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(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】P2024128518
(43)【公開日】2024-09-24
(54)【発明の名称】モータ制御装置
(51)【国際特許分類】
H02P 27/04 20160101AFI20240913BHJP
【ＦＩ】
H02P27/04
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023037514
(22)【出願日】2023-03-10
(71)【出願人】
【識別番号】000180025
【氏名又は名称】山洋電気株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001416
【氏名又は名称】弁理士法人信栄事務所
(72)【発明者】
【氏名】井出 勇治
(72)【発明者】
【氏名】北原 通生
(72)【発明者】
【氏名】宮嵜 俊一
(72)【発明者】
【氏名】碓井 淳之
【テーマコード（参考）】
5H505
【Ｆターム（参考）】
5H505AA18
5H505CC05
5H505EE08
5H505EE30
5H505EE41
5H505EE49
5H505GG02
5H505GG04
5H505HA05
5H505HA08
5H505HB01
5H505JJ09
5H505JJ28
5H505LL07
5H505LL22
5H505LL24
5H505LL54
5H505MM15
(57)【要約】 （修正有）
【課題】少ないモータ速度の低下量で直流電圧の低下を抑制し、瞬時停電による加速時間を短縮するモータ制御装置を提供する。
【解決手段】モータ制御装置１は、交流電源１００からの交流電力を直流電力に変換するコンバータ回路２と、直流電力を平滑化する平滑コンデンサ３と、平滑化された直流電力をモータ駆動用の交流電力に変換するインバータ回路４と、平滑コンデンサにかかる直流電圧から算出されたトルク制限値によりモータのトルクを制限するトルク制限器２１と、弱め界磁制御部と、を備える。直流電圧が第１閾値まで低下した場合、トルク制限器がモータトルクを第１トルク値に制限し、弱め界磁制御部が弱め界磁を小さくしてモータＭの誘起電圧を上げることで、直流電圧を上昇させて、直流電圧が第１閾値から第１閾値よりも大きい第２閾値まで上昇した場合、トルク制限器がモータＭの力行方向のトルクを第１トルク値よりも大きい第２トルク値に制限する。
【選択図】図１
【解決手段】モータ制御装置１は、交流電源１００からの交流電力を直流電力に変換するコンバータ回路２と、直流電力を平滑化する平滑コンデンサ３と、平滑化された直流電力をモータ駆動用の交流電力に変換するインバータ回路４と、平滑コンデンサにかかる直流電圧から算出されたトルク制限値によりモータのトルクを制限するトルク制限器２１と、弱め界磁制御部と、を備える。直流電圧が第１閾値まで低下した場合、トルク制限器がモータトルクを第１トルク値に制限し、弱め界磁制御部が弱め界磁を小さくしてモータＭの誘起電圧を上げることで、直流電圧を上昇させて、直流電圧が第１閾値から第１閾値よりも大きい第２閾値まで上昇した場合、トルク制限器がモータＭの力行方向のトルクを第１トルク値よりも大きい第２トルク値に制限する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
交流電源からの交流電力を直流電力に変換するコンバータ回路と、
前記直流電力を平滑化する平滑コンデンサと、
平滑化された前記直流電力をモータ駆動用の交流電力に変換するインバータ回路と、
前記平滑コンデンサにかかる直流電圧から算出されたトルク制限値に基づいて、モータのトルクを制限するトルク制限器と、
弱め界磁制御部と、
を備え、
前記直流電圧が第１閾値まで低下した場合、前記トルク制限器が前記モータの力行方向のトルクを第１トルク値に制限し、前記第１トルク値に制限することで、前記弱め界磁制御部により弱め界磁が小さくなり、前記モータの誘起電圧が上がることで、前記直流電圧を上昇させて、
前記直流電圧が前記第１閾値から前記第１閾値よりも大きい第２閾値まで上昇した場合、前記トルク制限器が前記モータの力行方向のトルクを第１トルク値よりも大きい第２トルク値に制限することを特徴とする、モータ制御装置。
前記直流電力を平滑化する平滑コンデンサと、
平滑化された前記直流電力をモータ駆動用の交流電力に変換するインバータ回路と、
前記平滑コンデンサにかかる直流電圧から算出されたトルク制限値に基づいて、モータのトルクを制限するトルク制限器と、
弱め界磁制御部と、
を備え、
前記直流電圧が第１閾値まで低下した場合、前記トルク制限器が前記モータの力行方向のトルクを第１トルク値に制限し、前記第１トルク値に制限することで、前記弱め界磁制御部により弱め界磁が小さくなり、前記モータの誘起電圧が上がることで、前記直流電圧を上昇させて、
前記直流電圧が前記第１閾値から前記第１閾値よりも大きい第２閾値まで上昇した場合、前記トルク制限器が前記モータの力行方向のトルクを第１トルク値よりも大きい第２トルク値に制限することを特徴とする、モータ制御装置。
【請求項2】
前記モータ制御装置は、前記トルク制限値を算出するトルク制限制御器をさらに備え、
前記トルク制限制御器は、互いに閾値が異なる複数のヒステリシスコンパレータを有し、
前記トルク制限制御器は、前記複数のヒステリシスコンパレータに前記直流電圧を入力させたときの出力に基づいて、前記トルク制限値を算出する、請求項１に記載のモータ制御装置。
前記トルク制限制御器は、互いに閾値が異なる複数のヒステリシスコンパレータを有し、
前記トルク制限制御器は、前記複数のヒステリシスコンパレータに前記直流電圧を入力させたときの出力に基づいて、前記トルク制限値を算出する、請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項3】
前記モータ制御装置は、前記モータの速度指令、および前記トルク制限制御器が算出するトルク制限値に基づいて、前記モータを制御する、請求項２に記載のモータ制御装置。
【請求項4】
前記モータ制御装置は、
前記モータの速度指令、および前記トルク制限制御器が算出するトルク制限値に基づいて電流指令を算出し、
前記電流指令と弱め界磁制御部が算出するｄ軸と前記電流指令との間の電気角に基づいて、ｄ軸電流指令およびｑ軸電流指令を算出する、請求項２に記載のモータ制御装置。
前記モータの速度指令、および前記トルク制限制御器が算出するトルク制限値に基づいて電流指令を算出し、
前記電流指令と弱め界磁制御部が算出するｄ軸と前記電流指令との間の電気角に基づいて、ｄ軸電流指令およびｑ軸電流指令を算出する、請求項２に記載のモータ制御装置。
【請求項5】
交流電源からの交流電力を直流電力に変換するコンバータ回路と、
前記直流電力を平滑化する平滑コンデンサと、
平滑化された前記直流電力をモータ駆動用の交流電力に変換するインバータ回路と、
前記平滑コンデンサにかかる直流電圧に基づいて、モータのトルクを制限するトルク制限器と、
前記平滑コンデンサにかかる直流電圧に基づいて、弱め界磁を制限する弱め界磁制限器と、
を備え、
前記直流電圧が第１閾値まで低下した場合、
前記トルク制限器が前記モータの力行方向のトルクを第１トルク値に制限し、
前記弱め界磁制限器が弱め界磁を第１弱め界磁値に制限することで、
前記モータの誘起電圧が上がり、前記直流電圧が上昇し、
前記直流電圧が前記第１閾値から前記第１閾値よりも大きい第２閾値まで上昇した場合、
前記トルク制限器が前記モータの力行方向のトルクを第１トルク値よりも大きい第２トルク値に制限し、
前記弱め界磁制限器が弱め界磁を第１弱め界磁値よりも大きい第２弱め界磁値に制限することを特徴とする、モータ制御装置。
前記直流電力を平滑化する平滑コンデンサと、
平滑化された前記直流電力をモータ駆動用の交流電力に変換するインバータ回路と、
前記平滑コンデンサにかかる直流電圧に基づいて、モータのトルクを制限するトルク制限器と、
前記平滑コンデンサにかかる直流電圧に基づいて、弱め界磁を制限する弱め界磁制限器と、
を備え、
前記直流電圧が第１閾値まで低下した場合、
前記トルク制限器が前記モータの力行方向のトルクを第１トルク値に制限し、
前記弱め界磁制限器が弱め界磁を第１弱め界磁値に制限することで、
前記モータの誘起電圧が上がり、前記直流電圧が上昇し、
前記直流電圧が前記第１閾値から前記第１閾値よりも大きい第２閾値まで上昇した場合、
前記トルク制限器が前記モータの力行方向のトルクを第１トルク値よりも大きい第２トルク値に制限し、
前記弱め界磁制限器が弱め界磁を第１弱め界磁値よりも大きい第２弱め界磁値に制限することを特徴とする、モータ制御装置。
【請求項6】
前記モータ制御装置は、トルク制限値および弱め界磁制限値を算出する制限制御器をさらに備え、
前記制限制御器は、互いに閾値が異なる複数のヒステリシスコンパレータを有し、
前記制限制御器は、前記複数のヒステリシスコンパレータに前記直流電圧を入力させたときの出力に基づいて、前記トルク制限値および前記弱め界磁制限値を算出する、請求項５に記載のモータ制御装置。
前記制限制御器は、互いに閾値が異なる複数のヒステリシスコンパレータを有し、
前記制限制御器は、前記複数のヒステリシスコンパレータに前記直流電圧を入力させたときの出力に基づいて、前記トルク制限値および前記弱め界磁制限値を算出する、請求項５に記載のモータ制御装置。
【請求項7】
前記モータ制御装置は、前記モータの速度指令、および前記制限制御器が算出する前記トルク制限値および前記弱め界磁制限値に基づいて、前記モータを制御する、請求項６に記載のモータ制御装置。
【請求項8】
前記モータ制御装置は、
前記モータの速度指令、および前記制限制御器が算出するトルク制限値に基づいてｑ軸電流指令を算出し、
弱め界磁制御部が算出するｄ軸電流指令および前記弱め界磁制限値に基づいて、制限後のｄ軸電流指令を算出する、請求項６に記載のモータ制御装置。
前記モータの速度指令、および前記制限制御器が算出するトルク制限値に基づいてｑ軸電流指令を算出し、
弱め界磁制御部が算出するｄ軸電流指令および前記弱め界磁制限値に基づいて、制限後のｄ軸電流指令を算出する、請求項６に記載のモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、モータ制御装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来のモータ制御装置は、モータの力行動作中に交流電源の瞬時停電が発生した場合、平滑コンデンサからインバータを通してモータに電力を供給する。この時、平滑コンデンサの電圧がモータの駆動可能電圧より低下すると、電圧異常を検出してモータを停止させる。そのため、工場のラインが止まってしまい、工場の稼働率が低下してしまう。
【0003】
例えば、特許文献１には、インバータの直流電圧に関して、順次電圧低下の度合いが大きくなる電圧の第一、第二、第三閾値を設定したインバータの制御方法が開示されている。特許文献１に記載の制御方法は、電源停電の発生により直流電圧が低下して第二閾値以下になるとインバータに対する運転指令信号で減速させて、減速に伴う電力回生により直流電圧が増大して第一閾値を超えると運転指令信号で加速させる。以後、運転指令信号に対する減速・加速制御を繰り返すことで直流電圧の降下率の低減を図ると共に、直流電圧が第三閾値を超えていればインバータによる電動機の運転を継続させる。
【0004】
また、特許文献２には、電動機運転中に直流電圧が停電検出レベル電圧ＶＵ２より低くなると電動機を減速させて、直流電圧が下限許容電圧ＶＵ０と停電検出レベル電圧ＶＵ２との間になると加減速を停止して、電動機の速度を一定とし、直流電圧が下限許容電圧ＶＵ０を越えると通常制御に復帰する、電動機の停電時処理方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開平６－１６５５７９号公報
【特許文献2】特開平１１－３０８８９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、特許文献１、２に開示された方法では、モータを減速させて直流電圧を上昇させるため、モータ速度の低下量が大きいという問題があった。速度の低下量が大きいと、加速時間が延びてしまい、工場の稼働率が低下してしまう。
【0007】
そこで、本発明は、少ないモータ速度の低下量で直流電圧の低下を抑制して異常の発生を防止することにより、瞬時停電による加速時間の延びを短くすることのできるモータ制御装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の一側面に係るモータ制御装置は、
交流電源からの交流電力を直流電力に変換するコンバータ回路と、
前記直流電力を平滑化する平滑コンデンサと、
平滑化された前記直流電力をモータ駆動用の交流電力に変換するインバータ回路と、
前記平滑コンデンサにかかる直流電圧に基づいて、モータのトルクを制限するトルク制限器と、
前記平滑コンデンサにかかる直流電圧に基づいて、弱め界磁を制限する弱め界磁制限器と、
を備え、
前記直流電圧が第１閾値まで低下した場合、
前記トルク制限器が前記モータの力行方向のトルクを第１トルク値に制限し、
前記弱め界磁制限器が弱め界磁を第１弱め界磁値に制限することで、
前記モータの誘起電圧が上がり、前記直流電圧が上昇し、
前記直流電圧が前記第１閾値から前記第１閾値よりも大きい第２閾値まで上昇した場合、
前記トルク制限器が前記モータの力行方向のトルクを第１トルク値よりも大きい第２トルク値に制限し、
前記弱め界磁制限器が弱め界磁を第１弱め界磁値よりも大きい第２弱め界磁値に制限する。
交流電源からの交流電力を直流電力に変換するコンバータ回路と、
前記直流電力を平滑化する平滑コンデンサと、
平滑化された前記直流電力をモータ駆動用の交流電力に変換するインバータ回路と、
前記平滑コンデンサにかかる直流電圧に基づいて、モータのトルクを制限するトルク制限器と、
前記平滑コンデンサにかかる直流電圧に基づいて、弱め界磁を制限する弱め界磁制限器と、
を備え、
前記直流電圧が第１閾値まで低下した場合、
前記トルク制限器が前記モータの力行方向のトルクを第１トルク値に制限し、
前記弱め界磁制限器が弱め界磁を第１弱め界磁値に制限することで、
前記モータの誘起電圧が上がり、前記直流電圧が上昇し、
前記直流電圧が前記第１閾値から前記第１閾値よりも大きい第２閾値まで上昇した場合、
前記トルク制限器が前記モータの力行方向のトルクを第１トルク値よりも大きい第２トルク値に制限し、
前記弱め界磁制限器が弱め界磁を第１弱め界磁値よりも大きい第２弱め界磁値に制限する。
【0009】
本発明の一側面に係るモータ制御装置は、
交流電源からの交流電力を直流電力に変換するコンバータ回路と、
前記直流電力を平滑化する平滑コンデンサと、
平滑化された前記直流電力をモータ駆動用の交流電力に変換するインバータ回路と、
前記平滑コンデンサにかかる直流電圧から算出されたトルク制限値に基づいて、モータのトルクを制限するトルク制限器と、
弱め界磁制御部と、
を備え、
前記直流電圧が第１閾値まで低下した場合、前記トルク制限器が前記モータの力行方向のトルクを第１トルク値に制限し、前記第１トルク値を制限することで、前記弱め界磁制御部が弱め界磁を小さくして前記モータの誘起電圧を上げることで、前記直流電圧を上昇させて、
前記直流電圧が前記第１閾値から前記第１閾値よりも大きい第２閾値まで上昇した場合、前記トルク制限器が前記モータの力行方向のトルクを第１トルク値よりも大きい第２トルク値に制限する。
交流電源からの交流電力を直流電力に変換するコンバータ回路と、
前記直流電力を平滑化する平滑コンデンサと、
平滑化された前記直流電力をモータ駆動用の交流電力に変換するインバータ回路と、
前記平滑コンデンサにかかる直流電圧から算出されたトルク制限値に基づいて、モータのトルクを制限するトルク制限器と、
弱め界磁制御部と、
を備え、
前記直流電圧が第１閾値まで低下した場合、前記トルク制限器が前記モータの力行方向のトルクを第１トルク値に制限し、前記第１トルク値を制限することで、前記弱め界磁制御部が弱め界磁を小さくして前記モータの誘起電圧を上げることで、前記直流電圧を上昇させて、
前記直流電圧が前記第１閾値から前記第１閾値よりも大きい第２閾値まで上昇した場合、前記トルク制限器が前記モータの力行方向のトルクを第１トルク値よりも大きい第２トルク値に制限する。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、少ないモータ速度の低下量で直流電圧の低下を抑制して異常の発生を防止することにより、瞬時停電による加速時間を短くすることのできるモータ制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】本発明の第一実施形態に係るモータ制御装置のブロック図である。
【図2】本発明の第一実施形態に係る電流指令算出器のブロック図である。
【図3】モータ速度と電気角φ’との関係を示すグラフである。
【図4】本発明の第一実施形態に係るトルク制限制御器のブロック図である。
【図5】モータ加速中に瞬時停電が発生した場合の動作を説明するグラフである。
【図6】本発明の第二実施形態に係るモータ制御装置のブロック図である。
【図7】本発明の第に実施形態に係る電流指令算出器のブロック図である。
【図8】モータ速度とｄ軸電流指令との関係を示すグラフである。
【図9】本発明の第二実施形態に係るトルク制限制御器のブロック図である。
【図10】モータ加速中に瞬時停電が発生した場合の動作を説明するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。尚、実施形態の説明において既に説明された構成と同一の参照番号を有する構成については、説明の便宜上、その説明は省略する。
［第一実施形態］
［第一実施形態］
【0013】
図１は、本発明の第一実施形態に係るモータ制御装置１のブロック図である。
図１に示すように、モータ制御装置１は、コンバータ回路２と、平滑コンデンサ３と、インバータ回路４と、を備える。また、モータ制御装置１は、トルク制限制御器１０と、速度制御器２０と、トルク制限器２１と、電流指令算出器３０と、速度算出器４０と、電流検出器５と、フィードバック（ＦＢ）側座標変換器５０と、ｑ軸電流制御器６０と、ｄ軸電流制御器６１と、指令側座標変換器７０と、ＰＷＭ制御器７１と、を備える。
図１に示すように、モータ制御装置１は、コンバータ回路２と、平滑コンデンサ３と、インバータ回路４と、を備える。また、モータ制御装置１は、トルク制限制御器１０と、速度制御器２０と、トルク制限器２１と、電流指令算出器３０と、速度算出器４０と、電流検出器５と、フィードバック（ＦＢ）側座標変換器５０と、ｑ軸電流制御器６０と、ｄ軸電流制御器６１と、指令側座標変換器７０と、ＰＷＭ制御器７１と、を備える。
【0014】
コンバータ回路２は、三相（ｒ相、ｓ相、ｔ相）のフルブリッジ回路であり、６個の整流ダイオードから構成される。コンバータ回路２は、交流電源１００から入力される三相交流を直流に変換する。
【0015】
平滑コンデンサ３は、例えば電解コンデンサであり、コンバータ回路２が出力する直流を平滑化し、蓄電する。
【0016】
インバータ回路４は、三相（ｕ相、ｖ相、ｗ相）のフルブリッジ回路であり、６個の半導体スイッチング素子から構成される。半導体スイッチング素子は、例えば、ＩＧＢＴと、逆並列された還流ダイオードとから構成される。インバータ回路４は、ＰＷＭ制御器７１が６個の半導体スイッチング素子を駆動することで、平滑コンデンサ３からの直流またはコンバータ回路２が出力する直流をモータ駆動用の三相交流に変換し、モータＭへ供給する。
【0017】
エンコーダＥは、モータＭに搭載されていて、モータＭのロータの位置θＦＢを検出する。検出されたロータの位置θＦＢは、速度算出器４０に入力される。速度算出器４０は、検出されたロータの位置θＦＢを微分処理してモータ速度ＶＦＢを算出する。
【0018】
速度制御器２０は、速度指令Ｖｃｍｄとモータ速度ＶＦＢとの偏差が入力され、トルク指令Ｔｃを算出し、出力する。
【0019】
トルク制限制御器１０は、平滑コンデンサ３にかかる直流電圧ＶＰＮが入力され、トルク制限値ＴＬを算出し、出力する。トルク制限値ＴＬの算出方法については後述にて説明する。
【0020】
トルク制限器２１は、速度制御器２０からトルク指令Ｔｃが入力され、トルク制限制御器１０からトルク制限値ＴＬが入力され、トルク制限後のトルク指令ＴｃＬを算出し、出力する。
【0021】
電流指令算出器３０は、トルク制限器２１からトルク制限後のトルク指令ＴｃＬが入力され、ｑ軸電流指令ＩｑＣとｄ軸電流指令ＩｄＣを算出し、出力する。
【0022】
ｑ軸電流制御器６０は、電流指令算出器３０からのｑ軸電流指令ＩｑＣとフィードバック側座標変換器５０からのｑ軸電流フィードバックＩｑＦとの偏差が入力され、入力された偏差からｑ軸電圧指令ＶｑＣを算出し、出力する。
【0023】
同様に、ｄ軸電流制御器６１は、電流指令算出器３０からのｄ軸電流指令ＩｄＣとフィードバック側座標変換器５０からのｄ軸電流フィードバックＩｄＦとの偏差が入力され、入力された偏差からｄ軸電圧指令ＶｄＣを算出し、出力する。
【0024】
ｑ軸電圧指令ＶｑＣとｄ軸電圧指令ＶｄＣは、指令側座標変換器７０に入力される。指令側座標変換器７０は、ロータの位置θＦＢに基づいて、ｑ軸電圧指令ＶｑＣとｄ軸電圧指令ＶｄＣを、ｄｑ回転座標系から三相静止座標系へ座標変換し、三相電圧指令ＶＵＣ、ＶＶＣ、ＶＷＣを算出する。三相電圧指令ＶＵＣ、ＶＶＣ、ＶＷＣはＰＷＭ制御器７１に入力され、ＰＷＭ制御器７１は入力された三相電圧指令ＶＵＣ、ＶＶＣ、ＶＷＣからＰＷＭ制御信号を生成し、出力する。ＰＷＭ制御信号がインバータ回路４の６個の半導体スイッチング素子に入力されることで、インバータ回路４をＰＷＭ制御し、モータＭを駆動制御する。
【0025】
電流検出器５はモータＭのＵ相のモータ電流ＩＵと、Ｖ相のモータ電流ＩＶを検出する。モータ電流ＩＵ、ＩＶの電流検出値はフィードバック側座標変換器５０に入力される。フィードバック側座標変換器５０は、ロータの位置θＦＢに基づいて、モータ電流ＩＵ、ＩＶの電流検出値を、三相静止座標系からｄｑ回転座標系へ座標変換し、ｑ軸電流フィードバックＩｑＦとｄ軸電流フィードバックＩｄＦを算出する。
【0026】
図２に、本発明の第一実施形態に係る電流指令算出器３０のブロック図である。
図２に示すように、電流指令算出器３０は、トルク定数除算器３１と、ＳＩＮ乗算器３２と、ＣＯＳ乗算器３３と、絶対値演算器３４と、弱め界磁制御部３５と、を備える。
図２に示すように、電流指令算出器３０は、トルク定数除算器３１と、ＳＩＮ乗算器３２と、ＣＯＳ乗算器３３と、絶対値演算器３４と、弱め界磁制御部３５と、を備える。
【0027】
トルク定数除算器３１は、トルク制限器２１からトルク制限後のトルク指令ＴｃＬが入力され、制限後のトルク指令ＴｃＬをトルク定数ＴＫで除算して電流指令Ｉｃを算出する。算出された電流指令Ｉｃは、ＳＩＮ乗算器３２に入力される。また、算出された電流指令Ｉｃは、絶対値演算器３４に入力される。絶対値演算器３４は、入力された電流指令Ｉｃの絶対値｜Ｉｃ｜を算出する。算出された絶対値｜Ｉｃ｜はＣＯＳ乗算器３３に入力される。
【0028】
弱め界磁制御部３５は、モータ速度ＶＦＢが入力され、ｄ軸と電流指令Ｉｃとの間の電気角φを算出する。算出された電気角φは、ＳＩＮ乗算器３２と、ＣＯＳ乗算器３３に入力される。
【0029】
ＳＩＮ乗算器３２は、入力される電流指令Ｉｃと弱め界磁制御部３５で算出された電気角φに基づいて、以下の数式（１）によりｑ軸電流指令ＩｑＣを算出し、出力する。
【式１】
【0030】
ＩｑＣ＝Ｉｃ×ＳＩＮφ
同様に、ＣＯＳ乗算器３３は、入力される絶対値｜Ｉｃ｜と弱め界磁制御部３５で算出された電気角φに基づいて、以下の数式（２）によりｄ軸電流指令ＩｄＣを算出し、出力する。
同様に、ＣＯＳ乗算器３３は、入力される絶対値｜Ｉｃ｜と弱め界磁制御部３５で算出された電気角φに基づいて、以下の数式（２）によりｄ軸電流指令ＩｄＣを算出し、出力する。
【式２】
【0031】
ＩｄＣ＝｜Ｉｃ｜×ＣＯＳφ
【0032】
図３は、モータ速度ＶＦＢと電気角φとの関係を示すグラフである。縦軸に電気角φを、横軸にモータ速度ＶＦＢを示す。図３に示すように、モータ速度ＶＦＢの低速領域では、電流指令Ｉｃに対してモータＭの最大トルクである第２トルク値ＴＰが得られるように電気角φが調整される。また、モータ速度ＶＦＢの高速領域では、モータＭにかかるモータ電圧がインバータ回路４の出力電圧以下になるように、弱め界磁制御部３５がモータ速度ＶＦＢに応じて電気角φを大きくすることで弱め界磁を行う。
【0033】
【0034】
トルク制限制御器１０は、第１ヒステリシスコンパレータ１１と、第２ヒステリシスコンパレータ１２と、トルク制限値算出器１３と、を備える。
【0035】
第１ヒステリシスコンパレータ１１は、２つの閾値Ｖ０、Ｖ２を有し、第２ヒステリシスコンパレータ１２は、２つの閾値Ｖ１、Ｖ２を有する。閾値Ｖ２は、直流電圧ＶＰＮの低下異常電圧より少し高い値に設定される。ここで、低下異常電圧とは、直流電圧ＶＰＮがモータＭの駆動可能電圧より低い異常状態を検出する所定範囲の電圧値を意味する。また、閾値Ｖ１は閾値Ｖ２より高い値に、閾値Ｖ０は閾値Ｖ１より高い値に設定される。
第１ヒステリシスコンパレータ１１は、直流電圧ＶＰＮが閾値Ｖ２以下の場合は１を出力し、閾値Ｖ０を超えると０を出力する。さらに、直流電圧ＶＰＮが閾値Ｖ０を超えてから閾値Ｖ２以下に低下すると１を出力する。同様に、第２ヒステリシスコンパレータ１２は、直流電圧ＶＰＮが閾値Ｖ２以下の場合は１を出力し、閾値Ｖ１を超えると０を出力する。さらに、直流電圧ＶＰＮが閾値Ｖ１を超えてから閾値Ｖ２以下に低下すると１を出力する。
第１ヒステリシスコンパレータ１１は、直流電圧ＶＰＮが閾値Ｖ２以下の場合は１を出力し、閾値Ｖ０を超えると０を出力する。さらに、直流電圧ＶＰＮが閾値Ｖ０を超えてから閾値Ｖ２以下に低下すると１を出力する。同様に、第２ヒステリシスコンパレータ１２は、直流電圧ＶＰＮが閾値Ｖ２以下の場合は１を出力し、閾値Ｖ１を超えると０を出力する。さらに、直流電圧ＶＰＮが閾値Ｖ１を超えてから閾値Ｖ２以下に低下すると１を出力する。
【0036】
第１ヒステリシスコンパレータ１１と第２ヒステリシスコンパレータ１２からの出力値（０または１）が、トルク制限値算出器１３に入力される。トルク制限値算出器１３は、第１ヒステリシスコンパレータ１１の出力値が１、第２ヒステリシスコンパレータ１２の出力値が１の場合、トルク制限値ＴＬを０として出力する。また、トルク制限値算出器１３は、第１ヒステリシスコンパレータ１１の出力値が１、第２ヒステリシスコンパレータ１２の出力値が０の場合、トルク制限値ＴＬを第１トルク値ＴＲ（直流電圧ＶＰＮの低下量が急峻とならない値であって、例えばモータＭの最大トルクＴＰの１／２である）として出力する。また、トルク制限値算出器１３は、第１ヒステリシスコンパレータ１１の出力値が０、第２ヒステリシスコンパレータ１２の出力値が０の場合、トルク制限値ＴＬを第２トルク値ＴＰ（モータＭの最大トルク）として出力する。
【0037】
図１に示すトルク制限器２１は、トルク制限制御器１０から出力されるトルク制限値ＴＬに基づいて、モータＭの力行方向のトルクを制限する。具体的には、直流電圧ＶＰＮが閾値Ｖ２まで低下した場合、トルク制限器２１はモータＭの力行方向のトルク指令を０に制限する。トルク指令が０に制限されることで、ｄ軸電流指令ＩｄＣは０になり、弱め界磁が小さくなり、モータＭの誘起電圧Ｖｉが上がる。これにより直流電圧ＶＰＮを上昇させる。直流電圧ＶＰＮが閾値Ｖ２から閾値Ｖ１まで上昇した場合、トルク制限器２１はモータＭの力行方向のトルクを第１トルク値ＴＲに制限する。ここで、トルク制限器２１において力行方向のトルクのみを制限しているのは、モータＭの力行運転時に直流電圧ＶＰＮの低下が起きるためであり、モータＭの回生時は直流電圧ＶＰＮが上昇するため、トルクの制限の必要がないからである。なお、トルク指令Ｔｃとモータ速度ＶＦＢの極性に基づいて、モータＭが力行運転を行っているか回生動作を行っているかを判別することができる。
【0038】
図５は、モータ加速中に瞬時停電が発生した場合の動作を説明するグラフである。縦軸に、上段から平滑コンデンサ３にかかる直流電圧ＶＰＮ、第１ヒステリシスコンパレータ１１の出力値、第２ヒステリシスコンパレータ１２の出力値、トルク制限値ＴＬ、モータ速度ＶＦＢを示す。横軸に、時間を示す。
【0039】
瞬時停電が発生して、直流電圧ＶＰＮが閾値Ｖ２まで低下すると、第１ヒステリシスコンパレータ１１、第２ヒステリシスコンパレータ１２の出力値がともに１になるため、トルク制限値ＴＬは０になり、力行方向のトルク指令Ｔｃは０に制限される。
【0040】
力行方向のトルク指令Ｔｃが０に制限されると、モータＭはフリーラン状態になり、モータ速度ＶＦＢは徐々に低下する。また、トルク制限値ＴＬを０にすることで、ｄ軸電流指令ＩｄＣが０になり、弱め界磁が減少する。そのため、モータＭの誘起電圧Ｖｉが大きくなり、直流電圧ＶＰＮが上昇する。
【0041】
直流電圧ＶＰＮが閾値Ｖ１を超えると、第１ヒステリシスコンパレータ１１の出力値は１になり、第２ヒステリシスコンパレータ１２の出力値は０になるため、トルク制限値ＴＬが第１トルク値ＴＲまで緩和される。そのため、モータＭが加速し、直流電圧ＶＰＮは低下する。
【0042】
直流電圧ＶＰＮが再び閾値Ｖ２まで低下すると、第１ヒステリシスコンパレータ１１、第２ヒステリシスコンパレータ１２の出力値がともに１になるため、トルク制限値ＴＬは０になり、力行方向のトルク指令Ｔｃは０に制限される。
【0043】
その後、瞬時停電が継続している間は上記の通り直流電圧ＶＰＮの上昇低下が繰り返される。瞬時停電が終了すると、直流電圧ＶＰＮが上昇して閾値Ｖ０を超えて、第１ヒステリシスコンパレータ１１、第２ヒステリシスコンパレータ１２の出力値がともに０になるため、トルク制限値ＴＬはモータＭの最大トルクである第２トルク値ＴＰまで緩和され、モータＭは通常運転に復帰する。
【0044】
なお、上記で説明したトルク制限は、いずれも力行方向のトルク制限であり、回生方向のトルク制限ではない。また、第１ヒステリシスコンパレータ１１、第２ヒステリシスコンパレータ１２の出力値がともに１の場合のトルク制限値ＴＬは０に限定されず、微小な値としてもよい。この場合、モータＭが僅かに加速するため直流電圧ＶＰＮの低下が想定されるが、弱め界磁の減少による直流電圧ＶＰＮの上昇の割合が、モータＭの加速による直流電圧ＶＰＮの低下の割合より大きくなるように設定することで、全体として直流電圧ＶＰＮを上昇させることができる。
【0045】
以上より、少ないモータ速度の低下量で直流電圧の低下を抑制して異常の発生を防止することにより、瞬時停電による加速時間の延びを短くすることができる。
［第二実施形態］
［第二実施形態］
【0046】
図６は、本発明の第二実施形態に係るモータ制御装置１’のブロック図である。
図６に示すように、モータ制御装置１’は、コンバータ回路２と、平滑コンデンサ３と、インバータ回路４と、を備える。また、モータ制御装置１’は、制限制御器１０’と、速度制御器２０と、トルク制限器２１と、電流指令算出器３０と、速度算出器４０と、電流検出器５と、フィードバック側座標変換器５０と、ｑ軸電流制御器６０と、ｄ軸電流制御器６１と、指令側座標変換器７０と、ＰＷＭ制御器７１と、を備える。図１に示す第一実施形態に係るモータ制御装置１のブロック図と、図６に示す第二実施形態に係るモータ制御装置１’のブロック図を比較すると、第二実施形態に係るモータ制御装置１’は、トルク制限制御器１０が制限制御器１０’に置き換わった構成である。
図６に示すように、モータ制御装置１’は、コンバータ回路２と、平滑コンデンサ３と、インバータ回路４と、を備える。また、モータ制御装置１’は、制限制御器１０’と、速度制御器２０と、トルク制限器２１と、電流指令算出器３０と、速度算出器４０と、電流検出器５と、フィードバック側座標変換器５０と、ｑ軸電流制御器６０と、ｄ軸電流制御器６１と、指令側座標変換器７０と、ＰＷＭ制御器７１と、を備える。図１に示す第一実施形態に係るモータ制御装置１のブロック図と、図６に示す第二実施形態に係るモータ制御装置１’のブロック図を比較すると、第二実施形態に係るモータ制御装置１’は、トルク制限制御器１０が制限制御器１０’に置き換わった構成である。
【0047】
制限制御器１０’は、平滑コンデンサ３にかかる直流電圧ＶＰＮが入力され、トルク制限値ＴＬおよび弱め界磁制限値ＷＬを算出し、出力する。トルク制限値ＴＬおよび弱め界磁制限値ＷＬの算出方法については後述にて説明する。
【0048】
トルク制限器２１は、速度制御器２０からトルク指令Ｔｃが入力され、制限制御器１０’からトルク制限値ＴＬが入力され、トルク制限後のトルク指令ＴｃＬを算出し、出力する。
【0049】
電流指令算出器３０は、トルク制限器２１からトルク制限後のトルク指令ＴｃＬが入力され、制限制御器１０’から弱め界磁制限値ＷＬが入力され、ｑ軸電流指令ＩｑＣと制限後のｄ軸電流指令ＩｄＣＬを算出し、出力する。
【0050】
他の構成（コンバータ回路２、平滑コンデンサ３、インバータ回路４、電流検出器５、エンコーダＥ、速度制御器２０、ｑ軸電流制御器６０、ｄ軸電流制御器６１、フィードバック側座標変換器５０、指令側座標変換器７０、ＰＷＭ制御器７１）については、図１に示す第一実施形態に係るモータ制御装置１と同様のため説明を省略する。
【0051】
【0052】
トルク定数除算器３１は、トルク制限器２１からトルク制限後のトルク指令ＴｃＬが入力され、制限後のトルク指令ＴｃＬをトルク定数ＴＫで除算してｑ軸電流指令ＩｑＣを算出し、出力する。
【0053】
弱め界磁制御部３５は、モータ速度ＶＦＢが入力され、ｄ軸電流指令ＩｄＣを算出する。弱め界磁制限器３６は、弱め界磁制御部３５からｄ軸電流指令ＩｄＣが入力され、制限制御器１０’から弱め界磁制限値ＷＬが入力され、制限後のｄ軸電流指令ＩｄＣＬを算出し、出力する。
【0054】
図８は、モータ速度ＶＦＢとｄ軸電流指令Ｉｄｃとの関係を示すグラフである。縦軸にｄ軸電流指令Ｉｄｃを、横軸にモータ速度ＶＦＢを示す。図８に示すように、モータ速度ＶＦＢの低速領域では、モータＭの最大トルクである第２トルク値ＴＰが得られるようにｄ軸電流指令Ｉｄｃが０に調整される。また、モータ速度ＶＦＢの高速領域では、モータＭにかかるモータ電圧がインバータ回路４の出力電圧以下になるように、ｄ軸電流指令ＩｄＣをモータ速度ＶＦＢに応じて負の値に設定することで弱め界磁を行う。
【0055】
図９は、本発明の第二実施形態に係る制限制御器１０’のブロック図である。図９を用いて、制限制御器１０’の内部構成、およびトルク制限値ＴＬの算出方法について説明する。なお、図４に示す第一実施形態に係るトルク制限制御器１０のブロック図と、図９に示す第二実施形態に係る制限制御器１０’のブロック図を比較すると、第二実施形態に係る制限制御器１０’は、弱め界磁制限値算出器１４が追加された構成である。
【0056】
制限制御器１０’は、第１ヒステリシスコンパレータ１１と、第２ヒステリシスコンパレータ１２と、トルク制限値算出器１３と、弱め界磁制限値算出器１４と、を備える。
【0057】
トルク制限値算出器１３と弱め界磁制限値算出器１４には、第１ヒステリシスコンパレータ１１と第２ヒステリシスコンパレータ１２からの出力値（０または１）が入力される。第１ヒステリシスコンパレータ１１の出力値が１、第２ヒステリシスコンパレータ１２の出力値が１の場合、トルク制限値算出器１３はトルク制限値ＴＬを０として出力し、弱め界磁制限値算出器１４は弱め界磁制限値ＷＬを０として出力する。また、第１ヒステリシスコンパレータ１１の出力値が１、第２ヒステリシスコンパレータ１２の出力値が０の場合、トルク制限値算出器１３はトルク制限値ＴＬを第１トルク値ＴＲ（直流電圧ＶＰＮの低下量が急峻とならない値であって、例えばモータＭの最大トルクＴＰの１／２である）として出力し、弱め界磁制限値算出器１４は弱め界磁制限値ＷＬを第１弱め界磁値（１／２）として出力する。また、第１ヒステリシスコンパレータ１１の出力値が０、第２ヒステリシスコンパレータ１２の出力値が０の場合、トルク制限値算出器１３はトルク制限値ＴＬを第２トルク値ＴＰ（モータＭの最大トルク）として出力し、弱め界磁制限値算出器１４は弱め界磁制限値ＷＬを第２弱め界磁値（弱め界磁制限がない値であり、１である）として出力する。
【0058】
他の構成（第１ヒステリシスコンパレータ１１、第２ヒステリシスコンパレータ１２）については、図４に示す第一実施形態に係る制限制御器１０と同様のため説明を省略する。
【0059】
図１０は、モータ加速中に瞬時停電が発生した場合の動作を説明するグラフである。縦軸に、上段から平滑コンデンサ３にかかる直流電圧ＶＰＮ、第１ヒステリシスコンパレータ１１の出力値、第２ヒステリシスコンパレータ１２の出力値、トルク制限値ＴＬ、弱め界磁制限値ＷＬ、制限後のｄ軸電流指令ＩｄＣＬ、モータ速度ＶＦＢを示す。横軸に、時間を示す。
【0060】
瞬時停電が発生して、直流電圧ＶＰＮが閾値Ｖ２まで低下すると、第１ヒステリシスコンパレータ１１、第２ヒステリシスコンパレータ１２の出力値がともに１になるため、トルク制限値ＴＬは０になり、力行方向のトルク指令Ｔｃは０に制限される。また、弱め界磁制限値ＷＬも０になり、ｄ軸電流指令ＩｄＣは０に制限される。
【0061】
力行方向のトルク指令Ｔｃが０に制限されると、モータＭはフリーラン状態になり、モータ速度ＶＦＢは徐々に低下する。また、ｄ軸電流指令ＩｄＣを０に制限することにより、弱め界磁が減少する。そのため、モータＭの誘起電圧Ｖｉが大きくなり、直流電圧ＶＰＮが上昇する。
【0062】
直流電圧ＶＰＮが閾値Ｖ１を超えると、第１ヒステリシスコンパレータ１１の出力値は１になり、第２ヒステリシスコンパレータ１２の出力値は０になるため、トルク制限値ＴＬが第１トルク値ＴＲまで緩和され、弱め界磁制限値ＷＬが第１弱め界磁値（１／２）まで緩和され、制限後のｄ軸電流指令ＩｄＣＬが第１電流指令値（第２電流指令値ＩｄｃＮの１／２である）まで緩和される。そのため、モータＭが加速し、直流電圧ＶＰＮは低下する。
【0063】
直流電圧ＶＰＮが再び閾値Ｖ２まで低下すると、第１ヒステリシスコンパレータ１１、第２ヒステリシスコンパレータ１２の出力値がともに１になるため、トルク制限値ＴＬは０になり、力行方向のトルク指令Ｔｃは０に制限される。
【0064】
その後、瞬時停電が継続している間は上記の通り直流電圧ＶＰＮの上昇低下が繰り返される。瞬時停電が終了すると、直流電圧ＶＰＮが上昇して閾値Ｖ０を超えて、第１ヒステリシスコンパレータ１１、第２ヒステリシスコンパレータ１２の出力値がともに０になるため、トルク制限値ＴＬはモータＭの最大トルクである第２トルク値ＴＰまで緩和され、弱め界磁制限値ＷＬは第２弱め界磁値（弱め界磁制限のない値であり、１である）まで緩和され、制限後のｄ軸電流指令ＩｄＣＬが第２電流指令値（ＩｄｃＮ）まで緩和され、モータＭは通常運転に復帰する。
【0065】
なお、上記で説明したトルク制限は、いずれも力行方向のトルク制御であり、回生方向のトルク制限ではない。また、第１ヒステリシスコンパレータ１１、第２ヒステリシスコンパレータ１２の出力値がともに１の場合のトルク制限値ＴＬは０に限定されず、微小な値としてもよい。同様に、弱め界磁制限値ＷＬも０に限定されず、微小な値としてもよい。さらに、第１ヒステリシスコンパレータ１１の出力値が１、第２ヒステリシスコンパレータ１２の出力値が０の場合のトルク制限値ＴＬは第１トルク値ＴＲに限定されず、第１トルク値ＴＲに微小な値が加算または減算された値としてもよい。同様に、弱め界磁制限値ＷＬは、第１弱め界磁値（１／２）に限定されず、第１弱め界磁値（１／２）に微小な値が加算または減算された値としてもよい。
【0066】
以上より、少ないモータ速度の低下量で直流電圧の低下を抑制して異常の発生を防止することにより、瞬時停電による加速時間の延びを短くすることができる。
【0067】
以上、本発明の実施形態について説明をしたが、本発明の技術的範囲が本実施形態の説明によって限定的に解釈されるべきではないのは言うまでもない。本実施形態は単なる一例であって、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内において、様々な実施形態の変更が可能であることが当業者によって理解されるところである。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲に記載された発明の範囲及びその均等の範囲に基づいて定められるべきである。
【符号の説明】
【0068】
１、１’：モータ制御装置
２：コンバータ回路
３：平滑コンデンサ
４：インバータ回路
１０：トルク制限制御器
１０’：制限制御器
１１：第１ヒステリシスコンパレータ
１２：第２ヒステリシスコンパレータ
１３：トルク制限値算出器
１４：弱め界磁制限値算出器
２０：速度制御器
２１：トルク制限器
３０：電流指令算出器
３１：トルク定数除算器
３２：ＳＩＮ乗算器
３３：ＣＯＳ乗算器
３４：絶対値演算器
３５：弱め界磁制御部
３６：弱め界磁制限器
４０：速度算出器
５０：フィードバック側座標変換器
６０：ｑ軸電流制御器
６１：ｄ軸電流制御器
７０：指令側座標変換器
７１：ＰＷＭ制御器
１００：交流電源
Ｍ：モータ
Ｅ：エンコーダ
２：コンバータ回路
３：平滑コンデンサ
４：インバータ回路
１０：トルク制限制御器
１０’：制限制御器
１１：第１ヒステリシスコンパレータ
１２：第２ヒステリシスコンパレータ
１３：トルク制限値算出器
１４：弱め界磁制限値算出器
２０：速度制御器
２１：トルク制限器
３０：電流指令算出器
３１：トルク定数除算器
３２：ＳＩＮ乗算器
３３：ＣＯＳ乗算器
３４：絶対値演算器
３５：弱め界磁制御部
３６：弱め界磁制限器
４０：速度算出器
５０：フィードバック側座標変換器
６０：ｑ軸電流制御器
６１：ｄ軸電流制御器
７０：指令側座標変換器
７１：ＰＷＭ制御器
１００：交流電源
Ｍ：モータ
Ｅ：エンコーダ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】