JP4110865B2

JP4110865B2 - 永久磁石型電動機の制御システム

Info

Publication number: JP4110865B2
Application number: JP2002206680A
Authority: JP
Inventors: 光一郎米倉
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-07-16
Filing date: 2002-07-16
Publication date: 2008-07-02
Anticipated expiration: 2022-07-16
Also published as: JP2004056839A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、回転子に永久磁石を有し、固定子に多相の交流電流を流すことで駆動される永久磁石型同期電動機の制御システムに関し、特にトルク変動を抑制する制御システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
回転子に永久磁石を有し、固定子に突極が設けられているモータにおいては、回転子の回転角度位置によって永久磁石が固定子突極を吸引する力が変化するために、トルクの変動、即ちコギングトルクが生じることが知られている。このようなコギングトルクは、例えば走行用の駆動源として車両に搭載されたモータであれば、発進直後や停止直前の低速時あるいは惰性で車両が走行しているようなときに不快な振動として運転者に伝達されることがある。
【０００３】
このようなコギングトルクを低減する方法として、特開２００１−１０３７８３号公報のようなものが知られている。これは、モータの駆動回転数や発生トルクが比較的低い場合には、弱め界磁電流であるｄ軸成分の電流を所定の値だけ流し、永久磁石の磁束を弱めることでトルクの変動を抑えようとするものである。
【０００４】
【発明が解決しようとしている問題点】
しかしながら、このような従来の方法では、回転子の角度による吸引力の変動が考慮されていないため、低減できるコギングトルクに限界があった。これは一定量の弱め界磁電流を流しても、磁石の回転角度位置によって弱められる磁束の割合が変化するためである。
【０００５】
そこで、本発明は、回転角度位置に応じて弱め界磁電流値を変化させることでコギングトルクを抑制することのできる永久磁石型同期電動機の制御システムを提供することを目的とする。
【０００６】
【問題点を解決するための手段】
本発明では、永久磁石を備えた回転子と、複数の突極にコイルを巻装した固定子と、から構成される永久磁石型同期電動機の制御システムに、前記回転子の回転角度位置を検出する回転角度位置検出手段を備える。さらに、電動機の回転角速度と目標トルクとに基づいて、ｄ軸電流の基本指令値とｑ軸電流の指令値とを決定する電流指令値決定手段と、前記回転角度位置に基づいてｄ軸電流の補正値（以下、ｄ軸補正電流値）を決定する補正電流値決定手段と、前記ｄ軸電流基本指令値と前記ｄ軸補正電流値に基づいてd軸電流指令値を決定するd軸電流指令値決定手段と、前記d軸電流指令値と前記ｑ軸電流指令値に基づいて前記コイルに流れる多相交流電流を制御する電流制御手段と、を備え、前記電流制御手段は、前記コイルに流れる多相交流電流値を検出する電流検出手段と、前記回転角度位置に基づいて前記多相交流電流の検出値をｄ軸電流とｑ軸電流に変換する変換手段と、変換によって得たｄ軸電流と前記ｄ軸電流指令値との偏差を小さくするためのｄ軸電圧指令値を算出するとともに、変換によって得たｑ軸電流と前記ｑ軸電流指令値との偏差を小さくするためのｑ軸電圧指令値を算出する電圧指令値算出手段と、前記回転角度位置を用いて前記ｄ軸電圧指令値と前記ｑ軸電圧指令値を多相交流電圧指令値に変換する逆変換手段と、を備え、前記ｄ軸電流指令値決定手段は、前記ｄ軸電流基本指令値と、前記ｄ軸補正電流値との加算値を前記ｄ軸電流指令値として決定する。
また、本発明では、永久磁石を備えた回転子と、複数の突極にコイルを巻装した固定子と、から構成される永久磁石型同期電動機の制御システムに、前記回転子の回転角度位置を検出する回転角度位置検出手段を備える。さらに、電動機の回転角速度と目標トルクとに基づいて、ｄ軸電流の基本指令値とｑ軸電流の指令値とを決定する電流指令値決定手段と、前記回転角度位置に基づいてｄ軸電流の補正値（以下、ｄ軸補正電流値）を決定する補正電流値決定手段と、前記ｄ軸電流基本指令値と前記ｄ軸補正電流値に基づいて d 軸電流指令値を決定する d 軸電流指令値決定手段と、前記 d 軸電流指令値と前記ｑ軸電流指令値に基づいて前記コイルに流れる多相交流電流を制御する電流制御手段と、を備え、前記電流制御手段は、前記コイルに流れる多相交流電流値を検出する電流検出手段と、前記回転角度位置に基づいて前記多相交流電流の検出値をｄ軸電流とｑ軸電流に変換する変換手段と、変換によって得たｄ軸電流と前記ｄ軸電流指令値との偏差を小さくするためのｄ軸電圧指令値を算出するとともに、変換によって得たｑ軸電流と前記ｑ軸電流指令値との偏差を小さくするためのｑ軸電圧指令値を算出する電圧指令値算出手段と、前記回転角度位置を用いて前記ｄ軸電圧指令値と前記ｑ軸電圧指令値を多相交流電圧指令値に変換する逆変換手段と、を備え、前記ｄ軸電流指令値決定手段は、前記ｄ軸電流基本指令値と、前記ｄ軸補正電流値のうち絶対値が大きい方を前記ｄ軸電流指令値として決定する。
【０００７】
【作用及び効果】
電動機の回転角速度と目標トルクとに基づいて、ｄ軸電流の基本指令値とｑ軸電流の指令値とを決定する電流指令値決定手段と、回転角度位置に基づいてｄ軸電流の補正値（ｄ軸補正電流値）を決定する補正電流値決定手段と、ｄ軸電流基本指令値とｄ軸補正電流値に基づいてd軸電流指令値を決定するd軸電流指令値決定手段とを備える。さらに、d軸電流指令値とｑ軸電流指令値に基づいて、コイルに流れる多相交流電流を制御する電流制御手段と、を備える。電流制御手段は、コイルに流れる多相交流電流値を検出する電流検出手段と、回転角度位置に基づいて多相交流電流の検出値をｄ軸電流とｑ軸電流に変換する変換手段と、変換によって得たｄ軸電流とｄ軸電流指令値との偏差を小さくするためのｄ軸電圧指令値を算出するとともに、変換によって得たｑ軸電流とｑ軸電流指令値との偏差を小さくするためのｑ軸電圧指令値を算出する電圧指令値算出手段と、回転角度位置を用いてｄ軸電圧指令値とｑ軸電圧指令値を多相交流電圧指令値に変換する逆変換手段と、を備える。ｄ軸電流指令値決定手段は、ｄ軸電流基本指令値と、ｄ軸補正電流値との加算値をｄ軸電流指令値として決定するか、または、ｄ軸電流基本指令値と、ｄ軸補正電流値のうち絶対値が大きい方をｄ軸電流指令値として決定する。
【０００８】
このように、回転角度位置に対応させてｄ軸電流の補正を行うことにより、コギングトルクを効果的に抑制することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
第１の実施形態に用いる永久磁石型同期電動機の制御システムについての制御ブロック図を図１に示す。ここではトルク指令値τ^*に応じて、モータ７の電流値を制御する。モータ７には回転子の回転角度位置を検出するエンコーダ８を備え、モータ７の固定子の突極部にはコイルを集中巻により巻装する。
【００１０】
制御システムには、角度演算部１５および速度演算部１６を備える。エンコーダ８からの出力を角度演算部１５に通すことにより回転角度位置θを求め、さらに速度演算部１６に通すことにより回転角速度ωθを得る。この回転角速度ωθとトルク指令値τ^*を制御システムに備えたトルクマップ１に入力して、最適なｄｑ軸電流成分を求め、それぞれをｑ軸電流指令値iq^*、ｄ軸電力基本指令値idt^*として出力する。
【００１１】
ｑ軸電流成分については、加減部２においてｑ軸電流指令値iq^*から、モータ７に実際に流れているｑ軸電流iqを減じ、その差分Δiqを求める。差分Δiqを制御システムに備えたＰＩ制御器３−１に入力し、ここでその差分Δiqを減ずる方向に働くｑ軸電圧指令値Vq^*に変換する。
【００１２】
ここで、ｑ軸電流の実測値iqは次のように検出する。
【００１３】
制御システムに、Ａ／Ｄ変換器１０とｄｑ変換器１１を備える。さらに、モータ７に送られる電流を測定する電流センサ９−１、９−２を備え、実際にモータ７に流れている電流値を検出する。その出力をＡ／Ｄ変換器１０でデジタル変換したらｄｑ変換器１１に入力し、ｕ、ｖ、ｗの３相の値からｑ、ｄの２相の値に変換する。このときに求められたｑ軸電流を実測値iqとする。
【００１４】
一方、ｄ軸電流成分に関しては、トルクマップ１から出力されたｄ軸電流基本指令値idt^*を加算部１３に入力する。また、加算部１３には、回転角度位置θに基づいて電流補正マップ１４で求めた補正電流値ida^*も入力する。ただし、後述するような制御を行う条件判断部１７を備え、条件判断部１７において補正が必要だと判断されたときのみ、補正電流マップ１４から加算部１３へ補正電流ida^*を入力する。
【００１５】
加算部１３において補正電流値ida^*とｄ軸電流基本指令値idt^*とを加算し、その加算値をｄ軸電流指令値id^*とする。次に、ｑ電流成分の処理と同様に、加減部１２でｄ軸電流指令値id^*からｄ軸電流の実測値idを減ずる。このｄ軸電流の実測値idは、前述したｄｑ変換器１１においてｑ軸電流値と同時に変換されたｄ軸電流値とする。その結果出力される差分Δidを制御システムに備えたＰＩ制御器３−２に入力し、差分Δidに応じてこの差分Δidを小さくするようなｄ軸電圧指令値Vd^*に変換する。
【００１６】
こうして計算されたｄｑ軸の電圧指令値Vd^*、Vq^*を、制御システムに備えたｄｑ逆変換器４に入力し、ｑ、ｄの２相の電圧値をｕ、ｖ、ｗの３相の電圧値に変換する。さらにPWM信号発生器５と、駆動回路６を備え、パルス幅を変調させてからモータ７に電圧を印加する。ここで、前述した電流センサ９−１、９−２は、この駆動回路６からモータ７に供給される電流値を測定する。
【００１７】
次に、補正電流マップ１４と、その出力の作用について説明する。
【００１８】
モータ７の回転子には永久磁石が備えられており、そのため、駆動電流が全く流れていない状態でも回転子の回転角度に応じたトルク、即ちコギングトルクが発生する。モータ７の目標トルクがゼロ、つまり、モータ７が他の駆動装置により駆動されて空走しているような場合には、このコギングトルクによる振動や騒音が生じる恐れがある。これは、特にモータ７を車の駆動源として車に搭載するような場合に問題となる。
【００１９】
コギングトルクはモータ７の一回転当たり、回転子の極数と固定子の突極数の最小公倍数で表される周期だけ発生することが知られており、コギングトルクを低減するためには、この最小公倍数を大きくする手法が一般的にとられてきた。
【００２０】
一方で、永久磁石を固定子内部に埋め込んだ形状を特徴とする、いわゆるＩＰＭに代表されるような高出力、高効率の同期電動機においては、その小型化、低コスト化のためにコイルを固定子突極に集中巻する、集中巻ＩＰＭが広く使われるようになってきている。
【００２１】
しかしながら、このような集中巻方式のモータにおいては、分布巻方式ほど突極の自由度がないため、コギングトルク低減のために磁石周辺形状や突極形状を変更するなどの対策を行っているのが通常である。その場合には、性能、効率への影響も考慮しなければならないのと同時に、加工工程や加工精度からくるコスト増加も避けられない。
【００２２】
そこで、コギングトルクを抑制する別の方法として、ｄｑ軸の電流成分のうち、ｄ軸の電流成分は磁石が発生する磁束と同じ方向を持った電流成分であるため、ｄ軸電流方向を負方向、つまり弱め磁界方向に流すことにより磁石の磁束を弱める方法が知られている。しかしながら、弱め磁界電流が永久磁石に作用する、つまり、ｄ軸電流により永久磁石の磁束の影響が弱められる程度は、モータ７の回転子の回転角度位置θにより変化する。そのため、ｄ軸電流を一定量流しても、コギングトルクを効率的に抑制するのは困難であった。
【００２３】
そこで、本実施形態ではエンコーダ８の出力を回転位置演算部１５に通して得られた回転子の回転角度位置θを補正電流マップ１４に入力して、その回転角度位置θで最もコギングトルクを抑制することのできる補正電流値ida^*を決定する。この補正電流値ida^*の波形はモータ７の形状等の諸々の条件により異なるが、例えば図２のようになる。
【００２４】
こうして決定した補正電流値ida^*は、条件判断部１７により、モータ７のトルク指令値τ^*が所定値より小さい、例えばゼロであるような場合のみ、加算部１３においてｄ軸電流基本指令値idt^*に加算する。ここで、もしトルク指令値τ^*が所定値以上でなければ加算は行わず、ｄ軸電流基本指令値idt^*をd軸電流指令値id^*とする。ここでは、所定値をコギングトルクによる振動や騒音が運転者にとって不快に感じないトルク領域の限界値とする。つまり、コギングトルクにより不快を感じる場合にのみｄ軸電流の補正を行いコギングトルクの抑制を行う。
【００２５】
次に、このd軸電流指令値id^*を決定する方法を図３のフローチャートを用いて説明する。
【００２６】
まず、ステップＳ１では、条件判断部１７において、トルクマップ１から出力したd軸電流基本指令値idt^*が所定値より小さいかどうか、ここではゼロであるかどうかを判断する。ゼロでなければモータ７のトルクの発生が要求されていると考えられるのでステップＳ５に進み、d軸電流指令値id^*としてd軸電流基本指令値idt^*を用いる。
【００２７】
一方、ｄ軸電流基本指令値idt^＊がゼロであればステップＳ２に進みｑ軸電流指令値iq^＊がゼロかどうかを判断する。このときも、ｑ軸電流指令値iq^＊がゼロでなければトルクの発生が要求されていると判断してステップＳ５に進む。
【００２８】
ステップＳ１、Ｓ２において、iq^*、idt^*がゼロ、つまりトルク指令値τ^*がゼロであると判断されたら、コギングトルクにより不快な振動や騒音が生じる可能性があると判断してステップＳ３に進む。ステップＳ３では、補正電流マップ１４からの出力、補正電流値ida^*を加算部１３に読み込む。次に、ステップＳ４に進み、加算部１３でd軸電流基本指令値idt^*と補正電流値ida^*とを加算することによりd軸電流指令値id^*を求める。
【００２９】
その後、前述したようにｄ、ｑ軸電流指令値id^*、iq^*からモータ７に流れる電流値を制御する。このように制御することにより、モータ７のコギングトルクを効果的に抑制する。
【００３０】
次に、本実施形態により生じる効果を説明する。図４にその効果を図示する。
【００３１】
回転角度位置θに基づいて補正電流値ida^*を決定する補正電流マップ１４と、ｄ軸電流基本指令値idt^*と補正電流値ida^*に基づいてｄ軸電流指令値id^*を決定する条件判断部１７および加算部１３と、ｄ軸電流指令値id^*とｑ軸電流指令値iq^*に基づいて、コイルに流れる多相交流電流を制御する電流制御手段と、を備える。
【００３２】
このように、モータ７の回転角度位置θに応じてd軸電流idの補正を行うことで、回移転角度位置θに応じた弱め磁界を生じることができ、図４に示すように補正を行わない場合に比べて、コギングトルクを効率良く低減することができる。
【００３３】
また、電流制御手段として、コイルに流れる多相交流電流値を検出する電流センサ９−１、９−２と、回転角度位置θを用いて多相交流電流の検出値をｄ軸電流idとｑ軸電流iqに変換するｄｑ変換器１１を備える。また、ｄ、q軸電流id、iqと、d、q軸電流基本指令値id^*、iq^*との偏差Δid、Δiqを小さくするためのｄ軸電圧指令値Vd^*、Vq^*を算出する電圧指令値算出手段、ここではPI制御器３−１、３−２と、を備える。さらに、回転角度位置θを用いてｄ軸電圧指令値Vd^*とｑ軸電圧指令値Vq^*を多相交流電圧指令値に変換するｄｑ逆変換器４を備える。
【００３４】
電流制御手段を、上記のように構成することにより、ｄ、ｑ軸電流値の実測値id、iqと、回転角度位置θに応じた指令値id^*、iq^*との差を低減するように電圧指令値Vd^*、Vq^*を設定する。これにより、コギングトルクによる影響を回転角度位置θに応じて低減することができる。
【００３５】
また、d軸電流基本指令値決定手段としての加算部１３では、ｄ軸電流基本指令値idt^*と補正電流値ida^*との加算値をd軸電流指令値id^*とする。これにより、回転角度位置θに応じて推測されるコギングトルクを低減するように補正電流値ida^*を加えることができるので、コギングトルクによる振動、騒音等を抑制することができる。
【００３６】
さらに、d軸電流基本指令値決定手段としての条件判断部１７では、モータ７のトルク指令値τ^*の大きさが所定の大きさより大きいときに、d軸電流基本指令値idt^*をd軸電流指令値id^*として決定する。一方、トルク指令値τ^*の大きさが所定の大きさより大きくないときに、補正電流値ida^*を用いた補正を行う。これにより、コギングトルクによる振動、騒音等が顕著となる場合にｄ軸補正電流ida^*を流し、コギングトルクを抑制することができる。また、コギングトルクによる振動、騒音による不快が少ない高トルク領域ではｄ軸電流値idの補正を行わないので、無駄に電力を消費するのを防ぐことができる。
【００３７】
特に、所定の大きさをゼロとすることで、特にモータ７が稼動していない状態、つまり、惰性で車両が走行しているようなときに不快な振動を生じるのを抑えることができる。
【００３８】
また、本実施形態は、突極の自由度の少ない集中巻によりコイルを巻装したモータに対しても有効である。このとき、小さな補正電流値ida^*でコギングトルクを抑制することができるので、電力の消費を低減することができる。
【００３９】
なお、本実施形態においては、回転角速度ωθを速度演算部１６に回転角度位置θを入力することにより求めているがこの限りではない。また、トルクマップ１に入力するトルク指令値τ^*は、アクセルの踏み込み等により図示しない他の制御システムより算出することができる。
【００４０】
次に、第２の実施形態について説明する。ここでの制御ブロック図を、第１の実施形態で示した図１と同様とする。第１の実施形態と比較して、補正電流マップ１４からの出力、補正電流値ida^*の作用のみが異なる。ｄ軸電流指令値id^*を求めるための制御フローを図５に示す。
【００４１】
図５は、図３に示したフローチャートにおいて、ステップＳ２とステップＳ３の間にステップＳ６を挿入したものである。ステップＳ６では、モータ７の回転速度ωθの絶対値が所定の値ω₀よりも小さいかどうかを判断する。
【００４２】
これにより、コギングトルクを抑制するための補正電流値ida^*を加算するかどうかを、トルク指令値τ^*の値とモータ７の回転角速度ωθにより判断する。これにより、トルク指令値τ^*がゼロであっても、モータの回転角速度ωθが所定値以上であれば、コギングトルクを抑制するための補正電流値ida^*は加算されない。
【００４３】
車輌の走行用の駆動源としてモータ７を利用する場合、コギングトルクが問題となるのは運転者等がコギングトルクによる振動等を感じる比較的低い周波数域のみである。本実施形態では、その領域のみでコギングトルクを低減し、人が感じられない高周波数領域では通常の制御を行う。
【００４４】
このように、本実施形態ではd軸電流基本指令値決定手段としての条件判断部１７で、モータ７の回転角速度ωθが所定値ω₀より大きいとき、d軸電流基本指令値idt^*をd軸電流指令値id^*とし、所定値ω₀より大きくないときに、補正電流値ida^*を用いた補正を行う。これにより、コギングトルクによる振動や騒音の影響が大きい車輌が低速度領域の場合のみ、コギングトルクの抑制を行うことで、コギングトルクの抑制を効果的に行うと同時に、高回転領域での消費電力を低減することができる。
【００４５】
次に、第３の実施形態について説明する。ｄ軸電流指令値id^*を求めるための制御フローを図６に示し、その他の部分を第１の実施形態と同様とする。
【００４６】
図６は、第２の実施形態におけるフロー（図５）において、ステップＳ６とステップＳ３の間にステップＳ７を挿入する。ステップＳ７では回転角速度ωθがゼロでないかどうかを判断する。回転角速度ωθがゼロの場合にはd軸電流基本指令値idt^*を最終的なd軸電流基本指令値id^*とし、回転角速度ωθがゼロでない場合のみにコギングトルクを抑制するための補正電流ida^*を加算する。
【００４７】
このようにコギングトルクを抑制するために、トルク指令値τ^*がゼロであり、モータ７の回転速度ωθの絶対値がゼロより大きくω₀より小さい場合に補正電流ida^*を加算する。
【００４８】
図２に示すように、コギングトルク抑制のためのｄ軸電流値idは、モータ７が停止している角度位置θによっては比較的大きな電流値となる。これに対して、回転速度ωθ＝０の場合には補正電流値ida^*を加算しない。
【００４９】
このように回転角速度ωθがゼロのときには、コギングトルクを抑制するための補正電流値ida^*を加算しないことで、車輌が停止している状態でコイルに大電流が連続的に流れるのを抑制することができる。例えばモータ７が停止状態のまま長時間保持されるときに、無用な大電流がコイルに連続的に流れるのを防ぐことができる。その結果、モータ７における消費電力の低減を図り、コイルの温度上昇を抑制できる。
【００５０】
次に、第４の実施形態について説明する。ここで用いる制御装置の制御ブロックを図７に示す。
【００５１】
ここでは、第１〜３の実施形態において補正を行うかどうかを判断する条件判断部１７とd軸電流基本指令値idt^*と補正電流値ida^*との加算を行う加算部１３との替わりに最大値選択部１８を備える。最大値選択部１８では、補正電流値ida^*とd軸電流基本指令値idt^*を選択的に加算するのではなく、逐次補正電流値ida^*とd軸電流基本指令値idt^*を比較して、絶対値が大きい方をd軸電流指令値id^*とする。
【００５２】
ここで、ｄ軸電流指令値id^*を決定するための最大値選択部１８における制御フローを図８に示す。
【００５３】
ステップＳ１１においてd軸電流基本指令値idt^*、補正電流値ida^*を読み込む。ステップＳ１２において、d軸電流基本指令値idt^*、補正電流値ida^*の絶対値を比較する。d軸電流基本指令値idt^*の絶対値が補正電流値ida^*の絶対値より大きければステップＳ１３に進み、d軸電流指令値id^*としてd軸電流基本指令値idt^*を採用する。
【００５４】
一方、ステップＳ１２において、d軸電流基本指令値idt^*の絶対値が補正電流値ida^*の絶対値以下である場合には、ステップＳ１４に進みd軸電流指令値id^*として補正電流値ida^*を採用する。
【００５５】
こうすることで、例えばトルク指令値τ^*がゼロで、トルクマップ１から出力されるd軸電流基本指令値idt^*もゼロであるような時には、補正電流値ida^*を選択して出力する。一方、その状態からトルク指令値τ^*がゼロではないある値を持った場合には、トルクマップ１から出力されるd軸電流基本指令値idt^*と、ｄ軸補正電流マップ１４から出力される補正電流値ida^*とを比較し、絶対値が大きい方を選択する。
【００５６】
具体的には、図９のようなｄ軸補正電流値ida^*の電流波形の山の部分、ここで、ｄ軸電流は負の値を持つためゼロに近い方に形成される山の部分が、d軸電流基本指令値idt^*により規制されるような形になる。これは、d軸電流基本指令値idt^*は、モータ７の回転角度位置θに対しては一定であるためである。
【００５７】
このように、d軸電流基本指令値決定手段としての最大選択部１８において、d軸電流基本指令値idt^*と、補正電流値ida^*のうち絶対値が大きい方をd軸電流指令値id^*として決定する。これにより、トルク指令値τ^*がゼロの状態からトルクを発生する際に連続的に電流が変化することで、運転者不快な振動を与えないようにすると同時に、トルク発生状態での角度に依存するトルク変動、即ちトルクリプルも低減することができる。
【００５８】
次に、第５の実施形態について説明する。ここで用いる最高値選択部１８におけるd軸電流指令値id^*を決定する方法を示す制御フローを図１０に示し、その他の部分は第４の実施形態と同様とする。
【００５９】
図１０では、第４の実施形態で用いた制御フロー（図８）におけるステップＳ１１の前にステップＳ１０を挿入する。ステップＳ１０では、回転角速度ωθの絶対値が所定の値ω₀より大きいかどうかを判断する。回転角速度ωθの絶対値が所定の値ω₀より小さければステップＳ１１に進み、以下第４の実施形態と同様とする。
【００６０】
一方、ステップＳ１０において、回転速度ωθの絶対値が所定の値ω₀以上の場合には、ステップＳ１３に進み、d軸電流指令値id^*としてd軸電流基本指令値idt^*を採用する。
【００６１】
これにより、第４の実施形態で得られる効果に加えて第２実施形態で得られるような効果を得ることができる。つまり、運転者の感じない高回転領域では、コギングトルクの抑制は行わずに消費電流の増大を抑えるとともに、低回転領域では振動等が発生しないようにコギングトルクを抑制することができる。
【００６２】
次に、第６の実施形態について説明する。ここで用いる最高値選択部１８における制御フローを図１１に示し、その他の部分は第４の実施形態と同様とする。
【００６３】
図１０では、第５の実施形態で用いた制御フロー（図１０）におけるステップＳ１０とステップＳ１１との間にステップＳ１５を挿入する。ステップＳ１５では回転速度ωθがゼロであるかどうかを判断する。回転速度ωθがゼロでなければステップＳ１１に進み、図１０と同様の制御を行う。回転速度ωθがゼロの場合にはステップＳ１３に進みd軸電流指令値id^*としてd軸電流基本指令値idt^*を採用する。
【００６４】
このようにすることで、第５の実施形態で得られる効果に加えて第３実施形態で得られるような効果を得ることができる。つまり、モータ７が停止状態の時に、大電流がコイルに連続的に流れるのを抑制し、消費電量の増大およびコイルの発熱を抑制する。
【００６５】
次に、第７の実施形態について説明する。ここでは、第１から６の実施形態のうちいずれか一つの実施形態において、補正電流マップ１４として図１２に示すようなものを用いる。
【００６６】
図１２では、回転角度位置θを基に補正電流値ida^*は簡単な三角関数で計算できるような波形を使用する。このような補正電流を用いた場合のコギングトルクの低減の効果を図１３に示す。
【００６７】
マップを使用する場合には、制御の精度を向上しようとすると、回転角度位置θの刻みを小さくする必要があり、それは例えばメモリの使用量を増やす要因になっていた。それを比較的簡単な数式で計算できるようにする、ここでは図１２に示すように回転角度位置θに対して正弦波状の補正電流値ida^*を採用することで、メモリの消費量を少なくするとともに、高速に補正電流値ida^*を決定することが可能になる。
【００６８】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術思想の範囲内で様々な変更が成し得ることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態における制御装置の制御ブロック図である。
【図２】第１の実施形態における補正電流マップである。
【図３】第１の実施形態のd軸電流基本指令値を決定する制御のフローチャートである。
【図４】第１の実施形態の効果を示す図である。
【図５】第２の実施形態のd軸電流基本指令値を決定する制御のフローチャートである。
【図６】第３の実施形態のd軸電流基本指令値を決定する制御のフローチャートである。
【図７】第４の実施形態における制御装置の制御ブロック図である。
【図８】第４の実施形態のd軸電流基本指令値を決定する制御のフローチャートである。
【図９】第４の実施形態により得られる回転位置に対するd軸電流基本指令値を示す図である。
【図１０】第５の実施形態のd軸電流基本指令値を決定する制御のフローチャートである。
【図１１】第６の実施形態のd軸電流基本指令値を決定する制御のフローチャートである。
【図１２】第７の実施形態における補正電流マップである。
【図１３】第７の実施形態の効果を示す図である。
【符号の説明】
１トルクマップ（電流指令値決定手段）
３ＰＩ制御器（電圧指令値算出手段）
４ｄｑ逆変換器（逆変換器）
８エンコーダ（回転角度位置検出手段）
９電流センサ（電流検出手段）
１１ｄｑ変換器（変換手段）
１３加算部（ｄ軸電流指令値決定手段）
１４補正電流マップ（補正電流値決定手段）
１７条件判断部（ｄ軸電流指令値決定手段）
１８最高値選択部（ｄ軸電流指令値決定手段）

Claims

永久磁石を備えた回転子と、複数の突極にコイルを巻装した固定子と、から構成される永久磁石型同期電動機の制御システムにおいて、
前記回転子の回転角度位置を検出する回転角度位置検出手段と、
電動機の回転角速度と目標トルクとに基づいて、ｄ軸電流の基本指令値と、ｑ軸電流の指令値とを決定する電流指令値決定手段と、
前記回転角度位置に基づいてｄ軸電流の補正値（以下、ｄ軸補正電流値）を決定する補正電流値決定手段と、
前記ｄ軸電流基本指令値と前記ｄ軸補正電流値に基づいてｄ軸電流指令値を決定するｄ軸電流指令値決定手段と、
前記ｄ軸電流指令値と前記ｑ軸電流指令値に基づいて、前記コイルに流れる多相交流電流を制御する電流制御手段と、を備え、
前記電流制御手段は、
前記コイルに流れる多相交流電流値を検出する電流検出手段と、
前記回転角度位置に基づいて前記多相交流電流の検出値をｄ軸電流とｑ軸電流に変換する変換手段と、
変換によって得たｄ軸電流と前記ｄ軸電流指令値との偏差を小さくするためのｄ軸電圧指令値を算出するとともに、変換によって得たｑ軸電流と前記ｑ軸電流指令値との偏差を小さくするためのｑ軸電圧指令値を算出する電圧指令値算出手段と、
前記回転角度位置を用いて前記ｄ軸電圧指令値と前記ｑ軸電圧指令値を多相交流電圧指令値に変換する逆変換手段と、を備え、
前記ｄ軸電流指令値決定手段は、前記ｄ軸電流基本指令値と、前記ｄ軸補正電流値との加算値を前記ｄ軸電流指令値として決定することを特徴とする永久磁石型同期電動機の制御システム。
永久磁石を備えた回転子と、複数の突極にコイルを巻装した固定子と、から構成される永久磁石型同期電動機の制御システムにおいて、
前記回転子の回転角度位置を検出する回転角度位置検出手段と、
電動機の回転角速度と目標トルクとに基づいて、ｄ軸電流の基本指令値と、ｑ軸電流の指令値とを決定する電流指令値決定手段と、
前記回転角度位置に基づいてｄ軸電流の補正値（以下、ｄ軸補正電流値）を決定する補正電流値決定手段と、
前記ｄ軸電流基本指令値と前記ｄ軸補正電流値に基づいてｄ軸電流指令値を決定するｄ軸電流指令値決定手段と、
前記ｄ軸電流指令値と前記ｑ軸電流指令値に基づいて、前記コイルに流れる多相交流電流を制御する電流制御手段と、を備え、
前記電流制御手段は、
前記コイルに流れる多相交流電流値を検出する電流検出手段と、
前記回転角度位置に基づいて前記多相交流電流の検出値をｄ軸電流とｑ軸電流に変換する変換手段と、
変換によって得たｄ軸電流と前記ｄ軸電流指令値との偏差を小さくするためのｄ軸電圧指令値を算出するとともに、変換によって得たｑ軸電流と前記ｑ軸電流指令値との偏差を小さくするためのｑ軸電圧指令値を算出する電圧指令値算出手段と、
前記回転角度位置を用いて前記ｄ軸電圧指令値と前記ｑ軸電圧指令値を多相交流電圧指令値に変換する逆変換手段と、を備え、
前記ｄ軸電流指令値決定手段は、前記ｄ軸電流基本指令値と、前記ｄ軸補正電流値のうち絶対値が大きい方を前記ｄ軸電流指令値として決定することを特徴とする永久磁石型同期電動機の制御システム。
前記ｄ軸電流指令値決定手段では、
電動機の目標トルクの大きさが所定の大きさより大きいとき前記ｄ軸電流基本指令値を前記 d 軸電流指令値として決定し、
電動機の目標トルクの大きさが所定の大きさより大きくないときに、前記ｄ軸補正電流値を用いた補正を行う請求項１または２に記載の永久磁石型同期電動機の制御システム。
前記所定の大きさをゼロとする請求項３に記載の永久磁石型同期電動機の制御システム。
前記ｄ軸電流指令値決定手段では、
電動機の回転角速度の大きさが所定の大きさより大きいとき、前記ｄ軸電流基本指令値を前記ｄ軸電流指令値として決定し、
電動機の回転角速度の大きさが所定の大きさより大きくないときに、前記ｄ軸補正電流値を用いた補正を行う請求項１または２に記載の永久磁石型同期電動機の制御システム。
前記ｄ軸電流指令値決定手段では、
電動機の回転角速度の大きさが略ゼロであるときに、前記ｄ軸電流基本指令値を前記ｄ軸電流指令値として決定する請求項１または２に記載の永久磁石型同期電動機の制御システム。
前記補正電流値決定手段では、
前記回転角度位置に対して正弦波状のｄ軸補正電流値を有する請求項１から６のいずれか一つに記載の永久磁石型同期電動機の制御システム。