(57)【要約】【課題】本発明は、加減速運転、外乱トルクの急変、急激な直流電圧の変動などの非定常状態にあっても、これらの影響を排除できる有効な電流応答を簡単な工程あるいは手段で確保し、ひいては非定常状態にあっても安定な運転を可能とする自動車搭載用電動圧縮機の駆動制御方法及び同装置を新規に提供することを目的とする。【解決手段】電力変換器３を介して自動車搭載用電動圧縮機１へ印加される交流電力の少なくとも２相分の交流電流を検出する手段２と、検出交流電流を用い交流電流を直接的にフィードバック電流制御する手段７ｂとを少なくとも設けるようにし、課題を解決した。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電力の印加により駆動される自動車搭載用電動圧縮機の駆動制御方法であって、
該印加交流電力の少なくとも２相分の交流電流を検出する工程と、該検出交流電流を用い交流電流を直接的にフィードバック電流制御する工程とを、少なくとも有することを特徴とする自動車搭載用電動圧縮機の駆動制御方法。
【請求項２】
交流電力の印加により駆動される自動車搭載用電動圧縮機の駆動制御装置であって、
該印加交流電力の少なくとも２相分の交流電流を検出する手段と、該検出交流電流を用い交流電流を直接的にフィードバック電流制御する手段とを、少なくとも有することを特徴とする自動車搭載用電動圧縮機の駆動制御装置。
【請求項３】
該フィードバック電流制御手段を、２軸回転座標系上の電流信号に対し作用する電流制御器を用いて構成するようにしたことを特徴とする請求項２記載の自動車搭載用電動圧縮機の駆動制御装置。
【請求項４】
該フィードバック電流制御手段を、２軸固定座標系上の電流信号に対し作用する電流制御器を用いて構成するようにしたことを特徴とする請求項２記載の自動車搭載用電動圧縮機の駆動制御装置。
【請求項５】
該フィードバック電流制御手段を、３軸固定座標系上の電流信号に対し作用する電流制御器を用いて構成するようにしたことを特徴とする請求項２記載の自動車搭載用電動圧縮機の駆動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、３相交流電力の印加により駆動される自動車搭載用電動圧縮機の駆動制御方法及び同装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
３相交流電力の印加により駆動される自動車搭載用電動圧縮機の駆動制御方法あるいは同装置に関する最新の公開文献としては、例えば、下記のものがある。
（１）吉田、他：特許公開平５−２７８４５７、「自動車用電動コンプレッサーの制御駆動装置」
（２）南部、他：特許公開平６−３２１４０、「自動車用電動コンプレッサーの制御駆動装置」
（３）南部、他：特許公開平６−７２１３５、「自動車用電動コンプレッサーの制御駆動装置」
（４）吉田、他：特許公開平６−２１９１４８、「自動車空調用電動コンプレッサーの制御駆動装置」
（５）吉田：特許公開平７−９５７９７、「自動車用電動圧縮機の制御駆動装置」
（６）吉田、他：特許公開平７−３３６８０１、「自動車用制御駆動装置」
（７）吉田、他：特許公開平８−８５３３２、「空調用インバータ装置」
【０００３】
自動車搭載用電動圧縮機の駆動制御における重要課題の１つが、自動車の走行に依存して大幅かつ急激に変動する電源電圧の対処にある。電源電圧の変動は、安定した電圧を誇る商用電源を駆動電源とする据置用電動圧縮機には基本的に起こり得ない問題であり、自動車搭載用電動圧縮機の駆動制御に付随した固有の問題である。一般に、自動車搭載用電動圧縮機は、圧縮機本体と一体的に構成された内蔵の交流電動機により駆動される。内蔵の交流電動機への直接的入力は、当然、交流電力となる。また、一般に、電動圧縮機の駆動電源たる交流電力は、バッテリあるいは発電によって得られた自動車共有の直流電力を電力変換器により交流に変換し得ている。
【０００４】
１例として、自動車搭載用電動圧縮機を電気自動車に搭載した場合を考える。電気自動車では、車の加速時では走行用主電動機が力行用大電流を消費するため共有直流電源の電圧がごく短時間に急激に低下する。反面、減速時では、走行用主電動機が回生電力を発生し、共有直流電源の電圧をごく短時間に急激に押し上げる。共有直流電源の電圧変動は、これを共有する電動圧縮機用電力変換器を介して、電動圧縮機の内蔵交流電動機に異常電流を流すことになり、電動圧縮機の異常運転、運転停止・不能、損傷などの問題を引起こしていた。
【０００５】
上記文献（１）による発明は、本問題の解決を試みた従来の代表例であり、その概要を図８に示す。１が交流電動機を内蔵した電動圧縮機、３が直流電力を交流電力に変換する電力変換器、４がバッテリあるいは発電機により発生した共有の直流電源、１０ａが共有直流電源用の電圧センサ、１０ｂが標準電圧に基づき設定したパルス幅を保存するＲＯＭ、１０ｃがパルス幅変換器である。
【０００６】
自動車搭載用電動圧縮機の駆動制御方法に関し、図８に示した従来法の動作の要点は、以下のように説明される。直流電源電圧センサ１０ａにより直流電圧を検出し、これをパルス幅変換器１０ｃへ送る。パルス幅変換器１０ｃでは、検出直流電圧と予め定めた標準電圧と比較して大小比率を定めると共に、標準電圧に基づき予め設定したパルス幅をＲＯＭ１０ｂから得、標準電圧に基づくパルス幅に対し測定電圧が反比例する形で測定電圧のためのパルス幅を定め、最後に、決定パルス幅を電力変換器３へ向け出力する。文献（１）による発明は、電力変換器が発生し電動圧縮機に印加する交流電力を、直流電源の電圧のみに基づき、定めている点には特に注意されたい。この点が文献（１）による従来法の大きな特色である。
【０００７】
文献（２）は、上記文献（１）の発明を改良したものであり、文献（１）による処理が所定の定常運転状態に入ってから動作するように、換言するならば加速時には動作しないように、タイマーあるいは圧縮機内蔵電動機の速度に基づき動作開始タイミングを設定できるようにしたものである。すなわち、文献（２）の方法は、文献（１）の方法の効果が期待できるのは定常状態のみである点を考慮し、定常状態以外では文献（１）の方法による処理が動作しないようにしたものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
以上の説明から理解されるように、文献（１）、（２）に示された従来の直流電源の電圧変動に対する対処法は、基本的に直流電源の電圧を検出し、これに単純に反比例する形で電力変換器用のパルス幅を決定するものであった。また、この単純な方法は、定常状態でのみ有効であり非定常状態では効果は期待できなかった。特に、圧縮機の加減速時、圧縮機への負荷変動時などの非定常状態では、反って不都合な交流電力を電動圧縮機に印加することがあり、電動圧縮機の異常運転、運転停止・不能、損傷などの問題を引起こしていた。
【０００９】
本従来法の問題の原因は、圧縮機内蔵の交流電動機の駆動原理に基づき、以下のように説明することができる。すなわち、圧縮機内蔵の交流電動機は、電動機の内部磁束と電動機に流れる交流電流の相互作用で、トルクを発生する。換言するならば、内蔵電動機に印加される電圧で、内蔵電動機の発生するトルクが定まる訳ではない。電動圧縮機の回転数が一定、電動圧縮機への負荷が一定と言った十分な定常状態では、内蔵電動機への印加電圧を一定に保てば、内蔵電動機へ流れる電流を一定に保つことができる。このような定常状態では、電力変換器への入力である直流電源の電圧のみに注意を払っておけばよい。しかし、非定常状態では、電動圧縮機の内蔵交流電動機に対し、印加交流電圧の制御では所要のトルク発生に必要な電流を得ることが困難であり、良好な圧縮機運転はできない。
【００１０】
本従来法は、制御理論的には、フィードフォワード制御法に分類されることを指摘しておく。フィードフォワード制御法は、予測された定常状態では良好な運転を期待できるが、予測外の非定常状態では所期の性能は期待できないと言う本質的性質を有しているが、本従来法もこの例外ではない。
【００１１】
電動圧縮機を良好に駆動するには、圧縮機内蔵の交流電動機への電流に着目する必要がある。電流に着目した電動圧縮機の駆動制御方法あるいは装置に関しては、上記文献（３）〜（７）による発明が既になされている。しかし、これらの従来の発明は、基本的に、電力変換機へ入力される直流電力の電流すなわち直流電流のみを検出するものであり、この結果、内蔵電動機へ印加されかつ直接的にトルク発生に寄与する３相交流電流に関しては、正負外乱等の値を相殺した平均的な値しか知ることができなかった。このため、加減速運転、外乱トルクの急変、急激な直流電圧の変動などによる非定常状態では、これに対応できる高速な電流応答を確保できず、この結果、これらの影響を排除できないと言う課題を有していた。
【００１２】
文献（３）〜（７）による本従来法も、電動機へ印加されかつ直接的にトルク発生に寄与する３相交流電流の制御と言う観点では、制御理論的には、フィードフォワード制御法に分類される。このため、予測された定常状態では良好な運転を期待できるが、予測外の非定常状態では所期の性能は期待できないと言うフィードフォワード制御法の共通の特色を、本従来法も有していた。
【００１３】
本発明は上記背景の下になされたものであり、その目的は、加減速運転、外乱トルクの急変、急激な直流電圧の変動などの非定常状態にあっても、これらの影響を排除できる有効な電流応答を簡単な工程あるいは手段で確保し、ひいては非定常状態にあっても安定な運転を可能とする自動車搭載用電動圧縮機の駆動制御方法及び同装置を新規に提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、交流電力の印加により駆動される自動車搭載用電動圧縮機の駆動制御方法であって、該印加交流電力の少なくとも２相分の交流電流を検出する工程と、該検出交流電流を用い交流電流を直接的にフィードバック電流制御する工程とを、少なくとも有することを特徴とする。
【００１５】
請求項２の発明は、交流電力の印加により駆動される自動車搭載用電動圧縮機の駆動制御装置であって、該印加交流電力の少なくとも２相分の交流電流を検出する手段と、該検出交流電流を用い交流電流を直接的にフィードバック電流制御する手段とを、少なくとも有することを特徴とする。
【００１６】
請求項３の発明は、請求項２記載の自動車搭載用電動圧縮機の駆動制御装置であって、該フィードバック電流制御手段を、２軸回転座標系上の電流信号に対し作用する電流制御器を用いて構成するようにしたことを特徴とする。
【００１７】
請求項４の発明は、請求項２記載の自動車搭載用電動圧縮機の駆動制御装置であって、該フィードバック電流制御手段を、２軸固定座標系上の電流信号に対し作用する電流制御器を用いて構成するようにしたことを特徴とする。
【００１８】
請求項５の発明は、請求項２記載の自動車搭載用電動圧縮機の駆動制御装置であって、該フィードバック電流制御手段を、３軸固定座標系上の電流信号に対し作用する電流制御器を用いて構成するようにしたことを特徴とする。
【００１９】
次に本発明の作用について説明する。請求項１あるいは請求項２の本発明は、先ず、自動車搭載用電動圧縮機が内蔵する交流電動機へ流れる３相交流電流の少なくとも２相分を検出する。３相交流電流のｕ相、ｖ相、ｗ相の成分総和はゼロとなる。すなわわち、３相交流電流のｕ相、ｖ相、ｗ相の成分をｉｕ，ｉｖ，ｉｗとすると、次の（１）式の関係が成立する。
【数１】
ｉｕ＋ｉｖ＋ｉｗ＝０  （１）
したがって、ｕ相、ｖ相、ｗ相の成分の少なくとも２相分を検出できれば、（１）式の関係に従い、残りの１相分を算出できる。すなわち、本発明によれば、少なくとも２相分の交流電流の検出が行われるので、結果として常時３相交流電流のすべての成分を検出するのと同等の作用がもたらされる。
【００２０】
次に、本発明は、すべての３相交流電流成分に対し、フィードバック電流制御を行うようにしている。フィードバック電流制御の作用により、圧縮機内蔵の交流電動機へ流れる電流は、外乱トルクの急変、急激な直流電圧の変動などによる非定常状態でも、設計者が定めた電流指令値に追随するようになる。このときの外乱抑圧性能、電流指令値への追随性能に関しては、電流検出手段とフィードバック電流制御手段とにより構成されたフィードバックループの帯域の向上に応じて高くなると言う性質がある。本発明によるフィードバック電流制御は、制御法的には制御理論の言うフィードバック制御法に属する。ループ帯域の向上に伴う外乱抑圧性能、追随性能の向上と言う性質はフィードバック制御法共通の性質であり、本発明によるフィードバック電流制御はこの性質を受け継いでいる。
【００２１】
請求項１あるいは請求項２の本発明によれば、適切なフィードバックループ帯域をもつようにフィードバック電流制御手段を構成しさえすれば、所要の外乱抑圧性能、追随性能が確保できるようになると言う作用が得られる。なお、適切なループ帯域の確保は、次に説明するように、請求項３、請求項４、請求項５の本発明によれば、簡単に達成することができる。
【００２２】
次に、本発明の請求項３の作用について説明する。請求項３の本発明は、電流制御手段を２軸回転座標系上の電流信号に対し作用する電流制御器を用いて構成するものである。２軸回転座標系上の電流信号に対し作用する電流制御器としては、簡単には、検出された３相交流電流の２軸回転座標系上へ変換値ｉｒと本座標
2004190650.tif 000003
【数２】
2004190650.tif 000004
（２）式におけるＣ（ｓ）が２軸回転座標系上の電流信号に対し作用する電流制御器であるが、これは一般には、微分演算子ｓのｍ次有理多項式として次式のように表現される。
【数３】
2004190650.tif 000005
実用的には、１次制御器の１種である次のＰＩ形でよい。
【数４】
2004190650.tif 000006
（３）、（４）式におけるｃｄ，ｉ，ｃｎ，ｉ，ｋｐ，ｋｉは電流制御器のパラメータである。電流制御器のパラメータは、設計者に設計が委ねられた設計パラメータでもある。
【００２３】
圧縮器内蔵の交流電動機としては、誘導電動機、永久磁石同期電動機、同期リラクタンス電動機などが挙げられるが、２軸回転座標系の主軸位相を回転子磁束の位相、または回転子突極の位相に一致させる場合には、これら内蔵電動機における電圧と電流の等価的関係は、次の（５）式のようにモデル化することができる。
【数５】
ｖｒ＝Ｒｉｒ＋ＳＬｉｒ＋εｒ  （５）
ここに、Ｖｒ，Ｒ，Ｌ，εｒは、上記２軸回転座標系上で評価した場合の交流電動機の固定子電圧、等価的な固定子抵抗、等価的な固定子インダクタンス、及びモデリング誤差である。フィードバック電流制御ループの期待すべき帯域をωｃとすると、このループ帯域を確保するには、例えば（４）式のＰＩ制御器を利用する場合には、そのパラメータは次の（６）式のように設計すればよい。
【数６】
2004190650.tif 000007
この場合、フィードバック電流制御のループ帯域が不要に高くなければループ安定性が確保され、フィードバック制御の作用により、モデリング誤差、瞬時外乱、直流電圧変動など非定常的状態においても、次の（７）式の関係が確立される。
【数７】
2004190650.tif 000008
2004190650.tif 000009
とになる。このときの速応性は、概ねループ帯域の逆数に等しい、高速なものとなる。例えば、電動圧縮機に内蔵されている上記交流電動機に対しては、ωｃ＝２０００（ｒａｄ／ｓ）程度のループ帯域は容易にしかも安定に確保できる。この場合、時定数０．５（ｍｓ）の高速な電流応答が確保されることになる。これは、電動圧縮機の電流応答としては、十二分な速応性能である。
【００２４】
上記の外乱抑圧性能、追随性能を達成するするための（４）式に示したＰＩ形電流制御器は、積分器１個で極めて簡単に実現される点には、注意されたい。
【００２５】
以上の説明より明白なように、請求項３の本発明によれば、外乱抑圧性能、追随性能を達成するためのフィードバック電流制御手段を簡単に実現できると言う作用が得られる。換言するならば、請求項２による発明の作用を簡単に得ることができるようになる。
【００２６】
次に、本発明の請求項４の作用について説明する。請求項４の本発明は、電流制御手段を２軸固定座標系上の電流信号に対し作用する電流制御器を用いて構成するものである。２軸固定座標系上の電流信号に対し作用する電流制御器としては、簡単には、検出された３相交流電流の２軸固定座標系へ変換値ｉｓと本座標系
2004190650.tif 000010
【数８】
2004190650.tif 000011
【００２７】
（８）式におけるＣ（Ｄ２（ｓ，−ω））が２軸固定座標系上の電流信号に対し作用する電流制御器であるが、これは３相交流電力の角周波数ωを交代的に含む２ｘ２Ｄ因子Ｄ２（ｓ，−ω）の有理行列多項式として、例えば２軸回転座標系上の電流信号に対し作用する電流制御器のパラメータを使用すると、以下のように構成される。
【数９】
2004190650.tif 000012
【数１０】
2004190650.tif 000013
【数１１】
2004190650.tif 000014
【数１２】
2004190650.tif 000015
【００２８】
２軸固定座標系上の電流信号に対し作用する電流制御器のパラメータの設計ルールは、２軸回転座標系上の電流信号に対し作用する電流制御器のパラメータの設計ルールと同一である。２軸固定座標系上の電流信号に対し作用する電流制御器も、実際的には、１次制御器の１種である次の（１３）式のもので十分の性能を得ることができる。
【数１３】
2004190650.tif 000016
（１３）式の電流制御器のパラメータは、（６）式に示した設計ルールに従って設計すればよい。
【００２９】
２軸固定座標系上の電流信号に対し作用する電流制御器のパラメータの設計ルールは、２軸回転座標系上の電流信号に対し作用する電流制御器のパラメータの設計ルールと同一のものを利用できる。
【００３０】
電流制御器パラメータの設計ルールは同一であるが、設計者に委ねられた２軸固定座標系上の電流信号に対し作用する電流制御器のパラメータのためのループ帯域の選定は、より広い帯域が許される。これは、実施形態例で後に詳しく説明するように、固定座標系上の電流信号に対し作用する電流制御器によりフィードバック電流制御手段を構成する場合には、フィードバックループ内に離散時間処理を必須とするベクトル回転器を必要としないことに起因している。
【００３１】
以上の説明より当業者には容易に理解されるように、請求項４の本発明によれば、請求項３の発明による性能を超え得る外乱抑圧性能、追随性能を達成できるフィードバック電流制御手段を簡単に実現できると言う作用が得られる。換言するならば、請求項２による発明の作用をより高めた状態で簡単に達成することができるようになる。
【００３２】
次に、本発明の請求項５の作用について説明する。請求項５の本発明は、電流制御手段を３軸固定座標系上の電流信号に対し作用する電流制御器を用いて構成するものである。３軸固定座標系上の電流信号に対し作用する電流制御器として
2004190650.tif 000017
【数１４】
2004190650.tif 000018
【００３３】
（１４）式におけるＣ（Ｄ３（ｓ，−ω））が３軸固定座標系上の電流信号に対し作用する電流制御器であるが、これは３相交流電力の角周波数ωを交代的に含む３ｘ３Ｄ因子Ｄ３（ｓ，−ω）の有理行列多項式として、例えば２軸回転座標系上の電流信号に対し作用する電流制御器のパラメータを使用すると、以下のように構成される。
【数１５】
2004190650.tif 000019
【数１６】
2004190650.tif 000020
【数１７】
2004190650.tif 000021
【数１８】
2004190650.tif 000022
【００３４】
３軸固定座標系上の電流信号に対し作用する電流制御器のパラメータの設計ルールは、２軸回転座標系上の電流信号に対し作用する電流制御器のパラメータの設計ルールと同一である。３軸固定座標系上の電流信号に対し作用する電流制御器も、実際的には、１次制御器の１種である次の（１９）式のもので十分の性能を得ることができる。
【数１９】
2004190650.tif 000023
（１９）式の電流制御器のパラメータは、（６）式に示した設計ルールに従って設計すればよい。
【００３５】
３軸固定座標系上の電流信号に対し作用する電流制御器のパラメータの設計ルールは、２軸回転座標系上の電流信号に対し作用する電流制御器のパラメータの設計ルールと同一のものを利用できる。
【００３６】
電流制御器パラメータの設計ルールは同一であるが、設計者に委ねられた３軸固定座標系上の電流信号に対し作用する電流制御器のパラメータのためのループ帯域の選定は、より広い帯域が許される。これは、実施形態例で後に詳しく説明するように、３軸固定座標系上の電流信号に対し作用する電流制御器によりフィードバック電流制御手段を構成する場合には、フィードバックループ内に離散時間処理を必須とするベクトル回転器を必要としないことに起因している。
【００３７】
以上の説明より当業者には容易に理解されるように、請求項５の本発明によれば、請求項３の発明による性能を超え得る外乱抑圧性能、追随性能を達成できるフィードバック電流制御手段を簡単に実現できると言う作用が得られる。換言するならば、請求項２による発明の作用をより高めた状態で簡単に達成することができるようになる。
【００３８】
【実施の形態】
以下、図面を用いて、本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は、自動車搭載用電動圧縮機に対して、本発明による駆動制御装置を装着した駆動制御システムの全体を、概略的に示したものである。特に、フィードバック電流制御手段を、２軸回転座標系上の電流信号に対し作用する電流制御器を用いて構成した１実施形態例を示したものである。同図の１は３相交流電動機を内蔵した電動圧縮機を、２は３相交流電流を検出するための電流検出器を、３は電力変換器を、４は電力変換器への入力電源である直流電源を、５ａ、５ｂは３／２相変換器、２／３相変換器（以下、両者とも相変換器と略記）を、６ａ、６ｂはベクトル回転器を、７ａは電流制御器を、８は積分器を意味している。また、同図では、簡明のため、細線でスカラ信号線を、太い線で２ｘ１ベクトル信号（２相信号）線または３ｘ１ベクトル信号（３相信号）線を表現している。
【００３９】
同図における相変換器５ａ、５ｂ、ベクトル回転器６ａ，６ｂは、厳密には、数式を用いてそれぞれ以下のように表現される。
【数２０】
2004190650.tif 000024
【数２１】
2004190650.tif 000025
ここに、ωは、図中に明示しているように設計者に指定が委ねられた３相交流電力の角周波数である。
【００４０】
本発明では、２軸回転座標系、２軸固定座標系、３軸固定座標系の３種の座標系を使用している。説明の簡明性を確保すべく、３種の座標系の関係を先ず説明する。図２に、３種の座標系の関係を描画した。同図では、２軸回転座標系を構成する２軸をｄ軸、ｑ軸とし、２軸固定座標系を構成する２軸をα軸、β軸とし、３軸固定座標系を構成する３軸をｕ軸、ｖ軸、ｗ軸としている。同図に明示しているように、２種の２軸座標系の２軸は共に直交軸である。また、３軸固定座標系の３軸は互いに２π／３（ｒａｄ）の位相差を有している。３軸固定座標系のｕ軸と２軸固定座標系のα軸とは同一である。また、２軸回転座標系のｄ軸は、２軸固定座標系のα軸に対して、ある瞬時に位相θを成しており、かつその角速度は３相交流電力の角周波数ωそのものである。３軸固定座標系と２軸固定座標系の間のベクトル信号の変換は、（２０）式で記述された相変換器により遂行される。２軸固定座標系と２軸回転座標系の間のベクトル信号の変換は、（２１）式で記述されたベクトル回転器により遂行される。
【００４１】
以上の準備の下に、以下に本発明による駆動制御装置の動作を説明する。電動圧縮機１へ流れる３相交流電流は、電流検出器２で検出される。このとき、２相分または３相分を検出する。すなわち、少なくとも２相分を検出する。２相分のみを検出する場合には、（１）式の関係を利用して、残る１相を決定する。こうして得た３相交流電流を図１に明示しているようにｉｔとする。すなわち、
【数２２】
ｉｔ＝［ｉｕ  ｉｖ  ｉｗ］Ｔ  （２２）
【００４２】
３ｘ１ベクトル信号である３相交流電流は、３軸固定座標系上の信号である。これを相変換器５ａを用いて、２軸固定座標系上の電流（２ｘ１ベクトル）へ変換する。すなわち、
【数２３】
ｉｓ＝ＳＴｉｔ  （２３）
【００４３】
上記２軸固定座標系上の電流は、更に、ベクトル回転器６ａを用いて２軸回転座標系上の電流（２ｘ１ベクトル）へ変換する。すなわち、
【数２４】
ｉｒ＝ＲＴ（θ）ｉｓ＝ＲＴ（θ）ＳＴｉｔ  （２４）
【００４４】
２軸回転座標系の電動機電流ｉｒが得られたならば、設計者が指定した同座標系
2004190650.tif 000026
作用する電流制御器７ａへ送る。電流制御器７ａは（２）式に従い、２軸回転座標
2004190650.tif 000027
のものでよい。すなわち、多くの場合、簡単な（４）式のＰＩ形電流制御器で十分な性能を得ることができる。図３に、２軸回転座標系上の電流信号に対し作用するＰＩ形電流制御器７ａの構成例を示した。
【００４５】
電動圧縮機内蔵の電動機が永久磁石同期電動機あるいは同期リラクタンス電動機の場合には、これらの電圧と電流の関係は以下のようにモデル化することができる。
【数２５】
2004190650.tif 000028
ここに、  Ｒ１，Ｌｄ，Ｌｑは、同電動機の固定子抵抗、固定子ｄインダクタンス、固定子ｑインダクタンスである。設計者に選定が委ねられたフィードバック電流制御ループの帯域をωｃとすると、これを得るための電流制御器７ａのパラメータは、（５）式、（６）式に（２５）式を適用すると、直ちに次の（２６）式のように決定される。
【数２６】
2004190650.tif 000029
【００４６】
電動圧縮機内蔵の電動機が誘導電動機の場合には、これらの電圧と電流の関係は以下のようにモデル化することができる。
【数２７】
2004190650.tif 000030
ここに、  Ｒ１，Ｌ１，Ｌ１ｔ，Ｗ２は、同電動機の固定子抵抗、固定子インダクタンス、固定子総合漏れインダクタンス、回転子時定数の逆数である。設計者に選定が委ねられたフィードバック電流制御ループの帯域をωｃとすると、これを得るための電流制御器７ａのパラメータは、（５）式、（６）式に（２７）式を適用すると、直ちに（２８）式のように決定される。
【数２８】
2004190650.tif 000031
【００４７】
2004190650.tif 000032
たならば、図１に明示しているように、逐次逆変換を行って３軸固定座標系上の
2004190650.tif 000033
【数２９】
2004190650.tif 000034
【数３０】
2004190650.tif 000035
【００４８】
３相電圧指令値は電力変換器３へ入力され、電力変換器は電圧指令値に応じて３相交流電圧を発生し、これを電動圧縮機へ印加する。このときの電力変換器としては、公知の３角波比較ＰＷＭなどにより電圧指令値をパルス指令値に変換できる機能を有するものであればよい。
【００４９】
図１を利用した上記説明より明らかなように、本実施形態例では、２軸回転座標系上の電流信号に対し作用する電流制御器７ａを中心にとしたフィードバック電流制御手段によりフィードバック電流制御ループが構成されている。また、本ループ内には、電力変換器も含まれており、この結果、電力変換器への入力である直流電力の電圧変動も、ループ内の外乱として、電圧変動の電流応答への影響を抑圧排除することができる。電動圧縮機本体にかかる負荷外乱（すなわち、トルク外乱）は、トルク発生に寄与する内蔵電動機の電流に現れるので、これもループ内の外乱として、これによる電流応答への影響を抑圧排除することができる。すなわち、トルク発生に寄与する電動機電流は、設計者が指定した電流指令値に高速に追随する。これら外乱抑圧性、追随性は、フィードバック電流制御工程が遂行されている間は常時保証される。
【００５０】
続いて、本発明の第２実施形態例を詳細に説明する。図４は、自動車搭載用電動圧縮機に対して、本発明による駆動制御装置を装着した駆動制御システムの全体を、概略的に示したものである。特に、フィードバック電流制御手段を、２軸固定座標系上の電流信号に対し作用する電流制御器を用い構成した１実施形態例を示したものである。同図においては、図１と同一番号を付している機器は、図１の機器と同一であることを意味する。このため、この説明は省略する。簡明のため、細線でスカラ信号線を、太い線で２ｘ１ベクトル信号（２相信号）線または３ｘ１ベクトル信号（３相信号）線を表現している点も図１と同様である。設計者に指定が委ねられた回転座標系上での電流指令値、交流電力の角周波数も図１と同様である。図４においては、７ｂが新規導入の機器であり、これが、２軸固定座標系上の電流信号に対し作用する電流制御器である。
【００５１】
以下に、本発明による駆動制御装置の動作を説明する。電流検出器２で３相交流電流を検出し、これを相変換器５ａで２軸固定座標系上の電流へ変換するまでの工程は、図１による実施形態例と同様である。２軸固定座標系上の電動機電流
2004190650.tif 000036
とり、これを２軸固定座標系上の電流信号に対し作用する電流制御器７ｂへ送る。
2004190650.tif 000037
このときの電流制御器としては、簡単な（１３）式のものでよい。すなわち、多くの場合、簡単な（１３）式のＰＩ形電流制御器で十分な性能を得ることができる。
【００５２】
図５に、２軸固定座標系上の電流信号に対し作用するＰＩ形電流制御器７ｂの構成例を示した。図中の１／ｓは積分器であり、Ｊ２は次式に定めた２ｘ２交代行列である。
【数３１】
2004190650.tif 000038
2004190650.tif 000039
トル乗算器を意味している。２ｘ２交代行列Ｊ２は、単に信号を交代的に接続するのみで、特別の乗算を必要とするものではない点には注意されたい。
【００５３】
電流制御器７ｂのパラメータの設計法は、本発明の作用の説明に際し述べたように、電流制御器７ａのパラメータの設計法と同一である。すなわち、圧縮機内蔵電動機として永久磁石同期電動機、同期リラクタンス電動機を使用する場合には（２６）式に従って、圧縮機内蔵電動機として誘導電動機を使用する場合には（２８）に従って、電流制御器のパラメータを設計すればよい。
【００５４】
２軸固定座標系の電流指令値は、簡単には、図４のように、２軸回転座標系上の電流指令値にベクトル回転器を作用させて生成すればよい。すなわち、
【数３２】
2004190650.tif 000040
【００５５】
２軸固定座標系上での電流制御器の作用により、２軸固定座標系上での電圧指
2004190650.tif 000041
【数３３】
2004190650.tif 000042
【００５６】
３相電圧指令値は電力変換器３へ入力され、電力変換器は電圧指令値に応じて３相交流電圧を発生し、これを電動圧縮機へ印加する。このときの電力変換器としては、公知の３角波比較ＰＷＭなどにより電圧指令値をパルス指令値に変換できる機能を有するものであればよい。
【００５７】
図４を利用した上記説明より明らかなように、本実施形態例では、２軸固定座標系上の電流信号に対し作用する電流制御器７ｂを中心にとしたフィードバック電流制御手段によりフィードバック電流制御ループが構成されている。また、本ループ内には、電力変換器も含まれており、この結果、電力変換器への入力である直流電力の電圧変動も、ループ内の外乱として、電圧変動の電流応答への影響を抑圧排除することができる。電動圧縮機本体にかかる負荷外乱（すなわち、トルク外乱）は、トルク発生に寄与する内蔵電動機の電流に現れるので、これもループ内の外乱として、これによる電流応答への影響を抑圧排除することができる。すなわち、トルク発生に寄与する電動機電流は、設計者が定めた電流指令値に高速に追随する。これら外乱抑圧性、追随性は、フィードバック電流制御工程が遂行されている間は常時保証される。
【００５８】
続いて、本発明の第３実施形態例を詳細に説明する。図６は、自動車搭載用電動圧縮機に対して、本発明による駆動制御装置を装着した駆動制御システムの全体を、概略的に示したものである。特に、フィードバック電流制御手段を、３軸固定座標系上の電流信号に対し作用する電流制御器を用い構成した１実施形態例を示したものである。同図においては、図１と同一番号を付している機器は、図１の機器と同一であることを意味する。このため、この説明は省略する。簡明のため、細線でスカラ信号線を、太い線で２ｘ１ベクトル信号（２相信号）線または３ｘ１ベクトル信号（３相信号）線を表現している点も図１と同様である。設計者に指定が委ねられた回転座標系上での電流指令値、交流電力の角周波数も図１と同様である。図６においては、７ｃが新規導入の機器であり、これが３軸固定座標系上の電流信号に対し作用する電流制御器である。
【００５９】
以下に、本発明による駆動制御装置の動作を説明する。電流検出器２で電動機へ流れる３相交流電流、すなわち３軸固定座標系上での電動機電流ｉｔを検出する。３軸固定座標系の電動機電流が得られたならば、設計者が指定した同座標系上の
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する電流制御器７ｃへ送る。電流制御器７ｃは（１４）式に従い、３軸固定座標系上
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しては、簡単な（１９）式のものでよい。すなわち、多くの場合、簡単な（１９）式のＰＩ形電流制御器で十分な性能を得ることができる。
【００６０】
図７に、３軸固定座標系上の電流信号に対し作用するＰＩ形電流制御器７ｃの構成例を示した。図中の１／ｓは積分器であり、Ｊｒは次の（３４）式で定義した３ｘ３交代行列である。
【数３４】
2004190650.tif 000045
2004190650.tif 000046
トル乗算器を意味している。３ｘ３交代行列Ｊｒは、単に信号を交代的に接続するのみで、特別の乗算を必要とするものではない点には注意されたい。
【００６１】
電流制御器７ｃのパラメータの設計法は、本発明の作用の説明に際し述べたように、電流制御器７ａのパラメータの設計法と同一である。すなわち、圧縮機内蔵電動機として永久磁石同期電動機、同期リラクタンス電動機を使用する場合には（２６）式に従って、圧縮機内蔵電動機として誘導電動機を使用する場合には（２８）に従って、電流制御器のパラメータを設計すればよい。
【００６２】
３軸固定座標系の電流指令値は、簡単には、図６のように、２軸回転座標系上の電流指令値にベクトル回転器、相変換器を作用させて生成すればよい。すなわち、
【数３５】
2004190650.tif 000047
【００６３】
３相電圧指令値は電力変換器３へ入力され、電力変換器は電圧指令値に応じて３相交流電圧を発生し、これを電動圧縮機へ印加する。このときの電力変換器としては、公知の３角波比較ＰＷＭなどにより電圧指令値をパルス指令値に変換できる機能を有するものであればよい。
【００６４】
図６を利用した上記説明より明らかなように、本実施形態例では、３軸固定座標系上の電流信号に対し作用する電流制御器７ｃを中心にとしたフィードバック電流制御手段によりフィードバック電流制御ループが構成されている。また、本ループ内には、電力変換器も含まれており、この結果、電力変換器への入力である直流電力の電圧変動も、ループ内の外乱として、電圧変動の電流応答への影響を抑圧排除することができる。電動圧縮機本体にかかる負荷外乱（すなわち、トルク外乱）は、トルク発生に寄与する内蔵電動機の電流に現れるので、これもループ内の外乱として、これによる電流応答への影響を抑圧排除することができる。すなわち、トルク発生に寄与する電動機電流は、設計者が定めた電流指令値に高速に追随する。これら外乱抑圧性、追随性は、フィードバック電流制御工程が遂行されている間は常時保証される。
【００６５】
図１〜図７を用いて説明した電流制御器は、当然のことながら、離散時間的に実現できる。また離散時間実現においては、ハードウェア実現のみならずソフトウェア実現も可能であることを指摘しておく。また、図４〜図７を用いて説明した２軸あるいは３軸の固定座標系上の電流信号に対し作用する電流制御器は、連続時間実現が可能である。一般にフィードバック制御においては、連続時間実現の場合には、離散時間実現に比較し、フィードバックループの帯域を広げることができる、と言う特性がある。本発明によるフィードバック電流制御にも、この特性が適用される。従って、電流制御器を連続時間実現する場合には、外乱抑圧性、追随性と言った性能を、更に向上させることが可能である。以上、交流電力の印加により駆動される自動車搭載用電動圧縮機に対し、本発明による駆動制御方法及び同装置に関し、各種の図を利用しつつ複数の実施形態例を用いて具体的かつ詳しく説明した。
【００６６】
【発明の効果】
以上の説明より明白なように、本発明は以下の効果を奏する。請求項１あるいは請求項２の本発明によれば、フィードバック電流制御手段により、所要の外乱抑圧性能、追随性能が確保できるようになると言う作用が得られた。本作用の結果、加減速運転、外乱トルクの急変、急激な直流電圧の変動などの非定常状態にあっても、これらの影響を排除できる有効な電流応答を確保でき、ひいては非定常状態にあっても安定な運転が可能になると言う効果が得られる。
【００６７】
次に、請求項３の本発明による効果を説明する。請求項３の本発明によれば、外乱抑圧性能、追随性能を達成するためのフィードバック電流制御手段を簡単に実現できると言う作用が得られた。換言するならば、請求項２による発明の作用を簡単に得ることができるようになった。この作用の結果、請求項３の本発明によれば、請求項２の発明による効果を簡単に得ることができる、と言う効果が得られる。
【００６８】
次に、請求項４、請求項５の本発明による効果を説明する。請求項４あるいは請求項５の本発明によれば、請求項３の発明による性能を超え得る外乱抑圧性能、追随性能を達成するためのフィードバック電流制御手段を簡単に実現できると言う作用が得られた。換言するならば、請求項２による発明の作用をより高めた状態で簡単に達成することができるようになった。この作用の結果、請求項４あるいは請求項５の本発明によれば、請求項２の発明による効果をより高めた状態で簡単に得ることができる、と言う効果が得られる。
【００６９】
【図面の簡単な説明】
【図１】１実施形態例における自動車搭載用電動圧縮機の制御装置の基本構成を示すブロック図
【図２】３種の座標系の関係を示す図
【図３】２軸回転座標系上の電流信号に対し作用する電流制御器の１構成例を示すブロック図
【図４】１実施形態例における自動車搭載用電動圧縮機の制御装置の基本構成を示すブロック図
【図５】２軸固定座標系上の電流信号に対し作用する電流制御器の１構成例を示すブロック図
【図６】１実施形態例における自動車搭載用電動圧縮機の制御装置の基本構成を示すブロック図
【図７】３軸固定座標系上の電流信号に対し作用する電流制御器の１構成例を示すブロック図
【図８】自動車搭載用電動圧縮機の従来の代表的制御装置の基本構成を示すブロック図
【符号の説明】
１          電動圧縮機
２          電流検出器
３          電力変換器
４          直流電源
５ａ        ３／２相変換器
５ｂ        ２／３相変換器
６ａ        ベクトル回転器
６ｂ        ベクトル回転器
７ａ        ２軸回転座標系上の電流信号に対し作用する電流制御器
７ｂ        ２軸固定座標系上の電流信号に対し作用する電流制御器
７ｃ        ３軸固定座標系上の電流信号に対し作用する電流制御器
８          積分器
【図１】
2004190650.tif 000048
【図２】
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【図３】
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【図４】
2004190650.tif 000051
【図５】
2004190650.tif 000052
【図６】
2004190650.tif 000053
【図７】
2004190650.tif 000054
【図８】
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