JPWO2010050020A1

JPWO2010050020A1 - 永久磁石同期電動機の制御装置

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Publication number: JPWO2010050020A1
Application number: JP2010535560A
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Inventors: 雅哉原川; 啓太堀井; 敦生葉石
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-10-29
Filing date: 2008-10-29
Publication date: 2012-03-29
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Abstract

製品ＣＰＵへの負担を大きくすることなく、永久磁石同期電動機がＳＰＭモータであるかＩＰＭモータであるかを問わず、低速運転時や中速運転時だけでなく高速運転時においても、精度の良いトルク制御が可能な永久磁石同期電動機の制御装置を得ることを目的として、ｄ軸とｑ軸の各電流修正指令（ｉｄ＊ｃｍｄ、ｉｑ＊ｃｍｄ）の電流位相βｉとトルク指令Ｔｍ＊とからトルク修正指令Ｔｍ＊ｃｍｄを生成し、該トルク修正指令Ｔｍ＊ｃｍｄをトルク指令Ｔｍ＊に代えてｄ／ｑ軸電流指令生成器９に供給するトルク補正回路（１，２，３ａ）を備えた。

Description

この発明は、永久磁石同期電動機の制御装置に関するものである。

永久磁石同期電動機の制御では、トルクを自由に制御できるベクトル制御が多く用いられている。ベクトル制御を採用する制御装置は、ＰＷＭインバータが永久磁石同期電動機に出力する３相のモータ電流を回転する直交２軸のｄｑ軸座標上に分解して励磁電流成分であるｄ軸電流とトルク寄与成分であるｑ軸電流とに変換し、その変換した実際に永久磁石同期電動機に流れているｄ軸電流及びｑ軸電流を、外部から与えられるトルク指令から生成したｄ軸電流指令及びｑ軸電流指令に追従するように、比例積分制御を行う電流制御器が、前記ＰＷＭインバータを制御する構成を採用している。

したがって、永久磁石同期電動機の制御装置によるトルク制御の精度は、外部から与えられるトルク指令からｄ軸電流指令及びｑ軸電流指令を生成するｄ／ｑ軸電流指令生成器において適切なｄ軸電流指令及びｑ軸電流指令を生成できるか否かに依存している。

ここで、永久磁石同期電動機のうち、突極性がないＳＰＭ（Surface Permanent Magnet）モータでのトルク発生式は、式（１）で与えられる。なお、式（１）において、Ｔ_ｍ ^＊は外部から与えられるトルク指令であり、ｉ_ｑ ^＊はｑ軸電流指令であり、Ｋ_ｔは永久磁石同期電動機のトルク定数である。

そして、式（１）を次の式（２）のように変形し、ｄ／ｑ軸電流指令生成器をこの式（２）に基づいた演算を実施するように構成すれば、トルクを制御することが可能になる。なお、式（２）において、ｉ_ｄ ^＊はｄ軸電流指令である。

また、永久磁石同期電動機のうち、突極性があるＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）モータでのトルク発生式は次の式（３）で与えられる。なお、式（３）において、Ｐ_ｍ，Ｌ_ｄ，Ｌ_ｑは、それぞれ、永久磁石同期電動機の極対数、ｄ軸インダクタンス、ｑ軸インダクタンスである。

ＩＰＭモータに対しては、ｄ／ｑ軸電流指令生成器を、この式（３）に基づいた演算を実施するように構成する、或いは、予め用意した式（３）に基づいたテーブルデータを参照するように構成すれば、トルクを制御することが可能になる。なお、ｄ軸インダクタンス、ｑ軸インダクタンスは、電流の大きさによって非線形に変化することが一般に知られているので、それを考慮してｄ／ｑ軸電流指令生成器を構成することで、トルク制御の精度を向上させることも可能である。

ところで、近年、永久磁石同期電動機を高速運転させるために、インバータ出力電圧を使い切る定出力領域での運転が増えてきている。この運転では、インバータ出力電圧の飽和を抑える必要があるので、その手段の一つとして、ｄ軸電流を負方向に増加させるいわゆる弱め界磁制御を行うことが多くなっている。

弱め界磁制御の一手法が特許文献１（第１１図）に示されている。これを永久磁石同期電動機の制御装置に適用すると、次のようになる。すなわち、ｑ軸電圧成分とｑ軸電圧指令との偏差からｑ軸電圧飽和量を求め、求めたｑ軸電圧飽和量と回転角速度とからｄ軸電流修正量を求める。また、ｄ軸電圧成分とｄ軸電圧指令との偏差からｄ軸電圧飽和量を求め、求めたｄ軸電圧飽和量と回転角速度とからｑ軸電流修正量を求める。そして、求めたｄ軸とｑ軸の各電流修正量を用いて、ｄ／ｑ軸電流指令生成器が出力するｄ軸とｑ軸の各電流指令に修正を加える構成である。この構成によれば、永久磁石同期電動機におけるトルク制御と高速運転領域での安定運転との両方を目指すことができるので、高速運転時に電圧飽和の発生を抑え、安定した運転を実現でき、制御の安定性を格段に向上させることができる。

国際公開第０３／００９４６３号パンフレット特開２０００−１１６１９８号公報

しかし、上記した弱め界磁制御でのトルク制御の精度に関し、従来は、永久磁石同期電動機の中でもＳＰＭモータが多く使われていたので、問題になることは少なかったが、近年、永久磁石電動機の高速運転化に伴い、磁石剥がれの問題が起こらないＩＰＭモータが多く使われるようになってきたことから、問題が生じている。

すなわち、ＳＰＭモータでは、トルクの発生は式（１）に基づくので、ｄ／ｑ軸電流指令生成器から出力されるｄ軸とｑ軸の各電流指令がその後で修正されても、ｑ軸電流指令の変化分だけがトルク制御の精度に影響を及ぼす。そのため、トルク制御の精度劣化は、実使用上において問題になるレベルではなかった。

ところが、ＩＰＭモータでは、トルクの発生は式（３）に基づくので、ｄ／ｑ軸電流指令生成器から出力されるｄ軸とｑ軸の各電流指令がその後で修正されると、その両方の電流指令の変化分がトルク制御の精度に影響を及ぼす。そのため、トルク制御の精度は、ＳＰＭモータ使用時でのトルク制御の劣化以上に低下することがある。

また、ＩＰＭモータでは、運転状況に応じた適切なｄ軸電流を流すことで、運転効率を上げられることも一般に知られている。そのため、ｄ／ｑ軸電流指令生成器から出力されるｄ軸電流指令を、ＩＰＭモータの運転効率を上げる目的で修正することもある。この場合には、高速運転に限らず、低速運転や中速運転においても、多少、トルク制御の精度が低下することもある。

この問題に対して、例えば、上記の特許文献２（第４の実施の形態）では、高速運転時におけるモータ端子電圧が一定の条件において、最大のトルクを安定に出力するための手法が提案されているので、これを用いれば、ｄ／ｑ軸電流指令生成器を、高速運転時に電圧飽和が発生しないという点まで考慮して構成することは可能である。

しかし、上記特許文献２に記載の技術を適用したｄ／ｑ軸電流指令生成器では、モータ等価回路に基づく電圧関係式と式（３）に示したトルク関係式との双方を満たすｄ軸電流指令及びｑ軸電流指令を作り出す必要があるので、かなり複雑な演算を必要とし、製品ＣＰＵへの負担が非常に大きくなるという問題がある。

この発明は、上記に鑑みてなされたものであり、製品ＣＰＵへの負担を大きくすることなく、永久磁石同期電動機がＳＰＭモータであるかＩＰＭモータであるかを問わず、低速運転時や中速運転時だけでなく高速運転時においても、精度の良いトルク制御が可能な永久磁石同期電動機の制御装置を得ることを目的とする。

上述した目的を達成するために、この発明は、外部から入力されるトルク指令からｄ軸とｑ軸の各電流指令を生成するｄ／ｑ軸電流指令生成器と、前記ｄ軸とｑ軸の各電流指令と対応するｄ軸とｑ軸の各電流修正量との偏差であるｄ軸とｑ軸の各電流修正指令に、永久磁石同期電動機に実際に流れているｄ軸とｑ軸の各電流が一致するようにするｄ軸とｑ軸の各電圧指令を比例積分制御によって生成する電流制御器とを備える永久磁石同期電動機の制御装置において、前記ｄ軸とｑ軸の各電流修正指令の電流位相と前記トルク指令とからトルク修正指令を生成し、該トルク修正指令を前記トルク指令に代えて前記ｄ／ｑ軸電流指令生成器に供給するトルク補正回路を備えたことを特徴とする。

この発明によれば、外部から入力されるトルク指令を、直接ｄ／ｑ軸電流指令生成器に供給するのではなく、追加したトルク補正回路に入力する。この追加したトルク補正回路は、少ない演算量で、その外部から入力されるトルク指令と修正された後のｄ軸とｑ軸の各電流指令の電流位相とを用いてトルク修正指令を生成し、それをｄ／ｑ軸電流指令生成器に供給する。これによって、ｄ／ｑ軸電流指令生成器は、実際の運転状態を反映する形でｄ軸とｑ軸の各電流指令を生成できるので、永久磁石同期電動機がＳＰＭモータであるかＩＰＭモータであるかを問わず、低速運転時や中速運転時だけでなく高速運転時においても、適切なｄ軸とｑ軸の各電流指令を生成できるようになる。つまり、この発明は、製品ＣＰＵへの負担を大きくすることなく、全運転領域において精度の良いトルク制御が可能になるという効果を奏する。

図１は、この発明の実施の形態１による永久磁石同期電動機の制御装置の要部構成を示すブロック図である。図２は、永久磁石同期電動機の弱め界磁制御を行う制御装置の一般的な構成例を示すブロック図である。図３は、図１に示すトルク補正係数ｋ_１のテーブルデータの一例を示す図である。図４は、実施の形態１をＩＰＭモータに適用した場合の運転特性を従来例と比較して示す特性図である。図５は、この発明の実施の形態２による永久磁石同期電動機の制御装置の要部構成を示すブロック図である。図６は、図５に示すトルク修正指令Ｔ_ｍ ^＊ｃｍｄのテーブルデータの一例を示す図である。図７は、この発明の実施の形態３による永久磁石同期電動機の制御装置の要部構成を示すブロック図である。図８は、この発明の実施の形態４による永久磁石同期電動機の制御装置の要部構成を示すブロック図である。

符号の説明

１電流位相演算器
２，４トルク補正器
３ａ，３ｂ，３ｃ乗算器
５電流振幅変化率演算器
９ｄ／ｑ軸電流指令生成器
１０，１１，１２，１３減算器
１４ｄ軸電流制御器
１５ｑ軸電流制御器
１６二相三相座標変換器
１７ＰＷＭインバータ
１８永久磁石同期電動機
１９ａ，１９ｂ，１９ｃ電流検出器
２０三相二相座標変換器
２１速度検出器
２２係数器
２３積分器

以下に図面を参照して、この発明にかかる永久磁石同期電動機の制御装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による永久磁石同期電動機の制御装置の要部構成を示すブロック図である。図２は、永久磁石同期電動機の弱め界磁制御を行う制御装置の一般的な構成例を示すブロック図である。

図１に示す実施の形態１による永久磁石同期電動機の制御装置の要部（トルク補正回路）は、図２に示すこの発明が対象とする従来の弱め界磁制御を行う制御装置に追加した、電流位相演算器１とトルク補正器２と乗算器３ａとで構成される。

ここでは、この発明の理解を容易にするため、まず、図２を参照して、この発明が対象とする従来の弱め界磁制御を行う制御装置の構成と動作について簡単に説明し、その後、図１を参照して、この実施の形態１による制御装置の要部構成の動作について説明する。

図２において、従来の弱め界磁制御を行う制御装置は、永久磁石同期電動機（ＰＭ）１８を制御する構成として、ｄ／ｑ軸電流指令生成器９と、減算器１０，１１，１２，１３と、ｄ軸電流制御器１４と、ｑ軸電流制御器１５と、二相三相座標変換器１６と、ＰＷＭインバータ１７と、電流検出器１９ａ，１９ｂ，１９ｃと、三相二相座標変換器２０と、速度検出器２１と、係数器２２と、積分器２３とを備えている。

ＰＷＭインバータ１７は、二相三相座標変換器１６から入力される電圧指令Ｖ_Ｕ ^＊，Ｖ_Ｖ ^＊，Ｖ_Ｗ ^＊に基づき永久磁石同期電動機１８に供給する駆動電力を生成する。なお、Ｖｄｃは、母線電圧である。

速度検出器２１は、駆動される永久磁石同期電動機１８の回転速度ω_ｒを検出する。係数器２２は、速度検出器２１が検出した回転速度ω_ｒからｄｑ軸座標の回転角速度ω_１を演算する。積分器２３は、係数器２２が演算したｄｑ軸座標の回転角速度ω_１を積分し、それをｄｑ軸座標の位相角θとして、二相三相座標変換器１６と三相二相座標変換器２０とに出力する。

電流検出器１９ａ，１９ｂ，１９ｃは、ＰＷＭインバータ１７から永久磁石同期電動機１８に供給されるモータ駆動電流ｉ_Ｕ，ｉ_Ｖ，ｉ_Ｗを検出し、それを三相二相座標変換器２０に出力する。

三相二相座標変換器２０は、積分器２３から入力されるｄｑ軸座標の位相角θに基づいて、電流検出器１９ａ，１９ｂ，１９ｂが検出したモータ駆動電流ｉ_Ｕ，ｉ_Ｖ，ｉ_Ｗをｄｑ軸座標上のｄ軸電流ｉ_ｄとｑ軸電流ｉ_ｑとに変換し、それらを減算器１２，１３の対応するものに出力する。

ｄ／ｑ軸電流指令生成器９は、外部から入力される任意のトルク指令Ｔ_ｍ ^＊から、前記した式（２）または式（３）の演算を行って、回転する直交２軸のｄｑ軸座標上におけるｄ軸電流指令ｉ_ｄ ^＊とｑ軸電流指令ｉ_ｑ ^＊とを生成し、ｄ軸電流指令ｉ_ｄ ^＊を減算器１０の一方の入力端子に出力し、ｑ軸電流指令ｉ_ｑ ^＊を減算器１１の一方の入力端子に出力する。

減算器１０の他方の入力端子にはｄ軸電流修正量Δｉ_ｄ ^＊が入力され、減算器１１の他方の入力端子にはｑ軸電流修正量Δｉ_ｑ ^＊が入力される。ｄ軸電流修正量Δｉ_ｄ ^＊とｑ軸電流修正量Δｉ_ｑ ^＊との生成源は示してないが、前記した特許文献１（第１１図）に提案されている方法を適用して生成される。ここでは、再述しない。

減算器１０は、ｄ軸電流指令ｉ_ｄ ^＊とｄ軸電流修正量Δｉ_ｄ ^＊との偏差を演算し、それをｄ軸電流修正指令ｉ_ｄ ^＊ｃｍｄとして減算器１２の一方の入力端子に出力する。この減算器１２の他方の入力端子には三相二相座標変換器２０からｄ軸電流ｉ_ｄが入力される。また、減算器１１は、ｑ軸電流指令ｉ_ｑ ^＊とｑ軸電流修正量Δｉ_ｑ ^＊との偏差を演算し、それをｑ軸電流修正指令ｉ_ｑ ^＊ｃｍｄとして減算器１３の一方の入力端子に出力する。この減算器１３の他方の入力端子には三相二相座標変換器２０からｑ軸電流ｉ_ｑが入力される。

減算器１２は、ｄ軸電流修正指令ｉ_ｄ ^＊ｃｍｄとｄ軸電流ｉ_ｄとの偏差を演算し、それを電流偏差ｅ_ｉｄとしてｄ軸電流制御器１４に出力する。また、減算器１３は、ｑ軸電流修正指令ｉ_ｑ ^＊ｃｍｄとｑ軸電流ｉ_ｑとの偏差を演算し、それを電流偏差ｅ_ｉｑとしてｑ軸電流制御器１５に出力する。

ｄ軸電流制御器１４及びｑ軸電流制御器１５は、それぞれ、比例積分（ＰＩ）制御を行うＰＩ制御器である。すなわち、ｄ軸電流制御器１４及びｑ軸電流制御器１５は、それぞれ、減算器１２，１３から入力される電流偏差ｅ_ｉｄ，ｅ_ｉｑをゼロにする操作量であるｄ軸電圧指令Ｖ_ｄ ^＊，ｑ軸電圧指令Ｖ_ｑ ^＊をＰＩ制御によって生成し、それらを二相三相座標変換器１６に出力する。

二相三相座標変換器１６は、積分器２３から入力されるｄｑ軸座標の位相角θに基づいて、ｄ軸電流制御器１４及びｑ軸電流制御器１５から入力されるｄ軸電圧指令Ｖ_ｄ ^＊，ｑ軸電圧指令Ｖ_ｑ ^＊を電圧指令Ｖ_Ｕ ^＊，Ｖ_Ｖ ^＊，Ｖ_Ｗ ^＊に変換し、それらを前記ＰＷＭインバータ１７に出力する。

以上のように、弱め界磁制御を行うベクトル制御では、電流制御器（ｄ軸電流制御器１４及びｑ軸電流制御器１５）によって、永久磁石同期電動機１８に実際に供給するｄ軸電流ｉ_ｄ及びｑ軸電流ｉ_ｑが、それぞれ、ｄ軸電流修正指令ｉ_ｄ ^＊ｃｍｄ及びｑ軸電流修正指令ｉ_ｑ ^＊ｃｍｄに一致するようにコントロールされる。

さて、図１において、この実施の形態１による制御装置の要部構成を説明する。電流位相演算器１は、減算器１０，１１の各出力（ｄ軸電流修正指令ｉ_ｄ ^＊ｃｍｄ、ｑ軸電流修正指令ｉ_ｑ ^＊ｃｍｄ）を入力とし、電流位相β_ｉをトルク補正器２に出力する。

トルク補正器２は、外部からのトルク修正指令Ｔ_ｍ ^＊と電流位相演算器１からの電流位相β_ｉとを入力とし、トルク補正係数ｋ_１を乗算器３ａに出力する。

乗算器３ａは、外部からのトルク指令Ｔ_ｍ ^＊とトルク補正器２からのトルク補正係数ｋ_１とを入力とし、トルク修正指令Ｔ_ｍ ^＊ｃｍｄをｄ／ｑ軸電流指令生成器９に出力する。

次に、この実施の形態１による制御装置の要部の動作について説明する。ｄ／ｑ軸電流指令生成器９は、元々、永久磁石同期電動機１８のトルク制御を実現するために設けてあるが、高速運転時の電圧飽和の発生を抑え、安定した運転を実現するために、弱め界磁制御を行う必要が生ずる。

そのため、図２に示すように、ｄ軸電流修正量Δｉ_ｄ ^＊及びｑ軸電流修正量Δｉ_ｑ ^＊を供給して、ｄ／ｑ軸電流指令生成器９が出力するｄ軸電流指令ｉ_ｄ ^＊及びｑ軸電流指令ｉ_ｑ ^＊を修正する構成が採用されている。そうすると、特にＩＰＭモータでは、発生トルクが大きく変化してしまい、トルク制御の精度が低下する。これらは、前記した。

そこで、この実施の形態１では、精度の良いトルク制御を実現するために、外部からのトルク指令Ｔ_ｍ ^＊を、直接ｄ／ｑ軸電流指令生成器９に供給するのではなく、修正された後のｄ軸とｑ軸の各電流指令（ｄ軸電流修正指令ｉ_ｄ ^＊ｃｍｄ、ｑ軸電流修正指令ｉ_ｑ ^＊ｃｍｄ）の電流位相β_ｉを用いて、外部からのトルク指令Ｔ_ｍ ^＊に修正を加え、それをｄ／ｑ軸電流指令生成器９に与えるようにしている。

すなわち、電流位相演算器１は、減算器１０が出力するｄ軸電流修正指令ｉ_ｄ ^＊ｃｍｄと、減算器１１が出力するｑ軸電流修正指令ｉ_ｑ ^＊ｃｍｄとを次の式（４）に適用して電流位相β_ｉを演算し、それをトルク補正器２に出力する。

トルク補正器２は、外部からのトルク指令Ｔ_ｍ ^＊と電流位相演算器１からの電流位相β_ｉとに基づいてトルク補正係数ｋ_１を生成し、それを乗算器３ａの一方の入力端子に出力する。なお、トルク補正係数ｋ_１は、予め実験を行って求めることができるので、メモリにテーブルデータとして保持しておくことができる。この実施の形態１では、この方法を用いている。

図３は、図１に示すトルク補正係数ｋ_１のテーブルデータの一例を示す図である。図３では、横軸がトルク指令Ｔ_ｍ ^＊［％］であり、縦軸がトルク補正係数ｋ_１である。電流位相β_ｉ［°］の値に応じた数本の特性曲線（図３では、β_ｉ＝６０［°］、β_ｉ＝５０［°］、β_ｉ＝４０［°］、β_ｉ＝３０［°］、β_ｉ＝１５［°］、β_ｉ＝０［°］の６本）が示されている。これらの特性曲線は、トルク指令Ｔ_ｍ ^＊と電流位相β_ｉとの各値を入力し、必要に応じて補間等を実施して作成したものである。

トルク補正器２は、外部からのトルク指令Ｔ_ｍ ^＊と電流指令生成器１からの電流位相β_ｉとの各値をアドレス情報として図３に示すテーブルデータを保持するメモリに入力し、縦軸に取られたトルク補正係数ｋ_１を取り出し、それを乗算器３ａに出力するように構成される。勿論、トルク補正器２は、図３に示すようなテーブルデータを関数の形態で保持しておき、演算によってトルク補正係数ｋ_１を導出してもよい。

乗算器３ａは、外部からのトルク指令Ｔ_ｍ ^＊とトルク補正器２からのトルク補正係数ｋ_１とを乗算し、その乗算結果をトルク修正指令Ｔ_ｍ ^＊ｃｍｄとしてｄ／ｑ軸電流指令生成器９に出力する。

このように、追加した補正回路（電流位相演算器１、トルク補正器２、乗算器３ａ）での演算量は、少ないので、製品ＣＰＵに与える負担の増加は少ないと言える。

この実施の形態１では、ｄ／ｑ軸電流指令生成器９は、外部からのトルク指令Ｔ_ｍ ^＊に代えて、修正されたトルク修正指令Ｔ_ｍ ^＊ｃｍｄからｄ軸電流指令ｉ_ｄ ^＊及びｑ軸電流指令ｉ_ｑ ^＊を生成する。これによって、例えば図４に示す運転特性が得られる。

図４は、実施の形態１をＩＰＭモータに適用した場合の運転特性を従来例と比較して示す特性図である。図４では、ＩＰＭモータに対して、実施の形態１（図１）を適用した場合の高速運転、中速運転、低速運転の各運転特性と、従来例（図２）を適用した場合の高速運転、中速運転、低速運転の各運転特性とが示されている。

図４では、横軸がトルク指令［％］であり、縦軸がトルク誤差（精度）［％］である。図４に示す各運転特性は、横軸に取ったトルク指令の大きさに対して、実際に出力されたトルクの値との差をトルク誤差と定義してプロットしたものである。トルク誤差がゼロのときに、永久磁石同期電動機１８では、トルク指令通りの出力が行われていて最もトルク制御精度が良いものとする。

図４に示すように、従来例（図２）では、高速運転をした場合にトルク制御の精度が低下する。これに対して実施の形態１（図１）では、高速運転をした場合でも精度の良いトルク制御が行えることが分かる。また、低速運転や中速運転においても、実施の形態１（図１）では、トルク制御の精度を改善できることが分かる。

以上説明したように実施の形態１によれば、外部から入力されるトルク指令Ｔ_ｍ ^＊を、直接ｄ／ｑ軸電流指令生成器９に供給するのではなく、追加した補正回路に入力する。追加した補正回路は、少ない演算量で、修正された後のｄ軸電流指令及びｑ軸電流指令の電流位相β_ｉを用いてトルク補正係数ｋ_１を導き、そのトルク補正係数ｋ_１を用いてトルク指令Ｔ_ｍ ^＊を修正してｄ／ｑ軸電流指令生成器９に与えるようにした。

これによって、ｄ／ｑ軸電流指令生成器９は、実際の運転状態を反映する形でｄ軸とｑ軸の各電流指令を生成できるので、永久磁石同期電動機１８がＳＰＭモータであるかＩＰＭモータであるかを問わず、低速運転時や中速運転時だけでなく高速運転時においても、適切なｄ軸とｑ軸の各電流指令を生成できるようになる。したがって、製品ＣＰＵへの負担を大きくすることなく、全運転領域において精度の良いトルク制御を行うことが可能となる。

なお、実施の形態１では、永久磁石同期電動機１８に実際に流れているｄ軸電流ｉ_ｄ及びｑ軸電流ｉ_ｑを式（３）に適用して求めたトルク値に、トルク補正係数ｋ_１の逆数を乗ずることで、実際に発生しているトルクの値を精度良く推定することが可能になるという利点も得られる。

実施の形態２．
図５は、この発明の実施の形態１による永久磁石同期電動機の制御装置の要部構成を示すブロック図である。なお、図５では、図１（実施の形態１）に示した構成要素と同一ないしは同等である構成要素には同一の符号が付されている。ここでは、この実施の形態２に関わる部分を中心に説明する。

図５に示す実施の形態２による永久磁石同期電動機の制御装置の要部（トルク補正回路）は、図１（実施の形態１）に示した構成において、トルク補正器２と乗算器３ａに代えてトルク補正器４が設けられている。この構成によれば、乗算器を不要にすることができるので、全体の演算量を更に減らすことができ、製品ＣＰＵに与える負担を更に軽減することができる。

トルク補正器４は、外部からのトルク指令Ｔ_ｍ ^＊と電流位相演算器１からの電流位相β_ｉとに基づき直接トルク修正指令Ｔ_ｍ ^＊ｃｍｄを生成し、それをｄ／ｑ軸電流指令生成器９に出力する。なお、トルク修正指令Ｔ_ｍ ^＊ｃｍｄは、予め実験を行って求めることができるので、メモリにテーブルデータとして保持しておくことができる。この実施の形態２では、この方法を用いている。

図６は、図５に示すトルク修正指令Ｔ_ｍ ^＊ｃｍｄのテーブルデータの一例を示す図である。図６では、横軸がトルク指令Ｔ_ｍ ^＊［％］であり、縦軸がトルク修正指令Ｔ_ｍ ^＊ｃｍｄ［％］である。電流位相β_ｉ［°］の値に応じた数本の特性曲線（図６では、β_ｉ＝６０［°］、β_ｉ＝５０［°］、β_ｉ＝４０［°］、β_ｉ＝３０［°］、β_ｉ＝１５［°］、β_ｉ＝０［°］の６本）が示されている。これらの特性曲線は、トルク指令Ｔ_ｍ ^＊と電流位相β_ｉとの各値を入力し、必要に応じて補間等を実施して作成したものである。

トルク補正器４は、外部からのトルク指令Ｔ_ｍ ^＊と電流指令生成器１からの電流位相β_ｉとの各値をアドレス情報として図６に示すテーブルデータを保持するメモリに入力し、縦軸に取られたトルク修正指令Ｔ_ｍ ^＊ｃｍｄを取り出し、それをｄ／ｑ軸電流指令生成器９に出力するように構成される。勿論、トルク補正器４は、図６に示すようなテーブルデータを関数の形態で保持しておき、演算によってトルク修正指令Ｔ_ｍ ^＊ｃｍｄを導出してもよい。

以上説明したように実施の形態２によれば、実施の形態１と同様の作用・効果が得られるのに加えて、トルク補正係数ｋ_１を求めずに、直接トルク修正指令Ｔ_ｍ ^＊ｃｍｄを求めるようにしているので、全体の演算量を更に減らすことができ、製品ＣＰＵに与える負担を実施の形態１よりも軽減することができる。

実施の形態３．
図７は、この発明の実施の形態３による永久磁石同期電動機の制御装置の要部構成を示すブロック図である。なお、図７では、図１（実施の形態１）に示した構成要素と同一ないしは同等である構成要素には同一の符号が付されている。ここでは、この実施の形態３に関わる部分を中心に説明する。

図７に示すこの実施の形態３による永久磁石同期電動機の制御装置の要部（トルク補正回路）は、図１（実施の形態１）に示した構成において、電流振幅変化率演算器５が追加され、乗算器３ａに代えて乗算器３ｂが設けられている。

電流振幅変化率演算器５は、ｄ軸電流指令ｉ_ｄ ^＊とｑ軸電流指令ｉ_ｑ ^＊とｄ軸電流修正指令ｉ_ｄ ^＊ｃｍｄとｑ軸電流修正指令ｉ_ｑ ^＊ｃｍｄとを入力とし、トルク補正係数（第２のトルク補正係数）ｋ_２を乗算器３ｂに出力する。

乗算器３ｂは、外部からのトルク指令Ｔ_ｍ ^＊と、トルク補正器２からのトルク補正係数（第１のトルク補正係数）ｋ_１と、電流振幅変化率演算器５からのトルク補正係数（第２のトルク補正係数）ｋ_２とを入力とし、トルク修正指令Ｔ_ｍ ^＊ｃｍｄをｄ／ｑ軸電流指令生成器９に出力する。

次に、この実施の形態３による制御装置の要部の動作について説明する。先に示した実施の形態１，２では、修正された後のｄ軸とｑ軸の各電流指令（ｄ軸電流修正指令ｉ_ｄ ^＊ｃｍｄ、ｑ軸電流修正指令ｉ_ｑ ^＊ｃｍｄ）の電流位相β_ｉを用いて、外部からのトルク指令Ｔ_ｍ ^＊に修正を加える方法を示した。

しかし、ｄ軸電流修正量Δｉ_ｄ ^＊やｑ軸電流修正量Δｉ_ｑ ^＊が供給されることで、前記電流位相β_ｉだけでなく、当然、その電流振幅も変化する。この影響でトルクが変化してしまい、トルク制御の精度が低下することもある。

そこで、この実施の形態３では、更に精度の良いトルク制御を実現するために、ｄ軸とｑ軸の各電流指令の振幅の変化率も用いて、外部からのトルク指令Ｔ_ｍ ^＊に更に修正を加えるようにしている。

すなわち、電流振幅変化率演算器５は、ｄ軸電流指令ｉ_ｄ ^＊とｑ軸電流指令ｉ_ｑ ^＊とｄ軸電流修正指令ｉ_ｄ ^＊ｃｍｄとｑ軸電流修正指令ｉ_ｑ ^＊ｃｍｄとを次の式（５）適用して、修正前の電流振幅と修正後の電流振幅との変化率を計算し、それをトルク修正指令ｋ_２として乗算器３ｂに出力する。

乗算器３ｂは、外部からのトルク指令Ｔ_ｍ ^＊と、トルク補正器２からのトルク補正係数ｋ_１と、電流振幅変化率演算器５からのトルク補正係数ｋ_２とを乗算し、その乗算結果をトルク修正指令Ｔ_ｍ ^＊ｃｍｄとしてｄ／ｑ軸電流指令生成器９に出力する。

以上説明したように実施の形態３によれば、修正された後のｄ軸電流指令及びｑ軸電流指令の電流位相β_ｉを用いてトルク補正係数ｋ_１を導き、更に、ｄ軸電流指令及びｑ軸電流指令の修正前後の電流振幅の変化率を導き、その両方によってトルク指令Ｔ_ｍ ^＊を修正してｄ／ｑ軸電流指令生成器９に与えるようにしたので、実施の形態１，２よりも更に精度の良いトルク制御を行うことが可能となる。

実施の形態４．
図８は、この発明の実施の形態４による永久磁石同期電動機の制御装置の要部構成を示すブロック図である。なお、図８では、図７（実施の形態３）に示した構成要素と同一ないしは同等である構成要素には同一の符号が付されている。ここでは、この実施の形態４に関わる部分を中心に説明する。

図８に示すこの実施の形態４による永久磁石同期電動機の制御装置の要部（トルク補正回路）は、図７（実施の形態３）に示した構成において、トルク補正器２に代えて図５（実施の形態２）で示したトルク補正器４が設けられ、乗算器３ｂに代えて乗算器３ｃが設けられている。

トルク補正器４は、外部からのトルク指令Ｔ_ｍ ^＊と電流位相演算器１からの電流位相β_ｉとを入力とし、トルク修正指令（第１のトルク修正指令）Ｔ_ｍ ^＊ｃｍｄを出力する。

乗算器３ｃは、トルク補正器４からのトルク修正指令（第１のトルク修正指令）Ｔ_ｍ ^＊ｃｍｄと電流振幅変化率演算器５からのトルク補正係数ｋ_２とを入力とし、トルク修正指令（第２のトルク修正指令）Ｔ_ｍ ^＊ｃｍｄ２をｄ／ｑ軸電流指令生成器９に出力する。

次に、この実施の形態３による制御装置の要部の動作について説明する。トルク補正器４は、図５（実施の形態２）にて説明したように、電流位相演算器１からの電流位相β_ｉと外部からのトルク指令Ｔ_ｍ ^＊とから直接トルク修正指令（第１のトルク修正指令）Ｔ_ｍ ^＊ｃｍｄをｄ／ｑ軸電流指令生成器９に出力する。この構成によれば、実施の形態２と同様に、製品ＣＰＵに与える負担を軽減することができる。

乗算器３ｃは、トルク補正器４からのトルク修正指令（第１のトルク修正指令）Ｔ_ｍ ^＊ｃｍｄと、電流振幅変化率演算器５からのトルク補正係数ｋ_２とを乗算し、その乗算結果をトルク修正指令（第２のトルク修正指令）Ｔ_ｍ ^＊ｃｍｄ２としてｄ／ｑ軸電流指令生成器９に出力する。

以上説明したように実施の形態４によれば、実施の形態３の作用・効果が得られるのに加えて、図７（実施の形態３において）において、トルク補正係数ｋ_１を求めずに、直接トルク修正指令（第１のトルク修正指令）Ｔ_ｍ ^＊ｃｍｄを求めるようにしているので、全体の演算量を減らすことができ、製品ＣＰＵに与える負担を実施の形態３よりも軽減することができる。

以上のように、この発明にかかる永久磁石同期電動機の制御装置は、製品ＣＰＵへの負担を大きくすることなく、永久磁石同期電動機がＳＰＭモータであるかＩＰＭモータであるかを問わず、低速運転時や中速運転時だけでなく高速運転時においても、精度の良いトルク制御が可能な永久磁石同期電動機の制御装置として有用である。

Claims

外部から入力されるトルク指令からｄ軸とｑ軸の各電流指令を生成するｄ／ｑ軸電流指令生成器と、前記ｄ軸とｑ軸の各電流指令と対応するｄ軸とｑ軸の各電流修正量との偏差であるｄ軸とｑ軸の各電流修正指令に、永久磁石同期電動機に実際に流れているｄ軸とｑ軸の各電流が一致するようにするｄ軸とｑ軸の各電圧指令を比例積分制御によって生成する電流制御器とを備える永久磁石同期電動機の制御装置において、
前記ｄ軸とｑ軸の各電流修正指令の電流位相と前記トルク指令とからトルク修正指令を生成し、該トルク修正指令を前記トルク指令に代えて前記ｄ／ｑ軸電流指令生成器に供給するトルク補正回路
を備えたことを特徴とする永久磁石同期電動機の制御装置。
前記トルク補正回路は、
前記ｄ軸とｑ軸の各電流修正指令から電流位相を演算する電流位相演算器と、前記トルク指令と前記電流位相とからトルク補正係数を出力するトルク補正器と、前記トルク指令と前記トルク補正係数とを乗算して前記トルク修正指令を出力する乗算器とを備えてい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装置。
前記トルク補正回路は、
前記ｄ軸とｑ軸の各電流修正指令から電流位相を演算する電流位相演算器と、前記トルク指令と前記電流位相とから前記トルク修正指令を出力するトルク補正器とを備えてい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装置。
外部から入力されるトルク指令からｄ軸とｑ軸の各電流指令を生成するｄ／ｑ軸電流指令生成器と、前記ｄ軸とｑ軸の各電流指令と対応するｄ軸とｑ軸の各電流修正量との偏差であるｄ軸とｑ軸の各電流修正指令に、永久磁石同期電動機に実際に流れているｄ軸とｑ軸の各電流が一致するようにするｄ軸とｑ軸の各電圧指令を比例積分制御によって生成する電流制御器とを備える永久磁石同期電動機の制御装置において、
前記ｄ軸とｑ軸の各電流修正指令の電流位相及び電流振幅と前記トルク指令とからトルク修正指令を生成し、該トルク修正指令を前記トルク指令に代えて前記ｄ／ｑ軸電流指令生成器に供給するトルク補正回路
を備えたことを特徴とする永久磁石同期電動機の制御装置。
前記トルク補正回路は、
前記ｄ軸とｑ軸の各電流修正指令から電流位相を演算する電流位相演算器と、前記トルク指令と前記電流位相とから第１のトルク補正係数を出力するトルク補正器と、前記ｄ軸とｑ軸の各電流指令の振幅と前記ｄ軸とｑ軸の各電流修正指令の振幅との変化率を演算しそれを第２のトルク補正係数として出力する電流振幅変化率演算器と、前記トルク指令と前記第１のトルク補正係数と前記第２のトルク補正係数とを乗算して前記トルク修正指令を出力する乗算器とを備えていることを特徴とする請求項４に記載の永久磁石同期電動機の制御装置。
前記トルク補正回路は、
前記ｄ軸とｑ軸の各電流修正指令から電流位相を演算する電流位相演算器と、前記トルク指令と前記電流位相とから第１のトルク修正指令を出力するトルク補正器と、前記ｄ軸とｑ軸の各電流指令の振幅と前記ｄ軸とｑ軸の各電流修正指令の振幅との変化率を演算しそれをトルク補正係数として出力する電流振幅変化率演算器と、前記トルク指令と前記第１のトルク修正指令と前記トルク補正係数とを乗算した第２のトルク修正指令を前記ｄ／ｑ軸電流指令生成器に供給する前記トルク修正指令として出力する乗算器とを備えていることを特徴とする請求項４に記載の永久磁石同期電動機の制御装置。