(57)【要約】【課題】弱め磁束制御の実行時に発生しうるトルク誤差を低減する。【解決手段】モータ制御装置３は、ｄｍｑｍ座標系をγδ座標系として推定し、モータ１への供給電流を磁束発生に関与するγ軸電流ｉγ及びトルク発生に関与するδ軸電流ｉδに分解してベクトル制御を行う。ｄｍｑｍ座標系を形成するｑｍ軸は、最大トルク制御の実現時における出力電流ベクトルの向きと向きが一致する回転軸であり、ｄｍ軸はｑｍ軸に直交する。弱め磁束制御の実行時において、磁束制御部１７は負のγ軸電流指令値ｉγ＊を出力し、補正量算出部２１はγ軸電流値ｉγに基づき補正量Δｉδ＊を算出する。トルク指令値Ｔｒｑ＊に基づくδ軸電流指令値ｉδ＊に補正量Δｉδ＊を加算することによって、負のγ軸電流を供給したことによって発生しうるトルク誤差を低減する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｄｑ座標系と異なるγδ座標系を利用してモータの出力トルクを制御するモータ制御装置において、
前記出力トルクに関与するδ軸電流の目標値であるδ軸電流指令値を生成するトルク制御部を備え、
前記トルク制御部は、前記出力トルクとトルク指令値との間のトルク誤差が低減するように、弱め磁束用の電流に応じて前記δ軸電流指令値を補正する
ことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記トルク制御部は、前記トルク指令値から前記δ軸電流指令値を生成し、前記トルク指令値から生成した前記δ軸電流指令値を前記弱め磁束用の電流に応じて補正する
ことを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記γδ座標系の座標軸は、γ軸及びδ軸から成り、
γ軸電流及び前記δ軸電流は、夫々、前記モータへの供給電流のγ軸成分及びδ軸成分であり、
前記トルク制御部は、前記弱め磁束用の電流としての前記γ軸電流の値に応じて、又は、前記γ軸電流の目標値であるγ軸電流指令値に応じて、前記δ軸電流指令値を補正する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記δ軸がｑｍ軸と一致するように前記モータの制御が成され、
前記ｑｍ軸は、最大トルク制御の実現時における前記モータの出力電流ベクトルの向きと向きが一致する回転軸である
ことを特徴とする請求項３に記載のモータ制御装置。
【請求項５】
前記トルク制御部は、前記δ軸電流指令値に対する補正量をインダクタンスパラメータを用いて導出し、
前記インダクタンスパラメータは、前記γ軸電流によって発生する磁束のδ軸成分についてのインダクタンス値を表す
ことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載のモータ制御装置。
【請求項６】
モータと、前記モータの出力トルクを制御するモータ制御装置とを備え、前記出力トルクを利用して移動する乗り物であって、
前記モータ制御装置として、請求項１〜請求項５の何れかに記載のモータ制御装置を用いた
ことを特徴とする乗り物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータを制御するモータ制御装置に関する。また、そのモータ制御装置を利用した電動車両等の乗り物に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータの制御方法として、ｄｑ座標系に対してずれた座標系であるｄｍｑｍ座標系を推定する技術が提案されている（例えば、下記特許文献１参照）。この技術では、制御系においてγ軸及びδ軸を定義し、γ軸及びδ軸をｄ軸及びｑ軸と異なるｄｍ軸及びｑｍ軸に追従させるベクトル制御を実行する。また、負のｄ軸電流を流す弱め磁束制御が知られている。弱め磁束制御によって、モータの高速回転時においても、モータ端子電圧を所定の制限値以下に抑制することが可能となる。
【０００３】
モータの出力トルクを制御するシステムにおいてはモータの出力トルクがトルク指令値に一致するようにモータ制御を成すが、この種のシステムにおいて弱め磁束制御を実現すべく弱め磁束電流を流すと、モータの出力トルクがトルク指令値と一致しなくなる。
【０００４】
出力トルク及びトルク指令値間の誤差をゼロに近づけることが重要であることは言うまでもない。特に電動車両などにおいては、広い速度範囲で弱め磁束制御が行われる。従って、弱め磁束制御の実行時においてもトルク指令値どおりに出力トルクを発生できる技術の開発が要望される。
【０００５】
これを考慮し、出力トルクをトルク指令値に精度良く追従させるべく、トルク指令値及び弱め磁束電流値に基づき弱め磁束電流を流す方向を可変設定する方法が開示されている（例えば、下記特許文献２参照）。この方法では、弱め磁束角度最適値Ｑｆｔ及び弱め磁束目標点ＩｄＺを、トルク指令ＴｒｑＲｅｆとｆ軸電流指令補正値ΔＩｆＲｅｆに応じてメモリテーブル参照などの方式により導出し、導出結果を利用して、等トルク曲線（定トルク曲線）に沿った弱め磁束制御を実現しようとしている（特に特許文献２の段落２１及び４０参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２５９６８６号公報
【特許文献２】特開２００３−２７４６９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、この従来方法では、ｄｑ座標系及びｆｔ座標系間の座標変換演算によって演算量が増大する上に、上記メモリテーブルには大きなメモリ領域が必要になる。演算量等の増大は様々な不利益をもたらすため、より簡素な演算又は構成にてトルク誤差を低減可能な技術が切望される。尚、この従来方法は、ｄｑ座標系への適用を前提にした方法であり、ｄｑ座標系と異なる制御座標系上でモータ制御を行うシステムへの適用は考慮されていない。
【０００８】
そこで本発明は、弱め磁束制御の実行時に発生しうるトルク誤差を簡素な演算又は構成にて良好に低減可能なモータ制御装置及びそれを利用した乗り物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】
【０００９】
本発明に係るモータ制御装置は、ｄｑ座標系と異なるγδ座標系を利用してモータの出力トルクを制御するモータ制御装置において、前記出力トルクに関与するδ軸電流の目標値であるδ軸電流指令値を生成するトルク制御部を備え、前記トルク制御部は、前記出力トルクとトルク指令値との間のトルク誤差が低減するように、弱め磁束用の電流に応じて前記δ軸電流指令値を補正することを特徴とする。
【００１０】
これにより、δ軸電流指令値を弱め磁束用の電流に応じて補正するという簡素な演算又は構成で、トルク誤差を低減することが可能となる。
【００１１】
具体的には例えば、前記トルク制御部は、前記トルク指令値から前記δ軸電流指令値を生成し、前記トルク指令値から生成した前記δ軸電流指令値を前記弱め磁束用の電流に応じて補正してもよい。
【００１２】
また具体的には例えば、当該モータ制御装置において、前記γδ座標系の座標軸は、γ軸及びδ軸から成り、γ軸電流及び前記δ軸電流は、夫々、前記モータへの供給電流のγ軸成分及びδ軸成分であり、前記トルク制御部は、前記弱め磁束用の電流としての前記γ軸電流の値に応じて、又は、前記γ軸電流の目標値であるγ軸電流指令値に応じて、前記δ軸電流指令値を補正してもよい。
【００１３】
また具体的には例えば、当該モータ制御装置において、前記δ軸がｑｍ軸と一致するように前記モータの制御を成しても良い。前記ｑｍ軸は、最大トルク制御の実現時における前記モータの出力電流ベクトルの向きと向きが一致する回転軸であってもよい。
【００１４】
また例えば、前記トルク制御部は、前記δ軸電流指令値に対する補正量をインダクタンスパラメータを用いて導出してもよい。前記インダクタンスパラメータは、例えば、前記γ軸電流によって発生する磁束のδ軸成分についてのインダクタンス値を表す。
【００１５】
本発明に係る乗り物は、モータと、前記モータの出力トルクを制御する上記のモータ制御装置とを備え、前記出力トルクを利用して移動する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、弱め磁束制御の実行時に発生しうるトルク誤差を簡素な演算又は構成にて良好に低減可能なモータ制御装置及びそれを利用した乗り物を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係るモータ駆動システムの概略ブロック図である。
【図２】本発明の実施形態に係るモータの解析モデル図である。
【図３】本発明の実施形態に係り、モータ制御装置の内部ブロック図を含む、モータ駆動システムのブロック図である。
【図４】図３の位置・速度推定部の内部ブロック図である。
【図５】ｄｍ軸及びγ軸間の軸誤差に関与する鎖交磁束ベクトルを説明するための図である。
【図６】図４に示される軸誤差推定部の入出力値例を表現するための図である。
【図７】本発明の第１実施例に係るシミュレーション結果を示す図である。
【図８】本発明の第２実施例に係るシミュレーション結果を示す図である。
【図９】本発明の第３実施例に係る電動自動車の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態の例を、図面を参照して具体的に説明する。参照される各図において、同一の部分には同一の符号を付し、同一の部分に関する重複する説明を原則として省略する。
【００１９】
図１は、本発明の実施形態に係るモータ駆動システムの概略ブロック図である。図１のモータ駆動システムは、モータ１と、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）インバータ２と、モータ制御装置３と、を備える。
【００２０】
モータ１は、三相永久磁石同期モータであり、永久磁石を備えた回転子（不図示）と３相分の電機子巻線を備えた固定子（不図示）とを有している。以下の説明において、回転子、固定子及び電機子巻線とは、モータ１に設けられているそれらを指す。モータ１は、埋込磁石同期モータであっても良いし、表面磁石同期モータであっても良い。以下の説明では、モータ１が突極機であることを想定する。
【００２１】
ＰＷＭインバータ（以下、単にインバータという）２は、モータ制御装置３による制御の下で、モータ１に三相交流電圧を供給する。インバータ２によってモータ１に印加される三相交流電圧は、Ｕ相の電機子巻線への印加電圧を表すＵ相電圧ｖｕ、Ｖ相の電機子巻線への印加電圧を表すＶ相電圧ｖｖ、及び、Ｗ相の電機子巻線への印加電圧を表すＷ相電圧ｖｗから成る。Ｕ相電圧ｖｕ、Ｖ相電圧ｖｖ及びＷ相電圧ｖｗの合成電圧である、モータ１への、全体の印加電圧をモータ電圧（モータ端子電圧）と呼び、それを記号Ｖａによって表す。
【００２２】
モータ電圧Ｖａの印加によって、インバータ２からモータ１へ供給される電流のＵ相成分、Ｖ相成分及びＷ相成分、即ちＵ相、Ｖ相及びＷ相の電機子巻線に流れる電流を、夫々、Ｕ相電流ｉｕ、Ｖ相電流ｉｖ及びＷ相電流ｉｗと呼ぶ。Ｕ相電流ｉｕ、Ｖ相電流ｉｖ及びＷ相電流ｉｗの合成電流である、モータ１への、全体の供給電流をモータ電流（電機子電流）と呼び、それを記号Ｉａによって表す。
【００２３】
モータ制御装置３は、モータ電流Ｉａの検出値等に基づきつつ、所望のベクトル制御を実現するためのＰＷＭ信号をインバータ２に与えることができる。
【００２４】
図２（ａ）及び（ｂ）は、モータ１の解析モデル図である。図２（ａ）には、固定された軸であるＵ相軸、Ｖ相軸及びＷ相軸（即ち、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の電機子巻線固定軸）が示されている。１ａは、モータ１の回転子に設けられた永久磁石を表す。永久磁石１ａが作る磁束の回転速度と同じ速度で回転する回転座標系において、永久磁石１ａが作る磁束の向きに沿った軸をｄ軸とし、ｄ軸に対応する制御上の回転軸をγ軸とする。ｄ軸の向きは、永久磁石１ａが作る磁束の向きに合致する。また、図２（ｂ）に示す如く、ｄ軸から電気角で９０度だけ位相が進んだ軸をｑ軸とし、γ軸から電気角で９０度だけ位相が進んだ軸をδ軸とする。図２（ａ）及び（ｂ）において、反時計回り方向は位相の進み方向に対応している。
【００２５】
更に、ｄ軸と異なる軸であるｄｍ軸及びｑ軸と異なる軸であるｑｍ軸を定義する。ここにおけるｄｍ軸及びｑｍ軸は、特開２００７−２５９６８６号公報（特許文献１）に記載されたものと同様である。即ち、ｑｍ軸は、最大トルク制御の実現時における出力電流ベクトルの向きと向きが一致する回転軸である。ｄｍ軸は、ｑｍ軸から電気角で９０度遅れた軸である。出力電流ベクトルとは、モータ電流Ｉａをベクトルにて表現したものを指す。
【００２６】
ｄ軸とｑ軸を総称してｄｑ軸と呼び、ｄ軸及びｑ軸を座標軸として有する座標系をｄｑ座標系と呼ぶ。γ軸とδ軸を総称してγδ軸と呼び、γ軸及びδ軸を座標軸として有する座標系をγδ座標系と呼ぶ。ｄｍ軸とｑｍ軸を総称してｄｍｑｍ軸と呼び、ｄｍ軸及びｑｍ軸を座標軸として有する座標系をｄｍｑｍ座標系と呼ぶ。ｄｑ座標系、γδ座標系及びｄｍｑｍ座標系は、何れも回転子の回転に同期して回転する回転座標系である。
【００２７】
ｄｑ軸及びｄｑ座標系は回転しており、その回転速度をωで表す。γδ軸及びγδ座標系も回転しており、その回転速度をωｅで表す。Ｕ相軸を基準として位相の進み方向にｄ軸を見たときの、ｄ軸の角度（位相）をθにより表す。同様に、Ｕ相軸を基準として位相の進み方向にγ軸を見たときの、γ軸の角度（位相）をθｅにより表す。θ及びθｅにて表される角度は、電気角における角度であり、それらは一般的に回転子位置又は磁極位置とも呼ばれる。ω及びωｅにて表される回転速度は、電気角における角速度である。ｄ軸の位相θとγ軸の位相θｅとの差Δθは、Δθ＝θ−θｅにて表される。
【００２８】
また、Ｕ相軸を基準とするｄｍ軸の角度（位相）とＵ相軸を基準とするｄ軸の角度（位相）との差をθｍにて表し、Ｕ相軸を基準とするγ軸の角度（位相）とＵ相軸を基準とするｄｍ軸の角度（位相）との差をΔθｍにて表す。従って、θｍはｄｍ軸及びｄ軸間の位相差を表し、Δθｍはγ軸及びｄｍ軸間の位相差を表すこととなる。但し、θｍはｄｍ軸から位相の遅れ方向にｄ軸を見たときの角度であり、Δθｍはγ軸から位相の遅れ方向にｄｍ軸を見たときの角度であるものとする。ｄｍ軸の位相がｄ軸の位相よりも進んでいる場合にθｍは負となり、ｄｍ軸の位相がｄ軸の位相よりも遅れている場合にθｍは正となる。同様に、γ軸の位相がｄｍ軸の位相よりも進んでいる場合にΔθｍは負となり、γ軸の位相がｄｍ軸の位相よりも遅れている場合にΔθｍは正となる。上述したように、ｄｍ軸はｄ軸と異なるのであるから、θｍは０°ではない。
【００２９】
以下、θ又はθｅを、回転子位置と呼ぶこととし、ω又はωｅを回転速度と呼ぶこととする。制御上の回転軸であるγ軸及びδ軸を制御軸とも呼ぶ。回転子位置及び回転速度を推定によって導出する場合においては、γ軸及びδ軸を制御上の推定軸と呼ぶことができると共に、θｅ及びωｅをそれぞれ推定回転子位置及び推定回転速度と呼ぶことができる。γδ座標系は、モータ１の制御のためにモータ制御装置３が自ら定める座標系であるから、γδ座標系を制御座標系と呼ぶこともできる。
【００３０】
モータ制御装置３以外の多くのモータ制御装置ではΔθがゼロになるようにベクトル制御が成されるが、モータ制御装置３では、インバータ２を介して、ｄ軸とは異なる軸にγ軸が一致するようにベクトル制御を成すことができる。この場合、ｄｑ座標系からずれた座標系がγδ座標系として推定されることとなる。
【００３１】
モータ駆動システムの制御に関与する記号を、以下のように定義する。
モータ電圧Ｖａのｄ軸成分、ｑ軸成分、ｄｍ軸成分、ｑｍ軸成分、γ軸成分及びδ軸成分を、夫々、ｄ軸電圧、ｑ軸電圧、ｄｍ軸電圧、ｑｍ軸電圧、γ軸電圧及びδ軸電圧と呼ぶと共に、記号ｖｄ、ｖｑ、ｖｄｍ、ｖｑｍ、ｖγ及びｖδにて表す。
モータ電流Ｉａのｄ軸成分、ｑ軸成分、ｄｍ軸成分、ｑｍ軸成分、γ軸成分及びδ軸成分を、夫々、ｄ軸電流、ｑ軸電流、ｄｍ軸電流、ｑｍ軸電流、γ軸電流及びδ軸電流と呼ぶと共に、記号ｉｄ、ｉｑ、ｉｄｍ、ｉｑｍ、ｉγ及びｉδにて表す。
Φａは、永久磁石１ａによる電機子鎖交磁束を表す。
Ｌｄ及びＬｑは、夫々ｄ軸インダクタンス（電機子巻線のインダクタンスのｄ軸成分）及びｑ軸インダクタンス（電機子巻線のインダクタンスのｑ軸成分）を表す。
Ｒａは、電機子巻線の一相当たりの抵抗値を表す。
Φａ、Ｌｄ、Ｌｑ及びＲａは、モータ１の特性に応じて予め定めておくことのできるパラメータである。
【００３２】
γ軸電圧ｖγ及びδ軸電圧ｖδが追従すべき、γ軸電圧ｖγ及びδ軸電圧ｖδの目標値を、それぞれγ軸電圧指令値ｖγ＊及びδ軸電圧指令値ｖδ＊により表す。
γ軸電流ｉγ及びδ軸電流ｉδが追従すべき、γ軸電流ｉγ及びδ軸電流ｉδの目標値を、それぞれγ軸電流指令値ｉγ＊及びδ軸電流指令値ｉδ＊により表す。
Ｕ相電圧ｖｕ、Ｖ相電圧ｖｖ及びＷ相電圧ｖｗが追従すべき、Ｕ相電圧ｖｕ、Ｖ相電圧ｖｖ及びＷ相電圧ｖｗの目標値を、それぞれＵ相電圧指令値ｖｕ＊、Ｖ相電圧指令値ｖｖ＊及びＷ相電圧指令値ｖｗ＊により表す。
モータ１の出力トルクを記号Ｔｒｑによって表す。出力トルクＴｒｑが追従すべき、出力トルクＴｒｑの目標値をトルク指令値Ｔｒｑ＊により表す。
【００３３】
尚、ｉγは、γ軸電流の値を表す記号としても用いられうる。ｉγ以外の物理量又は指令値を表す記号についても同様である。また、本明細書では、記述の簡略化上、記号（ｉγなど）を表記することによって、該記号に対応する物理量等の名称を省略又は略記することもある。即ち例えば、本明細書において、γ軸電流は、「ｉγ」、「電流ｉγ」又は「γ軸電流ｉγ」と表記され、γ軸電流の値は、「ｉγ」、「電流値ｉγ」又は「γ軸電流値ｉγ」と表記される。
【００３４】
［ｄｍｑｍ座標系における方程式］
今、ｄｍｑｍ座標系に注目し、ｄｍｑｍ座標系における方程式（トルク式を含む）について説明する。モータ制御装置３は、必要に応じ、以下に示される任意の式を用いて任意の物理量又は指令値を導出することが可能であり、この際、以下の式に示されるｉｄｍとしてｉγ又はｉγ＊を用いることができ、以下の式に示されるｉｑｍとしてｉδ又はｉδ＊を用いることができ、以下の式に示されるｖｄｍ、ｖｑｍ、ωとして、夫々、ｖγ＊、ｖδ＊、ωｅを用いることができる。
【００３５】
式（Ａ１）は、ｄｑ座標系に対してθｍだけ回転した座標系、即ちｄｍｑｍ座標系における電圧方程式である。Ｌ１の定義式は式（Ａ２）である。また、任意の式において“ｐ”は微分演算子を表している。
【００３６】
【数１】
2012130184.tif 000003
【００３７】
今、下記式（Ａ３）及び（Ａ４）に示される仮想インダクタンスＬｄｍ及びＬｑｍを定義し、式（Ａ３）及び（Ａ４）を用いて式（Ａ１）を変形すると、式（Ａ５）が得られる。式（Ａ５）中のΦａｍは、式（Ａ６）によって定義される。また、θｍは、式（Ａ７）のように表される。ｄｍ軸電流ｉｄｍ及びインダクタンスによるｄｍ軸方向の電圧降下は、仮想インダクタンスＬｄｍによって引き起こされていると考えることができる。
【００３８】
【数２】
2012130184.tif 000004
【００３９】
一方、ｄｑ座標系におけるトルク式（Ａ８）に、ｉｄ、ｉｑ、ｉｄｍ及びｉｑｍの関係式（Ａ９）及び（Ａ１０）を代入して整理すると、ｄｍｑｍ座標系におけるトルク式として式（Ａ１１）が得られる。Ｐｎは、モータ１の極対数である。
【００４０】
【数３】
2012130184.tif 000005
【００４１】
上記式（１１）の右辺第３項に式（Ａ７）を代入すると当該第３項はゼロになり、結果、ｄｍｑｍ座標系におけるトルク式（Ａ１２）が得られる。ｉｄｍ＝０であるとき、最大トルク制御が実現される。式（Ａ１２）を変形することで式（Ａ１３）が得られる。
【００４２】
【数４】
2012130184.tif 000006
【００４３】
ｄｍｑｍ座標系を推定している場合において、ｉｄｍ＝０であるならば、トルク指令値Ｔｒｑ＊に単に比例するｑｍ軸電流指令値（ｉｑｍの目標値）を作成して電流制御を行えばよく、これによって出力トルクＴｒｑを精度良くトルク指令値Ｔｒｑ＊に一致させることができる。しかしながら、式（Ａ１２）から分かるように、ｄｍ軸電流を流すと出力トルクＴｒｑは変化する。従って、トルク指令値Ｔｒｑ＊に単純比例したｑｍ軸電流指令値を作成する制御方法では、ｄｍ軸電流を流したときに、出力トルクＴｒｑとトルク指令値Ｔｒｑ＊との間に誤差（以下、トルク誤差という）が生じる。
【００４４】
以下、トルク誤差の低減に関与する複数の実施例を説明する。
【００４５】
＜＜第１実施例＞＞
第１実施例を説明する。トルク誤差を低減するためには、上記式（Ａ１３）の右辺第１項に相当するｑｍ軸電流指令値を、同式の右辺第２項に相当する補正量にて補正すればよい。この補正を実現する構成を説明する。図３は、第１実施例に係るモータ制御装置３の内部ブロック図を含む、モータ駆動システムのブロック図である。
【００４６】
モータ制御装置３は、符号１２〜１８及び２０〜２２によって参照される各部位を備える。電流センサ１１もモータ制御装置３に含まれていると考えても良い。また、直流電源４もモータ駆動システムに含まれていると考えても良い。直流電源４は、インバータ２からモータ１に供給される三相交流電圧の元になる直流電圧をインバータ２に供給する。
【００４７】
モータ制御装置３内の各部位は、モータ制御装置３内で生成された各値を自由に利用可能となっている。モータ駆動システムを形成する各部位は、所定の更新周期にて自身が算出（又は検出）して出力する指令値（ｖγ＊、ｖδ＊等）や物理量（ｉｕ、ｉｖ、ｉγ、ｉδ、θｅ、ωｅ等）を順次更新し、最新の値を用いて必要な演算を行う。また、モータ駆動システムを形成する各部位は、必要に応じ、モータ１の特性に応じたパラメータ（Φａ、Ｌｄ、Ｌｑ、Ｌｄｍ、Ｌｑｍ、Ｒａを含む）を用いて指令値又は物理量を算出する。
【００４８】
第１実施例を含む本実施形態では、弱め磁束制御が成されるときの技術に特に注目して説明を行う。周知の如く、弱め磁束制御とは、高速回転時などにおいてモータ１の端子電圧を所定値以下に抑える制御である。図３の磁束制御部１７に与えられる制限電圧値Ｖｏｍは、この所定値に対応する、モータ電圧Ｖａの振幅の上限値である。即ち、弱め磁束制御では、モータ電圧Ｖａの振幅が制限電圧値Ｖｏｍ以下に抑えられる。制限電圧値Ｖｏｍは、直流電源４からインバータ２に供給される直流電圧の値に応じて定められる。
【００４９】
モータ１に負のｄ軸電流を供給することで弱め磁束制御が成される。負のγ軸電流は、負のｄ軸電流成分を含む、負のｄ軸電流に対応する電流である。故に、負のγ軸電流を、弱め磁束用の電流と呼ぶことができる。弱め磁束制御が成されるとき、電流値ｉγは負であり、その目標値である指令値ｉγ＊も負である。一方、ｑ軸電流に対応するδ軸電流の増減によって出力トルクＴｒｑが増減するため、δ軸電流は出力トルクＴｒｑに関与する電流であると言える。
【００５０】
インバータ２及びモータ１間に設けられたＵ相及びＶ相電流が流れる２つの配線上に、Ｕ相電流値ｉｕ及びＶ相電流値ｉｖを直接検出するための２つの相電流センサ１１が設けられる。２つの相電流センサ１１の検出結果によって示される電流値ｉｕ及びｉｖが座標変換部１２に送られる。尚、直流電源４とインバータ２との間に流れる電流を検出する電流センサ（不図示）の検出結果に基づき、電流値ｉｕ及びｉｖを求めるようにしても良い。
【００５１】
座標変換部１２は、位置・速度推定部２０（以下、推定部２０と略記することがある）からの回転子位置θｅに基づいてＵ相電流値ｉｕ及びＶ相電流値ｉｖをγδ軸上の電流値に座標変換することにより、γ軸電流値ｉγ及びδ軸電流値ｉδを算出する。
【００５２】
推定部２０は、座標変換部１２からのγ軸電流値ｉγ及びδ軸電流値ｉδ並びに電流制御部１５からのγ軸電圧指令値ｖγ＊及びδ軸電圧指令値ｖδ＊の内の全部又は一部に基づいて、回転子位置θｅ及び回転速度ωｅを導出する。この際、δ軸がｑｍ軸と一致するように（換言すれば、γδ座標系がｄｍｑｍ座標系と一致するように）回転子位置θｅ及び回転速度ωｅを導出する。つまり、図３のモータ制御装置３では、ｄｍｑｍ座標系がγδ座標系として推定されることになる。
【００５３】
図４に、推定部２０の内部ブロック図を示す。推定部２０は、軸誤差推定部５１、ＰＩ制御器５２及び積分器５３を備える。軸誤差推定部５１は、ｉγ、ｉδ、ｖγ＊及びｖδ＊の全部又は一部を用いて軸誤差Δθｍを推定することができる。下記式（Ｂ１）は、軸誤差Δθｍの推定式の一例である。永久磁石１ａによる電機子鎖交磁束Φａとモータ電流Ｉａによる発生磁束との合成磁束を、ベクトルにて表現したものを鎖交磁束ベクトルΦｅＶ（不図示）と呼ぶ。式（Ｂ２）にて表されるΦｅａｍは、鎖交磁束ベクトルΦｅＶから、電流ｉｄｍ及びｉｑｍと仮想インダクタンスＬｄｍ及びＬｑｍによる発生磁束分を差し引いた鎖交磁束ベクトルであり、鎖交磁束ベクトルΦｅａｍの向きはｄｍ軸の向きと一致する（図５参照）。図５に示す如く、鎖交磁束ベクトルΦｅａｍのγ軸成分及びδ軸成分が夫々Φｅａｍγ及びΦｅａｍδである。
【００５４】
【数５】
2012130184.tif 000007
【００５５】
軸誤差推定部５１は、式（Ｂ１）を利用して軸誤差Δθｍを推定することができる。式（Ｂ１）を利用して軸誤差Δθｍを推定する場合、図６に示す如く、軸誤差推定部５１は、式（Ｂ１）におけるｖγとしてｖγ＊を用いることができ、式（Ｂ１）におけるωとしてωｅを用いることができる。また、必要な場合は、式（Ｂ１）におけるｖδとしてｖδ＊を用いることができる。ＰＩ制御器（比例積分制御器）５２は、比例積分制御を用いて、軸誤差推定部５１にて推定された軸誤差Δθｍがゼロに収束するように回転速度ωｅを求める。積分器５３は、ＰＩ制御器５２からの回転速度ωｅを積分することによって回転子位置θｅを求める。
【００５６】
再び図３を参照する。トルク／電流変換部１６（以下、変換部１６と略記することがある）は、トルク指令値Ｔｒｑ＊に基づいてδ軸電流指令値ｉδ＊を算出する。トルク指令値Ｔｒｑ＊は、図示されないトルク指令値生成部にて生成される。磁束制御部１７は、電圧指令値ｖγ＊及びｖδ＊、回転速度ωｅ並びに制限電圧値Ｖｏｍに基づいてγ軸電流指令値ｉγ＊を算出する。弱め磁束制御が不要なとき、磁束制御部１７はゼロをｉγ＊に設定することができ、ゼロをｉγ＊に設定することによって最大トルク制御が実現される。弱め磁束制御が必要な場合、磁束制御部１７は負の値をｉγ＊に設定する。
【００５７】
補正量算出部２１は、変換部１６にて算出された指令値ｉδ＊に対する補正量Δｉδ＊を、γ軸電流値ｉγに基づいて算出する。加算器２２は、指令値ｉδ＊に補正量Δｉδ＊を加えることによって、変換部１６からのδ軸電流指令値を補正する。補正後のδ軸電流指令値を、記号ｉδＣ＊にて表す。
【００５８】
減算器１３は、γ軸電流における指令値及び検出電流値間の誤差、即ち電流誤差（ｉγ＊−ｉγ）を求める。減算器１４は、δ軸電流における指令値及び検出電流値間の誤差、即ち電流誤差（ｉδＣ＊−ｉδ）を求める。電流制御部１５は、比例積分制御などを用いて電流誤差（ｉγ＊−ｉγ）及び（ｉδＣ＊−ｉδ）が共にゼロに収束するように電圧指令値ｖγ＊及びｖδ＊を算出して出力する。ｉδ＊はｉδの目標値であると上述したが、本実施例ではｉδ＊が補正されているため、指令値ｉδＣ＊がｉδの真の目標値として機能する。
【００５９】
座標変換部１８は、回転子位置θｅに基づいてγδ軸上の電圧指令値ｖγ＊及びｖδ＊を指令値ｖｕ＊、ｖｖ＊及びｖｗ＊から成る三相電圧指令値に変換し、得られた三相電圧指令値をインバータ２に出力する。インバータ２は、与えられた三相電圧指令値に基づき、電圧値ｖｕ、ｖｖ及びｖｗが夫々指令値ｖｕ＊、ｖｖ＊及びｖｗ＊と一致するように、直流電源４からの直流電圧を三相交流電圧に変換し、得られた三相交流電圧をモータ１に供給する。これにより、トルク指令値Ｔｒｑ＊に応じた出力トルクＴｒｑがモータ１に発生する。
【００６０】
変換部１６から得られる補正前のδ軸電流指令値ｉδ＊、補正量算出部２１から得られる補正量Δｉδ＊、及び、加算器２２から得られる補正後のδ軸電流指令値ｉδＣ＊は、式（Ｂ３）〜（Ｂ５）にて表される。
【００６１】
【数６】
2012130184.tif 000008
【００６２】
式（Ｂ３）に示す如く、電流指令値ｉδ＊はトルク指令値Ｔｒｑ＊の関数ｆ（Ｔｒｑ＊）である。具体的には例えば、変換部１６は、下記式（Ｂ６）に従って指令値ｉδ＊を算出することができる。式（Ｂ６）の右辺は、上記式（Ａ１３）の第１項に相当する。
式（Ｂ４）に示す如く、補正量Δｉδ＊はγ軸電流値ｉγの関数ｇ（ｉγ）である。具体的には例えば、補正量算出部２１は、下記式（Ｂ７）に従って補正量Δｉδ＊を算出することができる。式（Ｂ７）の右辺は、上記式（Ａ１３）の第２項に相当する。
従って、ｄｍｑｍ座標系をγδ座標系として推定するとき、式（Ｂ５）〜（Ｂ７）は、式（Ａ１３）と等価であると言える。尚、変換部１６及び補正量算出部２１は、式（Ｂ６）及び（Ｂ７）におけるΦａｍの値を上記式（Ａ６）及び（Ａ７）を用いて算出することができ、この算出においてｉδをｉｑｍとして利用することができる。
【００６３】
【数７】
2012130184.tif 000009
【００６４】
変換部１６は、式（Ａ６）、（Ａ７）及び（Ｂ６）を用いた演算処理によって指令値ｉδ＊を求めても良い。或いは、式（Ａ６）、（Ａ７）及び（Ｂ６）に示される関係をテーブル化することで又は該関係を近似した関係をテーブル化することでルックアップテーブル（テーブルデータ）を準備しておくようにしてもよい。この場合、変換部１６は、当該ルックアップテーブルを用いて指令値ｉδ＊を求めることができる。
【００６５】
補正量算出部２１は、式（Ａ６）、（Ａ７）及び（Ｂ７）を用いた演算処理によって補正量Δｉδ＊を求めても良い。或いは、式（Ａ６）、（Ａ７）及び（Ｂ７）に示される関係をテーブル化することで又は該関係を近似した関係をテーブル化することでルックアップテーブル（テーブルデータ）を準備しておくようにしてもよい。この場合、補正量算出部２１は、当該ルックアップテーブルを用いて補正量Δｉδ＊を求めることができる。
【００６６】
補正量Δｉδ＊を求めるためのルックアップテーブルへの入力値には、少なくともｉγが含まれる。出力トルクＴｒｑがγ軸電流値ｉγに全く或いは殆ど依存しなくなるような、γ軸電流値ｉγと補正量Δｉδ＊との関係を予め実験又は数値解析を用いて求めておき、求めた関係を表すテーブルデータを用いて補正量Δｉδ＊を求めるようにしても良い。
【００６７】
式（Ａ６）及び（Ａ７）から分かるように、式（Ｂ７）の右辺はδ軸電流値（ｑｍ軸電流値）にも依存する。従って、補正量算出部２１は、電流値ｉγ及びｉδに基づいて補正量Δｉδ＊を求めるようにしても良い。この場合も例えば、出力トルクＴｒｑがγ軸電流値ｉγに全く或いは殆ど依存しなくなるような、電流値ｉγ及びｉδと補正量Δｉδ＊との関係を予め実験又は数値解析を用いて求めておき、求めた関係を表すテーブルデータを用いて補正量Δｉδ＊を求めるようにしても良い。
【００６８】
また、定常状態においてｉγとｉγ＊は完全に又は実質的に一致するのであるから、補正量算出部２１は、ｉγの代わりにｉγ＊を用いて補正量Δｉδ＊を求めても良い（ｉγ＊をｉγとして用いて補正量Δｉδ＊を求めても良い）。この場合、磁束制御部１７からの指令値ｉγ＊が補正量算出部２１に入力される。
【００６９】
図７に、出力トルクＴｒｑのシミュレーション結果を示す。図７のシミュレーションでは、強制的にδ軸電流ｉδを一定（１０アンペア）に維持した状態でγ軸電流ｉγを変化させることで、出力トルクＴｒｑのｉγ依存性を求めた。図７のグラフにおいて、横軸はｉγに対応し（単位はアンペア）、縦軸はＴｒｑに対応する（単位はＮ・ｍ）。波線４０１は、当該シミュレーションによって得られた出力トルクＴｒｑのｉγ依存性を表している。但し、波線４０１を得るためのシミュレーションでは、モータ制御装置３内における各種の物理量又は指令値を算出する際、ＬｄｍとしてＬｄｍ［ＲＥＡＬ］を用いた。Ｌｄｍ［ＲＥＡＬ］は、上記式（Ａ３）に従うインダクタンスＬｄｍの真値である。
【００７０】
波線４０１に示されるように、弱め磁束制御を実現するべく負のγ軸電流をモータ１に供給した場合において、仮にδ軸電流を変化させなかったならば、負のγ軸電流の影響によりモータ１の出力トルクＴｒｑは低下してゆく。これは、上記式（Ａ１２）からも容易に理解される。負のγ軸電流の供給による出力トルクＴｒｑの低下は、トルク誤差の増大に相当する。図３の構成では、γ軸電流の供給によって生じうる出力トルクＴｒｑの低下分を補正量Δｉδ＊としてδ軸電流指令値ｉδ＊に足しこむことにより、出力トルクＴｒｑの低下を回避している（即ち、トルク誤差を低減している）。図７の実線４００は、δ軸電流ｉδを補正後のδ軸電流指令値ｉδＣ＊と一致させた場合における出力トルクＴｒｑのｉγ依存性を表しており、実線４００ではｉγによらず出力トルクＴｒｑが略一定になっている。尚、実線４００を求めるときのトルク指令値Ｔｒｑ＊は一定である。
【００７１】
図３の構成によれば、弱め磁束用の電流である負のγ軸電流の供給時において、γ軸電流に応じた補正量だけトルクに関与するδ軸電流が増加せしめられる。このため、負のγ軸電流（弱め磁束用の電流）をモータ１に流したことによって発生しうるトルク誤差を低減（理想的にはゼロにまで低減）することができる。この際、特許文献２の方法のようなｆｔ座標系への変換が不要であるため演算量が少なくて済み、特許文献２と比べて少ないメモリ領域で定トルク曲線に沿った弱め磁束制御が可能となる。
【００７２】
また、第１実施例の構成に関し、以下のようなことが言える。モータ制御装置３には、トルク指令値Ｔｒｑ＊から生成したδ軸電流指令値ｉδ＊を弱め磁束用の電流に応じて補正するトルク制御部が備えられていると言える。トルク制御部は、補正量算出部２１及び加算器２２を構成要素をとして含み、更に変換部１６もトルク制御部の構成要素に含まれうる。トルク制御部は、弱め磁束用の電流の電流値である電流値ｉγに基づいて又は弱め磁束用の電流の目標値である指令値ｉγ＊に基づいて補正量Δｉδ＊を導出し、補正量Δｉδ＊を指令値ｉδ＊に加算することで補正を実現する。上述の説明から明らかなように、この補正によって、トルク誤差が低減（理想的にはゼロにまで低減）される。
【００７３】
尚、ここにおける低減とは、補正量Δｉδ＊による補正を行わない構成（即ち、ｉγ＜０であったとしても、強制的にｉδＣ＊＝ｉδ＊とする構成）との比較における低減である。また、弱め磁束用の電流に応じた任意の動作（制御、演算、補正、推定など）は、弱め磁束用の電流の情報に応じた動作（制御、演算、補正、推定など）であるとも言える。本実施形態において、弱め磁束用の電流の情報は、電流値ｉγ又は指令値ｉγ＊である。
【００７４】
また、補正量算出部２１は、Ｌｄｍを用いてδ軸電流指令値に対する補正量Δｉδ＊を導出することができる（上記式（Ｂ７）参照）。Ｌｄｍ及びＬｑｍは、モータ１の特性を表すインダクタンスパラメータである。ｄｑ座標系を推定するシステムにおいては（即ち、γ軸をｄ軸に一致させるようにベクトル制御を行うシステムにおいては）、γ軸電流及びインダクタンスによって発生する磁束の方向はγ軸方向である（即ち、該磁束にはγ軸成分のみが含まれる）。しかしながら、ｄｑ座標系と異なる回転座標系を推定するシステムにおいてはγ軸電流及びインダクタンスによって発生する磁束にδ軸成分が含まれるようになる。これは、図２（ａ）のθｍがゼロでないとき（但し、ｃｏｓθｍｓｉｎθｍ≠０）、上記式（Ａ３）におけるＬｄｍがゼロではなくなることからも理解される。
【００７５】
Ｌｄｍ・ｉγは、γ軸電流によって発生する磁束のδ軸成分ΦδＡを表している。従って、Ｌｄｍはγ軸電流に作用してδ軸成分ΦδＡを発生させるインダクタンス成分であり、Ｌｄｍはδ軸成分ΦδＡについてのインダクタンスパラメータである（換言すれば、Ｌｄｍはδ軸成分ΦδＡについてのインダクタンス値を表す）と言える。
【００７６】
＜＜第２実施例＞＞
第２実施例を説明する。第２実施例及び後述の他の実施例は、第１実施例を基礎とする実施例である。従って、第２実施例及び後述の他の実施例において特に述べない事項に関しては、第１実施例の記載が第２実施例及び後述の他の実施例にも適用される。
【００７７】
上述の第１実施例では、モータ制御装置３内における各種の物理量又は指令値を算出する際、ＬｄｍとしてＬｄｍ［ＲＥＡＬ］を用いることが前提とされている。但し、パラメータＬｄｍにＬｄｍ［ＲＥＡＬ］以外の値を代入した上で、モータ制御装置３内における各種の物理量又は指令値を算出するようにしても良い。例えば、上記式（Ａ３）に関わらずパラメータＬｄｍにゼロを代入した上で、モータ制御装置３内における各種の物理量又は指令値を算出するようにしても良い。
【００７８】
図８に、第２実施例に係る出力トルクＴｒｑのシミュレーション結果を示す。図８のシミュレーションでは、図７のシミュレーションと同様に、強制的にδ軸電流ｉδを一定（１０アンペア）に維持した状態でγ軸電流ｉγを変化させることで、出力トルクＴｒｑのｉγ依存性を求めた。図８のグラフにおいて、横軸はｉγに対応し（単位はアンペア）、縦軸はＴｒｑに対応する（単位はＮ・ｍ）。波線４０２は、当該シミュレーションによって得られた出力トルクＴｒｑのｉγ依存性を表している。但し、波線４０２を得るためのシミュレーションでは、モータ制御装置３内における各種の物理量又は指令値を算出する際、Ｌｄｍとして０を用いた。
【００７９】
波線４０２に示されるように、Ｌｄｍ＝０の条件下で弱め磁束制御を実現するべく負のγ軸電流をモータ１に供給した場合、仮にδ軸電流を変化させなかったならば、負のγ軸電流の影響によりモータ１の出力トルクＴｒｑは増加してゆく。負のγ軸電流の供給による出力トルクＴｒｑの増加は、トルク誤差の増大に相当する。従って、パラメータＬｄｍを０に設定する場合には、γ軸電流の供給によって生じうる出力トルクＴｒｑの増加分が打ち消されるようにδ軸電流指令値ｉδ＊を補正すればよい。
【００８０】
即ち、Ｌｄｍ＝０の条件下で弱め磁束制御を行う場合には、補正用算出部２１において電流値ｉγ又は指令値ｉγ＊に基づき負の値を有する補正量Δｉδ＊を導出し、負の補正量Δｉδ＊を変換部１６からの指令値ｉδ＊に加えることでｉδＣ＊を求めればよい。負の値を有する補正量Δｉδ＊は、γ軸電流の供給によって生じうる出力トルクＴｒｑの増加分が打ち消されるように、算出される。
【００８１】
第２実施例の如く、ＬｄｍとしてＬｄｍ［ＲＥＡＬ］以外の値を用いた場合でも第１実施例と同様の効果が得られる。また、第２実施例のモータ制御装置３においても上述のトルク制御部が備えられていると言え、第２実施例に係るトルク制御部の動作及び機能は、第１実施例のそれらと同様である。但し、第１実施例では、弱め磁束用の電流（負のｉγ又はｉγ＊）に応じてδ軸電流指令値を増大補正することでトルク誤差の低減を実現しているのに対し、第２実施例では、弱め磁束用の電流（負のｉγ又はｉγ＊）に応じてδ軸電流指令値を減少補正することでトルク誤差の低減を実現している。
【００８２】
尚、ＬｄｍにＬｄｍ［ＲＥＡＬ］以外の値を代入した状態で軸誤差Δθｍを推定すると、軸誤差推定部５１による軸誤差Δθｍの推定値に推定誤差が含まれるようになり、結果、ｄｍｑｍ座標系とは異なる回転座標系がγδ座標系として推定されるようになる。ｄｍｑｍ座標系とは異なる回転座標系がγδ座標系として推定される場合においても、弱め磁束用の電流（負のｉγ又はｉγ＊）に応じてδ軸電流指令値を増大補正又は減少補正することでトルク誤差を低減することができる。
【００８３】
＜＜第３実施例＞＞
第３実施例を説明する。上述のモータ制御装置３及びモータ駆動システムを、モータ１を用いるあらゆる電気機器に搭載することができる。該電気機器には、例えば、乗り物、空気調和機（屋内用又は車載用の空気調和機など）、洗濯機、及び、圧縮機（冷蔵庫用圧縮機など）が含まれ、それらはモータ１の回転によって駆動する。
【００８４】
モータ駆動システムを搭載した乗り物は、モータ１の出力トルクを利用して移動する移動体であり、例えば、モータ１の出力トルクを利用して走行する電動車両（電動自動車、電動バイク、電動自転車など）、モータ１の出力トルクを利用して航行する電動ボートである。特に電動車両などにおいては、広い速度範囲で弱め磁束制御が行われる。従って、弱め磁束制御の実行時においてもトルク指令値どおりに出力トルクを発生可能な、本実施形態に係るモータ駆動システムは有益である。
【００８５】
例として、上述のモータ駆動システムであるモータ駆動システム１００を搭載した電動自動車１０１の概略構成図を、図９に示す。モータ駆動システム１００内の直流電源４を、例えば、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの二次電池（不図示）にて形成しておくことができる。モータ駆動システム１００において直流電源４からの電力にてモータ１が駆動される（モータ１から出力トルクが得られる）。モータ駆動システム１００におけるモータ１の出力トルクにより電動自動車１０１の車輪が回転せしめられ、これによって電動自動車１０１は走行する。また、回生時には、電動自動車１０１の車輪及びモータ１を通じて得られた回生エネルギーにて、直流電源４（図３参照）内の二次電池が充電されてもよい。また、電動自動車１０１は、モータ１の出力トルクとモータ１の出力トルク以外の動力源（化石燃料を用いた動力源）とを併用して走行するものであっても良い。
【００８６】
＜＜変形等＞＞
本発明の実施形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。以上の実施形態は、あくまでも、本発明の実施形態の例であって、本発明ないし各構成要件の用語の意義は、以上の実施形態に記載されたものに制限されるものではない。上述の説明文中に示した具体的な数値は、単なる例示であって、当然の如く、それらを様々な数値に変更することができる。上述の実施形態に適用可能な注釈事項として、以下に、注釈１〜注釈３を記す。各注釈に記載した内容は、矛盾なき限り、任意に組み合わせることが可能である。
【００８７】
［注釈１］
各実施形態において、算出、推定、検出等によって導出されるべき全ての値（ｉγ、ｉγ＊、Δθｍ等）の導出方法は任意である。即ち例えば、それらを、モータ制御装置３内での演算によって導出するようにしてもよいし、予め設定しておいたテーブルデータから導出するようにしてもよい。
【００８８】
［注釈２］
モータ制御装置３の機能の一部または全部は、例えば汎用マイクロコンピュータ等に組み込まれたソフトウェア（プログラム）を用いて実現される。ソフトウェアを用いてモータ制御装置３を実現する場合、モータ制御装置３の各部の構成を示すブロック図は機能ブロック図を表すこととなる。勿論、ソフトウェア（プログラム）ではなく、ハードウェアのみによって、或いは、ソフトウェアとハードウェアの組み合わせによって、モータ制御装置３を形成することも可能である。
【００８９】
［注釈３］
本明細書及び図面において下記の点に留意すべきである。上記の数と表記した墨付きかっこ内の式（式（Ｂ１）等）の記述又は図面において、所謂下付き文字として表現されているギリシャ文字（γ、δを含む）は、それらの墨付きかっこ外において、下付き文字でない標準文字として表記されることがある。このギリシャ文字における下付き文字と標準文字との相違は、電子出願用ソフトウェアが実行したフォント変換によって生じたものであり、本明細書を読むに当たり、その相違は適宜無視されるべきである。
【００９０】
【数８】
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【符号の説明】
【００９１】
１  モータ
２  インバータ
３  モータ制御装置
１６  トルク／電流変換部
２０  位置・速度推定部
２１  補正量算出部
１００  モータ駆動システム
１０１  電動車両
【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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