(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
同期電動機に流れる電流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段により得られた電流信号および前記同期電動機に印加される電圧の電圧信号に基づいて前記同期電動機の出力トルクが所定値以上となるように前記同期電動機に流れる電流の電流位相角を制御するための励磁電流指令値を出力する電流位相制御手段と、前記電流位相制御手段により出力された励磁電流指令値をフィルタリングするフィルタ手段と、前記電流検出手段により検出された電流の変動量より周波数指令値に対する補償量を求め、前記補償量により補償された周波数指令値を出力する周波数演算手段と、前記周波数演算手段により補償された周波数指令値および前記フィルタ手段によりフィルタリングされた励磁電流指令値に基づいて前記同期電動機を駆動するための出力電圧指令値を求める出力電圧指令値演算手段と、を備えたことを特徴とする同期電動機駆動装置。
【請求項２】
前記電流検出手段により得られた電流信号に基づいて前記同期電動機の出力トルクが所定値以上となるような電流位相角を求める電流位相演算手段と、前記電流位相演算手段により得られた電流位相角および周波数指令値とに基づいて電圧指令値を演算する電圧指令値演算手段と、前記同期電動機に印加される電圧の電圧信号より電圧の大きさを求める電圧演算手段と、前記電圧指令値演算手段により得られた前記電圧指令値および前記電圧演算手段により得られた前記電圧の大きさとに基づいて前記同期電動機を駆動するための励磁電流指令値を求める励磁電流指令値演算手段と、によって前記電流位相制御手段を構成したことを特徴とする請求項１に記載の同期電動機駆動装置。
【請求項３】
前記電流検出手段により検出された電流信号および前記同期電動機に印加される電圧の電圧信号に基づいて前記同期電動機の出力トルクが所定値以上となるような電流位相角で駆動するための電圧指令値を求める電圧指令値演算手段と、前記同期電動機に印加される電圧の電圧信号より電圧の大きさを求める電圧演算手段と、前記電圧指令値演算手段により得られた前記電圧指令値と前記電圧演算手段により得られた前記電圧の大きさとを比較して電圧誤差を求める電圧誤差演算手段と、前記電圧誤差演算手段より得られる電圧誤差から前記同期電動機の出力トルクが所定値以上となる電流位相角で駆動するための励磁電流指令値を演算する励磁電流指令値演算手段と、によって、前記電流位相制御手段を構成したことを特徴とする請求項１に記載の同期電動機駆動装置。
【請求項４】
前記出力電圧指令値演算手段より得られる出力電圧指令値を前記電圧信号に使用するようにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の同期電動機駆動装置。
【請求項５】
同期電動機に流れる電流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段により得られた電流信号および前記同期電動機に印加される電圧の電圧信号に基づいて前記同期電動機の出力トルクが所定値以上となるように前記同期電動機に流れる電流の電流位相角を制御するための励磁電流指令値を出力する電流位相制御手段と、前記電流位相制御手段により得られた前記励磁電流指令値をフィルタリングするフィルタ手段と、前記電流検出手段により検出された電流より得られた推定速度によりトルク電流指令値を演算する速度制御手段と、前記速度制御手段より得られたトルク電流指令値および前記フィルタ手段によりフィルタリングされた前記励磁電流指令値とに基づいて前記同期電動機を出力トルクが所定値以上となるような電流位相角にて駆動するための出力電圧指令値を求める電流制御手段と、を備えたことを特徴とする同期電動機駆動装置。
【請求項６】
前記電流位相制御手段により制御する励磁電流制御周期を、同期電動機駆動のための出力電圧指令値を演算する出力電圧制御周期と異なるようにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の同期電動機駆動装置。
【請求項７】
起動から所定回転数までの低速回転時には前記電流位相制御手段による励磁電流制御を行わないようにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の同期電動機駆動装置。
【請求項８】
ＰＷＭ変調が過変調となる領域では、前記電流位相制御手段による励磁電流制御を行わないようにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の同期電動機駆動装置。
【請求項９】
起動時や加速・減速運転時には、前記電流位相制御手段を使用せずに所定の励磁電流指令値を用いて前記同期電動機を駆動し、所定の運転条件に達したのちは前記電流位相制御手段により求められる励磁電流指令値を使用するように切り替えるようにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の同期電動機駆動装置。
【請求項１０】
同期電動機の電動機定数を測定する電動機定数測定手段と、前記電動機定数測定手段により測定された電動機定数を基に前記同期電動機を制御する制御定数を変更する制御定数変更手段と、を備え、前記同期電動機の周囲環境の変化に応じて前記同期電動機を駆動制御するようにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の同期電動機駆動装置。
【請求項１１】
同期電動機のロータ位置を検出するための位置センサを用いないセンサレスで駆動するようにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の同期電動機駆動装置。
【請求項１２】
請求項１乃至請求項１１のいずれかに記載の同期電動機駆動装置を備えたことを特徴とするインバータ装置。
【請求項１３】
直流を供給する直流電源と、スイッチング素子をオン、オフ動作させることにより前記直流電源よりの直流を交流に変換するインバータ主回路と、前記インバータ主回路内のスイッチング素子のオン、オフ動作を制御するための電圧指令値を出力するインバータ制御手段と、前記インバータ制御手段により制御される前記インバータ主回路により出力される電圧が印加されることにより制御される駆動負荷と、を備え、前記インバータ制御手段を、前記駆動負荷を流れる電流に基づいて前記駆動負荷の出力トルクが所定値以上となるような電流位相角にて前記駆動負荷を駆動するための励磁電流指令値を演算する電流位相制御手段と、前記電流位相制御手段より得られた前記励磁電流指令値をフィルタリングするフィルタ手段と、前記駆動負荷を流れる電流の変動量より周波数指令値を補償して一次周波数として出力する周波数演算手段と、前記フィルタリングされた励磁電流指令値と前記一次周波数とに基づいて前記駆動負荷を駆動するための電圧指令値を演算する出力電圧指令値演算手段と、によって構成したことを特徴とするインバータ装置。
【請求項１４】
前記駆動負荷を流れる電流に基づいて出力トルクが所定値以上となる電流位相角を求める電流位相演算手段と、前記電流位相演算手段により求められた電流位相角が得られるような電圧指令値を演算する電圧指令値演算手段と、前記出力電圧指令値演算手段により求められた出力電圧指令値および前記電圧指令値演算手段により求められた電圧指令値とに基づいて前記駆動負荷を駆動するための励磁電流指令値を求める励磁電流指令値演算手段と、によって前記電流位相制御手段を構成したことを特徴とする請求項１３に記載のインバータ装置。
【請求項１５】
同期電動機に流れる電流値を基にして前記同期電動機の出力トルクが所定値以上となるような電流位相角を求める電流位相演算ステップと、前記電流位相演算ステップにて得られた電流位相角および前記同期電動機に印加される電圧値とを基にして前記同期電動機を駆動するための励磁電流指令値を求める励磁電流指令値演算ステップと、前記励磁電流指令値演算ステップにて得られた励磁電流指令値の高周波成分を除去するフィルタリングを行なうフィルタステップと、前記フィルタステップにてフィルタリングされた励磁電流指令値を基にして前記同期電動機を駆動するための出力電圧指令値を求める出力電圧指令値演算ステップと、を備えたことを特徴とする同期電動機の制御方法。
【請求項１６】
同期電動機に流れる電流値を基にして前記同期電動機の出力トルクが所定値以上となるような電流位相角で前記同期電動機を駆動するための電圧指令値を求める電圧指令値演算ステップと、前記同期電動機に印加される電圧の大きさを演算する電圧演算ステップと、前記電圧演算ステップにて得られた電圧の大きさと前記電圧指令値演算ステップにて得られた電圧指令値とを比較して電圧誤差を求める電圧誤差演算ステップと、前記電圧誤差演算ステップにて得られた電圧誤差を基にして前記同期電動機の出力トルクが所定値以上となるような電流位相角で前記同期電動機を駆動するための励磁電流指令値を演算する励磁電流指令演算ステップと、前記励磁電流指令値演算ステップにより得られた励磁電流指令値の高周波成分を除去するフィルタリングを行なうフィルタステップと、前記フィルタステップにてフィルタリングされた励磁電流指令値を基にして前記同期電動機を駆動するための出力電圧指令値を求める出力電圧指令値演算ステップと、を備えたことを特徴とする同期電動機の制御方法。
【請求項１７】
前記同期電動機に流れる電流に基づいて得られる周波数補償量により補償された周波数指令値と、前記フィルタステップにより得られた前記フィルタリングされた励磁電流指令値と、に基づいて前記同期電動機を駆動するための出力電圧指令値を求める出力電圧指令値演算ステップを備えたことを特徴とする請求項１５または請求項１６に記載の同期電動機の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、同期電動機を駆動する同期電動機駆動装置、インバータ装置、および同期電動機の制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図９は一般的な従来の同期電動機駆動装置の構成を示す図である。図において、１は同期電動機駆動装置、２はインバータ制御手段、３は複数のスイッチング素子からなるインバータ主回路、４はインバータ主回路に接続された直流電源、５は同期電動機である。
【０００３】
６ａは同期電動機５に流入する電流のうち一相の電流（たとえばＵ相電流ｉｕ）を検出する電流検出手段、６ｂは電流検出手段６ａとは異なる相の電流（たとえばＶ相電流ｉｖ）を検出する電流検出手段、７は電流検出手段６ａ、６ｂにより検出された電流値を電気角位相を用いて励磁電流成分（γ軸電流）およびトルク電流成分（δ軸電流）を表すγ-δ軸電流に変換する３相２相変換手段、８は３相２相変換手段７より得られたδ軸電流から回転周波数の補償量ωｄを求める周波数補償器、９は周波数補償器８の周波数補償量ωｄと回転周波数指令値ωｍ＊とから一次周波数ω１を求める一次周波数演算手段、１３は一次周波数ω１を積分して電気角位相θを求める電気角位相演算手段、５０は回転周波数指令値ωｍ＊から励磁電流指令値ｉγ＊を求める励磁電流指令値演算手段である。
【０００４】
１０は３相２相変換手段７より得られたγ-δ軸電流と一次周波数演算手段９より得られた一次周波数ω１と励磁電流演算手段５０より得られた励磁電流指令値ｉγ＊とから同期電動機５を駆動するための電圧指令値Ｖγ＊、Ｖδ＊を演算する出力電圧指令値演算手段、１１は出力電圧指令値演算手段１０により得られたγ-δ軸電圧指令値Ｖγ＊、Ｖδ＊を電気角位相θを用いて３相電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊に変換する２相３相変換手段、１２は２相３相変換手段より得られる３相電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊によりインバータ主回路３内のスイッチング素子をオン・オフ制御するためのＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号発生手段である。
【０００５】
以上のように構成された従来の同期電動機駆動装置１および同期電動機５における動作を図９を用いて説明する。図において、同期電動機駆動装置１は同期電動機５に流入する相電流のうち２相分の電流（たとえばｉｕ、ｉｖ）を電流検出手段６ａ、６ｂより検出する。検出した２相分の電流、例えばＵ相電流ｉｕおよびＶ相電流ｉｖを用いて、インバータ制御手段２は、同期電動機５を駆動するためにインバータ主回路３が出力する電圧を演算により求め、インバータ主回路３内のスイッチング素子をオン・オフ制御するためのＰＷＭ信号を出力する。
【０００６】
インバータ制御手段２は、以下に説明する動作にてＰＷＭ信号を出力する。電流検出手段６ａ、６ｂにより検出された相電流ｉｕ、ｉｖより電気角位相θを用いて３相２相変換手段７よりγ-δ軸電流ｉγ、ｉδを求める。周波数補償器８ではδ軸電流ｉδより周波数補償量ωｄを求める。一次周波数演算手段９では回転周波数指令値ωm＊と周波数補償量ωｄの差分を取り一次周波数ω１を求める。励磁電流演算手段５０は回転周波数指令値ωｍ＊より励磁電流指令値（γ軸電流指令値）ｉγ＊を求める。
【０００７】
出力電圧指令値演算手段１０は一次周波数ω１と励磁電流指令値ｉγ＊とγ-δ軸電流ｉγとｉδとから同期電動機５を駆動するための電圧指令値Vγ＊、Vδ＊を求める。２相３相変換手段１１ではγ-δ軸電圧指令値Vγ＊、Vδ＊を電気角位相θを用いて３相座標系の電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊に変換する。ＰＷＭ信号発生手段１２は３相電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊よりインバータ主回路３内のスイッチング素子をオン・オフ制御するためのＰＷＭ信号を発生させる。このＰＷＭ信号を基にインバータ主回路３内のスイッチング素子がオン・オフ動作し、直流電源４の直流電圧が３相交流に変換され同期電動機５に印加される。
【０００８】
ここで、従来の同期電動機駆動装置においては、励磁電流演算手段５０では、回転周波数指令値ωｍ＊に対応したデータテーブルあるいは回転周波数指令値ωｍ＊との関係を表す関数より励磁電流指令値ｉγ＊が求められる。励磁電流指令値ｉγ＊は、回転周波数指令値ωｍ＊に応じて、あらかじめ理論式や実験で求められた値に基づき決められている。
【０００９】
ここで、従来の同期電動機駆動装置の一例が特開２０００−２０９８８６号報に開示されている。特開２０００−２０９８８６号報に開示された同期電動機駆動装置においては、同期電動機の回転子位置に対して、前回の通電位相情報と電流情報とから電流が小さくなる方向に電圧の通電位相を所定時間ごとに変化させつつ電流最小となる電流位相角に近づける例について開示してある。
【００１０】
また、従来の同期電動機駆動装置の一例が特開２００１−８４８６号報に開示されている。特開２００１−８４８６号報に開示された同期電動機駆動装置においては、速度制御を行なう速度制御装置を備えたものにおいて、負荷トルクが一定時に、励磁電流ｉｄを変化させ、前回の励磁電流ｉｄと電流情報とから電流が小さくなる方向に励磁電流ｉｄを変化させつつ電流最小となる位相に近づける例について開示してある。
【００１１】
また、従来の同期電動機駆動装置の一例が特開２００１−８６７８２号報に開示されている。特開２００１−８６７８２号報に開示された同期電動機駆動装置においては、速度制御装置により速度制御を行なうものにおいて、ブラシレスDCモータのd軸インダクタンスとq軸インダクタンスとトルク定数と極対数というモータ定数を用いて発生トルクが最大となる電流位相角βを演算し、発生トルク最大となる電流位相角βとなるように速度制御器の出力である励磁電流指令値ｉｄ＊トトルク電流指令値ｉｑ＊とを求め、実電流が前記電流指令値となるように電流制御を行う例について開示してある。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
従来の同期電動機駆動装置においては、励磁電流演算手段５０は、回転周波数指令値に対応したデータテーブルあるいは回転周波数指令値との関係を表す関数により励磁電流指令値が求められる。この励磁電流指令値は、回転周波数指令値に応じた定格負荷トルク時に最大効率を実現できる値(電流最小となる電流位相角を実現するための値)に決められているため、同一回転周波数の条件では、想定された定格負荷トルク条件においてのみ最大効率が実現できるが、定格負荷トルク条件と実際の負荷トルク条件とに差が生じた場合、電流位相角が最大効率点からずれを生じるため効率の悪い状態で駆動されていた。
【００１３】
また、同期電動機の負荷対象が空気調和機の圧縮機の場合は、同一回転周波数においても、冷房運転や暖房運転のように負荷トルクが変動する条件が発生する。このため、同一回転周波数条件において、励磁電流指令値を1条件しか持たないため、負荷トルクにあわせて電流最小の高効率運転を実現することが困難であった。また、各運転条件ごとに励磁電流指令値条件を持たせるようにすると、マイクロプロセッサ等のメモリの使用量が増加するため、制御装置のコストアップの原因となっていた。また、この場合においても、想定された定格負荷トルク条件から実負荷トルク条件がずれた場合、最大効率運転が実現できなかった。
【００１４】
また、特開２０００−２０９８８６号報や特開２００１−８４８６号報に記載されたものは、電流最小となる通電位相は制御の過程では求められず、電流最小となる電流位相角に達するまでに時間を要していた。また、この方法では電流最小となる通電位相への収束があまり良くないため、電流最小位相角となる通電位相近傍で通電位相が微小変化し、その結果モータ電流が変動を起こし、安定して運転できない場合があった。また、特開２００１−８４８６号報では、負荷トルクが一定時のみに前記制御を行うため、負荷トルクが常に変動するような負荷には使用できなかった。
【００１５】
また、特開２００１−８６７８２号報に開示された同期電動機駆動装置においては、ブラシレスDCモータのd軸インダクタンスとq軸インダクタンスとトルク定数と極対数というモータ定数を用いて発生トルクが最大となる電流位相角βを演算し、発生トルク最大となる電流位相角βとなるように速度制御器の出力である励磁電流指令値ｉｄ＊とトルク電流指令値ｉｑ＊とを求め、実電流が前記電流指令値となるように電流制御を行い、高効率を狙うものである。このため、ｉｄ＊とｉｑ＊を求めるための速度制御器が必要であり、速度制御器を持たない場合にはこの手法を用いることができなかった。また、フィルタ手段を有していないため、演算周期ごとの励磁電流指令値のばらつきが大きくなり、同期電動機の動作が不安定になり制御性が悪かった。
【００１６】
本発明は、以上のような問題を解決するためになされたものであり、高出力なインバータ装置あるいは同期電動機駆動装置を得ることを目的とする。また、効率の良いインバータ装置あるいは同期電動機駆動装置を得ることを目的とする。また、制御性の良いインバータ装置あるいは同期電動機駆動装置を得ることを目的とする。また、短時間で効率の良い状態に制御できるインバータ装置あるいは同期電動機駆動装置を得ることを目的とする。また、低コストなインバータ装置あるいは同期電動機駆動装置を得ることを目的とする。また、回転周波数や負荷トルクが変動しても電流が小さくなる条件にて駆動できる高効率なインバータ装置あるいは同期電動機駆動装置を得ることを目的とする。また、簡単な制御でありながら効率のよい同期電動機の制御方法を得ることを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載の同期電動機駆動装置は、同期電動機に流れる電流を検出する電流検出手段と、電流検出手段により得られた電流信号および同期電動機に印加される電圧の電圧信号に基づいて同期電動機の出力トルクが所定値以上となるように同期電動機に流れる電流の電流位相角を制御するための励磁電流指令値を出力する電流位相制御手段と、電流位相制御手段により出力された励磁電流指令値をフィルタリングするフィルタ手段と、電流検出手段により検出された電流の変動量より周波数指令値に対する補償量を求め、補償量により補償された周波数指令値を出力する周波数演算手段と、周波数演算手段により補償された周波数指令値およびフィルタ手段によりフィルタリングされた励磁電流指令値に基づいて同期電動機を駆動するための出力電圧指令値を求める出力電圧指令値演算手段と、を備えたものである。
【００１８】
本発明の請求項２に記載の同期電動機駆動装置は、電流検出手段により得られた電流信号に基づいて同期電動機の出力トルクが所定値以上となるような電流位相角を求める電流位相演算手段と、電流位相演算手段により得られた電流位相角および周波数指令値とに基づいて電圧指令値を演算する電圧指令値演算手段と、同期電動機に印加される電圧の電圧信号より電圧の大きさを求める電圧演算手段と、電圧指令値演算手段により得られた電圧指令値および電圧演算手段により得られた電圧の大きさとに基づいて同期電動機を駆動するための励磁電流指令値を求める励磁電流指令値演算手段と、によって電流位相制御手段を構成したものである。
【００１９】
本発明の請求項３に記載の同期電動機駆動装置は、電流検出手段により検出された電流信号および同期電動機に印加される電圧の電圧信号に基づいて同期電動機の出力トルクが所定値以上となるような電流位相角で駆動するための電圧指令値を求める電圧指令値演算手段と、同期電動機に印加される電圧の電圧信号より電圧の大きさを求める電圧演算手段と、電圧指令値演算手段により得られた電圧指令値と電圧演算手段により得られた電圧の大きさとを比較して電圧誤差を求める電圧誤差演算手段と、電圧誤差演算手段より得られる電圧誤差から同期電動機の出力トルクが所定値以上となる電流位相角で駆動するための励磁電流指令値を演算する励磁電流指令値演算手段と、によって、電流位相制御手段を構成したものである。
【００２０】
本発明の請求項４に記載の同期電動機駆動装置は、出力電圧指令値演算手段より得られる出力電圧指令値を電圧信号に使用するようにしたものである。
【００２１】
本発明の請求項５に記載の同期電動機駆動装置は、同期電動機に流れる電流を検出する電流検出手段と、電流検出手段により得られた電流信号および同期電動機に印加される電圧の電圧信号に基づいて同期電動機の出力トルクが所定値以上となるように同期電動機に流れる電流の電流位相角を制御するための励磁電流指令値を出力する電流位相制御手段と、電流位相制御手段により得られた励磁電流指令値をフィルタリングするフィルタ手段と、電流検出手段により検出された電流より得られた推定速度によりトルク電流指令値を演算する速度制御手段と、速度制御手段より得られたトルク電流指令値およびフィルタ手段によりフィルタリングされた励磁電流指令値とに基づいて同期電動機を出力トルクが所定値以上となるような電流位相角にて駆動するための出力電圧指令値を求める電流制御手段と、を備えたものである。
【００２２】
本発明の請求項６に記載の同期電動機駆動装置は、電流位相制御手段により制御する励磁電流制御周期を、同期電動機駆動のための出力電圧指令値を演算する出力電圧制御周期と異なるようにしたものである。
【００２３】
本発明の請求項７に記載の同期電動機駆動装置は、起動から所定回転数までの低速回転時には電流位相制御手段による励磁電流制御を行わないようにしたものである。
【００２４】
本発明の請求項８に記載の同期電動駆動装置は、ＰＷＭ変調が過変調となる領域では、電流位相制御手段による励磁電流制御を行わないようにしたものである。
【００２５】
本発明の請求項９に記載の同期電動機駆動装置は、起動時や加速・減速運転時には、電流位相制御手段を使用せずに所定の励磁電流指令値を用いて同期電動機を駆動し、所定の運転条件に達したのちは電流位相制御手段により求められる励磁電流指令値を使用するように切り替えるようにしたものである。
【００２６】
本発明の請求項１０に記載の同期電動機駆動装置は、同期電動機の電動機定数を測定する電動機定数測定手段と、電動機定数測定手段により測定された電動機定数を基に同期電動機を制御する制御定数を変更する制御定数変更手段と、を備え、同期電動機の周囲環境の変化に応じて同期電動機を駆動制御するようにしたものである。
【００２７】
本発明の請求項１１に記載の同期電動機駆動装置は、同期電動機のロータ位置を検出するための位置センサを用いないセンサレスで駆動するようにしたものである。
【００２８】
本発明の請求項１２に記載のインバータ装置は、請求項１乃至請求項１１のいずれかに記載の同期電動機駆動装置を備えたものである。
【００２９】
本発明の請求項１３に記載のインバータ装置は、スイッチング素子をオン、オフ動作させることにより直流電源よりの直流を交流に変換するインバータ主回路と、インバータ主回路内のスイッチング素子のオン、オフ動作を制御するための電圧指令値を出力するインバータ制御手段と、インバータ制御手段により制御されるインバータ主回路により出力される電圧が印加されることにより制御される駆動負荷と、を備え、インバータ制御手段を、駆動負荷を流れる電流に基づいて駆動負荷の出力トルクが所定値以上となるような電流位相角にて駆動負荷を駆動するための励磁電流指令値を演算する電流位相制御手段と、電流位相制御手段より得られた励磁電流指令値をフィルタリングするフィルタ手段と、駆動負荷を流れる電流の変動量より周波数指令値を補償して一次周波数として出力する周波数演算手段と、フィルタリングされた励磁電流指令値と一次周波数とに基づいて駆動負荷を駆動するための電圧指令値を演算する出力電圧指令値演算手段と、によって構成したものである。
【００３０】
本発明の請求項１４に記載のインバータ装置は、駆動負荷を流れる電流により出力トルクが所定値以上となる電流位相角を求める電流位相演算手段と、電流位相演算手段により求められた電流位相角が得られるような電圧指令値を演算する電圧指令値演算手段と、出力電圧指令値演算手段により求められた出力電圧指令値および電圧指令値演算手段により求められた電圧指令値とに基づいて駆動負荷を駆動するための励磁電流指令値を求める励磁電流指令値演算手段と、によって電流位相制御手段を構成したものである。
【００３１】
本発明の請求項１５に記載の同期電動機駆動装置の制御方法は、同期電動機に流れる電流値を基にして同期電動機の出力トルクが所定値以上となるような電流位相角を求める電流位相演算ステップと、電流位相演算ステップにて得られた電流位相角および同期電動機に印加される電圧値とを基にして同期電動機を駆動するための励磁電流指令値を求める励磁電流指令値演算ステップと、励磁電流指令値演算ステップにて得られた励磁電流指令値の高周波成分を除去するフィルタリングを行なうフィルタステップと、フィルタステップにてフィルタリングされた励磁電流指令値を基にして同期電動機を駆動するための出力電圧指令値を求める出力電圧指令値演算ステップと、を備えたものである。
【００３２】
本発明の請求項１６に記載の同期電動機駆動装置の制御方法は、同期電動機に流れる電流値を基にして同期電動機の出力トルクが所定値以上となるような電流位相角で同期電動機を駆動するための電圧指令値を求める電圧指令値演算ステップと、同期電動機に印加される電圧の大きさを演算する電圧演算ステップと、電圧演算ステップにて得られた電圧の大きさと電圧指令値演算ステップにて得られた電圧指令値とを比較して電圧誤差を求める電圧誤差演算ステップと、電圧誤差演算ステップにて得られた電圧誤差を基にして同期電動機の出力トルクが所定値以上となるような電流位相角で同期電動機を駆動するための励磁電流指令値を演算する励磁電流指令演算ステップと、励磁電流指令値演算ステップにより得られた励磁電流指令値の高周波成分を除去するフィルタリングを行なうフィルタステップと、フィルタステップにてフィルタリングされた励磁電流指令値を基にして同期電動機を駆動するための出力電圧指令値を求める出力電圧指令値演算ステップと、を備えたものである。
【００３３】
本発明の請求項１７に記載の同期電動機駆動装置の制御方法は、同期電動機に流れる電流に基づいて得られる周波数補償量により補償された周波数指令値と、フィルタステップにより得られたフィルタリングされた励磁電流指令値と、に基づいて同期電動機を駆動するための出力電圧指令値を求める出力電圧指令値演算ステップを備えたものである。
【００３４】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
本発明の実施の形態1を表すインバータ装置および同期電動機駆動装置について以下に説明する。図１は本発明の実施の形態１を表すインバータ装置および同期電動機駆動装置の構成を示す図である。図において、１は同期電動機駆動装置であり、複数のスイッチング素子から構成され、直流を交流に変換するインバータ主回路３、インバータ主回路３の複数のスイッチング素子をオン・オフ制御するためのＰＷＭ信号を出力するインバータ制御手段２により構成される。
【００３５】
また、４はインバータ主回路３に接続された直流電源、５はインバータ主回路３により駆動される駆動負荷である同期電動機であり、同期電動機駆動装置１、直流電源４、駆動負荷５によりインバータ装置が構成される。インバータ制御手段２が出力するＰＷＭ信号を基にインバータ主回路３内のスイッチング素子がオン・オフ動作し、直流電源４の直流電圧が３相交流に変換されて駆動負荷である同期電動機５に印加されることによって、インバータ装置が動作する。
【００３６】
６ａは駆動負荷である同期電動機５に流入する電流のうちの一相の電流（たとえばＵ相電流ｉｕ）を検出する電流検出手段、６ｂは電流検出手段６ａで検出される電流（Ｕ相電流ｉｕ）と異なる相の電流（たとえばＶ相電流ｉｖ）を検出する電流検出手段である。この電流検出手段６ａ、６ｂは検出した電流を電流値あるいは電流信号に変換して出力する。
【００３７】
ここで、インバータ制御手段２は、以下に示す３相２相変換手段７、周波数補償器８、一次周波数演算手段９、出力電圧指令値演算手段１０、２相３相変換手段１１、ＰＷＭ信号発生手段１２、電気角位相演算手段１３、電流位相制御手段１４、フィルタ手段１９とにより構成されている。
【００３８】
３相２相変換手段７は電流検出手段６ａ、６ｂにより検出された電流値（たとえばｉｕ、ｉｖ）あるいは電流信号を電気角位相θを用いて励磁電流成分（γ軸電流ｉγ）およびトルク電流成分（δ軸電流ｉδ）で表わされるγ-δ軸の電流値あるいは電流信号に変換する。周波数補償器８は３相２相変換手段７により得られたδ軸電流から回転周波数の補償量ωｄを演算する。一次周波数演算手段９は、周波数補償器８により得られた周波数補償量ωｄを用いて外部から与えられる目標周波数である周波数指令値ωｍ＊を補償する（補償された周波数指令値である一次周波数ω１を求める。）。電気角位相演算手段１３は、補償された周波数指令値である一次周波数ω１を積分して電気角位相θを求める。
【００３９】
電流位相制御手段１４は、同期電動機５に印加される電圧の電圧信号を基にして出力電圧の大きさＶａを求める出力電圧演算手段１５、２相３相座標変換手段７により得られたγ軸電流ｉγ、δ軸電流ｉδをもとにしてその大きさである電流値Ｉａを演算する電流演算手段２１、ｉγ、ｉδ、Ｉａを基にして電流値が所定値以下（あるいは最小）となる電流位相角βｍを演算する電流位相演算手段２２、電流値が所定値以下（あるいは最小）となる電流位相角βｍを基にして電圧指令値Ｖａ＊を求める電圧指令値演算手段１６、基準となる励磁電流指令値ｉγ０を求める基準励磁電流指令値演算手段１８、Ｖａ＊、Ｖａ、ｉγ０を基にして駆動負荷を駆動するための励磁電流指令値ｉγ＊を求める励磁電流指令値演算手段１７、により構成され、フィルタ手段１９は電流位相制御手段１４の出力である励磁電流指令値ｉγ＊をローパスフィルタなどにより高周波成分を除去し、演算毎のばらつきを抑制するためのフィルタリングを行なう手段である。
【００４０】
本実施の形態では、励磁電流指令値演算手段１７により出力された励磁電流指令値ｉγ＊をローパスフィルタなどのフィルタ手段１９にて高周波成分を除去するフィルタリングを行なうようにしているので、出力電圧指令値Ｖγ＊、Ｖδ＊の演算の安定性および演算精度を向上させることができ、同期電動機５を安定して制御することができる。すなわち、電流位相制御手段１４により得られる励磁電流指令値ｉγ＊は、運転状態によっては出力値が演算周期毎に大きく変動する場合があり、出力電圧演算手段１０では、このｉγ＊を用いて出力電圧指令値Ｖγ＊、Ｖδ＊を演算するため、励磁電流指令値ｉγ＊の変動が直接、出力電圧指令値Ｖγ＊、Ｖδ＊に反映され、同期電動機５の動作が不安定になる。
【００４１】
本実施の形態のように、フィルタ手段１９を設けて、励磁電流指令値ｉγ＊に生じる高周波成分による演算周期毎の変動分を除去し、励磁電流指令値ｉγ＊の演算周期毎の変動を抑制するようにすれば、励磁電流指令値ｉγ＊の変動による同期電動機５の動作の不安定を回避でき、制御性がよく、信頼性の高い装置を得ることができる。ここで、同期電動機の回転周波数および負荷トルクがほぼ変化しない定常運転状態であれば、励磁電流指令値ｉγ＊はほとんど変化しない。このような場合にフィルタ手段１９としてローパスフィルタを使用する場合は、ローパスフィルタの時定数を励磁電流制御周期（電流位相制御手段１４での演算周期）に比べて十分大きな値とすれば良い。たとえば、ローパスフィルタの時定数は励磁電流制御周期（電流位相制御手段１４での演算周期）や励磁電流演算以外の演算周期（たとえば電流位相制御手段１４での演算周期を除いた出力電圧手段１０での演算周期など）を考慮して設計すればよく、励磁電流制御周期が１０ｍｓｅｃ程度の場合にはローパスフィルタの時定数を１ｓｅｃ程度に設定すればよい。
【００４２】
ここで、ローパスフィルタなどのフィルタ手段１９を設けないと、励磁電流指令値ｉγ＊を平均化させることができないので、演算周期毎にばらつきが大きくなり精度よく安定した演算ができず、演算時間が大きくなったり、収束性が悪く安定した制御ができなくなってしまう。
【００４３】
出力電圧指令値演算手段１０は３相２相変換手段７より得られたγ-δ軸電流ｉγ、ｉδと一次周波数演算手段９より得られた一次周波数ω１とフィルタ手段１９より得られた励磁電流指令値のフィルタ通過値ｉγ＊とから駆動負荷である同期電動機５を駆動するための電圧指令値Ｖγ＊、Ｖδ＊を演算する。電気角位相演算手段１３は、一次周波数演算手段９により得られた一次周波数ω１をもとに電気角位相θを演算する。２相３相変換手段１１は出力電圧指令値演算手段１０により得られたγ-δ軸電圧指令値Ｖγ＊、Ｖδ＊を電気角位相演算手段１３により得られた電気角位相θを用いて３相電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊に変換する。ＰＷＭ信号発生手段１２は２相３相変換手段１１より得られる３相電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊をもとにインバータ主回路３内のスイッチング素子をオン・オフ制御するためのＰＷＭ信号を発生する手段である。
【００４４】
次に動作について図１を用いて説明する。図において、同期電動機駆動装置１はインバータの駆動負荷である同期電動機５に流入する相電流のうち２相分の電流（たとえば、Ｕ相電流ｉｕとＶ相電流ｉｖ）を電流検出手段６ａ、６ｂより検出する。インバータ制御手段２は、電流検出手段６ａ、６ｂにより検出された２相分の電流（例えばＵ相電流ｉｕおよびＶ相電流ｉｖ）あるいは２相分の電流信号を用いて周波数補償器８により外部より与えられる周波数指令値ωｍ＊を補償する補償量ωｄを演算し、周波数演算手段９によりこの周波数指令値ωｍ＊を補償量ωｄにより補償して、一次周波数ω１として出力する。そして、出力電圧指令値演算手段１０にて、この補償された周波数指令値である一次時周波数ω１を用いて駆動負荷である同期電動機５を駆動するための出力電圧指令値（Ｖγ＊、Ｖδ＊）を演算により求める。その後、２相３相変換手段１１にて、２相座標系の出力電圧指令値（Ｖγ＊、Ｖδ＊）を３相座標系の出力電圧指令値（Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊）に変換し、電圧値あるいは電圧信号として出力する。この３相座標系の出力電圧指令値（Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊）を基にＰＷＭ信号発生手段１２ではインバータ主回路３内のスイッチング素子をオン・オフ制御するためのＰＷＭ信号を出力する。
【００４５】
すなわち、インバータ制御手段２においては、以下に示す動作にてＰＷＭ信号を出力する。電流検出手段６ａ、６ｂにより検出された２相分の相電流（たとえばｉｕ、ｉｖ）と電気角位相θを用いて３相２相変換手段７にてγ-δ軸電流ｉγ、ｉδを求める。周波数補償器８では３相２相変換手段７により得られたδ軸電流ｉδより周波数補償量ωｄを求める。一次周波数演算手段９では、外部から与えられる目標周波数である回転周波数指令値ωｍ＊と周波数補償器８で得られた周波数補償量ωｄとの差分により周波数指令値ωｍ＊を補償して一次周波数ω１として出力する。
【００４６】
出力電圧指令値演算手段１０では、一次周波数演算手段９にて得られた一次周波数ω１、電流位相制御手段１４より得られた励磁電流指令値ｉγ＊をフィルタ手段１９によりフィルタリングした励磁電流指令値ｉγ＊、３相２相変換手段７により得られたγ-δ軸電流ｉγ、ｉδとからインバータの駆動負荷である同期電動機５を駆動するための出力電圧指令値Ｖγ＊、Ｖδ＊を求める。
【００４７】
ここで、電流位相制御手段１４では、以下のようにして励磁電流指令値ｉγ＊を演算する。２相３相座標変換手段７により得られたγ軸電流ｉγ、δ軸電流ｉδを基にして電流演算手段２１にて電流ベクトルの大きさＩａを演算する。この電流演算手段２１より得られたＩａを基にして出力トルクが所定値以上（あるいは最大）、すなわち電流値が所定値以下（あるいは最小）となる電流位相角βｍを電流位相演算手段２２にて演算する。そして、電圧指令値演算手段１６では、電流位相演算手段２２にて得られた電流位相角βｍおよび周波数演算手段９の前回の出力値である補償された周波数指令値である一次周波数ω１を基にして電圧指令値Ｖａ＊を演算する。
【００４８】
また、電圧演算手段１５では、出力電圧指令値演算手段１０の前回の出力値である出力電圧指令値Ｖγ＊、Ｖδ＊を基にして出力電圧指令値の大きさＶａを演算する。また、基準励磁電流指令値演算手段１８では、周波数演算手段９の前回の出力値である補償された周波数指令値（一次周波数）ω１を基にして基準励磁電流指令値ｉγ０を求める。そして、励磁電流指令値演算手段１７では、電圧指令値演算手段１６より得られた電圧指令値Ｖａ＊、電圧演算手段１５より得られた出力電圧指令値の大きさＶａ、および基準励磁電流指令値演算手段１８より得られた基準励磁電流指令値ｉγ０を基にして同期電動機５を電流が所定値以下（あるいは最小）となる電流位相角βｍにて駆動するための励磁電流指令値ｉγ＊を演算する。そして、この励磁電流指令値ｉγ＊をローパスフィルタなどのフィルタ手段１９を通過させて高周波成分を除去して平均化して演算周期毎の励磁電流指令値のばらつきを抑制して出力電圧指令値演算手段１０にフィルタリングされた励磁電流指令値ｉγ＊として出力する。
【００４９】
電気角位相演算手段１３は周波数演算手段９の出力値である補償された周波数指令値（一次周波数）ω１を基にして電気角位相θを演算する。そして、２相３相変換手段１１では、出力電圧指令値演算手段１０により得られたγ-δ軸電圧指令値Ｖγ＊、Ｖδ＊を電気角位相演算手段１３により得られる電気角位相θを用いて３相座標系の電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊に変換する。ＰＷＭ信号発生手段１２は、２相３相変換手段１１により得られた３相電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊をもとにインバータ主回路３内のスイッチング素子をオン・オフ制御するためのＰＷＭ信号を発生させる。このＰＷＭ信号に基づいてインバータ主回路３内のスイッチング素子がオン・オフ動作し、直流電源４の直流電圧が３相交流に変換され駆動負荷である同期電動機５に印加され駆動負荷が駆動される。
【００５０】
ここで、図２を用いて駆動負荷として同期電動機、特に埋込磁石型動機電動機（ＩＰＭＳＭ）を使用した場合の所定の運転状態における電流位相角βと出力トルクτの関係について説明する。図２はＩＰＭＳＭの電流一定の運転状態における電流位相角βと出力トルクτの関係の一例を示す図である。図において、横軸は電流進み角（電流位相角）βを表し、縦軸はトルクを表しており、図中には、ＩＰＭＳＭの回転子磁石による磁石トルク、ｄ軸インダクタンスＬｄとｑ軸インダクタンスＬｑとの差により生じるリラクタンストルク、およびその合成トルクである出力トルクについて、電流位相角βに対する関係が表されている。
【００５１】
図に示すようにＩＰＭＳＭでは同一電流条件であっても電流位相角βにより出力トルクが変化するため、同一電流条件であっても電流位相角βを所定の位相に制御することによって出力トルクを所定値以上（あるいは最大）で出力させることが可能となる。したがって、負荷トルクが一定の条件では、電流位相角βを適切に制御することで、負荷トルクと同一の出力トルクを得るために必要な電流値を所定値以下（あるいは最小）とすることができる。また、電流一定条件で出力トルクを所定値以上（あるいは最大）に制御すると、負荷トルク一定のもとでは電流値が所定値以下（あるいは最小）になるので、電流値を所定値以下（あるいは最小）にすることが可能となり、高効率な装置を得ることができる。
【００５２】
また、図３は回転周波数一定条件にてＩＰＭＳＭの負荷トルクを変化させて駆動した場合の、電流位相角βと電流値との関係を示した図である。図において、横軸は電流進み角（電流位相角）βを表し、縦軸は電流値を表している。図中のτｎ（ｎ＝０、１、２、３、４）はＩＰＭＳＭの出力トルクを示し、その大きさの大小関係はτ４＞τ３＞τ２＞τ１＞τ０である。
【００５３】
図３に示したように、ＩＰＭＳＭが同一回転周波数条件で駆動されていても、負荷トルクが変化した場合（τ０→τ１→……→τ４）には、電流値が最小となる電流位相角βは変化する。しかし、回転周波数や負荷トルクが変化した場合においても、図３に示したように出力トルクの変化に合わせて電流位相角βを電流値が最小となる電流位相角βｍに制御できれば、常に電流値が最小の状態でＩＰＭＳＭを駆動することが可能となり、ＩＰＭＳＭの銅損を最小にでき、また、インバータ主回路のスイッチング素子の導通損も最小にすることができるので、高効率運転が実現できる。
【００５４】
ここで、本実施の形態では電流が所定値以下となる（あるいは電流が最小となる）ように駆動負荷である同期電動機５を駆動するようにしているので、以下にその方法について説明する。
【００５５】
同期電動機、特に埋込磁石型同期電動機（ＩＰＭＳＭ）のｄ-ｑ軸座標における電圧方程式は一般的に数式１で与えられる。ここで、ｄ軸およびｑ軸は、電動機の回転子の磁極方向をｄ軸とし、ｄ軸から回転方向に所定角度（２極の場合は９０度）進んだ位相をなす軸をｑ軸と定義している。
【００５６】
【数１】
0003637897.tif 000002
【００５７】
数式１において、Ｖｄは埋込磁石型同期電動機（ＩＰＭＳＭ）のｄ軸電圧、Ｖｑは埋込磁石型同期電動機（ＩＰＭＳＭ）のｑ軸電圧、Ｒは埋込磁石型同期電動機（ＩＰＭＳＭ）の１相あたりの抵抗値、Ｌｄは埋込磁石型同期電動機（ＩＰＭＳＭ）のｄ軸インダクタンス、Ｌｑは埋込磁石型同期電動機（ＩＰＭＳＭ）のｑ軸インダクタンス、Φｆは埋込磁石型同期電動機の誘起電圧定数、ｉｄは埋込磁石型同期電動機のｄ軸電流、ｉｑは埋込磁石型同期電動機のｑ軸電流、ωは埋込磁石型同期電動機の回転周波数、ｐは時間ｔによる微分演算子、を表している。また、埋込磁石型同期電動機の極対数をＰｍとすると、埋込磁石型同期電動機（ＩＰＭＳＭ）の出力トルクτｍは一般的に数式２で与えられる。
【００５８】
【数２】
0003637897.tif 000003
【００５９】
また、ｄ軸電流ｉｄ、ｑ軸電流ｉｑ、および電流の大きさＩａは数式３のように定義される。
【００６０】
【数３】
0003637897.tif 000004
【００６１】
数式３を数式２に代入するとトルクτｍは数式４のように表される。
【００６２】
【数４】
0003637897.tif 000005
【００６３】
ここで、出力トルクが最大となる（あるいは電流が最小となる）電流位相角をβmとし、βｍを求める手順について以下に説明する。数式４を電流位相角βで偏微分して＝０とおくことによって、最大トルクが得られる（あるいは電流が最小となる）電流位相角βｍが数式５のように得られる。
【００６４】
【数５】
0003637897.tif 000006
【００６５】
ただし、βmの演算においては、数式５のように出力トルクが最大となるように演算しなくても、出力トルクが所定値以上となるように以下に示す数式６のような近似式を用いても良い。
【００６６】
【数６】
0003637897.tif 000007
【００６７】
ここで、数式６は、数式５をマクローリン級数展開して２次の項まで求めたものである。この近似式６を用いると出力トルクは最大とならない（電流は最小とならない）が、出力トルクを所定値以上に（電流値を所定値以下に）することができるので、高出力で低電流の装置を得ることができる。また、βｍの演算が近似式であり簡略化されているため、マイコンでの演算負荷を低減させることができるので、演算時間の低減ができ、さらには、低コストのマイコンでの対応が可能となり、マイコンの選定の自由度が広がる。また、βｍの演算が近似式であり簡略化されているので、収束性も改善されるので、制御において追従性のよい装置や制御方法が得られる。ただし、制御精度を向上させる必要がある場合は、マクローリン級数の３項まで用いるなどして近似式の精度を向上させるか、あるいは数式５をそのまま使用すればよい。
【００６８】
ここで、本実施の形態では、座標系としてｄ−ｑ軸ではなく、γ―δ軸を使用しているので、図４を用いて、ｄ−ｑ軸座標系とγ−δ座標系の関係について説明する。本実施の形態では、同期電動機を回転子位置検出のための位置センサを用いずに駆動する場合、実際には埋込磁石（ＩＰＭ：Ｉｎｔｅｒｉｏｒ  Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  Ｍａｇｎｅｔ）回転子のｄ−ｑ軸を検出することが困難であることから、制御上の軸として図４で示すようなγ−δ軸を用いるようにしている。
【００６９】
図４は同期電動機（特に埋込磁石型同期電動機（ＩＰＭＳＭ））のある運転条件でのベクトル線図である。図４において、横軸はγ軸、縦軸はδ軸を表している。また、ｄ軸およびｑ軸は、γ軸およびδ軸に対してそれぞれΔθだけ回転した角度位置に位置している。ここで、ｉγはＩＰＭＳＭのγ軸電流、ｉδはＩＰＭＳＭのδ軸電流、ＩａはＩＰＭＳＭに流れる電流の大きさであり、ｉγとｉδの合成ベクトルである。また、Ｉａはｑ軸に対してβ（電流位相角）だけ角度がずれている。このように、電流位相角βは、ｑ軸と電流ベクトルＩａとのなす角である。
【００７０】
ΦＦは回転子磁石により生じる磁束ベクトルであり、その大きさは誘起電圧定数Φｆであり、ｄ軸上に位置する。また、Ｌｑ・ｉδは固定子磁束のδ軸成分、Ｌｄ・ｉγは固定子磁束のγ軸成分、Φ０は固定子磁束と回転子磁束の合成磁束であり、回転子磁束（ΦＦ）と固定子磁束（Ｌｑ・ｉδ、Ｌｄ・ｉγ）の合成磁束ベクトルである。また、ω・Φ０は合成磁束により生じる電圧ベクトル、Ｒ・Ｉａはモータの抵抗により生じる電圧効果分を補償する電圧ベクトル、ＶａはＩＰＭＳＭに印加される電圧であり、ω・Φ０とＲ・Ｉａの合成ベクトルである。ここで、制御上の軸として、γ−δ軸を用いずにそのままｄ-ｑ軸を用いてもよく、どちらを用いても制御可能であるが、本実施の形態では電流成分が検出しやすいγ-δ軸を用いた場合について説明する。
【００７１】
ここで、本実施の形態では、制御軸としてγ-δ軸を用いており、制御の簡素化のためｄ−ｑ軸とγ―δ軸との位相差ΔθをΔθ≒０と近似して、各軸のインダクタンスをＬγ≒Ｌｄ、Ｌδ≒Ｌｑとして取り扱っている。
【００７２】
本実施の形態においては、電流が最小となる電流位相角にて駆動するための制御量として励磁電流を制御するようにしているので、この励磁電流について以下に説明する。図４に示したように、制御軸として定義されたγ-δ軸（あるいはＩＰＭＳＭの回転子位置を基準にしたｄ-ｑ軸）において、γ軸（あるいはｄ軸）に対応する電流ｉγ（あるいはｉｄ）が一般的に励磁電流と呼ばれ、この励磁電流により発生する固定子側の磁束（Ｌｄ・ｉγ＋Ｌｑ・ｉδ）と回転子磁石の磁束（ΦＦ）とにより合成磁束ベクトル（Φ０）が生じる。
【００７３】
一方、δ軸（あるいはｑ軸）に対応する電流は一般的に電流成分のトルクに関する成分(トルク電流)と呼ばれ、モータの出力トルクに応じた大きさとなる。
【００７４】
ここで、電流ベクトルＩａは励磁電流ｉγ(またはｉｄ)とトルク電流ｉδ(またはｉｑ)の合成ベクトルである。ＩＰＭＳＭの運転状態（所定回転数、所定負荷トルク）に応じて出力電圧ベクトルＶａを変化させると、励磁電流ｉγが変化（δ軸電流ｉδはトルク成分のためほとんど変化しない）し、この励磁電流ｉγが変化することにより電流位相角βが変化する。図４に示したように励磁電流ｉγ（またはｉｄ）とトルク電流ｉδ（またはｉｑ）の合成ベクトルが電流ベクトルＩａであるため、励磁電流ｉγ（またはｉｄ）とトルク電流ｉδ（またはｉｑ）を制御して、出力電圧ベクトルＶａを制御すれば電流ベクトルＩａの電流位相角βを変化させることができる。
【００７５】
本実施の形態では速度制御器を持たない、つまりトルク電流指令値（ｉδ＊）を有さない場合の制御においても、電流が所定値以下（あるいは最小）となる電流位相角が得られるように励磁電流ｉγのみを制御することによって出力電圧ベクトルＶａを制御して、電流が所定値以下（電流最小）となるように制御している。電流が最小（あるいは電流が所定値以下）となる電流位相角βｍは、ｄ−ｑ軸座標系のｑ軸から電流ベクトルＩａへのなす角である。しかし、速度制御器を持たない制御方式あるいは位置センサを持たない制御方式においては、実際のｄ−ｑ軸の位置が分からないため、本実施の形態では、制御軸（γ−δ軸）とモータ軸（ｄ−ｑ軸）との位相差Δθの影響を無視できるように、制御に用いる変数として電圧ベクトルの大きさＶａ、電圧指令値Ｖａ＊、電流ベクトルの大きさＩａを用いるようにしている。
【００７６】
本実施の形態では、同期電動機の駆動手段に速度制御ループや電流制御ループを持たない制御方式においても、電流最小制御を実現可能とするため、電流位相制御手段１４にて出力される励磁電流指令値ｉγ＊を以下のようにして求めている。
【００７７】
出力電圧演算手段１５が出力電圧信号（たとえば出力電圧指令値演算手段１０の前回の出力値であるＶγ＊およびＶδ＊など）を用いて次式（数式７）によりインバータの出力する電圧の大きさＶａを求める。
【００７８】
【数７】
0003637897.tif 000008
【００７９】
ここで、出力電圧信号にインバータ主回路３が出力する出力電圧（Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗ）を使用してもよく、その場合は、別途電圧検出手段（図示せず）をインバータ主回路３の出力側に設ければよい。本実施の形態では、電圧検出手段などを不要とするため出力電圧指令値演算手段１０の前回の出力値であるＶγ＊およびＶδ＊を使用するようにしているので、電圧検出手段などが不要で構成が簡単であり、しかも低コストありながら、低電流で高効率な装置が得られる。
【００８０】
また、電流演算手段２１では、駆動負荷である同期電動機５を流れる電流を３相２相座標変換を行なって得られるγ軸電流ｉγおよびδ軸電流ｉδを用いて、電流の大きさＩａを数式８にて演算する。
【００８１】
【数８】
0003637897.tif 000009
【００８２】
ここで、数式８では、制御軸（γ−δ軸）上にて電流ベクトルの大きさＩａを演算しているが、制御軸（γ−δ軸）とモータ軸（ｄ−ｑ軸）とは、位相差Δθだけずれているだけで、電流ベクトルの大きさＩａは同一である。したがって、本実施の形態のように電流ベクトルの大きさＩａを制御に用いると、制御軸（γ−δ軸）とモータ軸（ｄ−ｑ軸）の位相差Δθを考慮しなくても良くなるので、速度制御ループや電流制御ループを持たない制御方式においても、制御可能となる。電流位相演算手段２２では、数式８を使用して数式６（あるいは数式５）より電流が所定値以下（あるいは最小）となる電流位相角βｍを演算する。電圧指令値演算手段１６では、ｄ−ｑ軸座標系の演算式を用いて、電流が所定値以下（あるいは最小）となる電流位相角βｍで駆動負荷５を駆動するための電圧指令値Ｖａ＊を以下のようにして求める。数式３を数式１に代入すればＶｄ、Ｖｑが求まるから、その合力の大きさＶａはＶｄとＶｑの２乗和の平方根（数式９）で表される。
【００８３】
【数９】
0003637897.tif 000010
【００８４】
ただし、制御軸（γ−δ軸）とモータ軸（ｄ−ｑ軸）とは、Δθの位相差だけずれているが、制御軸（γ−δ軸）上の電圧ベクトルの大きさＶａとモータ軸（ｄ−ｑ軸）上の電圧ベクトルの大きさＶａは同じなので、座標軸の置き換えが可能である。すなわち、制御上、実際に得られる座標系はγ−δ軸座標系なので、モータ軸（ｄ−ｑ軸）上の電圧ベクトルの大きさを表す数式９を制御軸（γ−δ軸）上の電圧ベクトルの大きさＶａを表す数式７に置き換えて考えることができる。
【００８５】
そして、この数式７に数式８で求めたＩａおよび数式６（あるいは数式５）で求めた電流位相角βｍを代入して電流位相角βがβｍのときの電圧指令値Ｖａ＊が数式１０のように求まる。ここでも、制御軸（γ−δ軸）とモータ軸（ｄ−ｑ軸）との位相差Δθを考慮しないて良いように、指令値を電圧ベクトルの大きさＶａ＊で指令するようにしている。
【００８６】
【数１０】
0003637897.tif 000011
【００８７】
ここで、上述したように、Ｉａは同期電動機５に流入するγ-δ軸での電流の大きさ、βmは出力トルクが所定値以上（あるいは最大）となる電流位相角、すなわち電流が所定値以下（最小）となる電流位相角である。
【００８８】
ここで、数式１０の電圧指令値Ｖａ＊の演算時において、数式５あるいは数式６を使用して電流が最小（電流が所定値以下）となる電流位相角βmまで求めると演算負荷が大きくなり、演算負荷が増大し、演算時間が長くなる場合がある。この場合は、βｍまで求める必要はなく、sinβmを求めることができれば良い。そのためには、数式５（あるいは数式６）を変形してsinβmを求め、数式８で得られたＩａ及び一次周波数演算手段９により求まる一次周波数ω１をωとして数式１０に代入すれば、電圧指令値Ｖａ＊を演算することが可能であり、βｍまで求める場合に比べてｓｉｎβｍまでしか求めないので、演算数を減少させることができ、演算時間の短縮が図れる。ここで、ｓｉｎβｍ、ｃｏｓβｍは、たとえば数式６より数式１１のように求めることができる。
【００８９】
【数１１】
0003637897.tif 000012
【００９０】
ここで、Ｖａ＊がωとＩａとの関数であることを利用して、ωとＩａまたはωとＩａ２の関係を有する数値テーブルを予め電圧指令値演算手段１６や別途設けた記憶手段などに記憶するようにしておいてもよい。
【００９１】
このようにテーブルを有するようにすれば、平方根などの演算時間のかかる演算の低減および演算数の低減を行なうことが可能となり、マイコンの選定の自由度が大きくなり、低コスト化が図れる。また、演算式を用いるかテーブルを用いるかの判断は使用するマイコンの性能に応じて選択すればよい。
【００９２】
基準励磁電流演算手段１８においては、数値テーブル、あるいは周波数ωとの関数、あるいは予め与えられた一定値の定数等により、励磁電流指令値ｉγ＊の基準値となるｉγ０を求める。励磁電流演算手段１７では基準励磁電流指令値演算手段１８により得られた基準励磁電流指令値ｉγ０、出力電圧演算手段１５により得られた出力電圧の大きさＶａ、および電圧指令値演算手段１６により得られた電圧指令値Ｖａ＊を用いて以下に示す数式１２により励磁電流指令値ｉγ＊を求める。ここで、数式１２におけるＫｈｅは予め実験などにより与えられる励磁電流の制御ゲインである。
【００９３】
【数１２】
0003637897.tif 000013
【００９４】
数式１２における励磁電流指令値ｉγ＊の演算は、電圧指令値Ｖａ＊と出力電圧の大きさＶａとの差に比例ゲインＫｈｅを乗じて演算する比例制御方式の一例である。比例制御方式では電圧指令値Ｖａ＊と出力電圧の大きさＶａとの差分に予め与えられた制御ゲインを乗じているだけなので、電圧指令値Ｖａ＊に対して定常的な誤差を生じるため、より精度よく電流位相角βの制御を行いたい場合は、積分制御を用いればよい。積分制御を用いた制御方式の一例を数式１３に示す。
【００９５】
【数１３】
0003637897.tif 000014
【００９６】
ここで、ｉγ＊_ｐｒｖは、電流位相制御手段１４における前回の制御周期での励磁電流指令値の出力値であり、この前回の制御周期での励磁電流指令値の出力値を基準励磁電流指令値としてｉγ０の代わりに使用することにより電圧指令値Ｖａ＊と出力電圧の大きさＶａとの差分を極力０に近づけることができるようになるため、電圧指令値Ｖａ＊に対する誤差が小さくでき、演算精度が向上する。ここで、数式１２で示したような比例制御方式では精度よく電流位相角βを電流最小位相角βｍへ追従させることが困難ではあるが、速度制御ループや電流制御ループを持たない制御方式や過変調領域での制御を行なう場合には、数式１３で示したような積分制御よりも数式１２で示したような比例制御のほうがより安定した制御性が得られる。
【００９７】
電流位相制御手段１４では以上の数式１〜数式１３を使用することによって、励磁電流指令値ｉγ＊を演算する。そして、この電流位相制御手段１４にて演算された励磁電流指令値ｉγ＊は同期電動機の制御の安定性を得るためにローパスフィルタなどのフィルタ手段１９によりフィルタリングされ、フィルタリングされた励磁電流指令値ｉγ＊が出力電圧指令値演算手段１０において演算に用いられる。ここで、フィルタ手段１９は設けなくても良いが、制御の安定性を得るためにはフィルタ手段１９は設けた方が良い。
【００９８】
以上のように、同期電動機５を電流が所定値以下（あるいは最小）となる電流位相角にて駆動するために電流位相角を制御する方法として、本実施の形態では、同期電動機に流れる電流を検出する電流検出手段６ａ、６ｂと、電流検出手段６ａ、６ｂにより得られた電流信号および同期電動機５に印加される電圧の電圧信号に基づいて同期電動機５の出力トルクが所定値以上となるように同期電動機５に流れる電流の電流位相角βを制御するための励磁電流指令値ｉγ＊を出力する電流位相制御手段１４と、電流位相手段１４により出力された励磁電流指令値ｉγ＊をフィルタリングするフィルタ手段１９と、電流検出手段６ａ、６ｂにより検出された電流の変動量より周波数指令値ωｍ＊に対する補償量ωｄを求め、補償量ωｄにより補償された周波数指令値ω１を出力する周波数演算手段９と、補償された周波数指令値ω１、およびフィルタリングされた励磁電流指令値ｉγ＊に基づいて同期電動機５を駆動するための出力電圧指令値Ｖγ＊、Ｖδ＊を求める出力電圧指令値演算手段１０と、を備えたので、電流が所定値以下となる電流位相角の励磁電流指令値および補償された周波数指令値に基づいて出力電圧指令値を演算するため、周波数変動や負荷変動により同期電動機の運転条件が変化した場合においても、その条件に応じて電流が所定値以下（あるいは最小）となる電流位相角へ電流を制御することが可能であり、運転条件の変化に追従して精度よく電流値を所定値以下（あるいは最小）にすることができ、高効率な電動機駆動装置を得ることができる。また、フィルタ手段１９を設けているので、演算毎の励磁電流指令値ｉγ＊のばらつきが小さくなり、安定した制御が行なえる。
【００９９】
また、本実施の形態では、電流検出手段６ａ、６ｂにより得られた電流信号に基づいて同期電動機５の出力トルクが所定値以上となるような電流位相角βｍを求める電流位相演算手段２２と、電流位相演算手段２２により得られた電流位相角βｍおよび周波数指令値演算手段９により得られた前回の周波数指令値である一次周波数ω１とに基づいて電圧指令値Ｖａ＊を演算する電圧指令値演算手段１６と、同期電動機５に印加される電圧の電圧信号に基づいて電圧の大きさを演算する電圧演算手段１５と、電圧指令値演算手段１６にて得られた電圧指令値Ｖａ＊、および電圧演算手段１５より得られた電圧の大きさＶａとに基づいて同期電動機５を駆動するための励磁電流指令値ｉγ＊を求める励磁電流指令値演算手段１７と、によって電流位相制御手段１４を構成して、電流が所定値以下（あるいは最小）となるような電流位相角βｍへ電流位相角βを制御するようにしたため、電流が所定値以下（あるいは最小）となる電流位相角βｍでの出力電圧と実際の出力電圧を求める簡単な構成でありながら、運転条件ごとに励磁電流指令値の数値テーブルや関数を持つ必要がないため、インバータ制御手段に用いられるマイコンのメモリ使用量を増加させることがなく、メモリ容量が小さい安価なマイコンが使用でき、また、簡単な制御回路で対応できるため、信頼性が高く安価な同期電動機駆動装置を得ることができる。
【０１００】
また、本実施の形態では、直流を供給する直流電源４と、スイッチング素子をオン、オフ動作させることにより直流電源４よりの直流を交流に変換するインバータ主回路３と、インバータ主回路３内のスイッチング素子のオン、オフ動作を制御するための電圧指令値を出力するインバータ制御手段２と、インバータ制御手段２により制御されるインバータ主回路３により出力される電圧が印加されることにより制御される駆動負荷５と、を備え、インバータ制御手段２を、駆動負荷を流れる電流に基づいて駆動負荷の出力トルクが所定値以上となるような電流位相角βｍにて駆動負荷５を駆動するための励磁電流指令値ｉγ＊を演算する電流位相制御手段２２と、電流位相制御手段２２より得られた励磁電流指令値ｉγ＊をフィルタリングするフィルタ手段１９と、駆動負荷５を流れる電流の変動量より周波数指令値ωｍ＊を補償して一次周波数ω１として出力する周波数演算手段９と、フィルタ手段１９によりフィルタリングされた励磁電流指令値ｉγ＊と周波数演算手段９により得られた一次周波数ω１とに基づいて駆動負荷５を駆動するための電圧指令値Ｖγ＊、Ｖδ＊を演算する出力電圧指令値演算手段１０と、によってインバータ装置を構成しているので、電流位相制御手段と周波数演算手段を設けるだけの簡単な構成でありながら、駆動負荷の運転条件が変化しても、その条件での出力トルクが所定値以上となるように制御できる。また、出力トルクに応じて電流値が所定値以下となる電流位相角で電流を制御でき、低電流で高効率な同期電動機駆動装置が実現できる。また、電流値を小さくできるのでスイッチング素子の定格容量を小さくでき、低コストなインバータ装置を提供できる。また、フィルタ手段１９を設けているので、励磁電流指令値ｉγ＊のばらつきが少なくなり、駆動負荷を安定して制御できる信頼性の高いインバータ装置が得られる。
【０１０１】
さらに、駆動負荷５を流れる電流により出力トルクが所定値以上となる電流位相角βｍを求める電流位相演算手段２２と、電流位相演算手段２２により求められた電流位相角βｍが得られるような電圧指令値Ｖａ＊を演算する電圧指令値演算手段１６と、出力電圧指令値演算手段１０により求められた前回の出力電圧指令値Ｖγ＊、Ｖδ＊を基にして電圧の大きさＶａを演算する電圧演算手段１５と、電圧演算手段１５より得られた電圧の大きさＶａ、および電圧指令値演算手段１６により求められた電圧指令値Ｖａ＊とに基づいて駆動負荷５を駆動するための励磁電流指令値ｉγ＊を求める励磁電流指令値演算手段１７と、によって電流位相制御手段１４を構成したので、駆動負荷に流れる電流値が所定値以下となるような電流位相角への追従性がよく、短時間で効率の良い状態に制御できる。また、電流値が所定値以下となる電流位相角付近での収束性および安定性が良いので、制御性がよく低電流で高効率なインバータ装置が実現できる。また、励磁電流指令値のみを制御するため、制御に用いる値として電圧ベクトルの大きさＶａ、Ｖａ＊や電流ベクトルの大きさＩａを用いることで制御軸（γ−δ軸）とモータ軸（ｄ−ｑ軸）との位相差を考慮する必要がなく、さらに、速度制御器や電流制御器を持たない場合でも、低電流で高効率なインバータ装置が実現できる。
【０１０２】
また、本実施の形態では、周波数変動や負荷変動により同期電動機の運転条件が変化した場合においても、その条件に応じて出力トルクが所定値以上（あるいは最大）となる電流位相角へ電流を制御することが可能となるので、高出力なインバータ装置や同期電動機駆動装置が得られる。
【０１０３】
また、常に電流が所定値以下（あるいは最小）となるように電流位相角を制御するので、電流最小位相角への追従性がよく、また、電流最小位相角付近での収束性および安定性が良いため、制御性のよいインバータ装置や同期電動機駆動装置が得られる。また、励磁電流指令値のみを制御するため、制御に用いる値として電圧ベクトルの大きさＶａ、Ｖａ＊や電流ベクトルの大きさＩａを用いることで制御軸（γ−δ軸）とモータ軸（ｄ−ｑ軸）との位相差を考慮する必要がなく、さらに、速度制御器や電流制御器を持たない場合でも、電流が所定値以下（あるいは最小）となる電流位相制御が実現できるインバータ装置や同期電動機駆動装置が得られる。
【０１０４】
また、本実施の形態では、回転子位置を検出するための位置センサを用いない位置センサレスで電動機を駆動する場合であるため、位置センサが不要で低コストで信頼性が高く、かつ、電流が所定値以下（あるいは最小）となる電流位相制御が実現できるので、高効率なインバータ装置や同期電動機駆動装置が得られる。また、位置センサが不要なので、位置センサを取り付けることができない圧縮機などに使用される同期電動機においても高出力で高効率な高効率な制御の行なえるインバータ装置や同期電動機駆動装置を実現できる。
【０１０５】
また、本実施の形態では、出力電圧演算手段１５にて用いる電圧信号は出力電圧指令値演算手段１０より得られる前回の出力電圧指令値Ｖγ＊およびＶδ＊でなくともよく、実際にインバータ主回路３から出力される電圧値を電圧検出手段（図示せず）を設けて検出しても良い旨を説明したが、この場合は、電圧検出手段（図示せず）を設けてインバータ主回路３から出力される電圧値を検出した後に、３相２相変換手段を用いてγ-δ軸上の電圧値Ｖγ、Ｖδに変換し、この変換した電圧値Ｖγ、Ｖδを用いればよい。実際の電圧値を検出して使用することで、より精度よく駆動負荷である同期電動機５を制御することができ、高効率で信頼性の高い装置を得ることができる。
【０１０６】
また、図１において、インバータ制御手段２内の電流位相制御手段１４での演算周期と電流位相制御手段１４以外での演算処理の周期を異なる周期としてもよい。インバータ制御手段２内の電流位相制御手段１４内での演算は、電流位相制御手段１４以外の演算処理に比べて早い応答性を必要としないため、電流位相制御手段１４による演算周期（励磁電流制御周期）を電流位相制御手段１４以外の制御周期（出力電圧制御周期）よりも大きくしてもよい。すなわち、電流位相制御手段１４での演算処理周期（励磁電流制御周期）を電流位相制御手段１４以外の演算処理周期（出力電圧制御周期）の数回〜数百回に１回程度にすればよい。このようにすることでインバータ制御手段２の演算処理をマイコン等で実現する場合、マイコンでの処理負荷の低減が可能となり、低コストなインバータ制御手段が得られ、さらには低コストな電動機駆動装置を得ることができる。
【０１０７】
次に、図５を用いて本発明の実施の形態1における同期電動機の制御方法の一例を説明する。図５は本実施の形態を表す同期電動機を所定値以下の電流で高効率駆動するための制御方法を示すフローチャート図である。図において、ＳＴ１は同期電動機に流れる電流を検出し、２相座標系の電流値ｉγ、ｉδを演算する電流検出・演算ステップ、ＳＴ２は電流検出・演算ステップＳＴ１により得られた電流信号を基に電流が所定値以下（あるいは最小）となる電流位相角βｍを電流位相演算手段２２にて求める電流位相演算ステップ、ＳＴ３は、周波数演算手段９により得られた前回の補償された周波数指令値である一次周波数ω１、および電流位相演算ステップＳＴ２により得られた電流位相角βｍとを基にして電圧指令値Ｖａ＊を求める電圧指令値演算ステップ、ＳＴ４は同期電動機に印加される電圧の大きさＶａを演算する電圧演算ステップ、ＳＴ５は基準励磁電流指令値ｉγ０を求める基準励磁電流演算ステップである。
【０１０８】
ＳＴ６は実際の電流位相角を、電圧指令値演算ステップＳＴ３にて得られた電圧指令値Ｖａ＊、および電圧演算ステップＳＴ２にて得られた電圧の大きさＶａを基にして、電流が所定値以下（あるいは最小）となる電流位相角βｍで動機電動機５を駆動するための励磁電流指令値ｉγ＊を求める励磁電流指令値演算ステップ、ＳＴ７はＳＴ６にて得られた励磁電流指令値ｉγ＊をフィルタ手段１９を通過させることによりフィルタリングするフィルタステップ、ＳＴ８はフィルタステップＳＴ７により得られたフィルタリングされた励磁電流指令値ｉγ＊に基づき同期電動機を駆動するための出力電圧指令値Ｖγ＊、Ｖδ＊を求める出力電圧指令値演算ステップである。
【０１０９】
まず、ＳＴ１にて駆動負荷である同期電動機５の少なくとも２相の電流を検出し、２相座標系の電流値に変換する。すなわち、電流検出手段６ａ、６ｂにより同期電動機５に流れる２相分の電流（たとえばＵ相電流ｉｕ、Ｖ相電流ｉｖ）を検出し、３相２相変換手段７により２相座標系の電流（たとえばγ軸電流ｉγ、δ軸電流ｉδ）に変換し、Ｉａを数式８にて演算する。
【０１１０】
ＳＴ２では、ＳＴ１で得られたγ軸電流ｉγ、δ軸電流ｉδを用いて電流値が所定値以下（あるいは最小）となる電流位相角βｍを電流位相演算手段２２にて数式６（あるいは数式５）を用いて演算する。（ここで、数式６や数式５のように電流位相角βｍまで求めなくとも数式１１のようにｓｉｎβｍ、ｃｏｓβｍまで求めればよいので、数式１１にてｓｉｎβｍ、ｃｏｓβｍまで求めて、演算負荷の低減を図ってもよい。）
【０１１１】
ＳＴ３では、周波数演算手段９により得られた前回の補償された周波数指令値である一次周波数ω１、およびＳＴ２により得られた電流位相角βｍとを基にして電圧指令値演算手段１６にて数式１０を使用して電圧指令値Ｖａ＊を求める。
【０１１２】
ＳＴ４では図１に示した出力電圧指令値演算手段１０などにより得られた電圧指令値より駆動負荷に印加される電圧値を電圧演算手段１５にて演算する。すなわち、ＳＴ４では、出力電圧指令値演算手段１０にて演算された前回の電圧指令値Ｖγ＊、Ｖδ＊を用いて同期電動機５を駆動するための電圧の大きさＶａを電圧演算手段１５にて数式７を使用して演算する。ここで、電圧指令値Ｖγ＊、Ｖδ＊は、電圧検出手段（図示せず）などを別途設けて駆動負荷５に印加される電圧を検出して、その電圧信号を使用してもよい。そうすると、常に最新の電圧情報が利用できるので、木目細かな信頼性の高い制御が行なえる同期電動機の制御方法が得られる。
【０１１３】
ＳＴ５では、周波数指令値（たとえば周波数演算手段９により得られた前回の補償された周波数指令値である一次周波数ω１）を基にして,基準励磁電流演算手段１８にて基準励磁電流指令値ｉγ０を求める。
【０１１４】
ＳＴ６では、ＳＴ３により得られた電圧指令値Ｖａ＊、ＳＴ４により得られた電圧の大きさＶａ、およびＳＴ５により得られた基準励磁電流指令値ｉγ＊とを基にして電流位相角βｍで駆動負荷５を駆動するための励磁電流指令値ｉγ＊を励磁電流指令値演算手段１７にて数式１２（あるいは数式１３）を使用して求める。そして、ＳＴ７では、ＳＴ６にて得られた励磁電流指令値ｉγ＊をローパスフィルタなどのフィルタ手段１９を通過させて励磁電流指令値ｉγ＊の高周波成分を除去して演算周期毎のばらつきを小さくして平均化させ、演算の安定性および制御の安定性を向上させている。ここで、ローパスフィルタなどのフィルタ手段１９を設けないと励磁電流指令値ｉγ＊を平均化させることができないので、ばらつきが大きくなり精度よく安定した制御ができない。
【０１１５】
ＳＴ８では、ＳＴ７により得られたフィルタ手段１９によりフィルタリングされた励磁電流指令値ｉγ＊に基づいて駆動負荷５を駆動するための出力電圧指令値Ｖγ＊、Ｖδ＊を出力電圧指令値演算手段１０にて求める。ここで、出力電圧指令値演算ステップＳＴ８で用いられる演算式は同期電動機の制御方式によって異なるので、Ｖγ＊、Ｖδ＊が演算できればどのような演算式でもよい。
【０１１６】
たとえば、電圧指令値演算手段１０の出力であるγ軸電圧指令値Ｖγ＊、δ軸電圧指令値Ｖδ＊を演算する数式の一例を数式１４に示す。
【０１１７】
【数１４】
0003637897.tif 000015
【０１１８】
数式１４は、たとえば一次磁束制御による同期電動機の位置センサレス制御方式を用いた場合の演算式を表している。ここで、数式１４において、Φγ＊は一次磁束制御における一次磁束指令値、Φγerrは一次磁束誤差、Kγはγ軸制御ゲイン、Kδはδ軸制御ゲインである。
【０１１９】
以上のように、本実施の形態では、同期電動機に流れる電流値を基にして同期電動機の出力トルクが所定値以上となるような電流位相角を求める電流位相演算ステップＳＴ３と、同期電動機５に印加される電圧の大きさを演算する電圧演算ステップＳＴ４と、基準励磁電流指令値を求める基準励磁電流演算ステップＳＴ５と、電圧指令値演算演算ステップＳＴ３にて得られた電圧指令値Ｖａ＊、電圧演算ステップＳＴ４により得られた電圧の大きさＶａ、および基準励磁電流指令値演算ステップにより得られた基準励磁電流指令値ｉγ０とを基にして同期電動機５を駆動するための励磁電流指令値ｉγ＊を求める励磁電流指令値演算ステップＳＴ６と、励磁電流指令値演算ステップＳＴ６により得られた励磁電流指令値ｉγ＊をフィルタ手段１９にて高周波成分を除去して演算周期毎のばらつきを抑制するためのフィルタリングを行なうフィルタステップと、を備えたので、簡単な制御でありながら高出力、低電流で効率よく安定して制御の行なえる同期電動機の制御方法を得ることができる。
【０１２０】
また、回転周波数や負荷変動により同期電動機の運転条件が変化した場合においても、その条件に応じた出力トルクが所定値以上となる低電流の電流位相角で電流を制御でき、低電流でかつ高効率で同期電動機を駆動できる。また、低電流の位相への追従性がよく、低電流の位相付近での収束性および安定性が良いので、制御性が改善できる。また、座標軸を考慮する必要がなく励磁電流指令値のみを制御する簡単な制御であるため、速度制御器や電流制御器を持たない制御手段においても低電流、高効率で同期電動機を精度よく駆動できる制御方法が得られる。
【０１２１】
ここで、図５において、電圧演算ステップＳＴ４は、励磁電流指令値演算ステップＳＴ６よりも前のステップにて行なわれればどこで行なっても良く、ＳＴ１〜ＳＴ５までのどこで行なわれてもよい。また、出力電圧指令値演算ステップＳＴ８は励磁電流の制御のみでなく、回転周波数指令値や負荷トルクに応じた同期電動機駆動を行うための出力電圧指令値も求めるステップである。図５において、電流検出・演算ステップＳＴ１から励磁電流指令値演算ステップＳＴ６までの処理周期を処理周期Ａとし、インバータ制御手段２内の出力電圧指令値演算ステップＳＴ７以降の処理周期を処理周期Ｂとすると、処理周期Ａと処理周期Ｂは、処理を行うマイコン等の処理負荷低減のため異なる周期に設定してもよい。この場合、処理周期Ａは処理周期Ｂに比べて応答性を必要としないため、処理周期Ａを処理周期Ｂよりも長くした方がマイコンの負荷軽減が行なえるため、低コストのマイコンが使用でき、マイコンの選定の自由度が広がり、簡単な制御でありながら低コストで信頼性の高い電動機制御方法が得られる。
【０１２２】
また、実施の形態１にて説明した、電流が所定値以下（あるいは最小）となる電流位相角βmを求めずに電流最小の高効率制御を行う方法を図６を用いて説明する。図６は本発明の実施の形態１を表す別のインバータ装置および同期電動機駆動装置の構成を示す図である。図において、図１と同等部分は同一の符号を付して説明は省略する。
【０１２３】
図６において、１４０は電流位相制御手段であり、出力電圧の大きさＶａを求める出力電圧演算手段１５、２相３相座標変換手段７により得られたγ軸電流ｉγ、δ軸電流ｉδをもとにして電流の大きさＩａを演算する電流演算手段２１、電流値が所定値以下（あるいは最小）となる電流位相角βｍをｓｉｎβｍとして演算し、この電流位相角βｍにて駆動負荷５を駆動するための電圧指令値Ｖａ＊を求める電圧指令値演算手段１６０、電圧指令値Ｖａ＊と出力電圧の大きさＶａの誤差を演算する電圧誤差演算手段２２５、基準となる励磁電流指令値ｉγ０を求める基準励磁電流指令値演算手段１８、駆動負荷を駆動するための励磁電流指令値ｉγ＊を求める励磁電流指令値演算手段１７０、により構成される。
【０１２４】
したがって、図６に示す構成の装置では、電流検出手段６ａ、６ｂにより検出された電流値あるいは電流信号、および同期電動機５に印加される電圧信号（たとえば出力電圧信号Ｖγ＊、Ｖδ＊やその大きさＶａ）に基づいて同期電動機５の出力トルクが所定値以上となるような電流位相角βｍで駆動するための電圧指令値Ｖａ＊を求める電圧指令値演算手段１６０と、電圧指令値Ｖａ＊と電圧信号Ｖａとを比較して電圧誤差を求める電圧誤差演算手段２２５と、電圧誤差演算手段２２５より得られる電圧誤差から同期電動機５の出力トルクが所定値以上となる電流位相角βｍで駆動するための励磁電流指令値ｉγ＊を演算する励磁電流指令値演算手段１７０と、によって、電流位相制御手段１４０を構成しており、電圧誤差を演算する電圧誤差演算手段２２５を有するため、演算式が複雑化せず簡略化した演算式にて簡単に演算でき、演算時間の短縮化が行える。また、回転周波数や負荷変動により同期電動機の運転条件が変化した場合においても、その条件に応じた出力トルクが所定値以上となる低電流の電流位相角で電流を制御でき、低電流で高効率な同期電動機駆動装置が実現できる。
【０１２５】
また、電流値が所定値以下となる電流位相角βｍへの追従性がよく、この電流位相角付近での収束性および安定性の良い低電流で高効率な同期電動機駆動装置が実現できる。また、座標軸を考慮する必要がなく励磁電流指令値のみを制御するため、速度制御器や電流制御器を持たない制御手段においても良好な低電流で高効率な同期電動機駆動装置が実現できる。
【０１２６】
次に動作をフローチャート図を用いて説明する。図７は本実施の形態の同期電動機の別の制御方法を示すフローチャート図である。図において、ＳＴ１１は同期電動機に流れる電流を検出し、電流の大きさを求める電流検出・演算ステップ、ＳＴ１２は電流検出・演算ステップＳＴ１１で得られた電流信号および同期電動機の回転周波数より電流が所定値以下（あるいは最小）となる電流位相角で駆動負荷を駆動するための出力電圧指令値Ｖａ＊を求める電圧指令値演算ステップである。
【０１２７】
ＳＴ１３は同期電動機に印加される電圧の大きさＶａを演算する電圧演算ステップ、ＳＴ１４は電圧指令値演算ステップＳＴ１２より得られた電圧指令値Ｖａ＊と電圧演算ステップＳＴ１３で得られた電圧の大きさＶａとの差（Ｖａ＊−Ｖａ）を求める電圧誤差演算ステップ、ＳＴ１５は基準励磁電流指令値ｉγ０を演算する基準励磁電流指令値演算ステップ、ＳＴ１６は基準励磁電流指令値演算ステップＳＴ１５により得られた基準励磁電流指令値ｉγ０、および電圧誤差演算ステップＳＴ１４により得られた電圧誤差（Ｖａ＊−Ｖａ）とを基にして励磁電流指令値ｉγ＊を求める励磁電流指令値演算ステップ、ＳＴ１７は励磁電流指令値演算ステップＳＴ１６により得られた励磁電流指令値ｉγ＊をフィルタ手段１９により高周波成分を除去するフィルタリングを行なうフィルタステップ、ＳＴ１８はフィルタステップＳＴ１７によりフィルタリングされた励磁電流指令値ｉγ＊に基づいて同期電動機５を駆動するための出力電圧指令値Ｖγ＊、Ｖδ＊を求める出力電圧指令値演算ステップである。
【０１２８】
まず、ＳＴ１１にて駆動負荷である同期電動機５の少なくとも２相の電流を検出し、２相座標系の電流値に変換し、その大きさを求める。すなわち、電流検出手段６ａ、６ｂにより同期電動機５に流れる２相分の電流（たとえばＵ相電流ｉｕ、Ｖ相電流ｉｖ）を検出し、３相２相変換手段７により２相座標系の電流（たとえばγ軸電流ｉγ、δ軸電流ｉδ）に変換し、大きさＩａを数式８にて演算する。
【０１２９】
ＳＴ１２では、ＳＴ１１で得られたγ−δ軸電流ｉγ、ｉδ、および電流の大きさＩａを用いて電流値が所定値以下（あるいは最小）となる電流位相角βｍを数式１１にてｓｉｎβｍ、ｃｏｓβｍを求め、電圧指令値演算手段１６０にて数式１０を用いて電圧指令値Ｖａ＊を演算する。
【０１３０】
そして、ＳＴ１３にて出力電圧指令値演算手段１０などにより得られた電圧指令値より駆動負荷に印加される電圧値を電圧演算手段１５にて演算する。すなわち、ＳＴ１３では、出力電圧指令値演算手段１０にて演算された前回の電圧指令値Ｖγ＊、Ｖδ＊を用いて同期電動機５を駆動するための電圧の大きさＶａを電圧演算手段１５にて数式７を使用して演算する。ここで、ＳＴ１３では、電圧指令値として駆動負荷５に印加される電圧を電圧検出手段などを別途設けて検出して、その電圧信号を使用してもよい。そうすると、常に最新の電圧情報が利用できるので、木目細かな信頼性の高い制御が行なえる装置が得られる。
【０１３１】
ＳＴ１４ではＳＴ１２で得られた電圧指令値Ｖａ＊およびＳＴ１３にて得られた電圧の大きさＶａより電圧誤差演算手段２２５にて電圧誤差（Ｖａ＊−Ｖａ）を求める。そして、ＳＴ１５にて、周波数演算手段９の前回の出力値である補償された周波数指令値（一次周波数）ω１を本にして基準励磁電流指令値ｉγ０を演算する。ＳＴ１６では、ＳＴ１５にて得られた基準励磁電流指令値ｉγ０、ＳＴ１４にて得られた電圧誤差（Ｖａ＊−Ｖａ）とを基にして電流位相角がβｍとなる電流値で駆動負荷５を駆動するための励磁電流指令値ｉγ＊を励磁電流指令値演算手段１７０にて数式１２（あるいは数式１３）を使用して求める。ここで、本実施の形態では、ＳＴ１４にて電圧誤差（Ｖａ＊−Ｖａ）を直接演算により求めているので、ＳＴ１６での励磁電流指令値ｉγ＊の演算が簡略化され、演算の高速化が行える。
【０１３２】
ＳＴ１７では、ＳＴ１６により求められた励磁電流指令値ｉγ＊をフィルタ手段１９にて高周波成分を除去し、演算周期毎のばらつきを抑制するためのフィルタリングを行なう。ＳＴ１８では、ＳＴ１７にてフィルタリングされた励磁電流指令値ｉγ＊に基づいて駆動負荷５を駆動するための出力電圧指令値Ｖγ＊、Ｖδ＊を出力電圧指令値演算手段１０にて求める。ここで、出力電圧指令値演算ステップＳＴ１８で用いられる演算式は同期電動機の制御方式によって異なるので、Ｖγ＊、Ｖδ＊が演算できればどのような演算式でもよく、たとえば数式１４が使用される。
【０１３３】
以上のように、本実施の形態では、同期電動機に流れる電流値を基にして同期電動機の出力トルクが所定値以上となるような電流位相角で同期電動機を駆動するための電圧指令値を求める電圧指令値演算ステップＳＴ１２と、電圧指令値演算ステップＳＴ１２にて得られた電圧指令値Ｖａ＊と、同期電動機に印加される電圧値の大きさＶａを演算する電圧演算ステップＳＴ１３と、電圧指令値演算ステップＳＴ１２により得られた電圧指令値Ｖａ＊と電圧演算ステップＳＴ１３により得られた電圧の大きさＶＡとを比較して電圧誤差（Ｖａ＊−ＶＡ）を求める電圧誤差演算ステップＳＴ１４と、基準励磁電流指令値ｉγ０を求める基準励磁電流指令値演算ステップと、電圧誤差演算ステップＳＴ１４にて得られた電圧誤差（Ｖａ＊−ＶＡ）、および基準励磁電流演算ステップＳＴ１５により得られた基準励磁電流指令値ｉγ０とを基にして同期電動機の出力トルクが所定値以上となるような電流位相角βｍで同期電動機５を駆動するための励磁電流指令値ｉγ＊を演算する励磁電流指令演算ステップＳＴ１６と、励磁電流指令値演算ステップＳＴ１６により得られた励磁電流指令値ｉγ＊をフィルタリングするフィルタステップＳＴ１７と、フィルタステップＳＴ１７によりフィルタリングされた励磁電流指令値ｉγ＊を基にして同期電動機を駆動するための出力電圧指令値Ｖγ＊、Ｖδ＊を求める出力電圧指令値演算ステップＳＴ１８と、を備えたので、電圧誤差を求める簡単な制御でありながら制御性がよく、高出力・低電流で効率よく同期電動機を駆動できる同期電動機の制御方法を得ることができる。また、フィルタステップを有するので、同期電動機を安定した状態で制御できる信頼性の高い同期電動機の制御方法を得ることができる。
【０１３４】
また、同期電動機に流れる電流に基づいて得られる周波数補償量により補償された周波数指令値（一次周波数）ω１と、励磁電流指令値演算ステップＳＴ６、ＳＴ１６により得られた励磁電流指令値ｉγ＊と、に基づいて同期電動機を駆動するための出力電圧指令値Ｖγ＊、Ｖδ＊を求める出力電圧指令値演算ステップＳＴ１８を備えたので、電流が所定値以下となる電流位相角βｍでの励磁電流指令値ｉγ＊および補償された周波数指令値ω１に基づいて出力電圧指令値Ｖγ＊、Ｖδ＊を演算するため、回転周波数や負荷変動により同期電動機の運転条件が変化した場合においても、精度良く追従でき、安定した制御の行なえる同期電動機の制御方法を得ることができる。
【０１３５】
また、回転周波数や負荷変動により同期電動機の運転条件が変化した場合においても、その条件に応じて電流値が所定値以下となる低電流の電流位相角で電流を制御でき、低電流でかつ高効率で同期電動機を駆動できる。また、低電流の位相への追従性がよく、低電流の位相付近での収束性および安定性が良いので、制御性が改善できる。また、座標軸を考慮する必要がなく励磁電流指令値のみを制御するため、速度制御器や電流制御器を持たない制御手段においても低電流、高効率で同期電動機を駆動できる制御方法が得られる。
【０１３６】
ここで、図７において、電圧演算ステップＳＴ１３は、電圧誤差演算ステップＳＴ１４より前のステップであればどこで行なってもよい。また、出力電圧指令値演算ステップＳＴ１８は励磁電流の制御のみでなく、回転周波数指令値や負荷トルクに応じた同期電動機駆動を行うための出力電圧指令値も求めるステップである。図７において、電流検出・演算ステップＳＴ１１から励磁電流指令値演算ステップＳＴ１６までの処理周期を処理周期Ｘとし、インバータ制御手段２内のフィルタステップＳＴ１７以降の処理周期を処理周期Ｙとすると、処理周期Ｘと処理周期Ｙは、処理を行うマイコン等の処理負荷低減のため異なる周期に設定してもよい。この場合、処理周期Ｘは処理周期Ｙに比べて応答性を必要としないため、処理周期Ｘを処理周期Ｙよりも長くした方がマイコンの負荷軽減が行なえるため、低コストのマイコンが使用でき、マイコンの選定の自由度が広がり、簡単な制御でありながら低コストで信頼性の高い電動機制御方法が得られる。
【０１３７】
本発明の実施の形態１に示したインバータ装置や同期電動機駆動装置や同期電動機制御方法は、同期電動機駆動装置（あるいはインバータ装置）と駆動負荷である同期電動機が１：１で接続された場合の関係を一例として示したものであり、このような場合においては、駆動負荷である同期電動機５内に本実施の形態の同期電動機駆動装置および制御方法を同期電動機に一体に組み込むことで、駆動装置や制御方法を備えた高効率で信頼性の高い同期電動機を得ることができる。
【０１３８】
実施の形態２．
本発明の実施の形態２における同期電動機駆動装置について以下に説明する。図８は本発明の実施の形態２を表すインバータ装置および同期電動機駆動装置の構成を示す図である。図において、実施の形態１の図１〜図７と同等部分は同一の符号を付して説明は省略する。図において、１は同期電動機駆動装置であり、複数のスイッチング素子から構成され、直流を交流に変換するインバータ主回路３、インバータ主回路３の複数のスイッチング素子をオン・オフ制御するためのＰＷＭ信号を出力するインバータ制御手段２により構成される。
【０１３９】
また、４はインバータ主回路３に接続された直流電源、５はインバータ主回路３により駆動される駆動負荷である同期電動機であり、同期電動機駆動装置１、直流電源４、駆動負荷５によりインバータ装置が構成される。インバータ制御手段２が出力するＰＷＭ信号を基にインバータ主回路３内のスイッチング素子がオン・オフ動作し、直流電源４の直流電圧が３相交流に変換されて駆動負荷である同期電動機５に印加されることによって、インバータ装置が動作する。
【０１４０】
６ａは駆動負荷である同期電動機５に流入する電流のうちの一相の電流（たとえばＵ相電流ｉｕ）を検出する電流検出手段、６ｂは電流検出手段６ａで検出される電流（Ｕ相電流ｉｕ）とは異なる相の電流（たとえばＶ相電流ｉｖ）を検出する電流検出手段である。この電流検出手段６ａ、６ｂは検出した電流を電流値あるいは電流信号に変換して出力する。
【０１４１】
ここで、インバータ制御手段２は、以下に示す３相２相変換手段７、回転子位置・速度推定手段２０、電流位相制御手段１４５、周波数比較手段２１０、速度制御手段２２０、γ軸電流比較手段２３０、δ軸電流比較手段２４０、電流制御手段２５０、２相３相変換手段１１、ＰＷＭ信号発生手段１２、フィルタ手段１９とにより構成されている。
【０１４２】
３相２相変換手段７は電流検出手段６ａ、６ｂにより検出された２相分の電流値（たとえばＵ相電流ｉｕ、Ｖ相電流ｉｖ）あるいは電流信号を電気角位相θを用いて励磁電流成分（γ軸電流ｉγ）およびトルク電流成分（δ軸電流ｉδ）で表わされるγ-δ軸の電流値あるいは電流信号に変換する。
【０１４３】
回転子位置・速度推定手段２０は３相２相変換手段７より得られたγ-δ軸電流ｉγ、ｉδおよび前回の出力電圧指令値Ｖγ＊、Ｖδ＊とから駆動負荷である同期電動機５の回転子位値θおよび回転速度(回転周波数)ωｍを推定する。周波数比較手段２１０は外部から与えられる周波数指令値ωｍ＊と回転子位置・速度推定手段２０により得られた回転子回転周波数ωｍとを比較し周波数の差（ωｍ＊−ωｍ）を演算する。速度制御手段２２０は周波数比較手段２１０の出力（ωｍ＊−ωｍ）を基にδ軸電流指令値ｉδ＊を求める。
【０１４４】
γ軸電流比較手段２３０は、電流位相制御手段１４５の出力である励磁電流指令値（γ軸電流指令値ともいう。）ｉγ＊をフィルタ手段１９によりフィルタリングした励磁電流指令値ｉγ＊と座標変換手段７により得られたγ軸電流ｉγとを比較し、γ軸電流差（ｉγ＊−ｉγ）を演算する。δ軸電流比較手段２４０は、速度制御手段２２０により得られたδ軸電流指令値ｉδ＊と座標変換手段７により得られたδ軸電流ｉδとを比較し、δ軸電流差（ｉδ＊−ｉδ）を演算する。電流制御手段２５０は、γ軸電流比較手段２３０の出力値（ｉγ＊−ｉγ）およびδ軸電流比較手段２４０の出力値（ｉδ＊−ｉδ）とを基にして出力電圧指令値Ｖγ＊、Ｖδ＊を求める。
【０１４５】
電流位相制御手段１４５は、出力電圧の大きさを求める出力電圧演算手段１５、電流が所定値以下（あるいは最小）となる電圧指令値を求める電圧指令値演算手段１６５、電流が所定値以下（あるいは最小）となるように駆動負荷を駆動するための励磁電流指令値を求める励磁電流指令値演算手段１７５、基準となる励磁電流指令値を求める基準励磁電流指令値演算手段１８とにより構成され、励磁電流指令値演算手段１７５より励磁電流指令値ｉγ＊が出力される。
【０１４６】
また、１９は実施の形態１で説明したフィルタ手段と同等であり、電流位相制御手段１４５の出力である励磁電流指令値ｉγ＊をローパスフィルタなどにより高周波成分を除去して演算周期毎のばらつきを抑制するためのフィルタリングを行なうフィルタ手段である。本実施の形態では、実施の形態１でも説明したように、フィルタ手段１９を設けて高周波成分を除去するフィルタリングを行なうようにしているので、出力電圧指令値Ｖγ＊、Ｖδ＊の演算の安定性および演算精度を向上させることができ、励磁電流指令値ｉγ＊の変動による同期電動機５の動作の不安定を回避でき、制御性がよく、信頼性の高い装置を得ることができる。
【０１４７】
１１は電流制御手段２５０により得られたγ-δ軸電圧指令値Ｖγ＊、Ｖδ＊を回転子位置・速度推定手段２０により得られた電気角位相θを用いて３相電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊に変換する２相３相変換手段、１２は２相３相変換手段１１より得られる３相電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊をインバータ主回路３内のスイッチング素子をオン・オフ制御するためのＰＷＭ信号を発生するＰＷＭ信号発生手段である。
【０１４８】
次に動作について図８を用いて説明する。図において、同期電動機駆動装置１はインバータの駆動負荷である同期電動機５に流入する相電流のうち２相分の電流（たとえば、Ｕ相電流ｉｕとＶ相電流ｉｖ）を電流検出手段６ａ、６ｂより検出する。電流検出手段６ａ、６ｂにより検出した２相分の電流（例えばＵ相電流ｉｕおよびＶ相電流ｉｖ）あるいは２相分の電流信号を用いて、インバータ制御手段２は、同期電動機５を駆動するためにインバータ主回路３が出力する電圧（あるいは電圧信号）を演算により求め、インバータ主回路３内のスイッチング素子をオン・オフ制御するためのＰＷＭ信号を出力する。
【０１４９】
すなわち、インバータ制御手段２においては、以下に示す動作にてＰＷＭ信号を出力する。電流検出手段６ａ、６ｂにより検出された相電流ｉｕ、ｉｖより電気角位相θを用いて３相２相変換手段７よりγ-δ軸電流ｉγ、ｉδを求める。回転子位置・速度推定手段２０は３相２相変換手段７により得られたγ-δ軸電流ｉγ、ｉδおよび電流制御手段２５０の前回の出力値であるγ-δ軸電圧指令値Ｖγ＊、Ｖδ＊とにより同期電動機５の現在の回転子位置（置電気角位相）θおよび速度（回転周波数）ωｍを推測する。
【０１５０】
周波数比較手段２１０は、外部より与えられる回転周波数指令値ωm＊と回転子位置・速度推定手段２０の出力である回転周波数ωmとを比較し、その差Δωmを求める。速度制御手段２２０では、回転周波数の差Δωmより比例積分制御（速度制御）によりトルク電流指令値（δ軸電流指令値）ｉδ＊を求める。δ軸電流比較手段２４０ではトルク電流指令値ｉδ＊とδ軸電流ｉδとを比較し、その差（δ軸電流差）Δｉδを求める。
【０１５１】
電流位相制御手段１４５では、２相３相座標変換手段７により得られたγ軸電流ｉγ、δ軸電流ｉδ、および電流制御手段２５０の前回の出力であるＶγ＊、Ｖδ＊を基にして同期電動機を電流が所定値以下（あるいは最小）となる電流位相角βｍにて駆動するための励磁電流指令値ｉγ＊を出力する。以下に電圧指令値演算手段１６５、電圧演算手段１５、基準励磁電流指令値演算手段１８、励磁電流指令値演算手段１７５によって構成される電流位相制御手段１４５について説明する。
【０１５２】
電圧指令値演算手段１６５は、２相３相座標変換手段７により得られたγ軸電流ｉγ、δ軸電流ｉδ、および回転子位置・速度推定手段２０より得られた推定速度ωｍを基にして電流が所定値以下（あるいは最小）となる電流位相角βｍを演算し、この電流位相角βｍで同期電動機を駆動するための電圧指令値Ｖａ＊を演算する。電圧演算手段１５は電流制御手段２５０の前回の出力値である電圧指令値Ｖγ＊、Ｖδ＊をもとにしてその大きさＶａを演算する。また、基準励磁電流指令値演算手段１８では、回転子位置・速度推定手段２０より得られた推定速度ωｍを基にして基準励磁電流指令値ｉγ０を演算する。そして、励磁電流指令値演算手段１７５では、電圧指令値Ｖａ＊、電圧の大きさＶａ（あるいは電圧指令値Ｖａ＊と出力電圧指令値の電圧誤差（Ｖａ＊−Ｖａ））および基準励磁電流指令値演算手段１８より得られる基準励磁電流指令値ｉγ０と、を基にして同期電動機を電流が所定値以下（あるいは最小）で駆動するための励磁電流指令値ｉγ＊を出力する。このようにして電流位相制御手段１４５は、励磁電流指令値演算手段１７５により励磁電流指令値ｉγ＊を出力する。
【０１５３】
フィルタ手段１９は、電流位相制御手段１４５の出力である励磁電流指令値ｉγ＊の高周波成分を除去して演算周期毎のばらつきを抑制して安定した制御を行なうために励磁電流指令値ｉγ＊をローパスフィルタなどにより高周波成分を除去するフィルタリングを行なう。ここで、同期電動機の回転周波数および負荷トルクがほぼ変化しない定常運転状態であれば、励磁電流指令値ｉγ＊はほとんど変化しない。このような場合にフィルタ手段１９としてローパスフィルタを使用する場合は、ローパスフィルタの時定数を励磁電流制御周期（電流位相制御手段１４５での演算周期）に比べて十分大きな値とすれば良い。たとえば、ローパスフィルタの時定数は励磁電流制御周期（電流位相制御手段１４５での演算周期）や励磁電流演算以外の演算周期（たとえば電流位相制御手段１４５での演算周期を除いた電流制御手段２５０での演算周期など）を考慮して設計すればよく、励磁電流制御周期が１０ｍｓｅｃ程度の場合にはローパスフィルタの時定数を１ｓｅｃ程度に設定すればよい。
【０１５４】
γ軸電流比較手段２３０では、フィルタ手段１９によりフィルタリングされたγ軸電流指令値（励磁電流指令値）ｉγ＊と３相２相変換手段７により得られたγ軸電流値ｉγとを比較しその差（γ軸電流差）Δｉγを求める。電流制御手段２５０では、γ軸電流差Δｉγおよびδ軸電流差Δｉδより比例積分制御（電流制御）により出力電圧指令値Ｖγ＊、Ｖδ＊を求める。
【０１５５】
２相３相変換手段１１ではγ-δ軸電圧指令値Ｖγ＊、Ｖδ＊を電気角位相θを用いて３相座標系の電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊に変換する。ＰＷＭ信号発生手段１２は３相電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊よりインバータ主回路３内のスイッチング素子をオン・オフ制御するためのＰＷＭ信号を発生させる。このＰＷＭ信号に基づいてインバータ主回路３内のスイッチング素子がオン・オフ動作し、直流電源４の直流電圧が３相交流に変換され駆動負荷である同期電動機５に印加され、同期電動機５が駆動される。
【０１５６】
本実施の形態におけるインバータ装置および同期電動機駆動装置は、回転子位置を検出する位置センサを用いずに駆動する装置の別の例であり、実施の形態１のインバータ装置および同期電動機駆動装置とは異なっており、駆動負荷である同期電動機５をベクトル制御する場合の制御ブロック図の一例を表したものである。実施の形態1と異なる点は、回転子位置の推定を行なう回転子位置・速度推定手段２０と速度制御手段２２０と電流制御手段２５０を備えている点である。本実施の形態のように、速度制御器や電流制御器を備えた駆動装置であっても、同期電動機５をトルクが所定値以上（あるいは最大）の状態、すなわち電流が所定値以下（あるいは最小）の状態で高効率駆動することが可能である。電流が所定値以下（あるいは最小）となる高効率駆動の方法（電流位相制御方法）においては、実施の形態１の図５や図７にて説明した方法と同様の制御方法により制御すれば、簡単な制御でありながら低コスト・高効率・高出力で信頼性の高い電動機制御方法を得ることができる。
【０１５７】
また、本実施の形態では、同期電動機に流れる電流を検出する電流検出手段６ａ、６ｂと、電流検出手段６ａ、６ｂにより得られた電流信号および同期電動機５に印加される電圧の電圧信号に基づいて同期電動機５の出力トルクが所定値以上（あるいは最大）となるように同期電動機５に流れる電流の電流位相角を制御するための励磁電流指令値ｉγ＊を出力する電流位相制御手段１４５と、電流位相制御手段１４５により得られた励磁電流指令値ｉγ＊をフィルタリングするフィルタ手段１９と、電流検出手段６ａ、６ｂにより検出された電流あるいは電流信号より得られた推定速度ωｍによりトルク電流指令値ｉδ＊を演算する速度制御手段２２０と、速度制御手段２２０より得られたトルク電流指令値ｉδ＊およびフィルタ手段１９によりフィルタリングされた励磁電流指令値ｉγ＊とに基づいて同期電動機を出力トルクが所定値以上（あるいは最大）となるような電流位相角βｍにて駆動するための出力電圧指令値Ｖγ＊、Ｖδ＊を求める電流制御手段２５０と、を備えたので、トルク電流も制御するため速度制御性がよく、また、トルク制御が可能なため騒音、振動を抑制できる。また、フィルタ手段１９を備えているので、励磁電流指令値ｉγ＊の演算周期毎のばらつきを抑制でき、安定した制御の行える動機電動機駆動装置やインバータ装置が得られる。
【０１５８】
また、本実施の形態や実施の形態１においては、駆動負荷である同期電動機５を駆動する場合、起動から所定の回転数（低速回転）に到達するまでの間に電流位相制御手段１４、１４０、１４５を実行すると、制御実行時の同期電動機５の出力トルクの変動等により同期運転を維持できず脱調する場合がある。このため、同期電動機５が所定の回転数以上に到達するまでは、電流位相制御手段１４、１４０、１４５を実行しないようにすれば、脱調を回避することができ信頼性の高い装置を得ることができる。
【０１５９】
また、本実施の形態や実施の形態１においては、ＰＷＭ信号が過変調となる領域においては、過変調により出力電圧の制御が困難となるため、電流位相制御手段１４、１４０、１４５を実行する効果がほとんどなくなる。このため、過変調領域では、電流位相制御手段１４、１４０、１４５を実行しないようにして制御の簡素化を図っても良い。特に励磁電流の制御などに積分制御を用いている場合には、過変調時に積分器の動作が異常となるため、過変調領域での電流位相制御は行わないほうが安定した制御が行なえ、高効率で信頼性の高い装置を得ることができる。
【０１６０】
また、本実施の形態や実施の形態１においては、起動時や加速・減速運転時などの非定常運転状態にて電流位相制御手段１４、１４０、１４５を実行させると、制御が不安定になったり、あるいは脱調するような場合には、非定常運転状態（起動時や加減速時など）は基準励磁電流指令値演算手段１８より得られる基準励磁電流指令値ｉγ０を強めに設定し、この強めに設定されたｉγ０を励磁電流指令値ｉγ＊として（ｉγ＊＝ｉγ０として）使用すれば、制御が不安定になったり、あるいは脱調するようなことがなくなり、安定した制御の行なえる信頼性の高い装置を得ることができる（強め励磁制御）。（ここで、強め励磁とは、一般的に合成磁束ベクトルΦ０が回転子磁石による磁束ベクトルΦＦを強めるように励磁電流を流す場合（ｉｄ＞０の場合）をいい、逆に合成磁束ベクトルが回転子磁石による磁束ベクトルΦＦを弱めるように励磁電流を流す場合（ｉｄ＜０の場合）を弱め励磁という。）
【０１６１】
また、本実施の形態や実施の形態１において説明したインバータ装置や同期電動機駆動装置は、駆動負荷である同期電動機５の回転子位置を検出する位置センサを用いないセンサレス駆動方式の例であり、位置センサが不要のため低コストで信頼性の高い装置が得られる。また、本実施の形態にて説明した制御方式は、回転子位置を検出する駆動方式（位置センサ有り）においても実施可能であり、同等の効果を得ることができる。
【０１６２】
また、本実施の形態や実施の形態１において説明したインバータ装置や同期電動機駆動装置においては、電流が所定値以下（あるいは最小）となる高効率制御を行うための制御量（励磁電流指令値）の演算において、Ｒ（ＩＰＭＳＭの１相あたりの抵抗値）、Ｌｄ（ＩＰＭＳＭのｄ軸インダクタンス）、Ｌｑ（ＩＰＭＳＭのｑ軸インダクタンス）、Φｆ（ＩＰＭＳＭの誘起電圧定数）のような電動機の特性を示す電動機定数を用いて演算を行っている。このため電動機の発熱や周囲環境の変化などにより電動機の温度が変化すると、電動機定数が変化するため、実際の電動機定数と演算に用いている電動機定数との値に誤差が生じる場合がある。この誤差が生じると電流最小の高効率制御を行なっている場合は、電流最小となる動作ポイントが実際の電流最小ポイントからずれて、電流最小ポイントでの制御が困難となる。
【０１６３】
このような電動機定数の変化に対しても、電流最小の高効率駆動を実現するためには、たとえば実施の形態１で説明した出力電圧指令値演算手段１０や実施の形態２で説明した電流制御手段２５０内などに駆動負荷５に流れる電流値と電圧値などより電動機定数を測定する電動機定数測定手段や制御ゲインや周波数補償ゲインなどの制御定数を変更する制御定数変更手段などを設けるなどしてオンラインまたはオフラインにて、電動機定数測定手段にて電動機定数を測定して、電動機定数を温度などの周囲環境の変化に対して補正して、この補正された電動機定数に応じて制御定数変更手段にて制御定数を変更するようにすればよい。このようにすることで、電動機定数を電動機の特性の変化（温度変化など）に追従させて制御定数も変更することができるので、電動機の温度変化など周囲環境の変化により電動機定数に変動が生じた場合であっても、出力トルクが最大で電流最小の高効率・高出力制御が実現可能となり、高効率なインバータ装置や電動機駆動装置を得ることができる。
【０１６４】
また、本実施の形態や実施の形態１においては、同期電動機５として埋込磁石型同期電動機（ＩＰＭＳＭ）の例を示したが、同期電動機であればどのような電動機であっても実施の形態１や実施の形態２で説明した効果と同等の効果を得ることができる。例えば永久磁石型同期電動機（ＰＭＳＭ）、ブラシレスDCモータ（ＢＬＤＣＭ）などの永久磁石を有する同期電動機であれば、実施の形態１や実施の形態２と同等の数式を使用することにより実現できる。特に永久磁石型同期電動機（ＰＭＳＭ）において、表面磁石型同期電動機（ＳＰＭＳＭ）では、数式１〜数式１３中のｄ軸インダクタンスＬｄ、ｑ軸インダクタンスＬｑをＬｄ＝Ｌｑとすればよく、また、リラクタンスモータ（ＲＭ）、シンクロナスリラクタンスモータ（ＳｙＲＭ）、スイッチドリラクタンスモータ（ＳＲＭ）などの永久磁石を有さない同期電動機であれば数式１〜数式１３中の誘起電圧定数ΦｆをΦｆ＝０として演算すればよい。
【０１６５】
【発明の効果】
本発明の請求項１係る同期電動機駆動装置は、同期電動機に流れる電流を検出する電流検出手段と、電流検出手段により得られた電流信号および同期電動機に印加される電圧の電圧信号に基づいて同期電動機の出力トルクが所定値以上となるように同期電動機に流れる電流の電流位相角を制御するための励磁電流指令値を出力する電流位相制御手段と、電流位相制御手段により出力された励磁電流指令値をフィルタリングするフィルタ手段と、電流検出手段により検出された電流の変動量より周波数指令値に対する補償量を求め、補償量により補償された周波数指令値を出力する周波数演算手段と、周波数演算手段により補償された周波数指令値およびフィルタ手段によりフィルタリングされた励磁電流指令値に基づいて同期電動機を駆動するための出力電圧指令値を求める出力電圧指令値演算手段と、を備えたので、電流が所定値以下となる電流位相角での励磁電流指令値および補償された周波数指令値に基づいて出力電圧指令値を演算するため、回転周波数や負荷変動により同期電動機の運転条件が変化した場合においても、その条件での出力トルクに応じて電流値が所定値以下となる電流位相角で電流を制御でき、低電流で高効率な同期電動機駆動装置が実現できる。また、フィルタ手段１９を設けているので、演算毎の励磁電流指令値ｉγ＊のばらつきが小さくなり、安定した制御が行なえる。
【０１６６】
本発明の請求項２係る同期電動機駆動装置は、電流検出手段により得られた電流信号に基づいて同期電動機の出力トルクが所定値以上となるような電流位相角を求める電流位相演算手段と、電流位相演算手段により得られた電流位相角および周波数指令値とに基づいて電圧指令値を演算する電圧指令値演算手段と、同期電動機に印加される電圧の電圧信号より電圧の大きさを求める電圧演算手段と、電圧指令値演算手段により得られた電圧指令値および電圧演算手段により得られた電圧の大きさとに基づいて同期電動機を駆動するための励磁電流指令値を求める励磁電流指令値演算手段と、によって電流位相制御手段を構成したので、電流が所定値以下（あるいは最小）となる電流位相角での出力電圧と実際の出力電圧の差を求める簡単な構成でありながら、運転条件ごとに励磁電流指令値の数値テーブルや関数を持つ必要がないため、インバータ制御手段に用いられるマイコンのメモリ使用量を増加させることがなく、メモリ容量が小さい安価なマイコンが使用でき、また、簡単な制御回路で対応できるため、信頼性が高く安価な同期電動機駆動装置を得ることができる。
【０１６７】
本発明の請求項３係る同期電動機駆動装置は、電流検出手段により検出された電流信号および同期電動機に印加される電圧の電圧信号に基づいて同期電動機の出力トルクが所定値以上となるような電流位相角で駆動するための電圧指令値を求める電圧指令値演算手段と、同期電動機に印加される電圧の電圧信号より電圧の大きさを求める電圧演算手段と、電圧指令値演算手段により得られた電圧指令値と電圧演算手段により得られた電圧の大きさとを比較して電圧誤差を求める電圧誤差演算手段と、電圧誤差演算手段より得られる電圧誤差から同期電動機の出力トルクが所定値以上となる電流位相角で駆動するための励磁電流指令値を演算する励磁電流指令値演算手段と、によって、電流位相制御手段を構成したので、回転周波数や負荷変動により同期電動機の運転条件が変化した場合においても、その条件に応じた出力トルクが所定値以上となる低電流の電流位相角で電流を制御でき、低電流で高効率な同期電動機駆動装置が実現できる。また、電流値が所定値以下となる電流位相角への追従性がよく、この電流位相角付近での収束性および安定性の良い低電流で高効率な同期電動機駆動装置が実現できる。また、励磁電流指令値のみを制御するため、速度制御器や電流制御器を持たない制御手段においても良好な低電流で高効率な同期電動機駆動装置が実現できる。
【０１６８】
本発明の請求項４係る同期電動機駆動装置は、出力電圧指令値演算手段より得られる出力電圧指令値を電圧信号に使用するようにしたので、簡単な構成でありながら低電流で高効率な同期電動機駆動装置が実現できる。
【０１６９】
本発明の請求項５に記載の同期電動機駆動装置は、同期電動機に流れる電流を検出する電流検出手段と、電流検出手段により得られた電流信号および同期電動機に印加される電圧の電圧信号に基づいて同期電動機の出力トルクが所定値以上となるように同期電動機に流れる電流の電流位相角を制御するための励磁電流指令値を出力する電流位相制御手段と、電流位相制御手段により得られた励磁電流指令値をフィルタリングするフィルタ手段と、電流検出手段により検出された電流より得られた推定速度によりトルク電流指令値を演算する速度制御手段と、速度制御手段より得られたトルク電流指令値およびフィルタ手段によりフィルタリングされた励磁電流指令値とに基づいて同期電動機を出力トルクが所定値以上となるような電流位相角にて駆動するための出力電圧指令値を求める電流制御手段と、を備えたので、トルク電流も制御するため速度制御性がよく、また、トルク制御が可能なため騒音、振動を抑制できる。
【０１７０】
本発明の請求項６係る同期電動機駆動装置は、電流位相制御手段により制御する励磁電流制御周期を、同期電動機駆動のための出力電圧指令値を演算する出力電圧制御周期と異なるようにしたので、マイコンの処理負荷を低減できるため、安価なマイコンが使用でき、マイコンの選定の自由度が広がる。また、簡単な構成でありながら低電流で高効率な同期電動機駆動装置が実現できる。
【０１７１】
本発明の請求項７係る同期電動機駆動装置は、起動から所定回転数までの低速回転時には電流位相制御手段による励磁電流制御を行わないようにしたので、低速回転時に脱調を起こしにくい信頼性の高い高効率な同期電動機駆動装置を実現できる。
【０１７２】
本発明の請求項８係る同期電動機駆動装置は、ＰＷＭ変調が過変調となる領域では、電流位相制御手段による励磁電流制御を行わないようにしたので、過変調時に制御が不安定になることを抑制でき、信頼性の高い高効率な同期電動機駆動装置を実現できる。
【０１７３】
本発明の請求項９係る同期電動駆動装置は、起動時や加速・減速運転時には、電流位相制御手段を使用せずに所定の励磁電流指令値を用いて同期電動機を駆動し、所定の運転条件に達したのちは電流位相制御手段により求められる励磁電流指令値を使用するように切り替えるようにしたので、同期電動機の起動時や過渡時における制御の安定性を確保でき、信頼性の高い高効率な同期電動機駆動装置を実現できる。
【０１７４】
本発明の請求項１０に係る同期電動機駆動装置は、同期電動機の電動機定数を測定する電動機定数測定手段と、電動機定数測定手段により測定された電動機定数を基に同期電動機を制御する制御定数を変更する制御定数変更手段と、を備え、同期電動機の周囲環境の変化に応じて同期電動機を駆動制御するようにしたので、電動機の温度変化による特性の変化や、電動機を使用する環境の変化によりモータ定数などの電動機特性が変化した場合においても、自動的にモータ定数の変化に適応することが可能となり、低電流で高効率な同期電動機駆動装置を実現できる。
【０１７５】
本発明の請求項１１係る同期電動機駆動装置は、同期電動機のロータ位置を検出するための位置センサを用いないセンサレスで駆動するようにしたので、位置センサを取り付けることができない同期電動機においても高出力で高効率な制御の行なえる同期電動機駆動装置を実現できる。
【０１７６】
本発明の請求項１２に記載のインバータ装置は、請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の同期電動機駆動装置を備えたので、高出力で高効率なインバータ装置が得られる。
【０１７７】
本発明の請求項１３に係るインバータ装置は、スイッチング素子をオン、オフ動作させることにより直流電源よりの直流を交流に変換するインバータ主回路と、インバータ主回路内のスイッチング素子のオン、オフ動作を制御するための電圧指令値を出力するインバータ制御手段と、インバータ制御手段により制御されるインバータ主回路により出力される電圧が印加されることにより制御される駆動負荷と、を備え、インバータ制御手段を、駆動負荷を流れる電流に基づいて駆動負荷の出力トルクが所定値以上となるような電流位相角にて駆動負荷を駆動するための励磁電流指令値を演算する電流位相制御手段と、電流位相制御手段より得られた励磁電流指令値をフィルタリングするフィルタ手段と、駆動負荷を流れる電流の変動量より周波数指令値を補償して一次周波数として出力する周波数演算手段と、フィルタリングされた励磁電流指令値と一次周波数とに基づいて駆動負荷を駆動するための電圧指令値を演算する出力電圧指令値演算手段と、によって構成したので、駆動負荷の運転条件が変化しても、その条件での出力トルクが所定値以上となるように制御できる。また、出力トルクに応じて電流値が所定値以下となる電流位相角で電流を制御でき、低電流で高効率な同期電動機駆動装置が実現できる。また、フィルタ手段１９を設けているので、励磁電流指令値ｉγ＊のばらつきが少なくなり、駆動負荷を安定して制御できる信頼性の高いインバータ装置が得られる。
【０１７８】
本発明の請求項１４に係るインバータ装置は、駆動負荷を流れる電流により出力トルクが所定値以上となる電流位相角を求める電流位相演算手段と、電流位相演算手段により求められた電流位相角が得られるような電圧指令値を演算する電圧指令値演算手段と、出力電圧指令値演算手段により求められた出力電圧指令値および電圧指令値演算手段により求められた電圧指令値とに基づいて駆動負荷を駆動するための励磁電流指令値を求める励磁電流指令値演算手段と、によって電流位相制御手段を構成したので、駆動負荷に流れる電流値が所定値以下となるような電流位相角への追従性がよく、また、電流値が所定値以下となる電流位相角付近での収束性および安定性が良いので、制御性がよく低電流で高効率なインバータ装置が実現できる。また、励磁電流指令値のみを制御するため、速度制御器や電流制御器を持たない場合でも、低電流で高効率なインバータ装置が実現できる。
【０１７９】
本発明の請求項１５に係る同期電動機駆動装置の制御方法は、同期電動機に流れる電流値を基にして同期電動機の出力トルクが所定値以上となるような電流位相角を求める電流位相演算ステップと、電流位相演算ステップにて得られた電流位相角および同期電動機に印加される電圧値とを基にして同期電動機を駆動するための励磁電流指令値を求める励磁電流指令値演算ステップと、励磁電流指令値演算ステップにて得られた励磁電流指令値の高周波成分を除去するフィルタリングを行なうフィルタステップと、フィルタステップにてフィルタリングされた励磁電流指令値を基にして同期電動機を駆動するための出力電圧指令値を求める出力電圧指令値演算ステップと、を備えたので、簡単な制御でありながら高出力・低電流で効率よく安定して制御の行なえる同期電動機の制御方法を得ることができる。また、励磁電流指令値のみを制御する簡単な制御のため、速度制御器や電流制御器を持たない制御手段においても低電流、高効率で同期電動機を精度よく駆動できる制御方法が得られる。
【０１８０】
本発明の請求項１６に係る同期電動機駆動装置の制御方法は、同期電動機に流れる電流値を基にして同期電動機の出力トルクが所定値以上となるような電流位相角で同期電動機を駆動するための電圧指令値を求める電圧指令値演算ステップと、同期電動機に印加される電圧の大きさを演算する電圧演算ステップと、電圧演算ステップにて得られた電圧の大きさと電圧指令値演算ステップにて得られた電圧指令値とを比較して電圧誤差を求める電圧誤差演算ステップと、電圧誤差演算ステップにて得られた電圧誤差を基にして同期電動機の出力トルクが所定値以上となるような電流位相角で同期電動機を駆動するための励磁電流指令値を演算する励磁電流指令演算ステップと、励磁電流指令値演算ステップにより得られた励磁電流指令値の高周波成分を除去するフィルタリングを行なうフィルタステップと、フィルタステップにてフィルタリングされた励磁電流指令値を基にして同期電動機を駆動するための出力電圧指令値を求める出力電圧指令値演算ステップと、を備えたので、簡単な制御でありながら制御性がよく、低電流で同期電動機を駆動できる。また、回転周波数や負荷変動により同期電動機の運転条件が変化した場合においても、その条件に応じて電流が所定値以下となる低電流の電流位相角で電流を制御でき、低電流でかつ高効率で同期電動機を駆動できる。また、低電流の位相への追従性がよく、低電流の位相付近での収束性および安定性が良いので、制御性が改善できる。また、フィルタステップを有するので、同期電動機を安定した状態で制御できる信頼性の高い同期電動機の制御方法を得ることができる。
【０１８１】
本発明の請求項１７に係る同期電動機駆動装置の制御方法は、同期電動機に流れる電流に基づいて得られる周波数補償量により補償された周波数指令値と、励磁電流指令値演算ステップにより得られた励磁電流指令値と、に基づいて同期電動機を駆動するための出力電圧指令値を求める出力電圧指令値演算ステップを備えたので、電流が所定値以下となる電流位相角での励磁電流指令値および補償された周波数指令値に基づいて出力電圧指令値を演算するため、回転周波数や負荷変動により同期電動機の運転条件が変化した場合においても、精度良く追従でき、安定した制御がおこなえる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態1を表す同期電動機駆動装置の構成の一例を示す図である。
【図２】  本発明の実施の形態1における同期電動機の電流位相角と発生トルクとの関係を説明する図である。
【図３】  本発明の実施の形態1における同期電動機の電流位相角と電流との関係を出力トルクの変化に対して説明する図である。
【図４】  本発明の実施の形態1における一般的な同期電動機のベクトル線図を示す図である。
【図５】  本発明の実施の形態１における同期電動機駆動装置の制御方法を説明するフローチャート図である。
【図６】  本発明の実施の形態１を表す同期電動機駆動装置の別の構成の一例を示す図である。
【図７】  本発明の実施の形態１における同期電動機駆動装置の別の制御方法を説明するフローチャート図である。
【図８】  本発明の実施の形態２を表す同期電動機駆動装置の構成の一例を示す図である。
【図９】  従来の同期電動機駆動装置の構成の一例を示す図である。
【符号の説明】
１  同期電動機駆動装置、２  インバータ制御手段、３  インバータ主回路、４  直流電源、５  同期電動機、６ａ、６ｂ  電流検出手段、７  ３相２相変換手段、８  周波数補償器、９  一次周波数演算手段、１０  出力電圧指令値演算手段、１１  ２相３相座標変換手段、１２  PWM信号発生手段、１３  電気角位相演算手段、１４  電流位相制御手段、１５  出力電圧演算手段、１６  電圧指令値演算手段、１７  励磁電流指令演算手段、１８  基準励磁電流指令演算手段、１９  フィルタ手段、２０  回転子位置・速度推定手段、２１  電流演算手段、２２  電流位相演算手段、１４０、１４５  電流位相制御手段、１６０、１６５  電圧指令値演算手段、１７０、１７５  励磁電流指令値演算手段、２１０  周波数比較手段、２２０  速度制御手段、２２５  電圧誤差演算手段、２３０  γ軸電流比較手段、２４０  δ軸電流比較手段、２５０  電流制御手段。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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