WO2008038338A1

WO2008038338A1 - Dispositif de commande de vecteur pour moteur de synchronisation à aimant permanent

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Publication number: WO2008038338A1
Application number: PCT/JP2006/319034
Authority: WO
Inventors: Hidetoshi Kitanaka
Original assignee: Mitsubishi Electric Corporation
Priority date: 2006-09-26
Filing date: 2006-09-26
Publication date: 2008-04-03
Also published as: HK1135521A1; US20100277111A1; US8148926B2; EP2068438B1; CN101507101B; ES2424967T3; EP2068438A1; CN101507101A; CA2660380A1; EP2068438A4; KR101053315B1; IN2009CN01380A; KR20090028710A; CA2660380C; JPWO2008038338A1; JP4045307B1

Description

明細書

永久磁石同期電動機のベクトル制御装置

技術分野

[0001] この発明は、永久磁石同期電動機のベクトル制御装置に関し、特に、最大トルク制御を実現できる d軸電流指令 id *、 q軸電流指令 iq *を、簡易な数式を使用して得ることのできる電流指令生成部を備えた永久磁石同期電動機のベクトル制御装置に関するものである。

背景技術

[0002] インバータを使用して永久磁石同期電動機をベクトル制御する技術については、産業界で広く利用されている技術であり、インバータ出力電圧の大きさと位相を個別に操作することで、電動機内の電流ベクトルを最適に操作し、電動機のトルクを高速に瞬時制御するものである。

永久磁石同期電動機は、誘導電動機と比較して、永久磁石による磁束が確立しているので励磁電流が不要であることや、回転子に電流が流れないため、二次銅損が発生しないことなどから高効率な電動機として知られており、近年、電気車の制御装置への適用が検討されて、る。

永久磁石同期電動機のうち、近年注目を集めている埋め込み磁石永久磁石同期電励機 (Interior permanent magnet synchronous machine ^以 f IPMsMと略す）は、永久磁石による磁束により発生するトルクの他に、回転子の磁気抵抗の違いを利用したリラクタンストルクを利用することで効率的にトルクを得ることが知られている。

[0003] しかしながら、 IPMSMは、あるトルクを発生する d軸電流、 q軸電流の組み合わせが無数に存在することが知られている。さらに、 d軸電流、 q軸電流それぞれの大きさをいくらにする力即ち電流ベクトルをどのように選択するかによって、電動機に流れる電流の大きさや力率、鉄損、銅損等の電動機の特性が大きく変化することが知られている。このことから、 IPMSMを効率よく運転するには、用途に応じた適切な電流べタトルを選択して運転する必要がある。つまり、永久磁石同期電動機のベクトル制御装置においては、電動機に流れる電流ベクトルを以下に述べる所望の条件を満たすように瞬時制御するための適切な電流指令を生成する必要があり、トルク指令から電流指令を生成する電流指令生成部を如何に構成するかがシステム構成上重要となる。

[0004] 電流指令の選択方法としては、電動機の効率を最大とする方法、電動機の力率を 1とする方法、ある鎖交磁束に対して得られるトルクを最大とする方法、ある電動機電流に対して得られるトルクを最大とする方法等が存在するが、電気車の制御装置への適用に際しては、ある電流に対して得られるトルクを最大とする方法 (以下、最大トルク制御と呼称する）電動機の高効率運転を可能としつつ、インバータの電流定格を最小とでき、これによりインバータの損失も最小化できるため最適である。

関連した従来技術としては、電動機の種々のトルクに対応する d軸電流 id、 q軸電流 iqの最適値を事前に測定してマップィ匕しておき、電動機の運転中にトルク指令に応じてこのマップを随時参照して、トルク指令に応じた d軸電流指令 id *、 q軸電流指令 iq *を得て、これに電動機の電流が一致するよう電流制御する方法が特許文献 1 に示されている。

[0005] 特許文献 1 :特開 2006— 121855号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0006] し力しながら、マップを参照する方法に関しては、マップを作成するために種々のトルクで電動機を運転しながら電流を測定し、最適な d軸電流 id、 q軸電流 iqの組み合わせを決定する作業ステップが必須となり、マップの作成に多大な手間が力かる上、マップも容量が大きく複雑なものとなり、マップを格納するために大きなメモリ容量が必要となるなど実際のベクトル制御装置への実装も容易ではなく好ましくない。

[0007] この発明は、上記のような従来の問題点を解決するためになされたもので、マップを使用することなぐ簡易な演算式で最大トルク制御を実現できる d軸電流指令 id*、 q軸電流指令 iq *を得る事ができ、実際のベクトル制御装置への容易な実装を可能とする電流指令生成部を備えた永久磁石同期電動機のべ外ル制御装置を提供することを目的とする。課題を解決するための手段

[0008] この発明に係わる永久磁石同期電動機のベクトル制御装置は、直流電圧を任意の周波数の交流電圧に変換して出力するインバータによって駆動される永久磁石同期電動機の電流を、前記電動機の回転電気角に同期して回転する dq軸座標上の量である d軸電流 id、 q軸電流 iqに分離してそれぞれを制御する構成とした永久磁石同期電動機のベクトル制御装置であって、与えられたトルク指令力 d軸電流指令 id *、 q 軸電流指令 iq *を生成する電流指令生成部と、前記電動機の電流が前記電流指令に一致するように動作する電流制御部を備え、前記電流指令生成部は、前記トルク指令を利用して第一の d軸基本電流指令 idl *を生成する d軸基本電流指令生成部と、前記第一の d軸基本電流指令 idl *を入力とし、ゼロ以下に制限した値を第二の d軸基本電流指令 id2 *として出力するリミッタ部と、第二の d軸基本電流指令 id2 * を入力とし、この電流指令 id2 *を、前記電流制御部より出力された d軸電流指令補正値 dVに応じて補正した値を d軸電流指令 id *として出力する d軸電流指令補正部と、前記 d軸電流指令 id *から q軸電流指令 iq *を生成する q軸電流指令生成部とを具備し、前記トルク指令に対応したトルクを最小の電流で発生できる d軸電流指令 id *、 q軸電流指令 iq *を生成するようにしたものである。

発明の効果

[0009] この発明の永久磁石同期電動機のベクトル制御装置によれば、マップを使用せず、簡易な演算式で最大トルク制御を実現することができ、かつ高速域では弱め磁束制御が可能となる d軸電流指令 id *、 q軸電流指令 iq *を得ることができ、実際のベタトル制御装置への容易な実装を可能とした電流指令生成部を有する永久磁石同期電動機のベクトル制御装置を得ることができる。

図面の簡単な説明

[0010] [図 1]この発明の実施の形態 1における永久磁石同期電動機のベクトル制御装置の構成を示す概略図である。

[図 2]この発明の実施の形態 1におけるトルク曲線と最小電流条件を示す曲線との関係を示す図である。

[図 3]この発明の実施の形態 1における電流指令生成部の構成を示すブロック図である。

[図 4]この発明の実施の形態 2における電流指令生成部の構成を示すブロック図である。

符号の説明

[0011] 1 :コンデンサ、 2 :インバータ、 3、 4、 5 :電流検出器、 6 :電動機、

7 :レゾルバ、 8 :電圧検出器、 10 :電流指令生成部、 11 : d軸基本電流指令生成部、 12 :リミッタ部、 13 :絶対値回路、 14 :加算器 (d軸電流指令補正部） 15、 15A: q軸電流指令生成部、 20 :電流制御部、 100 :ベクトル制御装置。発明を実施するための最良の形態

[0012] 実施の形態 1.

図 1は、この発明の実施の形態 1における永久磁石同期電動機のベクトル制御装置の構成を示す図である。

図 1に示すように、実施の形態 1の永久磁石同期電動機のベクトル制御装置の主回路は、直流電源となるコンデンサ 1、コンデンサ 1の直流電圧から任意の周波数の交流電圧に変換するインバータ 2、永久磁石同期電動機 (以下、単に電動機と称す) 6 から構成されている。

回路上には、コンデンサ 1の電圧を検出する電圧検出器 8、インバータ 2の出力線の電流、 iv、 iwを検出する電流検出器 3、 4、 5が配置され、電動機 6には、ロータ位置情報 Θ mを検出するレゾルバ 7が配置されており、それぞれの検出信号はベクトル制御装置 100に入力されている。

[0013] なお、レゾルバ 7の代わりにエンコーダを使用しても良いし、レゾルバ 7から得られる位置信号の代わりに、電圧、電流から位置信号を演算して求める位置センサレス方式を使用してもよぐこの場合、レゾルバ 7は不要となる。つまり、位置信号の取得はレゾルバ 7を使用すること〖こ限定されな!、。

また、電流検出器 3、 4、 5に関して、最低 2相に設置してあれば残りの 1相の電流は演算して求めることが可能であるので、そのように構成しても良いし、インバータ 2の直流側電流からインバータ 2の出力電流を再現して取得する構成でもよヽ。

[0014] インバータ 2にはベクトル制御装置 100により生成されるゲート信号 U、 V、 W、 X、 Y、 Zが入力され、インバータ 2に内蔵されるスイッチング素子が PWM制御される。インバータ 2は電圧型 PWMインバータが好適であり、その構成は公知であるので詳細な説明は割愛する。

ベクトル制御装置 100には、図示しない上部の制御装置から、トルク指令 T*が入力される構成となっており、ベクトル制御装置 100は、トルク指令 T*に電動機 6の発生トルク Tがー致するようにインバータ 2を制御する構成となって、る。

[0015] 次に、ベクトル制御装置 100の構成を説明する。

ベクトル制御装置 100は、電流指令生成部 10、電流制御部 20から構成されている。

[0016] 電流指令生成部 10は、この発明の中心をなす部分であり、トルク指令 T*と、 d軸電流指令補正量 dVを入力とし、 d軸電流指令 id *、 q軸電流指令 iq *を生成する機能を有する。 d軸電流指令補正量 dVは、高速回転領域にて電動機 6の誘起電圧がインバータ 2の出力可能な最大電圧を超過しな、ように、弱め磁束運転を行うために d軸電流指令を補正するための量である。

d軸電流指令補正量 dVの算出方法の一例としては、電動機 6への電圧指令がある設定値を超過した場合に、超過量に応じて d軸電流指令補正量 dV (ゼロ以下の値をとる）を発生させる等の公知技術が存在するが、ここではその具体的構成は問わないため、説明は省略する。

なお、この電流指令生成部 10は、この発明の中心的な部分であるので詳細は後述する。

[0017] 電流制御部 20は、インバータ 2の直流電圧 EFC、電動機 6の位置情報 Θ mが入力され、インバータ 2の出力側で検出した三相静止軸上の電動機電流 iu、 iv、 iwを、電動機の回転電気角に同期して回転する dq座標上の量に変換した電流である d軸電流 id、 q軸電流 iqに変換する。そして、この d軸電流 id、 q軸電流 iq力電流指令生成部 10にて生成した d軸電流指令 id*、 q軸電流指令 iq *にそれぞれ一致するようにインバータ 2へのゲート信号 U、 V、 W、 X、 Y、 Ζのオンオフを決定する機能を有する。なお、電流制御部 20の構成については、多くの公知技術が適用できるので、ここでは詳細な説明は省略する。

[0018] 以下に、この発明の中心である電流指令生成部 10の構成を理解する上で必要となる基本原理の説明を行う。

ある電流で最大トルクを得る最大トルク制御を実現するための d軸電流 id、 q軸電流 iqの条件（以下、最小電流条件と称す）は、既に公知である以下の式（1)の通りである。

[0019] [数 1]

ここで、 Ldは d軸インダクタンス (H)、 Lqは q軸インダクタンス (Η)、 φ aは永久磁石磁束 (Wb)、 idは d軸電流 (A)、 iqは q軸電流 (A)である。

[0020] 式（1)の関係を満たすように d軸電流 id、 q軸電流 iqを決定することで、あるトルク T を発生する場合において、 id、 iq力もなる電流ベクトルの大きさを最小とできる。即ち

、電動機 6の電流の大きさを最小とできる。

[0021] 一方、電動機 6が発生するトルク Tを表す式は、既に公知である以下の式（2)の通りである。

[0022] [数 2]

T = P_n { i_q + (L_d— L_q )i_di_q \ ）ここで、 Pnは電動機 6の極対数である。

[0023] 式（2)を q軸電流 iqにつ、て変形すると、以下の式（3)となる。

[0024] [数 3]

式（1)と式（3)の連立方程式を解いて id、 iqを求めると、あるトルク Tを最小電流で発生させることのできる d軸電流 id、 q軸電流 iqの組み合わせを求めることができる。ここで、式（1)、式（3)において、トルク Tをトルク指令 T*、 d軸電流 idを d軸電流指令 id *、 q軸電流 iqを q軸電流指令 iq *に読み替えて、式（1)、（3)の連立方程式を i d *、 iq *について解くことにより、上位の制御部から入力されたトルク指令 T*に対して、最小電流にてトルク指令 T*に一致したトルク Tを発生することのできる d軸電流指令 id *、 q軸電流指令 iq *を得ることが理論上は可能となる。

[0026] 図 2は、この発明の実施の形態 1におけるトルク曲線と最小電流条件を示す曲線との関係を示す図である。

図 2に示すトルク曲線と最小電流条件を示す曲線との関係は、横軸を d軸電流 id、縦軸を q軸電流 iqとして、式（1)、式（3)の関係を図示したものであり、右上から左下への曲線 Torが、式（3)のトルク Tにカ行トルクとして T= 50Nm〜1500Nmを代入して描画したトルク曲線である。又、左上力も右下への曲線 Imi力式（1)で表現される最小電流条件を示す曲線であり、あるトルク Tを最小電流で発生できる d軸電流 id、 q軸電流 iqの組み合わせを示すものである。

あるトルク Tを最小電流にて発生させることのできる d軸電流 id、 q軸電流 iqは、図 2 における式（1)を示す曲線 Imiと式（3)を示す曲線 Torの交点を求めることで得ることができる。

なお、図 2にお!/、て、式（1)、（3)中の Pn、： Ld、： Lq、 φ &に ίま、 300KW程度の電気車駆動用の電動機を想定した定数を仮定している。

[0027] なお、回生時のトルク曲線と最小電流条件を示す曲線は、図 2の図示しない第三象限に位置し、図 2に示すカ行時の各曲線を横軸に対して線対称となるよう描画した曲線となる。従って、そのことを考慮すれば、図 2に示したカ行時の各曲線で回生時にっヽても同様に考えることができる。

具体的には、トルク Τとしてカ行トルク 1300Nmを発生する場合の最小電流条件は、 id=— 200A、 iq = 237A程度の組み合わせとなることが図 2から分かる力トルク丁として回生トルク 1300Nmを発生する場合の最小電流条件は、 id=— 200A、 iq = 237A程度の組み合わせとなる。

もちろん、回生時のトルク曲線と最小電流条件を示す曲線をカ行時とは別に設けて、回生運転時における、最小電流条件を満たす d軸電流 id、 q軸電流 iqを求める構成としても構わない。 [0028] ところで、式（1)が示す曲線 Imiと式（3)が示す曲線 Torの交点を求めるためには、式（1)と式（3)の連立方程式を idと iqにつ、て解く必要があるが、この連立方程式は 4次方程式となり、解を得ることは困難であり、実際のベクトル制御装置への実装は困難である。このため、従来技術では、上述したとおりマップを用いてあるトルク Tを最小電流にて発生させることのできる d軸電流 id、 q軸電流 iqを得る構成として、る場合が多い。

[0029] これに対し、この出願の発明は、トルク Tを最小電流にて発生させることのできる d軸電流 id、 q軸電流 iqを、マップを用いず簡易な演算式で算出するものであり、以下この点について詳述する。

図 2の最小電流条件を示す曲線 Imiは、二次曲線で表されるものの、 d軸電流 id、 q 軸電流 iqが小さい領域 (id>— 50A、 iqく 75A付近)を除くとほとんど直線状であることが分かる。そこで、最小電流条件を示す曲線を、 d軸電流 id、 q軸電流 iqが小さい領域 (id> - 50A、 iqく 75A)を除ヽた範囲にぉ、て直線近似した場合の近似直線 lapを図 2に破線で示している。

図 2より、近似直線 lapは、ほぼ最小電流条件の曲線上に存在していることが分かる。

[0030] この発明の対象である電気車の制御用途では、 d軸電流 id、 q軸電流 iqが小さい領域において電動機 6が運転されるケースは、電気車の速度を一定に維持する目的で微小なトルクで運転する定速運転扱!ヽ時等に限られ、その頻度は全運転時間のうちのわずかである。このため、最小電流条件を示す曲線を直線で近似しても、ほとんどの場合は最小電流条件にて運転されることになり、実用上の問題はな、。

図 2の最小電流条件を示す曲線の近似直線を、以下の式 (4)とおく。

[0031] 画 a^{+ b} ( 4 )

[0032] 図 2の例では、傾き a=—l. 0309、切片 b=30. 0となっている。

式 (4)の近似直線を使用した場合、あるトルク Tを最小電流にて発生させることのできる d軸電流 id、 q軸電流 iqは、トルク曲線 Torと最小電流条件を示す近似直線 lapとの交点を求めることで得られ、これらは前記式（3)と、式 (4)の連立方程式を解けば求めることが可能である。この連立方程式は、二次方程式となるので、容易に解くことが可能となる。式 (3)、式 (4)を整理すると、以下の式 (5)を得る。

[0033] [数 5]

{ (L_d― L_q ) _d ² + {(αΡ„ _α ) + bP„ (L_d― L_q )}_d + bP >_a - Γ = 0 _{( 5 )}

[0034] 式（5)より、 d軸電流 idを求めると、以下の式（6)のとおりとなる。

[0035] [数 6]

.

( 6 )

[0036] 式 (6)から、あるトルク Tを最小電流にて発生させることのできる、即ち最大トルク制御を実現する d軸電流 idを得ることが可能となる。

q軸電流 iqは、式（3)に idを代入することで得られる。

なお、式 (6)中の a、 bは図 2に示したように、式 (1)の最小電流条件を示す曲線の近似直線から、あらかじめ求めておくとよい。

[0037] 以上が最大トルク制御を実現できる電流ベクトル即ち d軸電流 id、 q軸電流 iqの組み合わせを得る方法の原理説明である。

次に、永久磁石同期電動機のベクトル制御に好適な、具体的な電流指令生成部 1

0の構成を以下に説明する。

[0038] 図 3はこの発明の実施の形態 1における電流指令生成部 10の構成を示す図である図 3に示すように、トルク指令 T *を絶対値回路 13を介して得たトルク指令絶対値 Ta bs *と、式 (4)で表される最小電流条件を示す近似直線の傾き a、切片 bから、 d軸基本電流指令生成部 11により以下の式（7)に基づき第一の d軸基本電流指令 idl *が算出される。

なお、式（7)は、式（6)の d軸電流 idを第一の d軸基本電流指令 idl *に、トルク Tをトルク指令絶対値 Tabs *にそれぞれ置き換えて得たものである。

[0039] [数 7]

( 7 )

[0040] 式（7)により算出された第一の d軸基本電流指令 idl *は、リミッタ部 12に入力され、 idl *が正の場合、リミッタ部 12の出力である第二の d軸基本電流指令 id2 *はゼ口となり、 idl *が負であれば、リミッタ部 12の出力である id2 *は idl *と等しくなる。つまり、 id2 *がゼロより大きくならないように制限する機能を有する。

[0041] このように、第二の d軸基本電流指令 id2 *の上限値をゼロに制限することで、特にトルク指令 T*が小さい領域 (おおよそ 50Nm以下)において、図 2の第一象限（図示しない）にトルク曲線と最小電流条件を示す近似直線との交点が生じて、最小電流条件から大きく外れた d軸電流指令 id*、q軸電流指令 iq *が算出されることを防止できる。

別の見方をすれば、トルク指令 T*が小さい領域においては、自動的に公知技術である id = 0に固定する制御に移行することが可能となる。

なお、式（7)において、トルク指令絶対値 Tabs *を使用することで、カ行トルク、回生トルクの!/ヽずれを出力する場合にお!、ても、単一の式（7)で第一の d軸基本電流指令 idl *を得ることが可能となり演算の簡易化が図れる。

[0042] 次いで、 d軸電流指令補正部をなす加算器 14にて第二の d軸基本電流指令 id2 * と d軸電流指令補正量 dVの和をとつた値を、 d軸電流指令 id *とする。

なお、 d軸電流指令補正量 dVは電動機 6の運転状態に応じてゼロ以下の値を取る。このようにして、電動機 6の回転が中低速で、電動機 6の電圧力インバータ 2の出力可能な最大電圧以下である場合には、 d軸電流指令補正量 dVはゼロとなり最小電流条件を満たす d軸電流指令 id *が得られ、高速回転領域にて電動機 6の電圧がィンバータ 2の出力可能な最大電圧を超過する状態においては、 d軸電流指令補正量 dVに応じて d軸電流指令 id *を減少させてゆくことが可能となり、弱め磁束運転が可能となる。

[0043] 最後に、 q軸電流指令生成部 15において、以下の式 (8)に d軸電流指令 id *、トルク指令 T *を代入することで、 q軸電流指令 iq *を得る。なお、式（8)は、式（3)の d軸電流 idを d軸電流指令 id *に、 q軸電流 iqを q軸電流指令 iq *に、トルク Tをトルク指令 T*にそれぞれ置き換えて得た式である。

[0044] [数 8]

[0045] このようにして、この発明の実施の形態 1の永久磁石同期電動機のベクトル制御装置によれば、マップを使用せず、簡易な演算式で最大トルク制御を実現することができ、かつ高速域では弱め磁束制御が可能となる d軸電流指令 id *、 q軸電流指令 iq *を得ることが可會となる。

この d軸電流指令 id *、 q軸電流指令 iq *に電動機 6の電流が一致するように、電流制御器 20によって制御を実施することにより、電動機 6を最大トルク制御することが可能な永久磁石同期電動機のベクトル制御装置を得ることが可能となる。

[0046] なお、上記に示した電流指令生成部 10内の各演算式に使用されている電動機定数 Ld、 Lq、 φ aや、近似直線の傾き a、切片 bは任意のタイミングで変更しても良い。例えば、電動機 6の速度、トルクの大きさ、電流の大きさ、カ行 Z回生等の運転状態に応じて変更したり、トルク指令 T*、 d軸電流指令 id*、 q軸電流指令 iq *あるいは検出値である d軸電流 id、 q軸電流 iqに応じて変更したり、調整することが考えられるこのようにすれば、図 2に示す d軸電流 id、 q軸電流 iq力、さい領域（id>— 50A、 iq く 75A付近）においても、より正確な最小電流条件が算出できるなど、より理想的な動作点が得られる。

[0047] なお、電動機定数 Ld、 Lq、 φ aや、近似直線の傾き a、切片 bを変更したり調整したりする際には、電動機 6の速度、トルクの大きさ、電流の大きさ、トルク指令 T*、 d軸電流指令 id *、 q軸電流指令 iq *あるいは d軸電流 id、 q軸電流 iqの各値をそのまま参照せずに、前記各値をローパスフィルタや一次遅れ回路のような遅れ要素を介した値を参照する構成とするのが、制御系の安定性を確保する観点力も望ましい。また、特に電動機定数 Ld、 Lqは磁気飽和の影響を受けて値が変化する場合があるので、適宜補正するように構成するのが好ましい。

[0048] 実施の形態 2.

図 4は、この発明の実施の形態 2の永久磁石同期電動機のベクトル制御装置における電流指令生成部 10の構成例を示す図である。

ここでは、図 3に示した実施の形態 1の構成例と異なる部分のみ説明し、同様の部分は図 3と同一の符号をつけて説明は省略する。

図 4に示すように、実施の形態 2の電流指令生成部 10においては、図 3の q軸電流指令生成部 15が、図 4では q軸電流指令生成部 15Aに変更して、る。

[0049] q軸電流指令生成部 15Aにおいて、以下の式（9)に d軸電流指令 id *、近似直線の傾き a、切片 bを代入することで、 q軸電流指令 iq *を得る。

なお、式（9)は、式 (4)の d軸電流 idを d軸電流指令 id *に、 q軸電流 iqを q軸電流指令 iq *にそれぞれ置き換えて得た式である。

[0050] [数 9] i_q * = ai_d * +b _{( 9 )}

[0051] この実施の形態 2によれば、式（9)から q軸電流指令 iq *を算出することで、式 (8) から iq *を演算する実施の形態 1と比べて、式構成が簡単であるため、演算量を抑制することが可能となり、安価なマイコンが使用できる。

[0052] 以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例であり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能であることは言うまでもな、。

[0053] さらに、上述の実施の形態においては、電気車の制御装置への適用を考慮して発明内容の説明を実施しているが、この発明の適用分野はこれに限られるものではなく、電気自動車、エレベータ、電力システム等、種々の関連分野への応用が可能であることは言うまでもない。

Claims

請求の範囲

[1] 直流電圧を任意の周波数の交流電圧に変換して出力するインバータによって駆動される永久磁石同期電動機の電流を、前記電動機の回転電気角に同期して回転する dq軸座標上の量である d軸電流 id、 q軸電流 iqに分離してそれぞれを制御する構成とした永久磁石同期電動機のベクトル制御装置であって、与えられたトルク指令から d軸電流指令 id *、 q軸電流指令 iq *を生成する電流指令生成部と、前記電動機の電流が前記電流指令に一致するように動作する電流制御部を備え、

前記電流指令生成部は、前記トルク指令を利用して第一の d軸基本電流指令 idl * を生成する d軸基本電流指令生成部と、前記第一の d軸基本電流指令 idl *を入力とし、ゼロ以下に制限した値を第二の d軸基本電流指令 id2 *として出力するリミッタ部と、第二の d軸基本電流指令 id2 *を入力とし、この電流指令 id2 *を、前記電流制御部より出力された d軸電流指令補正値 dVに応じて補正した値を d軸電流指令 id *として出力する d軸電流指令補正部と、前記 d軸電流指令 id*から q軸電流指令 iq *を生成する q軸電流指令生成部とを具備し、前記トルク指令に対応したトルクを最小の電流で発生できる d軸電流指令 id *、 q軸電流指令 iq *を生成するようにしたことを特徴とする永久磁石同期電動機のベクトル制御装置。

[2] 前記 d軸基本電流指令生成部は、前記電動機のトルクと d軸電流と q軸電流との関係を示す式と、 d軸電流と q軸電流との関係を示した傾きと切片を有する一次式との交点を求めることにより、第一の d軸基本電流指令 idl *を生成する構成とした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ベクトル制御装置。

[3] 前記一次式は、前記電動機が、あるトルクを最小の電流で発生できる条件を示した曲線を線形近似した一次式であることを特徴とする請求項 2に記載の永久磁石同期電動機のベクトル制御装置。

[4] 前記 d軸基本電流指令生成部は、以下の第一の数式から第一の d軸基本電流指令 idl *を生成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ベタトル制御装置。

[数 10] *—

ただし、

Tabs *はトルク指令の絶対値、 Ldは d軸インダクタンス (H)、 Lqは q軸インダクタンス（ H)、 φ aは永久磁石磁束 (Wb)、 Pnは電動機の極対数、 aは前記一次式の傾き、 bは前記一次式の切片である。

[5] 前記第一の数式において、式中の Ld、 Lq、 φ a、 a、 bのうち何れ力は、任意のタイミングで変更され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ベタトル制御装置。

[6] 前記第一の数式において、式中の Ld、 Lq、 φ a、 a、 bのうち何れ力は、前記電動機の d軸電流 id、 q軸電流 iq、前記 d軸電流指令 id *、 q軸電流指令 iq *、前記トルク指令 T*を含む信号に応じて変更され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ベクトル制御装置。

[7] 前記 q軸電流指令 iq *は、前記 d軸電流指令 id *を以下の第二の数式に代入して生成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ベクトル制御装置。

[数 11]

• *一

ただし、

T*はトルク指令、 Ldは d軸インダクタンス (H)、 Lqは q軸インダクタンス（H)、 φ aは永久磁石磁束 (Wb)、 Pnは電動機の極対数である。

[8] 前記第二の数式において、式中の Ld、 Lq、 φ aのうち何れかは、任意のタイミングで変更されることを特徴とする請求項 7に記載の永久磁石同期電動機のベクトル制御装置。

[9] 前記第二の数式において、式中の Ld、 Lq、 φ aのうち何れかは、前記電動機の d軸電流 id、 q軸電流 iq、前記 d軸電流指令 id*、 q軸電流指令 iq *、前記トルク指令 T* を含む信号に応じて変更されることを特徴とする請求項 7に記載の永久磁石同期電動機のベクトル制御装置。

[10] 前記 q軸電流指令 iq *は、前記 d軸電流指令 id *を以下の第三の数式に代入して生成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ベクトル制御装置。

[数 12] i_q * = ai_d * +b ただし、

aは前記一次式の傾き、 bは前記一次式の切片である。

[11] 前記第三の数式において、式中の a、 bのうち何れかは、任意のタイミングで変更されることを特徴とする請求項 10に記載の永久磁石同期電動機のベクトル制御装置。

[12] 前記第三の数式において、式中の a、 bのうち何れかは、前記電動機の d軸電流 id、 q軸電流 iq、前記 d軸電流指令 id *、 q軸電流指令 iq *、前記トルク指令 T *を含む信号に応じて変更されることを特徴とする請求項 10に記載の永久磁石同期電動機のベクトル制御装置。