JPH11150979A - 永久磁石同期電動機の制御方法 - Google Patents

永久磁石同期電動機の制御方法

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JPH11150979A
JPH11150979A JP9319240A JP31924097A JPH11150979A JP H11150979 A JPH11150979 A JP H11150979A JP 9319240 A JP9319240 A JP 9319240A JP 31924097 A JP31924097 A JP 31924097A JP H11150979 A JPH11150979 A JP H11150979A
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JP
Japan
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inverter
permanent magnet
voltage
synchronous motor
magnet synchronous
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JP9319240A
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English (en)
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Tomoharu Nakayama
智晴 中山
Hiroshi Osawa
博 大沢
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Fuji Electric Co Ltd
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Fuji Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 トルク指令が零の惰行指令時にプレーキが掛
かったり、惰行指令から再力行,回生に移行するときに
大電流が流れないようにする。 【解決手段】 インバータ3とその制御装置7とにより
永久磁石同期電動機5を制御するに当たり、トルク指令
が零で電動機5の誘起電圧がインバータの最大出力電圧
よりも小さい場合はインバータ3のパルスをオフとし、
トルク指令が零で電動機5の誘起電圧がインバータの最
大出力電圧よりも大きい場合はインバータ3のスイッチ
ングを行ない、電動機5の出力トルクを零に制御するこ
とで、掲記課題の解決を図る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、特に電気車等に
用いて好適な永久磁石同期電動機(以下、単にPMモー
タまたは電動機という)の制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】図8に永久磁石同期電動機の駆動装置の
従来例を示す。同図において、1は直流電源、2は電圧
センサ、3はインバータ、4は電流検出器、5は永久磁
石同期電動機、6は位置センサ、7は制御装置を示す。
なお、制御装置7はトルク指令演算回路71、モータ制
御回路72、パルスオン/オフ(ON/OFF)回路7
3、位置検出回路74および速度検出回路75より構成
されている。このような構成において、直流電源1から
電圧センサ2を介して、インバータ3に直流電圧が印加
される。制御装置7は運転指令通りにPMモータ5が駆
動されるよう、インバータ3にパルス信号を与える。
【0003】その動作について説明する。トルク指令演
算回路71は、運転指令信号よりトルク指令T* を演算
する。一方、位置検出回路74は、位置センサ6からの
センサ信号を位置検出値θに変換する。速度検出回路7
5は位置検出値θを微分して速度検出値ωを演算する。
モータ制御回路72ではトルク指令T* 、直流電圧検出
値Vdc、位置検出値θ、速度検出値ω、電流検出器4
からの電流検出値iu,iwを演算して、パルス信号P
1を出力する。パルス信号P1は、パルスON/OFF
回路73において、パルスOFFかONかを選択され
る。パルスON/OFF回路73は、具体的には例えば
図9に示すように複数のAND素子より構成され、惰行
指令信号が惰行を指令する“1”のときに常にパルスO
FFし、“0”のときに常にパルスONとしてインバー
タ3をスイッチングし、PMモータ5を制御する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、電動機5を
図10に示すような広い定出力範囲の回転速度−出力特
性を持つ用途に適用する場合、装置の小型化のために、
電動機の誘起電圧を、インバータの出力最大電圧よりも
大きく設計するのが一般的である。一方、電気車等では
電動機とインバータからなるシステムの効率向上のた
め、車両の惰行時にはインバータへのパルス信号をOF
Fしてインバータを停止させるようにしている。パルス
信号をOFFした場合、インバータの最大出力電圧が電
動機の無負荷誘起電圧以下では、電動機からインバータ
を介して直流電源に向けて電流が流れ、電動機には制動
トルクを生じる。すなわち、トルク指令を零にしている
にも関わらず、ブレーキが掛かってしまうという問題が
生じる。
【0005】また、インバータの最大出力電圧が電動機
の無負荷誘起電圧以下の場合に、インバータをパルスオ
フからパルスオンに移行すると、過渡的に電動機に大電
流が流れ、そのピーク値はインバータの過電流レベルを
超えてしまう場合がある。その対策として、惰行指令時
に常にインバータのスイッチングをしてインバータを運
転し続け、電動機の端子電圧がインバータの最大出力電
圧を超えないように弱め磁束電流を流し、かつ、電動機
の出力トルクを零にする制御方法がとられている。しか
し、この制御方法では惰行指令時にも常にパルスオンし
ているため、効率の低下を招いている。
【0006】さらに、逆突極型永久磁石同期電動機等の
低い誘起電圧で大きな出力を得られる永久磁石同期電動
機を用い、小型かつ低誘起電圧で所定の出力特性を得る
方法もある。しかし、電気車等の場合には、直流電源の
電圧が大きく変動するため、直流電圧が低下しインバー
タの最大出力電圧が低下してもなおかつ、永久磁石同期
電動機の誘起電圧をインバータの最大出力電圧以下に
し、かつ所定の出力を得ることは困難である。したがっ
て、この発明の課題は、惰行指令時に制動トルクが発生
したり、惰行指令から再力行,回生に移行する時にパル
スオフからパルスオンにしても大電流が流れたりするこ
となく、システムの小型化,高効率化を図ることにあ
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
べく、請求項1の発明では、スイッチング素子をスイッ
チングして電源からの直流電圧を交流電圧に変換するイ
ンバータと、このインバータのスイッチング素子をスイ
ッチングするか、またはオフするかの切り換えを行なう
切換機能を含む前記インバータの制御手段とを備え、永
久磁石同期電動機の出力トルクをその指令値に一致させ
るべく制御する永久磁石同期電動機の制御方法におい
て、前記トルク指令値として零の惰行指令が与えられた
とき、前記インバータの入力直流電圧とスイッチング方
式で決まるインバータの最大出力電圧が、前記永久磁石
同期電動機の誘起電圧よりも大きい場合は、インバータ
のスイッチング素子をオフとし、前記インバータの最大
出力電圧が前記永久磁石同期電動機の誘起電圧よりも小
さい場合は、インバータのスイッチング素子をスイッチ
ングして永久磁石同期電動機の出力トルクを零に制御す
るようにしている。
【0008】上記請求項1の発明では、前記インバータ
の最大出力電圧が前記永久磁石同期電動機の誘起電圧よ
りも大きいか小さいかを、永久磁石同期電動機の回転速
度検出値または推定値を所定値と比較して決定すること
ができ(請求項2の発明)、または、前記インバータの
最大出力電圧が前記永久磁石同期電動機の誘起電圧より
も大きいか小さいかを、インバータの入力直流電圧検出
値を所定値と比較して決定することができ(請求項3の
発明)、もしくは、前記インバータの最大出力電圧が前
記永久磁石同期電動機の誘起電圧よりも大きいか小さい
かを、永久磁石同期電動機の回転速度検出値または推定
値に所定の係数を乗じて得られる誘起電圧推定値と、イ
ンバータの入力直流電圧検出値に所定の係数を乗じて得
られる最大出力電圧値とを比較して決定することができ
る(請求項4の発明)。
【0009】
【発明の実施の形態】図1はこの発明の第1の実施の形
態を示す構成図である。同図からも明らかなように、こ
の実施例は図8に示す従来例に対し、パルスオフ指令信
号作成回路76を付加した点が特徴である。このパルス
オフ指令信号作成回路76は、トルク指令値として零の
惰行指令が与えられたとき、前記インバータの入力直流
電圧とスイッチング方式で決まるインバータの最大出力
電圧が、前記永久磁石同期電動機の誘起電圧よりも大き
いときは、インバータのスイッチング素子をオフとし、
前記インバータの最大出力電圧が前記永久磁石同期電動
機の誘起電圧よりも小さいときは、インバータのスイッ
チング素子をスイッチングするようにする。
【0010】パルスオフ指令信号作成回路76の具体的
を図2に示す。ここでは、ヒステリシス特性を持つコン
パレータ761と、AND素子762とから構成され
る。コンパレータ761は、図1に示す回転速度検出器
75を介して得られる回転速度検出値ωを所定値ωAと
比較し、ω≧ωAのとき“1”を、またω<ωAのとき
“0”をそれぞれ出力する。AND素子762はコンパ
レータ761の出力と惰行指令信号との論理積演算を行
ない、パルスオフ指令信号(ゲートオフ信号)を生成す
る。
【0011】図3に電動機誘起電圧とインバータ最大出
力電圧Vmaxの関係を示す。すなわち、誘起電圧は回
転速度ωに比例し、インバータ最大出力電圧Vmaxは
直流電圧Vdcとインバータのスイッチング方式で決ま
り、直流電圧が一定のときは一定値である。したがっ
て、このインバータ最大出力電圧Vmaxと誘起電圧が
一致する回転速度ωを、この場合の所定の回転速度ωA
としているわけである。
【0012】図4はこの発明の第2の実施の形態を示す
構成図、図5はパルスオフ指令信号作成回路76の他の
具体例を示す回路図である。すなわち、図1のパルスオ
フ指令信号作成回路76には、惰行指令信号と回転速度
検出器75からの回転速度検出値ωとが導入されている
のに対し、図4ではこれらに加えて直流電圧Vdcをも
導入するようにした点が特徴である。
【0013】したがって、図5に示すように、コンパレ
ータ761には、図4に示す電圧センサ2からの電圧検
出値Vdcが入力され、これを所定値VAと比較する。
その結果、Vdc≧VAのとき“1”を、またVdc<
VAのとき“0”をそれぞれ出力する。AND素子76
2はコンパレータ761の出力と惰行指令信号との論理
積演算を行ない、パルスオフ指令信号(ゲートオフ信
号)を生成する。図6は所定値VAの説明図である。す
なわち、誘起電圧は回転速度ωに比例し、インバータ最
大出力電圧Vmaxは直流電圧Vdcに比例する。した
がって、最高回転速度ωmaxのときの誘起電圧とイン
バータ最大出力電圧Vmaxが一致するときの直流電圧
Vdcを所定値VAとするものである。
【0014】図7はこの発明の第3の実施の形態を示す
構成図で、パルスオフ指令信号作成回路76のさらに他
の具体例を示す。なお、システム構成は図4と同じであ
る。パルスオフ指令信号作成回路76はここでは、コン
パレータ761、AND素子762および乗算器76
3,764より構成される。乗算器763は回転速度検
出値ωと誘起電圧係数φを乗算し、誘起電圧推定値を出
力する。一方、乗算器764では直流電圧検出値Vdc
に、インバータのスイッチング方式で決まる係数Aを乗
算して、インバータ最大出力電圧値を出力する。コンパ
レータ761は、これらを比較しインバータ最大出力電
圧値が誘起電圧推定値よりも小さいときに“0”、イン
バータ最大出力電圧値が誘起電圧推定値よりも大きいと
きに“1”を出力する。運転指令信号のうちの1つであ
る惰行指令信号とコンパレータ761の出力とを、AN
D素子762で論理積演算しパルスオフ指令信号(ゲー
トオフ信号)を生成する。
【0015】
【発明の効果】この発明によれば、例えば電気車などの
定出力範囲の広い用途に用いられる永久磁石同期電動機
の駆動システムにおいて、惰行指令時にブレーキが掛か
ったり、惰行指令から再力行,回生に移行するときに大
電流を流したりすることなしに、システムの小型化と高
効率化を図ることが可能となる利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1の実施の形態を示す構成図であ
る。
【図2】図1に示すパルスオフ指令信号作成回路の具体
例を示す回路図である。
【図3】所定値ωAの説明図である。
【図4】この発明の第2の実施の形態を示す構成図であ
る。
【図5】図4に示すパルスオフ指令信号作成回路の具体
例を示す回路図である。
【図6】所定値VAの説明図である。
【図7】この発明の第3の実施の形態を示す構成図であ
る。
【図8】従来例を示す構成図である。
【図9】図8に示すパルスON/OFF回路の具体例を
示す回路図である。
【図10】電動機の回転速度対トルク,誘起電圧および
出力の関係説明図である。
【符号の説明】
1…直流電源、2…電圧センサ、3…インバータ、4…
電流検出器、5…永久磁石同期電動機(PMモータ,電
動機)、6…位置センサ、7…制御装置、71…トルク
指令演算回路、72…モータ制御回路、73…パルスO
N/OFF回路、74…位置検出回路、75…速度検出
回路、76…パルスOFF指令信号作成回路、761…
コンパレータ、762…AND素子、763,764…
乗算器。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 スイッチング素子をスイッチングして電
    源からの直流電圧を交流電圧に変換するインバータと、
    このインバータのスイッチング素子をスイッチングする
    か、またはオフするかの切り換えを行なう切換機能を含
    む前記インバータの制御手段とを備え、永久磁石同期電
    動機の出力トルクをその指令値に一致させるべく制御す
    る永久磁石同期電動機の制御方法において、 前記トルク指令値として零の惰行指令が与えられたと
    き、前記インバータの入力直流電圧とスイッチング方式
    で決まるインバータの最大出力電圧が、前記永久磁石同
    期電動機の誘起電圧よりも大きい場合は、インバータの
    スイッチング素子をオフとし、前記インバータの最大出
    力電圧が前記永久磁石同期電動機の誘起電圧よりも小さ
    い場合は、インバータのスイッチング素子をスイッチン
    グして永久磁石同期電動機の出力トルクを零に制御する
    ことを特徴とする永久磁石同期電動機の制御方法。
  2. 【請求項2】 前記インバータの最大出力電圧が前記永
    久磁石同期電動機の誘起電圧よりも大きいか小さいか
    を、永久磁石同期電動機の回転速度検出値または推定値
    を所定値と比較して決定することを特徴とする請求項1
    に記載の永久磁石同期電動機の制御方法。
  3. 【請求項3】 前記インバータの最大出力電圧が前記永
    久磁石同期電動機の誘起電圧よりも大きいか小さいか
    を、インバータの入力直流電圧検出値を所定値と比較し
    て決定することを特徴とする請求項1に記載の永久磁石
    同期電動機の制御方法。
  4. 【請求項4】 前記インバータの最大出力電圧が前記永
    久磁石同期電動機の誘起電圧よりも大きいか小さいか
    を、永久磁石同期電動機の回転速度検出値または推定値
    に所定の係数を乗じて得られる誘起電圧推定値と、イン
    バータの入力直流電圧検出値に所定の係数を乗じて得ら
    れる最大出力電圧値とを比較して決定することを特徴と
    する請求項1に記載の永久磁石同期電動機の制御方法。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007336647A (ja) * 2006-06-13 2007-12-27 Toshiba Corp 電気車制御装置
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JP2010093996A (ja) * 2008-10-10 2010-04-22 Denso Corp 電力変換装置
JP2014007847A (ja) * 2012-06-25 2014-01-16 Denso Corp 回転機の制御装置

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