JP6124808B2 - 同期電動機の制御装置及び制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、同期電動機（ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍｏｔｏｒ）を制御する技術に関する。特に、本発明は、センサレスベクトル制御と同期制御とを併用する同期電動機の制御技術に関する。

同期電動機の駆動制御方法として、回転子の位置（位相）に基づいてトルクや速度を高精度に制御するベクトル制御が知られている。近年、エンコーダ等の位置センサを用いることなく、電流や電圧に基づいてソフトウェア的に回転子の位置及び速度を推定する技術も実用化されている。そのような位置速度推定技術を利用したベクトル制御は、「センサレスベクトル制御」と呼ばれている。

センサレスベクトル制御は、低コスト、装置の小型化、信頼性向上等の観点から有利である。但し、低速度領域では、電圧誤差の影響が大きくなるため、位置及び速度の推定精度が悪化する。そこで、低速度領域では、センサレスベクトル制御に代わって「同期制御」を行う技術が提案されている（特許文献１、特許文献２を参照）。

特許文献１、２に記載されているように、同期制御（同期電流制御）では、速度指令ω＊を積分することにより得られる同期位相でインバータは制御される。従って、インバータの出力電流の周波数（つまり、回転子の回転速度）は、速度指令ω＊に一致する。また、励磁電流指令ｉｄ＊は一定レベルに固定され、同期電動機にはその励磁電流指令ｉｄ＊の固定レベルに応じた電流が常に流れる。同期制御において出力可能な最大トルクは、その励磁電流指令ｉｄ＊の固定レベルによって定まる。

低速度領域における同期制御と高速度領域におけるセンサレスベクトル制御との間の切り換え方法については、例えば特許文献２に記載されている。

特開２００９−２４７０８２号公報 特開２０１２−１９６２６号公報

上述の通り、同期制御では、励磁電流指令ｉｄ＊は一定レベルに固定され、同期電動機にはその励磁電流指令ｉｄ＊の固定レベルに応じた電流が常に流れる。また、同期制御において出力可能な最大トルクは、その励磁電流指令ｉｄ＊の固定レベルによって定まる。

最大トルクを増大させるために、励磁電流指令ｉｄ＊の固定レベルを高く設定することが考えられる。しかしながらこの場合、一定速運転時に、軽負荷であっても大電流が同期電動機に流れ続けるため、サーマルトリップが発生する恐れがある。

逆に、一定速運転時にサーマルトリップが発生しない程度の固定レベルに励磁電流指令ｉｄ＊を設定した場合、最大トルクは定格トルク以下となる。しかしながらこの場合、急加減速時に定格トルクを超える加減速トルクが必要になると、トルク不足により脱調が発生する。

本発明の１つの目的は、センサレスベクトル制御と同期制御とを併用する同期電動機の駆動制御において、同期制御時の脱調を防止することができる技術を提供することにある。

本発明の１つの観点において、同期電動機の制御装置が提供される。その制御装置は、制御部と電流指令生成部とを備える。制御部は、第１速度領域において同期制御により同期電動機の駆動制御を行い、また、第１速度領域よりも高い第２速度領域においてセンサレスベクトル制御により同期電動機の駆動制御を行う。電流指令生成部は、上記駆動制御のためのｄ軸電流指令及びｑ軸電流指令を生成する。より詳細には、同期制御の場合、電流指令生成部は、ｑ軸電流指令をゼロに設定し、ｄ軸電流指令を速度変化の状況に応じた値に設定する。第１速度領域における定速時、電流指令生成部は、ｄ軸電流指令を固定値である第１値に設定する。また、第１速度領域における加速時又は減速時の少なくとも一方において、電流指令生成部は、ｄ軸電流指令を第１値よりも大きい第２値に設定する。

本発明の他の観点において、同期電動機の制御方法が提供される。その制御方法は、（Ａ）第１速度領域において、同期制御により同期電動機の駆動制御を行うステップと、（Ｂ）第１速度領域よりも高い第２速度領域において、センサレスベクトル制御により同期電動機の駆動制御を行うステップと、を含む。上記（Ａ）同期制御により駆動制御を行うステップは、ｑ軸電流指令をゼロに設定し、ｄ軸電流指令を速度変化の状況に応じた値に設定するステップを含む。ｄ軸電流指令を設定するステップは、（ａ）第１速度領域における定速時、ｄ軸電流指令を、固定値である第１値に設定するステップと、（ｂ）第１速度領域における加速時又は減速時の少なくとも一方において、ｄ軸電流指令を、第１値よりも大きい第２値に設定するステップと、を含む。

本発明によれば、センサレスベクトル制御と同期制御とを併用する同期電動機の駆動制御において、同期制御時の脱調を防止することが可能となる。

図１は、従来の同期制御とセンサレスベクトル制御を説明するための概念図である。 図２は、同期制御におけるｄ軸電流指令と最大トルクとの関係を示す図である。 図３は、本発明の実施の形態に係る同期制御とセンサレスベクトル制御を説明するための概念図である。 図４は、実施の形態１に係る同期電動機の制御装置の構成例を示すブロック図である。 図５は、実施の形態２における第１電流指令生成部の構成を示すブロック図である。 図６は、実施の形態２における第１電流指令生成部の動作を示すグラフである。 図７は、実施の形態３における第１電流指令生成部の構成を示すブロック図である。 図８は、実施の形態３における第１電流指令生成部の動作を示すグラフである。 図９は、実施の形態４における第１電流指令生成部の構成を示すブロック図である。 図１０は、実施の形態４における第１電流指令生成部の動作を示すグラフである。 図１１は、実施の形態５を説明するためのブロック図である。 図１２は、実施の形態６における第１電流指令生成部の構成を示すブロック図である。

添付図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。

実施の形態１．
＜同期制御とセンサレスベクトル制御＞
本発明の実施の形態では、同期電動機の駆動制御として、「センサレスベクトル制御」と「同期制御」とが併用される。本実施の形態の理解を容易にするため、まず図１を参照して、従来のセンサレスベクトル制御と同期制御の一般的概念を説明する。

図１に示されるように、センサレスベクトル制御と同期制御とは、速度に応じて切り換えられる。より詳細には、低速領域Ｒ１（第１速度領域）では同期制御が行われ、高速領域Ｒ２（第２速度領域）ではセンサレスベクトル制御が行われる。ここで、低速領域Ｒ１は、速度が第１閾値ωｔ１以下である領域であり、高速領域Ｒ２は、速度が第２閾値ωｔ２（＞ωｔ１）以上である領域である。低速領域Ｒ１と高速領域Ｒ２との間の領域では、同期制御とセンサレスベクトル制御との間の切換制御が行われる。尚、切換制御の方式はどのようなものでも構わない（例えば特許文献２を参照）。

図１において、ｉｄ＊及びｉｑ＊は、それぞれ、同期電動機の駆動制御において一般に用いられているｄ軸電流指令（励磁電流指令）及びｑ軸電流指令を表す。ｄｑ座標系は、同期電動機の回転子の座標系である。ｄ軸は回転子の磁軸方向であり、ｄ軸電流は励磁電流成分に相当する。ｑ軸はｄ軸と直交する方向である。

センサレスベクトル制御では、ｄ軸電流指令ｉｄ＊及びｑ軸電流指令ｉｑ＊は、周知のアルゴリズムにより制御され、それにより、高精度の速度制御及びトルク制御が実現される。

一方、同期制御では、ｑ軸電流指令ｉｑ＊はゼロに設定される（ｉｑ＊＝０）。また、従来の同期制御では、ｄ軸電流指令ｉｄ＊は一定レベルに固定される。その固定レベルのｄ軸電流指令ｉｄ＊は、以下、「固定ｄ軸電流指令ｉｄ０＊」と参照される。この場合、同期電動機には、その固定ｄ軸電流指令ｉｄ０＊に応じた電流が常に流れる。

図２は、同期制御におけるｄ軸電流指令ｉｄ＊と最大トルクとの関係を示している。横軸が、ｄ軸電流指令ｉｄ＊を表し、縦軸が、出力可能な最大トルクを表している。図２に示されるように、同期制御において出力可能な最大トルクは、ｄ軸電流指令ｉｄ＊の大きさによって定まる。ここで、ｄ軸電流指令ｉｄ＊が定格電流ｉｍである場合の最大トルクが定格トルクＴｍである。

最大トルクを増大させるために、固定ｄ軸電流指令ｉｄ０＊を定格電流ｉｍよりも大きく設定することが考えられる。しかしながらこの場合、一定速運転時に、軽負荷であっても大電流が同期電動機に流れ続けるため、サーマルトリップが発生する恐れがある。

そのようなサーマルトリップの発生を防止するためには、図１及び図２に示されるように、固定ｄ軸電流指令ｉｄ０＊を定格電流ｉｍ以下に設定する必要がある。この場合、出力可能な最大トルクＴ０は、定格トルクＴｍ以下となる。しかしながら、急加減速時には、定格トルクＴｍを超える加減速トルクが必要になる場合がある。この場合、図１に示されるような従来の同期制御では、トルク不足により脱調が発生する恐れがある。

＜本実施の形態に係る同期制御の概要＞
次に、図３を参照して、本実施の形態に係る同期制御を説明する。本実施の形態において、同期制御におけるｄ軸電流指令ｉｄ＊及びｑ軸電流指令ｉｑ＊は、それぞれ、第１ｄ軸電流指令ｉｄ１＊及び第１ｑ軸電流指令ｉｑ１＊と参照される。

本実施の形態によれば、第１ｑ軸電流指令ｉｑ１＊は、図１の場合と同様に、ゼロに設定される（ｉｑ１＊＝０）。一方、第１ｄ軸電流指令ｉｄ１＊は、図１の場合とは異なり、固定ｄ軸電流指令ｉｄ０＊だけに固定されない。第１ｄ軸電流指令ｉｄ１＊は、速度変化の状況に応じた値に設定される。

より詳細には、低速領域Ｒ１における一定速運転時、第１ｄ軸電流指令ｉｄ１＊は、固定ｄ軸電流指令ｉｄ０＊に設定される（ｉｄ１＊＝ｉｄ０＊）。しかしながら、低速領域Ｒ１における加減速時、第１ｄ軸電流指令ｉｄ１＊は、固定ｄ軸電流指令ｉｄ０＊よりも大きい値に適宜補正される。その補正後の値は、以下「補正ｄ軸電流指令ｉｄ０’＊」と参照される。補正ｄ軸電流指令ｉｄ０’＊と固定ｄ軸電流指令ｉｄ０＊との差分ｉｄ＊＊（＝ｉｄ０’＊−ｉｄ０＊）は、「補正値」である。

式（１）：
（一定速時）ｉｄ１＊＝ｉｄ０＊
（加減速時）ｉｄ１＊＝ｉｄ０’＊＝ｉｄ０＊＋ｉｄ＊＊＞ｉｄ０＊

固定ｄ軸電流指令ｉｄ０＊の場合に出力可能な最大トルクは、Ｔ０である。一方、補正ｄ軸電流指令ｉｄ０’＊の場合に出力可能な最大トルクは、Ｔ０よりも大きいＴ０’（＝Ｔ０＋ΔＴ）である。すなわち、加減速時には、出力可能な最大トルクが、一時的に、Ｔ０からＴ０’に上昇する。

このように、本実施の形態によれば、低速領域Ｒ１における加減速時、第１ｄ軸電流指令ｉｄ１＊は、固定ｄ軸電流指令ｉｄ０＊よりも大きい補正ｄ軸電流指令ｉｄ０’＊に設定される。これにより、加減速時においては、出力可能な最大トルクが一時的に上昇し、トルク不足ひいては脱調が防止される。

また、加減速時のトルク不足が解消されるため、一定速時の固定ｄ軸電流指令ｉｄ０＊を過剰に大きく設定する必要はない。その結果、一定速時に同期電動機に流れる電流が減少するため、過剰な電力消費が抑制され、効率が向上する。

尚、本実施の形態に係る補正ｄ軸電流指令ｉｄ０’＊は、必ずしも加速時、減速時の両方の場合に適用される必要はない。加速時あるいは減速時の一方に適用されても、上記効果は得られる。例えば、補正ｄ軸電流指令ｉｄ０’＊は、トルク不足が顕著になりがちな加速時だけに適用されてもよい。

＜制御装置の例＞
次に、本実施の形態に係るセンサレスベクトル制御及び同期制御を実現するための構成例を説明する。図４は、本実施の形態に係る同期電動機ＳＭの制御装置１の構成例を示している。

制御装置１は、同期電動機ＳＭの駆動制御を行う。より詳細には、制御装置１は、インバータ１０、電流検出器２０、座標変換器３０、電圧指令生成部４０、座標変換器５０、ＰＷＭ制御部６０、位置・速度推定部７０、切換制御部８０、θ演算部９０、及び電流指令生成部１００を備えている。

インバータ１０は、スイッチング素子を備えており、ＰＷＭ制御部６０から供給されるゲート信号ＳＧによってスイッチング制御される。インバータ１０は、そのスイッチング制御により、直流電圧を三相の交流電圧に変換し、同期電動機ＳＭに供給する。同期電動機ＳＭに供給された交流電圧により電動機電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗが流れ、同期電動機ＳＭは回転する。

電流検出器２０は、インバータ１０と同期電動機ＳＭとの間に配置され、電動機電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを検出するように構成されている。ここで、電流検出器２０は、電動機電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗのうち二相を検出すればよい。残りの一相については、検出した二相から演算することができるからである。電流検出器２０によって検出された検出電流（例：ｉｕ、ｉｖ）は、座標変換器３０に入力される。

座標変換器３０は、電流検出器２０によって検出された検出電流に対して、ｕｖｗ座標系からｄｑ座標系への座標変換を行う。この座標変換により、検出電流のｄ軸成分であるｄ軸検出電流ｉｄ、及び検出電流のｑ軸成分であるｑ軸検出電流ｉｑが得られる。尚、この座標変換において用いられる位相θ（回転子位置）は、後述のθ演算部９０によって算出される。

電圧指令生成部４０は、後述の電流指令生成部１００から出力されるｄ軸電流指令ｉｄ＊及びｑ軸電流指令ｉｑ＊を受け取る。そして、電圧指令生成部４０は、それらｄ軸電流指令ｉｄ＊及びｑ軸電流指令ｉｑ＊からｄ軸電圧指令Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令Ｖｑ＊を生成する。より詳細には、電圧指令生成部４０は、上述の座標変換器３０から出力されるｄ軸検出電流ｉｄ及びｑ軸検出電流ｉｑを受け取る。そして、電圧指令生成部４０は、ｄ軸検出電流ｉｄ及びｑ軸検出電流ｉｑのそれぞれがｄ軸電流指令ｉｄ＊及びｑ軸電流指令ｉｑ＊に一致するように、比例積分制御によってｄ軸電圧指令Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令Ｖｑ＊を算出する。

座標変換器５０は、電圧指令生成部４０から出力されるｄ軸電圧指令Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令Ｖｑ＊に対して、ｄｑ座標系からｕｖｗ座標系への座標変換を行う。この座標変換により、ｕｖｗ座標系における電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊が得られる。尚、この座標変換において用いられる位相θ（回転子位置）は、後述のθ演算部９０によって算出される。

ＰＷＭ制御部６０は、座標変換器５０から出力される電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に従って、インバータ１０のスイッチング素子を制御するゲート信号ＳＧを生成する。このとき、ＰＷＭ制御部６０は、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御によりゲート信号ＳＧを生成する。ゲート信号ＳＧは、インバータ１０に供給される。

位置・速度推定部７０は、センサレスベクトル制御において、電流や電圧に基づいてソフトウェア的に回転子の位置及び速度を推定する機能ブロックである。より詳細には、位置・速度推定部７０は、上述の座標変換器３０から出力されるｄ軸検出電流ｉｄ及びｑ軸検出電流ｉｑを受け取る。また、位置・速度推定部７０は、上述の電圧指令生成部４０から出力されるｄ軸電圧指令Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令Ｖｑ＊を受け取る。そして、位置・速度推定部７０は、ｄ軸検出電流ｉｄ、ｑ軸検出電流ｉｑ、ｄ軸電圧指令Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令Ｖｑ＊に基づいて、周知のアルゴリズムによって回転子の位置（位相）及び速度を推定する。位置・速度推定部７０によって推定される回転子の位置は、以下「推定位相θｅ」と参照される。また、位置・速度推定部７０によって推定される回転子の速度は、以下「推定速度ωｅ」と参照される。

切換制御部８０は、制御装置１による駆動制御方法を切り換えるための切り換え信号ＳＷを出力する。より詳細には、切換制御部８０は、モータ速度に応じて切り換え信号ＳＷを変化させる。例えば、切換制御部８０は、速度指令ω＊を参照する。速度指令ω＊が低速領域Ｒ１にある場合、切換制御部８０は、「同期制御」を指定する切り換え信号ＳＷ（例えば、Ｈレベル）を出力する。一方、速度指令ω＊が高速領域Ｒ２にある場合、切換制御部８０は、「センサレスベクトル制御」を指定する切り換え信号ＳＷ（例えば、Ｌレベル）を出力する。

θ演算部９０は、座標変換において用いられる位相θを算出する。本実施の形態では、同期制御かセンサレスベクトル制御かに依って、位相θの算出方法が異なる。そのため、θ演算部９０には、上述の切り換え信号ＳＷが入力される。切り換え信号ＳＷが同期制御を指定している場合、θ演算部９０は、速度指令ω＊を積分することによって位相θを算出する。一方、切り換え信号ＳＷがセンサレスベクトル制御を指定している場合、θ演算部９０は、上述の位置・速度推定部７０によって得られた推定位相θｅに基づいて、周知のアルゴリズムによって位相θを算出する。

電流指令生成部１００は、速度指令ω＊に基づいて、ｄ軸電流指令ｉｄ＊及びｑ軸電流指令ｉｑ＊を生成する。より詳細には、電流指令生成部１００は、第１電流指令生成部１１０、第２電流指令生成部１２０、及びセレクタ１３０を備えている。

第１電流指令生成部１１０は、同期制御用のｄ軸電流指令ｉｄ＊及びｑ軸電流指令ｉｑ＊、すなわち、上述の第１ｄ軸電流指令ｉｄ１＊及び第１ｑ軸電流指令ｉｑ１＊を生成する。第１電流指令生成部１１０は、第１ｑ軸電流指令ｉｑ１＊をゼロに設定する（ｉｑ１＊＝０）。

本実施の形態によれば、第１ｄ軸電流指令ｉｄ１＊は、上記式（１）のように設定される。つまり、第１電流指令生成部１１０は、第１ｄ軸電流指令ｉｄ１＊を、速度変化（ｄω＊／ｄｔ）の状況に応じた値に設定する。より詳細には、一定速度時、第１電流指令生成部１１０は、第１ｄ軸電流指令ｉｄ１＊を固定ｄ軸電流指令ｉｄ０＊に設定する（ｉｄ１＊＝ｉｄ０＊）。一方、加減速時、第１電流指令生成部１１０は、第１ｄ軸電流指令ｉｄ１＊を、固定ｄ軸電流指令ｉｄ０＊よりも大きい補正ｄ軸電流指令ｉｄ０’＊に設定する（ｉｄ１＊＝ｉｄ０’＊）。

尚、補正ｄ軸電流指令ｉｄ０’＊は、加速時あるいは減速時の一方だけに適用されてもよい。例えば、第１電流指令生成部１１０は、加速時だけ、第１ｄ軸電流指令ｉｄ１＊を補正ｄ軸電流指令ｉｄ０’＊に設定してもよい。

第２電流指令生成部１２０は、センサレスベクトル制御用のｄ軸電流指令ｉｄ＊及びｑ軸電流指令ｉｑ＊を生成する。センサレスベクトル制御におけるｄ軸電流指令ｉｄ＊及びｑ軸電流指令ｉｑ＊は、それぞれ、第２ｄ軸電流指令ｉｄ２＊及び第２ｑ軸電流指令ｉｑ２＊と参照される。第２電流指令生成部１２０は、速度指令ω＊に基づき、周知のアルゴリズムにより第２ｄ軸電流指令ｉｄ２＊及び第２ｑ軸電流指令ｉｑ２＊を生成する。

特に、第２電流指令生成部１２０は、速度制御器１２５を備えている。この速度制御器１２５は、上述の位置・速度推定部７０によって得られた「推定速度ωｅ」に基づいて第２ｑ軸電流指令ｉｑ２＊を生成する。より詳細には、速度制御器１２５は、推定速度ωｅが速度指令ω＊に一致するように、比例積分制御によって第２ｑ軸電流指令ｉｑ２＊を算出する。このように、センサレスベクトル制御では、推定速度ωｅに基づいて速度制御及びトルク制御が行われる。

セレクタ１３０は、切り換え信号ＳＷ（つまり速度指令ω＊）に応じて、電流指令生成部１００が出力するｄ軸電流指令ｉｄ＊及びｑ軸電流指令ｉｑ＊を切り換える。具体的には、切り換え信号ＳＷが同期制御を指定している場合、セレクタ１３０は、第１電流指令生成部１１０によって生成された第１ｄ軸電流指令ｉｄ１＊及び第１ｑ軸電流指令ｉｑ１＊を、ｄ軸電流指令ｉｄ＊及びｑ軸電流指令ｉｑ＊として選択し、出力する。一方、切り換え信号ＳＷがセンサレスベクトル制御を指定している場合、セレクタ１３０は、第２電流指令生成部１２０によって生成された第２ｄ軸電流指令ｉｄ２＊及び第２ｑ軸電流指令ｉｑ２＊を、それぞれｄ軸電流指令ｉｄ＊及びｑ軸電流指令ｉｑ＊として選択し、出力する。

尚、インバータ１０、電流検出器２０、座標変換器３０、電圧指令生成部４０、座標変換器５０、ＰＷＭ制御部６０、位置・速度推定部７０、切換制御部８０、θ演算部９０、及び電流指令生成部１００は、全体として、「制御部」を構成している。この制御部は、低速領域Ｒ１において、同期制御により同期電動機ＳＭの駆動制御を行う。同期制御の場合、インバータ１０の出力電流の周波数（つまり、回転子の回転速度）は、速度指令ω＊に一致する。一方、高速領域Ｒ２において、制御部は、センサレスベクトル制御により同期電動機ＳＭの駆動制御を行う。

以上に説明された構成により、図３で示された駆動制御が実現される。低速領域Ｒ１における加減速時、第１ｄ軸電流指令ｉｄ１＊は、固定ｄ軸電流指令ｉｄ０＊よりも大きい補正ｄ軸電流指令ｉｄ０’＊に設定される。これにより、出力可能な最大トルクが一時的に上昇し、トルク不足ひいては脱調が防止される。

実施の形態２．
実施の形態２では、第１電流指令生成部１１０の一例を説明する。図５は、実施の形態２における第１電流指令生成部１１０の構成を示すブロック図である。また、図６は、実施の形態２における第１電流指令生成部１１０の動作を示すグラフである。

図５に示される第１電流指令生成部１１０は、加算器１１１と補正値生成部１１２を備えている。加算器１１１は、固定ｄ軸電流指令ｉｄ０＊に補正値ｉｄ＊＊を加算することにより、第１ｄ軸電流指令ｉｄ１＊を生成する。その補正値ｉｄ＊＊は、補正値生成部１１２によって生成される。

図５に示される補正値生成部１１２は、セレクタ１１３を備えている。セレクタ１１３は、加減速度（ｄω＊／ｄｔ）に応じて、ゼロ又は固定値を補正値ｉｄ＊＊として出力する。

具体的には、一定速時（ｄω＊／ｄｔ＝０）、セレクタ１１３はゼロを出力する（ｉｄ＊＊＝０）。これは、補正が行われないことを意味する。すなわち、第１電流指令生成部１１０は、固定ｄ軸電流指令ｉｄ０＊を第１ｄ軸電流指令ｉｄ１＊として出力する（ｉｄ１＊＝ｉｄ０＊）。

一方、加減速時、セレクタ１１３は、ゼロより大きい固定値を補正値ｉｄ＊＊として出力する。この場合、固定ｄ軸電流指令ｉｄ０＊にその補正値ｉｄ＊＊（固定値＞０）が加算され、補正ｄ軸電流指令ｉｄ０’＊が算出される。すなわち、第１電流指令生成部１１０は、固定ｄ軸電流指令ｉｄ０＊より大きい補正ｄ軸電流指令ｉｄ０’＊を第１ｄ軸電流指令ｉｄ１＊として出力する（ｉｄ１＊＝ｉｄ０’＊）。

尚、補正値ｉｄ＊＊として用いられる固定値は、発生し得る不足トルクを考慮して、予め定められる。

実施の形態３．
実施の形態３では、第１電流指令生成部１１０の他の例を説明する。図７は、実施の形態３における第１電流指令生成部１１０の構成を示すブロック図である。また、図８は、実施の形態３における第１電流指令生成部１１０の動作を示すグラフである。

上述の実施の形態２と比較すると、実施の形態３は、補正値生成部１１２の機能において異なっている。実施の形態３では、補正値生成部１１２は、補正値ｉｄ＊＊を、固定値ではなく、加減速トルクに応じた大きさの演算値に設定する。より詳細には、図７に示されるように、補正値生成部１１２は、加減速トルク演算器１１４及び変換器１１５を備えている。

加減速トルク演算器１１４は、次の式（２）に従って、加減速トルクＴａを算出する。ここで、パラメータＪは、同期電動機ＳＭの固定子の慣性モーメントである。パラメータｄω＊／ｄｔは、速度指令ω＊の時間微分値、すなわち「加減速度」である。加減速トルク演算器１１４は、加減速度と慣性モーメントＪとに基づいて、加減速トルクＴａを算出する。

式（２）：Ｔａ＝｜Ｊ×（ｄω＊／ｄｔ）｜

変換器１１５は、次の式（３）に従って、加減速トルクＴａを補正値ｉｄ＊＊に変換する。ここで、Ｔｍは定格トルクであり、ｉｍは定格電流である。パラメータＴａ／Ｔｍは、定格トルクＴｍに対する加減速トルクＴａの割合、すなわち「トルク負荷率」である。変換器１１５は、定格電流ｉｍにトルク負荷率を掛けることにより、加減速トルクＴａに応じた補正値ｉｄ＊＊を算出する。

式（３）：ｉｄ＊＊＝ｉｍ×（Ｔａ／Ｔｍ）

このように、実施の形態３では、補正値生成部１１２は、発生する加減速トルクに基づいて、演算により補正値ｉｄ＊＊を求める。これにより、加減速トルクに応じて必要な大きさだけ最大トルクの補正が行われる。すなわち、トルク補正の効率が向上する。

実施の形態４．
実施の形態４では、第１電流指令生成部１１０の更に他の例を説明する。図９は、実施の形態４における第１電流指令生成部１１０の構成を示すブロック図である。また、図１０は、実施の形態４における第１電流指令生成部１１０の動作を示すグラフである。

上述の実施の形態３の場合と同様に、実施の形態４の補正値生成部１１２は、補正値ｉｄ＊＊を、加減速トルクに応じた大きさの演算値に設定する。但し、加減速トルクの演算において、実施の形態４の補正値生成部１１２は、同期電動機ＳＭのモデルを使用する。より詳細には、図９に示されるように、補正値生成部１１２は、減算器１１６、モデル速度制御器１１７、モデル速度演算器１１８、及び変換器１１５を備えている。

減算器１１６は、速度指令ω＊とモデル速度ωｍｄｌとの差分（ω＊−ωｍｄｌ）を算出する。その差分（ω＊−ωｍｄｌ）は、モデル速度制御器１１７に入力される。

モデル速度制御器１１７は、次の式（４）に従って、加減速トルクＴａを算出する。ここで、パラメータＪは、同期電動機ＳＭの固定子の慣性モーメントである。パラメータＫｐは、モデルのゲインである。

式（４）：Ｔａ＝Ｋｐ×Ｊ×（ｄ（ω＊−ωｍｄｌ）／ｄｔ）

モデル速度演算器１１８は、次の式（５）に従って、加減速トルクＴａからモデル速度ωｍｄｌを算出する。

式（５）：ωｍｄｌ＝∫（｜Ｔａ｜／Ｊ）

算出されたモデル速度ωｍｄｌは減算器１１６にフィードバックされ、速度ループが形成される。このように、同期電動機ＳＭのモデルに速度指令ω＊を入力することにより、加減速トルクＴａが算出される。算出された加減速トルクＴａは、変換器１１５に入力される。変換器１１５の機能は、実施の形態３の場合と同じである。

このように、本実施の形態では、加減速トルクＴａの算出にモータモデルが用いられる。そのため、図１０に示されるように、補正ｄ軸電流指令ｉｄ０’＊が、ステップ状では無く１次遅れ系の指令となる。その結果、電流変化による速度変動の強さが緩和される。

実施の形態５．
上記の実施の形態４において、モデル速度ωｍｄｌが算出される。このとき、図１１に示されるように、速度指令ω＊の代わりにモデル速度ωｍｄｌが、θ演算部９０における位相θの算出に用いられてもよい。補正ｄ軸電流指令ｉｄ０’＊と同様にモデル速度ωｍｄｌも１次遅れ系となるため、速度変動の強さが更に緩和される。

実施の形態６．
図１２は、実施の形態６における第１電流指令生成部１１０の構成を示すブロック図である。図１２に示される第１電流指令生成部１１０は、既出の実施の形態２〜５の変形例であり、実施の形態２〜５のいずれにも適用可能である。

図１２に示されるように、補正値生成部１１２の出力と加算器１１１との間にマスク回路１１９が設けられている。マスク回路１１９は、指定信号ＤＥＳによって指定された場合にだけ、補正値ｉｄ＊＊を加算器１１１に出力する、すなわち、補正処理（ｉｄ１＊＝ｉｄ０’＊）を有効化する。それ以外の場合、マスク回路１１９は、補正値ｉｄ＊＊を出力しない、すなわち、補正処理を無効化する。

指定信号ＤＥＳは、「加速時のみ」、「減速時のみ」、あるいは「加速時と減速時の両方」のいずれかを指定する。例えば、指定信号ＤＥＳが「加速時のみ」を指定している場合、マスク回路１１９は、加速時にのみ補正処理を有効化し、それ以外の場合は補正処理を無効化する。加速時あるいは減速時の判定は、速度指令ω＊に基づいて可能である。

例えば、指定信号ＤＥＳの内容は、初期設定時にヒューズ回路等を用いることにより、固定されてもよい。あるいは、指定信号ＤＥＳの内容は、必要に応じて外部から変更可能であってもよい。いずれの場合であっても、同期電動機ＳＭの使用環境に応じたフレキシブルな実装が可能となる。

以上、本発明の実施の形態が添付の図面を参照することにより説明された。但し、本発明は、上述の実施の形態に限定されず、要旨を逸脱しない範囲で当業者により適宜変更され得る。

１ 制御装置、１０ インバータ、２０ 電流検出器、３０ 座標変換器、４０ 電圧指令生成部、５０ 座標変換器、６０ ＰＷＭ制御部、７０ 位置・速度推定部、８０ 切換制御部、９０ θ演算部、１００ 電流指令生成部、１１０ 第１電流指令生成部、１１１ 加算器、１１２ 補正値生成部、１１３ セレクタ、１１４ 加減速トルク演算器、１１５ 変換器、１１６ 減算器、１１７ モデル速度制御器、１１８ モデル速度演算器、１１９ マスク回路、１２０ 第２電流指令生成部、１２５ 速度制御器、１３０ セレクタ、ＤＥＳ 指定信号、Ｒ１ 低速領域（第１速度領域）、Ｒ２ 高速領域（第２速度領域）、ＳＧ ゲート信号、ＳＭ 同期電動機、ＳＷ 切り換え信号。

Claims (10)

1. 同期電動機の制御装置であって、
   第１速度領域において同期制御により前記同期電動機の駆動制御を行い、また、前記第１速度領域よりも高い第２速度領域においてセンサレスベクトル制御により前記同期電動機の駆動制御を行う制御部と、
   前記制御部に含まれ、前記駆動制御のためのｄ軸電流指令及びｑ軸電流指令を生成する電流指令生成部と
   を備え、
   前記同期制御の場合、前記電流指令生成部は、前記ｑ軸電流指令をゼロに設定し、前記ｄ軸電流指令を速度変化の状況に応じた値に設定し、
   前記第１速度領域における定速時、前記電流指令生成部は、前記ｄ軸電流指令を固定値である第１値に設定し、
   前記第１速度領域における加速時又は減速時の少なくとも一方において、前記電流指令生成部は、前記ｄ軸電流指令を前記第１値よりも大きい第２値に設定することを特徴とする制御装置。
2. 前記電流指令生成部は、
   前記同期制御の場合の前記ｄ軸電流指令及び前記ｑ軸電流指令を生成する第１電流指令生成部と、
   前記センサレスベクトル制御の場合の前記ｄ軸電流指令及び前記ｑ軸電流指令を生成する第２電流指令生成部と、
   速度指令に基づき、前記第１速度領域の場合は前記第１電流指令生成部によって生成された前記ｄ軸電流指令及び前記ｑ軸電流指令を選択し、前記第２速度領域の場合は前記第２電流指令生成部によって生成された前記ｄ軸電流指令及び前記ｑ軸電流指令を選択するセレクタと
   を備え、
   前記第１速度領域における定速時、前記第１電流指令生成部は、前記ｄ軸電流指令を前記第１値に設定し、
   前記第１速度領域における加速時又は減速時の少なくとも一方において、前記第１電流指令生成部は、前記ｄ軸電流指令を前記第２値に設定することを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
3. 前記第１電流指令生成部は、前記第１値に補正値を加えることにより前記第２値を生成することを特徴とする請求項２に記載の制御装置。
4. 前記補正値は、予め定められた値であることを特徴とする請求項３に記載の制御装置。
5. 前記第１電流指令生成部は、前記補正値を、加減速トルクに応じた大きさに設定することを特徴とする請求項３に記載の制御装置。
6. 前記第１電流指令生成部は、前記速度指令の時間微分値と前記同期電動機の回転子の慣性モーメントとに基づいて、前記加減速トルクを算出することを特徴とする請求項５に記載の制御装置。
7. 前記第１電流指令生成部は、前記速度指令を前記同期電動機のモデルに入力することにより、前記加減速トルクを算出することを特徴とする請求項５に記載の制御装置。
8. 前記電流指令生成部は、少なくとも前記第１速度領域における加速時、前記ｄ軸電流指令を前記第２値に設定することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の制御装置。
9. 加速時のみ、減速時のみ、あるいは、加速時と減速時の両方のうちいずれかを指定する指定信号が前記電流指令生成部に入力され、
   前記電流指令生成部は、前記指定信号によって指定された場合に、前記ｄ軸電流指令を前記第２値に設定することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の制御装置。
10. 同期電動機の制御方法であって、
    第１速度領域において、同期制御により前記同期電動機の駆動制御を行うステップと、
    前記第１速度領域よりも高い第２速度領域において、センサレスベクトル制御により前記同期電動機の駆動制御を行うステップと
    を含み、
    前記同期制御により前記駆動制御を行うステップは、ｑ軸電流指令をゼロに設定し、ｄ軸電流指令を速度変化の状況に応じた値に設定するステップを含み、
    前記ｄ軸電流指令を設定するステップは、
    前記第１速度領域における定速時、前記ｄ軸電流指令を、固定値である第１値に設定するステップと、
    前記第１速度領域における加速時又は減速時の少なくとも一方において、前記ｄ軸電流指令を、前記第１値よりも大きい第２値に設定するステップと
    を含むことを特徴とする制御方法。

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