JP2011147272A - 電動機制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動機制御装置のトルクリプル低減性能を高くする。
【解決手段】３相電圧指令部１２は、目標設定部１１からの目標運転周波数に基づき電動機１の直交静止座標系の３相電圧指令値を演算する。３相２相変換部１３は、電動機１の電気角に基づいて、３相電圧指令値を直交静止座標系の２相電圧指令値へ変換し、この指令値をｄ軸及びｑ軸の電圧指令値に変換する。電圧指令補正部１５は、電気角に基づいて、電動機１の発生するトルクリプルを打ち消すようにｄ軸及びｑ軸の電圧指令値を補正したｄ軸及びｑ軸の電圧指令補正値を演算する。２相３相変換部１０は、ｄ軸及びｑ軸の電圧指令補正値を、直交静止座標系の電圧指令補正値に変換し、この電圧指令補正値を、３相で示される直交静止座標系の電圧指令補正値に変換する。駆動部３は、この電圧指令補正値により電動機１を駆動させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えばエレベータ設備などで使用される電動機を制御する電動機制御装置に関する。

図１６は、従来の電動機制御装置の機能構成の一例を示す図である。この電動機制御装置は、エレベータ設備などで使用される電動機を制御する制御装置であり、電動機３１、回転角検出部３２、駆動部３３、電流検出部３４、３相２相変換部３５、目標設定部３６、ｄ／ｑ軸電流指令部３７および電流指令補正部３８、電流制御部３９および２相３相変換部４０を有する。

図８に示す電動機３１はインバータ等の駆動部３３で駆動される。電動機３１の回転角はパルスジェネレータ（ＰＧ）等の回転角検出部３２で検出される。回転角検出部３２で検出された回転角信号は、電動機３１の速度を制御する速度制御系等に入力される。

この速度制御系は、目標設定部３６、ｄ／ｑ軸電流指令部３７および電流指令補正部３８を有する。この速度制御系は、電動機３１の実速度と、その速度指令値との速度偏差信号から、駆動部３３へ駆動信号を出力する電流制御部３９への電動機３１の電流指令値を演算する。

この電流指令値は、電動機３１をベクトル制御する場合、直交回転座標系におけるｄ軸電流指令値Ｉ_ｄｃおよびｑ軸電流指令値Ｉ_ｑｃである。ｄ軸電流指令値Ｉ_ｄｃは電動機３１に磁束を発生させる磁束電流指令値であり、ｑ軸電流指令値Ｉ_ｑｃは、電動機３１にトルクを発生させるトルク電流指令値である。

電流制御部３９は、直交回転座標系におけるｄ軸電流指令値Ｉ_ｄｃ、ｑ軸電流指令値Ｉ_ｑｃを入力し、回転角検出部３２の回転角信号から求められた電気角θ_ｅを入力し、３相２相変換部３５から直交回転座標系の電流値Ｉ_ｄｆ、Ｉ_ｑｆを入力する。この電流制御部３９は、電流検出部３４を介して入力される出力電流値Ｉ_ｕｆ、Ｉ_ｗｆがｄ軸電流指令値Ｉ_ｄｃ、ｑ軸電流指令値Ｉ_ｑｃ、および電気角θ_ｅを満たすように、駆動部３３へ駆動信号を出力する。

すなわち、電流値Ｉ_ｕｆ、Ｉ_ｗｆは電流検出部３４で検出され、以下の式（１）に示すように出力電流信号Ｉ_ｕｆ、Ｉ_ｖｆ、Ｉ_ｗｆが出力され、３相２相変換部３５に入力される。
３相２相変換部３５は、電流検出部３４からの直交静止座標系での３相で示される電流値Ｉ_ｕｆ、Ｉ_ｗｆを以下の式（２）に示すように直交静止座標系の２相で示される電流値Ｉ_αｆ、Ｉ_βｆに変換する。この変換された２相の電流値Ｉ_αｆ、Ｉ_βｆは、以下の式（３）に示すように直交回転座標系の電流値Ｉ_ｄｆ、Ｉ_ｑｆに変換される。すなわち、電気角θ_ｅに基づき、直交静止座標系の電流値Ｉ_αｆ、Ｉ_βｆを直交回転座標系の電流値Ｉ_ｄｆ、Ｉ_ｑｆに変換し、電流制御部３９に出力する。

Ｉ_ｖｆ＝Ｉ_ｕｆ−Ｉ_ｗｆ …式（１）

ここで、添字ｄはｄ軸成分、ｑはｑ軸成分を表す。

ｄ／ｑ軸電流指令部３７から出力されるｄ軸電流指令値Ｉ_ｄｃ（Ｉ_ｄf）、ｑ軸電流指令値Ｉ_ｑｃ（Ｉ_ｑf）と、３相２相変換部３５から出力される電流信号Ｉ_ｄｆ、Ｉ_ｑｆとの偏差は、それぞれＰＩ（比例積分）コントローラ等に入力され、以下の式（４）に示すようにＰＩ演算されて、直交回転座標系におけるｄ軸電圧指令値Ｖ_ｄｒおよびｑ軸電圧指令値Ｖ_ｑｒが出力される。

ここで、Ｋｐは比例ゲイン、Ｋｉは積分ゲイン、ｓはラプラス演算子である。

このＰＩコントローラ等からのｄ軸電圧指令値Ｖ_ｄｒおよびｑ軸電圧指令値Ｖ_ｑｒは、２相３相変換部４０に入力される。２相３相変換部４０は、ｄ軸電圧指令値Ｖ_ｄｒおよびｑ軸電圧指令値Ｖ_ｑｒを、以下の式（５）に示すように直交静止座標系の電圧指令値Ｖ_αｒ、Ｖ_βｒに変換する。すなわち、２相３相変換部４０は、電気角θ_ｅに基づき、直交回転座標系の電圧指令値Ｖ_ｄｒ、Ｖ_ｑｒを直交静止座標系の電圧指令値Ｖ_αｒ、Ｖ_βｒに変換する。

２相３相変換部４０は、この変換された２相で示される直交静止座標系の電圧指令値Ｖ_αｒ、Ｖ_βｒを以下の式（６）に示すように、３相で示される直交静止座標系の電圧指令値Ｖ_ｕｒ、Ｖ_ｖｒ、Ｖ_ｗｒに変換する。

一般に、永久磁石同期電動機においては、誘導電動機に比べ、同じ出力に対し小型に製作できるので、近年いろいろなシステムの駆動部に使われつつある。

ところが、永久磁石同期電動機では、磁極を回転させる電機子磁束の変化が、回転角の正弦波でなく歪を含んでいる。このため、本来ならば正弦波状であるべき磁束変化が、歪を持つため、電動機の発生トルクが脈動し、回転むら等の要因となっている。また、電動機の巻線のアンバランスや電流を検出するセンサ系統の誤差等もトルクリプルの原因となっている。

電機子巻線電流により生成される磁束の空間分布は、理想的には、正弦波状が望ましいが、高調波がのっているため、発生トルクを歪ませる要因となっている。

この高調波成分の低次成分は、基本波に対する周波数の５倍／７倍であり、この磁束の５次／７次成分は、基本周波数の６倍成分（６ｆ成分）のトルクリプル原因となる。

同様に磁束の１１倍／１３倍成分は１２ｆ成分のトルクリプルの原因となる。

Ｅ_ｕ（θ_ｅ）＝−ω×Ｋｅ×（ｓｉｎ（θ_ｅ）＋ｋ５×ｓｉｎ（５×θ_ｅ）＋ｋ７×ｓｉｎ（７×θ_ｅ）＋…） …式（７）
Ｅ_ｖ（θ_ｅ）＝Ｅ_ｕ（θ_ｅ−２π／３） …式（８）
Ｅ_ｗ（θ_ｅ）＝Ｅ_ｖ（θ_ｅ−２π／３）＝Ｅ_ｕ（θ_ｅ−４π／３） …式（９）
ω＝ｄθ_ｅ／ｄｔ …式（１０）
式（７），（８），（９）で示したＥ_ｕ、Ｅ_ｖ、Ｅ_ｗは各相の電機子巻線に誘起する誘起電圧であり、式（７）で示したＫｅは逆起電力定数であり、式（１０）で示したωは電動機１の回転速度、つまり回転角の時間微分である。

簡単のため、磁束の高調波成分が、５次成分のみの場合について説明する。

この場合、３相の誘起電圧Ｅ_ｕは以下の式（１１）で示される。

Ｅ_ｕ（θ_ｅ）＝−ω×Ｋｅ×（ｓｉｎ（θ_ｅ）＋ｋ５×ｓｉｎ（５×θ_ｅ）） …式（１１）
これら３相誘起電圧Ｅ_ｕ、Ｅ_ｖ、Ｅ_ｗを３相２相変換すると以下の式（１２），（１３）で示されるとおりになる。

すなわち、高調波成分が５次成分のみの場合のｄ／ｑ軸の誘起電圧Ｅ_ｄ、Ｅ_ｑは以下の式（１４）で示される。

電動機３１が円筒機であれば、マグネットトルクＴは、誘起電圧Ｅ_ｕ、Ｅ_ｖ、Ｅ_ｗと電流Ｉ_ｕ、Ｉ_ｖ、Ｉ_ｗからして以下の式（１５）で示される。

これらの事からから、高調波成分に５次成分がある場合、以下の式（１６）で示されるように６ｆトルクリプルが発生するのがわかる。

電動機のスキュー等の対策を行うことによって、トルクリプルを問題のないレベルに抑えることもできるが、コスト上昇を招くことになる。

また、トルクリプルの低減方法として、例えば特許文献１に開示されるようにトルクリプルが電動機の回転角との相関性を持つことから、この相関関係を記憶装置に記憶させ、電動機の回転角に基づいて、これと対応するトルクリプルデータを読み出し、トルク指令値からリプル分を差し引いたものを新たなトルク指令値とする方法がある。さらに、例えば特許文献２に開示されるように、電動機回転角θと調整ゲインＡと調整位相ｐとから、トルクリプル補正信号Ｔ_ｃｏｍｐ＝Ａ×ｓｉｎ（ｎ×θ＋ｐ）を演算し、電動機の回転周期に同期させてフィードフォワード的に目標トルク指令に加算してトルクリプルを打ち消す方法がある。

特開平１１−２９９２７７号公報 特開平７−１２９２５１号公報

しかし、これらはトルク指令値（トルク電流指令値）を補正するものであって、電流制御応答が遅い場合、調整ゲインＡと調整位相ｐ等は電流制御ゲイン及び回転速度の関数となるため、調整が複雑となり、トルクリプル低減性能が劣化するという課題があった。

前述した特許文献２のトルクリプル補正信号Ｔ_ｃｏｍｐを用いた場合のｄ軸電流指令補正値Ｉ_ｄｃ、ｑ軸電流指令補正値Ｉ_ｑｃは以下の式（１７），（１８）により示される。

ｄＩ_ｑｃ＝Ａ×ｓｉｎ（６×θ_ｅ＋ｐ） …式（１７）

電流制御応答が速い場合には、以下の式（１９）で示すように、直交回転座標系の電流値Ｉ_ｄｆ、Ｉ_ｑｆはｄ軸電流指令補正値Ｉ_ｄｃ、ｑ軸電流指令補正値Ｉ_ｑｃとそれぞれ一致する。

電流制御応答が速い場合のトルクＴは、以下の式（２０）で示される。

式（２０）に示すように、回転速度の影響なしに、トルクリプル補正信号によって６ｆトルクリプルを低減できることがわかる。

また、電流制御応答が遅い場合には、トルクリプル補正信号Ｔ_ｃｏｍｐを用いた場合のｄ軸電流指令補正値Ｉ_ｄｃ、ｑ軸電流指令補正値Ｉ_ｑｃは以下の式（２１）により示される。

式（２１）のＧ_ｄ、Ｇ_ｑはｄ軸及びｑ軸の電流制御ループゲインである。

電流の高調波成分、つまりｄ軸電流高調波成分ΔＩ_ｄ、ｑ軸電流高調波成分ΔＩ_ｑは、以下の式（２２）に示すようにｄ軸誘起電圧高調波成分ΔＥ_ｄ、ｑ軸誘起電圧高調波成分ΔＥ_ｑで演算できる。

式（２２）の、Ｒａは電機子巻線抵抗であり、Ｌ_ｄはｄ軸のインダクタンスで、Ｌ_ｑはｑ軸のインダクタンスであり、パラメータ設定部１４で設定する。

また、電流制御応答が遅い場合のトルクＴは、以下の式（２３）で示される。

これらの事から、電流制御応答が遅い場合、調整ゲインＡと調整位相ｐ等は電流制御ゲイン及び回転速度の関数となるため、調整が複雑となり、トルクリプル低減性能が劣化することがわかる。

そこで、本発明の目的は、トルクリプル低減性能を高くすることが可能になる電動機制御装置を提供することにある。

すなわち、本発明に係わる電動機制御装置は、電動機の回転角を検出する回転角検出手段と、前記電動機の３相電圧指令値を演算する３相電圧指令手段と、前記回転角検出手段により検出した回転角をもとに前記３相電圧指令手段により演算した３相電圧指令値からｄ軸電圧指令値およびｑ軸電圧指令値を演算する３相２相変換手段と、前記３相２相変換手段により演算したｄ軸電圧指令値およびｑ軸電圧指令値を前記電動機のトルクリプルが低減する値に補正する電圧指令補正手段と、前記電圧指令補正手段による補正結果をもとに３相電圧指令補正値を演算する２相３相変換手段と、前記２相３相変換手段により演算した３相電圧指令補正値で前記電動機を駆動する駆動手段とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、電動機制御装置のトルクリプル低減性能を高くすることができる。

本発明の第１の実施形態における電動機制御装置の機能構成の一例を示す図。 本発明の第１の実施形態における電動機制御装置による動作手順の一例を示すフローチャート。 本発明の第１の実施形態における電動機制御装置による電圧指令補正信号演算の手順の一例を示すフローチャート。 本発明の第２の実施形態における電動機制御装置の機能構成の一例を示す図。 本発明の第２の実施形態における電動機制御装置による電圧指令値の補正にかかるパラメータ学習のための動作手順の一例を示すフローチャート。 本発明の第３の実施形態における電動機制御装置の機能構成の一例を示す図。 本発明の第３の実施形態における電動機制御装置による電圧指令値の補正にかかるパラメータ学習のための動作手順の一例を示すフローチャート。 本発明の第４の実施形態における電動機制御装置の機能構成の一例を示す図。 本発明の第４の実施形態における電動機制御装置による電圧指令値の補正にかかるパラメータ学習のための動作手順の一例を示すフローチャート。 本発明の第５の実施形態における電動機制御装置の機能構成の一例を示す図。 本発明の第５の実施形態における電動機制御装置による電圧指令値の補正にかかるパラメータ学習のための動作手順の一例を示すフローチャート。 本発明の第６の実施形態における電動機制御装置の機能構成の一例を示す図。 本発明の第６の実施形態における電動機制御装置による動作手順の一例を示すフローチャート。 本発明の第７の実施形態における電動機制御装置の機能構成の一例を示す図。 本発明の第７の実施形態における電動機制御装置による動作手順の一例を示すフローチャート。 従来の電動機制御装置の機能構成の一例を示す図。

以下図面により本発明の実施形態について説明する。
（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態における電動機制御装置の機能構成の一例を示す図である。
図１に示すように、本発明の第１の実施形態における電動機制御装置は、制御対象の電動機１、回転角検出部２、駆動部３、２相３相変換部１０、目標設定部１１、３相電圧指令部１２、パラメータ設定部１４および電圧指令補正部１５を有する。

このような構成の電動機制御装置における作用を説明する。
図２は、本発明の第１の実施形態における電動機制御装置による動作手順の一例を示すフローチャートである。

電動機１の回転角は、ＰＧ等の回転角検出部２を介してパルス信号で検出される（ステップＳ１）。この回転角検出部２は、検出した回転角をもとに電気角θ_ｅを演算する（ステップＳ２）。

目標設定部１１は電動機１の目標運転周波数ｆ_ｒを設定する。この周波数は３相電圧指令部１２に入力される（ステップＳ３）。

３相電圧指令部１２は、目標設定部１１からの目標運転周波数ｆ_ｒに基づき、例えば式（２４），（２５），（２６）に示すように電動機１の直交静止座標系の３相電圧指令値Ｖ_ｕｒ、Ｖ_ｖｒ、Ｖ_ｗｒを演算する（ステップＳ４）。

Ｖ_ｕｒ（ｔ）＝（Ｖ_ｒａｔｅ×ｆ_ｒ）／ｆ_ｒａｔｅ×ｓｉｎ（２×π×ｆ_ｒ×ｔ） …式（２４）
Ｖ_ｖｒ（ｔ）＝Ｖ_ｕｒ（２×π×ｆ_ｒ×ｔ−２π／３） …式（２５）
Ｖ_ｗｒ（ｔ）＝Ｖ_ｖｒ（２×π×ｆ_ｒ×ｔ−２π／３）＝Ｖ_ｕｒ（２×π×ｆ_ｒ×ｔ−４π／３） …式（２６）
式（２４）のＶ_ｒａｔｅは定格電圧であり、ｆ_ｒａｔｅは定格周波数である。

３相２相変換部１３は、回転角検出部２からの電気角θ_ｅに基づいて、３相電圧指令部１２からの３相電圧指令値Ｖ_ｕｒ、Ｖ_ｖｒ、Ｖ_ｗｒを以下の式（２７）のように、直交静止座標系の２相電圧指令値へ変換し、この指令値を以下の式（２８）のように直交回転座標系の２相電圧指令値であるｄ軸電圧指令値Ｖ_ｄｒ及びｑ軸電圧指令値Ｖ_ｑｒに変換する（ステップＳ５）。

電圧指令補正部１５は、回転角検出部２からの電気角θ_ｅに基づいて、電動機１の発生するトルクリプルを打ち消すようにｄ軸電圧指令値Ｖ_ｄｒ、ｑ軸電圧指令値Ｖ_ｑｒをそれぞれ補正したｄ軸電圧指令補正値Ｖ_ｄｃ、ｑ軸電圧指令補正値Ｖ_ｑｃを、電圧指令補正信号ｄＶ_ｄｃ、ｄＶ_ｑｃの演算を経て（ステップＳ６）、以下の式（２９）のように演算する（ステップＳ７）。

ｄ軸電圧指令補正値Ｖ_ｄｃおよびｑ軸電圧指令補正値Ｖ_ｑｃは、２相３相変換部１０に入力される。

２相３相変換部１０は、電圧指令補正部１５からのｄ軸電圧指令補正値Ｖ_ｄｃおよびｑ軸電圧指令補正値Ｖ_ｑｃを、直交静止座標系の電圧指令補正値Ｖ_αｃ、Ｖ_βｃに変換する。

すなわち、２相３相変換部１０は、回転角検出部２からの電気角θ_ｅに基づき、直交回転座標系の電圧指令補正値Ｖ_ｄｃ、Ｖ_ｑｃを以下の式（３０）のように直交静止座標系の電圧指令補正値Ｖ_αｃ、Ｖ_βｃに変換する（ステップＳ８）。

２相３相変換部１０は、この変換された２相で示される直交静止座標系の電圧指令補正値Ｖ_αｃ、Ｖ_βｃを以下の式（３１）のように、３相で示される直交静止座標系の電圧指令補正値Ｖ_ｕｃ、Ｖ_ｖｃ、Ｖ_ｗｃに変換する（ステップＳ９）。駆動部３は、この電圧指令補正値により電動機１を駆動させる（ステップＳ１０）。

次に、ステップＳ６の処理である電圧指令補正信号演算について説明する。
図３は、本発明の第１の実施形態における電動機制御装置による電圧指令補正信号演算の手順の一例を示すフローチャートである。
電圧指令補正部１５は、ステップＳ２の処理で演算された電気角θ_ｅの６倍の位相を演算する（ステップＳ１１）。電圧指令補正部１５は、ｄ軸およびｑ軸の電圧指令値の位相を演算し、得られた電圧指令値の位相と、正弦波の位相を調整するための、パラメータ設定部１４からの調整位相ｐとを加算し、正弦波の位相Ｐを演算する（ステップＳ１２）。

一方、電圧指令補正部１５は、ｄ軸およびｑ軸の電圧指令値の絶対値を以下の式（３３）のように演算し（ステップＳ１３）、得られた電圧指令値の絶対値とパラメータ設定部１４から得られた磁束の５ｆ，７ｆの高調波成分比と、同じくパラメータ設定部１４から得られた、正弦波の振幅を調整する調整振幅ａとを乗算して、振幅値Ａを演算する（ステップＳ１４）。

振幅値Ａとし、位相Ｐとした正弦波は、以下の式（３２）のように電圧指令補正信号ｄＶ_ｄｃ、ｄＶ_ｑｃとして電圧指令補正部１５から出力される（ステップＳ１５）。

式（３２）の右辺の、添字ｄはｄ軸成分を表し、添字ｑはｑ軸成分を表す。

ｄ軸電流補正値Ｉ_ｄｃおよびｑ軸電流補正値Ｉ_ｑｃは、ｄ軸電圧指令補正値Ｖ_ｄｃ、ｑ軸電圧指令補正値Ｖ_ｑｃ、ｄ軸誘起電圧値Ｅ_ｄ、ｑ軸誘起電圧値Ｅ_ｑから以下の式（３４），（３５）で示される。

ｄ軸電圧指令補正値Ｖ_ｄｃ、ｑ軸電圧指令補正値Ｖ_ｑｃが入力された場合のトルクＴは、以下の式（３６）のような回転角の定数項、６ｆ正弦成分、６ｆ余弦成分、１２ｆ正弦成分、１２ｆ余弦成分の和である。

Ｔ＝（Ｅ_ｄ×Ｉ_ｄｃ×Ｅ_ｑ×Ｉ_ｑｃ）／ω
＝Ｔ_０（ａ_ｄ，ｐ_ｄ，ａ_ｑ，ｐ_ｑ）
＋Ｔ_６Ｓ（ａ_ｄ，ｐ_ｄ，ａ_ｑ，ｐ_ｑ）×ｓｉｎ（６×θ_ｅ）
＋Ｔ_６Ｃ（ａ_ｄ，ｐ_ｄ，ａ_ｑ，ｐ_ｑ）×ｃｏｓ（６×θ_ｅ）
＋Ｔ_１２Ｓ（ａ_ｄ，ｐ_ｄ，ａ_ｑ，ｐ_ｑ）×ｓｉｎ（１２×θ_ｅ）
＋Ｔ_１２Ｃ（ａ_ｄ，ｐ_ｄ，ａ_ｑ，ｐ_ｑ）×ｃｏｓ（１２×θ_ｅ） …式（３６）
式（３６）の添字ｓは正弦成分を表し、添字ｃは余弦成分を表す。なお、Ｔ_０〜Ｔ_１２の各成分は、パラメータ設定部１４で設定された電圧指令補正パラメータの関数となる。

上式より、電圧指令補正部１５は、調整振幅ａと、調整位相ｐを、６ｆ成分と１２ｆ成分が零を満たす以下の式（３７）のように演算する。

このように、ｄ軸とｑ軸の２軸の電圧指令値をそれぞれ補正することにより、６ｆと１２ｆリプルを低減する。

以上のように、本発明の第１の実施形態における電動機制御装置では、３相電圧指令値をｄ軸とｑ軸の電圧指令値に変換し、このｄ軸およびｑ軸の電圧指令を補正して、３相電圧指令補正値を演算するようにしたので、トルクリプルの低減性能を向上することができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。なお、以下の各実施形態における電動機制御装置の構成のうち第１の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
図４は、本発明の第２の実施形態における電動機制御装置の機能構成の一例を示す図である。
図４に示すように、本発明の第２の実施形態における電動機制御装置は、第１の実施形態と比較して、トルク検出部１６およびパラメータ学習部１７をさらに備える。
トルク検出部１６は、電動機１のトルクを検出する。
パラメータ学習部１７は、検出されたトルクから演算したリプルを用いて、電圧指令値の補正にかかるパラメータである調整振幅ａと調整位相ｐとを学習する。

このように構成された実施形態において、作用を説明する。
図５は、本発明の第２の実施形態における電動機制御装置による電圧指令値の補正にかかるパラメータ学習のための動作手順の一例を示すフローチャートである。
まず、トルク検出部１６は、電動機１のトルクＴ_fを検出する（ステップＳ２１）。
パラメータ学習部１７は、検出したトルクＴ_fのリプルｄＴ_fｄｔを、以下の式（３８）のように当該トルクＴ_fの時間微分から演算する（ステップＳ２２）。

ｄＴ_ｆｄｔ＝∂Ｔ_ｆ／∂Ｔ …式（３８）
パラメータ学習部１７は、以下の式（３９）のように、電圧指令補正信号が０となる時点のリプルｄＴ_fｄｔを用いて調整位相ｐを学習する（ステップＳ２３）。式（３９）はｑ軸の調整位相ｐ_ｑを学習するための式であるが、ｄ軸の調整位相ｐ_ｄも同様に学習することができる。これにより電圧指令補正部１５で使用されるパラメータｐ_ｑおよびｐ_ｑが最適化される。

ｐ_ｑ ^ｎｅｗ＝ｐ_ｑ ^ｏｌｄ＋ｇ_ｐｑ×ｄＴ_fｄｔ（ただし ∂ｄＶ_ｑｃ／∂ｔ＝０，ｄＶ_ｑｃ＞０）
＝ｐ_ｑ ^ｏｌｄ−ｇ_ｐｑ×ｄＴ_fｄｔ（ただし ∂ｄＶ_ｑｃ／∂ｔ＝０，ｄＶ_ｑｃ＜０）
＝ｐ_ｑ ^ｏｌｄ（ただし ∂ｄＶ_ｑｃ／∂ｔ≠０） …式（３９）
式（３９）のｇ_ｐｑは位相の学習ゲインであり、添字oldは学習前の値であり、添字newは学習後の値である。

また、パラメータ学習部１７は、以下の式（４０）のように電圧指令補正信号の時間微分が０、つまり電圧指令補正信号が最大または最小となる時点のリプルｄＴ_fｄｔを用いて調整振幅ａを学習する（ステップＳ２４）。式（４０）はｑ軸の調整振幅ａ_ｑを学習するための式であるが、ｄ軸の調整振幅ａ_ｄも同様に学習することができる。これにより電圧指令補正部１５で使用されるパラメータａ_ｄおよびｐ_ｑが最適化される。

ａ_ｑ ^ｎｅｗ＝ａ_ｑ ^ｏｌｄ＋ｇ_ａｑ×ｄＴ_fｄｔ（ただし ∂ｄＶ_ｑｃ／∂ｔ＝０，ｄＶ_ｑｃ＞０）
＝ａ_ｑ ^ｏｌｄ−ｇ_ａｑ×ｄＴ_fｄｔ（ただし ∂ｄＶ_ｑｃ／∂ｔ＝０，ｄＶ_ｑｃ＜０）
＝ａ_ｑ ^ｏｌｄ（ただし ｄＶ_ｑｃ≠０） …式（４０）
式（４０）の、ｇ_ａｑは振幅の学習ゲインである。

以上説明したように、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特徴に加え、電動機のトルクを検出し、この検出したトルクから電圧指令補正のパラメータを学習し、このパラメータをもとに電圧指令補正を行なうことができるので、トルクリプル低減性能をさらに向上することができる。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
図６は、本発明の第３の実施形態における電動機制御装置の機能構成の一例を示す図である。
図６に示すように、本発明の第３の実施形態における電動機制御装置は、第１の実施形態と比較して、速度検出部１８、トルク推定部２０およびパラメータ学習部１７をさらに備える。

速度検出部１８は、電動機の速度を検出する。
トルク推定部１９は、検出される速度から電動機１のトルクを推定する。
パラメータ学習部１７は、検出された速度から演算したリプルを用いて、電圧指令値の補正にかかるパラメータである調整振幅ａと調整位相ｐとを学習する。

このように構成された第３の実施形態において、作用を説明する。
図７は、本発明の第３の実施形態における電動機制御装置による電圧指令値の補正にかかるパラメータ学習のための動作手順の一例を示すフローチャートである。
まず、速度検出部１８は、電動機１の速度ω_ｆを検出する（ステップＳ３１）。

トルク推定部１９は、以下の式（４１）を用いて速度検出部１８で検出された速度ω_ｆからトルクＴ_ｅを推定する（ステップＳ３２）。

Ｔ_ｅ＝Ｊ×∂ω_ｆ／∂ｔ …式（４１）
式（４１）のＪは慣性モーメントである。

パラメータ学習部１７は、推定されたトルクＴ_eのリプルｄＴ_eｄｔを以下の式（４２）により、当該トルクＴ_eの時間微分から演算する（ステップＳ３３）。

ｄＴ_ｅｄｔ＝∂Ｔ_ｅ／∂ｔ＝Ｊ×∂^２ω_ｆ／∂ｔ^２ …式（４２）
パラメータ学習部１７は、以下の式（４３）にしたがって、電圧指令補正信号ｄＶ_ｃの時間微分が０、つまり電圧指令補正信号が最大または最小となる時点のリプルｄＴ_eｄｔを用いて調整位相ｐを学習する（ステップＳ３４）。

ｐ_ｑ ^ｎｅｗ＝ｐ_ｑ ^ｏｌｄ＋ｇ_ｐｑ×ｄＴ_ｅｄｔ（ただし ∂ｄＶ_ｑｃ／∂ｔ＝０，ｄＶ_ｑｃ＞０）
＝ｐ_ｑ ^ｏｌｄ−ｇ_ｐｑ×ｄＴ_ｅｄｔ（ただし ∂ｄＶ_ｑｃ／∂ｔ＝０，ｄＶ_ｑｃ＜０）
＝ｐ_ｑ ^ｏｌｄ（ただし ∂ｄＶ_ｑｃ／∂ｔ≠０） …式（４３）
式（４３）のｇ_ｐｑは振幅の学習ゲインである。

また、パラメータ学習部１７は、以下の式（４３）にしたがって、電圧指令補正信号ｄＶ_ｃが０となる時点のリプルｄＴ_eｄｔを用いて調整振幅ａを学習する（ステップＳ３５）。

ａ_ｑ ^ｎｅｗ＝ａ_ｑ ^ｏｌｄ＋ｇ_ａｑ×ｄＴ_ｅｄｔ（ただし ∂ｄＶ_ｑｃ／∂ｔ＝０，ｄＶ_ｑｃ＞０）
＝ａ_ｑ ^ｏｌｄ−ｇ_ａｑ×ｄＴ_ｅｄｔ（ただし ∂ｄＶ_ｑｃ／∂ｔ＝０，ｄＶ_ｑｃ＜０）
＝ａ_ｑ ^ｏｌｄ（ただし ｄＶ_ｑｃ≠０） …式（４４）
式（４４）のｇ_ａｑは位相の学習ゲインである。

以上説明したように、本発明の第３の実施形態によれば、第１の実施形態で説明した特徴に加え、電動機のトルクリプルを推定し、この推定したトルクリプルから電圧指令補正パラメータを学習し、このパラメータにしたがって電圧指令補正を行なうようにしたので、電動機のパラメータが変化した場合でもトルク検出を用いずにトルクリプル低減性能を向上することができる。

（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。
図８は、本発明の第４の実施形態における電動機制御装置の機能構成の一例を示す図である。
図８に示すように、本発明の第４の実施形態における電動機制御装置は、第１の実施形態と比較して、電流検出部４、３相２相変換部５、トルク推定部２０およびパラメータ学習部１７をさらに備える。
このように構成された第４の実施形態において、作用を説明する。
図９は、本発明の第４の実施形態における電動機制御装置による電圧指令値の補正にかかるパラメータ学習のための動作手順の一例を示すフローチャートである。
まず、電流検出部４は、電動機の直交静止座標系での３相電流Ｉ_ｕｆ、Ｉ_ｖｆ、Ｉ_ｗｆを検出する（ステップＳ４１）。

３相２相変換部５は、電流検出部４からの直交静止座標系での３相で示される電流値Ｉ_ｕｆ、Ｉ_ｖｆ、Ｉ_ｗｆを、前述した式（２）にしたがって直交静止座標系の２相で示される電流値Ｉ_αｆ、Ｉ_βｆに変換する（ステップＳ４２）。

３相２相変換部５は、この変換した２相の電流値Ｉ_αｆ、Ｉ_βｆを、前述した式（３）にしたがって直交回転座標系の電流値Ｉ_ｄｆ、Ｉ_ｑｆに変換する（ステップＳ４３）。

すなわち、３相２相変換部５は、回転角検出部２により演算された電気角θ_ｅに基づき、直交静止座標系の電流値Ｉ_α、Ｉ_βを直交回転座標系の電流値Ｉ_ｄｆ、Ｉ_ｑｆに変換して、トルク推定部２０に出力する。

トルク推定部２０は、例えば以下の式（４５）のように、ｄ軸の誘起電圧推定値Ｅ_ｄｅおよびｑ軸の誘起電圧推定値Ｅ_ｑｅを演算する（ステップＳ４４）。

トルク推定部２０は、これら演算したｄ軸の誘起電圧推定値Ｅ_ｄｅおよびｑ軸の誘起電圧推定値Ｅ_ｑｅとステップＳ４３の処理で３相２相変換部５により変換した直交回転座標系の電流値Ｉ_ｄｆ、Ｉ_ｑｆから、以下の式（４６）のようにトルクのリプルｄＴ_eｄｔを演算する（ステップＳ４５）。

ｄＴ_ｅｄｔ＝∂Ｔ_ｅ／∂ｔ
＝∂（（Ｅ_ｄｅ×Ｉ_ｄｆ×Ｅ_ｑｅ×Ｉ_ｑｆ）／ω）／∂ｔ …式（４６）
パラメータ学習部１７は、この演算したリプルｄＴ_eｄｔを用いて、第３の実施形態のステップＳ３４，Ｓ３５の処理と同様に、調整振幅ａと振幅位相ｐとをそれぞれ学習する（ステップＳ４５，Ｓ４６）。

以上説明したように、本発明の第４の実施形態によれば、第１の実施形態で説明した特徴に加え、電動機のトルクリプルを推定し、この推定したトルクリプルから電圧指令補正パラメータを学習し、このパラメータにしたがって電圧指令補正を行なうようにしたので、電動機のパラメータが変化した場合でもトルク検出を用いずにトルクリプル低減性能を向上することができる。

（第５の実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。
図１０は、本発明の第５の実施形態における電動機制御装置の機能構成の一例を示す図である。
図１０に示すように、本発明の第５の実施形態における電動機制御装置は、第４の実施形態と比較して、電動機の温度を検出する温度検出部２１をさらに備え、トルク推定部２０に代えて温度とｄ／ｑ電流値からトルクを推定するトルク推定部２２をさらに備える。
このように構成された第５の実施形態において、作用を説明する。

図１１は、本発明の第５の実施形態における電動機制御装置による電圧指令値の補正にかかるパラメータ学習のための動作手順の一例を示すフローチャートである。
まず、温度検出部２１は、電動機１の温度ｔｅｍｐを検出する（ステップＳ５１）。
トルク推定部２２は、誘起電圧の係数が温度ｔｅｍｐの関数として、例えば以下の式（４７）のように、ｄ軸の誘起電圧推定値Ｅ_ｄｅおよびｑ軸の誘起電圧推定値Ｅ_ｑｅをそれぞれ演算する（ステップＳ５２）。

トルク推定部２０は、これら演算したｄ軸の誘起電圧推定値Ｅ_ｄｅおよびｑ軸の誘起電圧推定値Ｅ_ｑｅとステップＳ４３の処理で３相２相変換部５により変換した直交回転座標系の電流値Ｉ_ｄｆ、Ｉ_ｑｆから、前述した式（４６）のようにトルクのリプルｄＴ_eｄｔを演算する（ステップＳ５３）
パラメータ学習部１７は、この演算したリプルｄＴ_eｄｔを用いて、第４の実施形態のステップＳ４５，Ｓ４６の処理と同様に、調整振幅ａと振幅位相ｐとをそれぞれ学習する（ステップＳ５４，Ｓ５５）。

以上説明したように、本発明の第５の実施形態によれば、第４の実施形態で説明した特徴に加え、電動機の温度を検出し、検出した温度を用いてトルクを推定し、この推定したトルクリプルから補正パラメータを学習し、このパラメータにしたがって電圧指令補正を行なうようにしたので、電動機の温度が変化した場合でもトルクリプル低減性能を向上させることができる。

（第６の実施形態）
次に、本発明の第６の実施形態について説明する。
図１２は、本発明の第６の実施形態における電動機制御装置の機能構成の一例を示す図である。
図１２に示すように、本発明の第６の実施形態における電動機制御装置は、第１の実施形態と比較して、電流検出部４および３相２相変換部５をさらに備え、回転角検出部２に代えて回転角推定部２３をさらに備える。
このように構成された第６の実施形態において、作用を説明する。
図１３は、本発明の第６の実施形態における電動機制御装置による動作手順の一例を示すフローチャートである。
まず、第１の実施形態で説明したステップＳ３〜Ｓ７までの処理が、三相短絡時の相電流の立ち上がり偏差に基づいた電気角にしたがってなされる。そして、電流検出部４は、電動機１の静止座標系での３相電流値Ｉ_ｕｆ、Ｉ_ｖｆ、Ｉ_ｗｆを検出する（ステップＳ６１）。

３相２相変換部５は、３相電流値Ｉ_ｕｆ、Ｉ_ｖｆ、Ｉ_ｗｆを前述した式（２）にしたがって、直交静止座標系の２相で示される電流値Ｉ_αｆ、Ｉ_βｆに変換する（ステップＳ６２）。

３相２相変換部５は、この変換された２相の電流値Ｉ_αｆ、Ｉ_βｆを、三相短絡時の相電流の立ち上がり偏差に基づいた電気角に基づき、以下の式（４８）にしたがって直交回転座標系のｄ軸の電流値Ｉ_ｄｆ、ｑ軸の電流値Ｉ_ｑｆに変換する（ステップＳ６３）。

回転角推定部２３は、３相２相変換部５により変換されたｄ軸の電流値Ｉ_ｄｆ、ｑ軸の電流値Ｉ_ｑｆと第１の実施形態で説明したように電圧指令補正部１５により演算したｄ軸の電圧指令補正値Ｖ_ｄｃおよびｑ軸の電圧指令補正値Ｖ_ｑｃから、以下の式（４９）のように、ｄ軸の誘起電圧推定値Ｅ_ｄｅおよびｑ軸の誘起電圧推定値Ｅ_ｑｅを演算する（ステップＳ６４）。

回転角推定部２３は、回転角補正量Δθ_ｃを、以下の式（５０）のように誘起電圧推定値Ｅ_ｄｅ、Ｅ_ｑｅから演算する（ステップＳ６５）。

Δθ_ｃ＝−ｔａｎ^−１（Ｅ_ｄｅ／Ｅ_ｑｅ） …式（５０）
そして、回転角推定部２３は、回転角推定値θ_ｅを、以下の式（５１），（５２）のような位相同期ループ（ＰＬＬ）で演算する（ステップＳ６６）。

ω_ｅ＝（Ｋ_ｐ＋Ｋ_ｉ／ｓ）・Δθ_ｅ …式（５１）
式（５１）のＫ_ｐはＰＬＬの比例ゲインで、Ｋ_ｉはＰＬＬの積分ゲインである。

θ_ｅ＝（１／ｓ）・ω_ｅ …式（５２）
式（５１），（５２）のω_ｅは速度推定値である。

２相３相変換部１０は、このように演算された回転角推定値θ_ｅをもとに電気角θ_ｃを演算し、この電気角に基づき、直交回転座標系の電圧指令補正値Ｖ_ｄｃ、Ｖ_ｑｃを、以下の式（５３）のように直交静止座標系の電圧指令補正値Ｖ_αｃ、Ｖ_βｃに変換する（ステップＳ６７）。

２相３相変換部１０は、この変換された２相で示される直交静止座標系の電圧指令補正値Ｖ_αｃ、Ｖ_βｃを、前述した式（３１）のように、３相で示される直交静止座標系の電圧指令補正値Ｖ_ｕｃ、Ｖ_ｖｃ、Ｖ_ｗｃに変換する（ステップＳ６８）。駆動部３は、この電圧指令補正値により電動機１を駆動させる（ステップＳ６９）。

以上説明したように、本発明の第６の実施形態によれば、電動機の回転角を推定し、この推定した回転角を用いて電圧指令補正指令を２相３相変換するようにしたので、第１の実施形態で行なったような回転角検出を用いずにトルクリプル低減性能を向上することができる。

（第７の実施形態）
次に、本発明の第７の実施形態について説明する。
図１４は、本発明の第７の実施形態における電動機制御装置の機能構成の一例を示す図である。
図１４に示すように、本発明の第７の実施形態における電動機制御装置は、第６の実施形態と比較して、温度検出部２１をさらに備え、回転角推定部２３に代えて回転角推定部２４をさらに備える。
温度検出部２１は、電動機１の温度を検出する。回転角推定部２４は、温度検出部２１により検出された温度を用いて電動機１の回転角を推定する。

このように構成された第７の実施形態において、作用を説明する。
図１５は、本発明の第７の実施形態における電動機制御装置による動作手順の一例を示すフローチャートである。
まず、第１の実施形態で説明したステップＳ３〜Ｓ７までの処理がなされ、第６の実施形態で説明したステップＳ６１〜Ｓ６３までの処理がなされる。
そして、温度検出部２１は、電動機の温度ｔｅｍｐを検出する（ステップＳ７１）。

回転角推定部２４は、以下の式（５４）にしたがって電機子巻線抵抗Ｒａを温度ｔｅｍｐの関数として演算する。

Ｒａ＝Ｒａ（ｔｅｍｐ）＝Ｒａ０×（１＋ｋｔ×ｔｅｍｐ） …式（５４）
回転角推定部２４は、この演算した電機子巻線抵抗Ｒａ、３相２相変換部５により変換されたｄ軸の電流値Ｉ_ｄｆ、ｑ軸の電流値Ｉ_ｑｆと第１の実施形態で説明したように電圧指令補正部１５により演算したｄ軸の電圧指令補正値Ｖ_ｄｃおよびｑ軸の電圧指令補正値Ｖ_ｑｃから、以下の式（５５）のように、ｄ軸の誘起電圧推定値Ｅ_ｄｅおよびｑ軸の誘起電圧推定値Ｅ_ｑｅを演算する（ステップＳ７２）。

以降は、第６の実施形態で説明したステップＳ６５以降の処理がなされる。

以上説明したように、本発明の第７の実施形態によれば、第６の実施形態で説明した特徴に加え、電動機の温度を検出し、この検出した温度を用いて回転角を推定し、この推定した回転角を用いて電圧指令補正値を２相３相変換するようにしたので、電動機の温度が変化した場合でも回転角検出を用いずにトルクリプル低減性能を向上することができる。

なお、この発明は前記実施形態そのままに限定されるものではなく実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、前記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を省略してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

１，３１…電動機、２，３２…回転角検出部、３，３３…駆動部、４，３４…電流検出部、５，１３，３５…３相２相変換部、１０，４０…２相３相変換部、１１，３６…目標設定部、１２…３相電圧指令部、１４…パラメータ設定部、１５…電圧指令補正部、１６…トルク検出部、１７…パラメータ学習部、１８…速度検出部、１９，２０，２２…トルク推定部、２１…温度検出部、２３，２４…回転角推定部、３７…ｄ／ｑ軸電流指令部、３８…電流指令補正部、３９…電流制御部。

Claims (7)

1. 電動機の回転角を検出する回転角検出手段と、
   前記電動機の３相電圧指令値を演算する３相電圧指令手段と、
   前記回転角検出手段により検出した回転角をもとに前記３相電圧指令手段により演算した３相電圧指令値からｄ軸電圧指令値およびｑ軸電圧指令値を演算する３相２相変換手段と、
   前記３相２相変換手段により演算したｄ軸電圧指令値およびｑ軸電圧指令値を前記電動機のトルクリプルが低減する値に補正する電圧指令補正手段と、
   前記電圧指令補正手段による補正結果をもとに３相電圧指令補正値を演算する２相３相変換手段と、
   前記２相３相変換手段により演算した３相電圧指令補正値で前記電動機を駆動する駆動手段と
   を備えたことを特徴とする電動機制御装置。
2. 前記電動機のトルクを検出するトルク検出手段と、
   前記トルク検出手段により検出したトルクから前記電圧指令補正手段による補正を行なうためのパラメータを学習するパラメータ学習手段とをさらに備え、
   前記電圧指令補正手段は、前記パラメータ学習手段により学習したパラメータをもとに前記電圧指令値の補正を行なう
   ことを特徴とする請求項１記載の電動機制御装置。
3. 前記電動機の速度を検出する速度検出手段と、
   前記速度検出手段により検出した速度から前記電動機のトルクを推定するトルク推定手段と、
   前記トルク推定手段により推定したトルクから前記電圧指令補正手段による補正を行なうためのパラメータを学習するパラメータ学習手段とをさらに備え
   前記電圧指令補正手段は、前記パラメータ学習手段により学習したパラメータをもとに前記電圧指令値の補正を行なう
   ことを特徴とする請求項１記載の電動機制御装置。
4. 前記電動機の３相電流を検出する３相電流検出手段と、
   前記３相電流検出手段により検出した３相電流からｄ軸電流値とｑ軸電流値を演算する電流３相２相変換手段と、
   前記電流３相２相変換手段により演算したｄ軸電流値およびｑ軸電流値から前記電動機のトルクを推定するトルク推定手段と、
   前記トルク推定手段により推定したトルクから前記電圧指令補正手段による補正を行なうためのパラメータを学習するパラメータ学習手段とをさらに備え
   前記電圧指令補正手段は、前記パラメータ学習手段により学習したパラメータをもとに前記電圧指令値の補正を行なう
   たことを特徴とする請求項１記載の電動機制御装置
5. 前記電動機の温度を検出する温度検出手段をさらに備え、
   前記トルク推定手段は、
   前記検出した温度、前記電流３相２相変換手段により演算したｄ軸電流値およびｑ軸電流値から前記電動機のトルクを推定する
   ことを特徴とする請求項４記載の電動機制御装置。
6. 電動機の３相電圧指令値を演算する３相電圧指令手段と、
   前記３相電圧指令手段により演算した３相電圧指令値からｄ軸電圧指令値およびｑ軸電圧指令値を演算する電圧３相２相変換手段と、
   前記電圧３相２相変換手段により演算したｄ軸電圧指令値およびｑ軸電圧指令値を前記電動機のトルクリプルが低減する値に補正する電圧指令補正手段と、
   前記電圧指令補正手段による補正結果をもとに３相電圧指令補正値を演算する２相３相変換手段と、
   前記電動機の３相電流を検出する３相電流検出手段と、
   前記３相電流検出手段により検出した３相電流からｄ軸電流値とｑ軸電流値を演算する電流３相２相変換手段と、
   前記電圧指令補正手段による補正結果、前記電流３相２相変換手段により演算したｄ軸電流値およびｑ軸電流値から前記電動機の回転角を推定する回転角推定手段と
   前記電圧２相３相変換手段が前記回転角推定手段により推定した回転角にしたがって演算した３相電圧指令補正値で前記電動機を駆動する駆動手段と
   を備えたことを特徴とする電動機制御装置。
7. 前記電動機の温度を検出する温度検出手段をさらに備え、
   前記回転角推定手段は、
   前記温度検出手段により検出した温度、前記電圧指令補正手段による補正結果、前記電流３相２相変換手段により演算したｄ軸電流値およびｑ軸電流値から前記電動機の回転角を推定する
   ことを特徴とする請求項６記載の電動機制御装置。

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