(57)【要約】【課題】インバータの直流電源の電圧値で制限される三相出力電圧が飽和して永久磁石型三相交流電動機を弱め磁束制御する領域において、弱め磁束制御を確立しつつ、より多くのトルクを出力する。【解決手段】ｄ軸電流制御器の出力となるｄ軸電圧指令値を制限するｄ軸電圧リミッタとｑ軸電流制御器の出力となるｑ軸電圧指令値を制限するｑ軸電圧リミッタを具備し、ｄ軸電圧リミッタはインバータの直流電源の電圧値より決定される最大出力電圧で制限し、ｑ軸電圧リミッタはインバータの直流電源の電圧値より決定される最大出力電圧とｄ軸電圧リミッタにて制限されたｄ軸電圧指令値から計算される可変のリミッタでｑ軸電圧指令値を制限する。【選択図】  図１
2011083112.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石型三相交流電動機に三相交流電圧指令に基づいた電圧を印加するインバータと該永久磁石型三相交流電動機に流れる三相交流電流をそれぞれ検出する電流検出器と該三相交流電流の検出値をｄ軸電流とｑ軸電流に変換する三相―ｄｑ回転座標変換器と該ｄ軸電流をフィードバックしｄ軸電流指令値と一致するように制御するｄ軸電流制御器と該ｑ軸電流をフィードバックしｑ軸電流指令値と一致するように制御するｑ軸電流制御器と該ｄ軸電流制御器の出力となるｄ軸電圧指令値を制限するｄ軸電圧リミッタと該ｑ軸電流制御器の出力となるｑ軸電圧指令値を制限するｑ軸電圧リミッタと該ｄ軸電圧リミッタを通過したｄ軸電圧指令と該ｑ軸電圧リミッタを通過したｑ軸電圧指令を該三相交流電圧指令に変換するｄｑ−三相回転座標変換器を具備し、該インバータの出力電圧はインバータの直流電源の電圧値により制限され、該ｄ軸電圧指令値と該ｑ軸電圧指令値のベクトル和が制限値を超過した場合にはｄ軸電流指令生成器にて該ｄ軸電流指令値を負の方向に増加させ弱め磁束電流指令を生成することで、出力電圧飽和の回避を行いながら前記永久磁石型三相交流電動機を駆動する制御装置において、
前記ｄ軸電圧リミッタは、前記インバータの直流電源の電圧値により決定される最大出力電圧値で制限し、前記ｑ軸電圧リミッタは、前記インバータの直流電源の電圧値により決まる最大出力電圧と前記ｄ軸電圧リミッタにて制限されたｄ軸電圧指令値から計算される可変のリミッタで制限されることを特徴とする永久磁石型三相交流電動機の制御装置。
【請求項２】
請求項１において
前記ｄ軸電圧リミッタの制限値はインバータの直流電源の電圧値より（１）式により決定し、前記ｑ軸電圧リミッタの制限値は前記インバータの直流電源の電圧値より決まる最大出力電圧と前記ｄ軸電圧リミッタにて制限されたｄ軸電圧指令値から（２）式により決定することを特徴とする永久磁石型三相交流電動機の制御装置。
【数１】
2011083112.tif 000016
【数２】
2011083112.tif 000017
【請求項３】
請求項１の前記ｄ軸電流制御器および前記ｑ軸電流制御器がそれぞれ比例器と積分器で構成される電流制御器において、前記ｄ軸電流制御器の積分器の値は前記ｄ軸電圧リミッタに制限され、前記ｑ軸電流制御器の積分器の値は前記ｑ軸電流リミッタに制限されることを特徴とする永久磁石型三相交流電動機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石型三相交流電動機を制御する電動機制御装置に係り、特に永久磁石型三相交流電動機を弱め磁束制御する際の電圧リミッタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の永久磁石型三相交流電動機の制御において電圧リミッタを設ける例は特許文献１に適用されている。
【０００３】
図３は特許文献１に適用されている永久磁石型三相交流電動機の制御の構成の一部を示したものであり、図３に基づいて従来の技術を説明する。
【０００４】
永久磁石型三相交流電動機１にはインバータ２により三相の平衡した交流電圧が印加され、三相交流電流が流れる。
【０００５】
永久磁石型三相交流電動機１に流れるＵ相電流ｉｕ、Ｖ相電流ｉｖ、Ｗ相電流ｉｗは電流検出器３１〜３３により検出される。
【０００６】
三相−ｄｑ回転座標変換器６はＵ相電流値ｉｕ、Ｖ相電流値ｉｖ、Ｗ相電流値ｉｗと永久磁石型三相交流電動機１に取り付けられた位置検出器７からの位置情報θにより、（１）と（２）式に基づいて三相―ｄｑ回転座標変換を行い、回転座標上において直流状態として扱えるｄ軸電流ｉｄとｑ軸電流ｉｑを出力する。
【０００７】
【数１】
2011083112.tif 000003
【数２】
2011083112.tif 000004
【０００８】
ｄ軸電流ｉｄとｑ軸電流ｉｑはフィードバックされ、ｄ軸電流指令生成器１１の出力となるｄ軸電流指令ｉｄｒｅｆとｄ軸電流ｉｄとの偏差がｄ軸電流制御器１０に入力されｄ軸電圧指令Ｖｄｒｅｆ１が出力され、ｑ軸電流指令生成器８の出力であるｑ軸電流指令ｉｑｒｅｆとｑ軸電流ｉｑとの偏差がｑ軸電流制御器９に入力され、ｑ軸電圧指令Ｖｑｒｅｆ１が出力される。
【０００９】
インバータ２が出力可能な電圧はインバータ直流電源４の電圧値によるので、ｑ軸電圧指令Ｖｑｒｅｆ１は、ｑ軸電圧指令リミッタ１３にてインバータ２が出力可能な範囲に制限される。
【００１０】
ｑ軸電圧指令リミッタ１３はインバータ直流電源４が低いときには制限値を低くし、インバータ直流電源４が高いときには制限値を高くする。
【００１１】
ｑ軸電圧指令リミッタ１３をこのように変化させることにより永久磁石型交流電動機１に電力を適正に供給することができる。
【００１２】
しかしながら永久磁石型三相交流電動機１の回転速度が高くなると、大きな逆起電力を発生するため、ｑ軸電圧指令リミッタ１３による制限だけではインバータ直流電源４の電圧値で制限されるインバータ２が出力可能な電圧の範囲を超えてしまう恐れがある。
【００１３】
インバータ２が出力可能な電圧の範囲を超えてしまう回転速度で永久磁石三相交流電動機１を制御する手法としては、負のｄ軸電流を流すことで磁束を弱める弱め磁束制御が知られている。
【００１４】
弱め磁束制御を行う領域においてはｄ軸電流制御器１０の出力であるｄ軸電圧指令Ｖｄｒｅｆ１も大きくなるので、出力電圧をインバータが出力可能な範囲に抑えるためにはｑ軸電圧指令Ｖｑｒｅｆ１とｄ軸電圧指令Ｖｄｒｅｆ１の双方を考慮した電圧リミッタが必要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００６−２６２６６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
解決しようとする問題点は、インバータが出力可能な電圧の範囲を超えてしまう回転速度で永久磁石三相交流電動機を弱め磁束制御を行う際に、インバータが出力可能な電圧の範囲内で、弱め磁束制御を確立しつつ、より多くのトルクを出力できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の請求項１では、永久磁石型三相交流電動機に三相交流電圧指令に基づいた電圧を印加するインバータと該永久磁石型三相交流電動機に流れる三相交流電流をそれぞれ検出する電流検出器と該三相交流電流の検出値をｄ軸電流とｑ軸電流に変換する三相―ｄｑ回転座標変換器と該ｄ軸電流をフィードバックしｄ軸電流指令値と一致するように制御するｄ軸電流制御器と該ｑ軸電流をフィードバックしｑ軸電流指令値と一致するように制御するｑ軸電流制御器と該ｄ軸電流制御器の出力となるｄ軸電圧指令値を制限するｄ軸電圧リミッタと該ｑ軸電流制御器の出力となるｑ軸電圧指令値を制限するｑ軸電圧リミッタと該ｄ軸電圧リミッタを通過したｄ軸電圧指令と該ｑ軸電圧リミッタを通過したｑ軸電圧指令を該三相交流電圧指令に変換するｄｑ−三相回転座標変換器を具備し、該インバータの出力電圧はインバータの直流電源の電圧値により制限され、該ｄ軸電圧指令値と該ｑ軸電圧指令値のベクトル和が制限値を超過した場合にはｄ軸電流指令生成器にて該ｄ軸電流指令値を負の方向に増加させ弱め磁束電流指令を生成することで、出力電圧飽和の回避を行いながら前記永久磁石型三相交流電動機を駆動する制御装置において、
前記ｄ軸電圧リミッタは、前記インバータの直流電源の電圧値により決定される最大出力電圧値で制限し、前記ｑ軸電圧リミッタは、前記インバータの直流電源の電圧値により決まる最大出力電圧と前記ｄ軸電圧リミッタにて制限されたｄ軸電圧指令値から計算される可変のリミッタで制限されることを特徴とする。
【００１８】
本発明の請求項２では、前記ｄ軸電圧リミッタの制限値はインバータの直流電源の電圧値より（３）式により決定し、前記ｑ軸電圧リミッタの制限値は前記インバータの直流電源の電圧値より決まる最大出力電圧と前記ｄ軸電圧リミッタにて制限されたｄ軸電圧指令値から（４）式により決定することを特徴とする。
【数３】
2011083112.tif 000005
【数４】
2011083112.tif 000006
【００１９】
本発明の請求項３では、請求項１の前記ｄ軸電流制御器および前記ｑ軸電流制御器がそれぞれ比例器と積分器で構成される電流制御器において、前記ｄ軸電流制御器の積分器の値は前記ｄ軸電圧リミッタに制限され、前記ｑ軸電流制御器の積分器の値は前記ｑ軸電流リミッタに制限されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
永久磁石型三相交流電動機をインバータが出力可能な電圧を超えるような回転速度の領域で駆動する際に、インバータが出力可能な電圧の範囲内で弱め磁束制御を確立しつつ、より多くのトルクを出力することを可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】請求項１、請求項２の構成を示したブロック図である。（実施例１）
【図２】請求項３の構成を示したブロック図である。（実施例２）
【図３】背景技術の構成を示したブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
永久磁石型三相交流電動機をインバータの出力電圧が飽和する状態で、弱め磁束制御を確立しつつ、より多くのトルクを出力ように制御するという目的を実現した。
【実施例１】
【００２３】
図１に本発明の請求項１および請求項２を永久磁石型三相交流電動機に適用した実施例を示し、図１に基づいて本発明の詳細な説明をする。
【００２４】
永久磁石型三相交流電動機１にはインバータ２により三相の平衡した交流電圧が印加され、三相交流電流が流れる。
【００２５】
永久磁石型三相交流電動機１に流れるＵ相電流ｉｕ、Ｖ相電流ｉｖ、Ｗ相電流ｉｗは電流検出器３１〜３３により検出される。
【００２６】
三相−ｄｑ回転座標変換器６はＵ相電流値ｉｕ、Ｖ相電流値ｉｖ、Ｗ相電流値ｉｗと永久磁石型三相交流電動機１に取り付けられた位置検出器７からの位置情報θにより、（５）と（６）式に基づいて三相―ｄｑ回転座標変換を行い、回転座標上において直流状態として扱えるｄ軸電流ｉｄとｑ軸電流ｉｑを出力する。
【００２７】
【数５】
2011083112.tif 000007
【数６】
2011083112.tif 000008
【００２８】
ｄ軸電流ｉｄとｑ軸電流ｉｑはフィードバックされ、ｄ軸電流指令生成器１１の出力となるｄ軸電流指令ｉｄｒｅｆとｄ軸電流ｉｄとの偏差がｄ軸電流制御器１０に入力されｄ軸電圧指令Ｖｄｒｅｆ１が出力され、ｑ軸電流指令生成器８の出力であるｑ軸電流指令ｉｑｒｅｆとｑ軸電流ｉｑとの偏差がｑ軸電流制御器９に入力され、ｑ軸電圧指令Ｖｑｒｅｆ１が出力される。
【００２９】
インバータ２が出力可能な電圧はインバータ直流電源４の関数となりインバータ直流電源４の直流電圧値をＶｄｃとするとインバータ２が出力可能な電圧Ｖｍａｘは（７）式で表される。
【００３０】
【数７】
2011083112.tif 000009
【００３１】
ｄ軸電圧指令リミッタ１２のリミット値Ｖｄｌｍｉｔはインバータ直流電源４の直流電圧値Ｖｄｃを入力とした（８）式とし、ｄ軸電圧指令ｖｄｒｅｆ１はｄ軸電圧指令リミッタ１２で制限されｄ軸電圧指令Ｖｄｒｅｆ２が出力される。
【００３２】
【数８】
2011083112.tif 000010
【００３３】
ｑ軸電圧指令リミッタ１３のリミット値Ｖｑｌｍｉｔはｄ軸電圧指令Ｖｄｒｅｆ２とインバータが出力可能な電圧Vmaxを入力とし（９）式に基づいて計算され、ｑ軸電圧指令Ｖｑｒｅｆ１はｑ軸電圧指令リミッタ１３で制限されｑ軸電圧指令Ｖｑｒｅｆ２が出力される。
【００３４】
【数９】
2011083112.tif 000011
【００３５】
ｄ軸電圧指令Ｖｄｒｅｆ２とｑ軸電圧指令Ｖｑｒｅｆ１のベクトル和がインバータの出力可能な電圧Ｖｍａｘを超過する場合には、負のｄ軸電流指令ｉｄｒｅｆを生成し弱め磁束制御を行う。
【００３６】
ｄ軸電流指令生成器１１はｑ軸電流制御器９の出力でｑ軸電圧指令リミッタ１３の前のｑ軸電圧指令Ｖｑｒｅｆ１とｄ軸電圧リミッタ１２の出力となるｄ軸電圧指令Ｖｄｒｅｆ２を入力として、（１０）式となる場合にはｄ軸電流指令値ｉｄｒｅｆを負の方向に増加させる。
【００３７】
【数１０】
2011083112.tif 000012
【００３８】
逆に（１１）式となる場合にはｄ軸電流指令値を正の方向に増加させる。
【００３９】
【数１１】
2011083112.tif 000013
【００４０】
ただし、ｄ軸電流指令値は０以下の値となるようにリミットされる。
【００４１】
ｑ軸電圧指令ｖｑｒｅｆ２とｄ軸電圧指令ｖｄｒｅｆ２はｄｑ−三相回転座標変換器５に入力され、永久磁石型三相交流電動機１に取り付けられた位置検出器７の位置情報θにより（１２）と（１３）式に基づいてｄｑ−三相座標変換を行なわれ、平衡した三相交流電圧指令ｖｕｒｅｆ，ｖｖｒｅｆ，ｖｗｒｅｆに変換される。
【数１２】
2011083112.tif 000014
【数１３】
2011083112.tif 000015
【００４２】
インバータ２は三相交流電圧指令ｖｕｒｅｆ，ｖｖｒｅｆ，ｖｗｒｅｆに基づいた三相交流電圧を永久磁石型三相交流電動機１に印加する。
【００４３】
本発明の請求項１および請求項２を永久磁石型三相交流電動機に適用することで、ｄ軸電流制御による弱め磁束制御を確立しつつ、インバータが出力可能な電圧の範囲内で最大のｑ軸電圧を出力することが可能となる。
【実施例２】
【００４４】
図２に本発明の請求項３を永久磁石型三相交流電動機に適用した実施例を示し、図２に基づいて本発明の詳細な説明をする。
【００４５】
ｄ軸電流制御器１０にはｄ軸電流指令生成器１１からのｄ軸電流指令ｉｄｒｅｆとｄ軸電流ｉｄとの偏差が入力されｄ軸電圧指令Ｖｄｒｅｆ１が出力され、ｑ軸電流制御器９にはｑ軸電流指令生成器８からのｑ軸電流指令ｉｑｒｅｆとｑ軸電流ｉｑとの偏差が入力されｑ軸電圧指令Ｖｑｒｅｆ１が出力される。
【００４６】
ｄ軸電圧指令Ｖｄｒｅｆ１はインバータ直中電源４の直中電圧値Ｖｄｃにより決まるｄ軸電圧指令リミッタ１２のリミット値Ｖｄｌｍｉｔで制限され、ｄ軸電圧指令Ｖｄｒｅｆ２が出力され、ｑ軸電圧指令Ｖｑｒｅｆ１はインバータ直中電源４の直中電圧値Ｖｄｃとｄ軸電圧指令Ｖｄｒｅｆ２により決まるｑ軸電圧指令リミッタ１３のリミット値Ｖｑｌｍｉｔで制限され、ｑ軸電圧指令Ｖｑｒｅｆ２が出力される。
【００４７】
ｄ軸電流制御器１０はｄ軸電流制御比例器１０１とｄ軸電流制御積分器１０２より構成され、ｄ軸電流制御積分器１０２の積分値はｄ軸電圧指令リミッタ１２のリミット値Ｖｄｌｍｉｔに制限する。
【００４８】
同様にｑ軸電流制御器９はｑ軸電流制御比例器９１とｑ軸電流制御積分器９２より構成され、ｑ軸電流制御積分器９２の積分値はｑ軸電圧指令リミッタ１３のリミット値Ｖｑｌｍｉｔに制限する。
【００４９】
本発明の請求項３を永久磁石型三相交流電動機に適用することで、ｄ軸電流制御積分器およびｑ軸電流制御積分器の飽和を防ぐことができ、電流の制御性・応答性を改善できる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明によりインバータが出力可能な電圧の範囲内で弱め磁束制御を確立しつつ、より多くのトルクを出力することができ、また電流制御の制御性・応答性を改善できるので産業上の利用の可能性は大いにある。
【符号の説明】
【００５１】
１              永久磁石型三相交流電動機
２              インバータ
３１〜３３      電流検出器
４              インバータ直流電源              
５              ｄｑ−三相回転座標変換器
６              三相―ｄｑ回転座標変換器
７              位置検出器
８              ｑ軸電流指令生成器
９              ｑ軸電流制御器
１０            ｄ軸電流制御器
１１            ｄ軸電流指令生成器
１２            ｄ軸電圧指令リミッタ
１３            ｑ軸電圧指令リミッタ
９１            ｑ軸電流制御比例器
９２            ｑ軸電流制御積分器
１０１          ｄ軸電流制御比例器
１０２          ｄ軸電流制御積分器
【図１】
2011083112.tif 000018
【図２】
2011083112.tif 000019
【図３】
2011083112.tif 000020