JP2017022878A - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】制御性を向上させることが可能なモータの制御装置を提供する。【解決手段】トルク指令値から回転座標系上の第１電流指令値を算出する電流指令部と、算出された第１電流指令値から第２電流指令値を算出する補正部と、算出された第２電流指令値と、各相のコイルに流れる実電流値とに基づいて、各相のコイルに印加する電圧の電圧指令値を算出する電圧指令部と、算出された電圧指令値に基づいて、インバータを操作する操作部と、を備える。補正部は、回転子位置θに対する各相の自己インダクタンスの変化量が正の値となる区間に基づいて、各相の相電流の通電区間を判別するとともに、通電区間以外を非通電区間とする区間判別部を含み、通電区間における第１電流指令値を通電区間における第２電流指令値とするとともに、非通電区間における各相の前記相電流を減少させるように各相の前記第１電流指令値を補正して、第２電流指令値を算出する。【選択図】 図２

Description

本発明は、相毎に独立して制御するモータの制御装置に関する。

ＳＲモータのような相毎に独立して制御されるモータの制御装置として、特許文献１に記載のＳＲモータの制御装置が提案されている。一般に、ＳＲモータのような相毎に独立して制御されるモータの駆動には、ユニポーラ駆動回路が用いられ、モータのコイルには一方向にしか電流が流れない。特許文献１に記載の制御装置は、各相に流れる電流をそれぞれ検出し、検出した各相の電流の符号を操作することで、各相の電流を交流電流として扱っている。そして、特許文献１に記載の制御装置は、各相の電流を交流電流として扱うことで、回転座標系におけるベクトル制御の適用を可能にして、モータの制御性を向上させている。この種の制御装置として、電流指令値を正の値で変動する理想的な正弦波電流とすることで、ベクトル制御の適用を可能にして、制御性を向上させているものもある。

特開２００５−１５１６６５号公報

電流指令値を理想的な正弦波電流とすることで、モータの制御性を向上させることができるが、このようにすると、モータの回転子位置に対するインダクタンスの変化量が負の値となる期間においてもモータに電流が流れる。インダクタンスの変化量が負の値となる期間においては、負のトルクが発生する。よって、トルクに寄与しない電流がモータに流れるため、銅損が増加するという問題がある。ひいては、損失が増加することにより、指令電流に対する実電流の追従性が低下し、制御性が低下するおそれがある。

本発明は、上記実情に鑑み、制御性を向上させることが可能なモータの制御装置を提供することを主たる目的とする。

請求項１に記載の発明は、モータを駆動するインバータを操作して、前記モータを相毎に独立して制御するモータ制御装置であって、前記モータに対するトルク指令値から回転座標系上の第１電流指令値を算出する電流指令部と、前記電流指令部により算出された前記第１電流指令値から回転座標系上の第２電流指令値を算出する補正部と、前記補正部により算出された前記第２電流指令値と、前記各相のコイルに流れる実電流値を前記モータの回転子位置を用いて変換した回転座標系上の実電流と、に基づいて、前記各相のコイルに印加する電圧の指令値である電圧指令値を算出する電圧指令部と、前記電圧指令部により算出された電圧指令値に基づいて、前記インバータを操作する操作部と、を備え、前記補正部は、前記回転子位置に対する前記モータの各相のコイルの自己インダクタンスの変化量が正の値となる区間に基づいて、各相の相電流の通電区間を判別するとともに、前記通電区間以外を非通電区間とする区間判別部を含み、前記通電区間における前記第１電流指令値を前記通電区間における前記第２電流指令値とするとともに、前記非通電区間における各相の前記第１電流指令値を、各相の前記相電流を抑制するように補正して、前記非通電区間における第２電流指令値を算出する。

請求項１に記載の発明によれば、トルク指令値から回転座標系上の第１電流指令値が算出される。また、モータの回転子位置に対する各相のコイルの自己インダクタンスの変化量が正の値となる区間、すなわち、正のトルクが発生する区間に基づいて、各相の相電流の通電区間が判別されるとともに、通電区間以外が非通電区間とされる。そして、通電区間における第１電流指令値はそのまま通電区間における第２電流指令値とされる。また、非通電区間における第１電流指令値が、相電流を抑制するように補正されて、非通電区間における第２電流指令値とされる。さらに、第２電流指令値と実電流とに基づいて電圧指令値が算出され、算出された電圧指令値に基づいてインバータが操作される。これにより、回転座標系上におけるベクトル制御を適用しつつ、正のトルクが発生しない非通電区間における相電流の通電を抑制することができる。よって、損失を低減しつつ電流指令値に対する実電流の追従性を向上させ、モータの制御性を向上させることができる。

また、請求項７に記載の発明は、モータを駆動するインバータを操作して、前記モータを相毎に独立して制御するモータ制御装置であって、前記モータに対するトルク指令値から回転座標系上の電流指令値を算出する電流指令部と、前記電流指令部により算出された前記電流指令値と、前記モータの各相のコイルに流れる実電流値を前記モータの回転子位置を用いて変化した回転座標系上の実電流と、に基づいて、比例積分制御及び非干渉制御により前記各相のコイルに印加する電圧の指令値である電圧指令値を算出する電圧指令部と、前記電圧指令部により算出された前記電圧指令値に基づいて、前記インバータを操作する操作部と、前記電流指令部により算出された前記電流指令値に対応する各相の相電流が所定値以下となる場合に、前記所定値以下となった相の前記比例積分制御を停止させる停止部と、を備える。

請求項７に記載の発明によれば、トルク指令値から回転座標系上の電流指令値が算出され、算出された電流指令値とコイルに流れる実電流とに基づいて、比例積分制御及び非干渉制御により電圧指令値が算出される。算出された電圧指令値に基づいて、インバータが操作される。さらに、電流指令値に対応する相電流が負の値となる場合には、比例積分制御が停止される。一般に、相毎に独立して制御されるモータには、ユニポーラインバータが適用され、モータのコイルには一方向にしか電流が流れない。相電流が負となる電流指令値が与えられた場合に比例積分制御を続けると、指令電流値と実電流値との偏差が増大する。その結果、相電流が正となる電流指令値に変わった後も、増大した偏差の影響が残り、電流指令値に対する実電流の追従性が低下する。ひいては、モータの制御性が低下する。これに対して、相電流が所定値以下となる場合に、所定値以下となった相の比例積分制御を停止させることにより、指令電流値と実電流値との偏差の増大を抑制して、制御性を向上させることができる。

モータシステムの概略構成を示す構成図。 第１実施形態に係るモータ制御装置の機能を示すブロック図。 第１実施形態に係るモータ制御装置の補正部の機能を示すブロック図。 回転子位置及び相電流の振幅に対する磁束の変化を示す図。 回転子位置に対する通電区間及び非通電区間を示す図。 （ａ）第１実施形態に係る対策後の電流指令値及び実電流を示す図。（ｂ）対策前の電流指令値及び実電流を示す図。 （ａ）第１実施形態に係る相電流を示す図。（ｂ）第１実施形態に係る損失を示す表。 （ａ）従来の相電流を示す図。（ｂ）従来の損失を示す表。 第２実施形態に係るモータ制御装置の機能を示すブロック図。 （ａ）第２実施形態に係る対策後の電流指令値及び実電流を示す図。（ｂ）対策前の電流指令値及び実電流を示す図。 第３実施形態に係るモータ制御装置の機能を示すブロック図。

以下、モータ制御装置をＳＲモータに適用した各実施形態について、図面を参照しつつ説明する。各実施形態において、ＳＲモータは、車両に搭載された走行用モータを想定している。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。

（第１実施形態）
まず、本実施形態に係るＳＲモータシステムの構成について、図１を参照して説明する。本実施形態に係るＳＲモータシステムは、ＳＲモータ３００、インバータ２００、電流センサ３１０、回転位置センサ３２０、直流電源２１０、及び制御装置１００を備える。

ＳＲモータ３００は、例えば、径方向に突出する４個の突極を有する回転子３３０と、回転子３３０の突極と対向する６個の突極を有する筒状の固定子（図略）と、固定子の突極に巻回されたコイルφａ，φｂ，φｃと、を有する３相モータとして構成されている。コイルφａ，φｂ，φｃは、それぞれａ相、ｂ相、ｃ相を構成している。

電流センサ３１０は、コイルφａ，φｂ，φｃを流れる実電流である相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃを検出する。相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃは、固定子のコイルφａ，φｂ，φｃに固定されたａ軸、ｂ軸、ｃ軸からなる固定座標系の電流である。回転位置センサ３２０は、回転子の電気角位置を検出するセンサであり、レゾルバ等により構成されている。

インバータ２００は、電圧Ｖｄｃの直流電源２１０から供給された直流電力を３相電力に変換して、ＳＲモータ３００へ供給する電力変換回路である。インバータ２００は、ａ相の電力変換回路、ｂ相の電力変換回路、及びｃ相の電力変換回路が互いに並列に接続されて構成されており、相毎に独立してコイルφａ，φｂ，φｃを通電するものである。各相の電力変換回路は同様の構成となっているため、以下、ａ相の電力変換回路を代表して説明する。

ａ相の電力変換回路は、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２及びダイオードＤ１，Ｄ２を備える。スイッチング素子Ｓ１は、ダイオードＤ１のアノード側に直列に接続されており、スイッチング素子Ｓ２は、ダイオードＤ２のカソード側に直列に接続されている。また、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２には、それぞれボディダイオードが並列に接続されている。そして、スイッチング素子Ｓ１及びダイオードＤ１の接続点と、スイッチング素子Ｓ２及びダイオードＤ２の接続点との間に、コイルφａが接続されている。すなわち、ａ相の電力変換回路は、いわゆる非対称Ｈブリッジ回路となっている。

同様に、ｂ相及びｃ相の電力変換回路も、非対称Ｈブリッジ回路となっている。よって、インバータ２００は、３個の非対称Ｈブリッジ回路が互いに並列に接続された回路となっている。インバータ２００の入力端子間には、平滑コンデンサを介して、直流電源２１０が接続されている。直流電源２１０は、例えば、リチウム二次電池等の高圧バッテリである。上述したように、インバータ２００は、各相の非対称Ｈブリッジ回路が互いに並列に接続されているため、ＳＲモータ３００の各相のコイルφａ，φｂ，φｃに個別に電圧を印加して、各相の電流を個別に制御することができる。すなわち、ＳＲモータ３００を相毎に独立して制御することができる。

各相の電力変換回路に含まれるスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６は、それぞれ、制御装置１００から送信された操作信号ｇ１〜ｇ６によりオン又はオフされる。スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６がＩＧＢＴ等の電圧制御素子の場合、操作信号ｇ１〜ｇ６は、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６のゲート駆動信号となる。

スイッチング素子Ｓ１及びＳ２をオンにすると、直流電源２１０の正極側からスイッチング素子Ｓ２、コイルφａ、スイッチング素子Ｓ１を通る経路で電流が流れ、コイルφａに正の電圧Ｖｄｃが印加される（正電圧印加モード）。スイッチング素子Ｓ１をオフ及びスイッチング素子Ｓ２をオンにすると、スイッチング素子Ｓ２、コイルφａ、ダイオードＤ１の経路を電流が循環して、コイルφａに印加される電圧は零になる（零電圧印加モード）。同様に、スイッチング素子Ｓ１をオン及びスイッチング素子Ｓ２をオフにすると、コイルφａに印加される電圧は零になる（零電圧印加モード）。また、スイッチング素子Ｓ１及びＳ２をオフにすると、直流電源２１０の負極がｗからダイオードＤ２、コイルφａ、ダイオードＤ１の経路で電流が流れ、コイルφａに負の電圧−Ｖｄｃが印加される（負電圧印加モード）。

上記各モードのいずれの場合でも、コイルφａには同じ方向にしか電流が流れない。ｂ相及びｃ相も同様である。すなわち、インバータ２００は、コイルφａ，φｂ，φｃのそれぞれに対して、一定の方向にしか電流を流さないユニポーラ駆動回路である。一般に、ＳＲモータ３００のような相毎に独立して制御されるモータには、ユニポーラ駆動のインバータが適用される。

制御装置１００（モータ制御装置）は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びＩ／Ｏ等を備えたマイクロコンピュータである。制御装置１００は、ＣＰＵがＲＯＭに記憶されている各種プログラムを実行することにより、電流指令部１０、補正部２０、電圧指令部３０、座標変換部４０、変調率指令部５０及びＰＷＭ部６０の各機能を実現する。以下、制御装置１００の各機能について、図２を参照して説明する。

電流指令部１０は、ＳＲモータ３００に対するトルク指令値τ＊から、回転座標系上の第１電流指令値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊，Ｉ０＊を算出する。詳しくは、電流指令部１０は、電気角で示される回転子３３０の回転子位置θごとに、所望のトルクとなる電流指令値を示す指令マップを有している。そして、電流指令部１０は、指令マップを用いて、トルク指令値τ＊、及び回転位置センサ３２０により検出された回転子位置θから、電流指令値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊，Ｉ０＊を算出する。トルク指令値τ＊は、制御装置１００よりも上位の制御装置、例えばハイブリッド制御装置等から制御装置１００へ送信される。

なお、回転座標系は、回転子３３０に固定されたｄ軸、ｑ軸、０軸からなる座標系である。固定座標系と回転座標系との関係は次の式（１）のようになる。相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃが平衡している場合、すなわちＩａ＋Ｉｂ＋Ｉｃ＝０の場合、０軸の電流Ｉ０は０となるが、相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃが不平衡となる場合、０軸の電流Ｉ０は０とならない。本実施形態では、相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃが不平衡となる場合を考慮して、ｄｑ軸だけでなく０軸も用いている。

補正部２０は、電流指令部１０により算出された第１電流指令値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊，Ｉ０＊に基づいて、回転座標系上の第２電流指令値Ｉｄ＊＊，Ｉｑ＊＊，Ｉ０＊＊を算出する。補正部２０の詳細については後述する。

電圧指令部３０は、補正部２０により算出された第２電流指令値Ｉｄ＊＊，Ｉｑ＊＊，Ｉ０＊＊と、コイルφａ，φｂ，φｃを流れる実電流である相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃとに基づいて、電圧指令値Ｖａ＊，Ｖｂ＊，Ｖｃ＊を算出する。電圧指令値Ｖａ＊，Ｖｂ＊，Ｖｃ＊は、コイルφａ，φｂ，φｃに印加する相電圧の指令値である。詳しくは、電圧指令部３０は、偏差算出部３１ａ〜３１ｃ、ＰＩ制御部３２ａ〜３２ｃ、非干渉制御部３３及び座標変換部３４の機能を有する。

偏差算出部３１ａ〜３１ｃは、それぞれ、座標変換部４０により算出された回転座標系上の実電流Ｉｄ，Ｉｑ，Ｉ０と、補正部２０により算出された第２電流指令値Ｉｄ＊＊，Ｉｑ＊＊，Ｉ０＊＊との、偏差ΔＩｄ，ΔＩｑ，ΔＩ０を算出する。座標変換部４０は、電流センサ３１０により検出された相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃを、回転位置センサ３２０により検出された回転子位置θを用いて、回転座標系上の実電流Ｉｄ，Ｉｑ，Ｉ０に変換する。

そして、ＰＩ制御部３２ａ〜３２ｃは、それぞれ、偏差算出部３１ａ〜３１ｃにより算出された偏差ΔＩｄ，ΔＩｑ，ΔＩ０について、比例積分制御を実施する。非干渉制御部３３は、ＰＩ制御部３２ａ〜３２ｃの各出力に対して、回転子位置θを微分して算出した回転速度を用いて周知の非干渉制御を実施し、回転座標系上の電圧指令値Ｖｄ＊，Ｖｑ＊，Ｖ０＊を算出する。座標変換部３４は、回転位置センサ３２０により検出された回転子位置θを用いて、回転座標系上の電圧指令値Ｖｄ＊，Ｖｑ＊，Ｖ０＊を、固定座標系上の電圧指令値Ｖａ＊，Ｖｂ＊，Ｖｃ＊に変換する。

変調率指令部５０は、電源電圧と固定座標系上の電圧指令値とに基づいて、変調指令値Ｔａ＊，Ｔｂ＊，Ｔｃ＊を算出する。

ＰＷＭ部６０（操作部）は、変調率指令部５０により算出された変調指令値Ｔａ＊，Ｔｂ＊，Ｔｃ＊から、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６を操作する操作信号ｇ１〜ｇ６を算出する。そして、ＰＷＭ部６０は、算出したゲート駆動信号である操作信号ｇ１〜ｇ６を、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６へ送信する。これにより、コイルφａ，φｂ，φｃに電圧指令値Ｖａ＊，Ｖｂ＊，Ｖｃ＊の電圧が印加されるように、インバータ２００が操作される。

次に、補正部２０について、図３を参照して詳しく説明する。ＳＲモータ３００のａ相のトルクτａは、式（２）のように表される。式（２）で示すように、トルクτａは、ａ相の相電流Ｉａの振幅の２乗に比例する。また、トルクτａは、回転子３３０の回転子位置θに対するａ相の自己インダクタンスＬａの傾きが正の場合に正のトルクとなり、自己インダクタンスＬａθの傾きが負の場合に負のトルクとなる。

図２に、ｂ相及びｃ相の相電流Ｉｂ及びＩｃの振幅を一定として、ａ相の相電流Ｉａの振幅を６０（Ａ）から３００（Ａ）の範囲で変化させた場合における、回転子位置θに対する各相の磁束λａ，λｂ，λｃの変化を示す。磁束λａは、自己インダクタンスＬａと相電流Ｉａに比例するため、所定の相電流値における磁束λａの変化は、自己インダクタンスＬａの変化を表す。

図示されるように、自己インダクタンスＬａは、回転子位置θに対して増減する。自己インダクタンスＬａが減少する期間、すなわち、回転子位置θに対する自己インダクタンスＬａの変化の傾きが負となる期間において、コイルφａに相電流Ｉａを流すと、負のトルクが発生して、損失、特に銅損が大きくなる。ひいては、電流指令値に対して実電流の追従性が低下し、ＳＲモータ３００の制御性が低下する。よって、損失を抑制するためには、回転子位置θに対する自己インダクタンスＬａの変化の傾きが負となる期間では、コイルφａに流す相電流Ｉａを抑制することが望ましい。同様に、回転子位置θに対する自己インダクタンスＬｂ，Ｌｃの変化の傾きが負となる期間では、コイルφｂ，φｃに流す相電流Ｉｂ，Ｉｃを抑制することが望ましい。

なお、図４において、相電流Ｉａの振幅変化により、ｂ相及びｃ相の自己インダクタンスＬｂ，Ｌｃが変化している。このように、実際には、自己インダクタンスＬａ，Ｌｂ，Ｌｃは、自相の相電流の振幅変化だけでなく、他相の相電流の振幅変化の影響も受けて変化するが、自相の相電流の振幅変化の影響に対して、他相の相電流の振幅変化の影響は小さい。よって、自相の相電流の振幅変化を考慮するだけでもよい。

補正部２０は、回転子位置に対する各相の自己インダクタンスＬａ，Ｌｂ，Ｌｃの変化量が負の値となる期間において、コイルφａ，φｂ，φｃに流れる相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃを抑制するように、第１電流指令値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊，Ｉ０＊を補正する。具体的には、補正部２０は、座標変換部２１、変化量算出部２２、インダクタンスマップ２３、区間判別部２４、制限部２５、及び座標変換部２６の機能を有する。

座標変換部２１（第１変換部）は、電流指令部１０により算出された第１電流指令値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊，Ｉ０＊を、固定座標系上の第１電流指令値Ｉａ＊，Ｉｂ＊，Ｉｃ＊に変換する。

インダクタンスマップ２３は、回転子位置θ及び相電流Ｉａの振幅値に対する自己インダクタンスＬａ、回転子位置θ及び相電流Ｉｂの振幅値に対する自己インダクタンスＬｂ、回転子位置θ及び相電流Ｉｃの振幅値に対する自己インダクタンスＬｃを示すマップである。あるいは、インダクタンスマップ２３は、回転子位置θ及び相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃの振幅値に対する自己インダクタンスＬａ、自己インダクタンスＬｂ、及び自己インダクタンスＬｃを示すマップにしてもよい。

変化量算出部２２は、回転子位置θ、各相の相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃ、及びインダクタンスマップ２３を用いて、自己インダクタンスＬａ，Ｌｂ，Ｌｃを算出する。そして、変化量算出部２２は、今回算出した自己インダクタンスＬａ，Ｌｂ，Ｌｃのそれぞれから、前回の演算周期で算出した自己インダクタンスＬａ，Ｌｂ，Ｌｃをそれぞれ差引いて、各相のインダクタンス変化量ΔＬａ，ΔＬｂ，ΔＬｃを算出する。

区間判別部２４は、変化量算出部２２により算出されたインダクタンス変化量ΔＬａ，ΔＬｂ，ΔＬｃが、正の値となる回転子位置θの区間に基づいて、回転子位置θに対する各相の相電流の通電区間を判別する。また、区間判別部２４は、回転子位置θに対して、通電区間以外を非通電区間とする。

ここで、上述したように、インバータ２００は、コイルφａ，φｂ，φｃに対して一方向にしか電流を流さない。詳しくは、電流が流せる方向の電流を正とすると、ダイオードＤ１〜Ｄ６の逆方向飽和電流は負の電流となり、インバータ２００は、逆方向飽和電流よりも小さい値の電流（負の方向に大きい電流）を流せない。よって、回転座標系上の第２電流指令値Ｉｄ＊＊，Ｉｑ＊＊，Ｉ０＊＊を、相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃが負となるような指令値、詳しくは、ダイオードＤ１〜Ｄ６の逆方向飽和電流よりも小さくなるような指令値とした場合、インバータ２００に対して制御不可能な電流指令値が与えられることになる。この場合、電流指令値に対して実電流の追従性が低下し、ＳＲモータ３００の制御性が低下する。

そこで、区間判別部２４は、各相において、インダクタンス変化量ΔＬａ，ΔＬｂ，ΔＬｃが正の値となり、且つ、第１電流指令値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊，Ｉ０＊に基づいてコイルφａ，φｂ，φｃに相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃを流した場合に、相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃが所定値Ｉｍよりも大きくなる区間を、通電区間と判別する。詳しくは、区間判別部２４は、各相において、インダクタンス変化量ΔＬａ，ΔＬｂ，ΔＬｃが正の値となり、且つ、固定座標系上の第１電流指令値Ｉａ＊，Ｉｂ＊，Ｉｃ＊が所定値Ｉｍよりも大きくなる区間を、通電区間と判別する。

所定値Ｉｍは、ダイオードＤ１〜Ｄ６の逆方向飽和電流以上（例えば零）の値とする。簡易的には、ダイオードＤ１〜Ｄ６は零以上の正電流を流すとして、所定値Ｉｍは零以上正の値としてもよい。詳しくは、所定値Ｉｍは、トルク指令値τ＊と実トルクとの誤差が数％（例えば５％）以内に収まる零近傍の値であればよい。本実施形態では、所定値Ｉｍを零とする。すなわち、ａ相の通電区間は、インダクタンス変化量ΔＬａが正の値で、且つ、固定座標系上の第１電流指令値Ｉａ＊が正の値となる区間である。ｂ相及びｃ相の通電区間も同様である。固定座標系上の第１電流指令値Ｉａ＊，Ｉｂ＊，Ｉｃ＊が正の値となる区間は、次の式（３）〜（１０）により算出される。なお、各式において、角度は度を単位として表している。

式（１）から、固定座標系上の第１電流指令値Ｉａ＊，Ｉｂ＊，Ｉｃ＊は式（３）のように表される。よって、相電流Ｉａ，Ｉｂ，ＩｃがＩｍよりも大きくなる条件は、次の式（４）で表される。

式（４）から、次の式（５）が算出される。

ｓｉｎ（θ＋α）の最大値は１であるので、次の式（６）の条件を満たす場合は、所定値Ｉｍよりも大きい相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃしか流れない。よって、この場合、図５に示すように、区間判別部２４は、インダクタンス変化量ΔＬａ，ΔＬｂ，ΔＬｃがそれぞれ正の値となる、回転子３３０の位置θ２から位置θ１までの区間を、各相の通電区間と判別する。

一方、次の式（７）の条件を満たす場合は、所定値Ｉｍよりも大きい相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃが流れる回転子位置θの範囲が限られる。

式（８）を満たすとすると、ａ相の相電流Ｉａが所定値Ｉｍとなる回転子３３０の位置ξ１，位置ξ２は、式（９）のようになる。また、相電流Ｉａが所定値Ｉｍよりも大きくなる通電幅Δθは、位置ξ２から位置ξ１までの区間であり、式（１０）のようになる。なお、ｂ相及びｃ相も同様になる。

区間判別部２４は、相毎に、位置ξ２から位置ξ１までの区間の中に、インダクタンス変化量が正の値となる区間（θ２〜θ１）が入っている場合、位置θ２から位置θ１までの区間を、各相の通電区間と判別する。また、位置θ２から位置θ１までの区間に、通電幅Δθの区間が入っている場合は、位置ξ２から位置ξ１までの区間を、各相の通電角と判別する。区間判別部２４は、位置θ２から位置θ１までの区間と通電幅Δθの区間との重なった部分を、各相の通電区間と判別する。

制限部２５は、回転子位置θが、区間判別部２４により非通電区間と判別された区間にあり、且つ、固定座標系上の第１電流指令値Ｉａ＊，Ｉｂ＊，Ｉｃ＊が所定値Ｉｍ以下の場合に、固定座標系上の第１電流指令値Ｉａ＊，Ｉｂ＊，Ｉｃ＊を所定値Ｉｍにする。これにより、コイルφａ，φｂ，φｃに、所定値Ｉｍ未満の相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃを流そうとすることが抑制される。また、制限部２５は、回転子位置θが、区間判別部２４により非通電区間と判別された区間にあり、且つ、固定座標系上の第１電流指令値Ｉａ＊，Ｉｂ＊，Ｉｃ＊が所定値Ｉｍよりも大きい場合に、固定座標系上の第１電流指令値Ｉａ＊，Ｉｂ＊，Ｉｃ＊を所定値Ｉｍに制限する。これにより、コイルφａ，φｂ，φｃに、負のトルクを発生させる相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃを流そうとすることが抑制される。

すなわち、制限部２５は、回転子位置θが、区間判別部２４により非通電区間と判別された区間において、固定座標系上の第１電流指令値Ｉａ＊，Ｉｂ＊，Ｉｃ＊を所定値Ｉｍに固定する。そして、制限部２５は、所定値Ｉｍとした固定座標系上の第１電流指令値Ｉａ＊，Ｉｂ＊，Ｉｃ＊を、固定座標系上の第２電流指令値Ｉａ＊＊，Ｉｂ＊＊，Ｉｃ＊＊する。また、制限部２５は、回転子位置θが、区間判別部２４により通電区間と判別された区間にある場合、固定座標系の第１電流指令値Ｉａ＊，Ｉｂ＊，Ｉｃ＊を、そのまま固定座標系の第２電流指令値Ｉａ＊＊，Ｉｂ＊＊，Ｉｃ＊＊とする。

座標変換部２６（第２変換部）は、制限部２５により算出された固定座標系上の第２電流指令値Ｉａ＊＊，Ｉｂ＊＊，Ｉｃ＊＊を、回転座標系上の第２電流指令値Ｉｄ＊＊，Ｉｑ＊＊，Ｉ０＊＊に変換する。以上により、非通電区間における第１電流指令値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊，Ｉ０＊は補正されて、第２電流指令値Ｉｄ＊＊，Ｉｑ＊＊，Ｉ０＊＊となるが、通電区間における第１電流指令値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊，Ｉ０＊は、そのまま第２電流指令値Ｉｄ＊＊，Ｉｑ＊＊，Ｉ０＊＊となる。

非通電区間では、第２電流指令値Ｉｄ＊＊，Ｉｑ＊＊，Ｉ０＊＊を所定値Ｉｍに固定することにより、負のトルクの発生が抑制されるとともに、コイルφａ，φｂ，φｃに流せない方向の相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃを流そうとすることが抑制される。また、通電区間では、トルク指令値τ＊から算出した電流指令値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊，Ｉ０＊を、電流指令値Ｉｄ＊＊，Ｉｑ＊＊，Ｉ０＊＊とすることにより、電流を制御量として、実トルクがトルク指令値τ＊にフィードバック制御される。

次に、本実施形態に係る制御装置１００を適用した場合の効果について、図６〜図８を参照して説明する。図６に、固定座標系上の実電流Ｉｄ，Ｉｑ，Ｉ０、及び固定座標系上の第１電流指令値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊，Ｉ０＊のタイムチャートを示す。図６（ａ）は、補正部２０による電流指令値の補正処理を実施した場合であり、図６（ｂ）は補正処理を実施しなかった場合である。電流指令値の補正処理を実施しなかった場合は、電流指令値と実電流との差が比較的大きい箇所が周期的にみられる。これは、相電流が負となる電流指令値が与えられたことにより、電流指令値と実電流との差が大きくなっている箇所である。これに対して、電流指令値の補正処理を実施したことにより、実施しなかた場合と比べて、電流指令値に対する実電流の追従性が非常に向上している。これは、相電流が負となる電流指令値を与えないようにしたこと、及び負のトルクの発生を抑制して損失を低減したことによる。

図８に、本実施形態に係る（ａ）相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃのタイムチャート及び（ｂ）損失を示す。また、図９に、従来の電流指令値を理想的な正弦波電流とした場合における、（ａ）相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃのタイムチャート及び（ｂ）損失を示す。本実施形態に係る相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃは、従来と比べて、零となる期間が長くなり、ＭＧ損失が低減している。特に、本実施形態では、従来と比べて銅損が大きく低減している。

以上説明した第１実施形態によれば、以下の効果を奏する。

・回転子位置θに対する各相のインダクタンス変化量ΔＬａ，ΔＬｂ，ΔＬｃが正の値となる区間に基づいて、各相の相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃの通電区間が判別されるとともに、通電区間以外が非通電区間とされる。そして、通電区間における第１電流指令値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊，Ｉ０＊は、そのまま通電区間における第２電流指令値Ｉｄ＊＊，Ｉｑ＊＊，Ｉ０＊＊とされる。また、非通電区間における第１電流指令値Ｉｄ＊＊，Ｉｑ＊＊，Ｉ０＊＊は、固定座標系上の第１電流指令値Ｉａ＊，Ｉｂ＊，Ｉｃ＊の絶対値を減少させるように補正されて、非通電区間における第２電流指令値Ｉｄ＊＊，Ｉｑ＊＊，Ｉ０＊＊とされる。

さらに、実電流Ｉｄ，Ｉｑ，Ｉ０と第２電流指令値Ｉｄ＊＊，Ｉｑ＊＊，Ｉ０＊＊との偏差ΔＩｄ，ΔＩｑ，ΔＩ０から、電圧指令値Ｖａ＊，Ｖｂ＊，Ｖｃ＊が算出され、算出された電圧指令値Ｖａ＊，Ｖｂ＊，Ｖｃ＊に基づいて、インバータ２００が操作される。これにより、ＳＲモータ３００に回転座標系におけるベクトル制御を適用しつつ、正のトルクが発生しない非通電区間における相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃの通電を抑制することができる。よって、損失を低減して、第２電流指令値Ｉｄ＊＊，Ｉｑ＊＊，Ｉ０＊＊に対する実電流Ｉｄ，Ｉｑ，Ｉ０の追従性を向上させ、ＳＲモータ３００の制御性を向上させることができる。

・各相の通電区間が、固定座標系上の第１電流指令値Ｉａ＊，Ｉｂ＊，Ｉｃ＊が所定値Ｉｍよりも大きくなる区間とされる。これにより、通電区間を、第１電流指令値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊，Ｉ０＊に応じて相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃを流すことが可能な区間にできる。よって、第２電流指令値Ｉｄ＊＊，Ｉｑ＊＊，Ｉ０＊＊に対する実電流Ｉｄ，Ｉｑ，Ｉ０の追従性をさらに向上させることができる。

・非通電区間における固定座標系上の第１電流指令値Ｉａ＊，Ｉｂ＊，Ｉｃ＊が所定値Ｉｍ以下の場合に、第１電流指令値Ｉａ＊，Ｉｂ＊，Ｉｃ＊値が所定値Ｉｍとされる。これにより、非通電区間において、インバータ２００の特性上流すことができない相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃに対応した第１電流指令値Ｉｂ＊，Ｉｑ＊，Ｉ０＊が、インバータ２００に与えられることを抑制できる。よって、第２電流指令値Ｉｄ＊＊，Ｉｑ＊＊，Ｉ０＊＊に対する実電流Ｉｄ，Ｉｑ，Ｉ０の追従性を向上させることができる。

・所定値Ｉｍを零とすることにより、負のトルクが発生する区間において相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃが流れることを抑制しつつ、負の相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃに対応した第１電流指令値Ｉｂ＊，Ｉｑ＊，Ｉｃ＊が与えられることを抑制できる。

・インダクタンスマップ２３を用いることにより、回転子位置θに対する各相のインダクタンス変化量ΔＬａ，ΔＬｂ，ΔＬｃを、高精度に算出することができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係るモータ制御装置について、第１実施形態に係るモータ制御装置と異なる点を、図９を参照して説明する。

本実実施形態では、制御装置１００は、補正部２０の機能を備えず、代わりに停止部７０の機能を有する。上述したように、コイルφａ，φｂ，φｃには、負の相電流を流すことができない。相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃが負となる電流指令値Ｉａ＊，Ｉｂ＊，Ｉｃ＊が与えられた場合、指令値と実電流は乖離し続け、偏差算出部３１ａ〜３１ｃにより算出される偏差ΔＩｄ，ΔＩｑ，ΔＩ０は増大し続ける。その結果、相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃが正となる電流指令値Ｉａ＊，Ｉｂ＊，Ｉｃ＊に切り替わった後も、増大した偏差ΔＩｄ，ΔＩｑ，ΔＩ０の影響を受けて、電流指令値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊，Ｉ０＊に対する実電流Ｉｄ，Ｉｑ，Ｉ０の追従性が低下する。そこで、本実施形態では、停止部７０の機能を備え、相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃが所定値Ｉｍ以下となる電流指令値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊，Ｉ０＊が与えられた場合に、所定値Ｉｍ以下となる相の比例積分制御を停止する。なお、本実施形態では、第１実施形態における第１電流指令値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊，Ｉ０＊を、電流指令値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊，Ｉ０＊とする。

停止部７０は、座標変換部７１、条件判別部７２、及び信号部７３の機能を有し、固定座標系上の電流指令値Ｉａ＊，Ｉｂ＊，Ｉｃ＊が負の値となる場合に、比例積分制御を停止させる。

座標変換部７１は、電流指令部１０により算出された回転座標系上の電流指令値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊，Ｉ０＊を、固定座標系上の電流指令値Ｉａ＊，Ｉｂ＊，Ｉｃ＊に変換する。

条件判別部７２は、座標変換部７１により算出された電流指令値Ｉａ＊，Ｉｂ＊，Ｉｃ＊が所定値Ｉｍよりも小さいか否か判定する。所定値Ｉｍは、第１実施形態と同様の値であり、本実施形態では、所定値Ｉｍを零とする。すなわち、条件判別部７２は、電流指令値Ｉａ＊，Ｉｂ＊，Ｉｃ＊が負の値か否か判定する。

信号部７３は、条件判別部７２により電流指令値Ｉａ＊，Ｉｂ＊，Ｉｃ＊が所定値Ｉｍ以下と判定された場合に、電圧指令部３０のＰＩ制御部３２ａ〜３２ｃへ、制御停止信号を送信する。詳しくは、信号部７３は、条件判別部７２により、電流指令値Ｉａ＊，Ｉｂ＊，Ｉｃ＊のいずれかが所定値Ｉｍ以下であると判定された場合に、所定値Ｉｍ以下であると判定された相のＰＩ制御部３２ａ〜３２ｃへ制御停止信号を送信する。第１実施形態では、電流指令値Ｉａ＊，Ｉｂ＊，Ｉｃ＊が所定値Ｉｍよりも小さい場合には、電流指令値Ｉａ＊，Ｉｂ＊，Ｉｃ＊を補正したが、本実施形態では、比例積分制御を停止する。

ＰＩ制御部３２ａ〜３２ｃは、制御停止信号を受信した場合に、比例積分制御を停止する。そして、ＰＩ制御部３２ａ〜３２ｃは、比例積分制御を停止している間、比例積分制御を停止する直前の出力値を出力し続ける。すなわち、比例積分制御が停止されている間、比例積分制御の出力値は、比例積分制御が停止される前の演算周期における出力値に維持される。

電圧指令部３０の非干渉制御部３３は、停止部７０により比例積分制御が停止された場合、維持されているＰＩ制御部３２ａ〜３２ｃの出力値に基づいて、電圧指令値Ｖａ＊，Ｖｂ＊，Ｖｃ＊を算出する。ＰＩ制御部３２ａ〜３２ｃの出力値が変化しなくても、回転速度が変化すれば、電圧指令値Ｖａ＊，Ｖｂ＊，Ｖｃ＊は変化する。そして、電圧指令部３０の座標変換部３４は、非干渉制御部３３により算出された電圧指令値Ｖｄ＊，Ｖｑ＊，Ｖ０＊を、固定座標系上の電圧指令値Ｖａ＊，Ｖｂ＊，Ｖｃ＊に変換する。

次に、本実施形態に係る制御装置１００を適用した場合の効果について、図１０を参照して説明する。図１０に、固定座標系上の実電流Ｉｄ，Ｉｑ，Ｉ０、及び固定座標系上の電流指令値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊，Ｉ０＊のタイムチャートを示す。図１０（ａ）は、停止部７０による比例積分制御の停止処理を実施した場合、図１０（ｂ）は停止処理を実施しなかった場合である。

比例積分制御の停止処理を実施しなかった場合は、電流指令値と実電流との差が比較的大きい箇所が周期的にみられる。これは、相電流が負となる電流指令値が与えられたことにより、電流指令値と実電流との差が大きくなっている箇所である。これに対して、比例積分制御の停止処理を実施したことにより、実施しなかた場合と比べて、電流指令値と実電流との差が小さくなり、電流指令値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊，Ｉ０＊に対する実電流Ｉｄ，Ｉｑ，Ｉ０の追従性が向上している。なお、本実施形態は、第１実施形態と比べて、電流指令値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊，Ｉ０に対する実電流Ｉｄ，Ｉｑ，Ｉ０の追従性が低い。これは、第１実施形態では、相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃが負となる第１電流指令値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊，Ｉ０＊を補正したのに対して、本実施形態では、相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃが負となる電流指令値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊，Ｉ０＊を、そのまま電流指令値としているからである。

以上説明した第２実施形態によれば、相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃが負となる電流指令値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊，Ｉ０＊が与えられている間における、指令電流値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊，Ｉ０＊と実電流Ｉｄ，Ｉｑ，Ｉ０との偏差の増大が抑制される。これにより、相電流が正となる電流指令値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊，Ｉ０＊に切り替わった後に、それ以前の偏差の影響を抑制して、制御性を向上させることができる。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態に係るモータ制御装置について、第１実施形態に係るモータ制御装置と異なる点を、図１１を参照して説明する。

本実施形態に係る制御装置１００は、補正部２０に加えて停止部７０の機能を備える。この場合、停止部７０は、座標変換部７１の機能を備えていなくてもよい。また、本実施形態では、停止部７０の機能を備えているため、補正部２０の区間判別部２４は、相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃが所定値Ｉｍよりも大きくなるか否かに関わらず、インダクタンス変化量ΔＬａ，ΔＬｂ，ΔＬｃが正の値となる区間を、通電区間と判別してもよい。

以上説明した第３実施形態によれば、第１実施形態及び第２実施形態と同様の効果を奏する。

（他の実施形態）
・トルクセンサによりＳＲモータ３００のトルクを検出している場合、電流指令部１０は、指令マップを用いずに、トルクセンサにより検出された実トルクτｓに基づいて、第１電流指令値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊，Ｉ０＊、及び電流指令値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊，Ｉ０＊を生成してもよい。ＳＲモータ３００では、ｑ軸の電流Ｉｑを増加させると、実トルクτｓが増加する。よって、電流指令部１０は、実トルクτｓと指令トルクτとのトルク偏差に基づいて電流指令値Ｉｑ＊を増減させ、電流指令値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊，Ｉ０＊を生成してもよい。

・インバータ２００は、非対称Ｈブリッジ回路を相数分並列に接続した回路に限らず、相毎にコイルφａ，φｂ，φｃを通電する回路であればよい。例えば、インバータ２００は、対称なＨブリッジ回路を相数分並列に接続して構成してもよい。

・各実施形態に係る制御装置１００は、ＳＲモータに限らず、他の相毎に独立して制御するモータに適用してもよい。また、各実施形態に係る制御装置１００は、三相のモータに限らず、２相又は４相以上のモータに適用してもよい。

１００…制御装置、２００…インバータ、３００…ＳＲモータ。

Claims (10)

1. モータ（３００）を駆動するインバータ（２００）を操作して、前記モータを相毎に独立して制御するモータ制御装置（１００）であって、
   前記モータに対するトルク指令値から回転座標系上の第１電流指令値を算出する電流指令部と、
   前記電流指令部により算出された前記第１電流指令値から回転座標系上の第２電流指令値を算出する補正部と、
   前記補正部により算出された前記第２電流指令値と、前記各相のコイル（φａ，φｂ，φｃ）に流れる実電流値を前記モータの回転子位置を用いて変換した回転座標系上の実電流と、に基づいて、前記各相のコイルに印加する電圧の指令値である電圧指令値を算出する電圧指令部と、
   前記電圧指令部により算出された電圧指令値に基づいて、前記インバータを操作する操作部と、を備え、
   前記補正部は、
   前記回転子位置に対する前記モータの各相のコイルの自己インダクタンスの変化量が正の値となる区間に基づいて、各相の相電流の通電区間を判別するとともに、前記通電区間以外を非通電区間とする区間判別部を含み、
   前記通電区間における前記第１電流指令値を前記通電区間における前記第２電流指令値とするとともに、前記非通電区間における各相の前記第１電流指令値を、各相の前記相電流を抑制するように補正して、前記非通電区間における第２電流指令値を算出するモータ制御装置。
2. 前記区間判別部は、前記自己インダクタンスの変化量が正の値となり、且つ、前記第１電流指令値に対応する前記相電流が所定値よりも大きくなる区間を、前記通電区間と判別する請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記補正部は、
   前記電流指令部により算出された前記第１電流指令値を、前記回転子位置を用いて固定座標系上の電流指令値に変換する第１変換部と、
   前記区間判別部により判別された前記非通電区間において、前記第１変換部により変換された固定座標系上の電流指令値が前記所定値以下の場合には、前記固定座標系上の電流指令値を前記所定値とする制限部と、
   前記制限部により処理された前記固定座標系上の電流指令値を、前記回転子位置を用いて回転座標系上の電流指令値に変換する第２変換部と、を含み、
   前記第２変換部により変換された電流指令値を前記第２電流指令値とする請求項２に記載のモータ制御装置。
4. 前記所定値は、前記インバータに含まれるダイオードの逆方向飽和電流以上の値である請求項２又は３に記載のモータ制御装置。
5. 各相の前記自己インダクタンスの値は、各相の相電流の振幅値に応じて変化するものであり、
   前記回転子位置及び各相の前記相電流の振幅値に対する各相の前記自己インダクタンスの値のマップと、
   前記マップを用いて前記自己インダクタンスの変化量を算出する変化量算出部と、を備え、
   前記区間判別部は、前記変化量算出部により算出された前記変化量に基づいて、前記通電区間を算出する請求項１〜４のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
6. 前記電圧指令部は、前記補正部により算出された前記第２電流指令値と、前記回転座標系上の実電流とに基づいて、比例積分制御及び非干渉制御により前記電圧指令値を算出するものであり、
   前記電流指令部により算出された前記第１電流指令値に対応する前記相電流が前記所定値以下となる場合に、前記比例積分制御を停止させる停止部を備える請求項２〜５のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
7. モータ（３００）を駆動するインバータ（２００）を操作して、前記モータを相毎に独立して制御するモータ制御装置（１００）であって、
   前記モータに対するトルク指令値から回転座標系上の電流指令値を算出する電流指令部と、
   前記電流指令部により算出された前記電流指令値と、前記モータの各相のコイル（φａ，φｂ，φｃ）に流れる実電流値を前記モータの回転子位置を用いて変化した回転座標系上の実電流と、に基づいて、比例積分制御及び非干渉制御により前記各相のコイルに印加する電圧の指令値である電圧指令値を算出する電圧指令部と、
   前記電圧指令部により算出された前記電圧指令値に基づいて、前記インバータを操作する操作部と、
   前記電流指令部により算出された前記電流指令値に対応する各相の相電流が所定値以下となる場合に、前記所定値以下となった相の前記比例積分制御を停止させる停止部と、
   を備えるモータ制御装置。
8. 前記所定値は、前記インバータに含まれるダイオードの逆方向飽和電流以上の値である請求項７に記載のモータ制御装置。
9. 前記電圧指令部は、前記停止部により前記比例積分制御が停止された場合に、前記比例積分制御の出力値として、前記比例積分制御が停止される前の出力値を維持し、維持している前記出力値に基づいて、前記電圧指令値を算出する請求項６〜８のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
10. 前記インバータは、相毎に前記コイルを通電するものである請求項１〜９のいずれか１項に記載のモータ制御装置。