(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機の出力トルクや回転速度を、それらの指令値に制御する電動機制御装置において、
前記電動機の一次電流を検出しベクトルに変換して出力する電流検出器と、
前記電動機の回転速度または回転角度を検出する速度位置検出器と、
前記電流検出器出力の一次電流ベクトルと前記速度位置検出器出力の回転速度または回転角度を入力し前記電動機の一次鎖交磁束ベクトルを電気的定数により演算する電流モデル磁束演算器と、
前記電動機の一次電圧を検出または推定しベクトルに変換して出力する電圧検出器と、
所定の周期のパルスを出力するタイミング発生器と、このタイミング発生器による連続した２つのパルス出力のうち古い方を時刻ｔ０、新しい方を時刻ｔ１とし、前記電圧検出器の一次電圧ベクトルと前記電流検出器出力の一次電流ベクトルと前記電動機の一次巻線抵抗値とを用いて、前記時刻ｔ０からｔ１の間での前記電動機の一次鎖交磁束ベクトルの変動分を初期値ゼロでの時間積分で演算する電圧モデル磁束変動分演算器と、
前記時刻ｔ０時点での前記電流モデル磁束演算器出力をφｉ０とし、前記時刻ｔ１での前記電流モデル磁束演算器出力をφｉ１とし、前記電圧モデル磁束変動分演算器の出力をΔφｖとして前記時刻ｔ１での一次鎖交磁束ベクトルφｖ１を、
φｖ１＝Δφｖ・φｉ１／（φｉ１−φｉ０）
により演算する電圧モデル磁束推定器と、
前記電圧モデル磁束推定器出力のφｖ１と前記電流モデル磁束演算器出力のφｉ１とが一致するように前記電流モデル磁束演算器で用いた前記電動機の電気的定数を調整する定数調整器とを具備したことを特徴とする電動機制御装置。
【請求項２】
前記電動機が永久磁石電動機の場合で、前記電流モデル磁束演算器で用いる電動機の電気的定数として前記永久磁石電動機の永久磁石の磁束量φと、かつ永久磁石と垂直方向のインダクタンスＬｑと平行方向のインダクタンスＬｄとし、前記定数調整器で調整される前記永久磁石電動機の電気的定数として前記Ｌｑとφ、または前記ＬｑとＬｄとすることを特徴とする請求項１記載の電動機制御装置。
【請求項３】
前記電動機がシンクロナスリラクタンス電動機の場合で、前記電流モデル磁束演算器で用いる電動機の電気的定数を前記シンクロナスリラクタンス電動機の磁束が通りやすい方向のインダクタンスＬγとそれと垂直な方向のインダクタンスＬδとし、前記定数調整器で調整される前記シンクロナスリラクタンス電動機の電気的定数として前記ＬγとＬδとすることを特徴とする請求項１記載の電動機制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、交流電動機に電力を供給する電力変換器の制御装置における、制御精度を向上させるため電動機の電気的定数を運転中に同定する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術の一例として、永久磁石電動機のトルクを制御する電動機の制御装置におけるブロック線図を図２に示し、これに基づいて説明する。
電力変換器１は入力した２相の電圧指令ｖａｒ，ｖｂｒに基づいた３相の電圧を永久磁石電動機２に供給する。電流検出器４は永久磁石電動機２の一次電流を検出して静止座標での電流ベクトルに変換してその成分ｉａ，ｉｂを出力する。
速度位置検出器３は永久磁石電動機２の回転子の永久磁石の方向θを検知して出力する。座標変換器５は、電流検出器４出力の電流ベクトルを永久磁石の方向θに基づいて回転座標変換してｉｄ，ｉｑを出力する。ここでｉｄは永久磁石の方向（以下ｄ軸）の電流成分であり、ｉｑはそれと垂直方向（以下ｑ軸）の電流成分である。ｄ軸電流指令生成器８は、ｄ軸電流指令ｉｄｒを出力する。
ｑ軸電流指令生成器９は、トルク指令Ｔｒとｄ軸電流指令ｉｄｒよりｑ軸電流指令ｉｑｒを、
ｉｑｒ＝Ｔｒ／｛φ＋（Ｌｄ−Ｌｑ）・ｉｄｒ｝・・・・・・・▲１▼
の計算式で演算して出力する。ここでφは永久磁石電動機２の永久磁石の磁束量であり、Ｌｄはｄ軸のインダクタンスであり、Ｌｑはｑ軸のインダクタンスである。電流制御器７は、電流検出器４出力のｉｄ，ｉｑをそれぞれそれらの指令値のｉｄｒ，ｉｑｒに追従させるような電圧指令ｖｄｒ，ｖｑｒを出力する。
逆座標変換器６は、速度位置検出器出力の永久磁石の方向θに基づいて前記電圧指令ｖｄｒ，ｖｑｒを静止座標上の電圧指令ｖａｒ，ｖｂｒに変換する。
以上の制御構成により、永久磁石電動機２の出力トルクはトルク指令Ｔｒに追従するよう制御される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前述したように、永久磁石電動機２の出力トルクがトルク指令Ｔｒどおりに制御されるためには▲１▼式が正確に演算される必要がある。
このためには永久磁石電動機２の永久磁石の磁束量φやｄ軸のインダクタンスＬｄやｑ軸のインダクタンスＬｑが実際の値と一致している必要があるが、φは永久磁石の温度によって変動したり、ＬｄやＬｑは磁気飽和により電流の大きさによって変化するため、▲１▼式で用いるφやＬｄやＬｑを永久磁石電動機２の実際値に一致させることは困難である。
従って、永久磁石電動機２の出力トルクをトルク指令Ｔｒ通りに制御することも困難となる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前述の問題点を解決するために、電動機の出力トルクや回転速度を、それらの指令値に制御する電動機制御装置において、
前記電動機の一次電流を検出しベクトルに変換して出力する電流検出器と、
前記電動機の回転速度または回転角度を検出する速度位置検出器と、
前記電流検出器出力の一次電流ベクトルと前記速度位置検出器出力の回転速度または回転角度を入力し前記電動機の一次鎖交磁束ベクトルを電気的定数により演算する電流モデル磁束演算器と、
前記電動機の一次電圧を検出または推定しベクトルに変換して出力する電圧検出器と、
所定の周期のパルスを出力するタイミング発生器と、このタイミング発生器による連続した２つのパルス出力のうち古い方を時刻ｔ０、新しい方を時刻ｔ１とし、前記電圧検出器の一次電圧ベクトルと前記電流検出器出力の一次電流ベクトルと前記電動機の一次巻線抵抗値とを用いて、前記時刻ｔ０からｔ１の間での前記電動機の一次鎖交磁束ベクトルの変動分を初期値ゼロでの時間積分で演算する電圧モデル磁束変動分演算器と、
前記時刻ｔ０時点での前記電流モデル磁束演算器出力をφｉ０とし、前記時刻ｔ１での前記電流モデル磁束演算器出力をφｉ１とし、前記電圧モデル磁束変動分演算器の出力をΔφｖとして前記時刻ｔ１での一次鎖交磁束ベクトルφｖ１を、
φｖ１＝Δφｖ・φｉ１／（φｉ１−φｉ０）
により演算する電圧モデル磁束推定器と、
前記電圧モデル磁束推定器出力のφｖ１と前記電流モデル磁束演算器出力のφｉ１とが一致するように前記電流モデル磁束演算器で用いた前記電動機の電気的定数を調整する定数調整器とを具備する。
【０００５】
また前記電動機が永久磁石電動機の場合で、前記電流モデル磁束演算器で用いる電動機の電気的定数として前記永久磁石電動機の永久磁石の磁束量φと、かつ永久磁石と垂直方向のインダクタンスＬｑと平行方向のインダクタンスＬｄとし、前記定数調整器で調整される前記永久磁石電動機の電気的定数として前記Ｌｑとφ、または前記ＬｑとＬｄとする。
【０００６】
また前記電動機がシンクロナスリラクタンス電動機の場合で、前記電流モデル磁束演算器で用いる電動機の電気的定数を前記シンクロナスリラクタンス電動機の磁束が通りやすい方向のインダクタンスＬγとそれと垂直な方向のインダクタンスＬδとし、前記定数調整器で調整される前記シンクロナスリラクタンス電動機の電気的定数として前記Ｌγと前記Ｌδとする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明を永久磁石電動機に適用した一例のブロック線図を図１に示し、この図に基づいて本発明を詳細に説明する。なお同図において、図２と同一番号は同一ブロックを示しており、説明は省略する。
【０００８】
電流モデル磁束演算器１０は、
φｉａ＝（Ｌｄ・ｉｄ＋φ）・ｃｏｓ（θ）−Ｌｑ・ｉｑ・ｓｉｎ（θ）
φｉｂ＝（Ｌｄ・ｉｄ＋φ）・ｓｉｎ（θ）＋Ｌｑ・ｉｑ・ｃｏｓ（θ）
・・・・・・・▲２▼
により静止座標上での一次鎖交磁束ベクトルを演算する。ここでφｉａ，φｉｂは一次鎖交磁束ベクトルφｉの各成分である。
ｉｄ，ｉｑは、電流検出器４出力を速度位置検出器３出力の永久磁石電動機２の回転子の永久磁石の方向θに回転座標変換したもので、座標変換器５出力と同一なものである。
【０００９】
タイミング発生器１５は、所定の周期のパルス信号Ｓを発生し、電圧検出器１１は、永久磁石電動機２の一次電圧を検出または推定しベクトルに変換してその成分ｖａ，ｖｂを出力する。
電圧モデル磁束変動分演算器１２は、
φｖ＝∫（ｖ−Ｒ・ｉ）ｄｔ  ・・・・・・・▲３▼
により一次鎖交磁束ベクトルを演算する。ここで、ｖは電圧検出器１１出力のｖａ，ｖｂを成分とする一次電圧ベクトルであり、ｉは電流検出器４出力のｉａ，ｉｂを成分とする一次電流ベクトルであり、Ｒは永久磁石電動機２の一次巻線抵抗値である。
電圧モデル磁束変動分演算器１２は、タイミング発生器１５出力の信号Ｓを入力して、信号Ｓのパルスが入力された時点において、▲３▼式のφｖをΔφｖとして出力し、▲３▼式の積分器を０にクリアする。つまり、最新のパルスが入力された時点をｔ１とし、１つ前のパルスが入力された時点をｔ０とすると、電圧モデル磁束変動分演算器１２は、時刻ｔ０からｔ１の間での永久磁石電動機２の一次鎖交磁束ベクトルの変動分をΔφｖとして出力することになる。
【００１０】
電圧モデル磁束推定器１３は、タイミング発生器１５出力の信号Ｓを入力して、信号Ｓのパルスが入力された時点において、
φｖ１＝φｉ１・Δφｖ／（φｉ１−φｉ０）・・・・・・・▲４▼
により一次鎖交磁束ベクトルを演算して出力する。ここでΔφｖは、パルスが入力された時点（ｔ１時点）での電圧モデル磁束変動分演算器１２出力であり、φｉ１はパルスが入力された時点（ｔ１時点）での電流モデル磁束演算器１０出力であり、φｉ０は１つ前のパルスが入力された時点（ｔ０時点）での電流モデル磁束演算器１０出力を記憶しておいたものである。
【００１１】
ｔ０時点とｔ１時点の実際の一次鎖交磁束ベクトルをそれぞれφｒ０，φｒ１として、それらとφｉ０，φｉ１との関係が定数ベクトルＡを用いて、
φｉ０＝Ａ・φｒ０、φｉ１＝Ａ・φｒ１
のように表せるならば、▲４▼式に代入すると
φｖ１＝φｒ１・Δφｖ／Δφｒ
となる。ここで、Δφｒ＝φｒ１−φｒ０であり、▲３▼式のＲに誤差がない限りΔφｒ＝Δφｖとなるので、φｖ１＝φｒ１となる。つまり、電圧モデル磁束推定器１３の出力はｔ１時点での正確な一次鎖交磁束ベクトルとなる。
【００１２】
定数調整器１４は、タイミング発生器１５出力の信号Ｓを入力して、信号Ｓのパルスが入力された時点において、電圧モデル磁束推定器１３出力のφｖ１とパルスが入力された時点（ｔ１時点）での電流モデル磁束演算器１０出力のφｉ１が一致するように電流モデル磁束演算器１０で用いるｑ軸インダクタンスＬｑと磁束φを調整する。これによって、Ｌｑと（φ＋Ｌｄ・ｉｄ）の値が実際値と等しくなるように調整されることになる。
【００１３】
定数調整器１４の出力はｑ軸電流指令生成器９にも入力されており、ｑ軸電流指令生成器９で計算される▲１▼式の演算の分母を正確な値とすることができるので、永久磁石電動機２はトルク指令Ｔｒどおりのトルクが出力されるようになる。
【００１４】
また、定数調整器１４で調整される定数のφの代わりにＬｄを使用しても同じ効果が得られる。
【００１５】
電圧モデル磁束推定器１３において、▲４▼式の代わりに
φｖ０＝φｉ０・Δφｖ／（φｉ１−φｉ０）・・・・・・・▲５▼
を用いてφｖ０を出力し、定数調整器１４においてφｖ０と記憶しておいたｔ０時点のφｉ０とが一致するように電流モデル磁束演算器１０で用いる定数を調整するようにしてもよい。
【００１６】
電動機がシンクロナスリラクタンス電動機の場合は、電流モデル磁束演算器１０においてシンクロナスリラクタンス電動機の磁束が通りやすい方向のインダクタンスＬγとそれと垂直な方向のインダクタンスＬδとを用いて一次鎖交磁束ベクトルを求めることができ、定数調整器１４において電流モデル磁束演算器１０で用いるＬγとＬδを正確な値に調整することができる。そしてＬγとＬδを用いてトルク制御を行う構成になっている場合は、正確なＬγとＬδを用いることができるので正確なトルク制御が可能となる。
【００１７】
電動機が誘導電動機の場合は、電流モデル磁束演算器１０において、速度位置検出器３の速度と電流検出器の電流ベクトルを入力して誘導電動機の相互インダクタンスＭと二次時定数Ｔ２とを用いて二次鎖交磁束ベクトルを演算し、電圧モデル磁束変動分演算器１２において、電圧検出器１１出力の電圧ベクトルｖから一次巻線抵抗による電圧降下と漏れインダクタンスによる電圧降下を引いたものを時間積分することで二次鎖交磁束ベクトルの変動分を演算し、電圧モデル磁束推定器１３において、正確な二次鎖交磁束ベクトルを求め、定数調整器１４において、電圧モデル磁束推定器１３出力の二次鎖交磁束ベクトルと電流モデル磁束演算器１０出力の二次鎖交磁束ベクトルとが一致するように電流モデル磁束演算器１０で用いる誘導電動機の相互インダクタンスＭと二次時定数Ｔ２を調整することができる。そしてＭとＴ２を用いてトルク制御を行う構成になっている場合は、正確なＭとＴ２を用いることができるので正確なトルク制御が可能となる。
【００１８】
【発明の効果】
本発明により、運転中に変化する電動機の定数を正確に把握することがでるので、例えばトルク制御のようにそれら定数を用いた制御の精度を向上させることができ、実用上、おおいに有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を永久磁石電動機に適用した実施例を表すブロック線図である。
【図２】永久磁石電動機のトルク制御構成を表したブロック線図である。
【符号の説明】
１・・・電力変換器
２・・・永久磁石電動機
３・・・速度位置検出器
４・・・電流検出器
５・・・座標変換器
６・・・逆座標変換器
７・・・電流制御器
８・・・ｄ軸電流指令生成器
９・・・ｑ軸電流指令生成器
１０・・・電流モデル磁束演算器
１１・・・電圧検出器
１２・・・電圧モデル磁束変動分演算器
１３・・・電圧モデル磁束推定器
１４・・・定数調整器
１５・・・タイミング発生器
【図１】
0004437354.tif 000002
【図２】
0004437354.tif 000003