JP6790760B2 - 可変磁束モータの電流制御方法、及び電流制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、可変磁束モータの電流制御方法、及び電流制御装置に関する。

従来、保持力の異なる２以上の永久磁石を回転子内に有する永久磁石同期モータにおいて、永久磁石同期モータの運転中に誘起電圧を測定し、測定した誘起電圧に基づいて永久磁石の磁束を推定し、推定した磁束に基づいて制御ゲインを変化させることにより、永久磁石同期モータの電流制御性を安定させる技術が開示されている（特許文献１参照）。

特開２００５−３０４２０４号公報

ここで、磁石磁束の推定値を算出する際は、その算出式のパラメータとしてインダクタンス値を使用する。特許文献１の永久磁石同期モータでは、磁石磁束だけが変化するので、固定のインダクタンス値を用いて磁石磁束を推定することができた。

しかしながら、固定子巻線に印加される電流に応じて着磁量を変化可能な永久磁石を備え、磁石磁束だけでなくインダクタンスも大きく変化する可変磁束モータでは、電流制御性を安定させるための制御ゲインを調整する際にインダクタンスの推定値も必要となるが、その推定方法は報告されていない。

本発明は、磁石磁束とインダクタンスとが変化する可変磁束モータのインダクタンスを推定し、推定したインダクタンスに基づいて制御ゲインを調整することができる電流制御方法を提供することを目的とする。

本発明による可変磁束モータの電流制御方法は、固定子巻線を有する固定子と、複数の永久磁石を有する回転子と、を備え、インバータから前記固定子巻線に印加される電流が形成する磁界の作用で前記永久磁石の着磁率を変化可能な可変磁束モータの電流制御方法であって、固定子巻線に供給する電流をインバータに発生させるためのｑ電流指令値と、ｑ軸ＰＩ制御ゲインと、に基づいてインバータに与えるｑ軸電圧指令値を算出し、固定子巻線に供給する電流をインバータに発生させるためのｄ電流指令値と、ｄ軸ＰＩ制御ゲインと、に基づいてインバータに与えるｄ軸電圧指令値を算出し、ｑ軸電流指令値に基づいて、ｑ軸インダクタンスを推定し、さらに、可変磁束モータの回転数を取得する。そして、ｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値と、ｄ軸電圧指令値と、回転数と、推定したｑ軸インダクタンスと、ｄ軸インダクタンスの前回推定値と、に基づいてｄ軸インダクタンスを推定して、推定したｄ軸インダクタンスに応じてｄ軸ＰＩ制御ゲインを調整し、ｑ軸電圧指令値とｄ軸電圧指令値とに応じたｑ軸電流及びｄ軸電流を、インバータから固定子巻線に供給する。さらに、着磁率指令値に基づいて永久磁石の着磁率を変化させるための着磁用ｄ軸電流指令値及び着磁用ｑ軸電流指令値を算出し、着磁用ｄ軸電流指令値及び着磁用ｑ軸電流指令値に応じて、着磁用ＰＩ制御ゲインを算出し、永久磁石の着磁率を変化させる際には、ｄ軸ＰＩ制御ゲインおよびｑ軸ＰＩ制御ゲインを用いた電流制御から、着磁用ＰＩ制御ゲインを用いた電流制御に切り替える。

本発明によれば、磁石磁束とインダクタンスとが変化する可変磁束モータのインダクタンスを推定して、インダクタンスの推定値に基づいて制御ゲインを調整することができるので、制御安定性を向上させることができる。

図１は、第１実施形態の可変磁束型回転電機の電流制御装置の制御ブロック図である。 図２は、ＰＩ制御ゲインの調整方法を説明するための図である。 図３は、第２実施形態の可変磁束型回転電機の電流制御装置の制御ブロック図である。 図４は、ｑ軸インダクタンスＬｑの線形補間を説明する図である。 図５は、ｑ軸インダクタンスＬｑの非線形補間を説明する図である。 図６は、ｑ軸電流に対する磁石磁束の変化率を示す図であって、初期化シーケンスの実行タイミングを説明する図である。 図７は、ｑ軸電流に対する磁石磁束の変化率を示す図であって、初期化シーケンスの実行タイミングを説明する図である。 図８は、ｄ軸インダクタンスＬｄの上限値を説明する図である。 図９は、ｄ軸インダクタンスＬｄの下限値を説明する図である。 図１０は、ＰＩ制御ゲインの最大値を説明する図である。 図１１は、初期化シーケンスのフローを示すフローチャーである。 図１２は、第６実施形態の可変磁束モータの電流制御装置の制御ブロック図である。 図１３は、着磁用ＰＩ制御ゲインを調整する前後での着磁用ｄ軸電流指令値に対する実電流の追従性を示す図である。 図１４は、着磁用ｄ軸電流指令値の時間変化率を調整する前後での着磁用ｄ軸電流指令値に対する実電流の追従性を示す図である。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態にかかる可変磁束型回転電機の電流制御装置１００（以下単に電流制御装置１００という）の構成を示す制御ブロック図である。本実施形態の電流制御装置１００は、ｑ軸ＰＩ制御器１０１と、ｄ軸ＰＩ制御器１０２と、ｑ軸インダクタンス推定器１０３と、ｄ軸インダクタンス推定器１０４と、ｑ軸ＰＩ制御ゲイン調整器１０５と、ｄ軸ゲイン調整器１０６と、ｄ軸ゲイン（Ｎ＋１）推定器１０７と、回転数推定器１０８と、インバータ１０９と、ｑ軸減算器１１１と、ｄ軸減算器１１２とを備え、可変磁束モータ１１０を制御対象とする電流制御装置である。

ただし、電流制御装置１００が備える上記構成のうち、インバータ１０９を除く各構成は、一つあるいは複数のコントローラが機能部として備え、後述する各機能を実行するようにプログラムされているものとする。なお、インバータ１０９と可変磁束モータ１１０は、説明の都合上それぞれ二つに分けて図示したが、実際は一つとする。

まず、可変磁束モータ１１０について説明する。本発明の制御対象である可変磁束モータ１１０（以下、単にモータ１１０ともいう）は、回転子が備える永久磁石（低保磁力磁石）の着磁量が、インバータからモータ１１０に印加される電流に応じて変化可能に構成されている。より具体的には、モータ１１０は、固定子巻線を有する固定子と、複数の永久磁石を有する回転子とから構成されており、インバータ１０９から固定子巻線に印加される電流が形成する磁界の作用で永久磁石の着磁量（着磁率）を変化させることで、永久磁石の磁力（磁束）そのものを変化させることが出来る。このため、モータの運転状態（動作点）に応じて永久磁石の磁力を制御することにより、幅広い動作領域におけるモータの効率を向上させることができる。永久磁石の着磁量を変化させる制御方法については、図１２を参照して後述する。

以上説明したような可変磁束モータを電流制御する場合に電流制御の制御ゲインを一定にしていると、動作点の変化に対して電流が追従しなくなるため、制御が不安定となる。

ここで、モータの電流制御においては、背景技術にて上述したように、磁石磁束だけが変化するようなモータでのゲイン調整技術は公知である。しかしながら、磁石磁束とインダクタンスとがともに変化するモータにおけるゲイン調整技術は本発明以前には報告されていない。

本発明は、磁石磁束とインダクタンスとが変化するモータのインダクタンスを推定し、推定したインダクタンスに基づいて制御ゲインを調整することで、磁石磁束とインダクタンスとが変化するモータの電流制御性を安定させることができる技術を提供する。以下、図１に戻って説明を続ける。

ｑ軸減算器１１１は、ｑ軸電流指令値Ｉｑ^*（Ｎ）から、可変磁束モータ１１０に入力される三相交流電流から取得したｑ軸電流検出値Ｉｑ（Ｎ−１）を減算する。ｑ軸電流指令値Ｉｑ^*は、後述するｄ軸電流指令値Ｉｄ^*とともに、モータ１１０に所望のトルクを出力させるためにモータ１１０が有する固定子巻線に供給する電流（ｑ軸電流Ｉｑ）をインバータ１０９に発生させるために不図示の電流指令値設定手段により設定された値である。電流指令値設定手段は、電流制御装置１００が有する各構成と同様に上記のコントローラが一機能部として備える構成であっても良いし、電流制御装置１００の各構成を備えるコントローラとは別のコントローラが備える機能部であっても良い。ｑ軸減算器１１１の出力値はｑ軸ＰＩ制御器１０１に出力される。

なお、ここで説明する電流制御装置において用いられる各値の検出、算出、或いは推定は、システムの起動中一定の間隔で行われる。以下に示す値の末尾の（Ｎ）は現制御タイミングにおける値を、（Ｎ−１）は前回の制御タイミングにおける値（前回値）を示す。

ｑ軸ＰＩ制御器１０１は、入力されるｑ軸減算器１１１の出力値、及び、後述するｑ軸ＰＩ制御ゲイン調整器１０５から入力されるｑ軸ＰＩ制御ゲインから比例積分（ＰＩ）制御演算によりｑ軸電圧指令値Ｖｑ^*（Ｎ）を算出し、インバータ１０９へ出力する。

ｄ軸減算器１１２は、電流指令値Ｉｄ^*（Ｎ）から、可変磁束モータ１１０に入力される三相交流電流から取得したｄ軸電流検出値Ｉｄ（Ｎ−１）を減算する。ｄ軸電流指令値Ｉｄ^*は、上述したｑ軸電流指令値Ｉｑ^*とともに、モータ１１０に所望のトルクを出力させるためにモータ１１０が有する固定子巻線に供給する電流（ｄ軸電流Ｉｄ）をインバータ１０９に発生させるために、不図示の電流指令値設定手段により設定された値である。ｄ軸減算器１１２の出力値は、ｄ軸ＰＩ制御器１０２に出力される。

ｄ軸ＰＩ制御器１０２は、入力される電流指令値Ｉｄ^*、及び、後述するｄ軸ゲイン（Ｎ＋１）推定器１０７から入力されるｄ軸ＰＩ制御ゲインから比例積分（ＰＩ）制御演算によりｄ軸電圧指令値Ｖｄ^*（Ｎ）を算出し、インバータ１０９へ出力する。

ｑ軸インダクタンス推定器１０３は、ｑ軸インダクタンスＬｑを推定する。具体的には、ｑ軸電流およびｄ軸電流と、ｑ軸インダクタンスＬｑとの関係を定めたマップを予め取得して、ｑ軸電流指令値Ｉｑ^*（Ｎ）と、ｄ軸電流指令値Ｉｄ^*（Ｎ）とに基づいて、当該マップを参照することによりｑ軸インダクタンスＬｑを推定する。推定されたｑ軸インダクタンスＬｑは、ｑ軸ＰＩ制御ゲイン調整器１０５に入力される。

ｑ軸ＰＩ制御ゲイン調整器１０５は、ｑ軸インダクタンスＬｑに応じたｑ軸ＰＩ制御ゲインを算出して、ｑ軸ＰＩ制御器１０１に出力する。ｑ軸ＰＩ制御ゲインは、例えば図２に図示するように、ｑ軸インダクタンスＬｑが大きくなるほど大きな値になるように算出される。

ｄ軸インダクタンス推定器１０４は、ｄ軸インダクタンスＬｄを推定する。具体的には、電圧方程式から導かれる以下式（１）に従って、ｄ軸ＰＩ制御器１０２の出力値であるｄ軸電圧指令値Ｖｄ^*（Ｎ）と、回転数推定器１０８の出力値であるモータ回転数ω（Ｎ）と、ｄ軸電流指令値Ｉｄ^*（Ｎ）と、ｑ軸電流指令値Ｉｑ^*（Ｎ）と、予め取得したモータ１１０に備わる固定子巻線の巻線抵抗Ｒａと、ｑ軸インダクタンス推定器１０３で推定されたｑ軸インダクタンスＬｑと、一つ前の制御タイミングで推定されたｄ軸インダクタンスＬｄ（Ｎ−１）とから、ｄ軸インダクタンスＬｄが推定される。推定されたｄ軸インダクタンスＬｄは、ｄ軸ゲイン調整器１０６に出力される。

ｄ軸ゲイン調整器１０６は、ｄ軸インダクタンスＬｄに応じたｄ軸ＰＩ制御ゲインを算出して、ｄ軸ゲイン（Ｎ＋１）推定器１０７に出力する。ｄ軸ＰＩ制御ゲインは、例えば図２に図示するようにｄ軸インダクタンスＬｄが大きくなるほど大きな値になるように算出される。このように、第１実施形態の電流制御装置１００によれば、ｄ軸インダクタンスＬｄを推定し、推定したｄ軸インダクタンスＬｄに応じてｄ軸ＰＩ制御ゲインを調整することができる。

ｄ軸ゲイン（Ｎ＋１）推定器１０７は、ｄ軸ＰＩ制御ゲイン（Ｎ）から、ｄ軸ゲイン調整器１０６において次の制御タイミングで算出されると予測されるｄ軸ＰＩ制御ゲイン（Ｎ＋１）を推定する。算出したｄ軸ＰＩ制御ゲイン（Ｎ＋１）は、ｄ軸ＰＩ制御器１０２に出力される。これにより、ｄ軸ＰＩ制御ゲイン（Ｎ＋１）が推定されたタイミングの次の制御タイミングにおいて、ｄ軸ＰＩ制御器１０２にｄ軸電流指令値Ｉｄ^*（Ｎ）が入力された時に、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ^*（Ｎ）をより正しく推定することができる。なお、現在値、あるいは過去値から現在値までの推移に基づいて次の制御タイミングにおける値を推定する方法は、特に限定されず、公知の方法を用いればよい。

回転数推定器１０８は、不図示のレゾルバやエンコーダ等の回転センサの検出値に基づいて算出された一つ前の制御タイミングにおける回転数ω（Ｎ−１）から、回転数ω（Ｎ）を推定して、ｄ軸インダクタンス推定器１０４に出力する。これにより、ｄ軸インダクタンス推定器１０４において、遅れ要素が排除されるので、遅れの無いより正しいｄ軸インダクタンスＬｄを推定することができる。なお、過去値から現在値を推定する方法は特に限定されず、ｄ軸ゲイン（Ｎ＋１）推定器１０７においてｄ軸ＰＩ制御ゲイン（Ｎ＋１）が推定されたのと同様に、公知の方法を用いればよい。

そして、インバータ１０９は、ｑ軸ＰＩ制御器１０１から入力されるｑ軸電圧指令値Ｖｑ^*に応じたｑ軸電流Ｉｑと、ｄ軸ＰＩ制御器１０２から入力されるｄ軸電圧指令値Ｖｄ^*とに応じたｄ軸電流Ｉｄとを、モータ１１０に出力する。

以上が本実施形態における電流制御の詳細である。このような制御構成により、ｄ軸インダクタンスＬｄと磁石磁束Ψａとの双方が変化する可変磁束モータであっても、動作点に応じてＰＩ制御ゲインを調整することができる。その結果、動作点の変化に伴う電流追従性が向上し、電流制御の制御安定性を向上させることができるので、幅広い運転領域においてモータ１１０の効率を向上させることができる。

以上、第１実施形態の可変磁束モータの電流制御装置１００は、固定子巻線を有する固定子と、複数の永久磁石を有する回転子と、を備え、インバータから固定子巻線に印加される電流が形成する磁界の作用で永久磁石の着磁率を変化可能な可変磁束モータの電流制御方法を実現する電流制御装置１００である。電流制御装置１００は、固定子巻線に供給する電流をインバータに発生させるためのｑ軸電流指令値Ｉｑ^*と、ｑ軸ＰＩ制御ゲインと、に基づいてインバータ１０９に与えるｑ軸電圧指令値Ｖｑ^*を算出し、固定子巻線に供給する電流をインバータ１０９に発生させるためのｄ軸電流指令値Ｉｄ^*と、ｄ軸ＰＩ制御ゲインと、に基づいてインバータ１０９に与えるｄ軸電圧指令値Ｖｄ^*を算出し、ｑ軸電流指令値Ｉｑ^*に基づいて、ｑ軸インダクタンスＬｑを推定し、さらに、可変磁束モータ１１０の回転数を取得する。そして、ｄ軸電流指令値Ｉｄ^*及びｑ軸電流指令値Ｉｑ^*と、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ^*と、回転数と、推定したｑ軸インダクタンスＬｑと、ｄ軸インダクタンスＬｄの前回推定値（Ｎ−１）と、に基づいてｄ軸インダクタンスＬｄを推定して、推定したｄ軸インダクタンスＬｄに応じてｄ軸ＰＩ制御ゲインを調整し、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ^*とｄ軸電圧指令値Ｖｄ^*とに応じたｑ軸電流Ｉｑ及びｄ軸電流Ｉｄを、インバータ１０９から固定子巻線に供給する。

これにより、磁石磁束とインダクタンスとが変化する可変磁束モータ１１０のｄ軸インダクタンスＬｄを推定することができるので、ｄ軸インダクタンスＬｄの推定値に基づいてＰＩ制御ゲインを調整することにより、制御安定性が向上し、幅広い運転領域においてモータ１１０の効率を向上させることができる。

また、第１実施形態の可変磁束型回転電機の電流制御装置１００によれば、ｑ軸インダクタンスＬｑは、ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑと、ｑ軸インダクタンスＬｑとの関係を予め記憶させたマップを用いて、ｑ軸電流指令値Ｉｑ^*及びｄ軸電流指令値Ｉｄ^*から推定される。これにより、ｑ軸インダクタンスＬｑを精度よく推定することができる。

［第２実施形態］
第２実施形態の電流制御装置２００は、ｑ軸インダクタンスＬｑの推定方法が第１実施形態と主に異なる。

図３は、第２実施形態の電流制御装置２００の構成を示す制御ブロック図である。なお、第１実施形態と同様の構成部分は同じ符号を付して説明を省略する。

図３に示すように、本実施形態のｑ軸インダクタンス推定器２２３には、第１実施形態とは異なりｄ軸電流指令値Ｉｄ^*（Ｎ）は入力されず、ｑ軸電流指令値Ｉｑ^*（Ｎ）からｑ軸インダクタンスＬｑを推定する。

具体的には、ｑ軸インダクタンス推定器２２３は、ｑ軸電流指令値ｉｑ^*（Ｎ）に基づいて、予め定めたｑ軸インダクタンスＬｑの最大値Ｌｑ_ｍａｘと最小値Ｌｑ_ｍｉｎとの間を補間する補間式を用いて、ｑ軸インダクタンスＬｑを算出する。当該補間式には、最大値Ｌｑ_ｍａｘと最小値Ｌｑ_ｍｉｎとを係数とする線形もしくは非線形な関数で構成され、図４、５で例示される複数パターンのうちのいずれかが用いられる。

図４は、ｑ軸インダクタンスＬｑを、その最大値Ｌｑ_ｍａｘと最小値Ｌｑ_ｍｉｎとを線形補間することによって演算する方法を説明する図である。図４で示すとおり、線形補間では、最大値Ｌｑ_ｍａｘと最小値Ｌｑ_ｍｉｎとの２点を直線で結ぶｑ軸電流Ｉｑの一次関数に基づいて、ｑ軸インダクタンスＬｑを算出する。これにより、第１実施形態のｑ軸インダクタンス推定器１０３のようにマップを格納しておく必要がないので、電流制御装置２００が備えるメモリの使用量を低減することができる。

図５（ａ）、（ｂ）は、ｑ軸インダクタンスＬｑを、その最大値Ｌｑ_ｍａｘと最小値Ｌｑ_ｍｉｎとを非線形に補間することによって演算する方法を説明する図である。図５（ａ）、（ｂ）で示すように、非線形補間では、最大値Ｌｑ_ｍａｘと最小値Ｌｑ_ｍｉｎとの２点を結ぶｑ軸電流Ｉｑの非線形な関数に基づいて、ｑ軸インダクタンスＬｑが算出される。なお、図５（ａ）、（ｂ）で示す非線形の補間式は例示であって、制御対象のモータ特性に応じて事前に調整される。これにより、第１実施形態のｑ軸インダクタンス推定器１０３のようにマップを格納するのに比べて、電流制御装置２００が備えるメモリの使用量を低減することができる。

以上、第２実施形態の可変磁束モータ１１０の電流制御装置２００によれば、ｑ軸インダクタンスＬｑは、予め定めたｑ軸インダクタンスＬｑの最大値と最小値との間を補間する補間式を用いて、ｑ軸電流指令値Ｉｑ^*から推定される。当該補間は、線形、あるいは非線形な補間である。これにより、ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑと、ｑ軸インダクタンスＬｑとの関係を記憶させたマップを用意する必要がなくなるので、電流制御装置２００が利用するメモリの使用量を低減することができる。

［第３実施形態］
第３実施形態の電流制御装置３００は、ｄ軸インダクタンスＬｄを推定する際の最初の制御タイミング時に、初期値としての固定値Ｌｄ（０）が設定された下記式（２）を使用する点に特徴がある。初期値として設定される固定値Ｌｄ（０）は、制御対象モータの特性に応じて事前に取得した値を使用する。

なお、ここでの最初の制御タイミングとは、車両が起動した後の最初の制御タイミングであって、車両の制御システムが起動して、モータ１１０が備える固定子巻線に電流が最初に通電された時の制御タイミングのことをいう。

また、その後の電流制御において推定したｄ軸インダクタンスＬｄを初期値にリセットする際にも、上記の固定値Ｌｄ（０）を用いて、Ｌｄ（Ｎ）＝Ｌｄ（０）に設定する。なお、電流制御において推定したｄ軸インダクタンスＬｄを初期値にリセットすることを、以下では初期化シーケンスと呼ぶ。

これにより、ｄ軸インダクタンスと磁石磁束とが双方とも変化するモータにおいて、ｄ軸インダクタンスＬｄを車両システムの起動時から精度よく推定することが可能となるので、モータ１１０のモード効率をより向上させることができる。

また、マップ等を参照して演算するのではなく、事前に取得した固定値Ｌｄ（０）を使用するので、電流制御装置３００が備えるメモリ使用量を低減することができる。

以上、第３実施形態の可変磁束モータ１１０の電流制御装置３００によれば、ｄ軸インダクタンスＬｄの初期値として、予め定めた固定値Ｌｄ（０）を使用する。これにより、磁石磁束とインダクタンスの双方が変化するモータにおいて、車両システムの起動時からｄ軸インダクタンスＬｄを精度よく推定することができる。

また、第３実施形態の可変磁束モータ１１０の電流制御装置３００によれば、推定したｄ軸インダクタンスＬｄを初期化する初期化シーケンスを実行する際は、推定したｄ軸インダクタンスＬｄの値を固定値Ｌｄ（０）に設定する。これにより、磁石磁束とインダクタンスの双方が変化するモータにおいて、より精度よくｄ軸インダクタンスＬｄを推定することができる。

［第４実施形態］
第４実施形態の電流制御装置４００は、電流制御中において初期値Ｌｄ（０）を演算する点が、第３実施形態と異なる。以下、その演算方法について図等を参照して説明する。

図６、７は、モータ１１０において、ｄ軸電流Ｉｄが略０の時のｑ軸電流Ｉｑとｄ軸磁束λｄとの関係を示す図である。図中の点線が、本発明の制御対象であるモータ１１０においての、ｑ軸電流Ｉｑに対するｄ軸磁束λｄを示す。図中の実線は、本発明の対象外の通常のモータ特性であり、ｑ軸電流Ｉｑに対して変化しないｄ軸磁束λｄを示す。すなわち、モータ１１０は、ｄ軸電流Ｉｄが略０の時に、ｑ軸電流Ｉｑによって、磁石磁束Ψａが略１０％以上変化する。

本実施形態における初期値Ｌｄ（０）の演算は、ｑ軸電流Ｉｑに対する磁石磁束の変化率ｄΨａ／ｄＩｄが略０の時に実施される。より具体的には、車両の停車中等のｑ軸電流Ｉｑが略０の時（図６の丸で囲む領域）、或いは、ｑ軸電流Ｉｑが最大値付近の時（図７の丸で囲む領域）に、少なくとも固定子巻線に発生する誘起電圧を算出できる程度の微小電流Ｉｄ１（第１のｄ軸電流）、Ｉｄ２（第２のｄ軸電流）を固定子巻線にパルスで２回流し、その時々の誘起電圧を取得する。そして、取得した誘起電圧に基づいて、ｄ軸磁束λｄ１、λｄ２を求めると、以下式（３）のように表すことができる。なお、誘起電圧は、計測器により計測しても良いし、公知の方法により算出しても良い。

この時、ｑ軸電流Ｉｑに対する磁石磁束Ψａの変化率ｄΨａ／ｄＩｑは略０なので、磁石磁束Ψａは一定値とみなせる。したがって、式（３）より、ｄ軸インダクタンスＬｄを算出することができる。そして、算出したｄ軸インダクタンスＬｄが初期値Ｌｄ（０）に設定される。また、本実施形態においては、初期化シーケンスの実行時にも、ｄ軸インダクタンスＬｄ（Ｎ）に、式（３）に基づき算出されたｄ軸インダクタンスＬｄが初期値Ｌｄ（０）として設定される。これにより、ｄ軸インダクタンスと磁石磁束とが双方とも変化するモータにおいて、ｄ軸インダクタンスＬｄをより精度よく推定することができ、モータ１１０のモード効率をより向上させることができる。

なお、図６、図７で示したｑ軸電流Ｉｑとｄ軸磁束λｄとの関係に電流の位相は考慮されていないが、モータの特性によっては電流位相も影響するので、電流位相を考慮してｑ軸電流Ｉｑに対する磁石磁束の変化率ｄΨａ／ｄＩｄを算出してもよい。

以上、第４実施形態の可変磁束モータ１１０の電流制御装置４００は、固定子巻線に発生する誘起電圧を計測または算出し、推定したｄ軸インダクタンスＬｄを初期化する初期化シーケンスを実行する際は、誘起電圧から求められる磁石磁束に基づいて算出された値を初期値として設定する。これにより、モータ１１０の運転中に初期値が算出されるので、より精度よくｄ軸インダクタンスＬｄを推定することができる。

また、第４実施形態の可変磁束モータ１１０の電流制御装置４００は、可変磁束モータが、ｑ軸電流Ｉｑに対する磁石磁束の変化率ｄψａ／ｄＩｑが略０となる動作域において動作する際に、初期化シーケンスを実行する。これにより、モータ１１０の運転中において適切なタイミングで初期化が実行されるので、より精度よくｄ軸インダクタンスＬｄを推定し続けることができる。

また、第４実施形態の可変磁束モータ１１０の電流制御装置４００によれば、初期化シーケンスでは、ｑ軸電流が略０のときに、第１のｄ軸電流を固定子巻線に流すことにより算出されたｄ軸磁束λｄ１と、第２のｄ軸電流を固定子巻線に流すことにより算出されたｄ軸磁束λｄ２とに基づいて算出された値を、初期値として設定する。これにより、モータ１１０の運転中において初期値が算出されるので、より精度よくｄ軸インダクタンスＬｄを推定することができる。

あるいは、第４実施形態の可変磁束モータ１１０の電流制御装置４００によれば、初期化シーケンスでは、ｑ軸電流が略最大値のときに、第１のｄ軸電流を固定子巻線に流すことにより算出されたｄ軸磁束λｄ１と、第２のｄ軸電流を固定子巻線に流すことにより算出されたｄ軸磁束λｄ２とに基づいて算出された値を、初期値として設定する。これにより、モータ１１０の運転中において初期値が算出されるので、より精度よくｄ軸インダクタンスＬｄを推定することができる。

［第５実施形態］
第５実施形態の電流制御装置５００は、推定したｄ軸インダクタンスＬｄと、当該ｄ軸インダクタンスＬｄに基づいて算出したｄ軸ＰＩ制御ゲインとに上下限の制限を設ける点が上述した各実施形態とは異なる。以下、図等を参照して説明する。

図８は、推定したｄ軸インダクタンスＬｄの上限値を説明する図である。ｄ軸インダクタンスＬｄの上限値Ｌｄ_ｍａｘは、モータ特性に応じて予め設定される。そして、推定したｄ軸インダクタンスＬｄが上限値Ｌｄ_ｍａｘを超える場合は、ｄ軸インダクタンスＬｄの推定値をＬｄ_ｍａｘに設定する。言い換えると、Ｌｄ≧Ｌｄ_ｍａｘの時は、Ｌｄ＝Ｌｄ_ｍａｘとする。

図９は、推定したｄ軸インダクタンスＬｄの下限値を説明する図である。ｄ軸インダクタンスＬｄの下限値Ｌｄ_ｍｉｎは、モータ特性に応じて予め設定される。そして、推定したｄ軸インダクタンスが下限値Ｌｄ_ｍｉｎ以下になると、ｄ軸インダクタンスＬｄの推定値をＬｄ_ｍｉｎに設定する。言い換えると、Ｌｄ≦Ｌｄ_ｍｉｎの時は、Ｌｄ＝Ｌｄ_ｍｉｎとする。

このように、ｄ軸インダクタンスＬｄの推定値に制限を設けることによって、ｄ軸ＰＩ制御ゲインとの関係において、電流制御が発散することを防ぐことができる。

ここで、ｄ軸インダクタンスＬｄの値が小さくなると、電流の変化率が大きくなるので、制御が特に発散しやすくなる。そこで、ｄ軸インダクタンスＬｄが、Ｌｄ＝Ｌｄ_ｍｉｎとなった場合でも、制御が発散しないゲイン最大値Ｇａｉｎ_ｍａｘを事前に設定する。

図１０は、ｄ軸ＰＩ制御ゲインの最大値を説明する図である。ｄ軸ＰＩ制御ゲインがゲイン最大値Ｇａｉｎ_ｍａｘ以上になると、ｄ軸ＰＩ制御ゲインをＧａｉｎ_ｍａｘに設定する。言い換えると、ｄ軸ＰＩ制御ゲイン≧Ｇａｉｎ_ｍａｘの時は、ｄ軸ＰＩ制御ゲイン＝Ｇａｉｎ_ｍａｘとする。これにより、推定したｄ軸インダクタンスＬｄがどんなに小さな値になったとしても、制御が発散するのを回避することができる。

また、本実施形態の電流制御装置５００では、上述したように推定したｄ軸インダクタンスＬｄが上下限値になった場合には、次に初期化可能なタイミングで初期化シーケンスを実行する。例えば、第３実施形態で説明したように事前に取得した初期値Ｌｄ（０）を用いて初期化シーケンスを実行する場合には、推定したｄ軸インダクタンスＬｄが上下限値になった後、モータ１１０が停止したタイミングで実行する。また、第４実施形態で説明したように電流制御中に算出された初期値Ｌｄ（０）を用いて初期化シーケンスを実行する場合には、推定したｄ軸インダクタンスＬｄが上下限値になった後、ｑ軸電流Ｉｑに対する磁石磁束の変化率ｄΨａ／ｄＩｑが略０になったタイミング（図６、７参照）で実行する。

図１１は、初期化シーケンスのフローを説明するフローチャートである。当該フローは、電流制御装置５００の各構成が備わるコントローラが、車両システムが起動している間、所定の間隔で繰り返し実行するようにプログラムされている。

ステップＳ１１０１では、ｄ軸インダクタンスＬｄが推定される。

ステップＳ１１０２では、ステップＳ１１０１にて推定されたｄ軸インダクタンスが、上下限値に達しているか否かを判定する。ｄ軸インダクタンスが上限値Ｌｄ_ｍａｘ、または、下限値Ｌｄ_ｍｉｎであると判定されると、初期化フラグをＯＮに設定するためにステップＳ１１０３の処理が実行される。ｄ軸インダクタンスが上限値Ｌｄ_ｍａｘ、または、下限値Ｌｄ_ｍｉｎではないと判定された場合は、初期化フラグの状態を判定するために続くステップＳ１１０４の処理を実行する。

ステップＳ１１０３では、ｄ軸インダクタンスＬｄの推定値の初期化が必要であることを示す初期化フラグをＯＮに設定する。そして、現フロー中において初期化シーケンスを実行可能であるかを判定するために続くステップＳ１１０５の処理を実行する。

ステップＳ１１０４では、前回までのフローにおいて初期化フラグがＯＮに設定されているか否かを判定する。ｄ軸インダクタンスＬｄが一度でも上下限値に達した場合は、推定誤差が大きくなっている可能性があり、値が信用できないので、初期化を行う必要がある。したがって、前回フローにおいてｄ軸インダクタンスＬｄが上下限値に達していても、初期化シーケンスが実行されていなければ、初期化が実行されるまで初期化フラグがＯＮの状態が維持される。初期化フラグがＯＮに設定されていれば、現フローにおいて初期化シーケンスを実行可能であるかを判定するために続くステップＳ１１０５の処理を実行する。初期化フラグがＯＮに設定されていなければ、本タイミングに係る初期化シーケンス実行フローを終了する。

ステップＳ１１０５では、初期化シーケンスを実行可能なタイミングか否かが判定される。上述したように、事前に取得した初期値Ｌｄ（０）を用いて初期化シーケンスを実行する場合には、モータ１１０が停止したか否かが判定される。電流制御中に算出された初期値Ｌｄ（０）を用いて初期化シーケンスを実行する場合には、ｑ軸電流Ｉｑに対する磁石磁束の変化率ｄΨａ／ｄＩｑが略０であるか否かが判定される。モータ１１０が停止した、あるいは、ｑ軸電流Ｉｑに対する磁石磁束の変化率ｄΨａ／ｄＩｑが略０であると判定された場合には、初期化シーケンスを実行するステップＳ１１０６の処理が実行される。

モータ１１０が停止した、あるいは、ｑ軸電流Ｉｑに対する磁石磁束の変化率ｄΨａ／ｄＩｄが略０であると判定されなかった場合には、現フローは初期化シーケンスを実行するタイミングではないので、本タイミングに係る初期化シーケンス実行フローを終了する。

ステップＳ１１０６では、前ステップにおいて初期化可能なタイミングであると判定されたので、初期化シーケンスが実行される。初期化シーケンスが実行された後は、続くステップＳ１１０７の処理において初期化フラグがＯＦＦに設定され、ステップＳ１１０１の処理に戻って再びｄ軸インダクタンスＬｄが推定される。車両の制御システムが起動する間、以上のフローが繰り返されることで、ｄ軸インダクタンスＬｄを監視して、ｄ軸インダクタンスＬｄが上下限値に達した場合には初期化が実行されるので、推定されたｄ軸インダクタンスＬｄの精度が担保される。この結果、制御の発散を防ぐことができ、電流制御性が安定するので、モード効率を向上させることができる。

以上、第５実施形態の可変磁束モータ１１０の電流制御装置５００は、推定したｄ軸インダクタンスＬｄが予め定めたｄ軸インダクタンス上限値Ｌｄ_ｍａｘ以上の場合は、ｄ軸インダクタンスＬｄをｄ軸インダクタンス上限値Ｌｄ_ｍａｘに設定し、推定したｄ軸インダクタンスＬｄが予め定めたｄ軸インダクタンス下限値Ｌｄ_ｍｉｎ以下の場合は、ｄ軸インダクタンスＬｄをｄ軸インダクタンス下限値Ｌｄ_ｍｉｎに設定する。これにより、ｄ軸インダクタンスＬｄに上下限の制限が設けられるので、電流制御が発散するのを防止することができる。

また、第５実施形態の可変磁束モータ１１０の電流制御装置５００は、推定したｄ軸ＰＩ制御ゲインが、ｄ軸インダクタンスＬｄがｄ軸インダクタンス下限値Ｌｄ_ｍｉｎの場合でも電流制御が発散しない最大のゲインを予め定めたゲイン最大値Ｇａｉｎ_ｍａｘ以上の場合は、ｄ軸ＰＩ制御ゲインをゲイン最大値Ｇａｉｎ_ｍａｘに設定する、これにより、ｄ軸インダクタンスＬｄがどのような値になっても電流制御の発散を抑えることができるので、電流制御性をより安定させることができる。

また、第５実施形態の可変磁束モータ１１０の電流制御装置５００は、ｄ軸インダクタンスＬｄがｄ軸インダクタンス上限値Ｌｄ_ｍａｘ以上、もしくは、ｄ軸インダクタンスＬｄがｄ軸インダクタンス下限値以下になった場合は、その後最初にｑ軸電流Ｉｑに対する磁石磁束の変化率ｄΨａ／ｄＩｑが略０となった時に、初期化シーケンスを実行する。このように、ｄ軸インダクタンスＬｄが上下限制限値に達した場合に、初期化可能な次のタイミングで初期化シーケンスが実行されることにより、ＰＩ制御における積分計算で加算されている誤差がリセットされるので、ｄ軸インダクタンスＬｄを精度よく推定し続けることができる。

［第６実施形態］
第６実施形態の可変磁束モータ１１０の電流制御装置６００は、固定子巻線に印加する電流（巻線電流）により発生させた磁界の作用でモータ１１０の着磁率を変化させる磁力制御シーケンスを実行する点に特徴がある。以下、磁力制御シーケンスを実行するための構成、及び、磁力制御シーケンスが実行される場合のＰＩ制御ゲイン（着磁用ＰＩ制御ゲイン）の調整方法について図等を参照して説明する。

図１２は、第６実施形態にかかる可変磁束モータ１１０の電流制御装置６００の構成を示す制御ブロック図である。

着磁状態保持制御部１１には、車両の運転状態に応じたトルク指令値Ｔｒ^*、及び、磁束オブザーバ２４にて推定されるモータ１１０の磁石の着磁量推定値Ψａが入力される。そして、着磁状態保持制御部１１は、これらの入力値に基づいて、モータ１１０を回転駆動させるための基本波成分、及び、磁石の着磁率を維持するのに必要な維持成分を含むｄ軸電流指令値Ｉｄ１^*、及び、ｑ軸電流指令値Ｉｑ１^*を算出する。

そして、着磁状態保持制御部１１は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ１^*をｄ軸演算器１２ｄに出力するとともに、ｑ軸電流指令値Ｉｑ１^*をｑ軸演算器１２ｑに出力する。さらに、着磁状態保持制御部１１は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ１^*及びｑ軸電流指令値Ｉｑ１^*を、非干渉制御部１５に出力する。

ｄ軸演算器１２ｄには、ｄ軸電流指令値Ｉｄ１^*、及び、３相−ｄｑ変換部２１から出力されるモータ１１０のｄ軸電流値Ｉｄが入力される。そして、ｄ軸演算器１２ｄは、ｄ軸電流指令値Ｉｄ１^*からｄ軸電流値Ｉｄを減ずることによりｄ軸電流指令値Ｉｄ２^*を算出する。ｄ軸演算器１２ｄは、ｄ軸電流指令値Ｉｄ２^*をＰＩ−ｄｑ電流制御器１３に出力する。

同様に、ｑ軸演算器１２ｑには、ｑ軸電流指令値Ｉｑ１^*、及び、３相−ｄｑ変換部２１から出力されるモータ１１０のｑ軸電流値Ｉｑが入力される。そして、ｑ軸演算器１２ｑは、ｑ軸電流指令値Ｉｑ１^*からｑ軸電流値Ｉｑを減ずることによりｑ軸電流指令値Ｉｑ２^*を算出する。ｑ軸演算器１２ｑは、ｑ軸電流指令値Ｉｑ２^*をＰＩ−ｄｑ電流制御器１３に出力する。

ＰＩ−ｄｑ電流制御器１３には、ｄ軸電流指令値Ｉｄ２^*及びｑ軸電流指令値Ｉｑ２^*が入力される。ＰＩ−ｄｑ電流制御器１３は、ｄ軸演算器１２ｄ、及び、ｑ軸演算器１２ｑにおける演算途中にて求められる指令値と測定値との偏差と、第１から第５実施形態において説明したのと同様に設定される電流制御用のＰＩ制御ゲイン（ｄ軸ＰＩ制御ゲイン、ｑ軸ＰＩ制御ゲイン）とから、ＰＩ制御演算によってｄ軸電圧指令値ｖｄ１とｑ軸電圧指令値ｖｑ１とを算出する。そして、ＰＩ−ｄｑ電流制御器１３は、ｄ軸電圧指令値ｖｄ１をｄ軸加算器１４ｄに出力するとともに、ｑ軸電圧指令値ｖｑ１をｑ軸加算器１４ｑに出力する。

ｄ軸加算器１４ｄには、ｄ軸電圧指令値ｖｄ１と、非干渉制御部１５から出力されるｄ軸干渉電圧指令値ｖｄ’とに加えて、着磁用ＰＩ制御部６０１から出力される着磁用ｄ軸電圧指令値Ｖｄｍ^*が入力される。ｄ軸加算器１４ｄは、ｄ軸電圧指令値ｖｄ１とｄ軸干渉電圧指令値ｖｄ’と着磁用ｄ軸電圧指令値Ｖｄｍ^*とを加算し、その加算結果であるｄ軸電圧指令値ｖｄをｄｑ−３相変換部１６に出力する。

ｑ軸加算器１４ｑには、ｑ軸電圧指令値ｖｑ１と、非干渉制御部１５から出力されるｑ軸干渉電圧指令値ｖｑ’とに加えて、着磁用ＰＩ制御部６０１から出力される着磁用ｑ軸電圧指令値Ｖｑｍ^*が入力される。ｑ軸加算器１４ｑは、ｑ軸電圧指令値ｖｑ１とｑ軸干渉電圧指令値ｖｑ’と着磁用ｑ軸電圧指令値Ｖｑｍ^*とを加算し、その加算結果であるｑ軸電圧指令値ｖｑをｄｑ−３相変換部１６に出力する。

非干渉制御部１５は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ１^*、ｑ軸電流指令値Ｉｑ１^*、及び、モータ１１０の電気角速度ωに基づいて、ｄ軸電流とｑ軸電流における干渉を抑制するための、ｄ軸干渉電圧指令値ｖｄ’及びｑ軸干渉電圧指令値ｖｑ’を求める。そして、非干渉制御部１５は、ｄ軸干渉電圧指令値ｖｄ’をｄ軸加算器１４ｄに出力するとともに、ｑ軸干渉電圧指令値ｖｑ’をｑ軸加算器１４ｑに出力する。

ｄｑ−３相変換部１６には、ｄ軸電圧指令値ｖｄ、及び、ｑ軸電圧指令値ｖｑに加えて、位相速度演算部２２から出力されるモータ１１０の回転子位相角θが入力される。そして、ｄｑ−３相変換部１６は、指令値に対して回転子位相角θに基づいて、３相電圧指令値ｖｕ、ｖｖ、ｖｗを算出する。そして、ｄｑ−３相変換部１６は、算出した３相電圧指令値ｖｕ、ｖｖ、ｖｗを変調率演算部１７に出力する。

変調率演算部１７は、３相電圧指令値ｖｕ、ｖｖ、ｖｗと、モータ１１０への印可電圧を生成するインバータ１９における基準電圧であるＤＣ電圧Ｖｄｃとに基づいて、ＰＷＭ信号の生成に用いる変調率ｍｕ、ｍｖ、ｍｗを算出して、それらの変調率を三角波比較部１８に出力する。

三角波比較部１８は、入力される変調率ｍｕ、ｍｖ、ｍｗと三角波とを比較することにより、ＰＷＭ信号を生成し、このＰＷＭ信号をインバータ１９に出力する。

インバータ１９は、ＰＷＭ信号に基づいて、上アーム及び下アームからなるスイッチ回路（図示省略）を制御することにより、直流電圧から３相交流信号を生成する。そして、インバータ１９は、それらの３相交流信号をモータ１１０に出力する。これにより、モータ１１０を回転駆動させることができる。

電流センサ２０は、インバータ１９とモータ１１０との間に設けられており、ｕ相電流Ｉｕ、及び、ｗ相電流Ｉｗを測定する。そして、電流センサ２０は、測定した電流値を、３相−ｄｑ変換部２１に出力する。

３相−ｄｑ変換部２１には、ｕ相電流Ｉｕ、及び、ｗ相電流Ｉｗが入力されるとともに、位相速度演算部２２から回転子位相角θが入力される。そして、３相−ｄｑ変換部２１は、これらの入力に基づいて、モータ１１０に流れる電流値をｄｑ軸で示したｄ軸電流値Ｉｄ、及び、ｑ軸電流値Ｉｑを算出する。そして、３相−ｄｑ変換部２１は、ｄ軸電流値Ｉｄをｄ軸演算器１２ｄに出力し、ｑ軸電流値Ｉｑをｑ軸演算器１２ｑに出力する。同時に、３相−ｄｑ変換部２１は、ｄ軸電流値Ｉｄ及びｑ軸電流値Ｉｑを、インダクタンス推定部６０２、磁束オブザーバ２４、及び、着磁用ＰＩ制御部６０１に出力する。

位相速度演算部２２においては、モータ１１０に設けられているレゾルバ等の回転角度センサ２３により検出された信号に基づいて、モータ１１０の回転子位相角θを求める。位相速度演算部２２は、回転子位相角θを、ｄｑ−３相変換部１６及び３相−ｄｑ変換部２１に出力する。更に、位相速度演算部２２は、モータ１１０の電気角速度ωを演算により求め、求めた電気角速度ωを磁束オブザーバ２４に出力する。

磁束オブザーバ２４においては、ｄ軸電流値Ｉｄ、ｑ軸電流値Ｉｑ、及び、モータ１１０の電気角速度ωが入力される。磁束オブザーバ２４は、これらの入力に基づいて、着磁量推定値Ψａを算出し、算出した着磁量推定値Ψａを、着磁状態保持制御部１１、及び、着磁用ＰＩ制御部６０１に出力する。ここで、着磁量推定値Ψａとは、磁石の磁石磁束Ψａを表す着磁量（磁束数）の推定値であって、固定子コイルにより発生する磁束と鎖交する磁束の合計数を示す値である。

具体的には、磁束オブザーバ２４は、ｄ軸電流値Ｉｄ、ｑ軸電流値Ｉｑ、及び、電気角速度ωに基づきモータ電圧方程式を予め記憶している。そして、磁束オブザーバ２４は、モータ電圧方程式を用いて着磁量推定値Ψａを算出する。

インダクタンス推定部６０２には、ｄ軸電流値Ｉｄ、ｑ軸電流値Ｉｑ、および、ｄ軸電圧指令値ｖｄが入力される。そして、インダクタンス推定部６０２は、第１から第５実施形態において説明したｑ軸インダクタンス推定器１０３、２２３、及びｄ軸インダクタンス推定器１０４と同様の方法により、ｄ軸インダクタンスＬｄ及びｑ軸インダクタンスＬｑ（これらをまとめて、以下、ｄｑ軸インダクタンス推定値ともいう）を推定する。ｄｑ軸インダクタンス推定値は、着磁用ＰＩ制御部６０１に出力される。

着磁用ＰＩ制御部６０１の前段には減算器２７が設けられている。減算器２７には、上位システム（不図示）から出力される磁石の着磁量指令値Ψａ^*から、磁束オブザーバ２４から出力される着磁量推定値Ψａを減じて、着磁量偏差ΔΨａを算出する。なお、上位システムにおいては、運転状態に応じて最適な磁石の着磁量となるような着磁量指令値Ψａ^*が求められている。

着磁用ＰＩ制御部６０１には、着磁量偏差ΔΨａと、ｄ軸電流値Ｉｄと、ｑ軸電流値Ｉｑと、ｄｑ軸インダクタンス推定値とが入力される。

着磁用ＰＩ制御部６０１は、着磁量偏差ΔΨａに応じて、着磁用ｄ軸電流指令値Ｉｄｍ^*、及び、着磁用ｑ軸電流指令値Ｉｑｍ^*を算出する。具体的には、着磁量偏差ΔΨａと、着磁用ｄ軸電流指令値Ｉｄｍ^*及び着磁用ｑ軸電流指令値Ｉｑｍ^*との関係を定めたマップ、あるいは関係式を予め記憶して、当該マップあるいは関係式を参照することにより、入力される着磁量偏差ΔΨａから、着磁用ｄ軸電流指令値Ｉｄｍ^*及び着磁用ｑ軸電流指令値Ｉｑｍ^*を生成する。

また、着磁用ＰＩ制御部６０１は、生成した着磁用ｄ軸電流指令値Ｉｄｍ^*とｄ軸電流値Ｉｄとの偏差、及び、生成した着磁用ｑ軸電流指令値Ｉｑｍ^*とｑ軸電流値ｉｑとの偏差に応じて、着磁用電流ＰＩ制御を行う。これにより、着磁用ｄ軸電流指令値Ｉｄｍ^*及び着磁用ｑ軸電流指令値Ｉｑｍ^*と後述する着磁用ＰＩ制御ゲインとから着磁用ｄ軸電圧指令値Ｖｄｍ^*及び着磁用ｑ軸電圧指令値Ｖｑｍ^*が算出される。算出された着磁用ｄ軸電圧指令値Ｖｄｍ^*はｄ軸加算器１４ｄに出力され、着磁用ｑ軸電圧指令値Ｖｑｍ^*はｑ軸加算器１４ｑに出力される。

この着磁用電流ＰＩ制御において用いられる着磁用ＰＩ制御ゲインは、着磁量偏差ΔΨａから算出される着磁用ｄ軸電流指令値Ｉｄｍ^*及び着磁用ｑ軸電流指令値Ｉｑｍ^*と、着磁用ＰＩ制御ゲインとの関係を定めたマップ、あるいは関係式を予め記憶して、当該マップあるいは関係式を参照することにより求められる。なお、永久磁石に対する着磁を行う際は、ＰＩ−ｄｑ電流制御器１３においてＰＩ制御ゲイン（ｄ軸ＰＩ制御ゲイン、ｑ軸ＰＩ制御ゲイン）を用いて行われた電流制御から、着磁用ＰＩ制御部６０１において着磁用ＰＩ制御ゲインを用いて行う電流制御に切り替わる。

このように、着磁量指令値Ψａ^*と着磁量推定値Ψａとの偏差に応じて着磁用ＰＩ制御ゲインを調整することにより、着磁用電流（磁力制御用電流）がモータ１１０に通電される前に、着磁用電流の電流振幅と位相とを決定することが出来る。その結果、電流やモータの運転条件によって変動するインダクタンスに応じたＰＩ制御ゲインを適切に設定することが出来る。

さらに、着磁用ＰＩ制御部６０１は、入力されるｄｑ軸インダクタンス推定値に応じて着磁用ＰＩ制御ゲインを調整する。モータ１１０が備える永久磁石が着磁されることによりその磁束量が大きくなると、磁気飽和によりインダクタンスが下がる傾向になる。インダクタンスが低下すると電流制御が発散しやすくなる。したがって、着磁用ＰＩ制御ゲインをインダクタンスに応じて調整することにより、電流制御における着磁用ｄ軸電流指令値Ｉｄｍ^*、及び、着磁用ｑ軸電流指令値Ｉｑｍ^*に対する実電流の追従性が向上するので、制御安定性をより向上させることができる。

図１３は、着磁用ＰＩ制御ゲインを調整する前後での着磁用ｄ軸電流指令値Ｉｄｍ^*に対する実電流の追従性を示す図である。図１３（ａ）は、着磁用ＰＩ制御ゲインを調整する前の実電流の追従性を示し、図１３（ｂ）は、着磁用ＰＩ制御ゲインを調整した後の実電流の追従性を示している。図中の実線は、着磁用ｄ軸電流指令値Ｉｄｍ^*を表し、点線は実電流（ｄ軸電流）を表している。図示するとおり、着磁用ＰＩ制御ゲインを調整することによって、実電流の追従性が向上していることが分かる。

このように、ｄｑ軸インダクタンス推定値に応じて着磁用ＰＩ制御ゲインを能動的に調整することにより、モータの運転条件等が変化している過渡状態においても安定して磁力制御を行うことが出来る。

着磁用ＰＩ制御部６０１は、以上の通り調整された着磁用ＰＩ制御ゲインを用いて着磁用電流ＰＩ制御を行うことにより、着磁用ｄ軸電圧指令値Ｖｄｍ^*及び着磁用ｑ軸電圧指令値Ｖｑｍ^*を生成する。生成された着磁用ｄ軸電圧指令値Ｖｄｍ^*は、ｄ軸加算器１４ｄに出力され、着磁用ｑ軸電圧指令値Ｖｑｍ^*はｑ軸加算器１４ｑに出力される。

また、着磁用ＰＩ制御部６０１は、着磁用ｄ軸電流指令値Ｉｄｍ^*及び着磁用ｑ軸電流指令値Ｉｑｍ^*の時間変化率を調整することもできる。電流制御においては、インダクタンスの大きさによって電流指令値に対する実電流の応答性（追従性）が変化する。したがって、ｄｑ軸インダクタンス推定値に応じて着磁用ｄ軸電流指令値Ｉｄｍ^*及び着磁用ｑ軸電流指令値Ｉｑｍ^*の時間変化率の上限値を設定する。例えば、インダクタンスが小さく、電流制御が発散しやすい場合には、電流変化率の上限値を下げることで着磁用ｄ軸電流指令値Ｉｄｍ^*及び着磁用ｑ軸電流指令値Ｉｑｍ^*の立ち上りをより緩やかにする。これにより、着磁用ｄ軸電流指令値Ｉｄｍ^*及び着磁用ｑ軸電流指令値Ｉｑｍ^*に対する実電流の追従性を向上させることができる。この上限値は、着磁用ｄ軸電流指令値Ｉｄｍ^*及び着磁用ｑ軸電流指令値Ｉｑｍ^*に対して実電流が追従可能な範囲内の電流変化率に設定される。

図１４は、着磁用ｄ軸電流指令値Ｉｄｍ^*の時間変化率を調整する前後での着磁用ｄ軸電流指令値Ｉｄｍ^*に対する実電流の追従性を示す図である。図１４（ａ）は、着磁用ｄ軸電流指令値Ｉｄｍ^*の時間変化率を調整する前の実電流の追従性を示し、図１４（ｂ）は、着磁用ｄ軸電流指令値Ｉｄｍ^*の時間変化率を調整した後の実電流の追従性を示している。図中の実線は、着磁用ｄ軸電流指令値Ｉｄｍ^*を表し、点線は実電流（ｄ軸電流）を表している。

図示するとおり、着磁用ｄ軸電流指令値Ｉｄｍ^*の時間変化率を調整することにより着磁用ｄ軸電流指令値Ｉｄｍ^*の変化率が制限されて、着磁用ｄ軸電流指令値Ｉｄｍ^*の立ち上りおよび立ち下りが緩やかになるので、実電流の追従性が向上していることが分かる。

以上、第６実施形態の可変磁束モータ１１０の電流制御装置６００は、着磁率指令値Ψａ＊に基づいて永久磁石の着磁率を変化させるための着磁用ｄ軸電流指令値Ｉｄｍ^*及び着磁用ｑ軸電流指令値Ｉｑｍ^*を算出し、前記着磁用ｄ軸電流指令値Ｉｄｍ^*及び着磁用ｑ軸電流指令値Ｉｑｍ^*に応じて、着磁用ＰＩ制御ゲインを算出する。永久磁石の着磁率を変化させる際には、ｄ軸ＰＩ制御ゲインおよびｑ軸ＰＩ制御ゲインを用いた電流制御から、着磁用ＰＩ制御ゲインを用いた電流制御に切り替える。。これにより、通常の電流制御とは異なる応答性が要求される磁力制御シーケンスを実行する場合には、磁力制御シーケンスに適したＰＩ制御ゲインが選択されるので、磁力制御シーケンスを実行する際にも安定して、電流制御を行うことが出来る。

また、第６実施形態の可変磁束モータ１１０の電流制御装置６００は、永久磁石の着磁率を推定し、着磁率指令値Ψａ^*と着磁量推定値Ψａとに応じて着磁用ＰＩ制御ゲインを調整する。これにより、磁力制御シーケンスが実行される間、電流やモータの運転条件によって変動するインダクタンスに応じたＰＩ制御ゲインを適切に設定することが出来る。

また、第６実施形態の可変磁束モータ１１０の電流制御装置６００は、推定したｄ軸インダクタンスＬｄと推定したｑ軸インダクタンスＬｑとに応じて、着磁用ＰＩ制御ゲインを調整する。。これにより、インダクタンスの変化に応じて電流制御の応答性が変化している過渡状態においても、インダクタンスの変化に応じて着磁用ＰＩ制御ゲインを変化させることが出来るので、磁力制御シーケンスが実行される間、安定して磁力制御を行うことが出来る。

また、第６実施形態の可変磁束モータ１１０の電流制御装置６００は、推定したｄ軸インダクタンスＬｄとｑ軸インダクタンスＬｑとに応じて着磁用ｄｑ軸電流指令値の変化率を調整する。これにより、インダクタンスの変化に応じて着磁用ｄｑ軸電流指令値に対する実電流の追従性が変化する場合でも、インダクタンスの変化に応じて着磁用ｄｑ軸電流指令値の変化率を調整することが可能となる。この結果、実電流の追従性をより向上させることが出来るので、着磁用ＰＩ制御ゲインのみを調整するよりもさらに電流制御の安定性を向上させることができる。

本発明は、上述した一実施形態に限定されることはない。例えば、ｄｑ軸インダクタンス推定値に応じた着磁用ＰＩ制御ゲインの調整と、着磁用ｄ軸電流指令値Ｉｄｍ^*及び着磁用ｑ軸電流指令値Ｉｑｍ^*の時間変化率の調整とを全て実行する必要は必ずしもなく、省略することもできる。各実施形態で説明した構成は、矛盾が生じない範囲で適宜組み合わされてもよい。

１０１…ｑ軸ＰＩ制御部（ｑ軸ＰＩ制御器）
１０２…ｄ軸ＰＩ制御部（ｄ軸ＰＩ制御器）
１０３…Ｌｑ推定部（ｑ軸インダクタンス推定器）
１０４…Ｌｄ推定部（ｄ軸インダクタンス推定器）
１０６…ｄ軸ＰＩ制御ゲイン調整部（ｄ軸ゲイン調整器）
１０８…回転数取得部（回転数推定器）
１０９…インバータ

Claims (18)

1. 固定子巻線を有する固定子と、
   複数の永久磁石を有する回転子と、を備え、
   インバータから前記固定子巻線に印加される電流が形成する磁界の作用で前記永久磁石の着磁率を変化可能な可変磁束モータの電流制御方法において、
   前記固定子巻線に供給する電流を前記インバータに発生させるためのｑ軸電流指令値と、ｑ軸ＰＩ制御ゲインと、に基づいて前記インバータに与えるｑ軸電圧指令値を算出し、
   前記固定子巻線に供給する電流を前記インバータに発生させるためのｄ軸電流指令値と、ｄ軸ＰＩ制御ゲインと、に基づいて前記インバータに与えるｄ軸電圧指令値を算出し、
   前記ｑ軸電流指令値に基づいて、ｑ軸インダクタンスを推定し、
   前記可変磁束モータの回転数を取得し、
   前記ｄ軸電流指令値及び前記ｑ軸電流指令値と、前記ｄ軸電圧指令値と、前記回転数と、推定した前記ｑ軸インダクタンスと、ｄ軸インダクタンスの前回推定値と、に基づいて前記ｄ軸インダクタンスを推定し、
   推定した前記ｄ軸インダクタンスに応じて前記ｄ軸ＰＩ制御ゲインを調整し、
   前記ｑ軸電圧指令値と前記ｄ軸電圧指令値とに応じたｑ軸電流及びｄ軸電流を、前記インバータから前記固定子巻線に供給し、
   着磁率指令値に基づいて前記永久磁石の着磁率を変化させるための着磁用ｄ軸電流指令値及び着磁用ｑ軸電流指令値を算出し、
   前記着磁用ｄ軸電流指令値及び着磁用ｑ軸電流指令値に応じて、着磁用ＰＩ制御ゲインを算出し、
   前記永久磁石の着磁率を変化させる際には、前記ｄ軸ＰＩ制御ゲインおよび前記ｑ軸ＰＩ制御ゲインを用いた電流制御から、前記着磁用ＰＩ制御ゲインを用いた電流制御に切り替える、
   ことを特徴とする可変磁束モータの電流制御方法。
2. 請求項１に記載の可変磁束モータの電流制御方法において、
   前記ｑ軸インダクタンスは、前記ｄ軸電流及びｑ軸電流と、前記ｑ軸インダクタンスとの関係を予め記憶させたマップを用いて、前記ｑ軸電流指令値及び前記ｄ軸電流指令値から推定される、
   ことを特徴とする可変磁束モータの電流制御方法。
3. 請求項１に記載の可変磁束モータの電流制御方法において、
   前記ｑ軸インダクタンスは、予め定めた前記ｑ軸インダクタンスの最大値と最小値との間を補間する補間式を用いて、前記ｑ軸電流指令値から推定される、
   ことを特徴とする可変磁束モータの電流制御方法。
4. 請求項３に記載の可変磁束モータの電流制御方法において、
   前記補間は線形補間である、
   ことを特徴とする可変磁束モータの電流制御方法。
5. 請求項３に記載の可変磁束モータの電流制御方法において、
   前記補間は非線形補間である、
   ことを特徴とする可変磁束モータの電流制御方法。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の可変磁束モータの電流制御方法において、
   前記ｄ軸インダクタンスの初期値として、予め定めた固定値を使用する、
   ことを特徴とする可変磁束モータの電流制御方法。
7. 請求項６に記載の可変磁束モータの電流制御方法において、
   推定した前記ｄ軸インダクタンスを初期化する初期化シーケンスを実行する際は、推定した前記ｄ軸インダクタンスの値を前記固定値に設定する、
   ことを特徴とする可変磁束モータの電流制御方法。
8. 請求項６に記載の可変磁束モータの電流制御方法において、
   前記固定子巻線に発生する誘起電圧を計測または算出し、
   推定した前記ｄ軸インダクタンスを初期化する初期化シーケンスを実行する際は、前記誘起電圧から求められる磁石磁束に基づいて算出されたｄ軸インダクタンス算出値を前記初期値として設定する、
   ことを特徴とする可変磁束モータの電流制御方法。
9. 請求項８に記載の可変磁束モータの電流制御方法において、
   前記可変磁束モータが、前記ｑ軸電流に対する前記磁石磁束の変化率が略０となる動作域において動作する際に、前記初期化シーケンスを実行する、
   ことを特徴とする可変磁束モータの電流制御方法。
10. 請求項９に記載の可変磁束モータの電流制御方法において、
    前記初期化シーケンスでは、
    前記ｑ軸電流が略０のときに、第１のｄ軸電流を前記固定子巻線に流すことにより算出された第１のｄ軸磁束と、第２のｄ軸電流を前記固定子巻線に流すことにより算出された第２のｄ軸磁束とに基づいて算出された前記ｄ軸インダクタンス算出値を、前記初期値として設定する、
    ことを特徴とする可変磁束モータの電流制御方法。
11. 請求項９に記載の可変磁束モータの電流制御方法において、
    前記初期化シーケンスでは、
    前記ｑ軸電流が略最大値のときに、第１のｄ軸電流を前記固定子巻線に流すことにより算出された第１のｄ軸磁束と、第２のｄ軸電流を前記固定子巻線に流すことにより算出された第２のｄ軸磁束とに基づいて算出された前記ｄ軸インダクタンス算出値を、前記初期値として設定する、
    ことを特徴とする可変磁束モータの電流制御方法。
12. 請求項１から１１のいずれか一項に記載の可変磁束モータの電流制御方法において、
    推定したｄ軸インダクタンスが予め定めたｄ軸インダクタンス上限値以上の場合は、前記ｄ軸インダクタンスを前記ｄ軸インダクタンス上限値に設定し、
    推定したｄ軸インダクタンスが予め定めたｄ軸インダクタンス下限値以下の場合は、前記ｄ軸インダクタンスを前記ｄ軸インダクタンス下限値に設定する、
    ことを特徴とする可変磁束モータの電流制御方法。
13. 請求項１２に記載の可変磁束モータの電流制御方法において、
    推定した前記ｄ軸ＰＩ制御ゲインが、前記ｄ軸インダクタンスが前記ｄ軸インダクタンス下限値の場合でも電流制御が発散しない最大のゲインを予め定めたゲイン最大値以上の場合は、前記ｄ軸ＰＩ制御ゲインを前記ゲイン最大値に設定する、
    ことを特徴とする可変磁束モータの電流制御方法。
14. 請求項１２に記載の可変磁束モータの電流制御方法において、
    推定した前記ｄ軸インダクタンスが前記ｄ軸インダクタンス上限値以上、もしくは、推定した前記ｄ軸インダクタンスが前記ｄ軸インダクタンス下限値以下になった場合は、その後最初に前記ｑ軸電流に対する磁石磁束の変化率が略０となった時に、推定した前記ｄ軸インダクタンスを初期化する初期化シーケンスを実行する、
    ことを特徴とする可変磁束モータの電流制御方法。
15. 請求項１に記載の可変磁束モータの電流制御方法において、
    前記永久磁石の着磁率を推定し、
    前記着磁率指令値と推定した前記着磁率とに応じて前記着磁用ＰＩ制御ゲインを調整する、
    ことを特徴とする可変磁束モータの電流制御方法。
16. 請求項１５に記載の可変磁束モータの電流制御方法において、
    推定した前記ｄ軸インダクタンスと前記ｑ軸インダクタンスとに応じて、前記着磁用ＰＩ制御ゲインをさらに調整する、
    ことを特徴とする可変磁束モータの電流制御方法。
17. 請求項１から１６のいずれか一項に記載の可変磁束モータの電流制御方法において、
    推定した前記ｄ軸インダクタンスと前記ｑ軸インダクタンスとに応じて前記着磁用ｄ軸電流指令値及び着磁用ｑ軸電流指令値の変化率を調整する、
    ことを特徴とする可変磁束モータの電流制御方法。
18. 固定子巻線を有する固定子と、
    複数の永久磁石を有する回転子と、を備え、
    インバータから前記固定子巻線に印加される電流が形成する磁界の作用で前記永久磁石の着磁量を変化可能な可変磁束モータの電流制御装置において、
    前記固定子巻線に供給する電流を前記インバータに発生させるためのｑ軸電流指令値と、ｑ軸ＰＩ制御ゲインと、に基づいて前記インバータに与えるｑ軸電圧指令値を算出するｑ軸ＰＩ制御部と、
    前記固定子巻線に供給する電流を前記インバータに発生させるためのｄ軸電流指令値と、ｄ軸ＰＩ制御ゲインと、に基づいて前記インバータに与えるｄ軸電圧指令値を算出するｄ軸ＰＩ制御部と、
    前記ｑ軸電流指令値に基づいて、ｑ軸インダクタンスを推定するＬｑ推定部と、
    前記可変磁束モータの回転数を取得する回転数取得部と、
    前記ｄ軸電流指令値及び前記ｑ軸電流指令値と、前記ｄ軸電圧指令値と、前記回転数と、推定した前記ｑ軸インダクタンスと、ｄ軸インダクタンスの前回推定値と、に基づいて前記ｄ軸インダクタンスを推定するＬｄ推定部と、
    推定した前記ｄ軸インダクタンスに応じて前記ｄ軸ＰＩ制御ゲインを調整するｄ軸ＰＩ制御ゲイン調整部と、
    着磁率指令値に基づいて前記永久磁石の着磁率を変化させるための着磁用ｄ軸電流指令値及び着磁用ｑ軸電流指令値を算出し、前記着磁用ｄ軸電流指令値及び着磁用ｑ軸電流指令値に応じて、着磁用ＰＩ制御ゲインを算出する着磁用ＰＩ制御部と、
    を備え、
    前記ｑ軸電圧指令値と前記ｄ軸電圧指令値とに応じたｑ軸電流及びｄ軸電流を、前記インバータから前記固定子巻線に供給し、
    前記永久磁石の着磁率を変化させる際には、前記ｄ軸ＰＩ制御ゲインおよび前記ｑ軸ＰＩ制御ゲインを用いた電流制御から、前記着磁用ＰＩ制御ゲインを用いた電流制御に切り替える、
    ことを特徴とするモータの電流制御装置。