特開 2024-122514 制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024122514

(43)【公開日】2024-09-09

(54)【発明の名称】制御装置

(51)【国際特許分類】

   H02P 21/24 20160101AFI20240902BHJP

   H02P 27/06 20060101ALI20240902BHJP

【ＦＩ】

H02P21/24

H02P27/06

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023030087

(22)【出願日】2023-02-28

(71)【出願人】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(71)【出願人】

【識別番号】500433225

【氏名又は名称】学校法人中部大学

(74)【代理人】

【識別番号】100121083

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 宏義

(74)【代理人】

【識別番号】100138391

【弁理士】

【氏名又は名称】天田 昌行

(74)【代理人】

【識別番号】100074099

【弁理士】

【氏名又は名称】大菅 義之

(72)【発明者】

【氏名】古田 大地

(72)【発明者】

【氏名】朝比奈 和希

(72)【発明者】

【氏名】井手 徹

(72)【発明者】

【氏名】上辻 清

(72)【発明者】

【氏名】松本 純

【テーマコード（参考）】

5H505

【Ｆターム（参考）】

5H505AA16

5H505BB06

5H505CC04

5H505DD03

5H505DD08

5H505EE41

5H505GG02

5H505GG04

5H505HA10

5H505JJ03

5H505JJ04

5H505JJ17

5H505JJ23

5H505JJ26

5H505LL16

5H505LL22

5H505LL60

(57)【要約】

【課題】モータの制御装置において、脱調の判断精度を向上させる。
【解決手段】モータＭに流れる電流をγ軸電流値及びδ軸電流値に変換する電流値変換部７と、γ軸電流指令値及びδ軸電流指令値を出力するγ－δ電流指令値出力部１１と、γ軸電流値とγ軸電流指令値に基づいてγ軸電圧指令値を算出するとともにδ軸電流値とδ軸電流指令値に基づいてδ軸電圧指令値を算出するγ－δ電圧指令値算出部と、γ軸電圧指令値及びδ軸電圧指令値を駆動信号に変換してインバータ２に出力する駆動信号出力部と、δ軸電圧指令値、δ軸電流値、及びモータパラメータを用いてδ軸干渉項を推定し、δ軸干渉項が閾値以上である場合、モータＭが脱調していると判断する脱調判断部１６とを備えて制御装置１を構成する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

モータを駆動させるインバータを制御する駆動信号を生成する制御装置であって、
前記モータに流れる電流をγ軸電流値及びδ軸電流値に変換する電流値変換部と、
γ軸電流指令値及びδ軸電流指令値を出力するγ－δ電流指令値出力部と、
前記γ軸電流値と前記γ軸電流指令値に基づいてγ軸電圧指令値を算出するとともに前記δ軸電流値と前記δ軸電流指令値に基づいてδ軸電圧指令値を算出するγ－δ電圧指令値算出部と、
前記γ軸電圧指令値及び前記δ軸電圧指令値を前記駆動信号に変換して前記インバータに出力する駆動信号出力部と、
前記δ軸電圧指令値、前記δ軸電流値、及びモータパラメータを用いてδ軸干渉項を推定し、推定した前記δ軸干渉項が閾値以上である場合、前記モータが脱調していると判断する脱調判断部と、
を備える制御装置。

【請求項2】

請求項１に記載の制御装置であって、
前記δ軸干渉項をＶδ^ｄｅｃ＾とし、前記δ軸電圧指令値をＶδ＊とし、前記δ軸電流値をIδとし、前記モータの抵抗成分をＲ＾とし、前記モータのｑ軸インダクタンス成分をＬｑ＾とし、微分演算子をｓとする場合、前記脱調判断部は、下記式１を計算することにより前記δ軸干渉項を推定する
Ｖδ^ｄｅｃ＾＝－Ｖδ＊＋（Ｒ＾＋Ｌｑ＾ｓ）Iδ・・・式１
ことを特徴とする制御装置。

【請求項3】

請求項２に記載の制御装置であって、
前記脱調判断部は、
前記δ軸電流値が負の値である場合、前記δ軸干渉項の真値より大きい前記δ軸干渉項の第１の推定値を前記閾値として設定し、
前記δ軸電流値が正の値である場合、前記δ軸干渉項の真値より小さい前記δ軸干渉項の第２の推定値を前記閾値として設定する
ことを特徴とする制御装置。

【請求項4】

請求項１～３の何れか１項に記載の制御装置であって、
前記モータは、非突極性のモータである
ことを特徴とする制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、モータの制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

モータの制御装置として、回転数指令値、γ軸電圧値、δ軸電圧値、γ軸電圧指令値、δ軸電圧指令値、γ軸電流値、δ軸電流値、モータの抵抗成分、モータのｄ軸インダクタンス成分、及びモータのｑ軸インダクタンス成分を用いて推定されるモータのγ軸磁束及びδ軸磁束の合成磁束が大きく変化する場合、モータの回転子の位置（電気角）の推定値と実際の位置との乖離が比較的大きくモータの制御が困難な状態であると、すなわち、モータが脱調していると判断するものがある。関連する技術として、特許文献１がある。

【0003】

ところで、実際にモータが脱調している場合では、回転数指令値と真値との乖離が比較的大きくなるため、γ軸磁束やδ軸磁束に含まれる誤差が比較的大きくなる。

【0004】

そのため、上記制御装置では、脱調しているか否かを判断する際に回転数指令値を使用しているため、実際にモータが脱調している場合、γ軸磁束及びδ軸磁束の推定精度が低下し、モータが脱調していないと誤って判断するおそれがある。

【0005】

また、上記制御装置では、γ軸磁束及びδ軸磁束を推定するためのパラメータが比較的多く、各パラメータに含まれる誤差がγ軸磁束及びδ軸磁束の推定に及ぼす影響が大きくなるため、脱調の判断精度が低下するおそれがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００８－０９２７８７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明の一側面に係る目的は、モータの制御装置において、脱調の判断精度を向上させることである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明に係る一つの形態である制御装置は、モータを駆動させるインバータを制御する駆動信号を生成する制御装置であって、前記モータに流れる電流をγ軸電流値及びδ軸電流値に変換する電流値変換部と、γ軸電流指令値及びδ軸電流指令値を出力するγ－δ電流指令値出力部と、前記γ軸電流値と前記γ軸電流指令値に基づいてγ軸電圧指令値を算出するとともに前記δ軸電流値と前記δ軸電流指令値に基づいてδ軸電圧指令値を算出するγ－δ電圧指令値算出部と、前記γ軸電圧指令値及び前記δ軸電圧指令値を前記駆動信号に変換して前記インバータに出力する駆動信号出力部と、前記δ軸電圧指令値、前記δ軸電流値、及びモータパラメータを用いてδ軸干渉項を推定し、推定した前記δ軸干渉項が閾値以上である場合、前記モータが脱調していると判断する脱調判断部とを備える。

【0009】

例えば、モータの回転子の回転数をωとし、モータのｑ軸インダクタンス成分をＬｑとし、γ軸電流値をＩγとし、誘起電圧定数をＫ_Ｅとし、回転子のｑ軸の位置とδ軸の位置との誤差をΔθとする場合、δ軸干渉項＝ω｛－ＬｑＩγ－Ｋ_Ｅｃｏｓ（Δθ）｝と表すことができるため、Δθが大きくなるほどδ軸干渉項が大きくなることがわかる。そのため、モータが脱調しているときのΔθに対応するδ軸干渉項を閾値とすることにより、δ軸干渉項が閾値以上である場合、モータが脱調していると判断することができる。また、本発明に係る一つの形態である制御装置によれば、δ軸干渉項を推定するためのパラメータとして回転数指令値が含まれていないため、回転数指令値を用いて脱調しているか否かを判断する構成に比べて、脱調の判断精度を向上させることができる。

【0010】

また、前記δ軸干渉項をＶδ^ｄｅｃ＾とし、前記δ軸電圧指令値をＶδ＊とし、前記δ軸電流値をIδとし、前記モータの抵抗成分をＲ＾とし、前記モータのｑ軸インダクタンス成分をＬｑ＾とし、微分演算子をｓとする場合、前記脱調判断部は、下記式１を計算することにより前記δ軸干渉項を推定するように構成してもよい。

【0011】

Ｖδ^ｄｅｃ＾＝－Ｖδ＊＋（Ｒ＾＋Ｌｑ＾ｓ）Iδ・・・式１

【0012】

また、前記脱調判断部は、前記δ軸電流値が負の値である場合、前記δ軸干渉項の真値より大きい前記δ軸干渉項の第１の推定値を前記閾値として設定し、前記δ軸電流値が正の値である場合、前記δ軸干渉項の真値より小さい前記δ軸干渉項の第２の推定値を前記閾値として設定するように構成してもよい。

【0013】

また、前記モータは、非突極性のモータとしてもよい。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、モータの制御装置において、モータの脱調検出の精度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】実施形態における制御装置の一例を示す図である。

【図2】ｄ軸の位置とγ軸の位置との誤差と、δ軸干渉項との関係を示す図である。

【図3】δ軸干渉項の推定方法を説明するための図である。

【図4】δ軸干渉項の真値と、δ軸干渉項の推定値と、δ軸電流値との関係を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下図面に基づいて実施形態について詳細を説明する。

【0017】

図１は、実施形態における制御装置の一例を示す図である。

【0018】

図１に示す制御装置１は、例えば、電動フォークリフトやプラグインハイブリッド車などの車両に搭載されるモータＭの動作を制御するものであって、インバータ２と、制御回路３とを備える。なお、モータＭは、例えば、表面磁石型同期モータまたは埋め込み磁石型同期モータとする。

【0019】

インバータ２は、電源Ｐから供給される電力によりモータＭを駆動させるものであって、コンデンサＣと、スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６（例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor））と、電流センサＳｅ１～Ｓｅ３とを備える。すなわち、コンデンサＣの一方端子が電源Ｐの正極端子及びスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ３、ＳＷ５の各コレクタ端子に接続され、コンデンサＣの他方端子が電源Ｐの負極端子及びスイッチング素子ＳＷ２、ＳＷ４、ＳＷ６の各エミッタ端子に接続されている。スイッチング素子ＳＷ１のエミッタ端子とスイッチング素子ＳＷ２のコレクタ端子との接続点は電流センサＳｅ１を介してモータＭのＵ相の入力端子に接続されている。スイッチング素子ＳＷ３のエミッタ端子とスイッチング素子ＳＷ４のコレクタ端子との接続点は電流センサＳｅ２を介してモータＭのＶ相の入力端子に接続されている。スイッチング素子ＳＷ５のエミッタ端子とスイッチング素子ＳＷ６のコレクタ端子との接続点は電流センサＳｅ３を介してモータＭのＷ相の入力端子に接続されている。

【0020】

コンデンサＣは、電源Ｐから出力されインバータ２へ入力される電圧を平滑する。

【0021】

スイッチング素子ＳＷ１は、制御回路３から出力される駆動信号Ｓ１に基づいて、オンまたはオフする。スイッチング素子ＳＷ２は、制御回路３から出力される駆動信号Ｓ２に基づいて、オンまたはオフする。スイッチング素子ＳＷ３は、制御回路３から出力される駆動信号Ｓ３に基づいて、オンまたはオフする。スイッチング素子ＳＷ４は、制御回路３から出力される駆動信号Ｓ４に基づいて、オンまたはオフする。スイッチング素子ＳＷ５は、制御回路３から出力される駆動信号Ｓ５に基づいて、オンまたはオフする。スイッチング素子ＳＷ６は、制御回路３から出力される駆動信号Ｓ６に基づいて、オンまたはオフする。スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６がそれぞれオンまたはオフすることで、電源Ｐから出力される直流電圧が、互いに位相が１２０度ずつ異なる３つの交流電圧に変換され、それら交流電圧がモータＭのＵ相、Ｖ相、及びＷ相の入力端子に印加されモータＭの回転子が回転する。

【0022】

電流センサＳｅ１は、ホール素子やシャント抵抗などにより構成され、モータＭのＵ相に流れるＵ相電流値Ｉｕを検出して制御回路３に出力する。また、電流センサＳｅ２は、ホール素子やシャント抵抗などにより構成され、モータＭのＶ相に流れるＶ相電流値Ｉｖを検出して制御回路３に出力する。また、電流センサＳｅ３は、ホール素子やシャント抵抗などにより構成され、モータＭのＷ相に流れるＷ相電流値Ｉｗを検出して制御回路３に出力する。なお、本実施形態では、電流センサＳｅ１～Ｓｅ３を３つ備えているが、３つではなく、３つのうちのいずれか２つを備えている構成でもよい。

【0023】

制御回路３は、記憶部４と、ドライブ回路５と、演算部６とを備える。制御回路３は、インバータ２を制御することによって、モータＭを駆動させる。

【0024】

記憶部４は、ＲＡＭ（Random Access Memory）またはＲＯＭ（Read Only Memory）などにより構成され、後述する閾値Ｖδｔｈなどを記憶する。

【0025】

ドライブ回路５は、ＩＣ（Integrated Circuit）などにより構成され、搬送波（三角波、ノコギリ波、または逆ノコギリ波など）の電圧値と、演算部６から出力されるＵ相電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ＊、及びＷ相電圧指令値Ｖｗ＊とを比較し、その比較結果に応じた駆動信号Ｓ１～Ｓ６をスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６のそれぞれのゲート端子に出力する。

【0026】

例えば、ドライブ回路５は、Ｕ相電圧指令値Ｖｕ＊が搬送波の電圧値以上である場合、ハイレベルの駆動信号Ｓ１を出力するとともに、ローレベルの駆動信号Ｓ２を出力し、Ｕ相電圧指令値Ｖｕ＊が搬送波の電圧値より小さい場合、ローレベルの駆動信号Ｓ１を出力するとともに、ハイレベルの駆動信号Ｓ２を出力する。また、ドライブ回路５は、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ＊が搬送波の電圧値以上である場合、ハイレベルの駆動信号Ｓ３を出力するとともに、ローレベルの駆動信号Ｓ４を出力し、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ＊が搬送波の電圧値より小さい場合、ローレベルの駆動信号Ｓ３を出力するとともに、ハイレベルの駆動信号Ｓ４を出力する。また、ドライブ回路５は、Ｗ相電圧指令値Ｖｗ＊が搬送波の電圧値以上である場合、ハイレベルの駆動信号Ｓ５を出力するとともに、ローレベルの駆動信号Ｓ６を出力し、Ｗ相電圧指令値Ｖｗ＊が搬送波の電圧値より小さい場合、ローレベルの駆動信号Ｓ５を出力するとともに、ハイレベルの駆動信号Ｓ６を出力する。

【0027】

演算部６は、マイクロコンピュータなどにより構成され、電流値変換部７と、推定部８と、減算部９と、トルク指令値算出部１０と、γ－δ電流指令値出力部１１と、減算部１２と、減算部１３と、電圧指令値算出部１４と、電圧指令値変換部１５と、脱調判断部１６とを備える。例えば、マイクロコンピュータが記憶部４に記憶されているプログラムを実行することにより、電流値変換部７、推定部８、減算部９、トルク指令値算出部１０、γ－δ電流指令値出力部１１、減算部１２、減算部１３、電圧指令値算出部１４、電圧指令値変換部１５、及び脱調判断部１６が構成される。

【0028】

電流値変換部７は、推定部８により推定される回転子の推定位置（電気角）θ＾を用いて、Ｕ相電流値Ｉ_ｕ、Ｖ相電流値Ｉ_ｖ、及びＷ相電流値Ｉ_ｗをγ軸電流値Ｉγ及びδ軸電流値Ｉδに変換する。すなわち、電流値変換部７は、モータＭに流れる電流をγ軸電流値Ｉγ及びδ軸電流値Ｉδに変換する。電流値変換部７は、Ｕ相電流値Ｉ_ｕ、Ｖ相電流値Ｉ_ｖ、Ｗ相電流値Ｉ_ｗのうち、二相の電流値を入力し、残りの一相の電流値は、入力した二相の電流値から算出する機能を有していてもよい。

【0029】

なお、γ－δ座標系は、位置センサレス制御における推定回転座標系であり、ｄ－ｑ座標系のｄ軸に相当する軸をγ軸とし、ｑ軸に相当する軸をδ軸とした座標系である。ｄ－ｑ座標系は、モータＭの磁石のＮ極方向をｄ軸とし、ｄ軸に直交する方向をｑ軸とした回転座標系である。

【0030】

また、推定位置θ＾は、モータＭの回転子の位置θの推定値である。

【0031】

なお、「θ＾」の表記では「＾」が「θ」の右上に位置しているが、本明細書において記号「＾」は、推定値を意味する。

【0032】

例えば、電流値変換部７は、下記式２に示す変換行列Ｃ１を用いて、Ｕ相電流値Ｉｕ、Ｖ相電流値Ｉｖ、Ｗ相電流値Ｉｗを、γ軸電流値Ｉγ及びδ軸電流値Ｉδに変換する。

【0033】

【数1】

【0034】

推定部８は、推定回転数ω＾及び推定位置θ＾を算出する機能を備える。推定部８が、推定回転数ω＾及び推定位置θ＾を算出する方法は、公知の方法であり、γ軸電流値Ｉγ、δ軸電流値Ｉδ及び予め推定可能なモータパラメータ（抵抗成分Ｒ＾、ｄ軸インダクタンス成分Ｌｄ＾、及びｑ軸インダクタンス成分Ｌｑ＾_）から算出する。抵抗成分Ｒ＾、ｄ軸インダクタンス成分Ｌｄ＾、及びｑ軸インダクタンス成分Ｌｑ＾は、制御対象のモータＭのモータパラメータの推定値であり、モータＭを用いた測定などによって予め推定される。モータＭのモータパラメータの実値ではなく推定値としているのは、モータＭに流れる電流や温度によってモータパラメータは変動するためである。

【0035】

減算部９は、推定部８により推定される推定回転数ω＾と外部から入力される回転数指令値ω＊との回転数差Δωを算出する。

【0036】

トルク指令値算出部１０は、減算部９から出力される回転数差Δωを用いて、トルク指令値Ｔ＊を算出する。例えば、トルク指令値算出部１０は、記憶部４に記憶されている、モータＭの回転子の回転数（角速度）とモータＭのトルクとが互いに対応付けられている情報（不図示）を参照して、回転数差Δωに相当する回転数に対応するトルクを、トルク指令値Ｔ＊として求める。

【0037】

γ－δ電流指令値出力部１１は、トルク指令値Ｔ＊を用いて、γ軸電流指令値Ｉγ＊及びδ軸電流指令値Ｉδ＊を出力する。例えば、γ－δ電流指令値出力部１１は、記憶部４に記憶されている、モータＭのトルクとγ軸電流指令値Ｉγ＊及びδ軸電流指令値Ｉδ＊とが互いに対応付けられている情報（不図示）を参照して、トルク指令値Ｔ＊に対応するγ軸電流指令値Ｉγ＊及びδ軸電流指令値Ｉδ＊を求める。

【0038】

減算部１２は、γ－δ電流指令値出力部１１から出力されるγ軸電流指令値Ｉγ＊と、電流値変換部７から出力されるγ軸電流値Ｉγとの差である差分γ軸電流指令値ΔＩγを算出する。

【0039】

減算部１３は、γ－δ電流指令値出力部１１から出力されるδ軸電流指令値Ｉδ＊と、電流値変換部７から出力されるδ軸電流値Ｉδとの差である差分δ軸電流指令値ΔＩδを算出する。

【0040】

電圧指令値算出部１４は、減算部１２から出力される差分γ軸電流指令値ΔＩγ及び減算部１３から出力される差分δ軸電流指令値ΔＩδをγ軸電圧指令値Ｖγ＊及びδ軸電圧指令値Ｖδ＊に変換する。例えば、電圧指令値算出部１４は、下記式３を計算することによりγ軸電圧指令値Ｖγ＊を算出するとともに、下記式４を計算することによりδ軸電圧指令値Ｖδ＊を算出する。なお、ＫｐはＰＩ制御の比例項の定数とし、ＫｉはＰＩ制御の積分項の定数とし、ω＾は推定部８により推定される回転数とする。

【0041】

Ｖγ＊＝ＫｐΔＩγ＋∫（ＫｉΔＩγ）－ω＾Ｌｑ＾Ｉｑ・・・式３
Ｖδ＊＝ＫｐΔＩδ＋∫（ＫｉΔＩδ）＋ω＾Ｌｄ＾Ｉδ＋ω＾Ｋ_Ｅ・・・式４

【0042】

すなわち、減算部１２、１３及び電圧指令値算出部１４は、γ軸電流値Ｉγとγ軸電流指令値Ｉγ＊に基づいてγ軸電圧指令値Ｖγ＊を算出するとともにδ軸電流値Ｉδとδ軸電流指令値Ｉδ＊に基づいてδ軸電圧指令値Ｖδ＊を算出するγ―δ電圧指令値算出部として機能する。

【0043】

電圧指令値変換部１５は、推定部８により推定される推定位置θ＾を用いて、γ軸電圧指令値Ｖγ＊及びδ軸電圧指令値Ｖδ＊を、Ｕ相電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ＊、及びＷ相電圧指令値Ｖｗ＊に変換する。例えば、電圧指令値変換部１５は、下記式５に示す変換行列Ｃ２を用いて、γ軸電圧指令値Ｖγ＊及びδ軸電圧指令値Ｖδ＊を、Ｕ相電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ＊、Ｗ相電圧指令値Ｖｗ＊に変換する。そして、電圧指令値変換部１５は、Ｕ相電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ＊、及びＷ相電圧指令値Ｖｗ＊をドライブ回路５に出力する。すなわち、電圧指令値変換部１５とドライブ回路５は、γ軸電圧指令値Ｖγ＊及びδ軸電圧指令値Ｖδ＊を駆動信号に変換してインバータ２に出力する駆動信号出力部として機能するといえる。

【0044】

【数2】

【0045】

脱調判断部１６は、δ軸電圧指令値Ｖδ＊、δ軸電流値Ｉδ、及び予め推定可能なモータパラメータを用いてδ軸干渉項Ｖδ^ｄｅｃを推定し、推定したδ軸干渉項Ｖδ^ｄｅｃ＾が閾値Ｖδｔｈ以上である場合、モータＭが脱調していると判断する。なお、脱調判断部１６における脱調判断は、例えば、モータＭの制御周期毎、演算部６の動作クロック毎、またはサンプリング周期毎に行われる。また、演算部６は、脱調判断部１６によりモータＭが脱調していると判断されると、γ軸電流指令値Iγ＊、δ軸電流指令値Iδ＊、γ軸電圧指令値Ｖγ＊、及びδ軸電圧指令値Ｖδ＊をそれぞれゼロにすることでモータＭを停止させるように構成してもよい。

【0046】

例えば、δ軸干渉項Ｖδ^ｄｅｃは、下記式６により下記式７のように表すことができる。なお、Ｖｄ^ｄｅｃをｄ軸干渉項とし、Ｖｑ^ｄｅｃをｑ軸干渉項とし、Δθをγ軸における回転子の位置θを基準とするｄ軸における回転子の位置θとの誤差またはδ軸における回転子の位置θを基準とするｑ軸における回転子の位置θとの誤差とする。

【0047】

【数3】

Ｖδ^ｄｅｃ＝－（－Ｖｄ^ｄｅｃｓｉｎ（－Δθ）＋Ｖｑ^ｄｅｃｃｏｓ（－Δθ））・・・式７

【0048】

また、ｄ軸干渉項Ｖｄ^ｄｅｃを下記式８のように定義し、ｑ軸干渉項Ｖｑ^ｄｅｃを下記式９のように定義する場合、上記式７を下記式１０のように変形することができる。なお、ωを回転子の回転数とする。

【0049】

Ｖｄ^ｄｅｃ＝－ωＬｑＩｑ・・・式８
Ｖｑ^ｄｅｃ＝ω（ＬｄＩｄ＋Ｋ_Ｅ）・・・式９
Ｖδ^ｄｅｃ＝ω｛－ＬｑＩｑｓｉｎ（－Δθ）－ＬｄＩｄｃｏｓ（－Δθ）－Ｋ_Ｅｃｏｓ（－Δθ）}・・・式１０

【0050】

また、モータＭが表面磁石型同期モータである場合、ｄ軸インダクタンス成分Ｌｄをｑ軸インダクタンス成分Ｌｑに置き換えることができるため、上記式１０を下記式１１のように変形することができる。

【0051】

Ｖδ^ｄｅｃ＝ω｛Ｌｑ（－Ｉｑｓｉｎ（－Δθ）－Ｉｄｃｏｓ（－Δθ））－Ｋ_Ｅｃｏｓ（－Δθ）}・・・式１１

【0052】

また、下記式１２を用いて、上記式１１を下記式１３に変形することができる。

【0053】

【数4】

Ｖδ^ｄｅｃ＝ω｛－ＬｑＩγ－Ｋ_Ｅｃｏｓ（Δθ）}・・・式１３

【0054】

なお、モータＭが埋め込み磁石型同期モータである場合、ｄ軸インダクタンス成分Ｌｄをｋ倍のｑ軸インダクタンス成分Ｌｑに置き換えることができるため、上記式１０を下記式１４のように変形することができる。

【0055】

Ｖδ^ｄｅｃ＝ω｛－ＬｑＩｑｓｉｎ（－Δθ）－ＬｑＩｄｃｏｓ（－Δθ））－（ｋ－１）ＬｑＩｄｃｏｓ（－Δθ））－Ｋ_Ｅｃｏｓ（－Δθ）}・・・式１４

【0056】

また、上記式１２を用いて、上記式１４を下記式１５に変形することができる。

【0057】

Ｖδ^ｄｅｃ＝ω＾｛Ｌｑ＾Ｉγ＋（ｋ－１）Ｌｑ＾Ｉｄｃｏｓ（Δθ））＋Ｋ_Ｅｃｏｓ（Δθ）}・・・式１５

【0058】

上記式１３または上記式１５に示すように、δ軸干渉項Ｖδ^ｄｅｃを表す式にｃｏｓ（Δθ）の項が存在するため、Δθが大きくなるほど、δ軸干渉項Ｖδ^ｄｅｃが大きくなることがわかる。

【0059】

ここで、図２は、Δθとδ軸干渉項Ｖδ^ｄｅｃとの関係を示す図である。なお、図２に示す二次元座標の横軸はΔθ［ｒａｄ］を示し、縦軸はδ軸干渉項Ｖδ^ｄｅｃ［Ｖ］を示している。また、図２に示す実線は回転子の回転数ωが回転数ω１であるときのΔθとδ軸干渉項Ｖδ^ｄｅｃとの関係を示し、図２に示す破線は回転子の回転数ωが回転数ω２であるときのΔθとδ軸干渉項Ｖδ^ｄｅｃとの関係を示し、図２に示す一点鎖線は回転子の回転数ωが回転数ω３であるときのΔθとδ軸干渉項Ｖδ^ｄｅｃとの関係を示している。回転数ω１＜回転数ω２＜回転数ω３とする。また、－Ｖ３＜－Ｖ２＜－Ｖ１＜０＜＋Ｖ１＜＋Ｖ２＜＋Ｖ３とする。

【0060】

回転数ωが回転数ω１である場合、Δθがゼロからπ／２まで増加する間において、δ軸干渉項Ｖδ^ｄｅｃが－Ｖ１からゼロまで増加し、Δθがπ／２からπに増加する間において、δ軸干渉項Ｖδ^ｄｅｃがゼロから＋Ｖ１まで増加する。

【0061】

回転数ωが回転数ω２である場合、Δθがゼロからπ／２まで増加する間において、δ軸干渉項Ｖδ^ｄｅｃが－Ｖ２からゼロまで増加し、Δθがπ／２からπに増加する間において、δ軸干渉項Ｖδ^ｄｅｃがゼロから＋Ｖ２まで増加する。

【0062】

回転数ωが回転数ω３である場合、Δθがゼロからπ／２まで増加する間において、δ軸干渉項Ｖδ^ｄｅｃが－Ｖ３からゼロまで増加し、Δθがπ／２からπに増加する間において、δ軸干渉項Ｖδ^ｄｅｃがゼロから＋Ｖ３まで増加する。

【0063】

すなわち、回転数ωの大きさによらず、Δθが大きくなるほど、δ軸干渉項Ｖδ^ｄｅｃも大きくなる。また、回転数ωが大きくなるほど、δ軸干渉項Ｖδ^ｄｅｃの増加幅が大きくなる。

【0064】

このような特性を有するモータＭにおいて、Δθがπ／２以上であるときモータＭが脱調していると定義する場合では、上記閾値Ｖδｔｈをゼロと設定することにより、モータＭが脱調しているか否かを判断することができる。すなわち、脱調判断部１６は、δ軸干渉項Ｖδ^ｄｅｃがゼロ以上になると、モータＭが脱調していると判断する。

【0065】

次に、δ軸干渉項Ｖδ^ｄｅｃの推定方法について説明する。

【0066】

図３（ａ）は、ｑ軸におけるモータＭの一般的なブロック線図である。

【0067】

まず、変換ブロック２０において、δ軸電圧指令値Ｖδ＊がΔθによってｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊に変換される。

【0068】

次に、加算器２１において、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊にｑ軸干渉項Ｖｑ^ｄｅｃが加算されて補正ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊´が出力される。

【0069】

次に、モータモデル２２において、補正ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊´に１／（Ｒ＾＋Ｌｑ＾ｓ）が乗算されてｑ軸電流値Ｉｑが出力される。

【0070】

そして、変換ブロック２３において、ｑ軸電流値ＩｑがΔθによってδ軸電流値Ｉδに変換される。

【0071】

また、加算器２１を変換ブロック２０の前に移動させることで、図３（ａ）に示すブロック線図を図３（ｂ）に示すブロック線図のように変形することができる。

【0072】

まず、加算器２１において、δ軸電圧指令値Ｖδ＊にδ軸干渉項Ｖδ^ｄｅｃが加算されて補正δ軸電圧指令値Ｖδ＊´が出力される。

【0073】

次に、変換ブロック２０において、補正δ軸電圧指令値Ｖδ＊´がΔθによって補正ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊´に変換される。

【0074】

次に、モータモデル２２において、補正ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊´に１／（Ｒ＾＋Ｌｑ＾ｓ）が乗算されてｑ軸電流値Ｉｑが出力される。

【0075】

そして、変換ブロック２３において、ｑ軸電流値ＩｑがΔθによってδ軸電流値Ｉδに変換される。

【0076】

また、変換ブロック２０は、δ軸電圧指令値Ｖδ＊をΔθによってｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊に変換するのに対し、変換ブロック２３は、ｑ軸電流値Ｉｑをθによってδ軸電流値Ｉδに変換するため、変換ブロック２０及び２３は、省略することができ、図３（ｂ）に示すブロック線図は、図３（ｃ）に示すブロック線図のように変形することができる。

【0077】

まず、加算器２１において、δ軸電圧指令値Ｖδ＊にδ軸干渉項Ｖδ^ｄｅｃが加算されて補正δ軸電圧指令値Ｖδ＊´が出力される。

【0078】

そして、モータモデル２２において、補正δ軸電圧指令値Ｖδ＊´に１／（Ｒ＾＋Ｌｑ＾ｓ）が乗算されてδ軸電流値Ｉδが出力される。

【0079】

また、図３（ｃ）に示すブロック線図を、δ軸干渉項Ｖδ^ｄｅｃが出力されるように変形することで、図３（ｄ）に示すオブザーバ（δ軸干渉項を推定するための機構）を構築することができる。

【0080】

まず、モータモデル２２´において、δ軸電流値Ｉδに（Ｒ＾＋Ｌｑ＾ｓ）が乗算されて補正δ軸電圧指令値Ｖδ＊´が出力される。

【0081】

そして、加算器２１´において、補正δ軸電圧指令値Ｖδ＊´からδ軸電圧指令値Ｖδ＊を除算することでδ軸干渉項Ｖδ^ｄｅｃが出力される。

【0082】

すなわち、図３（ｃ）に示すブロック線図に相当する下記式１６を、図３（ｄ）に示すオブザーバに相当する下記式１のように変形することができる。

【0083】

Ｉδ＝（Ｖδ＊＋Ｖδ^ｄｅｃ）×１／（Ｒ＾＋Ｌｑ＾ｓ）・・・式１６
Ｖδ^ｄｅｃ＾＝－Ｖδ＊＋（Ｒ＾＋Ｌｑ＾ｓ）Ｉδ・・・式１

【0084】

このように、δ軸電圧指令値Ｖδ＊、δ軸電流値Ｉδ、抵抗成分Ｒ＾、及びｑ軸インダクタンス成分Ｌｑ＾を用いて、δ軸干渉項Ｖδ^ｄｅｃを推定することができる。

【0085】

すなわち、脱調判断部１６は、上記式１を計算することによりδ軸干渉項Ｖδ^ｄｅｃを推定し、δ軸干渉項Ｖδ^ｄｅｃの推定値であるδ軸干渉項Ｖδ^ｄｅｃ＾が閾値Ｖδｔｈ以上である場合、モータＭが脱調していると判断する。なお、δ軸電圧指令値Ｖδ＊、δ軸電流値Ｉδ、及びモータパラメータ（抵抗成分Ｒ＾、ｑ軸インダクタンス成分Ｌｑ＾）それぞれに含まれる誤差を考慮して閾値Ｖδｔｈをより小さい値に変更してもよい。

【0086】

このように、実施形態の制御装置１では、δ軸電圧指令値Ｖδ＊、δ軸電流値Ｉδ、及びモータＭのモータパラメータ（抵抗成分Ｒ＾、ｑ軸インダクタンス成分Ｌｑ＾）により推定されるδ軸干渉項Ｖδ^ｄｅｃ＾を用いてモータＭが脱調しているか否かを判断する構成であり、δ軸干渉項Ｖδ^ｄｅｃ＾を推定するためのパラメータとして回転数指令値ω＊が含まれていないため、回転数指令値ω＊を用いてモータＭが脱調しているか否かを判断する構成に比べて、脱調の判断精度を向上させることができる。

【0087】

また、実施形態の制御装置１では、δ軸電圧指令値Ｖδ＊、δ軸電流値Ｉδ、抵抗成分Ｒ、及びｑ軸インダクタンス成分Ｌｑの４つのパラメータにより推定されるδ軸干渉項Ｖδ^ｄｅｃ＾を用いてモータＭが脱調しているか否かを判断する構成であるため、５つ以上のパラメータを用いてモータＭが脱調しているか否かを判断する構成に比べて、各パラメータに含まれる誤差が脱調の判断精度に及ぼす影響を低減することができる。

【0088】

また、位置センサレスの非突極性のモータＭ（例えば、表面磁石型同期モータまたは突極比が１に近い埋め込み磁石型同期モータ）の場合、低速駆動時の位置推定精度が比較的低くなるため脱調し易くなる。実施形態の制御装置１によれば、モータＭの中高速駆動時だけでなく低速駆動時においても、モータＭが脱調しているか否かを精度よく判断することができるため、位置センサレスの非突極性のモータＭに対して特に有効である。

【0089】

なお、本発明は、以上の実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。

【0090】

＜変形例＞
図４（ａ）は、時間経過に伴うδ軸電流値Ｉδの変化を模式的に示し、図４（ｂ）は、時間経過に伴うδ軸干渉項Ｖδ^ｄｅｃ＾の変化を模式的に示す図である。なお、図４（ａ）に示す二次元座標の横軸は時間を示し、縦軸は電流を示している。また、図４（ａ）に示す実線はδ軸電流値Ｉδを示している。また、図４（ｂ）に示す二次元座標の横軸は時間を示し、縦軸は電圧を示している。また、図４（ｂ）に示す実線はδ軸干渉項Ｖδ^ｄｅｃ＾の真値を示し、図４（ｂ）に示す破線はδ軸干渉項Ｖδ^ｄｅｃ＾を示している。また、図４（ａ）における時刻ｔ０、ｔ１、ｔ２は図４（ｂ）における時刻ｔ０、ｔ１、ｔ２と一致している。また、δ軸干渉項Ｖδ^ｄｅｃ＾の真値とは、例えば、δ軸電圧指令値Ｖδ＊、δ軸電流値Ｉδ、抵抗成分Ｒ、及びｑ軸インダクタンス成分Ｌｑのそれぞれのパラメータに誤差が含まれていないときに推定されるδ軸干渉項Ｖδ^ｄｅｃ＾とする。

【0091】

図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、δ軸電流値Ｉδが負の値であるとき、δ軸干渉項Ｖδ^ｄｅｃ＾はδ軸干渉項Ｖδ^ｄｅｃ＾の真値より大きい第１の推定値になる。

【0092】

また、δ軸電流値Ｉδが正の値であるとき、δ軸干渉項Ｖδ^ｄｅｃ＾はδ軸干渉項Ｖδ^ｄｅｃ＾の真値より小さい第２の推定値になる。

【0093】

このような特性を有するモータＭにおいて、脱調判断部１６は、δ軸電流値Ｉδが負の値である場合、δ軸干渉項Ｖδ^ｄｅｃの真値より大きいδ軸干渉項Ｖδ^ｄｅｃ＾の第１の推定値を閾値Ｖδｔｈとして設定し、δ軸電流値Ｉδが正の値である場合、δ軸干渉項Ｖδ^ｄｅｃの真値より小さいδ軸干渉項Ｖδ^ｄｅｃ＾の第２の推定値を閾値Ｖδｔｈとして設定するように構成してもよい。

【0094】

このように、δ軸電流値Ｉδの符号（正負）の変化に応じてδ軸干渉項Ｖδ^ｄｅｃ＾が変化する特性を有するモータＭにおいて、δ軸電流値Ｉδの符号の変化に応じて閾値Ｖδｔｈを変化させることにより、脱調の判断精度をさらに向上させることができる。

【符号の説明】

【0095】

１ 制御装置
２ インバータ
３ 制御回路
４ 記憶部
５ ドライブ回路
６ 演算部
７ 電流値変換部
８ 推定部
９ 減算部
１０ トルク指令値算出部
１１ γ－δ電流指令値出力部
１２ 減算部
１３ 減算部
１４ 電圧指令値算出部
１５ 電圧指令値変換部
１６ 脱調判断部
Ｐ 電源
Ｃ コンデンサ
Ｓｅ１ 電流センサ
Ｓｅ２ 電流センサ
Ｓｅ３ 電流センサ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】