特開 2024-165742 モータ制御装置およびモータ制御方法

(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】P2024165742

(43)【公開日】2024-11-28

(54)【発明の名称】モータ制御装置およびモータ制御方法

(51)【国際特許分類】

   H02P 21/26 20160101AFI20241121BHJP

【ＦＩ】

H02P21/26

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023082215

(22)【出願日】2023-05-18

(71)【出願人】

【識別番号】000233273

【氏名又は名称】ミネベアパワーデバイス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000350

【氏名又は名称】ポレール弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】松尾 興祐

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 尚礼

(72)【発明者】

【氏名】李 東昇

(72)【発明者】

【氏名】杉野 友啓

【テーマコード（参考）】

5H505

【Ｆターム（参考）】

5H505AA09

5H505DD08

5H505EE41

5H505FF00

5H505FF07

5H505GG02

5H505GG04

5H505HA09

5H505HB01

5H505JJ04

5H505LL14

5H505LL22

5H505LL25

5H505LL41

5H505LL60

(57)【要約】

【課題】モータ回転子の位置と速度とをより高精度に算出することができるモータ制御装置およびモータ制御方法を提供すること。
【解決手段】インバータの動作を電圧指令に基づく制御信号により制御することによって、永久磁石同期モータの動作を制御するものであって、永久磁石同期モータの通常運転時にインバータの制御信号を生成する第１の制御部と、永久磁石同期モータの空転時にインバータの制御信号を生成する第２の制御部とを備え、第２の制御部は、永久磁石同期モータが空転状態である場合に、永久磁石同期モータに予め定めた初期値の直流電流を流す電圧指令を出力し、電圧指令と、電圧指令に応じた永久磁石同期モータの電流値とに基づいて、永久磁石同期モータの回転子位置及び回転速度を算出し、算出した回転速度に基づいて永久磁石同期モータの誘起電圧を推定し、推定した誘起電圧より大きくなるように電圧指令を調整する。
【選択図】 図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

直流電力を交流電力に変換して永久磁石同期モータに供給するインバータの動作を電圧指令に基づく制御信号により制御することによって、前記永久磁石同期モータの動作を制御するモータ制御装置であって、
前記永久磁石同期モータの通常運転時に前記インバータの制御信号を生成する第１の制御部と、
前記永久磁石同期モータの空転時に前記インバータの制御信号を生成する第２の制御部とを備え、
前記第２の制御部は、
前記永久磁石同期モータが空転状態である場合に、
前記永久磁石同期モータに予め定めた初期値の直流電流を流す電圧指令を出力し、
前記電圧指令と、前記電圧指令に応じた前記永久磁石同期モータの電流値とに基づいて、前記永久磁石同期モータの回転子位置及び回転速度を算出し、
算出した前記回転速度に基づいて前記永久磁石同期モータの誘起電圧を推定し、
推定した前記誘起電圧より大きくなるように前記電圧指令を調整することを特徴とするモータ制御装置。

【請求項2】

請求項１記載のモータ制御装置において、
前記第２の制御部は、前記永久磁石同期モータの電機子が備える複数相の内の一相に前記初期値の直流電流を流す電圧指令を出力することを特徴とするモータ制御装置。

【請求項3】

請求項１記載のモータ制御装置において、
前記初期値の直流電流は、前記永久磁石同期モータの低速運転時に想定される速度を推定可能な電流値であることを特徴とするモータ制御装置。

【請求項4】

請求項１記載のモータ制御装置において、
前記第２の制御部は、
永久磁石同期モータの回転速度と誘起電圧定数とに基づいて、前記誘起電圧を推定し、
前記初期値の直流電流を流す電圧指令と前記誘起電圧との偏差を算出し、
予め定めた補正値と前記偏差との差分を電圧指令補正値として算出し、
前記初期値の直流電流を流す電圧指令に前記電圧指令補正値を加算することで前記電圧指令を調整することを特徴とするモータ制御装置。

【請求項5】

直流電力を交流電力に変換して永久磁石同期モータに供給するインバータの動作を電圧指令に基づく制御信号により制御することによって、前記永久磁石同期モータの動作を制御するモータ制御方法であって、
前記永久磁石同期モータが空転状態である場合に、前記永久磁石同期モータに予め定めた初期値の直流電流を流す電圧指令を出力する手順と、
前記電圧指令と、前記電圧指令に応じた前記永久磁石同期モータの電流値とに基づいて、前記永久磁石同期モータの回転子位置及び回転速度を算出する手順と、
算出した前記回転速度に基づいて前記永久磁石同期モータの誘起電圧を推定する手順と、
推定した前記誘起電圧より大きくなるように前記電圧指令を調整する手順と
を有することを特徴とするモータ制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、モータ制御装置およびモータ制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

家電製品や産業機器分野においては、直流電力を交流電力に変換するインバータと永久磁石同期モータとから構成されるモータ駆動システムが広く普及している。このような永久磁石同期モータを高効率で駆動するためには、一般的に、モータの回転子位置情報が必要となる。モータの回転子位置は、エンコーダなどの位置検出器を用いることで直接的に検出することができるが、コストや信頼性の面で課題がある。そこで、近年では、位置検出器を用いることなく永久磁石同期モータの回転子位置を検出する位置センサレス制御が提案され、様々な製品に適用されている。

【0003】

一方、永久磁石同期モータの位置センサレス制御における課題の一つとして、回転子が空転している状態から再始動する方法（「フリーラン起動」と称する）に関するものが知られている。例えば、洗濯機などのモータは、負荷の慣性により、起動前に既に回転している場合がある。この場合、空転状態の回転子位置、回転速度および回転方向などの情報が無ければ、モータが停止するまで待つか、或いは、強制的にブレーキ制御をかけて回転を停止させ、停止状態となった後に改めて再起動しなければならないため、再起動までの時間が長くなる。

【0004】

そこで、例えば、特許文献１及び２に記載の従来技術のように、永久磁石同期モータの空転時に発生する誘起電圧に着目し、モータの巻線をインバータによって短絡させて、このときに流れる電流に基づいて回転子の位置などを推定するものが開発されている。

【0005】

特許文献１においては、モータ駆動用インバータを構成するスイッチング素子のうち、三つの上（下）アーム素子を同時にオンにしてモータ巻線に短絡電流を流し、三相のモータ電流の検出情報に基づいて回転子の位置と回転速度を算出している。

【0006】

また、特許文献２においては、モータ駆動用インバータの２相分の異なるアームの素子を同時にオンオフ動作させて、インバータの直流側の母線（シャント）電流を検出し、モータの回転子位置と回転速度を算出している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０１５－７３３６１号公報

【特許文献2】特開２０１８－１７０９２８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、上記従来技術においては、以下のような問題がある。

【0009】

特許文献１に記載の従来技術においては、インバータが短絡動作時のモータ巻線の短絡電流がモータ誘起電圧と巻線抵抗及びインダクタンスにより決められるため、空転速度によっては、短絡動作時の過電流が発生する恐れがある。

【0010】

特許文献２に記載の従来技術においては、母線（シャント）抵抗に流す電流の検出により、特殊なＰＷＭ制御モードと電流検出処理とを用いるため、モータの回転子位置と回転速度を算出する演算が複雑になり、推定結果に誤差が発生しやすい。

【0011】

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、モータ回転子の位置と速度とをより高精度に算出することができるモータ制御装置およびモータ制御方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、直流電力を交流電力に変換して永久磁石同期モータに供給するインバータの動作を電圧指令に基づく制御信号により制御することによって、前記永久磁石同期モータの動作を制御するモータ制御装置であって、前記永久磁石同期モータの通常運転時に前記インバータの制御信号を生成する第１の制御部と、前記永久磁石同期モータの空転時に前記インバータの制御信号を生成する第２の制御部とを備え、前記第２の制御部は、前記永久磁石同期モータが空転状態である場合に、前記永久磁石同期モータに予め定めた初期値の直流電流を流す電圧指令を出力し、前記電圧指令と、前記電圧指令に応じた前記永久磁石同期モータの電流値とに基づいて、前記永久磁石同期モータの回転子位置及び回転速度を算出し、算出した前記回転速度に基づいて前記永久磁石同期モータの誘起電圧を推定し、推定した前記誘起電圧より大きくなるように前記電圧指令を調整するものとする。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、モータ回転子の位置と速度とをより高精度に算出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】モータ制御システムの全体構成をモータ制御装置及びその関連構成とともに模式的に示す図である。

【図2】モータ制御装置の処理内容を示す機能ブロック図である。

【図3】永久磁石同期モータに直流電流を流した際の電流ベクトルを表す説明図である。

【図4】空転状態推定部の処理内容を示す機能ブロック図である。

【図5】電圧指令生成部の処理内容を示す機能ブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。以下の説明では、モータ制御装置の制御対象として永久磁石同期モータ（ＰＭＳＭ： Permanent Magnet Synchronous Motor）を例示して説明する。

【0016】

図１は、本実施の形態に係るモータ制御システムの全体構成をモータ制御装置及びその関連構成とともに模式的に示す図である。

【0017】

図１に示すように、モータ制御装置４は、直流電源１からの直流電力を交流電力に変換して駆動対象である永久磁石同期モータ３に供給するインバータ２を制御することによって、永久磁石同期モータ３の動作を制御する制御するものである。モータ制御装置４としては、例えば、マイクロコンピュータやＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）などの半導体演算装置が用いられる。

【0018】

直流電源１としては、例えば、図示しない商用交流電源などの交流電源から受電した交流電力を直流電力に変換する電力変換装置（例えば、ダイオード整流器や安定化電源など）や電池などが用いられる。

【0019】

インバータ２は、半導体スイッチング素子（ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴなど）とダイオードが逆並列に接続される二つのアーム回路、言い換えると、上アームと下アームが直列に接続される直列接続回路が、直流電源１の一対の正負端子間に接続されて構成されている。インバータ２は、直列接続回路を出力する交流の相数分備えており、例えば、本実施の形態では３相分の直列接続回路を備えた三相インバータである。インバータ２の上アームおよび下アームは、それぞれ、直流電源１の高電位側および低電位側に接続されている。上アームと下アームの直列接続点は交流端子に接続され、交流端子には永久磁石同期モータ３が接続される。

【0020】

インバータ２の低電位側の母線は、電流検出用のシャント抵抗５を介して直流電源１の負端子に接続されている。シャント抵抗５によって検出される電流検出信号は、増幅器６を介してモータ制御装置４に入力される。増幅器６からモータ制御装置４への出力信号は、モータ制御装置４におけるデジタル演算のために、図示しないサンプリングおよびホールド回路とＡ／Ｄ変換器などによりデジタル信号に変換されている。すなわち、シャント抵抗５と増幅器６とは、インバータ２の低電位側の母線を流れる直流電流を検出して電流検出信号をモータ制御装置４に出力する直流電流検出器を構成している。なお、シャント抵抗５に代えて、電流センサなどの他の電流検出手段を用いても良い。

【0021】

また、インバータ２において、直流電源１の正端子に接続されている高電位側の母線と、直流電源１の負端子に接続されている母線との間には、高電位側と低電位側の母線間の直流電圧を検出して直流電圧検出信号をモータ制御装置４に出力する直流電圧検出器５０が設置されている。直流電圧検出器５０からモータ制御装置４への出力信号は、直流電流検出器と同様に、デジタル信号に変換されている。

【0022】

なお、本実施の形態においては、後述するように、モータ制御装置４が位置検出器を用いることなく永久磁石同期モータの回転子位置を検出して同期を行う、所謂、位置センサレス制御を実行しており、永久磁石同期モータ３には回転子や回転軸の位置を検出するホール素子などの磁極位置検出手段は設けられていない。

【0023】

図２は、モータ制御装置の処理内容を示す機能ブロック図である。なお、前述のように、モータ制御装置４はマイクロコンピュータやＤＳＰなどの半導体演算装置であり、所定のプログラムを実行することによって各機能を実現している。

【0024】

図２に示すように、モータ制御装置４は、速度制御部７と、ｄ軸電流指令生成部８と、電流制御部９と、電圧指令切替部１０と、２相／３相変換部１１と、速度・位相推定部１３と、電圧指令生成部１２と、空転状態推定部１４と、３相／２相変換部１５と、電流再現演算部１６と、制御信号生成部１７（ＰＷＭ制御器）とを備えている。

【0025】

モータ制御装置４は、ｄ－ｑ軸ベクトル制御により、永久磁石同期モータ３に印加する電圧指令を演算し、この電圧指令に基づくインバータ２のＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御信号を生成することにより、永久磁石同期モータ３の動作を制御するものである。モータ制御装置４は、永久磁石同期モータ３の通常運転状態での運転制御（通常運転制御）と、空転状態から通常運転状態への移行制御（起動制御）とを行う。

【0026】

＜通常運転制御＞
まず、通常運転状態での運転制御における各機能ブロックの動作について説明する。

【0027】

電流再現演算部１６は、直流電流検出器を構成する増幅器６から出力される電流検出信号ｉｓｈと、２相／３相変換部１１から制御信号生成部１７に出力されている三相電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊とを用いて、インバータ２からの三相モータ電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを再現する。シャント抵抗５の電流信号から三相モータ電流を再現する方法は公知のものを用いれば良く、ここでの詳細な説明は省略する。

【0028】

なお、本実施の形態においては、コスト低減のために、電流再現演算部１６において、シャント抵抗５によって検出される電流検出信号ｉｓｈから三相モータ電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを再現し、３相／２相変換部１５に入力する方式を採用しているが、これに限定するものではない。例えば、シャント抵抗５に代えて、電流センサなどの電流検出手段を用いてインバータ２の出力である交流電流を検出するように構成しても良く、電流検出手段で検出された三相モータ電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを３相／２相変換部１５に入力するように構成しても良い。

【0029】

３相／２相変換部１５は、電流再現演算部１６によって再現された三相出力電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗと、速度・位相推定部１３によって推定された位相情報θｄ＿ｅｓｔとに基づいて、α軸電流ｉαと、β軸電流ｉβと、ｄｃ軸電流ｉｄｃと、ｑｃ軸電流ｉｑｃとを下記（式１）および（式２）に基づいて演算する。なお、下記（式１）は、所謂、３相／２相変換を表しており、（式２）は回転座標系への変換を表している。

【0030】

【数1】

【0031】

【数2】

【0032】

ｄｃ－ｑｃ軸は、推定位置情報に基づくベクトル制御系の推定軸、ｄ－ｑ軸はモータ回転子軸であり、ここではｄ－ｑ軸とｄｃ－ｑｃ軸との軸誤差はΔθｃと定義する。

【0033】

速度・位相推定部１３は、ｄｃ軸電流検出値ｉｄｃおよびｑｃ軸電流検出値ｉｑｃと、ｄｃ－ｑｃ軸の電圧指令Ｖｄｃ＊，Ｖｑｃ＊とを用いて、回転子の位置や回転速度を推定し、位相情報θｄ＿ｅｓｔおよび推定速度ωｅｓｔとして出力する。なお、速度・位相推定部１３における具体的な推定手段は公知のものを用いれば良く、ここでの詳細な説明は省略する。

【0034】

速度制御部７は、外部からの指令に応じてモータ制御装置４内の機能部（図示せず）で生成された速度指令値ω＊と、速度・位相推定部１３によって推定された推定速度ωｅｓｔとから演算部２５で演算された偏差を０（ゼロ）に近づけるように、すなわち、推定速度ωｅｓｔを速度指令値ω＊に近づけるように、ｑｃ軸電流指令値Ｉｑｃ＊を作成する。

【0035】

ｄ軸電流指令生成部８は、三相モータ電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを最小化するためのｄｃ軸電流指令値Ｉｄｃ＊を生成する。

【0036】

電流制御部９は、ｄ軸電流指令生成部８から与えられるｄｃ軸電流指令値Ｉｄｃ＊と、速度制御部７から与えられるｑｃ軸電流指令値Ｉｑｃ＊と、３相／２相変換部１５から与えられるｄｃ軸電流検出値ｉｄｃおよびｑｃ軸電流検出値ｉｑｃと、速度指令値ω＊およびモータ定数とを用いて、ｄｃ軸電圧指令値Ｖｄｃ＊およびｑｃ軸電圧指令値Ｖｑｃ＊を演算して出力する。

【0037】

電圧指令切替部１０は、外部からの切替信号に基づいて、電流制御部９によって算出されたｄｃ－ｑｃ軸の電圧指令Ｖｄｃ＊，Ｖｑｃ＊と電圧指令生成部１２によって算出されたα－β軸の電圧指令Ｖα＊，Ｖβ＊のいずれか一方を２相／３相変換部１１に出力する。具体的には、電圧指令切替部１０は、通常運転状態である場合の切替信号に基づいて電流制御部９によって算出されたｄｃ－ｑｃ軸の電圧指令Ｖｄｃ＊，Ｖｑｃ＊を２相／３相変換部１１に出力する。なお、電圧指令切替部１０は、空転状態（起動制御）である場合の切替信号に基づいて電圧指令生成部１２によって算出されたα－β軸の電圧指令Ｖα＊，Ｖβ＊を２相／３相変換部１１に出力する。

【0038】

２相／３相変換部１１は、通常運転状態では、電流制御部９によって算出されて電圧指令切替部１０を介して入力されたｄｃ－ｑｃ軸の電圧指令Ｖｄｃ＊，Ｖｑｃ＊と、速度・位相推定部１３からの位相情報θｄ＿ｅｓｔとを用いて、三相電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊を下記（式３）および（式４）により算出して出力する。なお、下記（式３）は、回転座標系から固定座標系への変換を表しており、（式４）は、所謂、２相／３相変換を表している。

【0039】

【数3】

【0040】

【数4】

【0041】

制御信号生成部１７は、２相／３相変換部１１からの三相電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊と、直流電圧検出器５０からの検出値（直流電圧検出信号）とに基づいて制御信号を生成し、インバータ２に出力する。

【0042】

＜起動制御＞
続いて、空転状態から通常運転状態への移行制御（起動制御）における各機能ブロックの動作について説明する。なお、起動制御においては、通常運転状態との相違点についてのみ説明する。

【0043】

まず、空転時の位相検出（回転子位置および回転速度の推定）の基本原理について説明する。

【0044】

永久磁石同期モータ３を回転子位置と回転速度情報用いずに空転状態から再始動しようとした場合、永久磁石同期モータ３の回転速度によっては、通常運転制御による起動は難しいことがある。そこで、本実施の形態においては、永久磁石同期モータ３の空転状態において回転子位置と回転速度を算出して、起動制御に用いる。

【0045】

図３は、永久磁石同期モータに直流電流を流した際の電流ベクトルを表す説明図である。

【0046】

図３において、永久磁石同期モータ３が空転していない場合、α軸を基準とする直流電流に応じた電流Ｉα＿ＤＣが永久磁石同期モータ３に流れる。この場合、β軸電流Ｉβは０（ゼロ）になる。

【0047】

一方、永久磁石同期モータ３が空転している場合（空転状態の場合）、誘起電圧による影響分の電流Ｉｅが電流Ｉα＿ＤＣに加わり、ベクトルとして加算された電流Ｉαβ（＝Ｉα＿ＤＣ＋Ｉｅ）が永久磁石同期モータ３に流れる。つまり、図３に示すように、永久磁石同期モータ３の空転状態における回転速度や回転方向に応じて電流Ｉαβの位相角が変化する。

【0048】

そこで、本実施の形態では、永久磁石同期モータ３を流れる電流Ｉα，Ｉβが空転状態に応じて変化することを利用して、永久磁石同期モータ３の空転状態における回転速度や回転方向を推定する。

【0049】

なお、本実施の形態においては、三相モータである永久磁石同期モータ３のうちの１相に直流電流を流す場合を例示して説明するが、複数相に直流電流を流してそれぞれについて回転速度や回転方向を推定しても良い。

【0050】

図４は、空転状態推定部の処理内容を示す機能ブロック図である。

【0051】

図４において、空転状態推定部１４は、空転状態の永久磁石同期モータ３の回転子位置としての初期位相θｄ０と回転速度としての初期速度ωｅ０とを算出し、電圧指令生成部１２および速度・位相推定部１３に出力する機能部であり、磁束推定部１８と、空転位相推定部１９と、空転速度推定部２０とから構成されている。

【0052】

磁束推定部１８は、電圧指令生成部１２によって算出されたα－β軸の電圧指令Ｖα＊，Ｖβ＊と３相／２相変換部１５で演算したα－β軸のモータ電流ｉα，ｉβとを用いて、推定磁束Ψα＿ｅｓｔ，Ψβ＿ｅｓｔを下記（式５）および（式６）により算出し、空転位相推定部１９に出力する。なお、（式５）および（式６）において、Ｒはモータ巻線抵抗値であり、Ψα（０），Ψβ（０）はそれぞれ推定磁束Ψα＿ｅｓｔ，Ψβ＿ｅｓｔの初期値である。

【0053】

【数5】

【0054】

【数6】

【0055】

空転位相推定部１９は、磁束推定部１８で演算した推定磁束Ψα＿ｅｓｔ，Ψβ＿ｅｓｔを用いて、初期位相θｄ０を下記（式７）により算出し、空転速度推定部２０に出力するとともに、速度・位相推定部１３に出力する。

【0056】

【数7】

【0057】

空転速度推定部２０は、空転位相推定部１９で演算した初期位相θｄ０を用いて、初期速度ωｅ０を算出して出力する。具体的には、例えば、所定の制御周期で繰り返し演算される初期位相θｄ０の前回値θｄ０＿１と今回値θｄ０＿２との差Δθｄ０（θｄ０＿２－θｄ０＿１）を前回値θｄ０＿１を演算した時刻ｔ１から今回値θｄ０＿２を演算した時刻ｔ２までの時間Δｔ（＝ｔ２－ｔ１）で除することにより、推定速度ωｅｓｔ（＝Δθｄ０/Δｔ）を算出して出力する。

【0058】

図５は、電圧指令生成部の処理内容を示す機能ブロック図である。

【0059】

図５において、電圧指令生成部１２は、空転状態の永久磁石同期モータ３を制御するために必要なα－β軸の電圧指令Ｖα＊，Ｖβ＊を算出し、空転状態推定部１４および電圧指令切替部１０（言い換えると、２相／３相変換部１１）に出力する機能部であり、α軸電圧指令生成部２１と、β軸電圧指令生成部２２と、電圧指令補正値演算部２３とから構成されている。

【0060】

α軸電圧指令生成部２１は、例えば、空転状態に想定される永久磁石同期モータ３の最大速度（例えば、低速運転時に想定される速度）を推定可能なα軸電圧指令値を、計算もしくは実験により求めて初期α軸電圧指令値Ｖα０＊として出力する。

【0061】

β軸電圧指令生成部２２は、β軸電圧指令値として例えば０（ゼロ）を電圧指令Ｖβ＊に設定し、出力する。

【0062】

電圧指令補正値演算部２３は、空転状態推定部１４の空転速度推定部２０で演算した初期速度ωｅ０と、α軸電圧指令生成部２１の出力である電圧指令Ｖα０＊とを用いて、電圧指令補正値ΔＶα＊を、例えば、下記（式８）、（式９）および（式１０）に基づいて算出する。なお、（式８）において、Ｋｅは永久磁石同期モータ３の誘起電圧定数であり、Ｅｅｓｔは推定誘起電圧である。また、（式９）において、ΔＶＶα０＿Ｅは推定誘起電圧Ｅｅｓｔと初期α軸電圧指令値Ｖα０＊との偏差である。また、（式１０）において、ＶＣОはα軸電圧指令Ｖα＊を推定誘起電圧Ｅｅｓｔより大きくするための補正量であり、計算もしくは実験により求めて予め設定される。

【0063】

【数8】

【0064】

【数9】

【0065】

【数10】

【0066】

演算部２４では、α軸電圧指令生成部２１の出力である電圧指令Ｖα０＊と、電圧指令補正値ΔＶα＊とを用いて、電圧指令生成部１２の出力であるα軸電圧指令Ｖα＊を下記（式１１）に基づいて算出する。

【0067】

【数11】

【0068】

速度・位相推定部１３は、空転状態推定部１４の空転速度推定部２０からの初期速度ωｅ０と空転位相推定部１９からのモータ回転子の初期位相θｄ０を初期値に設定して、永久磁石同期モータ３の空転状態から通常運転状態への移行制御（起動制御）を行う。

【0069】

電圧指令切替部１０は、空転状態（起動制御）である場合の外部からの切替信号に基づいて、電圧指令生成部１２によって算出されたα－β軸の電圧指令Ｖα＊，Ｖβ＊を２相／３相変換部１１に出力する。

【0070】

速度制御部７は、空転状態（起動制御）では、外部からの指令に応じてモータ制御装置４内の機能部（図示せず）で生成された速度指令値ω＊と、速度・位相推定部１３からの推定速度ωｅｓｔ（＝ωｅ０（初期値））との偏差を０（ゼロ）に近づけるように、すなわち、推定速度ωｅｓｔを速度指令値ω＊に近づけるように、ｑｃ軸電流指令値Ｉｑｃ＊を作成する。

【0071】

２相／３相変換部１１は、空転状態（起動制御）では、電圧指令生成部１２によって算出されて電圧指令切替部１０を介して入力されたα－β軸の電圧指令Ｖα＊，Ｖβ＊と、速度・位相推定部１３からの位相情報θｄ＿ｅｓｔ（＝θｄ０（初期値））とを用いて、三相電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊を（式３）および（式４）により算出して出力する。

【0072】

以上のように構成した本実施の形態における効果を説明する。

【0073】

従来技術においては、インバータが短絡動作時のモータ巻線の短絡電流がモータ誘起電圧と巻線抵抗及びインダクタンスにより決められるため、空転速度によっては、短絡動作時の過電流が発生する恐れがある。また、母線（シャント）抵抗に流す電流の検出により、特殊なＰＷＭ制御モードと電流検出処理とを用いるため、モータの回転子位置と回転速度を算出する演算が複雑になり、推定結果に誤差が発生しやすい。

【0074】

これに対して、本実施の形態においては、直流電力を交流電力に変換して永久磁石同期モータに供給するインバータの動作を電圧指令に基づく制御信号により制御することによって、前記永久磁石同期モータの動作を制御するモータ制御装置において、前記永久磁石同期モータの通常運転時に前記インバータの制御信号を生成する第１の制御部と、前記永久磁石同期モータの空転時に前記インバータの制御信号を生成する第２の制御部とを備え、前記第２の制御部は、前記永久磁石同期モータが空転状態である場合に、前記永久磁石同期モータに予め定めた初期値の直流電流を流す電圧指令を出力し、前記電圧指令と、前記電圧指令に応じた前記永久磁石同期モータの電流値とに基づいて、前記永久磁石同期モータの回転子位置及び回転速度を算出し、算出した前記回転速度に基づいて前記永久磁石同期モータの誘起電圧を推定し、推定した前記誘起電圧より大きくなるように前記電圧指令を調整するように構成したので、モータ回転子の位置と速度とをより高精度に算出することができる。

【0075】

＜付記＞
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内の様々な変形例や組み合わせが含まれる。また、本発明は、上記の実施の形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず、その構成の一部を削除したものも含まれる。

【0076】

例えば、モータ制御装置４において、外乱及びノイズの影響を避けるため、各種計算に用いる値に対して移動平均処理またはローパスフィルタ処理を施してもよい。

【0077】

また、本実施の形態で説明したモータ制御装置４の各構成、機能等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等により実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。

【符号の説明】

【0078】

１…直流電源、２…インバータ、３…永久磁石同期モータ、４…モータ制御装置、５…シャント抵抗、６…増幅器、７…速度制御部、８…ｄ軸電流指令生成部、９…電流制御部、１０…電圧指令切替部、１１…２相／３相変換部、１２…電圧指令生成部、１３…速度・位相推定部、１４…空転状態推定部、１５…３相／２相変換部、１６…電流再現演算部、１７…制御信号生成部、１８…磁束推定部、１９…空転位相推定部、２０…空転速度推定部、２１…α軸電圧指令生成部、２２…β軸電圧指令生成部、２３…電圧指令補正値演算部、２４，２５…演算部、５０…直流電圧検出器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】