JP5408370B1 - モータ制御装置及びモータ制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】出力効率の向上を図ることが可能なモータ制御装置及びモータ制御方法を提供する。
【解決手段】本発明において、巻線切替信号発生器１０は、電流指令演算器２及び定出力制御器８の少なくとも一方から弱め界磁の程度を表す情報を取得し、低速回転状態において弱め界磁の程度が予め定められた条件を超える場合に、低速回転状態から高速回転状態へ切り替えるための巻線切替信号を生成する。
【選択図】図３

Description

本発明はモータ制御装置及びモータ制御方法に関し、特には巻線切替技術に関する。

従来、交流モータにおいて、巻数が比較的多い低速回転用のコイルに電力が供給される低速回転状態と、巻数が比較的少ない高速回転用のコイルに電力が供給される高速回転状態と、を切り替える巻線切替技術が知られている。

特許文献１には、交流モータの回転速度が予め定められた閾値を上回る場合又は下回る場合に、低速回転状態と高速回転状態とを切り替えることが記載されている。

特開２０１０−２０６９２５号公報

しかしながら、従来技術のように交流モータの回転速度に基づいて低速回転状態と高速回転状態とを切り替える手法は、交流モータの出力効率の面で必ずしも好適であるとは言えない。例えば、入力電源電圧が高く、低速回転状態のまま回転速度を上昇させる方が出力効率の面で好適な状況であっても、回転速度が上昇途中に閾値を超えることで低速回転状態から高速回転状態に切り替わってしまうことがあり得る。

本発明は、上記実情に鑑みて為されたものであり、出力効率の向上を図ることが可能なモータ制御装置及びモータ制御方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明のモータ制御装置は、交流モータに配置される第１の巻数のコイルに電力が供給される第１の状態と、前記第１の巻数よりも少ない第２の巻数のコイルに電力が供給される第２の状態と、を切り替えるモータ制御装置であって、前記交流モータを流れる電流の励磁電流成分の指令値であるｄ軸電流指令値を減少させることで弱め界磁を行うｄ軸電流指令値補正部と、前記弱め界磁の程度を表す情報を取得する弱め界磁情報取得部と、前記第１の状態において前記弱め界磁の程度が予め定められた条件を超える場合に、前記第１の状態から前記第２の状態への切り替え指令を生成する切り替え指令生成部と、備える。

また、本発明のモータ制御方法は、交流モータに配置される第１の巻数のコイルに電力が供給される第１の状態と、前記第１の巻数よりも少ない第２の巻数のコイルに電力が供給される第２の状態と、を切り替えるモータ制御方法であって、前記交流モータを流れる電流の励磁電流成分の指令値であるｄ軸電流指令値を減少させることで弱め界磁を行い、前記弱め界磁の程度を表す情報を取得し、前記第１の状態において前記弱め界磁の程度が予め定められた条件を超える場合に、前記第１の状態から前記第２の状態への切り替え指令を生成する。

本発明によると、第１の状態から第２の状態への切り替えを弱め界磁の程度に基づいて判断するため、出力効率の向上を図ることが可能である。

ドライブシステムの構成例を示すブロック図である。 第１及び第２の切替器の構成例を示す回路図である。 インバータ装置の構成例を示すブロック図である。 電流指令演算器の構成例を示すブロック図である。 電流制御器の構成例を示すブロック図である。 定出力制御器の構成例を示すブロック図である。 弱め界磁を説明するための図である。 巻線切替を説明するための図である。 巻線切替を説明するための図である。

本発明のモータ制御装置及びモータ制御方法の実施形態を、図面を参照しながら説明する。

図１は、ドライブシステム１００の構成例を示すブロック図である。ドライブシステム１００は、インバータ装置２０と、交流モータ４０と、位置検出器４１と、第１及び第２の切替器６１，６２と、直流電圧源８０と、を備えている。

インバータ装置２０は、モータ制御装置の一例であり、直流電圧源８０から供給される直流電力を三相交流電力に変換し、交流モータ４０に出力する。インバータ装置２０の出力端子は、交流モータ４０の各相のコイルの一端に設けられた接続端子Ａ１〜Ａ３に接続されている。インバータ装置２０の具体的な構成については、図３を用いて後述する。

交流モータ４０は、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の三相のコイルを含む三相交流モータであり、インバータ装置２０から出力される三相交流電力によって回転する。交流モータ４０の各相のコイルの他端には接続端子Ａ４〜Ａ６が設けられており、第１の切替器６１が接続されている。また、交流モータ４０の各相のコイルの中途には接続端子Ｂ１〜Ｂ３が設けられており、第２の切替器６２が接続されている。

位置検出器４１は、交流モータ４０のロータの回転位相θを検出し、インバータ装置２０に出力する。位置検出器４１としては、例えば、エンコーダやレゾルバなどが適用される。

直流電圧源８０は、インバータ装置２０の入力端子１４ａ，１４ｂに接続されており、インバータ装置２０に直流電力を供給する。直流電圧源８０としては、例えば、交流電源と整流回路を含む電源装置であってもよいし、バッテリのような整流回路を伴わない電源装置であってもよい。

第１及び第２の切替器６１，６２は、インバータ装置２０から出力される巻線切替信号に基づいて交流モータ４０の各相のコイルの結線を切り替えることによって、交流モータ４０の出力特性を切り替える。図２は、第１及び第２の切替器６１，６２の構成例を示す回路図である。

具体的には、第１の切替器６１のスイッチＳＷ１がＯＮ、第２の切替器６２のスイッチＳＷ２がＯＦＦのとき、交流モータ４０の各相のコイルの他端に設けられた接続端子Ａ４〜Ａ６が短絡する。このとき、電力が供給されるコイルの巻数が比較的多いため、インピーダンスが比較的高くなる。このときの状態を低速回転状態（第１の状態）と呼ぶ。低速回転状態で運転すると、低速回転域では高効率に高トルクを得られるが、高速回転域では、インバータ装置２０の出力電圧が直流電圧源８０からの電源電圧により制限される飽和領域にかかるため、トルクを確保しにくい（図８の低速回転状態Ｓ１を参照）。

他方、第１の切替器６１のスイッチＳＷ１がＯＦＦ、第２の切替器６２のスイッチＳＷ２がＯＮのとき、交流モータ４０の各相のコイルの中途に設けられた接続端子Ｂ１〜Ｂ３が短絡する。このとき、電力が供給されるコイルの巻数が比較的少ないため、インピーダンスが比較的低くなる。このときの状態を高速回転状態（第２の状態）と呼ぶ。高速回転状態で運転すると、低速回転域では高効率には高トルクを得られないが、高速回転域では、上記飽和領域にかかりにくいため、トルクを確保しやすい（図８の高速回転状態Ｓ２を参照）。

［インバータ装置］
図３は、インバータ装置２０の構成例を示すブロック図である。インバータ装置２０は、トルク指令発生器１と、電流指令演算器２と、電流制御器３と、ＰＷＭ制御器４と、電流検出器５と、Ａ／Ｄ変換器６と、電圧検出器７と、定出力制御器８と、巻線切替信号発生器１０と、定数切替器１１と、を備えている。

トルク指令発生器１は、交流モータ４０が発生するトルク量の目標値であるトルク指令Ｔ_ｒｅｆを生成し、電流指令演算器２に出力する。トルク指令Ｔ_ｒｅｆは、外部装置からインバータ装置２０に入力されてもよい。

電流指令演算器２は、トルク指令発生器１からのトルク指令Ｔ_ｒｅｆと、定出力制御器８からの定出力量Ｉｄ_ｒｅｆｃと、定数切替器１１からの各種パラメータと、に基づいてｑ軸電流指令Ｉｑ_ｒｅｆ及びｄ軸電流指令Ｉｄ_ｒｅｆを生成する。ｑ軸電流指令Ｉｑ_ｒｅｆは交流モータ４０を流れる電流のトルク電流成分（ｑ軸成分）の指令値であり、ｄ軸電流指令Ｉｄ_ｒｅｆは交流モータ４０を流れる電流の励磁電流成分（ｄ軸成分）の指令値である。電流指令演算器２は、生成されたｑ軸電流指令Ｉｑ_ｒｅｆ及びｄ軸電流指令Ｉｄ_ｒｅｆを電流制御器３及び巻線切替信号発生器１０に出力する。電流指令演算器２の具体的な構成については、図４を用いて後述する。

電流制御器３は、電流指令演算器２からのｑ軸電流指令Ｉｑ_ｒｅｆ及びｄ軸電流指令Ｉｄ_ｒｅｆなどに基づいてｑ軸電圧指令Ｖｑ_ｒｅｆ及びｄ軸電圧指令Ｖｄ_ｒｅｆを生成し、定出力制御器８に出力する。ｑ軸電圧指令Ｖｑ_ｒｅｆは交流モータ４０に印加される電圧のトルク電圧成分（ｑ軸成分）の指令値であり、ｄ軸電圧指令Ｖｄ_ｒｅｆは交流モータ４０に印加される電圧の励磁電圧成分（ｄ軸成分）の指令値である。さらに、電流制御器３は、生成されたｑ軸電圧指令Ｖｑ_ｒｅｆ及びｄ軸電圧指令Ｖｄ_ｒｅｆをＵＶＷ各相の電圧指令Ｖｕ_ｒｅｆ，Ｖｖ_ｒｅｆ，Ｖｗ_ｒｅｆに変換して、ＰＷＭ制御器４に出力する。電流制御器３の具体的な構成については、図５を用いて後述する。

ＰＷＭ制御器４は、三相ブリッジ回路を含んでおり、電流制御器３からのＵＶＷ各相の電圧指令Ｖｕ_ｒｅｆ，Ｖｖ_ｒｅｆ，Ｖｗ_ｒｅｆに基づいてパルス幅変調制御（ＰＷＭ制御）を行うことで直流電圧源８０からの直流電力を三相交流電力に変換し、変換された三相交流電力を交流モータ４０に出力する。

電流検出器５は、交流モータ４０に流れる電流量を検出し、Ａ／Ｄ変換器６に出力する。Ａ／Ｄ変換器６は、電流検出器５で検出された電流量をデジタル信号へ変換し、電流検出値Ｉｕ_ｆｂ，Ｉｕ_ｆｂとして電流制御器３に出力する。

電圧検出器７は、直流電圧源８０の出力電圧、すなわちインバータ装置２０の一対の入力端子１４ａ，１４ｂの間に印加される電圧を検出し、検出された電圧をデジタル信号へ変換し、電圧検出値として定出力制御器８に出力する。

定出力制御器８は、定出力量算出部の一例であり、電流指令演算器２に供給される定出力量Ｉｄ_ｒｅｆｃを生成することで弱め界磁を制御する。定出力量Ｉｄ_ｒｅｆｃは、電流指令演算器２が生成するｄ軸電流指令Ｉｄ_ｒｅｆを基準値から減少させる量を表し、例えば負の値として算出される。具体的には、定出力制御器８は、電流制御器３からのｑ軸電圧指令Ｖｑ_ｒｅｆ及びｄ軸電圧指令Ｖｄ_ｒｅｆと、電圧検出器７からの電圧検出値と、に基づいて定出力量Ｉｄ_ｒｅｆｃを算出し、電流指令演算器２に出力する。定出力制御器８の具体的な構成については、図６を用いて後述する。

巻線切替信号発生器１０は、弱め界磁情報取得部及び切り替え指令生成部の一例であり、電流指令演算器２からのｑ軸電流指令Ｉｑ_ｒｅｆ及びｄ軸電流指令Ｉｄ_ｒｅｆや定出力制御器８からの定出力量Ｉｄ_ｒｅｆｃに基づいて、低速回転状態と高速回転状態とを切り替えるか否かを判断し、切り替えのための巻線切替信号（切り替え指令の一例）を第１及び第２の切替器６１，６２（図１を参照）及び定数切替器１１に出力する。低速回転状態と高速回転状態との切り替えの具体的な判断手法については後述する。

定数切替器１１は、低速回転状態用のパラメータと高速回転状態用のパラメータとをデータとして保持しており、巻線切替信号発生器１０からの巻線切替信号により選択されるパラメータを電流指令演算器２及び電流制御器３に出力する。これにより、交流モータ４０の状態に応じたパラメータが各部に供給される。定数切替器１１が保持するパラメータとしては、例えば、トルク−電流換算係数（Ｋ)、電流位相（β）、電機子巻線インダクタンス値（Ｌｄ，Ｌｑ）、電機子鎖交磁束（Φ）、電機子巻線抵抗値（Ｒ）などがある。

［電流指令演算器］
図４は、電流指令演算器２の構成例を示すブロック図である。電流指令演算器２は、ｑ軸電流指令演算器２１と、最大効率制御器２２と、加算器２３と、を備えている。

ｑ軸電流指令演算器２１は、トルク指令発生器１（図３を参照）からのトルク指令Ｔ_ｒｅｆと、加算器２３からのｄ軸電流指令Ｉｄ_ｒｅｆと、に基づいてｑ軸電流指令Ｉｑ_ｒｅｆを算出し、電流制御器３（図３を参照）に出力する。例えば、ｑ軸電流指令演算器２１は、定数切替器１１から供給される電機子鎖交磁束Φ、ｄ軸の電機子巻線インダクタンス値Ｌｄ、ｑ軸の電機子巻線インダクタンス値Ｌｑのパラメータに基づき、ｑ軸電流指令Ｉｑ_ｒｅｆを算出する。

最大効率制御器２２は、トルク指令発生器１（図３を参照）からのトルク指令Ｔ_ｒｅｆに基づいてｄ軸電流指令の基準値Ｉｄ_ｒｅｆ１を算出し、加算器２３に出力する。例えば、最大効率制御器２２は、定数切替器１１から供給されるトルク−電流換算係数Ｋ、ｑ軸方向を基準とした電流位相βのパラメータに基づき、ｄ軸電流指令の基準値Ｉｄ_ｒｅｆ１を算出する。

加算器２３は、ｄ軸電流指令値補正部の一例であり、最大効率制御器２２からのｄ軸電流指令の基準値Ｉｄ_ｒｅｆ１と、定出力制御器８からの定出力量Ｉｄ_ｒｅｆｃとを加算し、加算結果をｄ軸電流指令Ｉｄ_ｒｅｆとして、電流制御器３（図３を参照）及びｑ軸電流指令演算器２１に出力する。

このようにｄ軸電流指令の基準値Ｉｄ_ｒｅｆ１に定出力量Ｉｄ_ｒｅｆｃ（負の値）が加算されることで、弱め界磁が実現する。加算器２３による弱め界磁のための演算を、図７のベクトル図により説明する。同図において、ｑ軸及びｄ軸の矢印は正の方向を表している。また、破線矢印は加算前の合成ベクトルＩ０を表しており、実線矢印は加算後の合成ベクトルＩ１を表している。

最大効率制御器２２から加算器２３に出力されるｄ軸電流指令の基準値Ｉｄ_ｒｅｆ１は、交流モータ４０の出力効率が最大となるように算出される。ｄ軸電流指令の基準値Ｉｄ_ｒｅｆ１は、弱め界磁を行わない場合にｄ軸電流指令となる値である。本例において、ｄ軸電流指令の基準値Ｉｄ_ｒｅｆ１は絶対値が比較的小さい負の値であり、加算前の合成ベクトルＩ０はｑ軸からｄ軸の負の方向にやや傾いている。

加算器２３によってｄ軸電流指令の基準値Ｉｄ_ｒｅｆ１に定出力量Ｉｄ_ｒｅｆｃが加算されることでｄ軸電流指令Ｉｄ_ｒｅｆが減少すると、加算後の合成ベクトルＩ１のｑ軸からｄ軸の負の方向への傾きＩθは、加算前の合成ベクトルＩ０よりも大きくなる。このときの合成ベクトルＩ１のｑ軸成分がｑ軸電流指令Ｉｑ_ｒｅｆとなり、ｄ軸成分がＩｄ_ｒｅｆとなる。

［電流制御器］
図５は、電流制御器３の構成例を示すブロック図である。電流制御器３は、座標変換器３０と、減算器３１，３２と、ｑ軸電流制御器３３と、ｄ軸電流制御器３４と、座標変換器３９と、を備えている。

座標変換部３０は、Ａ／Ｄ変換器６からの電流検出値Ｉｕ_ｆｂ，Ｉｕ_ｆｂを回転位相θに基づいてｄｑ変換することでｑ軸電流フィードバック値Ｉｑ_ｆｂ及びｄ軸電流フィードバック値Ｉｄ_ｆｂを生成し、減算器３１，３２に出力する。

減算器３１は、電流指令演算器２（図３を参照）からのｑ軸電流指令Ｉｑ_ｒｅｆからｑ軸電流フィードバック値Ｉｑ_ｆｂを減算し、減算結果をｑ軸電流制御器３３に出力する。また、減算器３２は、電流指令演算器２（図３を参照）からのｄ軸電流指令Ｉｄ_ｒｅｆからｄ軸電流フィードバック値Ｉｄ_ｆｂを減算し、減算結果をｄ軸電流制御器３４に出力する。

ｑ軸電流制御器３３は、減算器３１から出力される減算結果、すなわちｑ軸電流指令Ｉｑ_ｒｅｆからｑ軸電流フィードバック値Ｉｑ_ｆｂを減算した値が０に近づくような出力値を生成し、ｑ軸電圧指令Ｖｑ_ｒｅｆとして座標変換器３９及び定出力制御器８（図３を参照）に出力する。また、ｄ軸電流制御器３４は、減算器３２から出力される減算結果、すなわちｄ軸電流指令Ｉｄ_ｒｅｆからｄ軸電流フィードバック値Ｉｄ_ｆｂを減算した値が０に近づくような出力値を生成し、ｄ軸電圧指令Ｖｄ_ｒｅｆとして座標変換器３９及び定出力制御器８（図３を参照）に出力する。

座標変換器３９は、ｑ軸電流制御器３３及びｄ軸電流制御器３４からのｑ軸電圧指令Ｖｑ_ｒｅｆ及びｄ軸電圧指令Ｖｄ_ｒｅｆを回転位相θに基づいてＵＶＷ変換することでＵＶＷ各相の電圧指令Ｖｕ_ｒｅｆ，Ｖｖ_ｒｅｆ，Ｖｗ_ｒｅｆを生成し、ＰＷＭ制御器４（図３を参照）に出力する。

［定出力制御器］
図６は、定出力制御器８の構成例を示すブロック図である。定出力制御器８は、振幅演算器８１と、減算器８２と、ＰＩ制御器８３と、リミッタ８４と、フィルタ８５と、を備えている。

振幅演算器８１は、電流制御器３（図３を参照）からのｄ軸電圧指令Ｖｄ_ｒｅｆ及びｑ軸電圧指令Ｖｑ_ｒｅｆから電圧指令振幅値を電圧フィードバック値Ｖｆｂとして算出し、減算器８２に出力する。

減算器８２は、制限電圧指令から電圧フィードバック値Ｖｆｂを減算し、減算結果をＰＩ制御器８３に出力する。ここで、制限電圧指令とは、直流電圧源８０が出力可能な最大電圧に相当し、電圧検出器７（図３を参照）からの電圧検出値に基づいて定められる。例えば、制限電圧指令は、電圧検出値そのものであってもよいし、電圧検出値に所定の係数を乗じた値などであってもよい。

ＰＩ制御器８３は、比例動作と積分動作を組み合わせたＰＩ制御により、減算器８２からの減算結果、すなわち制限電圧指令から電圧フィードバック値Ｖｆｂを減算した値が０に近づくような出力値を生成し、リミッタ８４に出力する。リミッタ８４は、電圧フィードバック値Ｖｆｂが制限電圧指令を超えないようにＰＩ制御器８３の出力値を制限した上でフィルタ８５に出力する。

フィルタ８５の出力値は、定出力量Ｉｄ_ｒｅｆｃとして電流指令演算器２（図３を参照）に出力される。本例では、定出力量Ｉｄ_ｒｅｆｃは負の値として算出され、電流指令演算器２においてｄ軸電流指令の基準値Ｉｄ_ｒｅｆ１に加算されるが、これに限らず、定出力量Ｉｄ_ｒｅｆｃは正の値として算出され、電流指令演算器２においてｄ軸電流指令の基準値Ｉｄ_ｒｅｆ１から減算されてもよい。なお、フィルタ８５を省略して、リミッタ８４の出力を定出力量Ｉｄ_ｒｅｆｃとしてもよい。

具体的には、弱め界磁制御を実施しなくても電圧フィードバック値Ｖｆｂが制限電圧指令よりも低い場合には、定出力量Ｉｄ_ｒｅｆｃは０のままであり、弱め界磁制御は開始されない。すなわち、ｄ軸電流指令Ｉｄ_ｒｅｆは基準値Ｉｄ_ｒｅｆ１のままとなる。交流モータ４０の回転速度が上昇し、電圧フィードバック値Ｖｆｂが制限電圧指令を越えると、定出力量Ｉｄ_ｒｅｆｃが増加し、弱め界磁制御が開始される。すなわち、ｄ軸電流指令Ｉｄ_ｒｅｆは基準値Ｉｄ_ｒｅｆ１から減少する。

図８の低速回転状態Ｓ１で説明すると、弱め界磁制御を実施しなくても電圧フィードバック値Ｖｆｂが制限電圧指令より低い場合とは、交流モータ４０の回転速度が弱め界磁開始点ＦＷより低い速度領域に対応し、この速度領域では最大トルクを確保することが可能である。他方、交流モータ４０の回転速度が弱め界磁開始点ＦＷより高い速度領域では、
回転速度の上昇に伴って確保可能なトルクが徐々に減少する。

なお、制限電圧指令は、直流電圧源８０の出力電圧が放電などの要因によって低下すると、それに伴って低下する。この場合、図９に示されるように、弱め界磁開始点ＦＷが低下して、弱め界磁が行われる速度領域が低下することになる。

［切り替えの判断手法］
巻線切替信号発生器１０は、定出力制御器８から定出力量Ｉｄ_ｒｅｆｃを取得し、電流指令演算器２からｑ軸電流指令Ｉｑ_ｒｅｆ及びｄ軸電流指令Ｉｄ_ｒｅｆを取得する。

このうち、定出力量Ｉｄ_ｒｅｆｃは、上述したように弱め界磁のためにｄ軸電流指令Ｉｄ_ｒｅｆを減少させる量を表しており、定出力量Ｉｄ_ｒｅｆｃの絶対値が大きくなるほどｄ軸電流指令Ｉｄ_ｒｅｆが減少する（図７を参照）。このことから、定出力量Ｉｄ_ｒｅｆｃは、弱め界磁の程度を表す情報ということができる。

また、ｑ軸電流指令Ｉｑ_ｒｅｆ及びｄ軸電流指令Ｉｄ_ｒｅｆから算出される合成ベクトルＩ１のｑ軸からｄ軸の負の方向への傾きＩθは、弱め界磁のためにｄ軸電流指令Ｉｄ_ｒｅｆを減少させる量（すなわち、定出力量Ｉｄ_ｒｅｆｃの絶対値）に対応している（図７を参照）。このことから、合成ベクトルＩ１の傾きＩθも、弱め界磁の程度を表す情報ということができる。

巻線切替信号発生器１０は、このような弱め界磁の程度を表す情報を取得して、低速回転状態Ｓ１において弱め界磁の程度が予め定められた条件を超える場合に、低速回転状態Ｓ１から高速回転状態Ｓ２への切り替えのための巻線切替信号を出力する。

例えば、巻線切替信号発生器１０は、低速回転状態Ｓ１において定出力量Ｉｄ_ｒｅｆｃが予め定められた閾値以上である場合に、低速回転状態Ｓ１から高速回転状態Ｓ２への切り替えのための巻線切替信号を出力する。

また、巻線切替信号発生器１０は、低速回転状態Ｓ１において合成ベクトルＩ１の傾きＩθが予め定められた閾値以上である場合に、低速回転状態Ｓ１から高速回転状態Ｓ２への切り替えのための巻線切替信号を出力してもよい。

このように、弱め界磁の程度に基づいて低速回転状態Ｓ１から高速回転状態Ｓ２への切り替えを判断することで、切り替え時における交流モータ４０の出力効率をほぼ同じ値とすることが可能である。弱め界磁の程度が高まると（すなわち、定出力量Ｉｄ_ｒｅｆｃの絶対値が増加すると）、それに伴って交流モータ４０の出力効率が低下する。このため、回転速度ではなく、弱め界磁の程度を巻線切り替えの判断に用いることによって、巻線切り替え時における交流モータ４０の出力効率をほぼ同じ値にして、効率の良い状態で運転することが可能な領域を広げることができる。

直流電圧源８０の出力電圧が放電などの要因によって低下すると、図９に示されるように、弱め界磁が行われる速度領域が低下する。このため、従来技術のように回転速度を巻線切り替えの判断に用いると、巻線切り替え時における交流モータ４０の出力効率が必要以上にばらつくおそれがある。例えば、切り替えの閾値となる回転速度は、直流電圧源８０の出力電圧が低下した後の値を考慮して定められると考えられるが、この場合、直流電圧源８０の出力電圧が低下する前は弱め界磁が行われる速度領域が比較的高くなる。このため、交流モータ４０の出力効率がそれほど低下しないうちに、回転速度が閾値を越えて低速回転状態から高速回転状態へ切り替わるという事態が起こり得る。

これに対し、本実施形態では、弱め界磁の程度に基づいて低速回転状態Ｓ１から高速回転状態Ｓ２への切り替えを判断するので、直流電圧源８０の出力電圧が高くても低くても、切り替え時における交流モータ４０の出力効率をほぼ同じにすることができる。この結果、直流電圧源８０の出力電圧が低下する前における交流モータ４０の回転速度は比較的高く、直流電圧源８０の出力電圧が低下した後における交流モータ４０の回転速度は比較的低くなる。従って、本実施形態では、交流モータ４０の出力効率が閾値に低下するまで低速回転状態での運転が可能である。

なお、以上の実施形態では、定出力量Ｉｄ_ｒｅｆｃや合成ベクトルＩ１の傾きＩθに基づいて切り替えを判断する例を説明したが、これに限らず、次のような手法であってもよい。

例えば、巻線切替信号発生器１０は、低速回転状態Ｓ１において、定出力量Ｉｄ_ｒｅｆｃをｄ軸電流指令Ｉｄ_ｒｅｆで除した商（Ｉｄ_ｒｅｆｃ／Ｉｄ_ｒｅｆ）が予め定められた閾値以上である場合に、低速回転状態Ｓ１から高速回転状態Ｓ２への切り替えのための巻線切替信号を出力してもよい。

また、巻線切替信号発生器１０は、低速回転状態Ｓ１において、定出力量Ｉｄ_ｒｅｆｃを合成ベクトルＩ１の大きさで除した商（Ｉｄ_ｒｅｆｃ／Ｉ１）が予め定められた閾値以上である場合に、低速回転状態Ｓ１から高速回転状態Ｓ２への切り替えのための巻線切替信号を出力してもよい。

また、巻線切替信号発生器１０は、低速回転状態Ｓ１において、定出力量Ｉｄ_ｒｅｆｃをｄ軸電流指令の基準値Ｉｄ_ｒｅｆ１の大きさで除した商（Ｉｄ_ｒｅｆｃ／Ｉｄ_ｒｅｆ１）が予め定められた閾値以上である場合に、低速回転状態Ｓ１から高速回転状態Ｓ２への切り替えのための巻線切替信号を出力してもよい。

なお、高速回転状態Ｓ２から低速回転状態Ｓ１への切り替えについては、例えば、低速回転状態Ｓ１から高速回転状態Ｓ２へ切り替えたときの回転速度を一時的に記憶しておき、その回転速度に応じて行ってもよいし、他の判断手法が適用されてもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形実施が当業者にとって可能であるのはもちろんである。

１ トルク指令発生器、２ 電流指令演算器、３ 電流制御器、４ ＰＷＭ制御器、５ 電流検出器、６ Ａ／Ｄ変換器、７ 電圧検出器、８ 定出力制御器（定出力量算出部の一例）、１０ 巻線切替信号発生器（弱め界磁情報取得部及び切り替え指令生成部の一例）、１１ 定数切替器、１４ａ，１４ｂ 入力端子、２０ インバータ装置（モータ制御装置の一例）、２１ ｑ軸電流指令演算器、２２ 最大効率制御器、２３ 加算器（ｄ軸電流指令値補正部の一例）、３０ 座標変換器、３１，３２ 減算器、３３ ｑ軸電流制御器、３４ ｄ軸電流制御器、３９ 座標変換器、４０ 交流モータ、４１ 位置検出器、６１，６２ 切替器、８０ 直流電圧源、８１ 振幅演算器、８２ 減算器、８３ ＰＩ制御器、８４ リミッタ、８５ フィルタ、１００ ドライブシステム。

Claims (8)

1. 交流モータに配置される第１の巻数のコイルに電力が供給される第１の状態と、前記第１の巻数よりも少ない第２の巻数のコイルに電力が供給される第２の状態と、を切り替えるモータ制御装置であって、
   前記交流モータを流れる電流の励磁電流成分の指令値であるｄ軸電流指令値を減少させることで弱め界磁を行うｄ軸電流指令値補正部と、
   前記弱め界磁の程度を表す情報を取得する弱め界磁情報取得部と、
   前記第１の状態において前記弱め界磁の程度を表す値が予め定められた閾値以上である場合に、前記第１の状態から前記第２の状態への切り替え指令を生成する切り替え指令生成部と、
   備えることを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記弱め界磁の程度を表す情報は、前記ｄ軸電流指令値を前記弱め界磁を行わない場合の基準値から減少させる量である定出力量を表し、
   前記切り替え指令生成部は、前記第１の状態において前記定出力量が予め定められた閾値以上である場合に、前記切り替え指令を生成する、
   請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記弱め界磁の程度を表す情報は、前記交流モータを流れる電流のトルク電流成分の指令値であるｑ軸電流指令値と前記ｄ軸電流指令値との合成ベクトルの、ｑ軸からｄ軸の負の方向への傾きを表し、
   前記切り替え指令生成部は、前記第１の状態において前記傾きが予め定められた閾値以上である場合に、前記切り替え指令を生成する、
   請求項１に記載のモータ制御装置。
4. 前記弱め界磁の程度を表す情報は、前記ｄ軸電流指令値を前記弱め界磁を行わない場合の基準値から減少させる量である定出力量を、前記ｄ軸電流指令値で除した商を表し、
   前記切り替え指令生成部は、前記第１の状態において前記商が予め定められた閾値以上である場合に、前記切り替え指令を生成する、
   請求項１に記載のモータ制御装置。
5. 前記弱め界磁の程度を表す情報は、前記ｄ軸電流指令値を前記弱め界磁を行わない場合の基準値から減少させる量である定出力量を、前記交流モータを流れる電流のトルク電流成分の指令値であるｑ軸電流指令値と前記ｄ軸電流指令値との合成ベクトルの大きさで除した商を表し、
   前記切り替え指令生成部は、前記第１の状態において前記商が予め定められた閾値以上である場合に、前記切り替え指令を生成する、
   請求項１に記載のモータ制御装置。
6. 前記弱め界磁の程度を表す情報は、前記ｄ軸電流指令値を前記弱め界磁を行わない場合の基準値から減少させる量である定出力量を、前記基準値で除した商を表し、
   前記切り替え指令生成部は、前記第１の状態において前記商が予め定められた閾値以上である場合に、前記切り替え指令を生成する、
   請求項１に記載のモータ制御装置。
7. 前記交流モータに印加される電圧のトルク電圧成分の指令値であるｑ軸電圧指令値と、励磁電圧成分の指令値であるｄ軸電圧指令値と、前記交流モータに電力を供給する電源装置の出力電圧検出値と、に基づいて、前記ｄ軸電流指令値を前記弱め界磁を行わない場合の基準値から減少させる量である定出力量を算出する定出力量算出部をさらに備える、
   請求項１に記載のモータ制御装置。
8. 交流モータに配置される第１の巻数のコイルに電力が供給される第１の状態と、前記第１の巻数よりも少ない第２の巻数のコイルに電力が供給される第２の状態と、を切り替えるモータ制御方法であって、
   前記交流モータを流れる電流の励磁電流成分の指令値であるｄ軸電流指令値を減少させることで弱め界磁を行い、
   前記弱め界磁の程度を表す情報を取得し、
   前記第１の状態において前記弱め界磁の程度を表す値が予め定められた閾値以上である場合に、前記第１の状態から前記第２の状態への切り替え指令を生成する、
   ことを特徴とするモータ制御方法。
   

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