JP2003153600A - 電動機制御装置における電流指令値の補正方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 インダクタンスの変化によらず、確実に所望
するトルクを得ることのできる電流指令値の補正方法を
提供する。 【解決手段】 同期電動機の誘起電圧が電源電圧よりも
大きくならない電圧ベクトルに基づき、同期電動機の回
路方程式を用いて、第１の電流指令値を求め、第１の相
電圧ピーク値を求める。次いで、ｄ軸−ｑ軸平面に設定
される高効率曲線に基づき、最小の電流値で最大トルク
を得ることのできる第２の電流指令値を求め、第２の相
電圧ピーク値を求める。第１と第２の相電圧ピーク値の
比較結果に基づいて、第１または第２の電流指令値のい
ずれか一方を選択し、トルク指令値と電流指令値との関
係を設定する。更に、低回転数で駆動したときの、トル
ク指令値と電流指令値との関係を補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電動機を制御する
際に用いる電流指令値を補正する方法に係り、特に、所
望するトルクを確実に得ることのできる技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来における電動機の制御方法として、
例えば、特開平１１−３３２２９８号公報（以下、従来
例１という）、特開平１１−３３２２９７号公報（以
下、従来例２という）、及び特開２０００−１５２４０
９号公報（以下、従来例３という）に記載された技術が
知られている。

【０００３】従来例１に記載されたものは、突極性を持
つ同期電動機をベクトル制御した場合に、回転周期と同
期し、且つ、該電気回転角周波数に対して６倍となる周
波数を持つ脈動が出力トルクに生じた例が示されてい
る。そして、トルク指令と電動機回転数とに基づいて電
流ベクトル指令を算出するマップに対し、新たに回転角
をパラメータとして持たせることにより、出力トルクの
脈動を解消している。

【０００４】また、従来例２では、同期電動機に装着さ
れた回転角センサの取り付け誤差により、正転と逆転で
磁極位置信号の立ち上がりタイミングに差異が生じ、ト
ルク精度が低下する例について記載されている。そし
て、正転と逆転、及び力行と回生の、合計４つの組み合
わせについて、それぞれ別個のマップを持つことによ
り、上記の問題を解決している。

【０００５】更に、従来例３に記載されたものでは、回
生時トルクによる余剰電力を減少させるため、電流位相
を直接制御する方法が提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た各従来例では、回転子位相角、正逆転、力行及び回生
等によるトルク精度の改善方法が提案されているが、い
ずれの場合においても、電動機巻線電流の増大によるト
ルク低下を改善する方法について触れられていない。従
って、電流の増大に伴う固定子磁束飽和により出力トル
クが低下するという問題については、解決されないまま
である。以下、これについて、具体的に説明する。

【０００７】同期電動機の固定子は、巻線を流れる電流
によって固定子磁束を発生し、回転子磁束と作用するこ
とにより、トルクを得る。ここで、巻線電流の発生する
磁束をΦ、巻線電流をＩとすると、以下に示す（１）式
が成立する。

【０００８】

【数１】 但し、Ｌはインダクタンスである。

【０００９】図１７は、巻線電流Ｉ［Ａ］の変化に対す
る磁束Φ［Ｗｂ］の変化を示す特性図である。横軸が巻
線電流Ｉ、縦軸が磁束Φであり、曲線の傾きが、上記
（１）式より、インダクタンスＬとなる。そして、同図
に示すように、巻線電流の大きさが小さい範囲（原点に
近い範囲）では、磁束Φは巻線電流Ｉの変化に対して直
線的に変化する。即ち、インダクタンスＬ（傾き）は、
略一定となる。しかし、電流値が増大すると、巻線内を
貫く磁束が飽和し、インダクタンスＬが低下する。これ
に起因して、所望するトルクを得ることができなくなる
という問題が発生する。

【００１０】本発明はこのような従来の課題を解決する
ためになされたものであり、その目的とするところは、
インダクタンスの変化によらず、確実に所望するトルク
を得ることのできる電動機制御装置における電流指令値
の補正方法を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本願請求項１に記載の発明は、電動機の巻線電流を
ベクトル制御演算を用いて制御する電動機制御装置にお
いて、前記電動機が回転することにより、発生する誘起
電圧が電源電圧よりも大きくならないように電圧ベクト
ルを計算し、且つ、該電圧ベクトルに基づき、電動機の
回路方程式を用いて、ｄ軸方向及びｑ軸方向の第１の電
流指令値を求める第１のステップと、前記第１の電流指
令値に基づいて、第１の相電圧ピーク値を求める第２の
ステップと、ｄ軸−ｑ軸平面に設定される高効率曲線に
基づき、最小の電流値で最大トルクを得ることのでき
る、ｄ軸方向及びｑ軸方向の第２の電流指令値を求める
第３のステップと、前記第２の電流指令値に基づいて、
第２の相電圧ピーク値を求める第４のステップと、前記
第１の相電圧ピーク値と第２の相電圧ピーク値との大き
さを比較し、この比較結果に基づいて、前記第１の電流
指令値、または第２の電流指令値のいずれか一方を選択
し、選択された電流指令値に基づいて、トルク指令値と
電流指令値との関係を設定する第５のステップと、前記
電動機が低回転数で駆動したときの、前記第５のステッ
プにて求められたトルク指令値と電流指令値との関係を
補正する第６のステップと、を有することを特徴とす
る。

【００１２】請求項２に記載の発明は、電動機の巻線電
流をベクトル制御演算を用いて制御する電動機制御装置
において、前記電動機が回転することにより、発生する
誘起電圧が電源電圧よりも大きくならないように電圧ベ
クトルを計算し、且つ、該電圧ベクトルに基づき、電動
機の回路方程式を用いて、ｄ軸方向及びｑ軸方向の第１
の電流指令値を求める第１のステップと、前記第１の電
流指令値に基づいて、第１の相電圧ピーク値を求める第
２のステップと、ｄ軸−ｑ軸平面に設定される高効率曲
線に基づき、最小の電流値で最大トルクを得ることので
きる、ｄ軸方向及びｑ軸方向の第２の電流指令値を求め
る第３のステップと、前記第２の電流指令値に基づい
て、第２の相電圧ピーク値を求める第４のステップと、
前記第１の相電圧ピーク値と第２の相電圧ピーク値との
大きさを比較し、この比較結果に基づいて、前記第１の
電流指令値、または第２の電流指令値のいずれか一方を
選択し、選択された電流指令値に基づいて、トルク指令
値と電流指令値との関係を示すマップを作成する第５の
ステップと、前記電動機が低回転数で駆動したときの、
前記マップを補正する第６のステップと、を有すること
を特徴とする。

【００１３】請求項３に記載の発明は、前記第５のステ
ップは、前記第１の相電圧ピーク値と第２の相電圧ピー
ク値とを比較した結果が、第１の相電圧ピーク値の方が
第２の相電圧ピーク値よりも小さいときに、前記第１の
電流指令値を選択し、第１の相電圧ピーク値の方が第２
の相電圧ピーク値よりも大きいときに、前記第２の電流
指令値を選択することを特徴とする。

【００１４】請求項４に記載の発明は、前記第６のステ
ップは、前記電動機を低速で回転駆動させた際の、トル
ク指令値と、実際に測定される実トルク値とを比較し、
該実トルク値がトルク指令値よりも大きいときには、ｑ
軸方向の電流指令値を低減し、実トルク値がトルク指令
値よりも小さいときには、ｑ軸方向の電流指令値を増加
させるように、前記トルク指令値と電流指令値との関係
を補正する。

【００１５】

【発明の効果】請求項１の発明では、電動機が回転する
ことにより発生する誘起電圧が電源電圧よりも大きくな
らないように電圧ベクトルを計算し、且つ誘起電圧に基
づいて電動機の回路方程式を用いて求めたｄ軸方向およ
びｑ軸方向の第１の電流指令値に基づいて求めた第１の
相電圧ピーク値と、ｄ−ｑ軸平面に設定される高効率曲
線に基づき、最小の電流値で最大トルクが得られるよう
に求めたｄ軸方向及びｑ軸方向の第２の電流指令値に基
づいて求めた第２の相電圧ピーク値とを比較すること
で、第１の電流指令値または第２の電流指令値を選択
し、選択された電流指令値に基づいて、トルク指令値と
電流指令値との関係を設定すると共に、この関係を電動
機が低回転数で駆動した場合に基づいて、補正するよう
にしたので、電流の増大に伴う固定子磁束飽和によって
インダクタンスが低下した場合においても、確実に所望
するトルクを得ることができる。

【００１６】請求項２の発明では、トルク指令値と電流
指令値との関係を示すマップとして記憶し、このマップ
を用いて電流指令値を設定するので、請求項１と同様の
効果を得ることができる。

【００１７】請求項３の発明では、第１の相電圧ピーク
値の方が第２の相電圧ピーク値よりも小さいときに、第
１の電流指令値を選択し、第１の相電圧ピーク値の方が
第２の相電圧ピーク値よりも大きいときには、第２の電
流指令値を選択するので、より一層制御性を向上させる
ことができる。

【００１８】請求項４の発明では、実トルク値がトルク
指令値よりも大きいときにはｑ軸方向の電流指令値を低
減し、実トルク値がトルク指令値よりも小さいときに
は、ｑ軸方向の電流指令値を増加させるように、トルク
指令値と電流指令値との関係を補正するので、より一層
制御性を向上させることができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１は、本発明の補正方法が適用さ
れる電動機制御装置の構成を示すブロック図である。同
図に示すように、該電動機制御装置は、同期電動機５の
回転を制御するものであり、電流指令値演算部１と、電
流制御部２と、２相／３相変換部３と、ＰＷＭ変換部
（インバータ）４と、同期電動機の回転角を検出する回
転角センサ６と、を有している。更に、同期電動機５に
流れる３相電流を検出する電流センサ７と、３相／２相
変換部８と、速度演算部９と、を具備している。

【００２０】電流指令値演算部１は、トルク指令Ｔe*
と、速度演算部９より出力される回転数Ｎに基づいて、
電流ベクトル指令値（Ｉd*，Ｉq*）を算出する。本実施
形態では、この演算を予め行い、マップとして記憶保存
している。

【００２１】電流制御部２は、電流指令値（Ｉd*，Ｉq
*）と、実際の電流値（同期電動機５に流れる電流値）
に基づいて、電圧指令値（Ｖd*，Ｖq*）を算出する。

【００２２】２相／３相変換部３は、同期電動機５の回
転角θを用いて、ｄ軸及びｑ軸の電圧指令値（Ｖd*，Ｖ
q*）を３相電圧指令値（ｖｕ*、ｖｖ*、ｖｗ*）に座標
変換する。

【００２３】ＰＷＭ変換部４は、３相の電圧指令値（ｖ
ｕ*、ｖｖ*、ｖｗ*）と、三角波信号とを比較すること
により、ＰＷＭ信号を生成し、これを同期電動機５に出
力する。該三角波信号は、プラス側、及びマイナス側で
電源電圧の範囲とされ、且つ、ＰＷＭ周波数で変動する
交番信号とされている。そして、該ＰＷＭ変換部４にて
生成されたＰＷＭ信号は、ゼロから電源電圧の範囲でス
イッチングされ、同期電動機５の各相に電圧信号として
出力される。

【００２４】電流センサ７は、同期電動機５に通電した
ときの３相の電流値を読み込む。３相／２相変換部８
は、３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のうち、Ｕ相とＶ相の電
流値（ｉu，ｉv）、及び回転角θを用いて、実電流ベク
トル（Ｉd，Ｉq）を生成する。回転角センサ６は、同期
電動機５の回転角θを検出する。速度演算部９は、電気
回転角θを時間微分、及び単位変換し、回転数Ｎを算出
する。

【００２５】次に、本発明の主要部分である、電流指令
値演算部１にて用いる、トルク指令値と電流指令値との
関係を示す（Ｉd*，Ｉq*）のマップを生成する手順、及
び該マップを補正する手順について説明する。

【００２６】図２は、マップを作成する際に用いる測定
装置の構成を示すブロック図である。同図に示すよう
に、この測定装置は、測定対象となる同期電動機１１
に、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の電圧信号を出力する制御装置１
２と、同期電動機１１に発生するトルクを測定するトル
ク測定器１４と、該トルク測定器１４にて測定されたト
ルク値に応じて、制御装置１２より出力する電圧値を演
算する計算機１３と、負荷側電動機１５と、該負荷側電
動機１３の回転数を制御する回転数制御部１６と、を具
備している。そして、この測定装置を用いることによ
り、以下に示す処理を行う。

【００２７】図３は、マップの生成及び補正の手順の全
体工程を示すフローチャートである。同図において、ま
ず、ステップ１０では、同期電動機１１の回転数を設定
する。ステップ１１では、出力トルクＴeを設定する。
次いで、ステップ１２では、回転子磁束の回転に伴って
発生する誘起電圧を抑制する電圧制限曲線と、トルク一
定曲線との交点から、ｄ軸電流Ｉd1、ｑ軸電流Ｉq1（第
１の電流指令値）、及びＵ相電圧振幅Ｖupeak1（第１の
相電圧ピーク値）を算出する。

【００２８】ステップ１３では、高効率曲線とトルク一
定曲線との交点から、ｄ軸電流Ｉd2、ｑ軸電流Ｉq2（第
２の電流指令値）、及びＵ相電圧振幅Ｖupeak2（第２の
相電圧ピーク値）を算出する。なお、ステップ１２，１
３の具体的な処理については後述する。

【００２９】ステップ１４では、ステップ１２で求めら
れたＵ相電圧振幅Ｖupeak1と、ステップ１３で求められ
たＵ相電圧振幅Ｖupeak2とを比較する。その結果、Ｖup
eak2の方が大きい場合には、ステップ１５にて、ｄ軸、
ｑ軸の電流指令値Ｉd、Ｉqを、それぞれ、Ｉd1、Ｉq1に
設定する。他方、Ｖupeak1の方が大きい場合は、ステッ
プ１６にて、ｄ軸、ｑ軸の電流指令値Ｉd、Ｉqを、それ
ぞれ、Ｉd2、Ｉq2に設定する。

【００３０】ステップ１７では、マップが有するトルク
範囲（全てのトルク、及び回転数）での他のトルク値を
設定して、ステップ１１に戻る。ステップ１８では、マ
ップの持つ回転数範囲での、他の回転数を設定して、ス
テップ１０に戻る。

【００３１】ステップ１７，１８にて、すべてのマップ
範囲での計算が終了すると、暫定マップが完成し、ステ
ップ１９へ進む。該暫定マップの作成は、すべて計算機
上の自動計算により実施することができるため、従来方
式と比較して、高速に作成することができる。

【００３２】ステップ１９では、後述するように、ｄ軸
電流による磁界弱めを必要としないような適当な回転数
（低回転数）を選び、この一定の回転数を負荷装置から
与え、該回転数でのトルク補正を行うための測定を行
う。

【００３３】ステップ２０では、得られた測定結果か
ら、ｑ軸電流補正関数を作成し、該関数を用いて暫定マ
ップ全域のｑ軸電流を補正する。なお、ステップ１９，
２０の詳細な処理手順については後述する。

【００３４】図４は、与えられた回転数とトルク値にお
いて、誘起電圧抑制曲線とトルク一定曲線との交点に基
づいて、ｄ軸電流Ｉd1、ｑ軸電流Ｉq1、及びＵ相電圧振
幅Ｖupeak1を算出する処理手順、即ち、図３に示した
「ステップ１２」の詳細な処理手順を示すフローチャー
トである。

【００３５】ステップ２１では、ｑ軸電流Ｉqの初期値
を設定する。トルクが正である力行（電動機を動力源と
して用いる場合）では、インバータの許容相電流に対し
２倍程度の正値を設定する。トルクが負である回生（電
動機を発電機として用いる場合）では、同様に２倍程度
の負値を設定する。ステップ２２では、ｄ軸電流Ｉd1、
及びｑ軸電流Ｉq1を初期化する。即ち、ゼロに設定す
る。ステップ２３では、トルク一定曲線に基づき、ｄ軸
電流Ｉdを算出する。ｄ軸電流Ｉd、ｑ軸電流Ｉq及びト
ルクＴeの間には、以下の（２）式に示す関係式があ
る。

【００３６】 Ｔe＝ｐ｛Φa・Ｉq＋（Ｌd−Ｌq）・Ｉd・Ｉq｝ ・・・（２） ここで、ｐは同期電動機５の極対数、Φaは鎖交磁束
数、Ｌdはｄ軸インダクタンス、Ｌqはｑ軸インダクタン
スである。

【００３７】そして、（２）式をＩdについて解くと、
次の（３）式を得ることができる。

【００３８】 Ｉd＝（Ｔe／ｐ／Ｉq−Φa）／（Ｌd−Ｌq） ・・・（３） 従って、（３）式を用いることにより、ｄ軸電流Ｉdを
求めることができる。

【００３９】次に、ステップ２４では、回路方程式に基
づき、上記したｑ軸電流Ｉq、及びｄ軸電流Ｉdを代入し
て、ｄ軸電圧Ｖd、及びｑ軸電圧Ｖqを算出する。具体的
には、次の（４）式により算出する。

【００４０】

【数２】 但し、ωreは、電気角周波数である。

【００４１】ステップ２５では、上記の（４）式にて求
められたｄ軸電圧Ｖd、及びｑ軸電圧Ｖqに基づいて、以
下に示す（５）式にて、Ｕ相電圧振幅Ｖupeakを求め
る。

【００４２】

【数３】 そして、ステップ２６では、（５）式にて求められたＶ
upeakが、電源電圧の１／２よりも小さいかどうかが判
断され、大きい場合にはステップ２６でＮＯとなり、ス
テップ２７へ進む。他方、小さい場合には、ステップ２
６でＹＥＳとなり、ステップ２８へ進む。

【００４３】ステップ２７では、トルクが正の場合（力
行の場合）には、ｑ軸電流Ｉqをより小さい値（初期設
定値よりも小さい値）に設定し、トルクが負の場合（回
生の場合）には、ｑ軸電流Ｉqをより大きい値に設定
し、ステップ２３の処理に戻る。

【００４４】ステップ２８では、（３）式により算出さ
れたｄ軸電流Ｉdを、ｄ軸電流Ｉd1とし、ステップ２
１、或いはステップ２７で設定されたｑ軸電流Ｉqを、
ｑ軸電流Ｉq1として保存する。また、Ｕ相電圧振幅Ｖup
eakを、Ｕ相電圧振幅Ｖupeak1として保存する。これに
より、図３に示したステップ１２におけるＩd1、Ｉq1、
Ｖupeak1が求められる。

【００４５】図５は、与えられた回転数とトルク値にお
いて、トルクが正の場合、図４に示したフローチャート
による演算結果が収束する過程を示した模式図である。
また、図６は、与えられた回転数とトルク値において、
トルクが負の場合、図４に示したフローチャートによる
演算結果が収束する過程を示した模式図である。

【００４６】前述したトルク算出式によれば、トルクは
電流ベクトルにのみ依存し、回転数には依存しない。

【００４７】従って、ｄ軸インダクタンスＬd及びｑ軸
インダクタンスＬqを固定値と見なし、トルク一定曲線
を描くことができる。

【００４８】一方、電圧制限楕円は、トルクに依存せ
ず、電流ベクトルと回転数にのみ依存し、回路方程式に
よって描くことができる。トルク一定曲線と電圧制限楕
円の交点は２点あるが、本実施形態では、原点に近い方
の交点を計算するため、ｑ軸電流を正、または負に最も
大きな値に初期設定し、トルク一定曲線をたどって、１
つ目の交点に収束することになる。計算効率を上げるた
め、収束点付近ではｑ軸電流の刻み幅を小さくしても良
い。

【００４９】図７は、与えられた回転数とトルク値にお
いて、高効率曲線とトルク一定曲線の交点から、ｄ軸電
流Ｉd2、ｑ軸電流Ｉq2、及びＵ相電圧振幅Ｖupeak2を算
出する際の処理手順、即ち、図３に示した「ステップ１
３」の詳細な処理手順を示すフローチャートである。

【００５０】まず、図７に示すステップ３１では、ｑ軸
電流の初期値Ｉqを設定する。ここでは、ゼロに近い
正、または負の値であって、マップのトルク刻み幅から
算出されるｑ軸電流の最小値より、十分小さい値を設定
する。

【００５１】ステップ３２では、ｄ軸電流Ｉd2、及びｑ
軸電流Ｉq2をゼロに初期化する。次いで、ステップ３３
では、前述した（３）式を用い、トルク一定曲線よりｄ
軸電流Ｉdを算出する。ステップ３４では、高効率曲線
に基づき、次の（６）式によりＩdの最大値Ｉdmaxを求
める。

【００５２】

【数４】 ステップ３５では、回路方程式から、ｄ軸電圧Ｖdとｑ
軸電圧Ｖqを算出する（（４）式参照）。

【００５３】ステップ３６では、ｄ軸電圧Ｖdとｑ軸電
圧Ｖqとから、Ｕ相電圧振幅Ｖupeakを算出する（（５）
式参照）。ステップ３７では、トルク一定曲線から算出
されるｄ軸電流Ｉdが、高効率曲線から算出されるｄ軸
電流Ｉdmaxよりも大きいかどうかを判別し、Ｉdの方が
Ｉdmaxよりも大きい場合には、ステップ３９へ進み、小
さい場合には、ステップ３８へ進む。

【００５４】ステップ３８では、トルクが正の場合に
は、ｑ軸電流Ｉqをより大きい値とし、負の場合にはＩq
をより小さい値に設定して、ステップ３３へ戻る。

【００５５】ステップ３９では、ｄ軸電流Ｉdをｄ軸電
流Ｉd2に設定し、ｑ軸電流Ｉqをｑ軸電流Ｉq2に設定す
る。更に、Ｕ相電圧振幅ＶupeakをＵ相電圧振幅Ｖupeak
2に設定する。そして、処理を終了する。これにより、
図３に示したステップ１３におけるＩd2、Ｉq2、Ｖupea
k2が求められる。

【００５６】図８は、与えられた回転数とトルクの値に
おいて、トルクが正の場合、図７のフローチャートの処
理による演算結果が収束する過程を示す模式図である。
図９は、与えられた回転数とトルクの値において、トル
クが負の場合、図７のフローチャートの処理による演算
結果が収束する過程を示す模式図である。

【００５７】高効率曲線は、双曲線であるので、トルク
一定曲線との交点は、一つのみである。計算効率を上げ
るため、収束点付近では、ｑ軸電流の刻み幅を小さくし
ても良い。

【００５８】次に、低回転数におけるトルク測定方法
（図３のステップ１９の処理）について説明する。図１
０は、暫定マップを補正して最終マップを作成する際に
必要な測定データを得るまでの処理手順を示すフローチ
ャートである。

【００５９】同図において、ステップ４１では、図２に
示す制御装置１２にて前述の処理で作成された暫定マッ
プを読み込む処理を行う。次いで、ステップ４２では、
負荷側電動機１５を一定回転数で回転させる。ステップ
４３では、制御装置１２にトルク指令値Ｔe*を設定し、
ステップ４４では、駆動側のトルク制御を開始する。制
御装置１２では、トルク指令値と実回転数に基づき、暫
定マップにより、電流指令値を設定するので、ステップ
４５にて該電流指令値を指令値設定モニタに読み込む。
ステップ４６では、ｑ軸電流指令値Ｉq*を補正前ｑ軸電
流Ｉq1として記録する。

【００６０】ステップ４７では、トルク測定器１０から
実トルクＴeを読み込む。ステップ４８では、制御装置
１２をトルク制御から電流制御に切り換え、指令値設定
方法により、必要があれば、該電流指令値を再書き込み
する。

【００６１】ステップ４９では、トルク指令値Ｔe*と実
トルクＴeとを比較し、トルクが不足していれば、ｑ軸
電流指令値Ｉq*を増やし、トルクが余剰であれば、ｑ軸
電流指令値Ｉq*を減らす。ステップ５０では、実トルク
Ｔeを読み込み、ステップ５１でトルク指令値Ｔe*と実
トルクＴeとが一致していれば、ステップ５２に進む。
一致していなければ、ステップ４９に戻る。

【００６２】ステップ５２では、ｑ軸電流指令値Ｉq*
を、補正後のｑ軸電流Ｉq2として記録する。ステップ５
３では、ｄ軸電流指令値Ｉdと補正前のｑ軸電流指令値
Ｉq1とから、次の（７）式により、電流ベクトルの大き
さＩa1を計算する。

【００６３】

【数５】 ステップ５４では、Ｉq2をＩq1で除した値を、Ｉq1での
関数ｆの値ｆ（Ｉa1）として記録する。ステップ５５で
は、マップ上の次トルク値をトルク指令として設定し、
ステップ４３へ進む。該マップのトルク範囲について、
全て測定を終えたら、測定は終了する。最後に、関数ｆ
の近似曲線を計算機１３上で求める。

【００６４】次に、図３のステップ１９までの処理で作
成された暫定マップの補正方法について説明する。

【００６５】図１１は、暫定マップを補正して最終マッ
プを作成する方法を示したフローチャートである。ステ
ップ６１では、暫定マップを計算機１３内に読み込む。
ステップ６２では、同期電動機１１の回転数を設定す
る。ステップ６３では、トルクを設定する。ステップ６
４では暫定マップから読み込んだｄ軸電流Ｉdとｑ軸電
流Ｉqに基づいて、電流ベクトルの大きさＩaを算出す
る。

【００６６】ステップ６５では、予め求められた関数ｆ
の近似曲線により、該電流ベクトルの大きさＩaを用い
て、補正比Ｃiqを算出する。次いで、ステップ６６で
は、この補正比Ｃiqを用い、補正前のｑ軸電流Ｉqと、
該電流ベクトルの大きさＩaに基づいて、補正後のｑ軸
電流Ｉq′を算出する。

【００６７】ステップ６７では、Ｉq′をＩqとして暫定
マップに保存する。ステップ６８では、マップ上の次ト
ルク値を設定して、ステップ６３へ進む。

【００６８】該回転数における全てのトルク値について
の計算が終了していれば、ステップ６９へ進む。ステッ
プ６９では、マップ上の次回転数を設定してステップ５
２へ進む。全ての回転数についての計算を終了していれ
ば、ステップ７０へ進む。ステップ７０では更新された
暫定マップを最終マップとして保存する。

【００６９】図１２は、図３に示したフローチャート
の、ステップ１０〜１８の処理に関する実施例を示す説
明図であり、横軸をｄ軸電流、縦軸をｑ軸電流とし、可
制御トルク範囲を回転数一定条件にて描いた特性曲線を
示している。

【００７０】図１３は、可制御範囲を示すトルクリミッ
トマップであり、横軸に回転数、縦軸にトルクを示して
いる。

【００７１】図１４は、図３に示したステップ１９によ
り取得した測定データから近似曲線を求めた図であり、
電流ベクトルＩaと補正比Ｃiqとの関係を示している。
実施例では、以下に示す（８）式に示す関係がある。

【００７２】

【数６】 なお、図１４に示す特性曲線中で、電流ベクトルＩaが
小さい範囲では補正の必要がない。

【００７３】また、図１５は、図２に示した同期電動機
１１のｄ軸電流に対する固定子ｄ軸磁束のグラフであ
り、図１６は、同期電動機１１のｑ軸電流に対する固定
子ｑ軸磁束のグラフである。

【００７４】このように、本実施形態における電動機制
御装置における電流指令値の補正方法においては、電動
機が回転することにより発生する誘起電圧が電源電圧よ
りも大きくならないように電圧ベクトルを計算し、且つ
誘起電圧に基づいて電動機の回路方程式を用いて求めた
ｄ軸方向およびｑ軸方向の第１の電流指令値に基づいて
求めた第１の相電圧ピーク値と、ｄ−ｑ軸平面に設定さ
れる高効率曲線に基づき、最小の電流値で最大トルクが
得られるように求めたｄ軸方向及びｑ軸方向の第２の電
流指令値に基づいて求めた第２の相電圧ピーク値とを比
較することで、第１の電流指令値または第２の電流指令
値を選択し、選択された電流指令値に基づいて、トルク
指令値と電流指令値との関係を設定すると共に、この関
係を電動機が低回転数で駆動した場合に基づいて、補正
するようにしたので、電流の増大に伴う固定子磁束飽和
によってインダクタンスが低下した場合においても、確
実に所望するトルクを得ることができる。

【００７５】また、所望の回生エネルギー量と電動機の
回転数から、回生トルク指令を計算することができるた
め、蓄電器で需要することのできない余剰電力を発生せ
ずに、電動機を制御することができる。ここで、発電量
と回生トルクとの間には、以下の（９）式に示す関係が
ある。

【００７６】 ＰAX［Ｗ］＝（２π／６０）・Ｔe［Ｎｍ］・Ｎ［rpm］ ・・・（９） 更に、固定子磁束が巻線電流に対して線形に変化する領
域ばかりでなく、インダクタンスが低下する大電流領域
でも、電動機制御が可能である。飽和磁束の大きさは、
巻線電流の構成するコアの体積に依存するため、電動機
固定子の小型化に有利である。

【００７７】なお、上記した実施形態では、トルク指令
値Ｔe*と、回転数とに基づいて電流ベクトル指令値を予
め算出し、これをマップとして保存する例について説明
したが、同等の演算を電流指令値演算部１にて電動機制
御中に行った場合においても、適用することができる。

【００７８】また、ソフトウェア的に制御する場合のみ
ならず、同等の演算をハードウェア的に実現することも
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の補正方法が適用される電動機制御装置
の構成を示すブロック図である。

【図２】トルク指令値と、電流指令値との関係を示すマ
ップを作成する際に使用する測定装置の構成を示すブロ
ック図である。

【図３】本発明の一実施形態に係る電流指令値の補正方
法の、全体工程の処理手順を示すフローチャートであ
る。

【図４】誘起電圧抑制曲線を用いて、電流指令値と相電
圧ピーク値を算出する処理手順を示すフローチャートで
ある。

【図５】力行時におけるトルク一定曲線と電圧制限楕円
との関係を示す特性図である。

【図６】回生時におけるトルク一定曲線と電圧制限楕円
との関係を示す特性図である。

【図７】高効率曲線を用いて、電流指令値と相電圧ピー
ク値を算出する処理手順を示すフローチャートである。

【図８】力行時におけるトルク一定曲線と高効率曲線と
の関係を示す特性図である。

【図９】回生時におけるトルク一定曲線と高効率曲線と
の関係を示す特性図である。

【図１０】低回転数時におけるトルク測定の処理手順を
示すフローチャートである。

【図１１】電流指令値Ｉdを補正する処理手順を示すフ
ローチャートである。

【図１２】計算により求めた暫定マップを示す説明図で
ある。

【図１３】回転数の変化に対する、力行、及び回生の最
大トルクを示すグラフである。

【図１４】電流補正関数を示す特性図である。

【図１５】同期電動機のｄ軸電流に対する固定子ｄ軸磁
束のグラフである。

【図１６】同期電動機のｑ軸電流に対する固定子ｄ軸磁
束のグラフである。

【図１７】同期電動機の巻線電流と磁束との関係を示す
特性図である。

【符号の説明】

１ 電流指令値演算部 ２ 電流制御部 ３ ２相／３相変換部 ４ ＰＷＭ変換部 ５ 同期電動機 ６ 回転角センサ ７ 電流センサ７ ８ ３相／２相変換部 ９ 速度演算部 １１ 測定対象の同期電動機 １２ 制御装置 １３ 計算機 １４ トルク測定器 １５ 負荷側電動機 １６ 回転制御部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H560 BB04 DA00 DB20 DC03 DC12 EB01 EC01 GG04 RR10 TT15 XA02 XA12 XA13 5H576 DD07 EE01 EE15 GG04 HB01 JJ03 JJ23 JJ28 KK06 LL12 LL22 LL38 LL41

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電動機の巻線電流をベクトル制御演算を
   用いて制御する電動機制御装置において、 前記電動機が回転することにより、発生する誘起電圧が
   電源電圧よりも大きくならないように電圧ベクトルを計
   算し、且つ、該電圧ベクトルに基づき、電動機の回路方
   程式を用いて、ｄ軸方向及びｑ軸方向の第１の電流指令
   値を求める第１のステップと、 前記第１の電流指令値に基づいて、第１の相電圧ピーク
   値を求める第２のステップと、 ｄ軸−ｑ軸平面に設定される高効率曲線に基づき、最小
   の電流値で最大トルクを得ることのできる、ｄ軸方向及
   びｑ軸方向の第２の電流指令値を求める第３のステップ
   と、 前記第２の電流指令値に基づいて、第２の相電圧ピーク
   値を求める第４のステップと、 前記第１の相電圧ピーク値と第２の相電圧ピーク値との
   大きさを比較し、この比較結果に基づいて、前記第１の
   電流指令値、または第２の電流指令値のいずれか一方を
   選択し、選択された電流指令値に基づいて、トルク指令
   値と電流指令値との関係を設定する第５のステップと、 前記電動機が低回転数で駆動したときの、前記第５のス
   テップにて求められたトルク指令値と電流指令値との関
   係を補正する第６のステップと、 を有することを特徴とする電動機制御装置における電流
   指令値の補正方法。
2. 【請求項２】 電動機の巻線電流をベクトル制御演算を
   用いて制御する電動機制御装置において、 前記電動機が回転することにより、発生する誘起電圧が
   電源電圧よりも大きくならないように電圧ベクトルを計
   算し、且つ、該電圧ベクトルに基づき、電動機の回路方
   程式を用いて、ｄ軸方向及びｑ軸方向の第１の電流指令
   値を求める第１のステップと、 前記第１の電流指令値に基づいて、第１の相電圧ピーク
   値を求める第２のステップと、 ｄ軸−ｑ軸平面に設定される高効率曲線に基づき、最小
   の電流値で最大トルクを得ることのできる、ｄ軸方向及
   びｑ軸方向の第２の電流指令値を求める第３のステップ
   と、 前記第２の電流指令値に基づいて、第２の相電圧ピーク
   値を求める第４のステップと、 前記第１の相電圧ピーク値と第２の相電圧ピーク値との
   大きさを比較し、この比較結果に基づいて、前記第１の
   電流指令値、または第２の電流指令値のいずれか一方を
   選択し、選択された電流指令値に基づいて、トルク指令
   値と電流指令値との関係を示すマップを作成する第５の
   ステップと、 前記電動機が低回転数で駆動したときの、前記マップを
   補正する第６のステップと、 を有することを特徴とする電動機制御装置における電流
   指令値の補正方法。
3. 【請求項３】 前記第５のステップは、前記第１の相電
   圧ピーク値と第２の相電圧ピーク値とを比較した結果
   が、第１の相電圧ピーク値の方が第２の相電圧ピーク値
   よりも小さいときに、前記第１の電流指令値を選択し、 第１の相電圧ピーク値の方が第２の相電圧ピーク値より
   も大きいときに、前記第２の電流指令値を選択すること
   を特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載
   の電動機制御装置における電流指令値の補正方法。
4. 【請求項４】 前記第６のステップは、前記電動機を低
   速で回転駆動させた際の、トルク指令値と、実際に測定
   される実トルク値とを比較し、該実トルク値がトルク指
   令値よりも大きいときには、ｑ軸方向の電流指令値を低
   減し、実トルク値がトルク指令値よりも小さいときに
   は、ｑ軸方向の電流指令値を増加させるように、前記ト
   ルク指令値と電流指令値との関係を補正することを特徴
   とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の電動
   機制御装置における電流指令値の補正方法。