(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力変換器を介して給電される永久磁石型同期電動機の入力電流を該永久磁石型同期電動機の永久磁石の方向の成分であるｄ軸電流とそれに直交する成分であるｑ軸電流とに分離し，各々を独立に調整して前記永久磁石型同期電動機の磁束とトルクの大きさを制御する電圧指令を前記電力変換器に出力する永久磁石型同期電動機の制御装置において，前記ｑ軸電流またはその指令値を入力して前記永久磁石型同期電動機の最大効率運転条件を満たす前記ｄ軸電流に相当する値を計算する最大効率ｄ軸電流計算器と，前記電力変換器に入力される電圧指令の大きさが,前記永久磁石型同期電動機に印加することのできる最大電圧を越えた時「−１」となり，超えない時「１」となる電圧飽和信号を出力する飽和検出器と，前記最大効率ｄ軸電流計算器の出力を所定の上限値とし前記飽和検出器の出力の電圧飽和信号が「１」の時は,前記ｄ軸電流を所定の上限値まで徐々に正方向に増加させ，前記電圧飽和信号が「−１」の時は前記ｄ軸電流を所定の下限値まで徐々に負の方向に増加させる磁束電流調整器とを具備したことを特徴とする永久磁石型同期電動機の制御装置。
【請求項２】
電力変換器を介して給電される永久磁石型同期電動機の入力電流を該永久磁石型同期電動機の永久磁石の方向の成分であるｄ軸電流とそれに直交する成分であるｑ軸電流とに分離し，各々を独立に調整して前記永久磁石型同期電動機の磁束とトルクの大きさを制御する電圧指令を前記電力変換器に出力する永久磁石型同期電動機の制御装置において，前記ｑ軸電流またはその指令値を入力して前記永久磁石型同期電動機の最大効率運転条件を満たす前記ｄ軸電流に相当する値を計算する最大効率ｄ軸電流計算器と，前記電力変換器に入力される電圧指令の大きさが,前記永久磁石型同期電動機に印加することのできる最大電圧を越えた時「−１」となり，超えない時「１」となる電圧飽和信号を出力する飽和検出器と，前記最大効率ｄ軸電流計算器の出力を所定の上限値とし前記飽和検出器の出力の電圧飽和信号が「１」の時は,前記ｄ軸電流を所定の上限値まで徐々に正方向に増加させ，前記電圧飽和信号が「−１」の時は前記ｄ軸電流を所定の下限値まで徐々に負の方向に増加させ，前記飽和検出器の出力の電圧飽和信号が「１」の時に前記ｄ軸電流を所定の上限値まで徐々に正方向に増加させる速さよりも，前記電圧飽和信号が「−１」の時に前記ｄ軸電流を所定の下限値まで徐々に負の方向に増加させる速さの方を速くした磁束電流調整器とを具備したことを特徴とする永久磁石型同期電動機の制御装置。
【請求項３】
前記ｑ軸電流またはその指令値を低周波数通過フィルタに通すフィルタを具備し，前記最大効率ｄ軸電流計算器において前記ｑ軸電流,またはその指令値の代わりに前記フィルタの出力を前記最大効率ｄ軸電流計算器に入力したことを特徴とする請求項１または２記載の永久磁石型同期電動機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は永久磁石型同期電動機のトルク制御に関するもので，特に電力変換器の電圧飽和による不安定現象を抑制すると同時に最大効率で永久磁石型同期電動機を運転するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図２は従来の一例を示すブロック線図で以下にその技術を説明する。
図２において,電力変換器１は，永久磁石型同期電動機（以下ＰＭモータ）２に電力を供給する。電流検出器３は，ＰＭモータ２の入力電流ｉを検出して成分分配器６に出力する。成分分配器６は，位置検出器４で検出されたＰＭモータ２の回転子の永久磁石の位置情報Ｐで入力電流ｉを座標変換して，前記永久磁石の方向の成分のｄ軸電流ｉｄと前記永久磁石の方向と直交する成分のｑ軸電流ｉｑとを出力する。
【０００３】
また,トルク指令Ｔｃとｄ軸電流ｉｄよりトルク指令変換器８で演算されるｑ軸電流指令ｉｑｃと,最大効率ｄ軸電流計算器１２で演算される最大効率運転条件を満たすｄ軸電流指令ｉｄｃに,それぞれｑ軸電流ｉｑとｄ軸電流ｉｄが追従するような電圧指令Ｖｃを電流制御器５は出力する。電力変換器１はその電圧指令通りの電圧を誘導電動機２に印加する。
この様にすることで，ＰＭモータ２の出力トルクは，トルク指令Ｔｃに追従するように制御される。最大効率ｄ軸電流計算器１２では，次に示す数１を用いて最大効率で運転できるｄ軸電流ＩｄＭを計算し，ｄ軸電流指令ｉｄｃとして出力する。
【０００４】
【数１】
0003672457.tif 000002
【０００５】
数１は，例えば平成６年の電気学会論文誌Ｄ,１１４巻６号,６６３頁の（５）式にも記載されているように，ＰＭモータを最大効率運転する条件式である。ここでＬｄはＰＭモータの永久磁石の方向のインダクタンス成分であり，ＬｑはＰＭモータの永久磁石の方向と直交する方向のインダクタンス成分であり，φは永久磁石の磁束であり，ｉｑｆは，前記ｑ軸電流指令ｉｑｃを用いる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
電力変換器１がＰＭモータ２に印加できる電圧には限界があり，電流制御器５の出力する電圧指令Ｖｃがその限界の電圧より大きくなった場合，最大電圧が低いために電流制御に必要な電圧がＰＭモータ２に印加されないので，ｑ軸電流ｉｑやｄ軸電流ｉｄがそれらの指令のｉｑｃやｉｄｃに追従しなくなり，ＰＭモータ２の出力トルクがトルク指令Ｔｃに追従しなくなる。
【０００７】
トルク指令Ｔｃが変化すると，ｑ軸電流指令ｉｑｃが変化し，それに応じて最大効率ｄ軸電流計算器の出力のｄ軸電流指令ｉｄｃも変化する。すると当然ｄ軸電流ｉｄも変化することになる。ｑ軸電流指令ｉｑｃは，ｄ軸電流ｉｄを用いて計算されているので，ｑ軸電流指令ｉｑｃがまた変化することになり，同じトルク指令状態を維持していても，ｑ軸電流指令ｉｑｃが持続振動をする恐れがあり，不安定になる恐れがある
本発明は，上記問題点を解決するためになされたものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために，電力変換器を介して給電される永久磁石型同期電動機の入力電流を該永久磁石型同期電動機の永久磁石の方向の成分であるｄ軸電流とそれに直交する成分であるｑ軸電流とに分離し，各々を独立に調整して前記永久磁石型同期電動機の磁束とトルクの大きさを制御する電圧指令を前記電力変換器に出力する永久磁石型同期電動機の制御装置において，前記ｑ軸電流またはその指令値を入力して前記永久磁石型同期電動機の最大効率運転条件を満たす前記ｄ軸電流に相当する値を計算する最大効率ｄ軸電流計算器と，前記電力変換器に入力される電圧指令の大きさが,前記永久磁石型同期電動機に印加することのできる最大電圧を越えた時「−１」となり，超えない時「１」となる電圧飽和信号を出力する飽和検出器と，前記最大効率ｄ軸電流計算器の出力を所定の上限値とし前記飽和検出器の出力の電圧飽和信号が「１」の時は,前記ｄ軸電流を所定の上限値まで徐々に正方向に増加させ，前記電圧飽和信号が「−１」の時は前記ｄ軸電流を所定の下限値まで徐々に負の方向に増加させる磁束電流調整器とを具備する。
【０００９】
請求項２において，電力変換器を介して給電される永久磁石型同期電動機の入力電流を該永久磁石型同期電動機の永久磁石の方向の成分であるｄ軸電流とそれに直交する成分であるｑ軸電流とに分離し，各々を独立に調整して前記永久磁石型同期電動機の磁束とトルクの大きさを制御する電圧指令を前記電力変換器に出力する永久磁石型同期電動機の制御装置において，前記ｑ軸電流またはその指令値を入力して前記永久磁石型同期電動機の最大効率運転条件を満たす前記ｄ軸電流に相当する値を計算する最大効率ｄ軸電流計算器と，前記電力変換器に入力される電圧指令の大きさが,前記永久磁石型同期電動機に印加することのできる最大電圧を越えた時「−１」となり，超えない時「１」となる電圧飽和信号を出力する飽和検出器と，前記最大効率ｄ軸電流計算器の出力を所定の上限値とし前記飽和検出器の出力の電圧飽和信号が「１」の時は,前記ｄ軸電流を所定の上限値まで徐々に正方向に増加させ，前記電圧飽和信号が「−１」の時は前記ｄ軸電流を所定の下限値まで徐々に負の方向に増加させ，前記飽和検出器の出力の電圧飽和信号が「１」の時に前記ｄ軸電流を所定の上限値まで徐々に正方向に増加させる速さよりも，前記電圧飽和信号が「−１」の時に前記ｄ軸電流を所定の下限値まで徐々に負の方向に増加させる速さの方を速くした磁束電流調整器とを具備する。
【００１１】
請求項３においては，前記ｑ軸電流またはその指令値を低周波数通過フィルタに通すフィルタを具備し，前記最大効率ｄ軸電流計算器において前記ｑ軸電流またはその指令値の代わりに前記フィルタの出力を最大効率ｄ軸電流計算器に入力するものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１に本発明の一実施例を示し，以下図１について説明する。従来技術と同様に，電流制御器５は，成分分配器６の出力のｑ軸電流ｉｑやｄ軸電流ｉｄがそれぞれそれらの指令値ｉｑｃとｉｄｃに追従するような電圧指令Ｖｃを電力変換器１に出力する。飽和検出器９は，電力変換器１が出力できる最大電圧よりも入力した電圧指令Ｖｃの大きさが大きい場合に電圧飽和信号Ｓａｔを−１として出力する。そうでない場合は電圧飽和信号Ｓａｔを１とする。
【００１３】
磁束電流調整器１０は，フィルタ１１と最大効率ｄ軸電流計算器１２と制限器１３と積分器１４とスイッチ１５から構成されている。電圧飽和信号Ｓａｔが−１の場合，スイッチ１５は−Ａを選択し，電圧飽和信号Ｓａｔが１の場合，スイッチ１５はＢを選択する。ここでＡ，Ｂは，Ａ＞０，Ｂ＞０，Ａ＞Ｂの条件を満たす値である。積分器１４はスイッチ１５で選択された値を時間積分する。
【００１４】
積分器１４の出力は，制限器１３を介して下限値以上そして最大効率ｄ軸電流計算器１２出力の上限値ＩｄＭ以下に制限されてｄ軸電流指令ｉｄｃとして，電流制御器５に出力される。フィルタ１１は，ｑ軸電流指令ｉｑｃを低周波数通過フィルタに通したｉｑｆを出力し，最大効率ｄ軸電流計算器１２では，前記ｉｑｆを用いて,前述した数１により最大効率で運転できるｄ軸電流ＩｄＭを計算して出力する。
【００１５】
電流制御器５の出力の電圧指令Ｖｃが電力変換器１の出力可能最大電圧Ｖｍよりも大きくなると飽和検出器９と磁束電流調整器１０によりｄ軸電流指令ｉｄｃを減少させて電圧指令Ｖｃを小さくさせるように動作する。またＶｃがＶｍより小さくなるとｄ軸電流指令ｉｄｃを上限値まで徐々に増加させてＶｃを増加させるように動作する。つまり自動的にｄ軸電流指令ｉｄｃの大きさが調整されて電圧指令Ｖｃが電力変換器１の出力可能最大電圧Ｖｍを越えないようにすることができ，必ずｑ軸電流やｄ軸電流をそれらの電流指令にそれぞれ追従させることができる。
【００１６】
磁束電流調整器１０においてＡ＞Ｂの条件により，ｄ軸電流指令の正方向の増加よりも負方向への増加を速くすることでｄ軸電流指令を操作することによる不安定性を抑制することができる。
【００１７】
電圧が飽和していない状態では，制限器１３の出力であるｄ軸電流指令ｉｄｃは，上限値ＩｄＭとなり，ＩｄＭは最大効率運転条件のｄ軸電流なのでＰＭモータは最大効率で運転されることになる。
【００１８】
トルク指令Ｔｃが変化すると，ｑ軸電流指令ｉｑｃが変化し，それに応じて最大効率ｄ軸電流計算器１２の出力ＩｄＭが変化し，電圧が飽和していない場合は，ｄ軸電流指令ｉｄｃも変化する。すると当然ｄ軸電流ｉｄも変化することになる。ｑ軸電流指令ｉｑｃは，ｄ軸電流ｉｄを用いて計算されているので，ｑ軸電流指令ｉｑｃがまた変化することになり，不安定になる恐れがあるが，フィルタ１１によりｑ軸電流指令ｉｑｃが急変しても最大効率ｄ軸電流計算器１２で用いるｉｑｆをゆっくり変えることができ，上記不安定を抑制できる。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、電圧が飽和しても運転が継続でき，電圧が飽和しないときは最大効率運転状態とすることができ,実用上,極めて有用性の高いものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示すブロック線図である。
【図２】従来技術の一例を示すブロック線図である。
【符号の説明】
１・・電力変換器
２・・ＰＭモータ
３・・電流検出器
４・・位置検出器
５・・電流制御器
６・・成分分配器
８・・トルク指令変換器
９・・飽和検出器
１０・・磁束電流調整器
１１・・フィルタ
１２・・最大効率ｄ軸電流計算器
１３・・制限器
１４・・積分器
１５・・スイッチ
【図１】
0003672457.tif 000003
【図２】
0003672457.tif 000004