特許 7635071 モータ制御装置

(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】2025-02-14

(45)【発行日】2025-02-25

(54)【発明の名称】モータ制御装置

(51)【国際特許分類】

   H02P 21/06 20160101AFI20250217BHJP

【ＦＩ】

H02P21/06

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2021086852

(22)【出願日】2021-05-24

(65)【公開番号】P2022179990

(43)【公開日】2022-12-06

【審査請求日】2024-04-17

(73)【特許権者】

【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】110001634

【氏名又は名称】弁理士法人志賀国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 高見

【審査官】若林 治男

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－０８５３７７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｐ ２１／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

トルク指令値に基づく磁束指令値を生成する磁束指令値生成部と、前記磁束指令値に基づいて電流指令値を生成する電流指令値生成部とを備えるモータ制御装置であって、
前記磁束指令値生成部は、
前記トルク指令値に基づいて補償前磁束指令値を算出する磁束指令演算部と、
モータ回転数に基づいて磁束フィードバック値を算出するフィードバック値算出部と、
前記補償前磁束指令値と前記磁束フィードバック値との偏差に基づいて磁束補償値を算出する磁束補償値算出部と、
前記磁束補償値に基づいて前記補償前磁束指令値から前記磁束指令値を算出する磁束指令値算出部と
を備え、
前記磁束補償値の上限値及び下限値の少なくともいずれかを制限値に基づいて制限するリミット制限部を備える
ことを特徴とするモータ制御装置。

【請求項2】

前記磁束補償値算出部は、比例ゲインを用いた演算と積分ゲインとを用いた演算とに基づいて前記磁束補償値を算出することを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。

【請求項3】

前記トルク指令値に対して設定可能な最大の鎖交磁束値である最大鎖交磁束値と、前記補償前磁束指令値とに基づいて、前記リミット制限部で用いる前記制限値を算出するリミット演算部を備えることを特徴とする請求項１または２記載のモータ制御装置。

【請求項4】

少なくとも弱め界磁制御を行う場合に、前記リミット制限部にて前記磁束補償値の制限が行われることを特徴とする請求項３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ものである。

【背景技術】

【0002】

交流モータをｄ軸及びｑ軸に基づいてベクトル制御するモータ制御装置が知られている。このようなベクトル制御を行うモータ制御装置は、ｄ軸電流指令値ｉｄ＊とｑ軸電流指令値ｉｑ＊とを生成し、これらのｄ軸電流指令値ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値ｉｑ＊に基づいて交流モータの駆動を制御している。例えば、特許文献１には、上述のようなベクトル制御を行う同期電動機の制御装置が開示されている。特許文献１に開示された制御装置は、トルク指令値から磁束指令値を生成し、さらに磁束指令値から電流指令値（ｄ軸電流指令値ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値ｉｑ＊）を生成している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１８－１９８４７９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、上述のようなベクトル制御を行う場合において、ｄ軸電流値（ｉｄ）とｑ軸電流値（ｉｑ）との範囲（電流動作点の設定範囲）は、ｉｄ－ｉｑ平面に描かれる電流制限円及び電圧制限円（磁束制限円）の範囲内に限定する必要がある。例えば、モータにて最大出力を出し続ける場合には、一般的に最も高効率となる最小電流最大トルクラインに沿うように電流動作点を推移させ、電流動作点が磁束限界（磁束制限円の縁）に達した後に、界磁の力を弱める弱め界磁制御が行われる。このような弱め界磁では、電流動作点が磁束制限円の縁に沿うように推移される。

【0005】

しかしながら、特許文献１に開示された制御装置では、磁束上限値及び磁束下限値により基準化した基準化磁束指令値に基づいて電流指令値を生成しているものの、電流動作点が安定しない。このため、例えば弱め界磁制御を行う場合に、電流動作点が磁束制限円の範囲を逸脱し、界磁不良を引き起こすことが考えられる。

【0006】

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、ベクトル制御を行うモータ制御装置において、界磁不良の発生を抑制可能とすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、上記課題を解決するための手段として、以下の構成を採用する。

【0008】

第１の態様は、トルク指令値に基づく磁束指令値を生成する磁束指令値生成部と、上記磁束指令値に基づいて電流指令値を生成する電流指令値生成部とを備えるモータ制御装置であって、上記磁束指令値生成部が、上記トルク指令値に基づいて補償前磁束指令値を算出する磁束指令演算部と、モータ回転数に基づいて磁束フィードバック値を算出するフィードバック値算出部と、上記補償前磁束指令値と上記磁束フィードバック値との偏差に基づいて磁束補償値を算出する磁束補償値算出部と、上記磁束補償値に基づいて上記補償前磁束指令値から上記磁束指令値を算出する磁束指令値算出部とを備えるという構成を採用する。

【0009】

第２の態様は、上記第１の態様において、上記磁束補償値算出部が、比例ゲインを用いた演算と積分ゲインとを用いた演算とに基づいて上記磁束補償値を算出するという構成を採用する。

【0010】

第３の発明は、上記第１または第２の態様において、上記磁束補償値の上限値及び下限値の少なくともいずれかを制限値に基づいて制限するリミット制限部を備えるという構成を採用する。

【0011】

第４の発明は、上記第３の態様において、上記トルク指令値に対して設定可能な最大の鎖交磁束値である最大鎖交磁束値と、上記補償前磁束指令値とに基づいて、上記リミット制限部で用いる上記制限値を算出するリミット演算部を備えるという構成を採用する。

【0012】

第５の発明は、上記第１～第４の態様において、少なくとも弱め界磁制御を行う場合に、上記リミット制限部にて上記磁束補償値の制限が行われるという構成を採用する。

【発明の効果】

【0013】

本発明においては、モータ回転数に基づいて磁束フィードバック値が算出され、磁束フィードバック値に基づいたフィードバック制御の下に、磁束指令値が算出される。このため、磁束指令値の変動を抑制することができ、さらには磁束指令値に基づいて算出される電流指令値の変動も抑制することができる。したがって、本発明によれば、電流動作点が磁束制限円の範囲を逸脱することを抑制することが可能となる。よって、本発明によれば、ベクトル制御を行うモータ制御装置において、界磁不良の発生を抑制することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の一実施形態におけるモータ制御装置として機能する制御装置の概略構成を模式的に示す回路図である。

【図2】電力変換器制御部のモータ制御装置としての機能構成を示すブロック図である。

【図3】本発明の一実施形態におけるモータ制御装置が有する磁束指令値生成部のブロック図である。

【図4】モータを最大出力で駆動する場合において、ｉｄ－ｉｑ平面における電流動作点の推移を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、図面を参照して、本発明に係るモータ制御装置の一実施形態について説明する。

【0016】

図１は、本実施形態のモータ制御装置として機能する制御装置１の概略構成を模式的に示す回路図である。この図に示すように、制御装置１は、電力変換器２と、電力変換器制御部３とを備えている。

【0017】

図１に示すように、電力変換器２は、昇降圧コンバータ２ａ、駆動用インバータ２ｂ及び発電用インバータ２ｃを備えている。昇降圧コンバータ２ａは、電池Ｐから出力される直流電圧を所定の昇圧比で昇圧する。また、昇降圧コンバータ２ａは、駆動用インバータ２ｂあるいは発電用インバータ２ｃから出力される直流電圧を所定の降圧比で降圧する。このような昇降圧コンバータ２ａは、図１に示すように、例えば、複数のコンデンサ、トランス、複数の変圧用ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を備えている。

【0018】

このような昇降圧コンバータ２ａは、いわゆる磁気結合インターリーブ型チョッパ回路と言われる電力回路である。昇降圧コンバータ２ａは、一対の電池用端子を介して電池Ｐから入力された直流電力を昇圧して駆動用インバータ２ｂに出力する昇圧動作と、駆動用インバータ２ｂあるいは発電用インバータ２ｃから入力された直流電力を降圧して一対の電池用端子を介して電池Ｐに出力する降圧動作とを択一的に行う。すなわち、昇降圧コンバータ２ａは、電池Ｐと駆動用インバータ２ｂあるいは発電用インバータ２ｃとの間で直流電力を双方向に入出力する電力変換回路である。

【0019】

駆動用インバータ２ｂは、電力変換器制御部３からのＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号に基づいて、電池Ｐから出力される直流電力を交流電力に変換してモータＭに供給する。また、駆動用インバータ２ｂは、電力変換器制御部３からのＰＷＭ信号に基づいて、モータＭから出力される交流電力を直流電力に変換して昇降圧コンバータ２ａに供給する。このような駆動用インバータ２ｂは、図１に示すように、３つのスイッチングレグを有し、合計で６つの駆動用ＩＧＢＴを備えている。

【0020】

このような駆動用インバータ２ｂは、モータＭの相数に対応して３つ（複数）のスイッチングレグを備える。この駆動用インバータ２ｂは、力行動作と回生動作とを択一的に行う電力変換回路である。すなわち、駆動用インバータ２ｂは、昇降圧コンバータ２ａから入力された直流電力を三相交流電力に変換し、３つのモータ用端子を介してモータＭに出力する力行動作と、３つのモータ用端子を介してモータＭから入力された三相交流電力を直流電力に変換して昇降圧コンバータ２ａに出力する回生動作とを択一的に行う。つまり、駆動用インバータ２ｂは、昇降圧コンバータ２ａとモータＭとの間で直流電力と三相交流電力とを相互変換する電力回路である。

【0021】

発電用インバータ２ｃは、電力変換器制御部３からのＰＷＭ信号に基づいて、発電機Ｇから出力される交流電力を直流電力に変換して昇降圧コンバータ２ａに供給する。このような発電用インバータ２ｃも、駆動用インバータ２ｂと同様に、３つのスイッチングレグを有し、合計で６つの駆動用ＩＧＢＴを備えている。

【0022】

このような発電用インバータ２ｃは、発電機Ｇの相数に対応して３つ（複数）のスイッチングレグを備える。この発電用インバータ２ｃは、３つの発電機用端子を介して発電機Ｇから入力される三相交流電力を直流電力に変換して昇降圧コンバータ２ａに出力する電力変換回路である。つまり、この発電用インバータ２ｃは、昇降圧コンバータ２ａと発電機Ｇとの間で直流電力と三相交流電力とを相互変換する電力回路である。

【0023】

このような電力変換器２には、図示するように電池Ｐ、モータＭ及び発電機Ｇがそれぞれ接続されている。電力変換器２は、外部接続用の端子として、電池Ｐが接続される一対の電池用端子（プラス極電池用端子Ｅ１及びマイナス極電池用端子Ｅ２）を備えている。また、電力変換器２は、モータＭが接続される３つのモータ用端子（Ｕ相モータ用端子Ｆｕ、Ｖ相モータ用端子Ｆｖ、及びＷ相モータ用端子Ｆｗ）を備えている。また、電力変換器２は、発電機Ｇが接続される３つの発電機用端子（Ｕ相発電機用端子Ｈｕ、Ｖ相発電機用端子Ｈｖ及びＷ相発電機用端子Ｈｗ）を備えている。

【0024】

このような電力変換器２を備える制御装置１は、ハイブリッド車や電気自動車等の電動車両に備えられる電気装置であり、回転電機であるモータＭを制御すると共に、発電機Ｇで発生した交流電力の電池Ｐへの充電を制御する。すなわち、この制御装置１は、電池Ｐの出力（電池電力）に基づくモータＭの駆動制御と発電機Ｇの出力電力（発電電力）に基づく電池Ｐの充電制御とを行う。

【0025】

なお、制御装置１は、電力変換器２に発電用インバータ２ｃを備えずに、電力変換器２に発電機Ｇが接続されていない構成とすることも可能である。この場合には、制御装置１は、発電機Ｇの出力電力（発電電力）に基づく電池Ｐの充電制御を行わずに、電池Ｐの出力（電池電力）に基づくモータＭの駆動制御を行う。

【0026】

ここで、上記電池Ｐは、図示するように、プラス電極がプラス極電池用端子Ｅ１に接続され、マイナス電極がマイナス極電池用端子Ｅ２に接続されている。この電池Ｐは、リチウムイオン電池等の二次電池であり、制御装置１に対する直流電力の放電と制御装置１を介した直流電力の充電とを行う。

【0027】

モータＭは、相数が「３」の三相電動機であり、駆動用インバータ２ｂの負荷である。このモータＭは、Ｕ相入力端子がＵ相モータ用端子Ｆｕに接続され、Ｖ相入力端子がＶ相モータ用端子Ｆｖに接続され、またＷ相入力端子がＷ相モータ用端子Ｆｗに接続されている。このようなモータＭは、回転軸（駆動軸）が電動車両の車輪に接続されており、当該車輪に回転動力を作用させることにより車輪を回転駆動する。

【0028】

発電機Ｇは、三相発電機であり、Ｕ相出力端子がＵ相発電機用端子Ｈｕに接続され、Ｖ相出力端子がＶ相発電機用端子Ｈｖに接続され、またＷ相出力端子がＷ相発電機用端子Ｈｗに接続されている。この発電機Ｇは、電動車両に搭載されたエンジン等の動力源の出力軸に接続されており、三相交流電力を制御装置１に出力する。

【0029】

電力変換器制御部３は、ゲートドライバやＥＣＵ（Electronic Control Unit）を備えている。ゲートドライバは、ＥＣＵから入力される各種Ｄｕｔｙ指令値（変圧用Ｄｕｔｙ指令値、駆動用Ｄｕｔｙ指令値及び発電用Ｄｕｔｙ指令値）に基づいてゲート信号を生成する回路である。例えば、ゲートドライバは、ＥＣＵから入力される変圧用Ｄｕｔｙ指令値に基づいて、昇降圧コンバータ２ａに供給するゲート信号を生成する。また、ゲートドライバは、ＥＣＵから入力される駆動用Ｄｕｔｙ指令値に基づいて、駆動用インバータ２ｂに供給するゲート信号を生成する。また、ゲートドライバは、ＥＣＵから入力される発電用Ｄｕｔｙ指令値に基づいて、発電用インバータ２ｃに供給するゲート信号を生成する。

【0030】

ＥＣＵは、予め記憶された制御プログラムに基づいて所定の制御処理を行う制御回路である。このＥＣＵは、上記制御処理に基づいて生成した各種Ｄｕｔｙ指令値（変圧用Ｄｕｔｙ指令値、駆動用Ｄｕｔｙ指令値及び発電用Ｄｕｔｙ指令値）をゲートドライバに出力する。このようなＥＣＵは、電力変換器２及びゲートドライバを介してモータＭの駆動制御及び電池Ｐの充電制御を行う。すなわち、このＥＣＵは、昇降圧コンバータ２ａ、駆動用インバータ２ｂ及び発電用インバータ２ｃに付帯的に設けられる電圧センサの検出値（電圧検出値）及び電流センサの検出値（電流検出値）並びに電動車両の操作情報等に基づいて昇降圧コンバータ２ａ、駆動用インバータ２ｂ及び発電用インバータ２ｃに関する各種Ｄｕｔｙ指令値（変圧用Ｄｕｔｙ指令値、駆動用Ｄｕｔｙ指令値及び発電用Ｄｕｔｙ指令値）を生成する。

【0031】

図２は、電力変換器制御部３のモータ制御装置としての機能構成を示すブロック図である。制御装置１は、電力変換器２及び電力変換器制御部３に加えて、図２に示すように、電流センサ４と回転角センサ５とを備えている。

【0032】

電流センサ４は、モータＭと電力変換器２との間にて各相電流を検出し、その検出結果を電力変換器制御部３に出力する。なお、複数の電流センサ４は、電力変換器２とモータＭとの間に設けられてもよいし、電力変換器２の内部に設けられてもよい。電流センサ４は、各相の相電流を検出する構成であれば特に限定されないが、例えば、トランスを備えたカレントトランス（ＣＴ）やホール素子を備えている。また、電流センサ４は、シャント抵抗であってもよい。

【0033】

回転角センサ５は、モータＭの回転角を検出する。モータＭの回転角は、所定の基準回転位置からの上記ロータの電気角である。回転角センサ５は、検出した回転角を示す検出信号を電力変換器制御部３に出力する。例えば、回転角センサ５は、レゾルバを備えてもよい。なお、回転角センサ５から出力される検出信号に基づいてモータＭの回転数（モータ回転数）を算出することができる。つまり、回転角センサ５は、モータ回転数を情報として含む検出信号を出力する。

【0034】

電力変換器制御部３は、例えば上述のゲートドライバやＥＣＵ等によって具現化される機能部として、トルク制御部１１、電流検出部１２、三相／ｄｑ変換部１３、角速度演算部１４、電流制御部１５、ｄｑ／三相変換部１６及びＰＷＭ制御部１７とを備える。

【0035】

トルク制御部１１は、外部からトルク指令値Ｔ＊を取得する。トルク制御部１１は、トルク指令値Ｔ＊に基づいて、モータＭのｄ軸電流の目標値であるｄ軸電流指令値ｉｄ＊と、モータＭのｑ軸電流の目標値であるｑ軸電流指令値ｉｑ＊と、を生成する。また、トルク制御部１１は、生成したｄ軸電流指令値ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値ｉｑ＊を電流制御部１５に出力する。

【0036】

本実施形態においては、トルク制御部１１は、トルク指令値Ｔ＊に基づく磁束指令値を生成する磁束指令値生成部２０と、磁束指令値に基づいて電流指令値（ｄ軸電流指令値ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値ｉｑ＊）を生成する電流指令値生成部とを備えている。

【0037】

図３は、磁束指令値生成部２０のブロック図である。この図に示すように、磁束指令値生成部２０は、鎖交磁束指令演算器２１（磁束指令演算部）と、鎖交磁束指令リミット演算器２２と、鎖交磁束指令リミット制限部２３と、鎖交磁束演算器２４（フィードバック値算出部）と、ＰＩ制御器２５（磁束補償値算出部）と、鎖交磁束補償リミット演算器２６（リミット演算部）と、鎖交磁束補償リミット制限部２７（リミット制限部）とを備えている。

【0038】

鎖交磁束指令演算器２１は、トルク指令値Ｔ＊に基づいて補償前鎖交磁束指令値Ψｏ＊（補償前磁束指令値）を算出する。例えば、鎖交磁束指令演算器２１には、図２に示す角速度演算部１４から角速度ωが入力される。また、鎖交磁束指令演算器２１には、ＤＣバス電圧Ｖｄｃｆ（電池Ｐの電圧）が入力される。例えば、鎖交磁束指令演算器２１は、トルク指令値Ｔ＊と、角速度ωと、ＤＣバス電圧Ｖｄｃｆとをパラメータとして変調率係数を求めるマップに基づいて、電力変換器２で用いる変調率係数を求める。さらに、鎖交磁束指令演算器２１は、変調率係数と、角速度ωと、ＤＣバス電圧Ｖｄｃｆとに基づいて、補償前鎖交磁束指令値Ψｏ＊を算出する。

【0039】

鎖交磁束指令リミット演算器２２は、トルク指令値Ｔ＊と、角速度ωと、ＤＣバス電圧Ｖｄｃｆとに基づいて、鎖交磁束指令上限値Ψｏｍａｘと、鎖交磁束指令下限値Ψｏｍｉｎとを算出する。鎖交磁束指令上限値Ψｏｍａｘ（最大鎖交磁束値）は、界磁制御が可能であることを前提としてトルク指令値Ｔ＊に対して設定可能な最大の鎖交磁束値である。また、鎖交磁束指令下限値Ψｏｍｉｎは、界磁制御が可能であることを前提としてトルク指令値Ｔ＊に対して設定可能な最小の鎖交磁束値である。

【0040】

例えば、鎖交磁束指令リミット演算器２２は、トルク指令値Ｔ＊の値ごとにおける鎖交磁束指令値の最大値を示す界磁制御用鎖交磁束制限マップに基づいて、鎖交磁束指令上限値Ψｏｍａｘを算出する。なお、鎖交磁束指令下限値Ψｏｍｉｎは、算出せずに予め定められた値を用いるようにしても良い。

【0041】

鎖交磁束指令リミット制限部２３は、鎖交磁束指令リミット演算器２２にて算出された鎖交磁束指令上限値Ψｏｍａｘと、鎖交磁束指令下限値Ψｏｍｉｎに基づいて、鎖交磁束指令演算器２１で算出された補償前鎖交磁束指令値Ψｏ＊の上限値と下限値とを制限する。つまり、鎖交磁束指令リミット制限部２３は、鎖交磁束指令演算器２１から入力される補償前鎖交磁束指令値Ψｏ＊が、鎖交磁束指令上限値Ψｏｍａｘよりも大きい場合には、補償前鎖交磁束指令値Ψｏ＊の値を鎖交磁束指令上限値Ψｏｍａｘの値に置き換えて出力する。また、鎖交磁束指令リミット制限部２３は、鎖交磁束指令演算器２１から入力される補償前鎖交磁束指令値Ψｏ＊が、鎖交磁束指令下限値Ψｏｍｉｎよりも小さい場合には、補償前鎖交磁束指令値Ψｏ＊の値を鎖交磁束指令下限値Ψｏｍｉｎの値に置き換えて出力する。なお、鎖交磁束指令リミット制限部２３から出力された補償前鎖交磁束指令値Ψｏ＊は、補償前鎖交磁束指令値Ψｏｆｆ＊と称する。

【0042】

鎖交磁束演算器２４は、角速度ω（モータ回転数）に基づいて鎖交磁束フィードバック値Ψｏｆ（磁束フィードバック値）を算出する。例えば、鎖交磁束演算器２４には、図２に示す電流制御部１５から電圧指令値Ｖ＊（ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊）がフィードバック入力される。鎖交磁束演算器２４は、角速度演算部１４から入力される現在のモータ回転数を示す角速度ωと、電流制御部１５から入力される現在の電圧指令値Ｖ＊とに基づいて、鎖交磁束フィードバック値Ψｏｆを算出する。

【0043】

ＰＩ制御器２５は、補償前鎖交磁束指令値Ψｏｆｆ＊と鎖交磁束フィードバック値Ψｏｆとの偏差Ψｏｅｒｒに基づいて磁束補償値ｄΨｏｂｕｆ＊を算出する。減算器２８で求められた偏差Ψｏｅｒｒが入力される。減算器２８は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）を介して入力される補償前鎖交磁束指令値Ψｏｆｆ＊から、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）を介して入力される鎖交磁束フィードバック値Ψｏｆを減算することで偏差Ψｏｅｒｒを算出する。

【0044】

ＰＩ制御器２５は、偏差Ψｏｅｒｒに対して比例ゲインを乗算して得た値と、偏差Ψｏｅｒｒに対して積分ゲインを乗算して得た後に積分することで得た値とを加算することで磁束補償値ｄΨｏｂｕｆ＊を算出する。このように、ＰＩ制御器２５は、比例ゲインを用いた演算と積分ゲインとを用いた演算とに基づいて磁束補償値ｄΨｏｂｕｆ＊を算出する。

【0045】

なお、積分項が飽和しないようにフィードバック型アンチワインドアップ処理を行っても良い。この場合には、ＰＩ制御器２５から出力される補償前鎖交磁束指令値Ψｏｆｆ＊から鎖交磁束補償リミット制限部２７から出力される後述の磁束補償値ｄΨｏ＊を減算した値を求める。また、この値に対してＰＩ制御器２５で用いる比例ゲインの逆数を乗算して得た値を偏差Ψｏｅｒｒから減算し、その後に上述のように積分ゲインを乗算した演算を行う。

【0046】

鎖交磁束補償リミット演算器２６は、鎖交磁束補償リミット制限部２７で用いる制限値を算出する。ここでは、鎖交磁束補償リミット制限部２７は、磁束補償値ｄΨｏｂｕｆ＊の上限値を制限する上制限値ｄΨｏｍａｘを算出する。算出された上制限値ｄΨｏｍａｘは、鎖交磁束補償リミット制限部２７に供給される。また、鎖交磁束補償リミット演算器２６は、磁束補償値ｄΨｏｂｕｆ＊の下限値を制限する下制限値ｄΨｏｍｉｎを算出する。算出された下制限値ｄΨｏｍｉｎは、鎖交磁束補償リミット制限部２７に供給される。

【0047】

例えば、鎖交磁束補償リミット演算器２６は、鎖交磁束指令演算器２１から入力される補償前鎖交磁束指令値Ψｏ＊と、鎖交磁束指令リミット演算器２２から入力される鎖交磁束指令上限値Ψｏｍａｘとに基づいて、上制限値ｄΨｏｍａｘ及び下制限値ｄΨｏｍｉｎを算出する。

【0048】

後述する鎖交磁束補償リミット制限部２７による磁束補償値ｄΨｏｂｕｆ＊の制限は、モータＭを弱め界磁制御する場合に有用である。また、補償前鎖交磁束指令値Ψｏ＊が鎖交磁束指令上限値Ψｏｍａｘよりも小さい場合には、弱め界磁制御が必要であると判断できる。したがって、鎖交磁束補償リミット演算器２６は、補償前鎖交磁束指令値Ψｏ＊が鎖交磁束指令上限値Ψｏｍａｘよりも小さい場合に、磁束補償値ｄΨｏｂｕｆ＊の上限値と下限値とが制限されるように上制限値ｄΨｏｍａｘ及び下制限値ｄΨｏｍｉｎを算出する。つまり、鎖交磁束補償リミット演算器２６は、補償前鎖交磁束指令値Ψｏ＊が鎖交磁束指令上限値Ψｏｍａｘよりも大きくて弱め界磁制御が必要でない場合には、磁束補償値ｄΨｏｂｕｆ＊の上限値と下限値とがゼロになるように上制限値ｄΨｏｍａｘ及び下制限値ｄΨｏｍｉｎを設定する。

【0049】

なお、鎖交磁束補償リミット演算器２６は、補償前鎖交磁束指令値Ψｏ＊に換えて、鎖交磁束指令リミット制限部２３から出力された補償前鎖交磁束指令値Ψｏｆｆ＊を用いて上制限値ｄΨｏｍａｘ及び下制限値ｄΨｏｍｉｎを算出するようにしても良い。また、補償前鎖交磁束指令値Ψｏ＊及び補償前鎖交磁束指令値Ψｏｆｆ＊を用いて上制限値ｄΨｏｍａｘ及び下制限値ｄΨｏｍｉｎを算出するようにしても良い。

【0050】

鎖交磁束補償リミット制限部２７は、磁束補償値ｄΨｏｂｕｆ＊の上限値及び下限値を制限値に基づいて制限する。ここでは、鎖交磁束補償リミット制限部２７は、鎖交磁束補償リミット演算器２６から入力された上制限値ｄΨｏｍａｘ及び下制限値ｄΨｏｍｉｎに基づいて、磁束補償値ｄΨｏｂｕｆ＊の上限値及び下限値を制限する。

【0051】

つまり、鎖交磁束補償リミット制限部２７は、ＰＩ制御器２５から入力される磁束補償値ｄΨｏｂｕｆ＊が上制限値ｄΨｏｍａｘよりも大きい場合には、磁束補償値ｄΨｏｂｕｆ＊の値を上制限値ｄΨｏｍａｘに置き換えて出力する。また、鎖交磁束補償リミット制限部２７は、ＰＩ制御器２５から入力される磁束補償値ｄΨｏｂｕｆ＊が下制限値ｄΨｏｍｉｎよりも小さい場合には、磁束補償値ｄΨｏｂｕｆ＊の値を下制限値ｄΨｏｍｉｎに置き換えて出力する。なお、鎖交磁束補償リミット制限部２７から出力された磁束補償値ｄΨｏｂｕｆ＊は、磁束補償値ｄΨｏ＊と称する。

【0052】

また、図３に示すように、磁束指令値生成部２０は、補償前鎖交磁束指令値Ψｏｆｆ＊と磁束補償値ｄΨｏ＊とを加算して、磁束指令値Ψｏｃｍｐ＊を算出して出力する加算器２９（磁束指令値算出部）を備えている。つまり、加算器２９は、磁束補償値ｄΨｏ＊に基づいて補償前鎖交磁束指令値Ψｏｆｆ＊から磁束指令値Ψｏｃｍｐ＊を算出する。

【0053】

このように構成された磁束指令値生成部２０では、トルク指令値Ｔ＊、角速度ω及びＤＣバス電圧Ｖｄｃｆが鎖交磁束指令演算器２１に入力される。鎖交磁束指令演算器２１では、トルク指令値Ｔ＊、角速度ω及びＤＣバス電圧Ｖｄｃｆに基づいて、補償前鎖交磁束指令値Ψｏ＊が求められる。

【0054】

一方、トルク指令値Ｔ＊、角速度ω及びＤＣバス電圧Ｖｄｃｆは、鎖交磁束指令リミット演算器２２にも入力される。鎖交磁束指令リミット演算器２２では、トルク指令値Ｔ＊、角速度ω及びＤＣバス電圧Ｖｄｃｆに基づいて、鎖交磁束指令上限値Ψｏｍａｘと、鎖交磁束指令下限値Ψｏｍｉｎとが求められる。

【0055】

補償前鎖交磁束指令値Ψｏ＊は、鎖交磁束指令リミット制限部２３において、必要に応じて鎖交磁束指令上限値Ψｏｍａｘあるいは鎖交磁束指令下限値Ψｏｍｉｎに基づいて値が制限され、補償前鎖交磁束指令値Ψｏｆｆ＊として出力される。

【0056】

また、角速度ω及び電流指令値Ｖ＊は、鎖交磁束演算器２４に入力される。鎖交磁束演算器２４では、角速度ω及び電流指令値Ｖ＊に基づいて、鎖交磁束フィードバック値Ψｏｆが算出される。

【0057】

補償前鎖交磁束指令値Ψｏｆｆ＊は、ローパスフィルタを介して減算器２８に入力される。また、鎖交磁束フィードバック値Ψｏｆも、ローパスフィルタを介して減算器２８に入力される。減算器２８では、補償前鎖交磁束指令値Ψｏｆｆ＊から、鎖交磁束フィードバック値Ψｏｆが減算されることで偏差Ψｏｅｒｒが算出される。

【0058】

偏差Ψｏｅｒｒは、ＰＩ制御器２５に入力される。ＰＩ制御器２５では、偏差Ψｏｅｒｒに対して比例ゲインを乗算して得た値と、偏差Ψｏｅｒｒに対して積分ゲインを乗算して得た後に積分することで得た値とを加算することで磁束補償値ｄΨｏｂｕｆ＊が算出される。

【0059】

一方、鎖交磁束指令演算器２１から出力された補償前鎖交磁束指令値Ψｏ＊と、鎖交磁束指令リミット演算器２２から出力された鎖交磁束指令上限値Ψｏｍａｘとは、鎖交磁束補償リミット演算器２６に入力される。鎖交磁束補償リミット演算器２６では、補償前鎖交磁束指令値Ψｏ＊と鎖交磁束指令上限値Ψｏｍａｘとに基づいて、磁束補償値ｄΨｏｂｕｆ＊の上限値を制限する上制限値ｄΨｏｍａｘが算出される。また、鎖交磁束補償リミット演算器２６では、補償前鎖交磁束指令値Ψｏ＊と鎖交磁束指令上限値Ψｏｍａｘとに基づいて、磁束補償値ｄΨｏｂｕｆ＊の下限値を制限する下制限値ｄΨｏｍｉｎが算出される。

【0060】

ＰＩ制御器２５から出力された磁束補償値ｄΨｏｂｕｆ＊は、鎖交磁束補償リミット制限部２７において、必要に応じて上制限値ｄΨｏｍａｘあるいは下制限値ｄΨｏｍｉｎに基づいて値が制限され、磁束補償値ｄΨｏ＊として出力される。

【0061】

鎖交磁束指令リミット制限部２３から出力された補償前鎖交磁束指令値Ψｏｆｆ＊と、鎖交磁束補償リミット制限部２７から出力された磁束補償値ｄΨｏ＊とは、加算器２９に入力される。加算器２９では、補償前鎖交磁束指令値Ψｏｆｆ＊と磁束補償値ｄΨｏ＊とが加算され、磁束指令値Ψｏｃｍｐ＊が算出される。算出された磁束指令値Ψｏｃｍｐ＊は、図２に示す電流指令値生成部３０に入力される。電流指令値生成部３０では、磁束指令値Ψｏｃｍｐ＊に基づいて、ｄ軸電流指令値ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値ｉｑ＊を生成する。

【0062】

図２に示す電流検出部１２は、各電流センサ４の検出結果から、モータＭにおけるＵ相のコイルに流れる電流値（以下、「Ｕ相電流値」という。）ｉｕ、モータＭにおけるＶ相のコイルに流れる電流値（以下、「Ｖ相電流値」という。）ｉｖ、モータＭにおけるＷ相のコイルに流れる電流値（以下、「Ｗ相電流値」という。）ｉｗを検出する。そして、電流検出部１２は、検出したＵ相電流値ｉｕ、Ｖ相電流値ｉｖ及びＷ相電流値ｉｗを三相／ｄｑ変換部１３に出力する。

【0063】

三相／ｄｑ変換部１３は、電流検出部１２から取得したＵ相電流値ｉｕ、Ｖ相電流値ｉｖ及びＷ相電流値ｉｗを、回転角センサ５から取得した電気角θを用いて、ｄｑ座標系のｄ軸電流値ｉｄ及びｑ軸電流値ｉｑに変換する。三相／ｄｑ変換部１３は、ｄ軸電流値ｉｄ及びｑ軸電流値ｉｑを電流制御部１５に出力する。

【0064】

角速度演算部１４は、回転角センサ５から出力されるモータＭの電気角θに基づいて、角速度ωを演算する。角速度演算部１４は、演算した角速度ωを電流制御部１５に出力する。電流制御部１５は、ｄ軸電流指令値ｉｄ＊に基づいて、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊を算出する。電流制御部１５は、ｑ軸電流指令値ｉｑ＊に基づいて、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を算出する。電流制御部１５は、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊をｄｑ／三相変換部１６に出力する。

【0065】

ｄｑ／三相変換部１６は、回転角センサ５から電気角θを取得する。ｄｑ／三相変換部１６は、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を電流制御部１５から取得する。ｄｑ／三相変換部１６は、電気角θを用いて、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を、モータＭにおけるＵＶＷ相の各相の電圧指令値であるＵ相電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ＊及びＷ相電圧指令値Ｖｗ＊に変換する。そして、ｄｑ／三相変換部１６は、Ｕ相電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ＊及びＷ相電圧指令値Ｖｗ＊をＰＷＭ制御部１７に出力する。Ｕ相電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ＊及びＷ相電圧指令値Ｖｗ＊は、変調波であって、それぞれを区別しない場合には「電圧指令信号」と称する場合がある。

【0066】

ＰＷＭ制御部１７は、所定のキャリア周波数のキャリア波と電圧指令信号とを比較する。そして、ＰＷＭ制御部１７は、比較の結果、キャリア波より電圧指令信号の振幅が大きい期間にＨｉレベルの信号を出力し、キャリア波より電圧指令信号の振幅が小さい期間にＬｏレベルの信号を出力することでＰＷＭ信号を電力変換器２に出力する。ＰＷＭ制御部１７は、キャリア波とＵ相電圧指令値Ｖｕ＊とを比較することによりＰＷＭ信号Ｄｕを生成して電力変換器２に出力する。ＰＷＭ制御部１７は、キャリア波とＶ相電圧指令値Ｖｖ＊とを比較することによりＰＷＭ信号Ｄｖを生成して電力変換器２に出力する。ＰＷＭ制御部１７は、キャリア波とＷ相電圧指令値Ｖｗ＊とを比較することによりＰＷＭ信号Ｄｗを生成して電力変換器２に出力する。

【0067】

電力変換器２がＰＷＭ制御部１７から入力されるＰＷＭ信号（上述のＰＷＭ信号Ｄｕ、ＰＷＭ信号Ｄｖ、ＰＷＭ信号Ｄｗ）に基づいて駆動されることで、モータＭの回転が制御される。

【0068】

図４は、モータＭを最大出力で駆動する場合において、ｉｄ－ｉｑ平面における電流動作点の推移を示す模式図である。なお、図４において、矢印が電流動作点の推移を示している。この図に示すように、本実施形態の制御装置１によって、モータＭを最大出力で駆動する場合には、最も高効率となる最小電流最大トルクラインに沿うように電流動作点が推移され、電流動作点が磁束限界（磁束制限円の縁）に達した後に、界磁の力を弱める弱め界磁制御を行う。このような弱め界磁では、電流動作点が磁束制限円の縁に沿うように推移される。

【0069】

ここで、本実施形態の制御装置１によれば、鎖交磁束演算器２４によって、角速度ω（モータ回転数）及び電流指令値Ｖ＊に基づいて、鎖交磁束フィードバック値Ψｏｆが算出される。さらに、ＰＩ制御器２５（磁束補償値算出部）において、補償前鎖交磁束指令値Ψｏｆｆ＊から、鎖交磁束フィードバック値Ψｏｆが減算されることで偏差Ψｏｅｒｒが算出される。また、ＰＩ制御器２５では、偏差Ψｏｅｒｒに対して比例ゲインを乗算して得た値と、偏差Ψｏｅｒｒに対して積分ゲインを乗算して得た後に積分することで得た値とを加算することで磁束補償値ｄΨｏｂｕｆ＊が算出される。その後、加算器２９において、補償前鎖交磁束指令値Ψｏｆｆ＊と磁束補償値ｄΨｏ＊とが加算され、磁束指令値Ψｏｃｍｐ＊が算出される。

【0070】

つまり、本実施形態の制御装置１においては、鎖交磁束フィードバック値Ψｏｆに基づいたフィードバック制御が行われている。このため、電流動作点の変動を抑制することが可能である。したがって、図４に示すように、電流動作点が磁束制限円の縁に沿うように推移される場合であっても、電流動作点が磁束制限円の外側に出ることが可能となる。よって、本実施形態の制御装置１によれば、電流動作点が磁束制限円の範囲を逸脱し、界磁不良を引き起こすことを防止することができる。

【0071】

以上のような本実施形態の制御装置１は、トルク指令値Ｔ＊に基づく磁束指令値Ψｏｃｍｐ＊を生成する磁束指令値生成部２０を備えている。また、本実施形態の制御装置１は、磁束指令値Ψｏｃｍｐ＊に基づいて電流指令値（ｄ軸電流指令値ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値ｉｑ＊）を生成する電流指令値生成部３０を備えている。また、磁束指令値生成部２０は、トルク指令値Ｔ＊に基づいて補償前鎖交磁束指令値Ψｏ＊を算出する鎖交磁束指令演算器２１を備える。また、磁束指令値生成部２０は、モータ回転数に基づいて鎖交磁束フィードバック値Ψｏｆを算出する鎖交磁束演算器２４を備える。また、磁束指令値生成部２０は、補償前鎖交磁束指令値Ψｏ＊（補償前鎖交磁束指令値Ψｏｆｆ＊）と鎖交磁束フィードバック値Ψｏｆとの偏差Ψｏｅｒｒに基づいて磁束補償値ｄΨｏｂｕｆ＊を算出するＰＩ制御器２５を備える。また、本実施形態の制御装置１は、磁束補償値ｄΨｏｂｕｆ＊（磁束補償値ｄΨｏ＊）に基づいて補償前鎖交磁束指令値Ψｏ＊（補償前鎖交磁束指令値Ψｏｆｆ＊）から磁束指令値Ψｏｃｍｐ＊を算出する加算器２９を備える。

【0072】

このような、本実施形態の制御装置１においては、モータ回転数に基づいて鎖交磁束フィードバック値Ψｏｆが算出される。また、鎖交磁束フィードバック値Ψｏｆに基づいたフィードバック制御の下に、磁束指令値Ψｏｃｍｐ＊が算出される。このため、磁束指令値Ψｏｃｍｐ＊の変動を抑制することができ、さらには磁束指令値Ψｏｃｍｐ＊に基づいて算出される電流指令値の変動も抑制することができる。したがって、本実施形態の制御装置１によれば、電流動作点が磁束制限円の範囲を逸脱することを抑制することが可能となる。よって、ベクトル制御を行う制御装置１において、界磁不良の発生を抑制することが可能となる。

【0073】

また、本実施形態の制御装置１において、ＰＩ制御器２５は、比例ゲインを用いた演算と積分ゲインとを用いた演算とに基づいて磁束補償値ｄΨｏｂｕｆ＊を算出する。このため、磁束指令値Ψｏｃｍｐ＊の変動をより確実に抑制することができ、さらには磁束指令値Ψｏｃｍｐ＊に基づいて算出される電流指令値の変動もより確実に抑制することができる。

【0074】

また、本実施形態の制御装置１は、磁束補償値ｄΨｏｂｕｆ＊の上限値及び下限値を制限値（上制限値ｄΨｏｍａｘあるいは下制限値ｄΨｏｍｉｎ）に基づいて制限する鎖交磁束補償リミット制限部２７を備えている。このため、磁束補償値ｄΨｏ＊が過大になることを防止することができる。このため、例えば、最小電流最大トルクラインに沿うように推移される電流動作点が磁束限界（磁束制限円の縁）に達するタイミングを正確に把握することができ、界磁の力を弱める弱め界磁制御への切り替えを適切に行うことが可能になる。

【0075】

また、本実施形態のモータ制御装置は、鎖交磁束補償リミット演算器２６を備えている。鎖交磁束補償リミット演算器２６は、トルク指令値Ｔ＊に対して設定可能な最大の鎖交磁束値である鎖交磁束指令上限値Ψｏｍａｘと、補償前鎖交磁束指令値Ψｏｆｆ＊とに基づいて、鎖交磁束補償リミット制限部２７で用いる制限値を算出する。このような本実施形態の制御装置１によれば、弱め界磁制御への切り替えに適した制限値を求めることができ、簡易な演算処理で弱め界磁制御への切り替えを適切に行うことが可能になる。

【0076】

また、本実施形態の制御装置１においては、少なくとも弱め界磁制御を行う場合に、鎖交磁束補償リミット制限部２７にて磁束補償値ｄΨｏｂｕｆ＊の制限が行われる。このため、弱め界磁制御への切り替えを適切に行うことが可能になる。

【0077】

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

【0078】

例えば、上記実施形態においては、鎖交磁束補償リミット制限部２７によって磁束補償値ｄΨｏｂｕｆ＊の上限値及び下限値を制限値に基づいて制限する構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。鎖交磁束補償リミット制限部２７及び鎖交磁束補償リミット演算器２６を備えない構成を採用することも可能である。

【0079】

また、上記実施形態においては、ＰＩ制御器２５を備える構成について説明した。しかしながら、ＰＩ制御器に換えて、Ｐ制御を行う制御器や、ＰＩＤ制御を行う制御器を備えて、フィードバック制御を行う構成を採用することも可能である。

【0080】

また、上記実施形態においては、昇降圧コンバータ２ａは、いわゆる磁気結合インターリーブ型チョッパ回路と言われる電力回路である。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、シングルチョッパ方式やその他昇圧方式のコンバータを使用してもよい。

【0081】

また、上記実施形態においては、電力変換器２に、モータＭと、発電機Ｇと接続された構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、発電機Ｇが電力変換器２に接続されていない構成や、モータＭが２つ以上電力変換器２に接続された構成であっても良い。

【符号の説明】

【0082】

１……制御装置（モータ制御装置）、２……電力変換器、２０……磁束指令値生成部、２１……鎖交磁束指令演算器（磁束指令演算部）、２２……鎖交磁束指令リミット演算器、２３……鎖交磁束指令リミット制限部、２４……鎖交磁束演算器（フィードバック値算出部）、２５……ＰＩ制御器（磁束補償値算出部）、２６……鎖交磁束補償リミット演算器（リミット演算部）、２７……鎖交磁束補償リミット制限部（リミット制限部）、２８……減算器、２９……加算器（磁束指令値算出部）、３０……電流指令値生成部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】