(57)【要約】      （修正有）【課題】電源電圧が変動する場合であっても回転数により変化する誘起電圧が電源電圧を超えて制御破綻に至ることを的確に防止する。【解決手段】誘起電圧を抑える方向に作用する抑制電流成分がベクトルの向きに応じて変化する電流指令ベクトルＡを用いてモータの駆動を制御する。或る回転数Ｎ１の下に所望のトルクＴ１を発生させ得る複数の電流指令ベクトルＡ１〜Ａ４に関する情報と各々の電流指令ベクトルＡ１〜Ａ４の向きに応じた抑制電流成分によって抑制された後の誘起電圧Ｖ１〜Ｖ４とを回転数毎に関連付けた誘起電圧情報を実測値に基づき予め設定する。そして、誘起電圧情報において現回転数Ｎ１と外部から指示されたトルク指令Ｔ１とに関連づけられている複数の電流指令ベクトルＡ１〜Ａ４のうち、誘起電圧を現電源電圧Ｖbatよりも小さくする方向に抑制する電流指令ベクトルＡ３、Ａ４を求めて、求めた電流指令ベクトルによってモータを駆動制御する。【選択図】図８
2012016165.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転により誘起電圧が発生するモータに対し、前記誘起電圧を抑える方向に作用する抑制電流成分がベクトルの向きに応じて変化する電流指令ベクトルをトルク指令に応じて生成し、この電流指令ベクトルに対応する電流を電源から前記モータに通電することにより当該モータの駆動を制御するモータ制御装置であって、
前記モータの回転数を検知する回転数検出部と、前記モータに印加可能な電源電圧を検知する電圧検出部とを備えるとともに、
或る回転数の下に所望のトルクを発生させ得る複数の電流指令ベクトルに関する情報と各々の電流指令ベクトルの向きに応じた抑制電流成分によって抑制された後の誘起電圧とを回転数毎に関連付けた誘起電圧情報を実測値に基づき予め設定しておき、
前記誘起電圧情報において前記回転数検出部で検出した回転数と外部から指示されたトルク指令とに関連づけられている複数の電流指令ベクトルのうち、当該電流指令ベクトルの向きに応じた抑制電流成分によって抑制された後の誘起電圧を前記電圧検出部で検出される電源電圧に対応する電圧値よりも小さくする方向に抑制する電流指令ベクトルを決定する電流指令ベクトル決定部を設け、この電流指令ベクトルによって前記モータの駆動を制御するように構成したことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記電流指令ベクトル決定部を第１の電流指令ベクトル決定部とする一方、
或る回転数の下に所望のトルクを発生させ得る複数の電流指令ベクトルのうち効率が最大となる電流指令ベクトルに関する情報を回転数毎に関連付けた効率情報を実測値に基づき予め設定して、
前記効率情報において前記回転数検出部で検出した回転数と外部から指示されたトルク指令とに関連付けられた電流指令ベクトルを決定する第２の電流指令ベクトル決定部を更に設け、
この第２の電流指令ベクトル決定部で決定した電流指令ベクトルの抑制電流成分が前記第１の電流指令ベクトル決定部で決定した電流指令ベクトルの抑制電流成分よりも小さい場合には前記第１の電流指令ベクトル決定部で決定した電流指令ベクトルによって前記モータの駆動を制御する一方で、前記第２の電流指令ベクトル決定部で決定した電流指令ベクトルの抑制電流成分が前記第１の電流指令ベクトル決定部で決定した電流指令ベクトルの抑制電流成分よりも大きい場合には前記第２の電流指令ベクトル決定部で決定した電流指令ベクトルによって前記モータの駆動を制御するように構成されている請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記誘起電圧を抑制するための電流指令ベクトルを決定する電流指令ベクトル決定部が、電流指令ベクトルの向きに応じた抑制電流成分によって抑制された後の誘起電圧を前記電圧検出部で検出される電源電圧に対応する電圧値よりも小さくする方向に抑制する複数の電流指令ベクトルのうち前記抑制電流成分が最も小さくなる電流指令ベクトルを決定するように構成されている請求項１又は２に記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記複数の電流指令ベクトルに関する情報は、当該情報を離散的に表した離散データとして予めメモリに記憶されており、
前記電流指令ベクトル決定部は、前記離散データからトルク指令及び前記回転数検出部により検出した回転数を始めとする条件に関連付けられた電流指令ベクトルを演算により補間して求めるように構成されている請求項１〜３のいずれかに記載のモータ制御装置。
【請求項５】
前記モータの温度を検知する温度検出部を更に備え、
前記複数の電流指令ベクトルに関する情報は、モータの温度に基づく実測値とモータ温度とを関連付けて予め設定されたものであり、
前記電流指令ベクトル決定部は、前記情報において前記温度検出部で検出したモータ温度を加えた条件に関連付けられた前記電流指令ベクトルを求めるように構成されている請求項１〜４のいずれかに記載のモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流指令ベクトルに応じた電流をモータに通電することによりモータの駆動を制御するモータ制御装置に係り、特にベクトル制御を適正化したモータ制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）モータを始めとする逆突極性を有する同期モータの駆動を制御するモータ制御装置は、所望のトルクを発生させる電流指令ベクトルを生成し、この電流指令ベクトルに対応する電流を電源からモータに通電することによりモータの駆動を制御する装置である。電流指令ベクトルは、ＩＰＭモータの三相各相に流す電流を、回転子に配置された永久磁石の磁束の方向であるｄ軸電流成分とｄ軸に直交するｑ軸電流成分との二つのベクトル成分に変換して、ｄ軸電流成分及びｑ軸電流成分をこれらの合成ベクトルで表現したものである。この電流指令ベクトルの向きに応じて変化するｄ軸電流成分は、モータの回転により生ずる誘起電圧を抑える方向に作用する抑制電流成分であり、この抑制電流成分を利用して、電流指令ベクトルの向きに応じた抑制電流成分によって抑制された後の誘起電圧がモータへ印加可能な電源電圧を超えて制御破綻に陥らないように抑制電流成分の大きさを制御する弱め磁束制御が知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１５９１９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、上記特許文献１に開示のものを始めとして従来のモータ制御装置は、モータに印加可能な電源電圧が一定であることを前提として回転数に応じて変動する誘起電圧を抑制するための電流指令ベクトルの向きや抑制電流成分の大きさを決定するのが一般的であるので、電源電圧が変動した場合に誘起電圧が電源電圧を超えて制御破綻に至るおそれがある。特に、電源にバッテリを用いた場合には、充放電により過渡的に電源電圧が変動することやバッテリの経年劣化による電圧低下が多く、この問題を招来しやすい。
【０００５】
上述した制御破綻に対応することに加えて、トルク指令に応じたトルクを発生させることも条件となるが、電流指令ベクトルの向きによって抑制電流成分が変化するだけでなく、得られるトルクも変化するので、電流指令ベクトルの向きによっては、所望のトルクを得られても誘起電圧の抑制に足りる抑制電流成分を確保できないベクトルの向きや、逆に誘起電圧の抑制に足りる抑制電流成分を確保することができても所望のトルクを得ることができないベクトルの向きがあり、所望のトルクの発生と誘起電圧の抑制に足りる抑制電流成分の確保とを両立する電流指令ベクトルをリアルタイムに導出することは難しいものである。
【０００６】
本発明は、このような課題に着目してなされたものであって、その目的は、所望のトルクを発生させることはもとより、電源電圧が変動する場合であっても回転数により変化する誘起電圧が電源電圧を超えて制御破綻に至ることを的確に防止するモータ制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、かかる目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。
【０００８】
すなわち、本発明のモータ制御装置は、回転により誘起電圧が発生するモータに対し、前記誘起電圧を抑える方向に作用する抑制電流成分がベクトルの向きに応じて変化する電流指令ベクトルをトルク指令に応じて生成し、この電流指令ベクトルに対応する電流を電源から前記モータに通電することにより当該モータの駆動を制御するモータ制御装置であって、前記モータの回転数を検知する回転数検出部と、前記モータに印加可能な電源電圧を検知する電圧検出部とを備えるとともに、或る回転数の下に所望のトルクを発生させ得る複数の電流指令ベクトルに関する情報と各々の電流指令ベクトルの向きに応じた抑制電流成分によって抑制された後の誘起電圧とを回転数毎に関連付けた誘起電圧情報を実測値に基づき予め設定しておき、前記誘起電圧情報において前記回転数検出部で検出した回転数と外部から指示されたトルク指令とに関連づけられている複数の電流指令ベクトルのうち、当該電流指令ベクトルの向きに応じた抑制電流成分によって抑制された後の誘起電圧を前記電圧検出部で検出される電源電圧に対応する電圧値よりも小さくする方向に抑制する電流指令ベクトルを決定する電流指令ベクトル決定部を設け、この電流指令ベクトルによって前記モータの駆動を制御するように構成したことを特徴とする。
【０００９】
このように、予め実測値に基づき設定した誘起電圧情報において回転数と外部から指令されたトルク指令とに関連付けられている複数の電流指令ベクトルのうち、当該電流指令ベクトルの向きに応じた抑制電流成分によって抑制された後の誘起電圧を電源電圧に対応する電圧値により小さくする方向に抑制する電流指令ベクトルを決定し、このトルク、回転数及び誘起電圧を含めた実測値に沿った電流指令ベクトルによってモータの駆動を制御するので、トルク指令、回転数及び電源電圧が変化する場合であっても実測に裏付けられた電流指令ベクトルを用いて回転数により変動する誘起電圧を適切に抑制することができ、所望のトルクの発生を確保しつつ誘起電圧が電源電圧を超えて制御破綻に至ることを的確に防止することが可能となる。
【００１０】
制御破綻を的確に防止しつつシステム全体で効率が最大となるモータ制御を実現するためには、前記電流指令ベクトル決定部を第１の電流指令ベクトル決定部とする一方、或る回転数の下に所望のトルクを発生させ得る複数の電流指令ベクトルのうち効率が最大となる電流指令ベクトルに関する情報を回転数毎に関連付けた効率情報を実測値に基づき予め設定して、前記効率情報において前記回転数検出部で検出した回転数と外部から指示されたトルク指令とに関連付けられた電流指令ベクトルを決定する第２の電流指令ベクトル決定部を更に設け、この第２の電流指令ベクトル決定部で決定した電流指令ベクトルの抑制電流成分が前記第１の電流指令ベクトル決定部で決定した電流指令ベクトルの抑制電流成分よりも小さい場合には前記第１の電流指令ベクトル決定部で決定した電流指令ベクトルによって前記モータの駆動を制御する一方で、前記第２の電流指令ベクトル決定部で決定した電流指令ベクトルの抑制電流成分が前記第１の電流指令ベクトル決定部で決定した電流指令ベクトルの抑制電流成分よりも大きい場合には前記第２の電流指令ベクトル決定部で決定した電流指令ベクトルによって前記モータの駆動を制御するように構成されていることが好ましい。
【００１１】
過不足ない抑制電流成分を作用させて制御破綻を防止する弱め磁束制御を適切に実施するためには、前記誘起電圧を抑制するための電流指令ベクトルを決定する電流指令ベクトル決定部が、電流指令ベクトルの向きに応じた抑制電流成分によって抑制された後の誘起電圧を前記電圧検出部で検出される電源電圧に対応する電圧値よりも小さくする方向に抑制する複数の電流指令ベクトルのうち前記抑制電流成分が最も小さくなる電流指令ベクトルを決定するように構成されていることが望ましい。
【００１２】
上記電流指令ベクトルに関する情報を低減して、装置の省スペース化及び製造コストの低減を実現するためには、前記複数の電流指令ベクトルに関する情報は、当該情報を離散的に表した離散データとして予めメモリに記憶されており、前記電流指令ベクトル決定部は、前記離散データからトルク指令及び前記回転数検出部により検出した回転数を始めとする条件に関連付けられた電流指令ベクトルを演算により補間して求めるように構成されていることが有効である。
【００１３】
モータの温度変化による磁束及び誘起電圧の変化を加味してより一層制御の精度を向上させるためには、前記モータの温度を検知する温度検出部を更に備え、前記複数の電流指令ベクトルに関する情報は、モータの温度に基づく実測値とモータ温度とを関連付けて予め設定されたものであり、前記電流指令ベクトル決定部は、前記情報において前記温度検出部で検出したモータ温度を加えた条件に関連付けられた前記電流指令ベクトルを求めるように構成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、以上説明したように、トルク、回転数及び誘起電圧を含めた実測値に沿った電流指令ベクトルによってモータの駆動を制御するので、電源電圧が変化した場合であっても実測に裏付けられた電流指令ベクトルを用いて所望のトルクを発生させつつ回転数により変動する誘起電圧を適切に抑制することができ、誘起電圧が電源電圧を超えて制御破綻に至ることを的確に防止することが可能となり、モータ制御装置の信頼性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係るモータ制御装置の構成及び機能の概略ブロック図。
【図２】電流指令ベクトルを生成する電流指令生成部のより詳細な構成及び機能を示すブロック図。
【図３】制御対象となるＩＰＭモータを模式的に示す断面図。
【図４】電流指令ベクトルに関する説明図。
【図５】電流指令ベクトルの向きと出力トルクとの対応関係に関する説明図。
【図６】誘起電圧情報に関する説明図。
【図７】効率情報に関する説明図。
【図８】同モータ制御装置の動作に関する説明図。
【図９】本発明の他の実施形態に係るモータ制御装置の構成及び機能を示す図２に対応する図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施形態に係るモータ制御装置を、図面を参照して説明する。
【００１７】
図３に示すように、このモータ制御装置の制御対象であるＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）モータ１は、周知のとおり永久磁石１１ａを埋め込んだ回転子１１と、三相交流を通電することにより回転磁界φ’を発生させる固定子１２とからなり、逆突極性を有する磁石内装型モータである。このモータ１に通電する三相の電流を、図３及び図４に示すように、永久磁石１１ａが発生する磁束の方向であるｄ軸電流成分Ｉｄ及びｄ軸に直交するｑ軸電流成分Ｉｑの二つの電流成分に変換して表現し、これら二つの電流成分の合成ベクトルを電流指令ベクトルＡとして表現する。電流指令ベクトルＡの向きは、ベクトルＡとｑ軸とのなす角度で表現でき、この角度を以下、電流位相角βや単に位相角βと呼ぶ。
【００１８】
モータ制御装置は、図１に示すように、図４に示す電流指令ベクトルＡを用いてモータ１の駆動を制御する装置であり、外部から指示されたトルク指令Ｔrefに応じたトルクをモータ１に発生させる電流指令ベクトルを示すｄ軸電流指令Ｉｄ及びｑ軸電流指令Ｉｑを生成する電流指令生成部２と、この電流指令生成部２で生成されたｄ軸電流指令Ｉｄ及びｑ軸電流指令Ｉｑに基づいて三相電流指令ｕｖｗを生成する電流制御部３と、電流制御部３で生成された三相電流指令ｕｖｗに応じた電流をバッテリ等の電源４からモータ１に通電する主回路部５とを有する。
【００１９】
電流制御部３は、主回路部５からモータ１に通電される電流を電流検知部３ａを介して検出し、検出した電流がｄ軸電流指令Ｉｄ及びｑ軸電流指令Ｉｑに対応する電流となるようにフィードバック制御を行う。主回路部５は、ＰＷＭ制御を用いて三相電流指令ｕｖｗに応じた三相の電流を電源４からモータ１に通電する。これらの各部３〜５は周知のものと同様であるため、その構成及び動作の詳細な説明は省略する。
【００２０】
電流指令生成部２は、外部から指示されたトルク指令Ｔrefに対応するトルクを発生させる電流指令ベクトルを示すｄ軸電流指令Ｉｄ及びｑ軸電流指令Ｉｑを生成するにあたり、以下の要求に対応する必要がある。
【００２１】
すなわち、ＩＰＭモータの出力トルクは、図５に示すように、図３に示す永久磁石１１ａにより発生するマグネットトルクと、突極性に起因するリラクタンストルクとの和となり、電流指令ベクトルＡの大きさが一定である場合に、出力トルクはベクトルの向き（位相角β）に応じて変化するものである。トルク指令を通じて要求されるトルクを得るためには、この出力トルクの特性を考慮して電流指令ベクトルの大きさと向きとを適切に決定する必要がある。
【００２２】
この適切な出力トルク制御に加えて、図１及び図３に示すモータ１の回転により発生する誘起電圧は、モータ１の永久磁石１１ａが発生する磁束及びモータ１の回転数に比例して増大するが、電源４からモータ１への通電に印加する電源電圧Ｖbatがモータ１の誘起電圧よりも高くなければ電流を流せずに制御不能となるので、誘起電圧が電源電圧Ｖbatを超えないように抑制する必要がある。勿論、電源４にバッテリを適用するなど電源電圧Ｖbatに変動が生じる場合には、電源電圧Ｖbatの変動を考慮して誘起電圧を抑制する必要がある。誘起電圧を抑制するために、図４（ａ）に示すように、電流指令ベクトルＡのうちｄ軸電流成分Ｉｄにより生じる磁束φｄで永久磁石により生じる磁束φMGの一部を相殺して、相殺後の磁束（φMG−φｄ）を相殺前の磁束φMGよりも低減させることにより誘起電圧を抑制する弱め磁束制御が一つの有効な手段として挙げられる。
【００２３】
この弱め磁束制御は、電流指令ベクトルＡの向きを示す位相角を例えば図４（ａ）→図４（ｂ）のようにβからβ’に変えると、誘起電圧を抑制する方向に作用する抑制電流成分であるｄ軸電流成分がＩｄ→Ｉ’ｄに変化（この例では増大）することを利用して、誘起電圧を抑制するに足りる抑制電流成分を確保するように位相角を制御するものであるが、上述のとおり位相角βの変化によって図５に示す出力トルクも変化するので、電流指令ベクトルの向きによっては、所望のトルクを得られても誘起電圧の抑制に足りる抑制電流成分を確保できないベクトルの向きや、逆に誘起電圧の抑制に足りる抑制電流成分を確保することができても所望のトルクを得ることができないベクトルの向きがあり、所望のトルクの発生と変動する電源電圧を超えないように誘起電圧を抑制するに足りる抑制電流成分の確保とを両立する必要がある。
【００２４】
さらに上記要求に加えて、効率が最大となるように電流指令ベクトルを生成することが望まれる。高効率化を追求するために、図５に示す出力トルクが最大となる位相角βを用いる最大トルク制御が一つの有効な手段として考えられる（特許文献１参照）。しかしながら、この最大トルク制御によって銅損を最小にしても効率が最大となるわけではなく、推定が難しい鉄損を始めとして、メカロス、ＦＥＴ損等も考慮しなければならないことが分かった。真に高効率化を追求するためには、これら全ての損失を含めたシステム全体での効率を考慮する必要がある。
【００２５】
そこで、本実施形態では、所望のトルクの発生と、変動する電源電圧を超えないように誘起電圧を抑制するに足りる抑制電流成分の確保とを両立する電流指令ベクトルを生成するために、図６（ａ）に模式的に示すように、実機を用いて或る回転数Ｎ１の下に所望のトルクＴ１を発生させる電流指令ベクトルＡ１を生成してモータを駆動し、この電流指令ベクトルＡ１による駆動時に電流指令ベクトルＡ１の向きに応じた抑制電流成分によって抑制された後の誘起電圧Ｖ１をパワーメータ等の検出値から測定（推定）する。なお、ここでは、或る回転数Ｎ１の下に所望のトルクＴ１を発生させる電流指令ベクトルは図６（ａ）の曲線Ｗで示すように多数存在するが、ここでは説明の簡略化のために一部のみを示している。そして、この測定を、図６（ａ）に示すように、回転数Ｎ１及びトルクＴ１を維持した状態で電流指令ベクトルの向き（位相角β）を異ならせて向きの異なる複数の電流指令ベクトル毎に誘起電圧を測定し、回転数とトルクと電流指令ベクトルに関する情報と抑制後の誘起電圧とを関連付けた誘起電圧情報を実測値に基づき予め設定し、この誘起電圧情報を図２に示すメモリＭｅに記憶する。この実測は、回転数やトルク、誘起電圧、電源電圧が定常状態又は定常状態とみなせる状態で行う。具体例としては、図６（ａ）に示すように、或る回転数Ｎ１の下、或るトルクＴ１を発生させる複数の電流指令ベクトルＡ１…Ａ２…Ａ３…Ａ４は、各々のベクトルの向きを表す位相角がβ１…β２…β３…β４であり、各々の電流指令ベクトルによるモータの駆動時に実測した誘起電圧はＶ１…Ｖ２…Ｖ３…Ｖ４である。この場合、電流指令ベクトルに関する情報を位相角として簡易化すると、誘起電圧情報は、トルクＴ１と回転数Ｎ１と位相角βｉと誘起電圧Ｖｉとを関連付けたテーブル等で示される。（ｉ＝１〜Ｎ。Ｎは実測したベクトルの数）
【００２６】
そして、図６に示す誘起電圧情報における電流指令ベクトルＡ１等を用いてモータの駆動の制御を行えば、モータに発生するであろう誘起電圧が当該電流指令ベクトルＡ１等に関連付けられた抑制後の誘起電圧Ｖ１等の値に抑制される。この事実を利用して、図１に示すように、モータ１の回転数Ｎrefを検出するレゾルバ等を用いた回転数検出部６と、電源４からモータ１に印加可能な電源電圧Ｖbatを検知する電圧検出部７とを設け、図２に示すように、誘起電圧情報において回転数検出部６で検出した回転数Ｎref及びトルク指令Ｔrefに関連付けられた複数の電流指令ベクトルのうち、抑制された後の誘起電圧を電圧検出部７で検出される電源電圧Ｖbatよりも小さくする方向に抑制する電流指令ベクトルを決定する第１の電流指令ベクトル決定部２ａを設け、決定した電流指令ベクトルを生成するように構成している。
【００２７】
さらに、効率が最大となる電流指令ベクトルを生成するために、図７（ａ）に示すように、上記誘起電圧情報を設定する場合と同様に、実機を用いて或る回転数Ｎ１の下に所望のトルクＴ１を発生させる電流指令ベクトルＡ１を生成してモータを駆動し、この電流指令ベクトルＡ１による駆動時の効率ｅ１をパワーメータ等で実測する。この測定を、図７（ａ）に示すように、回転数Ｎ１及びトルクＴ１を維持した状態で電流指令ベクトルの向き（位相角β）を異ならせて向きの異なる複数の電流指令ベクトル毎に効率を測定し、測定値の中から効率が最大となる電流指令ベクトルに関する情報を回転数とトルクとに関連付けた効率情報を実測値に基づき予め設定し、この効率情報を図２に示すメモリＭｅに記憶する。この実測は、回転数やトルク、誘起電圧、電源電圧が定常状態又は定常状態とみなせる状態で行う。具体例としては、図７（ａ）に示すように、或る回転数Ｎ１の下、或るトルクＴ１を発生させる複数の電流指令ベクトルＡ１…Ａ２…Ａ３…Ａ３…Ａ４は、ベクトルの向きを表す位相角がそれぞれβ１…β２…β３…β４であり、各々の電流指令ベクトルによるモータの駆動時に実測した効率はｅ１…ｅ２…ｅ３…ｅ４である。図７（ｂ）に示すように、測定した値を近似した効率が最大となる電流指令ベクトルはＡ２（以下、Ａmaxともいう）であり、その位相角はβ２（以下、βmaxともいう）である。この場合、電流指令ベクトルに関する情報を位相角として簡易化すると、効率情報は、トルクＴ１と回転数Ｎ１と位相角βmaxとを関連付けたテーブル等で示される。
【００２８】
そして、図７に示す効率情報における電流指令ベクトルＡmaxを用いてモータの駆動の制御を行えば、推測が困難な鉄損を始めとして銅損、メカロス、ＦＥＴ損等を含めたシステム全体での効率が最大となる。この事実を利用して、図２に示すように、効率情報において回転数検出部６で検出した回転数Ｎref及びトルク指令Ｔrefに関連付けられた電流指令ベクトルを決定する第２の電流指令ベクトル決定部２ｂを設け、決定した電流指令ベクトルを生成可能に構成している。
【００２９】
これら第１及び第２の電流指令ベクトル決定部２ａ、２ｂを実現する電流指令生成部２の具体的な構成は、図２に示すように、誘起電圧が電源電圧を超えないように抑制するための電流指令ベクトルの向きを示す位相角βｖを決定する電源電圧位相角算出ブロック２１と、効率が最大となる電流指令ベクトルの向きを示す位相角βmaxを決定する効率電流位相角算出ブロック２２と、これら双方のブロック２１、２２が決定したベクトルの向きβｖ、βmaxのうち抑制電流成分が大きい方のベクトルの向きを選択する選択部２３と、選択部２３が選択したベクトルの向きと外部から指示されたトルク指令Ｔrefとに基づいて電流指令ベクトルを示すｄ軸電流指令Ｉｄ及びｑ軸電流指令Ｉｑを生成する電流指令生成ブロック２４とを有している。
【００３０】
電源電圧位相角算出ブロック２１は、図２に示すように、上記の第１の電流指令ベクトル決定部２ａを構成するものであり、上記の誘起電圧情報を内部のメモリＭｅに予め記憶しており、外部から指示されたトルク指令Ｔrefと図１の回転数検出部６で検出した回転数Ｎrefと図１の電圧検出部７で検出した電源電圧Ｖbatとを入力して、誘起電圧情報における複数の電流指令ベクトルに関する情報のうち、入力値に関連付けられた電流指令ベクトルの向きを示す電源電圧補償位相角βvを出力する。また、図８（ｂ）に示すように、誘起電圧情報において誘起電圧を電源電圧Ｖbatよりも小さくする方向に抑制する電流指令ベクトルは、例えばＡ３やＡ４など複数存在するが、これらのうち抑制電流成分が最も小さくなる電流指令ベクトルＡ３を決定するように構成している。この入出力関係を簡単に下記に示す。
電源電圧補償位相角βv＝ｆβv（トルクＴref，回転数Ｎref，電源電圧Ｖbat）
【００３１】
効率電流位相角算出ブロック２２は、図２に示すように、上記の第２の電流指令ベクトル決定部２ｂを構成するものであり、上記の効率情報を内部のメモリＭｅに予め記憶しており、外部から指示されたトルク指令Ｔrefと図１の回転数検出部６で検出した回転数Ｎrefとを入力して、効率情報における複数の電流指令ベクトルに関する情報のうち、入力値に関連付けられた電流指令ベクトルの向きを示す効率電流位相角βbaseを出力する。この入出力関係を簡単に下記に示す。
効率電流位相角βbase＝ｆβbase（トルクＴref，回転数Ｎref）
【００３２】
誘起電圧情報及び効率情報は、上述したとおり、電流指令ベクトルに関する情報を位相角βとして簡易化しているが、この位相角βに関連付けられる項目は、トルク、回転数等と多岐に亘り、これらトルク、回転数及び位相角の値は複数あるので、実測値が膨大となる。そこで、電流指令ベクトルに関する情報を離散データとして予め図２に示すメモリＭｅに記憶しておき、離散データから条件に合致する位相角βを演算により補間して求めるように構成している。
【００３３】
この演算の一例として、離散データから直線補間で位相角βを演算により求めることが挙げられる。具体的には、図６（ｂ）に示すように、電源電圧値Ｖbat、トルク指令Ｔref及び回転数Ｎrefに関連付けられた電源電圧補償位相角βvを離散データから算出するにあたり、トルクＴrefの前後値であるトルクＴ１、Ｔ２及び回転数Ｎrefの前後値である回転数Ｎ１、Ｎ２を取得する。ここでは、入出力関係を「出力＝ｆ（入力）」として簡易に示す。
前後値であるトルクＴ１、Ｔ２＝ｆT_table（トルクＴref）
前後値である回転数Ｎ１、Ｎ２＝ｆN_table（回転数Ｎref）
次に、取得した前後値であるトルクＴ１、Ｔ２及び回転数Ｎ１、Ｎ２の四つ組合せ｛Ｔ１，Ｎ１｝、｛Ｔ１，Ｎ２｝、｛Ｔ２，Ｎ１｝、｛Ｔ２，Ｎ２｝に関連付けられた電源電圧補償位相角βv11、βv12、βv21、βv22をそれぞれ誘起電圧情報テーブルから取得する。
電源電圧補償位相角βv11＝ｆβv_table（Ｔ１，Ｎ１）
電源電圧補償位相角βv12＝ｆβv_table（Ｔ１，Ｎ２）
電源電圧補償位相角βv21＝ｆβv_table（Ｔ２，Ｎ１）
電源電圧補償位相角βv22＝ｆβv_table（Ｔ２，Ｎ２）
続けて、取得した電源電圧補償位相角βv11、βv12、βv21、βv22からβvを直線補間で求めるための補間係数Ｘ11、Ｘ12、Ｘ21、Ｘ22をトルクＴref、Ｔ１、Ｔ２及び回転数Ｎref、Ｎ１、Ｎ２に基づいて算出する。
補間係数Ｘ11＝ｆx11（Ｔref，Ｔ１，Ｔ２，Ｎref，Ｎ１，Ｎ２）
補間係数Ｘ12＝ｆx12（Ｔref，Ｔ１，Ｔ２，Ｎref，Ｎ１，Ｎ２）
補間係数Ｘ21＝ｆx21（Ｔref，Ｔ１，Ｔ２，Ｎref，Ｎ１，Ｎ２）
補間係数Ｘ22＝ｆx22（Ｔref，Ｔ１，Ｔ２，Ｎref，Ｎ１，Ｎ２）
そして、補間係数Ｘ11、Ｘ12、Ｘ21、Ｘ22及び電源電圧補償位相角βv11、βv12、βv21、βv22から電源電圧補償位相角βvを算出する。
電源電圧補償位相角βv＝βv11×Ｘ11＋βv12×Ｘ12＋βv21×Ｘ21＋βv22×Ｘ22
なお、本実施形態では直線補間を用いているが、演算方法は直線補間に限定されるものではない。
【００３４】
図２の選択部２３は、図４に示すように、電流指令ベクトルの向きを示す位相角βが電流指令ベクトルとｑ軸とのなす角度であり、０〜９０度範囲において位相角βが大きくなるほど抑制電流成分が増大することを利用して、図２に示す電源電圧位相角算出ブロック２１で決定された電源電圧補償位相角βvと、効率電流位相角算出ブロック２２で決定された効率電流位相角βbaseとを比較して、大きい方（抑制電流成分が大きい方）を選択し、選択した位相角を電流位相指令βrefとして電流指令生成ブロック２４に入力する。
【００３５】
電流指令生成ブロック２４は、図２に示すように、選択部２３から入力された電流位相指令βrefが示すベクトルの方向を向き且つ外部から指示されたトルク指令Ｔrefに応じたトルクを発生させる電流指令ベクトルを示すｄ軸電流指令Ｉｄ及びｑ軸電流指令Ｉｑを生成する。具体的には、モータの極対数ｑ及び誘起電圧定数Ｋｅが既知であることから下記のような関数より磁束φを算出し、算出した磁束φ、既知のｄ軸のインダクタンスＬｄ、ｑ軸のインダクタンスＬｑを用いて下記のような関数から電流指令ベクトルＡの大きさ|Ａ|を算出する。
磁束φ＝ｆφ（Ｋｅ，ｑ）
電流指令ベクトルＡの大きさ|Ａ|＝ｆA（Ｔref，βref，ｑ，Ｌｄ，Ｌｑ，φ）
電流指令ベクトルＡの大きさ|Ａ|が求まると、ベクトルＡの位相角βrefは既知であることから、下記のような関数を用いてｄ軸電流指令Ｉｄ及びｑ軸電流指令Ｉｑを算出する。
ｄ軸電流指令Ｉｄ＝|Ａ|×ｓｉｎβref
ｑ軸電流指令Ｉｑ＝|Ａ|×ｃｏｓβref
【００３６】
上記のように構成したモータ制御装置の動作を説明する。モータ１が或る一定の回転数Ｎ１で高速回転しており、或るトルクＴ１を出力する状態で、電源電圧が十分に高い場合と、経年劣化等により電源電圧が低い場合とで、各々の電流指令ベクトル決定部２ａ、２ｂで決定される電流指令ベクトルを図８（ａ）及び図８（ｂ）に示す。なお、ここでは簡略化のため複数の電流指令ベクトルのうちの一部のベクトルのみを示し、誘起電圧を電源電圧よりも小さく抑制する範囲を斜線で示す。
【００３７】
電源電圧Ｖbatが十分に高い場合は、図８（ａ）に示すように、図２の効率電流位相角算出ブロック２２は、最も効率の高い電流指令ベクトルがＡmax（位相角βmax）であると決定する。また、図２の電源電圧位相角算出ブロック２１は、発生するであろう誘起電圧を電源電圧Ｖbatよりも小さくなる方向へ抑制するための電流指令ベクトルがＡ１、Ａmax（Ａ２）、Ａ３、Ａ４であり、これらのうち最も抑制電流成分が小さくなる（位相角βが小さくなる）電流指令ベクトルがＡ１（位相角β1）あると決定する。そして、図２の選択部２３は、効率電流位相角βmaxの方が電源電圧補償位相角β1よりも大きいので、効率電流位相角βmaxを選択し、このβmaxに対応する電流指令ベクトルＡmaxでモータの駆動を制御することになる。
【００３８】
一方、電源電圧Ｖbatが低い場合は、図８（ｂ）に示すように、図２の効率電流位相角算出ブロック２２は、最も効率の高い電流指令ベクトルがＡmax（位相角βmax）であると決定する。また、図２の電源電圧位相角算出ブロック２１は、発生するであろう誘起電圧を電源電圧Ｖbatよりも小さくなる方向へ抑制するための電流指令ベクトルがＡ３、Ａ４であり、これらのうち最も抑制電流成分が小さくなる（位相角βが小さくなる）電流指令ベクトルがＡ３（位相角β３）あると決定する。そして、図２の選択部２３は、電源電圧補償位相角β３の方が効率電流位相角βmaxよりも大きいので、電源電圧補償位相角β３を選択し、このβ３に対応する電流指令ベクトルＡ３でモータの駆動を制御することになる。
【００３９】
このように、モータの回転数（又は速度）及び電源電圧を検出し、検出した回転数の下にトルク指令に応じたトルクを発生させ得る複数の電流指令ベクトルＡ１…Ａmax…Ａ３…Ａ４…のうち、効率が最大となる電流指令ベクトルＡmaxと、誘起電圧を検出した電源電圧よりも小さくなるように抑制するための電流指令ベクトルとをそれぞれ求め、誘起電圧を抑制する範囲内（図８中の斜線部分）に効率が最大となる電流指令ベクトルＡmaxがある場合には、電流指令ベクトルＡmaxを用いて効率が最大となる制御を行い、誘起電圧を抑制する範囲内（図８中の斜線部分）に効率が最大となる電流指令ベクトルＡmaxがない場合には、誘起電圧を適切に抑制する制御を実施する。
【００４０】
以上のように、本実施形態のモータ制御装置は、回転により誘起電圧が発生するモータ１に対し、誘起電圧を抑える方向に作用する抑制電流成分（ｄ軸電流成分Ｉｄ）がベクトルの向きに応じて変化する電流指令ベクトルＡをトルク指令Ｔrefに応じて生成し、この電流指令ベクトルＡに対応する電流を電源４からモータ１に通電することによりモータ１の駆動を制御するにあたり、モータ１の回転数を検知する回転数検出部６と、モータ１に印加可能な電源電圧Ｖbatを検知する電圧検出部７とを備えるとともに、或る回転数Ｎ１の下に所望のトルクＴ１を発生させ得る複数の電流指令ベクトルＡ１〜Ａ４に関する情報（位相角β１〜β４）と各々の電流指令ベクトルＡ１〜Ａ４の向きに応じた抑制電流成分によって抑制された後の誘起電圧Ｖ１〜Ｖ４とを回転数毎に関連付けた誘起電圧情報を実測値に基づき予め設定しておき、誘起電圧情報において回転数検出部６で検出した回転数Ｎ１と外部から指示されたトルク指令Ｔ１とに関連づけられている複数の電流指令ベクトルＡ１〜Ａ４のうち、電流指令ベクトルＡ１〜Ａ４の向きに応じた抑制電流成分によって抑制された後の誘起電圧を電圧検出部７で検出される電源電圧Ｖbatよりも小さくする方向に抑制する電流指令ベクトルＡ３、Ａ４を決定する電流指令ベクトル決定部２ａを設け、この電流指令ベクトルＡ３、Ａ４によってモータ１の駆動を制御するように構成している。
【００４１】
このように、予め実測値に基づき設定した誘起電圧情報において回転数Ｎ１と外部から指令されたトルク指令Ｔ１とに関連付けられている複数の電流指令ベクトルＡ１〜Ａ４のうち、電流指令ベクトルの向きに応じた抑制電流成分によって抑制された後の誘起電圧を電源電圧Ｖbatより小さくする方向に抑制する電流指令ベクトルＡ３、Ａ４を決定し、このトルクＴ１、回転数Ｎ１及び誘起電圧Ｖ３、Ｖ４を含めた実測値に沿った電流指令ベクトルＡ３、Ａ４によってモータ１の駆動を制御するので、トルク指令、回転数及び電源電圧が変化する場合であっても実測に裏付けられた電流指令ベクトルを用いて回転数により変動する誘起電圧を適切に抑制することができ、所望のトルクの発生を確保しつつ誘起電圧が電源電圧を超えて制御破綻に至ることを的確に防止することが可能となる。
【００４２】
この制御破綻を防止する制御に加えて、本実施形態では、電流指令ベクトル決定部２ａを第１の電流指令ベクトル決定部２ａとする一方、或る回転数Ｎ１の下に所望のトルクＴ１を発生させ得る複数の電流指令ベクトルＡ１〜Ａ４のうち効率が最大となる電流指令ベクトルＡ２（Ａmax）に関する情報を回転数毎に関連付けた効率情報を実測値に基づき予め設定して、効率情報において回転数検出部６で検出した回転数Ｎ１と外部から指示されたトルク指令Ｔ１とに関連付けられた電流指令ベクトルＡ２（Ａmax）を決定する第２の電流指令ベクトル決定部２ｂを更に設け、この第２の電流指令ベクトル決定部２ｂで決定した電流指令ベクトルＡ２（Ａmax）の抑制電流成分が第１の電流指令ベクトル決定部２ａで決定した電流指令ベクトルＡ３、Ａ４の抑制電流成分よりも小さい場合には第１の電流指令ベクトル決定部２ａで決定した電流指令ベクトルＡ３、Ａ４によってモータ１の駆動を制御する一方で、第２の電流指令ベクトル決定部２ｂで決定した電流指令ベクトルＡ２（Ａmax）の抑制電流成分が第１の電流指令ベクトル決定部２ａで決定した電流指令ベクトルＡ１の抑制電流成分よりも大きい場合には第２の電流指令ベクトル決定部２ｂで決定した電流指令ベクトルＡ１によってモータ１の駆動を制御するように構成している。
【００４３】
このように、図８（ｂ）に示すように、第２の電流指令ベクトル決定部２ｂで求めた電流指令ベクトルＡ２（Ａmax）の抑制電流成分が第１の電流指令ベクトル決定部２ａで求めた電流指令ベクトルＡ３、Ａ４の抑制電流成分よりも小さい場合、すなわち最大効率となる電流指令ベクトルＡmaxの抑制電流成分が誘起電圧を抑制するために不十分である場合には、第１の電流指令ベクトル決定部２ａで求めた誘起電圧を抑制するための電流指令ベクトルＡ３、Ａ４によってモータの制御を行い、誘起電圧が電源電圧Ｖbatを超えて制御破綻に至ることを的確に防止することが可能となる。一方で、図８（ａ）に示すように、第２の電流指令ベクトル決定部２ｂで求めた電流指令ベクトルＡ２（Ａmax）の抑制電流成分が第１の電流指令ベクトル決定部２ａで求めた電流指令ベクトルＡ１の抑制電流成分よりも大きい場合、すなわち最大効率となる電流指令ベクトルＡ２（Ａmax）の抑制電流成分が誘起電圧を抑制するために十分である場合には、第２の電流指令ベクトル決定部２ｂで求めた最大効率となる電流指令ベクトルＡ２（Ａmax）によってモータの制御を行い、システム全体の効率が最大となる。したがって、トルク・回転数及び電源電圧に応じて制御破綻を防止しつつリアルタイムで最大効率となるモータ制御を実現することが可能となる。しかも、実測値に基づく情報を用いているので、推測が困難な鉄損を始めとしてメカロス、ＦＥＴ損などを含めたシステム全体での効率を最大とすることが可能となる。特に電源がバッテリである場合は、最大効率によりコンパクト化や長時間駆動を更に追求するうえで有用である。
【００４４】
さらに、本実施形態では、誘起電圧を抑制するための電流指令ベクトルを決定する電流指令ベクトル決定部２ａが、電流指令ベクトルの向きに応じた抑制電流成分によって抑制された後の誘起電圧を電圧検出部７で検出される電源電圧Ｖbatよりも小さくする方向に抑制する複数の電流指令ベクトルＡ１〜Ａ４（Ａ３〜Ａ４）のうち抑制電流成分が最も小さくなる電流指令ベクトルＡ１（Ａ３）を決定するように構成されているので、過不足ない抑制電流成分を作用させて誘起電圧に起因する制御破綻を適切に防止することが可能となる。しかも、電源電圧Ｖbatの変化に合わせて抑制電流成分を過不足なく作用させるので、例えば図８（ｂ）のような場合は効率を向上させることができる場合がある。
【００４５】
加えて、本実施形態では、誘起電圧情報や効率情報のうち複数の電流指令ベクトルに関する情報は、この情報を離散的に表した離散データとして予め図２に示すメモリＭｅに記憶されており、電流指令ベクトル決定部２ａ、２ｂは、離散データからトルク指令Ｔref及び回転数検出部６により検出した回転数Ｎrefを始めとする条件に関連付けられた電流指令ベクトルを示す位相角βｖ、βmaを演算により補間して求めるように構成されているので、実測値に基づく複数の電流指令ベクトルに関する情報を低減して、装置の省スペース化及び製造コストの低減を実現することが可能となる。特に、本実施形態のように電流指令ベクトルに関する情報（位相角β）に対してトルク、回転数といった多数の条件を関連付けている場合には、条件の追加に伴い実測値が膨大に増えるので、情報量を低減してメモリ使用量を削減する意味で有用となる。
【００４６】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではない。
【００４７】
例えば、本実施形態では、電源電圧位相角算出ブロック２１で決定する電流指令ベクトルは、発生するであろう誘起電圧よりも電源電圧Ｖbatが小さくなるものであるが、電源電圧Ｖbatから所定値を引いた値、すなわち電源電圧に対応する電圧値が誘起電圧よりも小さくなる電流指令ベクトルを求めるように構成してもよい。このように構成すると、電源電圧と誘起電圧との間の電圧余裕度が大きくなるので、誘起電圧や電源電圧が変動しても制御を安定させることが可能となる。
【００４８】
さらに、図９に示すように、モータの温度を検出する温度検出部１０８を設け、上記の効率情報および誘起電圧情報における複数の電流指令ベクトルに関する情報を、モータの温度に基づく実測値と当該モータ温度とを関連付けて予め設定し、上記の第１及び第２の電流指令ベクトル決定部２ａ、２ｂをそれぞれ、効率情報および誘起電圧情報における温度検出部１０８で検出したモータ温度Temprefを加えた条件に関連付けられた電流指令ベクトルを求めるように構成してもよい。このように構成すると、モータ温度を加味した実測値に基づく電流指令ベクトルを用いて通電制御を行うので、モータ温度による磁束及び誘起電圧の変化を加味してより一層制御精度を向上させることが可能となる。
【００４９】
加えて、本実施形態では、第１及び第２の電流指令ベクトル決定部を、位相角βを決定する各々の算出ブロック２１、２２としているが、効率情報及び誘起電圧情報の構成によっては電流指令ベクトルを示すｄ軸電流指令Ｉｄ及びｑ軸電流指令Ｉｑを直接求めるように構成してもよい。また、効率情報や誘起電圧情報を記憶するメモリＭｅに余裕があれば、実測値をそのまま記憶して、回転数等の条件に関連付けられた実測値をそのまま用いるように構成してもよい。さらに、本実施形態では、効率情報や誘起電圧情報を示す離散データから演算により補間して近似値を求めるように構成しているが、この演算を行わずに回転数等の条件に関連付けられた離散値を用いるように構成してもよい。このように構成すると、ある程度の誤差を含むものの有効な値を得ることが可能である。また、効率を重視しない装置に適用する場合は、第２の電流指令ベクトル決定部２ｂである効率電流位相角算出ブロック２２を省略するとよい。
【００５０】
本発明のモータ駆動装置は、本発明を適用できるモータであればＩＰＭモータに限られず、また、種々の機器に適用可能であり、特に高トルク出力を必要としバッテリを電源とするフォークリフトや電動乗用車等の電動車両の駆動装置としての用途に適しており、これらに適用すると、高信頼度を得るとともに高効率化による稼働時間の向上やバッテリの簡素化による車両の軽量化などを追求するうえで有用である。
【００５１】
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【符号の説明】
【００５２】
１…モータ
２ａ…第１の電流指令ベクトル決定部
２ｂ…第２の電流指令ベクトル決定部
４…電源
６…回転数検出部
７…電圧検出部
１０８…温度検出部
Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４…電流指令ベクトル
Ｉｄ…抑制電流成分（ｄ軸電流成分）
Ｔref、Ｔ１…トルク指令
Ｎref、Ｎ１…回転数
Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４…抑制された後の誘起電圧
Ｖbat…電源電圧
Ｍｅ…メモリ
【図１】
2012016165.tif 000003
【図２】
2012016165.tif 000004
【図３】
2012016165.tif 000005
【図４】
2012016165.tif 000006
【図５】
2012016165.tif 000007
【図６】
2012016165.tif 000008
【図７】
2012016165.tif 000009
【図８】
2012016165.tif 000010
【図９】
2012016165.tif 000011