JP2003052199A - モータの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 モータ発熱を低減し安定した制御ができ、出
力トルクの低下もなく、電源電圧の変動に対しても安定
した制御ができる同期モータ制御装置をうる。 【解決手段】 モータ回転数に応じて最大負荷時のモー
タ端子電圧をモータ制御装置の最大出力電圧内にする最
大負荷時ｄ相電流指令値ＩDMAXと、無負荷時のモータ端
子電圧をモータ制御装置の最大出力電圧内にする最小負
荷時ｄ相電流指令値ＩDMINを求める。トルク指令ＴCMD
の大きさに応じて上記２つのｄ相電流指令値ＩDMAX、Ｉ
DMINを内挿した値をｄ相電流指令ＩDCMDとする。これに
より、無負荷高速回転時も安定した制御ができる。負荷
が小さい場合にｄ相電流を小さくでき、同一トルクを発
生させるのに必要な電流が小さくなり、効率が増してモ
ータの発熱を低減できる。又、電源電圧の変動に応じ、
上記ｄ相電流指令値ＩDMAX、ＩDMINを変えることによ
り、電源電圧変動に対しても安定した制御ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は同期モータを駆動制
御するモータ制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】直交するｄ−ｑ座標系に基づいて同期モ
ータを制御する制御方法において、モータ起電圧がモー
タ制御装置の最大出力電圧を越える高速回転域で同期モ
ータを駆動する場合、従来、モータ端子電圧を最大電圧
内にするために、無効電流であるｄ相電流を指令する。
この場合、負荷に無関係に一定のｄ相電流を流すと効率
が低くなり、モータ発熱が大きい。また、これを防ぐた
めに単に負荷に応じてｄ相電流を加減すると、制御不安
定になる。

【０００３】また、電源電圧の変動により、モータ制御
装置の最大出力電圧が変動した場合を想定し、この場合
も安定して同期モータを駆動できるように、従来は電圧
余裕を見込んだパラメータ設定を行っていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、上
述した従来技術の問題点を改善することを課題とするも
ので、モータ端子電圧がモータ制御装置の最大電圧以上
になるような高速回転状態での低負荷動作時において
も、制御の安定性を損なわずにモータ発熱を低減するこ
とを目的とするものである。また、このような場合にｄ
相電流指令値を加減しても、出力トルク（ｑ相電流）を
低下させないようにする。

【０００５】更に、電源電圧の変動に対して、モータ制
御装置の最大出力電圧が変動する場合においても、従来
は電圧余裕を見込んだパラメータ設定しておき、安定し
て同期モータを駆動できるようにしていが、モータ制御
装置の最大出力電圧が高い場合には電圧余裕を見込んで
いるため、必要以上のｄ相電流を流す結果となり、電流
に対するモータ出力効率が低くなるという欠点を有して
いる。そこで、本発明は、電源電圧変動が生じても制御
の安定性を損なわずに出力効率を良くし、モータ発熱を
低減することを課題としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決すため
に、モータの端子電圧がモータ制御装置の最大出力電圧
以内になるように界磁磁束を打ち消す方向にｄ相電流を
流す同期モータのモータ制御装置において、本願請求項
１に係わる発明は、モータの回転数に応じて最大負荷時
のモータ端子電圧をモータ制御装置の最大出力電圧以内
にする最大負荷時ｄ相電流指令値と無負荷時のモータ端
子電圧をモータ制御装置の最大出力電圧以内にする最小
負荷時ｄ相電流指令値を求め、モータの負荷に応じて上
記２つのｄ相電流指令値を内挿した値をｄ相電流指令と
するようにした。そして、請求項２に係わる発明は、モ
ータの起電圧がモータ制御装置の最大出力電圧を越える
ような高速回転域では最大負荷時の指令電圧がモータ制
御装置の最大出力電圧になるように、またこの時のｄ相
ｑ相の合成指令電流が予め設定された最大電流値になる
ように、モータ回転数に応じた最大ｄ相電流指令値と最
大ｑ相電流指令値を生成するようにした。

【０００７】更に、請求項３に係わる発明は、所定の回
転数以上の回転域では、ｄ、ｑ相電圧指令の関数として
求められる電圧指令値と所定の電圧指令値の比を、前記
最大負荷時ｄ相電流指令値、最小負荷時ｄ相電流指令値
を求めるためにモータ制御装置の最大出力電圧に応じて
設定されたｄ相電流指令開始回転数に乗じ、得られた回
転数を新たにｄ相電流指令開始回転数として、ｄ相電流
指令を補正する機能を備えるようにした。更に、請求項
４に係わる発明は、所定の回転数以上の回転域で求めた
ｄ、ｑ相電圧指令の関数として出力される電圧指令値と
所定の電圧指令値の比を上限設定値と下限設定値で制限
し、フィルタを介した値をモータ制御装置の最大出力電
圧に応じて設定されたｄ相電流指令開始回転数に乗じた
回転数を新たにｄ相電流指令開始回転数として、回転数
および負荷に応じてｄ相電流指令を生成するようにし
た。

【０００８】請求項５に係わる発明は、モータの端子電
圧がモータ制御装置の最大出力電圧以内になるように界
磁磁束を打ち消す方向にｄ相電流を流す同期モータのモ
ータ制御装置において、電流指令生成手段として、最小
負荷時に指令電圧がモータ制御装置の最大出力電圧に達
するモータの回転数とモータの検出速度より最小負荷時
ｄ相電流指令値を求めるｄ相最小電流生成手段と、最大
負荷時に指令電圧がモータ制御装置の最大出力電圧に達
するモータの回転数とモータの検出速度より最大負荷時
ｄ相電流指令値を求めるｄ相最大電流生成手段と、最大
負荷時ｄ相電流指令値よりｑ相最大電流値を求めるｑ相
最大電流生成手段と、最小負荷時ｄ相電流指令値と、最
大負荷時ｄ相電流指令値と、トルク指令値とによりｄ相
電流指令値を生成するｄ相電流指令手段と、ｑ相最大電
流値とトルク指令値によりｑ相電流指令値を生成するｑ
相電流指令手段とを備えるようにした。又、請求項６に
係わる発明は、ｄ相電流指令手段として、トルク指令値
に応じて最小負荷時ｄ相電流指令値と最大負荷時ｄ相電
流指令値の間を内挿した値をｄ相電流指令として出力す
るようにした。請求項７に係わる発明は、設定された最
大負荷時に指令電圧がモータ制御装置の最大出力電圧に
達するモータの回転数と、設定された最小負荷時に指令
電圧がモータ制御装置の最大出力電圧に達するモータの
回転数とを、電源電圧の変動に応じて補正して、ｄ相最
小電流生成手段、ｄ相最大電流生成手段に出力するベー
ス回転数生成手段をも備えるようにした。請求項８に係
わる発明は、このベース回転数生成手段により、ｄ、ｑ
相電圧指令の関数として求められる電圧指令値を求め、
該電圧指令値と所定の電圧指令値の比によって、設定さ
れた各回転数を補正するようにした。請求項９に係わる
発明は、ベース回転数生成手段におけるｄ、ｑ相電圧指
令の関数として求められる電圧指令値は、ｄ、ｑ相電圧
指令を合成した合成電圧指令値か、若しくは、ｄ相電圧
指令、ｑ相電圧指令のいずれか一方の絶対値とした。請
求項１０に係わる発明は、ベース回転数生成手段は、モ
ータ回転数が所定回転数以上になったときに設定された
各回転数を補正するようにした。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１は、本発明のモータ制御装置
の一実施形態のブロツク図である。速度指令から同期モ
ータＭの回転速度及び回転位置を検出するセンサＳから
の検出速度ωを減じて速度偏差をもとめ、該速度偏差に
基づいて速度制御器１が比例積分等の速度ループ処理を
してトルク指令ＴCMDを求める。このトルク指令ＴCMD、
検出速度ω等に基づいて電流指令生成器２がｄ相電流指
令値ＩDCMD、ｑ相電流指令値ＩQCMDを求める。このｄ相
電流指令値ＩDCMD、ｑ相電流指令値ＩQCMDからフィード
バックされてくるｄ相電流Ｉd、ｑ相電流Ｉqをそれぞれ
減じて電流偏差を求め、ｄ相電流制御器３ｄ，ｑ相電流
制御器３ｑでｄ相電圧指令値ＶDCMD、ｑ相電圧指令値Ｖ
QCMDを求める。このｄ相電圧指令値ＶDCMD、ｑ相電圧指
令値ＶQCMDをｄｑ相から３相へ電圧指令を変換する変換
手段４によって、Ｕ、Ｖ、Ｗ相の３相の電圧指令に変換
し、電力増幅器７を介して同期モータＭを駆動制御す
る。

【００１０】又、モータＭに流れる３相電流の内２つの
相の電流（図に示す例ではＵ相、Ｖ相の電流Ｉu、Ｉv）
を電流検出器８u、８vで検出し、この３相電流の２つの
相電流Ｉu、Ｉvより、３相からｄｑ相に変換する変換手
段５でｄ相電流Ｉd、ｑ相電流Ｉq変換しフィードバック
する。なお、符号６は、位置・速度センサＳで検出され
る信号より同期モータＭのロータ回転位置を検出するた
めの積算カウンタであり、この積算カウンタ６によって
ロータの回転位置を検出し、ｄｑ相から３相へ電圧指令
を変換する変換手段４、３相電流からｄｑ相の電流へ変
換する変換手段５に出力している。

【００１１】上述したモータ制御装置において、本発明
は、電流指令生成器２に特徴を有するものであり、他の
要素は従来のｄｑ変換によって制御を行うモータ制御装
置と同一である。

【００１２】そこで、この電流指令生成器２の構成を述
べる前に、まず、本発明の原理を説明する。同期モータ
の主磁束方向をｄ軸、それに直交するトルク成分方向を
ｑ軸としたｄｑ座標系上で同期モータの電圧式は、次の
１式、２式の関係となる。

【００１３】 Ｖd＝（Ｒ＋Ｌd・S）Ｉd−ωＬq・Ｉq ・・・（１） Ｖq＝（Ｒ＋Ｌq・S）Ｉq＋ωＬd・Ｉd＋ωφ ・・・（２） なおＶd はｄ軸方向電圧（以下ｄ相電圧という）、Ｖq
はｑ軸方向電圧（以下ｑ相電圧という）、Ｒ はモータ
の抵抗、Ｌd、Ｌq はｄ軸方向、ｑ軸方向の各インダク
タンス、Ｉd、Ｉq はｄ相、ｑ相の各電流、ωはモータ
の電気角速度、φは主磁束、Sは微分演算子である。

【００１４】上記１式、２式の電圧式において、定常状
態を考え抵抗分は無視できるものとし、Ｌd＝Ｌq＝Ｌと
すると、次の３式、４式となる。これら３式、４式から
分かるように負のｄ相電流を流すとモータの逆起電圧分
を相殺することができる。このため、モータ逆起電圧が
モータ制御装置の最大出力電圧を越えてしまい、通常駆
動できないような回転数まで駆動するために、負のｄ相
電流を流し、モータ制御装置の最大出力電圧以内にして
駆動する場合がある。

【００１５】Ｖd＝−ωＬ・Ｉq ・・・（３） Ｖq＝ωＬ・Ｉd＋ωφ ・・・（４） この３式、４式の電圧式にモータ駆動時のｄ相電流Ｉ
d、ｑ相電流Ｉqを合成した指令電流を設定最大電流値Ｉ
MAX以下にするという制限と、ｄ相電圧Ｖd 、ｑ相電圧
Ｖq を合成した指令電圧がモータ制御装置の最大出力電
圧ＶMAX以下にするという２つの制限を付加した下記の
４つの式に基づき、本発明は構成する。

【００１６】 ＩDMAX^２＋ＩQMAX^２≦ＩMAX^２ ・・・（５） Ｖd^２＋Ｖq^２≦ＶMAX^２ ・・・（６） Ｖd＝−ωＬ・ＩQMAX ・・・（７） Ｖq＝ωＬ・ＩDMAX＋ωφ ・・・（８） まず、モータ駆動に必要な電圧が小さい低速域では最大
負荷時のｄ、ｑ各軸の最大電流指令値として、ＩDMAX=
0、ＩQMAX=ＩMAXとする。

【００１７】この状態で回転数を上げて行くと、ある回
転数ω1で指令電圧はモータ制御装置の最大出力電圧ＶM
AXに達してしまい、そのまま回転数を上げようとすると
電圧が不足してしまう。よって、この回転数ω１を最大
負荷時のｄ相電流指令開始回転数として、この回転数以
上においては、上式から求めた次の９式、１０式で、回
転数に応じた最大負荷時のｄ、ｑ各相の最大電流指令値
を求め、ｄ、ｑ相合成電圧がＶMAXで一定、ｄ、ｑ相合
成電流値がＩMAXで一定になるようにする。

【００１８】 ＩDMAX＝0.5・(φ/Ｌ)・[(ＩMAX/(φ/Ｌ))^２＋１]・[(ω1/ω)^２−１]・・（９） ＩQMAX＝√（ＩMAX^２−ＩDMAX^２） ・・・（１０） なお、後述する図４に示すｄ相電流生成説明図におい
て、ここで求まるｄ、ｑ相最大電流値ＩDMAX、ＩQMAX
は、電源電圧円ＶMAXとωφの点を中心にωＬ・ＩMAXの
半径の円が交わる点の電圧になるように最大電流の振幅
を変えずにｄ、ｑ相最大電流指令値の配分を変えること
を意味している。

【００１９】ただし、上記計算ではｄ相最大電流値ＩDM
AXが設定最大電流値ＩMAXを越えてｑ相最大電流値ＩQMA
Xを計算できなくなる可能性があるので、ｄ相最大電流
値ＩDMAXは適度な値で制限する。なお、求まったｑ相
（トルク）最大電流値ＩQMAXは最大電圧で位相を固定し
た場合のｑ相最大電流値に比べ、ある回転数までの範囲
では大きいので出力可能最大トルクは大きくなる。な
お、ここでは、インダクタンスＬd＝Ｌq＝Ｌとしたが、
インダクタンスＬdとＬqが異なるとしてもｄ相最大電流
値ＩDMAXは計算することができる。この場合のｄ相最大
電流値ＩDMAXは次の１１式となる。

【００２０】

【数１】

【００２１】更に回転数を上げていくと、モータ逆起電
圧ωφだけでモータ制御装置の最大出力電圧より、高く
なってしまい無負荷状態（ＩQMAX=0相当）でもｄ相電流
を流さないと必要電圧を確保できなくなる。このため、
不用意にｄ相電流指令値を負荷に応じて変化させ、小さ
くしようとすると、指令自ら電圧不足させることにな
り、動作が不安定になるので、無負荷回転状態（ＩQMAX
=0相当）で必要な最小限のｄ相電流を確保するようにす
る。すなわち、ｑ相最大電流値ＩQMAX=0とし、モータの
回転数を上げていき、ｄ相電流がｄ相最小電流値ＩDMIN
になったとき、モータ制御装置の最大出力電圧ＶMAXに
なったとして、上記７式、８式より、次の１２式、１３
式が成り立つ。

【００２２】 Ｖd＝−ωＬ・ＩQMAX ＝０ ・・・（１２） Ｖq＝ωＬ・ＩDMIN＋ωφ＝ＶMAX ・・・（１３） 低速域ではｄ相最小電流値ＩDMIN＝０とし、回転数が上
がり、ωφ＝ＶMAXとなる回転数をω2とする（この回転
数ω2を無負荷時のｄ相電流指令開始回転数という）。
この無負荷時のｄ相電流指令開始回転数ω2以上の回転
域では無負荷回転状態でもモータ制御装置の電圧が不足
するので、ω2・φ＝ＶMAXと上記１３式より求められる
次の１４式に基づいて、無負荷時におても必要なd相最
小電流値ＩDMINを求める。

【００２３】 ＩDMIN＝（ω2／ω − １）・（φ／Ｌ） ・・・（１４） ここで使用する無負荷時のｄ相電流指令開始回転数ω2
はパラメータとして直接設定しても良いし、次式を使
い、設定された最大負荷時のｄ相電流指令開始回転数ω
１から求めてもよい。すなわち、無負荷時のｄ相電流指
令開始回転数ω2は最大負荷時のｄ相電流指令開始回転
数ω１により自動的に決まる。

【００２４】 ω2＝ω1・√（１＋（Ｌq・ＩMAX／φ）²） ・・・（１５） 上記９式、１０式によってｄ、ｑ相最大電流値ＩDMAX、
ＩQMAXを求め、１４式によってｄ相最小電流値ＩDMINを
求め、これらのｄ、ｑ相最大電流値ＩDMAX、ＩQMAX、ｄ
相最小電流値ＩDMINと、速度制御器から出力されるトル
ク指令（負荷相当）ＴCMDとによりｄ相電流指令値ＩDCM
D、ｑ相電流指令値ＩQCMDを次の１６式、１７式によっ
て求め、電流指令生成器２の出力とする。

【００２５】 ＩDCMD＝ＩDMIN＋（ＴCMD／ＴMAX）×（ＩDMAX−ＩDMIN） ・・・（１６） ＩQCMD＝（ＴCMD／ＴMAX）×ＩQMAX ・・・（１７） この電流指令について、図４〜図６を参照して説明す
る。上記５式〜８式より、ｄ、ｑ相電流、ｄ、ｑ相電圧
と最大電流値ＩMAX、最大電圧ＶMAXの関係は、図４のｄ
相電流生成説明図で示すようになる。この図４におい
て、ベクトルＡ1はωφに対応するベクトルを表し、ベ
クトルＡ2は、「ωＬ・ＩDMIN」のベクトルを表し、ベ
クトルＡ3は「ωＬ・（ＴCMD／ＴMAX）×（ＩDMAX−ＩD
MIN）」のベクトルを表している。すなわち、１６式の
ｄ相電流指令値ＩDCMDによって生じるｄ相電圧の各成分
を表している。

【００２６】１３式より、 Ａ1＋Ａ2＝ωφ＋ωＬ・ＩDMIN＝ＶMAX であるから、１６式で示されるｄ相電流指令値ＩDCMDの
ｄ相最小電流指令値ＩDMINによって、モータ速度（ω）
がどのように変化しても、最大電圧ＶMAXのｄ相電圧指
令値が確保される。すなわち、高速回転域において、ｄ
相最小電流値ＩDMINを確保することによって、最大電圧
ＶMAXとｑ軸の交点を無負荷時の電圧の作動点としてい
る。

【００２７】一方、ベクトルＡ3は、「ωＬ・（ＴCMD／
ＴMAX）×（ＩDMAX−ＩDMIN）」であり、トルク指令
（負荷）ＴCMDに応じて変化することを意味し、トルク
指令ＴCMD＝０で「０」、ＴCMD＝ＴMAXで「ωＬ（ＩDMA
X−ＩDMIN）」まで変化することを意味する。その結
果、１６式で示されるｄ相電流指令値ＩDCMDによるｄ相
電圧（Ａ1＋Ａ2＋Ａ3）は、（ＶMAX）〜［ＶMAX＋ωＬ
（ＩDMAX−ＩDMIN）］の間で変化することになり、これ
によって、必要とするトルク分の電流を流すのに必要な
「ωＬ・ＩQCMD」の電圧を確保する。このように、最大
負荷時のｄｑ合成電流指令値の大きさを同じにすること
で、モータ制御装置の許容電流以内に指令値を制限した
上で、できるだけ出力トルク（ｑ相電流）を低下させな
いようにする。

【００２８】図５は、ｄ相最小電流値ＩDMINを設けない
ときの説明図で、ｄ相最小電流値ＩDMINがないので、ｄ
相電圧は、ベクトルＡ1＝ωφとベクトルＡ3＝ωＬ・
（ＴCMD／ＴMAX）・ＩDMAXで構成されることになる。そ
の結果、ベクトルＡ3が、実線位置から破線位置の間に
変化し、トルク指令ＴCMDが小さくなると、電圧不足が
生じ制御が不安定となる。

【００２９】又、図６は、ｄ相電流を加減せずに一定
（ＩDMAX）としたときの例で、この場合、ｄ相電圧はベ
クトルＡ１＝ωφとベクトルＡ4＝ωＬ・ＩDMAXを加算
したＡ1＋Ａ4＝ωφ＋ωＬ・ＩDMAXとなる。トルク指令
（負荷）ＴCMDが小さい場合（ｑ相電流指令値ＩQCMDが
小さく、ｑ相電圧指令値ωＬ・ＩQCMDも小さい場合）、
ベクトルＡ1＋Ａ4の点（この点を無負荷時の動作点とし
ていることになる）は、出力最大電圧円ＶMAXに近くて
もよいにも拘わらず、離れた位置となり、無駄なｄ相電
流を流すことになり、モータの発熱が大きくなり、モー
タの熱減磁する恐れが生じ冷却対策が必要となる。

【００３０】図２は、本発明の特徴とする図１における
電流指令生成器２の詳細を示すブロツク図である。この
図２において、ｄ相最小電流生成器２１は、検出速度ω
とベース回転数生成器２６から出力される無負荷時のｄ
相電流指令開始回転数ω2によって、上記１４式の演算
を行ってｄ相最小電流値ＩDMIN(最小負荷時ｄ相電流指
令値)を求め出力する。又、ｄ相最大電流生成器２２
は、検出速度ωとベース回転数生成器２６から出力され
る最大負荷時のｄ相電流指令開始回転数ω1によって９
式の演算を行ってｄ相最大電流値ＩDMAX(最大負荷時ｄ
相電流指令値)を求め出力する。更に、ｑ相最大電流生
成器２３は、ｄ相最大電流生成器２２で求められたｄ相
最大電流値ＩDMAXより、１０式の演算を行ってｑ相最大
電流値ＩQMAXを求め出力する。

【００３１】ｄ相電流指令開始回転数ω1やω2は上述し
たようにして求め、パラメータとして設定し、この固定
のパラメータ設定値ω1、ω2を使用するようにしてもよ
い。この場合には、このパラメータ設定値ω1、ω2をｄ
相最小電流生成器２１やｄ相最大電流生成器２２に設定
するだけでよく、ベース回転数生成器２６をも受ける必
要はない。しかし、本実施形態においては、電源電圧の
変動に対応するために、このベース回転数生成器２６を
設け、電源電圧の変動に応じて、このｄ相電流指令開始
回転数ω1やω2を変えるようにしている。このベース回
転数生成器２６については、後述する。

【００３２】ｄ相電流指令生成器２４では、速度制御器
１の出力のトルク指令ＴCMD、ｄ相最小電流生成器２１
から出力されるｄ相最小電流値ＩDMIN、及びｄ相最大電
流生成器２２から出力されるｄ相最大電流値ＩDMAXに基
づいて１６式の演算を行ってｄ相電流指令値ＩDCMDを求
め出力する。又、ｑ相電流指令生成器２５では、速度制
御器１の出力のトルク指令ＴCMDとｑ相最大電流生成器
２３から出力されるｑ相最大電流値ＩQMAXに基づいて１
７式の演算を行ってｄ相電流指令値ＩQCMDを求め出力す
る。

【００３３】そして、前述したように、ｄ相電流指令値
ＩDCMDからフィードバックされてくるｄ相電流Ｉdのを
差し引き、ｄ相電流の電流偏差を求めｄ相電流制御器で
ｄ相電圧指令値ＶDCMDを求める。同様に、ｑ相電流指令
値ＩQCMDからフィードバックされてくるｑ相電流Ｉqの
を差し引き、ｑ相電流の電流偏差を求めｑ相電流制御器
でｑ相電圧指令値ＶQCMDを求める。そして、三相の電圧
指令に変換して電力増幅器７を駆動し同期モータＭを駆
動制御する。

【００３４】図３は、電源電圧が変動しても安定して同
期モータを駆動でき、かつ、出力効率を良くしモータ発
熱も低く押さえることができるようにするために、ｄ相
電流指令開始回転数ω1やω2を変えるようにするために
設けたベース回転数生成器２６の詳細ブロック図であ
る。

【００３５】電源電圧が変動した場合、モータ制御装置
がモータに印可できる最大電圧はその変動分だけ変化す
る。このため、電源電圧最大の場合に設定されていた最
大負荷時のｄ相電流指令開始回転数ω1を元に電流指令
を生成した場合、電源電圧が最小値まで低下すると電圧
が不足し、電流制御が不安定になってしまう。また、こ
のような状態になった場合、同一指令回転数で回る時の
モータ端子電圧を維持するために制御器内部の電圧指令
値ＶDCMD、ＶQCMDは電源電圧の低下分だけ大きくなる。
本発明はこの性質を使い、高速回転域ではｄ、ｑ相電圧
指令値ＶDCMD、ＶQCMDの関数として出力される電圧指令
値を元に最大負荷時のd相電流指令開始回転数ω1を変化
させることで、前記ｄ相最大電流値ＩDMAX、およびｄ相
最小電流値ＩDMIN を加減し、間接的にｄ相電流指令値
ＩDCMDを加減して、電源電圧変動の影響を低減しようと
するものである。

【００３６】この電源電圧変動の影響を低減するため、
電流指令生成に使用される最大負荷時のｄ相電流指令開
始回転数ω1を以下のように変化させる。なお、パラメ
ータで設定される基準となる最大負荷時のｄ相電流指令
開始回転数ω１s、無負荷時のｄ相電流指令開始回転数
ω2sは電源電圧が最大の場合に応じて設定されているも
のとする。

【００３７】ここでは、ｄ、ｑ相電圧指令値ＶDCMD、Ｖ
QCMDの関数として合成電圧指令値（√（ＶDCMD^２＋ＶQC
MD^２））を用いる場合について、説明する。

【００３８】ｄ、ｑ相電流制御器３d、３qから出力され
たｄ、ｑ相電圧指令値ＶDCMD、ＶQCMDと検出速度ωをベ
ース回転数生成器２６に入力する。ベース回転数生成器
２６は演算手段２６１でｄ、ｑ相電圧指令値ＶDCMD、Ｖ
QCMDの合成電圧指令値を求め、かつ、電圧指令基準値Ｖ
lmtをその値で除した値Ｖlmt／√（ＶDCMD^２＋ＶQCM
D ^２）を求める。

【００３９】一方、回転数判定手段２６２は検出速度ω
の絶対値と、回転数ｋ・ω1sとを比較し、検出速度ωの
絶対値が回転数ｋ・ω1sより低い回転数では固定値１、
これより高い回転数では演算手段２６１の出力Ｖlmt／
√（ＶDCMD^２＋ＶQCMD^２）を選択するように切換器２６
３に出力する。なお、回転数とｋ・ω1sと比較している
が、これは回転数がｋ・ω1s以下の低速域では電源電圧
が変動したとしても電圧的に足りており、ｄ相電流を流
す必要はないからであり、補正を実行することで余計な
ｄ相電流を流さないようにするためである。

【００４０】切換器２６３は、回転数判定手段２６２か
らの出力信号によって切り替わり、検出速度ωの絶対値
が回転数ｋ・ω1sより低い回転数では固定値１を、高い
回転数の場合には［Ｖlmt／√（ＶDCMD^２＋ＶQCM
D^２）］を出力する。なお、ｋは想定する電源電圧変動
の最大値に対する最小値の比である。

【００４１】そして、この切換器２６３の出力をリミッ
タ２６４で上限設定値と下限設定値に制限した後、フィ
ルタ２６５を介してベース回転数補正比ＷＲとして出力
する。

【００４２】出力された回転数補正比ＷＲは、設定され
ている基準最大負荷時ｄ相電流指令開始回転数ω1s，基
準無負荷時のｄ相電流指令開始回転数ω2sに乗じられ、
各々最大負荷時ｄ相電流指令開始回転数ω1と無負荷時
ｄ相電流指令開始回転数ω2として出力され、ｄ相最大
電流生成器２２、ｄ相最小電流生成器２１へと入力され
る。

【００４３】そして、ｄ相最大電流生成器２２、ｄ相最
小電流生成器２１では前述の処理を行い、回転数ωに応
じたd相最大電流値ＩDMAX、ｄ相最小電流値ＩDMINを生
成する。このように、ｄ、ｑ相電圧指令によって、ｄ相
電流指令開始回転数ω1、ω2を補正するだけなので、電
源電圧変動が生じても、出力されるｄ相、ｑ相の合成最
大電流指令値は設定最大電流と変わらず、ｄ相電流指令
値に補正が掛かっても指令最大電流は設定最大電流値を
越えない。

【００４４】なお、上述した実施形態では、電源電圧変
動に対応するために、演算手段２６１で電圧指令基準値
Ｖlmtをｄ、ｑ相電圧指令値ＶDCMD、ＶQCMDの合成電圧
指令値で除した値［Ｖlmt／√（ＶDCMD^２＋ＶQCM
D^２）］により各々最大負荷時ｄ相電流指令開始回転数
ω1と無負荷時ｄ相電流指令開始回転数ω2を変化させる
ようにしたが、電源電圧の変動に応じてｄ相電圧指令値
ＶDCMD、ｑ相電圧指令値ＶQCMDも変化するものであるか
ら、ｄ、ｑ相電圧指令値の合成電圧指令値［√（ＶDCMD
^２＋ＶQCMD^２）］に変えて、ｄ相電圧指令値ＶDCMD又は
ｑ相電圧指令値ＶQCMDの絶対値を用いてもよい。すなわ
ち、（Ｖlmt／|ＶDCMD|）又は（Ｖlmt／|ＶQCMD|）によ
って、各々最大負荷時ｄ相電流指令開始回転数ω1と無
負荷時ｄ相電流指令開始回転数ω2を変化させるように
してもよい。

【００４５】図７、図８は、本願発明のモータ制御装置
が実施する方法と従来の方法をシミュレーションして得
られた結果を示す図である。電源電圧を規定電圧より低
下させた状態で、加減速させて得られたモータ回転数と
ｄｑ合成電流指令及びその電流フィードバックの値を示
すものである。

【００４６】図７は、従来の技術で、電流補正機能（電
源電圧の変化に応じて、ω1、ω2を変化させる機能）が
ない場合のシミュレーション値である。電源電圧が低下
し、電圧不足した結果、減速時に制御不能となり実電流
（実線）が指令電流（破線）より、大きくなってしまっ
ているのが分かる。これに対して提案する電流指令補正
機能を効かせた場合が図８である。減速時の電流が抑え
られ、制御が安定化している。また、一定回転時の電流
も小さくなり、電流に対する出力効率が増加しているこ
とが分かる。

【００４７】

【発明の効果】同期モータを駆動するために必要な電圧
がモータ制御装置の出力最大電圧以上になるような高速
域まで同期モータを駆動する場合において、本発明は、
無負荷時の最小ｄ相電流値を設け、無負荷回転で最低限
必要なｄ相電流指令分を確保した結果、単純に負荷に応
じてｄ相電流を加減する場合に比べ、無負荷回転時の制
御安定性が向上する。又、回転数のみに応じてｄ相電流
を流す場合に比べて、トルク指令（負荷）に応じてもｄ
相電流を加減することが可能なため、負荷が小さい場合
にｄ相電流を小さくできる。これにより、同一トルクを
発生させるのに必要な電流が小さくなり、効率が増して
モータの発熱を低減できる。

【００４８】更に、高速回転域の電圧を確保するため
に、最大電圧時の電圧の位相と振幅を回転数ωが増加し
最大負荷時ｄ相電流指令開始回転数ω１となった時の点
に固定して使う場合に比べ、回転数ωが最大負荷時ｄ相
電流指令開始回転数ω１より高い回転域でのｑ相電流指
令（トルク電流指令）が大きくなり、最大トルクを大き
くできる。

【００４９】従来、電源電圧変動による制御安定性を確
保するために電圧余裕を見込んでd相電流指令を生成し
ていたため、電源電圧に余裕がある場合には余分なd相
電流を流してしまい、出力効率が悪かったが、本発明
は、電源電圧が変化した場合にｄ相電流指令を加減する
ことができるため、出力効率が増す。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態のモータ制御装置の要部ブ
ロック図である。

【図２】同実施形態の電流指令生成器の詳細ブロック図
である。

【図３】同実施形態のベース回転数生成器の詳細ブロッ
ク図である。

【図４】同実施形態におけるｄ相電流生成の説明図であ
る。

【図５】ｄ相電流に最小電流を設けずにトルク指令に応
じてｄそう電流を加減した場合の説明図である。

【図６】ｄ相電流を加減せず、回転数に応じた一定電流
とした場合の説明図である。

【図７】従来の電流補正機能なしの場合で電源電圧を低
下させて加減速したときのシミュレーション結果を示す
図である。

【図８】本発明の電流補正機能方法を適用した場合で、
電源電圧を低下させて加減速したときのシミュレーショ
ン結果を示す図である。

【符号の説明】

Ｍ 同期モータ Ｓ 位置・速度検出センサ ８ｕ、８ｖ 電流検出器 ＴCMD トルク指令 ＩDCMD ｄ相電流指令値 ＩQCMD ｑ相電流指令値 ＶDCMD ｄ相電圧指令値 ＶQCMD ｑ相電圧指令値 ＩDMIN ｄ相最小電流値 ＩDMAX ｄ相最大電流値 ＩQMAX ｑ相最大電流値 ω 検出速度（電気角速度） ω1 最大負荷時のｄ相電流指令開始回転数 ω2 無負荷時のｄ相電流指令開始回転数

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H560 BB04 DB00 DC12 EB01 RR05 SS01 TT02 XA02 XA04 XA13 5H576 BB02 CC01 EE01 EE02 GG02 GG04 HB01 JJ02 JJ12 LL01 LL22

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モータの端子電圧がモータ制御装置の最
   大出力電圧以内になるように界磁磁束を打ち消す方向に
   ｄ相電流を流す同期モータのモータ制御装置において、
   モータの回転数に応じて最大負荷時のモータ端子電圧を
   モータ制御装置の最大出力電圧以内にする最大負荷時ｄ
   相電流指令値と無負荷時のモータ端子電圧をモータ制御
   装置の最大出力電圧以内にする最小負荷時ｄ相電流指令
   値を求め、モータの負荷に応じて上記２つのｄ相電流指
   令値を内挿した値をｄ相電流指令とすることを特徴とす
   るモータ制御装置。
2. 【請求項２】 モータの起電圧がモータ制御装置の最大
   出力電圧を越えるような高速回転域では最大負荷時の指
   令電圧がモータ制御装置の最大出力電圧になるように、
   またこの時のｄ相、ｑ相の合成指令電流が予め設定され
   た最大電流値になるように、モータ回転数に応じたｄ相
   最大電流指令値とｑ相最大電流指令値を生成することを
   特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
3. 【請求項３】 所定の回転数以上の回転域では、ｄ、ｑ
   相電圧指令の関数として求められる電圧指令値と所定の
   電圧指令値の比を、前記最大負荷時ｄ相電流指令値、最
   小負荷時ｄ相電流指令値を求めるためにモータ制御装置
   の最大出力電圧に応じて設定されたｄ相電流指令開始回
   転数に乗じ、得られた回転数を新たにｄ相電流指令開始
   回転数として、ｄ相電流指令を補正する機能を有するこ
   とを特徴とする請求項１又は請求項２記載のモータ制御
   装置。
4. 【請求項４】 所定の回転数以上の回転域で求めたｄ、
   ｑ相電圧指令の関数として出力される電圧指令値と所定
   の電圧指令値の比を上限設定値と下限設定値で制限し、
   フィルタを介した値をモータ制御装置の最大出力電圧に
   応じて設定されたｄ相電流指令開始回転数に乗じた回転
   数を新たにｄ相電流指令開始回転数として、回転数およ
   び負荷に応じてｄ相電流指令を生成することを特徴とす
   る請求項３記載のモータ制御装置。
5. 【請求項５】 モータの端子電圧がモータ制御装置の最
   大出力電圧以内になるように界磁磁束を打ち消す方向に
   ｄ相電流を流す同期モータのモータ制御装置において、
   最小負荷時に指令電圧がモータ制御装置の最大出力電圧
   に達するモータの回転数とモータの検出速度より、最小
   負荷時ｄ相電流指令値を求めるｄ相最小電流生成手段
   と、最大負荷時に指令電圧がモータ制御装置の最大出力
   電圧に達するモータの回転数とモータの検出速度より最
   大負荷時ｄ相電流指令値を求めるｄ相最大電流生成手段
   と、前記最大負荷時ｄ相電流指令値よりｑ相最大電流値
   を求めるｑ相最大電流生成手段と、前記最小負荷時ｄ相
   電流指令値と、前記最大負荷時ｄ相電流指令値と、トル
   ク指令値とによりｄ相電流指令値を生成するｄ相電流指
   令手段と、前記ｑ相最大電流値とトルク指令値によりｑ
   相電流指令値を生成するｑ相電流指令手段と、を備える
   ことを特徴とするモータ制御装置。
6. 【請求項６】 前記ｄ相電流指令手段は、トルク指令値
   に応じて前記最小負荷時ｄ相電流指令値と前記最大負荷
   時ｄ相電流指令値の間を内挿した値をｄ相電流指令とし
   て出力する請求項５記載のモータ制御装置。
7. 【請求項７】 設定された前記最大負荷時に指令電圧が
   モータ制御装置の最大出力電圧に達するモータの回転数
   と、設定された最小負荷時に指令電圧がモータ制御装置
   の最大出力電圧に達するモータの回転数とを、電源電圧
   の変動に応じて補正して、前記ｄ相最小電流生成手段、
   前記ｄ相最大電流生成手段に出力するベース回転数生成
   手段をも備える請求項５又は請求項６記載のモータ制御
   装置。
8. 【請求項８】 前記ベース回転数生成手段は、ｄ、ｑ相
   電圧指令の関数として求められる電圧指令値を求め、該
   電圧指令値と所定の電圧指令値の比によって、前記設定
   された各回転数を補正する請求項７記載のモータ制御装
   置。
9. 【請求項９】 前記ｄ、ｑ相電圧指令の関数として求め
   られる電圧指令値は、ｄ、ｑ相電圧指令を合成した合成
   電圧指令値か、若しくは、ｄ相電圧指令、ｑ相電圧指令
   のいずれか一方の絶対値である請求項８記載のモータ制
   御装置。
10. 【請求項１０】 前記ベース回転数生成手段は、モータ
    回転数が所定回転数以上になったとき前記設定された各
    回転数を補正するようにした請求項７乃至９の内１項に
    記載のモータ制御装置。