(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
リラクタンストルクを利用した同期電動機のトルクまたは速度を制御する制御装置において、
同期電動機の電流のうち鎖交磁束軸に直交する電流成分であるトルク電流の指令値と鎖交磁束指令値とから、鎖交磁束軸に平行な電流成分である磁化電流の指令値を収束演算により演算する磁化電流指令演算手段と、
トルク電流指令値、磁化電流指令値、及び鎖交磁束指令値から、直軸電流指令値と横軸電流指令値とを演算する座標変換手段と、
を備えたことを特徴とする同期電動機の制御装置。
【請求項２】
リラクタンストルクを利用した同期電動機のトルクまたは速度を制御する制御装置において、
直軸電流指令値と横軸電流指令値とから鎖交磁束を演算する磁束演算手段と、鎖交磁束演算値が鎖交磁束指令値に一致するように、鎖交磁束軸に平行な電流成分である磁化電流の指令値を演算する磁化電流指令調節手段と、
鎖交磁束軸に直交する電流成分であるトルク電流の指令値、磁化電流指令値、及び鎖交磁束指令値から、直軸電流指令値と横軸電流指令値とを演算する座標変換手段と、
を備えたことを特徴とする同期電動機の制御装置。
【請求項３】
請求項２記載の同期電動機の制御装置において、
トルク電流指令値と鎖交磁束指令値とから補正的な磁化電流指令値を演算するフィードフォワード演算手段と、
磁化電流指令調節手段の出力とフィードフォワード演算手段の出力とを加算して磁化電流指令値を演算する加算手段と、
を備えたことを特徴とする同期電動機の制御装置。
【請求項４】
請求項２または３記載の同期電動機の制御装置において、
磁化電流指令調節手段のゲインを、トルク電流指令値の増加関数としたことを特徴とする同期電動機の制御装置。
【請求項５】
リラクタンストルクを利用した同期電動機のトルクまたは速度を制御する制御装置において、
トルク指令値と鎖交磁束指令値とから収束演算により負荷角を演算する負荷角演算手段と、
鎖交磁束指令値と負荷角とから直軸電流指令値と横軸電流指令値とを演算する座標変換手段と、
を備えたことを特徴とする同期電動機の制御装置。
【請求項６】
リラクタンストルクを利用した同期電動機のトルクまたは速度を制御する制御装置において、
直軸電流指令値と横軸電流指令値とからトルクを演算するトルク演算手段と、
トルク演算値がトルク指令値に一致するように負荷角を演算する負荷角調節手段と、
鎖交磁束指令値と負荷角とから直軸電流指令値と横軸電流指令値とを演算する座標変換手段と、
を備えたことを特徴とする同期電動機の制御装置。
【請求項７】
請求項６記載の同期電動機の制御装置において、
トルク指令値と鎖交磁束指令値とから補正的な負荷角を演算するフィードフォワード演算手段と、
負荷角調節手段の出力とフィードフォワード演算手段の出力とを加算して負荷角を演算する加算手段と、
を備えたことを特徴とする同期電動機の制御装置。
【請求項８】
請求項６または７記載の同期電動機の制御装置において、
負荷角調節手段のゲインを鎖交磁束指令値の減少関数としたことを特徴とする同期電動機の制御装置。
【請求項９】
請求項６記載の同期電動機の制御装置において、
負荷角調節手段の出力側に、負荷角調節手段の出力と鎖交磁束指令値とから負荷角を演算する非線形補償手段を備えたことを特徴とする同期電動機の制御装置。
【請求項１０】
リラクタンストルクを利用した同期電動機のトルクまたは速度を制御する制御装置において、
トルク指令値と鎖交磁束指令値とから横軸電流指令値を演算する横軸電流指令演算手段と、
横軸電流指令値と鎖交磁束指令値とから直軸電流指令値を演算する直軸電流指令演算手段と、
を備えたことを特徴とする同期電動機の制御装置。
【請求項１１】
リラクタンストルクを利用した同期電動機のトルクまたは速度を制御する制御装置において、
直軸電流指令値と横軸電流指令値とからトルクを演算するトルク演算手段と、
トルク演算値がトルク指令値に一致するように横軸電流指令値を演算する横軸電流指令調節手段と、
鎖交磁束指令値と横軸電流指令値とから直軸電流指令値を演算する直軸電流指令演算手段と、
を備えたことを特徴とする同期電動機の制御装置。
【請求項１２】
請求項１１記載の同期電動機の制御装置において、
トルク指令値と鎖交磁束指令値とから補正的な横軸電流指令値を演算するフィードフォワード演算手段と、
横軸電流指令調節手段の出力とフィードフォワード演算手段の出力とを加算して横軸電流指令値を演算する加算手段と、
を備えたことを特徴とする同期電動機の制御装置。
【請求項１３】
請求項１１または１２記載の同期電動機の制御装置において、
横軸電流指令調節手段のゲインを鎖交磁束指令値の増加関数としたことを特徴とする同期電動機の制御装置。
【請求項１４】
請求項１１記載の同期電動機の制御装置において、
横軸電流指令調節手段の出力側に、横軸電流指令調節手段の出力と鎖交磁束指令値とから横軸電流指令値を演算する非線形補償手段を備えたことを特徴とする同期電動機の制御装置。
【請求項１５】
リラクタンストルクを利用した同期電動機のトルクまたは速度を制御する制御装置において、
直軸電流指令値と横軸電流指令値とからトルクを演算するトルク演算手段と、
トルク演算値がトルク指令値に一致するように横軸電流指令値を演算する横軸電流指令調節器と、
横軸電流指令値と電動機速度とから直軸電流指令値を演算する直軸電流指令演算手段と、
を備えたことを特徴とする同期電動機の制御装置。
【請求項１６】
請求項１〜請求項１４のうちいずれか１項に記載の同期電動機の制御装置において、
鎖交磁束指令値から直軸インダクタンス及び横軸インダクタンスを演算するインダクタンス演算手段を備え、
これらのインダクタンス演算値を当該制御装置における演算処理に用いることを特徴とする同期電動機の制御装置。
【請求項１７】
請求項１〜請求項１５のうちいずれか１項に記載の同期電動機の制御装置において、
直軸電流指令値と横軸電流指令値とから求めた鎖交磁束演算値から直軸インダクタンス及び横軸インダクタンスを演算するインダクタンス演算手段を備え、
これらのインダクタンス演算値を当該制御装置における演算処理に用いることを特徴とする同期電動機の制御装置。
【請求項１８】
請求項１〜請求項１５のうちいずれか１項に記載の同期電動機の制御装置において、
直軸電流指令値と横軸電流指令値とからギャップ磁束を演算するギャップ磁束演算手段と、
ギャップ磁束演算値から直軸インダクタンス及び横軸インダクタンスを演算するインダクタンス演算手段を備え、
これらのインダクタンス演算値を当該制御装置における演算処理に用いることを特徴とする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、突極形永久磁石同期電動機やリラクタンスモータ等のリラクタンストルクを利用する、同期電動機の制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図３１に、従来技術の例として「埋込磁石構造ＰＭモータの広範囲可変速制御」（電気学会論文誌Ｄ，１１４巻６号，ｐ６６８〜ｐ６７３，平成６年６月２０日発行）に掲載された突極形永久磁石同期電動機の速度制御装置の構成を示す。なお、図において、１０は加算器、２０は速度調節器、３０は直軸電流指令演算器、４０は電流調節器、５０はＰＷＭ変調器、６０は三相交流電源、７０はインバータ等の電力変換器、８０は電流検出器、９０は位置検出器、１００は速度検出器、ＰＭは突極形永久磁石同期電動機である。
【０００３】
速度調節器２０は、同期電動機ＰＭの速度検出値ωが速度指令値ω*に一致するように横軸電流指令Ｉq*を調節し、直軸電流指令Ｉd*と共に電流調節器４０に加える。
ここで、突極形永久磁石同期電動機ＰＭのトルクＴは、直軸電流Ｉdと横軸電流Ｉqとから数式１により表わすことができる。なお、数式１において、Ｌdは直軸インダクタンス、Ｌqは横軸インダクタンス、φmは永久磁石の鎖交磁束である。
【０００４】
【数１】
Ｔ＝φmＩq＋（Ｌd−Ｌq）ＩdＩq
【０００５】
数式１の第２項はリラクタンストルクを表しており、直軸電流Ｉdを積極的に流すことにより、電動機出力を大きくすることができる。直軸電流指令Ｉd*は、トルク／電流が最大となる条件から、数式２により求める。
【０００６】
【数２】
0003640120.tif 000002
【０００７】
また、速度ωが大きくなると電動機の端子電圧が上昇するため、これを抑制する必要がある。
数式２に示したトルク／電流が最大の条件で端子電圧が電力変換器の最大電圧より大きくなるとき、端子電圧が電力変換器の最大出力電圧に等しくなるように直軸電流Ｉdを数式３により演算する。なお、数式３において、Ｖmaxは電力変換器の最大出力電圧である。
【０００８】
【数３】
0003640120.tif 000003
【０００９】
前記図３１において、電流調節器４０は直軸・横軸電流指令値と電流検出値及び位置検出値から電圧指令を計算し、電圧指令はＰＷＭ変調器５０により電力変換器７０のゲート信号に変換され、電力変換器７０が制御される。
この結果、同期電動機ＰＭの電流は指令値に一致するように制御され、その速度ωを指令値ω*に一致させることができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
数式１より明らかなように、突極形永久磁石同期電動機の電流とトルクとの関係は非線形である。
図３１に示した従来技術のように、直軸電流Ｉdを運転条件により積極的に制御する場合、速度制御系の非線形性により速度調節器２０の応答を速く設計できず、場合によっては速度制御が不安定になることがある。また、トルク指令から必要な電流を直接演算できないため、高精度なトルク制御が要求される用途に適用できない。
【００１１】
これらの問題の対策として特開平７−３０８０８８号公報や特開平７−３０８０８９号公報では、所望のトルクと端子電圧を得る電流の振幅と位相角を補償関数を用いて演算する方法を提案している。しかし、調整が困難であり、また、種々の運転条件に対応するためには多大なメモリ容量を必要とするため高価格化の問題があると考えられる。
【００１２】
そこで本発明は、上記特開平７−３０８０８８号公報等の有する問題点を克服し、所望のトルク及び端子電圧を得る電流指令値を発生させるようにした同期電動機の制御装置を提供しようとするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、リラクタンストルクを利用する同期電動機のうち、特に永久磁石形同期電動機のトルク制御または速度制御を行う制御装置において、所望のトルクと端子電圧を発生する電流指令値を演算する機能を備えたものである。
本発明によれば、同期電動機のトルクと電流との関係を線形化し、かつ、端子電圧を任意に制御することができる。トルクと電流との関係を線形化することにより、速度制御や位置制御の特性を向上でき、従来不可能であった高精度なトルク制御が可能になる。また、トルクと同時に端子電圧を制御できることから、定出力運転可能な速度範囲を拡大でき、電力変換器の容量低減が可能になる。
【００１４】
すなわち、請求項１記載の発明は、リラクタンストルクを利用した同期電動機のトルクまたは速度を制御する制御装置において、同期電動機の電流のうち鎖交磁束軸に直交する電流成分であるトルク電流の指令値と鎖交磁束指令値とから、鎖交磁束軸に平行な電流成分である磁化電流の指令値を収束演算により演算する磁化電流指令演算手段と、トルク電流指令値、磁化電流指令値、及び鎖交磁束指令値から、直軸電流指令値と横軸電流指令値とを演算する座標変換手段とを備えたものである。
【００１５】
請求項２記載の発明は、リラクタンストルクを利用した同期電動機のトルクまたは速度を制御する制御装置において、直軸電流指令値と横軸電流指令値とから鎖交磁束を演算する磁束演算手段と、鎖交磁束演算値が鎖交磁束指令値に一致するように、鎖交磁束軸に平行な電流成分である磁化電流の指令値を演算する磁化電流指令調節手段と、鎖交磁束軸に直交する電流成分であるトルク電流の指令値、磁化電流指令値、及び鎖交磁束指令値から、直軸電流指令値と横軸電流指令値とを演算する座標変換手段とを備えたものである。
【００１６】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の同期電動機の制御装置において、トルク電流指令値と鎖交磁束指令値とから補正的な磁化電流指令値を演算するフィードフォワード演算手段と、磁化電流指令調節手段の出力とフィードフォワード演算手段の出力とを加算して磁化電流指令値を演算する加算手段とを備えたものである。
【００１７】
請求項４記載の発明は、請求項２または３記載の同期電動機の制御装置において、磁化電流指令調節手段のゲインを、トルク電流指令値の増加関数としたものである。
【００１８】
請求項５記載の発明は、リラクタンストルクを利用した同期電動機のトルクまたは速度を制御する制御装置において、トルク指令値と鎖交磁束指令値とから収束演算により負荷角を演算する負荷角演算手段と、鎖交磁束指令値と負荷角とから直軸電流指令値と横軸電流指令値とを演算する座標変換手段とを備えたものである。
【００１９】
請求項６記載の発明は、リラクタンストルクを利用した同期電動機のトルクまたは速度を制御する制御装置において、直軸電流指令値と横軸電流指令値とからトルクを演算するトルク演算手段と、トルク演算値がトルク指令値に一致するように負荷角を演算する負荷角調節手段と、鎖交磁束指令値と負荷角とから直軸電流指令値と横軸電流指令値とを演算する座標変換手段とを備えたものである。
【００２０】
請求項７記載の発明は、請求項６記載の同期電動機の制御装置において、トルク指令値と鎖交磁束指令値とから補正的な負荷角を演算するフィードフォワード演算手段と、負荷角調節手段の出力とフィードフォワード演算手段の出力とを加算して負荷角を演算する加算手段とを備えたものである。
【００２１】
請求項８記載の発明は、請求項６または７記載の同期電動機の制御装置において、負荷角調節手段のゲインを鎖交磁束指令値の減少関数としたものである。
【００２２】
請求項９記載の発明は、請求項６記載の同期電動機の制御装置において、負荷角調節手段の出力側に、負荷角調節手段の出力と鎖交磁束指令値とから負荷角を演算する非線形補償手段を備えたものである。
【００２３】
請求項１０記載の発明は、リラクタンストルクを利用した同期電動機のトルクまたは速度を制御する制御装置において、トルク指令値と鎖交磁束指令値とから横軸電流指令値を演算する横軸電流指令演算手段と、横軸電流指令値と鎖交磁束指令値とから直軸電流指令値を演算する直軸電流指令演算手段とを備えたものである。
【００２４】
請求項１１記載の発明は、リラクタンストルクを利用した同期電動機のトルクまたは速度を制御する制御装置において、直軸電流指令値と横軸電流指令値とからトルクを演算するトルク演算手段と、トルク演算値がトルク指令値に一致するように横軸電流指令値を演算する横軸電流指令調節手段と、鎖交磁束指令値と横軸電流指令値とから直軸電流指令値を演算する直軸電流指令演算手段を備えたものである。
【００２５】
請求項１２記載の発明は、請求項１１記載の同期電動機の制御装置において、トルク指令値と鎖交磁束指令値とから補正的な横軸電流指令値を演算するフィードフォワード演算手段と、横軸電流指令調節手段の出力とフィードフォワード演算手段の出力とを加算して横軸電流指令値を演算する加算手段とを備えたものである。
【００２６】
請求項１３記載の発明は、請求項１１または１２記載の同期電動機の制御装置において、横軸電流指令調節手段のゲインを鎖交磁束指令値の増加関数としたものである。
【００２７】
請求項１４記載の発明は、請求項１１記載の同期電動機の制御装置において、横軸電流指令調節手段の出力側に、横軸電流指令調節手段の出力と鎖交磁束指令値とから横軸電流指令値を演算する非線形補償手段を備えたものである。
【００２８】
請求項１５記載の発明は、リラクタンストルクを利用した同期電動機のトルクまたは速度を制御する制御装置において、直軸電流指令値と横軸電流指令値とからトルクを演算するトルク演算手段と、トルク演算値がトルク指令値に一致するように横軸電流指令値を演算する横軸電流指令調節器と、横軸電流指令値と電動機速度とから直軸電流指令値を演算する直軸電流指令演算手段とを備えたものである。
【００２９】
請求項１６記載の発明は、請求項１〜請求項１４のうちいずれか１項に記載の同期電動機の制御装置において、鎖交磁束指令値から直軸インダクタンス及び横軸インダクタンスを演算するインダクタンス演算手段を備え、これらのインダクタンス演算値を当該制御装置における演算処理（例えば座標変換手段、磁束演算手段、トルク演算手段等における演算処理）に用いるものである。
【００３０】
請求項１７記載の発明は、請求項１〜請求項１５のうちいずれか１項に記載の同期電動機の制御装置において、直軸電流指令値と横軸電流指令値とから求めた鎖交磁束演算値から直軸インダクタンス及び横軸インダクタンスを演算するインダクタンス演算手段を備え、これらのインダクタンス演算値を当該制御装置における演算処理に用いるものである。
【００３１】
請求項１８記載の発明は、請求項１〜請求項１５のうちいずれか１項に記載の同期電動機の制御装置において、直軸電流指令値と横軸電流指令値とからギャップ磁束を演算するギャップ磁束演算手段と、ギャップ磁束演算値から直軸インダクタンス及び横軸インダクタンスを演算するインダクタンス演算手段を備え、これらのインダクタンス演算値を当該制御装置における演算処理に用いるものである。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の第１実施形態〜第２１実施形態に共通する基本的な全体構成図であり、図３１と同一の構成要素には同一符号を付してある。
図１において、電流指令演算器２００は、速度調節器２０から出力されるトルク指令Ｔ*と同期電動機ＰＭの速度ωとに基づき、所望のトルクを発生しかつ端子電圧が電力変換器７０の最大出力電圧Ｖmax以下となるような直軸電流指令Ｉd*と横軸電流指令Ｉq*とを計算して出力する。
【００３３】
（１）第１実施形態
図２は本発明の第１実施形態（請求項１の発明の実施形態に相当）の主要部であり、図１の電流指令演算器２００を詳細に示した図である。なお、図３〜図２２に示す第２実施形態〜第２１実施形態についても、電流指令演算器２００の構成のみを示してある。
図２における磁束指令演算器２０１は、トルク指令Ｔ*と同期電動機ＰＭの速度ωとから鎖交磁束指令φ*を計算する。同期電動機ＰＭの端子電圧Ｖは、電機子巻線の抵抗分が無視できる場合、鎖交磁束と速度との積から求められる。従って、鎖交磁束指令φ*は、φ*≦Ｖmax／ωとする必要がある。なお、前述のように、Ｖmaxは電力変換器７０の最大出力電圧である。
【００３４】
トルク電流指令ＩT*は電流ベクトルの鎖交磁束軸と直交する成分であり、除算器２０２によりＴ*をφ*で除算して求める。
磁化電流指令ＩM*は電流ベクトルの磁束方向成分であり、鎖交磁束指令φ*とトルク電流指令ＩT*が入力される磁化電流指令演算器２０３は、数式４の磁化電流指令ＩM*の４次方程式を数学的な収束計算（例えば、ニュートンラプソン法など）により解いて、磁化電流指令ＩM*を求める。
【００３５】
【数４】
（φmＬqＩT*）2＋φm2（φ*−ＬqＩM*）2 ＝｛（φ*−ＬdＩM*）（φ*−ＬqＩM）＋ＬdＬqＩT*2｝2
【００３６】
図２３に、ｄ−ｑ座標軸とＭ−Ｔ座標軸（磁界軸上にとったフィールドオリエンテーション座標）との関係を示す。図２３の関係から、図２の座標変換器２０４は磁化電流指令ＩM*，トルク電流指令ＩT*及び鎖交磁束指令φ*から直軸電流指令Ｉd*，横軸電流指令Ｉq*を数式５に基づいて計算し、図１の電流調節器４０に出力する。
【００３７】
【数５】
0003640120.tif 000004
【００３８】
（２）第２実施形態
図３は、本発明の第２実施形態（請求項２の発明の実施形態に相当）の主要部を示している。以下、第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。
磁束演算器２０７は、座標変換器２０４から出力される直軸電流指令Ｉd*，横軸電流指令Ｉq*から、数式６により鎖交磁束演算値φを計算する。
【００３９】
【数６】
0003640120.tif 000005
【００４０】
鎖交磁束指令φ*と鎖交磁束演算値φとの偏差が加算器２０５により求められ、磁化電流指令調節器２０６は、鎖交磁束演算値φが鎖交磁束指令φ*に一致するように磁化電流指令ＩM*を調節する。この磁化電流指令調節器２０６には、Ｉ（積分）調節器、ＰＩ（比例・積分）調節器、あるいはＰＩＤ（比例・積分・微分）調節器などを用いる。これにより、鎖交磁束演算値φと鎖交磁束指令φ*との定常偏差がなくなり、高精度な磁束制御が実現される。
【００４１】
（３）第３実施形態
図４は、本発明の第３実施形態（請求項３の発明の実施形態に相当）の主要部を示しており、本実施形態は第２実施形態の演算を高性能化したものである。
フィードフォワード演算器２０８により、トルク電流指令ＩT*と鎖交磁束指令φ*とから磁化電流指令のフィードフォワード項ＩMF*を演算する。フィードフォワード演算は、数式７により行う。
【００４２】
【数７】
0003640120.tif 000006
【００４３】
フィードフォワード項ＩMF*と磁化電流指令調節器２０６の出力を加算器２０９により加算して、磁化電流指令ＩM*を演算する。これによって、磁化電流指令ＩM*の演算の高速化が図れる。
【００４４】
（４）第４実施形態
図５は本発明の第４実施形態（請求項４の発明の実施形態に相当）の主要部であり、本実施形態も第２実施形態の演算を高性能化したものである。
磁化電流指令ＩM*の変化量に対する鎖交磁束演算値φの変化量はトルク電流指令ＩT*の大きさにより変化する。そこで、磁化電流指令調節器２０６のゲインを図２４に示すようにトルク電流指令ＩT*の増加関数とするべく、トルク電流指令ＩT*を磁化電流指令調節器２０６に入力する。
これにより、磁化電流指令ＩM*の演算の収束を運転状態によらず一定にすることができる。
【００４５】
（５）第５実施形態
図６は本発明の第５実施形態（請求項４の発明の実施形態に相当）の主要部であり、本実施形態も第２実施形態の演算を高性能化したものである。
すなわち、第２実施形態に、第３実施形態に示したフィードフォワード演算器２０８と加算器２０９、及び、第４実施形態に示した磁化電流指令調節器２０６のゲインをＩT*の増加関数とする機能を共に付加する。なお、この実施形態の動作は第２〜第４実施形態から明らかであるため、説明を省略する。
【００４６】
（６）第６実施形態
図７は、本発明の第６実施形態（請求項５の発明の実施形態に相当）の主要部を示している。
トルク指令Ｔ*と鎖交磁束指令φ*から、負荷角演算器２１０により負荷角δを演算する。負荷角演算器２１０では、数式８の非線形方程式を数学的な収束計算により解いて負荷角δを求める。
【００４７】
【数８】
0003640120.tif 000007
【００４８】
負荷角δ及び鎖交磁束指令φ*から、座標変換器２０４は数式９により直軸電流指令Ｉd*，横軸電流指令Ｉq*を演算する。
【００４９】
【数９】
0003640120.tif 000008
【００５０】
（７）第７実施形態
図８は、本発明の第７実施形態（請求項６の発明の実施形態に相当）の主要部を示している。
トルク演算器２１２は、直軸電流指令Ｉd*，横軸電流指令Ｉq*から前述の数式１によりトルク演算値Ｔを計算する。トルク指令Ｔ*とトルク演算値Ｔとの偏差が加算器２１１によって求められる。
負荷角調節器２１３は、トルク演算値Ｔがトルク指令Ｔ*に一致するように負荷角δを調節する。負荷角調節器２１３には、Ｉ調節器、ＰＩ調節器、あるいはＰＩＤ調節器などを用いる。
これにより、トルク演算値Ｔとトルク指令Ｔ*との定常偏差がなくなり、高精度なトルク制御が実現される。
【００５１】
（８）第８実施形態
図９は、本発明の第８実施形態（請求項７の発明の実施形態に相当）の主要部であり、本実施形態は第７実施形態を高性能化したものである。
フィードフォワード演算器２１４によりトルク指令Ｔ*と鎖交磁束指令φ*から、負荷角のフィードフォワード項δFを図２５に示す非線形関数により演算する。
このフィードフォワード項δFと負荷角調節器２１３の出力とを加算器２１５により加算して、負荷角δを演算する。これによって、負荷角δの演算を高速化することができる。
【００５２】
（９）第９実施形態
図１０は、本発明の第９実施形態（請求項８の発明の実施形態に相当）の主要部であり、この実施形態も第７実施形態を高性能化したものである。
数式８に示したように、トルク演算値Ｔと負荷角δとの関係は鎖交磁束指令φ*の値により変化する。そこで、負荷角調節器２１３に鎖交磁束指令φ*を入力し、負荷角調節器２１３のゲインを図２６に示す如く鎖交磁束指令φ*の減少関数とする。これにより、負荷角δの応答を運転状態によらず一定にすることができる。
【００５３】
（１０）第１０実施形態
図１１は、本発明の第１０実施形態（請求項９の発明の実施形態に相当）の主要部であり、この実施形態も第７実施形態を高性能化したものである。
数式８に示したように、トルク演算値Ｔと負荷角δとの関係は鎖交磁束指令φ*の値により変化し、かつ、トルク演算値Ｔと負荷角δとの関係は非線形である。
そこで、図１１に示す如く、負荷角調節器２１３の出力側に非線形補償器２１６を付加し、負荷角調節器２１３の出力と鎖交磁束指令φ*とから負荷角δを演算してトルク演算値Ｔと負荷角δとの関係を線形化する。
これにより、負荷角δの応答を運転状態によらず一定にすることができる。非線形補償器２１６の演算は、図２７に示す関数を用いて行う。
【００５４】
（１１）第１１実施形態
図１２は、本発明の第１１実施形態（請求項８の発明の実施形態に相当）の主要部であり、この実施形態も第７実施形態を高性能化したものである。
すなわち、第７実施形態に、第８実施形態に示したフィードフォワード演算器２１４と加算器２１５、及び、第９実施形態に示した負荷角調節器２１３のゲインを鎖交磁束指令φ*の減少関数とする機能を共に付加する。なお、この実施形態の動作は第７〜第９実施形態から明らかであるため、説明を省略する。
【００５５】
（１２）第１２実施形態
図１３は、本発明の第１２実施形態（請求項１０の発明の実施形態に相当）の主要部を示している。
横軸電流指令演算器２１７により、横軸電流指令Ｉq*をトルク指令Ｔ*と鎖交磁束指令φ*とから演算する。横軸電流指令演算器２１７は、数式１０に示す４次方程式を数学的な収束計算により解いて、横軸電流指令Ｉq*を求める。
【００５６】
【数１０】
｛φ*2−（ＬqＩq*）2｝（Ｌd−Ｌq）2Ｉq*2−（ＬdＴ*−ＬqφmＩq*）2
＝０
【００５７】
一方、直軸電流指令Ｉd*は、鎖交磁束指令φ*と横軸電流指令Ｉq*とを用いて直軸電流指令演算器２１８により数式１１で計算する。
【００５８】
【数１１】
0003640120.tif 000009
【００５９】
（１３）第１３実施形態
図１４は、本発明の第１３実施形態（請求項１１の発明の実施形態に相当）の主要部を示している。
トルク演算器２１２は、直軸電流指令Ｉd*,横軸電流指令Ｉq*から前記数式１によりトルク演算値Ｔを計算する。加算器２１１により、トルク指令Ｔ*とトルク演算値Ｔとの偏差が求められ、この偏差は横軸電流指令調節器２１９に入力される。
横軸電流指令調節器２１９は、トルク演算値Ｔがトルク指令Ｔ*に一致するように横軸電流指令Ｉq*を調節する。横軸電流指令調節器２１９はＩ調節器、ＰＩ調節器、あるいはＰＩＤ調節器などから構成される。
これにより、トルク演算値Ｔとトルク指令Ｔ*との定常偏差がなくなり、高精度なトルク制御が実現される。
【００６０】
（１４）第１４実施形態
図１５は、本発明の第１４実施形態（請求項１２の発明の実施形態に相当）の主要部を示すもので、本実施形態は第１３実施形態を高性能化したものである。図１５に示すフィードフォワード演算器２２０により、トルク指令Ｔ*と鎖交磁束指令φ*から横軸電流指令のフィードフォワード項ＩqF*を図２８に示す非線形関数により演算する。
更に、ＩqF*と横軸電流指令調節器２１９の出力とを加算器２２１により加算して、横軸電流指令Ｉq*を演算する。これによってＩq*の演算の高速化が可能になる。
【００６１】
（１５）第１５実施形態
図１６は、本発明の第１５実施形態（請求項１３の発明の実施形態に相当）の主要部を示すもので、本実施形態も第１３実施形態を高性能化したものである。数式１０に示したように、トルクＴと横軸電流指令Ｉq*との関係は鎖交磁束指令φ*の値により変化する。そこで横軸電流指令調節器２１９に鎖交磁束指令φ*を入力し、横軸電流指令調節器２１９のゲインを図２９に示すように鎖交磁束指令φ*の増加関数とする。これにより、横軸電流指令Ｉq*の応答を運転状態によらず一定にすることができる。
【００６２】
（１６）第１６実施形態
図１７は、本発明の第１６実施形態（請求項１４の発明の実施形態に相当）の主要部を示すもので、本実施形態も第１３実施形態を高性能化したものである。数式１０に示したように、トルクＴと横軸電流指令Ｉq*との関係は鎖交磁束指令φ*の値により変化し、かつ、トルクＴと横軸電流指令Ｉq*との関係は非線形である。
そこで、横軸電流指令調節器２１９の出力側にその出力と鎖交磁束指令φ*とから横軸電流指令Ｉq*を演算する非線形補償器２２２を付加し、トルクＴと横軸電流指令Ｉq*との関係を線形化する。これにより、Ｉq*の応答を運転状態によらず一定にすることができる。非線形補償器２２２における演算は、図３０に示す関数を用いて行う。
【００６３】
（１７）第１７実施形態
図１８は、本発明の第１７実施形態（請求項１３の発明の実施形態に相当）の主要部を示すもので、本実施形態も第１３実施形態を高性能化したものである。すなわち、第１３実施形態に、第１４実施形態に示したフィードフォワード演算器２２０と加算器２２１、及び、第１５実施形態に示した横軸電流指令調節器２１９のゲインを鎖交磁束指令φ*の増加関数とする機能を共に付加する。なお、その動作は第１３〜第１５実施形態から明らかであるので、説明を省略する。
【００６４】
（１８）第１８実施形態
図１９は、本発明の第１８実施形態（請求項１５の発明の実施形態に相当）の主要部を示すもので、本実施形態は第１３実施形態の構成を簡略化したものである。
すなわち、図１４に示した第１３実施形態から磁束指令演算器２０１を除去し、直軸電流指令演算器２１８における演算を速度ωとＩq*とから前記数式２または数式３により行う。
【００６５】
（１９）第１９実施形態
図２０は、本発明の第１９実施形態（請求項１６の発明の実施形態に相当）の主要部を示している。
座標変換器、磁束演算器、及びトルク演算器などの各演算には、直軸及び横軸インダクタンス値Ｌd，Ｌqが必要であり、以上の演算ではＬd，Ｌqを定数として取り扱ってきた。しかしながら、インダクタンス値は電動機鉄心の磁気飽和の影響により変動するため、インダクタンス値を用いる上記各演算に誤差が生じる。
そこで、制御精度を向上させるため、第１９実施形態では、磁気飽和によるインダクタンス値の変動を補償する機能を付加することとした。
図２０において、インダクタンス演算器２２３により鎖交磁束指令φ*に対応するインダクタンスＬd，Ｌqを求め、求めたＬd，Ｌqを座標変換、磁束演算、トルク演算等の各演算に用いる。
インダクタンス演算器２２３におけるＬd,Ｌqの演算は、数式１２により行う。なお、数式１２において、Ｋd，ＫqはＫd＞０，Ｋq＞０なる非線形関数である。
【００６６】
【数１２】
Ｌd＝Ｌd0−Ｋdφ*
Ｌq＝Ｌq0−Ｋqφ*
【００６７】
（２０）第２０実施形態
図２１は本発明の第２０実施形態（請求項１７の発明の実施形態に相当）の主要部を示しており、本実施形態は第５実施形態に磁気飽和によるインダクタンス値の変動を補償する機能を付加して高性能化を図ったものである。
図２１において、インダクタンス演算器２２３により磁束演算値φから直軸及び横軸インダクタンスＬd，Ｌqを求め、これらのＬd，Ｌqを各演算に用いる。
Ｌd，Ｌqの演算は、前記数式１２の鎖交磁束指令φ*を磁束演算値φで置き換えた式により行う。
【００６８】
（２１）第２１実施形態
図２２は本発明の第２１実施形態（請求項１８の発明の実施形態に相当）の主要部を示しており、本実施形態も、第５実施形態に磁気飽和によるインダクタンス値の変動を補償する機能を付加して高性能化を図ったものである。
すなわち、ギャップ磁束演算器２２４により、Ｉd*，Ｉq*からギャップ磁束の演算値φgを求める。ギャップ磁束の演算は数式１３により行う。なお、数式１３において、Ｌadは直軸反作用インダクタンス、Ｌaqは横軸反作用インダクタンスである。
【００６９】
【数１３】
0003640120.tif 000010
【００７０】
次に、インダクタンス演算器２２３により、ギャップ磁束の演算値φgからインダクタンスＬd，Ｌqを求め、これらを各演算に用いる。
インダクタンスＬd，Ｌqの演算は、前記数式１２の鎖交磁束指令φ*をφgで置き換えた式で行う。
【００７１】
なお、図２０〜２２では第５実施形態にインダクタンス値の変動を補償する機能を付加した実施形態を示したが、これらの方法は第１〜第４，第６〜第１８実施形態にも適用することができる。
また、各実施形態では突極形永久磁石同期電動機の例を挙げたが、同期電動機の一種であるリラクタンスモータの場合も、同様の方法で電流指令値を演算可能である。
【００７２】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、突極形永久磁石同期電動機やリラクタンスモータなどのリラクタンストルクを利用する同期電動機の制御装置において、所望のトルクと鎖交磁束を発生し、かつ端子電圧が電力変換器の最大出力電圧以下となるような電流指令値を演算して出力することにより、トルク、鎖交磁束及び端子電圧を高精度に制御することができる。
この結果、トルクの線形制御が実現できるため速度制御や位置制御の特性が向上する。また、トルクと鎖交磁束とを同時に制御できることから、弱め磁束制御により定出力運転可能な速度範囲を拡大できると共に、電力変換器の容量低減が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の全体構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１実施形態の主要部を示すブロック図である。
【図３】本発明の第２実施形態の主要部を示すブロック図である。
【図４】本発明の第３実施形態の主要部を示すブロック図である。
【図５】本発明の第４実施形態の主要部を示すブロック図である。
【図６】本発明の第５実施形態の主要部を示すブロック図である。
【図７】本発明の第６実施形態の主要部を示すブロック図である。
【図８】本発明の第７実施形態の主要部を示すブロック図である。
【図９】本発明の第８実施形態の主要部を示すブロック図である。
【図１０】本発明の第９実施形態の主要部を示すブロック図である。
【図１１】本発明の第１０実施形態の主要部を示すブロック図である。
【図１２】本発明の第１１実施形態の主要部を示すブロック図である。
【図１３】本発明の第１２実施形態の主要部を示すブロック図である。
【図１４】本発明の第１３実施形態の主要部を示すブロック図である。
【図１５】本発明の第１４実施形態の主要部を示すブロック図である。
【図１６】本発明の第１５実施形態の主要部を示すブロック図である。
【図１７】本発明の第１６実施形態の主要部を示すブロック図である。
【図１８】本発明の第１７実施形態の主要部を示すブロック図である。
【図１９】本発明の第１８実施形態の主要部を示すブロック図である。
【図２０】本発明の第１９実施形態の主要部を示すブロック図である。
【図２１】本発明の第２０実施形態の主要部を示すブロック図である。
【図２２】本発明の第２１実施形態の主要部を示すブロック図である。
【図２３】本発明におけるｄ−ｑ座標軸とＭ−Ｔ座標軸との関係を示すベクトル図である。
【図２４】本発明の第４実施形態における磁化電流指令調節器のゲイン特性を示す図である。
【図２５】本発明の第８実施形態におけるフィードフォワード演算の説明図である。
【図２６】本発明の第９実施形態における負荷角調節器のゲイン特性を示す図である。
【図２７】本発明の第１０実施形態における非線形補償器の動作を示す図である。
【図２８】本発明の第１４実施形態におけるフィードフォワード演算の説明図である。
【図２９】本発明の第１５実施形態における横軸電流指令調節器のゲイン特性を示す図である。
【図３０】本発明の第１６実施形態における非線形補償器の動作を示す示す図である。
【図３１】従来技術の全体構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
ＰＭ  突極形永久磁石同期電動機
１０  加算器
２０  速度調節器
４０  電流調節器
５０  ＰＷＭ変調器
６０  三相交流電源
７０  電力変換器
８０  電流検出器
９０  位置検出器
１００  速度検出器
２００  電流指令演算器
２０１  磁束指令演算器
２０２  除算器
２０３  磁化電流指令演算器
２０４  座標変換器
２０５  加算器
２０６  磁化電流指令調節器
２０７  磁束演算器
２０８  フィードフォワード演算器
２０９  加算器
２１０  負荷角演算器
２１１  加算器
２１２  トルク演算器
２１３  負荷角調節器
２１４  フィードフォワード演算器
２１５  加算器
２１６  非線形補償器
２１７  横軸電流指令演算器
２１８  直軸電流指令演算器
２１９  横軸電流指令調節器
２２０  フィードフォワード演算器
２２１  加算器
２２２  非線形補償器
２２３  インダクタンス演算器
２２４  ギャップ磁束演算器
【図１】
0003640120.tif 000011
【図２】
0003640120.tif 000012
【図３】
0003640120.tif 000013
【図４】
0003640120.tif 000014
【図５】
0003640120.tif 000015
【図６】
0003640120.tif 000016
【図７】
0003640120.tif 000017
【図８】
0003640120.tif 000018
【図９】
0003640120.tif 000019
【図１０】
0003640120.tif 000020
【図１１】
0003640120.tif 000021
【図１２】
0003640120.tif 000022
【図１３】
0003640120.tif 000023
【図１４】
0003640120.tif 000024
【図１５】
0003640120.tif 000025
【図１６】
0003640120.tif 000026
【図１７】
0003640120.tif 000027
【図１８】
0003640120.tif 000028
【図１９】
0003640120.tif 000029
【図２０】
0003640120.tif 000030
【図２１】
0003640120.tif 000031
【図２２】
0003640120.tif 000032
【図２３】
0003640120.tif 000033
【図２４】
0003640120.tif 000034
【図２５】
0003640120.tif 000035
【図２６】
0003640120.tif 000036
【図２７】
0003640120.tif 000037
【図２８】
0003640120.tif 000038
【図２９】
0003640120.tif 000039
【図３０】
0003640120.tif 000040
【図３１】
0003640120.tif 000041