(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導電動機のトルク制御に用いられる回転子時定数を推定する推定装置において、
ｄ軸電流指令及びｑ軸電流指令を受信して、ｑ軸電圧指令を出力する電流制御部と、
ｄ軸電流指令及びｑ軸電流指令を受信して、ｑ軸電圧推定値を出力する推定部と、
前記ｑ軸電圧指令と前記ｑ軸電圧推定値との差である回転子時定数の変動値を出力する制御部と、
前記回転子時定数の変動値を回転子時定数に加算して、変更された回転子時定数を出力する加算部と、
所定の第１参照表を利用して、前記誘導電動機の温度に応じて前記回転子時定数を選択する第１選択部と、
所定の第２参照表を利用して、前記誘導電動機のｄ軸電流に応じて前記回転子時定数を選択する第２選択部と、
を含み、
前記第１参照表は、前記誘導電動機の固定子の温度に応じて変化する回転子抵抗変化による前記回転子時定数の変化を利用して作成したものであり、前記第２参照表は、前記ｄ軸電流の大きさに応じて変化するインダクタンスによる前記回転子時定数の変化を利用して作成したものであることを特徴とする、推定装置。
【請求項２】
前記電流制御部は、前記変更された回転子時定数を用いて電流制御を行うことを特徴とする、請求項１に記載の推定装置。
【請求項３】
前記推定部は、ｑ軸電圧方程式を利用して前記ｑ軸電圧推定値を出力することを特徴とする、請求項１または２に記載の推定装置。
【請求項４】
前記制御部は、比例積分制御を用いて前記回転子時定数の変動値を出力することを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の推定装置。
【請求項５】
所定の速度以下においては、前記第１選択部及び前記第２選択部の出力のうちいずれか一つと、前記加算部の出力を所定割合で組み合わせて、最終回転子時定数を出力する組合せ部をさらに含むことを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の推定装置。
【請求項６】
前記組合せ部は、前記所定の速度以上においては、前記加算部の出力を前記最終回転子時定数に出力することを特徴とする、請求項５に記載の推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転子時定数推定技術に関し、より詳細には誘導電動機の回転子の時定数を推定する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ハイブリッド自動車（Ｈｙｂｒｉｄ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ，ＨＥＶ）や電気自動車（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ，ＥＶ）等、電動機を動力源とする車両では高い水準のトルク（ｔｏｒｑｕｅ）制御精度が求められる。
【０００３】
最近、稀土類の価格上昇等で永久磁石型電動機の価格が上昇することによって、誘導電動機がＨＥＶ／ＥＶの駆動電動機として注目されている。
【０００４】
誘導電動機は、直接ベクター制御または間接ベクター制御を行うが、通常、電動機時定数変化に比較的影響を少なく受ける間接ベクター制御を利用する。しかし、間接ベクター制御を行う誘導電動機の場合、外部要因（特に、温度）の変化による回転子時定数の変化がトルクの発生に影響を与えて、発生トルクの変化が大きくなる場合、加速性能、乗車感及び運転感が、外部要因により変わる問題がある。従って、回転子時定数をリアルタイムで推定して発生トルクの変動量を最小化する技術が開示されている。
【０００５】
図１は、従来の誘導電動機の回転子時定数推定装置の構成図である。
【０００６】
【表１】
0005536845.tif 000002
【０００７】
【表２】
0005536845.tif 000003
【０００８】
【表３】
0005536845.tif 000004
【０００９】
従来の推定装置は、前記のように回転子時定数を推定し、これによって発生トルクの変動量を最小化する。
【００１０】
【表４】
0005536845.tif 000005
【００１１】
【表５】
0005536845.tif 000006
【００１２】
【表６】
0005536845.tif 000007
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、周辺環境または運転条件の影響を少なく受けて常に一定水準のトルクを発生する誘導電動機の回転子時定数推定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記技術的課題を解決するために、回転子時定数を推定する本発明の推定装置は、ｄ軸電流指令及びｑ軸電流指令を受信してｑ軸電圧指令を出力する電流制御部、ｄ軸電流指令及びｑ軸電流指令を受信してｑ軸電圧推定値を出力する推定部、前記ｑ軸電圧指令と前記ｑ軸電圧推定値の差である回転子時定数の変動値を出力する制御部、及び前記回転子時定数の変動値を回転子時定数に加算して、変更された回転子時定数を出力する加算部を含む。
【００１５】
本発明の一実施形態において、前記電流制御部は、前記変更された回転子時定数によって電流制御を行うことが好ましい。
【００１６】
本発明の一実施形態において、前記推定部は、ｑ軸電圧方程式を利用してｑ軸電圧推定値を出力することが好ましい。
【００１７】
本発明の一実施形態において、前記制御部は、比例積分制御を介して回転子時定数の変動値を出力することが好ましい。
【００１８】
本発明の一実施形態において、所定の第１参照表を利用して、前記誘導電動機の温度に応じて前記回転子時定数を選択する第１選択部をさらに含むことが好ましい。
【００１９】
本発明の一実施形態において、所定の第２参照表を利用して、前記誘導電動機のｄ軸電流に応じて前記回転子時定数を選択する第２選択部をさらに含むことが好ましい。
【００２０】
本発明の一実施形態において、所定の第３参照表を利用して、前記誘導電動機の温度に応じて前記回転子時定数を選択する第３選択部、及び所定の第４参照表を利用して、前記誘導電動機のｄ軸電流に応じて回転子時定数を選択する第４選択部をさらに含むことが好ましい。
【００２１】
本発明の一実施形態において、前記第１及び第３参照表は、前記誘導電動機の固定子の温度に応じて変化する回転子抵抗変化による前記回転子時定数の変化を利用して作成した。
【００２２】
本発明の一実施形態において、前記第２及び第４参照表は、前記ｄ軸電流の大きさに応じて変化するインダクタンスによる前記回転子時定数の変化を利用して作成した。
【００２３】
本発明の一実施形態において、所定の速度以下で、前記第１選択部、前記第２選択部及び前記第４選択部の出力のうちいずれか一つと、前記加算部の出力を所定割合で組み合わせて、最終回転子時定数を出力する組合せ部をさらに含むことが好ましい。
【００２４】
本発明の一実施形態において、前記組合せ部は、前記所定の速度以上では前記加算部の出力を前記最終回転子時定数で出力することが好ましい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明により、低速区間では参照表を用いて全速度範囲区間において温度補償を行って、ＥＶ／ＨＥＶで常に類似した加速性能及び運転感を維持させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】従来の誘導電動機の回転子時定数推定装置の構成図である。
【図２】本発明の電動機の温度による回転子時定数の推定を説明するための一つの例示図である。
【図３】本発明の電動機のｄ軸電流に応じた回転子時定数の推定を説明するための一つの例示図である。
【図４】本発明の電動機の温度及びｄ軸電流に応じた回転子時定数の推定を説明するための一つの例示図である。
【図５】図４の参照表を２次元で実現した一つの例示図である。
【図６】本発明に係る回転子時定数推定装置の第１実施形態の構成図である。
【図７Ａ】電動機の固定子温度が、各々低温と高温の場合に最大トルク指令印加後のｄ軸電圧及びｑ軸電圧の変化を測定した一実施形態グラフである。
【図７Ｂ】電動機の固定子温度が、各々低温と高温の場合に最大トルク指令印加後のｄ軸電圧及びｑ軸電圧の変化を測定した一実施形態グラフである。
【図８Ａ】電動機の固定子温度が高温の場合に、各々低トルク指令と高トルク指令が印加された後、ｄ軸電圧及びｑ軸電圧の変化を測定した一実施形態グラフである。
【図８Ｂ】電動機の固定子温度が高温の場合に、各々低トルク指令と高トルク指令が印加された後、ｄ軸電圧及びｑ軸電圧の変化を測定した一実施形態グラフである。
【図９】本発明に係る回転子時定数推定装置の第２実施形態の構成図である。
【図１０】図９の組合せ部が組み合わせを行う方式を説明するための一つの例示図である。
【図１１】本発明に係る回転子時定数推定装置の第３実施形態の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明は、種々の変更を加えることができ、多様な実施形態を有し、特定実施形態を図面に例示して詳細に説明する。
【００２８】
しかし、これは本発明を特定の実施形態に対して限定しようとするものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれる全ての変更、均等物乃至代替物を含むものと理解しなければならない。
【００２９】
第１、第２等の序数を含む用語は、種々の構成要素を説明するために用いられるが、前記構成要素は前記用語によって限定されない。
【００３０】
前記用語は、一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的にだけ用いられる。例えば、本発明の権利範囲を逸脱しない限り、第２構成要素は第１構成要素に命名でき、同様に第１構成要素も第２構成要素に命名できる。
【００３１】
ある構成要素が他の構成要素に「連結されて」いる、または「接続されて」いると記述する場合には、その他の構成要素に直接的に連結、または接続されていてもよく、その中間に他の構成要素が存在してもよいことを理解しなければならない。一方、ある構成要素が、他の構成要素に「直接連結されて」いる、または「直接接続されて」いると記述する場合には、その中間に他の構成要素が存在しないことを理解しなければならない。
【００３２】
本願に使われた用語は、単に特定の実施形態を説明するために使われたものであって、本発明を限定する意図はない。単数の表現は、文脈上明白に異なることを意味しない限り、複数の表現を含む。
【００３３】
本願において、「含む」または「有する」等の用語は、明細書上に記載された特徴、数字、段階、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、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたもの等の存在または付加可能性を予め排除しないものと理解しなければならない。
【００３４】
また、本願に添付された図面は、説明の便宜のために、拡大または縮小して示されたものと理解しなければならない。
【００３５】
【表７】
0005536845.tif 000008
【００３６】
産業用電動機は多くは速度を制御する装置に使われて、トルク制御は相対的にその重要度が小さかったが、トルク制御が重要視されるＥＶ／ＨＥＶ用誘導電動機制御においては温度に対する影響を考慮しなければならない。
【００３７】
【表８】
0005536845.tif 000009
【００３８】
以下、添付図面を参照して本発明に係る好ましい一実施形態を詳細に説明する。
【００３９】
図２は、本発明の電動機の温度による回転子時定数の推定を説明するための一つの例示図である。
【００４０】
【表９】
0005536845.tif 000010
【００４１】
【表１０】
0005536845.tif 000011
【００４２】
参照表Ａは、固定子の温度に応じて変化する回転子抵抗変化による回転子時定数の変化を利用して作成した。
【００４３】
例えば、入力｛２０[℃]、４０[℃]、６０[℃]、８０[℃]｝のような固定子温度に応じて、｛３００［ｍｓ］、２７０［ｍｓ］、２５０［ｍｓ］、２４０［ｍｓ］｝のような参照表Ａを構成して、表にない値は、前記値を線形補間して用いられる。
【００４４】
【表１１】
0005536845.tif 000012
【００４５】
【表１２】
0005536845.tif 000013
【００４６】
【表１３】
0005536845.tif 000014
【００４７】
図４は、本発明の電動機の温度及びｄ軸電流に応じた回転子時定数の推定を説明するための一例示図であり、図２及び図３の参照表Ａ及びＢを各々利用して回転子時定数を推定したものを示した。
【００４８】
【表１４】
0005536845.tif 000015
【００４９】
この時、本発明の推定では、図３の参照表Ｂを百分率を利用して｛１２０［％］、１００［％］、８５［％］、７５［％］｝のように構成し、１００％時の値を図２の参照表Ａを利用して求めると、参照表Ａ及びＢを利用して簡単に実現できる。
【００５０】
図５は、図４の参照表を２次元的に実現した一例示図であり、図４の推定と同様の方式で回転子時定数を推定できる。
【００５１】
図６は、本発明に係る回転子時定数推定装置の第１実施形態の構成図である。
【００５２】
【表１５】
0005536845.tif 000016
【００５３】
図示したように、本発明の推定装置は、電流制御部１０、ｑ軸電圧推定部２０、制御部３０及び加算部４０を含む。
【００５４】
【表１６】
0005536845.tif 000017
【００５５】
【表１７】
0005536845.tif 000018
【００５６】
【表１８】
0005536845.tif 000019
【００５７】
【表１９】
0005536845.tif 000020
【００５８】
この二つの値の差を最小化するために、本発明の制御部３０は、例えば、比例積分制御器（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｔｅｇｒａｌ  Ｃｏｎｔｏｌ）である。
【００５９】
【表２０】
0005536845.tif 000021
【００６０】
【表２１】
0005536845.tif 000022
【００６１】
【表２２】
0005536845.tif 000023
【００６２】
従って、制御部３０は変更されたｑ軸電圧指令がｑ軸電圧推定値と同じになる時まで回転子時定数を変更し、これにより、一定のトルクが得られる。
【００６３】
【表２３】
0005536845.tif 000024
【００６４】
【表２４】
0005536845.tif 000025
【００６５】
図７Ａ及び図７Ｂは、電動機の固定子温度が各々低温と高温の場合に、最大トルク指令印加後のｄ軸電圧及びｑ軸電圧の変化を測定した一実施形態グラフである。
【００６６】
図示したように、低速ではｄ軸及びｑ軸電圧の変化が微小で、高速になる程温度による電圧差は、ｑ軸電圧がより大きいことが分かる。これは、回転子時定数の変化がｑ軸電圧出力に及ぼす影響がより大きいものであり、ｑ軸電圧を利用することが回転子時定数の温度補償にさらに有利であることを意味する。
【００６７】
図８Ａ及び図８Ｂは、電動機の固定子温度が高温の場合に、各々低トルク指令と高トルク指令が印加された後、ｄ軸電圧及びｑ軸電圧の変化を測定した一実施形態グラフである。
【００６８】
図示したように、負荷に変動がある場合にも、ｑ軸電圧は比較的一定水準を維持するため、従来のｄ軸電圧を用いる方式と異なり、本発明の推定装置は全負荷領域で使用できる。
【００６９】
また、本発明の推定装置では基本的に電圧を利用するため、速度が高いほど正確度が高くなる。
【００７０】
図９は、本発明に係る回転子時定数推定装置の第２実施形態の構成図であり、図６の回転子時定数推定装置に図２乃至図４の回転子時定数推定を結合したものである。従って、図９の実施形態においては、図４の方式を挙げて説明したが、これに限定されるものではないことは自明である。
【００７１】
図示したように、本発明の推定装置は、電流制御部１０、ｑ軸電圧推定部２０、制御部３０、加算部４０、参照表選択部１（５０）、参照表選択部２（６０）、及び組合せ部７０を含む。
【００７２】
電流制御部１０、ｑ軸電圧推定部２０、制御部３０及び加算部４０の動作については、図６の説明と同様であるため、その説明は省略する。
【００７３】
参照表選択部１（５０）は、図２のような方式で電動機の温度により参照表Ａを利用して回転子時定数を選択し、参照表選択部２（６０）は図３と同様の方式で電動機のｄ軸電流により参照表Ｂを利用して回転子時定数を選択し、参照表選択部２（６０）から出力された回転子時定数が加算部４０に入力される。
【００７４】
【表２５】
0005536845.tif 000026
【００７５】
【表２６】
0005536845.tif 000027
【００７６】
このような方式で、実際電動機の温度に対するトルク誤差を５％以内に制御することができる。下記表は低温（３０℃）及び低温（８０℃）で各々速度を変更した場合、補償前及び補償後のトルク誤差を示したものである。各トルク誤差の単位は％である。
【００７７】
【表２７】
0005536845.tif 000028
【００７８】
このように、補償前よりトルク誤差が大変少なくなることが分かる。
【００７９】
図１１は、本発明に係る回転子時定数推定装置の第３実施形態の構成図であり、ｄ軸電圧を利用した推定部１とｑ軸電圧を利用した推定部２を含んで構成されるものである。
【００８０】
ｄ軸電圧を利用した推定部１は、図１の推定装置と同様の構成で、ｑ軸電圧を利用した推定部２は、図６の推定装置と同様の構成である。
【００８１】
ｄ軸電圧を利用した推定部１は、既に説明したように主に低速において効率的であり、ｑ軸電圧を利用した推定部２は主に高速において効率的であるため、両推定部１、２の出力を組合せ部８０が組み合わせて、温度補償性能を高めることができる。
【００８２】
図１１の構成要素の機能については、既に説明したものと同様であるため、省略する。
【００８３】
従来の回転子時定数推定は、産業用技術として、正格速度の２〜３倍以上速度範囲で運転するＥＶ／ＨＥＶ駆動用誘導電動機の運転条件に対する考慮が足りなかった。高速運転が多い誘導電動機の場合、ｄ軸電圧を利用するよりｑ軸電圧を利用することが有利である。
【００８４】
本発明は、低速区間おいては参照表を用い、全速度範囲区間において温度補償ができ、これにより、常に似たような加速性能及び運転感を維持することができる。
【００８５】
以上から代表的な実施形態をもって本発明について詳細に説明したが、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者は、前述した実施形態に対して本発明の範疇から逸脱しない限り、多様な変形が可能であることを理解しなければならない。従って、本発明の権利範囲は、説明された実施形態に限って定まってはならず、後述する特許請求の範囲だけでなく、この特許請求範囲と均等物等によって定めるべきである。
【符号の説明】
【００８６】
１０、１１０    電流制御部
２０    ｑ軸電圧推定部
３０    制御部
４０    加算部
５０    参照表選択部１
６０    参照表選択部２
７０、８０    組合せ部
【図１】
0005536845.tif 000029
【図２】
0005536845.tif 000030
【図３】
0005536845.tif 000031
【図４】
0005536845.tif 000032
【図５】
0005536845.tif 000033
【図６】
0005536845.tif 000034
【図７Ａ】
0005536845.tif 000035
【図７Ｂ】
0005536845.tif 000036
【図８Ａ】
0005536845.tif 000037
【図８Ｂ】
0005536845.tif 000038
【図９】
0005536845.tif 000039
【図１０】
0005536845.tif 000040
【図１１】
0005536845.tif 000041