JP2007028721A - 永久磁石同期電動機の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、永久磁石同期電動機を同期運転モードで起動する際に、速度を効果的に抑制する制御装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は、界磁として永久磁石を有する永久磁石同期電動機と、ｄ軸電流指令値と、ｑ軸電流指令値と、周波数指令値とに従って前記永久磁石同期電動機に印加する電圧指令値を求める電圧指令値作成器と、前記電圧指令値に従って前記永久磁石同期電動機に電圧を印加する電力変換回路とを備えた永久磁石同期電動機の制御装置において、前記永久磁石同期電動機の同期運転モードで起動する際に、永久磁石同期電動機のｑ軸電流を検出し、検出されたｑ軸電流値にゲインをかけ、その演算結果を前記周波数指令値から減算して周波数指令値を修正することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、永久磁石同期電動機を安定に駆動する永久磁石同期電動機の制御装置に関し、特に永久磁石同期電動機を同期運転モードで起動する際の安定化に好適な永久磁石同期電動機の制御装置に関する。

永久磁石同期電動機を安定に起動する方法として、例えば、特開２００４−１０４９７８号公報（特許文献１）に記載の永久磁石同期電動機の制御装置がある。

上記特許文献１の従来技術では、ｄ軸電流指令値と周波数指令値と実ｑ軸電流とを入力してベクトル演算を行い、インバータの各素子のスイッチング信号を生成している。

ベクトル演算では永久磁石同期電動機の誘起電圧定数を用いるが、この値は、永久磁石同期電動機の製造過程等によって多少のバラツキがある。このバラツキによってモータの安定性が低下してしまうため、ｄ軸電流を検出して誘起電圧定数を調整している。

一方、上記の様に永久磁石同期電動機を起動する方法のほかに、永久磁石同期電動機に印加する電圧と周波数とを単に比例として制御するＶ／ｆ一定制御も行われている。Ｖ／ｆ一定制御時の安定化については、例えば特開２０００−２３６６９４号公報（特許文献１）に記載の方法がある。上記従来技術では、Ｖ／ｆ一定制御時においてｑ軸電流の検出値の変動分を周波数指令値に帰還して安定性を向上させている。

特開２００４−１０４９７８号公報 特開２０００−２３６６９４号公報

従来技術の誘起電圧定数を補正して同期運転を行う方法では、永久磁石同期電動機の誘起電圧定数のバラツキに起因する永久磁石同期電動機の安定性の低下に対して対策がなされているが、同期運転中の負荷変動への対策については記載されていない。
一方、従来技術のＶ／ｆ一定制御では、ｑ軸電流の検出値の変動分を周波数指令値に帰還して負荷変動に対する安定性を向上させているが、起動時のような低速の領域では永久磁石同期電動機の巻線抵抗の影響を受けやすくトルク特性が劣化する。

このように、低速時は同期運転による駆動の方がトルク特性が良く永久磁石同期電動機の起動には適しているが、負荷変動への対策をする必要がある。

本発明の目的は、永久磁石同期電動機を同期運転モードで起動する際に、負荷変動を効果的に抑制する制御装置を提供することにある。

本発明は、界磁として永久磁石を有する永久磁石同期電動機と、ｄ軸電流指令値と、ｑ軸電流指令値と、周波数指令値とに従って永久磁石同期電動機に印加する電圧指令値を求める電圧指令値作成器と、電圧指令値に従って永久磁石同期電動機に電圧を印加する電力変換回路とを備えた永久磁石同期電動機の制御装置において、永久磁石同期電動機の同期運転モードで起動する際に、永久磁石同期電動機のｑ軸電流を検出し、検出されたｑ軸電流値にゲインをかけ、その演算結果を周波数指令値から減算して周波数指令値を修正することを特徴とする。

本発明によれば、永久磁石同期電動機の速度変動を抑制することが可能になる。

図１は、本発明に係わる永久磁石同期電動機の制御装置の基本構成図である。

図１において、永久磁石同期電動機の制御装置１は、大きく分け、永久磁石同期電動機に流れるｑ軸電流を求める電流検出手段１２と、電流検出手段１２で検出した電流を入力して最終的に永久磁石同期電動機６に印加する３相電圧指令値（Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊）を出力する制御部２と、３相電圧指令値（Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊）通りの電圧を永久磁石同期電動機６に印加する電力変換回路５とによって構成される。

電流検出手段１２は、永久磁石同期電動機の電流を検出する電流検出手段（７ａ、７ｂ）と、検出した電流を３相軸からｄ／ｑ軸へ座標変換してＩｑおよびＩｄ電流を求める３φ／ｄｑ変換器８とによって構成される。永久磁石同期電動機の電流を検出する手段にはいくつか方法がある。具体的な方法については後に示す実施例にて説明する。

制御部２は、ｑ軸電流の検出値Ｉｑを入力し制御ゲインをかけて出力する変動抑制器１０と、周波数指令値ω＊から変動抑制器１０の出力値を減算して第２の周波数指令値ω＊＊を出力する減算器１１ａと、ｄ軸およびｑ軸電流指令値（Ｉｄ＊およびＩｑ＊）と第２の周波数指令値ω＊＊とを用いてベクトル演算を行いｄ軸およびｑ軸電圧指令値（Ｖｄ＊およびＶｑ＊）を出力する電圧指令値作成器３と、ｄ軸およびｑ軸電圧指令値（Ｖｄ＊およびＶｑ＊）をｄ／ｑ軸から３相軸へ座標変換して永久磁石同期電動機６に印加する３相電圧指令値（Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊）を出力するｄｑ／３φ変換器４と、周波数指令値ω＊を積分して磁極位置θを出力する積分器９とで構成される。

制御部２の多くは、マイコン（マイクロコンピュータ）やＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）などの半導体集積回路（演算制御手段）によって構成され、演算処理はソフトウェアによって記述される。

電力変換回路５は、図２に示すように、スイッチング素子２１、直流電圧源２０、ドライバ回路２３によって構成される。

スイッチング素子は、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やパワーＭＯＳ ＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などの半導体素子によって構成される。

スイッチング素子は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の上下アームを構成するように接続されており、それぞれの上下アームの接続点が永久磁石モータ６へ配線されている。スイッチング素子２１は、ドライバ回路２３が出力するパルス状のＰＷＭパルス信号（２２ａ、２２ｂ、２２ｃ）に応じてスイッチング動作をする。直流電圧源をスイッチングすることで、任意の周波数の交流電圧を永久磁石モータ６に印加してモータを駆動する。

〔実施例１〕
本発明に係わる永久磁石同期電動機の実施例１を説明する。

まず、永久磁石同期電動機に流れるｑ軸電流を求める電流検出手段１２について、図１を用いて説明する。

電流検出手段１２は、３相交流電流を検出する検出手段と、３相軸からｄｑ軸に変換してｄ軸およびｑ軸電流を求める手段とによって構成される。３相交流電流を検出する検出手段として、本実施形態では、永久磁石同期電動機に流れる３相の交流電流の内、Ｕ相およびＷ相を電流検出回路（７ａおよび７ｂ）を用いて検出している。

永久磁石同期電動機６はＹ型結線であるため、永久磁石同期電動機に流れる交流電流は２相以上検出すればよい。また、検出する相の組み合わせは、どの組み合わせでもよい。電流検出手段は、例えば、ＣＴ（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｔｒａｎｓｆａｒ）、電流検出抵抗（シャント抵抗）、ホール素子を利用した電流センサなどを用いる事が可能である。

３相軸からｄｑ軸に変換してｄ軸およびｑ軸電流を求める手段として、本実施例では、３φ／ｄｑ変換器８を用いる構成とする。３φ／ｄｑ変換器８は、電流検出回路（７ａおよび７ｂ）で検出した２相の交流電流を、周波数指令値ω＊を積分器９で積分して得られた磁極位置θにしたがってｄ軸電流およびｑ軸電流に座標変換し、ｑ軸電流の検出値Ｉｑを変動抑制器１０へ出力する。

次に、制御部２について図１を用いて説明する。制御部２は、入力したｑ軸電流の検出値Ｉｑに制御ゲインをかけ、その演算結果を周波数指令値ω＊から減算することで周波数指令値を修正し、新たに第２の周波数指令値ω＊＊とする。予め与えられているｄ軸およびｑ軸電流指令値（Ｉｄ＊およびＩｑ＊）と第２の周波数指令値ω＊＊を用いてベクトル演算を行い、ｄ軸およびｑ軸電圧指令値（Ｖｄ＊およびＶｑ＊）を算出することで、負荷変動による速度変動を抑制できる。

速度変動の抑制について、図１０のボード線図を用いて説明する。図１０は、変動抑制器１０がない場合の永久磁石同期電動機に印加するｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊からモータの回転速度ωｒまでの伝達関数のボード線図である。

図１０より、永久磁石同期電動機のイナーシャが大きくなるにつれ、ゲインのピーク値が大きくなり振動的になる事が分かる。また、ゲインがピークとなる周波数は、イナーシャが大きくなるにつれ低くなることも分かる。

したがって、イナーシャが大きいほど低周波で振動が大きくなる事が分かる。これに対し、変動抑制器１０を付加した場合の永久磁石同期電動機に印加するｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊から永久磁石同期電動機の回転速度ωｒまでの伝達関数のボード線図を図１１に示す。

図１１は、変動抑制器１０の制御ゲインは、比例ゲインＫｄｐを用いた場合のボード線図である。図１１より、変動抑制器１０を付加する事で、ゲインのピーク値が小さくなることが分かる。これにより、速度変動を抑制することができる。

本実施例において、変動抑制器１０の制御ゲインは、比例ゲインＫｄｐを用いている。つまり、入力したｑ軸電流の検出値ＩｑをＫｄｐ倍して減算器１１ａに出力する。減算器１１ａは、周波数指令値ω＊から変動抑制器１０の演算結果を減算し、周波数指令値を修正する。すなわち、本実施例においては第２の周波数指令値ω＊＊を次の（１）数式によって求める。

比例ゲインＫｄｐは、予め与えておいた一定値としても良いが、駆動する永久磁石同期電動機６や、負荷条件によって、適宜、値を変更する構成としてもよい。

駆動する永久磁石同期電動機６に応じて比例ゲインＫｄｐを変更する構成とした変動抑制器（タイプ２）３６について、図３を用いて説明する。

変動抑制器（タイプ２）３６は、制御ゲインを選択または演算する制御ゲイン演算器３１と、数種類の制御ゲインまたは制御ゲイン演算式を記憶しておくメモリ３２と、入力されたｑ軸電流の検出値Ｉｑと比例ゲインＫｄｐを乗算する乗算器３３によって構成されている。メモリ３２は、変動抑制器（タイプ２）３６の中にある必要は無く、永久磁石同期電動機の制御装置１のどこにあってもよい。

制御ゲイン演算器３１は、入力された永久磁石同期電動機に関する情報（例えば、モータ定数、モータ型式、駆動条件、負荷特性など）を用いて、メモリ３２に記憶されている数種類の比例ゲインの中から最適な比例ゲインＫｄｐを選択して乗算器３３に出力する。

メモリ３２には比例ゲインＫｄｐだけでなく、他の制御ゲイン（微分ゲイン、不完全微分ゲイン）を記憶させておき、乗算器３３に出力することもできる。メモリ３２に制御ゲイン演算式が記憶されている場合には最適な比例ゲインＫｄｐを算出して乗算器３３に出力する。

乗算器３３は、入力されるｑ軸電流の検出値Ｉｑと制御ゲインＫｄｐを乗算し、演算結果を出力する。

さらに、変動抑制器１０は通信手段を備えた構成することも可能である。変動抑制器（タイプ３）３７は、図４に示すように、制御ゲイン通信手段３４と、入力されたｑ軸電流の検出値Ｉｑと比例ゲインＫｄｐを乗算する乗算器３５によって構成される。

制御ゲイン通信手段３４は、適宜、比例ゲインＫｄｐを受信し乗算器３５に出力する。乗算器３５は、入力されるｑ軸電流の検出値Ｉｑと制御ゲインＫｄｐを乗算し、演算結果を出力する。

電圧指令値作成器３は、減算器１１ａの出力による第２の周波数指令値ω＊＊と、ｄ軸およびｑ軸電流指令値（Ｉｄ＊およびＩｑ＊）を基に、次の（２）式に従ってベクトル演算を行い、ｄ軸およびｑ軸電圧指令値（Ｖｄ＊およびＶｑ＊）を算出する。算出したｄ軸およびｑ軸電圧指令値（Ｖｄ＊およびＶｑ＊）をｄｑ／３φ変換器４に出力する。

ここで、Ｒは永久磁石同期電動機６の巻線抵抗、Ｌｄはｄ軸インダクタンス、Ｌｑはｑ軸インダクタンス、Ｋｅは誘起電圧定数である。

ｄｑ／３φ変換器４においては、ｄ軸およびｑ軸電圧指令値（Ｖｄ＊およびＶｑ＊）を周波数指令値ω＊を積分器９で積分して得られた磁極位置θにしたがって３相の電圧指令値（Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊）を電力変換回路５に出力する。

次に、電力変換回路５について、図２を用いて説明する。

電力変換回路５は、スイッチング素子２１、直流電圧源２０、ドライバ回路２３によって構成されている。本実施形態では、スイッチング素子２１は、ＩＧＢＴを用いて構成している。

それぞれ、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の上下アームを構成するようになっている。そして、それぞれ上下アームの接続点が永久磁石モータ６へ接続されている。この永久磁石同期電動機６は、例えば、ロータが永久磁石で構成され、このロータの周囲に交流次回を形成するための巻線が複数個配置され、各巻線がスイッチング素子２１の上下アームの接続点に接続されている。

ドライバ回路２３は、入力された３相の電圧指令値（Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊）を増幅し、スイッチング素子２１のそれぞれのスイッチング動作を制御するパルス状のＰＷＭパルス信号（２２ａ、２２ｂ、２２ｃ）を各スイッチング素子に出力する。

このように、ｑ軸電流の検出値Ｉｑに制御ゲイン（比例ゲインＫｄｐ）をかけ、その演算結果を周波数指令値ω＊から減算することで周波数指令値を修正し、新たに第２の周波数指令値ω＊＊を算出する構成とし、この第２の周波数指令値ω＊＊と、予め与えられているｄ軸およびｑ軸電流指令値（Ｉｄ＊およびＩｑ＊）とを用いてベクトル演算を行い、ｄ軸およびｑ軸電圧指令値（Ｖｄ＊およびＶｑ＊）を算出することで、負荷変動による速度変動を抑制できる。

〔実施例２〕
本発明に係わる永久磁石同期電動機の実施例２について図５〜８を用いて説明する。

永久磁石同期電動機に流れるｄ軸およびｑ軸電流を検出する電流検出手段１２ａと、電流検出手段１２ａで検出した電流を入力して最終的に永久磁石同期電動機６に印加する３相電圧指令値（Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊）を出力する制御部２ａの構成が実施例１と異なる。本実施例においては、ｄ軸およびｑ軸電流の検出値を用いて、最終的に３相の電圧指令値（Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊）を求めている。

まず、モータに流れるｄ軸およびｑ軸電流を検出する電流検出手段１２ａについて説明する。

図６に示すように、電流検出手段１２ａは、電流検出回路７ｃと、電流検出回路７ｃで検出した直流電流ＩＤＣから３相交流電流（Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ）を再現する永久磁石同期電動機の電流再現演算器４１と、３相軸からｄｑ軸に変換してｄ軸およびｑ軸電流（ＩｄおよびＩｑ）を算出する３φ／ｄｑ変換器８ａによって構成される。

本実施例において、電力変換装置５ａの直流電流ＩＤＣを検出する手段は、電流検出抵抗４５を用いた構成となっている（図７）。

直流電流ＩＤＣを検出する電流検出回路４６は、電流検出抵抗４３の両端の電圧を演算増幅器４４に入力して検出する。演算増幅器４４は、例えば、オペアンプなどのＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）によって構成される。

スイッチング素子２１をＩＰＭ（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｐｏｗｅｒ Ｍｏｄｕｌｅ）などの６つのスイッチング素子が１つのパッケージに収められたモジュールによって構成すると、そのパッケージの中にスイッチング素子の保護用としてシャント抵抗が内蔵されている場合が多い。その場合は、新たに電流検出のための電流検出抵抗を付加する必要が無く、部品点数の削減や省スペース化が可能となる。

次に、電流検出回路４６で検出した直流電流ＩＤＣから３相交流電流（Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ）を再現する永久磁石同期電動機の電流再現演算器４１ａについて、図８を用いて説明する。

図８には、基準三角波１００、各相の電圧指令信号（１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ）、各相のインバータ駆動信号となるＰＷＭパルス信号（２２ａ、２２ｂ、２２ｃ）と、各相の入力電流（１０２ａ〜ｄ）と、電流検出抵抗４３に流れる直流電流ＩＤＣを示す。

図８を見て分かるように、電力変換装置５ａの直流電流ＩＤＣは、各相のＩＧＢＴのスイッチングの状態に応じて変化する。図８において、各相ＩＧＢＴの駆動信号（２２ａ、２２ｂ、２２ｃ）は、Ｈｉｇｈレベルの時に各相の上アームをオンしており、Ｌｏｗレベルの時に各相の下アームをオンしているということを意味する。

実際には、各相の上アームおよび下アームにそれぞれ独立のＰＷＭパルス信号を与え、スイッチング動作を制御しているが、図８においては、簡易的に示している。また、図８においては、説明のためデッドタイムを設けていない図となっているが、実際には、各相の上下アームが短絡しないよう、デッドタイムを設けている。

図８において、Ｗ相のみ下アームがオンとなっていてＵ相とＶ相の上アームがオンしている区間ＡおよびＤでは、逆極性のＷ相入力電流を観測することができる。また、Ｖ相とＷ相の下アームがオンしていてＵ相のみ上アームがオンしている区間ＢおよびＣにおいては、同極性のＵ相入力電流を観測することができる。

永久磁石同期電動機の電流再現演算器４１ａにはサンプルホールド機能があり、図８の区間Ａ〜Ｄを示すサンプルホールド信号Ｔｓａｍｐに従って、電力変換装置５ａの直流電流ＩＤＣをサンプルホールドし、各区間の電力変換装置５ａの直流電流ＩＤＣを組み合わせることで、３相交流のモータ電流を出力する。

このように、各相のＩＧＢＴのスイッチングの状態に応じて変化する直流電流ＩＤＣをＡ〜Ｄ区間において観測し、各区間の電力変換装置５ａの直流電流ＩＤＣを組み合わせることで、３相交流のモータ電流を再現することができる。

なお、本実施例においては、電力変換装置５ａの直流電流ＩＤＣを検出する手段として、電流検出抵抗４３を用いた場合を図示しているが、この方法以外にも、ＣＴやホール素子などを利用した電流センサなどによって検出することも可能であり、この際も同様に、図８にて示した区間Ａ〜Ｄの電力変換装置５ａの直流電流ＩＤＣを組み合わせることで、３相交流の永久磁石同期電動機の電流を再現することができる。

次に、制御部２ａについて図５を用いて説明する。

制御部２ａは、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊からｄ軸電流の検出値Ｉｄを減算する減算器１１ｂと、減算器１１ｂの演算結果を入力し制御ゲインをかけて第２のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊＊を出力するｄ軸電流制御器４２と、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊からｑ軸電流の検出値Ｉｑを減算する減算器１１ｃと、減算器１１ｃの演算結果を入力し制御ゲインをかけて第２のｑ軸電流指令値Ｉｑ＊＊出力するｑ軸電流制御器４３と、第２のｑ軸電流指令値Ｉｑ＊＊を入力し制御ゲインをかけて出力する変動抑制器４０と、周波数指令値ω＊から変動抑制器４０の出力値を減算して第２の周波数指令値ω＊＊を出力する減算器１１ｄと、第２のｄ軸およびｑ軸電流指令値（Ｉｄ＊＊およびＩｑ＊＊）と第２の周波数指令値ω＊＊とを用いてベクトル演算を行いｄ軸およびｑ軸電圧指令値（Ｖｄ＊およびＶｑ＊）を出力する電圧指令値作成器３ａと、ｄ軸およびｑ軸電圧指令値（Ｖｄ＊およびＶｑ＊）をｄ／ｑ軸から３相軸へ座標変換して永久磁石同期電動機６に印加する３相電圧指令値（Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊）を出力するｄｑ／３φ変換器４と、周波数指令値ω＊を積分して磁極位置θを出力する積分器９とで構成される。

本実施例では、ｄ軸およびｑ軸電流の検出値（ＩｄおよびＩｑ）をそれぞれの電流指令値（Ｉｄ＊およびＩｑ＊）から減算して、電流指令値通りに電流が流れるように電流指令値を修正し、第２のｄ軸およびｑ軸電流指令値（Ｉｄ＊＊およびＩｑ＊＊）を作成すると同時に、第２のｑ軸電流指令値Ｉｑ＊＊に制御ゲインをかけその演算結果を周波数指令値ω＊から減算することで周波数指令値を修正し、新たに第２の周波数指令値ω＊＊とする。これら第２の電流指令値（Ｉｄ＊＊およびＩｑ＊＊）と第２の周波数指令値ω＊＊を用いてベクトル演算を行い、ｄ軸およびｑ軸電圧指令値（Ｖｄ＊およびＶｑ＊）を算出することで、電流制御を行いつつ負荷変動による速度変動を抑制できる。

本実施例において、ｄ軸およびｑ軸電流制御器（４２および４３）の制御ゲインとして比例積分ゲインを用いている。すなわち、次の（３）および（４）式によって求める。

ここで、ΔＩｄは（Ｉｄ＊−Ｉｄ）、ΔＩｑは、（Ｉｑ＊−Ｉｑ）、ｓはラプラス演算子である。

変動抑制器４０の制御ゲインは、不完全微分ゲイン（Ｋｄｐ／（１＋Ｔｄｐ×ｓ））を用いている。つまり、入力した第２のｑ軸電流指令値Ｉｑ＊＊を不完全微分演算して減算器１１ｄに出力する。減算器１１ｄは、第２の周波数指令値ω＊＊から変動抑制器４０の演算結果を減算し、周波数指令値を修正する。すなわち、本実施例においては第２の周波数指令値ω＊＊を次の（５）式によって求める。

電圧指令値作成器３ａは、減算器１１ｄの出力による第２の周波数指令値ω＊＊と、第２のｄ軸およびｑ軸電流指令値（Ｉｄ＊＊およびＩｑ＊＊）を基に、次の（６）式に従ってベクトル演算を行い、ｄ軸およびｑ軸電圧指令値（Ｖｄ＊およびＶｑ＊）を算出する。実施例１とは、演算に用いる電流指令値が異なっている。

算出したｄ軸およびｑ軸電圧指令値（Ｖｄ＊およびＶｑ＊）をｄｑ／３φ変換器４に出力する。

このように、本実施例においては、電力変換回路５ａの直流電流ＩＤＣからｄ軸およびｑ軸電流を検出してそれぞれに電流制御を行うとともに、第２の電流指令値を使って周波数指令を修正することで、負荷変動による速度変動を抑制できる。

〔実施例３〕
本発明に係わる永久磁石同期電動機の制御装置の実施例３について図９を用いて説明する。

図９は本発明による永久磁石同期電動機の制御装置２０１を洗濯機の駆動システムに適用した際の、洗濯機２００の模式図である。

洗濯機２００は、水受け槽２０８の中に、洗濯槽２０６と攪拌翼（パルセータ）２０５がある構成となっており、洗濯槽２０６と攪拌翼２０５をモータ２０３で駆動する。洗濯槽２０６と攪拌翼２０５のどちらを駆動するかは、洗濯工程中にクラッチ部２０４によって切り替える。

なお、クラッチ部２０４は減速機構をつけた構成としてもよい。永久磁石同期電動機の制御装置２０１は、配線２０２を介して永久磁石同期電動機２０３に交流電圧を印加して駆動する。

洗濯工程中の水受け槽２０８や洗濯槽２０６の振動抑制として、水受け槽２０８は、吊り棒（２１０ａおよび２１０ｂ）で外枠に吊っている構成となっているが、水受け槽２０８側に振動減衰機構（２０９ａおよび２０９ｂ）があり、洗濯工程中の振動を低減している。

さらに、洗濯槽２０７にはバランスリング２０７がついており、洗濯物のアンバランスによって生じる振動を低減する。これらに加え、洗濯機の駆動システムに本発明によるモータ制御装置を適用することで、速度変動などによる振動を抑制する事ができる。

上述した本発明の特徴を以下に挙げる。
（１）．本発明は、界磁として永久磁石を有する永久磁石同期電動機と、ｄ軸電流指令値と、ｑ軸電流指令値と、周波数指令値とに従って永久磁石同期電動機に印加する電圧指令値を求める電圧指令値作成器と、電圧指令値に従って永久磁石同期電動機に電圧を印加する電力変換回路とを備えた永久磁石同期電動機の制御装置において、永久磁石同期電動機の同期運転モードで起動する際に、永久磁石同期電動機のｑ軸電流を検出し、検出されたｑ軸電流値にゲインをかけ、その演算結果を前記周波数指令値から減算して周波数指令値を修正することを特徴とする。

この構成によれば、永久磁石同期電動機を同期運転モードで起動する際にｑ軸電流を検出することで、負荷変動分が検出できる。負荷変動分に当たるｑ軸電流の検出値にゲインをかけた値を周波数指令値から減算することで、負荷変動に応じて周波数指令を自動に調整し安定に駆動する事が可能になる。
（２）．本発明は、ｄ軸電流およびｑ軸電流を検出し、検知されたｄ軸電流値についてはｄ軸電流指令値との差分を、ｑ軸電流値についてはｑ軸電流指令値との差分をとり、その差分がゼロになる第２ｄ軸電流指令値および第２ｑ軸電流指令値を求め、第２ｑ軸電流指令値にゲインをかけ、その演算結果を周波数指令値から減算して周波数指令値を修正することを特徴とする。

この構成によれば、ｄ軸およびｑ軸電流を検出し、それぞれの電流の検出値をｄ軸およびｑ軸電流指令値と差分をとり、その差分がゼロになる第２のｄ軸およびｑ軸の電流指令値を求め、それらを用いて電圧指令値を演算することで、所望どおりの電流をモータに流す事ができる。それに加え、第２のｑ軸電流指令値にゲインをかけ、その演算結果を周波数指令値から減算して周波数指令値を修正することによって負荷条件の変化にも対応が可能になる。
（３）．本発明は、ｑ軸電流の検出値にかけるゲインは、比例ゲインまたは微分ゲインまたは不完全微分ゲインのいずれかであることを特徴とする。

この構成によれば、ｑ軸電流の検出値または第２のｑ軸電流指令値にかけるゲインを比例ゲインとすることで制御部への最小限の演算負荷で負荷変動抑制が可能になる。さらに、ｑ軸電流の検出値または第２のｑ軸電流指令値にかけるゲインを、微分ゲインまたは不完全微分ゲインとすることで、速度偏差無く、負荷変動抑制が可能になる。
（４）．本発明は、永久磁石同期電動機に流れる前記ｑ軸電流は、電力変換装置の直流側に流れる電流から求めることを特徴とする。

この構成によれば、電力変換回路の直流電流からｑ軸電流を検出する構成とすると、モータ電流センサを省略する事ができ、モータ制御装置の省スペース化が可能になる。
（５）．本発明は、ｑ軸電流の検出値または第２のｑ軸電流指令値にかけるゲインは、駆動する永久磁石モータの情報を用いて決定する。具体的には、モータを特定する型式、モータの巻線抵抗、極数、誘起電圧定数、発電定数、イナーシャ、ｄ軸電流指令値、ｑ軸電流指令値である。これらの値の内、少なくとも１つの情報を記憶する記憶手段または情報を受け取る通信手段を備え、その記憶手段または通信手段によって得られた永久磁石モータに関する情報を用いてゲインを決定する構成とする。

この構成によれば、ｑ軸電流の検出値または第２のｑ軸電流指令値にかけるゲインを、駆動する永久磁石モータの情報を用いて決定する構成とすると、永久磁石モータにつながる負荷条件が変わった場合にも即座に対応し、負荷変動抑制効果を持続する事が可能になる。
（６）．本発明は、攪拌翼または洗濯脱水槽を回転駆動する永久磁石同期電動機が備わる洗濯機において、上記の制御装置を用いて制御することを特徴とする。

この構成によれば、洗いもしくは濯ぎもしくは脱水の全工程において負荷変動を抑制し脱調を防止し安定した洗濯工程の実現が可能になる。

本発明に係わる永久磁石同期電動機の基本構成図である。 本発明の実施例１での電力変換回路の構成図である。 本発明の実施例１での変動抑制器（タイプ２）の構成図である。 本発明の実施例１での変動抑制器（タイプ３）の構成図である。 本発明の実施例２でのモータ制御装置の構成図である。 本発明の実施例２での電流検出手段の構成図である。 本発明の実施例２での直流電流ＩＤＣ検出手段の構成図である。 直流電流からモータ電流を再現する方法を説明するための波形図である。 本発明を洗濯機の駆動システムに適用したときの洗濯機の模式図である。 変動抑制器１０がない場合のボード線図である。 変動抑制器１０がある場合のボード線図である。

符号の説明

１…永久磁石同期電動機の制御装置、３…電圧指令値作成器、５…電力変換回路、６…永久磁石同期電動機、１０…変動抑制器、１２…電流検出手段、２１…スイッチング素子、４１…永久磁石同期電動機の電流再現演算器、４６…電流検出回路、２００…洗濯機、２０１…駆動用モータ（永久磁石同期電動機）、２０５…攪拌翼（パルセータ）、２０６…洗濯槽。

Claims (6)

1. 界磁として永久磁石を有する永久磁石同期電動機と、
   ｄ軸電流指令値と、ｑ軸電流指令値と、周波数指令値とに従って前記永久磁石同期電動機に印加する電圧指令値を求める電圧指令値作成器と、
   前記電圧指令値に従って前記永久磁石同期電動機に電圧を印加する電力変換回路とを備えた永久磁石同期電動機の制御装置において、
   前記永久磁石同期電動機の同期運転モードで起動する際に、永久磁石同期電動機のｑ軸電流を検出し、検出されたｑ軸電流値にゲインをかけ、その演算結果を前記周波数指令値から減算して周波数指令値を修正することを特徴とする永久磁石同期電動機の制御装置。
2. 請求項１に記載された永久磁石同期電動機の制御装置において、
   ｄ軸電流および前記ｑ軸電流を検出し、検知されたｄ軸電流値については前記ｄ軸電流指令値との差分を、ｑ軸電流値については前記ｑ軸電流指令値との差分をとり、その差分がゼロになる第２ｄ軸電流指令値および第２ｑ軸電流指令値を求め、前記第２ｑ軸電流指令値にゲインをかけ、その演算結果を前記周波数指令値から減算して周波数指令値を修正することを特徴とする永久磁石同期電動機の制御装置。
3. 請求項１または２に記載された永久磁石同期電動機の制御装置において、
   前記ｑ軸電流の検出値にかけるゲインは、比例ゲインまたは微分ゲインまたは不完全微分ゲインのいずれかであることを特徴とする永久磁石同期電動機の制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載された永久磁石同期電動機のモータ制御装置において、
   前記永久磁石同期電動機に流れる前記ｑ軸電流は、前記電力変換回路の直流側に流れる電流から求めることを特徴とする永久磁石同期電動機の制御装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載にされた永久磁石同期電動機の制御装置において、
   駆動する前記永久磁石同期電動機に関する情報のうち少なくとも１つを記憶する記憶手段または情報を受け取る通信手段を備え、前記記憶手段または前記通信手段によって得られた前記永久磁石同期電動機に関する情報を用いて、前記ｑ軸電流の検出値にかけるゲインを決定することを特徴とする永久磁石同期電動機の制御装置。
6. 攪拌翼または洗濯脱水槽を回転駆動する永久磁石同期電動機が備わる洗濯機において、
   前記永久磁石同期電動機の運転を請求項１〜５のいずれかに記載された永久磁石同期電動機の制御装置を用いて制御することを特徴とする洗濯機。

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