JP2024083692A - 交流回転電機の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電流指令値を設定する設定データのデータ量を低減すると共に、誤差要因に対して、トルク及び変調率の制御精度を確保できる交流回転電機の制御装置を提供する。【解決手段】回転速度の検出値と直流電圧との比率である速度電圧比率の検出値を演算し、変調率指令値と実変調率との偏差に基づいて速度電圧比率の検出値を補正して、補正後の速度電圧比率を演算し、トルク指令値と、速度電圧比率と、電流指令値と関係が予め設定された電流指令値設定データを参照し、現在のトルク指令値と、補正後の速度電圧比率に対応する電流指令値を演算する交流回転電機の制御装置。【選択図】図４

Description

本願は、交流回転電機の制御装置に関するものである。

交流回転電機は、回転速度が高いほど誘起電圧が大きくなり、電圧指令値の実効値が大きくなるが、インバータに供給される直流電圧の制約により電圧飽和が生じる。電圧飽和が生じると、所望の電流を通電することができず、出力トルクが低下する。また、直流電圧が低いほど、電圧飽和が生じやすい。

そのため、特許文献１及び特許文献２の技術では、トルク指令値と回転速度と直流電圧に基づいて電流指令値を演算することで、電圧飽和を回避できるような電流指令値を演算し、所望のトルクを出力している。

また、特許文献２及び特許文献３の技術では、電圧指令値の実効値、及び電圧指令値の実効値から演算される変調率に基づいて、電流指令値を演算することで、パラメータ誤差、又は電圧誤差などの誤差要因に対してロバストな制御を行っている。

特許第６２８９５４５号 特許第６２４４３７９号 国際公開２００８／１５２９２９号

トルク指令値と、回転速度と、直流電圧と、電流指令値との関係が予め設定されたマップデータを参照して、電流指令値を演算し、電流指令値に対して、変調率指令値と実変調率との偏差が小さくなるように、弱め磁束制御を行って電流指令値を補正する手法が考えられる。例えば、特許文献１と特許文献３を組み合わせたような手法である。しかしながら、マップデータを参照して電流指令値を演算した後に、電流指令値が調整されるので、マップデータを参照し、トルク指令値に応じて演算された電圧指令値から変化するので、トルク指令値通りのトルクを出力することができない。

これに対し、特許文献２では、マップデータの前段で、変調率に応じて直流電圧を補正しているため、トルク指令値通りのトルクを出力することができるが、マップデータは、トルク指令値と回転速度と直流電圧との３つを入力とするため、データ量が大きくなるという課題があった。

そこで、本願は、電流指令値を設定する設定データのデータ量を低減すると共に、バラツキ要因又は誤差要因に対して、トルク及び変調率の制御精度を確保できる交流回転電機の制御装置を提供することを目的とする。

本願に係る交流回転電機の制御装置は、電機子巻線を有する交流回転電機を、インバータを介して制御する交流回転電機の制御装置であって、
トルク指令値、前記交流回転電機の回転速度の検出値、及び前記インバータに供給される直流電圧に基づいて電流指令値を演算する電流指令値演算部と、
前記電流指令値に基づいて、前記電機子巻線に印加する電圧指令値を演算する電圧指令値演算部と、
前記電圧指令値に基づいて、前記インバータが有する複数のスイッチング素子をオンオフ制御するＰＷＭ制御部と、を備え、
前記直流電圧に対する前記電圧指令値の実効値の比率に応じた値を変調率と定義し、
前記電流指令値演算部は、前記回転速度の検出値と前記直流電圧との比率である速度電圧比率の検出値を演算し、前記電圧指令値及び前記直流電圧に基づいて実変調率を演算し、変調率指令値と前記実変調率との偏差に基づいて前記速度電圧比率の検出値を補正して、補正後の速度電圧比率を演算し、
前記トルク指令値と、前記速度電圧比率と、前記電流指令値と関係が予め設定された電流指令値設定データを参照し、現在の前記トルク指令値と、前記補正後の速度電圧比率に対応する前記電流指令値を演算するものである。

本願に係る交流回転電機の制御装置によれば、バラツキ要因又は誤差要因により実変調率が変調率指令値から変動した場合に、電流指令値演算部は、変調率指令値と実変調率との偏差に基づいて速度電圧比率の検出値を補正して、補正後の速度電圧比率を演算し、電流指令値設定データを参照し、現在のトルク指令値と補正後の速度電圧比率に対応する電流指令値を演算する。よって、バラツキ要因又は誤差要因により実変調率が変調率指令値から変動した場合でも、変動がない状態で設定された電流指令値設定データをそのまま用い、速度電圧比率を補正することにより、トルク指令値のトルク出力を維持しつつ、電流指令値を変化させ、実変調率を変調率指令値に近づけることができる。電流指令値設定データは、回転速度と直流電圧とが、一つの速度電圧比率にまとめられているので、データ量が低減されている。よって、このようなデータ量が低減された電流指令値設定データをそのまま用いて、トルク指令値のトルク出力を維持しつつ、変調率の変動に対応できるので、制御系全体を簡易化できる。

実施の形態１に係る交流回転電機及び制御装置の概略構成図である。 実施の形態１に係る制御装置の概略ブロック図である。 実施の形態１に係る制御装置の概略ハードウェア構成図である。 実施の形態１に係る電流指令値演算部のブロック図である。 実施の形態１に係る変調率指令値の設定と各制御の運転領域を説明する図である。 実施の形態１に係る弱め磁束制御を説明する図である。 実施の形態１に係る最大トルク／電流制御を説明する図である。 実施の形態１に係る速度電圧比率の増加補正による変調率の低下を説明する図である。 実施の形態１に係る速度電圧比率の減少補正による変調率の増加を説明する図である。 実施の形態２に係る電流指令値演算部のブロック図である。 実施の形態３に係る電流指令値演算部のブロック図である。 実施の形態４に係る変調率指令値の設定と各制御の運転領域を説明する図である。 実施の形態４に係る変調率指令値の設定と各制御の運転領域を説明する図である。

１．実施の形態１
実施の形態１に係る交流回転電機の制御装置１（以下、単に制御装置１と称す）について図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態に係る交流回転電機２及び制御装置１の概略構成図である。

１－１．交流回転電機
交流回転電機２は、電機子巻線（以下、単に巻線と称す）を備えている。交流回転電機２は、ステータと、ステータの径方向内側に配置されたロータと、を備えている。ステータに複数相の巻線が設けられている。本実施の形態では、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相の巻線Ｃｕ、Ｃｖ、Ｃｗが設けられている。３相巻線Ｃｕ、Ｃｖ、Ｃｗは、スター結線とされている。なお、３相巻線は、デルタ結線とされてもよい。交流回転電機２は、永久磁石式の同期回転電機とされており、ロータに永久磁石が設けられている。本実施の形態では、永久磁石は、ロータの電磁鋼板の内側に埋め込まれている。なお、永久磁石は、ロータの外周面に張り付けられてもよい。

交流回転電機２は、ロータの回転角度に応じた電気信号を出力する回転センサ１６を備えている。回転センサ１６は、ホール素子、エンコーダ、又はレゾルバ等とされる。回転センサ１６の出力信号は、制御装置１に入力される。

１－２．インバータ等
インバータ２０は、直流電源１０と３相巻線との間で電力変換を行う電力変換器であり、複数のスイッチング素子を有している。インバータ２０は、直流電源１０の高電位側に接続される高電位側のスイッチング素子２３Ｈ（上アーム）と直流電源１０の低電位側に接続される低電位側のスイッチング素子２３Ｌ（下アーム）とが直列接続された直列回路（レッグ）を、３相各相の巻線に対応して３セット設けている。そして、各相の直列回路における２つのスイッチング素子の接続点が、対応する相の巻線に接続されている。

具体的には、各相の直列回路において、高電位側のスイッチング素子２３Ｈのコレクタ端子は、高電位側電線１４に接続され、高電位側のスイッチング素子２３Ｈのエミッタ端子は、低電位側のスイッチング素子２３Ｌのコレクタ端子に接続され、低電位側のスイッチング素子２３Ｌのエミッタ端子は、低電位側電線１５に接続されている。高電位側のスイッチング素子２３Ｈと低電位側のスイッチング素子２３Ｌとの接続点は、対応する相の巻線に接続されている。

スイッチング素子には、ダイオード２２が逆並列接続されたＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、ダイオードが逆並列接続されたＦＥＴ（Field Effect Transistor）、逆並列接続されたダイオードの機能を有するＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）、ダイオードが逆並列接続されたバイポーラトランジスタ等が用いられる。各スイッチング素子のゲート端子は、制御装置１に接続されている。各スイッチング素子は、制御装置１から出力される制御信号によりオン又はオフされる。

平滑コンデンサ１２が、高電位側電線１４と低電位側電線１５との間に接続される。直流電源１０からインバータ２０に供給される電源電圧を検出する電源電圧センサ１３が備えられている。電源電圧センサ１３は、高電位側電線１４と低電位側電線１５との間に接続されている。電源電圧センサ１３の出力信号は、制御装置１に入力される。

電流センサ１７は、各相の巻線に流れる電流に応じた電気信号を出力する。電流センサ１７は、スイッチング素子の直列回路と巻線とをつなぐ各相の電線上に備えられている。電流センサ１７の出力信号は、制御装置１に入力される。なお、電流センサ１７は、各相の直列回路に備えられてもよい。

直流電源１０には、充放電可能な蓄電装置（例えば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、電気二重層キャパシタ）が用いられる。なお、直流電源１０には、直流電圧を昇圧したり降圧したりする直流電力変換器であるＤＣ－ＤＣコンバータが設けられてもよい。

１－３．制御装置１
制御装置１は、インバータ２０を介して交流回転電機２を制御する。図２に示すように、制御装置１は、回転検出部３１、直流電圧検出部３２、電流検出部３３、電流指令値演算部３４、電圧指令値演算部３５、及びＰＷＭ制御部３６等を備えている。制御装置１の各機能は、制御装置１が備えた処理回路により実現される。具体的には、制御装置１は、図３に示すように、処理回路として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算処理装置９０（コンピュータ）、演算処理装置９０とデータのやり取りする記憶装置９１、演算処理装置９０に外部の信号を入力する入力回路９２、及び演算処理装置９０から外部に信号を出力する出力回路９３等を備えている。

演算処理装置９０として、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＩＣ（Integrated Circuit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、各種の論理回路、及び各種の信号処理回路等が備えられてもよい。また、演算処理装置９０として、同じ種類のもの又は異なる種類のものが複数備えられ、各処理が分担して実行されてもよい。記憶装置９１として、演算処理装置９０からデータを読み出し及び書き込みが可能に構成されたＲＡＭ（Random Access Memory）、演算処理装置９０からデータを読み出し可能に構成されたＲＯＭ（Read Only Memory）等が備えられている。入力回路９２は、電源電圧センサ１３、回転センサ１６、電流センサ１７等の各種のセンサ、スイッチが接続され、これらセンサ、スイッチの出力信号を演算処理装置９０に入力するＡ／Ｄ変換器等を備えている。出力回路９３は、スイッチング素子をオンオフ駆動するゲート駆動回路等の電気負荷が接続され、これら電気負荷に演算処理装置９０から制御信号を出力する駆動回路等を備えている。

そして、制御装置１が備える図２の各制御部３１～３６等の各機能は、演算処理装置９０が、ＲＯＭ等の記憶装置９１に記憶されたソフトウェア（プログラム）を実行し、記憶装置９１、入力回路９２、及び出力回路９３等の制御装置１の他のハードウェアと協働することにより実現される。なお、各制御部３１～３６等が用いる変調率指令値設定データ、及び電流指令値設定データ等の設定データは、ＲＯＭ等の記憶装置９１に記憶されている。以下、制御装置１の各機能について詳細に説明する。

１－３－１．回転検出部３１
回転検出部３１は、電気角でのロータの回転角度θｒ及び回転角速度ωｒ（以下、回転速度ωｒとも称す）を検出する。本実施の形態では、回転検出部３１は、回転センサ１６の出力信号に基づいて、ロータの回転角度θｒ及び回転角速度ωｒを検出する。回転検出部３１は、Ｕ相の巻線位置を基準にした、ロータの磁極（Ｎ極）の回転角度θｒを検出する。なお、回転検出部３１は、電流指令値に高調波成分を重畳することによって得られる電流情報等に基づいて、回転センサを用いずに、回転角度を推定するように構成されてもよい（いわゆる、センサレス方式）。

１－３－２．直流電圧検出部３２
直流電圧検出部３２は、直流電源１０からインバータ２０に供給される直流電圧Ｖｄｃｒを検出する。本実施の形態では、直流電圧検出部３２は、電源電圧センサ１３の出力信号に基づいて、直流電圧Ｖｄｃｒを検出する。なお、直流電圧Ｖｄｃが可変でなく、直流電圧Ｖｄｃが規定値になる場合は、電源電圧センサ１３が設けられず、直流電圧の検出値Ｖｄｃｒの代わりに、予め設定された直流電圧の設定値が用いられてもよい。

１－３－３．電流検出部３３
電流検出部３３は、３相の巻線に流れる電流Ｉｕｒ、Ｉｖｒ、Ｉｗｒを検出する。電流検出部３３は、電流センサ１７の出力信号に基づいて、Ｕ相の巻線に流れる電流Ｉｕｒを検出し、Ｖ相の巻線に流れる電流Ｉｖｒを検出し、Ｗ相の巻線に流れる電流Ｉｗｒを検出する。なお、電流センサ１７が２相の巻線電流を検出するように構成され、残りの１相の巻線電流が、２相の巻線電流の検出値に基づいて演算されてもよい。例えば、電流センサ１７が、Ｖ相及びＷ相の巻線電流Ｉｖｒ、Ｉｗｒを検出し、Ｕ相の巻線電流Ｉｕｒが、Ｉｕｒ＝－Ｉｖｒ－Ｉｗｒにより演算されてもよい。

１－３－４．電圧指令値演算部３５
電圧指令値演算部３５は、後述する電流指令値演算部３４により演算された電流指令値に基づいて、巻線に印加する電圧指令値を演算する。

本実施の形態では、電圧指令値演算部３５は、ｄ軸及びｑ軸の電流指令値Ｉｄｏ、Ｉｑｏに基づいて、３相の電圧指令値Ｖｕｏ、Ｖｖｏ、Ｖｗｏを演算する。

電圧指令値演算部３５は、３相の電流検出値Ｉｕｒ、Ｉｖｒ、Ｉｗｒを、磁極位置θｒに基づいて３相２相変換及び回転座標変換を行って、ｄ軸の電流検出値Ｉｄｒ及びｑ軸の電流検出値Ｉｑｒに変換する。

ｄ軸は、ロータの磁極（Ｎ極）の回転角度の方向に定められ、ｑ軸は、ｄ軸よりも電気角で９０°位相が進んだ方向に定められる。

電圧指令値演算部３５は、ｄ軸の電流検出値Ｉｄｒがｄ軸の電流指令値Ｉｄｏに近づくように、比例積分制御等のフィードバック制御を行って、ｄ軸の電圧指令値Ｖｄｏを変化させ、ｑ軸の電流検出値Ｉｑｒがｑ軸の電流指令値Ｉｑｏに近づくように、比例積分制御等のフィードバック制御を行って、ｑ軸の電圧指令値Ｖｑｏを変化させる。なお、ｄ軸電流とｑ軸電流の非干渉化のためのフィードフォワード制御が行われてもよい。

或いは、電圧指令値演算部３５は、巻線の電流検出値を用いず、ｄ軸及びｑ軸の電流指令値Ｉｄｏ、Ｉｑｏに基づいて、交流回転電機の電気的定数を用い、ｄ軸及びｑ軸の電流指令値Ｉｄｏ、Ｉｑｏを変化させるフィードフォワード制御を実行してもよい。

電圧指令値演算部３５は、ｄ軸及びｑ軸の電圧指令値Ｖｄｏ、Ｖｑｏを、磁極位置θｒに基づいて、固定座標変換及び２相３相変換を行って、３相の電圧指令値Ｖｕｏ、Ｖｖｏ、Ｖｗｏに変換する。本実施の形態では、電圧指令値演算部３５は、３相の電圧指令値に対して、３次高調波重畳、ｍｉｎ－ｍａｘ法（疑似３次高調波重畳）、２相変調、及び台形波変調等の線間電圧が変化しないような振幅低減変調を加えている。なお、振幅低減変調が加えられなくてもよい。

電圧指令値演算部３５は、３相の電圧指令値Ｖｕｏ、Ｖｖｏ、Ｖｗｏを、キャリア波の振幅で上下限制限する。

振幅低減変調が加えられる場合は、後述する式（１）から式（３）により演算される変調率Ｍが１より大きくなると、振幅低減変調後の３相の電圧指令値Ｖｕｏ、Ｖｖｏ、Ｖｗｏの振幅が、直流電圧Ｖｄｃの半分値を超える電圧飽和（過変調）の状態になる。振幅低減変調が加えられない場合は、変調率Ｍが、√３／２（≒０．８６６）より大きくなると、３相の電圧指令値Ｖｕｏ、Ｖｖｏ、Ｖｗｏの振幅が、直流電圧Ｖｄｃの半分値を超える電圧飽和（過変調）の状態になる。

１－３－５．ＰＷＭ制御部３６
ＰＷＭ制御部３６は、電圧指令値に基づいて、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御により複数のスイッチング素子をオンオフ制御する。本実施の形態では、ＰＷＭ制御部３６は、３相の電圧指令値のそれぞれとキャリア波とを比較することにより、各相のスイッチング素子をオンオフするスイッチング信号を生成する。キャリア波は、キャリア周波数で０を中心に直流電圧Ｖｄｃｒの半分値の振幅で振動する三角波とされている。ＰＷＭ制御部３６は、電圧指令値がキャリア波を上回った場合は、スイッチング信号をオンし、電圧指令値がキャリア波を下回った場合は、スイッチング信号をオフする。高電位側のスイッチング素子には、スイッチング信号がそのまま伝達され、低電位側のスイッチング素子には、スイッチング信号を反転させたスイッチング信号が伝達される。各スイッチング信号は、ゲート駆動回路を介して、インバータ２０の各スイッチング素子のゲート端子に入力され、各スイッチング素子をオン又はオフさせる。

１－３－６．電流指令値演算部３４
電流指令値演算部３４は、トルク指令値Ｔｏ、回転速度の検出値ωｒ、及び直流電圧の検出値Ｖｄｃｒに基づいて電流指令値を演算する。トルク指令値Ｔｏは、外部の制御装置から伝達されてもよいし、制御装置１の内部で演算されもよい。

本実施の形態では、図４に示すように、電流指令値演算部３４は、回転速度の検出値ωｒと直流電圧の検出値Ｖｄｃｒとの比率である速度電圧比率の検出値Ｒωｖｒを演算する。また、電流指令値演算部３４は、電圧指令値及び直流電圧の検出値Ｖｄｃｒに基づいて実変調率Ｍｒを演算し、変調率指令値Ｍｏと実変調率Ｍｒとの偏差ΔＭに基づいて速度電圧比率の検出値Ｒωｖｒを補正して、補正後の速度電圧比率Ｒωｖｃｒｒを演算する。そして、電流指令値演算部３４は、トルク指令値Ｔｏと、速度電圧比率Ｒωｖ（本例では、＝回転速度ω／直流電圧Ｖｄｃ）と、電流指令値と関係が予め設定された電流指令値設定データを参照し、現在のトルク指令値Ｔｏ及び補正後の速度電圧比率Ｒωｖｃｒｒに対応する電流指令値を演算する。ここで、変調率Ｍは、直流電圧Ｖｄｃに対する電圧指令値の実効値の比率に応じた値である。

＜実変調率Ｍｒの演算＞
上述したように、電流指令値演算部３４は、電圧指令値及び直流電圧の検出値Ｖｄｃｒに基づいて実変調率Ｍｒを演算する。電圧指令値には、前回の演算周期で演算された電圧指令値が用いられる。本実施の形態では、電流指令値演算部３４は、次式を用い、３相の電圧指令値Ｖｕｏ、Ｖｖｏ、Ｖｗｏに基づいて、電圧指令値の実効値Ｖｅを演算する。

或いは、電流指令値演算部３４は、次式を用い、ｄ軸及びｑ軸の電圧指令値Ｖｄｏ、Ｖｑｏに基づいて、電圧指令値の実効値Ｖｅを演算してもよい。

そして、電流指令値演算部３４は、次式を用い、電圧指令値の実効値Ｖｅ及び直流電圧の検出値Ｖｄｃｒに基づいて、実変調率Ｍｒを演算する。

なお、本実施の形態では、式（１）から式（３）の変調率Ｍの演算式の係数は、１／√３及び√６に設定されているが、各種の方式の設定値があり、方式によって、係数の設定値が異なる。よって、式（１）から式（３）と異なる係数が設定されてもよい。上述したように、本実施の形態では、振幅低減変調が加えられる場合に変調率Ｍが１より大きくなると、振幅低減変調後の３相の電圧指令値Ｖｕｏ、Ｖｖｏ、Ｖｗｏの振幅が、直流電圧Ｖｄｃの半分値を超える電圧飽和（過変調）の状態になる。また、変調率Ｍの最大値は、電圧指令値が矩形波になる２×√３／π（≒１．１０）になり、後述する１パルス制御時の値になる。

＜変調率指令値Ｍｏの設定＞
電流指令値演算部３４は、変調率指令値Ｍｏを設定する。本実施の形態では、電流指令値演算部３４は、トルク指令値Ｔｏと、速度電圧比率Ｒωｖと、変調率指令値Ｍｏと関係が予め設定された変調率指令値設定データを参照し、現在のトルク指令値Ｔｏと、現在の速度電圧比率の検出値Ｒωｖｒに対応する変調率指令値Ｍｏを演算する。変調率指令値設定データは、後述する電流指令値設定データに対応するように設定されている。例えば、変調率指令値設定データとして、マップデータが用いられる。例えば、図５に示すように、変調率指令値設定データにおいて、後述する弱め磁束制御の運転領域では、１．０＜Ｍｏ＜１．１０に設定され、後述する基本制御（最大トルク／電流制御）の運転領域では、０≦Ｍｏ≦１．０に設定される。なお、後述するように、基本制御の運転領域では、基本的に、変調率のフィードバック制御により変化される補正後の速度電圧比率Ｒωｖｃｒｒの変化に応じて、電流指令値が変化されない。そのため、基本制御の運転領域の変調率指令値Ｍｏは厳密に設定されなくてもよい（例えば、Ｍｏ＝１．０に設定されてもよい）。また、弱め磁束制御の運転領域において、変調率指令値Ｍｏが固定値に設定される場合は、マップデータを用いずに、電流指令値演算部３４は、変調率指令値Ｍｏを、弱め磁束制御の運転領域の変調率指令値に対応する、予め設定された固定値（例えば、１．０５）に設定してもよい。

電流指令値演算部３４は、回転速度の検出値ωｒ、トルク指令値Ｔｏ、交流回転電機のトルク検出値又は推定値、電流指令値、電流検出値、及び実変調率Ｍｒの少なくとも１つに基づいて、変調率指令値Ｍｏを変化させてもよい。また、変調率指令値Ｍｏに対してローパスフィルタ処理を実施した値を用いてもよい。この場合、変調率指令値Ｍｏを変化させたときの応答を滑らかにすることができる。

＜速度電圧比率の検出値Ｒωｖｒの補正＞
上述したように、電流指令値演算部３４は、回転速度の検出値ωｒと直流電圧の検出値Ｖｄｃｒとの比率である速度電圧比率の検出値Ｒωｖｒを演算する。本実施の形態では、次式に示すように、電流指令値演算部３４は、回転速度の検出値ωｒを直流電圧の検出値Ｖｄｃｒで除算して、速度電圧比率の検出値Ｒωｖｒを演算する。回転速度ωが分子になるので、回転速度ωの増減に対して、速度電圧比率Ｒωｖの分解能が変化しないようでき、後述する電流指令値設定データのデータ設定が行い易くなる。

なお、電流指令値演算部３４は、直流電圧の検出値Ｖｄｃｒを回転速度の検出値ωｒで除算して、速度電圧比率の検出値Ｒωｖｒを演算してもよい。

上述したように、電流指令値演算部３４は、変調率指令値Ｍｏと実変調率Ｍｒとの偏差ΔＭに基づいて速度電圧比率の検出値Ｒωｖｒを補正して、補正後の速度電圧比率Ｒωｖｃｒｒを演算する。

電流指令値演算部３４は、実変調率Ｍｒが変調率指令値Ｍｏよりも小さい場合は、補正後の速度電圧比率Ｒωｖｃｒｒが減少するように、速度電圧比率の検出値Ｒωｖｒに対する補正値Ｋｒを変化させ、実変調率Ｍｒが変調率指令値Ｍｏよりも大きい場合は、補正後の速度電圧比率Ｒωｖｃｒｒが増加するように、補正値Ｋｒを変化させる。

本実施の形態では、電流指令値演算部３４は、変調率指令値Ｍｏと実変調率Ｍｒとの偏差ΔＭに基づく、フィードバック制御により、速度電圧比率の検出値Ｒωｖｒに対する補正値Ｋｒを演算する。本実施の形態では、フィードバック制御には積分器が含まれるが、比例器及び微分器の一方又は双方が含まれてもよい。或いは、各種のフィードバック制御が用いられてもよい。

電流指令値演算部３４は、次式を用いて、補正値Ｋｒを演算する。ここで、Ｃ（ｓ）は、フィードバック制御器を表し、ｓは、ラプラス演算子を表す。フィードバック制御器には、積分制御器、積分比例制御器、積分比例微分制御器などの各種のフィードバック制御器が用いられる。

そして、電流指令値演算部３４は、次式に示すように、速度電圧比率の検出値Ｒωｖｒに補正値Ｋｒを乗算して、補正後の速度電圧比率Ｒωｖｃｒｒを演算する。なお、電流指令値演算部３４は、速度電圧比率の検出値Ｒωｖｒに補正値Ｋｒを加算して、補正後の速度電圧比率Ｒωｖｃｒｒを演算してもよい。

＜電流指令値設定データの参照＞
上述したように、電流指令値演算部３４は、トルク指令値Ｔｏと、速度電圧比率Ｒωｖと、電流指令値との関係が予め設定された電流指令値設定データを参照し、現在のトルク指令値Ｔｏ及び補正後の速度電圧比率Ｒωｖｃｒｒに対応する電流指令値を演算する。

＜弱め磁束制御の運転領域の電流指令値設定データ＞
本実施の形態では、電流指令値設定データには、基本制御を実行すると仮定した場合に、巻線に流れる電流及び回転速度ωに応じて巻線に生じる誘起電圧である基本制御時の誘起電圧が、直流電圧Ｖｄｃを超える運転領域では、トルク指令値Ｔｏと、速度電圧比率Ｒωｖと、トルク指令値Ｔｏ及び速度電圧比率Ｒωｖの条件で誘起電圧を直流電圧Ｖｄｃに一致させつつ、トルク指令値Ｔｏのトルクを交流回転電機に出力させる電流指令値と、の関係が予めされている。本実施の形態では、基本制御は、いわゆる最大トルク／電流制御とされている。

この運転領域における電流指令値は、いわゆる弱め磁束制御により設定される電流指令値である。図６に示すように、弱め磁束制御では、ｄ軸及びｑ軸の回転座標系上で、式（７）に示す電圧制限楕円（定誘起電圧楕円）と、式（８）に示すトルク指令値Ｔｏの定トルク曲線との交点のｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑに、ｄ軸及びｑ軸の電流指令値Ｉｄｏ、Ｉｑｏが設定される。弱め磁束制御では、基本制御よりもｄ軸電流Ｉｄが減少され、永久磁石による鎖交磁束が弱められる。

ここで、Ｌｄは、ｄ軸インダクタンスであり、Ｌｑは、ｑ軸インダクタンスであり、Ψａは、永久磁石による鎖交磁束であり、Ｐｎは、極対数であり、これらは、交流回転電機の諸元により予め定まる電気的定数である。また、Ｍｗｋは、弱め磁束制御において対応する運転条件で設定される変調率であり、通常、変調率指令値Ｍｏに一致する。

式（７）と式（８）の交点のｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑを求めるために必要な情報は、直流電圧Ｖｄｃ、回転速度ω、トルク指令値Ｔｏである。式（７）の電圧制限楕円のＶｄｃ／ωは、１／速度電圧比率Ｒωｖに対応している。よって、トルク指令値Ｔｏ及び速度電圧比率Ｒωｖに基づいて、弱め磁束制御によるｄ軸及びｑ軸の電流指令値Ｉｄｏ、Ｉｑｏを設定することができる。

弱め磁束制御の運転領域の電流指令値設定データには、トルク指令値Ｔｏ及び速度電圧比率Ｒωｖの各動作点において弱め磁束制御により設定されるｄ軸の電流指令値Ｉｄｏ及びｑ軸の電流指令値Ｉｑｏが、予め設定されている。

図５に、最大トルク／電流制御の運転領域と、弱め磁束制御の運転領域を示す。高回転速度及び高トルクの領域で、弱め磁束制御が行われる。

＜基本制御（最大トルク／電流制御）の運転領域の電流指令値設定データ＞
本実施の形態では、電流指令値設定データには、基本制御時の誘起電圧が、直流電圧Ｖｄｃを超えない運転領域では、トルク指令値Ｔｏと、速度電圧比率Ｒωｖと、トルク指令値Ｔｏ及び速度電圧比率Ｒωｖの条件でトルク指令値Ｔｏのトルクを交流回転電機に出力させる基本制御による電流指令値と、の関係が予めされている。本実施の形態では、基本制御は、いわゆる最大トルク／電流制御とされている。

最大トルク／電流制御では、トルク指令値Ｔｏのトルクを出力させる電流が最小になるｄ軸及びｑ軸の電流指令値Ｉｄｏ、Ｉｑｏが設定される。式（８）の定トルク曲線と定電流円との接点に電流指令値が設定される。図７に示すように、ｄ軸及びｑ軸の回転座標系上で、トルク指令値Ｔｏが増加するに従って、最大トルク／電流曲線上を、ｄ軸の電流指令値Ｉｄｏを減少させ、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｏを増加させる。最大トルク／電流曲線は、同一電流に対して出力トルクが最大になるｄ軸及びｑ軸の電流の軌跡である。

弱め磁束制御と最大トルク／電流制御との境界線は、速度電圧比率Ｒωｖ及びトルク指令値Ｔｏに応じて定まるので、速度電圧比率Ｒωｖ及びトルク指令値Ｔｏにより最大トルク／電流制御の運転領域であるか、弱め磁束制御の運転領域であるかを判定できる。よって、トルク指令値Ｔｏ及び速度電圧比率Ｒωｖに基づいて、最大トルク／電流制御によるｄ軸及びｑ軸の電流指令値Ｉｄｏ、Ｉｑｏを設定することができる。なお、速度電圧比率Ｒωｖにより判定された最大トルク／電流制御の運転領域では、基本的に、トルク指令値Ｔｏに応じてｄ軸及びｑ軸の電流指令値Ｉｄｏ、Ｉｑｏが設定されるので、速度電圧比率Ｒωｖの補正により、基本的に、ｄ軸及びｑ軸の電流指令値Ｉｄｏ、Ｉｑｏは変化しない。

最大トルク／電流制御の運転領域の電流指令値設定データには、トルク指令値Ｔｏ及び速度電圧比率Ｒωｖの各動作点において最大トルク／電流制御により設定されるｄ軸の電流指令値Ｉｄｏ及びｑ軸の電流指令値Ｉｑｏが、予め設定されている。

なお、基本制御として、ｄ軸の電流指令値Ｉｄｏを０に設定する、いわゆるＩｄ＝０制御などの他の制御が用いられてもよい。

電流指令値設定データは、ｄ軸電流指令値設定データとｑ軸電流指令値設定データとにより構成されている。ｄ軸電流指令値設定データには、トルク指令値Ｔｏと、速度電圧比率Ｒωｖと、ｄ軸の電流指令値Ｉｄｏと、の関係が予めされている。ｑ軸電流指令値設定データには、トルク指令値Ｔｏと、速度電圧比率Ｒωｖと、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｏと、の関係が予めされている。例えば、各設定データとして、マップデータが用いられる。

＜変調率の偏差による速度電圧比率Ｒωｖの補正の効果＞
弱め磁束制御の運転領域の電流指令値設定データは、基本的に、実変調率Ｍｒが変調率指令値Ｍｏに一致するように設定されている。しかし、ｄ軸インダクタンスＬｄ、ｑ軸インダクタンスＬｑ、永久磁石による鎖交磁束Ψａ、巻線抵抗等の電気的定数が、経年変化、生産バラツキ、温度変化等のバラツキ要因により電流指令値設定データの設定時の電気的定数から変動すると、実変調率Ｍｒが変調率指令値Ｍｏから変動する。また、電流指令値設定データの設定誤差により、実変調率Ｍｒが変調率指令値Ｍｏから変動する。

バラツキ要因又は誤差要因により実変調率Ｍｒが変調率指令値Ｍｏから変動した場合に、電流指令値演算部３４は、変調率指令値Ｍｏと実変調率Ｍｒとの偏差ΔＭに基づいて速度電圧比率の検出値Ｒωｖｒを補正して、補正後の速度電圧比率Ｒωｖｃｒｒを演算し、電流指令値設定データを参照し、現在のトルク指令値Ｔｏと補正後の速度電圧比率Ｒωｖｃｒｒに対応する電流指令値を演算する。よって、バラツキ要因又は誤差要因により実変調率Ｍｒが変調率指令値Ｍｏから変動した場合でも、変動がない状態で設定された電流指令値設定データをそのまま用い、速度電圧比率Ｒωｖを補正することにより、トルク指令値Ｔｏのトルク出力を維持しつつ、電流指令値を変化させ、実変調率Ｍｒを変調率指令値Ｍｏに近づけることができる。電流指令値設定データは、回転速度ωと直流電圧Ｖｄｃとが、一つの速度電圧比率Ｒωｖにまとめられているので、データ量が低減されている。よって、このようにデータ量が低減された電流指令値設定データをそのまま用いて、変調率の変動に対応できるので、制御系全体を簡易化できる。

弱め磁束制御の運転領域における制御挙動を図８及び図９に示す。バラツキ要因又は誤差要因により、実変調率Ｍｒが変調率指令値Ｍｏよりも大きくなった場合は、補正値Ｋｒが増加され、補正後の速度電圧比率Ｒωｖｃｒｒが増加される。図８に示すように、補正後の速度電圧比率Ｒωｖｃｒｒが増加されると、式（７）の左辺が減少し、電圧制限楕円が縮小する。電圧制限楕円が縮小すると、ｄ軸電流Ｉｄが減少され、弱め磁束が強められるため、電圧指令値の実効値が低下し、実変調率Ｍｒが低下し、実変調率Ｍｒが変調率指令値Ｍｏに近づけられる。

バラツキ要因又は誤差要因により、実変調率Ｍｒが変調率指令値Ｍｏよりも小さくなった場合は、補正値Ｋｒが減少され、補正後の速度電圧比率Ｒωｖｃｒｒが減少される。図９に示すように、補正後の速度電圧比率Ｒωｖｃｒｒが減少されると、式（７）の左辺が増加し、電圧制限楕円が拡大する。電圧制限楕円が拡大すると、ｄ軸電流Ｉｄが増加され、弱め磁束が弱められるため、電圧指令値の実効値が増加し、実変調率Ｍｒが増加し、実変調率Ｍｒが変調率指令値Ｍｏに近づけられる。

このように、バラツキ要因又は誤差要因により、実変調率Ｍｒが変調率指令値Ｍｏから変動した場合でも、変調率指令値Ｍｏと実変調率Ｍｒとの偏差ΔＭに基づいて、速度電圧比率の検出値Ｒωｖｒを補正することにより、変調率の変動がない状態で設定された電流指令値設定データをそのまま用いて、弱め磁束を増減し、実変調率Ｍｒを変調率指令値Ｍｏに近づけることができる。

＜補正の停止＞
変調率指令値Ｍｏが、電圧飽和（過変調）の状態になり始める値（本例では、１．０）よりも小さく、電圧飽和（過変調）の状態にならない場合は、電圧指令値通りに巻線に印加できるので、実変調率Ｍｒを変調率指令値Ｍｏに近づける必要性が低く、速度電圧比率Ｒωｖを補正する必要性が低い。また、電圧飽和（過変調）の状態にならない場合は、最大トルク／電流制御が行われ、基本的に、トルク指令値Ｔｏに応じて電流指令値が変化され、速度電圧比率Ｒωｖの変化に応じて電流指令値が変化されないので、速度電圧比率Ｒωｖを補正する必要性が低い。

電流指令値演算部３４は、回転速度の検出値ωｒに対する条件、又は変調率指令値Ｍｏ又は実変調率Ｍｒに対する条件が満たされた場合に、フィードバック制御に含まれる積分器の動作を停止又は積分値を初期化する。

回転速度の検出値ωｒに対する条件として、電流指令値演算部３４は、回転速度の検出値ωｒが基底回転速度よりも低い場合に、積分器の動作を停止又は積分値を初期化する。基底回転速度は、電圧飽和（過変調）の状態になり始める回転速度である。変調率指令値Ｍｏ又は実変調率Ｍｒに対する条件として、電流指令値演算部３４は、変調率指令値Ｍｏ又は実変調率Ｍｒが、電圧飽和（過変調）の状態になり始める値（本例では、１．０）よりも小さい場合に、積分器の動作を停止又は積分値を初期化する。

この構成によれば、電圧飽和（過変調）の状態にならない場合に、積分器の動作を停止又は積分値を初期化して、不必要な速度電圧比率Ｒωｖの補正を行わないようにできる。また、電圧飽和（過変調）の状態にならない場合に、積分値がワインドアップすることを防止でき、電圧飽和（過変調）の状態になった場合の積分器の動作再開を円滑化させることができる。

また、電流指令値演算部３４は、回転速度の検出値ωｒに対する条件、又は変調率指令値Ｍｏ又は実変調率Ｍｒに対する条件が満たされた場合に、速度電圧比率の検出値Ｒωｖｒに対する補正量を０に設定し、速度電圧比率の検出値Ｒωｖｒを、補正後の速度電圧比率Ｒωｖｒｃｒｒとして演算する。本実施の形態では、補正値Ｋｒが１に設定される。

この構成によれば、電圧飽和（過変調）の状態にならない場合に、補正量を０に設定して、不必要な速度電圧比率Ｒωｖの補正を行わないようにできる。

２．実施の形態２
実施の形態２に係る交流回転電機２及び制御装置１について説明する。上記の実施の形態１と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る交流回転電機２及び制御装置１の基本的な構成は実施の形態１と同様であるが、速度電圧比率として、規格化速度電圧比率が用いられる点が実施の形態１と異なる。

本実施の形態では、図１０に示すように、電流指令値演算部３４は、速度電圧比率Ｒωｖとして、速度電圧比率Ｒωｖを、変調率指令値Ｍｏ、直流電圧の基準値Ｖｄｃｂｓ、及び変調率の基準値Ｍｂｓのいずれか一つ以上により規格化した規格化速度電圧比率Ｒωｖｎｒｍを用いる。すなわち、速度電圧比率の代わりに規格化速度電圧比率Ｒωｖｎｒｍが用いられる。本実施の形態では、電流指令値演算部３４は、次式に示すように、速度電圧比率Ｒωｖを、変調率指令値Ｍｏで除算し、変調率の基準値Ｍｂｓ及び直流電圧の基準値Ｖｄｃｂｓを乗算した値を、規格化速度電圧比率Ｒωｖｎｒｍとして演算する。このとき、Ｍｂｓ及びＶｄｃｂｓは、ゲインとしての役割であり、参照される電流指令値は、ω、Ｖｄｃ、Ｍｏの値に応じて算出されることになる。変調率の基準値Ｍｂｓ及び直流電圧の基準値Ｖｄｃｂｓは、全動作領域で最も頻度の高い値に予め設定されてもよいし、全動作領域で取る値の範囲の中間の値に予め設定されてもよい。なお、変調率指令値Ｍｏが固定値の場合は、Ｍｂｓ＝Ｍｏとして、（Ｍｂｓ／Ｍｏ）は乗算されなくてもよい。

なお、速度電圧比率の検出値Ｒωｖｒが、直流電圧の検出値Ｖｄｃｒを回転速度の検出値ωｒで除算して演算される場合は、式（９）の右辺の分子と分母が逆になる。

電流指令値設定データは、トルク指令値Ｔｏと、規格化速度電圧比率Ｒωｖｎｒｍと、電流指令値と関係が予め設定されたデータとされている。規格化速度電圧比率Ｒωｖｎｒｍの設定に用いられる変調率指令値Ｍｏは、トルク指令値Ｔｏ及び速度電圧比率Ｒωｖの条件で設定される変調率指令値Ｍｏである。電流指令値設定データは、速度電圧比率Ｒωｖの代わりに規格化速度電圧比率Ｒωｖｎｒｍが用いられる点以外は、実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。

電流指令値設定データに、規格化速度電圧比率Ｒωｖｎｒｍを用いることで、変調率指令値Ｍｏが大きく変化する場合でも、データを設定し易くなる。また、直流電圧の基準値Ｖｄｃｂｓによって規格化されていることで、ＤＣ－ＤＣコンバータなどにより直流電圧Ｖｄｃが大きく変化する場合にも、データを設定し易くなる。また、変調率の基準値Ｍｂｓによって規格化されていることで、変調率Ｍが大きく変化する場合にも、データを設定し易くなる。

電流指令値演算部３４は、回転速度の検出値ωｒと直流電圧の検出値Ｖｄｃｒとの比率（速度電圧比率の検出値Ｒωｖｒ）を、変調率指令値Ｍｏ、予め設定された直流電圧の基準値Ｖｄｃｂｓ、及び予め設定された変調率の基準値Ｍｂｓのいずれか一つ以上により規格化して、規格化速度電圧比率の検出値Ｒωｖｎｒｍｒを演算する。本実施の形態では、次式に示すように、電流指令値演算部３４は、速度電圧比率の検出値Ｒωｖｒ（＝ωｒ／Ｖｄｃｒ）を変調率指令値Ｍｏで除算し、変調率の基準値Ｍｂｓ及び直流電圧の基準値Ｖｄｃｂｓを乗算した値を、規格化速度電圧比率の検出値Ｒωｖｎｒｍｒとして演算する。なお、変調率指令値Ｍｏが固定値の場合は、Ｍｂｓ＝Ｍｏとして、（Ｍｂｓ／Ｍｏ）は乗算されなくてもよい。

この構成によれば、変調率指令値Ｍｏの変化により、規格化速度電圧比率の検出値Ｒωｖｎｒｍｒをフィードフォワード的に変化させることができ、変調率指令値Ｍｏの変化時の応答を速めることができる。

電流指令値演算部３４は、変調率指令値Ｍｏと実変調率Ｍｒとの偏差ΔＭに基づく、フィードバック制御により、規格化速度電圧比率の検出値Ｒωｖｎｒｍｒに対する補正値Ｋｒを演算する。フィードバック制御には積分器が含まれるが、比例器及び微分器の一方又は双方が含まれてもよい。或いは、各種のフィードバック制御が用いられてもよい。

本実施の形態では、電流指令値演算部３４は、次式を用いて、補正値Ｋｒを演算する。ここで、Ｃ（ｓ）は、フィードバック制御器を表し、ｓは、ラプラス演算子を表す。フィードバック制御器には、積分制御器、積分比例制御器、積分比例微分制御器などの各種のフィードバック制御器が用いられる。式（１１）の第１式の代わりに、式（５）の第１式が用いられてもよいし、Ｋｒ＝１／（１＋Ｃｒ）が用いられてもよい。

そして、電流指令値演算部３４は、次式に示すように、規格化速度電圧比率の検出値Ｒωｖｎｒｍｒに補正値Ｋｒを乗算して、補正後の規格化速度電圧比率の検出値Ｒωｖｎｒｍｃｒｒを演算する。なお、電流指令値演算部３４は、規格化速度電圧比率の検出値Ｒωｖｎｒｍｒに補正値Ｋｒを加算して、補正後の規格化速度電圧比率の検出値Ｒωｖｎｒｍｃｒｒを演算してもよい。

そして、電流指令値演算部３４は、トルク指令値Ｔｏと、規格化速度電圧比率Ｒωｖｎｒｍと、電流指令値と関係が予め設定された電流指令値設定データを参照し、現在のトルク指令値Ｔｏ及び補正後の規格化速度電圧比率の検出値Ｒωｖｎｒｍｃｒｒに対応する電流指令値を演算する。なお、式（１２）において、式（１０）の（１／Ｍｏ）と式（１１）の第１式のＭｏは、乗算すると１になるため、これをあらかじめ考慮して簡略化した構成としてもよい。すなわち、式（９）、（１０）における（１／Ｍｏ）と、式（１１）の第１式におけるＭｏが乗算されなくてもよい。

３．実施の形態３
実施の形態３に係る交流回転電機２及び制御装置１について説明する。上記の実施の形態１又は２と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る交流回転電機２及び制御装置１の基本的な構成は実施の形態１又は２と同様であるが、電流指令値演算部３４がトルク指令値Ｔｏを補正する点が実施の形態１又は２と異なる。

本実施の形態では、図１１に示すように、電流指令値演算部３４は、検出又は推定した交流回転電機のトルクに基づいて、トルク指令値Ｔｏを補正し、補正後のトルク指令値Ｔｏｃｒｒに基づいて、電流指令値を演算する。

電流指令値演算部３４は、式（８）と同様の次式を用いて、ｄ軸及びｑ軸の電流検出値Ｉｄｒ、Ｉｑｒに基づいて、トルクの推定値Ｔｅｓｔを演算する。なお、トルクの推定値の演算方法は特に限定するものでなく、例えば、電力／回転角速度によりトルクの推定値を演算するなど別の方法で演算してもよい。

或いは、ロータの回転軸から出力されるトルクを検出するトルクセンサが備えられる場合は、トルクの推定値Ｔｅｓｔの代わりに、電流指令値演算部３４は、トルクセンサの出力信号に基づいて、トルクの検出値Ｔｒを演算してもよい。

そして、次式に示すように、電流指令値演算部３４は、トルク指令値Ｔｏとトルクの推定値Ｔｅｓｔとの偏差ΔＴに基づいて、トルク補正値Ｔａを演算し、トルク補正値Ｔａによりトルク指令値Ｔｏを補正して、補正後のトルク指令値Ｔｏｃｒｒを演算する。電流指令値演算部３４は、偏差ΔＴに対して積分制御、比例積分制御、比例積分微分制御等のフィードバック制御を行って、トルク補正値Ｔａを演算し、トルク補正値Ｔａをトルク指令値Ｔｏに加算して、補正後のトルク指令値Ｔｏｃｒｒを演算する。

そして、電流指令値演算部３４は、トルク指令値Ｔｏと、速度電圧比率Ｒωｖと、電流指令値と関係が予め設定された電流指令値設定データを参照し、現在のトルク指令値Ｔｏを補正した補正後のトルク指令値Ｔｏｃｒｒ、及び補正後の速度電圧比率Ｒωｖｃｒｒに対応する電流指令値を演算する。補正後のトルク指令値Ｔｏｃｒｒが用いられる点以外は、実施の形態１と同様であるので説明を省略する。

この構成によれば、トルク誤差がない状態で設定された電流指令値設定データをそのまま用いて、電流指令値設定データを参照し、補正後のトルク指令値Ｔｏｃｒｒに対応する電流指令値を演算することで、誤差要因によりトルク誤差が生じた場合でも、トルクの推定値Ｔｅｓｔをトルク指令値Ｔｏに近づけることができ、交流回転電機から所望のトルクを得ることができる。

４．実施の形態４
実施の形態３に係る交流回転電機２及び制御装置１について説明する。上記の実施の形態１、２、又は３と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る交流回転電機２及び制御装置１の基本的な構成は実施の形態１、２、又は３と同様であるが、電圧飽和（過変調）の状態で、１パルス制御が実行される点が実施の形態１、２、又は３と異なる。

実施の形態１と同様に、電流指令値演算部３４は、トルク指令値Ｔｏと速度電圧比率Ｒωｖと、変調率指令値Ｍｏと関係が予め設定された変調率指令値設定データを参照し、現在のトルク指令値Ｔｏと、現在の速度電圧比率の検出値Ｒωｖｒに対応する変調率指令値Ｍｏを演算する。例えば、変調率指令値設定データとして、マップデータが用いられる。本実施の形態では、図１２又は図１３に示すように、変調率指令値設定データにおいて、弱め磁束制御の運転領域において、変調率指令値Ｍｏを、１パルス制御に対応する２×√３／π（≒１．１０）を含むように設定する。図１２に示すように、弱め磁束制御の運転領域において、変調率指令値Ｍｏを、１．１０に設定してもよいし、図１３に示すように、弱め磁束制御の運転領域において、比較的低トルク低速度の領域で、変調率指令値Ｍｏを１．０＜Ｍｏ＜１．１０に設定し、比較的高トルク高速度の領域で、変調率指令値Ｍｏを１．１０に設定してもよい。

電圧指令値演算部３５は、実変調率Ｍｒが、１パルス制御に対応する変調率の判定範囲になった場合に、交流周期中に各スイッチング素子を１回オンオフする１パルス制御を実行する。判定範囲は、１．１０を含む範囲、例えば、１．０９から１．１１に設定される。実施の形態１で説明した、１パルス制御でない制御を、通常制御と称する。

電圧指令値演算部３５は、１パルス制御を実行する場合は、次式を用い、ｄ軸及びｑ軸の電圧指令値Ｖｄｏ、Ｖｑｏに基づいて、ｑ軸に対する電圧ベクトルの位相θｖを演算し、位相θｖ及び磁極位置θｒに基づいて、位相が調整された１パルス矩形波の３相の電圧指令値Ｖｕｏ、Ｖｖｏ、Ｖｗｏを演算する。１パルス矩形波の振幅は、キャリア波の振幅と同じにされる。

また、図１２又は図１３に示すように、変調率指令値Ｍｏが、１パルス制御に対応する設定値である１パルス設定値（本例では、１．１０）よりも小さいに値に設定されており、１パルス制御が実行されておらず、通常制御が実行されている状態で、変調率指令値Ｍｏが１パルス設定値になった後、電圧指令値演算部３５は、実変調率Ｍｒが、１パルス設定値を含む判定範囲内になった場合に、通常制御を終了し、１パルス制御を実行する。

１パルス制御が実行されると、実変調率Ｍｒが１パルス設定値（１．１０）になるが、実変調率Ｍｒが１パルス設定値に近づいた状態で、通常制御から１パルス制御に切り替えられるので、実変調率Ｍｒが急変することを防止できる。

＜その他の実施の形態＞
上記の実施の形態では、３相の巻線が設けられる場合を例として説明した。しかし、巻線の相数は、複数相であれば、２相、４相等の任意の数に設定されてもよい。

上記の実施の形態では、１組の３相の巻線及びインバータが設けられる場合を例として説明した。しかし、２組以上の３相巻線及びインバータが設けられ、各組の３相巻線及びインバータに対して、各実施の形態と同様の制御が行われてもよい。

＜本願の諸態様のまとめ＞
以下、本願の諸態様を付記としてまとめて記載する。
（付記１）
電機子巻線を有する交流回転電機を、インバータを介して制御する交流回転電機の制御装置であって、
トルク指令値、前記交流回転電機の回転速度の検出値、及び前記インバータに供給される直流電圧に基づいて電流指令値を演算する電流指令値演算部と、
前記電流指令値に基づいて、前記電機子巻線に印加する電圧指令値を演算する電圧指令値演算部と、
前記電圧指令値に基づいて、前記インバータが有する複数のスイッチング素子をオンオフ制御するＰＷＭ制御部と、を備え、
前記直流電圧に対する前記電圧指令値の実効値の比率に応じた値を変調率と定義し、
前記電流指令値演算部は、前記回転速度の検出値と前記直流電圧との比率である速度電圧比率の検出値を演算し、前記電圧指令値及び前記直流電圧に基づいて実変調率を演算し、変調率指令値と前記実変調率との偏差に基づいて前記速度電圧比率の検出値を補正して、補正後の速度電圧比率を演算し、
前記トルク指令値と、前記速度電圧比率と、前記電流指令値と関係が予め設定された電流指令値設定データを参照し、現在の前記トルク指令値と、前記補正後の速度電圧比率に対応する前記電流指令値を演算する交流回転電機の制御装置。

（付記２）
前記電流指令値設定データには、
基本制御を実行すると仮定した場合に、前記電機子巻線に流れる電流及び前記回転速度に応じて前記電機子巻線に生じる誘起電圧である基本制御時の誘起電圧が、前記直流電圧を超える運転領域では、前記トルク指令値と、前記速度電圧比率と、前記トルク指令値及び前記速度電圧比率の条件で前記誘起電圧を前記直流電圧に一致させつつ、前記トルク指令値のトルクを前記交流回転電機に出力させる前記電流指令値と、の関係が予めされており、
前記基本制御時の誘起電圧が、前記直流電圧を超えない運転領域では、前記トルク指令値と、前記速度電圧比率と、前記トルク指令値及び前記速度電圧比率の条件で前記トルク指令値のトルクを前記交流回転電機に出力させる前記基本制御による前記電流指令値と、の関係が予めされている付記１に記載の交流回転電機の制御装置。

（付記３）
前記基本制御は、前記トルク指令値のトルクを出力させる電流が最小になる前記電流指令値を設定する最大トルク／電流制御、又はｄ軸電流を０に設定しつつ、前記トルク指令値のトルクを出力させる前記電流指令値を設定するＩｄ＝０制御である付記２に記載の交流回転電機の制御装置。

（付記４）
前記速度電圧比率は、前記回転速度を前記直流電圧で除算した比率であり、
前記電流指令値演算部は、前記実変調率が前記変調率指令値よりも小さい場合は、前記補正後の速度電圧比率が減少するように、前記速度電圧比率の検出値に対する補正値を変化させ、
前記実変調率が前記変調率指令値よりも大きい場合は、前記補正後の速度電圧比率が増加するように、前記補正値を変化させる付記１から３のいずれか一項に記載の交流回転電機の制御装置。

（付記５）
前記電流指令値演算部は、前記変調率指令値と前記実変調率との前記偏差に基づく、フィードバック制御により、前記速度電圧比率の検出値に対する補正値を演算する付記１から４のいずれか一項に記載の交流回転電機の制御装置。

（付記６）
前記電流指令値演算部は、前記回転速度の検出値に対する条件、又は前記変調率指令値又は前記実変調率に対する条件が満たされた場合に、前記フィードバック制御に含まれる積分器の動作を停止又は積分値を初期化する付記５に記載の交流回転電機の制御装置。

（付記７）
前記電流指令値演算部は、前記回転速度の検出値に対する条件、又は前記変調率指令値又は前記実変調率に対する条件が満たされた場合に、前記速度電圧比率の検出値に対する補正量を０に設定し、前記速度電圧比率の検出値を、前記補正後の速度電圧比率として演算する付記１から６のいずれか一項に記載の交流回転電機の制御装置。

（付記８）
前記電流指令値演算部は、前記速度電圧比率として、前記速度電圧比率を、前記変調率指令値、前記直流電圧の基準値、及び前記変調率の基準値のいずれか一つ以上により規格化した規格化速度電圧比率を用いる付記１から７のいずれか一項に記載の交流回転電機の制御装置。

（付記９）
前記電流指令値演算部は、検出又は推定した前記交流回転電機のトルクに基づいて、前記トルク指令値を補正し、補正後のトルク指令値に基づいて、前記電流指令値を演算する付記１から８のいずれか一項に記載の交流回転電機の制御装置。

（付記１０）
前記電流指令値演算部は、前記回転速度の検出値、前記トルク指令値、前記交流回転電機のトルク検出値又は推定値、前記電流指令値、電流検出値、及び前記実変調率の少なくとも１つに基づいて、前記変調率指令値を変化させる付記１から９のいずれか一項に記載の交流回転電機の制御装置。

（付記１１）
前記電圧指令値演算部は、前記実変調率が１パルス制御に対応する判定範囲内になった場合に、交流周期中に各スイッチング素子を１回オンオフする前記１パルス制御を実行する付記１から１０のいずれか一項に記載の交流回転電機の制御装置。

（付記１２）
前記電圧指令値演算部は、前記変調率指令値が、１パルス制御に対応する設定値である１パルス設定値になった後、前記実変調率が、前記１パルス設定値を含む判定範囲内になった場合に、交流周期中に各スイッチング素子を１回オンオフする前記１パルス制御を実行する付記１から１０のいずれか一項に記載の交流回転電機の制御装置。

本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

１：交流回転電機の制御装置、２：交流回転電機、２０：インバータ、３４：電流指令値演算部、３５：電圧指令値演算部、３６：ＰＷＭ制御部、Ｋｒ：補正値、Ｍｏ：変調率指令値、Ｍｒ：実変調率、Ｒωｖ：速度電圧比率、Ｒωｖｒ：速度電圧比率の検出値、Ｒωｖｃｒｒ：補正後の速度電圧比率、Ｒωｖｎｒｍ：規格化速度電圧比率、Ｒωｖｒｃｒｒ：速度電圧比率、Ｔｏ：トルク指令値、Ｔｏｃｒｒ：補正後のトルク指令値、Ｖｄｃ：直流電圧、Ｖｅ：電圧指令値の実効値、ω：回転速度、ωｒ：回転速度の検出値

Claims (12)

1. 電機子巻線を有する交流回転電機を、インバータを介して制御する交流回転電機の制御装置であって、
   トルク指令値、前記交流回転電機の回転速度の検出値、及び前記インバータに供給される直流電圧に基づいて電流指令値を演算する電流指令値演算部と、
   前記電流指令値に基づいて、前記電機子巻線に印加する電圧指令値を演算する電圧指令値演算部と、
   前記電圧指令値に基づいて、前記インバータが有する複数のスイッチング素子をオンオフ制御するＰＷＭ制御部と、を備え、
   前記直流電圧に対する前記電圧指令値の実効値の比率に応じた値を変調率と定義し、
   前記電流指令値演算部は、前記回転速度の検出値と前記直流電圧との比率である速度電圧比率の検出値を演算し、前記電圧指令値及び前記直流電圧に基づいて実変調率を演算し、変調率指令値と前記実変調率との偏差に基づいて前記速度電圧比率の検出値を補正して、補正後の速度電圧比率を演算し、
   前記トルク指令値と、前記速度電圧比率と、前記電流指令値と関係が予め設定された電流指令値設定データを参照し、現在の前記トルク指令値と、前記補正後の速度電圧比率に対応する前記電流指令値を演算する交流回転電機の制御装置。
2. 前記電流指令値設定データには、
   基本制御を実行すると仮定した場合に、前記電機子巻線に流れる電流及び前記回転速度に応じて前記電機子巻線に生じる誘起電圧である基本制御時の誘起電圧が、前記直流電圧を超える運転領域では、前記トルク指令値と、前記速度電圧比率と、前記トルク指令値及び前記速度電圧比率の条件で前記誘起電圧を前記直流電圧に一致させつつ、前記トルク指令値のトルクを前記交流回転電機に出力させる前記電流指令値と、の関係が予めされており、
   前記基本制御時の誘起電圧が、前記直流電圧を超えない運転領域では、前記トルク指令値と、前記速度電圧比率と、前記トルク指令値及び前記速度電圧比率の条件で前記トルク指令値のトルクを前記交流回転電機に出力させる前記基本制御による前記電流指令値と、の関係が予めされている請求項１に記載の交流回転電機の制御装置。
3. 前記基本制御は、前記トルク指令値のトルクを出力させる電流が最小になる前記電流指令値を設定する最大トルク／電流制御、又はｄ軸電流を０に設定しつつ、前記トルク指令値のトルクを出力させる前記電流指令値を設定するＩｄ＝０制御である請求項２に記載の交流回転電機の制御装置。
4. 前記速度電圧比率は、前記回転速度を前記直流電圧で除算した比率であり、
   前記電流指令値演算部は、前記実変調率が前記変調率指令値よりも小さい場合は、前記補正後の速度電圧比率が減少するように、前記速度電圧比率の検出値に対する補正値を変化させ、
   前記実変調率が前記変調率指令値よりも大きい場合は、前記補正後の速度電圧比率が増加するように、前記補正値を変化させる請求項１に記載の交流回転電機の制御装置。
5. 前記電流指令値演算部は、前記変調率指令値と前記実変調率との前記偏差に基づく、フィードバック制御により、前記速度電圧比率の検出値に対する補正値を演算する請求項１に記載の交流回転電機の制御装置。
6. 前記電流指令値演算部は、前記回転速度の検出値に対する条件、又は前記変調率指令値又は前記実変調率に対する条件が満たされた場合に、前記フィードバック制御に含まれる積分器の動作を停止又は積分値を初期化する請求項５に記載の交流回転電機の制御装置。
7. 前記電流指令値演算部は、前記回転速度の検出値に対する条件、又は前記変調率指令値又は前記実変調率に対する条件が満たされた場合に、前記速度電圧比率の検出値に対する補正量を０に設定し、前記速度電圧比率の検出値を、前記補正後の速度電圧比率として演算する請求項１に記載の交流回転電機の制御装置。
8. 前記電流指令値演算部は、前記速度電圧比率として、前記速度電圧比率を、前記変調率指令値、前記直流電圧の基準値、及び前記変調率の基準値のいずれか一つ以上により規格化した規格化速度電圧比率を用いる請求項１に記載の交流回転電機の制御装置。
9. 前記電流指令値演算部は、検出又は推定した前記交流回転電機のトルクに基づいて、前記トルク指令値を補正し、補正後のトルク指令値に基づいて、前記電流指令値を演算する請求項１に記載の交流回転電機の制御装置。
10. 前記電流指令値演算部は、前記回転速度の検出値、前記トルク指令値、前記交流回転電機のトルク検出値又は推定値、前記電流指令値、電流検出値、及び前記実変調率の少なくとも１つに基づいて、前記変調率指令値を変化させる請求項１に記載の交流回転電機の制御装置。
11. 前記電圧指令値演算部は、前記実変調率が１パルス制御に対応する判定範囲内になった場合に、交流周期中に各スイッチング素子を１回オンオフする前記１パルス制御を実行する請求項１に記載の交流回転電機の制御装置。
12. 前記電圧指令値演算部は、前記変調率指令値が、１パルス制御に対応する設定値である１パルス設定値になった後、前記実変調率が、前記１パルス設定値を含む判定範囲内になった場合に、交流周期中に各スイッチング素子を１回オンオフする前記１パルス制御を実行する請求項１に記載の交流回転電機の制御装置。

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