(57)【要約】【課題】  電流検出器の誤差に対してモータ速度、トルク脈動を発生させず、且つ効率を悪化させないようにモータを制御することができる電動モータの制御装置を提供すること。【解決手段】  Ｄ軸及び前記Ｑ軸に対しての制御演算により３相交流同期モータ２０１の回転速度を制御するＤＱ軸電流指令値演算部１３、Ｄ軸電流指令値演算部１４、Ｑ軸電流指令値演算部１５と、３相電流検出部１７から電流変換部１９への３相電流Iu,Iv,Iwの特定周波数成分を通過させないハイパスフィルタ１８を備えた。【選択図】        図１
2009273302.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３相交流同期モータを制御する電動モータの制御装置において、
前記３相交流同期モータに流れる３相電流を検出する３相電流検出手段と、
前記３相電流を、前記３相交流同期モータに対して設定したＤ軸及びＱ軸に対してのＤ軸電流及びＱ軸電流に変換する電流変換手段と、
前記Ｄ軸及び前記Ｑ軸に対しての制御演算により前記３相交流同期モータの回転速度を制御する制御手段と、
前記３相電流検出手段から前記電流変換手段への３相電流の特定周波数成分を通過させないフィルタ手段と、
を備えることを特徴とする電動モータの制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電動モータの制御装置において、
前記フィルタ手段は、高周波成分を通過させ、低周波成分を通過させないハイパスフィルタである、
ことを特徴とする電動モータの制御装置。
【請求項３】
請求項１に記載の電動モータの制御装置において、
前記フィルタ手段は、モータ速度に応じて通過帯域を変更するバンドパスフィルタである、
ことを特徴とする電動モータの制御装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の電動モータの制御装置において、
前記３相交流同期モータは、車両の空調装置におけるコンプレッサを駆動するのに用いられるものである、
ことを特徴とする電動モータの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動モータの制御装置の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
従来では、軽負荷時のモータ電流が小さい条件において、電流検出器の誤差であるオフセットなどがあった場合には、これがトルク脈動や回転リップルを引き起こすので、通常のＤ軸電流指令値に設定した補正Ｄ軸電流を加算することで、モータの電流が下限値以上に補正され、電流検出器のオフセットの影響を受けにくくしている（例えば、特許文献１参照）
【特許文献１】特許第３７９６５５６号公報（第２−６頁、全図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来にあっては通常時よりも多くの電流を流すことにより効率が悪化していた。
【０００４】
本発明は、上記問題点に着目してなされたもので、その目的とするところは、電流検出器の誤差に対してモータ速度、トルク脈動を発生させず、且つ効率を悪化させないようにモータを制御することができる電動モータの制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明では、３相交流同期モータを制御する電動モータの制御装置において、前記３相交流同期モータに流れる３相電流を検出する３相電流検出手段と、前記３相電流を、前記３相交流同期モータに対して設定したＤ軸及びＱ軸に対してのＤ軸電流及びＱ軸電流に変換する電流変換手段と、前記Ｄ軸及び前記Ｑ軸に対しての制御演算により前記３相交流同期モータの回転速度を制御する制御手段と、前記３相電流検出手段から前記電流変換手段への３相電流の特定周波数成分を通過させないフィルタ手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
よって、本発明にあっては、電流検出器の誤差に対してモータ速度、トルク脈動を発生させず、且つ効率を悪化させないようにモータを制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の電動モータの制御装置を実現する実施の形態を、請求項１、２、４に係る発明に対応する実施例１と、請求項１、３、４に係る発明に対応する実施例２に基づいて説明する。
【実施例１】
【０００８】
まず、構成を説明する。
図１は実施例１の電動モータの制御装置のブロック構成を示す図である。
実施例１の電動モータの制御装置は、例えば、車両の空調装置における電動コンプレッサの制御装置、EVやHEVの車両の駆動用モータの制御装置を例とする。
実施例１の電動モータ制御装置１は、３相同期電動モータのコントローラの一部として設けられる。そのため、コントローラの他の部分により、３相同期電動モータの目標速度が設定され、電動モータ制御装置１に入力されるものとする。そして、電動モータ制御装置１は、インバータと３相同期電動モータからなるモータインバータ２へ制御信号を出力する。
【０００９】
電動モータ制御装置１は、目標回転速度演算部１１、加算器１２、ＤＱ軸電流指令値演算部１３、Ｄ軸電圧指令値演算部１４、Ｑ軸電圧指令値演算部１５、インバータ制御信号演算部１６、３相電流検出部１７、ハイパスフィルタ１８、電流変換部１９、回転角度演算部２０、回転速度推定部２１を備えている。
【００１０】
目標回転速度演算部１１は、制御目標としての目標回転速度を演算する。例えば、車両のエアコンであれば、エバポレータ通過後の空気温度が所望の値となるように、実際の空気温度と目標空気温度を比較して、ＰＩ制御により目標回転速度を設定する。
加算器１２は、３相同期電動モータの目標回転速度と検出した回転速度の実値の偏差を演算する。
【００１１】
ＤＱ軸電流指令値演算部１３は、速度の偏差にゲインを乗じるフィードバック演算、例えばＰＩ制御演算を行い、ＤＱ軸電流指令値Iaを演算する。
さらに、ＤＱ軸電流指令値Iaから、Ｄ軸電流指令値Id＊とＱ軸電流指令値Iq＊に電流を配分し出力する。この配分は、例えば、次の式によって行う。ここで、βは進角度に相当し、モータ機器定数から決まる値である。
【００１２】
（数１）
【００１３】
Id＊=sin(β/180・π)・Ia
【００１４】
（数２）
【００１５】
Iq＊=cos(β/180・π)・Ia
【００１６】
Ｄ軸電圧指令値演算部１４は、Ｄ軸電流指令値Id＊と検出したＤ軸電流値Idを比較して、例えばＰＩ制御からＤ軸電圧指令値Vd＊を演算する。
Ｑ軸電圧指令値演算部１５は、Ｑ軸電流指令値Iq＊と検出したＱ軸電流値Iqを比較して、例えばＰＩ制御からＱ軸電圧指令値Vq＊を演算する。
インバータ制御信号演算部１６は、以下のような計算を行って、３相指令電圧（Vu＊,Vv＊,Vw＊)を計算する。なお、Vα＊，Vβ＊は中間変数であり、２相電圧指令値である。また、θは電気角（機械角×極対数）で表した回転角度である。
【００１７】
【数３】
2009273302.tif 000003
【数４】
2009273302.tif 000004
さらにインバータ制御信号演算部１６は、３相指令電圧（Vu＊,Vv＊,Vw＊)と３角波を比較して、スイッチング信号を生成し、出力する。
【００１８】
３相電流検出部１７は、３相同期電動モータのＵ相、Ｖ相、Ｗ相のコイルに流れる電流（Iu,Iv,Iw）を検出する。なお、全ての電流の和は０アンペアになるので、その関係を用いて、３相のうち２つをセンシングして、残りは計算で算出してもよい。その場合は、次の式によるものとする。
【００１９】
（数５）
【００２０】
Iu=-(Iv+Iw)
【００２１】
ハイパスフィルタ１８は、各相の検出電流の高周波成分を通過させ、低周波成分を通過させない処理を行い、３相電流検出部１７からの検出電流を、電流変換部１９へ出力する。
【００２２】
電流変換部１９は、検出した３相電流Iu,Iv,Iwから次の式を用いて、Ｑ軸電流Iq、Ｄ軸電流をIdを求める。この電流値Iq,Idは、検出電流を変換したものであるため実値である。
【００２３】
【数６】
2009273302.tif 000005
【数７】
2009273302.tif 000006
なお、この２つの式は、パーク変換とクラーク変換である。
【００２４】
回転角度演算部２０は、回転速度推定部２１により推定された回転速度を積分して、回転角度を演算する。
回転速度推定部２１は、推定演算により回転速度を推定する。
推定演算の例として、電気学会論文誌（産業応用部門誌）１２７巻第７号に記載の論文「圧縮機用PMSM位置センサレスベクトル制御のためのBPFを用いた周期的速度変動抑制制御」の図１に記載の推定演算を挙げておく。
【００２５】
図２に示すのは、モータインバータ２の概要説明図である。
モータインバータ２は、３相交流同期モータ２０１と、インバータ回路である電源２０２、トランジスタ２０３〜２０８、電流検出抵抗２０９、２１０を備えている。
３相交流同期モータ２０１のロータの構造は埋め込み磁石型であるとする。
電源２０２は、３相交流同期モータ２０１へ駆動電源を供給する。
トランジスタ２０３〜２０８は、それぞれ３相交流同期モータ２０１の３相(Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相)のコイルへの出力を行う。３相のアッパーアーム側には、それぞれ、トランジスタ２０３〜２０５のエミッタを３相コイルのそれぞれへ接続し、コレクタを電源供給側に接続する。そして、ベースへの入力は、インバータ制御信号演算部１６からのゲート制御信号が入力される接続にする。
【００２６】
次に、３相のロワアーム側には、それぞれ、トランジスタ２０６〜２０８のコレクタを３相コイルのそれぞれへ接続し、エミッタを電源への帰還側へ接続する。そして、ベースへの入力は、インバータ制御信号演算部１６からのゲート制御信号が入力される接続にする。なお、ロワアーム側は、それぞれのアッパーアーム側のゲート制御信号の反転した波形が入力されることになる。
さらに、３相のうち、２相のロワアーム側には、電流検出抵抗２０９、２１０を設けるようにする。残りの相の電流値は演算で求めるものとする（上記数式１０参照）。なお、電流検出抵抗２０９、２１０の例としてシャント抵抗を挙げておく。
【００２７】
作用を説明する。
[モータ制御]
実施例１の電動モータ制御装置１では、上位に設けられる制御により、情報が目標回転速度演算部１１へ入力され、これに基づいて制御を行う。
例えば、車室内の空調制御では、電動コンプレッサの目標回転速度が設定される。
これに対して電動モータの制御装置では、この目標回転速度を実現するように交流同期モータをベクトル制御方式によって制御する。
図３は実施例１の電動モータの制御装置のベクトル制御の説明図である。
このベクトル制御では、図３に示すように、交流電流を直流化し、１対の磁極のロータに対して、磁極方向のＤ軸と磁極と直交するＱ軸を考え、制御上、Ｄ軸電流とＱ軸電流として取り扱う。
そのため、Ｄ軸電流を増加すればトルクが増加し、Ｑ軸電流を増加すれば回転速度が増加する。
【００２８】
実施例１では、目標回転速度と実回転速度の偏差から、ＤＱ軸電流指令値演算部１３が、ＤＱ軸電流指令値を演算し、さらに、Ｄ軸電流指令値Id＊とＱ軸電流指令値Iq＊に配分する演算を行い出力する。
そして、Ｄ軸電圧指令値演算部１４とＱ軸電圧指令値演算部１５によって、Ｄ軸電流指令値Id＊とＱ軸電流指令値Iq＊に、検出値Id,Iqを近づけるようフィードバック制御をＰＩ制御により行う。
そして、このようにして得られたＤ軸電圧の指令値Vd＊、Ｑ軸電圧の指令値Vq＊を出力し、インバータ制御信号演算部１６により３相指令電圧（Vu＊,Vv＊,Vw＊)にして、モータインバータ２へ出力する制御を行う。
【００２９】
図４はＵ相の電圧指令値と三角波からゲート制御信号を生成する状態を示す説明図である。
実施例１の電動モータの制御装置において、インバータ制御信号演算部１６では、３相指令電圧（Vu＊,Vv＊,Vw＊)と３角波を比較して（図４(a)参照）、ゲート制御信号を生成する（図４(b)参照）。このゲート制御信号は、PWM制御信号であり、デューティ比で表現されるものとなる。
なお、図４にはＵ相を例に示すが、Ｖ相、Ｗ相も同様に生成できる。
【００３０】
[検出誤差のオフセット抑制作用]
図５はオフセット検出誤差が生じている状態の３相検出電流、Ｑ軸電流Iq、Ｄ軸電流Id、モータ速度、モータトルクの波形図である。
図６は実施例１の電動モータ制御装置による制御状態の３相検出電流、Ｑ軸電流Iq、Ｄ軸電流Id、モータ速度、モータトルクの波形図である。
３相電流を検出する際に、オフセットのような検出誤差があった場合（図５(a)参照、その電流を用いて電流変換を実施すると、直流になるべき電流Id,Iqには交流成分が重畳されてしまう（図５(b)参照）。
その交流成分が重畳された電流Id,Iqを用いて電流制御などを実施してモータを制御すると、モータ速度、モータトルクには脈動が発生してしまい（図５(c),(d)参照）、その結果、振動や騒音を引き起こす。
【００３１】
実施例１の電動モータ制御装置１では、３相電流を検出した後（図６(a)参照）、ハイパスフィルタ１８を通過させることにより、低周波成分である検出誤差のオフセットを除去する（図６(b)参照）。
すると、電流変換後の電流Id,Iqは直流成分のみとなり、振動や騒音の原因となるモータ速度、トルク脈動を発生させずに（図６(c),(d)参照）、モータを制御することができる。
また、実施例１の電動モータの制御装置では、電流の追加はなく、効率は良好に維持される。
【００３２】
効果を説明する。実施例１の電動モータの制御装置にあっては、以下に列挙する効果を有する。
(1)３相交流同期モータ２０１を制御する電動モータの制御装置１において、３相交流同期モータ２０１に流れる３相電流Iu,Iv,Iwを検出する３相電流検出部１７と、３相電流Iu,Iv,Iwを、３相交流同期モータ２０１に対して設定したＤ軸及びＱ軸に対してのＤ軸電流Id及びＱ軸電流Iqに変換する電流変換部１９と、Ｄ軸及び前記Ｑ軸に対しての制御演算により３相交流同期モータ２０１の回転速度を制御するＤＱ軸電流指令値演算部１３、Ｄ軸電流指令値演算部１４、Ｑ軸電流指令値演算部１５と、３相電流検出部１７から電流変換部１９への３相電流Iu,Iv,Iwの特定周波数成分を通過させないハイパスフィルタ１８を備えるため、検出した３相電流の誤差成分をフィルタで除去し、電流検出器の誤差に対してモータ速度、トルク脈動を発生させず、且つ効率を悪化させないようにモータを制御することができる。
【００３３】
(2)上記(1)において、フィルタ手段は、高周波成分を通過させ、低周波成分を通過させないハイパスフィルタ１８であるため、検出した３相電流のオフセットを除去し、電流検出器の誤差に対してモータ速度、トルク脈動を発生させず、且つ効率を悪化させないようにモータを制御することができる。
【００３４】
(4)上記(1),(2)において、３相交流同期モータ２０１は、車両の空調装置におけるコンプレッサを駆動するのに用いられるものである場合は、モータ速度の脈動やトルク脈動を発生させず、制御性にすぐれて、より快適な空調を提供することを可能にし、且つ効率を良好に維持して、省電力、燃費向上に寄与できる。
【実施例２】
【００３５】
実施例２の電動モータ制御装置は、モータ速度に応じて通過帯域を変更するバンドパスフィルタを用いた例である。
構成を説明する。
図７は、実施例２の電動モータの制御装置のブロック構成を示す図である。
バンドパスフィルタ２２は、回転速度推定部２１から得るモータ回転速度に応じて、周波数通過帯域を可変にし、モータ速度以外の周波数成分を減衰させる。
その他構成は、実施例１と同様であるので説明を省略する。
【００３６】
作用を説明する。
[検出誤差のオフセット抑制作用]
図８は高周波雑音が重畳した場合の３相検出電流、Ｑ軸電流Iq、Ｄ軸電流Id、モータ速度、モータトルクの波形図である。
図９は実施例２の電動モータ制御装置による制御状態の３相検出電流、Ｑ軸電流Iq、Ｄ軸電流Id、モータ速度、モータトルクの波形図である。
モータ速度３０００rpm（＝５０Hz)で運転した時に、３相電流を検出する際、オフセットのような検出誤差があり、さらに１(kHz)の周波数成分の雑音が重畳されていると、ハイパスフィルタ１８を使用しても、雑音が比較的高周波であるために、雑音成分が十分に除去されない（図８(a),(b)参照）。すると、３相交流電流は理想的な波形とならず、その結果、モータ速度やトルクに脈動が発生してしまう（図８(c),(d)参照）。
【００３７】
図１０は実施例２のバンドパスフィルタ２２の周波数特性を示す図である。
実施例２では、バンドパスフィルタ２２は、図１０に示すように、モータ速度が１０００rpm(105rad/s)の場合は特性線１０１となり、モータ速度周波数以外を減衰する特性となる。これにより、バンドパスフィルタ２２通過後の３相交流電流は理想的な波形となり（図９(a),(b)参照）、モータ速度やトルクは目標によく追従して安定に制御することができる(図９(c),(d)参照）。
【００３８】
さらに、モータ速度に対しては、例えばモータ速度が２０００rpmの場合は、図１０の特性線１０２となり、モータ速度が３０００rpmの場合は、図１０の特性線１０３となる。このようにバンドパスフィルタ２２の周波数特性は、モータ回転数に応じて可変となり、ノイズの重畳を非常に抑制する。そのため、比較的高周波なノイズも、オフセットの影響も抑制される。且つ電流を増やす必要がなく効率的な運転が維持される。
【００３９】
効果を説明する。実施例２の電動モータの制御装置にあっては、上記(1),(4)に加えて、以下の効果を有する。
(3)上記(1)に加えて、フィルタ手段は、モータ速度に応じて通過帯域を変更するバンドパスフィルタであるため、検出した３相電流のオフセットを除去するのに加えて、モータ回転周波数以外の雑音、例えば比較的高周波の雑音も除去するため、さらに、モータ速度、トルク脈動を発生させず、且つ効率を悪化させないようにモータを制御することができる。
【００４０】
以上、本発明の電動モータの制御装置を実施例１に基づき説明してきたが、具体的な構成については、これらの実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。
【００４１】
例えば、３相交流同期モータは、ハイブリッド車（ＨＥＶ）の駆動用として用いるものであってもよいし、電気自動車（ＥＶ）の駆動用として用いるものであってもよい。トルク振動の抑制は、作動音の低減につながり、運転可能領域の広域確保は、モータ小型化につながる。
実施例では、インバータはトランジスタで構成したが、他のスイッチング素子を用いたものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】実施例１の電動モータの制御装置のブロック構成を示す図である。
【図２】モータインバータ２の概要説明図である。
【図３】実施例１の電動モータの制御装置のベクトル制御の説明図である。
【図４】Ｕ相の電圧指令値と三角波からゲート制御信号を生成する状態を示す説明図である。
【図５】オフセット検出誤差が生じている状態の３相検出電流、Ｑ軸電流Iq、Ｄ軸電流Id、モータ速度、モータトルクの波形図である。
【図６】実施例１の電動モータ制御装置による制御状態の３相検出電流、Ｑ軸電流Iq、Ｄ軸電流Id、モータ速度、モータトルクの波形図である。
【図７】実施例２の電動モータの制御装置のブロック構成を示す図である。
【図８】高周波雑音が重畳した場合の３相検出電流、Ｑ軸電流Iq、Ｄ軸電流Id、モータ速度、モータトルクの波形図である。
【図９】実施例２の電動モータ制御装置による制御状態の３相検出電流、Ｑ軸電流Iq、Ｄ軸電流Id、モータ速度、モータトルクの波形図である。
【図１０】実施例２のバンドパスフィルタの周波数特性を示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
１  電動モータ制御装置
１１  目標回転速度演算部
１２  加算器
１３  ＤＱ軸電流指令値演算部
１４  Ｄ軸電圧指令値演算部
１５  Ｑ軸電圧指令値演算部
１６  インバータ制御信号演算部
１７  ３相電流検出部
１８  ハイパスフィルタ
１９  電流変換部
２０  回転角度演算部
２１  回転速度推定部
２２  バンドパスフィルタ
２  モータインバータ
２０１  ３相交流同期モータ
２０２  電源
２０３〜２０８  トランジスタ
２０９  電流検出抵抗
２１０  電流検出抵抗
Ia  ＤＱ軸電流指令値
Id＊  Ｄ軸電流指令値
Id  実Ｄ軸電流
Iq＊  Ｑ軸電流指令値
Iq  実Ｑ軸電流
Iu  Ｕ相電流
Iv  Ｖ相電流
Iw  Ｗ相電流
Vd  Ｄ軸電圧指令値
Vq  Ｑ軸電圧指令値
１０１  （バンドパスフィルタの周波数特性の）特性線
１０２  （バンドパスフィルタの周波数特性の）特性線
１０３  （バンドパスフィルタの周波数特性の）特性線
【図１】
2009273302.tif 000007
【図２】
2009273302.tif 000008
【図３】
2009273302.tif 000009
【図４】
2009273302.tif 000010
【図５】
2009273302.tif 000011
【図６】
2009273302.tif 000012
【図７】
2009273302.tif 000013
【図８】
2009273302.tif 000014
【図９】
2009273302.tif 000015
【図１０】
2009273302.tif 000016