JP2013017383A - 埋込型永久磁石同期電動機の駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来のＩＰＭＳＭの駆動システムは、対象ＩＰＭＳＭのパラメーターが変わる場合、その性能が低下する問題がある。
【解決手段】ＩＰＭＳＭの回転子の位置と速度を測定する検出部を含むシステムにおいて、指令トルクを受信してＩＰＭＳＭを駆動するための本発明の装置は、指令トルクから単位電流当たりの最大トルクを駆動する電流指令を生成して出力する出力部と、出力部が出力した電流指令を修正する修正部と、過変調された電圧情報を修正部に伝達するフィードバック部と、電流指令を制御して、電圧を出力する制御部と、制御部の出力をインバータ部が合成可能な最大電圧に制限する制限部と、制限部の出力から、指令トルクを追従するための３相の電圧指令をＩＰＭＳＭに印加するインバータ部と、を含む。
【選択図】図３

Description

本発明は、電動機の駆動装置に関し、より詳細には埋込型永久磁石同期電動機を定格速度以上の高速で運転するときに用いる駆動装置に関するものである。

電圧型インバータで駆動される埋込型永久磁石同期電動機は、速度制御モードやトルク制御モードで動作する。

速度制御モードは、エレベーター、クレーン等の巻状負荷や、ファン、ポンプ等の可変速度負荷を駆動するためのものであり、トルク制御モードは、電気自動車の牽引用電動機を駆動するためのものである。

一般に、速度制御モードにおいて、速度制御器の出力は、トルク指令によって与えられるため、埋込型永久磁石同期電動機の速度制御モードは、トルク制御モードを含む。結果的に、速度制御モード及びトルク制御モードは共に、トルク指令から電流指令を求め、電流制御を行うことによって永久磁石同期電動機を制御する。

電圧型インバータは、制限された直流端電圧（ＤＣリンク電圧）と制限された電流条件下で電流制御を行ってトルク指令を追従する。しかし、埋込型永久磁石同期電動機の高速駆動が必要な場合には直流端電圧制限と電流制限によってトルク指令を追従し難い問題がある。

図１は、従来の埋込型永久磁石同期電動機駆動システムの構成図であり、トルク指令から磁束電流とトルク電流を独立的に制御するベクトル制御を行うインバータで駆動されるシステムを示した。

従来の駆動システムは、インバータ１０１と、埋込型永久磁石同期電動機（ＩＰＭＳＭ：Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｍａｃｈｉｎｅ）１０２及びＩＰＭＳＭ１０２の回転子に付着する回転子位置検出器１０３で構成される。

インバータ１０１は、指令トルクを入力として、ＩＰＭＳＭ１０２が指令トルクに応じて駆動できる電圧Ｖａｓ、Ｖｂｓ、Ｖｃｓを出力し、回転子位置検出器１０３はＩＰＭＳＭ１０２の回転子位置と回転子速度を計算または測定する。

回転子位置検出器１０３で計算または測定された回転子位置は、座標変換器１０６、１１０の座標変換に用いられ、回転子速度は電流指令生成器１０４に用いられる。

電流指令生成器１０４は、指令トルクと回転子速度、インバータ部１０８の直流端電源電圧に応じて同期座標系上の電流指令を出力する。ＩＰＭＳＭの場合、電流指令生成器１０４は、通常、参照表（ルックアップテーブル）を用い、参照表は全駆動領域に対して同期座標系上のｄ、ｑ軸電流指令を出力する。

電流制御器１０５は、電流指令生成器１０４から求めた電流指令を制御して、同期座標系上のｄ、ｑ軸電圧を出力する。

座標変換器１０６は、回転子位置検出器１０３から求めた回転子の位置情報を利用して、電流制御器１０５の出力電圧を静止座標系上の電圧に変換する。

電圧制限器１０７は、電圧制限六角形の内接円を用いて、座標変換器１０６の電圧をインバータ１０８が合成できる電圧に変換する。電圧制限器１０７の電圧制限条件は、インバータ部１０８の直流端電源電圧によって決定され、電圧制限六角形の内接円外部に位置する電圧はそのまま出力できず六角形の内接円上に存在することとなる。

インバータ部１０８は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ：Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）あるいはパワーＭＯＳＦＥＴ（金属酸化膜半導体電系効果トランジスタ）のようなパワー半導体素子を含む電圧型インバータで、指令トルクを追従するための電圧Ｖａｓ、Ｖｂｓ、ＶｃｓをＩＰＭＳＭ１０２に印加する。

電流センサー１０９は、ＩＰＭＳＭ１０２とインバータ部１０８との間に配置されて、相電流を測定する。電流センサー１０９で測定された電流は、座標変換器１１０の座標変換に応じて電流指令生成器１０４と電流制御器１０５にフィードバックされる。

ＩＰＭＳＭ１０２の同期座標系上の電圧方程式は下記の通りである。

この時、上付き文字「ｒ」は同期座標系、下付き文字「ｓ」は静止座標系の変数を示し、「ω_r」は回転子の角速度、「ｉ_ds ^r」、「ｉ_qs ^r」は各々同期座標系上の固定子ｄ、ｑ軸電流、「Ｖ_ds ^r」、「Ｖ_qs ^r´」は同期座標系上の固定子ｄ、ｑ軸電圧、「λ_ds ^r」、「λ_qs ^r」は同期座標系上の固定子ｄ、ｑ軸回転子磁束、Ｒ_s、Ｌ_ds、Ｌ_qsは各々固定子抵抗、ｄ、ｑ軸インダクタンスを示す。

ＩＰＭＳＭ１０２の駆動制限条件は、電圧制限条件と電流制限条件に分かれ、下記のように表現される。

この時、Ｖ_s,maxは、インバータ１０１が構成できる最大電圧の大きさを示し、Ｉ_s,maxは、ＩＰＭＳＭ１０２の最大または定格電流を示す。

図２は、従来のＩＰＭＳＭの駆動領域を同期座標系上の電流領域に図示したものである。

Ａは、一定トルク曲線で、一定指令トルクに対して同期座標系上のｄ、ｑ軸電流は無限の組み合わせを有することができる。Ｂは、式（４）のように表示されるインバータの電流制限条件であり、ＣとＤは式（３）のように表示される回転子速度による電圧制限条件の例である。

ＩＰＭＳＭ１０２の駆動領域中電圧制限条件は回転子速度に応じて可変であるが、回転子速度が増加することによってＥ方向に電圧制限条件の大きさが低減される。

一定の指令トルクに対してインバータ１０１で制御可能な同期座標系上のｄ、ｑ軸電流の大きさは、Ｂの電流制限条件の内部とＣまたはＤの電圧制限条件の内部を共に満足させる範囲で決定される。

電圧余裕が十分な場合には、電圧制限条件は制限要件に影響を与えなくなり、単位電流当たりの最大トルク（ＭＴＰＡ：Ｍａｘｉｍｕｍ Ｔｏｒｑｕｅ Ｐｅｒ Ａｍｐｅｒｅ）駆動をする電流指令を追従する方がＩＰＭＳＭ１０２の効率面で有利である。

例えば、Ａの一定トルク指令が与えられて、電圧制限条件がＣの場合、指令トルクを追従するための電流指令はＦで単位電流当たりの最大トルク駆動点となる。

しかし、回転子速度が増加して電圧制限条件がＣからＤに移動すると、Ｆはインバータ１０１が制御できない電流領域であるため、出力トルクを最大に維持するＧに駆動点が動かなければならない。

このような電流指令の移動過程は、ＩＰＭＳＭ１０２のインダクタンスが電流の大きさに応じて飽和となって非線形関係を有する。

従って、ＩＰＭＳＭ１０２の駆動時、ＩＰＭＳＭ１０２の特性を予め測定して少なくとも２つ以上の２次元参照表を作成し、一定トルクと駆動速度、直流端電源電圧により図１の電流指令生成器１０４が同期座標系上の電流指令を生成するようにする。２次元参照表は、トルク指令と磁束情報を入力として、同期座標系上のｄ、ｑ軸電流指令を生成する。この時、磁束情報は、直流端電源電圧を回転子速度で除して求める。

図１の電流指令生成器１０４と座標変換器１１０のフィードバック電流は、電流制御器１０５の入力となる。電流制御器１０５は、比例−積分制御器で、下記の式のように出力電圧を合成する。

座標変換器１０６は、電流制御器１０５の同期座標系上の出力電圧を静止座標系上の電圧に下記の式のように変換する。

電圧制限器１０７は、静止座標計上で六角形に表現される電圧制限条件内接円内に電圧指令が存在するように座標変換器１０６の電圧を制限して出力し、インバータ部１０８は、電圧制限器１０７の出力電圧から下記のような電圧を合成してＩＰＭＳＭ１０２に電圧を印加する。

電流センサー（１０９ａ−１０９ｃ）は、インバータ部１０８とＩＰＭＳＭ１０２との間の相電流を測定する。座標変換器１１０は、下記の式によって同期座標系上の電流に変換して電流制御器１０５にフィードバックする。

しかし、図１のＩＰＭＳＭの駆動システムは、電流指令生成器１０４が予め測定された参照表を用いるため、対象ＩＰＭＳＭのパラメーターが変わる場合、その性能が低下する問題がある。

また、対象ＩＰＭＳＭのパラメーターが変わらない場合でも、参照表が前駆動領域に対する性能を左右するため、参照表の性能により電動機駆動性能が決定される問題がある。

また、インバータで合成される電圧量を制圧制限六角形の内接円に制限するため、インバータの電圧使用率が低下し、これによって出力トルクも低下する問題がある。

本発明が解決しようとする技術的課題は、ＩＰＭＳＭの高速駆動において、参照表に対する依存度を減らし、インバータの電圧使用率を増大させて、最大限指令トルクを追従し、また、最大限指令トルクを追従する電流指令を生成して、パラメーター変化に強いＩＰＭＳＭの駆動装置を提供することである。

上記のような技術的課題を解決するために、埋込型永久磁石同期電動機（ＩＰＭＳＭ）の回転子の位置と速度を測定する検出部を含むシステムにおいて、指令トルクを受信してＩＰＭＳＭを駆動するための、本発明の駆動装置は、指令トルクから単位電流当たりの最大トルクを駆動する電流指令を生成して出力する出力部と、出力部が出力した電流指令を修正する修正部と、過変調された電圧情報を修正部に伝達する電圧フィードバック部と、電流指令を制御して、電圧を出力する制御部と、制御部の出力をインバータ部が合成可能な最大電圧に制限する第１制限部、第１制限部の出力から、指令トルクを追従するための３相の電圧指令をＩＰＭＳＭに印加するインバータ部と、を含む。

本発明の一実施形態において、検出部から受信する回転子の位置情報を利用して、同期座標系である制御部の出力を静止座標系上の電圧に変換して、第１制限部に出力する第１変換部をさらに含むことが好ましい。

本発明の一実施形態において、インバータ部からＩＰＭＳＭに出力される相電流を各々測定する電流センサーをさらに含むことが好ましい。

本発明の一実施形態において、電流センサーから受信する静止座標系の相電流を、同期座標系上の電流に変換して、修正部及び制御部に提供する第２変換部をさらに含むことが好ましい。

本発明の一実施形態において、出力部は、指令トルクの大きさを所定の最大値と最小値の範囲に制限する第２制限部と、第２制限部の出力を、正規化されたトルクで除して、正規化された指令トルクを演算する第１演算部と、正規化された指令トルクを利用して、正規化された電流指令を出力する１次元参照表部と、正規化された電流指令に、正規化された電流を乗じて、単位電流当たりの最大トルクを駆動する電流指令を出力する第２演算部と、を含むことが好ましい。

本発明の一実施形態において、１次元参照表部は、正規化された指令トルクに対する正規化された電流指令を予め決めて保存することが好ましい。

本発明の一実施形態において、１次元参照表部は、正規化された同期座標系上のｄ、ｑ軸電流指令を出力することが好ましい。

本発明の一実施形態において、フィードバック部は、制御部の出力と、インバータ部で合成される電圧との間の過変調された電圧をフィードバックすることが好ましい。

本発明の一実施形態において、フィードバック部は、過変調された電圧の大きさを積分して、ハイパスフィルタをかけて修正部に伝達することが好ましい。

本発明の一実施形態において、第１制限部は、電圧制限六角形を利用して制御部の出力を制限することが好ましい。

本発明の一実施形態において、修正部は、一定トルクを維持しようとする単位ベクトルを利用して、単位電流当たりの最大トルクを駆動する電流指令を修正する処理部と、処理部によって修正された電流指令から電流の大きさを制限する第３制限部と、を含むことが好ましい。

本発明の一実施形態において、第３制限部は、修正された電流指令に対して、インバータ部が出力できる電流範囲に制限することが好ましい。

本発明の一実施形態において、第３制限部は、修正された電流指令に対して、同期座標系上のｄ軸電流に優先権を付与して、ｄ軸電流を正格電流の大きさ内で優先的に出力して、ｑ軸電流指令は正格電流からｄ軸電流の大きさを差し引いた残りを許容範囲に選定することが好ましい。

本発明は、既に作成されている参照表に依存せず、電流制御部の出力電圧とインバータで実際に合成される電圧の差を利用して、二つの電圧差を最小に維持するようにして、インバータで合成される電圧の大きさに対して、電圧制限六角形を全部使うため、インバータの直流端電源電圧使用率を増大させて、一定トルクを維持する方向に電流指令を修正するため、ＩＰＭＳＭが高速で駆動される場合にも最大限のトルクを追従するようにする効果がある。

従来の埋込型永久磁石同期電動機駆動システムの構成図である。 従来のＩＰＭＳＭの駆動領域を同期座標系上の電流領域で示した図である。 本発明の埋込型永久磁石同期電動機（ＩＰＭＳＭ）の駆動装置の一実施形態構成図である。 図３の１次元参照表出力部の一実施形態詳細構成図である。 図３の電流指令修正部の一実施形態詳細構成図である。 図５の電流指令処理部の一実施形態詳細構成図である。 図７は図５の電流指令制限部の一実施形態詳細構成図である。

本発明は、多様な変更を加えることができ、多様な実施形態を有し、特定の実施形態を図面に例示して詳細に説明する。

しかし、これは本発明を特定の実施形態に限定しようとするものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれる全ての変更、均等物乃至代替物を含むものと理解しなければならない。

第１、第２等の序数を含む用語は、多様な構成要素を説明するために用いられるが、構成要素は用語によって限定されることはない。

用語は、一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的にだけ用いられる。例えば、本発明の権利範囲を逸脱しない限り、第２構成要素は第１構成要素に命名でき、同様に第１構成要素も第２構成要素に命名できる。

ある構成要素が他の構成要素に「連結されて」いる、または「接続されて」いると記述する場合には、その他の構成要素に直接的に連結、または接続されていてもよいが、その中間に他の構成要素が存在してもよいことを理解しなければならない。一方、ある構成要素が、他の構成要素に「直接連結されて」いる、または「直接接続されて」いると記述する場合には、その中間に他の構成要素が存在しないことを理解しなければならない。

本願に用いられた用語は、単に特定の実施形態を説明するために用いられたものであって、本発明を限定する意図はない。単数の表現は、文脈上明白に異なることを意味しない限り、複数の表現を含む。

本願において、「含む」または「有する」等の用語は、明細書上に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものが存在することを指定するものであって、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたもの等の存在または付加可能性を予め排除しないものと理解しなければならない。

また、本願に添付された図面は、説明の便宜のために、拡大または縮小して示されたものと理解しなければならない。

本発明について図面を参照して詳細に説明し、図面符号に関係せず同一または対応する構成要素は、同一参照番号を付してこれに関する重複説明は省略する。

図３は、本発明の埋込型永久磁石同期電動機(ＩＰＭＳＭ)の駆動装置の一実施形態構成図であり、ベクトル制御を行うインバータで制御されるＩＰＭＳＭの駆動を説明する図面である。

図面に示したように、本発明の駆動装置は、１次元参照表出力部１１、電流指令修正部１２、電圧フィードバック部１３、電流制御部１４、第１座標変換部１５、電圧制限部１６、インバータ部１７、電流センサー１８及び第２座標変換部１９を含むインバータ１０と、回転子位置検出部３０を含んで構成される。

インバータ１０は、指令トルクを受信して、ＩＰＭＳＭ２０が指令トルクにより駆動できる電圧であるＶａｓ、Ｖｂｓ、Ｖｃｓを出力する。

ＩＰＭＳＭ２０の回転子には回転子位置検出部３０が提供されて、回転子位置と回転子速度を計算または測定する。回転子位置検出部３０が測定した回転子位置は、第１座標変換部１５と第２座標変換部１９の座標変換に用いられ、回転子速度は電流指令修正部１２に入力される。

１次元参照表出力部１１は、指令トルクから単位電流当たりの最大トルク駆動をする同期座標系上のｄ、ｑ軸電流指令を生成して出力する。１次元参照表出力部１１は指令トルクのみに対して単位電流当たりの最大トルクを出力する同期座標系上の電流指令を生成する。これについては、追って図面を参照してより詳細に説明する。

電流指令修正部１２は、１次元参照表出力部１１から出力される単位電流当たりの最大トルク駆動を可能にする電流指令からＩＰＭＳＭ２０が高速で安定的に動作できるように電流指令を修正する。

電圧フィードバック部１３は、電流指令修正部１２で利用されるフィードバック電圧を計算する。電圧フィードバック部１３は、電流指令修正部１２に過変調された電圧情報を伝達するためのものであって、第１座標変換部１５と電圧制限部１６の出力電圧の差を求める。

電流制御部１４は、電流指令修正部１２の出力である電流指令を制御して、同期座標系上のｄ、ｑ軸電圧を出力する。電流制御部１４は、例えば、比例積分（ＰＩ）制御器であるが、これに限定されることはない。

第１座標変換部１５は、回転子位置検出部３０から求めた回転子の位置情報を利用して、電流制御部１４の出力電圧を静止座標系上の電圧に変換する。

電圧制限部１６は、電圧制限六角形を利用して、第１座標変換部１５の出力電圧をインバータ部１７が合成できる電圧に制限する。電圧制限部１６が用いる電圧制限六角形は、インバータ部１７が合成できる最大電圧であって、電圧制限六角形によってインバータ部１７の電圧使用率は最大となる。

第１座標変換部１５の出力電圧が電圧制限部１６の電圧制限六角形外部に位置する場合、インバータ部１７で合成される電圧は、電圧座標変換部１５の電圧がそのまま出力されることなく、電圧制限部１６の六角形上に存在することになる。

インバータ部１７は、ＩＧＢＴまたはパワーＭＯＳＦＥＴのようなパワー半導体素子を含む電圧型インバータであって、指令トルクを追従するための電圧Ｖａｓ、Ｖｂｓ、ＶｃｓをＩＰＭＳＭ２０に印加する。

電流センサー(１８ａ−１８ｃ)は、ＩＰＭＳＭ２０とインバータ部１７との間の相電流を測定する。電流センサー(１８ａ−１８ｃ)で測定された電流は、第２座標変換部１９の座標変換により電流制御部１４及び電流指令修正部１２にフィードバックされる。

第２座標変換部１９は、電流センサー(１８ａ−１８ｃ)が測定した静止座標系上の相電流を同期座標系に変換する。

図１の従来の駆動システムと図３の本発明の駆動装置の駆動における差は、二つに要約される。即ち、電流制御部１０５、１４の入力電流指令の修正と、インバータ部１０８、１７に印加される最終出力電圧合成である。

図１の従来のシステムにおいては、電流指令生成器１０４のトルク指令とインバータ部１０８の直流端電源電圧、回転子速度による最小２つ以上の２次元参照表から電流制御器１０５の指令電流を求めるのに対して、本発明の駆動装置では１次元参照表出力部１１の２つの１次元参照表と電流指令修正部１２の出力を利用して、電流制御部１４が指令電流を計算する。

また、インバータ部１０８、１７に印加される最終出力電圧の場合、従来のシステムは電圧制限六角形の内接円によって最終出力電圧を制限するのに比べて、本発明では電圧制限六角形を、最終出力電圧を制限するのに用いる。従って、本発明の駆動装置で合成される電圧の大きさが従来の図１のシステムのそれと比べて相対的に大きくなって、インバータの電圧使用率が増大し、出力トルクも増加する。

本発明の駆動装置の動作について説明する。

１次元参照表出力部１１は、トルク指令から単位電流当たりの最大トルクを出力する同期座標系上のｄ、ｑ軸電流指令を合成する。単位電流当たりの最大トルクを発生する電流指令は、ＩＰＭＳＭ２０の特性を予め測定して求めてもよいし、下記の通り求めてもよい。

ＩＰＭＳＭ２０のトルクに対する式は下記の通りである。

式（１６）から単位電流当たりの最大トルクを出力する同期座標系上のｄ、ｑ軸電流指令を求めるために、下記のようにトルクと電流を正規化することができる。

式（２２）及び式（２３）の関係から、正規化されたｄ、ｑ軸電流指令を下記の通り求めることができ、これを利用して単位電流当たりの最大トルクを発生する同期座標系上のｄ、ｑ軸電流指令を求めることができる。

図４は、図３の１次元参照表出力部の一実施形態の詳細構成図である。

図面に示したように、本発明の駆動装置の１次元参照表出力部１１は、第１制限部４１、第１演算部４２、１次元参照表部４３ａ、４３ｂ、第２演算部４４ａ、４４ｂを含む。

第１制限部４１は、入力される指令トルクの大きさを所定の最大値と最小値の範囲以内に制限する。

第１演算部４２は、第１制限部４１の出力を式（１７）のように正規化されたトルクで除する機能を担当する。

１次元参照表部４３ａ、４３ｂは、式（２４）及び式（２５）を利用して予め計算した１次元参照表を保存している。即ち、式（２４）及び式（２５）は、４次方程式であるため、Ｔ_enが与えられると、ｉ_dn及びｉ_qnが各々４つ決定されるが、そのうち一つのみが使用されることを意味する。つまり、１次元参照表部４３ａ、４３ｂは、予め式（２４）及び式（２５）のうち一つの解を保存しているものである。

第２演算部(４４ａ、４４ｂ)は、式（１８）及び式（１９）を利用して、１次元参照表部(４３ａ、４３ｂ)の出力(ｉ_dn及びｉ_qn)に式（２１）で求めた正規化された電流を乗じて同期座標系上の単位電流当たりの最大トルク駆動を行うｄ、ｑ軸電流指令(ｉ_ds ^r及びｉ_qs ^r)を求める。

図３の電圧フィードバック部１３は、電流制御部１４の出力と実際インバータ部１７で合成される電圧間の過変調された電圧をフィードバックして電流指令修正部１２に出力するが、フィードバック電圧を求める過程は下記の通りである。

まず、過変調された電圧の大きさを式（２６）のように求める。この時、インバータ部１７で合成される電圧の大きさは、電圧制限六角形に制限される。

この時、式（２６）は下記のような関係を有する。

図３の電流指令修正部１２に用いられる電圧は、式（２６）を積分してハイパスフィルタを用いて下記のように求められる。

図５は、図３の電流指令修正部の一実施形態の詳細構成図である。

図面に示したように、本発明の電流指令修正部１２は、電流指令処理部５１及び電流指令制限部５２を含む。

電流指令処理部５１は、単位電流当たりの最大トルクを発生する電流指令から電流指令を修正して、電流指令制限部５２は修正された電流指令から電流の大きさを制限する。

本発明で提案する電流指令修正は、指令トルクを最大限追従することを目標とする。式（１６）の一定トルク式から一定トルクを維持する電流ベクトルは下記のように求められる。

式（３２）から一定トルクを維持しようとする単位ベクトルは下記の通りである。

式（３３）で一定トルクを維持しようとする単位ベクトルと、式（２６）で求めた電圧の大きさを図３の電流指令修正部１２で用いて、単位電流当たりの最大トルクを発生する電流指令から、新しい電流指令は下記のように求められる。

この時、α１とα２は可変利得で、速度とトルクに比例するように下記のように設定する。

ここで、α_mod1とα_mod2は任意の比例利得で、ω_rpmは現在回転子速度、ω_rpm,maxは回転子最大速度、Ｔ_{e_ref}はトルク指令、Ｔ_e,maxは最大許容トルク指令である。

これについて図面を参照してより詳細に説明する。

図６は、図５の電流指令処理部の一実施形態詳細構成図である。

図面に示したように、本発明の電流指令処理部５１は、第３演算部６１、第４演算部６２ａ、６２ｂ、第５演算部６３ａ、６３ｂ及び第６演算部６４ａ、６４ｂを含む。

第３演算部６１は、式（３１）の演算を行い、第４演算部６２ａ、６２ｂは、式（３３）で求めた一定トルクを維持しようとする単位ベクトルを第３演算部６１の出力と掛け算を行う。

第５演算部６３ａ、６３ｂは、式（３４）と式（３５）の可変利得を第４演算部６２ａ、６２ｂの出力に乗じて、第６演算部６４ａ、６４ｂは、図４の第２演算部４４ａ、４４ｂの出力の単位電流当たりの最大トルクを発生させる電流指令を式（３４）及び式（３５）のように修正する。

図５の電流指令制限部５２について説明する。

電流指令処理部５１により修正された電流指令は式（４）で示したように、インバータ部１７が出力できる電流範囲内に存在しなければならない。

この時、電流指令の制限は、ｄ軸電流に優先権を付与して、ｄ軸電流に修正された同期座標系上のｄ軸電流を正格電流の大きさ内で優先的に出力し、ｑ軸電流指令は正格電流に対して、ｄ軸電流の大きさを差し引いた残りを許容範囲に選定する。

図７は、図５の電流指令制限部の一実施形態の詳細構成図である。

図面に示したように、本発明の電流指令制限部５２は、第２制限部７１、第７演算部７２、第８演算部７３及び第３制限部７４を含む。

第２制限部７１は、図６の第４演算部６４aで出力された修正されたｄ軸電流が許容可能な電流範囲内に存在するように制限する。第７演算部７２は、第２制限部７１の出力ｄ軸電流と許容可能な電流から、正のｑ軸電流最大許容範囲を求める。

第８演算部(７３)は、負のｑ軸電流最大許容範囲を演算し、第３制限部７４は、第７及び第８演算部７２、７３により演算したｑ軸電流の大きさを制限する。

本発明のＩＰＭＳＭ駆動装置は、既に作成されている参照表に依存せず、電流制御部１４の出力電圧とインバータ部１７で実際に合成される電圧の差を利用して二つの電圧差を最小に維持する。

この時、インバータ部１７で構成される電圧の大きさは、電圧制限六角形を全て用いるため、インバータ部１７の直流端電源電圧使用率を増大できる。

また、本発明の駆動装置は、一定トルクを維持する方向に電流指令を修正するため、ＩＰＭＳＭ２０が高速で駆動される場合にも最大限のトルクを追従することが可能である。

以上から代表的な実施形態をもって本発明について詳細に説明したが、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者は、上述した実施形態に対して本発明の範囲から逸脱しない限り、多様な変形が可能であることを理解しなければならない。従って、本発明の権利範囲は、説明された実施形態に限定してはならず、後述する特許請求の範囲だけでなく、この特許請求範囲と均等物等によって定まるべきである。

１０，１０１ インバータ
１１ １次元参照表出力部
１２ 電流指令修正部
１３ 電圧フィードバック部
１４ 電流制御部
１５、１９ 座標変換部
１６ 電圧制限部
１７ インバータ部
１８ 電流センサー
２０，１０２ ＩＰＭＳＭ
３０，１０３ 回転子位置検出部
１０４ 電流指令生成器
１０６、１１０ 座標変換器

Claims (13)

1. 埋込型永久磁石同期電動機(ＩＰＭＳＭ)の回転子の位置と速度を測定する検出部を含むシステムにおいて、指令トルクを受信して前記ＩＰＭＳＭを駆動するための装置であって、
   前記指令トルクから単位電流当たりの最大トルクを駆動する電流指令を生成して出力する出力部と、
   前記出力部が出力した前記電流指令を修正する修正部と、
   過変調された電圧情報を前記修正部に伝達するフィードバック部と、
   前記電流指令を制御して、電圧を出力する制御部と、
   前記制御部の出力をインバータ部が合成可能な最大電圧に制限する第１制限部と、
   前記第１制限部の出力から、指令トルクを追従するための３相の電圧指令を前記ＩＰＭＳＭに印加する前記インバータ部と、
   を含むことを特徴とする駆動装置。
2. 前記検出部から受信する回転子の位置情報を利用して、同期座標系である前記制御部の出力を静止座標系上の電圧に変換して前記第１制限部に出力する第１変換部をさらに含む、請求項１に記載の駆動装置。
3. 前記インバータ部から前記ＩＰＭＳＭに出力される相電流を測定する電流センサーをさらに含む、請求項１または２に記載の駆動装置。
4. 前記電流センサーから受信する静止座標系の相電流を、同期座標系上の電流に変換して前記修正部及び前記制御部に提供する第２変換部をさらに含む、請求項３に記載の駆動装置。
5. 前記出力部は、
   前記指令トルクの大きさを所定の最大値と最小値の範囲に制限する第２制限部と、
   前記第２制限部の出力を、正規化されたトルクで除して、正規化された指令トルクを演算する第１演算部と、
   前記正規化された指令トルクを利用して、正規化された電流指令を出力する１次元参照表部と、
   前記正規化された電流指令に、正規化された電流を乗じて、単位電流当たりの最大トルクを駆動する電流指令を出力する第２演算部と、
   を含む、請求項１乃至４のうちいずれか一項に記載の駆動装置。
6. 前記１次元参照表部は、前記正規化された指令トルクに対する前記正規化された電流指令を予め決めて保存する、請求項５に記載の駆動装置。
7. 前記１次元参照表部は、正規化された同期座標系上のｄ、ｑ軸電流指令を出力する、請求項５または６に記載の駆動装置。
8. 前記フィードバック部は、前記制御部の出力と、前記インバータ部で合成される電圧間の過変調された電圧をフィードバックする、請求項１乃至７のうちいずれか一項に記載の駆動装置。
9. 前記フィードバック部は、過変調された電圧の大きさを積分して、ハイパスフィルタをかけて前記修正部に伝達する、請求項８に記載の駆動装置。
10. 前記第１制限部は、電圧制限六角形を利用して前記制御部の出力を制限する、請求項１乃至９のうちいずれか一項に記載の駆動装置。
11. 前記修正部は、
    一定トルクを維持しようとする単位ベクトルを利用して、前記単位電流当たりの最大トルクを駆動する電流指令を修正する処理部と、
    前記処理部によって修正された電流指令から電流の大きさを制限する第３制限部と、
    を含む、請求項１乃至１０のうちいずれか一項に記載の駆動装置。
12. 前記第３制限部は、前記修正された電流指令に対して、前記インバータ部が出力できる電流範囲に制限する、請求項１１に記載の駆動装置。
13. 前記第３制限部は、前記修正された電流指令に対して、同期座標系上のｄ軸電流に優先権を付与して、前記ｄ軸電流を正格電流の大きさ内で優先的に出力し、ｑ軸電流指令は正格電流からｄ軸電流の大きさを差し引いた残りを許容範囲に選定する、請求項１１または１２に記載の駆動装置。

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