(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄電池、一次周波数指令値に基づき一次電圧指令値を演算する電圧指令演算回路、前記一次電圧指令値に基づき前記蓄電池の直流電圧を交流電圧に変換して交流電動機に供給する電力変換回路、この電力変換回路から前記交流電動機に供給される電流を検出する電流検出手段、前記電流の上限値とする最大電流値を設定する最大電流設定回路、および前記電流検出手段からの電流検出値と前記最大電流設定回路からの最大電流設定値とを入力し前記電流検出値が前記最大電流設定値を越えないよう前記一次周波数指令値を補正して前記電圧指令演算回路に出力する指令値補正手段を備えた交流電動機の制御装置において、
前記最大電流設定回路は、前記蓄電池の劣化状態を示す劣化指標信号を入力し、当該劣化指標信号に基づき前記最大電流設定値を調整するようにし、
前記最大電流設定回路は、前記劣化指標信号として前記蓄電池の内部抵抗値Ｒｉｎｔを入力し、下式に示すように、当該内部抵抗値Ｒｉｎｔが所定の内部抵抗限界値Ｒｌｉｍ未満のときは、前記電力変換回路および前記交流電動機の許容過電流値Ｉｓｅｔを前記最大電流設定値ｉｍａｘとし、前記内部抵抗値Ｒｉｎｔが前記所定の内部抵抗限界値Ｒｌｉｍ以上のときは、前記蓄電池の内部抵抗における電圧降下値が所定の電圧降下限界値を越えないよう前記内部抵抗値Ｒｉｎｔと前記内部抵抗限界値Ｒｌｉｍとの差に係数Ｋｒを乗じた値を前記許容過電流値Ｉｓｅｔより低減した値を前記最大電流設定値ｉｍａｘとすることを特徴とする交流電動機の制御装置。
Ｒｉｎｔ＜Ｒｌｉｍ  のとき
ｉｍａｘ＝Ｉｓｅｔ
Ｒｉｎｔ≧Ｒｌｉｍ  のとき
ｉｍａｘ＝Ｉｓｅｔ−Ｋｒ・（Ｒｉｎｔ−Ｒｌｉｍ）
【請求項２】
前記一次周波数指令値を出力する周波数指令回路を備え、前記指令値補正手段は、前記電流検出手段からの電流検出値と前記最大電流設定回路からの最大電流設定値とを入力し前記電流検出値が前記最大電流設定値を越えないよう前記一次周波数指令値を補正するための周波数補正量を演算する周波数補正演算回路、および前記周波数指令回路からの一次周波数指令値から前記周波数補正量を減算して前記電圧指令演算回路に出力する減算回路を備え、前記電流検出手段は、前記電力変換回路から前記交流電動機に供給される三相電流を検出する電流検出器、および前記減算回路からの補正された一次周波数指令値に基づき前記電流検出器からの三相電流を回転二軸座標電流に変換し前記電流検出値として前記周波数補正演算回路に出力する電流成分演算回路を備えたことを特徴とする請求項１記載の交流電動機の制御装置。
【請求項３】
前記電圧指令演算回路は、前記減算回路からの補正された一次周波数指令値に基づき前記一次電圧指令値を演算することを特徴とする請求項２記載の交流電動機の制御装置。
【請求項４】
前記電圧指令演算回路は、前記減算回路からの補正された一次周波数指令値と前記電流検出手段からの電流検出値とに基づき前記一次電圧指令値を演算することを特徴とする請求項２記載の交流電動機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電池を電力源として交流電動機を駆動する制御装置において、電動機および電力変換器等の駆動装置を過電流から保護するための電流制限機能を備えるとともに、蓄電池における電圧降下による制御への影響を抑制して安定に制御可能な電動機の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関用の過給システムとして、ターボチャージャーと直列また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電動機は、電力源である蓄電池に電力変換器を介して接続されている。制御装置は、電力変換器を制御することによって電動機を駆動し、とくに車両が加速するときに過給をアシストするよう電動機を駆動し、それ以外の定速走行時にはアシストを停止する。
当然のことながら、装置の信頼性を確保するためには、電力変換器や電動機を過電流から保護する必要がある。例えば、特許文献１には、定常運転状態のみならず急加減速時等の過渡状態でも安定した電流制限動作を実現する誘導電動機の制御装置が紹介されている。
【０００３】
また、例えば、特許文献２には、蓄電池の電力を電力変換器を介して電動機に供給する場合、蓄電池と電力変換器との間にヒューズを設けることで、電力変換器や電動機に過電流が流れるのを防止する方式が紹介されている。
【０００４】
更に、一般的には電力変換器や電動機に過電流が流れたときには電力変換器を停止させるよう制御しており、運転停止となって影響が大きくなることから、例えば、特許文献３では、この過電流判定に至る前に、電流の積算値に応じて速度指令を低減することで不要な運転停止の防止を図る方式が紹介されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−６８３９８号公報
【特許文献２】特開２００６−１６６５０２号公報
【特許文献３】特開２００７−３２５３２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、電力源として必要となる蓄電池は、何度も充放電を繰り返すことにより劣化していき、サルフェーションと呼ばれる現象によって硫酸鉛が白く結晶化して内部抵抗が大きくなるとともに容量が低下していく。その結果、十分な電流を得ることができなかったり、大電流を流したときには出力電圧が低下するようになる。即ち、電動機を駆動するために過電流を流したときには、蓄電池の出力電圧低下に伴う問題が発生し、蓄電池に起因する電力変換器や電動機の停止といった事態を招くことになる。
【０００７】
しかるに、上述の特許文献１には、電力変換器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構成が開示されているが、そもそも蓄電池を電力源とするものではないので、電力源の電圧低下に伴う現象までは考慮されていない。
また、上述の特許文献２に記載の構成においても、電力変換器の過電流を防止することを目的として速度を制御しているが、過電流が流れたときには遮断手段（ヒューズ）を用いて蓄電池と電力変換器とを遮断する構成となっており、蓄電池の特性劣化を加味した過電流保護までには言及されていない。
更に、上述の特許文献３に記載の構成においても、電力変換器への過電流を防止することを目的として超過電流分を基本として積分器を用いて速度指令の補正を行っているが、あくまでも、トルク指令と出力トルクが一致することを目的としてトルク偏差を基準とした速度指令の補正を行っているもので、電力源に蓄電池を使用した場合の特有の問題点に着目した過電流保護については何ら触れられていない。
【０００８】
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、電力源に蓄電池を使用した場合に、この蓄電池の劣化に伴う影響を最小限に留めることができ安定した過電流保護特性を実現することができる交流電動機の制御装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係る交流電動機の制御装置は、蓄電池、一次周波数指令値に基づき一次電圧指令値を演算する電圧指令演算回路、一次電圧指令値に基づき蓄電池の直流電圧を交流電圧に変換して交流電動機に供給する電力変換回路、この電力変換回路から交流電動機に供給される電流を検出する電流検出手段、電流の上限値とする最大電流値を設定する最大電流設定回路、および電流検出手段からの電流検出値と最大電流設定回路からの最大電流設定値とを入力し電流検出値が最大電流設定値を越えないよう一次周波数指令値を補正して電圧指令演算回路に出力する指令値補正手段を備えた交流電動機の制御装置において、
最大電流設定回路は、蓄電池の劣化状態を示す劣化指標信号を入力し、当該劣化指標信号に基づき最大電流設定値を調整するようにし、
最大電流設定回路は、劣化指標信号として蓄電池の内部抵抗値Ｒｉｎｔを入力し、下式に示すように、当該内部抵抗値Ｒｉｎｔが所定の内部抵抗限界値Ｒｌｉｍ未満のときは、電力変換回路および交流電動機の許容過電流値Ｉｓｅｔを最大電流設定値ｉｍａｘとし、内部抵抗値Ｒｉｎｔが所定の内部抵抗限界値Ｒｌｉｍ以上のときは、蓄電池の内部抵抗における電圧降下値が所定の電圧降下限界値を越えないよう内部抵抗値Ｒｉｎｔと内部抵抗限界値Ｒｌｉｍとの差に係数Ｋｒを乗じた値を許容過電流値Ｉｓｅｔより低減した値を最大電流設定値ｉｍａｘとするものである。
Ｒｉｎｔ＜Ｒｌｉｍ  のとき
ｉｍａｘ＝Ｉｓｅｔ
Ｒｉｎｔ≧Ｒｌｉｍ  のとき
ｉｍａｘ＝Ｉｓｅｔ−Ｋｒ・（Ｒｉｎｔ−Ｒｌｉｍ）
【発明の効果】
【００１０】
この発明に係る交流電動機の制御装置の最大電流設定回路は、以上のように、蓄電池の劣化状態を示す劣化指標信号を入力し、当該劣化指標信号に基づき最大電流設定値を調整するようにしたので、電流制限の基準とする最大電流を蓄電池の劣化状態に応じた最適な値に設定することで、蓄電池の劣化に伴い制御動作が不安定になることを防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１における交流電動機の制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の電流成分演算回路７の内部構成を示すブロック図である。
【図３】図１の周波数補正演算回路８の内部構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態２における交流電動機の制御装置の構成を示すブロック図である。
【図５】図４の電流成分演算回路４４の内部構成を示すブロック図である。
【図６】図４の周波数補正演算回路４５の内部構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の実施の形態３における交流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】
【００１２】
実施の形態１．
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、または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主として同期電動機が使用される。ここでは、同期電動機を使用する場合を例に説明するが、本願発明としては、同期電動機に限らず、誘導電動機など広く交流電動機に適用することができる。
【００１３】
同期電動機を制御する場合、位置センサを用いたベクトル制御などが用いられるが、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。
車載に用いる電動機は蓄電池からの電力で駆動される。車載向けで使用される蓄電池には、鉛蓄電池やリチウムイオン電池などの種類があり、鉛蓄電池がもっとも広く普及している。しかし、鉛蓄電池は、何度も充放電を繰り返すことによってサルフェーションと呼ばれる現象が起こり、硫酸鉛が白く結晶化するなどの電極劣化によって次第に容量が低下していく。その結果、経年とともに特性が変化し、とくに内部抵抗が大きくなることによって出力容量が低下していく。また、鉛蓄電池には過放電を行うととくに劣化が進行するという特徴があり、過大な電流を長時間流す場合は注意が必要である。そのため、蓄電池の使用開始当初と数年間使用したものではその内部特性が徐々に変化するので、当初と同じ条件で使用し続けると性能を十分に引き出せないなどの問題が起こる。
本発明は、このような蓄電池から電力を供給する場合においても、同期電動機および電力変換器等から構成される過給アシストシステムを安定かつ効率的にセンサレスで制御するよう構成したものである。
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。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である。図１において、周波数指令回路１は、同期電動機１１を動作させるための所定の指令値としての一次周波数指令ｆ＊を出力する。減算回路２は、２つの入力信号の減算を行うもので、周波数指令回路１からの一次周波数指令値ｆ＊に対して後述する周波数補正演算回路８からの周波数補正量Δｆを減算して補正後の一次周波数指令値ｆ１を出力する。周波数補正演算回路８および減算回路２によって指令値補正手段が構成される。電圧指令演算回路３は、一次周波数指令値ｆ１から三相交流電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊を演算して出力するもので、Ｖ／ｆ制御等で知られるオープンループの演算によって電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊を計算して出力する。
【００１５】
電力変換回路４は、後述の蓄電池回路６から供給される直流電圧Ｖｄｃを可変周波数、可変電圧の交流電圧に変換するもので、電圧指令演算回路３から入力される三相交流電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊に従ってパルス幅変調（ＰＷＭ）を行い、変調された三相交流電圧を出力する。最大電流設定回路５は、周波数補正演算回路８の計算で用いる最大電流設定値を出力するもので、蓄電池回路６の内部状態をモニタする劣化指標信号としてのモニタ信号を用いて電力変換回路４および同期電動機１１で使用可能な最大電流値を設定する。蓄電池回路６は、鉛蓄電池等からなり、直流電圧Ｖｄｃを電力変換回路４に供給するとともに回路の内部抵抗値等から劣化状態を示すモニタ信号を最大電流設定回路５に出力する。
【００１６】
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を、減算回路２から出力する一次周波数指令値ｆ１を積分した角度情報を用いて回転二軸座標（ｄｑ座標）に変換してｑ軸電流値を出力する。周波数補正演算回路８は、最大電流設定回路５から入力される最大電流設定値ｉｍａｘと電流成分演算回路７から入力される電流値ｉｑの値を用いて一次周波数指令値の周波数補正量Δｆを演算して出力する。電流検出器９、１０は、同期電動機１１の電機子を流れている電流を検出する。永久磁石や界磁巻線を用いて界磁を行う同期電動機１１は、その負荷としてコンプレッサが接続され過給をアシストする。
【００１７】
次に、動作について説明する。本発明の実施の形態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の電流値のみを参照してセンサレス制御を行う。周波数指令回路１では、同期電動機１１を駆動し過給システムとしての責務を達成するための一次周波数指令値ｆ＊が設定され出力される。減算回路２は、周波数指令回路１の出力ｆ＊に対して周波数補正演算回路８からの一次周波数補正量Δｆを減算することにより補正後の一次周波数指令値ｆ１を出力する。電圧指令演算回路３は、一次周波数指令値ｆ１を入力値として三相交流電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊を演算・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、さまざまな制御方式が提案されている。
【００１８】
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との振幅を比例関係になるよう制御する。この方法はＶ／ｆ一定制御と呼ばれ誘導電動機では広く使われている。例えば、
【００１９】
【数１】
0005460394.tif 000002
【００２０】
として一次電圧指令値Ｖｑ＊を決定する。Ｖｄ＊はゼロとしてｑ軸に指令電圧を与える。但し、ｋ１は所定の比例係数である。
なお、単純な比例関係では一次巻線抵抗による電圧降下分が考慮されず、低回転時のトルク不足が懸念されるため、通常低回転域ではオフセット電圧などを与えるように制御する。
【００２１】
一般に２相ｄｑ座標系からｕ−ｖ−ｗの３相交流座標系への座標変換式は、
【００２２】
【数２】
0005460394.tif 000003
【００２３】
として表される。
但し、（２）式において、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。
【００２４】
一般に、
θ＝∫２π・ｆ１・ｄｔ
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、Ｖｑ＊は（１）式で表されるとすると、角度θを用いて（２）式から三相交流の電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊が計算される。
【００２５】
電力変換回路４では直流電圧Ｖｄｃを３相交流電圧に変換する。電力変換回路４は電圧形の変換器であり、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を行い、蓄電池回路６が供給する直流電圧Ｖｄｃから任意の三相交流電圧を生成・出力する。
【００２６】
電力変換回路４や同期電動機１１では回路に流すことのできる電流最大値が定められ、この値は、特に使用されている素子の耐圧等で決定される。仮に、電力変換回路４が最大１００Ａまで安全に動作可能な場合、蓄電池回路６が劣化していない良好な状態では、最大電流設定回路５は最大電流として１００Ａをそのまま設定する。しかし、蓄電池回路６が何度も充放電を繰り返し、その内部抵抗値が当初の値より１０ｍΩ大きく変化したとすると、その増加分によって１Ｖの電圧降下が発生する。同期電動機１１の動作において、この電圧降下分による動作不安定等の弊害が発生するときには出力する電流を抑制するよう制御を行い、例えば、最大電流設定回路５が最大電流を５０Ａに設定すると、電圧降下を０．５Ｖに抑えることが可能となる。同様に、内部抵抗が５０ｍΩ増加すれば、１００Ａで５Ｖの電圧降下が発生するので、最大電流値をさらに低く設定することによりこれらの影響を抑制することが可能となり、効率的な電動機の駆動を行うことができる。
【００２７】
蓄電池回路６の内部抵抗値と、それに対して設定される最大電流値ｉｍａｘの関係についてはいくつかの方法が考えられる。ここでは、例えば、内部抵抗値がある値以上になったときには最大電流値を小さく修正する方法を考える。
今、蓄電池回路６の内部抵抗値をＲｉｎｔ、最大電流値の調整を行う所定の内部抵抗レベル（内部抵抗限界値）をＲｌｉｍ、素子等の定格から決定され、電力変換回路４や電動機１１で許容される最大電流値をＩｓｅｔ、最大電流値ｉｍａｘを計算するときに用いられる所定の係数をＫｒとすると、最大電流値ｉｍａｘと内部抵抗値Ｒｉｎｔとの関係は、次の（３）式のように示される。
【００２８】
【数３】
0005460394.tif 000004
【００２９】
ここで、係数Ｋｒは、例えば、内部抵抗値Ｒｉｎｔにおける電圧降下値が所定の電圧降下限界値を越えないよう内部抵抗限界値Ｒｌｉｍとの差に応じて許容過電流値Ｉｓｅｔより低減した値を最大電流値ｉｍａｘとするよう設定される。
（３）式によって最大電流値ｉｍａｘが計算されるが、これらの計算はマイコンなどで実行される場合や、あるいはメモリを用いたテーブル参照形式（Ｌｏｏｋ  Ｕｐ  Ｔａｂｌｅ）で求められるのが一般的である。また、テーブル参照形式によれば任意の関係を実現することが可能であり、複数のテーブルを用意し、さまざまな条件によって切り替えて使用することも可能となる。なお、本関係式は一例のものであり、実際には搭載されるシステム毎に最適な値に設定される。
【００３０】
蓄電池回路６は標準的なものでは、車両向け用途でよく使用されるのは、出力電圧が１２Ｖの鉛蓄電池で構成する。本発明では、特に、蓄電池内部の内部抵抗値を劣化指標信号として外部に出力する機能を有するものを想定する。
蓄電池回路６の内部抵抗を検出する方法としては、専用の内部抵抗測定装置を用いた方法や、あるいは温度・電流・電圧などの検出値から推定する方法、または蓄電池センサで劣化状態（Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｈｅａｌｔｈ）、充電状態（Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）を検出し、それらの数値から推定する方法などが考えられる。
【００３１】
誘導電動機や同期電動機の制御を考える場合、三相交流座標系でなく回転座標系であるｄ−ｑ座標で行われるのが一般的である。電流成分演算回路７は、３相座標系の電流を２相座標系の電流に変換する処理を行うものである。本実施例では、とくに２相座標におけるｑ軸上の電流値のみを用いるよう構成している。
一般的に３相座標系から２相座標系へ変換を行う行列式は、
【００３２】
【数４】
0005460394.tif 000005
【００３３】
と表される。ｉｗ＝−ｉｕ−ｉｖとして（４）式からｑ軸上の電流値ｉｑのみを求めると、
【００３４】
【数５】
0005460394.tif 000006
【００３５】
として求めることができる。
【００３６】
電流成分演算回路７の詳細ブロックを図２に示す。図２において、入力端子１２には、３相交流のうちのＵ相電流ｉｕが入力される。入力端子１３には、３相交流のうちのＶ相電流ｉｖが入力される。入力端子１４には、一次周波数指令値ｆ１が入力される。出力端子１５には、ｑ軸上の電流ｉｑが出力される。乗算回路１６、１７、１８は、所定の係数を乗算する。ｆ−θ変換回路１９は、一次周波数指令値ｆ１を累積積分することによって回転子の角度θを計算する。加算回路２０は、２つの入力を加算する。乗算回路２１、２３は、それぞれｃｏｓθ、ｓｉｎθを乗算する。三角関数発生回路２２は、入力されたθからｃｏｓθとｓｉｎθとを計算・生成する。減算回路２４は、２つの信号の減算を行う。
【００３７】
次に、電流成分演算回路７の動作について説明する。電流成分演算回路７では、三相電流のうちの２つの電流値ｉｕ、ｉｖ、および回転子の角度θの情報を用いてｑ軸上の電流値ｉｑを計算する。回路では、前述の（５）式に基づいた計算を実行するような構成となっている。
そのため、乗算回路１６の係数は√（３／２）、乗算回路１７の係数は１／√２、乗算回路１８の係数は√２となる。
【００３８】
周波数補正演算回路８では、最大電流値ｉｍａｘとｑ軸電流値ｉｑとの大小比較を行い、ｑ軸電流値ｉｑが最大電流値ｉｍａｘより大きいときには、最大電流値ｉｍａｘとｑ軸電流値ｉｑの差分をもとにしたＰＩ制御を行い、周波数補正量Δｆを計算する。
【００３９】
周波数補正演算回路８の詳細ブロックを図３に示す。図３において、入力端子２５には、最大電流値ｉｍａｘが入力される。入力端子２６には、ｑ軸上の電流値ｉｑが入力される。出力端子２７には、周波数補正量Δｆが出力される。加算回路２８は、２つの信号を加算する。絶対値回路２９は、入力信号の絶対値を計算する。符号判別回路３０は、入力信号の正負を判別し選択回路の切り替えを行う。反転回路３１は、入力信号の正負の符号を反転する。積分回路３２、３３は、所定の積分ゲインを用いて積分処理を行う。選択回路３４、３５は、２つの入力のうちの一方を出力する。乗算回路３６は、比例ゲインを乗算する。加算回路３７は、２つの入力の加算を行う。
【００４０】
次に、周波数補正演算回路８の動作について説明する。周波数補正演算回路８は、３種類の動作モードで動作を行うよう構成される。第１の動作モードは、ｑ軸電流値ｉｑが最大電流値ｉｍａｘより大きいときに、周波数補正量Δｆを出力して一次周波数指令値ｆ１を低く抑えにいく周波数抑制モード、第２の動作モードは、前述の周波数抑制動作を継続的に行うことによってｑ軸電流値ｉｑが最大電流値ｉｍａｘ以下になったときに、一次周波数指令値ｆ１が抑制された値から逆に元の周波数指令値ｆ＊に一致するように徐々に周波数補正量Δｆをゼロに戻していく回復処理モード、第３の動作モードは、ｑ軸電流値ｉｑが最大電流値ｉｍａｘ以下でかつ周波数補正量Δｆがゼロとなっており、特に、一次周波数の補正を行わないノーマルモードである。
【００４１】
先ず、周波数抑制モードでは、ｑ軸電流値ｉｑが最大電流値ｉｍａｘより大きくなった状態であり、その状態では、ｉｑ−ｉｍａｘという電流値の偏差を用いて周波数補正量Δｆを計算する。
例えば、ＰＩ制御によって、
【００４２】
【数６】
0005460394.tif 000007
【００４３】
（６）式のように演算を行う。但し、Ｋｐは比例ゲイン、Ｋ１は積分ゲインとなる。このとき、ｑ軸電流は負の電流として最大電流を超えることも想定されるので、絶対値回路２９を構成することにより、ｉｑの絶対値｜ｉｑ｜と最大電流値ｉｍａｘとの比較を行う。なお、入力端子２５からの出力は差分をとるために反転して負の信号として出力される。反転回路３１は、ｑ軸電流ｉｑが負の場合は、−１・（｜ｉｑ｜−ｉｍａｘ）とし反転した信号を出力する。これはｑ軸電流ｉｑの正負の符号によって周波数補正量Δｆの符号を制御するためである。
【００４４】
符号判別回路３０は、加算回路２８の出力する信号の符号によって選択回路３５と選択回路３４を切り替える。加算回路２８の出力が正の場合、
【００４５】
【数７】
0005460394.tif 000008
【００４６】
となっているので周波数抑制モードとして動作する。このとき、符号判別回路３０は、選択回路３４が反転回路３１の出力を選択し、選択回路３５が積分回路３３の出力を選択するよう設定する。
【００４７】
この一次周波数抑制制御を継続的に行うことによって一次周波数指定値ｆ１が下がり、ｑ軸電流値ｉｑが最大電流値ｉｍａｘ以下になったとき、
【００４８】
【数８】
0005460394.tif 000009
【００４９】
即ち、加算回路２８の出力が正から負に反転すると、周波数抑制モードから回復処理モードとなり、このとき、
【００５０】
【数９】
0005460394.tif 000010
【００５１】
（９）式の演算処理を行うよう移行して周波数補正量Δｆが最終的にゼロに収束するよう制御される。ここで、Ｋ２は第２の積分ゲインであり、Δｉは回復処理モードに移行したときの電流偏差の初期値であり、周波数抑制モードから回復処理モードに移行した瞬間の周波数補正量Δｆは一致するように制御される。このとき、符号判別回路３０は、選択回路３４がゼロを選択し、選択回路３５は、積分回路３２の出力を選択するよう設定する。
ｑ軸電流値ｉｑが最大電流値ｉｍａｘを越えない状態でかつ周波数補正量Δｆがゼロに収束したときの動作はノーマルモードであり、そのまま周波数補正量Δｆ＝０の状態で定常的に動作する。
【００５２】
以上のように、この実施の形態１における交流電動機の制御装置においては、電力変換回路４や同期電動機１１を過電流から保護するとともに、充放電を繰り返すことによって変化した蓄電池回路６の内部状態に対して最適な最大電流値を設定できるように構成したので、蓄電池の内部抵抗の変化による電圧降下等によって同期電動機１１の制御動作が不安定になること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１１を制御することができる。以上により、制御回路を安価小型省エネに構成できるという効果がある。
【００５３】
実施の形態２．
図４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である。先の実施の形態１との違いは、電流成分演算回路４４と周波数補正演算回路４５の動作であり、ここでは、２相座標空間におけるｄ軸電流値ｉｄとｑ軸電流値ｉｑの双方の電流値を用いるよう構成している。
図４において、図１と同じ動作を行うものについては同じ番号を付しており、それらの説明は省略してそれ以外の部分について説明する。電流成分演算回路４４は、ｄ軸上の電流値ｉｄとｑ軸上の電流値ｉｑを演算して出力する。周波数補正演算回路４５は、ｄ軸上の電流値ｉｄとｑ軸上の電流値ｉｑから一次周波数補正量Δｆを計算する。電流成分演算回路４４の詳細ブロック図を図５に、周波数補正演算回路４５の詳細ブロック図を図６に示す。
【００５４】
次に、電流成分演算回路４４の詳細について説明する。図５において、図２と同じ動作を行うものについては同じ番号を付しており、それらの説明は省略してそれ以外の部分について説明する。乗算回路３９、４０は、それぞれｓｉｎθ、ｃｏｓθの値を乗算する。加算回路４１は、２つの信号を加算する。ｉｗ＝−ｉｕ−ｉｖの式と先の（４）式からｄ軸上の電流値ｉｄを求めると、
【００５５】
【数１０】
0005460394.tif 000011
【００５６】
となる。図５における電流成分演算回路４４は、先の（５）式および（１０）式によってｄ軸上の電流値ｉｄとｑ軸上の電流値ｉｑを同時に求めることができるよう構成したものである。
【００５７】
次に、周波数補正演算回路４５の詳細について説明する。図６において、図３と同じ動作を行うものについては同じ番号を付しており、それらの説明は省略してそれ以外の部分について説明する。入力端子４２には、ｄ軸上の電流値ｉｄが入力される。絶対値回路４３は、ｄ軸電流ｉｄとｑ軸電流ｉｑの値から２相電流の絶対値を求める。図６における周波数補正演算回路４５は、ｄ軸上の電流値ｉｄとｑ軸上の電流値ｉｑの双方の電流値を用いて電流値を求めており、例えば、
【００５８】
【数１１】
0005460394.tif 000012
【００５９】
として電流絶対値を求め、この電流絶対値Ｉと最大電流値ｉｍａｘを用いて、図３の周波数補正演算回路８と同様の計算を行い、一次周波数補正量Δｆの演算を行う。なお、本構成においてはｑ軸電流の符号を考慮して切り替える動作は行わない。
【００６０】
以上のように、この実施の形態２における交流電動機の制御装置においては、２−３相変換を行ったｄ−ｑ軸上の電流を用いた電流絶対値に基づき過電流の判別を行う構成としたので、電力変換回路４や同期電動機１１を過電流から確実に保護するとともに、充放電を繰り返すことによって変化した蓄電池回路６の内部状態に対して最適な最大電流値を設定できるように構成したので、蓄電池の内部抵抗の変化による電圧降下等によって同期電動機１１の制御動作が不安定になること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１１を制御することができる。
【００６１】
実施の形態３．
図７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る。先の実施の形態２との違いは、電圧指令演算回路４６の動作である。図７において、図４と同じ動作を行うものについては同じ番号を付しており、それらの説明は省略してそれ以外の部分について説明する。
電圧指令演算回路４６は、ｄ軸上の電流値ｉｄとｑ軸上の電流値ｉｑから三相電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊を計算・出力する。先の実施の形態２における電圧指令演算回路３は、一次周波数ｆ１のみから電圧指令値を生成するＶ／ｆ一定制御であったが、本実施の形態３における電圧指令演算回路４６は、ｑ軸電流ｉｑとｄ軸電流ｉｄとの両者をも用いて計算を行う。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、
【００６２】
【数１２】
0005460394.tif 000013
【００６３】
として計算する方法が考えられる。但し、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。ｋ２はＶ／ｆ一定制御の係数と同じであり、とくに無負荷時のｑ軸電圧指令と同じ係数になる。
【００６４】
以上のように、この実施の形態３における交流電動機の制御装置においては、２−３相変換を行ったｄ−ｑ軸上の電流に基づく２相電圧指令値から求めた三相電圧指令値に基づき制御するよう構成したので、より安定に同期電動機の制御が可能となり、かつ、２−３相変換を行ったｄ−ｑ軸上の電流を用いた電流絶対値に基づき過電流の判別を行う構成としたので、電力変換回路４や同期電動機１１を過電流から確実に保護するとともに、充放電を繰り返すことによって変化した蓄電池回路６の内部状態に対して最適な最大電流値を設定できるように構成したので、蓄電池の内部抵抗の変化による電圧降下等によって同期電動機１１の制御動作が不安定になること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１１を制御することができる。
【００６５】
なお、上述した回路構成は、本発明の一例示であり、蓄電池の劣化状態を示す劣化指標信号を入力し、当該劣化指標信号に基づき最大電流設定値を調整する最大電流設定回路を備えることで、電流制限の基準とする最大電流を蓄電池の劣化状態に応じた最適な値に設定して蓄電池の劣化に伴い制御動作が不安定になることを防止することが可能となるという、本願特有の効果を奏する限り、適宜変更してもよい。電動機としては、界磁巻線式同期電動機や永久磁石同期電動機の同期電動機や誘導電動機等の交流電動機に広く適用することができる。また、電圧指令演算回路は、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ればよい。更に、車両用エンジンのアシスト装置に適用した一例について示したが、交流電動機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、これらの実施の形態のみに限られるものではなく、本発明の範囲内においてほかに種々の実施の形態が可能であることは当業者にとって明らかである
【符号の説明】
【００６６】
１  周波数指令回路、２  加算回路、３，４６  電圧指令演算回路、
４  電力変換回路、５  最大電流設定回路、６  蓄電池回路、
７，４４  電流成分演算回路、８，４５  周波数補正演算回路、９，１０  電流検出器、１１  同期電動機。
【図１】
0005460394.tif 000014
【図２】
0005460394.tif 000015
【図３】
0005460394.tif 000016
【図４】
0005460394.tif 000017
【図５】
0005460394.tif 000018
【図６】
0005460394.tif 000019
【図７】
0005460394.tif 000020