JP2017123753A - モータ制御装置及び発電機制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータ電圧ベクトルの振幅が電圧制限値を超えることを防止しつつモータ電流ベクトルの振幅が電流制限値を超えることを防止する制御を高精度に行う。【解決手段】振幅特定部１４０は、指令磁束ベクトルの振幅である指令振幅を特定する。振幅特定部１４０は、指令電圧ベクトルの振幅が電圧制限値を超えた第１の場合において、指令電圧ベクトルの振幅と電圧制限値との間の偏差である電圧偏差をゼロに近づける電圧フィードバック制御を含む制御を実行することによって、電圧偏差をゼロに近づける指令振幅を特定する。トルク制限部１２５は、磁束情報を用いてモータ電流ベクトルの振幅を電流制限値に追従させるモータトルクであるトルク制限値を特定し、トルク制限部１２５に与えられた指令トルクがトルク制限値よりも大きい場合には指令トルクをトルク制限値に修正する。【選択図】図３

Description

本開示は、モータ制御装置及び発電機制御装置に関する。

従来から、３相モータの駆動方法として、種々の方法が知られている。駆動方法の一例として、直接トルク制御（DTC:Direct Torque Control）が挙げられる。直接トルク制御は、モータ制御装置及びインバータを用いて実現される。非特許文献１には、モータ電圧（端子電圧）が電圧制限値を超えないようにするための指令磁束の計算手法、モータ電流が電流制限値を越えないようにするためのトルク制限値の計算手法等が記載されている。

特開２００９−２９１０７２号公報

井上征則、森本茂雄、真田雅之、「永久磁石同期モータを駆動する直接トルク制御のためのトルクと磁束の指令値作成法とトルク制御器のワインドアップ対策（A reference value calculation scheme for torque and flux and an anti-windup implementation of torque controller for direct torque control of permanent magnet synchronous motor）」電気学会論文誌Ｄ,１３０巻，６号，ｐ．７７７−７８４（２０１０年）

非特許文献１に記載されている手法では、モータ電圧が電圧制限値を超えないようにするための制御の精度を十分に確保できなかったり、モータ電流が電流制限値を越えないようにするための制御の精度を十分に確保できなかったりする場合がある。本開示は、これらの精度の確保に適した技術に関する。

すなわち、本開示は、
ＰＷＭインバータを用いて３相モータに電圧ベクトルを印加し、前記３相モータのモータ磁束ベクトル及びモータトルクをそれぞれ指令磁束ベクトル及び指令トルクに追従させるモータ制御装置であって、
前記指令磁束ベクトルの振幅である指令振幅を特定する振幅特定部であって、前記電圧ベクトルが追従するべき指令電圧ベクトルの振幅が電圧制限値を超えた第１の場合において、前記指令電圧ベクトルの振幅と前記電圧制限値との間の偏差である電圧偏差をゼロに近づける電圧フィードバック制御を含む制御を実行することによって、前記電圧偏差をゼロに近づける前記指令振幅を特定する振幅特定部と、
前記指令電圧ベクトルと前記３相モータのモータ電流ベクトルとを用いて前記モータ磁束ベクトルを推定するモータ磁束推定部と、
前記指令トルクを修正するトルク制限部であって、推定された前記モータ磁束ベクトルの振幅又は前記指令振幅と、推定された前記モータ磁束ベクトル又は前記指令磁束ベクトルと、前記モータ電流ベクトルと、電流制限値とを用いて前記モータ電流ベクトルの振幅を前記電流制限値に追従させる前記モータトルクであるトルク制限値を特定し、前記トルク制限部に与えられた前記指令トルクが前記トルク制限値以下である場合には前記指令トルクを修正せず、前記トルク制限部に与えられた前記指令トルクが前記トルク制限値よりも大きい場合には前記指令トルクを前記トルク制限値に修正するトルク制限部と、を備えたモータ制御装置を提供する。

本開示のモータ制御装置は、モータ電圧ベクトルの振幅が電圧制限値を超えないようにするための制御の精度と、モータ電流ベクトルの振幅が電流制限値を越えないようにするための制御の精度とを確保するのに適している。

第１の実施形態のモータ制御装置のブロック図 ｄｑ座標系及びαβ座標系を説明するための図 第１の実施形態のモータ制御部のブロック図 インバータの構成図 第１の実施形態の修正振幅特定部のブロック図 第１の実施形態の切替部の動作を説明するためのフロー図 変形例１−１Ａのモータ制御部のブロック図 変形例１−１Ｂのモータ制御部のブロック図 変形例１−１Ａの修正振幅特定部のブロック図 変形例１−１Ｂの修正振幅特定部のブロック図 変形例１−２のモータ制御部のブロック図 従来のモータ制御部のブロック図

本発明者らは、モータ制御装置の改善に際し、図１０に示すようなモータ制御部９０３を検討した。モータ制御部９０３は、速度制御系で直接トルク制御を実現するための構成を有している。モータ制御部９０３では、ｕ，ｗ／α，β変換部９０６によって、相電流ｉ_u，ｉ_wが、軸電流ｉ_α，ｉ_βに変換される。モータ磁束推定部９０８によって、軸指令電圧ｖ_α ^*，ｖ_β ^*及び軸電流ｉ_α，ｉ_βから、モータ磁束ベクトルが推定される（推定磁束Ψ_sが求められる）。推定磁束Ψ_sのα軸成分及びβ軸成分をそれぞれ推定磁束Ψ_α、推定磁束Ψ_βと記載する。軸指令電圧ｖ_α ^*，ｖ_β ^*は、モータ電圧ベクトルが追従するべきベクトルを表す。位相推定部９１０によって、推定磁束Ψ_sから、３相モータのモータ磁束ベクトルの位相θ_sが推定される。速度推定部９１１によって、位相θ_sから、モータの速度が推定される（推定速度ω_rが求められる）。トルク推定部９１４によって、推定磁束Ψ_s及び軸電流ｉ_α，ｉ_βから、モータトルクが推定される（推定トルクＴ_eが求められる）。指令トルク特定部９２４によって、現在の推定速度ω_rが指令速度ω_ref ^*に一致するように、指令トルク（第一の指令トルク）Ｔ_e ^*が生成される。トルク制限部９２５によって、第一の指令トルクＴ_e ^*、推定磁束Ψ_s及び軸電流ｉ_α，ｉ_βから、第二の指令トルクＴ_e ^**が生成される。振幅特定部９１５によって、第二の指令トルクＴ_e ^**から、第一の指令振幅｜Ψ_s ^*｜が生成される。電圧制限部９１９において、第一の指令振幅｜Ψ_s ^*｜、軸電流ｉ_α，ｉ_β及び推定磁束Ψ_sの位相θ_sから、第二の振幅指令｜Ψ_s ^**｜が生成される。トルク偏差演算部９２１によって、推定トルクＴ_eと第二の指令トルクＴ_e ^**との間の偏差（トルク偏差ΔＴ＝Ｔ_e ^**−Ｔ_e）が求められる。位置特定部９９０によって、位相θ_s及びトルク偏差ΔＴから、指令磁束ベクトルΨ_s ^*の位相（指令位相）θ_s ^*が特定される。指令磁束特定部９１２によって、第二の指令振幅｜Ψ_s ^**｜及び指令位相θ_s ^*から、指令磁束ベクトルΨ_s ^*が求められる。指令磁束ベクトルΨ_s ^*のα軸成分及びβ軸成分を、それぞれα軸指令磁束Ψ_α ^*、β軸指令磁束Ψ_β ^*と記載する。α軸磁束偏差演算部９１３ａによって、α軸指令磁束Ψ_α ^*と推定磁束Ψ_αとの間の偏差（磁束偏差ΔΨ_α＝Ψ_α ^*−Ψ_α）が求められる。β軸磁束偏差演算部９１３ｂによって、β軸指令磁束Ψ_β ^*と推定磁束Ψ_βとの間の偏差（磁束偏差ΔΨ_β＝Ψ_β ^*−Ψ_β）が求められる。指令電圧特定部９０７によって、磁束偏差ΔΨ_α，ΔΨ_β及び軸電流ｉ_α，ｉ_βから、軸指令電圧ｖ_α ^*，ｖ_β ^*が求められる。α，β／ｕ，ｖ，ｗ変換部９０９によって、軸指令電圧ｖ_α ^*，ｖ_β ^*が指令電圧ベクトルｖ_u ^*，ｖ_v ^*，ｖ_w ^*に変換される。指令電圧ベクトルｖ_u ^*，ｖ_v ^*，ｖ_w ^*に基づいてインバータのスイッチングがなされる。なお、異なる座標系で表されているものの、軸指令電圧ｖ_α ^*，ｖ_β ^*と指令電圧ベクトルｖ_u ^*，ｖ_v ^*，ｖ_w ^*とは実体的には同じである。このため、軸指令電圧ｖ_α ^*，ｖ_β ^*を、指令電圧ベクトルｖ_α ^*，ｖ_β ^*を呼ぶこともできる。

具体的に、トルク制限部９２５は、第一の指令トルクＴ_e ^*、推定磁束Ψ_s及び軸電流ｉ_α，ｉ_βから、式（Ｐ−１）及び（Ｐ−２）に基づいて、トルク制限値Ｔ_limを計算する。トルク制限部９２５は、第一の指令トルクＴ_e ^*がトルク制限値Ｔ_lim ^*よりも大きい場合、第二の指令トルクＴ_e ^**としてトルク制限値Ｔ_lim ^*を出力する。一方、第一の指令トルクＴ_e ^*がトルク制限値Ｔ_lim ^*以下である場合、第二の指令トルクＴ_e ^**として第一の指令トルクＴ_e ^*を出力する。式（Ｐ−１）のＩ_amは、電流制限値を意味する。式（Ｐ−２）のＰ_nは、モータの極対数である。誤差がゼロであれば、トルク制限部９２５が式（Ｐ−１）及び（Ｐ−２）に基づいて動作することによって、モータ電流ベクトルの振幅を電流制限値Ｉ_amを一致させ、モータトルクをトルク制限値Ｔ_lim ^*に一致させることができる。

また、具体的に、電圧制限部９１９は、第一の指令振幅｜Ψ_s ^*｜、軸電流ｉ_α，ｉ_β及び推定磁束Ψ_sの位相θ_sから、式（Ｐ−３）及び（Ｐ−４）に基づいて、磁束制限値｜Ψ_{s_lim} ^*｜を計算する。電圧制限部９１９は、第一の指令振幅｜Ψ_s ^*｜が磁束制限値｜Ψ_{s_lim} ^*｜よりも大きい場合、第二の振幅指令｜Ψ_s ^**｜として｜Ψ_{s_lim} ^*｜を出力する。一方、第一の指令振幅｜Ψ_s ^*｜が磁束制限値｜Ψ_{s_lim} ^*｜以下である場合、第二の振幅指令｜Ψ_s ^**｜として第一の指令振幅｜Ψ_s ^*｜を出力する。電圧制限部９１９は、式（Ｐ−３）のωとして、推定速度ω_rを用いる。式（Ｐ−３）のＲ_aは、モータの電機子巻線の一相当たりの抵抗値である。Ｒ_aは、抵抗パラメータと呼ばれることがある。Ｖ_amは、電圧制限値である。誤差がゼロであれば、電圧制限部９１９が式（Ｐ−３）及び（Ｐ−４）に基づいて動作することによって、モータ電圧ベクトルの振幅を電圧制限値Ｖ_amに一致させ、モータ磁束ベクトルの振幅を磁束制限値｜Ψ_{s_lim} ^*｜に一致させることができる。なお、モータ電圧ベクトルの振幅（大きさ）を電圧制限値以下に抑えるための制御は、弱め磁束制御と呼ばれている。電圧制限部９１９は、フィードフォワードで弱め磁束制御を実現する。

モータ制御部９０３において弱め磁束制御が行われている状況（弱め磁束制御に基づきモータ電圧ベクトルの振幅の上昇が抑えられている状況）では、モータ電圧ベクトルの振幅は電圧制限値に保たれるとも思われる。しかしながら、本発明者らの検討によれば、種々の誤差（例えば、抵抗値Ｒ_a等のパラメータ誤差）が原因で、モータ電圧ベクトルの振幅は電圧制限値Ｖ_amからずれた値に保たれる。別の言い方をすると、磁束制限値｜Ψ_{s_lim} ^*｜が、モータ電圧ベクトルの振幅を電圧制限値Ｖ_amに一致させるための振幅からずれる。このため、モータ磁束ベクトルの振幅も、モータ電圧ベクトルの大きさを電圧制限値Ｖ_amに一致させるための振幅からずれる。トルク制限値Ｔ_lim ^*はモータ磁束ベクトルを用いて特定されるため、モータ磁束ベクトルの振幅にずれがあると、トルク制限値Ｔ_lim ^*が、モータ電流ベクトルの振幅を電流制限値Ｉ_amに一致させるためのトルクからずれる。このため、モータ電流ベクトルの振幅が、電流制限値Ｉ_amに一致しない。以上の理由で、モータ制御部９０３では、モータ電圧ベクトルの振幅が電圧制限値Ｖ_amを超えることを防止しつつモータ電流ベクトルの振幅が電流制限値Ｉ_amを超えることを防止する制御を高精度に行うことは容易ではない。このため、モータ電圧ベクトルの振幅が過度に大きくなったり、モータ電流ベクトルの振幅が過度に大きくなったりするおそれがある。このことは、線形領域でインバータを動作させようとしているにも関わらずインバータが過変調領域で動作してモータが脱調したり、モータが過度に発熱して焼損したりする原因となる。非特許文献１の技術にも、同じ問題点がある。

本発明者らは、モータ電圧ベクトルの振幅が電圧制限値を超えることを防止しつつモータ電流ベクトルの振幅が電流制限値を超えることを防止する制御を改善することを目指した。そして、電圧制限部９１９のように計算によって（フィードフォワードによって）弱め磁束制御を行うよりも、フィードバック制御によって弱め磁束制御を行った方が、モータ電圧ベクトルの振幅が電圧制限値を超えることを防止しつつモータ電流ベクトルの振幅が電流制限値を超えることを防止する制御を高精度に行い易いことを見出した。

すなわち、本開示の第１態様は、
ＰＷＭインバータを用いて３相モータに電圧ベクトルを印加し、前記３相モータのモータ磁束ベクトル及びモータトルクをそれぞれ指令磁束ベクトル及び指令トルクに追従させるモータ制御装置であって、
前記指令磁束ベクトルの振幅である指令振幅を特定する振幅特定部であって、前記電圧ベクトルが追従するべき指令電圧ベクトルの振幅が電圧制限値を超えた第１の場合において、前記指令電圧ベクトルの振幅と前記電圧制限値との間の偏差である電圧偏差をゼロに近づける電圧フィードバック制御を含む制御を実行することによって、前記電圧偏差をゼロに近づける前記指令振幅を特定する振幅特定部と、
前記指令電圧ベクトルと前記３相モータのモータ電流ベクトルとを用いて前記モータ磁束ベクトルを推定するモータ磁束推定部と、
前記指令トルクを修正するトルク制限部であって、推定された前記モータ磁束ベクトルの振幅又は前記指令振幅と、推定された前記モータ磁束ベクトル又は前記指令磁束ベクトルと、前記モータ電流ベクトルと、電流制限値とを用いて前記モータ電流ベクトルの振幅を前記電流制限値に追従させる前記モータトルクであるトルク制限値を特定し、前記トルク制限部に与えられた前記指令トルクが前記トルク制限値以下である場合には前記指令トルクを修正せず、前記トルク制限部に与えられた前記指令トルクが前記トルク制限値よりも大きい場合には前記指令トルクを前記トルク制限値に修正するトルク制限部と、を備えたモータ制御装置を提供する。

第１態様では、モータ電圧ベクトルの振幅が電圧制限値よりも大きい場合（第１の場合）に、指令電圧ベクトルの振幅と電圧制限値との間の電圧偏差をゼロに近づける電圧フィードバック制御を含む制御を実行することによって、電圧偏差をゼロに近づける指令振幅を特定する。このようにすれば、フィードフォワード制御を実行する場合よりも高い精度でモータ電圧ベクトルの振幅が電圧制限値に一致し易い。また、これらを一致させるための指令振幅も正確に特定され易い。指令振幅が正確であれば、指令磁束ベクトルも正確になり易く、モータ磁束ベクトル及びその振幅は適切になり易い。そのような磁束情報を用いてトルク制限値は計算されるため、トルク制限値は正確に特定され易い。このため、高い精度でモータ電流ベクトルの振幅が電流制限値に一致し易い。

本開示の第２態様は、第１態様に加え、
前記モータ電流ベクトル及び推定された前記モータ磁束ベクトルから前記モータトルクを推定するトルク推定部と、
前記指令磁束ベクトルの位相である指令位相を特定する位置特定部であって、前記トルク制限部から出力された前記指令トルクと推定された前記モータトルクとの間の偏差であるトルク偏差をゼロに近づけるトルクフィードバック制御を含む制御を実行することによって、前記トルク偏差をゼロに近づける前記指令位相を特定する位置特定部と、
前記指令振幅及び前記指令位相から前記指令磁束ベクトルを特定する指令磁束特定部と、を備えたモータ制御装置を提供する。

上述のように、第１態様によれば、トルク制限値が正確に特定され易い。第２態様によれば、そのトルク制限値を、指令位相に反映させることができる。従って、第２態様によれば、指令位相が正確に特定され易い。また、上述のように指令振幅も正確に特定され易いので、指令磁束ベクトルも正確になり易い。

本開示の第３態様は、第１態様又は第２態様に加え、
前記振幅特定部は、
前記指令磁束ベクトルの仮振幅を設定する仮設定部と、
前記第１の場合において、前記電圧フィードバック制御を含む制御によって修正振幅を特定する修正振幅特定部と、
前記仮振幅に前記修正振幅を加算して前記指令振幅を特定する補正部とを有するモータ制御装置を提供する。

第３態様のモータ制御装置は、シンプルである。

本開示の第４態様は、第３態様に加え、
前記第１の場合において、前記修正振幅特定部は、ゼロよりも小さい前記修正振幅を特定するモータ制御装置を提供する。

第４態様によれば、減磁作用が得られるように仮振幅が補正される。

本開示の第５態様は、第３態様又は第４態様に加え、
前記修正振幅特定部は、電圧偏差補償部を有し、
前記第１の場合において、前記電圧偏差補償部は、前記修正振幅を操作量とする前記電圧フィードバック制御を実行することによって前記指令電圧ベクトルの振幅と前記電圧制限値との間の偏差をゼロに近づけるモータ制御装置を提供する。

第５態様の構成は、第７の態様の構成よりもシンプルである。

本開示の第６態様は、第５態様に加え、
前記修正振幅特定部は、第１モードと第２モードとを切り替える切替部を有し、
前記第１モードは、前記修正振幅を操作量とする前記電圧フィードバック制御を前記電圧偏差補償部が実行することによって、前記指令電圧ベクトルの振幅と前記電圧制限値との間の偏差をゼロに近づけるモードであり、
前記第２モードは、定数を前記修正振幅とするモードであり、
前記切替部は、前記第１の場合には前記第１モードを選択し、前記指令電圧ベクトルの振幅が前記電圧制限値以下である第２の場合には前記第２モードを選択するモータ制御装置を提供する。

第６態様の構成は、第８態様の構成よりもシンプルである。第６態様のモータ制御装置では、モータ電圧ベクトルの振幅が電圧制限値以下である場合に弱め磁束制御以外の制御を行うことができる。また、第６態様によれば、弱め磁束制御と他の制御とを適切なタイミングでスムーズに切り替えることが可能となる。

本開示の第７態様は、第３態様又は第４態様に加え、
前記修正振幅特定部は、電圧偏差補償部と内積補償部とを有し、
前記第１の場合において、前記電圧偏差補償部は、第１の指令誤差パラメータを操作量とする前記電圧フィードバック制御を実行することによって前記指令電圧ベクトルの振幅と前記電圧制限値との間の偏差をゼロに近づけ、
前記第１の場合において、前記内積補償部は、前記修正振幅を操作量とする第１のフィードバック制御を実行することによって、（ａ）推定された前記モータ磁束ベクトルと前記３相モータのモータ電流ベクトルとの第１内積、又は、（ｂ）前記３相モータの推定された磁石磁束ベクトルと前記モータ電流ベクトルとの第２内積である誤差パラメータと前記第１の指令誤差パラメータとの間の偏差をゼロに近づけるモータ制御装置を提供する。

本開示の第８態様は、第７態様に加え、
前記修正振幅特定部は、第１モードと第２モードとを切り替える切替部を有し、
前記第１モードは、前記第１の指令誤差パラメータを操作量とする前記電圧フィードバック制御を前記電圧偏差補償部が実行することによって、前記指令電圧ベクトルの振幅と前記電圧制限値との間の偏差をゼロに近づけ、前記修正振幅を操作量とする前記第１のフィードバック制御を前記内積補償部が実行することによって、前記第１の前記指令誤差パラメータと前記誤差パラメータとの間の偏差をゼロに近づけるモードであり、
前記第２モードは、前記修正振幅を操作量とする第２のフィードバック制御を前記内積補償部が実行することによって、定数である第２の指令誤差パラメータと前記誤差パラメータとの間の偏差をゼロに近づけるモードであり、
前記切替部は、前記第１の場合には前記第１モードを選択し、前記指令電圧ベクトルの振幅が前記電圧制限値以下である第２の場合には前記第２モードを選択するモータ制御装置を提供する。

第７態様及び第８態様のモータ制御装置では、モータ電圧ベクトルの振幅が電圧制限値以下である第２の場合（第２モード）における制御の自由度が高い。具体的には、第１内積又は第２内積が近づくべき定数を適切に設定することによって、種々の制御を行うことができる。第１内積又は第２内積は仮振幅を補正をするための有効な指標であるため、第２の場合において、目的に応じたフィードバック制御が実施されうる。また、第８態様によれば、弱め磁束制御と他の制御とを適切なタイミングでスムーズに切り替えることが可能となる。

本開示の第９態様は、第８態様に加え、
前記誤差パラメータは前記第２内積であり、
前記定数はゼロであるモータ制御装置を提供する。

第９態様のモータ制御装置では、第１の場合において弱め磁束制御を実行し、第２の場合において最大トルク／電流制御（ＭＴＰＡ）を実行することができる。

本開示の第１０態様は、
ＰＷＭコンバータを用いて３相発電機に電圧ベクトルを印加し、前記３相発電機の発電機磁束ベクトル及び発電機トルクをそれぞれ指令磁束ベクトル及び指令トルクに追従させる発電機制御装置であって、
前記指令磁束ベクトルの振幅である指令振幅を特定する振幅特定部であって、前記電圧ベクトルが追従するべき指令電圧ベクトルの振幅が電圧制限値を超えた第１の場合において、前記指令電圧ベクトルの振幅と前記電圧制限値との間の偏差である電圧偏差をゼロに近づける電圧フィードバック制御を含む制御を実行することによって、前記電圧偏差をゼロに近づける前記指令振幅を特定する振幅特定部と、
前記指令電圧ベクトルと前記３相発電機の発電機電流ベクトルとを用いて前記発電機磁束ベクトルを推定する発電機磁束推定部と、
前記指令トルクを修正するトルク制限部であって、推定された前記発電機磁束ベクトルの振幅又は前記指令振幅と、推定された前記発電機磁束ベクトル又は前記指令磁束ベクトルと、前記発電機電流ベクトルと、電流制限値とを用いて前記発電機電流ベクトルの振幅を前記電流制限値に追従させる前記発電機トルクであるトルク制限値を特定し、前記トルク制限部に与えられた前記指令トルクが前記トルク制限値以下である場合には前記指令トルクを修正せず、前記トルク制限部に与えられた前記指令トルクが前記トルク制限値よりも大きい場合には前記指令トルクを前記トルク制限値に修正するトルク制限部と、を備えた発電機制御装置を提供する。

第１０態様によれば、第１態様のモータ制御装置と同様の効果を奏する発電機制御装置を提供することができる。なお、モータ制御装置に関する技術は発電機制御装置に適用でき、発電機制御装置に関する技術はモータ制御装置に適用できる。また、第１態様の特徴と第１０態様の特徴を兼ね備えた電動機を提供することも可能である。すなわち、力行駆動及び回生駆動の両方を行う電動機であって第１態様及び第１０態様と同様に動作しこれらの態様と同様の効果を奏する電動機を提供することも可能である。

本開示の第１１態様は、
ＰＷＭインバータを用いて３相モータに電圧ベクトルを印加し、前記３相モータのモータ磁束ベクトル及びモータトルクをそれぞれ指令磁束ベクトル及び指令トルクに追従させるモータ制御方法であって、
前記指令磁束ベクトルの振幅である指令振幅を特定する振幅特定ステップであって、前記電圧ベクトルが追従するべき指令電圧ベクトルの振幅が電圧制限値を超えた第１の場合において、前記指令電圧ベクトルの振幅と前記電圧制限値との間の偏差である電圧偏差をゼロに近づける電圧フィードバック制御を含む制御を実行することによって、前記電圧偏差をゼロに近づける前記指令振幅を特定する振幅特定ステップと、
前記指令電圧ベクトルと前記３相モータのモータ電流ベクトルとを用いて前記モータ磁束ベクトルを推定するモータ磁束推定ステップと、
前記指令トルクを修正するトルク制限ステップであって、推定された前記モータ磁束ベクトルの振幅又は前記指令振幅と、推定された前記モータ磁束ベクトル又は前記指令磁束ベクトルと、前記モータ電流ベクトルと、電流制限値とを用いて前記モータ電流ベクトルの振幅を前記電流制限値に追従させる前記モータトルクであるトルク制限値を特定し、前記トルク制限部に与えられた前記指令トルクが前記トルク制限値以下である場合には前記指令トルクを修正せず、前記トルク制限部に与えられた前記指令トルクが前記トルク制限値よりも大きい場合には前記指令トルクを前記トルク制限値に修正するトルク制限ステップと、を備えたモータ制御方法を提供する。

本開示の第１２態様は、
ＰＷＭコンバータを用いて３相発電機に電圧ベクトルを印加し、前記３相発電機の発電機磁束ベクトル及び発電機トルクをそれぞれ指令磁束ベクトル及び指令トルクに追従させる発電機制御方法であって、
前記指令磁束ベクトルの振幅である指令振幅を特定する振幅特定ステップであって、前記電圧ベクトルが追従するべき指令電圧ベクトルの振幅が電圧制限値を超えた第１の場合において、前記指令電圧ベクトルの振幅と前記電圧制限値との間の偏差である電圧偏差をゼロに近づける電圧フィードバック制御を含む制御を実行することによって、前記電圧偏差をゼロに近づける前記指令振幅を特定する振幅特定ステップと、
前記指令電圧ベクトルと前記３相発電機の発電機電流ベクトルとを用いて前記発電機磁束ベクトルを推定する発電機磁束推定ステップと、
前記指令トルクを修正するトルク制限ステップであって、推定された前記発電機磁束ベクトルの振幅又は前記指令振幅と、推定された前記発電機磁束ベクトル又は前記指令磁束ベクトルと、前記発電機電流ベクトルと、電流制限値とを用いて前記発電機電流ベクトルの振幅を前記電流制限値に追従させる前記発電機トルクであるトルク制限値を特定し、前記トルク制限部に与えられた前記指令トルクが前記トルク制限値以下である場合には前記指令トルクを修正せず、前記トルク制限部に与えられた前記指令トルクが前記トルク制限値よりも大きい場合には前記指令トルクを前記トルク制限値に修正するトルク制限ステップと、を備えた発電機制御方法を提供する。

第１１態様及び１２態様によれば、第１態様及び第１０態様の効果と同様の効果が得られる。

モータ制御装置及び発電機制御装置に関する技術は、モータ制御方法及び発電機制御方法に適用できる。モータ制御方法及び発電機制御方法に関する技術は、モータ制御装置及び発電機制御装置に適用できる。

本開示の第１３態様は、第１１態様のモータ制御方法を実行するための命令を含む、コンピュータプログラムを提供する。

本開示の第１４態様は、第１２態様の発電機制御方法を実行するための命令を含む、コンピュータプログラムを提供する。

本開示の第１５態様は、第１３態様及び／又は第１４態様のコンピュータプログラムが格納された、コンピュータによる読み取りが可能なメモリを提供する。

本開示の第１６態様は、第１３態様及び／又は第１４態様のコンピュータプログラムを実行するプロセッサを提供する。

本開示の第１７態様は、
第１３態様及び／又は第１４態様のコンピュータプログラムが格納された、コンピュータによる読み取りが可能なメモリと、
前記コンピュータプログラムを実行するプロセッサと、を備えた制御システムを提供する。

本明細書では、電流、電圧、磁束等に関するベクトルが、３相交流座標（Ｕ−Ｖ−Ｗ座標）、α−β座標、ｄ−ｑ座標、ｄｍ−ｑｍ座標等を用いて表現されている。ただし、本明細書の技術は、Ｍ−Ｔ座標等の他の座標を用いて説明することもできる。すなわち、以下では、便宜上特定の座標を用いた制御例を説明するが、本明細書はその制御例のみならず別の座標を用いた制御例も開示していると考えるべきである。モータ磁束ベクトルは、３相モータに印加されている３相交流座標上の電機子鎖交磁束と、この電機子鎖交磁束を座標変換することにより得た磁束の両方を含む概念である。指令磁束ベクトル、モータ電圧ベクトル、第１の指令電圧ベクトル、第２の指令電圧ベクトル、モータ電流ベクトル等についても同様である。本明細書では、「振幅」は、単に大きさ（絶対値）を指す場合がある。また、特に断りがない場合は、「速度」は、３相モータの回転子の角速度（単位：ｒａｄ／ｓ）を表す。

以下、本開示に係る実施形態を図面に基づいて説明する。

（第１の実施形態）
図１に示すように、モータ制御装置１００は、第１電流センサ１０５ａ、第２電流センサ１０５ｂ、モータ制御部１０３及びデューティ生成部１０４を含んでいる。モータ制御装置１００は、インバータ１０１及び３相モータ１０２に接続される。

モータ制御部１０３は、３相モータ１０２の位置センサレス運転を実行するように構成されている。位置センサレス運転は、エンコーダ、レゾルバ等の位置センサを用いない運転である。

モータ制御装置１００は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）又はマイクロコンピュータにおいて実行される制御アプリケーションによって提供される要素を含んでいてもよい。ＤＳＰ又はマイクロコンピュータは、コア、メモリ、Ａ／Ｄ変換回路及び通信ポート等の周辺装置を含んでいてもよい。また、モータ制御装置１００は、論理回路によって構成された要素を含んでいてもよい。

（モータ制御装置１００を用いた制御の概要）
図１を参照しながら、モータ制御装置１００を用いた制御の概要を説明する。電流センサ１０５ａ，１０５ｂによって、相電流ｉ_u，ｉ_wが検出される。モータ制御部１０３によって、指令速度ω_ref ^*及び相電流ｉ_u，ｉ_wから、指令電圧ベクトルｖ_u ^*，ｖ_v ^*，ｖ_w ^*が生成される。指令電圧ベクトルｖ_u ^*，ｖ_v ^*，ｖ_w ^*の各成分は、それぞれ３相交流座標上のＵ相電圧ｖ_u ^*、Ｖ相電圧ｖ_v ^*及びＷ相電圧ｖ_w ^*に対応する。デューティ生成部１０４によって、指令電圧ベクトルｖ_u ^*，ｖ_v ^*，ｖ_w ^*から、デューティＤ_u，Ｄ_v，Ｄ_wが生成される。インバータ１０１によって、デューティＤ_u，Ｄ_v，Ｄ_wから、３相モータ１０２に印加するべきモータ電圧ベクトルｖ_u，ｖ_v，ｖ_wが生成される。指令速度ω_ref ^*は、上位制御装置からモータ制御装置１００に与えられる。指令速度ω_ref ^*は、３相モータ１０２の速度が追従するべき速度を表す。

以下では、α−β座標（２相座標）に基づいてモータ制御装置１００を説明することがある。図２に、α−β座標、Ｕ−Ｖ−Ｗ座標及びｄ−ｑ座標を示す。α−β座標は、固定座標である。α−β座標は、静止座標とも交流座標とも称される。α軸は、Ｕ軸と同一方向に延びる軸として設定される。また、ｄ軸はロータの回転子と一致する軸として定義されており、その位置をθで定義している。また、ｄ軸から９０度進んだ位置をｑ軸として定義している。

（モータ制御部１０３）
図３に示すように、モータ制御部１０３は、ｕ，ｗ／α，β変換部（３相２相座標変換部）１０６、モータ磁束推定部１０８、位相推定部１１０、速度推定部１１１、トルク推定部（トルク推定器）１１４、指令トルク特定部１２４、トルク制限部１２５、トルク偏差演算部１２１、位置特定部１９０、振幅特定部１４０、指令磁束特定部１１２、α軸磁束偏差演算部１１３ａ、β軸磁束偏差演算部１１３ｂ、指令電圧特定部１０７、α，β／ｕ，ｖ，ｗ変換部（２相３相座標変換部）１０９を含んでいる。振幅特定部１４０は、仮設定部１２６、修正振幅特定部１２３及び加算部（補正部）１２７を含んでいる。

モータ制御部１０３では、ｕ，ｗ／α，β変換部１０６によって、相電流ｉ_u，ｉ_wが、軸電流ｉ_α，ｉ_βに変換される。軸電流ｉ_α，ｉ_βは、３相モータ１０２のα−β座標上におけるα軸電流ｉ_α及びβ軸電流ｉ_βをまとめて記載したものである。モータ磁束推定部１０８によって、軸指令電圧ｖ_α ^*，ｖ_β ^*及び軸電流ｉ_α，ｉ_βから、モータ磁束ベクトルが推定される（推定磁束Ψ_sが求められる）。軸指令電圧ｖ_α ^*，ｖ_β ^*は、３相モータ１０２のα−β座標上におけるα軸指令電圧ｖ_α ^*及びβ軸指令電圧ｖ_β ^*をまとめて記載したものである。推定磁束Ψ_sのα軸成分及びβ軸成分をそれぞれ推定磁束Ψ_α、推定磁束Ψ_βと記載する。トルク推定部１１４によって、推定磁束Ψ_s及び軸電流ｉ_α，ｉ_βから推定トルクＴ_eが特定される。位相推定部１１０及び速度推定部１１１によって、推定磁束Ψ_sから推定磁束Ψ_sの位相θ_s及び推定速度ω_rが特定される。指令トルク特定部１２４によって、指令速度ω_ref ^*及び推定速度ω_rから指令トルク（第一の指令トルク）Ｔ_e ^*が特定される。トルク制限部１２５によって、第一の指令トルクＴ_e ^*、推定磁束Ψ_s及び軸電流ｉ_α，ｉ_βから、第二の指令トルクＴ_e ^**が生成される。トルク制限部１２５は、モータトルクを制限する役割を担う。トルク偏差演算部１２１によって、第二の指令トルクＴ_e ^**と推定トルクＴ_eの偏差（トルク偏差ΔＴ＝Ｔ_e ^**−Ｔ_e）が求められる。位置特定部１９０によって、位相θ_s及びトルク偏差ΔＴから指令磁束ベクトルΨ_s ^*の位相（指令位相）θ_s ^*が特定される。修正振幅特定部１２３によって、電圧制限値Ｖ_am及び軸指令電圧ｖ_α ^*，ｖ_β ^*から、修正振幅ΔΨが求められる。仮設定部１２６によって、第二の指令トルクＴ_e ^**から仮振幅｜Ψ_{s_MTPA} ^*｜が特定される。加算部１２７によって、仮振幅｜Ψ_{s_MTPA} ^*｜及び修正振幅ΔΨから指令磁束ベクトルΨ_s ^*の振幅｜Ψ_s ^*｜（指令振幅｜Ψ_s ^*｜）が生成される。修正振幅特定部１２３及び加算部１２７は、モータ電圧ベクトルの振幅を制限する役割（弱め磁束制御を行う役割）を担う。指令磁束特定部１１２によって、指令振幅｜Ψ_s ^*｜及び指令位相θ_s ^*から、指令磁束ベクトルΨ_s ^*が求められる。指令磁束ベクトルΨ_s ^*のα軸成分及びβ軸成分を、それぞれα軸指令磁束Ψ_α ^*、β軸指令磁束Ψ_β ^*と記載する。α軸磁束偏差演算部１１３ａによって、α軸指令磁束Ψ_α ^*と推定磁束Ψ_αとの間の偏差（磁束偏差）ΔΨ_αが求められる。β軸磁束偏差演算部１１３ｂによって、β軸指令磁束Ψ_β ^*と推定磁束Ψ_βとの間の偏差（磁束偏差）ΔΨ_βが求められる。指令電圧特定部１０７によって、磁束偏差ΔΨ_α，ΔΨ_β及び軸電流ｉ_α，ｉ_βから、軸指令電圧ｖ_α ^*，ｖ_β ^*が求められる。α，β／ｕ，ｖ，ｗ変換部１０９によって、軸指令電圧ｖ_α ^*，ｖ_β ^*が指令電圧ベクトルｖ_u ^*，ｖ_v ^*，ｖ_w ^*に変換される。指令電圧ベクトルｖ_u ^*，ｖ_v ^*，ｖ_w ^*は、インバータ１０１の動作を規定するＰＷＭデューティＤ_u，Ｄ_v，Ｄ_wの生成に用いられる電圧ベクトルである。

このような制御により、インバータ１０１を介して３相モータ１０２に電圧ベクトルが印加される。３相モータ１０２の速度が指令速度ω_ref ^*に追従する。３相モータ１０２のモータ磁束ベクトル及びモータトルクが指令磁束ベクトルΨ_s ^*及び指令トルクＴ_e ^*に追従する。弱め磁束制御が実行されているときに、高い精度で指令電圧ベクトル（軸指令電圧）ｖ_α ^*，ｖ_β ^*の振幅（電圧指令値＝√（ｖ_α ^*＾２＋ｖ_β ^*＾２））及びモータ電圧ベクトルの振幅を電圧制限値Ｖ_amに一致させ、高い精度でモータ電流の振幅を制限し、高い精度でモータトルクを制限することができる。

本明細書では、軸電流ｉ_α，ｉ_βは、実際に３相モータ１０２を流れる電流ではなく、情報として伝達される電流値を意味する。推定磁束Ψ_s、修正振幅ΔΨ、推定トルクＴ_e、電圧制限値Ｖ_am、指令速度ω_ref ^*、指令トルクＴ_e ^*，Ｔ_e ^**、指令磁束ベクトルΨ_s ^*、指令電圧ベクトルｖ_α ^*，ｖ_β ^*、指令電圧ベクトルｖ_u ^*，ｖ_v ^*，ｖ_w ^*等も同様である。

異なる座標系で表されているものの、軸指令電圧ｖ_α ^*，ｖ_β ^*と指令電圧ベクトルｖ_u ^*，ｖ_v ^*，ｖ_w ^*とは実体的には同じである。このため、以下の説明では、軸指令電圧ｖ_α ^*，ｖ_β ^*を、指令電圧ベクトルｖ_α ^*，ｖ_β ^*を呼ぶことがある。また、軸電流ｉ_α，ｉ_β及び相電流ｉ_u，ｉ_wを、モータ電流ベクトルｉ_α，ｉ_β及びモータ電流ベクトルｉ_u，ｉ_wと呼ぶこともある。

本実施形態の制御に関する各構成要素について、以下で説明する。

（デューティ生成部１０４）
図１に示すデューティ生成部１０４は、指令電圧ベクトルｖ_u ^*，ｖ_v ^*，ｖ_w ^*から、デューティＤ_u，Ｄ_v，Ｄ_wを生成する。本実施形態では、デューティ生成部１０４は、指令電圧ベクトルｖ_u ^*，ｖ_v ^*，ｖ_w ^*の各成分を、各相のデューティＤ_u，Ｄ_v，Ｄ_wに変換する。デューティＤ_u，Ｄ_v，Ｄ_wの生成方法としては、一般的な電圧形ＰＷＭインバータに用いられる方法を用いることができる。例えば、デューティＤ_u，Ｄ_v，Ｄ_wは、指令電圧ベクトルｖ_u ^*，ｖ_v ^*，ｖ_w ^*を、直流電源１１８（図４）の電圧値Ｖ_dcの半分の値で除すことにより求めてもよい。この場合、デューティＤ_uは、２×ｖ_u ^*／Ｖ_dcである。デューティＤ_vは、２×ｖ_v ^*／Ｖ_dcである。デューティＤ_wは、２×ｖ_w ^*／Ｖ_dcである。デューティ生成部１０４は、デューティＤ_u，Ｄ_v，Ｄ_wを出力する。

（インバータ１０１）
インバータ１０１はＰＷＭインバータである。図４に示すように、本実施形態のインバータ１０１は、スイッチング素子１１９ａ，１１９ｂ，１１９ｃ，１１９ｄ，１１９ｅ，１１９ｆ及び還流ダイオード１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄ，１２０ｅ，１２０ｆが対になった変換回路、ベースドライバ１１６、平滑コンデンサ１１７及び直流電源１１８を含む。直流電源１１８は、ダイオードブリッジ等によって整流された出力を表す。直流電源１１８の電圧Ｖ_dcは、ＤＣリンク電圧Ｖ_dcと呼ばれることがある。なお、本明細書では、変換回路及び平滑コンデンサ１１７を併せた構成をインバータと記載する。

インバータ１０１は、ＰＷＭ制御によって３相モータ１０２に電圧ベクトルを印加する。具体的には、３相モータ１０２への給電は、スイッチング素子１１９ａ〜１１９ｆを介して、直流電源１１８から行われる。より具体的には、まず、デューティＤ_u，Ｄ_v，Ｄ_wがベースドライバ１１６に入力される。次に、デューティＤ_u，Ｄ_v，Ｄ_wがスイッチング素子１１９ａ〜１１９ｆを電気的に駆動するためのドライブ信号に変換される。次に、ドライブ信号に従って各スイッチング素子１１９ａ〜１１９ｆが動作する。

本実施形態では、インバータ１０１は、スイッチング素子１１９ａ〜１１９ｆを用いた３相スイッチング回路である。スイッチング素子１１９ａ〜１１９ｆとしては、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）及びＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）が挙げられる。

（３相モータ１０２）
図１に示す３相モータ１０２は、モータ制御装置１００の制御対象である。３相モータ１０２には、インバータ１０１によって、モータ電圧ベクトルが印加される。「３相モータ１０２にモータ電圧ベクトルが印加される」とは、３相モータ１０２における３相交流座標上の３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の各々に電圧が印加されることを指す。本実施形態では、３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の各々が、相対的に高電圧を有する高電圧相と、相対的に低電圧を有する低電圧相との２種類から選択されるいずれかとなるように、３相モータ１０２が制御される。

本実施形態における３相モータ１０２は、同期モータである。詳細には、本実施形態における３相モータ１０２は、永久磁石同期モータである。３相モータ１０２は、ＳＰＭＳＭ（Surface Permanent Magnet Synchronous Motor）であっても、ＩＰＭＳＭ（Interior Permanent Magnet Synchronous Motor）であってもよい。ＳＰＭＳＭでは、ｄ軸インダクタンスＬ_dとｑ軸インダクタンスＬ_qとが同じである。ＩＰＭＳＭは、ｄ軸インダクタンスＬ_dとｑ軸インダクタンスＬ_qとが相違する突極性（一般には、Ｌ_q＞Ｌ_dの逆突極性）を有する。ＩＰＭＳＭは、マグネットトルクに加えてリラクタンストルクも利用できる。このため、ＩＰＭＳＭの駆動効率は極めて高い。

（第１電流センサ１０５ａ、第２電流センサ１０５ｂ）
図１に示す第１電流センサ１０５ａ及び第２電流センサ１０５ｂとして、公知の電流センサを用いることができる。本実施形態では、第１電流センサ１０５ａは、ｕ相を流れる相電流ｉ_uを測定するように設けられている。第２電流センサ１０５ｂは、ｗ相を流れる相電流ｉ_wを測定するように設けられている。ただし、第１電流センサ１０５ａ及び第２電流センサ１０５ｂは、ｕ相及びｗ相の２相以外の組み合わせの２相の電流を測定するように設けられていてもよい。電流センサ１０５ａ，１０５ｂの具体例は、カレントトランス及びシャント抵抗である。

（ｕ，ｗ／α，β変換部１０６）
図３に示すｕ，ｗ／α，β変換部１０６は、相電流ｉ_u，ｉ_wを軸電流ｉ_α，ｉ_βに変換する。具体的に、ｕ，ｗ／α，β変換部１０６は、式（１）及び（２）により、相電流ｉ_u，ｉ_wを軸電流ｉ_α，ｉ_βに変換して、軸電流ｉ_α，ｉ_βを出力する。

（モータ磁束推定部１０８）
モータ磁束推定部１０８は、モータ電流ベクトル（軸電流）ｉ_α，ｉ_β及び指令電圧ベクトル（軸指令電圧）ｖ_α ^*，ｖ_β ^*から、推定磁束Ψ_s（推定磁束Ψ_α，Ψ_β）を求める。具体的に、モータ磁束推定部１０８は、式（３）及び（４）を用いて、推定磁束Ψ_α，Ψ_βを求める。式（３）及び（４）におけるΨ_α|t=0、Ψ_β|t=0は、それぞれ推定磁束Ψ_α，Ψ_βの初期値である。式（３）及び（４）におけるＲは、３相モータ１０２の巻線抵抗である。モータ磁束推定部１０８は、完全積分器であってもよく不完全積分器であってもよい。モータ磁束推定部１０８がＤＳＰ、マイクロコンピュータ等のディジタル制御装置に組み込まれている場合は、式（３）及び（４）における演算のために必要となる積分器は離散系で構成され得る。この場合の典型例では、１制御周期前における推定磁束Ψ_α，Ψ_βに、現在の制御周期に由来する値を加減算する。

（トルク推定部１１４）
トルク推定部１１４は、モータ電流ベクトル及び推定されたモータ電流ベクトルからモータトルクを推定する。本実施形態では、トルク推定部１１４は、モータ電流ベクトル（軸電流）ｉ_α，ｉ_β及び推定磁束Ψ_s（推定磁束Ψ_α，Ψ_β）から推定トルクＴ_eを求める。具体的に、トルク推定部１１４は、式（５）を用いて、推定トルクＴ_eを求める。式（５）におけるＰ_nは、３相モータ１０２の極対数である。

（位相推定部１１０）
位相推定部１１０は、推定磁束Ψ_s（推定磁束Ψ_α，Ψ_β）から推定磁束Ψ_sの位相θ_sを求める。具体的に、位相推定部１１０は、式（６）により、推定磁束Ψ_sの位相θ_sを求める。

（速度推定部１１１）
速度推定部１１１は、現在の制御周期において求めた位相θ_s（ｎ）と、前回の制御周期において求めた位相θ_s（ｎ−１）とを用いて、式（７）により、推定速度ω_rを求める。速度推定部１１１は、公知の位相推定器である。ここで、Ｔ_sは本制御における制御周期（サンプリング周期）を意味する。ｎは、タイムステップである。

（指令トルク特定部１２４）
指令トルク特定部１２４は、指令速度ω_ref ^*及び推定速度ω_rから、指令トルク（第１の指令トルク）Ｔ_e ^*を求める。具体的に、指令トルク特定部１２４は、式（８）により、第１の指令トルクＴ_e ^*を求める。式（８）におけるＫ_sPは比例ゲインである。Ｋ_sIは積分ゲインである。ｓはラプラス演算子である。指令トルク特定部１２４は、公知のＰＩ補償器である。

（トルク制限部１２５）
トルク制限部１２５は、指令トルクを第一の指令トルクＴ_e ^*から第二の指令トルクＴ_e ^**に修正する。具体的には、トルク制限部１２５は、第一の指令トルクＴ_e ^*、推定磁束Ψ_s及びモータ電流ベクトル（軸電流）ｉ_α，ｉ_βから、第二の指令トルクＴ_e ^**を特定する。より具体的には、トルク制限部１２５は、式（９）及び（１０）に基づいて、トルク制限値Ｔ_limを計算する。トルク制限部１２５は、第一の指令トルクＴ_e ^*がトルク制限値Ｔ_lim ^*よりも大きい場合、第二の指令トルクＴ_e ^**としてトルク制限値Ｔ_lim ^*を出力する。一方、第一の指令トルクＴ_e ^*がトルク制限値Ｔ_lim ^*以下である場合、第二の指令トルクＴ_e ^**として第一の指令トルクＴ_e ^*を出力する。式（９）のＩ_amは、電流制限値を意味する。式（１０）のＰ_nは、３相モータ１０２の極対数である。トルク制限部１２５は、式（９）及び（１０）に基づいて動作することによって、モータ電流ベクトルの振幅を電流制限値Ｉ_amを一致させ、高い精度でモータトルクをトルク制限値Ｔ_lim ^*に一致させることができる。なお、式（９）及び（１０）のＴ_rは、無効トルクである。式（１０）から理解されるように、無効トルクＴ_rは、磁束ベクトルの電流ベクトルとの内積を用いることによって、具体的にはこの内積に極対数Ｐ_nを乗じることによって、計算できる。無効トルクＴ_rは、３相モータ１０２のインダクタンスに蓄えられる磁気エネルギーに相当する量であり、無効電力に対応する量である。無効トルクＴ_rの詳細については、非特許文献１等の公知の文献を参照されたい。

なお、式（９）の｜Ψ_s｜（＝√（Ψ_α＾２＋Ψ_β＾２））は、モータ磁束推定部１０８由来のものである。つまり、推定されたモータ磁束ベクトルの振幅である。ただし、推定されたモータ磁束ベクトルの振幅に代えて、指令振幅｜Ψ_s ^*｜（＝√（Ψ_α ^*＾２＋Ψ_β ^*＾２））を用いてもよい。また、式（１０）のΨ_α及びΨ_βも、モータ磁束推定部１０８由来のものである。つまり、推定されたモータ磁束ベクトルである。ただし、推定されたモータ磁束ベクトルに代えて、指令磁束ベクトルΨ_s ^*（Ψ_α ^*及びΨ_β ^*）を用いてもよい。

要するに、トルク制限部１２５は、推定されたモータ磁束ベクトルの振幅｜Ψ_s｜又は指令振幅｜Ψ_s ^*｜と、推定されたモータ磁束ベクトルΨ_s又は指令磁束ベクトルΨ_s ^*と、モータ電流ベクトルと、電流制限値Ｉ_amとを用いてモータ電流ベクトルの振幅を電流制限値Ｉ_amに追従させるモータトルクであるトルク制限値Ｔ_lim ^*を特定する。トルク制限部１２５は、トルク制限部１２５に与えられた指令トルクがトルク制限値Ｔ_lim ^*以下である場合には指令トルクを修正せず、トルク制限部１２５に与えられた指令トルクがトルク制限値Ｔ_lim ^*よりも大きい場合には指令トルクをトルク制限値Ｔ_lim ^*に修正する。

（トルク偏差演算部１２１）
トルク偏差演算部１２１は、第二の指令トルクＴ_e ^**と推定トルクＴ_eとの偏差（トルク偏差ΔＴ＝Ｔ_e ^*−Ｔ_e）を求める。トルク偏差演算部１２１としては、公知の演算子を用いることができる。

（位置特定部１９０）
位置特定部１９０は、位相θ_s及びトルク偏差ΔＴから指令磁束ベクトルΨ_s ^*の位相（指令位相）θ_s ^*を特定する。具体的には、トルク偏差ΔＴを用いてモータ磁束ベクトルの位相が移動するべき制御周期毎の移動量（回転量）Δθ_sを特定し、特定された移動量Δθ_sと推定されたモータ磁束ベクトルの位相θ_sとを用いて指令磁束ベクトルの指令位相θ_s ^*を特定する。より具体的には、式（１１）により、モータ磁束ベクトルの移動量Δθ_sを求める。式（１２）を用いて、指令位相θ_s ^*を求める。式（１１）におけるＫ_θPは比例ゲインである。Ｋ_θIは積分ゲインである。位置特定部１９０は、トルク偏差ΔＴをゼロに近づける。この点で、位置特定部１９０は、トルクの補償機構を構成するともいえる。要するに、本実施形態の位置特定部１９０は、トルク制限部１２５から出力された指令トルク（第二の指令トルクＴ_e ^**）と、推定されたモータトルク（推定トルクＴ_e）との間の偏差であるトルク偏差ΔＴをゼロに近づけるトルクフィードバック制御を含む制御を実行することによって、トルク偏差ΔＴをゼロに近づける指令位相θ_s ^*を特定する。位置特定部１９０がＤＳＰ、マイクロコンピュータ等のディジタル制御装置に組み込まれている場合は、式（１２）における演算のために必要となる積分器は離散系で構成されうる。

（修正振幅特定部１２３）
修正振幅特定部１２３は、電圧制限値Ｖ_am及び指令電圧ベクトル（軸指令電圧）ｖ_α ^*，ｖ_β ^*から修正振幅ΔΨを求める。修正振幅特定部１２３は、図５に示すように、振幅演算部１２８と、電圧偏差演算部１２９と、電圧偏差補償部１３０と、定数部１３１と、切替部１３２とを含んでいる。

振幅演算部１２８は、指令電圧ベクトル（軸指令電圧）ｖ_α ^*，ｖ_β ^*から指令電圧ベクトルの振幅（大きさ）Ｖ_aを求める。具体的には、振幅演算部１２８は、式（１３）により、振幅Ｖ_aを計算する。式（１３）から理解されるように、本実施形態では、振幅Ｖ_aは、指令電圧ベクトルの各成分（ｖ_α ^*及びｖ_β ^*）の二乗和平方根として計算される。

電圧偏差演算部１２９は、電圧制限値Ｖ_amと指令電圧ベクトルの振幅Ｖ_aを取得し、これらの偏差（電圧偏差ΔＶ＝Ｖ_am−Ｖ_a）を求める。電圧偏差演算部１２９としては、公知の演算子を用いることができる。

電圧偏差補償部１３０は、電圧偏差ΔＶから第１の修正振幅ΔΨ₁を求める。具体的には、電圧偏差補償部１３０は、式（１４）及び（１５）により、第１の修正振幅ΔΨ₁を計算する。式（１４）におけるＫ_1Pは、比例ゲインである。Ｋ_1Iは、積分ゲインである。電圧偏差補償部１３０は、公知のＰＩ補償器である。電圧偏差補償部１３０として、ＰＩ補償器以外の補償器を用いることもできる。

定数部１３１は、切替部１３２が取得可能な定数を有している。本実施形態では、定数はゼロである。

切替部１３２は、図６のフロー図に従って動作する。図６のステップＳ１０１は、切替部１３２が指令電圧ベクトルの振幅Ｖ_aが電圧制限値Ｖ_amよりも大きいか否かを判断するステップである。振幅Ｖ_aが電圧制限値Ｖ_amよりも大きいと判断されると、ステップＳ１０２に進む。振幅Ｖ_aが電圧制限値Ｖ_am以下であると判断されると、ステップＳ１０３に進む。ステップＳ１０２では、切替部１３２が修正振幅ΔΨとして第１の修正振幅ΔΨ１を選択する。ステップＳ１０３では、切替部１３２が修正振幅ΔΨとしてゼロを選択する。

（仮設定部１２６）
仮設定部１２６は、第２の指令トルクＴ_e ^**から仮振幅を特定する。仮設定部１２６は、ルックアップテーブル、計算式（近似式）が格納された演算子等を用いて構成できる。ルックアップテーブルを用いる場合、第２の指令トルクＴ_e ^**と仮振幅との対応関係を表すルックアップテーブルを事前に準備することができる。演算子における計算式も、事前に準備できる。このようなルックアップテーブル及び計算式は、予め行った測定データ又は理論に基づいて設定できる。

本実施形態では、弱め磁束制御を行わない場合（切替部１３２が修正振幅ΔΨとしてゼロを選択する場合）において、最大トルク／電流制御（ＭＴＰＡ）が実行されるように仮設定部１２６が構成されている。ＭＴＰＡは、最小の電流で最大のトルクを発生させるための制御である。本実施形態では、ＭＴＰＡ用の仮振幅を仮振幅｜Ψ_{s_MTPA} ^*｜又はＭＴＰＡ指令振幅｜Ψ_{s_MTPA} ^*｜と呼ぶことがある。仮振幅｜Ψ_{s_MTPA} ^*｜は、以下の考え方に基づいて設定される。３相モータ１０２として磁気的突極性を有さないモータを用いる場合、モータ磁束ベクトルの振幅｜Ψ_s｜及びモータトルクＴは、式（１６Ａ）及び（１６Ｂ）で概算される。｜Ψ_a｜は、磁束パラメータである。磁束パラメータ｜Ψ_a｜は、３相モータ１０２における永久磁石が作る磁石磁束ベクトル（界磁磁束ベクトルとも呼ばれる）の振幅として与えられた定数である。Ｌは、３相モータ１０２の電機子巻線の一相当たりのインダクタンスである。ｉ_qはｑ軸電流である。Ｐ_nは、モータの極対数である。式（１６Ａ）及び（１６Ｂ）から、式（１６Ｃ）が導かれる。Ｔを第２の指令トルクＴ_e ^**に、｜Ψ_s｜を仮振幅｜Ψ_{s_MTPA} ^*｜にそれぞれ置き換えることで、第２の指令トルクＴ_e ^**と仮振幅｜Ψ_{s_MTPA} ^*｜との関係式が導かれる。この関係式を用いれば、第２の指令トルクＴ_e ^**から仮振幅｜Ψ_{s_MTPA} ^*｜を求めることができる。当然ながら、変換テーブルを作成することもできる。３相モータ１０２として磁気的突極性を有するモータを用いる場合、モータ磁束ベクトルの振幅｜Ψ_s｜及びモータトルクＴは、式（１６Ｄ）及び（１６Ｅ）で概算される。Ｌ_dは、ｄ軸インダクタンスである。Ｌ_qは、ｑ軸インダクタンスである。ｉ_dはｄ軸電流である。ｄ軸電流ｉ_d及びｑ軸電流ｉ_qは、式（１６Ｆ）の関係を概ね満たす。式（１６Ｄ）、（１６Ｅ）及び（１６Ｆ）によって、変数ｉ_d，ｉ_qを用いることなくモータトルクＴからモータ磁束ベクトルの振幅｜Ψ_s｜を特定可能な変換テーブルが得られる。Ｔを第２の指令トルクＴ_e ^**に、｜Ψ_s｜を仮振幅｜Ψ_{s_MTPA} ^*｜にそれぞれ置き換えることで、第２の指令トルクＴ_e ^**から仮振幅｜Ψ_{s_MTPA} ^*｜を特定することができる。ＭＴＰＡに関しては、公知の文献『武田洋次、森本茂雄、松井信行、本田幸夫、「埋込磁石同期モータの設計と制御」、株式会社オーム社、２００１年１０月２５日発行』、等が参考になる。

本実施形態では、仮設定部１２６は、第１の指令トルクＴ_e ^*ではなく第２の指令トルクＴ_e ^**からＭＴＰＡ指令振幅｜Ψ_{s_MTPA} ^*｜を生成する。従って、弱め磁束制御が行われない状況においては、トルク制限部１２５が第２の指令トルクＴ_e ^**をトルク制限値Ｔ_limに制限している場合も、そうでない場合も、第２の指令トルクＴ_e ^**に応じたＭＴＰＡ指令振幅｜Ψ_{s_MTPA} ^*｜を適切に特定することができる。

なお、当然ではあるが、仮設定部１２６でＭＴＰＡ用ではない仮振幅を特定することもできる。

（加算部１２７）
加算部（補正部）１２７は、仮振幅｜Ψ_{s_MTPA} ^*｜に修正振幅ΔΨを加算して、指令振幅｜Ψ_s ^*｜を特定する。加算部１２７としては、公知の演算子を用いることができる。

上述のように、修正振幅特定部１２３、仮設定部１２６及び加算部（補正部）１２７によって、振幅特定部１４０が構成される。振幅特定部１４０の動作は、以下のようにまとめることができる。すなわち、振幅特定部１４０は、指令磁束ベクトルの振幅である指令振幅を特定する。具体的に、振幅特定部１４０は、指令電圧ベクトルの振幅Ｖ_aが電圧制限値Ｖ_amを超えた第１の場合において、指令電圧ベクトルの振幅Ｖ_aと電圧制限値Ｖ_amとの間の偏差である電圧偏差をゼロに近づける電圧フィードバック制御を含む制御を実行することによって、電圧偏差をゼロに近づける指令振幅｜Ψ_s ^*｜を特定する。具体的には、振幅特定部１４０は、仮設定部１２６を用いて指令磁束ベクトルの仮振幅｜Ψ_{s_MTPA} ^*｜を設定し、第１の場合において修正振幅特定部１２３を用いて電圧フィードバック制御を含む制御によって修正振幅ΔΨを特定し、補正部１２７を用いて仮振幅｜Ψ_{s_MTPA} ^*｜に修正振幅ΔΨを加算して指令振幅｜Ψ_s ^*｜を特定する。より具体的には、第１の場合において、修正振幅特定部１２３の電圧偏差補償部１３０は、修正振幅ΔΨを操作量とする電圧フィードバック制御を実行することによって、指令電圧ベクトルの振幅Ｖ_aと電圧制限値Ｖ_amとの間の偏差をゼロに近づける（より具体的には、ゼロに収束させる）。なお、第１の場合においては、修正振幅特定部１２３は、ゼロよりも小さい修正振幅ΔΨを特定する。改めて断るまでもないが、電圧フィードバック制御は、電圧を用いたフィードバック制御である。フィードバック制御は、日本工業規格ＪＩＳ Ｚ８１１６（１９９４）に規定されているように、フィードバックによって制御量を目標値と比較し、それらを一致させるように操作量を生成する制御である。本実施形態の電圧フィードバック制御では、制御量は指令電圧ベクトルのの振幅（振幅Ｖ_a）であり、目標値は電圧制限値Ｖ_amであり、操作量は修正振幅ΔΨである。

また、切替部１３２については、以下のように説明することができる。すなわち、切替部１３２は、第１モードと第２モードとを切り替えるように構成されている。第１モードは、修正振幅ΔΨを操作量とする電圧フィードバック制御を電圧偏差補償部１３０が実行することによって、指令電圧ベクトルの振幅Ｖ_aと電圧制限値Ｖ_amとの間の偏差をゼロに近づける（より具体的には、ゼロに収束させる）モードである。第２モードは、定数を修正振幅ΔΨとするモードである。そして、切替部１３２は、第１の場合には第１モードを選択し、指令電圧ベクトルの振幅Ｖ_aが電圧制限値Ｖ_am以下である第２の場合には第２モードを選択する。

本実施形態の切替部１３２によれば、弱め磁束制御（第１モード）と別の制御（第２モード）とを切り替えることができる。具体的には、当該別の制御は、ＭＴＰＡである。本実施形態では定数部１３１にゼロが格納されているので、第２モードでは指令振幅｜Ψ_s ^*｜は、｜Ψ_s ^*｜＝｜Ψ_{s_MTPA} ^*｜＋０＝｜Ψ_{s_MTPA} ^*｜となるためである。

（指令磁束特定部１１２）
指令磁束特定部１１２は、指令振幅｜Ψ_s ^*｜及び指令位相θ_s ^*から、指令磁束ベクトルΨ_s ^*（指令磁束Ψ_α ^*，Ψ_β ^*）を特定する。具体的には、式（１７）及び（１８）を用いて、指令磁束Ψ_α ^*，Ψ_β ^*を求める。

（α軸磁束偏差演算部１１３ａ、β軸磁束偏差演算部１１３ｂ）
α軸磁束偏差演算部１１３ａは、指令磁束Ψ_α ^*と推定磁束Ψ_αを取得し、これらの偏差（磁束偏差ΔΨ_α＝Ψ_α ^*−Ψ_α）を求める。β軸磁束偏差演算部１１３ｂは、指令磁束Ψ_β ^*と推定磁束Ψ_βを取得し、これらの偏差（磁束偏差ΔΨ_β＝Ψ_β ^*−Ψ_β）を求める。磁束偏差演算部１１３ａ，１１３ｂとしては、公知の演算子を用いることができる。

（指令電圧特定部１０７）
指令電圧特定部１０７は、磁束偏差ΔΨ_α，ΔΨ_β及びモータ電流ベクトル（軸電流）ｉ_α，ｉ_βから、第１の指令電圧ベクトル（軸指令電圧）ｖ_α ^*，ｖ_β ^*を特定する。具体的に、指令電圧特定部１０７は、式（１９）を用いて、α軸指令電圧ｖ_α ^*を求める。また、指令電圧特定部１０７は、式（２０）を用いて、β軸指令電圧ｖ_β ^*を求める。

（α，β／ｕ，ｖ，ｗ変換部１０９）
α，β／ｕ，ｖ，ｗ変換部１０９は、指令電圧ベクトル（軸指令電圧）ｖ_α ^*，ｖ_β ^*を、指令電圧ベクトルｖ_u ^*，ｖ_v ^*，ｖ_w ^*に変換する。具体的に、α，β／ｕ，ｖ，ｗ変換部１０９は、式（２１）により、指令電圧ベクトルｖ_α ^*，ｖ_β ^*を指令電圧ベクトルｖ_u ^*，ｖ_v ^*，ｖ_w ^*に変換して、指令電圧ベクトルｖ_u ^*，ｖ_v ^*，ｖ_w ^*を出力する。

（本実施形態の効果）
非特許文献１に記載されている技術では、指令振幅を数式で与えることによってフィードフォワードで弱め磁束制御を実行していた。上述の通り、非特許文献１に記載されている弱め磁束制御は精度が高いとは言えない。これに対し、本実施形態の振幅特定部１４０では、指令電圧ベクトルの振幅Ｖ_aと電圧制限値Ｖ_amとの間の偏差である電圧偏差をゼロに近づける電圧フィードバック制御を含む制御を実行することによって、電圧偏差をゼロに近づける指令振幅｜Ψ_s ^*｜を特定する。フィードバック制御であるが故に、抵抗パラメータの誤差（非特許文献１の式（２）には抵抗パラメータＲ_aが含まれていることに留意されたい）、速度推定の誤差等が存在しても、振幅Ｖ_aと電圧制限値Ｖ_amとの間の偏差が高い精度でゼロに近づく。

また、振幅Ｖ_aと電圧制限値Ｖ_amとの間の偏差をゼロにする磁束制限値｜Ψ_{s_lim} ^*｜が高い精度で生成される。つまり、磁束制限値｜Ψ_{s_lim} ^*｜の誤差を小さくすることができる。従ってモータ磁束ベクトルの振幅の適切な値からの誤差を小さくすることができる。式（９）及び（１０）から理解されるように、本実施形態のトルク制限部１２５は、モータ電流ベクトルの振幅を電流制限値Ｉ_amを一致させ、モータトルクをトルク制限値Ｔ_lim ^*に一致させる制御を行う際に、磁束の情報を用いる。その磁束の情報の誤差を小さくすることができるため、弱め磁束制御を行っているときにおいて、高精度にモータ電流ベクトルの振幅を電流制限値Ｉ_amを一致させ、高精度にモータトルクをトルク制限値Ｔ_lim ^*に一致させることができる。

また、本実施形態によれば、適切なタイミングでスムーズにモードが切り替わる。すなわち、指令電圧ベクトルの振幅Ｖ_aが電圧制限値Ｖ_amよりも大きい第１の場合には弱め磁束制御が実施される（第１モード）。振幅Ｖ_aが電圧制限値Ｖ_am以下である第２の場合には、ＭＴＰＡが実施される（第２モード）。

第１の実施形態のモータ制御装置１００によれば、３相モータ１０２の速度が指令速度ω_ref ^*と高い精度で一致する。モータ制御装置１００は、冷凍空調装置における圧縮機の駆動時等に好適に利用されうる。

（変形例１−１Ａ）
以下、変形例１−１Ａのモータ制御装置について説明する。なお、変形例１−１Ａでは、第１の実施形態と同様の部分については同一符号を付し、説明を省略することがある。

図７Ａに示すように、変形例１−１Ａのモータ制御部２０３ａは、振幅特定部１４０に代えて、振幅特定部２４０ａを有している。振幅特定部２４０ａは、修正振幅特定部１２３に代えて修正振幅特定部２２３ａを有している。

（修正振幅特定部２２３ａ）
修正振幅特定部２２３ａは、３相モータ１０２のモータ電流ベクトル（軸電流）ｉ_α，ｉ_β、推定磁束Ψ_α，Ψ_β、電圧制限値Ｖ_am及び指令電圧ベクトル（軸指令電圧）ｖ_α ^*，ｖ_β ^*から修正振幅ΔΨを求める。修正振幅特定部２２３ａは、図８Ａに示すように、修正振幅特定部１２３の構成要素に加え、誤差パラメータ演算部２３１ａと、誤差パラメータ偏差演算部２３２と、内積補償部２３３とを有している。

修正振幅特定部２２３ａは、ｄ軸インダクタンスＬ_dとｑ軸インダクタンスＬ_qとが相違する場合でも、一致する場合においても、同じ動作を実施する。具体的には、インダクタンス差がある場合において、インダクタンスＬとして、ｄ軸インダクタンスとｑ軸インダクタンスとの間の値を用いることができる。また、磁気的突極性が大きくない場合は、Ｌ＝Ｌ_dと取り扱っても差し支えがない。つまり、インダクタンスの値として、ｄ軸インダクタンスの値、ｄ軸インダクタンスよりも大きくｑ軸インダクタンスよりも小さい値、又はｄ軸インダクタンスよりも小さくｑ軸インダクタンスよりも大きい値を用いることができる。

特許文献１は、上記のようにインダクタンスＬを設定する上で参考になる。特許文献１には、ｄｍ−ｑｍ座標系に関する技術が記載されている。ｄｍ−ｑｍ座標系は、埋込磁石構造の永久磁石同期モータ等の磁気的突極性を有するモータを、磁気的突極性を有していない永久磁石同期モータと同様に扱うことを可能とする。ｄｍ−ｑｍ座標系を用い、ｄｍ軸電流（制御座標系ではγ軸電流）をゼロにすることによって、最大トルク制御（最大トルク／電流制御）を行うことができる。３相モータ１０２が磁気的突極性を有する場合、ｄ軸電流をｄｍ軸電流に、磁石磁束ベクトルΨ_aを拡張鎖交磁束ベクトルΦ_exmに、インダクタンスＬを仮想インダクタンスＬ_mに、それぞれ置き換えることができる。ｄｍ軸電流、拡張鎖交磁束ベクトルΦ_exm及び仮想インダクタンスＬ_mの詳細については、特許文献１（数式３６及び段落０１８２〜０１８３等）を参照することができる。なお、Ｌ_mは、Ｌ_d≦Ｌ_m＜Ｌ_qを満たす。また、インダクタンス差がない場合においては、ｄｍ−ｑｍ座標系と、一般的なｄ−ｑ座標系とは一致し、Ｌ_m＝Ｌ_d＝Ｌ_qとすればよい。すなわち、インダクタンス差がある場合についての考え方は、インダクタンス差がない場合の考え方を包含することになる。

（誤差パラメータ演算部２３１ａ）
誤差パラメータ演算部２３１ａは、仮想インダクタンス（３相モータ１０２のインダクタンス）Ｌ_mとモータ電流ベクトル（軸電流）ｉ_α，ｉ_βと推定磁束Ψ_s（推定磁束Ψ_α，Ψ_β）とから、誤差パラメータεを演算する。具体的には、まず、電機子反作用磁束を推定する（推定電機子反作用磁束Ｌ_mｉ_aを求める）。推定電機子反作用磁束Ｌ_mｉ_aのα軸成分及びβ軸成分を、それぞれ推定電機子反作用磁束Ｌ_mｉ_α、推定電機子反作用磁束Ｌ_mｉ_βと記載する。推定電機子反作用磁束Ｌ_mｉ_α、推定電機子反作用磁束Ｌ_mｉ_βは、仮想インダクタンスＬ_mと、軸電流ｉ_α，ｉ_βとの積である。次に、推定磁束Ψ_s（推定磁束Ψ_α，Ψ_β）及び推定電機子反作用磁束Ｌ_mｉ_a（推定電機子反作用磁束Ｌ_mｉ_α，Ｌ_mｉ_β）から、磁石磁束ベクトルを推定する（推定磁石磁束Ψ’_aeを求める）。推定磁石磁束Ψ’_aeのα軸成分及びβ軸成分を、それぞれ推定磁石磁束Ψ’_aeα，Ψ’_aeβと記載する。具体的には、式（２２）及び（２３）に示すように、推定磁束Ψ_α，Ψ_βから推定電機子反作用磁束Ｌ_mｉ_α，Ｌ_mｉ_βを減じることにより推定磁石磁束Ψ’_aeα，Ψ’_aeβを求める。次に、推定磁石磁束Ψ’_aeα，Ψ’_aeβと軸電流ｉ_α，ｉ_βとから誤差パラメータεを式（２４）のように計算する。

（誤差パラメータ偏差演算部２３２）
誤差パラメータ偏差演算部２３２は、指令誤差パラメータε^*と誤差パラメータεを取得し、これらの偏差（誤差パラメータ偏差Δε：ε^*−ε）を求める。誤差パラメータ偏差演算部２３２としては、公知の演算子を用いることができる。指令誤差パラメータε^*は、第１の実施形態の修正振幅ΔΨと同じである。

（内積補償部２３３）
内積補償部２３３は、誤差パラメータ偏差Δεを取得し、これがゼロとなるように修正振幅ΔΨを特定する。変形例１−１Ａの内積補償部２３３は、ＰＩ補償部である。従って、内積補償部２３３は、式（２５）に示すように、誤差パラメータ偏差Δεを入力とする比例・積分演算を実施することにより修正振幅ΔΨを求める。

振幅特定部２４０ａ（修正振幅特定部２２３ａ、仮設定部１２６及び加算部（補正部）１２７）の動作は、以下のようにまとめることができる。すなわち、振幅特定部２４０ａは、指令電圧ベクトルの振幅Ｖ_aが電圧制限値Ｖ_amを超えた第１の場合において、指令電圧ベクトルの振幅Ｖ_aと電圧制限値Ｖ_amとの間の偏差である電圧偏差をゼロに近づける電圧フィードバック制御を含む制御を実行することによって、電圧偏差をゼロに近づける指令振幅｜Ψ_s ^*｜を特定する。具体的には、振幅特定部２４０ａは、仮設定部１２６を用いて指令磁束ベクトルの仮振幅を設定し、第１の場合において修正振幅特定部２２３ａを用いて電圧フィードバック制御を含む制御によって修正振幅ΔΨを特定し、補正部１２７を用いて仮振幅｜Ψ_{s_MTPA} ^*｜に修正振幅ΔΨを加算して指令振幅｜Ψ_s ^*｜を特定する。より具体的には、第１の場合において、電圧偏差補償部１３０は、第１の指令誤差パラメータε^*を操作量とする電圧フィードバック制御を実行することによって、指令電圧ベクトルの振幅Ｖ_aと電圧制限値Ｖ_amとの間の偏差をゼロに近づける（より具体的には、ゼロに収束させる）。そして、第１の場合において、内積補償部２３３は、修正振幅ΔΨを操作量とする第１のフィードバック制御を実行することによって、推定磁石磁束Ψ’_aeα，Ψ’_aeβ（３相モータ１０２の推定された磁石磁束ベクトル）と軸電流ｉ_α，ｉ_β（モータ電流ベクトル）との内積（第２内積）である誤差パラメータεと第１の指令誤差パラメータε^*との間の偏差をゼロに近づける（より具体的には、ゼロに収束させる）。

また、切替部１３２については、以下のように説明することができる。すなわち、切替部１３２は、第１モードと第２モードとを切り替えるように構成されている。第１モードは、第１の指令誤差パラメータε^*を操作量とする電圧フィードバック制御を電圧偏差補償部１３０が実行することによって、指令電圧ベクトルの振幅Ｖ_aと電圧制限値Ｖ_amとの間の偏差をゼロに近づけ（より具体的には、ゼロに収束させ）、修正振幅ΔΨを操作量とする第１のフィードバック制御を内積補償部２３３が実行することによって、第１の指令誤差パラメータε^*と誤差パラメータεとの間の偏差をゼロに近づける（より具体的には、ゼロに収束させる）モードである。第２モードは、修正振幅ΔΨを操作量とする第２のフィードバック制御を内積補償部２３３が実行することによって、定数である第２の指令誤差パラメータε^*と誤差パラメータεとの間の偏差をゼロに近づける（より具体的には、ゼロに収束させる）モードである。そして、切替部１３２は、第１の場合には第１モードを選択し、振幅Ｖ_aが電圧制限値Ｖ_am以下である第２の場合には第２モードを選択する。

（変形例１−１Ａの効果）
変形例１−１Ａにおいても、第１の実施形態と同様に、適切なタイミングでモードが切り替わる。すなわち、指令電圧ベクトル（軸指令電圧）ｖ_α ^*，ｖ_β ^*の振幅Ｖ_aが電圧制限値Ｖ_amよりも大きい第１の場合には弱め磁束制御が実施される（第１モード）。具体的には、第１の場合には、弱め磁束制御に適合した修正振幅ΔΨが生成される。振幅Ｖ_aが電圧制限値Ｖ_am以下である第２の場合には、ＭＴＰＡに適合した修正振幅ΔΨが生成される（第２モード）。

さらに、変形例１−１Ａでは、第２の場合において、非常に高い精度でＭＴＰＡを実行することができる。以下、この点について説明する。ＭＴＰＡが成立するには、推定磁石磁束Ψ’_aeと軸電流ｉ_α，ｉ_βとを直交させる必要がある。そこで、変形例１−１Ａでは、第２の場合に推定磁石磁束Ψ’_aeと軸電流ｉ_α，ｉ_βとの内積をゼロにするために、指令誤差パラメータε^*をゼロに設定している。すなわち、変形例１−１Ａでは、仮振幅はＭＴＰＡに適した仮振幅｜Ψ_{s_MTPA} ^*｜であり、第２の場合において、その仮振幅がＭＴＰＡに適合した修正振幅ΔΨにより補正されることによって修正振幅ΔΨが生成される。従って、変形例１−１Ａによれば、第２の場合において、非常に高い精度でＭＴＰＡを行うことが可能となる。すなわち、変形例１−１Ａのモータ制御部２０３ａを用いれば、モータ制御部１０３を用いる場合よりも、３相モータ１０２を効率よく駆動させることができる。

（変形例１−１Ｂ）
以下、変形例１−１Ｂのモータ制御装置について説明する。なお、変形例１−１Ｂでは、変形例１−１Ａと同様の部分については同一符号を付し、説明を省略することがある。

図７Ｂに示すように、変形例１−１Ｂのモータ制御部２０３ｂは、振幅特定部２４０ａに代えて、振幅特定部２４０ｂを有している。振幅特定部２４０ｂは、修正振幅特定部２２３ａに代えて修正振幅特定部２２３ｂを有している。

（修正振幅特定部２２３ｂ）
図８Ｂに示すように、修正振幅特定部２２３ｂは、変形例１−１Ａにおける誤差パラメータ演算部２３１ａに代えて、誤差パラメータ演算部２３１ｂを有する。

（誤差パラメータ演算部２３１ｂ）
誤差パラメータ演算部２３１ｂは、仮想インダクタンスＬ_m（３相モータ１０２のインダクタンス）と軸電流ｉ_α，ｉ_βと推定磁束Ψ_s（推定磁束Ψ_α，Ψ_β）とから、誤差パラメータεを演算する。具体的には、推定磁束Ψ_s（推定磁束Ψ_α，Ψ_β）と軸電流ｉ_α，ｉ_βとの内積Ψ_αｉ_α＋Ψ_βｉ_βを特定する。仮想インダクタンスＬ_mと、軸電流ｉ_α，ｉ_βとから、仮想インダクタンスと電流の振幅の２乗との積Ｌ_m（ｉ_α ²＋ｉ_β ²）を特定する。内積Ψ_αｉ_α＋Ψ_βｉ_βから積Ｌ_m（ｉ_α ²＋ｉ_β ²）を減じて差Ψ_αｉ_α＋Ψ_βｉ_β−Ｌ_m（ｉ_α ²＋ｉ_β ²）を特定し、誤差パラメータεを得る。誤差パラメータ演算部２３１ｂが行う演算は、式（２６）により表現される。

変形例１−１Ｂの修正振幅特定部２２３ｂでは、変形例１−１Ａの修正振幅特定部２２３ａで用いた式とは異なる式を用いるものの、変形例１−１Ａのときと同じ内積（推定磁石磁束Ψ’_aeα，Ψ’_aeβと軸電流ｉ_α，ｉ_βとの第２内積）を誤差パラメータεとして特定し、同じ修正振幅ΔΨを特定する。従って、変形例１−１Ｂのモータ制御部２０３ｂを用いれば、モータ制御部２０３ａを用いる場合と同じ効果を得ることができる。なお、本明細書では、「推定磁石磁束Ψ’_aeα，Ψ’_aeβと軸電流ｉ_α，ｉ_βとの内積を特定する」は、推定磁石磁束Ψ’_aeα，Ψ’_aeβと軸電流ｉ_α，ｉ_βとの内積が結果として特定されるという趣旨の表現であり、計算過程を特定する趣旨の表現ではない。

なお、以下では、修正振幅特定部２２３ａを用いた例を説明することがあるが、これらの例においても、修正振幅特定部２２３ａに代えて修正振幅特定部２２３ｂを設けることができる。

（変形例１−２）
以下、変形例１−２のモータ制御装置について説明する。なお、変形例１−２では、変形例１−１Ａと同様の部分については同一符号を付し、説明を省略することがある。

図９に示すように、変形例１−２のモータ制御部２０３ｃは、振幅特定部２４０ａに代えて、振幅特定部２４０ｃを有している。振幅特定部２４０ｃは、仮設定部１２６に代えて、仮設定部２２６を有している。

（仮設定部２２６）
仮設定部２２６では、指令磁束ベクトルΨ_s ^*の仮振幅が設定（特定）される。変形例１−２では、定数である仮振幅が仮設定部２２６に予め格納されている。変形例１−２では、修正振幅特定部２２４ａを用いるので、仮振幅を定数としても、第２の場合において、ＭＴＰＡを実現することができる。変形例１−２の仮振幅は、磁束パラメータΨ_aである。ただし、仮振幅が磁束パラメータΨ_aに限られるわけではない。変形例１−２の仮振幅を仮振幅｜Ψ_s0 ^*｜と表記する。

変形例１−２によれば、十分な精度で弱め磁束制御及びＭＴＰＡを実現できる。また、変形例１−２によれば、変形例１−１Ａに比べて、少ない演算量で３相モータ１０２の制御を行うことができる。

変形例１−１Ａ、変形例１−１Ｂ及び変形例１−２では、推定磁石磁束Ψ’_aeα，Ψ’_aeβと軸電流ｉ_α，ｉ_βとの内積を用いた制御が行われている。具体的に、振幅Ｖ_aが電圧制限値Ｖ_am以下である第２の場合には、その内積と所定の定数（上記の変形例ではゼロ）との間の偏差をゼロにするフィードバック制御を行っている。より一般的には、上記の変形例では、第２の場合において、推定磁束Ψ_α，Ψ_βと軸電流ｉ_α，ｉ_βから、３相モータ１０２の無効電力に相関のある物理量を求め、その物理量を所定の値に制御している。すなわち、上記の変形例では、無効電力に相関のある物理量として推定磁石磁束Ψ’_aeα，Ψ’_aeβと軸電流ｉ_α，ｉ_βとの内積を用いているのである。

無効電力に相関のある物理量の別の例は、推定磁束Ψ_s（推定されたモータ磁束ベクトル）と軸電流ｉ_α，ｉ_β（３相モータ１０２のモータ電流ベクトル）との第１内積である。このような第１内積を誤差パラメータεとして用いても、変形例１−１Ａ及び１−１Ｂと同様の制御が実現されうる。すなわち、第１の場合には、弱め磁束制御を行うことができる。第２の場合には、定数部１３１に適切な定数を格納すれば、各種制御を行うことができる。

また、修正振幅特定部は、第２の場合において、３相モータ１０２の無効電力を求め、その無効電力を所定の値に制御するための振幅修正量ΔΨを生成するものであってもよい。この場合、無効電力は、内積Ψ_αｉ_α＋Ψ_βｉ_βに指令速度ω_ref ^*を乗じることで求めることができる。推定磁束Ψ_sの位相を微分して３相モータ１０２の速度を推定し、その速度を内積Ψ_αｉ_α＋Ψ_βｉ_βに乗じることで無効電力を求めることもできる。また、軸電流ｉ_α，ｉ_βと指令電圧ベクトル（軸指令電圧）ｖ_α ^*，ｖ_β ^*とから無効電力を求めることもできる。具体的には、無効電力の特定を誤差パラメータ演算部に担当させ、無効電力がとるべき定数を定数部に格納し、内積補償部に代えて無効電力と定数との間の偏差をゼロにするための補償部（ＰＩ補償部等）を設けることができる。このような構成においても、第１の場合においては、弱め磁束制御が行われることとなる。

本開示は、３相モータに適用でき、特にＳＰＭＳＭ、ＩＰＭＳＭ等の同期モータに適用できる。それらの同期モータは、冷暖房装置又は給湯機に使用されたヒートポンプ式冷凍装置に適している。

１００ モータ制御装置
１０１ インバータ
１０２ ３相モータ
１０３，２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃ，９０３ モータ制御部
１０４ デューティ生成部
１０５ａ 第１電流センサ
１０５ｂ 第２電流センサ
１０６，９０６ ｕ，ｗ/α，β変換部
１０７，９０７ 指令電圧特定部
１０８，９０８ モータ磁束推定部
１０９，９０９ α，β／ｕ，v，ｗ変換部
１１０，９１０ 位相推定部
１１１，９１１ 速度推定部
１１２，９１２ 指令磁束特定部
１１３ａ，９１３ａ α軸磁束偏差演算部
１１３ｂ，９１３ｂ β軸磁束偏差演算部
１１４，９１４ トルク推定部
１１６ ベースドライバ
１１７ 平滑コンデンサ
１１８ 直流電源
１１９ａ〜１１９ｆ スイッチング素子
１２０ａ〜１２０ｆ 還流ダイオード
１２１，９２１ トルク偏差演算部
１２３，２２３ａ，２２３ｂ 修正振幅特定部
１２４，９２４ 指令トルク特定部
１２５，９２５ トルク制限部
１２６，２２６ 仮設定部
１２７ 加算部（補正部）
１２８ 振幅演算部
１２９ 電圧偏差演算部
１３０ 電圧偏差補償部
１３１ 定数部
１３２ 切替部
１４０，２４０ａ，２４０ｂ，２４０ｃ，９１５ 振幅特定部
１９０，９９０ 位置特定部
２３１ａ，２３１ｂ 誤差パラメータ演算部
２３２ 誤差パラメータ偏差演算部
２３３ 内積補償部
９１９ 電圧制限部

Claims (10)

1. ＰＷＭインバータを用いて３相モータに電圧ベクトルを印加し、前記３相モータのモータ磁束ベクトル及びモータトルクをそれぞれ指令磁束ベクトル及び指令トルクに追従させるモータ制御装置であって、
   前記指令磁束ベクトルの振幅である指令振幅を特定する振幅特定部であって、前記電圧ベクトルが追従するべき指令電圧ベクトルの振幅が電圧制限値を超えた第１の場合において、前記指令電圧ベクトルの振幅と前記電圧制限値との間の偏差である電圧偏差をゼロに近づける電圧フィードバック制御を含む制御を実行することによって、前記電圧偏差をゼロに近づける前記指令振幅を特定する振幅特定部と、
   前記指令電圧ベクトルと前記３相モータのモータ電流ベクトルとを用いて前記モータ磁束ベクトルを推定するモータ磁束推定部と、
   前記指令トルクを修正するトルク制限部であって、推定された前記モータ磁束ベクトルの振幅又は前記指令振幅と、推定された前記モータ磁束ベクトル又は前記指令磁束ベクトルと、前記モータ電流ベクトルと、電流制限値とを用いて前記モータ電流ベクトルの振幅を前記電流制限値に追従させる前記モータトルクであるトルク制限値を特定し、前記トルク制限部に与えられた前記指令トルクが前記トルク制限値以下である場合には前記指令トルクを修正せず、前記トルク制限部に与えられた前記指令トルクが前記トルク制限値よりも大きい場合には前記指令トルクを前記トルク制限値に修正するトルク制限部と、を備えたモータ制御装置。
2. 前記モータ電流ベクトル及び推定された前記モータ磁束ベクトルから前記モータトルクを推定するトルク推定部と、
   前記指令磁束ベクトルの位相である指令位相を特定する位置特定部であって、前記トルク制限部から出力された前記指令トルクと推定された前記モータトルクとの間の偏差であるトルク偏差をゼロに近づけるトルクフィードバック制御を含む制御を実行することによって、前記トルク偏差をゼロに近づける前記指令位相を特定する位置特定部と、
   前記指令振幅及び前記指令位相から前記指令磁束ベクトルを特定する指令磁束特定部と、を備えた、請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記振幅特定部は、
   前記指令磁束ベクトルの仮振幅を設定する仮設定部と、
   前記第１の場合において、前記電圧フィードバック制御を含む制御によって修正振幅を特定する修正振幅特定部と、
   前記仮振幅に前記修正振幅を加算して前記指令振幅を特定する補正部とを有する、請求項１又は２に記載のモータ制御装置。
4. 前記第１の場合において、前記修正振幅特定部は、ゼロよりも小さい前記修正振幅を特定する、請求項３に記載のモータ制御装置。
5. 前記修正振幅特定部は、電圧偏差補償部を有し、
   前記第１の場合において、前記電圧偏差補償部は、前記修正振幅を操作量とする前記電圧フィードバック制御を実行することによって前記指令電圧ベクトルの振幅と前記電圧制限値との間の偏差をゼロに近づける、請求項３又は４に記載のモータ制御装置。
6. 前記修正振幅特定部は、第１モードと第２モードとを切り替える切替部を有し、
   前記第１モードは、前記修正振幅を操作量とする前記電圧フィードバック制御を前記電圧偏差補償部が実行することによって、前記指令電圧ベクトルの振幅と前記電圧制限値との間の偏差をゼロに近づけるモードであり、
   前記第２モードは、定数を前記修正振幅とするモードであり、
   前記切替部は、前記第１の場合には前記第１モードを選択し、前記指令電圧ベクトルの振幅が前記電圧制限値以下である第２の場合には前記第２モードを選択する、請求項５に記載のモータ制御装置。
7. 前記修正振幅特定部は、電圧偏差補償部と内積補償部とを有し、
   前記第１の場合において、前記電圧偏差補償部は、第１の指令誤差パラメータを操作量とする前記電圧フィードバック制御を実行することによって前記指令電圧ベクトルの振幅と前記電圧制限値との間の偏差をゼロに近づけ、
   前記第１の場合において、前記内積補償部は、前記修正振幅を操作量とする第１のフィードバック制御を実行することによって、（ａ）推定された前記モータ磁束ベクトルと前記３相モータのモータ電流ベクトルとの第１内積、又は、（ｂ）前記３相モータの推定された磁石磁束ベクトルと前記モータ電流ベクトルとの第２内積である誤差パラメータと前記第１の指令誤差パラメータとの間の偏差をゼロに近づける、請求項３又は４に記載のモータ制御装置。
8. 前記修正振幅特定部は、第１モードと第２モードとを切り替える切替部を有し、
   前記第１モードは、前記第１の指令誤差パラメータを操作量とする前記電圧フィードバック制御を前記電圧偏差補償部が実行することによって、前記指令電圧ベクトルの振幅と前記電圧制限値との間の偏差をゼロに近づけ、前記修正振幅を操作量とする前記第１のフィードバック制御を前記内積補償部が実行することによって、前記第１の前記指令誤差パラメータと前記誤差パラメータとの間の偏差をゼロに近づけるモードであり、
   前記第２モードは、前記修正振幅を操作量とする第２のフィードバック制御を前記内積補償部が実行することによって、定数である第２の指令誤差パラメータと前記誤差パラメータとの間の偏差をゼロに近づけるモードであり、
   前記切替部は、前記第１の場合には前記第１モードを選択し、前記指令電圧ベクトルの振幅が前記電圧制限値以下である第２の場合には前記第２モードを選択する、請求項７に記載のモータ制御装置。
9. 前記誤差パラメータは前記第２内積であり、
   前記定数はゼロである、請求項８に記載のモータ制御装置。
10. ＰＷＭコンバータを用いて３相発電機に電圧ベクトルを印加し、前記３相発電機の発電機磁束ベクトル及び発電機トルクをそれぞれ指令磁束ベクトル及び指令トルクに追従させる発電機制御装置であって、
    前記指令磁束ベクトルの振幅である指令振幅を特定する振幅特定部であって、前記電圧ベクトルが追従するべき指令電圧ベクトルの振幅が電圧制限値を超えた第１の場合において、前記指令電圧ベクトルの振幅と前記電圧制限値との間の偏差である電圧偏差をゼロに近づける電圧フィードバック制御を含む制御を実行することによって、前記電圧偏差をゼロに近づける前記指令振幅を特定する振幅特定部と、
    前記指令電圧ベクトルと前記３相発電機の発電機電流ベクトルとを用いて前記発電機磁束ベクトルを推定する発電機磁束推定部と、
    前記指令トルクを修正するトルク制限部であって、推定された前記発電機磁束ベクトルの振幅又は前記指令振幅と、推定された前記発電機磁束ベクトル又は前記指令磁束ベクトルと、前記発電機電流ベクトルと、電流制限値とを用いて前記発電機電流ベクトルの振幅を前記電流制限値に追従させる前記発電機トルクであるトルク制限値を特定し、前記トルク制限部に与えられた前記指令トルクが前記トルク制限値以下である場合には前記指令トルクを修正せず、前記トルク制限部に与えられた前記指令トルクが前記トルク制限値よりも大きい場合には前記指令トルクを前記トルク制限値に修正するトルク制限部と、を備えた発電機制御装置。

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