永久磁石形同期電動機の制御装置
【課題】永久磁石形同期電動機の電流を一次鎖交磁束ベクトル軸基準のＭＴ座標で制御する際に、高効率運転ができるようなＭ軸電流指令を得る。
【解決手段】永久磁石形同期電動機の一次巻線に流れる電流を該一次巻線に鎖交する磁束ベクトルである一次鎖交磁束ベクトルと平行な軸のＭ軸成分と直交する軸のＴ軸成分に分けて制御する永久磁石形同期電動機の制御装置において、前記Ｍ軸成分電流の指令値を前記永久磁石同期電動機のトルク指令の２乗に比例させる。
【解決手段】永久磁石形同期電動機の一次巻線に流れる電流を該一次巻線に鎖交する磁束ベクトルである一次鎖交磁束ベクトルと平行な軸のＭ軸成分と直交する軸のＴ軸成分に分けて制御する永久磁石形同期電動機の制御装置において、前記Ｍ軸成分電流の指令値を前記永久磁石同期電動機のトルク指令の２乗に比例させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石形同期電動機の制御装置に関するもので、永久磁石形同期電動機の電流を一次鎖交磁束ベクトル軸基準のＭＴ座標で制御する際に、高効率運転ができるようなＭ軸電流指令を簡単に得るものである。
【背景技術】
【０００２】
図２に一例として従来の永久磁石形同期電動機の制御装置のブロック図を示し、以下にこの図に基づいて従来の技術を説明する。
ｄｑ軸電流指令生成器４は、トルク指令Ｔｒｅｆを入力し、永久磁石形同期電動機２の出力トルクがトルク指令Ｔｒｅf通りとなるような電流指令のｄ軸成分ｉｄｒｅｆとｑ軸成分ｉｑｒｅｆを出力する。ここで、ｄ軸は永久磁石形同期電動機２の回転子の永久磁石の向きに平行な軸であり、ｑ軸はそれと直交した軸である。一般に、ｉｑｒｅｆとｉｄｒｅｆは、
【０００３】
（数１）
ｉｑｒｅｆ＝Ｔｒｅｆ／（φ＋（Ｌｄ−Ｌｑ）・ｉｄｒｅｆ） …式（１）
ｉｄｒｅｆ＝Ａ−ＳＱＲＴ（Ａ・Ａ＋ｉｑｒｅｆ・ｉｑｒｅｆ） …式（２）
Ａ＝φ／２／（Ｌｑ−Ｌｄ） …式（３）
【０００４】
で求められる。式（１）は、所望のトルク得るためのものであり、式（２）は永久磁石形同期電動機２が最大効率で運転できるためのものである。ここで、Ｌｄ、Ｌｑはそれぞれ永久磁石形同期電動機２のｄ軸とｑ軸のインダクタンスであり、φは永久磁石磁束であり、Ａは式（３）で表される。またＳＱＲＴ（）は平方根の演算子である。
【０００５】
電流指令成分変換器５は、ｄｑ軸の電流指令をＭＴ軸の電流指令に座標変換したｉＭｒｅｆとｉＴｒｅｆを出力する。ここでＭ軸は永久磁石形同期電動機２の一次鎖交磁束ベクトルと平行な軸であり、Ｔ軸はそれと直交する軸である。電流成分変換器６は、電流検出器３で検出した永久磁石形同期電動機２の一次巻線電流をＭＴ軸の各成分に座標変換したｉＭとｉＴを出力する。電流制御部７は、入力した電流指令に電流が追従するような各軸電圧指令であるｖＭｒｅｆとｖＴｒｅｆを出力する。この際にＭ軸とＴ軸の両方の電流制御が困難となった場合はＴ軸の電流制御を優先した電圧指令を出力する。電圧指令成分変換器８は、ＭＴ軸の電圧指令を静止座標であるａｂ軸の成分であるｖａｒｅｆとｖｂｒｅｆに座標変換して出力する。電力変換器１は、入力した静止座標軸の電圧指令ｖａｒｅｆとｖｂｒｅｆ通りの電圧を永久磁石形同期電動機２へ出力する。その際に、出力できる電圧には上限があるため、出力電圧の大きさはその上限に制限されたものとなる。
【０００６】
前述したように、電力変換器１が出力できる電圧の大きさは有限なので、Ｍ軸とＴ軸の両方の電流制御が困難となる。そこで図２に示される従来技術では、電流制御部７により、Ｔ軸の電流制御を優先的に制御するようになっている。つまり、電力変換器１の出力電圧が上限に制限されている状態では、Ｔ軸電流はその指令ｉＴｒｅfに一致させることができるが、Ｍ軸電流はその指令ｉＭｒｅfと一致しなくなる。
【０００７】
これら電流指令は、ｄｑ軸電流指令生成器４と電流指令成分変換器５を介してトルク指令Ｔｒｅｆより生成されたものなので、Ｍ軸電流が指令に追従しないことで、永久磁石形同期電動機２の出力トルクがトルク指令Ｔｒｅfに追従しなくなってしまう。
この問題点を解決する手段が特許文献３に示されており、図３はそれを表したブロック図である。図３において、Ｔ軸電流指令生成器９によってトルク指令Ｔｒｅfから直接Ｔ軸電流指令ｉＴｒｅｆを得ている。その計算式は、
【０００８】
(数２)
ｉＴｒｅｆ＝Ｔｒｅｆ／φ１ …式（４）
φ１＝ＳＱＲＴ（φｄ・φｄ＋φｑ・φｑ） …式（５）
φｄ＝Ｌｄ・ｉｄ＋φ …式（６）
φｑ＝Ｌｑ・ｉｑ …式（７）
【０００９】
である。これによってＭ軸電流制御ができなくなっても永久磁石形同期電動機２の出力トルクをトルク指令に追従させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００３−２０９９９７号公報
【特許文献２】特開２００８−０６７４５３号公報
【特許文献３】特開２００８−１０４２６４号公報
【特許文献４】特開２００８−１３１７６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
図３に示した従来技術では、ｄｑ軸電流指令生成器４と電流指令生成器５によりＭ軸電流指令を求め、Ｔ軸電流指令生成器９によりＴ軸電流指令を求めており、電流指令生成のための演算が複雑である。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上記問題点を解決するために成されたものであり、永久磁石形同期電動機の一次巻線に流れる電流を該一次巻線に鎖交する磁束ベクトルである一次鎖交磁束ベクトルと平行な軸のＭ軸成分と直交する軸のＴ軸成分に分けて制御する永久磁石形同期電動機の制御装置において、前記Ｍ軸成分電流の指令値を前記永久磁石同期電動機のトルク指令の２乗に比例させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
図４は、出力トルクに対しての最大効率状態でのＭ軸電流を表したものである。同時に出力トルクの２乗曲線も示しており、両者は非常に一致していることが分かる。従って、Ｍ軸電流指令をトルク指令の２乗に比例させることで最大効率状態に近い状態で運転できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の永久磁石同期電動機の制御ブロック図である。（実施例１）
【図２】従来例１の永久磁石同期電動機の制御ブロック図である。
【図３】従来例２の永久磁石同期電動機の制御ブロック図である。
【図４】最大効率状態のＭ軸電流特性とトルク指令の２乗特性とを示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、本発明の１実施例を表した永久磁石同期電動機の制御ブロック図であり、ここではＭ軸電流指令生成器１０についてのみ説明する。
Ｍ軸電流指令生成器１０は、トルク指令Ｔｒｅｆを入力して、
【００１６】
(数３)
ｉＭｒｅｆ＝Ｂ・Ｔｒｅｆ・Ｔｒｅｆ …式（８）
【００１７】
でＭ軸電流指令ｉＭｒｅｆを求めて出力する。ここでＢは、最大効率状態のＭ軸電流を近似するための比例ゲインであり、所定出力トルクポイントで近似曲線と最大効率状態のＭ軸電流とが一致するように永久磁石形同期電動機２の電気的定数を用いて運転前に求めることができる。例えば永久磁石形同期電動機２の定格トルクＴｒを図２のＴｒｅｆとした場合のｉＭｒｅｆをｉＭｒとすると、ｉＭｒが定格トルク出力ポイントでの最大効率状態のＭ軸電流となる。従ってＢ＝ｉＭｒ／（Ｔｒ・Ｔｒ）となる。
本発明は、永久磁石形同期発電機の制御装置にも適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
簡単な演算で、最大効率に近い状態とすることができるＭ軸電流指令を得ることができることにより、安価なＣＰＵで実現が可能となり、装置のコスト低下にもつながる。
【符号の説明】
【００１９】
１ 電力変換器
２ 永久磁石形同期電動機
３ 電流検出器
４ ｄｑ軸電流指令生成器
５ 電流指令成分変換器
６ 電流成分変換器
７ 電流制御部
８ 電圧指令成分変換器
９ Ｔ軸電流指令生成器
１０ Ｍ軸電流指令生成器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石形同期電動機の制御装置に関するもので、永久磁石形同期電動機の電流を一次鎖交磁束ベクトル軸基準のＭＴ座標で制御する際に、高効率運転ができるようなＭ軸電流指令を簡単に得るものである。
【背景技術】
【０００２】
図２に一例として従来の永久磁石形同期電動機の制御装置のブロック図を示し、以下にこの図に基づいて従来の技術を説明する。
ｄｑ軸電流指令生成器４は、トルク指令Ｔｒｅｆを入力し、永久磁石形同期電動機２の出力トルクがトルク指令Ｔｒｅf通りとなるような電流指令のｄ軸成分ｉｄｒｅｆとｑ軸成分ｉｑｒｅｆを出力する。ここで、ｄ軸は永久磁石形同期電動機２の回転子の永久磁石の向きに平行な軸であり、ｑ軸はそれと直交した軸である。一般に、ｉｑｒｅｆとｉｄｒｅｆは、
【０００３】
（数１）
ｉｑｒｅｆ＝Ｔｒｅｆ／（φ＋（Ｌｄ−Ｌｑ）・ｉｄｒｅｆ） …式（１）
ｉｄｒｅｆ＝Ａ−ＳＱＲＴ（Ａ・Ａ＋ｉｑｒｅｆ・ｉｑｒｅｆ） …式（２）
Ａ＝φ／２／（Ｌｑ−Ｌｄ） …式（３）
【０００４】
で求められる。式（１）は、所望のトルク得るためのものであり、式（２）は永久磁石形同期電動機２が最大効率で運転できるためのものである。ここで、Ｌｄ、Ｌｑはそれぞれ永久磁石形同期電動機２のｄ軸とｑ軸のインダクタンスであり、φは永久磁石磁束であり、Ａは式（３）で表される。またＳＱＲＴ（）は平方根の演算子である。
【０００５】
電流指令成分変換器５は、ｄｑ軸の電流指令をＭＴ軸の電流指令に座標変換したｉＭｒｅｆとｉＴｒｅｆを出力する。ここでＭ軸は永久磁石形同期電動機２の一次鎖交磁束ベクトルと平行な軸であり、Ｔ軸はそれと直交する軸である。電流成分変換器６は、電流検出器３で検出した永久磁石形同期電動機２の一次巻線電流をＭＴ軸の各成分に座標変換したｉＭとｉＴを出力する。電流制御部７は、入力した電流指令に電流が追従するような各軸電圧指令であるｖＭｒｅｆとｖＴｒｅｆを出力する。この際にＭ軸とＴ軸の両方の電流制御が困難となった場合はＴ軸の電流制御を優先した電圧指令を出力する。電圧指令成分変換器８は、ＭＴ軸の電圧指令を静止座標であるａｂ軸の成分であるｖａｒｅｆとｖｂｒｅｆに座標変換して出力する。電力変換器１は、入力した静止座標軸の電圧指令ｖａｒｅｆとｖｂｒｅｆ通りの電圧を永久磁石形同期電動機２へ出力する。その際に、出力できる電圧には上限があるため、出力電圧の大きさはその上限に制限されたものとなる。
【０００６】
前述したように、電力変換器１が出力できる電圧の大きさは有限なので、Ｍ軸とＴ軸の両方の電流制御が困難となる。そこで図２に示される従来技術では、電流制御部７により、Ｔ軸の電流制御を優先的に制御するようになっている。つまり、電力変換器１の出力電圧が上限に制限されている状態では、Ｔ軸電流はその指令ｉＴｒｅfに一致させることができるが、Ｍ軸電流はその指令ｉＭｒｅfと一致しなくなる。
【０００７】
これら電流指令は、ｄｑ軸電流指令生成器４と電流指令成分変換器５を介してトルク指令Ｔｒｅｆより生成されたものなので、Ｍ軸電流が指令に追従しないことで、永久磁石形同期電動機２の出力トルクがトルク指令Ｔｒｅfに追従しなくなってしまう。
この問題点を解決する手段が特許文献３に示されており、図３はそれを表したブロック図である。図３において、Ｔ軸電流指令生成器９によってトルク指令Ｔｒｅfから直接Ｔ軸電流指令ｉＴｒｅｆを得ている。その計算式は、
【０００８】
(数２)
ｉＴｒｅｆ＝Ｔｒｅｆ／φ１ …式（４）
φ１＝ＳＱＲＴ（φｄ・φｄ＋φｑ・φｑ） …式（５）
φｄ＝Ｌｄ・ｉｄ＋φ …式（６）
φｑ＝Ｌｑ・ｉｑ …式（７）
【０００９】
である。これによってＭ軸電流制御ができなくなっても永久磁石形同期電動機２の出力トルクをトルク指令に追従させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００３−２０９９９７号公報
【特許文献２】特開２００８−０６７４５３号公報
【特許文献３】特開２００８−１０４２６４号公報
【特許文献４】特開２００８−１３１７６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
図３に示した従来技術では、ｄｑ軸電流指令生成器４と電流指令生成器５によりＭ軸電流指令を求め、Ｔ軸電流指令生成器９によりＴ軸電流指令を求めており、電流指令生成のための演算が複雑である。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上記問題点を解決するために成されたものであり、永久磁石形同期電動機の一次巻線に流れる電流を該一次巻線に鎖交する磁束ベクトルである一次鎖交磁束ベクトルと平行な軸のＭ軸成分と直交する軸のＴ軸成分に分けて制御する永久磁石形同期電動機の制御装置において、前記Ｍ軸成分電流の指令値を前記永久磁石同期電動機のトルク指令の２乗に比例させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
図４は、出力トルクに対しての最大効率状態でのＭ軸電流を表したものである。同時に出力トルクの２乗曲線も示しており、両者は非常に一致していることが分かる。従って、Ｍ軸電流指令をトルク指令の２乗に比例させることで最大効率状態に近い状態で運転できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の永久磁石同期電動機の制御ブロック図である。（実施例１）
【図２】従来例１の永久磁石同期電動機の制御ブロック図である。
【図３】従来例２の永久磁石同期電動機の制御ブロック図である。
【図４】最大効率状態のＭ軸電流特性とトルク指令の２乗特性とを示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、本発明の１実施例を表した永久磁石同期電動機の制御ブロック図であり、ここではＭ軸電流指令生成器１０についてのみ説明する。
Ｍ軸電流指令生成器１０は、トルク指令Ｔｒｅｆを入力して、
【００１６】
(数３)
ｉＭｒｅｆ＝Ｂ・Ｔｒｅｆ・Ｔｒｅｆ …式（８）
【００１７】
でＭ軸電流指令ｉＭｒｅｆを求めて出力する。ここでＢは、最大効率状態のＭ軸電流を近似するための比例ゲインであり、所定出力トルクポイントで近似曲線と最大効率状態のＭ軸電流とが一致するように永久磁石形同期電動機２の電気的定数を用いて運転前に求めることができる。例えば永久磁石形同期電動機２の定格トルクＴｒを図２のＴｒｅｆとした場合のｉＭｒｅｆをｉＭｒとすると、ｉＭｒが定格トルク出力ポイントでの最大効率状態のＭ軸電流となる。従ってＢ＝ｉＭｒ／（Ｔｒ・Ｔｒ）となる。
本発明は、永久磁石形同期発電機の制御装置にも適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
簡単な演算で、最大効率に近い状態とすることができるＭ軸電流指令を得ることができることにより、安価なＣＰＵで実現が可能となり、装置のコスト低下にもつながる。
【符号の説明】
【００１９】
１ 電力変換器
２ 永久磁石形同期電動機
３ 電流検出器
４ ｄｑ軸電流指令生成器
５ 電流指令成分変換器
６ 電流成分変換器
７ 電流制御部
８ 電圧指令成分変換器
９ Ｔ軸電流指令生成器
１０ Ｍ軸電流指令生成器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石形同期電動機の一次巻線に流れる電流を該一次巻線に鎖交する磁束ベクトルである一次鎖交磁束ベクトルと平行な軸のＭ軸成分と直交する軸のＴ軸成分に分けて制御する永久磁石形同期電動機の制御装置において、
前記Ｍ軸成分電流の指令値を前記永久磁石同期電動機のトルク指令の２乗に比例させることを特徴とする永久磁石形同期電動機の制御装置。
【請求項１】
永久磁石形同期電動機の一次巻線に流れる電流を該一次巻線に鎖交する磁束ベクトルである一次鎖交磁束ベクトルと平行な軸のＭ軸成分と直交する軸のＴ軸成分に分けて制御する永久磁石形同期電動機の制御装置において、
前記Ｍ軸成分電流の指令値を前記永久磁石同期電動機のトルク指令の２乗に比例させることを特徴とする永久磁石形同期電動機の制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−８１３１９（Ｐ２０１３−８１３１９Ａ）
【公開日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２０５７７（Ｐ２０１１−２２０５７７）
【出願日】平成２３年１０月５日（２０１１．１０．５）
【出願人】（０００００３１１５）東洋電機製造株式会社 (380)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月５日（２０１１．１０．５）
【出願人】（０００００３１１５）東洋電機製造株式会社 (380)
【Ｆターム（参考）】
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