モータ制御装置
【課題】電流によるインダクタンス変動に追従した電流指令を生成して、トルク制御の精度を向上させる。
【解決手段】電流指令ベクトルの向きを示す電流位相角βrefとトルク指令Ｔrefとを入力し、電流位相角βrefの示す方向を向く複数の電流指令ベクトルのうち、トルク指令Ｔrefに対応する総合トルクを発生させ得る電流指令ベクトルを示すｄ軸電流指令Ｉｄ及びｑ軸電流指令Ｉｑを生成する電流指令生成部２４を備え、モータに流れる電流値に応じて変化するｄ軸及びｑ軸のインダクタンス（Ｌｄ，Ｌｑ）を電流値Ｉａに関連付けたインダクタンス情報Ｄａ３を予め設定しておき、ｄ軸及びｑ軸の電流指令（Ｉｄ，Ｉｑ）を生成するにあたり、既に出力したｄ軸及びｑ軸の電流指令（Ｉｄ，Ｉｑ）によってモータに流れたとみなせる電流値Ｉａに対応するｄ軸及びｑ軸のインダクタンス（Ｌｄ，Ｌｑ）を用いてｄ軸及びｑ軸の電流指令（Ｉｄ，Ｉｑ）を生成する。
【解決手段】電流指令ベクトルの向きを示す電流位相角βrefとトルク指令Ｔrefとを入力し、電流位相角βrefの示す方向を向く複数の電流指令ベクトルのうち、トルク指令Ｔrefに対応する総合トルクを発生させ得る電流指令ベクトルを示すｄ軸電流指令Ｉｄ及びｑ軸電流指令Ｉｑを生成する電流指令生成部２４を備え、モータに流れる電流値に応じて変化するｄ軸及びｑ軸のインダクタンス（Ｌｄ，Ｌｑ）を電流値Ｉａに関連付けたインダクタンス情報Ｄａ３を予め設定しておき、ｄ軸及びｑ軸の電流指令（Ｉｄ，Ｉｑ）を生成するにあたり、既に出力したｄ軸及びｑ軸の電流指令（Ｉｄ，Ｉｑ）によってモータに流れたとみなせる電流値Ｉａに対応するｄ軸及びｑ軸のインダクタンス（Ｌｄ，Ｌｑ）を用いてｄ軸及びｑ軸の電流指令（Ｉｄ，Ｉｑ）を生成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流指令ベクトルに応じた電流をモータに通電することによりモータの駆動を制御するモータ制御装置に係り、特にトルク制御を適正化したモータ制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＩＰＭモータ（Interior Permanent Magnet Motor）を始めとする逆突極性を有する同期モータの駆動を制御するモータ制御装置は、所望のトルクを発生させる電流指令ベクトルを生成し、この電流指令ベクトルに対応する電流を電源からモータに通電することによりモータの駆動を制御する装置である。電流指令ベクトルは、ＩＰＭモータの三相各相に流す電流を、回転子に配置された永久磁石の磁束の方向であるｄ軸電流成分とｄ軸に直交するｑ軸電流成分との二つのベクトル成分に変換して、ｄ軸電流成分及びｑ軸電流成分をこれらの合成ベクトルで表現したものである。一般的に、ｄ軸電流成分はｄ軸電流指令で表現され、ｑ軸電流成分はｑ軸電流指令で表現され、電流指令ベクトルの向きはベクトルとｑ軸とのなす角度である電流位相角で表現される。モータへ通電すると、永久磁石の磁束に起因するマグネットトルクと、ｄ軸インダクタンスとｑ軸インダクタンスの差に起因するリラクタンストルクとを合わせた総合トルクが発生する。この総合トルクは、電流指令ベクトルの大きさ（すなわちモータに流れる電流値）が同じであっても、ベクトルの向き（すなわち電流位相角）によって変化するものである。
【０００３】
この種のモータ制御装置の一例として特許文献１には、トルク指令に対応する値の総合トルクを発生させ得る電流指令ベクトルを示す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、ｄ軸及びｑ軸の電流指令に応じた電流をモータに通電する通電制御部とを備えたモータ制御装置が開示されている。電流指令生成部は、電流位相角の示す方向を向く複数の電流指令ベクトルのうち、トルク指令に対応する値の総合トルクを得られる電流指令ベクトルを示すｄ軸電流指令及びｑ軸電流指令を算出する。具体的には、特許文献１の段落0034〜0042に例示されるように、モータの極体数や誘起電圧定数、ｄ軸インダクタンス、ｑ軸インダクタンスが既知であることから、これら既知の定数とトルク指令と電流位相角とをパラメータとする関数により算出する。
【０００４】
なお、特許文献２には、トルク指令及びモータ回転数がそれぞれ或る値であるという条件の下において効率が最大となる電流位相角を求める技術の一例が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１５９１９２号公報
【特許文献２】特開２００２−３０５８９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、上記特許文献に開示のものを始めとして従来のモータ制御装置は、ｄ軸及びｑ軸のインダクタンスを予め同定した固定値としてｄ軸及びｑ軸の電流指令を生成するものの、実際のインダクタンスはモータに流れる電流値によって変化するため、固定値に基づき生成したｄ軸及びｑ軸の電流指令によって発生するトルクと、トルク指令の指示する所望のトルクとに誤差が生じてしまい、トルク制御の精度が低減してしまう。
【０００７】
また、トルク制御の精度低下は、例えば特許文献２に例示されるような、トルク指令及びモータ回転数がそれぞれ或る値であるという条件の下において効率が最大となる電流位相角を求める技術を適用し、求めた電流位相角とトルク指令とによって電流指令を生成するように構成した場合には、トルク指令の指示する目標トルクと、実際にモータに発生する実トルクとに誤差が生じることで、最大効率点から外れて効率が損なわれる事態を招来してしまう。
【０００８】
本発明は、このような課題に着目してなされたものであって、その目的は、電流によるインダクタンス変動に追従した電流指令を生成して、所望のトルクと実際に発生するトルクとの誤差を低減又は無くして、トルク制御の精度を向上させたモータ制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、かかる目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。
【００１０】
すなわち、本発明のモータ制御装置は、ｄ軸インダクタンス及びｑ軸インダクタンスに起因するリラクタンストルクと永久磁石の磁束に起因するマグネットトルクとを合わせた総合トルクを発生させる電流指令ベクトルをトルク指令に応じて決定し、電流指令ベクトルに対応する電流をモータに通電することにより前記モータの駆動を制御するモータ制御装置であって、前記電流指令ベクトルの向きを示す電流位相角と前記トルク指令とを入力し、前記電流位相角の示す方向を向く複数の電流指令ベクトルのうち、前記トルク指令に対応する前記総合トルクを発生させ得る電流指令ベクトルを示す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、前記電流指令生成部から出力されたｄ軸及びｑ軸の電流指令に対応する電流を前記モータに通電する通電制御部とを備え、前記電流指令生成部は、前記モータに流れる電流値に応じて変化するｄ軸及びｑ軸のインダクタンスを前記電流値に関連付けたインダクタンス情報を予め設定しておき、前記ｄ軸及びｑ軸の電流指令を生成するにあたり、既に出力したｄ軸及びｑ軸の電流指令によって前記モータに流れたとみなせる電流値に対応するｄ軸及びｑ軸のインダクタンスを用いて前記ｄ軸及びｑ軸の電流指令を生成するように構成されていることを特徴とする。
【００１１】
このような構成によれば、既に出力したｄ軸及びｑ軸の電流指令によってモータに流れたとみなせる電流値に関連付けられたｄ軸及びｑ軸のインダクタンス、すなわち現時点でモータに流れているであろう電流値に応じたｄ軸及びｑ軸のインダクタンスを用いてｄ軸及びｑ軸の電流指令を生成するので、電流によるインダクタンス変動に追従してｄ軸及びｑ軸の電流指令を生成することができ、インダクタンスを固定値として電流指令を生成する場合に比べて、トルク指令に対応するトルクと実際に発生するトルクとの誤差を低減又は無くして、トルク制御の精度を向上させることが可能となる。
【００１２】
演算能力の乏しい廉価な演算器でも上記インダクタンス変動に追従した制御を実現すると共に、制御の応答性を向上させるためには、前記電流指令生成部は、前記トルク指令及び前記電流位相角を入力し、入力した電流位相角の示す方向を向き且つ入力したトルク指令に対応する前記総合トルクを発生させ得る電流指令ベクトルの大きさを示す電流指令値を生成する電流指令値生成部と、生成された電流指令値と前記電流位相角とに基づき前記ｄ軸電流指令、前記ｑ軸電流指令をそれぞれ生成するｄ軸電流指令生成部及びｑ軸電流指令生成部とを備え、前記電流指令値生成部は、前記トルク指令と前記電流位相角と電流値とを入力パラメータとして前記電流指令値を算出し、算出した電流指令値を前記モータに流れたとみなせる電流値として前記入力パラメータにフィードバックし、前記トルク指令及び前記電流位相角を固定した状態で算出を繰り返したとした場合に、演算結果が収束したとき又は収束したとみなせるときの電流指令値を前記トルク指令と前記電流位相角とに関連付けた電流指令値データを実測又は磁気解析に基づき予め設定しておき、前記電流指令値データにおいて前記トルク指令と前記電流位相角とに関連付けられている電流指令値を出力するように構成されていることが望ましい。
【００１３】
既存構成の一部を改良するだけで、容易に上記インダクタンス変動に追従した制御を実現するためには、前記電流指令生成部は、前記トルク指令及び前記電流位相角を入力し、入力した電流位相角の示す方向を向き且つ入力したトルク指令に対応する前記総合トルクを発生させ得る電流指令ベクトルの大きさを示す電流指令値を生成する電流指令値生成部と、生成された電流指令値と前記電流位相角とに基づき前記ｄ軸電流指令、前記ｑ軸電流指令をそれぞれ生成するｄ軸電流指令生成部及びｑ軸電流指令生成部とを備え、前記電流指令値生成部は、ｄ軸及びｑ軸のインダクタンスと電流位相角とで定まるリラクタンストルクに関する係数を取得する係数取得部を有し、前記係数取得部で取得したリラクタンストルクに関する係数及び前記トルク指令を少なくとも用いて前記電流指令値を算出して出力するように構成されており、前記係数取得部は、或る電流値に応じたｄ軸及びｑ軸のインダクタンスの下に定まる前記リラクタンストルクに関する係数と当該係数の算出の基礎となる電流位相角とを電流値に関連付けた係数情報を実測又は磁気解析に基づき予め設定しておくとともに、出力した電流指令値を前記モータに流れたとみなせる電流値として前記係数取得部にフィードバック入力するようにし、前記係数情報においてフィードバック入力した電流値と電流位相角とに対応する前記係数を取得するように構成されていることが好ましい。
【００１４】
上記モータ制御装置の効率を向上させる一つの好適な適用例としては、前記モータの回転数を検知する回転数検出部と、前記回転数検出部で検出した回転数の下にトルク指令に対応する前記総合トルクを発生させ得る複数の電流指令ベクトルのうち効率が最大となる電流指令ベクトルの電流位相角を決定する位相角決定部とを備え、前記電流指令生成部は、前記位相角決定部が決定した電流位相角に基づき前記ｄ軸及びｑ軸の電流指令を生成することが挙げられる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、以上説明したように、既に出力したｄ軸及びｑ軸の電流指令によってモータに流れたとみなせる電流値、すなわち現時点でモータに流れているであろう電流値に応じたｄ軸及びｑ軸の電流指令を生成するように構成したので、電流によるインダクタンス変動に追従して電流指令を生成でき、インダクタンスを固定値として電流指令を生成する場合に比べて、トルク指令に対応するトルクと実際に発生するトルクとの誤差を低減又は無くして、トルク制御の精度を向上させることができる。したがって、モータ制御装置の制御精度を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係るモータ制御装置の構成及び機能を模式的に示すブロック図。
【図２】電流指令ベクトルを示す電流指令を生成する電流指令生成ブロックのより詳細な構成を示すブロック図。
【図３】図２における電流指令生成部のより詳細な構成を示すブロック図。
【図４】図３における電流指令値生成部のより詳細な構成を示すブロック図。
【図５】制御対象となるＩＰＭモータを模式的に示す断面図。
【図６】電流指令ベクトルに関する説明図。
【図７】電流指令ベクトルの向きと得られる総合トルクとの対応関係に関する説明図。
【図８】誘起電圧情報及び効率情報に関する説明図。
【図９】同モータ制御装置の動作に関する説明図。
【図１０】本発明の他の実施形態に係るモータ制御装置の図４に対応する図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施形態に係るモータ制御装置を、図面を参照して説明する。
【００１８】
図５に示すように、このモータ制御装置の制御対象であるＩＰＭモータ１（Interior Permanent Magnet）は、周知のとおり永久磁石１１ａを埋め込んだ回転子１１と、三相交流を通電することにより回転磁界φ’を発生させる固定子１２とからなり、逆突極性を有する磁石内装型モータである。このモータ１に通電する三相の電流を、図５及び図６に示すように、永久磁石１１ａが発生する磁束の方向であるｄ軸電流成分Ｉｄ及びｄ軸に直交するｑ軸電流成分Ｉｑの二つの電流成分に変換して表現し、これら二つの電流成分の合成ベクトルを電流指令ベクトルＹとして表現する。電流指令ベクトルＹの向きは、ベクトルＹとｑ軸とのなす角度で表現でき、この角度を以下、電流位相角βや単に位相角βと呼ぶ。このモータ１では、図７に示すように、永久磁石の磁束に起因するマグネットトルクと、ｄ軸インダクタンスとｑ軸インダクタンスの差に起因するリラクタンストルクとを合わせた総合トルクがモータへの通電によって発生する。この総合トルクは、図中に示されるように、電流指令ベクトルの大きさ（すなわちモータに流れる電流値）が同じであっても、ベクトルの向き（すなわち電流位相角）によって変化するものである。
【００１９】
モータ制御装置は、図１に示すように、図６に示す電流指令ベクトルＹに応じてモータ１の駆動を制御する装置であり、トルク指令Ｔrefに対応する値の総合トルクをモータ１に発生させ得る電流指令ベクトルを示すｄ軸電流指令Ｉｄ及びｑ軸電流指令Ｉｑを生成する電流指令生成ブロック２と、この電流指令生成ブロック２から出力されたｄ軸電流指令Ｉｄ及びｑ軸電流指令Ｉｑに対応する電流をモータ１に通電する通電制御部３とを有している。
【００２０】
通電制御部３は、ｄ軸電流指令Ｉｄ及びｑ軸電流指令Ｉｑに基づき三相電流指令ｕｖｗを生成する電流制御部３０と、電流制御部３０で生成された三相電流指令ｕｖｗに応じた電流を電源４からモータ１に通電する主回路部３１とを有する。
【００２１】
電流制御部３０は、主回路部３１からモータ１に通電される電流を電流検知部３ａを介して検出し、検出した電流がｄ軸電流指令Ｉｄ及びｑ軸電流指令Ｉｑに対応する電流となるようにフィードバック制御を行う。主回路部３１は、ＰＷＭ制御を用いて三相電流指令ｕｖｗに応じた三相の電流を電源からモータ１に通電する。これらの各部３０、３１は周知のものと同様であるため、その構成及び動作の詳細な説明は省略する。
【００２２】
電流指令生成ブロック２は、ブロック外部から指示されたトルク指令Ｔrefに対応するトルクを発生させる電流指令ベクトルを示すｄ軸電流指令Ｉｄ及びｑ軸電流指令Ｉｑを生成するものであるが、これを実装するにあたり、以下の要求に対応する必要がある。
【００２３】
すなわち、図１及び図５に示すように、モータ１の回転により発生する誘起電圧は、モータ１の永久磁石１１ａが発生する磁束及びモータ１の回転数に比例して増大し、電源４からモータ１への通電に印加する電源電圧Ｖbatがモータ１の誘起電圧よりも高くなければ電流を流せずに制御不能となるので、誘起電圧が電源電圧Ｖbatを越えないように抑制する必要がある。特に、電源４にバッテリを適用するなど電源電圧Ｖbatに変動が生じる場合には、電源電圧Ｖbatの変動を考慮して誘起電圧を抑制する必要がある。誘起電圧を抑制するために、図６（ａ）に示すように、電流指令ベクトルＹのうちｄ軸電流成分Ｉｄにより生じる磁束φｄで永久磁石により生じる磁束φMGの一部を相殺して、相殺後の磁束（φMG−φｄ）を相殺前の磁束φMGよりも低減させることにより誘起電圧を抑制する弱め磁束制御が一つの有効な手段として挙げられる。この弱め磁束制御は、電流指令ベクトルＹの向きを示す位相角を例えば図６（ａ）→図６（ｂ）のようにβからβ’に変えると、誘起電圧を抑制する方向に作用する抑制電流成分であるｄ軸電流成分がＩｄ→Ｉ’ｄに変化（この例では増大）することを利用して、誘起電圧を抑制するに足りる抑制電流成分を確保するように位相角を制御する必要がある。
【００２４】
さらに上記要求に加えて、効率が最大となるように電流指令ベクトルを生成することが望まれる。高効率化を追求するために、図７に示す総合トルクが最大となる位相角βを用いる最大トルク制御が一つの有効な手段として考えられる（特許文献１参照）。しかしながら、この最大トルク制御によって銅損を最小にしても効率が最大となるわけではなく、推定が難しい鉄損を始めとして、メカロス、ＦＥＴ損等も考慮しなければならないことが分かった。真に高効率化を追求するためには、これら全ての損失を含めたシステム全体での効率を考慮する必要がある。
【００２５】
そこで、本実施形態では、所望のトルクの発生と、変動する電源電圧を越えないように誘起電圧を抑制するに足りる抑制電流成分の確保とを両立する電流指令ベクトルを生成するために、図８（ａ）に模式的に示すように、実機を用いて或る回転数Ｎ１の下に所望のトルクＴ１を発生させる電流指令ベクトルＹ１を生成してモータを駆動し、この電流指令ベクトルＹ１による駆動時に電流指令ベクトルＹ１の向きに応じた抑制電流成分によって抑制された後の誘起電圧Ｖ１をパワーメータ等の検出値から測定（推定）する。なお、ここでは、或る回転数Ｎ１の下に所望のトルクＴ１を発生させる電流指令ベクトルは図８（ａ）の曲線Ｗで示すように多数存在するが、ここでは説明の簡略化のために一部のみを示している。そして、この測定を、図８（ａ）に示すように、回転数Ｎ１及びトルクＴ１を維持した状態で電流指令ベクトルの向き（位相角β）を異ならせて向きの異なる複数の電流指令ベクトル毎に誘起電圧を測定し、回転数とトルクと電流指令ベクトルに関する情報と抑制後の誘起電圧とを関連付けた誘起電圧情報を実測値に基づき予め設定し、この誘起電圧情報Ｄａ１を図２に示すようにメモリに記憶する。この実測は、回転数やトルク、誘起電圧、電源電圧が定常状態又は定常状態とみなせる状態で行う。具体例としては、図８（ａ）に示すように、或る回転数Ｎ１の下、或るトルクＴ１を発生させる複数の電流指令ベクトルＹ１…Ｙ２…Ｙ３…Ｙ４は、各々のベクトルの向きを表す位相角がβ１…β２…β３…β４であり、各々の電流指令ベクトルによるモータの駆動時に実測した誘起電圧はＶ１…Ｖ２…Ｖ３…Ｖ４である。この場合、電流指令ベクトルに関する情報を位相角として簡易化すると、図２に示す誘起電圧情報Ｄａ１は、図８に示すように、トルクＴ１と回転数Ｎ１と位相角βｉと誘起電圧Ｖｉとを関連付けたテーブル等で示される。（ｉは、１以上、実測したベクトルの数以下である。）
【００２６】
そして、図８に示す誘起電圧情報における電流指令ベクトルＹ１等を用いてモータの駆動の制御を行えば、モータに発生するであろう誘起電圧が当該電流指令ベクトルＹ１等に関連付けられた抑制後の誘起電圧Ｖ１等の値に抑制される。この事実を利用して、図１に示すように、モータ１の回転数Ｎrefを検出するレゾルバ等を用いた回転数検出部６と、電源４からモータ１に印加可能な電源電圧Ｖbatを検知する電圧検出部７とを設け、図２に示す誘起電圧情報Ｄａ１において回転数検出部６で検出した回転数Ｎref及びトルク指令Ｔrefに関連付けられた複数の電流指令ベクトルのうち、抑制された後の誘起電圧を電圧検出部７で検出される電源電圧Ｖbatよりも小さくする方向に抑制する電流指令ベクトルを決定する第１の電流指令ベクトル決定部２ａを設けている。
【００２７】
さらに、効率が最大となる電流指令ベクトルを生成するために、図８（ａ）に示すように、上記誘起電圧情報Ｄａ１を設定する場合と同様に、実機を用いて或る回転数Ｎ１の下に所望のトルクＴ１を発生させる電流指令ベクトルＹ１を生成してモータを駆動し、この電流指令ベクトルＹ１による駆動時の効率ｅ１をパワーメータ等で実測する。この測定を、図８（ａ）に示すように、回転数Ｎ１及びトルクＴ１を維持した状態で電流指令ベクトルの向き（位相角β）を異ならせて向きの異なる複数の電流指令ベクトル毎に効率を測定し、測定値の中から効率が最大となる電流指令ベクトルに関する情報を回転数とトルクとに関連付けた効率情報を実測値に基づき予め設定し、この効率情報Ｄａ２を図２に示すようにメモリに記憶する。この実測は、回転数やトルク、誘起電圧、電源電圧が定常状態又は定常状態とみなせる状態で行う。具体例としては、図８（ａ）に示すように、或る回転数Ｎ１の下、或るトルクＴ１を発生させる複数の電流指令ベクトルＹ１…Ｙ２…Ｙ３…Ｙ４は、ベクトルの向きを表す位相角がそれぞれβ１…β２…β３…β４であり、各々の電流指令ベクトルによるモータの駆動時に実測した効率はｅ１…ｅ２…ｅ３…ｅ４である。図８（ｂ）に示すように、測定した値を近似した効率が最大となる電流指令ベクトルはＹ２（以下、Ｙmaxとも表す）であり、その位相角はβ２（以下、βmaxとも表す）である。この場合、電流指令ベクトルに関する情報を位相角として簡易化すると、図２に示す効率情報Ｄａ２は、図８に示すように、トルクＴ１と回転数Ｎ１と位相角βmaxとを関連付けたテーブル等で示される。
【００２８】
そして、図８に示す効率情報における電流指令ベクトルＹmaxを用いてモータの駆動の制御を行えば、推測が困難な鉄損を始めとして銅損、メカロス、ＦＥＴ損等を含めたシステム全体での効率が最大となる。この事実を利用して、図２に示すように、効率情報Ｄａ２において回転数検出部６で検出した回転数Ｎref及びトルク指令Ｔrefに関連付けられた電流指令ベクトルを決定する第２の電流指令ベクトル決定部２ｂを設けている。
【００２９】
これら第１及び第２の電流指令ベクトル決定部２ａ、２ｂを実現する電流指令生成ブロック２の具体的な構成は、図２に示すように、誘起電圧が電源電圧を越えないように抑制するための電流指令ベクトルの向きを示す位相角βｖを決定する電源電圧位相角算出ブロック２１と、効率が最大となる電流指令ベクトルの向きを示す位相角βmaxを決定する効率電流位相角算出ブロック２２と、これら双方のブロック２１、２２が決定したベクトルの向きβｖ、βmaxのうち抑制電流成分が大きい方のベクトルの向きを選択する選択部２３と、選択部２３が選択したベクトルの向きとトルク指令Ｔrefとに基づいて電流指令ベクトルを示すｄ軸電流指令Ｉｄ及びｑ軸電流指令Ｉｑを生成する電流指令生成部２４とを有している。
【００３０】
電源電圧位相角算出ブロック２１は、図２に示すように、上記の第１の電流指令ベクトル決定部２ａを構成するものであり、上記の誘起電圧情報Ｄａ１を内部メモリに予め記憶しており、外部から指示されたトルク指令Ｔrefと図１の回転数検出部６で検出した回転数Ｎrefと図１の電圧検出部７で検出した電源電圧Ｖbatとを入力して、誘起電圧情報Ｄａ１における複数の電流指令ベクトルに関する情報のうち、入力値に関連付けられた電流指令ベクトルの向きを示す電源電圧補償位相角βvを出力する。また、図９（ｂ）に示すように、誘起電圧情報において誘起電圧を電源電圧Ｖbatよりも小さくする方向に抑制する電流指令ベクトルは、例えばＹ３やＹ４など複数存在するが、これらのうち抑制電流成分が最も小さくなる電流指令ベクトルＹ３を決定するように構成している。この入出力関係を簡単に下記に示す。
電源電圧補償位相角βv＝ｆβv（トルクＴref，回転数Ｎref，電源電圧Ｖbat）
【００３１】
効率電流位相角算出ブロック２２は、図２に示すように、上記の第２の電流指令ベクトル決定部２ｂを構成するものであり、上記の効率情報Ｄａ２を内部メモリに予め記憶しており、外部から指示されたトルク指令Ｔrefと図１の回転数検出部６で検出した回転数Ｎrefとを入力して、効率情報Ｄａ２における複数の電流指令ベクトルに関する情報のうち、入力値に関連付けられた電流指令ベクトルの向きを示す効率電流位相角βbaseを出力する。この入出力関係を簡単に下記に示す。
効率電流位相角βbase＝ｆβbase（トルクＴref，回転数Ｎref）
【００３２】
図２の選択部２３は、図６に示すように、電流指令ベクトルの向きを示す位相角βが電流指令ベクトルとｑ軸とのなす角度であり、０〜９０度範囲において位相角βが大きくなるほど抑制電流成分が増大することを利用して、図２に示す電源電圧位相角算出ブロック２１で決定された電源電圧補償位相角βvと、効率電流位相角算出ブロック２２で決定された効率電流位相角βbaseとを比較して、大きい方（抑制電流成分が大きい方）を選択し、選択した位相角を電流位相指令βrefとして電流指令生成部２４に入力する。すなわち、ブロック２１・２２及び選択部２３は、誘起電圧が電源電圧を超えない範囲内において、モータ回転数の下にトルク指令に対応するトルクを発生させ得る複数の電流指令ベクトルのうち効率が最大となる電流指令ベクトルの電流位相角を決定する位相角決定部２Ｘを実現していると言える。
【００３３】
電流指令生成部２４は、図２に示すように、選択部２３から入力された電流位相指令βrefが示すベクトルの方向を向き且つトルク指令Ｔrefに対応する総合トルクを発生させ得る電流指令ベクトルを示すｄ軸電流指令Ｉｄ及びｑ軸電流指令Ｉｑを、下記基本的な数式（１）〜（４）を変形した式（５）〜（７）に基づき算出する。ここでは、Ｐｎを極対数とし、Ψａを電機子鎖交磁束実効値[Wb]とし、Ｋｅを誘起電圧定数とし、Ｌｄをｄ軸インダクタンス[H]とし、Ｌｑをｑ軸インダクタンス[H]とし、Ｉｄをｄ軸電流[Arms]とし、Ｉｑをｑ軸電流[Arms]とし、Ｉａをｄｑ軸上の電流指令実効値[Arms]として表している。
Ｔ＝Ｐｎ｛ΨａＩｑ＋（Ｌｑ−Ｌｄ）ＩｄＩｑ｝ …（１）
Ψａ＝Ｋｅ／Ｐｎ …（２）
Ｉｑ＝Ｉａ×ｃｏｓ（β） …（３）
Ｉｄ＝Ｉａ×ｓｉｎ（β） …（４）
Ａ＝Ｐｎ（Ｌｑ−Ｌｄ）ｓｉｎ（β）ｃｏｓ（β） …（５）
Ｂ＝ΨａＰｎ・ｃｏｓ（β） …（６）
Ｉａ＝｛−Ｂ＋√（Ｂ２＋４×Ａ×Ｔ）｝／（２×Ａ） …（７）
【００３４】
上記のように構成したモータ制御装置の動作を説明する。モータ１が或る一定の回転数Ｎ１で高速回転しており、或るトルクＴ１を出力する状態で、電源電圧が十分に高い場合と、経年劣化等により電源電圧が低い場合とで、各々の電流指令ベクトル決定部２ａ、２ｂで決定される電流指令ベクトルを図９（ａ）及び図９（ｂ）に示す。なお、ここでは簡略化のため複数の電流指令ベクトルのうちの一部のベクトルのみを示し、誘起電圧を電源電圧よりも小さく抑制する範囲を斜線で示す。
【００３５】
電源電圧Ｖbatが十分に高い場合は、図９（ａ）に示すように、図２の効率電流位相角算出ブロック２２は、最も効率の高い電流指令ベクトルがＹmax（位相角βmax）であると決定する。また、図２の電源電圧位相角算出ブロック２１は、発生するであろう誘起電圧を電源電圧Ｖbatよりも小さくなる方向へ抑制するための電流指令ベクトルがＹ１、Ｙmax（Ｙ２）、Ｙ３、Ｙ４であり、これらのうち最も抑制電流成分が小さくなる（位相角βが小さくなる）電流指令ベクトルがＹ１（位相角β1）あると決定する。そして、図２の選択部２３は、効率電流位相角βmaxの方が電源電圧補償位相角β1よりも大きいので、効率電流位相角βmaxを選択し、このβmaxに対応する電流指令ベクトルＹmaxでモータの駆動を制御することになる。
【００３６】
一方、電源電圧Ｖbatが低い場合は、図９（ｂ）に示すように、図２の効率電流位相角算出ブロック２２は、最も効率の高い電流指令ベクトルがＹmax（位相角βmax）であると決定する。また、図２の電源電圧位相角算出ブロック２１は、発生するであろう誘起電圧を電源電圧Ｖbatよりも小さくなる方向へ抑制するための電流指令ベクトルがＹ３、Ｙ４であり、これらのうち最も抑制電流成分が小さくなる（位相角βが小さくなる）電流指令ベクトルがＹ３（位相角β３）あると決定する。そして、図２の選択部２３は、電源電圧補償位相角β３の方が効率電流位相角βmaxよりも大きいので、電源電圧補償位相角β３を選択し、このβ３に対応する電流指令ベクトルＹ３でモータの駆動を制御することになる。
【００３７】
このように、モータの回転数（又は速度）及び電源電圧を検出し、検出した回転数の下にトルク指令に対応するトルクを発生させ得る複数の電流指令ベクトルＹ１…Ｙmax（Ｙ２）…Ｙ３…Ｙ４…のうち、効率が最大となる電流指令ベクトルＹmaxと、誘起電圧を検出した電源電圧よりも小さくなるように抑制するための電流指令ベクトルとをそれぞれ求め、誘起電圧を抑制する範囲内（図９中の斜線部分）に効率が最大となる電流指令ベクトルＹmaxがある場合には、電流指令ベクトルＹmaxを用いて効率が最大となる制御を行い、誘起電圧を抑制する範囲内（図９中の斜線部分）に効率が最大となる電流指令ベクトルＹmaxがない場合には、誘起電圧を適切に抑制する制御を実施する。
【００３８】
ところが、上記の構成において、ｄ軸インダクタンスＬｄ及びｑ軸インダクタンスＬｑを予め同定した固定値としてｄ軸電流指令Ｉｄ及びｑ軸電流指令Ｉｑを生成するように構成すると、実際のインダクタンスはモータに流れる電流値によって変化するため、固定値に基づき生成したｄ軸電流指令Ｉｄ及びｑ軸電流指令Ｉｑによって発生するトルクと、トルク指令の指示するトルクとに誤差が生じてしまい、トルク制御の精度が低減してしまう。また、このトルク制御の精度低下は、予め定めた効率情報Ｄａ２において、図８（ｂ）に示す最大効率点から外れて効率が損なわれる事態を招来してしまう。
【００３９】
そこで、このような不具合を解決すべく、本実施形態では、図３及び図４に示すように、モータに流れる電流値に応じて変化するｄ軸及びｑ軸のインダクタンス（Ｌｄ，Ｌｑ）を電流値Ｉａに関連付けたインダクタンス情報Ｄａ３を予め設定しておき、ｄ軸及びｑ軸の電流指令（Ｉｄ，Ｉｑ）を生成するにあたり、既に出力したｄ軸及びｑ軸の電流指令（Ｉｄ，Ｉｑ）によってモータに流れたとみなせる電流値Ｉａに対応するｄ軸及びｑ軸のインダクタンス（Ｌｄ，Ｌｑ）を用いてｄ軸及びｑ軸の電流指令（Ｉｄ，Ｉｑ）を生成するように電流指令生成部２４を構成している。
【００４０】
その具体的構成としての電流指令生成部２４は、図３に示すように、トルク指令Ｔref及び電流位相角βrefを入力し、入力した電流位相角βrefの示す方向を向き且つ入力したトルク指令Ｔrefに対応する値の総合トルクを発生させ得る電流指令ベクトルの大きさを示す電流指令値Ｉａを生成する電流指令値生成部２５と、生成された電流指令値Ｉａと電流位相角βrefとに基づきｄ軸電流指令Ｉｄ、ｑ軸電流指令Ｉｑをそれぞれ生成するｄ軸電流指令生成部２６及びｑ軸電流指令生成部２７とを有している。なお、電流指令値Ｉａは、上記の通り、電流指令ベクトルの大きさを示す値である共に、モータに流れるｄｑ軸上の電流実効値に相当する値である。
【００４１】
同図に示すように、ｄ軸電流指令生成部２６の具体的構成は、上記数式（４）に沿った演算を行うもので、電流位相角βrefに対応するｓｉｎ（βref）の値を出力する正弦関数テーブルとも呼ばれるｓｉｎテーブル２６ａと、このｓｉｎテーブル２６ａから出力されたｓｉｎ（βref）と電流指令値Ｉａとを乗算する乗算器２６ｂとを主体とし、乗算結果Ｉａ×ｓｉｎ（βref）に正規化処理及び最大クランプ処理を施してｄ軸電流指令Ｉｄを生成する。同様に、ｑ軸電流指令生成部２７の具体的構成は、上記数式（３）に沿った演算を行うもので、電流位相角βrefに対応するｃｏｓ（βref）を出力する余弦関数テーブルとも呼ばれるｃｏｓテーブル２７ａと、このｃｏｓテーブル２７ａから出力されたｃｏｓ（βref）と電流指令値Ｉａとを乗算する乗算器２７ｂとを主体とし、乗算結果Ｉａ×ｃｏｓ（βref）に正規化処理及び最大クランプ処理を施してｑ軸電流指令Ｉｑを生成する。なお、図中に示すｑ軸電流指令生成部２７は、図示しない絶対値化処理部によりトルク指令Ｔrefが負値を取らない絶対値に処理されているので、本来のトルク指令Ｔrefの符号に対応するようにｄ軸電流指令Ｉｄの符号を処理するように構成されている。
【００４２】
電流指令値生成部２５は、図４に示すように、上記数式（５）〜（７）に沿った演算を行うもので、電流位相角βrefを入力して数式（５）に示す係数Ａを取得する第一の係数取得部２５ａと、電流位相角βを入力して数式（６）に示す係数Ｂを取得する第二の係数取得部２５ｂと、係数Ａ、係数Ｂ及びトルク指令Ｔrefに対して、上記数式（７）に沿った演算を通じて電流指令値Ｉａを出力する電流指令値演算部２５ｃとで構成されている。この電流指令値演算部２５ｃは、乗算器、加算器、除算器、平方根演算器等の各種演算器で構成され、その演算結果に最大クランプ処理を施して電流指令値Ｉａを出力する。
【００４３】
係数Ａは、数式（５）に示すように、ｄ軸及びｑ軸のインダクタンス（Ｌｄ，Ｌｑ）と電流位相角βで定まるリラクタンストルクに関する係数である。係数Ｂは、数式（６）に示すように、電流位相角βで定まるマグネットトルクに関する係数である。ここで、ｄ軸及びｑ軸のインダクタンス（Ｌｄ，Ｌｑ）は電流値Ｉａに応じて変化する電流依存値であるので、モータ１の磁気解析や実測によって、下記数式（８）に示すようにｄ軸及びｑ軸のインダクタンス（Ｌｄ，Ｌｑ）をモータに流れる電流値Ｉａの関数に近似可能である。
Ｌｑ＝ｆlq（Ｉａ）、Ｌｄ＝ｆld（Ｉａ） …（８）
そして、第一の係数取得部２５ａは、或る電流値に応じたｄ軸及びｑ軸のインダクタンス（Ｌｄ，Ｌｑ）の下に定まるリラクタンストルクに関する係数Ａと、この係数Ａの算出の基礎となる電流位相角βとを電流値Ｉａに関連付けた係数情報Ｄａ４を実測又は磁気解析に基づきテーブルとして予め設定（保持）している。また、第一の係数取得部２５ａは、電流指令値演算部２５ｃにおいて演算により求めた電流指令値Ｉａをモータに流れたと見なせる電流値としてフィードバック入力するようにし、係数情報Ｄａ４においてフィードバック入力した電流値Ｉａと電流位相角βとに対応する係数Ａを取得するように構成している。本実施形態では、係数情報Ｄａ４は、テーブルとして構成されているが、係数Ａを演算で算出するための相関関係式であってもよい。なお、第二の係数取得部２５ｂは、電流位相角βを数式（６）に代入して得られる係数Ｂを電流位相角βに関連付けた係数Ｂテーブルを主体とするものである。
【００４４】
すなわち、図２及び図３に示す電流指令生成部２４にトルク指令Ｔref及び電流位相角βrefが入力されると、図３及び図４に示す電流指令値生成部２５において、既に出力したｄ軸及びｑ軸の電流指令（Ｉｄ，Ｉｑ）の算出の基礎となる電流指令値Ｉａと電流位相角βrefとに対応する係数Ａが第一の係数取得部２５ａにより取得され、この係数Ａに基づき電流指令値Ｉａが電流指令値演算部２５ｃにより算出され、この電流指令値Ｉａに基づきｄ軸及びｑ軸の電流指令（Ｉｄ，Ｉｑ）が電流指令生成部２４において算出されて出力され、このｄ軸及びｑ軸の電流指令（Ｉｄ，Ｉｑ）に基づきモータへの通電が実行される。この場合、係数情報Ｄａ４は、係数Ａがｄ軸及びｑ軸のインダクタンス（Ｌｄ，Ｌｑ）に基づく値であるので、ｄ軸及びｑ軸のインダクタンス（Ｌｄ，Ｌｑ）を電流値Ｉａに関連付けたインダクタンス情報Ｄａ３を含む情報、若しくは、インダクタンス情報Ｄａ３が化体した情報であると言える。そして、電流指令値Ｉａは、電流指令ベクトルの大きさすなわちモータに流れる電流値に相当するものであるので、本実施形態のように、係数情報Ｄａ４から電流指令値Ｉａに対応する係数Ａを取得し、この係数Ａを用いてｄ軸及びｑ軸の電流指令（Ｉｄ，Ｉｑ）を生成することは、既に出力したｄ軸及びｑ軸の電流指令（Ｉｄ，Ｉｑ）によってモータに流れたとみなせる電流値Ｉａに対応するｄ軸及びｑ軸のインダクタンス（Ｌｄ，Ｌｑ）を用いてｄ軸電流指令Ｉｄ及びｑ軸電流指令Ｉｑを生成することになる。これにより、現時点でモータ１に流れているであろう電流値Ｉａに応じたｄ軸及びｑ軸のインダクタンス（Ｌｄ，Ｌｑ）を用いてｄ軸及びｑ軸の電流指令（Ｉｄ，Ｉｑ）を生成することになり、電流によるインダクタンス変動に追従して電流指令を生成する事が可能となる。
【００４５】
以上のように、本実施形態のモータ制御装置は、ｄ軸インダクタンスＬｄ及びｑ軸インダクタンスＬｑに起因するリラクタンストルクと永久磁石の磁束に起因するマグネットトルクとを合わせた総合トルクを発生させる電流指令ベクトルＹをトルク指令Ｔrefに応じて決定し、電流指令ベクトルＹに対応する電流をモータ１に通電することによりモータ１の駆動を制御するモータ制御装置であって、電流指令ベクトルの向きを示す電流位相角βrefとトルク指令Ｔrefとを入力し、電流位相角βrefの示す方向を向く複数の電流指令ベクトルのうち、トルク指令Ｔrefに対応する総合トルクを発生させ得る電流指令ベクトルを示すｄ軸電流指令Ｉｄ及びｑ軸電流指令Ｉｑを生成する電流指令生成部２４と、電流指令生成部２４から出力されたｄ軸及びｑ軸の電流指令（Ｉｄ，Ｉｑ）に対応する電流をモータ１に通電する通電制御部３とを備え、電流指令生成部２４は、モータ１に流れる電流値に応じて変化するｄ軸及びｑ軸のインダクタンス（Ｌｄ，Ｌｑ）を電流値Ｉａに関連付けたインダクタンス情報Ｄａ３を予め設定しておき、ｄ軸及びｑ軸の電流指令（Ｉｄ，Ｉｑ）を生成するにあたり、既に出力したｄ軸及びｑ軸の電流指令（Ｉｄ，Ｉｑ）によってモータ１に流れたとみなせる電流値Ｉａに対応するｄ軸及びｑ軸のインダクタンス（Ｌｄ，Ｌｑ）を用いてｄ軸及びｑ軸の電流指令（Ｉｄ，Ｉｑ）を生成するように構成されている。
【００４６】
このような構成によれば、既に出力したｄ軸及びｑ軸の電流指令（Ｉｄ，Ｉｑ）によってモータ１に流れたとみなせる電流値Ｉａに関連付けられたｄ軸及びｑ軸のインダクタンス（Ｌｄ，Ｌｑ）、すなわち現時点でモータに流れているであろう電流値Ｉａに応じたｄ軸及びｑ軸のインダクタンス（Ｌｄ，Ｌｑ）を用いてｄ軸及びｑ軸の電流指令（Ｉｄ，Ｉｑ）を生成するので、電流によるインダクタンス変動に追従してｄ軸及びｑ軸の電流指令（Ｉｄ，Ｉｑ）を生成することができ、インダクタンス（Ｌｄ，Ｌｑ）を固定値として電流指令（Ｉｄ，Ｉｑ）を生成する場合に比べて、トルク指令Ｔrefに対応するトルクと実際に発生するトルクとの誤差を低減又は無くして、トルク制御の精度を向上させることが可能となる。
【００４７】
さらに、本実施形態では、トルク指令Ｔref及び電流位相角βrefを入力し、入力した電流位相角βrefの示す方向を向き且つ入力したトルク指令Ｔrefに対応する総合トルクを発生させ得る電流指令ベクトルの大きさを示す電流指令値Ｉａを生成する電流指令値生成部２５と、生成された電流指令値Ｉａと電流位相角βrefとに基づきｄ軸電流指令Ｉｄ、ｑ軸電流指令Ｉｑをそれぞれ生成するｄ軸電流指令生成部２６及びｑ軸電流指令生成部２７とを備え、電流指令値生成部２５は、ｄ軸及びｑ軸のインダクタンス（Ｌｄ，Ｌｑ）と電流位相角βrefとで定まるリラクタンストルクに関する係数Ａを取得する係数取得部２６ａを有し、係数取得部２６ａで取得したリラクタンストルクに関する係数Ａ及びトルク指令Ｔrefを少なくとも用いて電流指令値Ｉａを算出して出力するように構成されており、係数取得部２６ａは、或る電流値に応じたｄ軸及びｑ軸のインダクタンス（Ｌｄ，Ｌｑ）の下に定まるリラクタンストルクに関する係数Ａとこの係数Ａの算出の基礎となる電流位相角βrefとを電流値Ｉａに関連付けた係数情報Ｄａ４を実測又は磁気解析に基づき予め設定しておくとともに、出力した電流指令値Ｉａをモータ１に流れたとみなせる電流値として係数取得部２６ａにフィードバック入力するようにし、係数情報Ｄａ４においてフィードバック入力した電流値Ｉａと電流位相角βrefとに対応する係数Ａを取得するように構成されているので、既存構成における係数取得部を改良するだけで、上記インダクタンス変動に追従する制御を実現することが可能となる。
【００４８】
さらにまた、モータ１の回転数を検知する回転数検出部６と、回転数検出部６で検出した回転数Ｎrefの下にトルク指令Ｔrefに対応する総合トルクを発生させ得る複数の電流指令ベクトルのうち効率が最大となる電流指令ベクトルの電流位相角βrefを決定する位相角決定部２Ｘとを備え、電流指令生成部２４は、位相角決定部２Ｘが決定した電流位相角βrefに基づきｄ軸及びｑ軸の電流指令（Ｉｄ，Ｉｑ）を生成するように構成した場合において、トルク指令Ｔrefに対応する目標トルクと、実際にモータ１に発生する実トルクとに誤差が生じると、最大効率点から外れてしまい効率が低減するおそれがあるが、本実施形態では、電流に応じたインダクタンス変動に追従してｄ軸及びｑ軸の電流指令（Ｉｄ，Ｉｑ）を生成するので、目標トルクと実トルクとの誤差を低減又は無くして、最大効率となる電流指令（Ｉｄ，Ｉｑ）を生成でき、効率を向上させることが可能となる。
【００４９】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではない。
【００５０】
例えば、本実施形態では、図４に示すように、電流指令値生成部２５は、トルク指令Ｔrefと電流位相角βrefと電流値Ｉａとを入力パラメータとして電流指令値Ｉａを算出し、算出した電流指令値Ｉａをモータ１に流れたとみなせる電流値として入力パラメータにフィードバックする構成であるので、トルク指令Ｔref及び電流位相角βrefを固定した状態であっても電流指令値Ｉａが真値に収束するまでにバラツキが生じる。この構成において、トルク指令Ｔref及び電流位相角βrefを固定した状態で算出を繰り返したとした場合に、図１０に示すように、演算結果が収束したとき又は収束したとみなせるときの電流指令値Ｉａをトルク指令Ｔrefと電流位相角βrefとに関連付けた電流指令値データ１２５ａを実測又は磁気解析に基づき予め設定しておき、電流指令値データ１２５ａにおいてトルク指令Ｔrefと電流位相角βrefとに関連付けられている電流指令値Ｉａを出力するように電流指令値生成部１２５を構成してもよい。ここでいう「演算結果が収束したとき又は収束したとみなせるとき」は、演算結果として得られる電流指令値のバラツキ度が所定範囲内に収まっているとき、すなわち演算結果として得られた電流指令値とその前回値との差が所定閾値内であるとき等が挙げられる。このように構成すれば、電流指令値のフィードバック演算を省略できるので、演算能力の乏しい廉価な演算器でも上記電流によるインダクタンス変動に追従した制御を実装可能となると共に、制御の応答性を向上させることが可能となる。
【００５１】
さらに、本実施形態では、誘起電圧が電源電圧を超えるおそれがない適用例においては、第１の電流指令ベクトル決定部２ａである電源電圧位相角算出ブロック２１を省略することも可能である。また、位相角決定部２Ｘは、最大効率となる電流位相角βを決定するものであれば、本実施形態に開示の構成に限られない。
【００５２】
本発明のモータ駆動装置は、本発明を適用できるモータであればＩＰＭモータに限られず、また、種々の機器に適用可能であり、特に高トルク出力を必要としバッテリを電源とするフォークリフトや電動乗用車等の電動車両の駆動装置としての用途に適しており、これらに適用すると、高信頼度を得るとともに高効率化による稼働時間の向上やバッテリの簡素化による車両の軽量化などを追求するうえで有用である。
【００５３】
さらにまた、本実施形態では、ｄ軸及びｑ軸のインダクタンスを電流値に関連付けた考え方を採用しているが、更に温度と関連付けるようにしてもよい。この場合、モータの温度を検出するサーミスタ等の温度検出部を設けて、検出した温度に対応するインダクタンスを用いるように構成してもよいし、温度検出部を設ける代わりにモータに流す電流値の積算値から温度を推定するようにしてもよい。また、インダクタンスは個体に応じてバラツキが発生するおそれがあるので、個体情報を外部から入力し、インダクタンス情報Ｄａ３や係数情報Ｄａ４におけるｄ軸及びｑ軸のインダクタンスを補正する補正部を設けてもよい。このように構成すると、個体のバラツキを補正して、より一層トルク制御の精度を向上させることが可能となる。
【００５４】
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１…モータ
２４…電流指令生成部
２５…電流指令値生成部
２６…ｄ軸電流指令生成部
２６ａ…第一の係数取得部（係数取得部）
２７…ｑ軸電流指令生成部
２Ｘ…位相角決定部
３…通電制御部
６…回転数検出部
Ｔref…トルク指令
βref…電流位相角
Ｌｄ…ｄ軸インダクタンス
Ｌｑ…ｑ軸インダクタンス
Ｙ…電流指令ベクトル
Ｉａ…電流指令値（モータに流れたとみなせる電流値）
Ｉｄ…ｄ軸電流指令
Ｉｑ…ｑ軸電流指令
Ａ…リラクタンストルクに関する係数
Ｄａ３…インダクタンス情報
Ｄａ４…係数情報
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流指令ベクトルに応じた電流をモータに通電することによりモータの駆動を制御するモータ制御装置に係り、特にトルク制御を適正化したモータ制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＩＰＭモータ（Interior Permanent Magnet Motor）を始めとする逆突極性を有する同期モータの駆動を制御するモータ制御装置は、所望のトルクを発生させる電流指令ベクトルを生成し、この電流指令ベクトルに対応する電流を電源からモータに通電することによりモータの駆動を制御する装置である。電流指令ベクトルは、ＩＰＭモータの三相各相に流す電流を、回転子に配置された永久磁石の磁束の方向であるｄ軸電流成分とｄ軸に直交するｑ軸電流成分との二つのベクトル成分に変換して、ｄ軸電流成分及びｑ軸電流成分をこれらの合成ベクトルで表現したものである。一般的に、ｄ軸電流成分はｄ軸電流指令で表現され、ｑ軸電流成分はｑ軸電流指令で表現され、電流指令ベクトルの向きはベクトルとｑ軸とのなす角度である電流位相角で表現される。モータへ通電すると、永久磁石の磁束に起因するマグネットトルクと、ｄ軸インダクタンスとｑ軸インダクタンスの差に起因するリラクタンストルクとを合わせた総合トルクが発生する。この総合トルクは、電流指令ベクトルの大きさ（すなわちモータに流れる電流値）が同じであっても、ベクトルの向き（すなわち電流位相角）によって変化するものである。
【０００３】
この種のモータ制御装置の一例として特許文献１には、トルク指令に対応する値の総合トルクを発生させ得る電流指令ベクトルを示す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、ｄ軸及びｑ軸の電流指令に応じた電流をモータに通電する通電制御部とを備えたモータ制御装置が開示されている。電流指令生成部は、電流位相角の示す方向を向く複数の電流指令ベクトルのうち、トルク指令に対応する値の総合トルクを得られる電流指令ベクトルを示すｄ軸電流指令及びｑ軸電流指令を算出する。具体的には、特許文献１の段落0034〜0042に例示されるように、モータの極体数や誘起電圧定数、ｄ軸インダクタンス、ｑ軸インダクタンスが既知であることから、これら既知の定数とトルク指令と電流位相角とをパラメータとする関数により算出する。
【０００４】
なお、特許文献２には、トルク指令及びモータ回転数がそれぞれ或る値であるという条件の下において効率が最大となる電流位相角を求める技術の一例が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１５９１９２号公報
【特許文献２】特開２００２−３０５８９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、上記特許文献に開示のものを始めとして従来のモータ制御装置は、ｄ軸及びｑ軸のインダクタンスを予め同定した固定値としてｄ軸及びｑ軸の電流指令を生成するものの、実際のインダクタンスはモータに流れる電流値によって変化するため、固定値に基づき生成したｄ軸及びｑ軸の電流指令によって発生するトルクと、トルク指令の指示する所望のトルクとに誤差が生じてしまい、トルク制御の精度が低減してしまう。
【０００７】
また、トルク制御の精度低下は、例えば特許文献２に例示されるような、トルク指令及びモータ回転数がそれぞれ或る値であるという条件の下において効率が最大となる電流位相角を求める技術を適用し、求めた電流位相角とトルク指令とによって電流指令を生成するように構成した場合には、トルク指令の指示する目標トルクと、実際にモータに発生する実トルクとに誤差が生じることで、最大効率点から外れて効率が損なわれる事態を招来してしまう。
【０００８】
本発明は、このような課題に着目してなされたものであって、その目的は、電流によるインダクタンス変動に追従した電流指令を生成して、所望のトルクと実際に発生するトルクとの誤差を低減又は無くして、トルク制御の精度を向上させたモータ制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、かかる目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。
【００１０】
すなわち、本発明のモータ制御装置は、ｄ軸インダクタンス及びｑ軸インダクタンスに起因するリラクタンストルクと永久磁石の磁束に起因するマグネットトルクとを合わせた総合トルクを発生させる電流指令ベクトルをトルク指令に応じて決定し、電流指令ベクトルに対応する電流をモータに通電することにより前記モータの駆動を制御するモータ制御装置であって、前記電流指令ベクトルの向きを示す電流位相角と前記トルク指令とを入力し、前記電流位相角の示す方向を向く複数の電流指令ベクトルのうち、前記トルク指令に対応する前記総合トルクを発生させ得る電流指令ベクトルを示す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、前記電流指令生成部から出力されたｄ軸及びｑ軸の電流指令に対応する電流を前記モータに通電する通電制御部とを備え、前記電流指令生成部は、前記モータに流れる電流値に応じて変化するｄ軸及びｑ軸のインダクタンスを前記電流値に関連付けたインダクタンス情報を予め設定しておき、前記ｄ軸及びｑ軸の電流指令を生成するにあたり、既に出力したｄ軸及びｑ軸の電流指令によって前記モータに流れたとみなせる電流値に対応するｄ軸及びｑ軸のインダクタンスを用いて前記ｄ軸及びｑ軸の電流指令を生成するように構成されていることを特徴とする。
【００１１】
このような構成によれば、既に出力したｄ軸及びｑ軸の電流指令によってモータに流れたとみなせる電流値に関連付けられたｄ軸及びｑ軸のインダクタンス、すなわち現時点でモータに流れているであろう電流値に応じたｄ軸及びｑ軸のインダクタンスを用いてｄ軸及びｑ軸の電流指令を生成するので、電流によるインダクタンス変動に追従してｄ軸及びｑ軸の電流指令を生成することができ、インダクタンスを固定値として電流指令を生成する場合に比べて、トルク指令に対応するトルクと実際に発生するトルクとの誤差を低減又は無くして、トルク制御の精度を向上させることが可能となる。
【００１２】
演算能力の乏しい廉価な演算器でも上記インダクタンス変動に追従した制御を実現すると共に、制御の応答性を向上させるためには、前記電流指令生成部は、前記トルク指令及び前記電流位相角を入力し、入力した電流位相角の示す方向を向き且つ入力したトルク指令に対応する前記総合トルクを発生させ得る電流指令ベクトルの大きさを示す電流指令値を生成する電流指令値生成部と、生成された電流指令値と前記電流位相角とに基づき前記ｄ軸電流指令、前記ｑ軸電流指令をそれぞれ生成するｄ軸電流指令生成部及びｑ軸電流指令生成部とを備え、前記電流指令値生成部は、前記トルク指令と前記電流位相角と電流値とを入力パラメータとして前記電流指令値を算出し、算出した電流指令値を前記モータに流れたとみなせる電流値として前記入力パラメータにフィードバックし、前記トルク指令及び前記電流位相角を固定した状態で算出を繰り返したとした場合に、演算結果が収束したとき又は収束したとみなせるときの電流指令値を前記トルク指令と前記電流位相角とに関連付けた電流指令値データを実測又は磁気解析に基づき予め設定しておき、前記電流指令値データにおいて前記トルク指令と前記電流位相角とに関連付けられている電流指令値を出力するように構成されていることが望ましい。
【００１３】
既存構成の一部を改良するだけで、容易に上記インダクタンス変動に追従した制御を実現するためには、前記電流指令生成部は、前記トルク指令及び前記電流位相角を入力し、入力した電流位相角の示す方向を向き且つ入力したトルク指令に対応する前記総合トルクを発生させ得る電流指令ベクトルの大きさを示す電流指令値を生成する電流指令値生成部と、生成された電流指令値と前記電流位相角とに基づき前記ｄ軸電流指令、前記ｑ軸電流指令をそれぞれ生成するｄ軸電流指令生成部及びｑ軸電流指令生成部とを備え、前記電流指令値生成部は、ｄ軸及びｑ軸のインダクタンスと電流位相角とで定まるリラクタンストルクに関する係数を取得する係数取得部を有し、前記係数取得部で取得したリラクタンストルクに関する係数及び前記トルク指令を少なくとも用いて前記電流指令値を算出して出力するように構成されており、前記係数取得部は、或る電流値に応じたｄ軸及びｑ軸のインダクタンスの下に定まる前記リラクタンストルクに関する係数と当該係数の算出の基礎となる電流位相角とを電流値に関連付けた係数情報を実測又は磁気解析に基づき予め設定しておくとともに、出力した電流指令値を前記モータに流れたとみなせる電流値として前記係数取得部にフィードバック入力するようにし、前記係数情報においてフィードバック入力した電流値と電流位相角とに対応する前記係数を取得するように構成されていることが好ましい。
【００１４】
上記モータ制御装置の効率を向上させる一つの好適な適用例としては、前記モータの回転数を検知する回転数検出部と、前記回転数検出部で検出した回転数の下にトルク指令に対応する前記総合トルクを発生させ得る複数の電流指令ベクトルのうち効率が最大となる電流指令ベクトルの電流位相角を決定する位相角決定部とを備え、前記電流指令生成部は、前記位相角決定部が決定した電流位相角に基づき前記ｄ軸及びｑ軸の電流指令を生成することが挙げられる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、以上説明したように、既に出力したｄ軸及びｑ軸の電流指令によってモータに流れたとみなせる電流値、すなわち現時点でモータに流れているであろう電流値に応じたｄ軸及びｑ軸の電流指令を生成するように構成したので、電流によるインダクタンス変動に追従して電流指令を生成でき、インダクタンスを固定値として電流指令を生成する場合に比べて、トルク指令に対応するトルクと実際に発生するトルクとの誤差を低減又は無くして、トルク制御の精度を向上させることができる。したがって、モータ制御装置の制御精度を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係るモータ制御装置の構成及び機能を模式的に示すブロック図。
【図２】電流指令ベクトルを示す電流指令を生成する電流指令生成ブロックのより詳細な構成を示すブロック図。
【図３】図２における電流指令生成部のより詳細な構成を示すブロック図。
【図４】図３における電流指令値生成部のより詳細な構成を示すブロック図。
【図５】制御対象となるＩＰＭモータを模式的に示す断面図。
【図６】電流指令ベクトルに関する説明図。
【図７】電流指令ベクトルの向きと得られる総合トルクとの対応関係に関する説明図。
【図８】誘起電圧情報及び効率情報に関する説明図。
【図９】同モータ制御装置の動作に関する説明図。
【図１０】本発明の他の実施形態に係るモータ制御装置の図４に対応する図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施形態に係るモータ制御装置を、図面を参照して説明する。
【００１８】
図５に示すように、このモータ制御装置の制御対象であるＩＰＭモータ１（Interior Permanent Magnet）は、周知のとおり永久磁石１１ａを埋め込んだ回転子１１と、三相交流を通電することにより回転磁界φ’を発生させる固定子１２とからなり、逆突極性を有する磁石内装型モータである。このモータ１に通電する三相の電流を、図５及び図６に示すように、永久磁石１１ａが発生する磁束の方向であるｄ軸電流成分Ｉｄ及びｄ軸に直交するｑ軸電流成分Ｉｑの二つの電流成分に変換して表現し、これら二つの電流成分の合成ベクトルを電流指令ベクトルＹとして表現する。電流指令ベクトルＹの向きは、ベクトルＹとｑ軸とのなす角度で表現でき、この角度を以下、電流位相角βや単に位相角βと呼ぶ。このモータ１では、図７に示すように、永久磁石の磁束に起因するマグネットトルクと、ｄ軸インダクタンスとｑ軸インダクタンスの差に起因するリラクタンストルクとを合わせた総合トルクがモータへの通電によって発生する。この総合トルクは、図中に示されるように、電流指令ベクトルの大きさ（すなわちモータに流れる電流値）が同じであっても、ベクトルの向き（すなわち電流位相角）によって変化するものである。
【００１９】
モータ制御装置は、図１に示すように、図６に示す電流指令ベクトルＹに応じてモータ１の駆動を制御する装置であり、トルク指令Ｔrefに対応する値の総合トルクをモータ１に発生させ得る電流指令ベクトルを示すｄ軸電流指令Ｉｄ及びｑ軸電流指令Ｉｑを生成する電流指令生成ブロック２と、この電流指令生成ブロック２から出力されたｄ軸電流指令Ｉｄ及びｑ軸電流指令Ｉｑに対応する電流をモータ１に通電する通電制御部３とを有している。
【００２０】
通電制御部３は、ｄ軸電流指令Ｉｄ及びｑ軸電流指令Ｉｑに基づき三相電流指令ｕｖｗを生成する電流制御部３０と、電流制御部３０で生成された三相電流指令ｕｖｗに応じた電流を電源４からモータ１に通電する主回路部３１とを有する。
【００２１】
電流制御部３０は、主回路部３１からモータ１に通電される電流を電流検知部３ａを介して検出し、検出した電流がｄ軸電流指令Ｉｄ及びｑ軸電流指令Ｉｑに対応する電流となるようにフィードバック制御を行う。主回路部３１は、ＰＷＭ制御を用いて三相電流指令ｕｖｗに応じた三相の電流を電源からモータ１に通電する。これらの各部３０、３１は周知のものと同様であるため、その構成及び動作の詳細な説明は省略する。
【００２２】
電流指令生成ブロック２は、ブロック外部から指示されたトルク指令Ｔrefに対応するトルクを発生させる電流指令ベクトルを示すｄ軸電流指令Ｉｄ及びｑ軸電流指令Ｉｑを生成するものであるが、これを実装するにあたり、以下の要求に対応する必要がある。
【００２３】
すなわち、図１及び図５に示すように、モータ１の回転により発生する誘起電圧は、モータ１の永久磁石１１ａが発生する磁束及びモータ１の回転数に比例して増大し、電源４からモータ１への通電に印加する電源電圧Ｖbatがモータ１の誘起電圧よりも高くなければ電流を流せずに制御不能となるので、誘起電圧が電源電圧Ｖbatを越えないように抑制する必要がある。特に、電源４にバッテリを適用するなど電源電圧Ｖbatに変動が生じる場合には、電源電圧Ｖbatの変動を考慮して誘起電圧を抑制する必要がある。誘起電圧を抑制するために、図６（ａ）に示すように、電流指令ベクトルＹのうちｄ軸電流成分Ｉｄにより生じる磁束φｄで永久磁石により生じる磁束φMGの一部を相殺して、相殺後の磁束（φMG−φｄ）を相殺前の磁束φMGよりも低減させることにより誘起電圧を抑制する弱め磁束制御が一つの有効な手段として挙げられる。この弱め磁束制御は、電流指令ベクトルＹの向きを示す位相角を例えば図６（ａ）→図６（ｂ）のようにβからβ’に変えると、誘起電圧を抑制する方向に作用する抑制電流成分であるｄ軸電流成分がＩｄ→Ｉ’ｄに変化（この例では増大）することを利用して、誘起電圧を抑制するに足りる抑制電流成分を確保するように位相角を制御する必要がある。
【００２４】
さらに上記要求に加えて、効率が最大となるように電流指令ベクトルを生成することが望まれる。高効率化を追求するために、図７に示す総合トルクが最大となる位相角βを用いる最大トルク制御が一つの有効な手段として考えられる（特許文献１参照）。しかしながら、この最大トルク制御によって銅損を最小にしても効率が最大となるわけではなく、推定が難しい鉄損を始めとして、メカロス、ＦＥＴ損等も考慮しなければならないことが分かった。真に高効率化を追求するためには、これら全ての損失を含めたシステム全体での効率を考慮する必要がある。
【００２５】
そこで、本実施形態では、所望のトルクの発生と、変動する電源電圧を越えないように誘起電圧を抑制するに足りる抑制電流成分の確保とを両立する電流指令ベクトルを生成するために、図８（ａ）に模式的に示すように、実機を用いて或る回転数Ｎ１の下に所望のトルクＴ１を発生させる電流指令ベクトルＹ１を生成してモータを駆動し、この電流指令ベクトルＹ１による駆動時に電流指令ベクトルＹ１の向きに応じた抑制電流成分によって抑制された後の誘起電圧Ｖ１をパワーメータ等の検出値から測定（推定）する。なお、ここでは、或る回転数Ｎ１の下に所望のトルクＴ１を発生させる電流指令ベクトルは図８（ａ）の曲線Ｗで示すように多数存在するが、ここでは説明の簡略化のために一部のみを示している。そして、この測定を、図８（ａ）に示すように、回転数Ｎ１及びトルクＴ１を維持した状態で電流指令ベクトルの向き（位相角β）を異ならせて向きの異なる複数の電流指令ベクトル毎に誘起電圧を測定し、回転数とトルクと電流指令ベクトルに関する情報と抑制後の誘起電圧とを関連付けた誘起電圧情報を実測値に基づき予め設定し、この誘起電圧情報Ｄａ１を図２に示すようにメモリに記憶する。この実測は、回転数やトルク、誘起電圧、電源電圧が定常状態又は定常状態とみなせる状態で行う。具体例としては、図８（ａ）に示すように、或る回転数Ｎ１の下、或るトルクＴ１を発生させる複数の電流指令ベクトルＹ１…Ｙ２…Ｙ３…Ｙ４は、各々のベクトルの向きを表す位相角がβ１…β２…β３…β４であり、各々の電流指令ベクトルによるモータの駆動時に実測した誘起電圧はＶ１…Ｖ２…Ｖ３…Ｖ４である。この場合、電流指令ベクトルに関する情報を位相角として簡易化すると、図２に示す誘起電圧情報Ｄａ１は、図８に示すように、トルクＴ１と回転数Ｎ１と位相角βｉと誘起電圧Ｖｉとを関連付けたテーブル等で示される。（ｉは、１以上、実測したベクトルの数以下である。）
【００２６】
そして、図８に示す誘起電圧情報における電流指令ベクトルＹ１等を用いてモータの駆動の制御を行えば、モータに発生するであろう誘起電圧が当該電流指令ベクトルＹ１等に関連付けられた抑制後の誘起電圧Ｖ１等の値に抑制される。この事実を利用して、図１に示すように、モータ１の回転数Ｎrefを検出するレゾルバ等を用いた回転数検出部６と、電源４からモータ１に印加可能な電源電圧Ｖbatを検知する電圧検出部７とを設け、図２に示す誘起電圧情報Ｄａ１において回転数検出部６で検出した回転数Ｎref及びトルク指令Ｔrefに関連付けられた複数の電流指令ベクトルのうち、抑制された後の誘起電圧を電圧検出部７で検出される電源電圧Ｖbatよりも小さくする方向に抑制する電流指令ベクトルを決定する第１の電流指令ベクトル決定部２ａを設けている。
【００２７】
さらに、効率が最大となる電流指令ベクトルを生成するために、図８（ａ）に示すように、上記誘起電圧情報Ｄａ１を設定する場合と同様に、実機を用いて或る回転数Ｎ１の下に所望のトルクＴ１を発生させる電流指令ベクトルＹ１を生成してモータを駆動し、この電流指令ベクトルＹ１による駆動時の効率ｅ１をパワーメータ等で実測する。この測定を、図８（ａ）に示すように、回転数Ｎ１及びトルクＴ１を維持した状態で電流指令ベクトルの向き（位相角β）を異ならせて向きの異なる複数の電流指令ベクトル毎に効率を測定し、測定値の中から効率が最大となる電流指令ベクトルに関する情報を回転数とトルクとに関連付けた効率情報を実測値に基づき予め設定し、この効率情報Ｄａ２を図２に示すようにメモリに記憶する。この実測は、回転数やトルク、誘起電圧、電源電圧が定常状態又は定常状態とみなせる状態で行う。具体例としては、図８（ａ）に示すように、或る回転数Ｎ１の下、或るトルクＴ１を発生させる複数の電流指令ベクトルＹ１…Ｙ２…Ｙ３…Ｙ４は、ベクトルの向きを表す位相角がそれぞれβ１…β２…β３…β４であり、各々の電流指令ベクトルによるモータの駆動時に実測した効率はｅ１…ｅ２…ｅ３…ｅ４である。図８（ｂ）に示すように、測定した値を近似した効率が最大となる電流指令ベクトルはＹ２（以下、Ｙmaxとも表す）であり、その位相角はβ２（以下、βmaxとも表す）である。この場合、電流指令ベクトルに関する情報を位相角として簡易化すると、図２に示す効率情報Ｄａ２は、図８に示すように、トルクＴ１と回転数Ｎ１と位相角βmaxとを関連付けたテーブル等で示される。
【００２８】
そして、図８に示す効率情報における電流指令ベクトルＹmaxを用いてモータの駆動の制御を行えば、推測が困難な鉄損を始めとして銅損、メカロス、ＦＥＴ損等を含めたシステム全体での効率が最大となる。この事実を利用して、図２に示すように、効率情報Ｄａ２において回転数検出部６で検出した回転数Ｎref及びトルク指令Ｔrefに関連付けられた電流指令ベクトルを決定する第２の電流指令ベクトル決定部２ｂを設けている。
【００２９】
これら第１及び第２の電流指令ベクトル決定部２ａ、２ｂを実現する電流指令生成ブロック２の具体的な構成は、図２に示すように、誘起電圧が電源電圧を越えないように抑制するための電流指令ベクトルの向きを示す位相角βｖを決定する電源電圧位相角算出ブロック２１と、効率が最大となる電流指令ベクトルの向きを示す位相角βmaxを決定する効率電流位相角算出ブロック２２と、これら双方のブロック２１、２２が決定したベクトルの向きβｖ、βmaxのうち抑制電流成分が大きい方のベクトルの向きを選択する選択部２３と、選択部２３が選択したベクトルの向きとトルク指令Ｔrefとに基づいて電流指令ベクトルを示すｄ軸電流指令Ｉｄ及びｑ軸電流指令Ｉｑを生成する電流指令生成部２４とを有している。
【００３０】
電源電圧位相角算出ブロック２１は、図２に示すように、上記の第１の電流指令ベクトル決定部２ａを構成するものであり、上記の誘起電圧情報Ｄａ１を内部メモリに予め記憶しており、外部から指示されたトルク指令Ｔrefと図１の回転数検出部６で検出した回転数Ｎrefと図１の電圧検出部７で検出した電源電圧Ｖbatとを入力して、誘起電圧情報Ｄａ１における複数の電流指令ベクトルに関する情報のうち、入力値に関連付けられた電流指令ベクトルの向きを示す電源電圧補償位相角βvを出力する。また、図９（ｂ）に示すように、誘起電圧情報において誘起電圧を電源電圧Ｖbatよりも小さくする方向に抑制する電流指令ベクトルは、例えばＹ３やＹ４など複数存在するが、これらのうち抑制電流成分が最も小さくなる電流指令ベクトルＹ３を決定するように構成している。この入出力関係を簡単に下記に示す。
電源電圧補償位相角βv＝ｆβv（トルクＴref，回転数Ｎref，電源電圧Ｖbat）
【００３１】
効率電流位相角算出ブロック２２は、図２に示すように、上記の第２の電流指令ベクトル決定部２ｂを構成するものであり、上記の効率情報Ｄａ２を内部メモリに予め記憶しており、外部から指示されたトルク指令Ｔrefと図１の回転数検出部６で検出した回転数Ｎrefとを入力して、効率情報Ｄａ２における複数の電流指令ベクトルに関する情報のうち、入力値に関連付けられた電流指令ベクトルの向きを示す効率電流位相角βbaseを出力する。この入出力関係を簡単に下記に示す。
効率電流位相角βbase＝ｆβbase（トルクＴref，回転数Ｎref）
【００３２】
図２の選択部２３は、図６に示すように、電流指令ベクトルの向きを示す位相角βが電流指令ベクトルとｑ軸とのなす角度であり、０〜９０度範囲において位相角βが大きくなるほど抑制電流成分が増大することを利用して、図２に示す電源電圧位相角算出ブロック２１で決定された電源電圧補償位相角βvと、効率電流位相角算出ブロック２２で決定された効率電流位相角βbaseとを比較して、大きい方（抑制電流成分が大きい方）を選択し、選択した位相角を電流位相指令βrefとして電流指令生成部２４に入力する。すなわち、ブロック２１・２２及び選択部２３は、誘起電圧が電源電圧を超えない範囲内において、モータ回転数の下にトルク指令に対応するトルクを発生させ得る複数の電流指令ベクトルのうち効率が最大となる電流指令ベクトルの電流位相角を決定する位相角決定部２Ｘを実現していると言える。
【００３３】
電流指令生成部２４は、図２に示すように、選択部２３から入力された電流位相指令βrefが示すベクトルの方向を向き且つトルク指令Ｔrefに対応する総合トルクを発生させ得る電流指令ベクトルを示すｄ軸電流指令Ｉｄ及びｑ軸電流指令Ｉｑを、下記基本的な数式（１）〜（４）を変形した式（５）〜（７）に基づき算出する。ここでは、Ｐｎを極対数とし、Ψａを電機子鎖交磁束実効値[Wb]とし、Ｋｅを誘起電圧定数とし、Ｌｄをｄ軸インダクタンス[H]とし、Ｌｑをｑ軸インダクタンス[H]とし、Ｉｄをｄ軸電流[Arms]とし、Ｉｑをｑ軸電流[Arms]とし、Ｉａをｄｑ軸上の電流指令実効値[Arms]として表している。
Ｔ＝Ｐｎ｛ΨａＩｑ＋（Ｌｑ−Ｌｄ）ＩｄＩｑ｝ …（１）
Ψａ＝Ｋｅ／Ｐｎ …（２）
Ｉｑ＝Ｉａ×ｃｏｓ（β） …（３）
Ｉｄ＝Ｉａ×ｓｉｎ（β） …（４）
Ａ＝Ｐｎ（Ｌｑ−Ｌｄ）ｓｉｎ（β）ｃｏｓ（β） …（５）
Ｂ＝ΨａＰｎ・ｃｏｓ（β） …（６）
Ｉａ＝｛−Ｂ＋√（Ｂ２＋４×Ａ×Ｔ）｝／（２×Ａ） …（７）
【００３４】
上記のように構成したモータ制御装置の動作を説明する。モータ１が或る一定の回転数Ｎ１で高速回転しており、或るトルクＴ１を出力する状態で、電源電圧が十分に高い場合と、経年劣化等により電源電圧が低い場合とで、各々の電流指令ベクトル決定部２ａ、２ｂで決定される電流指令ベクトルを図９（ａ）及び図９（ｂ）に示す。なお、ここでは簡略化のため複数の電流指令ベクトルのうちの一部のベクトルのみを示し、誘起電圧を電源電圧よりも小さく抑制する範囲を斜線で示す。
【００３５】
電源電圧Ｖbatが十分に高い場合は、図９（ａ）に示すように、図２の効率電流位相角算出ブロック２２は、最も効率の高い電流指令ベクトルがＹmax（位相角βmax）であると決定する。また、図２の電源電圧位相角算出ブロック２１は、発生するであろう誘起電圧を電源電圧Ｖbatよりも小さくなる方向へ抑制するための電流指令ベクトルがＹ１、Ｙmax（Ｙ２）、Ｙ３、Ｙ４であり、これらのうち最も抑制電流成分が小さくなる（位相角βが小さくなる）電流指令ベクトルがＹ１（位相角β1）あると決定する。そして、図２の選択部２３は、効率電流位相角βmaxの方が電源電圧補償位相角β1よりも大きいので、効率電流位相角βmaxを選択し、このβmaxに対応する電流指令ベクトルＹmaxでモータの駆動を制御することになる。
【００３６】
一方、電源電圧Ｖbatが低い場合は、図９（ｂ）に示すように、図２の効率電流位相角算出ブロック２２は、最も効率の高い電流指令ベクトルがＹmax（位相角βmax）であると決定する。また、図２の電源電圧位相角算出ブロック２１は、発生するであろう誘起電圧を電源電圧Ｖbatよりも小さくなる方向へ抑制するための電流指令ベクトルがＹ３、Ｙ４であり、これらのうち最も抑制電流成分が小さくなる（位相角βが小さくなる）電流指令ベクトルがＹ３（位相角β３）あると決定する。そして、図２の選択部２３は、電源電圧補償位相角β３の方が効率電流位相角βmaxよりも大きいので、電源電圧補償位相角β３を選択し、このβ３に対応する電流指令ベクトルＹ３でモータの駆動を制御することになる。
【００３７】
このように、モータの回転数（又は速度）及び電源電圧を検出し、検出した回転数の下にトルク指令に対応するトルクを発生させ得る複数の電流指令ベクトルＹ１…Ｙmax（Ｙ２）…Ｙ３…Ｙ４…のうち、効率が最大となる電流指令ベクトルＹmaxと、誘起電圧を検出した電源電圧よりも小さくなるように抑制するための電流指令ベクトルとをそれぞれ求め、誘起電圧を抑制する範囲内（図９中の斜線部分）に効率が最大となる電流指令ベクトルＹmaxがある場合には、電流指令ベクトルＹmaxを用いて効率が最大となる制御を行い、誘起電圧を抑制する範囲内（図９中の斜線部分）に効率が最大となる電流指令ベクトルＹmaxがない場合には、誘起電圧を適切に抑制する制御を実施する。
【００３８】
ところが、上記の構成において、ｄ軸インダクタンスＬｄ及びｑ軸インダクタンスＬｑを予め同定した固定値としてｄ軸電流指令Ｉｄ及びｑ軸電流指令Ｉｑを生成するように構成すると、実際のインダクタンスはモータに流れる電流値によって変化するため、固定値に基づき生成したｄ軸電流指令Ｉｄ及びｑ軸電流指令Ｉｑによって発生するトルクと、トルク指令の指示するトルクとに誤差が生じてしまい、トルク制御の精度が低減してしまう。また、このトルク制御の精度低下は、予め定めた効率情報Ｄａ２において、図８（ｂ）に示す最大効率点から外れて効率が損なわれる事態を招来してしまう。
【００３９】
そこで、このような不具合を解決すべく、本実施形態では、図３及び図４に示すように、モータに流れる電流値に応じて変化するｄ軸及びｑ軸のインダクタンス（Ｌｄ，Ｌｑ）を電流値Ｉａに関連付けたインダクタンス情報Ｄａ３を予め設定しておき、ｄ軸及びｑ軸の電流指令（Ｉｄ，Ｉｑ）を生成するにあたり、既に出力したｄ軸及びｑ軸の電流指令（Ｉｄ，Ｉｑ）によってモータに流れたとみなせる電流値Ｉａに対応するｄ軸及びｑ軸のインダクタンス（Ｌｄ，Ｌｑ）を用いてｄ軸及びｑ軸の電流指令（Ｉｄ，Ｉｑ）を生成するように電流指令生成部２４を構成している。
【００４０】
その具体的構成としての電流指令生成部２４は、図３に示すように、トルク指令Ｔref及び電流位相角βrefを入力し、入力した電流位相角βrefの示す方向を向き且つ入力したトルク指令Ｔrefに対応する値の総合トルクを発生させ得る電流指令ベクトルの大きさを示す電流指令値Ｉａを生成する電流指令値生成部２５と、生成された電流指令値Ｉａと電流位相角βrefとに基づきｄ軸電流指令Ｉｄ、ｑ軸電流指令Ｉｑをそれぞれ生成するｄ軸電流指令生成部２６及びｑ軸電流指令生成部２７とを有している。なお、電流指令値Ｉａは、上記の通り、電流指令ベクトルの大きさを示す値である共に、モータに流れるｄｑ軸上の電流実効値に相当する値である。
【００４１】
同図に示すように、ｄ軸電流指令生成部２６の具体的構成は、上記数式（４）に沿った演算を行うもので、電流位相角βrefに対応するｓｉｎ（βref）の値を出力する正弦関数テーブルとも呼ばれるｓｉｎテーブル２６ａと、このｓｉｎテーブル２６ａから出力されたｓｉｎ（βref）と電流指令値Ｉａとを乗算する乗算器２６ｂとを主体とし、乗算結果Ｉａ×ｓｉｎ（βref）に正規化処理及び最大クランプ処理を施してｄ軸電流指令Ｉｄを生成する。同様に、ｑ軸電流指令生成部２７の具体的構成は、上記数式（３）に沿った演算を行うもので、電流位相角βrefに対応するｃｏｓ（βref）を出力する余弦関数テーブルとも呼ばれるｃｏｓテーブル２７ａと、このｃｏｓテーブル２７ａから出力されたｃｏｓ（βref）と電流指令値Ｉａとを乗算する乗算器２７ｂとを主体とし、乗算結果Ｉａ×ｃｏｓ（βref）に正規化処理及び最大クランプ処理を施してｑ軸電流指令Ｉｑを生成する。なお、図中に示すｑ軸電流指令生成部２７は、図示しない絶対値化処理部によりトルク指令Ｔrefが負値を取らない絶対値に処理されているので、本来のトルク指令Ｔrefの符号に対応するようにｄ軸電流指令Ｉｄの符号を処理するように構成されている。
【００４２】
電流指令値生成部２５は、図４に示すように、上記数式（５）〜（７）に沿った演算を行うもので、電流位相角βrefを入力して数式（５）に示す係数Ａを取得する第一の係数取得部２５ａと、電流位相角βを入力して数式（６）に示す係数Ｂを取得する第二の係数取得部２５ｂと、係数Ａ、係数Ｂ及びトルク指令Ｔrefに対して、上記数式（７）に沿った演算を通じて電流指令値Ｉａを出力する電流指令値演算部２５ｃとで構成されている。この電流指令値演算部２５ｃは、乗算器、加算器、除算器、平方根演算器等の各種演算器で構成され、その演算結果に最大クランプ処理を施して電流指令値Ｉａを出力する。
【００４３】
係数Ａは、数式（５）に示すように、ｄ軸及びｑ軸のインダクタンス（Ｌｄ，Ｌｑ）と電流位相角βで定まるリラクタンストルクに関する係数である。係数Ｂは、数式（６）に示すように、電流位相角βで定まるマグネットトルクに関する係数である。ここで、ｄ軸及びｑ軸のインダクタンス（Ｌｄ，Ｌｑ）は電流値Ｉａに応じて変化する電流依存値であるので、モータ１の磁気解析や実測によって、下記数式（８）に示すようにｄ軸及びｑ軸のインダクタンス（Ｌｄ，Ｌｑ）をモータに流れる電流値Ｉａの関数に近似可能である。
Ｌｑ＝ｆlq（Ｉａ）、Ｌｄ＝ｆld（Ｉａ） …（８）
そして、第一の係数取得部２５ａは、或る電流値に応じたｄ軸及びｑ軸のインダクタンス（Ｌｄ，Ｌｑ）の下に定まるリラクタンストルクに関する係数Ａと、この係数Ａの算出の基礎となる電流位相角βとを電流値Ｉａに関連付けた係数情報Ｄａ４を実測又は磁気解析に基づきテーブルとして予め設定（保持）している。また、第一の係数取得部２５ａは、電流指令値演算部２５ｃにおいて演算により求めた電流指令値Ｉａをモータに流れたと見なせる電流値としてフィードバック入力するようにし、係数情報Ｄａ４においてフィードバック入力した電流値Ｉａと電流位相角βとに対応する係数Ａを取得するように構成している。本実施形態では、係数情報Ｄａ４は、テーブルとして構成されているが、係数Ａを演算で算出するための相関関係式であってもよい。なお、第二の係数取得部２５ｂは、電流位相角βを数式（６）に代入して得られる係数Ｂを電流位相角βに関連付けた係数Ｂテーブルを主体とするものである。
【００４４】
すなわち、図２及び図３に示す電流指令生成部２４にトルク指令Ｔref及び電流位相角βrefが入力されると、図３及び図４に示す電流指令値生成部２５において、既に出力したｄ軸及びｑ軸の電流指令（Ｉｄ，Ｉｑ）の算出の基礎となる電流指令値Ｉａと電流位相角βrefとに対応する係数Ａが第一の係数取得部２５ａにより取得され、この係数Ａに基づき電流指令値Ｉａが電流指令値演算部２５ｃにより算出され、この電流指令値Ｉａに基づきｄ軸及びｑ軸の電流指令（Ｉｄ，Ｉｑ）が電流指令生成部２４において算出されて出力され、このｄ軸及びｑ軸の電流指令（Ｉｄ，Ｉｑ）に基づきモータへの通電が実行される。この場合、係数情報Ｄａ４は、係数Ａがｄ軸及びｑ軸のインダクタンス（Ｌｄ，Ｌｑ）に基づく値であるので、ｄ軸及びｑ軸のインダクタンス（Ｌｄ，Ｌｑ）を電流値Ｉａに関連付けたインダクタンス情報Ｄａ３を含む情報、若しくは、インダクタンス情報Ｄａ３が化体した情報であると言える。そして、電流指令値Ｉａは、電流指令ベクトルの大きさすなわちモータに流れる電流値に相当するものであるので、本実施形態のように、係数情報Ｄａ４から電流指令値Ｉａに対応する係数Ａを取得し、この係数Ａを用いてｄ軸及びｑ軸の電流指令（Ｉｄ，Ｉｑ）を生成することは、既に出力したｄ軸及びｑ軸の電流指令（Ｉｄ，Ｉｑ）によってモータに流れたとみなせる電流値Ｉａに対応するｄ軸及びｑ軸のインダクタンス（Ｌｄ，Ｌｑ）を用いてｄ軸電流指令Ｉｄ及びｑ軸電流指令Ｉｑを生成することになる。これにより、現時点でモータ１に流れているであろう電流値Ｉａに応じたｄ軸及びｑ軸のインダクタンス（Ｌｄ，Ｌｑ）を用いてｄ軸及びｑ軸の電流指令（Ｉｄ，Ｉｑ）を生成することになり、電流によるインダクタンス変動に追従して電流指令を生成する事が可能となる。
【００４５】
以上のように、本実施形態のモータ制御装置は、ｄ軸インダクタンスＬｄ及びｑ軸インダクタンスＬｑに起因するリラクタンストルクと永久磁石の磁束に起因するマグネットトルクとを合わせた総合トルクを発生させる電流指令ベクトルＹをトルク指令Ｔrefに応じて決定し、電流指令ベクトルＹに対応する電流をモータ１に通電することによりモータ１の駆動を制御するモータ制御装置であって、電流指令ベクトルの向きを示す電流位相角βrefとトルク指令Ｔrefとを入力し、電流位相角βrefの示す方向を向く複数の電流指令ベクトルのうち、トルク指令Ｔrefに対応する総合トルクを発生させ得る電流指令ベクトルを示すｄ軸電流指令Ｉｄ及びｑ軸電流指令Ｉｑを生成する電流指令生成部２４と、電流指令生成部２４から出力されたｄ軸及びｑ軸の電流指令（Ｉｄ，Ｉｑ）に対応する電流をモータ１に通電する通電制御部３とを備え、電流指令生成部２４は、モータ１に流れる電流値に応じて変化するｄ軸及びｑ軸のインダクタンス（Ｌｄ，Ｌｑ）を電流値Ｉａに関連付けたインダクタンス情報Ｄａ３を予め設定しておき、ｄ軸及びｑ軸の電流指令（Ｉｄ，Ｉｑ）を生成するにあたり、既に出力したｄ軸及びｑ軸の電流指令（Ｉｄ，Ｉｑ）によってモータ１に流れたとみなせる電流値Ｉａに対応するｄ軸及びｑ軸のインダクタンス（Ｌｄ，Ｌｑ）を用いてｄ軸及びｑ軸の電流指令（Ｉｄ，Ｉｑ）を生成するように構成されている。
【００４６】
このような構成によれば、既に出力したｄ軸及びｑ軸の電流指令（Ｉｄ，Ｉｑ）によってモータ１に流れたとみなせる電流値Ｉａに関連付けられたｄ軸及びｑ軸のインダクタンス（Ｌｄ，Ｌｑ）、すなわち現時点でモータに流れているであろう電流値Ｉａに応じたｄ軸及びｑ軸のインダクタンス（Ｌｄ，Ｌｑ）を用いてｄ軸及びｑ軸の電流指令（Ｉｄ，Ｉｑ）を生成するので、電流によるインダクタンス変動に追従してｄ軸及びｑ軸の電流指令（Ｉｄ，Ｉｑ）を生成することができ、インダクタンス（Ｌｄ，Ｌｑ）を固定値として電流指令（Ｉｄ，Ｉｑ）を生成する場合に比べて、トルク指令Ｔrefに対応するトルクと実際に発生するトルクとの誤差を低減又は無くして、トルク制御の精度を向上させることが可能となる。
【００４７】
さらに、本実施形態では、トルク指令Ｔref及び電流位相角βrefを入力し、入力した電流位相角βrefの示す方向を向き且つ入力したトルク指令Ｔrefに対応する総合トルクを発生させ得る電流指令ベクトルの大きさを示す電流指令値Ｉａを生成する電流指令値生成部２５と、生成された電流指令値Ｉａと電流位相角βrefとに基づきｄ軸電流指令Ｉｄ、ｑ軸電流指令Ｉｑをそれぞれ生成するｄ軸電流指令生成部２６及びｑ軸電流指令生成部２７とを備え、電流指令値生成部２５は、ｄ軸及びｑ軸のインダクタンス（Ｌｄ，Ｌｑ）と電流位相角βrefとで定まるリラクタンストルクに関する係数Ａを取得する係数取得部２６ａを有し、係数取得部２６ａで取得したリラクタンストルクに関する係数Ａ及びトルク指令Ｔrefを少なくとも用いて電流指令値Ｉａを算出して出力するように構成されており、係数取得部２６ａは、或る電流値に応じたｄ軸及びｑ軸のインダクタンス（Ｌｄ，Ｌｑ）の下に定まるリラクタンストルクに関する係数Ａとこの係数Ａの算出の基礎となる電流位相角βrefとを電流値Ｉａに関連付けた係数情報Ｄａ４を実測又は磁気解析に基づき予め設定しておくとともに、出力した電流指令値Ｉａをモータ１に流れたとみなせる電流値として係数取得部２６ａにフィードバック入力するようにし、係数情報Ｄａ４においてフィードバック入力した電流値Ｉａと電流位相角βrefとに対応する係数Ａを取得するように構成されているので、既存構成における係数取得部を改良するだけで、上記インダクタンス変動に追従する制御を実現することが可能となる。
【００４８】
さらにまた、モータ１の回転数を検知する回転数検出部６と、回転数検出部６で検出した回転数Ｎrefの下にトルク指令Ｔrefに対応する総合トルクを発生させ得る複数の電流指令ベクトルのうち効率が最大となる電流指令ベクトルの電流位相角βrefを決定する位相角決定部２Ｘとを備え、電流指令生成部２４は、位相角決定部２Ｘが決定した電流位相角βrefに基づきｄ軸及びｑ軸の電流指令（Ｉｄ，Ｉｑ）を生成するように構成した場合において、トルク指令Ｔrefに対応する目標トルクと、実際にモータ１に発生する実トルクとに誤差が生じると、最大効率点から外れてしまい効率が低減するおそれがあるが、本実施形態では、電流に応じたインダクタンス変動に追従してｄ軸及びｑ軸の電流指令（Ｉｄ，Ｉｑ）を生成するので、目標トルクと実トルクとの誤差を低減又は無くして、最大効率となる電流指令（Ｉｄ，Ｉｑ）を生成でき、効率を向上させることが可能となる。
【００４９】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではない。
【００５０】
例えば、本実施形態では、図４に示すように、電流指令値生成部２５は、トルク指令Ｔrefと電流位相角βrefと電流値Ｉａとを入力パラメータとして電流指令値Ｉａを算出し、算出した電流指令値Ｉａをモータ１に流れたとみなせる電流値として入力パラメータにフィードバックする構成であるので、トルク指令Ｔref及び電流位相角βrefを固定した状態であっても電流指令値Ｉａが真値に収束するまでにバラツキが生じる。この構成において、トルク指令Ｔref及び電流位相角βrefを固定した状態で算出を繰り返したとした場合に、図１０に示すように、演算結果が収束したとき又は収束したとみなせるときの電流指令値Ｉａをトルク指令Ｔrefと電流位相角βrefとに関連付けた電流指令値データ１２５ａを実測又は磁気解析に基づき予め設定しておき、電流指令値データ１２５ａにおいてトルク指令Ｔrefと電流位相角βrefとに関連付けられている電流指令値Ｉａを出力するように電流指令値生成部１２５を構成してもよい。ここでいう「演算結果が収束したとき又は収束したとみなせるとき」は、演算結果として得られる電流指令値のバラツキ度が所定範囲内に収まっているとき、すなわち演算結果として得られた電流指令値とその前回値との差が所定閾値内であるとき等が挙げられる。このように構成すれば、電流指令値のフィードバック演算を省略できるので、演算能力の乏しい廉価な演算器でも上記電流によるインダクタンス変動に追従した制御を実装可能となると共に、制御の応答性を向上させることが可能となる。
【００５１】
さらに、本実施形態では、誘起電圧が電源電圧を超えるおそれがない適用例においては、第１の電流指令ベクトル決定部２ａである電源電圧位相角算出ブロック２１を省略することも可能である。また、位相角決定部２Ｘは、最大効率となる電流位相角βを決定するものであれば、本実施形態に開示の構成に限られない。
【００５２】
本発明のモータ駆動装置は、本発明を適用できるモータであればＩＰＭモータに限られず、また、種々の機器に適用可能であり、特に高トルク出力を必要としバッテリを電源とするフォークリフトや電動乗用車等の電動車両の駆動装置としての用途に適しており、これらに適用すると、高信頼度を得るとともに高効率化による稼働時間の向上やバッテリの簡素化による車両の軽量化などを追求するうえで有用である。
【００５３】
さらにまた、本実施形態では、ｄ軸及びｑ軸のインダクタンスを電流値に関連付けた考え方を採用しているが、更に温度と関連付けるようにしてもよい。この場合、モータの温度を検出するサーミスタ等の温度検出部を設けて、検出した温度に対応するインダクタンスを用いるように構成してもよいし、温度検出部を設ける代わりにモータに流す電流値の積算値から温度を推定するようにしてもよい。また、インダクタンスは個体に応じてバラツキが発生するおそれがあるので、個体情報を外部から入力し、インダクタンス情報Ｄａ３や係数情報Ｄａ４におけるｄ軸及びｑ軸のインダクタンスを補正する補正部を設けてもよい。このように構成すると、個体のバラツキを補正して、より一層トルク制御の精度を向上させることが可能となる。
【００５４】
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１…モータ
２４…電流指令生成部
２５…電流指令値生成部
２６…ｄ軸電流指令生成部
２６ａ…第一の係数取得部（係数取得部）
２７…ｑ軸電流指令生成部
２Ｘ…位相角決定部
３…通電制御部
６…回転数検出部
Ｔref…トルク指令
βref…電流位相角
Ｌｄ…ｄ軸インダクタンス
Ｌｑ…ｑ軸インダクタンス
Ｙ…電流指令ベクトル
Ｉａ…電流指令値（モータに流れたとみなせる電流値）
Ｉｄ…ｄ軸電流指令
Ｉｑ…ｑ軸電流指令
Ａ…リラクタンストルクに関する係数
Ｄａ３…インダクタンス情報
Ｄａ４…係数情報
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｄ軸インダクタンス及びｑ軸インダクタンスに起因するリラクタンストルクと永久磁石の磁束に起因するマグネットトルクとを合わせた総合トルクを発生させる電流指令ベクトルをトルク指令に応じて決定し、電流指令ベクトルに対応する電流をモータに通電することにより前記モータの駆動を制御するモータ制御装置であって、
前記電流指令ベクトルの向きを示す電流位相角と前記トルク指令とを入力し、前記電流位相角の示す方向を向く複数の電流指令ベクトルのうち、前記トルク指令に対応する前記総合トルクを発生させ得る電流指令ベクトルを示す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、
前記電流指令生成部から出力されたｄ軸及びｑ軸の電流指令に対応する電流を前記モータに通電する通電制御部とを備え、
前記電流指令生成部は、前記モータに流れる電流値に応じて変化するｄ軸及びｑ軸のインダクタンスを前記電流値に関連付けたインダクタンス情報を予め設定しておき、前記ｄ軸及びｑ軸の電流指令を生成するにあたり、既に出力したｄ軸及びｑ軸の電流指令によって前記モータに流れたとみなせる電流値に対応するｄ軸及びｑ軸のインダクタンスを用いて前記ｄ軸及びｑ軸の電流指令を生成するように構成されていることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記電流指令生成部は、前記トルク指令及び前記電流位相角を入力し、入力した電流位相角の示す方向を向き且つ入力したトルク指令に対応する前記総合トルクを発生させ得る電流指令ベクトルの大きさを示す電流指令値を生成する電流指令値生成部と、生成された電流指令値と前記電流位相角とに基づき前記ｄ軸電流指令、前記ｑ軸電流指令をそれぞれ生成するｄ軸電流指令生成部及びｑ軸電流指令生成部とを備え、
前記電流指令値生成部は、前記トルク指令と前記電流位相角と電流値とを入力パラメータとして前記電流指令値を算出し、算出した電流指令値を前記モータに流れたとみなせる電流値として前記入力パラメータにフィードバックし、前記トルク指令及び前記電流位相角を固定した状態で算出を繰り返したとした場合に、演算結果が収束したとき又は収束したとみなせるときの電流指令値を前記トルク指令と前記電流位相角とに関連付けた電流指令値データを実測又は磁気解析に基づき予め設定しておき、前記電流指令値データにおいて前記トルク指令と前記電流位相角とに関連付けられている電流指令値を出力するように構成されている請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記電流指令生成部は、前記トルク指令及び前記電流位相角を入力し、入力した電流位相角の示す方向を向き且つ入力したトルク指令に対応する前記総合トルクを発生させ得る電流指令ベクトルの大きさを示す電流指令値を生成する電流指令値生成部と、生成された電流指令値と前記電流位相角とに基づき前記ｄ軸電流指令、前記ｑ軸電流指令をそれぞれ生成するｄ軸電流指令生成部及びｑ軸電流指令生成部とを備え、
前記電流指令値生成部は、ｄ軸及びｑ軸のインダクタンスと電流位相角とで定まるリラクタンストルクに関する係数を取得する係数取得部を有し、前記係数取得部で取得したリラクタンストルクに関する係数及び前記トルク指令を少なくとも用いて前記電流指令値を算出して出力するように構成されており、
前記係数取得部は、或る電流値に応じたｄ軸及びｑ軸のインダクタンスの下に定まる前記リラクタンストルクに関する係数と当該係数の算出の基礎となる電流位相角とを電流値に関連付けた係数情報を実測又は磁気解析に基づき予め設定しておくとともに、出力した電流指令値を前記モータに流れたとみなせる電流値として前記係数取得部にフィードバック入力するようにし、前記係数情報においてフィードバック入力した電流値と電流位相角とに対応する前記係数を取得するように構成されている請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記モータの回転数を検知する回転数検出部と、前記回転数検出部で検出した回転数の下にトルク指令に対応する前記総合トルクを発生させ得る複数の電流指令ベクトルのうち効率が最大となる電流指令ベクトルの電流位相角を決定する位相角決定部とを備え、前記電流指令生成部は、前記位相角決定部が決定した電流位相角に基づき前記ｄ軸及びｑ軸の電流指令を生成する請求項１〜３のいずれかに記載のモータ制御装置。
【請求項１】
ｄ軸インダクタンス及びｑ軸インダクタンスに起因するリラクタンストルクと永久磁石の磁束に起因するマグネットトルクとを合わせた総合トルクを発生させる電流指令ベクトルをトルク指令に応じて決定し、電流指令ベクトルに対応する電流をモータに通電することにより前記モータの駆動を制御するモータ制御装置であって、
前記電流指令ベクトルの向きを示す電流位相角と前記トルク指令とを入力し、前記電流位相角の示す方向を向く複数の電流指令ベクトルのうち、前記トルク指令に対応する前記総合トルクを発生させ得る電流指令ベクトルを示す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、
前記電流指令生成部から出力されたｄ軸及びｑ軸の電流指令に対応する電流を前記モータに通電する通電制御部とを備え、
前記電流指令生成部は、前記モータに流れる電流値に応じて変化するｄ軸及びｑ軸のインダクタンスを前記電流値に関連付けたインダクタンス情報を予め設定しておき、前記ｄ軸及びｑ軸の電流指令を生成するにあたり、既に出力したｄ軸及びｑ軸の電流指令によって前記モータに流れたとみなせる電流値に対応するｄ軸及びｑ軸のインダクタンスを用いて前記ｄ軸及びｑ軸の電流指令を生成するように構成されていることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記電流指令生成部は、前記トルク指令及び前記電流位相角を入力し、入力した電流位相角の示す方向を向き且つ入力したトルク指令に対応する前記総合トルクを発生させ得る電流指令ベクトルの大きさを示す電流指令値を生成する電流指令値生成部と、生成された電流指令値と前記電流位相角とに基づき前記ｄ軸電流指令、前記ｑ軸電流指令をそれぞれ生成するｄ軸電流指令生成部及びｑ軸電流指令生成部とを備え、
前記電流指令値生成部は、前記トルク指令と前記電流位相角と電流値とを入力パラメータとして前記電流指令値を算出し、算出した電流指令値を前記モータに流れたとみなせる電流値として前記入力パラメータにフィードバックし、前記トルク指令及び前記電流位相角を固定した状態で算出を繰り返したとした場合に、演算結果が収束したとき又は収束したとみなせるときの電流指令値を前記トルク指令と前記電流位相角とに関連付けた電流指令値データを実測又は磁気解析に基づき予め設定しておき、前記電流指令値データにおいて前記トルク指令と前記電流位相角とに関連付けられている電流指令値を出力するように構成されている請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記電流指令生成部は、前記トルク指令及び前記電流位相角を入力し、入力した電流位相角の示す方向を向き且つ入力したトルク指令に対応する前記総合トルクを発生させ得る電流指令ベクトルの大きさを示す電流指令値を生成する電流指令値生成部と、生成された電流指令値と前記電流位相角とに基づき前記ｄ軸電流指令、前記ｑ軸電流指令をそれぞれ生成するｄ軸電流指令生成部及びｑ軸電流指令生成部とを備え、
前記電流指令値生成部は、ｄ軸及びｑ軸のインダクタンスと電流位相角とで定まるリラクタンストルクに関する係数を取得する係数取得部を有し、前記係数取得部で取得したリラクタンストルクに関する係数及び前記トルク指令を少なくとも用いて前記電流指令値を算出して出力するように構成されており、
前記係数取得部は、或る電流値に応じたｄ軸及びｑ軸のインダクタンスの下に定まる前記リラクタンストルクに関する係数と当該係数の算出の基礎となる電流位相角とを電流値に関連付けた係数情報を実測又は磁気解析に基づき予め設定しておくとともに、出力した電流指令値を前記モータに流れたとみなせる電流値として前記係数取得部にフィードバック入力するようにし、前記係数情報においてフィードバック入力した電流値と電流位相角とに対応する前記係数を取得するように構成されている請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記モータの回転数を検知する回転数検出部と、前記回転数検出部で検出した回転数の下にトルク指令に対応する前記総合トルクを発生させ得る複数の電流指令ベクトルのうち効率が最大となる電流指令ベクトルの電流位相角を決定する位相角決定部とを備え、前記電流指令生成部は、前記位相角決定部が決定した電流位相角に基づき前記ｄ軸及びｑ軸の電流指令を生成する請求項１〜３のいずれかに記載のモータ制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−２４９４５９（Ｐ２０１２−２４９４５９Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２０３４３（Ｐ２０１１−１２０３４３）
【出願日】平成２３年５月３０日（２０１１．５．３０）
【出願人】（０００００２０５９）シンフォニアテクノロジー株式会社 (1,111)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月３０日（２０１１．５．３０）
【出願人】（０００００２０５９）シンフォニアテクノロジー株式会社 (1,111)
【Ｆターム（参考）】
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