JP6172500B2 - モータ制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、シンクロナスリラクタンスモータを制御するモータ制御装置に関する。

電磁エネルギーの位置に対する変化によって発生するリラクタンストルクのみを利用して、ロータを回転させるリラクタンスモータが知られている。リラクタンスモータには、ステータおよびロータが突極部を有するスイッチトリラクタンスモータ（ＳＲＭ：Switched Reluctance Motor）と、ステータがブラシレスモータと同様の構造のシンクロナスリラクタンスモータ（ＳｙｎＲＭ：Synchronous Reluctance Motor）とがある。

シンクロナスリラクタンスモータ（ＳｙｎＲＭ）は、ステータおよびロータのうち、ロータのみに突極部を有している。ＳｙｎＲＭでは、ロータの突極部により、磁束の流れやすい突極部の方向（以下、「ｄ軸方向」という）と磁束が流れにくい非突極部の方向（以下、「ｑ軸方向」という）とがある。このため、ｄ軸方向のインダクタンス（以下、「ｄ軸インダクタンス」という）とｑ軸方向のインダクタンス（以下、「ｑ軸インダクタンス」という）の差によりリラクタンストルクが発生し、このリラクタンストルクによってロータが回転する。

特開2002-305900号公報

長谷川 勝（中部大学）、道木 慎二（名古屋大学）、佐竹 明善（オークマ）、王 道洪（岐阜大学）、「永久磁石電動機・リラクタンスモータの駆動回路技術とドライブ制御技術 −６．リラクタンスモータ制御技術− 」、平成１６年電気学会産業応用部門大会論文集、Ｉ−１１９〜Ｉ−１２４（２００４）

ＳｙｎＲＭのロータは磁石を有していないので、ＳｙｎＲＭのロータを単に外力によって回転させただけでは誘起電圧は発生しない。このため、ＳｙｎＲＭでは、ブラシレスモータと同様な方法で電力を取り出すことはできない。
この発明は、シンクロナスリラクタンスモータから電力を取り出すことが可能となるモータ制御装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、シンクロナスリラクタンスモータ（３）を制御するモータ制御装置（４）であって、制御モードとして、前記モータを回転駆動させるための駆動モードと、前記モータを外力によって回転させ、前記モータで発生した電力を回生する回生モードとがあり、前記回生モード時には、前記モータのロータ（１００）を励磁するための電圧が前記モータに印加され、前記電圧は前記モータによって発生される誘起電圧よりも小さく設定される、モータ制御装置である。なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表すが、むろん、この発明の範囲は当該実施形態に限定されない。以下、この項において同じ。

この発明では、回生モード時には、シンクロナスリラクタンスモータが外力によって回転されるとともに、ロータを励磁するための電圧がシンクロナスリラクタンスモータに印加される。これにより、ロータが励磁されるので、ロータの回転により誘起電力が発生する。これにより、シンクロナスリラクタンスモータから電力を取り出すことが可能となる。

請求項２記載の発明は、前記モータに流れるモータ電流の指令値である電流指令値を設定する電流指令値設定手段（４１）を含み、前記電流指令値設定手段は、前記制御モードが回生モードに変更されたときには、電流指令値を零に設定した後、電流指令値を予め設定された値に設定する手段（４１，Ｓ１，Ｓ２）と、回生モード時において、前記駆動回路の電源と前記駆動回路との間に流れる電流の方向を監視し、前記電流の方向が前記電源側から前記駆動回路側に流れる方向となったときには、電流指令値を所定値だけ低下させる手段（Ｓ３，Ｓ４）とを含む、請求項１に記載のモータ制御装置である。

この構成では、回生モード時において、駆動回路３２の出力電圧が電動モータ３によって発生される誘起電圧より大きくなった場合には、電流指令値が低下されるので、駆動回路３２の出力電圧を電動モータ３によって発生される誘起電圧よりも小さくすることができる。
請求項３記載の発明は、制御モードとして、前記駆動モードと、前記回生モードと、前記モータが外力によって回転されたとしても誘起電圧を発生させない無負荷回転モードとがあり、前記無負荷回転モード時には、前記モータへの電力の供給が停止される、請求項１または２に記載のモータ制御装置である。

図１は、本発明の一実施形態に係るモータ制御装置が適用されたエネルギー蓄積装の概略構成を示す模式図である。 図２は、電動モータの構成を説明するための図解図である。 図３は、駆動回路の構成を示す電気回路図である。 図４は、複数の電機子電流Ｉ_ａ毎に取得した電流位相角βに対するモータトルクＴの特性データの一例を示すグラフである。 図５は、各電機子電流Ｉ_ａに対してモータトルクＴが最大となる電流位相角βの実測データと、各電機子電流Ｉ_ａとモータトルクＴが最大となる電流位相角βとの関係を近似的に表した直線とを示すグラフである。 図６は、回生モード時の電流指令値設定部の動作を説明するためのフローチャートである。

以下では、この発明の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るモータ制御装置が適用されたエネルギー蓄積装置の概略構成を示す模式図である。
エネルギー蓄積装置１は、電気エネルギーをフライホイールに機械エネルギーとして変換・蓄積し、停電時等の電気エネルギー必要時に、フライホイールに蓄積された機械エネルギーを電気エネルギーに変換して電源に供給する装置である。エネルギー蓄積装置１は、フライホイール２と、フライホイール２を回転させるためのシンクロナスリラクタンスモータ（以下、「電動モータ３」という）と、電動モータ３を制御するためのモータ制御装置４とを含む。フライホイール２の回転軸は、電動モータ３の出力軸に図示しないカップリングを介して連結されている。

モータ制御装置４による電動モータ３の制御モードには、駆動モードと、無負荷回転モードと、回生モードとがある。駆動モードとは、電動モータ３を駆動してフライホイール２を回転させるモードである。無負荷回転モードとは、電動モータ３への電力の供給を停止して、フライホール２をその慣性力によって回転させるモードである。回生モードとは、電動モータ３をフライホイール２の慣性によって回転させ、フライホイールに蓄積された機械エネルギーを電気エネルギーに変換して電源に供給するモードである。

通常時においては、モータ制御装置４は、フライホイール２が所定の回転速度以上の速度で回転し続けるように、駆動モードによる制御と無負荷回転モードによる制御とを間隔をおいて交互に行う。そして、停電時等の電気エネルギー必要時には、モータ制御装置４は、回生モードで電動モータ３を制御する。
電動モータ３は、前述したようにシンクロナスリラクタンスモータであり、図２に図解的に示すように、周方向に間隔をおいて配置された複数の突極部を有するロータ１００と、電機子巻線を有するステータ１０５とを備えている。電機子巻線は、Ｕ相のステータ巻線１０１、Ｖ相のステータ巻線１０２およびＷ相のステータ巻線１０３が星型結線されることにより構成されている。

各相のステータ巻線１０１，１０２，１０３の方向にＵ軸、Ｖ軸およびＷ軸をとった三相固定座標（ＵＶＷ座標系）が定義される。また、ロータ１００の回転中心側から外周部へ磁束の流れやすい突極部の方向にｄ軸方向をとり、ロータ１００の回転中心側から外周部へ磁束が流れにくい非突極部の方向にｑ軸方向をとった二相回転座標系（ｄｑ座標系。実回転座標系）が定義される。ｄｑ座標系は、ロータ１００の回転角（ロータ回転角）θに従う実回転座標系である。ロータ回転角θ（電気角）は、この実施形態では、隣接する２つの突起部（ｄ軸）のうちの基準となる一方の突極部（ｄ軸）のＵ軸から反時計回りの回転角として定義される。基準となる前記一方の突極部の方向を＋ｄ軸方向といい、それに隣接する他方の突極部の方向を−ｄ軸方向ということにする。＋ｄ軸に対して電気角で＋９０度回転した軸を＋ｑ軸とい、＋ｄ軸に対して電気角で−９０度回転した軸を−ｑ軸ということにする。ロータ１００（突極部）に生じる磁極（Ｎ極およびＳ極）は、ｄｑ座標系における電流ベクトルＩ_ａの方向によって決定される。ロータ回転角θを用いることによって、ＵＶＷ座標系とｄｑ座標系との間での座標変換が行われる（たとえば、特開２００９−１３７３２３号公報の式（１），（２）参照）。

図２において、Ｉ_ａは、回転磁界をつくるための電流ベクトル（電機子電流ベクトル）である。βは電流位相角であり、電機子電流ベクトルＩ_ａとｄ軸との位相差である。
図１に戻り、モータ制御装置４は、マイクロコンピュータ３１と、このマイクロコンピュータ３１によって制御され、電動モータ３に電力を供給する駆動回路（インバータ回路）３２と、電源としての蓄電池７と駆動回路３２とを接続する接続線に流れる電流を検出する駆動電流検出部３３と、電動モータ３の各相のステータ巻線１０１，１０２，１０３に流れる電流を検出する相電流検出部３４とを備えている。駆動回路３２と電動モータ３とを接続する接続線には、電流センサ６（図３に示す３つの電流センサ６_Ｕ，６_Ｖ，６_Ｗを包括的に表したもの）が設けられている。

駆動回路３２は、図３に示すように、三相ブリッジインバータ回路である。この駆動回路３２では、電動モータ３のＵ相に対応した一対のＦＥＴ（電界効果トランジスタ）１１_ＵＨ，１１_ＵＬの直列回路と、Ｖ相に対応した一対のＦＥＴ１１_ＶＨ，１１_ＶＬの直列回路と、Ｗ相に対応した一対のＦＥＴ１１_ＷＨ，１１_ＷＬの直列回路とが、蓄電池（電源）７と接地８との間に並列に接続されている。また、各ＦＥＴ１１_ＵＨ〜１１_ＷＬには、それぞれ回生ダイオード１２_ＵＨ〜１２_ＷＬが、接地８側から蓄電池７側に順方向電流が流れるような向きで、並列に接続されている。

以下において、各相の一対のＦＥＴのうち、電源側のものを「ハイサイドＦＥＴ」といい、接地側のものを「ローサイドＦＥＴ」という場合がある。また、６つのＦＥＴ１１_ＵＨ〜１１_ＷＬを総称するときには、「ＦＥＴ１１」ということにする。
電動モータ３のＵ相のステータ巻線１０１は、Ｕ相に対応した一対のＦＥＴ１１_ＵＨ，１１_ＵＬの間の接続点に接続されている。電動モータ３のＶ相のステータ巻線１０２は、Ｖ相に対応した一対のＦＥＴ１１_ＶＨ，１１_ＶＬの間の接続点に接続されている。電動モータ３のＷ相のステータ巻線１０３は、Ｗ相に対応した一対のＦＥＴ１１_ＷＨ，１１_ＷＬの間の接続点に接続されている。各相のステータ巻線１０１，１０２，１０３と駆動回路３２とを接続するための各接続線には、各相の相電流ｉ_Ｕ，ｉ_Ｖ，ｉ_Ｗを検出するための電流センサ６_Ｕ，６_Ｖ，６_Ｗが設けられている。電動モータ３側には、ロータの回転角（電気角）を検出するためのレゾルバ等の回転角センサ５が設けられている。電流センサ６_Ｕ，６_Ｖ，６_Ｗの出力信号および回転角センサ５の出力信号は、モータ制御装置４に入力する。

図１に戻り、相電流検出部３４は、電流センサ６_Ｕ，６_Ｖ，６_Ｗの出力信号に基づいて、電動モータ３の各相のステータ巻線に流れる相電流ｉ_Ｕ，ｉ_Ｖ，ｉ_Ｗ（以下、総称するときには「三相検出電流ｉ_Ｕ，ｉ_Ｖ，ｉ_Ｗ」という）を検出する。これらは、ＵＶＷ座標系における各座標軸方向の電流値である。
マイクロコンピュータ３１は、ＣＰＵおよびメモリ（ＲＯＭ，ＲΑＭなど）を備えており、所定のプログラムを実行することによって、複数の機能処理部として機能するようになっている。この複数の機能処理部には、電流指令値設定部４１と、電流位相角演算部４２と、ｄ軸電流指令値演算部４３と、ｑ軸電流指令値演算部４４と、ｄ軸電流偏差演算部４５と、ｑ軸電流偏差演算部４６と、ｄ軸ＰＩ（比例積分）制御部４７と、ｑ軸ＰＩ（比例積分）制御部４８と、ｄ軸指示電圧生成部４９と、ｑ軸指示電圧生成部５０と、二相／三相座標変換部５１と、ＰＷＭ制御部５２と、回転角演算部５３と、三相／二相座標変換部５４とが含まれている。

この実施形態では、電動モータ３の制御モードを表すモード指令信号は、外部からモータ制御装置４に入力されるようになっている。モータ制御装置４に入力されたモード指令信号は、電流指令値設定部４１に与えられる。モード指令信号には、電動モータ３の電機子電流の大きさの指令値である電流指令値Ｉ_ａ ^＊が含まれる場合がある。
具体的には、駆動モードを表すモード指令信号は、駆動モードを表すコードと、予め設定された駆動モード時の電流指令値Ｉ_ａ ^＊（＞０）とからなる。駆動モードを表すコードは、たとえば、プラスの符号である。この場合には、駆動モードを表すモード指令信号は、“＋Ａ”のように、プラスの符号と電流指令値Ｉ_ａ ^＊を表す数字Ａ（＞０）とから構成される。

無負荷回転モードを表すモード指令信号は、無負荷回転モードを表すコードからなる。無負荷回転モードを表すコードは、たとえば、０である。
回生モードを表すモード指令信号は、回生モード表すコードと、予め設定された回生モード時の電流指令値Ｉ_ａ ^＊（＞０）とを含む。回生モードを表すコードは、たとえば、マイナスの符号である。この場合には、回生モードを表すモード指令信号は、“−Ｂ”のように、マイナスの符号と電流指令値Ｉ_ａ ^＊を表す数字Ｂ（＞０）とから構成される。

電流指令値設定部４１は、電動モータ３の電機子電流の大きさの指令値である電流指令値Ｉ_ａ ^＊を設定する。具体的には、モード指令信号によって示される制御モードが駆動モードである場合には、電流指令値設定部４１は、モード指令信号に含まれている電流指令値Ａを、電流指令値Ｉ_ａ ^＊として設定する。
モード指令信号によって示される制御モードが無負荷回転モードである場合には、電流指令値設定部４１は、電流指令値Ｉ_ａ ^＊を零に設定する。また、モード指令信号によって示される制御モードが無負荷回転モードである場合には、電流指令値設定部４１は、駆動回路３２内の全てのＦＥＴ１１をオフにさせるための指令（以下「全ＦＥＴオフ指令」という）を、ＰＷＭ制御部５２に与える。後述するように、ＰＷＭ制御部５２は、電流指令値設定部４１から全ＦＥＴオフ指令が与えられている場合には、駆動回路３２内の全てのＦＥＴ１１をオフにさせる。

モード指令信号によって示される制御モードが回生モードである場合には、電流指令値設定部４１は、電流指令値Ｉ_ａ ^＊を一旦零に設定し、その後に、電流指令値Ｉ_ａ ^＊をモード指令信号に含まれている電流指令値Ｂに設定する。そして、電流指令値設定部４１は、駆動電流検出部３３によって検出される駆動電流Ｉ_Ｔを監視し、検出された駆動電流の方向が、蓄電池７側から電動モータ３側に向かって流れる方向となった場合には、電流指令値Ｉ_ａ ^＊を下げる。この例では、駆動電流検出部３３によって検出される駆動電流Ｉ_Ｔは、蓄電池７側から電動モータ３側に向かって流れている場合には正の値となり、電動モータ３側から蓄電池７側に向かって流れている場合には負の値となるものとする。

電流指令値設定部４１によって設定された電流指令値Ｉ_ａ ^＊は、電流位相角演算部４２に与えられるとともに、ｄ軸電流指令値演算部４３およびｑ軸電流指令値演算部４４に与えられる。
電流位相角演算部４２は、電流指令値設定部４１から与えられた電流指令値Ｉ_ａ ^＊と予め設定された電流位相角演算式とに基づいて、当該電流指令値Ｉ_ａ ^＊に対してモータトルクが最大値に近い値となる電流位相角β（電気角）［deg］を演算する。電流位相角演算式の作成方法について説明する。

電動モータ３を高効率で駆動するためには、電機子電流に対するモータトルクの比が大きくなるように電動モータ３を制御すればよい。
極対数がＰ_ｎであるシンクロナスリラクタンスモータにおけるモータトルクＴは、次式(1)で表される。
Ｔ＝Ｐ_ｎ・（Ｌ_ｄ−Ｌ_ｑ）・ｉ_ｄ・ｉ_ｑ …(1)
Ｌ_ｄはｄ軸インダクタンス［H］であり、Ｌ_ｑはｑ軸インダクタンス［H］である。また、ｉ_ｄはｄ軸電流［Α］であり、ｉ_ｑはｑ軸電流［Α］である。

電機子電流の大きさをＩ_ａ［Α］とし、電流位相差をβ［deg］とすると、ｉ_ｑ＝Ｉ_ａ・sinβ，ｉ_ｄ＝Ｉ_ａ・cosβとなるので、モータトルクＴは、次式(2)で表される。なお、電流位相差βは、回転磁界をつくるための電流ベクトル（電機子電流ベクトル）とｄ軸との位相差である。
Ｔ＝（１／２）・Ｐ_ｎ・（Ｌ_ｄ−Ｌ_ｑ）・Ｉ_ａ ^２sin２β …(2)
したがって、ｄ軸インダクタンスＬ_ｄおよびｑ軸インダクタンスＬ_ｑが電流位相角βによって変動しなければ、電流位相角βが４５［deg］のときにモータトルクＴは最大となる。しかしながら、ＳｙｎＲＭでは、ｄ軸インダクタンスＬ_ｄおよびｑ軸インダクタンスＬ_ｑがロータコアの磁気飽和の影響を受けて変動するため、モータトルクＴは電流位相角βが４５［deg］のときに必ずしも最大にならない。

そこで、この実施形態では、電動モータ３に対して予め実験を行うことにより、使用する電機子電流Ｉ_ａ（電流指令値Ｉ_ａ ^＊）の範囲において、複数の電機子電流Ｉ_ａ毎に電流位相角βに対するモータトルクＴの特性データを取得する。
図４は、複数の電機子電流Ｉ_ａ毎に取得した電流位相角βに対するモータトルクＴの特性データの一例を示すグラフである。図４の特性データは、前記非特許文献１に掲載のデータを転用したものである。図４では、横軸に電流位相角βをとり、縦軸にモータトルクＴをとり、各電機子電流Ｉ_ａの電流位相角βに対するモータトルクＴの特性を、それぞれ曲線で表している。

図４のグラフにおいて、各電機子電流Ｉ_ａに対応する電流位相角−モータトルク特性曲線上の最大トルク値を結ぶ曲線を直線近似することにより、電機子電流Ｉ_ａとその電機子電流Ｉ_ａに対してモータトルクが最大値に近い値となる電流位相角βとの関係を表す近似式を求める。具体的には、次式（3）に基づいて、電機子電流Ｉ_ａと電流位相角βとの関係を表す近似式を求める。なお、電機子電流Ｉ_ａが零のときにモータトルクが最大となる電流位相角βは４５度になるものとする。

β＝｛（β_ｍａｘ−β_ｍｉｎ）／Ｉ_ａｍａｘ｝・Ｉ_ａ＋β_ｍｉｎ …(3)
Ｉ_ａｍａｘは、電機子電流Ｉ_ａの最大値であり、この例では、Ｉ_ａｍａｘ＝５０[Α]である。β_ｍａｘは、電機子電流Ｉ_ａが最大値Ｉ_ａｍａｘである場合に、モータトルクＴが最大値となる電流位相角βであり、この例では、β_ｍａｘ＝６６[deg]であるとする。β_ｍｉｎは、電機子電流Ｉ_ａが最小値（零）である場合に、モータトルクＴが最大値となる電流位相角βであり、この例では、β_ｍｉｎ＝４５[deg]であるとする。

前記式(3)に、Ｉ_ａｍａｘ＝５０[Α]、β_ｍａｘ＝６６[deg]およびβ_ｍｉｎ＝４５[deg]を代入すると、次式(4)で表されるような近似式が得られる。
β＝（２１／５０)・Ｉ_ａ＋４５ …(4)
図５の折れ線ａは、各電機子電流Ｉ_ａに対してモータトルクＴが最大となる電流位相角βの実測データを示すグラフである。図５の直線ｂは、前記式(4)で表される近似直線を示している。

前記近似式(4)内のＩ_ａを電流指令値Ｉ_ａ ^＊に置き換えることにより、次式(5)で示されるように、電流指令値Ｉ_ａ ^＊から電流位相角βを演算するための演算式（電流位相角演算式）が得られる。
β＝（２１／５０)・Ｉ_ａ ^＊＋４５ …(5)
電流位相角演算部４２には、前述のようにして求められた電流位相角演算式（例えば前記式(5)）が予め設定されている。電流位相角演算部４２は、予め設定されている電流位相角演算式と、電流指令値設定部４１から与えられた電流指令値Ｉ_ａ ^＊とに基づいて、電流指令値Ｉ_ａ ^＊に対してモータトルクが最大値に近い値となる電流位相角βを演算する。電流位相角演算部４２によって演算された電流位相角βは、ｄ軸電流指令値演算部４３およびｑ軸電流指令値演算部４４に与えられる。

ｄ軸電流指令値演算部４３は、電流指令値設定部４１から与えられた電機子電流指令値Ｉ_ａ ^＊と電流位相角演算部４２から与えられた電流位相角βとを用い、次式（6）に基づいてｄ軸電流の指令値ｉ_ｄ ^＊を演算する。
ｉ_ｄ ^＊＝Ｉ_ａ ^＊・cosβ …(6)
ｑ軸電流指令値生成部４４は、電流指令値設定部４１から与えられた電機子電流指令値Ｉ_ａ ^＊と電流位相角演算部４２から与えられた電流位相角βとを用い、次式（7）に基づいてｑ軸電流の指令値ｉ_ｑ ^＊を演算する。

ｉ_ｑ ^＊＝Ｉ_ａ ^＊・sinβ …(7)
ｄ軸電流指令値ｉ_ｄ ^＊およびｑ軸電流指令値ｉ_ｑ ^＊を総称して、「二相指示電流ｉ_ｄ ^＊，ｉ_ｑ ^＊」という場合がある。
回転角演算部５３は、回転角センサ２５の出力信号に基づいて、電動モータ３のロータの回転角（ロータ回転角）θを演算する。

相電流検出部３４によって検出された三相検出電流ｉ_Ｕ，ｉ_Ｖ，ｉ_Ｗは、三相／二相座標変換部５４に与えられる。三相／二相座標変換部５４は、回転角演算部５３によって演算されたロータ回転角θを用いて、三相検出電流ｉ_Ｕ，ｉ_Ｖ，ｉ_Ｗをｄｑ座標上でのｄ軸電流ｉ_ｄおよびｑ軸電流ｉ_ｑ（以下、総称するときには「二相検出電流ｉ_ｄ，ｉ_ｑ」という。）に変換する。三相／二相座標変換部５４によって得られたｄ軸電流ｉ_ｄは、ｄ軸電流偏差演算部４５に与えられる。三相／二相座標変換部５４によって得られたｑ軸電流ｉ_ｑは、ｑ軸電流偏差演算部４６に与えられる。

ｄ軸電流偏差演算部４５は、ｄ軸電流指令値ｉ_ｄ ^＊に対するｄ軸電流ｉ_ｄの偏差を演算する。ｄ軸電流偏差演算部４５によって演算された電流偏差は、ｄ軸ＰＩ制御部４７に与えられて、ＰＩ演算処理を受ける。ｄ軸指示電圧生成部４９は、ｄ軸ＰＩ制御部４７の演算結果に応じて、ｄ軸指示電圧ｖ_ｄ ^＊を生成する。
ｑ軸電流偏差演算部４６は、ｑ軸電流指令値ｉ_ｑ ^＊に対するｑ軸電流ｉ_ｑの偏差を演算する。ｑ軸電流偏差演算部４６によって演算された電流偏差は、ｑ軸ＰＩ制御部４８に与えられて、ＰＩ演算処理を受ける。ｑ軸指示電圧生成部５０は、ｑ軸ＰＩ制御部４８の演算結果に応じて、ｑ軸指示電圧ｖ_ｑ ^＊を生成する。以下、ｄ軸指示電圧ｖ_ｄ ^＊およびｑ軸指示電圧ｖ_ｑ ^＊を総称するときには「二相指示電圧ｖ_ｄ ^＊，ｖ_ｑ ^＊」という。

二相指示電圧ｖ_ｄ ^＊，ｖ_ｑ ^＊は、二相／三相座標変換部５１に与えられる。二相／三相座標変換部５１は、回転角演算部５３によって演算されたロータ回転角θを用いて、ｄ軸指示電圧ｖ_ｄ ^＊およびｑ軸指示電圧ｖ_ｑ ^＊を、ＵＶＷ座標系の指示電圧、すなわち、Ｕ相，Ｖ相およびＷ相の指示電圧ｖ_Ｕ ^＊，ｖ_Ｖ ^＊，ｖ_Ｗ ^＊（以下、総称するときには「三相指示電圧ｖ_Ｕ ^＊，ｖ_Ｖ ^＊，ｖ_Ｗ ^＊」という。）に変換する。

ＰＷＭ制御部５２は、電流指令値設定部４１から全ＦＥＴオフ指令が与えられていない場合には、つまり、制御モードが駆動モードまたは回生モードである場合には、Ｕ相指示電圧ｖ_Ｕ ^＊、Ｖ相指示電圧ｖ_Ｖ ^＊およびＷ相指示電圧ｖ_Ｗ ^＊に基づいてＵ相ＰＷＭ制御信号、Ｖ相ＰＷＭ制御信号およびＷ相ＰＷＭ制御信号を生成し、駆動回路３２に供給する。駆動回路３２内の各ＦＥＴ１１は、ＰＷＭ制御部５２から与えられるＰＷＭ制御信号によって制御される。これにより、三相指示電圧ｖ_Ｕ ^＊，ｖ_Ｖ ^＊，ｖ_Ｗ ^＊に相当する電圧が電動モータ３の各相のステータ巻線に印加されることになる。この実施形態では、制御モードが駆動モードまたは回生モードである場合には、駆動回路３２によって正弦波状の駆動電圧（正弦波電圧）が生成される。

電流指令値設定部４１から全ＦＥＴオフ指令が与えられている場合には、つまり、制御モードが無負荷回転モードである場合には、ＰＷＭ制御部５２は、駆動回路３２内の全てのＦＥＴ１１を常時オフ状態にさせる。つまり、電動モータ３への電力の供給が停止（禁止）される。これにより、駆動回路３２の出力電圧は零となるため、電動モータ３はフライホイール２の慣性力よって回転されることになる。電動モータ３のロータは磁石を有していないので、無負荷回転モード時には、誘起電圧が発生しない。このため、回生電流が流れないので、電動モータ３は負荷にならない。これにより、フライホイール２の慣性力が低下しにくくなる。

以下、回生モード時の動作について詳しく説明する。
図６は、回生モード時の電流指令値設定部の動作を説明するためのフローチャートである。
モード指令信号によって示される制御モードが、駆動モードまたは無負荷回転モードから回生モードに変化したときには、電流指令値設定部４１は、まず、電流指令値Ｉ_ａ ^＊を零に設定する（ステップＳ１）。これにより、ＰＷＭ制御部５２からは、モータ電流が零となるような、ＰＷＭ信号が生成されるようになる。つまり、ＰＷＭ制御部５２からは、振幅が零の正弦波電圧が生成されるようになる。より具体的には、ＰＷＭ制御部５２からは、各ＦＥＴに対して、デューティ比が５０％のＰＷＭ信号（５０％デューティのＰＷＭ信号）が生成されるようになる。

一定時間経過後に、電流指令値設定部４１は、電流指令値Ｉ_ａ ^＊をモード指令信号に含まれている電流指令値Ｂに設定する（ステップＳ２）。この電流指令値Ｂは、電動モータ３のロータ１００を励磁するための電圧を駆動回路３２から発生させるための指令値である。ただし、前記電流指令値Ｂは、駆動回路３２の出力電圧が電動モータ３によって発生される誘起電圧よりも小さくなるように設定されている。

これにより、ＰＷＭ制御部５２からは、モータ電流が電流指令値Ｂに応じた電流となるような、ＰＷＭ信号が生成される。これにより、駆動回路３２から、電動モータ３のロータ１００を励磁するための正弦波電圧が出力される。
この後、電流指令値設定部４１は、駆動電流検出部３３によって検出される駆動電流Ｉ_Ｔが、零より小さいか否かを判別する（ステップＳ３）。つまり、電流指令値設定部４１は、駆動電流Ｉ_Ｔが電動モータ３側から蓄電池７側に向かって流れているか否かを判別する。駆動電流Ｉ_Ｔが零より小さい場合には（ステップＳ３：ＹＥＳ）、電流指令値設定部４１は、回生電流が流れていると判断し、ステップＳ５に移行する。

一方、前記ステップＳ３において、駆動電流Ｉ_Ｔが零以上の場合には（ステップＳ３：ＮＯ）、電流指令値設定部４１は、駆動回路３２の出力電圧が電動モータ３によって発生される誘起電圧以上になっていると判断し、電流指令値Ｉ_ａ ^＊を所定値γ（＞０）だけ下げる（ステップＳ４）。これにより、駆動回路３２の出力電圧を電動モータ３によって発生される誘起電圧よりも小さくすることができる。この後、ステップＳ５に移行する。

ステップＳ５では、電流指令値設定部４１は、制御モードが回生モード以外の制御モードに変更されたか否かを判別する。制御モードが回生モード以外の制御モードに変更されていなければ（ステップＳ５：ＮＯ）、電流指令値設定部４１は、ステップＳ３に戻る。一方、制御モードが回生モード以外の制御モードに変更されていれば（ステップＳ５：ＹＥＳ）、電流指令値設定部４１は今回の回生モードに基づく処理を終了する。この場合には、電流指令値設定部４１は、変更後の制御モードに応じた処理を行うことになる。

前記実施形態によれば、回生モード時には、電動モータ３のロータ１００を励磁するための電圧が電動モータ３に印加される。これにより、電動モータ３のロータ１００が磁化される。このため、フライホイール２の慣性力によってロータ１００が回転されることにより、誘起電圧が発生する。これにより、電動モータ３から電力を取り出すことができるようになる。

以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明はさらに他の形態で実施することもできる。たとえば、前述の実施形態では、モード指令信号によって示される制御モードが、駆動モードまたは無負荷回転モードから回生モードに変更されたときには、電流指令値設定部４１は、電流指令値Ｉ_ａ ^＊を一旦零に設定し、その後に、電流指令値Ｉ_ａ ^＊をモード指令信号に含まれている電流指令値Ｂに設定している。しかし、制御モードが、駆動モードまたは無負荷回転モードから回生モードに変更されたときには、電流指令値設定部４１は、電流指令値Ｉ_ａ ^＊を一旦零に設定し、その後に、電流指令値Ｉ_ａ ^＊をモード指令信号に含まれている電流指令値Ｂまで徐々に大きくするようにしてもよい。

また、電流位相角演算部４２は、電流指令値設定部４１から与えられた電流指令値Ｉ_ａ ^＊と、予め設定された電流位相角演算式（例えば式(5)参照）とに基づいて、当該電流指令値Ｉ_ａ ^＊に対してモータトルクが最大値に近い値となる電流位相角βを演算している。しかし、電流位相角演算部４２は、前記電流位相角演算式によって表される電流指令値Ｉ_ａ ^＊と電流位相角βとの関係を記憶したマップと、電流指令値設定部４１から与えられた電流指令値Ｉ_ａ ^＊とに基づいて、当該電流指令値Ｉ_ａ ^＊に対してモータトルクが最大値に近い値となる電流位相角βを演算してもよい。

また、前述の実施形態では、前記式(3)に基づいて、各電機子電流Ｉ_ａに対応する電流位相角−モータトルク特性曲線上の最大トルク値を結ぶ曲線を直線近似し、得られた近似式に基づいて電流位相角演算式を求めている。しかし、最小二乗法等の他の方法によって、各電機子電流Ｉ_ａに対応する電流位相角−モータトルク特性曲線上の最大トルク値を結ぶ曲線を直線近似し、得られた近似式に基づいて電流位相角演算式を求めるようにしてもよい。さらに、ｄ軸電流指令値演算部４３およびｑ軸電流指令値演算部４４において、ｄ軸電流指令値およびｑ軸電流指令値を演算するために使用される電流位相角βを４５[deg]に固定してもよい。

その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

１…エネルギー蓄積装置、２…フライホイール、３…電動モータ、４…モータ制御装置、７…蓄電池、３１…マイクロコンピュータ、４１…電流指令値設定部、５２…ＰＷＭ制御部、３２…駆動回路、１００…ロータ、ＦＥＴ１１_ＵＨ〜１１_ＷＬ…ＦＥＴ

Claims (3)

1. シンクロナスリラクタンスモータを制御するモータ制御装置であって、
   制御モードとして、前記モータを回転駆動させるための駆動モードと、前記モータを外力によって回転させ、前記モータで発生した電力を回生する回生モードとがあり、
   前記回生モード時には、前記モータのロータを励磁するための電圧が前記モータに印加され、前記電圧は前記モータによって発生される誘起電圧よりも小さく設定される、モータ制御装置。
2. 前記モータに流れるモータ電流の指令値である電流指令値を設定する電流指令値設定手段を含み、
   前記電流指令値設定手段は、
   前記制御モードが回生モードに変更されたときには、電流指令値を零に設定した後、電流指令値を予め設定された値に設定する手段と、
   回生モード時において、前記駆動回路の電源と前記駆動回路との間に流れる電流の方向を監視し、前記電流の方向が前記電源側から前記駆動回路側に流れる方向となったときには、電流指令値を所定値だけ低下させる手段とを含む、請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 制御モードとして、前記駆動モードと、前記回生モードと、前記モータが外力によって回転されたとしても誘起電圧を発生させない無負荷回転モードとがあり、前記無負荷回転モード時には、前記モータへの電力の供給が停止される、請求項１または２に記載のモータ制御装置。

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