(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源から供給される直流電力を可変電圧可変周波数の交流電力に変換して出力する電力変換回路と、
上記電力変換回路から同期電動機に供給される一次相電流を検出する電流検出器と、
上記電流検出器で検出された上記一次相電流と回転角度情報とに基づいて電流成分を演算する電流成分演算回路と、
上記同期電動機の制御に用いる電流設定値を設定する電流設定回路と、
加減速動作時には上記電流設定値の電流を流すように、また加減速動作しないときには電流を抑制するように、上記電流設定回路で設定された電流設定値および上記電流成分演算回路で演算された上記電流成分から周波数補正量を求める周波数補正演算回路と、
一次周波数指令値から上記周波数補正演算回路で演算された上記周波数補正量を減算して一次周波数を求める減算回路と、
上記減算回路で得られた上記一次周波数を積分して上記回転角度情報に変換する積分回路と、
上記減算回路で得られた上記一次周波数および上記積分回路で得られた上記回転角度情報に基づいて一次電圧指令値を演算して上記電力変換回路に出力する電圧指令演算回路と、
を備えた同期電動機の制御装置。
【請求項２】
上記周波数補正演算回路は、上記一次周波数が上記一次周波数指令値に達する前には、上記電流設定回路で設定された上記電流設定値を維持して上記一次周波数が上記一次周波数指令値に達するように上記周波数補正量を計算し、上記一次周波数が上記一次周波数指令値に達した後には、上記電流設定回路で設定された上記電流設定値を補正して、より少ない電流によって上記一次周波数を上記一次周波数指令値に維持する請求項１に記載の同期電動機の制御装置。
【請求項３】
上記周波数補正演算回路は、上記一次周波数が上記一次周波数指令値に達した後の所定の期間に、上記一次周波数指令値と上記一次周波数との差が一定の閾値以下に保たれている条件が満たされた場合に上記電流設定値を補正する請求項２に記載の同期電動機の制御装置。
【請求項４】
上記電圧指令演算回路は、上記減算回路で得られた上記一次周波数と上記積分回路で得られた上記回転角度情報に加えて、上記電流成分演算回路で得られた上記電流成分に基づいて上記一次電圧指令値を演算して出力する請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の同期電動機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同期電動機を駆動する制御装置に係り、特には位置センサなどを用いることなく安定的に駆動制御を行う同期電動機の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関用の過給システムとして、ターボチャージャと直列又は並列にコンプレッサを接続し、このコンプレッサの駆動を交流電動機でアシストしながら過給するシステムが知られている。この過給アシスト用の交流電動機は、駆動源である蓄電池に電力変換回路を介して接続される。また、この場合に使用される制御装置は、電力変換回路を制御することによって車両が加速するときに過給をアシストするよう交流電動機を駆動し、それ以外の定速走行時にはアシストを停止する。
【０００３】
また、車載の交流電動機は、蓄電池を駆動源とするため、できるだけ消費電流を少なくすることが望まれており、上記のような過給アシストのシステムにおいても、加減速の仕事を行っていないときの電流を可能な限り消費しないように制御する必要がある。
【０００４】
ところで、交流電動機には、界磁巻線式同期電動機や永久磁石同期電動機などの同期電動機や、誘導電動機などの種類があるが、内燃機関の過給を電動機でアシストするときには同期電動機が使用される。また、このような同期電動機を制御する場合、位置センサを用いてベクトル制御を行うことは可能であるが、位置センサは高価である上、故障による信頼性の問題等があり、位置センサや速度センサのないセンサレスでの制御が望まれている。
【０００５】
ここで、例えば車両が加速するときに過給をアシストするよう同期電動機を駆動する場合、蓄電池の電力を交流電動機に供給するが、その際、電力変換回路や同期電動機に過電流が流れると故障の原因となる。そのため、従来は、蓄電池と電力変換回路の間にヒューズなどの保護回路を設けたり、電力変換回路に過電流が流れたときには電力変換回路の動作を停止させるように制御している。
【０００６】
しかし、電力変換回路に過電流が流れたときに電力変換回路の動作を停止させる制御を単純に行うと、例えば車両を加速させたいときに過給をアシストできなくなるという不具合を生じる。そこで、従来技術では、電力変換回路や電動機の過電流を防止するよう一次周波数指令値を補正し、最大電流を必要とするような加減速動作を行う際の過電流保護を図るようにした制御装置が提案されている（例えば、下記の特許文献１参照）。
【０００７】
一方、上記のように内燃機関の過給を同期電動機でアシストする際、同期電動機の動作に対して様々な負荷外乱が影響を及ぼす。このような負荷外乱としては、例えば蓄電池の電圧の変化や経年による内部抵抗値の劣化、あるいは同期電動機に接続されたタービン等の機器から伝わる機械的な振動などの外乱トルクがある。特に、同期電動機に過給用コンプレッサを接続しているときには、このコンプレッサに繋がれたタービンが内燃機関の排気ガスで駆動されるため、その排気ガスの出力変動がそのまま外乱トルクとなる。
【０００８】
そして、センサレスの制御装置において、速度指令のみに従って電力変換回路を制御すると、車両の加減速動作等を行わず、同期電動機がコンプレッサの駆動をアシストする必要がない状態においても負荷外乱の影響によってトルクが変動し、その結果、同期電動機に不要な電流が流れて蓄電池の電力が無駄に消費されるという問題が起こる。
【０００９】
なお、従来技術では、トルク脈動を抑えるために、速度指令と電動機の回転速度の偏差を用いて電流制御を行うようにしたものも提案されている。すなわち、この特許文献２では、モータの電気角等に従って計算したトルク補償特性に基づいてトルク制御を行い、また、負荷等から発生するトルクリプルをテーブルなどを用いて高速に低減するようにしている（例えば、下記の特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平５−６８３９８号公報
【特許文献２】特開２００５−２２４０５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上述の特許文献１記載の従来技術では、電力変換回路や電動機の過電流を防止するよう一次周波数指令値を補正するようにしているので、最大電流を必要とするような加減速動作を行う際の過電流保護は可能であるものの、車の内燃機関のアイドル状態のように、加減速動作を行わない条件下における電流制御までは考慮していない。従って、特許文献１のような構成を過給用コンプレッサ用途に用いると、加減速のない動作時において負荷外乱の影響を受ける場合には不要な電流を抑制することが難しい。すなわち、負荷外乱による電流を抑制する制御は、過電流保護の制御と異なり、特許文献１のような構成では安定に制御することができない。
【００１２】
また、上述の特許文献２記載の従来技術では、トルク脈動を抑えるため速度指令と電動機の回転速度の偏差を用いて電流制御を行うように構成されているが、加減速動作を行わない定速走行時等において、負荷外乱の影響に起因した余分な電流消費を少なくするという効果を十分に発揮することができない。
【００１３】
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、負荷外乱の影響を受けながら同期電動機を駆動制御する場合において、同期電動機に流れる電流を最適に制御することによって、電力変換回路を過電流から保護しつつ電力変換回路の遮断を回避するとともに、同期電動機に負荷外乱などの影響によって不要な電流が流れることを抑制して無駄な電力消費を低減することができ、かつ位置センサなどを用いることなく安定に駆動制御が可能な同期電動機の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】
【００１４】
本発明の同期電動機の制御装置は、直流電源から供給される直流電力を可変電圧可変周波数の交流電力に変換して出力する電力変換回路と、この電力変換回路から上記同期電動機に供給される一次相電流を検出する電流検出器と、この電流検出器で検出された上記一次相電流と回転角度情報とに基づいて電流成分を演算する電流成分演算回路と、上記同期電動機の制御に用いる電流設定値を設定する電流設定回路と、加減速動作時には上記電流設定値の電流を流すように、また加減速動作しないときには電流を抑制するように、上記電流設定回路で設定された電流設定値および上記電流成分演算回路で演算された上記電流成分から周波数補正量を求める周波数補正演算回路と、一次周波数指令値から上記周波数補正演算回路で演算された上記周波数補正量を減算して一次周波数を求める減算回路と、この減算回路で得られた上記一次周波数を積分して上記回転角度情報に変換する積分回路と、上記減算回路で得られた一次周波数および上記積分回路で得られた回転角度情報に基づいて一次電圧指令値を演算して上記電力変換回路に出力する電圧指令演算回路と、を備えたものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、内燃機関の排気ガス等の変動に起因した負荷外乱によって同期電動機の電流が変動し易い状態に対して常に最適な電流値を設定して制御することができる。これにより、蓄電池などの直流電源の無駄な電流消費を抑えることができ、また電力変換回路や同期電動機を過電流から保護するとともに、過電流によって電力変換回路が停止したり、同期電動機の制御動作が不安定になるのを防止することが可能となる。また、位置センサなどを用いることなく安定に同期電動機を制御することができるので、制御回路を安価に構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態１における同期電動機の制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】同制御装置の電流成分演算回路の詳細構成を示すブロック図である。
【図３】同制御装置の周波数補正演算回路の詳細構成を示すブロック図である。
【図４】本発明における周波数指令値と一次周波数の関係を示す波形図である。
【図５】本発明の実施の形態２における同期電動機の制御装置の構成を示すブロック図である。
【図６】同制御装置の電流成分演算回路の詳細構成を示すブロック図である。
【図７】同制御装置の周波数補正演算回路の詳細構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の実施の形態３における同期電動機の制御装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１における同期電動機の制御装置の構成を示すブロック図、図２は同制御装置の電流成分演算回路の詳細構成を示すブロック図、図３は同制御装置の周波数補正演算回路の詳細構成を示すブロック図である。
【００１８】
図１において、符号ＳＭは永久磁石や界磁巻線を用いて界磁を行う同期電動機であり、この同期電動機ＳＭには負荷として図示しないコンプレッサが接続されて過給をアシストする。
【００１９】
同期電動機ＳＭを駆動制御する制御装置は、周波数指令回路１、減算回路２、電圧指令演算回路３、電力変換回路４、電流設定回路５、積分回路６、電流成分演算回路７、周波数補正演算回路８、および電流検出器９，１０を主体に構成されている。
【００２０】
ここに、周波数指令回路１には、例えば図示しないアクセルペタル等からの速度情報が入力されており、周波数指令回路１は、この速度情報に応じて同期電動機ＳＭを駆動するための一次周波数指令値ｆ＊を設定して出力する。
【００２１】
減算回路２は、周波数指令回路１の一次周波数指令ｆ＊に対して後述の周波数補正演算回路８から与えられる周波数補正量Δｆを減算し、この減算した値を一次周波数ｆ１として出力する。
【００２２】
電圧指令演算回路３は、減算回路２からの一次周波数ｆ１および後述の積分回路６からの回転子の回転角度θの情報を用いて三相交流電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊を演算して出力する。この三相交流の電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊を求める計算方法については、様々な制御方式が提案されている。
【００２３】
例えば、一般的によく知られているＶ／ｆ制御方式では、一次周波数ｆ１と一次線間電圧値Ｖ１の振幅を比例関係になるよう制御する。例えば、
【００２４】
【数１】
0005511531.tif 000002
【００２５】
として一次電圧指令値Ｖ＊を決定する。ここに、Ｋ１は所定の比例係数である。
【００２６】
実際の制御においては、ｄ−ｑ座標系において、Ｖｄ＊はゼロとし、（１）式の電圧指令Ｖ＊はｑ軸の電圧Ｖｑ＊として与える。
【００２７】
なお、周波数ｆ１がゼロ［Ｈｚ］のところから、単純な比例関係でＶ＊を計算すると、一次巻線抵抗による電圧降下分が考慮されず、低回転速度時のトルク不足が懸念される。そのため、通常低回転速度域ではオフセット電圧などを与えるように制御する。
【００２８】
そして、２相ｄｑ座標系からｕ−ｖ−ｗの３相交流座標系へ座標変換式は、一般に、
【００２９】
【数２】
0005511531.tif 000003
【００３０】
として表される。なお、（２）式における回転角度θは、回転子の界磁磁束の方向をｄ軸としたときのｄ軸の磁極位置の方向を示す。
【００３１】
この場合の回転角度θは、
【００３２】
【数３】
0005511531.tif 000004
【００３３】
となることから、センサレス制御では、一次周波数ｆ１［Ｈｚ］を積分演算することによりθ［ｒａｄ］を求めるのが一般的である。ここで、Ｖｄ＊＝０とし、またＶｑ＊を（１）式とすると、この回転角度θを用いて上記（２）式から三相交流の電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊が計算される。
【００３４】
電力変換回路４は、図示しない蓄電池等の直流電源から供給される直流電圧Ｖｄｃを、電圧指令演算回路３から入力される三相交流電圧値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に従って三角波比較方式や瞬時電圧ベクトル選択方式等によってパルス幅変調（ＰＷＭ）を行い、可変周波数可変電圧の３相交流電圧に変換して出力する。
【００３５】
電流設定回路５は、同期電動機ＳＭの制御に用いる電流値ｉ１を設定する。すなわち、電流設定回路５に対しては、最大電流を必要とするような加減速動作を行う条件、あるいは車の内燃機関のアイドル状態のように加減速動作を行わない条件を決める情報（例えばトルク情報）が入力されるようになっている。電流設定回路５はこれらの情報に基づいて、最大限の加減速動作を行いたいときには電力変換回路４がトリップしない状態で許容できる最大電流値を設定し、また、加減速動作を必要とせずに電流消費を抑える必要がある場合には、回転動作を保持できる程度の最低限の最小電流値を設定する。そして、非突極電動機の場合、ｑ軸電流とトルクが比例関係にあるため、この電流設定回路５で設定される電流値ｉ１によって直接的にトルクを制御することが可能になる。
【００３６】
積分回路６は、前述の（３）式に示すように、一次周波数指令ｆ１を所定の周期で積分して同期電動機ＳＭの回転子の回転角度θを計算する。
【００３７】
電流検出器９，１０は、同期電動機ＳＭの電機子を流れるＵ相、Ｖ相の２つの電流値ｉｕ，ｉｖを検出するものである。この実施の形態１では、回転センサや位置センサを用いずに電流検出器９，１０の電流値ｉｕ，ｉｖのみを参照してセンサレス制御を行う。なお、
ここではＵ相、Ｖ相の２つの電流値ｉｕ，ｉｖを使用するが、これに限らず、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各電流値ｉｕ，ｉｖ，ｉｗの内のいずれか２つの電流値を使用することができる。
【００３８】
電流成分演算回路７は、電流検出器９，１０から入力される電流値ｉｕ，ｉｖおよび積分回路６で得られる回転角度θの情報を用いて２相座標空間に変換してｑ軸上の電流値ｉｑを出力する。すなわち、同期電動機ＳＭの制御を考える場合、通常、三相交流座標系でなく回転座標系であるｄ−ｑ座標で行われる。このため、電流成分演算回路７は、ｕ−ｖ−ｗの３相座標系の電流をｄ−ｑの２相座標系の電流に変換するが、ここでは、特に２相座標におけるｑ軸上の電流値ｉｑのみを演算するように構成している。
【００３９】
一般に３相座標系から２相座標系へ変換を行う行列式は、
【００４０】
【数４】
0005511531.tif 000005
【００４１】
と表される。
【００４２】
いま、ｉｗ＝−ｉｕ−ｉｖとして、上記の（４）式からｑ軸上の電流値ｉｑのみを求めると、
【００４３】
【数５】
0005511531.tif 000006
【００４４】
となる。
【００４５】
（５）式のｑ軸上の電流値ｉｑを求める場合の電流成分演算回路７の詳細構成を図２に示す。
【００４６】
図２において、符号１２は３相交流の内の電流検出器９で検出されたＵ相電流値ｉｕが入力される入力端子、１３は３相交流の内の電流検出器１０で検出されたＶ相電流値ｉｖが入力される入力端子、１４は積分回路６で得られた回転角度θが入力される入力端子、１５はｑ軸上の電流ｉｑの出力端子である。また、１６，１７，１８は所定の係数を乗算する乗算回路、１９は２つの入力を加算する加算回路、２１は入力された回転角度θの情報からｓｉｎθとｃｏｓθを計算して出力する三角関数発生回路、２０，２２はそれぞれｓｉｎθ、ｃｏｓθを乗算する乗算回路、２３は２つの信号の減算を行う減算回路である。
【００４７】
この電流成分演算回路７の動作としては、前述の（５）式に基づき、三相電流の内の２つの電流値ｉｕ，ｉｖ、および回転子の回転角度θの情報を用いてｑ軸上の電流値ｉｑを計算する。そのため、乗算器１６の係数は√（３／２）、乗算器１７の係数は１／√２、乗算器１８の係数は√２となる。
【００４８】
周波数補正演算回路８は、電流設定回路５から入力される電流設定値ｉ１と電流成分演算回路７から入力されるｑ軸上の電流値ｉｑを用いて一次周波数指令値ｆ＊に対する周波数補正量Δｆを演算して出力する。すなわち、この周波数補正演算回路８は、電流設定値ｉ１とｑ軸電流値ｉｑの偏差Δｉに基づいてＰＩ制御演算を行い、周波数補正量Δｆを計算する。その際、一次周波数ｆ１と一次周波数指令ｆ＊の値を用いた条件判定を行い、加減速動作を行うときには電流設定値ｉ１を補正せず、また加減速動作を行わない場合など所定の条件を満たすときには電流設定値ｉ１を補正し、この補正した電流設定値ｉ１によるＰＩ制御演算を行う。
【００４９】
この周波数補正演算回路８の詳細構成を図３に示す。
図３において、符号２４は減算回路２で得られる一次周波数ｆ１が入力される入力端子、２５は周波数指令回路１からの一次周波数指令ｆ＊が入力される入力端子、２６は電流設定回路５から与えられる電流設定値ｉ１が入力される入力端子、２７は電流成分演算回路７から与えられるｑ軸上の電流値ｉｑが入力される入力端子、２８は周波数補正量Δｆが出力される出力端子である。また、２９，３４は２つの信号を減算する減算回路、３０は一次周波数ｆ１と一次周波数指令ｆ＊の差分に対して閾値比較を行う閾値比較回路、３１は一次周波数指令ｆ＊の微分値を計算する微分回路、３２は電流設定値ｉ１の補正の要否を判定する判定回路、３３は判定回路３３の出力結果に従って電流設定値ｉ１を補正する補正回路である。３８は比例ゲインＫｐの乗算と積分ゲインＫｉの積分演算を含んだＰＩ制御を行うＰＩ制御器で、比例ゲインを乗算する乗算回路３５と、所定の積分ゲインを用いて積分処理を行う積分回路３６と、２つの入力信号の加算を行う加算回路３７とからなる。
【００５０】
次に、上記構成を備えた同期電動機ＳＭの制御装置の動作、特に、ここでは周波数補正演算回路８の動作を主体に詳しく説明する。
【００５１】
前述のように、電流設定回路５は、最大限の加減速動作を行いたいときには電力変換回路４がトリップしない状態で許容できる最大電流値を設定し、また加減速動作を必要とせずに電流消費を抑える必要がある場合には、回転動作を保持できる程度の最低限の最小電流値を設定する。
【００５２】
これに応じて、周波数補正演算回路８は、２種類の動作モードで動作を行う。すなわち、最大限のレートで加減速を行うときには、電流設定回路５によって電力変換回路４が過電流で動作停止しない範囲内で許容される最大電流値が設定されるので、第１の動作モードでは、この最大電流値を用いながら加減速動作を行うような制御を行う（以下、この動作モードを電流制御モードと称する）。
【００５３】
一方、加減速動作を必要とせずに電流消費を抑える必要があるときには、電流設定回路５によって回転動作を保持できる程度の最低限の最小電流値が設定されるので、第２の動作モードでは、一次周波数ｆ１が一次周波数指令ｆ＊に収束して安定に動作していると判断された際に、周波数補正量Δｆを徐々にゼロ近傍の値に戻していくと同時に、電流設定値ｉ１をゼロ近傍の値に補正して不要な電流を消費しないような制御を行う（以下、この動作モードを回復処理モードと称する）。
【００５４】
したがって、前者の電流制御モードでは、電流設定値ｉ１の新たな設定などによってｑ軸電流値ｉｑが電流設定値ｉ１と大きく異なる状態で始まり、（ｉｑ−ｉ１）という電流値の偏差Δｉを用いて周波数補正量Δｆを計算する。つまり、この電流制御モードでは、補正回路３３は補正を行わずに入力された電流設定値ｉ１をそのまま出力する。そして、ＰＩ制御器３８は、減算回路３４で得られる電流値の偏差Δｉ（＝ｉｑ−ｉ１）を用いてｑ軸電流値ｉｑが電流設定値ｉ１に一致するように周波数補正量Δｆの計算を行う。
【００５５】
すなわち、ＰＩ制御器３８は、
【００５６】
【数６】
0005511531.tif 000007
【００５７】
の演算を行う。ここに、Ｋｐは比例ゲイン、Ｋｉは積分ゲインである。
【００５８】
この電流制御モードにおいて、電流設定値ｉ１に基づく加減速動作を行った結果、一次周波数ｆ１と一次周波数指令ｆ＊が略一致する状態にまで収束したときには、回復処理モードに移行する。そして、この回復処理モードでは、上記のように周波数補正量Δｆを徐々にゼロ近傍の値に戻していくと同時に、電流設定値ｉ１をゼロ近傍の値に補正して不要な電流を消費しないように制御する。
【００５９】
ここで、電流制御モードから回復処理モードへ移行したか否かの判定は、閾値比較回路３０の出力および微分回路３１の出力に基づいて判定回路３２が行う。
【００６０】
すなわち、減算回路２９は、入力端子２５に入力された一次周波数ｆ１と入力端子２６に入力された一次周波数指令ｆ＊との差分を計算する。次いで、閾値判定回路３０は、減算回路２９の出力である一次周波数ｆ１と一次周波数指令ｆ＊の差分に対して閾値ｆｔｈとの大小比較判定を行う。
【００６１】
すなわち、閾値比較回路３０は、
【００６２】
【数７】
0005511531.tif 000008
【００６３】
が成り立つかどうかを判定する。
【００６４】
このように、閾値比較回路３０が、一次周波数ｆ１と一次周波数指令ｆ＊の差分に対して閾値ｆｔｈとの大小比較判定を行うのは次の理由による。
【００６５】
同期電動機ＳＭが脱調などせずに安定に動作しているときには、一次周波数ｆ１は電動機回転周波数とほぼ一致しており、一次周波数ｆ１を同期電動機ＳＭの回転周波数と等価なものとして扱うことが可能である。しかし、負荷外乱が存在して回転速度が変動する条件下では、一次周波数ｆ１が一次周波数指令ｆ＊に略収束した場合でも、図４（ａ）に示すように、一次周波数ｆ１は負荷外乱の影響を受けて一次周波数指令ｆ＊に対して変動する。このような状態で、単純に一次周波数ｆ１と一次周波数指令ｆ＊の一致／不一致を厳密に判定すると、短い周期で動作モードが電流制御モードと回復処理モードに交互に切り替わり誤判定の要因となる。
【００６６】
そこで、ここでは、図４（ｂ）に示すように、一次周波数指令ｆ＊に対して一定の閾値±ｆｔｈを判定マージンとして設定し、この判定マージン内に一次周波数ｆ１が収束しているときに、一次周波数ｆ１が一次周波数指令ｆ＊に一致したものと見做すようにしている。
【００６７】
なお、ここでは図示していないが、閾値比較回路３０が一次周波数指令ｆ＊と一次周波数ｆ１の一致／不一致を判定する際には、一次周波数ｆ１が発散などせずに一次周波数指令ｆ＊に安定的に収束していることを確認するため、一次周波数ｆ１が一次周波数指令ｆ＊に一度は達しているかどうかという条件も同時に判定され、一次周波数ｆ１と一次周波数指令ｆ＊が一致した後の所定時間内において上記（７）式に示す判定が実施される。
【００６８】
さらに、微分回路３１は、一次周波数指令ｆ＊の微分演算を行って、一次周波数指令ｆ＊が変化しているかどうかを判定する。すなわち、電流制御モードから回復処理モードに移行したかどうかを判定する際には、一次周波数指令ｆ＊が変化していない条件の下で、一次周波数ｆ１と一次周波数指令ｆ＊の一致／不一致を判定する必要がある。このため、一次周波数指令ｆ１の微分演算結果を用いて判定を行う。
【００６９】
そして、判定回路３２は、閾値比較回路３０および微分回路３１の双方の出力に基づいて、電流制御モードから回復モードに移行したかどうか、すなわち電流設定値ｉ１を補正するかどうかを判定する。すなわち、判定回路３２は、
（１）｜ｆ＊−ｆ１｜＜ｆｔｈ（ｆ１がｆ＊に達した後）
（２）微分回路３１の出力がゼロ
という（１）と（２）のＡＮＤ条件が成立するかどうかを判定する。
【００７０】
そして、判定回路３２が（１）と（２）のＡＮＤ条件が成立したと判定すると、これに応じて、補正回路３３は、電流設定値ｉ１をゼロ近傍の値になるように補正して、回転動作を維持するための最低限の電流値をとるようにする。したがって、この回復処理モードに移行したときには、周波数補正量Δｆが徐々にゼロ近傍の値になって同期電動機ＳＭが周波数指令回路１で設定された一次周波数指令ｆ＊に対応した速度で駆動されるとともに、回転動作を維持するための最低限の電流値（略ゼロ）に維持されることになる。
【００７１】
以上のように、この実施の形態１では、内燃機関の排気ガス等に起因した負荷外乱によって同期電動機ＳＭの電流が変動し易い状態に対して常に最適な電流値を設定して制御することができる。これにより、蓄電池などの直流電源の無駄な電流消費を抑えることができ、また、電力変換回路４や同期電動機ＳＭを過電流から保護するとともに、過電流によって電力変換回路４が停止したり、同期電動機ＳＭの制御動作が不安定になるのを防止することが可能となる。また、位置センサなどを用いることなく安定に同期電動機ＳＭを制御することができるので、制御回路を安価に構成することができる。
【００７２】
なお、ここでは、電流制御モードから回復処理モードへの移行条件として、判定回路３２が閾値比較回路３０および微分回路３１の双方の出力に基づいて判定しているが、本発明はこのような方法のみに限定されるものではなく、他のモード移行判定を行うことも可能である。
【００７３】
実施の形態２．
図５は本発明の実施の形態２における同期電動機の制御装置の構成を示すブロック図、図６は同制御装置の電流成分演算回路の詳細構成を示すブロック図、図７は同制御装置の周波数補正演算回路の詳細構成を示すブロック図であり、図１ないし図３に示した実施の形態１と対応もしくは相当する構成部分には同一の符号を付す。
【００７４】
この実施の形態２において、上記の実施の形態１との構成上の違いは、電流成分演算回路４５と周波数補正演算回路４６の部分である。すなわち、実施の形態１では、電流成分演算回路４５は、２相座標空間におけるｑ軸上の電流値ｉｑのみ演算するようにしているが、この実施の形態２では、２相座標空間におけるｄ軸上とｑ軸上の双方の電流値ｉｄ，ｉｑを演算するよう構成している。また、周波数補正演算回路４６は、ｄ軸上とｑ軸上の各電流値ｉｄ，ｉｑから周波数補正量Δｆを計算する。
【００７５】
次に、電流成分演算回路４５の詳細について図６に基づいて説明する。なお、図６において、実施の形態１（図２）と同じ構成部分には同一の符号を付して、ここでは詳しい説明は省略する。
【００７６】
いま、ｉｗ＝−ｉｕ−ｉｖの関係式と前述の（４）式とからｄ軸上の電流値ｉｄを求めると、
【００７７】
【数８】
0005511531.tif 000009
【００７８】
となる。
【００７９】
よって、図６における電流成分演算回路４８は、（５）式および（８）式によってｄ軸上およびｑ軸上の各電流値ｉｄ，ｉｑの双方を同時に求める。そのため、この電流成分演算回路４５は、図２に示した電流成分演算回路７の構成に対して、さらにｓｉｎθ、ｃｏｓθの値を乗算する乗算回路４０，４１、２つの信号を加算する加算回路４２、および加算回路４２の出力端子３９が付加されている。
【００８０】
次に、周波数補正回路４９の詳細について図７に基づいて説明する。なお、図７において、実施の形態１（図３）と同じ構成部分には同一の符号を付して、ここでは詳しい説明は省略する。
【００８１】
周波数補正回路４９は、ｄ軸上とｑ軸上の各電流値ｉｄ，ｉｑの双方を用いて、例えば
【００８２】
【数９】
0005511531.tif 000010
【００８３】
として電流絶対値Ｉを求め、この電流絶対値Ｉと電流設定値ｉ１を用いて、周波数補正量Δｆを算出する。そのため、この周波数補正回路４９は、図３に示した周波数補正演算回路８の構成に対して、ｄ軸上の電流値ｉｄが入力される入力端子４３、およびｄ軸上とｑ軸上の各電流値ｉｄ，ｉｑの双方を用いて２相電流の絶対値を求める絶対値回路４４が付加されている。
【００８４】
以上のように、この実施の形態２では、２−３相変換を行ったｄ−ｑ軸上の２つの電流値ｉｄ，ｉｑに基づく電流絶対値Ｉを用いて電流を制御するように構成したので、相電流の実効値をより最適に制御することができ、同期電動機ＳＭの制御動作が不安定になるのを確実に防止することが可能となる。
その他の構成および作用、効果は実施の形態１の場合と同様であるから、ここでは詳しい説明は省略する。
【００８５】
実施の形態３．
図８は本発明の実施の形態３における同期電動機の制御装置の構成を示すブロック図であり、図５に示した実施の形態２と対応もしくは相当する構成部分には同一の符号を付す。
【００８６】
この実施の形態３において、実施の形態２との構成上の違いは、電圧指令演算回路４７の部分である。すなわち、実施の形態１、２では、電圧指令演算回路３は、一次周波数ｆ１および積分回路６からの回転角度θの情報を用いて三相交流電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊を演算するようにしているが、この実施の形態３における電圧指令演算回路４７は、減算回路２からの一次周波数ｆ１と積分回路６からの回転角度θの情報に加えて、電流成分演算回路４５からのｄ軸上とｑ軸上の各電流値ｉｄ，ｉｑに基づいて三相電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊を計算して出力する。
【００８７】
この場合、２相座標系の電流値から２相座標系の電圧指令値を求める方法はいくつか考えられるが、例えば、
【００８８】
【数１０】
0005511531.tif 000011
【００８９】
として計算する方法が考えられる。ここに、Ｒ１は一次巻線抵抗の値であり、電流が流れたときの電圧降下分を補正する項となる。また、Ｋ２はＶ／ｆ一定制御の係数と同じであり、特に無負荷時のｑ軸電圧指令と同じ係数になる。
【００９０】
以上のように、この実施の形態３では、電圧指令演算回路４７で２−３相変換を行ったｄ−ｑ軸上の電流ｉｄ，ｉｑに基づく２相電圧指令値Ｖｄ＊，Ｖｑ＊を用いることによって同期電動機ＳＭを駆動するように構成したので、より高精度で安定的な同期電動機ＳＭの制御が可能となる。
その他の構成および作用、効果は実施の形態２の場合と同様であるから、ここでは詳しい説明は省略する。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
上述した同期電動機ＳＭの制御回路は、本発明の一例示であり、同様の作用、効果を奏することができるならば適宜変更してもよい。また、同期電動機ＳＭは、界磁巻線式同期電動機や永久磁石同期電動機であってもよく、また電圧指令演算回路３，４７は、Ｖ／ｆ一定制御に限定されるものでなく、他の同様のセンサレス制御であってもよい。
【００９２】
また、各実施の形態１〜３では、車両用内燃機関のアシスト装置に適用した場合を例にとって説明したが、本発明はこれに限らず、同期電動機ＳＭの制御装置全般に適用することができる。いずれにせよ、本発明は、これらの各実施の形態１〜３のみに限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変形、応用を加えることが可能である。
【符号の説明】
【００９３】
ＳＭ  同期電動機、１  周波数指令回路、２  加算回路、
３，４７  電圧指令演算回路、４  電力変換回路、５  電流設定回路、６  積分回路、
７，４５  電流成分演算回路、８，４６  周波数補正演算回路、９，１０  電流検出器。
【図１】
0005511531.tif 000012
【図２】
0005511531.tif 000013
【図３】
0005511531.tif 000014
【図４】
0005511531.tif 000015
【図５】
0005511531.tif 000016
【図６】
0005511531.tif 000017
【図７】
0005511531.tif 000018
【図８】
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