JP7147296B2

JP7147296B2 - モータ制御装置

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Inventors: 章悟加藤
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Publication date: 2022-10-05
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Description

本発明は、モータ制御装置に関する。

特許文献１には、磁極センサがない同期機の永久磁石の温度推定を高精度に行なう同期機の制御装置が開示されている。この制御装置では、磁石温度推定部によって、電機子鎖交磁束量を演算し、基準電機子鎖交磁束量との比から磁石温度を推定する。そして、不可逆減磁判定部によって、磁石温度と同期機に流れる電流との相間から不可逆減磁が生じる恐れがある場合に、キャリア周波数と変調方式を上昇させ、永久磁石の磁石温度を低減する。

特開２００６－２５４５２１号公報

上記した永久磁石の磁石温度の低減は、同期機に流れる電流の振幅値（「ピーク値」とも呼ばれる）が不可逆減磁を生じる電流値を超えないように、永久磁石の磁石温度に応じて、キャリア周波数を上昇させて、同期機を流れる電流の振幅値を抑制することで行なわれている。これは、永久磁石の磁石温度の低減は、不可逆減磁の発生を抑制するために、同期機を流れる電流の振幅値が不可逆減磁を生じる電流値（以下、「不可逆減磁閾値」とも呼ぶ）以上とならないようにするものである。このことから、不可逆減磁を発生させないためには、同期機を流れる電流が瞬間的にでも不可逆減磁閾値以上とならないことが求められる。

しかしながら、同期機を流れる電流には、キャリア周波数の高調波成分の電流（以下、「高調波電流」とも呼ぶ）が重畳されている。同期機を流れる電流を検出するタイミングとは異なるタイミングで、高調波電流が重畳された電流の振幅値が不可逆減磁閾値以上となった場合、不可逆減磁の発生を招く可能性がある。そこで、高調波電流も考慮して同期機を流れる電流を抑制して、不可逆減磁の発生を抑制することが望まれている。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
本発明の一形態によれば、モータ（１００）を制御するモータ制御装置（４００）が提供される。このモータ制御装置は；前記モータへの要求トルクに応じた電流指令（Ｉｄ＊，Ｉｑ＊）を生成する電流指令生成部（２２０）と；前記電流指令と、電流センサ（１１０）により検出された前記モータに流れる検出電流（Ｉｄ，Ｉｑ）との偏差に応じた電圧指令（Ｖｄ＊，Ｖｑ＊）を生成する電流制御部（２３０）と；前記電圧指令に応じた交流電圧（Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ）をＰＷＭによって生成し、生成した交流電圧を前記モータに印加して前記モータを駆動するＰＷＭインバータ（３００）と；前記電流センサによる電流検出が行なわれてから次の電流検出が行なわれるまでの間において、前記モータに印加される電圧と、前記モータに印加される電圧に応じて前記モータに流れる電流と、から、前記電流センサでは検出できない高調波電流を推定する高調波電流推定部（２８０）と；推定された高調波電流に応じて前記モータに流れる電流を抑制する減磁制御部（２９０）と；を備える。
前記減磁制御部は、推定された前記高調波電流が、前記モータの永久磁石に不可逆減磁が発生する可能性が高い第１電流閾値よりも大きくなる場合に、前記電流指令生成部が生成する前記電流指令を制限して、前記モータに流れる電流の最大値を抑制することにより、前記永久磁石の不可逆減磁の発生を抑制し、前記モータに流れる電流の最大値の前記抑制が行われている状態において、推定された前記高調波電流が、前記第１電流閾値よりも大きく、前記第１電流閾値よりも前記永久磁石に不可逆減磁が発生する可能性が高い第２電流閾値よりも大きくなる場合に、前記ＰＷＭインバータのスイッチング動作を停止する。
この形態によれば、高調波電流推定部で推定した高調波電流に応じて永久磁石に不可逆減磁が発生することを抑制しつつ、モータの動作を制御することができる。
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、モータ制御装置の他、モータ制御方法の形態で実現することができる。

一実施形態のモータ制御装置の構成を模式的に示す説明図。磁石温度推定処理を示すフローチャート。磁束の低下率に依存した磁石温度特性の一例を示す説明図。高調波電流推定処理を示すフローチャート。インバータのスイッチの状態に対応する電圧ベクトルを示す説明図。各電圧ベクトルにおけるＳＷ状態および固定座標での電圧値を示す説明図。高調電流の発生の様子を示す説明図。不可逆減磁抑制処理を示すフローチャート。不可逆減磁と電流制限閾値と不可逆電流閾値の一例を示す説明図である。モータに流れる電流とトルク残存率の関係の一例を示す説明図。磁石温度とキャリア周波数との関係の一例を示す説明図。

Ａ．実施形態：
Ａ１．モータ制御装置の構成：
本実施形態において使用する主なパラメータは以下の通りである。これらは３相の永久磁石同期モータのベクトル制御において使用されるパラメータである。
Ｉｄ＊，Ｉｑ＊：ｄ，ｑ軸の電流指令
Ｉｄ，Ｉｑ，：ｄ，ｑ軸の検出電流
Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ：ｕ，ｖ，ｗ相の検出電流
Ｌｄ，Ｌｑ：ｄ，ｑ軸のインダクタンス
Ｒ：モータの電機子巻線抵抗
Ｖｄ＊，Ｖｑ＊：ｄ，ｑ軸の電圧指令
Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊：ｕ，ｖ，ｗ相の電圧指令
Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ：ｕ，ｖ，ｗ相の印加電圧
θ：検出電気角
ω：検出電気角速度
φｄ，φｑ：永久磁石のｄ，ｑ軸の磁束
φ：永久磁石の磁束

図１に示すように、実施形態のモータ制御装置４００は、制御部２００と、ＰＷＭインバータ３００と、を有している。モータ制御装置４００は、３相の永久磁石同期モータ１００の制御を実行する。以下の説明では、永久磁石同期モータ１００を単に「モータ１００」とも呼ぶ。

永久磁石同期モータ１００としては、埋込磁石同期モータや表面磁石同期モータを利用可能である。なお、永久磁石を有する同期モータにおいて、１つの永久磁石のＮ極方向をｄ軸とし、これに直交する方向をｑ軸とするのが一般的である。

モータ１００には、電流センサ１１０が設けられている。電流センサ１１０は、ｕｖｗ相のコイルに流れる検出電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを測定する。但し、ｕｖｗ相の全てを測定する必要はなく、いずれか２相の検出電流を測定すれば、Ｉｗ＋Ｉｖ＋Ｉｗ＝０の関係に基づいて残りの一相の検出電流を求めることができる。そこで、図１では、ｕｖ相の検出電流Ｉｕ，Ｉｖを測定する構成としている。なお、モータ１００に流れる電流は、後述するＰＷＭインバータ３００からモータ１００のｕｖｗ相のコイルに印加される交流の電圧に従って流れる交流の電流であり、電流センサ１１０は、交流の電流の振幅値、すなわち、ピーク値を測定する。以下の説明において、「電流」は、特に説明がない限り交流の電流のピーク値を意味する。

制御部２００は、検出電気角速度ωを用いた速度フィードバックおよびｄ軸とｑ軸の検出電流Ｉｄ，Ｉｑを用いた電流フィードバックを行なうことによって、ｄ軸とｑ軸の電圧指令Ｖｄ＊，Ｖｑ＊を決定し、電圧２相３相変換を実行して３相の電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊をＰＷＭインバータ３００に供給することにより、モータ１００の動作を制御する。制御部２００は、モータ１００の動作を制御するために、速度減算器２０５と、速度制御部２１０と、電流指令生成部２２０と、電流減算器２２５と、電流制御部２３０と、電圧２相／３相変換部２４０と、電流３相／２相変換部２５０と、オブザーバ２６０と、を有している。なお、以下の説明では、ｄ軸とｑ軸を単に「２軸」とも呼ぶ。

オブザーバ２６０は、２軸の検出電流Ｉｄ，Ｉｑおよび２軸の電圧指令Ｖｄ＊，Ｖｑ＊から検出電気角θを求め、検出電気角θから検出電気角速度ωを求める。検出電気角θは電圧２相／３相変換部２４０および電流３相／２相変換部２５０の変換に利用される。検出角速度ωは、速度制御部２１０の速度制御、磁石温度推定部２７０の磁石温度推定、および高調波電流推定部２８０の高調波電流推定に利用される。

電流３相／２相変換部２５０は、モータ１００の３相の検出電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを２軸の検出電流Ｉｄ，Ｉｑに変換する。この変換は、よく知られているように、検出電気角θに基づいて実行される。検出電気角θは、典型的には、ｄ軸とｕ相コイル軸との成す角である。

速度制御部２１０は、速度減算器２０５によって算出される電気角速度指令ω＊と検出電気角速度ωの差分である角速度偏差Δωに対してモータ１００に要求すべきトルク指令Ｔｒｑ＊を求める。これは、例えば、角速度偏差と要求トルクとの関係を示す演算式やマップを用いて実行される。

電流指令生成部２２０は、トルク指令Ｔｒｑ＊に応じた２軸の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を生成する。なお、後述するように、２軸の電流Ｉｄ，Ｉｑとして設定可能な最大値は、後述するように、減磁制御部２９０によって設定されるので、電流指令生成部２２０は、この設定された最大値までの範囲内で、トルク指令Ｔｒｑ＊に応じた２軸の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を生成する。

電流減算器２２５は、２軸の電流指令Ｉｄ＊、Ｉｑ＊から２軸の検出電流Ｉｄ，Ｉｑを減算して２軸の電流偏差ΔＩｄ，ΔＩｑを算出する。電流制御部２３０は、２軸の電流偏差ΔＩｄ，ΔＩｑがゼロとなるようにモータ１００を動作させるための２軸の電圧指令電圧Ｖｄ＊，Ｖｑ＊を生成する。電圧２相／３相変換部２４０は、２軸の電圧指令Ｖｄ＊，Ｖｑ＊を３相の電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に変換する。この変換も、検出電気角θに基づいて実行される。こうして得られた３相の電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊は、ＰＷＭインバータ３００に供給される。

ＰＷＭインバータ３００は、３相の電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に応じて３相インバータ回路（図示省略）のスイッチングを実行することによって、３相の交流の印加電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを発生させる。これらの印加電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗは、モータ１００の３相コイルに供給される。

以上のように、制御部２００は、電気角速度指令ω＊に対して検出電気角速度ωを用いた速度フィードバック制御を行なって２軸の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を決定する。また、制御部２００は、２軸の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊に対して２軸の検出電流Ｉｄ，Ｉｑを用いた電流フィードバック制御を行なって２軸の電圧指令Ｖｄ＊，Ｖｑ＊を決定し、モータ１００に供給する３相の電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊を決定する。そして、３相の電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に応じた３相の印加電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗが、ＰＷＭインバータ３００からモータ１００の３相コイルに供給される。これにより、制御部２００は、モータ１００の動作を制御することができる。

また、制御部２００は、上記のモータ１００の動作を制御する機能に加えて、モータ１００の永久磁石で発生する不可逆減磁を抑制する機能を実現するために、磁石温度推定部２７０と、高調波電流推定部２８０と、減磁制御部２９０と、を有している。

磁石温度推定部２７０は、検出電気角速度ωと２軸の検出電流Ｉｄ，Ｉｑと２軸の電圧指令Ｖｄ＊，Ｖｑ＊とから永久磁石の磁石温度Ｔｍｅを推定する。高調波電流推定部２８０は、検出電気角速度ωと２軸の検出電流Ｉｄ，Ｉｑと２軸の印加電圧Ｖｄ，Ｖｑとから、ＰＷＭインバータ３００におけるスイッチング動作に応じて発生する高調波電流を推定し、その最大値Ｉａ＿ｐｅａｋを求める。減磁制御部２９０は、永久磁石の不可逆減磁の発生を回避するために、磁石温度Ｔｍｅに応じて、ＰＷＭインバータ３００で利用されるキャリアのキャリア周波数を変更し、高調波電流の最大値Ｉａ＿ｐｅａｋに応じて、電流指令生成部２２０における電流指令の最大値を制限する。磁石温度推定部２７０と、高調波電流推定部２８０と、減磁制御部２９０とは、具体的には、それぞれ、以下で説明するように動作することにより、モータ１００の永久磁石で発生する不可逆減磁の発生を抑制する。

Ａ２．磁石温度推定部による磁石温度推定：
磁石温度推定部２７０では、電流センサ１１０で電流が検出される制御周期で、図２に示すように、モータ１００の永久磁石の磁石磁束の算出（ステップＳ１１０）と、算出した磁石磁束の低下率に対応する永久磁石の磁石温度Ｔｍｅの推定（ステップＳ１２０）と、が実行される。なお、電流センサ１１０で電流が検出される制御周期は、ＰＷＭインバータ３００において実行されるＰＷＭに用いられるキャリアのキャリア周期Ｔｃの半周期（Ｔｃ／２）に相当する。キャリア周期Ｔｃはキャリア周波数ｆｃのキャリアの周期である。

ステップＳ１１０における磁石磁束の算出は、例えば、以下で説明するように、モータ１００の制御に関する電圧方程式を利用して、実行される。

モータ１００の制御に関する電圧方程式は（１）式で表される。

ここで、左辺の「ωφｄ」，「ωφｑ」は永久磁石の磁束により発生するｄ軸，ｑ軸の誘起電圧を表している。また、右辺の「ｖｄ」，「ｖｑ」はモータ１００に印加されるｄ軸とｑ軸の電圧を表し、「ｉｄ」，「ｉｑ」はモータ１００に流れるｄ軸とｑ軸の電流を表している。なお、ｄ軸のインダクタンスＬｄはｄ軸の電流ｉｄに応じて決定されるパラメータであり、ｑ軸のインダクタンスＬｑはｑ軸の電流ｉｄに応じて決定されるパラメータである。ｐは時間微分（ｄ／ｄｔ）を表す演算子である。

電流過度時における電流検出は行なわれないと仮定すれば、（１）式の微分項を削除することができ、電圧方程式は（２）式で表される。

なお、電流が０Ａの時に電流検出が行なわれるとすれば、インダクタンス、電流センサのゲイン誤差の影響を排除することができ、（３）式に示すように、ｄ軸とｑ軸の印加電圧Ｖｄ，Ｖｑからｄ軸とｑ軸の誘起電圧ωφｄ，ωφｑを求めることができる。

ここで、永久磁石の磁石温度Ｔｍｅがｔ［℃］での磁石磁束φ（ｔ）は、ｄ軸とｑ軸の誘起電圧ωφｄ，ωφｑを用いて（４）式で表される。

従って、（２）式を解くことで算出されたｄ軸とｑ軸の誘起電圧ωφｄ，ωφｑを（４）式に代入することで、現在の永久磁石の磁石温度Ｔｍｅがｔ［℃］での永久磁石の磁石磁束φ（ｔ）を算出することができる。但し、磁石磁束算出時点での磁石温度ｔ［℃］の値は不明である。

そして、ステップＳ１２０における、磁石磁束の低下率に対応する永久磁石の磁石温度Ｔｍｅの推定は、例えば、以下で説明するように実行される。磁石磁束の低下率Ｒφ［％］は、（５）式に示すように、基準温度ｔｒ［℃］での基準磁石磁束φ（ｔｒ）に対する磁石磁束φ（ｔ）の比で表される。例えば、永久磁石に減磁が発生しない典型的な温度、例えば、２０℃～３０℃の範囲内の温度ｔを基準温度ｔｒとし、その温度ｔでの磁石磁束φ（ｔ）が基準磁石磁束φ（ｔｒ）として用いられる。本例では、ｔｒ＝３０℃とする。

ここで、磁石磁束の低下は、磁石温度の上昇に応じて低下する。そこで、あらかじめ、図３のような磁石磁束の低下率Ｒφと磁石温度Ｔｍｅとの関係を求めておけば、（５）式により求めた磁石磁束の低下率Ｒφ［％］における永久磁石の磁石温度Ｔｍｅ［℃］を、磁石磁束の低下率Ｒφと磁石温度Ｔｍｅとの関係から推定することができる。なお、この関係は、あらかじめ、磁石温度をパラメータとして、磁束の低下率を測定することで求めて、磁石磁束の低下率Ｒφと磁石温度Ｔｍｅとの関係を示すマップや多項式として用意しておけばよい。磁束の低下率は「磁束の低減量」に相当する。

Ａ３．高調波電流推定部による高調波電流推定：
高調波電流推定部２８０では、電流センサ１１０で電流が検出される制御周期で、図４に示すように、ＰＷＭインバータ３００におけるスイッチングの状態に対応する電圧ベクトルの変化に応じて変化する予測電流値の算出（ステップＳ２１０）と、算出した予想電流値に基づく高調波電流の最大値Ｉａ＿ｐｅａｋの推定（ステップＳ２２０）と、が実行される。

図５に示すように、ＰＷＭインバータ３００で実行されるＰＷＭによって設定されるインバータのスイッチ（以下、「ＳＷ」とも呼ぶ）の状態に対応する電圧ベクトルはＶ０～Ｖ７の８通りある。（ｕ，ｖ，ｗ）は、各電圧ベクトルＶ０～Ｖ７における上側のスイッチの状態を示しており、「１」はＯＮ、「０」はＯＦＦである。なお、各相の下側のスイッチの状態は、上側のスイッチと逆の状態となる。

Ｖ１～Ｖ６の６つの電圧ベクトルは、電圧ベクトルＶ１を基準（０°）として６０°間隔の方向を有する電圧ベクトルであり、Ｖ０，Ｖ７の２つの電圧ベクトルは、大きさおよび方向を有さない零ベクトルである。

各電圧ベクトルＶ０～Ｖ７におけるｄ軸，ｑ軸の電圧ｖｄ，ｖｑは、固定座標軸ａ，ｂでの電圧ｖａ，ｖｂをパラメータとして（６）式から求められる。

そして、各電圧ベクトルＶ０～Ｖ７における固定座標軸ａ，ｂでの電圧ｖａ，ｖｂは、電源電圧Ｖｄｃを基準として、それぞれ、図６に示す値をとる。従って、各電圧ベクトルＶ０～Ｖ７における固定座標軸ａ，ｂでの電圧ｖａ，ｖｂを、（６）式に代入することにより、各電圧ベクトルＶ０～Ｖ７におけるｄ軸，ｑ軸の電圧ｖｄ，ｖｑが求められる。

図７に示すように、キャリア周期Ｔｃの１／２周期の間隔（Ｔｃ／２）の時刻ｔｄ１，ｔｄ２，ｔｄ３・・・で電流センサ１１０による電流検出が実行される。そして、各電流検出のタイミングで、ＰＷＭインバータ３００におけるインバータのスイッチ動作が決定され、これに従ったタイミングで順に電圧ベクトルが設定される。図７の例では、電圧ベクトルは、時刻ｔｄ１からの離散時間ΔＴ＝Ｔ１経過時においてＶ０からＶ１とされ、次の離散時間ΔＴ＝Ｔ２経過時においてＶ１からＶ２とされ、さらに次の離散時間ΔＴ＝Ｔ３経過時においてＶ２からＶ７とされている。そして、各離散時間の経過時においては、各離散時間の経過の間の電圧ベクトルに応じて変化するｄ軸，ｑ軸の電圧ｖｄ，ｖｑに従ったｄ軸，ｑ軸の電流ｉｄ，ｉｑが発生する。

電圧ベクトルに応じて変化するｄ軸，ｑ軸の電圧ｖｄ，ｖｑに従って発生するｄ軸の電流ｉｄおよびｑ軸の電流ｉｑは、（７ａ）式および（７ｂ）式で表される。

ここで、「ｉｄ（ｎ＋１）」，「ｉｑ（ｎ＋１）」は、ある時点（ｎ）におけるｄ軸，ｑ軸の電圧ｖｄ（ｎ），ｖｑ（ｎ）及び電流ｉｄ（ｎ），ｉｑ（ｎ）に対して、離散時間ΔＴが経過時して電圧ベクトルが変化する時点（ｎ＋１）において予測されるｄ軸，ｑ軸の電流値である。なお、「ｉｄ（ｎ）」，「ｉｑ（ｎ）」は、時点（ｎ）が電流センサ１１０による電流検出時である場合には、電流センサ１１０による検出電流値であり、それ以外の電圧ベクトルが変化する時点の場合には、一つ前の離散時間ΔＴ経過時点において予測される電流値である。また、離散時間ΔＴは、図７に示したように、変化する電圧ベクトルに応じて定められる値である。また、「ｐＬｄ」はｄ軸の過渡インダクタンス、「ｐＬｑ」はｑ軸の過渡インダクタンスである。また、「φ」は永久磁石の磁束であり、「ω・φ」は、永久磁石による誘起電圧を表している。永久磁石の磁束φは、（４）式に従って求められる値であり、磁石温度推定部２７０から供給される。

そこで、ステップＳ２１０（図４）における予測電流値の算出は、電流センサ１１０による電流検出のタイミングの間で、電圧ベクトルの変化に応じて変化するｄ軸，ｑ軸の予測電流値を、（７ａ）式および（７ｂ）式を用いて算出することによって実行される。

そして、ステップＳ２２０における高調波電流の最大値Ｉａ＿ｐｅａｋの推定は、算出した予測電流値のうちの最大値を、電流センサ１１０による電流検出のタイミングの間で発生する高調波電流の最大値Ｉａ＿ｐｅａｋとすることによって実行される。

Ａ４．減磁制御部による不可逆減磁抑制：
減磁制御部２９０では、磁石温度推定部２７０および高調波電流推定部２８０と同様の制御周期で、図８に示すように、磁石温度推定部２７０で推定された永久磁石の磁石温度Ｔｍｅおよび高調波電流推定部２８０で推定された高調波電流の最大値Ｉａ＿ｐｅａｋに基づいて、不可逆減磁の発生を抑制する動作が実行される。

磁石温度推定部２７０により永久磁石の磁石温度Ｔｍｅが推定されて、磁石温度Ｔｍｅが減磁制御部２９０に供給された場合には（ステップＳ３１０：ＹＥＳ）、ステップＳ３２０において、供給された磁石温度Ｔｍｅに応じた電流制限閾値Ｉｌｔｈおよび遮断閾値Ｉｓｔｈが設定される。

ここで、減磁制御部２９０には、あらかじめ、例えば、図９に示すような、磁石温度Ｔｍｅ［℃］と電流制限閾値［Ａｐｅａｋ］との関係、および、磁石温度Ｔｍｅ［℃］と遮断閾値［Ａｐｅａｋ］との関係、を示すマップが用意されている。そして、減磁制御部２９０では、磁石温度推定部２７０から供給された磁石温度Ｔｍｅに対応する電流制限閾値Ｉｌｔｈ［Ａｐｅａｋ］および遮断閾値Ｉｓｔｈ［Ａｐｅａｋ］がマップから選択されて、設定される。

電流制限閾値Ｉｌｔｈは、後述する処理において、ＰＷＭによりモータ１００に流れる電流の最大値［Ａｐｅａｋ］を制限するために用いられる閾値であり、図９に示すように、モータ１００の永久磁石で不可逆減磁を発生する電流を示す不可逆減磁閾値Ｉｉｒｔｈ［Ａｐｅａｋ］よりも低い値に設定される。また、遮断閾値Ｉｓｔｈは、後述する処理において、ＰＷＭインバータ３００によるモータ１００への印加電圧の供給を停止するために用いられる閾値である。これは、モータ１００に流れる電流がこの閾値よりも大きくなった場合に、モータ１００の永久磁石で不可逆減磁を発生する可能性が非常に高くなるので、これを回避するためのものである。

なお、図９に示す電流制御閾値のマップおよび遮断閾値のマップは、例えば、図１０に示すような磁石温度に依存して変化するモータに流れる電流［Ａｐｅａｋ］とモータのトルク残存率［％］との関係に基づいて、それぞれ、許容するトルク残存率を満足するように作成される。

次に、図８のステップＳ３３０では、磁石温度Ｔｍｅが上昇閾値Ｔｕｔｈよりも高いか否か判断される。そして、磁石温度Ｔｍｅが上昇閾値Ｔｕｔｈ以下である場合（ステップＳ３３０：ＮＯ）には、ステップＳ３４０ａにおいて、キャリア周波数ｆｃの設定が初期設定に維持される。これに対して、磁石温度Ｔｍｅが上昇閾値Ｔｕｔｈよりも高い場合（ステップＳ３３０：ＹＥＳ）には、ステップＳ３４０ｂにおいて、磁石温度Ｔｍｅに対応するキャリア周波数ｆｃが上昇設定され、キャリア変更指令Ｓｃ＊がＰＷＭインバータ３００に供給される。これにより、ＰＷＭインバータ３００では変更されたキャリア周波数ｆｃにてＰＷＭが実行される。なお、キャリア周波数ｆｃの上昇設定は、例えば、以下で示すマップから磁石温度Ｔｍｅに対応するキャリア周波数ｆｃの値が求められて実行される。

減磁制御部２９０には、あらかじめ、例えば、図１１に示すような、磁石温度Ｔｍｅ［℃］とキャリア周波数ｆｃ［ｋＨｚ］との関係を示すマップが用意されている。図１１の例では、磁石温度Ｔｍｅが１００℃以下において、キャリア周波数ｆｃは初期設定の５ｋＨｚの設定となっており、１００℃よりも高温において、キャリア周波数ｆｃが磁石温度Ｔｍｅの上昇に応じて２０ｋＨｚまで上昇する設定となっている。この例の場合、磁石温度Ｔｍｅ＝１００℃が上昇閾値Ｔｕｔｈに設定される。

図１１に示すような、磁石温度Ｔｍｅとキャリア周波数ｆｃとの関係は、例えば、以下のようにして求めることができる。まず、図１０に示すような磁石温度に依存して変化するモータに流れる電流［Ａｐｅａｋ］とモータのトルク残存率［％］との関係から、設定されている電流の最大値（例えば、図１０の縦方向の破線で示す値）の場合に、許容するトルク残存率を満足させるために磁石温度を低下させる必要のある温度を求めることにより、上昇閾値Ｔｕｔｈを求めることができる。また、上昇閾値Ｔｕｔｈよりも高い磁石温度において、それぞれ、図１０に示すようなモータに流れる電流とモータのトルク残存率との関係から、許容するトルク残存率を満足させる電流を求め、求めた電流まで低下させることができるキャリア周波数ｆｃを求めることにより、磁石温度Ｔｍｅとキャリア周波数ｆｃとの関係を求めることができる。なお、用意されるマップは、上昇閾値以上に限定して、磁石温度Ｔｍｅとキャリア周波数ｆｃとの関係を示すデータが含まれるものとしてもよい。

次に、高調波電流推定部２８０により高調波電流が推定されて、その最大値Ｉａ＿ｐｅａｋが減磁制御部２９０に供給された場合には（ステップＳ３５０：ＹＥＳ）、ステップＳ３６０において、高調波電流の最大値Ｉａ＿ｐｅａｋが、ステップＳ３２０で設定された電流制限閾値Ｉｌｔｈと比較される。Ｉａ＿ｐｅａｋ＞Ｉｌｔｈの場合（ステップＳ３６０：ＹＥＳ）には、電流指令の最大値が電流制限閾値Ｉｌｔｈ以下となるように制限するための制限指令ＣＬ＊が電流指令生成部２２０に供給され、電流指令の最大値が制限される（ステップＳ３７０）。そして、ステップＳ３８０において、高調波電流の最大値Ｉａ＿ｐｅａｋが、ステップＳ３２０で設定された遮断閾値Ｉｓｔｈと比較される。Ｉａ＿ｐｅａｋ＞Ｉｓｔｈの場合（ステップＳ３８０：ＹＥＳ）には、ステップＳ３９０において、停止指令Ｓｓｔｐ＊がＰＷＭインバータ３００に供給されて、ＰＷＭインバータ３００のスイッチ（ＳＷ）の動作が停止され、この制御周期における不可逆減磁の発生を抑制する動作が終了される。

一方、Ｉａ＿ｐｅａｋ≦Ｉｌｔｈの場合（ステップＳ３６０：ＮＯ）やＩａ＿ｐｅａｋ≦Ｉｓｔｈの場合（ステップＳ３８０：ＮＯ）には、そのまま、この制御周期における不可逆減磁の発生を抑制する動作が終了される。

なお、ステップＳ３６０，Ｓ３８０から、そのまま、何も処理されることなく不可逆減磁の発生を抑制する動作が終了された場合には、次の制御周期において再び不可逆減磁の発生を抑制する動作が実行される。これに対して、ステップＳ３９０においてＰＷＭインバータ３００のスイッチの動作が停止されて、不可逆減磁の発生を抑制する動作が終了された場合には、不可逆減磁の発生を抑制する動作の実行は行なわれない。この場合には、例えば、モータ制御装置４００の上位の装置から動作の指示があった場合、リセットされた場合等によって、モータ制御装置４００は、モータ１００の制御動作を再開させることができる。

Ａ５．効果：
以上説明したように、本実施形態のモータ制御装置４００では、電流センサ１１０による検出電流からモータ１００の永久磁石の磁石温度Ｔｍｅを推定できる。そして、磁石温度Ｔｍｅが上昇閾値Ｔｕｔｈよりも高くなった場合に、ＰＷＭインバータ３００で利用されるキャリアのキャリア周波数ｆｃを、磁石温度Ｔｍｅに応じて上昇させることにより、モータ１００に流れる電流のピーク値の最大値を抑制することができる。これにより、磁石温度の上昇によって、永久磁石に不可逆減磁が発生することを抑制することができる。

また、電流センサ１１０による電流検出の間隔の間において、ＰＷＭによる電圧ベクトルの変化に応じたＰＷＭインバータ３００のスイッチ動作に伴って変化する高調波電流を算出し、高調波電流の最大値Ｉａ＿ｐｅａｋを推定することができる。そして、推定した高調波電流の最大値Ｉａ＿ｐｅａｋが、不可逆減磁を発生する電流を示す不可逆減磁閾値Ｉｉｒｔｈよりも小さな値に設定された電流制限閾値Ｉｌｔｈよりも大きくなった場合に、モータ１００に流れる電流Ｉｄ，Ｉｑの最大値が電流制限閾値Ｉｌｔｈよりも小さくなるように制限することで、高調波電流の最大値Ｉａ＿ｐｅａｋが不可逆減磁閾値Ｉｉｒｔｈを越えないように抑制することができる。これにより、永久磁石の磁石温度に応じた電流の抑制による永久磁石の不可逆減磁の発生の抑制とともに、高調波電流の最大値に応じた電流の抑制による永久磁石の不可逆減磁の発生を抑制することができる。

また、推定した高調波電流の最大値Ｉａ＿ｐｅａｋが、不可逆減磁閾値Ｉｉｒｔｈよりも小さく、電流制限閾値Ｉｌｔｈよりも大きな値、に設定された遮断閾値Ｉｓｔｈよりも大きくなった場合に、ＰＷＭインバータ３００のスイッチ動作を停止することができる。これにより、モータ１００の動作を停止することで永久磁石の不可逆減磁の発生を回避することができる。

なお、本実施形態において、電流制限閾値Ｉｌｔｈが「第１電流閾値」に相当し、遮断閾値Ｉｓｔｈが「第２電流閾値」に相当する。

Ｂ．他の実施形態：
（１）上記実施形態では、図８に示すように、磁石温度Ｔｍｅが上昇閾値Ｔｕｔｈより高いか否か判定（ステップＳ３３０）し、磁石温度Ｔｍｅが上昇閾値Ｔｕｔｈよりも高い場合に、キャリア周波数ｆｃを上昇させる（ステップＳ３４０ｂ）として説明した。しかしながら、ステップＳ３３０の判定を行なうことなく、磁石温度Ｔｍｅに応じたキャリア周波数ｆｃをマップ（図１１参照）から求めて設定するようにしてもよい。実施形態やこの他の実施形態のようにすれば、推定された永久磁石の磁石温度Ｔｍｅの上昇に応じてキャリア周波数ｆｃを上昇させて、モータ１００に流れる電流を抑制することができ、永久磁石の不可逆減磁の発生を抑制することができる。

（２）上記実施形態では、永久磁石の磁石温度に応じた電流の抑制による永久磁石の不可逆減磁の発生の抑制とともに、高調波電流の最大値に応じた電流の抑制による永久磁石の不可逆減磁の発生を抑制する場合を例に説明したが、高調波電流の最大値に応じた電流の抑制による永久磁石の不可逆減磁の発生を抑制するのみとしてもよい。

（３）上記実施形態のように、推定した高調波電流の最大値Ｉａ＿ｐｅａｋが電流制限閾値Ｉｌｔｈよりも大きくなった場合に、モータ１００に流れるｄ軸，ｑ軸の電流Ｉｄ，Ｉｑの最大値が電流制限閾値Ｉｌｔｈよりも小さくなるように制限しているが、これに加えてアラーム信号を出力するようにしてもよい。

（４）上記実施形態では３相モータを制御対象としていたが、３相モータに限らず、６相モータなどの他の多層モータを制御対象とすることも可能である。一般に、Ｎ相（Ｎは３以上の整数）のモータを制御対象とすることが可能である。３相以外の多相モータを制御対象とする場合には、電圧２相／３相変換部２４０および電流３相／２相変換部２５０の変換処理の内容が、そのモータの相数に応じて適宜変更される。

（５）上記実施形態では、永久磁石の磁束の低減量を示す磁束の低下率から磁石温度を推定しているが、これに限定されるものではない。サーミスタや熱電対等の温度計測センサを用いて磁石温度を求めるようにしてもよい。

（６）モータ制御装置４００の制御部２００は、マイクロプロセッサや、マイクロプロセッサ以外のハードウェア（例えば特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ））で実現することが可能である。制御部２００をマイクロプロセッサで実現する場合には、制御部２００の各構成要素の機能は、プログラム命令によって実現される。

本発明は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１００…モータ、１１０…電流センサ、２２０…電流指令生成部、２３０…電流制御部、２８０…高調波電流推定部、２９０…減磁制御部、３００…ＰＷＭインバータ、４００…モータ制御装置、Ｉｄ，Ｉｑ…検出電流、Ｖｄ＊，Ｖｑ＊…電圧指令、Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ…印加電圧

Claims

モータ（１００）を制御するモータ制御装置（４００）であって、
前記モータへの要求トルクに応じた電流指令（Ｉｄ＊，Ｉｑ＊）を生成する電流指令生成部（２２０）と、
前記電流指令と、電流センサ（１１０）により検出された前記モータに流れる検出電流（Ｉｄ，Ｉｑ）との偏差に応じた電圧指令（Ｖｄ＊，Ｖｑ＊）を生成する電流制御部（２３０）と、
前記電圧指令に応じた交流電圧（Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ）をＰＷＭによって生成し、生成した交流電圧を前記モータに印加して前記モータを駆動するＰＷＭインバータ（３００）と、
前記電流センサによる電流検出が行なわれてから次の電流検出が行なわれるまでの間において、前記モータに印加される電圧と、前記モータに印加される電圧に応じて前記モータに流れる電流と、から、前記電流センサでは検出できない高調波電流を推定する高調波電流推定部（２８０）と、
推定された高調波電流に応じて前記モータに流れる電流を抑制する減磁制御部（２９０）と、
を備え、
前記減磁制御部は、
推定された前記高調波電流が、前記モータの永久磁石に不可逆減磁が発生する可能性が高い第１電流閾値よりも大きくなる場合に、前記電流指令生成部が生成する前記電流指令を制限して、前記モータに流れる電流の最大値を抑制することにより、前記永久磁石の不可逆減磁の発生を抑制し、
前記モータに流れる電流の最大値の前記抑制が行われている状態において、推定された前記高調波電流が、前記第１電流閾値よりも大きく、前記第１電流閾値よりも前記永久磁石に不可逆減磁が発生する可能性が高い第２電流閾値よりも大きくなる場合に、前記ＰＷＭインバータのスイッチング動作を停止する、モータ制御装置。
請求項１に記載のモータ制御装置であって、
前記減磁制御部は、前記モータの永久磁石の磁石温度の上昇に応じて、前記ＰＷＭインバータにおける前記ＰＷＭのキャリア周波数を上昇させて、前記永久磁石の磁石温度の上昇を抑制することにより、前記永久磁石に不可逆減磁の発生を抑制する、モータ制御装置。
請求項２に記載のモータ制御装置であって、
前記電圧指令と前記検出電流とから前記永久磁石の磁束を求め、求めた磁束の低減量から前記永久磁石の磁石温度を推定する磁石温度推定部（２７０）を備える、モータ制御装置。
請求項３に記載のモータ制御装置であって、
前記減磁制御部は、前記永久磁石の磁石温度と前記キャリア周波数との関係を示すマップから、推定された前記永久磁石の磁石温度に応じたキャリア周波数を求め、前記永久磁石の磁石温度の上昇に応じて、前記ＰＷＭのキャリア周波数を上昇させる、モータ制御装置。
請求項２に従属する請求項３または請求項４に記載のモータ制御装置であって、
前記減磁制御部は、前記ＰＷＭインバータにおける前記ＰＷＭのキャリア周波数を上昇させた状態において、推定された前記高調波電流が、前記モータの永久磁石に不可逆減磁が発生する可能性が高い第１電流閾値よりも大きくなる場合に、前記電流指令生成部が生成する前記電流指令を制限して、前記モータに流れる電流の最大値を抑制することにより、前記永久磁石の不可逆減磁の発生を抑制する、モータ制御装置。