JP7433445B2 - モータ鉄損演算装置およびそれを備えたモータ制御装置 - Google Patents

Description

本願は、モータ鉄損演算装置およびそれを備えたモータ制御装置に関するものである。

モータは電力を機械動力に変換するが、その変換に伴い損失が発生する。主な損失として、モータ巻線の電気抵抗での損失である銅損と、モータ鉄心での鉄損がある。モータの出力制御において、発生トルクを演算してトルク制御を行う手法があり、発生トルクを演算する方法として、特許文献１記載の従来の手法では、鉄損を演算し、演算された鉄損値に基づいて発生トルクを演算する。

特許文献１に記載される従来の鉄損演算では、鉄損Ｗをヒステリシス損Ｗｈと渦電流損Ｗｅとに分離して以下の式にて求める。
Ｗ＝Ｗｈ＋Ｗｅ
Ｗｈ＝σｈ・ｆ１・Ｂｍ＾２
Ｗｅ＝σｅ・ｄ＾２・ｆ１＾２・Ｂｍ＾２
ここで、ｆ１：１次周波数、Ｂｍ：鉄心の磁束密度の最大値（磁束密度の振幅の最大値）、σｈ：鉄心材料で決まる定数、σｅ：鉄心の抵抗率で決まる定数、ｄ：鉄心の厚さ

特開２０００－１０２２９８号公報

特許文献１記載の従来の鉄損演算では、磁性材料の情報を用いる理論式に基づいて演算するものであり、モータの運転状況が変化した際に、その運転状況に応じた高精度な鉄損を演算するのは困難であった。

本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、モータの鉄損をモータの運転状況に応じて高精度に演算できるモータ鉄損演算装置を提供することを目的とする。
また、このようなモータ鉄損演算装置を備えて、モータの鉄損を高精度に演算してモータを信頼性良く制御できるモータ制御装置を提供することを目的とする。

本願に開示されるモータ鉄損演算装置は、モータの１次周波数と、前記モータの回転子磁束方向をｄ軸とするｄｑ軸回転座標におけるｑ軸電流成分とに基づいて、前記モータの鉄損値を演算する。そして、前記１次周波数を変数とする多項式関数が予め設定され、該多項式関数の各項の係数および前記１次周波数を入力として、該多項式関数の演算結果を出力する多項式演算部と、前記多項式関数の各項毎に係数情報を保持し、前記ｑ軸電流成分を入力として前記係数情報を参照し、前記多項式関数の各項の前記係数を出力する係数換算部とを備え、前記多項式演算部は、前記係数換算部が出力する前記係数と前記１次周波数とを前記多項式関数に代入して前記演算結果を出力し、前記演算結果に基づいて前記モータの鉄損値を演算するものである。
また、本願に開示されるモータ鉄損演算装置は、モータの１次周波数と、前記モータの回転子磁束方向をｄ軸とするｄｑ軸回転座標におけるｑ軸電流成分とに基づいて、前記モータの鉄損値を演算する。そして、演算された鉄損値に対し、ｄ軸電流成分またはモータ磁束を用いて計算された鉄損補正量を加算して補正演算するものである。
また、本願に開示されるモータ鉄損演算装置は、モータの１次周波数と、前記モータの回転子磁束方向をｄ軸とするｄｑ軸回転座標におけるｑ軸電流成分とに基づいて、前記モータの鉄損値を演算する。そして、前記１次周波数と前記ｑ軸電流成分とを２つの変数とする関数が予め設定されて保持され、前記１次周波数と前記ｑ軸電流成分とを入力として、前記関数の演算結果を出力する関数演算部を備え、前記演算結果に基づいて前記モータの鉄損値を演算し、演算された前記鉄損値に対し、ｄ軸電流成分またはモータ磁束を用いて計算され、かつｑ軸電流成分によって変化しない鉄損補正量を加算して補正演算するものである。

また、本願に開示されるモータ制御装置は、モータの回転子磁束方向をｄ軸とするｄｑ軸回転座標における電流を検出し、検出電流が指令値に追従するように電圧指令を生成し、与えられた１次周波数に基づいて演算される前記ｄｑ軸回転座標の位相が、上記検出電流および上記電圧指令の双方においてｄｑ軸回転座標と三相静止座標との間の座標変換に用いられる。そして、前記モータ鉄損演算装置を備えて前記モータの鉄損値を演算するものである。

本願に開示されるモータ鉄損演算装置によれば、モータの運転状況に応じて、鉄損を高精度に演算できる。

また、本願に開示されるモータ制御装置によれば、モータの運転状況に応じた鉄損を高精度に演算でき、モータを信頼性良く制御できる。

実施の形態１によるモータ鉄損演算装置の構成を示す図である。 モータのトルク電流に応じた鉄損の測定結果の例を示す図である。 モータの１次磁束に応じた鉄損の測定結果の例を示す参考図である。 実施の形態１による係数換算部での係数決定における線形補完を説明する図である。 モータのトルク電流に応じた鉄損の測定結果の例を示す図である。 実施の形態１によるモータ鉄損演算装置のハードウェア構成の例を示す図である。 実施の形態２によるモータ鉄損演算装置の構成を示す図である。 モータのトルク電流に応じた鉄損抵抗の例を示す図である。 モータのトルク電流に応じた鉄損抵抗の例を示す図である。 実施の形態３によるモータ鉄損演算装置の構成を示す図である。 実施の形態３による関数演算部の保持情報を説明する図である。 実施の形態３による関数演算部における線形補完を説明する図である。 実施の形態３の別例によるモータ鉄損演算装置の構成を示す図である。 実施の形態４による励磁電流に応じた補正演算を説明する図である。 実施の形態４の別例による励磁電流に応じた補正演算を説明する図である。 実施の形態４の別例による励磁電流に応じた補正演算を説明する図である。 実施の形態４の別例による励磁電流に応じた補正演算を説明する図である。 実施の形態５によるモータ鉄損演算装置の構成を示す図である。 実施の形態６によるモータ制御装置の構成を示す図である。 実施の形態７によるモータ制御装置の構成を示す図である。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１によるモータ鉄損演算装置の構成を示す図である。
図に示すように、モータ鉄損演算装置１は、モータの１次周波数ωと、モータのトルク電流であるｑ軸電流成分ｉｑ（以下、単にｑ軸電流ｉｑ、あるいはｉｑ）と、励磁電流であるｄ軸電流成分ｉｄ（以下、単にｄ軸電流ｉｄ、あるいはｉｄ）とを入力として鉄損値ＰＩＬを出力する。なお、ｄ軸ｑ軸電流ｉｄ、ｉｑは、モータの回転子磁束方向をｄ軸とするｄｑ軸回転座標における電流である。

図２は、モータのトルク電流に応じた鉄損の測定結果の例を示す図である。この場合、ある誘導モータを用いた鉄損の測定結果であり、縦軸は鉄損値、横軸はｑ軸電流ｉｑとしている。また幾つかの１次周波数条件の測定結果を併記し、この場合、１次周波数ωの、高、中、低の三段階に応じた鉄損の波形１１、１２、１３を図示した。
図２に示すように、１次周波数ωに応じて鉄損が変化し、１次周波数ωが増加するほど鉄損が増加する結果となる。
モータの鉄損は、上述したように、渦電流損とヒステリシス損の２種類に大別され、これらはその際の磁束あるいは電流の周波数（１次周波数ω）に強く依存する事が分かっている。また、１次周波数ωに応じた鉄損の変化は顕著であり、その傾向は、殆どのモータで同様に現れる。

さらに、図２に示すように、鉄損は、ｑ軸電流ｉｑに応じて非線形に変動する。
本願の発明者らは、図２に示すようにｑ軸電流ｉｑの増減に応じてモータの鉄損が大きく変化し、１次周波数を固定した条件でｑ軸電流ｉｑのみで鉄損は一意に決定され、更に力行運転条件と回生運転条件で鉄損が異なる現象を見出した。
発明者らは、同時に、図３に示すように、１次周波数を固定した条件で、固定子磁束(１次磁束)のノルムのみで鉄損を一意に表現できない現象を見出した。なお、図３は、モータの１次磁束に応じた鉄損の測定結果の例を示す参考図である。ここでは、１次磁束ノルムに応じた鉄損の波形１４を図示した。

この実施の形態によるモータ鉄損演算装置１は、モータの１次周波数ωとｑ軸電流ｉｑとに基づいて鉄損値ＰＩＬを演算する。
図１に示すように、モータ鉄損演算装置１は、係数換算部２と、多項式演算部３と、補正部４とを備える。

多項式演算部３は、１次周波数ωを変数とする多項式関数Ｆ（ω）が予め設定される。そして、この多項式関数Ｆ（ω）の各項の係数Ａ２、Ａ１、Ａ０および１次周波数ωを入力として、多項式関数Ｆ（ω）の演算結果を出力する。この場合、多項式関数Ｆ（ω）には２次関数が用いられ、各項の累乗計算部３ａ、３ｂ、３ｃでは、それぞれ２乗、１乗、０乗（＝１）が演算される。そして、各累乗計算部３ａ、３ｂ、３ｃの出力は、係数Ａ２、Ａ１、Ａ０を乗じて加算され、３項の総和が出力される。
この場合、Ｆ（ω）は、以下の式（１）で表される。
Ｆ（ω）＝Ａ２・ω＾２＋Ａ１・ω＋Ａ０ ・・・（１）

係数換算部２は、多項式関数Ｆ（ω）の各項毎に係数情報２ａ、２ｂ、２ｃを保持する。そして、ｑ軸電流ｉｑを入力として、各係数情報２ａ、２ｂ、２ｃを参照し、多項式関数Ｆ（ω）の各項の係数Ａ２（ｉｑ）、Ａ１（ｉｑ）、Ａ０（ｉｑ）を出力する。なお、Ａ２（ｉｑ）、Ａ１（ｉｑ）、Ａ０（ｉｑ）は、ｉｑの値に対応する各係数Ａ２、Ａ１、Ａ０の値である。

多項式演算部３では、係数換算部２が出力する係数Ａ２（ｉｑ）、Ａ１（ｉｑ）、Ａ０（ｉｑ）と１次周波数ωとを、設定されたＦ（ω）に代入して演算結果である鉄損値ＰＩＬαを出力する。即ち、ＰＩＬαは、以下の式（２）となる。
ＰＩＬα＝Ａ２（ｉｑ）・ω＾２＋Ａ１（ｉｑ）・ω＋Ａ０（ｉｑ） ・・・（２）

ここで係数換算部２が保持する各係数情報２ａ、２ｂ、２ｃは、ｄ軸電流ｉｄの１設定値に対して生成され、ｑ軸電流ｉｑを引数として、各係数Ａ２、Ａ１、Ａ０のそれぞれ１つの値を対応させる関数である。各係数情報２ａ、２ｂ、２ｃの関数は、数式で表されるものに限らず、データテーブルあるいはデータマップで表されるものでも良い。
この場合、ｄ軸電流ｉｄの１設定値としては、１００％の定格ｄ軸電流ｉｄαが用いられ、このｄ軸電流ｉｄαの条件で、対象モータの鉄損の測定情報を予め収集して各係数情報２ａ、２ｂ、２ｃが生成され、係数換算部２に格納される。

多項式演算部３からの鉄損値ＰＩＬαは補正部４に入力され、補正部４は、鉄損値ＰＩＬαを実際のｄ軸電流ｉｄに応じて補正演算して鉄損値ＰＩＬを出力する。

係数換算部２について、以下に詳細に説明する。
各係数情報２ａ、２ｂ、２ｃの係数Ａ２、Ａ１、Ａ０は、モータの特性に強く依存しデータ形状が決定される。一方、係数換算部２の実装においては、演算量が少なく、また使用する記憶容量を少なくすることで小型化、高速化が図れる。このため、各係数情報２ａ、２ｂ、２ｃは、各係数Ａ２、Ａ１、Ａ０のデータ形状から、演算量が少なくなるよう、あるいはデータ容量が少なくなるよう適宜選定される。

例えば、係数換算部２内の係数Ａ０を出力する係数情報２ｃは、一例として、以下のような多項式（３）で表して、ｑ軸電流ｉｑを入力して係数Ａ０を演算しても良い。ここで、Ｄ４、Ｄ３、Ｄ２、Ｄ１、Ｄ０は、各項の係数である。
Ａ０（ｉｑ）＝Ｄ４・ｉｑ＾４＋Ｄ３・ｉｑ＾３＋Ｄ２・ｉｑ＾２＋Ｄ１・ｉｑ＋Ｄ０ ・・・（３）
この場合、ｑ軸電流ｉｑに対する４次式としたが、これに限らず、三角関数などを組み合わせた数式を用いても良い。

また、このような数式での表現が難しい場合、図４に示すように、補完演算を用いて係数を演算しても良い。なお、図４は、係数換算部での係数決定における線形補完を説明する図である。
図４に示すように、係数Ａ０の波形１０上の複数点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５のＡ０データを保持しておき、各点を繋ぐ線分１０Ａにて線形補完の演算を行い、入力されたｑ軸電流ｉｑの値に対応するＡ０を出力する。この場合、線形補完を用いた例を示したが、他のスプライン補完などの処理を用いてもよい。
以上のように、各係数情報２ａ、２ｂ、２ｃの形態および係数Ａ２、Ａ１、Ａ０の演算方法は、モータの鉄損特性などから、演算量と記憶容量と精度とを考慮して選定する。

なお、図１で図示した各係数情報２ａ、２ｂ、２ｃにおける各係数Ａ２、Ａ１、Ａ０のデータ形状は、説明のための一例であり限定されるものではない。
また、この実施の形態では、多項式関数Ｆ（ω）を２次関数として３個の係数Ａ２、Ａ１、Ａ０を用いたが、多項式関数Ｆ（ω）は２次に限るものでは無く、１次または３次以上の多項式関数であっても良い。その場合、次数に応じて累乗計算部３ａ、３ｂ、３ｃの個数、および係数換算部２が保持する係数情報２ａ、２ｂ、２ｃの個数も変化する。

次に、補正部４の動作について説明する。
図５は、モータのトルク電流に応じた鉄損の測定結果の例を示す図である。この場合、図２にて説明した同じ誘導モータを用いた鉄損の測定結果であり、縦軸は鉄損値、横軸はｑ軸電流ｉｑとしている。この場合、図２で示した１次周波数（高）の条件で、ｄ軸電流ｉｄを変化させた測定結果である。ｄ軸電流ｉｄが８０％、１００％、１２０％の三段階に応じた鉄損の波形１５、１６、１７を図示した。なお、波形１６は、図２内の波形１１に相当する。

本願の発明者らは、図５に示すように、ｄ軸電流ｉｄを変化させると、ｑ軸電流ｉｑに対する鉄損のデータ形状を概ね維持したまま、ｄ軸電流ｉｄの増減に応じて、鉄損がスライド変化する現象を見出した。即ち、ｄ軸電流ｉｄの増減に応じて鉄損が変化する変化幅は、ｑ軸電流ｉｑによってほぼ変化せず、補正部４での補正演算は、この現象を利用する。
補正部４は、ｑ軸電流ｉｑが０％のときの変化幅ΔＰＩＬを演算して、多項式演算部３の演算結果の鉄損値ＰＩＬαに変化幅ΔＰＩＬを加算することにより、鉄損値ＰＩＬを生成する。
即ち、モータ鉄損演算装置１が生成する鉄損値ＰＩＬは、以下の式（４）で表される。
ＰＩＬ＝ＰＩＬα＋ΔＰＩＬ ・・・（４）

上述したように、各係数情報２ａ、２ｂ、２ｃは、ｄ軸電流ｉｄの１設定値、この場合１００％の定格ｄ軸電流ｉｄαの条件で生成されているため、多項式演算部３の演算結果である鉄損値ＰＩＬαもｄ軸電流ｉｄαの条件での値である。
ｄ軸電流ｉｄが、ｉｄα（１００％）から実際のｉｄに変化した鉄損の変化幅ΔＰＩＬは、以下の式（５）で求められる。
ΔＰＩＬ＝（ＰＩＬα０／ｉｄα）・（ｉｄ－ｉｄα） ・・・（５）
ここで、ＰＩＬα０は、ｉｄα（１００％）、ｉｑ（０％）の条件である点Ｙにおける鉄損、即ち、ｉｑ（０％）の時の鉄損値ＰＩＬαであり、上記式（２）に基づいて、以下の式（６）で表される。
ＰＩＬα０＝Ａ２（０）・ω＾２＋Ａ１（０）・ω＋Ａ０（０） ・・・（６）

このように、ｄ軸電流ｉｄに基づいて補正演算する補正部４が設けられることにより、各係数情報２ａ、２ｂ、２ｃを、ｄ軸電流ｉｄの１設定値でのみ生成して保持すれば良く、条件数を削減して鉄損演算に要するデータ容量を抑制することができる。
上記式（４）～式（６）を用いた補正演算は、ｉｄ＝ｉｄα（１００％）の時は、補正無しとなり、補正部４に入力される鉄損値ＰＩＬαがそのまま鉄損値ＰＩＬとして出力される。また、ｉｄ＝ｉｑ＝０、の時は、補正部４が出力する鉄損値ＰＩＬ＝０になる。

この実施の形態１によるモータ鉄損演算装置１は、１次周波数ωと、モータのｑ軸電流ｉｑとに基づいて、モータの鉄損値ＰＩＬを演算する。このように、モータの運転状況（負荷状況）により逐次変化するｑ軸電流ｉｑをモータ鉄損演算装置１に入力して逐次演算を行うことにより、モータの運転状況（負荷状況）に応じて変化する鉄損を高精度に演算できる。

また、モータ鉄損演算装置１は、１次周波数ωを変数とする多項式関数Ｆ（ω）が予め設定された多項式演算部３と、多項式関数Ｆ（ω）の各項毎に係数情報２ａ、２ｂ、２ｃを保持して、ｑ軸電流ｉｑを入力として多項式関数Ｆ（ω）の各項の係数Ａ２、Ａ１、Ａ０を出力する係数換算部２とを備える。そして、多項式演算部３は、係数換算部２が出力する係数Ａ２、Ａ１、Ａ０と１次周波数ωとを多項式関数Ｆ（ω）に代入して鉄損値ＰＩＬαを出力する。

このように、モータ鉄損演算装置１は、モータの鉄損を多項式関数Ｆ（ω）と係数Ａ２、Ａ１、Ａ０とを用いて近似表現する。そして、該近似表現に基づいて、鉄損値ＰＩＬαを推定する演算を行い出力する。
このため、１次周波数ωと、ｑ軸電流ｉｑとを入力するのみで、容易で確実に、高精度な鉄損値ＰＩＬαを演算できる。

また、係数換算部２が多項式関数Ｆ（ω）の各項毎に保持する係数情報２ａ、２ｂ、２ｃは、ｄ軸電流ｉｄの１設定値ｉｄα（１００％）に対して生成され、ｑ軸電流ｉｑの各値に、１つの係数を対応させる関数である。そして、多項式関数Ｆ（ω）の演算結果である鉄損値ＰＩＬαは、実際のｄ軸電流ｉｄに応じて補正される。
このため、モータ鉄損演算装置１の演算量およびデータ容量の双方を小さくすることができ、小型化、高速化が図れると共に、安価な装置構成が提供できる。

なお、モータ鉄損演算装置１を構成するハードウェアには、例えば図６に示すプロセッサ８および記憶装置９とを組み合わせて用いることが出来る。
プロセッサ８は記憶装置９から入力された制御プログラムを実行する。記憶装置９は補助記憶装置と揮発性記憶装置とを備える。プロセッサ８には補助記憶装置から揮発性記憶装置を介して制御プログラムが入力される。プロセッサ８は、演算結果等のデータを記憶装置９の揮発性記憶装置に出力し、これらのデータを、必要に応じて揮発性記憶装置を介して補助記憶装置に保存する。

実施の形態２．
図７は、実施の形態２によるモータ鉄損演算装置の構成を示す図である。
図に示すように、モータ鉄損演算装置１Ａは、モータの１次周波数ωと、モータのトルク電流であるｑ軸電流ｉｑと、励磁電流であるｄ軸電流ｉｄとを入力として鉄損値ＰＩＬを出力する。

この実施の形態２によるモータ鉄損演算装置１Ａは、モータの１次周波数ωとｑ軸電流ｉｑとに基づいて鉄損抵抗ＲＩＬを演算する。この場合、鉄損を鉄損抵抗による電力ロスで表現し、鉄損を電流ベクトルノルムの２乗（ｉｄ＾２+ｉｑ＾２）で除した鉄損抵抗を演算する。
そして、鉄損抵抗ＲＩＬから鉄損値ＰＩＬαが生成され、その後、上記実施の形態１と同様に、補正部４は、鉄損値ＰＩＬαをｄ軸電流ｉｄに基づいて補正演算し、鉄損値ＰＩＬを出力する。

図８は、モータのトルク電流に応じた鉄損抵抗の例を示す図である。この場合、上記実施の形態１の図２で示した鉄損を電流ベクトルノルムの２乗（ｉｄ＾２+ｉｑ＾２）で割り、鉄損抵抗に換算したものである。１次周波数ωの、高、中、低の三段階に応じた鉄損抵抗の波形２１、２２、２３を図示した。鉄損抵抗の波形２１、２２、２３は、図２における鉄損の各波形１１、１２、１３にそれぞれ対応する。
図８に示すように、１次周波数ωの増加に応じて鉄損抵抗が上昇し、トルク電流ｉｑに応じて形状が変化し、１次周波数を固定した条件でｑ軸電流ｉｑのみで鉄損抵抗は一意に決定される。また力行条件と回生条件で値が異なり、鉄損抵抗のピークも僅かに力行側へずれるなどトルク電流ｉｑに対し非対称な形状となる。

また、図９は、モータのトルク電流に応じた鉄損抵抗の例を示す図であり、この場合、上記実施の形態１の図５で示した鉄損を電流ベクトルノルムの２乗（ｉｄ＾２+ｉｑ＾２）で割り、鉄損抵抗に換算したものである。ｄ軸電流ｉｄが８０％、１００％、１２０％の三段階に応じた鉄損抵抗の波形２６、２５、２４を図示した。なお、波形２５は、図８内の波形２１に相当する。

多項式演算部３は、上記実施の形態１と同様に、１次周波数ωを変数とする多項式関数Ｇ（ω）が予め設定される。そして、この多項式関数Ｇ（ω）の各項の係数Ｂ２、Ｂ１、Ｂ０および１次周波数ωを入力として、多項式関数Ｇ（ω）の演算結果を出力する。この場合、多項式関数Ｇ（ω）には２次関数が用いられ、各項の累乗計算部３ａ、３ｂ、３ｃでは、それぞれ２乗、１乗、０乗（＝１）が演算される。そして、各累乗計算部３ａ、３ｂ、３ｃの出力は、係数Ｂ２、Ｂ１、Ｂ０を乗じて加算され、３項の総和が出力される。
この場合、Ｇ（ω）は、以下の式（７）で表される。
Ｇ（ω）＝Ｂ２・ω＾２＋Ｂ１・ω＋Ｂ０ ・・・（７）

係数換算部５は、多項式関数Ｇ（ω）の各項毎に係数情報５ａ、５ｂ、５ｃを保持する。そして、ｑ軸電流ｉｑを入力として、各係数情報５ａ、５ｂ、５ｃを参照し、多項式関数Ｇ（ω）の各項の係数Ｂ２（ｉｑ）、Ｂ１（ｉｑ）、Ｂ０（ｉｑ）を出力する。なお、Ｂ２（ｉｑ）、Ｂ１（ｉｑ）、Ｂ０（ｉｑ）は、ｉｑの値に対応する各係数Ｂ２、Ｂ１、Ｂ０の値である。

多項式演算部３では、係数換算部５が出力する係数Ｂ２（ｉｑ）、Ｂ１（ｉｑ）、Ｂ０（ｉｑ）と１次周波数ωとを、設定されたＧ（ω）に代入して演算結果である鉄損抵抗ＲＩＬを出力する。即ち、ＲＩＬは、以下の式（８）となる。
ＲＩＬ＝Ｂ２（ｉｑ）・ω＾２＋Ｂ１（ｉｑ）・ω＋Ｂ０（ｉｑ） ・・・（８）

係数換算部５が保持する各係数情報５ａ、５ｂ、５ｃは、上記実施の形態１と同様に、ｄ軸電流ｉｄの１設定値に対して生成され、ｑ軸電流ｉｑを引数として、各係数Ｂ２、Ｂ１、Ｂ０のそれぞれ１つの値を対応させる関数である。各係数情報５ａ、５ｂ、５ｃの関数は、数式で表されるものに限らず、データテーブルあるいはデータマップで表されるものでも良い。
この場合も、ｄ軸電流ｉｄの１設定値としては、１００％の定格ｄ軸電流ｉｄαが用いられ、このｄ軸電流ｉｄαの条件で、対象モータの鉄損の測定値に基づく鉄損抵抗値の情報を予め収集して各係数情報５ａ、５ｂ、５ｃが生成され、係数換算部５に格納される。

モータ鉄損演算装置１Ａは、多項式演算部３の演算結果である鉄損抵抗ＲＩＬに、定格ｄ軸電流ｉｄαでの電流ベクトルノルムの２乗（ｉｄα＾２+ｉｑ＾２）を乗じて鉄損値ＰＩＬαを生成する。即ち、鉄損値ＰＩＬαは、以下の式（９）で表される。
ＰＩＬα＝ＲＩＬ・（ｉｄα＾２+ｉｑ＾２） ・・・（９）

補正部４は、上記実施の形態１と同様に、ｑ軸電流ｉｑが０％のときの変化幅ΔＰＩＬを演算して、鉄損値ＰＩＬαに変化幅ΔＰＩＬを加算することにより、鉄損値ＰＩＬを生成する。
即ち、モータ鉄損演算装置１が生成する鉄損値ＰＩＬは、以下の式（１０）で表される。
ＰＩＬ＝ＰＩＬα＋ΔＰＩＬ
＝ＰＩＬα＋（ＰＩＬα０／ｉｄα）・（ｉｄ－ｉｄα） ・・・（１０）

ここで、ＰＩＬα０は、ｉｄα（１００％）、ｉｑ（０％）の条件である点Ｙ（図５参照）における鉄損、即ち、ｉｑ（０％）の時の鉄損値ＰＩＬαであり、上記式（８）、式（９）に基づいて、以下の式（１１）で表される。
ＰＩＬα０＝（Ｂ２（０）・ω＾２＋Ｂ１（０）・ω＋Ｂ０（０））・（ｉｄα＾２） ・・・（１１）

以上のように、この実施の形態２によるモータ鉄損演算装置１Ａは、１次周波数ωと、モータの運転状況（負荷状況）により逐次変化するｑ軸電流ｉｑとに基づいて、鉄損抵抗ＲＩＬを演算し、鉄損抵抗ＲＩＬに基づいて鉄損値ＰＩＬを演算する。このため、モータの運転状況に応じて変化する鉄損を高精度に演算できる。

また、モータ鉄損演算装置１Ａは、１次周波数ωを変数とする多項式関数Ｇ（ω）が予め設定された多項式演算部３と、ｑ軸電流ｉｑを入力として多項式関数Ｇ（ω）の各項の係数Ｂ２、Ｂ１、Ｂ０を出力する係数換算部５とを備えて、鉄損抵抗ＲＩＬを演算する。
このように、モータ鉄損演算装置１Ａは、モータの鉄損抵抗を多項式関数Ｇ（ω）と係数Ｂ２、Ｂ１、Ｂ０とを用いて近似表現する。そして、該近似表現に基づいて、鉄損抵抗ＲＩＬを推定する演算を行い出力する。
このため、１次周波数ωと、ｑ軸電流ｉｑとを入力するのみで、容易で確実に、高精度な鉄損抵抗ＲＩＬを演算できる。

また、係数換算部５が多項式関数Ｇ（ω）の各項毎に保持する係数情報５ａ、５ｂ、５ｃは、ｄ軸電流ｉｄの１設定値ｉｄα（１００％）に対して生成され、ｑ軸電流ｉｑの各値に、１つの係数を対応させる関数である。そして、多項式関数Ｇ（ω）の演算結果である鉄損抵抗ＲＩＬに基づく鉄損ＰＩＬαは、実際のｄ軸電流ｉｄに応じて補正される。
このため、モータ鉄損演算装置１Ａの演算量およびデータ容量の双方を小さくすることができ、小型化、高速化が図れると共に、安価な装置構成が提供できる。

また、上記実施の形態２では、鉄損抵抗による電力損失で鉄損を表現している。この場合、設定されたｄ軸電流ｉｄの条件で、対象モータの鉄損抵抗の情報を予め収集して係数換算部５の各係数情報５ａ、５ｂ、５ｃが生成される。モータの機種によっては、鉄損抵抗を用いる事で、多項式関数Ｇ（ω）あるいは各係数情報５ａ、５ｂ、５ｃの関数の次数を低く抑えて高精度な演算結果（ＲＩＬ）を得る事ができる。このため、モータ鉄損演算装置１Ａの演算量およびデータ容量をさらに小さくすることができ、小型化、高速化がさらに図れる。

さらに、演算された鉄損ＰＩＬが、モータのトルク制御に用いられる場合、モータの機種あるいは運転条件によって、鉄損抵抗ＲＩＬの値を用いた演算により制御演算の精度が向上する。

なお、鉄損抵抗による電力損失で鉄損を表現するため、電流ゼロの条件では鉄損値がゼロとなり、電流がゼロでも磁石磁束による鉄損が発生する永久磁石モータの鉄損演算には適用できない。

実施の形態３．
図１０は、実施の形態３によるモータ鉄損演算装置の構成を示す図である。
図に示すように、モータ鉄損演算装置１Ｂは、モータの１次周波数ωと、モータのトルク電流であるｑ軸電流ｉｑと、励磁電流であるｄ軸電流ｉｄとを入力として鉄損値ＰＩＬを出力する。

上記実施の形態１、２では、１次周波数ωの多項式関数Ｆ（ω）、Ｇ（ω）と係数とを用いた近似表現に基づいて鉄損ＰＩＬを演算したが、この実施の形態３では、１次周波数ωとｑ軸電流ｉｑとを２つの変数とする関数を用いて鉄損ＰＩＬを演算する。
図１０に示すように、モータ鉄損演算装置１Ｂは、関数演算部６と、補正部４とを備える。

関数演算部６は、１次周波数ωとｑ軸電流ｉｑとを２つの変数とする関数が予め設定されて保持される。そして、１次周波数ωとｑ軸電流ｉｑとを入力として、関数の演算結果である鉄損値ＰＩＬαを出力する。
ここで関数演算部６が保持する関数は、ｄ軸電流ｉｄの１設定値に対して生成されるもので、１次周波数ωとｑ軸電流ｉｑとの各組み合わせに対し、１つの鉄損値ＰＩＬαを対応させる関数である。該関数は、２次元データマップ、２次元データテーブルなどで表される情報である。
なお、図１０で示す関数演算部６内のデータ形状は一例である。

図１１は、関数演算部６の保持情報を説明する図であり、２次元データテーブルを示す。１次周波数ωとｑ軸電流ｉｑとの各組み合わせに対し１つの鉄損値（α１１～α５５）が対応する。
この場合、ｄ軸電流ｉｄの１設定値としては、１００％の定格ｄ軸電流ｉｄαが用いられ、このｄ軸電流ｉｄαの条件で、対象モータの鉄損の測定情報を予め収集して関数が生成され、関数演算部６に格納される。

また、上記実施の形態１と同様に補完演算を用いても良く、線形補完の一例を以下に説明する。図１２は、関数演算部６における線形補完を説明する図である。
図に示すように、１次周波数ωとｑ軸電流ｉｑとの各組み合わせによる鉄損値は、各格子点（交点）のデータである。点６Ｐの鉄損値を計算する場合、点６Ｐの周囲の４点である点Ａ、点Ｂ、点Ｃ、点Ｄのデータを抽出し、例えば以下のように計算する。まず点Ａと点Ｂとを結ぶ線上で線形補完を行い、点６Ｐと同じｉｑのデータである点Ｅの鉄損値を求める。次に、点Ｃと点Ｄとを結ぶ線上で線形補完を行い、点６Ｐと同じｉｑのデータである点Ｆの鉄損値を求める。そして、点Ｅと点Ｆとを結ぶ線上で線形補完を行い、点６Ｐと同じωのデータ、即ち、点６Ｐの鉄損値を求める。

ここでは線形補完を例として用いたが他の補完方式を用いてもよい。
以上のように、関数演算部６が関数として保持する情報の形態および演算方法は、モータの鉄損特性などから、演算量と記憶容量と精度とを考慮して選定する。

補正部４は、上記実施の形態１と同様に、ｑ軸電流ｉｑが０％のときの変化幅ΔＰＩＬを演算して、鉄損値ＰＩＬαに変化幅ΔＰＩＬを加算することにより、鉄損値ＰＩＬを生成する。
即ち、モータ鉄損演算装置１が生成する鉄損値ＰＩＬは、以下の式（１２）で表される。
ＰＩＬ＝ＰＩＬα＋ΔＰＩＬ
＝ＰＩＬα＋（ＰＩＬα０／ｉｄα）・（ｉｄ－ｉｄα） ・・・（１２）
ここで、ＰＩＬα０は、ｉｄα（１００％）、ｉｑ（０％）の条件である点Ｙ（図５参照）における鉄損、即ち、ｉｑ（０％）の時の鉄損値ＰＩＬαであり、関数演算部６にて演算される。

以上のように、この実施の形態３によるモータ鉄損演算装置１Ｂは、１次周波数ωと、モータの運転状況（負荷状況）により逐次変化するｑ軸電流ｉｑとに基づいて、鉄損値ＰＩＬを演算するため、上記実施の形態１と同様に、モータの運転状況に応じて変化する鉄損を高精度に演算できる。

また、１次周波数ωとｑ軸電流ｉｑとを２つの変数とする関数が予め設定されて保持される関数演算部６を備えて、鉄損値ＰＩＬαを出力する。
このように、モータ鉄損演算装置１Ｂは、モータの鉄損を、関数演算部６が関数として保持する情報を用いて近似して、鉄損値ＰＩＬαを推定する演算を行い出力する。
このため、１次周波数ωと、ｑ軸電流ｉｑとを入力するのみで、容易で確実に、高精度な鉄損値ＰＩＬαを演算できる。

また、関数演算部６が関数として保持する情報は、ｄ軸電流ｉｄの１設定値ｉｄα（１００％）に対して生成され、ｑ軸電流ｉｑの各値に、１つの係数を対応させる関数である。そして、関数演算部６の演算結果である鉄損値ＰＩＬαは、実際のｄ軸電流ｉｄに応じて補正される。
このため、モータ鉄損演算装置１Ｂの演算量およびデータ容量の双方を小さくすることができ、小型化、高速化が図れると共に、安価な装置構成が提供できる。

ところで、モータの機種あるいは電流条件によっては、モータの鉄損あるいは鉄損抵抗は複雑に変化し、特に、磁束飽和の影響を受け、大電流条件では大きく影響される。
そのような場合、上記実施の形態１、２のように、１次周波数ωの多項式関数Ｆ（ω）、Ｇ（ω）と係数とを用いた近似表現では、演算精度を確保するために、多項式関数の次数および係数情報の増加を要する場合があり、演算量およびデータ容量が増大する。また、１次周波数ωの累乗計算の精度確保にも、以下のような懸念が発生する。累乗の次数が増えると取り扱う値が非常に大きく、また、逆に累乗項にかかる係数が非常に小さくなる傾向が現れ、特に固定小数点マイコンを用いる場合などは考慮して実装する必要がある。

この実施の形態３では、上記のような懸念が発生すること無く、２次元データマップあるいは２次元データテーブルなどで表される関数を用いて鉄損を演算する。このため、保持するデータ点数を削減し、線形補完などの補完演算を活用することで、データ容量の抑制と鉄損演算の精度確保とをバランス良く行うことができる効果がある。

なお、この実施の形態３においても、上記実施の形態２と同様に、鉄損抵抗ＲＩＬを演算し、鉄損抵抗ＲＩＬから鉄損値ＰＩＬαを生成しても良く、図１３に基づいて以下に示す。
図１３に示すように、モータ鉄損演算装置１Ｃは、関数演算部７と、補正部４とを備える。関数演算部７は、１次周波数ωとｑ軸電流ｉｑとを２つの変数とする関数が予め設定されて保持される。そして、１次周波数ωとｑ軸電流ｉｑとを入力として、関数の演算結果である鉄損抵抗ＲＩＬを出力する。

ここで関数演算部７が保持する関数は、ｄ軸電流ｉｄの１設定値（ｉｄα（１００％））に対して生成されるもので、１次周波数ωとｑ軸電流ｉｑとの各組み合わせに対し、１つの鉄損抵抗ＲＩＬの値を対応させる関数である。該関数は、２次元データマップ、２次元データテーブルなどで表される情報である。

そして、モータ鉄損演算装置１Ｃは、関数演算部７の演算結果である鉄損抵抗ＲＩＬに、上記実施の形態２と同様に、定格ｄ軸電流ｉｄαでの電流ベクトルノルムの２乗（ｉｄα＾２+ｉｑ＾２）を乗じて鉄損値ＰＩＬαを生成する。その後、補正部４は、ｑ軸電流ｉｑが０％のときの変化幅ΔＰＩＬを演算して、鉄損値ＰＩＬαに変化幅ΔＰＩＬを加算することにより、鉄損値ＰＩＬを生成する。

これにより、モータ鉄損演算装置１Ｃは、上記実施の形態３と同様の効果を得られると共に、鉄損抵抗ＲＩＬを用いる事により、モータの機種によっては演算量およびデータ容量を小さくできる利点があり、上記実施の形態２で示した同様の効果が得られる。

実施の形態４．
この実施の形態４では、上記実施の形態１～３で示した補正部４の補正演算について説明する。
図１４は、実施の形態４による励磁電流に応じた補正演算を説明する図である。また、図１５～図１７は、それぞれ実施の形態４の別例による励磁電流に応じた補正演算を説明する図である。
図１４～図１７において、いずれの場合も、ｄ軸電流ｉｄが基準とするｉｄα（１００％）の場合の鉄損の実線波形と、ｄ軸電流ｉｄが８０％および１２０％の２つの場合について、補正演算により求めた鉄損の点線波形とを示した。

上記実施の形態１において、補正部４の補正演算は、上記式（４）～式（６）で示され、ｄ軸電流ｉｄが、ｉｄα（１００％）から実際のｉｄに変化した鉄損の変化幅ΔＰＩＬを上記式（５）で求めて鉄損値ＰＩＬαに加算して補正し、鉄損値ＰＩＬを出力する。
この場合、ｉｄ＝ｉｑ＝０、の時は、補正部４が出力する鉄損値ＰＩＬ＝０になり、ｉｑ＝０の条件で、ｉｄα（１００％）から実際のｉｄに変化した場合、鉄損は、図１４で示す１次関数ｆ１の波形に従って変化する。この場合、ｉｄα（１００％）、ｉｑ（０％）の条件である点Ｙ（図５参照）は、点Ｙ１に相当する。

また、ｉｑ＝０の条件での鉄損は、図１５で示す１次関数ｆ２の波形に従って変化しても良い。ここでは、ｉｄα（１００％）、ｉｑ（０％）の条件である点Ｙ（図５参照）は、点Ｙ２に相当する。
この場合、ｉｄα（１００％）から実際のｉｄに変化した鉄損の変化幅ΔＰＩＬは、ｉｄに対する変化量を任意の値α、任意のオフセットβを用いて、以下の式（１３）で表される。
ΔＰＩＬ＝α・（ｉｄ－ｉｄα）＋β ・・・（１３）

さらに、ｉｑ＝０の条件での鉄損は、図１６で示す２次関数ｆ３の波形に従って変化しても良い。ここでは、ｉｄα（１００％）、ｉｑ（０％）の条件である点Ｙ（図５参照）は、点Ｙ３に相当する。
この場合、ｄ軸電流ｉｄの２乗の増減に応じて鉄損がスライド変化し、ｉｄα（１００％）から実際のｉｄに変化した鉄損の変化幅ΔＰＩＬは、以下の式（１４）で表される。
ΔＰＩＬ＝（ＰＩＬα０／（ｉｄα＾２））・（ｉｄ＾２－ｉｄα＾２） ・・・（１４）
なお、ＰＩＬα０は、ｉｄα（１００％）、ｉｑ（０％）の条件である点Ｙ３における鉄損、即ち、ｉｑ（０％）の時の鉄損値ＰＩＬαである。

さらにまた、ｉｑ＝０の条件での鉄損は、図１７で示す２次関数ｆ４の波形に従って変化しても良い。ここでは、ｉｄα（１００％）、ｉｑ（０％）の条件である点Ｙ（図５参照）は、点Ｙ４に相当する。
この場合、ｉｄα（１００％）から実際のｉｄに変化した鉄損の変化幅ΔＰＩＬは、任意の値γ、δ、εを用いて、以下の式（１５）で表される。
ΔＰＩＬ＝γ（ｉｄ＾２－ｉｄα＾２）＋δ（ｉｄ＾２）＋ε ・・・（１５）

鉄損値ＰＩＬαに加算する鉄損の変化幅ΔＰＩＬの演算は、上記実施の形態１にて説明した上記式（５）が最も簡潔で、任意の値のパラメータは用いない。一方で他の式（１３）、式（１４）、式（１５）では、パラメータは増えるが、モータの鉄損特性によっては、鉄損演算精度を向上させることが可能となる。鉄損データ取得時に、ｄ軸電流ｉｄを適宜変更して測定を行い、適切な式を選択する。

ところで、誘導モータでは、ｄ軸電流ｉｄに相互インダクタンスを掛けた値が２次磁束Φｄｒ相当の値となる。上記各実施の形態では、補正部４での補正演算を、ｄ軸電流ｉｄに基づいて行うものを示したが、ｄ軸電流ｉｄの代わりに２次磁束Φｄｒを用いても良く、同様の効果が得られる。この場合、上記式（５）、式（１３）、式（１４）、式（１５）において、ｄ軸電流ｉｄを２次磁束Φｄｒに、定格ｄ軸電流ｉｄα（１００％）を定格２次磁束Φｄｒα（１００％）に、それぞれ置き換えれば、そのまま式構造を流用できる。

モータの機種によっては、相互インダクタンスの飽和が顕著で、２次磁束Φｄｒを基準にして補正演算を行う方が鉄損の演算精度が確保できる場合がある。また、モータ鉄損演算装置が出力する鉄損ＰＩＬを誘導モータの制御に利用する場合で、この誘導モータが２次磁束Φｄｒの制御を実施する場合は、２次磁束Φｄｒを用いた補正演算により、制御設計および実装が容易となる。

また、同期モータの場合も、上記式（５）、式（１３）、式（１４）、式（１５）において、ｄ軸電流ｉｄをｄ軸磁束（Φｅ＋Ｌｄ・ｉｄ）に、定格ｄ軸電流ｉｄα（１００％）をΦｅに、それぞれ置き換えて、同様に補正演算できる。なお、Φｅは回転子誘起電圧、Ｌｄはｄ軸インダクタンスである。

実施の形態５．
図１８は、実施の形態５によるモータ鉄損演算装置の構成を示す図である。上記実施の形態１、２では、１次周波数ωの多項式関数Ｆ（ω）、Ｇ（ω）と係数とを用いた近似表現に基づいて鉄損ＰＩＬを演算した。この実施の形態５では、１次周波数ωと、さらに、ｄ軸電流ｉｄあるいは２次磁束Φｄｒを変数とする２変数関数による多項式関数Ｈ（ω，ｉｄ）を用いて鉄損ＰＩＬを近似表現する。

図１８に示すように、モータ鉄損演算装置１Ｄは、多項式演算部５０と係数換算部２０とを備える。この実施の形態では、上記各実施の形態１～４と異なり、補正部４を備えない。
多項式演算部５０は、１次周波数ωと、ｄ軸電流ｉｄあるいは２次磁束Φｄｒ、この場合ｄ軸電流ｉｄを変数とする多項式関数Ｈ（ω，ｉｄ）が予め設定される。
そして、この多項式関数Ｈ（ω，ｉｄ）の各項の係数、１次周波数ωおよびｄ軸電流ｉｄを入力として、多項式関数Ｈ（ω，ｉｄ）の演算結果である鉄損ＰＩＬを出力する。

例として、１次周波数ωとｄ軸電流ｉｄとをそれぞれ２次項まで利用した多項式関数Ｈ（ω，ｉｄ）およびＰＩＬは、以下の式（１６）で表される。
ＰＩＬ＝Ｆ（ω）
＝ＣＡ・ω＾２・ｉｄ＾２＋ＣＢ・ω＾２・ｉｄ＋ＣＣ・ω・ｉｄ＾２＋ＣＤ・ω・ｉｄ＋ＣＥ・ｉｄ＾２＋ＣＦ・ｉｄ＋ＣＧ・ω＾２＋ＣＨ・ω＋ＣＩ ・・・（１６）
なお、ＣＡ、ＣＢ、ＣＣ、ＣＤ、ＣＥ、ＣＦ、ＣＧ、ＣＨ、ＣＩは、係数換算部２０が出力する多項式関数Ｈ（ω，ｉｄ）の各項の係数である。

係数換算部２０は、Ｈ（ω，ｉｄ）の各項毎に、この場合９個の係数情報２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆ、２０ｇ、２０ｈ、２０ｉを保持する。そして、ｑ軸電流ｉｑを入力として、各係数情報２０ａ～２０ｉを参照し、多項式関数Ｈ（ω，ｉｄ）の各項の係数ＣＡ（ｉｑ）、ＣＢ（ｉｑ）、ＣＣ（ｉｑ）、ＣＤ（ｉｑ）、ＣＥ（ｉｑ）、ＣＦ（ｉｑ）、ＣＧ（ｉｑ）、ＣＨ（ｉｑ）、ＣＩ（ｉｑ）を出力する。なお、ＣＡ（ｉｑ）～ＣＩ（ｉｑ）は、ｉｑの値に対応する各係数ＣＡ～ＣＩの値である。

係数換算部２０が保持する各係数情報２０ａ～２０ｉは、ｑ軸電流ｉｑを引数として、各係数ＣＡ、ＣＢ、ＣＣ、ＣＤ、ＣＥ、ＣＦ、ＣＧ、ＣＨ、ＣＩのそれぞれ１つの値を対応させる関数である。各係数情報２０ａ～２０ｉの関数は、数式で表されるものに限らず、データテーブルあるいはデータマップで表されるものでも良く、対象モータの鉄損の測定情報を予め収集して格納される。

この実施の形態５においても、モータの運転状況（負荷状況）に応じて変化する鉄損を高精度に演算でき、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。また、２変数関数による多項式関数Ｈ（ω，ｉｄ）を用いるため、項数が増加に伴って、係数換算部２０が保持する係数情報２０ａ～２０ｉの個数が増加し、データ容量または演算量は増えるが、鉄損ＰＩＬの演算精度は向上する。さらに、予めｄ軸電流ｉｄを計算に織り込むため補正部４は不要となる。

なお、多項式関数Ｈ（ω，ｉｄ）のｄ軸電流ｉｄに代えて、誘導モータでは２次磁束Φｄｒを用いても良い。
同期モータの場合は、ｄ軸磁束（Φｅ＋Ｌｄ・ｉｄ）を用いても、係数換算部２０の係数情報を適宜準備すれば、同様に高精度な鉄損が演算できる。

さらに、１次周波数ωとｄ軸電流ｉｄとを２変数とする多項式関数により、鉄損抵抗ＲＩＬを演算し、鉄損抵抗ＲＩＬにより鉄損ＰＩＬを生成しても良い。

実施の形態６．
図１９は、実施の形態６によるモータ制御装置の構成を示す図である。
この実施の形態では、上記実施の形態１によるモータ鉄損演算装置１を備えて、モータのトルク制御を行うモータ制御装置を示す。
図に示すように、モータ制御装置（以下、単に制御装置３２）は、インバータ３１を駆動制御することによりモータ３０を制御する。制御装置３２では、制御演算処理を行い電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊をインバータ３１に出力する。インバータ３１では、ＰＷＭ処理が実施されそれに基づいてスイッチング素子が駆動され、電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊に沿った出力電圧をモータ３０に供給する。電流センサ３９はモータ３０の電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを検出して、検出電流の信号を制御装置３２に送信する。

制御装置３２は、電流制御部３３と、トルク補償部３４と、トルク推定部３５と、座標変換部３６、３７と、積分器３８と、モータ鉄損演算装置１とを備える。座標変換部３６、３７は、三相静止座標と、モータ３０の回転子磁束方向をｄ軸とするｄｑ軸回転座標との間の座標変換を行う。
一次周波数ωは、積分器３８で積分され、座標変換用の位相θが生成される。生成された位相θは、座標変換部３６、３７に入力される。１次周波数ωは、誘導モータの場合、推定電気角速度とすべり周波数との加算値、または電気角速度とすべり周波数との加算値となる。また、永久磁石モータの場合、１次周波数ωは、電気角速度あるいは推定電気角速度となる。

トルク指令Ｔｅ＊は、公知の手法により、モータ３０が所望の回転速度になるよう制御処理を行って生成される、あるいは設定されたトルク指令Ｔｅ＊の値が用いられる。
トルク補償部３４は、トルク指令Ｔｅ＊と推定トルクＴｅとを入力して、両者が一致するよう演算処理を施し、トルク電流指令であるｑ軸電流指令ｉｑ＊を出力する。また、励磁電流指令であるｄ軸電流指令ｉｄ＊は、公知の手法により、２次磁束Φｄｒの制御処理を行って生成される、あるいは、設定されたｉｄ＊の値が用いられる。

電流センサ３９からの検出電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗは、座標変換部３７によりｄｑ軸回転座標上の電流ｉｄ、ｉｑに変換され、電流制御部３３に入力される。電流制御部３３は、ｄｑ軸上の検出電流ｉｄ、ｉｑと、ｑ軸電流指令ｉｑ＊およびｄ軸電流指令ｉｄ＊とを入力し、それぞれが一致するよう演算処理を施して、ｄｑ軸上の電圧指令Ｖｄ＊、Ｖｑ＊を出力する。電圧指令Ｖｄ＊、Ｖｑ＊は、座標変換部３６により三相の電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊に変換されてインバータ３１に出力される。

モータ鉄損演算装置１は、座標変換部３７が出力する検出電流ｉｄ、ｉｑと、１次周波数ωとを入力として鉄損ＰＩＬを推定演算して出力する。トルク推定部３５は、電圧指令Ｖｄ＊、Ｖｑ＊と、検出電流ｉｄ、ｉｑと、１次周波数ωと、鉄損ＰＩＬと、モータ定数とを用いてトルク推定演算を行い、推定トルクＴｅを演算する。
以上の処理により、制御装置３２は高精度なトルク制御を実現する。

上述したように、モータ３０の鉄損はｑ軸電流ｉｑによって変化する。また、モータ３０のトルクもｑ軸電流ｉｑによって変化し、鉄損によっても変化する。このため、トルク電流ｉｑとトルクを一意に結び付ける換算テーブルの導出は労力が伴うが、この実施の形態では、トルク推定とトルク補償とを組み合わせたフィードバックループを利用するため、上記換算テーブルの導出が不要となる効果がある。

トルク推定部３５は、モータ３０が誘導モータの場合、以下の式（１７）により推定トルクＴｅを演算する。この場合、インバータ３１の出力電圧の代用としてｄｑ軸電圧指令Ｖｄ＊、Ｖｑ＊を用いる。
Ｔｅ＝（Ｐ／ω）（（Ｖｄ＊・ｉｄ＋Ｖｑ＊・ｉｑ）－Ｒｓ・（ｉｄ＾２＋ｉｑ＾２）－ＰＩＬ） ・・・（１７）
但し、Ｖｄ＊：ｄ軸電圧指令、Ｖｑ＊：ｑ軸電圧指令、ｉｄ：固定子（１次）のｄ軸電流、ｉｑ：固定子（１次）のｑ軸電流、Ｒｓ：１次抵抗、ＰＩＬ：鉄損、Ｐ：極対数、ω：１次周波数

この式（１７）式は、エネルギの入出力に基づいており、第１項がモータ３０への入力電力、第２項が銅損、第３項が鉄損となる。
特にモータ３０が誘導モータの場合、１次周波数ωで除算することにより、回転子での２次銅損を織り込むこととなる。これを次に説明する。誘導モータでは１次周波数ωは電気角周波数ωｒｅとすべり周波数ωｓｅとの加算であり、すべり周波数ωｓｅおよび１次周波数ωは、それぞれ以下の式（１８）、式（１９）が得られる。これらを上記（１７）に代入すると、以下の式（２０）が得られ、機械速度ωｒｍと推定トルクＴｅとの積である機械出力Ｐｍｅｃｈと、入力電力から１次銅損、２次銅損と鉄損とを減算した値とが等価となる。式（２０）の第４項中の「Ｍ／Ｌｒ」は１次側と２次側とを換算する係数である。

ωｓｅ＝（Ｍ・Ｒｒ／Ｌｒ）・（ｉｑ／Φｄｒ）＝（Ｒｒ／Ｌｒ）・（ｉｑ／ｉｄ） ・・・（１８）
ω＝ωｒｅ＋ωｓｅ＝Ｐ・ωｒｍ＋ωｓｅ ・・・（１９）
Ｐｍｅｃｈ＝Ｔｅ・ωｒｍ
＝（Ｖｄ＊・ｉｄ＋Ｖｑ＊・ｉｑ）－Ｒｓ・（ｉｄ＾２＋ｉｑ＾２）－ＰＩＬ－Ｒｒ・（Ｍ＾２／Ｌｒ＾２）・ｉｑ＾２
＝（Ｖｄ＊・ｉｄ＋Ｖｑ＊・ｉｑ）－Ｒｓ・（ｉｄ＾２＋ｉｑ＾２）－ＰＩＬ－Ｒｒ・ｉｑｒ＾２ ・・・（２０）
但し、ｉｑｒ：回転子（２次）のｑ軸電流、Ｌｒ：２次インダクタンス、Ｒｒ：２次抵抗、ＰＩＬ：鉄損、Ｐ：極対数、ωｒｍ：機械角速度、ωｓｅ：すべり周波数、Ｌｒ：２次インダクタンス、Ｍ：相互インダクタンス

トルク推定部３５における上記式（１７）の計算では、使用するモータ定数は１次抵抗Ｒｓのみであり、モータインダクタンスおよび２次抵抗は用いない。このため、他のモータ定数の値の変動に対してロバストである利点がある。１次抵抗Ｒｓは、オームの法則に基づいて、電圧指令と検出電流との関係から測定が容易である。このため、鉄損ＰＩＬの演算精度を高めるほどトルク推定精度が向上する。
モータ鉄損演算装置１は、上記実施の形態１で示したように、モータの運転状況に応じて高精度に演算できるため、トルク推定部３５によるトルク推定の精度向上が可能となる。

またモータ３０が誘導モータの場合に限定されるが、鉄損抵抗Ｒｍを含む以下の式（２１）を用いて２次磁束を計算してトルク推定を行ってもよい。この場合、演算された２次磁束に対し、式（２２）に示すローパスフィルタで遅れを付加して、式（２３）に示すトルク推定を行う。

Ｔｅ＝Ｐ・（Ｍ／Ｌｒ）・（Φｄｒ（ＬＰＦ）・ｉｑ－Φｑｒ（ＬＰＦ）・ｉｄ） ・・・（２３）
但し、Φｄｒ：回転子（２次）ｄ軸磁束、Φｑｒ：回転子（２次）ｑ軸磁束、σ：もれ係数、Ｌｓ：１次インダクタンス、Φｄｒ（ＬＰＦ）：ローパスフィルタ処理後の回転子（２次）ｄ軸磁束、Φｑｒ（ＬＰＦ）：ローパスフィルタ処理後の回転子（２次）ｑ軸磁束、ｓ：ラプラス変数

誘導モータの２次磁束は固定子側の電流に対して、２次時定数（Ｒｒ・Ｌｒ）の遅れを持つことが知られている。これを模擬することで、誘導モータのトルクの過渡変化に沿ったトルク推定が可能となる。言い換えると、インバータ出力電圧が飽和した時、弱め磁束制御など、２次磁束が動的に変化するようなモータの運転状況でも、そのトルク変化に追従した高精度なトルク推定が可能となる。

なお、上記式（２３）において、式（２２）で付加された遅れ特性を無視する場合、即ち、Φｄｒ（ＬＰＦ）＝Φｄｒ、Φｑｒ（ＬＰＦ）＝Φｑｒとする場合、式（２１）の右辺を式（２３）の右辺に代入して変形すると上記式（１７）が得られ、エネルギの式と等価になる。
上記式（２３）の計算は、２次磁束および鉄損抵抗Ｒｍの計算を要し、演算量が増加するものであるが、上述したように、誘導モータの過渡特性に応じたトルク推定が実現できる効果がある。

トルク補償部３４では、トルク指令Ｔｅ＊と推定トルクＴｅとを入力して、以下の式（２４）に示す演算処理を行い、ｑ軸電流指令ｉｑ＊を生成する。式（２４）は、モータ３０が誘導モータである場合の式であり、右辺第１項は、トルク指令Ｔｅ＊からｑ軸電流指令ｉｑ＊へ換算する公知の理論式であり、この場合、フィードフォワードフォワード項となりトルク補償制御の応答向上を担う。第２項と第３項とはＰＩ制御を実現するフィードバック制御項であり、トルク補償制御の精度を担う。

ｉｑ＊＝（１／（Ｐ・（Ｍ／Ｌｒ）・Φｄｒ））・Ｔｅ＊＋Ｋｐ・（Ｔｅ＊－Ｔｅ）＋（Ｋｉ／ｓ）・（Ｔｅ＊－Ｔｅ） ・・・（２４）
但し、Ｋｐ：トルク補償制御の比例ゲイン、Ｋｉ：トルク補償制御の積分ゲイン

この式（２４）の演算処理により、トルク指令Ｔｅ＊と推定トルクＴｅとを一致させ、モータ３０の出力トルクの高精度制御が実現できる。

一方、モータ３０が同期モータの場合では、トルク推定部３５は、以下の式（２５）により推定トルクＴｅを演算する。同期モータの場合、すべり周波数が存在しないため、１次周波数ωはモータの電気角周波数ωｒｅと等価である。
Ｔｅ＝（Ｐ／ω）（（Ｖｄ＊・ｉｄ＋Ｖｑ＊・ｉｑ）－Ｒ・（ｉｄ＾２＋ｉｑ＾２）－ＰＩＬ） ・・・（２５）
但し、Ｖｄ＊：ｄ軸電圧指令、Ｖｑ＊：ｑ軸電圧指令、ｉｄ：固定子のｄ軸電流、ｉｑ：固定子のｑ軸電流、Ｒ：巻線抵抗、ＰＩＬ：鉄損、Ｐ：極対数、ω：１次周波数（電気角周波数）

上記式（２５）の計算では、使用するモータ定数は巻線抵抗Ｒのみであり、上記式（１７）を用いた計算の場合と同様に、他のモータ定数の値の変動に対するロバスト化が可能である。また、モータ鉄損演算装置１は、モータの運転状況に応じて高精度に演算できるため、トルク推定の精度向上が可能となる。

そして、モータ３０が同期モータの場合、トルク補償部３４では、トルク指令Ｔｅ＊と推定トルクＴｅとを入力して、以下の式（２６）に示す演算処理を行い、ｑ軸電流指令ｉｑ＊を生成する。
ｉｑ＊＝（１／（Ｐ・Φｅ））・Ｔｅ＊＋Ｋｐ・（Ｔｅ＊－Ｔｅ）＋（Ｋｉ／ｓ）・（Ｔｅ＊－Ｔｅ） ・・・（２６）
但し、Φｅ：回転子の誘起電圧定数

以上のように、この実施の形態では、モータ制御装置３２が、上記実施の形態１によるモータ鉄損演算装置１を備えて構成される。そして、モータ鉄損演算装置１が演算する鉄損値ＰＩＬを推定トルクＴｅの演算に利用し、推定トルクＴｅに基づいてトルク補償制御を行う。このため、モータ３０の負荷（トルク）状況に応じた高精度トルク制御が実現できる。特に、モータ鉄損演算装置１による鉄損演算の高精度化が、トルク制御の精度向上に寄与する。

なお、この実施の形態では、上記実施の形態１によるモータ鉄損演算装置１をモータ制御装置３２に適用したが、他の実施の形態２～５によるモータ鉄損演算装置１Ａ～１Ｄも同様に適用でき、同様の効果が得られる。

実施の形態７．
図２０は、実施の形態７によるモータ制御装置の構成を示す図である。
この実施の形態では、上記実施の形態１によるモータ鉄損演算装置１を備えて、モータの過負荷保護を行うモータ制御装置を示す。上記実施の形態６と同じ構成要素には、同一符号を付して適宜、説明を省略する。
図に示すように、モータ制御装置（以下、単に制御装置３２Ａ）は、電流制御部３３と、座標変換部３６、３７と、積分器３８と、銅損演算部４０と、過負荷保護を行う保護部４１と、モータ鉄損演算装置１とを備える。

この場合、トルク補償を行わないため、モータ３０の通常動作を担うｑ軸電流指令ｉｑ＊は、図示しない生成部を備えて生成される。
銅損演算部４０は、ｄｑ軸上の検出電流ｉｄ、ｉｑに基づいて銅損ＰＣＬを演算する。モータ３０が誘導モータの場合は、以下の式（２７）を用い、モータ３０が同期モータの場合は、以下の式（２８）を用いて銅損ＰＣＬを演算する。
ＰＣＬ＝Ｒｓ・（ｉｄ＾２＋ｉｑ＾２）＋Ｒｒ・ｉｑｒ＾２ ・・・（２７）
ＰＣＬ＝Ｒ・（ｉｄ＾２＋ｉｑ＾２） ・・・（２８）
なお、この場合、銅損ＰＣＬは、固定子焼損防止の為の過負荷保護に利用するため、上記式（２７）内の回転子銅損を示す第２項は省略してもよい。

モータ鉄損演算装置１で演算される鉄損ＰＩＬと銅損ＰＣＬと加算され、モータ損失ＰＬとして保護部４１に入力される。
保護部４１では、モータ損失ＰＬを入力として、モータ損失ＰＬと設定された閾値とを比較し、閾値を越えると過負荷防止の為の保護処理を行う。保護処理はモータ３０の電流を減ずる、あるいはモータ３０の通電を停止する処理を行う。
なお、保護部４１は、モータ損失ＰＬをモータ３０の熱回路網モデルに入力してモータ温度を推定し、推定されたモータ温度が設定値を越えると保護処理を行うものでも良い。

以上のように、この実施の形態では、モータ制御装置３２Ａが、上記実施の形態１によるモータ鉄損演算装置１を備えて構成される。そして、モータ鉄損演算装置１が演算する鉄損値ＰＩＬを用いてモータ損失ＰＬを演算して、過負荷保護を行う。このため、モータ損失ＰＬを高精度に演算でき、過負荷保護の信頼性が向上する。

なお、この実施の形態においても、実施の形態２～５によるモータ鉄損演算装置１Ａ～１Ｄを同様に適用でき、同様の効果が得られる。

また、この実施の形態による過負荷保護を、上記実施の形態６に適用しても良く、トルク制御の精度向上と過負荷保護の信頼性向上の双方が得られる。

本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

１，１Ａ～１Ｄ モータ鉄損演算装置、２ 係数換算部、２ａ，２ｂ，２ｃ 係数情報、３ 多項式演算部、４ 補正部、５ 係数換算部、５ａ，５ｂ，５ｃ 係数情報、６，７ 関数演算部、２０ 係数換算部、２０ａ～２０ｉ 係数情報、３０ モータ、３２，３２Ａ モータ制御装置、３４ トルク補償部、３５ トルク推定部、３６，３７ 座標変換部、４１ 保護部、５０ 多項式演算部、Ａ０，Ａ１，Ａ２ 係数、Ｂ０，Ｂ１，Ｂ２ 係数、ＣＡ，ＣＢ，ＣＣ，ＣＤ，ＣＥ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＨ，ＣＩ 係数、Ｆ（ω），Ｇ（ω），Ｈ（ω，ｉｄ） 多項式関数、ｉｄ ｄ軸電流、ｉｑ ｑ軸電流、ＰＩＬ，ＰＩＬα 鉄損値、ＲＩＬ 鉄損抵抗、Ｔｅ 推定トルク、Ｔｅ＊ トルク指令、Ｖｄ＊，Ｖｑ＊ ｄｑ軸電圧指令、ω １次周波数、Φｄｒ ２次磁束、θ 位相。

Claims (13)

1. モータの１次周波数と、前記モータの回転子磁束方向をｄ軸とするｄｑ軸回転座標におけるｑ軸電流成分とに基づいて、前記モータの鉄損値を演算するモータ鉄損演算装置であって、
   前記１次周波数を変数とする多項式関数が予め設定され、該多項式関数の各項の係数および前記１次周波数を入力として、該多項式関数の演算結果を出力する多項式演算部と、
   前記多項式関数の各項毎に係数情報を保持し、前記ｑ軸電流成分を入力として前記係数情報を参照し、前記多項式関数の各項の前記係数を出力する係数換算部とを備え、
   前記多項式演算部は、前記係数換算部が出力する前記係数と前記１次周波数とを前記多項式関数に代入して前記演算結果を出力し、
   前記演算結果に基づいて前記モータの鉄損値を演算する、
   モータ鉄損演算装置。
2. 前記係数換算部が前記多項式関数の各項毎に保持する前記係数情報は、ｄ軸電流成分の１設定値に対して生成され、前記ｑ軸電流成分の各値に、１つの前記係数を対応させる関数である、
   請求項１に記載のモータ鉄損演算装置。
3. 前記多項式演算部は、前記演算結果として鉄損抵抗を出力する、
   請求項１または請求項２に記載のモータ鉄損演算装置。
4. 演算された鉄損値を、ｄ軸電流成分またはモータ磁束に応じて補正演算する、
   請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のモータ鉄損演算装置。
5. 前記多項式関数は、さらに、ｄ軸電流成分あるいは２次磁束を変数とする２変数関数であり、前記多項式演算部は、前記ｄ軸電流成分あるいは前記２次磁束を、さらに前記多項式関数に代入して前記演算結果を出力する、
   請求項１に記載のモータ鉄損演算装置。
6. 前記多項式演算部は、前記演算結果として鉄損抵抗を出力する、
   請求項５に記載のモータ鉄損演算装置。
7. モータの１次周波数と、前記モータの回転子磁束方向をｄ軸とするｄｑ軸回転座標におけるｑ軸電流成分とに基づいて、前記モータの鉄損値を演算するモータ鉄損演算装置であって、
   演算された鉄損値に対し、ｄ軸電流成分またはモータ磁束を用いて計算された鉄損補正量を加算して補正演算する、
   モータ鉄損演算装置。
8. モータの１次周波数と、前記モータの回転子磁束方向をｄ軸とするｄｑ軸回転座標におけるｑ軸電流成分とに基づいて、前記モータの鉄損値を演算するモータ鉄損演算装置であって、
   前記１次周波数と前記ｑ軸電流成分とを２つの変数とする関数が予め設定されて保持され、前記１次周波数と前記ｑ軸電流成分とを入力として、前記関数の演算結果を出力する関数演算部を備え、
   前記演算結果に基づいて前記モータの鉄損値を演算し、
   演算された前記鉄損値に対し、ｄ軸電流成分またはモータ磁束を用いて計算され、かつｑ軸電流成分によって変化しない鉄損補正量を加算して補正演算する、
   モータ鉄損演算装置。
9. 前記関数演算部が保持する前記関数は、ｄ軸電流成分の１設定値に対して生成される、
   請求項８に記載のモータ鉄損演算装置。
10. 前記関数演算部は、前記演算結果として鉄損抵抗を出力する、
    請求項８または請求項９に記載のモータ鉄損演算装置。
11. モータの回転子磁束方向をｄ軸とするｄｑ軸回転座標における電流を検出し、検出電流が指令値に追従するように電圧指令を生成する、モータ制御装置において、
    与えられた１次周波数に基づいて演算される前記ｄｑ軸回転座標の位相が、上記検出電流および上記電圧指令の双方においてｄｑ軸回転座標と三相静止座標との間の座標変換に用いられ、
    請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載のモータ鉄損演算装置を備えて前記モータの鉄損値を演算する、
    モータ制御装置。
12. 前記電圧指令、前記検出電流、前記１次周波数、および演算された前記鉄損値に基づいて推定トルクを演算するトルク推定部と、
    前記推定トルクが与えられたトルク指令に一致するように前記指令値内のｑ軸電流指令を演算するトルク補償部とを備える、
    請求項１１に記載のモータ制御装置。
13. 演算された前記鉄損値に基づいて、過負荷保護を行う保護部を備える、
    請求項１１または請求項１２に記載のモータ制御装置。

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