JP2022169903A - 電動機の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動機の動作を制御する制御装置において、通常制御と弱め界磁制御とが交互に行われるハンチング現象が生じることを抑制する。【解決手段】補正部１２は、電圧指令値Ｖ＊が電圧飽和判定閾値Ｖｔｈ１以上になるとフラグをオンし、電圧指令値Ｖ＊が電圧飽和判定閾値Ｖｔｈ１より小さい弱め界磁制御保持閾値Ｖｔｈ２より小さくなるとフラグをオフし、フラグがオンである場合で、かつ、負のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊が増加していない場合で、かつ、電圧指令値Ｖ＊が弱め界磁制御保持閾値Ｖｔｈ２以上である場合、補正後の負のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊´を一定値に保持する。【選択図】図１

Description

本発明は、電動機の動作を制御する制御装置に関する。

電動機の制御装置として、電圧指令値が電圧飽和判定閾値より小さい場合、ｄ軸電流指令値として予め決められた値を出力することで通常制御を行い、電圧指令値が電圧飽和判定閾値以上になると、負のｄ軸電流指令値を出力することで弱め界磁制御を行うものがある。関連する技術として、特許文献１がある。

しかしながら、上記制御装置では、電動機に流れる電流が比較的大きい高負荷状態が継続していると、弱め界磁制御により一時的に電圧飽和が解消され電圧指令値が低下しても、通常制御に戻るとすぐに電圧指令値が上昇するため、電圧指令値が電圧飽和判定閾値付近で変動し通常制御と弱め界磁制御とが交互に行われるハンチング現象が生じるおそれがある。通常制御と弱め界磁制御とが交互に行われるハンチング現象が生じると、電動機の効率が低下したり、電動機が発熱したり、電動機の負荷変動に対する応答性が低下したりするおそれがある。

特開２０１３－１４１３４５号公報

本発明の一側面に係る目的は、電動機の制御装置において、通常制御と弱め界磁制御とが交互に行われるハンチング現象が生じることを抑制することである。

本発明に係る一つの形態である電動機の制御装置は、搬送波の電圧値と第１の電圧指令値との比較結果により電動機を駆動させるインバータ回路と、前記電動機に流れる電流をｄ軸電流及びｑ軸電流に変換する電流変換部と、ｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値を出力する電流指令値出力部と、前記電流指令値出力部から出力されるｄ軸電流指令値を補正する補正部と、前記ｄ軸電流と前記補正部から出力される補正後のｄ軸電流指令値との差が小さくなるようにｄ軸電圧指令値を算出するとともに前記ｑ軸電流と前記ｑ軸電流指令値との差が小さくなるようにｑ軸電圧指令値を算出する電圧指令値算出部と、前記ｄ軸電圧指令値及び前記ｑ軸電圧指令値を前記第１の電圧指令値に変換する電圧指令値変換部とを備える。

前記補正部は、少なくとも前記ｄ軸電圧指令値及び前記ｑ軸電圧指令値により求められる第２の電圧指令値が第１の閾値以上になると、弱め界磁制御中か否かを判断するためのフラグをオンし、前記第２の電圧指令値が前記第１の閾値より小さい第２の閾値より小さくなると前記フラグをオフし、前記フラグがオフである場合、または、前記フラグがオンである場合で、かつ、前記電流指令値出力部から出力される負のｄ軸電流指令値が増加している場合、前記電流指令値出力部から出力されるｄ軸電流指令値を前記補正後のｄ軸電流指令値として出力し、前記フラグがオンである場合で、かつ、前記電流指令値出力部から出力される負のｄ軸電流指令値が増加していない場合で、かつ、前記第２の電圧指令値が前記第２の閾値以上である場合、前回の制御タイミングにおいて前記補正部から出力した負のｄ軸電流指令値と同じ負のｄ軸電流指令値または前回の制御タイミングにおいて前記補正部から出力した負のｄ軸電流指令値と所定値異なる負のｄ軸電流指令値を前記補正後の負のｄ軸電流指令値として出力する。

これにより、第２の電圧指令値が第１の閾値以上になった後に第２の閾値より小さくなるまでの間において補正後のｄ軸電流指令値の増減を緩慢にさせることができるため、弱め界磁制御の開始から終了までの範囲にヒステリシス特性をもたせることができ、通常制御と弱め界磁制御とが交互に行われるハンチング現象が生じることを抑制することができる。

また、前記第２の電圧指令値は、前記インバータ回路の電源の電圧、前記ｄ軸電圧指令値、及び前記ｑ軸電圧指令値を用いて計算される電圧飽和量としてもよい。

また、前記補正部は、前記フラグがオフである場合、または、前記フラグがオンである場合で、かつ、前記電流指令値出力部から出力される負のｄ軸電流指令値が増加している場合、前記ｄ軸電流指令値を求めるときのフィードバックゲインを所定ゲインより大きくし、前記フラグがオンである場合で、かつ、前記電流指令値出力部から出力される負のｄ軸電流指令値が増加していない場合で、かつ、前記第２の電圧指令値が前記第２の閾値以上である場合、前記フィードバックゲインを前記所定ゲインより小さくする。

これにより、第２の電圧指令値が第１の閾値以上になった後に第２の閾値より小さくなるまでの間において補正後のｄ軸電流指令値の増減をさらに緩慢にさせることができるため、通常制御と弱め界磁制御とが交互に行われるハンチング現象が生じることをさらに抑制することができる。

また、前記電流指令値出力部は、前記電源の電圧に定数を乗算することで弱め界磁制御を開始するときに前記電動機にかかる電圧を求め、その求めた電圧と前記電圧指令値との差を前記電圧飽和量とするように構成してもよい。

このように、演算により電圧飽和量を求める構成であるため、電圧指令値と電源の電圧と電圧飽和量とが対応付けられているマップにより電圧飽和量を求める構成に比べて、そのマップを作成するための工数を削減することができる。また、電動機の特性の変化に応じて定数のみを変更すればよく、マップ内の値をすべて変更する必要がないため、電動機の特性変化に伴う工数を削減することができる。

本発明によれば、電動機の動作を制御する制御装置において、通常制御と弱め界磁制御とが交互に行われるハンチング現象が生じることを抑制することができる。

実施形態の電動機の制御装置の一例を示す図である。 電流指令値出力部の一例を示す図である。 補正部の動作の一例を示すフローチャートである。 時間経過に伴う電圧指令値、ｄ軸電流指令値、及び補正後のｄ軸電流指令値の変化の一例を示す図である。 実施形態の電動機の制御装置の他の例を示す図である。

以下図面に基づいて実施形態について詳細を説明する。

図１は、実施形態の電動機の制御装置の一例を示す図である。

図１に示す制御装置１は、例えば、電動フォークリフトやプラグインハイブリッド車などの車両に搭載される電動機Ｍの動作を制御するものであって、インバータ回路２と、制御回路３とを備える。なお、電動機Ｍは、例えば、表面磁石型同期モータ（Surface Permanent Magnetic Synchronous Motor）などである。

インバータ回路２は、電源Ｐから供給される電力により電動機Ｍを駆動させるものであって、コンデンサＣと、スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６（例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor））と、電流センサＳｅ１、Ｓｅ２とを備える。すなわち、コンデンサＣの一方端子が電源Ｐの正極端子及びスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ３、ＳＷ５の各コレクタ端子に接続され、コンデンサＣの他方端子が電源Ｐの負極端子及びスイッチング素子ＳＷ２、ＳＷ４、ＳＷ６の各エミッタ端子に接続されている。スイッチング素子ＳＷ１のエミッタ端子とスイッチング素子ＳＷ２のコレクタ端子との接続点は電流センサＳｅ１を介して電動機ＭのＵ相の入力端子に接続されている。スイッチング素子ＳＷ３のエミッタ端子とスイッチング素子ＳＷ４のコレクタ端子との接続点は電流センサＳｅ２を介して電動機ＭのＶ相の入力端子に接続されている。スイッチング素子ＳＷ５のエミッタ端子とスイッチング素子ＳＷ６のコレクタ端子との接続点は電動機ＭのＷ相の入力端子に接続されている。

コンデンサＣは、電源Ｐから出力されインバータ回路２へ入力される電圧を平滑する。

スイッチング素子ＳＷ１は、制御回路３から出力される駆動信号Ｓ１に基づいて、オンまたはオフする。スイッチング素子ＳＷ２は、制御回路３から出力される駆動信号Ｓ２に基づいて、オンまたはオフする。スイッチング素子ＳＷ３は、制御回路３から出力される駆動信号Ｓ３に基づいて、オンまたはオフする。スイッチング素子ＳＷ４は、制御回路３から出力される駆動信号Ｓ４に基づいて、オンまたはオフする。スイッチング素子ＳＷ５は、制御回路３から出力される駆動信号Ｓ５に基づいて、オンまたはオフする。スイッチング素子ＳＷ６は、制御回路３から出力される駆動信号Ｓ６に基づいて、オンまたはオフする。スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６がそれぞれオンまたはオフすることで、電源Ｐから出力される直流電圧が、互いに位相が１２０度ずつ異なる３つの交流電圧に変換され、それら交流電圧が電動機ＭのＵ相、Ｖ相、及びＷ相の入力端子に印加され電動機Ｍの回転子が回転する。

電流センサＳｅ１は、ホール素子やシャント抵抗などにより構成され、電動機ＭのＵ相に流れるＵ相電流Ｉｕを検出して制御回路３に出力する。また、電流センサＳｅ２は、ホール素子やシャント抵抗などにより構成され、電動機ＭのＶ相に流れるＶ相電流Ｉｖを検出して制御回路３に出力する。

制御回路３は、記憶部４と、ドライブ回路５と、演算部６とを備える。

記憶部４は、ＲＡＭ（Random Access Memory）またはＲＯＭ（Read Only Memory）などにより構成される。また、記憶部４は、後述する、電圧飽和判定閾値Ｖｔｈ１（第１の閾値）や弱め界磁制御保持閾値Ｖｔｈ２（第２の閾値）などを記憶している。

ドライブ回路５は、ＩＣ（Integrated Circuit）などにより構成され、搬送波（三角波、ノコギリ波、または逆ノコギリ波など）の電圧値と、演算部６から出力されるＵ相電圧指令値Ｖｕ＊（第１の電圧指令値）、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ＊（第１の電圧指令値）、及びＷ相電圧指令値Ｖｗ＊（第１の電圧指令値）とを比較し、その比較結果に応じた駆動信号Ｓ１～Ｓ６をスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６のそれぞれのゲート端子に出力する。

例えば、ドライブ回路５は、Ｕ相電圧指令値Ｖｕ＊が搬送波の電圧以上である場合、ハイレベルの駆動信号Ｓ１を出力するとともに、ローレベルの駆動信号Ｓ２を出力し、Ｕ相電圧指令値Ｖｕ＊が搬送波の電圧より小さい場合、ローレベルの駆動信号Ｓ１を出力するとともに、ハイレベルの駆動信号Ｓ２を出力する。また、ドライブ回路５は、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ＊が搬送波の電圧以上である場合、ハイレベルの駆動信号Ｓ３を出力するとともに、ローレベルの駆動信号Ｓ４を出力し、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ＊が搬送波の電圧より小さい場合、ローレベルの駆動信号Ｓ３を出力するとともに、ハイレベルの駆動信号Ｓ４を出力する。また、ドライブ回路５は、Ｗ相電圧指令値Ｖｗ＊が搬送波の電圧以上である場合、ハイレベルの駆動信号Ｓ５を出力するとともに、ローレベルの駆動信号Ｓ６を出力し、Ｗ相電圧指令値Ｖｗ＊が搬送波より小さい場合、ローレベルの駆動信号Ｓ５を出力するとともに、ハイレベルの駆動信号Ｓ６を出力する。

なお、Ｕ相電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ＊、及びＷ相電圧指令値Ｖｗ＊が搬送波の電圧の最小値から最大値までの範囲内で変動しているときの電動機Ｍの動作制御を正弦波変調制御とする。

また、Ｕ相電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ＊、及びＷ相電圧指令値Ｖｗ＊が搬送波の電圧の最小値から最大値までの範囲より大きい範囲内で変動しているときの電動機Ｍの動作制御を過変調制御とする。

演算部６は、マイクロコンピュータなどにより構成され、電流変換部７と、推定部８と、減算部９と、トルク指令値算出部１０と、電流指令値出力部１１と、補正部１２と、減算部１３と、減算部１４と、電圧指令値算出部１５と、電圧指令値変換部１６とを備える。例えば、マイクロコンピュータが記憶部４に記憶されているプログラムを実行することにより、電流変換部７、推定部８、減算部９、トルク指令値算出部１０、電流指令値出力部１１、補正部１２、減算部１３、減算部１４、電圧指令値算出部１５、及び電圧指令値変換部１６が実現される。

電流変換部７は、電流センサＳｅ１により検出されるＵ相電流Ｉｕ及び電流センサＳｅ２により検出されるＶ相電流Ｉｖを用いて、電動機ＭのＷ相に流れるＷ相電流Ｉｗを求める。

また、電流変換部７は、推定部８により推定される電動機Ｍの回転子の位置θ＾を用いて、Ｕ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、及びＷ相電流Ｉｗをｄ軸電流Ｉｄ（電動機Ｍに弱め界磁を発生させるための電流成分）及びｑ軸電流Ｉｑ（電動機Ｍにトルクを発生させるための電流成分）に変換する。

例えば、電流変換部７は、下記式１に示す変換行列Ｃ１を用いて、Ｕ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、Ｗ相電流Ｉｗを、ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑに変換する。

なお、電流センサＳｅ１、Ｓｅ２により検出される電流は、Ｕ相電流Ｉｕ及びＶ相電流Ｉｖの組み合わせに限定されず、Ｖ相電流Ｉｖ及びＷ相電流Ｉｗの組み合わせ、または、Ｕ相電流Ｉｕ及びＷ相電流Ｉｗの組み合わせでもよい。電流センサＳｅ１、Ｓｅ２によりＶ相電流Ｉｖ及びＷ相電流Ｉｗが検出される場合、電流変換部７は、Ｖ相電流Ｉｖ及びＷ相電流Ｉｗを用いて、Ｕ相電流Ｉｕを求める。また、電流センサＳｅ１、Ｓｅ２によりＵ相電流Ｉｕ及びＷ相電流Ｉｗが検出される場合、電流変換部７は、Ｕ相電流Ｉｕ及びＷ相電流Ｉｗを用いて、Ｖ相電流Ｉｖを求める。

また、インバータ回路２において、電流センサＳｅ１、Ｓｅ２の他に、電動機ＭのＷ相に流れる電流を検出する電流センサＳｅ３をさらに備える場合、電流変換部７は、推定部８により推定される位置θ＾を用いて、電流センサＳｅ１～Ｓｅ３により検出されるＵ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、及びＷ相電流Ｉｗをｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑに変換するように構成してもよい。

推定部８は、電流変換部７から出力されるｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑを用いて、電動機Ｍの回転子の位置θ＾及び回転数ω^を推定する。例えば、推定部８は、下記式２及び式３により位置θ^及び回転数ω^を算出する。なお、回転子の実際の位置θと位置θ^との差Δθを入力としΔθ^を出力としαをオブザーバの極とする伝達関数をＰ（ｓ）＝α／（ｓ＋α）とし、Δθ^を入力とし位置θ^を出力とする伝達関数をＫ（ｓ）＝ｋ_１＋ｋ_２／ｓ＋ｋ_３／ｓ^２とする。また、Δθ^は、下記式４により算出されるものとする。また、ｅ_γ及びｅ_δは、下記式５により算出されるものとする。また、Ｌｄは電動機Ｍのｄ軸インダクタンスとし、Ｌｑは電動機Ｍのｑ軸インダクタンスとし、Ｉｄはｄ軸電流Ｉｄとし、Ｉｑ´はｑ軸電流Ｉｑの微分項とし、Ｋｅは誘起電圧定数とする。

θ^＝ｋ_１Δθ^＋ω^／ｓ ・・・式２
ω^＝（ｋ_２＋ｋ_３／ｓ）Δθ^ ・・・式３
Δθ^＝ｔａｎ^－１（－ｅ^_γ／ｅ^_δ） ・・・式４

減算部９は、外部から入力される回転数指令値ω＊と推定部８により推定される回転数ω^との回転数差Δωを算出する。

トルク指令値算出部１０は、減算部９から出力される回転数差Δωを用いて、トルク指令値Ｔ＊を算出する。例えば、トルク指令値算出部１０は、記憶部４に記憶されている、電動機Ｍの回転子の回転数と電動機Ｍのトルクとが互いに対応付けられている情報（不図示）を参照して、回転数差Δωに相当する回転数に対応するトルクを、トルク指令値Ｔ＊として求める。

電流指令値出力部１１は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を出力する。

図２（ａ）は、電流指令値出力部１１の一例を示す図である。

図２（ａ）に示す電流指令値出力部１１は、電圧飽和量計算部１１１と、ｄ軸電流指令値計算部１１２と、ｑ軸電流指令値出力部１１３とを備える。

電圧飽和量計算部１１１は、電源Ｐの電圧Ｖｉｎ、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊、及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊により、電圧飽和量Ｖｓ（第２の電圧指令値）を計算する。例えば、電圧飽和量計算部１１１は、下記式６により電圧飽和量Ｖｓを計算する。なお、正弦波変調最大電圧Ｖｍａｘは、正弦波変調制御時に電動機Ｍにかかる最大電圧であり、下記式７とする。また、弱め界磁制御開始時の変調率（電圧Ｖｉｎに対する電圧指令値Ｖ＊の割合）を、例えば、１．１５とする。また、電圧指令値Ｖ＊（第２の電圧指令値）は、例えば、下記式８を計算することにより求められる値とする。

電圧飽和量Ｖｓ［Ｖ］＝（正弦波変調最大電圧Ｖｍａｘ×弱め界磁制御開始時の変調率）－電圧指令値Ｖ＊ ・・・式６

すなわち、電流指令値出力部１１は、電源Ｐの電圧Ｖｉｎに定数を乗算することで弱め界磁制御を開始するときに電動機Ｍにかかる電圧の最大値を求め、その求めた最大値と電圧指令値Ｖ＊との差を電圧飽和量Ｖｓとする。このように、演算により電圧飽和量Ｖｓを求める構成であるため、電圧指令値Ｖ＊と電源Ｐの電圧Ｖｉｎと電圧飽和量Ｖｓとが対応付けられているマップにより電圧飽和量Ｖｓを求める構成に比べて、そのマップを作成するための工数を削減することができる。また、電動機Ｍの特性の変化に応じて定数のみを変更すればよく、マップ内の値をすべて変更する必要がないため、電動機Ｍの特性変化に伴う工数を削減することができる。

ｄ軸電流指令値計算部１１２は、電圧飽和量Ｖｓを用いたＰＩ（Proportional Integral）制御によりｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を計算する。例えば、ｄ軸電流指令値計算部１１２は、下記式９によりｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を計算する。なお、ＫｐはＰＩ制御の比例項の定数とし、ＫｉはＰＩ制御の積分項の定数とする。

ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊＝Ｋｐ×電圧飽和量Ｖｓ＋∫（Ｋｉ×電圧飽和量Ｖｓ）・・・式９

ｑ軸電流指令値出力部１１３は、記憶部４に記憶されている、電動機Ｍのトルクとｑ軸電流指令値Ｉｑ＊とが互いに対応付けられている情報（不図示）を参照して、トルク指令値Ｔ＊に相当するトルクに対応するｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を出力する。

すなわち、図２（ａ）に示す電流指令値出力部１１は、電圧Ｖｉｎと電圧指令値Ｖ＊とにより求められる電圧飽和量Ｖｓによりｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を出力するとともに、回転数差Δωによりｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を出力する。

また、図２（ｂ）は、電流指令値出力部１１の他の例を示す図である。なお、図２（ａ）に示す構成と同じ構成には同じ符号を付し、その説明を省略する。

図２（ｂ）に示す電流指令値出力部１１は、ｄ軸電流指令値出力部１１４と、ｑ軸電流指令値出力部１１３とを備える。

ｄ軸電流指令値出力部１１４は、記憶部４に記憶されている、電動機Ｍのトルクとｄ軸電流指令値Ｉｄ＊とが互いに対応付けられている情報（不図示）を参照して、トルク指令値Ｔ＊に相当するトルクに対応するｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を出力する。

すなわち、図２（ｂ）に示す電流指令値出力部１１は、回転数差Δωによりｄ軸電流指令値Ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を出力する。

また、図１に示す補正部１２は、電流指令値出力部１１から出力されるｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を補正し、補正後のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊´を出力する。なお、補正部１２の詳細な動作は後述する。

減算部１３は、補正部１２から出力されるｄ軸電流指令値Ｉｄ＊´と、電流変換部７から出力されるｄ軸電流Ｉｄとの差ΔＩｄを算出する。

減算部１４は、電流指令値出力部１１から出力されるｑ軸電流指令値Ｉｑ＊と、電流変換部７から出力されるｑ軸電流Ｉｑとの差ΔＩｑを算出する。

電圧指令値算出部１５は、減算部１３から出力される差ΔＩｄ及び減算部１４から出力される差ΔＩｑを用いたＰＩ制御により、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を算出する。例えば、電圧指令値算出部１５は、下記式１０によりｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊を算出するとともに、下記式１１によりｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を算出する。なお、ＫｐはＰＩ制御の比例項の定数とし、ＫｉはＰＩ制御の積分項の定数とし、Ｌｑは電動機Ｍのｑ軸インダクタンスとし、Ｌｄは電動機Ｍのｄ軸インダクタンスとし、ω^は推定部８により推定される回転数とし、Ｋｅは誘起電圧定数とする。

ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊＝Ｋｐ×差ΔＩｄ＋∫（Ｋｉ×差ΔＩｄ）－ω＾ＬｑＩｑ・・・式１０
ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊＝Ｋｐ×差ΔＩｑ＋∫（Ｋｉ×差ΔＩｑ）＋ω＾ＬｄＩｄ＋ω＾Ｋｅ・・・式１１

電圧指令値変換部１６は、推定部８により推定される位置θ＾を用いて、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を、Ｕ相電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ＊、及びＷ相電圧指令値Ｖｗ＊に変換する。例えば、電圧指令値変換部１６は、下記式１２に示す変換行列Ｃ２を用いて、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を、Ｕ相電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ＊、Ｗ相電圧指令値Ｖｗ＊に変換する。

図３は、補正部１２の動作を示すフローチャートである。なお、補正部１２は、電動機Ｍの制御タイミング（例えば、演算部６のクロック周期）毎に図３に示す動作を実行する。

まず、補正部１２は、弱め界磁制御中か否かを判断するためのフラグがオフであり弱め界磁制御中でない場合（ステップＳ１１：Ｎｏ）、今回の制御タイミングにおいて電流指令値出力部１１から出力されるｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を補正後のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊´としてそのまま出力する（ステップＳ１２）。なお、フラグがオフである場合、電流指令値出力部１１からゼロであるｄ軸電流指令値Ｉｄ＊または負のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊が出力されるものとする。また、フラグがオンである場合、電流指令値出力部１１から負のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊が出力されるものとする。

また、補正部１２は、フラグがオンであり弱め界磁制御中である場合、または、電圧指令値Ｖ＊が電圧飽和判定閾値Ｖｔｈ１以上になると（ステップＳ１１：Ｙｅｓ）、フラグをオンする（ステップＳ１３）。すなわち、補正部１２は、すでに、フラグがオンである場合、フラグをオン状態に維持する。また、補正部１２は、フラグがオフである場合において、電圧指令値Ｖ＊が電圧飽和判定閾値Ｖｔｈ１以上になると、フラグをオフからオンに切り替える。なお、電圧飽和判定閾値Ｖｔｈ１は、電動機Ｍの変調率が弱め界磁制御開始時の変調率と同じになるときの電圧指令値Ｖ＊とする。

次に、補正部１２は、今回の制御タイミングにおいて電流指令値出力部１１から出力された負のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊が前回の動作制御タイミングにおいて電流指令値出力部１１から出力された負のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊より大きい場合、すなわち、負のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊が増加している場合（ステップＳ１４：Ｙｅｓ）、今回の制御タイミングにおいて電流指令値出力部１１から出力される負のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を、今回の制御タイミングにおける補正後の負のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊´としてそのまま出力する（ステップＳ１２）。

一方、補正部１２は、今回の制御タイミングにおいて電流指令値出力部１１から出力された負のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊が前回の動作制御タイミングにおいて電流指令値出力部１１から出力された負のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊以下である場合、すなわち、負のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊が増加していない場合（ステップＳ１４：Ｎｏ）、電圧指令値Ｖ＊が弱め界磁制御保持閾値Ｖｔｈ２以上であるか否かを判断する（ステップＳ１５）。なお、弱め界磁制御保持閾値Ｖｔｈ２は、ゼロよりも大きく、電圧飽和判定閾値Ｖｔｈ１より小さい電圧指令値Ｖ＊とする。

次に、補正部１２は、電圧指令値Ｖ＊が弱め界磁制御保持閾値Ｖｔｈ２以上である場合（ステップＳ１５：Ｙｅｓ）、前回の制御タイミングにおいて補正部１２から出力した負のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊´と同じ負のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊´を、今回の制御タイミングにおける補正後の負のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊´として出力する（ステップＳ１６）。

なお、弱め界磁制御保持閾値Ｖｔｈ２が小さくなるほど、フラグがオフからオンに切り替わってからフラグがオンからオフに切り替わるまでの時間、すなわち、補正後の負のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊´が一定値に保持される時間が長くなる。

また、補正部１２は、電圧指令値Ｖ＊が弱め界磁制御保持閾値Ｖｔｈ２以上である場合、前回の制御タイミングにおいて補正部１２から出力した負のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊´より所定値異なる負のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊´を、今回の制御タイミングにおける補正後の負のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊´として出力するように構成してもよい。上記所定値は、実験やシミュレーションにより求められる任意の値とし、例えば、電圧指令値Ｖ＊に含まれる誤差に基づいて求められてもよい。また、電圧指令値Ｖ＊が弱め界磁制御保持閾値Ｖｔｈ２以上である場合において、補正部１２から出力される負のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊´より所定値異なる負のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊´の取り得る範囲の大きさは、補正部１２から出力される負のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊´と、電流指令値出力部１１から出力される負のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊との差より小さい値とする。

一方、補正部１２は、電圧指令値Ｖ＊が弱め界磁制御保持閾値Ｖｔｈ２より小さくなると（ステップＳ１５：Ｎｏ）、フラグをオフし（ステップＳ１７）、今回の制御タイミングにおいて電流指令値出力部１１から出力される負のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を、今回の制御タイミングにおける補正後の負のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊´としてそのまま出力する（ステップＳ１２）。

ここで、図４は、時間経過に伴う電圧指令値Ｖ＊、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊、及び補正後のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊´の変化の一例を示す図である。なお、図４（ａ）に示す２次元座標の横軸は時間を示し、縦軸は電圧を示している。また、図４（ａ）に示す実線は電圧指令値Ｖ＊を示している。また、図４（ｂ）に示す２次元座標の横軸は時間を示し、縦軸はｄ軸電流指令値を示している。また、図４（ｂ）に示す実線は、電流指令値出力部１１から出力されるｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を示している。また、図４（ｃ）に示す２次元座標の横軸は時間を示し、縦軸はｄ軸電流指令値を示している。また、図４（ｃ）に示す実線は、補正部１２から出力される補正後のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊´を示している。

まず、時刻ｔ０から時刻ｔ１までの期間において、電流指令値出力部１１から出力されるｄ軸電流指令値Ｉｄ＊がゼロであり、フラグがオフであるため、補正部１２から出力される補正後のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊´もゼロになる。

次に、時刻ｔ１において、電圧指令値Ｖ＊が電圧飽和判定閾値Ｖｔｈ１以上になると、補正部１２は、フラグをオフからオンに切り替える。また、電流指令値出力部１１は、弱め界磁制御により電動機Ｍを動作させるため、負のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を出力し始める。

次に、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間において、電流指令値出力部１１から出力される負のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊が徐々に増加している。このように、負のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊が増加しているため、補正部１２から出力される補正後の負のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊´も増加する。

次に、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間において、電流指令値出力部１１から出力される負のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊が電圧飽和の解消に伴って徐々に減少している。また、電圧指令値Ｖ＊は弱め界磁制御保持閾値Ｖｔｈ２以上である。そのため、補正部１２は、補正後の負のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊´として、電流指令値出力部１１から出力される負のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊ではなく、時刻ｔ２に出力した補正後の負のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊´（時刻ｔ２に電流指令値出力部１１から出力された負のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊１）のみを繰り返し出力する。

次に、時刻ｔ３において、電圧指令値Ｖ＊が弱め界磁制御保持閾値Ｖｔｈ２より小さくなると、補正部１２は、フラグをオンからオフに切り替える。また、補正部１２は、補正後の負のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊´として、時刻ｔ３に電流指令値出力部１１から出力された負のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊２を出力する。

次に、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間において、電流指令値出力部１１から出力される負のｄ軸電流指令値Ｉｄが徐々に減少している。また、フラグがオフであるため、補正部１２から出力される補正後の負のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊´も徐々に減少する。

そして、時刻ｔ４以降では、電流指令値出力部１１から出力されるｄ軸電流指令値Ｉｄ＊がゼロであり、フラグがオフであるため、補正部１２から出力される補正後のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊´もゼロになる。

このように、実施形態の制御装置１は、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間において、負のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊の増加により電圧飽和が解消された後、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間において、負のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊が減少しても、補正後の負のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊´を負のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊１に保持することができる。そのため、負のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊の減少に伴う電圧指令値Ｖ＊の上昇を妨げることができる。すなわち、実施形態の制御装置１によれば、電圧指令値Ｖ＊が電圧飽和判定閾値Ｖｔｈ１以上になった後に弱め界磁制御保持閾値Ｖｔｈ２より小さくなるまでの間において補正後の負のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊´の増減を緩慢にさせることができるため、弱め界磁制御の開始から終了までの範囲にヒステリシス特性をもたせることができ、通常制御と弱め界磁制御とが交互に行われるハンチング現象が生じることを抑制することができる。

また、本発明は、以上の実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。

＜変形例１＞
図５は、実施形態の電動機の制御装置の他の例を示す図である。なお、図１に示す構成と同じ構成には同じ符号を付し、その説明を省略する。

図５に示す制御装置１において、図１に示す制御装置１と異なる点は、回転子の位相θ（電気角）を検出し、その検出した位相θ＾を制御回路３に出力する電気角検出部Ｓｐ（レゾルバなど）を備えている点と、演算部６の推定部８のかわりに回転数演算部１７を備えている点である。

回転数演算部１７は、電気角検出部Ｓｐにより検出される位相θ＾を用いて、電動機Ｍの回転数ω＾を演算する。例えば、回転数演算部１７は、位相θ＾を所定時間（演算部６の動作クロックなど）で除算することにより回転数ω＾を求める。

このように構成しても、電圧指令値Ｖ＊が電圧飽和判定閾値Ｖｔｈ１以上になった後に弱め界磁制御保持閾値Ｖｔｈ２より小さくなるまでの間において補正後の負のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊´の増減を緩慢にさせることができるため、弱め界磁制御の開始から終了までの範囲にヒステリシス特性をもたせることができ、通常制御と弱め界磁制御とが交互に行われるハンチング現象が生じることを抑制することができる。

＜変形例２＞
上記補正部１２は、電圧指令値Ｖ＊に基づいて、補正後のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊´を出力する構成であるが、電圧飽和量Ｖｓに基づいて、補正後のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊´を出力するように構成してもよい。

すなわち、補正部１２は、電圧飽和量Ｖｓが電圧飽和判定閾値Ｖｔｈ１以上になると、フラグをオフからオンに切り替える。

また、補正部１２は、電圧飽和量Ｖｓが弱め界磁制御保持閾値Ｖｔｈ２より小さくなると、フラグをオンからオフに切り替える。

また、補正部１２は、フラグがオンである場合で、かつ、電流指令値出力部１１から出力される負のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊が増加していない場合で、かつ、電圧飽和量Ｖｓが弱め界磁制御保持閾値Ｖｔｈ２以上である場合、前回の制御タイミングにおいて補正部１２から出力した負のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊´と同じ負のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊´または前回の制御タイミングにおいて補正部１２から出力した負のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊´と上記所定値異なる負のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊´を補正後の負のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊´として出力する。

このように構成しても、電圧指令値Ｖ＊が電圧飽和判定閾値Ｖｔｈ１以上になった後に弱め界磁制御保持閾値Ｖｔｈ２より小さくなるまでの間において補正後の負のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊´の増減を緩慢にさせることができるため、弱め界磁制御の開始から終了までの範囲にヒステリシス特性をもたせることができ、通常制御と弱め界磁制御とが交互に行われるハンチング現象が生じることを抑制することができる。

＜変形例３＞
上記補正部１２は、フラグがオフである場合、または、フラグがオンである場合で、かつ、電流指令値出力部１１から出力される負のｄ軸電流指令値が増加している場合、電圧飽和量Ｖｓを用いてｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を求めるときのフィードバックゲイン（例えば、上記式９のＫｐやＫｉ）を所定ゲインより大きくするように構成してもよい。なお、所定ゲインは、実験やシミュレーションにより求められる任意の値とし、例えば、電圧飽和量Ｖｓがある値に変化してからｄ軸電流指令値Ｉｄ＊が安定するまでにかかる時間が所望な時間になるときのフィードバックゲインとする。

また、上記補正部１２は、フラグがオンである場合で、かつ、電流指令値出力部１１から出力される負のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊が増加していない場合で、かつ、電圧飽和量Ｖｓが弱め界磁制御保持閾値Ｖｔｈ２´以上である場合、電圧飽和量Ｖｓを用いてｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を求めるときのフィードバックゲインを上記所定ゲインより小さくするように構成してもよい。

このように構成することにより、電圧指令値Ｖ＊が電圧飽和判定閾値Ｖｔｈ１以上になった後に弱め界磁制御保持閾値Ｖｔｈ２より小さくなるまでの間において補正後の負のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊´の増減をさらに緩慢にさせることができるため、通常制御と弱め界磁制御とが交互に行われるハンチング現象が生じることをさらに抑制することができる。

１ 制御装置
２ インバータ回路
３ 制御回路
４ 記憶部
５ ドライブ回路
６ 演算部
７ 電流変換部
８ 推定部
９、１３、１４ 減算部
１０ トルク指令値算出部
１１ 電流指令値出力部
１２ 補正部
１５ 電圧指令値算出部
１６ 電圧指令値変換部
１７ 回転数演算部
１１１ 電圧飽和量計算部
１１２ ｄ軸電流指令値計算部
１１３ ｑ軸電流指令値出力部
１１４ ｄ軸電流指令値出力部

Claims (4)

1. 搬送波の電圧値と第１の電圧指令値との比較結果により電動機を駆動させるインバータ回路と、
   前記電動機に流れる電流をｄ軸電流及びｑ軸電流に変換する電流変換部と、
   ｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値を出力する電流指令値出力部と、
   前記電流指令値出力部から出力されるｄ軸電流指令値を補正する補正部と、
   前記ｄ軸電流と前記補正部から出力される補正後のｄ軸電流指令値との差が小さくなるようにｄ軸電圧指令値を算出するとともに前記ｑ軸電流と前記ｑ軸電流指令値との差が小さくなるようにｑ軸電圧指令値を算出する電圧指令値算出部と、
   前記ｄ軸電圧指令値及び前記ｑ軸電圧指令値を前記第１の電圧指令値に変換する電圧指令値変換部と、
   を備え、
   前記補正部は、
   少なくとも前記ｄ軸電圧指令値及び前記ｑ軸電圧指令値により求められる第２の電圧指令値が第１の閾値以上になると、弱め界磁制御中か否かを判断するためのフラグをオンし、前記第２の電圧指令値が前記第１の閾値より小さい第２の閾値より小さくなると前記フラグをオフし、
   前記フラグがオフである場合、または、前記フラグがオンである場合で、かつ、前記電流指令値出力部から出力される負のｄ軸電流指令値が増加している場合、前記電流指令値出力部から出力されるｄ軸電流指令値を前記補正後のｄ軸電流指令値として出力し、
   前記フラグがオンである場合で、かつ、前記電流指令値出力部から出力される負のｄ軸電流指令値が増加していない場合で、かつ、前記第２の電圧指令値が前記第２の閾値以上である場合、前回の制御タイミングにおいて前記補正部から出力した負のｄ軸電流指令値と同じ負のｄ軸電流指令値または前回の制御タイミングにおいて前記補正部から出力した負のｄ軸電流指令値と所定値異なる負のｄ軸電流指令値を前記補正後の負のｄ軸電流指令値として出力する
   ことを特徴とする電動機の制御装置。
2. 請求項１に記載の電動機の制御装置であって、
   前記第２の電圧指令値は、前記インバータ回路の電源の電圧、前記ｄ軸電圧指令値、及び前記ｑ軸電圧指令値を用いて計算される電圧飽和量である
   ことを特徴とする電動機の制御装置。
3. 請求項１に記載の電動機の制御装置であって、
   前記補正部は、
   前記フラグがオフである場合、または、前記フラグがオンである場合で、かつ、前記電流指令値出力部から出力される負のｄ軸電流指令値が増加している場合、前記ｄ軸電流指令値を求めるときのフィードバックゲインを所定ゲインより大きくし、
   前記フラグがオンである場合で、かつ、前記電流指令値出力部から出力される負のｄ軸電流指令値が増加していない場合で、かつ、前記第２の電圧指令値が前記第２の閾値以上である場合、前記フィードバックゲインを前記所定ゲインより小さくする
   ことを特徴とする電動機の制御装置。
4. 請求項２に記載の電動機の制御装置であって、
   前記電流指令値出力部は、前記電源の電圧に定数を乗算することで弱め界磁制御を開始するときに前記電動機にかかる電圧を求め、その求めた電圧と前記電圧指令値との差を前記電圧飽和量とする
   ことを特徴とする電動機の制御装置。
   

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