(57)【要約】【課題】誘導電動機を静止させた状態で磁気飽和特性を同定できる誘導電動機駆動装置を提供することにある。【解決手段】直流電源３から供給された直流電力を交流電力に変換して誘導電動機４を駆動するインバータ１を有する誘導電動機駆動装置において、インバータ１から直流電圧を誘導電動機４に印加し、磁束推定部１５において、誘導電動機４に流れるＤ軸電流Ｉdの整定後のＤ軸電流最終値ＩdFを記憶し、誘導電動機４に流れるＤ軸電流Ｉdの時系列データＩd［κ］を記憶し、Ｄ軸電流最終値ＩdF及びＤ軸電流Ｉdの時系列データＩd［κ］に基いて、推定磁束量φhを演算し、磁気飽和特性演算部１６により磁気飽和特性により磁気飽和特性を同定する誘導電動機駆動装置。【選択図】      図１
2010068627.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導電動機に電圧を出力する電力変換装置と、
前記電力変換装置から出力された電圧により前記誘導電動機に流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記電力変換装置により印加された静止状態の前記誘導電動機の電圧及び前記電流検出手段により検出された前記静止状態の前記誘導電動機の電流に基いて、前記誘導電動機の磁束を演算する磁束演算手段と、
前記磁束演算手段により演算された磁束に基いて、前記誘導電動機の磁気飽和特性を同定する磁気飽和特性同定手段と
を有することを特徴とする誘導電動機駆動装置。
【請求項２】
誘導電動機に電圧を出力する電力変換装置と、
前記電力変換装置から出力された直流電圧により前記誘導電動機に流れる直流電流を検出する電流検出手段と、
前記電力変換装置により印加された静止状態の前記誘導電動機の直流電圧及び前記電流検出手段により検出された前記静止状態の前記誘導電動機の直流電流に基いて、前記誘導電動機の磁束を演算する磁束演算手段と、
前記磁束演算手段により演算された磁束に基いて、前記誘導電動機の磁気飽和特性を同定する磁気飽和特性同定手段と
を有することを特徴とする誘導電動機駆動装置。
【請求項３】
前記磁束演算手段は、
少なくとも２回磁束を演算し、２回目以降は、前回の前記電力変換装置からの出力電圧を減衰させずに、前記電力変換装置から電圧を出力することにより磁束を演算すること
を特徴とする請求項２に記載の誘導電動機駆動装置。
【請求項４】
前記磁束演算手段は、
前記誘導電動機の１次巻線抵抗値Ｒ1h、前記誘導電動機に電圧が印加されてからの経過時間ｔ、経過時間ｔにおける前記誘導電動機に流れる電流Ｉd、前記誘導電動機に流れる定量になった電流ＩdF、前記誘導電動機の相互インダクタンスと前記誘導電動機の２次自己インダクタンスとの商に相当する値Ｋに基いて、次式を用いて前記誘導電動機の磁束Φhを演算すること
【数１】
2010068627.tif 000015
を特徴とする請求項２又は請求項３に記載の誘導電動機駆動装置。
【請求項５】
前記磁束演算手段により演算された磁束に基いて、前記誘導電動機のインダクタンスを演算するインダクタンス演算手段を有し、
前記磁気飽和特性同定手段は、前記インダクタンス演算手段により演算されたインダクタンスに基いて、前記誘導電動機の磁気飽和特性を同定すること
を特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の誘導電動機駆動装置。
【請求項６】
前記インダクタンス演算手段は、
前記磁束演算手段により演算された磁束Φh及び前記電流ＩdFに基いて、次式を用いてインダクタンスＭを演算すること
【数２】
2010068627.tif 000016
を特徴とする請求項５に記載の誘導電動機駆動装置。
【請求項７】
前記磁気飽和特性同定手段は、所定関数を用いて磁気飽和特性を近似すること
を特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の誘導電動機駆動装置。
【請求項８】
前記磁気飽和特性同定手段は、
前記所定関数を、磁束推定値φh、定格運転時の相互インダクタンスＭ*、励磁電流Ｉｍ、定格運転時の励磁電流Ｉｍ*、磁気飽和度βによる次式とすること
【数３】
2010068627.tif 000017
を特徴とする請求項７に記載の誘導電動機駆動装置。
【請求項９】
前記磁気飽和特性同定手段は、
α＝β・Ｉｍ*とし、前記所定関数をＩｍ*で正規化し、定格運転時の磁束量からの磁束変動率Ｒ_φh、励磁電流率Ｒ_Ｉｍ[ＰＵ]による次式を用いること
【数４】
2010068627.tif 000018
を特徴とする請求項８に記載の誘導電動機駆動装置。
【請求項１０】
前記磁気飽和特性同定手段により同定された磁気飽和特性に基いて、前記誘導電動機を制御する制御手段
を有することを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の誘導電動機駆動装置。
【請求項１１】
前記磁気飽和特性同定手段の前記所定関数に関するパラメータに基いて、前記誘導電動機を制御する制御手段
を有することを特徴とする請求項７から請求項９のいずれか１項に記載の誘導電動機駆動装置。
【請求項１２】
前記磁気飽和特性同定手段により同定された磁気飽和特性を、所定の励磁電流の磁束に対する比率である磁気飽和比率に算定する磁気飽和比率演算手段と、
前記磁気飽和比率演算手段により算定された磁気飽和特性及び前記所定の励磁電流近傍での磁束に基いて、磁気飽和特性を演算する磁気飽和特性演算手段と
を有することを特徴とする請求項７から請求項９のいずれか１項に記載の誘導電動機駆動装置。
【請求項１３】
前記磁気飽和特性演算手段により演算された磁気飽和特性に基いて、前記誘導電動機を制御する制御手段
を有することを特徴とする請求項１２に記載の誘導電動機駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘導電動機を駆動するインバータによる誘導電動機駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インバータによる誘導電動機（ＩＭ）ドライブは、鉄道車両・昇降機・汎用インバータをはじめ各分野に適用されており、今後はトルクや速度制御精度の向上、高効率・低騒音など更なる高性能化と信頼性の向上が期待されている。
【０００３】
これらを実現するためには、実機を忠実に表す正確なＩＭモデルが必要であるが、ＩＭの磁気飽和は、その特性の把握が困難である。磁気飽和特性が正確でない場合、速度やトルク制御精度の劣化や、制御の不安定化、トルクリプル等の異常が発生し、システム全体に悪影響を及ぼすことになる。よってＩＭドライブシステムの開発において、ＩＭの磁気飽和特性を正確に把握し、制御に利用することが重要である。
【０００４】
そこで、次のような方法及び装置などがある。誘導電動機を複数の界磁量となる周波数で運転し、磁束補償関数の補償係数を自動調整し、調整後には、磁束制御ループを不要とする方法について開示されている（例えば、特許文献１参照）。誘導電動機を停止した状態にて、インバータ周波数＝Ｑ軸電圧を０として、Ｄ軸電圧に交流を与え、Ｄ軸電流に基づき、電動機定数を同定する方法について開示されている（例えば、特許文献２参照）。モータを停止した状態にて、高周波を重畳し、モータ定数を推定する方式において、重畳する周波数や重畳する場所によって表皮効果や磁気飽和の状態によってモータ定数の値が変化することなく、精度の高い１次抵抗・２次抵抗・漏れインダクタンス等の同定を可能にする装置について開示されている（例えば、特許文献３参照）。磁気飽和を考慮したモデルの導出について記載されている（例えば、非特許文献１参照）。磁気飽和を考慮したときのベクトル制御法が提案されている（例えば、非特許文献２参照）。
【特許文献１】特許第３３３７０３９号公報
【特許文献２】特許第２９２９３４４号公報
【特許文献３】特開２００１−１０３７９８号公報
【非特許文献１】岸本健，“磁気飽和を考慮した誘導電動機のシミュレーションモデル”，“電気学会論文誌Ｂ”，社団法人電気学会，昭和６１年４月，第１０６巻，第４号，ｐ３３−４０
【非特許文献２】黒沢良一，他１名，“誘導電動機の磁気飽和を考慮したブロック図とベクトル制御”，“平成４年電気学会産業応用部門全国大会”，社団法人電気学会，“１９９２年８月”，ｐ４５２−４５５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、先行技術文献に開示されている方法及び装置は、静止した状態で磁気飽和特性を把握するものではない。従って、ＩＭドライブシステム開発では、磁気飽和特性を得るため、モータを回転させて無負荷試験を行う必要がある。
【０００６】
制御対象によっては調整前には回転できないような場合もあり、静止した状態で磁気飽和特性を把握できることが必要となる。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、誘導電動機を静止させた状態で磁気飽和特性を同定できる誘導電動機駆動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】
本発明の観点に従った誘導電動機駆動装置は、誘導電動機に電圧を出力する電力変換装置と、前記電力変換装置から出力された電圧により前記誘導電動機に流れる電流を検出する電流検出手段と、前記電力変換装置により印加された静止状態の前記誘導電動機の電圧及び前記電流検出手段により検出された前記静止状態の前記誘導電動機の直流電流に基いて、前記誘導電動機の磁束を演算する磁束演算手段と、前記磁束演算手段により演算された磁束に基いて、前記誘導電動機の磁気飽和特性を同定する磁気飽和特性同定手段とを備えた構成である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、誘導電動機を静止させた状態で磁気飽和特性を同定できる誘導電動機駆動装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
【００１１】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る誘導電動機駆動装置を適用した構成を示すブロック図である。なお、以降において、同一部分には同一符号を付してその詳しい説明を省略し、異なる部分について主に述べる。
【００１２】
誘導電動機駆動装置は、インバータ１と、直流電源３と、電流検出器２ｕ，２ｗと、制御部１０とからなる。インバータ１の出力側は、制御対象である誘導電動機４と接続されている。
【００１３】
まず、ＤＱ軸回転座標系及びＡＢ軸静止座標系について説明する。
【００１４】
ＡＢ軸静止座標系は、Ａ軸及びＢ軸により定まる座標系である。誘導電動機４の誘導電動機固定子に流れる三相交流（Ｕ，Ｖ，Ｗ相）のＵ相と同じ向きにＡ軸を定義する。また、Ｂ軸は、Ａ軸に直交するように定義する。
【００１５】
ＤＱ軸回転座標系は、Ｄ軸及びＱ軸により定まる座標系である。ＤＱ軸は、ＡＢ軸静止座標系のＡＢ軸を基準として、固定子の磁束及び電流を「トルクに作用しない成分（Ｄ軸）」と「トルクに作用する成分（Ｑ軸）」に分けたものである。誘導電動機４は、固定子の磁束及び電流をＤ軸及びＱ軸に分けて制御される。
【００１６】
直流電圧源３は、直流電力をインバータ１に供給する。
【００１７】
インバータ１は、後述するゲート信号Ｓｇに基いて、直流電原３の直流電力を交流電力に変換して、誘導電動機４を駆動する。但し、誘導電動機４の磁気飽和特性を同定する場合は、インバータ１は、誘導電動機４に直流電力を印加する。
【００１８】
電流検出器２ｕは、誘導電動機４に流れる三相交流のＵ相の電流Ｉｕを検出する。電流検出器２ｕは、検出した電流Ｉｕを制御部１０に出力する。
【００１９】
電流検出器２ｗは、誘導電動機４に流れる三相交流のＶ相の電流Ｉｗを検出する。電流検出器２ｗは、検出した電流Ｉｗを制御部１０に出力する。
【００２０】
制御部１０は、ゲート信号Ｓｇをインバータ１に出力することで、インバータ１を制御する。制御部１０は、ＤＱ軸回転座標系を用いて、誘導電動機４の磁気飽和特性を求める。
【００２１】
制御部１０は、座標変換部１２，１４と、磁気飽和特性演算部１６と、ＰＷＭ回路１３と、積分器１１と、磁束推定部１５とからなる。
【００２２】
積分器１１は、インバータ周波数指令ω１が入力される。ここで、インバータ周波数指令ω１＝０に設定されている。積分器１１は、入力されたインバータ周波数指令ω１を積分する。積分されたインバータ周波数指令ω１は、ＤＱ軸回転座標系の位相角θ（ＡＢ軸静止座標系のＡ軸からＤＱ軸回転座標系のＤ軸までの位相角）となる。積分器１１は、算出した位相角θを座標変換部１２，１４に出力する。
【００２３】
座標変換部１２は、Ｄ軸電圧指令Ｖd*及びＱ軸電圧指令Ｖq*が入力される。Ｄ軸電圧指令Ｖd*は、Ｄ軸電圧に対する指令値である。Ｑ軸電圧指令Ｖq*は、Ｑ軸電圧に対する指令値である。ここで、磁気飽和特性を同定する場合は、Ｑ軸電圧指令Ｖq*＝０とし、Ｄ軸電圧指令Ｖd*＝α（α＞０）とする。これらの設定により、インバータ１は、直流電力を誘導電動機４に印加する。座標変換部１２は、積分器１１から入力された位相角θに基いて、ＤＱ軸電圧指令Ｖd*，Ｖq*を、三相電圧指令Ｖｕ*，Ｖｖ*，Ｖｗ*に変換する。座標変換部１２は、三相電圧指令Ｖｕ*，Ｖｖ*，Ｖｗ*をＰＷＭ回路１３に出力する。
【００２４】
ＰＷＭ回路１３は、三角波比較ＰＷＭ(pulse width modulation)法を用いて、ゲート信号Ｓｇを生成する。ＰＷＭ回路１３は、起動指令Ｇｓｔが入力される。ＰＷＭ回路１３は、起動指令Ｇｓｔが“ＯＮ”の場合に限り、インバータ１から三相電圧指令Ｖｕ*，Ｖｖ*，Ｖｗ*に一致する交流が出力されるように、ゲート信号Ｓｇを生成する。ＰＷＭ回路１３は、生成したゲート信号Ｓｇをインバータ１に出力する。
【００２５】
座標変換部１４は、電流検出器２ｕ，２ｗによりそれぞれ検出された相電流Ｉｕ，Ｉｗを取り込む。座標変換部１４は、積分器１１から入力された位相角θに基いて、相電流Ｉｕ，ＩｗをＤＱ軸座標上のＤ軸電流Ｉd及びＱ軸電流Ｉqに変換する。
【００２６】
磁束推定部１５は、座標変換部１４により変換されたＤ軸電流Ｉdが入力される。磁束推定部１５は、Ｄ軸電圧指令Ｖd*が入力される。磁束推定部１５は、Ｄ軸電流Ｉd及びＤ軸電圧指令Ｖd*に基いて、推定磁束量φhを算出する。磁束推定部１５は、誘導電動機４に直流電圧を印加した後、Ｄ軸電流Ｉdが定常値になった時点以降の最終値（以下、「Ｄ軸電流最終値」という。）ＩdFを記憶する。磁気飽和特性演算部１６は、推定磁束量φh及びＤ軸電流最終値ＩdFを磁気飽和特性演算部１６に出力する。
【００２７】
磁気飽和特性演算部１６は、磁束推定部１５による複数回（例えば、３回）の演算結果に基いて、複数回分のＤ軸電流最終値ＩdF及び推定磁束量φhの組合せを用いて磁気飽和特性を演算する。
【００２８】
図２は、第１の実施形態に係る磁束推定部１５の構成を示すブロック図である。
【００２９】
磁束推定部１５は、フィルタ５１と、定常値記憶部５２と、磁束演算部５３と、時系列データ記憶部５４とからなる。
【００３０】
フィルタ５１は、座標変換部１４から入力されたＤ軸電流Ｉdのノイズを除去する。
【００３１】
定常値記憶部５２は、Ｄ軸電流最終値ＩdFを記憶する。
【００３２】
時系列データ記憶部５４は、誘導電動機４に直流電圧を印加した後のＤ軸電流Ｉdの時系列データＩd［κ］を記憶する。
【００３３】
磁束演算部５３は、定常値記憶部５２により記憶されたＤ軸電流最終値ＩdF及び時系列データ記憶部５４に記憶された時系列データＩd［κ］に基いて、推定磁束量φhを算出する。
【００３４】
推定磁束量φhの演算には、以下の式を用いる。
【数５】
2010068627.tif 000003
【００３５】
【数６】
2010068627.tif 000004
【００３６】
【数７】
2010068627.tif 000005
【００３７】
ここで、Ｒ1hは、１次巻線抵抗値の推定値である。ΔｔはＤ軸電流Ｉdの時系列データＩd［κ］のサンプリング周期[sec]である。
【００３８】
式（２）は、連続時間積分として表すと式（４）となる。
【数８】
2010068627.tif 000006
【００３９】
係数Ｋは厳密には、式（５）である。
【数９】
2010068627.tif 000007
【００４０】
但し、相互インダクタンスＭ及び２次自己インダクタンスＬ２の両パラメータは、本来、磁気飽和特性の影響を受けるものである。本発明の目的が磁気飽和特性を推定しようとするものであるため、厳密に設定はできない。
【００４１】
ここで、２次自己インダクタンスＬ２は、ほぼ、相互インダクタンスＭに等しい（Ｌ２＝Ｍ＋Ｘで、ＸはＭの５％程度）。よって、Ｍ／Ｌ２は、磁気飽和の影響をほぼ受けず、‘１’に近い値となる。
【００４２】
そこで、係数Ｋは、誘導電動機の設計パラメータとして用いられる相互インダクタンスＭ*又は２次自己インダクタンスＬ２*を用いて代用するか、又は‘１’とする。
【００４３】
図３は、第１の実施形態に係る磁気飽和特性演算部１６の構成を示すブロック図である。
【００４４】
磁気飽和特性演算部１６は、磁気飽和テーブル記憶部６１と、磁気飽和関数フィッティング部６２と、正規化磁気飽和関数演算部６３とからなる。
【００４５】
磁気飽和テーブル記憶部６１は、磁束推定部１５で算出された回数分の推定磁束量φh及びＤ軸電流最終値ＩdFを記憶する。
【００４６】
磁気飽和関数フィッティング部６２は、式（６）で示す指数関数にて、図７に示すように、得られた推定磁束量φh及びＤ軸電流最終値ＩdFを最小２乗法などでフィッティングする。図７中の各点は、１回の磁束推定部１５の演算により得られた推定磁束量φh及びＤ軸電流最終値ＩdFを示す座標点である。図７中の曲線は、式（６）で示す指数関数である。
【数１０】
2010068627.tif 000008
【００４７】
ここで、Ｉｍは励磁電流（Ｄ軸電流）、Ｉｍ*は定格運転時の励磁電流（ＩdＲａｔｅ）、Ｍ*は、定格運転時の相互インダクタンスである。この指数関数は、特徴的な係数として、磁気飽和度βがある。
【００４８】
正規化磁気飽和関数演算部６３は、式（６）を定格運転時の励磁電流Ｉｍ*で正規化し、その出力を定格運転時の磁束量からの変動率Ｒ＿φhとする。すなわち、励磁電流Ｒ＿Ｉｍ*を入力とし、磁束変動率Ｒ＿φhを出力とする正規化された磁気飽和関数は、式（７）である。
【００４９】
正規化された磁気飽和関数は、式（７）で表される。
【数１１】
2010068627.tif 000009
【００５０】
ここで、式（８）の関係が成り立つ。
【数１２】
2010068627.tif 000010
【００５１】
次に、図４及び図５を参照して、誘導電動機駆動装置による推定磁束量φhの取得方法について説明する。
【００５２】
制御部１０は、Ｄ軸電圧指令Ｖd*が入力され、インバータ１から直流電圧を出力させる。これにより、インバータ１は、誘導電動機４に、Ｄ軸電圧指令Ｖd*に相当する直流電圧を印加する（ステップＳ１）。
【００５３】
時間ｔ１経過後、誘導電動機４に流れるＤ軸電流Ｉdは、定常値となりＤ軸電流最終値ＩdFとなる。定常値記憶部５２は、Ｄ軸電流最終値ＩdFを記憶する（ステップＳ２）。電圧を印加した時点ｔ０から定常値となる時点ｔ１までの時間は、誘導電動機の２次時定数である２次自己インダクタンスＬ２／２次巻線抵抗値Ｒ２の３倍から５倍程度の時間を要する。
【００５４】
磁束演算部５３は、定常値記憶部５２に記憶されたＤ軸電流最終値ＩdF及びＤ軸電圧指令Ｖd*を用いて、式（１）により、１次巻線抵抗推定値Ｒ1hを求める（ステップＳ３）。
【００５５】
このとき、時系列データ記憶部５４は、Ｄ軸電流Ｉdの時系列データＩd［κ］が記憶されている。
【００５６】
磁束演算部５３は、定常値記憶部５２に記憶されたＤ軸電流最終値ＩdF及び時系列データ記憶部５４に記憶されたＤ軸電流Ｉdの時系列データＩd［κ］を用いて、式（２）により、偏差Ｉｎｔ＿ｅＩｄを求める（ステップＳ４）。偏差Ｉｎｔ＿ｅＩｄは、Ｄ軸電流最終値ＩdFと時系列データＩd［κ］との時間積分による偏差である。
【００５７】
磁束演算部５３は、ステップＳ３で求めた１次巻線抵抗推定値Ｒ1h及びステップＳ４で求めた偏差Ｉｎｔ＿ｅＩｄを用いて、式（３）により、推定磁束量φhを求める（ステップＳ５）。
【００５８】
これにより、ある推定磁束量φhと推定磁束量φhに対応した励磁電流であるＤ軸電流最終値ＩdFとの関係について得られる。磁気飽和特性は、励磁電流と磁束との相関関係により表されるものである。よって、上記のステップＳ１からステップＳ５をＤ軸電圧指令Ｖd*を変えて複数回繰り返すことにより、推定磁束量φh及びＤ軸電流最終値ＩdFの複数分の組合せを得る。
【００５９】
図６は、第１の実施形態に係る推定磁束量φhを得る方法について説明するための波形図である。ここでは、磁束推定部１５による推定磁束量φhの演算を３回繰り返している。
【００６０】
制御部１０は、インバータ１に、時間ｔ０から時間ｔ１の間で、Ｄ軸電圧指令Ｖd1*に相当する電圧を出力させる。制御部１０は、インバータ１に、時間ｔ２から時間ｔ３の間で、Ｄ軸電圧指令Ｖd2*に相当する電圧を出力させる。制御部１０は、インバータ１に、時間ｔ４から時間ｔ５の間で、Ｄ軸電圧指令Ｖd3*に相当する電圧を出力させる。時間ｔ１から時間ｔ２、及び時間ｔ３から時間ｔ４は、直前のＤ軸電流Ｉdを‘０’にするまで減衰させるための時間である。Ｄ軸電流Ｉdを‘０’に減衰させるには、インバータ１のゲートオフ又はＤ軸電圧指令Ｖdを‘０’にする。
【００６１】
磁束演算部５３は、時間ｔ０から時間ｔ１の間、時間ｔ２から時間ｔ３の間、及び時間ｔ４から時間ｔ５の合計３回の推定磁束量φhを演算する。即ち、偏差Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３のそれぞれの面積に基いて、推定磁束量φhを演算する。これにより、磁束演算部５３は、推定磁束量φh及びＤ軸電流最終値ＩdFとの関係を３点得ることができる。
【００６２】
本実施形態によれば、以下の効果作用を得ることができる。
【００６３】
（７）式は、特に、パラメータが唯一のαであることがポイントであり、このαが正規化された磁気飽和度を表す。正規化されているため、複数の誘導電動機の特徴を、このパラメータで比較することができ、工学的に有効に活用することができる。即ち、ＩＭの磁気飽和特性を定性的かつ定量的に指し示す指標とすることができ、磁気飽和特性の観点から統一的に扱うことができる。また、（７）式によって、実機がほぼ一致する。さらに、同一の誘導電動機であっても、その使い方、即ち、励磁電流（Ｖ／Ｆ）によって、異なる。
【００６４】
例えば、従来の誘導電動機ドライブシステムの制御系設計において、磁気飽和特性を取り扱うものはあるが、その近似は複雑であって、取り扱いが困難である。また、複数の誘導電動機の磁気飽和特性の差異を議論する際に、複雑すぎるために有意差の有無がみえない。そこで、誘導電動機４の磁気飽和特性を示すパラメータを唯一とし、磁気飽和度αとすることで、誘導電動機４の磁気飽和特性を統一的に扱え、見通しのよい、設計ができる。指数関数によるフィティングでは、よく実機に一致する点で有効である。
【００６５】
また、磁気飽和度αが業界の標準定義となれば、誘導電動機４の銘板などへの記載、カタログや取り扱い説明書、ＷＥＢ上のデータベースなどの方法により、同係数を公開する。これにより、磁気飽和特性の取得に精度が出ない場合でも、記載された磁気飽和度α又は磁気飽和度βなどを制御パラメータとして設定することで、磁気飽和の補償を有効にすることができる。
【００６６】
本実施形態による誘導電動機駆動装置は、同定された磁気飽和特性を用いて、制御を行うことで、トルクや速度制御精度の向上、高効率・低騒音などの高性能化と信頼性を向上させることができる。
【００６７】
本実施形態によれば、誘導電動機４を停止させた状態で磁気飽和特性の同定を行うことができる。特に、制御対象（モータと負荷）によって、回転できないような誘導電動機４に対して磁気飽和特性を同定することができる点で有効である。
【００６８】
本実施形態による磁気飽和特性の同定に必要な情報は、電圧印加中の電圧値と電流値である。通常のインバータ制御において、電流値は不可欠な構成要素であるので電流検出器は備わっている。また、電圧値は電圧指令値によって代用する。従って、インバータ１として最小限のハードウェアで、磁気飽和特性を把握することができる。
【００６９】
磁気飽和特性を制御に利用することにより、ドライブシステム全体の性能を向上することが期待できる。
【００７０】
（第２の実施形態）
第２の実施形態に係る誘導電動機駆動装置は、時系列データ記憶部５４及び磁束演算部５３における推定磁束量を求めるための偏差を算出する方式を変更した点以外は、第１の実施形態と同じである。
【００７１】
磁束演算部５３は、時系列データ記憶部５４に記憶された時系列データＩd［κ］を、式（９）を用いて、逐次演算する。
【数１３】
2010068627.tif 000011
【００７２】
ここで、Ｉｎｔ＿Ｉｄの初期値は、０である。また、右辺のＩｎｔ＿Ｉｄは前回値を、左辺のＩｎｔ＿Ｉｄは現在値（求めようとする値）を表している。
【００７３】
Ｄ軸電流Ｉdが整定した時点で、上記の積分演算を停止する。この停止した時点では、最新の時系列データＩd［κ］は、Ｄ軸電流最終値ＩdFとなる。
【００７４】
式（９）により、最終的に得られた結果及びＤ軸電流最終値ＩdFを用いて、式（１０）を演算する。
【数１４】
2010068627.tif 000012
【００７５】
ここで、Ｔは積分区間の全時間である。即ち、誘導電動機４に直流電圧を印加してからＤ軸電流Ｉdが整定した時点までである。
【００７６】
本実施形態によれば、時系列データ記憶部５４は、常に最新の時系列データＩd［κ］だけを記憶していればよい。従って、時系列データ記憶部５４などのメモリの制約を軽減できるため（メモリ容量を小さくできるため）、磁束推定部１５などの演算を実行する部分（例えば、制御プロセッサなど）の負担を軽減し、磁気飽和特性を同定することができる。
【００７７】
（第３の実施形態）
図８は、第３の実施形態に係る推定磁束量φhを得る方法について説明するための波形図である。その他の点は、第１の実施形態における誘導電動機駆動装置と同様である。
【００７８】
制御部１０は、インバータ１に、時間ｔ０から時間ｔ１の間で、Ｄ軸電圧指令Ｖd1*に相当する電圧を出力させる。制御部１０は、インバータ１に、時間ｔ１から時間ｔ２の間で、Ｄ軸電圧指令Ｖd2*に相当する電圧を出力させる。制御部１０は、インバータ１に、時間ｔ２から時間ｔ３の間で、Ｄ軸電圧指令Ｖd3*に相当する電圧を出力させる。
【００７９】
このとき、１回目の直流電圧を印加し、Ｄ軸電流Ｉdが整定した後、Ｄ軸電流Ｉdを減衰させずに、２回目の直流電圧を印加する。２回目から３回目への直流電圧の印加時も同様である。
【００８０】
１回目の磁束φhは、偏差Ｄ４に基いて求める。２回目の磁束φhは、偏差Ｄ４と偏差Ｄ５との和に基いて求める。３回目の磁束φhは、偏差Ｄ４，Ｄ５，Ｄ６の総和に基いて求める。即ち、２回目の偏差Ｄ４と偏差Ｄ５との和は、１回目のＤ軸電流Ｉdを‘０’に減衰させた後に、Ｄ軸電圧指令Ｖd2*を印加して得た偏差と同じになる。同様に、３回目の偏差Ｄ４，Ｄ５，Ｄ６の総和は、２回目のＤ軸電流Ｉdを‘０’に減衰させた後に、Ｄ軸電圧指令Ｖd3*を印加して得た偏差と同じになる。
【００８１】
磁束演算部５３は、時間ｔ０から時間ｔ１の間、時間ｔ１から時間ｔ２の間、及び時間ｔ２から時間ｔ３の合計３回の推定磁束量φhを演算する。即ち、偏差Ｄ４、偏差Ｄ４＋偏差Ｄ５，偏差Ｄ４＋偏差Ｄ５＋偏差Ｄ６のそれぞれの面積に基いて、推定磁束量φhを演算する。これにより、磁束演算部５３は、推定磁束量φh及びＤ軸電流最終値ＩdFとの関係を３点得ることができる。
【００８２】
本実施形態によれば、階段状に直流電圧を印加することによって、Ｄ軸電流Ｉdを‘０’にするまで減衰させた場合に比べて、磁気飽和特性の同定時間をほぼ半減させることができる。特に、大容量機では、時定数が数秒から数十秒になる。また、磁気飽和特性の取得点数が多い場合も同定に要する時間が長くなる。同定に要する調整時間の短縮をすることができる。
【００８３】
（第４の実施形態）
図９は、第４の実施形態に係る磁気飽和特性演算部１６Ａの構成を示すブロック図である。第４の実施形態に係る誘導電動機駆動装置は、図１に示す第１の実施形態に係る誘導電動機駆動装置の磁気飽和特性演算部１６Ａが磁気飽和特性演算部１６に代わった点以外は同じである。
【００８４】
磁気飽和特性演算部１６Ａは、図３に示す磁気飽和特性演算部１６の正規化磁気飽和関数６３の出力側に乗算器１９を設け、外部から磁束φＲａｔｅを乗算器１９に入力するようにした点以外は、図３と同様である。
【００８５】
乗算器１９は、正規化磁気飽和関数演算部６３から図１０で示すような磁気飽和特性が入力される。図１０は、グラフ縦軸を定格運転時のＤ軸電流ＩdＲａｔｅ、グラフ横軸を定格運転時のＤ軸電流に対する（フィッティング後の）推定磁束で正規化したものである。
【００８６】
乗算器１９は、正規化磁気飽和関数演算部６３から入力された磁気飽和特性に、別途取得される定格運転時の磁束φＲａｔｅを乗算し、磁気飽和特性φ（ＩdＰＵ）として出力される。磁束φＲａｔｅは、上述の磁束推定による方法に得たものでなくともよい。例えば、誘導電動機４の仕様書やより正確な数値になる手法により得たものでもよい。
【００８７】
磁気飽和特性φ（ＩdＰＵ）は、定格運転時のＤ軸電流ＩdＲａｔｅに対するＤ軸電流の比率ＩdＰＵ［ＰＵ］と磁束φＲａｔｅとの比率により表される。
【００８８】
磁気飽和特性φ（ＩdＰＵ）は、式（１１）及び式（１２）により、インダクタンス値Ｍ（ＩdＰＵ）に変換することができる。これにより、制御部１０は、インダクタンス値Ｍ（ＩdＰＵ）を利用して、制御することもできる。
【数１５】
2010068627.tif 000013
【００８９】
【数１６】
2010068627.tif 000014
【００９０】
本実施形態によれば、以下の作用効果を得ることができる。
【００９１】
簡便な手法で磁気飽和特性を同定する場合、それを繰り返す必要がある。そのため、更なる、時間的な制約や、実施可能性が問題となる。また、第１から第３の実施形態を用いた場合は、直流励磁をした際の電流値および電流応答に依存するため、インバータのスイッチング素子の電圧降下やデッドタイムの影響を受けやすい。これは、絶対精度の高い推定を行えない可能性があるが、相対的な磁気飽和の傾向は取得できる。よって、本実施形態のように、磁気飽和特性（傾向）自体は、前述の実施形態のように取得し、飽和特性を正規化することで、励磁電流、すなわち、Ｄ軸電流に対する傾向だけを用いることとする。これにより、飽和特性の絶対値として別途入手する所定の動作点（定格運転時が望ましい）の精度の高い数値を用いることで、精度の高い磁気飽和特性曲線を得ることができる。
【００９２】
なお、各実施形態では、磁気飽和特性を把握するために必要となる誘導電動機４に印加された電圧は、Ｄ軸電圧指令Ｖd*を用いたが、電圧検出器を用いて、電圧検出器により検出されたＤ軸電圧値を用いてもよい。
【００９３】
各実施形態では、磁気飽和特性を把握するために、誘導電動機４に直流電圧を印加したが、交流電力を印加してもよい。これにより、誘導電動機４が駆動しない程度の交流電圧を印加することで、誘導電動機４を停止させたまま磁気飽和特性を同定することができる。
【００９４】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る誘導電動機駆動装置を適用した構成を示すブロック図。
【図２】第１の実施形態に係る磁束推定部の構成を示すブロック図。
【図３】第１の実施形態に係る磁気飽和特性演算部の構成を示すブロック図。
【図４】第１の実施形態に係る磁束推定部による推定磁束量の演算方法を説明するための波形図。
【図５】第１の実施形態に係る磁束推定部による推定磁束量の演算方法を説明するためのフロチャート。
【図６】第１の実施形態に係る推定磁束量を得る方法について説明するための波形図。
【図７】第１の実施形態に係る磁気飽和関数フィッティング部による磁気飽和特性を表すグラフ図。
【図８】第３の実施形態に係る推定磁束量を得る方法について説明するための波形図。
【図９】第４の実施形態に係る磁気飽和特性演算部の構成を示すブロック図。
【図１０】第４の実施形態に係る正規化磁気飽和関数演算部による磁気飽和特性を表すグラフ図。
【符号の説明】
【００９６】
１…インバータ、２ｕ，２ｗ…電流検出器、３…直流電源、４…誘導電動機、１０…制御部、１１…積分器、１２…座標変換部、１３…ＰＷＭ回路、１４…座標変換部、１５…磁束推定部、１６…磁気飽和特性演算部。
【図１】
2010068627.tif 000019
【図２】
2010068627.tif 000020
【図３】
2010068627.tif 000021
【図４】
2010068627.tif 000022
【図５】
2010068627.tif 000023
【図６】
2010068627.tif 000024
【図７】
2010068627.tif 000025
【図８】
2010068627.tif 000026
【図９】
2010068627.tif 000027
【図１０】
2010068627.tif 000028