JP2012223022A - モータドライブ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 インバータの直流電圧の制御精度を向上させたモータドライブ装置を提供することにある。
【解決手段】 可変磁力メモリモータドライブ装置１であって、可変磁力メモリモータ２の可変磁石を磁化する磁化電流を流すために、インバータ４の入力電圧Ｖｄｃを昇圧する場合、電流遮断回路７により平滑コンデンサ６から直流電源５に流れる電流を遮断して入力電圧Ｖｄｃを昇圧し、電流遮断回路７により平滑コンデンサ６を放電させて、入力電圧Ｖｄｃを直流電圧目標値ＶｄｃＴになるように制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明の実施形態は、磁束を変化させることのできる可変磁石を用いたモータを駆動するモータドライブ装置に関する。

近年、低保磁力の永久磁石（可変磁石）に磁化電流を流して磁化することにより、磁束を変化させることのできる可変磁力メモリモータを使用するモータドライブ装置が提案されている。

このようなモータドライブ装置において、インバータから磁化電流を出力するとき、インバータの直流電圧には、通常時よりも高い電圧が必要とされる場合がある。

そこで、直流電源とインバータの直流側との間に、直流チョッパなどの変換装置を設けることがある。

特開平０７−３３６９８０号公報

しかしながら、インバータの直流側に上述のような変換装置を設けても、インバータの直流電圧を所望の電圧値に制御するのは容易ではない。

そこで、本発明の実施形態の目的は、インバータの直流電圧の制御精度を向上させたモータドライブ装置を提供することにある。

本発明の観点に従ったモータドライブ装置は、磁束を変化させるために磁化する永久磁石を備えたモータと、コンデンサを介して直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換して、前記モータを駆動するためのインバータと、前記インバータから前記永久磁石を磁化するための磁化電流を出力させる磁化電流出力手段と、前記コンデンサから前記直流電源に流れる電流を遮断する電流遮断手段と、前記磁化電流出力手段により前記インバータから前記磁化電流を出力するために、前記電流遮断手段による遮断をして、前記インバータを制御することにより前記インバータの直流側に印加される直流電圧を昇圧する昇圧手段と、前記コンデンサを放電させることにより、前記昇圧手段により昇圧された前記直流電圧を制御する直流電圧制御手段とを備えている。

本発明の第１の実施形態に係る可変磁力メモリモータドライブ装置の構成を示すブロック図。 第１の実施形態に係る磁束管理部の構成を示すブロック図。 第１の実施形態に係るインバータにおける磁化に必要な直流電圧の領域を示す領域図。 第１の実施形態に係る磁化電流指令演算部における磁化電流目標値を求めるためのグラフ図。 第１の実施形態に係る制御部における直流電圧を昇圧する場合の直流電圧の推移を示すグラフ図。 第１の実施形態に係る制御部における直流電圧を昇圧する場合の磁石磁束の推移を示すグラフ図。 第１の実施形態に係る制御部における直流電圧を昇圧する場合のＤ軸電流の推移を示すグラフ図。 第１の実施形態に係る制御部における直流電圧を昇圧する場合のＱ軸電流の推移を示すグラフ図。 第１の実施形態に係る制御部における直流電圧を昇圧する場合の磁化モードの状態の推移を示すグラフ図。 第１の実施形態に係る制御部における直流電圧を昇圧する場合の電流遮断回路ゲート指令の推移を示すグラフ図。 第１の実施形態に係る制御部における直流電圧を昇圧する場合の直流電圧制御フラグの推移を示すグラフ図。 第１の実施形態に係る制御部における直流電圧を昇圧する場合の磁化要求フラグの推移を示すグラフ図。 第１の実施形態に係る制御部における直流電圧を昇圧する場合の昇圧要求フラグの推移を示すグラフ図。 第１の実施形態に係る制御部における直流電圧を昇圧しない場合の直流電圧の推移を示すグラフ図。 第１の実施形態に係る制御部における直流電圧を昇圧しない場合の磁石磁束の推移を示すグラフ図。 第１の実施形態に係る制御部における直流電圧を昇圧しない場合のＤ軸電流の推移を示すグラフ図。 第１の実施形態に係る制御部における直流電圧を昇圧しない場合のＱ軸電流の推移を示すグラフ図。 第１の実施形態に係る制御部における直流電圧を昇圧しない場合の磁化モードの状態の推移を示すグラフ図。 第１の実施形態に係る制御部における直流電圧を昇圧しない場合の電流遮断回路ゲート指令の推移を示すグラフ図。 第１の実施形態に係る制御部における直流電圧を昇圧しない場合の直流電圧制御フラグの推移を示すグラフ図。 第１の実施形態に係る制御部における直流電圧を昇圧しない場合の磁化要求フラグの推移を示すグラフ図。 第１の実施形態に係る制御部における直流電圧を昇圧しない場合の昇圧要求フラグの推移を示すグラフ図。 本発明の第２の実施形態に係る可変磁力メモリモータドライブ装置の構成を示すブロック図。 第２の実施形態に係る電流遮断回路制御部により生成される電流遮断回路ゲート指令の推移を示すグラフ図。 第２の実施形態に係る放電制御部により生成される放電回路ゲート指令の推移を示すグラフ図。

以下図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る可変磁力メモリモータドライブ装置１の構成を示すブロック図である。なお、以降の図における同一部分には同一符号を付してその詳しい説明を省略し、異なる部分について主に述べる。以降の実施形態も同様にして重複する説明を省略する。

可変磁力メモリモータドライブ装置１は、可変磁力メモリモータ２と、回転数検出センサ３と、インバータ４と、直流電源５と、平滑コンデンサ（フィルタコンデンサ）６と、電流遮断回路７と、交流電流検出器８Ｕ，８Ｗと、直流電圧検出器９、制御部１０とを備えている。

直流電源５の正極側は、電流遮断回路７を介して、インバータ４の入力側（直流側）と接続されている。直流電源５の負極側は、インバータ４の入力側（直流側）と接続されている。可変磁力メモリモータ２は、インバータ４の出力側（交流側）と接続されている。平滑コンデンサ６は、インバータ４の直流側に設けられている。平滑コンデンサ６の２つの端子は、それぞれ直流の正極と負極とに接続されている。

可変磁力メモリモータ２は、磁束を変化させることのできる永久磁石同期電動機である。可変磁力メモリモータ２の回転子には、回転子鉄心に固定磁石及び可変磁石が組み込まれている。固定磁石は、磁束密度（磁束量）を変化させずに用いる永久磁石である。可変磁石は、磁束密度（磁束量）を変化させる永久磁石である。可変磁石には、低保磁力の磁性体を用いている。インバータ４から可変磁力メモリモータ２に瞬時に大きな磁化電流を流すことにより、可変磁石を増磁又は減磁する。可変磁力メモリモータ２の磁束は、固定磁石と可変磁石のそれぞれの磁束の総和である。従って、可変磁石の磁束を変化させる（可変磁石を磁化する）ことにより、可変磁力メモリモータ２の磁束が増磁又は減磁をする。

回転数検出センサ３は、可変磁力メモリモータ２の回転子の回転数Ｎｒを検出する。回転数検出センサ３は、検出した回転数Ｎｒを、制御部１０に出力する。回転数検出センサ３は、例えばレゾルバである。

インバータ４は、直流電源５から供給された直流電力を三相交流電力に変換する。インバータ４は、変換した交流電力を可変磁力メモリモータ２に供給する。インバータ４は、可変磁力メモリモータ２に交流電力を出力することで、可変磁力メモリモータ２を駆動する。

交流電流検出器８Ｕは、インバータ４から出力されるＵ相電流Ｉｕを検出する。交流電流検出器８Ｕは、検出したＵ相電流Ｉｕを信号として、制御部１０に出力する。交流電流検出器８Ｗは、インバータ４から出力されるＷ相電流Ｉｗを検出する。交流電流検出器８Ｗは、検出したＷ相電流Ｉｗを、制御部１０に出力する。

直流電源５は、インバータ４に直流電力を供給するための電源である。直流電源５から出力された直流電力は、インバータ４に供給される。

電流遮断回路７は、スイッチング素子７１と、ダイオード７２と、リアクトル７３とを備えた回路である。ここで、リアクトル７３は、配線のインダクタンスとして設計されたものでもよい。ダイオード７２は、スイッチング素子７１と逆並列に接続されている。リアクトル７３は、スイッチング素子７１とダイオード７２とが逆並列に接続された回路と直列に接続されている。ダイオード７２のアノードは、直流電源５の正極に接続されている。ダイオード７２のカソードは、リアクトル７３の一端に接続されている。リアクトル７３の他方の一端は、インバータ４の正極に接続されている。

電流遮断回路７は、スイッチング素子７１がオンされると、インバータ４の直流側に印加される直流電圧Ｖｄｃを直流電源５の電圧Ｅｄｃと同電位にする。電流遮断回路７は、スイッチング素子７１がオフされると、インバータ４（又は、平滑コンデンサ６）から直流電源５への電流の流れを遮断する。従って、スイッチング素子７１がオフされれば、電流遮断回路７は、インバータ４の直流電圧Ｖｄｃが直流電源５の電圧Ｅｄｃより高くなっても、インバータ４から直流電源５へは電流を流さない。一方、直流電源５からインバータ４に流れる電流は、ダイオード７２を介して流れる。リアクトル７３は、直流電圧Ｖｄｃの急峻な変化を抑制するために設けられている。

平滑コンデンサ６は、インバータ４と直流電源５との間に印加される直流電圧Ｖｄｃを平滑するコンデンサである。直流電圧検出器９は、平滑コンデンサ６の直流電圧Ｖｄｃを検出する。直流電圧Ｖｄｃは、インバータ４の入力電圧でもある。直流電圧検出器９は、検出した直流電圧Ｖｄｃを制御部１０に出力する。

制御部１０は、ゲート信号ＳＧを出力して、インバータ４の出力を制御する。これにより、可変磁力メモリモータ２の駆動が制御される。制御部１０は、ゲート信号ＳＧｉを出力して、電流遮断回路７を制御する。これにより、電流遮断回路７のスイッチング素子７１がオン又はオフされる。

制御部１０は、磁化管理部２１と、磁束管理部２２と、通常時電流指令演算部２３と、磁化時電流指令演算部２４と、指令選択部２５と、電流制御部２６と、座標変換部２７と、ＰＷＭ回路２８と、電流遮断回路制御部２９と、放電制御部３０と、減算器ＳＵｄ，ＳＵｑとを備えている。

磁化管理部２１には、回転数検出センサ３により検出された回転数Ｎｒ、直流電圧検出器９により検出された直流電圧Ｖｄｃ及びトルク指令値ＴｍＲが入力される。

磁化管理部２１は、回転数Ｎｒ、トルク指令値ＴｍＲ及び直流電圧Ｖｄｃに基づいて、可変磁石の磁力を変化させる（磁化する）か否か判断する。磁化管理部２１は、磁化すると判断した場合、磁化要求フラグＦｒｑを立てる（磁化要求フラグＦｒｑ＝「Ｈ」）。この場合、磁化管理部２１は、磁化後の磁束目標値φＴを演算する。磁化管理部２１は、演算した磁束目標値φＴを磁束管理部２２に出力する。

磁化管理部２１は、磁化すると判断した場合、磁化するために直流電圧Ｖｄｃを昇圧する必要があるか否かを判断する。磁化管理部２１は、昇圧が必要と判断した場合、昇圧要求フラグＦｖｕｐを立てる（昇圧要求フラグＦｖｕｐ＝「Ｈ」）。この場合、磁化管理部２１は、昇圧後の目標値である直流電圧目標値ＶｄｃＴを演算する。磁化管理部２１は、昇圧要求フラグＦｖｕｐの状態及び演算した直流電圧目標値ＶｄｃＴを磁化時電流指令演算部２４の直流電圧指令演算部５３に出力する。磁化管理部２１は、直流電圧目標値ＶｄｃＴを放電制御部３０に出力する。

磁化管理部２１は、磁化を開始してから完了するまでの各段階を示す磁化モードＭＤを決定する。磁化管理部２１は、磁化モードＭＤを次のように決定する。

磁化管理部２１は、通常時（磁化していない時）は、磁化モードＭＤを「０」にする。

磁化管理部２１は、磁化要求フラグＦｒｑが立つと、磁化モードＭＤを「０」から「１」にする。

磁化管理部２１は、磁化モードＭＤを「１」にした後、所定時間経過すると、磁化モードＭＤを「１」から「２」にする。この所定時間は、直流電圧指令値ＶｄｃＲ（又は直流電圧Ｖｄｃ）が直流電圧目標値ＶｄｃＴに達するまでに必要な時間である。よって、磁化モードＭＤが「１」から「２」に変わるときは、インバータの入力電圧（直流電圧Ｖｄｃ）が直流電圧目標値ＶｄｃＴに達している状態である。換言すると、磁化モードＭＤが「２」であることは、インバータ４の入力電圧に、磁化電流を流すために必要な電圧が印加されていることを意味する。よって、磁化管理部２１は、直流電圧Ｖｄｃを昇圧しない場合（昇圧要求フラグＦｖｕｐを立てない場合）、磁化モードＭＤを「１」にした後、所定時間の経過を待たずに、磁化モードＭＤを「２」にする。または、磁化管理部２１は、磁化モードＭＤを「１」にせずに、磁化モードＭＤを「０」から直接「２」にしてもよい。

磁化管理部２１は、磁化電流指令値ＩｄＲｍｇが磁化電流目標値ＩｍｇＴに達すると、磁化モードＭＤを「２」から「３」にする。磁化時電流指令演算部２４は、磁化電流指令値ＩｄＲｍｇが磁化電流目標値ＩｍｇＴに達したことを、磁化管理部２１に通知する。即ち、磁化モードＭＤが「２」から「３」に変わるときは、磁化電流（Ｄ軸電流）Ｉｄが磁化電流目標値ＩｍｇＴに達している状態である。

ここで、ＤＱ軸座標について説明する。

ＤＱ軸上のＤ軸とは、磁石磁束方向の軸であり、磁気トルクに作用しない軸である。ＤＱ軸上のＱ軸とは、磁石磁束方向と直交する軸（Ｄ軸と直交する軸）であり、磁気トルクに作用する軸である。

磁化管理部２１は、磁化モードＭＤを「３」にした後、所定時間経過すると、磁化モードＭＤを「３」から「４」にする。この所定時間は、磁化電流Ｉｄが減少して、直流電源５の直流電圧Ｖｄｃの昇圧が不要となるまでに必要な時間である。よって、磁化管理部２１は、直流電圧Ｖｄｃを昇圧していない場合は、磁化モードＭＤを「３」にした後、所定時間の経過を待たずに、磁化モードＭＤを「４」にする。または、磁化管理部２１は、磁化モードＭＤを「３」にせずに、磁化モードＭＤを「２」から直接「４」にしてもよい。

磁化管理部２１は、磁化モードＭＤを「４」にした後、所定時間経過すると、磁化モードＭＤを「４」から「０」にする。この所定時間は、直流電圧指令値ＶｄｃＲ（又は直流電圧Ｖｄｃ）が直流電源５の電源電圧に達するまでに必要な時間である。又は、ＤＱ軸電流Ｉｄ，Ｉｑが通常時のＤＱ軸電流指令値ＩｄＲｎｒ，ＩｑＲｎｒに追従するまでに必要な時間である。即ち、磁化管理部２１は、磁化するための一連の処理が終了すると、磁化モードＭＤを「４」から「０」にする。

磁化管理部２１は、磁化モードＭＤを「０」にすると、磁化要求フラグＦｒｑ及び昇圧要求フラグＦｖｕｐをクリアする（「Ｌ」にする）。

磁化管理部２１は、昇圧要求フラグＦｖｕｐが「Ｈ」であり、かつ磁化モードＭＤが「１」〜「４」の間にある（「０」以外の）場合（又は、磁化要求フラグＦｒｑが「Ｈ」の場合）、直流電圧制御フラグＦｖｃを「Ｈ」にする。それ以外は、直流電圧制御フラグＦｖｃは、「Ｌ」である。よって、直流電圧制御フラグＦｖｃは、昇圧要求フラグＦｖｕｐと磁化要求フラグＦｒｑとの論理積で設定してもよい。磁化管理部２１は、直流電圧制御フラグＦｖｃの状態を電流遮断回路制御部２９に出力する。

磁化管理部２１は、磁化モードＭＤに基づいて、指令選択部２５の切替操作をする。磁化管理部２１は、直流電圧制御フラグＦｖｃに基づいて、磁化時電流指令演算部２４のトルク電流指令選択部５５の切替操作をする。磁化管理部２１は、磁化モードＭＤを、磁束管理部２２及び磁化時電流指令演算部２４に出力する。

図２は、本実施形態に係る磁束管理部２２の構成を示すブロック図である。

磁束管理部２２は、記憶指令部２２１と、記憶部２２２とを備えている。

磁束管理部２２には、磁化管理部２１から磁化モードＭＤ及び磁束目標値φＴが入力される。磁束管理部２２は、磁化管理部２１から入力された磁束目標値φＴを磁化時電流指令演算部２４の磁化電流指令演算部５１にそのまま出力する。

記憶指令部２２１には、磁化モードＭＤが入力される。記憶指令部２２１は、昇圧している場合は、磁化モードＭＤが「２」から「３」に変わると、記憶部２２２に記憶させるための信号を出力する。記憶指令部２２１は、昇圧していない場合は、磁化モードＭＤが「２」から「４」に変わると、記憶部２２２に記憶させるための指令信号を出力する。

記憶部２２２には、磁化管理部２１から磁束目標値φＴが入力される。記憶部２２２は、記憶指令部２２１から記憶させるための指令信号が入力されると、最新の磁束目標値φＴを現在の磁束値φＰとして、記憶する。磁束管理部２２は、記憶部２２２に記憶した現在の磁束値φＰを、通常時電流指令演算部２３、磁化時電流指令演算部２４の磁化電流指令演算部５１及びトルク電流指令演算部５２に出力する。

通常時電流指令演算部２３には、トルク指令値ＴｍＲ、及び磁束管理部２２から出力された現在の磁束値φＰが入力される。通常時電流指令演算部２３は、トルク指令値ＴｍＲ及び現在の磁束値φＰに基づいて、通常時のＤ軸電流指令値ＩｄＲｎｒ及び通常時のＱ軸電流指令値ＩｑＲｎｒを演算する。ここで、通常時とは、磁化時でない時である。通常時電流指令演算部２３は、演算した通常時のＤＱ軸電流指令値ＩｄＲｎｒ，ＩｑＲｎｒを指令選択部２５に出力する。通常時電流指令演算部２３は、演算した通常時のＤ軸電流指令値ＩｄＲｎｒを磁化時電流指令演算部２４の磁化電流指令演算部５１に出力する。

通常時のＤ軸電流指令値ＩｄＲｎｒは、通常時に可変磁力メモリモータ２に流すＤ軸電流（磁化電流）Ｉｄを制御するための指令値である。通常時のＱ軸電流指令値ＩｑＲｎｒは、通常時に可変磁力メモリモータ２に流すＱ軸電流（トルク電流）Ｉｑを制御するための指令値である。即ち、Ｑ軸電流指令値ＩｑＲｎｒは、可変磁力メモリモータ２のトルクを制御するための指令値である。

磁化時電流指令演算部２４には、トルク指令値ＴｍＲ、直流電圧検出器９により検出された直流電圧Ｖｄｃ、磁化管理部２１から出力された直流電圧目標値ＶｄｃＴ、磁化モードＭＤ、昇圧要求フラグＦｖｕｐの状態、及び直流電圧制御フラグＦｖｃの状態、磁束管理部２２から出力された磁束目標値φＴ及び現在の磁束値φＰ、及び通常時電流指令演算部２３により演算された通常時のＤ軸電流指令値ＩｄＲｎｒが入力される。

磁化時電流指令演算部２４は、トルク指令値ＴｍＲ、直流電圧Ｖｄｃ、磁化モードＭＤ、磁束目標値φＴ、現在の磁束値φＰ、通常時のＤ軸電流指令値ＩｄＲｎｒ、昇圧要求フラグＦｖｕｐの状態、及び直流電圧制御フラグＦｖｃの状態に基づいて、磁化時のＤ軸電流指令値（磁化電流指令値）ＩｄＲｍｇ及び磁化時のＱ軸電流指令値（トルク電流指令値）ＩｑＲｍｇを演算する。磁化時電流指令演算部２４は、演算した磁化時のＤＱ軸電流指令値ＩｄＲｍｇ，ＩｑＲｍｇを指令選択部２５に出力する。

磁化時のＤ軸電流指令値ＩｄＲｍｇは、磁化時に可変磁力メモリモータ２に流すＤ軸電流（磁化電流）Ｉｄを制御するための指令値である。即ち、磁化時のＤ軸電流指令値ＩｄＲｍｇは、可変磁力メモリモータ２の可変磁石を磁化するための磁化電流を制御するための指令値である。磁化時のＱ軸電流指令値ＩｑＲｍｇは、磁化時に可変磁力メモリモータ２に流すＱ軸電流（トルク電流）Ｉｑを制御するための指令値である。

次に、磁化時電流指令演算部２４の構成についてより詳細に説明する。

磁化時電流指令演算部２４は、磁化電流指令演算部５１と、トルク電流指令演算部５２と、直流電圧指令演算部５３と、直流電圧制御部５４と、トルク電流指令選択部５５と、減算器ＳＵ１とを備えている。

磁化電流指令演算部５１には、磁束目標値φＴ、現在の磁束値φＰ、磁化モードＭＤ、及び通常時のＤ軸電流指令値ＩｄＲｎｒが入力される。磁化電流指令演算部５１は、現在の磁束値（磁化前の磁束目標値）φＰ及び磁束目標値φＴに基づいて、磁化電流目標値ＩｍｇＴを演算する。磁化電流指令演算部５１は、この磁化電流目標値ＩｍｇＴに到達するように、磁化モードＭＤの各段階に応じた磁化電流指令値（磁化時のＤ軸電流指令値）ＩｄＲｍｇを演算する。磁化電流指令演算部５１は、演算した磁化電流指令値ＩｄＲｍｇを指令選択部２５及びトルク電流指令演算部５２に出力する。

次に、磁化電流指令演算部５１における磁化電流指令値ＩｄＲｍｇの算出方法について説明する。

磁化モードＭＤが「１」の場合、磁化電流指令演算部５１は、通常時電流指令演算部２３が算出した通常時のＤ軸電流指令値ＩｄＲｎｒを、磁化電流指令値ＩｄＲｍｇとする。

磁化モードＭＤが「２」の場合、磁化電流指令演算部５１は、磁化電流指令値ＩｄＲｍｇを磁化電流目標値ＩｍｇＴに向かって徐々に漸増（又は漸減）させる。

磁化モードＭＤが「３」又は「４」の場合、磁化電流指令演算部５１は、磁化電流指令値ＩｄＲｍｇを通常時のＤ軸電流指令値ＩｄＲｎｒに向かって徐々に漸減（又は漸増）させる。

トルク電流指令演算部５２には、トルク指令値ＴｍＲ、現在の磁束値φＰ、及び磁化電流指令値ＩｄＲｍｇが入力される。トルク電流指令演算部５２は、トルク指令値ＴｍＲ、現在の磁束値φＰ、及び磁化電流指令値ＩｄＲｍｇに基づいて、磁化中のトルク変動を抑制するようなトルク電流指令値（磁化時のＱ軸電流指令値）ＩｑＲｍｇ０を演算する。トルク電流指令演算部５２は、演算したトルク電流指令値ＩｑＲｍｇ０をトルク電流指令選択部５５に出力する。

直流電圧指令演算部５３には、直流電圧Ｖｄｃ、直流電圧目標値ＶｄｃＴ、磁化モードＭＤ、及び昇圧要求フラグＦｖｕｐの状態が入力される。直流電圧指令演算部５３は、直流電圧Ｖｄｃ、直流電圧目標値ＶｄｃＴ、磁化モードＭＤ、及び昇圧要求フラグＦｖｕｐの状態に基づいて、直流電圧指令値ＶｄｃＲを演算する。直流電圧指令値ＶｄｃＲは、直流電圧（インバータ４の入力電圧）Ｖｄｃを制御するための指令値である。直流電圧指令演算部５３は、演算した直流電圧指令値ＶｄｃＲを減算器ＳＵ１に出力する。

次に、直流電圧指令演算部５３における直流電圧指令値ＶｄｃＲの算出方法について説明する。

直流電圧指令演算部５３は、磁化モードが「０」の場合、直流電圧指令値ＶｄｃＲの初期値を、直流電圧検出器９により検出された（現在の）直流電圧Ｖｄｃに一致させておく。

直流電圧指令演算部５３は、昇圧要求フラグＦｖｕｐが「Ｈ」の場合、磁化モードＭＤに応じて、以下のように、直流電圧指令値ＶｄｃＲを演算する。

磁化モードＭＤが「１」の場合、直流電圧指令演算部５３は、直流電圧目標値ＶｄｃＴよりも少し高い電圧に向かって昇圧するように、直流電圧指令値ＶｄｃＲを漸増させる。直流電圧Ｖｄｃ（又は、直流電圧指令値ＶｄｃＲ）が直流電圧目標値ＶｄｃＴよりも少し高い電圧まで昇圧されると、磁化モードＭＤは、「１」から「２」になる。

磁化モードＭＤが「２」又は「３」の場合、直流電圧指令演算部５３は、直流電圧目標値ＶｄｃＴよりも少し高い電圧を維持するように、直流電圧指令値ＶｄｃＲを保持する。

磁化モードＭＤが「４」の場合、直流電圧指令演算部５３は、直流電圧指令値ＶｄｃＲを直流電源５の電源電圧に向かって漸減させる。

減算器ＳＵ１には、直流電圧Ｖｄｃ及び直流電圧指令演算部５３により演算された直流電圧指令値ＶｄｃＲが入力される。減算器ＳＵ１は、直流電圧指令値ＶｄｃＲから直流電圧Ｖｄｃを減算する。減算器ＳＵ１は、減算した値を直流電圧制御部５４に出力する。

直流電圧制御部５４には、減算器ＳＵ１により演算された差分が入力される。直流電圧制御部５４は、入力された差分に基いて、直流電圧Ｖｄｃが直流電圧指令値ＶｄｃＲに追従するように、トルク電流指令値（磁化時のＱ軸電流指令値）ＩｑＲＡＶＲを演算する。直流電圧Ｖｄｃが直流電圧指令値ＶｄｃＲに追従するように演算されたトルク電流指令値ＩｑＲＡＶＲは、条件によっては、力行運転中であっても、回生トルク電流指令（マイナスのトルク電流指令値ＩｑＲＡＶＲ）となる。直流電圧制御部５４は、演算したトルク電流指令値ＩｑＲＡＶＲをトルク電流指令選択部５５に出力する。

トルク電流指令選択部５５には、トルク電流指令演算部５２により演算されたトルク電流指令値ＩｑＲｍｇ０及び直流電圧制御部５４により演算されたトルク電流指令値ＩｑＲＡＶＲが入力される。トルク電流指令選択部５５は、入力されたトルク電流指令値ＩｑＲｍｇ０，ＩｑＲＡＶＲのうち選択されたいずれか一方のトルク電流指令値（磁化時のＱ軸電流指令値）ＩｑＲｍｇを指令選択部２５に出力する。

トルク電流指令選択部５５は、直流電圧制御フラグＦｖｃの状態に応じて、トルク電流指令値ＩｑＲｍｇを選択する。直流電圧制御フラグＦｖｃが「Ｈ」の場合、トルク電流指令選択部５５は、直流電圧制御部５４により演算されたトルク電流指令値ＩｑＲＡＶＲを選択する。直流電圧制御フラグＦｖｃが「Ｌ」の場合、トルク電流指令選択部５５は、トルク電流指令演算部５２により演算されたトルク電流指令値ＩｑＲｍｇ０を選択する。

指令選択部２５には、通常時電流指令演算部２３により演算された通常時のＤＱ軸電流指令値ＩｄＲｎｒ，ＩｑＲｎｒ及び磁化時電流指令演算部２４により演算された磁化時のＤＱ軸電流指令値ＩｄＲｍｇ，ＩｑＲｍｇが入力される。指令選択部２５は、入力された２組のＤＱ軸電流指令値ＩｄＲｎｒ，ＩｑＲｎｒ，ＩｄＲｍｇ，ＩｑＲｍｇのうち選択されたいずれか１組のＤＱ軸電流指令値ＩｄＲ，ＩｑＲを減算器ＳＵｄ，ＳＵｑに出力する。

指令選択部２５は、磁化モードＭＤに応じて、ＤＱ軸電流指令値ＩｄＲ，ＩｑＲを選択する。磁化モードＭＤが「０」の場合、指令選択部２５は、通常時のＤＱ軸電流指令値ＩｄＲｎｒ，ＩｑＲｎｒを選択する。磁化モードＭＤが「０」以外の場合、指令選択部２５は、磁化時のＤＱ軸電流指令値ＩｄＲｍｇ，ＩｑＲｍｇを選択する。

座標変換部２７は、交流電流検出器８Ｕ，８Ｗにより検出された相電流Ｉｕ，Ｉｗを、回転数検出センサ３により検出された回転数Ｎｒに基づいて、ＤＱ軸電流値Ｉｄ，Ｉｑに変換する。なお、三相交流電流のＶ相電流は、他の２つの相電流Ｉｕ，Ｉｗから演算される。座標変換部２７は、演算したＤＱ軸電流値Ｉｄ，Ｉｑを減算器ＳＵｄ，ＳＵｑに出力する。

減算器ＳＵｄには、指令選択部２５から出力されたＤ軸電流指令値ＩｄＲ及び座標変換部２７により演算されたＤ軸電流値Ｉｄが入力される。減算器ＳＵｄは、Ｄ軸電流指令値ＩｄＲからＤ軸電流値Ｉｄを減算する。減算器ＳＵｄは、減算したＤ軸電流の差分を電流制御部２６に出力する。

減算器ＳＵｑには、指令選択部２５から出力されたＱ軸電流指令値ＩｑＲ及び座標変換部２７により演算されたＱ軸電流値Ｉｑが入力される。減算器ＳＵｑは、Ｑ軸電流指令値ＩｑＲからＱ軸電流値Ｉｑを減算する。減算器ＳＵｑは、減算したＱ軸電流の差分を電流制御部２６に出力する。

電流制御部２６には、減算器ＳＵｄ，ＳＵｑにより演算されたＤＱ軸電流の差分及び回転数検出センサ３により検出された回転数Ｎｒが入力される。電流制御部２６は、インバータ４から出力されるＤＱ軸電流Ｉｄ，ＩｑをＤＱ軸電流指令値ＩｄＲ，ＩｑＲに追従させる制御をする。

電流制御部２６は、減算器ＳＵｄ，ＳＵｑにより演算されたＤＱ軸電流の差分及び回転数検出センサ３により検出された回転数Ｎｒに基づいて、三相交流電圧指令値ＶｕｖｗＲを演算する。三相交流電圧指令値ＶｕｖｗＲは、インバータ４の出力電圧である三相交流の各相の電圧を制御するための指令値である。電流制御部２６は、演算した三相交流電圧指令値ＶｕｖｗＲをＰＷＭ回路２８に出力する。

ＰＷＭ回路２８は、電流制御部２６により演算された三相交流電圧指令値ＶｕｖｗＲに基づいて、インバータ４をＰＷＭ(Pulse Width Modulation)制御するためのゲート信号ＳＧを生成する。ＰＷＭ回路２８は、生成したゲート信号ＳＧをインバータ４のゲート回路に出力する。これにより、インバータ４の出力が制御される。

放電制御部３０には、直流電圧Ｖｄｃ、直流電圧目標値ＶｄｃＴ、及び直流電圧制御フラグＦｖｃの状態が入力される。直流電圧制御フラグＦｖｃが「Ｈ」の場合、放電制御部３０は、直流電圧Ｖｄｃ及び直流電圧目標値ＶｄｃＴに基づいて、放電要求信号Ｓｄｃを生成する。放電制御部３０は、生成した放電要求信号Ｓｄｃを電流遮断回路制御部２９に出力する。放電要求信号Ｓｄｃは、電流遮断回路制御部２９に電流遮断回路７をオンさせるための信号である。放電制御部３０は、直流電圧Ｖｄｃが直流電圧目標値ＶｄｃＴを超えると、放電要求信号Ｓｄｃを出力する。電流遮断回路７がオンになると、インバータ４と直流電源５との間を流れる電流は相互に流れる。これにより、平滑コンデンサ６は、放電され、直流電源５側の直流電圧Ｅｄｃとインバータ４側の直流電圧Ｖｄｃは、同電位になる。よって、直流電圧Ｖｄｃの昇圧時では、電流遮断回路７をオンすることで、直流電圧Ｖｄｃが低下する。このようにして、放電制御部３０は、直流電圧Ｖｄｃが直流電圧目標値ＶｄｃＴを超えて昇圧されることを抑制する制御をする。

電流遮断回路制御部２９は、放電制御部３０から入力される放電要求信号Ｓｄｃ及び直流電圧制御フラグＦｖｃの状態に基づいて、電流遮断回路７に電流遮断回路ゲート指令ＳＧｉを出力する。これにより、電流遮断回路制御部２９は、電流遮断回路７を制御する。

直流電圧制御フラグＦｖｃが「Ｈ」の場合、電流遮断回路制御部２９は、原則として、電流遮断回路ゲート指令ＳＧｉをオフ指令にして、電流遮断回路７に出力する。これにより、電流遮断回路７のスイッチング素子７１はオフされる。これにより、磁化時にインバータ４側の直流電圧Ｖｄｃが昇圧されても、インバータ４側から直流電源５側に電流は流れない。従って、インバータ４の入力電圧Ｖｄｃを直流電源５の電源電圧Ｅｄｃよりも高く昇圧することができる。

但し、直流電圧制御フラグＦｖｃが「Ｈ」であっても、放電制御部３０から放電要求信号Ｓｄｃが入力されると、電流遮断回路制御部２９は、電流遮断回路ゲート指令ＳＧｉをオン指令にして、電流遮断回路７に出力する。これにより、電流遮断回路７のスイッチング素子７１はオンされる。従って、電流遮断回路制御部２９は、インバータ４の入力電圧Ｖｄｃが直流電圧目標値ＶｄｃＴを超える度に、電流遮断回路７をオンすることで、入力電圧Ｖｄｃが直流電圧目標値ＶｄｃＴになるように制御する。

直流電圧制御フラグＦｖｃが「Ｌ」の場合、電流遮断回路制御部２９は、電流遮断回路ゲート指令ＳＧｉをオン指令にして、電流遮断回路７に出力する。これにより、電流遮断回路７のスイッチング素子７１はオンされる。これにより、インバータ４と直流電源５との間を流れる電流は相互に流れる。従って、直流電源５側の直流電圧Ｅｄｃとインバータ４側の直流電圧Ｖｄｃは、同電位になる。

次に、磁化管理部２１において、磁化するために直流電圧Ｖｄｃを昇圧する必要があるか否かを判断する方法について説明する。

磁石磁束は、固定磁石の磁束と可変磁石の磁束とを合わせた総磁束である。Φを磁石磁束、ΦＦＩＸを固定磁石の磁束、ΦＶＡＬを可変磁石の磁束とすると、磁石磁束は、次式で表される。なお、ΦＶＡＬ（Ｉｄ）は、可変磁石の磁束を磁化電流Ｉｄにより変化させることができることを表している。

Φ＝ΦＦＩＸ＋ΦＶＡＬ（Ｉｄ） …式（１）
ΦＶＡＬは、ある正の磁束量をΦ０として、可変可能な磁束量の範囲を次のように定義することができる。

−Φ０＜＝ΦＶＡＬ＜＝Φ０ …式（２）
これを可変磁石の磁束率として正規化する。即ち、可変磁石の磁束率は、次のように表すことができる。

−１<＝可変磁石の磁束率＜＝１ …式（３）
磁石磁束Φは、固定磁石の磁束と可変磁石の磁束とを合わせた総磁束であることから、式（３）の可変磁石の磁束率は、次のように換算できる。

可変磁石の磁束率［ＰＵ］＝（Φ−ΦＦＩＸ）／Φ０ …式（４）
このとき、ＶｄをＤ軸電圧、ＶｑをＱ軸電圧、Ｒを巻線抵抗、ＬｄをＤ軸インダクタンス、ＬｑをＱ軸インダクタンスとすると、次式が成り立つ。

Ｖｄ＝Ｒ×Ｉｄ−ω×Ｌｑ×Ｉｑ＋Ｌｄ×ｄＩｄ／ｄｔ …式（５）
Ｖｑ＝Ｒ×Ｉｑ＋ω×Ｌｄ×Ｉｄ＋ω×Φ …式（６）
ここで、Ｖｄの右辺最終項は、Ｄ軸電流（磁化電流）を変化させるために必要な電圧項である。Ｑ軸電流も変化させるためには、同様な項がＶｑの右辺に必要である。

式（５）及び式（６）を用いて、必要なＤ軸電圧及びＱ軸電圧が求められる。

このようにして求められたＤ軸電圧及びＱ軸電圧を、インバータ４で出力するために必要なインバータ４の直流電圧Ｖｄｃは、図３に示す領域図を用いて求めることができる。

図３は、本実施形態に係るインバータ４における磁化に必要な直流電圧Ｖｄｃの領域を示す領域図である。横軸は、回転数［ＰＵ］を示している。縦軸は、可変磁石の磁束率［ＰＵ］を示している。

領域Ｄ１は、０〜１００［Ｖ］の直流電圧Ｖｄｃが必要な領域である。領域Ｄ２は、１００〜２００［Ｖ］の直流電圧Ｖｄｃが必要な領域である。領域Ｄ３は、２００〜３００［Ｖ］の直流電圧Ｖｄｃが必要な領域である。領域Ｄ４は、３００〜４００［Ｖ］の直流電圧Ｖｄｃが必要な領域である。領域Ｄ５は、４００〜５００［Ｖ］の直流電圧Ｖｄｃが必要な領域である。領域Ｄ６は、５００〜６００［Ｖ］の直流電圧Ｖｄｃが必要な領域である。

図３に示す領域図では、回転数Ｎｒが低いほど、直流電圧目標値ＶｄｃＴは低い。これは、回転数Ｎｒが低い場合、逆起電圧が小さいため、変調率（インバータ４の出力電圧）に余裕があるからである。また、磁束目標値φＴの絶対値が大きいほど、直流電圧目標値ＶｄｃＴは高い。さらに、増磁をする場合に比べて、減磁をする場合の方が、直流電圧目標値ＶｄｃＴは低い。これは、増磁をする場合に比べて、減磁をする場合の方が、磁気飽和が小さいため、必要とされる磁化電流Ｉｄが少ないからである。

即ち、回転数Ｎｒが低い場合や磁束目標値φＴが小さい場合などの変調率に余裕がある場合は、直流電圧Ｖｄｃは低くてよい。

ここでは、変調率は、次のように定義する。

変調率＝実際に出力しているＤＱ軸上のインバータ出力電圧／ＤＱ軸上で出力可能なインバータ出力電圧の最大値 …式（７）
ここで、ＤＱ軸上の出力電圧＝√（Ｄ軸電圧の２乗＋Ｑ軸電圧の２乗）である。

また、ＤＱ軸上で出力可能なインバータ出力電圧の最大値Ｖ１ｍａｘは、１パルスモードのときの出力電圧である。インバータ４への直流入力電圧をＶｄｃとすると、インバータ出力電圧の最大値Ｖ１ｍａｘは、次式を用いて求めることができる。

Ｖ１ｍａｘ＝Ｖｄｃ×√６／π …式（８）
図３に示す領域図において、磁化するための条件が、ある領域Ｄ１〜Ｄ６に属している場合、その領域の上限の電圧以上の直流入力電圧があれば、磁化電流Ｉｄを流すことができる。

次に、直流電源５の電源電圧が２００［Ｖ］の場合の可変磁力メモリモータドライブ装置１の動作について説明する。

磁化を行う際の領域が、領域Ｄ１又は領域Ｄ２に属している場合（領域ＤＡに属している場合）、直流電圧Ｖｄｃは、２００［Ｖ］あれば足りる。直流電源５の電源電圧は２００［Ｖ］であるため、直流電圧Ｖｄｃを昇圧させる必要はない。

この場合、磁化管理部２１は、昇圧要求フラグＦｖｕｐを「Ｌ」のままにする。電流遮断回路制御部２９は、電流遮断回路ゲート指令ＳＧｉをオン指令にして、電流遮断回路７に出力する。磁化時電流指令演算部２４は、トルク変動を抑制するように、Ｑ軸電流指令値ＩｑＲｍｇを出力する。

磁化を行う際の領域が領域Ｄ３に属している場合、直流電圧Ｖｄｃは、３００［Ｖ］にする必要がある。直流電源５の電源電圧は２００［Ｖ］であるため、直流電圧Ｖｄｃを昇圧させる必要がある。

この場合、磁化管理部２１は、昇圧要求フラグＦｖｕｐを「Ｈ」にする。電流遮断回路制御部２９は、電流遮断回路ゲート指令ＳＧｉをオフ指令にして、電流遮断回路７に出力する。磁化時電流指令演算部２４は、直流電圧Ｖｄｃを予めＶ１として設定されている３００［Ｖ］よりも少し高い電圧に昇圧するように、Ｑ軸電流指令値ＩｑＲｍｇを出力する。

磁化を行う際の領域が領域Ｄ４に属している場合、直流電圧Ｖｄｃは、４００［Ｖ］にする必要がある。直流電源５の電源電圧は２００［Ｖ］であるため、直流電圧Ｖｄｃを昇圧させる必要がある。

この場合、磁化管理部２１は、昇圧要求フラグＦｖｕｐを「Ｈ」にする。電流遮断回路制御部２９は、電流遮断回路ゲート指令ＳＧｉをオフ指令にして、電流遮断回路７に出力する。磁化時電流指令演算部２４は、直流電圧Ｖｄｃを予めＶ２として設定されている４００［Ｖ］よりも少し高い電圧に昇圧するように、Ｑ軸電流指令値ＩｑＲｍｇを出力する。

なお、高回転で高磁束域となる領域Ｄ５，Ｄ６については、可変磁力メモリモータドライブ装置１では使用しない。

図４は、本実施形態に係る磁化電流指令演算部５１における磁化電流目標値ＩｍｇＴを求めるためのグラフ図である。横軸は、磁化電流Ｉｄ［ＰＵ］を示している。縦軸は、可変磁石の磁束率［ＰＵ］を示している。

現在の磁束値φＰが磁束目標値φＴよりも小さい場合、制御部１０は、可変磁石を増磁する。この場合、磁化電流指令演算部５１は、増磁特性Ｔｉに基づいて、磁化電流目標値ＩｍｇＴを演算する。

現在の磁束値φＰが磁束目標値φＴよりも大きい場合、制御部１０は、可変磁石を減磁する。この場合、磁化電流指令演算部５１は、減磁特性Ｔｄに基づいて、磁化電流目標値ＩｍｇＴを演算する。

図５から図１３を参照して、本実施形態に係る制御部１０におけるインバータ４の入力電圧（直流電圧）Ｖｄｃを昇圧する場合の磁化（増磁）動作の一例について説明する。

図５は、直流電圧Ｖｄｃの推移を示すグラフ図である。図６は、磁石磁束Φの推移を示すグラフ図である。図７は、Ｄ軸電流Ｉｄ（又は、Ｄ軸電流指令値ＩｄＲ）の推移を示すグラフ図である。図８は、Ｑ軸電流Ｉｑ（又は、Ｑ軸電流指令値ＩｑＲ）の推移を示すグラフ図である。図９は、磁化モードＭＤの状態の推移を示すグラフ図である。図１０は、電流遮断回路ゲート指令ＳＧｉの推移を示すグラフ図である。図１１は、直流電圧制御フラグＦｖｃの推移を示すグラフ図である。図１２は、磁化要求フラグＦｒｑの推移を示すグラフ図である。図１３は、昇圧要求フラグＦｖｕｐの推移を示すグラフ図である。

時刻ｔ１１における制御部１０の動作について説明する。

磁化管理部２１は、磁化すべきであると判断すると、磁化要求フラグＦｒｑを立てる。これにより、磁化管理部２１は、磁化モードＭＤを「０」から「１」にする。磁化管理部２１は、磁化に際し、直流電圧Ｖｄｃの昇圧が必要であると判断すると、昇圧要求フラグＦｖｕｐを立てる。このとき、磁化管理部２１は、演算した直流電圧目標値ＶｄｃＴを直流電圧指令演算部５３に出力する。磁化管理部２１は、磁化要求フラグＦｒｑ及び昇圧要求フラグＦｖｕｐがともに「Ｈ」になると、直流電圧制御フラグＦｖｃを立てる。直流電圧制御フラグＦｖｃが「Ｈ」になると、電流遮断回路制御部２９は、電流遮断回路ゲート指令ＳＧｉをオフ指令として出力し、電流遮断回路７のスイッチング素子７１をオフする。

Ｑ軸電流Ｉｑは、直流電圧Ｖｄｃを直流電源５の電源電圧Ｅｄｃから直流電圧目標値ＶｄｃＴよりも少し高い電圧に昇圧するように流れ始める。これにより、直流電圧Ｖｄｃが昇圧される。

時刻ｔ１２における制御部１０の動作について説明する。

直流電圧Ｖｄｃが直流電圧目標値ＶｄｃＴに昇圧されると、磁化管理部２１は、磁化モードＭＤを「１」から「２」にする。

Ｄ軸電流Ｉｄは、磁化電流目標値ＩｍｇＴに到達するように流れ始める。このようにＤ軸電流Ｉｄが流れることにより、可変磁力メモリモータ２の磁石磁束φは、磁束目標値φＴに向かって上昇を始める。

Ｑ軸電流Ｉｑは、直流電圧Ｖｄｃを直流電圧目標値ＶｄｃＴよりも少し高い電圧に維持するように流れる。直流電圧Ｖｄｃが直流電圧目標値ＶｄｃＴを超えると、電流遮断回路制御部２９は、電流遮断回路７をオンにする。これにより、直流電圧Ｖｄｃは、低くなる。直流電圧Ｖｄｃが直流電圧目標値ＶｄｃＴより下がると、電流遮断回路制御部２９は、電流遮断回路７をオフに戻す。これにより、直流電圧Ｖｄｃは、上昇する。この動作を繰り返すことにより、直流電圧Ｖｄｃは、常に直流電圧目標値ＶｄｃＴ近傍に維持される。

時刻ｔ１３における制御部１０の動作について説明する。

Ｄ軸電流Ｉｄが磁化電流目標値ＩｍｇＴに到達すると、磁化管理部２１は、磁化モードＭＤを「２」から「３」にする。このとき、磁石磁束φは、磁束目標値φＴになる。

Ｄ軸電流Ｉｄは、通常時のＤ軸電流指令値ＩｄＲｎｒに向かって減少する。この通常時のＤ軸電流指令値ＩｄＲｎｒは、トルクを一定に維持するために、磁化前のトルクと同一になるようにＤ軸電流Ｉｄを制御する。磁化後の通常時のＤ軸電流指令値ＩｄＲｎｒは、磁化により磁石磁束φが増加しているため、磁化前の通常時のＤ軸電流指令値ＩｄＲｎｒよりも高くなる。

時刻ｔ１４における制御部１０の動作について説明する。

直流電圧Ｖｄｃの昇圧が必要なくなるまでＤ軸電流Ｉｄが減少すると、磁化管理部２１は、磁化モードＭＤを「３」から「４」にする。

Ｑ軸電流Ｉｑは、通常時のＱ軸電流指令値ＩｑＲｎｒに向かって増加する。この通常時のＤ軸電流指令値ＩｑＲｎｒは、トルクを一定に維持するために、磁化前のトルクと同一になるようにＱ軸電流Ｉｑを制御する。磁化後の通常時のＱ軸電流指令値ＩｑＲｎｒは、磁化により磁石磁束φが増加しているため、磁化前の通常時のＱ軸電流指令値ＩｑＲｎｒよりも低くなる。

時刻ｔ１５における制御部１０の動作について説明する。

直流電圧Ｖｄｃが電源電圧Ｅｄｃにまで降圧されると、磁化管理部２１は、磁化モードＭＤを「４」から「０」にする。直流電圧Ｖｄｃが電源電圧Ｅｄｃにまで降圧されたときは、ＤＱ軸電流Ｉｄ，Ｉｑは、通常時のＤＱ軸電流指令値ＩｄＲｎｒ，ＩｑＲｎｒに到達したときである。このとき、磁化管理部２１は、磁化要求フラグＦｒｑ及び昇圧要求フラグＦｖｕｐをともにクリアする。これにより、直流電圧制御フラグＦｖｃもクリアされる。直流電圧制御フラグＦｖｃが「Ｌ」になると、電流遮断回路制御部２９は、電流遮断回路ゲート指令ＳＧｉをオン指令として出力し、電流遮断回路７のスイッチング素子７１をオンする。これにより、直流電源５から供給される直流電圧Ｖｄｃが、昇圧されずにインバータ４に供給される。

図１４から図２２を参照して、本実施形態に係る制御部１０における直流電圧Ｖｄｃを昇圧しない場合の磁化（増磁）動作の一例について説明する。

図１４は、直流電圧Ｖｄｃの推移を示すグラフ図である。図１５は、磁石磁束Φの推移を示すグラフ図である。図１６は、Ｄ軸電流Ｉｄ（又は、Ｄ軸電流指令値ＩｄＲ）の推移を示すグラフ図である。図１７は、Ｑ軸電流Ｉｑ（又は、Ｑ軸電流指令値ＩｑＲ）の推移を示すグラフ図である。図１８は、磁化モードＭＤの状態の推移を示すグラフ図である。図１９は、電流遮断回路ゲート指令ＳＧｉの推移を示すグラフ図である。図２０は、直流電圧制御フラグＦｖｃの推移を示すグラフ図である。図２１は、磁化要求フラグＦｒｑの推移を示すグラフ図である。図２２は、昇圧要求フラグＦｖｕｐの推移を示すグラフ図である。

時刻ｔ２１における制御部１０の動作について説明する。

磁化管理部２１は、磁化すべきであると判断すると、磁化要求フラグＦｒｑを立てる。これにより、磁化管理部２１は、磁化モードＭＤを「０」から「１」にする。磁化管理部２１は、磁化に際し、直流電圧Ｖｄｃの昇圧が必要でないと判断すると、昇圧要求フラグＦｖｕｐを「Ｌ」のままにする。これにより、磁化管理部２１は、磁化モードＭＤを「１」から「２」にする。昇圧要求フラグＦｖｕｐが「Ｌ」であるため、直流電圧制御フラグＦｖｃも「Ｌ」のままである。これにより、電流遮断回路制御部２９は、電流遮断回路ゲート指令ＳＧｉをオン指令として出力したままにし、電流遮断回路７のスイッチング素子７１をオンのままに維持する。

Ｄ軸電流Ｉｄは、磁化電流目標値ＩｍｇＴに到達するように流れ始める。このようにＤ軸電流Ｉｄが流れることにより、可変磁力メモリモータ２の磁石磁束φは、磁束目標値φＴに向かって上昇を始める。Ｑ軸電流Ｉｑは、トルク変動を抑制するように流れる。

時刻ｔ２２における制御部１０の動作について説明する。

Ｄ軸電流Ｉｄが磁化電流目標値ＩｍｇＴに到達すると、磁化管理部２１は、磁化モードＭＤを「２」から「３」にする。このとき、磁石磁束φは、磁束目標値φＴになっている。直流電圧Ｖｄｃを昇圧していないため、磁化管理部２１は、磁化モードＭＤを「３」にした後、時間の経過を待たずに「４」にする。

Ｄ軸電流Ｉｄは、通常時のＤ軸電流指令値ＩｄＲｎｒに向かって減少する。この通常時のＤ軸電流指令値ＩｄＲｎｒは、トルクを一定に維持するために、磁化前のトルクと同一になるようにＤ軸電流Ｉｄを制御する。磁化後の通常時のＤ軸電流指令値ＩｄＲｎｒは、磁化により磁石磁束φが増加しているため、磁化前の通常時のＤ軸電流指令値ＩｄＲｎｒよりも高くなる。Ｑ軸電流Ｉｑは、トルク変動を抑制するように、Ｄ軸電流Ｉｄに伴って、減少する。

時刻ｔ２３における制御部１０の動作について説明する。

ＤＱ軸電流Ｉｄ，Ｉｑが通常時のＤＱ軸電流指令値ＩｄＲｎｒ，ＩｑＲｎｒに到達すると、磁化管理部２１は、磁化モードＭＤを「４」から「０」にする。このとき、磁化管理部２１は、磁化要求フラグＦｒｑをクリアする。

本実施形態によれば、制御部１０は、トルク電流Ｉｑを制御することで、インバータ４の入力電圧Ｖｄｃを磁化に必要な電圧に昇圧することができる。

また、インバータ４と直流電源５とを接続するパワーライン（直流リンク）に、電流遮断回路７を設けることで、インバータ４に入力電圧Ｖｄｃを昇圧しても、インバータ４から直流電源５に電流が流れることを抑止することができる。これにより、昇圧状態を維持することができる。

さらに、電流遮断回路７は、スイッチング素子７１、ダイオード７２、及びリアクトル７３で構成することのできる簡易な回路である。よって、インバータ４の直流側の回路に直流チョッパなどの大型になる変換器を設けなくても、インバータ４の入力電圧Ｖｄｃを昇圧することができる。これにより、可変磁力メモリモータドライブ装置１は、インバータ４の直流側に設ける装置類を小型化、軽量化、及びコストダウンすることができる。

また、電流遮断回路７にリアクトル７３を設けることで、電流遮断回路７をオンした場合に、放電によるインバータ４の入力電圧Ｖｄｃの急峻な減少を抑制することができる。これにより、入力電圧Ｖｄｃの制御精度を向上させることができる。また、リアクトル７３は、配線のインダクタンスとしても設計することができるため、可変磁力メモリモータドライブ装置１の小型化、軽量化、及びコストダウンを妨げずに、電流遮断回路７は、リアクトル７３を備えた構成にすることができる。

さらに、磁化電流Ｉｄを流すための瞬時電力を直流電源５から負担する必要がないため、直流電源５にバッテリなどを使った場合には、バッテリの劣化する寿命を延ばすことができる。また、磁化電流Ｉｄを流すために、バッテリの仕様をアップさせる必要もない。さらに、インバータ４の直流側に電磁接触器を備えている場合、この電磁接触器の電流定格を低くした仕様にすることができる。

また、可変磁力メモリモータドライブ装置１を鉄道車両の駆動システムとして設けた場合、架線が直流電源５に相当するシステムになる。架線からの電流は、信号系にも利用される。このため、架線の急峻な電流変化は、誘導障害を引き起こす。可変磁力メモリモータドライブ装置１であれば、磁化による直流側の急峻な電流変化が架線に伝わることを抑制することができる。これにより、誘導障害の発生を抑制することができる。

さらに、制御部１０は、図３に示す領域図を用いて、回転数Ｎｒ及び磁束目標値φＴ（可変磁石の磁束率）に応じて区分けされた複数の領域に基づいて、直流電圧Ｖｄｃの昇圧後の電圧となる直流電圧目標値ＶｄｃＴを決定している。

ここで、インバータ４の直流側電圧Ｖｄｃの増加は、インバータ４のスイッチング損失を増加させる。このため、磁化による直流電圧Ｖｄｃの昇圧は、インバータ４のスイッチング素子の温度上昇（素子破壊）の要因の一つである。

このため、制御部１０は、図３に示す領域図を用いて制御することで、磁化電流Ｉｄの大きさに応じて、直流電圧目標値ＶｄｃＴを段階的に高く設定している。これにより、インバータ４のスイッチング素子の温度上昇を極力小さく抑制することができる。

また、制御部１０は、回転数Ｎｒが低い場合や磁束目標値φＴが小さい場合などの変調率に余裕がある場合は、磁化時に直流電圧Ｖｄｃを昇圧しない。これにより、Ｑ軸電流Ｉｑによる昇圧動作を行わないため、Ｑ軸電流Ｉｑをトルク変動の抑制に利用することができる。

（第２の実施形態）
図２３は、本発明の第２の実施形態に係る可変磁力メモリモータドライブ装置１Ａの構成を示すブロック図である。

可変磁力メモリモータドライブ装置１Ａは、図１に示す第１の実施形態に係る可変磁力メモリモータドライブ装置１において、電流遮断回路７を電流遮断回路７Ａに代え、制御部１０を制御部１０Ａに代え、放電回路１１を追加した構成である。その他の点は、第１の実施形態と同様である。

電流遮断回路７Ａは、第１の実施形態に係る電流遮断回路７からリアクトル７３を取り除いた構成である。

放電回路１１は、平滑コンデンサ６を放電するための回路である。放電回路１１は、スイッチング素子１１１と、抵抗１１２とを備えている。スイッチング素子１１１がスイッチング制御されることにより、平滑コンデンサ６から放電される電力が抵抗１１２で消費される。

制御部１０Ａは、第１の実施形態に係る制御部１０において、電流遮断回路制御部２９を電流遮断回路制御部２９Ａに代え、放電制御部３０を放電制御部３０Ａに代えた構成である。

電流遮断回路制御部２９Ａは、第１の実施形態での放電要求信号Ｓｄｃによる制御を行わない。即ち、電流遮断回路制御部２９Ａは、直流電圧制御フラグＦｖｃの状態のみで、電流遮断回路７Ａを制御する。その他の点は、第１の実施形態に係る電流遮断回路制御部２９と同様である。

放電制御部３０Ａは、第１の実施形態に係る放電制御部３０において、放電要求信号Ｓｄｃを出力する代わりに、放電回路１１を制御するための放電回路ゲート指令ＳＧｄを出力する。放電制御部３０Ａは、放電回路ゲート指令ＳＧｄを放電要求信号Ｓｄｃと同様のタイミングで出力する。即ち、放電制御部３０Ａは、第１の実施形態で電流遮断回路制御部２９を介して行っていた電流遮断回路７よる放電制御を行う代わりに、放電回路１１を直接的に制御して放電制御を行うようにしたものである。

次に、第１の実施形態で説明した磁化動作におけるインバータ４の入力電圧Ｖｄｃの制御と同一の条件で、放電制御部３０Ａ及び電流遮断回路制御部２９Ａで行う場合について説明する。

図２４は、本実施形態に係る電流遮断回路制御部２９Ａにより生成される電流遮断回路ゲート指令ＳＧｉの推移を示すグラフ図である。図２５は、本実施形態に係る放電制御部３０Ａにより生成される放電回路ゲート指令ＳＧｄの推移を示すグラフ図である。

ここで、放電制御部３０Ａ及び電流遮断回路制御部２９Ａ以外の制御部１０Ａにおける制御は、第１の実施形態に係る制御部１０と同様である。従って、第１の実施形態に係る制御部１０と同一の構成による動作は、本実施形態に係る制御部１０Ａも同一の動作となる。よって、必要に応じて、第１の実施形態で用いた図５〜９，１１〜２２を参照して説明する。

時刻ｔ１１において、直流電圧制御フラグＦｖｃが「Ｈ」になると、電流遮断回路制御部２９Ａは、電流遮断回路ゲート指令ＳＧｉをオフ指令として出力し、電流遮断回路７Ａのスイッチング素子７１をオフする。電流遮断回路７Ａがオフされると、直流電圧Ｖｄｃの昇圧が開始される。

時刻ｔ１２において、直流電圧Ｖｄｃが直流電圧目標値ＶｄｃＴに昇圧されると、磁化管理部２１は、磁化モードＭＤを「１」から「２」にする。

直流電圧Ｖｄｃが直流電圧目標値ＶｄｃＴを超えると、放電制御部３０Ａは、放電回路ゲート指令ＳＧｄをオン指令にして出力する。これにより、放電回路１１のスイッチング素子１１１がオンされると、平滑コンデンサ６が放電される。平滑コンデンサ６が放電されると、直流電圧Ｖｄｃは低下する。従って、直流電圧Ｖｄｃが直流電圧目標値ＶｄｃＴを超える度に、放電回路１１がオンされることで、放電制御部３０Ａは、直流電圧Ｖｄｃを直流電圧目標値ＶｄｃＴにするように制御する。

放電制御部３０Ａによるこの制御は、直流電圧Ｖｄｃを直流電圧目標値ＶｄｃＴに維持する必要がある時間ｔ１２から時間ｔ１４までの間、実行される。このようにして、電流遮断回路制御部２９Ａ及び放電制御部３０Ａにより、直流電圧Ｖｄｃは、直流電圧目標値ＶｄｃＴで常に一定に維持される。

本実施形態によれば、平滑コンデンサ６を放電させるための放電回路１１を設け、電流遮断回路７Ａと放電回路１１とを別々に制御することで、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

また、既存のモータドライブ装置を改造して、本実施形態に係る可変磁力メモリモータドライブ装置１Ａを製造する場合、既存のモータドライブ装置に放電回路１１相当の回路が予め設けられていれば、この回路を放電回路１１として利用することができる。このようにして、可変磁力メモリモータドライブ装置１Ａを製造することで、製造コストを低減することができる。

なお、各実施形態は、以下のように変形した形態として用いることができる。

各実施形態において、直流電圧目標値ＶｄｃＴを決定するための領域の分け方は、図３に示したものに限らない。例えば、リラクタンスを利用する永久磁石モータでは、トルクが小さい場合にも必要なモータ印加電圧は小さい。このため、トルクが小さい場合には、変調率（インバータ出力電圧）に余裕がある。よって、可変磁力メモリモータ２にリラクタンスを利用する永久磁石モータを採用した可変磁力メモリモータドライブ装置１，１Ａにおいては、トルクをパラメータとして取り入れて、直流電圧目標値ＶｄｃＴを決定するための領域を図３に示す領域図よりもさらに細かく分けてもよい。これにより、トルクが小さい場合にも、直流電圧目標値ＶｄｃＴを小さくする（又は昇圧しない）ことができる。これにより、リラクタンスを利用する永久磁石モータを採用した可変磁力メモリモータドライブ装置１，１Ａでは、インバータ４のスイッチング素子の温度上昇をより小さく抑制することができる。

また、各実施形態において、直流電圧Ｖｄｃを昇圧するための磁化時のＱ軸電流指令値ＩｑＲＡＶＲは、直流電圧目標値ＶｄｃＴに基づいて演算しなくてもよい。例えば、磁化時に必要とされる最大の直流電圧Ｖｄｃを超えるような電圧に常になるように、磁化時のＱ軸電流指令値ＩｑＲＡＶＲを決定してもよい。また、磁化時のＱ軸電流指令値ＩｑＲＡＶＲを決定する場合において、昇圧可能な最大の直流電圧Ｖｄｃになるように演算してもよいし、予め固定値として、Ｑ軸電流指令値ＩｑＲＡＶＲが設定されていてもよい。このように、磁化するために必要な電圧を超える電圧になるように直流電圧Ｖｄｃを制御し、電流遮断回路７又は放電回路１１を用いて、直流電圧Ｖｄｃが直流電圧目標値ＶｄｃＴになるように制御することで、Ｑ軸電流指令値ＩｑＲＡＶＲを演算するための計算機の演算負荷を軽減することができる。

さらに、各実施形態において、磁化管理部２１は、磁化モードＭＤを「１」にした後、直流電圧指令値ＶｄｃＲ（又は直流電圧Ｖｄｃ）が直流電圧目標値ＶｄｃＴに達するまでに必要な時間の経過後に、磁化モードＭＤを「１」から「２」にする構成としたが、これに限らない。磁化管理部２１は、直流電圧検出器９により検出した直流電圧値Ｖｄｃが直流電圧目標値ＶｄｃＴに達したことを検出して、磁化モードＭＤを「１」から「２」にしてもよい。

また、各実施形態において、放電制御部３０，３０Ａによるインバータ４の入力電圧Ｖｄｃの制御において、入力電圧Ｖｄｃを下げる制御を開始する閾値となる基準電圧及び入力電圧Ｖｄｃを上げる制御を開始する閾値となる基準電圧は、直流電圧目標値ＶｄｃＴでなくてもよい。例えば、入力電圧Ｖｄｃを下げる（電流遮断回路７をオンする）場合の基準電圧を直流電圧目標値ＶｄｃＴよりも少し高くし、入力電圧Ｖｄｃを上げる（電流遮断回路７をオフする）場合の基準電圧を直流電圧目標値ＶｄｃＴよりも少し低くしてもよい。このようにヒステリシス特性のような制御をすることにより、電流遮断回路７のスイッチング素子７１がチャタリングすることを防止することができる。また、磁化時のＱ軸電流指令値ＩｑＲｍｇは、直流電圧目標値ＶｄｃＴよりも少し高い電圧になるような値ではなく、そのまま直流電圧目標値ＶｄｃＴになるような値に演算してもよい。

なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…可変磁力メモリモータドライブ装置、２…可変磁力メモリモータ、３…回転数検出センサ、４…インバータ、５…直流電源、６…平滑コンデンサ、７…電流遮断回路、８Ｕ，８Ｗ…交流電流検出器、９…直流電圧検出器、１０…制御部、２１…磁化管理部、２２…磁束管理部、２３…通常時電流指令演算部、２４…磁化時電流指令演算部、２５…指令選択部、２６…電流制御部、２７…座標変換部、２８…ＰＷＭ回路、２９…電流遮断回路制御部、５１…磁化電流指令演算部、５２…トルク電流指令演算部、５３…直流電圧指令演算部、３０…放電制御部、５４…直流電圧制御部、５５…トルク電流指令選択部、７１…スイッチング素子、７２…ダイオード、７３…リアクトル。

Claims (12)

1. 磁束を変化させるために磁化する永久磁石を備えたモータと、
   コンデンサを介して直流電源から供給される直流電力を、前記モータを駆動するための交流電力に変換するインバータと、
   前記インバータから前記永久磁石を磁化するための磁化電流を出力させる磁化電流出力手段と、
   前記コンデンサから前記直流電源に流れる電流を遮断する電流遮断手段と、
   前記磁化電流出力手段により前記インバータから前記磁化電流を出力するために、前記電流遮断手段による遮断をして、前記インバータを制御することにより前記インバータの直流側に印加される直流電圧を昇圧する昇圧手段と、
   前記コンデンサを放電させることにより、前記昇圧手段により昇圧された前記直流電圧を制御する直流電圧制御手段と
   を備えたことを特徴とするモータドライブ装置。
2. 前記直流電圧制御手段は、前記電流遮断手段を制御して、前記コンデンサを放電させること
   を特徴とする請求項１に記載のモータドライブ装置。
3. 前記電流遮断手段は、前記直流電圧の急峻な変化を抑制するためのインダクタンス成分を有すること
   を特徴とする請求項２に記載のモータドライブ装置。
4. 前記コンデンサと並列に設けられた放電回路を備え、
   前記直流電圧制御手段は、前記放電回路を制御して、前記コンデンサを放電させること
   を特徴とする請求項１に記載のモータドライブ装置。
5. 前記昇圧手段は、前記磁化電流出力手段により出力させる前記磁化電流に基づいて、前記直流電圧を昇圧すること
   を特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のモータドライブ装置。
6. 前記昇圧手段は、前記直流電圧を昇圧可能な最大の電圧に昇圧すること
   を特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のモータドライブ装置。
7. 前記昇圧手段は、予め決められた電圧に前記直流電圧を昇圧すること
   を特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のモータドライブ装置。
8. コンデンサから直流電源に流れる電流を遮断する電流遮断回路が設けられ、前記コンデンサを介して前記直流電源から供給される直流電力を、磁束を変化させるために磁化する永久磁石を備えたモータを駆動するための交流電力に変換するインバータを制御するインバータ制御装置であって、
   前記インバータから前記永久磁石を磁化するための磁化電流を出力させる磁化電流出力手段と、
   前記磁化電流出力手段により前記インバータから前記磁化電流を出力するために、前記電流遮断回路による遮断をして、前記インバータを制御することにより前記インバータの直流側に印加される直流電圧を昇圧する昇圧手段と、
   前記コンデンサを放電させることにより、前記昇圧手段により昇圧された前記直流電圧を制御する直流電圧制御手段と
   を備えたことを特徴とするインバータ制御装置。
9. 前記直流電圧制御手段は、前記電流遮断回路を制御して、前記コンデンサを放電させること
   を特徴とする請求項８に記載のインバータ制御装置。
10. 前記電流遮断回路は、前記直流電圧の急峻な変化を抑制するためのインダクタンス成分を有すること
    を特徴とする請求項９に記載のインバータ制御装置。
11. 前記コンデンサと並列に設けられた放電回路を備え、
    前記直流電圧制御手段は、前記放電回路を制御して、前記コンデンサを放電させること
    を特徴とする請求項８に記載のインバータ制御装置。
12. コンデンサから直流電源に流れる電流を遮断する電流遮断回路が設けられ、前記コンデンサを介して前記直流電源から供給される直流電力を、磁束を変化させるために磁化する永久磁石を備えたモータを駆動するための交流電力に変換するインバータを制御するインバータの制御方法であって、
    前記インバータから前記永久磁石を磁化するための磁化電流を出力させることと、
    前記インバータから前記磁化電流を出力するために、前記電流遮断回路による遮断をして、前記インバータを制御することにより前記インバータの直流側に印加される直流電圧を昇圧することと、
    前記コンデンサを放電させることにより、昇圧した前記直流電圧を制御することと
    を含むことを特徴とするインバータの制御方法。

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