸の実電流ｉｄ，ｉｑへ変換する。
【００１５】
高調波電流制御回路は、ハイパス・フィルタ６、ｄｑ／ｄｈｑｈ変換部７、ＰＩ−ｄｈｑｈ電流制御器８、ｄｈｑｈ／３相変換部９、空間高調波演算器１０、記憶装置１１および加算器２０，２１を備えている。ハイパス・フィルタ６は、ｄ軸，ｑ軸の実電流ｉｄ，ｉｑにフィルタ処理を施して高周波成分を抽出する。ｄｑ／ｄｈｑｈ変換部７は、上述した基本波電流制御回路のみでモータ電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを制御した場合に発生する所定次数の高調波成分の周波数で回転する直交座標系（高調波座標系）ｄｈｑｈを有し、ｄ軸，ｑ軸の実電流ｉｄ，ｉｑの高周波成分をそれぞれ、高調波座標系ｄｈｑｈの実電流ｉｄｈ，ｉｑｈに変換する。
【００１６】
減算器２０，２１は、ｄｈ軸とｑｈ軸の実電流ｉｄｈ，ｉｑｈと、電流指令値ｉｄｈ＊，ｉｑｈ＊との差を算出する。ＰＩ−ｄｈｑｈ電流制御器８は、減算器２０，２１によって減算された結果に基づいて、ｄｈ軸とｑｈ軸の高調波電圧指令値ｖｄｈ＊，ｖｑｈ＊を演算する。ｄｈｄｑ／３相変換部９は、ｄｈ軸高調波電圧指令値ｖｄｈ＊およびとｑｈ軸高調波電圧指令値ｖｑｈ＊をそれぞれ３相交流電圧指令値ｖｄ’，ｖｑ’に変換する。ｄｈｄｑ／３相変換部９で変換された３相交流電圧指令値ｖｄ’，ｖｑ’は、加算器１７，１８，１９にそれぞれ出力される。
【００１７】
空間高調波演算器１０は、ｄ軸，ｑ軸の実電流ｉｄ，ｉｑ、モータＭの電気的角速度ω、ＰＩ−ｄｑ電流制御器８で算出された高調波電圧指令値ｖｄｈ＊，ｖｑｈ＊に基づいて、モータＭのインダクタンスの空間高調波Ｌ２を算出する。インダクタンスの空間高調波Ｌ２の算出方法は後述する。算出されたインダクタンスの空間高調波Ｌ２は、記憶装置１１に記憶される。
【００１８】
同期モータの高調波電流発生の要因としては、インダクタンスの空間高調波と磁石磁束の高調波などが考えられる。埋込型永久磁石（ＩＰＭ）モータの場合、理想的には３相での自己インダクタンスは、図２に示すように、位相に対して正弦波で変化する。ＩＰＭモータのロータの形状などによっては、図３に示すように、インダクタンスが位相に対して歪みを持つ正弦波で変化し、このような歪み（空間高調波）が高調波電流の発生要因となる。以下では、インダクタンスの空間高調波について座標変換を行い、ｄｑ座標系とｄｈｑｈ座標系での回路方程式を導く。
【００１９】
３相交流における自己インダクタンスＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗは、空間高調波を考慮に入れると、次式（２）のように表せる。
2004023804.tif 000004
…（２）
【００２０】
上式（１）において、Ｌｏは３相同期モータＭのインダクタンスの直流分、Ｌｎ（ｎ＝１，２，…）はモータＭのインダクタンスの交流分、θｅはモータＭの電気角を表す。式（１）において、ｎ＝１の場合には、右辺第２項は一般的な内部埋め込み磁石構造を有するＩＰＭモータの突極性を表す項となり、ｎ≧２の場合の各相の自己インダクタンスＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗの高調波成分が高調波速度起電力の発生要因となる。
【００２１】
一般的なＩＰＭモータでは、ｄ軸インダクタンスＬｄおよびｑ軸インダクタンスＬｑは、Ｌ０とＬ１を用いて、それぞれ次式（３），（４）で表される。
2004023804.tif 000005
2004023804.tif 000006
【００２２】
ｄ軸、ｑ軸インダクタンスを用いて表される一般的なＩＰＭモータのｄｑ座標回路方程式は、次式（５）で表される。ただし、ＲはモータＭの電機子抵抗、ωはモータＭの電気的角速度、ｐは微分演算子を表している。また、φは磁石磁束による誘起電圧定数である。
2004023804.tif 000007
【００２３】
インダクタンスの空間高調波を表すｎ≧２の成分については、ｎの場合分けにより、次式（６），（７）の各項が式（５）の右辺に加わる形になる。
・ｎ＝１，４，７・・・の場合
2004023804.tif 000008
…（６）
・ｎ＝２，５，８・・・の場合
2004023804.tif 000009
…（７）
【００２４】
インダクタンスの空間高調波が高調波速度起電力として働き、これをｄｈｑｈ座標へ座標変換する際に、高調波の次数をインダクタンスの空間高調波の次数ｎを用いて位相θｅｈを求めると、これらの空間高調波は簡単な直流量として表すことができる。空間高調波は各次数ｎの和として表しているが、ここでは、そのうちの一つを取り出して表す。
・ｎ＝１，４，７・・・の場合
ｄｈｑｈ座標変換の変換に位相θｅｈ＝（２ｎ−２）θｅを用いて式（６）を変換すると、
2004023804.tif 000010
となる。
・ｎ＝２，５，８・・・の場合
ｄｈｑｈ座標変換の変換に位相θｅｈ＝−（２ｎ＋２）θｅを用いて式（７）を変換すると、
2004023804.tif 000011
となる。
【００２５】
ｄｑ座標系における回路方程式をｄｈｑｈ座標系の回路方程式として表すと、次式（１０）のようになる。ただし、式（１０）で表される回路方程式では、空間高調波成分を考慮していない。
2004023804.tif 000012
…（１０）
上式（１０）に、空間高調波の各項が右辺に加算される形でｄｈｑｈ座標の回路方程式が表される。
【００２６】
例えば、ｎ＝２の空間高調波を含むモータにおいて、θｅｈ＝−６θｅのｄｈｑｈ座標変換を行う場合、ｄｈｑｈ座標の回路方程式は次式（１１）で表される。
2004023804.tif 000013
【００２７】
ｄｈｑｈ座標系において、高調波電流指令値ｉｄｈ＊＝０，ｉｑｈ＊＝０の高調波電流制御を行った場合について考察する。高調波電流ｉｄｈ，ｉｑｈがともに０に制御されており、ｄ軸，ｑ軸電流が定常状態であるならば、式（１１）の空間高調波に関わる項での電流ｉｄ，ｉｑの微分値は０になる。式（１１）中のｅｄｈ，ｅｑｈの項は磁石の誘起電圧を表しているが、高調波電流制御では高調波電流を抽出して制御するだけであるから、ｄｑ軸で直流量として表される誘起電圧は高調波電流制御へ影響を及ぼさない。よって、ｄ軸，ｑ軸電流が定常状態の場合には、高調波電流を０に制御する電圧値のｄｈ軸成分ｖｄｈｗ，ｑｈ軸成分ｖｑｈｗとすると、式（１１）から次式（１２）が導かれる。
2004023804.tif 000014
…（１２）
【００２８】
上式（１２）より、モータの電気的角速度ω、ｄ軸電流ｉｄ、ｑ軸電流ｉｑとｖｄｈｗ，ｖｑｈｗが得られれば、インダクタンスの空間高調波を表すＬ２を次式（１３），（１４）から求めることができる。
2004023804.tif 000015
…（１３）
2004023804.tif 000016
…（１４）
【００２９】
ここで、高調波電流ｉｄｈ，ｉｑｈを０に制御する電圧ｖｄｈｗ，ｖｑｈｗが、ｄｈｑｈ座標系での高調波電圧指令値ｖｄｈ＊，ｖｑｈ＊と等しい場合には、モータＭの電気的角速度ω、ｄ軸電流ｉｄ、ｑ軸電流ｉｑ　、高調波電圧指令値ｖｄｈ＊，ｖｑｈ＊を用いて、インダクタンスの空間高調波を求めることができる。すなわち、空間高調波演算器１０は、３相／ｄｑ変換部９で変換されたｄ軸電流ｉｄおよびｑ軸電流ｉｑと、ＰＩ−ｄｈｑｈ電流制御器８で算出された高調波電圧指令値ｖｄｈ＊，ｖｑｈ＊と、モータＭの電気的角速度ωとを用いて、モータＭのインダクタンスの空間高調波Ｌ２を求めることができる。求めたモータＭのインダクタンスの空間高調波Ｌ２は、記憶装置１１に記憶される。
【００３０】
第１の実施の形態におけるモータ制御装置によれば、モータＭの制御に用いる各種状態量、すなわち、ｄ軸電流ｉｄ、ｑ軸電流ｉｑ、高調波電流ｉｄｈ，ｉｑｈを０に制御する電圧ｖｄｈｗ，ｖｑｈｗ、モータＭの電気的角速度ωを用いて、モータの等価回路方程式から、モータＭのインダクタンスの空間高調波を求めることができる。高調波電流ｉｄｈ，ｉｑｈを０に制御する電圧ｖｄｈｗ，ｖｑｈｗがｄｈｑｈ座標系での制御電圧ｖｄｈ＊，ｖｑｈ＊と等しい場合には、容易にインダクタンスの空間高調波Ｌ２を求めることができる。すなわち、基本波電流制御回路１００と高調波電流制御回路２００とを備えるモータ制御装置では、ｄ軸電流ｉｄ、ｑ軸電流ｉｑ、ｄｈｑｈ座標系での制御電圧ｖｄｈ＊，ｖｑｈ＊、モータＭの電気的角速度ωは、モータＭの制御を行うために通常求められるものであるから、特別な測定器を用いることなくモータＭのインダクタンスの空間高調波を求めることができる。
【００３１】
また、高調波電流制御回路でのｄｈｑｈ座標を、測定対象であるモータＭのインダクタンスの空間高調波を直流量として表せるように設定するので、等価回路方程式を簡易な形で表すことができ、より簡易にインダクタンスの空間高調波を算出することができる。
【００３２】
−第２の実施の形態−
第２の実施の形態におけるモータ制御装置は、ｖｄｈｗ，ｖｑｈｗが高調波電圧指令値ｖｄｈ＊，ｖｑｈ＊と一致しない場合に、ｖｄｈｗ，ｖｑｈｗをそれぞれ求めた後、モータＭのインダクタンスの空間高調波を算出する。高調波電流の周波数が低く、ＰＩ−ｄｑ電流制御器１がｄ軸，ｑ軸に含まれる高調波電流も含めてｄ軸電流およびｑ軸電流を制御できる周波数範囲では、ｖｄｈｗ，ｖｑｈｗは、ｖｄｈ＊，ｖｑｈ＊とはそれぞれ一致しない。すなわち、ｄ軸電流の制御電圧ｖｄ＊およびｑ軸電流の制御電圧ｖｑ＊にも、高調波電流を制御するための電圧成分が存在するので、この電圧成分を抽出して高調波電圧指令値ｖｄｈ＊，ｖｑｈ＊に加算することにより、精度の高いｖｄｈｗ，ｖｑｈｗを求めることができる。
【００３３】
図５は、第２の実施の形態におけるモータ制御装置の構成を示す図である。第２の実施の形態におけるモータ制御装置は、第１の実施の形態におけるモータ制御装置の構成に加えて、ｄ軸電流の制御電圧ｖｄ＊およびｑ軸電流の制御電圧ｖｑ＊の高調波成分ｖｄ＊ａ，ｖｑ＊ａを抽出するハイパスフィルタ６ａと、ハイパスフィルタ６ａで抽出した高調波成分ｖｄ＊ａ，ｖｑ＊ａをｄｑ座標系からｄｈｑｈ座標系に変換するｄｑ／ｄｈｑｈ変換部７ａとを備える。
【００３４】
ｄｑ／ｄｈｑｈ変換部７ａは、次式（１５）により、ハイパスフィルタ６ａにて抽出されたｖｄ＊ａとｖｑ＊ａをｄｈｑｈ座標系へ座標変換して、ｖｄｈａとｖｑｈａを求める。
2004023804.tif 000017
加算器２４は、ｄｈｑｈ座標での高調波電流制御電圧ｖｄｈ＊とｖｄｈａとを加算してｖｄｈｗを算出し、加算器２５は、ｄｈｑｈ座標での高調波電流制御電圧ｖｑｈ＊とｖｑｈａとを加算してｖｑｈｗを算出する。空間高調波演算器１０ａは、加算器２４，２５にて算出されたｖｄｈｗ，ｖｑｈｗと、ｄ軸電流ｉｄ、ｑ軸電流ｉｑ、モータＭの電気的角速度ωを用いて、式（１３），（１４）より、モータＭのインダクタンスの空間高調波を求める。求めたインダクタンスの空間高調波は、記憶装置１１に記憶される。
【００３５】
−モータの磁石磁束に歪みが存在する場合−
モータＭの磁石磁束に歪みが存在し、高調波電流の発生源となっている場合、磁石の誘起電圧ｅｄｈ，ｅｑｈの高調波次数によってはｄｈｑｈ座標において、インダクタンスの空間高調波による速度起電力と同様に直流量で表される。そのため、高調波電流を０に制御する電圧値のｄｈ軸成分ｖｄｈｗおよびｑｈ軸成分ｖｑｈｗは、式（１２）とは異なり、次式（１６）で表される。
2004023804.tif 000018
【００３６】
このような場合、式（１６）から磁石の誘起電圧ｅｄｈ，ｅｑｈのうち、直流量として表される分も考慮した式（１７），（１８）からインダクタンスの空間高調波を求めることができる。
2004023804.tif 000019
ここで、磁石の誘起電圧ｅｄｈ，ｅｑｈの大きさは、電力変換部４によりモータＭに電圧を印加せずに、他の駆動手段を用いてモータＭを回転させたときの誘起電圧などから測定することができる。
【００３７】
−第３の実施の形態−
第１の実施の形態および第２の実施の形態におけるモータ制御装置のように、モータＭのインダクタンスの空間高調波Ｌ２を算出することができれば、高調波速度起電力の補償制御が可能になる。ｄｈｑｈ座標系を次数ｋ＝−６で変換される座標に設定すると、インダクタンスの空間高調波ｎ＝２の成分が式（１２）のように速度起電力として表される。この高調波速度起電力は、電流制御系に対しては外乱として作用するので、電流の応答性を悪化させる要因となる。第３の実施の形態におけるモータ制御装置は、ｄｈｑｈ電流制御系において、高調波速度起電力を推定し、推定した高調波速度起電力を高調波制御出力電圧に加算して補償を行うことで、電流応答性を向上させる
【００３８】
図６は、第３の実施の形態におけるモータ制御装置の構成を示す図である。以下では、図１に示す第１の実施の形態におけるモータ制御装置と異なる構成部分を中心に説明する。高調波速度起電力推定器３０は、記憶装置１１ａに記憶されているインダクタンスの空間高調波Ｌ２、ｄ軸電流ｉｄ，ｑ軸電流ｉｑおよびモータＭの電気的角速度ωに基づいて、ｄｈ軸，ｑｈ軸の高調波速度起電力Ｋｄｈｗ，Ｋｑｈｗをそれぞれ推定する。なお、記憶装置１１ａに記憶されているインダクタンスの空間高調波Ｌ２は、上述した第１の実施の形態または第２の実施の形態で算出した方法により求めることができる。高調波速度起電力Ｋｄｈｗ，Ｋｑｈｗは、それぞれ次式（１９），（２０）で表される。
2004023804.tif 000020
【００３９】
高調波速度起電力推定器３０にて推定された高調波速度起電力Ｋｄｈｗ，Ｋｑｈｗは、加算器２６，２７に出力される。加算器２６は、ｄｈ軸の高調波速度起電力ＫｄｈｗとＰＩ−ｄｈｑｈ電流制御器８の制御出力値とを加算して、高調波電圧指令値ｖｄｈ＊を算出する。同様に、加算器２７は、ｑｈ軸の高調波速度起電力ＫｑｈｗとＰＩ−ｄｈｑｈ電流制御器８の制御出力値とを加算して、高調波電圧指令値ｖｑｈ＊を算出する。これにより、高調波速度起電力の補償制御を行うことができる。
【００４０】
図７は、高調波電流制御の応答結果を表す一例であり、横軸は時間、縦軸はｑｈ軸の高調波電流ｉｑｈを示している。図７は、時刻０．１（ｓｅｃ）の時に、高調波電流指令値ｉｑｈ＊＝０としたときの電流制御応答性を示しているが、高調波速度起電力の補償が無い場合に比べて、高調波速度起電力の補償がある場合の方が応答性が良いことが分かる。
【００４１】
−変形例−
高調波速度起電力推定器３０は、高調波速度起電力Ｋｄｈｗ，Ｋｑｈｗを推定する際に、式（１９），（２０）に示すように、電流センサ２２，２３で検出したモータＭの電流値ｉｄ，ｉｑを用いたが、ｄ軸電流指令値ｉｄ＊およびｑ軸電流指令値ｉｑ＊を用いてもよい。この場合のモータ制御装置の構成を図８に示す。高調波速度起電力推定器３０ａは、次式（２１），（２２）を用いて高調波速度起電力Ｋｄｈｗ，Ｋｑｈｗを推定する。
2004023804.tif 000021
【００４２】
第３の実施の形態におけるモータ制御装置によれば、算出されたモータＭのインダクタンスの空間高調波Ｌ２を用いて、高調波電流制御において外乱として作用する高調波速度起電力を推定し、推定した高調波速度起電力を用いて高調波速度起電力の補償制御を行うので、高調波電流制御の応答性を高め、モータＭの効率・性能を向上させることができる。
【００４３】
なお、以上の式（１１）〜（２２）はインダクタンスの空間高調波ｎ＝２を例にあげて説明をしたが、他のｎについても同様に、回路方程式からインダクタンスの空間高調波の値を求めることができる。
【００４４】
本発明は、上述した実施の形態に限定されることはない。例えば、第３の実施の形態におけるモータ制御装置の変形例では、高調波速度起電力Ｋｄｈｗ，Ｋｑｈｗを推定する際に、電流センサ２２，２３で検出したモータＭの電流値ｉｄ，ｉｑの代わりに、ｄ軸電流指令値ｉｄ＊およびｑ軸電流指令値ｉｑ＊を用いた。同様に、第１および第２の実施の形態におけるモータ制御装置において、ｄ軸，ｑ軸電流制御によってｉｄ，ｉｑが電流指令値ｉｄ＊，ｉｑ＊に収束している場合には、式（１３），（１４），（１７），（１８）のｉｄ，ｉｑの代わりに、ｉｄ＊，ｉｑ＊を用いてインダクタンス空間高調波を測定することもできる（次式（２３）〜（２６））。
・式（１３），（１４）にｉｄ＊，ｉｑ＊を用いた場合
2004023804.tif 000022
・式（１７），（１８）にｉｄ＊，ｉｑ＊を用いた場合
2004023804.tif 000023
この場合、電流センサ２２，２３で検出する電流に含まれる電流リプルやノイズなどの影響を受けることがなくなるので、精度良くインダクタンスの空間高調波を算出することができる。
【００４５】
また、モータ制御を行うモータＭは、上述した同期モータに限定されることはなく、誘導モータにも本発明によるモータ制御装置を適用することができる。
【００４６】
特許請求の範囲の構成要素と一実施の形態の構成要素との対応関係は次の通りである。すなわち、基本波電流制御回路１００が基本波電流制御手段を、高調波電流制御回路２００が高調波電流制御手段を、空間高調波演算器１０が空間高調波演算手段を、ハイパスフィルタ６ａが高調波成分抽出手段を、加算器２４，２５が加算手段を、電流センサ２２，２３が電流検出手段を、３相／ｄｑ変換部５が座標変換手段を、高調波速度起電力推定器３０が高調波速度起電力推定手段を、加算器２６，２７が補償手段をそれぞれ構成する。なお、本発明の特徴的な機能を損なわない限り、各構成要素は上記構成に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態におけるモータ制御装置の構成を示す図
【図２】高調波電流の３相交流座標系における次数ｍと、ｄｑ軸座標系における次数ｋとの関係を示す表
【図３】理想的なＩＰＭモータの自己インダクタンス
【図４】空間高調波を含むＩＰＭモータの自己インダクタンス
【図５】第２の実施の形態におけるモータ制御装置の構成を示す図
【図６】第３の実施の形態におけるモータ制御装置の構成を示す図
【図７】高調波速度起電力補償が有るときと無いときの高調波電流ｉｑｈの制御応答性結果を示す図
【図８】第３の実施の形態おけるモータ制御装置の変形構成例を示す図
【符号の説明】
１…ＰＩ−ｄｑ電流制御器、２…ｄｑ／３相変換部、３…非干渉制御部、４…電力変換部、５…３相／ｄｑ変換部、６…ハイパスフィルタ、７…ｄｑ／ｄｈｑｈ変換部、８…ＰＩ−ｄｑ電流制御器、９…ｄｈｑｈ／３相変換部、１０…空間高調波演算器、１１，１１ａ…記憶装置、１２…位相速度演算部、１３，１４，２０，２１…減算器、１５，１６，１７，１８，１９，２４，２５，２６，２７…加算器、２２，２３…電流センサ、３０，３０ａ…高調波速度起電力推定器、１００…基本波電流制御回路、２００…高調波電流制御回路、ＰＳ…エンコーダ、３相同期モータ
【図１】
2004023804.tif 000024
【図２】
2004023804.tif 000025
【図３】
2004023804.tif 000026
【図４】
2004023804.tif 000027
【図５】
2004023804.tif 000028
【図６】
2004023804.tif 000029
【図７】
2004023804.tif 000030
【図８】
2004023804.tif 000031