特開 2024-22798 モータ制御装置並びに電動車両システム

(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】P2024022798

(43)【公開日】2024-02-21

(54)【発明の名称】モータ制御装置並びに電動車両システム

(51)【国際特許分類】

   H02P 21/14 20160101AFI20240214BHJP

   H02P 25/024 20160101ALI20240214BHJP

   B60L 9/18 20060101ALI20240214BHJP

   B60L 50/60 20190101ALI20240214BHJP

【ＦＩ】

H02P21/14

H02P25/024

B60L9/18 J

B60L50/60

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022126150

(22)【出願日】2022-08-08

(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】110000350

【氏名又は名称】ポレール弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 尚礼

(72)【発明者】

【氏名】小原 峻介

(72)【発明者】

【氏名】三井 利貞

(72)【発明者】

【氏名】松井 大和

【テーマコード（参考）】

5H125

5H505

【Ｆターム（参考）】

5H125AA01

5H125AC12

5H125BA02

5H125BB00

5H125CA01

5H125CC01

5H125EE02

5H125EE03

5H125EE05

5H125EE08

5H125EE13

5H125EE22

5H125EE23

5H125EE42

5H505AA16

5H505CC04

5H505DD03

5H505DD08

5H505EE41

5H505EE49

5H505HA09

5H505HA10

5H505HB01

5H505JJ04

5H505JJ06

5H505JJ17

5H505JJ24

5H505JJ25

5H505JJ28

5H505LL22

5H505LL24

5H505LL34

5H505LL40

5H505LL41

5H505LL46

5H505LL58

5H505MM06

(57)【要約】

【課題】
磁束推定の精度および信頼性を向上できるモータ制御装置を提供する。
【解決手段】
本モータ制御装置は、回転子が永久磁石を有するモータの速度指令またはトルク指令に応じて、電力変換装置の出力電圧を制御するための電圧指令を生成する電圧指令作成部（４１）と、電圧指令に対してデッドタイム補償を行うデッドタイム補償部（４２）と、永久磁石の磁束を推定する磁束推定部（５０）と、を備え、磁束推定部は、電圧指令と、モータおよび電力変換装置、並びに、モータおよび電力変換装置間に生じる電圧降下と、に基づいて、永久磁石の磁束を推定し、電圧降下は、抵抗成分による第１の電圧降下成分と、デッドタイム補償によって生じる第２の電圧降下成分と、電圧降下から、第１の電圧降下成分および第２の電圧降下成分を除いた第３の電圧降下成分と、を含む。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転子が永久磁石を有するモータの速度指令またはトルク指令に応じて、前記モータへの電力変換装置の出力電圧を制御するための電圧指令を生成する電圧指令作成部と、
前記電圧指令に対してデッドタイム補償を行うデッドタイム補償部と、
前記永久磁石の磁束を推定する磁束推定部と、
を備えるモータ制御装置において、
前記磁束推定部は、
前記電圧指令と、前記モータおよび前記電力変換装置、並びに、前記モータおよび前記電力変換装置間に生じる電圧降下と、に基づいて、前記永久磁石の磁束を推定し、
前記電圧降下は、
前記モータおよび前記電力変換装置、並びに、前記モータおよび前記電力変換装置間における抵抗成分による第１の電圧降下成分と、
前記デッドタイム補償によって生じる第２の電圧降下成分と、
前記電圧降下から、前記第１の電圧降下成分および前記第２の電圧降下成分を除いた第３の電圧降下成分と、
を含むことを特徴とするモータ制御装置。

【請求項2】

請求項１に記載のモータ制御装置において、
前記モータの所定回転速度における、前記電圧降下とモータ電流との関係を示すテーブルデータを有し、
前記テーブルデータと前記第２の電圧降下成分とに基づいて、前記抵抗成分を演算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に記載のモータ制御装置において、
スイッチング周期と、前記電力変換装置が備える直流電圧源の直流電圧と、電流位相角とに基づいて、前記第２の電圧降下成分を演算することを特徴とするモータ制御装置。

【請求項4】

請求項１に記載のモータ制御装置において、
前記モータの所定回転速度における、前記電圧降下とモータ電流との関係を示す第１のテーブルデータを有し、
前記テーブルデータと前記第２の電圧降下成分とに基づいて、前記第３の電圧降下成分とモータ電流との関係を表す第２のテーブルデータを演算し、
前記第２のテーブルデータに基づいて前記第３の電圧降下成分を演算することを特徴とするモータ制御装置。

【請求項5】

請求項１に記載のモータ制御装置において、
前記磁束推定部は、推定した前記磁束に基づいて、前記永久磁石の温度を推定することを特徴とするモータ制御装置。

【請求項6】

請求項１に記載のモータ制御装置において、
前記磁束推定部が推定した前記磁束に基づいて、前記速度指令または前記トルク指令を調整すること特徴とするモータ制御装置。

【請求項7】

請求項５に記載のモータ制御装置において、
前記磁束推定部が推定した前記温度に基づいて、前記速度指令または前記トルク指令を調整すること特徴とするモータ制御装置。

【請求項8】

請求項６または請求項７に記載のモータ制御装置において、
前記速度指令または前記トルク指令が所定のしきい値を超えたら、前記速度指令または前記トルク指令を所定値に制限すること特徴とするモータ制御装置。

【請求項9】

請求項１に記載のモータ制御装置において、
前記磁束推定部が推定した前記磁束が所定値を超えるかもしくは下回った場合に、外部へ信号を発することを特徴とするモータ制御装置。

【請求項10】

請求項５に記載のモータ制御装置において、
前記磁束推定部が推定した前記温度が所定値を超えるかもしくは下回った場合に、外部へ信号を発することを特徴とするモータ制御装置。

【請求項11】

車輪と、
車輪を駆動するモータと、
前記モータに電力を供給する電力変換装置と、
前記電力変換装置を制御する制御装置と、
を備える電動車両システムにおいて、
前記制御装置が、請求項１または請求項５に記載のモータ制御装置であることを特徴とする電動車両システム。

【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それを用いた電動車両システムに関する。

【背景技術】

【0002】

永久磁石同期モータは、界磁が永久磁石によって与えられ、高効率化に有利であることから、電動車両などの分野で幅広く適用されている。永久磁石同期モータにおいては、温度などにより永久磁石の磁束量が変動すると、トルク特性などのモータ特性が変動する。このため、適用分野によっては、永久磁石の磁束量を推定し、推定された磁束量に基づいて、永久磁石同期モータが制御される。

【0003】

永久磁石同期モータの磁束量を推定する従来技術として、特許文献１および特許文献２に記載された技術が知られている。

【0004】

特許文献１に記載された技術では、基準状態、例えば基準温度状態、からの磁束変化量推定値Δφｅｓｔが、基準状態におけるｄ軸電圧Ｖｄ＿ｓｔｄおよびｑ軸電圧Ｖｑ＿ｓｔｄ、ｄ軸補正後電圧指令値Ｖｄ^＊＊およびｑ軸補正後電圧指令値Ｖｑ^＊＊、並びに電気角速度ωによって推定される（Δφｅｓｔ＝（（Ｖｑ^＊＊／Ｖｄ^＊＊）×Ｖｄ＿ｓｔｄ－Ｖｑ＿ｓｔｄ）／ω）。Ｖｄ^＊＊およびＶｄ^＊＊は、それぞれ、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ^＊およびｑ軸電圧指令値Ｖｑ^＊の補正値である。Ｖｄ^＊およびＶｑ^＊は、インバータにおけるスイッチング素子のデッドタイムＴｄｅａｄおよびスイッチング素子の直流電圧降下に応じて補正される。Ｖｄ^＊およびＶｑ^＊のＴｄｅａｄに応じた補正量は、インバータの直流入力電圧Ｖｄｃ、スイッチング周波数Ｆｓｗ、Ｔｄｅａｄおよびｄ軸基準の電流位相βｄに基づいて演算される（段落［００５４］参照）。またＶｄ^＊およびＶｑ^＊のスイッチング素子の直流電圧降下に応じた補正量は、電流を引数とする電圧降下補正マップにより算出される。

【0005】

特許文献２に記載された技術では、ｑ軸電圧指令値、ｄ軸電圧指令値、ｑ軸電流、ｄ軸電流および角速度ωに基づいて演算される磁束推定値が、永久磁石同期電動機の動作状態に関する複数のパラメータ、すなわち、角速度、トルク（または電流）、各部の温度（センサ温度、モータ温度、インバータ温度）、インバータの直流電圧の各々を引数とする複数のマップを用いて算出される誤差補正値によって補正される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１９－１２９５７２号公報

【特許文献2】特開２０１９－１２９５７３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

特許文献１は、磁束変動量推定値Δφｅｓｔの算出において、ｄ軸補正後電圧指令値Ｖｄ^＊＊に対するｑ軸補正後電圧指令値Ｖｑ^＊＊の比（Ｖｑ^＊＊／Ｖｄ^＊＊）が用いられるので、Ｖｄ^＊＊が小さい場合には、磁束変動量推定値Δφｅｓｔ自体が増大する。このため、推定値の信頼性に問題がある。

【0008】

特許文献２は、磁束推定値の演算に用いるｑ軸電圧指令値およびｄ軸電圧指令値は補正されない。このため、磁束推定値の精度の向上が制限される。

【0009】

そこで、本発明は、磁束推定の精度および信頼性を向上できるモータ制御装置、並びにこのモータ制御装置を用いる電動車両システムを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記課題を解決するために、本発明によるモータ制御装置は、回転子が永久磁石を有するモータの速度指令またはトルク指令に応じて、モータへの電力変換装置の出力電圧を制御するための電圧指令を生成する電圧指令作成部と、電圧指令に対してデッドタイム補償を行うデッドタイム補償部と、永久磁石の磁束を推定する磁束推定部と、を備えるものであって、磁束推定部は、電圧指令と、モータおよび電力変換装置、並びに、モータおよび電力変換装置間に生じる電圧降下と、に基づいて、永久磁石の磁束を推定し、電圧降下は、モータおよび電力変換装置、並びに、モータおよび電力変換装置間における抵抗成分による第１の電圧降下成分と、デッドタイム補償によって生じる第２の電圧降下成分と、電圧降下から、第１の電圧降下成分および第２の電圧降下成分を除いた第３の電圧降下成分と、を含む。

【0011】

上記課題を解決するために、本発明による電動車両システムは、車輪と、車輪を駆動するモータと、モータに電力を供給する電力変換装置と、電力変換装置を制御する制御装置と、を備えるものであって、制御装置が、上記本発明によるモータ制御装置である。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、磁束推定の精度および信頼性を向上できる。

【0013】

上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】実施例１であるモータ駆動システムの概略構成を示す機能ブロック図である。

【図2】永久磁石同期モータ１０の構造を示す、回転軸に垂直な方向の断面図である。

【図3】ｄ－ｑ軸と、永久磁石同期モータ１０の固定子１１における三相の巻線１５との関係を示す図である。

【図4】電力変換装置２０（図１）の構成を示す回路図である。

【図5】駆動信号（Ｇ_ＸＰ，Ｇ_ＸＮ）（Ｘ：Ｕ，Ｖ，Ｗのいずれか）の一例を示す波形図である。

【図6】電圧指令作成部４１の構成を示す機能ブロック図である。

【図7】実施例１における磁束推定部５０（図１）の構成を示す機能ブロック図である。

【図8】Ｉ_ｄ－Ｉ_ｑ平面に等値線図として表したｑ軸電圧降下Ｖ_{ｄｒｏｐ＿ｑ}’の算出例である。

【図9】図８に示すＩ_ｑとＶ_{ｄｒｏｐ＿ｑ}の関係を、Ｉ_ｄをパラメータとして表したグラフである。

【図10】Ｉ_ｄ－Ｉ_ｑ平面に等値線図として表した第二のｑ軸電圧降下Ｖ_{ｄｒｏｐ＿ｑ}’の算出例である。

【図11】図１０に示すＩ_ｑとＶ_{ｄｒｏｐ＿ｑ}’の関係を、Ｉ_ｄをパラメータとして表したグラフである。

【図12】Ｉ_ｄ－Ｉ_ｑ平面に等値線図として表した第三のｑ軸電圧降下Ｖ_{ｄｒｏｐ＿ｑ}’’の算出例である。

【図13】モータ制御装置４０におけるｑ軸電圧降下Ｖ_{ｄｒｏｐ＿ｑ＿ｅｓｔ}の演算部の構成を示す機能ブロック図である。

【図14】実施例２であるモータ駆動システムの概略構成を示す機能ブロック図である。

【図15】指令値補正部４８（図１４）の一構成例を示す機能ブロック図である。

【図16】実施例３であるモータ駆動システムにおけるモータ制御装置の概略構成を示す機能ブロック図である。

【図17】実施例４である電動車両システム３００の構成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、本発明の実施形態について、下記の実施例１～４により、図面を用いながら説明する。

【0016】

各図において、参照番号が同一のものは同一の構成要件あるいは類似の機能を備えた構成要件を示している。

【実施例0017】

図１は、本発明の実施例１であるモータ駆動システムの概略構成を示す機能ブロック図である。

【0018】

モータ駆動システム１００は、永久磁石同期モータ１０と、電力変換装置２０と、電流センサ３０と、モータ制御装置４０と、を備えている。永久磁石同期モータ１０には、図示はしていないが、永久磁石同期モータ１０の機械的出力を機械的あるいは磁気的に伝える伝達機構を介して、機械的負荷が接続される。

【0019】

モータ制御装置４０は、電力変換装置２０を制御することによって、永久磁石同期モータ１０の回転数またはトルクを所望の値に制御をする。また、本実施例１において、モータ制御装置４０は、後述するように、永久磁石同期モータ１０が備える永久磁石の磁束や温度を推定する機能を有する。

【0020】

以下、図１に示したモータ駆動システムの各構成要素について説明する。

【0021】

図２は、永久磁石同期モータ１０の構造を示す、回転軸に垂直な方向の断面図である。

【0022】

永久磁石同期モータ１０は、エアギャップを介して対向する固定子１１および回転子１２から構成されている。固定子１１は、磁性体からなる固定子コア１６に巻線１５が巻かれた固定子磁極１８を複数有している。回転子１２は、磁性体からなる回転子コア１３と、回転子コア１３内に位置する永久磁石１７とを有している。

【0023】

本実施例では、図２に示すように、固定子磁極１８の個数（＝スロット数）が６個、回転子１２の磁極数が２個である。なお、固定子１１と回転子１２の各磁極数は、図２に示す個数に限らず、所望のモータ特性に応じて任意に設定できる。また、複数ある巻線の接続は、並列接続および直列接続のいずれでもよい。本実施例では、固定子１１において対向する２個の固定子磁極１８の巻線１５が直列接続されて、一相分の巻線が構成されている。したがって、固定子１１は、三相分の巻線（Ｕ，Ｖ，Ｗ）を備えている。

【0024】

固定子磁極１８は、巻線１５に電流を流すことにより、Ｎ極およびＳ極のいずれかの極性の磁極を生じ、巻線１５における電流の向きによって極性を変えられる。本実施例では、巻線１５に正の直流電流を流すときに固定子磁極１８がＳ極になるとし、このＳ極に回転子１２における永久磁石１７のＮ極が引きつけられるときの回転子１２の回転角度をゼロ度とする。なお、以下、回転子１２の回転角度を「回転子位置」と表記する。

【0025】

巻線１５が複数ある場合、いずれか一つの巻線の位置を基準位置とする。本実施例では、図２中右側に位置する巻線１５（Ｕ相巻線）の位置を基準位置とする。また、回転子１２の反時計回りの回転を正回転と称し、時計回りの回転を逆回転と称す。

【0026】

本実施例では、回転子位置は、レゾルバやエンコーダ等の回転検出器によって検出され、モータ制御装置４０における制御処理に用いられる。なお、回転子位置は、いわゆる位置センサレス制御を適用して、回転検出器を用いることなく、永久磁石同期モータ１０に流れるモータ電流もしくは永久磁石同期モータ１０への印加電圧に基づいて推定してもよい。

【0027】

本実施例では、図２に示すように、埋込磁石型の永久磁石同期モータ１０が適用されているが、これに限らず、表面磁石型の永久磁石同期モータなど、回転子が、回転子の温度によって磁束が変化する永久磁石を備えているモータが適用されてもよい。

【0028】

モータ制御装置４０においては、いわゆるベクトル制御が適用されている。そこで、永久磁石同期モータ１０と、ベクトル制御に用いられる回転座標軸（ｄ－ｑ軸）との関係について説明しておく。

【0029】

図３は、ｄ－ｑ軸と、永久磁石同期モータ１０の固定子１１における三相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の巻線１５との関係を示す図である。

【0030】

図３に示すように、三相の巻線（Ｕ，Ｖ，Ｗ）は、電気角で１２０度の位相差をもって配置されている。回転子１２における永久磁石１７の主磁束方向をｄ軸とし、ｄ軸から回転方向に電気角で９０度進んだ方向をｑ軸とする。

【0031】

ｄ－ｑ軸は回転座標系における座標軸、すなわち回転子１２に設定される座標軸であり、回転子１２とともに回転する。したがって、ｄ軸の回転角度は、回転子位置（θｄ）に等しい。前述のように、本実施例では、Ｕ相巻線の位置を基準位置としているので、図３に示すように、θｄは、Ｕ相巻線の位置から、反時計回りの回転方向を正とする角度で表される。

【0032】

なお、ｄ軸の方向は、回転子１２を回転させるとき、基準位置の巻線１５、本実施例ではＵ相巻線に鎖交する永久磁石１７の磁束が最大となる場合に基準位置の巻線の位置に向かう方向でもある。したがって、図３においては、θｄ＝０のときに、Ｕ相巻線に鎖交する永久磁石１７の磁束が最大となる。

【0033】

図４は、電力変換装置２０（図１）の構成を示す回路図である。図４には、永久磁石同期モータ１０および電流センサ３０（図１）を併記する。

【0034】

電力変換装置２０は、図４に示すように、直流電圧源１２０と、半導体スイッチング素子２２ａ～２２ｆの三相フルブリッジ回路から構成される主回路１３１と、ゲート駆動回路１２３とを有している。直流電圧源１２０と主回路１３１の間には、シャント抵抗１３５が接続される。これにより、主回路１３１に過大な電流が流れることが防止される。

【0035】

直流電圧源１２０としては、バッテリ、ＡＣ／ＤＣコンバータ（整流装置を含む）、ＤＣ／ＤＣコンバータなどが適用される。本実施例では、半導体スイッチング素子２２ａ～２２ｆとして、ＩＧＢＴが適用されるが、これに限らずＭＯＳＦＥＴなどを適用してもよい。また、本実施例では、主回路１３１は、インバータモジュールによって構成されている。

【0036】

主回路１３１においては、半導体スイッチング素子２２ａ～２２ｆの各々に環流ダイオードが並列接続され、各並列接続がアームを構成する。２個のアームが、直列に接続されることにより、一相分の上下アームが構成される。本実施例では、図４に示すように、スイッチング素子３２ａ，３２ｂによりＵ相、スイッチング素子３２ｃ，３２ｄによりＶ相、スイッチング素子３２ｅ，３２ｆによりＷ相の上下アームが構成されている。各相の上下アームの接続点は、永久磁石同期モータ１０へ接続されている。

【0037】

ゲート駆動回路１２３は、ＰＷＭ信号作成部４３（図１）が出力するＰＷＭパルス信号からなるオン・オフ制御信号Ｓ_ＵＰ～Ｓ_ＷＮに基づいて、駆動信号Ｇ_ＵＰ～Ｇ_ＷＮを生成して、それぞれ半導体スイッチング素子２２ａ～２２ｆの制御端子（本実施例では、ゲート端子）に出力する。半導体スイッチング素子２２ａ～２２ｆは、それぞれ、駆動信号Ｇ_ＵＰ～Ｇ_ＷＮによってオン・オフ駆動される。

【0038】

主回路１３１は、半導体スイッチング素子２２ａ～２２ｆがオン・オフ駆動されることにより、直流電圧源１２０の直流電圧Ｅｄｃを三相交流電圧に変換し、この三相交流電圧を永久磁石同期モータ１０の三相交流端子に出力する。

【0039】

図５は、駆動信号（Ｇ_ＸＰ，Ｇ_ＸＮ）（Ｘ：Ｕ，Ｖ，Ｗのいずれか）の一例を示す波形図である。図５には、ＰＷＭ信号作成部４３（図１）が用いる三角波キャリア信号Ｓ_ＣとＸ相電圧指令Ｖ_Ｘ ^＊の一例が併記されている。

【0040】

ＰＷＭ信号作成部４３（図１）は、図５に示すように、三角波キャリア信号Ｓ_ＣとＸ相電圧指令Ｖ_Ｘ ^＊の大小関係から、図５では図示しない、ＰＷＭパルス信号からなるオン・オフ制御信号Ｓ_ＸＰ，Ｓ_ＸＮを生成する。ゲート駆動回路１２３は、オフ制御信号Ｓ_ＸＰ，Ｓ_ＸＮに応じて、オフ制御信号Ｓ_ＸＰ，Ｓ_ＸＮと同じ波形で、かつ半導体スイッチング素子を駆動するために十分な電圧値を有する駆動信号Ｇ_ＸＰ，Ｇ_ＸＮを生成する。

【0041】

電力変換装置２０においては、永久磁石同期モータ１０に出力する交流電圧の周波数よりも充分に高い周波数で半導体スイッチング素子がスイッチングされる。すなわち、三角波キャリア信号Ｓ_Ｃの周波数がＸ相電圧指令Ｖ_Ｘ ^＊の周波数よりも十分に高くされる。このため、電力変換装置２０における主回路１３１が出力する各相の電圧は、駆動信号Ｇ_ＸＰ，Ｇ_ＸＮに応じてパルス幅変調された矩形波状の電圧であるが、時間的に平均すると、デューティファクタの変化に応じて電圧値が変化する正弦波状電圧になる。

【0042】

デューティファクタの大きさや、大きさの変化の周期を変えることにより、すなわち、Ｘ相電圧指令Ｖ_Ｘ ^＊の大きさや周波数を変えることにより、電力変換装置２０が出力する三相交流電圧の大きさ（振幅）および周波数を制御することができる。これにより、永久磁石同期モータ１０の可変速駆動やトルク制御が可能になる。

【0043】

電流センサ３０は、電力変換装置２０から永久磁石同期モータ１０に流れる三相のモータ電流を検出する。本実施例において、電流センサ３０は、Ｕ相モータ電流Ｉ_ＵおよびＷ相モータ電流Ｉ_Ｗを検出する。Ｖ相モータ電流（「Ｉ_Ｖ」とする）は、検出されたＵ相モータ電流Ｉ_ＵおよびＷ相モータ電流Ｉ_Ｗに基づいて、モータ制御装置４０において算出される（Ｉ_Ｖ＝－Ｉ_Ｕ－Ｉ_Ｗ）。なお、電流センサ３０としては、例えば、電流トランス（ＣＴ）が適用される。

【0044】

電流センサ３０としては、ホールＣＴやシャント抵抗が適用されてもよい。シャント抵抗が適用される場合、いわゆる１シャント方式や３シャント方式が用いられる。１シャント方式では、主回路１３１（図４）への直流入力電流、すなわち直流母線電流を１個のシャント抵抗（例えば、図４におけるシャント抵抗１３５）で検出し、直流母線電流の検出値に基づいて、三相モータ電流が検出される。３シャント方式では、三相の下アームの各々にシャント抵抗を設け、これら３個のシャント抵抗によって検出される電流値に基づいて、三相モータ電流が検出される。

【0045】

次に、モータ制御装置４０（図１）について説明する。

【0046】

モータ制御装置４０は、電力変換装置２０のスイッチング動作を制御することにより、永久磁石同期モータ１０の速度およびトルクの少なくとも一方を制御する。その際、モータ制御装置４０は、速度指令ω_ｒ ^＊またはトルク指令Ｔｒｑ^＊と、電流センサ３０によって検出されるモータ電流とに基づいて、三相電圧指令Ｖ_Ｕ ^＊，Ｖ_Ｖ ^＊，Ｖ_Ｗ ^＊を作成する。なお、速度指令ω_ｒ ^＊またはトルク指令Ｔｒｑ^＊は、モータ制御装置４０に設定されていてもよいし、図１には図示されない上位制御系などの他の制御系からモータ制御装置４０に与えられてもよい。

【0047】

さらに、モータ制御装置４０は、ＰＷＭ信号作成部４３によって、三相電圧指令Ｖ_Ｕ ^＊，Ｖ_Ｖ ^＊，Ｖ_Ｗ ^＊に応じたＰＷＭパルスからなるオン・オフ制御信号Ｓ_ＵＰ～Ｓ_ＷＮを生成する。モータ制御装置４０は、このオン・オフ制御信号Ｓ_ＵＰ～Ｓ_ＷＮによって、電力変換装置２０のスイッチング動作を制御する。

【0048】

前述のように、モータ制御装置４０においては、いわゆるベクトル制御が適用されている。このため、電圧指令作成部４１（図１）は、回転座標系における演算処理により、電圧指令値を生成する。

【0049】

図６は、電圧指令作成部４１の構成を示す機能ブロック図である。

【0050】

電圧指令作成部４１は、速度指令またはトルク指令（図１におけるω_ｒ ^＊，Ｔｒｑ^＊）に基づいて算出される第１のｄ軸電流指令Ｉ_ｄ ^＊および第１のｑ軸電流指令Ｉ_ｑ ^＊と、ｄ軸検出電流Ｉ_ｄｃおよびｑ軸検出電流Ｉ_ｑｃと、インバータ周波数指令ω_１（ω_１に代えてωｒ^＊でもよい）とを入力して、式（１）および式（２）を用いて、ｄ軸電圧指令Ｖ_ｄ ^＊およびｑ軸電圧指令Ｖ_ｑ ^＊を生成する。なお、Ｉ_ｄｃおよびＩ_ｑｃは、電流センサ３０によって検出される三相モータ電流を、静止座標から回転座標へ座標変換することにより算出される。

【0051】

【数1】

【0052】

【数2】

【0053】

式（１）および式（２）において、Ｒは永久磁石同期モータ１０の１相あたりの巻線抵抗、Ｌ_ｄはｄ軸インダクタンス、Ｌ_ｑはｑ軸インダクタンス、Ｋｅは誘起電圧定数である。

【0054】

Ｉ_ｄ ^＊＊およびＩ_ｑ ^＊＊は、モータ電流がＩ_ｄ ^＊およびＩ_ｑ ^＊に追従して流れるようにするためにＰＩ制御からなる電流制御器によって生成される、それぞれ第２のｄ軸電流指令および第２のｑ軸電流指令である。

【0055】

Ｉ_ｄ ^＊＊を生成するｄ軸電流制御器１１４ａにおいては、加減算器９１ｄによって、第１のｄ軸電流指令Ｉ_ｄ ^＊とｄ軸検出電流Ｉ_ｄｃとの差分（Ｉ_ｄ ^＊－Ｉ_ｄｃ）が演算され、比例器９２ｃによって、差分演算値に、比例ゲイン（Ｋ_ｐ＿d）が乗算される。また、差分演算値は、比例器９２ｄによって積分ゲイン（Ｋ_ｉ＿ｄ）が乗算され、積分器９４ｃによって積分される。比例ゲインＫ_ｐ＿ｄが乗算された差分演算値と、積分ゲインＫ_ｉ＿ｄが乗算された積分値とが、加算器９０ｂによって加算され、Ｉ_ｄ ^＊＊が演算される。

【0056】

Ｉ_ｑ ^＊＊を生成するｑ軸電流制御器１１４ｂにおいては、加減算器９１ｅによって、第１のｑ軸電流指令Ｉ_ｑ ^＊とｑ軸検出電流Ｉ_ｑｃとの差分（Ｉ_ｑ ^＊－Ｉ_ｑｃ）が演算され、比例器９２ｅによって、差分演算値に、比例ゲイン（Ｋ_ｐ＿ｑ）が乗算される。また、差分演算値は、比例器９２ｆによって積分ゲイン（Ｋ_ｉ＿ｑ）が乗算され、積分器９４ｄによって積分される。比例ゲインＫ_ｐ＿ｑが乗算された差分演算値と、積分ゲインＫ_ｉ＿ｑが乗算された積分値とが、加算器９０ｃによって加算され、Ｉ_ｑ ^＊＊が演算される。

【0057】

Ｉｄ^＊＊には乗算器９２ｇによってＲが乗算されて、式（１）の右辺における「Ｒ×Ｉ_ｄ ^＊＊」が演算される。Ｉｑ^＊＊には乗算器９２ｉによってＲが乗算されて、式（２）の右辺における「Ｒ×Ｉ_ｑ ^＊＊」が演算される。

【0058】

Ｉ_ｑ ^＊＊がローパスフィルタ９８ａによってフィルタリングされて、式（１）の右辺に示すＩ_ｑ ^＊＊ _＿ｆｉｌが得られる。さらに、Ｉ_ｑ ^＊＊ _＿ｆｉｌには乗算器９２ｈによってＬ_ｑおよびω_１が乗算されて、式（１）の右辺における「ω_１×Ｌ_ｑ×Ｉ_ｑ ^＊＊ _＿ｆｉｌ」が演算される。加減算器９１ｆによって、乗算器９２ｇによって演算された「Ｒ×Ｉ_ｄ ^＊＊」から、乗算器９２ｈによって演算された「ω_１×Ｌ_ｑ×Ｉ_ｑ ^＊＊ _＿ｆｉｌ」が減算される。これにより、Ｖ_ｄ ^＊が生成される。

【0059】

Ｉ_ｄ ^＊＊がローパスフィルタ９８ｂによってフィルタリングされて、式（２）の右辺に示すＩ_ｄ ^＊＊ _＿ｆｉｌが得られる。さらに、Ｉ_ｄ ^＊＊ _＿ｆｉｌには乗算器９２ｊによってＬ_ｄおよびω_１が乗算されて、式（２）の右辺における「ω_１×Ｌ_ｄ×Ｉ_ｄ ^＊＊ _＿ｆｉｌ」が演算される。ω_１には乗算器９２ｋによってＫｅが乗算されて、式（２）における「ω_１×Ｋｅ」が演算される。加算器９０ｄによって、乗算器９２ｉによって演算された「Ｒ×Ｉ_ｑ ^＊＊」と、乗算器９２ｊによって演算された「ω_１×Ｌ_ｄ×Ｉ_ｄ ^＊＊ _＿ｆｉｌ」と、乗算器９２ｋによって演算された「ω_１×Ｋｅ」とが加算される。これにより、Ｖ_ｑ ^＊が生成される。

【0060】

上述のように、電圧指令作成部４１では、ｄ軸電流制御器１１４ａおよびｑ軸電流制御器１１４ｂが、式（１）および（２）に基づく電圧演算部にカスケードに接続される。また、電圧演算部には、永久磁石同期モータ１０のモータ定数に応じた時定数（Ｔ_ｑ（＝Ｌ_ｑ／Ｒ），Ｔ_ｄ（＝Ｌ_ｄ／Ｒ））を有する一次遅れからなるローパスフィルタ９８ａ，９８ｂが適用されている。これらにより、演算周期に制約がある場合などにおいても、安定したベクトル制御を実現できる。

【0061】

以下、本実施例１におけるモータ制御装置４０が備える磁束推定機能について説明する。

【0062】

図７は、本実施例１における磁束推定部５０（図１）の構成を示す機能ブロック図である。

【0063】

なお、図７には、磁束推定部５０とともに磁束推定に関わる、磁束テーブル５１、漂游電圧テーブル５２、デッドタイム補償誤差演算部５３、巻線抵抗推定部５４も併記されている。

【0064】

本実施例においては、電力変換装置２０から永久磁石同期モータ１０に三相交流電圧が出力されているとき、ｑ軸電圧指令Ｖｑ^＊、永久磁石同期モータ１０の回転角速度ω_ｅ（電気角）、ｄ軸電流Ｉ_ｄおよびｑ軸電流Ｉ_ｑ、直流電圧源１２０（図２）の直流電圧Ｅｄｃ、巻線温度Ｔｅｍｐ＿ｗに基づいて、磁石磁束を表すｄ軸鎖交磁束Ψ_ｄ並びに磁石温度Ｔｅｍｐ＿ｍが推定される。

【0065】

永久磁石同期モータ１０の定常状態におけるｑ軸電圧方程式は、微分項（ｓＬ_ｑＩ_ｑ ^＊＊）を無視すると、式（３）および（４）で表せる。なお、式（４）におけるΨ_ｄ０は、永久磁石のみによるｄ軸鎖交磁束成分である。

【0066】

【数3】

【0067】

【数4】

【0068】

式（３）におけるｑ軸電圧降下Ｖ_{ｄｒｏｐ＿ｑ}は、速度起電力（誘起電圧：ω_ｅ×Ψ_ｄ）とｑ軸電圧指令値Ｖ_ｑ ^＊との差分（Ｖ_ｑ ^＊－ω_ｅ×Ψ_ｄ）であり、巻線抵抗Ｒによる電圧降下、スイッチング素子（図４：２２ａ～２２ｆ）での電圧降下、デッドタイムに起因する誤差電圧、ＰＷＭ方式に起因する誤差電圧などを含むｑ軸における総電圧降下である。式（３）に基づけば、Ｖ_{ｄｒｏｐ＿ｑ}を構成するこれら複数の電圧成分を考慮してＶ_{ｄｒｏｐ＿ｑ}を算出することにより、Ψ_ｄを推定することができる。

【0069】

まず、予め、永久磁石同期モータ１０の異なる二通りの回転数のもとで、ｄ軸電流Ｉ_ｄおよびｑ軸電流Ｉ_ｑを格子点状（（Ｉ_ｄ，Ｉ_ｑ））に振り、（Ｉ_ｄ，Ｉ_ｑ）に対するｄ軸電圧およびｑ軸電圧（Ｖ_ｄ，Ｖ_ｑ）を測定する。この時、磁石温度Ｔｅｍｐ＿ｍは一定値（Ｔｅｍｐ＿ｍ_{＿ｃａｌｉｂ}）、例えば、予め設定される標準温度となるようにする。

【0070】

永久磁石同期モータ１０の回転角速度（電気角）がω_ｅ１およびω_ｅ２である時のｑ軸電圧指令値をそれぞれＶ_ｑ１ ^＊およびＶ_ｑ２ ^＊とすると、Ｖ_ｑ１ ^＊およびＶ_ｑ２ ^＊は、式（３）に基づいて、それぞれの式（５）および式（６）で表せる。なお、ω_ｅ２＞ω_ｅ１とする。

【0071】

【数5】

【0072】

【数6】

【0073】

ここで、ｄ軸鎖交磁束Ψ_ｄとｑ軸電圧降下Ｖ_{ｄｒｏｐ＿ｑ}は回転数に依存しないとしている。

【0074】

式（５）および式（６）より、ｄ軸鎖交磁束Ψ_ｄおよびｑ軸電圧降下Ｖ_{ｄｒｏｐ＿ｑ}は、それぞれ式（７）および式（８）で表される。

【0075】

【数7】

【0076】

【数8】

【0077】

上述の測定データ（（Ｉ_ｄ，Ｉ_ｑ）に対する（Ｖ_ｄ，Ｖ_ｑ））を用いて、式（７）および式（８）より、（Ｉ_ｄ，Ｉ_ｑ）を引数とするΨ_ｄおよびＶ_{ｄｒｏｐ＿ｑ}の各テーブルデータが算出される。Ψ_ｄおよびＶ_{ｄｒｏｐ＿ｑ}のテーブルデータは、それぞれ、磁束テーブル５１（Ψ_{ｄ＿ｃａｌｉｂ＿ｔａｂｌｅ}）およびｑ軸電圧降下適合テーブル（Ｖ_{ｄｒｏｐ＿ｑ＿ｃａｌｉｂ＿ｔａｂｌｅ}）として、モータ制御装置４０に保存される。

【0078】

ｑ軸電圧降下Ｖ_{ｄｒｏｐ＿ｑ}は、複数の要因によって生じる電圧降下成分が含まれている。本発明者の検討により、本実施例では、高精度に磁束推定を行うために、次の三要因に関してｑ軸電圧降下成分を補正する。三要因とは、デッドタイム誤差時間、巻線抵抗を含む抵抗成分、並びに、ｑ軸電圧降下適合テーブルから得られるＶ_{ｄｒｏｐ＿ｑ}からデッドタイム誤差時間および抵抗成分を要因とする電圧降下成分を除いた残りの電圧降下成分（漂游電圧）、である。

【0079】

上記三要因を考慮すると、Ｖ_{ｄｒｏｐ＿ｑ}は式（９）で表される。

【0080】

【数9】

【0081】

式（９）の右辺第一項（ＲＩ_ｑ）は、抵抗成分Ｒによる電圧降下成分であり、ｄ軸電流Ｉ_ｄに比例する。式（９）におけるＲは、永久磁石同期モータ１０の巻線抵抗と、半導体スイッチング素子（２２ａ～２２：図４）の抵抗成分と、配線ケーブルなど、電力変換装置２０から永久磁石同期モータ１０までの抵抗成分の和である（以下、「総抵抗値」と称する）。式（９）の右辺第二項（Ｖ_{ｄｅａｄ＿ｑ}）は、デッドタイム補償に伴って生じる電圧降下成分である。式（９）の右辺第三項（Ｖ_{ｅｒｒ＿ｑ}）は、漂游誤差電圧と称し、半導体スイッチング素子の電圧降下の非線形成分、半導体スイッチング素子のスイッチングに起因する非線形成分、永久磁石同期モータ１０の漏れ磁束や構造に起因する成分などを含み、電力変換装置２０と永久磁石同期モータ１０の組合せによる固有の値になる。

【0082】

以下、Ｖ_{ｄｅａｄ＿ｑ}について説明するが、まず、デッドタイムについて簡単に説明しておく。

【0083】

前述の図５においては、図示および説明を省略したが、Ｘ相上アームの半導体スイッチング素子を駆動する駆動信号Ｇ_ＸＰと、Ｘ相下アームの半導体スイッチング素子を駆動する駆動信号Ｇ_ＸＮには、上下アームの短絡を防止するために、両アームの半導体スイッチング素子が共にオフとなる期間、すなわち、いわゆるデッドタイムが設定される。

【0084】

なお、本実施例では、ＰＷＭ信号作成部４３（図１）によって、オン・オフ制御信号Ｓ_ＵＰ～Ｓ_ＷＮにデッドタイムが設定される。

【0085】

デッドタイムが設定されていると、永久磁石同期モータ１０に印加したい電圧（電圧指令）と、実際に永久磁石同期モータ１０に印加される電圧との間に誤差（デッドタイム誤差電圧）が生じる。このため、モータ電流の波形歪が発生する。そこで、本実施例では、デッドタイム補償部４２（図１）が、Ｖ_ｄ ^＊およびＶ_ｑ ^＊を三相交流電圧指令Ｖ_Ｕ ^＊，Ｖ_Ｖ ^＊，Ｖ_Ｗ ^＊に変換し、さらに、デッドタイムに伴うモータ電流の波形歪を低減するために、Ｖ_Ｕ ^＊，Ｖ_Ｖ ^＊，Ｖ_Ｗ ^＊に対してデッドタイム誤差電圧を補償する。

【0086】

なお、デッドタイム誤差電圧を補償するデッドタイム補償に関しては様々な技術が知られている。例えば、ｄｑ軸における電流指令から三相電流の極性を求め、この三相電流極性により三相交流電圧指令を補正する。

【0087】

本実施例のデッドタイム補償部４２では、電力変換装置２０の直流電源電圧、スイッチング周波数、デッドタイムおよび電流位相に基づき、所定の数式を用いて、デッドタイム誤差電圧を演算する。

【0088】

本実施例におけるデッドタイム補償誤差演算部５３（図１）は、デッドタイム補償に伴って発生する電圧降下成分（以下、デッドタイム補償誤差電圧と称す）を演算する。

【0089】

デッドタイム補償誤差演算部５３は、ｑ軸に現れるデッドタイム補償誤差電圧Ｖ_{ｄｅａｄ＿ｑ}を、式（１０）および式（１１）によって演算する。

【0090】

【数10】

【0091】

【数11】

【0092】

式（１０）および式（１１）において、Ｅｄｃは直流電圧源１２０（図２）の直流電圧、Ｔ_ｓｗはスイッチング周期、βはｄ軸を基準とする電流位相角、Ｔ_{ｄｅａｄ＿ｒｅａｌ}は実際のデッドタイム、Ｔ_{ｄｅａｄ＿ｃｍｐ}はデッドタイム補償時間（デッドタイム（設定値）に相当）である。

【0093】

実際のデッドタイムＴ_{ｄｅａｄ＿ｒｅａｌ}と、デッドタイム補償時間Ｔ_{ｄｅａｄ＿ｃｍｐ}は、同じ値にすることが多い。しかし、異なる値にすることもある。例えば、モータのインダクタンスが小さい時などは、モータ電流の歪を抑制したい場合がある。その場合、デッドタイム補償時間は、モータ電流の歪を最小化する値に設定する。電流ゼロクロス付近の電流歪は、デッドタイム補償量を大きくすると増大しやすいため、デッドタイム補償時間は実際のデッドタイム時間とは異なり、小さい値に設定されることがある。このような場合、式（１０）および式（１１）に示すデッドタイム補償誤差電圧Ｖ_{ｄｅａｄ＿ｑ}が発生する。デッドタイム補償誤差電圧Ｖ_{ｄｅａｄ＿ｑ}は、デッドタイム補償を行った際の過補償あるいは補償不足による誤差電圧を意味する。

【0094】

本実施例においては、ＰＷＭ信号作成部４３やゲート駆動回路１２３で設定される実際のデッドタイムと、デッドタイム補償部４２で補償するデッドタイム補償時間が異なる場合においても高精度に磁束推定ができる。

【0095】

ここで、ｑ軸電圧降下Ｖ_{ｄｒｏｐ＿ｑ}の算出例について、図８および図９を用いて説明する。

【0096】

図８は、Ｉ_ｄ－Ｉ_ｑ平面に等値線図として表したｑ軸電圧降下Ｖ_{ｄｒｏｐ＿ｑ}の算出例である。また、図９は、図８に示すＩ_ｑとＶ_{ｄｒｏｐ＿ｑ}の関係を、Ｉ_ｄをパラメータとして表したグラフである。

【0097】

図８により、あるＩ_ｑに対してＩ_ｄが負方向に大きくなるにつ入れて、Ｖ_{ｄｒｏｐ＿ｑ}の絶対値が減少する傾向にあるのが分かる。つまり、Ｉ_ｄが負方向に大きくなると、Ｉ_ｑが正ではＶ_{ｄｒｏｐ＿ｑ}が減少、Ｉ_ｑが負ではＶ_{ｄｒｏｐ＿ｑ}が増加する傾向がある。また、図９からも、Ｉ_ｄの値に応じて、Ｉ_ｑに対するＶ_{ｄｒｏｐ＿ｑ}の変化が異なっているのが分かる。

【0098】

式（１０）および式（１１）に基づけば、Ｉ_ｑに対するＶ_{ｄｒｏｐ＿ｑ}の変化が異なっているのは、電流位相角βの関数であるデッドタイム補償誤差電圧Ｖ_{ｄｅａｄ＿ｑ}が存在するためである。一方、実際のデッドタイムとデッドタイム補償時間が同じである場合、ｑ軸電圧降下Ｖ_{ｄｒｏｐ＿ｑ}は、式（９）の右辺第一項の抵抗成分Ｒによる電圧降下成分が支配的な成分となる。この場合、Ｉ_ｄに依存することなくＩ_ｑによってＶ_{ｄｒｏｐ＿ｑ}の値が決まる。

【0099】

上述のように予め算出されてテーブルデータとして保存されているｑ軸電圧降下Ｖ_{ｄｒｏｐ＿ｑ}から、デッドタイム誤差時間の算出のため、式（１２）に示すように、ｑ軸電圧降下Ｖ_{ｄｒｏｐ＿ｑ}からデッドタイム補償誤差電圧Ｖ_{ｄｅａｄ＿ｑ}を減じた第二のｑ軸電圧降下Ｖ_{ｄｒｏｐ＿ｑ}’を定義する。

【0100】

【数12】

【0101】

Ｖ_{ｄｒｏｐ＿ｑ}のテーブルデータ算出時におけるデッドタイム誤差時間を算出するために、デッドタイム補償誤差時間Ｔ_{ｄｅａｄ＿ｃａｌｉｂ}を変化させていき、第二のｑ軸電圧降下Ｖ_{ｄｒｏｐ＿ｑ}’のＩ_ｄ依存性が最も小さくなるデッドタイム補償誤差時間Ｔ_{ｄｅａｄ＿ｃａｌｉｂ}を求める。これは、言いかえると、図９に示すＩ_ｄをパラメータとする複数のグラフが最も重なる状態となるＴ_{ｄｅａｄ＿ｃａｌｉｂ}を求めることになる。このとき、公知の種々の最適化計算を用いることも可能であるが、本実施例では分散の総和が最小になるように、デッドタイム補償誤差時間Ｔ_{ｄｅａｄ＿ｃａｌｉｂ}を求める。次の式（１３）および式（１４）のように、Ｖ_{ｄｒｏｐ＿ｑ}のテーブルデータ算出時におけるｑ軸電圧降下Ｖ_{ｄｒｏｐ＿ｑ}の母平均μおよび分散Ｖを求める。

【0102】

【数13】

【0103】

【数14】

【0104】

式（１３）および式（１４）におけるＮ_Ｉｄは、あるＩ_ｑデータにおけるＩ_ｄ方向のデータ群である。分散は、図９に示すＩ_ｑ－Ｖ_{ｄｒｏｐ＿ｑ}平面におけるＶ_{ｄｒｏｐ＿ｑ}のバラつきに相当する。

【0105】

さらに、各Ｉ_ｑデータ点における第二のｑ軸電圧降下Ｖ_{ｄｒｏｐ＿ｑ}’の分散の総和Ｓを式（１５）により求める。

【0106】

【数15】

【0107】

式（１５）で表される総和Ｓが最小になる時、第二のｑ軸電圧降下Ｖ_{ｄｒｏｐ＿ｑ}’のＩ_ｄに対する依存性（バラつき）が小さくなるとして、デッドタイム補償誤差時間Ｔ_{ｄｅａｄ＿ｃａｌｉｂ}を求める。

【0108】

図８および図９に示したｑ軸電圧降下Ｖ_{ｄｒｏｐ＿ｑ}の測定例において、デッドタイム補償誤差時間Ｔ_{ｄｅａｄ＿ｃａｌｉｂ}を変化させ（例えば、０．１μｓ毎など）、総和Ｓが最小になるデッドタイム補償誤差時間Ｔ_{ｄｅａｄ＿ｃａｌｉｂ}を求めた際の第二のｑ軸電圧降下Ｖ_{ｄｒｏｐ＿ｑ}’を図１０および図１１に示す。

【0109】

図１０は、Ｉ_ｄ－Ｉ_ｑ平面に等値線図として表した第二のｑ軸電圧降下Ｖ_{ｄｒｏｐ＿ｑ}’の算出例である。また、図１１は、図１０に示すＩ_ｑとＶ_{ｄｒｏｐ＿ｑ}’の関係を、Ｉ_ｄをパラメータとして表したグラフである。

【0110】

図１０と図８を比較すると、第二のｑ軸電圧降下Ｖｄ_{ｒｏｐ＿ｑ}’の等値線がｄ軸に対し平行になっている。つまり、あるＩ_ｑに対し、第二のｑ軸電圧降下Ｖ_{ｄｒｏｐ＿ｑ}’はＩ_ｄにほとんど依存せず、一定となっている。また、図１１と図９を比較すると、Ｉ_ｄをパラメータとする、Ｉ_ｑに対するＶ_{ｄｒｏｐ＿ｑ}’の変化を示す複数のグラフが重なっている。このようにして、Ｖ_{ｄｒｏｐ＿ｑ}のテーブルデータ算出時におけるデッドタイム誤差時間Ｔ_{ｄｅａｄ＿ｃａｌｉｂ}を算出することができる。

【0111】

次に、抵抗成分による電圧降下成分について説明する。

【0112】

本実施例では、前述の図１１のグラフの傾きから、前述の式（９）における抵抗成分Ｒが算出される。本実施例では、Ｉ_ｑデータ点毎にＶ_{ｄｒｏｐ＿ｑ}’の平均値を算出し、平均値に対して最小二乗法による線形近似を行って傾きを求め、Ｖ_{ｄｒｏｐ＿ｑ}のテーブルデータ算出時における総抵抗Ｒ_{ｃａｌｉｂ}とする。

【0113】

なお、公知の種々の最適化計算を用いて、総抵抗Ｒ_{ｃａｌｉｂ}を算出してもよい。

【0114】

Ｒ_{ｃａｌｉｂ}には、巻線温度Ｔｅｍｐ＿ｗによって抵抗値が変化する巻線抵抗Ｒ_ｗと、スイッチング素子の抵抗成分と、配線ケーブルなど電力変換装置２０から永久磁石同期モータ１０までの抵抗成分とが含まれる。そこで、巻線抵抗推定部５４（図１）は、Ｖ_{ｄｒｏｐ＿ｑ}のテーブルデータ算出時における巻線温度をＴｅｍｐ＿ｗ_{＿ｃａｌｉｂ}とし、巻線抵抗Ｒ_ｗの巻線温度に対するテーブルデータ（巻線抵抗テーブルＲ_ｗ＿ｔａｂｌｅ）を用いて、Ｖ_{ｄｒｏｐ＿ｑ}のテーブルデータ算出時における巻線温度Ｔｅｍｐ＿ｗ_{＿ｃａｌｉｂ}に依存しない定抵抗成分Ｒ_{ｃａｌｉｂ＿ｃｏｎｓｔ}を式（１６）で算出する。

【0115】

【数16】

【0116】

なお、巻線抵抗Ｒ_ｗは、公知の計算式で算出されてもよい。

【0117】

次に、デッドタイム誤差電圧および抵抗成分による電圧降下以外の電圧降下成分、すなわち漂游電圧と称する電圧降下成分について説明する。

【0118】

Ｖ_{ｄｒｏｐ＿ｑ}のテーブルデータ算出時におけるｑ軸電圧降下Ｖ_{ｄｒｏｐ＿ｑ}から、デッドタイム補償誤差電圧Ｖ_{ｄｅａｄ＿ｑ}と総抵抗Ｒ_{ｃａｌｉｂ}による電圧降下成分を除いた残りの電圧降下成分を、第三のｑ軸電圧降下Ｖ_{ｄｒｏｐ＿ｑ}’’として、式（１７）で定義する。なお、式（１７）の右辺第一項のＶ_{ｄｒｏｐ＿ｑ}’は、前述の第二のｑ軸電圧降下（式（１２））である。

【0119】

【数17】

【0120】

図１２は、Ｉ_ｄ－Ｉ_ｑ平面に等値線図として表した第三のｑ軸電圧降下Ｖ_{ｄｒｏｐ＿ｑ}’’の算出例である。

【0121】

Ｖ_{ｄｒｏｐ＿ｑ}’’の算出においては、前述（図８）に示したＶ_{ｄｒｏｐ＿ｑ}の算出例が用いられている。したがって、（Ｉ_ｄ，Ｉ_ｑ）を引数とするＶ_{ｄｒｏｐ＿ｑ}’’のテーブルデータ（Ｖ_{ｅｒｒ＿ｑ＿ｃａｌｉｂ}＿_{ｔａｂｌｅ}）が算出される。Ｖ_{ｄｒｏｐ＿ｑ}’’のテーブルデータは、漂游電圧テーブル５２（図１，７）として、モータ制御装置４０に保存される。

【0122】

図１２から分かるように、Ｖ_{ｄｒｏｐ＿ｑ}’’は、ｑ軸電圧降下Ｖ_{ｄｒｏｐ＿ｑ}から、デッドタイム補償誤差電圧Ｖ_{ｄｅａｄ＿ｑ}と総抵抗Ｒ_{ｃａｌｉｂ}による電圧降下成分（Ｒ_{ｃａｌｉｂ}Ｉ_ｄ）を除いた残りの電圧降下成分であるため、非常に小さい値となっている。

【0123】

本発明者の検討によれば、Ｖ_{ｄｒｏｐ＿ｑ}’’は、具体的要因を特定して計算式で表すことが難しい。そこで、本実施例では、Ｖ_{ｄｒｏｐ＿ｑ}’’を漂游電圧と称している。

【0124】

本発明者の検討によれば、漂游電圧は、永久磁石同期モータ１０の漏れ磁束や構造が関わっており、電力変換装置２０と永久磁石同期モータ１０の組合せによる固有の値になる。したがって、漂游電圧テーブルにより、精度よく漂游電圧を算出することができる。

【0125】

なお、漂游電圧テーブルは、モータ制御装置毎に作成することが好ましいが、代表的な電力変換装置２０と永久磁石同期モータ１０の組合せについて漂游電圧テーブルを作成し、各モータ制御装置において共用してもよい。

【0126】

次に、予め所定の動作条件で算出されて保存されているＶ_{ｄｒｏｐ＿ｑ}を、永久磁石同期モータ１０の駆動時の動作条件（直流電圧Ｅｄｃ、巻線温度、スイッチング周波数など）に応じて補正して、ｑ軸電圧降下Ｖ_{ｄｒｏｐ＿ｑ＿ｅｓｔ}を算出する手段について説明する。

【0127】

図１３は、モータ制御装置４０におけるｑ軸電圧降下Ｖ_{ｄｒｏｐ＿ｑ＿ｅｓｔ}の演算部の構成を示す機能ブロック図である。

【0128】

永久磁石同期モータ１０の駆動時における総抵抗Ｒ_ｅｓｔは、式（１８）により算出される。

【0129】

【数18】

【0130】

式（１８）において、Ｔ_{ｗ＿ｅｓｔ}はモータ駆動時（磁束推定時）の巻線温度（図１３中ではＴｅｍｐ＿ｗ）であり、Ｒ_{ｃａｌｉｂ＿ｃｏｎｓｔ}は前述（式（１６））の定抵抗成分である。Ｒ_{ｗ＿ｔａｂｌｅ}（Ｔ_{ｗ＿ｅｓｔ}）は、前述した、巻線抵抗Ｒ_ｗの巻線温度に対するテーブルデータであり、巻線温度テーブル５４１（図１３）に格納されている。

【0131】

推定総抵抗Ｒ_ｅｓｔにより、巻線温度の依存性が抵抗成分による電圧降下の値に反映される。

【0132】

次に、永久磁石同期モータ１０の駆動時（磁束推定時）における、スイッチング周期Ｔ_{ｓｗ＿ｅｓｔ}、直流電圧Ｅ_{ｄｃ＿ｅｓｔ}および電流位相角β_ｅｓｔを用いて、永久磁石同期モータ１０の駆動時（磁束推定時）におけるデッドタイム補償誤差電圧Ｖ_{ｄｅａｄ＿ｑ＿ｃａｌｉｂ}を式（１９）により算出する。電流位相角β_ｅｓｔは、電流位相演算器５３１（図１３）によって、Ｉ_ｄ，Ｉ_ｑに基づいて演算される。式（１９）による演算は、演算部５３２の動作に相当する。

【0133】

【数19】

【0134】

なお、式（１９）は、前述の式（１０）の右辺において、Ｔ_ｓｗ、Ｅ_ｄｃおよびβ_ｅｓｔを、それぞれ、Ｔ_{ｓｗ＿ｅｓｔ}、Ｅ_{ｄｃ＿ｅｓｔ}およびβ_ｅｓｔに置き換えたものに相当する。

【0135】

Ｖ_{ｄｅａｄ＿ｑ＿ｃａｌｉｂ}により、永久磁石同期モータ１０の駆動時（磁束推定時）における動作条件の違いを、動的にデッドタイム誤差電圧の値に反映される。

【0136】

さらに、永久磁石同期モータ１０の駆動時（磁束推定時）における、ｄ軸電流Ｉ_{ｄ＿ｅｓｔ}およびｑ軸電流Ｉ_{ｑ＿ｅｓｔ}を用いて、漂游電圧テーブル５２（Ｖ_{ｅｒｒ＿ｑ＿ｃａｌｉｂ＿ｔａｂｌｅ}（Ｉ_ｄ，Ｉ_ｑ））を参照することで、永久磁石同期モータ１０の駆動時（磁束推定時）における漂游誤差電圧Ｖ_{ｅｒｒ＿ｑ＿ｅｓｔ}を式（２０）により算出する。

【0137】

【数20】

【0138】

上述のＲ_ｅｓｔ，Ｖ_{ｄｅａｄ＿ｑ＿ｃａｌｉｂ}，Ｖ_{ｅｒｒ＿ｑ＿ｅｓｔ}を用いて、永久磁石同期モータ１０の駆動時（磁束推定時）におけるｑ軸電圧降下Ｖ_{ｄｒｏｐ＿ｑ＿ｅｓｔ}が式（２１）により算出される。

【0139】

【数21】

【0140】

式（２１）による演算は、演算部５０１（図１３）の動作に相当する。

【0141】

上述のように要因別に算出された複数の電圧降下成分からなるｑ軸電圧降下に基づいて、磁束推定部５０（図７）は、式（２２）により磁束推定を行う。

【0142】

【数22】

【0143】

式（２２）において、Ｖ_{ｑ＿ｅｓｔ} ^＊は永久磁石同期モータ１０の駆動時（磁束推定時）におけるｑ軸電圧指令であり、ω_{ｅ＿ｅｓｔ}は、永久磁石同期モータ１０の駆動時（磁束推定時）における回転角速度ω_ｅ（電気角）である。

【0144】

なお、式（２２）による演算は、磁束推定部５０（図７）における演算部５５の動作に相当する。

【0145】

さらに、磁束推定部５０は、Ｉ_{ｄ＿ｅｓｔ}，Ｉ_{ｑ＿ｅｓｔ}を用いて、同一電流条件（Ｉ_ｄ＝Ｉ_{ｄ＿ｅｓｔ}，Ｉ_ｑ＝Ｉ_{ｑ＿ｅｓｔ}）における、Ｖ_{ｄｒｏｐ＿ｑ}のテーブルデータ算出時における磁束Ψ_{ｄ＿ｃａｌｉｂ}を、式（２３）により算出する。式（２３）の右辺は、予め保存されている磁束テーブル５１（図１）におけるテーブルデータΨ_{ｄ＿ｃａｌｉｂ＿ｔａｂｌｅ}（Ｉ_ｄ，Ｉ_ｑ）において、引数（Ｉ_ｄ，Ｉ_ｑ）が（Ｉ_{ｄ＿ｅｓｔ}，Ｉ_{ｑ＿ｅｓｔ}）である場合のデータを表している。

【0146】

【数23】

【0147】

さらに、磁束推定部５０は、永久磁石同期モータ１０の駆動時（磁束推定時）におけるＶ_{ｄｒｏｐ＿ｑ}のテーブルデータ算出時からのｄ軸磁束変化量ΔΨ_ｄを、式（２４）により算出する。なお、算出に用いるｄｑ軸電流は、検出電流でも電流指令値でも構わない。

【0148】

【数24】

【0149】

ｄ軸磁束変化量ΔΨ_ｄは、磁石温度の変動に伴う磁石磁束の変化を示している。ｄ軸インダクタンス（Ｌ_ｄ）は磁石温度に寄らずほぼ一定であるため無視すると、式（２５）のように、通常のｄ軸電流Ｉｄをゼロになるように制御する場合における、Ψ_{ｄ＿ｃａｌｉｂ}に対するΨ_{ｄ＿ｅｓｔ}の比率、すなわちｄ軸磁束変化率を算出する。なお、式（２４）と同様に、磁束テーブル５１（図１，７）が参照されている。

【0150】

【数25】

【0151】

なお、式（２５）の右辺における分数部分の分母は、式（２４）により算出されたｄ軸磁束変化量ΔΨ_ｄに相当する。

【0152】

算出したｄ軸磁束変化率は、磁石温度推定部５６（図７）に入力され、予め保存されている、温度－無負荷誘起電圧テーブルと比較される。なお、本実施例では、温度－無負荷誘起電圧テーブルは、Ｖ_{ｄｒｏｐ＿ｑ}のテーブルデータ算出時における標準温度における無負荷誘起電圧に対する、磁石温度Ｔｅｍｐ＿ｍの時の無負荷誘起電圧の比率、すなわち無負荷誘起電圧変化率と、磁石温度Ｔｅｍｐ＿ｍとの関係を示す。

【0153】

磁石温度推定部５６は、比較の結果、式（２５）により算出されたｄ軸磁束変化率と一致する無負荷誘起電圧変化率を示す温度を推定磁石温度Ｔｅｍｐ＿ｍとして出力する。

【0154】

上述した実施例１によれば、永久磁石同期モータ１０および電力変換装置間の配線や半導体スイッチング素子の抵抗を含む総抵抗成分による電圧降下成分、デッドタイム補償による電圧降下成分、漂游電圧による電圧降下成分という、発生要因別に電圧降下成分を算出し、これらの電圧降下成分に基づいて、すなわち電圧指令値と、これら電圧降下成分の総和との差に基づいて、永久磁石の磁束を推定する。これにより、磁束推定の精度が向上する。

【0155】

また、実施例１においては、予め、永久磁石同期モータ１０の所定の動作条件（実施例１では、ω_ｅ１，ω_ｅ２）で、モータ電流（Ｉ_ｄ，Ｉ_ｑ）に対する電圧指令からｑ軸電圧降下Ｖ_{ｄｒｏｐ＿ｑ}を算出し、モータ電流を引数とするテーブルデータとしてモータ制御装置４０に保存される。このテーブルデータと、デッドタイム補償による電圧降下成分の算出値とに基づいて、総抵抗成分と、漂游電圧のテーブルデータが算出される。したがって、磁束推定のために、予め実機を運転してデータの収集を要するテーブルデータの数が低減できる。このため、テーブルデータ作成作業の負担増加が避けられる。

【0156】

また、計算式で表すことが難しい電圧降下成分である漂游電圧をテーブルデータとして予め保存しておくことにより、永久磁石同期モータに印加する電圧が小さくなる駆動条件の場合、例えば低速または低トルクの駆動条件においても、電圧降下成分の算出精度を確保できる。このため、磁束推定および磁石温度の推定精度が向上する。

【0157】

本実施例１では、図１に示すように、磁束推定に関わる機能構成部、すなわち磁束推定部５０、磁束テーブル５１、漂游電圧テーブル５２、デッドタイム補償誤差演算部５３および巻線抵抗推定部５４がモータ制御装置４０に内蔵されているが、このような形態に限らず、磁束推定装置としてモータ制御装置４０とは独立した形態としてもよい。この場合、電圧指令や電流検出値（または電流指令値）は、有線もしくは無線通信を介して、磁束推定装置に入力される。これにより、モータ制御装置に、磁束推定機能を、後付けすることができる。また、モータ制御装置４０の配置の自由度を高めることができる。

【0158】

また、本実施例では、上述のように、モータのトルク指令に基づき電圧指令値を演算する電圧指令値演算部と、電圧指令値に基づきデッドタイム補償を行うデッドタイム補償部と、モータの電流検出値と直流電圧検出値に基づきデッドタイム補償誤差を演算するデッドタイム補償誤差算出部と、巻線の温度検出値に基づき、巻線の電気抵抗値を演算する巻線抵抗演算部と、モータの電流検出値から求められる漂遊電圧とデッドタイム補償誤差と電気抵抗値とから磁石の磁束を推定する磁束推定部と、を備える。これにより、磁束推定を行う際に用いる電圧情報自体の誤差を低減し、磁束推定精度を高めることができる。

【実施例0159】

永久磁石同期モータに用いられる永久磁石においては、永久磁石の温度が上昇すると、減磁が発生し、回転速度やトルクの制御が難しくなる。また、永久磁石同期モータが発生するトルクを確保するために、モータ電流や、電力変換装置に流れる電流が、増加する場合もある。

【0160】

そこで、本実施例２においては、推定された磁石磁束や磁石温度に基づいて、速度指令や、トルク指令を制限する。

【0161】

図１４は、本発明の実施例２であるモータ駆動システムの概略構成を示す機能ブロック図である。以下、主に、実施例１と異なる点について説明する。

【0162】

本実施例２におけるモータ制御装置４０ａは、速度指令ω_ｒ ^＊やトルク指令Ｔｒｑ^＊を磁束推定部５０が推定した磁石磁束（ｄ軸鎖交磁束Ψ_ｄ）または磁石温度Ｔｅｍｐ＿ｍに基づいて補正する指令値補正部４８を有している。

【0163】

図１５は、指令値補正部４８（図１４）の一構成例を示す機能ブロック図である。

【0164】

指令値補正部４８は、指令値制限部４８１および制限値演算部４８２を備えている。

【0165】

指令値制限部４８１は、入力した速度指令ω_ｒ ^＊やトルク指令Ｔｒｑ^＊が所定値を越えたら、ω_ｒ ^＊やＴｒｑ^＊を制限値Ｌｍｔに制限して、補正された速度指令ω_ｒ ^＊＊やトルク指令Ｔｒｑ^＊＊として出力する。

【0166】

制限値演算部４８２は、磁束推定部５０が推定した磁石磁束（ｄ軸鎖交磁束Ψ_ｄ）または磁石温度Ｔｅｍｐ＿ｍと判定閾値（Ｔｈ１，Ｔｈ２：Ｔｈ１＜Ｔｈ２）と比較し、大小関係に応じて、制限値Ｌｍｔを指令値制限部４８１に設定する。

【0167】

本実施例２では、図１５に示すように、Ψ_ｄまたはＴｅｍｐ＿ｍが判定閾値Ｔｈ１を超えたら、１次関数または２次関数的に制限値Ｌｍｔを減少させて出力する。Ψ_ｄまたはＴｅｍｐ＿ｍが判定閾値Ｔｈ２を超えたら、磁石温度が高温になり過ぎていると判断し、指令リミット値を減少させる変化率をより大きくする。

【0168】

なお、制限値演算部４８２への入力は、入力されたΨ_ｄまたはＴｅｍｐ＿ｍの予め設定した基準値からの減少率としても良い。

【0169】

上述の実施例２によれば、永久磁石の減磁や、永久磁石同期モータや電力変換装置に流れる電流の増加を抑制することができる。したがって、モータ制御装置やモータ駆動システムの信頼性が向上する。

【0170】

なお、速度指令やトルク指令に代えて、電流指令を調整してもよい。