JP2008043030A - 電動機の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】２重ロータを有する電動機の誘起電圧定数を該電動機の運転状態に応じて適切に設定して、該電動機の制御可能範囲を拡大することができる電動機の制御装置を提供する。
【解決手段】直流電源の出力電圧Ｖdcと電動機１の回転数Ｎmとトルク指令Ｔr_cとに基いて、トルク指令Ｔr_cに応じたトルクを得るために供給する必要があるｄ軸電流とｑ軸電流のベクトル和の大きさが最小となるように、電動機１の誘起電圧定数の指令値Ｋe_cを算出するＫe指令算出部９０と、Ｋe_cに応じてロータ位相差の指令値θd_cを算出し、θd_cをアクチュエータ２５に出力してロータ位相差を変更する位相差制御部８０とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、永久磁石界磁型の回転電動機の界磁制御を、同心円状に配置された二つのロータ間の位相差を変更することによって行う電動機の制御装置に関する。

従来より、永久磁石界磁型の回転電動機の回転軸の周囲に同心円状に設けた第１ロータ及び第２ロータを備え、回転速度に応じて第１ロータと第２ロータの位相差を変更し、これにより電動機の誘起電圧定数を変更して界磁弱め制御を行うようにした電動機が知られている（例えば、特許文献１参照）。

かかる従来の電動機においては、第１ロータと第２ロータが、遠心力の作用により径方向に沿って変位する部材を介して接続されている。また、電動機が停止状態にあるときに、第１ロータに配置された永久磁石の磁極と第２ロータに配置された永久磁極の磁極の向きが同一となって界磁の磁束が最大（電動機の誘起電圧定数が最大）となり、電動機の回転速度が高くなるに従って遠心力により第１ロータと第２ロータの位相差が拡大して、界磁の磁束が減少（電動機の誘起電圧定数が減少）するように構成されている。

ここで、図１５は縦軸を出力トルクＴrとし横軸を回転数Ｎとして、電動機の界磁弱めが必要となる領域を示したものであり、図中ｕは電動機の直交ライン（界磁弱め制御を行わずに電動機を作動させたときに、回転数と出力トルクの組合わせにより電動機の相電圧が電源電圧と等しくなる点を結んだもの）である。図中Ｘは界磁弱めが不要な領域であり、Ｙは界磁弱めが必要な領域である。

図１５に示したように、界磁弱めが必要となる領域Ｙは電動機の回転数Ｎと出力トルクＴrにより決定されるため、従来の回転数のみによる界磁弱め制御では、電動機の誘起電圧定数の変更が、必要な界磁弱めの制御量に対して過大又は過小なものになるという不都合があった。

また、電動機の回転数に依らずに、誘起電圧定数を変更することができないため、電動機の出力トルクや供給可能な電流の制限等の回転数以外の運転状態に対して、適切な誘起電圧定数を設定することができず、電動機の制御可能範囲が狭くなるという不都合があった。
特開２００２−２０４５４１号公報

本発明は上記背景を鑑みてなされたものであり、２重ロータを有する電動機の誘起電圧定数を該電動機の運転状態に応じて適切に設定して、該電動機の制御可能範囲を拡大することができる電動機の制御装置を提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するためになされたものであり、永久磁石による界磁を複数個有する第１ロータ及び第２ロータを、回転軸の周囲に同心円状に配置した永久磁石界磁型の回転電動機の作動を制御する電動機の制御装置であって、前記第１ロータと前記第２ロータとの位相差であるロータ位相差を変更するロータ位相差変更手段と、直流電源から供給される直流電圧を多相交流電圧に変換して前記電動機の電機子に印加するインバータと、所定のトルク指令に応じて、前記インバータを介して前記電動機の各相の電機子に流れる電流のベクトル和である相電流を制御する通電制御手段とを備えた電動機の制御装置の改良に関する。

そして、前記電動機の回転数を検出する回転数検出手段と、前記直流電源の出力電圧と、前記電動機の回転数と、前記トルク指令とに基いて、前記トルク指令に応じたトルクを得るために必要となる前記相電流の大きさが最小となるように、前記ロータ位相差変更手段により前記ロータ位相差を変更するロータ位相差制御手段とを備えたことを特徴とする（請求項１に対応）。

かかる本発明によれば、前記電動機の作動状態に応じて、前記トルク指令に応じたトルクを得るために必要となる前記相電流の大きさが最小となるように、前記ロータ位相差制御手段により前記ロータ位相差が変更される。そのため、前記通電制御手段による前記相電流の通電能力の範囲内で、前記電動機の制御可能範囲を極力拡大することができる。

また、前記ロータ位相差制御手段は、予め設定された、前記インバータに供給される直流電圧と前記電動機の回転数と前記電動機のトルクとに対して、前記電動機の相電流が最小となる誘起電圧定数を決定する相関マップに、前記直流電源の出力電圧と前記回転数検出手段により検出された前記電動機の回転数と前記トルク指令とを適用して、対応する誘起電圧定数を取得し、該取得した誘起電圧定数に応じて前記電動機のロータ位相差を変更することを特徴とする（請求項２に対応）。

かかる本発明によれば、前記ロータ位相差制御手段は、前記相関マップ用いることによって、電動機の運転条件に応じた最適な誘起電圧定数を取得することができ、取得した誘起電圧定数に応じて電動機のロータ位相差を変更することで、前記電動機の運転条件に応じて前記相電流が最小となる前記ロータ位相差を設定することができる。

また、前記電動機を、界磁の磁束方向であるｄ軸上にあるｄ軸電機子とｄ軸と直交するｑ軸上にあるｑ軸電機子とを有する等価回路に変換して扱い、前記通電制御手段は、ｄ軸電機子に流れる電流であるｄ軸電流の実際値と指令値との差を減少させ、また、ｑ軸電機子に流れる電流であるｑ軸電流の実際値と指令値との差を減少させるように前記通電制御を行い、前記ロータ位相差に応じた前記電動機の誘起電圧定数に基いて、前記トルク指令に応じたトルクが得られるｄ軸電流とｑ軸電流の組み合わせのうち、ｄ軸電流とｑ軸電流のベクトル和であるｄｑ軸電流の大きさが最小となる組み合わせを、第１のｄｑ電流設定として決定し、該第１のｄｑ電流設定によるｄ軸電流とｑ軸電流を供給したときにｄ軸電機子に生じる誘起電圧とｑ軸電機子に生じる誘起電圧を、前記ロータ位相差に応じた前記電動機の誘起電圧定数と前記電動機の回転数に基いて推定して、該推定したｄ軸電機子に生じる誘起電圧とｑ軸電機子に生じる誘起電圧とのベクトル和であるｄｑ判定電圧が、前記直流電源の出力電圧に応じて設定された制限電圧以下となり、且つ、該第１のｄｑ電流設定によるｄｑ軸電流の大きさである第１のｄｑ判定電流が所定の制限電流以下となるときに、該第１のｄｑ電流設定によるｄ軸電流をｄ軸電流の指令値とすると共に該第１のｄｑ電流設定によるｑ軸電流をｑ軸電流の指令値とする電流指令設定手段を備えたことを特徴とする（請求項３に対応）。

かかる発明によれば、前記電流指令設定手段は、前記電動機の作動条件が前記制限電圧と前記制限電流による制約を受けないものであるときには、前記トルク指令に対して前記ｄｑ電流の大きさが最小となる前記第１のｄｑ電流設定により、ｄ軸電流の指令値とｑ軸電流の指令値を設定する。そして、これにより、前記トルク指令に応じたトルクが得られる前記電動機の制御範囲を拡大することができる。

また、前記電流指令設定手段は、前記ｄｑ判定電圧が前記制限電圧以下となり、且つ、前記第１のｄｑ判定電流が前記制限電流よりも大きくなるときは、ｄｑ軸電流の大きさが前記制限電流となり、且つ、前記電動機のトルクが最大となるｄ軸電流とｑ軸電流の組み合わせを第２のｄｑ電流設定として決定し、該第２のｄｑ電流設定によるｄ軸電流をｄ軸電流の指令値とすると共に該第２のｄｑ電流設定によるｑ軸電流をｑ軸電流の指令値とすることを特徴とする（請求項４に対応）。

かかる本発明によれば、前記電流指令設定手段は、前記電動機の作動条件が前記制限電圧による制約は受けないが、前記制限電流による制約を受けるものであるときには、前記ｄｑ電流の大きさが前記制限電流となる範囲で、前記電動機の出力トルクが最大となる前記第２のｄｑ電流設定によりｄ軸電流の指令値とｑ軸電流の指令値とを設定する。そして、これにより、前記制限電流の範囲内における前記電動機の制御可能範囲を拡大することができる。

また、前記電動機を、界磁の磁束方向であるｄ軸上にあるｄ軸電機子とｄ軸と直交するｑ軸上にあるｑ軸電機子とを有する等価回路に変換して扱い、前記通電制御手段は、ｄ軸電機子に流れる電流であるｄ軸電流の実際値と指令値との差を減少させ、また、ｑ軸電機子に流れる電流であるｑ軸電流の実際値と指令値との差を減少させるように前記通電制御を行い、前記ロータ位相差に応じた前記電動機の誘起電圧定数に基いて、前記トルク指令に応じたトルクが得られるｄ軸電流とｑ軸電流の組み合わせのうち、ｄ軸電流とｑ軸電流のベクトル和であるｄｑ軸電流の大きさが最小となる組み合わせを、第１のｄｑ電流設定として決定し、該第１のｄｑ電流設定によるｄ軸電流とｑ軸電流を供給したときにｄ軸電機子に生じる誘起電圧とｑ軸電機子に生じる誘起電圧を、前記ロータ位相差に応じた前記電動機の誘起電圧定数と前記電動機の回転数に基いて推定して、該推定したｄ軸電機子に生じる誘起電圧とｑ軸電機子に生じる誘起電圧とのベクトル和であるｄｑ判定電圧が、前記直流電源の出力電圧に応じて設定された制限電圧よりも高くなり、且つ、ｄ軸電機子に生じる誘起電圧とｑ軸電機子に生じる誘起電圧とのベクトル和であるｄｑ誘起電圧が前記制限電圧であるときに前記電動機のトルクが最大となるｄ軸電流とｑ軸電流の組み合わせである第３のｄｑ電流設定の算出が可能であるときは、該第３のｄｑ電流設定によるｄｑ軸電流の大きさである第２のｄｑ判定電流が所定の制限電流以下であるか否かを判断し、該第２のｄｑ判定電流が該制限電流以下であったときは、該第３のｄｑ電流設定によるｄ軸電流をｄ軸電流の指令値とすると共に該第３のｄｑ電流設定によるｑ軸電流をｑ軸電流の指令値とする電流指令設定手段を備えたことを特徴とする（請求項５に対応）。

かかる本発明によれば、前記電流指令設定手段は、前記電動機の作動条件が、前記制限電圧による制約を受けるが、ｄｑ誘起電圧が前記制限電圧であるときにｄｑ電流の大きさが前記制限電流以下となる前記第３のｄｑ電流設定の算出が可能であるときには、前記第３のｄｑ電流設定によりｄ軸電流の指令値とｑ軸電流の指令値とを設定する。そして、これにより、前記制限電圧の範囲内における前記電動機の制御可能範囲を拡大することができる。

また、前記電流指令設定手段は、前記第２のｄｑ判定電流が前記制限電流以下であるか否かを判断したときに、前記第２のｄｑ判定電流が前記制限電流よりも大きくなるときには、ｄｑ軸電流の大きさが前記制限電流となり、且つ、ｄｑ誘起電圧が前記制限電圧となるｄ軸電流とｑ軸電流の組み合わせである第４のｄｑ電流設定の算出が可能であるか否かを判断し、該第４のｄｑ電流設定の算出が可能であるときには、該第４のｄｑ電流設定によるｄ軸電流をｄ軸電流の指令値とすると共に該第４のｄｑ電流設定によるｑ軸電流をｑ軸電流の指令値とすることを特徴とする（請求項６に対応）。

かかる本発明によれば、前記電流指令設定手段は、前記電動機の作動条件が前記制限電圧による制約を受け、前記第２の判定電流が前記制限電流よりも大きくなるときに、前記第４のｄｑ電流設定によりｄ軸電流の指令値とｑ軸電流の指令値を設定する。そして、これにより、前記制限電流と前記制限電流の下で、前記電動機の制御可能範囲を拡大することができる。

また、前記電動機を、界磁の磁束方向であるｄ軸上にあるｄ軸電機子とｄ軸と直交するｑ軸上にあるｑ軸電機子とを有する等価回路に変換して扱い、前記通電制御手段は、ｄ軸電機子に流れる電流であるｄ軸電流の実際値と指令値との差を減少させ、また、ｑ軸電機子に流れる電流であるｑ軸電流の実際値と指令値との差を減少させるように前記通電制御を行い、前記ロータ位相差に応じた前記電動機の誘起電圧定数に基いて、前記トルク指令に応じたトルクが得られるｄ軸電流とｑ軸電流の組み合わせのうち、ｄ軸電流とｑ軸電流のベクトル和であるｄｑ軸電流の大きさが最小となる組み合わせを、第１のｄｑ電流設定として決定し、該第１のｄｑ電流設定によるｄ軸電流とｑ軸電流を供給したときにｄ軸電機子に生じる誘起電圧とｑ軸電機子に生じる誘起電圧を、前記ロータ位相差に応じた前記電動機の誘起電圧定数と前記電動機の回転数に基いて推定して、該推定したｄ軸電機子に生じる誘起電圧とｑ軸電機子に生じる誘起電圧とのベクトル和であるｄｑ判定電圧が、前記直流電源の出力電圧に応じて設定された制限電圧よりも高くなり、且つ、ｄ軸電機子に生じる誘起電圧とｑ軸電機子に生じる誘起電圧とのベクトル和であるｄｑ誘起電圧が前記制限電圧であるときに前記電動機のトルクが最大となるｄ軸電流とｑ軸電流の組み合わせである第３のｄｑ電流設定の算出が不能であるときは、前記電動機の誘起電圧定数に対して前記電動機のトルクが最大になり、且つ、前記ｄｑ誘起電圧が前記制限電圧となるｄ軸電流とｑ軸電流の組み合わせである第５のｄｑ電流設定を算出し、該第５のｄｑ電流設定によるｄｑ軸電流の大きさである第３の判定電流が前記制限電流以下であるか否かを判断して、該第３の判定電流が前記制限電流以下であるときは、該第５のｄｑ電流設定によるｄ軸電流をｄ軸電流の指令値とすると共に該第５のｄｑ電流設定によるｑ軸電流をｑ軸電流の指令値とする電流指令設定手段を備えたことを特徴とする（請求項７に対応）。

かかる本発明によれば、前記電流指令設定手段は、前記電動機の作動条件が、前記制限電圧による制約を受け、ｄｑ誘起電圧が前記制限電圧であるときにｄｑ電流の大きさが前記制限電流以下となる前記第３のｄｑ電流設定の算出が不能であるときには、前記第３の判定電流が前記制限電流以下となる条件下で前記第５のｄｑ電流設定によりｄ軸電流の指令値とｑ軸電流の指令値とを設定する。そして、これにより、前記電動機の誘起電圧定数に応じて、前記制限電圧による制約を受ける範囲内で前記電動機の制御可能範囲を拡大することができる。

また、前記電流指令設定手段は、前記第３のｄｑ判定電流が前記制限電流以下であるか否かを判断したときに、前記第３のｄｑ判定電流が前記制限電流よりも大きくなるときには、ｄｑ軸電流の大きさが前記制限電流となり、且つ、ｄｑ誘起電圧が前記制限電圧となるｄ軸電流とｑ軸電流の組み合わせである第４のｄｑ電流設定の算出が可能であるか否かを判断し、該第４のｄｑ電流設定の算出が可能であるときには、該第４のｄｑ電流設定によるｄ軸電流をｄ軸電流の指令値とすると共に該第４のｄｑ電流設定によるｑ軸電流をｑ軸電流の指令値とすることを特徴とする（請求項８に対応）。

かかる本発明によれば、前記電流指令設定手段は、前記電動機の作動条件が、前記制限電圧による制約を受け、ｄｑ誘起電圧が前記制限電圧であるときにｄｑ電流の大きさが前記制限電流以下となる前記第３のｄｑ電流設定の算出が不能であり、前記第３の判定電流が前記制限電流よりも大きくなるときには、前記第４のｄｑ電流設定によりｄ軸電流の指令値とｑ軸電流の指令値とを設定する。そして、これにより、前記電動機の誘起電圧定数に応じて、前記制限電圧と前記制限電流による制約を受ける範囲内で前記電動機の制御可能範囲を拡大することができる。

本発明の実施の形態について、図１〜図２１を参照して説明する。図１は本発明の電動機の制御装置の制御ブロック図、図２は図１に示した２重ロータを備えた電動機の構成図、図３及び図４は外側ロータと内側ロータの位相差を変更することによる効果の説明図、図５は電動機の制御装置の全体的な動作を示すフローチャート、図６〜図８はロータ位相差を変更することによる電動機の制御可能範囲の拡大効果の説明図、図９〜図１１は最適な誘起電圧定数を決定するためのマップの作成手順の説明図、図１２は最適な誘起電圧定数を算出する処理のフローチャート、図１３は誘起電圧定数をロータ位相差に変換するマップの説明図、図１４〜図１８は最適な電流指令値を決定する方法の説明図、図１９〜図２１は最適な電流指令値を設定する処理のフローチャートである。

図１を参照して、本発明の電動機の制御装置（以下、電動機制御装置という）は、２重ロータを備えたＤＣブラシレスモータである電動機１の作動を制御するものである。先ず、図２〜図４を参照して、電動機１の構成について説明する。

図２に示したように、電動機１は、永久磁石１１ａ，１１ｂの界磁が周方向に沿って等間隔に配置された内側ロータ１１と、永久磁石１２ａ，１２ｂの界磁が周方向に沿って等間隔に配置された外側ロータ１２と、内側ロータ１１及び外側ロータ１３に対する回転磁界を発生させるための電機子１０ａを有するステータ１０とを備えたＤＣブラシレスモータである。なお、内側ロータ１１と外側ロータ１２のうちの一方が本発明の第１ロータに相当し、他方が本発明の第２ロータに相当する。

内側ロータ１１と外側ロータ１２は、共に回転軸が電動機１の回転軸２と同軸となるように同心円状に配置されている。そして、内側ロータ１１においては、Ｓ極を回転軸２側とする永久磁石１１ａとＮ極を回転軸２側とする永久磁石１１ｂが交互に配置されている。同様に、外側ロータ１２においても、Ｓ極を回転軸２側とする永久磁石１２ａとＮ極を回転軸２側とする永久磁石１２ｂが交互に配置されている。

そして、電動機１は、外側ロータ１２と内側ロータ１１の位相差であるロータ位相差を変更するために、遊星歯車機構等の相対回転機構（図示しない）を備えており、該相対回転機構をアクチュエータ２５（図１参照）により作動させることによって、ロータ位相差を変更することができる。なお、アクチュエータ２５としては、例えば電動機や油圧によるものを用いることができる。また、相対回転機構とアクチュエータ２５とにより、本発明のロータ位相差変更手段が構成される。

また、外側ロータ１２と内側ロータ１１の位相差は、少なくとも電気角で１８０度の範囲で進角側又は遅角側に変更可能に構成され、電動機１の状態は、外側ロータ１２の永久磁石１２ａ，１２ｂと内側ロータ１１の永久磁石１１ａ，１１ｂが同極同士を対向して配置された界磁弱め状態と、外側ロータ１２の永久磁石１２ａ，１２ｂと内側ロータ１１の永久磁石１１ａ，１１ｂが異極同士を対向して配置された界磁強め状態との間で、適宜設定可能となっている。

図３（ａ）は界磁強め状態を示しており、外側ロータ１２の永久磁石１２ａ，１２ｂの磁束Ｑ２と内側ロータ１１の永久磁石１１ａ，１１ｂの磁束Ｑ１の向きが同一であるため、合成された磁束Ｑ３が大きくなる。一方、図３（ｂ）は界磁弱め状態を示しており、外側ロータ１２の永久磁石１２ａ，１２ｂの磁束Ｑ２と内側ロータ１１の永久磁石１１ａ，１１ｂの磁束Ｑ１の向きが逆であるため、合成された磁束Ｑ３が小さくなる。

図４は、図３（ａ）の状態と図３（ｂ）の状態において、電動機１を所定回転数で作動させた場合にステータ１０の電機子に生じる誘起電圧を比較したグラフであり、縦軸が誘起電圧（Ｖ）に設定され、横軸が電気角（度）に設定されている。図中ａが図３（ａ）の状態（界磁強め状態）であり、ｂが図３（ｂ）の状態（界磁弱め状態）である。図４から、外側ロータ１２と内側ロータ１１の位相差を変更することで、生じる誘起電圧のレベルが大幅に変化していることがわかる。

そして、このように、外側ロータ１２と内側ロータ１１の位相差を変更して、界磁の磁束を増減させることにより、電動機１の誘起電圧定数Ｋeを変化させることができる。これにより、誘起電圧定数Ｋeが一定である場合に比べて、電動機１の出力及び回転数に対する運転可能領域を拡大することができる。また、ｄｑ座標変換により、ｄ軸（界磁軸）側の電機子に通電して界磁弱め制御を行う場合に比べて、電動機１の損失が減少するため、電動機の効率を高めることができる。

次に、図１を参照して、電動機制御装置の構成について説明する。電動機制御装置は、電動機１を界磁方向をｄ軸としｄ軸と直交する方向をｑ軸とした２相直流の回転座標系による等価回路に変換して扱い、外部から与えられるトルク指令Ｔr_cに応じたトルクが電動機１から出力されるように、電動機１に対する通電量を制御するものである。

電動機制御装置はＣＰＵ、メモリ等により構成される電子ユニットであり、トルク指令Ｔr_cと電動機１の回転数Ｎmと電動機１の誘起電圧定数の算出値Ｋe_sとに基いて、ｄ軸側の電機子（以下、ｄ軸電機子という）に流れる電流（以下、ｄ軸電流という）の指令値Ｉd_cとｑ軸側の電機子（以下、ｑ軸電機子という）に流れる電流（以下、ｑ軸電流という）の指令値Ｉq_cとを算出する電流指令算出部５０（本発明の電流指令設定手段に相当する）、及び電流センサ６０，６１により検出されてＢＰ（バンドパスフィルタ）５７により不要成分が除去された電流検出信号と、レゾルバ７０により検出される外側ロータ１２のロータ角度θmとに基いて、３相／ｄｑ変換によりｄ軸電流の検出値Ｉd_sとｑ軸電流の検出値Ｉq_sとを算出する３相／ｄｑ変換部５６を備えている。

また、電動機制御装置は、ｄ軸電流の指令値Ｉd_cと検出値Ｉd_sとの偏差ΔＩdを算出する減算器５１、ｑ軸電流の指令値Ｉq_cと検出値Ｉq_sとの偏差ΔＩqを算出する減算器５２、ΔＩd及びΔＩqに基いてｄ軸電機子に印加する電圧（以下、ｄ軸電圧という）の指令値Ｖd_cとｑ軸電機子に印加する電圧（以下、ｑ軸電圧という）の指令値Ｖq_cとを決定する電流ＦＢ（フィードバック）制御部５３、Ｖd_cとＶq_cを角度θと大きさｒに変換するｒθ変換部５４、及び直流電圧Ｖdcからθとｒに応じた３相交流電圧を生成して電動機１に出力するＰＷＭ演算部５５（本発明のインバータの機能を含む）を備えている。

なお、減算器５１、減算器５２、電流ＦＢ制御部５３、ｒθ変換部５４、ＢＰフィルタ５７、及び３相／ｄｑ変換部５６により本発明の通電制御手段が構成される。

さらに、電動機制御装置は、レゾルバ７０により検出される電動機１のロータ角度θmを微分して電動機１の回転数Ｎmを出力する微分器６３（本発明の回転数検出手段に相当する）、トルク指令Ｔr_cと直流電源（図示しない）の出力電圧Ｖdcと電動機の回転数Ｎmとに基いて最適な誘起電圧定数の指令値Ｋe_cを算出するＫe指令値算出部９０、位相差検出器２６によるロータ位相差の検出値θd_sに応じた誘起電圧定数Ｋe_sを算出するＫe算出部９２、Ｋe_cとＫe_sの偏差ΔＫeを算出する減算器９１、及びＫe_sとΔＫeからロータ位相差の指令値θd_cを算出してアクチュエータ２５に出力する位相差制御部８０を備えている。なお、Ｋe指令算出部９０、減算器９１、Ｋe算出部９２、位相差制御部８０、及び位相差検出器２６により、本発明のロータ位相差制御手段が構成される。

次に、図５に示したフローチャートに従って、Ｋe指令算出部９０による最適な誘起電圧定数の指令値Ｋe_cの算出処理と、電流指令算出部５０によるｄ軸指令値Ｉd_c及びｑ軸電流指令値Ｉq_cの算出処理について説明する。

図５のＳＴＥＰ１〜ＳＴＥＰ３はＫe指令算出部９０による処理であり、Ｋe算出部９０は、ＳＴＥＰ１で直流電源の出力電圧Ｖdc、トルク指令Ｔr_c、及び電動機１の回転数Ｎmを取得する。そして、続くＳＴＥＰ２で、予めメモリ（図示しない）に記憶されたＶdc，Ｔr_c，Ｎmに対して最適な誘起電圧定数を決定するための相関マップに、ＳＴＥＰ１で取得した（Ｖdc，Ｔr_c，Ｎm）を適用して得られるＫeを、誘起電圧定数の指令値Ｋe_cに決定する。

ここで、図６は電動機１のｄ軸電機子に生じる誘起電圧とｑ軸電機子に生じる誘起電圧のベクトル和であるｄｑ誘起電圧Ｖoが、制限電圧Ｖom（ＰＷＭ演算部５５から出力可能なｄｑ電圧（ｄ軸電圧とｑ軸電圧のベクトル和）の上限値付近に設定される）となる基底回転数以下の領域において、電動機１の出力トルクが一定である場合の効率、総損失、鉄損、銅損、及びｄ軸電流とｑ軸電流のベクトル和であるｄｑ軸電流の変化を示したものであり、左側の縦軸が損失、右側の縦軸が効率、横軸がｄ軸電流とｑ軸電流間の位相βに設定されている。

そして、図中ａが効率、ｂが総損失、ｃが鉄損、ｄが銅損、ｅがｄｑ軸電流の大きさの変化を示している。図６において、Ｐ₁₀は一定トルクを得るために必要なｄｑ軸電流の大きさが最小となる（トルク／ｄｑ軸電流の大きさが最大となる）点であり、Ｐ₁₁は一定トルクを得る際の損失が最小（効率が最高）となる点である。

図６に示したように、基底回転数以下の領域においては、一定トルクを得る際にｄｑ軸電流の大きさを最小とする「最大トルク／電流制御」と、一定トルクを得る際に効率を最大とする「最大効率制御」とでは、選択されるｄ軸電流とｑ軸電流間の位相（電流位相）βが異なる。そして、一般に、「最大効率制御」では電流を進角させて鉄損を減少させるために電流が消費されるため、一定トルクを得る際に必要なｄｑ軸電流の大きさは、「最大トルク／電流制御」よりも「最大効率制御」の方が多くなる。そのため、供給可能なｄｑ軸電流に制約があるときには、「最大効率制御」ではなく「最大トルク／電流制御」を行うことによって、より大きなトルクを得ることができる。

そして、Ｋe指令算出部９０により、トルク指令Ｔr_c、電動機１の回転数Ｎm、及び直流電源の出力電圧Ｖdcに応じて電動機１の誘起電圧定数Ｋeを適切に変更することによって、「最大トルク／電流制御」が可能な範囲を拡大することができる。

ここで、図７（ａ）は誘起電圧定数Ｋeを中間にした場合の電動機１のトルクと回転数との関係を示したものであり、縦軸がトルク（Ｔr）に設定され、横軸が回転数（Ｎm）に設定されている。また、図７（ｂ）は誘起電圧定数Ｋeを最大、中間、最小の三段階に切り換えた場合の電動機１のトルクと回転数との関係を示したものであり、図７（ａ）と同様に、縦軸がトルク（Ｔr）に設定され、横軸が回転数（Ｎm）に設定されている。

図７（ａ）において、Ａ₁₀＋Ｂ₁₀の範囲（Ｔr＝Ｔr₁₀の直線，ｙ₁₀の境界線，Ｔr軸，Ｎm軸により囲まれた範囲）は、「最大トルク／電流制御」による電動機１の制御可能範囲を示しており、Ａ₁₀（Ｔr＝Ｔr₁₀の直線，ｘ₁₀の境界線，Ｔr軸，Ｎm軸により囲まれた範囲）は電流制限によりトルクが制限される範囲、Ｂ₁₀（ｘ₁₀の境界線，ｙ₁₀の境界線，Ｎm軸により囲まれた範囲）は電圧制限によりトルクが制限される範囲である。また、Ａ₁₀＋Ｂ₁₀＋Ｃ₁₀の範囲（Ｔr＝Ｔr₁₀の直線，ｚ₁₀の境界線，Ｔr軸，Ｎm軸により囲まれた範囲）は、「最大出力制御」（界磁弱め電流を加えて、電動機の動作範囲を拡大する制御）による制御可能範囲を示している。

図７（ｂ）において、Ａ₂₀＋Ｂ₂₀の範囲（Ｔr＝Ｔr₂₂の直線，ｙ₂₀の境界線，Ｔr軸，Ｎm軸により囲まれた範囲）は、誘起電圧定数Ｋeを最大としたときの「最大トルク／電流制御」による電動機１の制御可能範囲を示しており、Ａ₂₀（Ｔr＝Ｔr₂₂の直線，ｘ₂₀の境界線，Ｔr軸，Ｎm軸により囲まれた範囲）は電流制限によりトルクが制限される範囲、Ｂ₂₀（ｘ₂₀の境界線，ｙ₂₀の境界線，Ｎm軸により囲まれた範囲）は電圧制限によりトルクが制限される範囲である。また、Ａ₂₀＋Ｂ₂₀＋Ｃ₂₀の範囲（Ｔr＝Ｔr₂₂の直線，ｚ₂₀の境界線，Ｔr軸，Ｎm軸により囲まれた範囲）は、誘起電圧定数Ｋeを最大としたときの「最大出力制御」による制御可能範囲を示している。

また、Ａ₂₁＋Ｂ₂₁の範囲（Ｔr＝Ｔr₂₁の直線，ｙ₂₁の境界線，Ｔr軸，Ｎm軸により囲まれた範囲）は、誘起電圧定数Ｋeを中間としたときの「最大トルク／電流制御」による電動機１の制御可能範囲を示しており、Ａ₂₁（Ｔr＝Ｔr₂₁の直線，ｘ₂₁の境界線，Ｔr軸，Ｎm軸により囲まれた範囲）は電流制限によりトルクが制限される範囲、Ｂ₂₁（ｘ₂₁の境界線，ｙ₂₁の境界線，Ｎm軸により囲まれた範囲）は電圧制限によりトルクが制限される範囲である。また、Ａ₂₁＋Ｂ₂₁＋Ｃ₂₁の範囲（Ｔr＝Ｔr₂₁の直線，ｚ₂₁の境界線，Ｔr軸，Ｎm軸により囲まれた範囲）は、誘起電圧定数Ｋeを中間としたときの「最大出力制御」による制御可能範囲を示している。

また、Ａ₂₂＋Ｂ₂₂の範囲（Ｔr＝Ｔr₂₀の直線，ｙ₂₂の境界線，Ｔr軸，Ｎm軸により囲まれた範囲）は、誘起電圧定数Ｋeを最小としたときの「最大トルク／電流制御」による電動機１の制御可能範囲を示しており、Ａ₂₂（Ｔr＝Ｔr₂₀の直線，ｘ₂₂の境界線，Ｔr軸，Ｎm軸により囲まれた範囲）は電流制限によりトルクが制限される範囲、Ｂ₂₂（ｘ₂₂の境界線，ｙ₂₂の境界線，Ｎm軸により囲まれた範囲）は電圧制限によりトルクが制限される範囲である。また、Ａ₂₂＋Ｂ₂₂＋Ｃ₂₂の範囲（Ｔr＝Ｔr₂₀の直線，ｚ₂₂の境界線，Ｔr軸，Ｎm軸により囲まれた範囲）は、誘起電圧定数Ｋeを最小としたときの「最大出力制御」による制御可能範囲を示している。

図７（ａ）に示した誘起電圧定数Ｋeが固定である場合に比べて、図７（ｂ）では、誘起電圧定数Ｋeを増大させることにより、電動機１の制御可能範囲を図中の矢印Ａr2で示したように出力トルクＴrを増加させる方向に拡大することができる。また、誘起電圧定数Ｋeを減少させることにより、電動機１の制御可能範囲を図中の矢印Ａr1で示したように回転数Ｎmを増加させる方向に拡大することができる。

図８（ａ）は、図７（ｂ）のＰ₂₀（誘起電圧定数Ｋeが最大、中間、最小のいずれの場合でも、「最大トルク／電流制御」による制御可能範囲内にある点）において、一定のトルクを得る場合のｄ軸電流とｑ軸電流間の位相（以下、電流位相という）の変化を示したものであり、左側の縦軸がｄｑ軸電流の大きさ及び電動機１の損失に設定され、右側の縦軸が電動機１の効率に設定され、横軸が電流位相に設定されている。

そして、図８（ａ）中、ａ₁₁は誘起電圧定数Ｋeを最大としたときの効率を示し、ａ₁₂は誘起電圧定数Ｋeを中間としたときの効率を示し、ａ₁₃は誘起電圧定数Ｋeを最小としたときの効率を示している。また、Ｐ₃₁はａ₁₁において効率が最大となる点、Ｐ₃₂はａ₁₂において効率が最大となる点、Ｐ₃₃はａ₁₃において効率が最大となる点である。

また、ｂ₁₁は誘起電圧定数を最大としたときの損失を示し、ｂ₁₂は誘起電圧定数Ｋeを中間としたときの損失を示し、ｂ₁₃は誘起電圧定数Ｋeを最小としたときの損失を示している。そして、Ｐ₃₄はｂ₁₁において損失が最小となる点、Ｐ₃₅はｂ₁₂において損失が最小となる点、Ｐ₃₆はｂ₁₃において損失が最小となる点である。

また、ｃ₁₁は誘起電圧定数Ｋeを最大としたときのｄｑ軸電流の大きさを示し、ｃ₁₂は誘起電圧定数Ｋeを中間としたときのｄｑ軸電流の大きさを示し、ｃ₁₃は誘起電圧定数Ｋeを最小としたときのｄｑ軸電流の大きさを示している。そして、Ｐ₃₇はｃ₁₁においてｄｑ軸電流の大きさが最小となる点、Ｐ₃₈はｃ₁₂においてｄｑ軸電流の大きさが最小となる点、Ｐ₃₉はｃ₁₃においてｄｑ軸電流が最小となる点である。

図８（ａ）のａ₁₁〜ａ₁₃とｃ₁₁〜ｃ₁₃から、「最大効率制御」によるｄｑ軸電流の設定（Ｐ₃₁，Ｐ₃₂，Ｐ₃₃）と「最大トルク／電流制御」によるｄｑ軸電流の設定（Ｐ₃₇，Ｐ₃₈，Ｐ₃₉）とでは、電流位相が異なり、「最大トルク／電流制御」の方が「最大効率制御」よりもｄｑ軸電流の大きさが小さくなることが分かる。また、（Ｐ₃₇，Ｐ₃₈，Ｐ₃₈）から、誘起電圧定数Ｋeを変更することによって、一定トルクを得るために必要となるｄｑ軸電流の大きさを減少させることができることが分かる。

また、図８（ｂ）は、図７（ｂ）のＰ₂₁（誘起電圧定数が最大、中間、最小のいずれの場合でも、トルク／電流最大制御による制御可能範囲外にある点）において、一定の出力トルクを得る場合の電流位相の変化を示したものであり、図８（ａ）と同様に、左側の縦軸がｄｑ軸電流の大きさ及び電動機１の損失に設定され、右側の縦軸が電動機１の効率に設定され、横軸が電流位相に設定されている。

そして、図８（ｂ）中、ａ₂₁は誘起電圧定数Ｋeを最大としたときの効率を示し、ａ₂₂は誘起電圧定数Ｋeを中間としたときの効率を示し、ａ₂₃は誘起電圧定数Ｋeを最小としたときの効率を示している。また、Ｐ₄₁はａ₂₁において効率が最大となる点、Ｐ₄₂はａ₂₂において効率が最大となる点、Ｐ₄₃はａ₂₃において効率が最大となる点である。

また、ｂ₂₁は誘起電圧定数Ｋeを最大としたときの損失を示し、ｂ₂₂は誘起電圧定数Ｋeを中間としたときの損失を示し、ｂ₂₃は誘起電圧定数Ｋeを最小としたときの損失を示している。また、ｃ₂₁は誘起電圧定数Ｋeを最大としたときのｄｑ軸電流の大きさを示し、ｃ₂₂は誘起電圧定数Ｋeを中間としたときのｄｑ軸電流の大きさを示し、ｃ₂₃は誘起電圧定数Ｋeを最小としたときのｄｑ軸電流の大きさを示している。そして、Ｐ₄₇はｃ₂₁においてｄｑ軸電流の大きさが最小となる点、Ｐ₄₈はｃ₂₂においてｄｑ軸電流の大きさが最小となる点、Ｐ₄₉はｃ₂₃においてｄｑ軸電流の大きさが最小となる点である。

図８（ｂ）においても、ａ₂₁〜ａ₂₃とｃ₂₁〜ｃ₂₃から、「最大効率制御」によるｄｑ軸電流の設定（Ｐ₄₁，Ｐ₄₂，Ｐ₄₃）と「最大トルク／電流制御」によるｄｑ軸電流の設定（Ｐ₄₇，Ｐ₄₈，Ｐ₄₉）とでは、電流位相が異なり、また、図８（ａ）の場合ほどではないが、「最大トルク／電流制御」の方が「最大効率制御」よりもｄｑ軸電流の大きさが小さくなることが分かる。また、（Ｐ₄₇，Ｐ₄₈，Ｐ₄₉）から、誘起電圧定数Ｋeを変更することによって、一定トルクを得るために必要となるｄｑ軸電流の大きさを減少させることができることが分かる。

次に、図９〜図１１を参照して、図５のＳＴＥＰ２で使用される相関マップの作成手順について説明する。図９は、直流電源の出力電圧Ｖdcの設定が３段階（Ｖdc＝Ｖ１，Ｖ2，Ｖ3）に切換えられるときに、各出力電圧に対して最適な誘起電圧定数Ｋeを決定する最適Ｋeマップを作成する手順を示している。

図９のＳ1，Ｓ2は、出力電圧Ｖdc＝Ｖ1に対する最適Ｋeマップを作成する処理であり、Ｓ1では、各段階の誘起電圧定数Ｋe（Ｋe＝Ｋe1，Ｋe2，Ｋe3，Ｋe4、Ｋe4＜Ｋe3＜Ｋe2＜Ｋe1）について、電動機１のトルクＴrと回転数Ｎmを可変した場合のｄｑ軸電流をプロットしたｄｑ電流マップを作成する。具体的には、図１０（ａ）に示したように、（Ｖdc＝Ｖ1，Ｋe＝Ｋe1）の条件下で、回転数Ｎmと出力トルクＴrを可変したときのｄｑ軸電流をプロットして、ｄｑ電流マップＭ₁₁を作成する。なお、このプロットの作業は実験やコンピュータシミュレーションにより行う。

また、同様にして、（Ｖdc＝Ｖ1，Ｋe＝Ｋe2）の条件下でのｄｑ電流マップＭ₁₂、（Ｖdc＝Ｖ1，Ｋe＝Ｋe3）の条件下でのｄｑ電流マップＭ₁₃、及び（Ｖdc＝Ｖ1，Ｋe＝Ｋe4）の条件下でのｄｑ電流マップＭ₁₄を作成する。そして、Ｓ２で、このようにして作成した４つのｄｑ電流マップＭ₁₁，Ｍ₁₂，Ｍ₁₃，Ｍ₁₄を比較して、（トルクＴr，回転数Ｎm）の各プロット点について、ｄｑ軸電流の大きさが最小となる誘起電圧定数Ｋeを選択した最適ＫeマップＫＭ1を作成する。

最適ＫeマップＫＭ1は、図１０（ｂ）に示したように、トルクＴrと回転数Ｎmに対して、ｄｑ軸電流が最小となる誘起電圧定数Ｋeを決定するものであり、例えば、図中（Ｔr，Ｎm）＝（Ｔr₁₀，Ｎm₁₀）の条件に対しては、誘起電圧定数Ｋe＝Ｋe1が決定される。

また、Ｓ３，Ｓ４は出力電圧Ｖdc＝Ｖ2に対する最適Ｋeマップを作成する処理であり、上述したＳ１，Ｓ２の処理と同様にして、Ｓ３で（Ｖdc＝Ｖ2，Ｋe＝Ｋe1）の条件下でのｄｑ電流マップＭ₂₁、（Ｖdc＝Ｖ2，Ｋe＝Ｋe2）の条件下でのｄｑ電流マップＭ₂₂、（Ｖdc＝Ｖ2，Ｋe＝Ｋe3）の条件下でのｄｑ電流マップＭ₂₃、（Ｖdc＝Ｖ2，Ｋe＝Ｋe4）の条件下でのｄｑ電流マップＭ₂₄が作成され、Ｓ４でＶdc＝Ｖ2の条件下での最適ＫeマップＫＭ2が作成される。

また、Ｓ５，Ｓ６は出力電圧Ｖdc＝Ｖ3に対する最適Ｋeマップを作成する処理であり、上述したＳ１，Ｓ２及びＳ３，Ｓ４の処理と同様にして、Ｓ５で（Ｖdc＝Ｖ3，Ｋe＝Ｋe1）の条件下でのｄｑ電流マップＭ₃₁、（Ｖdc＝Ｖ3，Ｋe＝Ｋe2）の条件下でのｄｑ電流マップＭ₃₂、（Ｖdc＝Ｖ3，Ｋe＝Ｋe3）の条件下でのｄｑ電流マップＭ₃₃、（Ｖdc＝Ｖ3，Ｋe＝Ｋe4）の条件下でのｄｑ電流マップＭ₃₄が作成され、Ｓ６でＶdc＝Ｖ3の条件下での最適ＫeマップＫＭ3が作成される。

以上説明した図９のＳ１〜Ｓ６の処理により、図１１（ａ）に示したように、Ｖdc＝Ｖ1に対する最適ＫeマップＫＭ1、Ｖdc＝Ｖ2に対する最適ＫeマップＫＭ2、及びＶdc＝Ｖ3に対する最適ＫeマップＫＭ3からなる相関マップが作成される。図１１（ｂ）は、最適ＫeマップＫＭ1，ＫＭ2，ＫＭ3における誘起電圧定数Ｋeの設定例であり、縦軸がトルクＴr（力行トルク及び回生トルク）に設定され、横軸が回転数Ｎmに設定されている。

そして、図１１（ｂ）中、Ｄ1が誘起電圧定数Ｋe1が選択される範囲、Ｄ2が誘起電圧定数Ｋe2が選択される範囲、Ｄ3が誘起電圧定数Ｋe3が選択される範囲、Ｄ4が誘起電圧定数Ｋ4が選択される範囲である。このように、電動機１の回転数が増加するに従って誘起電圧定数をＫe1→Ｋe2→Ｋe3→Ｋe4と減少させることによって、電動機１の制御可能範囲を拡大することができる。

なお、相関マップではなく、各誘起電圧定数Ｋe（Ｋe＝Ｋe1，Ｋe2，Ｋe3，Ｋe4）について、電源電圧Ｖdc、トルク指令Ｔr_c、及び回転数Ｎmの条件下で必要となるｄｑ軸電流を算出し、該ｄｑ軸電流の大きさが最小となるＫeを最適Ｋeとして決定するようにしてもよい。図１２はこのようにｄｑ軸電流を算出して、最適Ｋeを決定する処理のフローチャートである。

図１２のフローチャートでは、先ずＳＴＥＰ１０で、直流電源の出力電圧Ｖdcと、トルク指令Ｔr_cと、回転数Ｎmとを取得する。そして、ＳＴＥＰ１１〜ＳＴＥＰ１５のループを、Ｋe(n)＝Ｋe(1)，Ｋe(2)，Ｋe(3)，Ｋe(4)について実行し、ＳＴＥＰ１２でＶdc，Ｔr_c，Ｎm，Ｋ(n)に応じた電流指令値（Ｉd_c(n)，Ｉq_c(n)）を、後述する電流指令算出部５０による場合と同様にして算出する。また、続くＳＴＥＰ１３で、Ｋe(n)，Ｉd_c(n)，Ｉq_c(n)での出力トルクＴr(n)を算出し、ＳＴＥＰ１４でＴr(n)とＩd_c(n)及びＩq_c(n)をメモリ（図示しない）に記憶する。

そして、ＳＴＥＰ１６で、出力トルクＴr(n)が最大となるＫe(n)のうち、ｄｑ軸電流（Ｉd_c(n)とＩq_(n)のベクトル和）の大きさが最大となるものを、最適Ｋeとして決定する。これにより、上述した最適Ｋeマップの検索による場合と同様に、トルク指令Ｔr_cに対して、ｄｑ軸電流の大きさが最小となる誘起電圧定数Ｋeを決定することができる。

次に、図５のＳＴＥＰ３で、Ｋe指令算出部９０は、ＳＴＥＰ２で決定した最適Ｋeを誘起電圧定数の指令値Ｋe_cとして位相差制御部８０（図１参照）に出力する。続くＳＴＥＰ４は位相差制御部８０による処理であり、位相差制御部８０は、図１３に示したＫe／θd変換マップにＫe_cを適用して、対応するθdをロータ位相差の指令値θd_cとして決定する。なお、Ｋe／θdマップは実験やコンピュータシミュレーションにより作成され、Ｋe／θdマップのデータは予めメモリに記憶されている。

そして、位相差制御部８０は、ロータ位相差の指令値θd_cをアクチュエータ２５に出力し、これにより、アクチュエータ２５が電動機１のロータ位相差をθd_cとし、電動機１の誘起電圧定数Ｋeが最適Ｋeに制御される。

続くＳＴＥＰ５は電流指令算出部５０（図１参照）により処理であり、電流指令算出部５０は、基本的には「最大トルク／電流制御」によりｄ軸電流の指令値Ｉd_c及びｑ軸電流の指令値Ｉq_cを算出して、減算器５１，５２（図１参照）に出力する。

先ず、図１７〜図２１を参照して、電流指令値算出部５０によるｄ軸電流の指令値Ｉd_c及びｑ軸電流の指令値Ｉq_cの算出処理の基本的な考え方について説明する。Ｋe指令算出部９０により算出された最適Ｋeに対応する鎖交磁束Ψaの下で、電動機１のトルクは以下の式（１）で表すことができる。

但し、Ｐ_n：極対数、Ψ_a：最適Ｋeのときの鎖交磁束、Ｉd：ｄ軸電流、Ｉq：ｑ軸電流、Ｌd：ｄ軸電機子のインダクタンス、Ｌq：ｑ軸電機子のインダクタンス、β：電流位相、Ｉ：ｄｑ軸電流の大きさ（Ｉ＝√（Ｉd²＋Ｉq²）、Ｉd＝Ｉsinβ、Ｉq＝Ｉcosβ）。

上記式（１）を電流位相βで偏微分した式を０としてβについて解くことにより、ｄｑ軸電流Ｉdqに対してトルクＴrが最大となる電流位相βを以下の式（２）によって求めることができる。

上記式（２）より、最適Ｋeに対して最大トルクが得られるｄ軸電流Ｉdとｑ軸電流Ｉqとの関係は、以下の式（３）で与えられる。

図１４（ａ）は、縦軸をｑ軸電流に設定し、横軸をｄ軸電流に設定したｄｑ座標に、トルクＴr＝Ｔr₁₀，Ｔr₁₁，Ｔr₁₂，Ｔr₁₃となるＩdとＩqの組み合わせを示す定トルク曲線Ｔ₁₀，Ｔ₁₁，Ｔ₁₂，Ｔ₁₃と、上記式（３）の関係を満たす「最大トルク／電流制御」によるＩdとＩqの組み合わせを示す最大トルク／電流曲線Ｑ₁₀と、電流制限円ＡＭ（Ｉd²＋Ｉq²＝Ｉam²の円、Ｉamは制限電流）と、以下の式（８）により算出される角速度ω＝ω₁₀，ω₁₁，ω₁₂（ω₁₀＜ω₁₁＜ω₁₂）であるときにｄ軸電機子に生じる誘起電圧とｑ軸電機子に生じる誘起電圧のベクトル和であるｄｑ誘起電圧Ｖoが、制限電圧ＶomとなるＩdとＩqの組み合わせを示す定誘起電圧楕円Ｎ₁₀，Ｎ₁₁，Ｎ₁₂を示したものである。

そして、電動機１の角速度ω応じた定誘起電圧楕円内であって、且つ電流制限円ＡＭ内の領域で上記式（３）によるｄ軸電流とｑ軸電流の組み合わせが算出できるとき、すなわち、制限電圧Ｖom電圧制限電流Ｉamによる制約を受けないときは、該ｄ軸電流をｄ軸電流の指令値Ｉd_cと設定し、また、該ｑ軸電流をｑ軸電流の指令値Ｉq_cに設定することができる。図１４（ａ）において、トルクがＴr₁₀→Ｔr₁₁→Ｔr₁₂→Ｔr₁₃と増大すると、Ｐ₅₁→Ｐ₅₂→Ｐ₅₃→Ｐ₅₄というように、上記式（３）による最大トルク／電流曲線Ｑ₁₀上の点で、各トルクを得るために必要なｄｑ軸電流の大きさが最小となるｄ軸電流とｑ軸電流の組み合わせを算出して、「最大トルク／電流制御」を実行することができる。

図１４（ｂ）は、図１４（ａ）に示した関係を、縦軸をトルク（Ｔr）に設定し、横軸を角速度（ω）に設定して表したものであり、図中、Ｂ₅₀の範囲（Ｔ_r＝Ｔr₁₃の直線、ｙ₅₀の境界線、Ｔr軸、ω軸により囲まれた範囲）は、「最大トルク／電流制御」による制御可能範囲を示している。また、図中Ｃ₅₀の範囲（Ｔ＝Ｔr₁₃の直線、ｚ₅₀の境界線、Ｔr軸、ω軸により囲まれた範囲）は、界磁弱め制御による「最大出力制御」による制御可能範囲を示している。

図１４（ｂ）から、トルクＴrがＴr₁₃以下で、角速度ωがω₁₂以下である範囲内で、トルクＴrの増加に従ってＰ₅₁→Ｐ₅₂→Ｐ₅₃→Ｐ₅₄というように、上記式（３）によるｄ軸電流Ｉdとｑ軸電流Ｉqの組み合わせを算出することができる。

次に、図１８（ａ）は、電動機１のｄ軸電機子側の等価回路を示し、図１８（ｂ）はｑ軸電機子側の等価回路を示している。この場合、電圧方程式は、以下の式（４）、式（５）で示すことができる。

但し、Ｒa，Ｒc：ｄ軸電機子、ｑ軸電機子の抵抗、Ｌd：ｄ軸電機子のインダクタンス、Ｌq：ｑ軸電機子のインダクタンス、ωΨa：ｑ軸電機子に生じる逆起電圧。

そして、上記式（４）、式（５）から、以下の式（６）、式（７）が得られる。

但し、Ｖo：ｄｑ誘起電圧（ｄ軸電機子に生じる誘起電圧とｑ軸電機子に生じる誘起電圧のベクトル和の大きさ）、Ｖod：ｄ軸電機子に生じる誘起電圧、Ｖoq：ｑ軸電機子に生じる誘起電圧、、ｄｑ誘起電圧、ω：電動機の角速度。

但し、Ｖa：ｄ軸電圧とｑ軸電圧のベクトル和の大きさ。

この場合、弱め界磁制御によってｄｑ電圧Ｖoを制限電圧Ｖom以下に抑えることで、電動機の制御可能範囲を拡大することができる。上記式（６）に、Ｖo＝Ｖomを代入すると以下式（８）が得られる。

上記式（８）はｄｑ座標上では楕円（以下、定誘起電圧楕円という）となる。定誘起電圧楕円は電動機１の速度上昇に従って径が減少する。図１５（ｃ）は、ｄｑ座標上に、トルクＴrが一定となるＩdとＩqの組み合わせを示す定トルク曲線Ｔ₂₀（Ｔr＝Ｔr₂₀），Ｔ₂₁（Ｔr＝Ｔr₂₁），Ｔ₂₂（Ｔr＝Ｔr₂₂）と、定誘起電圧楕円Ｎ₂₀（ω＝ω₂₀），Ｎ₂₁（ω＝ω₂₁），Ｎ₂₂（ω＝ω₂₂）と、最大トルク／磁束曲線Ｒ₁₀を示したものである。

例えば、電動機１の角速度がω＝ω₂₀という一定値であるときは、負荷の増加に従ってｄｑ軸電流のベクトル（Ｉd，Ｉq）は定誘起電圧楕円Ｎ₂₀（ω＝ω₂₀）上を、Ｐ₆₀→Ｐ₆₁→Ｐ₆₂とを移動する。そして、上記式（８）により、ｄ軸電流Ｉdは角速度ωとｑ軸電流Ｉqが与えられば以下の式（９）、式（１０）により算出することができる。

上記式（９）、式（１０）により、１つのＩqに対して２種類のＩdを算出することができるが、ｄｑ軸電流の大きさがより小さいほうが好ましいので、図１５（ｃ）のＰ₆₀，Ｐ₆₁のような状態では上記式（９）によりＩdを算出し、負荷が増加してＩd＝−Ψa／Ｌdとなった後は上記式（１０）によりＩdを算出する。そして、ｄｑ軸電流のベクトル（Ｉd，Ｉq）が最大トルク／磁束曲線Ｒ₁₀との交点Ｐ₆₂に達したときにトルクが最大となる。

次に、図１６（ａ）は図１４（ａ）に最大トルク／磁束曲線Ｒ₁₀を加えたものであり、この場合は、電流制限円ＡＭの範囲内で、最大トルク／電流制御（Ｐ₅₀〜Ｐ₅₄の範囲）と、界磁弱め制御（Ｐ₅₄〜Ｐ₅₇の範囲）が可能である。

以上説明した各種の条件の下で設定すべき電流指令値（Ｉd_c，Ｉq_c）の算出方法は、以下のようにまとめられる。

［最大トルク／電流制御領域］ｄｑ誘起電圧Ｖoが低い低速度運転領域では制限電圧Ｖomまでの電圧に余裕があるため、制限電流Ｉamのみを考慮すればよい。このとき、トルク／電流を最大とするｄｑ軸電流を得るためには、上記式（３）の条件で電流指令値（Ｉd_c，Ｉq_c）を算出すればよい。

「最大トルク／電流制御」におけるｄ軸電流Ｉdとｑ軸電流Ｉqの関係は、図１６（ａ）に示した最大トルク／電流曲線Ｑ₁₀となる。そして、ｄｑ軸電流の大きさＩ＝Ｉamのときに発生トルクは最大となるが、そのときの動作点は最大トルク／電流曲線Ｑ₁₀と電流制限円ＡＭとの交点Ｐ₅₄となり、Ｐ₅₄におけるｄ軸電流Ｉdaとｑ軸電流Ｉqaは以下の式（１１）、式（１２）により算出することができる。

このときの電機子鎖交磁束Ψ_oaは以下の式（１３）で算出することができ、ｄｑ誘起電圧Ｖo（＝ωΨ_oa）が制限電圧Ｖomに達する電気角速度ω_baseは以下の式（１４）で算出することができる。

図１６（ａ）では、最大トルク／電流曲線Ｑ₁₀が電流制限円ＡＭと交わる点Ｐ₅₄で、定電圧制限楕円Ｎ₁₀が交わっているため、ω₁₀がω_baseとなり、ω₁₀以上の角速度では電流ベクトル（Ｉd，Ｉq）をＰ₅₄に制御することができなくなる。この場合、最大の発生トルクで電動機１を運転できる角速度の上限値（基底速度）ω_baseまでが、「定トルク運転領域」となる。この「定トルク運転領域」では、ｄｑ軸電流の大きさＩ及びｄｑ誘起電圧Ｖoは、Ｉ＝Ｉam、Ｖo＜Ｖomとなっている。

図１６（ｂ）は図１６（ａ）を縦軸をトルク（Ｔr）に設定し、横軸を角速度（ω）に設定して表したものであり、ω＝０からω₁₀の範囲が「定トルク運転領域」となる。

［第１の等価弱め界磁領域］角速度がω_beseを超える速度領域では、制限電流Ｉamに加えて制限電圧Ｖomも考慮する必要がある。このとき、制限電圧Ｖomのみを考慮してトルクが最大となるのが、「最大トルク／磁束制御」である。「最大トルク／磁束制御」では制限電流Ｉamによる制限を考慮していないため、制限電流Ｉamによる制限を考慮すると適用範囲が限定される。すなわち、図１６（ａ）に示した最大トルク／磁束曲線Ｒ₁₀が電流制限円ＡＭの内側に存在しない範囲では、「最大トルク／磁束制御」の適用は不可能である。

ここで、点Ｐ₅₄での運転（Ｉdq＝Ｉamでの「最大トルク／電流制御」）及び「最大トルク／磁束制御」ができない速度領域において、発生トルクが最大となるのは電流ベクトルを電流制限円ＡＭと定電圧制限楕円の交点Ｐ₅₅（ω＝ω₁₁の場合）やＰ₅₆（ω＝ω₁₂の場合）に制御したときであり、このときのｄ軸電流Ｉdbとｑ軸電流Ｉqbは以下の式（１５）、式（１６）により算出することができる。

この制御モードは、等価弱め界磁制御において、Ｉdqを制限電流Ｉamとした場合に相当し、ｄｑ軸電流の大きさＩとｄｑ誘起電圧Ｖoは常にＩ＝Ｉam、Ｖo＝Ｖomとなっている。

ここで、図１７（ａ）は、ｄｑ座標に、最大トルク／電流曲線Ｑ₂₀、最大トルク／磁束曲線Ｒ₂₀、電流制限円ＡＭ、定誘起電圧楕円Ｎ₂₀（ω＝ω₂₀），Ｎ₂₁（ω＝ω₂₁），Ｎ₂₂（ω＝ω₂₂）を示したものである。また、図１７（ｂ）は図１７（ａ）を縦軸をトルク（Ｔr）に設定し横軸を角速度（ω）に設定して表したものである。

Ψdmin＝Ψa−ＬdＩam≧０の場合、図１７（ａ）に示したように、最大トルク／磁束曲線Ｒ₂₀が電流制限円ＡＭの外側に存在するため、「最大トルク／磁束制御」を適用することができない。したがって、定電圧制限楕円Ｎ₂₂が電流制限円ＡＭと接する角速度ω₂₂で、電流ベクトル（Ｉd，Ｉq）は点Ｐc（Ｉd＝−Ｉam，Ｉq＝０）に到達して電動機１の出力トルクが０となる（出力限界）。出力限界となる角速度ω_c（図１７（ａ）ではω₂₂は以下の式（１７）、式（１８）で算出することができる。

［第２の等価弱め界磁制御］次に、図１８（ａ）は図１７（ａ）と同様に、ｄｑ座標に、最大トルク／電流曲線Ｑ₃₀、最大トルク／磁束曲線Ｒ₃₀、電流制限円ＡＭ、定誘起電圧楕円Ｎ₃₀（ω＝ω₃₀），Ｎ₃₁（ω＝ω₃₁）を示したものである。また、図１８（ｂ）は図１８（ａ）を縦軸をトルク（Ｔr）に設定し横軸を角速度（ω）に設定して表したものである。

Ψ_dmin＝Ψa−ＬdＩam＜０の場合、図１８（ａ）に示したように、最大トルク／磁束曲線Ｒ₃₀が電流制限円ＡＭの内側に存在するため、高速領域で「最大トルク／磁束制御」に移行することができる。ここで、制限電流Ｉamによる制限がなく制限電圧Ｖomによる制限のみを考慮して最大のトルク出力を得るには、「最大トルク／磁束制御」を適用すればよい。このときの電流ベクトル（Ｉd，Ｉq）は、最大トルク／磁束曲線Ｒ₃₀と定誘起電圧楕円Ｎ₃₁の交点として、以下の式（１９）〜式（２１）による角速度ωの関数により算出することができる。

この場合、算出される電流ベクトル（Ｉd，Ｉq）＝（Ｉdc，Ｉqc）は、図１８（ａ）の最大トルク／磁束曲線Ｒ₃₀上を速度の上昇に従って点Ｍに向かって移動する。Ψ_dmin＝Ψa−ＬdＩam＜０の場合には図２１（ａ）に示したように、点Ｍが電流制限円ＡＭの内側にあるため、定電圧制限楕円Ｎ₃₁が最大トルク／磁束曲線Ｒと電流制限円ＡＭとの交点Ｐdに交わる速度ω_d（＝ω₃₁）以上の高速領域で、最大トルク／磁極曲線と電圧制限楕円Ｎ₃₁の交点に電流ベクトルを制御することで最大出力を得ることができる。この制御モードでは、ＩdqとＶdqは、Ｉdq＜Ｉam、Ｖo＝Ｖomとなっている。

図１８（ｂ）は図１８（ａ）を縦軸をトルク（Ｔr）に設定し横軸を角速度（ω）に設定して表したものであり、図１７（ｂ）に対して算出可能な電流ベクトル（Ｉd，Ｉq）の範囲が拡大されている。

以上の説明に基き、図５のＳＴＥＰ５における電流指令算出部５０による電流指令値（ｄ軸電流の指令値Ｉd_c_及びｑ軸電流の指令値Ｉq_c）の設定処理について、図１９〜図２１に示したフローチャートに従って説明する。

電流指令算出部５０は、図１９のＳＴＥＰ２０で、直流電源の出力電圧Ｖdcから制限電圧Ｖomを算出し、微分器７１（図１参照）により算出される電動機１の回転数Ｎmから電動機１の角速度ωを算出し、Ｋe指令算出部９０により算出された最適Ｋeであるときの鎖交磁束Ψaを算出する。

そして、続くＳＴＥＰ２１で、上記式（１）〜式（３）にトルク指令Ｔr_cとＳＴＥＰ２０で算出した鎖交磁束Ψaを代入して、第１のｄｑ電流設定（Ｉd1，Ｉq1）を算出する。また、ＳＴＥＰ２２で上記式（６）の（Ｉd，Ｉq）＝（Ｉd1，Ｉq1）として、ｄｑ誘起電圧Ｖo（本発明のｄｑ判定電圧に相当する）を算出する。

次のＳＴＥＰ２３で、電流指令算出部５０は、ｄｑ誘起電圧Ｖoが制限電圧Ｖom以下であるか否かを判断し、ｄｑ誘起電圧Ｖoが制限電圧Ｖom以下であるときはＳＴＥＰ２４に進み、ｄｑ誘起電圧Ｖoが制限電圧Ｖomよりも高いときは図２０のＳＴＥＰ４０に分岐する。また、続くＳＴＥＰ２４で第１のｄｑ電流設定によるｄｑ軸電流の大きさ（√（Ｉd1²＋Ｉq1²）が制限電流Ｉam以下であるか否かを判断し、該ｄｑ軸電流の大きさが制限電流Ｉam以下であるときはＳＴＥＰ２５に進み、該ｄｑ軸電流の大きさが制限電流Ｉamよりも大きいときにはＳＴＥＰ３０に分岐する。

ＳＴＥＰ２５に進んだ場合は、制限電圧Ｖom及び制限電流Ｉamによる制約を受けない作動条件であるので、「最大トルク／電流制御」の実行が可能である。そのため、ＳＴＥＰ２５で、電流指令算出部５０は、ＳＴＥＰ２１で算出した第１のｄｑ電流設定（Ｉd1，Ｉq1）をｄ軸電流及びｑ軸電流の指令値（Ｉd_c，Ｉq_c）とする。そして、ＳＴＥＰ２６に進み、電流指令算出部５０は電流指令値の算出処理を終了する。

また、ＳＴＥＰ３０に分岐した場合は、制限電流Ｖomの制約は受けないが制限電流Ｉamによる制約を受ける作動条件である。そこで、ＳＴＥＰ３０で、電流政令算出部５０は、上記式（１１）及び式（１２）により、「最大トルク／電流制御」により制限電流Ｉamで出力トルクが最大となる第２のｄｑ電流設定（Ｉd2，Ｉq2）を算出する。そして、ＳＴＥＰ３１で、電流指令算出部５０は、ＳＴＥＰ３０で算出した第２のｄｑ電流設定（Ｉd2，Ｉq2）をｄ軸電流の指令値（Ｉd_c，Ｉq_c）に設定し、ＳＴＥＰ２６に進んで電流指令値の算出処理を終了する。

次に、図２０のＳＴＥＰ４０で、電流指令算出部５０は、上記式（９），式（１０）による第３のｄｑ電流設定（Ｉd3，Ｉq3）の算出が可能か否かを、以下の式（２２）が成立するか否かにより判断する。

そして、上記式（２２）の条件が成立するときはＳＴＥＰ４１に進み、上記式（２２）の条件が成立しないときには図２１のＳＴＥＰ７０に分岐する。

ＳＴＥＰ４１で、電流指令算出部５０は、上記式（９）又は式（１０）により制限電圧Ｖomの下で出力トルクが最大となる第３のｄｑ電流設定（Ｉd3，Ｉq2）を算出し、続くＳＴＥＰ４２で、第３のｄｑ電流設定によるｄｑ軸電流の大きさ（√（Ｉd3²＋Ｉq3²）、本発明の第２のｄｑ判定電流に相当する）が制限電流Ｉam以下であるか否かを判断する。

そして、第３のｄｑ電流設定によるｄｑ軸電流の大きさ（√（Ｉd3²＋Ｉq3²））が制限電流Ｉam以下であったときは、ＳＴＥＰ４３に進み、第３のｄｑ電流設定（Ｉd3，Ｉq3）を電流指令値（Ｉd_c，Ｉq_c）に設定して、図１９のＳＴＥＰ２６に進み、電流指令値の設定処理を終了する。

一方、ＳＴＥＰ４２で第３のｄｑ電流設定によるｄｑ軸電流の大きさ（√（Ｉd3²＋Ｉq3²））が制限電流Ｉamよりも大きかったときにはＳＴＥＰ５０に分岐する。この場合は、制限電圧Ｖomと制限電流Ｉamの制約を受ける作動条件となる。ＳＴＥＰ５０で、電流指令算出部５０は、上記式（１５），式（１６）による第４のｄｑ電流設定の算出が可能か否かを、以下の式（２３）の条件が成立するかによって判断する。

そして、上記式（２３）の条件が成立するときはＳＴＥＰ５１に進み、上記式（２３）の条件が成立しないときにはＳＴＥＰ６０に分岐する。

ＳＴＥＰ５１で、電流指令算出部５０は、上記式（１５）及び式（１６）により電流制限円と定誘起電圧楕円の交点である第４のｄｑ電流設定（Ｉd4，Ｉq4）を算出する。そして、続くＳＴＥＰ５２で、該第４のｄｑ電流設定（Ｉd4，Ｉq4）を電流指令値（Ｉd_c，Ｉq_c）に設定して図１９のＳＴＥＰ２６に進み、電流指令値の設定処理を終了する。

また、ＳＴＥＰ６０で、電流指令算出部５０は、以下の式（２４），式（２５）により電流指令値（Ｉd_c，Ｉq_c）に設定して図１９のＳＴＥＰ２６に進み、電流指令値の設定処理を終了する。

また、図２１のＳＴＥＰ７０に分岐した場合は、ｄｑ誘起電圧Ｖoが制限電圧Ｖomよりも高く、且つ、上記式（９），式（１０）による第３のｄｑ電流設定（Ｉd3，Ｉq3）の算出が不能な作動条件となっている。この場合、電流指令算出部５０は、最大トルク／磁束曲線と定誘起電圧楕円の交点のｄ軸電流及びｑ軸電流である第５のｄｑ電流設定（Ｉd5，Ｉq5）を、上記式（１９）〜式（２１）によって算出する。

続くＳＴＥＰ７１で、電流指令算出部５０は、第５のｄｑ電流設定（Ｉd5，Ｉq5）におけるｄｑ軸電流の大きさ（√（Ｉd5²＋Ｉq5²））が制限電流Ｉam以下であるか否かを判断する。そして、第５のｄｑ電流設定（Ｉd5，Ｉq5）におけるｄｑ軸電流の大きさ（√（Ｉd5²＋Ｉq5²））が制限電流Ｉam以下であったときは、ＳＴＥＰ７２進む。そして、電流指令算出部５０は第５のｄｑ電流設定（Ｉd5，Ｉq5）を電流指令値（Ｉd_c，Ｉq_c）に設定して図１９のＳＴＥＰ２６に進み、電流指令値の設定処理を終了する。

一方、ＳＴＥＰ７１で第５のｄｑ電流設定によるｄｑ軸電流の大きさ（√（Ｉd5²＋Ｉq5²））が制限電流Ｉamよりも大きかったときには、図２０のＳＴＥＰ５０に分岐し、電流指令算出部５０は、上述したＳＴＥＰ５０〜ＳＴＥＰ５２又はＳＴＥＰ５０，ＳＴＥＰ６０〜ＳＴＥＰ６１の処理により電流指令値（Ｉd_c，Ｉq_c）を設定する。

なお、本実施の形態では、図５のフローチャートにより、ＳＴＥＰ１〜ＳＴＥＰ４によって最適Ｋeに応じたロータ位相差の制御を行った後に、ＳＴＥＰ５で最適Ｋeに基いて電流指令値（Ｉd_c，Ｉq_c）を設定したが、ＳＴＥＰ５の処理を行わない場合にも本発明の効果を得ることができる。

また、本実施の形態では、図１９〜図２１のフローチャートにより、第１のｄｑ電流設定、第２のｄｑ電流設定、第３のｄｑ電流設定、第４のｄｑ電流設定、及び第５のｄｑ電流設定により、電流指令値（Ｉd_c，Ｉq_c）を算出したが、第１のｄｑ電流設定のみ、第１のｄｑ電流設定と第２の電流設定のみ、第３のｄｑ電流設定のみ、第３のｄｑ電流設定と第４の電流設定のみ、第４のｄｑ電流設定のみ、第４のｄｑ電流設定と第５の電流設定のみのうちのいずれかによって、電流指令値（Ｉd_c，Ｉq_c）を算出する場合にも本発明の効果を得ることができる。

また、本実施の形態では、図１に示したように、位相検出器２６によりロータ位相差を検出し、ロータ位相差の検出値θd_sから誘起電圧定数の検出値Ｋe_sを算出したが、ｄ軸電圧の指令値Ｖd_c、ｑ軸電圧の指令値Ｖq_c、ｄ軸電流の検出値Ｉd_s、及びｑ軸電流の検出値Ｉq_sから、誘起電圧定数Ｋeを推定する構成としてもよい。

本発明の電動機の制御装置の制御ブロック図。 図１に示した２重ロータを備えた電動機の構成図。 外側ロータと内側ロータの位相差を変更することによる効果の説明図。 外側ロータと内側ロータの位相差を変更することによる効果の説明図。 電動機の制御装置の全体的な動作を示すフローチャート。 ロータ位相差を変更することによる電動機の制御可能範囲の拡大効果の説明図。 ロータ位相差を変更することによる電動機の制御可能範囲の拡大効果の説明図。 ロータ位相差を変更することによる電動機の制御可能範囲の拡大効果の説明図。 最適な誘起電圧定数を決定するためのマップの作成手順の説明図。 最適な誘起電圧定数を決定するためのマップの作成手順の説明図。 最適な誘起電圧定数を決定するためのマップの作成手順の説明図。 最適な誘起電圧定数を算出する処理のフローチャート。 誘起電圧定数をロータ位相差に変換するマップの説明図。 最適な電流指令値を決定する方法の説明図。 最適な電流指令値を決定する方法の説明図。 最適な電流指令値を決定する方法の説明図。 最適な電流指令値を決定する方法の説明図。 最適な電流指令値を決定する方法の説明図。 最適な電流指令値を設定する処理のフローチャート。 最適な電流指令値を設定する処理のフローチャート。 最適な電流指令値を設定する処理のフローチャート。 駆動側と回生側における界磁弱め制御の必要性の説明図。

符号の説明

１…電動機、２…電動機の回転軸、１０…ステータ、１１…内側ロータ、１１ａ，１１ｂ…永久磁石、１２…外側ロータ、１２ａ，１２ｂ…永久磁石、２５…アクチュエータ、５０…電流指令算出部、８０…位相差制御部、９０…Ｋe指令算出部、９２…Ｋe算出部

Claims (8)

1. 永久磁石による界磁を複数個有する第１ロータ及び第２ロータを、回転軸の周囲に同心円状に配置した永久磁石界磁型の回転電動機の作動を制御する電動機の制御装置であって、
   前記第１ロータと前記第２ロータとの位相差であるロータ位相差を変更するロータ位相差変更手段と、
   直流電源から供給される直流電圧を多相交流電圧に変換して前記電動機の電機子に印加するインバータと、
   所定のトルク指令に応じて、前記インバータを介して前記電動機の各相の電機子に流れる電流のベクトル和である相電流を制御する通電制御手段とを備えた電動機の制御装置において、
   前記電動機の回転数を検出する回転数検出手段と、
   前記直流電源の出力電圧と、前記電動機の回転数と、前記トルク指令とに基いて、前記トルク指令に応じたトルクを得るために必要となる前記相電流の大きさが最小となるように、前記ロータ位相差変更手段により前記ロータ位相差を変更するロータ位相差制御手段とを備えたことを特徴とする電動機の制御装置。
2. 前記ロータ位相差制御手段は、予め設定された、前記インバータに供給される直流電圧と前記電動機の回転数と前記電動機のトルクとに対して、前記電動機の相電流が最小となる誘起電圧定数を決定する相関マップに、前記直流電源の出力電圧と前記回転数検出手段により検出された前記電動機の回転数と前記トルク指令とを適用して、対応する誘起電圧定数を取得し、該取得した誘起電圧定数に応じて前記電動機のロータ位相差を変更することを特徴とする請求項１記載の電動機の制御装置。
3. 前記電動機を、界磁の磁束方向であるｄ軸上にあるｄ軸電機子とｄ軸と直交するｑ軸上にあるｑ軸電機子とを有する等価回路に変換して扱い、
   前記通電制御手段は、ｄ軸電機子に流れる電流であるｄ軸電流の実際値と指令値との差を減少させ、また、ｑ軸電機子に流れる電流であるｑ軸電流の実際値と指令値との差を減少させるように前記通電制御を行い、
   前記ロータ位相差に応じた前記電動機の誘起電圧定数に基いて、前記トルク指令に応じたトルクが得られるｄ軸電流とｑ軸電流の組み合わせのうち、ｄ軸電流とｑ軸電流のベクトル和であるｄｑ軸電流の大きさが最小となる組み合わせを、第１のｄｑ電流設定として決定し、該第１のｄｑ電流設定によるｄ軸電流とｑ軸電流を供給したときにｄ軸電機子に生じる誘起電圧とｑ軸電機子に生じる誘起電圧を、前記ロータ位相差に応じた前記電動機の誘起電圧定数と前記電動機の回転数に基いて推定して、
   該推定したｄ軸電機子に生じる誘起電圧とｑ軸電機子に生じる誘起電圧とのベクトル和であるｄｑ判定電圧が、前記直流電源の出力電圧に応じて設定された制限電圧以下となり、且つ、該第１のｄｑ電流設定によるｄｑ軸電流の大きさである第１のｄｑ判定電流が所定の制限電流以下となるときに、該第１のｄｑ電流設定によるｄ軸電流をｄ軸電流の指令値とすると共に該第１のｄｑ電流設定によるｑ軸電流をｑ軸電流の指令値とする電流指令設定手段を備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の電動機の制御装置。
4. 前記電流指令設定手段は、前記ｄｑ判定電圧が前記制限電圧以下となり、且つ、前記第１のｄｑ判定電流が前記制限電流よりも大きくなるときは、ｄｑ軸電流の大きさが前記制限電流となり、且つ、前記電動機のトルクが最大となるｄ軸電流とｑ軸電流の組み合わせを第２のｄｑ電流設定として決定し、該第２のｄｑ電流設定によるｄ軸電流をｄ軸電流の指令値とすると共に該第２のｄｑ電流設定によるｑ軸電流をｑ軸電流の指令値とすることを特徴とする請求項３記載の電動機の制御装置。
5. 前記電動機を、界磁の磁束方向であるｄ軸上にあるｄ軸電機子とｄ軸と直交するｑ軸上にあるｑ軸電機子とを有する等価回路に変換して扱い、
   前記通電制御手段は、ｄ軸電機子に流れる電流であるｄ軸電流の実際値と指令値との差を減少させ、また、ｑ軸電機子に流れる電流であるｑ軸電流の実際値と指令値との差を減少させるように前記通電制御を行い、
   前記ロータ位相差に応じた前記電動機の誘起電圧定数に基いて、前記トルク指令に応じたトルクが得られるｄ軸電流とｑ軸電流の組み合わせのうち、ｄ軸電流とｑ軸電流のベクトル和であるｄｑ軸電流の大きさが最小となる組み合わせを、第１のｄｑ電流設定として決定し、該第１のｄｑ電流設定によるｄ軸電流とｑ軸電流を供給したときにｄ軸電機子に生じる誘起電圧とｑ軸電機子に生じる誘起電圧を、前記ロータ位相差に応じた前記電動機の誘起電圧定数と前記電動機の回転数に基いて推定して、
   該推定したｄ軸電機子に生じる誘起電圧とｑ軸電機子に生じる誘起電圧とのベクトル和であるｄｑ判定電圧が、前記直流電源の出力電圧に応じて設定された制限電圧よりも高くなり、且つ、ｄ軸電機子に生じる誘起電圧とｑ軸電機子に生じる誘起電圧とのベクトル和であるｄｑ誘起電圧が前記制限電圧であるときに前記電動機のトルクが最大となるｄ軸電流とｑ軸電流の組み合わせである第３のｄｑ電流設定の算出が可能であるときは、該第３のｄｑ電流設定によるｄｑ軸電流の大きさである第２のｄｑ判定電流が所定の制限電流以下であるか否かを判断し、該第２のｄｑ判定電流が該制限電流以下であったときは、該第３のｄｑ電流設定によるｄ軸電流をｄ軸電流の指令値とすると共に該第３のｄｑ電流設定によるｑ軸電流をｑ軸電流の指令値とする電流指令設定手段を備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の電動機の制御装置。
6. 前記電流指令設定手段は、前記第２のｄｑ判定電流が前記制限電流以下であるか否かを判断したときに、前記第２のｄｑ判定電流が前記制限電流よりも大きくなるときには、ｄｑ軸電流の大きさが前記制限電流となり、且つ、ｄｑ誘起電圧が前記制限電圧となるｄ軸電流とｑ軸電流の組み合わせである第４のｄｑ電流設定の算出が可能であるか否かを判断し、該第４のｄｑ電流設定の算出が可能であるときには、該第４のｄｑ電流設定によるｄ軸電流をｄ軸電流の指令値とすると共に該第４のｄｑ電流設定によるｑ軸電流をｑ軸電流の指令値とすることを特徴とする請求項５記載の電動機の制御装置。
7. 前記電動機を、界磁の磁束方向であるｄ軸上にあるｄ軸電機子とｄ軸と直交するｑ軸上にあるｑ軸電機子とを有する等価回路に変換して扱い、
   前記通電制御手段は、ｄ軸電機子に流れる電流であるｄ軸電流の実際値と指令値との差を減少させ、また、ｑ軸電機子に流れる電流であるｑ軸電流の実際値と指令値との差を減少させるように前記通電制御を行い、
   前記ロータ位相差に応じた前記電動機の誘起電圧定数に基いて、前記トルク指令に応じたトルクが得られるｄ軸電流とｑ軸電流の組み合わせのうち、ｄ軸電流とｑ軸電流のベクトル和であるｄｑ軸電流の大きさが最小となる組み合わせを、第１のｄｑ電流設定として決定し、該第１のｄｑ電流設定によるｄ軸電流とｑ軸電流を供給したときにｄ軸電機子に生じる誘起電圧とｑ軸電機子に生じる誘起電圧を、前記ロータ位相差に応じた前記電動機の誘起電圧定数と前記電動機の回転数に基いて推定して、
   該推定したｄ軸電機子に生じる誘起電圧とｑ軸電機子に生じる誘起電圧とのベクトル和であるｄｑ判定電圧が、前記直流電源の出力電圧に応じて設定された制限電圧よりも高くなり、且つ、ｄ軸電機子に生じる誘起電圧とｑ軸電機子に生じる誘起電圧とのベクトル和であるｄｑ誘起電圧が前記制限電圧であるときに前記電動機のトルクが最大となるｄ軸電流とｑ軸電流の組み合わせである第３のｄｑ電流設定の算出が不能であるときは、前記電動機の誘起電圧定数に対して前記電動機のトルクが最大になり、且つ、前記ｄｑ誘起電圧が前記制限電圧となるｄ軸電流とｑ軸電流の組み合わせである第５のｄｑ電流設定を算出し、
   該第５のｄｑ電流設定によるｄｑ軸電流の大きさである第３の判定電流が前記制限電流以下であるか否かを判断して、該第３の判定電流が前記制限電流以下であるときは、該第５のｄｑ電流設定によるｄ軸電流をｄ軸電流の指令値とすると共に該第５のｄｑ電流設定によるｑ軸電流をｑ軸電流の指令値とする電流指令設定手段を備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の電動機の制御装置。
8. 前記電流指令設定手段は、前記第３のｄｑ判定電流が前記制限電流以下であるか否かを判断したときに、前記第３のｄｑ判定電流が前記制限電流よりも大きくなるときには、ｄｑ軸電流の大きさが前記制限電流となり、且つ、ｄｑ誘起電圧が前記制限電圧となるｄ軸電流とｑ軸電流の組み合わせである第４のｄｑ電流設定の算出が可能であるか否かを判断し、該第４のｄｑ電流設定の算出が可能であるときには、該第４のｄｑ電流設定によるｄ軸電流をｄ軸電流の指令値とすると共に該第４のｄｑ電流設定によるｑ軸電流をｑ軸電流の指令値とすることを特徴とする請求項７記載の電動機の制御装置。

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