JP2010259195A - 可変磁束モータドライブシステム - Google Patents

Abstract

【課題】磁化後の磁束を制御することのできる可変磁束モータを備えた可変磁束モータドライブシステムを提供することにある。
【解決手段】可変磁束モータ４の回転子の位相θを検出し、回転子の位相θが変化後の磁束を制御するために決められた磁化角度α内にあるときに、可変磁束モータ４に磁化電流を流すようにインバータ２を制御する制御部１０を備えた可変磁束モータドライブシステム１。
【選択図】 図１

Description

本発明は、磁束を変化させることのできる可変磁束モータを駆動するインバータを備えた可変磁束モータドライブシステムに関する。

近年、低保磁力の永久磁石を磁化することにより、磁束を変化させることのできる可変磁束モータが知られている（例えば、特許文献１，２参照）。また、可変磁束モータを備えた可変磁束モータドライブシステムが開示されている（例えば、特許文献３参照）。

特開２００６−２８０１９５号公報 特開２００８−０４８５１４号公報 特開２００８−１２５２０１号公報

しかしながら、上述のような可変磁束モータドライブシステムでは、磁化電流により磁化させた後の磁束のばらつきが大きく、必ずしも期待した磁束が得られない。その結果、トルク制御に負担が掛かり、期待のトルクが得られない場合もある。

そこで、本発明の目的は、磁化後の磁束を制御することのできる可変磁束モータを備えた可変磁束モータドライブシステムを提供することにある。

本発明の観点に従った可変磁束モータドライブシステムは、磁束を変化させるための永久磁石を回転子に備えた永久磁石同期電動機と、前記回転子の位相を検出する位相検出手段と、直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換して、前記永久磁石同期電動機を駆動するインバータと、前記位相検出手段により検出された前記回転子の位相に基づいて、前記永久磁石同期電動機の磁束を変化させる磁化電流を、変化後の磁束を制御するために決められた位相範囲内に前記回転子の位相があるときに流すように、前記インバータを制御する制御手段とを備えている。

本発明によれば、磁化後の磁束を制御することのできる可変磁束モータを備えた可変磁束モータドライブシステムを提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る可変磁束モータドライブシステムの構成を示すブロック図。 第１の実施形態に係る可変磁束モータの構成を示すブロック図。 第１の実施形態に係る電流基準演算部の構成を示すブロック図。 第１の実施形態に係る磁化許可判定部の処理手順を示すフローチャート。 本発明の第２の実施形態に係る可変磁束モータドライブシステムの構成を示すブロック図。 第２の実施形態に係る電流基準演算部の構成を示すブロック図。 第２の実施形態に係る位相補正部による回転子の位相の補正を示すグラフ図。 本発明の第３の実施形態に係る可変磁束モータドライブシステムの構成を示すブロック図。 第３の実施形態に係る電流基準演算部の構成を示すブロック図。 第３の実施形態に係る位相補正部による回転子の位相の補正を示すグラフ図。

以下図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る可変磁束モータドライブシステム１の構成を示すブロック図である。なお、以降の図における同一部分には同一符号を付してその詳しい説明を省略し、異なる部分について主に述べる。以降の実施形態も同様にして重複する説明を省略する。

可変磁束モータドライブシステム１は、インバータ２と、直流電源３と、可変磁束モータ４と、回転角度センサ５と、直流電圧検出器７と、交流電流検出器８Ｕ，８Ｗと、制御部１０とを備えている。

可変磁束モータ４は、磁束を変化させることのできる永久磁石同期電動機である。インバータ２から流される磁化電流により、可変磁束モータ４の磁束が変化する。

インバータ２は、直流電源３から供給された直流電力を三相交流電力に変換する。インバータ２は、変換した交流電力を可変磁束モータ４に供給する。インバータ２は、可変磁束モータ４に交流電力を出力することで、可変磁束モータ４を駆動する。

回転角度センサ５は、可変磁束モータ４の回転子の回転角度を検出する。回転角度センサ５は、検出した回転角度θを、制御部１０に出力する。

直流電圧検出器７は、インバータ２に入力される直流電圧（インバータ入力電圧）を検出する。直流電圧検出器７は、検出した直流電圧ＶＦＣを、制御部１０に出力する。

交流電流検出器８Ｕは、インバータ２から出力されるＵ相電流Ｉｕを検出する。交流電流検出器８Ｕは、検出したＵ相電流Ｉｕを信号として、制御部１０に出力する。交流電流検出器８Ｗは、インバータ２から出力されるＷ相電流Ｉｗを検出する。交流電流検出器８Ｗは、検出したＷ相電流Ｉｗを、制御部１０に出力する。

制御部１０は、トルク指令Ｔｍ＊、運転指令Ｒｕｎ＊、回転角度センサ５により検出された回転角度θ、直流電圧検出器７により検出された直流電圧ＶＦＣ、及び交流電流検出器８Ｕ，８Ｗによりそれぞれ検出された交流電流Ｉｕ，Ｉｗに基づいて、インバータ２を制御する。制御部１０は、インバータ２を介して、可変磁束モータ４の駆動や磁束を制御する。

図２は、本実施形態に係る可変磁束モータ４の構成を示すブロック図である。

可変磁束モータ４は、回転子４１と、固定子４２とを備えている。

回転子４１は、回転子鉄心４１１に固定磁石４１２と可変磁石４１３を組み込むことにより構成されている。固定磁石４１２は、磁束密度（磁束量）を変化させない永久磁石である。よって、固定磁石４１２には、高保磁力の磁性体を用いている。可変磁石４１３は、磁束密度（磁束量）を変化させる永久磁石である。よって、可変磁石４１３には、低保磁力の磁性体を用いている。

固定子４２は、固定子鉄心４２２に設けられたスロットＳＬに電機子巻線４２１を組み込むことにより構成されている。

可変磁束モータ４は、予め決められた位相の範囲を示す磁化角度αに回転子４１の位相（回転角度）θが入ったときに、磁化を許可する。

磁化角度αは、磁化後の磁束を制御するために予め決められた回転子４２の位相範囲を示している。この位相範囲は、磁化電流が流れる時点における回転子４２の位相θに対するものである。磁化角度αは、位相θがスロットＳＬを指す範囲内のうちの所定の範囲を示している。磁化角度αは、例えば実測値などに基づいて決められる。例えば、磁化角度αは、磁化後の磁束のばらつきが少なくなる位相の範囲又は磁化電流に対して最大磁束が得られる位相の範囲などのように決められる。

次に、図１を参照して、制御部１０によるインバータ２の制御について説明する。

制御部１０は、擬似微分器１１と、磁束指令演算部１２と、電流基準演算部１３と、座標変換部１４と、比例積分制御部１５と、フィードフォーワード補償部１６と、変調率演算部１７と、座標変換部１８と、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）回路１９と、ゲート指令生成部２０と、磁化要求生成部２１と、加算器ＡＤ１，ＡＤ２とを備えた構成である。

擬似微分器１１は、回転角度センサ５から入力された回転角度θを微分して、モータ角速度（回転子回転周波数、インバータ周波数）ωを算出する。擬似微分器１１は、算出したモータ角速度ωを、磁束指令演算部１２、比例積分制御部１５、フィードフォーワード補償部１６に出力する。

磁束指令演算部１２には、運転指令Ｒｕｎ＊が入力される。運転指令Ｒｕｎ＊は、可変磁束モータドライブシステム１を運転する場合は「１」、可変磁束モータドライブシステム１を停止する場合は「０」が入力される。磁束指令演算部１２は、運転指令Ｒｕｎ＊及び擬似微分器１１から入力されたモータ角速度ωに基づいて、磁束指令φ＊を演算する。磁束指令φ＊は、可変磁束モータ４の磁束を制御するための指令である。磁束指令演算部１２は、演算した磁束指令φ＊を、電流基準演算部１３、磁化要求生成部２１に出力する。

磁化要求生成部２１には、運転指令Ｒｕｎ＊が入力される。磁化要求生成部２１は、磁束指令演算部１２から入力された磁束指令φ＊及び運転指令Ｒｕｎ＊に基づいて、磁化要求フラグＦｒｑを生成する。磁化要求生成部２１は、生成した磁化要求フラグＦｒｑを、電流基準演算部１３に出力する。磁化要求フラグＦｒｑは、可変磁束モータ４の磁石磁束を変化させるための磁化を要求するためのフラグである。磁化要求フラグＦｒｑは、磁石磁束を変化さない場合は、「０」である。磁化要求フラグＦｒｑは、磁石磁束を変化させる場合は、「１」になる。

電流基準演算部１３は、トルク指令Ｔｍ＊、磁束指令演算部１２により演算された磁束指令φ＊、磁化要求生成部２１により生成された磁化要求フラグＦｒｑ、回転角度センサ５により検出された回転子４１の位相（回転角度）θが入力される。トルク指令Ｔｍ＊は、可変磁束モータ４から出力させるトルクの基準となる指令である。電流基準演算部１３は、トルク指令Ｔｍ＊及び磁束指令φ＊に基づいて、磁化電流指令値Ｉｄ＊及びトルク電流指令値Ｉｑ＊を演算する。電流基準演算部１３は、磁化要求フラグＦｒｑ及び位相θに基づいて、演算した磁化電流指令値Ｉｄ＊及びトルク電流指令値Ｉｑ＊を比例積分制御部１５に出力する。

磁化電流指令値Ｉｄ＊は、可変磁束モータ４に流す磁化電流（ｄ軸電流）Ｉｄを制御するための指令値である。トルク電流指令値Ｉｑ＊は、可変磁束モータ４に流すトルク電流（ｑ軸電流）Ｉｑを制御するための指令値である。ここで、ｄｑ軸上のｄ軸とは、磁石磁束方向の軸（磁気トルクに作用しない軸）である。ｄｑ軸上のｑ軸とは、磁石磁束方向の軸（ｄ軸）と直交する軸（磁気トルクに作用する軸）である。制御部１０は、磁化電流Ｉｄを流すことにより、可変磁束モータ４の磁束を変化させる。即ち、磁化電流Ｉｄは、可変磁束モータ４の可変磁石４１３の磁束を変化させる。

座標変換部１４には、回転角度センサ５により検出された回転角度（回転子４１の位相）θ及び交流電流検出器８Ｕ，８Ｗにより検出されたＵ相電流Ｉｕ及びＷ相電流Ｉｗが入力される。座標変換部１４は、回転角度θ、Ｕ相電流Ｉｕ及びＷ相電流Ｉｗに基づいて、インバータ２から出力された三相交流電流Ｉｕ，Ｉｗを、ｄｑ軸電流Ｉｄ，Ｉｑに変換する。座標変換部１４は、算出したｄ軸電流（磁化電流）Ｉｄ及びｑ軸電流（トルク電流）Ｉｑを比例積分制御部１５及びフィードフォーワード補償部１６に出力する。

比例積分制御部１５は、インバータ２の出力電圧を比例積分制御（ＰＩ制御：proportional-plus-integral control）する電流制御回路である。比例積分制御部１５には、電流基準演算部１３により演算された磁化電流指令値Ｉｄ＊及びトルク電流指令値Ｉｑ＊、座標変換部１４により演算された磁化電流Ｉｄ及びトルク電流Ｉｑ、及び擬似微分器１１により演算されたモータ角速度ωが入力される。比例積分制御部１５は、磁化電流指令値Ｉｄ＊、トルク電流指令値Ｉｑ＊、磁化電流Ｉｄ、トルク電流Ｉｑ、及びモータ角速度ωに基づいて、インバータ２の出力電圧を比例積分制御するためのｄ軸ＰＩ制御出力電圧指令値ＶｄＰ及びｑ軸ＰＩ制御出力電圧指令値ＶｑＰを演算する。比例積分制御部１５は、演算したｄｑ軸ＰＩ制御出力電圧指令値ＶｄＰ，ＶｑＰを、それぞれ加算器ＡＤ１，ＡＤ２に出力する。

フィードフォーワード補償部１６には、座標変換部１４により演算された磁化電流Ｉｄ及びトルク電流Ｉｑ、及び擬似微分器１１により演算されたモータ角速度ωが入力される。フィードフォーワード補償部１６は、インバータ２の出力電圧をフィードフォーワード制御により補償するためのｄｑ軸電圧補償値ＶｄＨ，ＶｑＨを演算する。フィードフォーワード補償部１６は、演算したｄｑ軸電圧補償値ＶｄＨ，ＶｑＨを、それぞれ加算器ＡＤ１，ＡＤ２に出力する。

加算器ＡＤ１には、比例積分制御部１５により演算されたｄ軸ＰＩ制御出力電圧指令値ＶｄＰ及びフィードフォーワード補償部１６により演算されたｄ軸電圧補償値ＶｄＨが入力される。加算器ＡＤ１は、ｄ軸ＰＩ制御出力電圧指令値ＶｄＰとｄ軸電圧補償値ＶｄＨを加算する。加算器ＡＤ１は、加算結果をｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊として、変調率演算部１７に出力する。

加算器ＡＤ２には、比例積分制御部１５により演算されたｑ軸ＰＩ制御出力電圧指令値ＶｑＰ及びフィードフォーワード補償部１６により演算されたｑ軸電圧補償値ＶｑＨが入力される。加算器ＡＤ２は、ｑ軸ＰＩ制御出力電圧指令値ＶｑＰとｑ軸電圧補償値ＶｑＨを加算する。加算器ＡＤ２は、加算結果をｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊として、変調率演算部１７に出力する。

変調率演算部１７には、直流電圧検出器７により検出された直流電圧ＶＦＣ及び加算器ＡＤ１，ＡＤ２のそれぞれにより演算されたｄｑ軸電圧指令値Ｖｄ＊，Ｖｑ＊が入力される。変調率演算部１７は、直流電圧ＶＦＣ及びｄｑ軸電圧指令値Ｖｄ＊，Ｖｑ＊に基づいて、ｄ軸電圧の変調率ＶｄＭ及びｑ軸電圧の変調率ＶｑＭを演算する。変調率演算部１７は、演算したｄｑ軸電圧の変調率ＶｄＭ，ＶｑＭを座標変換部１８に出力する。

座標変換部１８には、回転角度センサ５により検出された回転角度θ及び変調率演算部１７により演算されたｄｑ軸電圧の変調率ＶｄＭ，ＶｑＭが入力される。座標変換部１８は、回転角度θに基づいて、変調率演算部１７から入力されたｄｑ軸電圧の変調率ＶｄＭ，ＶｑＭを、三相交流のＵ相電圧指令Ｖｕ＊、Ｖ相電圧指令Ｖｖ＊及びＷ相電圧指令Ｖｗ＊に変換する。座標変換部１８は、演算した三相交流の電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊をＰＷＭ回路１９に出力する。

ゲート指令生成部２０には、運転指令Ｒｕｎ＊が入力される。運転指令Ｒｕｎ＊は、可変磁束モータ４の駆動開始又は可変磁束モータ４の停止を示している。ゲート指令生成部２０は、運転指令Ｒｕｎ＊に基づいて、ゲート指令Ｇｓｔを生成する。ゲート指令生成部２０は、生成したゲート指令Ｇｓｔを、ＰＷＭ回路１９に出力する。

可変磁束モータ４を駆動開始する場合は、ゲート指令生成部２０は、ゲート指令Ｇｓｔを「０」から「１」に変える。これにより、インバータ２は、ゲートスタートする。可変磁束モータ４を停止する場合は、ゲート指令生成部２０は、可変磁束モータ４の停止を示す運転指令Ｒｕｎ＊を受信後、所定時間の経過後に、ゲート指令Ｇｓｔを「１」から「０」に変える。これにより、インバータ２は、可変磁束モータ４が所定時間フリーランした後に、ゲートオフする。このフリーランは、可変磁束モータ４の誘起電圧を低減させて、可変磁石を減磁するためである。

ＰＷＭ回路１９には、座標変換部１８により演算された三相交流の電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊及びゲート指令生成部２０により生成されたゲート指令Ｇｓｔが入力される。ゲート指令Ｇｓｔが「１」の場合、ＰＷＭ回路１９は、座標変換部１８から入力された電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に基づいて、インバータ２をパルス幅変調（ＰＷＭ）により制御をするためのゲート信号ＧＳを生成して、インバータ２に出力する。ＰＷＭ回路１９は、ゲート信号ＧＳをインバータ２に出力することにより、インバータ２のスイッチング素子の駆動制御をする。これにより、インバータ２の出力が制御される。ゲート指令Ｇｓｔが「０」の場合、ＰＷＭ回路１９は、インバータ２をゲートオフする。

図３は、本実施形態に係る電流基準演算部１３の構成を示すブロック図である。

電流基準演算部１３は、電流指令値演算部１３１と、磁化許可判定部１３２とを備えている。

電流指令値演算部１３１には、トルク指令Ｔｍ＊及び磁束指令φ＊が入力される。電流指令値演算部１３１は、トルク指令Ｔｍ＊及び磁束指令φ＊に基づいて、磁化電流指令値Ｉｄ＊及びトルク電流指令値Ｉｑ＊をそれぞれ生成するためのｄ軸指令値Ｉｄ＊Ｔ及びｑ軸指令値Ｉｑ＊Ｔを演算する。

磁化許可判定部１３２には、磁化要求フラグＦｒｑ、回転子４１の位相θ、及び電流指令値演算部１３１により演算されたｄｑ軸指令値Ｉｄ＊Ｔ，Ｉｑ＊Ｔが入力される。磁化許可判定部１３２は、磁化要求フラグＦｒｑ及び位相θに基づいて、磁化電流を通電させるか否かを判定する。この判定結果に応じて、磁化許可判定部１３２は、ｄｑ軸指令値Ｉｄ＊Ｔ，Ｉｑ＊Ｔからトルク指令Ｔｍ＊及び磁束指令φ＊を生成して、比例積分制御部１５に出力する。

図４を参照して、磁化許可判定部１３２による磁化電流指令値Ｉｄ＊及びトルク電流指令値Ｉｑ＊を出力するまでの処理手順について説明する。

磁化許可判定部１３２は、磁化要求があるか否かを判定する（ステップＳ４０１）。磁化許可判定部１３２は、磁化要求フラグＦｒｑが「１」の場合、磁化要求があると判定する。磁化許可判定部１３２は、磁化要求があると判定した場合、ステップＳ４０２の処理に移る（ステップＳ４０１のＹｅｓ）。磁化許可判定部１３２は、磁化要求フラグＦｒｑが「０」の場合、磁化要求がないと判定する。磁化許可判定部１３２は、磁化要求がないと判定した場合、磁化電流を通電しない場合の処理を行うステップＳ４０４の処理に移る（ステップＳ４０１のＮｏ）。

磁化許可判定部１３２は、磁化要求があると判定した場合、位相θが磁化を許可する磁化角度α内にあるか否かを判定する（ステップＳ４０２）。磁化許可判定部１３２は、位相θが磁化角度α内にあると判定した場合、磁化電流を通電する場合の処理を行うステップＳ４０３の処理に移る（ステップＳ４０２のＹｅｓ）。磁化許可判定部１３２は、位相θが磁化角度α内にないと判定した場合、磁化電流を通電しない場合の処理を行うステップＳ４０４の処理に移る（ステップＳ４０１のＮｏ）。

磁化許可判定部１３２は、磁化電流を通電する場合、ｄｑ軸指令値Ｉｄ＊Ｔ，Ｉｑ＊Ｔに基づいて、磁化時の磁化電流指令値（磁化電流）Ｉｄ＊及び磁化時のトルク電流指令値Ｉｑ＊を比例積分制御部１５に出力する（ステップＳ４０３）。これにより、可変磁束モータ４は、磁束を変化させて駆動する。なお、このとき、磁化許可判定部１３２は、磁化電流指令値Ｉｄ＊に応じて、磁化によるトルク変動が抑えられるようにトルク電流指令値Ｉｑ＊を変化させてもよい。

磁化許可判定部１３２は、磁化電流を通電しない場合、ｄｑ軸指令値Ｉｄ＊Ｔ，Ｉｑ＊Ｔに基づいて、通常時の磁化電流指令値Ｉｄ＊及び通常時のトルク電流指令値Ｉｑ＊を比例積分制御部１５に出力する（ステップＳ４０４）。これにより、可変磁束モータ４は、磁束を変化させないで、通常の駆動をする。

本実施形態によれば、回転子４１の位相θが予め決められた磁化角度αに入ったときに、磁化電流を流すことで、期待する磁束指令φ＊に近い磁束になるように制御することができる。また、磁化角度αを変更することで、磁化後の磁束のばらつきを最小にしたり、磁化後の磁束の平均値が最大になるようにしたりすることができる。

（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態に係る可変磁束モータドライブシステム１Ａの構成を示すブロック図である。

可変磁束モータドライブシステム１Ａは、図１に示す第１の実施形態に係る可変磁束モータドライブシステム１において、制御部１０を制御部１０Ａに代えている。制御部１０Ａは、図１に示す制御部１０において、電流基準演算部１３を電流基準演算部１３Ａに代えている。その他の点は、可変磁束モータドライブシステム１と同様である。

図６は、本実施形態に係る電流基準演算部１３Ａの構成を示すブロック図である。

電流基準演算部１３Ａは、図３に示す第１の実施形態に係る電流基準演算部１３において、位相補正部１３３Ａを追加し、モータ角速度ωの入力を追加した構成である。その他の点は、電流基準演算部１３と同様である。

位相補正部１３３Ａには、回転子の位相θ及びモータ角速度ωが入力される。位相補正部１３３Ａは、回転子の位相θが確実に磁化角度α内にある状態で磁化電流を流すために、モータ角速度ωに基づいて、回転子の位相θを回転子の位相θｈに補正する。位相補正部１３３Ａは、補正した回転子の位相θｈを磁化許可判定部１３２に出力する。

磁化許可判定部１３２は、回転子の位相θの代わりに位相補正部１３３Ａにより補正された回転子の位相θｈを用いて、第１の実施形態で説明した処理と同様の処理を行う。

図７は、本実施形態に係る位相補正部１３３Ａによる回転子の位相θの補正を示すグラフ図である。

グラフＦ１は、回転子の位相θを表している。時刻ｔ１は、磁化要求をする時刻を示している。時刻ｔ２は、ゲート信号ＧＳを出力する時刻を示している。時刻ｔ３は、磁化電流が可変磁束モータ４に到達する時刻を示している。

補正後の回転子の位相θｈを求める位相補正式は、補正前の回転子の位相θ、モータ角速度ω、及び遅れ時間Ｔｄを用いると、次式のようになる。

θｈ＝θ−ω×Ｔｄ 式（１）
ここで、遅れ時間Ｔｄとは、磁化要求をする時刻ｔ１からゲート信号ＧＳが出力される時刻ｔ２を経て、磁化電流が可変磁束モータ４に到達する時刻ｔ３までの時間である。

磁化要求をしてから磁化電流が可変磁束モータ４に到達するまでの遅れ時間Ｔｄが決まる要素としては、モータ角速度ωによる依存度が高い。このため、位相補正部１３３Ａは、モータ角速度ωに基づいて、遅れ時間Ｔｄを求める。

位相補正部１３３Ａは、磁化要求をする時刻ｔ１での回転角度センサ５により検出された回転子の位相θから磁化電流が可変磁束モータ４に到達する時刻ｔ３での回転子の位相までの遅れ時間Ｔｄの間に生じる位相遅れｄθを求める。ここで、位相遅れｄθは、モータ角速度ωと遅れ時間Ｔｄとの積である。

位相補正部１３３Ａは、回転子の位相θから位相遅れｄθを減算して、回転子の位相θを位相θｈに補正する。即ち、回転角度センサ５により検出された回転子の位相θを、磁化要求をした場合に実際に可変磁束モータ４に磁化電流が流れる時点での位相に補正する。

磁化許可判定部１３２は、補正した回転子の位相θｈが磁化角度α内にあるときに、磁化要求をするために、磁化時のｄｑ軸電流指令値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を出力する。これにより、磁化電流は、実際の回転子の位相θが磁化角度α内にあるときに、可変磁束モータ４に流れる。

本実施形態によれば、第１の実施形態による作用効果に加え、以下の作用効果を得ることができる。

可変磁束モータドライブシステム１Ａは、モータ角速度ωに基づいて、磁化要求をしてから可変磁束モータ４に磁化電流が流れるまでの遅れ時間Ｔｄに生じる回転子の位相遅れｄθを考慮して、磁化要求をする。これにより、可変磁束モータドライブシステム１Ａは、第１の実施形態による構成よりも確実に回転子の位相θが磁化角度α内にある状態で磁化電流を流すことができる。

（第３の実施形態）
図８は、本発明の第３の実施形態に係る可変磁束モータドライブシステム１Ｂの構成を示すブロック図である。

可変磁束モータドライブシステム１Ｂは、図１に示す第１の実施形態に係る可変磁束モータドライブシステム１において、制御部１０を制御部１０Ｂに代えている。制御部１０Ｂは、図１に示す制御部１０において、電流基準演算部１３を電流基準演算部１３Ｂに代えている。その他の点は、可変磁束モータドライブシステム１と同様である。

図９は、本実施形態に係る電流基準演算部１３Ｂの構成を示すブロック図である。

電流基準演算部１３Ｂは、図３に示す第１の実施形態に係る電流基準演算部１３において、位相補正部１３３Ｂを追加し、モータ角速度ω、インバータ２に入力される直流電圧ＶＦＣ、及び制御部１０Ｂの制御周期ｆｃの入力を追加した構成である。その他の点は、電流基準演算部１３と同様である。

位相補正部１３３Ｂには、回転子の位相θ、モータ角速度ω、直流電圧ＶＦＣ、及び制御周期ｆｃが入力される。位相補正部１３３Ｂは、回転子の位相θが確実に磁化角度α内にある状態で磁化電流を流すために、モータ角速度ω、直流電圧ＶＦＣ、及び制御周期ｆｃに基づいて、回転子の位相θを回転子の位相θｈＢに補正する。位相補正部１３３Ｂは、補正した回転子の位相θｈＢを磁化許可判定部１３２に出力する。

磁化許可判定部１３２は、回転子の位相θの代わりに位相補正部１３３Ｂにより補正された回転子の位相θｈＢを用いて、第１の実施形態で説明した処理と同様の処理を行う。

図１０は、本実施形態に係る位相補正部１３３Ｂによる回転子の位相θの補正を示すグラフ図である。

グラフＦ１は、モータ角速度ωを表している。時刻ｔ１は、磁化要求をする時刻を示している。時刻ｔ２は、ゲート信号ＧＳを出力する時刻を示している。時刻ｔ３は、磁化電流が可変磁束モータ４に到達する時刻を示している。

補正後の回転子の位相θｈＢを求める位相補正式は、補正前の回転子の位相θ、モータ角速度ω、及び遅れ時間Ｔｄ１，Ｔｄ２を用いると、次式のようになる。

θｈＢ＝θ−ω×（Ｔｄ１＋Ｔｄ２） 式（２）
ここで、遅れ時間Ｔｄ１とは、磁化要求をする時刻ｔ１からゲート信号ＧＳが出力される時刻ｔ２までの時間である。遅れ時間Ｔｄ２とは、ゲート信号ＧＳが出力される時刻ｔ２から磁化電流が可変磁束モータ４に到達する時刻ｔ３までの時間である。

磁化要求をしてからゲート信号ＧＳが出力されるまでの遅れ時間Ｔｄ１が決まる要素としては、制御周期ｆｃによる依存度が高い。このため、位相補正部１３３Ｂは、制御周期ｆｃに基づいて、遅れ時間Ｔｄ１を求める。ここで、制御周期ｆｃとは、制御部１０Ｂにおける制御をするための演算処理を行う周期のことをいう。

ゲート信号ＧＳが出力されてから磁化電流が可変磁束モータ４に到達するまでの遅れ時間Ｔｄ２が決まる要素としては、モータ角速度ω及び直流電圧ＶＦＣによる依存度が高い。このため、位相補正部１３３Ｂは、モータ角速度ω及び直流電圧ＶＦＣに基づいて、遅れ時間Ｔｄ２を求める。

位相補正部１３３Ｂは、磁化要求をする時刻ｔ１での回転角度センサ５により検出された回転子の位相θから磁化電流が可変磁束モータ４に到達する時刻ｔ３での回転子の位相までの遅れ時間Ｔｄ１と遅れ時間Ｔｄ２との合計の遅れ時間（Ｔｄ１＋Ｔｄ２）との間に生じる位相遅れｄθＢを求める。ここで、位相遅れｄθＢは、合計の遅れ時間（Ｔｄ１＋Ｔｄ２）とモータ角速度ωとの積である。

位相補正部１３３Ｂは、回転子の位相θから位相遅れｄθＢを減算して、回転子の位相θｈＢに補正する。即ち、回転角度センサ５により検出された回転子の位相θを、磁化要求をした場合に実際に可変磁束モータ４に磁化電流が流れる時点での位相に補正する。

磁化許可判定部１３２は、補正した回転子の位相θｈＢが磁化角度α内にあるときに、磁化要求をするために、磁化時のｄｑ軸電流指令値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を出力する。これにより、磁化電流は、実際の回転子の位相θが磁化角度α内にあるときに、可変磁束モータ４に流れる。

本実施形態によれば、第１の実施形態による作用効果に加え、以下の作用効果を得ることができる。

可変磁束モータドライブシステム１Ｂは、モータ角速度ω、直流電圧ＶＦＣ、及び制御周期ｆｃに基づいて、磁化要求をしてから可変磁束モータ４に磁化電流が流れるまでの遅れ時間（Ｔｄ１＋Ｔｄ２）に生じる回転子の位相遅れｄθＢを考慮して、磁化要求をする。これにより、可変磁束モータドライブシステム１Ｂは、第２の実施形態による構成よりも精度を高くして、回転子の位相θが磁化角度α内にある状態で磁化電流を流すことができる。

なお、各実施形態において、可変磁束モータ４の回転角度（位相）θを検出するために回転角度センサ５を設ける構成としたが、これに限らない。可変磁束モータ４の回転角度θは、インバータ４の出力電流を検出し、検出された電流値に基づいて推定してもよい。このように推定された回転角度θを検出値として用いても、各実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

各実施形態において、可変磁束モータ４の構成は、図２に示す構成に限らない。各実施形態のように、短い時間の磁化電流により磁束を変化させることのできるモータであれば、どのような構成でもよい。例えば、可変磁束モータ４は、回転子に設けられた可変磁石の磁束を変化させるための磁化巻線が設けられていてもよい。また、この磁化巻線に磁化電流を流すための専用インバータなどを設けた磁化回路を可変磁束モータドライブシステムとして備えていてもよい。

各実施形態において、磁化角度αは、具体例として、磁化後の磁束のばらつきが少なくなる位相の範囲と、磁化電流に対して最大磁束が得られる位相の範囲とを挙げたがこれらに限らない。例えば、ある磁化角度αに対する実測値から何らかの傾向が見られた場合、磁化後の磁束をその傾向に従ったものに制御することができる。このように、磁化角度αは、可変磁束モータドライブシステムの適用される環境及び目的等に応じて、適時変更することができる。

第２の実施形態において、モータ角速度ω、直流電圧ＶＦＣ、及び制御周期ｆｃに基づいて、回転子の位相θを回転子の位相θｈＢに補正したが、これに限らない。モータ角速度ω、直流電圧ＶＦＣ、又は制御周期ｆｃのうちいずれか１つ以上の要素を用いて、回転子の位相θを補正するのであれば、これらの補正をしない場合よりも確実に回転子の位相θが磁化角度α内にあるときに、可変磁束モータ４に磁化電流を流すことができる。また、回転角度センサ５により検出された回転子の位相θのみを用いて、位相θが磁化角度α内にあるときに磁化電流を流す場合であっても、可変磁束モータ４に磁化電流が到達するまでの時間を考慮した予め決められた補正量で、位相θ又は磁化角度αを補正してもよい。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１…可変磁束モータドライブシステム、２…インバータ、３…直流電源、４…可変磁束モータ、５…回転角度センサ、７…直流電圧検出器、８Ｕ，８Ｗ…交流電流検出器、１０…制御部、１１…擬似微分器、１２…磁束指令演算部、１３…電流基準演算部、１４…座標変換部、１５…比例積分制御部、１６…フィードフォーワード補償部、１７…変調率演算部、１８…座標変換部、１９…ＰＷＭ回路、２０…ゲート指令生成部、２１…磁化要求生成部、ＡＤ１，ＡＤ２…加算器。

Claims (10)

1. 磁束を変化させるための永久磁石を回転子に備えた永久磁石同期電動機と、
   前記回転子の位相を検出する位相検出手段と、
   直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換して、前記永久磁石同期電動機を駆動するインバータと、
   前記位相検出手段により検出された前記回転子の位相に基づいて、前記永久磁石同期電動機の磁束を変化させる磁化電流を、変化後の磁束を制御するために決められた位相範囲内に前記回転子の位相があるときに流すように、前記インバータを制御する制御手段と
   を備えたことを特徴とする可変磁束モータドライブシステム。
2. 前記制御手段は、変化後の磁束のばらつきが小さくなるように前記位相範囲が決められたこと
   を特徴とする請求項１に記載の可変磁束モータドライブシステム。
3. 前記制御手段は、変化後の磁束の平均値が高くなるように前記位相範囲が決められたこと
   を特徴とする請求項１に記載の可変磁束モータドライブシステム。
4. 前記回転子の回転速度を検出する回転速度検出手段と、
   前記回転速度検出手段により検出された回転速度に基づいて、前記位相検出手段により検出された位相を、前記永久磁石同期電動機に前記磁化電流が流れる時点での位相に補正する位相補正手段とを備え、
   前記制御手段は、前記位相補正手段により補正された位相に基づいて、前記回転子の位相が前記位相範囲内にあるか否かを判定すること
   を特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の可変磁束モータドライブシステム。
5. 前記インバータに入力される直流電圧を検出する直流電圧検出手段と、
   前記直流電圧検出手段により検出された直流電圧に基づいて、前記位相検出手段により検出された位相を、前記永久磁石同期電動機に前記磁化電流が流れる時点での位相に補正する位相補正手段とを備え、
   前記制御手段は、前記位相補正手段により補正された位相に基づいて、前記回転子の位相が前記位相範囲内にあるか否かを判定すること
   を特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の可変磁束モータドライブシステム。
6. 前記制御手段の演算処理する周期に基づいて、前記位相検出手段により検出された位相を、前記永久磁石同期電動機に前記磁化電流が流れる時点での位相に補正する位相補正手段とを備え、
   前記制御手段は、前記位相補正手段により補正された位相に基づいて、前記回転子の位相が前記位相範囲内にあるか否かを判定すること
   を特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の可変磁束モータドライブシステム。
7. 直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換して、磁束を変化させるための永久磁石を回転子に備えた永久磁石同期電動機を駆動するインバータを制御するインバータ制御装置であって、
   前記回転子の位相を検出する位相検出手段と、
   前記位相検出手段により検出された前記回転子の位相に基づいて、前記永久磁石同期電動機の磁束を変化させる磁化電流を、変化後の磁束を制御するために決められた位相範囲内に前記回転子の位相があるときに流すように、前記インバータを制御する制御手段と
   を備えたことを特徴とするインバータ制御装置。
8. 前記回転子の回転速度を検出する回転速度検出手段と、
   前記回転速度検出手段により検出された回転速度に基づいて、前記位相検出手段により検出された位相を、前記永久磁石同期電動機に前記磁化電流が流れる時点での位相に補正する位相補正手段とを備え、
   前記制御手段は、前記位相補正手段により補正された位相に基づいて、前記回転子の位相が前記位相範囲内にあるか否かを判定すること
   を特徴とする請求項７に記載のインバータ制御装置。
9. 前記インバータに入力される直流電圧を検出する直流電圧検出手段と、
   前記直流電圧検出手段により検出された直流電圧に基づいて、前記位相検出手段により検出された位相を、前記永久磁石同期電動機に前記磁化電流が流れる時点での位相に補正する位相補正手段とを備え、
   前記制御手段は、前記位相補正手段により補正された位相に基づいて、前記回転子の位相が前記位相範囲内にあるか否かを判定すること
   を特徴とする請求項７又は請求項８に記載のインバータ制御装置。
10. 前記制御手段の演算処理する周期に基づいて、前記位相検出手段により検出された位相を、前記永久磁石同期電動機に前記磁化電流が流れる時点での位相に補正する位相補正手段とを備え、
    前記制御手段は、前記位相補正手段により補正された位相に基づいて、前記回転子の位相が前記位相範囲内にあるか否かを判定すること
    を特徴とする請求項７から請求項９のいずれか１項に記載のインバータ制御装置。

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