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JP3455017B2 - 車両駆動用永久磁石同期電動機の制御装置 - Google Patents

車両駆動用永久磁石同期電動機の制御装置

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Publication number
JP3455017B2
JP3455017B2 JP16276696A JP16276696A JP3455017B2 JP 3455017 B2 JP3455017 B2 JP 3455017B2 JP 16276696 A JP16276696 A JP 16276696A JP 16276696 A JP16276696 A JP 16276696A JP 3455017 B2 JP3455017 B2 JP 3455017B2
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JP
Japan
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command
torque
voltage
magnetic flux
value
Prior art date
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JP16276696A
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孝一 松岡
圭一郎 近藤
洋介 中沢
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Railway Technical Research Institute
Original Assignee
Toshiba Corp
Railway Technical Research Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp, Railway Technical Research Institute filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP16276696A priority Critical patent/JP3455017B2/ja
Publication of JPH1014273A publication Critical patent/JPH1014273A/ja
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Publication of JP3455017B2 publication Critical patent/JP3455017B2/ja
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    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L15/00—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles
    • B60L15/02—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles characterised by the form of the current used in the control circuit
    • B60L15/025—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles characterised by the form of the current used in the control circuit using field orientation; Vector control; Direct Torque Control [DTC]
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  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、車両駆動用永久磁
石同期電動機の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、車両駆動用永久磁石同期電動機を
制御する場合において、インバータ出力電圧が最大値に
近くなる高速運転を行う場合、永久磁石による逆起電圧
がインバータ出力最大電圧を越えて電流制御が不安定に
ならないように、余裕を見て、多めの弱め磁束電流を流
していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、弱め磁
束電流を多く流し続けると、電動機およびインバータの
効率が低下して望ましくない。本発明の目的は電流制御
系の安定性と効率向上の両立が可能な車両駆動用永久磁
石同期電動機の制御装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、請求項１に対応する発明は、直流電力を交流電力に
変換するインバータにより車両駆動用永久磁石同期電動
機を制御する車両駆動用永久磁石同期電動機の制御装置
において、前記車両駆動用永久磁石同期電動機の回転子
位相を入力として回転角速度を演算する回転角速度演算
部と、前記回転角速度演算部から出力される回転角速度
を入力として、磁束方向電流フィードフォワード指令値
を演算する磁束方向電流フィードフォワード演算部と、
電圧ベクトルの大きさ制限値である電圧ベクトル制限値
と、電圧ベクトルの大きさとの偏差に基づいて、磁束方
向電流補正値を演算する磁束方向電流補正値演算部と、
前記磁束方向電流フィードフォワード演算部から出力さ
れる磁束方向電流フィードフォワード指令値と、前記磁
束方向電流補正値演算部から出力される磁束方向電流補
正値との和である磁束方向電流指令値を出力する加算部
と、前記加算部から出力される磁束方向電流指令と、ト
ルク指令を入力として、磁束方向電流指令とトルク電流
指令を求める電流指令演算部と、前記電流指令演算部か
ら出力される磁束方向電流指令と前記トルク電流指令を
入力として、磁束方向電圧指令とトルク方向電圧指令を
出力する電圧フィードフォワード演算部と、前記電圧フ
ィードフォワード演算部からの磁束方向電圧指令及びト
ルク方向電圧指令を入力として、電圧ベクトルの大きさ
と電圧ベクトルの角度を演算する極座標変換部と、前記
極座標変換部からの電圧ベクトルの大きさを入力とし
て、入力された電圧ベクトルの大きさが、前記インバー
タの出力できる最大電圧を越えているときには、電圧ベ
クトルの大きさを制限して新たな電圧ベクトルの大きさ
として出力する電圧ベクトルの大きさ制限部と、前記磁
束方向電圧指令と、前記トルク方向電圧指令と、トルク
電流実際値と、磁束方向電流実際値と、前記回転角速度
を入力として、トルク実際値を演算する実トルク演算部
と、前記トルク指令と、前記トルク実際値を入力とし
て、前記トルク実際値が前記トルク指令に追従するよう
にトルク角補正値を演算するトルク角制御部と、前記電
圧ベクトルの大きさ制限部から出力される電圧ベクトル
の大きさと、前記電圧ベクトルの角度と、前記トルク角
補正値と、前記回転子位相との和を入力として、多相Ｐ
ＷＭ電圧指令を前記インバータに出力するＰＷＭ電圧発
生部とを有する車両駆動用永久磁石同期電動機の制御装
置である。
【０００５】請求項１に対応する発明によれば、電圧ベ
クトルの大きさがインバータ出力電圧最大値を超える場
合には、電圧ベクトルの大きさを固定することにより弱
め磁束電流を必要最小限に抑えるとともに、空転制御等
に必要な高速トルク制御性能を、トルク角制御によって
確保することができる。また、請求項１に対応する発明
によれば、磁束電流指令演算部が、磁束方向電流フィー
ドフォワード演算部と、磁束方向電流補正値演算部と、
加算部で構成されているため、微調整が不要である。
【０００６】前記目的を達成するため、請求項２に対応
する発明は、直流電力を交流電力に変換するインバータ
により車両駆動用永久磁石同期電動機を制御する車両駆
動用永久磁石同期電動機の制御装置において、前記車両
駆動用永久磁石同期電動機の回転子位相を入力として回
転角速度を演算する回転角速度演算部と、前記回転角速
度演算部から出力される回転角速度を入力として、磁束
方向電流フィードフォワード指令値を演算する磁束方向
電流フィードフォワード演算部と、電圧ベクトルの大き
さ制限値である電圧ベクトル制限値と、電圧ベクトルの
大きさとの偏差に基づいて、磁束方向電流補正値を演算
する磁束方向電流補正値演算部と、前記磁束方向電流フ
ィードフォワード演算部から出力される磁束方向電流フ
ィードフォワード指令値と、前記磁束方向電流補正値演
算部から出力される磁束方向電流補正値との和である磁
束方向電流指令を出力する加算部と、前記トルク方向電
圧指令ＶｑRef と、前記電動機回転角速度ωr と、前記
磁束方向電流実際値Ｉd と、前記トルク電流実際値Ｉq
を入力として、（ＶｑRef −Ｒq ・Ｉq ）÷ωr −（Ｌ
d ・Ｉd ）に基いて永久磁石磁束推定値を求めて出力す
る永久磁石磁束推定部と、前記加算部から出力される磁
束方向電流指令と、トルク指令と、前記永久磁石磁束推
定部からの永久磁石磁束推定値を入力として、磁束方向
電流指令とトルク電流指令を求める電流指令演算部と、
前記電流指令演算部から出力される磁束方向電流指令と
前記トルク電流指令を入力として、磁束方向電圧指令と
トルク方向電圧指令を出力する電圧フィードフォワード
演算部と、前記電圧フィードフォワード演算部からの磁
束方向電圧指令及び前記トルク方向電圧指令を入力とし
て、電圧ベクトルの大きさと電圧ベクトルの角度を演算
する極座標変換部と、前記極座標変換部からの電圧ベク
トルの大きさを入力として、入力された電圧ベクトルの
大きさが、前記インバータの出力できる最大電圧を越え
ているときには、電圧ベクトルの大きさを制限して新た
な電圧ベクトルの大きさとして出力する電圧ベクトルの
大きさ制限部と、前記磁束方向電圧指令と、前記トルク
方向電圧指令と、トルク電流実際値と、磁束方向電流実
際値と、前記回転角速度を入力として、トルク実際値を
演算する実トルク演算部と、前記トルク指令と、前記ト
ルク実際値を入力として、前記トルク実際値が前記トル
ク指令に追従するようにトル ク角補正値を演算するトル
ク角制御部と、前記電圧ベクトルの大きさ制限部から出
力される電圧ベクトルの大きさと、前記電圧ベクトルの
角度と、前記トルク角補正値と、前記回転子位相との和
を入力として、多相ＰＷＭ電圧指令を前記インバータに
出力するＰＷＭ電圧発生部とを有する車両駆動用永久磁
石同期電動機の制御装置である。
【０００７】請求項２に対応する発明によれば、永久磁
石磁束推定部を備えているので、請求項１に対応する発
明の作用に加えて、永久磁石の温度が変化しても制御が
可能である。
【０００８】前記目的を達成するため、請求項３に対応
する発明は、直流電力を交流電力に変換するインバータ
により車両駆動用永久磁石同期電動機を制御する車両駆
動用永久磁石同期電動機の制御装置において、前記車両
駆動用永久磁石同期電動機の回転子位相を入力として回
転角速度を演算する回転角速度演算部と、前記回転角速
度演算部から出力される回転角速度を入力として、磁束
方向電流フィードフォワード指令値を演算する磁束方向
電流フィードフォワード演算部と、電圧ベクトルの大き
さ制限値である電圧ベクトル制限値と、電圧ベクトルの
大きさとの偏差に基づいて、磁束方向電流補正値を演算
する磁束方向電流補正値演算部と、前記磁束方向電流フ
ィードフォワード演算部から出力される磁束方向電流フ
ィードフォワード指令値と、前記磁束方向電流補正値演
算部から出力される磁束方向電流補正値との和である磁
束方向電流指令値を出力する加算部と、前記加算部から
出力される磁束方向電流指令と、トルク指令を入力とし
て、磁束方向電流指令とトルク電流を求める電流指令演
算部と、前記電流指令演算部から出力される磁束方向電
流指令と前記トルク電流指令を入力として、磁束方向電
圧指令とトルク方向電圧指令を出力する電圧フィードフ
ォワード演算部と、前記電圧フィードフォワード演算部
からの磁束方向電圧指令及び前記トルク方向電圧指令を
入力として、電圧ベクトルの大きさと電圧ベクトルの角
度を演算する極座標変換部と、前記極座標変換部からの
電圧ベクトルの大きさを入力として、入力された電圧ベ
クトルの大きさが、前記インバータの出力できる最大電
圧を越えているときには、電圧ベクトルの大きさを制限
して新たな電圧ベクトルの大きさとして出力する電圧ベ
クトルの大きさ制限部と、磁束方向電流実際値と、前記
トルク電流実際値を入力として、トルク実際値を演算す
る実トルク演算部と、前記トルク指令と、前記トルク実
際値を入力として、前記トルク実際値が前記トルク指令
に追従するようにトルク角補正値を演算するトルク角制
御部と、前記電圧ベクトルの大きさ制限部から出力され
る電圧ベクトルの大きさと、前記極座標変換部から出力
される電圧ベクトルの角度と、前記トルク角補正値と、
前記回転子位相との和を入力として、多相ＰＷＭ電圧指
令を前記インバータに出力するＰＷＭ電圧発生部とを有
する車両駆動用永久磁石同期電動機の制御装置である。
【０００９】請求項３に対応する発明によれば、請求項
１と同様の作用効果が得られる。
【００１０】
【００１１】
【発明の実施の形態】＜第１の実施形態＞ 以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。第
１の実施形態を、図１〜図３を用いて説明する。図１に
示す第１の実施形態において、車両駆動用永久磁石同期
電動機ＳＭの制御装置は、磁束方向電流指令演算部１１
と、電圧指令演算部１２と、極座標変換部１３と、電圧
ベクトルの大きさ制限部１４と、実トルク演算部１５
と、トルク角制御部１６と、ＰＷＭ電圧発生部１７と、
回転角速度演算部１８とで構成される。なお、図１にお
いて、Ｗは直流架線、ＰＧはパンタグラフ、ＩＮＶはイ
ンバータである。
【００１２】磁束方向電流指令演算部１１においては、
後述する電動機角速度（電動機回転角周波数）ωｒを入
力として、次の演算により磁束方向電流指令ＩdRefを出
力する。
【００１３】今、永久磁石の磁束方向をｄ軸、それと直
角の方向をｑ軸とする。ＩdRefは、電動機回転角周波数
の大きさにより次の（1 ）式で求める。 ωr ≧ωr0の時、ＩdRef＝{(ωr0−ωr ）・Φf ｝÷（ωr ・Ｌd ） …（1 ） ωr ＜ωr0の時、ＩdRef＝０ ただし、ωr0は一定の角周波数、Φf は永久磁石磁束、
Ｌd はｄ軸インダクタンス。
【００１４】電圧指令演算部１２の動作を図２を用いて
説明する。電圧指令演算部１２は、電流指令演算部１２
１と、電圧フィードフォワード演算部１２２とで構成さ
れる。
【００１５】電流指令演算部１２１は、磁束方向電流指
令値演算部１１から出力される磁束方向電流指令値ＩdR
efと、トルク指令値ＴｏｒqRefを入力として、次の（2
）式の演算により磁束方向電流指令ＩdRef１とトルク
電流指令ＩqRefを求めて出力する。
【００１６】 ＩdRef１＝ＩdRef ＩqRef＝ＴｏｒqRef÷｛Φf ＋（Ｌd −Ｌq ）・ＩdRef１｝ …（2 ） ただし、Ｌq はｑ軸インダクタンス 電圧フィードフォワード演算部１２２においては、電流
指令演算部１２１から出力される磁束方向電流指令ＩdR
ef１と、トルク電流指令ＩqRefを入力として、磁束方向
電圧指令ＶdRefとトルク方向電圧指令ＶqRefを次の（3
）、（4 ）式により求める。
【００１７】 ＶdRef＝Ｒd ・ＩdRef１−ωr ・Ｌq ・ＩqRef …（3 ） ＶqRef＝Ｒq ・ＩqRef＋ωr ・（Ｌd ・ＩdRef１＋Φf ） …（4 ） ただし、Ｒd はｄ軸抵抗、Ｒq はｑ軸抵抗。
【００１８】極座標変換部１３においては、電圧指令演
算部１２から出力される磁束方向電圧指令ＶdRefとトル
ク方向電圧指令ＶqRefを入力として、次の演算により、
電圧ベクトルの大きさ｜Ｖ｜と電圧ベクトルの磁束軸方
向に対する角度δを出力する。
【００１９】
【数１】
【００２０】電圧ベクトルの大きさ制限部１４において
は、極座標変換部１３から出力される電圧ベクトルの大
きさ｜Ｖ｜を入力として、次の条件分岐によりあらたな
電圧ベクトルの大きさ｜Ｖ｜Lim を求めて出力する。
【００２１】 （１）｜Ｖ｜≧｜Ｖ｜Ref のとき、｜Ｖ｜Lim ＝｜Ｖ｜Ref （２）｜Ｖ｜＜｜Ｖ｜Ref のとき、｜Ｖ｜Lim ＝｜Ｖ｜ 実トルク演算部１５は、電圧指令演算部１２から出力さ
れる磁束方向電圧指令ＶdRefとトルク方向電圧指令ＶqR
efと、磁束方向電流実際値Ｉｄとトルク電流実際値Ｉｑ
と、回転角速度演算部１８から出力される電動機回転角
速度ωr を入力として、次の（7 ）式の演算によりトル
ク実際値を求めて出力する。
【００２２】 Ｔｏｒq ＝｛ＶdRef・Ｉd ＋ＶqRef・Ｉq ｝÷ωr …（7 ） トルク角制御部１６は、トルク指令値（実トルク）Ｔｏ
rqRef と実トルク演算部１５から出力されるトルク実際
値Ｔｏｒq を入力として次の（8 ）式で表される比例積
分制御によりトルク角補正値Δθを出力する。
【００２３】 Δθ＝｛（Ｋp ・ｓ＋Ｋi ）×（ＴｏｒqRef−Ｔｏｒq )}÷ｓ …（8 ） ただし、ｓ：微分演算子 Ｋp ：比例ゲイン、Ｋi ：積分ゲイン。
【００２４】ＰＷＭ電圧発生部１７の動作を図３を用い
て説明する。ＰＷＭ電圧発生部１７においては、電圧ベ
クトルの大きさ制限部１４から出力される電圧ベクトル
の大きさ｜Ｖ｜Lim と、トルク角制御部１６から出力さ
れるトルク角補正値Δθと、回転子位相θr と、極座標
変換部１３から出力される電圧ベクトル角度δの３値の
和であるインバータ位相θ１を入力として電圧指令Ｖｕ
PWM 、ＶｖPWM 、ＶｗPWM を出力する。
【００２５】ここで、ＮＰＣ（中性点クランプ式）イン
バータを用いて永久磁石同期電動機を駆動する場合を例
に説明する。入力されたインバータ位相θ１を用いて、
ｕ，ｖ，ｗ各相インバータ位相θu、θv 、θw を（9
）〜（11）式のように演算する。
【００２６】 θu ＝θ１＋π／２ …（9 ） θv ＝θ１＋π／２−２π／３ …（10） θw ＝θ１＋π／２−４π／３ …（11） Ｕ相インバータ位相θu を用いて次の（12）、（13）式
の演算によりＵ相ＰＷＭ電圧指令ＶｕPWM を出力する。
【００２７】 ＶｕPWM ＝＋Ｖｄｃ／２…（０≦θu ＜π） …（12） ＶｕPWM ＝−Ｖｄｃ／２…（π≦θu ＜２π） …（13） 同様にＶ相ＰＷＭ電圧指令ＶｖPWM 、Ｗ相電圧指令Ｖｗ
PWM も次の（14）〜（17）式のように出力される。
【００２８】 ＶｖPWM ＝＋Ｖｄｃ／２…（０≦θv ＜π） …（14） ＶｖPWM ＝−Ｖｄｃ／２…（π≦θv ＜２π） …（15） ＶｗPWM ＝＋Ｖｄｃ／２…（０≦θw ＜π） …（16） ＶｗPWM ＝−Ｖｄｃ／２…（π≦θw ＜２π） …（17） 回転角速度演算部１８においては、センサ１９により検
出される永久磁石磁束角度（回転子位相）θr を入力と
して、次の（18）式の演算により、電動機回転角速度ω
r を演算して出力する。
【００２９】 ωr ＝ｓ・θr …（18） （ｓは微分演算子） 以上述べた第１の実施形態によれば、電圧ベクトルの大
きさがインバータ出力電圧最大値を超える場合には、電
圧ベクトルの大きさを固定することにより弱め磁束電流
を必要最小限に抑えるとともに、空転制御等に必要な高
速トルク制御性能を、トルク角制御によって確保するこ
とができる。
【００３０】＜第２の実施形態＞本発明の車 両駆動用永久磁石同期電動機の制御装置に対
応する第２の実施形態を、図４を用いて説明する。
【００３１】第２の実施形態における車両駆動用永久磁
石同期電動機の制御装置１は、磁束方向電流指令演算部
１１と、電圧指令演算部１２と、極座標変換部１３と、
電圧ベクトルの大きさ制限部１４と、実トルク演算部１
５と、トルク角制御部１６と、ＰＷＭ電圧発生部１７
と、回転角速度演算部１８とで構成される。
【００３２】磁束方向電流指令演算部１１は、磁束方向
電流フィードフォワード演算部１１１と、磁束方向電流
補正値演算部１１２とで構成され、磁束方向電流フィー
ドフォワード演算部１１１は回転角速度演算部１８から
の電動機回転角速度ωr を入力として、磁束方向電流フ
ィードフォワード指令値ＩｄRef ＦＦを演算して出力す
る。磁束方向電流補正値演算部１１２は電圧ベクトルの
大きさの指令値｜Ｖ｜Lim と極座標変換部１３から出力
される電圧ベクトル｜Ｖ｜の大きさを入力として磁束方
向電流補正値を演算して出力する。そしてＩｄRef ＦＦ
と磁束方向電流補正値の和ＩｄRef を磁束方向電流指令
演算部１１から出力するものである。
【００３３】具体的には、電動機回転角速度ωr と、電
圧ベクトルの大きさ制限部１４から出力される電圧ベク
トルの大きさ｜Ｖ｜Lim と、極座標変換部１３から出力
される電圧ベクトルの大きさ｜Ｖ｜とを入力として、次
の（19）式の演算により磁束方向電流指令値ＩｄRef を
求めて出力する。
【００３４】ωr ≧ωr0の時、 ＩｄRef ＝{(ωr0−ωr ）・Φf ｝÷（ωr ・Ｌd ）＋ΔＩｄRef …（19） ωr ＜ωr0の時、ＩｄRef ＝ΔＩｄRef ただし、ωr0は一定の角周波数、Φf は永久磁石磁束、
Ｌd はｄ軸インダクタンス。
【００３５】ただし、ΔＩｄRef は、次の（20）式によ
り求めるものとする。 ΔＩｄRef ＝｛Ｋpd・ｓ・Ｋid｝×（｜Ｖ｜Lim −｜Ｖ｜）÷ｓ …（20） ただし、ｓは微分演算子、 Ｋpd：比例ゲイン、Ｋid：積分ゲイン。
【００３６】その他の構成要素における動作は、第１の
実施形態と同一である。以上述べた第２の実施形態によ
れば、磁束方向電流指令演算部１１が、磁束方向電流フ
ィードフォワード演算部１１１と、磁束方向電流補正値
演算部１１２と、加算部で構成されているため、微調整
が不要である。
【００３７】＜第３の実施形態＞本発明の車両駆動用永
久磁石同期電動機の制御装置に対応する第３の実施形態
を、図５および図６を用いて説明する。
【００３８】第３の実施形態における車両駆動用永久磁
石同期電動機の制御装置１は、図５に示すように磁束方
向電流指令演算部１１と、電圧指令演算部１２と、極座
標変換部１３と、電圧ベクトルの大きさ制限部１４と、
実トルク演算部１５と、トルク角制御部１６と、ＰＷＭ
電圧発生部１７と、回転角速度演算部１８と、永久磁石
磁束推定部２１とで構成される。
【００３９】永久磁石磁束推定部２１においては、図６
に示すように電圧指令演算部１２から出力されるトルク
方向電圧指令ＶｑRef と、電動機回転角速度ωr と、磁
束方向電流実際値Ｉd と、トルク電流実際値Ｉq を入力
として、次の演算により、永久磁石磁束推定値Φf ーＨ
を求めて出力する。
【００４０】Φf ーＨ＝（ＶｑRef −Ｒq ・Ｉq ）÷ω
r −（Ｌd ・Ｉd ） …（21）電圧指令演算部１２の構
成要素である電流指令演算部１２１と電圧フィードフォ
ワード演算部１２２は、永久磁石磁束推定部２１から出
力される永久磁石磁束Φf ーＨをもちいて、それぞれ次
のように動作する。
【００４１】電流指令演算部１２１においては、磁束方
向電流指令演算部１１から出力される磁束方向電流指令
値ＩｄＲｅｆと、トルク指令値ＴｏrqRef と、永久磁石
磁束推定部２１から出力される永久磁束推定値Φf ーＨ
を入力として、次の演算により磁束方向電流指令ＩｄRe
f １とトルク電流指令ＩｑRef を求めて出力する。
【００４２】 ＩｄRef １＝ＩｄRef …（22） ＩｑRef ＝ＴｏｒqRef÷｛Φf ーＨ＋（Ｌd −Ｌq ）・ＩｄRef １｝ …（23） ただし、Ｌd はｄ軸インダクタンス、Ｌq はｑ軸インダ
クタンスである。
【００４３】電圧フィードフォワード演算部１２２にお
いては、電流指令演算部１２１から出力される磁束方向
電流指令ＩｄRef と、トルク電流指令ＩｑRef と永久磁
石磁束推定部２１から出力される永久磁石磁束推定値Φ
f ーＨを入力として、磁束方向電圧指令ＶｄRef とトル
ク方向電圧指令ＶｑRef を次の演算により求める。
【００４４】 ＶｄRef ＝Ｒd ・ＩｄRef １−ωr ・Ｌq ・ＩｑRef …（24） ＶｑRef ＝Ｒq ・ＩｑRef ＋ωr ・（Ｌd ・ＩｄRef １＋Φf ーＨ） …（25） ただし、Ｒd はｄ軸抵抗、Ｒq はｑ軸抵抗であり、その
他の構成要素における動作は第１の実施形態と同一であ
る。
【００４５】以上述べた第３の実施形態によれば、永久
磁石磁束推定部２１を備えているので、第１の実施形態
の作用に加えて、永久磁石の温度が変化しても制御が可
能である。
【００４６】＜第４の実施形態＞本発明の車両駆動用永
久磁石同期電動機の制御装置に対応する第４の実施形態
を、図７を用いて説明する。
【００４７】磁束方向電流指令演算部１１と、電圧指令
演算部１２と、極座標変換部１３と、電圧ベクトルの大
きさ制限部１４と、実トルク演算部１５と、トルク角制
御部１６と、ＰＷＭ電圧発生部１７とで構成される。
【００４８】実トルク演算部１５においては、トルク電
流実際値Ｉq と、磁束方向電流実際値Ｉd を入力とし
て、次の演算により、実トルクＴｏｒｑを推定演算して
出力する。
【００４９】 Ｔｏｒｑ＝ｐ｛Φf ＋（Ｌd −Ｌq ）・Ｉd ｝・Ｉq …（26） （ｐは電動機極対数） 磁束電流指令演算部１１と、電圧指令演算部１２と、極
座標変換部１３と、電圧ベクトルの大きさ制限部１４
と、トルク角制御部１６と、ＰＷＭ電圧発生部１７の動
作は、第１の実施形態と同一である。以上述べた第４の
実施形態によれば、第１の実施形態と同様な作用効果が
得られる。
【００５０】
【発明の効果】本発明の車両駆動用永久磁石同期電動機
の制御装置によれば、インバータ出力電圧が最大値に近
くなる高速運転を行う場合にも、弱め磁束電流を最小限
に抑えながら電流制御系が不安定にならないようにする
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の車両駆動用永久磁石同期電動機の制御
装置の第１の実施形態の全体構成を説明するための機能
ブロック図。
【図２】図１の電圧指令演算部の構成を説明する図。
【図３】図１のＰＷＭ電圧発生部の動作を説明する図。
【図４】本発明の第２実施形態の磁束方向電流指令演算
部の動作を説明する図。
【図５】本発明の車両駆動用永久磁石同期電動機の制御
装置の第３の実施形態の全体構成を説明するための機能
ブロック図。
【図６】第３の実施形態における永久磁石磁束推定部の
動作を説明する図。
【図７】本発明の車両駆動用永久磁石同期電動機の制御
装置の第４の実施形態の全体構成を説明するための機能
ブロック図。
【符号の説明】
ＳＭ…車両駆動用永久磁石同期電動機、 １１…磁束方向電流指令演算部、 １２…電圧指令演算部、 １３…極座標変換部、 １４…電圧ベクトルの大きさ制限部、 １５…実トルク演算部、 １６…トルク角制御部、 １７…ＰＷＭ電圧発生部、 １８…回転角速度演算部、 Ｗ…直流架線、 ＰＧ…パンタグラフ、 ＩＮＶ…インバータ。
フロントページの続き (72)発明者 中沢 洋介 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東 芝府中工場内 (56)参考文献 特開 平８−126400（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−231677（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−30774（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−101691（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02P 5/408 - 5/412 H02P 7/628 - 7/632 H02P 21/00 H02P 6/00 - 6/24 B60L 1/00 - 3/12 B60L 7/00 - 13/00 B60L 15/00 - 15/42

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 直流電力を交流電力に変換するインバー
    タにより車両駆動用永久磁石同期電動機を制御する車両
    駆動用永久磁石同期電動機の制御装置において、 前記車両駆動用永久磁石同期電動機の回転子位相を入力
    として回転角速度を演算する回転角速度演算部と、前記回転角速度演算部から出力される回転角速度を入力
    として、磁束方向電流フィードフォワード指令値を演算
    する磁束方向電流フィードフォワード演算部と、 電圧ベクトルの大きさ制限値である電圧ベクトル制限値
    と、電圧ベクトルの大きさとの偏差に基づいて、磁束方
    向電流補正値を演算する磁束方向電流補正値演算部と、 前記磁束方向電流フィードフォワード演算部から出力さ
    れる磁束方向電流フィードフォワード指令値と、前記磁
    束方向電流補正値演算部から出力される磁束方向電流補
    正値との和である磁束方向電流指令値を出力する加算部
    と、 前記加算部から出力される磁束方向電流指令と、トルク
    指令を入力として、磁束方向電流指令とトルク電流指令
    指令を求める電流指令演算部と、 前記電流指令演算部から出力される磁束方向電流指令と
    前記トルク電流指令を入力として、磁束方向電圧指令と
    トルク方向電圧指令を出力する電圧フィードフォワード
    演算部と、 前記電圧フィードフォワード演算部からの 磁束方向電圧
    指令及びトルク方向電圧指令を入力として、電圧ベクト
    ルの大きさと電圧ベクトルの角度を演算する極座標変換
    部と、 前記極座標変換部からの電圧ベクトルの大きさを入力と
    して、入力された電圧ベクトルの大きさが、前記インバ
    ータの出力できる最大電圧を越えているときには、電圧
    ベクトルの大きさを制限して新たな電圧ベクトルの大き
    さとして出力する電圧ベクトルの大きさ制限部と、 前記磁束方向電圧指令と、前記トルク方向電圧指令と、
    トルク電流実際値と、磁束方向電流実際値と、前記回転
    角速度を入力として、トルク実際値を演算する実トルク
    演算部と、 前記トルク指令と、前記トルク実際値を入力として、前
    記トルク実際値が前記トルク指令に追従するようにトル
    ク角補正値を演算するトルク角制御部と、前記電圧ベク
    トルの大きさ制限部から出力される電圧ベクトルの大き
    さと、前記電圧ベクトルの角度と、前記トルク角補正値
    と、前記回転子位相との和を入力として、多相ＰＷＭ電
    圧指令を前記インバータに出力するＰＷＭ電圧発生部と
    を有する車両駆動用永久磁石同期電動機の制御装置。
  2. 【請求項２】 直流電力を交流電力に変換するインバー
    タにより車両駆動用永久磁石同期電動機を制御する車両
    駆動用永久磁石同期電動機の制御装置において、 前記車両駆動用永久磁石同期電動機の回転子位相を入力
    として回転角速度を演算する回転角速度演算部と、 前記回転角速度演算部から出力される回転角速度を入力
    として、磁束方向電流フィードフォワード指令値を演算
    する磁束方向電流フィードフォワード演算部と、 電 圧ベクトルの大きさ制限値である電圧ベクトル制限値
    と、電圧ベクトルの大きさとの偏差に基づいて、磁束方
    向電流補正値を演算する磁束方向電流補正値演算部と、 前記磁束方向電流フィードフォワード演算部から出力さ
    れる磁束方向電流フィードフォワード指令値と、前記磁
    束方向電流補正値演算部から出力される磁束方向電流補
    正値との和である磁束方向電流指令を出力する加算部
    と、前記トルク方向電圧指令ＶｑRef と、前記電動機回転角
    速度ωr と、前記磁束方向電流実際値Ｉd と、前記トル
    ク電流実際値Ｉq を入力として、 （ＶｑRef −Ｒq ・Ｉq ）÷ωr −（Ｌd ・Ｉd ）に基
    いて永久磁石磁束推定値を求めて出力する永久磁石磁束
    推定部と、 前記加算部から出力される磁束方向電流指令と、トルク
    指令と、前記永久磁石磁束推定部からの永久磁石磁束推
    定値を入力として、磁束方向電流指令とトルク電流指令
    を求める電流指令演算部と、 前記電流指令演算部から出力される磁束方向電流指令と
    前記トルク電流指令を 入力として、磁束方向電圧指令と
    トルク方向電圧指令を出力する電圧フィードフォワード
    演算部と、 前記電圧フィードフォワード演算部からの磁束方向電圧
    指令及び前記トルク方向電圧指令を入力として、電圧ベ
    クトルの大きさと電圧ベクトルの角度を演算する極座標
    変換部と、 前記極座標変換部からの電圧ベクトルの大きさを入力と
    して、入力された電圧ベクトルの大きさが、前記インバ
    ータの出力できる最大電圧を越えているときには、電圧
    ベクトルの大きさを制限して新たな電圧ベクトルの大き
    さとして出力する電圧ベクトルの大きさ制限部と、 前記磁束方向電圧指令と、前記トルク方向電圧指令と、
    トルク電流実際値と、磁束方向電流実際値と、前記回転
    角速度を入力として、トルク実際値を演算する実トルク
    演算部と、 前記トルク指令と、前記トルク実際値を入力として、前
    記トルク実際値が前記トルク指令に追従するようにトル
    ク角補正値を演算するトルク角制御部と、 前記電圧ベクトルの大きさ制限部から出力される電圧ベ
    クトルの大きさと、前記電圧ベクトルの角度と、前記ト
    ルク角補正値と、前記回転子位相との和を入力として、
    多相ＰＷＭ電圧指令を前記インバータに出力するＰＷＭ
    電圧発生部とを有する 車両駆動用永久磁石同期電動機の
    制御装置。
  3. 【請求項３】 直流電力を交流電力に変換するインバー
    タにより車両駆動用永久磁石同期電動機を制御する車両
    駆動用永久磁石同期電動機の制御装置において、 前記車両駆動用永久磁石同期電動機の回転子位相を入力
    として回転角速度を演算する回転角速度演算部と、前記回転角速度演算部から出力される回転角速度を入力
    として、磁束方向電流フィードフォワード指令値を演算
    する磁束方向電流フィードフォワード演算部と、 電圧ベクトルの大きさ制限値である電圧ベクトル制限値
    と、電圧ベクトルの大きさとの偏差に基づいて、磁束方
    向電流補正値を演算する磁束方向電流補正値演算部と、 前記磁束方向電流フィードフォワード演算部から出力さ
    れる磁束方向電流フィードフォワード指令値と、前記磁
    束方向電流補正値演算部から出力される磁束方向電流補
    正値との和である磁束方向電流指令値を出力する加算部
    と、 前記加算部から出力される磁束方向電流指令と、トルク
    指令を入力として、磁束方向電流指令とトルク電流指令
    を求める電流指令演算部と、 前記電流指令演算部から出力される磁束方向電流指令と
    前記トルク電流指令を入力として、磁束方向電圧指令と
    トルク方向電圧指令を出力する電圧フィードフォワード
    演算部と、 前記電圧フィードフォワード演算部からの 磁束方向電圧
    指令及び前記トルク方向電圧指令を入力として、電圧ベ
    クトルの大きさと電圧ベクトルの角度を演算する極座標
    変換部と、前記極座標変換部からの電圧ベクトルの大きさを入力と
    して、 入力された電圧ベクトルの大きさが、前記インバ
    ータの出力できる最大電圧を越えているときには、電圧
    ベクトルの大きさを制限して新たな電圧ベクトルの大き
    さとして出力する電圧ベクトルの大きさ制限部と、磁束方向電流実際値と、前記トルク電流実際値を入力と
    して、 トルク実際値を演算する実トルク演算部と、 前記トルク指令と、前記トルク実際値を入力として、前
    記トルク実際値が前記トルク指令に追従するようにトル
    ク角補正値を演算するトルク角制御部と、 前記電圧ベクトルの大きさ制限部から出力される電圧ベ
    クトルの大きさと、前記極座標変換部から出力される電
    圧ベクトルの角度と、前記トルク角補正値と、前記回転
    子位相との和を入力として、多相ＰＷＭ電圧指令を前記
    インバータに出力するＰＷＭ電圧発生部とを有する車両
    駆動用永久磁石同期電動機の制御装置。
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