特開 2024-176449 電力変換装置の制御装置

(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】P2024176449

(43)【公開日】2024-12-19

(54)【発明の名称】電力変換装置の制御装置

(51)【国際特許分類】

   H02P 21/20 20160101AFI20241212BHJP

   H02P 27/08 20060101ALI20241212BHJP

【ＦＩ】

H02P21/20

H02P27/08

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023094987

(22)【出願日】2023-06-08

(71)【出願人】

【識別番号】509186579

【氏名又は名称】日立Ａｓｔｅｍｏ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001829

【氏名又は名称】弁理士法人開知

(72)【発明者】

【氏名】隅田 悟士

(72)【発明者】

【氏名】関口 学

(72)【発明者】

【氏名】山田 佳央

(72)【発明者】

【氏名】仲田 義則

【テーマコード（参考）】

5H505

【Ｆターム（参考）】

5H505AA16

5H505EE07

5H505EE41

5H505EE49

5H505GG02

5H505GG04

5H505HA06

5H505HB01

5H505JJ03

5H505JJ04

5H505JJ23

5H505JJ25

5H505JJ26

5H505LL01

5H505LL22

5H505LL24

5H505LL39

(57)【要約】

【課題】温度変動の影響によるトルク誤差比率を許容値以下に抑えることが可能な電力変換装置の制御装置を提供する。
【解決手段】電動機を駆動する電力変換装置の制御装置は、演算装置を備え、前記演算装置は、前記電動機の出力を演算し、前記電動機の温度変化による損失変化量を演算し、前記電動機の出力に対する前記損失変化量の比率が前記電動機の許容トルク誤差比率よりも小さい場合には、前記電動機の出力と前記電動機の回転速度とに基づく第１トルク推定値を前記電動機のトルク推定値とし、それ以外の場合には、前記電動機の電流と前記電動機の回転子位相とに基づく第２トルク推定値を前記電動機のトルク推定値とする。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電動機を駆動する電力変換装置の制御装置であって、
演算装置を備え、
前記演算装置は、
前記電動機の出力を演算し、
前記電動機の温度変化による損失変化量を演算し、
前記電動機の出力に対する前記損失変化量の比率が前記電動機の許容トルク誤差比率よりも小さい場合には、前記電動機の出力と前記電動機の回転速度とに基づく第１トルク推定値を前記電動機のトルク推定値とし、それ以外の場合には、前記電動機の電流と前記電動機の回転子位相とに基づく第２トルク推定値を前記電動機のトルク推定値とする、
電力変換装置の制御装置。

【請求項2】

請求項１に記載の電力変換装置の制御装置において、
前記演算装置は、前記電力変換装置の入力と変換効率との積、または前記電力変換装置の出力を前記電動機の入力とし、前記電動機の入力から前記電動機の損失を差し引いた値を前記電動機の出力とする、
電力変換装置の制御装置。

【請求項3】

請求項２に記載の電力変換装置の制御装置において、
前記演算装置は、前記電動機の電流の乗数と周波数の乗数との積にオフセット値を加算した値に基づいて前記損失変化量を演算する、
電力変換装置の制御装置。

【請求項4】

請求項１に記載の電力変換装置の制御装置において、
前記演算装置は、前記電動機の温度変化による巻線抵抗値の変化量と前記電動機の電流の２乗との積を前記損失変化量とする、
電力変換装置の制御装置。

【請求項5】

請求項１に記載の電力変換装置の制御装置において、
前記演算装置は、前記電動機の出力を前記電動機の回転速度で除算した値を前記第１トルク推定値とする、
電力変換装置の制御装置。

【請求項6】

請求項１に記載の電力変換装置の制御装置において、
前記演算装置は、前記電動機の回転子位相を用いて前記電動機の三相交流電流をｄ軸・ｑ軸電流に三相二相変換し、当該ｄ軸・ｑ軸電流と前記電動機のインダクタンスと前記電動機の誘起電圧係数とに基づいて前記第２トルク推定値を演算する、
電力変換装置の制御装置。

【請求項7】

請求項１に記載の電力変換装置の制御装置において、
前記演算装置は、前記制御装置に入力されたトルク指令を前記電動機のトルク推定値に基づいて補正し、補正した前記トルク指令に基づいて前記電力変換装置にＰＷＭ制御信号を出力する、
電力変換装置の制御装置。

【請求項8】

請求項７に記載の電力変換装置の制御装置において、
前記演算装置は、前記トルク推定値をフィードバック、前記トルク指令をフィードフォワードとする二自由度制御系である、
電力変換装置の制御装置。

【請求項9】

請求項１に記載の電力変換装置の制御装置において、
前記電動機を駆動源とする電動車の制御装置からトルク指令が入力される、
電力変換装置の制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電力変換装置の制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

何らかの方法で電動機のトルクを推定し、推定したトルクに基づいて電動機を制御する制御装置が知られている。例えば特許文献１には、低速用トルク推定部と高速用トルク推定部とを電動機の角速度に応じて切り替える電動機の角速度回転数低速・高速域でそれぞれ良好にトルク推定を行い得るトルク推定部を切り換える永久磁石同期電動機の制御装置が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００２－２３３１９９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載の制御装置は、温度変動の影響によるトルク誤差比率（トルク指令とトルク真値との差分をトルク真値で除算した値）を許容値以下に抑える仕組みはなく、トルク推定部の選定および切り替え条件を試行錯誤的に決定する必要がある。

【0005】

本発明は、温度変動の影響によるトルク誤差比率を許容値以下に抑えることが可能な電力変換装置の制御装置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】

【0006】

本発明の一態様による電力変換装置の制御装置は、電動機を駆動する電力変換装置の制御装置であって、演算装置を備え、前記演算装置は、前記電動機の出力を演算し、前記電動機の温度変化による損失変化量を演算し、前記電動機の出力に対する前記損失変化量の比率が前記電動機の許容トルク誤差比率よりも小さい場合には、前記電動機の出力と前記電動機の回転速度とに基づく第１トルク推定値を前記電動機のトルク推定値とし、それ以外の場合には、前記電動機の電流と前記電動機の回転子位相とに基づく第２トルク推定値を前記電動機のトルク推定値とする。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、温度変動の影響によるトルク誤差比率を許容値以下に抑えることが可能な電力変換装置の制御装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、本発明の第１実施形態に係る制御装置のハードウェア構成を模式的に示すブロック図である。

【図2】図２は、本発明の第１実施形態に係る制御装置の動作を説明するためのブロック線図である。

【図3】図３は、トルク指令補正部の構成を示すブロック線図である。

【図4】図４は、トルク指令補正部によるトルク指令の補正内容を説明するための説明図である。

【図5】図５は、ベクトル制御部の構成を示すブロック線図である。

【図6】図６は、第１実施形態に係る制御装置が実行する制御処理のフローチャートである。

【図7】図７は、第２実施形態に係る制御装置を搭載する電動車を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

図１～図６を参照して、本発明の実施形態に係る電力変換装置３の制御装置１について説明する。

【0010】

図１は、本発明の第１実施形態に係る制御装置１のハードウェア構成を模式的に示すブロック図である。制御装置１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）等の演算装置１１、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ハードディスクドライブ等の不揮発性メモリ１２、所謂ＲＡＭ（Random Access Memory）と呼ばれる揮発性メモリ１３、入出力インタフェース１４、および、その他の周辺回路を備えたコンピュータで構成される。これらのハードウェアは、協働してソフトウェアを動作させ、複数の機能を実現する。なお、コントローラは、１つのコンピュータで構成してもよいし、複数のコンピュータで構成してもよい。また、演算装置１１としては、ＡＳＩＣ（application specific integrated circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などを用いることができる。

【0011】

不揮発性メモリ１２には、各種演算が実行可能なプログラムが格納されている。すなわち、不揮発性メモリ１２は、本実施形態の機能を実現するプログラムを読み取り可能な記憶媒体（記憶装置）である。揮発性メモリ１３は、演算装置１１による演算結果および入出力インタフェース１４から入力された信号を一時的に記憶する記憶媒体（記憶装置）である。演算装置１１は、不揮発性メモリ１２に記憶されたプログラムを揮発性メモリ１３に展開して演算実行する装置であって、プログラムに従って入出力インタフェース１４、不揮発性メモリ１２および揮発性メモリ１３から取り入れたデータに対して所定の演算処理を行う。

【0012】

制御装置１は、トルク指令入力装置２および電力変換装置３に接続される。トルク指令入力装置２は、制御装置１を用いて電動機４を所望のトルクで駆動させる装置である。電力変換装置３は、電動機４を駆動する装置である。トルク指令入力装置２は、後述するトルク指令を制御装置１に向けて出力する。制御装置１は、トルク指令入力装置２から入力されたトルク指令に基づき、後述する複数のゲート信号ｇを電力変換装置３に出力する。電力変換装置３は、制御装置１から入力された複数のゲート信号ｇに基づき電動機４を駆動する。

【0013】

入出力インタフェース１４の入力部は、各種装置（トルク指令入力装置２等）から入力された信号を演算装置１１で演算可能なデータに変換する。また、入出力インタフェース１４の出力部は、演算装置１１での演算結果に応じた出力用の信号を生成し、その信号を各種装置（電力変換装置３等）に出力する。

【0014】

図２は、本発明の第１実施形態に係る制御装置１の動作を説明するためのブロック線図である。制御装置１は、電動機出力演算部２１、第１トルク推定部２２、第２トルク推定部２３、切替部２４、損失変化量演算部２５、トルク指令補正部２６、ベクトル制御部２７、およびＰＷＭ制御部２８を備える。

【0015】

これらの各部には、電力変換装置３のＵ相・Ｖ相・Ｗ相電圧ｖ_ｕ、ｖ_ｖ、ｖ_ｗ、電力変換装置３のＵ相・Ｖ相・Ｗ相電流ｉ_ｕ、ｉ_ｖ、ｉ_ｗ、電動機４の周波数ω、および電動機４の回転子位相θが供給される。これらの値は、不図示のセンサ等により電力変換装置３および電動機４から現在の値が随時取得され、制御装置１の各部に供給される。

【0016】

電動機出力演算部２１は内積演算部２１ａ、加減算部２１ｂ、損失演算部２１ｃ、内積演算部２１ｄ、および銅損演算部２１ｅを備える。電動機出力演算部２１は、電力変換装置３のＵ相・Ｖ相・Ｗ相電圧ｖ_ｕ、ｖ_ｖ、ｖ_ｗ、電力変換装置３のＵ相・Ｖ相・Ｗ相電流ｉ_ｕ、ｉ_ｖ、ｉ_ｗ、および電動機４の周波数ωに基づいて、電動機４の出力Ｐ_ｏｕｔを演算する。

【0017】

内積演算部２１ａは電力変換装置３のＵ相・Ｖ相・Ｗ相電圧ｖ_ｕ、ｖ_ｖ、ｖ_ｗと電力変換装置３のＵ相・Ｖ相・Ｗ相電流ｉ_ｕ、ｉ_ｖ、ｉ_ｗの内積である電動機４の入力Ｐ_ｉｎを演算する。損失演算部２１ｃは係数ａ、ｂを用いて、「ａω^ｍｉ^ｎ＋ｂ」で表される損失Ｐ_ＬＩを演算する。つまり損失Ｐ_ＬＩは、電動機４の電流の乗数ｉ^ｎと周波数の乗数ω^ｍとの積にオフセット値ｂを加算した値である。ここで損失Ｐ_ＬＩとは、例えば渦電流損あるいはヒステリシス損である。スタインメッツの実験式により、渦電流損であれば「ｍ＝２、ｎ＝２」、ヒステリシス損であれば「ｍ＝１、ｎ＝１．６」となる。このときの係数ａ、ｂは、例えばキャリブレーションにより同定する。損失Ｐ_ＬＩとしては、他にＡＣ銅損あるいは機械損なども考えられ、いずれも「ａω^ｍｉ^ｎ＋ｂ」と実測値の誤差が最小となるようにａ、ｂ、ｍ、ｎをキャリブレーションしておく。キャリブレーションは、例えば損失を実測可能なセンサを電力変換装置３や電動機４等に取り付けた状態で、電動機４の周波数ωおよび電力変換装置３のＵ相・Ｖ相・Ｗ相電流ｉ_ｕ、ｉ_ｖ、ｉ_ｗをそれぞれ変化させて損失を実測し、実測値との差が小さくなるａ、ｂ、ｍ、ｎを探索することにより行う。

【0018】

なお、図２では一つの損失「ａω^ｍｉ^ｎ＋ｂ」しか提示していないが、複数の損失を同様に演算してもよい。あるいは損失の合計値と「ａω^ｍｉ^ｎ＋ｂ」の誤差が最小となるようにａ、ｂ、ｍ、ｎをキャリブレーションしてもよい。電動機出力演算部２１はこれによって、渦電流損・ヒステリシス損・ＡＣ銅損・機械損の一部または全てをＰ_ＬＩとして演算する。内積演算部２１ｄはＵ相・Ｖ相・Ｗ相電流ｉ_ｕ、ｉ_ｖ、ｉ_ｗの２乗ｉ^２を演算し、銅損演算部２１ｅは銅損「Ｐ_ＬＲ ＝ Ｒｉ^２」を演算する。ここでＲは電動機４の巻線抵抗値である。加減算部２１ｂは、次式（１）により電動機４の出力Ｐ_ｏｕｔを演算する。
Ｐ_ｏｕｔ ＝ Ｐ_ｉｎ－Ｐ_ＬＩ－Ｐ_ＬＲ …（１）
式（１）は、電動機４への入出力のギャップが電動機４の損失であることから成り立つ。

【0019】

第１トルク推定部２２は、次式（２）により第１トルク推定値τ_１を演算する。つまり第１トルク推定値τ_１は、電動機４の出力Ｐ_ｏｕｔを電動機４の周波数ω（回転速度）で除算した値である。
τ_１ ＝ Ｐ_ｏｕｔ ／ ω …（２）
式（２）は電動機４の出力Ｐ_ｏｕｔがトルクと周波数の積であることから成り立つ。

【0020】

第２トルク推定部２３は三相二相変換部２３ａおよびトルクモデル３ｂを備える。第２トルク推定部２３は、電力変換装置３のＵ相・Ｖ相・Ｗ相電流ｉ_ｕ、ｉ_ｖ、ｉ_ｗと電動機４の回転子位相θとから第２トルク推定値τ_２を演算する。三相二相変換部２３ａは、電動機４の回転子位相θを用いて、電力変換装置３のＵ相・Ｖ相・Ｗ相電流ｉ_ｕ、ｉ_ｖ、ｉ_ｗをｄ軸・ｑ軸電流ｉ_ｄ、ｉ_ｑに変換する。第２トルク推定部２３は、次式（３）で表されるトルクモデル３ｂにより第２トルク推定値τ_２を演算する。
τ_２ ＝ Ｐ_ｍ （Ｋ_ｅ＋（Ｌ_ｄ ‐ Ｌ_ｑ）ｉ_ｄ ）ｉ_ｑ …（３）
ここで、Ｐ_ｍは極対数、Ｋ_ｅは誘起電圧係数、Ｌ_ｄはｄ軸インダクタンス、Ｌ_ｑはｑ軸インダクタンスである。つまり第２トルク推定値τ_２は、電動機４の回転子位相θを用いて電動機４のＵ相・Ｖ相・Ｗ相電流ｉ_ｕ、ｉ_ｖ、ｉ_ｗ（三相交流電流）をｄ軸・ｑ軸電流ｉ_ｄ、ｉ_ｑに三相二相変換し、その後、ｄ軸・ｑ軸電流ｉ_ｄ、ｉ_ｑと電動機４のインダクタンスＬ_ｄ、Ｌ_ｑと電動機４の誘起電圧係数Ｋ_ｅとに基づいて演算される値である。

【0021】

切替部２４は、損失変化量比率演算部２４ａ、比較部２４ｂ、および切替器２４ｃを備える。切替部２４は、第１トルク推定値τ_１と第２トルク推定値τ_２のいずれかをトルク推定値τ_ｅｓｔとして出力する。損失変化量比率演算部２４ａは、電動機４の出力Ｐ_ｏｕｔに対する「温度変動時の電動機４の損失変化量ΔＰ_Ｌ」の比率Δτ_Ｌを演算する。以下の説明では、この比率Δτ_Ｌを損失変化量の比率Δτ_Ｌと称する。

【0022】

比較部２４ｂは、損失変化量の比率Δτ_Ｌの絶対値|Δτ_Ｌ|と、所定の許容トルク誤差比率Δτ_ＭＡＸとを比較し、絶対値|Δτ_Ｌ|の方が小さい場合にはフラグＦをＹｅｓとして出力し、それ以外の場合ではＮｏとして出力する。切替器２４ｃは、フラグＦがＹｅｓの場合には第１トルク推定値τ_１、Ｎｏの場合には第２トルク推定値τ_２をトルク推定値τ_ｅｓｔとして出力する。

【0023】

損失変化量演算部２５は、内積演算部２５ａおよび銅損変化量演算部２５ｂを備える。損失変化量演算部２５は、温度変動時（例えば、電動機４の仕様上の最低温度から最高温度まで温度が変化したとき）の巻線抵抗値Ｒの変動量を巻線抵抗変動ΔＲとするとき、「温度変動時の電動機４の損失変化量ΔＰ_Ｌ ＝ ΔＲｉ^２」を出力する。つまり損失変化量ΔＰ_Ｌは、電動機４の温度変化による巻線抵抗値Ｒの変化量ΔＲと電動機４の電流の２乗ｉ^２との積である。なお、巻線抵抗変動ΔＲは、予め計測もしくは推定した値を不揮発性メモリ１２などに記憶させておき、必要に応じて不揮発性メモリ１２などから読み出す。

【0024】

図３は、トルク指令補正部２６の構成を示すブロック線図である。トルク指令補正部２６は、トルク推定値τ_ｅｓｔに基づいてトルク指令τ^＊を補正し、補正後の値を補正トルク指令τ^＊＊として出力する。トルク指令補正部２６は、ローパスフィルタ２６ａおよびＰＩ制御部２６ｂを備える。時定数Ｔのローパスフィルタ２６ａは、トルク制御の応答を模擬している。ゆえに、ローパスフィルタ２６ａの出力τ_ＬＰＦ ^＊は理想的なトルク応答を表す。トルク指令補正部２６は、ローパスフィルタ２６ａの出力τ_ＬＰＦ ^＊とトルク推定値τ_ｅｓｔとの差分をＰＩ制御部２６ｂに入力し、その出力をトルク指令τ^＊に加算して補正トルク指令τ^＊＊として出力する。すなわち、補正トルク指令τ^＊＊はトルク推定値τ_ｅｓｔをフィードバック、トルク指令τ^＊をフィードフォワードとする二自由度制御によって定められる。

【0025】

図４は、トルク指令補正部２６によるトルク指令τ^＊の補正内容を説明するための説明図である。図４の横軸は時間を示し、縦軸はトルク値を示す。説明のため、図４に示す時刻ｔ_１まではトルク指令補正部２６が無効化されており、時刻ｔ_１以降はトルク指令補正部２６が有効化されるものとする。また、図４に示す時間軸の全体に渡って、トルク指令τ^＊は一定であるものとする。

【0026】

図４では、トルク推定値τ_ｅｓｔ（および電動機４の実トルクτ）を実線で、補正トルク指令τ^＊＊を破線で示している。前述の通り、時刻ｔ_１まではトルク指令補正部２６が無効化されているので、時刻ｔ_１まではトルク指令τ^＊と補正トルク指令τ^＊＊は一致している。時刻ｔ_１でトルク指令補正部２６が有効化されると、ローパスフィルタ２６ａの出力τ_ＬＰＦ ^＊がトルク推定値τ_ｅｓｔよりも大きいのでＰＩ制御部２６ｂの出力は正となり、補正トルク指令τ^＊＊は増加する。この結果、実トルクτおよびトルク推定値τ_ｅｓｔも増加し、これは次式（４）のトルク誤差比率Δτがゼロになるまで続く。
Δτ ＝ （τ ‐ τ^＊）／τ^＊ …（４）
このため、トルク推定に誤差がない限り、トルク誤差比率Δτはトルク指令補正部２６の補正によりいずれゼロで安定する。

【0027】

図５は、ベクトル制御部２７の構成を示すブロック線図である。ベクトル制御部２７は、補正トルク指令τ^＊＊、電力変換装置３のＵ相・Ｖ相・Ｗ相電流ｉ_ｕ、ｉ_ｖ、ｉ_ｗ、および電動機４の回転子位相θに基づいてＵ相・Ｖ相・Ｗ相電圧指令ｖ_ｕ ^＊、ｖ_ｖ ^＊、ｖ_ｗ ^＊を演算する。ベクトル制御部２７は、トルク・電流指令変換部２７ａ、電流制御部２７ｂ、三相二相変換部２７ｃ、および二相三相変換部２７ｄを備える。

【0028】

トルク・電流指令変換部２７ａは、補正トルク指令τ^＊＊をｄ軸・ｑ軸電流指令ｉ_ｄ ^＊、ｉ_ｑ ^＊に変換する。三相二相変換部２７ｃは、電動機４の回転子位相θを用いて電力変換装置３のＵ相・Ｖ相・Ｗ相電流ｉ_ｕ、ｉ_ｖ、ｉ_ｗをｄ軸・ｑ軸電流ｉ_ｄ、ｉ_ｑに変換する。電流制御部２７ｂは、ｄ軸・ｑ軸電流指令ｉ_ｄ ^＊、ｉ_ｑ ^＊およびｄ軸・ｑ軸電流ｉ_ｄ、ｉ_ｑに基づいて、ｄ軸・ｑ軸電圧指令ｖ_ｄ ^＊、ｖ_ｑ ^＊を演算する。二相三相変換部２７ｄは、電動機４の回転子位相θを用いてｄ軸・ｑ軸電圧指令ｖ_ｄ ^＊、ｖ_ｑ ^＊をＵ相・Ｖ相・Ｗ相電圧指令ｖ_ｕ ^＊、ｖ_ｖ ^＊、ｖ_ｗ ^＊に変換する。

【0029】

ＰＷＭ制御部２８は、Ｕ相・Ｖ相・Ｗ相電圧指令ｖ_ｕ ^＊、ｖ_ｖ ^＊、ｖ_ｗ ^＊に基づいて電力変換装置３に複数のゲート信号ｇ（すなわちＰＷＭ制御信号）を出力し、電力変換装置３を制御する。この結果、電動機４にはＵ相・Ｖ相・Ｗ相電圧ｖ_ｕ、ｖ_ｖ、ｖ_ｗが印加され、Ｕ相・Ｖ相・Ｗ相電流ｉ_ｕ、ｉ_ｖ、ｉ_ｗが流れ、実トルクτが発生する。

【0030】

図６は、第１実施形態に係る制御装置１が実行する制御処理のフローチャートである。ステップＳ８０において電動機出力演算部２１が、電力変換装置３のＵ相・Ｖ相・Ｗ相電圧ｖ_ｕ、ｖ_ｖ、ｖ_ｗ、電力変換装置３のＵ相・Ｖ相・Ｗ相電流ｉ_ｕ、ｉ_ｖ、ｉ_ｗ、および電動機４の周波数ωに基づいて、電動機４の出力Ｐ_ｏｕｔを演算する。ステップＳ９０において損失変化量演算部２５が、温度変動時の電動機４の損失変化量ΔＰ_Ｌを演算する。ステップＳ１００において切替部２４が、ステップＳ８０で演算された電動機４の出力Ｐ_ｏｕｔおよびステップＳ９０で演算された温度変動時の電動機４の損失変化量ΔＰ_Ｌを用いて、損失変化量の比率Δτ_Ｌを演算する。ステップＳ１１０において切替部２４が、ステップＳ１００で演算した損失変化量の比率Δτ_Ｌの絶対値|Δτ_Ｌ|と、所定の許容トルク誤差比率Δτ_ＭＡＸとを比較し、前者が後者よりも小さいか否かを判定する。絶対値|Δτ_Ｌ|が許容トルク誤差比率Δτ_ＭＡＸよりも小さい場合、処理はステップＳ１２０に進む。

【0031】

ステップＳ１２０において第１トルク推定部２２が、前述の式（２）により第１トルク推定値τ_１を演算する。ステップＳ１３０において切替部２４が、ステップＳ１２０において演算された第１トルク推定値τ_１をトルク推定値τ_ｅｓｔとして出力する。その後、処理はステップＳ１６０に進む。

【0032】

他方、ステップＳ１１０において絶対値|Δτ_Ｌ|が許容トルク誤差比率Δτ_ＭＡＸ以上であった場合、処理はステップＳ１４０に進む。ステップＳ１４０において第２トルク推定部２３が、前述の式（３）により第２トルク推定値τ_２を演算する。ステップＳ１５０において切替部２４が、ステップＳ１４０において演算された第２トルク推定値τ_２をトルク推定値τ_ｅｓｔとして出力する。その後、処理はステップＳ１６０に進む。

【0033】

ステップＳ１６０においてトルク指令補正部２６が、ステップＳ１２０またはステップＳ１４０において出力されたトルク推定値τ_ｅｓｔに基づいてトルク指令τ^＊を補正し、補正後の値を補正トルク指令τ^＊＊として出力する。ステップＳ１７０においてベクトル制御部２７が、ステップＳ１６０で出力された補正トルク指令τ^＊＊、電力変換装置３のＵ相・Ｖ相・Ｗ相電流ｉ_ｕ、ｉ_ｖ、ｉ_ｗ、および電動機４の回転子位相θに基づいてＵ相・Ｖ相・Ｗ相電圧指令ｖ_ｕ ^＊、ｖ_ｖ ^＊、ｖ_ｗ ^＊を演算する。ステップＳ１８０においてＰＷＭ制御部２８が、ステップＳ１７０で演算されたＵ相・Ｖ相・Ｗ相電圧指令ｖ_ｕ ^＊、ｖ_ｖ ^＊、ｖ_ｗ ^＊に基づいて電力変換装置３に複数のゲート信号ｇを出力し、電力変換装置３を制御する。

【0034】

前述の通り、トルク推定に誤差がなければ、トルク指令補正部２６によってトルク誤差比率Δτはいずれゼロになる。第２トルク推定部２３による第２トルク推定値τ_２の演算は電動機４の回転子位相θの検出誤差の影響を受けるため、可能な限り第１トルク推定部２２により演算された第１トルク推定値τ_１を用いるのが望ましい。しかし、第１トルク推定部２２による第１トルク推定値τ_１の演算は、銅損Ｐ_ＬＲの演算の際に用いる巻線抵抗値Ｒが温度変動の影響を受けるため、トルク誤差比率Δτがゼロにならない。つまり、第１トルク推定値τ_１には温度変動による誤差が生じる。換言すると、第１トルク推定値τ_１には温度変動によるゼロでないトルク誤差比率Δτが生じる。

【0035】

第１実施形態に係る制御装置１は、切替部２４および損失変化量演算部２５によって、温度変動によるトルク誤差比率Δτを最大でも許容トルク誤差比率Δτ_ＭＡＸに抑制する。この動作原理は以下の通りである。
（動作原理１）比較部２４ｂおよび切替器２４ｃによって、「|Δτ_Ｌ| ＜ Δτ_ＭＡＸ」の場合に限り第１トルク推定部２２が適用される。
（動作原理２）トルク誤差比率Δτは、トルク指令補正部２６の効果によって、次式（５）で表される。
Δτ ＝ （τ－τ^＊）／τ^＊ ＝ （τ－τ_ｅｓｔ）／τ_ｅｓｔ …（５）
ここで、第１トルク推定部２２の適用範囲では「τ_ｅｓｔ ＝ τ_１」である。また、上式（１）、（２）より次式（６）が成り立つ。
τ_ｅｓｔ ＝ τ_１ ＝ （Ｐ_ｉｎ－Ｐ_ＬＩ－Ｐ_ＬＲ）／ω …（６）
同様に、実トルクτについては次式（７）が成り立つ。
τ ＝ （Ｐ_ｉｎ－Ｐ_ＬＩ－Ｐ_ＬＲ－ΔＰ_Ｌ）／ω …（７）
式（５）に式（６）および式（７）を代入すると、次式（８）が得られる。
Δτ ＝ （－ΔＰ_Ｌ）／（Ｐ_ｉｎ－Ｐ_ＬＩ－Ｐ_ＬＲ） ＝ －ΔＰ_Ｌ／Ｐ_OUT …（８）
以上より、「Δτ＝－Δτ_Ｌ」であることが分かる。
（動作原理３）上記の（１）および（２）より、「|Δτ_Ｌ| ＜ Δτ_ＭＡＸ」すなわち「|Δτ| ＜ Δτ_ＭＡＸ」の場合に限り、第１トルク推定部２２が適用される。ゆえに第１トルク推定部２２の適用時、温度変動によるトルク誤差比率Δτが許容トルク誤差比率Δτ_ＭＡＸを超えることはなく、もし超える場合には第２トルク推定部２３に自動的に切り替わる。第２トルク推定部２３は電動機４の回転子位相θの検出誤差の影響は受けるが、温度変動による巻線抵抗変動ΔＲの影響を受けることはなく、温度変動に対してロバストとなる。

【0036】

上述した実施形態によれば、次の作用効果を奏する。

【0037】

（１）演算装置１１は、電動機４の出力Ｐ_ｏｕｔを演算し、電動機４の温度変化による損失変化量ΔＰ_Ｌを演算し、電動機４の出力Ｐ_ｏｕｔに対する損失変化量の比率Δτ_Ｌの絶対値|Δτ_Ｌ|が電動機４の許容トルク誤差比率Δτ_ＭＡＸよりも小さい場合には、電動機４の出力Ｐ_ｏｕｔと電動機４の周波数ω（回転速度）とに基づく第１トルク推定値τ_１を電動機４のトルク推定値τ_ｅｓｔとし、それ以外の場合には、電力変換装置３のＵ相・Ｖ相・Ｗ相電流ｉ_ｕ、ｉ_ｖ、ｉ_ｗ（電動機４の電流）と電動機４の回転子位相θとに基づく第２トルク推定値τ_２を電動機４のトルク推定値τ_ｅｓｔとする。このようにすることで、温度変動の影響によるトルク誤差比率を許容値以下に抑えることができる。

【0038】

（２）演算装置１１は、電力変換装置３のＵ相・Ｖ相・Ｗ相電圧ｖ_ｕ、ｖ_ｖ、ｖ_ｗと電力変換装置３のＵ相・Ｖ相・Ｗ相電流ｉ_ｕ、ｉ_ｖ、ｉ_ｗの内積（電力変換装置３の出力）を電動機４の入力Ｐ_ｉｎとし、電動機４の入力Ｐ_ｉｎから電動機４の損失Ｐ_ＬＩを差し引いた値を電動機４の出力Ｐ_ｏｕｔとする。このようにしたので、銅損など電動機４の損失を考慮して電動機４の出力Ｐ_ｏｕｔを演算することができる。

【0039】

（３）演算装置１１は、電動機４の電流の乗数ｉ^ｎと周波数の乗数ω^ｍとの積ａω^ｍｉ^ｎにオフセット値ｂを加算した値に基づいて損失変化量ΔＰ_Ｌを演算する。このようにしたので、シンプルな計算で、温度変動の影響の大部分を占める銅損を演算することができる。シンプルな計算で済むので演算量が削減され、消費電力を削減することができる。

【0040】

（４）演算装置１１は、電動機４の温度変化による巻線抵抗値Ｒの変化量である巻線抵抗変動ΔＲと電動機４の電流の２乗ｉ^２との積を損失変化量ΔＰ_Ｌとする。このようにしたので、損失変化量ΔＰ_Ｌを低演算量で算出することができる。

【0041】

（５）演算装置１１は、電動機４の出力Ｐ_ｏｕｔを電動機４の周波数ω（回転速度）で除算した値を第１トルク推定値τ_１とする。このようにしたので、温度変動が激しくない場合には第１トルク推定部２２によって高精度なトルク推定値を安定して得ることができる。

【0042】

（６）演算装置１１は、電動機４の回転子位相θを用いて電動機４の電力変換装置３のＵ相・Ｖ相・Ｗ相電流ｉ_ｕ、ｉ_ｖ、ｉ_ｗ（三相交流電流）をｄ軸・ｑ軸電流ｉ_ｄ、ｉ_ｑに三相二相変換し、ｄ軸・ｑ軸電流ｉ_ｄ、ｉ_ｑと電動機４のｄ軸インダクタンスＬ_ｄおよびｑ軸インダクタンスＬ_ｑと電動機４の誘起電圧係数Ｋ_ｅとに基づいて第２トルク推定値τ_２を演算する。このようにしたので、温度変動が激しい場合には第２トルク推定部２３によって高精度なトルク推定値を安定して得ることができる。

【0043】

（７）演算装置１１は、制御装置１に入力されたトルク指令τ^＊を電動機４のトルク推定値τ_ｅｓｔに基づいて補正し、補正した補正トルク指令τ^＊＊に基づいて電力変換装置３にゲート信号ｇ（ＰＷＭ制御信号）を出力する。このようにしたので、電力変換装置３を所望のトルクに安定的に制御することができる。

【0044】

（８）演算装置１１は、トルク推定値τ_ｅｓｔをフィードバック、トルク指令τ^＊をフィードフォワードとする二自由度制御系である。このようにしたので、第１トルク推定部２２と第２トルク推定部２３とを切り替えても推定結果が不安定にならず、かつ定常的には高い推定精度を保つことができる。

【0045】

図７を参照して、本発明の第２実施形態に係る制御装置について説明する。なお、第１実施形態で説明した構成と同一もしくは相当する構成には同一の参照記号を付し、相違点を主に説明する。

【0046】

図７は、第２実施形態に係る制御装置１００を搭載する電動車２００を示す模式図である。電動車２００は、電動機４を駆動源とする電動車である。すなわち電動車２００は、４つの電動機４を備え、各々の電動機４は電動車２００が備える４つの車輪２０１の車軸に接続される。４つの電動機４の各々について、対応する制御装置１００および電力変換装置３が用意される。

【0047】

電動車２００は電動車２００の各部を制御する制御装置（以下、電動車制御装置とも記す）２０２を備える。電動車制御装置２０２は、第１実施形態において説明したトルク指令入力装置２に対応する。すなわち電動車制御装置２０２は、電動車２００を加減速させるためのトルク指令τ₁ ^＊、τ₂ ^＊、τ₃ ^＊、およびτ₄ ^＊を、４つの制御装置１００の各々に対して出力する。電動車２００は低速から高速まで幅広い条件で運転されるため、電動機４の温度は常に変動するが、第２実施形態に係る制御装置１００によりトルク誤差比率Δτを許容トルク誤差比率Δτ_ＭＡＸ以下に抑制できる。このため、電動車２００を安定して加減速させることができる。

【0048】

次のような変形例も本発明の範囲内であり、変形例に示す構成と上述の実施形態で説明した構成を組み合わせたり、上述の異なる実施形態で説明した構成同士を組み合わせたり、以下の異なる変形例で説明する構成同士を組み合わせることも可能である。

【0049】

＜変形例１＞
トルク指令補正部２６の動作は、図３で説明したものと異なっていてもよい。例えばトルク推定値τ_ｅｓｔをそのまま補正トルク指令τ^＊＊としてもよい。この場合でも、定常的には精度よくトルク推定を行うことができる。ただし、第１トルク推定部２２と第２トルク推定部２３との切替時に出力が振動し、過渡的には不安定になるおそれがある。
＜変形例２＞
電動機４の入力Ｐ_ｉｎを、電力変換装置３のＵ相・Ｖ相・Ｗ相電圧ｖｕ、ｖｖ、ｖｗと電力変換装置３のＵ相・Ｖ相・Ｗ相電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗとの内積ではなく、電力変換装置３の入力と電力変換装置３による電力の変換効率との積により求めてもよい。

【0050】

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

【符号の説明】

【0051】

１，１００…制御装置、２…トルク指令入力装置、３…電力変換装置、４…電動機、１１…演算装置、１２…不揮発性メモリ、１３…揮発性メモリ、１４…入出力インタフェース、２１…電動機出力演算部、２２…第１トルク推定部、２３…第２トルク推定部、２４…切替部、２５…損失変化量演算部、２６…トルク指令補正部、２７…ベクトル制御部、２８…ＰＷＭ制御部、２００…電動車、２０１…車輪、２０２…電動車制御装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】