JP4008724B2 - モータ制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータを弱め磁束制御するモータ制御装置に係り、特に、永久磁石によるトルクとリラクタンストルクとの合成トルクを発生する永久磁石リラクタンスモータに適用されて好適なモータ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電車や電気自動車等の用途に用いる永久磁石モータやリラクタンスモータをインバータ駆動する場合、高速回転時の一定出力運転時に、モータ端子電圧がインバータの出力可能な最大電圧以下になるように、弱め磁束制御をする場合が多い。
【０００３】
永久磁石モータの弱め磁束制御は、一般に、永久磁石磁束と電機子に流す電流でつくられる磁束が逆方向になるような電機子電流、いわゆるマイナスのｄ軸電流を流すことが行われている。
【０００４】
また、インダクタンス値の大きい軸（ｑ軸）とインダクタンス値の小さい軸（ｄ軸）とがあるリラクタンスモータの弱め磁束制御は、一般に、より弱め磁束効果の高いｑ軸電流を小さくすることが行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、永久磁石磁束によるトルクとリラクタンストルクとの合成トルクを発生する永久磁石リラクタンスモータの弱め磁束制御を行う場合、ｄ軸またはｑ軸のどちらか一方の軸に固定して弱め磁束制御のための電流を流すと、出力したいトルクによって可変にする電流振幅の大きさによっては、弱め磁束の効果が得られず、結果としてモータ端子電圧をインバータ出力最大電圧以下に制御することが不可能となって制御不安定に陥ってしまう。
【０００６】
これは、回転子鉄心内部に永久磁石を埋め込んだ形状により永久磁石トルクとリラクタンストルクの合成トルクを出力する、いわゆる埋め込み型永久磁石モータにおいても同様の現象が発生する可能性がある。
【０００７】
この問題点の解決方法として、発明者は、先に、永久磁石リラクタンスモータにおけるトルク指令又は電流指令の大きさに応じて弱め磁束制御のために流す電流の方向を可変にすることによりいかなるトルクを出力している状態においても、安定かつ有効に弱め磁束制御を可能にする永久磁石リラクタンスモータの制御装置を提案している（特開２００１−１９７８００）。
【０００８】
しかしながら、本方式は、弱め磁束制御の安定性と有効性に主眼を置いた解決方法であり、必ずしもトルクのトルク指令値への追従性を考慮したものではなく、実際に発生するトルクとトルク指令値との偏差が大きくなって、予想以上のトルクが出ることによる暴走や、機械的な振動を誘発するなどシステム制御が不安定になりやすくなる問題があった。
【０００９】
本発明の目的は、永久磁石磁束によるトルクとリラクタンストルクとの合成トルクを発生する永久磁石リラクタンスモータに適用した場合にあって、いかなるトルクを出力している状態においても、トルク指令に対して追従性の良いトルクを出力しながら、安定かつ有効に弱め磁束制御を可能にするモータ制御装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、永久磁石によるトルクとリラクタンストルクとの合成トルクを発生する永久磁石リラクタンスモータの制御装置であって、
前記永久磁石リラクタンスモータのモータ端子電圧がインバータ出力最大電圧を越えないように電流指令値を補正するための弱め磁束電流を演算する弱め磁束電流演算手段と、
トルク指令及び前記弱め磁束電流演算手段により演算された前記弱め磁束電流に基づいて、前記弱め磁束電流の電流ベクトルの回転子永久磁石磁束方向に対する角度である弱め磁束角度及び前記弱め磁束電流の電流ベクトルの到達目標点である弱め磁束目標点を決定する弱め磁束角度決定手段と、
前記トルク指令及び前記弱め磁束角度設定手段により決定された前記弱め磁束角度及び前記弱め磁束目標点に基づいて、前記永久磁石リラクタンスモータを制御する制御手段と
を備えたことを特徴とするモータ制御装置、である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図１に示すように本実施形態のモータ制御装置は、主回路として永久磁石によるトルクとリラクタンストルクとの合成トルクを発生する永久磁石リラクタンスモータを駆動するインバータに適用されるものであり、ｄｑ軸電流指令設定部１１と、弱め磁束軸角度設定部１２と、ｆｔ座標変換部１３と、ｆ軸電流指令補正部１４と、ｆｔ逆座標変換部１５と、ｄ軸電流制御部１６と、ｑ軸電流制御部１７と、電圧ベクトル長演算部１８と、電圧ベクトル長制限部１９と、端子電圧一定制御部２０と、ｄｑ３相変換部２１とで構成される。
【００１６】
ｄｑ軸電流指令設定部１１は、トルク指令TorqRefを入力として、そのトルクを出力するのに最も適したｄ軸電流指令IdRefと、ｑ軸電流指令IqRefとを求めて出力する。IdRef、IqRefの最適値としては、例えば、同一トルクを出力するのに必要なモータ電流ベクトル長I1Refが最も小さくなるものを選ぶ。この時のｄｑ軸電流指令ＩｄＲｅｆ、ＩｑＲｅｆは、次の手順により求める。
【００１７】
【数１】
【００１８】
電流振幅Ｉ１Ｒｅｆをパラメータとして変化させた時の上記式を満たすＩｄ、Ｉｑを求め、さらにこの時モータが発生するトルクＴｒｑを次の式で求める。
【００１９】
【数２】
【００２０】
モータ等価回路定数が、ΦＰＭ＝０．０６８、Ｌｄ＝０．１８ｍＨ、Ｌｑ＝０．４７ｍＨ、極対数ｐ＝５である永久磁石リラクタンスモータのトルクとｄｑ軸電流指令ＩｄＲｅｆ、ＩｑＲｅｆとの関数を図２に示す。入力されたトルク指令から図２の関数グラフに従ってｄ軸電流指令IdRef、ｑ軸電流指令ＩｑＲｅｆを求めて出力する。
【００２１】
弱め磁束軸角度設定部１２においては、トルク指令ＴｒｑＲｅｆと端子電圧一定制御部２０から出力されるｆ軸電流指令補正値ΔＩｆＲｅｆを入力として、入力されたトルク指令ＴｒｑＲｅｆに対応する等トルク線上を弱め磁束制御出来るように、あらかじめ実験的または解析的に求めておいた弱め磁束角度最適値Ｑｆｔ及び弱め磁束目標点ＩｄＺを、トルク指令ＴｒｑＲｅｆとｆ軸電流指令補正値ΔＩｆＲｅｆに応じてメモリテーブル参照などの方式により求めて出力する。
【００２２】
ＩｄＺとＱｆｔの物理的意味を、図３にて説明すると、弱め磁束方向を示す直線の、ｄ軸に対する角度がＱｆｔ、ｄ軸との交点が（−ＩｄＺ、０）で示される座標である。
【００２３】
トルク指令のみでなく、ｆ軸電流指令補正値によってもＱｆｔ、ＩｄＺを可変とすることにより、ｆ軸電流指令補正値ΔＩｆＲｅｆによって曲線的に変化する等トルク曲線をなぞる弱め磁束制御が可能になる。
【００２４】
ｆｔ座標変換部１３は、ｄｑ軸電流指令設定部から出力されるｄ軸電流指令ＩｄＲｅｆと、ｑ軸電流指令ＩｑＲｅｆと、弱め磁束軸角度設定部１２から出力される弱め磁束軸角度Ｑｆｔ及び弱め磁束目標点ＩｄＺとを入力として、次の演算によりｆ軸電流指令ＩｆＲｅｆと、ｔ軸電流指令ＩｔＲｅｆを求めて出力する。
【００２５】
【数３】
【００２６】
ｆ軸電流指令補正部１４は、ｆｔ座標変換部１３から出力されるｆ軸電流指令ＩｆＲｅｆと、後述する端子電圧一定制御部２０から出力されるｆ軸電流指令補正値ΔＩｆＲｅｆとを入力として、新たなｆ軸電流指令ＩｆＲｅｆを求めて出力する。
【００２７】
ＩｆＲｅｆ＝ＩｆＲｅｆ＋ΔＩｆＲｅｆ
ｆｔ逆座標変換部１５においては、ｆ軸電流指令補正部１４から出力されるｆ軸電流指令ＩｆＲｅｆと、ｆｔ座標変換部１３から出力されるｔ軸電流指令ＩｔＲｅｆと、弱め磁束軸角度設定部１２から出力される弱め磁束軸角度Ｑｆｔおよび弱め磁束目標点ＩｄＺを入力として次の演算により新たなｄｑ軸電流指令ＩｄＲｅｆ、ＩｑＲｅｆを求めて出力する。
【００２８】
【数４】
【００２９】
ｄ軸電流制御部１６は、ｄｑ軸電流指令補正部１３から出力されるｄ軸電流指令IdRefと、主回路側から得られるｄ軸電流フィードバック値Idとを入力として、次の演算により、IdがIdRefに追従するようにｄ軸電圧指令Vdを求めて出力する。
【００３０】
Vd＝（Kp＋Ki/ｓ）×（IdRef−Id）
（ｓはラプラス演算子、Kp：比例ゲイン、Ki：積分ゲイン）
ｑ軸電流制御部１７は、ｄｑ軸電流指令補正部１３から出力されるｑ軸電流指令IqRefと、主回路側から得られるｑ軸電流フィードバック値Iqとを入力として、次の演算により、IqがIqRefに追従するようにｑ軸電圧指令Vqを求めて出力する。
【００３１】
Vq＝（Kp＋Ki/ｓ）×（IqRef−Id）
（ｓはラプラス演算子、Kp：比例ゲイン、Ki：積分ゲイン）
電圧ベクトル長演算部１８は、ｄ軸電流制御部１６から出力されるｄ軸電圧指令Vdと、ｑ軸電流制御部１７から出力されるｑ軸電圧指令Vqとを入力として、次の演算により電圧ベクトル長V1を求めて出力する。
【００３２】
【数５】
【００３３】
電圧ベクトル長制限部１９は、電圧ベクトル長演算部１８から出力される電圧ベクトル長Ｖ１と、インバータ入力直流電圧Ｖｄｃを入力として、次の演算により電圧ベクトル長Ｖ１Ｌｉｍを求めて出力する。
【００３４】
最初に最大電圧Ｖ１Ｍａｘを次の演算により求める。
【００３５】
【数６】
【００３６】
（上記式は、１パルスモードでの基本波電圧振幅を表し、０．９は制御余裕のために１０％差し引いた値で設定するための係数である）
（１） 端子電圧Ｖ１がＶ１Ｍａｘよりも小さい時、Ｖ１Ｌｉｍ＝Ｖ１
（２） 端子電圧Ｖ１がＶ１Ｍａｘよりも大きい時、Ｖ１Ｌｉｍ＝Ｖ１Ｍａｘ
端子電圧一定制御部２０は、電圧ベクトル長演算部１８から出力される電圧ベクトル長Ｖ１と、電圧ベクトル長制限部１９から出力される電圧ベクトル長Ｖ１Ｌｉｍとを入力として、次の演算によりｆ軸電流指令補正値ΔＩｆＲｅｆを求めて出力する。
【００３７】
【数７】
【００３８】
ｄｑ３相変換部２１は、ｄ軸電流制御部１６から出力されるｄ軸電圧指令Ｖｄと、ｑ軸電流制御部１７から出力されるｑ軸電圧指令Ｖｑと、図示しない永久磁石リラクタンスモータに付設されたセンサー等により得られるモータ回転子位相θｒを入力として次の演算によりＵＶＷ３相電圧指令Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを求めて出力する。
【００３９】
【数８】
【００４０】
以上のように構成された本実施形態のモータ制御装置によれば、弱め磁束軸角度設定部１２を、弱め磁束角度最適値Ｑｆｔおよび弱め磁束目標点ＩｄＺをあらかじめ実験的または解析的に求めてメモリテーブルとし、これらをトルク指令ＴｒｑＲｅｆとｆ軸電流指令補正値ΔＩｆＲｅｆとに応じて参照することができるように構成しておくことで、従来のようにトルク指令のみでなく、ｆ軸電流指令補正値によってもＱｆｔ、ＩｄＺを可変とすることが可能となり、ｆ軸電流指令補正値ΔＩｆＲｅｆで表される弱め磁束深さによって曲線的に変化する等トルク曲線をなぞる弱め磁束制御が可能になる。
【００４１】
よって、トルク指令のほかに弱め磁束電流の大きさも考慮に入れて弱め磁束制御のために流す電流の方向を可変設定にすることが可能となり、これにより、いかなるトルクを出力している状態においても、トルク指令に対して追従性の良いトルクを出力しながら、安定かつ有効に弱め磁束制御を行うことが可能となる。
【００４２】
（第２の実施形態）図４に示すように本実施形態のモータ制御装置は、先の実施形態と同様に、主回路として永久磁石によるトルクとリラクタンストルクとの合成トルクを発生する永久磁石リラクタンスモータを駆動するインバータに適用されるものであり、ｄｑ軸電流指令設定部１１と、弱め磁束軸角度設定部１２と、ｆｔ座標変換部１３と、ｆ軸電流指令補正部１４と、ｆｔ逆座標変換部１５と、ｄ軸電流制御部１６と、ｑ軸電流制御部１７と、電圧ベクトル長演算部１８と、電圧ベクトル長制限部１９と、端子電圧一定制御部２０と、ｄｑ３相変換部２１と、第１実電流ｆｔ座標変換部２２と、第２実電流ｆｔ座標変換部２３と、弱め磁束方向切替え判定部２４と、磁束弱め量最大値設定部２５で構成される。
【００４３】
ｆｔ座標変換部１３と、ｆ軸電流指令補正部１４と、ｆｔ逆座標変換部１５と、ｄ軸電流制御部１６と、ｑ軸電流制御部１７と、電圧ベクトル長演算部１８と、電圧ベクトル長制限部１９と、ｄｑ３相変換部２１とは、第１の実施形態と同一の動作である。
【００４４】
ｄｑ軸電流指令設定部１１は、トルク指令TorqRefと、磁束弱め量最大値設定部２５から出力される磁束弱め量最大値ΔＩｆＲｅｆＭａｘと、弱め磁束方向切替え判定部２４から出力される弱め磁束方向切替フラグＦＬＧ＿ＭａｘＱと、弱め磁束軸角度設定部１２から出力される第１の弱め磁束目標点ＩｄＺ１とおよび第１の弱め磁束角度ＱｆｔＳを入力として、ＦＬＧ＿ＭａｘＱの値に応じて、次の設定演算によりｄｑ軸電流指令ＩｄＲｅｆ、ＩｑＲｅｆを求めて出力する。
【００４５】
（１） ＦＬＧ＿ＭａｘＱ＝０の時
第１の実施形態と同様に、トルク指令に応じてそのトルクを出力するのに最も適したｄ軸電流指令ＩｄＲｅｆ、ｑ軸電流指令ＩｑＲｅｆを求めて出力する。ＩｄＲｅｆ、ＩｑＲｅｆの演算方法は第１の実施形態と同一である。
【００４６】
（２） ＦＬＧ＿ＭａｘＱ＝１の時
ＦＬＧ＿ＭａｘＱ＝０時のｄｑ軸電流指令をＩｄＲｅｆＳ、ＩｑＲｅｆＳとしてまず求める。これに対して、ΔＩｆＲｅｆＭａｘとＩｄＺ１とＱｆｔＳとを用いて、あらたなｄｑ軸電流指令を次の演算により求めて出力する。
【００４７】
まずｆｔ軸電流指令ＩｆＲｅｆ、ＩｔＲｅｆを求める。
【００４８】
【数９】
上記ｆｔ軸電流指令をもとに、新たなｄｑ軸電流指令を求める。
【００４９】
【数１０】
【００５０】
以上の演算により、第１の弱め磁束方向線と第２の弱め磁束方向線との交点の座標を新たなｄｑ軸電流指令として求めたことになる。
【００５１】
弱め磁束軸角度設定部１２においては、トルク指令ＴｒｑＲｅｆと、端子電圧一定制御部２０から出力されるｆ軸電流補正値ΔＩｆＲｅｆと、弱め磁束方向切替判定部から出力される弱め磁束方向切替フラグＦＬＧ＿ＭａｘＱを入力として、第１の弱め磁束角度ＱｆｔＳ、第２の弱め磁束角度ＱｆｔＱ及び第３の弱め磁束角度Ｑｆｔと、第１の弱め磁束目標点ＩｄＺ１、第２の弱め磁束目標点ＩｄＺ０及び第３の弱め磁束目標点ＩｄＺを、ＦＬＧ＿ＭａｘＱの条件に応じて求めて出力する。
【００５２】
（１） ＱｆｔＳおよびＩｄＺ１は、第１の実施形態における弱め磁束角度Ｑｆｔ、ＩｄＺとそれぞれ同様に求める。
【００５３】
（２） ＱｆｔＱおよびＩｄＺ０は、請求項記載の第２の弱め磁束方向を定義する値に設定する。
【００５４】
第２の弱め磁束方向としては、たとえば、図５に示すように等電圧楕円の中心を目標点として、等電圧楕円上で最大トルクが得られる点を直線近似した方向に設定する。
【００５５】
第１の弱め磁束方向線に沿って弱め磁束制御すると、第１に実施形態に記述した通りほぼトルク指令に追従した等トルク特性を維持しながらモータ端子電圧を低減する弱め磁束制御を行うことが出来るが、上記のように設定した第２の弱め磁束方向線との交点を過ぎてさらに第１の弱め磁束方向線に沿った弱め磁束制御を行うと、モータ端子電圧は反対に上昇してしまい、有効な弱め磁束制御が出来なくなって、制御不能状態に陥ってしまうので、次のようにする。
【００５６】
（３） ＱｆｔおよびＩｄＺについては、ＦＬＧ＿ＭａｘＱの状態に応じて、次のように設定出力する。
【００５７】
・ ＦＬＧ＿ＭａｘＱ＝１の時、Ｑｆｔ＝ＱｆｔＱ、ＩｄＺ＝ＩｄＺ０
・ ＦＬＧ＿ＭａｘＱ＝０の時、Ｑｆｔ＝ＱｆｔＳ、ＩｄＺ＝ＩｄＺ１
端子電圧一定制御部２０は、電圧ベクトル長演算部１８から出力される電圧ベクトル長Ｖ１と、電圧ベクトル長制限部１９から出力される電圧ベクトル長Ｖ１Ｌｉｍと、磁束弱め量最大値設定部２５から出力される磁束弱め量最大値ΔＩｆＲｅｆＭａｘと、弱め磁束方向切替判定部２４から出力される弱め磁束方向切替フラグＦＬＧ＿ＭａｘＱとを入力として、次の演算により電流指令補正値ΔＩ１Ｒｅｆを求めて出力する。
【００５８】
（１） ＦＬＧ＿ＭａｘＱ＝０の時、
【数１１】
【００５９】
（２） ＦＬＧ＿ＭａｘＱ＝１の時、
【数１２】
【００６０】
第１実電流ｆｔ座標変換部２２においては、主回路側から得られるｄｑ軸電流フィードバック値Ｉｄ、Ｉｑと、弱め磁束軸角度設定部１２から出力される第１の弱め磁束角度ＱｆｔＳおよび第１の弱め磁束目標点ＩｄＺ１を入力として、次の演算により第１のｔ軸電流ＩｔＳを求めて出力する。
【００６１】
【数１３】
【００６２】
第２実電流ｆｔ座標変換部２３においては、主回路側から得られるｄｑ軸電流フィードバック値Ｉｄ、Ｉｑと、弱め磁束軸角度設定部１２から出力される第２の弱め磁束角度ＱｆｔＱおよび第２の弱め磁束目標点ＩｄＺ０を入力として、次の演算により第２のｔ軸電流ＩｔＱを求めて出力する。
【００６３】
【数１４】
【００６４】
弱め磁束方向切替判定部２４においては、第１実電流ｆｔ座標変換部２２から出力される第１のｔ軸電流ＩｔＳと、第２実電流ｆｔ座標変換部２３から出力される第２のｔ軸電流ＩｔＱとを入力として、次の条件分岐により弱め磁束方向切替フラグＦＬＧ＿ＭａｘＱを求めて出力する。
【００６５】
（１） ＩｔＳ＞０の時、ＦＬＧ＿ＭａｘＱ＝０
（２） ＩｔＳ＜０の時、
・ＩｔＱ＞０であれば、ＦＬＧ＿ＭａｘＱ＝１
・ＩｔＱ＜０の時は、ＦＬＧ＿ＭａｘＱは変更しない
（前回値を保持）
ＦＬＧ＿ＭａｘＱ＝０は、第１の弱め磁束方向線に沿って弱め磁束制御するモードであることを示し、ＦＬＧ＿ＭａｘＱ＝１は、第２の弱め磁束方向線に沿って弱め磁束制御するモードであることを示す。
【００６６】
上記のような条件分岐を行えば、ＦＬＧ＿ＭａｘＱ＝０時、第１の弱め磁束方向線に沿って弱め磁束制御を行っていて、これ以上その方向に弱め磁束制御を行うことができない点（ＩｄＲｅｆＱ，ＩｑＲｅｆＱ）を越えると、ＩｔＱが正となって、ＦＬＧ＿ＭａｘＱが１になる。その結果、弱め磁束方向は第２の弱め磁束方向となり、安定に弱め磁束制御が継続できる。
【００６７】
ＦＬＧ＿ＭａｘＱ＝１時、第２の弱め磁束方向線に沿って弱め磁束制御を行っている状態において、弱め磁束制御が不要になって第１の弱め磁束方向線と交差する点をまたぐ場合も同様にモード切り替えを行うことが出来る。
【００６８】
磁束弱め量最大値設定部２５においては、トルク指令ＴｒｑＲｅｆを入力として、ｄｑ軸電流指令設定部１１で設定されるｄｑ軸電流指令（ＩｄＲｅｆＳ，ＩｑＲｅｆＳ）と、（ＩｄＲｅｆＱ、ＩｑＲｅｆＱ）とのベクトル長に相当する電流値をあらかじめ求めて、メモリテーブル参照などの方法により出力する。
【００６９】
以上のように構成された本実施形態のモータ制御装置によれば、等トルク特性を維持しながら弱め磁束制御を行うことの出来る運転条件では、等トルク特性を維持し、それ以上等トルク特性を維持しながら弱め磁束制御を行うことのできない運転状態においては、制御異常を起こすことなしに安定な弱め磁束制御を行うことが出来る。
【００７０】
（第３の実施形態）
図６に示すように本実施形態のモータ制御装置は、先の実施形態と同様に、主回路として永久磁石によるトルクとリラクタンストルクとの合成トルクを発生する永久磁石リラクタンスモータを駆動するインバータに適用されるものであり、ｄｑ軸電流指令設定部１１と、弱め磁束軸角度設定部１２と、ｆｔ座標変換部１３と、ｆ軸電流指令補正部１４と、ｆｔ逆座標変換部１５と、ｄ軸電流制御部１６と、ｑ軸電流制御部１７と、電圧ベクトル長演算部１８と、電圧ベクトル長制限部１９と、端子電圧一定制御部２０と、ｄｑ３相変換部２１と、第１電流指令ｆｔ座標変換部４１と、第２電流指令ｆｔ座標変換部４２と、弱め磁束方向切替え判定部２４と、磁束弱め量最大値設定部２５で構成される。
【００７１】
ｄｑ軸電流指令設定部１１と、弱め磁束軸角度設定部１２と、ｆｔ座標変換部１３と、ｆ軸電流指令補正部１４と、ｆｔ逆座標変換部１５と、ｄ軸電流制御部１６と、ｑ軸電流制御部１７と、電圧ベクトル長演算部１８と、電圧ベクトル長制限部１９と、端子電圧一定制御部２０と、ｄｑ３相変換部２１と、弱め磁束方向切替え判定部２４と、磁束弱め量最大値設定部２５の動作は、第２の実施形態と同一である。
【００７２】
第１電流指令ｆｔ座標変換部４１においては、ｆｔ逆座標変換部１５から出力されるｄｑ軸電流指令値ＩｄＲｅｆ’、ＩｑＲｅｆ’と、弱め磁束軸角度設定部１２から出力される第１の弱め磁束角度ＱｆｔＳおよび第１の弱め磁束目標点ＩｄＺ１を入力として、次の演算により第１のｔ軸電流ＩｔＳを求めて出力する。
【００７３】
【数１５】
【００７４】
第２電流指令ｆｔ座標変換部４２においては、ｆｔ逆座標変換部１５から出力されるｄｑ軸電流指令値ＩｄＲｅｆ’、ＩｑＲｅｆ’と、弱め磁束軸角度設定部１２から出力される第２の弱め磁束角度ＱｆｔＱおよび第２の弱め磁束目標点ＩｄＺ０を入力として、次の演算により第２のｔ軸電流ＩｔＱを求めて出力する。
【００７５】
【数１６】
【００７６】
以上の構成のモータ制御装置を用いれば、第２の実施形態と同様に、等トルク特性を維持しながら弱め磁束制御を行うことの出来る運転条件では、等トルク特性を維持し、それ以上等トルク特性を維持しながら弱め磁束制御を行うことのできない運転状態においては、制御異常を起こすことなしに安定な弱め磁束制御を行うことが出来る。
【００７７】
特に、制御モードの切替において、電流制御特性や、電流リプルなどの外乱に影響されずに確実な切替を行うことが出来る。
【００７８】
（第４の実施形態）
図７に示すように本実施形態のモータ制御装置は、先の実施形態と同様に、主回路として永久磁石によるトルクとリラクタンストルクとの合成トルクを発生する永久磁石リラクタンスモータを駆動するインバータに適用されるものであり、ｄｑ軸電流指令設定部１１と、弱め磁束軸角度設定部１２と、ｆｔ座標変換部１３と、ｆ軸電流指令補正部１４と、ｆｔ逆座標変換部１５と、ｄ軸電流制御部１６と、ｑ軸電流制御部１７と、電圧ベクトル長演算部１８と、電圧ベクトル長制限部１９と、端子電圧一定制御部２０と、ｄｑ３相変換部２１と、弱め磁束方向切替え判定部２４と、磁束弱め量最大値設定部２５で構成される。
【００７９】
ｄｑ軸電流指令設定部１１と、弱め磁束軸角度設定部１２と、ｆｔ座標変換部１３と、ｆ軸電流指令補正部１４と、ｆｔ逆座標変換部１５と、ｄ軸電流制御部１６と、ｑ軸電流制御部１７と、電圧ベクトル長演算部１８と、電圧ベクトル長制限部１９と、端子電圧一定制御部２０と、ｄｑ３相変換部２１と、磁束弱め量最大値設定部２５の動作は、第２の実施形態と同一である。
【００８０】
弱め磁束方向切替え判定部２４においては、端子電圧一定制御部２０から出力されるｆ軸電流補正値ΔＩｆＲｅｆと、磁束弱め量最大値設定部２５から出力される磁束弱め量最大値ΔＩｆＲｅｆＭａｘとの入力として、次の条件判別により、弱め磁束方向切替フラグＦＬＧ＿ＭａｘＱを求めて出力する。
【００８１】
（１） ΔＩｆＲｅｆ＞ΔＩｆＲｅｆＭａｘの時、ＦＬＧ＿ＭａｘＱ＝１
（２） ΔＩｆＲｅｆ＜ΔＩｆＲｅｆＭａｘの時、ＦＬＧ＿ＭａｘＱ＝０
以上の構成のモータ制御装置を用いれば、第２の実施形態と同様に、等トルク特性を維持しながら弱め磁束制御を行うことの出来る運転条件では、等トルク特性を維持し、それ以上等トルク特性を維持しながら弱め磁束制御を行うことのできない運転状態においては、制御異常を起こすことなしに安定な弱め磁束制御を行うことが出来る。
【００８２】
（第５の実施形態）
図８〜図９に示すように本実施形態のモータ制御装置は、先の実施形態と同様に、主回路として永久磁石によるトルクとリラクタンストルクとの合成トルクを発生する永久磁石リラクタンスモータを駆動するインバータに適用されるものであり、ｄｑ軸電流指令設定部１１と、弱め磁束軸角度設定部１２と、ｆｔ座標変換部１３と、実電流ｆｔ座標変換部５１と、弱め深さ演算部５２と、ｔ軸電流制御部５３と、１パルス波形演算部５４とで構成される。
【００８３】
ｄｑ軸電流指令設定部１１と、ｆｔ座標変換部１３との動作は第１の実施形態と同一である。
【００８４】
弱め磁束軸角度設定部１２においては、トルク指令ＴｒｑＲｅｆと弱め深さ演算部５２から出力される弱め深さΔＩｆを入力として、入力されたトルク指令ＴｒｑＲｅｆに対応する等トルク線上を弱め磁束制御出来るように、あらかじめ実験的または解析的に求めておいた弱め磁束角度最適値Ｑｆｔ及び弱め磁束目標点ＩｄＺを、トルク指令ＴｒｑＲｅｆと弱め深さΔＩｆに応じてメモリテーブル参照などの方式により求めて出力する。
【００８５】
ＩｄＺとＱｆｔの物理的意味は、図９に示すとおりである。すなわち、弱め磁束方向を示す直線の、ｄ軸に対する角度がＱｆｔ、ｄ軸との交点が（−ＩｄＺ、０）で示される座標である。
【００８６】
トルク指令のみでなく、弱め深さΔＩｆによってもＱｆｔ、ＩｄＺを可変とすることにより、曲線的に変化する等トルク曲線をなぞる弱め磁束制御が可能になる。
【００８７】
弱め深さ演算部５２においては、ｆｔ座標変換部１３から出力されるｆ軸電流指令ＩｆＲｅｆと、実電流ｆｔ座標変換部５１から出力されるｆ軸電流Ｉｆを入力として、次の演算により弱め深さΔＩｆを求めて出力する。
【００８８】
ΔＩｆ＝ＩｆＲｅｆ−Ｉｆ
ｔ軸電流制御部５３は、ｆｔ座標変換部１３から出力されるｔ軸電流指令ＩｔＲｅｆと、実電流ｆｔ座標変換部５１から出力されるｔ軸電流Ｉｔを入力として、次の演算により電圧位相角δＶを求めて出力する。
【００８９】
δＶ＝Ｇ（ｓ）×（ＩｔＲｅｆ−Ｉｔ）
（ｓは微分演算子、Ｇ（ｓ）は制御ゲイン、比例積分制御が考えられる）
１パルス波形演算部５４は、ｔ軸電流制御部５３から出力される電圧位相角δＶと、モータ回転子位相θｒと、インバータ入力直流電圧Ｖｄｃを入力として次の演算により、３相１パルス波形Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを求めて出力する。
【００９０】
まず、３相電圧正弦波Ｖｕ０、Ｖｖ０、Ｖｗ０を次の式により求める。
【００９１】
【数１７】
次の条件分岐により、Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗをそれぞれ求める。
【００９２】
Ｖｕ０＞０の時にＶｕ＝＋Ｖｄｃ／２、Ｖｕ０＜０の時にＶｕ＝−Ｖｄｃ／２
Ｖｖ０＞０の時にＶｖ＝＋Ｖｄｃ／２、Ｖｖ０＜０の時にＶｖ＝−Ｖｄｃ／２
Ｖｗ０＞０の時にＶｗ＝＋Ｖｄｃ／２、Ｖｗ０＜０の時にＶｗ＝−Ｖｄｃ／２
以上の構成のモータ制御装置により、第１の実施形態と同様にいかなるトルクを出力している状態においても、トルク指令に対して追従性の良いトルクを出力しながら弱め磁束制御を行うことが可能となり、さらに１パルス波形を適用することでインバータ電圧利用率が向上し、装置の低コスト化、高効率化を図ることが可能になる。
【００９３】
（第６の実施形態）
図１０に示すように本実施形態のモータ制御装置は、先の実施形態と同様に、主回路として永久磁石によるトルクとリラクタンストルクとの合成トルクを発生する永久磁石リラクタンスモータを駆動するインバータに適用されるものであり、ｄｑ軸電流指令設定部１１と、弱め磁束軸角度設定部１２と、ｆｔ座標変換部１３と、第１実電流ｆｔ座標変換部２２と、第２実電流ｆｔ座標変換部２３と、弱め磁束方向切替え判定部２４と、弱め深さ演算部５２と、ｔ軸電流制御部５３と、１パルス波形演算部５４とで構成される。
【００９４】
ｄｑ軸電流指令設定部１１と、ｆｔ座標変換部１３と、弱め深さ演算部５２と、１パルス波形演算部５４の動作は第５の実施形態と同一である。
【００９５】
第１実電流ｆｔ座標変換部２２と、第２実電流ｆｔ座標変換部２３と、弱め磁束方向切替判定部２４の動作は第２の実施形態と同一である。
【００９６】
弱め磁束軸角度設定部１２においては、トルク指令ＴｒｑＲｅｆと、弱め深さ演算部５２から出力される弱め深さΔＩｆと、弱め磁束方向切替判定部から出力される弱め磁束方向切替フラグＦＬＧ＿ＭａｘＱを入力として、第１の弱め磁束角度ＱｆｔＳ、第２の弱め磁束角度ＱｆｔＱ及び第３の弱め磁束角度Ｑｆｔと、第１の弱め磁束目標点ＩｄＺ１、第２の弱め磁束目標点ＩｄＺ０及び第３の弱め磁束目標点ＩｄＺを、ＦＬＧ＿ＭａｘＱの条件に応じて求めて出力する。
【００９７】
第２の実施形態における弱め磁束軸角度設定部１２との違いは、第２の実施形態における入力ΔＩｆＲｅｆの代わりにΔＩｆを入力として各演算を行うようにした点である。
【００９８】
（１） ＱｆｔＳおよびＩｄＺ１は、第５の実施形態における弱め磁束角度Ｑｆｔ、ＩｄＺとそれぞれ同一である。
【００９９】
（２） ＱｆｔＱおよびＩｄＺ０は、請求項記載の第２の弱め磁束方向を定義する値に設定する。
【０１００】
第２の弱め磁束方向としては、第２の実施形態と同様、例えば図５に示すように等電圧楕円の中心を目標点として、等電圧楕円上で最大トルクが得られる点を直線近似した方向に設定する。
【０１０１】
第１の弱め磁束方向線に沿って弱め磁束制御すると、第１に実施形態に記述した通りほぼトルク指令に追従した等トルク特性を維持しながらモータ端子電圧を低減する弱め磁束制御を行うことが出来るが、上記のように設定した第２の弱め磁束方向線との交点を過ぎてさらに第１の弱め磁束方向線に沿った弱め磁束制御を行うと、モータ端子電圧は反対に上昇してしまい、有効な弱め磁束制御が出来なくなって、制御不能状態に陥ってしまう。
【０１０２】
（３） ＱｆｔおよびＩｄＺについては、ＦＬＧ＿ＭａｘＱの状態に応じて、次のように設定出力する。
【０１０３】
・ＦＬＧ＿ＭａｘＱ＝１の時、Ｑｆｔ＝ＱｆｔＱ、ＩｄＺ＝ＩｄＺ０
・ＦＬＧ＿ＭａｘＱ＝０の時、Ｑｆｔ＝ＱｆｔＳ、ＩｄＺ＝ＩｄＺ１
ｔ軸電流制御部５３においては、ｆｔ座標変換部１３から出力されるｔ軸電流指令ＩｔＲｅｆと、実電流ｆｔ座標変換部２２から出力される第１のｔ軸電流ＩｔＳと、実電流ｆｔ座標変換部２３から出力される第２のｔ軸電流ＩｔＱと、弱め磁束方向切替え判定部２４から出力される弱め磁束方向切替フラグＦＬＧ＿ＭａｘＱとを入力として、次の演算により電圧位相角δＶを求めて出力する。
【０１０４】
（１） ＦＬＧ＿ＭａｘＱ＝１の時、δＶ＝Ｇ（ｓ）×（ＩｔＲｅｆ―ＩｔＱ）
（２） ＦＬＧ＿ＭａｘＱ＝０の時、δＶ＝Ｇ（ｓ）×（ＩｔＲｅｆ−ＩｔＳ）
（ｓは微分演算子、Ｇ（ｓ）は制御ゲイン、比例積分制御が考えられる）
以上の構成のモータ制御装置を用いれば、等トルク特性を維持しながら弱め磁束制御を行うことの出来る運転条件では、等トルク特性を維持し、それ以上等トルク特性を維持しながら弱め磁束制御を行うことのできない運転状態においては、制御異常を起こすことなしに安定な弱め磁束制御を行うことが出来る。
【０１０５】
さらに、１パルス波形を適用することによりインバータ電圧利用率が向上し、装置の低コスト化、高効率化も合わせて実現することが可能になる。
【０１０６】
（第７の実施形態）
図１１に示すように本実施形態のモータ制御装置は、先の実施形態と同様に、主回路として永久磁石によるトルクとリラクタンストルクとの合成トルクを発生する永久磁石リラクタンスモータを駆動するインバータに適用されるものであり、ｄｑ軸電流指令設定部１１と、弱め磁束軸角度設定部１２と、ｆｔ座標変換部１３と、第１実電流ｆｔ座標変換部２２と、第２実電流ｆｔ座標変換部２３と、弱め磁束方向切替え判定部２４と、弱め深さ演算部５２と、ｔ軸電流制御部５３と、１パルス波形演算部５４とで構成される。
【０１０７】
弱め磁束方向切替え判定部２４以外の構成要素の動作は、第６の実施形態と同一である。
【０１０８】
弱め磁束方向切替え判定部２４の動作は、ＩｆＳに基づきＦＬＧ＿ＭａｘＱを求める点以外は、第３の実施形態における弱め磁束方向切替え演算部２４の動作と同様である。
【０１０９】
以上の構成のモータ制御装置を用いれば、第６の実施形態と同様に、等トルク特性を維持しながら弱め磁束制御を行うことの出来る運転条件では、等トルク特性を維持し、それ以上等トルク特性を維持しながら弱め磁束制御を行うことのできない運転状態においては、制御異常を起こすことなしに安定な弱め磁束制御を行うことが出来る。
【０１１０】
さらに、１パルス波形を適用することによりインバータ電圧利用率が向上し、装置の低コスト化、高効率化も合わせて実現することが可能になる。
【０１１１】
尚、上述した各実施形態において、モータ制御装置が適用されるインバータにより駆動されるモータは、永久磁石によるトルクとリラクタンストルクとの合成トルクを発生する永久磁石リラクタンスモータにであった。しかし、本発明のモータ制御装置は、永久磁石リラクタンスモータ限らず、永久磁石モータやリラクタンスモータ等の弱め磁束制御にも適用できる。
【０１１２】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、トルク指令のほかに、弱め磁束電流の大きさも考慮に入れて弱め磁束制御のために流す電流の方向を可変設定にすることによりいかなるトルクを出力している状態においても、トルク指令に対して追従性の良いトルクを出力しながら、安定かつ有効に弱め磁束制御を可能にするモータ制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るモータ制御装置の機能ブロック図。
【図２】ｄｑ軸電流指令設定部の設定値を説明する図。
【図３】弱め磁束軸角度設定部の設定値の物理意味を説明する図。
【図４】第２の実施形態に係るモータ制御装置の機能ブロック図。
【図５】第２の実施形態における第２の弱め磁束方向の設定を説明する図。
【図６】第３の実施形態に係るモータ制御装置の構成を説明する機能ブロック図。
【図７】第４の実施形態に係るモータ制御装置の構成を説明する機能ブロック図。
【図８】第５の実施形態に係るモータ制御装置の構成を説明する機能ブロック図。
【図９】第５の実施形態における弱め深さを説明する図。
【図１０】第６の実施形態に係るモータ制御装置の構成を説明する機能ブロック図。
【図１１】第７の実施形態に係るモータ制御装置の構成を説明する機能ブロック図。
【符号の説明】
１１…ｄｑ軸電流指令設定部
１２…弱め磁束軸角度設定部
１３…ｆｔ座標変換部
１４…ｆ軸電流指令補正部
１５…ｆｔ逆座標変換部
１６…ｄ軸電流制御部
１７…ｑ軸電流制御部
１８…電圧ベクトル長演算部
１９…電圧ベクトル長制限部
２０…端子電圧一定制御部
２１…ｄｑ３相変換部
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータを弱め磁束制御するモータ制御装置に係り、特に、永久磁石によるトルクとリラクタンストルクとの合成トルクを発生する永久磁石リラクタンスモータに適用されて好適なモータ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電車や電気自動車等の用途に用いる永久磁石モータやリラクタンスモータをインバータ駆動する場合、高速回転時の一定出力運転時に、モータ端子電圧がインバータの出力可能な最大電圧以下になるように、弱め磁束制御をする場合が多い。
【０００３】
永久磁石モータの弱め磁束制御は、一般に、永久磁石磁束と電機子に流す電流でつくられる磁束が逆方向になるような電機子電流、いわゆるマイナスのｄ軸電流を流すことが行われている。
【０００４】
また、インダクタンス値の大きい軸（ｑ軸）とインダクタンス値の小さい軸（ｄ軸）とがあるリラクタンスモータの弱め磁束制御は、一般に、より弱め磁束効果の高いｑ軸電流を小さくすることが行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、永久磁石磁束によるトルクとリラクタンストルクとの合成トルクを発生する永久磁石リラクタンスモータの弱め磁束制御を行う場合、ｄ軸またはｑ軸のどちらか一方の軸に固定して弱め磁束制御のための電流を流すと、出力したいトルクによって可変にする電流振幅の大きさによっては、弱め磁束の効果が得られず、結果としてモータ端子電圧をインバータ出力最大電圧以下に制御することが不可能となって制御不安定に陥ってしまう。
【０００６】
これは、回転子鉄心内部に永久磁石を埋め込んだ形状により永久磁石トルクとリラクタンストルクの合成トルクを出力する、いわゆる埋め込み型永久磁石モータにおいても同様の現象が発生する可能性がある。
【０００７】
この問題点の解決方法として、発明者は、先に、永久磁石リラクタンスモータにおけるトルク指令又は電流指令の大きさに応じて弱め磁束制御のために流す電流の方向を可変にすることによりいかなるトルクを出力している状態においても、安定かつ有効に弱め磁束制御を可能にする永久磁石リラクタンスモータの制御装置を提案している（特開２００１−１９７８００）。
【０００８】
しかしながら、本方式は、弱め磁束制御の安定性と有効性に主眼を置いた解決方法であり、必ずしもトルクのトルク指令値への追従性を考慮したものではなく、実際に発生するトルクとトルク指令値との偏差が大きくなって、予想以上のトルクが出ることによる暴走や、機械的な振動を誘発するなどシステム制御が不安定になりやすくなる問題があった。
【０００９】
本発明の目的は、永久磁石磁束によるトルクとリラクタンストルクとの合成トルクを発生する永久磁石リラクタンスモータに適用した場合にあって、いかなるトルクを出力している状態においても、トルク指令に対して追従性の良いトルクを出力しながら、安定かつ有効に弱め磁束制御を可能にするモータ制御装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、永久磁石によるトルクとリラクタンストルクとの合成トルクを発生する永久磁石リラクタンスモータの制御装置であって、
前記永久磁石リラクタンスモータのモータ端子電圧がインバータ出力最大電圧を越えないように電流指令値を補正するための弱め磁束電流を演算する弱め磁束電流演算手段と、
トルク指令及び前記弱め磁束電流演算手段により演算された前記弱め磁束電流に基づいて、前記弱め磁束電流の電流ベクトルの回転子永久磁石磁束方向に対する角度である弱め磁束角度及び前記弱め磁束電流の電流ベクトルの到達目標点である弱め磁束目標点を決定する弱め磁束角度決定手段と、
前記トルク指令及び前記弱め磁束角度設定手段により決定された前記弱め磁束角度及び前記弱め磁束目標点に基づいて、前記永久磁石リラクタンスモータを制御する制御手段と
を備えたことを特徴とするモータ制御装置、である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図１に示すように本実施形態のモータ制御装置は、主回路として永久磁石によるトルクとリラクタンストルクとの合成トルクを発生する永久磁石リラクタンスモータを駆動するインバータに適用されるものであり、ｄｑ軸電流指令設定部１１と、弱め磁束軸角度設定部１２と、ｆｔ座標変換部１３と、ｆ軸電流指令補正部１４と、ｆｔ逆座標変換部１５と、ｄ軸電流制御部１６と、ｑ軸電流制御部１７と、電圧ベクトル長演算部１８と、電圧ベクトル長制限部１９と、端子電圧一定制御部２０と、ｄｑ３相変換部２１とで構成される。
【００１６】
ｄｑ軸電流指令設定部１１は、トルク指令TorqRefを入力として、そのトルクを出力するのに最も適したｄ軸電流指令IdRefと、ｑ軸電流指令IqRefとを求めて出力する。IdRef、IqRefの最適値としては、例えば、同一トルクを出力するのに必要なモータ電流ベクトル長I1Refが最も小さくなるものを選ぶ。この時のｄｑ軸電流指令ＩｄＲｅｆ、ＩｑＲｅｆは、次の手順により求める。
【００１７】
【数１】
電流振幅Ｉ１Ｒｅｆをパラメータとして変化させた時の上記式を満たすＩｄ、Ｉｑを求め、さらにこの時モータが発生するトルクＴｒｑを次の式で求める。
【００１９】
【数２】
モータ等価回路定数が、ΦＰＭ＝０．０６８、Ｌｄ＝０．１８ｍＨ、Ｌｑ＝０．４７ｍＨ、極対数ｐ＝５である永久磁石リラクタンスモータのトルクとｄｑ軸電流指令ＩｄＲｅｆ、ＩｑＲｅｆとの関数を図２に示す。入力されたトルク指令から図２の関数グラフに従ってｄ軸電流指令IdRef、ｑ軸電流指令ＩｑＲｅｆを求めて出力する。
【００２１】
弱め磁束軸角度設定部１２においては、トルク指令ＴｒｑＲｅｆと端子電圧一定制御部２０から出力されるｆ軸電流指令補正値ΔＩｆＲｅｆを入力として、入力されたトルク指令ＴｒｑＲｅｆに対応する等トルク線上を弱め磁束制御出来るように、あらかじめ実験的または解析的に求めておいた弱め磁束角度最適値Ｑｆｔ及び弱め磁束目標点ＩｄＺを、トルク指令ＴｒｑＲｅｆとｆ軸電流指令補正値ΔＩｆＲｅｆに応じてメモリテーブル参照などの方式により求めて出力する。
【００２２】
ＩｄＺとＱｆｔの物理的意味を、図３にて説明すると、弱め磁束方向を示す直線の、ｄ軸に対する角度がＱｆｔ、ｄ軸との交点が（−ＩｄＺ、０）で示される座標である。
【００２３】
トルク指令のみでなく、ｆ軸電流指令補正値によってもＱｆｔ、ＩｄＺを可変とすることにより、ｆ軸電流指令補正値ΔＩｆＲｅｆによって曲線的に変化する等トルク曲線をなぞる弱め磁束制御が可能になる。
【００２４】
ｆｔ座標変換部１３は、ｄｑ軸電流指令設定部から出力されるｄ軸電流指令ＩｄＲｅｆと、ｑ軸電流指令ＩｑＲｅｆと、弱め磁束軸角度設定部１２から出力される弱め磁束軸角度Ｑｆｔ及び弱め磁束目標点ＩｄＺとを入力として、次の演算によりｆ軸電流指令ＩｆＲｅｆと、ｔ軸電流指令ＩｔＲｅｆを求めて出力する。
【００２５】
【数３】
ｆ軸電流指令補正部１４は、ｆｔ座標変換部１３から出力されるｆ軸電流指令ＩｆＲｅｆと、後述する端子電圧一定制御部２０から出力されるｆ軸電流指令補正値ΔＩｆＲｅｆとを入力として、新たなｆ軸電流指令ＩｆＲｅｆを求めて出力する。
【００２７】
ＩｆＲｅｆ＝ＩｆＲｅｆ＋ΔＩｆＲｅｆ
ｆｔ逆座標変換部１５においては、ｆ軸電流指令補正部１４から出力されるｆ軸電流指令ＩｆＲｅｆと、ｆｔ座標変換部１３から出力されるｔ軸電流指令ＩｔＲｅｆと、弱め磁束軸角度設定部１２から出力される弱め磁束軸角度Ｑｆｔおよび弱め磁束目標点ＩｄＺを入力として次の演算により新たなｄｑ軸電流指令ＩｄＲｅｆ、ＩｑＲｅｆを求めて出力する。
【００２８】
【数４】
ｄ軸電流制御部１６は、ｄｑ軸電流指令補正部１３から出力されるｄ軸電流指令IdRefと、主回路側から得られるｄ軸電流フィードバック値Idとを入力として、次の演算により、IdがIdRefに追従するようにｄ軸電圧指令Vdを求めて出力する。
【００３０】
Vd＝（Kp＋Ki/ｓ）×（IdRef−Id）
（ｓはラプラス演算子、Kp：比例ゲイン、Ki：積分ゲイン）
ｑ軸電流制御部１７は、ｄｑ軸電流指令補正部１３から出力されるｑ軸電流指令IqRefと、主回路側から得られるｑ軸電流フィードバック値Iqとを入力として、次の演算により、IqがIqRefに追従するようにｑ軸電圧指令Vqを求めて出力する。
【００３１】
Vq＝（Kp＋Ki/ｓ）×（IqRef−Id）
（ｓはラプラス演算子、Kp：比例ゲイン、Ki：積分ゲイン）
電圧ベクトル長演算部１８は、ｄ軸電流制御部１６から出力されるｄ軸電圧指令Vdと、ｑ軸電流制御部１７から出力されるｑ軸電圧指令Vqとを入力として、次の演算により電圧ベクトル長V1を求めて出力する。
【００３２】
【数５】
電圧ベクトル長制限部１９は、電圧ベクトル長演算部１８から出力される電圧ベクトル長Ｖ１と、インバータ入力直流電圧Ｖｄｃを入力として、次の演算により電圧ベクトル長Ｖ１Ｌｉｍを求めて出力する。
【００３４】
最初に最大電圧Ｖ１Ｍａｘを次の演算により求める。
【００３５】
【数６】
（上記式は、１パルスモードでの基本波電圧振幅を表し、０．９は制御余裕のために１０％差し引いた値で設定するための係数である）
（１） 端子電圧Ｖ１がＶ１Ｍａｘよりも小さい時、Ｖ１Ｌｉｍ＝Ｖ１
（２） 端子電圧Ｖ１がＶ１Ｍａｘよりも大きい時、Ｖ１Ｌｉｍ＝Ｖ１Ｍａｘ
端子電圧一定制御部２０は、電圧ベクトル長演算部１８から出力される電圧ベクトル長Ｖ１と、電圧ベクトル長制限部１９から出力される電圧ベクトル長Ｖ１Ｌｉｍとを入力として、次の演算によりｆ軸電流指令補正値ΔＩｆＲｅｆを求めて出力する。
【００３７】
【数７】
ｄｑ３相変換部２１は、ｄ軸電流制御部１６から出力されるｄ軸電圧指令Ｖｄと、ｑ軸電流制御部１７から出力されるｑ軸電圧指令Ｖｑと、図示しない永久磁石リラクタンスモータに付設されたセンサー等により得られるモータ回転子位相θｒを入力として次の演算によりＵＶＷ３相電圧指令Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを求めて出力する。
【００３９】
【数８】
以上のように構成された本実施形態のモータ制御装置によれば、弱め磁束軸角度設定部１２を、弱め磁束角度最適値Ｑｆｔおよび弱め磁束目標点ＩｄＺをあらかじめ実験的または解析的に求めてメモリテーブルとし、これらをトルク指令ＴｒｑＲｅｆとｆ軸電流指令補正値ΔＩｆＲｅｆとに応じて参照することができるように構成しておくことで、従来のようにトルク指令のみでなく、ｆ軸電流指令補正値によってもＱｆｔ、ＩｄＺを可変とすることが可能となり、ｆ軸電流指令補正値ΔＩｆＲｅｆで表される弱め磁束深さによって曲線的に変化する等トルク曲線をなぞる弱め磁束制御が可能になる。
【００４１】
よって、トルク指令のほかに弱め磁束電流の大きさも考慮に入れて弱め磁束制御のために流す電流の方向を可変設定にすることが可能となり、これにより、いかなるトルクを出力している状態においても、トルク指令に対して追従性の良いトルクを出力しながら、安定かつ有効に弱め磁束制御を行うことが可能となる。
【００４２】
（第２の実施形態）図４に示すように本実施形態のモータ制御装置は、先の実施形態と同様に、主回路として永久磁石によるトルクとリラクタンストルクとの合成トルクを発生する永久磁石リラクタンスモータを駆動するインバータに適用されるものであり、ｄｑ軸電流指令設定部１１と、弱め磁束軸角度設定部１２と、ｆｔ座標変換部１３と、ｆ軸電流指令補正部１４と、ｆｔ逆座標変換部１５と、ｄ軸電流制御部１６と、ｑ軸電流制御部１７と、電圧ベクトル長演算部１８と、電圧ベクトル長制限部１９と、端子電圧一定制御部２０と、ｄｑ３相変換部２１と、第１実電流ｆｔ座標変換部２２と、第２実電流ｆｔ座標変換部２３と、弱め磁束方向切替え判定部２４と、磁束弱め量最大値設定部２５で構成される。
【００４３】
ｆｔ座標変換部１３と、ｆ軸電流指令補正部１４と、ｆｔ逆座標変換部１５と、ｄ軸電流制御部１６と、ｑ軸電流制御部１７と、電圧ベクトル長演算部１８と、電圧ベクトル長制限部１９と、ｄｑ３相変換部２１とは、第１の実施形態と同一の動作である。
【００４４】
ｄｑ軸電流指令設定部１１は、トルク指令TorqRefと、磁束弱め量最大値設定部２５から出力される磁束弱め量最大値ΔＩｆＲｅｆＭａｘと、弱め磁束方向切替え判定部２４から出力される弱め磁束方向切替フラグＦＬＧ＿ＭａｘＱと、弱め磁束軸角度設定部１２から出力される第１の弱め磁束目標点ＩｄＺ１とおよび第１の弱め磁束角度ＱｆｔＳを入力として、ＦＬＧ＿ＭａｘＱの値に応じて、次の設定演算によりｄｑ軸電流指令ＩｄＲｅｆ、ＩｑＲｅｆを求めて出力する。
【００４５】
（１） ＦＬＧ＿ＭａｘＱ＝０の時
第１の実施形態と同様に、トルク指令に応じてそのトルクを出力するのに最も適したｄ軸電流指令ＩｄＲｅｆ、ｑ軸電流指令ＩｑＲｅｆを求めて出力する。ＩｄＲｅｆ、ＩｑＲｅｆの演算方法は第１の実施形態と同一である。
【００４６】
（２） ＦＬＧ＿ＭａｘＱ＝１の時
ＦＬＧ＿ＭａｘＱ＝０時のｄｑ軸電流指令をＩｄＲｅｆＳ、ＩｑＲｅｆＳとしてまず求める。これに対して、ΔＩｆＲｅｆＭａｘとＩｄＺ１とＱｆｔＳとを用いて、あらたなｄｑ軸電流指令を次の演算により求めて出力する。
【００４７】
まずｆｔ軸電流指令ＩｆＲｅｆ、ＩｔＲｅｆを求める。
【００４８】
【数９】
【００４９】
【数１０】
以上の演算により、第１の弱め磁束方向線と第２の弱め磁束方向線との交点の座標を新たなｄｑ軸電流指令として求めたことになる。
【００５１】
弱め磁束軸角度設定部１２においては、トルク指令ＴｒｑＲｅｆと、端子電圧一定制御部２０から出力されるｆ軸電流補正値ΔＩｆＲｅｆと、弱め磁束方向切替判定部から出力される弱め磁束方向切替フラグＦＬＧ＿ＭａｘＱを入力として、第１の弱め磁束角度ＱｆｔＳ、第２の弱め磁束角度ＱｆｔＱ及び第３の弱め磁束角度Ｑｆｔと、第１の弱め磁束目標点ＩｄＺ１、第２の弱め磁束目標点ＩｄＺ０及び第３の弱め磁束目標点ＩｄＺを、ＦＬＧ＿ＭａｘＱの条件に応じて求めて出力する。
【００５２】
（１） ＱｆｔＳおよびＩｄＺ１は、第１の実施形態における弱め磁束角度Ｑｆｔ、ＩｄＺとそれぞれ同様に求める。
【００５３】
（２） ＱｆｔＱおよびＩｄＺ０は、請求項記載の第２の弱め磁束方向を定義する値に設定する。
【００５４】
第２の弱め磁束方向としては、たとえば、図５に示すように等電圧楕円の中心を目標点として、等電圧楕円上で最大トルクが得られる点を直線近似した方向に設定する。
【００５５】
第１の弱め磁束方向線に沿って弱め磁束制御すると、第１に実施形態に記述した通りほぼトルク指令に追従した等トルク特性を維持しながらモータ端子電圧を低減する弱め磁束制御を行うことが出来るが、上記のように設定した第２の弱め磁束方向線との交点を過ぎてさらに第１の弱め磁束方向線に沿った弱め磁束制御を行うと、モータ端子電圧は反対に上昇してしまい、有効な弱め磁束制御が出来なくなって、制御不能状態に陥ってしまうので、次のようにする。
【００５６】
（３） ＱｆｔおよびＩｄＺについては、ＦＬＧ＿ＭａｘＱの状態に応じて、次のように設定出力する。
【００５７】
・ ＦＬＧ＿ＭａｘＱ＝１の時、Ｑｆｔ＝ＱｆｔＱ、ＩｄＺ＝ＩｄＺ０
・ ＦＬＧ＿ＭａｘＱ＝０の時、Ｑｆｔ＝ＱｆｔＳ、ＩｄＺ＝ＩｄＺ１
端子電圧一定制御部２０は、電圧ベクトル長演算部１８から出力される電圧ベクトル長Ｖ１と、電圧ベクトル長制限部１９から出力される電圧ベクトル長Ｖ１Ｌｉｍと、磁束弱め量最大値設定部２５から出力される磁束弱め量最大値ΔＩｆＲｅｆＭａｘと、弱め磁束方向切替判定部２４から出力される弱め磁束方向切替フラグＦＬＧ＿ＭａｘＱとを入力として、次の演算により電流指令補正値ΔＩ１Ｒｅｆを求めて出力する。
【００５８】
（１） ＦＬＧ＿ＭａｘＱ＝０の時、
【数１１】
（２） ＦＬＧ＿ＭａｘＱ＝１の時、
【数１２】
第１実電流ｆｔ座標変換部２２においては、主回路側から得られるｄｑ軸電流フィードバック値Ｉｄ、Ｉｑと、弱め磁束軸角度設定部１２から出力される第１の弱め磁束角度ＱｆｔＳおよび第１の弱め磁束目標点ＩｄＺ１を入力として、次の演算により第１のｔ軸電流ＩｔＳを求めて出力する。
【００６１】
【数１３】
第２実電流ｆｔ座標変換部２３においては、主回路側から得られるｄｑ軸電流フィードバック値Ｉｄ、Ｉｑと、弱め磁束軸角度設定部１２から出力される第２の弱め磁束角度ＱｆｔＱおよび第２の弱め磁束目標点ＩｄＺ０を入力として、次の演算により第２のｔ軸電流ＩｔＱを求めて出力する。
【００６３】
【数１４】
弱め磁束方向切替判定部２４においては、第１実電流ｆｔ座標変換部２２から出力される第１のｔ軸電流ＩｔＳと、第２実電流ｆｔ座標変換部２３から出力される第２のｔ軸電流ＩｔＱとを入力として、次の条件分岐により弱め磁束方向切替フラグＦＬＧ＿ＭａｘＱを求めて出力する。
【００６５】
（１） ＩｔＳ＞０の時、ＦＬＧ＿ＭａｘＱ＝０
（２） ＩｔＳ＜０の時、
・ＩｔＱ＞０であれば、ＦＬＧ＿ＭａｘＱ＝１
・ＩｔＱ＜０の時は、ＦＬＧ＿ＭａｘＱは変更しない
（前回値を保持）
ＦＬＧ＿ＭａｘＱ＝０は、第１の弱め磁束方向線に沿って弱め磁束制御するモードであることを示し、ＦＬＧ＿ＭａｘＱ＝１は、第２の弱め磁束方向線に沿って弱め磁束制御するモードであることを示す。
【００６６】
上記のような条件分岐を行えば、ＦＬＧ＿ＭａｘＱ＝０時、第１の弱め磁束方向線に沿って弱め磁束制御を行っていて、これ以上その方向に弱め磁束制御を行うことができない点（ＩｄＲｅｆＱ，ＩｑＲｅｆＱ）を越えると、ＩｔＱが正となって、ＦＬＧ＿ＭａｘＱが１になる。その結果、弱め磁束方向は第２の弱め磁束方向となり、安定に弱め磁束制御が継続できる。
【００６７】
ＦＬＧ＿ＭａｘＱ＝１時、第２の弱め磁束方向線に沿って弱め磁束制御を行っている状態において、弱め磁束制御が不要になって第１の弱め磁束方向線と交差する点をまたぐ場合も同様にモード切り替えを行うことが出来る。
【００６８】
磁束弱め量最大値設定部２５においては、トルク指令ＴｒｑＲｅｆを入力として、ｄｑ軸電流指令設定部１１で設定されるｄｑ軸電流指令（ＩｄＲｅｆＳ，ＩｑＲｅｆＳ）と、（ＩｄＲｅｆＱ、ＩｑＲｅｆＱ）とのベクトル長に相当する電流値をあらかじめ求めて、メモリテーブル参照などの方法により出力する。
【００６９】
以上のように構成された本実施形態のモータ制御装置によれば、等トルク特性を維持しながら弱め磁束制御を行うことの出来る運転条件では、等トルク特性を維持し、それ以上等トルク特性を維持しながら弱め磁束制御を行うことのできない運転状態においては、制御異常を起こすことなしに安定な弱め磁束制御を行うことが出来る。
【００７０】
（第３の実施形態）
図６に示すように本実施形態のモータ制御装置は、先の実施形態と同様に、主回路として永久磁石によるトルクとリラクタンストルクとの合成トルクを発生する永久磁石リラクタンスモータを駆動するインバータに適用されるものであり、ｄｑ軸電流指令設定部１１と、弱め磁束軸角度設定部１２と、ｆｔ座標変換部１３と、ｆ軸電流指令補正部１４と、ｆｔ逆座標変換部１５と、ｄ軸電流制御部１６と、ｑ軸電流制御部１７と、電圧ベクトル長演算部１８と、電圧ベクトル長制限部１９と、端子電圧一定制御部２０と、ｄｑ３相変換部２１と、第１電流指令ｆｔ座標変換部４１と、第２電流指令ｆｔ座標変換部４２と、弱め磁束方向切替え判定部２４と、磁束弱め量最大値設定部２５で構成される。
【００７１】
ｄｑ軸電流指令設定部１１と、弱め磁束軸角度設定部１２と、ｆｔ座標変換部１３と、ｆ軸電流指令補正部１４と、ｆｔ逆座標変換部１５と、ｄ軸電流制御部１６と、ｑ軸電流制御部１７と、電圧ベクトル長演算部１８と、電圧ベクトル長制限部１９と、端子電圧一定制御部２０と、ｄｑ３相変換部２１と、弱め磁束方向切替え判定部２４と、磁束弱め量最大値設定部２５の動作は、第２の実施形態と同一である。
【００７２】
第１電流指令ｆｔ座標変換部４１においては、ｆｔ逆座標変換部１５から出力されるｄｑ軸電流指令値ＩｄＲｅｆ’、ＩｑＲｅｆ’と、弱め磁束軸角度設定部１２から出力される第１の弱め磁束角度ＱｆｔＳおよび第１の弱め磁束目標点ＩｄＺ１を入力として、次の演算により第１のｔ軸電流ＩｔＳを求めて出力する。
【００７３】
【数１５】
第２電流指令ｆｔ座標変換部４２においては、ｆｔ逆座標変換部１５から出力されるｄｑ軸電流指令値ＩｄＲｅｆ’、ＩｑＲｅｆ’と、弱め磁束軸角度設定部１２から出力される第２の弱め磁束角度ＱｆｔＱおよび第２の弱め磁束目標点ＩｄＺ０を入力として、次の演算により第２のｔ軸電流ＩｔＱを求めて出力する。
【００７５】
【数１６】
以上の構成のモータ制御装置を用いれば、第２の実施形態と同様に、等トルク特性を維持しながら弱め磁束制御を行うことの出来る運転条件では、等トルク特性を維持し、それ以上等トルク特性を維持しながら弱め磁束制御を行うことのできない運転状態においては、制御異常を起こすことなしに安定な弱め磁束制御を行うことが出来る。
【００７７】
特に、制御モードの切替において、電流制御特性や、電流リプルなどの外乱に影響されずに確実な切替を行うことが出来る。
【００７８】
（第４の実施形態）
図７に示すように本実施形態のモータ制御装置は、先の実施形態と同様に、主回路として永久磁石によるトルクとリラクタンストルクとの合成トルクを発生する永久磁石リラクタンスモータを駆動するインバータに適用されるものであり、ｄｑ軸電流指令設定部１１と、弱め磁束軸角度設定部１２と、ｆｔ座標変換部１３と、ｆ軸電流指令補正部１４と、ｆｔ逆座標変換部１５と、ｄ軸電流制御部１６と、ｑ軸電流制御部１７と、電圧ベクトル長演算部１８と、電圧ベクトル長制限部１９と、端子電圧一定制御部２０と、ｄｑ３相変換部２１と、弱め磁束方向切替え判定部２４と、磁束弱め量最大値設定部２５で構成される。
【００７９】
ｄｑ軸電流指令設定部１１と、弱め磁束軸角度設定部１２と、ｆｔ座標変換部１３と、ｆ軸電流指令補正部１４と、ｆｔ逆座標変換部１５と、ｄ軸電流制御部１６と、ｑ軸電流制御部１７と、電圧ベクトル長演算部１８と、電圧ベクトル長制限部１９と、端子電圧一定制御部２０と、ｄｑ３相変換部２１と、磁束弱め量最大値設定部２５の動作は、第２の実施形態と同一である。
【００８０】
弱め磁束方向切替え判定部２４においては、端子電圧一定制御部２０から出力されるｆ軸電流補正値ΔＩｆＲｅｆと、磁束弱め量最大値設定部２５から出力される磁束弱め量最大値ΔＩｆＲｅｆＭａｘとの入力として、次の条件判別により、弱め磁束方向切替フラグＦＬＧ＿ＭａｘＱを求めて出力する。
【００８１】
（１） ΔＩｆＲｅｆ＞ΔＩｆＲｅｆＭａｘの時、ＦＬＧ＿ＭａｘＱ＝１
（２） ΔＩｆＲｅｆ＜ΔＩｆＲｅｆＭａｘの時、ＦＬＧ＿ＭａｘＱ＝０
以上の構成のモータ制御装置を用いれば、第２の実施形態と同様に、等トルク特性を維持しながら弱め磁束制御を行うことの出来る運転条件では、等トルク特性を維持し、それ以上等トルク特性を維持しながら弱め磁束制御を行うことのできない運転状態においては、制御異常を起こすことなしに安定な弱め磁束制御を行うことが出来る。
【００８２】
（第５の実施形態）
図８〜図９に示すように本実施形態のモータ制御装置は、先の実施形態と同様に、主回路として永久磁石によるトルクとリラクタンストルクとの合成トルクを発生する永久磁石リラクタンスモータを駆動するインバータに適用されるものであり、ｄｑ軸電流指令設定部１１と、弱め磁束軸角度設定部１２と、ｆｔ座標変換部１３と、実電流ｆｔ座標変換部５１と、弱め深さ演算部５２と、ｔ軸電流制御部５３と、１パルス波形演算部５４とで構成される。
【００８３】
ｄｑ軸電流指令設定部１１と、ｆｔ座標変換部１３との動作は第１の実施形態と同一である。
【００８４】
弱め磁束軸角度設定部１２においては、トルク指令ＴｒｑＲｅｆと弱め深さ演算部５２から出力される弱め深さΔＩｆを入力として、入力されたトルク指令ＴｒｑＲｅｆに対応する等トルク線上を弱め磁束制御出来るように、あらかじめ実験的または解析的に求めておいた弱め磁束角度最適値Ｑｆｔ及び弱め磁束目標点ＩｄＺを、トルク指令ＴｒｑＲｅｆと弱め深さΔＩｆに応じてメモリテーブル参照などの方式により求めて出力する。
【００８５】
ＩｄＺとＱｆｔの物理的意味は、図９に示すとおりである。すなわち、弱め磁束方向を示す直線の、ｄ軸に対する角度がＱｆｔ、ｄ軸との交点が（−ＩｄＺ、０）で示される座標である。
【００８６】
トルク指令のみでなく、弱め深さΔＩｆによってもＱｆｔ、ＩｄＺを可変とすることにより、曲線的に変化する等トルク曲線をなぞる弱め磁束制御が可能になる。
【００８７】
弱め深さ演算部５２においては、ｆｔ座標変換部１３から出力されるｆ軸電流指令ＩｆＲｅｆと、実電流ｆｔ座標変換部５１から出力されるｆ軸電流Ｉｆを入力として、次の演算により弱め深さΔＩｆを求めて出力する。
【００８８】
ΔＩｆ＝ＩｆＲｅｆ−Ｉｆ
ｔ軸電流制御部５３は、ｆｔ座標変換部１３から出力されるｔ軸電流指令ＩｔＲｅｆと、実電流ｆｔ座標変換部５１から出力されるｔ軸電流Ｉｔを入力として、次の演算により電圧位相角δＶを求めて出力する。
【００８９】
δＶ＝Ｇ（ｓ）×（ＩｔＲｅｆ−Ｉｔ）
（ｓは微分演算子、Ｇ（ｓ）は制御ゲイン、比例積分制御が考えられる）
１パルス波形演算部５４は、ｔ軸電流制御部５３から出力される電圧位相角δＶと、モータ回転子位相θｒと、インバータ入力直流電圧Ｖｄｃを入力として次の演算により、３相１パルス波形Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを求めて出力する。
【００９０】
まず、３相電圧正弦波Ｖｕ０、Ｖｖ０、Ｖｗ０を次の式により求める。
【００９１】
【数１７】
【００９２】
Ｖｕ０＞０の時にＶｕ＝＋Ｖｄｃ／２、Ｖｕ０＜０の時にＶｕ＝−Ｖｄｃ／２
Ｖｖ０＞０の時にＶｖ＝＋Ｖｄｃ／２、Ｖｖ０＜０の時にＶｖ＝−Ｖｄｃ／２
Ｖｗ０＞０の時にＶｗ＝＋Ｖｄｃ／２、Ｖｗ０＜０の時にＶｗ＝−Ｖｄｃ／２
以上の構成のモータ制御装置により、第１の実施形態と同様にいかなるトルクを出力している状態においても、トルク指令に対して追従性の良いトルクを出力しながら弱め磁束制御を行うことが可能となり、さらに１パルス波形を適用することでインバータ電圧利用率が向上し、装置の低コスト化、高効率化を図ることが可能になる。
【００９３】
（第６の実施形態）
図１０に示すように本実施形態のモータ制御装置は、先の実施形態と同様に、主回路として永久磁石によるトルクとリラクタンストルクとの合成トルクを発生する永久磁石リラクタンスモータを駆動するインバータに適用されるものであり、ｄｑ軸電流指令設定部１１と、弱め磁束軸角度設定部１２と、ｆｔ座標変換部１３と、第１実電流ｆｔ座標変換部２２と、第２実電流ｆｔ座標変換部２３と、弱め磁束方向切替え判定部２４と、弱め深さ演算部５２と、ｔ軸電流制御部５３と、１パルス波形演算部５４とで構成される。
【００９４】
ｄｑ軸電流指令設定部１１と、ｆｔ座標変換部１３と、弱め深さ演算部５２と、１パルス波形演算部５４の動作は第５の実施形態と同一である。
【００９５】
第１実電流ｆｔ座標変換部２２と、第２実電流ｆｔ座標変換部２３と、弱め磁束方向切替判定部２４の動作は第２の実施形態と同一である。
【００９６】
弱め磁束軸角度設定部１２においては、トルク指令ＴｒｑＲｅｆと、弱め深さ演算部５２から出力される弱め深さΔＩｆと、弱め磁束方向切替判定部から出力される弱め磁束方向切替フラグＦＬＧ＿ＭａｘＱを入力として、第１の弱め磁束角度ＱｆｔＳ、第２の弱め磁束角度ＱｆｔＱ及び第３の弱め磁束角度Ｑｆｔと、第１の弱め磁束目標点ＩｄＺ１、第２の弱め磁束目標点ＩｄＺ０及び第３の弱め磁束目標点ＩｄＺを、ＦＬＧ＿ＭａｘＱの条件に応じて求めて出力する。
【００９７】
第２の実施形態における弱め磁束軸角度設定部１２との違いは、第２の実施形態における入力ΔＩｆＲｅｆの代わりにΔＩｆを入力として各演算を行うようにした点である。
【００９８】
（１） ＱｆｔＳおよびＩｄＺ１は、第５の実施形態における弱め磁束角度Ｑｆｔ、ＩｄＺとそれぞれ同一である。
【００９９】
（２） ＱｆｔＱおよびＩｄＺ０は、請求項記載の第２の弱め磁束方向を定義する値に設定する。
【０１００】
第２の弱め磁束方向としては、第２の実施形態と同様、例えば図５に示すように等電圧楕円の中心を目標点として、等電圧楕円上で最大トルクが得られる点を直線近似した方向に設定する。
【０１０１】
第１の弱め磁束方向線に沿って弱め磁束制御すると、第１に実施形態に記述した通りほぼトルク指令に追従した等トルク特性を維持しながらモータ端子電圧を低減する弱め磁束制御を行うことが出来るが、上記のように設定した第２の弱め磁束方向線との交点を過ぎてさらに第１の弱め磁束方向線に沿った弱め磁束制御を行うと、モータ端子電圧は反対に上昇してしまい、有効な弱め磁束制御が出来なくなって、制御不能状態に陥ってしまう。
【０１０２】
（３） ＱｆｔおよびＩｄＺについては、ＦＬＧ＿ＭａｘＱの状態に応じて、次のように設定出力する。
【０１０３】
・ＦＬＧ＿ＭａｘＱ＝１の時、Ｑｆｔ＝ＱｆｔＱ、ＩｄＺ＝ＩｄＺ０
・ＦＬＧ＿ＭａｘＱ＝０の時、Ｑｆｔ＝ＱｆｔＳ、ＩｄＺ＝ＩｄＺ１
ｔ軸電流制御部５３においては、ｆｔ座標変換部１３から出力されるｔ軸電流指令ＩｔＲｅｆと、実電流ｆｔ座標変換部２２から出力される第１のｔ軸電流ＩｔＳと、実電流ｆｔ座標変換部２３から出力される第２のｔ軸電流ＩｔＱと、弱め磁束方向切替え判定部２４から出力される弱め磁束方向切替フラグＦＬＧ＿ＭａｘＱとを入力として、次の演算により電圧位相角δＶを求めて出力する。
【０１０４】
（１） ＦＬＧ＿ＭａｘＱ＝１の時、δＶ＝Ｇ（ｓ）×（ＩｔＲｅｆ―ＩｔＱ）
（２） ＦＬＧ＿ＭａｘＱ＝０の時、δＶ＝Ｇ（ｓ）×（ＩｔＲｅｆ−ＩｔＳ）
（ｓは微分演算子、Ｇ（ｓ）は制御ゲイン、比例積分制御が考えられる）
以上の構成のモータ制御装置を用いれば、等トルク特性を維持しながら弱め磁束制御を行うことの出来る運転条件では、等トルク特性を維持し、それ以上等トルク特性を維持しながら弱め磁束制御を行うことのできない運転状態においては、制御異常を起こすことなしに安定な弱め磁束制御を行うことが出来る。
【０１０５】
さらに、１パルス波形を適用することによりインバータ電圧利用率が向上し、装置の低コスト化、高効率化も合わせて実現することが可能になる。
【０１０６】
（第７の実施形態）
図１１に示すように本実施形態のモータ制御装置は、先の実施形態と同様に、主回路として永久磁石によるトルクとリラクタンストルクとの合成トルクを発生する永久磁石リラクタンスモータを駆動するインバータに適用されるものであり、ｄｑ軸電流指令設定部１１と、弱め磁束軸角度設定部１２と、ｆｔ座標変換部１３と、第１実電流ｆｔ座標変換部２２と、第２実電流ｆｔ座標変換部２３と、弱め磁束方向切替え判定部２４と、弱め深さ演算部５２と、ｔ軸電流制御部５３と、１パルス波形演算部５４とで構成される。
【０１０７】
弱め磁束方向切替え判定部２４以外の構成要素の動作は、第６の実施形態と同一である。
【０１０８】
弱め磁束方向切替え判定部２４の動作は、ＩｆＳに基づきＦＬＧ＿ＭａｘＱを求める点以外は、第３の実施形態における弱め磁束方向切替え演算部２４の動作と同様である。
【０１０９】
以上の構成のモータ制御装置を用いれば、第６の実施形態と同様に、等トルク特性を維持しながら弱め磁束制御を行うことの出来る運転条件では、等トルク特性を維持し、それ以上等トルク特性を維持しながら弱め磁束制御を行うことのできない運転状態においては、制御異常を起こすことなしに安定な弱め磁束制御を行うことが出来る。
【０１１０】
さらに、１パルス波形を適用することによりインバータ電圧利用率が向上し、装置の低コスト化、高効率化も合わせて実現することが可能になる。
【０１１１】
尚、上述した各実施形態において、モータ制御装置が適用されるインバータにより駆動されるモータは、永久磁石によるトルクとリラクタンストルクとの合成トルクを発生する永久磁石リラクタンスモータにであった。しかし、本発明のモータ制御装置は、永久磁石リラクタンスモータ限らず、永久磁石モータやリラクタンスモータ等の弱め磁束制御にも適用できる。
【０１１２】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、トルク指令のほかに、弱め磁束電流の大きさも考慮に入れて弱め磁束制御のために流す電流の方向を可変設定にすることによりいかなるトルクを出力している状態においても、トルク指令に対して追従性の良いトルクを出力しながら、安定かつ有効に弱め磁束制御を可能にするモータ制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るモータ制御装置の機能ブロック図。
【図２】ｄｑ軸電流指令設定部の設定値を説明する図。
【図３】弱め磁束軸角度設定部の設定値の物理意味を説明する図。
【図４】第２の実施形態に係るモータ制御装置の機能ブロック図。
【図５】第２の実施形態における第２の弱め磁束方向の設定を説明する図。
【図６】第３の実施形態に係るモータ制御装置の構成を説明する機能ブロック図。
【図７】第４の実施形態に係るモータ制御装置の構成を説明する機能ブロック図。
【図８】第５の実施形態に係るモータ制御装置の構成を説明する機能ブロック図。
【図９】第５の実施形態における弱め深さを説明する図。
【図１０】第６の実施形態に係るモータ制御装置の構成を説明する機能ブロック図。
【図１１】第７の実施形態に係るモータ制御装置の構成を説明する機能ブロック図。
【符号の説明】
１１…ｄｑ軸電流指令設定部
１２…弱め磁束軸角度設定部
１３…ｆｔ座標変換部
１４…ｆ軸電流指令補正部
１５…ｆｔ逆座標変換部
１６…ｄ軸電流制御部
１７…ｑ軸電流制御部
１８…電圧ベクトル長演算部
１９…電圧ベクトル長制限部
２０…端子電圧一定制御部
２１…ｄｑ３相変換部
Claims (5)
- 永久磁石によるトルクとリラクタンストルクとの合成トルクを発生する永久磁石リラクタンスモータの制御装置であって、
前記永久磁石リラクタンスモータのモータ端子電圧がインバータ出力最大電圧を越えないように電流指令値を補正するための弱め磁束電流を演算する弱め磁束電流演算手段と、
トルク指令及び前記弱め磁束電流演算手段により演算された前記弱め磁束電流に基づいて、前記弱め磁束電流の電流ベクトルの回転子永久磁石磁束方向に対する角度である弱め磁束角度及び前記弱め磁束電流の電流ベクトルの到達目標点である弱め磁束目標点を決定する弱め磁束角度決定手段と、
前記トルク指令及び前記弱め磁束角度設定手段により決定された前記弱め磁束角度及び前記弱め磁束目標点に基づいて、前記永久磁石リラクタンスモータを制御する制御手段と
を備えたことを特徴とするモータ制御装置。 - 永久磁石によるトルクとリラクタンストルクとの合成トルクを発生する永久磁石リラクタンスモータの制御装置であって、
前記永久磁石リラクタンスモータのモータ端子電圧がインバータ出力最大電圧を越えないように電流指令値を補正するための弱め磁束電流を演算する弱め磁束電流演算手段と、
トルク指令及び前記弱め磁束電流演算手段により演算された前記弱め磁束電流に基づいて、前記弱め磁束電流の電流ベクトルの回転子永久磁石磁束方向に対する角度である弱め磁束角度及び前記弱め磁束電流の電流ベクトルの到達目標点である弱め磁束目標点を決定する弱め磁束角度決定手段と、
前記トルク指令に基づいて、ｄｑ軸座標上のｄ軸電流指令及びｑ軸電流指令を演算するｄｑ軸電流指令演算手段と、
前記弱め磁束角度決定手段により決定された前記弱め磁束角度及び前記弱め磁束目標点に基づいて、前記ｄｑ軸電流指令演算手段により演算された前記ｄ軸電流指令及び前記ｑ軸電流指令を、前記弱め磁束角度及び前記弱め磁束目標点により定まる弱め磁束方向であるｆ軸及び前記弱め磁束方向に対して垂直方向であるｔ軸によるｆｔ座標上のｆ軸電流指令及びｔ軸電流指令に変換するｆｔ座標変換手段と、
前記弱め磁束電流演算手段により演算された前記弱め磁束電流に基づいて、前記ｆｔ座標変換手段により変換された前記ｆ軸電流指令を補正するｆ軸電流指令補正手段と、
前記弱め磁束角度決定手段により決定された前記弱め磁束角度及び前記弱め磁束目標点に基づいて、前記ｆ軸電流指令補正手段により補正された前記ｆ軸電流指令及び前記ｆｔ座標変換手段により変換された前記ｔ軸電流指令を、ｄｑ座標軸上のｄ軸電流指令及びｑ軸電流指令に変換するｆｔ逆座標変換手段と、
前記永久磁石リラクタンスモータに流れる実電流を検出する実電流検出手段と、
前記実電流検出手段により検出された前記実電流及び前記ｆｔ逆座標変換手段により変換された前記ｄ軸電流指令及び前記ｑ軸電流指令に基づいて、前記永久磁石リラクタンスモータを制御する制御手段と
を備えたことを特徴とするモータ制御装置。 - 前記弱め磁束角度決定手段により決定された前記弱め磁束角度及び前記弱め磁束目標点で定まる方向を第一の弱め磁束方向とし、前記第一の弱め磁束方向以外に、前記モータ端子電圧がｄｑ軸電流座標上に構成する等電圧楕円の中心方向を通り、予め設定された角度を前記回転子永久磁石磁束方向からずれた第二の弱め磁束方向を設定する第二の弱め磁束角度設定手段と、
前記実電流検出手段により検出された前記実電流の前記第一の弱め磁束方向に対する垂直成分である第一のｔ軸実電流を演算する第一の実電流ｔ座標演算手段と、
前記実電流検出手段により検出された前記実電流の前記第二の弱め磁束角度設定手段により設定された前記第二の弱め磁束方向に対する垂直成分である第二のｔ軸実電流を演算する第二の実電流ｔ座標演算手段と、
前記第一の実電流ｔ座標演算手段により演算された前記第一のｔ軸実電流及び前記第二の実電流ｔ座標演算手段により演算された前記第二のｔ軸実電流に基づいて、前記モータ端子電圧がインバータ出力最大電圧を越えないように制御するため磁束方向を、前記第一の弱め磁束方向又は前記第二の弱め磁束方向のいずれか１つに切替える判定をする弱め磁束方向切替え判定手段と
を備えたことを特徴とする請求項２に記載のモータ制御装置。 - 前記弱め磁束角度決定手段により決定された前記弱め磁束角度及び前記弱め磁束目標点で定まる方向を第一の弱め磁束方向とし、前記第一の弱め磁束方向以外に、前記モータ端子電圧がｄｑ軸電流座標上に構成する等電圧楕円の中心方向を通り、予め設定された角度を前記回転子永久磁石磁束方向からずれた第二の弱め磁束方向を設定する第二の弱め磁束角度設定手段と、
前記第二の弱め磁束角度決定手段により決定された前記第二の弱め磁束方向に基づいて、前記ｄｑ軸電流指令演算手段により演算された前記ｄ軸電流指令及び前記ｑ軸電流指令を、前記第二の弱め磁束方向に対して垂直方向であるｔ軸及び前記第二の弱め磁束方向であるｆ軸によるｆｔ座標上の第二のｆ軸電流指令及び第二のｔ軸電流指令に変換する第二のｆｔ座標変換手段と、
前記ｆｔ座標変換手段により変換されたｔ軸電流指令及び前記第二のｆｔ座標変換手段により変換された前記第二のｔ軸電流指令に基づいて、前記モータ端子電圧がインバータ出力最大電圧を越えないように制御するため磁束方向を、前記第一の弱め磁束方向又は前記第二の弱め磁束方向のいずれか１つに切替える判定をする弱め磁束方向切替え判定手段と
を備えたことを特徴とする請求項２に記載のモータ制御装置。 - 前記弱め磁束角度決定手段により決定された前記弱め磁束角度及び前記弱め磁束目標点で定まる方向を第一の弱め磁束方向とし、前記第一の弱め磁束方向以外に、前記モータ端子電圧がｄｑ軸電流座標上に構成する等電圧楕円の中心方向を通り、予め設定された角度を前記回転子永久磁石磁束方向からずれた第二の弱め磁束方向を設定する第二の弱め磁束角度設定手段と、
前記弱め磁束電流演算手段により演算された前記弱め磁束電流が予め設定された一定値以上になった場合、前記モータ端子電圧がインバータ出力最大電圧を越えないように制御するため磁束方向を、前記第一の弱め磁束方向又は前記第二の弱め磁束方向のいずれか１つに切替える判定をする弱め磁束方向切替え判定手段と
を備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のモータ制御装置。
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