JP6361450B2 - 誘導電動機の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、誘導電動機の制御装置に関する。

誘導電動機のステータに流す三相交流電流を電源角周波数ω（＝モータ電気角周波数ω_re＋すべり角周波数ω_se）に同期した直交γδ軸回転座標系に変換した磁束電流ｉγ_sとトルク電流ｉδ_sを調整することでモータトルクを制御する誘導電動機用ベクトル制御が知られている。

直交γδ軸回転座標系での誘導モータ特性は、式（１）の状態方程式（４次）で示される。また、モータトルクＴｅは、次式（２）で表される。

ただし、式（１）、（２）において、Ｒは抵抗値、Ｌは自己インダクタンス、Ｍは相互インダクタンス、σは漏れ係数（＝１−Ｍ²／Ｌ_sＬ_r）である。また、添え字のｓはステータ側、ｒはロータ側、γはγ軸成分、δはδ軸成分、ｓはラプラス演算子を意味する。

ここで、ロータ磁束がγ軸と一致（φδ_r＝０）するようにすべり角周波数ω_seを設定することにより、式（１）の状態方程式は、式（３）で示す３次の状態方程式で扱うことができ、ベクトル制御が成立する。また、モータトルクＴｅも簡素化されて、次式（４）で表される。

しかしながら、ロータの温度変化によってロータ抵抗の値が変化すると、ベクトル制御が成立するすべり角周波数も変化するため、ロータ磁束がγ軸と一致しない軸ズレが生じて、電動機の制御性能が悪化する。

これに対して、非特許文献１には、ベクトル制御が成立しているときには０になっているはずのロータ磁束のδ軸成分φδ_rを数式から求め、求めたロータ磁束のδ軸成分φδ_rが０となるようにすべり角周波数を補正することが開示されている。

山村直紀、大上正勝、常広譲著、「誘導電動機のベクトル制御における二次抵抗補正の一方法」電気学会論文誌Ｄ Ｖｏｌ．１１１Ｎｏ．７、１９９１年

しかしながら、実際には、ロータ温度がノミナル状態であっても、ロータ温度の変化以外の要因、例えば、電圧制御誤差、電流計測誤差、モデル定数ズレ等の要因により、軸ズレが生じることがある。この場合に、ロータ磁束のδ軸成分φδ_rが０となるようにすべり角周波数を補正すると、余計な補正を施すことになり、モータトルクが目標値から乖離して誤差が生じる。

本発明は、ロータの温度変化に起因するモータトルク変動を抑制する技術を提供することを目的とする。

本発明による誘導電動機の制御装置は、誘導電動機のステータに流す電流を、誘導電動機の電気角周波数にすべり角周波数を加算して得られる電源角周波数に同期したγδ軸回転座標系上の磁束電流およびトルク電流に変換し、ロータ磁束をγ軸に一致させるようにして磁束電流およびトルク電流を独立して制御するベクトル制御を行う。この誘導電動機の制御装置において、γ軸に対するロータ磁束のズレを示す軸ズレ指標を求め、求めた軸ズレ指標と、ロータの温度がノミナル状態のときの基準軸ズレ指標とが一致するように、すべり角周波数を補正する。

本発明によれば、γ軸に対するロータ磁束のズレを示す軸ズレ指標を求め、求めた軸ズレ指標と、ロータの温度がノミナル状態のときの基準軸ズレ指標が一致するように、すべり角周波数を補正するので、ロータの温度が変化した場合でも、ロータ温度がノミナル状態のときのモータトルクに一致させることができ、ロータの温度変化に起因するモータトルク変動を抑制することができる。

図１は、第１の実施形態における誘導電動機の制御装置の構成を示すブロック図である。 図２は、軸ズレが発生していない場合のロータ磁束とロータ電流との関係を示す図である。 図３は、軸ズレが発生している場合のロータ磁束とロータ電流との関係を示す図である。 図４は、ロータ温度違いによる特性を示す図であり、上図は、すべり角周波数ω_seと軸ズレ指標φδ_rとの関係を示し、下図は、すべり角周波数ω_seとモータトルクＴとの関係を示している。 図５は、ロータ温度がノミナル状態で軸ズレが発生している場合に、従来の制御方法では、トルク変動が生じることを説明するための図である。 図６は、ロータ温度がノミナル状態で軸ズレが発生している場合に、本実施形態における補正値演算器で行うすべり角周波数の補正処理について説明するための図である。 図７は、補正値演算器の詳細な構成を示すブロック図である。 図８は、補正値演算器の別の構成例を示すブロック図である。 図９は、補正値演算器の別の構成例を示すブロック図である。 図１０は、第２の実施形態における誘導電動機の制御装置において、補正値演算器の詳細な構成を示す図である。 図１１は、軸ズレ指標Ｈ０の大きさによって、トルク変動量が変わることを示す図である。 図１２は、第３の実施形態における誘導電動機の制御装置において、補正値演算器の詳細な構成を示す図である。 図１３は、誘導モータ１の動作点に応じて、ロータ温度がノミナル状態の軸ズレ指標Ｈ０が異なることを示す図である。 図１４は、誘導モータ１の回転数Ｎ、トルク指令値Ｔ^*、および直流電源の電圧Ｖｄｃに基づいて、ロータ温度がノミナル状態の軸ズレ指標Ｈ０を求める構成の補正値演算器の構成例を示すブロック図である。 図１５は、誘導モータ１の動作点に応じた軸ズレ指標Ｈ０を求めるとともに、誘導モータの動作点に応じたオフセット値を求める構成を備えた補正値演算器の構成例を示すブロック図である。

＜第１の実施形態＞
図１は、第１の実施形態における誘導電動機の制御装置の構成を示すブロック図である。この誘導電動機の制御装置は、例えば、電気自動車に適用される。ただし、適用先が電気自動車に限定されることはなく、例えば、ハイブリッド自動車や、自動車以外のシステムに適用することも可能である。

誘導モータ（誘導電動機）１は、三相交流誘導モータである。誘導モータの制御装置が電気自動車に適用される場合、誘導モータ１は車両の駆動源となる。

ＰＷＭ変換器６は、三相電圧指令値Ｖ_u ^*、Ｖ_v ^*、Ｖ_w ^*に基づいて、三相電圧型インバータ３（以下、単にインバータ３と呼ぶ）のスイッチング素子（ＩＧＢＴなど）のＰＷＭ＿Ｄｕｔｙ駆動信号Ｄ_uu ^*、Ｄ_ul ^*、Ｄ_vu ^*、Ｄ_vl ^*、Ｄ_wu ^*、Ｄ_wl ^*を生成する。

インバータ３は、ＰＷＭ変換器６によって生成されるＰＷＭ＿Ｄｕｔｙ駆動信号に基づいて、直流電源２の直流電圧を交流電圧Ｖ_u、Ｖ_v、Ｖ_wに変換し、誘導モータ１に供給する。直流電源２は、例えば積層型リチウムイオンバッテリである。

電流センサ４は、インバータ３から誘導モータ１に供給される三相交流電流のうち、少なくとも２相の電流（例えば、Ｕ相電流ｉ_u、Ｖ相電流ｉ_v）を検出する。検出された２相の電流ｉ_u、ｉ_vは、ＡＤ変換器７でデジタル信号ｉ_us、ｉ_vsに変換され、３相／γ−δ交流座標変換器１１に入力される。なお、電流センサ４を２相のみに取り付ける場合、残りの１相の電流ｉ_wsは、次式（５）により求めることができる。

磁極位置検出器５は、誘導モータ１の回転子位置（角度）に応じたＡ相Ｂ相Ｚ相のパルスを出力し、パルスカウンタ８を通して回転子機械角度θ_rmが得られる。角速度演算器９は、回転子機械角度θ_rmを入力して、その時間変化率より、回転子機械角速度ω_rm、および回転子機械角速度ω_rmにモータ極対数ｐを乗じた回転子電気角速度ω_reを求める。

γ−δ／３相交流座標変換器１２は、後述する電源角速度ωで回転する直交２軸直流座標系（γ−δ軸座標系）から３相交流座標系（ＵＶＷ軸）への変換を行う。具体的には、γ軸電圧指令値（磁束電圧指令値）Ｖγ_s ^*、δ軸電圧指令値（トルク電圧指令値）Ｖδ_s ^*と、電源角演算器１０によって電源角速度ωを積分して得られる電源角θを入力し、次式（６）による座標変換処理を行うことによって、ＵＶＷ各相の電圧指令値Ｖ_u ^*、Ｖ_v ^*、Ｖ_w ^*を算出し、出力する。ただし、式（６）中のθ’はθと同一である。

３相／γ−δ交流座標変換器１１は、３相交流座標系（ＵＶＷ軸）から直交２軸直流座標系（γ−δ軸座標系）への変換を行なう。具体的には、Ｕ相電流ｉ_us、Ｖ相電流ｉ_vs、Ｗ相電流i_wsと、電源角速度ωを積分した電源角θを入力し、次式（７）より、γ軸電流（磁束電流）ｉγ_s、δ軸電流（トルク電流）ｉδ_sを算出する。

電流指令値演算器１３は、目標モータトルクＴ^*、モータ回転数（機械角速度ω_rm）、直流電源２のＤＣ電圧Ｖ_dcを入力し、γ軸電流指令値（磁束電流指令値）ｉγ_s ^**、δ軸電流指令値（トルク電流指令値）ｉδ_s ^**を算出する。γ軸電流指令値ｉγ_s ^**およびδ軸電流指令値ｉδ_s ^**は各々、目標モータトルクＴ^*、モータ回転数（機械角速度ω_rm）、ＤＣ電圧Ｖ_dcと、γ軸電流指令値ｉγ_s ^**、δ軸電流指令値ｉδ_s ^**との関係を定めたマップデータを予めメモリに記憶させておき、このマップデータを参照することで求めることができる。

すべり角周波数制御器１４は、γ軸電流（磁束電流）ｉγ_s、δ軸電流（トルク電流）ｉδ_sを入力とし、次式（８）からすべり角速度ω_seを算出する。式（８）に示すようにすべり角速度ω_seを算出することにより、ロータ磁束がγ軸方向に一致し、式（１）の状態方程式は、上述した式（３）で示す３次の状態方程式で扱うことができ、ベクトル制御が成立する。また、モータトルクＴｅも簡素化されて、上式（４）で表される。ただし、Ｒ_r、Ｌ_rは誘導モータ１のパラメータであり、それぞれロータ抵抗、ロータ自己インダクタンスを示す。

すべり角周波数制御器１４はまた、後述する補正値演算器１８によって算出された補正値に基づいて、式（８）により算出したすべり角速度ω_seを補正する。回転子電気角速度ω_reに、補正後のすべり角速度ω_seを加算した値を電源角速度ωとする。このすべり角周波数制御を実施することで、誘導モータトルクは、γ軸電流（磁束電流）ｉγ_s、δ軸電流（トルク電流）iδ_sの積に比例する。

ここで、すべり角速度ω_seの補正とは、すべり角速度ω_seの大きさの補正の意味である。ベクトルであるすべり角速度の大きさにあたる物理量は、すべり角周波数であるため、「すべり角速度の補正」は、「すべり角周波数の補正」と換言することができる。また、ベクトルの向きを考慮しなくてもよい場合には、「すべり角速度」と「すべり角周波数」は同義である。

磁束電流制御器１５は、γ軸電流指令値（磁束電流指令値）ｉγ_s ^*に、計測されたγ軸電流（磁束電流）ｉγ_sを定常偏差なく所望の応答性で追従させるためのγ軸電圧指令値ｖγ_s ^**を算出する。トルク電流制御器１６は、δ軸電流指令値（トルク電流指令値）ｉδ_s ^*に、計測されたδ軸電流（トルク電流）ｉδ_sを定常偏差なく所望の応答性で追従させるためのδ軸電圧指令値ｖδ_s ^**を算出する。通常、γ−δ直交座標軸間の干渉電圧を相殺する制御が理想的に機能すれば、１入力１出力の単純な制御対象特性となるので、簡単なＰＩフィードバック補償器で実現可能である。磁束電流制御器１５の出力である電圧指令値ｖγ_s ^**に非干渉電圧Ｖγ_s ^*__dcplを加算した値をγ軸電圧指令値（磁束電圧指令値）Ｖγ_s ^*とし、トルク電流制御器１６の出力である電圧指令値ｖδ_s ^**に対して、非干渉電圧Ｖδ_s ^*__dcplを加算した値をδ軸電圧指令値（トルク電圧指令値）Ｖδ_s ^*とする。非干渉電圧Ｖγ_s ^*__dcpl、Ｖδ_s ^*__dcplの算出方法については後述する。

非干渉制御器１７は、計測されたγ軸電流（磁束電流）ｉγ_s、δ軸電流（トルク電流）ｉδ_s、電源角周波数ωを入力として、γ−δ直交座標軸間の干渉電圧を相殺するために必要な非干渉電圧Ｖγ_s ^*__dcpl、Ｖδ_s ^*__dcplを次式（９）から算出する。

ただし、式（９）中のτはロータ磁束の時定数であり、電流応答の時定数に比べて非常に大きい値である。また、ｓはラプラス演算子である。

補正値演算器１８は、計測されたγ軸電流（磁束電流）ｉγ_sおよびδ軸電流（トルク電流）ｉδ_sと、γ軸電圧指令値（磁束電圧指令値）Ｖγ_s ^*およびδ軸電圧指令値（トルク電圧指令値）Ｖδ_s ^*を入力して、γ軸に対するロータ磁束のズレを表す軸ズレ指標Ｈを求め、求めた軸ズレ指標Ｈを、ロータ温度がノミナル状態である場合の軸ズレ指標（基準軸ズレ指標）Ｈ０に一致させるための補正値を求める。この補正値は、すべり角速度ω_seを補正するためのものである。

なお、補正値を求めるために、γ軸電圧指令値（磁束電圧指令値）Ｖγ_s ^*およびδ軸電圧指令値（トルク電圧指令値）Ｖδ_s ^*の代わりに、γ軸電圧（磁束電圧）Ｖγ_sおよびδ軸電圧（トルク電圧）Ｖδ_sの計測値を入力して用いてもよい。

図２は、軸ズレが発生していない場合のロータ磁束とロータ電流との関係を示す図であり、図３は、軸ズレが発生している場合のロータ磁束とロータ電流との関係を示す図である。図２に示すように、軸ズレが発生していない場合には、ロータ磁束の方向はγ軸に一致し、ロータ磁束のδ軸成分φδ_rは０となる。

上述したように、補正値演算器１８は、求めた軸ズレ指標Ｈを、ロータ温度がノミナル状態である場合の軸ズレ指標Ｈ０に一致させるための補正値を求め、すべり角周波数制御器１４は、補正値に基づいて、すべり角速度ω_seを補正する。本実施形態で行うすべり角速度（すべり角周波数）の補正処理の詳細について説明する前に、従来の制御方法について、図４および図５を用いて説明する。図４および図５では、軸ズレを表す軸ズレ指標として、ロータ磁束のδ軸成分φδ_rを用いており、φδ_r＝０のときに軸ズレは０である。

図４は、ロータ温度違いによる特性を示しており、上図は、すべり角速度ω_seと軸ズレ指標φδ_rとの関係を示し、下図は、すべり角速度ω_seとモータトルクＴとの関係を示している。上図および下図ではそれぞれ、ロータ温度がノミナル状態の特性、ロータ温度がノミナル状態よりも高温時の特性、ロータ温度がノミナル状態よりも低温時の特性を示す線が描かれている。図４では、ロータ温度がノミナル状態のときに、軸ズレが発生していないものとしている（φδ_r＝０）。

ロータ温度がノミナル状態のときは、図中の動作点１で動作しているが、ロータ温度が上昇すると、動作点が動作点１から動作点２へと変化することによって、軸ズレ指標φδ_rが０からずれてしまい、モータトルクの動作点も動作点１から動作点２へと変化する。従来の制御方法では、推定した軸ズレ指標φδ_rが０となるようにすべり角周波数ω_seを補正することで、動作点が動作点２から、ベクトル制御が成立するすべり角速度の動作点３となり、動作点１と同じモータトルクを出力することができる。

しかしながら、ロータ温度がノミナル状態の場合には、軸ズレが発生していないはずであるが、実際には、電圧制御誤差、電流計測誤差、モデル定数ズレ等の要因により、軸ズレが生じる場合がある。

図５は、ロータ温度がノミナル状態で軸ズレが発生している場合に、従来の制御方法では、トルク変動が生じることを説明するための図である。図５でも、上図は、すべり角速度ω_seと軸ズレ指標φδ_rとの関係を示し、下図は、すべり角速度ω_seとモータトルクＴとの関係を示している。また、上図において、実線は軸ズレが生じていない場合の特性を示す線であり、波線はロータ温度変動以外の要因によって軸ズレが生じている場合の特性を示す線である。

想定動作点１に対して、ロータ温度変動以外の要因によって軸ズレが生じている場合の実際の動作点は、動作点１となる。従来の制御方法では、推定した軸ズレ指標φδ_rが０となるようにすべり角速度ω_seを補正するため、動作点は補正後の動作点２となるが、下図から明らかなように、トルク変動が生じてしまう。

続いて、本実施形態における誘導電動機の制御装置で行うすべり角速度の補正処理の詳細について、図６および図７を用いて説明する。

補正値演算器１８は、計測されたγ軸電流（磁束電流）ｉγ_sおよびδ軸電流（トルク電流）ｉδ_sと、γ軸電圧指令値（磁束電圧指令値）Ｖγ_s ^*およびδ軸電圧指令値（トルク電圧指令値）Ｖδ_s ^*を入力して、γ軸に対するロータ磁束のズレを表す軸ズレ指標Ｈを求める。軸ズレ指標Ｈは、ロータ温度の変動によって変化する指標であれば何でもよく、例えば、次式（１０）に示す無効電力Ｑや、次式（１１）に示す無効電力Ｑを電源角速度ωで除算した値を用いることができる。

図６は、ロータ温度がノミナル状態で軸ズレが発生している場合に、本実施形態における誘導電動機の制御装置で行うすべり角速度（すべり角周波数）の補正処理について説明するための図である。図６において、上図は、すべり角速度ω_seと軸ズレ指標Ｈとの関係を示し、下図は、すべり角速度ω_seとモータトルクＴとの関係を示している。上図および下図ではそれぞれ、ロータ温度がノミナル状態の特性（Ｌ１）、ロータ温度がノミナル状態よりも高温時の特性（Ｌ２）、ロータ温度がノミナル状態よりも低温時の特性（Ｌ２）を示す線が描かれている。また、上図において、実線（Ｌ１〜Ｌ３）は軸ズレが生じていない場合の特性を示す線であり、波線（Ｌ１ａ〜Ｌ３ａ）はロータの温度変動以外の要因によって軸ズレが生じている場合の特性を示す線である。

本実施形態では、ロータ温度がノミナル状態の軸ズレ指標Ｈ０を予め求めておく。例えば、軸ズレ指標Ｈとして式（１０）に示す無効電力Ｑを用いる場合には、ロータ温度がノミナル状態のときの無効電力Ｑを、軸ズレ指標Ｈ０として求めておく。図６を参照すると、ロータ温度がノミナル状態の想定動作点は、線Ｌ１上で軸ズレ指標Ｈが０となる点であるが、実際の動作点は、ロータの温度変動以外の要因によって軸ズレが生じている場合の特性を示す線Ｌ１ａ上で、同じすべり角速度ω_se1の点となり、この点の軸ズレ指標Ｈ０を予め求めておく。

ロータ温度がノミナル状態の温度から高温になると、動作点は、線Ｌ２ａ上ですべり角速度ω_se1の点に変化する。本実施形態の誘導電動機の制御装置は、軸ズレ指標Ｈが軸ズレ指標Ｈ０と一致するように、すべり角速度を補正する。図６を参照すると、線Ｌ２ａと、軸ズレ指標Ｈ０を示す線Ｌ５との交点のすべり角速度ω_se2になるように、すべり角速度ω_seを補正する。これにより、図６の下図で示すように、ロータ温度が高温になった場合でも、モータトルクＴは変動しない。

ロータ温度がノミナル状態の温度から低温になると、動作点は、線Ｌ３ａ上ですべり角速度ω_se1の点に変化する。本実施形態の誘導電動機の制御装置は、軸ズレ指標Ｈが軸ズレ指標Ｈ０と一致するようにすべり角速度を補正する。図６を参照すると、線Ｌ３ａと、軸ズレ指標Ｈ０を示す線Ｌ５との交点のすべり角周波数ω_se3になるように、すべり角速度ω_seを補正する。これにより、図６の下図で示すように、ロータ温度が低温になった場合でも、モータトルクＴは変動しない。

図７は、補正値演算器１８の詳細な構成を示すブロック図である。補正値演算器１８は、軸ズレ指標演算器１８１と、Ｈ０記憶器１８２と、ＰＩ制御器１８３とを備える。

軸ズレ指標演算器１８１は、計測されたγ軸電流（磁束電流）ｉγ_sおよびδ軸電流（トルク電流）ｉδ_sと、γ軸電圧指令値（磁束電圧指令値）Ｖγ_s ^*およびδ軸電圧指令値（トルク電圧指令値）Ｖδ_s ^*を入力して、軸ズレ指標Ｈを演算する。

Ｈ０記憶器１８２は、予め求められた、ロータ温度がノミナル状態の軸ズレ指標Ｈ０を記憶している。

ＰＩ制御器１８３は、軸ズレ指標演算器１８１によって演算された軸ズレ指標Ｈと、Ｈ０記憶器１８２に記憶されている軸ズレ指標Ｈ０との偏差ΔＨに基づいて、軸ズレ指標Ｈを軸ズレ指標Ｈ０に一致させるための補正値Δω_seを算出する。この補正値Δω_seは、すべり角速度ω_seを補正するための補正値である。

すべり角周波数制御器１４は、次式（１２）より、補正後のすべり角周波数ω_seを算出する。

図８は、補正値演算器１８の別の構成例を示すブロック図である。図７に示すブロック図と異なるのは、図７のＰＩ制御器１８３がＰＩ制御器１８３Ａに置き換わっている点である。

ＰＩ制御器１８３Ａは、軸ズレ指標演算器１８１によって演算された軸ズレ指標Ｈと、Ｈ０記憶器１８２に記憶されている軸ズレ指標Ｈ０との偏差ΔＨに基づいて、軸ズレ指標Ｈを軸ズレ指標Ｈ０に一致させるための補正値ΔＲ_rを算出する。この補正値ΔＲ_rは、ロータ温度によって変動するロータ抵抗Ｒを補正するための補正値である。

この場合、すべり角周波数制御器１４は、次式（１３）より、補正後のすべり角速度ω_seを算出する。

図９は、補正値演算器１８の別の構成例を示すブロック図である。図７に示すブロック図と異なるのは、図７のＰＩ制御器１８３がＰＩ制御器１８３Ｂに置き換わっている点である。

ＰＩ制御器１８３Ｂは、軸ズレ指標演算器１８１によって演算された軸ズレ指標Ｈと、Ｈ０記憶器１８２に記憶されている軸ズレ指標Ｈ０との偏差ΔＨに基づいて、軸ズレ指標Ｈを軸ズレ指標Ｈ０に一致させるための補正値ΔＲ_r／Ｌ_rを算出する。この補正値ΔＲ_r／Ｌ_rは、すべり角周波数制御器１４ですべり角速度ω_seを算出する際に用いる定数を補正するための補正値である。

この場合、すべり角周波数制御器１４は、次式（１４）より、補正後のすべり角速度ω_seを算出する。

以上、第１の実施形態における誘導電動機の制御装置は、誘導電動機のステータに流す電流を、誘導電動機の電気角周波数にすべり角周波数を加算して得られる電源角周波数に同期したγδ軸回転座標系上の磁束電流およびトルク電流に変換し、ロータ磁束をγ軸に一致させるようにして磁束電流およびトルク電流を独立して制御するベクトル制御を行う誘導電動機の制御装置において、γ軸に対するロータ磁束のズレを示す軸ズレ指標Ｈを求め、求めた軸ズレ指標Ｈが、ロータの温度がノミナル状態のときの軸ズレ指標Ｈ０と一致するように、すべり角周波数を補正する。これにより、ロータの温度が変化した場合でも、ロータ温度がノミナル状態のときのモータトルクに一致させることができるので、ロータの温度変化に起因するモータトルク変動や電圧変動を抑制することができる。

また、第１の実施形態における誘導電動機の制御装置によれば、磁束電流およびトルク電流、または、磁束電圧およびトルク電圧を検出し、検出した値に基づいて、軸ズレ指標Ｈを算出する。ロータ磁束のδ軸成分φδ_rを数式から求めて、軸ズレ指標として用いる場合には、数式中の各パラメータ（Ｌ_r、Ｌ_s、Ｍ、Ｒ_s等）を正確に把握しておく必要があるが、磁束電流等の検出値に基づいて軸ズレ指標Ｈを算出する方法によれば、ロータ磁束のδ軸成分φδ_rを求めるために必要なパラメータを必要としないので、軸ズレ指標Ｈを精度良く求めることができる。

＜第２の実施形態＞
図６等に示すように、軸ズレ指標Ｈは、すべり角速度ω_seに対して非線形であり、その特性線は、すべり角速度ω_seが小さくなるほど傾きが大きく、すべり角速度ω_seが大きくなるほど、傾きが小さい。特性線の傾きが小さい領域（すべり角速度ω_seが大きい領域）では、軸ズレ指標Ｈの変化量に対するすべり角速度ω_seの変化量が大きいため、軸ズレ指標Ｈと軸ズレ指標Ｈ０との偏差ΔＨに基づいてすべり角速度を補正しようとすると、誤差が生じやすい。また、軸ズレ指標Ｈ０が小さい値で、すべり角速度ω_seに対する軸ズレ指標Ｈの特性線と軸ズレ指標Ｈ０との交点が存在しない場合には、すべり角速度ω_seの補正を行うことができなくなる。

従って、第２の実施形態における誘導電動機の制御装置では、予め求めた、ロータ温度がノミナル状態の軸ズレ指標Ｈ０を所定量オフセットさせる。具体的には、軸ズレ指標Ｈの変化に対するすべり角速度ω_seの変化が小さくなる方向に、軸ズレ指標Ｈ０を所定量オフセットさせる。本実施形態では、軸ズレ指標Ｈが大きくなるほど、軸ズレ指標Ｈの変化に対するすべり角速度ω_seの変化が小さくなるので、軸ズレ指標Ｈ０に所定のオフセット値を加算することによって、軸ズレ指標Ｈ０をオフセットさせる。

図１０は、第２の実施形態における誘導電動機の制御装置において、補正値演算器１８Ａの詳細な構成を示す図である。第２の実施形態における補正値演算器１８Ａは、第１の実施形態における補正値演算器１８に対して、加算器１８５をさらに備える。

加算器１８５は、Ｈ０記憶器１８２に記憶されている軸ズレ指標Ｈ０に対して、所定のオフセット値を加算する。

ＰＩ制御器１８３は、軸ズレ指標演算器１８１によって演算された軸ズレ指標Ｈと、加算器１８５によって軸ズレ指標Ｈ０に所定のオフセット値が加算された値との偏差ΔＨに基づいて、軸ズレ指標Ｈ０に所定のオフセット値が加算された値に、軸ズレ指標Ｈを一致させるための補正値Δω_seを算出する。

なお、ＰＩ制御器１８３の代わりに、図８に示すＰＩ制御器１８３Ａを用いてもよいし、図９に示すＰＩ制御器１８３Ｂを用いてもよい。

図１１は、軸ズレ指標Ｈ０の大きさによって、トルク変動量が変わることを示す図である。図１１に示すように、軸ズレ指標Ｈ０に所定のオフセット値を加算する前に比べて、オフセット値を加算した方がトルク変動が小さくなる。所定のオフセット値は、例えば、軸ズレ指標Ｈ０にオフセット値を加算した場合に、すべり角速度ω_seに対する軸ズレ指標Ｈの特性線上に、軸ズレ指標Ｈ０にオフセット値を加算した値が必ず存在するようなオフセット値を予め求めて設定する。これにより、軸ズレ指標Ｈ０をオフセットさせることによって、すべり角速度ω_seに対する軸ズレ指標Ｈの特性線とオフセット後の軸ズレ指標Ｈ０との交点が存在するようになるので、すべり角速度ω_seの補正を行うことができなくなるのを防ぐことができる。

以上、第２の実施形態における誘導電動機の制御装置によれば、軸ズレ指標Ｈの変化に対するすべり角周波数の変化が小さくなる方向に、軸ズレ指標Ｈ０を所定のオフセット値だけオフセットさせるので、すべり角速度ω_seの補正精度を向上させることができる。また、軸ズレ指標Ｈを、ロータの温度がノミナル状態のときの軸ズレ指標Ｈ０と一致させるためのすべり角速度ω_seの補正を行うことができなくなるのを防ぐことができる。

＜第３の実施形態＞
第１および第２の実施形態における誘導電動機の制御装置では、ロータ温度がノミナル状態の軸ズレ指標Ｈ０として、Ｈ０記憶器１８２に記憶されている固定値を用いた。しかしながら、ロータ温度がノミナル状態の軸ズレ指標Ｈ０は、誘導モータ１の動作点（動作状況）に応じて変動する。従って、第３の実施形態における誘導電動機の制御装置では、誘導モータ１の動作点に応じて、ロータ温度がノミナル状態の軸ズレ指標Ｈ０を求めて用いる。

図１２は、第３の実施形態における誘導電動機の制御装置において、補正値演算器１８Ｂの詳細な構成を示す図である。補正値演算器１８Ｂは、第１の実施形態における補正値演算器１８に対して、Ｈ０記憶器１８２の代わりにＨ０演算器１８６を備える。

Ｈ０演算器１８６は、誘導モータ１の動作点に応じた軸ズレ指標Ｈ０を定めたマップを記憶しており、誘導モータ１の動作点に応じてマップを参照することにより、ロータ温度がノミナル状態の軸ズレ指標Ｈ０を求める。ここでは、誘導モータ１の動作点を判断するための指標として、誘導モータ１の回転数Ｎと、トルク指令値Ｔ^*を用いる。従って、Ｈ０演算器１８６は、誘導モータ１の回転数Ｎおよびトルク指令値Ｔ^*に基づいてマップを参照することにより、ロータ温度がノミナル状態の軸ズレ指標Ｈ０を求める。

なお、ＰＩ制御器１８３の代わりに、図８に示すＰＩ制御器１８３Ａを用いてもよいし、図９に示すＰＩ制御器１８３Ｂを用いてもよい。

図１３は、誘導モータ１の動作点に応じて、ロータ温度がノミナル状態の軸ズレ指標Ｈ０が異なることを示す図であり、上図は、すべり角速度ω_seと軸ズレ指標Ｈとの関係を示し、下図は、すべり角速度ω_seとモータトルクＴとの関係を示している。上図では、誘導モータ１の動作点の違いによって、すべり角速度ω_seと軸ズレ指標Ｈとの関係が異なる３本の特性線を示している。誘導モータ１の動作点の違いによって、すべり角速度ω_seと軸ズレ指標Ｈとの関係が異なるため、図１３に示すように、動作点が異なることによって、ロータ温度がノミナル状態の軸ズレ指標もＨ０ａ、Ｈ０ｂ、Ｈ０ｃのように変動する。

従って、誘導モータ１の動作点に応じた軸ズレ指標Ｈ０を求めることにより、誘導モータ１の動作点が変化した場合でも、精度良くすべり角速度を補正することができるので、ベクトル制御を精度良く行うことができる。

軸ズレ指標Ｈ０は、直流電源２の電圧の大きさによっても変動するので、誘導モータ１の回転数Ｎ、トルク指令値Ｔ^*、および直流電源２の電圧Ｖｄｃに基づいて、ロータ温度がノミナル状態の軸ズレ指標Ｈ０を求めるようにしてもよい。

図１４は、誘導モータ１の回転数Ｎ、トルク指令値Ｔ^*、および直流電源２の電圧Ｖｄｃに基づいて、ロータ温度がノミナル状態の軸ズレ指標Ｈ０を求める構成の補正値演算器１８Ｃの構成例を示すブロック図である。

Ｈ０演算器１８６Ａは、誘導モータ１の動作点（誘導モータ１の回転数Ｎ、トルク指令値Ｔ^*）に応じた軸ズレ指標Ｈ０を定めたマップを、異なる直流電源２の電圧Ｖｄｃに応じて複数記憶している。Ｈ０演算器１８６Ａは、直流電源２の電圧Ｖｄｃに応じたマップを参照して、誘導モータ１の回転数Ｎおよびトルク指令値Ｔ^*に基づいて、ロータ温度がノミナル状態の軸ズレ指標Ｈ０を求める。

第２の実施形態における誘導電動機の制御装置では、ロータ温度がノミナル状態の軸ズレ指標Ｈ０に、所定のオフセット値を加算して用いた。このオフセット値も、誘導モータ１の動作点に応じた値を用いるようにしてもよい。

図１５は、誘導モータ１の動作点に応じた軸ズレ指標Ｈ０を求めるとともに、誘導モータ１の動作点に応じたオフセット値を求める構成を備えた補正値演算器１８Ｄの構成例を示すブロック図である。補正値演算器１８Ｄは、図１２に示す補正値演算器１８Ｂに対して、オフセット値演算器１８７および加算器１８８をさらに備える。

オフセット値演算器１８７は、誘導モータ１の動作点に応じたオフセット値を定めたマップを記憶しており、誘導モータ１の動作点に応じてマップを参照することにより、オフセット値を求める。ここでは、誘導モータ１の動作点を判断するための指標として、誘導モータ１の回転数Ｎと、トルク指令値Ｔ^*を入力する。従って、オフセット値演算器１８７は、誘導モータ１の回転数Ｎおよびトルク指令値Ｔ^*に基づいて、オフセット値を求める。

加算器１８８は、Ｈ０演算器１８６で求められた軸ズレ指標Ｈ０と、オフセット値演算器１８７で求められたオフセット値を加算する。

以上、第３の実施形態における誘導電動機の制御装置によれば、誘導電動機の動作点に応じて複数の軸ズレ指標Ｈ０を記憶しておき、誘導電動機の動作点に基づいて、複数の軸ズレ指標Ｈ０の中から、動作点に応じた軸ズレ指標を抽出する。そして、検出した軸ズレ指標が抽出した軸ズレ指標Ｈ０と一致するように、すべり角速度を補正する。これにより、誘導電動機の動作点が変動した場合でも、精度良くすべり角速度を補正して、ロータの温度変化に起因するモータトルク変動を抑制することができる。

誘導電動機の動作点に応じてオフセット値を求める方法によれば、誘導電動機の動作点に応じた適切なオフセット値を求めて、すべり角速度ω_seの補正精度をさらに向上させることができる。

本発明は、上述した実施形態に限定されることはない。例えば、各実施形態における構成は、適宜組み合わせることができる。

１…誘導モータ
４…電流センサ（電流電圧検出手段）
１１…３相／γ−δ交流座標変換器（電流電圧検出手段）
１４…すべり角周波数制御器（すべり角周波数補正手段）
１８…補正値演算器
１８１…軸ズレ指標演算器（軸ズレ指標算出手段）
１８２…Ｈ０記憶器（記憶手段）
１８３、１８３Ａ、１８３Ｂ…ＰＩ制御器（すべり角周波数補正手段）
１８５…加算器（オフセット手段）
１８６…Ｈ０演算器（基準軸ズレ指標抽出手段）
１８７…オフセット値演算器（オフセット値算出手段）

Claims (5)

1. 誘導電動機のステータに流す電流を、前記誘導電動機の電気角周波数にすべり角周波数を加算して得られる電源角周波数に同期したγδ軸回転座標系上の磁束電流およびトルク電流に変換し、ロータ磁束をγ軸に一致させるようにして前記磁束電流および前記トルク電流を独立して制御するベクトル制御を行う誘導電動機の制御装置において、
   前記γ軸に対する前記ロータ磁束のズレを示す軸ズレ指標を算出する軸ズレ指標算出手段と、
   ロータの温度がノミナル状態のときの基準軸ズレ指標を記憶する記憶手段と、
   前記軸ズレ指標算出手段によって算出された軸ズレ指標が前記記憶手段に記憶されている基準軸ズレ指標と一致するように、前記すべり角周波数を補正するすべり角周波数補正手段と、
   を備えることを特徴とする誘導電動機の制御装置。
2. 請求項１に記載の誘導電動機の制御装置において、
   前記磁束電流および前記トルク電流、または、磁束電圧およびトルク電圧を検出する電流電圧検出手段をさらに備え、
   前記軸ズレ指標算出手段は、前記電流電圧検出手段の検出値に基づいて、前記軸ズレ指標を算出することを特徴とする誘導電動機の制御装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の誘導電動機の制御装置において、
   前記軸ズレ指標の変化に対する前記すべり角周波数の変化が小さくなる方向に、前記基準軸ズレ指標を所定のオフセット値だけオフセットさせるオフセット手段をさらに備える、
   ことを特徴とする誘導電動機の制御装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の誘導電動機の制御装置において、
   前記記憶手段は、前記誘導電動機の動作点に応じて複数の基準軸ズレ指標を記憶しており、
   前記誘導電動機の動作点を検出する動作点検出手段と、
   前記動作点検出手段によって検出された動作点に基づいて、前記記憶手段に記憶されている複数の基準軸ズレ指標の中から、前記動作点に応じた基準軸ズレ指標を抽出する基準軸ズレ指標抽出手段と、
   をさらに備え、
   前記すべり角周波数補正手段は、前記軸ズレ指標算出手段によって算出された軸ズレ指標が前記基準軸ズレ指標抽出手段によって抽出された基準軸ズレ指標と一致するように、前記すべり角周波数を補正することを特徴とする誘導電動機の制御装置。
5. 請求項３に記載の誘導電動機の制御装置において、
   前記誘導電動機の動作点を検出する動作点検出手段と、
   前記動作点検出手段によって検出された動作点に基づいて、前記所定のオフセット値を算出するオフセット値算出手段と、
   をさらに備えることを特徴とする誘導電動機の制御装置。