(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供給される前記永久磁石型同期電動機の入力電流を検出する電流検出器及び、この電流検出器出力から前記永久磁石型同期電動機の永久磁石と平行方向をｄ軸とし垂直方向をｑ軸として、ｄ軸成分であるｄ軸電流と、ｑ軸成分であるｑ軸電流とを出力する電流成分変換器を有し、これらをトルク指令値に追従するよう独立に前記電流制御器にて調整し、また、前記永久磁石型同期電動機の入力電圧を検出する電圧検出器及び、この電圧検出器出力から前記ｄ軸成分であるｄ軸電圧と、前記ｑ軸成分であるｑ軸電圧とを出力する電圧成分変換器を有し、前記ｄ軸電流と前記ｑ軸電流と前記永久磁石型同期電動機の回転速度と前記永久磁石型同期電動機の一次抵抗、前記永久磁石型同期電動機のインダクタンスの前記ｄ軸成分であるｄ軸インダクタンス、前記永久磁石型同期電動機のインダクタンスの前記ｑ軸成分であるｑ軸インダクタンス、前記永久磁石の磁束とから前記永久磁石型同期電動機のｑ軸電圧を演算するｑ軸電圧演算器と、このｑ軸電圧演算器出力と前記電圧成分変換器出力のｑ軸電圧とから、永久磁石の磁束を修正する磁束補正手段とを具備して構成することを特徴とする前記永久磁石型同期電動機の制御装置。
【請求項２】
前記ｄ軸電流と前記ｑ軸電流と前記回転速度と前記一次抵抗と前記ｄ軸インダクタンスと前記ｑ軸インダクタンスとから前記永久磁石型同期電動機のｄ軸電圧を演算するｄ軸電圧演算器と、このｄ軸電圧演算器出力と前記電圧成分変換器出力であるｄ軸電圧とから前記一次抵抗を修正する抵抗補正手段とを具備することを特徴とする請求項１記載の永久磁石型同期電動機の制御装置。
【請求項３】
前記抵抗補正手段によって修正された前記一次抵抗が、大きい任意の値を超えるか、または小さい任意の値よりも下回った場合に、前記ｄ軸電圧演算器出力と前記電圧成分変換器出力であるｄ軸電圧とから、ｑ軸インダクタンスを修正するインダクタンス補正手段を具備することを特徴とする請求項１と請求項２記載の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、特に温度変化によってトルク精度が変動することを防ぐものである。
【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３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２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７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をｄ軸とし垂直方向をｑ軸として、ｄ軸成分であるｄ軸電流ｉｄと、ｑ軸成分であるｑ軸電流ｉｑとを出力する。ｑ軸電流指令算出器５は、ｄ軸電流指令ｉｄｒと、トルク指令Ｔｃと、永久磁石型同期電動機１のインダクタンスのｄ軸成分であるｄ軸インダクタンスＬｄと、ｑ軸成分である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６は、ｄ軸電流指令ｉｄｒを出力する。電流制御器４は、ｄ軸電流ｉｄとｑ軸電流ｉｑとがｄ軸電流指令ｉｄｒとｑ軸電流指令ｉｑｒとに追従するような制御信号を電力変換器３に出力する。
【０００３】
【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。
【０００４】
【数１】
0004225657.tif 000002
【０００５】
（１）式より、ｑ軸電流指令ｉｑｒは、次式のように求められる。
【０００６】
【数２】
0004225657.tif 000003
【０００７】
（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。
【０００８】
［課題を解決するための手段］上記問題点を解決するため、電力変換器を介して供給される前記永久磁石型同期電動機の入力電流を検出する電流検出器及び、この電流検出器出力から前記永久磁石型同期電動機の永久磁石と平行方向をｄ軸とし垂直方向をｑ軸として、ｄ軸成分であるｄ軸電流と、ｑ軸成分であるｑ軸電流とを出力する電流成分変換器を有し、これらをトルク指令値に追従するよう独立に前記電流制御器にて調整し、また、前記永久磁石型同期電動機の入力電圧を検出する電圧検出器及び、この電圧検出器出力から前記ｄ軸成分であるｄ軸電圧と、前記ｑ軸成分であるｑ軸電圧とを出力する電圧成分変換器を有し、前記ｄ軸電流と前記ｑ軸電流と前記永久磁石型同期電動機の回転速度と前記永久磁石型同期電動機の一次抵抗、前記永久磁石型同期電動機のインダクタンスの前記ｄ軸成分であるｄ軸インダクタンス、前記永久磁石型同期電動機のインダクタンスの前記ｑ軸成分であるｑ軸インダクタンス、前記永久磁石の磁束とから前記永久磁石型同期電動機のｑ軸電圧を演算するｑ軸電圧演算器と、このｑ軸電圧演算器出力と前記電圧成分変換器出力のｑ軸電圧とから、永久磁石の磁束を修正する磁束補正手段とを具備して構成する。
【０００９】
また、前記ｄ軸電流と前記ｑ軸電流と前記回転速度と前記一次抵抗と前記ｄ軸インダクタンスと前記ｑ軸インダクタンスとから前記永久磁石型同期電動機のｄ軸電圧を演算するｄ軸電圧演算器と、このｄ軸電圧演算器出力と前記電圧成分変換器出力であるｄ軸電圧とから前記一次抵抗を修正する抵抗補正手段とを具備する。
【００１０】
さらに、前記抵抗補正手段によって修正された前記一次抵抗が、大きい任意の値を超えるか、または小さい任意の値よりも下回った場合に、前記ｄ軸電圧演算器出力と前記電圧成分変換器出力であるｄ軸電圧とから、ｑ軸インダクタンスを修正するインダクタンス補正手段を具備するものである。
【００１１】
［発明の実施の形態］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１７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８は、永久磁石型同期電動機１の入力電圧ｖを検出する。電圧成分変換器９は、入力電圧ｖから、ｄ軸成分であるｄ軸電圧ｖｄと、ｑ軸成分であるｑ軸電圧ｖｑとを出力する。
【００１２】
ｄ軸電圧演算器１０は、ｄ軸電流ｉｄ、ｑ軸電流ｉｑ、回転速度ω、ｄ軸インダクタンスＬｄ、修正されたｑ軸インダクタンスＬｑｎ、修正された一次抵抗Ｒｎとを入力してｄ軸電圧ｖｄｃを演算する。ｑ軸電圧演算器１１は、ｄ軸電流ｉｄ、ｑ軸電流ｉｑ、回転速度ω、ｄ軸インダクタンスＬｄ、修正されたｑ軸インダクタンスＬｑｎ、修正された一次抵抗Ｒｎ、修正された永久磁石の磁束φｎとを入力してｑ軸電圧ｖｑｃを演算する。
【００１３】
減算器１５は、ｄ軸電圧ｖｄと演算されたｄ軸電圧ｖｄｃとの差を出力する。減算器１６は、ｑ軸電圧ｖｑと演算されたｑ軸電圧ｖｑｃとの差を出力する。
抵抗補正手段１２は、減算器１５の出力と一次抵抗Ｒとを入力して、修正された一次抵抗Ｒｎと修正された一次抵抗Ｒｎが大きい任意の値を超えるか、または小さい任意の値よりも下回った場合に信号を出力する。
インダクタンス修正手段１３は、減算器１５の出力とｑ軸インダクタンスＬｑと抵抗補正手段１２の出力信号とを入力して、抵抗補正手段１２の信号が入力された場合は修正されたｑ軸インダクタンスＬｑｎを出力し、抵抗補正手段１２の信号が入力されない場合はそのままｑ軸インダクタンスＬｑｎを出力する。
【００１４】
磁束補正手段１４は、減算器１６の出力と永久磁石の磁束φとを入力して修正された永久磁石の磁束φｎを出力する。ｑ軸電流指令算出器５が従来技術と異なる点は、修正されたｑ軸インダクタンスＬｑｎと修正された永久磁石の磁束φｎとを用いている点である。
【００１５】
ここで、本発明によって、前記問題点を解決できる理由について説明する。
第一に、永久磁石の磁束が修正できる理由についてであり、まず、ｑ軸電圧演算器１１について説明する。
永久磁石型同期電動機1の電圧方程式は、次式で表される。
【００１６】
【数３】
0004225657.tif 000004
【００１７】
【数４】
0004225657.tif 000005
ここで、ｐは微分演算子である。
よって（４）式より、ｄ軸電流ｉｄ、ｑ軸電流ｉｑ、ｄ軸インダクタンスＬｄ、ｑ軸インダクタンスＬｑ、一次抵抗Ｒ、永久磁石の磁束φ、回転速度ωとが分かればｑ軸電圧を演算できることがわかる。
【００１８】
次に、磁束補正手段１４について説明する。永久磁石の磁束φが正しい値なら、（４）式によって演算されたｑ軸電圧ｖｑｃとｑ軸電圧ｖｑとは等しい値となる。しかし、温度変化によって永久磁石の磁束φの値が変動してくると、演算されたｑ軸電圧ｖｑｃとｑ軸電圧ｖｑとは等しくならない。そこで、減算器１６の出力を用いて磁束補正手段１４により、
【００１９】
【数５】
0004225657.tif 000006
【数６】
0004225657.tif 000007
【００２０】
なる演算を行って、永久磁石の磁束φを修正する。ここで、φｘは永久磁石の磁束φの修正補正値、Ｋφは積分定数である。永久磁石の磁束φが実際の値よりも小さければ、ｖｑ＞ｖｑｃとなり、（５）式のφｘは増加し、（６）式のφｎも増加することで、永久磁石の磁束が修正される。逆に永久磁石の磁束φが実際の値よりも大きければ、ｖｑ＜ｖｑｃとなり、（５）式のφｘは減少し、（６）式のφｎも減少することで、永久磁石の磁束が修正される。
以上説明したように、演算されたｑ軸電圧ｖｑｃとｑ軸電圧ｖｑとから永久磁石の磁束φを修正することが可能となる。
【００２１】
演算されたｑ軸電圧ｖｑｃは、（４）式から明らかなように、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も使用する。その中で、一次抵抗Ｒも、温度変化によって変化する。
第二に、一次抵抗Ｒが修正できる理由についてであり、まず、ｄ軸電圧演算器１０について説明する。
永久磁石型同期電動機１のｄ軸電圧方程式は、（３）式で表される。
よって、ｄ軸電流ｉｄ、ｑ軸電流ｉｑ、ｄ軸インダクタンスＬｄ、ｑ軸インダクタンスＬｑ、一次抵抗Ｒ、回転速度ωとが分かれば、ｄ軸電圧を演算できることがわかる。
【００２２】
次に、抵抗補正手段１２について説明する。一次抵抗Ｒが正しい値なら、（３）式によって演算されたｄ軸電圧ｖｄｃとｄ軸電圧ｖｄとは等しい値となる。しかし、温度変化によって一次抵抗Ｒの値が変動してくると、演算されたｄ軸電圧ｖｄｃとｄ軸電圧ｖｄとは等しくならない。そこで、減算器１５の出力を用いて抵抗補正手段１２により、
【００２３】
【数７】
0004225657.tif 000008
【数８】
0004225657.tif 000009
【００２４】
なる演算を行って、一次抵抗Ｒを修正する。ここで、Ｒｘは一次抵抗Ｒの修正補正値、ＫＲは積分定数である。一次抵抗Ｒが実際の値よりも小さければ、ｖｄ＞ｖｄｃとなり、（７）式のＲｘは増加し、（８）式のＲｎも増加することで、一次抵抗Ｒが修正される。逆に一次抵抗Ｒが実際の値よりも大きければ、ｖｄ＜ｖｄｃとなり、（７）式のＲｘは減少し、（８）式のＲｎも減少することで、一次抵抗Ｒが修正される。
以上説明したように、演算されたｄ軸電圧ｖｄｃとｄ軸電圧ｖｄとから一次抵抗Ｒを修正することが可能となる。
【００２５】
演算されたｄ軸電圧ｖｄｃとｑ軸電圧ｖｑｃは、（３）式と（４）式とから明らかなように、ｄ軸インダクタンスＬｄとｑ軸インダクタンスＬｑとを用いる。インダクタンスは、磁気飽和の影響で流す電流の大きさによって変化する。ｄ軸電流ｉｄは通常あまり流さないため、（３）式と（４）式より、ｄ軸インダクタンスＬｄの誤差の影響は小さい。また、ｄ軸インダクタンスＬｄは、磁気飽和の影響が小さく、ｄ軸電流ｉｄも小さいため、変化は小さい。
【００２６】
逆に、永久磁石型同期電動機１の回転速度ωを上げたり、負荷が大きくなると、ｑ軸電流ｉｑは大きくなるため、ｑ軸インダクタンスＬｑの誤差の影響は大きい。また、ｑ軸インダクタンスＬｑは、磁気飽和の影響が大きく、ｑ軸電流ｉｑも大きいため、変化が大きい。
そこで、ｑ軸インダクタンスＬｑが修正できるインダクタンス補正手段１３について説明する。一次抵抗Ｒは、抵抗補正手段１２によって修正されるが、ｑ軸インダクタンスＬｑに誤差があれば正しい値に修正されない。
【００２７】
そのため、修正補正値Ｒｘに任意の上限値と下限値とを設け、修正補正値Ｒｘがそれらの値を超えると、
【００２８】
【数９】
0004225657.tif 000010
【数１０】
0004225657.tif 000011
【００２９】
なる演算を行って、ｑ軸インダクタンスＬｑを修正する。ここで、Ｌｘはｑ軸インダクタンスＬｑの修正補正値、ＫＬは積分定数である。
ｑ軸インダクタンスＬｑが実際の値よりも小さければ、ｖｄ＜ｖｄｃとなり、（９）式のＬｘは増加し、（１０）式のＬｑｎも増加することで、ｑ軸インダクタンスＬｑが修正される。逆にｑ軸インダクタンスＬｑが実際の値よりも大きければ、ｖｄ＞ｖｄｃとなり、（９）式のＬｘは減少し、（１０）式のＬｑｎも減少することで、ｑ軸インダクタンスＬｑが修正される。
以上説明したように、抵抗補正手段１２により修正された一次抵抗Ｒｎが大きい任意の値を超えるか、または小さい任意の値よりも下回った場合に出力される信号と、演算されたｄ軸電圧ｖｄｃとｄ軸電圧ｖｄとからｑ軸インダクタンスＬｑを修正することが可能となる。
【００３０】
【発明の効果】
以上述べたごとく、本発明によれば、永久磁石型同期電動機のｑ軸インダクタンスを運転状態による変動に関わることなく正しい値に修正でき、さらに永久磁石の磁束と一次抵抗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    電流検出器
３    電力変換器
４    電流制御器
５    ｑ軸電流指令算出器
６    ｄ軸電流指令算出器
７    電流成分変換器
８    電圧検出器
９    電圧成分変換器
１０  ｄ軸電圧演算器
１１  ｑ軸電圧演算器
１２  抵抗補正手段
１３  インダクタンス補正手段
１４  磁束補正手段
１５  減算器
１６  減算器
１７  速度検出器
【図１】
0004225657.tif 000012
【図２】
0004225657.tif 000013