(57)【要約】【課題】モータ電圧ベクトルの振幅が電圧制限値を超えることを防止しつつモータ電流ベクトルの振幅が電流制限値を超えることを防止する制御を高精度に行う。【解決手段】振幅特定部１４０は、指令磁束ベクトルの振幅である指令振幅を特定する。振幅特定部１４０は、指令電圧ベクトルの振幅が電圧制限値を超えた第１の場合において、指令電圧ベクトルの振幅と電圧制限値との間の偏差である電圧偏差をゼロに近づける電圧フィードバック制御を含む制御を実行することによって、電圧偏差をゼロに近づける指令振幅を特定する。トルク制限部１２５は、磁束情報を用いてモータ電流ベクトルの振幅を電流制限値に追従させるモータトルクであるトルク制限値を特定し、トルク制限部１２５に与えられた指令トルクがトルク制限値よりも大きい場合には指令トルクをトルク制限値に修正する。【選択図】図３
2017123753.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＰＷＭインバータを用いて３相モータに電圧ベクトルを印加し、前記３相モータのモータ磁束ベクトル及びモータトルクをそれぞれ指令磁束ベクトル及び指令トルクに追従させるモータ制御装置であって、
前記指令磁束ベクトルの振幅である指令振幅を特定する振幅特定部であって、前記電圧ベクトルが追従するべき指令電圧ベクトルの振幅が電圧制限値を超えた第１の場合において、前記指令電圧ベクトルの振幅と前記電圧制限値との間の偏差である電圧偏差をゼロに近づける電圧フィードバック制御を含む制御を実行することによって、前記電圧偏差をゼロに近づける前記指令振幅を特定する振幅特定部と、
前記指令電圧ベクトルと前記３相モータのモータ電流ベクトルとを用いて前記モータ磁束ベクトルを推定するモータ磁束推定部と、
前記指令トルクを修正するトルク制限部であって、推定された前記モータ磁束ベクトルの振幅又は前記指令振幅と、推定された前記モータ磁束ベクトル又は前記指令磁束ベクトルと、前記モータ電流ベクトルと、電流制限値とを用いて前記モータ電流ベクトルの振幅を前記電流制限値に追従させる前記モータトルクであるトルク制限値を特定し、前記トルク制限部に与えられた前記指令トルクが前記トルク制限値以下である場合には前記指令トルクを修正せず、前記トルク制限部に与えられた前記指令トルクが前記トルク制限値よりも大きい場合には前記指令トルクを前記トルク制限値に修正するトルク制限部と、を備えたモータ制御装置。
【請求項２】
前記モータ電流ベクトル及び推定された前記モータ磁束ベクトルから前記モータトルクを推定するトルク推定部と、
前記指令磁束ベクトルの位相である指令位相を特定する位置特定部であって、前記トルク制限部から出力された前記指令トルクと推定された前記モータトルクとの間の偏差であるトルク偏差をゼロに近づけるトルクフィードバック制御を含む制御を実行することによって、前記トルク偏差をゼロに近づける前記指令位相を特定する位置特定部と、
前記指令振幅及び前記指令位相から前記指令磁束ベクトルを特定する指令磁束特定部と、を備えた、請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記振幅特定部は、
前記指令磁束ベクトルの仮振幅を設定する仮設定部と、
前記第１の場合において、前記電圧フィードバック制御を含む制御によって修正振幅を特定する修正振幅特定部と、
前記仮振幅に前記修正振幅を加算して前記指令振幅を特定する補正部とを有する、請求項１又は２に記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記第１の場合において、前記修正振幅特定部は、ゼロよりも小さい前記修正振幅を特定する、請求項３に記載のモータ制御装置。
【請求項５】
前記修正振幅特定部は、電圧偏差補償部を有し、
前記第１の場合において、前記電圧偏差補償部は、前記修正振幅を操作量とする前記電圧フィードバック制御を実行することによって前記指令電圧ベクトルの振幅と前記電圧制限値との間の偏差をゼロに近づける、請求項３又は４に記載のモータ制御装置。
【請求項６】
前記修正振幅特定部は、第１モードと第２モードとを切り替える切替部を有し、
前記第１モードは、前記修正振幅を操作量とする前記電圧フィードバック制御を前記電圧偏差補償部が実行することによって、前記指令電圧ベクトルの振幅と前記電圧制限値との間の偏差をゼロに近づけるモードであり、
前記第２モードは、定数を前記修正振幅とするモードであり、
前記切替部は、前記第１の場合には前記第１モードを選択し、前記指令電圧ベクトルの振幅が前記電圧制限値以下である第２の場合には前記第２モードを選択する、請求項５に記載のモータ制御装置。
【請求項７】
前記修正振幅特定部は、電圧偏差補償部と内積補償部とを有し、
前記第１の場合において、前記電圧偏差補償部は、第１の指令誤差パラメータを操作量とする前記電圧フィードバック制御を実行することによって前記指令電圧ベクトルの振幅と前記電圧制限値との間の偏差をゼロに近づけ、
前記第１の場合において、前記内積補償部は、前記修正振幅を操作量とする第１のフィードバック制御を実行することによって、（ａ）推定された前記モータ磁束ベクトルと前記３相モータのモータ電流ベクトルとの第１内積、又は、（ｂ）前記３相モータの推定された磁石磁束ベクトルと前記モータ電流ベクトルとの第２内積である誤差パラメータと前記第１の指令誤差パラメータとの間の偏差をゼロに近づける、請求項３又は４に記載のモータ制御装置。
【請求項８】
前記修正振幅特定部は、第１モードと第２モードとを切り替える切替部を有し、
前記第１モードは、前記第１の指令誤差パラメータを操作量とする前記電圧フィードバック制御を前記電圧偏差補償部が実行することによって、前記指令電圧ベクトルの振幅と前記電圧制限値との間の偏差をゼロに近づけ、前記修正振幅を操作量とする前記第１のフィードバック制御を前記内積補償部が実行することによって、前記第１の前記指令誤差パラメータと前記誤差パラメータとの間の偏差をゼロに近づけるモードであり、
前記第２モードは、前記修正振幅を操作量とする第２のフィードバック制御を前記内積補償部が実行することによって、定数である第２の指令誤差パラメータと前記誤差パラメータとの間の偏差をゼロに近づけるモードであり、
前記切替部は、前記第１の場合には前記第１モードを選択し、前記指令電圧ベクトルの振幅が前記電圧制限値以下である第２の場合には前記第２モードを選択する、請求項７に記載のモータ制御装置。
【請求項９】
前記誤差パラメータは前記第２内積であり、
前記定数はゼロである、請求項８に記載のモータ制御装置。
【請求項１０】
ＰＷＭコンバータを用いて３相発電機に電圧ベクトルを印加し、前記３相発電機の発電機磁束ベクトル及び発電機トルクをそれぞれ指令磁束ベクトル及び指令トルクに追従させる発電機制御装置であって、
前記指令磁束ベクトルの振幅である指令振幅を特定する振幅特定部であって、前記電圧ベクトルが追従するべき指令電圧ベクトルの振幅が電圧制限値を超えた第１の場合において、前記指令電圧ベクトルの振幅と前記電圧制限値との間の偏差である電圧偏差をゼロに近づける電圧フィードバック制御を含む制御を実行することによって、前記電圧偏差をゼロに近づける前記指令振幅を特定する振幅特定部と、
前記指令電圧ベクトルと前記３相発電機の発電機電流ベクトルとを用いて前記発電機磁束ベクトルを推定する発電機磁束推定部と、
前記指令トルクを修正するトルク制限部であって、推定された前記発電機磁束ベクトルの振幅又は前記指令振幅と、推定された前記発電機磁束ベクトル又は前記指令磁束ベクトルと、前記発電機電流ベクトルと、電流制限値とを用いて前記発電機電流ベクトルの振幅を前記電流制限値に追従させる前記発電機トルクであるトルク制限値を特定し、前記トルク制限部に与えられた前記指令トルクが前記トルク制限値以下である場合には前記指令トルクを修正せず、前記トルク制限部に与えられた前記指令トルクが前記トルク制限値よりも大きい場合には前記指令トルクを前記トルク制限値に修正するトルク制限部と、を備えた発電機制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、モータ制御装置及び発電機制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、３相モータの駆動方法として、種々の方法が知られている。駆動方法の一例として、直接トルク制御（DTC:Direct Torque Control）が挙げられる。直接トルク制御は、モータ制御装置及びインバータを用いて実現される。非特許文献１には、モータ電圧（端子電圧）が電圧制限値を超えないようにするための指令磁束の計算手法、モータ電流が電流制限値を越えないようにするためのトルク制限値の計算手法等が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２９１０７２号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】井上征則、森本茂雄、真田雅之、「永久磁石同期モータを駆動する直接トルク制御のためのトルクと磁束の指令値作成法とトルク制御器のワインドアップ対策（A reference value calculation scheme for torque and flux and an anti-windup implementation of torque controller for direct torque control of permanent magnet synchronous motor）」電気学会論文誌Ｄ,１３０巻，６号，ｐ．７７７−７８４（２０１０年）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
非特許文献１に記載されている手法では、モータ電圧が電圧制限値を超えないようにするための制御の精度を十分に確保できなかったり、モータ電流が電流制限値を越えないようにするための制御の精度を十分に確保できなかったりする場合がある。本開示は、これらの精度の確保に適した技術に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
すなわち、本開示は、
ＰＷＭインバータを用いて３相モータに電圧ベクトルを印加し、前記３相モータのモータ磁束ベクトル及びモータトルクをそれぞれ指令磁束ベクトル及び指令トルクに追従させるモータ制御装置であって、
前記指令磁束ベクトルの振幅である指令振幅を特定する振幅特定部であって、前記電圧ベクトルが追従するべき指令電圧ベクトルの振幅が電圧制限値を超えた第１の場合において、前記指令電圧ベクトルの振幅と前記電圧制限値との間の偏差である電圧偏差をゼロに近づける電圧フィードバック制御を含む制御を実行することによって、前記電圧偏差をゼロに近づける前記指令振幅を特定する振幅特定部と、
前記指令電圧ベクトルと前記３相モータのモータ電流ベクトルとを用いて前記モータ磁束ベクトルを推定するモータ磁束推定部と、
前記指令トルクを修正するトルク制限部であって、推定された前記モータ磁束ベクトルの振幅又は前記指令振幅と、推定された前記モータ磁束ベクトル又は前記指令磁束ベクトルと、前記モータ電流ベクトルと、電流制限値とを用いて前記モータ電流ベクトルの振幅を前記電流制限値に追従させる前記モータトルクであるトルク制限値を特定し、前記トルク制限部に与えられた前記指令トルクが前記トルク制限値以下である場合には前記指令トルクを修正せず、前記トルク制限部に与えられた前記指令トルクが前記トルク制限値よりも大きい場合には前記指令トルクを前記トルク制限値に修正するトルク制限部と、を備えたモータ制御装置を提供する。
【発明の効果】
【０００７】
本開示のモータ制御装置は、モータ電圧ベクトルの振幅が電圧制限値を超えないようにするための制御の精度と、モータ電流ベクトルの振幅が電流制限値を越えないようにするための制御の精度とを確保するのに適している。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態のモータ制御装置のブロック図
【図２】ｄｑ座標系及びαβ座標系を説明するための図
【図３】第１の実施形態のモータ制御部のブロック図
【図４】インバータの構成図
【図５】第１の実施形態の修正振幅特定部のブロック図
【図６】第１の実施形態の切替部の動作を説明するためのフロー図
【図７Ａ】変形例１−１Ａのモータ制御部のブロック図
【図７Ｂ】変形例１−１Ｂのモータ制御部のブロック図
【図８Ａ】変形例１−１Ａの修正振幅特定部のブロック図
【図８Ｂ】変形例１−１Ｂの修正振幅特定部のブロック図
【図９】変形例１−２のモータ制御部のブロック図
【図１０】従来のモータ制御部のブロック図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明者らは、モータ制御装置の改善に際し、図１０に示すようなモータ制御部９０３を検討した。モータ制御部９０３は、速度制御系で直接トルク制御を実現するための構成を有している。モータ制御部９０３では、ｕ，ｗ／α，β変換部９０６によって、相電流ｉu，ｉwが、軸電流ｉα，ｉβに変換される。モータ磁束推定部９０８によって、軸指令電圧ｖα*，ｖβ*及び軸電流ｉα，ｉβから、モータ磁束ベクトルが推定される（推定磁束Ψsが求められる）。推定磁束Ψsのα軸成分及びβ軸成分をそれぞれ推定磁束Ψα、推定磁束Ψβと記載する。軸指令電圧ｖα*，ｖβ*は、モータ電圧ベクトルが追従するべきベクトルを表す。位相推定部９１０によって、推定磁束Ψsから、３相モータのモータ磁束ベクトルの位相θsが推定される。速度推定部９１１によって、位相θsから、モータの速度が推定される（推定速度ωrが求められる）。トルク推定部９１４によって、推定磁束Ψs及び軸電流ｉα，ｉβから、モータトルクが推定される（推定トルクＴeが求められる）。指令トルク特定部９２４によって、現在の推定速度ωrが指令速度ωref*に一致するように、指令トルク（第一の指令トルク）Ｔe*が生成される。トルク制限部９２５によって、第一の指令トルクＴe*、推定磁束Ψs及び軸電流ｉα，ｉβから、第二の指令トルクＴe**が生成される。振幅特定部９１５によって、第二の指令トルクＴe**から、第一の指令振幅｜Ψs*｜が生成される。電圧制限部９１９において、第一の指令振幅｜Ψs*｜、軸電流ｉα，ｉβ及び推定磁束Ψsの位相θsから、第二の振幅指令｜Ψs**｜が生成される。トルク偏差演算部９２１によって、推定トルクＴeと第二の指令トルクＴe**との間の偏差（トルク偏差ΔＴ＝Ｔe**−Ｔe）が求められる。位置特定部９９０によって、位相θs及びトルク偏差ΔＴから、指令磁束ベクトルΨs*の位相（指令位相）θs*が特定される。指令磁束特定部９１２によって、第二の指令振幅｜Ψs**｜及び指令位相θs*から、指令磁束ベクトルΨs*が求められる。指令磁束ベクトルΨs*のα軸成分及びβ軸成分を、それぞれα軸指令磁束Ψα*、β軸指令磁束Ψβ*と記載する。α軸磁束偏差演算部９１３ａによって、α軸指令磁束Ψα*と推定磁束Ψαとの間の偏差（磁束偏差ΔΨα＝Ψα*−Ψα）が求められる。β軸磁束偏差演算部９１３ｂによって、β軸指令磁束Ψβ*と推定磁束Ψβとの間の偏差（磁束偏差ΔΨβ＝Ψβ*−Ψβ）が求められる。指令電圧特定部９０７によって、磁束偏差ΔΨα，ΔΨβ及び軸電流ｉα，ｉβから、軸指令電圧ｖα*，ｖβ*が求められる。α，β／ｕ，ｖ，ｗ変換部９０９によって、軸指令電圧ｖα*，ｖβ*が指令電圧ベクトルｖu*，ｖv*，ｖw*に変換される。指令電圧ベクトルｖu*，ｖv*，ｖw*に基づいてインバータのスイッチングがなされる。なお、異なる座標系で表されているものの、軸指令電圧ｖα*，ｖβ*と指令電圧ベクトルｖu*，ｖv*，ｖw*とは実体的には同じである。このため、軸指令電圧ｖα*，ｖβ*を、指令電圧ベクトルｖα*，ｖβ*を呼ぶこともできる。
【００１０】
具体的に、トルク制限部９２５は、第一の指令トルクＴe*、推定磁束Ψs及び軸電流ｉα，ｉβから、式（Ｐ−１）及び（Ｐ−２）に基づいて、トルク制限値Ｔlimを計算する。トルク制限部９２５は、第一の指令トルクＴe*がトルク制限値Ｔlim*よりも大きい場合、第二の指令トルクＴe**としてトルク制限値Ｔlim*を出力する。一方、第一の指令トルクＴe*がトルク制限値Ｔlim*以下である場合、第二の指令トルクＴe**として第一の指令トルクＴe*を出力する。式（Ｐ−１）のＩamは、電流制限値を意味する。式（Ｐ−２）のＰnは、モータの極対数である。誤差がゼロであれば、トルク制限部９２５が式（Ｐ−１）及び（Ｐ−２）に基づいて動作することによって、モータ電流ベクトルの振幅を電流制限値Ｉamを一致させ、モータトルクをトルク制限値Ｔlim*に一致させることができる。
【００１１】
【数１】
2017123753.tif 000003
【００１２】
また、具体的に、電圧制限部９１９は、第一の指令振幅｜Ψs*｜、軸電流ｉα，ｉβ及び推定磁束Ψsの位相θsから、式（Ｐ−３）及び（Ｐ−４）に基づいて、磁束制限値｜Ψs_lim*｜を計算する。電圧制限部９１９は、第一の指令振幅｜Ψs*｜が磁束制限値｜Ψs_lim*｜よりも大きい場合、第二の振幅指令｜Ψs**｜として｜Ψs_lim*｜を出力する。一方、第一の指令振幅｜Ψs*｜が磁束制限値｜Ψs_lim*｜以下である場合、第二の振幅指令｜Ψs**｜として第一の指令振幅｜Ψs*｜を出力する。電圧制限部９１９は、式（Ｐ−３）のωとして、推定速度ωrを用いる。式（Ｐ−３）のＲaは、モータの電機子巻線の一相当たりの抵抗値である。Ｒaは、抵抗パラメータと呼ばれることがある。Ｖamは、電圧制限値である。誤差がゼロであれば、電圧制限部９１９が式（Ｐ−３）及び（Ｐ−４）に基づいて動作することによって、モータ電圧ベクトルの振幅を電圧制限値Ｖamに一致させ、モータ磁束ベクトルの振幅を磁束制限値｜Ψs_lim*｜に一致させることができる。なお、モータ電圧ベクトルの振幅（大きさ）を電圧制限値以下に抑えるための制御は、弱め磁束制御と呼ばれている。電圧制限部９１９は、フィードフォワードで弱め磁束制御を実現する。
【数２】
2017123753.tif 000004
【００１３】
モータ制御部９０３において弱め磁束制御が行われている状況（弱め磁束制御に基づきモータ電圧ベクトルの振幅の上昇が抑えられている状況）では、モータ電圧ベクトルの振幅は電圧制限値に保たれるとも思われる。しかしながら、本発明者らの検討によれば、種々の誤差（例えば、抵抗値Ｒa等のパラメータ誤差）が原因で、モータ電圧ベクトルの振幅は電圧制限値Ｖamからずれた値に保たれる。別の言い方をすると、磁束制限値｜Ψs_lim*｜が、モータ電圧ベクトルの振幅を電圧制限値Ｖamに一致させるための振幅からずれる。このため、モータ磁束ベクトルの振幅も、モータ電圧ベクトルの大きさを電圧制限値Ｖamに一致させるための振幅からずれる。トルク制限値Ｔlim*はモータ磁束ベクトルを用いて特定されるため、モータ磁束ベクトルの振幅にずれがあると、トルク制限値Ｔlim*が、モータ電流ベクトルの振幅を電流制限値Ｉamに一致させるためのトルクからずれる。このため、モータ電流ベクトルの振幅が、電流制限値Ｉamに一致しない。以上の理由で、モータ制御部９０３では、モータ電圧ベクトルの振幅が電圧制限値Ｖamを超えることを防止しつつモータ電流ベクトルの振幅が電流制限値Ｉamを超えることを防止する制御を高精度に行うことは容易ではない。このため、モータ電圧ベクトルの振幅が過度に大きくなったり、モータ電流ベクトルの振幅が過度に大きくなったりするおそれがある。このことは、線形領域でインバータを動作させようとしているにも関わらずインバータが過変調領域で動作してモータが脱調したり、モータが過度に発熱して焼損したりする原因となる。非特許文献１の技術にも、同じ問題点がある。
【００１４】
本発明者らは、モータ電圧ベクトルの振幅が電圧制限値を超えることを防止しつつモータ電流ベクトルの振幅が電流制限値を超えることを防止する制御を改善することを目指した。そして、電圧制限部９１９のように計算によって（フィードフォワードによって）弱め磁束制御を行うよりも、フィードバック制御によって弱め磁束制御を行った方が、モータ電圧ベクトルの振幅が電圧制限値を超えることを防止しつつモータ電流ベクトルの振幅が電流制限値を超えることを防止する制御を高精度に行い易いことを見出した。
【００１５】
すなわち、本開示の第１態様は、
ＰＷＭインバータを用いて３相モータに電圧ベクトルを印加し、前記３相モータのモータ磁束ベクトル及びモータトルクをそれぞれ指令磁束ベクトル及び指令トルクに追従させるモータ制御装置であって、
前記指令磁束ベクトルの振幅である指令振幅を特定する振幅特定部であって、前記電圧ベクトルが追従するべき指令電圧ベクトルの振幅が電圧制限値を超えた第１の場合において、前記指令電圧ベクトルの振幅と前記電圧制限値との間の偏差である電圧偏差をゼロに近づける電圧フィードバック制御を含む制御を実行することによって、前記電圧偏差をゼロに近づける前記指令振幅を特定する振幅特定部と、
前記指令電圧ベクトルと前記３相モータのモータ電流ベクトルとを用いて前記モータ磁束ベクトルを推定するモータ磁束推定部と、
前記指令トルクを修正するトルク制限部であって、推定された前記モータ磁束ベクトルの振幅又は前記指令振幅と、推定された前記モータ磁束ベクトル又は前記指令磁束ベクトルと、前記モータ電流ベクトルと、電流制限値とを用いて前記モータ電流ベクトルの振幅を前記電流制限値に追従させる前記モータトルクであるトルク制限値を特定し、前記トルク制限部に与えられた前記指令トルクが前記トルク制限値以下である場合には前記指令トルクを修正せず、前記トルク制限部に与えられた前記指令トルクが前記トルク制限値よりも大きい場合には前記指令トルクを前記トルク制限値に修正するトルク制限部と、を備えたモータ制御装置を提供する。
【００１６】
第１態様では、モータ電圧ベクトルの振幅が電圧制限値よりも大きい場合（第１の場合）に、指令電圧ベクトルの振幅と電圧制限値との間の電圧偏差をゼロに近づける電圧フィードバック制御を含む制御を実行することによって、電圧偏差をゼロに近づける指令振幅を特定する。このようにすれば、フィードフォワード制御を実行する場合よりも高い精度でモータ電圧ベクトルの振幅が電圧制限値に一致し易い。また、これらを一致させるための指令振幅も正確に特定され易い。指令振幅が正確であれば、指令磁束ベクトルも正確になり易く、モータ磁束ベクトル及びその振幅は適切になり易い。そのような磁束情報を用いてトルク制限値は計算されるため、トルク制限値は正確に特定され易い。このため、高い精度でモータ電流ベクトルの振幅が電流制限値に一致し易い。
【００１７】
本開示の第２態様は、第１態様に加え、
前記モータ電流ベクトル及び推定された前記モータ磁束ベクトルから前記モータトルクを推定するトルク推定部と、
前記指令磁束ベクトルの位相である指令位相を特定する位置特定部であって、前記トルク制限部から出力された前記指令トルクと推定された前記モータトルクとの間の偏差であるトルク偏差をゼロに近づけるトルクフィードバック制御を含む制御を実行することによって、前記トルク偏差をゼロに近づける前記指令位相を特定する位置特定部と、
前記指令振幅及び前記指令位相から前記指令磁束ベクトルを特定する指令磁束特定部と、を備えたモータ制御装置を提供する。
【００１８】
上述のように、第１態様によれば、トルク制限値が正確に特定され易い。第２態様によれば、そのトルク制限値を、指令位相に反映させることができる。従って、第２態様によれば、指令位相が正確に特定され易い。また、上述のように指令振幅も正確に特定され易いので、指令磁束ベクトルも正確になり易い。
【００１９】
本開示の第３態様は、第１態様又は第２態様に加え、
前記振幅特定部は、
前記指令磁束ベクトルの仮振幅を設定する仮設定部と、
前記第１の場合において、前記電圧フィードバック制御を含む制御によって修正振幅を特定する修正振幅特定部と、
前記仮振幅に前記修正振幅を加算して前記指令振幅を特定する補正部とを有するモータ制御装置を提供する。
【００２０】
第３態様のモータ制御装置は、シンプルである。
【００２１】
本開示の第４態様は、第３態様に加え、
前記第１の場合において、前記修正振幅特定部は、ゼロよりも小さい前記修正振幅を特定するモータ制御装置を提供する。
【００２２】
第４態様によれば、減磁作用が得られるように仮振幅が補正される。
【００２３】
本開示の第５態様は、第３態様又は第４態様に加え、
前記修正振幅特定部は、電圧偏差補償部を有し、
前記第１の場合において、前記電圧偏差補償部は、前記修正振幅を操作量とする前記電圧フィードバック制御を実行することによって前記指令電圧ベクトルの振幅と前記電圧制限値との間の偏差をゼロに近づけるモータ制御装置を提供する。
【００２４】
第５態様の構成は、第７の態様の構成よりもシンプルである。
【００２５】
本開示の第６態様は、第５態様に加え、
前記修正振幅特定部は、第１モードと第２モードとを切り替える切替部を有し、
前記第１モードは、前記修正振幅を操作量とする前記電圧フィードバック制御を前記電圧偏差補償部が実行することによって、前記指令電圧ベクトルの振幅と前記電圧制限値との間の偏差をゼロに近づけるモードであり、
前記第２モードは、定数を前記修正振幅とするモードであり、
前記切替部は、前記第１の場合には前記第１モードを選択し、前記指令電圧ベクトルの振幅が前記電圧制限値以下である第２の場合には前記第２モードを選択するモータ制御装置を提供する。
【００２６】
第６態様の構成は、第８態様の構成よりもシンプルである。第６態様のモータ制御装置では、モータ電圧ベクトルの振幅が電圧制限値以下である場合に弱め磁束制御以外の制御を行うことができる。また、第６態様によれば、弱め磁束制御と他の制御とを適切なタイミングでスムーズに切り替えることが可能となる。
【００２７】
本開示の第７態様は、第３態様又は第４態様に加え、
前記修正振幅特定部は、電圧偏差補償部と内積補償部とを有し、
前記第１の場合において、前記電圧偏差補償部は、第１の指令誤差パラメータを操作量とする前記電圧フィードバック制御を実行することによって前記指令電圧ベクトルの振幅と前記電圧制限値との間の偏差をゼロに近づけ、
前記第１の場合において、前記内積補償部は、前記修正振幅を操作量とする第１のフィードバック制御を実行することによって、（ａ）推定された前記モータ磁束ベクトルと前記３相モータのモータ電流ベクトルとの第１内積、又は、（ｂ）前記３相モータの推定された磁石磁束ベクトルと前記モータ電流ベクトルとの第２内積である誤差パラメータと前記第１の指令誤差パラメータとの間の偏差をゼロに近づけるモータ制御装置を提供する。
【００２８】
本開示の第８態様は、第７態様に加え、
前記修正振幅特定部は、第１モードと第２モードとを切り替える切替部を有し、
前記第１モードは、前記第１の指令誤差パラメータを操作量とする前記電圧フィードバック制御を前記電圧偏差補償部が実行することによって、前記指令電圧ベクトルの振幅と前記電圧制限値との間の偏差をゼロに近づけ、前記修正振幅を操作量とする前記第１のフィードバック制御を前記内積補償部が実行することによって、前記第１の前記指令誤差パラメータと前記誤差パラメータとの間の偏差をゼロに近づけるモードであり、
前記第２モードは、前記修正振幅を操作量とする第２のフィードバック制御を前記内積補償部が実行することによって、定数である第２の指令誤差パラメータと前記誤差パラメータとの間の偏差をゼロに近づけるモードであり、
前記切替部は、前記第１の場合には前記第１モードを選択し、前記指令電圧ベクトルの振幅が前記電圧制限値以下である第２の場合には前記第２モードを選択するモータ制御装置を提供する。
【００２９】
第７態様及び第８態様のモータ制御装置では、モータ電圧ベクトルの振幅が電圧制限値以下である第２の場合（第２モード）における制御の自由度が高い。具体的には、第１内積又は第２内積が近づくべき定数を適切に設定することによって、種々の制御を行うことができる。第１内積又は第２内積は仮振幅を補正をするための有効な指標であるため、第２の場合において、目的に応じたフィードバック制御が実施されうる。また、第８態様によれば、弱め磁束制御と他の制御とを適切なタイミングでスムーズに切り替えることが可能となる。
【００３０】
本開示の第９態様は、第８態様に加え、
前記誤差パラメータは前記第２内積であり、
前記定数はゼロであるモータ制御装置を提供する。
【００３１】
第９態様のモータ制御装置では、第１の場合において弱め磁束制御を実行し、第２の場合において最大トルク／電流制御（ＭＴＰＡ）を実行することができる。
【００３２】
本開示の第１０態様は、
ＰＷＭコンバータを用いて３相発電機に電圧ベクトルを印加し、前記３相発電機の発電機磁束ベクトル及び発電機トルクをそれぞれ指令磁束ベクトル及び指令トルクに追従させる発電機制御装置であって、
前記指令磁束ベクトルの振幅である指令振幅を特定する振幅特定部であって、前記電圧ベクトルが追従するべき指令電圧ベクトルの振幅が電圧制限値を超えた第１の場合において、前記指令電圧ベクトルの振幅と前記電圧制限値との間の偏差である電圧偏差をゼロに近づける電圧フィードバック制御を含む制御を実行することによって、前記電圧偏差をゼロに近づける前記指令振幅を特定する振幅特定部と、
前記指令電圧ベクトルと前記３相発電機の発電機電流ベクトルとを用いて前記発電機磁束ベクトルを推定する発電機磁束推定部と、
前記指令トルクを修正するトルク制限部であって、推定された前記発電機磁束ベクトルの振幅又は前記指令振幅と、推定された前記発電機磁束ベクトル又は前記指令磁束ベクトルと、前記発電機電流ベクトルと、電流制限値とを用いて前記発電機電流ベクトルの振幅を前記電流制限値に追従させる前記発電機トルクであるトルク制限値を特定し、前記トルク制限部に与えられた前記指令トルクが前記トルク制限値以下である場合には前記指令トルクを修正せず、前記トルク制限部に与えられた前記指令トルクが前記トルク制限値よりも大きい場合には前記指令トルクを前記トルク制限値に修正するトルク制限部と、を備えた発電機制御装置を提供する。
【００３３】
第１０態様によれば、第１態様のモータ制御装置と同様の効果を奏する発電機制御装置を提供することができる。なお、モータ制御装置に関する技術は発電機制御装置に適用でき、発電機制御装置に関する技術はモータ制御装置に適用できる。また、第１態様の特徴と第１０態様の特徴を兼ね備えた電動機を提供することも可能である。すなわち、力行駆動及び回生駆動の両方を行う電動機であって第１態様及び第１０態様と同様に動作しこれらの態様と同様の効果を奏する電動機を提供することも可能である。
【００３４】
本開示の第１１態様は、
ＰＷＭインバータを用いて３相モータに電圧ベクトルを印加し、前記３相モータのモータ磁束ベクトル及びモータトルクをそれぞれ指令磁束ベクトル及び指令トルクに追従させるモータ制御方法であって、
前記指令磁束ベクトルの振幅である指令振幅を特定する振幅特定ステップであって、前記電圧ベクトルが追従するべき指令電圧ベクトルの振幅が電圧制限値を超えた第１の場合において、前記指令電圧ベクトルの振幅と前記電圧制限値との間の偏差である電圧偏差をゼロに近づける電圧フィードバック制御を含む制御を実行することによって、前記電圧偏差をゼロに近づける前記指令振幅を特定する振幅特定ステップと、
前記指令電圧ベクトルと前記３相モータのモータ電流ベクトルとを用いて前記モータ磁束ベクトルを推定するモータ磁束推定ステップと、
前記指令トルクを修正するトルク制限ステップであって、推定された前記モータ磁束ベクトルの振幅又は前記指令振幅と、推定された前記モータ磁束ベクトル又は前記指令磁束ベクトルと、前記モータ電流ベクトルと、電流制限値とを用いて前記モータ電流ベクトルの振幅を前記電流制限値に追従させる前記モータトルクであるトルク制限値を特定し、前記トルク制限部に与えられた前記指令トルクが前記トルク制限値以下である場合には前記指令トルクを修正せず、前記トルク制限部に与えられた前記指令トルクが前記トルク制限値よりも大きい場合には前記指令トルクを前記トルク制限値に修正するトルク制限ステップと、を備えたモータ制御方法を提供する。
【００３５】
本開示の第１２態様は、
ＰＷＭコンバータを用いて３相発電機に電圧ベクトルを印加し、前記３相発電機の発電機磁束ベクトル及び発電機トルクをそれぞれ指令磁束ベクトル及び指令トルクに追従させる発電機制御方法であって、
前記指令磁束ベクトルの振幅である指令振幅を特定する振幅特定ステップであって、前記電圧ベクトルが追従するべき指令電圧ベクトルの振幅が電圧制限値を超えた第１の場合において、前記指令電圧ベクトルの振幅と前記電圧制限値との間の偏差である電圧偏差をゼロに近づける電圧フィードバック制御を含む制御を実行することによって、前記電圧偏差をゼロに近づける前記指令振幅を特定する振幅特定ステップと、
前記指令電圧ベクトルと前記３相発電機の発電機電流ベクトルとを用いて前記発電機磁束ベクトルを推定する発電機磁束推定ステップと、
前記指令トルクを修正するトルク制限ステップであって、推定された前記発電機磁束ベクトルの振幅又は前記指令振幅と、推定された前記発電機磁束ベクトル又は前記指令磁束ベクトルと、前記発電機電流ベクトルと、電流制限値とを用いて前記発電機電流ベクトルの振幅を前記電流制限値に追従させる前記発電機トルクであるトルク制限値を特定し、前記トルク制限部に与えられた前記指令トルクが前記トルク制限値以下である場合には前記指令トルクを修正せず、前記トルク制限部に与えられた前記指令トルクが前記トルク制限値よりも大きい場合には前記指令トルクを前記トルク制限値に修正するトルク制限ステップと、を備えた発電機制御方法を提供する。
【００３６】
第１１態様及び１２態様によれば、第１態様及び第１０態様の効果と同様の効果が得られる。
【００３７】
モータ制御装置及び発電機制御装置に関する技術は、モータ制御方法及び発電機制御方法に適用できる。モータ制御方法及び発電機制御方法に関する技術は、モータ制御装置及び発電機制御装置に適用できる。
【００３８】
本開示の第１３態様は、第１１態様のモータ制御方法を実行するための命令を含む、コンピュータプログラムを提供する。
【００３９】
本開示の第１４態様は、第１２態様の発電機制御方法を実行するための命令を含む、コンピュータプログラムを提供する。
【００４０】
本開示の第１５態様は、第１３態様及び／又は第１４態様のコンピュータプログラムが格納された、コンピュータによる読み取りが可能なメモリを提供する。
【００４１】
本開示の第１６態様は、第１３態様及び／又は第１４態様のコンピュータプログラムを実行するプロセッサを提供する。
【００４２】
本開示の第１７態様は、
第１３態様及び／又は第１４態様のコンピュータプログラムが格納された、コンピュータによる読み取りが可能なメモリと、
前記コンピュータプログラムを実行するプロセッサと、を備えた制御システムを提供する。
【００４３】
本明細書では、電流、電圧、磁束等に関するベクトルが、３相交流座標（Ｕ−Ｖ−Ｗ座標）、α−β座標、ｄ−ｑ座標、ｄｍ−ｑｍ座標等を用いて表現されている。ただし、本明細書の技術は、Ｍ−Ｔ座標等の他の座標を用いて説明することもできる。すなわち、以下では、便宜上特定の座標を用いた制御例を説明するが、本明細書はその制御例のみならず別の座標を用いた制御例も開示していると考えるべきである。モータ磁束ベクトルは、３相モータに印加されている３相交流座標上の電機子鎖交磁束と、この電機子鎖交磁束を座標変換することにより得た磁束の両方を含む概念である。指令磁束ベクトル、モータ電圧ベクトル、第１の指令電圧ベクトル、第２の指令電圧ベクトル、モータ電流ベクトル等についても同様である。本明細書では、「振幅」は、単に大きさ（絶対値）を指す場合がある。また、特に断りがない場合は、「速度」は、３相モータの回転子の角速度（単位：ｒａｄ／ｓ）を表す。
【００４４】
以下、本開示に係る実施形態を図面に基づいて説明する。
【００４５】
（第１の実施形態）
図１に示すように、モータ制御装置１００は、第１電流センサ１０５ａ、第２電流センサ１０５ｂ、モータ制御部１０３及びデューティ生成部１０４を含んでいる。モータ制御装置１００は、インバータ１０１及び３相モータ１０２に接続される。
【００４６】
モータ制御部１０３は、３相モータ１０２の位置センサレス運転を実行するように構成されている。位置センサレス運転は、エンコーダ、レゾルバ等の位置センサを用いない運転である。
【００４７】
モータ制御装置１００は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）又はマイクロコンピュータにおいて実行される制御アプリケーションによって提供される要素を含んでいてもよい。ＤＳＰ又はマイクロコンピュータは、コア、メモリ、Ａ／Ｄ変換回路及び通信ポート等の周辺装置を含んでいてもよい。また、モータ制御装置１００は、論理回路によって構成された要素を含んでいてもよい。
【００４８】
（モータ制御装置１００を用いた制御の概要）
図１を参照しながら、モータ制御装置１００を用いた制御の概要を説明する。電流センサ１０５ａ，１０５ｂによって、相電流ｉu，ｉwが検出される。モータ制御部１０３によって、指令速度ωref*及び相電流ｉu，ｉwから、指令電圧ベクトルｖu*，ｖv*，ｖw*が生成される。指令電圧ベクトルｖu*，ｖv*，ｖw*の各成分は、それぞれ３相交流座標上のＵ相電圧ｖu*、Ｖ相電圧ｖv*及びＷ相電圧ｖw*に対応する。デューティ生成部１０４によって、指令電圧ベクトルｖu*，ｖv*，ｖw*から、デューティＤu，Ｄv，Ｄwが生成される。インバータ１０１によって、デューティＤu，Ｄv，Ｄwから、３相モータ１０２に印加するべきモータ電圧ベクトルｖu，ｖv，ｖwが生成される。指令速度ωref*は、上位制御装置からモータ制御装置１００に与えられる。指令速度ωref*は、３相モータ１０２の速度が追従するべき速度を表す。
【００４９】
以下では、α−β座標（２相座標）に基づいてモータ制御装置１００を説明することがある。図２に、α−β座標、Ｕ−Ｖ−Ｗ座標及びｄ−ｑ座標を示す。α−β座標は、固定座標である。α−β座標は、静止座標とも交流座標とも称される。α軸は、Ｕ軸と同一方向に延びる軸として設定される。また、ｄ軸はロータの回転子と一致する軸として定義されており、その位置をθで定義している。また、ｄ軸から９０度進んだ位置をｑ軸として定義している。
【００５０】
（モータ制御部１０３）
図３に示すように、モータ制御部１０３は、ｕ，ｗ／α，β変換部（３相２相座標変換部）１０６、モータ磁束推定部１０８、位相推定部１１０、速度推定部１１１、トルク推定部（トルク推定器）１１４、指令トルク特定部１２４、トルク制限部１２５、トルク偏差演算部１２１、位置特定部１９０、振幅特定部１４０、指令磁束特定部１１２、α軸磁束偏差演算部１１３ａ、β軸磁束偏差演算部１１３ｂ、指令電圧特定部１０７、α，β／ｕ，ｖ，ｗ変換部（２相３相座標変換部）１０９を含んでいる。振幅特定部１４０は、仮設定部１２６、修正振幅特定部１２３及び加算部（補正部）１２７を含んでいる。
【００５１】
モータ制御部１０３では、ｕ，ｗ／α，β変換部１０６によって、相電流ｉu，ｉwが、軸電流ｉα，ｉβに変換される。軸電流ｉα，ｉβは、３相モータ１０２のα−β座標上におけるα軸電流ｉα及びβ軸電流ｉβをまとめて記載したものである。モータ磁束推定部１０８によって、軸指令電圧ｖα*，ｖβ*及び軸電流ｉα，ｉβから、モータ磁束ベクトルが推定される（推定磁束Ψsが求められる）。軸指令電圧ｖα*，ｖβ*は、３相モータ１０２のα−β座標上におけるα軸指令電圧ｖα*及びβ軸指令電圧ｖβ*をまとめて記載したものである。推定磁束Ψsのα軸成分及びβ軸成分をそれぞれ推定磁束Ψα、推定磁束Ψβと記載する。トルク推定部１１４によって、推定磁束Ψs及び軸電流ｉα，ｉβから推定トルクＴeが特定される。位相推定部１１０及び速度推定部１１１によって、推定磁束Ψsから推定磁束Ψsの位相θs及び推定速度ωrが特定される。指令トルク特定部１２４によって、指令速度ωref*及び推定速度ωrから指令トルク（第一の指令トルク）Ｔe*が特定される。トルク制限部１２５によって、第一の指令トルクＴe*、推定磁束Ψs及び軸電流ｉα，ｉβから、第二の指令トルクＴe**が生成される。トルク制限部１２５は、モータトルクを制限する役割を担う。トルク偏差演算部１２１によって、第二の指令トルクＴe**と推定トルクＴeの偏差（トルク偏差ΔＴ＝Ｔe**−Ｔe）が求められる。位置特定部１９０によって、位相θs及びトルク偏差ΔＴから指令磁束ベクトルΨs*の位相（指令位相）θs*が特定される。修正振幅特定部１２３によって、電圧制限値Ｖam及び軸指令電圧ｖα*，ｖβ*から、修正振幅ΔΨが求められる。仮設定部１２６によって、第二の指令トルクＴe**から仮振幅｜Ψs_MTPA*｜が特定される。加算部１２７によって、仮振幅｜Ψs_MTPA*｜及び修正振幅ΔΨから指令磁束ベクトルΨs*の振幅｜Ψs*｜（指令振幅｜Ψs*｜）が生成される。修正振幅特定部１２３及び加算部１２７は、モータ電圧ベクトルの振幅を制限する役割（弱め磁束制御を行う役割）を担う。指令磁束特定部１１２によって、指令振幅｜Ψs*｜及び指令位相θs*から、指令磁束ベクトルΨs*が求められる。指令磁束ベクトルΨs*のα軸成分及びβ軸成分を、それぞれα軸指令磁束Ψα*、β軸指令磁束Ψβ*と記載する。α軸磁束偏差演算部１１３ａによって、α軸指令磁束Ψα*と推定磁束Ψαとの間の偏差（磁束偏差）ΔΨαが求められる。β軸磁束偏差演算部１１３ｂによって、β軸指令磁束Ψβ*と推定磁束Ψβとの間の偏差（磁束偏差）ΔΨβが求められる。指令電圧特定部１０７によって、磁束偏差ΔΨα，ΔΨβ及び軸電流ｉα，ｉβから、軸指令電圧ｖα*，ｖβ*が求められる。α，β／ｕ，ｖ，ｗ変換部１０９によって、軸指令電圧ｖα*，ｖβ*が指令電圧ベクトルｖu*，ｖv*，ｖw*に変換される。指令電圧ベクトルｖu*，ｖv*，ｖw*は、インバータ１０１の動作を規定するＰＷＭデューティＤu，Ｄv，Ｄwの生成に用いられる電圧ベクトルである。
【００５２】
このような制御により、インバータ１０１を介して３相モータ１０２に電圧ベクトルが印加される。３相モータ１０２の速度が指令速度ωref*に追従する。３相モータ１０２のモータ磁束ベクトル及びモータトルクが指令磁束ベクトルΨs*及び指令トルクＴe*に追従する。弱め磁束制御が実行されているときに、高い精度で指令電圧ベクトル（軸指令電圧）ｖα*，ｖβ*の振幅（電圧指令値＝√（ｖα*＾２＋ｖβ*＾２））及びモータ電圧ベクトルの振幅を電圧制限値Ｖamに一致させ、高い精度でモータ電流の振幅を制限し、高い精度でモータトルクを制限することができる。
【００５３】
本明細書では、軸電流ｉα，ｉβは、実際に３相モータ１０２を流れる電流ではなく、情報として伝達される電流値を意味する。推定磁束Ψs、修正振幅ΔΨ、推定トルクＴe、電圧制限値Ｖam、指令速度ωref*、指令トルクＴe*，Ｔe**、指令磁束ベクトルΨs*、指令電圧ベクトルｖα*，ｖβ*、指令電圧ベクトルｖu*，ｖv*，ｖw*等も同様である。
【００５４】
異なる座標系で表されているものの、軸指令電圧ｖα*，ｖβ*と指令電圧ベクトルｖu*，ｖv*，ｖw*とは実体的には同じである。このため、以下の説明では、軸指令電圧ｖα*，ｖβ*を、指令電圧ベクトルｖα*，ｖβ*を呼ぶことがある。また、軸電流ｉα，ｉβ及び相電流ｉu，ｉwを、モータ電流ベクトルｉα，ｉβ及びモータ電流ベクトルｉu，ｉwと呼ぶこともある。
【００５５】
本実施形態の制御に関する各構成要素について、以下で説明する。
【００５６】
（デューティ生成部１０４）
図１に示すデューティ生成部１０４は、指令電圧ベクトルｖu*，ｖv*，ｖw*から、デューティＤu，Ｄv，Ｄwを生成する。本実施形態では、デューティ生成部１０４は、指令電圧ベクトルｖu*，ｖv*，ｖw*の各成分を、各相のデューティＤu，Ｄv，Ｄwに変換する。デューティＤu，Ｄv，Ｄwの生成方法としては、一般的な電圧形ＰＷＭインバータに用いられる方法を用いることができる。例えば、デューティＤu，Ｄv，Ｄwは、指令電圧ベクトルｖu*，ｖv*，ｖw*を、直流電源１１８（図４）の電圧値Ｖdcの半分の値で除すことにより求めてもよい。この場合、デューティＤuは、２×ｖu*／Ｖdcである。デューティＤvは、２×ｖv*／Ｖdcである。デューティＤwは、２×ｖw*／Ｖdcである。デューティ生成部１０４は、デューティＤu，Ｄv，Ｄwを出力する。
【００５７】
（インバータ１０１）
インバータ１０１はＰＷＭインバータである。図４に示すように、本実施形態のインバータ１０１は、スイッチング素子１１９ａ，１１９ｂ，１１９ｃ，１１９ｄ，１１９ｅ，１１９ｆ及び還流ダイオード１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄ，１２０ｅ，１２０ｆが対になった変換回路、ベースドライバ１１６、平滑コンデンサ１１７及び直流電源１１８を含む。直流電源１１８は、ダイオードブリッジ等によって整流された出力を表す。直流電源１１８の電圧Ｖdcは、ＤＣリンク電圧Ｖdcと呼ばれることがある。なお、本明細書では、変換回路及び平滑コンデンサ１１７を併せた構成をインバータと記載する。
【００５８】
インバータ１０１は、ＰＷＭ制御によって３相モータ１０２に電圧ベクトルを印加する。具体的には、３相モータ１０２への給電は、スイッチング素子１１９ａ〜１１９ｆを介して、直流電源１１８から行われる。より具体的には、まず、デューティＤu，Ｄv，Ｄwがベースドライバ１１６に入力される。次に、デューティＤu，Ｄv，Ｄwがスイッチング素子１１９ａ〜１１９ｆを電気的に駆動するためのドライブ信号に変換される。次に、ドライブ信号に従って各スイッチング素子１１９ａ〜１１９ｆが動作する。
【００５９】
本実施形態では、インバータ１０１は、スイッチング素子１１９ａ〜１１９ｆを用いた３相スイッチング回路である。スイッチング素子１１９ａ〜１１９ｆとしては、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）及びＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）が挙げられる。
【００６０】
（３相モータ１０２）
図１に示す３相モータ１０２は、モータ制御装置１００の制御対象である。３相モータ１０２には、インバータ１０１によって、モータ電圧ベクトルが印加される。「３相モータ１０２にモータ電圧ベクトルが印加される」とは、３相モータ１０２における３相交流座標上の３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の各々に電圧が印加されることを指す。本実施形態では、３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の各々が、相対的に高電圧を有する高電圧相と、相対的に低電圧を有する低電圧相との２種類から選択されるいずれかとなるように、３相モータ１０２が制御される。
【００６１】
本実施形態における３相モータ１０２は、同期モータである。詳細には、本実施形態における３相モータ１０２は、永久磁石同期モータである。３相モータ１０２は、ＳＰＭＳＭ（Surface Permanent Magnet Synchronous Motor）であっても、ＩＰＭＳＭ（Interior Permanent Magnet Synchronous Motor）であってもよい。ＳＰＭＳＭでは、ｄ軸インダクタンスＬdとｑ軸インダクタンスＬqとが同じである。ＩＰＭＳＭは、ｄ軸インダクタンスＬdとｑ軸インダクタンスＬqとが相違する突極性（一般には、Ｌq＞Ｌdの逆突極性）を有する。ＩＰＭＳＭは、マグネットトルクに加えてリラクタンストルクも利用できる。このため、ＩＰＭＳＭの駆動効率は極めて高い。
【００６２】
（第１電流センサ１０５ａ、第２電流センサ１０５ｂ）
図１に示す第１電流センサ１０５ａ及び第２電流センサ１０５ｂとして、公知の電流センサを用いることができる。本実施形態では、第１電流センサ１０５ａは、ｕ相を流れる相電流ｉuを測定するように設けられている。第２電流センサ１０５ｂは、ｗ相を流れる相電流ｉwを測定するように設けられている。ただし、第１電流センサ１０５ａ及び第２電流センサ１０５ｂは、ｕ相及びｗ相の２相以外の組み合わせの２相の電流を測定するように設けられていてもよい。電流センサ１０５ａ，１０５ｂの具体例は、カレントトランス及びシャント抵抗である。
【００６３】
（ｕ，ｗ／α，β変換部１０６）
図３に示すｕ，ｗ／α，β変換部１０６は、相電流ｉu，ｉwを軸電流ｉα，ｉβに変換する。具体的に、ｕ，ｗ／α，β変換部１０６は、式（１）及び（２）により、相電流ｉu，ｉwを軸電流ｉα，ｉβに変換して、軸電流ｉα，ｉβを出力する。
【００６４】
【数３】
2017123753.tif 000005
【００６５】
【数４】
2017123753.tif 000006
【００６６】
（モータ磁束推定部１０８）
モータ磁束推定部１０８は、モータ電流ベクトル（軸電流）ｉα，ｉβ及び指令電圧ベクトル（軸指令電圧）ｖα*，ｖβ*から、推定磁束Ψs（推定磁束Ψα，Ψβ）を求める。具体的に、モータ磁束推定部１０８は、式（３）及び（４）を用いて、推定磁束Ψα，Ψβを求める。式（３）及び（４）におけるΨα|t=0、Ψβ|t=0は、それぞれ推定磁束Ψα，Ψβの初期値である。式（３）及び（４）におけるＲは、３相モータ１０２の巻線抵抗である。モータ磁束推定部１０８は、完全積分器であってもよく不完全積分器であってもよい。モータ磁束推定部１０８がＤＳＰ、マイクロコンピュータ等のディジタル制御装置に組み込まれている場合は、式（３）及び（４）における演算のために必要となる積分器は離散系で構成され得る。この場合の典型例では、１制御周期前における推定磁束Ψα，Ψβに、現在の制御周期に由来する値を加減算する。
【００６７】
【数５】
2017123753.tif 000007
【００６８】
【数６】
2017123753.tif 000008
【００６９】
（トルク推定部１１４）
トルク推定部１１４は、モータ電流ベクトル及び推定されたモータ電流ベクトルからモータトルクを推定する。本実施形態では、トルク推定部１１４は、モータ電流ベクトル（軸電流）ｉα，ｉβ及び推定磁束Ψs（推定磁束Ψα，Ψβ）から推定トルクＴeを求める。具体的に、トルク推定部１１４は、式（５）を用いて、推定トルクＴeを求める。式（５）におけるＰnは、３相モータ１０２の極対数である。
【００７０】
【数７】
2017123753.tif 000009
【００７１】
（位相推定部１１０）
位相推定部１１０は、推定磁束Ψs（推定磁束Ψα，Ψβ）から推定磁束Ψsの位相θsを求める。具体的に、位相推定部１１０は、式（６）により、推定磁束Ψsの位相θsを求める。
【００７２】
【数８】
2017123753.tif 000010
【００７３】
（速度推定部１１１）
速度推定部１１１は、現在の制御周期において求めた位相θs（ｎ）と、前回の制御周期において求めた位相θs（ｎ−１）とを用いて、式（７）により、推定速度ωrを求める。速度推定部１１１は、公知の位相推定器である。ここで、Ｔsは本制御における制御周期（サンプリング周期）を意味する。ｎは、タイムステップである。
【００７４】
【数９】
2017123753.tif 000011
【００７５】
（指令トルク特定部１２４）
指令トルク特定部１２４は、指令速度ωref*及び推定速度ωrから、指令トルク（第１の指令トルク）Ｔe*を求める。具体的に、指令トルク特定部１２４は、式（８）により、第１の指令トルクＴe*を求める。式（８）におけるＫsPは比例ゲインである。ＫsIは積分ゲインである。ｓはラプラス演算子である。指令トルク特定部１２４は、公知のＰＩ補償器である。
【００７６】
【数１０】
2017123753.tif 000012
【００７７】
（トルク制限部１２５）
トルク制限部１２５は、指令トルクを第一の指令トルクＴe*から第二の指令トルクＴe**に修正する。具体的には、トルク制限部１２５は、第一の指令トルクＴe*、推定磁束Ψs及びモータ電流ベクトル（軸電流）ｉα，ｉβから、第二の指令トルクＴe**を特定する。より具体的には、トルク制限部１２５は、式（９）及び（１０）に基づいて、トルク制限値Ｔlimを計算する。トルク制限部１２５は、第一の指令トルクＴe*がトルク制限値Ｔlim*よりも大きい場合、第二の指令トルクＴe**としてトルク制限値Ｔlim*を出力する。一方、第一の指令トルクＴe*がトルク制限値Ｔlim*以下である場合、第二の指令トルクＴe**として第一の指令トルクＴe*を出力する。式（９）のＩamは、電流制限値を意味する。式（１０）のＰnは、３相モータ１０２の極対数である。トルク制限部１２５は、式（９）及び（１０）に基づいて動作することによって、モータ電流ベクトルの振幅を電流制限値Ｉamを一致させ、高い精度でモータトルクをトルク制限値Ｔlim*に一致させることができる。なお、式（９）及び（１０）のＴrは、無効トルクである。式（１０）から理解されるように、無効トルクＴrは、磁束ベクトルの電流ベクトルとの内積を用いることによって、具体的にはこの内積に極対数Ｐnを乗じることによって、計算できる。無効トルクＴrは、３相モータ１０２のインダクタンスに蓄えられる磁気エネルギーに相当する量であり、無効電力に対応する量である。無効トルクＴrの詳細については、非特許文献１等の公知の文献を参照されたい。
【００７８】
【数１１】
2017123753.tif 000013
【００７９】
なお、式（９）の｜Ψs｜（＝√（Ψα＾２＋Ψβ＾２））は、モータ磁束推定部１０８由来のものである。つまり、推定されたモータ磁束ベクトルの振幅である。ただし、推定されたモータ磁束ベクトルの振幅に代えて、指令振幅｜Ψs*｜（＝√（Ψα*＾２＋Ψβ*＾２））を用いてもよい。また、式（１０）のΨα及びΨβも、モータ磁束推定部１０８由来のものである。つまり、推定されたモータ磁束ベクトルである。ただし、推定されたモータ磁束ベクトルに代えて、指令磁束ベクトルΨs*（Ψα*及びΨβ*）を用いてもよい。
【００８０】
要するに、トルク制限部１２５は、推定されたモータ磁束ベクトルの振幅｜Ψs｜又は指令振幅｜Ψs*｜と、推定されたモータ磁束ベクトルΨs又は指令磁束ベクトルΨs*と、モータ電流ベクトルと、電流制限値Ｉamとを用いてモータ電流ベクトルの振幅を電流制限値Ｉamに追従させるモータトルクであるトルク制限値Ｔlim*を特定する。トルク制限部１２５は、トルク制限部１２５に与えられた指令トルクがトルク制限値Ｔlim*以下である場合には指令トルクを修正せず、トルク制限部１２５に与えられた指令トルクがトルク制限値Ｔlim*よりも大きい場合には指令トルクをトルク制限値Ｔlim*に修正する。
【００８１】
（トルク偏差演算部１２１）
トルク偏差演算部１２１は、第二の指令トルクＴe**と推定トルクＴeとの偏差（トルク偏差ΔＴ＝Ｔe*−Ｔe）を求める。トルク偏差演算部１２１としては、公知の演算子を用いることができる。
【００８２】
（位置特定部１９０）
位置特定部１９０は、位相θs及びトルク偏差ΔＴから指令磁束ベクトルΨs*の位相（指令位相）θs*を特定する。具体的には、トルク偏差ΔＴを用いてモータ磁束ベクトルの位相が移動するべき制御周期毎の移動量（回転量）Δθsを特定し、特定された移動量Δθsと推定されたモータ磁束ベクトルの位相θsとを用いて指令磁束ベクトルの指令位相θs*を特定する。より具体的には、式（１１）により、モータ磁束ベクトルの移動量Δθsを求める。式（１２）を用いて、指令位相θs*を求める。式（１１）におけるＫθPは比例ゲインである。ＫθIは積分ゲインである。位置特定部１９０は、トルク偏差ΔＴをゼロに近づける。この点で、位置特定部１９０は、トルクの補償機構を構成するともいえる。要するに、本実施形態の位置特定部１９０は、トルク制限部１２５から出力された指令トルク（第二の指令トルクＴe**）と、推定されたモータトルク（推定トルクＴe）との間の偏差であるトルク偏差ΔＴをゼロに近づけるトルクフィードバック制御を含む制御を実行することによって、トルク偏差ΔＴをゼロに近づける指令位相θs*を特定する。位置特定部１９０がＤＳＰ、マイクロコンピュータ等のディジタル制御装置に組み込まれている場合は、式（１２）における演算のために必要となる積分器は離散系で構成されうる。
【００８３】
【数１２】
2017123753.tif 000014
【００８４】
【数１３】
2017123753.tif 000015
【００８５】
（修正振幅特定部１２３）
修正振幅特定部１２３は、電圧制限値Ｖam及び指令電圧ベクトル（軸指令電圧）ｖα*，ｖβ*から修正振幅ΔΨを求める。修正振幅特定部１２３は、図５に示すように、振幅演算部１２８と、電圧偏差演算部１２９と、電圧偏差補償部１３０と、定数部１３１と、切替部１３２とを含んでいる。
【００８６】
振幅演算部１２８は、指令電圧ベクトル（軸指令電圧）ｖα*，ｖβ*から指令電圧ベクトルの振幅（大きさ）Ｖaを求める。具体的には、振幅演算部１２８は、式（１３）により、振幅Ｖaを計算する。式（１３）から理解されるように、本実施形態では、振幅Ｖaは、指令電圧ベクトルの各成分（ｖα*及びｖβ*）の二乗和平方根として計算される。
【００８７】
【数１４】
2017123753.tif 000016
【００８８】
電圧偏差演算部１２９は、電圧制限値Ｖamと指令電圧ベクトルの振幅Ｖaを取得し、これらの偏差（電圧偏差ΔＶ＝Ｖam−Ｖa）を求める。電圧偏差演算部１２９としては、公知の演算子を用いることができる。
【００８９】
電圧偏差補償部１３０は、電圧偏差ΔＶから第１の修正振幅ΔΨ1を求める。具体的には、電圧偏差補償部１３０は、式（１４）及び（１５）により、第１の修正振幅ΔΨ1を計算する。式（１４）におけるＫ1Pは、比例ゲインである。Ｋ1Iは、積分ゲインである。電圧偏差補償部１３０は、公知のＰＩ補償器である。電圧偏差補償部１３０として、ＰＩ補償器以外の補償器を用いることもできる。
【００９０】
【数１５】
2017123753.tif 000017
【００９１】
【数１６】
2017123753.tif 000018
【００９２】
定数部１３１は、切替部１３２が取得可能な定数を有している。本実施形態では、定数はゼロである。
【００９３】
切替部１３２は、図６のフロー図に従って動作する。図６のステップＳ１０１は、切替部１３２が指令電圧ベクトルの振幅Ｖaが電圧制限値Ｖamよりも大きいか否かを判断するステップである。振幅Ｖaが電圧制限値Ｖamよりも大きいと判断されると、ステップＳ１０２に進む。振幅Ｖaが電圧制限値Ｖam以下であると判断されると、ステップＳ１０３に進む。ステップＳ１０２では、切替部１３２が修正振幅ΔΨとして第１の修正振幅ΔΨ１を選択する。ステップＳ１０３では、切替部１３２が修正振幅ΔΨとしてゼロを選択する。
【００９４】
（仮設定部１２６）
仮設定部１２６は、第２の指令トルクＴe**から仮振幅を特定する。仮設定部１２６は、ルックアップテーブル、計算式（近似式）が格納された演算子等を用いて構成できる。ルックアップテーブルを用いる場合、第２の指令トルクＴe**と仮振幅との対応関係を表すルックアップテーブルを事前に準備することができる。演算子における計算式も、事前に準備できる。このようなルックアップテーブル及び計算式は、予め行った測定データ又は理論に基づいて設定できる。
【００９５】
本実施形態では、弱め磁束制御を行わない場合（切替部１３２が修正振幅ΔΨとしてゼロを選択する場合）において、最大トルク／電流制御（ＭＴＰＡ）が実行されるように仮設定部１２６が構成されている。ＭＴＰＡは、最小の電流で最大のトルクを発生させるための制御である。本実施形態では、ＭＴＰＡ用の仮振幅を仮振幅｜Ψs_MTPA*｜又はＭＴＰＡ指令振幅｜Ψs_MTPA*｜と呼ぶことがある。仮振幅｜Ψs_MTPA*｜は、以下の考え方に基づいて設定される。３相モータ１０２として磁気的突極性を有さないモータを用いる場合、モータ磁束ベクトルの振幅｜Ψs｜及びモータトルクＴは、式（１６Ａ）及び（１６Ｂ）で概算される。｜Ψa｜は、磁束パラメータである。磁束パラメータ｜Ψa｜は、３相モータ１０２における永久磁石が作る磁石磁束ベクトル（界磁磁束ベクトルとも呼ばれる）の振幅として与えられた定数である。Ｌは、３相モータ１０２の電機子巻線の一相当たりのインダクタンスである。ｉqはｑ軸電流である。Ｐnは、モータの極対数である。式（１６Ａ）及び（１６Ｂ）から、式（１６Ｃ）が導かれる。Ｔを第２の指令トルクＴe**に、｜Ψs｜を仮振幅｜Ψs_MTPA*｜にそれぞれ置き換えることで、第２の指令トルクＴe**と仮振幅｜Ψs_MTPA*｜との関係式が導かれる。この関係式を用いれば、第２の指令トルクＴe**から仮振幅｜Ψs_MTPA*｜を求めることができる。当然ながら、変換テーブルを作成することもできる。３相モータ１０２として磁気的突極性を有するモータを用いる場合、モータ磁束ベクトルの振幅｜Ψs｜及びモータトルクＴは、式（１６Ｄ）及び（１６Ｅ）で概算される。Ｌdは、ｄ軸インダクタンスである。Ｌqは、ｑ軸インダクタンスである。ｉdはｄ軸電流である。ｄ軸電流ｉd及びｑ軸電流ｉqは、式（１６Ｆ）の関係を概ね満たす。式（１６Ｄ）、（１６Ｅ）及び（１６Ｆ）によって、変数ｉd，ｉqを用いることなくモータトルクＴからモータ磁束ベクトルの振幅｜Ψs｜を特定可能な変換テーブルが得られる。Ｔを第２の指令トルクＴe**に、｜Ψs｜を仮振幅｜Ψs_MTPA*｜にそれぞれ置き換えることで、第２の指令トルクＴe**から仮振幅｜Ψs_MTPA*｜を特定することができる。ＭＴＰＡに関しては、公知の文献『武田洋次、森本茂雄、松井信行、本田幸夫、「埋込磁石同期モータの設計と制御」、株式会社オーム社、２００１年１０月２５日発行』、等が参考になる。
【００９６】
【数１７】
2017123753.tif 000019
【００９７】
本実施形態では、仮設定部１２６は、第１の指令トルクＴe*ではなく第２の指令トルクＴe**からＭＴＰＡ指令振幅｜Ψs_MTPA*｜を生成する。従って、弱め磁束制御が行われない状況においては、トルク制限部１２５が第２の指令トルクＴe**をトルク制限値Ｔlimに制限している場合も、そうでない場合も、第２の指令トルクＴe**に応じたＭＴＰＡ指令振幅｜Ψs_MTPA*｜を適切に特定することができる。
【００９８】
なお、当然ではあるが、仮設定部１２６でＭＴＰＡ用ではない仮振幅を特定することもできる。
【００９９】
（加算部１２７）
加算部（補正部）１２７は、仮振幅｜Ψs_MTPA*｜に修正振幅ΔΨを加算して、指令振幅｜Ψs*｜を特定する。加算部１２７としては、公知の演算子を用いることができる。
【０１００】
上述のように、修正振幅特定部１２３、仮設定部１２６及び加算部（補正部）１２７によって、振幅特定部１４０が構成される。振幅特定部１４０の動作は、以下のようにまとめることができる。すなわち、振幅特定部１４０は、指令磁束ベクトルの振幅である指令振幅を特定する。具体的に、振幅特定部１４０は、指令電圧ベクトルの振幅Ｖaが電圧制限値Ｖamを超えた第１の場合において、指令電圧ベクトルの振幅Ｖaと電圧制限値Ｖamとの間の偏差である電圧偏差をゼロに近づける電圧フィードバック制御を含む制御を実行することによって、電圧偏差をゼロに近づける指令振幅｜Ψs*｜を特定する。具体的には、振幅特定部１４０は、仮設定部１２６を用いて指令磁束ベクトルの仮振幅｜Ψs_MTPA*｜を設定し、第１の場合において修正振幅特定部１２３を用いて電圧フィードバック制御を含む制御によって修正振幅ΔΨを特定し、補正部１２７を用いて仮振幅｜Ψs_MTPA*｜に修正振幅ΔΨを加算して指令振幅｜Ψs*｜を特定する。より具体的には、第１の場合において、修正振幅特定部１２３の電圧偏差補償部１３０は、修正振幅ΔΨを操作量とする電圧フィードバック制御を実行することによって、指令電圧ベクトルの振幅Ｖaと電圧制限値Ｖamとの間の偏差をゼロに近づける（より具体的には、ゼロに収束させる）。なお、第１の場合においては、修正振幅特定部１２３は、ゼロよりも小さい修正振幅ΔΨを特定する。改めて断るまでもないが、電圧フィードバック制御は、電圧を用いたフィードバック制御である。フィードバック制御は、日本工業規格ＪＩＳ  Ｚ８１１６（１９９４）に規定されているように、フィードバックによって制御量を目標値と比較し、それらを一致させるように操作量を生成する制御である。本実施形態の電圧フィードバック制御では、制御量は指令電圧ベクトルのの振幅（振幅Ｖa）であり、目標値は電圧制限値Ｖamであり、操作量は修正振幅ΔΨである。
【０１０１】
また、切替部１３２については、以下のように説明することができる。すなわち、切替部１３２は、第１モードと第２モードとを切り替えるように構成されている。第１モードは、修正振幅ΔΨを操作量とする電圧フィードバック制御を電圧偏差補償部１３０が実行することによって、指令電圧ベクトルの振幅Ｖaと電圧制限値Ｖamとの間の偏差をゼロに近づける（より具体的には、ゼロに収束させる）モードである。第２モードは、定数を修正振幅ΔΨとするモードである。そして、切替部１３２は、第１の場合には第１モードを選択し、指令電圧ベクトルの振幅Ｖaが電圧制限値Ｖam以下である第２の場合には第２モードを選択する。
【０１０２】
本実施形態の切替部１３２によれば、弱め磁束制御（第１モード）と別の制御（第２モード）とを切り替えることができる。具体的には、当該別の制御は、ＭＴＰＡである。本実施形態では定数部１３１にゼロが格納されているので、第２モードでは指令振幅｜Ψs*｜は、｜Ψs*｜＝｜Ψs_MTPA*｜＋０＝｜Ψs_MTPA*｜となるためである。
【０１０３】
（指令磁束特定部１１２）
指令磁束特定部１１２は、指令振幅｜Ψs*｜及び指令位相θs*から、指令磁束ベクトルΨs*（指令磁束Ψα*，Ψβ*）を特定する。具体的には、式（１７）及び（１８）を用いて、指令磁束Ψα*，Ψβ*を求める。
【０１０４】
【数１８】
2017123753.tif 000020
【０１０５】
【数１９】
2017123753.tif 000021
【０１０６】
（α軸磁束偏差演算部１１３ａ、β軸磁束偏差演算部１１３ｂ）
α軸磁束偏差演算部１１３ａは、指令磁束Ψα*と推定磁束Ψαを取得し、これらの偏差（磁束偏差ΔΨα＝Ψα*−Ψα）を求める。β軸磁束偏差演算部１１３ｂは、指令磁束Ψβ*と推定磁束Ψβを取得し、これらの偏差（磁束偏差ΔΨβ＝Ψβ*−Ψβ）を求める。磁束偏差演算部１１３ａ，１１３ｂとしては、公知の演算子を用いることができる。
【０１０７】
（指令電圧特定部１０７）
指令電圧特定部１０７は、磁束偏差ΔΨα，ΔΨβ及びモータ電流ベクトル（軸電流）ｉα，ｉβから、第１の指令電圧ベクトル（軸指令電圧）ｖα*，ｖβ*を特定する。具体的に、指令電圧特定部１０７は、式（１９）を用いて、α軸指令電圧ｖα*を求める。また、指令電圧特定部１０７は、式（２０）を用いて、β軸指令電圧ｖβ*を求める。
【０１０８】
【数２０】
2017123753.tif 000022
【０１０９】
【数２１】
2017123753.tif 000023
【０１１０】
（α，β／ｕ，ｖ，ｗ変換部１０９）
α，β／ｕ，ｖ，ｗ変換部１０９は、指令電圧ベクトル（軸指令電圧）ｖα*，ｖβ*を、指令電圧ベクトルｖu*，ｖv*，ｖw*に変換する。具体的に、α，β／ｕ，ｖ，ｗ変換部１０９は、式（２１）により、指令電圧ベクトルｖα*，ｖβ*を指令電圧ベクトルｖu*，ｖv*，ｖw*に変換して、指令電圧ベクトルｖu*，ｖv*，ｖw*を出力する。
【０１１１】
【数２２】
2017123753.tif 000024
【０１１２】
（本実施形態の効果）
非特許文献１に記載されている技術では、指令振幅を数式で与えることによってフィードフォワードで弱め磁束制御を実行していた。上述の通り、非特許文献１に記載されている弱め磁束制御は精度が高いとは言えない。これに対し、本実施形態の振幅特定部１４０では、指令電圧ベクトルの振幅Ｖaと電圧制限値Ｖamとの間の偏差である電圧偏差をゼロに近づける電圧フィードバック制御を含む制御を実行することによって、電圧偏差をゼロに近づける指令振幅｜Ψs*｜を特定する。フィードバック制御であるが故に、抵抗パラメータの誤差（非特許文献１の式（２）には抵抗パラメータＲaが含まれていることに留意されたい）、速度推定の誤差等が存在しても、振幅Ｖaと電圧制限値Ｖamとの間の偏差が高い精度でゼロに近づく。
【０１１３】
また、振幅Ｖaと電圧制限値Ｖamとの間の偏差をゼロにする磁束制限値｜Ψs_lim*｜が高い精度で生成される。つまり、磁束制限値｜Ψs_lim*｜の誤差を小さくすることができる。従ってモータ磁束ベクトルの振幅の適切な値からの誤差を小さくすることができる。式（９）及び（１０）から理解されるように、本実施形態のトルク制限部１２５は、モータ電流ベクトルの振幅を電流制限値Ｉamを一致させ、モータトルクをトルク制限値Ｔlim*に一致させる制御を行う際に、磁束の情報を用いる。その磁束の情報の誤差を小さくすることができるため、弱め磁束制御を行っているときにおいて、高精度にモータ電流ベクトルの振幅を電流制限値Ｉamを一致させ、高精度にモータトルクをトルク制限値Ｔlim*に一致させることができる。
【０１１４】
また、本実施形態によれば、適切なタイミングでスムーズにモードが切り替わる。すなわち、指令電圧ベクトルの振幅Ｖaが電圧制限値Ｖamよりも大きい第１の場合には弱め磁束制御が実施される（第１モード）。振幅Ｖaが電圧制限値Ｖam以下である第２の場合には、ＭＴＰＡが実施される（第２モード）。
【０１１５】
第１の実施形態のモータ制御装置１００によれば、３相モータ１０２の速度が指令速度ωref*と高い精度で一致する。モータ制御装置１００は、冷凍空調装置における圧縮機の駆動時等に好適に利用されうる。
【０１１６】
（変形例１−１Ａ）
以下、変形例１−１Ａのモータ制御装置について説明する。なお、変形例１−１Ａでは、第１の実施形態と同様の部分については同一符号を付し、説明を省略することがある。
【０１１７】
図７Ａに示すように、変形例１−１Ａのモータ制御部２０３ａは、振幅特定部１４０に代えて、振幅特定部２４０ａを有している。振幅特定部２４０ａは、修正振幅特定部１２３に代えて修正振幅特定部２２３ａを有している。
【０１１８】
（修正振幅特定部２２３ａ）
修正振幅特定部２２３ａは、３相モータ１０２のモータ電流ベクトル（軸電流）ｉα，ｉβ、推定磁束Ψα，Ψβ、電圧制限値Ｖam及び指令電圧ベクトル（軸指令電圧）ｖα*，ｖβ*から修正振幅ΔΨを求める。修正振幅特定部２２３ａは、図８Ａに示すように、修正振幅特定部１２３の構成要素に加え、誤差パラメータ演算部２３１ａと、誤差パラメータ偏差演算部２３２と、内積補償部２３３とを有している。
【０１１９】
修正振幅特定部２２３ａは、ｄ軸インダクタンスＬdとｑ軸インダクタンスＬqとが相違する場合でも、一致する場合においても、同じ動作を実施する。具体的には、インダクタンス差がある場合において、インダクタンスＬとして、ｄ軸インダクタンスとｑ軸インダクタンスとの間の値を用いることができる。また、磁気的突極性が大きくない場合は、Ｌ＝Ｌdと取り扱っても差し支えがない。つまり、インダクタンスの値として、ｄ軸インダクタンスの値、ｄ軸インダクタンスよりも大きくｑ軸インダクタンスよりも小さい値、又はｄ軸インダクタンスよりも小さくｑ軸インダクタンスよりも大きい値を用いることができる。
【０１２０】
特許文献１は、上記のようにインダクタンスＬを設定する上で参考になる。特許文献１には、ｄｍ−ｑｍ座標系に関する技術が記載されている。ｄｍ−ｑｍ座標系は、埋込磁石構造の永久磁石同期モータ等の磁気的突極性を有するモータを、磁気的突極性を有していない永久磁石同期モータと同様に扱うことを可能とする。ｄｍ−ｑｍ座標系を用い、ｄｍ軸電流（制御座標系ではγ軸電流）をゼロにすることによって、最大トルク制御（最大トルク／電流制御）を行うことができる。３相モータ１０２が磁気的突極性を有する場合、ｄ軸電流をｄｍ軸電流に、磁石磁束ベクトルΨaを拡張鎖交磁束ベクトルΦexmに、インダクタンスＬを仮想インダクタンスＬmに、それぞれ置き換えることができる。ｄｍ軸電流、拡張鎖交磁束ベクトルΦexm及び仮想インダクタンスＬmの詳細については、特許文献１（数式３６及び段落０１８２〜０１８３等）を参照することができる。なお、Ｌmは、Ｌd≦Ｌm＜Ｌqを満たす。また、インダクタンス差がない場合においては、ｄｍ−ｑｍ座標系と、一般的なｄ−ｑ座標系とは一致し、Ｌm＝Ｌd＝Ｌqとすればよい。すなわち、インダクタンス差がある場合についての考え方は、インダクタンス差がない場合の考え方を包含することになる。
【０１２１】
（誤差パラメータ演算部２３１ａ）
誤差パラメータ演算部２３１ａは、仮想インダクタンス（３相モータ１０２のインダクタンス）Ｌmとモータ電流ベクトル（軸電流）ｉα，ｉβと推定磁束Ψs（推定磁束Ψα，Ψβ）とから、誤差パラメータεを演算する。具体的には、まず、電機子反作用磁束を推定する（推定電機子反作用磁束Ｌmｉaを求める）。推定電機子反作用磁束Ｌmｉaのα軸成分及びβ軸成分を、それぞれ推定電機子反作用磁束Ｌmｉα、推定電機子反作用磁束Ｌmｉβと記載する。推定電機子反作用磁束Ｌmｉα、推定電機子反作用磁束Ｌmｉβは、仮想インダクタンスＬmと、軸電流ｉα，ｉβとの積である。次に、推定磁束Ψs（推定磁束Ψα，Ψβ）及び推定電機子反作用磁束Ｌmｉa（推定電機子反作用磁束Ｌmｉα，Ｌmｉβ）から、磁石磁束ベクトルを推定する（推定磁石磁束Ψ’aeを求める）。推定磁石磁束Ψ’aeのα軸成分及びβ軸成分を、それぞれ推定磁石磁束Ψ’aeα，Ψ’aeβと記載する。具体的には、式（２２）及び（２３）に示すように、推定磁束Ψα，Ψβから推定電機子反作用磁束Ｌmｉα，Ｌmｉβを減じることにより推定磁石磁束Ψ’aeα，Ψ’aeβを求める。次に、推定磁石磁束Ψ’aeα，Ψ’aeβと軸電流ｉα，ｉβとから誤差パラメータεを式（２４）のように計算する。
【０１２２】
【数２３】
2017123753.tif 000025
【０１２３】
【数２４】
2017123753.tif 000026
【０１２４】
【数２５】
2017123753.tif 000027
【０１２５】
（誤差パラメータ偏差演算部２３２）
誤差パラメータ偏差演算部２３２は、指令誤差パラメータε*と誤差パラメータεを取得し、これらの偏差（誤差パラメータ偏差Δε：ε*−ε）を求める。誤差パラメータ偏差演算部２３２としては、公知の演算子を用いることができる。指令誤差パラメータε*は、第１の実施形態の修正振幅ΔΨと同じである。
【０１２６】
（内積補償部２３３）
内積補償部２３３は、誤差パラメータ偏差Δεを取得し、これがゼロとなるように修正振幅ΔΨを特定する。変形例１−１Ａの内積補償部２３３は、ＰＩ補償部である。従って、内積補償部２３３は、式（２５）に示すように、誤差パラメータ偏差Δεを入力とする比例・積分演算を実施することにより修正振幅ΔΨを求める。
【０１２７】
【数２６】
2017123753.tif 000028
【０１２８】
振幅特定部２４０ａ（修正振幅特定部２２３ａ、仮設定部１２６及び加算部（補正部）１２７）の動作は、以下のようにまとめることができる。すなわち、振幅特定部２４０ａは、指令電圧ベクトルの振幅Ｖaが電圧制限値Ｖamを超えた第１の場合において、指令電圧ベクトルの振幅Ｖaと電圧制限値Ｖamとの間の偏差である電圧偏差をゼロに近づける電圧フィードバック制御を含む制御を実行することによって、電圧偏差をゼロに近づける指令振幅｜Ψs*｜を特定する。具体的には、振幅特定部２４０ａは、仮設定部１２６を用いて指令磁束ベクトルの仮振幅を設定し、第１の場合において修正振幅特定部２２３ａを用いて電圧フィードバック制御を含む制御によって修正振幅ΔΨを特定し、補正部１２７を用いて仮振幅｜Ψs_MTPA*｜に修正振幅ΔΨを加算して指令振幅｜Ψs*｜を特定する。より具体的には、第１の場合において、電圧偏差補償部１３０は、第１の指令誤差パラメータε*を操作量とする電圧フィードバック制御を実行することによって、指令電圧ベクトルの振幅Ｖaと電圧制限値Ｖamとの間の偏差をゼロに近づける（より具体的には、ゼロに収束させる）。そして、第１の場合において、内積補償部２３３は、修正振幅ΔΨを操作量とする第１のフィードバック制御を実行することによって、推定磁石磁束Ψ’aeα，Ψ’aeβ（３相モータ１０２の推定された磁石磁束ベクトル）と軸電流ｉα，ｉβ（モータ電流ベクトル）との内積（第２内積）である誤差パラメータεと第１の指令誤差パラメータε*との間の偏差をゼロに近づける（より具体的には、ゼロに収束させる）。
【０１２９】
また、切替部１３２については、以下のように説明することができる。すなわち、切替部１３２は、第１モードと第２モードとを切り替えるように構成されている。第１モードは、第１の指令誤差パラメータε*を操作量とする電圧フィードバック制御を電圧偏差補償部１３０が実行することによって、指令電圧ベクトルの振幅Ｖaと電圧制限値Ｖamとの間の偏差をゼロに近づけ（より具体的には、ゼロに収束させ）、修正振幅ΔΨを操作量とする第１のフィードバック制御を内積補償部２３３が実行することによって、第１の指令誤差パラメータε*と誤差パラメータεとの間の偏差をゼロに近づける（より具体的には、ゼロに収束させる）モードである。第２モードは、修正振幅ΔΨを操作量とする第２のフィードバック制御を内積補償部２３３が実行することによって、定数である第２の指令誤差パラメータε*と誤差パラメータεとの間の偏差をゼロに近づける（より具体的には、ゼロに収束させる）モードである。そして、切替部１３２は、第１の場合には第１モードを選択し、振幅Ｖaが電圧制限値Ｖam以下である第２の場合には第２モードを選択する。
【０１３０】
（変形例１−１Ａの効果）
変形例１−１Ａにおいても、第１の実施形態と同様に、適切なタイミングでモードが切り替わる。すなわち、指令電圧ベクトル（軸指令電圧）ｖα*，ｖβ*の振幅Ｖaが電圧制限値Ｖamよりも大きい第１の場合には弱め磁束制御が実施される（第１モード）。具体的には、第１の場合には、弱め磁束制御に適合した修正振幅ΔΨが生成される。振幅Ｖaが電圧制限値Ｖam以下である第２の場合には、ＭＴＰＡに適合した修正振幅ΔΨが生成される（第２モード）。
【０１３１】
さらに、変形例１−１Ａでは、第２の場合において、非常に高い精度でＭＴＰＡを実行することができる。以下、この点について説明する。ＭＴＰＡが成立するには、推定磁石磁束Ψ’aeと軸電流ｉα，ｉβとを直交させる必要がある。そこで、変形例１−１Ａでは、第２の場合に推定磁石磁束Ψ’aeと軸電流ｉα，ｉβとの内積をゼロにするために、指令誤差パラメータε*をゼロに設定している。すなわち、変形例１−１Ａでは、仮振幅はＭＴＰＡに適した仮振幅｜Ψs_MTPA*｜であり、第２の場合において、その仮振幅がＭＴＰＡに適合した修正振幅ΔΨにより補正されることによって修正振幅ΔΨが生成される。従って、変形例１−１Ａによれば、第２の場合において、非常に高い精度でＭＴＰＡを行うことが可能となる。すなわち、変形例１−１Ａのモータ制御部２０３ａを用いれば、モータ制御部１０３を用いる場合よりも、３相モータ１０２を効率よく駆動させることができる。
【０１３２】
（変形例１−１Ｂ）
以下、変形例１−１Ｂのモータ制御装置について説明する。なお、変形例１−１Ｂでは、変形例１−１Ａと同様の部分については同一符号を付し、説明を省略することがある。
【０１３３】
図７Ｂに示すように、変形例１−１Ｂのモータ制御部２０３ｂは、振幅特定部２４０ａに代えて、振幅特定部２４０ｂを有している。振幅特定部２４０ｂは、修正振幅特定部２２３ａに代えて修正振幅特定部２２３ｂを有している。
【０１３４】
（修正振幅特定部２２３ｂ）
図８Ｂに示すように、修正振幅特定部２２３ｂは、変形例１−１Ａにおける誤差パラメータ演算部２３１ａに代えて、誤差パラメータ演算部２３１ｂを有する。
【０１３５】
（誤差パラメータ演算部２３１ｂ）
誤差パラメータ演算部２３１ｂは、仮想インダクタンスＬm（３相モータ１０２のインダクタンス）と軸電流ｉα，ｉβと推定磁束Ψs（推定磁束Ψα，Ψβ）とから、誤差パラメータεを演算する。具体的には、推定磁束Ψs（推定磁束Ψα，Ψβ）と軸電流ｉα，ｉβとの内積Ψαｉα＋Ψβｉβを特定する。仮想インダクタンスＬmと、軸電流ｉα，ｉβとから、仮想インダクタンスと電流の振幅の２乗との積Ｌm（ｉα2＋ｉβ2）を特定する。内積Ψαｉα＋Ψβｉβから積Ｌm（ｉα2＋ｉβ2）を減じて差Ψαｉα＋Ψβｉβ−Ｌm（ｉα2＋ｉβ2）を特定し、誤差パラメータεを得る。誤差パラメータ演算部２３１ｂが行う演算は、式（２６）により表現される。
【０１３６】
【数２７】
2017123753.tif 000029
【０１３７】
変形例１−１Ｂの修正振幅特定部２２３ｂでは、変形例１−１Ａの修正振幅特定部２２３ａで用いた式とは異なる式を用いるものの、変形例１−１Ａのときと同じ内積（推定磁石磁束Ψ’aeα，Ψ’aeβと軸電流ｉα，ｉβとの第２内積）を誤差パラメータεとして特定し、同じ修正振幅ΔΨを特定する。従って、変形例１−１Ｂのモータ制御部２０３ｂを用いれば、モータ制御部２０３ａを用いる場合と同じ効果を得ることができる。なお、本明細書では、「推定磁石磁束Ψ’aeα，Ψ’aeβと軸電流ｉα，ｉβとの内積を特定する」は、推定磁石磁束Ψ’aeα，Ψ’aeβと軸電流ｉα，ｉβとの内積が結果として特定されるという趣旨の表現であり、計算過程を特定する趣旨の表現ではない。
【０１３８】
なお、以下では、修正振幅特定部２２３ａを用いた例を説明することがあるが、これらの例においても、修正振幅特定部２２３ａに代えて修正振幅特定部２２３ｂを設けることができる。
【０１３９】
（変形例１−２）
以下、変形例１−２のモータ制御装置について説明する。なお、変形例１−２では、変形例１−１Ａと同様の部分については同一符号を付し、説明を省略することがある。
【０１４０】
図９に示すように、変形例１−２のモータ制御部２０３ｃは、振幅特定部２４０ａに代えて、振幅特定部２４０ｃを有している。振幅特定部２４０ｃは、仮設定部１２６に代えて、仮設定部２２６を有している。
【０１４１】
（仮設定部２２６）
仮設定部２２６では、指令磁束ベクトルΨs*の仮振幅が設定（特定）される。変形例１−２では、定数である仮振幅が仮設定部２２６に予め格納されている。変形例１−２では、修正振幅特定部２２４ａを用いるので、仮振幅を定数としても、第２の場合において、ＭＴＰＡを実現することができる。変形例１−２の仮振幅は、磁束パラメータΨaである。ただし、仮振幅が磁束パラメータΨaに限られるわけではない。変形例１−２の仮振幅を仮振幅｜Ψs0*｜と表記する。
【０１４２】
変形例１−２によれば、十分な精度で弱め磁束制御及びＭＴＰＡを実現できる。また、変形例１−２によれば、変形例１−１Ａに比べて、少ない演算量で３相モータ１０２の制御を行うことができる。
【０１４３】
変形例１−１Ａ、変形例１−１Ｂ及び変形例１−２では、推定磁石磁束Ψ’aeα，Ψ’aeβと軸電流ｉα，ｉβとの内積を用いた制御が行われている。具体的に、振幅Ｖaが電圧制限値Ｖam以下である第２の場合には、その内積と所定の定数（上記の変形例ではゼロ）との間の偏差をゼロにするフィードバック制御を行っている。より一般的には、上記の変形例では、第２の場合において、推定磁束Ψα，Ψβと軸電流ｉα，ｉβから、３相モータ１０２の無効電力に相関のある物理量を求め、その物理量を所定の値に制御している。すなわち、上記の変形例では、無効電力に相関のある物理量として推定磁石磁束Ψ’aeα，Ψ’aeβと軸電流ｉα，ｉβとの内積を用いているのである。
【０１４４】
無効電力に相関のある物理量の別の例は、推定磁束Ψs（推定されたモータ磁束ベクトル）と軸電流ｉα，ｉβ（３相モータ１０２のモータ電流ベクトル）との第１内積である。このような第１内積を誤差パラメータεとして用いても、変形例１−１Ａ及び１−１Ｂと同様の制御が実現されうる。すなわち、第１の場合には、弱め磁束制御を行うことができる。第２の場合には、定数部１３１に適切な定数を格納すれば、各種制御を行うことができる。
【０１４５】
また、修正振幅特定部は、第２の場合において、３相モータ１０２の無効電力を求め、その無効電力を所定の値に制御するための振幅修正量ΔΨを生成するものであってもよい。この場合、無効電力は、内積Ψαｉα＋Ψβｉβに指令速度ωref*を乗じることで求めることができる。推定磁束Ψsの位相を微分して３相モータ１０２の速度を推定し、その速度を内積Ψαｉα＋Ψβｉβに乗じることで無効電力を求めることもできる。また、軸電流ｉα，ｉβと指令電圧ベクトル（軸指令電圧）ｖα*，ｖβ*とから無効電力を求めることもできる。具体的には、無効電力の特定を誤差パラメータ演算部に担当させ、無効電力がとるべき定数を定数部に格納し、内積補償部に代えて無効電力と定数との間の偏差をゼロにするための補償部（ＰＩ補償部等）を設けることができる。このような構成においても、第１の場合においては、弱め磁束制御が行われることとなる。
【産業上の利用可能性】
【０１４６】
本開示は、３相モータに適用でき、特にＳＰＭＳＭ、ＩＰＭＳＭ等の同期モータに適用できる。それらの同期モータは、冷暖房装置又は給湯機に使用されたヒートポンプ式冷凍装置に適している。
【符号の説明】
【０１４７】
１００    モータ制御装置
１０１    インバータ
１０２    ３相モータ
１０３，２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃ，９０３    モータ制御部
１０４    デューティ生成部
１０５ａ    第１電流センサ
１０５ｂ    第２電流センサ
１０６，９０６    ｕ，ｗ/α，β変換部
１０７，９０７    指令電圧特定部
１０８，９０８    モータ磁束推定部
１０９，９０９    α，β／ｕ，v，ｗ変換部
１１０，９１０    位相推定部
１１１，９１１    速度推定部
１１２，９１２    指令磁束特定部
１１３ａ，９１３ａ    α軸磁束偏差演算部
１１３ｂ，９１３ｂ    β軸磁束偏差演算部
１１４，９１４    トルク推定部
１１６    ベースドライバ
１１７    平滑コンデンサ
１１８    直流電源
１１９ａ〜１１９ｆ    スイッチング素子
１２０ａ〜１２０ｆ    還流ダイオード
１２１，９２１    トルク偏差演算部
１２３，２２３ａ，２２３ｂ    修正振幅特定部
１２４，９２４    指令トルク特定部
１２５，９２５    トルク制限部
１２６，２２６    仮設定部
１２７    加算部（補正部）
１２８    振幅演算部
１２９    電圧偏差演算部
１３０    電圧偏差補償部
１３１    定数部
１３２    切替部
１４０，２４０ａ，２４０ｂ，２４０ｃ，９１５    振幅特定部
１９０，９９０    位置特定部
２３１ａ，２３１ｂ    誤差パラメータ演算部
２３２    誤差パラメータ偏差演算部
２３３    内積補償部
９１９    電圧制限部
【図１】
2017123753.tif 000030
【図２】
2017123753.tif 000031
【図３】
2017123753.tif 000032
【図４】
2017123753.tif 000033
【図５】
2017123753.tif 000034
【図６】
2017123753.tif 000035
【図７Ａ】
2017123753.tif 000036
【図７Ｂ】
2017123753.tif 000037
【図８Ａ】
2017123753.tif 000038
【図８Ｂ】
2017123753.tif 000039
【図９】
2017123753.tif 000040
【図１０】
2017123753.tif 000041