(57)【要約】【課題】永久磁石型同期電動機をインバータによって制御する場合、同期電動機のインダクタンス成分は、速度やトルクによって非線形に変動し、また、検出電圧精度も変動して高精度な制御ができない。【解決手段】インバータの直流回路から検出された電流と電圧から有効電力を算出する有効電力演算部を設ける。算出された有効電力からインバータのパワー素子損失分と、同期電動機のモータ損失分を差っ引くことで出力検出値を算出する。この出力検出値を、トルク指令と検出された速度信号とを乗算で得られた軸出力指令値から差し引くことで温度補償量を生成し、この温度補償量をｑ軸電流指令値に加算するように構成したものである。【選択図】  図１
2009124783.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石型同期電動機を可変速制御装置によって制御する制御装置であって、回転子位相角信号と、トルク指令と検出されたｑ軸電流とによって生成されるｑ軸電圧指令、及びｄ軸電流指令と検出されたｄ軸電流とで生成されたｄ軸電圧指令をＰＷＭ処理部に入力し、このＰＷＭ処理部の出力信号に基づいて可変速制御装置を制御するものにおいて、
前記可変速制御装置の直流回路から検出された電流と電圧から有効電力を算出する有効電力演算部と、前記可変速制御装置のパワー素子の損失を算出し出力するパワー素子用損失出力部と、前記同期電動機の損失を算出し出力するモータ損失出力部と、前記トルク指令と検出された速度信号とを乗算して軸出力指令値を生成する乗算部を備え、前記有効電力値からパワー素子の損失信号とモータ損失信号差し引くことで出力検出値を算出し、この出力検出値を前記軸出力指令値から差し引いた偏差信号を温度補償量として前記ｑ軸電流に加算してｑ軸電流指令値としたことを特徴とした同期電動機の温度補償装置。
【請求項２】
前記トルク指令をトルク−電流変換係数部に出力して所定の係数に変換し、この変換係数を前記温度補償量によって可変するようよう構成したことを特徴とした請求項1記載の同期電動機の温度補償装置。
【請求項３】
前記算出された有効電力が、予め定められた値以下の時には前記温度補償量の出力を所定値に保持するようよう構成したことを特徴とした請求項２記載の同期電動機の温度補償装置。
【請求項４】
前記パワー素子用損失出力部の出力は、スイッチングロス分と素子の定常損失に基づいて演算し、モータ損失出力部の出力は、配線の抵抗成分、モータの一次抵抗成分、モータの鉄損成分による損失、及びモータのメカロスによる損失に基づいて演算したことを特徴とした請求項１乃至３記載の何れかの同期電動機の温度補償装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は同期電動機の温度補償装置係り、特に同期電動機内の磁石温度と変化に伴う出力トルク変動を抑制するための温度補償装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
可変速制御装置（以下インバータという）によって永久磁石型同期電動機（以下同期電動機という）を制御する場合、同期電動機内の磁石温度が変化すると磁気特性が変化し、それに伴って出力トルクが変動する。
インバータによって同期電動機を運転制御する場合、（１）式で示すように電動機の出力トルクＴrqは、同期電動機内の磁束とコイル流れる電流の積によって得られる磁気トルク、回転子のリラクタンス成分によるリラクタンストルクの合成によって得られる。
Ｔrq＝φ・Ｉｑ＋（Ｌｄ−Ｌｑ）・Ｉｄ・Ｉｑ      ……（１）
ただし、φは電動機磁束、Ｌｄはｄ軸インダクタンス、Ｌｑはｑ軸インダクタンス、Ｉｄはｄ軸電流、Ｉｑはｑ軸電流で、ここではｄ軸とは回転子の磁束方向を示し、ｑ軸とはｑ軸から９０度位相が進んだ方向を示す。
【０００３】
同期電動機の温度補償装置としては、特許文献１や特許文献２が公知となっている。図４は特許文献１と等価な構成図で、磁束の温度補償器には、ｑ軸電流指令値Ｉq-ref、ｄ軸電流指令値Ｉd-ref、ｑ軸電圧指令Ｖq、ｄ軸電圧指令Ｖd、及び回転子角速度ω-detの各信号を入力して温度補償量Ｉq-cmpを算出し、その補償量をトルク−電流変換係数の出力値と加算されて電流指令値Ｉd-refを生成するように構成されている。
【特許文献１】特開２００１−１８６８００
【特許文献２】特開２００６−２６２５９８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図４で示す方式では、同期電動機内の磁石温度の変動が同期電動機Ｍの誘起電圧変化として現れるため、その影響は出力トルクとともにｑ軸電圧指令Ｖqとｄ軸電圧指令Ｖdに現れる。このトルク変動を抑制するために、特許文献１では特に電圧Ｖqがモデル電圧Ｖq-mdlと一致するようにＩq-cmpでｑ軸電流を補正することで、トルク指令に対する出力トルクの精度を向上させている。特許文献２では、（２）式で示すように一次巻線抵抗Ｒ１も温度によって変動するため、変動要因として扱っている。
Ｖq-mdl＝（ω・Ｌｄ・Ｉｄ）＋（Ｒ１＋ｐ・Ｌq）・Ｉq＋ω・φ    …（２）
ただし、Ｖq-mdlはｑ軸のモデル電圧、ωはロータ角速度、ｐは微分演算子
（１）式、（２）式による温度変動補償方式は、電動機の電気特性が線形であることを前提としている。しかし、実際には各インダクタンス成分Ｌd，Ｌqは、トルクや速度によって非線形に変動する。また、電圧成分もシビアに影響することを考慮すると、出力トルク精度を向上させるためには、電動機の電気特性の非線形を考慮し、且つ電圧検出精度を向上させる必要がある。
【０００５】
本発明が目的とするとこは、精度のよい温度補償を可能とした同期電動機の温度補償装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の請求項１は、永久磁石型同期電動機を可変速制御装置によって制御する制御装置であって、回転子位相角信号と、トルク指令と検出されたｑ軸電流とによって生成されるｑ軸電圧指令、及びｄ軸電流指令と検出されたｄ軸電流とで生成されたｄ軸電圧指令をＰＷＭ処理部に入力し、このＰＷＭ処理部の出力信号に基づいて可変速制御装置を制御するものにおいて、
前記可変速制御装置の直流回路から検出された電流と電圧から有効電力を算出する有効電力演算部と、前記可変速制御装置のパワー素子の損失を算出し出力するパワー素子用損失出力部と、前記同期電動機の損失を算出し出力するモータ損失出力部と、前記トルク指令と検出された速度信号とを乗算して軸出力指令値を生成する乗算部を備え、前記有効電力値からパワー素子の損失信号とモータ損失信号差し引くことで出力検出値を算出し、この出力検出値を前記軸出力指令値から差し引いた偏差信号を温度補償量として前記ｑ軸電流に加算してｑ軸電流指令値としたことを特徴としたものである。
【０００７】
本発明の請求項２は、前記トルク指令をトルク−電流変換係数部に出力して所定の係数に変換し、この変換係数を前記温度補償量によって可変するようよう構成したことを特徴としたものである。
【０００８】
本発明の請求項３は、前記算出された有効電力が、予め定められた値以下の時には前記温度補償量の出力を所定値に保持するようよう構成したことを特徴としたものである。
【０００９】
本発明の請求項４は、前記パワー素子用損失出力部の出力は、スイッチングロス分と素子の定常損失に基づいて演算し、モータ損失出力部の出力は、配線の抵抗成分、モートの一次抵抗成分、モータの鉄損成分による損失、及びモータのメカロスによる損失に基づいて演算したことを特徴としたものである。
【発明の効果】
【００１０】
以上のとおり、本発明によれば、軸出力指令と軸出力から誤差がなくなるようにq軸電流を補正したものである。これにより、その補正信号はデットタイムなどの誤差要因に影響されないインバータ直流回路から有効電力を求めて補正演算を実行し、各損失の影響が小さくなることから制御精度が向上するものである。また、モータの回路定数の精度を必要としないため、調整が不要となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、本発明の実施例を示す構成図で、１はインバータ、２はインバータ１によって制御される同期電動機、３は回転速度を検出するエンコーダで、検出された信号は位相検出器４に出力されて回転子位相角θ-detを求める。５は同期電動機への流入電流を検出する変流器で、電流検出器６を介してｄ軸電流検出値Ｉd-det、及びｑ軸電流検出値Ｉq-detを求め、減算部１２，１３へ出力する。７は速度検出器で、入力された回転子位相角ω-detを基に回転子角速度ω-detを求め、
速度検出値として出力すると共に、乗算部２６に出力されてトルク指令と乗算され軸出力指令Ｐower-refを生成する。８は磁束制御部で、算出された信号は磁束−電流変換係数部１０を経て減算部１２に出力され、Ｉd-refとの差演算が実行される。求められた信号は電流制御器１５においてｄ軸電圧指令値Ｖdが生成され、ＰＷＭ処理部１７に出力される。ＰＷＭ処理部１７は入力された回転子位相角θ-det、q軸電圧指令値Ｖq、及びｄ軸電圧指令値Ｖdを基にインバータ１を構成する各素子のゲート信号を生成し、出力する。
【００１２】
２０は本発明によるトルク誤差補正部である。トルク誤差の本質を考えると、トルクの誤差は有効電力の誤差である。よって、有効電力の管理を実行すれば、モデルの回路定数などは必要なく調整の手間も省くことが可能となる。有効電力はインバータ１の直流リンク部分で検出可能である。すなわち、２１は有効電力演算部で、この演算部２１にはインバータの直流回路から検出された直流電流Ｉdcと直流電圧Ｖdcが入力されて有効電力が算出され、その信号は減算部２２に出力される。２３はパワー素子の損失出力部で、予めインバータ１の効率などより求められたロス分を減算部２２に出力して有効電力からロス分を差し引く。
【００１３】
２４はモータ損失出力部で、予め同期電動機２の効率などより算出されたモータロス分を減算部２５に出力し、減算部２２の出力からこのモータロス分を差し引くことで、軸出力Ｐower-detを演算して減算部２７に出力する。減算部２７では、軸出力指令Ｐower-refと軸出力Ｐower-detとの差演算が実行され、電力制御器２８を介してｑ軸電流の補正信号Ｉp-cmpとして加算部１１に出力される。
加算部１１には、トルク−電流変換係数部９を経て電流指令値が入力されているのでそれと加算され、補正されたｑ軸電流指令Ｉq- refとして減算部１３に出力されて検出値Ｉq-detとの差演算が実施される。この差信号は電流制御器１６により演算されてq軸電圧指令Ｖqとなる。
【００１４】
なお、パワー素子の損失出力部２３でのパワー素子ロス分の演算として、スイッチングロス分については、キャリア周波数、直流電電圧、出力電流、及び力率の4項目による近似式から求め、素子の定常損失については、素子のドロップ分（ＩＧＢＴのドロップ分Ｖce、ダイオードドロップ分Ｖf）、出力電流、及び力率の３項目の近似式で演算し、パワー素子ロスは、スイッチングロスと素子の定常損失の２つの項目を考慮して算出する。また、モータ損失出力部２４におけるモータ損失の計算は、配線の抵抗成分による損失、モータの一次抵抗成分による損失、モータの鉄損成分による損失、及びモータのメカロスによる損失の４項目を考慮した近似式によって求められる。
【００１５】
この実施例によれば、軸出力指令Ｐower-refと軸出力Ｐower-detから誤差がなくなるようにq軸電流を補正したものである。一般に、インバータの出力電圧を計測する場合、デットタイムの影響や素子のドロップ分による影響を受けるため、運転条件によっては精度よく計測することはできない。本実施例では、デットタイムなどの誤差要因に影響されないインバータの直流回路から有効電力を求めて補正演算を実行しているので、各損失の影響はさらに小さくなるため制御精度が向上するものである。また、モータ効率演算には回路定数は必要となるが、モータの回路定数の精度を必要としないため、調整が不要となる。
【００１６】
図２は第２の実施例を示した構成図である。この実施例と図１で示す第１の実施例と相違する点は、電力制御器２８の出力をｑ軸電流補正として加算するのではなく、電力制御器２８の出力でトルク−電流変換係数部９ａの変換係数を補正したことである。このようにすることで、トルク急変時にもロバストな制御が可能なる。他は図１と同様である。
【００１７】
図３は第３の実施例を示した構成図である。この実施例と図２で示す第２の実施例と相違する点は、電力制御器２８へ軸出力指令Ｐower-refが直接入力されるように構成したことである。有効電力演算部２１によって算出される有効電力が小さいと補正係数に誤差が発生する。この実施例は、有効電力が或る値以下となった時に減算部２７からの入力をブロックし、トルク−電流変換係数部９ａの変換係数を指令Ｐower-refの値によっ調整することで、運転の全範囲に亘って安定なトルク補償を行うものである。他は実施例１と同様である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態を示す電力制御装置のブロック図。
【図２】本発明の他の実施形態を示す電力制御装置のブロック図。
【図３】本発明の他の実施形態を示す電力制御装置のブロック図。
【図４】従来の同期電動機の制御装置を示すブロック図。
【符号の説明】
【００１９】
１…  インバータ
２…  同期電動機
３…  エンコーダ
４…  位置検出器
５…  変流器
６…  電流検出器
７…  速度検出器
２０…  トルク誤差補正部
２１…  有効電力演算部
２３…  パワー素子用損失出力部
２４…  モータ損失出力部
２６…  乗算部
２８…  電力制御器
２２，２５、２７…  減算部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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