JP2014217226A - 電動機制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】２台の同期電動機の回転子の位相角が相違している場合でも、１つの電力変換部で２台の同期電動機のトルクをそれぞれ独立に制御する。【解決手段】第一同期電動機と第二同期電動機とが並列に接続された電動機制御装置であって、第一トルク指令τ１＊と、第二トルク指令τ２＊と、第一同期電動機の回転子の位相角θ１と、第二同期電動機の回転子の位相角θ２とを入力し、前記第一トルク指令τ１＊に相当するトルクを発生させるために前記第一同期電動機へ印加する電圧の候補、及び、前記第二トルク指令τ２＊に相当するトルクを発生させるために前記第二同期電動機へ印加する電圧の候補を、前記第一同期電動機及び前記第二同期電動機に印加することで、第一同期電動機のトルクと第二同期電動機のトルクとをそれぞれ独立に制御することを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は同期電動機のトルクを制御する電動機制御装置に関する発明であり、特に１つの電力変換部で２台の同期電動機のトルクをそれぞれ独立に制御するものである。

車両駆動用システム等において、電動機の小型化や省電力化等を達成するために、同期電動機が用いられている。以下、従来の同期電動機のトルク制御について示す。なおここでは、一例として、永久磁石同期電動機の制御について説明するが、他の種類の同期電動機を用いた場合も同様である。

従来の電動機制御装置の構成を図８に示す。電動機制御装置１３には、永久磁石同期電動機で構成される同期電動機１が接続される。

また同期電動機１には、同期電動機１の位相角θを計測又は推定する、位相角取得部５１が取り付けられている。位相角取得部５１が計測又は推定した同期電動機１の回転子の位相角θは、電動機制御装置１３に入力される。

電動機制御装置１３にはまた、電流検出部６１が検出する、同期電動機１の固定子に流れる三相電流ｉ_ＵＶＷが入力される。当該三相電流ｉ_ＵＶＷは、座標変換部３１で、同期電動機１の位相角θに基づいて、固定子の電機子の座標系であるαβ座標系に変換され、さらに、ｄ軸（磁束）電流ｉ_ｄ及びｑ軸（トルク）電流ｉ_ｑに変換される。ここで、ｄ軸とは同期電動機１の磁束方向（ここでは永久磁石同期電動機の磁石磁束の方向）に平行な軸をいい、ｑ軸とはｄ軸に直交する軸をいう。同期電動機の制御は一般に、ｄｑ座標系のような、同期電動機の位相角を基準とする回転座標系で行われる。

トルク電流ｉ_ｑは一般に、同期電動機１のトルクを制御するために用いられる。トルク電流指令生成部３７は、トルク電流ｉ_ｑの目標値であるトルク電流指令ｉ_ｑ ^＊を決定する。以下にその詳細を示す。

同期電動機１に発生するトルクτ、磁束電流ｉ_ｄ及びトルク電流ｉ_ｑの関係は、次の式で表すことができる。
τ＝（Ｌ_ｄ―Ｌ_ｑ）×ｉ_ｄ×ｉ_ｑ＋Φ×ｉ_ｑ （１）
なお、Ｌ_ｄは同期電動機１のｄ軸インダクタンス、Ｌ_ｑは同期電動機１のｑ軸インダクタンス、Φは磁束である。

そのため、トルク電流指令生成部３７が出力するトルク電流指令ｉ_ｑ ^＊が下記の（２）式を満たすことで、同期電動機１のトルクをトルク指令τ^＊に制御することができる。
ｉ_ｑ ^＊＝τ^＊／（Φ＋（Ｌ_ｄ―Ｌ_ｑ）×ｉ_ｄ） （２）
なお、（２）式において、磁束電流ｉ_ｄに代えて、電動機制御装置３に入力される磁束電流指令ｉ_ｄ ^＊を用いることもできる。

トルク電流指令生成部３７が出力するトルク電流指令ｉ_ｑ ^＊と、同期電動機１のトルク電流ｉ_ｑとの偏差、及び、同期電動機１に入力される磁束電流指令ｉ_ｄ ^＊と、同期電動機１の磁束電流ｉ_ｄとの偏差はそれぞれ、電流制御部３２に入力される。電流制御部３２は、これらの偏差に比例ゲインを乗じた値や、これらの偏差を積分した値等から、同期電動機１に印加する電圧指令のｄ軸成分ｖ_ｄ ^＊及びｑ軸成分ｖ_ｑ ^＊を算出し出力する。

電力変換部３３には、以上のように算出した同期電動機１の電圧指令ｖ_ｄ ^＊、ｖ_ｑ ^＊、及び同期電動機１の位相角θが入力される。電力変換部３３は、ｄｑ座標系の電圧指令ｖ_ｄ ^＊及びｖ_ｑ ^＊を、固定子座標系の三相電圧ｖ_ＵＶＷ ^＊に変換して、同期電動機１に印加する。

電動機制御装置１３を以上のように構成することで、同期電動機１のトルクτをトルク指令τ^＊に追従させることができる。

ここで、（２）式より、同期電動機１のトルクは、磁束電流ｉ_ｄをどのような値としても、適切なトルク電流指令ｉ_ｑ ^＊の値を選択することで制御可能であることがわかる。そのため、様々な磁束電流ｉ_ｄの利用方法が提案されている。例えば特許文献１では、最大効率が得られるように磁束電流ｉ_ｄを調整することが提案されており、また特許文献２では、電圧の制約がある状態では電圧を弱めるように磁束電流ｉ_ｄを補正することが提案されている。

特開平１１−１６４５９８号公報 特開２０００−３４１９９１号公報

ところで、コストの削減や装置の小型化を実現するためには、複数の電動機を同一の電力変換部に並列に接続して制御することが有効である。

ここで、誘導電動機を用いる場合には、電動機のトルクは、回転子の角速度と電圧の角速度との差であるすべりによって発生する。そのため、誘導電動機同士の回転子の位相角が異なっていても、回転子の角速度がほぼ等しければ、複数の誘導電動機を同一の電力変換部に並列に接続して、複数の誘導電動機を駆動することができる。そのため、例えば電車等の車両を駆動する用途であれば、各車輪の角速度はほぼ等しいため、複数の駆動用誘導電動機を同一の電力変換部で並列駆動しても問題は発生しない。

一方、永久磁石同期電動機等の同期電動機を用いる場合、同期電動機にトルクτ^＊を発生させるための、該同期電動機への電圧指令は、同期電動機の回転子の位相角θの変化に伴って回転する。そのため、２台の同期電動機を１つの電力変換部で駆動する場合には、２台の同期電動機の位相角を常に一致させておく必要があった。

しかしながら、車両において、２台の同期電動機を１つの電力変換部で駆動すると、車輪の空転が発生した場合や、車輪同士の径がわずかでも異なった場合等に、同期電動機同士の回転子の角度が相違してしまい制御不能に陥っていた。このように、複数の駆動用誘導電動機を同一の電力変換部で並列駆動することは困難であった。そのため、それぞれの同期電動機に対して個別の電力変換部を設けて駆動していた。

従って、車両駆動用システムに同期電動機を用いると、電動機自体は小型化・省電力化等されるが、並列駆動できる誘導電動機に比べて電力変換部の数が増えてしまう。これにより、電動機制御装置全体ではコストが増大し、また装置が大型化するという問題点があった。

この発明は、上述した問題点を解決するものであって、２台の同期電動機の回転子の位相角が相違している場合でも、１つの電力変換部で２台の同期電動機のトルクをそれぞれ独立に制御する技術を提案するものである。

この発明に係る電動機制御装置は、第一同期電動機と第二同期電動機とが並列に接続された電動機制御装置であって、第一トルク指令τ_１ ^＊と、第二トルク指令τ_２ ^＊と、第一同期電動機の回転子の位相角θ_１と、第二同期電動機の回転子の位相角θ_２とを入力し、前記第一トルク指令τ_１ ^＊に相当するトルクを発生させるために前記第一同期電動機へ印加する電圧の候補を、前記第一同期電動機の磁束方向に平行なｄ１軸と、前記ｄ１軸成分に直交するｑ１軸とを座標軸とする座標系で示した第一トルク一定電圧曲線、及び、前記第二トルク指令τ_２ ^＊に相当するトルクを発生させるために前記第二同期電動機へ印加する電圧の候補を、前記第二同期電動機の磁束方向に平行なｄ２軸と、前記ｄ２軸成分に直交するｑ２軸とを座標軸とする座標系で示した第二トルク一定曲線の交点にあたる電圧ｖ_ｄ ^＊、ｖ_ｑ ^＊を、前記第一同期電動機及び前記第二同期電動機に印加することで、第一同期電動機のトルクと第二同期電動機のトルクとをそれぞれ独立に制御することを特徴とする。
なお、この明細書において「曲線」には、「直線」も含まれるものとする。

また、前記第二同期電動機のトルクτ_２を計測又は推測するトルク取得部と、前記第一同期電動機に前記トルク指令τ_１ ^＊に相当するトルクを発生させるように決定されるトルク電流指令ｉ_ｑ ^＊、及び、前記トルクτ_２を前記第二トルク指令τ_２ ^＊と一致させるように決定される磁束電流指令ｉ_ｄ ^＊の電流を、前記第一同期電動機に流すための電圧を出力し、前記第一同期電動機及び前記第二同期電動機に印加する電流制御部とを更に備えることが好ましい。

さらに、この発明に係る電動機制御装置は、前記第二同期電動機に流れる電流を、前記ｄ１軸及び前記ｑ１軸を座標軸とする座標系に変換した電流のｄ１軸成分ｉ_２ｄ＿１及びｑ１軸成分ｉ_２ｑ＿１に、比例ゲインを乗じ、定常部分を取り除いたものを、前記電流制御部が出力した電圧から減算して、前記第一同期電動機及び前記第二同期電動機に印加することが好ましい。

ところで、この発明に係る電動機制御装置は、前記第一同期電動機の回転子の位相角θ_１と、前記第二同期電動機の回転子の位相角θ_２との差が減少するように、前記第一トルク指令τ_１ ^＊及び／又は前記第二トルク指令τ_２ ^＊を補正するトルク指令補正部を更に備えることが好ましい。

この発明に係る電動機制御装置によれば、２台の同期電動機の回転子の位相角が相違している場合でも、１つの電力変換部で２台の同期電動機のトルクをそれぞれ独立に制御することができる。

本発明に係る電動機制御装置の第１の実施形態の構成図である。 永久磁石同期電動機のトルク一定電圧曲線を示す図である。 二台の永久磁石同期電動機の回転子の位相角が異なる場合に、各永久磁石同期電動機に同一のトルクを発生させるために、各永久磁石同期電動機に印加する電圧を示す図である。 二台の永久磁石同期電動機の回転子の位相角が異なる場合に、各永久磁石同期電動機に異なるトルクを発生させるために、各永久磁石同期電動機に印加する電圧を示す図である。 本発明に係る電動機制御装置の第２の実施形態の構成図である。 本発明に係る電動機制御装置の第３の実施形態の構成図である。 本発明に係る電動機制御装置の第４の実施形態の構成図である。 従来の電動機制御装置の構成図である。

（第１の実施形態）
図１は、この発明の電動機制御装置の第１の実施形態の構成図である。電動機制御装置３には、ともに永久磁石同期電動機で構成される、第一同期電動機１と、第二同期電動機２とが並列に接続されている。なお説明は省略するが、第一同期電動機及び／又は第二同期電動機を他の種類の同期電動機で構成することもできる。

第一同期電動機１には、第一同期電動機１の位相角θ_１を計測又は推定する、第一位相角取得部５１が取り付けられている。また第二同期電動機２には、第二同期電動機２の位相角θ_２を計測又は推定する、第二位相角取得部５２が取り付けられている。位相角取得部５１、５２がそれぞれ取得した同期電動機１、２の位相角θ_１、θ_２は、電動機制御装置３に入力される。なお、第一同期電動機１及び／又は第二同期電動機２の回転子の角度の推定は例えば、同期電動機１、２に流れる電流及び同期電動機１、２に印加される電圧に基づいて行うことができる。

電動機制御装置３は、第一同期電動機１のトルクが第一トルク指令τ_１ ^＊と一致し、第二同期電動機２のトルクが第二トルク指令τ_２ ^＊と一致するような電圧ｖ_ｄ ^＊、ｖ_ｑ ^＊を、第一同期電動機１及び第二同期電動機２に印加する。このような電圧ｖ_ｄ ^＊、ｖ_ｑ ^＊の値について、以下詳述する。なお、説明を容易にするため、以下の説明では所定のトルクに対する第一同期電動機１、２のトルク一定電圧曲線が、互いに一致しているものとする。この状態は、同期電動機１、２のモータ定数を互いに等しくし、同期電動機１、２が同じ角速度で回転させることで実現することができる。しかしながら、他の場合でも同様に、２台の同期電動機の回転子の位相角が相違していても、２台の同期電動機のトルクをそれぞれ制御することができる。

図２は、永久磁石同期電動機に所定のトルク（この例では最大トルクの０％、±５０％、±１００％のトルク、以下「トルク０％」等という）を発生させるために、永久磁石同期電動機に印加する電圧のｄ軸成分ｖ_ｄ ^＊及びｑ軸成分ｖ_ｑ ^＊の候補を示す図である。この図のそれぞれの曲線（トルク一定電圧曲線）上の一点に対応する電圧を永久磁石同期電動機に印加すれば、永久磁石同期電動機に所定のトルクを発生させることができる。すなわち、永久磁石同期電動機に所定のトルクを発生させる、永久磁石同期電動機への印加電圧ｖ_ｄ ^＊、ｖ_ｑ ^＊は、無数に存在することがわかる。なおトルク一定電圧曲線は、同期電動機のモータ定数や、同期電動機の回転子の角速度等によって異なるものとなる。

ここで、第一同期電動機１と第二同期電動機２の回転子の位相角が相違している状態を考える。この状態では、図３、４に示すように、電動機制御装置３から見た、第一同期電動機１のｄ軸（以下、「ｄ１軸」という）及びｑ軸（以下、「ｑ１軸」という）と、第二同期電動機２のｄ軸（以下、「ｄ２軸」という）及びｑ軸（以下、「ｑ２軸」という）とが、回転子の位相角の差（θ_２−θ_１）だけ、互いにずれている。

図３は、二台の同期電動機１、２の回転子の位相角が互いに異なる状態で、二台の同期電動機１、２に同一のトルク（この例ではトルク１００％）を発生させるために、同期電動機１、２に印加する電圧ｖ_ｄ ^＊、ｖ_ｑ ^＊を示す図である。なお実際には、電圧ｖ_ｄ ^＊、ｖ_ｑ ^＊を固定子座標に変換して同期電動機に印加する。

図３において、ｄ１軸、ｑ１軸はそれぞれ、図の左右方向、上下方向と一致している。図３のｄ１軸、ｑ１軸、同期電動機１のトルク１００％のトルク一定電圧曲線（第一トルク一定電圧曲線）Ｃ１は、図２とそれぞれ同じである。

ｄ２軸、ｑ２軸、同期電動機２のトルク１００％のトルク一定電圧曲線（第二トルク一定電圧曲線）Ｃ２はそれぞれ、ｄ１軸、ｑ１軸、同期電動機１のトルク１００％のトルク一定電圧曲線Ｃ１を、ｄ１−ｑ１座標系の原点を中心に、位相角の差である、（θ_２−θ_１）だけ回転させたものと一致する。

同期電動機１及び２に、同期電動機１の第一トルク一定電圧曲線Ｃ１上の電圧を印加すると、同期電動機１にトルク１００％を発生させることができる。また、同期電動機１及び２に、同期電動機２の第二トルク一定電圧曲線Ｃ２上の電圧を印加すると、同期電動機２にトルク１００％を発生させることができる。従って、同期電動機１及び２に、第一トルク一定電圧曲線Ｃ１と、第二トルク一定電圧曲線Ｃ２との交点にあたる電圧ｖ_ｄ ^＊、ｖ_ｑ ^＊を印加することで、同期電動機１及び２の両方にトルク１００％を発生させることができる。

ここまで示したように、この発明の電動機制御装置によれば、２台の同期電動機の回転子の位相角がずれた状態であっても、２台の同期電動機に、指定された同一のトルクを発生させることができる。

また、以下に説明するように、この発明の電動機制御装置によれば、２台の同期電動機の回転子の位相角がずれた状態であっても、２台の同期電動機のそれぞれに、指定されたトルクを発生させることができる。

図４は、二台の同期電動機の回転子の位相角がずれた状態で、第一同期電動機１にトルク１００％、第二同期電動機２にトルク−５０％を発生させる場合の例である。この場合には、第一同期電動機１のトルク１００％のトルク一定電圧曲線（第一トルク一定電圧曲線）Ｃ１と、第二同期電動機２のトルク−５０％のトルク一定電圧曲線（第二トルク一定電圧曲線）Ｃ２との交点にあたる電圧ｖ_ｄ ^＊、ｖ_ｑ ^＊を固定子座標に変換した電圧を、同期電動機１及び２に印加することにより、２台の同期電動機１、２のそれぞれに、指定されたトルク（トルク１００％、トルク−５０％）を発生させることができる。

すなわち、この発明の電動機制御装置によれば、第一同期電動機１のトルクを指定する第一トルク指令τ_１ ^＊と、第二同期電動機２のトルクを指定する第二トルク指令τ_２ ^＊とで、絶対値及び／又は符号が異なる場合でも、２台の同期電動機のトルクをそれぞれのトルク指令通りに制御することができる。

ここで示す実施形態の電動機制御装置では、第一トルク一定電圧曲線と第二トルク一定電圧曲線の交点にあたる電圧を算出して、該電圧を２台の同期電動機１、２に印加するように構成している。このようにトルク一定電圧曲線の交点を求める手法は、第一トルク一定電圧曲線と、第二トルク一定電圧曲線との少なくとも一方、より好ましくは両方が直線の場合に、より有効である。具体的には、例えば同期電動機がSPMSM（表面磁石型モータ）の場合には、式（１）及び（２）おいて、Ｌ_ｄ＝Ｌ_ｑとなり、トルク一定電圧曲線を直線とすることができる。

（第２の実施形態）
上述した第１の実施形態の電動機制御装置では、トルク一定電圧曲線の交点を求めているが、このような交点を求める処理は一般に複雑になりがちである。これに対し、以下に示す第２の実施形態の電動機制御装置では、フィードバック制御によって、２台の同期電動機に印加される電圧が自動的に、トルク一定電圧曲線の交点に一致するように制御される。以下、図５を用いて、この発明の電動機制御装置の第２の実施形態を説明する。

電動機制御装置３と同期電動機１及び２との間にはそれぞれ、同期電動機１の固定子に流れる三相電流ｉ_１ＵＶＷを計測する第一電流検出部６１、及び同期電動機２の固定子に流れる三相電流ｉ_２ＵＶＷを計測する第二電流検出部６２が取り付けられている。各電流検出部６１、６２で検出した電流ｉ_１ＵＶＷ及びｉ_２ＵＶＷは、電動機制御装置３に入力される。

電動機制御装置３に入力された電流ｉ_１ＵＶＷは、第一座標変換部３１ａでｄ１−ｑ１座標系に変換される。変換された電流のｄ１軸成分をｉ_ｄ１、ｑ１軸成分をｉ_ｑ１とする。また、電動機制御装置３に入力された電流ｉ_２ＵＶＷは、第二座標変換部３４でｄ２−ｑ２座標系に変換される。変換された電流のｄ２軸成分をｉ_ｄ２、ｑ２軸成分をｉ_ｑ２とする。

また、電動機制御装置３には、同期電動機１及び２に発生させるトルクをそれぞれ指定する、第１トルク指令τ_１ ^＊及び第２トルク指令τ_２ ^＊が入力される。

トルク電流指令生成部３７は、図１のトルク電流指令生成部３７と同様に、（３）式を満たすトルク電流指令ｉ_ｑ ^＊を出力する。このトルク電流指令ｉ_ｑ ^＊に相当する電流を同期電動機１に流すことで、同期電動機１のトルクを、トルク指令τ_１ ^＊に制御することができる。
ｉ_ｑ ^＊＝τ_１ ^＊／（Φ＋（Ｌ_ｄ―Ｌ_ｑ）×ｉ_１ｄ） （３）
なお、（３）式において、磁束電流ｉ_１ｄに代えて、下記で求める磁束電流指令ｉ_ｄ ^＊を用いることもできる。

トルク取得部３５は、（４）式のように、第二座標変換部３４が出力した電流ｉ_ｄ２、ｉ_ｑ２に基づいて、第二同期電動機２で発生しているトルクτ_２を推測する。なお、理解を容易にするため、以下の説明では、第二同期電動機２のモータ定数を、第一同期電動機１のモータ定数と同じにしている。しかしながら、第二同期電動機２のモータ定数を、第一同期電動機１のモータ定数とは異なるものとすることもできる。
τ_２＝（Ｌ_ｄ―Ｌ_ｑ）×ｉ_２ｄ×ｉ_２ｑ＋Φ×ｉ_２ｑ （４）

トルク取得部３５は、この実施形態では、第二同期電動機２のトルクτ_２を推測しているが、第二同期電動機２のトルクτ_２を計測するように構成することもできる。

トルク制御部３６には、第二トルク指令τ_２ ^＊と、第二同期電動機２のトルクτ_２との偏差が入力される。トルク制御部３６は、これらの偏差に比例ゲインを乗じた値や、これらの偏差を積分した値等から、磁束電流指令ｉ_ｄ ^＊を出力する。この磁束電流指令ｉ_ｄ ^＊に相当する電流を同期電動機１に流すように、同期電動機１、２に電圧を印加することで、同期電動機２のトルクτ_２を第二トルク指令τ_２ ^＊に一致させることができる。

トルク電流指令生成部３７が出力するトルク電流指令ｉ_ｑ ^＊と、同期電動機１のトルク電流ｉ_１ｑとの偏差、及び、トルク制御部３６が出力する磁束電流指令ｉ_ｄ ^＊と、同期電動機１の磁束電流ｉ_１ｄとの偏差がそれぞれ、電流制御部３２に入力される。電流制御部３２は、これらの偏差に比例ゲインを乗じた値や、これらの偏差を積分した値等から、同期電動機１、２に印加する電圧指令のｄ軸成分ｖ_ｄ ^＊及びｑ軸成分ｖ_ｑ ^＊を算出し出力する。

電力変換部３３には、以上のように算出した同期電動機１、２に印加する電圧指令ｖ_ｄ ^＊、ｖ_ｑ ^＊、及び同期電動機１の位相角θ_１が入力される。電力変換部３３は、ｄｑ座標系の電圧指令ｖ_ｄ ^＊及びｖ_ｑ ^＊を、固定子座標系の三相電圧ｖ_ＵＶＷ ^＊に変換して、並列接続された第一同期電動機１と第二同期電動機２とに印加する。

以上の構成により、同期電動機１の磁束電流指令ｉ_ｑ ^＊、トルク電流ｉ_ｑ及び第一トルク指令τ_１ ^＊の関係は、（３）式を満足するため、第一同期電動機１のトルクを、第一トルク指令τ_１ ^＊にするトルク制御が可能となる。また、トルク取得部３５で演算されたτ_２と、第二トルク指令τ_２ ^＊とを一致させるように、同期電動機１への磁束電流指令ｉ_ｄ ^＊が決定されるため、同期電動機２のトルクτ_２を第二トルク指令τ_２ ^＊に一致させることができる。その結果、同期電動機１、２に印加する電圧は、第１の実施形態で説明したトルク一定曲線の交点と一致する。

従って、この実施形態の電動機制御装置は、第一同期電動機１と第二同期電動機２の回転子の位相角が異なる場合でも、第一同期電動機１及び第二同期電動機２のトルクを、第１トルク指令及び第２トルク指令にそれぞれ一致させるトルク制御を実現することができる。

この実施形態の電動機制御装置では、フィードバック制御により、同期電動機１、２に印加する電圧を、この発明の第１の実施形態で説明したトルク一定電圧曲線の交点に自動的に収束させることができる。そのため、この発明の第１の実施形態のようにトルク一定電圧曲線の交点を算出することなく、２台の同期電動機のトルクを独立に制御することができる。これにより、電動機制御装置の構成をより単純なものとすることができ、低コスト化や処理の高速化等を実現することができる。

（第３の実施形態）
この発明の第２の実施形態の電動機制御装置では、第一同期電動機１のトルク電流に対して電流フィードバック制御が行われるため、該トルク電流が安定する。これに対し、第二同期電動機２に対する電流フィードバック制御は行われていないため、第二同期電動機２の電流が、過渡的に振動的になるおそれがある。この発明の第３の実施形態の電動機制御装置は、第２の実施形態の電動機制御装置のように２台の同期電動機のトルクを独立に制御しつつ、第二同期電動機２の電流を安定化させ、ひいては第二同期電動機２のトルクを安定化させるものである。

以下、図６を用いて、この発明の第３の実施形態の電動機制御装置を説明する。なお、第２の実施形態と同一の構成については説明を省略する。

この発明の第３の実施形態の電動機制御装置３は、第一座標変換部３１ｂをさらに備える。第二電流検出部６２は、電動機制御装置３に入力された電流ｉ_２ＵＶＷを検出し、第二座標変換部３４及び第一座標変換部３１ｂへ出力する。第一座標変換部３１ｂで該電流は、同期電動機２の固定子座標系から、ｄ１−ｑ１座標系に変換されて出力される。変換された電流のｄ１軸成分をｉ_２ｄ＿１、ｑ１軸成分をｉ_２ｑ＿１とする。

比例器３９ａ及び３９ｂはそれぞれ、ｉ_２ｄ＿１及びｉ_２ｑ＿１を比例増幅する。比例器３９ａ及び３９ｂの比例ゲインは、電流制御部３２の比例ゲインと等しくすることができる。

ハイパスフィルタ３Ａ及び３Ｂはそれぞれ、比例器３９ａ及び３９ｂの出力から、定常部分を取り除く。同期電動機の電気周波数成分による振動を抑制する観点から、ハイパスフィルタ３Ａ及び／又は３Ｂのカットオフ周波数を電気周波数成分より低くすることが好ましい。

電力変換部３３に入力される電圧は、電流制御部が出力するｖ_ｄ ^＊、ｖ_ｑ ^＊からそれぞれ、ハイパスフィルタ３Ａ及び３Ｂの出力を減算したものとなる。その結果、第二同期電動機２の電流の振動部分が打ち消され、第二同期電動機２の電流が過渡的に振動するのを抑制することができる。

なお、電流制御部が出力する電圧指令からハイパスフィルタの出力を減算しても、ハイパスフィルタの出力に定常分は含まれていないため、２台の同期電動機に対する、定常的なトルク制御・電流制御に影響を及ぼすことはない。そのため、この実施形態の電動機制御装置は、２台の同期電動機のトルクを独立に制御しつつ、第二同期電動機２の電流が過渡的に振動するのを抑制することができ、ひいては第二同期電動機２のトルクが過渡的に振動することを抑制することができる。

（第４の実施形態）
上述したように、この発明の第２及び第３の実施形態の電動機制御装置では、２台の同期電動機の回転子の位相角が相違している場合でも、１つの電力変換部で２台の同期電動機のトルクをそれぞれ独立に制御することができる。しかしながら、同期電動機の回転子の位相角自体の制御は行われないため、車輪の空転や車輪径差等によって、２台の同期電動機の位相角が相違する場合がある。そして両位相角の差が大きくなると、同期電動機のトルクを制御できなくなるおそれがある。

このような問題点に対し、この発明の第４の実施形態の電動機制御装置では、２台の同期電動機のトルク制御を行いつつ、２台の同期電動機の固定子の位相角を一致させる制御も行うことができる。

以下、この発明の電動機制御装置の第４の実施形態を、図７を用いて説明する。なお、第３の形態と同一の構成については、説明を省略する。

この発明の第４の実施形態の電動機制御装置３は、位相差制御部３Ｃをさらに備える。位相差制御部３Ｃは、第一同期電動機１の回転子の位相角θ_１と、第二同期電動機２の回転子の位相角θ_２との偏差を入力し、これらの偏差に比例ゲインを乗じた値や、これらの偏差を積分した値等から、トルク補正値Δτ^＊を出力する。

また、電動機制御装置３にはトルク指令τ_０ ^＊が入力される。トルク電流指令生成部３７に入力される第一トルク指令τ_１ ^＊は、トルク指令τ_０ ^＊にトルク補正値Δτ^＊を加算した値となる。そしてトルク制御部３６には、トルク指令τ_０ ^＊からトルク補正値Δτ^＊を減算して求まる第二トルク指令τ_２ ^＊と、第二同期電動機２のトルクτ_２との偏差が入力される。

従って、同期電動機１、２の回転子の位相角θ_１、θ_２が一致している場合には、τ_１ ^＊＝τ_２ ^＊＝τ_０ ^＊となり、電動機制御装置３は同期電動機１、２に同一のトルクτ_０ ^＊を発生させる。これに対し、同期電動機１、２の回転子の位相角θ_１、θ_２が相違している場合には、θ_１とθ_２との差が無くなるように、同期電動機１、２それぞれに対するトルク指令が補正される。

以上の構成によって、第一同期電動機１と第二同期電動機２の回転子の位相角を一致させ続けることができ、２台の同期電動機を連続的に駆動させ続けることができる。すなわち、例えば同期電動機を車両駆動に適用した際に、空転や車輪径差によって２台の同期電動機の回転子の位相角がずれてしまっても、回転子角度が再び一致するように制御されるため、１つの電力変換部３３で２台の同期電動機を駆動させ続けることができるようになり、装置の信頼性を向上させることができる。

ところで、上述した実施形態では、第一トルク指令と第二トルク指令との両方を補正しているが、第一トルク指令と第二トルク指令の一方のみを補正することもできる。

なお、上述した第１〜第４の実施形態はいずれも、同期電動機を永久磁石同期電動機で構成するものとしたが、永久磁石同期電動機以外の同期電動機を利用することもできる。

この発明の電動機制御装置によれば、一つの電力変換部で２台の同期電動機を駆動できるため、電動機制御装置の小型化やコスト低減に貢献できる。なおこの発明の電動機制御装置は特に、列車等の車両駆動システムに用いる場合に有効である。

１ 第一同期電動機
２ 第二同期電動機
３ 電動機制御装置
１３ 電動機制御装置
３１ 座標変換部
３１ａ 第一座標変換部
３１ｂ 第一座標変換部
３２ 電流制御部
３３ 電力変換部
３４ 第二座標変換部
３５ トルク取得部
３６ トルク制御部
３７ トルク電流指令生成部
３９ａ 比例器
３９ｂ 比例器
３Ａ ハイパスフィルタ
３Ｂ ハイパスフィルタ
３Ｃ 位相差制御部
５１ （第一）位相角取得部
５２ 第二位相角取得部
６１ 第一電流検出部
６２ 第二電流検出部

Claims (4)

1. 第一同期電動機と第二同期電動機とが並列に接続された電動機制御装置であって、
   第一トルク指令τ_１ ^＊と、第二トルク指令τ_２ ^＊と、第一同期電動機の回転子の位相角θ_１と、第二同期電動機の回転子の位相角θ_２とを入力し、
   前記第一トルク指令τ_１ ^＊に相当するトルクを発生させるために前記第一同期電動機へ印加する電圧の候補を、前記第一同期電動機の磁束方向に平行なｄ１軸と、前記ｄ１軸成分に直交するｑ１軸とを座標軸とする座標系で示した第一トルク一定電圧曲線、及び、前記第二トルク指令τ_２ ^＊に相当するトルクを発生させるために前記第二同期電動機へ印加する電圧の候補を、前記第二同期電動機の磁束方向に平行なｄ２軸と、前記ｄ２軸成分に直交するｑ２軸とを座標軸とする座標系で示した第二トルク一定曲線の交点にあたる電圧ｖ_ｄ ^＊、ｖ_ｑ ^＊を、前記第一同期電動機及び前記第二同期電動機に印加することで、第一同期電動機のトルクと第二同期電動機のトルクとをそれぞれ独立に制御することを特徴とする電動機制御装置。
2. 前記第二同期電動機のトルクτ_２を計測又は推測するトルク取得部と、
   前記第一同期電動機に前記トルク指令τ_１ ^＊に相当するトルクを発生させるように決定されるトルク電流指令ｉ_ｑ ^＊、及び、前記トルクτ_２を前記第二トルク指令τ_２ ^＊と一致させるように決定される磁束電流指令ｉ_ｄ ^＊の電流を、前記第一同期電動機に流すための電圧を出力し、前記第一同期電動機及び前記第二同期電動機に印加する電流制御部とを更に備える、請求項１に記載の電動機制御装置。
3. 前記第二同期電動機に流れる電流を、前記ｄ１軸及び前記ｑ１軸を座標軸とする座標系に変換した電流のｄ１軸成分ｉ_２ｄ＿１及びｑ１軸成分ｉ_２ｑ＿１に、比例ゲインを乗じ、定常部分を取り除いたものを、前記電流制御部が出力した電圧から減算して、前記第一同期電動機及び前記第二同期電動機に印加する、請求項２に記載の電動機制御装置。
4. 前記第一同期電動機の回転子の位相角θ_１と、前記第二同期電動機の回転子の位相角θ_２との差が減少するように、前記第一トルク指令τ_１ ^＊及び／又は前記第二トルク指令τ_２ ^＊を補正するトルク指令補正部を更に備える、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電動機制御装置。
   
   
   

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