JP6166601B2 - モータ制御装置及び発電機制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータ制御装置及び発電機制御装置に関する。

従来から、３相モータの制御方式として、直接トルク制御（DTC:Direct Torque Control）が提案されている。直接トルク制御の一例では、３相電流ｉが検出される。３相電流ｉが、２相電流ｉ_αβに変換される。２相電流ｉ_αβと、目標２相電圧ｖ_αβ ^*とから、式（Ａ−１）〜（Ａ−４）を用いて、３相モータの電機子鎖交磁束と、電機子鎖交磁束の位相と、モータトルクとが推定される。つまり、推定磁束ψ_αβと、推定磁束ψ_αβの位相θ_Sと、推定トルクＴとが求められる。α軸推定磁束ψ_αは、推定磁束ψ_αβのα軸成分である。β軸推定磁束ψ_βは、推定磁束ψ_αβのβ軸成分である。α軸電流ｉ_αは、２相電流ｉ_αβのα軸成分である。β軸電流ｉ_βは、２相電流ｉ_αβのβ軸成分である。目標α軸電圧ｖ_α ^*は、目標２相電圧ｖ_αβ ^*のα軸成分である。目標β軸電圧ｖ_β ^*は、目標２相電圧ｖ_αβ ^*のβ軸成分である。ψ_α|t=0は、時刻ｔ＝０におけるψ_αの値（ψ_αの初期値）である。ψ_β|t=0は、時刻ｔ＝０におけるψ_βの値（ψ_βの初期値）である。Ｒ_aは、３相モータの電機子巻線の一相当たりの抵抗値である。Ｐ_nは、モータの極対数である。

次に、推定トルクＴと、目標トルクＴ^*との誤差（トルク誤差ΔＴ＝Ｔ^*−Ｔ）が求められる。トルク誤差ΔＴと、位相θ_Sと、電機子鎖交磁束の振幅の目標値（目標磁束）｜ψ_S ^*｜とから、電機子鎖交磁束の目標ベクトル（目標磁束ベクトル）ψ_αβ ^*が求められる。目標磁束｜ψ_S ^*｜は、目標磁束｜ψ_S ^*｜と目標トルクＴ^*の関係を表すテーブルデータを用いて、目標トルクＴ^*に応じて特定される。テーブルデータは、予め準備される。

推定磁束ψ_αβが目標磁束ベクトルψ_αβ ^*に一致するように、式（Ａ−５）及び（Ａ−６）を用いて、目標２相電圧ｖ_αβ ^*が求められる。ψ_α ^*は、目標磁束ベクトルψ_αβ ^*のα軸成分である。ψ_β ^*は、目標磁束ベクトルψ_αβ ^*のβ軸成分である。

目標２相電圧ｖ_αβ ^*は、目標３相電圧ｖ_uvw ^*（ｖ_u ^*、ｖ_v ^*及びｖ_w ^*）に変換される。インバータによって、目標３相電圧ｖ_uvw ^*に対応する電圧ベクトルが生成される。この電圧ベクトルが、３相モータに印加される。

上述のモータ制御方式では、指令磁束演算器(RFVC: Reference Flux Vector Calculator)を用いて目標磁束ベクトルを特定する。このため、上述のモータ制御方式を、RFVC DTC(Reference Flux Vector Calculation Direct Torque Control)と称することができる。

特許文献１及び非特許文献１には、直接トルク制御を用いたモータ制御装置の例が記載されている。

特開２００９−３３８７６号公報

井上、他３名，「直接トルク制御による埋込磁石同期モータのトルクリプル低減と弱め磁束制御（Torque ripple reduction, and flux-weakening control forinterior permanent magnet synchronous motor based on direct torque control）」，平成１８年電気学会全国大会講演論文集，電気学会，平成１８年３月，第４分冊，４−１０６，ｐ．１６６

直接トルク制御を用いた従来のモータ制御装置は、３相モータの高速化に十分には対応していない。本発明は、このような事情に鑑みてなされたものである。

すなわち、本開示は、
３相モータの電機子鎖交磁束及びモータトルクがそれぞれ目標磁束及び目標トルクに追従するように、インバータによって前記３相モータに電圧ベクトルを印加するモータ制御装置であって、
前記目標磁束を特定する磁束振幅指令演算部と、
前記目標磁束と、推定された前記電機子鎖交磁束の位相とに基づいて、目標磁束ベクトルを特定する磁束指令演算部と、
前記目標磁束ベクトルと、推定された前記電機子鎖交磁束との差から、前記電圧ベクトルを特定する電圧指令演算部と、
を備え、
前記磁束振幅指令演算部は、（i）前記目標トルクから前記目標磁束としての第１の目標磁束を特定する第１の磁束振幅指令演算部と、（ii）前記第１の目標磁束と、前記３相モータの回転数又は推定された前記電機子鎖交磁束とから、前記磁束指令演算部に与えるべき第２の目標磁束を特定する第２の磁束振幅指令演算部とを有し、
前記第２の目標磁束を前記磁束指令演算部に与えたときに前記３相モータを流れる電流又は前記３相モータで発生する電力損失が、前記第２の目標磁束に代えて前記第１の目標磁束を前記磁束指令演算部に与えたときに前記３相モータを流れる電流又は前記３相モータで発生する電力損失を下回るように、前記第２の磁束振幅指令演算部が構成されている、モータ制御装置を提供する。

上記の技術によれば、３相モータの高速化に伴うモータ電流の増加又は電力損失の増加を抑制できる。

３相モータ、インバータ及びモータ制御装置のブロック図 ｄｑ座標系を説明するための図 αβ座標系を説明するための図 第１の実施形態に係るモータ制御装置のブロック図 目標磁束ベクトルの特定方法を説明するブロック図 ３相モータの回転数と、目標磁束ベクトルの振幅に対する推定磁束の振幅の比率との関係を表すグラフ 第１の実施形態における、３相モータの回転数と、第２の目標磁束を求めるために第１の目標磁束に乗ぜられる係数との関係を表すグラフ 第１の実施形態に係るモータ制御装置を用いた場合の、３相モータの回転数と、第１の目標磁束に対する推定磁束の振幅の比率との関係を表すグラフ 変形例における、係数Ｋと相電流との関係及び係数Ｋと電力損失との関係を表すグラフ 第２の実施形態に係るモータ制御装置のブロック図 第２の実施形態における磁束振幅補正量の決定方法を説明するブロック図 第３の実施形態に係るモータ制御装置のブロック図 第３の実施形態における磁束振幅補正量の決定方法を説明するブロック図 第４の実施形態に係るモータ制御装置のブロック図 第４の実施形態における、係数Ｋ_teと、相電流との関係を表すグラフ 第５の実施形態に係る発電機制御装置のブロック図

本開示の第１態様は、
３相モータの電機子鎖交磁束及びモータトルクがそれぞれ目標磁束及び目標トルクに追従するように、インバータによって前記３相モータに電圧ベクトルを印加するモータ制御装置であって、
前記目標磁束を特定する磁束振幅指令演算部と、
前記目標磁束と、推定された前記電機子鎖交磁束の位相とに基づいて、目標磁束ベクトルを特定する磁束指令演算部と、
前記目標磁束ベクトルと、推定された前記電機子鎖交磁束との差から、前記電圧ベクトルを特定する電圧指令演算部と、
を備え、
前記磁束振幅指令演算部は、（i）前記目標トルクから前記目標磁束としての第１の目標磁束を特定する第１の磁束振幅指令演算部と、（ii）前記第１の目標磁束と、前記３相モータの回転数又は推定された前記電機子鎖交磁束とから、前記磁束指令演算部に与えるべき第２の目標磁束を特定する第２の磁束振幅指令演算部とを有し、
前記第２の目標磁束を前記磁束指令演算部に与えたときに前記３相モータを流れる電流又は前記３相モータで発生する電力損失が、前記第２の目標磁束に代えて前記第１の目標磁束を前記磁束指令演算部に与えたときに前記３相モータを流れる電流又は前記３相モータで発生する電力損失を下回るように、前記第２の磁束振幅指令演算部が構成されている、モータ制御装置を提供する。

第１態様によれば、３相モータの高速化に伴うモータ電流の増加又は電力損失の増加を抑制できる。

本開示の第２態様は、第１態様に加え、前記第２の磁束振幅指令演算部は、前記第１の目標磁束よりも小さい前記第２の目標磁束を特定するモータ制御装置を提供する。第２態様の構成によれば、第２の目標磁束に基づいて特定される目標磁束ベクトルが、モータ電流又は電力損失を最小値とするためのベクトルに近づく。

本開示の第３態様は、第１態様又は第２態様に加え、前記第２の磁束振幅指令演算部は、前記回転数が大きければ大きいほど前記第１の目標磁束と前記第２の目標磁束との差が増加するように、前記第２の目標磁束を特定するモータ制御装置を提供する。第３態様の構成によれば、３相モータの回転数に応じた第２の目標磁束を特定できる。

本開示の第４態様は、第１〜第３態様のいずれか１つに加え、前記第２の磁束振幅指令演算部は、前記回転数を用いて、推定された前記電機子鎖交磁束の振幅が前記第１の目標磁束に一致するように、前記第２の目標磁束を特定するモータ制御装置を提供する。

本開示の第５態様は、第１〜第３態様のいずれか１つに加え、前記第２の磁束振幅指令演算部は、推定された前記電機子鎖交磁束と前記第１の磁束振幅指令演算部で特定された前記第１の目標磁束とを用いて、推定された前記電機子鎖交磁束の振幅と前記第１の目標磁束との差がゼロに収束するように、前記第２の目標磁束を特定するモータ制御装置を提供する。

本開示の第６態様は、第１〜第３態様のいずれか１つに加え、前記第２の磁束振幅指令演算部は、前記３相モータを流れる電流に基づいて前記第１の目標磁束を再導出し、推定された前記電機子鎖交磁束と再導出された前記第１の目標磁束とを用いて、推定された前記電機子鎖交磁束の振幅と再導出された前記第１の目標磁束との差がゼロに収束するように、前記第２の目標磁束を特定するモータ制御装置を提供する。

第４態様の第２の磁束振幅指令演算部は、３相モータの回転数を用いるため、３相モータの回転数が変動する場合も、３相モータの回転数に適合した第２の目標磁束を特定できる。第５態様又は第６態様の第２の磁束振幅指令演算部は、電機子鎖交磁束の振幅と第１の目標磁束との差がゼロになるような制御（フィードバック制御）を行うので、３相モータの回転数が変動する場合も、３相モータの回転数に適合した第２の目標磁束を特定できる。

本開示の第７態様は、第１〜第６態様のいずれか１つに加え、推定された前記電機子鎖交磁束及び前記３相モータを流れる電流に基づいて、前記モータトルクを推定し、前記３相モータを流れる電流及び前記回転数に基づいて、推定された前記モータトルクを補正する、トルク推定部をさらに備えたモータ制御装置を提供する。第７態様の構成によれば、トルク推定部が３相モータの回転数に基づいてモータトルクを補正する。従って、３相モータの回転数が変動する場合も、３相モータの回転数に適合するように、モータトルクを補正できる。

本開示の第８態様は、
３相発電機の電機子鎖交磁束及び発電機トルクがそれぞれ目標磁束及び目標トルクに追従するように、コンバータによって前記３相発電機に電圧ベクトルを印加する発電機制御装置であって、
前記目標磁束を特定する磁束振幅指令演算部と、
前記目標磁束と、推定された前記電機子鎖交磁束の位相とに基づいて、目標磁束ベクトルを特定する磁束指令演算部と、
前記目標磁束ベクトルと、推定された前記電機子鎖交磁束との差から、前記電圧ベクトルを特定する電圧指令演算部と、
を備え、
前記磁束振幅指令演算部は、（i）前記目標トルクから前記目標磁束としての第１の目標磁束を特定する第１の磁束振幅指令演算部と、（ii）前記第１の目標磁束と、前記３相発電機の回転数又は推定された前記電機子鎖交磁束とから、前記磁束指令演算部に与えるべき第２の目標磁束を特定する第２の磁束振幅指令演算部とを有し、
前記第２の目標磁束を前記磁束指令演算部に与えたときに前記３相発電機を流れる電流又は前記３相発電機で発生する電力損失が、前記第２の目標磁束に代えて前記第１の目標磁束を前記磁束指令演算部に与えたときに前記３相発電機を流れる電流又は前記３相発電機で発生する電力損失を下回るように、前記第２の磁束振幅指令演算部が構成されている、発電機制御装置を提供する。

このような発電機制御装置によれば、第１態様により得られる効果と同様の効果が得られる。

本開示の第９態様は、
３相モータの電機子鎖交磁束及びモータトルクがそれぞれ目標磁束及び目標トルクに追従するように、インバータによって前記３相モータに電圧ベクトルを印加するモータ制御方法であって、
前記目標磁束を特定する磁束振幅指令演算工程と、
前記目標磁束と、推定された前記電機子鎖交磁束の位相とに基づいて、目標磁束ベクトルを特定する磁束指令演算工程と、
前記目標磁束ベクトルと、推定された前記電機子鎖交磁束との差から、前記電圧ベクトルを特定する電圧指令演算工程と、
を備え、
前記磁束振幅指令演算工程は、（i）前記目標トルクから前記目標磁束としての第１の目標磁束を特定する第１の磁束振幅指令演算工程と、（ii）前記第１の目標磁束と、前記３相モータの回転数又は推定された前記電機子鎖交磁束とから、前記磁束指令演算部に与えるべき第２の目標磁束を特定する第２の磁束振幅指令演算工程とを有し、
前記第２の目標磁束を前記磁束指令演算部に与えたときに前記３相モータを流れる電流又は前記３相モータで発生する電力損失が、前記第２の目標磁束に代えて前記第１の目標磁束を前記磁束指令演算部に与えたときに前記３相モータを流れる電流又は前記３相モータで発生する電力損失を下回る、モータ制御方法を提供する。

このようなモータ制御方法によれば、第１態様により得られる効果と同様の効果が得られる。

以下、本発明の各実施形態を図面に基づいて説明する。

図１に示すように、本発明の各実施形態に係るモータ制御装置３，１０３，２０３，３０３は、インバータ（電圧変換回路）２及び３相モータ１に接続されうる。

（３相モータ１）
３相モータ１は、回転子と、固定子とを有している。回転子は、永久磁石を備えている。固定子は、３相分の電機子巻線を有している。３相モータ１のＵ相に対応する電機子巻線をＵ相巻線と称することがある。３相モータ１のＶ相に対応する電機子巻線をＶ相巻線と称することがある。３相モータ１のＷ相に対応する電機子巻線をＷ相巻線と称することがある。３相モータ１は、例えば３相永久磁石同期モータである。

（インバータ２）
インバータ２は、具体的にはＰＷＭ（Pulse Width Modulation）インバータである。より具体的には、インバータ２は、直流電源と変換回路とを有している。直流電源は、直流電圧を出力する。変換回路は、ＰＷＭ制御によって、直流電圧を電圧ベクトル（３相交流電圧）に変換する。インバータ２は、電圧ベクトルを３相モータ１に印加する。

以下では、ｄｑ座標系に基づいてモータ制御装置を説明することがある。また、αβ座標系に基づいてモータ制御装置を説明することもある。ｄｑ座標系及びαβ座標系は、二次元の直交座標系である。ｄｑ座標系及びαβ座標系について、図２を用いて説明する。

図２Ａに示すｄｑ座標系は、回転座標系である。ｄ軸及びｑ軸は、永久磁石１ｍが作る磁束の回転速度（回転数）と同じ速度で回転する。反時計回り方向が、位相の進み方向である。永久磁石１ｍは、３相モータ１の回転子に設けられた永久磁石を表す。ｄ軸は、永久磁石１ｍが作る磁束の方向に延びる軸として設定されている。ｑ軸は、ｄ軸を進み方向に９０度回転させた軸として設定されている。Ｕ軸は、Ｕ相巻線に対応する。Ｖ軸は、Ｖ相巻線に対応する。Ｗ軸は、Ｗ相巻線に対応する。Ｕ軸、Ｖ軸及びＷ軸は、回転子が回転しても、回転しない。つまり、Ｕ軸、Ｖ軸及びＷ軸は、固定軸である。角度（位相）θは、Ｕ軸からみたｄ軸の進み角である。角度θは、回転子位置又は磁極位置とも称される。回転数ωは、回転子の回転数を表す。本明細書では、特に断りが無い限り、角度は電気角を意味する。ｄ軸とｑ軸との間の角度、角度θ及び回転数ωは、電気角に基づいた値である。

図２Ｂに示すαβ座標系は、固定座標系である。α軸及びβ軸は、固定軸である。反時計回り方向が、位相の進み方向である。α軸は、Ｕ軸と同一方向に延びる軸として設定されている。β軸は、α軸を進み方向に９０度回転させた軸として設定されている。

図１に示すように、モータ制御装置３，１０３，２０３，３０３は、３相モータ１を流れる３相電流ｉを検出する。モータ制御装置３，１０３，２０３，３０３には、目標トルクＴ^*が入力される。モータ制御装置３，１０３，２０３，３０３は、３相電流ｉと目標トルクＴ^*とを用いて、インバータ２を介して３相モータ１を制御する。以下、各実施形態のモータ制御装置を順に説明する。

（第１の実施形態）
図３に示すように、モータ制御装置３は、電流センサ５、３相２相座標変換部２２、磁束・トルク推定部２３、減算部２４、第１の磁束振幅指令演算部２５、第２の磁束振幅指令演算部３１、磁束指令演算部２６、電圧指令演算部２９及び２相３相座標変換部３０を備えている。

モータ制御装置３の一部又は全部の要素は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）又はマイクロコンピュータにおいて実行される制御アプリケーションによって提供され得る。ＤＳＰ又はマイクロコンピュータは、コア、メモリ、Ａ／Ｄ変換回路及び通信ポート等の周辺装置を含んでいてもよい。また、モータ制御装置３の一部又は全部の要素は、論理回路によって構成されていてもよい。

（モータ制御装置３による制御の概要）
以下、モータ制御装置３の動作の概要を説明する。電流センサ５によって、Ｕ相電流ｉ_u及びＶ相電流ｉ_vが検出される。Ｕ相電流ｉ_uは、３相電流ｉのＵ相成分である。Ｖ相電流ｉ_vは、３相電流ｉのＶ相成分である。３相２相座標変換部２２によって、Ｕ相電流ｉ_u及びＶ相電流ｉ_vが、２相電流ｉ_αβに変換される。磁束・トルク推定部２３によって、２相電流ｉ_αβと、目標２相電圧ｖ_αβ ^*とから、推定磁束ψ_αβと、推定磁束ψ_αβの位相θ_sと、推定トルクＴとが求められる。つまり、磁束・トルク推定部２３によって、モータトルク及び電機子鎖交磁束が推定される。減算部２４によって、推定トルクＴと目標トルクＴ^*との差（トルク誤差ΔＴ：Ｔ^*−Ｔ）が求められる。第１の磁束振幅指令演算部２５によって、目標トルクＴ^*から、第１の目標磁束｜ψ_S ^*｜が特定される。第２の磁束振幅指令演算部３１によって、第１の目標磁束｜ψ_S ^*｜と、回転数ωとから、第２の目標磁束｜ψ_S ^**｜が特定される。磁束指令演算部２６によって、第２の目標磁束｜ψ_S ^**｜と、位相θ_sと、トルク誤差ΔＴとから、目標磁束ベクトルψ_αβ ^*が特定される。電圧指令演算部２９によって、目標磁束ベクトルψ_αβ ^*と、推定磁束ψ_αβと、２相電流ｉ_αβとから、目標２相電圧ｖ_αβ ^*が特定される。２相３相座標変換部３０によって、目標２相電圧ｖ_αβ ^*が、目標３相電圧ｖ_uvw ^*に変換される。目標３相電圧ｖ_uvw ^*は、インバータ２に参照される。このような制御により、３相モータ１は、電機子鎖交磁束の振幅及びモータトルクがそれぞれ第１の目標磁束｜ψ_S ^*｜及び目標トルク指令Ｔ^*に追従するように制御される。

本明細書では、２相電流ｉ_αβは、実際に３相モータ１を流れる電流ではなく、情報として伝達される電流値を意味する。同様に、目標２相電圧ｖ_αβ ^*、推定磁束ψ_αβ、位相θ_s、推定トルクＴ、目標トルクＴ^*、第１の目標磁束｜ψ_S ^*｜、第２の目標磁束｜ψ_S ^**｜、目標磁束ベクトルψ_αβ ^*及び目標３相電圧ｖ_uvw ^*も、情報として伝達される値を意味する。

次に、モータ制御装置３の詳細を説明する。

（電流センサ５）
電流センサ５は、３相電流ｉを検出する。本実施形態では、電流センサ５は、Ｕ相電流ｉ_u及びＶ相電流ｉ_vを検出する。電流センサ５は、Ｕ相電流ｉ_u及びＶ相電流ｉ_vを出力する。

（３相２相座標変換部２２）
３相２相変換部２２は、３相電流ｉを２相電流ｉ_αβに変換する。本実施形態では、３相２相変換部２２は、Ｕ相電流ｉ_u及びＶ相電流ｉ_vを、α軸電流ｉ_α及びβ軸電流ｉ_βに変換する。α軸電流ｉ_α及びβ軸電流ｉ_βは、磁束・トルク推定部２３及び電圧指令演算部２９に与えられる。

なお、Ｕ相及びＶ相の２相以外の組み合わせの２相の電流を測定するように電流センサ５が設けられていてもよい。この場合も、測定された電流に基づいてα軸電流ｉ_α及びβ軸電流ｉ_βが特定されるように、３相２相座標変換部２２が構成されうる。

（磁束・トルク推定部２３）
磁束・トルク推定部２３は、２相電流ｉ_αβと、目標２相電圧ｖ_αβ ^*とから、モータトルク及び電機子鎖交磁束を推定する。本実施形態では、磁束・トルク推定部２３は、式（１−１）、（１−２）、（１−３）及び（１−４）を用いて、推定磁束ψ_αβ（推定磁束ψ_α，ψ_β）、推定磁束ψ_αβの位相θ_s及び推定トルクＴを求める。式（１−１）及び（１−２）におけるＲ_aは、３相モータ１の１相当たりの巻線抵抗である。右辺の積分は、基準時刻（ｔ＝０）から現時点までの時間積分を表す。ψ_α|t=0は、ｔ＝０における推定磁束ψ_αの値（初期値）である。ψ_β|t=0は、ｔ＝０における推定磁束ψ_βの値（初期値）である。式（１−４）におけるＰ_nは、３相モータ１の極対数である。推定磁束ψ_αβは、電圧指令演算部２９に与えられる。位相θ_sは、磁束指令演算部２６に与えられる。推定トルクＴは、減算部２４に与えられる。

なお、推定磁束ψ_αβ及び推定トルクＴを、単一の推定部で求めることは必須でない。推定磁束ψ_αβを求める推定部として磁束推定部を設け、推定トルクＴを求める推定部としてトルク推定部を設けてもよい。磁束推定部は、２相電流ｉ_αβと、目標２相電圧ｖ_αβ ^*とから、推定磁束ψ_αβを求めるように構成できる。つまり、磁束推定部は、３相モータ１を流れる電流と、電圧ベクトルとに基づいて、電機子鎖交磁束を推定するように構成できる。トルク推定部は、推定磁束ψ_αβと、２相電流ｉ_αβとから推定トルクＴを求めるように構成できる。つまり、トルク推定部は、推定された電機子鎖交磁束と、３相モータ１を流れる電流とに基づいて、モータトルクを推定するように構成できる。

また、磁束・トルク推定部２３は、目標２相電圧ｖ_αβ ^*に代えて、３相モータ１に印加されている電圧の検出値を３相２相変換させて得た２相電圧を用いて、推定磁束を求めてもよい。

（減算部２４）
減算部２４は、推定トルクＴと目標トルクＴ^*との差（トルク誤差ΔＴ：Ｔ^*−Ｔ）を求める。減算部２４としては、公知の演算子を用いればよい。

（第１の磁束振幅指令演算部２５）
第１の磁束振幅指令演算部２５は、目標トルクＴ^*から目標磁束としての第１の目標磁束｜ψ_S ^*｜を特定する。目標磁束と第１の目標磁束｜ψ_S ^*｜とは同じスカラーを指す。本実施形態の第１の目標磁束｜ψ_S ^*｜は、モータ電流を最小とするためのものである。モータトルクを目標値としつつ、モータ電流の値に対するモータトルクの値の比率が最大となるように、３相モータを制御する制御は、最大トルク／電流（MTPA:Maximum Torque Per Ampere）制御として知られてる。最大トルク／電流制御は公知であるため、最大トルク／電流制御の詳細な説明は省略する。本実施形態では、第１の磁束振幅指令演算部２５は、テーブルを用いて目標トルクＴ^*から第１の目標磁束｜ψ_S ^*｜を特定するように構成されている。テーブルにおける目標トルクＴ^*と第１の目標磁束｜ψ_S ^*｜との対応関係は、当業者であれば適切に設定できる。第１の磁束振幅指令演算部２５は、演算により第１の目標磁束｜ψ_S ^*｜を特定するように構成されていてもよい。

本実施形態では、第２の磁束振幅指令演算部３１によって、第１の目標磁束｜ψ_S ^*｜を修正する。修正後の第１の目標磁束｜ψ_S ^*｜を第２の目標磁束｜ψ_S ^**｜と記載する。第２の磁束振幅指令演算部３１の詳細については後述する。

（磁束指令演算部２６）
磁束指令演算部２６は、第１の目標磁束｜ψ_S ^*｜と、位相θ_sとに基づいて、電機子鎖交磁束が追従するべき目標磁束ベクトルψ_αβ ^*を特定する。具体的に、磁束指令演算部２６は、第２の目標磁束｜ψ_S ^**｜と、位相θ_sと、トルク誤差ΔＴとから、電機子鎖交磁束が追従するべき目標磁束ベクトルψ_αβ ^*を特定する。本実施形態における磁束指令演算部２６は、図４に示すブロック図に従って、目標磁束ベクトルψ_αβ ^*を特定する。具体的に、磁束指令演算部２６は、ＰＩ制御部３５と、加算部３６と、ベクトル生成部３７とを有している。ＰＩ制御部３５は、ΔＴをゼロに収束させるための比例積分制御により、位相補正量Δθ_S ^*を特定する。加算部３６は、位相θ_Sと位相補正量Δθ_S ^*との合計（θ_S ^*：θ_S＋Δθ_S ^*）を求める。ベクトル生成部３７は、第２の目標磁束｜ψ_S ^**｜と合計θ_S ^*とから、目標磁束ベクトルψ_αβ ^*を特定する。具体的に、ベクトル生成部３７は、式（１−５）及び（１−６）を用いて目標磁束ベクトルψ_αβ ^*を求める。目標磁束ベクトルψ_αβ ^*は、電圧指令演算部２９に与えられる。

（電圧指令演算部２９）
電圧指令演算部２９は、目標磁束ベクトルψ_αβ ^*と推定磁束ψ_αβとの差と、２相電流ｉ_αβとから、目標２相電圧ｖ_αβ ^*を特定する。本実施形態では、電圧指令演算部２９は、式（１−７）を用いて、目標α軸電圧ｖ_α ^*及び目標β軸電圧ｖ_β ^*を求める。式（１−７）におけるＴ_sは、制御周期（サンプリング周期）である。なお、３相モータ１が高速回転しているときは、巻線抵抗Ｒ_aに基づく電圧降下が非常に小さい。このため、電圧指令演算部２９は、式（１−７）の右辺第２項を無視して、目標磁束ベクトルψ_αβ ^*と推定磁束ψ_αβとの差から、目標２相電圧ｖ_αβ ^*を特定するように構成されていてもよい。目標２相電圧ｖ_αβ ^*は、２相３相座標変換部３０に与えられる。

（２相３相座標変換部３０）
２相３相座標変換部３０は、目標２相電圧ｖ_αβ ^*を、目標３相電圧ｖ_uvw ^*に変換する。その後、目標３相電圧ｖ_uvw ^*に対応する電圧ベクトルが、インバータ２によって生成され、３相モータ１に印加される。

（第２の磁束振幅指令演算部３１）
第２の磁束振幅指令演算部３１は、第１の目標磁束｜ψ_S ^*｜と、回転数ωとから、磁束指令演算部２６に与えるべき第２の目標磁束｜ψ_S ^**｜を特定する。第２の目標磁束｜ψ_S ^**｜はスカラーである。第２の磁束振幅指令演算部３１は、第２の目標磁束｜ψ_S ^**｜を磁束指令演算部２６に与えたときに３相モータ１を流れる電流が、第２の目標磁束｜ψ_S ^**｜に代えて第１の目標磁束｜ψ_S ^*｜を磁束指令演算部２６に与えたときに３相モータ１を流れる電流を下回るように構成されている。本実施形態では、第２の目標磁束｜ψ_S ^**｜は、以下の理論に基づいて特定される。

式（１−１）及び（１−２）の初期値を無視すると、式（１−１）及び（１−２）から、式（１−８）が得られる。式（１−８）におけるｓは、ラプラス演算子である。

式（１−７）における目標２相電圧ｖ_αβ ^*は、式（１−８）における目標２相電圧ｖ_αβ ^*よりも、１制御周期（＝Ｔ_s）後のものである。つまり、厳密には、これらは同じものを表していない。式（１−７）を、式（１−８）における目標２相電圧ｖ_αβ ^*を用いて表すと、式（１−９）となる。

式（１−８）及び（１−９）から、式（１−１０）が得られる。また、３相モータ１が高速回転しているときは、巻線抵抗Ｒ_aに基づく電圧降下が非常に小さい。これを考慮して式（１−１０）の右辺第２項を無視すると、式（１−１１）が得られる。

本実施形態では、式（１−１１）に示されているように、｜ψ_αβ｜と｜ψ_αβ ^*｜とが厳密には一致しないことを考慮して、第２の目標磁束｜ψ_S ^**｜を特定する第２の磁束振幅指令演算部３１を設けている。具体的に、第２の磁束振幅指令演算部３１は、（１−１３）を用いて、第２の目標磁束｜ψ_S ^**｜を特定する。なお、式（１−１３）は、式（１−１２）の近似式である。式（１−１３）の演算は、式（１−１２）の演算よりも簡易になされる点で、有利である。ただし、式（１−１２）を用いて第２の目標磁束｜ψ_S ^**｜を特定するように、第２の磁束振幅指令演算部３１を構成してもよい。式（１−１２）又は（１−１３）に基づく第２の目標磁束｜ψ_S ^**｜は、演算により特定されてもよく、テーブルを用いて特定されてもよい。

図５〜７を用いて、本実施形態の効果を説明する。図５〜７は、シミュレーションによって得られた結果を示すグラフである。図５の曲線４０は、目標磁束ベクトルψ_αβ ^*の振幅に対する推定磁束ψ_αβの振幅の比率（｜ψ_αβ｜／｜ψ_αβ ^*｜）を表す。図５から、回転数ωが大きければ大きいほど、この比率が大きくなり、１から乖離していくことが分かる。第２の磁束振幅指令演算部３１が存在しない場合は、目標磁束ベクトルψ_αβ ^*の振幅は、第１の目標磁束｜ψ_S ^*｜に一致する。従って、回転数ωが大きければ大きいほど、第１の目標磁束｜ψ_S ^*｜に対する推定磁束ψ_αβの振幅の比率（｜ψ_αβ｜／｜ψ_S ^*｜）も大きくなり、１から乖離していく。このことは、従来のモータ制御装置は、高速回転時には、推定磁束ψ_αβの振幅を、第１の目標磁束｜ψ_S ^*｜からずれた値に一致させてしまうことを意味する。従来のモータ制御装置は、このずれがゼロであるとの仮定のもとで設計されているため、最大トルク／電流制御用に第１の目標磁束｜ψ_S ^*｜を設定しても、モータ電流が最小値からずれる。回転数ωが大きければ大きいほど、推定磁束ψ_αβの振幅の第１の目標磁束｜ψ_S ^*｜からのずれは大きくなる。モータ電流の最小値からのずれも大きくなる。また、図示は省略するが、制御周期Ｔ_sが長い（電流のサンプリング周波数が低い）場合にも、同様の傾向が現れる。

これに対し、本実施形態では、第２の磁束振幅指令演算部３１が、第１の目標磁束｜ψ_S ^*｜に１よりも小さい係数（ｃｏｓ（ωＴ_s）を示す図６の曲線４１参照）を乗じることにより、第１の目標磁束｜ψ_S ^*｜よりも小さい第２の目標磁束｜ψ_S ^**｜を特定している。モータ制御装置３は、推定磁束ψ_αβの振幅を第２の目標磁束｜ψ_S ^**｜に一致させようとするが、上述の理由により、実際には推定磁束ψ_αβは第２の目標磁束｜ψ_S ^**｜からずれた値に一致することになる。具体的には、推定磁束ψ_αβは第２の目標磁束｜ψ_S ^**｜よりも大きな値に一致することになる。第１の目標磁束｜ψ_S ^*｜は第２の目標磁束｜ψ_S ^**｜よりも大きいので、結果として、従来のように第１の目標磁束｜ψ_S ^*｜を直接的に用いて目標磁束ベクトルψ_αβ ^*を特定する場合よりも、推定磁束ψ_αβの振幅の第１の目標磁束｜ψ_S ^*｜からの乖離量を縮小できる。つまり、モータ電流を最小値に近づけることができる。

このように、第２の磁束振幅指令演算部３１は、回転数ωを用いて、推定された電機子鎖交磁束の振幅が第１の目標磁束｜ψ_S ^*｜に一致するように、第２の目標磁束｜ψ_S ^**｜を特定する。第２の磁束振幅指令演算部３１は、３相モータ１の回転数ωを用いるため、３相モータ１の回転数ωが変動する場合も、３相モータ１の回転数ωに適合した第２の目標磁束｜ψ_S ^**｜を特定できる。

詳細には、第２の磁束振幅指令演算部３１は、回転数ωが大きければ大きいほど第１の目標磁束｜ψ_S ^*｜と第２の目標磁束｜ψ_S ^**｜との差が増加するように（ｃｏｓ（ωＴ_s）を示す図６の曲線４１参照）、第２の目標磁束｜ψ_S ^**｜を特定している。従って、第２の磁束振幅指令演算部３１は、回転数ωの増加に由来する制御精度の低下を防止できる。

また、第２の磁束振幅指令演算部３１は、電流のサンプリング周波数が低ければ低いほど（制御周期Ｔ_sが大きければ大きいほど）第１の目標磁束｜ψ_S ^*｜と第２の目標磁束｜ψ_S ^**｜との差が増加するように（ｃｏｓ（ωＴ_s）を示す図６の曲線４１参照）、第２の目標磁束｜ψ_S ^**｜を特定している。従って、第２の磁束振幅指令演算部３１によれば、電流のサンプリング周波数が低い場合にも、制御精度が維持される。従って、モータ制御装置３によれば、制御精度を維持しつつ、ＤＳＰ、マイクロコンピュータ等のＣＰＵの演算量を抑えることができる。つまり、比較的性能の低いＤＳＰ又はマイクロコンピュータを使用したとしても、精度を落とさずに３相モータ１を制御できる。このことは、コストの観点から有利である。従って、モータ制御装置３は、３相モータ１が低速回転する場合にも好適に使用できる。

より詳細には、第２の磁束振幅指令演算部３１は、第１の目標磁束｜ψ_S ^*｜にｃｏｓ（ωＴ_s）を乗じることにより、第２の目標磁束｜ψ_S ^**｜を特定している。この場合には、｜ψ_αβ｜／｜ψ_S ^*｜の曲線（図７の曲線４２）が、実質的に｜ψ_αβ｜／｜ψ_S ^*｜＝１の直線となる。本実施形態によれば、電機子鎖交磁束の振幅の第１の目標磁束｜ψ_S ^*｜からの乖離量が、実質的にゼロになる。モータ電流の最小値からの乖離量も、実質的にゼロになる。

モータ電流を最小値に調整できることは、３相モータ１における銅損を最小値に調整できることを意味する。また、第２の磁束振幅指令演算部３１が存在する場合は、第２の磁束振幅指令演算部３１が存在しない場合に比べると、推定磁束ψ_αβの振幅が小さい値に調整される。つまり、本実施形態によれば、３相モータ１に実際に印加される電機子鎖交磁束の振幅が小さくなるので、鉄損（渦電流損）も小さくなる。従って、本実施形態によれば、効率よく３相モータ１を駆動できる。

本実施形態では、第１の磁束振幅指令演算部２５と、第２の磁束振幅指令演算部３１とが複数の要素で構成されている。しかし、第１の磁束振幅指令演算部２５と、第２の磁束振幅指令演算部３１とは、単一の要素で構成されていてもよい。つまり、磁束指令振幅演算部が第１の磁束振幅指令演算部２５と第２の磁束振幅指令演算部３１とを有すると表現したときに、この磁束指令振幅演算部は、複数の要素で構成されていてもよく、単一の要素で構成されていてもよい。この点は、後述の実施形態及び変形例についても同様である。

また、第１の磁束振幅指令演算部２５と第２の磁束振幅指令演算部３１とが単一の要素で構成されている場合には、この単一の要素は、単一のテーブルを用いて第２の目標磁束｜ψ_S ^**｜を特定するものであってもよい。

本実施形態の第１の磁束振幅指令演算部２５は、モータ電流が最小となるように第１の目標磁束｜ψ_S ^*｜を定めている。しかし、第１の磁束振幅指令演算部２５は、他の目的で、第１の目標磁束｜ψ_S ^*｜を定めるものであってもよい。例えば、インバータ２が出力できる電圧には上限がある。このため、インバータ２が出力できる電圧を所定値以下とするべき場合がある。この場合には、第１の磁束振幅指令演算部２５を、式（１−１４）を用いて第１の目標磁束｜ψ_S ^*｜を定めるように構成してもよい。つまり、第１の磁束振幅指令演算部２５は、弱め界磁制御用の第１の目標磁束｜ψ_S ^*｜を特定するものであってもよい。この場合には、高い精度での弱め界磁制御が可能となる。なお、式（１−１４）におけるＶ_omは、弱め界磁制御において３相モータ１に印加される電圧（電圧ベクトルの大きさ）の上限値である。ω_aは、３相モータ１の回転子の回転数（ｄ軸の電気角速度）である。

また、第１の磁束振幅指令演算部２５は、銅損と鉄損との合計が最小となるように第１の目標磁束｜ψ_S ^*｜を定めるものであってもよい。この場合には、モータ制御装置３は、銅損と鉄損との合計を精度よく最小値に調整できる。要するに、第１の磁束振幅指令演算部２５がいずれの制御量をいずれの目標値とするように第１の目標磁束｜ψ_S ^*｜を定めた場合であっても、モータ制御装置３は、制御量を目標値に精度良く調整できる。

本実施形態においてモータ制御装置について説明した事項は、モータ制御方法にも適用できる。この点は、後述の変形例及び実施形態についても同様である。

（変形例）
変形例に係るモータ制御装置は、第１の実施形態における第２の磁束振幅指令演算部３１の代わりに、第２の磁束振幅指令演算部Ａを備えている。

変形例における第１の磁束振幅指令演算部２５は、先に説明した実施形態における第１の磁束振幅指令演算部２５と同様、モータ電流を最小とするための電機子鎖交磁束の振幅として、第１の目標磁束｜ψ_S ^*｜を特定する。第２の磁束振幅指令演算部Ａは、銅損と鉄損との合計が最小値へと近づくように、第２の目標磁束｜ψ_S ^**｜を特定する。具体的には、第２の磁束振幅指令演算部Ａは、式（１−１５）を用いて、第２の目標磁束｜ψ_S ^**｜を特定する。変形例では、式（１−１５）におけるＫを、１よりも大きな任意の係数とする。

式（１−１５）に基づいて特定される第２の目標磁束｜ψ_S ^**｜は、式（１−１３）に基づいて特定される第２の目標磁束｜ψ_S ^**｜よりも小さい。このため、変形例における目標磁束ベクトルψ_αβ ^*の振幅は、第１の実施形態における目標磁束ベクトルψ_αβ ^*の振幅よりも、小さい値に調整される。つまり、変形例に係るモータ制御装置は、第１の実施形態に係るモータ制御装置３よりも、電機子鎖交磁束の振幅を小さい値に調整する。これにより、変形例における鉄損は、第１の実施形態における鉄損よりも、小さい値に調整される。

第１の実施形態における第２の磁束振幅指令演算部３１に基づく効果と、変形例における第２の磁束振幅指令演算部Ａに基づく効果とを、図８を用いて対比する。図８は、シミュレーションによって得られた結果を示すグラフである。曲線４３は、相電流の実効値（単位：Ａ）を表す。曲線４４は、電力損失（単位：Ｗ）を表す。電力損失は、銅損と鉄損との合計値である。Ｋ＝１のときに、相電流が最小となっている。このことから、第２の磁束振幅指令演算部３１が式（１−１３）に基づいて動作するときに、相電流が最小となることがわかる。一方、Ｋ＞１のときに、電力損失が最小となっている。このことから、第２の磁束振幅指令演算部Ａが、Ｋ（＞１）が適切に設定された式（１−１５）に基づいて動作するときに、電力損失が最小となることがわかる。つまり、Ｋが適切に設定されることにより、モータ制御装置が最大効率制御を実施できることがわかる。

以上のように、変形例では、第２の磁束振幅指令演算部Ａは、第１の目標磁束｜ψ_S ^*｜と、回転数ωとから、磁束指令演算部２６に与えるべき第２の目標磁束｜ψ_S ^**｜を特定する。また、第２の磁束振幅指令演算部Ａは、第２の目標磁束｜ψ_S ^**｜を磁束指令演算部２６に与えたときに３相モータ１で発生する電力損失が、第２の目標磁束｜ψ_S ^**｜に代えて第１の目標磁束｜ψ_S ^*｜を磁束指令演算部２６に与えたときに３相モータ１で発生する電力損失を下回るように構成されている。Ｋの操作（微調整）は容易であるため、このような第２の磁束振幅指令演算部Ａを有するモータ制御装置３は、回転数ωに依存する鉄損を考慮に入れた最大効率制御を簡便に実施できる。また、Ｋの操作は容易であるため、Ｋを１以上の範囲で調整できるように第２の磁束振幅指令部を構成すれば、ＭＴＰＡ制御と最大効率制御とを容易に切り替えることができるモータ制御装置を構成できる。

（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態のモータ制御装置について、図９及び１０を参照しながら説明する。なお、第２の実施形態では、第１の実施形態と同様の部分については同一符号を付し、説明を省略する。

第２の実施形態のモータ制御装置１０３は、モータ制御装置３の第２の磁束振幅指令演算部３１とは異なる第２の磁束振幅指令演算部５０を有する。第２の磁束振幅指令演算部５０は、第１の目標磁束｜ψ_S ^*｜と、推定磁束ψ_αβとから、磁束指令演算部２６に与えるべき第２の目標磁束｜ψ_S ^**｜を特定する。また、第２の磁束振幅指令演算部５０は、第２の目標磁束｜ψ_S ^**｜を磁束指令演算部２６に与えたときに３相モータ１を流れる電流が、第２の目標磁束｜ψ_S ^**｜に代えて第１の目標磁束｜ψ_S ^*｜を磁束指令演算部２６に与えたときに３相モータ１に流れる電流を下回るように構成されている。具体的に、第２の磁束振幅指令演算部５０は、図１０に示すブロック図に従って、第２の目標磁束｜ψ_S ^**｜を求める。

第２の磁束振幅指令演算部５０は、振幅演算部５１と、ＰＩ制御部５２と、減算部５３と、加算部５４とを有している。振幅演算部５１は、推定磁束ψ_αβから、推定磁束ψ_αβの振幅｜ψ_αβ｜を求める。減算部５３は、第１の目標磁束｜ψ_S ^*｜と振幅｜ψ_αβ｜との差（｜ψ_S ^*｜−｜ψ_αβ｜）を求める。ＰＩ制御部５２は、第１の目標磁束｜ψ_S ^*｜と振幅｜ψ_αβ｜との差をゼロに収束させる比例積分制御によって、磁束振幅補正量Δ｜ψ_S ^*｜を求める。加算部５４は、第１の目標磁束｜ψ_S ^*｜と磁束振幅補正量Δ｜ψ_S ^*｜との和（｜ψ_S ^*｜＋Δ｜ψ_S ^*｜）を求める。第２の磁束振幅指令演算部５０は、この和を、第２の目標磁束｜ψ_S ^**｜として出力する。

図５を用いて説明したとおり、第２の磁束振幅指令演算部を有さない従来のモータ制御装置を用いた場合、回転数ωが大きければ大きいほど、第１の目標磁束｜ψ_S ^*｜に対する推定磁束ψ_αβの絶対値の比率が大きくなり、１から乖離していく。第２の磁束振幅指令演算部５０は、推定された電機子鎖交磁束と第１の磁束振幅指令演算部２５で特定された第１の目標磁束｜ψ_S ^*｜とを用いて、推定された電機子鎖交磁束の振幅｜ψ_αβ｜と第１の目標磁束｜ψ_S ^*｜との差がゼロに収束するように、第２の目標磁束｜ψ_S ^**｜を特定する。具体的に、本実施形態では、第２の磁束振幅指令演算部５０は、ＰＩ制御部５２を有しているため、第２の目標磁束｜ψ_S ^**｜を自動的に特定できる。このため、第２の磁束振幅指令演算部５０は、回転数ωが大きければ大きいほど第１の目標磁束｜ψ_S ^*｜と第２の目標磁束｜ψ_S ^**｜との差が増加するように、第２の目標磁束｜ψ_S ^**｜を特定できる。従って、第２の磁束振幅指令演算部５０は、回転数ωに適合した第２の目標磁束｜ψ_S ^**｜を特定できる。

また、上述のとおり、第２の磁束振幅指令演算部を有さない従来のモータ制御装置を用いた場合、電流のサンプリング周波数が低ければ低いほど、第１の目標磁束｜ψ_S ^*｜に対する推定磁束ψ_αβの絶対値の比率が大きくなり、１から乖離していく。第２の磁束振幅指令演算部５０は、電流のサンプリング周波数が低ければ低いほど第１の目標磁束と第２の目標磁束との差が増加するように、第２の目標磁束を特定できる。従って、第２の磁束振幅指令演算部５０によれば、電流のサンプリング周波数が低い場合にも、制御精度が維持される。

第１の磁束振幅指令演算部２５がいずれの制御量をいずれの目標値とするように第１の目標磁束｜ψ_S ^*｜を定めた場合であっても、モータ制御装置１０３は、制御量を目標値に精度良く調整できる。例えば、第１の磁束振幅指令演算部２５が銅損と鉄損との合計が最小となるように第１の目標磁束｜ψ_S ^*｜が定めるものである場合、モータ制御装置１０３は、銅損と鉄損との合計を精度よく最小値に調整できる。

（第３の実施形態）
以下、第３の実施形態のモータ制御装置について、図１１及び１２を参照しながら説明する。なお、第３の実施形態では、第１の実施形態と同様の部分については同一符号を付し、説明を省略する。

第３の実施形態のモータ制御装置２０３は、モータ制御装置３の第２の磁束振幅指令演算部３１とは異なる第２の磁束振幅指令演算部６０を有する。第２の磁束振幅指令演算部６０は、第１の目標磁束｜ψ_S ^*｜と、推定磁束ψ_αβと、２相電流ｉ_αβとから、磁束指令演算部２６に与えるべき第２の目標磁束｜ψ_S ^**｜を特定する。また、第２の磁束振幅指令演算部６０は、第２の目標磁束｜ψ_S ^**｜を磁束指令演算部２６に与えたときに３相モータ１を流れる電流が、第２の目標磁束｜ψ_S ^**｜に代えて第１の目標磁束｜ψ_S ^*｜を磁束指令演算部２６に与えたときに３相モータ１に流れる電流を下回るように構成されている。具体的に、第２の磁束振幅指令演算部６０は、図１２に示すブロック図に従って、第２の目標磁束｜ψ_S ^**｜を求める。

第２の磁束振幅指令演算部６０は、振幅演算部６１と、ＰＩ制御部６２と、減算部６３と、加算部６４と、ＭＴＰＡブロック６５とを有している。振幅演算部６１は、推定磁束ψ_αβから、推定磁束ψ_αβの振幅｜ψ_αβ｜を求める。ＭＴＰＡブロック６５は、２相電流ｉ_αβから、モータ電流を最小とするための電機子鎖交磁束の振幅として、仮想振幅（仮想磁束の振幅）｜ψｓｉ^*｜を特定する。減算部６３は、仮想振幅｜ψｓｉ^*｜と振幅｜ψ_αβ｜との差（｜ψｓｉ^*｜−｜ψ_αβ｜）を求める。ＰＩ制御部６２は、仮想振幅｜ψｓｉ^*｜と振幅｜ψ_αβ｜との差をゼロに収束させる比例積分制御によって、磁束振幅補正量Δ｜ψ_S ^*｜を求める。加算部６４は、第１の目標磁束｜ψ_S ^*｜と磁束振幅補正量Δ｜ψ_S ^*｜との和（｜ψ_S ^*｜＋Δ｜ψ_S ^*｜）を求める。第２の磁束振幅指令演算部６０は、この和を、第２の目標磁束｜ψ_S ^**｜として出力する。

ＭＴＰＡブロック６５は、２相電流ｉ_αβを用いて、第１の目標磁束を再導出していると捉えることができる。このため、仮想振幅｜ψｓｉ^*｜は再導出された第１の目標磁束であるといえる。

第３の実施形態では、第２の磁束振幅指令演算部６０は、３相モータ１を流れる電流に基づいて第１の目標磁束を再導出する。第２の磁束振幅指令演算部６０は、さらに、推定された電機子鎖交磁束と再導出された第１の目標磁束とを用いて、推定された電機子鎖交磁束の振幅と再導出された第１の目標磁束との差がゼロに収束するように、第２の目標磁束｜ψ_S ^**｜を特定する。第３の実施形態によれば、第２の実施形態と同様の効果が得られる。なお、本明細書では、「第１の目標磁束を再導出する」とは、第１の目標磁束｜Ψ_s ^*｜が、３相モータ１の所定の制御量（例えば相電流）が所定の目標値（例えば最小値）となるように定められている場合に、３相モータ１の所定の制御量を所定の目標値とするための電機子鎖交磁束の振幅を特定することを意味する。

第１の磁束振幅指令演算部２５がいずれの制御量をいずれの目標値とするように第１の目標磁束｜ψ_S ^*｜を定めた場合であっても、制御量を目標値に精度良く調整できるように、モータ制御装置２０３を構成できる。例えば、第１の磁束振幅指令演算部２５が銅損と鉄損との合計が最小となるように第１の目標磁束｜ψ_S ^*｜が定めるものである場合、ＭＴＰＡブロック６５に代えて、２相電流ｉ_αβから銅損と鉄損との合計を最小とするための電機子鎖交磁束の振幅として仮想振幅を特定するブロックを用いればよい。

上述の仮想振幅を特定する（第１の目標磁束を再導出する）ための各種ブロックとしては、ルックアップテーブルを有するブロック、計算式（近似式）が格納された演算子を有するブロック等が挙げられる。ルックアップテーブルを有するブロックを用いる場合、２相電流等と仮想振幅との対応関係を表すルックアップテーブルを事前に準備すればよい。演算子を有するブロックにおける計算式も、事前に準備できる。このようなルックアップテーブル及び計算式は、予め行った測定データ又は理論に基づいて設定できる。仮想振幅の具体的な特定方法は、公知の文献（武田洋次、森本茂雄、松井信行、本田幸夫、「埋込磁石同期モータの設計と制御」、株式会社オーム社、２００１年１０月２５日発行、等）を参照することにより理解され得る。一例では、ＭＴＰＡ制御用の仮想振幅｜ψｓｉ^*｜は、I_a＝√（ｉ_α ²＋ｉ_β ²）としたときに、｜ψｓｉ^*｜＝√（Ψ_a ²＋（I_a×Ｌ_a）²）として特定できる。Ψ_aは、３相モータ１における永久磁石による鎖交磁束である。Ｌ_aは、３相モータ１の電機子巻線の一相当たりのインダクタンスである。最大効率制御用の仮想振幅｜ψｓｉ^*｜は、ＭＴＰＡ制御用の仮想振幅よりも若干小さな値とすればよい。ただし、最大効率制御用の仮想振幅｜ψｓｉ^*｜を理論に基づいて正確に特定することも可能である。

（第４の実施形態）
以下、第４の実施形態のモータ制御装置について、図１３及び１４を参照しながら説明する。なお、第４の実施形態では、第１の実施形態と同様の部分については同一符号を付し、説明を省略する。

第４の実施形態のモータ制御装置３０３は、モータ制御装置３の磁束・トルク推定部２３とは異なる磁束・トルク推定部７０を有する。磁束・トルク推定部７０は、磁束・トルク推定部２３と同様、式（１−１）〜（１−３）を用いて、推定磁束ψ_αβを求める。ただし、磁束・トルク推定部７０は、推定磁束ψ_αβと、２相電流ｉ_αβと、回転数ωとから、推定トルクＴを求める。具体的には、磁束・トルク推定部７０は、式（４−１）を用いて、推定トルクＴを求める。第４の実施形態では、式（４−１）におけるＫ_teを、ゼロよりも大きな値とする。Ｋ_teは、αＰ_nＴ_sＬ_aである。Ｌ_aは、３相モータ１の電機子巻線の一相当たりのインダクタンスである。αは補正係数であり、通常は−１以上１以下の範囲内の値である。

一般的には、推定トルクＴは、式（１−１）〜（１−４）を用いて計算される。式（１−１）及び（１−２）によれば、２相電流ｉ_αβと目標２相電圧ｖ_αβ ^*との位相差が十分に小さくゼロに近似できる場合には、推定磁束ψ_α，ψ_βを精度よく求めることができる。しかし、回転数ωが大きくなると、２相電流ｉ_αβと目標２相電圧ｖ_αβ ^*との位相差がゼロから乖離していく。この場合、式（１−１）及び（１−２）で求められた推定磁束ψ_α，ψ_βは、３相モータ１に実際に印加されている電機子鎖交磁束からずれる。このため、式（１−４）で求められる推定トルクＴは、３相モータ１に実際に発生しているトルク（モータトルク）からずれる。目標トルクＴ^*は、モータ制御装置の外部において、推定トルクＴに応じて（推定トルクＴに一致するように）設定される。従って、推定トルクＴが実際のモータトルクからずれている場合、適切な目標トルクＴ^*が設定されない。このような目標トルクＴ^*が設定される場合、第１の磁束振幅指令演算部が目標トルクＴ^*から最大トルク／電流制御用の第１の目標磁束を特定するように構成されていても、第１の磁束振幅指令演算部はモータ電流を最小にするための第１の目標磁束を特定できない。つまり、モータ電流は最小値からずれる。同様の現象は、電流のサンプリング周波数が低い場合にも現れる。

以上を考慮し、本実施形態では、式（１−４）に代えて、式（４−１）を用いて推定トルクＴを求める。磁束・トルク推定部２３は、回転数ω及び／又は電流の制御周期（つまり、電流のサンプリング周波数）を参照することにより、回転数ω及び／又は電流のサンプリング周波数に応じた推定トルクＴを求める。これにより、３相モータ１に実際に発生しているトルクに近い推定トルクＴが求まる。

式（４−１）を用いて推定トルクＴを求める効果を、図１４に示すシミュレーション結果を参照しながら説明する。図１４の曲線７１は、相電流の実効値（単位：Ａ）を表す。図１４では、Ｋ_te＞０のときに、相電流が最小となっている。このことから、磁束・トルク推定部７０が、Ｋ_te（＞０）が適切に設定された式（４−１）に基づいて動作するときに、相電流が最小となることがわかる。

磁束・トルク推定部７０は、式（４−１）の右辺第１項を求めるための第１部と、右辺第２項を求めるための第２部とを有するトルク推定部を備えていると捉えることもできる。つまり、磁束・トルク推定部７０は、第１部によって、推定された電機子鎖交磁束及び３相モータ１を流れる電流に基づいて（推定磁束ψ_αβと、２相電流ｉ_αβとから）、モータトルクを推定し、第２部によって、３相モータ１を流れる電流及び回転数に基づいて（２相電流ｉ_αβと、回転数ωとから）、推定されたモータトルクを補正する、トルク推定部を備えていると捉えることもできる。第１部と第２部とは、複数の要素で構成されていてもよく、単一の要素で構成されていてもよい。

なお、磁束・トルク推定部７０が式（４−２）を用いる場合にも、式（４−１）を用いる場合と同様の効果を得ることができる。

また、先に説明したモータ制御装置１０３，２０３，３０３の磁束・トルク推定部２３を、磁束・トルク推定部７０に置き換えてもよい。

（第５の実施形態）
以下、第５の実施形態の発電機制御装置について説明する。図１５に示す発電機制御装置４０３は、コンバータ（電圧変換回路）２ｂ及び３相発電機１ｂに接続されうる。発電機制御装置４０３の構成要素は、モータ制御装置３の構成要素と同じである。

３相発電機１ｂは、３相永久磁石同期発電機である。３相永久磁石同期発電機としては、埋込磁石同期発電機が挙げられる。３相発電機１ｂは、３相モータ１の構成と同様の構成を有している。また、コンバータ２ｂは、インバータ２と同様の構成を有している。コンバータ２ｂは、ＰＷＭコンバータである。

３相発電機１ｂは、例えばタービンに接続される。タービンとしては、小型ガスタービンが挙げられる。タービンが回転すると、タービンのトルクが、３相発電機１ｂの回転子に伝達される。これにより、回転子にトルクが加わる。つまり、回転子が回転する。回転子の回転によって、電圧が誘起される。３相発電機１ｂはコンバータ２ｂに接続されており、そのコンバータ２ｂは目標３相電圧ｖ_uvw ^*を参照しているので、誘起電圧は、目標３相電圧ｖ_uvw ^*に追従する。コンバータ２ｂはまた、ＰＷＭ変調によって、誘起電圧を直流電圧に変換する。直流電圧（直流電圧に由来する直流電力）は、電圧出力部４ｂから出力される。

第１の実施形態では、電源（不図示）から供給された電力が、３相モータ１でトルク（回転力）に変換される。これに対し、本実施形態では、３相発電機１ｂに加えられたトルクが、電力に変換される。両方の場合において、制御の態様は実質的に同じである。従って、モータ制御装置３について説明した事項は、発電機制御装置４０３にも適用できる。モータ制御装置１０３，２０３，３０３について説明した事項も同様である。ただし、モータ制御装置３，１０３，２０３，３０３の説明を発電機制御装置４０３の説明に援用する際には、用語の読み替えを行うべきことに留意されたい。このような読み替えは、当業者にとって自明であるため詳細には述べないが、例えば、モータ及びインバータを、発電機及びコンバータに、それぞれ読み替えるべきである。

１ ３相モータ
１ｂ ３相発電機
１ｍ 永久磁石
２ インバータ
２ｂ コンバータ
３，１０３，２０３，３０３ モータ制御装置
４ｂ 電圧出力部
５ 電流センサ
２２ ３相２相座標変換部
２３，７０ 磁束・トルク推定部
２４ 減算部
２５ 第１の磁束振幅指令演算部
２６ 磁束指令演算部
２９ 電圧指令演算部
３０ ２相３相座標変換部
３１，５０，６０ 第２の磁束振幅指令演算部
３５ ＰＩ制御部
３６ 加算部
３７ ベクトル生成部
４０，４１，４２，４３，４４，７１ 曲線
５１，６１ 振幅演算部
５２，６２ ＰＩ制御部
５３，６３ 減算部
５４，６４ 加算部
６５ ＭＴＰＡブロック
４０３ 発電機制御装置

Claims (11)

1. ３相モータの電機子鎖交磁束及びモータトルクがそれぞれ目標磁束及び目標トルクに追従するように、インバータによって前記３相モータに電圧ベクトルを印加するモータ制御装置であって、
   前記目標磁束を特定する磁束振幅指令演算部と、
   前記目標磁束と、推定された前記電機子鎖交磁束の位相とに基づいて、目標磁束ベクトルを特定する磁束指令演算部と、
   前記目標磁束ベクトルと、推定された前記電機子鎖交磁束との差から、前記電圧ベクトルを特定する電圧指令演算部と、
   を備え、
   前記磁束振幅指令演算部は、（i）前記目標トルクから前記目標磁束としての第１の目標磁束を特定する第１の磁束振幅指令演算部と、（ii）前記第１の目標磁束と、前記３相モータの回転数又は推定された前記電機子鎖交磁束とから、前記磁束指令演算部に与えるべき第２の目標磁束を特定する第２の磁束振幅指令演算部とを有し、
   前記第２の目標磁束を前記磁束指令演算部に与えたときに前記３相モータを流れる電流又は前記３相モータで発生する電力損失が、前記第２の目標磁束に代えて前記第１の目標磁束を前記磁束指令演算部に与えたときに前記３相モータを流れる電流又は前記３相モータで発生する電力損失を下回るように、前記第２の磁束振幅指令演算部が構成されており、
   前記第２の磁束振幅指令演算部は、前記３相モータを流れる電流に基づいて前記第１の目標磁束を再導出し、推定された前記電機子鎖交磁束と再導出された前記第１の目標磁束とを用いて、推定された前記電機子鎖交磁束の振幅と再導出された前記第１の目標磁束との差がゼロに収束するように、前記第２の目標磁束を特定する、モータ制御装置。
2. ３相モータの電機子鎖交磁束及びモータトルクがそれぞれ目標磁束及び目標トルクに追従するように、インバータによって前記３相モータに電圧ベクトルを印加するモータ制御装置であって、
   前記目標磁束を特定する磁束振幅指令演算部と、
   前記目標磁束と、推定された前記電機子鎖交磁束の位相とに基づいて、目標磁束ベクトルを特定する磁束指令演算部と、
   前記目標磁束ベクトルと、推定された前記電機子鎖交磁束との差から、前記電圧ベクトルを特定する電圧指令演算部と、
   を備え、
   前記磁束振幅指令演算部は、（i）前記目標トルクから前記目標磁束としての第１の目標磁束を特定する第１の磁束振幅指令演算部と、（ii）前記第１の目標磁束と、前記３相モータの回転数又は推定された前記電機子鎖交磁束とから、前記磁束指令演算部に与えるべき第２の目標磁束を特定する第２の磁束振幅指令演算部とを有し、
   前記第２の目標磁束を前記磁束指令演算部に与えたときに前記３相モータを流れる電流又は前記３相モータで発生する電力損失が、前記第２の目標磁束に代えて前記第１の目標磁束を前記磁束指令演算部に与えたときに前記３相モータを流れる電流又は前記３相モータで発生する電力損失を下回るように、前記第２の磁束振幅指令演算部が構成されており、
   前記第２の目標磁束を前記磁束指令演算部に与えたときにおける推定される前記電機子鎖交磁束の振幅の前記第１の目標磁束からの乖離量が、前記第２の目標磁束に代えて前記第１の目標磁束を前記磁束指令演算部に与えたときにおける推定される前記電機子鎖交磁束の振幅の前記第１の目標磁束からの乖離量に比べて縮小するように、前記モータ制御装置が構成されている、モータ制御装置。
3. 前記第２の磁束振幅指令演算部は、前記回転数を用いて、推定された前記電機子鎖交磁束の振幅が前記第１の目標磁束に一致するように、前記第２の目標磁束を特定する請求項２に記載のモータ制御装置。
4. 前記第２の磁束振幅指令演算部は、推定された前記電機子鎖交磁束と前記第１の磁束振幅指令演算部で特定された前記第１の目標磁束とを用いて、推定された前記電機子鎖交磁束の振幅と前記第１の目標磁束との差がゼロに収束するように、前記第２の目標磁束を特定する請求項２に記載のモータ制御装置。
5. ３相モータの電機子鎖交磁束及びモータトルクがそれぞれ目標磁束及び目標トルクに追従するように、インバータによって前記３相モータに電圧ベクトルを印加するモータ制御装置であって、
   前記目標磁束を特定する磁束振幅指令演算部と、
   前記目標磁束と、推定された前記電機子鎖交磁束の位相とに基づいて、目標磁束ベクトルを特定する磁束指令演算部と、
   前記目標磁束ベクトルと、推定された前記電機子鎖交磁束との差から、前記電圧ベクトルを特定する電圧指令演算部と、
   を備え、
   前記磁束振幅指令演算部は、（i）前記目標トルクから前記目標磁束としての第１の目標磁束を特定する第１の磁束振幅指令演算部と、（ii）前記第１の目標磁束と、前記３相モータの回転数又は推定された前記電機子鎖交磁束とから、前記磁束指令演算部に与えるべき第２の目標磁束を特定する第２の磁束振幅指令演算部とを有し、
   前記第２の目標磁束を前記磁束指令演算部に与えたときに前記３相モータを流れる電流又は前記３相モータで発生する電力損失が、前記第２の目標磁束に代えて前記第１の目標磁束を前記磁束指令演算部に与えたときに前記３相モータを流れる電流又は前記３相モータで発生する電力損失を下回るように、前記第２の磁束振幅指令演算部が構成されており、
   推定される前記電機子鎖交磁束の振幅が前記第２の目標磁束よりも大きくなりかつ前記第１の目標磁束よりも小さくなるように前記モータ制御装置が構成されている、モータ制御装置。
6. 前記第２の磁束振幅指令演算部は、前記第１の目標磁束よりも小さい前記第２の目標磁束を特定する請求項１〜５のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
7. 前記第２の磁束振幅指令演算部は、前記回転数が大きければ大きいほど前記第１の目標磁束と前記第２の目標磁束との差が増加するように、前記第２の目標磁束を特定する請求項１〜６のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
8. 推定された前記電機子鎖交磁束及び前記３相モータを流れる電流に基づいて、前記モータトルクを推定し、前記３相モータを流れる電流及び前記回転数に基づいて、推定された前記モータトルクを補正する、トルク推定部をさらに備えた、請求項１〜７のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
9. ３相発電機の電機子鎖交磁束及び発電機トルクがそれぞれ目標磁束及び目標トルクに追従するように、コンバータによって前記３相発電機に電圧ベクトルを印加する発電機制御装置であって、
   前記目標磁束を特定する磁束振幅指令演算部と、
   前記目標磁束と、推定された前記電機子鎖交磁束の位相とに基づいて、目標磁束ベクトルを特定する磁束指令演算部と、
   前記目標磁束ベクトルと、推定された前記電機子鎖交磁束との差から、前記電圧ベクトルを特定する電圧指令演算部と、
   を備え、
   前記磁束振幅指令演算部は、（i）前記目標トルクから前記目標磁束としての第１の目標磁束を特定する第１の磁束振幅指令演算部と、（ii）前記第１の目標磁束と、前記３相発電機の回転数又は推定された前記電機子鎖交磁束とから、前記磁束指令演算部に与えるべき第２の目標磁束を特定する第２の磁束振幅指令演算部とを有し、
   前記第２の目標磁束を前記磁束指令演算部に与えたときに前記３相発電機を流れる電流又は前記３相発電機で発生する電力損失が、前記第２の目標磁束に代えて前記第１の目標磁束を前記磁束指令演算部に与えたときに前記３相発電機を流れる電流又は前記３相発電機で発生する電力損失を下回るように、前記第２の磁束振幅指令演算部が構成されており、
   前記第２の磁束振幅指令演算部は、前記３相発電機を流れる電流に基づいて前記第１の目標磁束を再導出し、推定された前記電機子鎖交磁束と再導出された前記第１の目標磁束とを用いて、推定された前記電機子鎖交磁束の振幅と再導出された前記第１の目標磁束との差がゼロに収束するように、前記第２の目標磁束を特定する、発電機制御装置。
10. ３相発電機の電機子鎖交磁束及び発電機トルクがそれぞれ目標磁束及び目標トルクに追従するように、コンバータによって前記３相発電機に電圧ベクトルを印加する発電機制御装置であって、
    前記目標磁束を特定する磁束振幅指令演算部と、
    前記目標磁束と、推定された前記電機子鎖交磁束の位相とに基づいて、目標磁束ベクトルを特定する磁束指令演算部と、
    前記目標磁束ベクトルと、推定された前記電機子鎖交磁束との差から、前記電圧ベクトルを特定する電圧指令演算部と、
    を備え、
    前記磁束振幅指令演算部は、（i）前記目標トルクから前記目標磁束としての第１の目標磁束を特定する第１の磁束振幅指令演算部と、（ii）前記第１の目標磁束と、前記３相発電機の回転数又は推定された前記電機子鎖交磁束とから、前記磁束指令演算部に与えるべき第２の目標磁束を特定する第２の磁束振幅指令演算部とを有し、
    前記第２の目標磁束を前記磁束指令演算部に与えたときに前記３相発電機を流れる電流又は前記３相発電機で発生する電力損失が、前記第２の目標磁束に代えて前記第１の目標磁束を前記磁束指令演算部に与えたときに前記３相発電機を流れる電流又は前記３相発電機で発生する電力損失を下回るように、前記第２の磁束振幅指令演算部が構成されており、
    前記第２の目標磁束を前記磁束指令演算部に与えたときにおける推定される前記電機子鎖交磁束の振幅の前記第１の目標磁束からの乖離量が、前記第２の目標磁束に代えて前記第１の目標磁束を前記磁束指令演算部に与えたときにおける推定される前記電機子鎖交磁束の振幅の前記第１の目標磁束からの乖離量に比べて縮小するように、前記発電機制御装置が構成されている、発電機制御装置。
11. ３相発電機の電機子鎖交磁束及び発電機トルクがそれぞれ目標磁束及び目標トルクに追従するように、コンバータによって前記３相発電機に電圧ベクトルを印加する発電機制御装置であって、
    前記目標磁束を特定する磁束振幅指令演算部と、
    前記目標磁束と、推定された前記電機子鎖交磁束の位相とに基づいて、目標磁束ベクトルを特定する磁束指令演算部と、
    前記目標磁束ベクトルと、推定された前記電機子鎖交磁束との差から、前記電圧ベクトルを特定する電圧指令演算部と、
    を備え、
    前記磁束振幅指令演算部は、（i）前記目標トルクから前記目標磁束としての第１の目標磁束を特定する第１の磁束振幅指令演算部と、（ii）前記第１の目標磁束と、前記３相発電機の回転数又は推定された前記電機子鎖交磁束とから、前記磁束指令演算部に与えるべき第２の目標磁束を特定する第２の磁束振幅指令演算部とを有し、
    前記第２の目標磁束を前記磁束指令演算部に与えたときに前記３相発電機を流れる電流又は前記３相発電機で発生する電力損失が、前記第２の目標磁束に代えて前記第１の目標磁束を前記磁束指令演算部に与えたときに前記３相発電機を流れる電流又は前記３相発電機で発生する電力損失を下回るように、前記第２の磁束振幅指令演算部が構成されており、
    推定される前記電機子鎖交磁束の振幅が前記第２の目標磁束よりも大きくなりかつ前記第１の目標磁束よりも小さくなるように前記発電機制御装置が構成されている、発電機制御装置。

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