(57)【要約】【課題】  本発明は、永久磁石を有する回転子と２個の三相巻線を有する固定子とからなる二重三相巻線永久磁石同期形電動機が、巻線に応じて異なる巻線起因特性をもつとき、同電動機を高効率に駆動するための電動機駆動システムを提供する。【解決手段】  電動機１、電力変換装置２とともに電動機駆動システムを構成するベクトル制御装置３において、トルク指令値から第１、第２の各巻線用のｄ軸電流指令値、ｑ軸電流指令値の生成役割を担う指令変換器３１を、指定トルクをもたらすと同時に、電動機内発生の損失を最小化あるいは準最小化する４電流指令値を生成するように構成し、課題を解決した。【選択図】図４
2018110481.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石を有する回転子と２個の三相巻線（第１三相巻線と第２三相巻線）を有する固定子とからなる永久磁石同期形電動機と、
２個の三相巻線に異なる三相電流を同時に供給できる電力変換装置と、
トルク指令相当値から、各三相巻線に流れる三相電流の追従目標たる各三相巻線用電流指令値（第１三相巻線用のｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値、第２三相巻線用のｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値の４電流指令値）を生成する指令変換部と、生成した各電流指令値に各三相巻線の電流が夫々追従するように、電力変換装置を介して各三相巻線の電流を追従制御する電流制御部と、からなるベクトル制御装置と、
を備える永久磁石同期形電動機駆動システムであって、
２個の三相巻線が互いに異なる巻線起因特性をもたらすように該永久磁石同期形電動機を構成し、
４電流指令値に追従制御された電流に起因する該永久磁石同期形電動機の損失を最小化あるいは準最小化するように、４電流指令値生成を担う該指令変換部を構成した
ことを特徴とする永久磁石同期形電動機駆動システム。
【請求項２】
少なくとも４電流指令値を変数として扱う、トルク指令相当値に対応した多変数連立の非線形方程式の解として、４電流指令値を生成するように該指令変換部を構成したことを特徴とする請求項１記載の永久磁石同期形電動機駆動システム。
【請求項３】
トルク指令相当値に対応した該多変数連立非線形方程式の解を、制御周期ごとに、実時間の繰返し演算で求めて４電流指令値を生成するように該指令変換部を構成したことを特徴とする請求項２記載の永久磁石同期形電動機駆動システム。
【請求項４】
トルク指令相当値に対応しかつ損失最小化をもたらす該４電流指令値を事前に得て、さらにはトルク指令相当値を引数とする該４電流指令値の近似関数あるいは参照表を事前に用意し、制御周期ごとに、トルク指令相当値を引数とする近似関数あるいは参照表により該４電流指令値を実時間で再生的に生成するように該指令変換部を構成したことを特徴とする請求項１または２記載の永久磁石同期形電動機駆動システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は、永久磁石を有する回転子と２個の三相巻線（第１三相巻線と第２三相巻線）を有する固定子とからなる二重三相巻線永久磁石同期形電動機と、２個の三相巻線に異なる三相電流を同時に供給できる電力変換装置とを少なくとも備える二重三相巻線永久磁石同期形電動機の駆動システムに関する。以降の説明では、簡単のため、巻線を三相巻線と同義で使用する。上記の二重三相巻線永久磁石同期形電動機を、簡単のため、二重同期電動機と略称する。さらには、同様の理由で、同駆動システムを二重同期電動機駆動システムと略称する。発明の二重同期電動機駆動システムの用途は、バッテリ電気自動車、燃料電池電気自動車、ハイブリッド電気自動車等の主駆動、広範囲にわたり効率駆動を求められる家電製品等である。【０００２】本発明では、二重同期電動機において三相巻線が施された部分を「固定子」と呼称する。本発明における「固定子」は、「電機子」と同義である。固定子に施される三相巻線には、Ｙ形とΔ形が存在する。当業者には周知のように、三相端子から評価した場合、Ｙ形巻線による特性とΔ形巻線による特性は互いに等価変換される。説明の簡明性を確保すべく、本明細書における技術説明は、Ｙ形結線を想定して行なう。等価変換の存在より明白なように、これにより、本発明の一般性を失うことなない。【０００３】本発明では、２次元平面を極座標的に捉え、角度、空間的位置、空間的位相の３用語を同義で使用する。これらの単位は「ラジアン（ｒａｄ）」または「度（ｄｅｇｒｅｅ）」である。本発明における角度、空間的位置、空間的位相の正方向は、左周り（反時計周り）、右周り（時計周り）のいずれに定義してもよい。ただし、本明細書では、説明の簡明性を維持すべく、角度、空間的位置、空間的位相の正方向は左周り（反時計周り）と定義し、本発明を説明する。これにより、本発明の一般性を失うことはない。【０００４】本発明では、二重同期電動機に交流電力を供給する装置を、電力変換装置と呼称する。電力変換装置の主要機器である電力変換器としては、インバータ、マトリックスコンバータなどが実用化されている。単一・六相用、２個・三相用、６個・単相用の電力変換器等が、本発明の電力変換装置を構成する。【０００５】本発明では、用語「トルク相当値」をトルク指令値、トルク指令値と正相関特性をもつ信号の総称として使用している。
【背景技術】
【０００６】本発明の二重同期電動機駆動システムが対象とする二重同期電動機に関する先行発明としては、例えば、特許文献１、非特許文献１〜４がある。既報の二重同期電動機は、固定子の二重三相巻線の配置の観点から、三相単純同期電動機（非特許文献１）、六相同期電動機（特許文献１、非特許文献２〜３）、三相逆同期電動機（非特許文献４）の３種に大きく分類される。【０００７】非特許文献１を参考に、従前の二重同期電動機（三相単純同期電動機）の概要を、極対数ＮｐをＮｐ＝１とした場合を例に、図１に示した。１は二重同期電動機（回転子、固定子を含む）を、１１は二重同期電動機の回転子を、１２１は二重同期電動機の固定子の第１巻線を、１２２は二重同期電動機の固定子の第２巻線を、各々示している。同図では、固定子の第１巻線と第２巻線との区別の明瞭化を図るべく、第１巻線は実線で、第２巻線は破線で表示している。また、第２巻線が、巻線配置上第１巻線と重なるため、描画上の重複を回避すべく、第２巻線を意図的に右にシフトして描画している。【０００８】本配置による二重同期電動機（三相単純同期電動機）は、以下の特徴を有する。（ａ）第１巻線、第２巻線とも、ｕ相巻線、ｖ相巻線、ｗ相巻線は、１極対数を基準とした空間において、順次２π／３［ｒａｄ］の空間的位相進みの位置に配置されている。（ｂ）原理的には、第１巻線と第２巻線は、空間上で位相差なく配置されている。（ｃ）原理的には、極対数は任意の整数を取りうる。すなわち、奇数または偶数の極対数が採用可能である。（ｄ）第１巻線と第２巻線に同時通電する場合も、いずれか一方の巻線のみに通電する場合も、相数は三相のまま不変である。（ｅ）原理的には、第１巻線と第２巻線との同時通電の場合には、第１巻線と第２巻線の電流は位相差のない同期が必要である。【０００９】二重同期電動機の固定子巻線配置の第２例（六相同期電動機の例）として、極対数ＮｐをＮｐ＝１とした場合を例に、図２に、回転子とともに概略的に示した（巻線抵抗の描画は省略）。引き線番号１、１１、１２１、１２２の意味は、図１と同一である。ただし、第２巻線の配置を第１巻線に対して、空間的にθ１２＝π／６［ｒａｄ］シフトしている点が図１の例と異なっている。【００１０】本配置による二重同期電動機（六相同期電動機）は、三相単純同期電動機（図１）に比較し、以下の特徴を有する。（ａ）例１の（ａ）項と同様。（ｂ）原理的には、第１巻線と第２巻線は、１極対数を基準とした空間において、π／６［ｒａｄ］の空間的位相差をもつように配置されている。（ｃ）例１の（ｃ）項と同様。（ｄ）第１巻線と第２巻線に同時通電する場合は、六相電動機として動作し、いずれか一方の巻線のみに通電する場合には三相電動機として動作する。（ｅ）原理的には、第１巻線と第２巻線との同時通電の場合には、第１巻線と第２巻線との電流は、空間位相差に対応した位相差をもつ同期が必要である。【００１１】二重同期電動機の固定子巻線配置の第３例（三相逆同期電動機の例）として、極対数ＮｐをＮｐ＝２とした場合の例を図３に、回転子とともに概略的に示した（巻線抵抗の描画は省略）。引き線番号１、１１、１２１、１２２の意味は、図１と同一である。【００１���】本巻線配置による二重同期電動機（三相逆同期電動機）は、例１、２に比較し、以下の特徴を有する。（ａ）第１巻線、第２巻線とも、ｕ相巻線、ｖ相巻線、ｗ相巻線は、２極対数を基準とした空間において、順次２π／３［ｒａｄ］の空間的位相遅れの位置に配置されている。（ｂ）原理的には、第１巻線と第２巻線は、２極対数を基準とした空間において、±π［ｒａｄ］の位相差をもつように配置されている。（ｃ）極対数は偶数のみ取りうる。すなわち、奇数の極対数は採用できない。（ｄ）例１の（ｄ）項と同様。（ｅ）例１の（ｅ）項と同様。【００１３】続いて、二重同期電動機駆動システムすなわち二重同期電動機を対象した駆動システムに関し、従前の技術を紹介する。図１１は、特許文献１で提案された駆動システムを引用したものであり、二重同期電動機として特に図２の六相同期電動機を対象とした駆動システムを示している。同図より明白なように、ｄ軸電流制御器、ｑ軸電流制御器は各々単一であり、この結果、電流制御器の出力であるｄ軸電圧指令値（Ｖｄ１）、ｑ軸電圧指令値（Ｖｑ１）も単一である。第１系統（第１巻線と第１電力変換器からなる系）、第２系統（第１巻線と第１電力変換器からなる系）には、単一のひいては同一のｄ軸電圧指令値（Ｖｄ１）、ｑ軸電圧指令値（Ｖｑ１）が利用されている。この結果、第１巻線、第２巻線には、基本的に同一の電流が流れることになる。本システム構成は、第１巻線と第２巻線が同一の特性をもつ場合には、換言するならば、第１系統と第２系統とにおける電動機パラメータが同一の場合には、極めて合理的な構成である。【００１４】非特許文献１には、二重同期電動機の１種である三相単純同期電動機を対象に、電動機パラメータを同一とした前提の下に、更には突極特性がない前提の下に、第１系統と第２系統に対して同一の電流制御系を備える二重同期電動機駆動システムが提案されている。同一パラメータの下では、第１巻線、第２巻線に基本的に同一の電流を流すのが、少なくとも損失最小化の観点から合理的な方策であり、同一の電流制御系を２つ備えるこのシステム構成は、特許文献１の例（図１１参照）と同様、高い合理性を有する。【００１５】非特許文献４では、二重同期電動機の１種である三相逆同期電動機を対象に、各系統での電動機パラメータを同一とする前提の下での電動機提示がなされている。「各系統における電動機パラメータは同一との前提の下では、第１巻線、第２巻線に基本的に同一の電流を流すという制御方策」は、損失最小化の観点から合理的であり、上述の六相同期電動機、三相単純動機電動機の場合と同様に、単一の電流制御系を共有する、あるいは２つの同一電流制御系を構成することになる。【００１６】しかしながら、第１巻線と第２巻線とが異なる巻線起因特性をもつ場合、換言するならば、第１系統と第２系統で異なる電動機パラメータをもつ場合には、従前の「第１巻線、第２巻線に基本的に同一の電流を流すという制御方策」は、何らの合理性を有しない。このため、第１系統と第２系統で同一の電動機パラメータをもつことを前提に構築された従前の二重同期電動機駆動システムは、第１巻線と第２巻線とが異なる巻線起因特性をもつ二重同期電動機には全く不適切なも���となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】伴在慶一郎・大林和良：「自動車用電動駆動装置」、特開第２０００−４１３９２号（１９９８−７−２３）
【非特許文献】
【００１８】
【非特許文献１】佐竹彰・加藤寛・今井晃：「多重巻線永久磁石モータのモデル化と非干渉制御方式」、電気学会産業応用部門大会講演論文集、Ｉ、ｐｐ．１９９−２０２（２００５）
【非特許文献２】今井隆文・大澤文明・山田靖・稲熊幸雄：「ＥＶ・ＨＥＶ電気駆動系の規格化の可能性について（多相モータの電流リプル抑制）」、電気学会全国大会講演論文集、４、ｐｐ．３６１−３６２（２０１６）
【非特許文献３】森辰也・古川晃：「二重三相ＰＭＳＭ駆動１シャント電流検出ダブルインバータにおけるトルクリップルを低減するパルスパターン」、電気学会産業応用部門大会講演論文集、ＩＩＩ、ｐｐ．１５９−１６４（２０１６）
【非特許文献４】新中新二：「１８０度空間位相差の逆二重三相巻線をもつ三相永久磁石同期モータ（二重巻線配置、動的数学モデル、ベクトルシミュレータ）」、平成２８年電気学会産業応用部門大会講演論文集、ＩＩＩ、ｐｐ．２８５−２９０（２０１６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】本発明は上記背景の下になされたものである。二重同期電動機の第１巻線と第２巻線に異なる巻線起因特性をもたせる場合には、本電動機は、広範囲にわたり効率駆動を達成できる潜在能力を備えることになる。しかしながら、従前の二重同期電動機駆動システムでは、この潜在能力を生かすことはできない。本発明は、この潜在能力を最大限発揮させる、具体的には、異なる巻線起因特性をもつ第１巻線と第２巻線に最小損失でトルク指令値に合致したトルクを発生させる駆動システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２０】上記目的を達成するために、請求項１の発明は、永久磁石を有する回転子と２個の三相巻線（第１三相巻線と第２三相巻線）を有する固定子とからなる永久磁石同期形電動機と、２個の三相巻線に異なる三相電流を同時に供給できる電力変換装置と、トルク指令相当値から、各三相巻線に流れる三相電流の追従目標たる各三相巻線用電流指令値（第１三相巻線用のｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値、第２三相巻線用のｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値の４電流指令値）を生成する指令変換部と、生成した各電流指令値に各三相巻線の電流が夫々追従するように、電力変換装置を介して各三相巻線の電流を追従制御する電流制御部と、からなるベクトル制御装置と、を備える永久磁石同期形電動機駆動システムであって、２個の三相巻線が互いに異なる巻線起因特性をもたらすように該永久磁石同期形電動機を構成し、４電流指令値に追従制御された電流に起因する該永久磁石同期形電動機の損失を最小化あるいは準最小化するように、４電流指令値生成を担う該指令変換部を構成したことを特徴とする。【００２１】請求項２の発明は、請求項１記載の永久磁石同期形電動機駆動システムであって、少なくとも４電流指令値を変数として扱う、トルク指令相当値に対応した多変数連立の非線形方程式の解として、４電流指令値を生成するように該指令変換部を構成したことを特徴とする。【００２２】請求項３の発明は、請求項２記載の永久磁石同期形電動機駆動システムであって、トルク指令相当値に対応した該多変数連立非線形方程式の解を、制御周期ごとに、実時間の繰返し演算で求めて４電流指令値を生成するように該指令変換部を構成したことを特徴とする。【００２３】請求項４の発明は、請求項１または２記載の永久磁石同期形電動機駆動システムであって、トルク指令相当値に対応しかつ損失最小化をもたらす該４電流指令値を事前に得て、さらにはトルク指令相当値を引数とする該４電流指令値の近似関数あるいは参照表を事前に用意し、制御周期ごとに、トルク指令相当値を引数とする近似関数あるいは参照表により該４電流指令値を実時間で再生的に生成するように該指令変換部を構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】本発明の効果を説明する。まず請求項１の発明の効果を説明する。本発明が対象とする二重同期電動機のための合理的な駆動システムの構築には、完成度の高い数学モデルが不可欠である。一般に、数学モデルは、電気回路としてのモータ特性を記述した回路方程式（第１基本式）、トルク発生機としてのモータ特性を記述したトルク発生式（第２基本式）、電気エネルギーを機械エネルギーへ変換するエネルギー変換機としてのモータ特性を記述したエネルギー伝達式（第３基本式）から構成される。高い完成度をもつ数学モデルでは、これら３基本式は数学的に互いに整合している。【００２５】２個の三相巻線が互いに異なる巻線起因特性をもつ二重同期電動機のための高い完成度を有する数学モデルとして、本発明は、次のｄｑ同期座標系上の数学モデルを新規に構築した。
回路方程式（第１基本式）
【数１】
2018110481.tif 000003
トルク発生式（第２基本式）
【数２】
2018110481.tif 000004
エネルギー伝達式（第３基本式）
【数３】
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【００２６】数学モデルにおける脚符１、２は、各々第１巻線（第１系統）、第２巻線（第２系統）との関連を意味しており、記号「ｓ」は微分演算子「ｄ／ｄｔ」を意味している。第１巻線（第１系統）を例に、数学モデルに使用した物理量を説明する。ｄｑ同期座標系上で定義された２×１ベクトルｖ１、ｉ１は、それぞれ固定子の電圧、電流を意味している。φ１ｉは固定子電流に起因した固定子反作用磁束（電機子反作用磁束）であり、Φ１は回転子磁束強度（速度起電力定数）である。τ１、τは発生トルクを意味しており、各々、第１系統トルク、総合トルクを示している。また、ｐｅｆは二重同期電動機への印加（瞬時）有効電力である。ωｍ、ωｎは、極対数Ｎｐを介し次の関係を有する回転子の機械速度、電気速度である。
【数４】
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Ｒ１は固定子巻線の抵抗である。Ｌ１ｄ、Ｌ１ｑはｄ軸、ｑ軸（自己）インダクタンスであり、Ｍｄ、Ｍｑは第１巻線と第２巻線の間のｄ軸、ｑ軸（相互）インダクタンスである。また自己および相互の鏡相インダクタンスは、自己および相互のｄ軸、ｑ軸インダクタンスと以下の関係を有する。
【数５】
2018110481.tif 000007
【００２７】２個の三相巻線が互いに異なる巻線起因特性をもつ二重同期電動機においては、電動機パラメータ（巻線抵抗Ｒ１、インダクタンスＬ１ｄ、Ｌ１ｑ、回転子磁束強度Φ１）の少なくとも１つは、２個の巻線（系統）において、異なることになる。２個の三相巻線が互いに異なる巻線起因特性をもつ二重同期電動機においては、４個の電動機パラメータがすべて異なるのが一般である。【００２８】（２）式のトルク発生式が示しているように、総合トルクτは、第１巻線のｄ軸電流ｉ１ｄとｑ軸電流ｉ１ｑ、第２巻線のｄ軸電流ｉ２ｄとｑ軸電流ｉ２ｑの相互作用により、発生される。同式が明白に示しているように、同一の総合トルクをもたらす４電流（第１巻線のｄ軸電流とｑ軸電流、第２巻線のｄ軸電流とｑ軸電流の４電流）の組合せは、無限に存在する。一方、エネルギー伝達式の（３ａ）式の右辺第１項は、４電流に起因した損失（銅損）を意味している。エネルギー伝達式は「４電流に応じて、本損失は種々変化する」ことを示している。工学的に高い意味をもつ４電流は、最小損失で指定のトルク発生をもたらす電流である。【００２９】請求項１の発明は、第１に、２個の三相巻線が互いに異なる巻線起因特性をもたらすように永久磁石同期形電動機を構成する。これにより、第１巻線を低速大トルク、第２巻線を高速低トルクに適したように構成できると言う効果が得られる。本構成では、効率低下をもたらす弱め磁束（弱め界磁）の要なく、高速回転が可能となる。請求項１の発明によれば、第２に、指令変換部において、４電流指令値に追従制御された電流に起因する永久磁石同期形電動機の損失を最小化あるいは準最小化するように、トルク指令相当値から４電流指令値を生成できるようになる。ひいては、請求項１の発明によれば、工学的に高い意味をもつトルク発生が可能となる、特に、低速から高速の広い速度範囲において効率駆動が可能になるという効果が得られる。【００３０】つづいて請求項２の発明の効果を説明する。１極対数分による発生トルクをτＮとするとき、本発明が構築したトルク発生式・（２）式より、次の関係を得ることができる。
【数６】
2018110481.tif 000008
指定のトルク（Ｎｐ・ｃτ）を発生しつつ、これに用いられる固定子電流に起因する銅損の最小化問題は、「（６）式の１極対数分の発生トルクτＮを１極対数分の指定トルクｃτに拘束した上で、本発明が構築したエネルギー伝達式・（３ａ）式の右辺第１項に示された銅損の最小化を図る固定子電流を特定すという拘束条件つき最適化問題」と捉え直すことができる。このための効果的な解法の一つは、ラグランジ未定乗数法の利用である。【００３１】本発明による数学モデルに基づく本理解の下に、ラグランジ乗数λを含む５変数（ｉ１ｄ、ｉ１ｑ、ｉ２ｄ、ｉ２ｑ、λ）からなるラグラジアンＬを以下のように構成する。
【数７】
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（６）式を（７）式右辺へ適用し、ラグラジアンＬを５変数（ｉ１ｄ、ｉ１ｑ、ｉ２ｄ、ｉ２ｑ、λ）のみで表現する。この上で、当該ラグラジアンを５変数（ｉ１ｄ、ｉ１ｑ、ｉ２ｄ、ｉ２ｑ、λ）で偏微分し、ゼロとおくと、次の５変数・５連立の非線形連立方程式を得る。
【数８】
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【００３２】二重同期電動機の電流制御において必要とされるのは、（８）式の解としての巻線電流（ｉ１ｄ、ｉ１ｑ、ｉ２ｄ、ｉ２ｑ）のみであり、（８）式の解としての変数λは必要とされない。（８）式の求解に際してこの点を考慮の上、（８）式の第１〜４式から変数λをあらかじめ消去するならば、（８）式は、例えば次の４変数・４連立の非線形方程式に改めることができる。
【数９】
2018110481.tif 000011
上の（９）式は、４電流に関する４変数・４連立の非線形方程式の１つであり、４電流に関する４変数・４連立の非線形方程式の立て方は他に種々存在することを指摘しておく。【００３３】電流制御系が電流指令値通りの電流制御を遂行する場合には、５連立あるいは４連立の非線形方程式の解として得られた４電流値（ｉ１ｄ、ｉ１ｑ、ｉ２ｄ、ｉ２ｑ）を、４電流指令値（第１巻線用のｄ軸電流指令値ｉ１ｄ＊とｑ軸電流指令値ｉ１ｑ＊、第２巻線用のｄ軸電流指令値ｉ２ｄ＊とｑ軸電流指令値ｉ２ｑ＊の４電流指令値）として扱えば、指定トルクを発生しつつ損失を最小化する合理性の高い電流指令値が得られる。請求項２の発明は上記の解析結果に基づくものであり、請求項２の発明によれば、少なくとも４電流指令値を変数として扱う、トルク指令相当値に対応した多変数連立の非線形方程式の解として、４電流指令値を生成できるようになる。この結果、請求項２の発明によれば、工学的に合理性高い電流指令値を具体的かつ精度よく得ることができると言う効果が得られる。【００３４】つづいて、請求項３の発明の効果を説明する。５連立あるいは４連立の非線形方程式の解析的解を得るのは、一般に容易ではない。実際的方法の１つが、繰返し演算で解を得ることである。請求項３の発明によれば、トルク指令相当値に対応した多変数連立非線形方程式の解を、制御周期ごとに、繰返し演算で求めて４電流指令値を生成できる。繰返し演算の高速収斂には、初期値の設定が重要であるが、１制御周期前の最終値を、現制御周期の繰返し演算の初期値に利用するようにすれば、１〜２回の繰返しで所期の収斂値を得ることができる。以上の説明より既に明白なように、請求項３の発明によれば、限られた制御周期の中で、少ない演算により確実に最適な電流指令値を得ることができると言う効果が得られる。ひいては、請求項２の発明の効果を高めるという効果が得られる。【００３５】つづいて、請求項４の発明の効果を説明する。請求項４の発明によれば、トルク指令相当値に対応しかつ損失最小化をもたらす４電流指令値を事前に得て、さらにはトルク指令相当値を引数とする４電流指令値の近似関数あるいは参照表を事前に用意し、制御周期ごとに、トルク指令相当値を引数とする近似関数あるいは参照表により４電流指令値を実時間で再生的に生成できる。したがって、近似関数あるいは参照表を利用すれば、制御周期ことに必要とされる演算量は僅少となる。以上より明白なように、請求項４の発明によれば、限られた制御周期の中で、僅少の演算で確実に最適な電流指令値を実時間生成できると言う効果が得られる。ひいては、請求項１あるいは請求項２の発明の効果を高めるという効果が得られる。なお、トルク指令相当値に対応しかつ損失最小化をもたらす事前取得すべき４電流指令値は、請求項２〜３の発明を活用して、多変数連立非線形方程式の事前求解により得ることもできる。また、事前実験を通じて、実験的に得ることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】  「二重三相巻線永久磁石同期形電動機（三相単純同期電動機）の巻線配置例を示す図」
【図２】  「二重三相巻線永久磁石同期形電動機（六相同期電動機）の巻線配置例を示す図」
【図３】  「二重三相巻線永久磁石同期形電動機（三相逆同期電動機）の巻線配置例を示す図」
【図４】  「三相単純同期電動機、三相逆同期電動機に本発明を適用した場合の二重同期電動機駆動システムの構成例を示す図」
【図５】  「指令変換器の構成例を示す図」
【図６】  「繰返し演算器の構成例を示す図」
【図７】  「繰返し演算器の構成例を示す図」
【図８】  「繰返し演算器の構成例を示す図」
【図９】  「近似指令器の構成例を示す図」
【図１０】  「近似指令器の構成例を示す図」
【図１１】  「従前の六相同期電動機駆動システムの構成例を示す図」
【発明を実施するための形態】
【００３７】以下、図面を用いて、本発明の好適な態様を具体的に説明する。
【実施例１】
【００３８】二重同期電動機として、三相単純同期電動機、三相逆同期電動機を選定し、請求項１〜４の全発明を用いた駆動システムの実施形態例を図４に示した。駆動システムは大きくは、二重同期電動機（回転子、固定子を含む）１、電力変換装置２（破線ブロック表示）、ベクトル制御装置３（破線ブロック表示）から構成されている。電力変換装置は、第１、第２系統用の電力変換器２１、電流検出器２２から構成されている。ベクトル制御装置３は、大きくは、指令変換部を実現した指令変換器３１と、第１、第２系統用の電流制御部３２（破線ブロック表示）から構成されている。電流制御部３２では、第１、第２の２系統の電流制御が独立的に遂行できるように、各系統は、３相２相変換器３２１ａ、２相３相変換器３２１ｂ、ベクトル回転器３２２ａ、３２２ｂ、電流制御器３２３を、個別に所有している。単一の回転子に対応して、回転子のための位相検出器（レゾルバ、エンコーダ等）３２４、速度検出器３２５は、両系統で共有されている。なお、同図では、簡明のため、複数のスカラ信号を１つのベクトル信号として捉え、複数のスカラ信号線を１本の太い信号線で表現している。三相二相変換器、二相三相変換器から左側に存在する二相信号（すなわち、２×１ベクトル信号）は、１本の太い信号線で表現している。なお、ベクトル信号の脚符ｒ、ｓは、ｄｑ同期座標系上の信号、αβ固定座標系の信号であることを示している。ベクトル制御装置は、今日では、特定の制御周期でデジタル的に信号処理するのが一般である。以降では、ベクトル制御装置がデジタル的に動作することを前提に、本発明の核心である指令変換器について説明する。本器を除く諸機器は基本的に従前のものと同様であるので、これ諸機器の説明は省略する。
【実施例２】
【００３９】指令変換器３１は、請求項２〜４の発明に基づき構成されている。図５に請求項２〜３の発明を利用した指令変換器の実施形態例を示した。指令変換器３１へ送られたトルク指令値τ＊は、極対数Ｎｐで除されてｃτに変換された後に、繰返し演算器３１１で処理される。繰返し演算器３１１は、１極対数分の指定トルクｃτを処理し、４電流指令値を繰返し演算を通じ生成し、出力している。繰返し演算器３１１の構成は種々存在する。以下に、繰返し演算器３１１の構成例を示す。【００４０】（８）式の５変数・５連立の非線形連立方程式は、第１、第２巻線の電流に関しつぎのように書き改めることもできる。
【数１０】
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【００４１】（１０）式を参考にするならば、次の繰返し解法を構築することができる。
【数１１】
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【００４２】（１１）式における脚符ｋは、繰返し回数を意味し、（１１ｂ）式のｎは正整数を意味する。図６に、（１１）式を実装した繰返し演算器の実施形態例をブロック図で示した。（１１ｂ）式におけるゲインの選定例としては、次のものがある。
【数１２】
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【００４３】繰返し演算には、５変数の初期値が必要である。１制御周期前の最終値を、現制御周期の繰返し演算の初期値に利用するようにすれば、１〜２回の繰返し演算で所期の収斂値を得ることができる。なお、変数λに関しては、次式のものが有用な初期値与える。
【数１３】
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【実施例３】
【００４４】本発明提案の数学モデルにおいて、（８）式の第５式は、（８）式の第２式、第３式を利用すると次のように改めることができる。
【数１４】
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（８）式の第１〜第４式と、上の（１４）式を利用すると、繰返し演算器の実施形態例として、図７のブロック図を得る。同図における４電流指令値の演算ブロック（ｑ軸電流指令値計算、ｄ軸電流指令値計算）には、（８）式の第１〜第４式が利用さている。本実施形態例においても、初期値が必要である。本実施形態例の初期値の扱いは、図６の実施形態例と同一である。
【実施例４】
【００４５】５×１ベクトル変数ｘとこれを拘束する５連立の非線形方程式を以下のように定義する。
【数１５】
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（１５ｂ）式の連立非線形方程式の具体的定義は、（８）式の通りである。この連立非線形方程式は、つぎの繰返し演算で求解できる。
【数１６】
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脚符ｋは、繰返し回数を意味する。Ｊｃは、次式のように定義された５×５ヤコビアンである。
【数１７】
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図８に、（１６）式を実装した繰返し演算器の実施形態例をブロック図で示した。本実施形態例においても、初期値が必要である。本実施形態例の初期値の扱いは、図６の実施形態例と同一である。
【実施例５】
【００４６】以上、５連立の非線形方程式である（８）式の解を繰返し演算で求め、ひいては４電流指令値を得るための繰返し演算器の実施形態例として３例を示した。請求項２〜３の発明による実施形態例は、この３例に限定されるものではなく、他にも種々存在しうることを指摘しておく。また、（９）式の４連立の非線形方程式の解も（８）式の解と同一の４電流指令値を与え、このための繰返し演算器の実施形態例も種々存在することを指摘しておく。請求項２〜３の発明は、これらの実施形態例を排除するものではない。
【実施例６】
【００４７】図９に請求項４の発明を利用した実施形態例を示した。指令変換器３１へ送られたトルク指令値τ＊は、極対数Ｎｐで除されて１極対数分の指定トルクｃτに変換された後に、近似指令器３１２に送られる。近似指令器３１２には、４つの近似関数が用意されている。４つの近似関数は１極対数分の指定トルクｃτに応じて、各々、第１巻線用のｄ軸電流指令値、ｑ軸電流指令値、第２巻線用のｄ軸電流指令値、ｑ軸電流指令値を生成する。４電流指令値を生成する４近似関数は、請求項２〜３の発明等を利用して事前に求めた４電流指令値を多項式近似により定めればよい。また、実験的に事前に得た４電流指令値を多項式近似により定めてもよい。多項式の係数は最小二乗法等で決定すればよい。当然のことながら、１極対数分の指定トルクｃτに代わって、トルク指令値τ＊自体を利用して４近似関数を作成してもよい。
【実施例７】
【００４８】図１０に請求項４の発明を利用した第２の実施形態例を示した。指令変換器３１へ送られたトルク指令値τ＊は、極対数Ｎｐで除されて１極対数分の指定トルクｃτに変換された後に、近似指令器３１２に送られる。近似指令器３１２には、４つの参照表が用意されている。４つの参照表の引数は、１極対数分の指定トルクｃτである。４つの参照表は１極対数分の指定トルクｃτに応じて、各々、第１巻線用のｄ軸電流指令値、ｑ軸電流指令値、第２巻線用のｄ軸電流指令値、ｑ軸電流指令値を生成する。４電流指令値を生成する４参照表は、請求項２〜３の発明等を利用して事前に作成しておけばよい。また、実験的に事前に得た４電流指令値を多項式近似により定めてもよい。当然のことながら、１極対数分の指定トルクｃτに代わって、トルク指令値τ＊自体を参照表の引数として参照表を作成してもよい。
【実施例８】
【００４９】以上の実施形態例では、トルク指令相当値としてトルク指令値自体を利用した場合を例示した。本発明では、トルク指令相当値としては、トルク指令値自体に限る必要はない。より具体的には、トルク指令値と正相関を有する信号であれば、トルク指令相当値として扱うことができることを指摘しておく。【００５０】図４の駆動システム構成は、二重同期電動機として、三相単純同期電動機、三相逆同期電動機を対象としたものである。二重同期電動機として六相同期電動機を対象とする場合には、第１系統、第２系統のベクトル回転器へ受け渡す回転子位相に、第１巻線と第２巻線の位相差と同一の位相差をもたせればよい。これは、当業者には、たとえば既報の図１１等で明らかであるので、これ以上の説明は省略する。本発明の核心である指令変換器に関しては、二重同期電動機として六相同期電動機を対象とする場合にも、何らの変更はない。【００５１】本明細書では、図１〜３を用いて、既報の二重同期電動機は、三相単純同期電動機、六相同期電動機、三相逆同期電動機に大きく分類されることを説明した。本説明は、逆説的になるが、これら三大別に属さない二重同期電動機が存在しうることを意味している。本発明は、二重同期電動機の定義「永久磁石を有する回転子と２個の三相巻線を有する固定子とからなる二重三相巻線永久磁石同期形電動機」に合致する電動機に対しては、三大別に属する電動機と同様に、適用可能であることを指摘しておく。【００５２】図４〜１０を用いた実施形態例では、二重同期電動機内で発生する損失としては銅損のみを考えた。二重同期電動機内で発生する損失として、銅損と鉄損を同時に考慮する必要がある場合にも、本発明は無修正で適用されること、本発明はこの種の電動機を排除するものでないことを指摘しておく。ただし、銅損と鉄損を同時に考慮する必要がある二重同期電動機に本発明を適用する場合には、一般には、これに先立って、銅損と鉄損を考慮した二重同期電動機の数学モデル（（１）式〜（３）式に相応する数学モデル）の構築が必要である。
【産業上の利用可能性】
【００５３】本発明は、バッテリ電気自動車、燃料電池電気自動車、ハイブリッド電気自動車の主駆動電動機、家電用の高速電動機などに代表される広範囲にわたり効率駆動を要求される二重同期電動機の駆動システムに好適である。
【符号の説明】
【００５４】１        二重同期電動機
１１      二重同期電動機の回転子
１２１    二重同期電動機の固定子の第１巻線
１２２    二重同期電動機の固定子の第２巻線
２        電力変換装置
２１      電力変換器
２２      電流検出器
３        ベクトル制御装置
３１      指令変換器
３１１    繰返し演算器
３１２    近似指令器
３２      電流制御部
３２１ａ  三相二相変換器
３２１ｂ  二相三相変換器
３２２ａ  ベクトル回転器
３２２ｂ  ベクトル回転器
３２３    電流制御器
３２４    位相検出器
３２５    速度検出器
【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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【図１０】
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【図１１】
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