特許 7581935 演算装置、電動機の制御装置、演算方法、制御方法、およびプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-05

(45)【発行日】2024-11-13

(54)【発明の名称】演算装置、電動機の制御装置、演算方法、制御方法、およびプログラム

(51)【国際特許分類】

   H02P 21/14 20160101AFI20241106BHJP

   H02P 21/22 20160101ALI20241106BHJP

【ＦＩ】

H02P21/14

H02P21/22

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2021016624

(22)【出願日】2021-02-04

(65)【公開番号】P2022119473

(43)【公開日】2022-08-17

【審査請求日】2023-12-12

(73)【特許権者】

【識別番号】000002945

【氏名又は名称】オムロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002860

【氏名又は名称】弁理士法人秀和特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】大野 悌

(72)【発明者】

【氏名】田中 政仁

【審査官】池田 貴俊

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－５２１２８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１３２４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－１４５３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－８１３４３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｐ ２１／１４

Ｈ０２Ｐ ２１／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電動機のトルクを所定値に維持して回転速度を増加させたときの前記電動機の回転速度と前記電動機が前記回転速度のときの前記電動機の励磁回路におけるｑ軸電流の値と前記電動機が前記回転速度のときの前記励磁回路におけるｄ軸電流の値と前記ｑ軸電流を前記励磁回路に生じさせるためのｑ軸電圧の指令値と前記ｄ軸電流を前記励磁回路に生じさせるためのｄ軸電圧の指令値とを含む値の組を取得する手段と、
前記ｑ軸電流の値が一定となる回転速度の範囲の前記値の組によって決定されるモデル式を前記電動機の回転速度とｑ軸電流とｄ軸電流とｑ軸電圧とｄ軸電圧と前記励磁回路の回路パラメータとが充足する理論式に適用することによって、前記励磁回路の回路パラメータを取得する手段と、
前記取得された回路パラメータを基に前記電動機を回転させるときの前記ｄ軸電流の電流値を調整するためのパラメータを決定する手段と、を備える演算装置。

【請求項2】

前記理論式は、式Ａで与えられる請求項１に記載の演算装置。
（式Ａ）
Vd＝RId－ωLqIq;
Vq＝RIq＋ωLdId＋ωKemf;
（ここで、Iqはｑ軸電流、Idはｄ軸電流、Vdはｄ軸電圧、Vqはｑ軸電圧、Rはモータ相抵
抗、Lqはｑ軸電流による磁束に対応するモータｑ軸インダクタンス、Ldはｄ軸電流による磁束に対応するモータｄ軸インダクタンス、Kemfは誘起電圧定数、ωは回転速度に対応する電気角速度である。）

【請求項3】

前記モデル式は、さらに、前記ｄ軸電流の値が０となる回転速度の範囲の前記値の組によって決定され、前記理論式は、式Ｂで与えられる請求項２に記載の演算装置。
（式Ｂ）
Vd＝－ωLqIq;
Vq＝RIq＋ωKemf;

【請求項4】

電動機の励磁回路にｑ軸電流を供給するためのｑ軸電圧の指令値を出力する手段と、
前記電動機の励磁回路にｄ軸電流を供給するためのｄ軸電圧の指令値を出力する手段と、
前記ｑ軸電圧の指令値および前記ｄ軸電圧の指令値に基づき前記電動機に電力を供給する電力供給手段と、
前記電動機の励磁回路を流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記電動機の回転速度を検出する速度検出手段と、
演算装置と、を備え、前記演算装置は、
前記電動機のトルクを所定値に維持して回転速度を増加させるときの前記電動機の回転速度と前記電動機が前記回転速度のときの前記電動機の励磁回路におけるｑ軸電流の値と前記電動機が前記回転速度のときの前記励磁回路におけるｄ軸電流の値と前記ｑ軸電流を前記励磁回路に生じさせるためのｑ軸電圧の指令値と前記ｄ軸電流を前記励磁回路に生じさせるためのｄ軸電圧の指令値とを含む値の組を取得する手段と、
前記ｑ軸電流の値が一定となる回転速度の範囲の前記値の組によって決定されるモデル式を前記電動機の回転速度とｑ軸電流とｄ軸電流とｑ軸電圧とｄ軸電圧と前記励磁回路の回路パラメータとが充足する理論式に適用することによって、前記励磁回路の回路パラメータを取得する手段と、
前記取得された回路パラメータを基に前記電動機を回転させるときの前記ｄ軸電流の電流値を調整するためのパラメータを決定する手段と、を有する電動機の制御装置。

【請求項5】

前記ｑ軸電圧の指令値と前記ｄ軸電圧の指令値とを前記ｑ軸電圧と前記ｄ軸電圧の位相
差に応じて合成した合成値が前記電力供給手段の供給可能電圧に対して所定の条件を充足したときに、前記ｄ軸電流を流すように制御する手段をさらに備える請求項４に記載の電動機の制御装置。

【請求項6】

前記ｄ軸電流を流す場合に、前記取得された回路パラメータの値および前記電力供給手段の供給可能電圧の値の少なくとも１つを補償係数によって変化させることにより、前記ｄ軸電流の電流値を所定の限度で低減する手段をさらに備える請求項５に記載の電動機の制御装置。

【請求項7】

前記ｑ軸電圧の指令値と前記ｄ軸電圧の指令値とを前記ｑ軸電圧と前記ｄ軸電圧の位相差に応じて合成した合成値が前記電力供給手段の供給可能電圧に対して所定の条件を充足する程度に応じて前記ｄ軸電流の電流値を調整する手段をさらに備える請求項４から６のいずれか１項に記載の電動機の制御装置。

【請求項8】

電動機のトルクを所定値に維持して回転速度を増加させたときの前記電動機の回転速度と前記電動機が前記回転速度のときの前記電動機の励磁回路におけるｑ軸電流の値と前記電動機が前記回転速度のときの前記励磁回路におけるｄ軸電流の値と前記ｑ軸電流を前記励磁回路に生じさせるためのｑ軸電圧の指令値と前記ｄ軸電流を前記励磁回路に生じさせるためのｄ軸電圧の指令値とを含む値の組を取得することと、
前記ｑ軸電流の値が一定となる回転速度の範囲の前記値の組によって決定されるモデル式を前記電動機の回転速度とｑ軸電流とｄ軸電流とｑ軸電圧とｄ軸電圧と前記励磁回路の回路パラメータとが充足する理論式に適用することによって、前記励磁回路の回路パラメータを取得することと、
前記取得された回路パラメータを基に前記電動機を回転させるときの前記ｄ軸電流の電流値を調整するためのパラメータを決定することと、をコンピュータが実行する演算方法。

【請求項9】

制御装置が
電動機の励磁回路にｑ軸電流を供給するためのｑ軸電圧の指令値を出力することと、
前記電動機の励磁回路にｄ軸電流を供給するためのｄ軸電圧の指令値を出力することと、
前記ｑ軸電圧の指令値および前記ｄ軸電圧の指令値に基づき前記電動機に電力を供給することと、
前記電動機の励磁回路を流れる電流を検出することと、
前記電動機の回転速度を検出することと、
前記電動機のトルクを所定値に維持して回転速度を増加させたときの前記電動機の回転速度と前記電動機が前記回転速度のときの前記電動機の励磁回路におけるｑ軸電流の値と前記電動機が前記回転速度のときの前記励磁回路におけるｄ軸電流の値と前記ｑ軸電流を前記励磁回路に生じさせるためのｑ軸電圧の指令値と前記ｄ軸電流を前記励磁回路に生じさせるためのｄ軸電圧の指令値とを含む値の組を取得することと、
前記ｑ軸電流の値が一定となる回転速度の範囲の前記値の組によって決定されるモデル式を前記電動機の回転速度とｑ軸電流とｄ軸電流とｑ軸電圧とｄ軸電圧と前記励磁回路の回路パラメータとが充足する理論式に適用することによって、前記励磁回路の回路パラメータを取得することと、
前記取得された回路パラメータを基に前記電動機を回転させるときの前記ｄ軸電流の電流値を調整するためのパラメータを決定することと、を実行する電動機の制御方法。

【請求項10】

電動機のトルクを所定値に維持して回転速度を増加させたときの前記電動機の回転速度と前記電動機が前記回転速度のときの前記電動機の励磁回路におけるｑ軸電流の値と前記電動機が前記回転速度のときの前記励磁回路におけるｄ軸電流の値と前記ｑ軸電流を前記
励磁回路に生じさせるためのｑ軸電圧の指令値と前記ｄ軸電流を前記励磁回路に生じさせるためのｄ軸電圧の指令値とを含む値の組を取得することと、
前記ｑ軸電流の値が一定となる回転速度の範囲の前記値の組によって決定されるモデル式を前記電動機の回転速度とｑ軸電流とｄ軸電流とｑ軸電圧とｄ軸電圧と前記励磁回路の回路パラメータとが充足する理論式に適用することによって、前記励磁回路の回路パラメータを取得することと、
前記取得された回路パラメータを基に前記電動機を回転させるときの前記ｄ軸電流の電流値を調整するためのパラメータを決定することと、をコンピュータに実行させるためのプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電動機の制御に関するものである。

【背景技術】

【0002】

電動機の制御では、高速領域でのトルク特性改善のため、弱め界磁制御が行なわれる。従来、弱め界磁制御のためのパラメータの調整は、オフラインでモータの特性を測定して実施されていた。しかし、実際の電動機の定数、例えば、相抵抗、相インダクタンス、誘起電圧定数等を基に弱め界磁制御パラメータを設定するだけでは、適切な弱め界磁調整を行うことができない場合があった。そのため、試行錯誤でパラメータ調整を行うような場合もあり得た。したがって、例えば、事前に評価がなされていない電動機が制御装置に新たに接続された場合に、弱め界磁制御を適切に実行することが難しいという課題があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０２０－１０４３３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明の目的は、複雑な手間を軽減し、電動機における弱め界磁制御に用いるパラメータ調整を簡易に精度よく行える技術を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明による実施形態は以下の演算装置によって例示される。第１の側面では、この演算装置は、
電動機のトルクを所定値に維持して回転速度を増加させたときの前記電動機の回転速度と前記電動機が前記回転速度のときの前記電動機の励磁回路におけるｑ軸電流の値と前記電動機が前記回転速度のときの前記励磁回路におけるｄ軸電流の値と前記ｑ軸電流を前記励磁回路に生じさせるためのｑ軸電圧の指令値と前記ｄ軸電流を前記励磁回路に生じさせるためのｄ軸電圧の指令値とを含む値の組を取得する手段と、
前記ｑ軸電流の値が一定となる回転速度の範囲の前記値の組によって決定されるモデル式を前記電動機の回転速度とｑ軸電流とｄ軸電流とｑ軸電圧とｄ軸電圧と前記励磁回路の回路パラメータとが充足する理論式に適用することによって、前記励磁回路の回路パラメータを取得する手段と、
前記取得された回路パラメータを基に前記電動機を回転させるときの前記ｄ軸電流の電流値を調整するためのパラメータを決定する手段と、を備える。

【0006】

この演算装置は、ｑ軸電流の値が一定となる回転速度の範囲の前記値の組によって決定されるモデル式を用いるので、取得される回路パラメータの精度を高めることができる。また、この演算装置は、電動機から取得される上記値の組を基に回路パラメータを取得するので、電動機の動作状態または電動機が置かれる環境等、実際の状況に即して回路パラメータを取得できる。そして、この演算装置は、取得された回路パラメータにより、適切なｄ軸電流の電流値を調整するためのパラメータを決定できる。

【0007】

第２の側面では、上記の理論式は、式Ａで与えてもよい。

【0008】

（式Ａ）
Vd＝RId－ωLqIq;
Vq＝RIq＋ωLdId＋ωKemf;
ここで、Iqはｑ軸電流、Idはｄ軸電流、Vdはｄ軸電圧、Vqはｑ軸電圧、Rはモータ相抵抗
、Lqはｑ軸電流による磁束に対応するモータｑ軸インダクタンス、Ldはｄ軸電流による磁束に対応するモータｄ軸インダクタンス、Kemfは誘起電圧定数、ωは回転速度に対応する電気角速度である。

【0009】

この場合に、電動機の制御装置が電動機のトルクを所定値に維持して回転速度を増加させたときの複数のｄ軸電流の値を取得するため、この制御装置は異なる一定のトルクで電動機の回転数を増加させることを複数回繰り返せばよい。演算装置は、このように異なる一定のトルクで電動機の回転数を増加させたときの値の組を電動機の制御装置等から取得すればよい。

【0010】

式Ａのように、理論式はｑ軸電流およびｄ軸電流により、ｄ軸電圧およびｑ軸電圧と線形な関係を充足するので、演算装置は、簡易かつ精度よく回路パラメータを取得できる。

【0011】

第３の側面では、上記モデル式は、さらに、前記ｄ軸電流の値が０となる回転速度の範囲の前記値の組によって決定され、前記理論式は、式Ｂで与えられてもよい。

【0012】

（式Ｂ）
Vd＝－ωLqIq;
Vq＝RIq＋ωKemf;
式Ｂは、ｄ軸電流に依存しないので、演算装置は、さらに簡易かつ精度よく回路パラメータを取得できる。

【0013】

第４の側面では、本発明の他の実施の形態は、次のような電動機の制御装置によって例示されてもよい。この電動機の制御装置は、
電動機の励磁回路にｑ軸電流を供給するためのｑ軸電圧の指令値を出力する手段と、
前記電動機の励磁回路にｄ軸電流を供給するためのｄ軸電圧の指令値を出力する手段と、
前記ｑ軸電圧の指令値および前記ｄ軸電圧の指令値に基づき前記電動機に電力を供給する電力供給手段と、
前記電動機の励磁回路を流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記電動機の回転速度を検出する速度検出手段と、
演算装置と、を備え、前記演算装置は、
前記電動機のトルクを所定値に維持して回転速度を増加させるときの前記電動機の回転速度と前記電動機が前記回転速度のときの前記電動機の励磁回路におけるｑ軸電流の値と前記電動機が前記回転速度のときの前記励磁回路におけるｄ軸電流の値と前記ｑ軸電流を前記励磁回路に生じさせるためのｑ軸電圧の指令値と前記ｄ軸電流を前記励磁回路に生じさせるためのｄ軸電圧の指令値とを含む値の組を取得する手段と、
前記ｑ軸電流の値が一定となる回転速度の範囲の前記値の組によって決定されるモデル式を前記電動機の回転速度とｑ軸電流とｄ軸電流とｑ軸電圧とｄ軸電圧と前記励磁回路の回路パラメータとが充足する理論式に適用することによって、前記励磁回路の回路パラメータを取得する手段と、
前記取得された回路パラメータを基に前記電動機を回転させるときの前記ｄ軸電流の電流値を調整するためのパラメータを決定する手段と、を有する。

【0014】

この制御装置は、上記演算装置と同様に、簡易かつ精度よく電動機の励磁回路の回路パラメータを取得することができる。また、この制御装置は、電動機から取得される上記値の組を基に回路パラメータを取得するので、電動機の動作状態または電動機が置かれる環
境等、実際の状況に即して回路パラメータを取得できる。そして、この制御装置は、取得された回路パラメータにより、適切なｄ軸電流の電流値を調整するためのパラメータを決定できる。

【0015】

第５の側面では、この制御装置は、前記ｑ軸電圧の指令値と前記ｄ軸電圧の指令値とを前記ｑ軸電圧と前記ｄ軸電圧の位相差に応じて合成した合成値が前記電力供給手段の供給可能電圧に対して所定の条件を充足したときに、前記ｄ軸電流を流すように制御する手段をさらに備えてもよい。ここで、この所定の条件は、電圧が飽和する条件ということもできる。電圧が飽和するとは、前記合成値が、上記電動機に供給可能な最大電圧、例えば、インバータ等の電力変換器に供給される最大直流電圧に達することであってもよい。したがって、制御装置は、前記合成値が、上記電動機に供給可能な最大電圧に達したときに、ｄ軸電流を流すように制御すればよい。電動機に応じて励磁回路に供給可能な電流の最大値には制限が存在するので、制御装置は、上記所定の条件を充足したときに限定してｄ軸電流を流す結果、不必要なｄ軸電流を抑制し、トルクに寄与するｑ軸電流の値を増加することが可能となる。

【0016】

第６の側面では、この制御装置は、前記ｄ軸電流を流す場合に、前記取得された回路パラメータの値および前記電力供給手段の供給可能電圧の値の少なくとも１つを補償係数によって変化させることにより、前記ｄ軸電流の電流値を所定の限度で低減する手段をさらに備えてもよい。この制御装置は、前記ｄ軸電流を流す場合に、前記ｄ軸電流の電流値を所定の限度で低減することで、前記ｄ軸電流を流さない状態から前記ｄ軸電流を流す状態へ滑らかに遷移させることができる。

【0017】

第７の側面では、この制御装置は、前記ｑ軸電圧の指令値と前記ｄ軸電圧の指令値とを前記ｑ軸電圧と前記ｄ軸電圧の位相差に応じて合成した合成値が前記電力供給手段の供給可能電圧に対して所定の条件を充足する程度に応じて前記ｄ軸電流の電流値を調整する手段をさらに備えてもよい。例えば、制御装置は、合成値が前記電力供給手段の供給可能電圧に対して過去に飽和した頻度または供給可能電圧に対する飽和の程度に応じてｄ軸電流の電流値を調整するので、適切な電流値でｄ軸電流を電動機の励磁回路に流すことができる。

【0018】

第８の側面では、本発明の実施形態はコンピュータが実行する演算方法によって例示してもよい。ここで、コンピュータは、電動機の制御装置の内部に組み込まれたものであってもよい。また、コンピュータは、電動機の制御装置とネットワークまたは記憶媒体等を介して連携可能な情報処理装置であってもよい。このような演算方法により、コンピュータは、上記演算装置と同様の効果を発揮する。

【0019】

第９の側面では、本発明の実施形態は制御装置が実行する制御方法によって例示されてもよい。すなわち、この側面では、本発明の実施形態は制御装置のハードウェアに必ずしも限定されない手順によって規定される。

【0020】

第１０の側面では、本発明の実施形態はコンピュータに処理を実行させるためのプログラムによって例示されてもよい。このようなプログラムは、ネットワークまたは記憶媒体等を通じて配布可能である。このようなプログラムが搭載されたコンピュータは、上記演算装置と同様に作用し、同様の効果を発揮する。

【発明の効果】

【0021】

本実施形態の少なくとも１つの側面では、複雑な手間を軽減し、電動機における弱め界磁制御に用いるパラメータ調整を簡易に精度よく行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】図１は実施形態１に係る制御装置の適用場面の一例を例示する図である。

【図2】図２は実施形態１の制御装置を例示する図である。

【図3】図３は比較例のサーボシステムによる処理結果を例示する図である。

【図4】図４は制御装置または制御装置と連携するコンピュータが制御装置の各部を調整する全体フローチャートである。

【図5】図５はモータを駆動することによる回路パラメータの同定方法を例示する図である。

【図6】図６はモータが一定のトルクで加速されたときに記録されたデータ例のグラフである。

【図7】図７は回帰モデルの式を導出する処理を例示する図である。

【図8】図８は同定された回路パラメータにより調整したときの電流を比較例の制御のときの電流と比較する図である。

【図9】図９は実施形態２の制御装置を例示する図である。

【図10】図１０は実施形態２における制御装置の電流指令演算器の処理を例示する図である。

【図11】図１１は電圧制限部からのフィードバック信号に応じて電流指令演算器へ入力される現在の状態を補正する回路構成を例示する図である。

【図12】図１２はコンピュータの構成を例示する図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、本発明の一側面に係る実施の形態（以下、「本実施形態」とも表記する）を図面に基づいて説明する。ただし、以下で説明する本実施形態は、あらゆる点において本発明の例示に過ぎない。本発明の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形を行うことができることは言うまでもない。つまり、本発明の実施にあたって、本実施形態に応じた具体的構成が適宜採用されてもよい。なお、本実施形態において登場するデータは自然言語により説明される。しかし、より具体的には、本実施形態に登場するデータは、コンピュータが認識可能な疑似言語、コマンド、パラメータ、マシン語等で処理される。また、これらのデータは、主記憶装置または二次記憶装置の記憶領域に、バイナリデータ、文字列等の形式で保存される。

【0024】

＜適用例＞
まず、図１を用いて、本発明が適用される場面の一例について説明する。図１は、本実施形態に係る制御装置１０が適用されるシステムを例示する。ただし、図１のように、このシステムは制御装置１０の他に、サーボモータ（以下、単にモータと表記する）３０、および位置検出器３２も併せて例示されている。図１のように、本実施形態に係る制御装置１０は、モータ３０を制御するための装置である。ただし、制御装置１０は、モータ３０の回路パラメータ算出し、算出した回路パラメータにより適正な弱め界磁補正（図２）を実行可能である。

【0025】

まず、制御装置１０のモータ制御機能について説明する。図１に例示されるように、制御装置１０は、モータ３０を制御する場合、位置制御器１１、速度制御器１２、電流制御器１３、インバータ１４、電流検出器１５及び速度検出器１６によって例示される各部を備えた装置として動作する。図１に示してある各部は、以下のように動作するユニットである。

【0026】

位置制御器１１は、Programmable Logic Controller（ＰＬＣ）等の上位装置（図示略
）から入力された位置指令（P_ref）と、モータ３０に取り付けられている位置検出器３
２により検出されたモータ３０の位置（以下、検出位置（P_act））との偏差（位置の偏
差）を計算する。位置制御器１１は、計算した位置の偏差に、位置比例ゲインを乗ずるこ
とで速度指令（V_ref）を算出する。速度検出器１６は、検出位置（P_act）を時間微分することにより速度（以下、検出速度（V_act）と表記する）を算出する。速度検出器１６
は、速度検出手段の一例である。

【0027】

速度制御器１２は、位置制御器１１により算出された速度指令（V_ref）と検出速度（V_act）との偏差の積分量に速度積分ゲインを乗じ、その算出結果と当該速度偏差の和に速度比例ゲインを乗ずることにより、トルク指令（τ_ref）を算出する。

【0028】

電流制御器１３は、速度制御器１２により算出されたトルク指令（τ_ref）と、速度検出器１６により検出された検出速度（V_act）とに基づき、電流指令値を生成する。そし
て、電流制御器１３は、電流指令値と電流検出器１５により検出されるモータ３０を実際に流れる電流の大きさ（以下、検出電流と表記する）との偏差に応じた電圧指令を生成し、インバータ１４に入力する。この電流制御器１３としては、通常、ＰＩ制御器が使用される。

【0029】

インバータ１４は、電流制御器１３からの電圧指令を増幅してモータ３０に印加するユニットである。インバータ１４は電力変換器とも呼ばれる。

【0030】

モータ３０は上述のようにサーボモータと呼ばれる。モータ３０としては、様々な方式のものを例示できる。モータ３０は、例えば、ＡＣ同期モータと呼ばれ、回転子に永久磁石を有するPermanent Magnet（ＰＭ）モータを例示できる。また、ＰＭモータとしては、Surface Permanent Magnet Synchronous Motor（ＳＰＭＳＭ）、Interior Permanent Magnet Synchronous Motors（ＩＰＭＳＭ）が例示される。ただし、ＡＣ同期モータが、ＰＭモータに限定される訳ではなく、例えば、永久磁石を使用せず、リラクタンストルクのみを利用するリラクタンスモータであってもよい。リラクタンスモータとしては、スイッチトリラクタンスモータ（ＳＲＭ）、同期式リラクタンスモータ（ＳｙｎＲＭ）等が例示される。

【0031】

位置検出器３２は、モータ３０の回転角を制御装置１０に知らせるセンサである。位置検出器３２は、ロータリーエンコーダとも呼ばれる。

【0032】

弱め界磁補正とは、モータ３０の励磁回路（電機子巻線ともいう）に生じる、モータ３０の回転に伴う誘起電圧を低減する技術である。

【0033】

すなわち、モータ３０が高速で回転すると、電流が流れにくくなる向きに、回転数に比例した誘起電圧が発生する。このため、制御装置１０は、より高い電圧をモータ３０に加えないと電流を流せなくなる。この誘起電圧の影響を緩和する技術の１つが弱め界磁制御と呼ばれる。ところで、弱め界磁制御は必ずしも単純に実行できるものではない。

【0034】

例えば、Surface Permanent Magnet（ＳＰＭ）モータの場合、モータ３０を駆動する電流を回転子の磁極方向の磁束に寄与するｄ軸電流Idと、磁極方向の磁束に直交する磁束に寄与するｑ軸電流Iqに分けることができる。制御装置１０は通常、出力したいトルクに応じた電流をｑ軸電流Iqに流し、ｄ軸電流Idを0に制御する。SPMモータの場合、ｄ軸電流Idに流した電流はトルク発生に寄与しない。弱め界磁制御では、制御装置１０はあえてｄ軸電流Idを流すことで誘起電圧の影響を緩和する。ただし、弱め界磁制御は、モータ３０の回路パラメータの影響を受け、かつ、モータ３０の回路パラメータは、モータ３０の動作状態あるいはモータ３０が置かれた環境等の影響を受けて変動することがある。そこで、本実施形態の制御装置１０は、モータ３０の回路パラメータを必要なときにタイムリーに精度よく特定し、適正な弱め界磁制御を実行する。

【0035】

なお、図１において、位置制御器１１、速度制御器１２、電流制御器１３、電流検出器１５、速度検出器１６、位置検出器３２等の各部において、いずれかの少なくとも一部は、Central processing Unit（ＣＰＵ）およびメモリ等の主記憶装置によって提供される
ものでもよい。すなわち、１または複数のＣＰＵがメモリ上に実行可能に展開されたコンピュータプログラムにより、位置制御器１１、速度制御器１２、電流制御器１３、電流検出器１５、速度検出器１６、位置検出器３２等の各部またはいずれかの一部としての処理を実行してもよい。このようなＣＰＵおよびメモリは、実施形態２の図１０に例示するＣＰＵ１０１および主記憶部１０２と同様である。ＣＰＵ１０１および主記憶部１０２の詳細は、別途図１０に従って説明される。

【0036】

位置制御器１１、速度制御器１２、電流制御器１３、電流検出器１５、速度検出器１６、位置検出器３２等のうちのいずれかの少なくとも一部は、集積回路（ＩＣ）、その他のディジタル回路であっても良いし、アナログ回路が含まれても良い。集積回路は、ＬＳＩ，Application Specific Integrated Circuit（ASIC），プログラマブルロジックデバイ
ス（ＰＬＤ）を含む。ＰＬＤは、例えば、Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ（ＦＰＧＡ）を含む。上記各部は、プロセッサと集積回路との組み合わせであっても良い。組み合わせは、例えば、マイクロコントローラ（ＭＣＵ）、ＳｏＣ（Ｓｙｓｔｅｍ－ｏｎ－ａ－ｃｈｉｐ）、システムＬＳＩ、チップセットなどと呼ばれる。

【0037】

＜実施形態１＞
以下、図２から図８を参照して、本実施形態の制御装置１０を説明する。

【0038】

（構成）
図２は、本実施形態の制御装置１０を例示する図である。図２では、図１の電流制御器１３の詳細が例示されている。図２のように、本実施形態の電流制御器１３は、電流指令演算器１３１、ｄ軸電流制御器１３２、ｑ軸電流制御器１３３、電圧座標変換器１３４、ＰＷＭ演算部１３５、電流座標変換器１３６を有する。

【0039】

電流指令演算器１３１は、トルク指令（τ_ref）を受け付け、弱め界磁補正後のｄ軸電流の指令値（Id_ref）と、トルクに対応するｑ軸電流の指令値（Iq_ref）を生成する。生成されたｄ軸電流の指令値は、ｄ軸電流の指令値（Id_ref）とｄ軸電流の現在値（Id）との差分値を計算する差分器（加算器）に入力される。差分器は、ｄ軸電流の指令値と、電流座標変換器１３６から出力されるｄ軸電流の現在値（Id）とから差分値を計算する。計算された差分値はｄ軸電流制御器１３２に入力される。ｄ軸電流制御器１３２は、ｄ軸電流の指令値（Id_ref）とｄ軸電流の現在値（Id）との差分値を基に、この差分値を低減または解消するためのｄ軸電流を流すためのｄ軸電圧（Ｖｄ）を計算し、電圧座標変換器１３４に入力する。ｄ軸電流制御器１３２は、電動機の励磁回路にｄ軸電流を供給するためのｄ軸電圧の指令値を出力する手段の一例である。

【0040】

また、生成されたｑ軸電流の指令値（Iq_ref）は、ｑ軸電流の指令値（Iq_ref）とｑ軸電流の現在値（Iｑ）との差分値を計算する差分器（加算器）に入力される。差分器は、
ｑ軸電流の指令値（Iq_ref）と電流座標変換器１３６から出力されるｑ軸電流の現在値（Iｑ）との差分値を計算する。計算された差分値はｑ軸電流制御器１３３に入力される。
ｑ軸電流制御器１３３は、ｑ軸電流の指令値（Iq_ref）とｑ軸電流の現在値（Iq）との差分値を基に、この差分値を低減または解消するためのｑ軸電流を流すためのｑ軸電圧（Ｖｑ）を計算し、電圧座標変換器１３４に入力する。ｑ軸電流制御器１３３は、電動機の励磁回路にｑ軸電流を供給するためのｑ軸電圧の指令値を出力する手段の一例である。

【0041】

電圧座標変換器１３４は、ｄ軸電圧（Vd）とｑ軸電圧（Vq）から、三相交流の各相の電圧の指令値（Vu、Vv、Vw）を計算し、ＰＷＭ演算部１３５に入力する。ＰＷＭ演算部１３
５は、各相の電圧の指令値（Vu、Vv、Vw）の直流最大電圧（Vpn）に対する比率を基に、
パルス幅変調（ＰＷＭ）におけるデューティ比を計算し、計算されたデューティ比によるオンオフ信号をインバータ１４に入力する。インバータ１４は、入力されたオンオフ信号により、各相の交流電圧を生成し、モータ３０を駆動する。電圧座標変換器１３４、ＰＷＭ演算部１３５、およびインバータ１４は、ｑ軸電圧の指令値およびｄ軸電圧の指令値に基づき電動機に電力を供給する電力供給手段の一例である。

【0042】

電流座標変換器１３６は、電流検出器１５で検出されたモータ３０の励磁回路の三相の電流（Iu、Iv、Iw）をｄ軸電流Idとｑ軸電流Iqに変換する。電流検出器１５および電流座標変換器１３６は、電流検出手段の一例である。

【0043】

（比較例の処理結果）
図３に、比較例のサーボシステムによる処理結果を例示する。比較例のサーボシステムは、モータの動作状態あるいはモータが置かれた環境等の影響を考慮しないシステムである。例えば、比較例は、モータの回路パラメータを固定したまま弱め界磁制御を実行するシステムである。

【0044】

図３は、横軸がモータの回転速度であり、縦軸が、その回転速度における電流と電圧を示している。図３で上段には電流の測定値が例示され、下段には電圧の指令値が例示されている。電流としては、ｄ軸電流(Id)、ｑ軸電流(Iq)、及びこれらの合成値(|I|=((Id)²+(Iq)²)^1/2)が例示されている。また、電圧としては、ｄ軸電圧(Vd)、ｑ軸電圧(Vq)、及びこれらの合成値(|V|=((Vd)²+(Vq)²)^1/2)が例示されている。

【0045】

また、図３では、横軸の回転速度が３つの区間Ａ、Ｂ、Ｃに区切られている。Ａの区間はｄ軸電流が0の区間であり、ｑ軸電流に最大電流を流せる区間である。Ｂ、Ｃの区間で
はｄ軸電流をあえて流すことによって、ｑ軸に必要な電圧を低減させている。これが、弱め界磁制御である。ただし、Ｃの区間では電圧制限により、最大電流を流すことができなくなっている。電圧制限は、モータを駆動するインバータに付与される最大直流電圧(Vpn)によって定まる。システムとしては、最大直流電圧(Vpn)以上の電圧を利用できないからである。さらに、Ｂ、Ｃの領域ではｄ軸電流を流す分だけ、ｑ軸に流せる電流が小さくなってしまう。つまり、最大トルクが低下する。

【0046】

このように、比較例のサーボシステムは、モータの回路パラメータを固定したまま弱め界磁制御を実行するため、適切なｄ軸電流を決定できていない。本実施形態では、モータの物理特性、モータの動作状態、および動作環境等に応じて、必要な時期にタイムリーに精度をよく、柔軟にモータ３０の回路パラメータを決定し、適正な弱め界磁制御を実行する。その結果、本実施形態の制御装置１０は、比較例のサーボシステムと比較して、図３よりも区間Ａ（ｄ軸電流が0の区間）を高速回転方向に引き延ばすことができる。また、
ｄ軸電流を流す場合も、ｄ軸電流値(Id)を適正な値に設定し、ｑ軸に流せる電流を極力大きな値に設定し、比較例のサーボシステムに比べて最大トルクの低下を抑制する。

【0047】

（処理）
以下、本実施形態の制御装置の処理を例示する。図４は、制御装置１０または制御装置１０と連携するコンピュータが制御装置１０の各部を調整する全体フローチャートである。図４の処理は、制御装置１０による自動調整処理であり、例えば、ＣＰＵがコンピュータプログラムにより実行する処理である。また、図４の処理は、制御装置１０のＣＰＵまたは制御装置１０とネットワークを通じて連携するコンピュータが、制御装置１０およびモータ３０を調整するユーザに調整を順次指示する処理としても例示される。以下、制御装置１０が図４の処理を実行するものとして説明する。
本実施形態では、制御装置１０は、まず、モータ３０の回路パラメータ、例えば、モー
タ相抵抗R、モータ相インダクタンスL等を同定する（Ｓ１）。ここでは、例えば、モータ相抵抗R、モータ相インダクタンスL等が直接計測器で測定される。また、これらの値として、モータメーカ公称値(仕様値)が使用されてもよい。したがって、Ｓ１の処理では、制御装置１０は、計測器による測定値またはモータメーカ公称値(仕様値)等の入力を受け付ければよい。また、制御装置１０は、ネットワーク上の他のコンピュータからこれらの回路パラメータを受け取ってもよい。制御装置１０は、Ｓ１の処理で同定したモータ相抵抗R、モータ相インダクタンスL等を基に以下の制御を実行する。

【0048】

次に、制御装置１０は、電流制御器１３を調整する（Ｓ２）。例えば、制御装置１０は、電流制御器１３のゲインを決定する。より具体的には、制御装置１０は、ｄ軸電流制御器１３２において、ｄ軸電流の指令値（Id_ref）とｄ軸電流の現在値（Id）との差分値からｄ軸電圧（Ｖｄ）を計算するときの係数を決定する。また、制御装置１０は、ｑ軸電流制御器１３３において、ｑ軸電流の指令値（Iｑ_ref）とｑ軸電流の現在値（Iq）との差
分値からｑ軸電圧（Ｖｑ）を計算するときの係数を設定する。これらの係数は、経験値、実験で決定された値であってもよい。

【0049】

次に、制御装置１０は、速度制御器１２、位置制御器１１を調整する（Ｓ３）。より具体的には、制御装置１０は、速度ループの比例ゲイン、速度ループの積分時定数、位置ループ比例ゲイン等を調整する。ただし、トルク制御で弱め界磁制御のパラメータを調整するのであれば、この工程をスキップすることが出来る。制御装置１０は、モータ速度の振動が生じない範囲で速度ループの比例ゲインを徐々に大きな値に変更し、適正値に設定することで、応答性のよい速い制御を実現できる。また、制御装置１０は、モータ速度の振動が生じない範囲で速度ループの積分時定数を徐々に小さくし、適正値に設定することで、応答性のよい速い制御を実現できる。

【0050】

制御装置１０は、速度ループの調整が完了した後、位置ループを調整する。制御装置１０は、モータの回転速度にオーバーシュート、アンダーシュートが生じない範囲でゲインを徐々に大きくし、適正値に設定することで、応答性を高めることができる。

【0051】

次に、制御装置１０は、弱め界磁制御のパラメータを調整する前に、モータ３０を駆動することによりモータ３０の回路パラメータを同定する（Ｓ４）。実施形態１における回路パラメータの同定方法は、図５に例示される。
次に、制御装置１０は、Ｓ４の処理で同定された回路パラメータを基に弱め界磁制御のパラメータを調整する（Ｓ５）。例えば、制御装置１０は、モータ回転速度に対応して、弱め界磁制御を実行するときのｄ軸電流Idを決定する。弱め界磁パラメータの決定方法及び弱め界磁によるモータの制御方法はすでに様々な方法が提案されている（例えば、森本茂雄他、「ＰＭモータの弱め磁束制御を用いた広範囲可変速運転」電気学会論文誌112巻
Ｎｏ．３ Ｐ．２９２－Ｐ．２９８、一般社団法人電気学会、1992年3月20日）。そこで
、本実施形態では、同定された回路パラメータを基に弱め界磁パラメータを調整する方法の詳細は省略する。

【0052】

図５は、モータ３０を駆動することによるモータ３０の回路パラメータの同定方法を例示する図である（図４のＳ４の詳細）。この処理では、制御装置１０は、モータ３０を一定のトルク（すなわち、一定のｑ軸電流Iq）で加速させる（Ｓ１１）。そして、制御装置１０は、Ｓ１１の加速状態で、モータ回転速度、ｄ軸実電流、ｑ軸実電流、ｄ軸電圧の指令値、ｑ軸電圧の指令値の時系列データを記録する（Ｓ１２）。

【0053】

制御装置１０によるＳ１１の処理は、電動機のトルクを所定値に維持して回転速度を増加させた処理の一例である。Ｓ１２の処理は、値の組を取得することの一例である。したがって、制御装置１０は、値の組を取得する手段の一例としてＳ１２の処理を実行する。

【0054】

ここで、モータ回転速度は、電動機の回転速度の一例である。また、Ｓ１２で取得されるｑ軸実電流は、電動機が前記回転速度のときの電動機の励磁回路におけるｑ軸電流の値の一例である。また、Ｓ１２で取得されるｄ軸実電流は、電動機が前記回転速度のときの励磁回路におけるｄ軸電流の値の一例である。さらに、Ｓ１２で取得されるｑ軸電圧の指令値は、ｑ軸電流を励磁回路に生じさせるためのｑ軸電圧の指令値の一例である。さらにまた、Ｓ１２で取得されるｄ軸電圧の指令値は、ｄ軸電流を励磁回路に生じさせるためのｄ軸電圧の指令値の一例である。

【0055】

図６は、モータ３０が一定のトルク（一定のｑ軸電流Iq）で加速されたときに記録されたデータ例のグラフである。このデータ例は、モータ回転速度、ｄ軸実電流（Id）、ｑ軸実電流(Iq)、ｄ軸電圧の指令値(Vd)、ｑ軸電圧の指令値(Vq)を含む。図６で、最上段のグラフＧ１は、横軸を時間とするモータ回転速度のデータを例示する。中段のグラフＧ２は、横軸を時間とするｄ軸実電流（Id）とｑ軸実電流(Iq)のデータを例示する。最下段のグラフＧ３は、横軸を時間とするｄ軸電圧の指令値(Vd)とｑ軸電圧の指令値(Vq)のデータを例示する。中段のグラフＧ２から明らかなように、モータ３０が一定のトルクで加速されたとき、当然ｑ軸実電流(Iq)は一定値である。また、このとき、制御装置１０は、モータ回転速度が所定値に達するまでの間（図６で時間0.04秒を超えるまでの区間）、ｄ軸実電流（Id）を０に制御する。

【0056】

そして、モータ回転速度が所定値に達すると、制御装置１０は、モータの励磁回路（固定子巻線）に発生する誘導電圧を打ち消す方向にｄ軸実電流（Id）を流す。なお、電圧ベクトルのノルム｜Ｖ｜＝(Vd²+Vq²)^1/2の最大値は、インバータ１４の電源電圧（最大直流電圧Vpnともいう）によって制約される。また、電流ベクトルのノルム｜I｜＝(Id²+Iq²)^1/2の最大値は、モータ３０の仕様によって制約される。

【0057】

次に、制御装置１０は、Ｓ１２の処理で記録した時系列データのうち、ｑ軸実電流が一定、ｄ軸実電流が0である区間を判別し、その区間に属するデータ抜き出す（Ｓ１３）。

【0058】

ここで、交流（ＡＣ）同期モータにおいて、ｄ軸実電流（Id）、ｑ軸実電流(Iq)、ｄ軸電圧(Vd)、ｑ軸電圧(Vq)は、以下の理論式（電圧方程式）を満たす。

【0059】

（式１）
Vd＝(R＋sLd)Id－ωLqIq;
Vq＝(R＋sLq)Iq＋ωLdId＋ωKemf;
ここで、Vd:ｄ軸電圧、Vq:ｑ軸電圧、Id:ｄ軸電流、Iq:ｑ軸電流、R:モータ相抵抗、s:微分演算子、Ld:モータｄ軸インダクタンス、Lq:モータｑ軸インダクタンス、Kemf:誘起電
圧定数、ω: モータ回転速度に対応する電気角速度である。

【0060】

そして、Id=0、Iq=一定とすると、Iqの微分値は0となるので、上記式１は、以下の式２となる。

【0061】

（式２）
Vd＝－ωLqIq;
Vq＝RIq＋ωKemf;
そこで、制御装置１０は、ｑ軸電流が一定、ｄ軸電流が0である区間のデータから、最小
二乗法などにより、回帰モデルの式を導出する。

【0062】

図７は、回帰モデルの式を導出する処理を例示する図である。グラフＧ４、Ｇ５それぞれのデータは、図６に例示したグラフＧ２のｄ軸実電流とｑ軸実電流のデータ、およびグ
ラフＧ３のｄ軸電圧の指令値とｑ軸電圧の指令値のデータを、横軸をモータ回転数（速度[r/min]）として描いたものである。上記式２のように、ｄ軸電流＝０、かつ、ｑ軸電流
＝一定の区間では、ｄ軸電圧とｑ軸電圧は時間変化が直線となる。そこで、制御装置１０は、ｑ軸電圧の指令値をｑ軸電圧と見なして、最小二乗法などにより、回帰モデルの式を導出する（Ｓ１４１）。また、制御装置１０は、ｄ軸電圧の指令値をｄ軸電圧と見なして、最小二乗法などにより、回帰モデルの式を導出する（Ｓ１４２）。そして、制御装置１０は得られた回帰モデルによるVd、Vqの式を上記式２に対応させ、モータｑ軸インダクタンスLq、モータ相抵抗R、誘起電圧定数Kemfを求める。

【0063】

なお、モータ３０の形式によるが、モータ３０でLqとLdが同一の値の形式であれば、Lq＝Ldがえられる。一方、モータ３０でLdとLqが異なる場合には、さらにId=0ではなくIdを変化させて再度測定を実施する。この場合、式１から下記式３が得られる。

【0064】

（式３）
Vd＝RId－ωLqIq;
Vq＝RIq＋ωLdId＋ωKemf;
そこで、制御装置１０はIdを変化させたVq、Iq、Idの測定結果に最小二乗法等を実施することで、モデル式を求める。そして、制御装置１０は得られたモデル式と上記式３との対応関係からLdを求めることができる。

【0065】

以上のように、制御装置１０は、前記区間で横軸がモータ回転速度、縦軸がｄ軸電圧の指令値での回帰モデルの式と、同区間で横軸がモータ回転速度、縦軸がｑ軸電圧の指令値での回帰モデルの式を生成する。そして、およびモータ３０のモータ回転速度とｄ軸電圧と（およびｑ軸電流）が充足する理論式、およびモータ３０のモータ回転速度とｑ軸電圧（およびｑ軸電流，場合によりさらにｄ軸電流）とが充足する理論式に、生成した２つの回帰モデルの式を当てはめる。そして、それぞれの回帰モデルの式と理論式とを対応させ、これらのモータ回転速度と電圧の関係から、弱め界磁制御の調整に使用される回路パラメータを同定する（Ｓ１４）。Ｓ１４の処理は、励磁回路の回路パラメータを取得することの一例である。したがって、制御装置１０は、励磁回路の回路パラメータを取得する手段の一例としてＳ１４の処理を実行する。なお、式１乃至式３は電動機の回転速度とｑ軸電流とｄ軸電流とｑ軸電圧とｄ軸電圧と励磁回路の回路パラメータとが充足する理論式の一例である。

【0066】

最後に、制御装置１０は、同定した回路パラメータを弱め界磁制御の調整に反映する（Ｓ１５）。例えば、制御装置１０は、弱め界磁制御時に参照するメモリの所定アドレスに同定した回路パラメータを格納する。これらのパラメータは、図４のＳ５の処理で参照され、弱め界磁制御の調整時に使用される。Ｓ１４の結果を反映したＳ５の処理は、ｄ軸電流の電流値を調整するためのパラメータを決定することの一例である。したがって、制御装置１０は、ｄ軸電流の電流値を調整するためのパラメータを決定する手段の一例として、Ｓ１５およびＳ５の処理を実行する。

【0067】

図８は、同定された回路パラメータにより調整した電流を比較例の制御のときの電流と比較する図である。図８で上段のグラフＧ６は、同定した回路パラメータにより調整したときのｑ軸実電流Iq1と調整前のｑ軸実電流Iq0を例示する。また、同図で下段のグラフＧ７は、同定した回路パラメータにより調整したときのｄ軸実電流Id1と調整前のｄ軸実電
流Id0を例示する。図８で、横軸はいずれも、モータ回転速度（図８では速度、単位［r/min］）である。

【0068】

（実施形態の効果）
図８で調整前（比較例）の状態では横軸3000［r/min］近傍からｄ軸実電流Id0が流れて
いる。一方、本実施形態の制御装置１０による調整後の状態では4000［r/min］近傍から
ｄ軸実電流Id1が流れている。このように、制御装置１０は、モータ３０の動作状態また
は環境等に応じて、モータ３０の励磁回路の回路パラメータを測定し、弱め界磁制御を好ましい状態で実施できる。制御装置１０によれば、高度な測定器がない環境においても、試行錯誤のような複雑な手間を軽減し、モータ３０の励磁回路の回路パラメータを測定できる。制御装置１０は、弱め界磁制御を適切に実行することによって、より大きなｑ軸電流を流すことができ、モータ３０の性能を発揮することができる。したがって、例えば、事前に評価がなされていない電動機が制御装置１０に新たに接続された場合においても、制御装置１０は、適切な弱め界磁制御を実行できる。

【0069】

上述のように、制御装置１０は、式２または式３のように、モータ回転速度に対応する電気角速度ω、ｄ軸電圧Vd、ｑ軸電圧Vq、ｄ軸電流Id、ｑ軸電流Iqの線形のモデル式から、精度良くモータ３０の励磁回路の回路パラメータを取得できる。さらに、制御装置１０は、モータｄ軸インダクタンスLdとモータｑ軸インダクタンスLqが等しいモータ３０では、式２のようなｄ軸電流Idのない単純な直線から精度良くモータ３０の励磁回路の回路パラメータを取得できる。

【0070】

そして、制御装置１０は、上記取得したモータ３０の励磁回路の回路パラメータに対応して、モータ回転速度に応じてｄ軸電流Idを決定し、弱め界磁制御を実行できる。

【0071】

＜実施形態２＞
以下、図９および図１０を参照し、実施形態２の制御装置１０Ａを説明する。図９は、実施形態２の制御装置１０Ａを例示する図である。制御装置１０Ａは、実施形態１の制御装置１０に電圧制限部１３７を追加した構成である。電圧制限部１３７は、ｄ軸電圧の指令値Vdとｑ軸電圧の指令値Vqの合成値Ｖ（ノルム｜Ｖ｜）をインバータ１４の電源電圧（最大直流電圧）Vpnに制限する。電圧制限部１３７は、例えば、数値演算が可能な演算装
置で実現される。例えば、電圧制限部１３７は、ｄ軸電圧の指令値Vd,ｑ軸電圧の指令値Vqの比率を保ったまま、ノルム｜Ｖ｜が制限値以下になるように、VdとVqを同じ比率で減
少させるように演算すればよい。ここで、合成値Ｖ（ノルム｜Ｖ｜）は、第１の電圧の指令値と前記第２の電圧の指令値とを第１の電圧と第２の電圧の位相差に応じて合成した合成値の一例である。

【0072】

図９では、電圧制限部１３７において、電圧制限が動作しているか否かの情報がフィードバック信号ＦＤにより、電流指令演算器１３１に入力される。電圧制限が動作しているか否かは、電圧制限部１３７において合成値Ｖが最大直流電圧Vpnに達したことにより、
トランジスタ、ダイオード等がオンしたか否かによって判定できる。なお、電圧制限部１３７は、合成値Ｖが最大直流電圧Vpnに所定の限度で近づいたこと（以下、飽和という）
を検出し、電圧を制限してもよい。したがって、電圧制限部１３７は、合成値Ｖの飽和の程度を通知するものであってもよい。また、飽和の程度は、合成値Ｖが最大直流電圧Vpn
に所定の限度で近づいた現象発生の頻度（単位時間あたりの発生回数）であってもよい。

【0073】

本実施形態では、電流指令演算器１３１は、電圧制限部１３７において、電圧制限が動作するまでの間、すなわち、合成値Ｖが最大直流電圧Vpnに達しない状態では、電流指令
演算器１３１は、弱め界磁制御を実行しない。合成値Ｖが最大直流電圧Vpnに達しない状
態では、インバータ１４はモータ３０の励磁回路に誘導起電力に打ち勝って電力供給可能だからである。この状態では、制御装置１０Ａ（電流指令演算器１３１）は、弱め界磁制御を実行せず、ｄ軸電流を０のまま維持する。したがって、制御装置１０Ａは、トルクを生じるｑ軸電流として、ほぼすべての電力を供給できる。電圧制限部１３７は、合成値が電力供給手段の供給可能電圧に対して所定の条件を充足したか否かを判定する手段の一例である。

【0074】

図１０に、実施形態２における制御装置１０Ａの電流指令演算器１３１の処理を例示する。この処理では、電流指令演算器１３１は、電圧制限部１３７における電圧飽和の程度を取得する（Ｓ４１）。

【0075】

そして、電流指令演算器１３１は、電圧飽和の程度が所定の限度を超えているか否かを判定する（Ｓ４２）。ここで、電流指令演算器１３１は、電圧制限部１３７からのフィードバック信号をそのまま用いて電圧飽和の程度を判断してもよい。また、電流指令演算器１３１は、電圧制限部１３７からのフィードバック信号を加工して電圧飽和の程度を判断してもよい。例えば、電流指令演算器１３１は、電圧制限部１３７からのフィードバック信号により、電圧飽和の発生回数が所定の頻度で発生した場合、あるいは電圧飽和が所定時間継続して発生した場合に、Ｓ４２において、電圧飽和の程度が所定の限度を超えていると判断してもよい。

【0076】

Ｓ４２において、電圧飽和の程度が所定の限度を超えていると判断される場合、電流指令演算器１３１は弱め界磁パラメータを設定する。この場合、電流指令演算器１３１は、例えば、モータ３０の励磁回路の誘導起電力を弱めるｄ軸電流の指令値を設定し、制御装置１０Ａはｄ軸電流を流すように制御する。

【0077】

一方、電圧飽和の程度が所定の限度を超えていないと判断される場合、電流指令演算器１３１は弱め界磁パラメータを設定しない。この場合ｄ軸電流の指令値は０のまま維持される。このような制御装置１０によるＳ４１、Ｓ４２の処理は、合成値が電力供給手段の供給可能電圧に対して所定の条件を充足するまでの間、ｄ軸電流を抑制することの一例である。一方、電圧飽和の程度が所定の限度を超えていると判断される場合に限って、電流指令演算器１３１は弱め界磁パラメータを設定する。したがって、Ｓ４２およびＳ４３の処理は、合成値が電力供給手段の供給可能電圧に対して所定の条件を充足したときに、ｄ軸電流を流すように制御する手段の一例といえる。

【0078】

制御装置１０Ａは、このような構成によって、電圧飽和が所定の限度に至らない場合には、弱め界磁制御を実施せず、ｄ軸電流を０に維持し、モータ３０のトルクに寄与するｑ軸電流に集中して電力をモータ３０に供給できる。すなわち、制御装置１０Ａは、必要な場合に限定して弱め界磁制御が働くようにし、ｄ軸電流を流すので、実施形態１の図３における区間Ａの領域をできるだけ大きく取れるように弱め界磁制御を調整することができる。

【0079】

例えば、実施形態１のように制御装置１０がモータ３０の励磁回路の回路パラメータを求めて弱め界磁制御を実行する場合でも、制御装置１０またはモータ３０が設置される環境（温度等）、制御装置１０またはモータ３０の動作状態等により、電圧の指令値が飽和しない場合もあり得る。また、逆に、電圧の指令値が飽和しているにも拘わらず、弱め界磁制御が行われないこともあり得る。実施形態２の制御装置１０Ａは、弱め界磁制御が必要な場合に、的確に弱め界磁制御を実行できる。

【0080】

（弱め界磁制御を抑制する補償）
さらに以下のような追加の設定を行うことにより、弱め界磁制御の有効/無効の切替で
、弱め界磁制御によって与えられる補償量がなめらかに切り替わるようにすることができる。例えば、制御装置１０Ａが測定したパラメータよりも、弱め界磁制御が働きにくい状態にパラメータを設定しておく。具体的には制御装置１０Ａは、実施形態１の手順で同定された回路パラメータ（たとえばモータ相抵抗R、モータ相インダクタンスL、誘起電圧定数Kemfなど）をそのまま弱め界磁制御に使用しないで、同定された回路パラメータに補償係数を掛ける。制御装置１０Ａは、この補償係数によって理論上、電流を流すために必要
な電圧が小さくなるように設定すればよい。制御装置１０Ａは、どれか一つの回路パラメータまたは複数のパラメータに対して補償係数を乗算しても良い。制御装置１０Ａが回路パラメータ（たとえばモータ相抵抗R、モータ相インダクタンスL、誘起電圧定数Kemfなど）に補償係数を乗算することは、取得された回路パラメータの値および電力供給手段の供給可能電圧の値の少なくとも１つを補償係数によって変化させることの一例である。したがって、制御装置１０は、ｄ軸電流の電流値を所定の限度で低減する手段の一例でもある。

【0081】

例えば、モータ相抵抗Rであれば、１より小さい補償係数をかけると、理論上、電流を
流すために必要な電圧が小さくなる。つまり、モータの状態から判断される理論上の電圧飽和が起こりにくくなり、弱め界磁制御が働きにくくなる。制御装置１０は、弱め界磁制御を実行するときに、弱め界磁制御を働きにくくすることで、弱め界磁制御が働かない状態から弱め界磁制御が働く状態への遷移を滑らかにすることができる。

【0082】

（弱め界磁制御を促進する回路）
電圧制限部１３７からのフィードバック信号が、電圧飽和の程度を示す値、例えば、電圧制限部１３７で、一定時間のうち、電圧制限が発生していた時間の割合または発生頻度等であってもよい。この割合に応じて弱め界磁演算を行う際に用いる、現在の入力値（例えば、電流指令演算器１３１への指令トルクτref、モータ回転速度v、Ｐ－Ｎ間電圧VPN
など）に、弱め界磁制御が必要となるように補正する補正回路を設けてもよい。

【0083】

図１１に、電圧制限部１３７からのフィードバック信号に応じて電流指令演算器１３１へ入力される現在の入力値（最大直流電圧Vpn）を補正する回路構成を例示する。図１０
のように、電圧飽和が発生していた割合（頻度等）に応じて最大直流電圧Vpnが小さくな
るように電流指令演算器１３１への入力値を補正する。同様に、制御装置１０Ａに、電圧飽和が発生していた割合に応じて指令トルクτreが大きくなるように補正する回路を設けてもよい。また、電圧飽和が発生していた割合に応じてモータ回転速度vが大きくなるよ
うに補正する回路を設けてもよい。このようにして、弱め界磁制御が実行されやすくすることができる。したがって、図１１に例示される電圧制限部１３７からのフィードバック信号に応じて電流指令演算器１３１へ入力される現在の入力値（例えば、最大直流電圧Vpn）を補正する回路構成は、合成値が電力供給手段の供給可能電圧に対して所定の条件を
充足する程度に応じてｄ軸電流の電流値を調整する手段の一例と言える。

【0084】

＜その他の実施形態＞
上記実施形態１の制御装置１０による回路パラメータを測定する処理は、制御装置１０以外の装置、例えば、制御装置１０とネットワークで接続されたコンピュータにおいて実行できる。また、回路パラメータを計算する処理は、例えば、モータ３０のモータ回転速度、電圧の指令値（Vd、Vq）、測定された電流値（Id、Iq）を、記憶媒体等を介して取得したコンピュータにおいて実行できる。すなわち、実施形態１の図５乃至図７に例示した処理（図５のＳ１２乃至Ｓ１４の演算方法、図７のＳ１４１、Ｓ１４２の処理等）を制御装置１０以外のコンピュータ実行するようにしてもよい。

【0085】

図１２に、このような処理を実行するコンピュータ１００の構成を例示する。このコンピュータ１００は、ＣＰＵ１０１と、主記憶部１０２と、インターフェース（Ｉ／Ｆ）を通じて接続される外部機器を有し、プログラムにより情報処理を実行する。外部機器としては、外部記憶部１０３、表示部１０４、操作部１０５、および通信部１０６を例示できる。

【0086】

ＣＰＵ１０１は、主記憶部１０２に実行可能に展開されたコンピュータプログラムにより、図５乃至図７に例示した処理を実行し、計算したモータ３０の励磁回路の回路パラメ
ータを実施形態１の制御装置１０、実施形態２の制御装置１０Ａ等に引き渡すようにすればよい。ＣＰＵ１０１と主記憶部１０２とＩ／Ｆは、演算装置の一例である。

【0087】

ＣＰＵ１０１はプロセッサとも呼ばれる。ＣＰＵ１０１は、は、単一のプロセッサに限定される訳ではなく、マルチプロセッサ構成であってもよい。また、単一のＣＰＵ１０１がマルチコア構成を有していても良い。

【0088】

主記憶部１０２は、ＣＰＵ１０１が実行するコンピュータプログラム、ＣＰＵ１０１が処理するデータ等を記憶する。主記憶部１０２は、Dynamic Random Access Memory（ＤＲＡＭ）、Static Random Access Memory（ＳＲＡＭ）、Read Only Memory（ＲＯＭ）等で
ある。さらに、外部記憶部１０３は、例えば、主記憶部１０２を補助する記憶領域として使用され、ＣＰＵ１０１が実行するコンピュータプログラム、ＣＰＵ１０１が処理するデータ等を記憶する。外部記憶部１０３は、ハードディスクドライブ、Solid State Disk（ＳＳＤ）等である。さらに、コンピュータ１００には、着脱可能記憶媒体の駆動装置を設けてもよい。着脱可能記憶媒体は、例えば、ブルーレイディスク、Digital Versatile Disk（ＤＶＤ）、Compact Disc（ＣＤ）、フラッシュメモリカード等である。

【0089】

また、コンピュータ１００は、表示部１０４、操作部１０５、通信部１０６を有する。表示部１０４は、例えば、液晶ディスプレイ、エレクトロルミネッセンスパネル等である。操作部１０５は、例えば、キーボード、ポインティングデバイス等である。本実施形態では、ポインティングデバイスとしてマウスが例示される。通信部１０６は、ネットワーク上の他の装置とデータを授受する。コンピュータは、メモリに実行可能に展開されたコンピュータプログラムにより、
＜コンピュータが読み取り可能な記録媒体＞
コンピュータその他の機械、装置（以下、コンピュータ等）に上記いずれかの機能を実現させるプログラムをコンピュータ等が読み取り可能な記録媒体に記録することができる。そして、コンピュータ等に、この記録媒体のプログラムを読み込ませて実行させることにより、その機能を提供させることができる。

【0090】

ここで、コンピュータ等が読み取り可能な記録媒体とは、データやプログラム等の情報を電気的、磁気的、光学的、機械的、または化学的作用によって蓄積し、コンピュータ等から読み取ることができる記録媒体をいう。このような記録媒体のうちコンピュータ等から取り外し可能なものとしては、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＣＤ－Ｒ／Ｗ、ＤＶＤ、ブルーレイディスク、ＤＡＴ、８ｍｍテープ、フラッシュメモリなどのメモリカード等がある。また、コンピュータ等に固定された記録媒体としてハードディスク、ＲＯＭ（リードオンリーメモリ）等がある。さらに、ＳＳＤ（Solid State Drive）は、コンピュータ等から取り外し可能な記録媒体としても、コンピュータ
等に固定された記録媒体としても利用可能である。
＜付記＞
１． 電動機（３０）のトルクを所定値に維持して回転速度を増加させたときの前記電動機の回転速度と前記電動機が前記回転速度のときの前記電動機の励磁回路におけるｑ軸電流の値と前記電動機が前記回転速度のときの前記励磁回路におけるｄ軸電流の値と前記ｑ軸電流を前記励磁回路に生じさせるためのｑ軸電圧の指令値と前記ｄ軸電流を前記励磁回路に生じさせるためのｄ軸電圧の指令値とを含む値の組を取得する手段（Ｓ１２）と、
前記ｑ軸電流の値が一定となる回転速度の範囲の前記値の組によって決定されるモデル式を前記電動機の回転速度とｑ軸電流とｄ軸電流とｑ軸電圧とｄ軸電圧と前記励磁回路の回路パラメータとが充足する理論式に適用することによって、前記励磁回路の回路パラメータを取得する手段（Ｓ１４）と、
前記取得された回路パラメータを基に前記電動機を回転させるときの前記ｄ軸電流の電流値を調整するためのパラメータを決定する手段（Ｓ１５、Ｓ４）と、を備える演算装置
（１０１、１０２、１０）。
２． 電動機の励磁回路にｑ軸電流を供給するためのｑ軸電圧の指令値を出力する手段（１３３）と、
前記電動機の励磁回路にｄ軸電流を供給するためのｄ軸電圧の指令値を出力する手段（１３２）と、
前記ｑ軸電圧の指令値および前記ｄ軸電圧の指令値に基づき前記電動機に電力を供給する電力供給手段（１３４、１３５、１４）と、
前記電動機の励磁回路を流れる電流を検出する電流検出手段（１５、１３６）と、
前記電動機の回転速度を検出する速度検出手段（１６）と、
演算装置と、を備え、前記演算装置（１０１、１０２、１０）は、
前記電動機のトルクを所定値に維持して回転速度を増加させるときの前記電動機の回転速度と前記電動機が前記回転速度のときの前記電動機の励磁回路におけるｑ軸電流の値と前記電動機が前記回転速度のときの前記励磁回路におけるｄ軸電流の値と前記ｑ軸電流を前記励磁回路に生じさせるためのｑ軸電圧の指令値と前記ｄ軸電流を前記励磁回路に生じさせるためのｄ軸電圧の指令値とを含む値の組を取得する手段（Ｓ１２）と、
前記ｑ軸電流の値が一定となる回転速度の範囲の前記値の組によって決定されるモデル式を前記電動機の回転速度とｑ軸電流とｄ軸電流とｑ軸電圧とｄ軸電圧と前記励磁回路の回路パラメータとが充足する理論式に適用することによって、前記励磁回路の回路パラメータを取得する手段（Ｓ１４）と、
前記取得された回路パラメータを基に前記電動機を回転させるときの前記ｄ軸電流の電流値を調整するためのパラメータを決定する手段（Ｓ１５、Ｓ４）と、を有する電動機の制御装置（１０）。
３． 電動機（３０）のトルクを所定値に維持して回転速度を増加させたときの前記電動機の回転速度と前記電動機が前記回転速度のときの前記電動機の励磁回路におけるｑ軸電流の値と前記電動機が前記回転速度のときの前記励磁回路におけるｄ軸電流の値と前記ｑ軸電流を前記励磁回路に生じさせるためのｑ軸電圧の指令値と前記ｄ軸電流を前記励磁回路に生じさせるためのｄ軸電圧の指令値とを含む値の組を取得することと（Ｓ１２）、
前記ｑ軸電流の値が一定となる回転速度の範囲の前記値の組によって決定されるモデル式を前記電動機の回転速度とｑ軸電流とｄ軸電流とｑ軸電圧とｄ軸電圧と前記励磁回路の回路パラメータとが充足する理論式に適用することによって、前記励磁回路の回路パラメータを取得することと（Ｓ１４）、
前記取得された回路パラメータを基に前記電動機を回転させるときの前記ｄ軸電流の電流値を調整するためのパラメータを決定することと（Ｓ１５、Ｓ４）、をコンピュータ（１０１、１０２、１０）が実行する演算方法。
４． 制御装置（１０）が
電動機の励磁回路にｑ軸電流を供給するためのｑ軸電圧の指令値を出力することと（１３３）、
前記電動機の励磁回路にｄ軸電流を供給するためのｄ軸電圧の指令値を出力することと（１３２）、
前記ｑ軸電圧の指令値および前記ｄ軸電圧の指令値に基づき前記電動機に電力を供給することと（１３４、１３５、１４）、
前記電動機の励磁回路を流れる電流を検出することと、
前記電動機の回転速度を検出することと（１６）、
前記電動機のトルクを所定値に維持して回転速度を増加させたときの前記電動機の回転速度と前記電動機が前記回転速度のときの前記電動機の励磁回路におけるｑ軸電流の値と前記電動機が前記回転速度のときの前記励磁回路におけるｄ軸電流の値と前記ｑ軸電流を前記励磁回路に生じさせるためのｑ軸電圧の指令値と前記ｄ軸電流を前記励磁回路に生じさせるためのｄ軸電圧の指令値とを含む値の組を取得することと（Ｓ１２）、
前記ｑ軸電流の値が一定となる回転速度の範囲の前記値の組によって決定されるモデル式を前記電動機の回転速度とｑ軸電流とｄ軸電流とｑ軸電圧とｄ軸電圧と前記励磁回路の
回路パラメータとが充足する理論式に適用することによって、前記励磁回路の回路パラメータを取得することと（Ｓ１４）、
前記取得された回路パラメータを基に前記電動機を回転させるときの前記ｄ軸電流の電流値を調整するためのパラメータを決定することと（Ｓ１５、Ｓ４）、を実行する電動機の制御方法。
５． 電動機のトルクを所定値に維持して回転速度を増加させたときの前記電動機の回転速度と前記電動機が前記回転速度のときの前記電動機の励磁回路におけるｑ軸電流の値と前記電動機が前記回転速度のときの前記励磁回路におけるｄ軸電流の値と前記ｑ軸電流を前記励磁回路に生じさせるためのｑ軸電圧の指令値と前記ｄ軸電流を前記励磁回路に生じさせるためのｄ軸電圧の指令値とを含む値の組を取得することと（Ｓ１２）、
前記ｑ軸電流の値が一定となる回転速度の範囲の前記値の組によって決定されるモデル式を前記電動機の回転速度とｑ軸電流とｄ軸電流とｑ軸電圧とｄ軸電圧と前記励磁回路の回路パラメータとが充足する理論式に適用することによって、前記励磁回路の回路パラメータを取得することと（Ｓ１４）、
前記取得された回路パラメータを基に前記電動機を回転させるときの前記ｄ軸電流の電流値を調整するためのパラメータを決定することと（Ｓ１５、Ｓ４）、をコンピュータ（１０１、１０２、１０）に実行させるためのプログラム。

【符号の説明】

【0091】

１０ 制御装置
１１ 位置制御器
１２ 速度制御器
１３ 電流制御器
１４ インバータ
１５ 電流検出器
１６ 速度検出器
３０ モータ
３２ 位置検出器
１３１ 電流指令演算器
１３２ ｄ軸電流制御器
１３３ ｑ軸電流制御器
１３４ 電圧座標変換器
１３５ ＰＷＭ演算部
１３６ 電流座標変換器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】