JPH08266099A

JPH08266099A - 永久磁石同期電動機の制御装置

Info

Publication number: JPH08266099A
Application number: JP7125460A
Authority: JP
Inventors: Kazunari Narasaki; 和成楢崎; Tomokuni Iijima; 友邦飯島; Yoshiaki Igarashi; 祥晃五十嵐; Satoshi Tamaki; 悟史玉木
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1994-05-25
Filing date: 1995-05-24
Publication date: 1996-10-11
Anticipated expiration: 2017-04-30
Also published as: JP3279457B2

Abstract

(57)【要約】【目的】弱め界磁制御や最大効率制御を行うに際し、
モータの特性変動に関わらず効率がよいｄ軸電流値を与
える永久磁石同期電動機の制御装置を提供する。【構成】判断値出力手段１０６は電流誤差値ｅの積分
値から基準値ｅ_refが減算された判断値Ｈ_anを出力す
る。そしてｄ軸電流指令手段１１０はＨ_an＞０の場合に
はｉ_d ^*を増加あるいは保持し、Ｈ_an＜０の場合にはｉ_d ^*
を減少あるいは保持する。ここで、ｄ軸電流印加開始回
転数、力行か回生、効率重視かトルク重視によってｉ_d ^*
の増減を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電気自動車等で用いる同
期電動機に対し弱め界磁制御または最大効率制御を行う
とき、同期電動機の効率が良くなるようにｄ軸電流値を
同期電動機に与える、永久磁石同期電動機の制御装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電気学会研究会資料産業電力電気応用研
究会IEA-92-30（文献１）は、界磁電流指令値ｉd^*を下
記式１に示すように計算し、弱め界磁制御を行うことを
示している。

【０００３】

【数１】

【０００４】なお、ωbaseは基底回転数を示し、ωmax
は、最大回転数を示し、ｉdmは、最大回転数ωmax時の
ｄ軸電流を示している。

【０００５】また、平成３年電気学会産業応用部門全国
大会講演論文集、No74、P310〜315（文献２）では、界磁
電流指令値ｉd^*を、目標回転数、ｄ軸巻線リアクタン
ス、ｑ軸巻線リアクタンス、固定子巻線抵抗、単位速度
での無負荷誘起電圧等を用いて計算し、弱め界磁制御を
行うことを示している。

【０００６】特開昭５７ー１９６８９６号公報または特
開昭６２−７３９６号公報では、制御器が実時間で実測
したモータトルクまたは電流と、指令値との、誤差（実
現度合い）を検出し、その誤差をフィードバックする。
このことによって、実時間で、電動機状態に応じたｉd
電流をモータに与えることができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】文献１、２に記載され
ている従来の方法では、高速回転領域での弱め界磁制御
において、目標回転数ωに応じて式により界磁電流ｉd
を与えている。

【０００８】しかし、実際の電動機では、運転状態によ
る抵抗値の変化や経時変化により電動機の定数が変化す
る（常温付近で温度が７０度上がるとモータの電気抵抗
は約３割大きくなる）。そのため、これらの従来方法の
演算式で計算されたｉdが最適なｉdであるとは限らな
い。

【０００９】そこで、高速回転で高トルクを出力したい
場合は、特性変化分を見越して多めのｉd電流を与える
必要があった（例えば、インダクタンス４ｍＨ、固定子
周波数１３３Ｈｚ、印加電圧８０Ｖにおいて逆起電圧が
８０Ｖ、トルク電流ｉq１Ａを実現するために必要なｉd
は抵抗が１Ωのとき１．９５Ａ、１．３Ωのとき２．６
３Ａというように増大する）。

【００１０】そのため、多めに与えたｉdの分だけ銅損
が増加し、効率が悪くなるという問題点がある。

【００１１】それに対し、ｉdをフィードバックによっ
て求め供給する特開昭５７ー１９６８９６号公報や特開
昭６２ー７３９６号公報においては以下に示すように、
設計手法または制御動作が不十分であり実現性のある安
定な動作を実現しにくいという問題がある。

【００１２】１．特性変動が非常に大きい場合、特性変
動に対して容易に対応できない。

【００１３】２．応答性を向上させる方式に関しては述
べられていない。

【００１４】３．電動機の力行、回生において各々最適
なｄ軸電流を与えることができない。

【００１５】４．フィードバック制御によりｉdを求め
る方法以外の効率向上に関しては述べられていない。

【００１６】５．例えば、バッテリの電圧が低下し、同
期電動機に供給される端子電圧が低下した場合に総電流
に対しｄ軸電流が流れ過ぎ効率が悪くなる。

【００１７】６．基準値が一つでは効率最大化とトルク
最大化の両立が不可能である。

【００１８】７．ｄ軸、ｑ軸電流を別々に制御すること
ができず一方の応答性が犠牲になる。

【００１９】８．回路異常やシステム異常が生じた場合
の対処が明確でない。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明による永久磁石同
期電動機の制御装置は、直軸固定子電流であるｄ軸電流
の指令値と横軸固定子電流であるｑ軸電流の指令値とか
ら演算された固定子の各相電流指令値を出力する電流指
令手段と、前記各相電流指令値に基づき各相に電流を供
給する入力印加手段と、前記入力印加手段が前記各相に
電流をさらに供給できる割合を示す飽和度を生成する飽
和度出力手段と、飽和度の基準値を出力する基準出力手
段と、前記飽和度から前記飽和度の基準値を減算した判
断値を計算する判断値出力手段と、前記判断値が正の場
合、電流位相を進め、前記判断値が零になるように前記
ｄ軸電流の指令値を増加させ、前記判断値が負の場合、
前記ｄ軸電流の指令値を減少し、減少したｄ軸電流の指
令値が設定された最小値を越えて減少したとき、前記ｄ
軸電流の指令値を前記最小値に保持するｄ軸電流指令手
段と、前記ｑ軸電流の指令値を与えるｑ軸電流指令手段
とを備えており、そのことによって上記目的が達成され
る。

【００２１】前記飽和度出力手段が、前記少なくとも固
定子の相電流指令値と、前記永久磁石同期電動機の相電
流の値との差に基づいて前記飽和度を生成してもよい。

【００２２】前記飽和度出力手段が、少なくとも１相の
電流と、前記少なくとも１相に相当する相の電流指令値
との差を積分した値に基づいて、前記飽和度を生成して
もよい。

【００２３】前記飽和度出力手段が、前記差を積分する
ための積分器を備え、前記積分器が前記積分する割合を
調整するために前記制御装置に変更可能な素子を有して
もよい。

【００２４】前記判断値が正である場合、前記ｄ軸電流
指令手段が前記ｄ軸電流の指令値を増加させ、前記増加
させたｄ軸電流の指令値が予め設定された最大値より大
きいとき、前記ｄ軸電流指令手段が前記ｄ軸電流の指令
値を前記予め設定された最大値に設定し、前記判断値が
負である場合、前記ｄ軸電流指令手段が前記ｄ軸電流の
指令値を減少させ、前記永久磁石同期電動機の回転数が
予め設定された回転数以下のとき、前記ｄ軸電流指令手
段が前記ｄ軸電流の指令値を予め設定された最小値に設
定してもよい。

【００２５】前記飽和度出力手段が、前記ｑ軸電流の指
令値と、前記永久磁石同期電動機の固定子に流れるｑ軸
電流の値との差を積分した値に基づいて前記飽和度を生
成してもよい。

【００２６】前記基準出力手段が、前記各相の電流指令
値および前記永久磁石同期電動機の回転数の少なくとも
１つに基づいて前記基準値を変更してもよい。

【００２７】前記飽和度出力手段が、前記差を積分する
ために、積分器をさらに備え、前記積分器が前記積分す
る割合を調整するために、前記制御装置に変更可能な素
子を有してもよい。

【００２８】前記飽和度出力手段が、少なくとも１つの
電流値指令値に基づいて演算したトルク指令値と、前記
永久磁石同期電動機の実際のトルクとの差に基づいて、
前記飽和度を生成してもよい。

【００２９】前記飽和度出力手段が、少なくとも１相の
電流指令値を積算演算した値と、前記永久磁石同期電動
機の固定子に流れる、前記相電流指令値を積算演算した
値との差に基づいて前記飽和度を生成してもよい。

【００３０】前記判断値が正である場合、前記ｄ軸電流
指令手段が前記ｄ軸電流の指令値を増加させ、前記増加
させたｄ軸電流の指令値が予め設定された最大値より大
きいとき、前記ｄ軸電流指令手段が前記ｄ軸電流の指令
値を前記予め設定された最大値に設定し、前記判断値が
負である場合、前記ｄ軸電流指令手段が前記ｄ軸電流の
指令値を減少させ、前記減少させたｄ軸電流の指令値が
予め設定されたｄ軸最小値より小さいとき、前記ｄ軸電
流指令手段が前記ｄ軸電流の指令値を前記予め設定され
た最小値に設定してもよい。

【００３１】前記ｄ軸電流指令手段が、前記判断値が正
である場合、前記ｄ軸電流の指令値を増加させ、前記判
断値が負である場合、前記ｄ軸電流の指令値を減少さ
せ、前記減少させた前記ｄ軸電流の指令値が予め設定さ
れたｄ軸最小値より小さいとき、前記ｄ軸電流の指令値
を前記予め設定された最小値に設定し、前記ｑ軸電流指
令手段が、前記ｄ軸電流の指令値と前記ｑ軸電流の指令
値とをベクトル加算した合成電流値の予め設定された最
大値から前記ｄ軸電流の指令値をベクトル減算した値お
よび前記ｑ軸電流の指令値のうち小さい値を前記ｑ軸電
流の指令値にしてもよい。

【００３２】前記制御装置が、前記永久磁石同期電動機
の回転速度を検出する速度検出手段と、ある一定期間の
間、前記ｄ軸電流の指令値が一定範囲内の値であり、前
記回転速度が一定範囲内の値である場合、強制的に前記
ｄ軸電流の指令値を変更するタイミングを出力する変更
タイミング出力手段と、変更タイミングが出力された場
合、前記ｄ軸電流の指令値と前記ｑ軸電流の指令値とを
合成した合成電流指令値を一定の値に保持し、前記ｄ軸
電流の指令値を変更するｄ軸電流変更手段と、前記ｄ軸
電流変更手段が前記ｄ軸電流の指令値を変更させた後、
前記回転速度が前記ｄ軸電流の指令値を変更する前の回
転速度より増加した場合、前記ｄ軸電流の指令値を変更
した後の前記ｄ軸電流指令値を用いる動作と、前記回転
速度が減少する場合、前記ｄ軸電流の指令値を変更する
前の前記ｄ軸電流指令値を用いる動作とを、前記変更タ
イミング出力手段が許可する期間の間繰り返し行い、前
記ｄ軸電流の指令値を更新するｄ軸電流更新手段と、を
さらに備え、前記ｄ軸電流更新手段が前記ｄ軸電流の指
令値を変更し、かつ前記判断値が正である場合、前記ｄ
軸電流更新手段が、前記基準出力手段の前記基準値を新
たに演算した基準値に変更し、前記判断値が負である場
合、前記ｄ軸電流更新手段が、ｄ軸電流の指令手段に前
記ｄ軸電流更新手段から出力される値に基づき、予め設
定されたｄ軸電流の最小値、または、ｄ軸電流の指令値
を演算する式の係数を設定してもよい。

【００３３】前記ｑ軸電流の指令値が予め設定した値以
上に大きく変化した場合、前記ｑ軸電流指令値から求め
られたｄ軸の電流の初期指令値を出力する電流初期値出
力手段をさらに備えてもよい。

【００３４】前記制御装置は、前記ｄ軸電流の指令値の
変化する割合を決定し出力する変化割合出力手段をさら
に備え、前記変化割合出力手段が、予め決められた一定
の変化割合または前記判断値、または前記ｄ軸電流の指
令値から演算した変化割合を出力し、前記ｄ軸電流指令
手段が、前記判断値が正の場合、前記ｄ軸電流の指令値
を前記変化割合に基づいて増加させ、前記ｄ軸電流の指
令値が予め設定された最大値を越えて増加したときは、
前記ｄ軸電流の指令値を前記予め設定された最大値に保
持し、前記判断値が負の場合、前記ｄ軸電流の指令値を
前記変化割合に基づいて減少させ、前記ｄ軸電流の指令
値が予め設定された最小値を越えて減少したときは、前
記ｄ軸電流の指令値を前記予め設定された最小値に保持
してもよい。

【００３５】前記判断値が正の場合の前記変化割合が、
前記判断値が負の場合の変化割合よりも大きくてもよ
い。

【００３６】前記変化割合出力手段が、少なくとも２つ
以上の変化割合を有し、前記少なくとも２つ以上の変化
割合が選択してもよい。

【００３７】前記制御装置は、前記永久磁石同期電動機
の動作が、力行の状態であるか、または回生の状態であ
るかを判断する力行回生判断手段をさらに備え、前記変
化割合出力手段が、前記判断された状態に基づきｄ軸電
流の指令値を変化させる割合を決定してもよい。

【００３８】前記力行の状態で前記ｄ軸電流の指令値を
変化させる割合が、前記回生の状態で前記ｄ軸電流の指
令値を変化させる割合より小さくてもよい。

【００３９】前記基準出力手段が、前記力行回生判断手
段の出力に基づき基準値を変化させてもよい。

【００４０】前記ｄ軸電流指令手段が、前記判断値が正
の場合、前記ｄ軸電流の指令値を前記変化割合に基づい
て増加させ、設定された最大値を越えて前記ｄ軸電流の
指令値が増加したとき、前記ｄ軸電流の指令値に前記設
定された最大値を保持させ、前記判断値が負の場合、前
記ｄ軸電流の指令値を前記変化割合に基づいて減少さ
せ、設定された最小値を越えて前記ｄ軸電流の指令値が
減少したとき、前記ｄ軸電流の指令値に前記最小値を保
持させ、前記力行回生判断手段が、力行または回生の運
転状態の変化を示す信号を生成し、前記永久磁石同期電
動機の回転速度および前記ｑ軸電流の指令値の少なくと
も１つに基づき、前記ｄ軸電流の指令値を前回のｄ軸電
流の指令値から変化させてもよい。

【００４１】前記ｄ軸電流指令手段が、前記永久磁石同
期電動機の制動トルクの許容値が小さい場合、トルク指
令値の減少に応じてリラクタンストルクを発生させるｄ
軸電流の減少を抑えるために、前記ｄ軸電流の指令値を
急激に減少させないくてもよい。

【００４２】本発明による他の永久磁石同期電動機の制
御装置は、直軸固定子電流であるｄ軸電流の指令値と横
軸固定子電流であるｑ軸電流の指令値から求められた固
定子の各相電流の指令値を出力する電流指令手段と、前
記各相電流指令値に基づき各相に電流を供給する入力印
加手段と、久磁石同期電動機の動作が力行であるのか、
あるいは前記永久磁石同期電動機の動作が回生であるの
かの状態を判断する力行回生判断手段と、前記力行回生
判断手段が前記状態を回生であると判断し、かつ前記永
久磁石同期電動機の回転数およびトルクが弱め界磁領域
に属していない場合、前記永久磁石同期電動機に零以上
の力行のリラクタンストルクを発生させるために前記ｄ
軸電流の指令値を出力するｄ軸電流指令手段と、前記ｑ
軸電流の指令値を与えるｑ軸電流指令手段とを備えてお
り、そのことによって上記目的が達成される。

【００４３】本発明による更に他の永久磁石同期電動機
の制御装置は、直軸固定子電流であるｄ軸電流の指令値
と横軸固定子電流であるｑ軸電流の指令値とから演算さ
れた固定子の各相電流指令値を出力する電流指令手段
と、前記各相電流指令値に基づき各相に電流を供給する
入力印加手段と、永久磁石同期電動機の動作が力行であ
るのか、あるいは前記永久磁石同期電動機の動作が回生
であるのかの状態を判断する力行回生判断手段と、前記
力行回生判断手段が前記状態を回生であると判断した場
合、前記ｄ軸電流の指令値を与えるｄ軸電流指令手段
と、前記ｄ軸電流指令が零でない場合、リラクタンスト
ルクが発生する分、前記ｄ軸電流の指令値の増加に応じ
て前記ｑ軸電流の指令値を小さくするｑ軸電流指令手段
とを備えており、そのことによって上記目的が達成され
る。

【００４４】本発明による更に他の永久磁石同期電動機
の制御装置は、直軸固定子電流であるｄ軸電流の指令値
と横軸固定子電流であるｑ軸電流の指令値とから演算さ
れた固定子の各相電流指令値を出力する電流指令手段
と、前記各相電流指令値に基づき各相に電流を供給する
入力印加手段と、前記入力印加手段が前記各相に電流を
さらに供給できる割合を示す飽和度を生成する飽和度出
力手段と、飽和度の基準値を出力する基準出力手段と、
前記飽和度から前記飽和度の基準値を減算した判断値を
出力する判断値出力手段と、インバータに印可される電
圧を測定し、測定した電圧値を出力する電圧測定手段
と、前記測定した電圧値に基づき前記ｄ軸電流の指令値
の最大値を出力するｄ軸電流最大値出力手段と、前記判
断値が正の場合、前記ｄ軸電流の指令値を増加し、増加
したｄ軸電流の指令値が前記ｄ軸電流最大値を越えて増
加したとき、前記ｄ軸電流の指令値を前記ｄ軸電流最大
値に保持し、前記判断値が負の場合、前記ｄ軸電流の指
令値を減少し、減少したｄ軸電流の指令値が設定された
最小値を越えて減少したとき、前記ｄ軸電流の指令値を
前記最小値に保持するｄ軸電流指令手段と、前記ｑ軸電
流の指令値を与えるｑ軸電流指令手段とを備えており、
そのことによって上記目的が達成される。

【００４５】前記ｄ軸電流最大値出力手段が、前記測定
した電圧値が減少すれば、前記ｄ軸電流の指令値の最大
値を減少させてもよい。

【００４６】本発明による他の永久磁石同期電動機の制
御装置は、直軸固定子電流であるｄ軸電流の指令値と横
軸固定子電流であるｑ軸電流の指令値とから演算された
固定子の各相電流指令値を出力する電流指令手段と、前
記各相電流指令値に基づき各相に電流を供給する入力印
加手段と、永久磁石同期電動機に印可される電圧を測定
し、測定した電圧値を出力する電圧測定手段と、前記測
定した電圧値が減少すれば、前記ｄ軸電流の指令値の最
大値を減少させるｄ軸電流指令手段と、前記ｑ軸電流の
指令値を与えるｑ軸電流指令手段とを備えており、その
ことによって上記目的が達成される。

【００４７】本発明による更に他の永久磁石同期電動機
の制御装置は、直軸固定子電流であるｄ軸電流の指令値
と横軸固定子電流であるｑ軸電流の指令値とから演算さ
れた固定子の各相電流の指令値を出力する電流指令手段
と、前記各相電流指令値に基づき各相に電流を供給する
入力印加手段と、前記入力印加手段が前記各相に電流を
さらに供給できる割合を示す飽和度を生成する飽和度出
力手段と、効率重視の運転状況およびトルク重視の運転
状況のうち１つの前記運転状況を出力する運転状況決定
手段と、飽和度の基準値を前記運転状況に基づき出力す
る基準出力手段と、前記飽和度から前記飽和度の基準値
を減算した判断値を出力する判断値出力手段と、前記ｄ
軸電流の指令値が、前記判断値が正の場合、電流位相を
進め、前記判断値が零になるよう前記ｄ軸電流の指令値
を増加させるｄ軸電流指令手段と、前記ｑ軸電流の指令
値を与えるｑ軸電流指令手段とを備えており、そのこと
によって上記目的が達成される。

【００４８】前記運転状況決定手段が効率重視を出力す
る場合の基準値が、前記運転状況決定手段がトルク重視
を出力する場合の基準値より大きくてもよい。

【００４９】前記基準出力手段は、前記永久磁石同期電
動機の回転数および電流の少なくとも一つがそれぞれ予
め設定された値を越えた場合、運転状況決定手段が前記
トルク重視と判断し、前記効率重視の場合の基準値より
も小さい基準値を出力してもよい。

【００５０】本発明による更に他の永久磁石同期電動機
の制御装置は、直軸固定子電流であるｄ軸電流の指令値
と横軸固定子電流であるｑ軸電流の指令値とから演算さ
れた固定子の各相電流の指令値を出力する電流指令手段
と、前記各相電流指令値に基づき各相に電流を供給する
入力印加手段と、効率重視の運転状況およびトルク重視
の運転状況のうち１つの前記運転状況を出力する運転状
況決定手段と、前記効率重視を出力する場合のｄ軸電流
の指令値が、前記トルク重視を出力する場合のｄ軸電流
の指令値より小さい、前記ｄ軸電流の指令値を与えるｄ
軸電流指令手段と、前記ｑ軸電流の指令値を与えるｑ軸
電流指令手段とを備えており、そのことによって上記目
的が達成される。

【００５１】本発明による更に他の永久磁石同期電動機
の制御装置は、直軸固定子電流であるｄ軸電流の指令値
と横軸固定子電流であるｑ軸電流の指令値とから演算さ
れた固定子の各相電流指令値を出力する電流指令手段
と、前記各相電流指令値に基づき各相に電流を供給する
入力印加手段と、前記入力印加手段が前記各相に電流を
さらに供給できる割合を示す飽和度を生成する飽和度出
力手段と、飽和度の基準値を出力する基準出力手段と、
基準値を出力する基準出力手段と、前記飽和度に応じて
ｄ軸の基準値を出力するｄ軸基準出力手段と、前記飽和
度に応じてｑ軸の基準値を出力するｑ軸基準出力手段
と、前記飽和度から前記ｄ軸の基準値を減算した値に基
づいて、ｄ軸の判断値を出力するｄ軸判断値出力手段
と、前記飽和度の処理値から前記ｑ軸基準値を減算した
値に基づいて、ｑ軸の判断値を出力するｑ軸判断値出力
手段と、前記ｄ軸判断値が正の場合、前記ｄ軸電流の指
令値を増加させ、増加させた前記ｄ軸電流の指令値が設
定された最大値を越えて増加したとき、前記ｄ軸電流の
指令値を前記設定された最大値に保持し、前記ｄ軸判断
値が負の場合、前記ｄ軸電流の指令値を減少させ、前記
減少させたｄ軸電流の指令値が設定された最小値を越え
て減少したとき、前記ｄ軸電流の指令値を前記設定され
た最小値に保持するｄ軸電流指令手段と、前記ｑ軸電流
の指令値を与えるｑ軸電流指令手段と、前記ｑ軸判断値
が正であり、かつ前記ｄ軸電流の指令値が前記設定され
た最大値の場合、前記ｑ軸電流指令手段によって指令さ
れたｑ軸電流の指令値を減少させ、前記減少させたｑ軸
電流の指令値をｑ軸電流変更指令値とし、前記ｑ軸判断
値が負であり、前記ｄ軸電流の指令値が前記設定された
最大値であり、かつ前記ｑ軸電流変更指令値が前記ｑ軸
電流指令手段によって指令されたｑ軸電流の指令値以下
の場合、前記ｑ軸電流の指令値を増加させるｑ軸電流指
令変更手段とを備えており、そのことによって上記目的
が達成される。

【００５２】前記ｄ軸基準出力手段から出力されるｄ軸
基準値が、ｑ軸基準出力手段から出力されるｑ軸基準値
よりも小さくてもよい。

【００５３】本発明による更に他の永久磁石同期電動機
の制御装置は、直軸固定子電流であるｄ軸電流の指令値
と横軸固定子電流であるｑ軸電流の指令値とから演算さ
れた固定子の各相電流指令値を出力する電流指令手段
と、前記各相電流指令値に基づき各相に電流を供給する
入力印加手段と、前記入力印加手段が前記各相に電流を
さらに供給できる割合を示す飽和度を生成する飽和度出
力手段と、効率重視の運転状況およびトルク重視の運転
状況のうち１つの前記運転状況を出力する運転状況決定
手段と、飽和度の基準値を前記運転状況に基づき出力す
る基準出力手段と、前記飽和度から前記飽和度の基準値
を減算した判断値を出力する判断値出力手段と、前記判
断値が正の場合、電流位相を進め、判断値が零になるよ
うｄ軸電流指令を増加させる第１のｄ軸電流指令手段
と、回路あるいは動作の異常を検出する異常検出手段
と、予め設定されたテーブルあるいは演算式に基づいて
前記ｄ軸電流の指令値を得る第２のｄ軸電流指令手段
と、前記ｑ軸電流の指令値を与えるｑ軸電流指令手段
と、前記異常検出手段が回路あるいは動作の異常を検出
しない場合、第１のｄ軸電流指令手段から出力される前
記ｄ軸指令値を選択し、前記異常検出手段が回路あるい
は動作の異常を検出した場合、第２のｄ軸電流指令手段
から出力される前記ｄ軸指令値を選択するｄ軸電流選択
手段とを備えており、そのことによって上記目的が達成
される。

【００５４】

【作用】判断値出力手段は、実時間でインバータの飽和
度に基づいてｉdを増減するための判断値を作成する。
そして、ｄ軸電流指令手段は、判断値に基づき、判断値
が正の場合ｄ軸電流の指令値を増加し、増加したｄ軸電
流の指令値が設定された最大値を越えて増加したときは
最大値に保持する。判断値が負の場合、予め設定された
ｄ軸最小値を越えて減少したとき、あるいは回転数が予
め設定された回転数設定値以下になったとき、最小値に
保持する。このように、ｉd電流を、フィードバック積
分制御動作によって求めるとともに、弱め界磁に入る回
転数設定など安定に動作させる条件を設ける。これらに
よって、現在の電動機の状態に応じて、効率面で最適な
ｉd電流を実時間で安定に与えることができる。このこ
とによって、高効率な永久磁石同期電動機の制御装置を
提供することができる。

【００５５】

【実施例】第１の実施例本発明の第１の実施例の永久磁石同期電動機（以下同期
電動機と省略）の制御装置について、図面を参照しなが
ら説明する。

【００５６】図１は、本発明の第１の実施例における制
御装置の構成を示すブロック図である。

【００５７】第１の実施例の制御装置は、飽和度出力手
段１０４と、判断値出力手段１０６と、基準出力手段１
０８と、ｄ軸電流指令手段１１０と、ｑ軸電流指令手段
１３０と、電流指令手段１３６、入力印加手段１３８と
を備えている。

【００５８】なお、この制御装置は、同期電動機１００
の電流を検出する電流検出手段１０２をさらに備えてい
てもよい。

【００５９】次に、弱め界磁制御について、数２および
図２を用いて簡単に説明する。

【００６０】同期電動機１００の基礎式（数２）は公知
である。

【００６１】

【数２】

【００６２】なお、Ｖは電動機に供給される端子電圧を
示し、ωは角速度を示し、Ｒは１相当たりの固定子巻線
抵抗を示し、ψは単位速度での無負荷誘起電圧を示し、
Ｌ_d、Ｌ_qはｄ軸、ｑ軸の相インダクタンスそれぞれを示
し、ｉ_dは直軸固定子電流（ｄ軸電流）を示し、ｉ_qは横
軸固定子電流（ｑ軸電流）を示している。

【００６３】図２は、ｄ−ｑ座標は回転座標を示してい
る。ｉ_d、ｉ_qは、それぞれｄ軸電流の直流量、ｑ軸電流
の直流量を示している。

【００６４】同期電動機１００の運転状態が力行である
場合と、同期電動機１００の運転状態が回生である場合
とでは、動作が異なるのでそれぞれ別に説明する。ここ
で、力行とは、同期電動機１００が機械出力を発生して
いる状態であり、電源から電力が入力されている状態で
ある。バッテリを使っている場合ではバッテリを放電し
ている状態である。回生とは、電動機が機械エネルギー
を電気エネルギーに変換している状態であり、電源に電
力が入力されている状態である。バッテリを使っている
場合ではバッテリが充電されている状態である。

【００６５】同期電動機１００が力行する場合、弱め界
磁制御のベクトル図（図２ａ）に示すように、同期電動
機１００の回転速度ωを上昇させると、誘起電圧ωψが
大きくなる。誘起電圧ωψ、Ｒ・ｉ_qおよびω・Ｌ_q・ｉ_q
をベクトル加算した電圧値ｖが、電圧制限円に達する
と、同期電動機１００は、電圧値ｖが電圧制限円に達し
たときの同期電動機１００の回転速度ω以上に、回転速
度を上げることができなくなる。

【００６６】なお、電源がバッテリ等である場合には、
バッテリの劣化によって、バッテリの端子電圧および電
流値が変化する。しかしながら、ここでは簡単のため、
バッテリの端子電圧（電圧制限円の半径）は一定である
と仮定する。

【００６７】次に、同期電動機１００の回転速度を上昇
させることを考える。図２(b)に示すように、ｉ_dを同期
電動機１００に流すことによって、電圧制限円内に戻る
方向の電圧ω・Ｌ_d・ｉ_dが発生する。このことによって、
同期電動機１００に回転速度を上昇させる電圧余裕が発
生する（図２ｂ）。同期電動機１００の回転速度が一定
である場合、発生した電圧余裕の分だけ、同期電動機１
００にトルクを発生させるトルク電流を流すことがで
き、同期電動機１００にさらにトルクを発生させること
ができる（図２ｃ）。ここで、ｉ_d＞０を電流位相を進
める方向に定義する。上述したように、同期電動機１０
０にｄ軸電流を流し、電圧余裕を発生させる制御を弱め
界磁制御という。このような弱め界磁制御の一例は、特
開昭６２−７３９６号公報に示されている。

【００６８】なお、電圧余裕を発生させるためのｄ軸電
流ｉ_dは、電動機に供給される端子電圧が電圧制限円内
にもどるために必要最小限の電流でよい。必要最小限以
上のｄ軸電流ｉ_dを同期電動機１００に与えると、銅損
が増加し、同期電動機１００の効率が悪くなる。なぜな
ら、図６(a)に示す非突極機（一般的な電動機）に、ｄ
軸電流を与えても、トルクが発生しないからである。

【００６９】非突極機の場合は常に最小限のｉ_dを流す
ことで高効率の制御が実現できる。回生の場合も力行と
同じように説明できる。

【００７０】また、図６(b)は、逆突極機を示してい
る。逆突極機または突極機にｉ_dを流した場合、後述す
るリラクタンストルクが発生するため、ｉ_dをＬ_dおよび
Ｌ_qに応じて適切に供給する方が同期電動機１００の効
率が良くなる。

【００７１】次に、インバータの飽和について図３、図
４、図５を用いて説明する。

【００７２】１２０度づつ位相の異なった３相の電流指
令値（ｉ_U ^*（ｔ）、ｉ_V ^*（ｔ）、ｉ_W ^*（ｔ））は、電流
はｄ軸電流指令とｑ軸電流指令を用いて、次式より表さ
れる（以後、交流値などのように時間対して変動する値
であることを特に示す必要がない場合には（ｔ）を省略
する。また^*は指令値を示す）。

【００７３】ｉ_U ^*(t)＝ー（2/3）^1/2｛ｉ_d ^*・cosωｔ＋ｉ_q ^*・sinωｔ｝ｉ_V ^*(t)＝ー（2/3）^1/2｛ｉ_d ^*・cos（ωｔ−2π/3）＋ｉ_q ^*・sin（ωｔ−2π/3）｝ｉ_W ^*(t)＝ー（2/3）^1/2｛ｉ_d ^*・cos（ωｔ＋2π/3）＋ｉ_q ^*・sin（ωｔ＋2π/3）｝上記制御装置の一対の端子を介して、同期電動機１００
の固定子に流れる実際の電流（ｉ_U（ｔ）、ｉ_V（ｔ）、
ｉ_W（ｔ））は、電流検出手段１０２によって検出され
る。検出された電流（ｉ_U（ｔ）、ｉ_V（ｔ）、ｉ
_W（ｔ））は、飽和度出力手段１０４に出力される。飽
和度出力手段１０４は、図３(a)に示す比例積分器を有
している。比例積分器の一端には、電流指令値（ｉ
_U ^*（ｔ）、ｉ_V ^*（ｔ）、ｉ_W ^*（ｔ））が入力され、比例
積分器の他端には、検出された電流（ｉ_U（ｔ）、ｉ
_V（ｔ）、ｉ_W（ｔ））が入力される。比例積分器は、電
流指令値（ｉ_U ^*（ｔ）、ｉ_V ^*（ｔ）、ｉ_W ^*（ｔ））と検
出された電流（ｉ_U（ｔ）、ｉ_V（ｔ）、ｉ_W（ｔ））と
の差を比例積分し、ＰＷＭ用電流誤差（ｅ_U（ｔ）、ｅ_V
（ｔ）、ｅ_W（ｔ））として出力される。

【００７４】図３(b)は、後述するインバータが飽和し
ている場合の、Ｕ相の電流指令値ｉ_U ^*（ｔ）とＵ相の電
流ｉ_U（ｔ）とを示している。

【００７５】図３(c)は、そのインバータが飽和してい
ない場合の、Ｕ相の電流指令値ｉ_U ^*（ｔ）とＵ相の電流
ｉ_U（ｔ）とを示している。

【００７６】インバータが飽和している場合は、電流指
令手段１３６が電流指令信号を出力しても、インバータ
が指令された電流を生成することができず、上記制御装
置の一対の端子には、指令された電流が供給されない。

【００７７】インバータが飽和している場合を、インバ
ータのスイッチングから考察する。図４は、入力印加手
段１３８に含まれるインバータの一例を示している。イ
ンバータは、半導体スイッチＱ１〜Ｑ６、ダイオードＤ
１〜Ｄ６、半導体スイッチＱ１〜Ｑ６のオン−オフを制
御するベースドライブ回路１４０、三角搬送波発生回路
１４２を有している。

【００７８】ベースドライブ回路１４０には、Ｕ相のＰ
ＷＭ用電流誤差ｅ_U（ｔ）、Ｖ相のＰＷＭ用電流誤差ｅ_V
（ｔ）、および三角搬送波発生回路１４２が発生する三
角搬送波が入力される。各ＰＷＭ用電流誤差と搬送波信
号とを比較して得られるパルス幅変調信号に従い、ベー
スドライブ回路１４０は、インバータの各相の半導体ス
イッチＱ１〜Ｑ６をオン−オフする。例えば、Ｕ相のＰ
ＷＭ用電流誤差ｅ_U（ｔ）が三角搬送波より大きい場
合、ベースドライブ回路１４０は、半導体スイッチＱ１
をオンし、半導体スイッチＱ４をオフする。また、Ｕ相
のＰＷＭ用電流誤差ｅ_U（ｔ）が三角搬送波より小さい
場合、ベースドライブ回路１４０は、半導体スイッチＱ
４をオンし、半導体スイッチＱ１をオフする。他の相に
ついても、同様に動作する。

【００７９】なお、そのインバータは、Ｕ相のＰＷＭ用
電流誤差ｅ_U（ｔ）、Ｖ相のＰＷＭ用電流誤差ｅ_V（ｔ）
を用いて、同期電動機１００の固定子に供給される電流
（ｉ_U（ｔ）、ｉ_V（ｔ）、ｉ_W（ｔ））を発生させてい
るが、Ｕ相のＰＷＭ用電流誤差、Ｖ相のＰＷＭ用電流誤
差、およびＷ相のＰＷＭ用電流誤差のうち１相のＰＷＭ
用電流誤差を用いて上記電流（ｉ_U（ｔ）、ｉ_V（ｔ）、
ｉ_W（ｔ））を発生させてもよい。さらに、上記３相か
ら任意の２組の相を選択し、選択された２組のＰＷＭ用
電流誤差を用いて上記電流（ｉ_U（ｔ）、ｉ_V（ｔ）、ｉ
_W（ｔ））を発生させてもよい。さらに、上記３相のＰ
ＷＭ用電流誤差をすべて用いて上記電流（ｉ_U（ｔ）、
ｉ_V（ｔ）、ｉ_W（ｔ））を発生させてもよい。

【００８０】図５は、インバータが飽和している場合と
インバータが飽和していない場合との、ＰＷＭ用電流誤
差信号および半導体スイッチＱ１とＱ４との動作をそれ
ぞれ示している。

【００８１】オン−オフが半周期毎に片寄っている場
合、同期電動機１００の固定子に指令された電流を流す
ために、十分なスイッチングをおこなっても、これ以上
電流を流すことができない。なお、インバータの飽和度
は、ＰＷＭ用電流誤差の大きさによって定義されてもよ
い。例えば、ＰＷＭ用電流誤差が大きいときインバータ
の飽和度も大きくなり、ＰＷＭ用電流誤差が小さいとき
インバータの飽和度も小さくなる。

【００８２】インバータの飽和度を小さくするために、
以下に示すように同期電動機１００の固定子にｉdを流
し、電流位相を進める弱め界磁を行うことができる。

【００８３】同期電動機１００に実際に供給される３相
の電流（ｉ_U（ｔ）、ｉ_V（ｔ）、ｉ_W（ｔ））の内の１
相分の電流ｉ（ｔ）、つまりＵ相、Ｖ相、Ｗ相のどの相
の電流を用いてもよい。ｉ_U（ｔ）、ｉ_V（ｔ）、あるい
はｉ_W（ｔ）が電流検出手段１０２によって検出されて
もよい。検出された電流ｉ（ｔ）は飽和度出力手段１０
４に入力される。電流指令手段１３６は、上述した電流
指令値（ｉ_U ^*（ｔ）、ｉ_V ^*（ｔ）、ｉ_W ^*（ｔ））を求め
る式にｄ軸電流ｉ_dおよびｑ軸電流ｉ_qを代入し、電流指
令値ｉ^*（ｔ）を演算する。飽和度出力手段１０４は、
その相の電流指令値ｉ^*（ｔ）から、その検出された電
流ｉ（ｔ）を減算する。飽和度出力手段１０４は、減算
した結果に対して絶対値をとり、絶対値をとった結果で
ある電流誤差ｅ（ｔ）を積分する。積分した結果は、判
断値出力手段１０６に入力される。

【００８４】なお、飽和度出力手段１０４が、誤差の絶
対値の積分を演算する代わりに、誤差の２乗の積分また
は誤差の最大値を判断値出力手段１０６に入力してもよ
い。変動成分が大きくなるので、周期変動する電流誤差
ｅ（ｔ）をそのまま以後の処理に使用することは困難で
ある。そこで、１相分の電流を時間領域で積分すること
によって、同期電動機１００を制御するのに十分に変動
が少ない直流値を得ることができる。

【００８５】なお、理論的には、３相分の電流を用いて
直流分に近い値を演算できるが、ｕ、ｖ、ｗ相各々の電
流の２乗値を演算し加算するため演算が複雑である。

【００８６】判断値出力手段１０６は、（数３）に示す
ように、電流誤差ｅ（ｔ）の積分値から、基準出力手段
１０８によって設定される基準ｅ_refを減算し、減算し
た結果である判断値Ｈ_anを出力する。

【００８７】

【数３】

【００８８】ここで、基準出力手段１０８は、積分時間
に基づいて基準ｅ_refを変化させる。具体的には、電流
誤差ｅ（ｔ）の積分時間が電流誤差ｅ（ｔ）の半周期Ｔ
／２であれば、（数４）を演算することによって基準値
ｅ_refを出力する。また、速度ωを用いた（数５）を演
算することによって基準ｅ_refを求めてもよい。なお、
ここでは電流誤差ｅ（ｔ）の半周期を積分時間として用
いたが、積分時間は任意の時間でよい。ただし、電流誤
差ｅ（ｔ）は周期的に変化するため、積分時間は半周期
の整数倍であることが望ましい。

【００８９】

【数４】

【００９０】

【数５】

【００９１】ここで、判断値Ｈ_anが大きいということは
電流誤差が大きいことを意味する。言い換えると、実際
に同期電動機１００に供給されるｑ軸電流がｑ軸電流指
令値に追従しなしことを意味している。このことは、同
期電動機１００の高速回転領域では、電圧余裕が少ない
ため同期電動機１００が力行する場合、回転数に見合っ
たトルクを発生させるｑ軸電流が、流れないことを意味
する。同期電動機１００が回生する場合は、回転数に見
合ったトルクを発生させるｑ軸電流が流れすぎることを
意味する。このような電圧余裕が少ない状態では、指令
され出力されるべき、回転速度またはトルクを得るため
には、ｄ軸電流ｉ_dを増加すればよい。

【００９２】同期電動機１００が力行する場合とは、具
体的には、判断値が大きい状態であり、同期電動機１０
０に電流を流すために駆動装置の半導体スイッチＱ１〜
Ｑ６（図１の入力印加手段１３８の構成要素の一部）を
導通状態にしても必要な電流が流れない状態である。

【００９３】逆に判断値Ｈ_anが小さいということは、電
流誤差が小さいことを意味する。つまり、このことは、
実際に同期電動機１００に供給される電流が電流指令値
に対して良く追従していることを意味する。判断値Ｈ_an
が小さく、同期電動機１００が力行する場合、現在同期
電動機１００に流れているｄ軸電流ｉ_dを変化させず、
現在同期電動機１００に流れているｑ軸電流ｉ_q以上の
ｑ軸電流ｉ_qを流したり、同期電動機１００の回転速度
を増加させることが可能なる。

【００９４】同期電動機１００が力行または回生する場
合とも、ｄ軸電流が多く流れすぎる傾向がある。損失を
少なくするという観点から、ｄ軸電流ｉ_dを減少させる
ことが好ましい。なお、ｄ軸電流ｉ_dを加える必要が特
にない場合は、非突極機では、ｄ軸電流ｉ_dが零であっ
てもよい。

【００９５】判断値Ｈ_anは、同期電動機１００に与えら
れる電流指令が実際にどれだけ実現できているかを示し
ている。電流指令が実現できていなければ、実現できる
ようｄ軸電流ｉ_dを増加させる。電流指令が実現できて
いれば、現在の回転速度または現在のトルクの状態を維
持し、同期電動機１００の効率が最もよくなるようにｄ
軸電流ｉdを減少させればよい。

【００９６】以上より、ｄ軸電流指令手段１１０は、判
断値出力手段１０６の出力に基づきｄ軸電流を変化させ
る。例えば、Ｈ_an＞０の場合には、ｄ軸電流指令手段１
１０は、ｄ軸電流の指令値ｉ_d ^*を増加あるいは保持す
る。ｄ軸電流の指令値ｉ_d ^*を保持する場合とは、ｄ軸電
流の指令値ｉd^*が予め設定された最大値ｉ_d ^*maxになっ
た場合である。

【００９７】また、Ｈ_an＜０の場合には、ｄ軸電流指令
手段１１０は、ｄ軸電流の指令値ｉ_d ^*を減少あるいは前
回値を保持する。ｄ軸電流の指令値ｉ_d ^*を保持する場合
とは、ｄ軸電流の指令値ｉ_d ^*が予め設定された最小値ｉ
_d ^*minになった場合である。

【００９８】一般的に、非突極機の場合は、ｉ_d ^*＝０あ
るいは若干ｉ_d ^*を加え位相が進んだ値を最小値ｉ_d ^*min
として用いる。なお、一般には、非突極機ではｉ_d ^*＝０
のとき非突極機の効率が最も良くなる。しかし、非突極
機の鉄損が大きい場合には、位相を少し進め、少し弱め
界磁を行いステータ磁束を少なくすることによって、鉄
損を少なくするすることができる。これによって、鉄損
と銅損の釣合がとれ、最も効率が良くなる。

【００９９】また、逆突極機がリラクタンストルクを利
用する場合、リラクタンストルクを発生させるために、
位相をある程度（１０゜〜４０゜）進めておく。弱め界
磁領域でない場合、ｄ軸電流の指令値ｉ_d ^*の最小値ｉ_d ^*
minは、例えば３０゜を固定位相進み量とすると、ｉ_d ^*m
in＝ｉ^*・sin３０゜として与える。（詳しくは後述す
る。）そして、弱め磁界の場合は、具体的には（数６）
の演算を行う。

【０１００】

【数６】

【０１０１】ここで、ｉ_d ^*(i)およびｉ_d ^*(i-1)は、今回
および前回のｄ軸電流の指令値ｉ_d ^*のそれぞれを表す。

【０１０２】上式の積分動作を含んだ制御動作をより詳
しく説明する。

【０１０３】Ｈ_an＞０の場合、Ｈ_an＝０となるまで、ｄ
軸電流指令手段１１０は、制御動作毎にｄ軸電流の指令
値ｉ_d ^*をＫ₁・Ｈ_anづつ増加する。このような動作は、積
分動作によって行うことができる。このような動作を行
うことによって、Ｈ_anを０にすることができる。

【０１０４】ｄ軸電流の指令値がｉ_d ^*＝ｉ_d ^*maxの場
合、ｄ軸電流の指令値をｉ_d ^*maxに固定する。そして、
Ｈ_an＝０となると、ｄ軸電流指令手段１１０は、負荷ト
ルクが一定の場合、一定のｄ軸電流の指令値ｉ_d ^*を与え
続ける。

【０１０５】次に、負荷トルクが小さくなったり、もし
くは回転数が低くなったりして、Ｈ_an＜０となると、ｄ
軸電流指令手段１１０は、ｄ軸電流の指令値ｉ_d ^*を減少
してゆく。そして、同期電動機１００のバランスがと
れ、Ｈ_an＝０となると、ｄ軸電流指令手段１１０は、ｄ
軸電流の指令値ｉ_d ^*の減少をやめ、一定のｄ軸電流の指
令値ｉ_d ^*を電流指令手段１３６に与える。さらに弱め界
磁を必要としない領域まで回転数が低くなると、ｄ軸電
流指令手段１１０は、すでに述べた最小値ｉ_d ^*minを電
流指令手段１３６に与える。たとえ、Ｈ_an＜０であって
も、ｄ軸電流の指令値ｉ_d ^*が最小値ｉ_d ^*min以下になる
ようには、ｄ軸電流指令手段１１０は、ｄ軸電流の指令
値ｉ_d ^*を減少させない。

【０１０６】次に、ｑ軸電流指令手段１３０は、ｑ軸電
流の指令値ｉ_q ^*を同期電動機１００の回転速度を指令す
る指令速度ω^*と同期電動機１００の実際の速度ωとの
誤差と定数Ｋを用い（数７）により演算する。

【０１０７】

【数７】

【０１０８】なお、ｑ軸電流の指令値ｉ_q ^*を指令速度ω
^*とは無関係に指令してもよいことはいうまでもない。

【０１０９】そして求められたｄ軸電流の指令値とｑ軸
電流の指令値とは電流指令手段１３６によって（数８）
のようにベクトル演算される。ベクトル演算された結果
として、同期電動機１００に供給すべき電流である合成
電流の指令信号の大きさとその位相θとが出力される。

【０１１０】

【数８】

【０１１１】ここで、合成電流値Ｉ^*が最大電流設定値
ｉmax以上になる場合、ｉ_d ^*の優先順位が高く、ｉ_q ^*は
（数９）で与えられる。

【０１１２】

【数９】

【０１１３】ここで、ｉmax＝ｉ_d ^*maxと設定すると、同
期電動機１００が力行する場合、最大電流設定値ｉmax
を超えるような過大なトルク電流であるｑ軸電流の指令
値ｉ_q ^*が与えられた場合でも、電流指令手段１３６は、
電流誤差の積分値が基準値になるまでｄ軸電流の指令値
ｉ_d ^*を増加する。ｄ軸電流の指令値ｉ_d ^*が増加した分だ
け、ｑ軸電流の指令値ｉ_q ^*が減少してゆくこととなる。

【０１１４】このことは、同期電動機１００が最大の出
力を出せるように、ｄ軸電流の指令値ｉ_d ^*およびｑ軸電
流の指令値ｉ_q ^*のバランスを調整していることを意味す
る。すなわち、最大電流を同期電動機１００に供給する
とき、最大トルクを実現することができる。

【０１１５】次に、入力印加手段１３８は、実際に同期
電動機１００に合成された指令値に基づいた電流を流す
ための動作を行う。すでに述べた電流指令値（ｉ
_U ^*（ｔ）、ｉ_V ^*（ｔ）、ｉ_W ^*（ｔ））を求める式によっ
て、ｄ軸電流の指令値およびｑ軸の電流の指令指令値に
基づき、１２０度づつ位相が異なる、ｕ、ｖ、およびｗ
相の３相の電流指令値を、２相ー３相変換の式を用いて
出力する。そして、飽和度出力手段１０４は、ＰＷＭ用
電流誤差ｅ（ｔ）と１０ｋHz程度の三角搬送波信号とを
比較する。比較して得られたパルス幅変調信号に従い、
各相の半導体スイッチＱ１〜Ｑ６が制御され、指令され
た電流を同期電動機１００に供給する。

【０１１６】判断値出力手段１０６は、電流誤差ｅ
（ｔ）の積分値から基準値ｅ_refを減算し、減算した結
果である判断値Ｈ_anを出力する。Ｈ_an＞０の場合には、
ｄ軸電流指令手段１１０は、ｄ軸電流の指令値ｉ_d ^*を増
加あるいは保持する。Ｈ_an＜０の場合には、ｄ軸電流指
令手段１１０は、ｄ軸電流の指令値ｉ_d ^*を減少あるいは
保持する。

【０１１７】すなわち、Ｈ_anが大きい場合は指示された
出力を得ていない状態であり、最小限のｉ_dを加えるこ
とによりｑ軸電流を流し指示された回転速度やトルクを
出力する。逆に判断値Ｈ_anが小さい場合はｄ軸電流ｉ_d
がもう少し減少しても指示された出力を実現できる状態
であり、ｄ軸電流指令手段１１０がｄ軸電流ｉ_dを減少
し効率を上げる。このことにより、効率面で、ｄ軸電流
ｉ_dが自動的に最適に調整され、同期電動機１００の弱
め界磁制御を高効率に実現することができる。

【０１１８】図６(ａ)に示す非突極型ロータに対し議論
を進めてきた。突極型ロータや図６(ｂ)に示す逆突極型
ロータの場合は、すでに述べてきた弱め界磁制御のｄ軸
電流ｉ_dに加え、後述するリラクタンストルク分のｄ軸
電流ｉ_dを減算または加算すればよい。

【０１１９】なお、ｄ軸電流指令手段１１０は、（数
６）に示すような積分動作による制御を行うと述べた。
さらに、ｄ軸電流指令手段１１０は、（数１０）に示す
ようなＰＩＤ（比例積分微分）制御を行っても同様の効
果を得ることは言うまでもない。

【０１２０】

【数１０】

【０１２１】ここで、Ｋa、Ｋb、Ｋcは定数とする。

【０１２２】さらに、非線形ゲインを利用できるファジ
ー制御または適応制御等の制御方式を用いても、積分に
相当する動作を含んでいれば、ｄ軸電流の指令値ｉ_d ^*を
求めることができる。

【０１２３】また、飽和度出力手段１０４は、電流指令
信号の半周期に対する各相の半導体スイッチＱ１〜Ｑ６
の開期間あるいは閉期間を計測することによってインバ
ータの飽和度を検出することができる。

【０１２４】なお、３相の電流（ｉ_U（ｔ）、ｉ
_V（ｔ）、ｉ_W（ｔ））の１相の飽和度を計算するだけで
はなく、３相の電流（ｉ_U（ｔ）、ｉ_V（ｔ）、ｉ
_W（ｔ））のうち２または３相の電流を電流検出手段１
０２が検出し、飽和度出力手段１０４が２相または３相
の飽和度の平均値をそれぞれ計算しても良い。２相また
は３相の飽和度の平均値を用いることによって、同期電
動機１００を制御する精度が向上し、同期電動機１００
の効率が良くなることは言うまでもない。

【０１２５】エンコーダ検出信号等の周期に同期させる
場合、（数４）または（数５）で示したように、周期や
回転速度に応じて基準値出力手段１０８から出力される
誤差の基準値ｅ_refが変更されることに注意する。

【０１２６】ここで、同期電動機１００の回転速度に関
係なく一定周期で同期電動機１００に流れる電流を検出
する場合は、検出タイミングにより誤差積分値が変化す
ること注意しなければならない。

【０１２７】上述した第１の実施例では、判断出力手段
１０６で求められた判断値Ｈ_anは、ｄ軸電流指令手段に
入力されていたが、ｑ軸電流を用いてＨ_anを求めても第
１の実施例と同様の効果が得られる。ｑ軸電流を用いて
Ｈ_anを求めるために、以下に示す構成が、第１の実施例
とは異なる。飽和出力手段１０４には、ｑ軸電流指令手
段１３０の出力ｉ_q ^*が入力される（図示されず）。

【０１２８】また、飽和出力手段１０４には、以下によ
って求められたｑ軸電流ｉ_qも入力される。

【０１２９】同期電動機１００に実際に供給される３相
の電流値（ｉ_U、ｉ_V、ｉ_W）が電流検出手段１０２によ
ってそれぞれ検出される。なお、２相の電流値のみを検
出する場合は、ｉ_U＋ｉ_V＋ｉ_W＝０という関係を用いて
残りの１相の電流値を求める。そして、回転座標系を示
すｄ−ｑ軸で表された電流成分ｉ_qを以下の式を用いて
求める。（ｉ_dは求める必要はない。）

【０１３０】

【数１１】

【０１３１】飽和度出力手段１０４がｑ軸電流指令値ｉ
_q ^*から検出電流値ｉ_qを減算する。減算した結果である
電流誤差ｅを積分した値が基準値ｅ_refと比較され、比
較された結果である判断値Ｈ_anが出力される。

【０１３２】この場合、飽和度出力手段１０４の構成は
複雑になるが直接必要なトルク電流ｉ_qを管理している
ので、同期電動機１００のトルクをさらに精度良く制御
できる。

【０１３３】なお、同期電動機１００に流れる電流から
ｑ軸電流成分を精度よく分離する回路がアナログ回路で
構成された場合、アナログ回路の構成が複雑になる。従
って、同期電動機１００に流れる電流からｑ軸電流成分
を精度よく分離するためには、ディジタル回路を用いる
ことが望ましい。そのため、ｄ軸電流指令手段１１０ま
たはｑ軸電流指令手段１３０、電流指令手段１３６、飽
和度出力手段１０４、および判断出力手段１０６からな
るフィードバック制御信号演算はディジタル化されるこ
とが好ましい。

【０１３４】さらに、上述した第１の実施例の飽和度出
力手段１０４が下記に示す構成をとってもよい。初め
に、飽和度出力手段１０４が電流誤差の半周期の間で１
相の指令値と実際に同期電動機１００に流れる電流との
差を積分した値に基づいて、インバータの飽和度を検出
する場合を考える。同期電動機１００の動作電圧を低く
した場合、同期電動機１００の回転数が低くなり、電流
誤差の半周期が長くなる。その結果、積分時間が長くな
り、上記積分した値が大きくなる。上記積分した値がＡ
／Ｄ変換器の出力最大値より大きくなると、Ａ／Ｄ変換
器の出力最大値によって、上記積分した値が制限され
る。このような場合、上記積分した値をＡ／Ｄ変換器
（図示されず）の出力最大値より小さくするなるよう
に、飽和度出力手段１０４が有する積分器（図示され
ず）のゲインを小さくすればよい。このように、積分器
のゲインの設定を変更することは、同期電動機１００を
低回転数で使用する場合非常に有効である。たとえば、
スイッチ（図示されず）によって上記ゲインの切り換え
る構成または可変抵抗によって上記ゲインを変更する構
成をとることにより、積分した値がＡ／Ｄ変換器の出力
最大値に制限されないようにできる。これにより制御装
置の適用範囲が広がる。

【０１３５】さらに、上述した第１の実施例が電流検出
手段１０２を備える代わりに、同期電動機１００のトル
クの測定するトルク検出手段（図示されず）を備えてい
ても良い。この場合、電流指令手段は、ｄ軸電流の指令
値およびｑ軸電流の指令値から、同期電動機１００に与
えられる指令トルクを演算し、出力する。飽和度出力手
段１０４では、指令トルクから測定したトルクを減算
し、減算した結果を飽和度として出力してもよい。第１
の実施例がこのような構成を有していても、ｄ軸電流が
制御されることは言うまでもない。

【０１３６】さらに、上述した第１の実施例の飽和度出
力手段１０４が下記に示す構成をとってもよい。飽和度
出力手段１０４は、少なくとも１相の電流の指令値ｉ^*
（ｔ）を積算演算した電流値の積分値と、対応する実際
に同期電動機１００に流れる電流を検出した検出値ｉ
（ｔ）の積分値との差に基づいてインバータの飽和度を
検出する。これによって、それぞれの信号の位相差によ
る誤差を削除することができ、同期電動機１００に実際
に流れる電流の管理を正確に行うことができる。

【０１３７】さらに、上述した第１の実施例のｄ軸電流
指令手段１１０が下記に示す構成をとってもよい。ｄ軸
電流指令手段１１０が予め設定された設定回転数以下の
場合、ｄ軸電流の指令値を下限設定値ｉ_d ^*minに保持す
る。回転数が大きくなるまで、ｄ軸電流の指令値を一定
値に設定する。このことにより、同期電動機１００の出
力トルクが抑えられるため、同期電動機１００の速度応
答性は犠牲になるが、効率の良い同期電動機の制御装置
を提供することができる。

【０１３８】また、（数６）に示すように、ｄ軸電流の
指令値が予め設定された、上限値と下限値との間に保持
される。特に上限値が低い場合は、同様に応答性は犠牲
になるが効率の良い制御装置となる。

【０１３９】なお、基準出力手段が回転数と電流指令値
の少なくとも１つに基づいて基準値を変更してもよい
（この構成は図示されず）。このような構成によって、
以下に示す効果が生じる。同期電動機の回転数が大きく
なると、銅損よりも鉄損が大きくなりすぎる。そこで、
ｄ軸電流ｉ_dを増加させ、弱め界磁を進めることによっ
て、磁束を小さくし、鉄損を少なくすることができる。
このことによって、銅損（電流の２乗に比例）が鉄損と
バランスがとれる。その結果、さらに効率の向上が可能
になる。そこで、回転数が増加すると基準値を小さく
し、弱め界磁を進めることが効果的である。

【０１４０】第２の実施例以下に、本発明の第２の実施例の永久磁石同期電動機１
００の制御装置について、図面を参照しながら説明す
る。発明の第２の実施例は、ｉ_dを強制的に変化させ、
最も効率が良くなるようにｄ軸電流ｉ_dを調整すること
ができる制御装置である。

【０１４１】図７は本発明の第２の実施例における永久
磁石同期電動機１００の制御装置の構成を示す全体図で
ある。第２の実施例では、第１の実施例に、変更タイミ
ング出力手段２５０、ｄ軸電流変更手段２５２、速度検
出手段２５４、ｄ軸電流更新手段２５６が付加されてい
る。さらに、基準出力手段２０８、ｄ軸電流指令手段２
１０、およびｑ軸電流指令手段２３０は、第１の実施例
の基準出力手段１０８、ｄ軸電流指令手段１１０、およ
びｑ軸電流指令手段１３０とは異なる。第１の実施例と
同じ構成には、同じ番号を付し、説明を省略する。

【０１４２】図７に示される永久磁石同期電動機１００
の制御装置についてその動作を説明する。

【０１４３】変更タイミング出力手段２５０は、速度検
出手段２５４が検出する同期電動機１００の回転速度お
よびｄ軸電流から、同期電動機１００が定常状態である
と判断した場合、強制的にｄ軸電流を変化させる変更タ
イミングをｄ軸電流変更手段２５２に出力する。ここで
定常状態とは、回転速度およびｄ軸電流がある一定期間
に一定範囲内である場合をいう。なお、ｄ軸電流は、電
流検出手段１０２が検出する。

【０１４４】次に、ｑ軸電流指令手段２３０およびｄ軸
電流変更手段２５２が変更タイミング出力手段２５０か
らの指示を受けた場合、（数１２）を満たすように合成
電流値が一定に保持されたままｄ軸電流が減少する。ｄ
軸電流ｉ_dおよびｑ軸電流ｉ_qがサイン波の場合、合成電
流値を一定に保持したままｄ軸電流を減少させること
は、合成電流の指令値の位相を変化させることと等価で
ある。ｄ軸電流ｉ_dの比率が大きくなれば電流位相は進
む。

【０１４５】

【数１２】

【０１４６】例えば、ｉ_q ^*＝１０Ａ、ｉ_d ^*＝６Ａ（Ｉ^*
＝１１．６６Ａ）のとき、変更タイミング出力手段２５
０が定常状態であると判断した場合、ｑ軸電流指令手段
２３０とｄ軸電流変更手段２５２は、ｉ_q ^*＝１０．１２
Ａ、ｉ_d ^*＝５．８Ａ（Ｉ^*＝１１．６６Ａ）のようにそ
れぞれ変化させる。

【０１４７】また、速度検出手段２５４は、すでに定常
状態の回転速度を検出している場合を考える。速度検出
手段２５４は、ｄ軸電流ｉ_dを変化させた後の回転速度
を検出する。ｄ軸電流更新手段２５６は、ｄ軸電流ｉ_d
を変化させる前の回転速度とｄ軸電流ｉ_dを変化させた
後の回転速度を比較する。ｄ軸電流ｉ_dを変化させた
後、回転速度が増加する場合には、ｄ軸電流ｉ_dを変化
させた後のｄ軸電流にｄ軸電流ｉ_dの指令値を変更す
る。なぜなら、このような状態では、ｄ軸電流ｉ_dが同
期電動機１００に余分に供給され、効率が悪いからであ
る。なお、ｄ軸電流更新手段２５６は、ｄ軸電流変更手
段２５２を介してｄ軸電流の指令値ｉ_d ^*を受け取る。
また、ｄ軸電流ｉ_dを変化させた後、回転速度が減少す
る場合には、電流指令手段１３６は、ｄ軸電流ｉ_dを変
化させる前のｄ軸電流ｉ_dをｄ軸電流ｉ_dの指令値として
用いる。なお、ｄ軸電流ｉ_dの指令値を更新した場合
は、更新したｄ軸電流ｉ_dの指令値が最適値であるか否
かを継続して調べる必要がある。同様に、ｄ軸電流ｉ_d
の１回目の変更で、回転速度が減少する場合であって
も、ｄ軸電流ｉ_dを増加して回転速度が増加するか否か
を調べる。

【０１４８】回転速度が増加する場合には、ｄ軸電流値
ｉ_dの変更を継続する。すなわち、ｄ軸電流値ｉ_dが最適
値となるまで変更してゆく必要がある。変更動作中で
は、図７の電流指令手段１３６のスイッチは、電流指令
手段１３６とｄ軸電流変更手段２５２とにつながってい
る。

【０１４９】また、ｄ軸電流ｉ_dを増加させるような外
部トルク指令等がない場合は、変更タイミング出力手段
２５０は、ｄ軸電流ｉ_dを変更する許可をｄ軸電流変更
手段２５２に継続して与える。この場合、繰り返しｄ軸
電流が更新される。

【０１５０】なお、ｄ軸電流ｉ_dを変更してから、同期
電動機１００の回転速度が十分変化するまでの時間遅れ
が比較的長い場合には、ｄ軸電流ｉ_dを変更してから一
定期間が経過した後（上記一定期間は、上記時間遅れよ
り長い時間である）に同期電動機１００の回転速度を判
断すればよい。上述した動作によって、ｄ軸電流更新手
段２５６は最適なｄ軸電流ｉ_d ^*の指令値を求め出力する
ことができる。

【０１５１】ここで、変更タイミング出力手段２５０が
定常状態であると判断し、かつ判断値出力手段１０６の
判断値が正の場合には、基準出力手段２０８は、更新し
たｄ軸電流ｉ_d ^*の指令値に基づいて新たな基準値を出力
する。言い換えると、ｄ軸電流ｉ_d ^*の指令値が減少した
場合、基準出力手段２０８は、減少した量に応じて基準
値を増加させる。また逆に、ｄ軸電流ｉ_d ^*の指令値が増
加した場合、基準出力手段２０８は、増加した量に比例
するように基準値を減少させる。なお、基準出力手段１
０８は、ｄ軸電流変更手段２５２ｄ軸電流更新手段２５
６を介して同期電動機１００の状態を示す信号を受け取
る。

【０１５２】次に、判断値出力手段１０６の判断値が負
の場合について述べる。非突極機の場合、ｄ軸電流ｉ_d
は、上述したように零あるいは予め設定された値でよ
い。しかし逆突極機の場合、弱め界磁領域でなくとも
（数１３）の第２項のリラクタンストルクを利用できる
ので、ｄ軸電流ｉ_dが供給される。

【０１５３】

【数１３】

【０１５４】ｄ軸電流更新手段２５６が、弱め界磁領域
でない通常領域の動作において、ｄ軸電流の指令値ｉ_d ^*
の変更値に基づき、（数１４）の演算式の係数を変える
場合について述べる。ｄ軸電流の指令値ｉ_d ^*が増加した
場合は、（数１４）のＫを増加させ、ｄ軸電流の指令値
ｉ_d ^*が減少した場合は、Ｋを減少させる。その場合、実
際の制御動作について以下に述べる。ｄ軸電流指令手段
２１０が合成電流の指令値Ｉ^*を計算する。ｑ軸電流指
令手段は、計算された合成電流の指令値Ｉ^*およびｄ軸
電流の指令値ｉ_d ^*を受け取る（図示されず）。ｑ軸電流
指令手段は、（数８）を用いて、計算された合成電流の
指令値Ｉ^*およびｄ軸電流の指令値ｉ_d ^*に基づいて、ｑ
軸電流の指令値ｉ_q ^*を求める。なお、係数Ｋの値を変化
させることによって、同期電動機の回転速度およびトル
クが変化する。

【０１５５】なお、通常領域とは、図１４の斜線で示さ
れた領域である。また、図１４の斜線で示されていない
領域は、弱め界磁制御を行うことによって新たに増加し
た動作領域である。

【０１５６】

【数１４】

【０１５７】後の動作は、第１の実施例と同様であるの
で説明を省略する。

【０１５８】上述したように、同期電動機１００の定常
状態を判断してｄ軸電流ｉ_dを最適値に調整する手段を
付加することによって、経時変化や環境変化に対しても
高効率な運転が可能な制御装置が実現できる。

【０１５９】なお、逆突極機では、通常領域のｄ軸電流
ｉ_dを変更する場合、よく利用されるトルクであること
が望ましい。さらに、変更タイミング出力手段２５０も
そのことが考慮されていることが望ましい。なぜなら、
あまり使用しない動作点でｄ軸電流ｉ_dの変更を行って
も意味がないからである。

【０１６０】なお、非突極機の通常領域では、ｄ軸電流
ｉ_dが設定された零近傍からあまり変動しないので、ｄ
軸電流ｉ_dを変更する必要がないため変更タイミング出
力手段２５０は通常領域で変更タイミングを出力しな
い。

【０１６１】また、ｄ軸電流ｉ_dの最小値は、弱め界磁
を行わない場合のｄ軸電流ｉ_dの値であり、逆突極機で
は零でない。

【０１６２】第３の実施例本発明の第３の実施例の永久磁石同期電動機１００の制
御装置について、図面を参照しながら説明する。本発明
の第３の実施例は、テーブル等で設定されたｄ軸電流ｉ
_dの初期値を用いることによって、応答性を向上させ
た、永久磁石同期電動機１００の制御装置である。

【０１６３】図８は、本発明の第３の実施例における永
久磁石同期電動機１００の制御装置の構成を示す全体図
である。第３の実施例は、上記第１の実施例に、電流初
期値出力手段３４０、速度検出手段２５４、およびｑ軸
電流変化量手段３７０を付加したものである。さらに、
ｄ軸電流指令手段３１０は、第１の実施例のｄ軸電流指
令手段１１０とは異なる。第１の実施例と同じ構成に
は、同じ番号を付し、説明を省略する。

【０１６４】図８に示すように構成された永久磁石同期
電動機１００の制御装置について、その動作を以下に説
明する。

【０１６５】外部から入力されるｑ軸電流の指令値が予
め設定した値以上に大きい場合、電流初期値出力手段３
４０は、外部からのｑ軸電流の指令値と速度検出手段３
５４が出力した回転速度とに対応する、テーブル等で予
め与えられる値に基づいてｄ軸電流の指令の初期値ｉ_d_
^*iniを出力する。

【０１６６】ここで、電流初期値出力手段３４０は、
（数２）に従って、速度検出手段２５４が検出した回転
数およびトルクから計算したｄ軸電流ｉ_dを出力する。

【０１６７】なお、ｄ軸電流ｉ_dは、（数２）等の計算
式に基づいてリアルタイムで演算した値、または実際に
端子電圧や温度など様々データを基づいて実験によって
求めた値を用いても良い。

【０１６８】ｄ軸電流指令手段３１０は、電流初期値出
力手段３４０から出力される値をｄ軸電流値の初期値と
して用いる。ｄ軸電流指令手段３１０は、第１の実施例
のｄ軸電流指令手段１１０と同様に、判断値が正の場
合、前記ｄ軸電流を増加あるいは保持する。また、判断
値が負の場合、ｄ軸電流指令手段３１０は、ｄ軸電流を
減少あるいは保持する。

【０１６９】テーブル等で予め設定されたｄ軸電流ｉ_d
の初期値ｉ_d_iniを用いることによって、ｄ軸電流が同
期電動機１００を動作させるのに最適なｄ軸電流に収束
する時間を短縮させることができる。

【０１７０】また、必要とされるｑ軸電流の指令値ｉ_q ^*
を実現する時間が短縮され同期電動機１００の応答性が
向上する。

【０１７１】また、ｑ軸電流変化量手段３７０は、ｑ軸
電流指令手段からのｑ軸電流の指令値を受け取り、現時
点から少なくとも２つ前のｑ軸電流の指令値を保持して
いてもよい。ｑ軸電流の外部からの指令値の変化の設定
値を低く設定し、Ｈ_an＞０の場合に、ｑ軸電流変化量
｛ｉ_q ^*(i-1)−ｉ_q ^*(i-2)｝を用いて、ｄ軸電流指令値手
段３１０が、以下の式でｄ軸電流を求めることができ
る。

【０１７２】ｉ_d ^*(i)＝ｉ_d ^*(i-1)＋Ｋ・Ｈ_an＋Ｋ_q・｛ｉ_q ^*(i-1)−ｉ_q ^*(i-2)｝同様にｉ_q ^*の変化量に応じて、ｄ軸電流ｉ_d ^*を与えるの
で速度の応答性が向上する。

【０１７３】第４の実施例本発明の第４の実施例の永久磁石同期電動機１００の制
御装置について、図面を参照しながら説明する。本発明
の第４の実施例は、同期電動機１００が回生するときの
ｄ軸電流ｉ_dが変化する割合を、同期電動機１００が力
行するときのｄ軸電流ｉ_dが変化する割合より大きくす
る。このことにより、第４の実施例は、ｄ軸電流ｉ_dが
最適となる時間を短縮することができ、さらに、同期電
動機１００に急ブレーキがかからないような安全に制御
することができる。

【０１７４】初めに、回生と力行とについて説明する。

【０１７５】上述したように、力行とは、電動機が機械
出力を発生している状態である。言い換えると、電源の
電力が電動機に供給されている状態である。バッテリを
使っているときは、バッテリを放電している状態であ
る。また、回生とは、電動機が機械エネルギーを電気エ
ネルギーに変換している状態である。言い換えると、電
源に電力が入力されている状態である。バッテリを使っ
ているときは、バッテリを充電している状態である。回
生のｑ軸電流ｉ_qの符号は、力行のｑ軸電流ｉ_qの符号と
逆になる。従って、図９に示すように、誘起電圧ωψと
Ｒ・ｉqとは逆向きのベクトルとなる。

【０１７６】次に、同期電動機１００が高速回転してお
り、ｄ軸電流ｉ_dが小さいときを考える。この場合、合
成した電圧値Ｖは、電圧制限円の外側にあり、安定に存
在することはできない（図９(a)）。ｑ軸電流ｉ_qが指令
された値より多く流れることによって、誘起電圧ωψと
逆向きのベクトルＲ・ｉqとが大きくなり、合成した電圧
値がＶ制限円の中に入いる。このようにして、指令した
値よりも大きなｑ軸電流ｉ_qが流れる（図９(b)）。ここ
で、電動機が回生しているとき、ｑ軸電流の指令値とは
負のトルクの指令値を意味する。つまり、指令した負の
トルクは実現されない。言い換えると、指令した値より
も大きな負のトルクが発生し、電動機にブレーキがかか
る。電動機にブレーキがかかる状態を回避するために
は、十分な大きさのｄ軸電流ｉ_dを電動機に流してやれ
ばよい（図９(c)）。電動機が力行する場合と同じよう
に、ｄ軸電流ｉ_dは電圧制限円に戻るために最小限の電
流でよく、ｄ軸電流ｉ_dを最小限の値以上に与えるとｄ
軸電流ｉ_dを流すことにより発生する銅損によって効率
が悪くなる。

【０１７７】図１０は、本発明の第４の実施例の構成を
示す全体図である。第４の実施例は、第１の実施例に、
力行回生判断手段４２０、変化割合出力手段４２２を付
加したものである。上記付加した手段以外は、第１の実
施例で述べたものと同様である。

【０１７８】第１の実施例と同じ構成には、同じ番号を
付し、説明を省略する。

【０１７９】第１の実施例と同様に判断値が求められ、
求められた判断値によって（数１５）の演算がｄ軸電流
指令手段１１０で行われる。

【０１８０】

【数１５】

【０１８１】ところで、ｉ_d ^*が変化する割合は、（数１
５）中の予め設定された一定値Ｋ1、Ｋ2によって決定さ
れてもよい。なお、これらの値は、以下のように決定さ
れてもよい。

【０１８２】力行回生判断手段４２０は、同期電動機１
００の運転状態が力行であるのか回生であるのかを判断
し、判断した運転状態を変化割合出力手段４２２に入力
する。

【０１８３】具体的には、後述のｑ軸電流指令手段１３
０によって指令されたｑ軸電流の指令値ｉ_q ^*の符号が正
の場合には力行と判断し、負の場合には回生と判断す
る。

【０１８４】そして、変化割合出力手段４２２は、力行
の時には力行のためのＫ1、Ｋ2を出力し、回生の時には
回生のためのＫ1、Ｋ2を出力し、ｄ軸電流指令手段１１
０に入力する。具体的には、Ｋ1、Ｋ2をテーブルで与え
ればよい。

【０１８５】このように、電動機の運転状態によってｄ
軸電流の指令値ｉ_d ^*の変化する割合を変えることによ
り、現実に即した同期電動機１００の弱め界磁制御を実
現することができる。なお、力行および回生のＫ1、Ｋ2
のそれぞれは、電流制限値の１／１００から１／２の値
をとる。この電流制限値Ｉmは、半導体スイッチＱ１〜
Ｑ６に最大に流すことができる電流または各配線に最大
に流すことができる電流等によって定まる。また、ｄ軸
電流の指令値の最大値ｉ_d ^*maxとは、Ｉm・sin６０°≦ｉ
_d ^*max≦Ｉm・sin９０°の値である。また、ｄ軸電流の指
令値の最小値ｉ_d ^*minとは、Ｉm・sin０°≦ｉ_d ^*min≦Ｉm
・sin４０°の値である。

【０１８６】また、変化割合を次式で与えてもよい。

【０１８７】変化割合Ｋは、Ｋ＝Ｋ₀・｛ｉ_d ^*(i-1)−ｉ_d ^*(i-2)｝／｛Ｈ_an(i-1)−Ｈ_a(i-2)｝と表せる。

【０１８８】ただし、Ｈ_an＞０となった初回は、Ｋを演
算することができないので、Ｋ＝Ｋ_minとする（Ｋ_min＜
Ｋ₀＜１）。

【０１８９】すなわち、現在のＨ_anに対するｄ軸電流ｉ
_dの影響度合いを演算し、その値を変化割合として用い
ることによって、必要なｄ軸電流ｉ_dを迅速に得ること
ができる。

【０１９０】ここで、変化割合は、制御系のゲインに相
当し、変化割合を大きくすることは整定時間が短くなる
ようにゲイン設定をすることを意味する。すでに述べた
ように、ＰＩＤ等の制御手法を用いても変化割合Ｋを同
様に設定できることは言うまでもない。

【０１９１】すでに述べたように、必要に応じてｄ軸電
流ｉ_dを同期電動機１００に素早く加えなければ応答性
が劣化する。ｄ軸電流ｉ_dを加えすぎると、効率が悪く
なるが応答性の劣化はない。効率が悪くなっても、俊敏
な応答性を得たい場合は、ｄ軸電流ｉ_dが増加する場合
の変化割合を、ｉ_dが減少する場合の変化割合より大き
く設定すればよい。このことによって、応答性の良い制
御装置が得られる。

【０１９２】しかしながら、例えば、同期電動機１００
に与えることができるエネルギ量が少ないとき、応答性
が悪くなっても、高い効率で同期電動機１００を運転し
たい。

【０１９３】この場合、ｄ軸電流ｉ_dが増加する場合の
変化割合を、ｉ_dが減少する場合の変化割合より小さく
設定すればよい。

【０１９４】このように、必要な状態に応じて、応答性
重視と効率重視の設定を切り換えることができる。

【０１９５】また、応答性重視と効率重視の設定を切り
換えるために、第４の実施例は、外部スイッチを備えて
いてもよい。

【０１９６】また、外部スイッチの状態を連続的または
断続的に切り換えることによってｄ軸電流の指令値の変
化する割合を変化させ、容易に好みの応答速度を得るこ
とも可能である。なお、外部スイッチは、使用者によっ
て操作される。

【０１９７】また、ｑ軸電流の指令値（指令速度）を変
化させても、ｄ軸の変化割合を変化させた場合と同様の
効果を得ることは言うまでもない。

【０１９８】すでに述べたが、同期電動機１００の高速
回転域において、ｄ軸電流ｉ_dが少なく、同期電動機１
００が力行する場合、ｑ軸電流ｉ_qが流れず、必要とさ
れるトルクを出力することができない。一方、同期電動
機が回生する場合、ｑ軸電流ｉ_qが流れすぎ、急激（１
秒以内に）に負のトルクが発生する。急激な負のトルク
の発生は、同期電動機に急激なブレーキをもたらす。同
期電動機が運転されているとき、同期電動機の回転に急
激にブレーキがかかることは、たいへん危険である。同
期電動機を安全に運転するために、回生の場合、ｄ軸電
流ｉ_d ^*の変化割合を大きくする。このことによって、俊
敏に、十分な大きさのｄ軸電流ｉdが同期電動機に流れ
るようになり、急激なブレーキがかかることを防ぐこと
ができる。従って、同期電動機が安全に回転する。

【０１９９】（数３）において、基準ｅ_refを大きく設
定すると判断値Ｈ_anは小さくなる。

【０２００】そして、（数１５）の演算によって求めら
れるｄ軸電流の指令値ｉ_d ^*は小さい値に落ちつく。反対
に、基準ｅ_refを小さく設定すると判断値Ｈ_anは大きく
なる。これは、基準ｅ_refの設定によってｄ軸電流の指
令値ｉ_d ^*の落ちつく値が制御されることを示している。
そのため、基準ｅ_refが大きく設定されると、ｉ_d ^*が流
れにくい高効率な制御ができる。一方、基準ｅ_refが小
さく設定されると、ｄ軸電流の指令値ｉ_d ^*が多く流れト
ルク指令に忠実な制御ができる。そこで、力行の場合は
基準ｅ_refを大きく設定し、同期電動機１００が高効率
に制御される。回生の場合は基準ｅ_refを小さく設定す
ることによって、トルク指令に忠実な、つまり急にブレ
ーキがかからないように、同期電動機１００が制御され
る。

【０２０１】図２および図９に示すように、力行の場合
のｑ軸電流ｉ_qの符号は、回生の場合のｑ軸電流ｉqの符
号と異なる。そして、運転状態が変わったときにはｑ軸
電流ｉ_qの符号が変わり、最小限必要とされるｄ軸電流
ｉ_dが一瞬のうちに変化する。実際は、図２および図９
から分かるように、Ｒ・ｉ_qに着目すると力行のとき必要
とされるｄ軸電流ｉ_dよりも回生のとき必要とされるｄ
軸電流ｉ_dのほうが少ない。

【０２０２】そのため、力行から回生に前記運転状態が
変化したときは、最小限必要とされるｄ軸電流ｉ_dが減
少し、回生から力行に前記運転状態が変化したときは、
最小限必要とされるｄ軸電流ｉ_dは増加する。このよう
なｄ軸電流ｉ_dの変化に迅速に対応するためには、運転
状態が変化したときに、演算式やテーブルなどに基づい
てｄ軸電流の指令値ｉ_d ^*を変化させることが必要であ
る。

【０２０３】具体的には（数１６）のような演算を行
う。

【０２０４】

【数１６】

【０２０５】ここで、Ｋa、Ｋbは比例定数であり、ω₀
は弱め界磁制御をしないときの最大回転数である。な
お、（数１７）のような演算を用いてもよい。

【０２０６】

【数１７】

【０２０７】ここで、ｄ軸電流の新指令値ｉ_d ^*newは、
運転状態が変化した後に新たに設定されるｄ軸電流の指
令値ｉ_d ^*である。ｉ_d ^*prevは運転状態が変化する前のｄ
軸電流の指令値ｉ_d ^*である。ｉ_q ^*prevは、運転状態変化
前のｑ軸電流の指令値ｉ_q ^*である。ｉ_q ^*nowは、運転状
態変化後のｑ軸電流の指令値ｉ_q ^*である。また、Ｋc、
Ｋdは定数である。このような設定を行うことにより、
運転状態の変化に対して、ｄ軸電流ｉ_dを迅速に応答さ
せることができる。

【０２０８】なお、（数１６）および（数１７）などを
用いて、ｄ軸電流の指令値ｉ_d ^*を変化させるのは、運転
状態が変化した後１回のみである。２回目以降では、ｄ
軸電流の指令値ｉ_d ^*は（数１５）を用いて決定される。

【０２０９】すでに、逆突極ロータに関しては、総合ｄ
軸電流の指令値ｉ_d ^*＝リラクタンストルク分のｄ軸電流
の指令値ｉ_d ^*＋弱め界磁分のｄ軸電流の指令値ｉ_d ^*で与
えられることはすでに述べた。（同期電動機１００の安
定は、力行のｄ軸電流変化割合と制動トルクの許容値と
に影響されるが、同期電動機１００はほぼ安定に動作す
る）。

【０２１０】しかし、トルク指令であるｑ軸電流の指令
値ｉ_q ^*が小さくなると、リラクタンストルク分のｄ軸電
流の指令値ｉ_d ^*が小さくなる。その結果、総合ｄ軸電流
の指令値ｉ_d ^*が小さくなる。そこで、弱め界磁領域で、
ｉ_q ^*が大きい所から減少してゆき回生に急激に変化する
場合に制動トルクの許容値が小さいと制動トルク許容値
をオーバーする恐れがある。そのため、ｑ軸電流の指令
値ｉ_q ^*が、急激に小さくなる場合、ｑ軸電流の指令値ｉ
_q ^*に連動して、ｄ軸電流の指令値ｉ_d ^*が急激に減少する
のを抑える。すなわち、リラクタンストルク分のｄ軸電
流の指令値ｉ_d ^*は減少せず、弱め界磁分のｄ軸電流の指
令値ｉ_d ^*のみ減少するように、制御装置に動作させる。
このことによって、総合ｄ軸電流の指令値ｉ_d ^*が急激に
減少することを避けることができる。また、同期電動機
１００を安全に動作させる許容値内で、制動トルクが発
生する。

【０２１１】また、リラクタンストルクを利用できるロ
ータ構造において、力行回生判断手段４２０が回生を出
力している場合を考える。例えば、弱め界磁分のｄ軸電
流が同期電動機１００に供給されている場合は、d軸電
流によって、リラクタンス制動トルクが発生する。そこ
で、一定の制動トルクを同期電動機１００に与えたい場
合は、リラクタンス制動トルクを得るために新たにｄ軸
電流として使用される量だけ、ｑ軸電流の量を少なく
（ｑ軸電流の振幅を小さく）与えることによって一定の
制動トルクが得られ、安定した運転が実現する。

【０２１２】第５の実施例本発明の第５の実施例について図面を参照しながら説明
する。

【０２１３】本発明の第５の実施例は、制動トルクによ
って発生する回生電流を多く得ることができ、高効率化
が可能な永久磁石同期電動機１００の制御装置である。

【０２１４】図１１は、本発明の第５の実施例の構成を
示すブロック図である。第５の実施例は、第４の実施例
に速度検出手段２５４を付加し、変化割合出力手段４２
２、電流検出手段１０２、誤差出力手段１０４、判断値
出力手段１０６、基準出力手段１０８を削除したもので
ある。また、第５の実施例のｑ軸電流指令手段５３０
は、第４の実施例のｑ軸電流指令手段１３０と異なる。

【０２１５】以上のように構成された永久磁石同期電動
機１００の制御装置についてその動作を説明する。第５
の実施例では、フィードバック制御を行わず、ｄ軸電流
ｉ_d ^*、ｑ軸電流ｉ_q ^*をテーブル等で与えることによっ
て、同期電動機１００が制御される。

【０２１６】すでに述べた実施例と異なる所は、ｄ軸電
流指令手段５１０がｑ軸電流指令手段５３０から出力さ
れるｑ軸電流の指令値ｉ_q ^*および速度検出手段２５４か
ら出力される回転数に基づいてｄ軸電流の指令値ｉ_d ^*を
テーブルや演算式で与えることである。

【０２１７】ここで、力行回生判断手段４２０が、回生
を出力し、弱め界磁を発生させない場合、ｄ軸電流の指
令値を零にし、あるいは力行のｄ軸電流の指令値の符号
とは、逆の符号でｄ軸電流の指令値を出力する。第５の
実施例は、リラクタンストルクを利用できる構造の同期
電動機の場合に有効である。なぜなら、（数１３）から
明らかなように回生の場合、ｉ_q＜０、ｉ_d＜０とする
と、第１項のマグネットトルクは制動トルクとして働
く。しかし、リラクタンストルクは力行に働くこととな
る。その結果、総合制動トルクが小さくなり、制動トル
クに対する回生電流を多くすることができる。

【０２１８】なお、第５の実施例では、フィードバック
制御を用いていないが、上述した制御は、フィードバッ
ク制御においても適用できることは言うまでもない。す
なわち、判断値出力手段が出力する値が負の場合、弱め
界磁領域でないとみなし、同様にｄ軸電流の指令値を零
にし、あるいは力行のｄ軸電流の指令値の符号とは、逆
の符号でｄ軸電流の指令値を出力する。

【０２１９】判断値出力手段が出力する値が正の場合、
制動トルクを制御するために、ｉ_d＞０とすることはす
でに述べた通りである。

【０２２０】第６の実施例次に、本発明の第６の実施例について、図面を参照しな
がら説明する。本発明の第６の実施例は、同期電動機１
００に供給される電圧を測定し、その電圧をもとにｄ軸
電流の指令値の最大値を決定し、高効率化が可能な永久
磁石同期電動機１００の制御装置である。

【０２２１】図１２は、本実施例電動機の制御装置の構
成を示すブロック図である。第６の実施例は、第１の実
施例に電圧測定手段６４０とｄ軸電流最大値出力手段６
４２を付加したものである。付加した手段を除く手段
は、第１の実施例で述べたものと同様である。そこで、
同様の動作を行うものについては説明を省略する。図１
２に示される第６の実施例の動作を以下に説明する。

【０２２２】同期電動機１００に供給される電圧Ｖを電
圧測定手段６４０によって測定し、出力する。そして、
電圧Ｖはｄ軸電流最大値出力手段６４２に入力される。
ｄ軸電流最大値出力手段６４２では電圧Ｖからｄ軸電流
最大値ｉ_d ^*maxを演算し、出力する（ｉ_d ^*maxは、後述す
る（数１８）等で計算される）。なお、図４に示すイン
バータの端子ａと端子ｂとの間の電圧を測定しても、電
圧Ｖは得られる。

【０２２３】そして、ｄ軸電流最大値ｉ_d ^*maxはｄ軸電
流指令手段１１０に入力され、（数６）の演算をすると
きに用いられる。

【０２２４】以降の動作は、第１の実施例と同様であり
省略する。

【０２２５】以上のように、同期電動機１００に供給さ
れる電圧によって、ｄ軸電流の指令値の最大値を変化さ
せることができる。このことによって、最適な総電流を
生成するためのｄ軸電流を与えることができる。

【０２２６】バッテリなどの電源を使っている場合、放
電が進むにつれ端子電圧が下がっていく。そのため、同
期電動機１００に供給される電圧は小さくなり、同期電
動機１００に流すことができる総電流は小さくなる。こ
こで、ｄ軸電流の最大値が一定の場合、総電流に対する
ｄ軸電流の割合は大きくなり、ｄ軸電流を流し過ぎてい
る。第１の実施例を説明するところで述べたように、ｄ
軸電流は必要最小限で流れればよく、ｄ軸電流を流し過
ぎていることは効率の悪化を示している。同期電動機１
００に供給される電圧が小さくなればなるほど、ｄ軸電
流の指令値の最大値を小さくすればよい。

【０２２７】具体的には（数１８）のように演算を行
う。

【０２２８】

【数１８】

【０２２９】ここで、Ｋbatteryは定数である。なお、
ｉ_d ^*maxが電圧Ｖに関する他の関数やテーブルで与えて
もよいことは言うまでもない。

【０２３０】また、同期電動機に印加される電圧が小さ
くなると、ｄ軸電流の指令値の最大値が小さくなる。こ
のことによって、最適な総電流を生成するためのｄ軸電
流を与えることができ、効率の悪化を防ぐという効果が
ある。

【０２３１】上述した構成を、実施例５で述べたフィー
ドバックを用いない構成に適用してもよい。この場合、
同様に効率の悪化を防ぐという効果がある。

【０２３２】第７の実施例次に、本発明の第７の実施例について、図面を参照しな
がら説明する。第７の実施例は、運転状況を決定しそれ
に応じた基準を設定することで、様々な運転状況の実現
が可能である。

【０２３３】図１３は、第７の実施例の構成を示すブロ
ック図である。第７の実施例は、第１の実指例に運転状
況決定手段７５０を付加したものである。第１の実施例
の基準出力手段１０８は、第７の実施例の基準出力手段
７０８とは異なる。第１の実施例と同じ構成には、同じ
番号を付し、動作の説明を省略する。

【０２３４】図１３に示される第７の実施例の動作につ
いて説明する。まず、基準値、ｄ軸電流の指令値、運転
状況の関係を説明する。基準値を変化させるとｄ軸電流
の指令値が変化する。なぜなら、基準値が大きいという
ことは大きな飽和度（電流誤差）を許すということであ
り、十分なｄ軸電流が同期電動機１００に流れていなく
てもよいということである。したがって、基準値が大き
いとｄ軸電流の指令値は小さくなる。このことは（数
６）の性質からも明らかである。反対に、基準値が小さ
いとｄ軸電流の指令値は大きくなる。このように基準値
を変化させることにより、ｄ軸電流の指令値を制御する
ことができる。

【０２３５】ここで、トルクが必要なときは、効率は落
ちるがトルク重視の運転状況を選択し、その運転状況に
見合った基準値を与える。この基準値に基づいて、ｄ軸
電流の指令値を生成し、必要なトルクが実現される。一
方、通常運転においては高効率な効率重視の運転状況を
選択し、その運転状況に見合った基準値を与える。この
基準値に基づいて、ｄ軸電流の指令値を生成し、高効率
が実現される。以上の考え方に基づき同期電動機１００
の制御が行われる。

【０２３６】運転状況決定手段７５０は、運転状況とし
て、効率重視の運転状況およびトルク重視の運転状況の
２つのうち１つを出力する。例えば、この運転状況の設
定は外部スイッチで容易に切換可能である。そして、運
転状況は、基準出力手段７０８に入力される。基準出力
手段７０８は、運転状況に応じて基準値を決定する。具
体的には、理論式や実験によりテーブルが予め作成され
る。そのテーブルによりそれぞれの運転状況とそれぞれ
の基準値を対応させる。そして、対応した基準値が出力
され判断値出力手段１０６に入力される。

【０２３７】以降の動作は、第１の実施例と同様であり
説明を省略する。

【０２３８】このように、普段は同期電動機１００が高
効率で運転され、トルクが必要なときだけトルク重視の
運転状況が選択され、必要トルクが出力される。

【０２３９】なお、運転状況決定手段７５０は、２つの
運転状況しか出力し得なかったが、２つ以上の運転状況
のうちから１つの運転状況を出力してもよいことは言う
までもない。

【０２４０】次に、運転状況決定手段が、予め設定され
た合成電流値の最大値以上の指令を与える場合にトルク
重視と判断すると、基準出力手段は効率重視の場合より
小さい基準値を出力する。これにより、総合電流指令値
の値によって自動的にトルク重視と効率重視設定との切
換が可能となる。なお、図１４では、トルク重視の領域
および効率重視の領域が、弱め界磁制御を行ったときに
発生する領域である。また、通常領域とは、図１４の斜
線で示した領域である。

【０２４１】なお、合成電流ではなく、トルク電流また
はトルク電流と回転数との２つの信号を用いてトルク重
視と効率重視設定を自動的に切り換えても同様の効果を
有することは言うまでもない。

【０２４２】すでに述べたように、効率は、ｄ軸電流ｉ
_dが多くなるほど悪くなる。そこで、効率重視運転が、
外部スイッチ等によって指令された場合は、下記１〜３
の対応が考えられる。

【０２４３】１．合成電流の最大値を小さくする。

【０２４４】２．同期電動機１００の最大回転数を低く
する。

【０２４５】３．ｉ_qに対するｉ_dの比率（電流位相の進
み角）の最大値を小さくする。すなわちトルク重視に比
べｉ_dの最大値を小さく抑えることで効率化が図れるこ
ととなる。

【０２４６】上記１〜３の各々の非突極電動機の動作範
囲を図１５(a)〜(c)に示す（図１５は、トルクと回転数
との関係を示している）。図１５(a)〜(c)に示すよう
に、同期電動機１００がトルク重視または効率重視で制
御されてもよい。

【０２４７】なお、上記構成は、実施例５で述べたフィ
ードバックを用いない構成にも適用できることはいうま
でもない。

【０２４８】第８の実施例次に、本発明の第８の実施例について説明する。第８の
実施例は、ｄ軸電流の判断値とｑ軸電流の基準値を別々
に設定したものであり、ｄ軸電流の整定値とｑ軸電流の
整定値を別々に制御することが可能である。

【０２４９】図１６は、第８の実施例の構成を示すブロ
ック図である。第８の実施例は、第１の実施例から判断
値出力手段１０６と基準出力手段１０８を削除し、ｄ軸
判断値出力手段８０６、ｑ軸判断値出力手段８０７、ｄ
軸基準出力手段８０８、ｑ軸基準出力手段８０９、およ
びｑ軸電流変更手段８３１を付加したものである。第８
の実施例のｄ軸電流指令手段８１０およびｑ軸電流指令
手段８３０は、第１の実施例のｄ軸電流指令手段１１０
およびｑ軸電流指令手段１３０と異なる。

【０２５０】第１の実施例と同じ構成には同じ番号を付
し、動作の説明は省略する。

【０２５１】第８の実施例の動作について以下に説明す
る。

【０２５２】飽和度出力手段１０４では、実際の電流指
令値ｉ^*（ｔ）から検出電流値ｉ（ｔ）を減算した電流
誤差ｅ（ｔ）が積分され、出力される。積分された値
は、ｄ軸判断値出力手段８０６とｑ軸判断値出力手段８
０７に入力される。ｄ軸判断値出力手段８０６は、（数
１９）に示すように電流誤差ｅ（ｔ）の積分値からｄ軸
基準出力手段８０８に設定された基準ｅ_refdが減算され
る。ｄ軸判断値出力手段８０６は、減算された結果であ
る判断値Ｈ_andを出力する。

【０２５３】また同様に、ｑ軸判断値出力手段８０７は
（数１９）に示すように、電流誤差ｅ（ｔ）の積分値か
ら、ｑ軸基準出力手段８０９に設定された基準ｅ_refqを
減算する。ｑ軸判断値出力手段８０７は、減算された結
果である判断値Ｈ_anqを出力する。

【０２５４】

【数１９】

【０２５５】なお、第１の実施例と同様に、誤差の半周
期Ｔ／２を用いた（数２０）や、速度ωを用いた（数２
１）の演算によって基準ｅ_refd、ｅ_refqを求め出力す
る。

【０２５６】

【数２０】

【０２５７】

【数２１】

【０２５８】以下、第１の実施例と同様に、ｄ軸電流指
令手段８１０によって、ｄ軸電流の指令値が決定され
る。ただし、（数６）におけるＨ_anは、第８の実施例の
場合Ｈ_andと置き換える。

【０２５９】ところで、非突極性モータの場合は、一般
的にｄ軸電流ｉ_dが少ないほど効率が良い。そこで最大
特性は少し抑えられるが効率の低下を防ぐため、ｄ軸電
流値の上限値を最大電流値の２分の１程度に抑えている
場合がある。このような場合、ｄ軸電流が小さく抑えら
れるため、指令されたｑ軸電流を流すことはできない。
そこで、ｑ軸電流の指令値を以下のように決定すればよ
い。

【０２６０】ｑ軸電流指令手段８３０は、（数８）の演
算等によって与えられるｑ軸電流の指令値ｉ_q ^*_oを出力
し、ｑ軸電流変更手段８３１に入力する。（数２２）に
示すように、ｑ軸判断値出力手段８０７から出力される
判断値Ｈ_anqが正であり、ｄ軸電流の指令値の上限がｉ_d
^*maxの場合は、ｑ軸電流変更手段８３１が、ｄ軸電流変
更と同様の演算によって、実際に与えるｑ軸電流の指令
値ｉ_q ^*を前回のｑ軸電流の指令値から減少させる。判断
値が負であり、ｄ軸電流の指令値が上限ｉ_d ^*maxであ
り、かつ変更指令値ｉ_q ^*(i)がｉ_q ^*_o以下である場合、
ｑ軸電流変更手段８３１が、ｑ軸電流の指令値を増加す
ることによって、ｑ軸電流の指令値ｉ_q ^*を実際に同期電
動機１００に供給することが可能な電流値として与える
ことができる。

【０２６１】また、上記の条件に合わない場合は、ｑ軸
電流変更手段８３１は、ｉ_q ^*_oを変更せずに、ｑ軸電流
の指令値として電流指令手段１３６に出力する。

【０２６２】

【数２２】

【０２６３】ここでｑ軸電流の指令値ｉ_q ^*(i)およびｉ_q
^*(i-1)は、今回と前回とのｑ軸電流ｉqの指令値を表
す。

【０２６４】次に、２つの基準値を変化させ電流の指令
値が制御されることによって以下の効果が生じる。ここ
で、ｄ軸電流の基準値とｑ軸電流の基準値とが同じであ
ると、ｄ軸電流の指令値とｑ軸電流の指令値とを別々に
制御することはできない。しかし、ｄ軸電流の基準値と
ｑ軸電流の基準値を別々に与えることによって、ｄ軸電
流の判断値とｑ軸電流の判断値とをそれぞれ出力するこ
とができる。従って、第８の実施例では、ｄ軸電流の指
令値とｑ軸電流の指令値とを別々に制御することができ
る。

【０２６５】次に、必要なｄ軸電流がｉ_d ^*maxよりも少
しだけ大きく、（数６）によりｄ軸電流が大きくなりつ
つある状態を考える。ｄ軸電流ｉ_d ^*が小さいため電流誤
差が大きく、ｄ軸判断値が正であるために、（数６）に
よりｄ軸電流ｉ_d ^*が大きくなっていく傾向にある。やが
て、ｄ軸電流の指令値ｉ_d ^*は、ｉ_d ^*maxに達する。

【０２６６】もし、ｄ軸電流の基準値とｑ軸電流の基準
値が同じであるなら、ｄ軸電流の判断値とｑ軸電流の判
断値は同じになる。ｑ軸判断値が正であるため、（数２
２）によってｑ軸電流の指令値ｉ_q ^*は減少する。そし
て、ｑ軸電流の指令値ｉ_q ^*が少しだけ小さな値になった
ところで整定する。もし、この制御系にノイズがはいる
などして電流誤差が小さくなると、ｑ軸電流の指令値ｉ
_q ^*が増加し、ｉq*_oよりも大きくなる。一方、ｄ軸電流
の指令値ｉ_d ^*は減少する。このように、ノイズが本発明
の制御装置に加わった結果、ｄ軸電流の指令値ｉ_d ^*の制
御とｑ軸電流の指令値ｉ_q ^*の制御を繰り返し行うように
なる。

【０２６７】また、電流誤差が大きいため、（数２２）
に従い、ｄ軸電流の指令値ｉ_d ^*が小さくなる。この結
果、電流誤差が小さくなり、（数２２）に従いｑ軸電流
の指令値ｉ_q ^*が大きくなる。ｑ軸電流の指令値ｉ_q ^*がｉ
_q ^*_oよりも大きくなるため、ｑ軸電流の指令値ｉ_q ^*がｉ
_q ^*_oに設定される。一方、（数６）によって、ｄ軸電流
の指令値ｉ_d ^*は小さくなる。その結果、電流誤差が再び
大きくなるというようにｄ軸電流の指令値ｉ_d ^*の制御と
ｑ軸電流の指令値ｉ_q ^*がの制御を繰り返し行うようなこ
ともある。

【０２６８】そこで、ｄ軸電流の基準値がｑ軸電流の基
準値よりも小さく、前段落と同じ状態、つまり、必要な
ｄ軸電流がｉ_d ^*maxよりも少しだけ大きく、（数６）に
よりｄ軸電流が大きくなりつつある状態を考える。ｄ軸
判断値が正であるために、（数７）によりｉ_d ^*が大きく
なっていく。やがて、ｄ軸電流の指令値ｉ_d ^*は、ｉ_d ^*ma
xに達する。ここで、ｄ軸電流の基準値が、ｑ軸電流の
基準値よりも小さいため、ｑ軸判断値は負になる。その
ため、ｑ軸電流の指令値ｉ_q ^*は増加しようとする。しか
し、ｑ軸電流の指令値ｉ_q ^*がｉ_q ^*_oよりも大きくなるた
め、結局、ｑ軸電流の指令値ｉ_q ^*はｉq*_oに保たれる。

【０２６９】上述したように、ノイズによって多少電流
誤差が変動しても、ｑ軸電流の指令値ｉ_q ^*は変化しな
い。よって、ｄ軸電流の指令値ｉ_d ^*の制御とｑ軸電流の
指令値ｉ_q ^*の制御を繰り返し行うことがなくなる。

【０２７０】このようにｄ軸電流の基準値をｑ軸電流の
基準値よりも小さくすると、いわゆる遊びと同じ効果も
持ち、安定した制御ができることとなる。

【０２７１】第９の実施例次に、本発明の第９の実施例について図面を参照しなが
ら説明する。第９の実施例は、上述した制御装置に異常
が生じた場合にも同期電動機の駆動が可能な制御装置で
ある。

【０２７２】図１７は、第９の実施例のブロック図を示
している。

【０２７３】第９の実施例は、第１の実施例に速度検出
手段、第１のｄ軸電流指令手段９１０、第２のｄ軸電流
指令手段９１１、異常検出手段９６０、ｄ軸電流選択手
段９６２を付加し、ｄ軸電流指令手段１１０を削除した
ものである。第１の実施例と同様の構成要素には、同じ
番号を付し、その動作の説明については省略する。

【０２７４】まず、第１のｄ軸電流指令手段９１０は、
第１の実施例で述べたｄ軸電流指令手段１１０と同様の
動作を行ってｄ軸電流の指令値を出力する。また、第２
のｄ軸電流指令手段９１１は、第５の実施例で述べたｄ
軸電流指令手段５１０と同様の動作を行ってｄ軸電流の
指令値を出力する。このように、第９の実施例は、２つ
のｄ軸電流指令手段を有している。異常検出手段９１０
は、回路や動作の異常及びその異常箇所を検出する。Ｃ
ＰＵ動作が異常の場合は、同期電動機１００が固定され
た電流位相で動作させる（図では示してないが、一般に
は、モータの位置検出信号に同期させることで容易に固
定した位相は出力可能である）。また制御を行うための
積分器回路部だけが異常である場合は、予め設定された
回転数やトルク指令電流から求められるテーブルから与
えられるｄ軸電流の指令値が与えられればよい（当然固
定電流位相で動作させても良い）。通常は、ｄ軸電流選
択手段９６２は、フィードバック制御を行う第１のｄ軸
電流指令手段９１０から出力される前記ｄ軸指令値を選
択する。しかし、異常検出手段９６０から異常が検出さ
れた場合には、ｄ軸電流選択手段９６２は第２のｄ軸電
流指令手段９１１から出力される前記ｄ軸指令値を選択
する。

【０２７５】なお、異常検出手段９１０が検出する異常
には、センサー（電流検出手段１０２および速度検出手
段２５４）の異常も含まれる。

【０２７６】以上により、異常が生じた場合にもｄ軸電
流指令が可能となり同期電動機１００は継続して動作す
ることが可能となる。

【０２７７】なお、異常動作検出手段９６０を単に制御
動作の切り替え用としてスイッ等で構成し、出荷時など
で制御以外の基本動作確認を行いたい場合、テーブル制
御への切り替え手段として用いても良い。

【０２７８】なお、ここまで個々の実施例は個々の手段
を付加した場合について個々に述べてきた。ここで、こ
れら各々の手段を組み合わせた構成とすることによっ
て、各々の組み合わされた効果が得られることは言うま
でもない。

【０２７９】なお、上記実施例では、同期電動機の固定
子に電流が流れると記した。同期電動機の固定子とは、
交流電流を流したとき回転磁界を発生させる同期電動機
の巻線を意味している。たとえば、永久磁石が固定され
動かない場合は、同期電動機の固定子とは、電機子のこ
とである。

【０２８０】

【発明の効果】本発明によれば、少なくとも次の効果が
得られる。

【０２８１】ｄ軸電流指令手段が、同期電動機の運動状
態によってｄ軸電流指令値を最適値に調整するので、経
時変化または環境変化等の特性変動が生じても、同期電
動機を高効率で運転させることが可能である。また、電
流初期値出力手段が、テーブル等で設定されたｄ軸電流
指令値の初期値を有することによって、ｄ軸電流指令値
が目的のｄ軸電流指令値に収束する時間が短縮される。
更に、力行回生判断手段が、同期電動機の力行または回
生状態を検出することによって、力行および回生におい
て最適なｄ軸電流を与えることができる。電圧測定手段
が、同期電動機に供給される電源電圧を測定することに
よって、フィードバック制御を用いなくても、同期電動
機を制御することができる。さらに、電源がバッテリな
どから形成されている場合において、その電源の電圧が
降下しても、適正なｄ軸電流指令値を生成することがで
きる。

【０２８２】また、効率重視とトルク重視との運転状況
を決定し、各々の運転状況によって基準値を切り換える
ことにより、様々な運転が可能になる。また、ｄ軸電流
とｑ軸電流とを別々に制御することができるので、ｄ軸
電流指令値の応答性とｑ軸電流指令値の応答性とのそれ
ぞれをよくすることができる。

【０２８３】フィードバック制御を行うための回路また
はシステムに異常が生じた場合であっても、第２のｄ軸
電流指令手段が予め定められた値に基づいてｄ軸電流を
指令するので、同期電動機を制御することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の永久磁石同期電動機の制御装置の第１
の実施例の構成を示すブロック図である。

【図２】(a)から(c)は、力行時における弱め界磁制御の
説明のためのベクトル図である。

【図３】(a)は、比例積分器示す図であり、(b)および
(c)は、前記比例積分器に入力される相電流指令値およ
び実際の相電流を示す図である。

【図４】電流印加手段の詳細図である。

【図５】飽和している場合としていない場合のＰＷＭ信
号を示す図である。

【図６】(a)および(b)は、非突極電動機ロータおよび逆
突極電動機ロータの図である。

【図７】本発明の第２の実施例の制御装置の構成を示す
ブロック図である。

【図８】本発明の第３の実施例の制御装置の構成を示す
ブロック図である。

【図９】(a)から(c)は、回生時における弱め界磁制御の
説明のためのベクトル図である。

【図１０】本発明の第４の実施例の制御装置の構成を示
すブロック図である。

【図１１】本発明の第５の実施例の制御装置の構成を示
すブロック図である。

【図１２】本発明の第６の実施例の制御装置の構成を示
すブロック図である。

【図１３】本発明の第７の実施例の制御装置の構成を示
すブロック図である。

【図１４】弱め界磁領域における効率重視設定とトルク
重視設定の自動切り換えの領域を示す図である。

【図１５】(a)から(c)は、効率重視設定とトルク重視設
定の自動切り換えの動作範囲図である。

【図１６】本発明の第８の実施例の制御装置の構成を示
すブロック図である。

【図１７】本発明の第９の実施例の制御装置の構成を示
すブロック図である。

【符号の説明】

１００同期電動機１０２電流検出手段１０４飽和度出力手段１０６判断値出力手段１０８、２０８、７０８基準出力手段１１０、２１０、３１０、５１０、８１０ｄ軸電流指
令手段１３０、２３０、５３０、８３０ｑ軸電流指令手段１３６電流指令手段１３８入力印加手段２５０変更タイミング出力手段２５２ｄ軸電流変更手段２５４速度検出手段２５６ｄ軸電流更新手段３４０電流初期値出力手段３７０ｑ軸電流変化量手段４２０力行回生判断手段４２２変化割合出力手段６４０電圧測定手段６４２ｄ軸電流最大値出力手段７５０運転状況決定手段８０６ｄ軸判断値出力手段８０７ｑ軸判断値出力手段８０８ｄ軸基準出力手段８０９ｑ軸基準出力手段８３１ｑ軸電流変更手段９１０第１のｄ軸電流指令手段９１１第２のｄ軸電流指令手段９６０異常検出手段９６２ｄ軸電流選択手段

フロントページの続き (72)発明者玉木悟史大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直軸固定子電流であるｄ軸電流の指令値
と横軸固定子電流であるｑ軸電流の指令値とから演算さ
れた固定子の各相電流指令値を出力する電流指令手段
と、該各相電流指令値に基づき各相に電流を供給する入力印
加手段と、該入力印加手段が該各相に電流をさらに供給できる割合
を示す飽和度を生成する飽和度出力手段と、飽和度の基準値を出力する基準出力手段と、該飽和度から該飽和度の基準値を減算した判断値を計算
する判断値出力手段と、該判断値が正の場合、電流位相を進め、該判断値が零に
なるように該ｄ軸電流の指令値を増加させ、該判断値が
負の場合、該ｄ軸電流の指令値を減少し、減少したｄ軸
電流の指令値が設定された最小値を越えて減少したと
き、該ｄ軸電流の指令値を該最小値に保持するｄ軸電流
指令手段と、該ｑ軸電流の指令値を与えるｑ軸電流指令手段と、を備える永久磁石同期電動機の制御装置。
【請求項２】前記飽和度出力手段が、前記少なくとも
１つの固定子の相電流指令値と、前記永久磁石同期電動
機の相電流の値との差に基づいて前記飽和度を生成す
る、請求項１記載の永久磁石同期電動機の制御装置。
【請求項３】前記飽和度出力手段が、前記ｑ軸電流の
指令値と、該永久磁石同期電動機の固定子に流れるｑ軸
電流の値との差を積分した値に基づいて前記飽和度を生
成する、請求項１記載の永久磁石同期電動機の制御装
置。
【請求項４】前記飽和度出力手段が、前記差を積分す
るための積分器を備え、該積分器が前記積分する割合を
調整するために、前記制御装置に変更可能な素子を有す
る、請求項３記載の永久磁石同期電動機の制御装置。
【請求項５】前記飽和度出力手段が、少なくとも１つ
の電流指令値に基づいて演算したトルク指令値と、前記
永久磁石同期電動機の実際のトルクとの差に基づいて、
前記飽和度を生成する、請求項１記載の永久磁石同期電
動機の制御装置。
【請求項６】前記飽和度出力手段が、少なくとも１相
の電流指令値を積算演算した値と、前記永久磁石同期電
動機の固定子に流れる、該相電流指令値を積算演算した
値との差に基づいて前記飽和度を生成する、請求項１記
載の永久磁石同期電動機の制御装置。
【請求項７】前記判断値が正である場合、前記ｄ軸電
流指令手段が前記ｄ軸電流の指令値を増加させ、該増加
させたｄ軸電流の指令値が予め設定された最大値より大
きいとき、該ｄ軸電流指令手段が該ｄ軸電流の指令値を
該予め設定された最大値に設定し、該判断値が負である場合、該ｄ軸電流指令手段が該ｄ軸
電流の指令値を減少させ、該減少させたｄ軸電流の指令
値が予め設定されたｄ軸最小値より小さいとき、該ｄ軸
電流指令手段が該ｄ軸電流の指令値を該予め設定された
最小値に設定する、請求項１記載の永久磁石同期電動機
の制御装置。
【請求項８】前記ｄ軸電流指令手段が、前記判断値が
正である場合、前記ｄ軸電流の指令値を増加させ、該判
断値が負である場合、該ｄ軸電流の指令値を減少させ、
該減少させた該ｄ軸電流の指令値が予め設定されたｄ軸
最小値より小さいとき、該ｄ軸電流の指令値を該予め設
定された最小値に設定し、前記ｑ軸電流指令手段が、該ｄ軸電流の指令値と該ｑ軸
電流の指令値とをベクトル加算した合成電流値の予め設
定された最大値から該ｄ軸電流の指令値をベクトル減算
した値および前記ｑ軸電流の指令値のうち小さい値を該
ｑ軸電流の指令値にする、請求項１記載の永久磁石同期
電動機の制御装置。
【請求項９】前記制御装置が、前記永久磁石同期電動
機の回転速度を検出する速度検出手段と、ある一定期間の間、前記ｄ軸電流の指令値が一定範囲内
の値であり、該回転速度が一定範囲内の値である場合、
強制的に該ｄ軸電流の指令値を変更するタイミングを出
力する変更タイミング出力手段と、変更タイミングが出力された場合、該ｄ軸電流の指令値
と前記ｑ軸電流の指令値とを合成した合成電流指令値を
一定の値に保持し、該ｄ軸電流の指令値を変更するｄ軸
電流変更手段と、該ｄ軸電流変更手段が該ｄ軸電流の指令値を変更させた
後、該回転速度が該ｄ軸電流の指令値を変更する前の回
転速度より増加した場合、該ｄ軸電流の指令値を変更し
た後の該ｄ軸電流指令値を用いる動作と、該回転速度が
減少する場合、該ｄ軸電流の指令値を変更する前の該ｄ
軸電流指令値を用いる動作とを、該変更タイミング出力
手段が許可する期間の間繰り返し行い、該ｄ軸電流の指
令値を更新するｄ軸電流更新手段と、をさらに備え、該ｄ軸電流更新手段が該ｄ軸電流の指令値を変更し、か
つ前記判断値が正である場合、該ｄ軸電流更新手段が、
前記基準出力手段の該基準値を新たに演算した基準値に
変更し、該ｄ軸電流更新手段が該ｄ軸電流の指令値を変更し、か
つ該判断値が負である場合、該ｄ軸電流更新手段が、ｄ
軸電流の指令手段に該ｄ軸電流更新手段から出力される
値に基づき、予め設定されたｄ軸電流の最小値、また
は、ｄ軸電流の指令値を演算する式の係数を設定する、
請求項１記載の永久磁石同期電動機の制御装置。
【請求項１０】ｑ軸電流の指令値が予め設定した値以
上に大きく変化した場合、該ｑ軸電流指令値から求めら
れたｄ軸の電流の初期指令値を出力する電流初期値出力
手段をさらに備える、請求項１記載の永久磁石同期電動
機の制御装置。
【請求項１１】前記制御装置は、前記ｄ軸電流の指令
値の変化する割合を決定し出力する変化割合出力手段を
さらに備え、該変化割合出力手段が、予め決められた一定の変化割合
または前記判断値と該ｄ軸電流の指令値から演算した変
化割合を出力し、前記ｄ軸電流指令手段が、該判断値が正の場合、該ｄ軸
電流の指令値を該変化割合に基づいて増加させ、該ｄ軸
電流の指令値が予め設定された最大値を越えて増加した
ときは、該ｄ軸電流の指令値を該予め設定された最大値
に保持し、該判断値が負の場合、該ｄ軸電流の指令値を該変化割合
に基づいて減少させ、該ｄ軸電流の指令値が予め設定さ
れた最小値を越えて減少したときは、該ｄ軸電流の指令
値を該予め設定された最小値に保持する、請求項１記載
の永久磁石同期電動機の制御装置。
【請求項１２】前記判断値が正の場合の前記変化割合
が、該判断値が負の場合の変化割合よりも大きい、請求
項１１記載の永久磁石同期電動機の制御装置。
【請求項１３】前記変化割合出力手段が、少なくとも
２つ以上の変化割合を有し、該少なくとも２つ以上の変
化割合が選択できる、請求項１１記載の永久磁石同期電
動機の制御装置。
【請求項１４】前記制御装置は、前記永久磁石同期電
動機の動作が、力行の状態であるか、または回生の状態
であるかを判断する力行回生判断手段をさらに備え、前記変化割合出力手段が、該判断された状態に基づきｄ
軸電流の指令値を変化させる割合を決定する、請求項１
１記載の永久磁石同期電動機の制御装置。
【請求項１５】前記力行の状態で前記ｄ軸電流の指令
値を変化させる割合が、前記回生の状態で該ｄ軸電流の
指令値を変化させる割合より小さい、請求項１４記載の
永久磁石同期電動機の制御装置。
【請求項１６】前記基準出力手段が、前記力行回生判
断手段の出力に基づき基準値を変化させる、請求項１４
記載の永久磁石同期電動機の制御装置。
【請求項１７】前記ｄ軸電流指令手段が、前記判断値
が正の場合、前記ｄ軸電流の指令値を前記変化割合に基
づいて増加させ、設定された最大値を越えて該ｄ軸電流
の指令値が増加したとき、該ｄ軸電流の指令値に該設定
された最大値を保持させ、該判断値が負の場合、該ｄ軸電流の指令値を該変化割合
に基づいて減少させ、設定された最小値を越えて該ｄ軸
電流の指令値が減少したとき、該ｄ軸電流の指令値に該
最小値を保持させ、前記力行回生判断手段が、力行または回生の運転状態の
変化を示す信号を生成し、前記永久磁石同期電動機の回
転速度および前記ｑ軸電流の指令値の少なくとも１つに
基づき、前記ｄ軸電流の指令値を前回のｄ軸電流の指令
値から変化させる、請求項１４記載の永久磁石同期電動
機の制御装置。
【請求項１８】前記ｄ軸電流指令手段が、前記永久磁
石同期電動機の制動トルクの許容値が予め決められた値
より小さい場合、トルク指令値の減少に応じて生じるリ
ラクタンストルクを発生させるｄ軸電流の減少を抑える
ために、前記ｄ軸電流の指令値を急激に減少させない、
請求項１４記載の永久磁石同期電動機の制御装置。
【請求項１９】直軸固定子電流であるｄ軸電流の指令
値と横軸固定子電流であるｑ軸電流の指令値から求めら
れた固定子の各相電流の指令値を出力する電流指令手段
と、該各相電流指令値に基づき各相に電流を供給する入力印
加手段と、永久磁石同期電動機の動作が力行であるのか、あるいは
該永久磁石同期電動機の動作が回生であるのかの状態を
判断する力行回生判断手段と、該力行回生判断手段が該状態を回生であると判断し、か
つ該永久磁石同期電動機の回転数およびトルクが弱め界
磁領域に属していない場合、該永久磁石同期電動機に零
以上の力行のリラクタンストルクを発生させるために該
ｄ軸電流の指令値を出力するｄ軸電流指令手段と、該ｑ軸電流の指令値を与えるｑ軸電流指令手段と、を備える永久磁石同期電動機の制御装置。
【請求項２０】直軸固定子電流であるｄ軸電流の指令
値と横軸固定子電流であるｑ軸電流の指令値とから演算
された固定子の各相電流指令値を出力する電流指令手段
と、該各相電流指令値に基づき各相に電流を供給する入力印
加手段と、永久磁石同期電動機の動作が力行であるのか、あるいは
該永久磁石同期電動機の動作が回生であるのかの状態を
判断する力行回生判断手段と、該力行回生判断手段が該状態を回生であると判断した場
合、該ｄ軸電流の指令値を与えるｄ軸電流指令手段と、該ｄ軸電流指令が零でない場合、リラクタンストルクが
発生する分、該ｄ軸電流の指令値の増加に応じて該ｑ軸
電流の指令値を小さくするｑ軸電流指令手段と、を備える永久磁石同期電動機の制御装置。
【請求項２１】直軸固定子電流であるｄ軸電流の指令
値と横軸固定子電流であるｑ軸電流の指令値とから演算
された固定子の各相電流指令値を出力する電流指令手段
と、該各相電流指令値に基づき各相に電流を供給する入力印
加手段と、該入力印加手段が該各相に電流をさらに供給できる割合
を示す飽和度を生成する飽和度出力手段と、飽和度の基準値を出力する基準出力手段と、該飽和度から該飽和度の基準値を減算した判断値を出力
する判断値出力手段と、インバータに印可される電圧を測定し、測定した電圧値
を出力する電圧測定手段と、該測定した電圧値に基づき該ｄ軸電流の指令値の最大値
を出力するｄ軸電流最大値出力手段と、該判断値が正の場合、該ｄ軸電流の指令値を増加し、増
加したｄ軸電流の指令値が該ｄ軸電流最大値を越えて増
加したとき、該ｄ軸電流の指令値を該ｄ軸電流最大値に
保持し、該判断値が負の場合、該ｄ軸電流の指令値を減少し、減
少したｄ軸電流の指令値が設定された最小値を越えて減
少したとき、該ｄ軸電流の指令値を該最小値に保持する
ｄ軸電流指令手段と、該ｑ軸電流の指令値を与えるｑ軸電流指令手段と、を備える永久磁石同期電動機の制御装置。
【請求項２２】前記ｄ軸電流最大値出力手段が、前記
測定した電圧値が減少すれば、前記ｄ軸電流の指令値の
最大値を減少させる、請求項２１記載の永久磁石同期電
動機の制御装置。
【請求項２３】直軸固定子電流であるｄ軸電流の指令
値と横軸固定子電流であるｑ軸電流の指令値とから演算
された固定子の各相電流指令値を出力する電流指令手段
と、該各相電流指令値に基づき各相に電流を供給する入力印
加手段と、永久磁石同期電動機に印可される電圧を測定し、測定し
た電圧値を出力する電圧測定手段と、該測定した電圧値が減少すれば、該ｄ軸電流の指令値の
最大値を減少させるｄ軸電流指令手段と、該ｑ軸電流の指令値を与えるｑ軸電流指令手段と、を備える永久磁石同期電動機の制御装置。
【請求項２４】直軸固定子電流であるｄ軸電流の指令
値と横軸固定子電流であるｑ軸電流の指令値とから演算
された固定子の各相電流の指令値を出力する電流指令手
段と、該各相電流指令値に基づき各相に電流を供給する入力印
加手段と、該入力印加手段が該各相に電流をさらに供給できる割合
を示す飽和度を生成する飽和度出力手段と、効率重視の運転状況およびトルク重視の運転状況のうち
１つの該運転状況を出力する運転状況決定手段と、飽和度の基準値を該運転状況に基づき出力する基準出力
手段と、該飽和度から該飽和度の基準値を減算した判断値を出力
する判断値出力手段と、該ｄ軸電流の指令値が、該判断値が正の場合、電流位相
を進め、該判断値が零になるよう該ｄ軸電流の指令値を
増加させるｄ軸電流指令手段と、該ｑ軸電流の指令値を与えるｑ軸電流指令手段と、を備える永久磁石同期電動機の制御装置。
【請求項２５】前記運転状況決定手段が効率重視を出
力する場合の基準値が、該運転状況決定手段がトルク重
視を出力する場合の基準値より大きい、請求項２４記載
の永久磁石同期電動機の制御装置。
【請求項２６】前記基準出力手段は、前記永久磁石同
期電動機の回転数および電流の少なくとも一つがそれぞ
れ予め設定された値を越えた場合、運転状況決定手段が
前記トルク重視と判断し、前記効率重視の場合の基準値
よりも小さい基準値を出力する、請求項２４記載の永久
磁石同期電動機の制御装置。
【請求項２７】直軸固定子電流であるｄ軸電流の指令
値と横軸固定子電流であるｑ軸電流の指令値とから演算
された固定子の各相電流の指令値を出力する電流指令手
段と、該各相電流指令値に基づき各相に電流を供給する入力印
加手段と、効率重視の運転状況およびトルク重視の運転状況のうち
１つの該運転状況を出力する運転状況決定手段と、該効率重視を出力する場合のｄ軸電流の指令値が、該ト
ルク重視を出力する場合のｄ軸電流の指令値より小さ
い、該ｄ軸電流の指令値を与えるｄ軸電流指令手段と、該ｑ軸電流の指令値を与えるｑ軸電流指令手段と、を備える永久磁石同期電動機の制御装置。
【請求項２８】直軸固定子電流であるｄ軸電流の指令
値と横軸固定子電流であるｑ軸電流の指令値とから演算
された固定子の各相電流指令値を出力する電流指令手段
と、該各相電流指令値に基づき各相に電流を供給する入力印
加手段と、該入力印加手段が該各相に電流をさらに供給できる割合
を示す飽和度を生成する飽和度出力手段と、飽和度の基準値を出力する基準出力手段と、基準値を出力する基準出力手段と、該飽和度に応じてｄ軸の基準値を出力するｄ軸基準出力
手段と、該飽和度に応じてｑ軸の基準値を出力するｑ軸基準出力
手段と、該飽和度から該ｄ軸の基準値を減算した値に基づいて、
ｄ軸の判断値を出力するｄ軸判断値出力手段と、該飽和度の処理値から該ｑ軸基準値を減算した値に基づ
いて、ｑ軸の判断値を出力するｑ軸判断値出力手段と、該ｄ軸判断値が正の場合、該ｄ軸電流の指令値を増加さ
せ、増加させた該ｄ軸電流の指令値が設定された最大値
を越えて増加したとき、該ｄ軸電流の指令値を該設定さ
れた最大値に保持し、該ｄ軸判断値が負の場合、該ｄ軸
電流の指令値を減少させ、該減少させたｄ軸電流の指令
値が設定された最小値を越えて減少したとき、該ｄ軸電
流の指令値を該設定された最小値に保持するｄ軸電流指
令手段と、該ｑ軸電流の指令値を与えるｑ軸電流指令手段と、該ｑ軸判断値が正であり、かつ該ｄ軸電流の指令値が該
設定された最大値の場合、該ｑ軸電流指令手段によって
指令されたｑ軸電流の指令値を減少させ、該減少させた
ｑ軸電流の指令値をｑ軸電流変更指令値とし、該ｑ軸判断値が負であり、該ｄ軸電流の指令値が該設定
された最大値であり、かつ該ｑ軸電流変更指令値が該ｑ
軸電流指令手段によって指令されたｑ軸電流の指令値以
下の場合、該ｑ軸電流の指令値を増加させるｑ軸電流指
令変更手段と、を備える永久磁石同期電動機の制御装置。
【請求項２９】前記ｄ軸基準出力手段から出力される
ｄ軸基準値が、ｑ軸基準出力手段から出力されるｑ軸基
準値よりも小さい、請求項２８記載の永久磁石同期電動
機の制御装置。
【請求項３０】直軸固定子電流であるｄ軸電流の指令
値と横軸固定子電流であるｑ軸電流の指令値とから演算
された固定子の各相電流指令値を出力する電流指令手段
と、該各相電流指令値に基づき各相に電流を供給する入力印
加手段と、該入力印加手段が該各相に電流をさらに供給できる割合
を示す飽和度を生成する飽和度出力手段と、効率重視の運転状況およびトルク重視の運転状況のうち
１つの該運転状況を出力する運転状況決定手段と、飽和度の基準値を該運転状況に基づき出力する基準出力
手段と、該飽和度から該飽和度の基準値を減算した判断値を出力
する判断値出力手段と、該判断値が正の場合、電流位相を進め、判断値が零にな
るようｄ軸電流指令を増加させる第１のｄ軸電流指令手
段と、回路あるいは動作の異常を検出する異常検出手段と、予め設定されたテーブルあるいは演算式に基づいて該ｄ
軸電流の指令値を得る第２のｄ軸電流指令手段と、該ｑ軸電流の指令値を与えるｑ軸電流指令手段と、該異常検出手段が回路あるいは動作の異常を検出しない
場合、第１のｄ軸電流指令手段から出力される該ｄ軸指
令値を選択し、該異常検出手段が回路あるいは動作の異
常を検出した場合、第２のｄ軸電流指令手段から出力さ
れる該ｄ軸指令値を選択するｄ軸電流選択手段と、を備える永久磁石同期電動機の制御装置。
【請求項３１】前記飽和度出力手段が、少なくとも１
相の電流と、該少なくとも１相に相当する相の電流指令
値との差を積分した値に基づいて、前記飽和度を生成す
る、請求項１記載の永久磁石同期電動機の制御装置。
【請求項３２】前記飽和度出力手段が、前記差を積分
するための積分器をさらに備え、該積分器が前記積分す
る割合を調整するために前記制御装置に変更可能な素子
を有する、請求項３１記載の永久磁石同期電動機の制御
装置。
【請求項３３】前記判断値が正である場合、前記ｄ軸
電流指令手段が前記ｄ軸電流の指令値を増加させ、該増
加させたｄ軸電流の指令値が予め設定された最大値より
大きいとき、該ｄ軸電流指令手段が該ｄ軸電流の指令値
を該予め設定された最大値に設定し、該判断値が負である場合、該ｄ軸電流指令手段が該ｄ軸
電流の指令値を減少させ、前記永久磁石同期電動機の回
転数が予め設定された回転数以下のとき、該ｄ軸電流指
令手段が該ｄ軸電流の指令値を予め設定された最小値に
設定する、請求項１記載の永久磁石同期電動機の制御装
置。
【請求項３４】前記基準出力手段が、前記各相の電流
指令値および前記永久磁石同期電動機の回転数の少なく
とも１つに基づいて前記基準値を変更する、請求項１記
載の永久磁石同期電動機の制御装置。