(57)【要約】【課題】座標変換演算に用いる位相データを適正に補正して、正確な座標変換演算をすることにより、ＰＭモータのトルク・速度制御を高精度に行う。【解決手段】ベクトル制御装置２Ａでは、トルク指令τに応じてＰＭモータ１のトルク・速度制御をするため、座標変換処理部８にて三相のモータ電流検出値Ｉｕ，Ｉｗ　を二相のモータ電流検出値Ｉｄ，Ｉｑ　に座標変換し、座標変換処理部９にて二相の電圧指令値Ｖｄ＊　，Ｖｑ　＊　を三相の電圧指令Ｖｕ＊　，Ｖｖ　＊　，Ｖｗ　＊　に座標変換する。座標変換処理部８では、三相電流検出値Ｉｕ，Ｉｗ　を検出した時刻ｔ１　での位相データθ１　を用いて座標変換し、座標変換処理部９では、位置検出処理部１５にて位相データを演算した時刻ｔ２　での位相データθ２　を用いて座標変換する。【選択図】　　　　図１
2004040906.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
三相の電圧指令値が入力されると、この電圧指令値に応じた三相電圧を同期電動機に供給するインバータ主回路と、
前記同期電動機の回転速度を検出する回転検出器と、
前記回転検出器で検出した回転速度を基にモータ回転速度検出値を求める速度検出処理部と、
前記回転検出器で検出した回転速度を基に、前記同期電動機の磁極位置を示す位相データθ２　を求める位置検出処理部と、
前記モータ回転速度検出値からモータ電気角回転速度検出値を求める電気角演算処理部と、
前記インバータ主回路から前記同期電動機に供給される三相電流を検出して得た三相のモータ電流検出値を、二相のモータ電流検出値に座標変換する第１の座標変換処理部と、
トルク指令と前記モータ回転速度検出値が入力されると、二相の電流指令値を出力するトルク制御部と、
前記二相のモータ電流検出値と二相の電流指令値とモータ電気角回転速度検出値が入力されると、二相の電圧指令値を出力する電流制御処理部と、
前記二相の電圧指令値を三相の電圧指令値に座標変換して前記インバータ主回路に送る第２の座標変換器と、を有する同期電動機のベクトル制御装置において、
位相データθ２　と、この位相データθ２　を求めた時刻ｔ２　と三相電流を検出した時刻ｔ１　との時間間隔と、モータ電気角回転速度検出値を基に、時刻ｔ１　での位相データθ１　を演算する位置補正処理部を有し、
第１の座標変換器は、位相データθ１　を使用して座標変換演算をし、
第２の座標変換器は、位相データθ２　を使用して座標変換演算をすることを特徴とする同期電動機のベクトル制御装置。
【請求項２】
三相の電圧指令値が入力されると、この電圧指令値に応じた三相電圧を同期電動機に供給するインバータ主回路と、
前記同期電動機の回転速度を検出する回転検出器と、
前記回転検出器で検出した回転速度を基にモータ回転速度検出値を求める速度検出処理部と、
前記回転検出器で検出した回転速度を基に、前記同期電動機の磁極位置を示す位相データθ２　を求める位置検出処理部と、
前記モータ回転速度検出値からモータ電気角回転速度検出値を求める電気角演算処理部と、
前記インバータ主回路から前記同期電動機に供給される三相電流を検出して得た三相のモータ電流検出値を、二相のモータ電流検出値に座標変換する第１の座標変換処理部と、
トルク指令と前記モータ回転速度検出値が入力されると、二相の電流指令値を出力するトルク制御部と、
前記二相のモータ電流検出値と二相の電流指令値とモータ電気角回転速度検出値が入力されると、二相の電圧指令値を出力する電流制御処理部と、
前記二相の電圧指令値を三相の電圧指令値に座標変換して前記インバータ主回路に送る第２の座標変換器と、を有する同期電動機のベクトル制御装置において、
位相データθ２　と、三相の電圧指令に応じた三相電圧を同期電動機に供給した時刻ｔ６　と位相データθ２　を求めた時刻ｔ２　との時間間隔と、モータ電気角回転速度検出値を基に、時刻ｔ６　での位相データθ６　を演算する位置補正処理部を有し、
第１の座標変換器は、位相データθ２　を使用して座標変換演算をし、
第２の座標変換器は、位相データθ６　を使用して座標変換演算をすることを特徴とする同期電動機のベクトル制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は同期電動機のベクトル制御装置に関し、位相データを適正に補正することにより、制御精度を向上させるように工夫したものである。
【０００２】
【従来の技術】
電気自動車等では、駆動源として永久磁石式同期電動機（ＰＭモータ）が採用されており、このＰＭモータの回転駆動制御をするために、ベクトル制御装置が使用されている。
【０００３】
図３は、駆動モータである三相の永久磁石式同期電動機（ＰＭモータ）１を駆動制御するベクトル制御装置２を示す。このベクトル制御装置２は、主としてトルク制御部３と電流制御部６と三相のインバータ主回路１０から構成され、トルク指令τに基づいてＰＭモータ１の出力トルクを制御するようにされている。
【０００４】
トルク制御部３にはトルク指令τとともに、ＰＭモータ１の回転速度の検出値（以下、モータ回転速度検出値）ｎが与えられる。トルク制御部３は、モータ回転速度検出値ｎを利用して、トルク指令τからモータ電流の電流指令値Ｉｄ＊、Ｉｑ＊（二相の電流指令値）を算出し、その電流指令値Ｉｄ＊、Ｉｑ＊を電流制御部６に与える。モータ回転速度検出値ｎは、ＰＭモータ１に装着したレゾルバ４の出力から、速度検出処理部５によって得られる。
【０００５】
なお、電気自動車の場合には、トルク指令τは、一般には、アクセルの踏み込み量に応じた値である。
【０００６】
電流制御部６には電流指令値Ｉｄ＊、Ｉｑ＊とともに、モータ電流検出値Ｉｕ、Ｉｗ（三相）が与えられる。電流制御部６は電流制御処理部７と２つの座標変換処理部８、９で構成され、詳細は後述するが、三相のモータ電流検出値Ｉｕ、Ｉｗによるフィードバック制御を行うことで、二相の電流指令値Ｉｄ＊、Ｉｑ＊に対応する三相の電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊を算出し、インバータ主回路１０に与える。三相のモータ電流検出値Ｉｕ、Ｉｗは、インバータ主回路１０とＰＭモータ１の間の給電線に装着した２つの電流検出器１１、１２によって得られる。
【０００７】
インバータ主回路１０は三相の電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊に応じた電圧をＰＭモータ１に印加する。その結果、ＰＭモータ１にはトルク指令τに応じた電流が流れ、モータ出力トルクがトルク指令τに応じたものとなる。インバータ主回路１０には直流電源１３が備えられている。
【０００８】
次に、電流制御部６について詳述する。電流制御処理部７には電流指令値Ｉｄ＊、Ｉｑ＊とともに、モータ電気角回転速度検出値Ｎ及びモータ電流検出値Ｉｄ、Ｉｑ（二相）が与えられ、モータ電気角回転速度検出値Ｎを用いて二相のモータ電流検出値Ｉｄ、Ｉｑによるフィードバック制御を行うことにより、二相の電流指令値Ｉｄ＊、Ｉｑ＊に対応するモータ電圧の指令値Ｖｄ＊とＶｑ＊（二相の電圧指令値）を算出し、この二相の電圧指令値Ｖｄ＊、Ｖｑ＊を座標変換処理部９に与える。
【０００９】
モータ電気角回転速度検出値Ｎは、モータ回転速度検出値ｎとＰＭモータ１の極数ｐから、電気角演算処理部１４によって得られる。
【００１０】
二相のモータ電流検出値Ｉｄ、Ｉｑは、三相のモータ電流検出値Ｉｕ、Ｉｗを座標変換処理部８によって二相に座標変換することで得られる。この座標変換のために、ＰＭモータ１の磁極位置（位相）を示すデータ（以下、位相データ）θが使用される。位相データ（ＰＭモータ１の磁極位置データ）θは、位置検出処理部１５によってレゾルバ４の出力から得られる。
【００１１】
座標変換処理部９は、位相データθを使用して、二相の電圧指令値Ｖｄ＊、Ｖｑ＊を三相のモータ電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊に座標変換し、インバータ主回路１０に与える。
【００１２】
ここで、図４を用いて、ベクトル制御における電流制御の手順を、まとめて説明する。
【００１３】
まずステップ▲１▼では、モータ電流検出処理を行い、三相のモータ電流検出値Ｉｕ、Ｉｗを求める。この時点での時刻ｔ　はｔ１であり、この時点での磁極位置（位相データ）θはθ１　である。
【００１４】
ステップ▲２▼では、位相検出処理を行い、位置検出処理部１５によって、位相データθを求める。この時点での時刻ｔ　はｔ２であり、この時点での磁極位置（位相データ）θはθ２　である。つまり、位置検出処理部１５から出力される位相データはθ２　である。
【００１５】
ステップ▲３▼では、検出電流の座標変換処理を行い、第１の座標変換処理部８によって、三相のモータ電流検出値Ｉｕ、Ｉｗを二相のモータ電流検出値Ｉｄ、Ｉｑに座標変換する。
【００１６】
ステップ▲４▼では、電流制御ＰＩ演算処理を行い、電流制御処理部７により電流制御演算を行い二相の電圧指令値Ｖｄ＊、Ｖｑ＊を演算する。
【００１７】
ステップ▲５▼では、指令電圧の座標変換処理を行い、第２の座標変換処理部９によって、二相の電圧指令値Ｖｄ＊、Ｖｑ＊を三相の電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊に座標変換する。
【００１８】
ステップ▲６▼では、指令電圧のモータへの印加を行い、三相の電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊に応じた電圧を、インバータ主回路１０がＰＭモータ１に印加する。この時点での時刻ｔ　はｔ６であり、この時点での磁極位置（位相データ）θはθ６　である。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
ＰＭモータ１のトルク・速度制御を精度良く行うには正確な磁極位置（＝位相）を得て、その磁極位置情報（位相データ）を基に制御することが必要である。つまり、第１の座標変換処理部８がステップ▲３▼で行う座標変換処理では、時刻ｔ＝ｔ１　における位相データθ１　を使用して座標変換を行い、第２の座標変換処理部９がステップ▲５▼で行う座標変換処理では、時刻ｔ＝ｔ６　における位相データθ６　を使用して座標変換を行うことにより、高精度なトルク・速度制御を行うことができる。
【００２０】
しかし、従来技術では、時刻ｔ＝ｔ２　における位相データθ２　を用いて、座標変換処理部８，９により座標変換処理をしている。この場合、図４に示す処理がモータ回転速度に対して十分高速に行われる場合、即ち、図４のステップ▲１▼〜▲６▼の処理が略同一タイミングで実行される場合には、問題はない。
しかし、図４のステップ▲１▼〜▲６▼の処理時間が長いときや、モータ回転速度が速くなり図４のステップ▲１▼〜▲６▼の処理時間中に進む位相量が大きくなると、制御精度に悪影響を及ぼすことになる。
【００２１】
本発明は、上記従来技術に鑑み、高精度なトルク・速度制御を行うことができる同期電動機のベクトル制御装置を提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の構成は、三相の電圧指令値が入力されると、この電圧指令値に応じた三相電圧を同期電動機に供給するインバータ主回路と、
前記同期電動機の回転速度を検出する回転検出器と、
前記回転検出器で検出した回転速度を基にモータ回転速度検出値を求める速度検出処理部と、
前記回転検出器で検出した回転速度を基に、前記同期電動機の磁極位置を示す位相データθ２　を求める位置検出処理部と、
前記モータ回転速度検出値からモータ電気角回転速度検出値を求める電気角演算処理部と、
前記インバータ主回路から前記同期電動機に供給される三相電流を検出して得た三相のモータ電流検出値を、二相のモータ電流検出値に座標変換する第１の座標変換処理部と、
トルク指令と前記モータ回転速度検出値が入力されると、二相の電流指令値を出力するトルク制御部と、
前記二相のモータ電流検出値と二相の電流指令値とモータ電気角回転速度検出値が入力されると、二相の電圧指令値を出力する電流制御処理部と、
前記二相の電圧指令値を三相の電圧指令値に座標変換して前記インバータ主回路に送る第２の座標変換器と、を有する同期電動機のベクトル制御装置において、
位相データθ２　と、この位相データθ２　を求めた時刻ｔ２　と三相電流を検出した時刻ｔ１　との時間間隔と、モータ電気角回転速度検出値を基に、時刻ｔ１　での位相データθ１　を演算する位置補正処理部を有し、
第１の座標変換器は、位相データθ１　を使用して座標変換演算をし、
第２の座標変換器は、位相データθ２　を使用して座標変換演算をすることを特徴とする。
【００２３】
また本発明の構成は、三相の電圧指令値が入力されると、この電圧指令値に応じた三相電圧を同期電動機に供給するインバータ主回路と、
前記同期電動機の回転速度を検出する回転検出器と、
前記回転検出器で検出した回転速度を基にモータ回転速度検出値を求める速度検出処理部と、
前記回転検出器で検出した回転速度を基に、前記同期電動機の磁極位置を示す位相データθ２　を求める位置検出処理部と、
前記モータ回転速度検出値からモータ電気角回転速度検出値を求める電気角演算処理部と、
前記インバータ主回路から前記同期電動機に供給される三相電流を検出して得た三相のモータ電流検出値を、二相のモータ電流検出値に座標変換する第１の座標変換処理部と、
トルク指令と前記モータ回転速度検出値が入力されると、二相の電流指令値を出力するトルク制御部と、
前記二相のモータ電流検出値と二相の電流指令値とモータ電気角回転速度検出値が入力されると、二相の電圧指令値を出力する電流制御処理部と、
前記二相の電圧指令値を三相の電圧指令値に座標変換して前記インバータ主回路に送る第２の座標変換器と、を有する同期電動機のベクトル制御装置において、
位相データθ２　と、三相の電圧指令に応じた三相電圧を同期電動機に供給した時刻ｔ６　と位相データθ２　を求めた時刻ｔ２　との時間間隔と、モータ電気角回転速度検出値を基に、時刻ｔ６　での位相データθ６　を演算する位置補正処理部を有し、
第１の座標変換器は、位相データθ２　を使用して座標変換演算をし、
第２の座標変換器は、位相データθ６　を使用して座標変換演算をすることを特徴とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００２５】
＜第１の実施の形態＞
図１は本発明の第１の実施の形態にかかるベクトル制御装置２Ａを示す。ＰＭモータ１を駆動制御するベクトル制御装置２Ａは、トルク制御部３と、電流制御部６と、直流電源１３を備えたインバータ主回路１０を主要部材として構成されている。また、速度検出処理部５，電流検出器１１，１２も備えている。
【００２６】
電流制御部６は、電流制御処理部７と、第１の座標変換処理部８と、第２の座標変換処理部９と、電気角演算処理部１４と、位置検出処理部１５と、位置補正処理部２１を有している。
【００２７】
従来技術に対して、第１の実施の形態では、新たに位置補正処理部２１が追加されると共に、座標変換処理部８での演算処理が異なっているが、他の部分の構成・動作は従来技術と同様である。したがって、以下では、従来技術と異なる部分を中心に説明をし、従来技術と重複する部分の説明は省略する。
【００２８】
位置補正処理部２１には、位置検出処理部１５が位相データ演算処理した時刻ｔ２　において求めた位相データθ２　と、電気角演算処理部１４が求めたモータ電気角回転速度検出値Ｎが入力される。また、位置検出処理部１５が位相データθ２　を求めた時刻ｔ２　と、電流検出器１１，　１２が三相のモータ電流検出値Ｉｕ、Ｉｗを検出した時刻ｔ１　との時間間隔（ｔ２　−ｔ１　）が予め検出されており、この時間間隔（ｔ２　−ｔ１　）が位置補正処理部２１に設定されている。
【００２９】
位置補正処理部２１は、下記（１）式の演算をすることにより、電流検出器１１，　１２が三相のモータ電流検出値Ｉｕ、Ｉｗを検出した時刻ｔ１　での位相データθ１　を演算により求める。
【００３０】
θ１　＝θ２　−Ｎ・（ｔ２　−ｔ１　）・・・・（１）
但し
θ１　：時刻ｔ１　での位相データ〔ｄｅｇ〕（電気角）
θ２　：時刻ｔ２　での位相データ〔ｄｅｇ〕（電気角）（演算値）
Ｎ　：モータ電気角回転速度検出値〔ｄｅｇ／ｓｅｃ〕
ｔ２　−ｔ１　：予め計測して設定した時間間隔
【００３１】
第２の座標変換処理部９では、従来技術と同様に、位相データθ２　を使用して、二相の電圧指令値Ｖｄ＊、Ｖｑ＊を三相のモータ電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊に座標変換している。
【００３２】
第１の座標変換処理部８では、従来技術とは異なり、位相データθ１　を使用して、三相のモータ電流検出値Ｉｕ、Ｉｗを二相のモータ電流検出値Ｉｄ、Ｉｑに座標変換している。
前述したように、第１の座標変換処理部８がステップ▲３▼（図４参照）で行う座標変換処理では、時刻ｔ＝ｔ１　における位相データθ１　を使用して座標変換を行うことにより、高精度なトルク・速度制御を行うことができる。
したがって、本実施の形態では、第１の座標変換処理部８での座標変換処理が正確に行われるので、ＰＭモータ１のトルク・速度制御を高精度に行うことができる。
【００３３】
なお、電動機運転中に、図４に示すステップ▲１▼〜▲２▼の処理内容が変わり、時間間隔ｔ２　−ｔ１　が変化した場合には、その時の時間間隔ｔ２　’−ｔ１　を新たに計測して設定し、上述した（１）式を用いて位相データθ１　を求めるようにする。このようにすれば、ステップ▲１▼〜▲２▼の処理内容が変わった場合にも、制御精度の向上が可能となる。
【００３４】
＜第２の実施の形態＞
第２の実施の形態では、位置補正処理部２２を備えている。位置補正処理部２２には、位置検出処理部１５が位相データ演算処理した時刻ｔ２　において求めた位相データθ２　と、電気角演算処理部１４が求めたモータ電気角回転速度検出値Ｎが入力される。また、インバータ主回路１０が三相の電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊に応じた電圧をインバータ１に印加した時刻ｔ６と、位置検出処理部１５が位相データθ２　を求めた時刻ｔ２　との時間間隔（ｔ６　−ｔ２　）が予め検出されており、この時間間隔（ｔ６　−ｔ２　）が位置補正処理部２２に設定されている。
【００３５】
位置補正処理部２２は、下記（２）式の演算をすることにより、インバータ主回路１０が三相の電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊に応じた電圧をインバータ１に印加した時刻ｔ６での位相データθ６　を演算により求める。
【００３６】
θ６　＝θ２　＋Ｎ・（ｔ６　−ｔ２　）・・・・（２）
但し
θ６　：時刻ｔ６　での位相データ〔ｄｅｇ〕（電気角）
θ２　：時刻ｔ２　での位相データ〔ｄｅｇ〕（電気角）（演算値）
Ｎ　：モータ電気角回転速度検出値〔ｄｅｇ／ｓｅｃ〕
ｔ６　−ｔ２　：予め計測して設定した時間間隔
【００３７】
第１の座標変換処理部８では、従来技術と同様に、位相データθ２　を使用して、三相のモータ電流検出値Ｉｕ、Ｉｗを二相のモータ電流検出値Ｉｄ、Ｉｑに座標変換している。
【００３８】
第２の座標変換処理部９では、従来技術とは異なり、位相データθ６　を使用して、二相の電圧指令値Ｖｄ＊、Ｖｑ＊を三相のモータ電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊に座標変換している。
【００３９】
前述したように、第２の座標変換処理部９がステップ▲５▼（図４参照）で行う座標変換処理では、時刻ｔ＝ｔ６　における位相データθ６　を使用して座標変換を行うことにより、高精度なトルク・速度制御を行うことができる。
したがって、本実施の形態では、第２の座標変換処理部９での座標変換処理が正確に行われるので、ＰＭモータ１のトルク・速度制御を高精度に行うことができる。
【００４０】
なお、電動機運転中に、図４に示すステップ▲２▼〜▲６▼の処理内容が変わり、時間間隔ｔ６　−ｔ２　が変化した場合には、その時の時間間隔ｔ６　’−ｔ２　を新たに計測して設定し、上述した（２）式を用いて位相データθ６　を求めるようにする。このようにすれば、ステップ▲２▼〜▲６▼の処理内容が変わった場合にも、制御精度の向上が可能となる。
【００４１】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、第１の座標変換処理部または第２の座標変換処理部における位相データを、適正に補正して座標変換処理演算をするため、同期電動機のトルク・速度制御を精度良く行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかるベクトル制御装置を示すブロック構成図。
【図２】本発明の第２の実施の形態にかかるベクトル制御装置を示すブロック構成図。
【図３】従来のベクトル制御装置を示すブロック構成図。
【図４】ベクトル制御における電流制御の手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
１　同期電動機（ＰＭモータ）
２，２Ａ，２Ｂ　ベクトル制御装置
３　トルク制御部
４　レゾルバ
５　モータ速度検出処理部
６　電流制御部
７　電流制御処理部
８、９　座標変換処理部
１０　インバータ主回路
１１、１２　電流検出器
１３　直流電源
１４　電気角演算処理部
１５　位置検出処理部
２１，２２　位置補正処理部
【図１】
2004040906.tif 000003
【図２】
2004040906.tif 000004
【図３】
2004040906.tif 000005
【図４】
2004040906.tif 000006