JP2023005629A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
汎用のコントローラなどに誘起電圧データを持たなくても磁石モータの電流を正弦波にする電力変換装置を提供することにある。
【解決手段】
磁石モータの出力周波数と出力電圧と出力電流を可変にする信号を磁石モータに出力する電力変換器と、電力変換器を制御する制御部を有し、制御部は、磁石モータの位相に応じて変化するｑ軸の磁束成分のゲインを演算し、誘起電圧係数の設定値と、周波数推定値あるいは周波数指令値と、ｑ軸の前記磁束成分のゲインとに基づいて、ｄ軸の誘起電圧の指令値を演算する電力変換装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電力変換装置に関する。

磁石モータの誘起電圧に基本波周波数の５次成分と７次成分が重畳している場合、コントローラのメモリに磁石モータの誘起電圧データを記憶して、角周波数ωおよび回転位置θに基づいて、ｄ軸およびｑ軸の誘起電圧の指令値を生成し、電流を正弦波にする制御技術が特許文献１に記載されている。

特開２００３－１９９３９０号公報

特許文献１では、コントローラのメモリに磁石モータの誘起電圧データを記憶する必要がある。また、特許文献１では、磁石モータの基本波周波数の５次成分と７次成分を含有する誘起電圧に起因する電流を正弦波にする技術であるが、誘起電圧が矩形波の場合、高調波成分の３の倍数を除く奇数成分（１１次、１３次、１７次、１９次、２３次、２５次・・・）による電流脈動の発生が考えられる。

本発明の目的は、汎用のコントローラなどに誘起電圧データを持たなくても磁石モータの電流を正弦波にする電力変換装置を提供することにある。

本発明の好ましい一例としては、磁石モータの出力周波数と出力電圧と出力電流を可変にする信号を前記磁石モータに出力する電力変換器と、
前記電力変換器を制御する制御部を有し、
前記制御部は、
前記磁石モータの位相に応じて変化するｑ軸の磁束成分のゲインを演算し、
誘起電圧係数の設定値と、周波数推定値あるいは周波数指令値と、ｑ軸の前記磁束成分のゲインとに基づいて、ｄ軸の誘起電圧の指令値を演算する電力変換装置である。

本発明によれば、汎用のコントローラなどに誘起電圧データを持たなくても磁石モータの電流を正弦波にできる。

実施例１における電力変換装置などのシステム構成図。 実施例１における磁束ゲイン演算部の構成図。 実施例１におけるベクトル制御演算部の構成図。 制御特性１を示す図。 実施例におけるｑ軸の磁束ゲイン演算部（N=4）の構成図。 実施例１におけるｄ軸の磁束ゲイン演算部（N=4）の構成図。 制御特性２を示す図。 実施例１におけるｑ軸の磁束ゲイン演算部（N=1）の構成図。 実施例１におけるｄ軸の磁束ゲイン演算部（N=1）の構成図。 制御特性３を示す図。 本発明の顕現性を確認するための構成図。 実施例２における電力変換装置などのシステム構成図。 実施例３における電力変換装置などのシステム構成図。 実施例４における電力変換装置などのシステム構成図。

以下、図面を用いて本実施例を詳細に説明する。なお、各図における共通の構成については同一の参照番号を付してある。また、以下に説明する各実施例は図示例に限定されるものではない。

図１は、実施例１における電力変換装置と磁石モータとを有するシステム構成図を示す。

磁石モータ１は、永久磁石の磁束によるトルク成分と電機子巻線のインダクタンスによるトルク成分を合成したモータトルクを出力する。

電力変換器２はスイッチング素子としての半導体素子を備える。電力変換器２は、３相交流の電圧指令値v_u ^*、v_v ^*、v_w ^*を入力し、３相交流の電圧指令値v_u ^*、v_v ^*、v_w ^*に比例した電圧値を出力する。電力変換器２の出力に基づいて、磁石モータ１は駆動され、磁石モータ１の出力電圧値と出力周波数値および出力電流値は可変に制御される。スイッチング素子としてＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を使うようにしてもよい。

直流電源３は、電力変換器２に直流電圧および直流電流を供給する。

電流検出器４は、磁石モータ１の３相の交流電流i_u、i_v、i_wの検出値であるi_uc、i_vc、i_wcを出力する。また該電流検出器４は、磁石モータ１の３相の内の２相、例えば、u相とw相の交流電流を検出し、v相の交流電流は、交流条件（i_u＋i_v＋i_w＝0）から、i_v=－(i_u＋i_w)として求めてもよい。

本実施例では、電流検出器４は、電力変換装置内に設けた例を示したが、電力変換装置の外部に設けてもよい。

制御部は、以下に説明する座標変換部５、速度制御演算部６、磁束ゲイン演算部７、ベクトル制御演算部８、位相誤差推定演算部９、周波数および位相の推定演算部１０、座標変換部１１を備える。そして、制御部は、磁石モータ１の出力電圧値と出力周波数値および出力電流は可変に制御するように電力変換器２の出力を制御する。

制御部は、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）によって構成される。制御部は、いずれかまたは全部をＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などのハードウェアで構成することができる。制御部のＣＰＵ（Central Processing Unit）が、メモリなどの記録装置に保持するプログラムを読み出して、上記した座標変換部５などの各部の処理を実行する。

次に、制御部の各構成要素について、説明する。
座標変換部５は、３相の交流電流i_u、i_v、i_wの検出値i_uc、i_vc、i_wcと位相推定値θ_dcからｄ軸およびｑ軸の電流検出値i_dc、i_qcを出力する。

速度制御演算部６は、周波数指令値ω_r ^*と周波数推定値ω_dcに基づいてトルク指令値τ^*を演算し、トルク係数で除算することよりｑ軸の電流指令値i_q ^*を出力する。

磁束ゲイン演算部７は、位相推定値θ_dcに基づいて、位相に応じて変化するｄ軸およびｑ軸の磁束成分のゲインG_d(q_dc)、G_q(q_dc)を出力する。

ベクトル制御演算部８は、ｄ軸およびｑ軸の電流指令値i_d ^*、i_q ^*、電流検出値i_dc、i_qc、周波数推定値ω_dcと磁石モータ１の電気回路パラメータ、ｄ軸およびｑ軸の磁束成分のゲインG_d(q_dc)、G_q(q_dc)に基づき演算した電圧指令値v_dc ^**、v_qc ^**を出力する。

位相誤差推定演算部９は、制御軸のｄ軸およびｑ軸の電圧指令値v_dc ^**、v_qc ^**、周波数推定値ω_dc、電流検出値i_dc、i_qcおよび磁石モータ１の電気回路パラメータを用いて、制御の位相である位相推定値θ_dcと磁石モータ１の磁石の位相θ_dとの偏差である位相誤差Δθの推定値Δθ_cを出力する。

周波数および位相の推定演算部１０は、位相誤差の推定値Δθ_cに基づいて、周波数推定ω_dcと位相推定値θ_dcを出力する。

座標変換部１１は、d軸とq軸の電圧指令値v_dc ^**、v_qc ^**と、位相推定値θ_dcから３相交流の電圧指令値v_u ^*、v_v ^*、v_w ^*を出力する。

最初に、本実施例の特徴である磁束ゲイン演算部７を用いた場合のセンサレスベクトル制御方式の基本動作について説明する。

速度制御演算部６は、周波数指令値ω_r ^*に周波数推定値ω_dcが追従するよう、比例制御と積分制御により（数式１）に従いトルク指令τ^*とq軸の電流指令値i_q ^*を演算する。

ここに、
K_sp：速度制御の比例ゲイン、K_si：速度制御の積分ゲイン、P_m:極対数、
K_e：誘起電圧係数、L_d：ｄ軸インダクタンス、L_q：ｑ軸インダクタンス、
＊:設定値、ｓはラプラス演算子

図１の磁束ゲイン演算部７、ベクトル制御演算部８について説明する。
図２は、磁束ゲイン演算部７のブロックを示す。磁束ゲイン演算部７は、ｑ軸の磁束ゲイン演算部７１とｄ軸の磁束ゲイン演算部７２より構成される。

ｑ軸の磁束ゲイン演算部７１は、位相推定値θ_dcを用いて（数式２）に従い位相推定値の正弦関数を演算してｑ軸の磁束ゲインG_q(θ_dc)を出力する。

ｄ軸の磁束ゲイン演算部７２は、位相推定値θ_dcを用いて（数式３）に従い位相推定値の正弦関数を演算してｄ軸の磁束ゲインG_q(θ_dc)を出力する。Ｎは次数で自然数である。

図３にベクトル制御演算部８のブロックを示す。第１に、ベクトル制御演算部８のｄ軸の電圧指令値について説明する。

永久磁石モータ１の誘起電圧係数K_e ^*８１とｑ軸の磁束ゲインG_q(θ_dc)は乗算部８２に入力される。乗算部８２の出力は周波数推定値ω_dcとともに乗算部８３に入力され、その出力は（数式４）で示されるｄ軸の誘起電圧の指令値e_dc ^*となる。ここでは周波数推定値ω_dcを乗算部８３の入力としたが、周波数推定値ω_dcの代わりに周波数指令値ω_r ^*を乗算部８３の入力として乗算部８２の出力と乗算するように変形してもよい。

誘起電圧係数K_e ^*８１は一定値であり、回転位置に応じて変化する誘起電圧のデータなどではない。さらに演算部８４は、永久磁石モータ１の電気回路パラメータである巻線抵抗の設定値Ｒ^*、ｑ軸のインダクタンスの設定値L_q ^*、ｄ軸の電流指令値i_d ^*、ｑ軸の電流指令値i_q ^*、周波数推定値ω_dcを用いて（数式５）に従いｄ軸の電圧指令値v_dc0 ^*を演算する。

演算部８４の出力v_dc0 ^*はｄ軸の誘起電圧の指令値e_dc ^*とともに加算部８５に入力され、加算部８５の出力は（数式６）に示すｄ軸の電圧指令値の基準値v_dc ^*となる。

ここに、T_acr：電流制御の応答時定数

第２に、ベクトル制御演算部８のｑ軸の電圧指令値について説明する。永久磁石モータ１の誘起電圧係数K_e ^*８１とｄ軸の磁束ゲインG_d(θ_dc)は乗算部８７に入力される。乗算部８７の出力は周波数推定値ω_dcとともに乗算部８８に入力される。乗算部８８の出力は（数式７）で示されるｑ軸の誘起電圧の指令値e_qc ^*となる。ここでは周波数推定値ω_dcを乗算部８８の入力としたが、周波数推定値ω_dcの代わりに周波数指令値ω_r ^*を乗算部８８の入力として乗算部８７の出力と乗算するように変形してもよい。

さらに演算部８６は、永久磁石モータ１の電気回路パラメータである巻線抵抗の設定値Ｒ^*、ｄ軸のインダクタンスの設定値L_d ^*、ｄ軸の電流指令値i_d ^*、ｑ軸の電流指令値i_q ^*、周波数推定値ω_dcを用いて（数式８）に従いｑ軸の電圧指令値v_qc0 ^*を演算する。

演算部８６の出力v_qc0 ^*はｑ軸の誘起電圧の指令値e_qc ^*とともに加算部８９に入力される。加算部８９の出力は（数式９）に示すｑ軸の電圧指令値の基準値v_qc ^*となる。

第３に、ベクトル制御の電流制御演算について説明する。ｄ軸およびｑ軸の電流指令値i_d ^*、i_q ^*に各成分の電流検出値i_dc、i_qcが追従するよう比例制御と積分制御により、（数式１０）に従いｄ軸およびｑ軸の電圧補正値Δv_dc、Δv_qcを演算する。

ここに、
K_pd：ｄ軸の電流制御の比例ゲイン、K_id：ｄ軸の電流制御の積分ゲイン
K_pq：ｑ軸の電流制御の比例ゲイン、K_iq：ｑ軸の電流制御の積分ゲイン

さらに（数式１１）に従い、ｄ軸およびｑ軸の電圧指令値v_dc ^**、v_qc ^**を演算する。

位相誤差推定演算部９は、ｄ軸およびｑ軸の電圧指令値v_dc ^**、v_qc ^**、電流検出値i_dc、i_qcと磁石モータ１の電気回路パラメータ(R^*、L_q ^*)、周波数推定ω_dcに基づき、拡張誘起電圧式（数式１２）に従い、位相誤差の推定値Δθ_cを演算する。

周波数および位相の推定演算部１０について説明する。
位相誤差の推定値Δθ_cを指令値Δθ_c ^*に追従するようP（比例）＋I（積分）制御演算により、（数式１３）に従い周波数推定値ω_dcを、Ｉ制御演算により（数式１４）に従い位相推定値θ_dcをそれぞれ演算する。

ここに、
Kp_pll：PLL制御の比例ゲイン、Ki_pll：PLL制御の積分ゲイン

つぎに本発明でモータ電流が正弦波となる原理について説明する。
図４は、ｄ軸およびｑ軸の磁束ゲインを、それぞれG_q(θ_dc)＝0、G_d(θ_dc)＝１とした場合の制御特性１を示す。誘起電圧が矩形波である磁石モータ１を駆動したシミュレーション結果である。

図４において、上段はｄ軸およびｑ軸の誘起電圧の指令値e_dc ^*とe_qc ^*、中段はu相の矩形波誘起電圧e_uとu相の誘起電圧の指令値相当e_u ^*、下段はu相の交流電流i_uを表示している。G_q(θ_dc)＝0、G_d(θ_dc)＝１なので、ｄ軸およびｑ軸の誘起電圧の指令値e_dc ^*とe_qc ^*は（数式１５）となりe_u ^*は正弦波となる。

その結果、u相の交流電流i_uは正弦波の電流ではなく、５次調波と７次調波が重畳した歪んだ電流となってしまう。

本発明の磁束ゲイン演算部７を用いるにあたり、（数式２）中に示す次数Ｎを例えば４に設定する。図５にＮ＝４に設定したｑ軸の磁束ゲイン演算部７１ａのブロック（２４次調波までの補償）を示す。

n=1の位相は演算部71a1、磁束ゲインは演算部71a2で演算される。n=2の位相は演算部71a3、磁束ゲインは演算部71a4で演算される。n=3の位相は演算部71a5、磁束ゲインは演算部71a6で演算される。n=4の位相は演算部71a7、磁束ゲインは演算部71a8で演算される。これらは一義的に決まり、n=1からn=4の演算結果を加算した信号はG_q(θ_dc)となる。

つぎに（数式３）中に示すＮ＝４に設定する。図６にＮ＝４に設定したｄ軸の磁束ゲイン演算部７２ａのブロック（２４次調波までの補償）を示す。

n=1の位相は演算部72a1、磁束ゲインは演算部72a2で演算される。n=2の位相は演算部72a3、磁束ゲインは演算部72a4で演算される。n=3の位相は演算部72a5、磁束ゲインは演算部72a6で演算される。n=4の位相は演算部72a7、磁束ゲインは演算部72a8で演算される。定数「１」は設定部72a9に設定される。n=1からn=4の演算結果と定数「１」を加算した信号はG_d(θ_dc)となる。

図７は、磁束ゲイン演算部７を用いた（Ｎ＝４を使用した）場合の制御特性２を示す。誘起電圧が矩形波である磁石モータ１を駆動したシミュレーション結果である。

図７において、上段はｄ軸およびｑ軸の誘起電圧の指令値e_dc ^*とe_qc ^*、中段はu相の矩形波誘起電圧e_uとu相の誘起電圧の指令値相当e_u ^*、下段はu相の交流電流i_uを表示している。G_q(θ_dc)は図５のブロック、G_d(θ_dc)は図６のブロックで示した場合である。ｄ軸およびｑ軸の誘起電圧の指令値e_dc ^*とe_qc ^*は24次の高調波成分まで含んでおり、誘起電圧の指令値相当e_u ^*は高調波を含んだ正弦波とは離れた波形となるが、u相の交流電流i_uは正弦波の電流であることがわかる。本発明の効果が明白であることがわかる。図４の場合ではｄ軸の誘起電圧の指令値e_dc ^*はゼロになっているが、ｄ軸の誘起電圧の指令値e_dc ^*が、図４のようなゼロではなく、高調波成分を含む形状（のこぎり波）になっていることが特徴のひとつである。

さらに図１の磁束ゲイン演算部７のＮ＝１に設定する。（数式２）においてＮ＝１にする。図８にＮ＝１に設定したｑ軸の磁束ゲイン演算部７１ｂのブロック（６次調波の補償）を示す。n=1の位相は演算部71b1、磁束ゲインは演算部71b2で演算される。この信号はG_q(θ_dc)となる。

つぎに（数式３）においてＮ＝１にする。図９は、Ｎ＝１に設定したｄ軸の磁束ゲイン演算部７２ｂのブロック（６次調波の補償）を示す。n=1の位相は演算部72b1、磁束ゲインは演算部72b2で演算される。定数「１」は設定部72b3に設定される。定数「１」とn=1との加算信号はG_d(θ_dc)となる。

図１０は、本発明である磁束ゲイン演算部７を用いた（Ｎ＝１を使用した）場合の制御特性３を示す。誘起電圧が矩形波である磁石モータ１を駆動したシミュレーション結果である。

図１０において、上段はｄ軸およびｑ軸の誘起電圧の指令値e_dc ^*とe_qc ^*、中段はu相の矩形波誘起電圧e_uとu相の誘起電圧の指令値相当e_u ^*、下段はu相の交流電流i_uを表示している。G_q(θ_dc)は図８のブロック、G_d(θ_dc)は図９のブロックで演算した場合である。

ｄ軸およびｑ軸の誘起電圧の指令値e_dc ^*とe_qc ^*は６次の高調波成分を含んでおり、誘起電圧の指令値相当e_u ^*は正弦波とは離れた波形となるが、u相の交流電流i_uは正弦波と比べて多少歪んではいるが、本発明の効果が明白であることはわかる。本実施例の効果を確認するため、例として次数ＮをＮ＝４とＮ＝１に設定したが、Ｎは自然数でかつ、Ｎの値が大きい程、u相の交流電流はより正弦波に近づくことができる。

本実施例によれば、汎用のコントローラなどで誘起電圧データを持たなくても磁石モータの電流を正弦波にできる。

ここで、図１１を用いて本実施例を採用した場合の検証方法について説明する。磁石モータ１を駆動する電力変換装置２０に、電圧検出器２１、電流検出器２２を取り付け、磁石モータ１のシャフトにエンコーダ２３を取り付ける。

ベクトル電圧・電流成分の計算部２４に、電圧検出器２１の出力である３相交流の電圧検出値（v_uc、v_vc、v_wc）、３相交流の電流検出値（i_uc、i_vc、i_wc）とエンコーダの出力である位置検出値θが入力され、ベクトル電圧成分のv_dcc、v_qcc、ベクトル電流成分のi_dcc、i_qccと、位置θを微分した検出値ω_rcを演算する。
各部波形の観測部２５では、（数式１６）を用いてｄ軸およびｑ軸の誘起電圧e_dc ^{^}、e_qc ^{^}を計算する。

e_dc ^{^}、e_qc ^{^}の電圧波形を観測すれば、本発明を採用していることが明白となる。

図１２は、実施例２における電力変換装置と磁石モータとを有するシステム構成図である。
実施例１は、回転座座標のｄ－ｑ軸の電圧指令値を修正したが、本実施例は固定座標のＵ－Ｖ―Ｗの電圧指令値を修正する実施例である。

図１２における磁石モータ１、電力変換器２、直流電源３、電流検出器４、座標変換部５、速度制御演算部６、磁束ゲイン演算部７、位相誤差推定演算部９、周波数および位相の推定演算部１０、座標変換部１１は図１と同一である。図３のベクトル制御演算部８から誘起電圧係数K_e ^*８１と乗算部８２と乗算部８３と、加算部８５と、乗算部８７と、乗算部８８と、加算部８９をなくした構成が図１２のベクトル制御演算部８となる。

１２は回転座標から固定座標への座標変換部、１３は加算部である。座標変換部１２は、図３のベクトル制御演算部８での演算に代わり、ｑ軸の磁束ゲインG_q(θ_dc)およびｄ軸の磁束ゲインG_d(θ_dc)からｄ軸およびｑ軸の誘起電圧の指令値e_dc ^＊、e_qc ^＊を演算する。そして、座標変換部１２は、ｄ軸およびｑ軸の誘起電圧の指令値e_dc ^＊、e_qc ^＊と位相推定値θ_ｄｃから３相の誘起電圧の指令値e_u ^*、e_v ^*、e_w ^*を出力する。

本実施例では、ｄ軸およびｑ軸の誘起電圧の指令値e_dc ^＊、e_qc ^＊を３相の誘起電圧の指令値e_u ^*、e_v ^*、e_w ^*に変換し、３相の電圧指令値を修正する。

本実施例によれば、実施例１と同様に正弦波の電流を実現することができる。

図１３は、実施例３における電力変換装置と磁石モータとを有するシステム構成図である。図１３における磁石モータ１、電力変換器２、直流電源３、電流検出器４、座標変換部５、速度制御演算部６、磁束ゲイン演算部７、ベクトル制御演算部８、位相誤差推定演算部９、周波数および位相の推定演算部１０、座標変換部１１は図１と同一である。１４は機械学習を実行できるＩＯＴ（Internet of Things）コントローラである。

実施例１は、電力変換器のコントローラ（マイクロコンピユータなどの制御部）に駆動モード（矩形波駆動あるいは正弦波駆動）や、（数式２）もしくは（数式３）の次数Ｎなどのパラメータを設定する構成である。

実施例３の制御部は、正弦波駆動の指示を受けた場合には、ｑ軸の磁束成分のゲインを０とし、ｄ軸の磁束成分のゲインを１とする。

矩形波駆動の指示を受けた場合には、制御部は、（数式２）に基づいて、ｑ軸の前記磁束成分のゲインを、位相推定値の正弦関数として演算して求める。さらに、制御部は、（数式３）に基づいて、ｄ軸の前記磁束成分のゲインを、位相推定値の正弦関数として演算して、その演算結果を１から減算して求める。

本実施例では、電圧指令値v_dc ^**、v_qc ^**と電流検出値i_dc、i_qc、位相誤差の推定値Δθ_cを、制御部が上位のＩＯＴコントローラ１４にフィードバックする。ＩＯＴコントローラ１４が電圧指令値v_dc ^**、v_qc ^**と電流検出値i_dc、i_qc、位相誤差の推定値Δθ_cといった信号を機械学習により解析し、機械学習に基づいて、制御部が駆動モードや次数Ｎを電力変換器２のコントローラに再設定する。

本実施例によれば、実施例１と同様に正弦波の電流を実現することができる。

図１４は、実施例４における電力変換装置と磁石モータとを有するシステム構成図である。
本実施例は、磁石モータ駆動システムに本実施例を適用したものである。

図１４において、構成要素の磁石モータ１、座標変換部５、速度制御演算部６、磁束ゲイン演算部７、ベクトル制御演算部８、位相誤差推定演算部９、周波数および位相の推定演算部１０、座標変換部１１は、図１のものと同一物である。

図１の構成要素である磁石モータ１は、電力変換装置２０により駆動される。電力変換装置２０は、図１の座標変換部５、速度制御演算部６、磁束ゲイン演算部７、ベクトル制御演算部８、位相誤差推定演算部９、周波数および位相の推定演算部１０、座標変換部１１がソフトウェア２０ａとして実装されている。また、電力変換装置２０は、図１の電力変換器２、直流電源３、電流検出器４がハードウェアとして実装されている。

またデジタル・オペレータ２０ｂ、パーソナル・コンピュータ２８、タブレット２９、スマートフォン３０などの上位装置の表示画面から、ソフトウェア２０ａの矩形波駆動あるいは正弦波駆動を設定する「駆動モード」２６、（数式２）および（数式３）の「次数Ｎ」２７を設定および変更することができる。

本実施例を磁石モータ駆動システムに適用すれば、矩形波の誘起電圧である磁石モータの電流を正弦波に制御できる。また「駆動モード」、「Ｎ」はプログラマブル・ロジック・コントローラ、コンピュータと接続するローカル・エリア・ネットワーク、ＩＯＴコントローラなどのフィールドバス上に設定してもよい。

また、実施例で１における図５の磁束ゲインの演算部71a2、71a4、71a6、71a8、図６の演算部72a2、72a4、72a6、72a8での演算結果は定数であるが、この定数は書き換えるようにしてもよい。

ここまで、実施例１から実施例４においては、位置センサレス制御に適用したが、磁石モータ１のシャフト軸にエンコーダを取り付けたベクトル制御に適用してもよい。

さらに、実施例１から実施例４においては、電流指令値i_d ^*、i_q ^*と電流検出値i_dc、i_qcから電圧修正値Δv_dc、Δv_qcを作成し、この電圧修正値とベクトル制御の電圧基準値を加算する（数式１１）に示す演算を行った。それに限らず、電流指令値i_d ^*、i_q ^*と電流検出値i_dc、i_qcからベクトル制御演算に使用する（数式１７）に示す中間的な電流指令値i_d ^**、i_q ^**を作成し、周波数推定値ω_dcおよび磁石モータ1の電気回路パラメータを用いて（数式１８）に示すベクトル制御演算を行ってもよい。

ここに、
K_pd1：ｄ_c軸の電流制御の比例ゲイン、K_id1：ｄ_c軸の電流制御の積分ゲイン、K_pq1：ｑ_c軸の電流制御の比例ゲイン、K_iq1：ｑ_c軸の電流制御の積分ゲイン、T_d：ｄ軸の電気時定数(L_d/R)、T_q：ｑ軸の電気時定数(L_q/R)

あるいは電流指令値i_d ^*、i_q ^*と電流検出値i_dc、i_qcから、ベクトル制御演算に使用するｄ軸の比例演算成分の電圧修正値Δv_{d_p} ^*、ｄ軸の積分演算成分の電圧修正値Δv_{d_i} ^*、ｑ軸の比例演算成分の電圧修正値Δv_{q_p} ^*、ｑ軸の積分演算成分の電圧修正値Δv_{q_i} ^*を（数式１９）により作成する。そして、周波数推定値ω_dcおよび磁石モータ1の電気回路パラメータを用いた（数式２０）に示すベクトル制御演算を行ってもよい。

ここに、
K_pd2：ｄ軸の電流制御の比例ゲイン、K_id2：ｄ軸の電流制御の積分ゲイン、K_pq2：ｑ軸の電流制御の比例ゲイン、K_iq2：ｑ軸の電流制御の積分ゲイン

またｄ軸の電流指令値i_d ^*およびｑ軸の電流検出値i_qcの一次遅れ信号i_qctd、周波数推定値ω_dcと、磁石モータ１の電気回路パラメータを用いて（数式２１）に示すベクトル制御演算を行ってもよい。

なお、実施例１から実施例４において、電力変換器２を構成するスイッチング素子としては、Si（シリコン）半導体素子であっても、SiC（シリコンカーバイト）やGaN（ガリュームナイトライド）などのワイドバンドギャップ半導体素子であってもよい。

１…磁石モータ、２…電力変換器、３…直流電源、４…電流検出器、５…座標変換部、６…速度制御演算部、７…磁束ゲイン演算部、８…ベクトル制御演算部、９…位相誤差推定演算部、１０…周波数および位相の推定演算部、１１…座標変換部、１２…座標変換部、１３…加算部、１４…ＩＯＴコントローラ、２０…電力変換装置、２０ａ…電力変換装置のソフトウェア、２０ｂ…電力変換装置のデジタル・オペレータ、２１…電圧検出器、２２…電流検出器、２３…エンコーダ、２４…ベクトル電流成分の計算部、２５…各部電流波形の観測部、２６…制御モード、２７…Ｎ（次数）、２８…パーソナル・コンピュータ、２９…タブレット、３０…スマートフォン、i_d ^*…ｄ軸の電流指令値、i_q ^*…ｑ軸電流の指令値、ω_r ^*…周波数指令値、ω_dc…周波数推定値、ω_r…磁石モータの周波数、G_q(θ_dc)…ｑ軸の磁束成分ゲイン、G_d(θ_dc)…ｄ軸の磁束成分ゲイン、e_dc ^*…ｄ軸の誘起電圧の指令値、e_dc ^*…ｑ軸の誘起電圧の指令値、v_dc ^* v_dc ^** v_dc ^** v_dc ^*** v_dc ^**** v_dc ^*****…ｄ軸の電圧指令値、v_qc ^* v_qc ^** v_qc ^*** v_qc ^**** v_qc ^*****…ｑ軸の電圧指令値、Δθ_c…位相誤差の推定値

Claims (10)

1. 磁石モータの出力周波数と出力電圧と出力電流を可変にする信号を前記磁石モータに出力する電力変換器と、
   前記電力変換器を制御する制御部を有し、
   前記制御部は、
   前記磁石モータの位相に応じて変化するｑ軸の磁束成分のゲインを演算し、
   誘起電圧係数の設定値と、周波数推定値あるいは周波数指令値と、ｑ軸の前記磁束成分のゲインとに基づいて、ｄ軸の誘起電圧の指令値を演算する電力変換装置。
2. 請求項１に記載の電力変換装置において、
   前記制御部は、
   前記磁石モータの位相に応じて変化するｄ軸の磁束成分のゲインを演算し、
   誘起電圧係数の設定値と、周波数推定値あるいは周波数指令値と、ｄ軸の前記磁束成分のゲインとに基づいて、ｑ軸の誘起電圧の指令値を演算する電力変換装置。
3. 請求項１に記載の電力変換装置において、
   前記制御部は、
   ｄ軸の前記誘起電圧の指令値と、位相推定値とに基づいて、３相の誘起電圧の指令値を演算する電力変換装置。
4. 請求項２に記載の電力変換装置において、
   前記制御部は、
   ｄ軸の前記誘起電圧の指令値と、ｑ軸の前記誘起電圧の指令値と、位相推定値とに基づいて、３相の誘起電圧の指令値を演算する電力変換装置。
5. 請求項１に記載の電力変換装置において、
   前記制御部は、
   ｑ軸の前記磁束成分のゲインは、位相推定値の正弦関数として演算する電力変換装置。
6. 請求項２に記載の電力変換装置において、
   前記制御部は、
   ｄ軸の前記磁束成分のゲインは、位相推定値の正弦関数として演算し、その演算結果を１から減算する電力変換装置。
7. 請求項２に記載の電力変換装置において、
   前記制御部は、
   前記磁石モータの駆動を正弦波駆動とするか、矩形波駆動とするかの指示を受け、
   正弦波駆動の指示を受けた場合には、
   ｑ軸の前記磁束成分のゲインを０とし、ｄ軸の前記磁束成分のゲインを１とし、
   矩形波駆動の指示を受けた場合には、
   ｑ軸の前記磁束成分のゲインは位相推定値の正弦関数として演算して求め、ｄ軸の前記磁束成分のゲインは、位相推定値の正弦関数として演算して、その演算結果を１から減算して求める電力変換装置。
8. 請求項２に記載の電力変換装置において、
   前記制御部は、
   前記磁石モータが矩形波駆動である選択の指示を受けた場合には、
   位相推定値の正弦関数における次数Ｎの選択の指示を受けて、
   前記次数Ｎに基づいて、ｑ軸の前記磁束成分のゲインおよびｄ軸の前記磁束成分のゲインを演算する電力変換装置。
9. 請求項２に記載の電力変換装置において、
   前記制御部は、
   電圧指令値および電流検出値と、位相誤差の推定値や推定周波数を、
   上位装置であるＩＯＴコントローラに解析のためにフィードバックし、
   ｑ軸の前記磁束成分のゲインもしくはｄ軸の前記磁束成分のゲインを演算するのに必要な位相推定値の正弦関数における次数Ｎを、ＩＯＴコントローラからの解析に基づいて自動設定する電力変換装置。
10. 請求項１に記載の電力変換装置において、
    前記制御部は、
    ｑ軸の前記磁束成分のゲインもしくはｄ軸の前記磁束成分のゲインを演算するのに必要な位相推定値の正弦関数における次数Ｎ、または前記磁石モータの駆動を正弦波駆動とするか、矩形波駆動とするかを、デジタル・オペレータやパーソナル・コンピュータあるいはタブレット、スマートフォン機器から設定・変更できる電力変換装置。

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