JP2015089236A - 同期電動機の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】同期電動機の温度、トルク、電圧を決める要因が変化しても、適切なｄ軸電流の動作指令を得ることで、敏速にトルク応答ができる同期電動機の制御装置を提供する。【解決手段】弱め磁束制御による高回転化を図るための、速度及び電圧に対するｄ軸電流指令値１を出力する弱め磁束制御部と、最大トルクを発生させるためのｑ軸電流指令値に対するｄ軸電流指令値２を出力する最大トルク制御部を備えて、ｄ軸電流指令値１と２を合成して最終的なｄ軸電流制御部のｄ軸電流指令値とし、弱め磁束制御部の入力信号と出力信号の少なくとも一方を補正する弱め磁束補正部と、最大トルク制御部の入力信号を補正するトルク補正部を設けたことを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は同期電動機の制御装置に係り、特に、同期電動機の電流を制御する技術に関する。

永久磁石式同期電動機（以下、ＰＭモータ）の高トルク化、高速運転を行うためにＰＭモータのｄ軸電流成分（以下、ｄ軸電流）を制御することが行われる。モータの運転状況に合わせて、演算式でｄ軸電流を指令する方式や、テーブルを利用してｄ軸電流を指令する方法がある。

特開２０００−１８４７６６号公報 特開２０００−２２８８９２号公報 特開２００６−３０４４４１号公報 特開２０１０−１４８１９８号公報

演算によって指令する方法（特許文献１）は理論式によって演算するので、運転条件に応じて最適な値を指令できる。しかし、演算式自体が複雑なために実運転中で演算するには、制御装置のＣＰＵの負担が大きくなるという課題がある。さらに、演算式で利用する抵抗、インダクタンス、誘起電圧定数等のモータパラメータが運転状態（電流値、位相、周波数、温度など）によって変化するのでそれを反映する必要があり、その値の保持エリアを必要とし記憶量が大きくなる。

また、ベース回転数以下では、d軸電流指令値Id＝ゼロとして制御を実施していないので、たとえばトルク／電流比を最大とするような制御を実施できない。さらに、ベース回転数以上では、温度によるId補正が実施されているが、モータパラメータの非線形性（たとえば電流によりインダクタンスが変化する現象等）は考慮されていない。さらに、ベース回転数以上で、温度によりId補正を実施する際、Id、Iqの分配比を最適に制御すべきであるが、引用文献１では考慮されていない。

一方、テーブルを利用する方法（特許文献２、３）には演算式で行う方法の複雑さはないものの、多次元テーブルをあつかうためにテーブルが複雑になる、またこのテーブルを事前に得るための試験や演算が非常に煩雑になる。すなわち、特許文献２ではモータ温度の変化を考慮していないので、温度によって磁束が変化すると、トルク減少や効率悪化が起こる。

特許文献３では、モータ温度を考慮したため、温度を含めてテーブルがさらに複雑化する。またｑ軸電流指令もテーブルで持つので、トルク指令に対して、線形的に変化するトルクを得られるものの、トルク指令（かつ回転数指令）⇒各ｑ軸電流テーブルでの演算⇒電圧選択⇒線形補間⇒ｑ軸電流指令と、順序を踏んで、段階を経て指令が出されるために、ｑ軸電流指令が出されるまでに、演算上の長い時間ステップが必要である。このために、応答の速いサーボ系が必要なとき、速いトルク応答が確保されない可能性がある。なぜなら、モータ発生トルクはｑ軸電流Iqに比例して発生するから、Iqが迅速に変化できないとトルク応答が遅くなるからである。

さらに、テーブル作成を容易にする方法の提案もある（特許文献４）が、本方法は設定の容易化のためにモータ温度特性が考慮されていないので、温度変化によるモータ動作特性の変動に対して動作特性を適切に設定できないという課題がある。

また、特許文献４の実施例３では、検出した直流電圧Vdcからq軸電流指令値Iq^＊に適当な比例係数を乗じたものを減算し、得られた直流電圧Vdc1を用いて無負荷時の各直流電圧のパターンから補間演算して、ｄ軸電流指令値を得る方法を開示しているが、無負荷時の各直流電圧パターンからの補間演算を常に必要とするため、q軸電流指令値Iq^＊とｄ軸電流指令値間の関係が複雑となる。このため、モータ特性が最適になるようにパラメータ調整するのが容易ではないという課題がある。すなわち、モータが本来の正しいパラメータで制御されないため、特性が十分に発揮できない恐れがある。

本発明は、前記課題にかんがみ、トルク指令、電流値、電流位相、運転周波数、モータ温度、インバータ入力電圧など、電動機の温度、トルク、電圧を決める要因が変化しても、適切なｄ軸電流の動作指令を得ることで、敏速にトルク応答ができる同期電動機の制御装置を提供することを目的とする。

さらに、構成が簡単、設定が容易、かつ、モータ特性を十分に発揮させることが可能な同期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、上記課題を解決するため、同期電動機の電流を検出し、この電流をｄ−ｑ２軸のｄ軸電流、ｑ軸電流の直交成分に分けて制御する電流制御部と、
前記電流制御部の出力に基づいて同期電動機に電力を供給するインバータと、
弱め磁束制御による高回転化を図るための回転速度及びインバータの電圧に対するｄ軸電流指令値１を出力する弱め磁束制御部、最大トルクを発生させるためのｄ軸電流指令値２を出力する最大トルク制御部、およびｄ軸電流指令値１とｄ軸電流指令値２を合成して最終的なｄ軸電流指令値とする合成部を有するＩｄ／Ｉｑ指令部を備えた同期電動機の制御装置において、
前記Ｉｄ／Ｉｑ指令部は、前記弱め磁束制御部の入力信号と出力信号の少なくとも一方を補正する弱め磁束補正部と、前記最大トルク制御部の入力信号を補正するトルク補正部を設けたことを特徴とする。

また、上記に記載の同期電動機の制御装置において、前記弱め磁束補正部は、回転速度及びインバータの電圧に対して、トルク指令から演算されるｑ軸電流に基づく補正を加えて、前記弱め磁束制御部の入力信号とすることを特徴とする。

また、上記に記載の同期電動機の制御装置において、前記弱め磁束補正部は、前記弱め磁束制御部の出力信号に対して、電動機温度に基づく補正を加えて前記ｄ軸電流指令値１として前記合成部に入力することを特徴とする。

また、上記に記載の同期電動機の制御装置において、前記トルク補正部は、トルク指令から演算されるｑ軸電流に対して、電動機温度に基づく補正を加えて前記最大トルク制御部の入力信号とすることを特徴とする。

また、上記に記載の同期電動機の制御装置において、前記弱め磁束補正部は、前記弱め磁束制御部の出力信号に対して、トルク指令から演算されるｑ軸電流と電動機温度とに基づく補正を加えて前記ｄ軸電流指令値１として前記合成部に入力することを特徴とする。

また、上記に記載の同期電動機の制御装置において、前記弱め磁束補正部と前記トルク補正部は、補正のためのデータテーブル、または、演算式を備えていることを特徴とする。

また、上記に記載の同期電動機の制御装置において、前記電動機温度は、電動機に取付けられた温度検出器で測定されることを特徴とする。

また、上記に記載の同期電動機の制御装置において、前記電動機温度は、電動機の電流値と回転速度から得られることを特徴とする。

また、上記に記載の同期電動機の制御装置において、電動機の電流値と導体抵抗から求めた銅損と電動機の回転速度から求めた鉄損から電動機の損失を算出し、この損失と電動機の熱時定数から電動機温度を推定することを特徴とする。

本発明によれば、弱め磁束制御を指令するｄ軸電流指令値１と最大トルク制御を指令するｄ軸電流指令値２の２つの基本パターンを定め、これらのパターンの入力、あるいは、出力を補正して、それらの合成により実際のｄ軸電流指令を決定する。これにより、電動機の状態（温度、ｑ軸電流）が変化しても、補正するための因子を適切に選定することで、迅速に電動機の特性の最適化ができる。また、２つのパターンを補正するだけで簡単、容易に、最終的なｄ軸電流指令を設定でき、電動機の特性が最適化できる。

本発明の実施例１に適用される制御装置の全体構成図。 同じく、Id／Iq指令部の構成図。 同じく、補正部の詳細構成図。 本発明の実施例２に適用されるId／Iq指令部の構成図。 図４に示す補正部の詳細構成図。 本発明の実施例３に適用される補正部の詳細構成図。 本発明の実施例４に適用される電動機温度の算出の説明図。

以下、本発明の実施の形態を図１〜図７を用いて説明する。
（実施例１）
図１〜図３は本発明の実施例１に利用する制御系の構成図である。図１は基本となる制御系の全体構成を示す。

永久磁石同期電動機（以後、ＰＭモータ）１１は、インバータ１２に接続され、インバータ１２から出力される電流で駆動される。インバータ１２は、図示しない直流電源からの直流母線１３により電力を受ける。ＰＭモータ１１の回転位置（回転角度）はＰＭモータ１１の軸端に接続されたエンコーダ１４で検出される。検出された回転位置から速度検出部２９でモータ回転速度（回転数）ωを検出する。また、ＰＭモータ１１の温度Ｔmは、ＰＭモータ１１に取り付けられた温度検出器１５で検出される。また、直流母線１３の直流電圧Ｖdは電圧検出器１６で検出される。ＰＭモータ１１の回転子（図示せず）には永久磁石が装着されている。

速度制御部２１は、速度指令ω*と、速度検出部２９で検出されたモータ回転速度ωとの偏差が入力され、この偏差を増幅してＰＭモータ１１のトルク指令τ*を出力する。Id／Iq指令部２２は、出力されたトルク指令τ*を受けて、トルク指令τ*に対応したＰＭモータ１１のｄ軸電流指令値Id*と、ｑ軸電流指令値Iq*を出力する。Id／Iq指令部２２は、本発明実施例の特徴部であり、詳しい内容は後述する。

インバータ１２の出力電流から電流検出器２４で検出された２相交流電流ｉu、ｉvは、ＡＣ／ＤＣ変換部２５で静止座標から回転座標に変換されて、電流検出値Id、Iqとして検出される。この電流検出値Id、Iqと、前記Id／Iq指令部２２の出力のｄ軸電流指令値Id*、ｑ軸電流指令値Iq*とのそれぞれの偏差は、電流制御部２３に入力されて増幅される。この増幅された偏差出力は、回転座標から静止座標への変換部であるＤＣ／ＡＣ変換部２６に入力され、インバータ１２の交流の出力相電圧指令ｖu*、ｖv*、ｖw*として出力される。

この相電圧指令ｖu*、ｖv*、ｖw*は、搬送波発生部２７からの三角波と比較され、その比較結果がＰＷＭ制御部２８に入力され、ＰＷＭ信号が得られる。ＰＷＭ制御部２８から出力されるＰＷＭ信号によりインバータ１２が駆動される。このようにして、ＰＭモータ１１の電流は、Id／Iq指令部２２からのｄ軸電流指令値Id*と、ｑ軸電流指令値Iq*に従って制御される。

このようなトルク指令から電流指令成分値Id*、Iq*を定め、それぞれの電流Id、Iqを制御する方法は、一般的な交流モータのベクトル制御であり、このとき、ＡＣ／ＤＣ変換部とＤＣ／ＡＣ変換部で、ＰＭモータの磁極位置を基準として座標変換されることは知られている。

図２により、特徴部のId／Iq指令部２２の構成を説明する。図１にも示すように、Id／Iq指令部２２は、速度制御部２１からのトルク指令τ*だけでなく、電圧検出部１６で検出された直流電圧Ｖd、速度検出部２９で検出された回転数ω（その絶対値｜ω｜）、温度検出器１５で検出されたモータ温度Ｔmも入力され、ｄ軸電流指令値Id*と、ｑ軸電流指令値Iq*を出力する。

ｄ軸電流指令値Id*は、ｑ軸電流Iqによって決まる最大トルク制御部２２４からのｄ軸電流指令２と、回転数ωおよび直流電圧Ｖｄから決まる弱め磁束制御部２２６からのｄ軸電流指令１の合成値から決めるのが特徴である。最大トルク制御部２２４には、トルク電流（ｑ軸電流）Iqに応じたIdパターンが記憶される。弱め磁束制御部２２６には、回転数ωと直流電圧Ｖdに応じたIdパターンが記憶される。これらの最大トルクパターンと弱め磁束パターンは、Id／Iq指令部２２の基本パターンである。

まず、トルク指令τ*は、リミッタ部２２１に入力される。リミッタ部２２１は、ｄ軸電流指令値Id*とｑ軸電流指令値Iq*のベクトル合成値が、電流最大値Ｉmaxを越えないように、ｑ軸電流を制限する。すなわち、
Ｉmax≧√（(Id*)∧2＋(Iq*)∧2） （１）
ここで∧はべき乗
を満足するように、ｑ軸電流の最大値（絶対値）を制限する。リミッタ部２２１の出力はそのままｑ軸電流指令値Iq*となる。

（１）式の演算には、Idの値が必要であるが、例えば、この制御演算の１ステップ前のｄ軸電流指令値Id*を用いて演算をすることができる。また、｜Iq｜の最大値を決めるルート演算は、Idに対するテーブルや適切な簡略式などで実行できる。

モータ発生トルクτは、
τ＝ｐ[φIq＋（Ｌd−Ｌq）Id・Iq] （２）
ｐ＝極対数
φ＝磁石磁束
Ｌd、Ｌq＝ｄ軸、ｑ軸のインダクタンス
で表される。この式の１項目は磁石トルク、２項目はリラクタンストルクであることは知られている。（２）式から分かるように、モータトルクはIqに比例するので、磁石トルクの割合が大きなモータは、第２項のリラクタンストルク項を無視することにより、トルク指令τ*からｑ軸電流指令値Iq*が直接に得られる。こうすると制御演算が簡易化できる。

次にｄ軸電流指令値Id*を決定する方式を説明する。

まず、最大トルクを指令する方式について説明する。リミッタ部２２１の出力は、絶対値演算部２２２に入力され、その絶対値を演算して｜Iq｜を求める。ついで、｜Iq｜を入力補正部（トルク補正部）２２３を経てｑ軸電流に応じてＰＭモータのトルクが最大になるように、ｄ軸電流指令Idを決める最大トルク制御部２２４に入力する。入力補正部（トルク補正部）２２３ではモータ温度による補正を行う。

ｑ軸電流Iqが決まると、最大トルクを与えるｄ軸電流Idは、
Id＝Ａ−√[Ａ∧2＋Iq∧2] （３）
Ａ＝φ/２/(Ｌq−Ｌd) （ＰＭモータでは通常正の値）
で与えられるから、代表運転条件（基準条件）での定数で、｜Iq｜の関数として、ｄ軸電流Idを演算により予め求め、最大トルク制御部２２４では最大トルクパターンとしてテーブル化して記憶する。テーブルを決める演算ポイント数は所要トルク精度により適宜決定し、その間は補間演算する。また、（３）式のパラメータ（Ｌd、Ｌq、φ）は、電流値や温度によって値が変わる。このような非線形性を考慮してテーブルを設定できる。このようにして、最大トルクを決めるｄ軸電流指令２を最大トルク制御部２２４によって決定する。入力補正部（トルク補正部）２２３は後述する。

次に、弱め磁束を指令する方式を説明する。速度検出部２９で検出した回転速度ωの絶対値｜ω｜と、電圧検出器１６で検出した直流電圧Ｖdが、入力補正部（弱め磁束補正部）２２５を経て、弱め磁束制御部２２６に入力される。弱め磁束制御におけるｄ軸電流は、
Id＝[−φ±√{(Ｖmax/ω)∧2−(Ｌq・Iq)∧2}]/Ｌd （４）
ただし、Idは負で絶対値の小さな値を選択
Ｖmax＝Ｖdに比例するインバータ出力電圧最大値
で与えられる。Ｖmaxはインバータの最大出力電圧であり、この値は直流電圧ＶdとＰＷＭ制御のやり方で定まる。ＰＷＭ制御方式は、制御系を構成したときに決められるので、ＶmaxはＶdに比例して定まる。

（４）式から分かるように、この演算にはIq項があるが、まず、Iqの基準値を考えて直流電圧Ｖd、回転数ωによりｄ軸電流Idを定める。すなわち、弱め磁束制御部２２６は、（Ｖmax/ω）の関数としてｄ軸電流Idを求める。入力補正部（弱め磁束補正部）２２５は、Ｖd,ωから、Ｖmax／ωを得る補正を行う。こうして（Ｖmax／ω）の関数として、Iqを代表値（基準値）として演算したｄ軸電流は、弱め磁束パターンとしてテーブル化して弱め磁束制御部２２６に記憶される。

弱め磁束制御部２２６の出力は出力補正部（弱め磁束補正部）２２７に入力され、弱め磁束制御部２２６で設定したｄ軸電流指令Idを出力補正部２２７で補正する。このようにして、弱め磁束制御のｄ軸電流指令１が決定される。ｄ軸電流指令は、入力補正部２２５ではｑ軸電流Iqによって値が補正され、出力補正部２２７では温度Ｔmによって値が補正される。補正部２２５、２２７の詳細は後述する。

次に、前述した最大トルク制御部２２４によるｄ軸電流指令２と、弱め磁束制御部２２６からの値を出力補正部２２７にて補正したｄ軸電流指令１とが合成部２２８に入力され、２つのｄ軸電流指令の合成値として最終的なｄ軸電流指令Id*が決定される。合成部２２８での合成方法は２つの値の和で合成する方法と、２つの値のうち絶対値の大きいほうを選択する方法などがある。

このように、最大トルクパターンと弱め磁束パターンの２つの基本パターンを定め、パターンの入力値、あるいは、出力値を補正することにより、最大トルク制御によるｄ軸電流指令２と、弱め磁束制御によるｄ軸電流指令１を得て、それらの合成により実際のｄ軸電流指令Id*を決定する。モータの特性決定因子は様々であり、それを考慮してｄ軸電流を定めるが、本願での設定方法は２つの基本パターンを主体とする設定で、それを他の因子で補正する方式なので、適切なｄ軸電流指令値Id*を容易に設定できる。

入力補正部および出力補正部の具体例を図３に示す。図３で図２と同一部分に同一符号を付しており、破線内が入力補正部２２３、２２５、出力補正部２２７の具体例である。

最大トルクを与えるｄ軸電流Idを定める最大トルク制御部２２４の演算は、（３）式で与えられる。同式からIqが増加すると、Idは負の値でその絶対値が増加することが分かる。さらに、（３）式を展開すると、
Iq∧2＝Id（Id−２Ａ） （５）
を得る。

ところで、磁石磁束φはモータ温度の影響を受け、通常の磁石は温度が高いとφが小さくなる。（５）式で言えば、温度が上昇するとＡの値は小さくなる（（３）式参照）。（５）式より、温度が上昇すると、同一Iqならば、Idは絶対値で大きくすることが必要である。すなわち、最大トルクを与えるには、同一Iqのとき、Idをより小さな負値（絶対値で大きくする）とする。図３の最大トルク制御部２２４の最大トルクパターンは、基準温度で設定されており、このパターンをモータ温度が変わったときにも利用するには、温度が高いほど、Iqが大きな値をとったのと等価に補正する必要がある。

入力補正部２２３はこれを実現する一例で、基準温度より高い場合はIqが増加したのと等価、低い場合はIqが低下したのと等価なことを実現する。係数部２２３１で温度に対する係数Ｋttを決め、乗算部２２３２でIqに応じた補正値を設定し、加算部２２３３で補正を行う。係数部２２３１ではＫttが単純な温度比例でよいなら簡単な演算で実現でき、曲線ならパターン化して係数として記憶する。Ｋttの与え方は、モータ仕様や制御精度によって適宜選定し、後述する他の係数部も同様である。

弱め磁束を与えるｄ軸電流を定める弱め磁束制御部２２６の演算は（４）式で与えられる。この式から分かるように、演算は（Ｖmax／ω）で定まり、さらに、Iqの影響とφの影響があることが分かる。入力補正部２２５では、（４）式を実現するため、除算部２２５１でＶmax／ωと等価なＶd／ωを演算する。

ところで、図３の弱め磁束制御部２２６の弱め磁束パターンは、基準温度、基準Iqで設定される。そのため、これら温度とIqが変化したとき、Idを補正するのが補正部２２５、２２７である。まず、Iq変化に対しては、｜Iq｜が大きなほど（４）式の第２項ルート内は小さくなる。すなわち、Ｖd／ωが小さくなったことと同じであると等価的に考えることができる。

そこで、係数部２２５２で、Ｖd／ωの補正値（Cwq）を出す。図の例では、補正値は、基準Iqまでは影響は大きくないので小さく、そこから曲線で補正している。補正はパターンでも演算でもよく、モータ定数や磁石特性により適宜選択する。加算部２２５３では、Iqの大きさに応じてＶd／ωが小さくなるよう補正する。このようにして、弱め磁束を与えるｄ軸電流は、弱め磁束制御部２２６の入力側で補正された後、弱め磁束Idパターンから得られる。

さらに、（４）式から分かるように、磁石磁束φもこのパターンに関与する。温度が高い場合は磁束が低下するから、Idを絶対値で小さな値にすると良い。そこで、基準温度で得た弱め磁束制御部２２６からのｄ軸電流値に対し、出力補正部２２７で磁石磁束の温度による変化分を補正する。出力補正部２２７の係数部２２７１は、基準温度をベースにIdの補正値（Cwt）を決める。そして、加算部２２７２で温度が高ければ絶対値を小さくし、温度が低ければ大きくする。係数部２２７１は温度に対して比例演算でも曲線でもよく、単純な比例演算やパターンとして記憶させるなどの形態をとる。使用条件や磁石特性によって適宜選択する。

上記の補正部２２３、２２５，２２７の構成は、モータ仕様や制御精度によって、その入力値の変更や入れ替え、いろいろな構成や変形が考えられ、これらに基づいて適宜選択される。（３）〜（５）式では、モータの巻線抵抗値の影響は大きくないとして計算したが、考慮するように展開してもよい。また、各補正部はデータテーブルの形でパターンとして構成するだけでなく、演算式で構成してもよい。さらに、補正部２２３、２２５、２２７はすべて備えなくてもよく、モータ仕様や制御精度によって適正な補正部のみを備えてもよい。

以上のようにして、最大トルク制御部のパターンと、弱め磁束制御部のパターンを基本パターンとして、その前後の入力部または出力部で、基本パターンを等価的に補正することでｄ軸電流指令が設定される。

本発明実施例によれば、次の効果が得られる。
（１）電動機の状態（温度、ｑ軸電流）が変化しても、補正するための因子を適切に選定することで、迅速に電動機の特性の最適化ができる。
（２）また、２つのパターンを補正するだけで簡単、容易に、最終的なｄ軸電流指令を設定でき、電動機の特性が最適化できる。また試験確認も容易である。
（３）基本パターンでのId設定は適切に簡易化できる。
（４）パターン形式なので、インダクタンスなど非線形性を考慮して設定できる。
（５）モータトルクや電圧を決める要素をすべて考慮するので、実用的な範囲でｄ軸電流指令を適正化できる。
（６）補正は演算式、あるいは簡易パターンとすることで、モータ仕様や要求精度で適宜選択できる。すなわち補正項の影響が小さいとき、演算式やパターンは簡易化できる。
（７）制御演算の時間ステップを小さくでき、高速トルク応答ができる。

さらに、これを行う前記Id／Iq指令部２２の演算装置では、次の効果が得られる。
（１）演算量が少ないので、制御演算割合が小さく、ＣＰＵ負荷が小さくできる。
（２）パターンが少ないのでメモリ量も小さくできる。
（３）演算装置が安価となる。

図３は、弱め磁束制御に関する要素は、 弱め磁束制御部２２６を主体として、それを決定するパラメータを式の展開にしたがってその通りに補正項（入力補正部２２５、出力補正部２２７）を構成している。

図３における入力／出力補正部の演算は一例であり、他の演算方法もある。図３の、弱め磁束制御に関する要素は、式４を自然に展開した構成としているが、本質的には、Iqの増加に応じてIdを大きくする制御であるから、図６（後述）に示すように出力補正部２２７の側に持ってきても、その意図は実現できる。図６では、回転数ω、直流電圧Vdで決まる弱め磁束制御と、IqによってId指令値を変化する演算を分けているので、Id指令値のパターン設定を、段階を踏んで設計することができ、設計の容易化が図れる。

（実施例２）
図４は本発明の実施例２を示す。図において、図２、図３と部品番号が同一のものは、同一物を表す。図４は図２に出力補正部２２９が追加されている。

トルク指令τ*からｑ軸電流指令を演算するには（２）式から分かるように、磁石磁束φの項がある。トルク指令からｑ軸電流指令に変換する際、その変換係数は温度による影響を受けるから、出力補正部２２９で温度による磁束変化分を補正する。すなわち、（２）式から、
Iq≒τ／ｐφ （６）
であるから、トルク指令からｑ軸電流指令に変換するとき、出力補正部２２９で温度による磁石磁束φの変化を補正する。

出力補正部２２９の具体例を図５に示す。係数部２２９１と乗算部２２９２とでモータ温度が基準値より高くなると、絶対値で大きなIq値となるように補正する。図５の補正部２２９の構成は一例であり、他の構成でもよい。さらに、最大トルク制御部２２４の入力には、出力補正部２２９、入力補正部２２３とモータ温度による同様な補正演算が続くので、これらを統合してもよい。

なお、（６）式は（２）式のリラクタンストルクの項を無視したが、考慮した形で演算してもよい。すなわち、
Iq＝τ／[ｐφ＋(Ｌd−Ｌq)Id] （７）
である。（７）式から、Idの値が必要であるが、例えば、この制御演算の１ステップ前のｄ軸電流指令値を用いる演算をすることができる。この実施例のようにすると、さらに精度のよいトルク制御が行える。

（実施例３）
図６は本発明の実施例３を示す。入力補正部および出力補正部の図３とは違う具体例を示す。図６の部品番号は図２、図３と同一に付しており、破線内が入力補正部２２３、２２５、出力補正部２２７である。弱め磁束制御に関する入力補正部２２５、弱め磁束制御部３０１、出力補正部２２７に特徴がある。最大トルク制御に関する入力補正部２２３は、実施例１または２と同じである。

弱め磁束制御部３０１におけるパターン部３０１１は、速度ωに対するもので、直流電圧Ｖdに対応して複数のパターンを持つ。このパターンは、要求するモータの制御精度に応じた複数の直流電圧に対して複数準備される。パターン部３０１１では、選定した各電圧において、基準の磁束、基準のｑ軸電流で回転数に対するｄ軸電流Idを（４）式で演算し、複数のパターンとして記憶する。

入力補正部２２５では、電圧判定部２２５４において、直流電圧Ｖdが制御部３０１のパターンを与える電圧のどの範囲か判定し、その値の前後の２つのパターンを選択する。そして、パターン部３０１１では、入力回転数より、２つの電圧のパターンに対するｄ軸電流指令値を選択する。そして、線形補間部３０１２で直流電圧Ｖdに応じて判定部２２５４で選択した電圧により線形補間してｄ軸電流指令を演算する。

出力補正部２２７について述べる。（４）式から分かるように、磁石磁束φもこのパターンに関与する。温度が高い場合は磁束が低下するから、弱め磁束制御部３０１で得たｄ軸電流値Idを絶対値で小さくする。係数部２２７１は、基準温度をベースに補正値を決め、加算部２２７２でｄ軸電流指令値の補正を行う。温度が高ければｄ軸電流値を絶対値で小さくし、低ければ大きくする。係数部２２７１は、入力変数（温度）に対して単純な比例演算や曲線により、使用条件やモータ特性、磁石の温度特性に基づいて係数を適宜選択する。

さらに、ｄ軸電流Idの値は（４）式を実現するため、ｑ軸電流Iqの基準値からの違い（差）による補正を行う。たとえば、ｑ軸電流Iqが絶対値で大きいほどｄ軸電流Idは絶対値で大きな値をとる。係数部２２７３ではｑ軸電流Iqに応じた係数値を出し、乗算部２２７４、加算部２２７５を経て、q軸電流絶対値｜Iq｜に応じて、弱め磁束制御部３０１からのｄ軸電流指令Idが補正される。

実施例１では弱め磁束制御部のパターンが１つであるが、この実施例３では、弱め磁束制御部でのパターンは増えるものの、除算演算を実施しないので、制御部のＣＰＵの負荷が減り敏速に処理できる。

また、特許文献４のような、ｑ軸電流指令の値から適当な比例係数を乗じて検出直流電圧Vdcから減算し、この減算した直流電圧Vdc1を用いて各電圧のパターンから補間演算してd軸電流指令値を得るような方式に比べ、本方式は弱め磁束制御部のd軸電流指令値決定後に補正を行うため、検出直流電圧Vdcを考慮する必要がないという利点がある。

また、パラメータ設定を弱め磁束制御部を単独で段階を踏んで設計することができ、さらに、q軸電流指令値に適当な比例係数を乗じたものを加算するだけなので、モータ特性に最適なｄ軸電流指令値が容易に設定できる。

上記のようにしても、２つの基本パターンをその入力部または出力部で補正して実効的な精度をもつｄ軸電流の制御ができる。この例における補正部の構成も一例であり、モータ仕様や要求する制御精度によって、適宜変更や簡易化が可能である。たとえば、モータの銅損と鉄損の和を最小にするようなｄ軸電流指令値を、各回転速度や電流による最適値をあらかじめ求めておけば、容易に適用が可能である。

（実施例４）
図７は本発明の実施例４を示し、モータ温度の検出の別な例を示す。モータ温度を演算で得る点に特徴がある。モータの損失である、銅損と鉄損を演算して、モータ温度を推定する。

まず、電機子電流値Ｉａの２乗値を乗算部１５１１で得て、導体抵抗に相当する係数を係数部１５１２で乗算して銅損を得る。一方、ＰＭモータ１１を駆動する周波数、すなわち、速度ωに対する鉄損を前もって調べ、それをパターンとして鉄損パターン部１５１３で記憶する。こうして、速度ωに対応する鉄損を鉄損パターン部１５１３から得る。加算部１５１４ではこうして得られた、銅損と鉄損を加算してモータからの損失を得る。

なお、モータの損失には回転に伴う機械損失（図示せず）がある。これが、モータの温度上昇に関係するなら、鉄損と同様にして速度に対して機械損のパターンを得て、加算部１５１４で加算する。このようにして、全体的なモータ損失が得られると、この損失からモータの構造や冷却で決まる、熱時定数部１５１５を経て、モータ温度Ｔm*を推定する。

さらに、導体抵抗に相当する係数部１５１２での演算は、導体抵抗がモータ温度の影響を受けるから、図の破線のように温度を考慮して、係数値を決めることもできる。また、推定したモータ温度Ｔm*をモータが設置される外気温の影響を受けるとき、この演算を行う制御装置周辺の外気温を測定して推定してもよい。

この実施例４によれば、モータの温度測定をしないので、その検出器が不要となり、モータ仕様がよりシンプルにでき、検出器の故障の問題も無い。

１１：永久磁石同期電動機（ＰＭモータ）
１２：インバータ
１３：直流母線
１４：エンコーダ
１５：温度検出器
１６：電圧検出器
２１：速度制御部
２２：Id／Iq指令部
２３：電流制御部
２４：電流検出器
２５：ＡＣ／ＤＣ変換部
２６：ＤＣ／ＡＣ変換部
２７：搬送波発生部
２８：ＰＷＭ制御部
２９：速度検出部
２２１：リミッタ部
２２２：絶対値演算部
２２３：入力補正部（トルク補正部）
２２４：最大トルク制御部
２２５：入力補正部（弱め磁束補正部）
２２６：弱め磁束制御部
２２７：出力補正部（弱め磁束補正部）
２２８：合成部
２２９：出力補正部
３０１：弱め磁束制御部
２２３１：係数部
２２３２：乗算部
２２３３：加算部
２２５１：除算部
２２５２：係数部
２２５３：加算部
２２５４：電圧判定部
２２７１：係数部
２２７２：加算部
２２７３：係数部
２２７４：乗算部
２２７５：加算部
２２９１：係数部
２２９２：乗算部
３０１１：パターン部
３０１２：線形補間部
１５１１：乗算部
１５１２：係数部
１５１３：鉄損パターン部
１５１４：加算部
１５１５：熱時定数部

Claims (9)

1. 同期電動機の電流を検出し、この電流をｄ−ｑ２軸のｄ軸電流、ｑ軸電流の直交成分に分けて制御する電流制御部と、
   前記電流制御部の出力に基づいて同期電動機に電力を供給するインバータと、
   弱め磁束制御による高回転化を図るための回転速度及びインバータの電圧に対するｄ軸電流指令値１を出力する弱め磁束制御部、最大トルクを発生させるためのｄ軸電流指令値２を出力する最大トルク制御部、およびｄ軸電流指令値１とｄ軸電流指令値２を合成して最終的なｄ軸電流指令値とする合成部を有するＩｄ／Ｉｑ指令部を備えた同期電動機の制御装置において、
   前記Ｉｄ／Ｉｑ指令部は、前記弱め磁束制御部の入力信号と出力信号の少なくとも一方を補正する弱め磁束補正部と、前記最大トルク制御部の入力信号を補正するトルク補正部を設けたことを特徴とする同期電動機の制御装置。
2. 請求項１に記載の同期電動機の制御装置において、
   前記弱め磁束補正部は、回転速度及びインバータの電圧に対して、トルク指令から演算されるｑ軸電流に基づく補正を加えて、前記弱め磁束制御部の入力信号とすることを特徴とする同期電動機の制御装置。
3. 請求項１または２に記載の同期電動機の制御装置において、
   前記弱め磁束補正部は、前記弱め磁束制御部の出力信号に対して、電動機温度に基づく補正を加えて前記ｄ軸電流指令値１として前記合成部に入力することを特徴とする同期電動機の制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の同期電動機の制御装置において、
   前記トルク補正部は、トルク指令から演算されるｑ軸電流に対して、電動機温度に基づく補正を加えて前記最大トルク制御部の入力信号とすることを特徴とする同期電動機の制御装置。
5. 請求項１に記載の同期電動機の制御装置において、
   前記弱め磁束補正部は、前記弱め磁束制御部の出力信号に対して、トルク指令から演算されるｑ軸電流と電動機温度とに基づく補正を加えて前記ｄ軸電流指令値１として前記合成部に入力することを特徴とする同期電動機の制御装置。
6. 請求項１〜5のいずれか一項に記載の同期電動機の制御装置において、
   前記弱め磁束補正部と前記トルク補正部は、補正のためのデータテーブル、または、演算式を備えていることを特徴とする同期電動機の制御装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の同期電動機の制御装置において、
   前記電動機温度は、電動機に取付けられた温度検出器で測定されることを特徴とする同期電動機の制御装置。
8. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の同期電動機の制御装置において、
   前記電動機温度は、電動機の電流値と回転速度から得られることを特徴とする同期電動機の制御装置。
9. 請求項８に記載の同期電動機の制御装置において、
   電動機の電流値と導体抵抗から求めた銅損と電動機の回転速度から求めた鉄損から電動機の損失を算出し、この損失と電動機の熱時定数から電動機温度を推定することを特徴とする同期電動機の制御装置。

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