(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
埋込型永久磁石同期電動機（ＩＰＭＳＭ）の回転子の位置及び速度を測定する検出部を含むシステムにおいて、弱磁束制御の第１領域の第１電流指令を受信して、前記ＩＰＭＳＭを駆動するための装置であって、
過変調された電圧情報を修正部に伝達する帰還部と、
回転子速度及び前記過変調された電圧情報を用いて、前記第１電流指令を弱磁束制御の第２領域の第２電流指令に修正する修正部と、
前記第２電流指令を制御して、電圧を出力する制御部と、
前記制御部の出力をインバータ部が合成可能な最大電圧に制限する第１制限部と、
前記第１制限部の出力から、指令トルクに追従するための３相の電圧指令を前記ＩＰＭＳＭに印加するインバータ部と、を含み、
前記帰還部は、前記制御部の出力と、前記インバータ部で合成される電圧間の過変調された電圧と、を前記修正部に帰還し、
前記修正部は、
弱磁束制御の第２領域である場合、前記第１電流指令を修正して、前記第２電流指令を生成する処理部と、
前記第２電流指令の電流の大きさを制限する第２制限部と、を含み、
前記第２制限部は、前記第２電流指令に対し、同期座標系上のｄ軸電流に優先権を付与して、前記ｄ軸電流を定格電流の大きさ内で優先的に出力し、ｑ軸電流指令は、定格電流からｄ軸電流の大きさを引いた残りを許容範囲に選定する、
ことを特徴とする駆動装置。
【請求項２】
前記検出部から受信する回転子の位置情報を用いて、同期座標系である前記制御部の出力を停止座標系上の電圧に変換して、前記第１制限部に出力する第１変換部をさらに含む、請求項１に記載の駆動装置。
【請求項３】
前記インバータ部から前記ＩＰＭＳＭに出力される相電流を測定する電流センサをさらに含む、請求項１に記載の駆動装置。
【請求項４】
前記電流センサから受信する静止座標系である相電流を、同期座標系上の電流に変換して、前記修正部と前記制御部に提供する第２変換部をさらに含む、請求項３に記載の駆動装置。
【請求項５】
前記帰還部は、過変調された電圧の大きさを積分し、高域通過フィルタリングして、前記修正部に伝達する、請求項１に記載の駆動装置。
【請求項６】
前記処理部は、
弱磁束制御の第２領域であることを判断する判断部と、
電流指令の修正方向を決定する決定部と、
現在の回転子速度及び回転子の最大速度を用いて、比例利得を演算する演算部と、
電流変化の大きさを制限する第３制限部と、
弱磁束制御の第１領域と弱磁束制御の第２領域とを区分するためのヒステリシス区間を定義する区間定義部と、
前記区間定義部の出力に基準電流を加えて、前記第２電流指令を出力する加算部と、
を含む、請求項１に記載の駆動装置。
【請求項７】
前記第２制限部は、前記第２電流指令に対し、前記インバータ部が出力できる電流範囲に制限する、請求項１に記載の駆動装置。
【請求項８】
前記第１制限部は、電圧制限六角形を用いて、前記制御部の出力を制限する、請求項１に記載の駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機の駆動装置に関するものであって、より詳細には、埋込型永久磁石同期電動機を定格速度以上の高速で運転するときに用いる駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
インバータで駆動される埋込型永久磁石同期電動機（ＩＰＭＳＭ：Ｉｎｔｅｒｉｏｒ  Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  Ｍａｇｎｅｔ  Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ  Ｍａｃｈｉｎｅ）は、電気自動車やハイブリッド自動車の牽引用電動機として主に用いられる。このような応用分野においてＩＰＭＳＭは、トルク制御モードで駆動され、磁束電流とトルク電流を独立して制御するベクトル制御が行われる。
【０００３】
また、電気自動車やハイブリッド自動車に用いられるＩＰＭＳＭは、回転子の駆動速度範囲が非常に広く、駆動領域のうち、弱磁束制御の第２領域まで含む場合が多い。弱磁束制御の第２領域は、ＩＰＭＳＭの電圧制限楕円の中心が電流制限円内に位置して、ＩＰＭＳＭの運転可能領域が電圧制限によってのみ影響を受ける場合をいう。
【０００４】
弱磁束制御の第２領域では、電圧制限条件だけがＩＰＭＳＭの駆動制限条件として影響を与え、インバータの直流端電源電圧（ＤＣリンク電圧）は、その大きさが制限されているため、電圧制限条件を最大限に用いることが出力トルク面において有利である。
【０００５】
図１は、従来の埋込型永久磁石同期電動機の駆動システムの構成図であって、指令トルクから磁束電流とトルク電流を独立して制御するベクトル制御が具現されたインバータで駆動されるシステムを示している。
【０００６】
従来の駆動システムは、インバータ１０１と、ＩＰＭＳＭ１０２と、ＩＰＭＳＭの回転子に取り付けられる回転子位置検出器１０３と、から構成される。
【０００７】
インバータ部１０１は、指令トルクを入力とし、ＩＰＭＳＭ１０２が指令トルクにより駆動できる電圧Ｖａｓ，Ｖｂｓ，Ｖｃｓを出力し、回転子位置検出器１０３は、回転子位置と回転子速度を計算または測定する。
【０００８】
回転子位置検出器１０３で計算または測定された回転子位置は、座標変換器１０６，１１０の座標変換に用いられ、回転子速度は、電流指令生成器１０４が用いる。
【０００９】
電流指令生成器１０４は、指令トルクと回転子速度、インバータ１０８の直流端電源電圧に応じて、同期座標系上の電流指令を出力する。ＩＰＭＳＭの場合、電流指令生成器１０４は、通常２つ以上の２次元ルックアップテーブルを用い、ルックアップテーブルは、全駆動領域に対して同期座標系上のｄ、ｑ軸電流指令を出力する。
【００１０】
電流制御器１０５は、電流指令生成器１０４から求めた電流指令を制御し、同期座標系上のｄ、ｑ軸電圧を出力する。
【００１１】
座標変換器１０６は、回転子位置検出器１０３から求めた回転子の位置情報を用いて、電流制御器１０５の出力電圧を停止座標系上の電圧に変換する。
【００１２】
電圧制限器１０７は、電圧制限六角形の内接円を用いて、座標変換器１０６の電圧をインバータ部１０８が合成可能な電圧に変換する。電圧制限器１０７の電圧制限条件は、インバータ部１０８の直流端電源電圧によって決定され、電圧制限六角形の内接円の外部に位置する電圧はそのまま出力できず、六角形の内接円上に存在するようになる。
【００１３】
インバータ部１０８は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ：Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やパワーＭＯＳＦＥＴ（金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）のような電力半導体を含む電圧型インバータであって、指令トルクに追従するための電圧指令Ｖａｓ，Ｖｂｓ，ＶｃｓをＩＰＭＳＭ１０２に印加する。
【００１４】
電流センサ１０９は、ＩＰＭＳＭ１０２とインバータ１０８との間に配置され、ＩＰＭＳＭ１０２に印加される相電流を測定し、電流センサ１０９で測定された電流は、座標変換器１１０の座標変換に応じて電流指令生成器１０４と電流制御器１０５に帰還される。
【００１５】
図２は、図１のＩＰＭＳＭの駆動領域を説明するための例示図である。
【００１６】
Ａは、一定トルク曲線であって、一定の指令トルクに対して、同期座標系上のｄ、ｑ軸電流は、無限の組み合わせを有することができる。
【００１７】
Ｂは、インバータの電流制限条件であり、Ｃ、Ｄ及びＥは、回転子速度に応じた電圧制限条件の例であって、電圧制限条件は、回転子速度に応じて可変であるが、回転子速度が増加するにつれ、Ｆ方向に電圧制限楕円の大きさが減少する。
【００１８】
一定の指令トルクに対して、インバータ１０１で制御可能な同期座標系上のｄ、ｑ軸電流の大きさは、電流制限条件と電圧制限条件のすべてを満たす範囲で決定される。電圧余裕が十分である場合には、電圧制限条件は制限条件として影響を及ぼさないようになり、単位電流当たりの最大トルク（ＭＴＰＡ：Ｍａｘｉｍｕｍ  Ｔｏｒｑｕｅ  Ｐｅｒ  Ａｍｐｅｒｅ）駆動する電流指令に追従することがＩＰＭＳＭの効率面で有利である。
【００１９】
例えば、Ａの一定のトルク指令が与えられ、電圧制限条件がＣのような場合、指令トルクに追従するための電流指令は、Ｇで駆動するのが単位電流当たりの最大トルクの駆動点になる。
【００２０】
このように、電流制限条件のみが駆動点に影響を与える領域を定トルク領域と定義する。
【００２１】
回転子速度が増加して電圧制限条件がＣからＤに移動すると、Ｇはインバータが制御できない電流領域であるため、駆動点は、ＧからＨに、矢印に沿って移動するようになる。駆動点がＧからＨに移動する区間のように、電圧制限条件と電流制限条件のすべてが駆動点に影響を与える領域を、弱磁束制御の第１領域と定義する。
【００２２】
回転子速度がさらに増加して電圧制限条件がＤからＥに移動すると、電流制限条件はこれ以上駆動領域に影響を与えられないようになり、電圧制限条件のみが駆動点に影響を与える。
【００２３】
このように、弱磁束制御の２領域では電圧制限条件のみが駆動点に影響を与えるようになる。弱磁束制御の第２領域では、駆動点は、ＨからＩに、矢印に沿って移動するようになる。
【００２４】
ＩＰＭＳＭ１０２の同期座標系上の電圧方程式は、次の通りである。
【００２５】
【数１】
0005540041.tif 000002
【００２６】
【数２】
0005540041.tif 000003
【００２７】
ここで、上付き文字「ｒ」は、同期座標系、下付き文字「ｓ」は、停止座標系の変数を示し、「ωr」は、回転子の角速度、「ｉdsr」、「ｉqsr」は、それぞれ、同期座標系上の固定子ｄ、ｑ軸電流、「Ｖdsr」、「Ｖqsr´」は、同期座標系上の固定子ｄ、ｑ軸電圧、「λdsr」、「λqsr」は、同期座標系上の固定子ｄ、ｑ軸の回転子磁束、「Ｒs」、「Ｌds」、「Ｌqs」は、それぞれ、固定子抵抗、ｄ、ｑ軸インダクタンスを示す。
【００２８】
ＩＰＭＳＭ１０２の駆動制限条件は、電圧制限条件と電流制限条件とに分けられ、次のように表される。
【００２９】
【数３】
0005540041.tif 000004
【００３０】
【数４】
0005540041.tif 000005
【００３１】
ここで、「Ｖs,max」は、インバータ１０１が合成可能な最大電圧の大きさを示し、「Ｉs,max」は、ＩＰＭＳＭ１０２の最大または定格電流を示す。「Ｖs,max」は、インバータ１０で合成可能な最大電圧であって、直流端電源電圧、「Ｖdc」の大きさに直接影響され、図１の電圧制限器１０７のように電圧制限条件を電圧制限六角形の内接円に選定する場合、「Ｖs,max」は、次のような値を有する。
【００３２】
【数５】
0005540041.tif 000006
【００３３】
上記で説明したように、弱磁束制御の第２領域でＩＰＭＳＭ１０２は、可用電圧に対して最大トルクを出力できる単位電圧当たりの最大トルク（ＭＴＰＶ：Ｍａｘｉｍｕｍ  Ｔｏｒｑｕｅ  Ｐｅｒ  Ｖｏｌｔａｇｅ）駆動をするようになる。
【００３４】
このような電流指令の移動過程は、ＩＰＭＳＭ１０２のインダクタンスが電流の大きさによって飽和されるため、非線形関係を有する。したがって、ＩＰＭＳＭの駆動は、ＩＰＭＳＭの特性を予め（ｏｆｆ−ｌｉｎｅ）測定して、少なくとも２つ以上の２次元ルックアップテーブルを作成して、一定のトルクと駆動速度、直流端電源電圧に応じて、図１の電流指令生成器１０４が同期座標系上の電流指令を生成するようにする。
【００３５】
２次元ルックアップテーブルは、トルク指令と磁束情報を入力とし、同期座標系上のｄ、ｑ軸電流指令を生成する。このとき、磁束情報は、直流端電源電圧を回転子速度で割って求める。
【００３６】
図３は、従来の２次元ルックアップテーブルの構成図である。
【００３７】
図面に示したように、２次元ルックアップテーブル３０１，３０２は、指令トルクと磁束計算部３０３の入力を受けて、同期座標系上のｄ、ｑ軸電流指令を出力する。
【００３８】
図１の電流指令生成器１０４と座標変換器１１０の帰還電流は、電流制御器１０５に入力される。電流制御器１０５は、比例−積分制御器であって、次の式のように、出力電圧を合成する。
【００３９】
【数６】
0005540041.tif 000007
【００４０】
【数７】
0005540041.tif 000008
【００４１】
座標変換器１０６は、電流制御器１０５の同期座標系上の出力電圧を停止座標系上の電圧に、次の式のように変換する。
【００４２】
【数８】
0005540041.tif 000009
【００４３】
【数９】
0005540041.tif 000010
【００４４】
電圧制限器１０７は、停止座標系上で六角形に表される電圧制限条件の内接円内に電圧指令が存在するように、座標変換器１０６の電圧を制限して出力し、インバータ部１０８は、電圧制限器１０７の出力電圧から、次のような電圧を合成して、ＩＰＭＳＭ１０２に電圧を印加する。
【００４５】
【数１０】
0005540041.tif 000011
【００４６】
【数１１】
0005540041.tif 000012
【００４７】
【数１２】
0005540041.tif 000013
【００４８】
電流センサ１０９ａ−１０９ｃは、インバータ部１０８とＩＰＭＳＭ１０２との間の相電流を測定する。座標変換器１１０は、次の式により、同期座標系上の電流に変換して、電流制御器１０５に帰還する。
【００４９】
【数１３】
0005540041.tif 000014
【００５０】
【数１４】
0005540041.tif 000015
【００５１】
【数１５】
0005540041.tif 000016
【００５２】
【数１６】
0005540041.tif 000017
【００５３】
ところが、図１のＩＰＭＳＭの駆動システムは、電流指令生成器１０４が予め測定されたルックアップテーブルを用いるため、対象のＩＰＭＳＭのパラメータが変わる場合、その性能が低下する問題がある。
【００５４】
また、対象ＩＰＭＳＭのパラメータが変わらない場合でも、ルックアップテーブルが全駆動領域に対する性能を左右するため、ルックアップテーブルの機能によって電動機の駆動性能が決定される問題点がある。
【００５５】
さらに、インバータで合成される電圧の量を電圧制限六角形の内接円に制限するため、インバータの電圧使用率が低下し、これにより、出力トルクも低下する問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００５６】
本発明が解決しようとする技術的課題は、ＩＰＭＳＭの高速駆動において、ルックアップテーブルへの依存度を減らし、インバータの電圧使用率を増大させ、最大限指令トルクに追従し、また、最大限指令トルクに追従する電流指令を生成して、パラメータの変化に強いＩＰＭＳＭの駆動装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００５７】
上記のような技術的課題を解決するために、埋込型永久磁石同期電動機（ＩＰＭＳＭ）の回転子の位置及び速度を測定する検出部を含むシステムにおいて、弱磁束制御の第１領域の第１電流指令を受信して、ＩＰＭＳＭを駆動するための本発明の装置は、過変調された電圧情報を修正部に伝達する帰還部と、回転子速度と過変調された電圧情報を用いて、第１電流指令を弱磁束制御の第２領域の第２電流指令に修正する修正部と、第２電流指令を制御して、電圧を出力する制御部と、電流制御部の出力をインバータ部が合成可能な最大電圧に制限する第１制限部と、電圧制限部の出力から、指令トルクに追従するための３相の電圧指令をＩＰＭＳＭに印加するインバータ部と、を含む。
【００５８】
本発明の一実施例において、検出部から受信する回転子の位置情報を用いて、同期座標系である制御部の出力を停止座標系上の電圧に変換して、第１制限部に出力する第１変換部をさらに含むことが好ましい。
【００５９】
本発明の一実施例において、インバータ部からＩＰＭＳＭに出力される相電流を測定する電流センサをさらに含むことが好ましい。
【００６０】
本発明の一実施例において、電流センサから受信する静止座標系である相電流を、同期座標系上の電流に変換して、修正部と制御部に提供する第２変換部をさらに含むことが好ましい。
【００６１】
本発明の一実施例において、帰還部は、制御部の出力と、インバータ部で合成される電圧間の過変調された電圧を修正部に帰還することが好ましい。
【００６２】
本発明の一実施例において、帰還部は、過変調された電圧の大きさを積分し、高域通過フィルタリングして、修正部に伝達することが好ましい。
【００６３】
本発明の一実施例において、修正部は、弱磁束制御の第２領域である場合、第１電流指令を修正して、第２電流指令を生成する処理部と、第２電流指令の電流の大きさを制限する第２制限部とを含むことが好ましい。
【００６４】
本発明の一実施例において、処理部は、弱磁束制御の第２領域であることを判断する判断部、電流指令の修正方向を決定する決定部、現在の回転子速度と回転子の最大速度を用いて、比例利得を演算する演算部、電流変化の大きさを制限する第３制限部、弱磁束制御の第１領域と弱磁束制御の第２領域とを区分するためのヒステリシス区間を定義する区間定義部、及び、区間定義部の出力に基準電流を加えて、第２電流指令を出力する加算部、を含むことが好ましい。
【００６５】
本発明の一実施例において、第２制限部は、第２電流指令に対し、インバータ部が出力できる電流範囲に制限することが好ましい。
【００６６】
本発明の一実施例において、第２制限部は、第２電流指令に対し、同期座標系上のｄ軸電流に優先権を付与して、ｄ軸電流を定格電流の大きさ内で優先的に出力し、ｑ軸電流指令は、定格電流からｄ軸電流の大きさを引いた残りを許容範囲に選定することが好ましい。
【００６７】
本発明の一実施例において、第１制限部は、電圧制限六角形を用いて、制御部の出力を制限することが好ましい。
【発明の効果】
【００６８】
本発明は、既に作成されているルックアップテーブルに依存せず、電流制御部の出力電圧とインバータで実際に合成される電圧との差を用いて、２つの電圧の差を最小に維持するようにし、インバータで合成される電圧の大きさに対し、電圧制限六角形をすべて用いるため、インバータの直流端電源電圧の使用率が増大し、一定のトルクを維持する方向に電流指令を修正するため、ＩＰＭＳＭが高速で駆動される場合でも、最大限のトルクに追従するようにする効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】従来の埋込型永久磁石同期電動機の駆動システムの構成図である。
【図２】図１のＩＰＭＳＭの駆動領域を説明するための例示図である。
【図３】従来の２次元ルックアップテーブルの構成図である。
【図４】本発明のＩＰＭＳＭ駆動装置の一実施例の構成図である。
【図５】式（２５）を概念的に説明するための一例示図である。
【図６】図４の電流指令修正部の一実施例の詳細構成図である。
【図７】図６の電流指令処理部の一実施例の詳細構成図である。
【図８】図６の電流指令制限部の一実施例の詳細構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００７０】
本発明は、様々な変更を加えることができ、様々な実施例を有することができ、特定の実施例を図面に例示し、詳細な説明において詳細に説明する。
【００７１】
しかし、これは、本発明を特定の実施形態に限定するものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれるすべての変更、均等物ないし代替物を含むものと理解しなければならない。
【００７２】
第１、第２などのように序数を含む用語は、様々な構成要素を説明するために使用されるが、構成要素は、用語によって限定されない。
【００７３】
用語は、一つの構成要素を、他の構成要素から区別する目的のみで使用される。例えば、本発明の権利範囲から外れずに、第２構成要素は、第１構成要素と命名することができ、同様に、第１構成要素も、第２構成要素と命名することができる。
【００７４】
ある構成要素が他の構成要素に「連結されて」いるか、または「接続されて」いると言及するときは、その他の構成要素に直接連結されているか、または接続されている場合もあるが、その間に他の構成要素が存在することもあると理解しなければならない。一方で、ある構成要素が他の構成要素に「直接連結されて」いるか、または「直接接続されて」いると言及したときには、その間に他の構成要素が存在しないものと理解すべきである。
【００７５】
本出願において使用する用語は、単に特定の実施例を説明するために使用したものであって、本発明を限定しようとする意図ではない。単数の表現は、文脈上明らかに異なる意味を表さない限り、複数の表現を含む。
【００７６】
本出願で、「含む」または「有する」などの用語は、明細書上に記載された特徴、数字、ステップ、動作、構成要素、部品、またはこれらを組み合わせたものが存在することを指定するものであって、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、ステップ、動作、構成要素、部品、またはこれらを組み合わせたものの存在または付加可能性を予め排除していないものと理解しなければならない。
【００７７】
また、本出願において添付された図面は、説明の便宜のために拡大または縮小して示したものと理解しなければならない。
【００７８】
以下、本発明について図面を参照しながら詳細に説明し、図面の符号に関係なく同一または対応する構成要素は同じ参照番号を付与し、これに関する重複する説明は省略する。
【実施例】
【００７９】
図４は、本発明のＩＰＭＳＭ駆動装置の一実施例の構成図である。
【００８０】
図面に示したように、本発明の駆動装置は、電流指令修正部１１と、電圧帰還部１２と、電流制御部１３と、電圧座標変換部１４と、電圧制限部１５と、インバータ部１６と、電流センサ１７ａ−１７ｃと、電流座標変換部１８とを含むインバータ１０と、回転子位置検出部３０と、を含んで構成される。
【００８１】
インバータ１０は、弱磁束制御の第１領域の電流指令を入力され、ＩＰＭＳＭ２０が電流指令に応じて駆動できる電圧であるＶａｓ，Ｖｂｓ，Ｖｃｓを出力する。
【００８２】
ＩＰＭＳＭ２０の回転子には回転子位置検出部３０が提供され、回転子位置と回転子速度を計算または測定する。回転子位置検出部３０が測定した回転子位置は、電圧座標変換部１４と電流座標変換部１８の座標変換に用いられ、回転子速度は、電流指令修正部１１に入力される。
【００８３】
電流指令修正部１１は、弱磁束制御の第１領域の電流指令からＩＰＭＳＭ２０が高速で安定して動作できるように電流指令を修正する。これについては、以下でさらに詳細に説明する。
【００８４】
電圧帰還部１２は、電流指令修正部１１で用いられる帰還電圧の情報を計算する。電圧帰還部１２は、電流指令修正部１１に過変調された電圧情報を伝達するためのものであって、第１座標変換部１４と電圧制限部１５の出力電圧の差を求める。この時、電流制御部１３の出力電圧と、インバータ部１６で合成される電圧の差が発生することを過変調されたという。
【００８５】
電流制御部１３は、電流指令修正部１１の出力である電流指令を制御し、同期座標系上のｄ、ｑ軸電圧を出力する。電流制御部１３は、例えば、比例積分（ＰＩ）制御器であるが、これに限定されるものではない。
【００８６】
第１座標変換部１４は、回転子位置検出部３０から求めた回転子の位置情報を用いて電流制御部１３の出力電圧を停止座標系上の電圧に変換する。
【００８７】
電圧制限部１５は、電圧制限六角形を用いて、第１座標変換部１４の出力電圧をインバータ部１６が合成可能な電圧に制限する。電圧制限部１５が使用する電圧制限六角形は、インバータ部１６が合成可能な最大電圧であって、電圧制限六角形によってインバータ部１６の電圧使用率は最大になり得る。
【００８８】
第１座標変換部１４の出力電圧が電圧制限部１５の電圧制限六角形の外部に位置される場合、インバータ部１６で合成される電圧は、電圧座標変換部１４の電圧がそのまま出力できず、電圧制限部１５の六角形の上に存在するようになる。
【００８９】
インバータ部１６は、ＩＧＢＴまたはパワーＭＯＳＦＥＴのようなパワー半導体素子を含む電圧型インバータであって、電流指令に追従するための電圧指令Ｖａｓ，Ｖｂｓ，ＶｃｓをＩＰＭＳＭ２０に印加する。
【００９０】
電流センサ１７ａ−１７ｃは、ＩＰＭＳＭ２０とインバータ部１６との間の相電流を測定する。電流センサ１７ａ−１７ｃで測定された電流は、電流の座標変換部１８の座標変換に応じて電流制御部１３及び電流指令修正部１１に帰還される。
【００９１】
第２座標変換部１８は、電流センサ１７ａ−１７ｃが測定した静止座標系上の相電流を同期座標系に変換する。
【００９２】
図１の従来の駆動システムと図４の本発明の駆動装置との差は、２つに要約される。つまり、電流制御部１０５，１３の入力である電流指令の修正と、インバータ部１０８，１６に印加される最終出力電圧の合成である。
【００９３】
図１の従来のシステムでは、電流指令生成器１０４のトルク指令とインバータ部１０８の直流端電源電圧、回転子速度に応じた少なくとも２つ以上の２次元ルックアップテーブルから電流制御器１０５の指令電流を求めるのに対し、本発明の駆動装置では、電流指令修正部１１が、電流制御部１３の指令電流を計算する。
【００９４】
また、インバータ部１０８，１６に印加される最終出力電圧の場合、従来のシステムは、電圧制限六角形の内接円によって最終出力電圧を制限するのに対し、本発明では、電圧制限六角形を最終出力電圧を制限するのに用いる。したがって、本発明の駆動装置で合成される電圧の大きさが従来の図１のシステムのそれに比べて相対的に大きくなり、インバータの電圧使用率が増大し、出力トルクもまた増加する。
【００９５】
図４の本発明の駆動装置の電流指令の修正について、まず説明する。
【００９６】
まず、弱磁束制御の第１領域と弱磁束制御の第２領域とを判別するための条件は、次の通りである。
【００９７】
【数１７】
0005540041.tif 000018
【００９８】
ＩＰＭＳＭ２０のトルク式と磁束式は、次の通りである。
【００９９】
【数１８】
0005540041.tif 000019
【０１００】
【数１９】
0005540041.tif 000020
【０１０１】
【数２０】
0005540041.tif 000021
【０１０２】
式（１８）から次の式（２１）のような関係を求めることができる。
【０１０３】
【数２１】
0005540041.tif 000022
【０１０４】
また、式（２１）を正規化すると、次の通りである。
【０１０５】
【数２２】
0005540041.tif 000023
【０１０６】
式（１９）と式（２０）から、次の関係を求めることができる。
【０１０７】
【数２３】
0005540041.tif 000024
【０１０８】
式（２３）を正規化すると、次の通りである。
【０１０９】
【数２４】
0005540041.tif 000025
【０１１０】
弱磁束制御の第１領域と弱磁束制御の第２領域を判断する式（１７）は、式（２２）と式（２４）を内積して、次のように求めることができる。
【０１１１】
【数２５】
0005540041.tif 000026
【０１１２】
図５は、式（２５）を概念的に説明するための一例示図である。
【０１１３】
Ｊは、式（１８）の一定トルク曲線であり、Ｋは、電流制限円、Ｌは、電圧制限楕円であり、Ｍは、式（２５）の関係を示すものである。
【０１１４】
式（２５）が次の式（２６）の条件を満たすとき、ＩＰＭＳＭ２０の駆動領域が弱磁束制御の第１領域から弱磁束制御の第２領域に変わったものと判断する。
【０１１５】
【数２６】
0005540041.tif 000027
【０１１６】
次に、本発明の電流指令の修正について説明する。
【０１１７】
図４の電流指令修正部１１は、ＩＰＭＳＭ２０の弱磁束制御の第１領域の電流指令から、弱磁束制御の第２領域でインバータ部１６の電圧使用率を増大させるために、同期座標系上のｄ、ｑ軸電流指令に合成する。
【０１１８】
このとき、式（２６）の条件を満たさない場合は、電流指令の修正は行われず、式（２６）の条件を満たす場合のみに電流指令の修正が行われる。
【０１１９】
図４の電圧帰還部１２から帰還される過変調された電圧の大きさは、式（２７）のように求める。このとき、インバータ部１６で合成される電圧の大きさは、電圧制限部１５が電圧制限六角形に制限して、インバータ部１６の電圧使用率を増大させる。
【０１２０】
【数２７】
0005540041.tif 000028
【０１２１】
このとき、上記式（２７）は、次のような関係を有する。
【０１２２】
【数２８】
0005540041.tif 000029
【０１２３】
【数２９】
0005540041.tif 000030
【０１２４】
【数３０】
0005540041.tif 000031
【０１２５】
【数３１】
0005540041.tif 000032
【０１２６】
電流指令修正部１１が使用する電圧は、式（２７）を積分し、ハイパスフィルタを用いて、次の式（３２）のように求めることができる。
【０１２７】
【数３２】
0005540041.tif 000033
【０１２８】
図６は、図４の電流指令修正部の一実施例の詳細構成図である。
【０１２９】
図面に示したように、本発明の電流指令修正部１１は、電流指令処理部６１及び電流指令制限部６２を含む。
【０１３０】
電流指令処理部６１は、弱磁束制御の第１領域の電流指令を修正して弱磁束制御の第２領域の電流指令を生成し、電流指令制限部６２は、電流指令修正部６１が修正した電流指令から電流の大きさを制限する。
【０１３１】
電流指令処理部６１の動作を説明すると、以下の通りである。
【０１３２】
本発明の駆動装置の電流指令の修正は、弱磁束制御の第２領域で電圧使用率を高めるためのものである。また、弱磁束制御の第２領域の電流指令の方向は、電圧制限楕円の中心を向かうため、式（２４）とその方向が同一である。また、電流指令時に修正される大きさは、式（２７）の過変調された電圧の大きさに比例するようにするとよい。これを式で表すと、次の通りである。
【０１３３】
【数３３】
0005540041.tif 000034
【０１３４】
【数３４】
0005540041.tif 000035
【０１３５】
ここで、α１とα２は、可変利得であって、速度に比例するように、次のように設定する。
【０１３６】
【数３５】
0005540041.tif 000036
【０１３７】
【数３６】
0005540041.tif 000037
【０１３８】
ここで、αmod1とαmod2は、任意の比例利得であり、ωrpmは、現在の回転子速度、ωrpm,maxは、回転子の最大速度である。
【０１３９】
図７は、図６の電流指令処理部の一実施例の詳細構造図である。
【０１４０】
図面に示したように、本発明の電流指令処理部６１は、判断部７１、方向決定部７２ａ，７２ｂ、第１演算部７３ａ，７３ｂ、利得演算部７４ａ，７４ｂ、第１制限部７５ａ，７５ｂ、区間定義部７６ａ，７６ｂ、及び加算部７７ａ，７７ｂを含む。
【０１４１】
判断部７１は、弱磁束制御の領域を判断する。詳しくには、判断部７１は、式（２６）に基づいて、コサイン関数の大きさが一定値以上であると、弱磁束制御の第２領域のための電流修正を行わないものと判断する。
【０１４２】
方向決定部７２ａ，７２ｂは、電流指令の修正方向を決定する。
【０１４３】
第１演算部７３ａ，７３ｂは、式（３２）の演算を行う。
【０１４４】
利得演算部７４ａ，７４ｂは、式（３５）及び式（３６）のような比例利得を演算し、第１制限部７５ａ，７５ｂは、電流の変化の大きさを制限する。
【０１４５】
区間定義部７６ａ，７６ｂは、弱磁束制御の第１領域と弱磁束制御の第２領域を区分するためのヒステリシス区間を定義する。
【０１４６】
加算部７７ａ，７７ｂは、区間定義部７６ａ，７６ｂの出力に基準電流を加え、最終的に電流指令を出力する。
【０１４７】
図６の電流指令制限部について説明する。
【０１４８】
図６の電流指令処理部６１によって修正された電流指令は、インバータ部１６が出力できる電流範囲内に存在しなければならない。このとき、電流指令の制限は、ｄ軸電流に優先権を付与して、式（３３）で修正された同期座標系上のｄ軸電流を定格電流の大きさ内で優先的に出力し、ｑ軸電流指令は、定格電流に対してｄ軸電流の大きさを引いた残りを許容範囲に選定する。
【０１４９】
図８は、図６の電流指令制限部の一実施例の詳細構成図である。
【０１５０】
図面に示したように、本発明の電流指令制限部６２は、第２制限部８１、第２演算部８２、第３演算部８３、及び第３制限部８４を含んで構成される。
【０１５１】
第２制限部８１は、加算部７７ａから出力された修正されたｄ軸電流が許容可能な電流範囲内に存在するように制限する。第２演算部８２は、第２制限部８１の出力ｄ軸電流と許容可能な電流から正のｑ軸電流の最大許容範囲を求める。
【０１５２】
第３演算部８３は、負のｑ軸電流の最大許容範囲を演算する。
【０１５３】
第３制限部８４は、第２及び第３演算部８２，８３によりｑ軸電流の大きさを制限する。
【０１５４】
本発明のＩＰＭＳＭの弱磁束制御の第２領域での駆動は、電流制御部の出力電圧とインバータで合成可能な電圧差を用いた電流指令の修正によって行われる。
【０１５５】
本発明は、ルックアップテーブルに依存せずに電流指令を修正し、インバータで合成される電圧は、電圧制限六角形をすべて用いて制限するため、弱磁束制御の第２領域でインバータが合成可能な最大電圧を出力することによって、高速駆動時に出力トルクを向上させることができる。
【０１５６】
以上で、代表的な実施例により本発明について詳細に説明したが、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者は、上述の実施例に対して本発明の範囲から外れない範囲内で様々な変形が可能であることを理解することができるだろう。したがって、本発明の権利範囲は説明した実施例に限定されてはならず、後述する特許請求の範囲だけでなく、この特許請求の範囲と均等なものによって定めなければならない。
【符号の説明】
【０１５７】
１１    電流指令修正部
１２    電圧帰還部
１３    電流制御部
１６    イバータ部
３０    回転子位置検出部
【図１】
0005540041.tif 000038
【図２】
0005540041.tif 000039
【図３】
0005540041.tif 000040
【図４】
0005540041.tif 000041
【図５】
0005540041.tif 000042
【図６】
0005540041.tif 000043
【図７】
0005540041.tif 000044
【図８】
0005540041.tif 000045