(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石型同期電動機の制御装置において、電流制御器出力を制御入力とする電力変換器を介して永久磁石型同期電動機に供給される入力電流を検出する電流検出器と、この電流検出器出力を前記永久磁石型同期電動機の永久磁石と平行方向であるｄ軸電流と垂直方向であるｑ軸電流とに変換出力する電流成分変換器と、前記永久磁石の磁束及び一次抵抗を設定記憶する設定記憶手段と、ｄ軸電流指令を算出するｄ軸電流指令算出器と、前記永久磁石型同期電動機の出力トルク指令値と前記設定記憶手段の磁束及びｄ軸電流指令とからｑ軸電流指令を算出するｑ軸電流指令算出器と、前記ｄ軸電流とｑ軸電流及びｄ軸電流指令とｑ軸電流指令とを入力とする電流制御器と、前記永久磁石型同期電動機の入力電圧を検出または推定する電圧検出器と、この電圧検出器出力から前記永久磁石と垂直方向であるｑ軸電圧を出力する電圧成分変換器と、前記永久磁石型同期電動機の回転速度を検出する速度検出器と、前記のｄ軸電流、ｑ軸電流、ｑ軸電圧、回転速度、設定記憶手段の一次抵抗と磁束の各値とから前記永久磁石型同期電動機の温度変化を推定する温度推定器と、前記設定記憶手段の磁束と前記温度推定器出力とから、前記ｑ軸電流指令算出器に用いる磁束を修正する磁束修正手段を具備したことを特徴とする永久磁石型同期電動機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、永久磁石型同期電動機におけるトルク制御に関するもので、特に温度変化によるトルク精度の変動を改善するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術の一例を図２に示し、これについて説明する。
電力変換器５は、永久磁石型同期電動機１に電力を供給する。電流検出器４は永久磁石型同期電動機１の入力電流ｉを検出する。電流成分変換器９は、入力電流ｉを入力とし、永久磁石型同期電動機１の永久磁石と平行方向であるｄ軸電流ｉｄと、垂直方向であるｑ軸電流ｉｑとを出力する。設定記憶手段１０は、永久磁石型同期電動機１のｄ軸インダクタンスＬｄとｑ軸インダクタンスＬｑと永久磁石の磁束φとを設定記憶する。
【０００３】
ｑ軸電流指令算出器７は、トルク指令Ｔｃと、ｄ軸電流指令ｉｄｒと、ｄ軸インダクタンスＬｄとｑ軸インダクタンスＬｑと永久磁石の磁束φとを入力してｑ軸電流指令ｉｑｒを出力する。ｄ軸電流指令算出器８は、ｄ軸電流指令ｉｄｒを出力する。電流制御器６は、ｄ軸電流ｉｄ、ｑ軸電流ｉｑ、ｄ軸電流指令ｉｄｒ、ｑ軸電流指令ｉｑｒとを入力し、各電流値が指令値に追従するよう制御信号を電力変換器５へ出力する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
永久磁石型同期電動機のトルク式は、次式で表される。
【０００５】
0004548886.tif 000002
【０００６】
（１）式より、ｑ軸電流指令ｉｑｒは、次式のように求められる。
【０００７】
0004548886.tif 000003
【０００８】
（２）式より、ｑ軸電流指令ｉｑｒは永久磁石型同期電動機のｄ軸インダクタンスＬｄとｑ軸インダクタンスＬｑと永久磁石の磁束φとを用いて算出される。
ところが、永久磁石の磁束φは永久磁石型同期電動機の温度変化によって変動するため、永久磁石の磁束φを固定しておくと、温度変化によって（２）式のｑ軸電流指令値ｉｑｒが正しい値として算出されず、永久磁石型同期電動機の出力トルクの制御精度が変動する結果となる。
本発明は上述した点に鑑みて創案されたもので、その目的とするところは、永久磁石型同期電動機の温度変化を推定し永久磁石の磁束の温度変化による変動を修正する機能を設けることで上記問題点を解決し、さらに永久磁石型同期電動機のトルク制御を高精度化するものである。
【０００９】
［課題を解決するための手段］上記問題点を解決するため、電流制御器出力を制御入力とする電力変換器を介して永久磁石型同期電動機に供給される入力電流を検出する電流検出器と、この電流検出器出力を前記永久磁石型同期電動機の永久磁石と平行方向であるｄ軸電流と、垂直方向であるｑ軸電流とに変換出力する電流成分変換器と、前記永久磁石の磁束及び一次抵抗を設定記憶する設定記憶手段と、ｄ軸電流指令を算出するｄ軸電流指令算出器と、前記永久磁石型同期電動機の出力トルク指令値と前記設定記憶手段の磁束及びｄ軸電流指令とからｑ軸電流指令を算出するｑ軸電流指令算出器と、前記ｄ軸電流とｑ軸電流及びｄ軸電流指令とｑ軸電流指令とを入力とする電流制御器と、前記永久磁石型同期電動機の入力電圧を検出または推定する電圧検出器と、この電圧検出器出力から前記永久磁石と垂直方向であるｑ軸電圧を出力する電圧成分変換器と、前記永久磁石型同期電動機の回転速度を検出する速度検出器と、前記のｄ軸電流、ｑ軸電流、ｑ軸電圧、回転速度、設定記憶手段の一次抵抗と磁束の各値とから前記永久磁石型同期電動機の温度変化を推定する温度推定器と、前記設定記憶手段の磁束と前記温度推定器出力とから、前記ｑ軸電流指令算出器に用いる磁束を修正する磁束修正手段を具備する。
【００１１】
本発明の実施例を図１に示し、以下、この図について説明する。
なお、前述の従来技術例と同一部分の説明は省略する。
速度検出器２は、永久磁石型同期電動機１の回転速度ωを出力する。電圧検出器３は、永久磁石型同期電動機１の入力電圧ｖを検出または推定する。電圧成分変換器１１は、入力電圧ｖから、永久磁石型同期電動機１の永久磁石と垂直方向であるｑ軸電圧ｖｑを出力する。
【００１２】
温度推定器１２は、ｄ軸電流ｉｄとｑ軸電流ｉｑとｑ軸電圧ｖｑと回転速度ωとｄ軸インダクタンスＬｄとｑ軸インダクタンスＬｑと一次抵抗Ｒと永久磁石の磁束φとを入力し、永久磁石型同期電動機１の温度変化Δθを出力する。
磁束修正手段１３は、永久磁石の磁束φと温度変化Δθとを入力し、修正された永久磁石の磁束φｎを出力する。
【００１３】
ｑ軸電流指令算出器７が従来技術と異なる点は、修正された永久磁石の磁束φｎを用いている点である。
設定記憶手段１０が従来技術と異なる点は、一次抵抗Ｒを設定記憶している点である。
【００１４】
ここで、本発明によって、前記問題点を解決できる二つの理由について説明する。
第一は、永久磁石型同期電動機の温度変化が推定できる理由であり、第二は磁束修正手段により効果を得る理由である。
まず第一に、永久磁石型同期電動機の温度変化が推定できる理由についてであり、温度推定器１２の詳細について説明する。
永久磁石型同期電動機1のｑ軸電圧方程式は、次式で表される。
【００１５】
0004548886.tif 000004
【００１６】
ここで、ｐは微分演算子である。
（３）式において、温度変化Δθによって変動するものは、永久磁石の磁束φと一次抵抗Ｒとがある。温度変化Δθによる永久磁石の磁束φと一次抵抗Ｒの変動量は、温度変化Δθと比例関係である。よって、実際の永久磁石の磁束φｎと一次抵抗Ｒｎは、次式の関係で表すことができる。
【００１７】
0004548886.tif 000005
【００１８】
0004548886.tif 000006
【００１９】
ただし、ｇ１、ｇ２は温度係数である。
よって、実際の一次抵抗Ｒｎの（４）式と永久磁石の磁束φｎの（５）式を（３）式に代入すると、温度変化Δθは次式となる。
【００２０】
0004548886.tif 000007
【００２１】
よって温度推定器１２では、（６）式を変形した次式の演算を行って温度変化Δθを推定する。
【００２２】
【数１】
0004548886.tif 000008
【００２３】
ここで、Ｋは積分定数である。
温度変化Δθが小さければ（７）式の[  ]中の演算値が正となって温度変化Δθを増加させ、逆に温度変化Δθが大きければ（７）式の[  ]中の演算値が負となって温度変化Δθを減少させることで温度変化Δθを推定することができる。
以上説明したように、ｄ軸電流ｉｄとｑ軸電流ｉｑとｑ軸電圧ｖｑと回転速度ωとｄ軸インダクタンスＬｄとｑ軸インダクタンスＬｑと一次抵抗Ｒと永久磁石の磁束φとから永久磁石型同期電動機の温度変化Δθを推定することができる。
【００２４】
第二に、磁束修正手段１３により効果を得る理由について説明する。
温度推定器１２によって永久磁石型同期電動機の温度変化Δθが分かれば、（５）式より温度変化Δθによる永久磁石の磁束の修正値φｎが演算できる。
【００２５】
【発明の効果】
以上述べたごとく、本発明によれば、永久磁石の磁束と一次抵抗とを温度変化による変動に関わることなく正しい値に修正できるようになり、永久磁石型同期電動機での高精度なトルク制御が可能となって、実用上おおいに有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を表すブロック図である。
【図２】従来方式の一実施例を表すブロック図である。
【符号の説明】
１      永久磁石型同期電動機
２      速度検出器
３      電圧検出器
４      電流検出器
５      電力変換器
６      電流制御器
７      ｑ軸電流指令算出器
８      ｄ軸電流指令算出器
９      電流成分変換器
１０    設定記憶手段
１１    電圧成分変換器
１２    温度推定器
１３    磁束修正手段
【図１】
0004548886.tif 000009
【図２】
0004548886.tif 000010