WO2013024828A1 - モータ制御装置及びそれを用いた作業機械 - Google Patents

Abstract

　モータ定数の設定誤差も含めて補償して、高精度なトルク制御が可能なモータ制御装置を提供することにある。　モータ制御装置１００は、モータＭＯＴに対するトルク指令値から求められた電流指令値が、モータＭＯＴに電力変換器ＩＮＶを介して供給される電流に対する電流検出値に一致するように、モータに供給される電流を制御する制御部を有する。制御部は、モータが出力するトルクを推定し、推定されたモータのトルク推定値が、トルク指令値に一致するようにモータに供給される電流を制御する。トルク推定演算部120は、モータが出力するトルクを推定する。位相誤差指令演算部125は、トルク推定値とトルク指令値との偏差から、位相誤差の指令値を算出する。速度推定演算部150は、位相誤差の指令値に、位相誤差推定値が一致するように、速度推定値を出力する。

Description

モータ制御装置及びそれを用いた作業機械

　本発明は、モータ制御装置及びそれを用いた作業機械に係り、特に、永久磁石同期モータをトルク制御するに好適なモータ制御装置及びそれを用いた作業機械に関する。

　従来、トルク制御するモータ制御装置において、モータの電気定数を演算するモータ定数演算部を備え、直交する２つの軸（ｄ軸およびｑ軸）のうち一方の軸上で定義される電気定数の設定値を、同一の軸上で定義される状態変数を用いた関数式で補正し、かつ他方の軸上で定義される状態変数を用いた関数式で補正するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

　かかる方式により、永久磁石同期モータの電気定数をより簡便に設定することができる。その結果、その正確な電気定数をトルク制御に用いることにより、高トルク時においても、より高精度なトルク制御が可能となり、高応答かつ高効率にモータを駆動することができる。

特開２００９－１３６０８５号公報

　しかしながら、特許文献１記載のものでは、モータ定数の設定誤差などについては触れられていない。モータ定数の設定誤差があると、その誤差分だけトルク制御の精度が低下することになる。

　本発明の目的は、モータ定数の設定誤差も含めて補償して、高精度なトルク制御が可能なモータ制御装置及びそれを用いた作業機械を提供することにある。

　（１）上記目的を達成するために、本発明は、モータに対するトルク指令値から求められた電流指令値が、前記モータに電力変換器を介して供給される電流に対する電流検出値に一致するように、前記モータに供給される電流を制御する制御部を有するモータ制御装置であって、前記制御部は、前記モータが出力するトルクを推定し、推定された前記モータのトルク推定値が、前記トルク指令値に一致するように前記モータに供給される電流を制御するようにしたものである。

　（２）上記（１）において、好ましくは、前記制御部は、前記モータが出力するトルクを推定するトルク推定演算部と、ｄ軸及びｑ軸電流指令値と、ｄ軸及びｑ軸電流検出値と、速度推定値と、モータ定数の設定値に基づいて、ｄ軸及びｑ軸電圧指令値を算出する電圧ベクトル演算部と、該電圧ベクトル演算部が出力するｄ軸及びｑ軸電圧指令値と、前記速度推定値と、前記ｄ軸及びｑ軸電流検出値と、前記モータ定数の設定値に基づいて、前記モータの回転位相の推定値と前記モータの回転位相値との偏差である位相誤差の推定値である位相誤差推定値を出力する位相誤差推定演算部と、前記トルク推定演算部が推定した前記トルク推定値と前記トルク指令値との偏差から、位相誤差の指令値を算出する位相誤差指令演算部と、前記位相誤差指令演算部が出力する位相誤差の指令値に、前記位相誤差推定演算部が出力する位相誤差推定値が一致するように、前記速度推定値を出力する速度推定演算部とを備えるようにしたものである。

　（３）上記（２）において、好ましくは、前記トルク推定演算部は、前記ｄ軸電圧指令値と前記ｄ軸電流検出値の乗算値と、前記ｑ軸電圧指令値と前記ｑ軸電流検出値の乗算値とを加算した第１の電力信号から、ｄ軸およびｑ軸電流検出値をそれぞれ２乗し、それらを加算した値に、前記モータの抵抗値を乗じた第２の電力信号を減算し、該減算値を前記速度推定値で除算した結果に、定数を乗じて算出するようにしたものである。

　（４）上記（３）において、好ましくは、前記位相誤差推定演算部は、前記トルク推定演算部が推定した前記トルク推定値と前記トルク指令値との偏差に積分ゲインを乗して積分演算して、前記位相誤差の指令値を算出するようにしたものである。

　（５）上記（２）において、好ましくは、前記トルク推定演算部は、前記電力変換器に対する３相の電圧指令値と３相の電流検出値を、３相の各相毎に乗算し、それら乗算値を加算した第１の電力信号から、前記３相の電流検出値を各相毎に２乗し、それらを加算した値に、前記モータの抵抗値を乗じた第２の電力信号を減算し、該減算値を該速度推定値で除算した結果に、定数を乗じて算出するようにしたものである。

　（６）上記（２）において、好ましくは、前記トルク推定演算部は、前記電力変換器の直流電圧と直流電流を乗算した結果に、定数を乗じた第１の電力信号から、前記ｄ軸およびｑ軸電流検出値をそれぞれ２乗し、それらを加算した値に、前記モータの抵抗値を乗じた第２の電力信号を減算し、該減算値を前記速度推定値で除算した結果に、定数を乗じて算出するようにしたものである。

　（７）上記（１）において、好ましくは、前記制御部は、前記モータが出力するトルクを推定するトルク推定演算部と、ｄ軸及びｑ軸電流指令値と、ｄ軸及びｑ軸電流検出値と、速度推定値と、モータ定数の設定値に基づいて、ｄ軸及びｑ軸電圧指令値を算出する電圧ベクトル演算部と、前記トルク推定演算部が推定した前記トルク推定値と前記トルク指令値との偏差から、ｑ軸インダクタンスの修正値を算出するｑ軸インダクタンス修正演算部と、前記電圧ベクトル演算部が出力するｄ軸及びｑ軸電圧指令値と、前記速度推定値と、前記ｄ軸及びｑ軸電流検出値と、前記モータ定数の設定値と、前記ｑ軸インダクタンスの修正値に基づいて、前記モータの回転位相の推定値と前記モータの回転位相値との偏差である位相誤差の推定値である位相誤差推定値を出力する位相誤差推定演算部と、該位相誤差指令演算部が出力する位相誤差の指令値が零となるように、前記速度推定値を出力する速度推定演算部とを備えるようにしたものである。

　（８）上記（７）において、好ましくは、前記ｑ軸インダクタンス修正演算部は、前記トルク推定演算部が推定した前記トルク推定値と前記トルク指令値との偏差に積分ゲインを乗して積分演算して、前記ｑ軸インダクタンス修正値を算出するようにしたものである。

　（９）また、上記目的を達成するために、本発明は、永久磁石同期電動機に対するトルク指令値から求められた電流指令値が、前記永久磁石同期電動機に電力変換器を介して供給される電流に対する電流検出値に一致するように、前記永久磁石同期電動機に供給される電流を制御する制御部を有し、永久磁石同期電動機のトルク制御を行うモータ制御装置であって、前記制御部は、上位制御装置から与えられる第１のトルク指令値に前記電力変換器の電力情報から求めたトルク推定値が一致するように、第２のトルク指令値を演算し、該第２のトルク指令値に従いトルク制御を行うようにしたものである。　
　かかる構成により、モータ定数の設定誤差も含めて補償して、高精度なトルク制御が可能となる。

　（１０）上記（９）において、好ましくは、前記永久磁石同期電動機の磁極位置を検出する位置検出器を備え、前記制御部は、該位置検出器によって検出された磁極位置から算出された速度検出値と、前記第２のトルク指令値から求めたｄ軸およびｑ軸の電流指令値と、電流検出値と、モータ定数の設定値とに従い、ｄ軸およびｑ軸の電圧指令値の演算を行い、前記電力変換器の出力電圧を制御するようにしたものである。

　（１１）上記（９）において、好ましくは、前記制御部は、前記第２のトルク指令値から求めたｄ軸およびｑ軸の電流指令値と、電流検出値と、速度推定値と、モータ定数の設定値とに従い、ｄ軸およびｑ軸の電圧指令値の演算を行い、電力変換器の出力電圧を制御し、前記速度推定値を積分して求めた回転位相推定値と前記永久磁石同期電動機の回転位相値との偏差である位相誤差が位相誤差の指令値に一致するように前記速度推定値を演算するようにしたものである。

　（１２）上記（１０）において、好ましくは、前記制御部は、前記トルク推定値を算出するトルク推定値演算部を備え、該トルク推定値演算部は、ｄ軸の電圧指令値と電流検出値の乗算値とｑ軸の電圧指令値と電流検出値の乗算値とを加算した第１の電力信号から、ｄ軸およびｑ軸の電流検出値をそれぞれ２乗した加算値に前記永久磁石同期電動機の抵抗値を乗じた第２の電力信号を減算し、該減算値を速度推定値で除算した結果に定数を乗じて前記トルク推定値を算出するようにしたものである。

　（１３）上記（１０）において、好ましくは、前記制御部は、前記トルク推定値を算出するトルク推定値演算部を備え、該トルク推定値演算部は、前記電力変換器の直流電圧と直流電流を乗算した結果に定数を乗じた第１の電力信号から、３相の電流検出値を各相毎に２乗した加算値にモータの抵抗値を乗じた第２の電力信号を減算し、該減算値を速度推定値で除算した結果に定数を乗じて前記トルク推定値を算出するようにしたものである。

　（１４）上記（１０）において、好ましくは、前記制御部は、前記トルク推定値を算出するトルク推定値演算部を備え、該トルク推定値演算部は、前記電力変換器の直流電圧と直流電流を乗算した結果に定数を乗じた第１の電力信号から、ｄ軸およびｑ軸の電流検出値をそれぞれ２乗し、それらを加算した値に、前記永久磁石同期電動機の抵抗値を乗じた第２の電力信号を減算し、該減算値を速度推定値で除算した結果に、定数を乗じて前記トルク推定値を算出するようにしたものである。

　（１５）上記（９）において、好ましくは、前記上位制御装置から与えられる前記第１のトルク指令値とトルク出力値の偏差は、永久磁石同期電動機の電流値の２乗に比例し、電動機速度に反比例するものである。

　（１６）また、上記目的を達成するために、本発明は、永久磁石同期電動機と、直流を３相交流に変換し、前記永久磁石同期電動機に供給して、前記永久磁石同期電動機の出力トルクを可変する電力変換器と、前記永久磁石同期電動機に対するトルク指令値から求められた電流指令値が、前記永久磁石同期電動機に前記電力変換器を介して供給される電流に対する電流検出値に一致するように、前記永久磁石同期電動機に供給される電流を制御する制御部を有する作業機械であって、前記制御部は、上位制御装置から与えられる第１のトルク指令値に前記電力変換器の電力情報から求めたトルク推定値が一致するように、第２のトルク指令値を演算し、該第２のトルク指令値に従いトルク制御を行うようにしたものである。　
　かかる構成により、モータ定数の設定誤差も含めて補償して、高精度なトルク制御が可能となる。

　（１７）上記（１６）において、好ましくは、前記作業機械は、ホイルローダであり、該ホイルローダは、前記永久磁石同期電動機として、車輪を駆動する走行駆動用モータと、エンジンをアシストするアシストモータとを備え、前記走行駆動用モータを制御するモータ制御装置は、上記（１０）記載の制御部を備え、前記アシストモータを制御するモータ制御装置は、上記（１１）記載の制御部を備えるようにしたものである。

　（１８）上記（１６）において、好ましくは、前記作業機械は、ホイルローダであり、該ホイルローダは、前記永久磁石同期電動機として、車輪を駆動する走行駆動用モータと、エンジンをアシストするアシストモータとを備え、前記走行駆動用モータを制御するモータ制御装置及び前記アシストモータを制御するモータ制御装置は、上記（１０）記載の制御部を備えるようにしたものである。

　（１９）上記（１６）において、好ましくは、前記作業機械は、油圧ショベルであり、該油圧ショベルは、前記永久磁石同期電動機として、下部走行体に対して上部旋回体を旋回させる旋回モータと、エンジンをアシストするアシストモータとを備え、前記旋回モータを制御するモータ制御装置は、上記（１０）記載の制御部を備え、前記アシストモータを制御するモータ制御装置は、上記（１１）記載の制御部を備えるようにしたものである。

　（２０）上記（１６）において、好ましくは、前記作業機械は、油圧ショベルであり、該油圧ショベルは、前記永久磁石同期電動機として、下部走行体に対して上部旋回体を旋回させる旋回モータと、エンジンをアシストするアシストモータとを備え、前記旋回モータを制御するモータ制御装置及び前記アシストモータを制御するモータ制御装置は、上記（１０）記載の制御部を備えるようにしたものである。

　本発明によれば、モータ定数の設定誤差も含めて補償して、高精度なトルク制御が可能となる。

本発明の第1の実施形態によるモータ制御装置を用いたモータ駆動システムの構成について説明する。 従来のモータ制御装置を用いたモータ駆動システムにおいて、トルク指令を１００％ステップ変化させた場合の出力トルクを示す図である。 従来のモータ制御装置を用いたモータ駆動システムにおいて、交流のモータ電流を示す図である。 従来のモータ制御装置を用いたモータ駆動システムにおいて、位相誤差の関係を示す図である。 本発明の第1の実施形態によるモータ制御装置に用いるトルク推定演算部の動作説明図である。 本発明の第1の実施形態によるモータ制御装置に用いる位相誤差指令演算部の動作説明図である。 本発明の第1の実施形態によるモータ制御装置を用いたモータ駆動システムにおいて、トルク指令を１００％ステップ変化させた場合の出力トルクを示す図である。 本発明の第1の実施形態によるモータ制御装置を用いたモータ駆動システムにおいて、モータ電流を示す図である。 本発明の第1の実施形態によるモータ制御装置を用いたモータ駆動システムにおいて、位相誤差の関係を示す図である。 本発明の第1の実施形態によるモータ制御装置に用いるトルク推定演算部の他の構成の説明図である。 本発明の第２の実施形態によるモータ制御装置を用いたモータ駆動システムの構成について説明する。 本発明の第２の実施形態によるモータ制御装置に用いるトルク推定演算部の動作説明図である。 本発明の第３の実施形態によるモータ制御装置を用いたモータ駆動システムの構成について説明する。 本発明の第３の実施形態によるモータ制御装置に用いるｑ軸インダクタンス修正演算部の動作説明図である。 本発明の第３の実施形態によるモータ制御装置に用いる位相誤差推定演算部の動作説明図である。 本発明の各実施形態によるモータ制御装置を適用する作業車両の構成図である。 本発明の各実施形態によるモータ制御装置を適用する作業車両の構成図である。

本発明の第4の実施形態によるモータ制御装置を用いたモータ駆動システムの構成について説明する。 モータ定数の設定値に誤差がない場合において、トルク指令を１００％ステップ変化させた場合の出力トルクを示す図である。 モータ定数の設定値に誤差がない場合において、交流のモータ電流を示す図である。 モータ定数の設定値に誤差がある場合において、トルク指令を１００％ステップ変化させた場合の出力トルクを示す図である。 モータ定数の設定値に誤差がある場合において、交流のモータ電流を示す図である。 モータ定数の設定値に誤差がない場合において、トルク指令を１００％ステップ変化させた場合の出力トルクを示す図である。 モータ定数の設定値に誤差がない場合において、交流のモータ電流を示す図である。 モータ定数の設定値に誤差がある場合において、トルク指令を１００％ステップ変化させた場合の出力トルクを示す図である。 モータ定数の設定値に誤差がある場合において、交流のモータ電流を示す図である。 本発明の第4の実施形態によるモータ制御装置に用いるトルク推定演算部の動作説明図である。 本発明の第4の実施形態によるモータ制御装置に用いるトルク修正演算部の動作説明図である。 本発明の第4の実施形態によるモータ制御装置を用いたモータ駆動システムにおける出力トルクの変動の説明図である。 本発明の第4の実施形態によるモータ制御装置を用いたモータ駆動システムにおける出力トルクの変動の説明図である。 本発明の第4の実施形態によるモータ制御装置に用いるトルク推定演算部の他の構成の説明図である。 本発明の第5の実施形態によるモータ制御装置を用いたモータ駆動システムの構成について説明する。 本発明の第5の実施形態によるモータ制御装置に用いるトルク推定演算部の動作説明図である。 本発明の第6の実施形態によるモータ制御装置を用いたモータ駆動システムの構成について説明する。 本発明の第6の実施形態によるモータ制御装置の動作説明図である。 本発明の各実施形態によるモータ制御装置を適用する作業機械の構成図である。

　以下、図１～図６を用いて、本発明の第1の実施形態によるモータ制御装置の構成及び動作について説明する。　
　最初に、図１を用いて、本実施形態によるモータ制御装置を用いたモータ駆動システムの構成について説明する。　
　図１は、本発明の第1の実施形態によるモータ制御装置を用いたモータ駆動システムの構成について説明する。　
　本実施形態によるモータ駆動システムは、モータ制御装置１００と、電力変換器ＩＮＶと、永久磁石同期モータ（ＰＭモータ；交流モータ）ＭＯＴと、トルク指令設定部ＴＳとから構成されている。

　永久磁石同期モータ（ＰＭモータ；交流モータ）ＭＯＴは、永久磁石及び界磁巻線を備えた回転子と、電機子巻線を備えた固定子とから構成される。永久磁石同期モータＭＯＴは、永久磁石の磁束によるトルク成分と、電機子巻線のインダクタンスによるトルク成分を合成したトルクを出力する。永久磁石同期モータＭＯＴは、図１２を用いて後述するように、作業車両に用いられるモータである。本実施形態のモータ制御装置１００は、かかるモータＭＯＴを制御するために用いられる。

　電力変換器ＩＮＶは、３相交流の電圧指令値Ｖｕ*，Ｖｖ*，Ｖｗ*に基づいて、直流電源Ｂから供給される直流電圧を３相交流電圧に変換し、永久磁石同期モータＭＯＴに供給し、永久磁石同期モータＭＯＴの出力トルクを可変する。

　電流検出器ＳＩは、永久磁石同期モータＭＯＴの３相の交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検出する。

　トルク指令設定部ＴＳは、モータ制御装置１００に対して、永久磁石同期モータＭＯＴが出力するトルクの指令値であるトルク指令値τ*を出力する。トルク指令値τ*は、「零」を含む「正負極性」の値である。トルク指令設定部ＴＳは、モータ制御装置１００に対する上位の制御装置の内部に備えられる。

　モータ制御装置１００は、座標変換部110と、位相誤差推定演算部115と、トルク推定演算部120と、位相誤差指令演算部125と、速度推定演算部130と、位相演算部135と、ｄ軸電流指令設定部140と、電流指令変換演算部145と、ｄ軸電流制御演算部150と、ｑ軸電流制御演算部155と、電圧ベクトル演算部160と、座標変換部165と、差演算部ＤＦ１，ＤＦ２，ＤＦ３，ＤＦ４とを備えている。

　座標変換部110は、永久磁石同期モータＭＯＴに供給される３相の交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの電流検出器ＳＩによる検出値である電流検出値Ｉｕｃ，Ｉｖｃ，Ｉｗｃと、位相演算部135によって推定された回転位相の推定値θｄｃとから、ｄ軸およびｑ軸の電流検出値Ｉｄｃ，Ｉｑｃを出力する。

　位相誤差推定演算部115は、電圧ベクトル演算部160が出力する電圧指令値Ｖｄｃ*，Ｖｑｃ*と、速度推定演算部130によって推定された速度推定値ω＾と、座標変換部110が出力する電流検出値Ｉｄｃ，Ｉｑｃと、予め設定されている永久磁石同期モータＭＯＴの電気定数（Ｒ，Ｌｄ，Ｌｑ，Ｋｅ）に基づいて、回転位相の推定値θｄｃと永久磁石同期モータＭＯＴの回転位相値θｄとの偏差である位相誤差Δθ（＝（θｄｃ－θｄ））の推定演算により、位相誤差推定値Δθｃを出力する。ここで、電気定数（Ｒ，Ｌｄ，Ｌｑ，Ｋｅ）は、位相誤差推定演算部115の内部に設定値として保持されている。電気定数（Ｒ，Ｌｄ，Ｌｑ，Ｋｅ）の値としては、本実施形態のモータ制御装置１００によって駆動制御される永久磁石同期モータＭＯＴの設計値を設定保持している。なお、実際に用いられる個々の永久磁石同期モータＭＯＴの電気定数（Ｒ，Ｌｄ，Ｌｑ，Ｋｅ）の値は、永久磁石同期モータＭＯＴの電気定数（Ｒ，Ｌｄ，Ｌｑ，Ｋｅ）の設計値とは異なるものであるが、両者の誤差、及び個々の永久磁石同期モータＭＯＴの電気定数（Ｒ，Ｌｄ，Ｌｑ，Ｋｅ）が経時変化することにより生じる設定値との誤差は、以下に説明するトルク推定演算部120及び位相誤差指令演算部125を用いることにより、補償されるものである。

　トルク推定演算部120は、電圧ベクトル演算部160が出力する電圧指令値Ｖｄｃ*，Ｖｑｃ*と、速度推定演算部130によって推定された速度推定値ω＾と、座標変換部110が出力する電流検出値Ｉｄｃ，Ｉｑｃとを用いて、出力トルクの推定演算を行い、トルク推定値τ＾を出力する。

　差演算部ＤＦ１は、トルク指令設定部ＴＳが出力するトルク指令値τ*と、トルク推定演算部120が算出したトルク推定値τ＾との偏差（τ*－τ＾）を算出する。位相誤差指令演算部125は、差演算部ＤＦ１が出力する偏差（τ*－τ＾）を比例・積分演算し、その出力値を位相誤差の指令値Δθｃ*として出力する。

　差演算部ＤＦ２は、位相誤差推定演算部115が出力する位相誤差Δθと、位相誤差指令演算部125が出力する位相誤差の指令値Δθｃ*との差（Δθｃ*－Δθ）を演算し、出力する。

　速度推定演算部130は、差演算部ＤＦ２が出力する差（Δθｃ*－Δθ）が零となるように、すなわち、位相誤差指令演算部125が出力する位相誤差の指令値Δθｃ*に、位相誤差指令演算部125が出力する位相誤差の推定値Δθｃが一致するように、速度推定値ω＾を出力する。

　なお、ここで、「位相誤差の指令値Δθｃ*に、位相誤差の推定値Δθｃが一致する」とは、位相誤差の指令値Δθｃ*と位相誤差の推定値Δθｃとが厳密に一致する場合だけでなく、位相誤差の指令値Δθｃ*に対して、位相誤差の推定値Δθｃがある許容範囲内となる場合も含むものである。

　位相演算部135は、速度推定演算部130が算出した速度推定値ω＾を積分して、得られた回転位相の推定値θｄｃを座標変換部110，165に出力する。

　ｄ軸電流指令設定部140は、「零」あるいは「負極性」の値であるｄ軸の電流指令値Ｉｄ*を出力する。

　電流指令変換演算部145は、トルク指令設定部ＴＳからのトルク指令値τ*と、ｄ軸電流指令設定部140が出力するｄ軸の電流指令値Ｉｄ*と、永久磁石同期モータＭＯＴの電気定数（Ｌｄ，Ｌｑ，Ｋｅ）を用いて、ｑ軸の電流指令値Ｉｑ*を算出する。ここで、電気定数（Ｌｄ，Ｌｑ，Ｋｅ）は、電流指令変換演算部145の内部に設定値として保持されている。電気定数（Ｌｄ，Ｌｑ，Ｋｅ）の値としては、本実施形態のモータ制御装置１００によって駆動制御される永久磁石同期モータＭＯＴの設計値を設定保持している。

　差演算部ＤＦ３は、ｄ軸電流指令設定部140が出力する第１のｄ軸の電流指令値Ｉｄ*と、座標変換部110が出力する電流検出値Ｉｄｃとの偏差（Ｉｄ*－Ｉｄｃ）を算出する。

　ｄ軸電流制御演算部150は、差演算部ＤＦ３が算出した偏差（Ｉｄ*－Ｉｄｃ）から、第２のｄ軸の電流指令値Ｉｄ**を出力する。

　差演算部ＤＦ４は、電流指令変換演算部145が出力する第１のｑ軸の電流指令値Ｉｑ*と、座標変換部110が出力する電流検出値Ｉｑｃとの偏差（Ｉｑ*－Ｉｑｃ）を算出する。

　ｑ軸電流制御演算部155は、差演算部ＤＦ４が算出した偏差（Ｉｑ*－Ｉｑｃ）から、第２のｑ軸の電流指令値Ｉｑ**を出力する。

　電圧ベクトル演算部160は、ｄ軸電流制御演算部150が出力する第２のｄ軸の電流指令値Ｉｄ**と、ｑ軸電流制御演算部155が出力する第２のｑ軸の電流指令値Ｉｑ**と、速度推定値ω＾と、予め設定されている永久磁石同期モータＭＯＴの電気定数（Ｒ，Ｌｄ，Ｌｑ，Ｋｅ）とに基づいて、ｄ軸およびｑ軸の電圧指令値Ｖｄｃ*，Ｖｑｃ*をそれぞれ出力する。

　座標変換部165は、電圧ベクトル演算部160が出力する電圧指令値Ｖｄｃ*，Ｖｑｃ*と、位相演算部135が推定した回転位相の推定値θｄｃとから、３相交流の電圧指令値Ｖｕ*，Ｖｖ*，Ｖｗ*をそれぞれ出力する。

　すなわち、本実施形態では、モータに対するトルク指令値τ*から求められたｑ軸電流指令値Ｉｑ*及び設定されているｄ軸電流指令値Ｉｄ*が、モータに電力変換器を介して供給される電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗに対するｄ軸及びｑ軸電流検出値Ｉｄｃ，Ｉｑｃに一致するように、モータに供給される電流を制御している。なお、ここで、「ｄ軸及びｑ軸電流検出値Ｉｄｃ，Ｉｑｃに、ｄ軸及びｑ軸電流指令値Ｉｄ*，Ｉｑ*が一致する」とは、ｄ軸及びｑ軸電流検出値Ｉｄｃ，Ｉｑｃとｄ軸及びｑ軸電流指令値Ｉｄ*，Ｉｑ*とが厳密に一致する場合だけでなく、ｄ軸及びｑ軸電流検出値Ｉｄｃ，Ｉｑｃに対して、ｄ軸及びｑ軸電流指令値Ｉｄ*，Ｉｑ*がある許容範囲内となる場合も含むものである。以上のフィードバック制御により、モータのトルクがトルク指令値に一致するようにモータに供給される電流が制御される。但し、モータ定数に誤差があると、実際にモータから出力されるトルク値は、トルク指令値とは異なることになる。

　次に、本実施形態のモータ制御装置１００の動作について説明するが、最初に、本実施形態の特徴である「トルク推定演算部120」及び「位相誤差指令演算部125」を用いない場合の、位置センサレス制御方式の基本動作について説明する。

　永久磁石同期モータＭＯＴの出力トルクτは、以下の式（１）によって示すことができる。　

ここに、Ｐｍ：モータの極対数、Ｋｅ：発電係数、Ｌｄ：ｄ軸のインダクタンス、Ｌｑ：ｑ軸のインダクタンス、Ｉｄ：モータのｄ軸電流、Ｉｑ：モータのｑ軸電流である。

　ここで、制御軸である回転位相の推定値θｄｃとモータ軸である回転位相値θｄとの偏差である位相誤差Δθ（＝（θｄｃ－θｄ））が発生した場合、制御軸（（ｄｃ－ｑｃ）軸）上の電流検出値Ｉｄｃ，Ｉｑｃから、モータ軸（（ｄ－ｑ）軸）上のモータ電流Ｉｄ，Ｉｑへの座標変換行列は、式（２）となる。　

　ここで、式（２）において、図１におけるｄ軸電流指令設定部140が出力するｄ軸の電流指令値Ｉｄ*を「ゼロ」に設定して（Ｉｄ*＝Ｉｄｃ＝０）、電流制御を行うと、式（２）は式（３）となる。　

　式（３）を、出力トルク式である式（１）に代入すると、式（４）が得られる。　

　一般的に、ｑ軸インダクタンスＬｑは、ｄ軸インダクタンスＬｄと式（５）のような関係にあるので、

式（４）において、位相誤差ττが発生すると、出力トルクの第２項成分は、
　Δθ＞０の場合：増加方向
　Δθ＜０の場合：減少方向
となる。つまり、位相誤差Δθが「負極性」で発生すると、出力トルクτは減少することになる。

　一方、図１の電圧ベクトル演算部160では、第２のｄ軸およびｑ軸の電流指令値Ｉｄ**、Ｉｑ**と速度推定値τ＾および電気定数（Ｒ，Ｌｄ，Ｌｑ，Ｋｅ）の設定値を用いて演算される、ｄ軸およびｑ軸の電圧指令値Ｖｄｃ*，Ｖｑｃ*は、式（６）となる。　

　ここで、位相誤差Δθが存在する場合、制御側で演算したモータの印加電圧Ｖｄ，Ｖｑは式（７）となる。　

　一方、ｄ軸及びｑ軸のモータ印加電圧Ｖｄ，Ｖｑは、位相誤差Δθと、電流検出値Ｉｄｃ，Ｉｑｃと、モータ定数とを用いて表すと、式（８）となる。　

　ここで、式（７）＝式（８）の関係から、ｄ軸の電流指令値Ｉｄ*を「ゼロ」に設定し、ｑ軸の電流指令値Ｉｑ*に所定値と与えると、ｄ軸およびｑ軸の電流制御演算部150，155の出力値Ｉｄ**，Ｉｑ**は、式（９）となる。　

　また、位相誤差推定演算部115では、ｄ軸およびｑ軸の電流検出値Ｉｄｃ，Ｉｑｃと、速度推定値τ＾と、モータ定数とを用いて、位相差推定値Δθｃを式（１０）に従い演算する。　

　ここで、式（６）、式（９）を式（１０）に代入すると、式（１１）が得られる。　

　速度推定演算部130は、位相誤差推定演算部115の出力値である位相誤差の推定値Δθｃが、位相誤差の指令値Δθｃ*（＝０）に一致するように速度推定値τ＾を演算する。一定速度では、式（１１）の分子項は「ゼロ」となることから、式（１２）が成立する。　

　ここで、式（１２）において、位相誤差Δθについて整理すると、式（１３）を得ることができる。　

　つまり、モータ電流を流すことによりｑ軸インダクタンスＬｑが減少方向に変化、あるいはｑ軸インダクタンスについてのモータ定数の設定値Ｌｑ*に誤差がある場合には、式（１３）の関係で、位相誤差Δθが発生する。

　Ｌｑ*＞Ｌｑの場合：Δθは「負」
　Ｌｑ*＜Ｌｑの場合：Δθは「正」
　式（１３）の結果を式（４）に当てはめると、
　Ｌｑ*＞Ｌｑの場合、Δθは「負」となり、出力トルクは減少方向、
　Ｌｑ*＜Ｌｑの場合、Δθは「正」となり、出力トルクは増加方向、
となる。

　ここで、図２を用いて、上述したトルクの減少について説明する。　
　図２は、従来のモータ制御装置を用いたモータ駆動システムにおける出力トルクの変動の説明図である。

　本実施形態の特徴である「トルク推定演算部120」及び「位相誤差指令演算部125」を用いない場合のトルク制御特性について説明する。

　図１の制御装置において、位相誤差の指令値Δθｃ*は「０」、「電圧ベクトル演算部160」と「位相誤差推定演算部115」に設定するｑ軸インダクタンスについてのモータ定数の設定値Ｌｑ*は、Ｌｑ*＞Ｌｑの関係で設定している（出力トルクが減少する方向）。

　図２（Ａ）は、トルク指令τ*を１００％ステップ変化させた場合の出力トルクτを示し、図２（Ｂ）は交流のモータ電流Ｉｕを示し、図２（Ｃ）は位相誤差Δθの関係を示す。

　トルク指令τ*は、図２（Ａ）に破線で示すように１００％与えているので、図２（Ｂ）に示すように、交流のモータ電流Ｉｕも１００％発生しているが、実際の位相誤差Δθは、図２（Ｃ）に示すように、定常的に例えば、－３０（ｄｅｇ）発生している。そのため、実際の出力トルクτは、図２（Ａ）に示すように例えば、８０％まで減少する。

　それに対して、本実施形態では、「トルク推定演算部120」、「位相誤差指令演算部125」を導入することで、トルク指令τ*通りの出力トルクτが得られる高精度なトルク制御を実現できるものである。

　次に、図３及び図４を用いて、本発明の第1の実施形態によるモータ制御装置において、「トルク推定演算部120」、「位相誤差指令演算部125」を用いた場合の、動作原理について説明する。　
　図３は、本発明の第1の実施形態によるモータ制御装置に用いるトルク推定演算部の動作説明図である。図４は、本発明の第1の実施形態によるモータ制御装置に用いる位相誤差指令演算部の動作説明図である。

　モータの磁束軸から観た有効電力Ｐは、式（１４）となる。　

　ここに、式（３）を代入することで、制御の基準軸上での有効電力の演算値Ｐｃを、式（１５）により得ることができる。　

　図３に示す「トルク推定演算部120」は、式（１５）の有効電力の演算値Ｐｃを用いて、出力トルクτの推定演算を行う。

　式（１５）から、永久磁石同期モータの銅損成分（Ｒ×Ｉｑｃ^２）を減算し、その演算値を速度推定値τ＾で除算してから、定数（３／２×Ｐｍ）を乗じる式（１６）の演算を行うことで、トルク推定演算部120は、式（４）の出力トルクτを高精度に推定することができる。　

　また、図４に示す「位相誤差指令演算部125」においては、トルク指令τ*に出力トルク推定値τ＾が追従するように、トルク指令τ*と出力トルク推定値τ＾の偏差に積分ゲインＡを乗じて積分演算（あるいは比例＋積分演算でも良い）を行い、τ位相誤差の指令値Δθｃ*を作成する。

　速度推定演算部130は、この指令値Δθｃ*に位相誤差の推定値Δθｃが一致するように、τ度推定値τ＾を演算する。

　このようなフィードバック・ループを組むことで、モータ定数に誤差があったとしても、その誤差を補償して、高精度なトルク制御を実現することができる。

　ここで、図５を用いて、本実施形態における出力トルクの変動について説明する。　
　図５は、本発明の第1の実施形態によるモータ制御装置を用いたモータ駆動システムにおける出力トルクの変動の説明図である。

　本発明を用いた場合のトルク制御特性について説明する。

　図１の制御装置において、「電圧ベクトル演算部160」と「位相誤差推定演算部115」に設定するＬｑ*は、Ｌｑ*＞Ｌｑの関係で設定している（図２と同条件）。

　図５（Ａ）は、トルク指令τ*を１００％ステップ変化させた場合の出力トルクτを示し、図５（Ｂ）はモータ電流Ｉｕを示し、図５（Ｃ）は位相誤差Δθの関係を示している。

　図２の場合と同様に、図５（Ａ）に破線で示すようにトルク指令τ*を１００％与えているが、時刻ｔ１の点から、図５（Ｃ）に破線で示す位相誤差の指令値Δθｃτが定常的には例えば＋２０（ｄｅｇ）発生し、制御軸の位相を進めることで、実際の位相誤差Δθは「ゼロ」となり、図５（Ａ）に示すように、トルク指令τ*通りの出力トルク１００％を達成することができる。

　次に、図６を用いて、本実施形態によるモータ制御装置に用いるトルク推定演算部の他の構成について説明する。　
　図６は、本発明の第1の実施形態によるモータ制御装置に用いるトルク推定演算部の他の構成の説明図である。

　図３に示したでは、トルク推定演算部120は、ｄ軸およびｑ軸の電圧指令値と電流検出値を用いて推定演算を行ったが、その代わりに、図６に示す構成にしてもよいものである。すなわち、トルク推定演算部120ａは、３相の電圧指令値（Ｖｕ*，Ｖｖ*，Ｖｗ*）と、３相の電流検出値（Ｉｕｃ，Ｉｖｃ，Ｉｗｃ）を用いて、出力トルクτの推定演算を行う。

　具体的には、以下の式（１７）の演算を、

行うことで、式（１６）と同等に、式（４）の出力トルクτを高精度に推定することができる。

　以上説明したように、本実施形態によれば、位置センサを用いない永久磁石同期モータの制御装置において、位置センサレス制御系の位相誤差（制御の基準軸とモータの磁束軸との位相差）の推定演算に設定するｑ軸インダクタンスに誤差が生じている場合でも、有効電力値から演算したトルク推定値がトルク指令値に一致する様に、位相誤差の指令値を演算することにより、トルク指令値通りの出力トルクを実現できるものとなる。このように、モータ定数の設定誤差も含めて補償して、高精度なトルク制御が可能となる。

　次に、図７及び図８を用いて、本発明の第２の実施形態によるモータ制御装置の構成及び動作について説明する。　
　図７は、本発明の第２の実施形態によるモータ制御装置を用いたモータ駆動システムの構成について説明する。図８は、本発明の第２の実施形態によるモータ制御装置に用いるトルク推定演算部の動作説明図である。

　本実施形態のモータ制御装置１００ａが、図１に示したモータ制御装置１００と相違する点は、図１のモータ制御装置１００におけるトルク推定演算部120に代えて、トルク推定演算部120ｂを備えるようにした点である。

　直流電源Ｂは、電力変換器ＩＮＶに直流電圧を供給し、直流電圧ＥDCと直流電流ＩDCをトルク推定演算部120ｂに出力する。

　トルク推定演算部120ｂは、電力変換器の情報（ＥDC，ＩDC）と、ｄ軸およびｑ軸の電流検出値（Ｉｄｃ，Ｉｑｃ）と、速度推定値τ＾を用いて、出力トルクτ＾の推定演算を行う。

　すなわち、図１に示したトルク推定演算部120は、制御系の電圧・電流情報を用いて出力トルクの推定演算を行ったが、本例では、トルク推定演算部120ｂは、電力変換器の直流電圧と直流電流の情報を用いて出力トルクの推定演算を行うようにしている。

　図８に示すように、トルク推定演算部120ｂは、以下の式（１８）の演算を行うことで、

式（１６）と同等に式（４）の出力トルクτを高精度に推定することができる。

　本実施形態によっても、モータ定数の設定誤差も含めて補償して、高精度なトルク制御が可能となる。

　次に、図９～図１１を用いて、本発明の第３の実施形態によるモータ制御装置の構成及び動作について説明する。　
　図９は、本発明の第３の実施形態によるモータ制御装置を用いたモータ駆動システムの構成について説明する。図１０は、本発明の第３の実施形態によるモータ制御装置に用いるｑ軸インダクタンス修正演算部の動作説明図である。図１１は、本発明の第３の実施形態によるモータ制御装置に用いる位相誤差推定演算部の動作説明図である。

　本実施形態のモータ制御装置１００ｂが、図１に示したモータ制御装置１００と相違する点は、図１のモータ制御装置１００における位相誤差推定演算部115及び位相誤差指令演算部125に代えて、位相誤差推定演算部115ａ及びｑ軸インダクタンス修正演算部125ａを備えるようにした点である。また、位相誤差指令値設定部170を備えている。

　すなわち、図１や図７に示した例では、トルク指令τ*に出力トルク推定値τ＾が追従するように、位相誤差の指令値Δθｃ*を作成している。

　それに対して、本例では、位相誤差の指令値Δθｃ*の代わりに、ｑ軸インダクタンス修正値ΔＬｑ*作成し、ｑ軸インダクタンスについてのモータ定数の設定値Ｌｑ*とｑ軸インダクタンス修正値ΔＬｑ*の加算値で、位相誤差の推定値Δθｃ１の推定演算を行うようにしている。

　位相誤差推定演算部115ａは、電圧ベクトル演算部160が出力する電圧指令値Ｖｄｃ*，Ｖｑｃ*と、速度推定演算部130によって推定された速度推定値ω＾と、座標変換部110が出力する電流検出値Ｉｄｃ，Ｉｑｃと、予め設定されている永久磁石同期モータＭＯＴの電気定数（Ｒ，Ｌｄ，Ｌｑ，Ｋｅ）と、ｑ軸インダクタンスの修正値ΔＬｑ*とに基づいて、回転位相の推定値θｄｃと永久磁石同期モータＭＯＴの回転位相値θｄとの偏差である位相誤差Δθの推定演算により、位相誤差推定値Δθｃ１を出力する。

　ｑ軸インダクタンス修正演算部125ａは、差演算部ＤＦ１が出力する偏差（τ*－τ＾）を比例・積分演算し、その出力値をｑ軸インダクタンスの修正値ΔＬｑ*として出力する。

　図１０に示すように、ｑ軸インダクタンス修正演算部125ａは、トルク指令値τ*に出力トルク推定値τ＾が追従するように、トルク指令値τ*と出力トルク推定値τ＾の偏差に積分ゲインＢを乗じて積分演算を行い、ｑ軸インダクタンスの修正値ΔＬｑ*を作成する。なお、ここで、積分演算に代えて、比例＋積分演算でもよいものである。

　図１１に示すように、位相誤差推定演算部115ａは、電圧ベクトル演算部160が出力する電圧指令値Ｖｄｃ*，Ｖｑｃ*と、速度推定演算部130によって推定された速度推定値ω＾と、座標変換部110が出力する電流検出値Ｉｄｃ，Ｉｑｃと、予め設定されている永久磁石同期モータＭＯＴの電気定数（Ｒ，Ｌｄ，Ｌｑ，Ｋｅ）と、ｑ軸インダクタンスの修正値ΔＬｑ*とに基づいて、位相誤差の推定値Δθｃ１を式（１９）に従い演算する。　

　差演算部ＤＦ２は、位相誤差推定演算部115ａが出力する位相誤差Δθと、位相誤差指令値設定部170が出力する位相誤差の指令値Δθｃ*との差（Δθｃ*－Δθ）を演算し、出力する。なお、位相誤差指令値設定部170が出力する位相誤差の指令値Δθｃ*は、ここでは、「ゼロ」である。従って、差演算部ＤＦ２は、位相誤差推定演算部115ａが出力する位相誤差Δθをそのまま出力している。

　本例でも、ｑ軸インダクタンスを修正することで、図１における位相誤差指令演算部125を設けた場合と同等のトルク制御特性を実現することができる。

　尚、本実施例では、トルク推定演算部120において、ｄ軸およびｑ軸の電圧指令値と電流検出値を用いて推定演算を行ったが、
　図６に示すトルク推定演算部120ａ、図８に示すトルク推定演算部120ｂを用いてもよいものである。

　本実施形態によっても、モータ定数の設定誤差も含めて補償して、高精度なトルク制御が可能となる。

　以下、図１～図１１に示した第１～第３の実施形態に対する変形零について説明する。第１～第３の実施形態では、第１の電流指令値（Ｉｄ*，Ｉｑ*）と電流検出値（Ｉｄｃ，Ｉｑｃ）から、第２の電流指令値（Ｉｄ**，Ｉｑ**）を作成して、この電流指令値を用いてベクトル制御演算を行っている。

　それに対して、例えば、第１の電流指令値（Ｉｄ*，Ｉｑ*）と電流検出値（Ｉｄｃ，Ｉｑｃ）から、電圧補正値（ΔＶｄ*，ΔＶｑ*）を作成して、この電圧補正値（ΔＶｄ*，ΔＶｑ*）と、第１の電流指令値（Ｉｄ*，Ｉｑ*）と、速度推定値ω＾と、モータＭＯＴの電気定数を用いて、以下の式（２０）に従い、

電圧指令値（Ｖｄｃ*，Ｖｑｃ*）を演算するようにしてもよいものである。

　また、第１～第３の実施形態に対して、第１のｄ軸の電流指令Ｉｄ*（＝　０）と、ｑ軸の電流検出値Ｉｑｃの一次遅れ信号Ｉｑｃｔｄと、速度推定値ω＾と、モータＭＯＴの電気定数とを用いて、以下の式（２１）に従い、

電圧指令値（Ｖｄｃ*，Ｖｑｃ*）を演算するようにしてもよいものである。

　また、第１から第３の実施形態では、高価な電流検出器ＳＩで検出した３相の交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを検出する方式であったが、電力変換器ＩＮＶの過電流検出用に取り付けているワンシャント抵抗に流れる直流電流ＩDCから、３相のモータ電流Ｉｕ＾，Ｉｖ＾，Ｉｗ＾を再現し、この再現電流値を用いることもできる。

　次に、図１２及び図１３を用いて、本発明の各実施形態によるモータ制御装置を適用する作業車両の構成について説明する。　
　図１２及び図１３は、本発明の各実施形態によるモータ制御装置を適用する作業車両の構成図である。

　図１２は、作業車両の一例として、フォークリフト２０１の構成を示している。

　フォークリフト２０１は、その車体２０２の前部に左右一対の前車輪（駆動輪）２０３が設けられるとともに、後部に左右一対の後車輪（換向輪）２０４が設けられ、そして車体２０２の前部で上方には運転部２０５が設けられる。前記車体２０２の前端部には上下方向で伸縮自在なマスト２０６が、車幅方向のマスト連結軸２０７を介して前後方向に傾動自在に取り付けられるとともに、前後傾動を行わせるティルトシリンダー２０８が、車体２０２とマスト２０６との間に設けられる。

　前記マスト２０６は、車体２０２側の左右一対の外枠２０９と、この外枠２０９に内枠ローラを介して案内されて昇降自在な左右一対の内枠２１１とからなり、そして外枠２０９と内枠２１１との間にリフトシリンダー２１２が設けられている。また、内枠側にブラケットローラ２１３を介して案内されて昇降自在なリフトブラケット２１４が設けられるとともに、マスト２０６とリフトブラケット２１４との間にリフト連動手段２１５が設けられている。前記リフトブラケット２１４には、保持枠体２２０を介して左右一対のフォーク２２１が設けられている。前記運転部２０５には、座席２２２や、この座席２２２の前方に位置されるハンドル２２３などが配設され、そして上方にはヘッドガード２２４が配設されている。さらに座席２２２の後方で車体２０２上にはカウンターウエイト２２５が設けられている。

　図１に示したモータ制御装置１００により制御される永久磁石同期モータＭＯＴは、車輪（駆動輪）２０３を駆動する走行駆動用のモータである。

　図１３は、作業車両の他の例として、油圧ショベル３０１の構成を示している。

　建設機械としてのクローラ式の油圧ショベル３０１は、自走可能な下部走行体３０２と、該下部走行体３０２上に旋回可能に搭載され、該下部走行体３０２と共に車体を構成する上部旋回体３０３と、該上部旋回体３０３の前側に俯仰動可能に設けられ、土砂の掘削作業等を行なう作業装置３０４とにより大略構成されている。上部旋回体３０３の旋回フレーム３０５は、支持構造体からなる車体フレームとして構成されている。

　図１に示したモータ制御装置１００により制御される永久磁石同期モータＭＯＴは、下部走行体３０２に対して上部旋回体３０３を旋回させるための旋回モータである。

　更に、以下、図14～図23を用いて、本発明の第4の実施形態によるモータ制御装置の構成及び動作について説明する。　
　最初に、図14を用いて、本実施形態によるモータ制御装置を用いたモータ駆動システムの構成について説明する。　
　図14は、本発明の第4の実施形態によるモータ制御装置を用いたモータ駆動システムの構成について説明する。　
　本実施形態によるモータ駆動システムは、モータ制御装置１００と、電力変換器ＩＮＶと、永久磁石同期モータ（ＰＭモータ；交流モータ）ＭＯＴと、位置検出器ＰＤと、トルク指令設定部ＴＳとから構成されている。

　永久磁石同期モータ（ＰＭモータ；交流モータ）ＭＯＴは、永久磁石及び界磁巻線を備えた回転子と、電機子巻線を備えた固定子とから構成される。永久磁石同期モータＭＯＴは、永久磁石の磁束によるトルク成分と、電機子巻線のインダクタンスによるトルク成分を合成したトルクを出力する。永久磁石同期モータＭＯＴは、図28を用いて後述するように、作業機械に用いられるモータである。本実施形態のモータ制御装置１００は、かかるモータＭＯＴを制御するために用いられる。

　電力変換器ＩＮＶは、３相交流の電圧指令値Ｖｕ*，Ｖｖ*，Ｖｗ*に基づいて、直流電源Ｂから供給される直流電圧を３相交流電圧に変換し、永久磁石同期モータＭＯＴに供給し、永久磁石同期モータＭＯＴの出力トルクを可変する。

　電流検出器ＳＩは、永久磁石同期モータＭＯＴの３相の交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検出する。

　位相検出器ＰＤは、モータの位置θを検出できるレゾルバやエンコーダであり、位置検出値θｄｃを出力する
　トルク指令設定部ＴＳは、モータ制御装置１００に対して、永久磁石同期モータＭＯＴが出力するトルクの指令値であるトルク指令値τ*を出力する。トルク指令値τ*は、「零」を含む「正負極性」の値である。トルク指令設定部ＴＳは、モータ制御装置１００に対する上位の制御装置の内部に備えられる。

　モータ制御装置１００は、座標変換部110と、速度演算部415と、トルク推定演算部120と、トルク修正演算部425と、ｄ軸電流指令設定部140と、電流指令変換演算部145と、ｄ軸電流制御演算部150と、ｑ軸電流制御演算部155と、電圧ベクトル演算部160と、座標変換部165と、差演算部ＤＦ１，ＤＦ２，ＤＦ３，ＤＦ４とを備えている。

　座標変換部110は、永久磁石同期モータＭＯＴに供給される３相の交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの電流検出器ＳＩによる検出値である電流検出値Ｉｕｃ，Ｉｖｃ，Ｉｗｃと、位相演算部135によって推定された回転位相の推定値θｄｃとから、ｄ軸およびｑ軸の電流検出値Ｉｄｃ，Ｉｑｃを出力する。

　速度演算部415は、位置検出器ＰＤによって検出された位置検出値θｄｃが入力され、ＰＭモータ１の速度検出値ωを出力する。

　トルク推定演算部120は、電圧ベクトル演算部160が出力する電圧指令値Ｖｄｃ*，Ｖｑｃ*と、速度推定演算部130によって推定された速度推定値ω＾と、座標変換部110が出力する電流検出値Ｉｄｃ，Ｉｑｃとを用いて、出力トルクの推定演算を行い、トルク推定値τ＾を出力する。

　差演算部ＤＦ１は、トルク指令設定部ＴＳが出力するトルク指令値τ*と、トルク推定演算部120が算出したトルク推定値τ＾との偏差（τ*－τ＾）を算出する。

　トルク修正演算部425は、差演算部ＤＦ１の出力である偏差（τ*－τ＾）を比例・積分演算し、トルク指令の修正値Δτ*を出力する。

　加算部ＡＤ１は、トルク指令設定部ＴＳが出力するトルク指令値τ*と、トルク修正演算部425が出力するトルク指令の修正値Δτ*を加算する。

　ｄ軸電流指令設定部140は、「零」あるいは「負極性」の値であるｄ軸の電流指令値Ｉｄ*を出力する。

　電流指令変換演算部145は、トルク指令設定部ＴＳからのトルク指令値τ*と、ｄ軸電流指令設定部140が出力するｄ軸の電流指令値Ｉｄ*と、永久磁石同期モータＭＯＴの電気定数（Ｌｄ，Ｌｑ，Ｋｅ）を用いて、ｑ軸の電流指令値Ｉｑ*を算出する。ここで、電気定数（Ｌｄ，Ｌｑ，Ｋｅ）は、電流指令変換演算部145の内部に設定値として保持されている。電気定数（Ｌｄ，Ｌｑ，Ｋｅ）の値としては、本実施形態のモータ制御装置１００によって駆動制御される永久磁石同期モータＭＯＴの設計値を設定保持している。

　差演算部ＤＦ２は、ｄ軸電流指令設定部140が出力する第１のｄ軸の電流指令値Ｉｄ*と、座標変換部110が出力する電流検出値Ｉｄｃとの偏差（Ｉｄ*－Ｉｄｃ）を算出する。

　ｄ軸電流制御演算部150は、差演算部ＤＦ２が算出した偏差（Ｉｄ*－Ｉｄｃ）から、第２のｄ軸の電流指令値Ｉｄ**を出力する。

　差演算部ＤＦ３は、電流指令変換演算部145が出力する第１のｑ軸の電流指令値Ｉｑ*と、座標変換部110が出力する電流検出値Ｉｑｃとの偏差（Ｉｑ*－Ｉｑｃ）を算出する。

　ｑ軸電流制御演算部155は、差演算部ＤＦ３が算出した偏差（Ｉｑ*－Ｉｑｃ）から、第２のｑ軸の電流指令値Ｉｑ**を出力する。

　電圧ベクトル演算部160は、ｄ軸電流制御演算部150が出力する第２のｄ軸の電流指令値Ｉｄ**と、ｑ軸電流制御演算部155が出力する第２のｑ軸の電流指令値Ｉｑ**と、速度推定値ω＾と、予め設定されている永久磁石同期モータＭＯＴの電気定数（Ｒ，Ｌｄ，Ｌｑ，Ｋｅ）とに基づいて、ｄ軸およびｑ軸の電圧指令値Ｖｄｃ*，Ｖｑｃ*をそれぞれ出力する。

　座標変換部165は、電圧ベクトル演算部160が出力する電圧指令値Ｖｄｃ*，Ｖｑｃ*と、位相演算部135が推定した回転位相の推定値θｄｃとから、３相交流の電圧指令値Ｖｕ*，Ｖｖ*，Ｖｗ*をそれぞれ出力する。

　すなわち、本実施形態では、モータに対するトルク指令値τ*から求められたｑ軸電流指令値Ｉｑ*及び設定されているｄ軸電流指令値Ｉｄ*が、モータに電力変換器を介して供給される電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗに対するｄ軸及びｑ軸電流検出値ｄｃ，Ｉｑｃに一致するように、モータに供給される電流を制御している。以上のフィードバック制御により、モータのトルクがトルク指令値に一致するようにモータに供給される電流が制御される。但し、モータ定数に誤差があると、実際にモータから出力されるトルク値は、トルク指令値とは異なることになる。

　次に、本実施形態のモータ制御装置１００の動作について説明するが、最初に、本実施形態の特徴である「トルク推定演算部120」及び「トルク修正演算部425」を用いない場合の制御方式の基本動作について説明する。

　電流指令変換演算部145において、トルク指令τ*とｄ軸の電流指令Ｉｄ*およびＰＭモータＭＯＴの電気定数を用いて、式(22)によりトルク指令τ*に見合ったｑ軸の電流指令Ｉｑ*を演算する。

　ｄ軸の電流制御演算部150には、ｄ軸の電流指令値Ｉｄ*と電流検出値Ｉｄｃが入力され、ｑ軸の電流制御演算部155にはｄ軸の電流指令値Ｉｑ*と電流検出値Ｉｑｃが入力される。

　ここでは、ｄ軸の電流制御演算部150及びｑ軸の電流制御演算部155は、式(23)に従い、電流指令値Ｉｄ*，ｑ*に、各成分の電流検出値Ｉｄｃ，Ｉｑｃが追従するよう、比例・積分演算を行い、第２のｄ軸およびｑ軸の電流指令値Ｉｄ**，ｑ**を出力する。

　ここで、Ｋｐｄ：ｄ軸の電流制御の比例ゲイン、Ｋｉｄ：ｄ軸の電流制御の積分ゲイン、Ｋｐｑ：ｑ軸の電流制御の比例ゲイン、Ｋｉｑ：ｑ軸の電流制御の積分ゲインである。

　さらに、電圧ベクトル演算部160において、得られた第２の電流指令値Ｉｄ**，Ｉｑ**とモータ定数（Ｒ，Ｌｄ，Ｌｑ，Ｋｅ）および速度検出値ωを用いて、式(24)に示す電圧指令値Ｖｄｃ**、Ｖｑｃ**を演算し、３相のＰＷＭインバータの出力を制御する。

　ここで、モータ定数（Ｒ，Ｌｄ，Ｌｑ，Ｋｅ）は、電圧ベクトル演算部160の内部に設定値として保持されている。モータ定数（Ｒ，Ｌｄ，Ｌｑ，Ｋｅ）の値としては、本実施形態のモータ制御装置１００によって駆動制御される永久磁石同期モータＭＯＴの設計値を設定保持している。なお、実際に用いられる個々の永久磁石同期モータＭＯＴのモータ定数（Ｒ，Ｌｄ，Ｌｑ，Ｋｅ）の値は、永久磁石同期モータＭＯＴのモータ定数（Ｒ，Ｌｄ，Ｌｑ，Ｋｅ）の設計値とは異なるものであるが、両者の誤差、及び個々の永久磁石同期モータＭＯＴのモータ定数（Ｒ，Ｌｄ，Ｌｑ，Ｋｅ）が経時変化することにより生じる設定値との誤差は、後述するトルク推定演算部120及び位相誤差指令演算部125を用いることにより、補償されるものである。

　一方、レゾルバ，エンコーダ，磁極位置検出器などの位置検出器ＰＤでは、モータの位置θを検出し、位置検出値θｄｃを得る。

　座標変換部110，165では、この位置検出値θｄｃを用いて、式(25)や式(26)に示す座標変換を行っている。

　以上が、トルク推定演算部120、トルク修正演算部425を用いない場合の、トルク制御の基本動作である。

　次に、トルク推定演算部120、トルク修正演算部425を設けない場合の、制御特性について説明する。

　最初に、図15～図18を用いて、「電流指令変換演算部145」と「電圧ベクトル演算部160」に設定するモータ定数の誤差がトルク制御特性におよぼす影響について説明する。

　図15及び図17は、モータ定数の設定値に誤差がない場合の出力トルクの変動の説明図である。図16及び図18は、モータ定数の設定値に誤差がある場合の出力トルクの変動の説明図である。

　各図（Ａ）は、トルク指令τ*を１００％ステップ変化させた場合の出力トルクτを示し、各図（Ｂ）は交流のモータ電流Ｉｕを示す。

　［１］Ｉｄ*＝０設定の場合
　図14の制御装置において、ｄ軸の電流指令Ｉｄ*＝０設定で、トルク指令τ*を１００％ステップ変化させる動作を行う。

　モータ定数の設定値に誤差がない場合は、図15に示すように、誤差がない理想の状態では、図15（Ｂ）に示すように、１００％のｕ相の交流電流Ｉｕを発生させているため、図15（Ａ）に示すように、トルク指令τ*通り１００％の出力トルクτを得ることができている。

　モータ定数の設定値に誤差がある場合は、ここでは、Ｌｑ*＞Ｌｑ、Ｋｅ*＞Ｋｅの関係で誤差を与えている。

　図16（Ａ）に示すように、トルク指令τ*を１００％与えているが、出力トルクτは８３％になっている。これは「電流指令変換演算部145」において、式(27)を演算する際、ｑ軸の電流指令値Ｉｑ*が減少しているためである。その結果、図16（Ｂ）に示すように、ｕ相の交流電流Ｉｕが８３％になっている。

　これは、式(27)の分母成分にＫｅ*が含まれているため、Ｋｅ*に設定誤差が存在するとトルクに見合った電流を流すことができなくなる。

　［２］最大トルク制御Ｉｄ*＜０設定の場合
　次に、図14の制御装置において、ｄ軸の電流指令Ｉｄ*＜０設定で、トルク指令τ*を１００％ステップ変化させる動作を行う。

　ＰＭモータＭＯＴの出力トルクτは式(28)である。

　この式(28)を展開すると、式(2９)を得る。

　右辺の第１項は「磁石トルク成分」、第２項が「リラクタンストルク成分」である。ｄ軸の電流指令Ｉｄ*を数式(30)により発生させることで、リラクタンストルク成分を活用し、同一トルクにおいてモータ電流の最小化を行うことができる。

　モータ定数の設定値に誤差がない場合は、図17（Ａ）に示すように、誤差がない理想の状態では、トルク指令τ*通り１００％の出力トルクτを得ることができており、図17（Ｂ）に示すように、ｕ相の交流電流Ｉｕは８８％になっている。すなわち、図15より少ない電流で同一トルクを出力することができている。

　モータ定数の設定値に誤差がある場合は、Ｌｑ*＞Ｌｑ、Ｋｅ*＞Ｋｅの関係で誤差を与えている。この場合、図18（Ａ）に示すように、トルク指令τ*を１００％与えているが、出力トルクτは８１％になっており、図16に比べて２％トルクが減少している。図18（Ｂ）に示すように、ｕ相の交流電流Ｉｕも７４％に減少している。

　これは「電流指令変換演算部145」において、式(22)と式(30)を演算する際、分母成分にＫｅ*とＬｑ*が含まれているため、その設定誤差によりトルク指令τ*に見合ったｄ軸およびｑ軸の電流指令値を発生させることができていないためである。

　そこで本発明では、「トルク推定演算部120」、「トルク修正演算部425」を導入することで、トルク指令τ*通りの出力トルクτが得られる高精度なトルク制御を実現する。

　次に、図19及び図20を用いて、本発明の第4の実施形態によるモータ制御装置において、「トルク推定演算部120」、「トルク修正演算部425」を用いた場合の、動作原理について説明する。　
　図19は、本発明の第4の実施形態によるモータ制御装置に用いるトルク推定演算部の動作説明図である。図20は、本発明の第4の実施形態によるモータ制御装置に用いるトルク修正演算部の動作説明図である。

　モータの磁束軸から観た有効電力Ｐは式(31)となる。

　また、制御の基準軸（ｄｃ－ｑｃ）上で演算する推定値Ｐ＾は式(31)となる。

　図19に示す「トルク推定演算部120」では、この有効電力の推定値Ｐ＾を用いて、　出力トルクτの推定演算を行う。

　ここで、「モータの磁束軸から観測する有効電力Ｐ」と「基準軸（ｄｃ－ｑｃ）上で演算する推定値Ｐ＾」は一致することを利用して、トルク推定演算部120は、式(32)から、ＰＭモータＭＯＴの銅損成分であるＲ×（Ｉｄｃ２＋Ｉｑｃ２）を減算し、その演算値を速度検出値ωで除算した後、定数（（３／２）×Ｐｍ）を乗じる式(33)の演算を行うことで、式(28)の出力トルクτを高精度に推定することができる。

　また、図20に示す「トルク指令修正部425」においては、トルク指令τ*に出力トルク推定値τ＾が追従するように、τ*とτ＾の偏差に積分ゲインＡを乗じて積分演算（あるいは比例＋積分演算でも良い）を行い、トルク指令の修正値Δτ*を作成する。

　この修正値Δτ*を上位から与えられる第１のトルク指令値τ*に加算して、新しい第２のトルク指令値τ**を演算し、電流指令変換演算部145において、式(22)によりｑ軸の電流指令値Ｉｑ*の演算を行う。

　このようなフィードバック・ループを組むことで、高精度なトルク制御を実現することができる。

　ここで、図21及び図22を用いて、本実施形態における出力トルクの変動について説明する。　
　図21及び図22は、本発明の第４の実施形態によるモータ制御装置を用いたモータ駆動システムにおける出力トルクの変動の説明図である。

　各図（Ａ）は、トルク指令τ*を１００％ステップ変化させた場合の出力トルクτを示し、各図（Ｂ）は交流のモータ電流Ｉｕを示す。

　本発明を用いた場合のトルク制御特性について説明する。

　図14の制御装置において、「電流指令変換演算部145」と「電圧ベクトル演算部160」に設定するモータ定数の設定値（Ｌｑ*，Ｋｅ*）に、Ｌｑ*＞Ｌｑ、Ｋｅ*＞Ｋｅの関係で誤差を与えている（図15、図16と同条件）。

　［１］Ｉｄ*＝０設定の場合
　図21には、トルク指令τ*を１００％ステップ変化させた場合の出力トルクτとｕ相の交流電流Ｉｕの関係を示す。時刻ｔ１において、トルク指令修正の制御動作を実行している。図15の場合と同様に、図21（Ａ）に示すように、τ*を１００％与えている。時刻ｔ１から「破線」で示す第２のトルク指令値τ**は定常的に１２０％発生しており、トルク指令値の大きさを修正することで、トルク指令τ*通りの出力トルク１００％を実現できている。

　［２］最大トルク制御Ｉｄ*＜０設定の場合
　図22には、トルク指令τ*を１００％ステップ変化させた場合の出力トルクτとｕ相の交流電流Ｉｕの関係を示す。

　図18の場合と同様に、τ*を１００％与えている。時刻ｔ１から「破線」で示す第２のトルク指令値τ**は定常的に１２３％発生しており、トルク指令値の大きさを修正することで、トルク指令τ*通りの出力トルク１００％を実現できている。

　つまり、ＰＭモータＭＯＴのモータ定数の設定誤差に対してロバスト化することができている。

　次に、図23を用いて、本実施形態によるモータ制御装置に用いるトルク推定演算部の他の構成について説明する。　
　図23は、本発明の第4の実施形態によるモータ制御装置に用いるトルク推定演算部の他の構成の説明図である。

　図19に示したでは、トルク推定演算部120は、ｄ軸およびｑ軸の電圧指令値と電流検出値を用いて推定演算を行ったが、その代わりに、図23に示す構成にしてもよいものである。すなわち、トルク推定演算部120ａでは、３相の電圧指令値（Ｖｕ*，Ｖｖ*，Ｖｗ*）と３相の電流検出値（Ｉｕｃ，Ｉｖｃ，Ｉｗｃ）を用いて、出力トルクτの推定演算を行う。

　式(34)の演算を行うことでも式(33)と同等に出力トルクτを高精度に推定することができる。

　以上説明したように、本実施形態によれば、有効電力値から演算したトルク推定値が、上位から与えられるトルク指令値に一致するように、新しい第２のトルク指令値を演算することで、オンライン的に補償を行いトルク指令値通りの出力トルクを実現できるものとなる。このように、モータ定数の設定誤差も含めて補償して、高精度なトルク制御が可能となる。

　次に、図24及び図25を用いて、本発明の第5の実施形態によるモータ制御装置の構成及び動作について説明する。　
　図24は、本発明の第5の実施形態によるモータ制御装置を用いたモータ駆動システムの構成について説明する。図25は、本発明の第5の実施形態によるモータ制御装置に用いるトルク推定演算部の動作説明図である。

　本実施形態のモータ制御装置１００ａが、図14に示したモータ制御装置１００と相違する点は、図14のモータ制御装置１００におけるトルク推定演算部120に代えて、トルク推定演算部120ｂを備えるようにした点である。

　直流電源Ｂは、電力変換器ＩＮＶに直流電圧を供給し、直流電圧ＥDCと直流電流ＩDCをトルク推定演算部120ｂに出力する。

　トルク推定演算部120ｂは、電力変換器の情報（ＥDC，ＩDC）と、ｄ軸およびｑ軸の電流検出値（Ｉｄｃ，Ｉｑｃ）と、速度推定値τ＾を用いて、出力トルクτ＾の推定演算を行う。

　式(35)の演算を行うことで、式(33)と同等に式(28)の出力トルクτを高精度に推定することができる。

　本実施形態によっても、高精度なトルク制御が可能となる。

　次に、図26～図27を用いて、本発明の第6の実施形態によるモータ制御装置の構成及び動作について説明する。　
　図26は、本発明の第6の実施形態によるモータ制御装置を用いたモータ駆動システムの構成について説明する。図27は、本発明の第6の実施形態によるモータ制御装置の動作説明図である。

　本実施形態のモータ制御装置１００ｂが、図14に示したモータ制御装置１００と相違する点は、図14のモータ制御装置１００における位置検出器ＰＤを用いないセンサレス方式であり、図14のモータ制御装置１００における位置検出器ＰＤ，速度演算部415に代えて、位相誤差推定演算部117，速度推定演算部130，位相演算部135を備えるようにした点である。

　位相誤差推定演算部117は、電圧指令値Ｖｄｃ*、Ｖｑｃ*と電流検出値Ｉｄｃ、Ｉｑｃと速度検出値ωおよびモータ定数に基づいて、位置推定値θｄｃ＾とＰＭモータＭＯＴの位置θの偏差である位相誤差Δθ（＝θｄｃ＾－θ）の推定演算を行う。

　電圧指令値Ｖｄｃ*、Ｖｑｃ*と電流検出値Ｉｄｃ、Ｉｑｃと速度検出値ωおよびモータ定数に基づいて、位置推定値とモータの位置の偏差である位相誤差Δθｃを式(36)により演算する。

　速度推定演算部130は、位相誤差の推定値Δθｃを「ゼロ」にするように、速度推定値ω＾の推定演算を行う。

　位相演算部135は、速度推定値ω＾を積分し、位置推定値θｄｃ＾の推定演算を行う。このような位置センサレス制御方式でも前記実施例と同様に動作する。

　図14の制御装置において、「電流指令変換演算部145」と「電圧ベクトル演算部160」に設定するモータ定数の設定値（Ｌｑ*、Ｋｅ*）に、Ｌｑ*＞Ｌｑ、Ｋｅ*＞Ｋｅの関係で誤差を与えている（図22と同条件）。

　図27は、最大トルク制御（Ｉｄ*＜　０設定）において、トルク指令τ*を１００％ステップ変化させた場合の出力トルクτとｕ相の交流電流Ｉｕの関係を示している。

　時刻ｔ１から「破線」で示す第２のトルク指令値τ**は定常的に１２５％発生しており、トルク指令値の大きさを修正することで、位置センサレス制御時でもトルク指令τ*通りの出力トルク１００％を達成することができている。

　以上説明したように、センサレスの場合には、本実施形態によっても、高精度なトルク制御が可能となる。

　なお、以上の各実施形態では、第１のトルク指令τ*とトルク指令の修正値Δτ*を加算して第２のトルク指令τ**を作成したが、第１のトルク指令τ*を加算せずトルク指令の修正値Δτ*を直接第２のトルク指令τ**としても良い。

　また、各実施形態では、第１の電流指令値Ｉｄ*、Ｉｑ*と電流検出値Ｉｄｃ、Ｉｑｃから第２の電流指令値Ｉｄ**、Ｉｑ**を作成して、この電流指令値を用いてベクトル制御演算を行った。

　それに対して、第１の電流指令値Ｉｄ*、Ｉｑ*と電流検出値Ｉｄｃ、Ｉｑｃの偏差を比例＋積分演算して、電圧補正値ΔＶｄ*、ΔＶｑ*を作成し、この電圧補正値ΔＶｄ*、ΔＶｑ*と、第１の電流指令値Ｉｄ*、Ｉｑ*、速度検出値ω、ＰＭモータＭＯＴのモータ定数を用いて、式(37)に従い電圧指令値Ｖｄｃ*、Ｖｑｃ*を演算するベクトル制御演算方式を適用することもできる。

　また、第１のｄ軸の電流指令Ｉｄ*＝０およびｑ軸の電流検出値Ｉｑｃの一次遅れ信号Ｉｑｃｔｄおよび速度指令値ω*、モータＭＯＴのモータ定数を用いて、式(38)に従い電圧指令値Ｖｄｃ*、Ｖｑｃ*を演算するベクトル制御演算方式にも適用することはできる。

　また、各実施形態では、高価な電流検出器ＰＤで検出した３相の交流電流Ｉｕ～Ｉｗを検出する方式であったが、電力変換器ＩＮＶの過電流検出用に取り付けているワンシャント抵抗に流れる直流電流ＩＤＣから、３相のモータ電流Ｉｕ＾、Ｉｖ＾、Ｉｗ＾を再現し、この再現電流値を用いる「低コストな電動車輌システム」にも対応することができる。

　次に、図28及び図13を用いて、本発明の各実施形態によるモータ制御装置を適用する作業機械の構成について説明する。　
　図28及び図13は、本発明の各実施形態によるモータ制御装置を適用する作業機械の構成図である。

　図28は、作業機械の一例として、ホイルローダの構成を示している。

　本例のホイールローダ501は、車両の中心あたりで中折れしてステアリングをきるアーティキュレートタイプの車両であり、プロペラシャフトの中折れする部分にセンタージョイント（ＣＪ）515が組み込まれていると共に、このセンタージョイント515より前側のフロントフレーム550と後側のリアフレーム560とを有している（図28参照）。そして、センタージョイント（ＣＪ）515を挟んで前後のプロペラシャフトのそれぞれに、走行用電動機として第１の電動機（Ｍ１）と、第２の電動機（Ｍ２）が配置されている。走行用電動機が回転すると、その動力はプロペラシャフトへと伝達され、ディファレンシャルギヤ（Ｄｉｆ）およびギヤ（Ｇ）を介して車輪513が回転駆動するのである。

　また、エンジンを駆動すると油圧ポンプが作動し、この油圧ポンプから圧油が油圧作業装置（作業装置）505へと供給される。油圧作業装置505に供給された圧油は、制御弁Ｃ／Ｖを介してバケット、リフト、ステアリングへと供給されており、図示しない運転室からオペレータが操作レバー等を操作することにより、バケット、リフト、ステアリングは所定の動作を行うことができるようになっている。

　モータ制御装置により制御される永久磁石同期モータＭＯＴは、車輪を駆動する走行駆動用モータと、エンジンをアシストするアシストモータである。走行駆動用モータは、レゾルバ等の位置検出器ＰＤを用いている。そのため、走行駆動用モータを制御するモータ制御装置としては、図14に示したモータ制御装置１００や図24に示したモータ制御装置１００ａが用いられる。アシストモータは、位置検出器ＰＤを用いていないものである。そのため、アシストモータを制御するモータ制御装置としては、図26に示したモータ制御装置１００ｂが用いられる。

　また、別の例として、走行駆動用モータを制御するモータ制御装置や、アシストモータを制御するモータ制御装置としては、それぞれ、図14に示したモータ制御装置１００や図24に示したモータ制御装置１００ａが用いることもできる。

　また、作業機械の他の例として、図13の油圧ショベル３０１の構成にも適用できる。

　建設機械としてのクローラ式の油圧ショベル３０１は、自走可能な下部走行体３０２と、該下部走行体３０２上に旋回可能に搭載され、該下部走行体３０２と共に車体を構成する上部旋回体３０３と、該上部旋回体３０３の前側に俯仰動可能に設けられ、土砂の掘削作業等を行なう作業装置３０４とにより大略構成されている。上部旋回体３０３の旋回フレーム３０５は、支持構造体からなる車体フレームとして構成されている。

　モータ制御装置により制御される永久磁石同期モータＭＯＴは、下部走行体３０２に対して上部旋回体３０３を旋回させるための旋回モータと、エンジンをアシストするアシストモータである。旋回モータは、レゾルバ等の位置検出器ＰＤを用いている。そのため、旋回モータを制御するモータ制御装置としては、図14に示したモータ制御装置１００や図24に示したモータ制御装置１００ａが用いられる。アシストモータは、位置検出器ＰＤを用いていないものである。そのため、アシストモータを制御するモータ制御装置としては、図26に示したモータ制御装置１００ｂが用いられる。

　また、別の例として、旋回モータを制御するモータ制御装置や、アシストモータを制御するモータ制御装置としては、それぞれ、図14に示したモータ制御装置１００や図24に示したモータ制御装置１００ａが用いることができる。

Ｂ…直流電源
ＩＮＶ…電力変換器
ＭＯＴ…永久磁石同期モータ
ＳＩ…電流検出器、
ＴＳ…トルク指令設定部
100，100ａ，100ｂ…モータ制御装置
110…座標変換部
115、115ａ、117…位相誤差推定演算部
120、120ａ、120ｂ…トルク推定演算部
125…位相誤差指令演算部
125ａ…ｑ軸インダクタンス修正演算部
130…速度推定演算部
135…位相演算部
140…ｄ軸電流指令設定部
145…電流指令変換演算部
150…ｄ軸電流制御演算部
155…ｑ軸電流制御演算部
160…電圧ベクトル演算部
165…座標変換部
170…位相誤差指令値設定部
415…速度演算部
425…トルク修正演算部

Claims (20)

1. 　モータに対するトルク指令値から求められた電流指令値が、前記モータに電力変換器を介して供給される電流に対する電流検出値に一致するように、前記モータに供給される電流を制御する制御部を有するモータ制御装置であって、
   　前記制御部は、前記モータが出力するトルクを推定し、推定された前記モータのトルク推定値が、前記トルク指令値に一致するように前記モータに供給される電流を制御することを特徴とするモータ制御装置。
2. 　請求項１記載のモータ制御装置において、
   　前記制御部は、
   　前記モータが出力するトルクを推定するトルク推定演算部と、
   　ｄ軸及びｑ軸電流指令値と、ｄ軸及びｑ軸電流検出値と、速度推定値と、モータ定数の設定値に基づいて、ｄ軸及びｑ軸電圧指令値を算出する電圧ベクトル演算部と、
   　該電圧ベクトル演算部が出力するｄ軸及びｑ軸電圧指令値と、前記速度推定値と、前記ｄ軸及びｑ軸電流検出値と、前記モータ定数の設定値に基づいて、前記モータの回転位相の推定値と前記モータの回転位相値との偏差である位相誤差の推定値である位相誤差推定値を出力する位相誤差推定演算部と、
   　前記トルク推定演算部が推定した前記トルク推定値と前記トルク指令値との偏差から、位相誤差の指令値を算出する位相誤差指令演算部と、
   　前記位相誤差指令演算部が出力する位相誤差の指令値に、前記位相誤差推定演算部が出力する位相誤差推定値が一致するように、前記速度推定値を出力する速度推定演算部とを備えることを特徴とするモータ制御装置。
3. 　請求項２記載のモータ制御装置において、
   　前記トルク推定演算部は、
   　前記ｄ軸電圧指令値と前記ｄ軸電流検出値の乗算値と、前記ｑ軸電圧指令値と前記ｑ軸電流検出値の乗算値とを加算した第１の電力信号から、
   　ｄ軸およびｑ軸電流検出値をそれぞれ２乗し、それらを加算した値に、前記モータの抵抗値を乗じた第２の電力信号を減算し、
   　該減算値を前記速度推定値で除算した結果に、定数を乗じて算出することを特徴とするモータ制御装置。
4. 　請求項３記載のモータ制御装置において、
   　前記位相誤差推定演算部は、前記トルク推定演算部が推定した前記トルク推定値と前記トルク指令値との偏差に積分ゲインを乗して積分演算して、前記位相誤差の指令値を算出することを特徴とするモータ制御装置。
5. 　請求項２記載のモータ制御装置において、
   　前記トルク推定演算部は、
   　前記電力変換器に対する３相の電圧指令値と３相の電流検出値を、３相の各相毎に乗算し、それら乗算値を加算した第１の電力信号から、
   　前記３相の電流検出値を各相毎に２乗し、それらを加算した値に、前記モータの抵抗値を乗じた第２の電力信号を減算し、
   　該減算値を該速度推定値で除算した結果に、定数を乗じて算出することを特徴とするモータ制御装置。
6. 　請求項２記載のモータ制御装置において、
   　前記トルク推定演算部は、
   　前記電力変換器の直流電圧と直流電流を乗算した結果に、定数を乗じた第１の電力信号から、
   　前記ｄ軸およびｑ軸電流検出値をそれぞれ２乗し、それらを加算した値に、前記モータの抵抗値を乗じた第２の電力信号を減算し、
   　該減算値を前記速度推定値で除算した結果に、定数を乗じて算出することを特徴とするモータ制御装置。
7. 　請求項１記載のモータ制御装置において、
   　前記制御部は、
   　前記モータが出力するトルクを推定するトルク推定演算部と、
   　ｄ軸及びｑ軸電流指令値と、ｄ軸及びｑ軸電流検出値と、速度推定値と、モータ定数の設定値に基づいて、ｄ軸及びｑ軸電圧指令値を算出する電圧ベクトル演算部と、
   　前記トルク推定演算部が推定した前記トルク推定値と前記トルク指令値との偏差から、ｑ軸インダクタンスの修正値を算出するｑ軸インダクタンス修正演算部と、
   　前記電圧ベクトル演算部が出力するｄ軸及びｑ軸電圧指令値と、前記速度推定値と、前記ｄ軸及びｑ軸電流検出値と、前記モータ定数の設定値と、前記ｑ軸インダクタンスの修正値に基づいて、前記モータの回転位相の推定値と前記モータの回転位相値との偏差である位相誤差の推定値である位相誤差推定値を出力する位相誤差推定演算部と、
   　該位相誤差指令演算部が出力する位相誤差の指令値が零となるように、前記速度推定値を出力する速度推定演算部とを備えることを特徴とするモータ制御装置。
8. 　請求項７記載のモータ制御装置において、
   　前記ｑ軸インダクタンス修正演算部は、前記トルク推定演算部が推定した前記トルク推定値と前記トルク指令値との偏差に積分ゲインを乗して積分演算して、前記ｑ軸インダクタンス修正値を算出することを特徴とするモータ制御装置。
9. 　永久磁石同期電動機に対するトルク指令値から求められた電流指令値が、前記永久磁石同期電動機に電力変換器を介して供給される電流に対する電流検出値に一致するように、前記永久磁石同期電動機に供給される電流を制御する制御部を有し、
   　永久磁石同期電動機のトルク制御を行うモータ制御装置であって、
   　前記制御部は、上位制御装置から与えられる第１のトルク指令値に前記電力変換器の電力情報から求めたトルク推定値が一致するように、第２のトルク指令値を演算し、
   　該第２のトルク指令値に従いトルク制御を行うことを特徴とするモータ制御装置。
10. 　請求項９記載のモータ制御装置において、
    　前記永久磁石同期電動機の磁極位置を検出する位置検出器を備え、
    　前記制御部は、該位置検出器によって検出された磁極位置から算出された速度検出値と、前記第２のトルク指令値から求めたｄ軸およびｑ軸の電流指令値と、電流検出値と、モータ定数の設定値とに従い、ｄ軸およびｑ軸の電圧指令値の演算を行い、前記電力変換器の出力電圧を制御することを特徴とするモータ制御装置。
11. 　請求項９記載のモータ制御装置において、
    　前記制御部は、前記第２のトルク指令値から求めたｄ軸およびｑ軸の電流指令値と、電流検出値と、速度推定値と、モータ定数の設定値とに従い、ｄ軸およびｑ軸の電圧指令値の演算を行い、電力変換器の出力電圧を制御し、
    　前記速度推定値を積分して求めた回転位相推定値と前記永久磁石同期電動機の回転位相値との偏差である位相誤差が位相誤差の指令値に一致するように前記速度推定値を演算することを特徴とするモータ制御装置。
12. 　請求項１０に記載のモータ制御装置において、
    　前記制御部は、前記トルク推定値を算出するトルク推定値演算部を備え、
    　該トルク推定値演算部は、
    　ｄ軸の電圧指令値と電流検出値の乗算値とｑ軸の電圧指令値と電流検出値の乗算値とを加算した第１の電力信号から、ｄ軸およびｑ軸の電流検出値をそれぞれ２乗した加算値に前記永久磁石同期電動機の抵抗値を乗じた第２の電力信号を減算し、
    　該減算値を速度推定値で除算した結果に定数を乗じて前記トルク推定値を算出することを特徴とするモータ制御装置。
13. 　請求項１０に記載のモータ制御装置において、
    　前記制御部は、前記トルク推定値を算出するトルク推定値演算部を備え、
    　該トルク推定値演算部は、
    　前記電力変換器の直流電圧と直流電流を乗算した結果に定数を乗じた第１の電力信号から、３相の電流検出値を各相毎に２乗した加算値にモータの抵抗値を乗じた第２の電力信号を減算し、
    　該減算値を速度推定値で除算した結果に定数を乗じて前記トルク推定値を算出することを特徴とするモータ制御装置。
14. 　請求項１０に記載のモータ制御装置において、
    　前記制御部は、前記トルク推定値を算出するトルク推定値演算部を備え、
    　該トルク推定値演算部は、
    　前記電力変換器の直流電圧と直流電流を乗算した結果に定数を乗じた第１の電力信号から、ｄ軸およびｑ軸の電流検出値をそれぞれ２乗し、
    　それらを加算した値に、前記永久磁石同期電動機の抵抗値を乗じた第２の電力信号を減算し、
    　該減算値を速度推定値で除算した結果に、定数を乗じて前記トルク推定値を算出することを特徴とするモータ制御装置。
15. 　請求項９記載のモータ制御装置において、
    　前記上位制御装置から与えられる前記第１のトルク指令値とトルク出力値の偏差は、永久磁石同期電動機の電流値の２乗に比例し、電動機速度に反比例することを特徴とするモータ制御装置。
16. 　永久磁石同期電動機と、
    　直流を３相交流に変換し、前記永久磁石同期電動機に供給して、前記永久磁石同期電動機の出力トルクを可変する電力変換器と、
    　前記永久磁石同期電動機に対するトルク指令値から求められた電流指令値が、前記永久磁石同期電動機に前記電力変換器を介して供給される電流に対する電流検出値に一致するように、前記永久磁石同期電動機に供給される電流を制御する制御部を有する作業機械であって、
    　前記制御部は、上位制御装置から与えられる第１のトルク指令値に前記電力変換器の電力情報から求めたトルク推定値が一致するように、第２のトルク指令値を演算し、
    　該第２のトルク指令値に従いトルク制御を行うことを特徴とする作業機械。
17. 　請求項１６記載の作業機械において、
    　前記作業機械は、ホイルローダであり、
    　該ホイルローダは、前記永久磁石同期電動機として、車輪を駆動する走行駆動用モータと、エンジンをアシストするアシストモータとを備え、
    　前記走行駆動用モータを制御するモータ制御装置は、請求項１０記載の制御部を備え、
    　前記アシストモータを制御するモータ制御装置は、請求項１１記載の制御部を備えることを特徴とする作業機械。
18. 　請求項１６記載の作業機械において、
    　前記作業機械は、ホイルローダであり、
    　該ホイルローダは、前記永久磁石同期電動機として、車輪を駆動する走行駆動用モータと、エンジンをアシストするアシストモータとを備え、
    　前記走行駆動用モータを制御するモータ制御装置及び前記アシストモータを制御するモータ制御装置は、請求項１０記載の制御部を備えることを特徴とする作業機械。
19. 　請求項１６記載の作業機械において、
    　前記作業機械は、油圧ショベルであり、
    　該油圧ショベルは、前記永久磁石同期電動機として、下部走行体に対して上部旋回体を旋回させる旋回モータと、エンジンをアシストするアシストモータとを備え、
    　前記旋回モータを制御するモータ制御装置は、請求項１０記載の制御部を備え、
    　前記アシストモータを制御するモータ制御装置は、請求項１１記載の制御部を備えることを特徴とする作業機械。
20. 　請求項１６記載の作業機械において、
    　前記作業機械は、油圧ショベルであり、
    　該油圧ショベルは、前記永久磁石同期電動機として、下部走行体に対して上部旋回体を旋回させる旋回モータと、エンジンをアシストするアシストモータとを備え、
    　前記旋回モータを制御するモータ制御装置及び前記アシストモータを制御するモータ制御装置は、請求項１０記載の制御部を備えることを特徴とする作業機械。

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