(57)【要約】  永久磁石型回転電機１００の制御装置であって、電流検出部１１１，１１２，１１３で検出した３相交流電流を座標変換してｄ軸電流及びｑ軸電流を出力する電流座標変換部１０９と、ｄ軸電流及びｑ軸電流を用いて電流補正方向を算出する電流補正方向算出部１０８と、電流補正方向に基づいてｄ軸電流指令及びｑ軸電流指令を補正する電流補正量加算部１０２とを備えている。これにより、誘起電圧を、電源電圧に応じた最大電圧円内に収束させる。
2017090109.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石型回転電機の制御装置であって、
前記永久磁石型回転電機は、
永久磁石を具備する回転子と、
前記回転子を回転させる回転磁界を発生させるコイルを具備する固定子と
を備え、
前記制御装置は、
交流電圧指令が入力され、前記交流電圧指令に基づいて、前記永久磁石型回転電機に交流電圧を印加するインバータと、
前記回転子の磁極位置を検出する磁極位置検出部と、
前記インバータと前記永久磁石型回転電機との間を流れる交流電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部により検出された前記交流電流を、前記磁極位置の界磁方向をｄ軸とし、前記ｄ軸に直交する方向をｑ軸として、ｄ軸電流とｑ軸電流とに変換する電流座標変換部と、
外部からｄ軸電流指令及びｑ軸電流指令が入力され、前記ｄ軸電流指令及び前記ｑ軸電流指令を補正して、ｄ軸電流補正後指令及びｑ軸電流補正後指令を出力する電流補正量加算部と、
前記ｄ軸電流及び前記ｑ軸電流が前記ｄ軸電流補正後指令及び前記ｑ軸電流補正後指令に追従するように、前記ｄ軸電流及び前記ｑ軸電流、および、前記ｄ軸電流補正後指令及び前記ｑ軸電流補正後指令に基づいて、ｄ軸電圧非干渉項及びｑ軸電圧非干渉項と、ｄ軸電圧比例項及びｑ軸電圧比例項と、ｄ軸電圧積分項及びｑ軸電圧積分項とを算出する電流制御部と、
前記ｄ軸電圧非干渉項及び前記ｑ軸電圧非干渉項と、前記ｄ軸電圧比例項及び前記ｑ軸電圧比例項と、前記ｄ軸電圧積分項及び前記ｑ軸電圧積分項とに基づいて、ｄ軸電圧指令及びｑ軸電圧指令を生成する電圧指令生成部と、
前記ｄ軸電圧指令及び前記ｑ軸電圧指令を、前記インバータに入力するための前記交流電圧指令に変換する電圧座標変換部と、
前記電圧指令生成部から出力される前記ｄ軸電圧指令及び前記ｑ軸電圧指令と電源電圧に応じた最大電圧との偏差である電圧偏差を算出する電圧偏差算出部と、
前記電圧偏差に応じて電流補正量を算出する電流補正量算出部と、
固定値、または、前記ｄ軸電流及び前記ｑ軸電流を引数とするマップ値として、ｄ軸インダクタンス及びｑ軸インダクタンスを予め記憶するインダクタンス記憶部と、
前記ｄ軸電流及び前記ｑ軸電流、および、前記ｄ軸電流指令及び前記ｑ軸電流指令の少なくともいずれか一方と、前記ｄ軸インダクタンス及び前記ｑ軸インダクタンスとに基づいて、電流補正方向を算出する電流補正方向算出部と、
前記電流補正量と前記電流補正方向とに基づいて、前記電流補正量加算部における前記補正に用いるためのｄ軸電流補正量及びｑ軸電流補正量を算出する電流補正量分解部と
を備え、
前記電流補正量加算部は、前記ｄ軸電流指令及び前記ｑ軸電流指令に、前記ｄ軸電流補正量及び前記ｑ軸電流補正量をそれぞれ加算することで、前記ｄ軸電流補正後指令及び前記ｑ軸電流補正後指令を算出する、
永久磁石型回転電機の制御装置。
【請求項２】
前記電流補正方向算出部は、
前記ｄ軸電流及び前記ｑ軸電流と、前記ｄ軸インダクタンス及び前記ｑ軸インダクタンスとに基づいて、前記電流補正方向を算出する、
請求項１に記載の永久磁石型回転電機の制御装置。
【請求項３】
前記電流補正方向算出部は、
前記ｄ軸電流指令及び前記ｑ軸電流指令と、前記ｄ軸インダクタンス及び前記ｑ軸インダクタンスとに基づいて、前記電流補正方向を算出する、
請求項１に記載の永久磁石型回転電機の制御装置。
【請求項４】
前記電流補正方向算出部は、前記ｄ軸電流及び前記ｑ軸電流に前記ｄ軸電流指令及び前記ｑ軸電流指令をそれぞれ加算したｄ軸混合電流及びｑ軸混合電流と、前記ｄ軸インダクタンス及び前記ｑ軸インダクタンスとに基づいて、前記電流補正方向を算出する、
請求項１に記載の永久磁石型回転電機の制御装置。
【請求項５】
永久磁石型回転電機の制御装置であって、
前記永久磁石型回転電機は、
永久磁石を具備する回転子と、
前記回転子を回転させる回転磁界を発生させるコイルを具備する固定子と
を備え、
前記制御装置は、
交流電圧指令が入力され、前記交流電圧指令に基づいて、前記永久磁石型回転電機に交流電圧を印加するインバータと、
前記回転子の磁極位置を検出する磁極位置検出部と、
前記インバータと前記永久磁石型回転電機との間を流れる交流電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部により検出された前記交流電流を、前記磁極位置の界磁方向をｄ軸とし、前記ｄ軸に直交する方向をｑ軸として、ｄ軸電流とｑ軸電流とに変換する電流座標変換部と、
外部からｄ軸電流指令及びｑ軸電流指令が入力され、前記ｄ軸電流指令及び前記ｑ軸電流指令を補正して、ｄ軸電流補正後指令及びｑ軸電流補正後指令を出力する電流補正量加算部と、
前記ｄ軸電流及び前記ｑ軸電流が前記ｄ軸電流補正後指令及び前記ｑ軸電流補正後指令に追従するように、前記ｄ軸電流及び前記ｑ軸電流、および、前記ｄ軸電流補正後指令及び前記ｑ軸電流補正後指令に基づいて、ｄ軸電圧非干渉項及びｑ軸電圧非干渉項と、ｄ軸電圧比例項及びｑ軸電圧比例項と、ｄ軸電圧積分項及びｑ軸電圧積分項とを算出する電流制御部と、
前記ｄ軸電圧非干渉項及び前記ｑ軸電圧非干渉項と、前記ｄ軸電圧比例項及び前記ｑ軸電圧比例項と、前記ｄ軸電圧積分項及び前記ｑ軸電圧積分項とに基づいて、ｄ軸電圧指令及びｑ軸電圧指令を生成する電圧指令生成部と、
前記ｄ軸電圧指令及び前記ｑ軸電圧指令を、前記インバータに入力するための前記交流電圧指令に変換する電圧座標変換部と、
前記電圧指令生成部から出力される前記ｄ軸電圧指令及び前記ｑ軸電圧指令と電源電圧に応じた最大電圧との偏差である電圧偏差を算出する電圧偏差算出部と、
前記電圧偏差に応じて電流補正量を算出する電流補正量算出部と、
前記電流制御部から出力される前記ｄ軸電圧非干渉項及び前記ｑ軸電圧非干渉項と前記ｄ軸電圧積分項と前記ｑ軸電圧積分項とに基づいて、ｄ軸電圧定常項及びｑ軸電圧定常項を算出する電圧定常項生成部と、
固定値、または、前記ｄ軸電流及び前記ｑ軸電流を引数とするマップ値として、ｄ軸インダクタンス及びｑ軸インダクタンスを予め記憶するインダクタンス記憶部と、
前記電圧定常項生成部から出力される前記ｄ軸電圧定常項及び前記ｑ軸電圧定常項と、前記ｄ軸インダクタンス及び前記ｑ軸インダクタンスとに基づいて、電流補正方向を算出する電流補正方向算出部と、
前記電流補正量と前記電流補正方向とに基づいて、前記電流補正量加算部における前記補正に用いるためのｄ軸電流補正量及びｑ軸電流補正量を算出する電流補正量分解部と
を備え、
前記電流補正量加算部は、前記ｄ軸電流指令及び前記ｑ軸電流指令に、前記ｄ軸電流補正量及び前記ｑ軸電流補正量をそれぞれ加算することで、前記ｄ軸電流補正後指令及び前記ｑ軸電流補正後指令を算出する、
永久磁石型回転電機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は永久磁石型回転電機の制御装置に関し、特に、誘起電圧を電源電圧に応じた値に収束させるための永久磁石型回転電機の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石型同期電動機は汎用的に用いられている（例えば、特許文献１および２参照。）。【０００３】
特許文献１に記載の永久磁石同期電動機の制御方法においては、永久磁石同期電動機の巻線に温度検出器を埋め込み、磁石の温度Ｔｍｇを間接的に検出し、温度に対する鎖交磁石テーブルを用いて、巻線鎖交磁束数φｍを求めている。Ｉｄ演算部は、巻線鎖交磁束φｍと、ｑ軸電流指令Ｉｑ＊と、回転速度ω等から、φｍが変化しても、電圧を一定に保つことができるｄ軸電流指令Ｉｄ＊を演算する。【０００４】
特許文献２に記載の交流電動機のベクトル制御方法においては、ｄ軸の電圧指令値Ｖｄ＊の絶対値がその制限値Ｖｄｌｉｍよりも大きくなった場合、電圧指令値制限部は、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊を制限する。それでも、ｄ軸の電圧指令値Ｖｄ＊およびｑ軸の電圧指令値Ｖｑ＊の合成ベクトルの長さＶ１＊がその制限値を越えているとき、電圧指令制限部は、合成ベクトルの長さＶ１＊を予め設定された制限値以下となるように修正する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−０９５３００号公報
【特許文献２】特開２００３−００９５９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１では、電動機の運転状態に応じて逆起電圧が増大することに伴い、電動機に誘起される電圧振幅が電源電圧に応じた最大電圧を超える場合に、ｄ軸目標電流を補正することで、回転子の界磁量を等価的に弱めるようにして電流位相を制御する弱め界磁制御を実行するようになっている。【０００７】
また、特許文献２では、電動機に誘起される電圧振幅が電源電圧に応じた最大電圧を超える場合に、ｄ軸電圧指令を制限し、次にｑ軸電圧指令を制限するようになっている。【０００８】
しかしながら、特許文献１では、電圧振幅が第１象限および第２象限内に存在する場合、つまり電圧進角が１８０・未満である場合には、弱め界磁制御によって電圧振幅を最大電圧円内に収束させることができる。しかしながら、電圧振幅が第３象限内に存在する場合、つまり電圧進角が１８０・以上となる場合には、弱め界磁制御によって電圧振幅を最大電圧円内に収束させることができないという問題が生じる。
また、特許文献２では、ｄ軸電圧指令のみを制限するため、電圧指令の減少方向が最大電圧円の中心すなわち０、および電流指令の補正方向が電圧制限楕円中心に向かわず、最大電圧円内に速やかに収束できないといった問題が生じる。【０００９】
この発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであり、ｄ軸電流とｑ軸電流をわずかな電流変化でも補正可能にし、弱め界磁制御によって誘起電圧を電源電圧に応じた最大電圧円内に収束させることが可能な、永久磁石型回転電機の制御装置を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明は、永久磁石型回転電機の制御装置であって、前記永久磁石型回転電機は、永久磁石を具備する回転子と、前記回転子を回転させる回転磁界を発生させるコイルを具備する固定子とを備え、前記制御装置は、交流電圧指令が入力され、前記交流電圧指令に基づいて、前記永久磁石型回転電機に交流電圧を印加するインバータと、前記回転子の磁極位置を検出する磁極位置検出部と、前記インバータと前記永久磁石型回転電機との間を流れる交流電流を検出する電流検出部と、前記電流検出部により検出された前記交流電流を、前記磁極位置の界磁方向をｄ軸とし、前記ｄ軸に直交する方向をｑ軸として、ｄ軸電流とｑ軸電流とに変換する電流座標変換部と、外部からｄ軸電流指令及びｑ軸電流指令が入力され、前記ｄ軸電流指令及び前記ｑ軸電流指令を補正して、ｄ軸電流補正後指令及びｑ軸電流補正後指令を出力する電流補正量加算部と、前記ｄ軸電流及び前記ｑ軸電流が前記ｄ軸電流補正後指令及び前記ｑ軸電流補正後指令に追従するように、前記ｄ軸電流及び前記ｑ軸電流、および、前記ｄ軸電流補正後指令及び前記ｑ軸電流補正後指令に基づいて、ｄ軸電圧非干渉項及びｑ軸電圧非干渉項と、ｄ軸電圧比例項及びｑ軸電圧比例項と、ｄ軸電圧積分項及びｑ軸電圧積分項とを算出する電流制御部と、前記ｄ軸電圧非干渉項及び前記ｑ軸電圧非干渉項と、前記ｄ軸電圧比例項及び前記ｑ軸電圧比例項と、前記ｄ軸電圧積分項及び前記ｑ軸電圧積分項とに基づいて、ｄ軸電圧指令及びｑ軸電圧指令を生成する電圧指令生成部と、前記ｄ軸電圧指令及び前記ｑ軸電圧指令を、前記インバータに入力するための前記交流電圧指令に変換する電圧座標変換部と、前記電圧指令生成部から出力される前記ｄ軸電圧指令及び前記ｑ軸電圧指令と電源電圧に応じた最大電圧との偏差である電圧偏差を算出する電圧偏差算出部と、前記電圧偏差に応じて電流補正量を算出する電流補正量算出部と、固定値、または、前記ｄ軸電流及び前記ｑ軸電流を引数とするマップ値として、ｄ軸インダクタンス及びｑ軸インダクタンスを予め記憶するインダクタンス記憶部と、前記ｄ軸電流及び前記ｑ軸電流、および、前記ｄ軸電流指令及び前記ｑ軸電流指令の少なくともいずれか一方と、前記ｄ軸インダクタンス及び前記ｑ軸インダクタンスとに基づいて、電流補正方向を算出する電流補正方向算出部と、前記電流補正量と前記電流補正方向とに基づいて、前記電流補正量加算部における前記補正に用いるためのｄ軸電流補正量及びｑ軸電流補正量を算出する電流補正量分解部とを備え、前記電流補正量加算部は、前記ｄ軸電流指令及び前記ｑ軸電流指令に、前記ｄ軸電流補正量及び前記ｑ軸電流補正量をそれぞれ加算することで、前記ｄ軸電流補正後指令及び前記ｑ軸電流補正後指令を算出する、永久磁石型回転電機の制御装置である。
【発明の効果】
【００１１】
この発明においては、電流検出部で検出した３相交流電流を座標変換したｄ軸電流とｑ軸電流とに基づいて電流補正方向を求めて、当該電流補正方向を用いて補正量を求め、外部から入力されるｄ軸電流指令及びｑ軸電流指令を補正するようにしたので、弱め界磁制御によって誘起電圧を電源電圧に応じた最大電圧円内に速やかに収束させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の実施の形態１に係る永久磁石型回転電機の制御装置の構成を示したブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態２に係る永久磁石型回転電機の制御装置の構成を示したブロック図である。
【図３】この発明の実施の形態３に係る永久磁石型回転電機の制御装置の構成を示したブロック図である。
【図４】この発明の実施の形態４に係る永久磁石型回転電機の制御装置の構成を示したブロック図である。
【図５】この発明の実施の形態１〜４に係る永久磁石型回転電機の制御装置における電流ベクトル図である。
【図６】この発明の実施の形態１〜４に係る永久磁石型回転電機の制御装置における電圧ベクトル図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施の形態１．
以下に、この発明の実施の形態１に係る永久磁石型回転電機の制御装置（以下、単に、制御装置とする。）について説明する。図１は、実施の形態１に係る制御装置の構成を示したブロック図である。図５は、実施の形態１の制御装置における電流ベクトル図である。また、図６は、実施の形態１の制御装置における電圧ベクトル図である。
【００１４】
図１に示すように、この発明の実施の形態１に係る制御装置は、制御対象の永久磁石型回転電機１００に対して設けられている。
永久磁石型回転電機１００は、永久磁石を具備する回転子と、コイルを具備する固定子とから構成されている。固定子のコイルは、回転子を回転させるための回転磁界を発生させる。なお、ここでは、永久磁石型回転電機１００は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相交流回転電機とする。
【００１５】
永久磁石型回転電機１００には、磁極位置検出部１１０が接続されている。磁極位置検出部１１０は、永久磁石型回転電機１００の回転子の磁極位置θを検出する。
【００１６】
図１に示すように、実施の形態１に係る制御装置は、インバータ１０１、電流補正量加算部１０２、電流制御部１０３、電圧指令生成部１０４、電圧座標変換部１０５、電流補正量分解部１０６、電流補正量算出部１０７、電流補正方向算出部１０８、および、電流座標変換部１０９から構成されている。また、制御装置には、電子制御装置（ＥＣＵ）１５０が接続されている。電子制御装置（ＥＣＵ）１５０は、制御装置の上位の装置で、制御装置の外部に設けられている。
【００１７】
インバータ１０１は、三相線を介して、永久磁石型回転電機１００に接続されている。また、インバータ１０１は、整流回路および平滑回路を介して、電源（図示せず）に接続されている。当該電源は、電気エネルギーの授受を行う車両用の高圧直流電源である。電源からの交流電圧は整流回路（図示せず）で整流された後、平滑回路（図示せず）で直流電圧に平滑されて、インバータ１０１に供給される。
インバータ１０１には、電圧座標変換部１０５から、後述する３相交流電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊が入力される。インバータ１０１は、電源から供給される電力を用いて、３相交流電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に基づいて、三相線を介して、永久磁石型回転電機１００に対して交流電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを与える。これにより、永久磁石型回転電機１００の固定子のコイルが通電され、該コイルに誘起電圧が発生する。この誘起電圧により、回転子が回転する。本実施の形態１における制御装置は、この誘起電圧を、電源電圧に応じた最大電圧円内に、速やかに収束させるための制御を行う。
【００１８】
インバータ１０１と永久磁石型回転電機１００との間には、電流検出部１１１，１１２，１１３が配置されている。電流検出部１１１，１１２，１１３は、インバータ１０１と永久磁石型回転電機１００との間に流れる３相交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを検出する。
【００１９】
電流補正量加算部１０２には、電子制御装置（ＥＣＵ）１５０が接続されている。電流補正量加算部１０２には、電子制御装置（ＥＣＵ）１５０から、ｄ軸電流指令Ｉｄ０＊及びｑ軸電流指令Ｉｑ０＊が入力される。ここで、永久磁石型回転電機１００の回転子の磁極位置の界磁方向をｄ軸とし、ｄ軸に直交する方向をｑ軸とする。さらに、電流補正量加算部１０２には、後述する電流補正量分解部１０６から、ｄ軸電流補正量ΔＩｄ１及びｑ軸電流補正量ΔＩｑ１も入力される。電流補正量加算部１０２は、下記の式（１）により、ｄ軸電流指令Ｉｄ０＊及びｑ軸電流指令Ｉｑ０＊に、ｄ軸電流補正量ΔＩｄ１及びｑ軸電流補正量ΔＩｑ１をそれぞれ加算して、ｄ軸電流補正後指令Ｉｄ１＊及びｑ軸電流補正後指令Ｉｑ１＊を出力する。
【００２０】
Ｉｄ１＊＝Ｉｄ０＊＋ΔＩｄ１                    （１）
Ｉｑ１＊＝Ｉｑ０＊＋ΔＩｑ１
【００２１】
電流制御部１０３には、電流補正量加算部１０２から、ｄ軸電流補正後指令Ｉｄ１＊及びｑ軸電流補正後指令Ｉｑ１＊が入力される。さらに、電流制御部１０３には、電流座標変換部１０９から、ｄ軸電流Ｉｄとｑ軸電流Ｉｑも入力される。電流制御部１０３は、ｄ軸電流Ｉｄとｑ軸電流Ｉｑが、ｄ軸電流補正後指令Ｉｄ１＊及びｑ軸電流補正後指令Ｉｑ１＊に追従するように、フィードバック制御を行う。具体的には、電流制御部１０３は、ｄ軸電流補正後指令Ｉｄ１＊及びｑ軸電流補正後指令Ｉｑ１＊、および、ｄ軸電流Ｉｄとｑ軸電流Ｉｑに基づいて、フィードバック制御により、下記の式（２）〜（４）を用いて、ｄ軸電圧非干渉項Ｖｄｄｃ及びｑ軸電圧非干渉項Ｖｑｄｃと、ｄ軸電圧比例項Ｖｄｐ及びｑ軸電圧比例項Ｖｑｐと、ｄ軸電圧積分項Ｖｄｉ及びｑ軸電圧積分項Ｖｑｉとを算出する。
【００２２】
【数１】
2017090109.tif 000003
【００２３】
ここで、式（２）において、Ｋｄｉ，Ｋｑｉは、ｄ軸積分項ゲイン及びｑ軸積分項ゲインであり、それぞれ、適合した任意の数値とする。
【００２４】
Ｖｄｐ＝Ｋｄｐ（Ｉｄ１＊  −  Ｉｄ）                （３）
Ｖｑｐ＝Ｋｑｐ（Ｉｑ１＊  −  Ｉｑ）
【００２５】
ここで、式（３）において、Ｋｄｐ，Ｋｑｐは、ｄ軸比例項ゲイン及びｑ軸比例項ゲインであり、それぞれ、適合した任意の数値とする。
【００２６】
Ｖｄｄｃ＝−ωｅ×Ｌｑ×Ｉｑ                        （４）
Ｖｑｄｃ＝ωｅ×（Ｌｄ×Ｉｄ＋Φｍ）
【００２７】
ここで、式（４）において、Ｌｄ，Ｌｑは、それぞれ、ｄ軸インダクタンス及びｑ軸インダクタンスを示す。ｄ軸インダクタンス及びｑ軸インダクタンスは、制御装置に設けられたメモリ（図示せず）内に予め記憶されている。ｄ軸インダクタンス及びｑ軸インダクタンスは、動作条件に関わらず一定の固定値としてもよいし、動作条件に応じて変化するマップ値としてもよい。ｄ軸インダクタンス及びｑ軸インダクタンスがマップ値の場合の例について説明する。制御装置は、例えば、ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑと、ｄ軸インダクタンス及びｑ軸インダクタンスとの、対応関係が予め定められたマップを、メモリ内に予め記憶しておく。電流制御部１０３は、当該マップから、ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑを引数にして、対応するｄ軸インダクタンス及びｑ軸インダクタンスの値を得る。なお、引数は、他のパラメータとしてもよい。
また、式（４）において、Φｍは、永久磁石型回転電機１００に具備された回転子の永久磁石の磁束を示す。磁束Φｍは、計測した固定値とするが、電圧等を引数としたＭＡＰ値としてもよく、あるいは、電圧等から推定した推定値としてもよい。
また、式（４）において、ωｅは、永久磁石型回転電機１００に具備された回転子の回転速度を示す。回転速度ωｅは、磁極位置検出部１１０で検出した磁極位置θを微分することで求められる。
【００２８】
電圧指令生成部１０４は、下記の式（５）により、電流制御部１０３から出力される、ｄ軸電圧非干渉項Ｖｄｄｃ及びｑ軸電圧非干渉項Ｖｑｄｃと、ｄ軸電圧比例項Ｖｄｐ及びｑ軸電圧比例項Ｖｑｐと、ｄ軸電圧積分項Ｖｄｉ及びｑ軸電圧積分項Ｖｑｉとを加算して、ｄ軸電圧指令Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令Ｖｑ＊を求める。
【００２９】
Ｖｄ＊＝Ｖｄｐ＋Ｖｄｉ＋Ｖｄｄｃ                    （５）
Ｖｑ＊＝Ｖｑｐ＋Ｖｑｉ＋Ｖｑｄｃ
【００３０】
電圧座標変換部１０５には、電圧指令生成部１０４から、ｄ軸電圧指令Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令Ｖｑ＊が入力される。さらに、電圧座標変換部１０５には、磁極位置検出部１１０で検出した磁極位置θも入力される。電圧座標変換部１０５は、ｄ軸電圧指令Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令Ｖｑ＊と磁極位置θとから、下記の式（６）を用いて、３相交流電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊を算出する。生成された３相交流電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊は、インバータ１０１に入力される。
【００３１】
【数２】
2017090109.tif 000004
【００３２】
電流座標変換部１０９には、電流検出部１１１，１１２，１１３で検出された３相交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが入力される。さらに、電流座標変換部１０９には、磁極位置検出部１１０で検出された磁極位置θも入力される。電流座標変換部１０９は、下記の式（７）を用いて、３相交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ、及び、磁極位置θから、ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑを算出する。
【００３３】
【数３】
2017090109.tif 000005
【００３４】
電流補正量算出部１０７には、電圧指令生成部１０４から、ｄ軸電圧指令Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令Ｖｑ＊が入力される。さらに、電流補正量算出部１０７には、電源電圧Vpnに応じた最大電圧Ｖｍａｘも入力される。Ｖｍａｘは下記式（２０）を用いて算出する。
Ｖｍａｘ＝Ｖｐｎ×ＭＲｍａｘ                        （２０）
式（２０）で用いているＭＲｍａｘは試験等で決定した数値である。例えば、電流発振およびシステム損失（インバータおよびモータ等）が最小となるようＭＲｍａｘは決定される。電流補正量算出部１０７は、ｄ軸電圧指令Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令Ｖｑ＊と最大電圧Ｖｍａｘとの偏差である電圧偏差を算出する。ここで、電圧偏差は、ｄ軸電圧指令Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令Ｖｑ＊の２乗和平方根と、最大電圧Ｖｍａｘとの差とする。電流補正量算出部１０７は、当該電圧偏差に基づいて、下記の式（８）を用いて、電流補正量ΔＩを算出する。
【００３５】
【数４】
2017090109.tif 000006
【００３６】
ここで、式（８）において、ＫΔＩはゲインであり、適合等で調整した数値を使用するものとする。また、上式（８）は、積分制御を想定しているが、比例制御および微分制御を含めてもよいものとする。
【００３７】
電流補正方向算出部１０８には、電流座標変換部１０９から、ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑが入力される。さらに、電流補正方向算出部１０８は、上述したメモリから、ｄ軸インダクタンスＬｄおよびｑ軸インダクタンスＬｑを取得する。電流補正方向算出部１０８は、ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑ、及び、ｄ軸インダクタンスＬｄおよびｑ軸インダクタンスＬｑに基づいて、下記の式（９）により、電流補正方向θＩを算出する。
【００３８】
【数５】
2017090109.tif 000007
【００３９】
電流補正量分解部１０６には、電流補正量算出部１０７から、電流補正量ΔＩが入力される。さらに、電流補正量分解部１０６には、電流補正方向算出部１０８から、電流補正方向θＩも入力される。電流補正量分解部１０６は、電流補正量ΔＩと電流補正方向θＩとから、ｄ軸電流補正量ΔＩｄ１及びｑ軸電流補正量ΔＩｑ１を算出する。
【００４０】
ΔＩｄ１＝ΔＩ×ｃｏｓ（θＩ）                      （１０）
ΔＩｑ１＝ΔＩ×ｃｏｓ（θＩ）
【００４１】
本実施の形態１では、電流検出部１１１，１１２，１１３で計測した３相交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを電流座標変換部１０９で座標変換することで得られるｄ軸電流Ｉｄとｑ軸電流Ｉｑに基づいて電流補正方向θＩを算出し、電流補正方向θＩを用いてｄ軸電流指令Ｉｄ０＊とｑ軸電流指令Ｉｑ０＊を補正するようにしたので、下記の効果が期待できる。
【００４２】
本実施の形態１では、ｄ軸電流指令Ｉｄ０＊とｑ軸電流指令Ｉｑ０＊を最小の電流変化で補正可能なことから、弱め界磁制御によって誘起電圧を電源電圧に応じた最大電圧円内をはずれることなくすみやかに収束させることができる。
【００４３】
このことを図５及び図６を用いて説明する。
図５は、本実施の形態１における電流ベクトル図である。図６は、本実施の形態１における電圧ベクトル図である。
【００４４】
まず、図５を用いて、電流について説明する。
上述したように、電子制御装置（ＥＣＵ）１５０が、電流指令Ｉｄ０＊，Ｉｑ０＊を出力する。このとき、図５に示すように、電流指令Ｉｄ０＊とＩｑ０＊との合成ベクトル２０１の長さは、電圧制限楕円２００内に収束していない。
合成ベクトル２０１を電圧制限楕円２００内に収束させるためには、合成ベクトル２０１を合成ベクトル２０３に変換する必要がある。合成ベクトル２０１から合成ベクトル２０３を得るには、合成ベクトル２０１に合成ベクトル２０２を加算すればよい。従って、合成ベクトル２０２の方向を求める。当該方向は、合成ベクトル２０１の先端から、電圧制限楕円２００の中心Ｍに向かう方向である。この方向が、上述した電流補正方向θＩである。
従って、合成ベクトル２０１の電流補正方向が電圧制限楕円２００の中心Ｍに向かう方向となるように、ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑ、及び、ｄ軸インダクタンスＬｄおよびｑ軸インダクタンスＬｑに基づいて、電流補正方向θＩを求める。次に、電流補正方向θＩに基づいて、ｄ軸電流補正量ΔＩｄ１及びｑ軸電流補正量ΔＩｑ１を求める。こうして得られたｄ軸電流補正量ΔＩｄ１とｑ軸電流補正量ΔＩｑ１との合成ベクトルは、図５に示すように、合成ベクトル２０２である。従って、合成ベクトル２０２を合成ベクトル２０１に加算することにより、合成ベクトル２０３が得られる。
【００４５】
次に、図６を用いて、電圧について説明する。
図５の電流の合成ベクトル２０１に対応する電圧の合成ベクトルは、図６の合成ベクトル３０１である。合成ベクトル３０１の長さは、電源電圧に応じた最大電圧円３００内に収束していない。
一方、図５の電流の合成ベクトル２０３に対応する電圧の合成ベクトルは、図６の合成ベクトル３０２である。合成ベクトル３０２の長さは、電源電圧に応じた最大電圧円３００内に収束している。
【００４６】
このように、本実施の形態１においては、電流検出部１１１，１１２，１１３で計測した３相交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを座標変換することで得られるｄ軸電流Ｉｄとｑ軸電流Ｉｑに基づいて電流補正方向θＩを算出し、電流補正方向θＩを用いてｄ軸電流指令Ｉｄ０＊とｑ軸電流指令Ｉｑ０＊を補正するようにしたので、僅かな電流変化であっても、ｄ軸電流指令Ｉｄ０＊とｑ軸電流指令Ｉｑ０＊を補正することができる。従って、弱め界磁制御によって、誘起電圧を電源電圧に応じた最大電圧円３００内に速やかに収束させることができる。
【００４７】
以上のように、本実施の形態１に係る永久磁石型回転電機の制御装置は、交流電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗが入力され、当該交流電圧指令に基づいて、永久磁石型回転電機１００に交流電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを印加するインバータ１０１と、回転子の磁極位置θを検出する磁極位置検出部１１０と、インバータ１０１と永久磁石型回転電機１００との間を流れる交流電流を検出する電流検出部１１１，１１２，１１３と、これらの電流検出部により検出された交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを、磁極位置θの界磁方向をｄ軸とし、ｄ軸に直交する方向をｑ軸として、ｄ軸電流Ｉｄとｑ軸電流Ｉｑとに変換する電流座標変換部１０９と、外部からｄ軸電流指令Ｉｄ０＊及びｑ軸電流指令Ｉｑ０＊が入力され、ｄ軸電流指令及びｑ軸電流指令を補正して、ｄ軸電流補正後指令Ｉｄ１＊及びｑ軸電流補正後指令Ｉｑ１＊を出力する電流補正量加算部１０２と、ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑがｄ軸電流補正後指令Ｉｄ１＊及びｑ軸電流補正後指令Ｉｑ１＊に追従するように、ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑ、および、ｄ軸電流補正後指令Ｉｄ１＊及びｑ軸電流補正後指令Ｉｑ１＊に基づいて、ｄ軸電圧非干渉項Ｖｄｄｃ及びｑ軸電圧非干渉項Ｖｑｄｃと、ｄ軸電圧比例項Ｖｄｐ及びｑ軸電圧比例項Ｖｑｐと、ｄ軸電圧積分項Ｖｄｉ及びｑ軸電圧積分項Ｖｑｉとを算出する電流制御部１０３と、ｄ軸電圧非干渉項Ｖｄｄｃ及びｑ軸電圧非干渉項Ｖｑｄｃと、ｄ軸電圧比例項Ｖｄｐ及びｑ軸電圧比例項Ｖｑｐと、ｄ軸電圧積分項Ｖｄｉ及びｑ軸電圧積分項Ｖｑｉとに基づいて、ｄ軸電圧指令Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令Ｖｑ＊を生成する電圧指令生成部１０４と、ｄ軸電圧指令Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令Ｖｑ＊を、インバータ１０１に入力するための交流電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に変換する電圧座標変換部１０５と、電圧指令生成部１０４から出力されるｄ軸電圧指令Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令Ｖｑ＊と電源電圧に応じた最大電圧Ｖｍａｘとの偏差である電圧偏差を算出する電圧偏差算出部および電圧偏差に応じて電流補正量ΔＩを算出する電流補正量算出部から構成された電流補正量算出部１０７と、固定値、または、ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑを引数とするマップ値として、ｄ軸インダクタンスＬｄ及びｑ軸インダクタンスＬｑを予め記憶するインダクタンス記憶部としてのメモリと、電流座標変換部１０９から出力されるｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑと、ｄ軸インダクタンスＬｄ及びｑ軸インダクタンスＬｑとに基づいて、電流補正方向θＩを算出する電流補正方向算出部１０８と、電流補正量ΔＩと電流補正方向θＩとに基づいて、電流補正量加算部１０２における補正に用いるためのｄ軸電流補正量ΔＩｄ１及びｑ軸電流補正量Δｑ１を算出する電流補正量分解部１０６とを備え、電流補正量加算部１０２は、ｄ軸電流指令Ｉｄ０＊及びｑ軸電流指令Ｉｑ０＊に、ｄ軸電流補正量ΔＩｄ１及びｑ軸電流補正量ΔＩｑ１をそれぞれ加算することで、ｄ軸電流補正後指令Ｉｄ１＊とｑ軸電流補正後指令Ｉｑ１＊を算出する。このように、本実施の形態では、電流検出部１１１，１１２，１１３で計測した３相交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを座標変換することで得られるｄ軸電流Ｉｄとｑ軸電流Ｉｑに基づいて電流補正方向θＩを算出し、電流補��方向θＩを用いてｄ軸電流指令Ｉｄ０＊とｑ軸電流指令Ｉｑ０＊を補正するようにしたので、僅かな電流変化であっても、ｄ軸電流指令Ｉｄ０＊とｑ軸電流指令Ｉｑ０＊を補正することができる。従って、弱め界磁制御によって、誘起電圧を電源電圧に応じた最大電圧円３００内に速やかに収束させることができる。
【００４８】
実施の形態２．
以下に、この発明の実施の形態２に係る永久磁石型回転電機の制御装置（以下、単に、制御装置とする。）について説明する。図２は、実施の形態２に係る制御装置の構成を示したブロック図である。図５は、実施の形態２の制御装置における電流ベクトル図である。また、図６は、実施の形態２の制御装置における電圧ベクトル図である。なお、図５及び図６については、実施の形態１と同じであるため、ここでは、その説明を省略する。
【００４９】
上述の実施の形態１では、電流座標変換部１０９から出力されるｄ軸電流Ｉｄとｑ軸電流Ｉｑを用いて、電流補正方向θＩを算出する例について説明した。ｄ軸電流Ｉｄとｑ軸電流Ｉｑは、電流検出部１１１，１１２，１１３で計測した３相交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを座標変換することにより得られる。
【００５０】
一方、本実施の形態２では、上述した実施の形態１と異なり、電子制御装置（ＥＣＵ）１５０から出力されるｄ軸電流指令Ｉｄ０＊及びｑ軸電流指令Ｉｑ０＊を用いて、電流補正方向θＩを算出する。
【００５１】
従って、本実施の形態２においては、図１の電流補正方向算出部１０８の代わりに、図２に示すように、電流補正方向算出部１０８Ａが設けられている。他の構成および動作については、実施の形態１と同じであるため、ここでは、その説明を省略する。
【００５２】
本実施の形態２においては、電流補正方向算出部１０８Ａに、電子制御装置（ＥＣＵ）１５０から、ｄ軸電流指令Ｉｄ０＊及びｑ軸電流指令Ｉｑ０＊が入力される。さらに、電流補正方向算出部１０８Ａは、メモリから、ｄ軸インダクタンスＬｄおよびｑ軸インダクタンスＬｑを取得する。電流補正方向算出部１０８Ａは、ｄ軸電流指令Ｉｄ０＊及びｑ軸電流指令Ｉｑ０＊、及び、ｄ軸インダクタンスＬｄおよびｑ軸インダクタンスＬｑに基づいて、下記の式（１１）により、電流補正方向θＩを算出する。
【００５３】
【数６】
2017090109.tif 000008
【００５４】
以上のように、本実施の形態２においては、電子制御装置（ＥＣＵ）１５０からのｄ軸電流指令Ｉｄ０＊及びｑ軸電流指令Ｉｑ０＊を用いて、電流補正方向θＩを算出するようにしたので、下記の効果が期待できる。
【００５５】
電流検出部１１１，１１２，１１３で計測した３相交流電流を座標変換したｄ軸電流Ｉｄとｑ軸電流Ｉｑで電流補正方向θＩを算出する場合と比較すると、電流検出部によるフィードバック時間遅れがないことから、電子制御装置（ＥＣＵ）１５０の電流指令が急変した場合においても、速やかに、誘起電圧を電源電圧に応じた最大電圧円内に収束させることが可能となる。
【００５６】
実施の形態３．
以下に、この発明の実施の形態３に係る永久磁石型回転電機の制御装置（以下、単に、制御装置とする。）について説明する。図３は、実施の形態３に係る制御装置の構成を示したブロック図である。図５は、実施の形態３の制御装置における電流ベクトル図である。また、図６は、実施の形態３の制御装置における電圧ベクトル図である。なお、図５及び図６については、実施の形態１と同じであるため、ここでは、その説明を省略する。
【００５７】
本実施の形態３では、上述した実施の形態１，２と異なり、電流座標変換部１０９から出力されるｄ軸電流Ｉｄとｑ軸電流Ｉｑと、電子制御装置（ＥＣＵ）１５０から出力されるｄ軸電流指令Ｉｄ０＊及びｑ軸電流指令Ｉｑ０＊とを用いて、電流補正方向θＩを算出する。
【００５８】
従って、本実施の形態３においては、図１の電流補正方向算出部１０８の代わりに、図３に示すように、電流補正方向算出部１０８Ｂが設けられている。
また、図３に示すように、電流混合部１１４が設けられている。電流混合部１１４は、下記の式（１２）により、電流座標変換部１０９から出力されるｄ軸電流Ｉｄとｑ軸電流Ｉｑと、電子制御装置（ＥＣＵ）１５０から出力されるｄ軸電流指令Ｉｄ０＊及びｑ軸電流指令Ｉｑ０＊とを加算して、ｄ軸混合電流Ｉｄｍｉｘ及びｑ軸混合電流Ｉｑｍｉｘを出力する。
他の構成および動作については、実施の形態１と同じであるため、ここでは、その説明を省略する。
【００５９】
Ｉｄｍｉｘ＝Ｉｄ＋Ｉｄ０＊                          （１２）
Ｉｑｍｉｘ＝Ｉｑ＋Ｉｑ０＊
【００６０】
本実施の形態３においては、電流補正方向算出部１０８Ｂに、電流混合部１１４から、ｄ軸混合電流Ｉｄｍｉｘ及びｑ軸混合電流Ｉｑｍｉｘが入力される。さらに、電流補正方向算出部１０８Ｂは、メモリから、ｄ軸インダクタンスＬｄおよびｑ軸インダクタンスＬｑを取得する。電流補正方向算出部１０８Ｂは、ｄ軸混合電流Ｉｄｍｉｘ及びｑ軸混合電流Ｉｑｍｉｘ、および、ｄ軸インダクタンスＬｄおよびｑ軸インダクタンスＬｑに基づいて、下記の式（１３）により、電流補正方向θＩを算出する。
【００６１】
【数７】
2017090109.tif 000009
【００６２】
以上のように、本実施の形態３においては、ｄ軸混合電流Ｉｄｍｉｘ及びｑ軸混合電流Ｉｑｍｉｘを用いて、電流補正方向θＩを算出することで下記の効果が期待できる。なお、上述したように、ｄ軸混合電流Ｉｄｍｉｘ及びｑ軸混合電流Ｉｑｍｉｘは、電流検出部１１１，１１２，１１３で計測した３相交流電流を座標変換したｄ軸電流Ｉｄとｑ軸電流Ｉｑだけでなく、電子制御装置（ＥＣＵ）１５０から出力されるｄ軸電流指令Ｉｄ０＊とｑ軸電流指令Ｉｑ０＊も含んでいる。
【００６３】
本実施の形態３では、ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑを含むｄ軸混合電流Ｉｄｍｉｘ及びｑ軸混合電流Ｉｑｍｉｘに基づいて電流補正方向θＩを算出し、電流補正方向θＩを用いてｄ軸電流指令Ｉｄ０＊とｑ軸電流指令Ｉｑ０＊を補正するようにしたので、実施の形態１と同様に、僅かな電流変化であっても、ｄ軸電流指令Ｉｄ０＊とｑ軸電流指令Ｉｑ０＊を補正することができる。
さらに、本実施の形態３においては、ｄ軸混合電流Ｉｄｍｉｘ及びｑ軸混合電流Ｉｑｍｉｘに、電子制御装置（ＥＣＵ）１５０の電流指令Ｉｄ０＊及びＩｑ０＊も含むようにしたので、ｄ軸電流Ｉｄとｑ軸電流Ｉｑだけで電流補正方向θＩを算出する場合と比較すると、電子制御装置（ＥＣＵ）１５０の電流指令が急変した場合でも、当該急変を考慮して、誘起電圧を電源電圧に応じた最大電圧円内に速やかに収束させることが可能となる。
【００６４】
実施の形態４．
以下に、この発明の実施の形態４に係る永久磁石型回転電機の制御装置（以下、単に、制御装置とする。）について説明する。図４は、実施の形態４に係る制御装置の構成を示したブロック図である。図５は、実施の形態４の制御装置における電流ベクトル図である。また、図６は、実施の形態４の制御装置における電圧ベクトル図である。なお、図５及び図６については、実施の形態１と同じであるため、ここでは、その説明を省略する。
【００６５】
本実施の形態４では、上述した実施の形態１と異なり、図４に示すように、電圧定常項生成部１１５が設けられている。電圧定常項生成部１１５には、電流制御部１０３より出力される、ｄ軸電圧非干渉項Ｖｄｄｃ及びｑ軸電圧非干渉項Ｖｑｄｃと、ｄ軸電圧積分項Ｖｄｉ及びｑ軸電圧積分項Ｖｑｉとが入力される。電圧定常項生成部１１５は、下記の式（１４）により、ｄ軸電圧非干渉項Ｖｄｄｃ及びｑ軸電圧非干渉項Ｖｑｄｃと、ｄ軸電圧積分項Ｖｄｉ及びｑ軸電圧積分項Ｖｑｉとを加算して、ｄ軸電圧定常項Ｖｄｃｏｎｓｔ及びｑ軸電圧定常項Ｖｑｃｏｎｓｔを出力する。
【００６６】
Ｖｄｃｏｎｓｔ＝Ｖｄｉ＋Ｖｄｄｃ                    （１４）
Ｖｑｃｏｎｓｔ＝Ｖｑｉ＋Ｖｑｄｃ
【００６７】
また、本実施の形態４においては、図１の電流補正方向算出部１０８の代わりに、図４に示すように、電流補正方向算出部１０８Ｃが設けられている。
他の構成および動作については、実施の形態１と同じであるため、ここでは、その説明を省略する。
【００６８】
本実施の形態４においては、電流補正方向算出部１０８Ｃに、電圧定常項生成部１１５から、ｄ軸電圧定常項Ｖｄｃｏｎｓｔ及びｑ軸電圧定常項Ｖｑｃｏｎｓｔが入力される。さらに、電流補正方向算出部１０８Ｂは、メモリから、ｄ軸インダクタンスＬｄおよびｑ軸インダクタンスＬｑを取得する。電流補正方向算出部１０８Ｃは、ｄ軸電圧定常項Ｖｄｃｏｎｓｔ及びｑ軸電圧定常項Ｖｑｃｏｎｓｔ、および、ｄ軸インダクタンスＬｄおよびｑ軸インダクタンスＬｑに基づいて、下記の式（１５）により、電流補正方向θＩを算出する。
【００６９】
【数８】
2017090109.tif 000010
【００７０】
以上のように、本実施の形態４においては、ｄ軸電圧定常項Ｖｄｃｏｎｓｔとｑ軸電圧定常項Ｖｑｃｏｎｓｔとにより電流補正方向θＩを算出し、その電流補正方向θＩを用いて、ｄ軸電流指令Ｉｄ０＊及びｑ軸電流指令Ｉｑ０＊を補正することから、下記の効果が期待できる。
【００７１】
本実施の形態においては、ｄ軸電圧定常項Ｖｄｃｏｎｓｔとｑ軸電圧定常項Ｖｑｃｏｎｓｔとに基づいて、電流補正方向θＩを算出するようにしたので、永久磁石型回転電機１００の各固定子、回転子、電機子等の温度が変化した場合においても、弱め界磁制御によって誘起電圧を電源電圧に応じた最大電圧円内に収束させることができる。
【図１】
2017090109.tif 000011
【図２】
2017090109.tif 000012
【図３】
2017090109.tif 000013
【図４】
2017090109.tif 000014
【図５】
2017090109.tif 000015
【図６】
2017090109.tif 000016
【国際調査報告】
2017090109.tif 000017
2017090109.tif 000018
2017090109.tif 000019
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