JP2005102385A - モーター制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 回生電力の低減を図る。
【解決手段】 交流モーター９に流れる電流を検出する電流検出器８と、交流モーター９の電流を制御するｄｑ軸電流制御部３，４であって、電流検出値ｉd、ｉqを電流指令値ｉd0^＊、ｉq0^＊に一致させるための交流電圧指令値ｖu^＊、ｖv^＊、ｖw^＊を演算するｄｑ軸電流制御部３，４と、交流電圧指令値ｖu^＊、ｖv^＊、ｖw^＊にしたがって交流電圧を交流モーター９に印加する電力変換部７とを備えたモーター制御装置において、交流モーター９を低い効率で駆動するか否かを決定する効率決定部１２と、効率決定部１２で低い効率で交流モーター９を駆動する決定がなされたときに、交流モーター９に流れる電流の高周波数成分を増加させる電流加工部２を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は交流モーターの制御装置に関し、特に、回生電力の低減を図るものである。

モーターから発生する回生電力をモーター内部で消費し、図１３に示すようにモーターからの回生電力によるインバーターのＤＣリンク電圧の上昇を抑制するようにしたモーター制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

この出願の発明に関連する先行技術文献としては次のものがある。
特開２００１−０９５３００号公報

しかしながら、上述した従来のモーター制御装置では、モーター内部の銅損を増加させることによって回生電力を低減しているので、ｄ軸電流を大きく増加する必要がある。ところが、ＩＰＭ（埋込磁石）モーターでは、ｄ軸電流を負の方向に大きくするとリラクタンストルクが増加するため、トルクを所望の値に維持したまま回生電力を低減しようとすると、回生電力の低減幅がより小さくなるという問題がある。

図１４により、この問題を詳しく説明する。図１４は、モーター電流をｄｑ座標上に表したものであり、図中のトルク一定ライン上のどこでも、その点におけるｄ軸電流とｑ軸電流をモーターに流せばトルクが一定になる。また、原点からの距離が電流の大きさを表している。トルク一定ライン上で原点からの距離が最も短い動作点（図中で“最高効率点”と記した点）では、銅損が最少となる。したがって、この近傍の動作点が最高効率点となる。

上述した従来のモーター制御装置では、例えば動作点を最高効率点からｄ軸電流ｉdが負の方向に大きくなる動作点に移すことによって、電流を大きくして主に銅損を増やし回生電力を低減するものである。しかし、ｄ軸電流を負の方向に大きくすることによって、ＩＰＭモーターでは上述した問題が発生することになり、ｄ軸電流の増加を少なく抑制した上で回生電力の低減量を大きくする必要がある。

低い効率で交流モーターを駆動する決定がなされたときに、交流モーターに流れる電流の高周波数成分を増加させる。

本発明によれば、交流モーターにおける鉄損が増加し、わずかな電流の増加で効果的に交流モーターの運転効率を低下させることができ、回生時のインバーターのＤＣリンク電圧の上昇を抑制することができる。

《第１の実施の形態》
本願発明をＩＰＭ（埋込磁石）モーターのベクトル制御装置に適用した第１の実施の形態を説明する。図１は第１の実施の形態の構成を示す。この制御装置は、トルク制御部１、電流指令加工部２、ｄｑ軸電流制御部３、ｄｑ／３相変換部４、３相／ｄｑ変換部５、位相・速度計算部６、電力変換部７、電流検出器８、ＩＰＭモーター９、パルス発生器１０、バッテリー１１、効率決定部１２などから構成される。なお、ｄｑ軸電流制御部３、ｄｑ／３相変換部４、３相／ｄｑ変換部５および電流検出部８がｄｑ軸電流制御系を構成する。

トルク制御部１は、トルク指令値Ｔe^＊とモーター速度ωeとに基づいて、ＩＰＭモーター９の電機子電流ベクトルの磁界方向の成分であるｄ軸電流指令値ｉd1^＊と、ｄ軸と直交するトルク方向の成分であるｑ軸電流指令値ｉq1^＊を演算する。電流指令加工部２は、効率決定部１２の加工指令ｆ_effにしたがってｄｑ軸電流指令値ｉd1^＊、ｉq1^＊の加工を行い、最終ｄｑ軸電流指令値ｉd0^＊、ｉq0^＊を生成する。効率決定部１２は、バッテリー１１の充電状態ＳＯＣ、トルク指令値Ｔe^＊および回転速度指令値ωe^＊に基づいて、モーター駆動系の総合効率を意図的に低下させる必要があるか否かを決定し、決定結果に基づく加工指令ｆ_effを出力する。電流指令加工部２と効率決定部１２の動作については後述する。

ｄｑ軸電流制御部３は、ｄｑ軸実電流ｉd、ｉqをｄｑ軸電流指令値ｉd0^＊、ｉq0^＊に一致させるためのｄｑ軸電圧指令値ｖd^＊、ｖq^＊を演算する。ｄｑ／３相変換部４はｄｑ軸電圧指令値ｖd^＊、ｖq^＊を３相電圧指令値ｖu^＊、ｖv^＊、ｖq^＊へ変換し、３相／ｄｑ変換部５は３相交流電流ｉu、ｉvをｄｑ軸電流ｉd、ｉqへ変換する。位相・速度計算部６は、パルス発生器１０により検出したモーター回転角θmに基づいて、３相交流座標系ｕ、ｖ、ｗから見たｄｑ座標系の電気的な位相θeとモーター回転速度ωeを計算する。

電力変換部７は、３相交流電圧指令値ｖu^＊、ｖv^＊、ｖw^＊にしたがってバッテリー１１の直流電圧を３相交流電圧ｖu、ｖv、ｖwに変換し、ＩＰＭモーター９へ印加する。電流検出器８は、ＩＰＭモーター９に流れるｕ相電流ｉuとｖ相電流ｉvを検出する。ＩＰＭモーター９は埋込磁石型３相同期モーターである。パルス発生器１０はモーター９の所定の回転角ごとにパルス信号を出力する。バッテリー１１は直流電力を電力変換部７へ供給する。

この第１の実施の形態は、一般的なベクトル制御装置に対し電流指令加工部２と効率決定部１２を加えたものである。一般的なベクトル制御装置では、トルク指令Ｔe^＊にしたがってそのトルクを実現する最も効率の良いｄｑ軸電流指令値を求め、ｄｑ軸の実電流が指令値に追従するように制御する。これに対し第１の実施の形態では、効率決定部１２の加工指令ｆ_effにしたがってｄｑ軸電流指令値ｉd1^＊、ｉq1^＊を加工し、生成した最終ｄｑ軸電流指令値ｉd0^＊、ｉq0^＊にｄｑ軸の実電流ｉd、ｉqを追従させる。

図２は電流指令加工部２と効率決定部１２の動作を説明する図である。この図は、時刻ｔ１において、効率決定部１２が最高効率での駆動を指示している状態（ｆ_eff＝１）から、効率を低下させる駆動を指示している状態（ｆ_eff＝０）に変化した場合の動作を示す。時刻ｔ１以前は、効率決定部１２が最高効率での駆動を指示している状態（ｆ_eff＝１）であるから、トルク制御部１で演算された最高効率で駆動するためのｄｑ軸電流指令値ｉd1^＊、ｉq1^＊に加工がなされず、そのまま最終ｄｑ軸電流指令値ｉd0＊、ｉq1＊として電流指令加工部２から出力される。その結果、最高効率でモーター９を駆動できる。

一方、時刻ｔ１以降は、効率決定部１２が効率を低下させる駆動を指示している状態（ｆ_eff＝０）であるから、次のように動作する。すなわち、電流指令加工部２において、ｄｑ軸電流指令値ｉd1^＊、ｉq1^＊に対してその周波数よりも高い周波数の成分を重畳した最終ｄｑ軸電流指令値ｉd0^＊、ｉq0^＊を生成する。この結果、モーター電流には高周波数成分が含まれ、高周波電流成分が大きくなることによって鉄損が増加し、モーター９が低い効率で運転される。

図３により、ｄｑ軸電流指令値の加工方法をさらに詳しく説明する。図３はモーター電流をｄｑ座標上に表したものであり、図中のトルク一定ライン上のどこでも、その点におけるｄ軸電流とｑ軸電流をモーターに流せばトルクが一定になる。また、原点Ｏからの距離が電流の大きさを表している。トルク一定ライン上で原点Ｏからの距離が最も短い動作点（図中で“最高効率点”と記した点）では、銅損が最少となる。したがって、この近傍の動作点が最高効率点となる。

最高効率でモーター９を運転するためのｄｑ軸電流指令値ｉd1^＊、ｉq1^＊に高周波数電流を重畳させるには、トルク一定ライン上の任意の点、例えばＡ点を中心にｄ軸電流ｉdとｑ軸電流ｉqを高い周波数で変化させる。このようにすれば、トルクを変化させずに鉄損を増加させることができる。また、電流最少となる最高効率点から離れた動作点を設定することによって、銅損と鉄損がともに増加し、大きく効率を低下させることができる。

次に、重畳する高周波数電流の周波数と大きさについて説明する。図４は、重畳する高周波電流成分の周波数ｆhと基本波電流成分の周波数ｆbとの比率ｆh／ｆb（高周波電流成分を一定にした場合）とモーター損失の関係を示す。この図から明らかなように、周波数比率ｆh／ｆbが大きくなるほど、高周波電流を重畳した場合のモーター損失が大きくなる。

図５は、重畳する高周波電流成分の大きさｍhと基本波電流成分の大きさｍbとの比率ｍh／ｍb（周波数比率ｆh／ｆbを一定にした場合）とモーター損失の関係を示す。この図から明らかなように、大きさの比率ｍh／ｍbが大きくなるほど、高周波数電流を重畳した場合のモーター損失が大きくなる。

以上から、効率を大きく低下させるためには、周波数比率ｆh／fbと大きさ比率ｍh／ｍbの両方を大きくすればよいことがわかる。しかし、実際には電流制御上の制限やトルクリップルなどの制限があるので、その制限の範囲内で周波数比率ｆh／ｆbと大きさ比率ｍh／ｍbを大きくすると良い。なお、電流制御上の制限は、ＰＷＭを行う周波数により電流制御可能な周波数の上限が決まるために生じる。例えば、高周波数電流の周波数をＰＷＭを行う周波数の１／６以下にしておく必要がある。また、トルクリップルの制限は、そのモーターが適用されるシステムにより決まる。適用されるシステムで許容されるトルクリップルの範囲内となるように大きさ比率ｍh／ｍbを決定する。以上のように、諸条件を勘案した上で損失を増加させる高周波数電流成分の周波数と大きさを決定する。

ところで、効率決定部１２から総合効率を低下させる加工指令（ｆ_eff＝０）を出力するのは、例えば、バッテリー１１の充電状態ＳＯＣが高く、且つトルク指令値Ｔe^＊と回転速度指令値ωe^＊との積が負、すなわちモーター出力が負（回生）である場合に設定しておく。

以上説明したように、第１の実施の形態によれば、交流モーターの電流検出値を電流指令値に一致させるための交流電圧指令値を演算し、この交流電圧指令値にしたがって交流電圧を交流モーターに印加するモーター制御装置において、低い効率で交流モーターを駆動する決定がなされたときに電流指令値に高周波数成分を重畳させ、交流モーターに流れる電流の高周波数成分を増加させるようにしたので、銅損だけでなく鉄損も増加させることができ、効率を大きく低下させることができる。その結果、回生電力を大きく低減することができ、インバーターのＤＣリンク電圧の上昇を抑制することができる。

なお、上述した第１の実施の形態では、ｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値の両方に高周波数成分を重畳させる例を示したが、いずれか一方の電流指令値に高周波数成分を重畳させてもよい。どちらの場合でも、ベクトル制御方式のモーター制御装置において高周波電流を増加させることができ、交流モーターの運転効率を低下させ、回生電力の低減によってインバーターのＤＣリンク電圧の上昇を抑制することができる。

また、上述した第１の実施の形態では、ｄｑ電流座標上のトルクが一定となるトルク一定ライン上でｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値とを変化させるようにしたので、モータートルクを一定に保ちながら、高周波電流を流して効率を低下させ、回生電力の低減によってインバーターのＤＣリンク電圧の上昇を抑制することができる。

《第２の実施の形態》
ｄｑ座標系で基本波電流を制御する基本波電流制御系の他に、特定次数の高調波をｄhｑh座標系で制御する高調波電流制御系を備えたマルチベクトル制御に対し、本願発明を適用した第２の実施の形態を説明する。なお、この第２の実施の形態では上述した第１の実施の形態と同様なＩＰＭモーター９を用いた例を示す。

図６は第２の実施の形態の構成を示す。なお、図１に示す機器と同様な機器に対しては同一の符号を付して相違点を中心に説明する。トルク制御部１’は、トルク指令値Ｔe^＊とモーター回転速度ωeとからそのトルクを出力するのに必要なｄｑ軸基本波電流指令値ｉd^＊、ｉq^＊と、ｄhｑh軸高調波電流指令値ｉdh1^＊、ｉqh1^＊を演算する。通常は、ｄhｑh軸高調波電流指令値ｉdh1^＊、ｉqh1^＊は０またはその近傍の非常に小さい値である。

電流指令加工部２’は、トルク制御部１’から出力されたｄhｑh軸高調波電流指令値ｉdh1^＊、ｉqh1^＊を効率決定部１２の加工指令ｆ_effにしたがって加工し、最終ｄhｑh軸高調波電流指令値ｉdh0^＊、ｉqh0^＊を生成する。

位相・速度計算部６’は、パルス発生器１０により検出したモーター回転角θmに基づいて、３相交流座標系ｕ、ｖ、ｗから見たｄｑ軸基本波電流座標系の電気的な位相θeと、ｄhｑh軸高調波電流座標系の電気的な位相θehと、モーター回転速度ωeを計算する。

ハイパスフィルター２０は、ｄｑ軸実電流ｉd、ｉqに含まれている任意の次数の高調波成分を抽出する。ｄｑ／ｄhｑh変換部６は、ハイパスフィルター２０を通過した電流成分を特定次数の高調波電流に同期して回転するｄhｑh直交座標系の高調波電流に座標変換する。ｄhｑh軸電流制御部２２は、ｄhｑh軸の実電流ｉdh、ｉqhをそれらの指令値ｉdh0^＊、ｉqh0^＊に一致させるためのｄhｑh軸電圧指令値ｖdh^＊、ｖqh^＊を演算する。

ｄhｑh／ｄｑ変換部２３は、ｄhｑh軸電圧指令値ｖdh^＊、ｖqh^＊をｄｑ軸電圧指令値ｖd_dhqh^＊、ｖq_dhqh^＊へ変換する。加算器２４は、ｄ軸電圧指令値ｖd^＊とｄh軸電圧指令値ｖd_dhqh^＊とを加算して最終ｄ軸電圧指令値ｖd0^＊を演算するとともに、ｑ軸電圧指令値ｖq^＊とｑh軸電圧指令値ｖq_dhqh^＊とを加算して最終ｑ軸電圧指令値ｖq0^＊を演算する。

図６に示す構成要素の内、ｄｑ軸電流制御部３、ｄｑ／３相変換部４および３相／ｄｑ変換部５がｄｑ軸基本波電流制御系を構成し、ｄhｑh軸電流制御部２２、ハイパスフィルター２０、ｄｑ／ｄhｑh変換部２１およびｄhｑh／ｄｑ変換部２３がｄhｑh軸高調波電流制御系を構成する。

この第２の実施の形態では、効率決定部１２の加工指令ｆ_effにしたがって電流指令加工部２’でｄhｑh軸電流指令値ｉdh1^＊、ｉqh1^＊を加工し、生成した最終ｄhｑh軸電流指令値ｉdh0^＊、ｉqh0^＊にｄhｑh軸の実電流ｉdh、ｉqhを追従させる。その結果、ｄｑ軸電流指令値ｉd^＊、ｉq^＊通りの基本波電流ｉd、ｉqと、ｄhｑh軸電流指令値ｉdh0^＊、ｉqh0^＊通りの高調波電流ｉdh、ｉqhとがモーター９に流れる。

図７は、電流指令加工部２’と効率決定部１２の動作を説明する図である。この図は、時刻ｔ１において、効率決定部１２が最高効率での駆動を指示している状態（ｆ_eff＝１）から、効率を低下させる駆動を指示している状態（ｆ_eff＝０）に変化した場合の動作を示す。

時刻ｔ１以前は、効率決定部１２が最高効率での駆動を指示している状態（ｆ_eff＝１）であるから、トルク制御部１’で０に設定されたｄhｑh軸電流指令値ｉdh1^＊、ｉqh1^＊に加工がなされず、そのまま最終ｄhｑh軸電流指令値ｉdh0^＊、ｉqh0^＊として電流指令加工部２’から出力される。つまり、高調波電流成分を０にすることによって、最高効率でモーター９を駆動することができる。

一方、時刻ｔ１以降は、効率決定部１２が効率を低下させる駆動を指示している状態（ｆ_eff＝０）であるから、次のように動作する。すなわち、電流指令加工部２’において、ｄhｑh軸電流指令値ｉdh1^＊、ｉqh1^＊に絶対値が０より大きい任意の値を設定し、最終ｄhｑh軸電流指令値ｉdh0^＊、ｉqh0^＊として出力する。ｄhｑh軸電流を大きくすることは高調波電流の振幅を大きくすることであるから、モーター９は非常に低い効率で運転されることになる。なお、ｄhｑh軸電流指令値ｉdh1^＊、ｉqh1^＊のいずれか一方に絶対値が０より大きい任意の値を設定するようにしてもよい。

以上説明したように、この第２の実施の形態では、交流モーターの回転に同期して回転するｄｑ座標系において交流モーターの基本波電流を制御する基本波電流制御手段と、ｄｑ座標系よりも速い速度で回転するｄhｑh座標系において交流モーターの高調波電流を制御する高調波電流制御手段とを備え、通常はｄh軸高調波電流指令値とｑh軸高調波電流指令値に０またはその近傍値を設定し、低い効率で交流モーターを駆動する決定がなされたときには、ｄh軸高調波電流指令値とｑh軸高調波電流指令値のいずれか一方または両方に絶対値が０より大きい任意の値を設定するようにしたもので、上述した第１の実施の形態よりも高い周波数の高調波電流を流すことが可能となり、モーター電流の増加を抑制しながら鉄損をより増加させることができ、効率を大きく低下させることができる。

《第３の実施の形態》
３相誘導モーターのベクトル制御に適用した第３の実施の形態を説明する。誘導モーターのベクトル制御においては、２次巻線に鎖交する磁束である２次磁束と同方向にｄ軸を設定するとともに、このｄ軸と直交する方向にｑ軸を設定し、３相交流座標系を２次磁束と同期して回転するｄｑ座標系に座標変換して取り扱う。すなわち、３相誘導モーターに流れる３相交流電流を、磁界方向成分であるｄ軸電流と、トルク方向成分であるｑ軸電流とに座標変換する。なお、その他については上述した同期モーター（ＩＰＭモーター）のベクトル制御と同様である。

図８は第３の実施の形態の構成を示す。なお、図１に示す機器と同様な機器に対しては同一の符号を付して相違点を中心に説明する。トルク制御部１’は、３相誘導モーター９’のベクトル制御則にしたがって、トルク指令値Ｔe^＊、モーター速度ωeおよびモーター電気的回転角θreによりｄｑ軸電流指令値id1^＊、ｉq1^＊を演算するとともに、誘導モーター９’に印加する交流電圧の周波数を演算するための電源位相θeを演算する。位相・速度計算部６は、パルス発生器１０からのモータ回転角θmに基づいてモーター速度ωeとモーター電気的回転角θreを計算する。ここで、モーター９’の電気的回転角θreは、モーター９’の回転角θmにモーター９’の極対数ｐを乗じたもの（θre＝ｐ・θm）である。なお、モーター電気的回転角θreに、モーター９’のすべり周波数ωseの積分値を加えたものが電源位相θe（＝θre＋ωse）である。

図９は電流指令加工部２と効率決定部１２の動作を説明する図である。この図は、時刻ｔ１において、効率決定部１２が最高効率での駆動を指示している状態（ｆ_eff＝１）から、効率を低下させる駆動を指示している状態（ｆ_eff＝０）に変化した場合の動作を示す。時刻ｔ１以前は、効率決定部１２が最高効率での駆動を指示している状態（ｆ_eff＝１）であるから、トルク制御部１’で演算された最高効率で駆動するためのｄｑ軸電流指令値ｉd1^＊、ｉq1^＊に加工がなされず、そのまま最終ｄｑ軸電流指令値ｉd0＊、ｉq1＊として電流指令加工部２から出力される。その結果、最高効率でモーター９を駆動できる。

一方、時刻ｔ１以降は、効率決定部１２が効率を低下させる駆動を指示している状態（ｆ_eff＝０）であるから、次のように動作する。すなわち、電流指令加工部２において、ｄ軸電流指令値ｉd1^＊に高周波数成分を重畳した最終ｄ軸電流指令値ｉd0^＊を生成する。一方、ｑ軸電流指令値ｉd1^＊には加工がなされず、ｉd1^＊を最終ｑ軸電流指令値ｉd0^＊として出力する。この結果、モーター電流には高周波数成分が含まれ、高周波電流成分が大きくなることによって鉄損が増加し、誘導モーター９’が低い効率で運転される。

ところで、誘導モーターをベクトル制御した場合に、励磁電流であるｄ軸電流ｉdと回転子に鎖交するｄ軸鎖交磁束（上述した２次磁束）Φdrとの間には次のような関係がある。
Φdr＝｛Ｍ・（Ｒr／Ｌr）｝／｛ｓ＋（Ｒr／Ｌr）｝・ｉd ・・・・（１）
つまり、回転子のｄ軸回転子鎖交磁束Φdrは、ｄ軸電流ｉdに対しカットオフ周波数ωc＝Ｒr／Ｌrの一次遅れ特性となる。なお、（１）式において、Ｒrは２次巻線抵抗、Ｌrは２次巻線インダクダンス、Ｍは１次、２次相互インダクダンス、Ｌr／Ｒrは２次時定数である。

（１）式において、Ｒr／Ｌrは誘導モーターの２次時定数の逆数である。したがって、誘導モーターの２次時定数の逆数Ｒr／Ｌrより大きい周波数の高周波数成分をｄ軸電流ｉdに重畳した場合、ｄ軸回転子鎖交磁束Φdrには高周波数成分がほとんど現れないことになる。誘導モーターのトルクは、次式に示すようにｄ軸回転子鎖交磁束Φdrとｑ軸電流ｉqの積に比例するので、ｄ軸回転子鎖交磁束Φdrを変化させないような高い周波数、すなわち誘導モーターの２次時定数の逆数Ｒr／Ｌrより大きい周波数でｄ軸電流を振動させれば、トルクを一定としたままでｄ軸電流を変化させることができる。
Ｔe＝ｋ・Φdr・ｉq ・・・・（２）
この場合、回転子の磁束は変化しないが固定子の磁束が変化するので、モーターの鉄損を増加させることができる。

このように、第３の実施の形態によれば、ｄ軸電流指令値に誘導モーターの２次時定数の逆数より大きい周波数の高周波成分を重畳させて最終的なｄ軸電流指令値を生成するようにした。これにより、回転子鎖交磁束がほぼ一定に保たれ、モータートルクをほぼ一定に保ちながら、高周波電流を流して鉄損を増加させ、効率を大きく低下させることができる。

《第４の実施の形態》
上述した第１から第３の実施の形態では電流指令値に高周波数電流を重畳させてモーター制御系の効率を低下させる例を示したが、トルク指令に高周波数成分を重畳させてモーター制御系の効率を低下させる第４の実施の形態を説明する。なお、この第４の実施の形態では、モーターは同期モーターであっても誘導モーターであっても良い。

図１０は第４の実施の形態の構成を示す。この第４の実施の形態では、図１に示す第１の実施の形態の構成に対し、図１０に示すように、トルク制御部１の前段にトルク指令加工部１３を付加するとともに、効率決定部１２の加工指令ｆ_effをトルク指令加工部１３へ出力する。なお、これ以外の構成については図１に示す第１の実施の形態の構成と同様であり、図示と説明を省略する。

トルク指令加工部１３は、加工指令ｆ_effにしたがってトルク指令値Ｔe^＊を加工し、最終トルク指令値Ｔe0^＊を生成する。トルク制御部１は、最終トルク指令Ｔe0^＊とモーター回転速度ωeとに基づいて、ｄｑ軸電流指令値ｉd^＊、ｉq^＊を生成する。

図１１はトルク指令加工部１３とトルク制御部１の動作を説明する図である。この図は、時刻ｔ１において、効率決定部１２が最高効率での駆動を指示している状態（ｆ_eff＝１）から、効率を低下させる駆動を指示している状態（ｆ_eff＝０）に変化した場合の動作を示す。時刻ｔ１以前は、効率決定部１２が最高効率での駆動を指示している状態（ｆ_eff＝１）であるから、トルク指令加工部１３でトルク指令値Ｔe^＊を加工せず、そのまま最終トルク指令値Ｔe0^＊として出力する。時刻ｔ１以降は、効率決定部１２が効率を低下させる駆動を指示している状態（ｆ_eff＝０）であるから、トルク指令加工部１３でトルク指令値Ｔe^＊に高周波数成分を重畳した最終トルク指令値Ｔe0^＊を生成する。

第４の実施の形態によれば、最終トルク指令値Ｔe0^＊に高周波数成分を重畳するようにしたので、これを基に生成されるｄｑ軸電流指令値ｉd^＊、ｉq^＊にも高周波数成分が重畳されることになり、モーターを低い効率で運転することができる。

ところで、この第４の実施の形態では、モーターの出力トルクに最終トルク指令値Ｔe0^＊に重畳された高周波数成分と同じトルクリップルが生じることになる。しかし、モーターの負荷の機械的時定数が大きいシステムの場合には、高い周波数のトルクリップルは問題にならない場合が多い。

《第５の実施の形態》
電力変換部７で正弦波ＰＷＭの生成に用いるキャリアー（変調用三角波電圧）の周波数を変更することによって、モーター駆動システムの総合効率を変化させるようにした第５の実施の形態を説明する。なお、この第５の実施の形態では、モーターは同期モーターであっても誘導モーターであっても良い。

図１２は第５の実施の形態の構成を示す。この第５の実施の形態では、図１に示す第１の実施の形態の構成から電流指令加工部２を削除するとともに、効率決定部１２の加工指令ｆ_effを電力変換部７の三角波生成部７ｃへ出力する。なお、これ以外の構成については図１に示す第１の実施の形態の構成と同様であり、図示と説明を省略する。

電力変換部７は、パワー部７ａ、ＰＷＭ電圧生成部７ｂおよび三角波生成部７ｃを備えている。三角波生成部７ｃはＰＷＭ波形生成用の三角波キャリアーを生成する。この三角波生成部７ｃは、効率決定部１２からの加工指令ｆ_effに応じて三角波キャリアーの周波数を変更する。ＰＷＭ電圧生成部７ｂは、３相の電圧指令値ｖu^＊、ｖv^＊、ｖw^＊と三角波キャリアーとを比較し、両者の交点で１→０または０→１へ信号レベルを変化させてＰＷＭパルスを生成する。パワー部７ａは、ＰＷＭパルス信号にしたがって駆動回路によりＩＧＢＴをオン、オフさせ、バッテリー１１の直流電圧をスイッチングしてＰＷＭ電圧を生成し、モーターに印加する。

例えば、モーターが誘導モーターである場合には、効率を低下させる駆動を指示している状態（ｆ_eff＝０）では、三角波キャリアーの周波数を効率が低下する方に変化させる。三角波キャリアーの周波数を低くすると高周波数電流が増加して効率が低下するシステムでは、加工指令ｆ_eff＝０の場合にはｆ_eff＝１の場合よりも三角波キャリアーの周波数を低くする。

このように、効率を低下させる必要がある場合には正弦波ＰＷＭの生成に用いるキャリアー（変調用三角波電圧）の周波数を変化させることによって、鉄損に大きく寄与する高周波数電流を増加させることができる。

特許請求の範囲の構成要素と一実施例の構成要素との対応関係は次の通りである。すなわち、電流検出器８が電流検出手段を、ｄｑ軸電流制御部３とｄｑ／３相変換部４が電流制御手段を、電力変換部７が駆動手段を、効率決定部１２が効率決定手段を、電流指令加工部２およびトルク指令加工部１３が高周波成分増加手段を、ｄｑ軸電流制御部３、ｄｑ／３相変換部４および３相／ｄｑ変換部５が基本波電流制御手段を、ｄhｑh軸電流制御部２２、ｄhｑh／ｄｑ変換部２３、ｄｑ／ｄhｑh変換部２１およびハイパスフィルター２０が高調波電流制御手段を、位相・速度計算部６’およびパルス発生器１０が速度検出手段を、トルク制御部１が電流指令値演算手段をそれぞれ構成する。なお、本発明の特徴的な機能を損なわない限り、各構成要素は上記構成に限定されるものではない。

第１の実施の形態の構成を示す図である。 第１の実施の形態の電流指令加工部と効率決定部の動作を説明する図である。 モーター電流をｄｑ座標上に表した図である。 重畳する高周波電流成分の周波数ｆhと基本波電流成分の周波数ｆbとの比率ｆh／ｆbとモーター損失の関係を示す図である。 重畳する高周波電流成分の大きさｍhと基本波電流成分の大きさｍbとの比率ｍh／ｍbとモーター損失の関係を示す図である。 第２の実施の形態の構成を示す図である。 第２の実施の形態の電流指令加工部と効率決定部の動作を説明する図である。 第３の実施の形態の構成を示す図である。 第３の実施の形態の電流指令加工部と効率決定部の動作を説明する図である。 第４の実施の形態の構成を示す図である。 第４の実施の形態の電流指令加工部と効率決定部の動作を説明する図である。 第５の実施の形態の構成を示す図である。 回生電力によるインバーターのＤＣリンク電圧の上昇を説明する図である。 モーター電流をｄｑ座標上に表した図である。

符号の説明

１、１’ トルク制御部
２、２’ 電流指令加工部
３ ｄｑ軸電流制御部
４ ｄｑ／３相変換部
５ ３相／ｄｑ変換部
６、６’ 位相・速度計算部
７ 電力変換部
７ａ パワー部
７ｂ ＰＷＭ電圧生成部
７ｃ 三角波生成部
８ 電流検出器
９ ＩＰＭモーター
１０ パルス発生器
１１ バッテリー
１２ 効率決定部
１３ トルク指令加工部
２０ ハイパスフィルター
２１ ｄｑ／ｄhｑh変換部
２２ ｄhｑh軸電流制御部
２３ ｄhｑh／ｄｑ変換部
２４ 加算器

Claims (8)

1. 交流モーターに流れる電流を検出する電流検出手段と、
   前記交流モーターの電流を制御する電流制御手段であって、前記電流検出値を電流指令値に一致させるための交流電圧指令値を演算する電流制御手段と、
   前記交流電圧指令値にしたがって交流電圧を前記交流モーターに印加する駆動手段とを備えたモーター制御装置において、
   前記交流モーターを低い効率で駆動するか否かを決定する効率決定手段と、
   前記効率決定手段で低い効率で前記交流モーターを駆動する決定がなされたときに、前記交流モーターに流れる電流の高周波数成分を増加させる高周波成分増加手段とを備えることを特徴とするモーター制御装置。
2. 請求項１に記載のモーター制御装置において、
   前記高周波成分増加手段は、前記電流指令値に高周波数成分を重畳させることを特徴とするモーター制御装置。
3. 請求項２に記載のモーター制御装置において、
   前記電流制御手段は、前記交流モーターの回転に同期して回転するｄｑ座標上で前記交流モーターのｄ軸電流とｑ軸電流とを制御し、
   前記高周波成分増加手段は、ｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値のいずれか一方または両方に高周波数成分を重畳させ、最終的なｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値とを生成することを特徴とするモーター制御装置。
4. 請求項３に記載のモーター制御装置において、
   ｄｑ電流座標上のトルクが一定となるトルク一定ライン上で前記最終的なｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値とを変化させることを特徴とするモーター制御装置。
5. 請求項３に記載のモーター制御装置において、
   前記交流モーターは誘導モーターであり、
   前記高周波成分増加手段は、前記ｄ軸電流指令値に前記誘導モーターの２次時定数の逆数より大きい周波数の高周波成分を重畳させて前記最終的なｄ軸電流指令値を生成することを特徴とするモーター制御装置。
6. 請求項１に記載のモーター制御装置において、
   前記電流制御手段は、前記交流モーターの回転に同期して回転するｄｑ座標系において前記交流モーターの基本波電流を制御する基本波電流制御手段と、ｄｑ座標系よりも速い速度で回転するｄhｑh座標系において前記交流モーターの高調波電流を制御する高調波電流制御手段とを有し、
   前記高調波電流制御手段はｄh軸高調波電流指令値とｑh軸高調波電流指令値とを生成し、
   前記高調波成分増加手段は、通常は前記ｄh軸高調波電流指令値と前記ｑh軸高調波電流指令値に０またはその近傍値を設定し、前記効率決定手段で低い効率で前記交流モーターを駆動する決定がなされたときには、前記ｄh軸高調波電流指令値と前記ｑh軸高調波電流指令値のいずれか一方または両方に絶対値が０より大きい任意の値を設定することを特徴とするモーター制御装置。
7. 請求項１に記載のモーター制御装置において、
   前記交流モーターの回転速度を検出する速度検出手段と、
   トルク指令値と前記回転速度検出値とに基づいて前記電流指令値を演算する電流指令値演算手段とを備え、
   前記高周波成分増加手段は、前記トルク指令値に高周波数成分を重畳させることを特徴とするモーター制御装置。
8. 請求項１に記載のモーター制御装置において、
   前記駆動手段は前記交流電圧指令値にしたがって正弦波ＰＷＭの交流電圧を前記交流モーターに印加し、
   前記高周波成分増加手段は、前記交流モーターに流れる電流の高周波数成分が増加する方向に正弦波ＰＷＭの変調用三角波の周波数を変更することを特徴とするモーター制御装置。
   

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