JP6396869B2 - モータ制御装置 - Google Patents
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Description
本発明は、モータ制御装置に関する。
従来、マイコンの演算により電流指令をリアルタイムに決定するモータ制御装置において、要求される出力電圧がモータ駆動回路に印加可能な最大電圧を上回る電圧飽和域では、ｑ軸電流指令値を補正して電圧飽和の発生を防止する手法が提案されている（特許文献１）。
特許文献１に記載の手法では、モータの温度上昇による磁束変化によって生じるモータへの印加電圧の上昇が考慮されていない。そのため、モータの温度上昇によりモータへの印加電圧が上昇する場合には、電流指令値を適切に補正することができない。
本発明の第１の態様によるモータ制御装置は、永久磁石を界磁源とするモータを駆動するためのインバータに接続され、入力されたトルク指令値に基づいて前記インバータの出力電圧を制御することで前記モータを制御するものであって、前記トルク指令値に基づいて電流指令値を演算する電流指令生成部と、前記電流指令値に基づいて前記インバータの出力電圧を制御するための電圧指令値を演算する電圧指令生成部と、前記モータの温度上昇により前記モータへの印加電圧が上昇する場合に、前記電流指令値を補正して前記インバータの出力電圧を制限する電圧飽和抑制部と、を備え、前記電圧飽和抑制部は、前記電流指令値に基づいて前記モータのｑ軸電圧を推定し、前記ｑ軸電圧の推定結果が負である場合に、前記モータの温度上昇により前記モータへの印加電圧が上昇すると判断する。
本発明の第２の態様によるモータ制御装置は、永久磁石を界磁源とするモータを駆動するためのインバータに接続され、入力されたトルク指令値に基づいて前記インバータの出力電圧を制御することで前記モータを制御するものであって、前記トルク指令値に基づいて電流指令値を演算する電流指令生成部と、前記電流指令値に基づいて前記インバータの出力電圧を制御するための電圧指令値を演算する電圧指令生成部と、前記モータの温度上昇により前記モータへの印加電圧が上昇する場合に、前記電流指令値を補正して前記インバータの出力電圧を制限する電圧飽和抑制部と、を備え、前記電圧飽和抑制部は、前記モータの温度に基づいて前記モータのインダクタンス変化量を演算し、演算した前記モータのインダクタンス変化量に基づいて前記電流指令値を補正する。
本発明の第３の態様によるモータ制御装置は、永久磁石を界磁源とするモータを駆動するためのインバータに接続され、入力されたトルク指令値に基づいて前記インバータの出力電圧を制御することで前記モータを制御するものであって、前記トルク指令値に基づいて電流指令値を演算する電流指令生成部と、前記電流指令値に基づいて前記インバータの出力電圧を制御するための電圧指令値を演算する電圧指令生成部と、前記モータの温度上昇により前記モータへの印加電圧が上昇する場合に、前記電流指令値を補正して前記インバータの出力電圧を制限する電圧飽和抑制部と、を備え、前記電圧指令生成部は、前記電流指令値に基づいて非干渉電圧指令値を演算する非干渉制御部と、前記モータの電流値および前記電流指令値に基づいてＰＩ電圧指令値を演算するＰＩ制御部と、を有し、前記非干渉電圧指令値と前記ＰＩ電圧指令値とを加算することにより前記電圧指令値を演算し、前記電圧飽和抑制部は、前記電流指令値に基づいて前記モータのｑ軸電圧を推定し、前記ｑ軸電圧の推定結果が負である場合に、前記モータの温度上昇により前記モータへの印加電圧が上昇すると判断する。
本発明の第４の態様によるモータ制御装置は、永久磁石を界磁源とするモータを駆動するためのインバータに接続され、入力されたトルク指令値に基づいて前記インバータの出力電圧を制御することで前記モータを制御するものであって、前記トルク指令値に基づいて電流指令値を演算する電流指令生成部と、前記電流指令値に基づいて前記インバータの出力電圧を制御するための電圧指令値を演算する電圧指令生成部と、前記モータの温度上昇により前記モータへの印加電圧が上昇する場合に、前記電流指令値を補正して前記インバータの出力電圧を制限する電圧飽和抑制部と、を備え、前記電圧指令生成部は、前記電流指令値に基づいて非干渉電圧指令値を演算する非干渉制御部と、前記モータの電流値および前記電流指令値に基づいてＰＩ電圧指令値を演算するＰＩ制御部と、を有し、前記非干渉電圧指令値と前記ＰＩ電圧指令値とを加算することにより前記電圧指令値を演算し、前記電圧飽和抑制部は、前記ＰＩ電圧指令値に基づいて前記電流指令値を補正する。
本発明の第２の態様によるモータ制御装置は、永久磁石を界磁源とするモータを駆動するためのインバータに接続され、入力されたトルク指令値に基づいて前記インバータの出力電圧を制御することで前記モータを制御するものであって、前記トルク指令値に基づいて電流指令値を演算する電流指令生成部と、前記電流指令値に基づいて前記インバータの出力電圧を制御するための電圧指令値を演算する電圧指令生成部と、前記モータの温度上昇により前記モータへの印加電圧が上昇する場合に、前記電流指令値を補正して前記インバータの出力電圧を制限する電圧飽和抑制部と、を備え、前記電圧飽和抑制部は、前記モータの温度に基づいて前記モータのインダクタンス変化量を演算し、演算した前記モータのインダクタンス変化量に基づいて前記電流指令値を補正する。
本発明の第３の態様によるモータ制御装置は、永久磁石を界磁源とするモータを駆動するためのインバータに接続され、入力されたトルク指令値に基づいて前記インバータの出力電圧を制御することで前記モータを制御するものであって、前記トルク指令値に基づいて電流指令値を演算する電流指令生成部と、前記電流指令値に基づいて前記インバータの出力電圧を制御するための電圧指令値を演算する電圧指令生成部と、前記モータの温度上昇により前記モータへの印加電圧が上昇する場合に、前記電流指令値を補正して前記インバータの出力電圧を制限する電圧飽和抑制部と、を備え、前記電圧指令生成部は、前記電流指令値に基づいて非干渉電圧指令値を演算する非干渉制御部と、前記モータの電流値および前記電流指令値に基づいてＰＩ電圧指令値を演算するＰＩ制御部と、を有し、前記非干渉電圧指令値と前記ＰＩ電圧指令値とを加算することにより前記電圧指令値を演算し、前記電圧飽和抑制部は、前記電流指令値に基づいて前記モータのｑ軸電圧を推定し、前記ｑ軸電圧の推定結果が負である場合に、前記モータの温度上昇により前記モータへの印加電圧が上昇すると判断する。
本発明の第４の態様によるモータ制御装置は、永久磁石を界磁源とするモータを駆動するためのインバータに接続され、入力されたトルク指令値に基づいて前記インバータの出力電圧を制御することで前記モータを制御するものであって、前記トルク指令値に基づいて電流指令値を演算する電流指令生成部と、前記電流指令値に基づいて前記インバータの出力電圧を制御するための電圧指令値を演算する電圧指令生成部と、前記モータの温度上昇により前記モータへの印加電圧が上昇する場合に、前記電流指令値を補正して前記インバータの出力電圧を制限する電圧飽和抑制部と、を備え、前記電圧指令生成部は、前記電流指令値に基づいて非干渉電圧指令値を演算する非干渉制御部と、前記モータの電流値および前記電流指令値に基づいてＰＩ電圧指令値を演算するＰＩ制御部と、を有し、前記非干渉電圧指令値と前記ＰＩ電圧指令値とを加算することにより前記電圧指令値を演算し、前記電圧飽和抑制部は、前記ＰＩ電圧指令値に基づいて前記電流指令値を補正する。
本発明によれば、モータの温度上昇によりモータへの印加電圧が上昇する場合に、電流指令値を適切に補正することができる。
以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
−第１の実施の形態−
図１は、本発明の第１の実施形態に係るモータ制御装置を含むモータ駆動システムの構成を示す図である。図１に示すモータ駆動システムは、電源１０と、リレー２０と、モータ３０と、磁極位置検出回路４０と、インバータ５０と、平滑コンデンサ６０と、電圧検出回路７０と、電流センサ８０と、モータ温度センサ９０と、モータ制御装置１００とを備える。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るモータ制御装置を含むモータ駆動システムの構成を示す図である。図１に示すモータ駆動システムは、電源１０と、リレー２０と、モータ３０と、磁極位置検出回路４０と、インバータ５０と、平滑コンデンサ６０と、電圧検出回路７０と、電流センサ８０と、モータ温度センサ９０と、モータ制御装置１００とを備える。
直流電源である電源１０は、インバータ５０に直流電力を供給する。電源１０が供給する直流電力の電圧は、モータ３０の仕様に応じて設定され、たとえば数百ボルト程度である。電源１０は、たとえばニッケル水素バッテリやリチウムイオンバッテリなどを多数直列に接続して構成される。
リレー２０は、電源１０とインバータ５０の間に配置される。リレー２０が開状態のときには、電源１０とインバータ５０の間が電気的に遮断される。リレー２０が閉状態のときには、電源１０とインバータ５０が電気的に接続され、電源１０の直流電力がインバータ５０に供給される。
平滑コンデンサ６０は、電源１０から出力される直流電力を平滑化する。リレー２０が閉状態のときには、電源１０と平滑コンデンサ６０とが略同じ電圧となる。
電圧検出回路７０は、平滑コンデンサ６０の電圧、すなわち電源１０からリレー２０を介してインバータ５０へ供給される直流電力の電圧を検出する。電圧検出回路７０により検出された直流電圧値Vdcは、モータ制御装置１００へ伝達される。
インバータ５０は、電源１０からの直流電力を用いてモータ３０を駆動するためのものであり、それぞれスイッチング動作を行う複数のスイッチング素子部５１を有する。スイッチング素子部５１は、たとえばＩＧＢＴとダイオードにより構成されており、電源１０の正極側（上アーム）と負極側（下アーム）にそれぞれ３相分ずつ、合計６個配置される。インバータ５０は、モータ制御装置１００から出力されるＰＷＭ信号に基づいて、この６個のスイッチング素子部５１をそれぞれスイッチング動作させることにより、出力電圧のパルス幅を変化させるパルス幅変調を行う。これにより、電源１０からの直流電力が所定の三相交流電力に変換され、モータ３０に印加される。
モータ３０は、永久磁石を界磁源とする永久磁石同期電動機であり、３相（ここではＵ相、Ｖ相、Ｗ相とする）の巻線を有するステータと、各巻線に電流が流れることで変化する磁束によってトルクが発生するロータとの２つの部分から主に構成される。モータ３０は、インバータ５０から印加される三相交流電力によって回転駆動される。
電流センサ８０は、モータ３０とインバータ５０の間に設けられており、インバータ５０からモータ３０に出力される三相交流電力の各相の電流を検出する。電流センサ８０により検出されたＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各電流値Iu、Iv、Iwは、モータ制御装置１００へそれぞれ伝達される。
磁極位置検出回路４０は、モータ３０のロータの回転に応じて変化する磁極の位置を検出する。磁極位置検出回路４０により検出された磁極位置θは、モータ制御装置１００へ伝達される。
モータ温度センサ９０は、モータ３０の温度を検出する。モータ温度センサ９０により検出されたモータ温度Tmは、モータ制御装置１００へ伝達される。
モータ制御装置１００は、インバータ５０に接続されている。モータ制御装置１００は、外部から入力されたトルク指令Trqを受信し、このトルク指令Trqに基づいてＰＷＭ信号を生成して、インバータ５０の各スイッチング素子部５１に出力する。すなわち、モータ制御装置１００は、ＰＷＭ信号によりインバータ５０の出力電圧を制御することで、インバータ５０からモータ３０へ供給される電流を制御し、モータ３０の制御を行う。モータ制御装置１００は、電圧指令生成部１０１と、制御信号生成部１０２と、回転数演算部１０３と、電圧飽和抑制部１０４と、電流指令生成部１０５とを備える。
回転数演算部１０３は、磁極位置検出回路４０から磁極位置θを取得し、磁極位置θの変化量からモータ回転数（角速度）ωを演算する。回転数演算部１０３により演算されたモータ回転数ωは、電圧飽和抑制部１０４および電流指令生成部１０５に伝達される。
電流指令生成部１０５は、トルク指令Trq、モータ回転数ωおよび直流電圧値Vdcに基づいて、ｄ軸電流指令値Id*およびｑ軸電流指令値Iq*を演算する。たとえば、モータ３０に適合するトルク指令と電流指令値の対応関係を事前に求めておき、その結果を基に作成された電流マップをモータ制御装置１００に記憶しておく。電流指令生成部１０５は、この電流マップに基づいて、トルク指令Trqおよびモータ回転数ωに応じたｄ軸電流指令値Id*およびｑ軸電流指令値Iq*を算出することができる。
電圧飽和抑制部１０４は、ｄ軸電流指令値Id*、ｑ軸電流指令値Iq*をそれぞれ補正するためのｄ軸電流指令補正値Id’、ｑ軸電流指令補正値Iq’を演算する。ｄ軸電流指令補正値Id’およびｑ軸電流指令補正値Iq’は、モータ３０の温度上昇による磁束変化によって生じるモータ３０への印加電圧の上昇を抑制し、モータ３０への印加電圧をインバータ５０が出力可能な電圧の最大値（電圧制限値）以下に制限するためのものである。電圧飽和抑制部１０４は、モータ回転数ω、ｄ軸電流指令値Id*およびｑ軸電流指令値Iq*に基づいて、モータ３０の温度上昇によりインバータ５０からモータ３０への印加電圧が上昇するか否かを判断する。その結果、印加電圧が上昇すると判断した場合には、モータ温度Tmに基づいてｄ軸電流指令補正値Id’およびｑ軸電流指令補正値Iq’を演算する。一方、印加電圧が上昇しないと判断した場合には、ｄ軸電流指令補正値Id’およびｑ軸電流指令補正値Iq’を０に設定する。なお、電圧飽和抑制部１０４の具体的な処理内容については、後で図７を参照して詳しく説明する。
電圧飽和抑制部１０４により演算されたｄ軸電流指令補正値Id’、ｑ軸電流指令補正値Iq’は、ｄ軸電流指令値Id*、ｑ軸電流指令値Iq*とそれぞれ加算される。ｄ軸電流指令値Id*とｄ軸電流指令補正値Id’との加算結果は、ｄ軸電流補正後指令値Id**として電圧指令生成部１０１に入力される。ｑ軸電流指令値Iq*とｑ軸電流指令補正値Iq’との加算結果は、ｑ軸電流補正後指令値Iq**として電圧指令生成部１０１に入力される。これにより、ｄ軸電流指令値Id*、ｑ軸電流指令値Iq*がそれぞれ補正される。
電圧指令生成部１０１は、ｄ軸電流指令値Id*、ｑ軸電流指令値Iq*をそれぞれ補正して得られたｄ軸電流補正後指令値Id**、ｑ軸電流補正後指令値Iq**に基づいて、インバータ５０の出力電圧を制御するためのｄ軸電圧指令値Vd*およびｑ軸電圧指令値Vq*を演算する。具体的には、電圧指令生成部１０１は、ＰＩ・非干渉制御部１０６と、３相／ｄｑ変換部１０７とを有する。３相／ｄｑ変換部１０７は、電流センサ８０により検出された各相の電流値Iu、Iv、Iwと、磁極位置検出回路４０により検出された磁極位置θとに基づいて、ｄ軸電流値Idおよびｑ軸電流値Iqを算出する。ＰＩ・非干渉制御部１０６は、ｄ軸電流補正後指令値Id**とｄ軸電流値Idの偏差と、ｑ軸電流補正後指令値Iq**とｑ軸電流値Iqの偏差とを算出し、これらの偏差に基づいてｄ軸電圧指令値Vd*およびｑ軸電圧指令値Vq*を演算する。
制御信号生成部１０２は、電圧指令生成部１０１により演算されたｄ軸電圧指令値Vd*およびｑ軸電圧指令値Vq*に基づいて、インバータ５０の各スイッチング素子部５１に対するＰＷＭ信号を生成する。具体的には、制御信号生成部１０２は、ｄｑ／３相変換部１０８と、ＰＷＭ生成部１０９とを有する。ｄｑ／３相変換部１０８は、ｄ軸電圧指令値Vd*およびｑ軸電圧指令値Vq*と、磁極位置検出回路４０により検出された磁極位置θとに基づいて、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*を算出する。ＰＷＭ生成部１０９は、各相の電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*と、電圧検出回路７０により検出された直流電圧値Vdcとに基づいて、各相の上下アームにそれぞれ対応するＰＷＭ信号を生成し、インバータ５０の各スイッチング素子部５１に出力する。
次に、モータ３０の温度上昇によって生じるインバータ５０からモータ３０への印加電圧の上昇について説明する。モータ３０の温度が上昇すると、モータ３０の特性に応じて、こうした現象が生じる場合と生じない場合とがある。以下では、図２〜図５に示した電圧ベクトル図を参照して、この点について説明する。
モータ３０のような永久磁石同期電動機における出力トルクは、一般に以下の式（１）で表される。式（１）において、Tは出力トルク、Pnはモータ極対数、φは永久磁石による鎖交磁束、Idはｄ軸電流値、Iqはｑ軸電流値、Ldはｄ軸インダクタンス、Lqはｑ軸インダクタンスをそれぞれ表す。
T=Pn{φ・Iq＋(Ld-Lq)・Id・Iq} ・・・（１）
T=Pn{φ・Iq＋(Ld-Lq)・Id・Iq} ・・・（１）
式（１）において、鎖交磁束φは、モータ３０の温度の上昇に応じて低下する温度特性を有する。そのため、モータ３０の温度が上昇すると、出力トルクTは低下する。
また、モータ３０のような永久磁石同期電動機への印加電圧は、一般に以下の式（２）、（３）に示す電圧方程式によって表される。式（２）、（３）において、Vdはｄ軸電圧、Vqはｑ軸電圧、Raは相抵抗、Idはｄ軸電流値、Iqはｑ軸電流値、Ldはｄ軸インダクタンス、Lqはｑ軸インダクタンス、ωは角速度をそれぞれ表す。
Vd=Ra・Id-ω・Lq・Iq ・・・（２）
Vq=Ra・Iq+ω・Ld・Id＋ω・φ ・・・（３）
Vd=Ra・Id-ω・Lq・Iq ・・・（２）
Vq=Ra・Iq+ω・Ld・Id＋ω・φ ・・・（３）
式（２）、（３）において、相抵抗Raを含む第一項の値は、他項と比較して十分小さい。そのため、式（２）、（３）の第一項をそれぞれ省略すると、電圧ベクトルV0は以下の式（４）で表現される。
V0=√(Vd2+Vq2)=√{(-ω・Lq・Iq)2+(ω・Ld・Id＋ω・φ)2} ・・・（４）
V0=√(Vd2+Vq2)=√{(-ω・Lq・Iq)2+(ω・Ld・Id＋ω・φ)2} ・・・（４）
図２は、誘起電圧成分が支配的な埋込磁石型同期モータにおける電圧ベクトル図の例を示したものである。図２に示す通り、誘起電圧成分ωφが支配的なモータでは、インダクタンス成分ω・Ld・Idよりも誘起電圧成分ωφが大きい。つまり、ｑ軸電圧Vqの値が正となり、電圧ベクトルV0はｑ軸の正方向に向かうこととなる。
図３は、誘起電圧成分が支配的な埋込磁石型同期モータにおけるモータ温度上昇時の電圧ベクトル図の例を示したものである。前述のように、永久磁石の鎖交磁束φは、モータ温度が上昇すると減少する。よって誘起電圧成分ωφは、モータ温度の上昇に伴って減少する。一方、鎖交磁束φの減少によってｄ軸方向の磁束が通りやすくなるため、ｄ軸インダクタンスLdが増加する。よってインダクタンス成分ω・Ld・Idは、モータ温度の上昇に伴って増加する。その結果、図３に示すように、モータ温度上昇後の電圧ベクトルV0’は、図２に示した電圧ベクトルV0に比べて小さくなる。
図４は、リラクタンストルク型モータ（磁石量を減らしてリラクタンストルクの割合を増やした埋込磁石型同期モータ）における電圧ベクトル図の例を示したものである。図４に示す通り、インダクタンス成分ω・Ld・Idが支配的なリラクタンストルク型モータでは、相対的にインダクタンス成分ω・Ld・Idが大きく、磁石磁束による誘起電圧成分ωφが小さい。つまり、ｑ軸電圧Vqの値が負となり、電圧ベクトルV0はｑ軸の負方向に向かうこととなる。
図５は、リラクタンストルク型モータにおけるモータ温度上昇時の電圧ベクトル図の例を示したものである。前述のように、永久磁石の鎖交磁束φは、モータ温度が上昇すると減少する。よって誘起電圧成分ωφは、図３の場合と同様に、モータ温度の上昇に伴って減少する。一方、鎖交磁束φの減少によってｄ軸方向の磁束が通りやすくなるため、ｄ軸インダクタンスLdが増加する。この現象は、永久磁石の鎖交磁束φが小さいモータにおいて顕著である。よってインダクタンス成分ω・Ld・Idは、図３の場合と同様に、モータ温度の上昇に伴って増加する。その結果、図５に示すように、モータ温度上昇後の電圧ベクトルV0’は、図４に示した電圧ベクトルV0に比べてｑ軸の負方向に大きくなる。
以上説明したように、誘起電圧成分が支配的な埋込磁石型同期モータでは、モータ温度の上昇により電圧ベクトルV0が低下する。そのため、モータ３０にこのようなモータを用いた場合には、モータ温度が上昇しても、モータ３０への印加電圧がインバータ５０の電圧制限値を超えることはない。一方、リラクタンストルク型モータでは、モータ温度の上昇により電圧ベクトルV0が上昇する。そのため、モータ３０にこのようなモータを用いた場合には、モータ温度が上昇すると、モータ３０への印加電圧がインバータ５０の電圧制限値を超えてしまうことがある。その場合、インバータ５０からモータ３０に意図した通りの電流を流すことができず、モータ３０の制御性が著しく低下してしまうことになる。
そこで本発明では、モータ３０の温度上昇によりモータ３０への印加電圧が上昇する場合には、前述のように電圧飽和抑制部１０４において、モータ温度Tmに基づいてｄ軸電流指令補正値Id’およびｑ軸電流指令補正値Iq’を演算する。これにより、ｄ軸電流指令値Id*、ｑ軸電流指令値Iq*をそれぞれ補正して、モータ３０への印加電圧がインバータ５０の電圧制限値を超えないように制限する。
図６は、本発明の第１の実施形態におけるモータ制御処理の流れを説明するフロー図である。このモータ制御処理は、インバータ５０によりモータ３０を駆動する際に、モータ制御装置１００において、所定の処理周期ごとに実行される。
ステップＳ１０において、モータ制御装置１００は、モータ制御処理を開始する。
ステップＳ２０において、モータ制御装置１００は、モータ制御処理に用いる各情報量として、外部から入力されたトルク指令Trqと、電圧検出回路７０により検出された直流電圧値Vdcと、磁極位置検出回路４０により検出された磁極位置θとを取得する。
ステップＳ３０において、モータ制御装置１００は、電流指令生成部１０５によりｄ軸電流指令値Id*およびｑ軸電流指令値Iq*を生成する。このとき電流指令生成部１０５は、ステップＳ２０で取得した磁極位置θから回転数演算部１０３が生成したモータ回転数ωと、ステップＳ２０で取得したトルク指令Trqとに基づいて、たとえば前述の電流マップを用いることにより、ｄ軸電流指令値Id*およびｑ軸電流指令値Iq*を生成する。
ステップＳ４０において、モータ制御装置１００は、電圧飽和抑制部１０４により、モータ温度が上昇した場合にモータ３０への印加電圧が上昇するか否かを判定する。このとき電圧飽和抑制部１０４は、ステップＳ３０で生成されたｄ軸電流指令値Id*およびｑ軸電流指令値Iq*に基づいて、所定の判定条件が満たされるか否かを判定する。その結果、判定条件が満たされる場合には、印加電圧が上昇すると判断されてステップＳ５０に遷移する。一方、判定条件が満たされない場合には、印加電圧が上昇しないと判断されてステップＳ６０に遷移する。なお、ここで用いられる判定条件については、後で具体的に説明する。
ステップＳ５０において、モータ制御装置１００は、電圧飽和抑制部１０４により、ｄ軸電流指令補正値Id’およびｑ軸電流指令補正値Iq’を演算する。このとき電圧飽和抑制部１０４は、モータ温度Tmに基づいて、直流電圧値Vdcに応じて定まるインバータ５０の電圧制限値よりもモータ３０への印加電圧が小さくなるように、ｄ軸電流指令補正値Id’およびｑ軸電流指令補正値Iq’を演算する。ステップＳ５０の実行後は、ステップＳ７０に遷移する。なお、ｄ軸電流指令補正値Id’およびｑ軸電流指令補正値Iq’の具体的な演算方法については、後で説明する。
ステップＳ６０において、モータ制御装置１００は、電圧飽和抑制部１０４により、ｄ軸電流指令補正値Id’およびｑ軸電流指令補正値Iq’を０とする。ステップＳ６０の実行後は、ステップＳ７０に遷移する。
ステップＳ７０において、モータ制御装置１００は、電圧指令生成部１０１および制御信号生成部１０２により、ＰＷＭ信号を生成する。このとき電圧指令生成部１０１には、ｄ軸電流指令値Id*とｄ軸電流指令補正値Id’の加算結果と、ｑ軸電流指令値Iq*とｑ軸電流指令補正値Iq’の加算結果とが、ｄ軸電流補正後指令値Id**、ｑ軸電流補正後指令値Iq**として、それぞれ入力される。電圧指令生成部１０１は、ＰＩ・非干渉制御部１０６により、入力されたｄ軸電流補正後指令値Id**、ｑ軸電流補正後指令値Iq**と、３相／ｄｑ変換部１０７で求められたｄ軸電流値Id、ｑ軸電流値Iqとの偏差をそれぞれ算出し、これらの算出結果に基づいて、ｄ軸電圧指令値Vd*およびｑ軸電圧指令値Vq*を演算する。制御信号生成部１０２は、ｄｑ／３相変換部１０８により、電圧指令生成部１０１で求められたｄ軸電圧指令値Vd*およびｑ軸電圧指令値Vq*と、ステップＳ２０で取得した磁極位置θとに基づいて、各相の電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*を演算する。そして、ＰＷＭ生成部１０９により、ｄｑ／３相変換部１０８で求められた電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*と、ステップＳ２０で取得した直流電圧値Vdcとに基づいて、各相の上下アームにそれぞれ対応するＰＷＭ信号を生成する。ステップＳ７０で生成されたＰＷＭ信号は、インバータ５０の各スイッチング素子部５１に出力される。
ステップＳ８０において、モータ制御装置１００は、モータ制御処理を終了する。
次に、電圧飽和抑制部１０４の詳細について説明する。図７は、本発明の第１の実施形態における電流飽和抑制部１０４の詳細な構成を説明する図である。図７に示すように、本実施形態の電流飽和抑制部１０４は、印加電圧上昇判定部１１０と、インダクタンス変化量演算部１１１と、電流指令補正部１１２とから構成される。
印加電圧上昇判定部１１０は、モータ回転数ω、ｄ軸電流指令値Id*およびｑ軸電流指令値Iq*に基づいて、モータ温度が上昇した場合にモータ３０への印加電圧が上昇するか否かの判定を行う。具体的には、印加電圧上昇判定部１１０は、これらの値に基づいて、前述の式（３）に示した電圧方程式を用いて、補正前のｄ軸電流指令値Id*およびｑ軸電流指令値Iq*に対するモータ３０のｑ軸電圧Vqを推定する。そして、推定したｑ軸電圧Vqが正負いずれであるかを確認し、負であればモータ温度の上昇により印加電圧が上昇すると判断して、電圧上昇判定フラグFlgを出力する。図６のステップＳ４０では、この印加電圧上昇判定部１１０により、ｑ軸電圧Vqの推定結果が負であることを判定条件として、前述のような判定処理が行われる。
インダクタンス変化量演算部１１１は、モータ温度Tmに基づいて、モータ３０の温度上昇によるｄ軸インダクタンス変化量Ld’およびｑ軸インダクタンス変化量Lq’を演算する。たとえば、モータ３０におけるｄ軸インダクタンスLdおよびｑ軸インダクタンスLqとモータ温度Tmとの関係を予め実測等により求めておき、その結果をモータ制御装置１００にテーブル化して記憶しておく。インダクタンス変化量演算部１１１は、このテーブルを参照することで、モータ温度Tmに対応したｄ軸インダクタンス変化量Ld’およびｑ軸インダクタンス変化量Lq’を算出できる。
電流指令補正部１１２は、印加電圧上昇判定部１１０から出力された電圧上昇判定フラグFlgがONの場合に、ｄ軸電流指令補正値Id’およびｑ軸電流指令補正値Iq’を演算する。具体的には、電流指令補正部１１２は、ｄ軸電流指令値Id*およびｑ軸電流指令値Iq*と、インダクタンス変化量演算部１１１で演算されたｄ軸インダクタンス変化量Ld’およびｑ軸インダクタンス変化量Lq’とに基づいて、以下で説明する計算を行う。これにより、ｄ軸電圧指令値Vd*およびｑ軸電圧指令値Vq*が、理想状態、すなわちｄ軸インダクタンス変化量Ld’およびｑ軸インダクタンス変化量Lq’がいずれも０であるときのｄ軸電圧Vdおよびｑ軸電圧Vqとそれぞれ一致するように、ｄ軸電流指令補正値Id’およびｑ軸電流指令補正値Iq’を求める。
理想状態でのｄ軸電圧Vdとｄ軸電圧指令値Vd*とが等しいという条件を適用すると、前述の式（２）に示した電圧方程式から、以下の式（５）が導かれる。
Ra・Id-ω・Lq・Iq=Ra・(Id+Id')-ω・(Lq+Lq’)・(Iq+Iq') ・・・（５）
Ra・Id-ω・Lq・Iq=Ra・(Id+Id')-ω・(Lq+Lq’)・(Iq+Iq') ・・・（５）
式（５）において、相抵抗Raの項を０とすると、以下の式（６）が得られる。
ω・Lq・Iq=ω・(Lq+Lq')・(Iq+Iq') ・・・（６）
ω・Lq・Iq=ω・(Lq+Lq')・(Iq+Iq') ・・・（６）
式（６）を変形することで、ｑ軸電流指令補正値Iq’を表す以下の式（７）が求められる。
Iq'=-{Lq'/(Lq+Lq')}・Iq ・・・（７）
Iq'=-{Lq'/(Lq+Lq')}・Iq ・・・（７）
同様に、理想状態でのｑ軸電圧Vqとｑ軸電圧指令値Vq*とが等しいという条件を適用すると、前述の式（３）に示した電圧方程式から、以下の式（８）が導かれる。
Ra・Iq+ω・Ld・Id+ω・φ=Ra・(Iq+Iq')+ω・(Ld+Ld')・(Id+Id')+ω・φ ・・・（８）
Ra・Iq+ω・Ld・Id+ω・φ=Ra・(Iq+Iq')+ω・(Ld+Ld')・(Id+Id')+ω・φ ・・・（８）
式（８）において相抵抗Raの項を０として変形すると、ｄ軸電流指令補正値Id’を表す以下の式（９）が得られる。
Id'=-{Ld'/(Ld+Ld')・Id ・・・（９）
Id'=-{Ld'/(Ld+Ld')・Id ・・・（９）
式（７）において、電流指令生成部１０５から電圧飽和抑制部１０４に入力されたｑ軸電流指令値Iq*をｑ軸電流値Iqに代入すると、インダクタンス変化量演算部１１１で演算されたｑ軸インダクタンス変化量Lq’から、ｑ軸電流指令補正値Iq’が求められる。なお、式（７）のｑ軸インダクタンスLqの値は、所定の基準モータ温度における値として予め設定されている。同様に、式（９）において、電流指令生成部１０５から電圧飽和抑制部１０４に入力されたｄ軸電流指令値Id*をｄ軸電流値Idに代入すると、インダクタンス変化量演算部１１１で演算されたｄ軸インダクタンス変化量Ld’から、ｄ軸電流指令補正値Id’が求められる。なお、式（９）のｄ軸インダクタンスLdの値は、所定の基準モータ温度における値として予め設定されている。
図６のステップＳ５０では、以上説明したインダクタンス変化量演算部１１１および電流指令補正部１１２の処理により、インバータ５０の電圧制限値よりもモータ３０への印加電圧が小さくなるようなｄ軸電流指令補正値Id’およびｑ軸電流指令補正値Iq’が演算される。
以上説明した本発明の第１の実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
（１）モータ制御装置１００は、永久磁石を界磁源とするモータ３０を駆動するためのインバータ５０に接続され、入力されたトルク指令値Trqに基づいてインバータ５０の出力電圧を制御することで、モータ３０を制御する。モータ制御装置１００は、電流指令生成部１０５と、電圧指令生成部１０１と、電圧飽和抑制部１０４とを備える。電流指令生成部１０５は、トルク指令値Trqに基づいてｄ軸電流指令値Id*およびｑ軸電流指令値Iq*を演算する。電圧指令生成部１０１は、ｄ軸電流指令値Id*およびｑ軸電流指令値Iq*に基づいてインバータ５０の出力電圧を制御するためのｄ軸電圧指令値Vd*およびｑ軸電圧指令値Vq*を演算する。電圧飽和抑制部１０４は、モータ３０の温度上昇によりモータ３０への印加電圧が上昇する場合に、ｄ軸電流指令値Id*およびｑ軸電流指令値Iq*を補正してインバータ５０の出力電圧を制限する。このようにしたので、モータ３０の温度上昇によりモータ３０への印加電圧が上昇する場合に、電流指令値を適切に補正することができる。
（２）電圧飽和抑制部１０４は、印加電圧上昇判定部１１０により、ｄ軸電流指令値Id*およびｑ軸電流指令値Iq*に基づいてモータ３０のｑ軸電圧Vqを推定し、そのｑ軸電圧Vqの推定結果が負である場合に、モータ３０の温度上昇によりモータ３０への印加電圧が上昇すると判断する（ステップＳ４０）。このようにしたので、モータ３０の温度上昇によりモータ３０への印加電圧が上昇するか否かを確実に判断することができる。
（３）電圧飽和抑制部１０４は、インダクタンス変化量演算部１１１により、モータ温度Tmに基づいてモータ３０のｄ軸インダクタンス変化量Ld’およびｑ軸インダクタンス変化量Lq’を演算する。そして、電流指令補正部１１２により、インダクタンス変化量演算部１１１が演算したモータ３０のｄ軸インダクタンス変化量Ld’およびｑ軸インダクタンス変化量Lq’に基づいて、ｄ軸電流指令補正値Id’およびｑ軸電流指令補正値Iq’を演算し、これらを用いてｄ軸電流指令値Id*およびｑ軸電流指令値Iq*を補正する（ステップＳ５０）。このようにしたので、モータ３０の温度上昇によるインダクタンスの変化量に応じて、電流指令値を適切に補正することができる。
−第２の実施の形態−
次に本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態では、モータ３０の温度上昇によりインダクタンスが変化した場合に、モータ３０への印加電圧がインバータ５０の電圧制限値を超えないように制限しつつ、モータ３０の出力トルクの変化を抑制する例について説明する。なお、本実施形態におけるモータ駆動システムの構成は、図１に示した第１の実施形態における構成と同じである。また、電圧飽和抑制部１０４の構成も、図７に示した第１の実施形態における構成と同じである。そのため、以下の説明では、これらの構成図を参照して本実施形態の説明を行うこととする。
次に本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態では、モータ３０の温度上昇によりインダクタンスが変化した場合に、モータ３０への印加電圧がインバータ５０の電圧制限値を超えないように制限しつつ、モータ３０の出力トルクの変化を抑制する例について説明する。なお、本実施形態におけるモータ駆動システムの構成は、図１に示した第１の実施形態における構成と同じである。また、電圧飽和抑制部１０４の構成も、図７に示した第１の実施形態における構成と同じである。そのため、以下の説明では、これらの構成図を参照して本実施形態の説明を行うこととする。
前述の第１の実施形態では、電流指令補正部１１２において、ｄ軸電圧指令値Vd*およびｑ軸電圧指令値Vq*が理想状態でのｄ軸電圧Vdおよびｑ軸電圧Vqとそれぞれ一致するように、ｄ軸電流指令補正値Id’およびｑ軸電流指令補正値Iq’を求める例を説明した。しかし、このような計算方法では、モータ３０への印加電圧を制限することで、モータ３０の出力トルクが変化してしまう場合がある。そこで本実施形態では、電流指令補正部１１２において以下の計算を行うことにより、モータ３０への印加電圧を制限しつつ、モータ３０の出力トルクの変化を抑制できるように、ｄ軸電流指令補正値Id’およびｑ軸電流指令補正値Iq’を求める。
モータ３０の出力トルクTは、前述の式（１）により表される。ここで、ｄ軸電流補正後指令値Id**およびｑ軸電流補正後指令値Id**によって得られる出力トルクが、ｄ軸インダクタンス変化量Ld’およびｑ軸インダクタンス変化量Lq’がいずれも０である理想状態での出力トルクに等しければ、モータ３０の出力トルクの変化を抑制できる。この条件を適用すると、式（１）から以下の式（１０）が導かれる。
Pn{φ・Iq+(Ld-Lq)・Id・Iq}=Pn{φ・Iq**+(Ld+Ld'-Lq-Lq')・Id**・Iq**} ・・・（１０）
Pn{φ・Iq+(Ld-Lq)・Id・Iq}=Pn{φ・Iq**+(Ld+Ld'-Lq-Lq')・Id**・Iq**} ・・・（１０）
式（１０）をｄ軸電流補正後指令値Id**について解くと、以下の式（１１）が導かれる。
Id**={φ・Iq+(Ld-Lq)・Id・Iq-φ・Iq**}/(Ld+Ld'-Lq-Lq')・Iq**} ・・・（１１）
Id**={φ・Iq+(Ld-Lq)・Id・Iq-φ・Iq**}/(Ld+Ld'-Lq-Lq')・Iq**} ・・・（１１）
また、モータ３０の電圧ベクトルは、前述の式（４）により表される。ここで、ｄ軸電流補正後指令値Id**およびｑ軸電流補正後指令値Id**によって得られる電圧ベクトルが、ｄ軸インダクタンス変化量Ld’およびｑ軸インダクタンス変化量Lq’がいずれも０である理想状態での電圧ベクトルに等しければ、モータ３０の印加電圧の変化を抑制できる。この条件を適用すると、式（４）から以下の式（１２）が導かれる。
(-ω・Lq・Iq)2+(ω・Ld・Id+ω・φ)2={-ω・(Lq+Lq')・Iq**}2+{ω・(Ld+Ld')・Id**+ω・φ}2
・・・（１２）
(-ω・Lq・Iq)2+(ω・Ld・Id+ω・φ)2={-ω・(Lq+Lq')・Iq**}2+{ω・(Ld+Ld')・Id**+ω・φ}2
・・・（１２）
式（１２）をｑ軸電流補正後指令値Iq**について解くと、以下の式（１３）が導かれる。
Iq**=√{{Lq2Iq2+Ld2Id2+2Ld・Id・φ-(Ld+Ld')2・Id**2-2(Ld+Ld')・Id**・φ}/(Lq+Lq')2}
・・・（１３）
Iq**=√{{Lq2Iq2+Ld2Id2+2Ld・Id・φ-(Ld+Ld')2・Id**2-2(Ld+Ld')・Id**・φ}/(Lq+Lq')2}
・・・（１３）
上記の式（１１）、（１３）から、ｄ軸電流補正後指令値Id**およびｑ軸電流補正後指令値Iq**が求められる。そして、Id**＝Id*＋Id’、Iq**＝Iq*＋Iq’であることから、ｄ軸電流指令補正値Id’およびｑ軸電流指令補正値Iq’を求めることができる。こうして求められたｄ軸電流指令補正値Id’およびｑ軸電流指令補正値Iq’を用いて、ｄ軸電流指令値Id*およびｑ軸電流指令値Iq*をそれぞれ補正することにより、モータ３０の出力トルクTをトルク指令値Trqと一致させることができる。
以上説明した本発明の第２の実施形態によれば、第１の実施形態で説明した（１）〜（３）の作用効果に加えて、さらに以下の作用効果を奏する。
（４）電圧飽和抑制部１０４は、電流指令補正部１１２により、インバータ５０の出力電圧が所定の出力制限値以下となり、かつモータ３０の出力トルクTがトルク指令値Trqと一致するように、ｄ軸電流指令値Id*およびｑ軸電流指令値Iq*を補正する。このようにしたので、モータ３０への印加電圧を制限しつつ、モータ３０の出力トルクの変化を抑制することができる。
−第３の実施の形態−
次に本発明の第３の実施形態について説明する。本実施形態では、モータ温度Tmを検出せずに、ｄ軸電流指令補正値Id’およびｑ軸電流指令補正値Iq’を求める例について説明する。
次に本発明の第３の実施形態について説明する。本実施形態では、モータ温度Tmを検出せずに、ｄ軸電流指令補正値Id’およびｑ軸電流指令補正値Iq’を求める例について説明する。
図８は、本発明の第３の実施形態に係るモータ制御装置を含むモータ駆動システムの構成を示す図である。図８のモータ駆動システムでは、図１に示した第１の実施形態のモータ駆動システムとは異なり、モータ温度センサ９０が設けられていない。また、モータ制御装置１００において、電圧指令生成部１０１は、図１のＰＩ・非干渉制御部１０６に替えて、非干渉制御部１１３およびＰＩ制御部１１４を有している。
非干渉制御部１１３は、電流指令生成部１０５により演算されたｄ軸電流指令値Id*およびｑ軸電流指令値Iq*と、モータ回転数ωとに基づいて、ｄ軸非干渉電圧値Vdd*およびｑ軸非干渉電圧値Vqd*を演算する。ｄ軸非干渉電圧値Vdd*、ｑ軸非干渉電圧値Vqd*は、ｄ軸電流指令値Id*およびｑ軸電流指令値Iq*に対する理想状態でのモータ３０のｄ軸電圧とｑ軸電圧をそれぞれ表している。なお、理想状態でのｄ軸電圧およびｑ軸電圧とは、ｄ軸とｑ軸の間での相互の干渉がキャンセルされるようなｄ軸電圧およびｑ軸電圧のことである。
ＰＩ制御部１１４は、モータ３０に流れるｄ軸電流値Idおよびｑ軸電流値Iqと、ｄ軸電流指令値Id*、ｑ軸電流指令値Iq*をそれぞれ補正して得られたｄ軸電流補正後指令値Id**、ｑ軸電流補正後指令値Iq**とに基づいて、ｄ軸ＰＩ電圧指令値Vdp*およびｑ軸ＰＩ電圧指令値Vqp*を演算する。具体的には、ＰＩ制御部１１４は、ｄ軸電流補正後指令値Id**とｄ軸電流値Idの偏差と、ｑ軸電流補正後指令値Iq**とｑ軸電流値Iqの偏差とを算出し、これらの偏差に対してＰＩ制御を行うことにより、ｄ軸ＰＩ電圧指令値Vdp*およびｑ軸ＰＩ電圧指令値Vqp*を演算する。
電圧指令生成部１０１は、非干渉制御部１１３により演算したｄ軸非干渉電圧値Vdd*、ｑ軸非干渉電圧値Vqd*と、ＰＩ制御部１１４により演算したｄ軸ＰＩ電圧指令値Vdp*、ｑ軸ＰＩ電圧指令値Vqp*とを、それぞれ加算する。そして、ｄ軸非干渉電圧値Vdd*とｄ軸ＰＩ電圧指令値Vdp*との加算結果をｄ軸電圧指令値Vd*、ｑ軸非干渉電圧値Vqd*とｑ軸ＰＩ電圧指令値Vqp*との加算結果をｑ軸電圧指令値Vq*として、制御信号生成部１０２にそれぞれ出力する。
本実施形態において、電圧飽和抑制部１０４は、モータ温度Tmを使用せずにｄ軸電流指令補正値Id’およびｑ軸電流指令補正値Iq’を演算する。具体的には、電圧飽和抑制部１０４は、電流指令生成部１０５から出力されたｄ軸電流指令値Id*およびｑ軸電流指令値Iq*を監視し、これらの値が変化しない期間を電流指令固定期間として検出する。そして、電流指令固定期間が所定時間以上継続している場合に、ＰＩ制御部１１４で演算されたｄ軸ＰＩ電圧指令値Vdp*およびｑ軸ＰＩ電圧指令値Vqp*に基づいて、ｄ軸電流指令補正値Id’およびｑ軸電流指令補正値Iq’を演算する。なお、具体的な演算方法については、後で詳しく説明する。
図９は、本発明の第３の実施形態におけるモータ制御処理の流れを説明するフロー図である。このモータ制御処理は、図６のフロー図に示した第１の実施形態におけるモータ制御処理と同様に、インバータ５０によりモータ３０を駆動する際に、モータ制御装置１００において、所定の処理周期ごとに実行される。
ステップＳ１１０において、モータ制御装置１００は、モータ制御処理を開始する。
ステップＳ１２０において、モータ制御装置１００は、モータ制御処理に用いる各情報量として、外部から入力されたトルク指令Trqと、電圧検出回路７０により検出された直流電圧値Vdcと、磁極位置検出回路４０により検出された磁極位置θとを取得する。
ステップＳ１３０において、モータ制御装置１００は、電流指令生成部１０５によりｄ軸電流指令値Id*およびｑ軸電流指令値Iq*を生成する。このとき電流指令生成部１０５は、ステップＳ１２０で取得した磁極位置θから回転数演算部１０３が生成したモータ回転数ωと、ステップＳ１２０で取得したトルク指令Trqとに基づいて、たとえば図６のステップＳ３０と同様に電流マップを用いることにより、ｄ軸電流指令値Id*およびｑ軸電流指令値Iq*を生成する。
ステップＳ１４０において、モータ制御装置１００は、電圧指令生成部１０１のＰＩ制御部１１４により、ｄ軸ＰＩ電圧指令値Vdp*およびｑ軸ＰＩ電圧指令値Vqp*を演算する。このときＰＩ制御部１１４には、直前のステップＳ１３０で生成されたｄ軸電流指令値Id*およびｑ軸電流指令値Iq*に、電圧飽和抑制部１０４で求められた前回のｄ軸電流指令補正値Id’およびｑ軸電流指令補正値Iq’をそれぞれ加算した結果が、ｄ軸電流補正後指令値Id**およびｑ軸電流補正後指令値Iq**として入力される。ＰＩ制御部１１４は、入力されたｄ軸電流補正後指令値Id**とｄ軸電流値Idの偏差と、入力されたｑ軸電流補正後指令値Iq**とｑ軸電流値Iqの偏差とを算出し、これらの偏差に対してＰＩ制御を行う。これにより、ｄ軸ＰＩ電圧指令値Vdp*およびｑ軸ＰＩ電圧指令値Vqp*が求められる。
ステップＳ１５０において、モータ制御装置１００は、電圧飽和抑制部１０４により、モータ温度が上昇した場合にモータ３０への印加電圧が上昇するか否かを判定する。このとき電圧飽和抑制部１０４は、ステップＳ１３０で生成されたｄ軸電流指令値Id*およびｑ軸電流指令値Iq*に基づいて、第１の実施形態で説明したような判定条件が満たされるか否かを判定する。その結果、判定条件が満たされる場合には、印加電圧が上昇すると判断されてステップＳ１６０に遷移する。一方、判定条件が満たされない場合には、印加電圧が上昇しないと判断されてステップＳ１８０に遷移する。
ステップＳ１６０において、モータ制御装置１００は、電圧飽和抑制部１０４により、ステップＳ１３０で生成されたｄ軸電流指令値Id*およびｑ軸電流指令値Iq*を監視し、これらの値が一定期間以上固定であったか否かを判定する。その結果、一定期間以上固定であった場合、すなわち前述の電流指令固定期間が所定時間以上継続している場合はステップＳ１７０に遷移し、そうでない場合はステップＳ１８０に遷移する。
ステップＳ１７０において、モータ制御装置１００は、電圧飽和抑制部１０４により、ｄ軸電流指令補正値Id’およびｑ軸電流指令補正値Iq’を演算する。このとき電圧飽和抑制部１０４は、ステップＳ１４０で求められたｄ軸ＰＩ電圧指令値Vdp*およびｑ軸ＰＩ電圧指令値Vqp*にそれぞれ所定の調整ゲインを乗算することで、今回のｄ軸電流指令補正値Id’およびｑ軸電流指令補正値Iq’を演算する。ステップＳ１７０の実行後は、ステップＳ１９０に遷移する。
ステップＳ１８０において、モータ制御装置１００は、電圧飽和抑制部１０４により、ｄ軸電流指令補正値Id’およびｑ軸電流指令補正値Iq’を０とする。ステップＳ１８０の実行後は、ステップＳ１９０に遷移する。
ステップＳ１９０において、モータ制御装置１００は、電圧指令生成部１０１および制御信号生成部１０２により、ＰＷＭ信号を生成する。このとき電圧指令生成部１０１には、ｄ軸電流指令値Id*およびｑ軸電流指令値Iq*が入力されると共に、直前のステップＳ１７０またはＳ１８０で新たに求められたｄ軸電流指令補正値Id’、ｑ軸電流指令補正値Iq’をｄ軸電流指令値Id*、ｑ軸電流指令値Iq*にそれぞれ加算した値が、ｄ軸電流補正後指令値Id**、ｑ軸電流補正後指令値Iq**としてそれぞれ入力される。電圧指令生成部１０１は、非干渉制御部１１３により、入力されたｄ軸電流指令値Id*およびｑ軸電流指令値Iq*とモータ回転数ωとに基づいて、ｄ軸非干渉電圧値Vdd*およびｑ軸非干渉電圧値Vqd*を演算する。また、ＰＩ制御部１１４により、入力されたｄ軸電流補正後指令値Id**とｄ軸電流値Idの偏差と、入力されたｑ軸電流補正後指令値Iq**とｑ軸電流値Iqの偏差とを算出し、これらの偏差に対してＰＩ制御を行うことで、ｄ軸ＰＩ電圧指令値Vdp*およびｑ軸ＰＩ電圧指令値Vqp*を演算する。そして、ｄ軸非干渉電圧値Vdd*にｄ軸ＰＩ電圧指令値Vdp*を加算した値をｄ軸電圧指令値Vd*、ｑ軸非干渉電圧値Vqd*にｑ軸ＰＩ電圧指令値Vqp*を加算した値をｑ軸電圧指令値Vq*として、それぞれ制御信号生成部１０２に出力する。制御信号生成部１０２は、ｄｑ／３相変換部１０８により、電圧指令生成部１０１で求められたｄ軸電圧指令値Vd*およびｑ軸電圧指令値Vq*と、ステップＳ１２０で取得した磁極位置θとに基づいて、各相の電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*を演算する。そして、ＰＷＭ生成部１０９により、ｄｑ／３相変換部１０８で求められた電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*と、ステップＳ１２０で取得した直流電圧値Vdcとに基づいて、各相の上下アームにそれぞれ対応するＰＷＭ信号を生成する。ステップＳ１９０で生成されたＰＷＭ信号は、インバータ５０の各スイッチング素子部５１に出力される。
ステップＳ２００において、モータ制御装置１００は、モータ制御処理を終了する。
次に、電圧飽和抑制部１０４の詳細について説明する。図１０は、本発明の第３の実施形態における電流飽和抑制部１０４の詳細な構成を説明する図である。図１０に示すように、本実施形態の電流飽和抑制部１０４は、印加電圧上昇判定部１１０と、電流指令補正部１１２とから構成される。なお本実施形態では、図７に示した第１の実施形態のものとは異なり、インダクタンス変化量演算部１１１は電流飽和抑制部１０４内に設けられていない。
印加電圧上昇判定部１１０は、モータ回転数ω、ｄ軸電流指令値Id*およびｑ軸電流指令値Iq*に基づいて、第１の実施形態で説明したのと同様の方法により、モータ温度が上昇した場合にモータ３０への印加電圧が上昇するか否かの判定を行う。印加電圧が上昇すると判定した場合、印加電圧上昇判定部１１０は、電流指令補正部１１２へ電圧上昇判定フラグFlgを出力する。
電流指令補正部１１２は、印加電圧上昇判定部１１０から出力された電圧上昇判定フラグFlgがONの場合に、ｄ軸電流指令補正値Id’およびｑ軸電流指令補正値Iq’を演算する。本実施形態では、電流指令補正部１１２は、前述のようにｄ軸電流指令値Id*およびｑ軸電流指令値Iq*を監視することで電流指令固定期間を検出する。そして、電流指令固定期間において、モータ３０のインダクタンス変化による電圧変化量を表すｄ軸ＰＩ電圧指令値Vdp*およびｑ軸ＰＩ電圧指令値Vqp*にそれぞれ所定の調整ゲインを乗算することで、ｄ軸電流指令補正値Id’およびｑ軸電流指令補正値Iq’を求める。
図１１は、本発明の第３の実施形態におけるモータ制御処理実施時の各パラメータの時間推移を説明する図である。図１１では、モータ温度Tm、トルク指令Trq、ｄ軸電流指令補正値Id’ｄ軸電流補正後指令値Id**、ｑ軸ＰＩ電圧指令値Vqp*、ｑ軸非干渉電圧値Vqd*、ｑ軸電圧Vqのそれぞれについて、制御期間E1〜E4での変化の様子を示している。なお、以下ではモータ温度Tmの上昇によりｄ軸インダクタンスLdが増加した場合を説明しているが、ｑ軸インダクタンスLqに関しても同様である。また、以下の説明においてモータ回転数ωは一定とする。
時刻T0から時刻T1までの期間E1において、モータ制御装置１００が起動してモータ３０の駆動が開始されると、モータ制御装置１００にトルク指令Trqが入力される。トルク指令Trqの増加に伴って、ｄ軸電流補正後指令値Id**が負側に増加し、これに応じて、ｑ軸非干渉電圧値Vqd*も負側に増加する。このときモータ温度Tmは、モータ３０の駆動直後であるため、上昇せずに一定である。
時刻T1から時刻T2までの期間E2において、トルク指令Trqは一定である。そのため、モータ３０は定常駆動され、ｄ軸電流補正後指令値Id**とｑ軸非干渉電圧値Vqd*は、それぞれ一定となる。
時刻T2から時刻T3までの期間E3において、トルク指令Trqは一定のままであるが、モータ３０の連続駆動によりモータ温度Tmが上昇している。このモータ温度Tmの上昇に伴ってｄ軸インダクタンスLdが大きくなることで、ｑ軸電圧Vqは負側に増加する。その結果、モータ３０に流れる電流が増加し、ｄ軸電流値Idおよびｑ軸電流値Iqは大きくなる。
ここで、期間E3ではトルク指令Trqが一定であるため、ｄ軸電流補正後指令値Id**およびｑ軸電流補正後指令値Iq**も一定である。したがって、時刻T3に近づくにつれて、ｄ軸電流補正後指令値Id**とｄ軸電流値Idの偏差およびｑ軸電流補正後指令値Iq**とｑ軸電流値Iqの偏差がそれぞれ大きくなる。その結果、ｑ軸ＰＩ電圧指令値Vqp*が徐々に増加する。
時刻T3から時刻T4までの期間E４において、ｑ軸ＰＩ電圧指令値Vqp*が一定値以上になると、電圧飽和抑制部１０４により電圧飽和抑制制御が実施されることで、ｄ軸電流指令補正値Id’が更新される。ここで、ｄ軸電流指令補正値Id’は、ｑ軸ＰＩ電圧指令値Vqp*に所定の調整ゲインを乗算することで求められる。これにより、補正前のｄ軸電流指令値Id*よりもｄ軸電流補正後指令値Id**が小さくなるため、負側に増加していたｑ軸電圧Vqが元に戻る。なお、上記の説明では、モータ回転数ω、トルク指令Trqがそれぞれ一定であることを条件としたが、ｄ軸電流指令値Id*およびｑ軸電流指令値Iq*がそれぞれ一定であることを条件とした場合にも、同様の動作となる。
以上説明したように、電圧飽和抑制部１０４は、ｄ軸ＰＩ電圧指令値Vdp*およびｑ軸ＰＩ電圧指令値Vqp*に基づいてｄ軸電流指令補正値Id’およびｑ軸電流指令補正値Iq’を演算し、その演算結果を基に、ｄ軸電流補正後指令値Id**およびｑ軸電流補正後指令値Iq**を生成する。これにより、モータ３０への印加電圧を電圧制限値以下に保つことができる。
以上説明した本発明の第３の実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
（５）モータ制御装置１００は、永久磁石を界磁源とするモータ３０を駆動するためのインバータ５０に接続され、入力されたトルク指令値Trqに基づいてインバータ５０の出力電圧を制御することで、モータ３０を制御する。モータ制御装置１００は、電流指令生成部１０５と、電圧指令生成部１０１と、電圧飽和抑制部１０４とを備える。電流指令生成部１０５は、トルク指令値Trqに基づいてｄ軸電流指令値Id*およびｑ軸電流指令値Iq*を演算する。電圧指令生成部１０１は、ｄ軸電流指令値Id*およびｑ軸電流指令値Iq*に基づいてｄ軸非干渉電圧値Vdd*およびｑ軸非干渉電圧値Vqd*を演算する非干渉制御部１１３と、ＰＩ制御部１１４とを有する。ＰＩ制御部１１４は、モータ３０のｄ軸電流値Idおよびｑ軸電流値Iqと、ｄ軸電流指令値Id*およびｑ軸電流指令値Iq*とに基づいて、ｄ軸ＰＩ電圧指令値Vdp*およびｑ軸ＰＩ電圧指令値Vqp*を演算する。電圧指令生成部１０１は、非干渉制御部１１３により演算されたｄ軸非干渉電圧値Vdd*およびｑ軸非干渉電圧値Vqd*と、ＰＩ制御部１１４により演算されたｄ軸ＰＩ電圧指令値Vdp*およびｑ軸ＰＩ電圧指令値Vqp*とをそれぞれ加算することにより、インバータ５０の出力電圧を制御するためのｄ軸電圧指令値Vd*およびｑ軸電圧指令値Vq*を演算する。電圧飽和抑制部１０４は、モータ３０の温度上昇によりモータ３０への印加電圧が上昇する場合に、ｄ軸電流指令値Id*およびｑ軸電流指令値Iq*を補正してインバータ５０の出力電圧を制限する。このようにしたので、第１の実施形態と同様に、モータ３０の温度上昇によりモータ３０への印加電圧が上昇する場合に、電流指令値を適切に補正することができる。
（６）電圧飽和抑制部１０４は、電流指令補正部１１２により、ｄ軸ＰＩ電圧指令値Vdp*およびｑ軸ＰＩ電圧指令値Vqp*に基づいて、ｄ軸電流指令値Id*およびｑ軸電流指令値Iq*を補正する（ステップＳ１７０）。このようにしたので、モータ３０の温度上昇によるインダクタンスの変化量に応じた電圧変化量を基に、電流指令値を適切に補正することができる。
上記の通り、種々の実施の形態について説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。また、以上説明した各実施の形態やこれらの変形例は、それぞれ任意に組み合わせ可能である。
電源：１０、リレー：２０、モータ：３０、磁極位置検出回路：４０、インバータ：５０、平滑コンデンサ：６０、電圧検出回路：７０、電流センサ：８０、モータ温度センサ：９０、モータ制御装置：１００、電圧指令生成部：１０１、制御信号生成部：１０２、回転数演算部：１０３、電圧飽和抑制部：１０４、電流指令生成部：１０５、ＰＩ・非干渉制御部：１０６、３相／ｄｑ変換部：１０７、ｄｑ／３相変換部：１０８、ＰＷＭ生成部：１０９、印加電圧上昇判定部：１１０、インダクタンス変化量演算部：１１１、電流指令補正部：１１２、非干渉制御部：１１３、ＰＩ制御部：１１４
Claims (7)
- 永久磁石を界磁源とするモータを駆動するためのインバータに接続され、入力されたトルク指令値に基づいて前記インバータの出力電圧を制御することで前記モータを制御するモータ制御装置であって、
前記トルク指令値に基づいて電流指令値を演算する電流指令生成部と、
前記電流指令値に基づいて前記インバータの出力電圧を制御するための電圧指令値を演算する電圧指令生成部と、
前記モータの温度上昇により前記モータへの印加電圧が上昇する場合に、前記電流指令値を補正して前記インバータの出力電圧を制限する電圧飽和抑制部と、を備え、
前記電圧飽和抑制部は、前記電流指令値に基づいて前記モータのｑ軸電圧を推定し、前記ｑ軸電圧の推定結果が負である場合に、前記モータの温度上昇により前記モータへの印加電圧が上昇すると判断するモータ制御装置。 - 請求項１に記載のモータ制御装置において、
前記電圧飽和抑制部は、前記モータの温度に基づいて前記モータのインダクタンス変化量を演算し、演算した前記モータのインダクタンス変化量に基づいて前記電流指令値を補正するモータ制御装置。 - 永久磁石を界磁源とするモータを駆動するためのインバータに接続され、入力されたトルク指令値に基づいて前記インバータの出力電圧を制御することで前記モータを制御するモータ制御装置であって、
前記トルク指令値に基づいて電流指令値を演算する電流指令生成部と、
前記電流指令値に基づいて前記インバータの出力電圧を制御するための電圧指令値を演算する電圧指令生成部と、
前記モータの温度上昇により前記モータへの印加電圧が上昇する場合に、前記電流指令値を補正して前記インバータの出力電圧を制限する電圧飽和抑制部と、を備え、
前記電圧飽和抑制部は、前記モータの温度に基づいて前記モータのインダクタンス変化量を演算し、演算した前記モータのインダクタンス変化量に基づいて前記電流指令値を補正するモータ制御装置。 - 請求項１乃至３のいずれか一項に記載のモータ制御装置において、
前記電圧飽和抑制部は、前記インバータの出力電圧が所定の出力制限値以下となり、かつ前記モータの出力トルクが前記トルク指令値と一致するように、前記電流指令値を補正するモータ制御装置。 - 永久磁石を界磁源とするモータを駆動するためのインバータに接続され、入力されたトルク指令値に基づいて前記インバータの出力電圧を制御することで前記モータを制御するモータ制御装置であって、
前記トルク指令値に基づいて電流指令値を演算する電流指令生成部と、
前記電流指令値に基づいて前記インバータの出力電圧を制御するための電圧指令値を演算する電圧指令生成部と、
前記モータの温度上昇により前記モータへの印加電圧が上昇する場合に、前記電流指令値を補正して前記インバータの出力電圧を制限する電圧飽和抑制部と、を備え、
前記電圧指令生成部は、前記電流指令値に基づいて非干渉電圧指令値を演算する非干渉制御部と、前記モータの電流値および前記電流指令値に基づいてＰＩ電圧指令値を演算するＰＩ制御部と、を有し、前記非干渉電圧指令値と前記ＰＩ電圧指令値とを加算することにより前記電圧指令値を演算し、
前記電圧飽和抑制部は、前記電流指令値に基づいて前記モータのｑ軸電圧を推定し、前記ｑ軸電圧の推定結果が負である場合に、前記モータの温度上昇により前記モータへの印加電圧が上昇すると判断するモータ制御装置。 - 請求項５に記載のモータ制御装置において、
前記電圧飽和抑制部は、前記ＰＩ電圧指令値に基づいて前記電流指令値を補正するモータ制御装置。 - 永久磁石を界磁源とするモータを駆動するためのインバータに接続され、入力されたトルク指令値に基づいて前記インバータの出力電圧を制御することで前記モータを制御するモータ制御装置であって、
前記トルク指令値に基づいて電流指令値を演算する電流指令生成部と、
前記電流指令値に基づいて前記インバータの出力電圧を制御するための電圧指令値を演算する電圧指令生成部と、
前記モータの温度上昇により前記モータへの印加電圧が上昇する場合に、前記電流指令値を補正して前記インバータの出力電圧を制限する電圧飽和抑制部と、を備え、
前記電圧指令生成部は、前記電流指令値に基づいて非干渉電圧指令値を演算する非干渉制御部と、前記モータの電流値および前記電流指令値に基づいてＰＩ電圧指令値を演算するＰＩ制御部と、を有し、前記非干渉電圧指令値と前記ＰＩ電圧指令値とを加算することにより前記電圧指令値を演算し、
前記電圧飽和抑制部は、前記ＰＩ電圧指令値に基づいて前記電流指令値を補正するモータ制御装置。
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