(57)【要約】【課題】  微小なトルクの軽負荷運転のとき、電源からの供給電力を零にすることにより、電源のエネルギー量の変動や無駄な損失を抑制する。【解決手段】  印加される直流電圧を交流電流に変換するインバータ１と、交流電流によって駆動されるＰＭモータ３と、入力されるトルク指令TmRefから得られるトルク電流指令IqRefに基づいて、インバータを制御する制御手段とからなるＰＭモータの駆動装置において、直流電圧に応じてインバータに入力される直流入力電流IdcINVを検出し、検出値を出力する電流検出器１０と、トルク指令TmRefが零近傍であるか否かを判定する軽負荷判定部１７と、判定の結果、トルク指令TmRefが零近傍の場合、当該検出値に基づいて直流入力電流IdcINVを零にするようにトルク電流指令IqRefを補正するための零電流制御部１６及び切り替え部１８とを備えている。【選択図】  図１
2007236016.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流を交流に変換するインバータと、
前記交流によって駆動される交流電動機と、
入力されるトルク指令から得られるトルク電流指令に基づいて、前記インバータを制御する制御手段とからなる交流電動機の駆動装置において、
前記インバータに入力される直流入力電流を検出し、検出値を出力する電流検出手段と、
前記トルク指令が零近傍であるか否かを判定する判定手段と、
前記判定の結果、前記トルク指令が零近傍の場合、前記検出値に基づいて前記直流入力電流を零にするように前記トルク電流指令を補正する電流指令補正手段と、
を備えたことを特徴とする交流電動機の駆動装置。
【請求項２】
請求項１に記載の交流電動機の駆動装置において、
充放電可能な電源としての二次電池又は電気二重層キャパシタからなり、前記直流電圧をインバータに供給する電源手段を備えたことを特徴とする交流電動機の駆動装置。
【請求項３】
請求項２に記載の交流電動機の駆動装置において、
前記電流検出手段は、前記電源手段の充放電電流を前記直流入力電流として検出することを特徴とする交流電動機の駆動装置。
【請求項４】
請求項１に記載の交流電動機の駆動装置において、
前記交流電動機は、永久磁石同期電動機であり、
前記電流指令補正手段は、弱め界磁制御時に動作することを特徴とする交流電動機の駆動装置。
【請求項５】
請求項１に記載の交流電動機の駆動装置において、
前記電流指令補正手段に代えて、
前記判定の結果、前記トルク指令が零近傍の場合、前記検出値に基づいて前記直流入力電流を零にするように前記トルク指令を補正するトルク指令補正手段を備えたことを特徴とする交流電動機の駆動装置。
【請求項６】
請求項１に記載の交流電動機の駆動装置において、
前記制御手段は、前記トルク電流指令と前記インバータの出力電圧の位相とに基づいて、前記インバータを制御するものであり、
前記電流指令補正手段に代えて、
前記判定の結果、前記トルク指令が零近傍の場合、前記検出値に基づいて前記直流入力電流を零にするように前記位相を補正する位相補正手段を備えたことを特徴とする交流電動機の駆動装置。
【請求項７】
請求項１に記載の交流電動機の駆動装置において、
前記制御手段は、前記トルク電流指令と前記インバータの出力電圧の周波数とに基づいて、前記インバータを制御するものであり、
前記電流指令補正手段に代えて、
前記判定の結果、前記トルク指令が零近傍の場合、前記検出値に基づいて前記直流入力電流を零にするように前記周波数を補正する周波数補正手段を備えたことを特徴とする交流電動機の駆動装置。
【請求項８】
直流を交流に変換するインバータと、
前記交流によって駆動される交流電動機と、
入力されるトルク指令に基づいて、前記インバータを制御する制御手段とからなる交流電動機の駆動装置において、
前記インバータから交流電動機に流れる交流電流及び前記インバータに印加される直流電圧に基づいて有効電力を算出し、得られた算出値を出力する電力算出手段と、
前記トルク指令が零近傍であるか否かを判定する判定手段と、
前記判定の結果、前記トルク指令が零近傍の場合、前記算出値に基づいて前記有効電力を零にするように前記トルク指令を補正するトルク指令補正手段と、
を備えたことを特徴とする交流電動機の駆動装置。
【請求項９】
請求項８に記載の交流電動機の駆動装置において、
前記制御手段は、前記トルク指令と前記インバータの出力電圧の位相とに基づいて、前記インバータを制御するものであり、
前記トルク指令補正手段に代えて、
前記判定の結果、前記トルク指令が零近傍の場合、前記検出値に基づいて前記有効電力を零にするように前記位相を補正する位相補正手段を備えたことを特徴とする交流電動機の駆動装置。
【請求項１０】
請求項８に記載の交流電動機の駆動装置において、
前記制御手段は、前記トルク指令と前記インバータの出力電圧の周波数とに基づいて、前記インバータを制御するものであり、
前記トルク指令補正手段に代えて、
前記判定の結果、前記トルク指令が零近傍の場合、前記検出値に基づいて前記有効電力を零にするように前記周波数を補正する周波数補正手段を備えたことを特徴とする交流電動機の駆動装置。
【請求項１１】
直流を交流に変換するインバータと、
前記交流によって駆動される交流電動機と、
入力されるトルク指令に基づいて、前記インバータを制御する制御手段とからなる交流電動機の駆動装置において、
前記インバータに印加される直流電圧を検出し、検出値を出力する電圧検出手段と、
前記トルク指令が零近傍であるか否かを判定する判定手段と、
前記判定の結果、前記トルク指令が零近傍の場合、前記検出値に基づいて前記直流電圧を目標値に維持するように前記トルク指令を補正するトルク指令補正手段と、
を備えたことを特徴とする交流電動機の駆動装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の交流電動機の駆動装置において、
充放電可能な電源としての二次電池又は電気二重層キャパシタからなり、前記直流電圧をインバータに供給する電源手段を備えたことを特徴とする交流電動機の駆動装置。
【請求項１３】
請求項１１に記載の交流電動機の駆動装置において、
前記電圧検出手段は、前記電源手段から印加される直流電圧を検出することを特徴とする交流電動機の駆動装置。
【請求項１４】
直流を交流に変換するインバータと、
前記交流によって駆動される交流電動機と、
入力されるトルク指令に基づいて、前記インバータを制御する制御手段とからなる交流電動機の駆動装置において、
前記インバータから交流電動機に流れる交流電流及び前記インバータに印加される直流電圧に基づいて前記インバータ及び前記交流電動機の損失を算出し、得られた算出値を出力する損失算出手段と、
前記トルク指令が零近傍であるか否かを判定する判定手段と、
前記判定の結果、前記トルク指令が零近傍の場合、前記算出値に基づいて前記損失を相殺するように前記トルク指令を補正するトルク指令補正手段と、
を備えたことを特徴とする交流電動機の駆動装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の交流電動機の駆動装置において、
前記制御手段は、前記トルク指令と前記インバータの出力電圧の位相とに基づいて、前記インバータを制御するものであり、
前記トルク指令補正手段に代えて、
前記判定の結果、前記トルク指令が零近傍の場合、前記検出値に基づいて前記損失を相殺するように前記位相を補正する位相補正手段を備えたことを特徴とする交流電動機の駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電動機の駆動装置に係り、例えば、微小なトルクの軽負荷運転のとき、電源からの供給電力を零にすることにより、電源のエネルギー量の変動や無駄な損失を抑制し得る交流電動機の駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、永久磁石同期電動機（ＰＭＳＭ: Permanent Magnet Synchronous Motor）などの交流電動機を駆動するための駆動装置が知られている。
【０００３】
図１３は従来の交流電動機の駆動装置の構成を説明するための模式図である。この駆動装置は、概略的には、バッテリー４からフィルタコンデンサ２を介して供給される直流電力をインバータ１によって可変電圧可変周波数に変換し、変換後の交流電力により、永久磁石同期電動機（以下、ＰＭモータ又はＰＭＳＭモータともいう）３を駆動するものである。
【０００４】
具体的には駆動装置は、直流電力を可変電圧可変周波数で変換可能なインバータ１を制御するため、電流検出器５、位置センサ６、電圧振幅演算部７、励磁電流指令演算部８、電圧検出器９、トルク電流指令演算部１１、電流制御部１２、座標変換器１３、ゲート指令演算部１４及び座標変換器１５を備えている。
【０００５】
ここで、トルク電流指令演算部１１は、与えられたトルク指令TmRefと、後述する励磁電流指令IdRefとに基づいて、トルク電流指令IqRefを算出し、このトルク電流指令IqRefを電流制御部１２に送出する。
【０００６】
一方、座標変換器１５は、電流検出器５により検出されたモータ相電流をＤＱ軸の電流値Id,Iqに変換し、このＤＱ軸の電流値Id,Iqを電流制御部１２に送出する。
【０００７】
電流制御部１２は、ＤＱ軸の検出電流Id,Iqに基づき、検出電流Id,Iqの各々が指令値IdRef, IqRefに追従するように、ＰＩ制御器などによってＤＱ軸でのインバータ出力電圧指令VdRef, VqRefを生成して電圧振幅演算部７及び座標変換器１３に出力する。
【０００８】
座標変換器１３は、ＤＱ軸座標上でのインバータ出力電圧指令VdRef, VqRefを、３相ＵＶＷ座標系上での電圧指令VuRef, VvRef, VwRef に変換してゲート指令演算部１４に出力する。ゲート指令演算部１４は、３相電圧指令VuRef, VvRef, VwRefに基づいて、インバータ１を構成するスイッチングデバイスのオンとオフのゲート指令を生成してインバータ１に出力する。
【０００９】
前述した座標変換器１３，１５の変換位相θは、ＰＭモータ３の回転軸に取り付けられたレゾルバなどの位置センサ６によって検出されたものである。
【００１０】
インバータ１の出力電圧指令が、インバータ１から出力し得る最大値を超えるような場合、高いトルク制御性を維持するように、励磁電流指令を補正する弱め界磁制御が作用する。
【００１１】
一方、電圧振幅演算部７は、ＤＱ軸のインバータ出力電圧指令VdRef, VqRefに基づき、出力電圧の大きさVdqRefを演算し、出力電圧の大きさVdqRefを励磁電流指令演算部８に出力する。
【００１２】
励磁電流指令演算部８は、電圧検出器９によって検出された直流電圧Vdcと、計算された出力電圧の大きさVdqRefを入力として、その直流電圧Vdcによって出力し得る出力電圧と、出力電圧指令VdqRefが一致するように、励磁電流指令IdRef を制御してトルク電流指令演算部１１及び電流制御部１２に出力する。例えば、励磁電流指令IdRefは次の（１）式のように制御される。
【数１】
2007236016.tif 000003
【００１３】
但し、Kp：比例ゲイン、Ki：積分ゲイン、s：ラプラス演算子。また、IdRef ＜ ０ であることが条件である。なお、出力電圧が小さい、すなわち、出力電圧指令VdqRefが小さい場合には、IdRef ＝ ０ とする。  
上記の弱め界磁制御は様々な方式が存在する。  
以上は、ＰＭＳＭモータに対するベクトル制御やＰＷＭ（パルス幅変調）制御といった周知の技術の適用例である。また、他にも従来の駆動装置としては、例えば特許文献１に詳細に説明されている。
【００１４】
以上のようなＰＭＳＭモータの駆動装置は、高効率性や小型化を図れるメリットから、ＨＥＶ(Hybrid Electric Vehicles：ハイブリッド電気自動車)、エレベータ、電車、汎用インバータ、などの広い分野で用いられている。
【００１５】
ＨＥＶなどでは、電源として、バッテリーなどの２次電池が備えられている。また今後、エネルギー蓄積要素として、電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ: Electric Double Layer Capacitor）が様々な分野のシステムに搭載されることが予想される。
【００１６】
しかしながら、２次電池やエネルギー蓄積要素は、限られたシステム空間に最大のエネルギーを蓄積するように設計されるので、エネルギー量が必ずしも十分とは言えない。
【００１７】
一方、システムにおいては、トルクが不要な、すなわち、ＰＭモータが駆動源として期待されない軽負荷の運転条件の場合、トルクが不要にも関わらず、励磁電流を流すことによる損失やモータの鉄損、インバータの電力などにより、微小な電力が消費される。しかしながら、トルクが不要であるのに電力が消費されることは好ましくない。特に、２次電池やエネルギー蓄積要素が電源となる場合、電源のエネルギー量が低減するので、無駄な損失を抑制したい。
【００１８】
また、トルク制御精度が十分でない場合、軽負荷状態で微小な回生状態となり、微小な電力が徐々に２次電池やエネルギー蓄積要素に回生され、そのエネルギー量の増大や電圧上昇を引き起こす。このような回生は、過電圧の保護動作につながる可能性がある。
【００１９】
一般に、ＨＥＶや電車、エレベータなど、ある程度の運転パターンを持つ用途では、将来の走行パターンを加味して、現時点でのエネルギー量を制御する場合がある。しかしながら、この種の用途においても、軽負荷状態で徐々にエネルギー量が変動していけば、エネルギー量の制御が破綻する心配がある。
【００２０】
特に、永久磁石同期電動機の駆動装置は、モータ誘起電圧がインバータで出力できる電圧範囲を超えた場合、磁束を弱める弱め界磁制御にて、大きな励磁電流を流す必要がある。このため、高速回転中に軽負荷運転が要求される場合、上述したエネルギーの微小な消費あるいは回生が問題となる。
【特許文献１】特開２０００−１１６１９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
以上説明したように、トルクが不要な軽負荷運転の場合、２次電池やエネルギー蓄積手段のエネルギー量の変動と、無駄な損失とをそれぞれ抑制したい要望がある。また、エネルギー量の変動の抑制は、軽負荷運転後にもエネルギー量を制御可能とする観点からも必要である。
【００２２】
本発明は上記実情を考慮してなされたもので、微小なトルクの軽負荷運転のとき、電源からの供給電力を零にすることにより、電源のエネルギー量の変動や無駄な損失を抑制し得る交流電動機の駆動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】
【００２３】
第１の発明は、直流を交流に変換するインバータと、前記交流によって駆動される交流電動機と、入力されるトルク指令から得られるトルク電流指令に基づいて、前記インバータを制御する制御手段とからなる交流電動機の駆動装置において、前記インバータに入力される直流入力電流を検出し、検出値を出力する電流検出手段と、前記トルク指令が零近傍であるか否かを判定する判定手段と、前記判定の結果、前記トルク指令が零近傍の場合、前記検出値に基づいて前記直流入力電流を零にするように前記トルク電流指令を補正する電流指令補正手段とを備えた、交流電動機の駆動装置である。
【００２４】
なお、第１の発明は、電流指令補正手段に代えて、前記判定の結果、前記トルク指令が零近傍の場合、前記検出値に基づいて前記直流入力電流を零にするように前記トルク指令を補正するトルク指令補正手段を備えてもよい。
【００２５】
第２の発明は、直流を交流に変換するインバータと、前記交流によって駆動される交流電動機と、入力されるトルク指令と前記インバータの出力電圧の位相とに基づいて、前記インバータを制御する制御手段とからなる交流電動機の駆動装置において、前記インバータから交流電動機に流れる交流電流及び前記インバータに印加される直流電圧に基づいて有効電力を算出し、得られた算出値を出力する電力算出手段と、前記トルク指令が零近傍であるか否かを判定する判定手段と、前記判定の結果、前記トルク指令が零近傍の場合、前記算出値に基づいて前記有効電力を零にするように前記位相を補正する位相補正手段とを備えた、交流電動機の駆動装置である。
【００２６】
第３の発明は、直流を交流に変換するインバータと、前記交流によって駆動される交流電動機と、入力されるトルク指令に基づいて、前記インバータを制御する制御手段とからなる交流電動機の駆動装置において、前記インバータに印加される直流電圧を検出し、検出値を出力する電圧検出手段と、前記トルク指令が零近傍であるか否かを判定する判定手段と、前記判定の結果、前記トルク指令が零近傍の場合、前記検出値に基づいて前記直流電圧を目標値に維持するように前記トルク指令を補正するトルク指令補正手段とを備えた、交流電動機の駆動装置である。
【００２７】
第４の発明は、直流を交流に変換するインバータと、前記交流によって駆動される交流電動機と、入力されるトルク指令に基づいて、前記インバータを制御する制御手段とからなる交流電動機の駆動装置において、前記インバータから交流電動機に流れる交流電流及び前記インバータに印加される直流電圧に基づいて前記インバータ及び前記交流電動機の損失を算出し、得られた算出値を出力する損失算出手段と、前記トルク指令が零近傍であるか否かを判定する判定手段と、前記判定の結果、前記トルク指令が零近傍の場合、前記算出値に基づいて前記損失を相殺するように前記トルク指令を補正するトルク指令補正手段とを備えた、交流電動機の駆動装置である。
【００２８】
（作用）
第１の発明においては、トルク指令が零近傍であるか否かを判定し、トルク指令が零近傍の場合、インバータへの直流入力電流を零にするようにトルク電流指令又はトルク指令を補正するので、微小なトルクの軽負荷運転のとき、電源からの供給電力を零にすることにより、電源のエネルギー量の変動や無駄な損失を抑制できる。
【００２９】
第２の発明においては、トルク指令が零近傍であるか否かを判定し、トルク指令が零近傍の場合、インバータへの有効電力を零にするようにインバータの出力電圧の位相を補正するので、微小なトルクの軽負荷運転のとき、電源からの供給電力を零にすることにより、電源のエネルギー量の変動や無駄な損失を抑制できる。
【００３０】
第３の発明においては、トルク指令が零近傍であるか否かを判定し、トルク指令が零近傍の場合、インバータへの直流電圧を目標値に維持するようにトルク指令を補正するので、微小なトルクの軽負荷運転のとき、電源からの供給電力を零にすることにより、電源のエネルギー量の変動や無駄な損失を抑制できる。
【００３１】
第４の発明においては、トルク指令が零近傍であるか否かを判定し、トルク指令が零近傍の場合、インバータ及び交流電動機の損失を相殺するようにトルク指令を補正するので、微小なトルクの軽負荷運転のとき、電源からの供給電力を零にすることにより、電源のエネルギー量の変動や無駄な損失を抑制できる。
【発明の効果】
【００３２】
以上説明したように本発明によれば、微小なトルクの軽負荷運転のとき、電源からの供給電力を零にすることにより、電源のエネルギー量の変動や無駄な損失を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明の各実施形態について図面を用いて説明する。なお、全ての実施形態は、微小なトルクの軽負荷運転のとき、電源からの供給電力を零にするようにインバータを制御することにより、電源のエネルギー量の変動や無駄な損失の抑制を図るものである。但し、各々の実施形態は、インバータを制御する方法が互いに異なっている。
【００３４】
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係る交流電動機の駆動装置の構成を示す模式図である。図１３と同様の要素には同一符号を付してその詳しい説明を省略し、ここでは異なる部分について主に述べる。なお、以下の各実施形態も同様にして重複した説明を省略する。
【００３５】
本実施形態は、軽負荷運転時に電源のエネルギー量の変動や無駄な損失の抑制を図る観点から、図１３に示した構成に加え、電流検出器１０、零電流制御部１６、軽負荷判定部１７及び切り替え器１８を備えている。
【００３６】
ここで、電流検出器１０は、バッテリー４からフィルタコンデンサ２を介してインバータ１に入力される直流入力電流IdcINVを検出し、得られた検出値を零電流制御部１６に送出するものである。また、バッテリー４は、直流電圧をインバータ１に印加するためのものであり、例えば、充放電可能な電源としての二次電池からなる。但し、バッテリー４としては、二次電池に限らず、例えば、充放電可能な電源としての電気二重層キャパシタを用いてもよい。これは、以下の各実施形態及び変形例でも同様である。
【００３７】
零電流制御部１６は、電流検出器１０から受けた検出値に基づいて、インバータ１に入力される直流入力電流IdcINVを零にするようにトルク電流指令IqRefを算出し、得られたトルク電流指令IqRefを切り替え器１８の１側に出力するものである。
【００３８】
軽負荷判定部１７は、トルク電流指令演算部１１に与えられるトルク指令TmRefの大きさに基づき、軽負荷であるか否かを判定するものである。具体的には、軽負荷判定部１７は、トルク電流指令演算部１１に与えられるトルク指令TmRefが零近傍であるか否かを判定する機能と、判定結果を示すフラグFlg_LightLoadを切り替え器１８に送出する機能とをもっている。
【００３９】
切り替え器１８は、軽負荷判定部１７による判定の結果、軽負荷の場合には零電流制御部１６と電流制御部１２とを接続し、軽負荷でない場合にはトルク電流指令演算部１１と電流制御部１２とを接続するものである。具体的には、切り替え器１８は、軽負荷判定部１７から受けたフラグFlg_LightLoadに基づいて、トルク指令TmRefが零近傍である場合には零電流制御部１６の出力端子に接続された１側と電流制御部１２の入力端子とを接続する機能と、トルク指令TmRefが零近傍ではない場合にはトルク電流指令演算部１１の出力端子に接続された０側と電流制御部１２の入力端子とを接続する機能とをもっている。
【００４０】
次に、以上のように構成された交流電動機の駆動装置の動作を説明する。  
いま、交流電動機の駆動装置は、前述した通り、バッテリー４からフィルタコンデンサ２を介して供給される直流電力をインバータ１によって可変電圧可変周波数に変換し、変換後の交流電力により、ＰＭモータ３を駆動しているとする。また、前述同様に、駆動装置は、各要素５〜９，１１〜１５により、インバータ１を制御しているとする。
【００４１】
但し、この駆動装置では、前述とは異なり、軽負荷運転のとき、電源からの供給電力を零にするための要素１０，１６〜１８が動作している。
【００４２】
具体的には、軽負荷判定部１７では、トルク指令TmRefの大きさに基づき、軽負荷であるか、否かを例えば、次式のように判定する。
【００４３】
if   ｜TmRef ｜ ＞ α                        （２）
Flg_LightLoad ＝ 0  
Else
Flg_LightLoad ＝ 1
但し、｜ｘ｜は、ｘの絶対値を得る演算であり、αは正の値とする。軽負荷状態であることを表すフラグをFlg_LightLoadとし、Flg_LightLoad ＝ 1で軽負荷、Flg_LightLoad ＝ 0で通常負荷と定義する。
【００４４】
軽負荷である場合(Flg_LightLoad＝1)、トルク電流指令IqRefは、切り替え器１８によって、零電流制御部１６より与えられるようになる。
【００４５】
零電流制御部１６では、電流検出器１０によって検出されたインバータ１への入力電流IdcINVが零になるように、トルク電流指令IqRefを、例えば、次式のようにＰＩ制御によって演算する。
【００４６】
IqRef ＝ (Kp・s ＋ Ki) /s ・ IdcINV                （３）
以上によれば、トルク指令の絶対値が小さくなり、軽負荷であると判定した場合、すなわち、トルクの出力が不要となる軽負荷運転時には、トルク指令TmRefに一致したトルクを出力するのではなく、インバータ１への入力電流が０になるように、トルク電流指令IqRefを制御する。ここで、トルク電流指令IqRefを変化させると、トルクが変化するので、結果的にトルクを補正している。
【００４７】
上述したように本実施形態によれば、トルク指令TmRefが零近傍であるか否かを判定し、トルク指令TmRefが零近傍の場合、インバータ１への直流入力電流IdcINVを零にするようにトルク電流指令IqRefを補正するので、微小なトルクの軽負荷運転のとき、電源からの供給電力を零にすることにより、電源のエネルギー量の変動や無駄な損失を抑制することができる。
【００４８】
補足すると、本実施形態においては、トルク不要な軽負荷状態において、電源側に対するエネルギー授受を零にでき、電源から見て不要なエネルギー消費（授受）をせず、システムとして省エネルギー運転を実行している。
【００４９】
また一般に、電源としてバッテリーを搭載した場合、エネルギー容量には限りがある。しかしながら、本実施形態では、トルク不要な運転状態において、エネルギー量の増減を抑制することにより、過電圧といった問題の回避や、その後の運転におけるエネルギー不足、あるいは、過剰（回生できなくなる）といった問題を回避し、最適なエネルギー管理を遂行することができる。
【００５０】
また一般に、ＰＭモータの駆動においては、弱め界磁状態での軽負荷時にも、励磁電流を流すことが必要で、エネルギー損失が生じる。ＰＭモータの駆動は、ＩＭモータの駆動に比べ、高効率というメリットがあると言われるが、この弱め界磁領域で軽負荷である場合には、ＩＭモータの方が電流値が小さく、低損失である。
【００５１】
しかしながら、本実施形態によれば、このような弱め界磁制御時に、電源からのエネルギー損失を抑えるため、電源系に対しては、高効率運転を維持することができる。
【００５２】
なお、本実施形態では、軽負荷か否かの判定はトルク指令TmRefの大きさを根拠とするが、これに限らず、無意味なバッテリーのように、電源からの無意味なエネルギー損失を抑制したい等の条件に応じて、軽負荷と判定する根拠を設定可能である。
【００５３】
また、本実施形態においては、電動機がＩＭ（誘導電動機）やＳＭ（同期電動機）のいずれであっても、同様にして、軽負荷運転時に、電源系からみたエネルギー損失を抑制することができる。
【００５４】
（第２の実施形態）
図２は本発明の第２の実施形態に係る交流電動機の駆動装置の構成を示す模式図である。本実施形態は、第１の実施形態の変形例であり、図１に示した構成に対し、バッテリー４とフィルタコンデンサ２との間にＤＣ／ＤＣチョッパ２０を備えた点と、零電流制御部１６とトルク電流指令演算部１１との間に加算器１９を備えた点との２点で大きく相違する。なお、第１の相違点は、バッテリー４とインバータ１との間にある回路（ＤＣ／ＤＣチョッパ２０等）での損失を避けるため、直接にバッテリー４の充放電電流IdcBATを０にするものであり、第２の相違点は、トルクを補正するために、トルク指令を補正するものである。２つの相違点の作用効果は互いに独立している。
【００５５】
また、ＤＣ／ＤＣチョッパ２０を備えた点に伴い、電流検出器１０による検出箇所を変更している。すなわち、電流検出器１０は、インバータ１直前の入力電流IdcINVを検出するのではなく、バッテリー４とＤＣ／ＤＣチョッパ２０との間で、バッテリー４からの充放電電流IdcBATを検出し、検出値を零電流制御部１６に送出している。
【００５６】
また、加算器１９を備えた点に伴い、切り替え器１８による切り替え箇所を変更している。すなわち、切り替え器１８は、トルク電流指令演算部１１の出力と零電流制御部１６の出力とを切り替えるのではなく、零電流制御部１６の出力と零値とを切り替えて、零電流制御部１６の出力又は零値をトルク指令への補正量TmCmpとして加算器１９に送出している。
【００５７】
換言すると、切り替え器１８は、軽負荷判定部１７による判定の結果、軽負荷の場合には零電流制御部１６と加算器１９とを接続し、軽負荷でない場合には零値を保持したメモリと加算器１９とを接続するものである。具体的には、切り替え器１８は、軽負荷判定部１７から受けたフラグFlg_LightLoadに基づいて、トルク指令TmRefが零近傍である場合には零電流制御部１６の出力端子に接続された１側と加算器１９の入力端子とを接続する機能と、トルク指令TmRefが零近傍ではない場合には零値を保持したメモリに接続された０側と加算器１９の入力端子とを接続する機能とをもっている。
【００５８】
加算器１９は、与えられるトルク指令TmRefに、切り替え器１８から出力されるトルク指令への補正量TmCmpを加算し、加算結果をトルク指令TmRefとしてトルク電流指令演算部１１に出力するものである。
【００５９】
なお、トルク電流指令演算部１１の出力IqRefは、第１の実施形態とは異なり、切り替え器１８を介さずに、電流制御器１２に入力される。
【００６０】
次に、以上のように構成された交流電動機の駆動装置の動作を説明する。
【００６１】
いま、交流電動機の駆動装置は、バッテリー４からＤＣ／ＤＣチョッパ２０及びフィルタコンデンサ２を介して供給される直流電力をインバータ１によって可変電圧可変周波数に変換し、変換後の交流電力により、ＰＭモータ３を駆動しているとする。また、前述同様に、駆動装置は、各要素５〜９，１１〜１５により、インバータ１を制御しているとする。
【００６２】
但し、この駆動装置では、前述とは異なり、軽負荷運転のとき、電源からの供給電力を零にするための要素１０，１６〜１９が動作している。
【００６３】
ここで、電流検出器１０は、バッテリー４とＤＣ／ＤＣチョッパ２０との間で、バッテリー４からの充放電電流IdcBATを検出し、検出値を零電流制御部１６に送出する。
【００６４】
零電流制御部１６は、この検出値に基づいて、バッテリー４の充放電電流IdcBATを零にするように、例えば次式に示すようにトルク指令の補正量TmCmpを算出する。
【００６５】
TmCmp ＝ (Kp・s ＋ Ki) /s ・ IdcBAT                （３’）
しかる後、零電流制御部１６は、得られたトルク指令の補正量TmCmpを切り替え器１８の１側に出力する。
【００６６】
一方、軽負荷判定部１７は、与えられるトルク指令TmRefが零近傍であるか否かを判定し、判定結果を示すフラグFlg_LightLoadを切り替え器１８に送出する。
【００６７】
切り替え器１８は、このフラグFlg_LightLoadに基づいて、トルク指令TmRefが零近傍である場合には零電流制御部１６の出力をトルク指令への補正量TmCmpとし、トルク指令TmRefが零近傍ではない場合にはメモリ内の零値をトルク指令への補正量TmCmpとして、いずれかの補正量TmCmpを加算器１９に送出する。
【００６８】
加算器１９は、与えられるトルク指令TmRefに、このトルク指令への補正量TmCmpを加算し、加算結果をトルク指令TmRefとしてトルク電流指令演算部１１に出力する。
【００６９】
これにより、トルク電流指令演算部１１に与えられるトルク指令TmRefは、軽負荷の場合には元のトルク指令TmRefに零電流制御部１６の出力を加算した値に補正される。なお、軽負荷でない場合には元のトルク指令TmRefに零値が加算されるので、トルク指令TmRefは補正されない。
【００７０】
よって、トルク電流指令演算部１１は、軽負荷の場合には、補正されたトルク指令TmRefと、励磁電流指令IdRefとに基づいて、バッテリー４の充放電電流IdcBATを零にするようにトルク電流指令IqRefを算出し、このトルク電流指令IqRefを電流制御部１２に送出する。
【００７１】
従って、駆動装置においては、このトルク電流指令IqRefに基づいて、バッテリー４の充放電電流IdcBATを零にするようにインバータ１を制御する。
【００７２】
上述したように本実施形態によれば、トルク指令TmRefが零近傍であるか否かを判定し、トルク指令TmRefが零近傍の場合、バッテリー４の充放電電流IdcBATを零にするようにトルク指令TmRefを補正するので、微小なトルクの軽負荷運転のとき、電源からの供給電力を零にすることにより、電源のエネルギー量の変動や無駄な損失を抑制できる。
【００７３】
補足すると、本実施形態においては、軽負荷状態となった場合、バッテリー４へのエネルギー授受を零にすることができる。従って、電源、すなわち、バッテリーなどの２次電池や、図示しないＥＤＬＣなどのエネルギー蓄積要素へのエネルギー授受を抑制することができる。
【００７４】
例えば、第１の実施形態では、インバータ１に流れる直流入力電流IdcINV（あるいは図２のＤＣ／ＤＣチョッパ２０とフィルタコンデンサ２の間を流れる直流入力電流IdcINV）を検出し、その直流入力電流IdcINVを零にすることは可能であるが、ＤＣ／ＤＣチョッパなど中間回路の損失（スイッチング損失）をバッテリー４から供給する必要がある。
【００７５】
一方、本実施形態によれば、直接にエネルギー源の充放電電流IdcBATを０にすることが可能であるため、軽負荷運転におけるエネルギー変動を最も低減することができる。
【００７６】
また、本実施形態では、トルク指令TmRefを直接に補正するので、ＰＭモータ３の出力トルクを制御することができる。なお、トルクを可変することで、インバータ直流側入力電流（電力）を制御できることは言うまでもない。
【００７７】
（第３の実施形態）
図３は本発明の第３の実施形態に係る交流電動機の駆動装置の構成を示す模式図である。本実施形態は、第１の実施形態の変形例であり、図１に示した構成に対し、電流検出部１０及び零電流制御部１６を省略し、電力演算部２１及び零電力制御部２２を備えた点と、零電力制御部２２の出力側を切り替え器１８及び加算器１９を介して位置センサ６の出力側に接続した点との２点で大きく相違する。なお、第１の相違点は、インバータでの電力に基づいてトルクを補正するものであり、第２の相違点は、トルクを補正するために磁極位相を補正するものである。２つの相違点の作用効果は互いに独立している。
【００７８】
ここで、電力演算部２１は、インバータ１からＰＭモータ３に流れる交流電流及びインバータ１に印加される直流電圧に基づいて有効電力を算出し、得られた算出値PowerINV を零電力制御部２２に出力するものである。具体的には電力演算部２１は、座標変換器１５から出力されたＤＱ軸の電流値Id,Iqと、電流制御部１２から出力されたＤＱ軸電圧電圧指令VdRef,VqRefに基づいて、インバータの電力PowerINV を算出している。ここで、インバータの電力PowerINV とは、モータの機械出力、モータの銅損・鉄損などの損失あるいは漂遊負荷損、また、インバータ自体の損失を含むものである。
【００７９】
零電力制御部２２は、電力演算部２１から受けた算出値PowerINV に基づいて、インバータの電力PowerINV を零にするように磁極位相の補正量θCmpを算出し、この補正量θCmpを切り替え器１８の１側に出力するものである。
【００８０】
切り替え器１８は、軽負荷判定部１７から受けたフラグFlg_LightLoadに基づいて、トルク指令TmRefが零近傍である場合には零電力制御部２２の出力端子に接続された１側と加算器１９の入力端子とを接続する機能と、トルク指令TmRefが零近傍ではない場合には零値を保持したメモリに接続された０側と加算器１９の入力端子とを接続する機能とをもっている。
【００８１】
加算器１９は、位置センサ６により検出された磁極位相θに、切り替え器１８から出力される磁極位相の補正量θCmpを加算し、加算結果を磁極位相θとして座標変換器１３，１５に出力するものである。
【００８２】
次に、以上のように構成された交流電動機の駆動装置の動作を説明する。
【００８３】
いま、交流電動機の駆動装置は、バッテリー４からフィルタコンデンサ２を介して供給される直流電力をインバータ１によって可変電圧可変周波数に変換し、変換後の交流電力により、ＰＭモータ３を駆動しているとする。また、前述同様に、駆動装置は、各要素５〜９，１１〜１５により、インバータ１を制御しているとする。
【００８４】
さらに、駆動装置では、軽負荷運転のとき、電源からの供給電力を零にするための要素１７〜１９，２１，２２が動作している。
【００８５】
ここで、電力演算部２１は、インバータの電力を、ＤＱ軸電圧指令VdRef, VqRef、ＤＱ軸検出電流値Id,Iqに基づき算出している。簡単には、例えば、次式のように示される（ここではインバータ自体の損失はないと仮定する）。
【００８６】
PowerINV ＝ VdRef × Id  ＋ VqRef × Iq        （４）
このインバータの電力を求める方法は、様々であって、本実施形態では、それを限定するものではない。
【００８７】
しかる後、電力演算部２１は、得られた算出値PowerINVを零電力制御部２２に送出する。
【００８８】
零電力制御部２２では、この算出値PowerINVに基づいて、インバータの電力PowerINVが零になるように、ＰＩ制御などによって、座標系の位相θ、すなわち、磁極位相の（読み込み値の）補正量θCmpを算出する。この位相の補正量θCmpは切り替え器１８の１側に出力される。
【００８９】
切り替え器１８は、軽負荷判定部１７からのフラグFlg_LightLoadに基づいて、トルク指令TmRefが零近傍である場合には零電力制御部２２の出力を磁極位相の補正量θCmpとし、トルク指令TmRefが零近傍ではない場合にはメモリ内の零値を磁極位相の補正量θCmpとして、いずれかの補正量θCmpを加算器１９に送出する。
【００９０】
加算器１９は、与えられる磁極位相θに、この磁極位相への補正量θCmpを加算し、加算結果を磁極位相θとして座標変換器１３，１５に出力する。
【００９１】
これにより、座標変換器１３，１５に与えられる磁極位相θは、軽負荷の場合には元の磁極位相θに零電力制御部２２の出力を加算した値に補正される。なお、軽負荷でない場合には元の磁極位相θに零値が加算されるので、磁極位相θは補正されない。
【００９２】
従って、駆動装置においては、軽負荷の場合には補正された磁極位相θに基づいて、インバータの電力PowerINVを零にするようにインバータ１を制御する。
【００９３】
上述したように本実施形態によれば、トルク指令TmRefが零近傍であるか否かを判定し、トルク指令TmRefが零近傍の場合、インバータ１への有効電力PowerINVを零にするようにインバータ１の出力電圧の位相θを補正するので、微小なトルクの軽負荷運転のとき、電源からの供給電力を零にすることにより、電源のエネルギー量の変動や無駄な損失を抑制できる。
【００９４】
補足すると、本実施形態においては、インバータ１の電力を、電動機駆動として元来必要な電圧指令やモータ電流から演算し、この電力演算値が０になるようにトルクを補正している。インバータ１の入力電流は、インバータ１の電力に応じて流れるため、インバータ１の電力自体を零にするよう制御すれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。特に、余分な直流検出器を用いない分、システムの小型・軽量・低コスト化を図ることができる。
【００９５】
また、本実施形態においては、トルクを補正する手段として、磁極位相を補正している。補正しない場合、Ｄ軸は磁石軸に一致しているが、磁極位相を補正することで、Ｄ軸と磁石軸を不一致にすることに相当する。同一の電流を流すことを仮定すれば、Ｄ軸と磁石軸の位相角を変えることは、電流と磁束の角度を変化させることに相当する。
【００９６】
なお、本実施形態では、ＰＭモータ３を対象に例を示している。このため、零電力制御部２２は、出力電圧の位相角を補正しているが、これに限定されない。例えば図４に示すように、誘導電動機（IM: Induction motor）３’などを対象にするように変形してもよい。誘導電動機３’が対象の場合、出力電圧の周波数ｆを補正することが適している。
【００９７】
このような変形例としても、トルク指令TmRefが零近傍であるか否かを判定し、トルク指令TmRefが零近傍の場合、インバータ１への有効電力PowerINVを零にするようにインバータ１の出力電圧の周波数ｆを補正するので、微小なトルクの軽負荷運転のとき、電源からの供給電力を零にすることにより、電源のエネルギー量の変動や無駄な損失を抑制できる。
【００９８】
（第４の実施形態）
図５は本発明の第４の実施形態に係る交流電動機の駆動装置の構成を示す模式図である。本実施形態は、第２の実施形態の変形例であり、図２に示した構成に対し、電流検出部１０及び零電流制御部１６を省略し、定電圧制御部２３及び電圧検出器２４を備えた点で相違する。この相違点は、バッテリー４の直流電圧VdcBATに基づいてトルク指令TmRefを補正するためのものである。
【００９９】
ここで、定電圧制御部２３は、電圧検出器２４から受けたバッテリー４の直流電圧の検出値VdcBATと、軽負荷判定部１７から受けたフラグFlg_LightLoadとに基づいて、バッテリー４の直流電圧VdcBATを目標値に維持するようにトルク指令の補正量TmCmpを算出し、この補正量TmCmpを切り替え器１８の１側に出力するものである。
【０１００】
具体的には定電圧制御部２３は、図６に示すように、目標値保持部２５、切り替え器２６、減算器２７及びＰＩ制御器２８を備えている。
【０１０１】
目標値保持部２５は、切り替え器２６の出力を今回の目標値として保持すると共に、前回の目標値を切り替え器２６の１側に出力するものである。切り替え器２６の１側が減算器２７に接続される場合、目標値保持部２５は、前回値の記憶器として機能する。
【０１０２】
切り替え器２６は、軽負荷判定部１７から受けたフラグFlg_LightLoadに基づいて、トルク指令TmRefが零近傍である場合には目標値保持部２５の出力端子に接続された１側と減算器２７の正側入力端子とを接続する機能と、トルク指令TmRefが零近傍ではない場合には電圧検出器２４に接続された０側と減算器２７の正側入力端子とを接続する機能とをもっている。
【０１０３】
減算器２７は、切り替え器２６から出力される直流電圧の目標値VdcBATRefから、電圧検出器２４から受ける検出値VdcBATを減算し、減算結果を電圧偏差としてＰＩ制御部２８に送出するものである。
【０１０４】
ＰＩ制御器２８は、軽負荷判定部１７から受けたフラグFlg_LightLoadに基づいて、トルク指令TmRefが零近傍である場合には減算器２７から受けた電圧偏差を零にするようにトルク指令の補正量TmCmpを算出し、この補正量TmCmpを切り替え器１８の１側に出力する機能と、トルク指令TmRefが零近傍ではない場合にはＰＩ制御の積分器（図示せず）を０にクリアする機能とをもっている。
【０１０５】
なお、切り替え器１８は、軽負荷判定部１７から受けたフラグFlg_LightLoadに基づいて、トルク指令TmRefが零近傍である場合には定電圧制御部２３の出力端子に接続された１側と加算器１９の入力端子とを接続する機能と、トルク指令TmRefが零近傍ではない場合には零値を保持したメモリに接続された０側と加算器１９の入力端子とを接続する機能とをもっている。
【０１０６】
次に、以上のように構成された交流電動機の駆動装置の動作を説明する。
【０１０７】
いま、交流電動機の駆動装置は、バッテリー４からＤＣ／ＤＣチョッパ２０及びフィルタコンデンサ２を介して供給される直流電力をインバータ１によって可変電圧可変周波数に変換し、変換後の交流電力により、ＰＭモータ３を駆動しているとする。また、前述同様に、駆動装置は、各要素５〜９，１１〜１５により、インバータ１を制御しているとする。
【０１０８】
さらに、この駆動装置では、軽負荷運転のとき、電源からの供給電力を零にするための要素１７〜１９，２３〜２８が動作している。
【０１０９】
ここで、電圧検出器２４は、バッテリー４とＤＣ／ＤＣチョッパ２０との間で、バッテリー４の直流電圧VdcBATを検出し、検出値を定電圧制御部２３に送出する。
【０１１０】
定電圧制御部２３では、軽負荷と判定された場合（Flg_LightLoad＝1）、バッテリー電圧をその目標値に維持しようとする。目標値VdcBATRefは、軽負荷でないと判定された場合、バッテリ電圧VdcBATがそのまま、切り替え器２６によって、セットされる。軽負荷と判断された場合、切り替え器２６は、目標値保持部２５から受ける目標値の前回値を選択出力し、前回の値を維持することになる。すなわち、軽負荷でない通常状態から、軽負荷へと切り替わったときの電圧を記憶し、目標値として出力する。
【０１１１】
減算器２７では、目標電圧値VdcBATRef から、検出されたバッテリー電圧値VdcBATが減算され、ＰＩ制御器２８へ入力される。
【０１１２】
ＰＩ制御器２８は、入力の電圧偏差が０になるように、トルクへの補正量を定電圧制御器２３から出力する。但し、軽負荷でない場合（Flg_LightLoad＝0）、ＰＩ制御の積分器は０にクリアすることが望ましい。
【０１１３】
定電圧制御器２３の出力は、切り替え器１８に入力される。切り替え器１８は、軽負荷の場合（Flg_LightLoad＝1）には、定電圧制御器２３の出力をトルク指令への補正量TmCmpとして加算器１９に出力するとして、軽負荷でない場合（Flg_LightLoad＝0）には、零値をトルク指令への補正量TmCmpとして加算器１９に出力する。
【０１１４】
これにより、加算器１９を介してトルク電流指令演算部１１に与えられるトルク指令TmRefは、軽負荷の場合には元のトルク指令TmRefに定電圧制御部２３の出力を加算した値に補正される。なお、軽負荷でない場合には元のトルク指令TmRefに零値が加算されるので、トルク指令TmRefは補正されない。
【０１１５】
よって、トルク電流指令演算部１１は、軽負荷の場合には、補正されたトルク指令TmRefと、励磁電流指令IdRefとに基づいて、バッテリー４の直流電圧VdcBATを目標値VdcBATRefに維持するようにトルク電流指令IqRefを算出し、このトルク電流指令IqRefを電流制御部１２に送出する。
【０１１６】
従って、駆動装置においては、このトルク電流指令IqRefに基づいて、バッテリー４の直流電圧VdcBATを目標値VdcBATRefに維持するようにインバータ１を制御する。
【０１１７】
上述したように本実施形態によれば、トルク指令TmRefが零近傍であるか否かを判定し、トルク指令TmRefが零近傍の場合、インバータ１への直流電圧VdcBATを目標値VdcBATRefに維持するようにトルク指令TmRefを補正するので、微小なトルクの軽負荷運転のとき、電源からの供給電力を零にすることにより、電源のエネルギー量の変動や無駄な損失を抑制できる。
【０１１８】
補足すると、本実施形態は、他の実施形態とは異なり、インバータ１やバッテリー４の直流電流IdcINV, IdcBATを零にするものではなく、バッテリー４の直流電圧VdcBATを目標値に維持するように制御するものである。ここで、目標値は、軽負荷状態になった時点の値である。すなわち、本実施形態では、軽負荷状態になった状態から、電源（本実施形態ではバッテリー４）とのエネルギー授受が無いことになる。つまり、電源からの入力電流を零にすることは、このようなエネルギー蓄積装置などの電圧の変化が起こらない状態に相当するものである。
【０１１９】
電源の電圧変動がないことは、電源から流出する不要な損失を抑えている、あるいは、微小な回生を抑制するという点で、第１の実施形態と同様な効果を得ることができる。
【０１２０】
なお、本実施形態では、エネルギー蓄積要素としてのバッテリー４の直流電圧VdcBATに基づくものであるが、インバータ１の直流入力電圧VdcINVを検出しても同様な効果を得ることができる。但し、第２の実施形態で説明したように、ＤＣ／ＤＣチョッパ２０など、インバータ１と電源との間に中間回路が入る場合、電源側の直流電圧VdcBATを検出した方が、効果が顕著となる。
【０１２１】
（第５の実施形態）
図７は本発明の第５の実施形態に係る交流電動機の駆動装置の構成を示す模式図である。本実施形態は、第３の実施形態の変形例であり、図３に示した構成に対し、切り替え器１８、加算器１９、電力演算部２１及び零電力制御部２２を省略し、切り替え器２９、損失演算部３０、トルク補正量演算部３１及び速度演算部３２を備えた点と、トルク指令TmRefの入力側及びトルク補正量演算部３１の出力側を切り替え器２９を介してトルク電流指令演算部１１の入力側に接続した点との２点で大きく相違する。なお、第１の相違点は、インバータとモータの損失に基づいてトルクを補正するものであり、第２の相違点は、トルクを補正するためにトルク指令を補正するものである。２つの相違点の作用効果は互いに独立している。
【０１２２】
ここで、切り替え器２９は、軽負荷判定部１７から受けたフラグFlg_LightLoadに基づいて、トルク指令TmRefが零近傍である場合にはトルク補正量演算部３１の出力端子に接続された１側とトルク電流指令演算部１１の入力端子とを接続する機能と、トルク指令TmRefが零近傍ではない場合には、与えられるトルク指令TmRefが入力される０側とトルク電流指令演算部１１の入力端子とを接続する機能とをもっている。
【０１２３】
損失演算部３０は、インバータ１からＰＭモータ３に流れる交流電流及びインバータ１に印加される直流電圧と、ＰＭモータ３の角速度ωmとに基づいて、インバータ１及びＰＭモータ３の損失を算出し、得られた算出値Ploss をトルク補正量演算部３１に出力するものである。具体的には損失演算部３０は、座標変換器１５から出力されたＤＱ軸の電流値Id,Iqと、電流制御部１２から出力されたＤＱ軸電圧電圧指令VdRef,VqRefと、トルク指令TmRefと、速度演算部３２から受けた角速度ωmとに基づいて、インバータ１及びＰＭモータ３の損失Ploss を算出している。
【０１２４】
トルク補正量演算部３１は、損失演算部３０から受けた算出値Ploss 及び速度演算部３２から受けた角速度ωmに基づいて、インバータ１及びＰＭモータ３の損失Ploss を相殺するようにトルク指令の補正量TmCmpを算出し、この補正量TmCmpを切り替え器２９の１側に出力するものである。
【０１２５】
速度演算部３２は、位置センサ６により検出された磁極位相θを微分してＰＭモータ３の角速度ωmを算出し、この角速度ωmを損失演算部３０及びトルク補正量演算部３１に出力するものである。
【０１２６】
次に、以上のように構成された交流電動機の駆動装置の動作を説明する。
【０１２７】
いま、交流電動機の駆動装置は、バッテリー４からフィルタコンデンサ２を介して供給される直流電力をインバータ１によって可変電圧可変周波数に変換し、変換後の交流電力により、ＰＭモータ３を駆動しているとする。また、前述同様に、駆動装置は、各要素５〜９，１１〜１５により、インバータ１を制御しているとする。
【０１２８】
さらに、駆動装置では、軽負荷運転のとき、電源からの供給電力を零にするための要素１７〜１９，２９〜３２が動作している。
【０１２９】
ここで、損失演算部３０は、インバータ１とＰＭモータ３の損失Plossを算出する。
【０１３０】
算出された損失Plossは、トルク補正量演算部３１へと入力される。この損失Plossは、例えば、モータ損失MOTlossとインバータ損失INVlossとの和として演算できる。
【０１３１】
ここで、モータ損失MOTlossは、巻線抵抗での損失であるとすれば、MOTloss ＝ R × （Id2 ＋ Iq2)と演算できる。
【０１３２】
あるいは、モータ端電力から機械出力を減算して、モータ損失MOTlossを求めることもできる。
【０１３３】
MOTloss ＝ VdRef × Id ＋ VqRef × Iq − ωm × TmRef
また、インバータ損失INVlossは、スイッチングデバイスの、オン損失とすれば、
【数２】
2007236016.tif 000004
【０１３４】
として計算できる（但し、Von：スイッチングデバイスのオン損失）。
【０１３５】
実際には、更に、スイッチング損失などを考慮する方が厳密である。
【０１３６】
Plossは、モータ損失MOTlossとインバータ損失INVlossを加算して得られる。
【０１３７】
Ploss ＝ MOTloss ＋ INVloss
算出された損失Plossは、トルク補正量演算部３１へと入力される。一方、速度演算部３２は、位置センサ６から得られる位相θを微分して速度ωmを演算し、この速度ωmをトルク補正量演算部３１に入力する。
【０１３８】
トルク補正量演算部３１では、例えば、入力の損失Plossと速度ωmを用いて、次式のように、トルク補正量TmCmpを計算する。
【０１３９】
TmCmp ＝ Ploss ／ ωm          （５）
切り替え器２９では、軽負荷でない通常の場合には、トルク指令TmRefを真のトルク指令としてトルク電流指令演算部１１に出力し、軽負荷である場合（Flg_LightLoad＝1）にはトルク補正量TmCmpをトルク電流指令演算部１１に出力する。
【０１４０】
よって、トルク電流指令演算部１１は、軽負荷の場合には、補正されたトルク指令TmRefと、励磁電流指令IdRefとに基づいて、インバータ１及びＰＭモータ３の損失Plossを相殺するようにトルク電流指令IqRefを算出し、このトルク電流指令IqRefを電流制御部１２に送出する。
【０１４１】
従って、駆動装置においては、このトルク電流指令IqRefに基づいて、インバータ１及びＰＭモータ３の損失Plossを相殺するようにインバータ１を制御する。
【０１４２】
上述したように本実施形態によれば、トルク指令TmRefが零近傍であるか否かを判定し、トルク指令TmRefが零近傍の場合、インバータ１及びＰＭモータ３の損失を相殺するようにトルク指令TmRefを補正するので、微小なトルクの軽負荷運転のとき、電源からの供給電力を零にすることにより、電源のエネルギー量の変動や無駄な損失を抑制できる。
【０１４３】
補足すると、本実施形態は、現状の運転状態に発生するモータ３やインバータ１での総損失を計算し、それを相殺するようなトルク指令を与えることで、結果的にインバータ１の総電力を零にして、電源からの電力供給を零にするものである。
【０１４４】
なお、本実施形態では、状態に応じて、損失Plossを計算し、損失Plossに基づきトルク補正量TmCmpを算出しているが、トルク補正量TmCmpの算出に限らず、予め損失Plossとトルク補正量TmCmpとを互いに関連付けしたテーブルデータを記憶し、このテーブルデータを参照しながら、トルク指令TmRefを補正するように変形してもよい。この変形例は、損失Plossに基づいてテーブルデータからトルク補正量TmCmpを読み出す構成なので、損失Plossに基づいてトルク補正量を算出する場合よりも、処理速度の向上を期待することができる。
【０１４５】
なお、本願発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。例えば、上記各実施形態では、位置センサ６を用いる場合を説明したが、これに限らず、位置センサ６や速度センサを用いない位置センサレス制御あるいは速度センサレス制御に変形しても、各実施形態を同様に実施して同様の効果を得ることができる。
【０１４６】
また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組合せてもよい。このように組み合わせた変形例として、以下の（Ｉ）〜（Ｖ）を代表に挙げて述べる。
【０１４７】
（Ｉ）この変形例Ｉは、図８に示すように、第１及び第３の実施形態を互いに組み合わせたものである。具体的には、零電流制御部１６をインバータ１の直流入力電流IdcINVに基づいて、インバータ１の直流入力電流IdcINVを零にするように磁極位相の補正量θCmpを算出するものとしている。そして、軽負荷時には、切り替え部１８が零電流制御部１６の出力を加算器１９に入力し、加算器１９が、位置センサ６から受けた磁極位相θに、零電流制御部１６から出力される磁極位相の補正量θCmpを加算し、加算結果を座標変換部１３，１５に送出する。なお、軽負荷時でない場合、切り替え部１８は零値を加算器１９に出力することは前述同様である。
【０１４８】
このように、変形例Ｉは、軽負荷時には、インバータ１の直流入力電流IdcINVを零にするようにインバータ１の出力電圧の位相θを補正する構成により、微小なトルクの軽負荷運転のとき、電源からの供給電力を零にするので、電源のエネルギー量の変動や無駄な損失を抑制できる。
【０１４９】
（ＩＩ）この変形例ＩＩは、図９に示すように、第１の実施形態と第３の実施形態の変形例とを組み合わせたものである。具体的には、誘導電動機３’を対象とした場合に、零電流制御部１６をインバータ１の直流入力電流IdcINVに基づいて、インバータ１の直流入力電流IdcINVを零にするように出力電圧の周波数ｆCmpを算出するものとしている。そして、軽負荷時には、切り替え部１８が零電流制御部１６の出力を加算器１９に入力し、加算器１９が、位置センサ６から受けた周波数ｆに、零電流制御部１６から出力される周波数の補正量ｆCmpを加算し、加算結果を座標変換部１３，１５に送出する。なお、軽負荷時でない場合、切り替え部１８は零値を加算器１９に出力することは前述同様である。
【０１５０】
このように、変形例ＩＩは、軽負荷時には、インバータ１の直流入力電流IdcINVを零にするようにインバータ１の出力電圧の周波数ｆを補正する構成により、微小なトルクの軽負荷運転のとき、電源からの供給電力を零にするので、電源のエネルギー量の変動や無駄な損失を抑制できる。
【０１５１】
（ＩＩＩ）この変形例ＩＩＩは、図１０に示すように、第３及び第５の実施形態を互いに組み合わせたものである。具体的には、零電力制御部２２をインバータ１の有効電力PowerINVに基づいて、インバータ１の有効電力PowerINVを零にするようにトルク指令の補正量TmCmpを算出するものとしている。そして、軽負荷時には、切り替え部２９が零電力制御部２２の出力をトルク電流指令演算部１１に入力する。なお、軽負荷時でない場合、切り替え部２９は零値をトルク電流指令演算部１１に入力することは前述同様である。
【０１５２】
このように、変形例ＩＩＩは、軽負荷時には、インバータ１の有効電力PowerINVを零にするようにトルク指令TmCmpを補正する構成により、微小なトルクの軽負荷運転のとき、電源からの供給電力を零にするので、電源のエネルギー量の変動や無駄な損失を抑制できる。
【０１５３】
（ＩＶ）この変形例ＩＶは、図１１に示すように、第５及び第３の実施形態を互いに組み合わせたものである。具体的には、トルク補正量演算部３１に代えて、損失制御部３３を設け、損失制御部３３をインバータ１及びＰＭモータ３の損失Plossに基づいて、この損失Plossを零にするように磁極位相の補正量θCmpを算出するものとしている。そして、軽負荷時には、切り替え部１８が損失制御部３３の出力を加算器１９に入力し、加算器１９が、位置センサ６から受けた磁極位相θに、損失制御部３３から出力される磁極位相の補正量θCmpを加算し、加算結果を座標変換部１３，１５に送出する。なお、軽負荷時でない場合、切り替え部１８は零値を加算器１９に出力することは前述同様である。
【０１５４】
このように、変形例ＩＶは、軽負荷時には、インバータ１及びＰＭモータ３の損失Plossを零にするようにインバータ１の出力電圧の位相θを補正する構成により、微小なトルクの軽負荷運転のとき、電源からの供給電力を零にするので、電源のエネルギー量の変動や無駄な損失を抑制できる。
【０１５５】
（Ｖ）この変形例Ｖは、図１２に示すように、第５の実施形態と第３の実施形態の変形例とを組み合わせたものである。具体的には、誘導電動機３’を対象とした場合に、トルク補正量演算部３１に代えて、損失制御部３３’を設け、損失制御部３３’をインバータ１及び誘導電動機３’の損失Plossに基づいて、この損失Plossを零にするように出力電圧の周波数ｆCmpを算出するものとしている。そして、軽負荷時には、切り替え部１８が損失制御部３３’の出力を加算器１９に入力し、加算器１９が、位置センサ６から受けた周波数ｆに、損失制御部３３’から出力される周波数の補正量ｆCmpを加算し、加算結果を座標変換部１３，１５に送出する。なお、軽負荷時でない場合、切り替え部１８は零値を加算器１９に出力することは前述同様である。
【０１５６】
このように、変形例Ｖは、軽負荷時には、インバータ１及び誘導電動機３’の損失Plossを零にするようにインバータ１の出力電圧の周波数ｆを補正する構成により、微小なトルクの軽負荷運転のとき、電源からの供給電力を零にするので、電源のエネルギー量の変動や無駄な損失を抑制できる。  
その他、本願発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。
【図面の簡単な説明】
【０１５７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る交流電動機の駆動装置の構成を示す模式図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る交流電動機の駆動装置の構成を示す模式図である。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る交流電動機の駆動装置の構成を示す模式図である。
【図４】同実施形態における変形例の構成を示す模式図である。
【図５】本発明の第４の実施形態に係る交流電動機の駆動装置の構成を示す模式図である。
【図６】同実施形態における定電圧制御部の構成を示す模式図である。
【図７】本発明の第５の実施形態に係る交流電動機の駆動装置の構成を示す模式図である。
【図８】本発明の第１及び第３の実施形態を互いに組み合わせた変形例Ｉの構成を示す模式図である。
【図９】本発明の第１の実施形態と第３の実施形態の変形例とを組み合わせた変形例ＩＩの構成を示す模式図である。
【図１０】本発明の第３及び第５の実施形態を互いに組み合わせた変形例ＩＩＩの構成を示す模式図である。
【図１１】本発明の第５及び第３の実施形態を互いに組み合わせた変形例ＩＶの構成を示す模式図である。
【図１２】本発明の第５の実施形態と第３の実施形態の変形例とを組み合わせた変形例Ｖの構成を示す模式図である。
【図１３】従来の交流電動機の駆動装置の構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【０１５８】
１…インバータ、２…フィルタコンデンサ、３…ＰＭＳＭモータ、３’…誘導電動機、４…バッテリー、５…電流検出器、６…位置センサ、７…電圧振幅演算器、８…励磁電流指令演算部、９…直流電圧検出器、１０…直流電流検出器、１１…トルク電流指令演算部、１２…電流制御部、１３，１５…座標変換部、１４…ゲート指令演算部、１６…零電流制御部、１７…軽負荷判定部、１８，２６，２９…切り替え器、１９…加算器、２０…ＤＣ／ＤＣチョッパ、２１…電力演算部、２２…零電力制御部、２３…定電圧制御部、２４…電圧検出器、２５…前回値の記憶器、２７…ＰＩ制御器、２８…減算器、３０…損失演算部、３１…トルク補正量演算器、３２，３２’…速度演算部、３３，３３’…損失制御部。
【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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