JP7376765B2

JP7376765B2 - 同期電動機の制御装置

Info

Publication number: JP7376765B2
Application number: JP2019121202A
Authority: JP
Inventors: 哲平加藤
Original assignee: Sinfonia Technology Co Ltd
Current assignee: Sinfonia Technology Co Ltd
Priority date: 2019-06-28
Filing date: 2019-06-28
Publication date: 2023-11-09
Anticipated expiration: 2039-06-28
Also published as: JP2021007287A

Description

本発明は、同期電動機の駆動を制御する制御装置に関する。

同期電動機の駆動を制御する制御方法として、ＰＷＭ信号を用いたＰＷＭ駆動制御と、パルス状の矩形波信号を用いた矩形波駆動制御とが知られている。ＰＷＭ駆動制御では、同期電動機の制御装置から出力される正弦波の電圧波形の範囲内の電圧を、前記同期電動機に印加することができる。一方、矩形波駆動制御では、パルス状に同期電動機に電圧を印加するため、該同期電動機の制御装置に入力された最大電圧を、前記同期電動機に印加することができる。よって、一般的に、前記矩形波駆動制御における電圧利用率は、前記ＰＷＭ駆動制御における電圧利用率よりも高い。ここで、電圧利用率は、線間電圧実効値を入力電圧で割ることにより、求められる。

同期電動機の電圧利用率を向上させるために、前記同期電動機の制御方法として、前記ＰＷＭ駆動制御と前記矩形波駆動制御とを切り替える方法が用いられている。このように前記ＰＷＭ駆動制御と前記矩形波駆動制御とを切り替える構成として、例えば、特許文献１に開示される構成が知られている。

特許文献１には、交流電動機に供給される交流電流の電流位相に応じて、ＰＷＭ電流制御モードと矩形波電圧位相制御モードとを切り替える交流電動機の駆動制御装置が開示されている。この特許文献１に開示されている駆動制御装置は、ＰＷＭ電流制御モードでは、トルク指令に基づいて電流指令を生成して、該電流指令から電圧指令を生成する。この電圧指令がＰＷＭ回路に入力されることにより、該ＰＷＭ回路でスイッチング指令が生成される。また、前記駆動制御装置は、矩形電圧位相制御モードでは、トルク指令とトルク検出部の検出値との差を用いて電圧位相を求めて、該電圧位相を用いて矩形波電圧を生成する。

特開２００５－２１８２９９号公報

ところで、ＰＷＭ駆動制御では、スイッチング指令である出力電圧の振幅及び位相を調整可能である。そのため、同期電動機を電流制御する場合、ｄ軸電流及びｑ軸電流を個別に制御することができる。

一方、矩形波駆動制御では、矩形波電圧である出力電圧の振幅が一定であり、位相のみを調整可能である。そのため、同期電動機を電流制御する場合、同期電動機に流れるｄ軸電流及びｑ軸電流を個別に制御することができない。よって、ｄ軸電流及びｑ軸電流の指令値が、実際のｄ軸電流及びｑ軸電流と乖離する場合がある。この場合、矩形波駆動制御によって、同期電動機のトルクを精度良く制御することができない。

なお、矩形波駆動制御の場合には、一般的に、上述の特許文献１に開示されているように、トルク指令とトルクのフィードバック値とを比較して求めた電圧位相によって、矩形波電圧の位相を制御する。この場合、ｄ軸電流及びｑ軸電流は、制御されない。

本発明の目的は、同期電動機の駆動制御をＰＷＭ駆動制御と矩形波駆動制御とに切り替える制御装置において、矩形波駆動制御の場合でもｄ軸電流及びｑ軸電流を精度良く制御可能な構成を得ることにある。

本発明の一実施形態に係る同期電動機の制御装置は、同期電動機の駆動を制御する同期電動機の制御装置である。この制御装置は、トルク指令から電流指令を生成する電流指令生成部と、前記電流指令に基づいて電圧指令を生成する電圧指令生成部と、前記電圧指令に基づいてＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成部と、前記電圧指令に基づいて矩形波信号を生成する矩形波信号生成部と、電圧利用率に応じて、前記ＰＷＭ信号生成部及び前記矩形波信号生成部の一方に前記電圧指令を入力する制御切換部と、前記ＰＷＭ信号生成部または前記矩形波信号生成部で生成された信号を用いて、前記同期電動機の駆動を制御する駆動制御部と、を備える。前記電流指令生成部は、電圧利用率が、前記ＰＷＭ信号によって前記同期電動機を最小電流で駆動する場合と前記矩形波信号によって前記同期電動機を駆動する場合とで前記同期電動機に流れる電流が等しいときの所定の電圧利用率を越えないように、前記電流指令を生成し、前記制御切換部は、前記電圧利用率が前記所定の電圧利用率よりも小さい場合に、前記ＰＷＭ信号生成部に前記電圧指令を入力する一方、前記電圧利用率が前記所定の電圧利用率である場合に、前記矩形波信号生成部に前記電圧指令を入力する（第１の構成）。

この構成により、ＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成部と矩形波信号を生成する矩形波信号生成部とを備える制御装置において、電圧利用率が、前記ＰＷＭ信号によって同期電動機を最小電流で駆動する場合と前記矩形波信号によって前記同期電動機を駆動する場合とで前記同期電動機に流れる電流が等しいときの所定の電圧利用率を越えないように電流指令が生成され、前記電圧利用率が前記所定の電圧利用率よりも小さい場合には、ＰＷＭ駆動制御を行う一方、前記電圧利用率が前記所定の電圧利用率である場合には、矩形波駆動制御を行うことができる。これにより、一つのコントローラで生成された電流指令を用いてＰＷＭ駆動制御と矩形波駆動制御との切り替えを行うことができる。よって、制御装置の構成を簡略化することができる。

また、電圧利用率が前記所定の電圧利用率である場合には、ＰＷＭ駆動制御における最小電流と矩形波駆動制御における電流とは等しい。そのため、電圧利用率が前記所定の電圧利用率になった場合に、ＰＷＭ駆動制御と矩形波駆動制御とを切り替えることにより、制御を切り替える際の電流の変化を抑制できる。これにより、制御を切り替える際の電流波形の乱れの発生を防止できる。

さらに、上述のように、電圧利用率が前記所定の電圧利用率になった場合に、ＰＷＭ駆動制御から矩形波駆動制御に切り替えることにより、矩形波駆動制御において、ｄ軸電流及びｑ軸電流の両方を精度良く制御することができる。

前記第１の構成において、前記電流指令は、ｄ軸電流指令を含む。前記電流指令生成部は、電圧利用率が前記所定の電圧利用率よりも大きい場合に、電圧利用率が前記所定の電圧利用率になるように、前記ｄ軸電流指令を補正するためのｄ軸電流指令補正値を求める弱め界磁制御部を有する（第２の構成）。

これにより、矩形波駆動制御の場合でも、ｄ軸電流を制御することにより、電流を精度良く制御することができる。

前記第１または第２の構成において、前記ＰＷＭ信号によって前記同期電動機を最小電流で駆動する場合と前記矩形波信号によって前記同期電動機を駆動する場合とで前記同期電動機に等しい電流が流れるときの電圧利用率は、０．７８である（第３の構成）。

これにより、矩形波駆動制御の電圧利用率である０．７８に合わせて、同期電動機の駆動制御としてＰＷＭ駆動制御または矩形波駆動制御を行うことができるため、ＰＷＭ駆動制御及び矩形波駆動制御において電流を精度良く制御できる。しかも、それぞれの制御に専用の制御部が不要になるため、制御装置の構成を簡略化できる。

本発明の一実施形態に係る同期電動機の制御装置によれば、該制御装置は、電流指令生成部、電圧指令生成部、ＰＷＭ信号生成部、矩形波信号生成部、制御切換部及び駆動制御部を有する。前記電流指令生成部は、電圧利用率が、ＰＷＭ信号によって同期電動機を最小電流で駆動する場合と矩形波信号によって前記同期電動機を駆動する場合とで前記同期電動機に流れる電流が等しいときの所定の電圧利用率を越えないように、電流指令を生成する。前記制御切換部は、前記電圧利用率が前記所定の電圧利用率よりも小さい場合に、前記ＰＷＭ信号生成部に電圧指令を入力する一方、前記電圧利用率が前記所定の電圧利用率である場合に、前記矩形波信号生成部に電圧指令を入力する。これにより、電流指令によってＰＷＭ駆動制御及び矩形波駆動制御を行うことができるため、制御装置の簡略化を図れる。また、ＰＷＭ駆動制御及び矩形波駆動制御において、電流を精度良く制御することができる。

図１は、実施形態に係る制御装置の概略構成を示す制御ブロック図である。図２は、電流制御部の概略構成を示す制御ブロック図である。図３は、制御装置における制御の切り換え動作を示すフローチャートである。

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中の同一または相当部分については同一の符号を付してその説明は繰り返さない。

（全体構成）
図１は、本発明の実施形態に係る制御装置１の概略構成を示すブロック図である。制御装置１は、入力指令としてのトルク指令に基づいてｑ軸電流指令Ｉｑ＿ｒｅｆ及びｄ軸電流指令Ｉｄ＿ｒｅｆを生成した後、電流制御部２０でｑ軸電流指令Ｉｑ＿ｒｅｆ及びｄ軸電流指令Ｉｄ＿ｒｅｆに基づいてＰＷＭ信号または矩形波信号を生成する。また、制御装置１は、電流制御部２０で生成されたＰＷＭ信号または矩形波信号を用いて、主回路５０によってモータ２（同期電動機）を駆動制御する。なお、本実施形態では、モータ２は、回転子及び固定子を有する三相交流モータであるが、モータ２はどのような構成を有するモータであってもよい。

制御装置１は、電流指令生成部１０と、電流制御部２０と、主回路５０（駆動制御部）と、３相２相変換部６０と、電流センサ７０と、位置センサ８０とを備える。

電流センサ７０は、主回路５０からモータ２に供給される電流のうち、Ｕ相及びＷ相の電流をそれぞれ検出する。検出された電流は、３相２相変換部６０に、Ｕ相電流フィードバック値Ｉｕ＿ｆｂ及びＷ相電流フィードバック値Ｉｗ＿ｆｂとして入力される。

位置センサ８０は、モータ２の図示しない回転子の回転位置を検出し、該回転位置を回転角度の信号として出力する。位置センサ８０から出力された回転角度信号は、電流制御部２０に入力される。

電流指令生成部１０は、トルク指令に基づいて電流指令を生成する。具体的には、電流指令生成部１０は、トルク指令Ｔ＿ｒｅｆに基づいて、ｑ軸電流指令Ｉｑ＿ｒｅｆ及びｄ軸電流指令Ｉｄ＿ｒｅｆを生成する。また、電流指令生成部１０は、トルク指令Ｔ＿ｒｅｆに基づいてｄ軸電流指令Ｉｄ＿ｒｅｆを生成する際に、後述の弱め界磁制御部１３で生成されたｄ軸電流指令補正値Ｉｄ＿ｒｅｆ０も考慮して、ｄ軸電流指令Ｉｄ＿ｒｅｆを生成する。

詳しくは、電流指令生成部１０は、ｄ軸電流指令生成部１１と、ｑ軸電流指令生成部１２と、弱め界磁制御部１３とを備える。

ｄ軸電流指令生成部１１は、トルク指令Ｔ＿ｒｅｆ及び後述の弱め界磁制御部１３で生成されたｄ軸電流指令補正値Ｉｄ＿ｒｅｆ０を用いて、ｄ軸電流指令Ｉｄ＿ｒｅｆを生成する。ｄ軸電流指令生成部１１は、ｄ軸電流指令変換部１１ａと、加算部１１ｂとを有する。ｄ軸電流指令変換部１１ａは、トルク指令Ｔ＿ｒｅｆをｄ軸電流において最小電流であるｄ軸電流指令初期値Ｉｄ＿ｒｅｆ１に変換する。加算部１１ｂは、ｄ軸電流指令初期値Ｉｄ＿ｒｅｆ１に、後述の弱め界磁制御部１３で生成されたｄ軸電流指令補正値Ｉｄ＿ｒｅｆ０を加算することにより、ｄ軸電流指令Ｉｄ＿ｒｅｆを生成する。

ｄ軸電流指令生成部１１で生成されたｄ軸電流指令Ｉｄ＿ｒｅｆは、ｑ軸電流指令生成部１２、電流制御部２０及び弱め界磁制御部１３に入力される。

ｑ軸電流指令生成部１２は、ｄ軸電流指令生成部１１で生成されたｄ軸電流指令Ｉｄ＿ｒｅｆからｑ軸電流指令Ｉｑ＿ｒｅｆを生成する。ｑ軸電流指令生成部１２で生成されたｑ軸電流指令Ｉｑ＿ｒｅｆは、電流制御部２０及び弱め界磁制御部１３に入力される。

弱め界磁制御部１３は、ｄ軸電流指令生成部１１で生成されたｄ軸電流指令Ｉｄ＿ｒｅｆ、ｑ軸電流指令生成部１２で生成されたｑ軸電流指令Ｉｑ＿ｒｅｆ、及び、主回路５０の入力直流電圧に基づいて、電圧利用率を算出し、該電圧利用率が電圧利用率指令値よりも大きい場合に、それらの差分を用いてＰＩ演算した結果をｄ軸電流指令補正値Ｉｄ＿ｒｅｆ０として出力する。

弱め界磁制御部１３は、電圧変換部１５と、線間電圧実効値算出部１６と、電圧利用率算出部１７と、電圧利用率比較部１８と、ＰＩ演算部１９と、判定部３０とを有する。

電圧変換部１５は、ｑ軸電流指令Ｉｑ＿ｒｅｆ及びｄ軸電流指令Ｉｄ＿ｒｅｆを、ｑ軸電圧Ｖｑ及びｄ軸電圧Ｖｄに変換する。具体的には、電圧変換部１５は、以下の（１）式及び（２）式によって、ｑ軸電圧Ｖｑ及びｄ軸電圧Ｖｄを求める。
Ｖｄ＝Ｒ・Ｉｄ－ω・Ｌｑ・Ｉｑ（１）
Ｖｑ＝Ｒ・Ｉｑ＋ω・（φｍ＋Ｌｄ・Ｉｄ）（２）

ここで、Ｒはモータ２の巻線抵抗であり、ωはモータ２の回転角速度であり、Ｌｄはｄ軸インダクタンスであり、Ｌｑはｑ軸インダクタンスであり、φｍはモータ２の鎖交磁束の最大値である。

線間電圧実効値算出部１６は、電圧変換部１５で求めたｑ軸電圧Ｖｑ及びｄ軸電圧Ｖｄを用いて、線間電圧実効値を求める。具体的には、線間電圧実効値算出部１６は、以下の（３）式によって、線間電圧実効値を求める。
線間電圧実効値＝√（Ｖｄ＾２＋Ｖｑ＾２）（３）

電圧利用率算出部１７は、線間電圧実効値算出部１６で求めた線間電圧実効値及び主回路５０の入力直流電圧から、電圧利用率を算出する。具体的には、電圧利用率算出部１７は、以下の（４）式によって、電圧利用率を求める。
電圧利用率＝線間電圧実効値／入力直流電圧（４）

電圧利用率比較部１８は、電圧利用率算出部１７で算出された電圧利用率を、電圧利用率指令値と比較して、その比較結果を出力する。具体的には、電圧利用率比較部１８は、前記電圧利用率指令値に対する前記電圧利用率の差分を出力する。

前記電圧利用率指令値は、予め設定されていてもよいし、入力によって変更可能であってもよい。本実施形態では、前記電圧利用率指令値は、矩形波信号の場合の電圧利用率である０．７８に設定される。電圧利用率が０．７８の場合、ＰＷＭ駆動による最小電流制御の際にモータ２に流れる電流と矩形波駆動制御の際にモータ２に流れる電流とは等しい。すなわち、前記電圧利用率指令値は、ＰＷＭ信号によってモータ２を最小電流で駆動する場合と矩形波信号によってモータ２を駆動する場合とでモータ２に流れる電流が等しいときの電圧利用率に設定される。前記電圧利用率指令値が、所定の電圧利用率に対応する。

判定部３０は、電圧利用率比較部１８で求めた差分が負の場合に、電圧利用率比較部１８で求めた前記差分をそのままＰＩ演算部１９に出力する。一方、判定部３０は、電圧利用率比較部１８で求めた差分がゼロ以上の場合には、電圧利用率比較部１８で求めた前記差分の値に関係なくＰＩ演算部１９にゼロを出力する。

すなわち、判定部３０は、電圧利用率算出部１７で算出された電圧利用率が前記電圧利用率指令値よりも大きい場合にのみ、電圧利用率比較部１８で求めた前記差分をＰＩ演算部１９に出力する。

ＰＩ演算部１９は、電圧利用率比較部１８の出力結果をＰＩ演算して、ｄ軸電流指令補正値Ｉｄ＿ｒｅｆ０を求める。このｄ軸電流指令補正値Ｉｄ＿ｒｅｆ０は、電圧利用率が前記電圧利用率指令値を越えないように、ｄ軸電流指令Ｉｄ＿ｒｅｆを補正する値である。上述のように、判定部３０は、電圧利用率算出部１７で算出された電圧利用率が前記電圧利用率指令値よりも大きい場合にのみ、電圧利用率比較部１８で求めた前記差分をＰＩ演算部１９に出力する。よって、ＰＩ演算部１９は、電圧利用率算出部１７で算出された電圧利用率が前記電圧利用率指令値よりも大きい場合にのみ、ｄ軸電流指令補正値Ｉｄ＿ｒｅｆ０を出力する。ＰＩ演算部１９で得られたｄ軸電流指令補正値Ｉｄ＿ｒｅｆ０は、ｄ軸電流指令生成部１１の加算部１１ｂに入力される。

以上のような電流指令生成部１０の構成により、トルク指令及び電圧利用率を用いて、ｑ軸電流指令Ｉｑ＿ｒｅｆ及びｄ軸電流指令Ｉｄ＿ｒｅｆを生成することができる。電流指令生成部１０は、弱め界磁制御部１３によって、電圧利用率が電圧利用率指令値を越えないようなｑ軸電流指令Ｉｑ＿ｒｅｆ及びｄ軸電流指令Ｉｄ＿ｒｅｆを生成することができる。

電流指令生成部１０で生成されたｑ軸電流指令Ｉｑ＿ｒｅｆ及びｄ軸電流指令Ｉｄ＿ｒｅｆは、電流制御部２０に入力される。

電流制御部２０は、入力されたｑ軸電流指令Ｉｑ＿ｒｅｆ及びｄ軸電流指令Ｉｄ＿ｒｅｆに基づいて、電圧利用率に応じてＰＷＭ信号または矩形波信号を生成し、該生成した信号を主回路５０に出力する。電流制御部２０の詳しい構成を図２に示す。

電流制御部２０は、電圧指令生成部２１と、制御切換部２２と、ＰＷＭ信号生成部２３と、矩形波信号生成部２４とを有する。

電圧指令生成部２１は、電流指令生成部１０で生成されたｑ軸電流指令Ｉｑ＿ｒｅｆ及びモータ２の入力電流のフィードバック値であるｑ軸電流フィードバック値Ｉｑ＿ｆｂを用いて、ｑ軸電圧指令Ｖｑ＿ｒｅｆを生成する。また、電圧指令生成部２１は、電流指令生成部１０で生成されたｄ軸電流指令Ｉｄ＿ｒｅｆ及びモータ２の入力電流のフィードバック値であるｄ軸電流フィードバック値Ｉｄ＿ｆｂを用いて、ｄ軸電圧指令Ｖｄ＿ｒｅｆを生成する。

電圧指令生成部２１は、ｑ軸電流フィードバック部２１ａと、ｑ軸電流ＰＩ演算部２１ｂと、ｄ軸電流フィードバック部２１ｃと、ｄ軸電流ＰＩ演算部２１ｄとを有する。

ｑ軸電流フィードバック部２１ａは、ｑ軸電流指令Ｉｑ＿ｒｅｆからｑ軸電流フィードバック値Ｉｑ＿ｆｂを減算して、ｑ軸電流指令修正値を求める。ｑ軸電流ＰＩ演算部２１ｂは、前記ｑ軸電流指令修正値をＰＩ演算することにより、ｑ軸電圧指令Ｖｑ＿ｒｅｆを生成する。

ｄ軸電流フィードバック部２１ｃは、ｄ軸電流指令Ｉｄ＿ｒｅｆからｄ軸電流フィードバック値Ｉｄ＿ｆｂを減算して、ｄ軸電流指令修正値を求める。ｄ軸電流ＰＩ演算部２１ｄは、前記ｄ軸電流指令修正値をＰＩ演算することにより、ｄ軸電圧指令Ｖｄ＿ｒｅｆを生成する。

制御切換部２２は、電圧利用率に応じて、モータ２の駆動制御をＰＷＭ駆動制御または矩形波駆動制御に切り替える。具体的には、制御切換部２２は、電圧利用率が電圧利用率指令値よりも小さい場合には、後述のＰＷＭ信号生成部２３に、ｑ軸電圧指令Ｖｑ＿ｒｅｆ及びｄ軸電圧指令Ｖｄ＿ｒｅｆを入力する一方、電圧利用率が電圧利用率指令値と同じ値である場合には、後述の矩形波信号生成部２４に、ｑ軸電圧指令Ｖｑ＿ｒｅｆ及びｄ軸電圧指令Ｖｄ＿ｒｅｆを入力する。

なお、制御切換部２２は、ｑ軸電圧指令Ｖｑ＿ｒｅｆ及びｄ軸電圧指令Ｖｄ＿ｒｅｆを用いて、上述の（３）式によって、線間電圧実効値を求めるとともに、該線間電圧実効値と主回路５０の入力直流電圧とを用いて、上述の（４）式によって、電圧利用率を求める。制御切換部２２は、求めた電圧利用率を用いて、モータ２の駆動制御をＰＷＭ駆動制御または矩形波駆動制御に切り換える。

ＰＷＭ信号生成部２３は、入力されたｑ軸電圧指令Ｖｑ＿ｒｅｆ及びｄ軸電圧指令Ｖｄ＿ｒｅｆを用いて、主回路５０の後述するスイッチング素子に入力するためのＰＷＭ信号を生成する。詳しくは、ＰＷＭ信号生成部２３は、２相３相変換部２３ａと、三角波比較部２３ｂとを有する。

２相３相変換部２３ａは、ｑ軸電圧指令Ｖｑ＿ｒｅｆ及びｄ軸電圧指令Ｖｄ＿ｒｅｆを、３相の電圧Ｖｕ,Ｖｖ,Ｖｗに変換する。２相３相変換部２３ａは、ｑ軸電圧指令Ｖｑ＿ｒｅｆ及びｄ軸電圧指令Ｖｄ＿ｒｅｆを３相の電圧Ｖｕ,Ｖｖ,Ｖｗに変換する際に、位置センサ８０によって検出されたモータ２の回転角度信号を用いる。三角波比較部２３ｂは、３相の電圧Ｖｕ,Ｖｖ,Ｖｗを三角波信号と比較することにより、ＰＷＭ信号を生成する。２相３相変換部２３ａ及び三角波比較部２３ｂの処理動作は、従来と同様であるため、詳しい説明を省略する。

三角波比較部２３ｂで生成されたＰＷＭ信号は、主回路５０に入力される。主回路５０では、図示しないスイッチング素子が、ＰＷＭ信号に応じてオンオフ動作を行う。これにより、主回路５０からモータ２の３相の各コイルに電流が供給される。

矩形波信号生成部２４は、入力されたｑ軸電圧指令Ｖｑ＿ｒｅｆ及びｄ軸電圧指令Ｖｄ＿ｒｅｆを用いて、主回路５０の後述するスイッチング素子に入力するための矩形波信号を生成する。詳しくは、矩形波信号生成部２４は、電圧位相生成部２４ａと、割り込み処理部２４ｂとを有する。

電圧位相生成部２４ａは、ｑ軸電圧指令Ｖｑ＿ｒｅｆ及びｄ軸電圧指令Ｖｄ＿ｒｅｆに基づいて、矩形波信号の生成に用いる電圧位相信号を生成する。割り込み処理部２４ｂは、電圧位相生成部２４ａで生成された電圧位相信号になるような３相の矩形波信号を生成する。割り込み処理部２４ｂは、矩形波信号を生成する際に、位置センサ８０によって検出されたモータ２の回転角度信号を用いる。電圧位相生成部２４ａ及び割り込み処理部２４ｂの処理動作は、従来と同様であるため、詳しい説明を省略する。

主回路５０は、図示しない複数のスイッチング素子を有する。前記複数のスイッチング素子は、電流制御部２０で生成されたＰＷＭ信号または矩形波信号に応じて、オンオフ動作を行う。これにより、主回路５０からモータ２に対して所定の波形を有する電流が供給される。よって、制御装置１によって、モータ２の駆動が制御される。

３相２相変換部６０は、電流センサ７０によって検出されたＵ相電流フィードバック値Ｉｕ＿ｆｂ及びＷ相電流フィードバック値Ｉｗ＿ｆｂを、ｑ軸電流フィードバック値Ｉｑ＿ｆｂ及びｄ軸電流フィードバック値Ｉｄ＿ｆｂに変換する。

なお、主回路５０及び３相２相変換部６０の構成も、従来の構成と同様であるため、主回路５０及び３相２相変換部６０についての詳しい説明は省略する。

以上より、本実施形態では、モータ２の駆動を制御する制御装置１は、トルク指令Ｔ＿ｒｅｆから電流指令Ｉｑ＿ｒｅｆ，Ｉｄ＿ｒｅｆを生成する電流指令生成部１０と、電流指令Ｉｑ＿ｒｅｆ，Ｉｄ＿ｒｅｆから電圧指令Ｖｑ＿ｒｅｆ，Ｖｄ＿ｒｅｆを生成する電圧指令生成部２１と、電圧指令Ｖｑ＿ｒｅｆ，Ｖｄ＿ｒｅｆに基づいてＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成部２３と、電圧指令Ｖｑ＿ｒｅｆ，Ｖｄ＿ｒｅｆに基づいて矩形波信号を生成する矩形波信号生成部２４と、電圧利用率に応じて、ＰＷＭ信号生成部２３及び矩形波信号生成部２４の一方に電圧指令Ｖｑ＿ｒｅｆ，Ｖｄ＿ｒｅｆを入力する制御切換部２２と、ＰＷＭ信号生成部２３または矩形波信号生成部２４で生成された信号を用いて、モータ２の駆動を制御する主回路５０と、を備える。電流指令生成部１０は、電圧利用率が、前記ＰＷＭ信号によってモータ２を最小電流で駆動する場合と前記矩形波信号によってモータ２を駆動する場合とでモータ２に流れる電流が等しいときの所定の電圧利用率（本実施形態では、電圧利用率指令値）を越えないように、電流指令Ｉｑ＿ｒｅｆ，Ｉｄ＿ｒｅｆを生成する。制御切換部２２は、電圧利用率が電圧利用率指令値よりも小さい場合に、前記ＰＷＭ信号生成部に電圧指令Ｖｑ＿ｒｅｆ，Ｖｄ＿ｒｅｆを入力する一方、前記電圧利用率が電圧利用率指令値と同じ値になった場合に、前記矩形波信号生成部に電圧指令Ｖｑ＿ｒｅｆ，Ｖｄ＿ｒｅｆを入力する。

この構成により、ＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成部２３と矩形波信号を生成する矩形波信号生成部２４とを備える制御装置１において、電圧利用率が、前記ＰＷＭ信号によってモータ２を最小電流で駆動する場合と前記矩形波信号によってモータ２を駆動する場合とでモータ２に流れる電流が等しいときの電圧利用率指令値を越えないように電流指令Ｉｑ＿ｒｅｆ，Ｉｄ＿ｒｅｆが生成され、前記電圧利用率が電圧利用率指令値よりも小さい場合には、ＰＷＭ駆動制御を行う一方、前記電圧利用率が電圧利用率指令値と同じ値になった場合には、矩形波駆動制御を行うことができる。これにより、一つのコントローラで生成された電流指令Ｉｑ＿ｒｅｆ，Ｉｄ＿ｒｅｆを用いてＰＷＭ駆動制御と矩形駆動波制御との切り替えを行うことができる。よって、制御装置１の構成を簡略化することができる。

また、電圧利用率が電圧利用率指令値と同じ値である場合には、ＰＷＭ駆動制御における最小電流と矩形波駆動制御における電流とは等しい。そのため、電圧利用率が電圧利用率指令値と同じ値の場合に、ＰＷＭ駆動制御と矩形波駆動制御とを切り替えることにより、制御を切り替える際の電流の変化を抑制できる。これにより、制御を切り替える際の電流波形の乱れの発生を防止できる。

さらに、上述のように、電圧利用率が電圧利用率指令値と同じ値である場合に、ＰＷＭ駆動制御から矩形波駆動制御に切り替えることにより、矩形波駆動制御において、ｄ軸電流及びｑ軸電流の両方を精度良く制御することができる。

また、本実施形態では、電流指令生成部１０は、電圧利用率が、前記所定の電圧利用率よりも大きい場合に、電圧利用率が前記所定の電圧利用率になるように、前記ｄ軸電流指令を補正するためのｄ軸電流指令補正値を求める弱め界磁制御部１３を有する。

前記ＰＷＭ信号によってモータ２を最小電流で駆動する場合と前記矩形波信号によってモータ２を駆動する場合とでモータ２に等しい電流が流れるときの電圧利用率は、０．７８である。

これにより、矩形波駆動制御の電圧利用率である０．７８に合わせて、モータ２の駆動制御としてＰＷＭ駆動制御または矩形波駆動制御を行うことができるため、ＰＷＭ駆動制御及び矩形波駆動制御において電流を精度良く制御できる。しかも、それぞれの制御に専用の制御部が不要になるため、制御装置１の構成を簡略化できる。

（モータの駆動制御の切り換え）
次に、上述のような構成を有する制御装置１において、モータ２の駆動制御の選択について図３を用いて説明する。図３は、制御装置１によるモータ２の駆動制御の選択を示すフローである。

図３に示すフローがスタートすると（ＳＴＡＲＴ）、まずステップＳ１において、制御装置１の制御切換部２２は、電圧利用率を算出する。電圧利用率は、ｑ軸電流指令Ｉｑ＿ｒｅｆ及びｄ軸電流指令Ｉｄ＿ｒｅｆから求められるｑ軸電圧Ｖｑ及びｄ軸電圧Ｖｄと、主回路５０の入力直流電圧とに基づいて、上述の式（３）及び式（４）を用いて求められる。

次に、ステップＳ２で、制御切換部２２は、求めた電圧利用率が０．７８かどうかを判定する。制御切換部２２は、電圧利用率が０．７８の場合（ＹＥＳの場合）には、モータ２を矩形波駆動制御で駆動制御する。すなわち、制御切換部２２は、矩形波信号生成部２４にｑ軸電圧指令Ｖｑ＿ｒｅｆ及びｄ軸電圧指令Ｖｄ＿ｒｅｆを出力する。

一方、制御切換部２２は、電圧利用率が０．７８よりも小さい場合（ＮＯの場合）には、モータ２をＰＷＭ駆動制御で駆動制御する。すなわち、制御切換部２２は、ＰＷＭ信号生成部２３にｑ軸電圧指令Ｖｑ＿ｒｅｆ及びｄ軸電圧指令Ｖｄ＿ｒｅｆを出力する。

これにより、モータ２の駆動制御を、電圧利用率に応じて矩形波駆動制御またはＰＷＭ駆動制御に切り換えることができる。

本実施形態では、制御切換部２２は、前記電圧利用率が０．７８よりも小さい場合に、ＰＷＭ信号生成部２３に電圧指令Ｖｑ＿ｒｅｆ，Ｖｄ＿ｒｅｆを入力する一方、前記電圧利用率が０．７８のときに、矩形波信号生成部２４に電圧指令Ｖｑ＿ｒｅｆ，Ｖｄ＿ｒｅｆを入力する。

これにより、モータ２の駆動を電流指令Ｉｑ＿ｒｅｆ，Ｉｄ＿ｒｅｆで制御しつつ、電圧利用率に応じてモータ２の駆動制御をＰＷＭ駆動制御と矩形波駆動制御とでスムーズに切り替えることができる。

（その他の実施形態）
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。

前記実施形態では、電圧変換部１５が、ｑ軸電流指令Ｉｑ＿ｒｅｆ及びｄ軸電流指令Ｉｄ＿ｒｅｆからｑ軸電圧Ｖｑ及びｄ軸電圧Ｖｄを求めて、線間電圧実効値算出部１６は、式（３）を用いて、線間電圧実効値を算出する。

しかしながら、電圧変換部が、３相２相変換部６０から出力されるｑ軸電流フィードバック値Ｉｑ＿ｆｂ及びｄ軸電流フィードバック値Ｉｄ＿ｆから、ｑ軸電圧Ｖｑ及びｄ軸電圧Ｖｄを求めて、線間電圧実効値算出部が、式（３）により、線間電圧実効値を算出してもよい。

また、線間電圧算出部は、モータ２の線間電圧の実測値を用いて、式（３）により、線間電圧実効値を算出してもよい。この場合には、前記実施形態のような電圧変換部は不要である。

前記実施形態では、３相交流モータであるモータ２の駆動を制御する制御装置１の構成について説明したが、この限りではなく、３相以外の複数相の交流モータの駆動を制御する制御装置に適用してもよい。すなわち、モータは、同期電動機であれば、どのような構成を有していてもよい。

本発明は、同期電動機の駆動制御をＰＷＭ駆動制御と矩形波駆動制御とで切り替え可能な制御装置に利用可能である。

１制御装置
２モータ（同期電動機）
１０電流指令生成部
１１ｄ軸電流指令生成部
１１ａｄ軸電流指令変換部
１１ｂ加算部
１２ｑ軸電流指令生成部
１３弱め界磁制御部
１５電圧変換部
１６線間電圧実効値算出部
１７電圧利用率算出部
１８電圧利用率比較部
１９ＰＩ演算部
２０電流制御部
２１電圧指令生成部
２１ａｑ軸電流フィードバック部
２１ｂｑ軸電流ＰＩ演算部
２１ｃｄ軸電流フィードバック部
２１ｄｄ軸電流ＰＩ演算部
２２制御切換部
２３ＰＷＭ信号生成部
２３ａ２相３相変換部
２３ｂ三角波比較部
２４矩形波信号生成部
２４ａ電圧位相生成部
２４ｂ割り込み処理部
３０判定部
５０主回路（駆動制御部）
６０３相２相変換部
７０電流センサ
８０位置センサ
Ｔ＿ｒｅｆトルク指令値
Ｉｄ＿ｒｅｆｄ軸電流指令
Ｉｄ＿ｒｅｆ０ｄ軸電流指令補正値
Ｉｄ＿ｒｅｆ１ｄ軸電流指令初期値
Ｉｄ＿ｆｂｄ軸電流フィードバック値
Ｉｑ＿ｒｅｆｑ軸電流指令
Ｉｑ＿ｆｂｑ軸電流フィードバック値
Ｉｕ＿ｆｂＵ相電流フィードバック値
Ｉｗ＿ｆｂＷ相電流フィードバック値
Ｖｄｄ軸電圧
Ｖｑｑ軸電圧
Ｖｑ＿ｒｅｆｑ軸電圧指令
Ｖｄ＿ｒｅｆｄ軸電圧指令

Claims

同期電動機の駆動を制御する同期電動機の制御装置であって、
トルク指令から電流指令を生成する電流指令生成部と、
前記電流指令に基づいて電圧指令を生成する電圧指令生成部と、
前記電圧指令に基づいてＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成部と、
前記電圧指令に基づいて矩形波信号を生成する矩形波信号生成部と、
電圧利用率に応じて、前記ＰＷＭ信号生成部及び前記矩形波信号生成部の一方に前記電圧指令を入力する制御切換部と、
前記ＰＷＭ信号生成部または前記矩形波信号生成部で生成された信号を用いて、前記同期電動機の駆動を制御する駆動制御部と、
を備え、
前記電流指令生成部は、電圧利用率が、前記ＰＷＭ信号によって前記同期電動機を最小電流で駆動する場合と前記矩形波信号によって前記同期電動機を駆動する場合とで前記同期電動機に流れる電流が等しいときの所定の電圧利用率を越えないように、前記電流指令を生成し、
前記制御切換部は、前記電圧利用率が前記所定の電圧利用率よりも小さい場合に、前記ＰＷＭ信号生成部に前記電圧指令を入力する一方、前記電圧利用率が前記所定の電圧利用率である場合に、前記矩形波信号生成部に前記電圧指令を入力する、同期電動機の制御装置。
請求項１に記載の同期電動機の制御装置において、
前記電流指令は、ｄ軸電流指令を含み、
前記電流指令生成部は、
電圧利用率が前記所定の電圧利用率よりも大きい場合に、電圧利用率が前記所定の電圧利用率になるように、前記ｄ軸電流指令を補正するためのｄ軸電流指令補正値を求める弱め界磁制御部を有する、同期電動機の制御装置。
請求項１または２に記載の同期電動機の制御装置において、
前記ＰＷＭ信号によって前記同期電動機を最小電流で駆動する場合と前記矩形波信号によって前記同期電動機を駆動する場合とで前記同期電動機に等しい電流が流れるときの電圧利用率は、０．７８である、同期電動機の制御装置。