(57)【要約】【課題】速度、電圧に対するｄ軸電流特性と、トルクに対するｄ軸電流特性を合成して組み合わせることにより、従来よりも容易に動作特性の設定が可能な、ｄ軸電流制御装置を提供する。【解決手段】無負荷トルクにおける、速度、電圧に対する基準特性を設定し、最大トルク制御と組合わせることによりトルク成分を決定することにより、ｄ軸電流指令値の設定と演算を簡素化する。最大トルク制御成分と弱め界磁制御成分の加算による合成、および各成分の最大値を使用することを選択可能とし、ｄ軸電流指令値を求める。また、電流指令特性を参照する際の電圧値を出力トルクにより可変とすることで、ｄ軸電流指令の弱め界磁成分idwに最大トルク成分idtを加算した場合よりも、高速低トルク時のｄ軸電流を低減することを可能とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同期電動機の電流を検出し、この電流をｄ−ｑ軸の２軸のｄ軸電流、ｑ軸電流の直交成分に分けて制御する電流制御装置を備え、弱め界磁制御による高回転化を図るための、速度及び電圧に対するｄ軸電流指令値１と、最大トルクを発生させるためのｄ軸電流指令値２を合成して、最終的なｄ軸電流制御部のｄ軸電流指令値とする同期電動機制御装置において、
前記弱め界磁制御によるｄ軸電流特性と、前記最大トルクを発生させるためのｄ軸電流特性を保持する記憶部と、これら両特性に基くｄ軸電流指令値１と２を合成して最終的なｄ軸電流指令値を出力する電流指令合成処理部を備えたことを特徴とする同期電動機制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の同期電動機制御装置において、
前記電流指令合成処理部は、前記両ｄ軸電流特性に基づくｄ軸電流指令値１と２の大きさを比較して、その最大値を最終的なｄ軸電流指令値として出力することを特徴とする同期電動機制御装置。
【請求項３】
請求項１記載の同期電動機制御装置において、
前記電流指令合成処理部は、前記両ｄ軸電流特性に基づくｄ軸電流指令値１と２の大きさを加算して、最終的なｄ軸電流指令値として出力することを特徴とする同期電動機制御装置。
【請求項４】
同期電動機の電流を検出し、この電流をｄ−ｑ軸の２軸のｄ軸電流、ｑ軸電流の直交成分に分けて制御する電流制御装置を備え、弱め界磁制御による高回転化を図るための、速度及び電圧に対するｄ軸電流指令値１と、最大トルクを発生させるためのｄ軸電流指令値２を合成して、最終的なｄ軸電流制御部のｄ軸電流指令値とする同期電動機制御装置において、
無負荷時における速度及び電圧に対するｄ軸電流指令を前記ｄ軸電流指令値１とし、前記ｄ軸電流指令２と共に合成して最終的なｄ軸電流指令値を出力する電流指令合成処理部を備えた指令とすることを特徴とする同期電動機制御装置。
【請求項５】
請求項４記載の同期電動機制御装置において、
前記電流指令合成処理部は、前記ｄ軸電流指令値１と２の大きさを比較して、その最大値を最終的なｄ軸電流指令値として出力することを特徴とする同期電動機制御装置。
【請求項６】
請求項４記載の同期電動機制御装置において、
前記電流指令合成処理部は、前記両ｄ軸電流指令値１と２の大きさを加算して、最終的なｄ軸電流指令値として出力することを特徴とする同期電動機制御装置。
【請求項７】
前記請求項４〜６のいずれかに記載の同期電動機制御装置において、
前記のｄ軸電流指令値１を算出の際に使用する電圧値を、トルク電流の大きさに応じて変更し、速度、電圧に対する電流特性を調整する参照電圧調整部を設けたことを特徴とする同期電動機制御装置。
【請求項８】
前記請求項７に記載の同期電動機制御装置において、
前記参照電圧調整部は、検出電圧からトルク電流に比例した調整値を減算した値を、前記ｄ軸電流指令値１を算出の際に使用する電圧値としたことを特徴とする同期電動機制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同期電動機制御装置に係り、特に、同期電動機の入力電流を制御する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明に関連した同期電動機の制御装置において、弱め界磁制御の速度に対するｄ軸電流の決定の従来技術として、例えば、特開２００６−２０３９７号公報（特許文献１）、特開２０００−２２８８９２号公報（特許文献２）及び特開２００８−１４１８２４号公報（特許文献３）に記載されたものがある。
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２０３９７号公報
【特許文献２】特開２０００−２２８８９２号公報
【特許文献３】特開２００８−１４１８２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に示される技術では、モータ実速度と無効電流を流し始める基準速度（ベース速度）との速度差に無効電流の速度依存比例係数を掛けて、速度に対するｄ軸電流成分を決定し、さらに、測定電圧と基準電圧の差に電圧依存比例係数を掛け、弱め界磁を開始する基準速度を変更することにより、電圧に対するｄ軸電流特性を変化させているが、トルクの変化に対するｄ軸電流の特性については一定のままである。
【０００５】
特許文献２に示される技術では、電流指令値の特性を速度、トルク、電圧の全動作領域についてテーブル化して特性を決定する方式が挙げられているが、特性値をテーブル化するには、事前に全運転領域の特性解析と設定に工数を要し、さらに運転領域の設定を記憶するためのデータ領域も必要となる。
【０００６】
また、特許文献３に第２実施例として示されるように、弱め界磁制御と最大トルク制御を組合せて使用する動作方式として、両成分を加算して使用する方法があるが、無負荷時の最大速度付近で、弱め界磁制御によりｄ軸電流が過大となる傾向もある。
【０００７】
本発明の目的は、これらの課題を解決するため、無負荷時における、速度、電圧に対するｄ軸電流特性と、トルク電流に対するｄ軸電流特性とを組み合わせて、ｄ軸電流特性を合成することにより、従来よりも容易に動作特性の設定が可能な同期電動機制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の課題を解決するにあたり、本発明は、同期電動機の電流を検出し、この電流をｄ−ｑ軸の２軸のｄ軸電流、ｑ軸電流の直交成分に分けて制御する電流制御装置を備え、弱め界磁制御による高回転化を図るための、速度及び電圧に対するｄ軸電流指令値１と、最大トルクを発生させるためのｄ軸電流指令値２を合成して、最終的なｄ軸電流制御部のｄ軸電流指令値とする同期電動機制御装置において、
前記弱め界磁制御によるｄ軸電流特性と、前記最大トルクを発生させるためのｄ軸電流特性を保持する記憶部と、これら両特性に基くｄ軸電流指令値１と２を合成して最終的なｄ軸電流指令値を出力する電流指令合成処理部を備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、上記の同期電動機制御装置において、前記電流指令合成処理部は、前記両ｄ軸電流特性に基づくｄ軸電流指令値１と２の大きさを比較して、その最大値を最終的なｄ軸電流指令値として出力することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、上記の同期電動機制御装置において、前記電流指令合成処理部は、前記両ｄ軸電流特性に基づくｄ軸電流指令値１と２の大きさを加算して、最終的なｄ軸電流指令値として出力することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、同期電動機の電流を検出し、この電流をｄ−ｑ軸の２軸のｄ軸電流、ｑ軸電流の直交成分に分けて制御する電流制御装置を備え、弱め界磁制御による高回転化を図るための、速度及び電圧に対するｄ軸電流指令値１と、最大トルクを発生させるためのｄ軸電流指令値２を合成して、最終的なｄ軸電流制御部のｄ軸電流指令値とする同期電動機制御装置において、
無負荷時における速度及び電圧に対するｄ軸電流指令を前記ｄ軸電流指令値１とし、前記ｄ軸電流指令２と共に合成して最終的なｄ軸電流指令値を出力する電流指令合成処理部を備えた指令とすることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、上記の同期電動機制御装置において、前記電流指令合成処理部は、前記ｄ軸電流指令値１と２の大きさを比較して、その最大値を最終的なｄ軸電流指令値として出力することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、上記の同期電動機制御装置において、前記電流指令合成処理部は、前記両ｄ軸電流指令値１と２の大きさを加算して、最終的なｄ軸電流指令値として出力することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、上記の同期電動機制御装置において、前記のｄ軸電流指令値１を算出の際に使用する電圧値を、トルク電流の大きさに応じて変更し、速度、電圧に対する電流特性を調整する参照電圧調整部を設けたことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、上記の同期電動機制御装置において、前記参照電圧調整部は、検出電圧からトルク電流に比例した調整値を減算した値を、前記ｄ軸電流指令値１を算出の際に使用する電圧値としたことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明は、同期電動機の電流制御において、無負荷時における速度、電圧に対するｄ軸電流指令を求める。例えば、電圧使用範囲内で数種類の電圧について無負荷時の電流指令特性を準備し、電圧に応じて特性を切替えることにより、検出速度、検出電圧に応じたｄ軸電流指令idnとする。一方、出力トルクに対しては、例えば、最大トルク制御をもとに設定した電流指令特性より、ｄ軸電流指令idtを算出する。速度、電圧に対する電流指令idnとトルクに対する電流指令idtを組合わせることにより、最終出力となるｄ軸電流指令値とする。
【００１７】
また、ｄ軸電流指令値idt、idnの合成の際に、加算して出力する方法の他に、idt、idnの最大値成分を出力する方法を選択可能とする。速度、電圧に対する無負荷時でのｄ軸電流特性と、例えば、トルクに対するｄ軸電流特性の設定に必要なデータ領域については、それぞれ３点で設定するため、データ数も少なく、従来よりも容易にｄ軸電流指令の動作特性が設定可能となる。さらに、電流指令特性で参照する電圧値をトルクに応じて変化させることにより、ｄ軸電流指令を変化させ、高回転での無負荷時にｄ軸電流が過大となることを防止することを可能とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、弱め界磁制御におけるｄ軸電流指令の決定の際に、速度、電圧、トルクに対するｄ軸電流指令の動作特性を容易に設定することができる。また、設定に必要なテーブルなどの点数を少なくできるので、装置を小型化、低価格化できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は、本発明を実施するためのｄ軸電流制御装置の主要な電流制御ブロックである電流指令変換器１００の構成例である。弱め界磁制御を用いたｄ軸電流演算部1により、現在速度Ｎおよび電圧Vdcに対するｄ軸電流指令idn＊（ｄ軸電流指令値１）を求め、最大トルク制御をもとに設定した電流指令特性のｄ軸電流演算部２により、指令のトルク成分T＊に対するｄ軸電流指令idt＊（ｄ軸電流指令値２）を求めた後、電流指令合成処理部３を介して最終的なｄ軸電流指令id＊を出力する。
【実施例１】
【００２０】
図２は、同期電動機制御装置において、本発明を実施するための速度制御系の構成例である。
【００２１】
１０１は永久磁石同期電動機、１０２は、電動機１０１のロータ（図示せず）の回転位置を検出する位置検出器、１０３は、位置検出器１０２の出力から同期電動機のロータの回転速度Ｎを演算する速度演算器、１０４は、速度演算器１０３から得られた上記ロータの現在の回転速度Ｎと、予め設定した速度指令値Ｎ＊との偏差からトルク指令値Ｔ＊を演算して出力する速度制御演算器、１００は、上記トルク指令値Ｔ＊に基き、d軸電流指令値id＊およびq軸電流指令値iq*が算出される電流指令変換器、１０６は、電流検出器105によって検出されたU相電流値Iu、V相電流値Iv、W相電流値Iwを入力し、q軸電流値Iqとd軸電流値Idに変換するU-V-W/d−q変換器、１０７は、d軸電流指令値id＊からd軸電流値Idを減算した電流値を入力しd軸の電圧を算出するd軸電流制御演算器、１０８は、ｑ軸電流指令値Iｑ＊からｑ軸電流値Iｑを減算した電流値を入力しｑ軸の電圧を算出するｑ軸電流制御演算器、１０９は、d軸とｑ軸の電圧を三相交流電圧に変換するd-q/U-V-W変換器、１１０は、上記三相交流電圧をPWM波形に変換するPWM変換器である。
【００２２】
１１２は、商用の三相交流電圧１１１を直流電圧Vdcに変換する整流回路、１１３は、前記PWM変換器１１０からのPWM波形の電圧指令により駆動され、三相交流を出力するインバータで、この三相交流は永久磁石同期電動機101に供給される。
【００２３】
上記構成において、動作は次の通りである。
【００２４】
永久磁石同期電動機の現在速度Ｎと速度指令値Ｎ＊との偏差から、速度制御演算器104によりトルク指令値Ｔ＊が算出される。次いでこのトルク指令値Ｔ＊と現在速度Ｎから、電流指令変換器100によりd軸電流指令値id＊、およびq軸電流指令値iq*が算出される。三相分の各電流検出器105によって検出されたU相電流値Iu、V相電流値Iv、W相電流値Iwが、U-V-W/d−q変換器106に入力され、この変換器106でd軸電流値Idとq軸電流値Iqが得られる。前記d軸電流指令値Id＊からこのd軸電流値Idを減算し、その減算結果が前記d軸電流制御演算器107に入力される。一方、q軸電流指令値iq*からq軸電流値Iqを減算し、その減算結果が前記q軸電流制御演算器108に入力される。
【００２５】
ここで、U-V-W/d−q変換器106に、３相の電流検出器105から検出した電流値を入力しているが、これを２相の例えばU相、W相のみの電流を検出して、前記V相電流値IvをIv＝-Iu-Iwと演算してもよい。
【００２６】
前記d電流制御演算器107、q電流制御演算器108で算出された電圧の演算結果は、d-q/U-V-W変換器109において三相交流電圧に変換され、さらにPWM変換器110によりPWM波の電圧指令に変換され、インバータ１１３に供給される。一方、整流回路112において三相交流電圧111から変換された直流電圧Vdcは電源としてインバータ１１３に供給され、インバータ１１３は、前記PWM波の電圧指令に基ずいて三相交流を出力し、前記永久磁石同期電動機101に供給する。
【００２７】
次に、ｄ軸電流制御ブロックである電流指令変換器１００の具体的な構成例を、図５に示す。弱め界磁制御の電流演算部4（図1で１に相当）は、複数の電圧（Vdc）における無負荷（トルク０）時の電流指令特性、すなわち電流指令特性５〜７が３通りに設定されたmap（テーブル）１〜map３を記憶部として備えている。また、検出電圧Vdcを参照して使用する上記電流指令特性を切換選択する主回路電圧比較部８と、検出電圧Vdcに基いて選択された２種類の電流指令特性を２点間の電圧と検出電圧との電圧比により補間演算して、検出速度N、検出電圧Vdcに対する無負荷時のｄ軸電流指令idn＊（ｄ軸電流指令値１）を算出する補間処理部９を備えている。図５で、主回路電圧比較部８は接点８ａに接続されており、電流指令特性５と６が選択され、補間処理部９で両特性と検出電圧から電圧２点間との電圧比を基に補間演算して、無負荷時のｄ軸電流指令idn＊が算出される。
【００２８】
電流指令特性５〜７にあたるmap1(id、N)、map2(id、N)、map3(id、N)は、具体的にはそれぞれ主回路電圧がVdc1、Vdc2、Vdc3の場合の特性として、それぞれ、図６（１）、図６（２）、図６（３）に示されるｄ軸電流特性を準備する。なお、電流指令特性の種類数は、必ずしも３通りである必要はない。
【００２９】
また、トルク電流指令値iq＊を参照し、出力トルクに対するｄ軸電流指令idt＊（ｄ軸電流指令値２）を出力するd軸電流指令特性１０（図1の２に相当）のmap(id、iq)を備えている。例えば、電流指令特性１０の設定を最大トルク制御を満たす条件として、文献３のように直線近似により設定した場合、トルク電流に対するｄ軸電流指令idt＊の特性は、図７のように示される。
【００３０】
これらの速度Nおよび電圧Vdcに対する電流指令idn＊、トルクに対する電流指令idt＊は、電流指令合成処理部１１（図1の３に相当）において、加算されることによりd軸電流指令値Id＊を決定する。この加算の機能を果たす電流指令合成処理部は、図３に３ａとして示される。上記により、速度Ｎ、トルクＴに対する全領域の特性を得ることができる。
【００３１】
上記図３の電流指令合成処理部３ａで加算合成されて得られる特性は、図６と図７の加算合成として図８にｄ軸電流指令特性として示される。図８では、縦軸が電圧に対する電流指令とトルクに対する電流指令との加算値Id＊（idn＋idt）を示し、横軸が速度（N）を示している。
【実施例２】
【００３２】
次に実施例２について説明する。本実施例では、図５の電流制御ブロック図において、先の実施例１と同様に、電流指令特性５〜７、主回路電圧比較部８および補間処理部９を介してｄ軸電流指令idn＊を算出し、d軸電流指令特性１０よりｄ軸電流指令idt＊を同様に算出する。
【００３３】
実施例１と異なる点は、電流指令合成処理部１１が図４に３ｂで示すように構成されていることである。図４の合成処理部３ｂは、ｄ軸電流指令idn＊、idt＊の大小を比較して、指令値の大きい成分を選択することにより、出力に使用するｄ軸電流指令id＊を決定する。図９に実施例２の場合の図６と図７の合成後のｄ軸電流指令特性の一例を示す。この場合、idn＊、idt＊を加算する場合よりも、高速域でのｄ軸電流値を抑えられる。
【実施例３】
【００３４】
次に実施例３について説明する。実施例１のように、速度に対するｄ軸電流特性は、弱め界磁制御により設定された電流特性を基に動作しており、主回路電圧が一定で動作している限りでは、無負荷時の基準特性の折点にあたる速度は、図８のように、負荷状態によらず一定となる。このため、高負荷領域における特性に合わせて設定をした場合、高速かつ低トルクとなる領域では、モータの特性に対してｄ軸電流指令が必要以上に大きくなる傾向となる。
【００３５】
これに対応するため、図１０に示すように、主回路電圧比較部８の前段に参照電圧調整部１２を設け、トルク電流指令値iq＊と主回路検出電圧Vdcを基に、参照電圧調整部１２において、参照される電圧値Vdc1を算出した後に、電流指令特性５〜７を使用することにより、ｄ軸電流指令id＊の特性をトルクに応じて可変とし、高速、低負荷時におけるｄ軸電流指令の低減を可能とする。
【００３６】
すなわち、ｄ軸電流指令id＊を算出の際に使用する電圧値を、トルク電流の大きさに応じて変更し、同一電圧値でもトルク電流の増加とともに、速度、電圧に対する電流特性を調整することを特徴とする。
【００３７】
図１０の電圧検出値調整部１２では、主回路電圧Vdcとトルク電流指令iq＊をもとに、トルクに対する比例係数Kvを使用し、
Vdc1=Vdc−Kv×iq＊    ・・・(式１)
により、電圧検出値Vdcを低減した電圧検出値Vdc1を計算する。主回路電圧比較部８では電圧Vdc1を参照し、電流指令特性５〜７、補間処理部９を介してｄ軸電流指令idn＊を求める。すなわち、電圧値の変更に際し検出電圧からトルク電流に比例した調整値を減算することにより、前記ｄ軸電流指令id＊を算出の際に使用する電圧値を算出して電流特性を調整することを特徴とする。
【００３８】
これ以降は、実施例１と同様にトルクに対するｄ軸電流idt＊を求めておき、ｄ軸電流指令idn＊とｄ軸電流idt＊を合成処理部１１において加算処理することにより、制御演算に使用するｄ軸電流指令id＊を算出する。図１１に実施例３の場合の合成後のｄ軸電流特性の一例を示す。
【００３９】
以上説明したように本発明は、無負荷トルクにおける、速度、電圧に対する基準特性を設定し、最大トルク制御と組合わせることによりトルク成分を決定することにより、ｄ軸電流指令値の設定と演算を簡素化する。最大トルク制御成分と弱め界磁制御成分の加算による合成、および各成分の最大値を使用することを選択可能とし、ｄ軸電流指令値を求める。また、電流指令特性を参照する際の電圧値を出力トルクにより可変とすることで、ｄ軸電流指令の弱め界磁成分idwに最大トルク成分idtを加算した場合よりも、高速低トルク時のｄ軸電流を低減することを可能とする。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明実施例の電流指令変換器の構成図。
【図２】同じく同期電動機制御装置の構成図。
【図３】同じくｄ軸電流特性の合成処理部の説明図。
【図４】同じくｄ軸電流特性の合成処理部の説明図。
【図５】本発明実施例１の電流指令変換器のブロック図。
【図６】同じく無負荷時における、速度、電圧に対するｄ軸電流指令特性の説明図。
【図７】同じくトルク電流に対するｄ軸電流指令特性の説明図。
【図８】同じく特性を合成したｄ軸電流指令特性の説明図。
【図９】本発明実施例２の特性を合成したｄ軸電流指令特性の説明図。
【図１０】本発明実施例３の参照電圧調整部を追加した電流指令変換器のブロック図。
【図１１】同じくｄ軸電流指令特性の説明図。
【符号の説明】
【００４１】
１…弱め界磁制御によるｄ軸電流演算部、２…トルク成分に対するｄ軸電流演算部、３…電流指令合成処理部、３ａ…電流指令合成処理部（加算処理の場合）、３ｂ…電流指令合成処理部（最大値成分選択の場合）、４…弱め界磁制御の電流演算部、５…電圧Vdc1における速度に対するｄ軸電流指令特性、６…電圧Vdc2における速度に対するｄ軸電流指令特性、７…電圧Vdc3における速度に対するｄ軸電流指令特性、８…主回路電圧比較部、９…電流指令値補間処理部、１０…トルクに対するｄ軸電流指令特性、１１…電流指令合成処理部、１２…参照電圧調整部、１００…電流指令変換器、１０１…永久磁石同期電動機、１０２…位置検出器、１０３…速度演算器、１０４…速度制御演算器、１０５…電流検出器、１０６…U-V-W/d-q変換器、１０７…ｄ軸電流制御演算器、１０８…ｑ軸電流制御演算器、１０９…d-q/U-V-W変換器、１１０…ＰＷＭ変換器、１１１…三相交流電圧、１１２…整流回路、１１３…インバータ部、ｍａｐ、ｍａｐ１〜３…記憶部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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