JPH11150996A - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 トルク方程式にあらわれる各係数の非線形性
に対処し、より正確なモータ制御を実行可能にする。 【解決手段】 モータのｄ，ｑ各軸電流Ｉ_d，Ｉ_qに対す
るｄ，ｑ各軸一次インダクタンスＬ_d，Ｌ_qの非線形性を
あらわす情報を実験等により求め、モータの実制御時に
は、この情報を利用してモータに対する電流指令（ベク
トル）を決定する。ｄ，ｑ各軸一次インダクタンスの非
線形性が制御に反映されることになるためより正確な制
御を実行可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電圧方程式及びト
ルク方程式に基づきモータを制御するモータ制御装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】モータの一次電流を制御する方法とし
て、相直交する２本の軸ｄ，ｑに沿い一次電流Ｉ_acをベ
クトル分解し、ｄ軸電流Ｉ_d及びｑ軸電流Ｉ_qから構成さ
れる一次電流ベクトル（Ｉ_d，Ｉ_q）に関し制御を行うベ
クトル制御が周知である。モータの出力トルクＴは、

【数１】Ｔ＝Ｋ_e・Ｉ_q＋（Ｌ_d−Ｌ_q）・Ｉ_d・Ｉ_q 但し、Ｌ_d，Ｌ_q：モータのｄ，ｑ各軸一次インダクタン
ス Ｋ_e：界磁起磁力 なるトルク方程式により表すことができるため、一次電
流Ｉ_acに関するベクトル制御を通じて、モータの出力ト
ルクＴを制御することができる。

【０００３】この制御は、電気自動車の走行用モータの
制御系のように、車両操縦者によるペダル操作に応じて
モータからトルクＴを出力させる必要がある用途で、利
用されている。即ち、この種の用途においては、まず、
車両操縦者によるペダル操作に応じて出力トルクＴの制
御目標たるトルク指令Ｔ^*を決定する。次に、決定され
たトルク指令Ｔ^*に基づき、かつ上掲のトルク方程式を
利用して、一次電流ベクトル（Ｉ_d，Ｉ_q）の制御目標た
る電流指令ベクトル（Ｉ_d ^*，Ｉ_q ^*）を決定する。更に、
決定した電流指令ベクトル（Ｉ_d ^*，Ｉ_q ^*）に基づきモー
タの一次電流Ｉ_acをそのｄ，ｑ各軸成分毎に制御する。
これによって、トルク指令Ｔ^*をモータの実出力トルク
Ｔとして実現できる。

【０００４】また、決定した電流指令ベクトル（Ｉ_d ^*，
Ｉ_q ^*）を決定する際には、特開平７−１０７７７２号公
報に記載されているように、電源電圧に基づく制限を課
すのが望ましい。即ち、電気自動車の走行用モータの制
御系のようにバッテリの電圧Ｖ_bをインバータにて交流
に変換しモータの端子間に印加するシステムにおいて
は、決定した電流指令ベクトル（Ｉ_d ^*，Ｉ_q ^*）に従いモ
ータの一次電流Ｉ_acのベクトル制御を行ったときにモー
タの端子間に現れる電圧Ｖ_acが、バッテリ電圧相当値
（＝Ｖ_b・η。ηはインバータにおける電圧利用率であ
り、三相の場合には３^1/2／（２・２^1/2）であるが、制
御論理により若干変化する）を上回ると、モータとバッ
テリの間に存するインバータに負担がかかる等の支障が
生じる。上掲の公報では、モータ回転数Ｎが高い領域に
おいてモータ逆起電力Ｋ_e・ωが増してもモータの端子
電圧Ｖ_acがバッテリ電圧相当値Ｖ_b・ηを上回ることが
ないよう、かつ、ｄ軸電流Ｉ_dの絶対値の過剰による効
率低下が生じないよう、電流指令ベクトル（Ｉ_d ^*，
Ｉ_q ^*）を決定している。具体的には、次の電圧方程式

【数２】Ｖ_ac＝（Ｖ_d ²＋Ｖ_q ²）^1/2 Ｖ_d＝ Ｒ・Ｉ_d−ω・Ｌ_q・Ｉ_q Ｖ_q＝ω・Ｌ_d・Ｉ_d＋ Ｒ・Ｉ_q＋Ｋ_e・ω 但し、Ｒ：モータ一次抵抗 ω＝２・π・ｐ・Ｎ／６０：モータ軸角速度（ｒａｄ／
ｓ） Ｎ：モータ回転数（ｒｐｍ） ｐ：極対数 を利用して、モータの端子電圧Ｖ_acとバッテリ電圧相当
値Ｖ_b・ηとの比較判別を行いながら、かつ、高回転領
域ではモータ回転数Ｎの増大に応じてｄ軸電流Ｉ_dの絶
対値を増やす（逆起電力Ｋ_e・ωを打ち消す方向に励磁
する）という弱め界磁制御論理に従って、電流指令ベク
トル（Ｉ_d ^*，Ｉ_q ^*）を決定している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上掲の
公報による制御が正確に行われうるのは、電圧方程式に
定数として現れている係数、即ちｄ，ｑ各軸一次インダ
クタンスＬ_d，Ｌ_q、一次抵抗Ｒ及び界磁起磁力Ｋ_eが、
厳密に定数である場合のみである。実際には、例えば
ｄ，ｑ各軸一次インダクタンスＬ_d，Ｌ_qは、ｄ，ｑ各軸
電流Ｉ_d，Ｉ_qが変化すると変化する。

【０００６】本発明は、このような問題点を解決するこ
とを課題としてなされたものであり、電圧方程式中の各
種の係数に現れる変動をモータ一次電流のベクトル制御
に組み込む具体的な手法を提案することにより、従来に
比べ精度の高い制御を実現することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るため、本発明に係るモータ制御装置は、一次電流ベク
トル（Ｉ_d，Ｉ_q）、ｄ，ｑ各軸一次インダクタンス
Ｌ_d，Ｌ_q及び界磁起磁力Ｋ_eにより定まる出力トルクＴ
の値がその制御目標たるトルク指令Ｔ^*に一致すること
となるよう、かつ、一次電流ベクトル（Ｉ_d，Ｉ_q）によ
るｄ，ｑ各軸一次インダクタンスＬ_d，Ｌ_qの変動を表す
情報を利用して、一次電流ベクトル（Ｉ_d，Ｉ_q）の制御
目標たる電流指令ベクトル（Ｉ_d ^*，Ｉ_q ^*）を決定する電
流指令決定手段と、決定された電流指令ベクトル
（Ｉ_d ^*，Ｉ_q ^*）に従いモータの一次電流Ｉ_acをベクトル
制御する手段と、を備えることを特徴とする。この構成
においては、電圧方程式に現れる各種の係数のうちｄ，
ｑ各軸一次インダクタンスＬ_d，Ｌ_qにおいて一次電流ベ
クトル（Ｉ_d，Ｉ_q）の変化に伴い現れる変化が、電流指
令ベクトル（Ｉ_d ^*，Ｉ_q ^*）を決定する段階で、一次電流
Ｉ_acのベクトル制御に反映される。従って、この構成に
おいては、一次電流ベクトル（Ｉ_d，Ｉ_q）によるｄ，ｑ
各軸一次インダクタンスＬ_d，Ｌ_qの変化によってモータ
の一次電流Ｉ_acひいては出力トルクＴに現れる制御誤差
が、抑制され、従来に比べ精度の高い制御が実現され
る。

【０００８】本発明の構成としては、ｄ，ｑ各軸一次イ
ンダクタンスＬ_d，Ｌ_qに対するモータ巻線単位巻き数当
たり鎖交磁束数の関係を計測等により予め得ておき、実
制御時にはモータ巻線単位巻き数当たり鎖交磁束数（＝
インダクタンス×電流の次元を有する量）をｄ軸電流Ｉ
_d若しくはｑ軸電流Ｉ_qにて除算することによりｄ，ｑ各
軸一次インダクタンスＬ_d，Ｌ_qを求め、求めたｄ，ｑ各
軸一次インダクタンスＬ_d，Ｌ_qを電流指令ベクトル（Ｉ
_d ^*，Ｉ_q ^*）の決定に利用する、といった構成も考え得
る。しかし、この構成においては、ｄ軸電流Ｉ_d若しく
はｑ軸電流Ｉ_qが微小な領域で、０に近い値での除算と
いう処理即ち誤差を発生させやすい演算処理が行われる
こととなる。従って、本発明に係るモータ制御装置を実
現する際には、更に、ｄ軸の一次インダクタンスＬ_d、
ｑ軸の一次インダクタンスＬ_q又は両軸の一次インダク
タンスの組合せ（Ｌ_d，Ｌ_q）に対するモータ巻線単位巻
き数当たり鎖交磁束数の関係を示す情報を、一次電流ベ
クトル（Ｉ_d，Ｉ_q）によるｄ，ｑ各軸一次インダクタン
スＬ_d，Ｌ_qの変動を表す情報として、上記電流指令決定
手段に与える手段を設けるのが好ましい。このように、
インダクタンス×電流の次元を有する量を、ｄ軸電流Ｉ
_d若しくはｑ軸電流Ｉ_qによる除算を経ずにそのまま利用
することによって、誤差を更に抑制することができる。

【０００９】本発明に係るモータ制御装置を実現する際
には、更に、一次電流ベクトル（Ｉ_d，Ｉ_q）による界磁
起磁力Ｋ_eの変動を表す情報を上記電流指令決定手段に
与える手段を設けるのが好ましい。この構成において
は、電流指令決定手段が、一次電流ベクトル（Ｉ_d，
Ｉ_q）によるｄ，ｑ各軸一次インダクタンスＬ_d，Ｌ_qの
変動を表す情報に加え、一次電流ベクトル（Ｉ_d，Ｉ_q）
による界磁起磁力Ｋ_eの変動を表す情報を利用して、電
流指令ベクトル（Ｉ_d ^*，Ｉ_q ^*）を決定する。このように
することによって、電圧方程式に現れる各種の係数のう
ち界磁起磁力Ｋ_eにおいて一次電流ベクトル（Ｉ_d，
Ｉ_q）の変化に伴い現れる変化が、電流指令ベクトル
（Ｉ_d ^*，Ｉ_q ^*）を決定する段階で、一次電流Ｉ_acのベク
トル制御に反映されるから、一次電流ベクトル（Ｉ_d，
Ｉ_q）による界磁起磁力Ｋ_eの変化によってモータの一次
電流Ｉ_acひいては出力トルクＴに現れる制御誤差が抑制
され、更に精度の高い制御が実現される。

【００１０】本発明に係るモータ制御装置を実現する際
には、更に、電源電圧Ｖ_b、トルク指令Ｔ^*及びモータ回
転数Ｎの組合せ（Ｖ_b，Ｔ^*，Ｎ）と、決定された電流指
令ベクトル（Ｉ_d ^*，Ｉ_q ^*）に従いモータの一次電流Ｉ_ac
をベクトル制御した場合にそのときのモータ回転数Ｎに
おいてモータの端子電圧Ｖ_bが電源電圧相当値Ｖ_b・η以
下になりかつ一次電流ベクトル（Ｉ_d，Ｉ_q）の絶対値Ｉ
_ac又はｄ軸若しくはｑ軸成分Ｉ_d，Ｉ_qが最小となるとい
う条件を満たす一次電流ベクトル（Ｉ_d，Ｉ_q）とを対応
付ける情報を、上記電流指令決定手段に与える電流指令
最適化手段を設けるのが好ましい。この構成において
は、電流指令決定手段が、現在の電源電圧Ｖ_b、トルク
指令Ｔ^*及びモータ回転数Ｎに関する情報並びに電流指
令最適化手段から与えられた情報に従い、電流指令ベク
トル（Ｉ_d ^*，Ｉ_q ^*）を決定する。従って、電圧方程式中
の係数の変動による誤差を抑えるという本発明の特徴に
係る処理に加え、前掲の公報において実行されていた弱
め界磁制御（電源電圧相当値Ｖ_b・ηによるモータ端子
電圧Ｖ_acの制限を含む）を、実現できる。更に、電流指
令最適化手段は（Ｖ_b，Ｔ^*，Ｎ）と（Ｉ_d，Ｉ_q）とを対
応付ける機能を有する手段（いわばテーブル又はマッ
プ）であるから、演算処理により同等の作用効果を発生
させる構成に比べ、装置構成が簡素になりまた電流指令
決定手段における処理が簡素化・高速化する。

【００１１】なお、以上の記述においては、各数量乃至
情報に関し記号を用いて表した。これは理解を容易にす
るためであって、本発明の要旨を限定する趣旨ではな
い。例えば、電源電圧相当値を表す際に記号Ｖ_b・ηを
用いたが、これは電源をバッテリに限定する趣旨でもま
たインバータの使用を必須とする趣旨でもない。更に、
ｄ，ｑ各軸成分に分解し制御する態様のベクトル制御を
示しているが、振幅及び位相の各成分に分解し制御する
態様のベクトル制御も存する。ｄ，ｑ各軸による表現か
ら振幅及び位相による表現への変更は当業者にとり容易
であるから、本願でいうところのｄ，ｑ各軸によるベク
トル制御は振幅及び位相によるベクトル制御をも暗示的
に含んでいるものとし、本発明はその種のベクトル制御
への応用も包含するものとする。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態に
関し図面に基づき説明する。なお、各実施形態間で共通
する構成には同一の符号を付し説明を省略する。

【００１３】図１に、本発明の一実施形態に係るモータ
制御装置の構成を示す。この図に示されている装置は、
例えば電気自動車の駆動系として用いることができる。
図中のモータ１０は、例えば永久磁石によって励磁され
る三相交流モータであり、インバータ１２を介してバッ
テリ１４から供給される電力によって駆動される。イン
バータ１２は図示しない所定個数のスイッチング素子を
内蔵しており、これらスイッチング素子のスイッチング
動作によって、バッテリ１４の出力に関し直流から三相
交流への電力変換を行い、モータ１０に供給すべき三相
交流電力を発生させている。

【００１４】インバータ１２における電力変換動作は、
電流演算部１６やインバータ制御部１８によって制御さ
れている。すなわち、図示しない回路において例えば車
両操縦者のアクセルペダル操作に応じトルク指令Ｔ^*が
生成されると、電流演算部１６は、このトルク指令Ｔ^*
に応じたトルクＴがモータ１０から出力されることとな
るよう、電流指令ベクトル（Ｉ_d ^*，Ｉ_q ^*）、更にはＵ，
Ｖ，Ｗ各相にかかる電圧指令Ｖ_u ^*，Ｖ_v ^*，Ｖ_w ^*を発生さ
せ、インバータ制御部１８はこれらの電圧指令Ｖ_u ^*，Ｖ
_v ^*，Ｖ_w ^*に応じてＵ，Ｖ，Ｗ各相にかかるＰＷＭ（パル
ス幅変調）信号を発生させる。インバータ１２に内蔵さ
れるスイッチング素子はこのＰＷＭ信号により駆動され
る。これによって、モータ１０からは、トルク指令Ｔ^*
に応じた出力トルクＴが得られる。

【００１５】電流演算部１６は、電圧指令Ｖ_u ^*，Ｖ_v ^*，
Ｖ_w ^*を生成するに際して、電流検出器２０ｕ，２０ｖ，
２０ｗ、ロータ位置検出器２２、電圧検出器２４等の出
力を入力しこれらを利用する。電流検出器２０ｕ，２０
ｖ，２０ｗはモータ１０のＵ，Ｖ，Ｗ各相に対応して設
けられており、これらの電流検出器２０ｕ，２０ｖ，２
０ｗによって、モータ１０のＵ，Ｖ，Ｗの各相に流れる
電流Ｉ_u，Ｉ_v，Ｉ_wが検出される。また、ロータ位置検
出器２２は、モータ１０のロータの角度位置を検出する
センサであり、その出力は、モータ１０の回転数Ｎに変
換することが可能である。そして、電圧検出器２４は、
バッテリ１４の両端間の電圧Ｖ_bを検出するセンサであ
る。電流演算部１６は、搭載している電流指令計算ルー
チンＩＤＩＱＣＡＬ１００を用いトルク指令Ｔ^*から電
流指令ベクトル（Ｉ_d ^*，Ｉ_q ^*）を決定し、電流検出器２
０ｕ，２０ｖ，２０ｗによって検出される電流Ｉ_u，
Ｉ_v，Ｉ_wのフィードバックを受けて各相電圧指令Ｖ_u ^*，
Ｖ_v ^*，Ｖ_w ^*を決定する。また、バッテリ電圧Ｖ_bは、ル
ーチンＩＤＩＱＣＡＬ１００を実行する際に、バッテリ
電圧Ｖ_bに基づく電流指令決定のために用いられる。

【００１６】図２に、本実施形態における電流演算部１
６の動作の流れを示す。この図に示すように、電流演算
部１６はまずトルク指令Ｔ^*、ロータ位置検出器２２に
より検出されるロータ位置、バッテリ電圧Ｖ_b、電流
Ｉ_u，Ｉ_v，Ｉ_wを入力する（２００）。電流演算部１６
は、電流検出器２０ｕ，２０ｖ，２０ｗによって検出さ
れた電流Ｉ_u，Ｉ_v，Ｉ_wを、周知の手法によって三相二
相変換し、ｄ，ｑ各軸電流のフィードバック値Ｉ_d＿f
b，Ｉ_q＿fbを算出する（２０２）。また、電流演算部１
６は、ロータ位置検出器２２により検出されたロータ位
置からモータ回転数Ｎを算出する（２０４）。

【００１７】電流演算部１６は、次に、後述するルーチ
ン１００を実行することにより、電流指令ベクトル（Ｉ
_d ^*，Ｉ_q ^*）を算出する（２０６）。電流演算部１６は、
この電流指令ベクトル（Ｉ_d ^*，Ｉ_q ^*）のｄ，ｑ各軸成分
Ｉ_d ^*，Ｉ_q ^*がｄ，ｑ各軸電流のフィードバック値（検出
値）Ｉ_d＿fb，Ｉ_q＿fbに対して有している偏差ＤＩ_d，
ＤＩ_q

【数３】ＤＩ_d＝Ｉ_d＿fb−Ｉ_d ^*，ＤＩ_q＝Ｉ_q＿fb−Ｉ_q ^* を演算する（２０８）。電流演算部１６は、求めた偏差
ＤＩ_d，ＤＩ_qを利用してＰＩ（比例積分）演算を行い、
これによってｄ，ｑ各軸電圧指令Ｖ_d ^*，Ｖ_q ^*を決定する
（２１０）。すなわち、電流演算部１６は、次の式

【数４】Ｖ_d ^*＝Ｋ_pd・ＤＩ_d＋ΣＫ_id・ＤＩ_d，Ｖ_q ^*＝Ｋ
_pq・ＤＩ_q＋ΣＫ_iq・ＤＩ_q の演算を行う。電流演算部１６は、このようにして得ら
れたｄ，ｑ各軸電圧指令Ｖ_d ^*，Ｖ_q ^*を二相三相変換する
ことによりＵ，Ｖ，Ｗ各相にかかる電圧指令Ｖ_u ^*，
Ｖ_v ^*，Ｖ_w ^*を算出し（２１２）、これらを前述のごとく
インバータ制御部１８に与える。

【００１８】図３に、ステップ２０６にて実行されるル
ーチンＩＤＩＱＣＡＬ１００の内容を示す。この図に示
す手順においては、電流演算部１６はまずモータ全電流
（実効値）をあらわす変数Ｉ_acを０にリセットしたうえ
で（１０２）、この変数Ｉ_acを所定の微小値ε₁だけ増
加させるとともにｑ軸電流指令演算用の変数であるＩ_q
に０をセットする（１０４）。電流演算部１６は、変数
Ｉ_acを所定の微小値ε₂（ただしε₂＜ε₁）だけ増加さ
せ（１０６）、次の式

【数５】Ｉ_d←−（Ｉ_ac ²−Ｉ_q ²）^1/2 の演算を行うことによって（１０８，１１０）、ｄ軸電
流指令を演算するための変数Ｉ_dに、ステップ１０４に
て設定されたＩ_acの下でステップ１０６にて設定された
Ｉ_qを実現するために必要なｄ軸電流を示す量を設定す
る。

【００１９】電流演算部１６は、次に、

【数６】Ｌ_dＩ_d＝ｆ₁（Ｉ_d） Ｌ_qＩ_q＝ｆ₂（Ｉ_q） ただし、ｆ₁，ｆ₂：関数 Ｌ_dＩ_d：巻線１巻当り鎖交磁束数（ｄ軸） Ｌ_qＩ_q：巻線１巻当り鎖交磁束数（ｑ軸） であらわされる処理を実行することにより（１１２）、
巻線１巻当り鎖交磁束数Ｌ_dＩ_d，Ｌ_qＩ_qを求める。電流
演算部１６は、更に、次の式

【数７】Ｔ＝ｆ₃（Ｉ_q，Ｌ_dＩ_d，Ｌ_qＩ_q） ただし、ｆ₃：関数 の演算を行うことにより、ステップ１０６にて設定され
たＩ_q及びステップ１１０にて設定されたＩ_dのもとで発
生するトルクＴを試算する（１１４）。電流演算部１６
は、試算したトルクＴがトルク指令Ｔ^*を上回るに至る
まで、ステップ１０６以降の処理を繰り返す（１１
６）。ただし、その過程で、次の式

【数８】Ｄ＝Ｉ_ac ²−Ｉ_q ² が負になった場合には（１１８）、Ｉ_dが虚数になるた
め実現不能とみなし、ステップ１０４に戻る。

【００２０】電流演算部１６は、トルクＴがトルク指令
Ｔ^*を上回るに至った場合、ステップ１１０にて設定し
たＩ_d、ステップ１０６にて設定したＩ_q、ステップ１１
２にて求めたＬ_dＩ_d，Ｌ_qＩ_q並びにステップ２０４にて
算出したモータ回転数Ｎを用いて、次の式

【数９】Ｖ_ac＝｛（Ｋ_e・ω＋Ｒ・Ｉ_q−ω・Ｌ_dＩ_d）²
＋（ω・Ｌ_qＩ_q＋Ｒ・Ｉ_d）²｝^1/2 の演算を行うことにより、モータ１０の線間電圧Ｖ_acを
試算する（１１９）。電流演算部１６は、線間電圧Ｖ_ac
をバッテリ電圧相当値、すなわちバッテリ電圧Ｖ_bにイ
ンバータ１２における電流利用率ηを乗じた値と比較す
る（１２０）。前者が後者を下回っている場合には、こ
れまでの手順にて得られたＩ_d及びＩ_qをそれぞれｄ，ｑ
軸電流指令としてもバッテリ電圧相当値Ｖ_b・ηを上回
る線間電圧Ｖ_acは生じないと判断し、Ｉ_dをｄ軸電流指
令Ｉ_d ^*に、またＩ_qをｑ軸電流指令Ｉ_q ^*にそれぞれ設定
する（１２２）。

【００２１】なお、ステップ１２０においてＶ_ac≧Ｖ_b
・ηが成立すると判定された場合には、ステップ１１８
においてＤ＜０となる旨判定された場合と同様、ステッ
プ１０４に戻る。ステップ１０４に戻ると変数Ｉ_acに更
にε₁が加算され、上述の手順が再度繰り返されること
になる。また、この繰り返しにもかかわらず、変数Ｉ_ac
の値がモータ電流上限値Ｉ_acmax（これは例えばインバ
ータ１２の容量やモータ１０の機械的強度により定ま
る）を上回るに至った場合には（１２４）、電流演算部
１６は、与えられているトルク指令Ｔ^*を現状では出力
できないと判断し（１２６）、処理を終了する。

【００２２】本実施形態の特徴の一つは、ルーチンＩＤ
ＩＱＣＡＬ１００、特にステップ１１２及び１１４に記
載されている処理にある。これらの処理は、ｄ，ｑ各軸
電流Ｉ_d，Ｉ_qが変化するとｄ，ｑ各軸の一次インダクタ
ンスＬ_d，Ｌ_qが変化するという非線形性を、電流指令ベ
クトル（Ｉ_d ^*，Ｉ_q ^*）の決定に反映させるためのルーチ
ンである。

【００２３】ここに、モータ１０における電流・電圧ベ
クトルの関係は、図４のベクトル図の如き関係となるか
ら、モータ１０における巻線１巻当り鎖交磁束数Ｌ
_dＩ_d，Ｌ_qＩ_qは、次の式

【数１０】Ｌ_dＩ_d＝｛Ｋ_e・ω＋Ｒ・Ｉ_q−Ｖ_ac・ｃｏｓ
（θ＋Ａ・φ）｝／ω Ｌ_qＩ_q＝｛Ｖ_ac・ｓｉｎ（θ＋Ａ・φ）−Ｒ・Ｉ_d｝／
ω ただしＡ＝−１（電圧に対し電流が進相のとき） ＝＋１（電圧に対し電流が遅相のとき） θ：電流位相角 φ：電圧電流の位相差 によって与えられる値となる。この式の右辺にあらわれ
る量は、全て、実験的に測定可能であるか、あるいは実
験の過程で実験者が自ら設定すべき値か、いずれかであ
る。従って、上の式に基づく実験を行うことにより、
ｄ，ｑ各軸電流Ｉ_d，Ｉ_qに対する巻線１巻当り鎖交磁束
数Ｌ_dＩ_d，Ｌ_qＩ_qの関係をあらかじめ知ることができ
る。また、この実験において同時にモータ１０の出力ト
ルクＴを測定しておくことにより、Ｉ_q、Ｉ_dＩ_d、Ｉ_qＩ
_qの組合せとＴの間の対応関係をあらかじめ知ることが
できる。前述のステップ１１２及び１１４にて用いてい
る関数ｆ₁〜ｆ₃は、この実験の結果から、重回帰分析等
を用いて解析することによって、得ることができる。

【００２４】このように、本実施形態によれば、ｄ，ｑ
各軸一次インダクタンスＬ_d，Ｌ_qの非線形性を示すデー
タをあらかじめ実験等に基づき獲得しておき、電流指令
ベクトル（Ｉ_d ^*，Ｉ_q ^*）を決定するに際してこれらの情
報を利用するようにしたため、従来に比べ正確に、電流
指令ベクトル（Ｉ_d ^*，Ｉ_q ^*）を決定することができ、ひ
いてはより正確にトルク指令Ｔ^*を実現することができ
る。すなわち、従来のように一般に非線形性が顕れない
低電流域で測定したｄ，ｑ軸一次インダクタンスＬ_d，
Ｌ_qを用いて制御を行った場合に比べ、より精度が高く
なる。更に、図３に示されるルーチンＩＤＩＱＣＡＬ１
００においては、電流Ｉ_acをできるだけ小さく抑えなが
らトルク指令Ｔ^*を実現できるＩ_d，Ｉ_qを導出するとい
う手順を採用しているため、モータ１０に流れる電流を
抑制することができ、よりエネルギー効率のよい装置が
得られる。更に、線間電圧Ｖ_acに関しバッテリ電圧相当
値Ｖ_b・ηに基づく制限を施しているため、線間電圧Ｖ
_acがバッテリ電圧相当値Ｖ_b・ηを上回りインバータ１
２に負担がかかる等の支障が生じない。加えて、ステッ
プ１１２において、ｄ，ｑ各軸一次インダクタンス
Ｌ_d，Ｌ_qを導出するのではなく巻線１巻当り鎖交磁束数
Ｌ_dＩ_d，Ｌ_qＩ_qを導出し、更にステップ１１４ではこの
鎖交磁束数Ｌ_dＩ_d，Ｌ_qＩ_qをそのまま（すなわちＩ_dや
Ｉ_qによる除算を行わないで）利用しているため、ｄ，
ｑ各軸電流Ｉ_d，Ｉ_qが微小な領域においても、０に近い
値での除算による誤差は生じない。

【００２５】図６に、本発明の第２実施形態に係る装置
の構成を示す。この実施形態においては、電流演算部１
６にルーチンＩＤＩＱＣＡＬ１００を搭載するのに代え
て、テーブル３００を記憶するためのテーブル記憶部２
６を設けている。テーブル３００は、トルク指令Ｔ^*、
モータ回転数Ｎ及びバッテリ電圧Ｖ_bの組合せ（Ｔ^*，
Ｎ，Ｖ_b）と、この（Ｔ^*、Ｎ，Ｖ_b）を用いてルーチン
ＩＤＩＱＣＡＬ１００を実行した場合に得られるであろ
う電流指令ベクトル（Ｉ_d ^*，Ｉ_q ^*）とを、対応付けるテ
ーブルである。このように、あらかじめテーブル化乃至
マップ化を行っておき、図２中のステップ２０６におい
てルーチンＩＤＩＱＣＡＬ１００を実行するのに代えて
このテーブル３００を参照することで、第１実施形態に
比べ電流演算部１６の負担を軽減することができ、また
より高速な処理を実現することが可能になる。

【００２６】図７に、本発明の第３実施形態における電
流演算部１６の動作の流れを示す。この実施形態は、第
１実施形態と同様ルーチンＩＤＩＱＣＡＬ１００を実行
する実施形態である。図７に示されているのは、ルーチ
ンＩＤＩＱＣＡＬ１００のうち、本実施形態が第１実施
形態と相違している部分である。この実施形態において
は、電流演算部１６は、ステップ１１２と前後してモー
タ逆起電力Ｋ_eωをモータ回転数Ｎやｄ，ｑ各軸電流
Ｉ_d，Ｉ_qに基づき決定している（１２８）。図中、ｆ₄
は関数であり、前述の関数ｆ₁等と同様事前の実験の結
果に関し重回帰分析等を行うことにより導出することが
できる。電流演算部１６は、第１実施形態におけるステ
ップ１１４に代え、Ｉ_q，Ｌ_dＩ_d，Ｌ_qＩ_q，Ｋ_eωに基づ
きかつ関数ｆ₅によりトルクＴを決定するステップ１１
４Ａを実行する。この関数ｆ₅も、事前の実験及びその
結果の解析によって得ることができる。

【００２７】このように、本実施形態においては、ｄ，
ｑ各軸一次インダクタンスＬ_d，Ｌ_qにあらわれる非線形
性だけではなく、界磁起磁力Ｋ_e乃至はモータ逆起電力
Ｋ_e・ωにあらわれる非線形性をも、電流指令ベクトル
（Ｉ_d ^*，Ｉ_q ^*）の決定に反映させることができ、従って
更に精度の高い制御を実行可能になる。

【００２８】図８に、本発明の第４実施形態における電
流演算部１６の動作、特に第４実施形態におけるルーチ
ンＩＤＩＱＣＡＬ１００との相違部分を示す。この実施
形態においては、更に、モータ一次抵抗Ｒの値を、図示
しない温度センサによって検出されるモータ１０の周囲
温度Ｔ_empに応じかつ事前の実験により得られている関
数ｆ₆を利用して決定している（１３０）。ステップ１
１４Ａに代えて実行されるステップ１１４Ｂでは、やは
り実験及びその結果の分析によって得られる関数ｆ₇を
利用して、Ｉ_q，Ｌ_dＩ_d，Ｌ_qＩ_q，Ｋ_eω，Ｒに基づきト
ルクＴが決定される。従って、この実施形態によれば、
更にモータ一次抵抗Ｒの非線形性に関しても電流指令ベ
クトル（Ｉ_d ^*，Ｉ_q ^*）の決定に反映させることができ、
従って更に精度の高い制御を実現することが可能にな
る。

【００２９】図９に、本発明の第５実施形態における電
流演算部１６の動作の流れ、特に第１、第３又は第４実
施形態におけるルーチンＩＤＩＱＣＡＬ１００との相違
部分を示す。この実施形態においては、Ｉ_dによりＬ_dＩ
_dを、またＩ_qによりＬ_qＩ_qをそれぞれ決定していたステ
ップ１１２に代えて、Ｉ_dとＩ_qの組合せによりＬ_dＬ_q及
びＬ_qＩ_qをそれぞれ決定するステップ１１２Ａが実行さ
れる。図中、ｆ₈及びｆ₉はいずれも実験及びその結果の
解析によって得られる関数である。このような関数
ｆ₈，ｆ₉を用いることで、Ｌ_dＩ_dに対するＩ_qの影響や
Ｌ_qＩ_qに対するＩ_dの影響をも、電流指令ベクトル（Ｉ_d
^*，Ｉ_q ^*）の決定に反映させることができ、より緻密な
制御を実行可能になる。

【００３０】また、これら第３乃至第５実施形態は、い
ずれも、第２実施形態と同様、テーブルを用いた構成へ
と変形することができる。この変形については、本願の
開示内容を参照した当業者にとっては自明なことであろ
う。更に、以上の説明では電気自動車（いわゆるハイブ
リッド車を含む）への応用や、永久磁石励磁型の三相交
流モータを前提としていたが、本発明が他の種類のシス
テムあるいは他の種類のモータへも適用できることはい
うまでもない。また、以上の説明では実験結果について
重回帰分析を行っていたが、本発明を実施するに際して
は、非線形性をあらわす式を純粋に理論的に導出するよ
うにしても構わないし、あるいは有限要素法解析等によ
って近似式が得られる場合には当該近似式を利用するよ
うにしても構わない。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
出力トルクの値がトルク指令に一致することとなるよ
う、かつ、一次電流ベクトルによるｄ，ｑ各軸一次イン
ダクタンスの変動を表す情報を利用して、電流指令ベク
トルを決定するようにしたため、一次電流ベクトルの変
化によってｄ，ｑ各軸一次インダクタンスに現れる変化
が一次電流ひいては出力トルクに制御誤差をもたらすこ
とがなくなり、従って従来に比べ精度の高い制御を実現
できる。

【００３２】更に、ｄ軸若しくはｑ軸又は両軸の一次イ
ンダクタンスに対するモータ巻線単位巻き数当たり鎖交
磁束数の関係を示す情報を、一次電流ベクトルによる
ｄ，ｑ各軸一次インダクタンスの変動を表す情報とし
て、用いることにより、ｄ軸電流若しくはｑ軸電流が微
小なときでも０に近い値での除算が生じることがなくな
り、従って誤差を更に抑制することができる。

【００３３】また、一次電流ベクトルによる界磁起磁力
の変動を表す情報を併用して電流指令ベクトルを決定す
ることにより、一次電流ベクトルの変化による界磁起磁
力の変化によってモータの一次電流ひいては出力トルク
に制御誤差がもたらされることがなくなり、従って更に
精度の高い制御を実現できる。

【００３４】更に、電源電圧、トルク指令及びモータ回
転数の組合せと、決定された電流指令ベクトルに従いモ
ータの一次電流Ｉ_acをベクトル制御した場合にそのとき
のモータ回転数Ｎにおいてモータの端子電圧が電源電圧
相当値以下になりかつ一次電流ベクトルの絶対値又はｄ
軸若しくはｑ軸成分が最小となるという条件を満たす一
次電流ベクトルとを対応付ける情報を準備しておき、電
流指令ベクトルの決定の際に利用することにより、電圧
方程式中の係数の変動による誤差を抑えるという本発明
の特徴に係る処理に加え、前掲の公報において実行され
ていた弱め界磁制御（電源電圧相当値によるモータ端子
電圧の制限を含む）を、テーブルの利用という簡便な手
法により実現できる。これによって、装置構成が簡素に
なりまた電流指令決定手段における処理が簡素化・高速
化する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態に係る装置の構成を示す
ブロック図である。

【図２】 この実施形態における電流演算部の動作の流
れを示すフローチャートである。

【図３】 この実施形態におけるルーチンＩＤＩＱＣＡ
Ｌの流れを示すフローチャートである。

【図４】 モータ電圧・電流ベクトルの関係を示すベク
トル図である。

【図５】 ｄ，ｑ各軸一次インダクタンスＩ_d，Ｉ_qの非
線形性をあらわす実験結果及びその重回帰分析の結果に
より得た関数を示す図であり、図中“・”は実験により
得た値を、曲線は重回帰分析によって得た関数をそれぞ
れ示し、また（ａ）はｄ軸一次インダクタンスＬ_dの非
線形性を、（ｂ）はｑ軸一次インダクタンスのＬ_qの非
線形性をそれぞれ示す図である。

【図６】 本発明の第２実施形態に係る装置の構成を示
すブロック図である。

【図７】 本発明の第３実施形態における電流演算部の
動作の流れの一部を示すフローチャートである。

【図８】 本発明の第４実施形態における電流演算部の
動作の流れの一部を示すフローチャートである。

【図９】 本発明の第５実施形態における電流演算部の
動作の流れの一部を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１０ モータ、１２ インバータ、１４ バッテリ、１
６ 電流演算部、１８インバータ制御部、２０ｕ，２０
ｖ，２０ｗ 電流検出器、２２ ロータ位置検出器、２
４ 電圧検出器、１００ ルーチンＩＤＩＱＣＡＬ、３
００ テーブル。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一次電流ベクトル、ｄ，ｑ各軸一次イン
   ダクタンス及び界磁起磁力により定まる出力トルクの値
   がその制御目標たるトルク指令に一致することとなるよ
   う、かつ、一次電流ベクトルによるｄ，ｑ各軸一次イン
   ダクタンスの変動を表す情報を利用して、一次電流ベク
   トルの制御目標たる電流指令ベクトルを決定する電流指
   令決定手段と、 決定された電流指令ベクトルに従いモータの一次電流を
   ベクトル制御する手段と、 を備えることを特徴とするモータ制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のモータ制御装置におい
   て、 ｄ軸，ｑ軸又は両軸の一次インダクタンスに対するモー
   タ巻線単位巻き数当たり鎖交磁束数の関係を示す情報
   を、一次電流ベクトルによるｄ，ｑ各軸一次インダクタ
   ンスの変動を表す情報として、上記電流指令決定手段に
   与える手段を備えることを特徴とするモータ制御装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載のモータ制御装置に
   おいて、 一次電流ベクトルによる界磁起磁力の変動を表す情報を
   上記電流指令決定手段に与える手段を備え、 上記電流指令決定手段が、一次電流ベクトルによるｄ，
   ｑ各軸一次インダクタンスの変動を表す情報に加え一次
   電流ベクトルによる界磁起磁力の変動を表す情報を利用
   して、電流指令ベクトルを決定することを特徴とするモ
   ータ制御装置。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３記載のモータ制御装置に
   おいて、 電源電圧、トルク指令及びモータ回転数の組合せと、決
   定された電流指令ベクトルに従いモータの一次電流をベ
   クトル制御した場合にそのときのモータ回転数において
   モータの端子電圧が電源電圧相当値以下になりかつ一次
   電流ベクトルの絶対値又はｄ軸若しくはｑ軸成分が最小
   となるという条件を満たす一次電流ベクトルと、を対応
   付ける情報を、上記電流指令決定手段に与える電流指令
   最適化手段を備え、 上記電流指令決定手段が、現在の電源電圧、トルク指令
   及びモータ回転数に関する情報並びに上記電流指令最適
   化手段から与えられた情報に従い電流指令ベクトルを決
   定することを特徴とするモータ制御装置。