WO2015105093A1

WO2015105093A1 - 電動機の制御装置

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Publication number: WO2015105093A1
Application number: PCT/JP2015/050120
Authority: WO
Inventors: 寛日比野; 伸起北野
Original assignee: ダイキン工業株式会社
Priority date: 2014-01-10
Filing date: 2015-01-06
Publication date: 2015-07-16
Also published as: US10298158B2; KR101667908B1; EP3093985A1; CN105830336B; CN105830336A; KR20160085903A; JP5854058B2; JP2015133794A; US20170005603A1; AU2015205227B2; AU2015205227A1; EP3093985A4

Abstract

　電動機の制御において採用されるフィードバック量の範囲を設定し、当該範囲を電動機の異常（例えば脱調）の有無についての判定閾値として採用する。フィードバック量計算部（１０２２）は、電流［ｉ_δγｃ］とその指令値［ｉ_δγ ^＊］との間の偏差、若しくは、空隙磁束［λ_δγｃ］とその指令値［λ^＊］との間の偏差を用いてフィードバック量［Ｂ］を計算する。電圧誤差計算部（１０２５）は、電動機の電圧方程式に基づいた電圧値と電圧指令［ｖ_δγ ^＊］との電圧誤差［Δｖ_δγ ^＊］の変動範囲を計算する。電圧誤差［Δｖ_δγ ^＊］の変動範囲とフィードバック量［Ｂ］とを比較することにより、電動機の脱調の有無が判定される。

Description

電動機の制御装置

　この発明は電動機を制御する技術に関し、特に同期電動機に異常が発生したことを判定する技術に関する。

　電動機の脱調を検知する技術は、従来から種々考案されている。かかる技術を例示する文献として、特許文献１～３を挙げる。

　特許文献１では、ｄ軸電流の偏差とｑ軸指令電圧とから脱調を判別する技術が開示されている。

　特許文献２では、モデル電圧と電圧指令を比較して脱調を検知する技術が開示されている。

　特許文献３では、電流と回転数指令より求めた磁束が閾値以下であれば脱調である、と判定する技術が開示されている。

特開２０１０－０５１１５１号公報特開２０１０－２５２５０３号公報特開２００８－９２７８７号公報

　上述した従来の技術では、電動機及び電動機を駆動するパワーモジュール及び検出器の諸元のバラツキを考慮していない。従って脱調であるか否かを判定するための閾値は試験的に決定する必要がある。このような閾値の決定は開発工数を増大させるという問題があった。

　そこで、本願では、諸元のバラツキを考慮して電動機の異常（例えば脱調）の有無について判定する技術を提供することを目的とする。

　この発明にかかる電動機の制御装置は、同期電動機を制御する。当該制御装置は、電圧指令（［ｖ_δγ ^＊］）に基づいて前記電動機に電圧（［ｖ_ｘ ^＊］）を印加する電動機駆動部（２，１０４）と、前記電動機に流れる電流（［ｉ_δγｃ］）の、前記電流についての指令値（［ｉ_δγ ^＊］）に対する偏差、若しくは、前記電動機における空隙磁束（［λ_δγｃ］）の、前記空隙磁束についての指令値（［λ_δγ ^＊］）に対する偏差に基づくフィードバック量を決定するフィードバック量計算部（１０２２）と、前記フィードバック量に基づいて前記電圧指令を生成する電圧指令生成部（１０２４）と、前記電流と、前記電圧指令とに基づいて前記電圧指令の誤差（［Δｖ_δγ ^＊］）を計算する電圧誤差計算部（１０２５）と、前記フィードバック量が前記誤差の変動する範囲を逸脱することを以て、前記電動機に異常が発生したと判定する判定部（１０９）とを備える。

　例えば、前記誤差（［Δｖ_δγ ^＊］）は、前記電流（［ｉ_δγｃ］）と、前記電圧指令（［ｖ_δγ ^＊］）と、前記同期電動機（３）の製造公差及び動作温度の保証範囲と、前記電動機駆動部の製造公差及び動作温度の保証範囲と、前記電流または前記電圧を検出する検出器の製造公差及び動作温度の保証範囲と、前記同期電動機の回転角速度（ω_１）のうちの少なくとも一つで決定される変動幅に基づいて設定される。

　例えば前記誤差（［Δｖ_δγ ^＊］）が変動する範囲は、前記電流（［ｉ_δγｃ］）と位相が平行する誤差（ｅ_ｉＩ［I］［ｉ_δγｃ］）が変動する範囲と、前記電流と位相が直交する誤差（ｅ_ｉＪ［J］［ｉ_δγｃ］）が変動する範囲と、前記同期電動機（３）の界磁磁束（［Λ０］）と位相が直交する誤差（ｅ_Λ［sinφ_ｃ　cosφ_ｃ］^ｔ）が変動する範囲と、前記電圧指令（［ｖ_δγ ^＊］）と位相が平行する誤差（ｅ_ｖ［ｖ_δγ ^＊］）が変動する範囲のうち少なくとも一つで設定される。

　例えば前記誤差（［Δｖ_δγ ^＊］）が変動する範囲が、前記変動幅の上限および下限、前記電流（［ｉ_δγｃ］）と前記電圧指令（［ｖ_δγ ^＊］）との組み合わせにおける最大値または/および最小値より設定される。

　例えば前記誤差（［Δｖ_δγ ^＊］）が変動する範囲は、更に前記電圧方程式の一部の項にも基づいて設定される。そして当該制御装置は、前記電圧方程式から前記一部の項を除いた項に基づくフィードフォワード量（［Ｆ］）を決定するフィードフォワード量計算部（１０２３）を更に備える。前記電圧指令生成部（１０２４）は、更に、前記フィードフォワード量にも基づいて前記電圧指令（［ｖ_δγ ^＊］）を生成する。

　例えば当該制御装置は、前記電圧方程式に基づくフィードフォワード量（［Ｆ］）を決定するフィードフォワード量計算部（１０２３）を更に備える。前記電圧指令生成部（１０２４）は、更に、前記フィードフォワード量（［Ｆ］）にも基づいて前記電圧指令（［ｖ_δγ ^＊］）を生成する。

　この発明にかかる電動機の制御装置によれば、フィードバック量が所定の範囲を逸脱することを以て、電動機に異常が発生したと判定することができる。

　この発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。

同期電動機における空隙磁束と界磁磁束との関係を示すベクトル図。第１の実施の形態にかかる電動機制御装置の構成及びその周辺装置を示すブロック図。第１の実施の形態における電圧指令計算部の構成を示すブロック図。第２の実施の形態における電圧指令計算部の構成を示すブロック図。第３の実施の形態における電圧指令計算部の構成を示すブロック図。

　この発明の基本的思想．
　実施の形態の詳細な説明に入る前に、この発明の基本的思想について説明する。もちろん、この基本的思想も本発明に含まれる。

　図１は同期電動機（以下、単に「電動機」と称す。なお同期電動機の特殊なものとして、スイッチトリラクタンスモータのように界磁を有しないものもある。しかしここでは同期電動機とは界磁を有しているものを指す。）における空隙磁束［λ］（記号［］は特に断らない限りベクトル量を表す：以下同様）と、電動機における界磁磁束［Λ０］との関係を示すベクトル図である。界磁磁束［Λ０］は例えば電動機が永久磁石を有している場合には当該永久磁石によって発生するし、電動機が界磁巻線を有している場合には当該界磁巻線に電流が流れることによって発生する。

　電動機の回転と同期する回転座標系としてｄ－ｑ回転座標系を導入する。ここではｄ軸を界磁磁束［Λ０］と同相に設定し、ｑ軸はｄ軸に対して、電動機の制御によって回転させたい方向（以下、単に「回転方向」と称す）に向かって位相が９０度進む。

　また回転座標系としてδ－γ回転座標系とδｃ－γｃ回転座標系とを導入する。δ軸はｄ軸に対して、γ軸はｑ軸に対して、それぞれ電動機の回転方向に向かって位相角φで位相が進む。δｃ軸はｄ軸に対して、γｃ軸はｑ軸に対して、それぞれ電動機の回転方向に向かって位相角φ_ｃで位相が進む。以下、説明の便宜上、δ軸のｄ軸に対する位相角φを実位相角φと称し、δｃ軸のｑ軸に対する位相角φ_ｃを推定位相角φ_ｃと称する。

　例えば、「一次磁束制御」として知られている電動機の制御方法では、空隙磁束［λ］と同相にδ軸を設定する。

　さて、空隙磁束［λ］は周知のように、電動機（より詳細には電動機が備える電機子が有する電機子巻線）に供給される電圧及び電流と、電動機の機器定数（例えばインダクタンス、電機子巻線の抵抗成分、界磁磁束）と、電動機の回転速度とで決定される。よって空隙磁束［λ］の推定値［λ＾］は、上記の電圧及び電流、機器定数、回転速度の実測値（あるいは指令値、推定値）から得られる。よって電動機を制御する制御装置は、推定値［λ＾］が空隙磁束［λ］の指令値［λ^＊］と等しくなるように制御を行う。上述の「一次磁束制御」では、指令値［λ^＊］のγ軸成分は０である。

　かかる制御においてδｃ－γｃ回転座標系を採用すると、推定位相角φ_ｃが実位相角φと一致することで、電動機の回転を適切に制御することができる。機器定数、回転速度、電動機に与えられる電圧及び電流が完全に把握されていれば、これらに基づいて得られる推定値［λ＾］を指令値［λ^＊］と等しくなるように制御することにより、空隙磁束［λ］が指令値［λ^＊］と一致するからである。

　しかしながら、負荷の変動、外乱等により、推定位相角φ_ｃが実位相角φと相違することがある。かかる相違は、通常はフィードバック制御によって修正される。フィードバック制御に用いられる帰還量（ここでは単に「フィードバック量」と称す）は理想的には零であり、実際上は小さい範囲に収まる。しかしながらフィードバック制御によっても推定位相角φ_ｃと実位相角φとの相違が解消されない場合、フィードバック量は増大することになる。

　本発明はこの点に着目し、フィードバック量が所定の範囲を逸脱することを以て、電動機に異常が発生したと判定することを特徴とする。

　第１の実施の形態．
　図２は上記の考え方に基づいて、本実施の形態にかかる電動機制御装置１の構成及びその周辺装置を示すブロック図である。

　電動機３は三相の電動機であり、不図示の電機子と、界磁たる回転子を備える。技術的な常識として、電機子は電機子巻線を有し、回転子は電機子と相対的に回転する。界磁は例えば界磁磁束を発生させる磁石を備える場合について説明される。

　電圧供給源２は例えば電圧制御型インバータ及びその制御部を備え、三相の電圧指令［ｖ_ｘ ^＊］＝［ｖ_ｕ ^＊　ｖ_ｖ ^＊　ｖ_ｗ ^＊］^ｔ（括弧の後の上付の“ｔ”は行列の転置を示す。以下同様）に基づいて、三相電圧ｖ_ｕ，ｖ_ｖ，ｖ_ｗを電動機３に印加する。これにより、電動機３には三相電流［ｉ_ｘ］＝［ｉ_ｕ　ｉ_ｖ　ｉ_ｗ］^ｔが流れる。但し、電圧指令［ｖ^＊］や三相電流［ｉ_ｘ］が有する成分は、例えばＵ相成分、Ｖ相成分、Ｗ相成分の順に記載されている。

　電動機制御装置１は、電動機３に対し、空隙磁束［λ］及び回転速度（以下の例では回転角速度）を制御する装置である。空隙磁束［λ］は一次磁束とも称され、界磁磁束と、電機子に流れる電機子電流（これは三相電流［ｉ_ｘ］でもある）によって発生する電機子反作用の磁束との合成である。

　電動機制御装置１は、座標変換部１０１，１０４と、電圧指令計算部１０２と、減算器１０５と、積分器１０６と、ハイパスフィルタ１０７と、定数倍部１０８と、判定部１０９とを備えている。

　座標変換部１０１は、三相電流［ｉ_ｘ］を、δｃ－γｃ回転座標系における電流［ｉ_δγｃ］＝［ｉ_δｃ　ｉ_γｃ］^ｔに変換する。三相電流［ｉ_ｘ］は公知の技術、例えば検出器（不図示）を用いて測定することができる。

　座標変換部１０４は、δｃ－γｃ回転座標系における電圧指令［ｖ_δγ ^＊］を電圧指令［ｖ_ｘ ^＊］に変換する。これらの変換には電動機３についての固定座標系（例えばＵＶＷ固定座標系）に対するδｃ－γｃ回転座標系の回転角θが用いられる。これらの変換は周知の技術で実現されるので、ここではその詳細を省略する。

　なお、電圧指令［ｖ_ｘ ^＊］や三相電流［ｉ_ｘ］は、三相のＵＶＷ固定座標系の他、いわゆるαβ固定座標系（例えばα軸はＵ相と同相に設定される）や他の回転座標系で表されていてもよい。座標変換部１０１，１０４はこれらの座標系に対応した変換を行う。電圧指令［ｖ^＊］について採用される座標系は、電圧供給源２がどのような座標系に基づいて動作するかによって決定される。電圧供給源２と座標変換部１０４とは纏めて、電圧指令［ｖ_δγ ^＊］に基づいて電動機３に電圧［ｖ_ｘ ^＊］を印加する電動機駆動部と把握することができる。

　積分器１０６は回転角速度ω_１に基づいて回転角θを計算する。回転角速度ω_１は、減算器１０５の出力として得られる。例えば一次磁束制御を行っていれば、電流［ｉ_δγｃ］のγｃ軸成分ｉ_γｃをハイパスフィルタ１０７で直流分を除去し、さらに定数倍部１０８で所定ゲインＫｍ倍した値が、減算器１０５によって回転角速度の指令値ω^＊から差し引かれて、回転角速度ω_１が得られる。空隙磁束［λ］が適切に制御されれば、上述のようにφ_ｃ＝φとなり、よってω_１＝ω^＊となる。

　電圧指令計算部１０２は電圧指令［ｖ_δγ ^＊］の他、フィードバック量［Ｂ］及び「基本的思想」で述べた所定の範囲の元となる電圧誤差［Δｖ_δγ ^＊］を出力する。判定部１０９はフィードバック量［Ｂ］と電圧誤差［Δｖ_δγ ^＊］に由来する閾値とを比較し、電動機に異常が、例えば脱調が発生しているか否かを示す判定信号Ｚを出力する。

　図３は電圧指令計算部１０２の構成を示すブロック図である。電圧指令計算部１０２は、磁束計算部１０２１、フィードバック量計算部１０２２、フィードフォワード量計算部１０２３、電圧指令生成部１０２４、電圧誤差計算部１０２５、電圧指令出力制限部１０２６を備える。

　磁束計算部１０２１は電流［ｉ_δγｃ］、回転角速度ω_１、電圧指令［ｖ_δγ ^＊］を入力し、推定位相角φ_ｃ及び空隙磁束［λ_δγｃ］を出力する。空隙磁束［λ_δγｃ］は上述の推定値［λ＾］を採用することができる。具体的には、推定位相角φ_ｃ及び空隙磁束［λ_δγｃ］は以下のようにして求められる。

　一般に、電動機３の電機子巻線のインダクタンスのｄ軸成分Ｌ_ｄ及びｑ軸成分Ｌ_ｑ、電動機３に流れる電流のδ軸成分ｉ_δ及びγ軸成分ｉ_γ、電動機３に印加される電圧のδ軸成分ｖ_δ及びγ軸成分ｖ_γ、実位相角φ、界磁磁束の絶対値Λ_０、電動機３の電機子巻線の抵抗成分Ｒ、回転角速度ω_１、微分演算子ｐを導入すると、δ－γ回転座標系において次式の電圧方程式（１）が成立する。但し、［Ｉ］，［Ｊ］，［Ｃ］及びそれらの要素を囲む記号［］は行列を示す。

　よってこれと同様にして、電機子巻線のインダクタンスのｄ軸成分の設定値Ｌ_ｄｃ及びｑ軸成分の設定値Ｌ_ｑｃ、電動機３に流れる電流のδｃ軸成分ｉ_δｃ及びγｃ軸成分ｉ_γｃ、電動機３に印加される電圧のδｃ軸成分ｖ_δｃ及びγｃ軸成分ｖ_γｃ、推定位相角φ_ｃ、界磁磁束の絶対値の設定値Λ_０ｃ、電動機３の電機子巻線の抵抗成分の設定値Ｒ_ｃ、回転角速度ω_１を導入しδｃ－γｃ回転座標系において次式の電圧方程式（２）が成立する。

　但し、電圧のδｃ軸成分ｖ_δｃ及びγｃ軸成分ｖ_γｃは実測されないので、磁束計算部１０２１はこれらに代えて電圧指令［ｖ_δγ ^＊］＝［ｖ_δ ^＊　ｖ_γ ^＊］^ｔを採用して、推定位相角φ_ｃと空隙磁束［λ_δγｃ］とを求める。設定値Ｌ_ｄｃ，Ｌ_ｑｃ，Ｒ_ｃ，Λ_０ｃは磁束計算部１０２１内に予め格納しておくことができる。

　さて、定常状態においては微分演算子ｐによる演算結果は０となることから、定常状態における電圧方程式は式（１）から下式（３）として導かれる。

　設定値Ｌ_ｄｃ，Ｌ_ｑｃ，Ｒ_ｃ，Λ_０ｃと、その実際の値Ｌ_ｄ，Ｌ_ｑ，Ｒ，Λ_０との相違による誤差を電圧指令において修正するため、指令値［λ^＊］とδｃ－γｃ回転座標系における空隙磁束［λ_δγｃ］との偏差を用いて、電圧指令［ｖ_δγ ^＊］は次式（４）のフィードフォワード量［Ｆ］とフィードバック量［Ｂ］との和で決定される。但しフィードバックゲインＧλ（≠０）と、指令値［λ^＊］のδ軸成分λ_δ ^＊及びγ軸成分λ_γ ^＊とを導入した。

　電圧指令生成部１０２４はフィードフォワード量［Ｆ］とフィードバック量［Ｂ］とを加算し、電圧指令［ｖ_δγ ^＊］を求める。

　フィードフォワード量［Ｆ］を生成するため、フィードフォワード量計算部１０２３は空隙磁束［λ_δγｃ］及び電流［ｉ_δγｃ］を入力し、式（４）に従ってフィードフォワード量［Ｆ］を求める。即ち、フィードフォワード量［Ｆ］は、電流［ｉ_δγｃ］、抵抗成分の設定値Ｒ_ｃ、回転角速度ω_１及び空隙磁束［λ_δγｃ］を用いて定常状態における電圧方程式によって求められる。

　フィードバック量［Ｂ］を生成するため、フィードバック量計算部１０２２は空隙磁束［λ_δγｃ］及びその指令値［λ^＊］を入力し、式（４）に従ってフィードバック量［Ｂ］を計算する。具体的には指令値［λ^＊］と空隙磁束［λ_δγｃ］との偏差にフィードバックゲインＧλを乗じる。フィードバックゲインＧλはフィードバック量計算部１０２２において格納しておくことができる。

　式（４）においてはフィードバックゲインＧλはスカラー量として示したが、空隙磁束の偏差に対して作用する２行２列の非零行列であってもよい。

　理想的には、フィードバック量［Ｂ］が０となれば、δ軸成分λ_δ ^＊とδｃ軸成分λ_δｃが、γ軸成分λ_γ ^＊とγｃ軸成分λ_γｃが、それぞれ一致していることになり、式（３）で示される定常状態が、δｃ－γｃ回転座標系における制御で実現できていることになる。

　さて、このようなフィードバック量［Ｂ］を用いたフィードバック制御が適切に行われていれば、実位相角φと推定位相角φ_ｃとの乖離が小さく、よって回転角速度ω_１とその指令値ω^＊との乖離はないと近似することができる。この場合、電圧指令の誤差たる電圧誤差［Δｖ_δγ ^＊］という概念を新たに導入し、空隙磁束［λ_δγｃ］の時間的変動をも考慮して、次式（５）が成立する。

　つまり電圧誤差［Δｖ_δγ ^＊］は、電圧指令［ｖ_δγ ^＊］を、電動機３についての電圧方程式から得られる電圧値（Ｒ_ｃ［ｉ_δγｃ］＋（ｐ［Ｉ］＋ω_１［Ｊ］）［λ_δγｃ］）から差し引いた値として定義される。電圧誤差［Δｖ_δγ ^＊］は式（５）の第２式で近似できる。

　但し係数ｅ_ｉＩ，ｅ_ｉＪ，ｅ_Λ，ｅ_ｖは、電動機３、電圧供給源２、及び電流［ｉ_ｘ］（あるいは電圧供給源２に入力する電圧）の検出器（不図示）のそれぞれの諸元のバラツキ、並びに回転角速度ω_１により、電動機３の製造公差、動作温度の保証範囲で決定される変動幅の範囲内で変動する。よって電圧指令の誤差たる電圧誤差［Δｖ_δγ ^＊］が変動する範囲は電流［ｉ_δγｃ］、推定位相角φ_ｃ、電圧指令［ｖ_δγ ^＊］の他、係数ｅ_ｉＩ，ｅ_ｉＪ，ｅ_Λ，ｅ_ｖの変動幅にも依存する。

　つまり、電圧誤差［Δｖ_δγ ^＊］は、電流［ｉ_δγｃ］と、電圧指令［ｖ_δγ ^＊］と、電動機３及び電圧供給源２の製造公差及び動作温度の保証範囲と、電流［ｉ_δγｃ］または電圧［ｖ_ｘ］を検出する検出器の製造公差及び動作温度の保証範囲と、回転角速度ω_１のうち少なくとも一つで決定される変動幅に基づいて設定される。

　より詳細には、当該変動幅は、電流［ｉ_δγｃ］と位相が平行する（同相あるいは逆相となる）誤差ｅ_ｉＩ［I］［ｉ_δγｃ］が変動する範囲と、電流［ｉ_δγｃ］と位相が直交する誤差ｅ_ｉＪ［J］［ｉ_δγｃ］が変動する範囲と、界磁磁束［Λ０］と位相が直交する誤差ｅ_Λ［sinφ_ｃ　cosφ_ｃ］^ｔが変動する範囲と、電圧指令［ｖ_δγ ^＊］と位相が平行する誤差ｅ_ｖ［ｖ_δγ ^＊］が変動する範囲のうち少なくとも一つで設定される。

　ここで電圧誤差［Δｖ_δγ ^＊］は、フィードバック量［Ｂ］に相当する（より具体的には［Δｖ_δγ ^＊］＝－［Ｂ］となる）。上述のように、電圧誤差［Δｖ_δγ ^＊］は、実位相角φと推定位相角φ_ｃとの乖離が小さくなるようにフィードバック制御されていることが前提である。そして電動機３の動作が脱調した場合、この前提は成立しない。従って、そのような場合にはフィードバック量［Ｂ］は電圧誤差［Δｖ_δγ ^＊］が変動する範囲を超えることとなる。換言すれば、フィードバック制御を行っているときにフィードバック量［Ｂ］が電圧誤差［Δｖ_δγ ^＊］が変動する範囲を超えることを以て、電動機３の動作が脱調したと判断することができる。

　つまり電圧誤差［Δｖ_δγ ^＊］が変動する範囲は、脱調の有無を判断する際の、フィードバック量［Ｂ］についての閾値となる。電圧誤差計算部１０２５は式（５）の第２式の右辺に従って電圧誤差［Δｖ_δγ ^＊］が変動する範囲を計算すべく、推定位相角φ_ｃ、電流［ｉ_δγｃ］、及び電圧指令［ｖ_δγ ^＊］を入力する。

　例えば係数ｅ_ｉＩ，ｅ_ｉＪ，ｅ_Λ，ｅ_ｖの変動幅の上限及び下限と、電流［ｉ_δγｃ］、推定位相角φ_ｃ、電圧指令［ｖ_δγ ^＊］を用いて、式（５）の第２式の右辺の各項の最大値及び最小値を求める。各項の最大値又は最小値の組合せを採用したときの電圧誤差［Δｖ_δγ ^＊］を閾値としてフィードバック量［Ｂ］と比較する。係数ｅ_ｉＩ，ｅ_ｉＪ，ｅ_Λ，ｅ_ｖは電圧誤差計算部１０２５で計算してもよい。その場合には、電圧誤差計算部１０２５には回転角速度ω_１も入力する。

　このことは、電圧誤差［Δｖ_δγ ^＊］が変動する範囲が、当該変動幅の上限および下限、電流［ｉ_δγｃ］と前記電圧指令との組み合わせにおける電圧誤差［Δｖ_δγ ^＊］の最大値または/および最小値より設定される、と把握することができる。

　簡単には、フィードバック量［Ｂ］の絶対値の閾値として、下式（６）の右辺に示す電圧誤差［Δｖ_δγ ^＊］が採りうる絶対値の最大を採用してもよい。

　あるいは下式（７）が成立するので、式（７）の最右辺を閾値として採用してもよい。これは演算量を低減する観点で望ましい。また最右辺には推定位相角φ_ｃを含まないため、磁束計算部１０にて推定位相角φ_ｃを出力しない制御系にも適用できる。

　なお、定速運転中では、回転角速度ω_１は一定なので、｜ｅ_ｉＩ［Ｉ］＋ｅ_ｉＪ［Ｊ］｜，｜ｅ_Λ｜，｜ｅ_ｖ｜は変化しない一定値となる。

　あるいはフィードバック量［Ｂ］と電圧誤差［Δｖ_δγ ^＊］との比較を、δｃ軸成分、γｃ軸成分毎に行ってもよい。あるいはそれらの一方のみにおいて比較を行ってもよい。これは演算量を低減する観点で望ましい。例えば式（８）は、γｃ軸成分においてフィードバック量［Ｂ］と比較される電圧誤差［Δｖ_δγ ^＊］のγｃ軸成分Δｖ_γ ^＊の絶対値の最大を求める。よって式（８）の最右辺をフィードバック量［Ｂ］と比較してもよい。

　判定部１０９は、電圧誤差［Δｖ_δγ ^＊］を入力し、上述のような閾値あるいは電圧誤差［Δｖ_δγ ^＊］とフィードバック量［Ｂ］との比較を行って、判定信号Ｚを出力する。上述の閾値は例えば判定部１０９で生成するが、電圧誤差［Δｖ_δγ ^＊］から閾値を求めるブロックを電圧指令計算部１０２において別途に設けてもよい。

　電圧指令出力制限部１０２６は判定信号Ｚと電圧指令［ｖ_δγ ^＊］とを入力する。判定信号Ｚが脱調を示すとき以外は、電圧指令出力制限部１０２６は電圧指令［ｖ_δγ ^＊］を出力する。判定信号Ｚが脱調を示すときには、電圧指令出力制限部１０２６は電圧指令［ｖ_δγ ^＊］に代えて停止指令Ｓを出力し、電圧供給源２の動作を停止する。これにより脱調の状態のままで電動機３を駆動することが回避できる。

　本実施の形態において、電流［ｉ_δγｃ］や電圧指令［ｖ_δγ ^＊］などに基づいて閾値を設定することにより、運転状態に応じた適切な閾値が設定される。これは、脱調を検出する精度を高め、かつ誤って脱調と検出することを低減する観点で望ましい。

　また、製造公差および動作範囲の保障範囲で決定される変動幅に基づいて閾値を設定することにより、閾値を試験的に決定する必要性は低い。これは、閾値を試験的に決定する方法に比べて開発工数を大幅に減らすことができる観点で望ましい。

　第２の実施の形態．
　第２の実施の形態ではフィードバック量［Ｂ］を電流の偏差から求める技術を示す。具体的には式（９）に従ってフィードバック量［Ｂ］を求める。但しフィードバックゲインＧ_ｉ（≠０）及び電流［ｉ_δγｃ］の指令値［ｉ_δγ ^＊］＝［ｉ_δ ^＊　ｉ_γ ^＊］^ｔを導入した。第１の実施の形態と同様、フィードバックゲインＧ_ｉは電流の偏差に対して作用する２行２列の非零行列であってもよい。

　このようにしてフィードバック量［Ｂ］を求める場合、フィードバック量計算部１０２２には空隙磁束［λ_δγｃ］及びその指令値［λ_δγ ^＊］を入力する代わりに、電流［ｉ_δγｃ］及びその指令値［ｉ_δγ ^＊］を入力する。

　よって本実施の形態にかかる電動機制御装置１の構成は、第１の実施の形態にかかる電動機制御装置１の構成に対し、電圧指令計算部１０２には空隙磁束の指令値［λ_δγ ^＊］ではなく電流の指令値［ｉ_δγ ^＊］を入力する点で異なる。

　図４は本実施の形態における電圧指令計算部１０２の構成を示すブロック図である。

　本実施の形態においても、電圧誤差［Δｖ_δγ ^＊］は第１の実施の形態と同様にして決定することができる。そして第１の実施の形態と同様に処理を行って、脱調の有無を判定することができる。

　第１の実施の形態及び本実施の形態から、フィードバック量［Ｂ］は、電流［ｉ_δγｃ］若しくは空隙磁束［λ_δγｃ］の一方と、当該一方についての指令値（［ｉ_δγ ^＊］，［λ_δγ ^＊］）との間の偏差に基づいて決定される、と把握することができる。

　第３の実施の形態．
　本実施の形態ではフィードフォワード制御を用いずに、フィードバック制御のみを行う場合について示す。この場合、次式（１０）で示されるように、電圧指令［ｖ_δγ ^＊］はフィードバック量［Ｂ］と等しくなる。

　図５は本実施の形態における電圧指令計算部１０２の構成を示すブロック図である。第１の実施の形態及び第２の実施の形態で示された電圧指令生成部１０２４は不要となり、フィードバック量計算部１０２２から電圧指令［ｖ_δγ ^＊］としてフィードバック量［Ｂ］が出力される。

　他方、フィードフォワード量計算部１０２３は第１の実施の形態及び第２の実施の形態で示されたようにしてフィードフォワード量［Ｆ］を計算する。そして第１の実施の形態及び第２の実施の形態で採用された電圧誤差［Δｖ_δγ ^＊］は、そこからフィードフォワード量［Ｆ］を減じることによって補正される。本実施の形態では記号［Δｖ_δγ ^＊］を、フィードフォワード量［Ｆ］を減じることによって補正された電圧誤差に対して用いている。

　つまり本実施の形態において電圧誤差［Δｖ_δγ ^＊］は次式（１１）で求められる。

　電圧指令［ｖ_δγ ^＊］としてフィードバック量［Ｂ］自体を用いるとき、式（１１）で決定される電圧誤差［Δｖ_δγ ^＊］を用いることにより、第１の実施の形態と同様に脱調の有無が判定できる。これは式（４），（５）から自明である。

　以上のことから、本実施の形態でも、第１の実施の形態と同様に処理を行って、脱調の有無を判定することができる。

　もちろん、本実施の形態においても第２の実施の形態と類似して、フィードバック量［Ｂ］として電流の偏差とフィードバックゲインＧ_ｉとの積を用いてもよい。その場合、式（９）で求められるフィードバック量［Ｂ］が電圧指令［ｖ_δγ ^＊］として採用される。よって第２の実施の形態と同様に、フィードバック量計算部１０２２には空隙磁束［λ_δγｃ］及びその指令値［λ_δγ ^＊］を入力する代わりに、電流［ｉ_δγｃ］及びその指令値［ｉ_δγ ^＊］を入力する。

　このように、電圧指令［ｖ_δγ ^＊］を求めるのに、フィードバック量［Ｂ］のみとするか、フィードフォワード量［Ｆ］をも含めるかによって、電圧誤差［Δｖ_δγ ^＊］が何に基づくが相違する。電圧指令［ｖ_δγ ^＊］がフィードフォワード量［Ｆ］に基づかない場合は本実施の形態のように、電圧誤差［Δｖ_δγ ^＊］はフィードフォワード量［Ｆ］にも基づいて設定される。電圧指令［ｖ_δγ ^＊］がフィードフォワード量［Ｆ］に基づく場合には第１及び第２の実施の形態のように、電圧誤差［Δｖ_δγ ^＊］は空隙磁束［λ_δγｃ］には基づかない（式（５）第２式参照）。

　フィードフォワード量［Ｆ］を、電圧方程式の一部の項を除いた項に基づいて設定しても良い。この場合、当該一部の項にも基づいて、電圧誤差［Δｖ_δγ ^＊］が変動する範囲を設定する。

　変形１．
　上記係数ｅ_ｉＩ，ｅ_ｉＪ，ｅ_Λ，ｅ_ｖは、電動機３の機器定数のバラツキの他、回路上のバラツキの影響を受けることもあり得る。例えば係数ｅ_ｉＩ，ｅ_ｉＪは電流［ｉ_ｘ］を検出する検出器（不図示）のバラツキの影響を受け、係数ｅ_ｖは電圧供給源２が有する電圧制御型インバータ（不図示）に入力される電圧もしくは出力する電圧［ｖ_ｘ］を検出する検出器（不図示）のバラツキの影響を受ける。しかしながら、これらの回路上のバラツキは、電動機３の機器定数のバラツキと比較して電圧誤差［Δｖ_δγ ^＊］に与える影響は小さい。よって回路上のバラツキは無視しても、脱調を判定することは実際上、可能である。

　検出器以外のバラツキについても、電圧誤差［Δｖ_δγ ^＊］に与える影響は小さい場合には、これを無視しても脱調を判定することは実際上可能である。

　あるいは例えば、電圧誤差［Δｖ_δγ ^＊］に与える影響が最も大きなバラツキのみを考慮してもよい。

　変形２．
　フィードバック量［Ｂ］と比較される閾値たる電圧誤差［Δｖ_δγ ^＊］の最大値は、電動機３について想定される運転範囲内の最悪条件を用いて予め計算し、記憶していてもよい。

　この場合、電圧誤差計算部１０２５の演算量は小さく、必要となるメモリも小さくて済む。あるいは単に閾値を示すテーブルにて電圧誤差計算部１０２５を代用することもできる。

　例えば回転角速度ごとに閾値が予め求められ、これらがテーブルとして記憶される。

　もちろん、閾値については、マージンを考慮して電圧誤差［Δｖ_δγ ^＊］の最大値よりも大きく設定してもよい。

　変形３．
　推定位相角φ_ｃは小さいので、これを零に近似して閾値を求めてもよい。

　脱調していない条件で推定位相角φ_ｃが取り得ると想定される範囲で、閾値を求めてもよい。例えば推定位相角φ_ｃが－９０°～９０°の範囲で脱調せずに運転される場合（かかる制御は例えば一次磁束制御において採用される）には－１≦sinφ_ｃ≦１、０≦cosφ_ｃ≦１を採用して閾値を求める。

　推定位相角φ_ｃを零に近似したり、－１≦sinφ_ｃ≦１、０≦cosφ_ｃ≦１を採用して閾値を求める場合には、推定位相角φ_ｃそれ自体を求める必要がない。よって閾値を求める以外に推定位相角φ_ｃを求める必要がない制御においては、推定位相角φ_ｃを求めるための演算量（式（２）参照）を減らすことができる。

　また、脱調していない条件で推定位相角φ_ｃが取り得ると想定される範囲で、閾値を求めることは、想定外の運転範囲になった場合にも異常と判定できる利点がある。

　上記の種々の実施の形態及び変形は、互いの機能を損なわない限り、適宜に組み合わせることができる。

　上記のブロック図は模式的であり、各部はハードウェアで構成することもできるし、ソフトウェアによって機能が実現されるマイクロコンピュータ（記憶装置を含む）で構成してもよい。各部で実行される各種手順、あるいは実現される各種手段又は各種機能の一部又は全部をハードウェアで実現しても構わない。

　マイクロコンピュータは、プログラムに記述された各処理ステップ（換言すれば手順）を実行する。上記記憶装置は、例えばＲＯＭ(Read Only Memory)、ＲＡＭ(Random Access Memory)、書き換え可能な不揮発性メモリ（ＥＰＲＯＭ(Erasable Programmable ROM)等）、ハードディスク装置などの各種記憶装置の１つ又は複数で構成可能である。当該記憶装置は、各種の情報やデータ等を格納し、またマイクロコンピュータが実行するプログラムを格納し、また、プログラムを実行するための作業領域を提供する。なお、マイクロコンピュータは、プログラムに記述された各処理ステップに対応する各種手段として機能するとも把握でき、あるいは、各処理ステップに対応する各種機能を実現するとも把握できる。

　この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。

Claims

　同期電動機（３）を制御する装置であって、
　電圧指令（［ｖ_δγ ^＊］）に基づいて前記同期電動機に電圧（［ｖ_ｘ ^＊］）を印加する電動機駆動部（２，１０４）と、
　前記同期電動機に流れる電流（［ｉ_δγｃ］）の、前記電流についての指令値（［ｉ_δγ ^＊］）に対する偏差、若しくは、前記同期電動機における空隙磁束（［λ_δγｃ］）の、前記空隙磁束についての指令値（［λ_δγ ^＊］）に対する偏差に基づくフィードバック量を決定するフィードバック量計算部（１０２２）と、
　前記フィードバック量に基づいて前記電圧指令を生成する電圧指令生成部（１０２４）と、
　前記同期電動機の電圧方程式に基づいた電圧値と前記電圧指令との誤差（［Δｖ_δγ ^＊］）が変動する範囲を計算する電圧誤差計算部（１０２５）と、
　前記フィードバック量が前記誤差の変動する範囲を逸脱することを以て、前記同期電動機に異常が発生したと判定する判定部（１０９）と
を備える電動機の制御装置。
　前記誤差（［Δｖ_δγ ^＊］）は、前記電流（［ｉ_δγｃ］）と、前記電圧指令（［ｖ_δγ ^＊］）と、前記同期電動機（３）の製造公差及び動作温度の保証範囲と、前記電動機駆動部の製造公差及び動作温度の保証範囲と、前記電流または前記電圧を検出する検出器の製造公差及び動作温度の保証範囲と、前記同期電動機の回転角速度（ω_１）のうちの少なくとも一つで決定される変動幅に基づいて設定される、請求項１記載の電動機の制御装置。
　前記誤差（［Δｖ_δγ ^＊］）が変動する範囲は、前記電流（［ｉ_δγｃ］）と位相が平行する誤差（ｅ_ｉＩ［I］［ｉ_δγｃ］）が変動する範囲と、前記電流と位相が直交する誤差（ｅ_ｉＪ［J］［ｉ_δγｃ］）が変動する範囲と、前記同期電動機（３）の界磁磁束（［Λ０］）と位相が直交する誤差（ｅ_Λ［sinφ_ｃ　cosφ_ｃ］^ｔ）が変動する範囲と、前記電圧指令（［ｖ_δγ ^＊］）と位相が平行する誤差（ｅ_ｖ［ｖ_δγ ^＊］）が変動する範囲のうち少なくとも一つで決定される変動幅に基づいて設定される、請求項１記載の電動機の制御装置。
　前記誤差（［Δｖ_δγ ^＊］）が変動する範囲は、前記電流（［ｉ_δγｃ］）と位相が平行する誤差（ｅ_ｉＩ［I］［ｉ_δγｃ］）が変動する範囲と、前記電流と位相が直交する誤差（ｅ_ｉＪ［J］［ｉ_δγｃ］）が変動する範囲と、前記同期電動機（３）の界磁磁束（［Λ０］）と位相が直交する誤差（ｅ_Λ［sinφ_ｃ　cosφ_ｃ］^ｔ）が変動する範囲と、前記電圧指令（［ｖ_δγ ^＊］）と位相が平行する誤差（ｅ_ｖ［ｖ_δγ ^＊］）が変動する範囲のうち少なくとも一つで決定される変動幅に基づいて設定される、請求項２記載の電動機の制御装置。
　前記誤差（［Δｖ_δγ ^＊］）が変動する範囲は、前記変動幅の上限および下限、前記電流（［ｉ_δγｃ］）と前記電圧指令（［ｖ_δγ ^＊］）との組み合わせにおける最大値または/および最小値より設定される、請求項２記載の電動機の制御装置。
　前記誤差（［Δｖ_δγ ^＊］）が変動する範囲は、前記変動幅の上限および下限、前記電流（［ｉ_δγｃ］）と前記電圧指令（［ｖ_δγ ^＊］）との組み合わせにおける最大値または/および最小値より設定される、請求項３記載の電動機の制御装置。
　前記誤差（［Δｖ_δγ ^＊］）が変動する範囲は、前記変動幅の上限および下限、前記電流（［ｉ_δγｃ］）と前記電圧指令（［ｖ_δγ ^＊］）との組み合わせにおける最大値または/および最小値より設定される、請求項４記載の電動機の制御装置。
　前記誤差（［Δｖ_δγ ^＊］）が変動する範囲は、更に前記電圧方程式の一部の項にも基づいて設定され、
　前記電圧方程式から前記一部の項を除いた項に基づくフィードフォワード量（［Ｆ］）を決定するフィードフォワード量計算部（１０２３）
を更に備え、
　前記電圧指令生成部（１０２４）は、更に、前記フィードフォワード量にも基づいて前記電圧指令（［ｖ_δγ ^＊］）を生成する、請求項１から請求項７のいずれか一つに記載の電動機の制御装置。
　前記電圧方程式に基づくフィードフォワード量（［Ｆ］）を決定するフィードフォワード量計算部（１０２３）
を更に備え、
　前記電圧指令生成部（１０２４）は、更に、前記フィードフォワード量（［Ｆ］）にも基づいて前記電圧指令（［ｖ_δγ ^＊］）を生成する、請求項１から請求項７のいずれか一つに記載の電動機の制御装置。