(57)【要約】【課題】  モータの相電流の基本波の振幅が小さい場合、モータの相電流に含まれる高周波によって、モータの相電流の基本波の位相に関わらずモータ電流の極性が変化し、デッドタイム補償に用いているモータの相電流の極性の推定値と実際のモータの相電流の極性が一時的に異なることで、デッドタイム補償量が正しく求められないという問題があった。【解決手段】  上記の課題を解決するため、dq軸電流指令に基づく相電流の基本波の振幅値が、高周波の振幅値よりも十分に大きくなるようにd軸電流を増大させることによって、高周波による相電流の極性の切り替わりを減少させるように構成している。【選択図】  図１
2015126641.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トルク指令値に基づいたdq軸電流目標値とdq軸電流値との偏差から求めたdq軸電圧指令を３相変換して３相電圧指令値とし、該３相電圧指令値をパルス幅変調した信号を用いる電圧形のインバータを制御することにより、電動機に流れる高周波を含む３相電流を制御する制御部と、
前記インバータを構成する複数のスイッチング素子間のデッドタイムによる変動電圧を補償するデッドタイム補償量を前記３相電流の基本波の位相から算出するデッドタイム補償部と、を備える電動機の制御装置であって、
前記デッドタイム補償部による変動電圧の補償期間を含む期間中に、前記dq軸電流目標値に基づく３相電流の基本波の振幅値が高周波の振幅値よりも大きくなるようにd軸電流を増大させる電動機の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電動機の制御装置であって、
前記制御部は、前記トルク指令値に基づいたdq軸電流目標値と前記d軸電流の増大量に応じて、前記q軸電流も増大させる電動機の制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載の電動機の制御装置であって、
前記d軸電流及び前記q軸電流の増大量は、記憶装置に予め記憶されている電動機の制御装置
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電動機の制御装置に関し、特にインバータ回路におけるデッドタイムを補償する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のデッドタイムを補償する技術としては、下記の特許文献１（特開平1-60264号公報）に記載されているものがある。この従来例には、dq軸電流指令およびモータの回転角よりモータの相電流の基本波の位相を算出し、その位相に基づきデッドタイム中のモータの相電流の極性を推定し、メモリに記憶されたデッドタイム補償量をフィードフォワード制御方式で出力する構成が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平1-60264号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１においては、モータの相電流の基本波の振幅が小さい場合、モータの相電流に含まれる高周波によって、モータの相電流の基本波の位相に関わらずモータ電流の極性が変化し、デッドタイム補償に用いているモータの相電流の極性の推定値と実際のモータの相電流の極性が一時的に異なることで、デッドタイム補償量が正しく求められないという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の問題を解決するため、本発明に係る電動機の制御装置は、dq軸電流指令に基づく相電流の基本波の振幅値が、高周波の振幅値よりも十分に大きくなるようにd軸電流を増大させることによって、高周波による相電流の極性の切り替わりを減少させるように構成している。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、dq軸電流指令に基づく相電流の基本波の振幅値が、高周波の振幅値よりも十分に大きくなるので、デッドタイム補償量を常に正しく求められるという効果が得られる。また、d軸電流の増大の際にq軸電流の操作を追加することで出力トルクの調整も可能とし、d軸電流を増大させたことによる出力トルクへの影響を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の実施例１の構成を示すブロック図
【図２】パルス幅変調した信号を用いる電圧形インバータを用いた場合の電動機に流れる電流波形を示す図
【図３】本発明適用前における、電流および電圧波形を示す図
【図４】d軸電流を増大させることによる３相電流への効果を示した図
【図５】本発明適用後における、電流および電圧波形を示す図
【図６】本発明の実施例２の構成を示すブロック図
【図７】本発明の実施例３の構成を示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【０００８】
図１は本発明に係る実施例１の構成を示すブロック図である。この実施例は、dq軸電流目標値に基づく３相電流の基本波の振幅値が、高周波の振幅値よりも十分に大きくなるようにd軸電流を増大させることを特徴とする電動機の制御装置の構成を示す。
【０００９】
本実施形態に係る回路図は、電動機に流れる高周波を含む３相電流を制御する制御部１００、３相電流の基本波の位相を用いて補償量を求めるデッドタイム補償部２０、PWM信号に応じて動作し、図示していない直流電源の電圧を３相交流の電圧に変換するPWMインバータ３０および電動機４０によって構成されている。
【００１０】
電動機に流れる高周波を含む３相電流を制御する制御部１００の詳細について説明する。
【００１１】
図１において、電流指令算出部１は、外部から与えられたトルク指令値T*と後述する微分部５で算出された電動機４０の回転速度ωから、d軸電流目標値Id*およびq軸電流目標値Iq*を算出する。なお、トルク指令値T*は、電動機４０の出力トルクを指示する信号である。
【００１２】
電流制御部２は、前記のd軸電流目標値Id*およびq軸電流目標値Iq*と後述するd軸電流値Idおよびq軸電流値Iqとの偏差に応じて、d軸電圧指令値Vd*およびq軸電圧指令値Vq*を演算する。必要に応じて非干渉制御を適用してもよい。
【００１３】
三相変換部３は、電動機４０の回転子位相θに応じて、前記のd軸電圧指令値Vd*およびq軸電圧指令値Vq*を３相電圧指令値、すなわちu相電圧指令値Vu*、v相電圧指令値Vv*およびw相の電圧指令値Vw*へ変換する。電動機４０の回転子位相θは、図示していないレゾルバやエンコーダなどの位置検出器を用いて検出される。
【００１４】
PWM変換部４は前記の３相電圧指令値、PWM変換に用いるキャリア信号および直流電源の電圧からu相のパルス幅Du、v相パルス幅Dv、w相のパルス幅Dwを算出する。
【００１５】
微分部５は、回転子位相θを微分することによって、電動機４０の回転子角速度ωを算出する。
【００１６】
dq軸変換部８は、図示していない電流センサによって検出した３相電流iu、iv、iw と電動機４０回転子位相θから、３相電流値をd軸電流値Id、q軸電流値Iqへ変換する。３相電流iu、iv、iwは図２に示すように、基本波とスイッチングによるリップル等を含む高周波によって構成されている。
【００１７】
電流位相算出器部９はdq軸電流目標値と電動機４０の回転子位相θから３相電流の基本波の位相を算出する。
【００１８】
電流振幅算出部６は、下記式に基づいてdq軸電流目標値から相電流の振幅を算出する。
2015126641.tif 000003
【００１９】
d軸補正電流算出部７は、電流振幅算出部６で算出された電流振幅に基づき、３相電流の高周波の振幅値よりも十分に大きくなるようなd軸補正電流を算出する。
【００２０】
なお、高周波の振幅はPWMインバータ３０に起因して発生するもので、その大きさは電動機４０のインダクタンスや誘起電圧の特性等に依存し、計算により求めることもできるが、試験的に測定して求めても良い。
【００２１】
また、d軸電流を補正電流として用いる理由は、d軸電流はトルクへの寄与率がq軸電流に比べて低いためである。
【００２２】
次にデッドタイム補償部２０について説明する。デッドタイム補償部２０は、dq軸電流目標値および電動機４０の回転子位相より算出した３相電流の基本波の位相に基づき、デッドタイム補償量をフィードフォワード制御方式で出力する。
【００２３】
デッドタイム補償部２０で補償をするデッドタイムによる変動電圧の平均値は下記式に基づいて求められる。
2015126641.tif 000004
ただし、Vdt ：平均変動電圧  [V]      Vdc ：直流電圧  [V]    
Td ：デッドタイム  [s]      fs ：PWMキャリア周波数  [Hz]
【００２４】
また、デッドタイムによる平均変動電圧の極性は図５の（１）に示すように、３相電流の極性と反対となる。このデッドタイムによる平均変動電圧の特性を利用して、３相電流の基本波の位相を用いてデッドタイム補償部２０は補償量の極性および大きさを算出している。
【００２５】
なお、上記の電流指令算出部１、電流制御部２、３相変換部３、PWM変換部４、微分部５、電流振幅算出部６、d軸補正電流算出部７、dq軸変換部８、位相算出部９およびデッドタイム補償部２０は、ＣＰＵとメモリおよびそれらに付随する電子回路で構成することが出来る。
【００２６】
以下、本実施形態の要旨について説明する。本実施形態の特徴は、デッドタイム補償部２０による電圧変動の補償期間を含む期間中に、dq軸電流目標値に基づく相電流の基本波の振幅値が、高周波の振幅値よりも十分に大きくなるようにd軸電流を増大させることによって、デッドタイムによる変動電圧を補償することにある。これについて詳しく説明をする。
【００２７】
図３はインバータ相電流iuの基本波の振幅が高周波の振幅より小さい場合における、インバータ相電流iuの波形、（１）デッドタイムによる平均変動電圧、（２）デッドタイム補償部で算出された補償電圧および（３）補償の誤差＝（１）＋（２）を図示したものである。
【００２８】
インバータ相電流iuの基本波の振幅が高周波の振幅より小さい場合では、インバータ相電流iuに含まれる高周波よってインバータ相電流iuの極性が切り替わり、デッドタイムによる平均変動電圧の極性は、インバータ相電流iuの基本波の極性切り替わりタイミングと一致しない。したがって、（１）と（２）を加算すると図３の（３）のとおり、補償誤差が発生する。
【００２９】
そこで、図１の電流振幅算出部６およびd軸補正電流算出器７でdq軸電流目標値に基づく３相電流の基本波の振幅が高周波の振幅より大きくなるようにd軸電流を増大させる。
【００３０】
d軸電流を増大させると、（数１）式から分かるように相電流の振幅が増大するため、図４に示すように高周波による３相電流の極性変化が減少する。
【００３１】
図５は、インバータ相電流iuの基本波の振幅を高周波の振幅より十分大きくした場合における、インバータ相電流iuの波形、（１）デッドタイムによる平均変動電圧、（２）デッドタイム補償部２０で算出された補償電圧および（３）補償の誤差＝（１）＋（２）を図示したものである。
【００３２】
インバータ相電流iuの基本波の振幅を高周波の振幅より十分大きくした場合、インバータ相電流iuに含まれる高周波が原因によるインバータ相電流iuの極性変化が減少するため、インバータ相電流iuの極性切り替りタイミングは、インバータ相電流iuの基本波の極性切り替りタイミングと一致する。
【００３３】
したがって、（１）の極性切り替りタイミングは、３相電流の基本波の極性切り替りタイミングと一致し、その結果、３相電流の基本波の位相から算出される（２）の極性切り替りタイミングとも一致する。したがって、（１）＋（２）で表される（３）は図３の場合に比べて減少する。
【００３４】
以上のことより、d軸電流を増大させることによって、デッドタイム補償誤差を減少させる効果がある。
【実施例２】
【００３５】
図６は本発明の実施例２の構成を示すブロック図であり、トルク指令値に基づいたdq軸電流目標値とd軸電流の増大量に応じて、q軸電流も増大させることを特徴とする制御装置の構成を示す。
【００３６】
図６において、トルク補正部１０はトルク指令値に基づいたdq軸電流目標値とd軸電流の増大量に応じて、q軸電流も増大させる。
【００３７】
q軸電流の増大量について説明する。永久磁石同期モータのトルクは、磁石によるトルクとリラクタンストルクからなり、永久磁石同期モータのトルク式は下記式（数３）のように表せる。
2015126641.tif 000005
ただし、
T  ：  トルク [Nm]                   P ：  極対数
id ：  d軸電流  [A]                iq ：  q軸電流  [A]
Ld ：  d軸インダクタンス  [H]      Lq ：  q軸インダクタンス  [H]
ψa ：磁石の鎖交磁束数の振幅 
【００３８】
トルク式の右辺の第１項が磁石によるトルクを表し、第２項がリラクタンストルクを表している。
【００３９】
トルク補正部１０は、d軸電流の増大により発生するトルク分をq軸電流の増大によって調整し、モータトルクがトルク指令値と一致するように電流目標値に補正を行う。
【００４０】
これにより、３相電流の振幅値が高周波の振幅値より大きくなるようにd軸電流を増大させてもトルクの変動が発生せず、精度の高いトルク制御を行うことができる効果がある。
【実施例３】
【００４１】
図７は本発明の実施例３の構成を示すブロック図であり、d軸電流およびq軸電流の増大量は、記憶装置に予め記憶されていることを特徴とする制御装置の構成を示す。
【００４２】
図７において、電流指令算出部１は、d軸およびq軸電流目標値が記憶してあり、dq軸電流目標値は実施例１および２で記載の内容を満たすように設定されている。そして、トルク指令値に基づき、d軸およびq軸電流目標値を出力する。
【００４３】
これにより、電流振幅の算出やdq軸電流目標値を補正する処理を省くことができ、演算負荷が減少するという効果がある。
【符号の説明】
【００４４】
１…電流指令算出部
２…電流制御部
３…三相変換部
４…PWM変換部
５…微分部
６…d軸補正電流算出部
７…電流振幅算出部
８…dq軸変換部
９…位相算出部
１０…トルク補正部
２０…デッドタイム補償部
３０…PWMインバータ
４０…電動機
１００…３相電流を制御する制御部
【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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