JP2008312392A - 電動機制御装置とその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ｄ軸電流とｑ軸電流の分配量を決定する電流位相βを、トルクの大きさにより変化させて、電動機を駆動するトルクが変化しても、電流あたりのトルクを最大にした電動機制御装置とその制御方法を提供することを目的とする。
【解決手段】d軸電流指令とq軸電流指令どおりに電動機に電流を流すように電圧指令を生成する電流制御部（５）と、前記電圧指令基づいて電動機電圧を生成するＰＷＭ制御部（６）と、電動機の位相θを検出する位置検出部とを備え、d軸電流とq軸電流の分配量で発生するトルクが変化する前記電動機を制御する電動機制御装置において、トルク指令または速度フィードバックに基づいてもとめた電流位相βを生成する電流位相生成部（１２）と、前記トルク指令と前記電流位相βからd軸電流指令を生成するd軸電流指令生成部（２）と、前記d軸電流指令と前記トルク指令をもとにｑ軸電流指令を生成するｑ軸電流指令生成部（４）と、を備えた
【選択図】図１

Description

本発明は、電動機を電流あたりのトルクを最大にする電動機制御装置とその制御方法に関する。

従来の電動機制御装置は、ＩＰＭモータの検出速度信号と速度指令信号との速度偏差に基いて算出された電流指令ＩｃをＩｄ＝｜Ｉｃ｜・ｃｏｓβとＩｑ＝Ｉｃ・ｓｉｎβの式（ただし、βはｄ軸と電流指令Ｉｃとの間の電気角）により、２つの直交するベクトル成分であるｄ軸電流指令Ｉｄとｑ軸電流指令Ｉｑに分配している。（例えば、特許文献１参照）。また、最大トルク／電流制御を実現するための電流位相βを（１）式で求めるものもある。（例えば非特許文献１参照）

（１）式において、ψａは永久磁石による鎖交磁束、Ｌｄはｄ軸インダクタンス、Ｌｑはｑ軸インダクタンス、Ｉａは電流ベクトルの振幅である。
図６において、ＩＰＭモータ１０１は複数の永久磁石がロータコアに埋め込まれているロータを備え、永久磁石の直軸であるｄ軸のインダクタンスＬｄと直軸と電気角で直交する直交軸であるｑ軸のインダクタンスＬｑとの関係がＬｄ＜Ｌｑとなる逆突極性の埋込磁石形同期電動機である。ＩＰＭモータ１０１はＰＷＭ電力変換器１０２を用いて可変速制御される。制御装置は、ＩＰＭモータ１０１の駆動軸の回転を検知するエンコーダ１０３からの信号と速度指令ωｍｃとを入力として、ＩＰＭモータの回転速度と速度指令ωｍｃとの速度偏差に基づいて電流制御信号を作成し、ＰＷＭ電力変換器１０２にＰＷＭ制御信号を出力するＰＷＭ制御部１０４に電流制御信号を出力する。
この制御装置は、ｄ軸電流指令Ｉｄとｑ軸電流指令Ｉｑとに基づいて電流制御信号を出力する電流制御部１０５と、速度偏差に基づいてｄ軸電流指令Ｉｄ及びｑ軸電流指令Ｉｑを作成する速度制御部１０６とを備えている。
電流制御部１０５は、積分制御器１５１及び１５２とｓｉｎ信号とｃｏｓ信号とを発生する信号発生回路（ＯＳＣ）１５３と、ｄｑ軸座標変換器１５４と、三相座標変換器１５５と、電流制御器１５６とから構成される。積分制御器１５１及び１５２は、速度制御部１０６から入力されたｄ軸電流指令Ｉｄ及びｑ軸電流指令Ｉｑと、ｄ軸電流フィードバックＩｄｆ及びｑ軸電流フィードバックＩｑｆとのぞれぞれの差からそれぞれの積分補償値を作成する。ＯＳＣ１５３は、エンコーダ１０３により検出されるＩＰＭモータ１０１のロータの回転位置θｍに基いてｓｉｎ、ｃｏｓ信号を作成する。ｄｑ座標変換器１５４は、ＰＷＭ電力変換器１０２の出力電流の電流フィードバックＩｕｆ、ＩｖｆをＯＳＣ１５３から入力されたｓｉｎ、ｃｏｓ信号に従ってｄｑ座標変換し、ｄ軸電流フィードバックＩｄＦ及びｑ軸電流フィードバックＩｑＦを出力する。三相座標変換器１５５は、積分制御器１５１，１５２によりそれぞれ作成された積分補償値を含んだｄ軸電流指令Ｉｄ’及びｑ軸電流指令Ｉｑ’を、ＯＳＣ１５３から入力されたｓｉｎ、ｃｏｓ信号に従って三相座標変換し、三相電流指令Ｉｕｃ、Ｉｖｃ及びＩｗｃを出力する。電流制御装置１５６は、三相電流指令Ｉｕｃ、Ｉｖｃ及びＩｗｃと電流フィードバックＩｕｆ、Ｉｖｆとの偏差をとり、比例演算して電圧指令Ｖｕｃ、Ｖｖｃ、Ｖｗｃを得てＰＷＭ制御器１０４に出力する。以上のような電流制御器の構成及び動作はすでに公知であるから詳細な説明は省略する。
速度制御部１０６は速度検出器１６１と、速度制御器１６２と、電流指令演算器１６３と、リミッタ１６４と、ｑ軸電流指令演算器１６５と、絶対値化器１６６と、ｄ軸電流指令演算器１６７とから構成される。ｑ軸電流指令演算器１６５、絶対値化器１６６及びｄ軸電流指令演算器１６７は、ｄ軸・ｑ軸電流指令演算手段を構成する。速度検出器１６１は、エンコーダ１０３からの信号を受け取ってＩＰＭモータ１０１の回転速度を検出して検出速度信号ωｍを出力する。速度制御器１６２は、速度指令信号ωｍｃと検出速度信号ωｍとの速度偏差からトルク指令Ｔｃを演算する。電流指令演算器１６３は、トルク指令Ｔｃに電流指令換算係数ＫＴＩを乗算して電流指令Ｉｃを演算する。リミッタ１６４は、電流指令Ｉｃを一定値にリミットする。ｑ軸電流指令演算器１６５は、リミッタ１６４から出力された電流指令Ｉｃをｓｉｎβ倍してｑ軸電流指令Ｉｑを算出する。ｄ軸電流指令演算器１６７は、絶対値化器１６６により絶対値化された電流指令Ｉｃをｃｏｓβ倍してｄ軸電流指令Ｉｄを算出する。すなわちｄ軸電流指令Ｉｄ及びｑ軸電流指令Ｉｑはそれぞれ、
Ｉｄ ＝ ｜Ｉｃ｜・ｃｏｓβ
Ｉｑ ＝ ｜Ｉｃ｜・ｓｉｎβ
の式（ただし、βはｄ軸と電流指令Ｉｃとの間の電気角）により算出される。
この制御装置においては、ＩＰＭモータ１０１は可変速制御するＰＷＭ電力変換器１０２にＰＷＭ制御器１０４からＰＷＭ制御信号が入力される。ＰＷＭ制御器１０４には電流制御部１０５から電圧指令Ｖｕｃ、Ｖｖｃ、Ｖｗｃが入力され、これらはｄ軸電流指令Ｉｄとｑ軸電流指令Ｉｑに基いて作成される。そしてｄ軸電流指令Ｉｄ及びｑ軸電流指令Ｉｑは速度制御部１０６において作成される。
まず速度検出器１６１がエンコーダ１０３からのエンコーダ値によりＩＰＭモータ１０１の回転速度を検出し、検出速度信号ωｍを出力する。速度指令信号ωｍｃと検出速度信号ωｍとの速度偏差は速度制御器１６２により演算を施され、トルク指令Ｔｃが算出される。トルク指令Ｔｃには、電流指令演算器１６３により電流指令換算係数ＫＴＩが乗算されて電流指令Ｉｃが得られる。さらにリミッタ１６４により電流指令演算手段から出力された電流指令Ｉｃは一定値にリミットされる。
次に電流指令Ｉｃは、ｑ軸電流指令演算器１６５、絶対値化器１６６及びｄ軸電流指令演算部からなるｄ軸・ｑ軸電流指令演算装置においてｄ軸電流指令Ｉｄ及びｑ軸電流指令Ｉｑに分配される。すなわち電流指令Ｉｃは図７の電流ベクトル図に示すようにｑ軸成分とｄ軸成分とに分配される。このとき使用されるｓｉｎβ及びｃｏｓβの数値は、電流制御部１０５のＯＳＣ１５３においてｄｑ座標変換に用いられるｓｉｎテーブルから読み出される。本実施の形態においては従来の制御装置内に記憶されているｓｉｎテーブルを参照してｄ軸・ｑ軸電流指令演算を行うようにしたので、特別にメモリを増やす必要がない。またｓｉｎテーブルを参照することにより演算量が少なく、演算時間も短くて済む。
βの値は所望のトルクを最大トルク効率で得られるように調整される。例えば、低速時のトルク定数調整は、電流指令Ｉｃを定格電流とし、この状態でβを変化させ、最大のトルクが発生した角度をβの最適値とすることにより容易に実行される。このようにある一定電流の元でｄ軸・ｑ軸電流指令を分配すればよいため、トルク定数の調整が非常に容易である。
このように、従来の電動機制御装置は、ＩＰＭモータの検出速度信号と速度指令信号との速度偏差に基いて算出された電流指令ＩｃをＩｄ＝｜Ｉｃ｜・ｃｏｓβとＩｑ＝Ｉｃ・ｓｉｎβの式（ただし、βはｄ軸と電流指令Ｉｃとの間の電気角）により、２つの直交するベクトル成分であるｄ軸電流指令Ｉｄとｑ軸電流指令Ｉｑに分配して電動機を駆動するのである。
特開２０００−３４１９８３号公報（第３−６頁、図１） 武田洋次・松井信行・森本茂雄・本田幸夫著「埋込磁石同期モータの設計と制御」オーム社出版、２００１年１０月２５日、ｐ．２３−２６

従来の電動機制御装置は、電流指令Ｉｃが定格電流の状態でｄ軸電流とｑ軸電流の分配量を決定する電流位相βを変化させ、最大のトルクが発生した角度をβの最適値とするようになっていて、電流の大きさまたはトルクの大きさによりβを変化させないので、Ｉｃが定格電流の状態、すなわちβの最適値を調整した状態以外では、最大トルク／電流制御を実現できないという問題があった。また、負荷状態が変化し、電動機に流れる電流が変化するような場合は、インダクタンスが変化し、モータに発生するリラクタンストルクが変化するので、インダクタンスの変化を考慮していない従来の電動機制御装置では、トルク指令と実トルクが一致しないのでトルク制御できないというような問題もあった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、ｄ軸電流とｑ軸電流の分配量を決定する電流位相βを、トルクの大きさにより変化させるとともに、電流により変化する係数Ｋを用いたｑ軸電流算出式を用いるため、電動機を駆動するトルクが変化しても、電流あたりのトルクが最大で、電動機に流れる電流が変化しインダクタンスが変化しても、トルク指令と実トルクの誤差が小さい電動機制御装置とその制御方法を提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１記載の発明は、d軸電流指令とq軸電流指令どおりに電動機に電流を流すように電圧指令を生成する電流制御部と、前記電圧指令に基づいて電動機電圧を生成するＰＷＭ制御部と、電動機の位相θを検出する位置検出部とを備え、d軸電流とq軸電流の分配量で発生するトルクが変化する前記電動機を制御する電動機制御装置において、トルク指または速度フィードバックに基づいて求めた電流位相βを生成する電流位相生成部と、前記トルク指令と前記電流位相βからd軸電流指令を生成するd軸電流指令生成部と、前記d軸電流指令と、前記トルク指令をもとにｑ軸電流指令を生成するｑ軸電流指令生成部と、を備えたことを特徴とするものである。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の電動機制御装置において、前記d軸電流指令生成部は、前記電流位相βと前記トルク指令に基づき、d軸電流算出式を用いてd軸電流指令を算出することを特徴とするものである。
ただし、ｄ軸電流算出式は、
Ｉｄ＿ｒｅｆ＝−Ｔ＿ｒｅｆ／（Ｋｔ・ｓｉｎβ）
であり、Ｉｄ＿ｒｅｆはｄ軸電流指令、Ｔ＿ｒｅｆはトルク指令、Ｋｔは電動機トルク定数である。
請求項３記載の発明は、請求項１記載の電動機制御装置において、前記電流位相生成部は、d軸電流とq軸電流の分配量を決定する電流位相βを、あるトルクを発生するために必要な電流が最小になるように決定し、前記電流位相βはテーブルあるいは近似式を用いて求めることを特徴とするものである。
請求項４記載の発明は、請求項１記載の電動機制御装置において、前記q軸電流指令生成部は、前記d軸電流指令と、前記トルク指令に基づいて、電流の変化に応じて変化する係数Ｋを用いたq軸電流算出式を用いてq軸電流指令を生成することを特徴とするものである。
ただし、ｑ軸電流算出式は、
Ｉｑ＿ｒｅｆ＝Ｔ＿ｒｅｆ／（Ｋｅ＋Ｋ（Ｌｄ−Ｌｑ）Ｉ＿ｄｒｅｆ）
であり、Ｉｑ＿ｒｅｆはｑ軸電流指令、Ｋｅは電動機の誘起電圧定数、Ｌｄはｄ軸インダクタンス、Ｌｑはｑ軸インダクタンスである。
請求項５記載の発明は、請求項１記載の電動機制御装置において、前記q軸電流指令生成部は、前記d軸電流指令と、前記トルク指令に基づいて、d軸電流の変化に応じて変化する係数Ｋｄ、q軸電流の変化に応じて変化する係数Ｋｑを用いたq軸電流算出式を用いてq軸電流指令を生成することを特徴とするものである。
ただし、ｑ軸電流指令算出式は、
Ｉｑ＿ｒｅｆ＝Ｔ＿ｒｅｆ／（Ｋｅ＋（ＫｄＬｄ−ＫｑＬｑ）Ｉｄ＿ｒｅｆ）
である。
請求項６記載の発明は、d軸電流指令とq軸電流指令どおりに電動機に電流を流すように電圧指令を生成する電流制御部と前記電圧指令に基づいて電動機電圧を生成するＰＷＭ制御部と、電動機の位相θを検出する位置検出部とを備え、d軸電流とq軸電流の分配量で発生するトルクが変化する前記電動機を制御する電動機制御装置の制御方法において、トルク指令から電流位相を生成するステップと、前記トルク指令と前記電流位相に基づいて、ｄ軸電流指令を生成するステップと、前記ｄ軸電流指令と前記トルク指令を用いてｑ軸電流指令を生成するステップと、前記ｄ軸電流指令と前記ｑ軸電流指令を用いて電動機を駆動するステップと、備えたことを特徴とするものである。
請求項７に記載の発明は、前記d軸電流指令は、請求項６に記載の電動機制御装置の制御方法において、前記電流位相βと前記トルク指令に基づいて、d軸電流算出式を用い、トルク定数Ｋｔを最大トルクが発生するときのトルクと電流の関係から変化させて算出することを特徴とするものである。
ただし、ｄ軸電流算出式は、
Ｉｄ＿ｒｅｆ＝−Ｔ＿ｒｅｆ／（Ｋｔ・ｓｉｎβ）
であり、Ｉｄ＿ｒｅｆはｄ軸電流指令、Ｔ＿ｒｅｆはトルク指令、Ｋｔは電動機トルク定数である。

請求項１に記載の発明によると、ｄ軸電流とｑ軸電流の分配量を決定する電流位相βを、トルクの大きさにより変化させるとともに、電流により変化する係数Ｋを用いたｑ軸電流算出式を用いるため、電動機を駆動するトルクが変化しても、電流あたりのトルクを最大にする制御を実現でき、電動機に流れる電流が変化し、インダクタンスが変化しても、トルク指令と実トルクの誤差を小さくした電動機制御装置を提供できる。
また、請求項２に記載の発明によると、ｄ軸電流とｑ軸電流の分配量を決定する電流位相βを、トルクの大きさにより変化させるので、電動機を駆動するトルクが変化しても、電流あたりのトルクを最大にした電動機制御装置を提供できる。
また、請求項３に記載の発明によると、ｄ軸電流とｑ軸電流の分配量を決定する電流位相βを、トルクの大きさにより変化させるので、電動機を駆動するトルクが変化しても、電流あたりのトルクを最大にした電動機制御装置を提供できる。
また、請求項４に記載の発明によると、ｄ軸電流とｑ軸電流の分配量を決定する電流位相βを、トルクの大きさにより変化させるとともに、電流により変化する係数Ｋを用いたｑ軸電流算出式を用いるため、電動機を駆動するトルクが変化しても、電流あたりのトルクを最大にでき、電動機に流れる電流が変化し、インダクタンスが変化しても、トルク指令と実トルクの誤差を小さくした電動機制御装置を提供できる。
また、請求項５に記載の発明によると、ｄ軸電流とｑ軸電流の分配量を決定する電流位相βを、トルクの大きさにより変化させるとともに、電流により変化する係数

を用いたｑ軸電流算出式を用いるため、電動機を駆動するトルクが変化しても、電流あたりのトルクを最大にでき、電動機に流れる電流が変化し、インダクタンスが変化しても、トルク指令と実トルクの誤差を小さくした電動機制御装置を提供できる。
また、請求項６に記載の発明によると、ｄ軸電流とｑ軸電流の分配量を決定する電流位相βを、トルクの大きさにより変化させるとともに、電流により変化する係数

を用いたｑ軸電流算出式を用いるため、電動機を駆動するトルクが変化しても、電流あたりのトルクを最大にでき、電動機に流れる電流が変化し、インダクタンスが変化しても、トルク指令と実トルクの誤差を小さくした電動機制御装置の制御方法を提供できる。
また、請求項７に記載の発明によると、ｄ軸電流とｑ軸電流の分配量を決定する電流位相βを、トルクの大きさにより変化させるので、電動機を駆動するトルクが変化しても、電流あたりのトルクを最大にした電動機制御装置の制御方法を提供できる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１は、本発明の第１実施例を示す電動機制御装置のブロック図である。図において、１はトルク指令Ｔ＿ｒｅｆ、２はｄ軸電流指令生成部、４はｑ軸電流指令生成部、５は電流制御部、６はＰＷＭ制御部、７はモータ、８は位置検出器、９は電動機の位相θ、１０はｄ軸電流指令Ｉｄ＿ｒｅｆ、１１はｑ軸電流指令Ｉｑ＿ｒｅｆ、１２は電流位相生成部、１３はｄ軸電流とｑ軸電流の分配量を決定する電流位相βである。
モータ７はｄ軸電流とｑ軸電流の分配量で発生するトルクが変化する電動機であり、例えば、ＩＰＭモータのようにマグネットトルクとリラクタンストルクの両方を利用できるモータで、発生するトルクは、マグネットトルクとリラクタンストルクの合計になる。そのため、ｄ軸電流を０とすると、リラクタンストルクは発生せず、ｄ軸電流を流すとリラクタンストルクが発生し、発生するトルクが変化する。つまり、ｄ軸電流とｑ軸電流の分配量で発生するトルクは決定される。
モータ７をトルク指令Ｔ＿ｒｅｆ１で駆動する場合、まず、あるトルクを発生させるための電流を最小にする、つまり最大トルク／電流制御を実現するために、電流位相β（１３）をトルク指令Ｔ＿ｒｅｆ１と以下の近似式（２）、（３）式を用いて変化させる。この処理は電流位相生成部１２で行う。

（２）式、（３）式は電流位相β（１３）のトルク指令Ｔ＿ｒｅｆ１による変化を近似した式である。トルク指令Ｔ＿ｒｅｆ１による変化は２直線で近似している。（２）式、（３）式の切替には設定した基準トルクを用いる。また、最大トルク／電流制御を実現するための電流位相１３が、速度の変化も影響を受ける場合、速度フィードバックＶ＿ｆｂを用いた（４）式を用いて、電流位相１３を変化させる。

（４）式は電流位相β（１３）の速度フィードバックＶ＿ｆｂによる変化を近似した式である。また、速度フィードバックの変わりに速度指令を用いてもよい。
（２）式、（３）式、（４）式における係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、β＿ｏｆｆｓｅｔ１、β＿ｏｆｆｓｅｔ２はモータ７の特性より求めたものである。電流位相生成部１２では、近似式ではなくテーブルを用いてもよい。
次に電流位相生成部１２で生成された電流位相β（１３）とトルク指令Ｔ＿ｒｅｆ１に基づき、ｄ軸電流指令生成部２で以下の（５）式を用いてｄ軸電流指令Ｉｄ＿ｒｅｆ１０を生成する。

（５）式において、Ｋｔはトルク定数である。このトルク定数Ｋｔは、図６に示すように固定値もしくは、テーブルまたは近似式を用いたものを用いる。トルク定数Ｋｔは、最大トルクが発生するときのトルクと電流の関係から変化させる。また、電流位相βは図２に示す電流ベクトル図のように定義しているためｄ軸電流指令Ｉｄ＿ｒｅｆ１０はｓｉｎβで算出される。トルク定数Ｋｔまたは、電流位相βをテーブルあるいは近似式で求めると最大トルク／電流制御を実現できる。ｄ軸電流指令生成部２で生成されたｄ軸電流指令Ｉｄ＿ｒｅｆ１０とトルク指令Ｔ＿ｒｅｆ１とｑ軸電流算出式（６）式を用いて、ｑ軸電流指令生成部４においてｑ軸電流指令Ｉｑ＿ｒｅｆ１１を生成する。

（６）式において、Ｋｅは誘起電圧定数、Ｌｄはｄ軸インダクタンス、Ｌｑはｑ軸インダクタンス、Ｋは電流の変化に対してインダクタンスが変化することを考慮した係数で、電流の変化に応じて変化する係数である。この係数Ｋは、電流が流れた場合、電流の大きさによりＬｄ、Ｌｑがともに変化するというモータ７の特性を考慮したものである。係数Ｋを持たない式でＩｑ＿ｒｅｆを算出した場合、モータ７に流れる電流が大きく変化すれば、モータ７のＬｄ、Ｌｑが変化するため、Ｌｄ，Ｌｑの設定値と誤差が生じる。そのためトルク指令どおりにトルクを発生させるのに必要なＩｑ＿ｒｅｆが算出されず、トルク指令Ｔ＿ｒｅｆ１とモータ７の実トルクに誤差が生じる。そのため、トルク制御が正しくできないという問題が発生する。係数

を用いると、トルク指令Ｔ＿ｒｅｆ１とモータ７の実トルクの誤差を小さくできる、つまりトルク精度を向上することができ、トルク制御ができるようになる。
また、電流による変化量はＬｄに比べてＬｑが非常に大きい場合、係数Ｋは、Ｌｑの変化のみを考慮した（７）式で算出する。

（７）式はモータ７の特性である、電流に対するインダクタンスの変化より求めた式である。さらにトルク指令とモータ７の実トルクの誤差を小さくするためには、Ｌｑの変化だけでなく、Ｌｄの変化も考慮した（８）式、（９）式、、（１０）式、を用いるとよい。

ｄ軸電流指令生成部２で生成されたｄ軸電流指令Ｉｄ＿ｒｅｆ１０とｑ軸電流指令生成部４で生成されたｑ軸電流指令Ｉｑ＿ｒｅｆ１１は、電流制御部５に入力され、電流制御部５において、ＰＩ制御など行われ、ｄ軸電流指令Ｉｄ＿ｒｅｆ１０とｑ軸電流指令Ｉｑ―ｒｅｆ１１どおりにモータ７に電流を流すようにＵ相，Ｖ相、Ｗ相の電圧指令Ｖｕｒｅｆ、Ｖｖ＿ｒｅｆ、Ｖｗ＿ｒｅｆが生成される。このとき、位置検出器８より検出された電動機の位相９を用いる。電流制御部５で生成された電圧指令Ｖｕ＿ｒｅｆ、Ｖｖ＿ｒｅｆ、Ｖｗ＿ｒｅｆは、ＰＷＭ制御部６に入力され、電圧指令どおりにモータ７に電圧が与えられ、モータ７はトルク指令Ｔ＿ｒｅｆ１で駆動される。ここで、駆動したモータ７は、ｄ軸電流とｑ軸電流の分配量で発生するトルクが変化する電動機である。
本発明が従来技術と異なる部分は、ｄ軸電流とｑ軸電流の分配量を決定する電流位相βを、あるトルクを発生するために必要な電流を最小になるように決定し、トルクの大きさにより電流位相βを変化させて、電動機を駆動するトルクが変化しても、最大トルク／電流制御を実現できることである。また、電流に応じて変化する係数Ｋを用いたｑ軸電流算出式を用いるため、電動機に流れる電流が変化し、インダクタンスが変化しても、トルク指令と実トルクの誤差を小さしトルク制御ができることである。

図４は、本発明の第２実施例を示す電動機制御装置のブロック図である。図４において、３は、定出力制御部である。
定出力制御部３では、モータに与える電圧がある電圧を越えないようにｄ軸電流を大きくするために、Ｉｄ＿ｒｅｆ２を生成する。ｄ軸電流指令生成部２で生成されたｄ軸電流指令をＩｄ＿ｒｅｆ１とし、前記Ｉｄ＿ｒｅｆ１と前記Ｉｄ＿ｒｅｆ２を用いて、ｑ軸電流指令生成部４に与えられるｄ軸電流指令Ｉｄ＿ｒｅｆを示すと、以下の（１１）式となる。

トルク指令Ｔ-＿ｒｅｆ１でモータ７で駆動するときは、ｄ軸電流指令Ｉｄ＿ｒｅｆとｑ軸電流指令Ｉｑ＿ｒｅｆを用いて駆動する。
このように、定出力制御部からのｄ軸電流指令とｄ軸電流指令生成部からのｄ軸電流指令を加算しているので、定出力制御を行ってもトルク精度を向上できる。

図３は、本発明の方法の処理手順を示すフローチャートである。
トルク指令Ｔ＿ｒｅｆ１１でモータ７を駆動する場合、トルク指令Ｔ＿ｒｅｆを入力するステップ３０で、トルク指令を入力する。この場合、トルク指令は外部などから入力したトルク指令でも、速度制御部からの出力であるトルク指令でもよい。トルク指令Ｔ＿ｒｅｆを入力するステップ３０で入力されたトルク指令が、電流位相β１４のトルク指令Ｔ＿ｒｅｆ１による変化を近似した式（２）式、（３）式を切り替える基準トルクより大きいか、小さいかを電流位相β近似式切替判断ステップ３１で判断する。基準トルクより小さい場合、電流位相β近似式１処理ステップ３２により、（２）式の処理を行い電流位相β’を算出する。基準トルクより大きい場合、電流位相β近似式用オフセット２（β＿ｏｆｆｓｅｔ２）を算出するステップ３３で、β＿ｏｆｆｓｅｔ２を算出し、β＿ｏｆｆｓｅｔ２とトルク指令Ｔ＿ｒｅｆ１を用いて、電流位相β近似式２処理ステップ３４で、電流位相β’を算出する。次に、電流位相β近似式３処理ステップ３５において、電流位相β’と速度フィードバックＶ＿ｆｂを用いて、電流位相β１４を速度フィードバックＶ＿ｆｂにより変化させる。このとき、速度フィードバックＶ＿ｆｂの代わりに速度指令を用いてもよい。電流位相β近似式３処理ステップ３５で算出された電流位相βとトルク指令Ｔ＿ｒｅｆを用いて、ｄ軸電流指令Ｉｄ＿ｒｅｆを算出するステップ３６にて、（５）式を用いてｄ軸電流指令Ｉｄ＿ｒｅｆ１０を算出する。ｄ軸電流指令Ｉｄ＿ｒｅｆを算出するステップ３６で算出されたｄ軸電流指令Ｉｄ＿ｒｅｆ１０とトルク指令Ｔ＿ｒｅｆ１とｑ軸電流算出式（６）式を用いて、ｑ軸電流指令Ｉｑ＿ｒｅｆを算出するステップ３７にて、ｑ軸電流指令Ｉｑ＿ｒｅｆ１１を算出する。モータを駆動するステップ３８で、ｄ軸電流指令Ｉｄ＿ｒｅｆ１０とｑ軸電流指令Ｉｑ＿ｒｅｆ１１でモータを駆動する。

電動機に流れる電流に応じて変化する係数

を用いたｑ軸電流算出式を用いるため、電動機に流れる電流が変化し、インダクタンスが変化しても、トルク指令と実トルクの誤差を小さくでき、トルク制御を行う電動機という用途にも適用できる。

本発明の第１実施例を示す電動機制御装置のブロック図 本発明の電流位相βの定義を示す電流ベクトル図 本発明の方法の処理手順を示すフローチャート 本発明の第２実施例を示す電動機制御装置のブロック図 本発明のトルク定数Ｋｔを示した図 従来の電動機制御装置のブロック図 従来の電流指令のｄｑ軸電流への分配の原理を示す電流ベクトル図

符号の説明

１ トルク指令Ｔ＿ｒｅｆ
２ ｄ軸電流指令生成部
３ 定出力制御部
４ ｑ軸電流指令生成部
５ 電流制御部
６ ＰＷＭ制御部
７ モータ
８ 位置検出器
９ 電動機の位相θ
１０ ｄ軸電流指令Ｉｄ＿ｒｅｆ
１１ ｑ軸電流指令Ｉｑ＿ｒｅｆ
１２ 電流位相生成部
１３ 電流位相β

Claims (7)

1. d軸電流指令とq軸電流指令どおりに電動機に電流を流すように電圧指令を生成する電流制御部と、前記電圧指令に基づいて電動機電圧を生成するＰＷＭ制御部と、電動機の位相θを検出する位置検出部とを備え、d軸電流とq軸電流の分配量で発生するトルクが変化する前記電動機を制御する電動機制御装置において、
   トルク指令または速度フィードバックに基づいて求めた電流位相βを生成する電流位相生成部と、
   前記トルク指令と前記電流位相βからd軸電流指令を生成するd軸電流指令生成部と、
   前記d軸電流指令と前記トルク指令をもとにｑ軸電流指令を生成するｑ軸電流指令生成部と、
   を備えたことを特徴とする電動機制御装置。
2. 前記d軸電流指令生成部は、前記電流位相βと前記トルク指令に基づき、d軸電流算出式を用いてd軸電流指令を算出することを特徴とする請求項１記載の電動機制御装置。
   ただし、ｄ軸電流算出式は、
   Ｉｄ＿ｒｅｆ＝−Ｔ＿ｒｅｆ／（Ｋｔ・ｓｉｎβ）
   であり、Ｉｄ＿ｒｅｆはｄ軸電流指令、Ｔ＿ｒｅｆはトルク指令、Ｋｔは電動機トルク定数である。
3. 前記電流位相生成部は、d軸電流とq軸電流の分配量を決定する電流位相βを、あるトルクを発生するために必要な電流が最小になるように決定し、前記電流位相βはテーブルあるいは近似式を用いて求めることを特徴とする請求項１記載の電動機制御装置。
4. 前記q軸電流指令生成部は、前記d軸電流指令と、前記トルク指令に基づいて、電流の変化に応じて変化する係数Ｋを用いたq軸電流算出式を用いてq軸電流指令を生成することを特徴とする請求項１記載の電動機制御装置。
   ただし、ｑ軸電流算出式は、
   Ｉｑ＿ｒｅｆ＝Ｔ＿ｒｅｆ／（Ｋｅ＋Ｋ（Ｌｄ−Ｌｑ）Ｉｄ＿ｒｅｆ）
   であり、Ｉｑ＿ｒｅｆはｑ軸電流指令、Ｋｅは電動機の誘起電圧定数、Ｌｄはｄ軸インダクタンス、Ｌｑはｑ軸インダクタンスである。
5. 前記q軸電流指令生成部は、前記d軸電流指令と、前記トルク指令に基づいて、d軸電流の変化に応じて変化する係数Ｋｄ、q軸電流の変化に応じて変化する係数Ｋｑを用いたq軸電流算出式を用いてq軸電流指令を生成することを特徴とする請求項１記載の電動機制御装置。
   ただし、ｑ軸電流指令算出式は、
   Ｉｑ＿ｒｅｆ＝Ｔ＿ｒｅｆ／（Ｋｅ＋（ＫｄＬｄ−ＫｑＬｑ）Ｉｄ＿ｒｅｆ）
   である。
6. d軸電流指令とq軸電流指令どおりに電動機に電流を流すように電圧指令を生成する電流制御部と、前記電圧指令に基づいて電動機電圧を生成するＰＷＭ制御部と、電動機の位相θを検出する位置検出部とを備え、d軸電流とq軸電流の分配量で発生するトルクが変化する前記電動機を制御する電動機制御装置の制御方法において、
   トルク指令から電流位相を生成するステップと、
   前記トルク指令と前記電流位相に基づいて、ｄ軸電流指令を生成するステップと、
   前記ｄ軸電流指令と前記トルク指令を用いてｑ軸電流指令を生成するステップと、
   前記ｄ軸電流指令と前記ｑ軸電流指令を用いて電動機を駆動するステップと、
   を備えたことを特徴とする電動機制御装置の制御方法。
7. 前記d軸電流指令は、前記電流位相βと前記トルク指令に基づいて、d軸電流算出式を用い、トルク定数Ｋｔを最大トルクが発生するときのトルクと電流の関係から変化させて算出することを特徴とする電動機制御装置の制御方法。
   ただし、ｄ軸電流算出式は、
   Ｉｄ＿ｒｅｆ＝−Ｔ＿ｒｅｆ／（Ｋｔ・ｓｉｎβ）
   であり、Ｉｄ＿ｒｅｆはｄ軸電流指令、Ｔ＿ｒｅｆはトルク指令、Ｋｔは電動機トルク定数である。