JP6089775B2 - モータ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータ制御装置に関するものである。

目標磁束を発生するための励磁電流指令値を演算する励磁電流指令値演算部と、励磁電流指令値の正負の上限値を制限する励磁電流リミッタ部を備えた誘導モータ制御装置において、励磁電流指令値演算部は、２次磁束の応答性を変化させるために励磁電流の値を大きく変化させるよう励磁電流指令値を演算し、励磁電流リミッタ部はインバータのドライブ回路を保護するために過度に大きな電流を流れないよう上記の上限値を設定するものが開示されている（特許文献１）。

特開平８−１６３９００号公報

しかしながら、上記のモータ制御装置では、磁束の応答性を高めるために、過渡的に大きな励磁電流を流した場合に、当該励磁電流が上限値である定常の最大許容電流で制限されてしまうため、実際の電流値が指令値に達するまでの収束時間が長くなり、トルクの応答性が悪くなるという問題があった。

本発明が解決しようとする課題は、トルクの応答性を改善したモータ制御装置を提供することである。

本発明は、基本電流指令値を増幅させることで、モータのロータ磁束応答の遅れを補償し、補償された電流指令値を拡大電流制限値で制限し、拡大電流制限値で制限された指令値に基づき、スイッチング素子のオン、オフを制御し、当該拡大電流制限値を、スイッチング素子の熱時定数に基づいて設定し、かつ、スイッチング素子の定格電流より高い電流値とすることによって上記課題を解決する。

本発明は、スイッチング素子の定格電流より高い電流値を過渡的に流すことができるため、ロータ磁束の立ち上がりが速くなり、その結果として、トルクの応答性を改善することができる。

本発明の実施形態に係る電動車両システムのブロック図である。 図１のモータトルク制御部で参照されるマップを説明するためのグラフであって、アクセル開度毎に設定された、モータ回転数とトルク指令値の相関性を示すグラフである。 図１の電流制御部のブロック図である。 図３の電流指令値演算器のブロック図である。 図４の拡大電流制限値演算部のブロック図である。 図４の電流指令値制限部のブロック図である。 図４の電流指令値制限部のブロック図である。 図１のモータコントローラの制御手順を示すフローチャートである。 図８のステップＳ４の制御手順を示すフローチャートである。 図９のステップＳ４５の制御手順を示すフローチャートである。 図９のステップＳ４６の制御手順を示すフローチャートである。 比較例に係るモータ制御装置で制御されたモータの応答を示すグラフである。 本発明に係るモータ制御装置で制御されたモータの応答を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

《第１実施形態》
図１は、本発明の実施形態に係るモータ制御装置を搭載した電動車両システムの構成を示すブロック図である。以下、本例のモータ制御装置を電気自動車に適用した例を挙げて説明するが、本例のモータ制御装置は、例えばハイブリッド自動車（ＨＥＶ）等の電気自動車以外の車両にも適用可能である。

図１に示すように、本例のモータ制御装置を含む車両は、バッテリ１、インバータ２、モータ３、減速機４、ドライブシャフト（駆動軸）５、車輪６、７、電圧センサ８、電流センサ９、回転センサ１０、及びモータコントローラ２０を備えている。

バッテリ１は、車両の動力源であって、複数の二次電池を直列又は並列に接続することで構成されている。インバータ２は、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴ等の複数スイッチング素子を各相毎に２個接続した電力変換回路を有している。インバータ２は、モータコントローラ２０からの駆動信号により、当該スイッチング素子のオン、オフを切り替えることで、バッテリ１から出力される直流電力を交流電力に変換しモータ３に出力し、モータ３に対して所望の電流をながすことで、モータ３を駆動させる。またインバータ２は、モータ３の回生により出力された交流電力を逆変換して、バッテリ１に出力する。

モータ３は、車両の駆動源であって、減速機４及びドライブシャフト５を介して駆動輪６、７に駆動力を伝達するための誘導モータである。モータ３は、車両の走行時に、駆動輪６、７に連れ回されて回転し、回生の駆動力を発生することで、車両の運動エネルギーを電気エネルギーとして回収する。これにより、バッテリ１は、モータ３の力行により放電され、モータ３の回生により充電される。

電圧センサ８は、バッテリ１の電圧を検出するセンサであり、バッテリ１とインバータ２の間に接続されている。電圧センサ８の検出電圧は、モータコントローラ２０に出力される。電流センサ９はモータ３の電流を検出するためのセンサであり、インバータ２とモータ３との間に接続されている。電流センサ９の検出電流は、モータコントローラ２０に出力される。回転数センサ１０は、モータ３の回転数を検出するためのセンサであり、レゾルバ等で構成されている。回転数センサ１０の検出値はモータコントローラ２０に出力される。

モータコントローラ２０は、車両の車速（Ｖ）、アクセル開度（ＡＰＯ）、モータ３の回転子位相（θ_ｒｅ）、モータの電流、バッテリ１の電圧等に基づき、インバータ２を動作するためのＰＷＭ信号を生成し、インバータ２を動作させるドライブ回路（図示しない）に出力する。そして、当該ドライブ回路が、ＰＷＭ制御信号に基づき、インバータ２のスイッチング素子の駆動信号を制して、インバータ２に出力する。これにより、モータコントローラ２０は、インバータ２を動作させることで、モータ３を駆動させている。

モータコントローラ２０は、インバータ２及びモータ３を制御するコントローラである。また、モータコントローラ２０は、モータトルク制御部２１、制振制御部２２及び電流制御部２３を有している。

モータトルク制御部２１は、モータコントローラ２０に入力される車両変数を示す車両情報の信号に基づき、ユーザの操作による要求トルク又はシステム上の要求トルクを、モータ３から出力させるためにトルク指令値（Ｔ_ｍ１ ^＊）を算出し、制振制御部２２に出力する。

モータトルク制御部２１には、図２の関係を示すトルクマップが予め記憶されている。図２は、アクセル開度毎に設定された、モータ回転数と基本目標トルク指令値の相関性を示すグラフである。トルクマップは、アクセル開度毎で、モータ３の回転数に対するトルク指令値の関係により予め設定されている。トルクマップは、アクセル開度及びモータ回転数に対して、モータ３から効率よくトルクを出力させるためのトルク指令値で設定されている。

モータの回転数（回転速度）は、回転センサ１０の検出値に基づき算出される。アクセル開度は、図示しないアクセル開度センサにより検出される。そして、モータトルク制御部２１は、トルクマップを参照し、入力されたアクセル開度（ＡＰＯ）及びモータ回転数に対応する基本目標トルク指令値（Ｔ_ｍ１ ^＊）を演算し、制振制御部２２に出力する。シフトレバーが、パーキングの位置及びニュートラルの位置に設定された場合に、基本目標トルク指令値（Ｔ_ｍ１ ^＊）はゼロになる。

なお、基本目標トルク指令値（Ｔ_ｍ１ ^＊）は、アクセル開度及びモータ回転数のみに限らず、例えば車速等を加えて演算してもよい。車速Ｖ［ｋｍ／ｈ］は、メータやブレーキコントローラ等の他のコントローラより通信にて取得するか、回転子機械角速度（ωｒｍ）にタイヤ動半径（Ｒ）を掛け、ファイナルギヤのギヤ比で割ることにより車両速度ｖ［ｍ／ｓ］を求め、［ｍ／ｓ］から［ｋｍ／ｈ］への単位変換係数（３６００／１０００）を乗ずることで求めればよい。

制振制御部２２は、基本モータトルク指令値Ｔ_ｍ１ ^＊及びモータ回転数Ｎ_ｍを入力として、駆動軸トルクの応答を犠牲にすることなく、ドライブシャフト５（駆動軸）のねじり振動等により生じる駆動力伝達系の振動を抑制するための制振制御後トルク指令値Ｔ_ｍ２ ^＊を演算する。制振制御部２２の詳細な制御は、例えば特開２００１−４５６１３号公報及び特開２００３−９５５９号公報を参照されたい。そして、制振制御部２２は、基本目標トルク指令値（Ｔ_ｍ１ ^＊）に基づき演算した制振制御後トルク指令値Ｔ_ｍ２ ^＊を電流制御部２３に出力する。なお、制振制御部２２は、必ずしも必要ない。

電流制御部２３は、トルク指令値（Ｔ_ｍ２ ^＊）に基づき、モータ３に流れる電流を制御する制御部である。以下、図３を用いて、電流制御部２３の構成について説明する。図３は、電流制御部２３及びバッテリ１等のブロック図である。

電流制御部２３は、電流指令値演算器３０、減算器４１、電流ＦＢ制御器４２、座標変換器４３、ＰＷＭ変換器４４、ＡＤ変換器４５、座標変換器４６、パルスカウンタ４７、角速度演算器４８、すべり角速度演算器４９、電源位相演算器５０及びモータ回転数演算器５１を有している。

電流指令値演算器３０には、制振制御部２２から入力される制振制御後トルク指令値（Ｔ_ｍ２ ^＊）と、モータ回転数演算器５１から入力されるモータ３の回転数（Ｎ_ｍ）、及び、電圧センサ８の検出電圧（Ｖ_ｄｃ）が入力され、γδ軸電流指令値（Ｉ_γ ^＊、Ｉ_δ ^＊）を演算し出力する。ここで、γδ軸は、回転座標系の成分を示している。

減算器４１は、γδ軸電流指令値（Ｉ_γ ^＊、Ｉ_δ ^＊）とγδ軸電流（Ｉ_γ ^＊、Ｉ_δ ^＊）との偏差を算出し、電流ＦＢ制御器４２に出力する。電流ＦＢ制御器４２は、γ軸電流（Ｉ_γ）及びδ軸電流（Ｉ_δ）を、γ軸電流指令値（Ｉ_γ）及びδ軸電流指令値（Ｉ_δ ^＊）にそれぞれ一致させるようフィードバック制御する制御器である。電流ＦＢ制御器４２は、γδ軸電流指令値（Ｉ_γ ^＊、Ｉ_δ ^＊）に対してγδ軸電流（Ｉ_γ、Ｉ_δ）を、定常的な偏差なく所定の応答性で追随させるよう制御演算を行い、γδ軸の電圧指令値（ｖ_γ ^＊、ｖ_δ ^＊）を、座標変換器４３に出力する。なお、γ軸の電流はモータ３の励磁電流を、σ軸の電流はモータ３のトルク電流を表す。また、減算器４１及び電流ＦＢ制御器４２の制御に非干渉制御を加えてもよい。

座標変換器４３は、γδ軸電圧指令値（ｖ_γ ^＊、ｖ_δ ^＊）及び電源位相演算器５０で演算される電源位相（θ）を入力として、γδ軸電圧指令値（ｖ_γ ^＊、ｖ_δ ^＊）を固定座標系のｕ、ｖ、ｗ軸の電圧指令値（ｖ_ｕ ^＊、ｖ_ｖ ^＊、ｖ_ｗ ^＊）に変換し、ＰＷＭ制御器４４に出力する。

ＰＷＭ変換器４４は、入力される電圧指令値（Ｖ_ｕ ^＊、Ｖ_ｖ ^＊、Ｖ_ｗ ^＊）に基づき、インバータ２のスイッチング素子のスイッチング信号（Ｄ^＊ _ｕｕ、Ｄ^＊ _ｕｌ、Ｄ^＊ _ｖｕ、Ｄ^＊ _ｖｌ、Ｄ^＊ _ｗｕ、Ｄ^＊ _ｗｌ）を生成し、インバータ７に出力する。

Ａ／Ｄ変換器４５は、電流センサ９の検出値である相電流（Ｉ_ｕ、Ｉ_ｖ）をサンプリングし、サンプリングされた相電流（Ｉ_ｕｓ、Ｉ_ｖｓ）を座標変換器４６に出力する。三相の電流値の合計がゼロになることから、ｗ相の電流は、電流センサ９により検出されず、代わりに、座標変換器４６は、入力された相電流（Ｉ_ｕｓ、Ｉ_ｖｓ）に基づき、ｗ相の相電流（Ｉ_ｗｓ）を算出する。なお、ｗ相の相電流について、ｗ相に電流センサ９を設け、当該電流センサ９により検出してもよい。

座標変換器４６は、３相２相変換を行う変換器であり、電源位相（θ）を用いて、固定座標系の相電流（Ｉ_ｕｓ、Ｉ_ｖｓ、Ｉ_ｗｓ）を回転座標系のγδ軸電流（Ｉ_γｓ、Ｉ_δｓ）に変換し、減算器４１に出力する。これにより、電流センサ９により検出される電流値がフィードバックされる。

パルスカウンタ４７は、回転センサ１０から出力されるパルスをカウントすることで、モータ３の回転子の位置情報である回転子位相（θ_ｒｅ）（電気角）を得て、角速度演算器４８に出力する。

角速度演算器４８は、回転子位相（θ_ｒｅ）を微分演算することで、回転子角速度（ω_ｒｅ）（電気角）を演算し、電源位相演算器５０に出力する。また、角速度演算器４８は、演算した回転子角速度（ω_ｒｅ)をモータ３の極対数pで割り、モータの機械的な角速度である回転子機械角速度（ω_ｒｍ）［ｒａｄ／ｓ］を演算し、モータ回転数演算器５１に出力する。

すべり角速度演算器４９は、励磁電流指令値（Ｉ_γ ^*）に対して、ロータ磁束応答遅れを考慮したロータ磁束推定値（φ_ｅｓｔ）を、以下の式（１）により演算する。

ただし、Ｍは相互インダクタンスを、τ_φはロータ磁束の応答時定数である。なお、τ_φはＬｒ／Ｒｒで表され、Ｌｒはロータの自己インダクタンスを、Ｒｒはロータ抵抗を示す。

また、すべり角速度演算器４９は、式（２）で表されるように、トルク電流指令値（Ｉ_δ ^＊）と式（１）から求めたロータ磁束推定値（φ_ｅｓｔ）との比に、モータの特性で決まる定数を除算することで、すべり角速度（ωｓｅ）を演算する。

なお、これらＭ、τ_φ、Ｍ・Ｒｒ／Ｌｒ等の値は、ロータ温度や電流値、トルク指令値に対して予め計算または実験により算出した値をテーブルに格納して使用してもよい。

そして、すべり角速度演算器４９は、上記により演算したすべり角速度（ω_ｓｅ）を電源位相演算部５０に出力する。このように、すべり角速度（ω_ｓｅ）を設定することで、出力トルクはトルク電流とロータ磁束の積で扱えるようになる。

電源位相演算器５０は、以下の式（３）で示されるように、回転子角速度（ω_ｒｅ）（電気角）に、すべり角速度（ω_ｓｅ）を加算しつつ、積分することで、電源位相（θ）を演算し、座標変換器４３、４６に出力する。

モータ回転数演算器５１は、回転子機械角速度（ω_ｒｍ）に、［ｒａｄ／ｓ］から［ｒｐｍ］への単位変換するための係数（６０／２π）を乗算することで、モータ回転数（Ｎｍ）を演算し、電流指令値演算器３０に出力する。

次に、図４を用いて、電流指令値演算器３０の構成について説明する。図４は、電流指令値演算器３０の構成を示すブロック図である。

電流指令値演算器３０は、基本電流指令値演算部３１、磁束応答補償部３２、励磁電流指令値変化量演算部３３、拡大電流指令値判定部３４、拡大電流制限値演算部３５、及び電流指令値演算部３６を有している。

基本電流指令値演算部３１には、制振制御後トルク指令値（Ｔ_ｍ２ ^＊）、バッテリ１の電圧（Ｖ_ｄｃ）及びモータ回転数（Ｎ_ｍ）に対する基本γδ軸電流指令値（Ｉ_γ０ ^＊、Ｉ_δ０ ^＊）の関係を示すマップが予め記録されている。基本γδ軸電流指令値（Ｉ_γ０ ^＊、Ｉ_δ０ ^＊）は、制振制御後トルク指令値（Ｔ_ｍ２ ^＊）、バッテリ１の電圧（Ｖ_ｄｃ）及びモータ回転数（Ｎ_ｍ）に対して、インバータ２及びモータ３の総合効率を最適化させる電流指令値であり、実験又は計算で予め設定されている値である。そして、基本電流指令値演算部３１は、当該マップを参照して、制振制御後トルク指令値（Ｔ_ｍ２ ^＊）、バッテリ１の電圧（Ｖ_ｄｃ）及びモータ回転数（Ｎ_ｍ）に対応する基本γδ軸電流指令値（Ｉ_γ０ ^＊、Ｉ_δ０ ^＊）を演算し、磁束応答補償部３２、励磁電流指令値変化量３３、及び拡大電流制限値演算部３５に出力する。

磁束応答補償部３２は、ロータ磁束遅れを補償するために、遅れ分の位相を進ませることで、基本電流指令値を増幅するよう、磁束補償γ軸電流指令値（Ｉ_γ１ ^＊）を演算する。

一般に、ロータ磁束の応答は、トルク電流の応答に比べて一桁以上、遅い。そして、モータ３の出力は、ロータ磁束とステータのトルク電流との積と比例する。そのため、ロータ磁束の応答遅れによって、トルク応答が遅れてしまう。磁束応答補償部３２は、このようなトルク応答の遅れを補償するよう、電流指令値を補償している。これにより、モータ３には、基本電流指令値が増加することで、過渡的に大きな励磁電流を流すことができるため、ロータ磁束応答を改善しつつ、トルク応答を改善することができる。

磁束応答補償部３２は、以下の式（４）で示されるように、基本γ軸電流指令値（Ｉ_γ０ ^＊）に、ステータ電流の応答時定数（τ_ｉ）及びロータ磁束の応答時定数（τ_φ）を含む関数を乗ずることで、磁束補償γ軸電流指令値（Ｉ_γ１ ^＊）を演算し、電流指令値制限部３６に出力する。

ステータ電流の応答時定数（τ_ｉ）とロータ磁束の応答時定数（τ_φ）との間には、τ_ｉ＜τ_φの関係が成立する。そのため、磁束応答補償部３２は、式（４）を用いて、磁束補償γ軸電流指令値（Ｉ_γ１ ^＊）を演算することで、位相進み補償器として機能する。

励磁電流指令値変化量演算部３３は、以下の式（５）で示される近似式を用いて、入力される基本γ軸電流指令値（Ｉ_γ０ ^＊）から、基本γ軸電流指令値の変化量（ｄＩ_γ０ ^＊）を演算し、拡大電流指令値判定部３４に出力する。

ただし、τ_０は、基本γ軸電流指令値（Ｉ_γ０ ^＊）の変化を、どのぐらいの長さの時間で近似的に演算するかを示す設定値であって、設計または実験により予め設定されている。

なお、変化量（ｄＩ_γ０ ^＊）は、前回の演算時の基本γ軸電流指令値（Ｉ_γ０ ^＊）と、今回の演算時の基本γ軸電流指令値（Ｉ_γ０ ^＊）との差分をとってもよい。モータコントローラ２０に含まれる、電流指令値演算器３０等の演算部は、所定の制御周期で、指令値等を演算している。前回の演算値の指令値は、今回の演算値の指令値に対して、所定の制御周期分だけ前のタイミングで演算された指令値を示す。

拡大電流指令値判定部３４は、基本γ軸電流指令値の変化量（ｄＩ_γ０ ^＊）と判定閾値（Ｉ_０）とを比較し、その比較結果に基づいて、後述する拡大電流制限値演算部３５で演算された拡大電流制限値を、励磁電流制限値の制限値とするか、または、トルク電流制限値の制限値とするかを判定する。拡大電流制限値は、ロータ磁束の応答を高めるために、過渡的に電流を高める際の電流の制限値である。なお、拡大電流制限値演算部３５の構成、及び拡大電流制限値については後述する（図５を参照）。

励磁電流の変化量が大きい場合には、ロータ磁束の応答性を高めることで、トルク応答を高めることができる。そのため、変化量（ｄＩ_γ０ ^＊）が判定閾値（Ｉ_０）より大きい場合には、拡大電流指令値判定部３４は、励磁電流の変化量が大きいと判断し、励磁電流指令値の制限値を、拡大電流制限値まで拡大させる旨の信号を、電流指令値制限部３６に出力する。

一方、励磁電流の変化量が小さい場合には、励磁電流は既に一定になっているため、励磁電流の制限値を拡大させて、ロータ磁束の応答性を高めなくてもよい。そのため、変化量（ｄＩ_γ０ ^＊）と判定閾値（Ｉ_０）以下である場合には、拡大電流指令値判定部３４は、励磁電流の変化量が小さいと判断し、トルク電流制限値の制限値を、拡大電流制限値まで拡大させる旨の信号を電流指令値制限部３６に出力する。

判定閾値（Ｉ_０）は、拡大電流制限値を、励磁電流制限値の制限値とするか、または、トルク電流制限値の制限値とするかを判定するための閾値であって、設計または実験により予め設定されている閾値である。

拡大電流制限値演算部３５は、基本γδ軸電流指令値（Ｉ_γ０ ^＊、Ｉ_δ０ ^＊）に基づき拡大電流制限値（Ｉ_ｌｉｍ）を演算する演算部である。拡大電流制限値演算部３５で演算された拡大電流制限値（Ｉ_ｌｉｍ）は、電流指令値演算部３６に出力される。電流指令値制限部３６は、磁束応答補償部３２により演算された電流指令値又は基本電流指令値を、拡大電流制限値（Ｉ_ｌｉｍ）で制限する。そして、電流指令値制限部３６で演算された指令値（Ｉ_γ ^＊、Ｉ_δ ^＊）は、減算器４１等に出力される（図３を参照）。なお、電流指令値制限部３６の構成、は後述する（図６、７を参照）。

次に、図５を用いて、拡大電流制限値演算部３５の構成を説明する。図５は、拡大電流制限値演算部３５のブロック図である。

図５に示すように、拡大電流制限値演算部３５は、基本電流振幅演算部３５１、定格電流制限部３５２、拡大電流振幅演算部３５３、及び限界電流制限部３５４を有している。

基本電流振幅演算部３５１は、式（６）で示されるように、基本γ電流指令値（Ｉ_γ０ ^＊）を示すベクトルと、基本δ電流指令値（Ｉ_δ０ ^＊）を示すベクトルとの和から、基本電流指令値の振幅（Ｉ_Ｓ０ ^＊）を演算し、定格電流制限部３５２に出力する。

定格電流制限部３５２は、入力される基本電流指令値の振幅（Ｉ_Ｓ０ ^＊）に、定格電流制限値（Ｉ_ｒａｔ ^＊）で制限をかけることで、定格制限電流振幅（Ｉ_{Ｓ０＿ｒａｔ} ^＊）を演算し、拡大電流振幅演算部３５３に出力する。定格電流制限値（Ｉ_ｒａｔ ^＊）は、インバータ２及びモータ３のインピーダンスなど構成や特性を考慮して、数十秒間又は数分間、連続的に電流をスイッチング素子に流すことのできる最大電流値（正負の最大電流値）を示しており、設計又は実験により予め設定されている値である。定格電流制限値（Ｉ_ｒａｔ ^＊）は、上限値及び下限値で規定されている。

定格電流制限部３５２は、振幅（Ｉ_Ｓ０ ^＊）が上限の定格電流制限値（＋Ｉ_ｒａｔ ^＊）以上である場合には、上限の定格電流制限値（＋Ｉ_ｒａｔ ^＊）を定格制限電流振幅（Ｉ_{Ｓ０＿ｒａｔ} ^＊）として演算する。定格電流制限部３５２は、振幅（Ｉ_Ｓ０ ^＊）が下限の定格電流制限値（−Ｉ_ｒａｔ ^＊）以下である場合には、下限の定格電流制限値（−Ｉ_ｒａｔ ^＊）を定格制限電流振幅（Ｉ_{Ｓ０＿ｒａｔ} ^＊）として演算する。また、定格電流制限部３５２は、振幅（Ｉ_Ｓ０ ^＊）が下限の定格電流制限値（−Ｉ_ｒａｔ ^＊）より高く、かつ、上限の定格電流制限値（＋Ｉ_ｒａｔ ^＊）より低い場合には、振幅（Ｉ_Ｓ０ ^＊）を定格制限電流振幅（Ｉ_{Ｓ０＿ｒａｔ} ^＊）として演算する。

拡大電流振幅演算部３５３は、式（７）に示すように、定格制限電流振幅（Ｉ_{Ｓ０＿ｒａｔ} ^＊）に、ロータ磁束の伝達関数（Ｇ _φ （ｓ））とインバータ２のスイッチング素子の熱応答関数（Ｇ _ｓ （ｓ））との比を乗ずることで、拡大電流振幅（Ｉ_{ｓ０＿ｂｓｔ} ^＊）を演算し、限界電流制限部３５４に出力する。

ただし、Ｇ _φ （ｓ）はモータ３のロータ磁束の伝達関数のモデルを示し、Ｇ _ｓ （ｓ）はインバータ２のスイッチング素子の熱応答関数のモデルを示す。

また、ロータ磁束の応答及びスイッチング素子の熱応答を一次遅れ関数で近似させた場合には、拡大電流振幅演算部３５３は、式（８）に示すように、定格制限電流振幅（Ｉ_{Ｓ０＿ｒａｔ} ^＊）に、ロータ磁束の応答時定数（τ _φ ）及びスイッチング素子の熱時定数（τ _ｓ ）を含む関数を乗ずることで、拡大電流振幅（Ｉ_{ｓ０＿ｂｓｔ} ^＊）を演算する。

ここで、ロータ磁束の応答時定数とスイッチング素子の熱時定数との間には、τ_φ＜τ_ｓの関係がある。そのため、拡大電流振幅演算部３５３は、位相進み補償器として機能し、スイッチング素子の熱時定数の応答を、ロータ磁束の時定数の応答となるよう、位相を補償している。

定格制限電流振幅（Ｉ_{Ｓ０＿ｒａｔ} ^＊）は、定格電流制限値（Ｉ_ｒａｔ ^＊）で制限をかけられることによって、電流振幅（Ｉ_{Ｓ０＿ｒａｔ} ^＊）に相当する定常的な電流を、数十秒間又は数分間（定格時間）、スイッチング素子に流したとしても、スイッチング素子の温度は、スイッチング素子の限界温度（過熱によるスイッチング素子の異常を防ぐための上限温度）以下に抑えられる。また、スイッチング素子は熱時定数（一般的には数秒程度）をもっているため、過渡的にスイッチング素子の電流を高くしたとしても、スイッチング素子の温度は、電流変化に対して速い応答性で高くなることない。そのため、定常的には定格電流時のスイッチング素子の温度に収束させつつ、スイッチング素子の熱上昇を定常時よりも速くすることができれば、スイッチング素子に対して瞬時的に、定格電流より高い電流を流すことができる。

本例では、スイッチング素子の熱時定数から、スイッチング素子の電流制限値を、定常電流から拡大させて、電流制限値を過渡的に増加させている。具体的には、拡大電流振幅演算部３５３による位相補償により、定格制限電流振幅（Ｉ_{Ｓ０＿ｒａｔ} ^＊）を拡大電流振幅（Ｉ_{ｓ０＿ｂｓｔ} ^＊）に増加させている。これにより、本例は、スイッチング素子の温度を限界温度以下に維持しつつ、ロータ磁束を急峻に励起させる励磁電流、あるいは、トルク応答を高めるための過渡的なトルク電流を流すことができる。

限界電流制限部３５４は、入力される拡大電流振幅（Ｉ_{ｓ０＿ｂｓｔ} ^＊）に、限界電流制限値（Ｉ_ｓａｔ）で制限をかけることで、拡大電流制限値（Ｉ_ｌｉｍ ^＊）を演算し、電流指令値制御部３６に出力する。

限界電流制限値（Ｉ_ｓａｔ）は、モータ３に対して有効に発生できない電流の瞬時値の限界値を示す。例えば、瞬時値として高い電流指令値で、モータを制御したとしても、モータの磁気的な飽和や、ハードウェアから定まる過電流の閾値により、指令値に相当するトルクをモータ３から出力できない場合がある。そのため、本例では、モータ３に対して有効トルクを発生できない電流の瞬時値を、限界電流制限値（Ｉ_ｓａｔ）として設定している。なお、限界電流制限値（Ｉ_ｓａｔ）は、モータ３又はインバータ２を瞬時の過電流から保護する電流の制限値としてもよい。インバータ２又はモータ３の保護の観点から、瞬時値であっても、電流の制限値を設けている。

これにより、拡大電流制限値演算部３５は、スイッチング素子の熱時定数に基づいて設定され、スイッチング素子の定格電流より高い拡大電流制限値（Ｉ_ｌｉｍ ^＊）を演算している。

さらに、拡大電流制限値（Ｉ_ｌｉｍ ^＊）について説明すると、定格時間は、スイッチング素子の熱時定数に応じて、設計また時間により予め設定される時間である。そして、定格時間内であって、定常電流より高い電流を、スイッチング素子に流すことができる時間は、設定される電流の上限値とスイッチング素子の熱時定数に応じて決まる。そのため、拡大電流制限値（Ｉ_ｌｉｍ ^＊）は、スイッチング素子の定格電流より高い電流を、熱時定数（τ_φ）に相当する時間、スイッチング素子に流した場合に、スイッチング素子の温度を限界温度以下とする、電流の上限値を表している。

次に、図６、７を用いて、電流指令値制限部３６の構成について説明する。図６、７は電流指令値制御部３６の構成を示すブロック図である。電流指令値制御部３６は、定格電流制限部３６１、３６４、拡大励磁電流制限値演算部３６２、励磁電流制限部３６３、拡大トルク電流制限値演算部３６５、及びトルク電流制限部３６６を有している。

電流指令値制限部３６は、拡大電流指令値判定部３４の判定結果に基づいて、図６で示す構成と図７で示す構成のいずれか一方の構成を用いて、γδ軸電流指令値（Ｉ_γ ^＊、Ｉ_δ ^＊）を演算する。拡大電流指令値判定部３４により、基本γ軸電流指令値の変化量（ｄＩ_γ０ ^＊）が判定閾値（Ｉ_０）より大きいと判定された場合には、電流指令値制御部３６は、図６に示す、定格電流制限部３６１、拡大励磁電流制限値演算部３６２、及び励磁電流制限部３６３により、励磁電流指令値の制限値を、拡大励磁電流制限値（Ｉ_{γ＿ｌｉｍ}）まで拡大させる。

一方、拡大電流指令値判定部３４により、基本γ軸電流指令値の変化量（ｄＩ_γ０ ^＊）が判定閾値（Ｉ_０）以下であると判定された場合には、電流指令値制限部３６は、図７に示す、定格電流制限部３６４、拡大トルク電流制限値演算部３６５、及びトルク電流制限部３６６により、トルク電流指令値の制限値を、拡大トルク電流制限値（Ｉ_{δ＿ｌｉｍ}）まで拡大させる。

図６に示すように、定格電流制限部３６１は、入力される基本δ軸電流指令値（Ｉ_δ０ ^＊）に、定格電流制限値（Ｉ_ｒａｔ ^＊）で制限をかけることで、δ軸電流指令値（Ｉ_δ ^＊）を演算する。定格電流制限値（Ｉ_ｒａｔ ^＊）は、定格電流制限部３５２で使用された定格電流制限値（Ｉ_ｒａｔ ^＊）を用いればよい。

拡大励磁電流制限値演算部３６２は、式（９）で示されるように、拡大電流制限値（Ｉ_ｌｉｍ）の大きさから、δ軸電流指令値（Ｉ_δ ^＊）の大きさを減算することで、拡大励磁電流制限値（Ｉ_{γ＿ｌｉｍ}）を演算する。

励磁電流制限部３６３は、磁束応答補償部３２で補償された磁束補償γ軸電流指令値（Ｉ_γ１ ^＊）に、拡大励磁電流制限値（Ｉ_{γ＿ｌｉｍ}）で制限をかけることで、γ軸電流指令値（Ｉ_γ ^＊）を演算する。

図７に示すように、定格電流制限部３６４は、磁束応答補償部３２で補償された磁束補償γ軸電流指令値（Ｉ_γ１ ^＊）に、定格電流制限値（Ｉ_ｒａｔ ^＊）で制限をかけることで、γ軸電流指令値（Ｉ_γ ^＊）を演算する。定格電流制限値（Ｉ_ｒａｔ ^＊）は、定格電流制限部３５２で使用された定格電流制限値（Ｉ_ｒａｔ ^＊）を用いればよい。

拡大トルク電流制限値演算部３６３は、式（１０）で示されるように、拡大電流制限値（Ｉ_ｌｉｍ）から、γ軸電流指令値（Ｉ_γ ^＊）の大きさを減算することで、拡大トルク電流制限値（Ｉ_{δ＿ｌｉｍ}）を演算する。

トルク電流制限部３６３は、基本δ軸電流指令値（Ｉ_δ０ ^＊）に、拡大トルク電流制限値（Ｉ_{δ＿ｌｉｍ}）で制限をかけることで、δ軸電流指令値（Ｉ_δ ^＊）を演算する。

次に、拡大電流制限値演算部３５及び電流指令値制限部３６の制御の制御について、図４〜７を用いて説明する。

上記のとおり、励磁応答補償部３２は、励磁電流の応答速度を速めるために、励磁電流指令値の位相を進ませるように、励磁電流指令値を増幅させることで、励磁電流指令値を補償する。

増幅された励磁電流指令値に対して、励磁電流を最大電流制限値まで流した場合には、進み補償により過渡的に大きな励磁電流をながすことになる。しかしながら、モータへの過電流に対する保護の観点から、モータには最大電流制限値を超える電流を流すことはできない。仮に（本例とは異なり）、この最大電流制限値を定格電流に設定した場合には、定格電流以上の励磁電流を流すことはできない。さらに、指令値を励磁電流に優先的に配分するよう制御したには、全ての電流が励磁電流に流れてしまい、トルク電流が流れない。その結果として、ロータの磁束が不足しつつ、トルク電流がゼロとなることでトルクを発生することできず、かえってトルク応答が遅れてしまう。

そこで、拡大電流制限値演算部３５は、電流指令値の制限値を、拡大電流制限値（Ｉ_ｌｉｍ）まで上げている。拡大電流制限値（Ｉ_ｌｉｍ）は、スイッチング素子の熱時定数に基づいて、設定された値であり、スイッチング素子の定格電流より高い電流値である。また、スイッチング素子の熱時定数とロータ磁束の時定数との関係により、スイッチング素子の熱応答速度は、ロータ磁束の応答速度よりも遅い。そのため、拡大電流制限値（Ｉ_ｌｉｍ）以下の範囲内で、過渡的に高い励磁電流を流すことで、スイッチング素子の温度が限界温度に達する前に、ロータ磁束を高めることができる。これにより、本例は、ロータの磁束応答を高めている。

また、励磁電流の制限値を拡大する際には、電流指令値制限部３６は、トルク電流指令値に基づき、拡大励磁電流制限値（Ｉ_{γ＿ｌｉｍ}）を演算した上で、励磁電流指令値を当該拡大励磁電流制限値（Ｉ_{γ＿ｌｉｍ}）で制限している。トルク電流の制限値を拡大する際には、電流指令値制限部３６は、励磁電流指令値に基づき、拡大トルク電流制限値（Ｉ_{δ＿ｌｉｍ}）を演算した上で、トルク電流指令値を当該拡大トルク電流制限値（Ｉ_{δ＿ｌｉｍ}）で制限している。これにより、励磁電流またはトルク電流がゼロになるまで、制限値が拡大されることが防止されるため、発生トルクがゼロになることが回避される。

次に、図８を用いて、モータコントローラ２０の制御手順について説明する。図８は、モータコントローラ２０の制御手順を示すフローチャートである。なお、図８の制御フローは、所定の周期で繰り返し実行される。

ステップＳ１にて、モータコントローラ２０、入力処理として、車速、アクセル開度等を取得する。ステップＳ２にて、モータトルク制御部２１は、入力されたアクセル開度等に基づき、トルク指令値（Ｔ_ｍ１ ^＊）を演算する。ステップＳ３にて、制振制御部２２は、トルク指令値（Ｔ_ｍ１ ^＊）等に基づき制振制御を行うことで、制振制御後トルク指令値（Ｔ_ｍ２ ^＊）を演算する。

ステップＳ４にて、電流制御部２３に含まれる電流指令値演算器３０は、制振制御後トルク指令値（Ｔ_ｍ２ ^＊）等に基づき、γδ軸電流指令値（Ｉ_γ ^＊、Ｉ_δ ^＊）を演算する。なお、ステップＳ４の詳細な制御手順は後述する。

そして、ステップＳ５にて、電流制御部２３に含まれる減算器４１等により、γδ軸電流指令値（Ｉ_γ ^＊、Ｉ_δ ^＊）をモータ３から出力させるよう、駆動信号（スイッチング信号）を生成し、インバータ２に出力することで、インバータ２が制御され、モータ３が。

次に、図９を用いて、ステップＳ４の制御手順を説明する。図９は、ステップＳ４の制御手順を示すフローチャートである。

ステップＳ３の制御の後、ステップＳ４１にて、基本電流指令値演算部３１は、制振制御後トルク指令値（Ｔ_ｍ２ ^＊）等に基づき、基本γδ軸電流指令値（Ｉ_γ０ ^＊、Ｉ_δ０ ^＊）を演算する。ステップＳ４２にて、磁束応答補償部３２は、基本γ軸電流指令値（Ｉ_γ０ ^＊、Ｉ_δ０ ^＊）を増幅させることで、駆動モータ３のロータ磁束応答の遅れを補償し、磁束補償γδ軸電流指令値（Ｉ_γ１ ^＊、Ｉ_δ１ ^＊）を演算する。

ステップＳ４３にて、励磁電流指令値変化量演算部３３は、磁束補償γ軸電流指令値（Ｉ_γ１ ^＊）に基づき、γ軸電流指令値の変化量（ｄＩ_γ０ ^＊）を演算する。ステップＳ４４にて、拡大電流指令値判定部３４は、γ軸電流指令値の変化量（ｄＩ_γ０ ^＊）と判定閾値（Ｉ_０）とを比較する。

γ軸電流指令値の変化量（ｄＩ_γ０ ^＊）が判定閾値（Ｉ_０）より大きい場合には、電流指令値制限部３６は、励磁電流の制限値を拡大し、励磁電流指令値及びトルク電流指令値を演算する（ステップＳ４５）。一方、γ軸電流指令値の変化量（ｄＩ_γ０ ^＊）が判定閾値（Ｉ_０）以下である場合には、電流指令値制限部３６は、トルク電流の制限値を拡大し、励磁電流指令値及びトルク電流指令値を演算する（ステップＳ４６）。そして、ステップＳ４５、ステップＳ４６の制御を終えると、ステップＳ４の制御フローを終えて、ステップＳ５に移る。

次に、図１０を用いて、ステップＳ４５の制御手順を説明する。図１０は、ステップＳ４５の制御手順を示すフローチャートである。

ステップＳ４５の制御では、まずステップＳ４５１にて、基本電流振幅演算部３５１は、基本γδ軸電流指令値（Ｉ_γ０ ^＊、Ｉ_δ０ ^＊）に基づき、基本電流指令値の振幅（Ｉ_Ｓ０ ^＊）を演算する。ステップＳ４５２にて、定格電流制限部３５２は、基本電流指令値の振幅（Ｉ_Ｓ０ ^＊）に定格電流制限値（Ｉ_ｒａｔ ^＊）で制限をかけることで、定格制限電流振幅（Ｉ_{Ｓ０＿ｒａｔ} ^＊）を演算する。ステップＳ４５３にて、拡大電流振幅演算部３５３は、定格制限電流振幅（Ｉ_{Ｓ０＿ｒａｔ} ^＊）に基づき、拡大電流振幅（Ｉ_{ｓ０＿ｂｓｔ} ^＊）を演算する。

ステップＳ４５４にて、限界電流制限部３５４は、拡大電流振幅（Ｉ_{ｓ０＿ｂｓｔ} ^＊）に限界電流制限値（Ｉ_ｓａｔ）で制限をかけることで、拡大電流制限値（Ｉ_ｌｉｍ ^＊）を演算する。

ステップＳ４５５にて、定格電流制限部３６１は、基本δ軸電流指令値（Ｉ_δ０ ^＊）に、定格電流制限値（Ｉ_ｒａｔ ^＊）で制限をかけることで、δ軸電流指令値（Ｉ_δ ^＊）を演算する。ステップＳ４５６にて、拡大励磁電流制限値演算部３６２は、拡大電流制限値（Ｉ_ｌｉｍ ^＊）及びδ軸電流指令値（Ｉ_δ ^＊）に基づき、拡大励磁電流制限値（Ｉ_{γ＿ｌｉｍ}）を演算する。ステップＳ４５７にて、励磁電流制限部３６３は、磁束補償γ軸電流指令値（Ｉ_γ１ ^＊）に、拡大励磁電流制限値（Ｉ_{γ＿ｌｉｍ}）で制限をかけることで、γ軸電流指令値（Ｉ_γ ^＊）を演算する。

次に、図１１を用いて、ステップＳ４６の制御手順を説明する。図１１は、ステップＳ４６の制御手順を示すフローチャートである。ステップＳ４６１〜ステップＳ４５４の制御フローは、図１０に示すステップＳ４５１〜Ｓ４５４の制御フローと同様であるため説明を省略する。

ステップＳ４６５にて、定格電流制限部３６４は、磁束補償γ軸電流指令値（Ｉ_γ１ ^＊）に、定格電流制限値（Ｉ_ｒａｔ ^＊）で制限をかけることで、γ軸電流指令値（Ｉ_γ ^＊）を演算する。ステップＳ４６６にて、拡大トルク電流制限値演算部３６５は、拡大電流制限値（Ｉ_ｌｉｍ ^＊）及びγ軸電流指令値（Ｉ_γ ^＊）に基づき、拡大トルク電流制限値（Ｉ_{δ＿ｌｉｍ}）を演算する。ステップＳ４５７にて、トルク電流制限部３６６は、基本δ軸電流指令値（Ｉ_δ０ ^＊）、拡大トルク電流制限値（Ｉ_{δ＿ｌｉｍ}）で制限をかけることで、δ軸電流指令値（Ｉ_δ ^＊）を演算する。

次に、本発明に係るモータ制御装置の効果について、図１２及び図１３を用いて説明する。図１２は比較例の特性、図１３は本発明の特性を示す。図１２、１３の（ａ）は励磁電流（γ軸電流）の時間特性を、（ｂ）はトルク電流（δ軸電流）の時間特性を、（ｃ）はロータ磁束の時間特性を、（ｄ）トルクの時間特性を示すグラフである。また、図１２、図１３において、実トルク、実γ軸電流、及び実δ軸電流は、実際のモータ３の出力トルク、実際にモータ３に流れる電流を示している。

比較例では、磁束応答補償部３２と同様に、γ軸電流指令値を増幅させることで、ロータ磁束応答を改善するための位相補償を行っている。そして、この位相補償により補償された励磁電流指令値に対して、定格電流制限値による制限をかけている。

以下、図１２、１３を比較しつつ、発進加速等において停車状態からトルク指令値をステップ的に増加させた場合を例にとり、トルク応答性能について説明する。

時刻ｔ１にて、停車状態からの発進加速として、ステップ的にトルク指令値が立ち上がり、基本γδ軸電流指令値もステップ的に立ち上がる。磁束応答補償部３２による、ロータ磁束応答を改善するための位相補償により、磁束補償γ軸電流指令値は過渡的に大きな値を示す。

比較例は、定格電流制限値を電流振幅の上限値とした上で、δ軸電流に比べて、γ軸電流に対して電流を配分するように、励磁電流を増幅させている。そのため、比較例では、定格電流制限値までの電流は、γ軸電流指令値のみで使い切ってしまい、δ軸電流に使用できる電流値はゼロのまま推移し、トルクを発生させることができない無駄時間が発生してしまう（図１０のΔｔ_ｎに相当）。また、γ軸電流が定格電流制限値で制限されてしまうので、ロータ磁束応答を改善するための所望の電流が流れず、所望のロータ磁束応答を実現することができない。

そして、時刻ｔ１からｔ２の間の時刻で、磁束補償γ軸電流指令値が、下がり、定格電流制限値の値を下回ったところで、δ軸電流を流すことができるようになり、トルクが立ち上がり始める。

時刻ｔ２の時点で、ロータ磁束は、定常値の７〜８割程度まで立ち上るが、磁束補償γ軸電流指令値は、ほぼ基本γ軸電流指令値に収束する。時刻ｔ２以降、γ軸電流は一定値で維持することになり、ロータの特性で決まる時定数の遅れをもって、ロータ磁束が立ち上がっていく。その結果として、応答速度の遅い、緩慢なトルク応答となってしまい、最終的な実トルクのトルク指令値へ収束するまでの時間は、時刻ｔ５〜ｔ６までかかってしまう。

本発明では、時刻ｔ１にて、ステップ的にトルク指令値が立ち上がり、基本γδ軸電流指令値もステップ的に立ち上がる。δ軸電流について、本発明は、δ軸電流指令値に定格電流制限値で制限をかけつつ、δ軸電流を流している。そのため、比較例で無駄時間を生じていた期間に、本発明はδ軸電流指令値がゼロにならず、δ軸電流を早く立ち上げることができている。その結果として、トルクも無駄時間なく時刻ｔ１から立ち上がっている。

またγ軸電流について、磁束応答補償部３２による、ロータ磁束応答を改善するための位相補償により、磁束補償γ軸電流指令値は過渡的に大きな値に立ち上がっている。そして、磁束補償γ軸電流指令値に加わる制限値は、拡大電流制限値まで拡大されているため、定格電流制限値に制限をしていた比較例と比較して、過渡的に大きな励磁電流を流すことができる。

これにより、時刻ｔ１直後のトルク応答は無駄時間を発生することなく、比較例と比較して速くなっている。また時刻ｔ_２の時点で、ロータ磁束は指令値に対し約９５％まで立ち上げることができる、その結果として、本発明は、トルク応答を大幅に向上させることができる。

上記のように、本例は、基本電流指令値を増幅させることでモータ３のロータ磁束応答の遅れを補償しつつ磁束補償電流指令値を演算し、磁束補償電流指令値を拡大電流制限値で制限し、当該拡大電流制限値を、スイッチング素子の熱時定数に基づいて設定し、かつスイッチング素子の定格電流より高い電流値とする。これにより、電流の制限値を過渡的に増加させつつ、スイッチング素子の温度を限界温度以内に維持することができるため、ロータ磁束を急峻に励起させるような大きな励磁電流を流すことができる。その結果として、トルクの応答性を高めつつ、トルク応答を高速化させることができる。

また、本例は、基本電流指令値を定格電流制限値（Ｉ_ｒａｔ ^＊）で制限することで定格制限電流値（Ｉ_{Ｓ０＿ｒａｔ} ^＊に相当）を演算し、当該定格制限電流値に基づき拡大電流振幅（Ｉ_{ｓ０＿ｂｓｔ} ^＊）を演算し、拡大電流振幅（Ｉ_{ｓ０＿ｂｓｔ} ^＊）に基づき拡大電流制限値（Ｉ_ｌｉｍ ^＊）を演算する。そして、基本電流指令値、定格制限電流値、及び拡大電流振幅（Ｉ_{ｓ０＿ｂｓｔ} ^＊）について、式（６）及び式（７）の関係を満たしている。これにより、拡大電流振幅（Ｉ_{ｓ０＿ｂｓｔ} ^＊）内で過渡的な電流を許可しつつ、定常時は定格電流に収束することができるため、ロータ磁束の応答性を高めつつ、トルク電流の応答性も高めることができる。さらに、スイッチング素子の温度を限界温度以下に抑えることができる。

また本例は、定格制限電流振幅（Ｉ_{Ｓ０＿ｒａｔ} ^＊）を定格電流制限値（Ｉ_ｒａｔ ^＊）で制限をかけることで、拡大電流制限値を演算する。そして、モータ３に対して有効トルクを発生できない電流の瞬時値の制限値を、定格電流制限値（Ｉ_ｒａｔ ^＊）に設定している。過渡的に拡大させる電流値を、有効トルクを発生できない値まで上昇させることは、非効率である。そのため、本例では、過渡的に拡大させる電流値の制限値を定格電流制限値（Ｉ_ｒａｔ ^＊）に設定することで、インバータ２、モータ３等の効率を向上させつつ、過渡状態のスイッチング素子の温度を限界温度以下に抑えている。

また本例は、定格制限電流振幅（Ｉ_{Ｓ０＿ｒａｔ} ^＊）を定格電流制限値（Ｉ_ｒａｔ ^＊）で制限をかけることで、拡大電流制限値を演算する。そして、インバータ２又はモータ３を瞬時的な過電流から保護する制限値を、定格電流制限値（Ｉ_ｒａｔ ^＊）に設定している。拡大電流制限値を制限なく高めた場合には、インバータ２、モータ３に対して過大な負荷が加わるおそれがある。そのため、本例では、過渡的に拡大させる電流値の制限値を定格電流制限値（Ｉ_ｒａｔ ^＊）に設定することで、インバータ２、モータ３の保護を図りつつ、過渡状態のスイッチング素子の温度を限界温度以下に抑えている。

また本例は、励磁電流指令値の変化量に応じて、励磁電流指令値又はトルク電流指令値のいずれか一方の指令値を拡大電流指令値で制限する。モータ３の出力トルクをゼロにして、インバータ２に電流を流す場合には、電流はインバータ２のある相に集中して流れる。そのため、出力トルクをゼロとした場合に許容される電流は、モータ３の回転時に許容される最大電流よりも小さくなる。本例では、励磁電流指令値の変化量が小さい時には、励磁電流の制限値は拡大されないため、励磁電流を、出力トルクのゼロの時の許容電流以下に抑制することができる。その結果として、本例はインバータ２の保護を図ることができる。

また本例は、励磁電流指令値の変化量が判定閾値（Ｉ_０）より高い場合には、励磁電流指令値を拡大電流制限値で制限し、トルク電流指令値を定格電流制限値で制限する。励磁電流指令値の変化量が判定閾値（Ｉ_０）より低い場合には、トルク電流指令値を拡大電流制限値で制限し、励磁電流指令値を定格電流制限値で制限する。これにより、励磁電流の変化量が大きいときには、励磁電流を過渡的に高めることで、磁束の立ち上がりを早めることができ、トルク応答を高めることができる。また、励磁電流の変化量が小さい時には、励磁電流は定常電流を超えず、トルク電流が過渡的に高くなる。そのため、励磁電流の制限値を高めなくてもよい場合には、トルク電流を高めることで、トルク応答を高めることができる。

また本例は、励磁電流指令値の変化量が判定閾値（Ｉ_０）より高い場合には、拡大電流制限値（Ｉ_ｌｉｍ）の大きさから、トルク電流指令値の大きさを減算することで、γ軸の拡大電流制限値（Ｉ_{γ＿ｌｉｍ}）を演算する。励磁電流指令値の変化量が判定閾値（Ｉ_０）より低い場合には、拡大電流制限値（Ｉ_ｌｉｍ）の大きさから、励磁電流指令値の大きさを減算することで、δ軸の拡大電流制限値（Ｉ_{δ＿ｌｉｍ}）を演算する。これにより、トルク電流をゼロにすることなく励磁電流の制限値を拡大させることができ、また、励磁電流をゼロにすることなくトルク電流の制限値を拡大させることができる。その結果として、トルクがゼロになる無駄時間の発生を防ぐことができる。

上記の基本電流指令値演算部３１が本発明の「電流指令値演算手段」に相当し、磁束応答補償部３２が本発明の「補償手段」に、電流指令値制限部３６が本発明の「拡大電流指令値制限手段」に、電流ＦＢ制御器４２及びＰＷＭ変換器４４等が本発明の「制御手段」に、拡大電流制限値演算部３５が本発明の「制限値演算手段」に、定格電流制限部３５２が本発明の「第１制限手段」に、拡大電流振幅演算部３５３が「第１電流制限値演算手段」に、限界電流制限部３５４が「第２制限手段」に、定格電流制限部３６１、３６４が「第３制限手段」に相当する。

２０…モータコントローラ
２１…モータトルク制御部
２２…制振制御部
２３…電流制御部
３０…電流指令値演算器
３１…基本電流指令値演算部
３２…磁束応答補償部
３３…励磁電流指令値変化量演算部
３４…拡大電流指令値判定部
３５…拡大電流制限値演算部
３５１…基本電流振幅演算部
３５２…定格電流制限部
３５３…拡大電流振幅演算部
３５４…限界電流制限部
３６…電流指令値制限部
３６１、３６４…定格電流制限部
３６２…拡大励磁電流指令値演算部
３６３…励磁電流制限部
３６５…拡大トルク電流指令値演算部
３６６…トルク電流制限部

Claims (8)

1. スイッチング素子を備えたインバータ及び当該インバータに接続されたモータを制御するモータ制御装置において、
   外部から入力されるトルク指令値及び前記モータの回転速度に基づき基本電流指令値を演算する電流指令値演算手段と、
   前記基本電流指令値を増幅させることで、前記モータのロータ磁束応答の遅れを補償する補償手段と、
   前記補償手段により演算された電流指令値を拡大電流制限値で制限する拡大電流指令値制限手段と、
   前記拡大電流指令値制限手段により制限された指令値に基づき、前記スイッチング素子のオン、オフを制御する制御手段とを備え、
   前記拡大電流指令値制限手段は、
   前記基本電流指令値に含まれる励磁電流指令値又は前記基本電流指令値に含まれるトルク電流指令値のいずれか一方の指令値を前記拡大電流制限値で制限し、
   前記励磁電流指令値を前記拡大電流制限値で制限する場合には、前記トルク電流指令値を前記拡大電流制限値とは異なる電流制限値で制限し、
   前記トルク電流指令値を前記拡大電流制限値で制限する場合には、前記励磁電流指令値を前記拡大電流制限値とは異なる電流制限値で制限し、
   前記拡大電流制限値は、前記スイッチング素子の熱時定数に基づいて設定され、前記スイッチング素子の定格電流より高い電流値である
   ことを特徴とするモータ制御装置。
2. スイッチング素子を備えたインバータ及び当該インバータに接続されたモータを制御するモータ制御装置において、
   外部から入力されるトルク指令値及び前記モータの回転速度に基づき基本電流指令値を演算する電流指令値演算手段と、
   前記基本電流指令値を増幅させることで、前記モータのロータ磁束応答の遅れを補償する補償手段と、
   前記補償手段により演算された電流指令値を拡大電流制限値で制限する拡大電流指令値制限手段と、
   前記拡大電流指令値制限手段により制限された指令値に基づき、前記スイッチング素子のオン、オフを制御する制御手段と、
   第１電流制限値に基づき、前記拡大電流制限値を演算する制限値演算手段とを備え、
   前記拡大電流制限値は、前記スイッチング素子の熱時定数に基づいて設定され、前記スイッチング素子の定格電流より高い電流値であり、
   前記制限値演算手段は、
   前記基本電流指令値を、定格電流制限値で制限する第１制限手段と、
   前記第１制限手段により演算された定格制限電流値に基づき、前記第１電流制限値を演算する第１電流制限値演算手段を有する
   ことを特徴とするモータ制御装置。
   ただし、
   

   

   Ｉ_Ｓ０ ^＊は、前記基本電流指令値を示し、
   Ｉ_γ０ ^＊は、前記基本電流指令値に含まれる励磁電流指令値を示し、
   Ｉ_δ０ ^＊は、前記基本電流指令値に含まれるトルク電流指令値を示し、
   Ｉ_{Ｓ０＿ｂｓｔ} ^＊は、前記第１電流制限値を示し、
   Ｉ_{Ｓ０＿ｒａｔ} ^＊は、前記定格制限電流値を示し、
   Ｇ_ｓ（ｓ）は、前記スイッチング素子の熱応答関数を示すモデルであり、
   Ｇ_φ（ｓ）は、前記モータのロータ磁束の伝達特性を示すモデルであり、
   前記定格電流制限値は、前記インバータ又は前記モータに、所定期間、定常的に電流を流すことができる電流の制限値を示す。
3. 請求項２記載のモータ制御装置であって、
   前記制限値演算手段は、
   前記第１電流制限値を第２電流制限値で制限する第２制限手段を有し、かつ、前記第２制限手段で制限された電流値に基づき、前記拡大電流制限値を演算し、
   前記第２電流制限値は、前記モータに対して有効トルクを発生できない電流の瞬時値の制限値を示す
   ことを特徴とするモータ制御装置。
4. 請求項２記載のモータ制御装置であって、
   前記制限値演算手段は、
   前記第１電流制限値を第２電流制限値で制限する第２制限手段を有し、かつ、前記第２制限手段で制限された電流値に基づき、前記拡大電流制限値を演算し、
   前記第２電流制限値は、前記モータ又は前記インバータを瞬時の過電流から保護する電流の制限値を示す
   ことを特徴とするモータ制御装置。
5. 請求項２〜４のいずれか一項に記載のモータ制御装置であって、
   前記拡大電流指令値制限手段は、
   前記基本電流指令値の変化量に応じて、前記基本電流指令値に含まれる励磁電流指令値又はトルク電流指令値のいずれか一方の指令値を前記拡大電流制限値で制限する
   ことを特徴とするモータ制御装置。
6. 請求項２〜５のいずれか一項に記載のモータ制御装置であって、
   前記基本電流指令値を定格電流制限値で制限する第３制限手段をさらに備え、
   前記定格電流制限値は、前記インバータ又は前記モータに、所定期間、定常的に電流を流すことができる電流の制限値を示し、
   前記制御手段は、
   前記第３制限手段により制限された指令値に基づき、前記スイッチング素子を制御し、
   前記基本電流指令値に含まれる励磁電流指令値の変化量が所定の電流閾値より高い場合には、
   前記拡大電流指令値制限手段は前記励磁電流指令値を前記拡大電流制限値で制限し、かつ、前記第３制限手段は前記基本電流指令値に含まれるトルク電流指令値を前記定格電流制限値で制限し、
   前記基本電流指令値に含まれる励磁電流指令値の変化量が所定の電流閾値より低い場合には、
   前記拡大電流指令値制限手段は前記トルク電流指令値を前記拡大電流制限値で制限し、かつ、前記第３制限手段は前記励磁電流指令値を前記定格電流制限値で制限する
   ことを特徴とするモータ制御装置。
7. 請求項２〜６のいずれか一項に記載のモータ制御装置であって、
   前記基本電流指令値に含まれる励磁電流指令値又はトルク電流指令値のいずれか一方の電流軸に対する前記拡大電流制限値を演算する制限値演算手段をさらに備え、
   前記補償手段は、
   前記基本電流指令値に含まれる励磁電流指令値を補償し、
   前記基本電流指令値に含まれる励磁電流指令値の変化量が所定の電流閾値より高い場合には、
   前記制限値演算手段は、
   前記拡大電流制限値の大きさから、前記トルク電流指令値の大きさを減算することで、前記励磁電流指令値の電流軸に対する拡大電流制限値を演算し、
   前記基本電流指令値に含まれる励磁電流指令値の変化量が所定の電流閾値より低い場合には、
   前記制限値演算手段は、
   前記拡大電流制限値の大きさから、前記補償手段により演算された励磁電流指令値の大きさを減算することで、前記トルク電流指令値の電流軸に対する拡大電流制限値を演算する
   ことを特徴とするモータ制御装置。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載のモータ制御装置であって、
   前記拡大電流制限値は、
   前記スイッチング素子の定格電流より高い電流を、前記スイッチング素子の熱時定数に相当する時間、前記スイッチング素子に流した場合に、前記スイッチング素子の温度を素子の限界温度以下とする、電流の制限値を示す
   ことを特徴とするモータ制御装置。

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