JP2005218197A - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】時間とともに滑らかにモータ出力特性を変化させながら過熱保護を行うとともに、演算処理を軽減できるモータ制御装置を得る。
【解決手段】多相巻線を有するモータ１に電流指令値を生成する電流指令値生成器と、モータ電流値ｉｕ、ｉｖを検出するモータ電流値検出器３ｕ、３ｖとを備え、モータ電流値および電流指令値に基づいてモータ１を駆動するモータ制御装置において、モータ１を駆動するＰＷＭインバータ４と、ＰＷＭインバータ４を制御するマイクロコントローラ５とを設けた。マイクロコントローラ５は、相電流ｉｕ〜ｉｗから所定の座標変換が施された変換電流値を所定関数に通した関数値の積算値に応じて、モータ電流値を制限する。
【選択図】図１

Description

この発明は、モータ電流値および電流指令値に基づいてモータを駆動するモータ制御装置に関し、特にＤＣブラシレスモータなどの多相モータ（以下、単に「モータ」という）に対して過熱保護機能を有するモータ制御装置に関するものである。

従来のモータ制御装置としては、モータの温度保護手段を備えたものが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
この場合、モータに通電される各相電流が所定関数の積算演算された結果により、モータを過熱保護するべく、モータへの通電を遮断するようになっている。

特開２００２−２３８２９３号公報

従来のモータ制御装置では、各相電流毎に所定関数に基づき積算演算を実行する必要があるので、演算処理が増大してマイクロコンピュータの処理負荷が過大になるという課題があった。

この発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、各相での多数の演算を不要として処理負荷を軽減するとともに、モータ出力トルクを滑らかに過熱保護することのできるモータ制御装置を得ることを目的とする。

この発明によるモータ制御装置は、多相巻線を有するモータに対し電流指令値を生成する電流指令値生成手段と、モータに通電される相電流をモータ電流値として検出するモータ電流値検出手段とを備え、少なくともモータ電流値および電流指令値に基づいてモータを駆動するモータ制御装置において、所定条件下でモータ電流値に関連した電流パラメータを制限するための電流パラメータ制限手段を設け、電流パラメータ制限手段は、モータ電流値、または、電流指令値から座標変換した変換電流値、を所定関数に通して得られる関数値の積算値に応じて、電流パラメータを制限するものである。

この発明によれば、各相での多数の演算を不要として処理負荷を軽減するとともに、モータ出力トルクを滑らかに過熱保護することができる。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１を示すブロック構成図である。
図１において、３相（Ｕ、Ｖ、Ｗ）の巻線を有するモータ１には、位置センサ２および電流検出回路３ｕ、３ｖが設けられ、ＰＷＭインバータ４が接続されている。

位置センサ２はモータ１内のロータの磁極位置を検出し、電流検出回路３ｕ、３ｖは、モータ１の相電流ｉｕ、ｉｖを検出する。なお、相電流ｉｗを検出するための電流検出回路は、相電流ｉｗが２つの相電流ｉｕ、ｉｖから自動的に求まるので、省略することができる。

ＰＷＭインバータ４は、モータ駆動用のＰＷＭ制御された相電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗをモータ１に供給する。
位置センサ２により検出されたロータ磁極位置、および、電流検出回路３ｕ、３ｖにより検出された相電流ｉｕ、ｉｖは、マイクロコントローラ５に入力される。

マイクロコントローラ５は、Ａ／Ｄ変換器６ｕ、６ｖ、電流制御部７ｄ、７ｑ、座標変換部８、１０、減算部９ｄ、９ｑ、過熱保護手段１１（電流パラメータ制限手段）、および、トルク制御手段（図示せず）を備えている。
マイクロコントローラ５内のトルク制御手段は、モータ１の界磁電流の方向をｄ軸方向とし、ｄ軸方向と直交する方向をｑ軸方向として、ｄ軸方向およびｑ軸方向からなる２相回転磁束座標系で記述され得るベクトル制御により、モータ１に対するトルク指令を生成し、トルク指令に応じてモータ１のトルク制御を行うようになっている。

マイクロコントローラ５内において、Ａ／Ｄ変換器６ｕ、６ｖを除く構成要素は、ソフトウェアとして実現される。
Ａ／Ｄ変換器６ｕ、６ｖは、検出された相電流ｉｕ、ｉｖをディジタル値に変換して、マイクロコントローラ５内の座標変換部１０の入力信号とする。座標変換部１０には、位置センサ２により検出されたロータ磁極位置も入力されている。

電流制御部７ｄ、７ｑは、ｄ−ｑ座標上で、ｄ軸、ｑ軸の各モータ電流値をフィードバック制御して、ＰＷＭ制御用の座標変換部８に入力する。
座標変換部８は、電流制御部７ｄ、７ｑからの出力信号を、ｄ−ｑ座標から３相交流座標に変換して、ＰＷＭインバータ４の駆動制御信号として出力する。

減算部９ｄ、９ｑは、過熱保護手段１１からの出力信号と座標変換部１０からの出力信号（変換電流値）との偏差を算出して、電流制御部７ｄ、７ｑに入力する。
座標変換部１０は、電流検出回路３により検出された相電流ｉｕ、ｉｖを、３相交流座標からｄ−ｑ座標に変換して変換電流値とし、減算部９ｄ、９ｑおよび過熱保護手段１１に入力する。

過熱保護手段１１には、ｄ軸およびｑ軸の目標電流値ｉｄ＊、ｉｑ＊と、ｑ軸と合成ベクトル電流値ｉｓ（ｄ軸電流値ｉｄおよびｑ軸電流値ｉｑのベクトル合成値）とが成す位相角θ（以下、「電流位相角θ」という）とが、別途に入力されている。
過熱保護手段１１は、モータ電流値（電流パラメータ）の制限手段として機能しており、モータ電流値、または、電流指令値から座標変換した変換電流値、を所定関数に通して得られる関数値の積算値に応じて、モータ電流値を制限するようになっている。

過熱保護手段１１は、モータ１を過熱保護するとともに、モータ１の制御装置全体（ＰＷＭインバータ４およびマイクロコントローラ５を含む）を過熱保護するために、モータ電流制限値演算部１２と、モータ電流制限部１３ｄ、１３ｑとを備えている。
また、モータ電流制限値演算部１２は、制限値（最大電流値）を漸減または漸増させる手段を備えている。
モータ電流制限値演算部１２は、座標変換部１０においてｄ−ｑ座標に変換された変換電流値を所定関数に通した関数値の積算値に基づき、モータ電流制限値（最大電流値）を演算し、モータ電流制限部１３ｄ、１３ｑに入力する。これにより、相電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを座標変換した後のｄ−ｑ軸電流値ｉｄ、ｉｑの時間平均値を所定関数に通した関数値の積算値に応じて、モータ電流値の最大電流値を制限するようになっている。

モータ電流制限部１３ｄは、モータ電流制限値演算部１２からのモータ電流制限値と、別途入力されるｄ軸目標電流値ｉｄ＊および電流位相角θとを入力信号として、モータ電流値を、モータ電流制限値にしたがう所定の最大電流値以下に制限する。
同様に、モータ電流制限部１３ｑは、モータ電流制限値、ｑ軸目標電流値ｉｑ＊および電流位相角θを入力信号として、モータ電流値を、モータ電流制限値にしたがう所定の最大電流値以下に制限する。

すなわち、モータ電流制限部１３ｄ、１３ｑは、それぞれ、電流位相角θにしたがい、電流位相角θが一定となるように、モータ電流制限値のｄ軸成分をｄ軸電流制限値として求め、ｑ軸成分をｑ軸電流制限値として求める。
こうして求められた各制限値以下となるように、ｄ軸目標電流値ｉｄ＊およびｑ軸目標電流値ｉｑ＊を制限することにより、ｄ−ｑ軸上での電流制限が達成される。

次に、図２のフローチャートおよび図３〜図５の説明図を参照しながら、マイクロコントローラ５内に実装されたプログラムの動作について説明する。
図２のプログラム（処理ルーチン）は、所定の一定周期で呼び出されて実行されるものとする。

図３は各電流値をベクトル図で示しており、Ｕ、Ｖ、Ｗ相電流から座標変換されたｄ軸電流値ｉｄおよびｑ軸電流値ｉｑと、ｄ軸電流値ｉｄおよびｑ軸電流値ｉｑの合成ベクトル電流値ｉｓと、モータ電流制限値（破線円参照）との関係を示している。
図４は合成ベクトル電流値ｉｓ（横軸）とモータ電流制限値変化速度（縦軸）との特性を示している。
また、図５はモータ電流値（ｄ、ｑ軸制限電流値）の時間変化波形を示している。

なお、ｄ軸目標電流値ｉｄ＊およびｑ軸目標電流値ｉｑ＊は、前述のように別途に与えられているものとする。
また、モータ１の各相電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗのうち、Ｕ相電流ｉｕおよびＶ相電流ｉｖの２相分は、電流検出回路３ｕ、３ｖで所定電圧に変換されてマイクロコントローラ５に入力される。入力された各相電流ｉｕ、ｉｖは、Ａ／Ｄ変換器６ｕ、６ｖで離散化されて、ソフトウェア処理に引き渡される。

図２において、まず、座標変換部１０は、各相電流ｉｕ、ｉｖから、以下の式（１）により相電流ｉｗを求め、３相分の電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗへの変換演算を行う（ステップＳ１）。

ｉｗ＝−ｉｕ−ｉｖ ・・・（１）

式（１）において、Ｕ相電流ｉｕは電流検出回路３ｕの検出値であり、Ｖ相電流ｉｖは電流検出回路３ｖの検出値である。式（１）のように、Ｗ相電流ｉｗは、各電流検出回路３ｕ、３ｖの検出値に基づいて算出される。

続いて、座標変換部１０は、検出されたＵ、Ｖ、Ｗ相電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを、ｄ軸とｑ軸とからなる座標（図３参照）に変換し、ｄ−ｑ軸に変換された変換電流値として出力する（ステップＳ２）。

次に、過熱保護手段１１内のモータ電流制限値演算部１２は、ｄ軸電流値ｉｄとｑ軸電流値ｉｑとのベクトル合成値を、合成ベクトル電流値ｉｓ（図３参照）として、以下の式（２）により求める（ステップＳ３）。

ここで、合成ベクトル電流値ｉｓを一定とすると、合成ベクトル電流値ｉｓの終点は、図３内の破線円上に存在する。このことは、Ｕ、Ｖ、Ｗ相電流を合成した結果が一定の電流値であることを示す。
この値は、電気位相角θ（モータ位置）に影響されない値、すなわち、モータ１に流れる２軸（ｄ−ｑ）座標変換で現れる合成ベクトルの大きさ（または、各相電流のベクトル総和）を示す値であり、モータ１に通電される電流値により代表化することができる。

続いて、モータ電流制限値演算部１２は、合成ベクトル電流値ｉｓにしたがい、たとえば図４に示すような特性に基づき、モータ１に許容する最大電流値（モータ電流制限値）を漸減または漸増し、モータ電流制限値を演算する（ステップＳ４）。
図５は上記処理による電流制限動作の一例を示している。

このように、合成ベクトル電流値ｉｓに基づいてモータ電流値を制限することにより、モータ電流値の３相のバランスを崩すことなく、最発熱部分に対して過熱保護を施すことができる。
また、モータ電流制限値演算部１２により算出されるモータ電流制限値は、目標とするｄ−ｑ軸電流値ｉｄ＊、ｉｑ＊を制限するものである。したがって、座標変換部８において各相（Ｕ、Ｖ、Ｗ）に座標変換される前に制限されるので、各相の電流バランスは崩れることなく、電流を漸減することができる。
また、各相電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ毎に演算する必要がなく、モータ１に通電する代表的な電流値（合成ベクトル電流値ｉｓ）のみに基づいて演算することができるので、制限処理を簡略化することができ、マイクロコントローラ５における処理負荷を軽減することができる。

次に、過熱保護手段１１内のモータ電流制限部１３は、ｄ−ｑ座標上でのモータ電流値制御によりモータ電流値を制限するために、モータ電流制限値に基づいて、ｄ軸目標電流値ｉｄ＊を制限するとともに（ステップＳ５）、ｑ軸目標電流値ｉｑ＊を制限する（ステップＳ６）。

ここで、図３を参照しながら、モータ電流制限部１３によるｄ−ｑ座標上での電流制限処理（ステップＳ５、Ｓ６）について、詳細に説明する。
上述の通り、モータ電流制限値演算部１２からのモータ電流制限値は、ｄ−ｑ軸の電流値（合成ベクトル電流値ｉｓ）を制限する。

そこで、最大電流制限手段として機能するモータ電流制限部１３は、別途に与えられる電流位相角θにしたがい、電流位相角θが一定となるように、モータ電流制限値のｄ軸成分をｄ軸電流制限値とし、モータ電流制限値のｑ軸成分をｑ軸電流制限値として求める。
ｄ軸目標電流値ｉｄ＊およびｑ軸目標電流値ｉｑ＊を、上記求められた各制限値以下に制限することにより、ｄ−ｑ軸上での電流制限が達成される。

最後に、座標変換部８は、減算部９ｄ、９ｑおよび電流制御部７ｄ、７ｑと関連して、上記所定値以下に制限されたｄ軸目標電流値およびｑ軸目標電流値にしたがい、ｄ軸電流値ｉｄをフィードバック制御するとともに（ステップＳ７）、ｑ軸電流値ｉｑをフィードバック制御し（ステップＳ８）、各電流制御部７ｄ、７ｑからの制御信号（操作量）を３相交流座標に変換して、ＰＷＭインバータ４を駆動制御する。

すなわち、ステップＳ７〜Ｓ８において、座標変換部８と関連する減算部９ｄ、９ｑは、相電流の検出値から座標変換されたｄ軸、ｑ軸の各検出電流と、制限されたｄ、ｑ軸目標電流値とを比較し、電流制御部７ｄ、７ｑは、ＰＩ制御による電流のフィードバック制御を行う。
最後に、ステップＳ９において、座標変換部８は、３相交流座標に変換した制御信号によりＰＷＭインバータ４を駆動する。
これにより、ＰＷＭインバータ４からモータ１の各相に電圧が印加され、モータ１の各相に通電される。

この結果、図５に示すように、ｄ−ｑ座標上のモータ電流値が時間とともに滑らかに制限され、モータ１の出力トルクが急変することなく、適切な過熱保護を実現することができる。
なお、ここでは、合成ベクトル電流値ｉｓをそのまま積算した積算値に基づいてモータ電流値を制限したが、所定関数としてベキ関数を用い、合成ベクトルをベキ関数に通した関数値を積算した積算値に基づいて電流値を制限してもよい。また、ベキ関数に限らず、必要に応じて任意の所定関数を適用してもよい。
一般に、モータ１またはＰＷＭインバータ４の損失は、電流値の１乗または２乗にほぼ比例するので、ｄ−ｑ軸方向の電流値の１乗和または２乗和をベクトル合成値として、ベキ関数を通した関数値を用いることにより、さらに適切な過熱保護を実現することができる。
ベキ関数としては、以下の式（３）に示すような種々の関数があげられる。

ただし、式（３）において、ｆ１（ｉ）、ｆ２（ｉ）、ｆ３（ｉ）はベキ関数であり、ｉはモータ電流値、ａは任意の定数である。
このとき、関数ｆ２（ｉ）により表現される場合には、モータ電流値ｉを合成ベクトル電流値ｉｓに置き換えて、上記式（３）を以下の式（４）で表すことができる。

式（４）のように、関数ｆ２（ｉｓ）で取り扱うことにより、演算式を簡略化することができ、マイクロコントローラ５の処理負荷をさらに軽減することができる。
また、ベキ関数を多項式近似、または折れ線近似することにより、さらに演算量を少なくすることができる。
また、ベキ関数をテーブル参照により構成し、上記演算式の一部または全てをテーブル参照により求めることにより、演算量を少なくすることができる。

さらに、ｄ軸電流値ｉｄは、通常、弱め磁束制御として使用されるが、ｑ軸電流値ｉｑに比べて小さい場合が多く、ほとんどｄ軸電流値ｉｄに通電しないような場合として、合成ベクトル電流値ｉｓを、以下の式（５）のように簡略化することができる。

ｉｓ＝ｉｄ＋ｉｑ ・・・（５）

式（５）のように、合成ベクトル電流値ｉｓを簡略化することにより、マイクロコントローラ５の演算量をさらに軽減することができる。
また、効率的にモータ制御する場合、通常、ｄ軸電流値ｉｄを「０」とするように制御するが、この場合、ｄ軸電流が流れないので、合成ベクトル電流値ｉｓはｑ軸電流値ｉｑと見なすことができる。逆に、ｑ軸電流値ｉｑがほとんど流れないモータ制御においては、ｄ軸電流値ｉｄのみと見なすことができる。

さらに、ｄ軸電流値ｉｄとｑ軸電流値ｉｑとが切り替わるような制御においては、ｄ軸電流値ｉｄとｑ軸電流値ｉｑとの最大値を選択することにより、合成ベクトル電流値ｉｓとしてもよい。
すなわち、モータ電流値ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ、または、変換電流値ｉｄ、ｉｑから算出された関数値の積算値のうち、モータ１への通電量が所定量よりも多いと判定される積算値に基づいてモータ電流値を制限することができる。

また、図５に示すように、ｄ軸電流値ｉｄ、ｑ軸電流値ｉｑにおいて、それぞれ制限電流値を設定してもよい。
また、ｄ軸電流値ｉｄ、ｑ軸電流値ｉｑを直接検出して、合成ベクトル電流値ｉｓを求めたが、ｄ−ｑ軸電流値の絶対値を時間平滑化するために、所定周期で所定時間分を加算した後、合成ベクトル電流値ｉｓを求めてもよい。

また、検出されたｄ−ｑ軸電流値を積算したが、ｄ−ｑ軸電流値の目標値を積算してもよい。
この場合、オープンループ制御など、各相電流に対する電流検出回路を用いないモータ制御装置にも適用することができる。

また、モータ１として、３相ＤＣブラシレスモータを対象としたが、誘導電動機など、他の多相モータを対象とした場合でも、同様の方法で過熱保護を実現することができる。
また、電流位相角θについては、別途に与えられるものとして、特に詳細に言及しなかったが、モータ電流値を制限する前後で変化させても変化させなくてもよい。

モータ電流値を制限する前後で電流位相角θを変化させる場合には、合成ベクトル電流値ｉｓを所定値以下に制限しながら、ｄ軸電流値ｉｄを優先的に流す方法と、ｑ軸電流値ｉｑを優先的に流す方法とが考えられる。
たとえば、モータ１としてＤＣブラシレスモータを対象とする場合には、負方向にｄ軸電流値ｉｄを流すことにより弱め界磁効果が得られるので、ｄ軸電流値ｉｄを優先的に流すことにより、回転速度を優先させたモータ１の駆動制御を実現することができる。
また、モータ１の界磁が一定であれば、ｑ軸電流値ｉｑは、モータ１の出力トルクに比例するので、ｑ軸電流値ｉｑを優先的に流すことにより、出力トルクを優先させたモータ１の駆動制御を実現することができる。
一方、モータ電流値を制限する前後で電流位相角θを変化させない場合には、モータ１の回転速度および出力トルクをバランス良く漸減させながら、モータ電流値を制限することができる。
また、この制御は、誘導電動機のように、励磁電流で磁束を制御する場合に適する。
さらに、ここでは、モータ１（ＤＣブラシレスモータ）をｄ−ｑ座標上で制御したが、モータ１（誘導電動機）をγ−δ座標上で制御する場合には、γ軸回転子鎖交磁束数およびδ軸固定子電流を一様に漸減させてもよい。

実施の形態２．
上記実施の形態１では、変換電流値ｉｄ、ｉｑを用いて、ｄ−ｑ座標上で電流フィードバック制御を実行したが、交流電流値（相電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ）を直接フィードバックする制御に適用してもよく、この場合も前述と同等の作用効果を奏する。
図６は交流電流値を直接フィードバックする場合に適用したこの発明の実施の形態２を示すブロック構成図であり、前述（図１参照）と同様のものについては、前述と同一符号を付して、または符号の後に「Ａ」を付して、詳述を省略する。
また、マイクロコントローラ５Ａに実装されるプログラムについては、前述（図２参照）と同様に実現することが可能であるため、ここではフローチャートの図示を省略する。

図６において、マイクロコントローラ５Ａは、Ａ／Ｄ変換器６ｕ、６ｖと、電流制御部７ｕ、７ｖと、減算部９ｕ、９ｖと、加算部９ｗと、座標変換部１０、１４と、過熱保護手段１１Ａとを備えている。
この場合、各電流制御部７ｕ、７ｖの入力側に挿入された減算部９ｕ、９ｖには、それぞれ、Ａ／Ｄ変換器６ｕ、６ｖを介した相電流が直接入力されている。
加算部９ｗは、各電流制御部７ｕ、７ｖの出力信号を負極性で加算し、ＰＷＭインバータ４に対するＷ相の制御信号として出力する。

座標変換部１４は、ｄ−ｑ軸目標電流値の入力端子と過熱保護手段１１Ａとの間に挿入され、ｄ−ｑ座標上の各目標電流値ｉｄ＊、ｉｑ＊を、３相交流座標上の目標電流値に変換して、過熱保護手段１１Ａ内のモータ電流制限部１３ｕ、１３ｖに入力する。
図６のマイクロコントローラ５Ａの場合、前述（図１）の出力側の座標変換部１０に代えて、入力側の座標変換部１４を備えている。

次に、図６に示したこの発明の実施の形態２による動作について説明する。
まず、前述と同様に、座標変換部１０は、Ａ／Ｄ変換器６ｕ、６ｖを介して検出された相電流に基づき、Ｕ、Ｖ、Ｗ相電流からｄ、ｑ軸電流値に変換する。
また、過熱保護手段１１Ａ内のモータ電流制限値演算部１２Ａは、相電流から変換されたｄ、ｑ軸電流値に基づき、３相交流電流の波高値を制限するためのモータ電流制限値を算出して、モータ電流制限部１３ｕ、１３ｖに入力する。

一方、座標変換部１４は、ｄ軸目標電流値ｉｄ＊およびｑ軸目標電流値ｉｑ＊を、３相交流座標上の目標電流値ｉｕ＊、ｉｖ＊に変換して、モータ電流制限部１３ｕ、１３ｖに入力する。
これにより、座標変換によって得られた目標電流値ｉｕ＊、ｉｖ＊は、モータ電流制限値と直接比較され、所定の波高値以下に制限される。
すなわち、モータ電流制限部１３ｕ、１３ｖは、３相交流座標上の目標電流値ｉｕ＊、ｉｖ＊の波高値を、モータ電流制限値演算部１２Ａで算出されたモータ電流制限値以下に制限する。

続いて、減算部９ｕ、９ｖは、モータ電流制限部１３ｕ、１３ｖによって波高値が制限された３相交流座標上の各目標電流値を、各相Ｕ、Ｖの検出電流ｉｕ、ｉｖと比較し、両者の偏差を電流制御部７ｕ、７ｖに入力する。
各電流制御部７ｕ、７ｖは、ＰＩ制御にしたがい、モータ電流値をフィードバック制御するための制御信号を生成する。また、加算部９ｗは、電流制御部７ｕ、７ｖからの制御信号を加算してＶ相の制御信号を生成する。

以下、電流制御部７ｕ、７ｖからの制御信号（操作量）および加算部９ｗからの制御信号は、ＰＷＭインバータ４に供給され、各相Ｕ、Ｖ、Ｗを通電することにより、モータ１を駆動する。
この結果、前述と同様に、３相交流座標上の各相電流の波高値が滑らかに制限され、トルクが急変することなく、適切な過熱保護を実現することができる。

実施の形態３．
なお、上記実施の形態１、２では、相電流を座標変換した後のｄ−ｑ軸電流値の時間平均値に基づいて最大電流値を制限したが、所定の閾値ＴＨと相電流の変換電流値ｉｄ、ｉｑとの偏差に基づいて最大電流値を漸減してもよい。
この場合、モータ電流値を、電流値が大きければ早く制限し、電流値が小さければ遅く制限することができ、さらに実用的な過熱保護を実現することができる。

図７はこの発明の実施の形態３を示すブロック構成図であり、前述（図１参照）と同様のものについては、前述と同一符号を付して、または符号の後に「Ｂ」を付して、詳述を省略する。
また、マイクロコントローラ５Ｂに実装されるプログラムについては、前述と同様に実現することが可能であるため、フローチャートの図示を省略する。

図７において、マイクロコントローラ５Ｂは、過熱保護判定用の所定の閾値ＴＨを生成する手段を備えており、閾値ＴＨを過熱保護手段１１Ｂに入力している。
また、過熱保護手段１１Ｂは、モータ電流制限値演算部１２Ｂの入力側に挿入された減算部１１ｄ、１１ｑを備えている。

減算部１１ｄ、１１ｑは、座標変換部１０によりｄ−ｑ座標変換された相電流（変換電流値）と閾値ＴＨとを比較し、ｄ−ｑ軸に関して、それぞれ両者の偏差を算出する。
これにより、過熱保護手段１１Ｂは、変換電流値ｉｄ、ｉｑと閾値ＴＨとの偏差を所定関数に通して得られる関数値の積算値に応じて最大電流値を漸減し、モータ電流値を制限するようになっている。

次に、図７に示したこの発明の実施の形態３による動作について説明する。
まず、過熱保護手段１１Ｂ内の減算部１１ｄ、１１ｑは、座標変換部１０により座標変換されたｄ、ｑ軸電流値と閾値ＴＨとを比較し、両者の偏差をモータ電流制限値演算部１２Ｂに入力する。

モータ電流制限値演算部１２Ｂは、入力された偏差の最大値に基づき、たとえば図４の特性にしたがい、目標とするｄ、ｑ軸電流値に許容する制限値を漸増減し、これにより、モータ電流制限部１３ｄ、１３ｑは、モータ電流値を制限する。

ここで、閾値ＴＨとして、たとえば連続運転可能な電流値（以下、「連続定格電流値」という）を設定しておけば、モータ１やＰＷＭインバータ４の短時間定格に合わせて、短時間にわたって大電流を通流し、運転状況に応じて、滑らかにモータ電流値を連続定格電流値に収束させることができる。

なお、ここでは、座標変換された変換電流値と閾値ＴＨとの偏差に基づいて最大電流値を漸増減したが、変換電流値をベキ関数に通した関数値と所定の過熱保護閾値との偏差の積算値に基づいて、最大電流値を漸増減してもよい。
また、前述のように、モータ１またはＰＷＭインバータ４の損失は、電流値の１乗または２乗に対して、ほぼ比例関係にあるので、これにより、さらに適切な過熱保護を実現することができる。
また、前述の実施の形態１で示す「合成ベクトル電流値（合成ベクトル電流値ｉｓ）」と所定の過熱保護閾値との偏差をベキ関数に通した関数値に基づいて、最大電流値を漸増減する構成としてもよく、前述と同様の効果を奏することは言うまでもない。

以上のように、この発明による過熱保護手段１１、１１Ａ、１１Ｂによれば、モータ電流値ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ（または、直交性の座標に変換した変換電流値ｉｄ、ｉｑ）を所定関数に通した関数値の積算値に応じて、モータ電流値を制限することにより、適切な過熱保護を実現することができる。

たとえば、この発明の実施の形態１（図１）の過熱保護手段１１（電流パラメータ制限手段）は、電流指令値ｉｄ＊、ｉｑ＊から算出されるｄ軸電流値ｉｄ、ｑ軸電流値ｉｑを所定関数に通して得られる関数値の積算値に応じて、モータ電流値（または、ｄ軸電流値ｉｄ、ｑ軸電流値ｉｑにより求められる合成ベクトル電流値ｉｓ）を制限する。
このとき、所定関数の積算値に応じて、目標とするｄ、ｑ軸電流値を制限することにより、正弦波状のモータ電流値が歪むことなく適正に過熱保護される。
また、目標とするｄ、ｑ軸電流値の絶対値に応じて合成ベクトル電流値ｉｓを演算することにより、演算量を少なくすることができる。

また、過熱保護手段１１は、ｄ軸電流値ｉｄおよびｑ軸電流値ｉｑの成す電流位相角θを維持するように、ｄ軸電流値ｉｄおよびｑ軸電流値ｉｑを制限してもよく、ｄ軸電流値ｉｄまたはｑ軸電流値ｉｑのいずれか一方を優先するように、合成ベクトル電流値ｉｓを制限してもよい。
このように、ｑ軸電流値ｉｄ、または、ｄ軸電流値ｉｄとｑ軸電流値ｉｑとをベクトル合成した電流が成す位相角θを、モータ電流値の制限値前後で変化させないことにより、モータ１の回転速度および出力トルクをバランス良く漸減しながら、モータ電流値を制限することができる。
また、所定関数の積算値に応じて、ｄ軸電流値ｉｄ、ｑ軸電流値ｉｑ、または、ｄ軸電流値ｉｄとｑ軸電流値とのベクトル合成した電流を制限することにより、多相モータをベクトル制御する場合においても、適切な過熱保護を実現することができる。

ここで、モータ電流制限器１３ｄ、１３ｑは、モータ電流値、または、ｄ軸電流値ｉｄおよびｑ軸電流値ｉｑ、を所定関数に通して得られる関数値の積算値のうち、モータ１への通電量が所定量よりも多いと判定される積算値に基づいて、モータ電流値を制限してもよく、これにより、さらに演算処理を簡略化することができる。
また、モータ電流制限器１３ｄ、１３ｑは、ｄ軸方向およびｑ軸方向からなる座標系を構成するベクトル合成値（合成ベクトル電流値ｉｓ）を所定関数に通して得られる関数値の積算値に応じて、モータ電流値を制限してもよい。
このように、合成ベクトル電流値ｉｓに応じてモータ電流値を制限することにより、モータ電流値の３相のバランスを崩すことなく、最も発熱している状態を保護することができる。
なお、ベクトル合成値は、ｄ軸方向およびｑ軸方向の電流値の和、２乗和、ベクトル和などにより表される。または、ベクトル合成値は、ｄ軸電流値ｉｄまたはｑ軸電流値ｉｑのうちの大きい方の電流値により表される。

一方、この発明の実施の形態２（図６）の過熱保護手段１１Ａは、モータ電流値ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを所定関数に通して得られる関数値の積算値に応じて、モータ電流値を制限する。
この場合、過熱保護手段１１Ａは、相電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗの検出値に応じて演算を行い、相電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗの波高値を制限するので、適切な過熱保護を実現することができる。

さらに、この発明の実施の形態３（図７）の過熱保護手段１１Ｂは、変換電流値ｉｄ、ｉｑと所定の閾値ＴＨとの偏差を所定関数に通して得られる関数値の積算値に応じて、モータ電流値を制限する。
また、過熱保護手段１１Ｂは、変換電流値ｉｄ、ｉｑを所定関数に通して得られる関数値と所定の閾値との偏差の積算値に応じて、モータ電流値を制限してもよい。
また、目標値に応じて演算を行うことにより、オープンループ制御など、相電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗの検出回路を有さないモータ制御装置にも適用することができる。

なお、この発明の実施の形態１〜３の過熱保護手段１１、１１Ａ、１１Ｂにおいて適用される所定関数は、代表的にベキ関数であり、ベキ関数は、多項式近似、折れ線近似、または、テーブル参照により構成され得る。
このように、ベキ関数の積算値に応じてモータ電流値の最大値を制限することにより、大電流時には早くモータ電流が制限され、小電流時には遅くモータ電流値が制限されるので、実用的な過熱保護を実現することができる。
また、相電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗをベキ関数に通した関数値と所定の閾値の偏差の積算値に応じて、モータ電流値の最大値を制限する場合も、同様に実用的な過熱保護を実現することができる。
また、多項式近似または折れ線近似に基づく演算によりベキ関数を実現することにより、演算量を少なくすることができる。同様に、テーブル参照によりベキ関数を演算することにより、演算量を少なくすることができる。

この発明の実施の形態１に係るモータ制御装置を示すブロック構成図である。 この発明の実施の形態１によるマイクロコントローラに実装されたプログラムの動作を説明するためのフローチャートである。 この発明の実施の形態１における電流制限値を示す説明図である。 この発明の実施の形態１によるモータ電流値漸増減特性を示す説明図である。 この発明の実施の形態１におけるモータ電流値波形を示す説明図である。 この発明の実施の形態２に係るモータ制御装置を示すブロック構成図である。 この発明の実施の形態３に係るモータ制御装置を示すブロック構成図である。

符号の説明

１ モータ、２ 位置センサ、３ｕ、３ｖ 電流検出回路、４ ＰＷＭインバータ、５、５Ａ、５Ｂ マイクロコントローラ、６ｕ、６ｖ Ａ／Ｄ変換器、７ｄ、７ｑ、７ｕ、７ｖ 電流制御部、８、１０、１４ 座標変換部、９ｄ、９ｑ、９ｕ、９ｖ、１５ｄ、１５ｑ 減算部、９ｗ 加算部、１１、１１Ａ、１１Ｂ 過熱保護手段、１２、１２Ａ、１２Ｂ モータ電流制限値演算部、１３ｄ、１３ｑ、１３ｕ、１３ｖ モータ電流制限部、ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ 相電流、ｉｄ＊、ｉｑ＊、ｉｕ＊、ｉｖ＊ 目標電流値、ＴＨ 閾値。

Claims (19)

1. 多相巻線を有するモータに対し電流指令値を生成する電流指令値生成手段と、
   前記モータに通電される相電流をモータ電流値として検出するモータ電流値検出手段とを備え、
   少なくとも前記モータ電流値および前記電流指令値に基づいて前記モータを駆動するモータ制御装置において、
   所定条件下で前記モータ電流値に関連した電流パラメータを制限するための電流パラメータ制限手段を設け、
   前記電流パラメータ制限手段は、前記モータ電流値、または、前記電流指令値から座標変換した変換電流値、を所定関数に通して得られる関数値の積算値に応じて、前記電流パラメータを制限することを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記モータのトルク制御を行うトルク制御手段を設け、
   前記トルク制御手段は、前記モータの界磁電流の方向をｄ軸方向とし、前記ｄ軸方向と直交する方向をｑ軸方向として、前記ｄ軸方向および前記ｑ軸方向からなる２相回転磁束座標系で記述され得るベクトル制御により、前記モータに対するトルク指令を生成し、前記トルク指令に応じて前記モータのトルク制御を行い、
   前記電流パラメータ制限手段は、前記モータ電流値、または、前記電流指令値から算出されるｄ軸電流値およびｑ軸電流値、を前記所定関数に通して得られる関数値の積算値に応じて、前記モータ電流値を制限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。
3. 前記電流パラメータ制限手段は、前記ｄ軸電流値および前記ｑ軸電流値を前記所定関数に通して得られる関数値の積算値のうち、前記モータへの通電量が所定量よりも多いと判定される積算値に基づいて、前記モータ電流値を制限すること特徴とする請求項２に記載のモータ制御装置。
4. 前記電流パラメータ制限手段は、前記ｄ軸方向および前記ｑ軸方向からなる座標系を構成するベクトル合成値を前記所定関数に通して得られる関数値の積算値に応じて、前記モータ電流値を制限することを特徴とする請求項２または請求項３に記載のモータ制御装置。
5. 前記ベクトル合成値は、前記ｄ軸方向および前記ｑ軸方向の電流値のベクトル和により表されることを特徴とする請求項４に記載のモータ制御装置。
6. 前記ベクトル合成値は、前記ｄ軸方向および前記ｑ軸方向の電流値の和により表されることを特徴とする請求項４に記載のモータ制御装置。
7. 前記ベクトル合成値は、前記ｄ軸方向および前記ｑ軸方向の電流値の２乗和により表されることを特徴とする請求項４に記載のモータ制御装置。
8. 前記ベクトル合成値は、前記ｄ軸電流値または前記ｑ軸電流値のうちの大きい方の電流値により表されることを特徴とする請求項４に記載のモータ制御装置。
9. 前記モータのトルク制御を行うトルク制御手段を設け、
   前記トルク制御手段は、前記モータの界磁電流の方向をｄ軸方向とし、前記ｄ軸方向と直交する方向をｑ軸方向として、前記ｄ軸方向および前記ｑ軸方向からなる２相回転磁束座標系で記述され得るベクトル制御により、前記モータに対するトルク指令を生成し、前記トルク指令に応じて前記モータのトルク制御を行い、
   前記電流パラメータ制限手段は、前記変換電流値を前記所定関数に通して得られる関数値の積算値に応じて、前記モータ電流値、または、前記電流指令値から算出されるｄ軸電流値およびｑ軸電流値、を制限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。
10. 前記モータのトルク制御を行うトルク制御手段を設け、
    前記トルク制御手段は、前記モータの界磁電流の方向をｄ軸方向とし、前記ｄ軸方向と直交する方向をｑ軸方向として、前記ｄ軸方向および前記ｑ軸方向からなる２相回転磁束座標系で記述され得るベクトル制御により、前記モータに対するトルク指令を生成し、前記トルク指令に応じて前記モータのトルク制御を行い、
    前記電流パラメータ制限手段は、前記変換電流値を前記所定関数に通して得られる関数値の積算値に応じて、前記モータ電流値、または、前記電流指令値から算出されるｄ軸電流値およびｑ軸電流値により求められる合成ベクトル電流値、を制限することを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
11. 前記モータのトルク制御を行うトルク制御手段を設け、
    前記トルク制御手段は、前記モータの界磁電流の方向をｄ軸方向とし、前記ｄ軸方向と直交する方向をｑ軸方向として、前記ｄ軸方向および前記ｑ軸方向からなる２相回転磁束座標系で記述され得るベクトル制御により、前記モータに対するトルク指令を生成し、前記トルク指令に応じて前記モータのトルク制御を行い、
    前記電流パラメータ制限手段は、前記変換電流値を前記所定関数に通して得られる関数値の積算値に応じて、前記モータ電流値、または、前記電流指令値から算出されるｄ軸電流値およびｑ軸電流値の成す位相角を維持するように前記ｄ軸電流値および前記ｑ軸電流値、を制限することを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
12. 前記モータのトルク制御を行うトルク制御手段を設け、
    前記トルク制御手段は、前記モータの界磁電流の方向をｄ軸方向とし、前記ｄ軸方向と直交する方向をｑ軸方向として、前記ｄ軸方向および前記ｑ軸方向からなる２相回転磁束座標系で記述され得るベクトル制御により、前記モータに対するトルク指令を生成し、前記トルク指令に応じて前記モータのトルク制御を行い、
    前記電流パラメータ制限手段は、前記変換電流値を前記所定関数に通して得られる関数値の積算値に応じて、前記モータ電流値、または、前記電流指令値から算出されるｄ軸電流値およびｑ軸電流値、のいずれか一方を優先するように、合成ベクトル電流値を制限することを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
13. 前記電流パラメータ制限手段は、前記変換電流値を前記所定関数に通して得られる関数値の積算値に応じて、前記相電流の波高値を制限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。
14. 前記電流パラメータ制限手段は、前記変換電流値と所定の閾値との偏差を前記所定関数に通して得られる関数値の積算値に応じて、前記モータ電流値を制限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。
15. 前記電流パラメータ制限手段は、前記変換電流値を前記所定関数に通して得られる関数値と所定の閾値との偏差の積算値に応じて、モータ電流値を制限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
16. 前記所定関数は、ベキ関数により構成されたことを特徴とする請求項１から請求項１５までのいずれか１項に記載のモータ制御装置。
17. 前記ベキ関数は、多項式近似されたことを特徴とする請求項１６に記載のモータ制御装置。
18. 前記ベキ関数は、折れ線近似されたことを特徴とする請求項１６に記載のモータ制御装置。
19. 前記ベキ関数は、テーブル参照により構成されたことを特徴とする請求項１６に記載のモータ制御装置。
    

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