(57)【要約】【課題】逆突極性を有したブラシレスモータに対して、演算処理時間が短く、同一電流に対して最も効率的にトルクを発生することのできるモータ制御装置を提供する。【解決手段】電流位相の進角量Φを電流指令の絶対値（大きさ）に応じた所定の関数として記憶させた電流位相角導出手段１１を備え、トルク指令値Ｔをトルク定数Ｋｔで除算して求めた電流指令値Ｉ＊を絶対値変換器１２に入力し、得られた電流指令の絶対値｜Ｉ＊｜を電流位相角導出手段１１に入力し、電流指令の絶対値｜Ｉ＊｜に応じた進角量Φ（ｃｏｓΦおよび−ｓｉｎΦ）を導出し、電流指令値Ｉ＊に進角量ｃｏｓΦを乗じてｑ軸電流指令値とし、電流指令の絶対値｜Ｉ＊｜に進角量−ｓｉｎΦを乗じてd軸電流指令値とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータの電流位相制御において、電流位相の進角量を電流指令の絶対値（大きさ）に応じた所定の関数として記憶させた電流位相進角量導出手段を備え、トルク指令値をトルク定数で除算して求めた電流指令値を絶対値変換器に入力し、得られた電流指令の絶対値を前記電流位相進角量導出手段に入力して前記電流指令の絶対値に応じた進角量Φ（ｃｏｓΦおよび−ｓｉｎΦ）を導出し、前記電流指令値に進角量ｃｏｓΦを乗じてｑ軸電流指令値とし、前記電流指令の大きさに進角量−ｓｉｎΦを乗じてd軸電流指令値とすることを特徴としたモータ制御装置。
【請求項２】
電流位相の進角量を電流指令の絶対値（大きさ）に応じた所定の関数として記憶させた電流位相進角量導出手段を備え、トルク指令値を電流指令値に変換するステップ１と、電流指令値を電流指令の絶対値に変換するステップ２と、前記電流位相進角量導出手段に前記電流指令の絶対値を入力し、電流指令の絶対値に応じた進角量Φ（ｃｏｓΦおよび−ｓｉｎΦ）を導出するステップ３と、ステップ１の電流指令値にステップ３で得られたｃｏｓΦを乗じてｑ軸電流指令値を、ステップ３で得られた−ｓｉｎΦに電流指令の絶対値を乗じてｄ軸電流指令値をそれぞれ求めるステップ４を備え、実際のモータ電流から算出した実際のｑ軸電流値とｄ軸電流値を、ステップ４で求めたｑ軸電流指令値とｄ軸電流指令値に追従するようにフィードバック制御する電流位相の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、逆突極性を有するブラシレスモータの電流位相を制御して同一電流において出力トルクを最大化するモータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、回転子に磁石を用いた同期モータ（ＰＭＳＭ：Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  Ｍａｇｎｅｔ  Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ  Ｍｏｔｏｒ）の制御法として、ｄ軸電流を常に０に保つＩｄ＝０制御が一般的に用いられている。
【０００３】
ＰＭＳＭのトルク方程式は、発生トルクをＴ、極対数をＰｎ、電機子鎖交磁束をΦａ、ｄ軸電流をＩｄ、ｑ軸電流をＩｑ、ｄ軸インダクタンスをＬｄ、ｑ軸インダクタンスをＬｑとすると、
Ｔ＝Ｐｎ×Φａ×Ｉｑ＋Ｐｎ×（Ｌｄ−Ｌｑ）×Ｉｄ×Ｉｑ（式１）
で表すことができる。
【０００４】
式１において、ｄ軸電流Ｉｄを０に保つと、
Ｔ＝Ｐｎ×Φａ×Ｉｑ（式２）
となる。式２における発生トルクＴは、ｑ軸電流Ｉｑのみに比例するため、トルクの線形制御が容易に実現できる。
【０００５】
一方、回転子の表面に磁石を配置した同期モータ（ＳＰＭＳＭ：Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  Ｍａｇｎｅｔ  Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ  Ｍｏｔｏｒ）では、ｄ軸インダクタンスＬｄと、ｑ軸インダクタンスＬｑが等しい非突極性であるため、式１の右辺第２項は０となり、発生トルクは式２で表される。
【０００６】
よって、ＳＰＭＳＭの場合は、トルク発生に寄与しないｄ軸電流Ｉｄを流さないＩｄ＝０制御が同一トルクに対する電流は最小となり効率的である。
【０００７】
しかし、回転子に磁石を内装配置した同期モータ（ＩＰＭＳＭ：Ｉｎｔｅｒｉｏｒ  Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  Ｍａｇｎｅｔ  Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ  Ｍｏｔｏｒ）では、ｄ軸インダクタンスＬｄ＜ｑ軸インダクタンスＬｑの逆突極性を有するため、Ｉｄ＝０制御では、式１の右辺第２項のリラクタンストルクが利用できなくなる。このため、Ｉｄ＝０とする制御では、必ずしも適切な制御方法とはならない。
【０００８】
そこで、ｄ軸電流Ｉｄを負の値とし、リラクタンストルクを利用して発生トルクを増加させる方法が提案されており、図５を用いて説明する。
【０００９】
ｑ軸電流指令Ｉｑ＊は、ｑ軸電流指令算出部５１において後述する磁束相当分に極対数Ｐｎを乗じたもので、トルク指令値Ｔ＊を除算して算出される。次いでｑ軸電流指令Ｉｑ＊またはｑ軸電流指令フィードバック値Ｉｑが電流位相角制御部５２に入力され、絶対値変換器５３を介して電流指令の絶対値（大きさ）にした後に、電流位相角設定器５４において一定の電流位相角βを用いて−ｔａｎ（β）を乗じることで、ｄ軸電流指令Ｉｄ＊を算出する。
【００１０】
このｄ軸電流指令Ｉｄ＊に、ｄ軸電流フィードバック値Ｉｄを追従させることで、リラクタンストルクが発生するが、式１で示されるトルク方程式に基づき、発生するリラクタンストルクの大きさを考慮する。
【００１１】
リラクタンストルク考慮部５５において、電機子鎖交磁束Φａ、ｑ軸インダクタンスＬｑ、ｄ軸インダクタンスＬｄおよびｄ軸電流指令Ｉｄ＊から磁束相当分Φａ＋（Ｌｄ−Ｌｑ）×Ｉｄ＊を算出する。算出した磁束相当分は、ｑ軸電流指令算出部５１にて極対数Ｐｎを乗じて、ｑ軸電流指令Ｉｑ＊を算出する際に用いる（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−９２８８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら上記従来技術では、以下の問題点を有する。
【００１３】
まず、最適な電流位相角は、電流指令の絶対値｜Ｉ＊｜、すなわち電流指令の大きさに依存する。｜Ｉ＊｜は、（Ｉｄ＊２＋Ｉｑ＊２）の平方根で求められる。よって、ｄ軸電流指令Ｉｄ＊を一定の電流位相角βを用いて計算したのでは、最適な電流位相とはならない。
【００１４】
また、ｑ軸電流指令Ｉｑ＊からｑ軸インダクタンスＬｑを導出し、ｑ軸インダクタンスＬｑからｑ軸電流指令Ｉｑ＊を計算するには収束演算が必要となり、処理時間の増大を招くため問題がある。
【００１５】
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、逆突極性を有したブラシレスモータに対して、演算処理時間が短く、同一電流に対して最も効率的にトルクを発生することのできるモータ制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するために請求項１に記載のモータ制御装置は、同一電流において出力トルクを最大化する磁石内装型モータの電流位相制御において、電流位相の進角量を電流指令の絶対値（大きさ）に応じた所定の関数として記憶させた電流位相進角量導出手段を備え、トルク指令値をトルク定数で除算して求めた電流指令値を絶対値変換器に入力し、得られた電流指令の絶対値を前記電流位相進角量導出手段に入力して前記電流指令の絶対値に応じた進角量Φ（ｃｏｓΦおよび−ｓｉｎΦ）を導出し、前記電流指令値に進角量ｃｏｓΦを乗じてｑ軸電流指令値とし、前記電流指令の大きさに進角量−ｓｉｎΦを乗じてd軸電流指令値とする。
【００１７】
また、請求項２に記載の電流位相の制御方法は、電流位相の進角量を電流指令の絶対値（大きさ）に応じた所定の関数として記憶させた電流位相進角量導出手段を備え、トルク指令値を電流指令値に変換するステップ１と、電流指令値を電流指令の絶対値に変換するステップ２と、前記電流位相進角量導出手段に前記電流指令の絶対値を入力し、電流指令の絶対値に応じた進角量Φ（ｃｏｓΦおよび−ｓｉｎΦ）を導出するステップ３と、ステップ１の電流指令値にステップ３で得られたｃｏｓΦを乗じてｑ軸電流指令値を、ステップ３で得られた−ｓｉｎΦに電流指令の絶対値を乗じてｄ軸電流指令値をそれぞれ求めるステップ４を備え、実際のモータ電流から算出した実際のｑ軸電流値とｄ軸電流値を、ステップ４で求めたｑ軸電流指令値とｄ軸電流指令値に追従するようにフィードバックして同一電流において逆突極性を有したブラシレスモータの出力トルクを最大化する。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１に記載のモータ制御装置によれば、電流位相進角量導出手段を備えることで、入力された電流指令の絶対値に応じた最適の電流位相の進角制御が可能となり、所望する出力トルクを得るのに必要な電流を最小とするトルク制御が実現できる。
【００１９】
また、請求項２に記載の電流位相の制御方法によれば、４つのステップにより、所望する出力トルクを得るのに必要な電流を最小とする最大トルク制御が実現できる。
【００２０】
したがって、磁石内装型モータを効率的に駆動することができるモータ制御装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
電流位相の進角量を電流指令の絶対値（大きさ）に応じた所定の関数として記憶させた電流位相進角量導出手段を備え、トルク指令値を電流指令値に変換するステップ１と、電流指令値を電流指令の絶対値に変換するステップ２と、前記電流位相角導出手段に電流指令の大きさを入力し、電流指令の絶対値に応じた進角量Φ（ｃｏｓΦおよび−ｓｉｎΦ）を導出するステップ３と、ステップ１の電流指令値にステップ３で得られたｃｏｓΦを乗じてｑ軸電流指令値を、ステップ３で得られた−ｓｉｎΦに電流指令の絶対値を乗じてｄ軸電流指令値をそれぞれ求めるステップ４を備え、実際のモータ電流から算出した実際のｑ軸電流値とｄ軸電流値を、ステップ４で求めたｑ軸電流指令値とｄ軸電流指令値に追従するようにフィードバックして同一電流において出力トルクを最大化する磁石内装型モータの電流位相の制御方法である。以下、実施の形態について説明する。
（実施の形態１）
実施の形態１について、図１〜図４を併用しながら詳細に説明する。図１は、本発明の要部である電流位相進角量導出手段の説明図、図２は、モータ制御装置における電流制御系のブロック図、図３は、逆突極性を有するブラシレスモータ（例えば、磁石内装型モータ）のトルク−電流位相角曲線の説明図、図４は、逆突極性を有するブラシレスモータのｄ軸およびｑ軸インダクタンス特性図である。
【００２２】
図１は、電流位相の進角量を導出する電流位相進角量導出手段とその周辺を示したもので、電流位相進角手段１１は、進角量Φを因数｜Ｉ＊｜で表した関数として記憶している。この関数は、シミュレーションおよび実機での測定結果により、各電流指令の絶対値に応じた最適電流位相角を導出して近似したものである。
【００２３】
電流指令値Ｉ＊は、トルク指令値Ｔをトルク定数Ｋｔで除算して求められ(ステップ１)、この電流指令値Ｉ＊を絶対値変換器１２に入力し、電流指令の絶対値｜Ｉ＊｜に変換（ステップ２）し、電流位相進角手段１１に入力する。電流位相進角手段１１では、入力された電流指令の絶対値｜Ｉ＊｜に応じた位相の進角量として、−ｓｉｎΦおよびｃｏｓΦを導出する（ステップ３）。
【００２４】
ｑ軸電流指令としてのトルク分電流指令値Ｉｑ＊は、電流指令値Ｉ＊にｃｏｓΦを乗じて求められ、ｄ軸電流指令としての励磁分電流指令値Ｉｄ＊は、電流指令の絶対値｜Ｉ＊｜に−ｓｉｎΦを乗じて求められる（ステップ４）。この励磁電流指令値Ｉｄ＊とトルク分電流指令値Ｉｑ＊を用いた電流制御について図２を用いて説明する。
【００２５】
図２において、図示しない速度制御系から得られるトルク指令値Ｔ＊から図１で説明したように電流位相進角手段１１を用いて、励磁電流指令値Ｉｄ＊およびトルク分電流指令値Ｉｑ＊が導出される。
【００２６】
ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊およびｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊は、励磁電流指令値Ｉｄ＊およびトルク分電流指令値Ｉｑ＊と３相／２相変換器２７から得られた励磁電流フィードバック値Ｉｄおよびトルク分電流フィードバック値Ｉｑとの偏差を、それぞれＰＩ制御器２２により演算される。
【００２７】
ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊およびｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊は、２相／３相変換器２３により電
流位相角θを用いて、３相の交流電圧指令値Ｖｕ＊、交流電圧指令値Ｖｖ＊および交流電圧指令値Ｖｗ＊に変換され、電力変換器２４により増幅された３相交流電圧が、逆突極性を有した磁石内装型モータ２６に入力される。
【００２８】
磁石内装型モータ２６に供給された３相の交流電流値Ｉｕおよび交流電流値Ｉｖは、電流検出器２５により検出され、３相／２相変換器２７により電流位相角θを用いて、励磁電流フィードバック値Ｉｄおよびトルク分電流フィードバック値Ｉｑに変換する。
【００２９】
次に、逆突極性を有する磁石内装型モータの電流位相角と出力トルクおよび電流の関係について図３を用いて説明する。図３では、永久磁石の磁束方向であるｄ軸に直交するｑ軸方向に電流を流すときの電流位相角を０として図示している。
【００３０】
逆突極性を有する磁石内装型モータの出力トルクは、式１で表されるとおり永久磁石により発生するマグネットトルクと、突極性に起因するリラクタンストルクとの和となる。したがって、ある一定の電流を入力したときに出力トルクが最大となる電流位相進角量Φが存在する。
【００３１】
しかしながら、ｄ軸インダクタンスＬｄおよびｑ軸インダクタンスＬｑは、励磁電流フィードバック値Ｉｄおよびトルク分電流フィードバック値Ｉｑの大きさに依存し、図４に示す関係がある。したがって、電流の絶対値が変わるとｄ軸インダクタンスＬｄ、ｑ軸インダクタンスＬｑも変化するため、電流の絶対値により進角量Φが変化する。
【００３２】
本発明は、この関係に着目して、電流位相の進角量を電流指令の絶対値に応じた所定の関数として電流位相進角手段に記憶させ、入力される電流指令の絶対値に応じた進角量Φから励磁電流指令値Ｉｄ＊およびトルク分電流指令値Ｉｑ＊を導出できる。
【００３３】
これにより、所望する出力トルクを得るのに必要な電流を最小とするトルク制御が実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明のモータ制御装置は、磁石内装型モータなどの逆突極性を有するブラシレスモータの高効率駆動に最適であり、高出力化に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施の形態１における電流位相進角量導出手段の説明図
【図２】本発明の実施の形態１におけるモータ制御装置の電流制御系ブロック図
【図３】逆突極性を有するブラシレスモータのトルク−電流位相角曲線の説明図
【図４】逆突極性を有するブラシレスモータのｄ軸およびｑ軸インダクタンス特性図
【図５】従来のモータ制御装置における電流制御系要部のブロック図
【符号の説明】
【００３６】
１１  電流位相進角手段
１２  絶対値変換器
２１  電流指令値演算回路
２２  ＰＩ制御器
２３  ２相／３相変換器
２４  電力変換器
２５  電流検出器
２６  磁石内装型モータ（逆突極性を有するブラシレスモータ）
２７  ３相／２相変換器
５１  ｑ軸電流指令算出部
５２  電流位相角制御部
５３  絶対値変換器
５４  電流位相角設定器
５５  リラクタンストルク考慮部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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