(57)【要約】【課題】誘導電動機の低回転時のトルクアップのための高効率な制御装置、制御方法および該制御装置を用いた車両を提供する。【解決手段】制御装置１は、励磁電流指令値制御手段２と、第１および第２の滑り角周波数演算手段４、５ならびに滑り角周波数加算器６からなる滑り角周波数演算手段３とを備える。励磁電流指令値制御手段は、励磁電流指令値ｉ１ｄ＊と飽和電流制限閾値ｉ１ｄｔｈ＊を比較し、励磁電流指令値が飽和電流制限閾値以下の場合、第１の励磁電流指令値ｉ１ｄ１＊として当該励磁電流指令値を、第２の励磁電流指令値ｉ１ｄ２＊として０を出力する一方、励磁電流指令値が飽和電流制限閾値を超える場合、第１の励磁電流指令値として飽和電流制限閾値を、第２の励磁電流指令値として励磁電流指令値と飽和電流制限閾値の差分値を出力する。滑り角周波数ωｓは第１および第２の励磁電流指令値、トルク電流指令値ｉ１q＊から演算される。【選択図】図１
2010220331.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導電動機の１次電流の２つのベクトル成分のうち、励磁電流成分ｉ１ｄおよびトルク電流成分ｉ１ｑをそれぞれ外部入力された励磁電流指令値ｉ１ｄ＊およびトルク電流指令値ｉ１q＊に基づいて制御して、ｄ軸電圧指令値ｖ１ｄ＊およびｑ軸電圧指令値ｖ１ｑ＊を出力する電流制御器と、前記励磁電流指令値ｉ１ｄ＊または前記トルク電流指令値ｉ１q＊のうちの少なくとも１つを用いて、前記誘導電動機の滑り角周波数ωｓを演算する滑り角周波数演算手段と、前記滑り角周波数演算手段から出力される前記滑り角周波数ωｓと前記誘導電動機から検出される角周波数ωｒを加算して１次角周波数ω１を出力する１次角周波数演算器と、前記１次角周波数演算器から出力された前記１次角周波数ω１を積分して位相θ１を出力する積分器と、前記ｄ軸電圧指令値ｖ１ｄ＊および前記ｑ軸電圧指令値ｖ１ｑ＊を前記位相θ１により座標変換して１次電圧指令値ｖ１ｕ＊、ｖ１ｖ＊、ｖ１ｗ＊を出力する２相−３相変換器と、前記１次電圧指令値ｖ１ｕ＊、ｖ１ｖ＊、ｖ１ｗ＊に基づいて前記誘導電動機に駆動電力を供給して当該誘導電動機を駆動するインバータと、を備えた誘導電動機の制御装置であって、
前記励磁電流指令値ｉ１ｄ＊を、予め設定された飽和電流制限閾値ｉ１ｄｔｈ＊と比較して、第１の励磁電流指令値ｉ１ｄ１＊と第２の励磁電流指令値ｉ１ｄ２＊とに分け、前記励磁電流指令値ｉ１ｄ＊が前記飽和電流制限閾値ｉ１ｄｔｈ＊以下である場合には、前記第１の励磁電流指令値ｉ１ｄ１＊として当該励磁電流指令値ｉ１ｄ＊を、前記第２の励磁電流指令値ｉ１ｄ２＊として０を出力する一方で、前記励磁電流指令値ｉ１ｄ＊が前記飽和電流制限閾値ｉ１ｄｔｈ＊を超える場合には、前記第１の励磁電流指令値ｉ１ｄ１＊として前記飽和電流制限閾値ｉ１ｄｔｈ＊を、前記第２の励磁電流指令値ｉ１ｄ２＊として前記励磁電流指令値ｉ１ｄ＊と前記飽和電流制限閾値ｉ１ｄｔｈ＊との差分値（ｉ１ｄ＊−ｉ１ｄｔｈ＊）を出力する励磁電流指令値制御手段と、を備え、
前記滑り角周波数演算手段は、
前記第１の励磁電流指令値ｉ１ｄ１＊および前記トルク電流指令値ｉ１ｑ＊を用いて第１の滑り角周波数ωｓ１を演算する第１の滑り角周波数演算手段と、
前記第２の励磁電流指令値ｉ１ｄ２＊を用いて第２の滑り角周波数ωｓ２を演算する第２の滑り角周波数演算手段と、
前記第１の滑り角周波数演算手段から出力される前記第１の滑り角周波数ωｓ１と前記第２の滑り角周波数演算手段から出力される前記第２の滑り角周波数ωｓ２を加算して前記滑り角周波数ωｓを出力する滑り角周波数加算器と、からなり、
前記１次角周波数演算器は、
前記滑り角周波数加算器から出力される前記滑り角周波数ωｓと前記誘導電動機から検出される前記角周波数ωｒとを加算して前記１次角周波数ω１を出力することを特徴とする誘導電動機の制御装置。
【請求項２】
前記第１の滑り角周波数演算手段は、前記第１の励磁電流指令値ｉ１ｄ１＊および前記トルク電流指令値ｉ１ｑ＊を用いて第１の滑り角周波数ωｓ１を、次式、
【数１】
2010220331.tif 000020
によって演算し、
前記第２の滑り角周波数演算手段は、前記第２の励磁電流指令値ｉ１ｄ２＊を用いて第２の滑り角周波数ωｓ２を、次式、
【数２】
2010220331.tif 000021
によって演算することを特徴とする請求項１に記載の誘導電動機の制御装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の誘導電動機の制御装置を、走行用車輪の、または油圧ポンプの駆動用誘導電動機の制御装置として用いた車両。
【請求項４】
誘導電動機の１次電流の２つのベクトル成分である、外部入力された励磁電流指令値ｉ１ｄ＊およびトルク電流指令値ｉ１ｑ＊に基づいて、前記誘導電動機の滑り角周波数ωｓを演算するとともに、前記誘導電動機に供給される１次電流および前記誘導電動機から検出される角周波数ωｒのフィードバックを受けながら、前記誘導電動機の駆動を制御する誘導電動機の滑り周波数型ベクトル制御方法であって、
前記励磁電流指令値ｉ１ｄ＊を、予め設定された飽和電流制限閾値ｉ１ｄｔｈ＊と比較するステップと、
前記励磁電流指令値ｉ１ｄ＊を、第１の励磁電流指令値ｉ１ｄ１＊と第２の励磁電流指令値ｉ１ｄ２＊とに分け、前記励磁電流指令値ｉ１ｄ＊が前記飽和電流制限閾値ｉ１ｄｔｈ＊以下である場合には、前記第１の励磁電流指令値ｉ１ｄ１＊として当該励磁電流指令値ｉ１ｄ＊を、前記第２の励磁電流指令値ｉ１ｄ２＊として０を出力する一方で、前記励磁電流指令値ｉ１ｄ＊が前記飽和電流制限閾値ｉ１ｄｔｈ＊を超える場合には、前記第１の励磁電流指令値ｉ１ｄ１＊として前記飽和電流制限閾値ｉ１ｄｔｈ＊を、前記第２の励磁電流指令値ｉ１ｄ２＊として前記励磁電流指令値ｉ１ｄ＊と前記飽和電流制限閾値ｉ１ｄｔｈ＊との差分値（ｉ１ｄ＊−ｉ１ｄｔｈ＊）を出力するステップと、
前記第１の励磁電流指令値ｉ１ｄ１＊および前記トルク電流指令値ｉ１ｑ＊を用いて第１の滑り角周波数ωｓ１を演算するステップと、
前記第２の励磁電流指令値ｉ１ｄ２＊を用いて第２の滑り角周波数ωｓ２を演算するステップと、
前記第１の滑り角周波数ωｓ１と前記第２の滑り角周波数ωｓ２を加算して滑り角周波数ωｓを出力するステップと、
前記滑り角周波数ωｓと前記誘導電動機から検出される前記角周波数ωｒとを加算して１次角周波数ω１を出力するステップと、
前記１次角周波数ω１を積分して位相θ１を出力するステップと、
前記誘導電動機に供給される前記１次電流から検出される励磁電流成分ｉ１ｄおよびトルク電流成分ｉ１ｑをそれぞれ前記励磁電流指令値ｉ１ｄ＊および前記トルク電流指令値ｉ１q＊に基づいて制御して、ｄ軸電圧指令値ｖ１ｄ＊およびｑ軸電圧指令値ｖ１ｑ＊を出力するステップと、
前記ｄ軸電圧指令値ｖ１ｄ＊および前記ｑ軸電圧指令値ｖ１ｑ＊を前記位相θ１により座標変換して１次電圧指令値ｖ１ｕ＊、ｖ１ｖ＊、ｖ１ｗ＊を出力するステップと、
前記１次電圧指令値ｖ１ｕ＊、ｖ１ｖ＊、ｖ１ｗ＊に基づいて前記誘導電動機に駆動電力を供給して当該誘導電動機を駆動するステップと、を備えることを特徴とする制御方法。
【請求項５】
前記第１の滑り角周波数ωｓ１を演算するステップにおいて、当該第１の滑り角周波数ωｓ１を、前記第１の励磁電流指令値ｉ１ｄ１＊および前記トルク電流指令値ｉ１ｑ＊を用いて、次式、
【数３】
2010220331.tif 000022
によって演算し、
前記第２の滑り角周波数ωｓ２を演算するステップにおいて、当該第２の滑り角周波数ωｓ２を、前記第２の励磁電流指令値ｉ１ｄ２＊を用いて、次式、
【数４】
2010220331.tif 000023
によって演算することを特徴とする請求項４に記載の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘導電動機の制御装置、制御方法および該制御装置を用いた車両、特に、誘導電動機の低回転時のトルクアップのための高効率な制御装置、制御方法および該制御装置を用いた例えばフォークリフトなどの電気車両に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、誘導電動機の制御装置として、例えば図４に示すように、誘導電動機に流れる１次電流の２つのベクトル成分のうち、励磁電流指令値およびトルク電流指令値に基づいて、当該誘導電動機の滑り角周波数を演算する滑り周波数制御型ベクトル制御方法を用いた誘導電動機の制御装置が知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
図４を参照して、この誘導電動機２７の制御装置２０は、外部入力された励磁電流指令値ｉ１ｄ＊およびトルク電流指令値ｉ１q＊に基づいて滑り角周波数ωｓを演算するとともに、当該誘導電動機２７に供給される１次電流および当該誘導電動機から検出される角周波数ωｒのフィードバックを受けながら、当該誘導電動機２７の駆動を制御するものである。
この制御装置２０において、電流制御器２４は、励磁電流成分ｉ１ｄおよびトルク電流成分ｉ１ｑをそれぞれ外部入力された励磁電流指令値ｉ１ｄ＊およびトルク電流指令値ｉ１q＊に基づいて制御して、ｄ軸電圧指令値ｖ１ｄ＊およびｑ軸電圧指令値ｖ１ｑ＊を出力する。ここで、励磁電流成分ｉ１ｄおよびトルク電流成分ｉ１ｑは、誘導電動機２７に供給される１次電流が１次電流検出手段２９によって検出され、さらに３相−２相変換器３０（ｄｑ−αβ座標変換器３０ａおよびαβ−３相座標変換器３０ｂ）によって変換されることにより得られる。
滑り角周波数演算手段２１は、励磁電流指令値ｉ１ｄ＊およびトルク電流指令値ｉ１q＊を用いて、誘導電動機２７の滑り角周波数ωｓを、次式、
【数１】
2010220331.tif 000003
によって演算する。
１次角周波数演算器２２は、滑り角周波数演算手段２１から出力される滑り角周波数ωｓと誘導電動機２７から検出される角周波数ωｒを加算して、１次角周波数ω１＝ωｓ＋ωｒを出力する。
積分器２３は、１次角周波数演算器２２から出力された１次角周波数ω１を、次式、
【数２】
2010220331.tif 000004
によって時間積分して、位相θ１を出力する。
２相−３相変換器２５（ｄｑ−αβ座標変換器２５ａおよびαβ−３相座標変換器２５ｂ）は、ｄ軸電圧指令値ｖ１ｄ＊およびｑ軸電圧指令値ｖ１ｑ＊を位相θ１により座標変換して１次電圧指令値ｖ１ｕ＊、ｖ１ｖ＊、ｖ１ｗ＊を出力する。
インバータ２６は、この１次電圧指令値ｖ１ｕ＊、ｖ１ｖ＊、ｖ１ｗ＊に基づいて誘導電動機２７に駆動電力を供給して当該誘導電動機２７を駆動する。
【０００４】
ここで、この誘導電動機２７のトルクτおよび２次側磁束φ２は、それぞれ、次式、
【数３】
2010220331.tif 000005
および、
【数４】
2010220331.tif 000006
により与えられる。（３）式および（４）式より、励磁電流指令値ｉ１ｄ＊が一定の場合には誘導電動機２７のトルクτがトルク電流指令値ｉ１q＊に比例し、当該トルクτが当該トルク電流指令値ｉ１q＊によって定まることから、この制御装置２０では、励磁電流指令値ｉ１ｄ＊を一定値に制限していた。言い換えれば、図５（ａ）に示すように、励磁電流指令値ｉ１ｄ＊が２次側磁束φ２の磁束飽和する励磁電流指令値（以下、飽和電流制限閾値ｉ１ｄｔｈ＊という）を超える非線形領域の範囲（領域Ｂ）にある場合、実際の２次側磁束φ２は、（４）式に基づいて計算した２次側磁束φ２より小さくなり、（４）式の下では正確な２次側磁束φ２が算出されない。その結果、トルクτも（３）式の下では正確な値が算出されない。したがって、（３）式および（４）式の下で正確な２次側磁束φ２およびトルクτを算出するために、励磁電流指令値ｉ１ｄ＊を、飽和電流制限閾値ｉ１ｄｔｈ＊以下の線形領域の範囲（領域Ａ）に制限していた。なお、この場合、励磁電流指令値ｉ１ｄ＊および滑り角周波数ωｓは、それぞれ図５（ｂ）および（ｃ）に示すように、回転数（回転速度に）応じて制御される。
【０００５】
この制御装置２０では、励磁電流指令値ｉ１ｄ＊が、飽和電流制限閾値ｉ１ｄｔｈ＊以下の値に制限され、飽和電流制限閾値ｉ１ｄｔｈ＊を超える非線形領域の範囲で使用されていないので、誘導電動機の低回転時における高トルクを実現したい場合に、効率の面で最良の制御が実施されていなかった。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】「交流電動機可変速駆動の基礎と応用」、電気学会  交流電動機駆動方式の技術分類・用語整理調査専門委員会  編、１９９８年１０月２８日、Ｐ．８７の図４．１３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、誘導電動機の低回転時のトルクアップのための高効率な制御装置、制御方法および該制御装置を用いた車両を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明の誘導電動機の制御装置は、誘導電動機の１次電流の２つのベクトル成分のうち、励磁電流成分ｉ１ｄおよびトルク電流成分ｉ１ｑをそれぞれ外部入力された励磁電流指令値ｉ１ｄ＊およびトルク電流指令値ｉ１q＊に基づいて制御して、ｄ軸電圧指令値ｖ１ｄ＊およびｑ軸電圧指令値ｖ１ｑ＊を出力する電流制御器と、前記励磁電流指令値ｉ１ｄ＊または前記トルク電流指令値ｉ１q＊のうちの少なくとも１つを用いて、前記誘導電動機の滑り角周波数ωｓを演算する滑り角周波数演算手段と、前記滑り角周波数演算手段から出力される前記滑り角周波数ωｓと前記誘導電動機から検出される角周波数ωｒを加算して１次角周波数ω１を出力する１次角周波数演算器と、前記１次角周波数演算器から出力された前記１次角周波数ω１を積分して位相θ１を出力する積分器と、前記ｄ軸電圧指令値ｖ１ｄ＊および前記ｑ軸電圧指令値ｖ１ｑ＊を前記位相θ１により座標変換して１次電圧指令値ｖ１ｕ＊、ｖ１ｖ＊、ｖ１ｗ＊を出力する２相−３相変換器と、前記１次電圧指令値ｖ１ｕ＊、ｖ１ｖ＊、ｖ１ｗ＊に基づいて前記誘導電動機に駆動電力を供給して当該誘導電動機を駆動するインバータと、を備えた誘導電動機の制御装置であって、前記励磁電流指令値ｉ１ｄ＊を、予め設定された飽和電流制限閾値ｉ１ｄｔｈ＊と比較して、第１の励磁電流指令値ｉ１ｄ１＊と第２の励磁電流指令値ｉ１ｄ２＊とに分け、前記励磁電流指令値ｉ１ｄ＊が前記飽和電流制限閾値ｉ１ｄｔｈ＊以下である場合には、前記第１の励磁電流指令値ｉ１ｄ１＊として当該励磁電流指令値ｉ１ｄ＊を、前記第２の励磁電流指令値ｉ１ｄ２＊として０を出力する一方で、前記励磁電流指令値ｉ１ｄ＊が前記飽和電流制限閾値ｉ１ｄｔｈ＊を超える場合には、前記第１の励磁電流指令値ｉ１ｄ１＊として前記飽和電流制限閾値ｉ１ｄｔｈ＊を、前記第２の励磁電流指令値ｉ１ｄ２＊として前記励磁電流指令値ｉ１ｄ＊と前記飽和電流制限閾値ｉ１ｄｔｈ＊との差分値（ｉ１ｄ＊−ｉ１ｄｔｈ＊）を出力する励磁電流指令値制御手段と、を備え、前記滑り角周波数演算手段は、前記第１の励磁電流指令値ｉ１ｄ１＊および前記トルク電流指令値ｉ１ｑ＊を用いて第１の滑り角周波数ωｓ１を演算する第１の滑り角周波数演算手段と、前記第２の励磁電流指令値ｉ１ｄ２＊を用いて第２の滑り角周波数ωｓ２を演算する第２の滑り角周波数演算手段と、前記第１の滑り角周波数演算手段から出力される前記第１の滑り角周波数ωｓ１と前記第２の滑り角周波数演算手段から出力される前記第２の滑り角周波数ωｓ２を加算して前記滑り角周波数ωｓを出力する滑り角周波数加算器と、からなり、前記１次角周波数演算器は、前記滑り角周波数加算器から出力される前記滑り角周波数ωｓと前記誘導電動機から検出される前記角周波数ωｒとを加算して前記１次角周波数ω１を出力する。
この発明の誘導電動機の制御装置によれば、励磁電流指令値制御手段を備え、滑り角周波数演算手段を、第１の滑り角周波数演算手段と、第２の滑り角周波数演算手段と、滑り角周波数加算器とから構成する。そして、励磁電流指令値制御手段によって、励磁電流指令値ｉ１ｄ＊が、予め設定された飽和電流制限閾値ｉ１ｄｔｈ＊と比較され、励磁電流指令値ｉ１ｄ＊が飽和電流制限閾値ｉ１ｄｔｈ＊以下である場合には、第１の励磁電流指令値ｉ１ｄ１＊として当該励磁電流指令値ｉ１ｄ＊が出力されて、第２の励磁電流指令値ｉ１ｄ２＊として０が出力される。一方で、励磁電流指令値ｉ１ｄ＊が飽和電流制限閾値ｉ１ｄｔｈ＊を超える場合には、第１の励磁電流指令値ｉ１ｄ１＊として飽和電流制限閾値ｉ１ｄｔｈ＊が、第２の励磁電流指令値ｉ１ｄ２＊として励磁電流指令値ｉ１ｄ＊と飽和電流制限閾値ｉ１ｄｔｈ＊の差分値（ｉ１ｄ＊−ｉ１ｄｔｈ＊）が出力される。さらに、誘導電動機に必要な滑り角周波数ωｓが、第１の励磁電流指令値ｉ１ｄ１＊、第２の励磁電流指令値ｉ１ｄ２＊およびトルク電流指令値ｉ１q＊を用いて、演算されるようにしたので、励磁電流指令値ｉ１ｄ＊が飽和電流制限閾値ｉ１ｄｔｈ＊を越える場合においても誘導電動機の制御が行え、誘導電動機の制御の効率化を高めることができ、誘導電動機の低回転時における高トルクを実現できる。
【０００９】
また、上記構成において、前記第１の滑り角周波数演算手段は、前記第１の励磁電流指令値ｉ１ｄ１＊および前記トルク電流指令値ｉ１ｑ＊を用いて第１の滑り角周波数ωｓ１を、次式、
【数５】
2010220331.tif 000007
によって演算し、前記第２の滑り角周波数演算手段は、前記第２の励磁電流指令値ｉ１ｄ２＊を用いて第２の滑り角周波数ωｓ２を、次式、
【数６】
2010220331.tif 000008
によって演算することが好ましい。なお、（６）式は、第２の滑り角周波数ωｓ２が第２の励磁電流指令値ｉ１ｄ２＊を用いて線形近似されることに基づく。
この構成によれば、誘導電動機に必要な滑り角周波数ωｓ＝ωｓ１＋ωｓ２が、第１の励磁電流指令値ｉ１ｄ１＊、第２の励磁電流指令値ｉ１ｄ２＊およびトルク電流指令値ｉ１q＊を用いて、容易に演算されるようにしたので、励磁電流指令値ｉ１ｄ＊が飽和電流制限閾値ｉ１ｄｔｈ＊を越える場合においても、誘導電動機の制御を容易に効率よく行える。
【００１０】
さらに、上記の誘導電動機の制御装置を、例えばフォークリフトなどの車両に、その走行用車輪を回転駆動するための、または油圧ポンプを駆動するための誘導電動機の制御装置として用いてもよい。
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明の誘導電動機の制御方法は、誘導電動機の１次電流の２つのベクトル成分である、外部入力された励磁電流指令値ｉ１ｄ＊およびトルク電流指令値ｉ１ｑ＊に基づいて、前記誘導電動機の滑り角周波数ωｓを演算するとともに、前記誘導電動機に供給される１次電流および前記誘導電動機から検出される角周波数ωｒのフィードバックを受けながら、前記誘導電動機の駆動を制御する誘導電動機の滑り周波数型ベクトル制御方法であって、前記励磁電流指令値ｉ１ｄ＊を、予め設定された飽和電流制限閾値ｉ１ｄｔｈ＊と比較するステップと、前記励磁電流指令値ｉ１ｄ＊を、第１の励磁電流指令値ｉ１ｄ１＊と第２の励磁電流指令値ｉ１ｄ２＊とに分け、前記励磁電流指令値ｉ１ｄ＊が前記飽和電流制限閾値ｉ１ｄｔｈ＊以下である場合には、前記第１の励磁電流指令値ｉ１ｄ１＊として当該励磁電流指令値ｉ１ｄ＊を、前記第２の励磁電流指令値ｉ１ｄ２＊として０を出力する一方で、前記励磁電流指令値ｉ１ｄ＊が前記飽和電流制限閾値ｉ１ｄｔｈ＊を超える場合には、前記第１の励磁電流指令値ｉ１ｄ１＊として前記飽和電流制限閾値ｉ１ｄｔｈ＊を、前記第２の励磁電流指令値ｉ１ｄ２＊として前記励磁電流指令値ｉ１ｄ＊と前記飽和電流制限閾値ｉ１ｄｔｈ＊との差分値（ｉ１ｄ＊−ｉ１ｄｔｈ＊）を出力するステップと、前記第１の励磁電流指令値ｉ１ｄ１＊および前記トルク電流指令値ｉ１ｑ＊を用いて第１の滑り角周波数ωｓ１を演算するステップと、前記第２の励磁電流指令値ｉ１ｄ２＊を用いて第２の滑り角周波数ωｓ２を演算するステップと、前記第１の滑り角周波数ωｓ１と前記第２の滑り角周波数ωｓ２を加算して滑り角周波数ωｓを出力するステップと、前記滑り角周波数ωｓと前記誘導電動機１２から検出される前記角周波数ωｒとを加算して１次角周波数ω１を出力するステップと、前記１次角周波数ω１を積分して位相θ１を出力するステップと、前記誘導電動機に供給される前記１次電流から検出される励磁電流成分ｉ１ｄおよびトルク電流成分ｉ１ｑをそれぞれ前記励磁電流指令値ｉ１ｄ＊および前記トルク電流指令値ｉ１q＊に基づいて制御して、ｄ軸電圧指令値ｖ１ｄ＊およびｑ軸電圧指令値ｖ１ｑ＊を出力するステップと、前記ｄ軸電圧指令値ｖ１ｄ＊および前記ｑ軸電圧指令値ｖ１ｑ＊を前記位相θ１により座標変換して１次電圧指令値ｖ１ｕ＊、ｖ１ｖ＊、ｖ１ｗ＊を出力するステップと、前記１次電圧指令値ｖ１ｕ＊、ｖ１ｖ＊、ｖ１ｗ＊に基づいて前記誘導電動機に駆動電力を供給して当該誘導電動機を駆動するステップと、を備える。
【００１２】
また、上記構成において、前記第１の滑り角周波数ωｓ１を演算するステップにおいて、当該第１の滑り角周波数ωｓ１を、前記第１の励磁電流指令値ｉ１ｄ１＊および前記トルク電流指令値ｉ１ｑ＊を用いて、次式、
【数７】
2010220331.tif 000009
によって演算し、前記第２の滑り角周波数ωｓ２を演算するステップにおいて、当該第２の滑り角周波数ωｓ２を、前記第２の励磁電流指令値ｉ１ｄ２＊を用いて、次式、
【数８】
2010220331.tif 000010
によって演算することが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、励磁電流指令値ｉ１ｄ＊が、予め設定された飽和電流制限閾値ｉ１ｄｔｈ＊と比較されて第１の励磁電流指令値ｉ１ｄ１＊と第２の励磁電流指令値ｉ１ｄ２＊とに分けられ、誘導電動機に必要な滑り角周波数ωｓが、当該第１の励磁電流指令値ｉ１ｄ１＊、当該第２の励磁電流指令値ｉ１ｄ２＊および当該トルク電流指令値ｉ１q＊を用いて、演算されるようにした。これにより、励磁電流指令値ｉ１ｄ＊が飽和電流制限閾値ｉ１ｄｔｈ＊を越えた場合にも誘導電動機の制御を容易に行えるように構成したので、誘導電動機の制御の効率化を高めることができ、誘導電動機の低回転時における高トルクを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施例による誘導電動機の制御装置のブロック図である。
【図２】本発明の実施例による誘導電動機の制御方法を説明するフロー図である。
【図３】本発明の実施例による誘導電動機の制御方法と従来の誘導電動機の制御方法の違いを説明するグラフであり、（ａ）は、２次側磁束−励磁電流指令値特性を示すグラフ、（ｂ）は励磁電流指令値−回転数特性を示すグラフ、（ｃ）は滑り角周波数−回転数特性を示すグラフである。
【図４】従来の誘導電動機の制御装置のブロック図である。
【図５】従来の誘導電動機の制御方法を説明するグラフであり、（ａ）は、２次側磁束−励磁電流指令値特性を示すグラフ、（ｂ）は励磁電流指令値−回転数特性を示すグラフ、（ｃ）は滑り角周波数−回転数特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の好ましい１実施例について図面を参照しながら説明する。
【００１６】
（実施例）
図１は、本発明の実施例による誘導電動機の制御装置のブロック図である。
図１を参照して、この誘導電動機１２の制御装置１は、外部入力された励磁電流指令値ｉ１ｄ＊およびトルク電流指令値ｉ１q＊に基づいて滑り角周波数ωｓを演算するとともに、当該誘導電動機１２に供給される１次電流および当該誘導電動機１２から検出される角周波数ωｒのフィードバックを受けながら、当該誘導電動機１２の駆動を制御するものである。
【００１７】
この制御装置１において、励磁電流指令値制御手段２は、励磁電流指令値ｉ１ｄ＊を、予め設定された飽和電流制限閾値ｉ１ｄｔｈ＊と比較して、第１の励磁電流指令値ｉ１ｄ１＊と第２の励磁電流指令値ｉ１ｄ２＊とに分けるものである。より具体的には、励磁電流指令値制御手段２は、励磁電流指令値ｉ１ｄ＊が飽和電流制限閾値ｉ１ｄｔｈ＊以下である場合には、第１の励磁電流指令値ｉ１ｄ１＊として当該励磁電流指令値ｉ１ｄ＊を、第２の励磁電流指令値ｉ１ｄ２＊として０を出力する一方で、励磁電流指令値ｉ１ｄ＊が飽和電流制限閾値ｉ１ｄｔｈ＊を超える場合には、第１の励磁電流指令値ｉ１ｄ１＊として飽和電流制限閾値ｉ１ｄｔｈ＊を、第２の励磁電流指令値ｉ１ｄ２＊として励磁電流指令値ｉ１ｄ＊と飽和電流制限閾値ｉ１ｄｔｈ＊との差分値（ｉ１ｄ＊−ｉ１ｄｔｈ＊）を出力する。
【００１８】
滑り角周波数演算手段３は、第１の滑り角周波数演算手段４、第２の滑り角周波数演算手段５、および滑り角周波数加算器６からなる。
ここで、第１の滑り角周波数演算手段４は、第１の励磁電流指令値ｉ１ｄ１＊およびトルク電流指令値ｉ１ｑ＊を用いて第１の滑り角周波数ωｓ１を、次式、
【数９】
2010220331.tif 000011
によって演算する。
また、第２の滑り角周波数演算手段５は、第２の励磁電流指令値ｉ１ｄ２＊を用いて第２の滑り角周波数ωｓ２を、次式、
【数１０】
2010220331.tif 000012
によって演算する。なお、（１０）式は、第２の滑り角周波数ωｓ２が第２の励磁電流指令値ｉ１ｄ２＊を用いて線形近似されることに基づく。
滑り角周波数加算器６は、第１の滑り角周波数演算手段４から出力される第１の滑り角周波数ωｓ１と第２の滑り角周波数演算手段５から出力される第２の滑り角周波数ωｓ２を加算して滑り角周波数ωｓ＝ωｓ１＋ωｓ２を出力する。
【００１９】
１次角周波数演算器７は、滑り角周波数加算器６から出力される滑り角周波数ωｓと誘導電動機から検出される角周波数ωｒとを加算して１次角周波数ω１＝ωｓ＋ωｒを出力する。
【００２０】
積分器８は、１次角周波数演算器７から出力された１次角周波数ω１を、次式、
【数１１】
2010220331.tif 000013
によって時間積分して、位相θ１を出力する。
【００２１】
電流制御器９は、励磁電流成分ｉ１ｄおよびトルク電流成分ｉ１ｑを励磁電流指令値ｉ１ｄ＊およびトルク電流指令値ｉ１q＊に基づいて制御して、ｄ軸電圧指令値ｖ１ｄ＊およびｑ軸電圧指令値ｖ１ｑ＊を出力する。ここで、励磁電流成分ｉ１ｄおよびトルク電流成分ｉ１ｑは、誘導電動機１２に供給される１次電流が１次電流検出手段１４によって検出され、さらに３相−２相変換器１５（ｄｑ−αβ座標変換器１５ａおよびαβ−３相座標変換器１５ｂ）によって変換されることにより得られる。
【００２２】
２相−３相変換器１０（ｄｑ−αβ座標変換器１０ａおよびαβ−３相座標変換器１０ｂ）は、ｄ軸電圧指令値ｖ１ｄ＊およびｑ軸電圧指令値ｖ１ｑ＊を位相θ１により座標変換して１次電圧指令値ｖ１ｕ＊、ｖ１ｖ＊、ｖ１ｗ＊を出力する。
【００２３】
インバータ１１は、この１次電圧指令値ｖ１ｕ＊、ｖ１ｖ＊、ｖ１ｗ＊に基づいて誘導電動機１２に駆動電力を供給して当該誘導電動機１２を駆動する。
【００２４】
次に、本発明の誘導電動機の制御方法について、以下に簡単に説明する。
【００２５】
図２は、本発明の実施例による誘導電動機１２の制御方法を説明するフロー図である。図３は、本発明の実施例による誘導電動機の制御方法と従来の誘導電動機の制御方法の違いを説明するグラフである。
ここで、本発明は、励磁電流指令値ｉ１ｄ＊が図３（ａ）に示す非線形領域の範囲（領域Ｂ）であっても誘導電動機の制御を行うことができる、誘導電動機の制御方法を提供するものである。
【００２６】
まず、外部入力される励磁電流指令値ｉ１ｄ＊およびトルク電流指令値ｉ１q＊に基づいて、励磁電流指令値制御手段２によって、励磁電流指令値ｉ１ｄ＊を予め設定された飽和電流制限閾値ｉ１ｄｔｈ＊と比較する（ステップＳ１）。そして、励磁電流指令値制御手段２によって、励磁電流指令値ｉ１ｄ＊を、第１の励磁電流指令値ｉ１ｄ１＊と第２の励磁電流指令値ｉ１ｄ２＊とに分け、励磁電流指令値ｉ１ｄ＊が飽和電流制限閾値ｉ１ｄｔｈ＊以下である場合（図３（ａ）に示す領域Ａの場合）には、第１の励磁電流指令値ｉ１ｄ１＊として当該励磁電流指令値ｉ１ｄ＊を出力し、第２の励磁電流指令値ｉ１ｄ２＊として０を出力する（ステップＳ２）。一方で、励磁電流指令値ｉ１ｄ＊が飽和電流制限閾値ｉ１ｄｔｈ＊を超える場合（図３（ａ）に示す領域Ｂの場合）には、第１の励磁電流指令値ｉ１ｄ１＊として飽和電流制限閾値ｉ１ｄｔｈ＊を出力し、第２の励磁電流指令値ｉ１ｄ２＊として励磁電流指令値ｉ１ｄ＊と前記飽和電流制限閾値ｉ１ｄｔｈ＊との差分値（ｉ１ｄ＊−ｉ１ｄｔｈ＊）を出力する（ステップＳ３）。
【００２７】
次に、滑り角周波数演算手段３の第１の滑り角周波数演算手段４によって、第１の滑り角周波数ωｓ１を、第１の励磁電流指令値ｉ１ｄ１＊およびトルク電流指令値ｉ１ｑ＊を用いて、次式、
【数１２】
2010220331.tif 000014
によって演算する（ステップＳ４）。
また、滑り角周波数演算手段３の第２の滑り角周波数演算手段５によって、第２の滑り角周波数ωｓ２を、第２の励磁電流指令値ｉ１ｄ２＊を用いて、次式、
【数１３】
2010220331.tif 000015
によって演算する（ステップＳ５）。
そして、滑り角周波数加算器６によって、第１の滑り角周波数ωｓ１と第２の滑り角周波数ωｓ２を加算して滑り角周波数ωｓ＝ωｓ１＋ωｓ２を出力する（ステップＳ６）。
【００２８】
さらに、１次角周波数演算器７によって、滑り角周波数加算器６から出力される滑り角周波数ωｓと誘導電動機から検出される角周波数ωｒとを加算し、１次角周波数ω１＝ωｓ＋ωｒを出力し（ステップＳ７）、積分器８によって、１次角周波数演算器７から出力された１次角周波数ω１を、次式、
【数１４】
2010220331.tif 000016
によって時間積分することにより、位相θ１を出力する（ステップＳ８）。
【００２９】
そして、電流制御器９によって、励磁電流成分ｉ１ｄおよびトルク電流成分ｉ１ｑをそれぞれ励磁電流指令値ｉ１ｄ＊およびトルク電流指令値ｉ１q＊に基づいて制御し、ｄ軸電圧指令値ｖ１ｄ＊およびｑ軸電圧指令値ｖ１ｑ＊を出力する（ステップＳ９）。そして、２相−３相変換器１０によって、ｄ軸電圧指令値ｖ１ｄ＊およびｑ軸電圧指令値ｖ１ｑ＊を位相θ１を用いて座標変換して１次電圧指令値ｖ１ｕ＊、ｖ１ｖ＊、ｖ１ｗ＊を出力し（ステップＳ１０）、インバータ１１によって、この１次電圧指令値ｖ１ｕ＊、ｖ１ｖ＊、ｖ１ｗ＊に基づいて誘導電動機１２に駆動電力を供給し、当該誘導電動機１２を駆動する（ステップＳ１１）。なお、このステップＳ９乃至ステップＳ１１において、誘導電動機１２の制御装置１によって、励磁電流成分ｉ１ｄおよびトルク電流成分ｉ１ｑと、励磁電流指令値ｉ１ｄ＊およびトルク電流指令値ｉ１q＊との偏差をそれぞれ０にするように、常にフィードバック制御を行って当該誘導電動機１２を駆動する。
【００３０】
図３を参照して、従来の誘導電動機２７の制御方法では、点線のグラフに示すように、回転数が磁束飽和点より低い領域（以下、低回転数領域という）において、励磁電流指令値ｉ１ｄ＊の上限値を飽和電流制限閾値ｉ１ｄｔｈ＊に制限し、（１）式を用いて滑り角周波数ωｓ＝ωｓ１を算出するとともに、（３）式および（４）式を用いて正確なトルクτを算出していた。
一方、実線のグラフに示すように、本発明の誘導電動機１２の制御方法では、低回転数領域において、励磁電流指令値ｉ１ｄ＊を、非線形領域（領域Ｂ）の範囲まで拡げるべくｉ１ｄ＊＝ｉ１ｄ１＊＋ｉ１ｄ２＊＝ｉ１ｄｔｈ＊＋ｉ１ｄ２＊とした。ここで、誘導電動機１２のトルクτ、２次側磁束φ２および滑り角周波数ωｓは、誘導電動機１２のどのような回転数（回転速度）領域においても、それぞれ、次式
【数１５】
2010220331.tif 000017
、
【数１６】
2010220331.tif 000018
、および
【数１７】
2010220331.tif 000019
により、算出される。
しかしながら、非線形領域（領域Ｂ）の範囲にある励磁電流指令値ｉ１ｄ＊を用いた場合においては、上述したように２次側磁束の磁束飽和が生じるため、実際の２次側磁束φ２が（１６）式に基づいて計算した２次側磁束φ２より小さくなり、実際のトルクτも（１５）式に基づいて計算したトルクτより小さくなる。
そこで、図３（ｂ）および（ｃ）ならびに（１７）式に示すように、低回転数領域において、誘導電動機１２の滑り角周波数ωｓを、従来のωｓ１から、励磁電流指令値ｉ１ｄ＊と飽和電流制限閾値ｉ１ｄｔｈ＊の差分値（ｉ１ｄ２＊＝ｉ１ｄ＊−ｉ１ｄｔｈ＊）に比例した滑り角周波数ωｓ２だけアップさせた。そして、（１５）式、（１６）式および（１７）式の関係を満たすように、２次側磁束φ２およびトルク電流指令値ｉ１q＊の値を調整することにより、励磁電流指令値ｉ１ｄ＊が線形領域（領域Ａ）または非線形領域（領域Ｂ）のうちのいずれの範囲にある場合であっても、正確なトルクτを算出でき、かつ従来よりも高いトルクを得ることができる。
【００３１】
したがって、上記ステップＳ１乃至Ｓ１１を実行することにより、励磁電流指令値ｉ１ｄ＊が飽和電流制限閾値ｉ１ｄｔｈ＊を越えた範囲にある場合にも誘導電動機１２の制御を容易に行えることがわかる。故に、誘導電動機の制御の効率を高めることができ、誘導電動機の低回転時における高トルクを実現できる。
【００３２】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。
例えば、本実施例において、励磁電流指令値を飽和電流制限閾値と比較して滑り角周波数を演算するものであれば、その励磁電流指令値制御手段、滑り角周波数演算手段の構成は何ら限定されない。
また、本実施例において、第２の滑り角周波数ωｓ２を第２の励磁電流指令値ｉ１ｄ２＊の線形近似式を用いて演算したが、第２の滑り角周波数ωｓ２と第２の励磁電流指令値ｉ１ｄ２＊の相関関係を考慮して、第２の滑り角周波数ωｓ２を第２の励磁電流指令値ｉ１ｄ２＊の多項式の近似式を用いて演算するようにしてもよい。
さらに、本発明による誘導電動機の制御装置を例えばフォークリフトなどの電気車両に応用することができる。
【符号の説明】
【００３３】
１  制御装置
２  励磁電流指令値制御手段
３  滑り角周波数演算手段
４  第１の滑り角周波数演算手段
５  第２の滑り角周波数演算手段
６  滑り角周波数加算器
７  １次角周波数演算器
８  積分器
９  電流制御器
１０  ２相−３相変換器
１０ａ  ｄｑ−αβ座標変換器
１０ｂ  αβ−３相座標変換器
１１  インバータ（電力変換器）
１２  誘導電動機
１３  パルスジェネレータ（パルス生成器）
１４  １次電流検出手段
１５  ３相−２相変換器
１５ａ  ｄｑ−αβ座標変換器
１５ｂ  αβ−３相座標変換器
２０  制御装置
２１  滑り角周波数演算手段
２２  １次角周波数演算器
２３  積分器
２４  電流制御器
２５  ２相−３相変換器
２５ａ  ｄｑ−αβ座標変換器
２５ｂ  αβ−３相座標変換器
２６  インバータ（電力変換器）
２７  誘導電動機
２８  パルスジェネレータ（パルス生成器）
２９  １次電流検出手段
３０  ３相−２相変換器
３０ａ  ｄｑ−αβ座標変換器
３０ｂ  αβ−３相座標変換器
【図１】
2010220331.tif 000024
【図２】
2010220331.tif 000025
【図３】
2010220331.tif 000026
【図４】
2010220331.tif 000027
【図５】
2010220331.tif 000028