JP4724078B2 - 電動機の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、本発明は、永久磁石界磁型の回転電動機の界磁制御を、同心円状に配置された二つのロータ間の位相差を変更することによって行う電動機の制御装置に関する。

従来より、永久磁石界磁型の回転電動機の回転軸の周囲に同心円状に設けた第１ロータ及び第２ロータを備えて、回転速度に応じて第１ロータと第２ロータの位相差を変更することにより、誘起電圧定数を変更して界磁制御を行うようにした電動機が知られている（例えば、特許文献１参照）。

かかる従来の電動機においては、第１ロータと第２ロータが、遠心力の作用により径方向に沿って変位する部材を介して接続されている。また、電動機が停止状態にあるときに、第１ロータに配置された永久磁石の磁極と第２ロータに配置された永久磁石の磁極の向きが同一となって界磁の磁束が最大（電動機の誘起電圧定数が最大）となり、電動機の回転速度が高くなるに従って遠心力により第１ロータと第２ロータの位相差が拡大して、界磁の磁束が減少（電動機の誘起電圧定数が減少）するように構成されている。

ここで、図１１は縦軸を出力トルクＴrとし横軸を回転数Ｎとして、電動機の界磁弱めが必要となる領域を示したものであり、図中ｕは電動機の直交ライン（界磁弱め制御を行わずに電動機を作動させたときに、回転数と出力トルクの組合わせにより電動機の相電圧が電源電圧と等しくなる点を結んだもの）である。図中Ｘは界磁弱めが不要な領域であり、Ｙは界磁弱めが必要な領域である。

図１１に示したように、界磁弱めが必要となる領域Ｙは電動機の回転数Ｎと出力トルクＴrにより決定されるため、従来の回転数のみによる界磁弱め制御では、電動機の誘起電圧定数の変更が、必要な界磁弱めの制御量に対して過大又は過小なものになるという不都合があった。
特開２００２−２０４５４１号公報

上述した第１ロータと第２ロータを有する２重ロータ型の電動機に対して、アクチュエータにより第１ロータと第２ロータ間の位相差を可変する構成とすることで、電動機の回転数の変化に依らずに作動条件に応じて電動機の界磁の磁束を変更することができる。そして、これにより、電動機の制御範囲を拡大することができる。しかし、アクチュエータにより第１ロータと第２ロータとの位相差を変更する際には、ある程度の時間を要する。そのため、電動機の回転数の急変や電動機に要求されるトルクの急変等、電動機の作動条件が急激に変化したときには、該位相差の変更に要する時間により電動機の作動条件の変化への対応に遅れが生じて電動機の制御性が悪化する場合がある。

そこで、本発明は、第１ロータと第２ロータとを有する２重ロータ型の電動機の作動条件が急激に変化したときに、該電動機の制御性が悪化することを防止した電動機の制御装置を提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するためになされたものであり、永久磁石による界磁を複数個有する第１ロータ及び第２ロータを、回転軸の周囲に同心円状に配置した永久磁石界磁型の回転電動機の作動を、該第１ロータと該第２ロータとの位相差であるロータ位相差の変更による界磁制御を行って制御する電動機の制御装置に関する。

そして、本発明の第１の態様は、直流電源と、該直流電源から供給される直流電力から前記電動機の電機子に供給する多相交流電力を生成するインバータ回路と、該直流電源の出力電圧を変更する出力電圧変更手段と、前記ロータ位相差を変更するロータ位相差変更手段と、前記電動機の各相の電機子の端子間電圧のベクトル和である相電圧を把握する相電圧把握手段と、所定のトルク指令と前記電動機のトルクとの差が減少するように、前記多相交流電力を制御する通電制御を実行する通電制御手段と、前記ロータ位相差を変更して、前記直流電源の出力電圧に基いて決定される目標電圧と前記相電圧との差を減少させるロータ位相差変更処理を実行するロータ位相差制御手段と、前記直流電源の出力電圧を変更して、前記目標電圧と前記相電圧との差を減少させる直流電圧変更処理を実行する直流電圧制御手段と、前記多相交流電力を変更して前記電動機の電機子に生じる誘起電圧と逆符号の電圧を生じさせる界磁弱め電流の通電量を変更することにより、前記目標電圧と前記相電圧との差を減少させる界磁弱め電流変更処理を実行する界磁弱め電流制御手段と、前記通電制御の実行時に前記トルク指令の変化率が所定の上限変化率以上となったときには、前記ロータ位相差変更処理を禁止して、前記直流電圧変更処理と前記界磁弱め電流変更処理とのうちの少なくともいずれか一方を許可するトルク指令判定手段とを備えたことを特徴とする。

かかる本発明によれば、前記直流電圧変更処理と前記ロータ位相差変更処理と前記界磁弱め電流変更処理とにより、前記相電圧と前記目標電圧との差を減少させることによって、前記電動機の制御可能範囲を拡大することができると共に、前記電動機を作動させるときの効率を高めることができる。そして、効率の面からは、界磁弱め電流の増加による電動機の損失の増加が生じ得る前記界磁弱め電流変更処理、及び前記出力電圧変更手段における損失電力の増加が生じ得る前記直流電圧変更処理よりも、これらの損失が生じない前記ロータ位相差変更処理の方が有利である。しかし、前記ロータ位相差変更処理による前記ロータ位相差の変更は機械的な処理であるため、ロータ位相差の変更が完了するまでにある程度の時間を要する。そのため、前記トルク指令が急変したときに前記ロータ位相差変更処理によって対応すると、前記目標電圧と前記相電圧との差が拡大して、前記トルク指令に対する前記電動機の応答性が悪化するおそれがある。

そこで、前記トルク指令判定手段は、前記通電制御の実行時に前記トルク指令の変化率が前記上限変化率以上となったときには、前記ロータ位相差変更処理を禁止し、電気的な処理であって応答が速い前記直流電圧変更処理と前記界磁弱め電流変更処理とのうちの少なくともいずれか一方を許可して、前記目標電圧と前記相電圧との差を速やかに減少させる。そして、これにより、前記トルク指令が急激に変化した場合の前記トルク指令に対する前記電動機の応答性を高めて、前記電動機の制御性の悪化を防止することができる。

また、前記トルク指令判定手段は、前記通電制御の実行時に前記トルク指令の変化率が前記上限変化率以上となったときに、前記ロータ位相差変更処理を禁止して前記直流電圧変更処理を許可し、該直流電圧変更処理のみでは前記目標電圧と前記相電圧との差が前記所定値以下とならないときには、さらに前記界磁弱め電流変更処理を許可することを特徴とする。

かかる本発明によれば、前記界磁弱め電流変更処理においては界磁弱め電流の増加により前記電動機の損失が増加する。それに対して、前記直流電圧変更処理においては前記インバータ回路における電力損失が減少するという効果が得られる。そこで、前記トルク指令判定手段は、前記ロータ位相差変更処理を禁止したときに、先ず前記直流電圧変更処理を許可し、該直流電圧変更処理のみでは前記目標電圧と前記相電圧との差が所定値以下とならないときには、さらに前記界磁弱め電流変更処理を許可する。これにより、前記直流電圧変更処理が前記界磁弱め電流変更処理に先行して実行されるため、前記電動機を作動させる際の効率を高めることができる。

また、前記トルク指令判定手段は、前記トルク指令の変化率が前記上限変化率よりも小さいときには、前記直流電圧変更処理及び前記界磁弱め電流変更処理を禁止して前記ロータ位相差変更処理を許可し、前記ロータ位相差変更処理のみでは前記目標電圧と前記相電圧との差が所定値以下とならないときは、前記直流電流変更処理と前記界磁弱め電流変更処理とのうちの少なくともいずれか一方を許可することを特徴とする。

かかる本発明によれば、前記トルク指令判定手段は、前記トルク指令の変化率が前記上限変化率よりも小さく、前記トルク指令の変化に対する応答性の要求が低いときには、前記直流電圧変更処理及び前記界磁電流変更処理を禁止して前記ロータ位相差変更処理を実行する。この場合、前記界磁弱め電流変更制御による前記電動機の損失の増加、及び前記直流電圧変更処理による前記直流電圧変更手段の損失の増加を回避して、前記電動機を作動させる際の効率を高めることができる。

また、本発明の第２の態様は、直流電源と、該直流電源から供給される直流電力から前記電動機の電機子に供給する多相交流電力を生成するインバータ回路と、該直流電源の出力電圧を変更する出力電圧変更手段と、前記ロータ位相差を変更するロータ位相差変更手段と、前記電動機の各相の電機子の端子間電圧のベクトル和である相電圧を把握する相電圧把握手段と、所定の目標トルクと前記電動機のトルクとの差が減少するように、前記多相交流電力を制御する通電制御を実行する通電制御手段と、前記ロータ位相差を変更して、前記直流電源の出力電圧に基いて決定される目標電圧と前記相電圧との差を減少させるロータ位相差変更処理を実行するロータ位相差制御手段と、前記直流電源の出力電圧を変更して、前記目標電圧と前記相電圧との差を減少させる直流電圧変更処理を実行する直流電圧制御手段と、前記多相交流電力を変更して前記電動機の電機子に生じる誘起電圧と逆符号の電圧を生じさせる界磁弱め電流の通電量を変更することにより、前記目標電圧と前記相電圧との差を減少させる界磁弱め電流変更処理を実行する界磁弱め電流制御手段と、前記通電制御の実行時に前記目標電圧と前記相電圧との差が所定の上限電圧以上となったときには、前記ロータ位相差変更処理を禁止して、前記直流電圧変更処理と前記界磁弱め電流変更処理とのうちの少なくともいずれか一方を許可する電圧判定手段とを備えたことを特徴とする。

かかる本発明によれば、前記直流電圧変更処理と前記ロータ位相差変更処理と前記界磁弱め電流変更処理とにより、前記相電圧と前記目標電圧との差を減少させることによって、前記電動機の制御可能範囲を拡大することができると共に、前記電動機を作動させるときの効率を高めることができる。そして、上述したように、効率の面からは、前記界磁弱め電流変更処理及び前記直流電圧変更処理よりも、前記ロータ位相差変更処理の方が有利である。しかし、前記通電制御の実行時に前記目標電圧と前記相電圧との差が前記上限電圧以上に拡大した状況となったときには、前記目標電圧と前記相電圧との差を速やかに減少させて、前記電動機の制御が可能な状態に速やかに復帰させる必要がある。

そこで、前記電圧判定手段は、前記目標電圧と前記相電圧との差が前記上限電圧以上となったときに、応答性の低い前記ロータ位相差変更処理を禁止して、応答性の高い前記直流電圧変更処理と前記界磁弱め電流変更処理とのうちの少なくともいずれか一方を許可する。そして、これにより、前記目標電圧と前記相電圧との差を速やかに減少させて、前記電動機の制御が可能な状態に復帰させ、前記電動機の制御性が悪化することを防止することができる。

また、前記第２の態様において、前記電圧判定手段は、前記通電制御の実行時に前記目標電圧と前記相電圧との差が前記上限電圧以上となったときに、前記ロータ位相差変更処理を禁止して前記直流電圧変更処理を許可し、該直流電圧変更処理のみでは前記目標電圧と前記相電圧との差が前記所定値以下とならないときには、さらに前記界磁弱め電流変更処理を実行することを特徴とする。

かかる本発明によれば、前記界磁弱め電流変更処理を実行するときには、界磁弱め電流の増加により前記電動機の損失が増加する。それに対して、前記直流電圧変更処理を実行するときには、前記出力電圧変更手段における電力損失が減少するという効果が得られる。そこで、前記トルク指令判定手段は、前記ロータ位相差変更処理を禁止したときに、先ず前記直流電圧変更処理を許可し、該直流電圧変更処理を実行しても前記目標電圧と前記相電圧との差が所定値以下とならないときには、さらに前記界磁弱め電流変更処理を許可する。これにより、前記直流電圧変更処理が前記界磁弱め電流変更処理に先行して実行されるため、前記電動機を作動させる際の効率を高めることができる。

また、前記電圧判定手段は、前記目標電圧と前記相電圧との差が前記所定値よりも小さいときには、前記直流電圧変更処理及び前記界磁弱め電流変更処理を禁止して前記ロータ位相差変更処理を許可し、前記ロータ位相差変更処理のみでは前記目標電圧と前記相電圧との差が所定値以下とならないときは、前記直流電流変更処理と前記界磁弱め電流変更処理とのうちの少なくともいずれか一方を許可することを特徴とする。

かかる本発明によれば、前記電圧判定手段は、前記目標電圧と前記相電圧との差が前記上限電圧よりも小さく、該差の減少に対する応答性の要求が低いときには、前記直流電圧変更処理及び前記界磁電流変更処理を禁止して前記ロータ位相差変更処理を実行する。この場合、前記界磁弱め電流変更制御による前記電動機の損失の増加、及び前記直流電圧変更処理による前記直流電圧変更手段の損失の増加を回避して、前記電動機を作動させる際の効率を高めることができる。

本発明の実施の形態について、図１〜図１０を参照して説明する。図１は本発明の電動機の制御装置の全体構成図、図２は図１に示した２重ロータを備えたＤＣブラシレスモータの構成図、図３及び図４は外側ロータと内側ロータの位相差を変更することによる効果の説明図、図５はｄｑ座標系における電圧ベクトル図、図６は誘起電圧定数とｑ軸電機子のインダクタンスからロータ位相差を決定するマップの説明図、図７，図８は電動機の各相の電機子の端子間電圧の合成ベクトルを目標電圧円に近づける処理のフローチャート、図９は界磁弱め及び電源電圧の上昇による効果の説明図、図１０は界磁強め及び電源電圧の低下による効果の説明図である。

図１を参照して、本実施の形態の電動機の制御装置（以下、電動機制御装置という）は、電動機１を界磁方向をｄ軸としてｄ軸と直交する方向をｑ軸とした２相直流の回転座標系による等価回路に変換して扱い、外部から与えられるトルク指令Ｔr_cに応じたトルクが出力されるように、電動機１の通電制御を行うものである。

電動機１は、永久磁石型の複数の界磁を有する内側ロータ１１と外側ロータ１２を有し、アクチュエータ２５により、内側ロータ１１と外側ロータ１２間の位相差を変更することで、電動機１の誘起電圧定数を変更することができる。ここで、図２〜図４を参照して、電動機１の構成について説明する。

図２に示したように、電動機１は、永久磁石１１ａ，１１ｂの界磁が周方向に沿って等間隔に配置された内側ロータ１１と、永久磁石１２ａ，１２ｂの界磁が周方向に沿って等間隔に配置された外側ロータ１２と、内側ロータ１１及び外側ロータ１３に対する回転磁界を発生させるための電機子１０ａを有するステータ１０とを備えたＤＣブラシレスモータである。なお、内側ロータ１１と外側ロータ１２のうちの一方が本発明の第１ロータに相当し、他方が本発明の第２ロータに相当する。

内側ロータ１１と外側ロータ１２は、共に回転軸が電動機１の回転軸２と同軸となるように同心円状に配置されている。そして、内側ロータ１１においては、Ｎ極を回転軸２側とする永久磁石１１ａとＳ極を回転軸２側とする永久磁石１１ｂが交互に配置されている。同様に、外側ロータ１２においても、Ｎ極を回転軸２側とする永久磁石１２ａとＳ極を回転軸２側とする永久磁石１２ｂが交互に配置されている。

そして、電動機１は、外側ロータ１２と内側ロータ１１の位相差であるロータ位相差を変更するために、遊星歯車機構等の相対回転機構（図示しない）を備えており、該相対回転機構をアクチュエータ２５（図１参照）により作動させることによって、ロータ位相差を変更することができる。なお、アクチュエータ２５としては、例えば電動機や油圧によるものを用いることができる。

また、外側ロータ１２と内側ロータ１１の位相差は、少なくとも電気角で１８０度の範囲で進角側又は遅角側に変更可能に構成され、電動機１の状態は、外側ロータ１２の永久磁石１２ａ，１２ｂと内側ロータ１１の永久磁石１１ａ，１１ｂが同極同士を対向して配置された界磁弱め状態と、外側ロータ１２の永久磁石１２ａ，１２ｂと内側ロータ１１の永久磁石１１ａ，１１ｂが異極同士を対向して配置された界磁強め状態との間で、適宜設定可能となっている。

図３（ａ）は界磁強め状態を示しており、外側ロータ１２の永久磁石１２ａ，１２ｂの磁束Ｑ２と内側ロータ１１の永久磁石１１ａ，１１ｂの磁束Ｑ１の向きが同一であるため、合成された磁束Ｑ３が大きくなる。一方、図３（ｂ）は界磁弱め状態を示しており、外側ロータ１２の永久磁石１２ａ，１２ｂの磁束Ｑ２と内側ロータ１１の永久磁石１１ａ，１１ｂの磁束Ｑ１の向きが逆であるため、合成された磁束Ｑ３が小さくなる。

図４は、図３（ａ）の状態と図３（ｂ）の状態において、電動機１を所定回転数で作動させた場合にステータ１０の電機子に生じる誘起電圧を比較したグラフであり、縦軸が誘起電圧（Ｖ）に設定され、横軸が電気角（度）に設定されている。図中ａが図３（ａ）の状態（界磁強め状態）であり、ｂが図３（ｂ）の状態（界磁弱め状態）である。図４から、外側ロータ１２と内側ロータ１１の位相差を変更することで、生じる誘起電圧のレベルが大幅に変化していることがわかる。

そして、このように、外側ロータ１２と内側ロータ１１の位相差を変更して、界磁の磁束を増減させることにより、電動機１の誘起電圧定数Ｋeを変化させることができる。これにより、誘起電圧定数Ｋeが一定である場合に比べて、電動機１の出力及び回転数に対する運転可能領域を拡大することができる。また、ｄｑ座標変換により、ｄ軸（界磁軸）側の電機子に通電して界磁弱め制御を行う場合に比べて、通電による電動機１の損失が減少するため、電動機１の効率を高めることができる。

次に、図１を参照して、電動機制御装置は、バッテリ１５０（本発明の直流電源に相当する）、バッテリ１５０の出力電圧を昇圧／降圧するＤＣ／ＤＣコンバータ１５１（本発明の出力電圧変更手段に相当する）、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５１から直流電力が供給され、３相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の交流駆動電圧を生成して電動機１に出力するインバータ６２（本発明のインバータ回路に相当する）、及び電動機１の電機子に流れる電流を検出する電流センサ７０，７１を供えている。

また、電動機制御装置は、トルク指令Ｔr_cと電動機１の外側ロータ１２と内側ロータ１１の位相差（以下、ロータ位相差という）の推定値θd_eとに基づいて、電動機１のｄ軸側の電機子（以下、ｄ軸電機子という）に流れる電流（以下、ｄ軸電流という）の指令値Ｉd_cと、ｑ軸側の電機子（以下、ｑ軸電機子という）に流れる電流（以下、ｑ軸電流という）の指令値Ｉq_cとを決定する電流指令値決定部６０、電流センサ７０，７１により検出されてバンドパスフィルタ７２により不要成分が除去された電流検出信号と、レゾルバ７３により検出された外側ロータ１２のロータ角度θrとに基づいて、３相／ｄｑ変換によりｄ軸電流の検出値Ｉd_sとｑ軸電流の検出値Ｉq_sとを算出する３相／ｄｑ変換部７５、ｄ軸電流の指令値Ｉd_cと検出値Ｉd_sの偏差ΔＩd及びｑ軸電流の指令値Ｉq_cと検出値Ｉq_sの偏差ΔＩqを減少させるように、ｄ軸電機子の端子間電圧（以下、ｄ軸電圧という）の指令値Ｖd_cとｑ軸電機子の端子間電圧（以下、ｑ軸電圧という）の指令値Ｖq_cとを決定する通電制御部５０（本発明の通電制御手段に相当する）、及びｄ軸電圧の指令値Ｖd_cとｑ軸電圧の指令値Ｖq_cを大きさＶ1と角度θ1の成分に変換してインバータ６２ａに出力するｒθ変換部６１を備えている。

通電制御部５０は、ｄ軸電流の指令値Ｉd_cに補正値ΔＩd_volを加算する加算器５１、該補正値ΔＩd_volが加算されたｄ軸電流の指令値Ｉd_caとｄ軸電流の検出値Ｉd_sとの偏差ΔＩdを算出する減算器５２、該偏差ΔＩdを解消するための電圧Ｖd_c1を算出するｄ軸電流制御部５３、Ｉd_caとＩq_cとに基づいて、ｄ軸とｑ軸間で干渉し合う速度起電力の影響を打ち消すための成分（非干渉成分）を算出する非干渉制御部５６、Ｖd_c1から非干渉制御部５６により算出された非干渉成分を減じてｄ軸電圧の指令値Ｖd_cを算出する減算器５４、ｑ軸電流の指令値Ｉq_cと検出値Ｉq_sとの偏差ΔＩqを算出する減算器５５、該偏差ΔＩqを解消するための電圧Ｖq_c1を算出するｑ軸電流制御部５７、及びＶｑ_c1に非干渉成分を加えてｑ軸電圧の指令値Ｖq_cを算出する加算器５８を備えている。

また、電動機制御装置は、ｄ軸電圧の指令値Ｖd_c及びｑ軸電圧の指令値Ｖq_cとｄ軸電流の検出値Ｉd_s及びｑ軸電流の検出値Ｉq_sと電動機１の角速度の検出値ω_s（図示しない角速度検出手段により検出される）とに基づいて、電動機１の誘起電圧定数Ｋeとｑ軸電機子のインダクタンスＬqとを算出する定数算出部６３、誘起電圧定数Ｋeに基づいてロータ位相差の推定値θd_eを求めるロータ位相差推定部６４、電圧検出器１５２によるＤＣ／ＤＣコンバータ１５１の出力電圧Ｖdcの検出値Ｖdc_sから後述する目標電圧円の半径Ｖp_target（本発明の目標電圧に相当する）を算出する目標電圧円算出部９０、ｄ軸電圧の指令値Ｖd_cとｑ軸電圧の指令値Ｖq_cから後述する実電圧円の半径Ｖp（本発明の相電圧に相当する）を算出する実電圧円算出部９２（本発明の相電圧把握手段に相当する）、目標電圧Ｖp_targetと相電圧Ｖpとの差ΔＶpを算出する減算器９１、ΔＶpに基づいて誘起電圧定数の指令値Ｋe_cを決定する誘起電圧定数指令値決定部９３、誘起電圧定数の指令値Ｋe_cに対応したロータ位相差θd_c1を取得するロータ位相差取得部９５、該θd_c1とロータ位相差の推定値θd_eとの差Δθdを算出する減算器９６、該Δθdに基づいてロータ位相差の指令値θd_cを決定するロータ位相差指令値決定部９７を備えている。

なお、誘起電圧定数指令値決定部９３、ロータ位相差取得部９５、減算器９６、及びロータ位相差指令値決定部９７により、本発明のロータ位相差制御手段が構成される。また、誘起電圧定数指令値決定部９３、ロータ位相差取得部９５、減算器９６、及びロータ位相差指令値決定部９７により、目標電圧Ｖp_targetと相電圧Ｖpとの差ΔＶpを減少させるようにロータ位相差の指令値θd_cを決定する処理が、本発明のロータ位相差変更処理に相当する。

さらに、電動機制御装置は、Ｖp_targetとＶpとの差ΔＶp及び誘起電圧定数の指令値Ｋe_cに基づくＰＩ（比例、積分）制御により、該差ΔＶpを減少させるようにＤＣ／ＤＣコンバータ１５１の出力電圧の指令値Ｖdc_cを決定する直流電圧指令値決定部１２０（本発明の直流電圧制御手段に相当する）、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５１の出力電圧の指令値Ｖdc_cと検出値Ｖdc_sとの偏差ΔＶdcを算出する減算器１２２、及びＶdc_cと該偏差ΔＶdcに基づくＰＩ（比例、積分）制御により該偏差ΔＶdcを減少させるための界磁弱め電流の補正値ΔＩd_volを決定する界磁弱め電流補正値決定部１２１（本発明の界磁弱め電流制御手段に相当する）を備えている。

なお、直流電圧指令値決定部１２０により、目標電圧Ｖp_targetと相電圧Ｖpとの差ΔＶpを減少させるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５１の出力電圧の指令値Ｖdc_cを決定する処理が、本発明の直流電圧変更処理に相当する。また、界磁弱め電流補正値決定部１２１により、目標電圧Ｖp_targetと相電圧Ｖpとの差ΔＶpを減少させるための界磁弱め電流の補正値ΔＩd_volを決定する処理が、本発明の界磁弱め電流変更処理に相当する。

また、電動機制御装置は、トルク指令Ｔr_cの変化率、及びＶp_targetとＶpとの偏差ΔＶpの大きさに応じて、誘起電圧定数指令値算出部９３による「ロータ位相差変更処理」の許可と禁止を指示するためのフラグＦ１、直流電圧指令値決定部１２０による「直流電圧変更処理」の許可と禁止を指示するためのフラグＦ２、及び界磁弱め電流補正値決定部１２１による「界磁弱め電流変更処理」の許可と禁止を指示するためのフラグＦ３をＯＮ／ＯＦＦするフラグ設定判定部１１０（本発明のトルク指令判定手段と電圧判定手段の機能を含む）を備えている。

次に、図５はｄｑ座標系における電流と電圧の関係を示したものであり、縦軸がｑ軸（トルク軸）に設定され、横軸がｄ軸（界磁軸）に設定されている。図中Ｃは目標電圧円算出部９０によってその半径Ｖp_targetが算出される目標電圧円である。Ｖp_targetは例えばＶdc×０．５に設定され、或いは正弦波変調に対応したＶdc／６^1/2に設定される。

図中Ｅは電動機１の回転によりｑ軸電機子に生じる逆起電力、ωは電動機１の角速度、Ｒはｄ軸電機子及びｑ軸電機子の抵抗、Ｌqはｑ軸電機子のインダクタンス、Ｌdはｄ軸電機子のインダクタンス、Ｖdはｄ軸電圧、Ｖqはｑ軸電圧、Ｉdはｄ軸電流、Ｉqはｑ軸電流である。

ここで、図５のｑ軸側の成分について、以下の式（１）の関係が成立するため、以下の式（２）から電動機１の誘起電圧定数Ｋeを算出することができる。

但し、Ｋe：誘起電圧定数、ω：電動機の角速度、Ｒ：ｑ軸電機子及びｄ軸電機子の抵抗、Ｉq：ｑ軸電流、Ｖq：ｑ軸電機子の端子間電圧、Ｌd：ｄ軸電機子のインダクタンス、Ｉd：ｄ軸電流。

また、図７のｄ軸側の成分について、以下の式（３）の関係が成立するため、以下の式（４）からｑ軸電機子のインダクタンスＬqを算出することができる。

但し、Ｖd：ｄ軸電機子の端子間電圧、Ｌq：ｑ軸電機子のインダクタンス。

そこで、定数算出部６３は、ｑ軸電圧の指令値Ｖq_c、電動機１の角速度の検出値ω_s、ｄ軸電流の検出値Ｉd_s、及びｑ軸電流の検出値Ｉq_sを、上記式（２）のＶq、ω、Ｉd、及びＩqにそれぞれ代入して、誘起電圧定数Ｋeを算出する。また、定数検出部６３は、ｄ軸電圧の指令値Ｖd_c、電動機１の角速度の検出値ω_s、ｑ軸電流の検出値Ｉq_s、及びｄ軸電流の検出値Ｉd_sを、上記式（４）のＶd、ω、Ｉq、及びＩdにそれぞれ代入して、ｑ軸電機子のインダクタンスＬqを算出する。なお、ｄ軸電機子のインダクタンスＬdとｄ軸電機子及びｑ軸電機子の抵抗Ｒは、予め設定されてメモリ（図示しない）に記憶された固定値が用いられる。

また、メモリには、図６（ａ）に示したＬq，Ｋe／θdの対応マップのデータも記憶され、ロータ位相差推定部６４は、該Ｌq，Ｋe／θdの対応マップに、定数算出部６３により算出されたｑ軸電機子のインダクタンスＬqと誘起電圧定数Ｋeを適用して、ロータ位相差θdの推定値θd_eを取得する。

なお、図６（ｂ）に示したＫe／θdの対応マップのデータをメモリに記憶し、該Ｋe／θdの対応マップに、定数算出部６３により算出された誘起電圧定数Ｋeを適用して、ロータ位相差θdの推定値θd_eを取得するようにしてもよい。この場合はｑ軸電機子のインダクタンスＬqは不要である。

そして、電流指令値決定部６０は、予めメモリに記憶されたＴr，θd／Ｉd，Ｉqの対応マップに、トルク指令Ｔr_cとロータ位相差の推定値θd_eを適用して、対応するＩd，Ｉqを取得し、該取得したＩd，Ｉqをそれぞれｄ軸電流の指令値Ｉd_c及びｑ軸電流の指令値Ｉq_cとして決定する。

次に、電動機制御装置は、目標電圧円算出部９０により算出される目標電圧円の半径Ｖp_target（本発明の目標電圧に相当する）と、実電圧円算出部９２により算出される実電圧円の半径Ｖp（＝√（Ｖd_c²＋Ｖq_c²）、本発明の相電圧に相当する）との差を減少させて、Ｖpが目標電圧円Ｃの周上をトレースするように、(a)ロータ位相差θdを変更してＶpを変更する「ロータ位相差変更処理」と、(b)ＤＣ／ＤＣコンバータ１５１の出力電圧Ｖdcを変更する「直流電圧変更処理」と、(c)ｄ軸電流Ｉdを変更してＶpを変更する「界磁弱め電流変更処理」とを実行する。

以下、図７及び図８に示したフローチャートに従って、電動機制御装置により、目標電圧Ｖp_targetと相電圧Ｖpとの差を減少させる制御について説明する。図７のＳＴＥＰ１はフラグ設定判定部１１０による処理であり、フラグ設定判定部１１０は、トルク指令Ｔr_cの変化率（単位時間あたりのＴr_cの変化量）ΔＴr_cが、予め設定された上限値ΔＴr_clmt以上（ΔＴr_clmt≦ΔＴr_c）であるか否か、及び目標電圧Ｖp_targetと相電圧Ｖpとの偏差ΔＶpが予め設定された上限電圧ΔＶp_lmt以上（ΔＶp_lmt≦ΔＶp）であるか否かを判断する。

そして、トルク指令Ｔr_cの変化率ΔＴr_cが上限変化率ΔＴr_clmt以上であるとき、又は目標電圧Ｖp_targetと相電圧Ｖpとの偏差ΔＶpが上限電圧ΔＶp_lmt以上であるときは、ＳＴＥＰ２に進み、それ以外の場合（ΔＴr_c＜Ｔr_lmt 且つ ΔＶp＜ΔＶp_lmtの場合）は図８のＳＴＥＰ２０に進む。

ＳＴＥＰ２で、フラグ設定判定部１１０は、フラグＦ1をＯＦＦし、フラグＦ2をＯＮすると共にフラグＦ3をＯＦＦする。これにより、誘起電圧定数指令値決定部９３による「ロータ位相差変更処理」と界磁弱め電流補正値決定部１２１による「界磁弱め電流変更処理」が禁止され、直流電圧指令値決定部１２０による「直流電圧変更処理」の実行が許可される。

この場合、アクチュエータ２５により機械的に行われて処理時間が長くなるために応答性が低い「ロータ位相差変更処理」よりも、電気的に行われて処理時間が短いために応答性が高い「直流電圧変更処理」が優先して実行される。そのため、トルク指令Ｔr_cが急激に変化したとき（ΔＴr_clmt≦ΔＴr_c）、及び相電圧Ｖpと目標電圧半径Ｖp_targetとの偏差ΔＶpが拡大したとき（ΔＶp_lmt≦ΔＶp）に、応答性を優先させて該偏差ΔＶpを速やかに減少させることができる。

ＳＴＥＰ３〜ＳＴＥＰ４及びＳＴＥＰ１０は、直流電圧指令値決定部１２０による処理であり、直流電圧指定値決定部１２０は、ＳＴＥＰ３で相電圧Ｖpが目標電圧Ｖp_targetよりも低いか否かを判断する。そして、相電圧Ｖpが目標電圧Ｖp_targetよりも低いときはＳＴＥＰ４に進み、相電圧ＶpがＶp_target以上であるときにはＳＴＥＰ１０に分岐する。

ＳＴＥＰ４は、目標電圧Ｖp_targetを減少させて相電圧Ｖpと目標電圧Ｖp_targetとの差ΔＶpを減少させる「直流電圧変更処理」であり、直流電圧指令値決定部１２０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５１の出力電圧の指令値Ｖdc_cを減少させる。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５１の出力電圧が低下して、相電圧Ｖpと目標電圧Ｖp_targetとの差ΔＶpが減少する。

一方、ＳＴＥＰ１０は、目標電圧Ｖp_targetを増加させて相電圧Ｖpと目標電圧Ｖp_targetとの差ΔＶpを減少させる「直流電圧変更処理」であり、直流電圧指令値決定部１２０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５１の出力電圧の指令値Ｖdc_cを増加させる。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５１の出力電圧が上昇して、相電圧Ｖpと目標電圧Ｖp_targetとの差ΔＶpが減少する。

続くＳＴＥＰ１１〜ＳＴＥＰ１２はフラグ設定判定部１１０による処理であり、フラグ設定判定部１１０は、ＳＴＥＰ１１でＤＣ／ＤＣコンバータ１５１の出力電圧の指令値Ｖdc_cが、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５１の出力電圧範囲の上限Ｖdc_max以上であるか否かを判断する。

そして、Ｖdc_cがＶdc_maxよりも低いときは、「直流電圧変更処理」により相電圧Ｖpを目標電圧Ｖp_targetに一致させることができているため、ＳＴＥＰ５に分岐して電動機制御手段は処理を終了する。一方、Ｖdc_cがＶdc_max以上であるときは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５１の出力電圧を上限Ｖdc_maxまで上昇させても、相電圧Ｖpを目標電圧Ｖp_targetに一致させることができない状況となっている。

そのため、この場合はＳＴＥＰ１２に進み、フラグ設定判定部１１０は、フラグＦ2をＯＦＦすると共にフラグＦ3をＯＮする。これにより、直流電圧指令値決定部１２０による「直流電圧変更処理」が禁止されて、界磁弱め電流補正値決定部１２１による「界磁弱め電流変更処理」の実行が許可される。

そして、ＳＴＥＰ１３で、界磁弱め電流補正値決定部１２１による「界磁弱め電流変更処理」が実行されて界磁弱め電流の補正値ΔＩd_volが増加し、これにより、ｄ軸電流Ｉdが増加してｑ軸電機子の端子間電圧が減少し、相電圧Ｖpを目標電圧Ｖp_targetに近づけることができる。

次に、図８のＳＴＥＰ２０はフラグ設定判定部１１０による処理であり、フラグ設定判定部１１０は、フラグＦ1をＯＮすると共に、フラグＦ2及びフラグＦ3をＯＦＦする。これにより、誘起電圧定数指令値決定部９３による「ロータ位相差変更処理」が許可され、直流電圧指令値決定部１２０による「直流電圧変更処理」及び界磁弱め電流補正値決定部１２１による「界磁弱め電流変更処理」が禁止される。

このように、図７のＳＴＥＰ１で、トルク指令の変化率ΔＴr_cが上限変化率ΔＴr_clmtよりも小さく、且つ、相電圧Ｖpと目標電圧Ｖp_targetとの差ΔＶpが上限電圧ΔＶp_lmtよりも低いときには、応答性はさほど要求されないため、「ロータ位相差変更処理」を優先的に実行することで、効率を優先して電動機１を作動させることができる。

続くＳＴＥＰ２１〜ＳＴＥＰ２２及びＳＴＥＰ３０は、誘起電圧定数指令値決定部９３による処理であり、誘起電圧定数指令値決定部９３は、ＳＴＥＰ２１で相電圧Ｖpが目標電圧Ｖp_targetよりも低いか否かを判断する。そして、相電圧Ｖpが目標電圧Ｖp_targetよりも低いときはＳＴＥＰ２２に進み、相電圧Ｖpが目標電圧Ｖp_target以上であるときにはＳＴＥＰ３０に分岐する。

ＳＴＥＰ２２は、相電圧Ｖpを増加させて相電圧Ｖpと目標電圧Ｖp_targetとの差ΔＶpを減少させる「ロータ位相差変更処理」であり、誘起電圧定数指令値決定部９３は、ロータ位相差の指令値θd_cを減少させる。ここで、上述したように、電動機１の誘起電圧定数Ｋeはロータ位相差θdが０度のときに最大となり、ロータ位相差θｄが大きくなるに従って減少する。そのため、ロータ位相差の指令値θd_cを減少させることで、誘起電圧定数Ｋeを増大させてｑ軸電機子に生じる逆起電圧を低下させることができる。これにより、相電圧Ｖpを増加させて相電圧Ｖpと目標電圧Ｖp_targetとの差ΔＶpを減少させることができる。

次のＳＴＥＰ１２はフラグ設定判定部１１０による処理であり、フラグ設定判定部１１０は、ロータ位相差の指令値θd_cがロータ位相差θdの可変範囲の下限θd_min以下であるか否かを判断する。そして、θd_cがθd_min以下であるときは、「ロータ位相差変更処理」により相電圧Ｖpを目標電圧Ｖp_targetに一致させることができない状況にある。

そこで、この場合はＳＴＥＰ２４に進み、フラグ設定判定部１１０は、フラグＦ1をＯＦＦすると共にフラグＦ2をＯＮする。これにより、誘起電圧定数指令値決定部９３による「ロータ位相差変更処理」が禁止され、直流電圧指令値決定部１２０による「直流電圧変更処理」が許可される。

続くＳＴＥＰ２５は直流電圧指令値決定部１２０による「直流電圧変更処理」であり、直流電圧指令値決定部１２０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５１の出力電圧の指定値Ｖdc_cを減少させる。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５１の出力電圧が低下して、相電圧Ｖpと目標電圧Ｖp_targetとの差ΔＶpが減少する。そして、ＳＴＥＰ２６に進んで、電動機制御装置は処理を終了する。

一方、ＳＴＥＰ２３で、ロータ位相差の指令値θd_cがロータ位相差θdの可変範囲の下限θd_minよりも大きいときには、「ロータ位相差変更処理」により相電圧Ｖpを目標電圧Ｖp_targetに一致させることができているため、ＳＴＥＰ２６に分岐して、電動機制御装置は処理を終了する。

また、ＳＴＥＰ３０は、相電圧Ｖpを減少させて相電圧ＶpとＶp_targetとの差を減少させる「ロータ位相差変更処理」であり、誘起電圧定数指令値決定部９３は、ロータ位相差の指令値θd_cを増加させる。ロータ位相差の指令値θd_cを増加させることで、誘起電圧定数Ｋeを減少させてｑ軸電機子に生じる逆起電力を低下させることができる。これにより、相電圧Ｖpを減少させて相電圧Ｖpと目標電圧Ｖp_targetとの差を減少させることができる。

続くＳＴＥＰ３１〜ＳＴＥＰ３２はフラグ設定判定部１１０による処理であり、フラグ設定判定部１１０は、ＳＴＥＰ３１でロータ位相差の指令値θd_cがロータ位相差の可変範囲の上限であるθd_max以上であるか否かを判断する。そして、θd_cがθd_maxよりも小さいときは、「ロータ位相差変更処理」により相電圧ＶpをＶp_targetに一致させることができているため、ＳＴＥＰ２５に進んで電動機制御手段は処理を終了する。

一方、ＳＴＥＰ３１でθd_cがθd_max以上であるときには、「ロータ位相差変更処理」によりロータ位相差θdをθd_maxとしても、相電圧ＶpをＶp_targetに一致させることができない状況にある。そこで、この場合は、ＳＴＥＰ３２で、フラグ設定判定部１１０はフラグＦ1をＯＦＦすると共にフラグＦ2をＯＮする。これにより、誘起電圧定数指令値決定部９３による「ロータ位相差変更処理」が禁止されて、直流電圧指令値決定部１２０による「直流電圧変更処理」が許可される。

続くＳＴＥＰ３３は直流電圧指令値決定部１２０による処理であり、直流電圧指令値決定部１２０は、「直流電圧変更処理」を実行して、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５１の出力電圧の指令値Ｖdc_cを増加させる。これにより、目標電圧Ｖp_targetが増加して相電圧ＶpとＶp_targetの差ΔＶpが減少する。

次のＳＴＥＰ３４〜ＳＴＥＰ３５はフラグ設定判定部１１０による処理であり、フラグ設定判定部１１０は、ＳＴＥＰ３４でＤＣ／ＤＣコンバータ１５１の出力電圧の指令値Ｖdc_cが、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５１の出力可変範囲の上限であるＶdc_max以上となっているか否かを判断する。

そして、Ｖdc_cがＶdc_maxよりも低いときは、「直流電圧変更処理」により相電圧Ｖpを目標電圧Ｖp_targetに一致させることができているため、ＳＴＥＰ２５に分岐して電動機制御手段は処理を終了する。一方、Ｖdc_cがＶdc_max以上であるときには、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５１の出力電圧をＶdc_maxまで上昇させても、相電圧ＶpをＶp_targetに一致させることができない状況にある。そこで、この場合は、ＳＴＥＰ３５で、フラグ設定判定部１１０は、フラグＦ2をＯＦＦすると共にフラグＦ3をＯＮする。

これにより、直流電圧指令値決定部１２０による「直流電圧変更処理」が中止され、界磁弱め電流補正値決定部１２１による「界磁弱め電流変更処理」が許可される。続くＳＴＥＰ３５は界磁弱め電流補正値決定部１２１による処理であり、界磁弱め電流補正値決定部１２１は、界磁弱め電流の補正値ΔＩd_volを増加させる「界磁弱め電流変更処理」を実行する。ΔＩd_volの増加により、ｑ軸電圧が低下して相電圧Ｖpが減少するため、相電圧Ｖpと目標電圧Ｖp_targetとの差ΔＶpを減少させることができる。

次に、図９及び図１０を参照して、図７〜図８に示したフローチャートによる「ロータ位相差変更処理」、「直流電圧変更処理」、及び「界磁弱め電流変更処理」の効果について説明する。

図９（ａ）は相電圧Ｖpが目標電圧Ｖp_targetよりも大きい（Ｖpが目標電圧円Ｃの外側にある）場合であり、この場合は、インバータ回路６２から電動機１への通電量が制限されて、電動機１の通電制御が妨げられる。そこで、電動機制御装置は、「ロータ位相差変更処理」によりロータ位相差θdを界磁の磁束を減少させる方向（ロータ位相差を大きくして界磁を弱める方向）に変更する。これにより、電動機１の誘起電圧定数Ｋeが減少し、誘起電圧定数Ｋeが減少した分、ｑ軸電機子で発生する逆起電力Ｅが小さくなる。その結果、図９（ｂ）に示したように、相電圧Ｖpが目標電圧円Ｃの円周に近づく。

また、電動機制御装置は、「直流電圧変更処理」によりＤＣ／ＤＣコンバータ１５１の出力電圧Ｖdcを上昇させる。これにより、目標電圧円算出部９０で算出されるＶp_targetが大きくなり、その結果、図９（ｃ）に示したように、目標電圧円Ｃが拡大して相電圧Ｖpが目標電圧円Ｃにさらに近づく。

さらに、電動機制御装置は、「界磁弱め電流変更処理」によりｄ軸電流を増加させる。これにより、図９（ｄ）に示したように、相電圧Ｖpが目標電圧円Ｃの円周上に至っている。このようにして、相電圧Ｖpを目標電圧円Ｃに近づけることにより、インバータ６２ａから電動機１への通電量を増加させることができるため、電動機１に対する通電量の制限を回避することができる。

次に、図１０（ａ）は相電圧Ｖpが目標電圧Ｖp_targetよりも小さい（Ｖpが目標電圧円Ｃの内側にある）場合であり、この場合は、インバータ回路６２におけるスイッチング処理に伴う電力損失が大きくなる。そこで、電動機制御装置は、「ロータ位相差変更処理」によりロータ位相差θdを界磁の磁束を増大させる方向（ロータ位相差を小さくして界磁を強める方向）に変更する。これにより、電動機１の誘起電圧定数Ｋeが増大し、誘起電圧定数Ｋeが増大した分、ｑ軸電機子で発生する逆起電力Ｅが大きくなる。その結果、図１０（ｂ）に示したように、相電圧Ｖpが目標電圧円Ｃの円周に近づく。

また、電動機制御装置は、「直流電圧変更処理」によりＤＣ／ＤＣコンバータ１５１の出力電圧Ｖdcを低下させる。これにより、目標電圧円算出部９０で算出されるＶp_targetが小さくなり、その結果、図１０（ｃ）に示したように、目標電圧円Ｃが縮小して相電圧Ｖpが目標電圧円Ｃにさらに近づき、目標電圧円Ｃの円周上に至っている。

このように、相電圧Ｖpを目標電圧円Ｃに近づけることにより、インバータ回路６２におけるスイッチング処理に伴う電力損失を減少させることができる。また、電動機１に供給される電流に重畳するリップル電流が低減して電動機１で生じる銅損が減少し、さらに、高次周波数の電流の重畳が低減するため、電動機１で生じる鉄損も減少するという効果を得ることができる。

そして、図７〜図８のフローチャートにおいては、図７のＳＴＥＰ１で、トルク指令Ｔr_cの変化率ΔＴr_cが上限変化率ΔＴr_clmt以上であるとき、又は相電圧Ｖpと目標電圧Ｖp_targetとの偏差ΔＶpが上限電圧ΔＶp_lmt以上であるときは、ＳＴＥＰ２〜ＳＴＥＰ４及びＳＴＥＰ１０〜ＳＴＥＰ１３により、「ロータ位相差変更処理」を禁止して、「直流電圧変更処理」→「界磁弱め電流変更処理」の順に実行する。

この場合、機械的な処理によるため指令値の変更に対する応答速度が遅い「ロータ位相差変更処理」を禁止して、電気的な処理によるため指令値に対する応答速度が速い「直流電圧変更処理」及び「界磁弱め電流変更処理」を実行することで、相電圧Ｖpを速やかにＶp_targetに近づけることができる。また、「直流電圧変更処理」を「界磁弱め電流変更処理」よりも優先して実行することで、ｄ軸電流の増加による電動機１の損失の増加を抑えることができる。

一方、図７のＳＴＥＰ１で、トルク指令Ｔr_cの変化率ΔＴr_cが上限変化率ΔＴr_clmtよりも小さく、且つ、相電圧Ｖpと目標電圧Ｖp_targetとの偏差ΔＶpが上限電圧ΔＶp_lmtよりも小さいときには、電動機制御装置は、図８のＳＴＥＰ２０〜ＳＴＥＰ２５及びＳＴＥＰ３０〜ＳＴＥＰ３６により、「ロータ位相差変更処理」→「直流電圧変更処理」→「界磁弱め電流変更処理」の順に実行する。

この場合、「ロータ位相差変更処理」を、ｄ軸電流の増加による銅損の増加を伴う「界磁弱め電流変更処理」及びＤＣ／ＤＣコンバータ１５１における電力損失の増加が生じ得る「直流電圧変更処理」よりも優先的に実行することで、電動機１及びＤＣ／ＤＣコンバータ１５１の損失低減を優先して、電動機１の通電制御を行うことができる。

なお、本実施の形態では、図７のＳＴＥＰ１で、(1)トルク指令Ｔr_cの変化率ΔＴr_cが上限変化率ΔＴr_clmt以上であるとき、又は(2)相電圧Ｖpと目標電圧Ｖp_targetとの偏差ΔＶpが上限電圧ΔＶp_lmt以上であるときに、ＳＴＥＰ２以下で「ロータ位相差変更処理」を禁止して、「直流電圧変更処理」及び「界磁弱め電流変更処理」を実行したが、該(1)と(2)のいずれかの条件が成立したときにのみ、「ロータ位相差変更処理」を禁止するようにしてもよい。

また、本実施の形態では、「直流電圧変更処理」及び「界磁弱め電流変更処理」を実行したが、「直流電圧変更処理」と「界磁弱め電流変更処理」のうちのいずれか一方のみを実行するようにしてもよい。

また、本実施の形態では、「直流電圧変更処理」を「界磁弱め電流変更処理」よりも優先的に実行したが、かかる優先順位を設けない場合にも本発明の効果を得ることができる。

また、本実施の形態では、本発明の電動機の制御装置として、電動機１を２相直流の回転座標であるｄｑ座標系による等価回路に変換して扱うものを示したが、２相交流の固定座標系であるαβ座標系による等価回路に変換して扱う場合や、３相交流のまま扱う場合においても、本発明の適用が可能である。

本発明の電動機の制御装置の全体構成図。 図１に示した２重ロータを備えたＤＣブラシレスモータの構成図。 外側ロータと内側ロータの位相差を変更することによる効果の説明図。 外側ロータと内側ロータの位相差を変更することによる効果の説明図。 ｄｑ座標系における電圧ベクトル図。 誘起電圧定数とｑ軸電機子のインダクタンスからロータ位相差を決定するマップの説明図。 電動機の各相の電機子の端子間電圧の合成ベクトルを目標電圧円に近づける処理のフローチャート。 電動機の各相の電機子の端子間電圧の合成ベクトルを目標電圧円に近づける処理のフローチャート。 界磁弱め及び電源電圧の上昇による効果の説明図。 界磁強め及び電源電圧の低下による効果の説明図。 電動機の界磁弱めが必要となる領域の説明図。

符号の説明

１…電動機、１０…ステータ、１１…内側ロータ、１１ａ，１１ｂ…永久磁石、１２…外側ロータ、１２ａ，１２ｂ…永久磁石、２５…アクチュエータ、５０…通電制御部、６０…電流指令値決定部、６２…インバータ、９３…誘起電圧定数指令値決定部、１１０…フラグ設定判定部、１２０…直流電圧指令値決定部、１２１…界磁弱め電流補正値決定部、１５０…バッテリ、１５１…ＤＣ／ＤＣコンバータ

Claims (6)

1. 永久磁石による界磁を複数個有する第１ロータ及び第２ロータを、回転軸の周囲に同心円状に配置した永久磁石界磁型の回転電動機の作動を、該第１ロータと該第２ロータとの位相差であるロータ位相差の変更による界磁制御を行って制御する電動機の制御装置であって、
   直流電源と、該直流電源から供給される直流電力から前記電動機の電機子に供給する多相交流電力を生成するインバータ回路と、
   該直流電源の出力電圧を変更する出力電圧変更手段と、前記ロータ位相差を変更するロータ位相差変更手段と、
   前記電動機の各相の電機子の端子間電圧のベクトル和である相電圧を把握する相電圧把握手段と、
   所定のトルク指令と前記電動機のトルクとの差が減少するように、前記多相交流電力を制御する通電制御を実行する通電制御手段と、
   前記ロータ位相差を変更して、前記直流電源の出力電圧に基いて決定される目標電圧と前記相電圧との差を減少させるロータ位相差変更処理を実行するロータ位相差制御手段と、
   前記直流電源の出力電圧を変更して、前記目標電圧と前記相電圧との差を減少させる直流電圧変更処理を実行する直流電圧制御手段と、
   前記多相交流電力を変更して前記電動機の電機子に生じる誘起電圧と逆符号の電圧を生じさせる界磁弱め電流の通電量を変更することにより、前記目標電圧と前記相電圧との差を減少させる界磁弱め電流変更処理を実行する界磁弱め電流制御手段と、
   前記通電制御の実行時に前記トルク指令の変化率が所定の上限変化率以上となったときには、前記ロータ位相差変更処理を禁止して、前記直流電圧変更処理と前記界磁弱め電流変更処理とのうちの少なくともいずれか一方を許可するトルク指令判定手段とを備えたことを特徴とする電動機の制御装置。
2. 前記トルク指令判定手段は、前記通電制御の実行時に前記トルク指令の変化率が前記上限変化率以上となったときに、前記ロータ位相差変更処理を禁止して前記直流電圧変更処理を許可し、該直流電圧変更処理のみでは前記目標電圧と前記相電圧との差が前記所定値以下とならないときには、さらに前記界磁弱め電流変更処理を許可することを特徴とする請求項１記載の電動機の制御装置。
3. 前記トルク指令判定手段は、前記トルク指令の変化率が前記上限変化率よりも小さいときには、前記直流電圧変更処理及び前記界磁弱め電流変更処理を禁止して前記ロータ位相差変更処理を許可し、前記ロータ位相差変更処理のみでは前記目標電圧と前記相電圧との差が所定値以下とならないときは、前記直流電流変更処理と前記界磁弱め電流変更処理とのうちの少なくともいずれか一方を許可することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の電動機の制御装置。
4. 永久磁石による界磁を複数個有する第１ロータ及び第２ロータを、回転軸の周囲に同心円状に配置した永久磁石界磁型の回転電動機の作動を、該第１ロータと該第２ロータとの位相差であるロータ位相差の変更による界磁制御を行って制御する電動機の制御装置であって、
   直流電源と、該直流電源から供給される直流電力から前記電動機の電機子に供給する多相交流電力を生成するインバータ回路と、
   該直流電源の出力電圧を変更する出力電圧変更手段と、前記ロータ位相差を変更するロータ位相差変更手段と、
   前記電動機の各相の電機子の端子間電圧のベクトル和である相電圧を把握する相電圧把握手段と、
   所定の目標トルクと前記電動機のトルクとの差が減少するように、前記多相交流電力を制御する通電制御を実行する通電制御手段と、
   前記ロータ位相差を変更して、前記直流電源の出力電圧に基いて決定される目標電圧と前記相電圧との差を減少させるロータ位相差変更処理を実行するロータ位相差制御手段と、
   前記直流電源の出力電圧を変更して、前記目標電圧と前記相電圧との差を減少させる直流電圧変更処理を実行する直流電圧制御手段と、
   前記多相交流電力を変更して前記電動機の電機子に生じる誘起電圧と逆符号の電圧を生じさせる界磁弱め電流の通電量を変更することにより、前記目標電圧と前記相電圧との差を減少させる界磁弱め電流変更処理を実行する界磁弱め電流制御手段と、
   前記通電制御の実行時に前記目標電圧と前記相電圧との差が所定の上限電圧以上となったときには、前記ロータ位相差変更処理を禁止して、前記直流電圧変更処理と前記界磁弱め電流変更処理とのうちの少なくともいずれか一方を許可する電圧判定手段とを備えたことを特徴とする電動機の制御装置。
5. 前記電圧判定手段は、前記通電制御の実行時に前記目標電圧と前記相電圧との差が前記上限電圧以上となったときに、前記ロータ位相差変更処理を禁止して前記直流電圧変更処理を許可し、該直流電圧変更処理のみでは前記目標電圧と前記相電圧との差が前記所定値以下とならないときには、さらに前記界磁弱め電流変更処理を実行することを特徴とする請求項４記載の電動機の制御装置。
6. 前記電圧判定手段は、前記目標電圧と前記相電圧との差が前記所定値よりも小さいときには、前記直流電圧変更処理及び前記界磁弱め電流変更処理を禁止して前記ロータ位相差変更処理を許可し、前記ロータ位相差変更処理のみでは前記目標電圧と前記相電圧との差が所定値以下とならないときは、前記直流電流変更処理と前記界磁弱め電流変更処理とのうちの少なくともいずれか一方を許可することを特徴とする請求項４又は請求項５記載の電動機の制御装置。

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