(57)【要約】  製品ＣＰＵへの負担を大きくすることなく、永久磁石同期電動機がＳＰＭモータであるかＩＰＭモータであるかを問わず、低速運転時や中速運転時だけでなく高速運転時においても、精度の良いトルク制御が可能な永久磁石同期電動機の制御装置を得ることを目的として、ｄ軸とｑ軸の各電流修正指令（ｉｄ＊ｃｍｄ、ｉｑ＊ｃｍｄ）の電流位相βｉとトルク指令Ｔｍ＊とからトルク修正指令Ｔｍ＊ｃｍｄを生成し、該トルク修正指令Ｔｍ＊ｃｍｄをトルク指令Ｔｍ＊に代えてｄ／ｑ軸電流指令生成器９に供給するトルク補正回路（１，２，３ａ）を備えた。
2010050020.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から入力されるトルク指令からｄ軸とｑ軸の各電流指令を生成するｄ／ｑ軸電流指令生成器と、前記ｄ軸とｑ軸の各電流指令と対応するｄ軸とｑ軸の各電流修正量との偏差であるｄ軸とｑ軸の各電流修正指令に、永久磁石同期電動機に実際に流れているｄ軸とｑ軸の各電流が一致するようにするｄ軸とｑ軸の各電圧指令を比例積分制御によって生成する電流制御器とを備える永久磁石同期電動機の制御装置において、
前記ｄ軸とｑ軸の各電流修正指令の電流位相と前記トルク指令とからトルク修正指令を生成し、該トルク修正指令を前記トルク指令に代えて前記ｄ／ｑ軸電流指令生成器に供給するトルク補正回路
を備えたことを特徴とする永久磁石同期電動機の制御装置。
【請求項２】
前記トルク補正回路は、
前記ｄ軸とｑ軸の各電流修正指令から電流位相を演算する電流位相演算器と、前記トルク指令と前記電流位相とからトルク補正係数を出力するトルク補正器と、前記トルク指令と前記トルク補正係数とを乗算して前記トルク修正指令を出力する乗算器とを備えていることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石同期電動機の制御装置。
【請求項３】
前記トルク補正回路は、
前記ｄ軸とｑ軸の各電流修正指令から電流位相を演算する電流位相演算器と、前記トルク指令と前記電流位相とから前記トルク修正指令を出力するトルク補正器とを備えていることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石同期電動機の制御装置。
【請求項４】
外部から入力されるトルク指令からｄ軸とｑ軸の各電流指令を生成するｄ／ｑ軸電流指令生成器と、前記ｄ軸とｑ軸の各電流指令と対応するｄ軸とｑ軸の各電流修正量との偏差であるｄ軸とｑ軸の各電流修正指令に、永久磁石同期電動機に実際に流れているｄ軸とｑ軸の各電流が一致するようにするｄ軸とｑ軸の各電圧指令を比例積分制御によって生成する電流制御器とを備える永久磁石同期電動機の制御装置において、
前記ｄ軸とｑ軸の各電流修正指令の電流位相及び電流振幅と前記トルク指令とからトルク修正指令を生成し、該トルク修正指令を前記トルク指令に代えて前記ｄ／ｑ軸電流指令生成器に供給するトルク補正回路
を備えたことを特徴とする永久磁石同期電動機の制御装置。
【請求項５】
前記トルク補正回路は、
前記ｄ軸とｑ軸の各電流修正指令から電流位相を演算する電流位相演算器と、前記トルク指令と前記電流位相とから第１のトルク補正係数を出力するトルク補正器と、前記ｄ軸とｑ軸の各電流指令の振幅と前記ｄ軸とｑ軸の各電流修正指令の振幅との変化率を演算しそれを第２のトルク補正係数として出力する電流振幅変化率演算器と、前記トルク指令と前記第１のトルク補正係数と前記第２のトルク補正係数とを乗算して前記トルク修正指令を出力する乗算器とを備えていることを特徴とする請求項４に記載の永久磁石同期電動機の制御装置。
【請求項６】
前記トルク補正回路は、
前記ｄ軸とｑ軸の各電流修正指令から電流位相を演算する電流位相演算器と、前記トルク指令と前記電流位相とから第１のトルク修正指令を出力するトルク補正器と、前記ｄ軸とｑ軸の各電流指令の振幅と前記ｄ軸とｑ軸の各電流修正指令の振幅との変化率を演算しそれをトルク補正係数として出力する電流振幅変化率演算器と、前記トルク指令と前記第１のトルク修正指令と前記トルク補正係数とを乗算した第２のトルク修正指令を前記ｄ／ｑ軸電流指令生成器に供給する前記トルク修正指令として出力する乗算器とを備えていることを特徴とする請求項４に記載の永久磁石同期電動機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、永久磁石同期電動機の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石同期電動機の制御では、トルクを自由に制御できるベクトル制御が多く用いられている。ベクトル制御を採用する制御装置は、ＰＷＭインバータが永久磁石同期電動機に出力する３相のモータ電流を回転する直交２軸のｄｑ軸座標上に分解して励磁電流成分であるｄ軸電流とトルク寄与成分であるｑ軸電流とに変換し、その変換した実際に永久磁石同期電動機に流れているｄ軸電流及びｑ軸電流を、外部から与えられるトルク指令から生成したｄ軸電流指令及びｑ軸電流指令に追従するように、比例積分制御を行う電流制御器が、前記ＰＷＭインバータを制御する構成を採用している。【０００３】
したがって、永久磁石同期電動機の制御装置によるトルク制御の精度は、外部から与えられるトルク指令からｄ軸電流指令及びｑ軸電流指令を生成するｄ／ｑ軸電流指令生成器において適切なｄ軸電流指令及びｑ軸電流指令を生成できるか否かに依存している。【０００４】
ここで、永久磁石同期電動機のうち、突極性がないＳＰＭ（Surface Permanent Magnet）モータでのトルク発生式は、式（１）で与えられる。なお、式（１）において、Ｔｍ＊は外部から与えられるトルク指令であり、ｉｑ＊はｑ軸電流指令であり、Ｋｔは永久磁石同期電動機のトルク定数である。【０００５】
【数１】
2010050020.tif 000003
【０００６】
そして、式（１）を次の式（２）のように変形し、ｄ／ｑ軸電流指令生成器をこの式（２）に基づいた演算を実施するように構成すれば、トルクを制御することが可能になる。なお、式（２）において、ｉｄ＊はｄ軸電流指令である。【０００７】
【数２】
2010050020.tif 000004
【０００８】
また、永久磁石同期電動機のうち、突極性があるＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）モータでのトルク発生式は次の式（３）で与えられる。なお、式（３）において、Ｐｍ，Ｌｄ，Ｌｑは、それぞれ、永久磁石同期電動機の極対数、ｄ軸インダクタンス、ｑ軸インダクタンスである。【０００９】
【数３】
2010050020.tif 000005
【００１０】
ＩＰＭモータに対しては、ｄ／ｑ軸電流指令生成器を、この式（３）に基づいた演算を実施するように構成する、或いは、予め用意した式（３）に基づいたテーブルデータを参照するように構成すれば、トルクを制御することが可能になる。なお、ｄ軸インダクタンス、ｑ軸インダクタンスは、電流の大きさによって非線形に変化することが一般に知られているので、それを考慮してｄ／ｑ軸電流指令生成器を構成することで、トルク制御の精度を向上させることも可能である。【００１１】
ところで、近年、永久磁石同期電動機を高速運転させるために、インバータ出力電圧を使い切る定出力領域での運転が増えてきている。この運転では、インバータ出力電圧の飽和を抑える必要があるので、その手段の一つとして、ｄ軸電流を負方向に増加させるいわゆる弱め界磁制御を行うことが多くなっている。【００１２】
弱め界磁制御の一手法が特許文献１（第１１図）に示されている。これを永久磁石同期電動機の制御装置に適用すると、次のようになる。すなわち、ｑ軸電圧成分とｑ軸電圧指令との偏差からｑ軸電圧飽和量を求め、求めたｑ軸電圧飽和量と回転角速度とからｄ軸電流修正量を求める。また、ｄ軸電圧成分とｄ軸電圧指令との偏差からｄ軸電圧飽和量を求め、求めたｄ軸電圧飽和量と回転角速度とからｑ軸電流修正量を求める。そして、求めたｄ軸とｑ軸の各電流修正量を用いて、ｄ／ｑ軸電流指令生成器が出力するｄ軸とｑ軸の各電流指令に修正を加える構成である。この構成によれば、永久磁石同期電動機におけるトルク制御と高速運転領域での安定運転との両方を目指すことができるので、高速運転時に電圧飽和の発生を抑え、安定した運転を実現でき、制御の安定性を格段に向上させることができる。【００１３】
【特許文献１】国際公開第０３／００９４６３号パンフレット
【特許文献２】特開２０００−１１６１９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかし、上記した弱め界磁制御でのトルク制御の精度に関し、従来は、永久磁石同期電動機の中でもＳＰＭモータが多く使われていたので、問題になることは少なかったが、近年、永久磁石電動機の高速運転化に伴い、磁石剥がれの問題が起こらないＩＰＭモータが多く使われるようになってきたことから、問題が生じている。【００１５】
すなわち、ＳＰＭモータでは、トルクの発生は式（１）に基づくので、ｄ／ｑ軸電流指令生成器から出力されるｄ軸とｑ軸の各電流指令がその後で修正されても、ｑ軸電流指令の変化分だけがトルク制御の精度に影響を及ぼす。そのため、トルク制御の精度劣化は、実使用上において問題になるレベルではなかった。【００１６】
ところが、ＩＰＭモータでは、トルクの発生は式（３）に基づくので、ｄ／ｑ軸電流指令生成器から出力されるｄ軸とｑ軸の各電流指令がその後で修正されると、その両方の電流指令の変化分がトルク制御の精度に影響を及ぼす。そのため、トルク制御の精度は、ＳＰＭモータ使用時でのトルク制御の劣化以上に低下することがある。【００１７】
また、ＩＰＭモータでは、運転状況に応じた適切なｄ軸電流を流すことで、運転効率を上げられることも一般に知られている。そのため、ｄ／ｑ軸電流指令生成器から出力されるｄ軸電流指令を、ＩＰＭモータの運転効率を上げる目的で修正することもある。この場合には、高速運転に限らず、低速運転や中速運転においても、多少、トルク制御の精度が低下することもある。【００１８】
この問題に対して、例えば、上記の特許文献２（第４の実施の形態）では、高速運転時におけるモータ端子電圧が一定の条件において、最大のトルクを安定に出力するための手法が提案されているので、これを用いれば、ｄ／ｑ軸電流指令生成器を、高速運転時に電圧飽和が発生しないという点まで考慮して構成することは可能である。【００１９】
しかし、上記特許文献２に記載の技術を適用したｄ／ｑ軸電流指令生成器では、モータ等価回路に基づく電圧関係式と式（３）に示したトルク関係式との双方を満たすｄ軸電流指令及びｑ軸電流指令を作り出す必要があるので、かなり複雑な演算を必要とし、製品ＣＰＵへの負担が非常に大きくなるという問題がある。【００２０】
この発明は、上記に鑑みてなされたものであり、製品ＣＰＵへの負担を大きくすることなく、永久磁石同期電動機がＳＰＭモータであるかＩＰＭモータであるかを問わず、低速運転時や中速運転時だけでなく高速運転時においても、精度の良いトルク制御が可能な永久磁石同期電動機の制御装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上述した目的を達成するために、この発明は、外部から入力されるトルク指令からｄ軸とｑ軸の各電流指令を生成するｄ／ｑ軸電流指令生成器と、前記ｄ軸とｑ軸の各電流指令と対応するｄ軸とｑ軸の各電流修正量との偏差であるｄ軸とｑ軸の各電流修正指令に、永久磁石同期電動機に実際に流れているｄ軸とｑ軸の各電流が一致するようにするｄ軸とｑ軸の各電圧指令を比例積分制御によって生成する電流制御器とを備える永久磁石同期電動機の制御装置において、前記ｄ軸とｑ軸の各電流修正指令の電流位相と前記トルク指令とからトルク修正指令を生成し、該トルク修正指令を前記トルク指令に代えて前記ｄ／ｑ軸電流指令生成器に供給するトルク補正回路を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
この発明によれば、外部から入力されるトルク指令を、直接ｄ／ｑ軸電流指令生成器に供給するのではなく、追加したトルク補正回路に入力する。この追加したトルク補正回路は、少ない演算量で、その外部から入力されるトルク指令と修正された後のｄ軸とｑ軸の各電流指令の電流位相とを用いてトルク修正指令を生成し、それをｄ／ｑ軸電流指令生成器に供給する。これによって、ｄ／ｑ軸電流指令生成器は、実際の運転状態を反映する形でｄ軸とｑ軸の各電流指令を生成できるので、永久磁石同期電動機がＳＰＭモータであるかＩＰＭモータであるかを問わず、低速運転時や中速運転時だけでなく高速運転時においても、適切なｄ軸とｑ軸の各電流指令を生成できるようになる。つまり、この発明は、製品ＣＰＵへの負担を大きくすることなく、全運転領域において精度の良いトルク制御が可能になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、この発明の実施の形態１による永久磁石同期電動機の制御装置の要部構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、永久磁石同期電動機の弱め界磁制御を行う制御装置の一般的な構成例を示すブロック図である。
【図３】図３は、図１に示すトルク補正係数ｋ１のテーブルデータの一例を示す図である。
【図４】図４は、実施の形態１をＩＰＭモータに適用した場合の運転特性を従来例と比較して示す特性図である。
【図５】図５は、この発明の実施の形態２による永久磁石同期電動機の制御装置の要部構成を示すブロック図である。
【図６】図６は、図５に示すトルク修正指令Ｔｍ＊ｃｍｄのテーブルデータの一例を示す図である。
【図７】図７は、この発明の実施の形態３による永久磁石同期電動機の制御装置の要部構成を示すブロック図である。
【図８】図８は、この発明の実施の形態４による永久磁石同期電動機の制御装置の要部構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００２４】
１  電流位相演算器
２，４  トルク補正器
３ａ，３ｂ，３ｃ  乗算器
５  電流振幅変化率演算器
９  ｄ／ｑ軸電流指令生成器
１０，１１，１２，１３  減算器
１４  ｄ軸電流制御器
１５  ｑ軸電流制御器
１６  二相三相座標変換器
１７  ＰＷＭインバータ
１８  永久磁石同期電動機
１９ａ，１９ｂ，１９ｃ  電流検出器
２０  三相二相座標変換器
２１  速度検出器
２２  係数器
２３  積分器
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下に図面を参照して、この発明にかかる永久磁石同期電動機の制御装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。【００２６】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による永久磁石同期電動機の制御装置の要部構成を示すブロック図である。図２は、永久磁石同期電動機の弱め界磁制御を行う制御装置の一般的な構成例を示すブロック図である。【００２７】
図１に示す実施の形態１による永久磁石同期電動機の制御装置の要部（トルク補正回路）は、図２に示すこの発明が対象とする従来の弱め界磁制御を行う制御装置に追加した、電流位相演算器１とトルク補正器２と乗算器３ａとで構成される。【００２８】
ここでは、この発明の理解を容易にするため、まず、図２を参照して、この発明が対象とする従来の弱め界磁制御を行う制御装置の構成と動作について簡単に説明し、その後、図１を参照して、この実施の形態１による制御装置の要部構成の動作について説明する。【００２９】
図２において、従来の弱め界磁制御を行う制御装置は、永久磁石同期電動機（ＰＭ）１８を制御する構成として、ｄ／ｑ軸電流指令生成器９と、減算器１０，１１，１２，１３と、ｄ軸電流制御器１４と、ｑ軸電流制御器１５と、二相三相座標変換器１６と、ＰＷＭインバータ１７と、電流検出器１９ａ，１９ｂ，１９ｃと、三相二相座標変換器２０と、速度検出器２１と、係数器２２と、積分器２３とを備えている。【００３０】
ＰＷＭインバータ１７は、二相三相座標変換器１６から入力される電圧指令ＶＵ＊，ＶＶ＊，ＶＷ＊に基づき永久磁石同期電動機１８に供給する駆動電力を生成する。なお、Ｖｄｃは、母線電圧である。【００３１】
速度検出器２１は、駆動される永久磁石同期電動機１８の回転速度ωｒを検出する。係数器２２は、速度検出器２１が検出した回転速度ωｒからｄｑ軸座標の回転角速度ω１を演算する。積分器２３は、係数器２２が演算したｄｑ軸座標の回転角速度ω１を積分し、それをｄｑ軸座標の位相角θとして、二相三相座標変換器１６と三相二相座標変換器２０とに出力する。【００３２】
電流検出器１９ａ，１９ｂ，１９ｃは、ＰＷＭインバータ１７から永久磁石同期電動機１８に供給されるモータ駆動電流ｉＵ，ｉＶ，ｉＷを検出し、それを三相二相座標変換器２０に出力する。【００３３】
三相二相座標変換器２０は、積分器２３から入力されるｄｑ軸座標の位相角θに基づいて、電流検出器１９ａ，１９ｂ，１９ｂが検出したモータ駆動電流ｉＵ，ｉＶ，ｉＷをｄｑ軸座標上のｄ軸電流ｉｄとｑ軸電流ｉｑとに変換し、それらを減算器１２，１３の対応するものに出力する。【００３４】
ｄ／ｑ軸電流指令生成器９は、外部から入力される任意のトルク指令Ｔｍ＊から、前記した式（２）または式（３）の演算を行って、回転する直交２軸のｄｑ軸座標上におけるｄ軸電流指令ｉｄ＊とｑ軸電流指令ｉｑ＊とを生成し、ｄ軸電流指令ｉｄ＊を減算器１０の一方の入力端子に出力し、ｑ軸電流指令ｉｑ＊を減算器１１の一方の入力端子に出力する。【００３５】
減算器１０の他方の入力端子にはｄ軸電流修正量Δｉｄ＊が入力され、減算器１１の他方の入力端子にはｑ軸電流修正量Δｉｑ＊が入力される。ｄ軸電流修正量Δｉｄ＊とｑ軸電流修正量Δｉｑ＊との生成源は示してないが、前記した特許文献１（第１１図）に提案されている方法を適用して生成される。ここでは、再述しない。【００３６】
減算器１０は、ｄ軸電流指令ｉｄ＊とｄ軸電流修正量Δｉｄ＊との偏差を演算し、それをｄ軸電流修正指令ｉｄ＊ｃｍｄとして減算器１２の一方の入力端子に出力する。この減算器１２の他方の入力端子には三相二相座標変換器２０からｄ軸電流ｉｄが入力される。また、減算器１１は、ｑ軸電流指令ｉｑ＊とｑ軸電流修正量Δｉｑ＊との偏差を演算し、それをｑ軸電流修正指令ｉｑ＊ｃｍｄとして減算器１３の一方の入力端子に出力する。この減算器１３の他方の入力端子には三相二相座標変換器２０からｑ軸電流ｉｑが入力される。【００３７】
減算器１２は、ｄ軸電流修正指令ｉｄ＊ｃｍｄとｄ軸電流ｉｄとの偏差を演算し、それを電流偏差ｅｉｄとしてｄ軸電流制御器１４に出力する。また、減算器１３は、ｑ軸電流修正指令ｉｑ＊ｃｍｄとｑ軸電流ｉｑとの偏差を演算し、それを電流偏差ｅｉｑとしてｑ軸電流制御器１５に出力する。【００３８】
ｄ軸電流制御器１４及びｑ軸電流制御器１５は、それぞれ、比例積分（ＰＩ）制御を行うＰＩ制御器である。すなわち、ｄ軸電流制御器１４及びｑ軸電流制御器１５は、それぞれ、減算器１２，１３から入力される電流偏差ｅｉｄ，ｅｉｑをゼロにする操作量であるｄ軸電圧指令Ｖｄ＊，ｑ軸電圧指令Ｖｑ＊をＰＩ制御によって生成し、それらを二相三相座標変換器１６に出力する。【００３９】
二相三相座標変換器１６は、積分器２３から入力されるｄｑ軸座標の位相角θに基づいて、ｄ軸電流制御器１４及びｑ軸電流制御器１５から入力されるｄ軸電圧指令Ｖｄ＊，ｑ軸電圧指令Ｖｑ＊を電圧指令ＶＵ＊，ＶＶ＊，ＶＷ＊に変換し、それらを前記ＰＷＭインバータ１７に出力する。【００４０】
以上のように、弱め界磁制御を行うベクトル制御では、電流制御器（ｄ軸電流制御器１４及びｑ軸電流制御器１５）によって、永久磁石同期電動機１８に実際に供給するｄ軸電流ｉｄ及びｑ軸電流ｉｑが、それぞれ、ｄ軸電流修正指令ｉｄ＊ｃｍｄ及びｑ軸電流修正指令ｉｑ＊ｃｍｄに一致するようにコントロールされる。【００４１】
さて、図１において、この実施の形態１による制御装置の要部構成を説明する。電流位相演算器１は、減算器１０，１１の各出力（ｄ軸電流修正指令ｉｄ＊ｃｍｄ、ｑ軸電流修正指令ｉｑ＊ｃｍｄ）を入力とし、電流位相βｉをトルク補正器２に出力する。【００４２】
トルク補正器２は、外部からのトルク修正指令Ｔｍ＊と電流位相演算器１からの電流位相βｉとを入力とし、トルク補正係数ｋ１を乗算器３ａに出力する。【００４３】
乗算器３ａは、外部からのトルク指令Ｔｍ＊とトルク補正器２からのトルク補正係数ｋ１とを入力とし、トルク修正指令Ｔｍ＊ｃｍｄをｄ／ｑ軸電流指令生成器９に出力する。【００４４】
次に、この実施の形態１による制御装置の要部の動作について説明する。ｄ／ｑ軸電流指令生成器９は、元々、永久磁石同期電動機１８のトルク制御を実現するために設けてあるが、高速運転時の電圧飽和の発生を抑え、安定した運転を実現するために、弱め界磁制御を行う必要が生ずる。【００４５】
そのため、図２に示すように、ｄ軸電流修正量Δｉｄ＊及びｑ軸電流修正量Δｉｑ＊を供給して、ｄ／ｑ軸電流指令生成器９が出力するｄ軸電流指令ｉｄ＊及びｑ軸電流指令ｉｑ＊を修正する構成が採用されている。そうすると、特にＩＰＭモータでは、発生トルクが大きく変化してしまい、トルク制御の精度が低下する。これらは、前記した。【００４６】
そこで、この実施の形態１では、精度の良いトルク制御を実現するために、外部からのトルク指令Ｔｍ＊を、直接ｄ／ｑ軸電流指令生成器９に供給するのではなく、修正された後のｄ軸とｑ軸の各電流指令（ｄ軸電流修正指令ｉｄ＊ｃｍｄ、ｑ軸電流修正指令ｉｑ＊ｃｍｄ）の電流位相βｉを用いて、外部からのトルク指令Ｔｍ＊に修正を加え、それをｄ／ｑ軸電流指令生成器９に与えるようにしている。【００４７】
すなわち、電流位相演算器１は、減算器１０が出力するｄ軸電流修正指令ｉｄ＊ｃｍｄと、減算器１１が出力するｑ軸電流修正指令ｉｑ＊ｃｍｄとを次の式（４）に適用して電流位相βｉを演算し、それをトルク補正器２に出力する。【００４８】
【数４】
2010050020.tif 000006
【００４９】
トルク補正器２は、外部からのトルク指令Ｔｍ＊と電流位相演算器１からの電流位相βｉとに基づいてトルク補正係数ｋ１を生成し、それを乗算器３ａの一方の入力端子に出力する。なお、トルク補正係数ｋ１は、予め実験を行って求めることができるので、メモリにテーブルデータとして保持しておくことができる。この実施の形態１では、この方法を用いている。【００５０】
図３は、図１に示すトルク補正係数ｋ１のテーブルデータの一例を示す図である。図３では、横軸がトルク指令Ｔｍ＊［％］であり、縦軸がトルク補正係数ｋ１である。電流位相βｉ［°］の値に応じた数本の特性曲線（図３では、βｉ＝６０［°］、βｉ＝５０［°］、βｉ＝４０［°］、βｉ＝３０［°］、βｉ＝１５［°］、βｉ＝０［°］の６本）が示されている。これらの特性曲線は、トルク指令Ｔｍ＊と電流位相βｉとの各値を入力し、必要に応じて補間等を実施して作成したものである。【００５１】
トルク補正器２は、外部からのトルク指令Ｔｍ＊と電流指令生成器１からの電流位相βｉとの各値をアドレス情報として図３に示すテーブルデータを保持するメモリに入力し、縦軸に取られたトルク補正係数ｋ１を取り出し、それを乗算器３ａに出力するように構成される。勿論、トルク補正器２は、図３に示すようなテーブルデータを関数の形態で保持しておき、演算によってトルク補正係数ｋ１を導出してもよい。【００５２】
乗算器３ａは、外部からのトルク指令Ｔｍ＊とトルク補正器２からのトルク補正係数ｋ１とを乗算し、その乗算結果をトルク修正指令Ｔｍ＊ｃｍｄとしてｄ／ｑ軸電流指令生成器９に出力する。【００５３】
このように、追加した補正回路（電流位相演算器１、トルク補正器２、乗算器３ａ）での演算量は、少ないので、製品ＣＰＵに与える負担の増加は少ないと言える。【００５４】
この実施の形態１では、ｄ／ｑ軸電流指令生成器９は、外部からのトルク指令Ｔｍ＊に代えて、修正されたトルク修正指令Ｔｍ＊ｃｍｄからｄ軸電流指令ｉｄ＊及びｑ軸電流指令ｉｑ＊を生成する。これによって、例えば図４に示す運転特性が得られる。【００５５】
図４は、実施の形態１をＩＰＭモータに適用した場合の運転特性を従来例と比較して示す特性図である。図４では、ＩＰＭモータに対して、実施の形態１（図１）を適用した場合の高速運転、中速運転、低速運転の各運転特性と、従来例（図２）を適用した場合の高速運転、中速運転、低速運転の各運転特性とが示されている。【００５６】
図４では、横軸がトルク指令［％］であり、縦軸がトルク誤差（精度）［％］である。図４に示す各運転特性は、横軸に取ったトルク指令の大きさに対して、実際に出力されたトルクの値との差をトルク誤差と定義してプロットしたものである。トルク誤差がゼロのときに、永久磁石同期電動機１８では、トルク指令通りの出力が行われていて最もトルク制御精度が良いものとする。【００５７】
図４に示すように、従来例（図２）では、高速運転をした場合にトルク制御の精度が低下する。これに対して実施の形態１（図１）では、高速運転をした場合でも精度の良いトルク制御が行えることが分かる。また、低速運転や中速運転においても、実施の形態１（図１）では、トルク制御の精度を改善できることが分かる。【００５８】
以上説明したように実施の形態１によれば、外部から入力されるトルク指令Ｔｍ＊を、直接ｄ／ｑ軸電流指令生成器９に供給するのではなく、追加した補正回路に入力する。追加した補正回路は、少ない演算量で、修正された後のｄ軸電流指令及びｑ軸電流指令の電流位相βｉを用いてトルク補正係数ｋ１を導き、そのトルク補正係数ｋ１を用いてトルク指令Ｔｍ＊を修正してｄ／ｑ軸電流指令生成器９に与えるようにした。【００５９】
これによって、ｄ／ｑ軸電流指令生成器９は、実際の運転状態を反映する形でｄ軸とｑ軸の各電流指令を生成できるので、永久磁石同期電動機１８がＳＰＭモータであるかＩＰＭモータであるかを問わず、低速運転時や中速運転時だけでなく高速運転時においても、適切なｄ軸とｑ軸の各電流指令を生成できるようになる。したがって、製品ＣＰＵへの負担を大きくすることなく、全運転領域において精度の良いトルク制御を行うことが可能となる。【００６０】
なお、実施の形態１では、永久磁石同期電動機１８に実際に流れているｄ軸電流ｉｄ及びｑ軸電流ｉｑを式（３）に適用して求めたトルク値に、トルク補正係数ｋ１の逆数を乗ずることで、実際に発生しているトルクの値を精度良く推定することが可能になるという利点も得られる。【００６１】
実施の形態２．
図５は、この発明の実施の形態１による永久磁石同期電動機の制御装置の要部構成を示すブロック図である。なお、図５では、図１（実施の形態１）に示した構成要素と同一ないしは同等である構成要素には同一の符号が付されている。ここでは、この実施の形態２に関わる部分を中心に説明する。【００６２】
図５に示す実施の形態２による永久磁石同期電動機の制御装置の要部（トルク補正回路）は、図１（実施の形態１）に示した構成において、トルク補正器２と乗算器３ａに代えてトルク補正器４が設けられている。この構成によれば、乗算器を不要にすることができるので、全体の演算量を更に減らすことができ、製品ＣＰＵに与える負担を更に軽減することができる。【００６３】
トルク補正器４は、外部からのトルク指令Ｔｍ＊と電流位相演算器１からの電流位相βｉとに基づき直接トルク修正指令Ｔｍ＊ｃｍｄを生成し、それをｄ／ｑ軸電流指令生成器９に出力する。なお、トルク修正指令Ｔｍ＊ｃｍｄは、予め実験を行って求めることができるので、メモリにテーブルデータとして保持しておくことができる。この実施の形態２では、この方法を用いている。【００６４】
図６は、図５に示すトルク修正指令Ｔｍ＊ｃｍｄのテーブルデータの一例を示す図である。図６では、横軸がトルク指令Ｔｍ＊［％］であり、縦軸がトルク修正指令Ｔｍ＊ｃｍｄ［％］である。電流位相βｉ［°］の値に応じた数本の特性曲線（図６では、βｉ＝６０［°］、βｉ＝５０［°］、βｉ＝４０［°］、βｉ＝３０［°］、βｉ＝１５［°］、βｉ＝０［°］の６本）が示されている。これらの特性曲線は、トルク指令Ｔｍ＊と電流位相βｉとの各値を入力し、必要に応じて補間等を実施して作成したものである。【００６５】
トルク補正器４は、外部からのトルク指令Ｔｍ＊と電流指令生成器１からの電流位相βｉとの各値をアドレス情報として図６に示すテーブルデータを保持するメモリに入力し、縦軸に取られたトルク修正指令Ｔｍ＊ｃｍｄを取り出し、それをｄ／ｑ軸電流指令生成器９に出力するように構成される。勿論、トルク補正器４は、図６に示すようなテーブルデータを関数の形態で保持しておき、演算によってトルク修正指令Ｔｍ＊ｃｍｄを導出してもよい。【００６６】
以上説明したように実施の形態２によれば、実施の形態１と同様の作用・効果が得られるのに加えて、トルク補正係数ｋ１を求めずに、直接トルク修正指令Ｔｍ＊ｃｍｄを求めるようにしているので、全体の演算量を更に減らすことができ、製品ＣＰＵに与える負担を実施の形態１よりも軽減することができる。【００６７】
実施の形態３．
図７は、この発明の実施の形態３による永久磁石同期電動機の制御装置の要部構成を示すブロック図である。なお、図７では、図１（実施の形態１）に示した構成要素と同一ないしは同等である構成要素には同一の符号が付されている。ここでは、この実施の形態３に関わる部分を中心に説明する。【００６８】
図７に示すこの実施の形態３による永久磁石同期電動機の制御装置の要部（トルク補正回路）は、図１（実施の形態１）に示した構成において、電流振幅変化率演算器５が追加され、乗算器３ａに代えて乗算器３ｂが設けられている。【００６９】
電流振幅変化率演算器５は、ｄ軸電流指令ｉｄ＊とｑ軸電流指令ｉｑ＊とｄ軸電流修正指令ｉｄ＊ｃｍｄとｑ軸電流修正指令ｉｑ＊ｃｍｄとを入力とし、トルク補正係数（第２のトルク補正係数）ｋ２を乗算器３ｂに出力する。【００７０】
乗算器３ｂは、外部からのトルク指令Ｔｍ＊と、トルク補正器２からのトルク補正係数（第１のトルク補正係数）ｋ１と、電流振幅変化率演算器５からのトルク補正係数（第２のトルク補正係数）ｋ２とを入力とし、トルク修正指令Ｔｍ＊ｃｍｄをｄ／ｑ軸電流指令生成器９に出力する。【００７１】
次に、この実施の形態３による制御装置の要部の動作について説明する。先に示した実施の形態１，２では、修正された後のｄ軸とｑ軸の各電流指令（ｄ軸電流修正指令ｉｄ＊ｃｍｄ、ｑ軸電流修正指令ｉｑ＊ｃｍｄ）の電流位相βｉを用いて、外部からのトルク指令Ｔｍ＊に修正を加える方法を示した。【００７２】
しかし、ｄ軸電流修正量Δｉｄ＊やｑ軸電流修正量Δｉｑ＊が供給されることで、前記電流位相βｉだけでなく、当然、その電流振幅も変化する。この影響でトルクが変化してしまい、トルク制御の精度が低下することもある。【００７３】
そこで、この実施の形態３では、更に精度の良いトルク制御を実現するために、ｄ軸とｑ軸の各電流指令の振幅の変化率も用いて、外部からのトルク指令Ｔｍ＊に更に修正を加えるようにしている。【００７４】
すなわち、電流振幅変化率演算器５は、ｄ軸電流指令ｉｄ＊とｑ軸電流指令ｉｑ＊とｄ軸電流修正指令ｉｄ＊ｃｍｄとｑ軸電流修正指令ｉｑ＊ｃｍｄとを次の式（５）適用して、修正前の電流振幅と修正後の電流振幅との変化率を計算し、それをトルク修正指令ｋ２として乗算器３ｂに出力する。【００７５】
【数５】
2010050020.tif 000007
【００７６】
乗算器３ｂは、外部からのトルク指令Ｔｍ＊と、トルク補正器２からのトルク補正係数ｋ１と、電流振幅変化率演算器５からのトルク補正係数ｋ２とを乗算し、その乗算結果をトルク修正指令Ｔｍ＊ｃｍｄとしてｄ／ｑ軸電流指令生成器９に出力する。【００７７】
以上説明したように実施の形態３によれば、修正された後のｄ軸電流指令及びｑ軸電流指令の電流位相βｉを用いてトルク補正係数ｋ１を導き、更に、ｄ軸電流指令及びｑ軸電流指令の修正前後の電流振幅の変化率を導き、その両方によってトルク指令Ｔｍ＊を修正してｄ／ｑ軸電流指令生成器９に与えるようにしたので、実施の形態１，２よりも更に精度の良いトルク制御を行うことが可能となる。【００７８】
実施の形態４．
図８は、この発明の実施の形態４による永久磁石同期電動機の制御装置の要部構成を示すブロック図である。なお、図８では、図７（実施の形態３）に示した構成要素と同一ないしは同等である構成要素には同一の符号が付されている。ここでは、この実施の形態４に関わる部分を中心に説明する。【００７９】
図８に示すこの実施の形態４による永久磁石同期電動機の制御装置の要部（トルク補正回路）は、図７（実施の形態３）に示した構成において、トルク補正器２に代えて図５（実施の形態２）で示したトルク補正器４が設けられ、乗算器３ｂに代えて乗算器３ｃが設けられている。【００８０】
トルク補正器４は、外部からのトルク指令Ｔｍ＊と電流位相演算器１からの電流位相βｉとを入力とし、トルク修正指令（第１のトルク修正指令）Ｔｍ＊ｃｍｄを出力する。【００８１】
乗算器３ｃは、トルク補正器４からのトルク修正指令（第１のトルク修正指令）Ｔｍ＊ｃｍｄと電流振幅変化率演算器５からのトルク補正係数ｋ２とを入力とし、トルク修正指令（第２のトルク修正指令）Ｔｍ＊ｃｍｄ２をｄ／ｑ軸電流指令生成器９に出力する。【００８２】
次に、この実施の形態３による制御装置の要部の動作について説明する。トルク補正器４は、図５（実施の形態２）にて説明したように、電流位相演算器１からの電流位相βｉと外部からのトルク指令Ｔｍ＊とから直接トルク修正指令（第１のトルク修正指令）Ｔｍ＊ｃｍｄをｄ／ｑ軸電流指令生成器９に出力する。この構成によれば、実施の形態２と同様に、製品ＣＰＵに与える負担を軽減することができる。【００８３】
乗算器３ｃは、トルク補正器４からのトルク修正指令（第１のトルク修正指令）Ｔｍ＊ｃｍｄと、電流振幅変化率演算器５からのトルク補正係数ｋ２とを乗算し、その乗算結果をトルク修正指令（第２のトルク修正指令）Ｔｍ＊ｃｍｄ２としてｄ／ｑ軸電流指令生成器９に出力する。【００８４】
以上説明したように実施の形態４によれば、実施の形態３の作用・効果が得られるのに加えて、図７（実施の形態３において）において、トルク補正係数ｋ１を求めずに、直接トルク修正指令（第１のトルク修正指令）Ｔｍ＊ｃｍｄを求めるようにしているので、全体の演算量を減らすことができ、製品ＣＰＵに与える負担を実施の形態３よりも軽減することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
以上のように、この発明にかかる永久磁石同期電動機の制御装置は、製品ＣＰＵへの負担を大きくすることなく、永久磁石同期電動機がＳＰＭモータであるかＩＰＭモータであるかを問わず、低速運転時や中速運転時だけでなく高速運転時においても、精度の良いトルク制御が可能な永久磁石同期電動機の制御装置として有用である。
【図１】
2010050020.tif 000008
【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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【国際調査報告】
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