(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源を整流・平滑して直流の主回路電圧を出力するコンバータ部と，
主回路電圧を用いてモータを駆動させる為の電流を流すインバータ部と，
モータに流れる電機子電流を検出する電流検出器と，
モータに取り付けられたモータ速度を検出する位置検出器と，
ｑ軸電流指令（Ｉｑｒ）を受けて，前記電流検出器からのデータと前記位置検出器からのデータとを用い，インバータ部を駆動する信号を出力し，モータに流れる電機子電流を制御する電流制御部と、
を備え，
前記電流制御部は，
前記電流検出器からの信号を電流制御部で処理できるデータに変換する電流検出部と，
電流検出部から出力された各相の３相電流を２相電流に変換する３相→２相変換部と，
ｄ軸電流指令値（Ｉｄｒ）を生成するｄ軸電流指令生成部と，
ｑ軸電流指令（Ｉｑｒ）を受けて，ｑ軸とｄ軸の合成電流指令値の最大値（Ｉｍａｘ）とｄ軸電流指令（Ｉｄｒ）とを用いて、ｑ軸電流リミット値（Ｉｑｌｉｍｉｔ）を
√（ｌｍａｘ＾２−Ｉｄｒ＾２〉
として計算して、
ｑ軸電流指令（Ｉｑｒ）が０以上で，かつ，ｑ軸電流リミット値（Ｉｑｌｉｍｉｔ）より大きければ，ｑ軸電流リミット指令値（Ｉｑｒｌ）をｑ軸電流リミット値（Ｉｑｌｉｍｉｔ）に制限し，リミットフラグをＯＮし、
ｑ軸電流指令（Ｉｑｒ）が０以上で，かつ，ｑ軸電流リミット値（Ｉｑｌｉｍｉｔ）以下であれば，もしくは，ｑ軸電流指令（Ｉｑｒ）が０以下で，かつ，−Ｉｑｌｉｍｉｔ以上であれば、ｑ軸電流リミット指令値（Ｉｑｒｌ）をｑ軸電流指令（Ｉｑｒ）にし，リミットフラグをＯＦＦし、
ｑ軸電流指令（Ｉｑｒ）が０より小さくて，−Ｉｑｌｉｍｉｔより小さい場合は，ｑ軸電流リミット指令値（Ｉｑｒｌ）を−Ｉｑｌｉｍｉｔに制限し，リミットフラグをＯＮする、
というようにｑ軸電流リミット指令値（Ｉｑｒｌ）を作用させるリミット処理部と、
リミット処理部の出力値（Ｉｑｒｌ）から前記３相→２相変換部の出力値であるｑ軸電流（Ｉｑ）を引いた値が入力される、ゲインを高める為のＰＩ補償部と，
ＰＩ補償部から出力された電圧指令（Ｖｑ）を予め設定したリミット値に制限するＶｑＬｉｍｉｔ処理部（Ｖｑ用）と、
ｄ軸電流指令値（Ｉｄｒ）から前記３相→２相変換部の出力値であるｄ軸電流（Ｉｄ）を引いた値が入力される、ゲインを高める為の第２ＰＩ補償部と，
第２ＰＩ補償部から出力された電圧指令（Ｖｄ）を予め設定したリミット値に制限するＶｄＬｉｍｉｔ処理部（Ｖｄ用）と、
ＶｑＬｉｍｉｔ処理部（Ｖｑ用）及びＶｄＬｉｍｉｔ処理部（Ｖｄ用）から出力された２相電圧（Ｖｑｌ及びＶｄｌ）を実際にモータを駆動する為に３相電圧に変換する２相→３相変換部と，
２相→３相変換部から出力された信号をパルスに変換するＰＷＭ変換部と，
を有する
ことを特徴とするモータの電流制御装置
を用いるモータの電流制御方法。
【請求項２】
前記位置検出器からの信号に基づいてモータの電気角速度（ω）を計算する工程と、
前記２相電圧（Ｖｑｌ及びＶｄｌ）と前記電気角速度（ω）とを用いて、ｄ軸電流指令値（Ｉｄｒ）を補償する工程と、
を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載のモータの電流制御方法。
【請求項３】
交流電源を整流・平滑して直流の主回路電圧を出力するコンバータ部と，
主回路電圧を用いてモータを駆動させる為の電流を流すインバータ部と，
モータに流れる電機子電流を検出する電流検出器と，
モータに取り付けられたモータ速度を検出する位置検出器と，
ｑ軸電流指令（Ｉｑｒ）を受けて，前記電流検出器からのデータと前記位置検出器からのデータとを用い，インバータ部を駆動する信号を出力し，モータに流れる電機子電流を制御する電流制御部と、
を備え，
前記電流制御部は，
前記電流検出器からの信号を電流制御部で処理できるデータに変換する電流検出部と，
電流検出部から出力された各相の３相電流を２相電流に変換する３相→２相変換部と，
ｄ軸電流指令値（Ｉｄｒ）を生成するｄ軸電流指令生成部と，
ｑ軸電流指令（Ｉｑｒ）を受けて，ｑ軸とｄ軸の合成電流指令値の最大値（Ｉｍａｘ）とｄ軸電流指令（Ｉｄｒ）とを用いて、ｑ軸電流リミット値（Ｉｑｌｉｍｉｔ）を
√（ｌｍａｘ＾２−Ｉｄｒ＾２〉
として計算して、
ｑ軸電流指令（Ｉｑｒ）が０以上で，かつ，ｑ軸電流リミット値（Ｉｑｌｉｍｉｔ）より大きければ，ｑ軸電流リミット指令値（Ｉｑｒｌ）をｑ軸電流リミット値（Ｉｑｌｉｍｉｔ）に制限し，リミットフラグをＯＮし、
ｑ軸電流指令（Ｉｑｒ）が０以上で，かつ，ｑ軸電流リミット値（Ｉｑｌｉｍｉｔ）以下であれば，もしくは，ｑ軸電流指令（Ｉｑｒ）が０以下で，かつ，−Ｉｑｌｉｍｉｔ以上であれば、ｑ軸電流リミット指令値（Ｉｑｒｌ）をｑ軸電流指令（Ｉｑｒ）にし，リミットフラグをＯＦＦし、
ｑ軸電流指令（Ｉｑｒ）が０より小さくて，−Ｉｑｌｉｍｉｔより小さい場合は，ｑ軸電流リミット指令値（Ｉｑｒｌ）を−Ｉｑｌｉｍｉｔに制限し，リミットフラグをＯＮする、
というようにｑ軸電流リミット指令値（Ｉｑｒｌ）を作用させるリミット処理部と、
リミット処理部の出力値（Ｉｑｒｌ）から前記３相→２相変換部の出力値であるｑ軸電流（Ｉｑ）を引いた値が入力される、ゲインを高める為のＰＩ補償部と，
ＰＩ補償部から出力された電圧指令（Ｖｑ）を予め設定したリミット値に制限するＶｑＬｉｍｉｔ処理部（Ｖｑ用）と、
ｄ軸電流指令値（Ｉｄｒ）から前記３相→２相変換部の出力値であるｄ軸電流（Ｉｄ）を引いた値が入力される、ゲインを高める為の第２ＰＩ補償部と，
第２ＰＩ補償部から出力された電圧指令（Ｖｄ）を予め設定したリミット値に制限するＶｄＬｉｍｉｔ処理部（Ｖｄ用）と、
ＶｑＬｉｍｉｔ処理部（Ｖｑ用）及びＶｄＬｉｍｉｔ処理部（Ｖｄ用）から出力された２相電圧（Ｖｑｌ及びＶｄｌ）を実際にモータを駆動する為に３相電圧に変換する２相→３相変換部と，
２相→３相変換部から出力された信号をパルスに変換するＰＷＭ変換部と，
を有する
ことを特徴とするモータの電流制御装置。
【請求項４】
前記電流制御部は，前記位置検出器からの信号に基づいてモータの電気角速度（ω）を計算する位置検出部を更に有しており、
前記ｄ軸電流指令生成部は、前記２相電圧（Ｖｑｌ及びＶｄｌ）と前記電気角速度（ω）とを用いて、ｄ軸電流指令値（Ｉｄｒ）を補償するようになっている
ことを特徴とする請求項１に記載のモータの電流制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はモータの制御装置に関わるもので，特にdq変換したモータの電機子にd軸電流を適切に制御し流す事によって安定性を確保しながらの高速高出力化を実現するモータの電流制御方法および制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータは，モータの線間に電圧を印加して電機子に電流を流すことによって駆動する。一方，モータが回転すると逆起電圧が発生する。印加した電圧が逆起電圧より高いと電流が流れ，モータを駆動することができる。モータの回転数が高くなると逆起電圧も高くなり，印加する電圧は上限が有る為，ついにはモータの電機子における電圧飽和が発生し，電流を流す事ができなくなり，それにより，トルクが出なくなりモータを駆動できなくなる。
【０００３】
より大きなトルクが必要な場合，印加電圧を高くすれば良いが，それを実現する為には大きな設備が必要となりコストが掛かってしまう。また，モータ及びモータを駆動するインバータの容量を大きくする方法も考えられるが，これも前記同様コストが掛かってしまい，望ましくない。そこで，近年，コストが掛からず，より大きなトルクを発生させる為に電圧飽和の発生を防止する方法等が提案されている。
【０００４】
モータの電機子における電圧飽和の発生を防止する方法として，d軸方向を界磁界の方向とする電機子にd軸電流を流し，モータが回転する時に発生する逆起電圧を低減することによってトルクを発生させるq軸電流をより多く流す事ができるようになるので，より高速に，より大きな出力が出せるようになる電流制御方法が提案されている(例えば，特許文献1参照)。
【０００５】
また，高出力化の方法としてモータの各相の線間電圧波形を矩形波又は疑似矩形波とすることで，各相へ正弦波状の相電圧を供給する一般的な場合と比べて実効値電圧を増大させる制御方法が提案されている(例えば，特許文献2参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９-８４４００
【特許文献２】特許第３９３９４８１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献1の制御方法は安定性は有るが，電圧飽和が発生する速度の近傍の設定速度から無効電流を流すように制御し，電圧飽和を防止する為，モータを駆動するインバータ回路に充分余裕がある場合，モータの能力を最大限に引き出しているとは言えない。特許文献2の制御方法はモータの各相の線間電圧の波形を矩形波又は疑似矩形波にするよう制御する為，モータを駆動するインバータ回路に充分余裕があれば，モータの能力を最大限に引き出す事はできるが，安定性に欠け，最悪の場合，制御が不安定になる可能性が有る。
本発明は，モータの能力を極力引き出し，安定性を確保しながらの高速高出力化を実現する電流制御方法及び制御装置を提供する事を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成する為に，交流電源を整流・平滑して直流の主回路電圧を出力するコンバータ部と，主回路電圧を用いてモータを駆動させる為の電流を流すインバータ部と，モータに流れる電機子電流を検出する電流検出器と，モータに取り付けられたモータ速度を検出する位置検出器と，q軸電流指令(Iqr)を受けて，前記電流検出器からのデータと前記位置検出器からのデータとを用い，インバータ部を駆動する信号を出力し，モータに流れる電機子電流を制御する電流制御部とを備え，モータの能力を極力引き出し，安定性を確保しながらの高速高出力化を実現する事を特徴とする。
【０００９】
電流制御部は，q軸電流指令(Iqr)を受けて，q軸とd軸の合成電流の最大値(Imax)と後述するd軸電流指令(Idr)を用いてq軸電流リミット値(Iqlimit)を求め，IqrをIqlimit以上にならないように制限し，速度のオーバーシュート等を防止する為に，速度制御等を行なう上位制御部にq軸電流指令を制限した時に制限した事を知らせるリミットフラグをONするリミット処理部と，ゲインを高める為のPI補償部と，PI補償部から出力された電圧指令(Vq)を制御装置で使用している部品等の制限より予め設定したリミット値に制限するVqLimit処理部(Vq用)及びVdLimit処理部(Vd用)と，VqLimit処理部及びVdLimit処理部から出力された2相のクランプされた電圧指令(Vql及びVdl)を実際にモータを駆動する為に3相電圧に変換する2相→3相変換部と，2相→3相変換部から出力された信号をパルスに変換するPWM変換部と，前記VqlとVdlと，後述する電気角速度(ω)を用いて前記Idrを求めるd軸電流指令生成部と，前記電流検出器からの信号を電流制御部で処理できるデータに変換する電流検出部と，電流検出部から出力された各相の3相電流を2相電流に変換する3相→2相変換部と，前記位置検出器からの信号を電流制御部で処理できるデータに変換する位置検出部とを備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば，モータの能力を極力引き出し，安定性を確保しながらの高速高出力化を実現する電流制御方法及び制御装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明による電流制御方法及び制御装置の実施例ブロック図
【図２】リミット処理部のフローチャート
【図３】PI補償部のブロック図
【図４】d軸電流指令生成部のフローチャート
【図５】図4の積分S406のブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下，本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００１３】
本発明による電流制御方法及び制御装置の実施例1を図1を参照して説明する。図1は，本発明による実施例1を示すブロック図である。図1の電源は交流電源を示しており，交流電圧を供給する。供給された交流電圧をコンバータ部1で整流・平滑し，主回路直流電圧を出力する。その主回路直流電圧を電流制御部3から出力されたコントロール信号でインバータ部2をスイッチングし，モータ5を駆動するといったモータの電流制御方法及び制御装置を表したブロック図である。電流制御部3から出力されるリミットフラグは，速度制御等を行なう上位制御部にq軸電流指令を制限した事を知らせ，速度のオーバーシュート等を防ぐ。
【００１４】
モータに流れる電機子電流を制御する図1の電流制御部3について以下に示す。
外部からのq軸電流指令(以下Iqrと示す)を受け，リミット処理部301ではq軸とd軸の合成電流の最大値(Imax)と後述するd軸電流指令(以下Idrと示す)を用いてq軸電流リミット値(以下Iqlimitと示す)を√(Imax^2−Idr^2)で求める。
【００１５】
一方，Iqrが0以上で，かつIqlimitより大きければq軸電流リミット指令値(以下Iqrlと示す)をIqlimitに制限し，リミットフラグをONする。Iqrが0以上で，かつIqlimit以下もしくはIqrが0以下で，かつ−Iqlimit以上であればIqrlをIqrにし，リミットフラグをOFFする。また，Iqrが0より小さくて，−Iqlimitより小さい場合は，Iqrlを−Iqlimitに制限し，リミットフラグをONする。以上のようにIqrlを求め，リミット処理部301から出力される。(詳細は図2を参照)
【００１６】
リミット処理部301から出力されたIqrlから実際にモータに流れているq軸電流(以下Iqと示す)を引いた値をゲインを高める為のPI補償部302a(詳細は図3参照)に入力する。PI補償部302aから出力された電圧指令(以下Vqと示す)を制御装置で使用している部品等の制限より予め設定したリミット値に制限するVqLimit処理部303aに入力する。
【００１７】
VqLimit処理部303aでは主回路直流電圧の1/2を制限電圧VLimit (VLimitは中性点を移動して相電圧を高くし，トルクを大きくする手法を用いると主回路直流電圧/2×1.15に上げる事ができる)とし，VqがVLimitより大きければVLimitにクランプする処理を行い，クランプされたq軸電圧指令(以下Vqlと示す)を出力する。
【００１８】
また，後述するIdrから実際にモータに流れているd軸電流(以下Idと示す)を引いた値をPI補償部302b)に入力する。PI補償部302bから出力された電圧指令(以下Vdと示す)を予め設定したリミット値に制限するVdLimit処理部303bに入力する。
【００１９】
VdLimit処理部303bではVdが前記VLimitより大きければVLimitにクランプする処理を行い，クランプされたd軸電圧指令(以下Vdlと示す)を出力する。
【００２０】
VqLimit処理部303a及びVdLimit処理部303bから出力された2相のクランプされた電圧指令(Vql及びVdl)を実際にモータを駆動する為に3相電圧に変換する2相→3相変換部304(2相→3相変換部304については一般的な内容であるので説明を省略する。各種文献を参照の事。)に入力し，2相→3相変換部304から出力された信号をパルスに変換するPWM変換部305(PWM変換部305は本発明に直接影響するものでは無いので説明を省略する。各種文献を参照の事。)がインバータ部を駆動してモータを動かす。
【００２１】
電流検出器4からの信号を電流制御部3で処理できるデータに変換する電流検出部307では図1の説明では2相分の電流から残りの3相目の電流をIv=−(Iu＋Iw)から求めて出力する。3相分の電流検出器を設けて電流検出部307では電流制御部3で処理できるデータに変換するだけでも良い。
【００２２】
電流検出部307から出力された各相の3相電流を2相電流に変換する3相→2相変換部308からIqとIdを出力する。
モータに取り付けられた位置検出器6からの信号を受け取る位置検出部309では位置検出器6からの信号を電流制御部3で処理できるデータに変換・微分しモータの電気角速度ωを計算して，出力する。
【００２３】
ｄ軸電流指令生成部３０６では前記Ｖｑｌが０以上で且つ前記ωが０以下またはＶｑｌが０より小さくて且つωが０以上の場合は，ＶｄＶｑｅｒｒ＝Ｖｄｌ＾２＋Ｖｑｌ＾２−ＶＬｉｍｉｔ＾２でＶｄＶｑｅｒｒを求め，それ以外の条件の場合は，ＶｄＶｑｅｒｒ＝Ｖｄｌ＾２＋−Ｖｑｒ＾２−ＶＬｉｍｉｔ＾２でＶｄＶｑｅｒｒを求める。
【００２４】
そのVdVqerrを積分定数ωiの積分器(図5参照)で積分補償(図5のスイッチがOFFの場合)若しくはPI補償(図5のスイッチがONの場合)し，Idriを出力する。図5のスイッチのON／OFFの切り換えは制御性を見てパラメータ等で切り換える方法や，プログラム等でリアルタイムで切り換える方法等が考えられる。
【００２５】
Idriが0より小さい場合はIdrを0に，Idriが0以上の場合で，Idmax(Idmaxはモータの特性による予め求められた一定値。前記Imaxと通常は同じで，モータによっては違う場合も有る)より大きい場合はIdrをIdmaxに，Idriが0以上の場合で，Idmax以下の場合はIdrをIdriにする処理を行なう。(詳細は図4参照)
以上の処理を電流制御部3で行なう。
【符号の説明】
【００２６】
1     コンバータ部
2     インバータ部
3     電流制御部
4     電流検出器
5     モータ
6     位置検出器
【図１】
0005634693.tif 000002
【図２】
0005634693.tif 000003
【図３】
0005634693.tif 000004
【図４】
0005634693.tif 000005
【図５】
0005634693.tif 000006