JP5487622B2 - 電動機制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動機制御装置に関する。

電動機の鉄損は、固定子や可動子を構成する磁性体（コア材）を磁化したときに失われる電気エネルギであり、励磁用の巻線の抵抗によって失われるエネルギ（銅損）と合わせて、電動機の効率低下の要因となることが知られている。鉄損は、ヒステリシス損と渦電流損の和として表されるが、この鉄損は、主磁気回路となる磁性体を通過する交番磁束の高調波成分ほど損失の比率が大きくなる。また、鉄損は磁性体の熱エネルギに変換されて失われるため、鉄損が大きくなると磁性体の発熱量が大きくなり、例えば、磁性体に永久磁石を埋め込み或いは接着させた構造の永久磁石型の電動機では、永久磁石の減磁による性能低下につながる。

そこで、主磁気回路を通過する磁束の高調波成分による鉄損を低減させる技術が種々検討されている。例えば、特許文献１には、主磁気回路を形成する磁性体の一部として、所定のカットオフ周波数以上の高調波の交番磁束の通過を抑制する高調波磁束抑制要素が設けた電動機が開示されている。

特開２００７−１３８８０５８号公報

ところで、特許文献１に開示された手法によれば、高周波磁束抑制要素により磁束にフィルタをかけて高周波のゲインを下げている。そのため、磁束の位相も変化させてしまう。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、高調波の交番磁束の通過を抑制する高調波磁束抑制要素を備える電動機において、ベクトル制御のメリットを生かして制御性の向上を図ることである。

かかる課題を解決するために、本発明において、制御装置は、高調波磁束抑制要素による磁束位相の変化に応じて、電動機における電流位相を補正する補正手段を有する。

本発明によれば、高周波磁束抑制要素による磁束位相の変化分を補正できるため、ベクトル制御のメリットを生かしつつ、制御性の向上を図ることができる。

第１の実施形態にかかる電動機１および制御装置３０を概略的に示す構成図 電動機１の構成を模式的に示す説明図 第２の実施形態にかかる電動機１および制御装置３０を概略的に示す構成図 第３の実施形態にかかる電動機１および制御装置３０を概略的に示す構成図

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態にかかる電動機１および制御装置３０を概略的に示す構成図である。本実施形態は電気自動車に適用されており、この電気自動車は、駆動モーターである電動機１と、電源１０と、電動機制御装置とを備えている。ここで、電動機制御装置は、インバータ２０と、制御装置３０とを主体に構成されている。

図２は、電動機１の構成を模式的に示す説明図であり、回転軸に対して垂直方向の断面を示す図である。電動機１は、永久磁石型同期電動機であって、ラジアルギャップのインナーロータ型として構成されている。電動機１は、断面がリング状のステータ（固定子）２と、このステータ２の内周側にエアギャップを介して配置され、シャフト３に連結されたロータ（可動子）４とを有している。

ステータ２は、例えば、磁性体の電磁鋼板を軸方向に複数積層して形成されており、ロータ４側に突出する複数の突極部（ステータティース）２ａと、これら複数の突極部２ａをその基端側で連結するバックヨーク部２ｂとを有している。このステータ２の各突極部２ａには、インシュレータ（絶縁部材）５を介してステータ巻線６が巻回されている。また、ステータ２は、円筒状のステータケース７に嵌合させることにより、このステータケース７の内部に格納され、固定保持されている。

ロータ４は、例えば、シャフト３のまわりに磁性体の電磁鋼板を軸方向に複数積層することで形成されており、その内部には、複数の永久磁石８が周方向に沿って等間隔となるように埋め込まれている。電動機１では、このロータ４に埋め込まれた永久磁石８と、ロータ４自体を構成する磁性体（電磁鋼板）と、ステータ２自体を構成する磁性体（電磁鋼板）とによって、破線で示すような主磁気回路ＭＣが形成される。そして、永久磁石８からの磁石磁束、および、ステータ巻線６をインバータ制御により通電することで発生する交番磁束が、この主磁気回路ＭＣを流れることで電磁力によるトルクが発生する。これにより、ロータ４およびこれに連結されたシャフト３が回転する。

この電動機１では、主磁気回路ＭＣを形成する磁性体（磁束経路に対応する磁性体）の一部に、高調波磁束抑制要素９を設けるようにしている。高調波磁束抑制要素９は、主磁気回路ＭＣを流れる磁束のうち、所定のカットオフ周波数以上の高調波の交番磁束の通過を抑制する磁性体であり、主磁気回路ＭＣの経路の途中に組み込まれている。つまり、この電動機１では、主磁気回路ＭＣを流れる磁束の中で、高調波磁束抑制要素９の特性によって決まるカットオフ周波数以上の高調波の交番磁束が、高調波磁束抑制要素９によって通過が抑制される。そのため、高調波の交番磁束が減衰することとなり、主磁気回路ＭＣを流れる磁束の波形の歪率が低減され、これにより、基本波成分比率が高められる。高調波の交番磁束のエネルギは、この高調波磁束抑制要素９での局部的な鉄損（渦電流損失やヒステリシス損失）として消費される。これにより、主磁気回路ＭＣを形成する磁性体のうちで、高調波磁束抑制要素９を除く他の部分（以下「一般部」という）における鉄損が低減されることになる。

高調波磁束抑制要素９は、例えば図２に示すように、ステータ２において、隣り合う突極部２ａの間に位置するバックヨーク部２ｂに配置される。この高調波磁束抑制要素９は、断面Ｔ字形状に成形され、一部がステータ２のバックヨーク部２ｂを分断して主磁気回路ＭＣを通る磁束と鎖交するようにロータ４側に向かって延在し、他の部分がステータ２の外周面に沿って密着するように配置されている。

高調波磁束抑制要素９に用いる磁性体は、主磁気回路ＭＣの一般部を形成する磁性体（例えば電磁鋼板の積層体）と比較して、鉄損が大きい（鉄損が発生しやすい）磁性体である。高調波磁束抑制要素９の磁性材料としては、例えばフェライトや純鉄などが用いられる。また、高調波磁束抑制要素９の構造としては、表面に絶縁処理を施した磁性材薄板を複数枚重ねて積層した積層構造、または、磁性材料の微細粒子を高電気抵抗となるようバインダを介して圧縮成形した圧粉体構造とすることが望ましい。

高調波磁束抑制要素９は、上述したように、所定のカットオフ周波数以上の交番磁束の通過を抑制して、主磁気回路ＭＣの一般部における鉄損を低減させる機能を担っている。ここで、高調波磁束抑制要素９によるカットオフ周波数が過度に小さいと、高調波の交番磁束だけでなく、永久磁石型同期電動機１のトルクに寄与する基本波成分までも減少させてしまうことになる。一方、高調波磁束抑制要素９によるカットオフ周波数が過度に大きいと、主磁気回路ＭＣの一般部における鉄損を低減させるという本来の機能を達成できなくなる。このため、高調波磁束抑制要素９は、永久磁石型同期電動機１の性能や用途に応じた最適なカットオフ周波数特性が得られるようにしておくことが望まれる。

高調波磁束抑制要素９のカットオフ周波数特性は、高調波磁束抑制要素９を構成する材料そのもののヒステリシス特性と、高調波磁束抑制要素９の体積抵抗率および形状寸法から決まる渦電流特性とによって定まるものである。ここで、高調波磁束抑制要素９を例えば無垢のブロック材として構成した場合、ブロック中に渦電流ループが形成されるために、カットオフ周波数が極端に小さくなることが懸念される。また、無垢のブロック材として構成した高調波磁束抑制要素９で任意のカットオフ周波数特性を得ようとする場合、制御パラメータがブロック材の体積低効率のみであり、制御自由度が低く、所望のカットオフ周波数特性を得ることが難しい。

これに対して、高調波磁束抑制要素９を例えば圧粉体構造とした場合には、磁性材料の微細粒子のヒステリシス特性、粒子そのものの体積低効率、粒子間介在物の体積低効率、成形体の寸法形状といった多くのパラメータで制御が可能であり、ブロック材として構成した場合に比べて制御自由度が大きい。また、高調波磁束抑制要素９を薄板の積層構造とした場合にも、圧粉体構造と比較すると制御自由度は減少するが、薄板の板厚、絶縁層の低効率など、ブロック材として構成した場合に比べると多くの制御パラメータを有することになり、制御自由度が大きい。このような観点から、高調波磁束抑制要素９の構造としては、圧粉体構造または薄板の積層構造とすることが望ましい。

また、高調波磁束抑制要素９を薄板の積層構造とした場合、主磁気回路ＭＣの一般部を構成する電磁鋼板の積層体の形状に追従させやすいといった利点も得られる。また、高調波磁束抑制要素９を圧粉体構造とした場合にも、圧粉体は金型成形により任意の形状に成形できるので形状の自由度が大きく、積層構造とした場合と同様、主磁気回路ＭＣの一般部を構成する電磁鋼板の積層体の形状に追従させやすいといった利点も得られる。さらに、高調波磁束抑制要素９を圧粉体構造とした場合には、主磁気回路ＭＣの一般部を構成する電磁鋼板の積層体の間に後工程で圧粉材料を投入して成形することも可能であり、接合部分の密着性を良好にして磁気抵抗を低く抑えることができるといった利点も得られる。

高調波磁束抑制要素９のカットオフ周波数ｆｃは、下式により求めることができる。下式において、Ｒｍは高調波磁束抑制要素９を構成する磁性体の断面積と磁路方向の厚みと磁性体材料の透磁率とから決定される磁気抵抗であり、Ｌｍは高調波磁束抑制要素９を構成する磁性体材料のＢＨ特性（磁束密度−磁界特性）から決定される磁束の時間変化についての比例定数である。

（数式１）
ｆｃ＝Ｒｍ／（２π・Ｌｍ）
高調波磁束抑制要素９のカットオフ周波数ｆｃは、電動機１の使用条件から決定される基本周波数と高調波成分の周波数とに基づいて、最適な値に設定される。具体的には、永久磁石型同期電動機１の最高回転数における電気角基本波周波数以上で、かつ、主磁気回路ＭＣを通過する磁束に含まれる高調波成分の周波数以下となるように、高調波磁束抑制要素９のカットオフ周波数ｆｃが設定される。

主磁気回路ＭＣを構成する磁性体の一部として、高調波磁束抑制要素９が設けられていない場合、主磁気回路ＭＣを通過する磁束には、トルクに寄与する基本波成分のほかに、トルクに寄与しない高調波成分が含有された状態となっている。一方、主磁気回路ＭＣを構成する磁性体の一部として、高調波磁束抑制要素９を設けた場合、主磁気回路ＭＣ中を流れる磁束密度の波形は、基本波成分の減少率よりも大きい減少率で高調波成分が大きくカットされる。

電動機１の使用条件から決定される基本周波数と高調波成分の周波数とに基づいて、カットオフ周波数ｆｃが最適な値に設定された高調波磁束抑制要素９を主磁気回路ＭＣの経路に配置することによって、主磁気回路ＭＣを流れる磁束の基本波成分は大きく減少させることなく、高調波成分のみを大きく減少させることが可能となる。また、主磁気回路ＭＣの経路中に高調波磁束抑制要素９を設けることにより、主磁気回路ＭＣ全体としてのトータルの発熱量に顕著な変化はないが、一般部での発熱が高調波磁束抑制要素９での発熱へと変化している。これは、主磁気回路ＭＣの一般部での鉄損が低減して、一般部に分布していた鉄損によるエネルギが高調波磁束抑制要素９に集約され、高調波磁束抑制要素９での発熱として消費されている。

このような構成の電動機１に対する電力供給はインバータ２０を介して行われる。インバータ２０は、電源１０からの直流電力をインバータ２０で３相交流に変換して３相交流同期モーターである電動機１に供給する。インバータ２０は、制御装置３０から出力されるインバータ駆動信号に応じてスイッチング素子をオン動作またはオフ動作することにより制御される。

制御装置３０は、インバータ２０から供給される交流電流の出力を制御することにより、電動機１を制御する装置である。この制御装置３０は、フィルタ位相補償部３１と、電流指令値演算部３２と、ｄｑ電流制御部３３と、非干渉制御部３４と、３相／ｄｑ変換部３５と、ｄｑ／３相変換部３６とで構成されている。制御装置３０は、後述するように、この電流指令値演算部３２が出力したｄ軸およびｑ軸電流指令値ｉd*，ｉd*を実現するため、電流のフィードバック制御を行ってインバータ２のスイッチング素子をオンオフさせるインバータ駆動信号を生成する。

まず、前提として、電動機１の制御において、ロータ４の回転速度と、電動機１の目標トルクとに応じて、ベータ角βと、ステータ巻線６に供給する交流電流の振幅に相当する電流ベクトルの長さＩとが決定される。ここで、ベータ角βは、電動機１のステータ巻線６に供給する電流を界磁分電流（ｄ軸電流）とトルク分電流（ｑ軸電流）とに分けてベクトル表示したとき、電流ベクトルがｑ軸となす角度（電流位相角）に相当する。決定された電流ベクトルの長さＩは、電流指令値演算部３２へ入力されるとともに、ベータ角βは、フィルタ位相補償部３１へ入力される。

フィルタ位相補償部３１は、電動機１の高調波磁束抑制要素９による磁束位相の変化分を補償する機能を担っており、これにより、高調波磁束抑制要素９による磁束位相の変化に応じて、電動機１における電流位相を補正する（補正手段）。フィルタ位相補償部３１は、下式に示すように、ベータ角βの補正を行うことにより、高調波磁束抑制要素９による磁束位相の変化分を補償する。

（数式２）
β_cmp＝β−φps
同数式において、β_cmpは、ベータ角βの補正値であり、φpsは、高調波磁束抑制要素９による位相変化量に対応する補正パラメータである。位相変化量φpsは、各運転条件時に予め測定した値をデータとしてメモリに格納し、運転条件に応じた最適値φpsを随時メモリから読み込む。また、位相変化量φpsは、主磁気回路ＭＣから下式に基づいてその値を決定してもよい。

（数式３）
φps＝ｔａｎ^−１（磁気抵抗虚数部／磁気抵抗実数部）
電流指令値演算部３２には、電流ベクトルの長さＩと、フィルタ位相補償部３１から出力されるベータ角βの補正値β_cmpとが入力されている。電流指令値演算部３２は、電流ベクトルの長さＩと、ベータ角βの補正値β_cmpとに基づいて、ｄ軸電流指令値ｉd*と、ｑ軸電流指令値ｉq*とを算出する。このｄ軸およびｑ軸電流指令値ｉd*，ｉq*は、電流ベクトルの長さＩとベータ角βの補正値β_cmpとから、事前に用意されたマップを参照することで得られる。

電動機１の各相の電流、すなわち、Ｕ相電流ｉｕと、Ｖ相電流ｉｖと、Ｗ相電流ｉｗとは、各相に対応して設けられた電流センサ４０でそれぞれ検出される。３相／ｄｑ変換部３５は、位相θに基づいて、検出された３相交流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを、ｄ軸電流ｉｄとｑ軸電流ｉｑに座標変換を行う。ここで、ｄｑ軸座標系は、電動機１の機械的な回転速度の整数倍の電気的な回転速度で回転するｄ軸とｑ軸から成る直交座標系である。したがって、３相同期モーターである電動機１の場合は、ｄｑ軸座標系はモーター回転に同期して回転する。

この３相／ｄｑ変換部３５の演算において必要となる位相θは、ロータ４の位置を電気的な位相として表すものであり、エンコーダやレゾルバなどの位置・速度検出センサ（図示せず）によって位置検出を行うことにより、位置・速度検出部４１において求められる。また、位置・速度検出部４１は、電動機１の位相θを時間微分することにより、電動機１の電気的角速度座標ωを演算する。

ｄｑ電流制御部３３には、電流指令値演算部３２から出力されるｄ軸およびｑ軸電流指令値ｉd*，ｉq*から、３相／ｄｑ変換部３５から出力されるｄ軸およびｑ軸電流ｉｄ，ｉｑをそれぞれ減算した値が入力される。ｄｑ電流制御部３３は、ｄ軸およびｑ軸に関する減算値を入力として、ｄ軸およびｑ軸電流指令値ｉd*，ｉq*とｄ軸およびｑ軸電流ｉｄ，ｉｑとの差がそれぞれ０になるように、ＰＩ制御を用いてｄ軸およびｑ軸制御電圧Ｖｄ，Ｖｑを出力する。

非干渉制御部３４は、電動機１の速度起電力に対するフィードフォーワード補償部であり、下式から、ｄ軸およびｑ軸補償電圧Ｖｄ_cmp，Ｖｑ_cmpを演算する。

（数式４）
Ｖｄ_cmp＝−Ｌｐ・ω・ｉq*
Ｖｑ_cmp＝ω・（Ｌｄ・ｉd*＋ｋ）
ここで、Ｌｐは、ｑ軸インダクタンスの基本波成分であり、Ｌｄは、ｄ軸インダクタンスの基本波成分である。また、ｋは、磁石磁束による誘起電圧の定数である。

ｄｑ／３相変換部３６には、ｄｑ電流制御部３３から出力されるｄ軸およびｑ軸制御電圧Ｖｄ，Ｖｑと、非干渉制御部３４から出力されるｄ軸およびｑ軸補償電圧Ｖｄ_cmp，Ｖｑ_cmpとをそれぞれ加算した値が入力される。ｄｑ／３相変換部３６は、位置・速度検出部４１において演算される位相θを参照した上で、ｄ軸およびｑ軸補償電圧Ｖｄ_cmp，Ｖｑ_cmpが加算されたｄ軸およびｑ軸制御電圧Ｖｄ，Ｖｑから、各相に対応する電圧指令値ｖｕ，ｖｖ，ｖｗに座標変換を行う。座標変換された各相に対応する電圧指令値ｖｕ，ｖｖ，ｖｗは、インバータ駆動信号としてインバータ２に入力される。このインバータ駆動信号によって、インバータ２のスイッチング素子がオンオフ動作し、電動機端子に電圧が印加され、電流が流れる。これによって、モータートルクが発生し、電動機１が駆動される。

このように本実施形態において、電動機制御装置１は、高調波磁束抑制要素９による磁束位相の変化に応じて、電動機１における電流位相を補正するフィルタ位相補償部３１を有している。かかる構成によれば、高周波磁束抑制要素９による磁束位相の変化分を補正できるため、ベクトル制御のメリットを生かしつつ、制御性の向上を図ることができる。

電動機１における各相電流の位相を進角することにより、ステータ２とロータ４との磁束を対向させることで誘起電圧が低減する。これにより、誘起電圧によるロータ４の速度制限を改善させることとなる。すなわち、適切な弱め界磁制御を行う事ができ、誘起電圧の低減および可動子の速度制限を改善させる事ができる。

一方、電動機１における各相電流の位相を遅角することにより、ステータ２とロータ４との磁束を同一方向にすることで、磁石を減磁から保護するこことなる。すなわち、適切な強め界磁制御を行うことができ、磁石を減磁から保護する事ができる。

また、突極比が１よりも大きい場合には、電流位相を進角させ、突極比が１よりも小さい場合には、電流位相を遅角させる。ここで、突極比は、電動機１のインダクタンスによって決まるパラメータであり、具体的には、ｄ軸インダクタンスとｑ軸インダクタンスとの比である。すなわち、電動機構造による電流量あたりのトルクの向上を図ることができ、銅損を低減させられる。

また、電流の位相を進角することにより、ステータ２とロータ４との磁束を対向させることで、磁束を低減させることができる。これにより、電動機１の鉄損を改善を図ることができる。すなわち、適切な鎖交磁束量あたりのトルク向上制御ができ、鉄損を低減させられる。

また、本実施形態において、フィルタ位相補償部３１は、高調波磁束抑制要素９による磁束位相の変化に対応する補正パラメータ（本実施形態では、ベータ角βを補正するパラメータ）φpsを示すマップを保持しており、マップに従って得られる補正パラメータφpsに基づいて電流位相の補正を行う。かかる構成によれば、予め計測してデータ化することで少ない演算時間で補正を適切に行うことができる。

また、本実施形態において、フィルタ位置補償部３１は、運転条件に応じて補正パラメータを可変に設定することができる。これにより、運転条件に応じて電流位相を変化させることとなり、電動機１の効率改善を図ることができる。この場合、電流量あたりのトルク向上制御と鎖交磁束量あたりのトルク向上制御を組み合わせることで高効率制御が可能となる。また、上記の手法によれば、運転条件に応じて電流位相を変化させることとなり、電動機１の力率改善を図ることができる。この場合、皮相電力の低減を図ることができる。

なお、フィルタ位相補償部３１は、数式３に示すように、主磁気回路ＭＣの特性をモデル化した関数を保持しており、高調波磁束抑制要素９による磁束位相の変化に対応する補正パラメータφpsを関数に従って演算し、この演算された補正パラメータφpsに基づいて電流位相の補正を行ってもよい。かかる構成によれば、より精度よく位相補償を行うことができる。

また、制御装置３０は、電動機１のロータ４を回転駆動させる駆動信号として矩形波駆動信号を生成する。かかる構成によれば、高周波磁束抑制要素９による磁束位相の変化分を補正して矩形波駆動制御を行うことができる。

（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態にかかる電動機１および制御装置３０を概略的に示す構成図である。本実施形態にかかる制御装置３０が、第１の実施形態のそれと相違する点は、高調波磁束抑制要素９による磁束位相の変化分の補正手法である。なお、電動機１、インバータ１０および制御装置３０の基本的な構成については第１の実施形態と同様であり、重複する構成については省略することとし、以下、相違点を中心に説明を行う。

本実施形態において、第１の実施形態に示すフィルタ位相補償部３１に代えて、フィルタ位相補償部３８が設けられている。よって、電流指令値演算部３２には、ロータ４の回転速度と、電動機１の目標トルクとに応じて決定されるベータ角βと電流ベクトルの長さＩとが入力される。

フィルタ位相補償部３８は、電動機１の高調波磁束抑制要素９による磁束位相の変化分を補償する機能を担っており、これにより、高調波磁束抑制要素９による磁束位相の変化に応じて、電動機１における電流位相を補正する（補正手段）。本実施形態において、フィルタ位相補償部３８は、下式に示すように、位置・速度検出部４１において求められる位相θによって補正を行う。

（数式５）
θ_cmp＝θ−φps
ここで、θ_cmpは、位相θの補正値であり、φpsは、高調波磁束抑制要素９による位相変化量に対応する補正パラメータである。位相変化量φpsは、各運転条件時に予め測定した値をデータとしてメモリに格納し、随時メモリから読み込んでもよいし、主磁気回路ＭＣから数式３に基づいて値を決定する。

フィルタ位相補償部３８において算出された位相θの補正値θ_cmpは、３相／ｄｑ変換部３５およびｄｑ／３相変換部３６に出力され、上述した第１の実施形態における位相θに代えて参照される。

このように本実施形態において、フィルタ位相補償部３８は、高調波磁束抑制要素９による磁束位相の変化に対応する補正パラメータによって、ロータ４の位置を電気的に表す位相θを補正することにより、電動機１における電流位相を補正する。かかる構成によれば、高周波磁束抑制要素９による磁束位相の変化分を補正できるため、制御性の向上を図ることができる。

（第３の実施形態）
図４は、本発明の第３の実施形態にかかる電動機１および制御装置３０を概略的に示す構成図である。本実施形態にかかる制御装置３０が、第２の実施形態のそれと相違する点は、複数の周波数成分に応じて、高調波磁束抑制要素９による磁束位相の変化分の補正を行うことである。なお、電動機１、インバータ１０および制御装置３０の基本的な構成については第１の実施形態と同様であり、重複する構成については省略することとし、以下、相違点を中心に説明を行う。

本実施形態の特徴の一つとして、制御装置３０は、基本波電流制御部と、高調波電流制御部とを備えている。

基本波電流制御部は、電動機１の回転に同期して回転するｄｑ軸座標系で電動機１の電流ｉu，ｉv，ｉwの基本波成分を制御する回路である。この基本波電流制御部は、電流指令値演算部３２と、ｄｑ電流制御部３３と、非干渉制御部３４と、３相／ｄｑ変換部３５と、ｄｑ／３相変換部３６と、フィルタ位相補償部３８とで構成されている。なお、個々の要素についての機能は、上述した第２の実施形態と同様である。

高調波電流制御部は、基本波電流制御部のみで電動機１の電流ｉu，ｉv，ｉwを制御した場合に発生する所定次数の高調波成分の周波数で回転する直交座標系（以下「高調波座標系」またはｄhｑh軸座標系という）、換言すれば、電動機１の電流ｉu，ｉv，ｉwの基本波成分の周波数の整数倍の周波数で回転する高調波座標系でモーター電流ｉu，ｉv，ｉwに含まれる高調波成分を制御する回路である。この高調波電流制御回路は、電流指令値演算部５０と、ｄｑ_ｎ電流制御部３３と、３相／ｄｑ変換部５２と、ｄｑ／３相変換部５３と、フィルタ位相補償部（補正手段）５４とで構成されている。電流指令値演算部５０、ｄｑ_ｎ電流制御部３３、３相／ｄｑ変換部５２、ｄｑ／３相変換部５３およびフィルタ位相補償部５４は、基本波電流制御部における電流指令値演算部３２と、ｄｑ電流制御部３３と、３相／ｄｑ変換部３５と、ｄｑ／３相変換部３６と、フィルタ位相補償部３８と対応する機能を担っており、モーター電流ｉu，ｉv，ｉwに含まれる高調波成分に対して処理を行う（なお、図中において、高調波電流制御部に対応するパラメータには「_ｎ」を付している）。

インバータ２には、基本波電流制御部側において出力される電圧指令値ｖｕ，ｖｖ，ｖｗと、高調波電流制御部側において出力される電圧指令値ｖｕ_ｎ，ｖｖ_ｎ，ｖｗ_ｎとをそれぞれ加算した加算値がインバータ駆動信号として入力される。

このように本実施形態において、制御装置３０は、電動機１に供給される電流について複数の周波数成分毎に制御を行っている。ここで、フィルタ位相補償部３１は、複数の周波数成分のそれぞれを対象として、高調波磁束抑制要素９による磁束位相の変化分を補正する。かかる構成によれば、高周波磁束抑制要素９による複数の磁束位相変化分を補正できるため、制御性の向上を図ることができる。

１…電動機
２…ステータ
３…シャフト
４…ロータ
６…ステータ巻線
７…ステータケース
８…永久磁石
９…高調波磁束抑制要素
１０…電源
２０…インバータ
３０…電動機制御装置
３１…フィルタ位相補償部
３２…電流指令値演算部
３３…ｄｐ電流制御部
３４…非干渉制御部
３５…３相／ｄｐ変換部
３６…ｄｐ／３相変換部
３８…フィルタ位相補償部
４０…電流センサ
４１…位置・速度検出部
５０…電流指令値演算部
５１…ｄｐ_ｎ電流制御部
５２…３相／ｄｐ変換部
５３…ｄｐ／３相変換部
５４…フィルタ位相補償部

Claims (5)

1. 電源から供給される電力を電力変換した上で電動機に供給する電力変換器と、
   前記電力変換器の出力を調整することにより前記電動機の駆動を制御する制御装置とを有し、
   前記電動機は、固定子および可動子を構成する磁性体により主磁気回路が形成され、前記磁性体をコアとして巻回した巻線への通電が前記電力変換器により制御されることで前記主磁気回路に交番磁束が流れるとともに、所定のカットオフ周波数以上の高調波の交番磁束の通過を抑制する高調波磁束抑制要素が前記主磁気回路を通る磁束と鎖交するように設定されており、
   前記制御装置は、前記高調波磁束抑制要素による磁束位相の変化に応じて、前記電動機における電流位相を補正する補正手段を有し、
   前記補正手段は、前記主磁気回路の特性をモデル化して前記高調波磁束抑制要素による磁束位相の変化に対応する補正パラメータを演算する関数として、
   補正パラメータ＝ｔａｎ ^−１ （磁気抵抗虚数部／磁気抵抗実数部）
   を保持しており、前記補正パラメータを前記関数に従って演算し、当該演算された補正パラメータに基づいて電流位相の補正を行うことを特徴とする電動機制御装置。
2. 電源から供給される電力を電力変換した上で電動機に供給する電力変換器と、
   前記電力変換器の出力を調整することにより前記電動機の駆動を制御する制御装置とを有し、
   前記電動機は、固定子および可動子を構成する磁性体により主磁気回路が形成され、前記磁性体をコアとして巻回した巻線への通電が前記電力変換器により制御されることで前記主磁気回路に交番磁束が流れるとともに、所定のカットオフ周波数以上の高調波の交番磁束の通過を抑制する高調波磁束抑制要素が前記主磁気回路を通る磁束と鎖交するように設定されており、
   前記制御装置は、前記高調波磁束抑制要素による磁束位相の変化に応じて、前記電動機における電流位相を補正する補正手段を有し、
   前記補正手段は、前記高調波磁束抑制要素による磁束位相の変化に対応する補正パラメータを示すマップとして、前記高調波磁束抑制要素による磁束位相の変化を予め計測してデータ化したマップを保持しており、当該マップに従って得られる補正パラメータに基づいて電流位相の補正を行うことを特徴とする電動機制御装置。
3. 前記補正手段は、運転条件に応じて前記補正パラメータを可変に設定することを特徴とする請求項１または２に記載された電動機制御装置。
4. 前記制御装置は、前記電動機の可動子を回転駆動させる駆動信号として矩形波駆動信号を生成することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載された電動機制御装置。
5. 前記制御装置は、前記電動機に供給される電流について複数の周波数成分毎に制御を行っており、
   前記補正手段は、前記複数の周波数成分のそれぞれを対象として、前記高調波磁束抑制要素による磁束位相の変化分を補正することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載された電動機制御装置。

Images