KR101576011B1

KR101576011B1 - Control device for permanent magnet motor

Info

Publication number: KR101576011B1
Application number: KR1020157027541A
Authority: KR
Inventors: 교케츠 소; 마사야 하라카와; 아츠오 하이시; 히로토 다케이; 사토루 데라시마; 아키라 이마나카
Original assignee: 미쓰비시덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2013-04-10
Filing date: 2013-04-10
Publication date: 2015-12-08
Anticipated expiration: 2033-04-10
Also published as: JP5791848B2; JPWO2014167678A1; KR20150119966A; CN105103434A; WO2014167678A1; TW201440412A; TWI500252B; CN105103434B

Abstract

회전하는 dq축 좌표계에 있어서의 2개의 성분인 d축 전류와 q축 전류를 각각 비례 적분 제어하는 PI 전류 제어기를 구비한 영구 자석형 모터의 제어 장치로서, PI 전류 제어기로부터 출력되는 d축 전압 지령과 PI 전류 제어기로부터 출력되는 q축 전압 지령을 소정의 각도로 회전 좌표 변환하여 d축 전압 보정 지령 및 q축 전압 보정 지령으로서 출력하는 회전 좌표 변환기(1)와, d축 전압 보정 지령의 절대값을 산출하는 절대값 연산기(13)와, q축 전압 보정 지령의 절대값을 산출하는 절대값 연산기(23)와, d축 전압 보정 지령의 절대값과 d축 전압 리미터값을 상기 소정의 각도로 회전 좌표 변환한 값인 d축 전압 회전 리미터값에 기초하여 d축 전압 포화량을 구하는 뺄셈기(14)와, q축 전압 보정 지령의 절대값과 q축 전압 리미터값을 소정의 각도로 회전 좌표 변환한 값인 q축 전압 회전 리미터값에 기초하여 q축 전압 포화량을 구하는 뺄셈기(24)를 구비한다. And a PI current controller for performing proportional and integral control of the d-axis current and the q-axis current, which are two components in a rotating dq axis coordinate system, wherein the d-axis voltage command outputted from the PI current controller And a q-axis voltage command output from the PI current controller are rotationally coordinate-converted by a predetermined angle and output as a d-axis voltage correction command and a q-axis voltage correction command; Axis voltage command, an absolute value calculator (23) for calculating an absolute value of the q-axis voltage correction command, an absolute value calculator (23) for calculating an absolute value of the d- A subtracter 14 for obtaining a d-axis voltage saturation value based on a d-axis voltage rotation limiter value obtained by rotational coordinate conversion, and a subtracter 14 for calculating an absolute value of the q-axis voltage correction command and a q- One And a subtractor 24 for obtaining a q-axis voltage saturation based on the q-axis voltage rotation limiter value.

Description

[0001] CONTROL DEVICE FOR PERMANENT MAGNET MOTOR [0002]

본 발명은 영구 자석형 모터의 제어 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a control apparatus for a permanent magnet motor.

영구 자석형 모터를 고속 운전시키거나, 모터 토크를 크게 발생시키거나 하면, 모터를 구동하기 위해서 높은 전압이 필요하게 되어, 앰프로부터 출력 가능한 전압을 넘어 버린다고 하는, 이른바 전압 포화의 상태가 발생한다. 전압 포화가 발생하면, 지령 대로의 속도나 토크가 나오지 않게 될 뿐만 아니라, 속도나 모터 전류가 진동하는 등의 제어 특성의 악화도 야기한다. When the permanent magnet type motor is operated at a high speed or when a large motor torque is generated, a so-called voltage saturation state occurs in which a high voltage is required to drive the motor and the voltage that can be output from the amplifier is exceeded. When the voltage saturation occurs, not only the speed or torque according to the command does not come out, but also the control characteristics such as the speed and the motor current are vibrated.

영구 자석형 모터의 경우, d축 전류(여자(勵磁) 전류)를 음으로 흘려서, 전압 포화의 발생을 억제한다고 하는 약한 자속 제어라고 불리는 방법이, 널리 알려져 있다. 그 일례로서, 전압 포화의 정도를 나타내는 전압 포화량을 검출하고, 그것에 따른 d축 전류를 흘린다고 하는 방식이, 특허 문헌 1 및 특허 문헌 2에 기재되어 있다. In the case of a permanent magnet type motor, a method called "weak magnetic flux control" in which the d-axis current (excitation current) is caused to flow in a negative direction to suppress the occurrence of voltage saturation is widely known. As an example thereof, Patent Literature 1 and Patent Literature 2 disclose a method of detecting a saturation amount of voltage indicating the degree of voltage saturation and passing a d-axis current accordingly.

전압 포화량은, 전압 지령값이 전압 리미터값에 대해서 오버하는 양에 상당한다. 따라서 전압 포화량은 전압 지령값과 전압 리미터값의 차분 연산으로 구할 수 있다. 또한 전압 지령값은 양·음의 양쪽을 생각할 수 있기 때문에, 전압 포화량은 양·음의 양쪽의 영역에서 발생한다. 전압 포화량은 전압 지령값과 전압 리미터값의 차분으로 구할 수 있지만, 실제로는 전압 지령값 및 전압 리미터값의 극성을 생각할 필요가 있기 때문에, 단순한 뺄셈기(減算器)만으로는 구할 수 없다. The voltage saturation amount corresponds to the amount by which the voltage command value exceeds the voltage limit value. Therefore, the saturation amount of voltage can be obtained by calculating the difference between the voltage command value and the voltage limiter value. Also, since the voltage command value can be considered both positive and negative, the voltage saturation amount occurs in both the positive and negative regions. Voltage saturation can be obtained by the difference between the voltage command value and the voltage limiter value. However, since it is necessary to consider the polarity of the voltage command value and the voltage limiter value, it can not be obtained by a simple subtractor.

이에, 전압 지령값의 절대값과 전압 리미터값(＋값만으로 좋음)을 고려하면, 전압 포화량은 어떤 경우라도, 단순하게 전압 지령값의 절대값-전압 리미터값의 뺄셈만으로 구하는 것이 가능하게 된다. 이와 같이 전압 지령값의 절대값-전압 리미터값의 뺄셈으로 전압 포화량을 구하는 방법은, 특허 문헌 3에 기재되어 있다. Thus, in consideration of the absolute value of the voltage command value and the voltage limiter value (which is good only), it is possible to obtain the voltage saturation amount simply by subtracting the absolute value-voltage limiter value of the voltage command value . The method of obtaining the voltage saturation amount by subtracting the absolute value-voltage limit value of the voltage command value as described above is described in Patent Document 3.

특허 문헌 1: 일본국 특허 제4507493호 공보Patent Document 1: Japanese Patent No. 4507493 특허 문헌 2: 일본국 특개 2000－341990호 공보Patent Document 2: Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-341990 특허 문헌 3: 일본국 특개평 11－27996호 공보Patent Document 3: Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-27996

근래, 자원 고등(高騰)의 영향이나 국제적인 지구 온난화 방지의 움직임을 배경으로, 이산화탄소의 발생원인 에너지 사용량의 억제에 대한 의식이 높아지고 있다. 그 중에서도, 세계 총발전량의 약 40%를 소비하는 회전(回轉) 전기(電機)가 주목되고 있어, 그 효율 개선이 급선무가 되고 있다. 이에, 리럭턴스 토크(reluctance torque)를 적극적으로 활용하여, 표면 자석형(SPM(Surface Permanent Magnet)) 모터보다도 효율이 좋은, 매입 자석형(IPM(Interior Permanent Magnet)) 모터가 많이 사용되기 시작하고 있다. In recent years, awareness of the suppression of energy use as a cause of carbon dioxide is rising with the backdrop of the influence of resource high and the global movement to prevent global warming. Among them, rotating electric machines consuming about 40% of the world's total electric power generation have been attracting attention, and the efficiency improvement has become a priority. Accordingly, a large number of interior permanent magnet (IPM) motors, which are more efficient than surface permanent magnet (SPM) motors, have been increasingly used by positively utilizing reluctance torque have.

영구 자석형 모터의 운전 모드에는, 「정전(正轉)·역행(力行)」, 「정전·회생(回生)」, 「역전(逆轉)·역행」, 「역전·회생」의 4종류가 존재한다. 표면 자석형 모터와 같이 d축 인덕턴스와 q축 인덕턴스에 차가 없는 경우, 모터의 운전 모드에 대해서, d축 전압과 q축 전압이 동작하는 영역이 직교 좌표(d축 전압과 q축 전압의 직교 좌표) 상에서, 완전하게 분할되어 있어, 같은 운전 모드 내이면, 전압 지령의 극성이 바뀌는 일이 없다. 이 때문에, 상술한 것처럼, 전압 지령값의 절대값-전압 리미터값의 뺄셈으로 전압 포화량을 구하는 방법을 적용할 수 있다. There are four types of operation modes of the permanent magnet type motor, namely, "normal rotation", "reverse rotation", "power recovery / regeneration", "reverse rotation / reverse rotation" do. When there is no difference between the d-axis inductance and the q-axis inductance as in the case of the surface magnet type motor, the region where the d-axis voltage and the q-axis voltage operate is the rectangular coordinate ), So that the polarity of the voltage command does not change if it is in the same operation mode. Therefore, as described above, a method of obtaining the voltage saturation amount by subtracting the absolute value-voltage limit value of the voltage command value can be applied.

한편, 매입 자석형(IPM) 모터에서는, d축 전류를 흘림으로써 리럭턴스 토크를 발생시킨다. 매입 자석형 모터에서는, 같은 운전 모드 내에서도 전압 지령의 극성이 바뀔 가능성이 있다. 이 때문에, 전압 포화량을 전압 지령값의 절대값-전압 리미터값의 뺄셈에 의해 구하는 방법을 사용할 수 없게 된다. 조건 분기(分岐) 등을 사용하면서, 정확한 전압 포화량을 도출하는 것이 불가능하지는 않지만, 단순한 뺄셈기 만으로는 되지 않아, 계산이 복잡하게 되는 것이 상정된다. On the other hand, in the embedded magnet type (IPM) motor, the d-axis current is caused to flow to generate the reluctance torque. In the embedded magnet type motor, the polarity of the voltage command may change even in the same operation mode. Therefore, it is not possible to use a method of obtaining the voltage saturation amount by subtracting the absolute value-voltage limit value of the voltage command value. It is not impossible to derive an accurate voltage saturation amount while using a conditional branch (branch) or the like, but it is assumed that a simple subtractor is not sufficient and the calculation becomes complicated.

본 발명은 상기를 감안하여 이루어진 것으로서, 표면 자석형 모터, 매입 자석형 모터를 불문하고, 단순한 뺄셈기만으로 전압 포화량을 구할 수 있는 영구 자석형 모터의 제어 장치를 얻는 것을 목적으로 한다. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a permanent magnet motor control apparatus which can obtain a saturation amount of voltage by a simple subtractor regardless of whether it is a surface magnet type motor or an embedded magnet type motor.

상술한 과제를 해결하여 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 영구 자석형 모터에 인가하는 전류를, 회전하는 dq축 좌표계에 있어서의 2개의 성분인 d축 전류와 q축 전류를 각각 비례 적분 제어하는 PI 전류 제어기를 구비한 영구 자석형 모터의 제어 장치로서, 상기 d축 전류를 제어하기 위해서 상기 PI 전류 제어기로부터 출력되는 d축 전압 지령과, 상기 q축 전류를 제어하기 위해서 상기 PI 전류 제어기로부터 출력되는 q축 전압 지령을 소정의 각도로 각각 회전 좌표 변환하여, 상기 회전 좌표 변환의 결과를 d축 전압 보정 지령 및 q축 전압 보정 지령으로서 출력하는 전압 지령 회전 좌표 변환기와, 상기 d축 전압 보정 지령의 절대값을 산출하는 제1 절대값 연산기와, 상기 q축 전압 보정 지령의 절대값을 산출하는 제2 절대값 연산기와, 상기 d축 전압 보정 지령의 절대값과 상기 d축 전압 지령을 제한하기 위한 d축 전압 리미터값을 상기 소정의 각도로 회전 좌표 변환한 값인 d축 전압 회전 리미터값에 기초하여 d축 전압 포화량을 구하는 제1 뺄셈기와, 상기 q축 전압 보정 지령의 절대값과 상기 q축 전압 지령을 제한하기 위한 q축 전압 리미터값을 상기 소정의 각도로 회전 좌표 변환한 값인 q축 전압 회전 리미터값에 기초하여 q축 전압 포화량을 구하는 제2 뺄셈기를 구비하는 것을 특징으로 한다. In order to solve the above-described problems and to achieve the object, the present invention is characterized in that the current to be applied to the permanent magnet type motor is proportional integral control of the d-axis current and the q-axis current, which are two components in the rotating dq axis coordinate system A control apparatus for a permanent magnet motor having a PI current controller, comprising: a d-axis voltage command output from the PI current controller for controlling the d-axis current; and a d-axis voltage command output from the PI current controller Axis voltage command and a q-axis voltage command; a voltage command rotation coordinate converter for converting the q-axis voltage command to a d-axis voltage command and a q-axis voltage command; A second absolute value calculator for calculating an absolute value of the q-axis voltage correction command, and a second absolute value calculator for calculating an absolute value of the q- And a d-axis voltage limiter for limiting the d-axis voltage command to the d-axis voltage limiter, wherein the d-axis voltage limiter comprises: a first subtractor for obtaining a d- , A q-axis voltage rotation limiter value obtained by rotationally coordinate-converting the absolute value of the q-axis voltage correction command and the q-axis voltage limiter value for limiting the q-axis voltage command to the predetermined angle, And a second subtracter for subtracting the second subtractor from the second subtractor.

본 발명에 따른 영구 자석형 모터의 제어 장치는, 표면 자석형 모터, 매입 자석형 모터를 불문하고, 단순한 뺄셈기만으로 전압 포화량을 구할 수 있다고 하는 효과를 달성한다. The control device for a permanent magnet motor according to the present invention achieves the effect that the amount of saturation of voltage can be obtained by a simple subtractor regardless of whether it is a surface magnet type motor or an embedded magnet type motor.

도 1은 본 발명에 따른 영구 자석형 모터의 제어 장치의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 2는 전압 지령값과 전압 리미터값과 전압 포화량의 관계의 일례를 나타내는 도면이다.
도 3은 전압 지령값의 절대값과 전압 리미터값에 의한 전압 포화량의 산출의 일례를 나타내는 도면이다.
도 4는 모터 속도 ω와 토크 전류 iq의 직교 좌표상에 있어서의 4종류의 운전 모드의 분포를 나타내는 도면이다.
도 5는 d축 전류 id와 q축 전류 iq의 직교 좌표상에 있어서의 모터 전압의 등전압선(等電壓線)의 일례를 나타내는 도면이다.
도 6은 표면 자석형 모터에 있어서의 d축 전압 Vd와 q축 전압 Vq의 직교 좌표상에 있어서의 모터 운전 모드를 나타내는 도면이다.
도 7은 매입 자석형 모터의 정전·역행 운전에 있어서의 d축 전압 Vd와 q축 전압 Vq의 일례를 나타내는 도면이다.
도 8은 표면 자석형 모터를 이용한 경우의 전압 지령값과 전압 리미터값, 및 그 양자로부터 구해지는 전압 포화량의 관계를 나타내는 도면이다.
도 9는 매입 자석형 모터를 이용한 경우의 전압 지령값과 전압 리미터값, 및 그 양자로부터 구해지는 전압 포화량의 관계를 나타내는 도면이다.
도 10은 각도 β로 회전 좌표 변환시킨 후의 전압 지령값과 전압 리미터값, 및 그 양자로부터 구해지는 전압 포화량의 관계를 나타내는 도면이다. 1 is a diagram showing a configuration example of a control apparatus for a permanent magnet motor according to the present invention.
2 is a diagram showing an example of a relationship between a voltage command value and a voltage limiter value and a voltage saturation amount.
3 is a diagram showing an example of calculation of the voltage saturation amount by the absolute value of the voltage command value and the voltage limiter value.
4 is a diagram showing the distribution of the four kinds of operation modes on the Cartesian coordinates of the motor speed? And the torque current iq.
5 is a diagram showing an example of an equal voltage line of the motor voltage on the Cartesian coordinates of the d-axis current id and the q-axis current iq.
6 is a diagram showing the motor operation mode on the Cartesian coordinates of the d-axis voltage Vd and the q-axis voltage Vq in the surface magnet type motor.
Fig. 7 is a diagram showing an example of the d-axis voltage Vd and the q-axis voltage Vq in the electrostatic and retrograde operation of the embedded magnet type motor.
8 is a graph showing the relationship between the voltage command value and the voltage limiter value when the surface magnet type motor is used, and the voltage saturation amount obtained from both.
9 is a diagram showing the relationship between the voltage command value and the voltage limiter value when the embedded magnet type motor is used, and the voltage saturation amount obtained from both.
Fig. 10 is a diagram showing the relationship between the voltage command value and the voltage limiter value obtained by rotational coordinate conversion at the angle?, And the voltage saturation amount obtained from both.

이하에, 본 발명에 따른 영구 자석형 모터의 제어 장치의 실시 형태를 도면에 기초하여 상세하게 설명한다. 또한, 이 실시 형태에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다. DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of a control apparatus for a permanent magnet motor according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited by these embodiments.

실시 형태. Embodiments.

도 1은 본 발명에 따른 영구 자석형 모터의 제어 장치의 구성예를 나타내는 도면이다. 본 실시 형태의 영구 자석형 모터의 제어 장치는, 영구 자석형 모터(34)에 인가하는 전류를, 회전하는 직교 좌표계인 dq축 좌표계의 2개의 성분(d축 전류, q축 전류)으로 나누어 비례 적분 제어(PI(Proportional Integral) 제어)한다. 본 실시 형태의 영구 자석형 모터의 제어 장치는, 후술하는 전압 지령 Vu*, Vv*, Vw*에 기초하여 영구 자석형 모터(34)에 전력을 공급하는 PWM 인버터(32)와, 영구 자석형 모터(34)의 전류 iu, iv, iw를 검출하는 전류 검출기(33a, 33b, 33c)와, 영구 자석형 모터(34)의 모터 속도 ω를 검출하는 속도 검출기(35)를 구비한다. 영구 자석형 모터(34)는 표면 자석형 모터여도 좋고, 매입 자석형 모터여도 좋다. 또, 본 실시 형태의 영구 자석형 모터의 제어 장치는, 속도 검출기(35)가 검출한 영구 자석형 모터(34)의 모터 속도 ω(ωr)에 기초하여 dq축 좌표의 회전 각속도 ωe를 연산하는 계수기(37)와, 회전 각속도 ωe를 적분하여 dq축 좌표의 위상각 θ를 출력하는 적분기(38)와, dq축 좌표의 위상각 θ에 기초하여 전류 검출기(33a, 33b, 33c)의 전류 iu, iv, iw를 dq축 좌표상의 d축 전류 id와 q축 전류 iq로 분해하여 출력하는 3상(相)2상(相) 좌표 변환기(36)를 구비한다. 1 is a diagram showing a configuration example of a control apparatus for a permanent magnet motor according to the present invention. The control apparatus of the permanent magnet type motor of the present embodiment divides the current applied to the permanent magnet type motor 34 into two components (d-axis current and q-axis current) of the dq axis coordinate system, which is a rotating orthogonal coordinate system, And performs integral control (PI (Proportional Integral) control). The control apparatus of the permanent magnet type motor of the present embodiment includes a PWM inverter 32 for supplying electric power to the permanent magnet type motor 34 based on the voltage commands Vu *, Vv * and Vw * described later, Current detectors 33a, 33b and 33c for detecting the currents iu, iv and iw of the motor 34 and a speed detector 35 for detecting the motor speed omega of the permanent magnet motor 34. [ The permanent magnet type motor 34 may be a surface magnet type motor or an embedded magnet type motor. The control device of the permanent magnet type motor of the present embodiment calculates the rotational angular velocity? E of the dq axis coordinate based on the motor speed? (? R) of the permanent magnet type motor 34 detected by the speed detector 35 An integrator 38 for integrating the rotational angular velocity? E and outputting a phase angle? Of the dq axis coordinate by integrating the angular velocity? E of the current detector 33a, phase, two-phase (phase) converter 36 for decomposing the q-axis current iq and the q-axis current iq into the d-axis current id and the q-axis current iq on the dq axis coordinate.

또, 본 실시 형태의 영구 자석형 모터의 제어 장치는 후술하는 d축 전류 보정 지령 id*cmd와 d축 전류 id의 전류 편차 eid를 출력하는 뺄셈기(11)와, 전류 편차 eid가 0이 되도록 PI 제어하여 d축 전압 지령 Vd*를 출력하는 d축 전류 제어기(12)와, 후술하는 q축 전류 보정 지령 iq*cmd와 q축 전류 iq의 전류 편차 eiq를 출력하는 뺄셈기(21)와, 전류 편차 eiq가 0이 되도록 PI 제어하여 q축 전압 지령 Vq*를 출력하는 q축 전류 제어기(22)와, dq축 좌표의 위상각 θ에 기초하여 d축 전압 지령 Vd*와 q축 전압 지령 Vq*를 3상 교류 좌표상의 전압 지령 Vu*, Vv*, Vw*로 변환하여 PWM 인버터(32)의 전압 지령으로서 출력하는 2상3상 좌표 변환기(31)를 구비한다. The controller of the permanent magnet motor of the present embodiment includes a subtracter 11 for outputting a d-axis current correction command id * cmd and a current deviation eid of a d-axis current id, which will be described later, A d-axis current controller 12 for PI control to output a d-axis voltage command Vd *, a subtracter 21 for outputting a q-axis current correction command iq * cmd and a current deviation eiq of a q-axis current iq, A q-axis current controller 22 for performing PI control so that the current deviation eiq is 0 and outputting a q-axis voltage command Vq *, and a q-axis voltage command Vq * based on the phase angle? Phase three-phase coordinate converter 31 for converting the voltage command * into voltage commands Vu *, Vv *, Vw * on the three-phase AC coordinates and outputting it as a voltage command of the PWM inverter 32.

이상에서 설명한 각 부는, 전류 지령과 실제 전류의 편차를 0으로 하는 PI 전류 제어기(PWM 인버터(32), 전류 검출기(33a, 33b, 33c)와, 속도 검출기(35), 계수기(37), 적분기(38), 3상2상 좌표 변환기(36), 뺄셈기(11), d축 전류 제어기(12), 뺄셈기(21), q축 전류 제어기(22) 및 2상3상 좌표 변환기(31)로 구성되는 PI 제어기)를 이용한 영구 자석형 모터(34)의 벡터 제어의 기본 동작을 행하는 부분이기 때문에, 그 상세한 동작 설명을 생략한다. Each of the above-described units includes a PI current controller (PWM inverter 32, current detectors 33a, 33b, and 33c), a velocity detector 35, a counter 37, A three-phase two-phase coordinate converter 36, a subtracter 11, a d-axis current controller 12, a subtracter 21, a q-axis current controller 22, and a two-phase three- ) Of the permanent magnet type motor 34, the detailed description of the operation will be omitted.

본 실시 형태의 영구 자석형 모터의 제어 장치는, 추가로, d축 전압 지령 Vd*와 q축 전압 지령 Vq*를 각각 각도 β만큼 회전시켜 d축 전압 보정 지령 Vd*＇와 q축 전압 보정 지령 Vq*＇를 출력하는 회전 좌표 변환기(1)(전압 지령 회전 좌표 변환기)와, d축 전압 리미터값 Vd＿limit과 q축 전압 리미터값 Vq＿limit을 각각 각도 β만큼 회전시켜 d축 전압 보정 리미터값 Vd＿limit＇와 q축 전압 보정 리미터값 Vq＿limit＇를 출력하는 회전 좌표 변환기(2)(리미터값 회전 좌표 변환기)를 구비한다. 본 실시 형태의 영구 자석형 모터의 제어 장치는, 추가로, 회전 좌표 변환기(1)로부터 출력된 d축 전압 보정 지령 Vd*＇의 절대값｜Vd*＇｜를 구하는 절대값 연산기(13)(제1 절대값 연산기)와, 회전 좌표 변환기(1)로부터 출력된 q축 전압 보정 지령 Vq*＇의 절대값｜Vq*＇｜을 구하는 절대값 연산기(23)(제2 절대값 연산기)와, 회전 좌표 변환기(2)로부터 출력된 d축 전압 보정 리미터값 Vd＿limit＇와 d축 전압 보정 지령 Vd*＇의 차분인 d축 전압 포화량 ΔVd를 출력하는 뺄셈기(14)(제1 뺄셈기), 회전 좌표 변환기(2)로부터 출력된 q축 전압 보정 리미터값 Vq＿limit＇와 q축 전압 보정 지령 Vq*＇의 차분인 q축 전압 포화량 ΔVq를 출력하는 뺄셈기(24)(제2 뺄셈기)를 구비한다. The control device of the permanent magnet motor of the present embodiment further rotates the d-axis voltage command Vd * and the q-axis voltage command Vq * by an angle?, Respectively, and outputs the d-axis voltage correction command Vd * 'and the q- Axis voltage limiter value Vd_limit and the q-axis voltage limiter value Vq_limit by an angle? To output the d-axis voltage correction limiter value Vd_limit 'and the d-axis voltage correction limiter value Vd_limit' and a rotation coordinate converter 2 (limiter value rotation coordinate converter) for outputting the q-axis voltage correction limit value Vq_limit '. The control device of the permanent magnet motor of the present embodiment further includes an absolute value calculator 13 (for example, an absolute value calculator 13) for obtaining an absolute value of the d-axis voltage correction command Vd * 'output from the rotation coordinate converter 1 An absolute value calculator 23 (second absolute value calculator) for obtaining an absolute value | Vq * '| of the q-axis voltage correction command Vq *' output from the rotation coordinate converter 1, A subtractor 14 (first subtractor) for outputting the d-axis voltage saturation amount? Vd which is the difference between the d-axis voltage correction limit value Vd_limit 'output from the rotation coordinate converter 2 and the d-axis voltage correction command Vd * A subtractor 24 (second subtracter) for outputting the q-axis voltage saturation amount? Vq which is the difference between the q-axis voltage correction limiter value Vq_limit 'output from the rotation coordinate converter 2 and the q-axis voltage correction command Vq * Respectively.

본 실시 형태의 영구 자석형 모터의 제어 장치는, 추가로, d축 전압 포화량 ΔVd로부터 전압 포화를 회피하기 위한 q축 전류 지령 보정량 Δiq를 출력하는 q축 전류 지령 보정기(15)와, q축 전압 포화량 ΔVq로부터 전압 포화를 회피하기 위한 d축 전류 지령 보정량 Δid를 출력하는 d축 전류 지령 보정기(25)와, d축 전류 지령값 id*와 d축 전류 지령 보정량 Δid의 차분인 d축 전류 보정 지령 id*cmd를 출력하는 뺄셈기(16)와, q축 전류 지령값 iq*와 q축 전류 지령 보정량 Δiq의 차분인 q축 전류 보정 지령 iq*cmd를 출력하는 뺄셈기(26)를 구비한다.The control device of the permanent magnet motor of the present embodiment further includes a q-axis current instruction compensator 15 for outputting a q-axis current command correction amount? Iq for avoiding voltage saturation from the d-axis voltage saturation amount? Vd, A d-axis current command compensator 25 for outputting a d-axis current command compensation amount? Id for avoiding voltage saturation from the voltage saturation amount? Vq, and a d-axis current command compensator 25 for compensating a d-axis current command value? A subtractor 16 for outputting a correction command id * cmd and a subtractor 26 for outputting a q-axis current correction command iq * cmd which is a difference between q-axis current command value iq * and q-axis current command correction amount? do.

본 실시 형태의 영구 자석형 모터의 제어 장치에서는, 전압 포화량을 검출한다. 여기서, 전압 포화량에 대해 설명한다. 영구 자석형 모터를 고속 운전시키거나, 모터 토크를 크게 발생시키거나 하면, 모터를 구동하기 위해서 높은 전압이 필요하게 되어, 이른바 전압 포화의 상태가 발생한다. 전압 포화가 발생하면, 지령 대로의 속도나 토크가 나오지 않게 될 뿐만 아니라, 속도나 모터 전류가 진동하는 등의 제어 특성의 악화도 야기하기 때문에, 전압 포화량을 검출하여, 그것에 따른 d축 전류를 흘리는 등이 대책이 취해진다. In the control apparatus of the permanent magnet type motor of the present embodiment, a voltage saturation amount is detected. Here, the voltage saturation amount will be described. When the permanent magnet type motor is operated at a high speed or when the motor torque is largely generated, a high voltage is required to drive the motor, and so-called voltage saturation occurs. When the voltage saturation occurs, not only the speed or torque as commanded is outputted, but also the control characteristics such as the speed and the motor current are caused to deteriorate. Therefore, the voltage saturation amount is detected and the d- And measures such as shedding are taken.

도 2는 전압 지령값과 전압 리미터값과 전압 포화량의 관계의 일례를 나타내는 도면이다. 전압 포화량은, 전압 지령값이 전압 리미터값에 대해서 오버하는 양에 상당한다. 따라서 전압 포화량은 전압 지령값과 전압 리미터값의 차분 연산으로 구할 수 있다. 전압 지령값은 양·음의 양쪽을 생각할 수 있기 때문에, 도 2에 도시하는 것처럼 전압 포화량은 양·음의 양쪽의 영역에서 발생한다. 따라서 전압 포화량을 구하려면, 전압 지령값 및 전압 리미터값의 극성을 생각할 필요가 있기 때문에, 단순한 뺄셈기만으로는 구할 수 없다. 2 is a diagram showing an example of a relationship between a voltage command value and a voltage limiter value and a voltage saturation amount. The voltage saturation amount corresponds to the amount by which the voltage command value exceeds the voltage limit value. Therefore, the saturation amount of voltage can be obtained by calculating the difference between the voltage command value and the voltage limiter value. Since the voltage command value can be considered both positive and negative, the voltage saturation amount occurs in both the positive and negative regions as shown in Fig. Therefore, in order to obtain the saturation amount of voltage, it is necessary to consider the polarity of the voltage command value and the voltage limiter value, so that it can not be obtained by a simple subtractor.

도 3은 전압 지령값의 절대값과 전압 리미터값(＋값만으로 좋음)에 의한 전압 포화량의 산출의 일례를 나타내는 도면이다. 상기 특허 문헌 3에서는, 이와 같이 전압 지령값의 절대값-전압 리미터값의 뺄셈으로 전압 포화량을 구하는 것에 의해 전압 포화량을 뺄셈기만을 이용하여 산출하는 것이 기재되어 있다. 3 is a diagram showing an example of the calculation of the voltage saturation amount by the absolute value of the voltage command value and the voltage limiter value (only positive value). In Patent Document 3, it is described that the voltage saturation amount is calculated by subtracting the absolute value-voltage limit value of the voltage command value, so that the voltage saturation amount is calculated using only the subtracter.

영구 자석형 모터의 운전 모드에는, 「정전·역행」, 「정전·회생」, 「역전·역행」, 「역전·회생」의 4종류가 존재한다. 정전은 모터 속도가 양(ω>0), 역전은 모터 속도가 음(ω<0)인 상태이다. 역행은 모터 속도와 q축 전류(토크 전류) iq의 곱이 양(ω×iq＞0), 회생은 모터 속도와 q축 전류 iq의 곱이 음(ω×iq＜0)인 상태이다. 도 4는 모터 속도 ω와 q축 전류 iq의 직교 좌표상에 있어서의 4종류의 운전 모드의 분포를 나타내는 도면이다. There are four types of operation modes of the permanent magnet type motor: "power failure / reverse", "power failure / regeneration", "reverse / reverse", and "reverse / regenerative". In the case of power failure, the motor speed is positive (ω> 0), and the reverse motor speed is negative (ω <0). The reverse is the state where the product of the motor speed and the q-axis current (torque current) iq is positive (ω × iq> 0), and the product of the motor speed and the q-axis current iq is negative (ω × iq <0). 4 is a diagram showing the distribution of four kinds of operation modes on the Cartesian coordinates of the motor speed? And the q-axis current iq.

영구 자석형 모터의 정상 상태에 있어서의 d축 전압 Vd와 q축 전압 Vq는, 일반적으로 이하의 식 (1) 및 식 (2)로 주어진다. The d-axis voltage Vd and the q-axis voltage Vq in the steady state of the permanent magnet type motor are generally given by the following equations (1) and (2).

Vd=R·id－Pm·ω·Lq·iq … (1)Vd = R · id-Pm · ω · Lq · iq ... (One)

Vq=R·iq＋Pm·ω·(φ+Ld·id) … (2)Vq = R? Iq + Pm?? (? + Ld? Id) ... (2)

여기서, R은 권선 저항, Ld는 d축 인덕턴스, Lq는 q축 인덕턴스, φ는 영구 자석 자속, Pm는 극쌍수(極對數), ω는 모터 속도, id는 d축 전류, iq는 q축 전류이다. Here, R is a winding resistance, Ld is a d-axis inductance, Lq is a q-axis inductance,? Is a permanent magnet flux, Pm is a pole pair,? Is a motor speed, id is a d- to be.

상기의 식 (1), 식 (2)에 나타낸 전압 방정식은, 권선 저항에 의한 전압 강하분과, 권선 인덕턴스에 의한 변압기 기전력과, 영구 자석 자속에 의한 속도 기전력의 합으로부터 구성되어 있다. 여기서, 권선 저항에 의한 전압 강하분은, 일반적으로 다른 2개에 비해 작기 때문에, 식 (1) 및 식 (2)은, 식 (3) 및 식 (4)와 같이 근사(近似)할 수 있다. The voltage equations shown in the above-mentioned equations (1) and (2) are composed of the sum of the voltage drop due to the winding resistance, the transformer electromotive force due to the winding inductance, and the speed electromotive force due to the permanent magnet flux. Here, since the voltage drop due to the winding resistance is generally smaller than that of the other two, the equations (1) and (2) can be approximated as in the equations (3) and (4) .

Vd=－Pm·ω·Lq·iq … (3)Vd = -Pm ·? · Lq · iq ... (3)

Vq=Pm·ω·Lq(φ+Ld·id) … (4)Vq = Pm ·? · Lq (? + Ld · id) ... (4)

표면 자석형 모터와 같이, d축 인덕턴스와 q축 인덕턴스에 차가 없는 모터에서는, Ld=Lq=L로서, 식 (3) 및 식 (4)는, 이하의 식 (5) 및 식 (6)으로 나타낼 수 있다. (3) and (4) can be expressed by the following formulas (5) and (6) with Ld = Lq = L in a motor having no difference in d- .

Vd=－Pm·ω·L·iq … (5)Vd = -Pm ·? · L · iq ... (5)

Vq=Pm·ω·(φ+L·id) … (6)Vq = Pm ·? · (? + L · id) ... (6)

또, 모터 전압 V의 제곱은, 이하의 식 (7)에 나타내는 것처럼, d축 전압 Vd와 q축 전압 Vq의 제곱의 덧셈으로 나타낼 수 있다. The square of the motor voltage V can be represented by the addition of the square of the d-axis voltage Vd and the q-axis voltage Vq, as shown in the following equation (7).

V2=Vd²＋Vq²=(Pm·ω·L)²·{iq²＋(φ/L＋id)²｝ … (7) ^{^{V2 = Vd 2 + Vq 2 =}} (Pm · ω · L) 2 · {iq 2 + (φ / L + id) 2} ... (7)

상기 식 (7)을 변형하면, 이하의 식 (8)이 얻어진다. When the equation (7) is modified, the following equation (8) is obtained.

(id＋φ/L)²＋iq²=｛V/(Pm·ω·L)}² … (8)(id +? / L)²+ Iq²= {V / (Pm? L)}² ... (8)

도 5는 d축 전류 id와 q축 전류 iq의 직교 좌표상에 있어서의 모터 전압의 등전압선의 일례를 나타내는 도면이다. 도 5의 등전압선(101, 102)은 식 (8)을 도시한 것으로, 등전압선(101)은 모터 속도 ω가 큰 경우, 등전압선(102)은 모터 속도 ω가 작은 경우의 모터 전압의 등전압선을 나타내고 있다. 도 5에 도시하는 것처럼, 모터 속도 ω가 큰 경우에도 작은 경우에도, 모터 전압의 등전압선은, 동일한 중심점으로부터의 원궤적(圓軌跡)을 그리는 것을 알 수 있다. 또한, 표면 자석형 모터에서는, 모터 토크는 q축 전류 iq에 의해서만 정해지기 때문에, 모터 전압의 등전압선에 있어서 최대의 토크를 출력할 수 있는 포인트는, 원궤적의 맨 위에 존재한다. 또 일반적으로, 강한 자속 제어가 되는 d축 전류를 양의 값으로 하는 것은 행하지 않는다. 이상으로부터, 표면 자석형 모터에서는, 실제로 d축 전류를 흘리는 범위는, 이하의 식 (9)로 주어진다. 5 is a diagram showing an example of an equal voltage line of the motor voltage on the Cartesian coordinates of the d-axis current id and the q-axis current iq. Equivalent voltage lines 101 and 102 in FIG. 5 represent Equation (8). When the motor speed? Is large in the equal voltage line 101, Respectively. As shown in Fig. 5, it can be seen that the equal voltage line of the motor voltage draws a circle locus from the same center point even when the motor speed? Is large or small. Further, in the surface magnet type motor, since the motor torque is determined only by the q-axis current iq, the point at which the maximum torque can be output in the equipotential line of the motor voltage exists at the top of the circular locus. In general, the d-axis current to be a strong magnetic flux control is not set to a positive value. From the above, in the surface magnet type motor, the range in which the d-axis current is actually passed is given by the following equation (9).

－φ／L≤id≤0 … (9)-Φ / L? Id? 0 ... (9)

영구 자석형 모터의 운전 모드마다, 표면 자석형 모터의 정상 상태에 있어서의 d축 전압 Vd와 q축 전압 Vq가 어떠한 값을 취할지를 검토해 본다. 정전·역행 운전시는, 모터 속도 ω>0, q축 전류 iq＞0, d축 전류는 식 (9)의 범위와 같은 조건이 된다. 이들 조건을, 식 (3)에 적용시키면 d축 전압 Vd＜0이 얻어지고, 식 (4)에 적용시키면 q축 전압 Vq＞0이 얻어진다. 마찬가지로 모든 운전 모드에 대해서 생각하면, 운전 모드마다의 모터 전압은, 도 6에 도시하는 것처럼 분포한다. 도 6은 표면 자석형 모터에 있어서의 d축 전압 Vd와 q축 전압 Vq의 직교 좌표상에 있어서의 모터 운전 모드를 나타내는 도면이다. 도 6에 도시하는 것처럼, 어느 운전 모드의 경우도, 경(輕)부하 운전시(토크 전류 iq가 작은 경우)는 q축 전압 Vq가 ＋방향 또는 -방향으로 커지고, 중(重)부하 운전시(토크 전류 iq가 큰 경우)는 d축 전압 Vd가 ＋방향 또는 -방향으로 커진다. The d-axis voltage Vd and the q-axis voltage Vq in the normal state of the surface magnet type motor will be examined for each operation mode of the permanent magnet type motor. The motor speed ω> 0, the q-axis current iq> 0, and the d-axis current have the same conditions as in the range of equation (9). Applying these conditions to the equation (3), the d-axis voltage Vd <0 is obtained, and when applied to the equation (4), the q-axis voltage Vq> 0 is obtained. Similarly, considering all the operation modes, the motor voltage for each operation mode is distributed as shown in Fig. 6 is a diagram showing the motor operation mode on the Cartesian coordinates of the d-axis voltage Vd and the q-axis voltage Vq in the surface magnet type motor. As shown in Fig. 6, in any of the operation modes, the q-axis voltage Vq increases in the positive direction or the negative direction during the light load operation (when the torque current iq is small) (When the torque current iq is large), the d-axis voltage Vd increases in the positive direction or the negative direction.

표면 자석형 모터에서는, 도 6에 도시하는 것처럼, 영구 자석형 모터의 운전 모드에 대해서, d축 전압과 q축 전압의 동작하는 영역이 직교 좌표상에서, 완전하게 분할되어 있어, 같은 운전 모드 내이면, 전압 지령의 극성이 바뀌는 일이 없다. 이 때문에, 전압 지령값의 절대값-전압 리미터값의 뺄셈에 의해 전압 포화량을 구하는 것이 가능하다. In the surface magnet type motor, as shown in Fig. 6, the operating region of the d-axis voltage and the q-axis voltage is completely divided on the rectangular coordinate system in the operation mode of the permanent magnet type motor, , The polarity of the voltage command does not change. Therefore, the voltage saturation amount can be obtained by subtracting the absolute value-voltage limit value of the voltage command value.

한편, 매입 자석형 모터에서는, d축 전류를 흘림으로써 리럭턴스 토크가 발생한다. 따라서 도 5에서 설명한 모터 전압의 등전압선에 있어서 최대의 토크를 출력할 수 있는 포인트는, 원궤적의 맨 위가 아니라, 그것보다도 추가로 d축 전류를 음으로 흘린 부분에 존재한다. 즉, 실제로 d축 전류를 흘리는 범위는, 상기 식 (9)보다도 음의 방향으로 넓어진다고 생각하면 된다. On the other hand, in a built-in magnet type motor, a r-torque torque is generated by flowing a d-axis current. Therefore, the point at which the maximum torque can be output in the equipotential line of the motor voltage described in Fig. 5 exists not at the top of the circular trajectory but at a portion where the d-axis current is further negatively discharged. That is, it can be considered that the range in which the d-axis current actually flows is wider in the negative direction than the above-mentioned equation (9).

매입 자석형 모터의 정상 상태에 있어서의 d축 전압 Vd와 q축 전압 Vq가 어떠한 값을 취할지를 검토해 본다. 정전·역행 운전시, 모터 속도 ω>0, q축 전류 iq＞0, d축 전류는 식 (9)보다도 음의 방향으로 넓어지는 범위와 같은 조건이 된다. 이들 조건을, 상기 식 (3)에 적용시키면 d축 전압은 Vd＜0이지만, 식 (4)에 적용시키면 q축 전압은 Vq＞0과 Vq＜0의 양쪽의 가능성이 있다는 것을 알 수 있다. 이것을 도시한 것이, 도 7이다. 도 7은 매입 자석형 모터의 정전·역행 운전에 있어서의 d축 전압 Vd와 q축 전압 Vq의 일례를 나타내는 도면이다. The d-axis voltage Vd and the q-axis voltage Vq in the steady state of the magnet type motor will be examined. The motor speed ω> 0, the q-axis current iq> 0, and the d-axis current become the same as the range in which the d-axis current is wider in the negative direction than the equation (9). When these conditions are applied to the above equation (3), the d-axis voltage is Vd <0, but when applied to the equation (4), it can be seen that q-axis voltage is likely to be both Vq> 0 and Vq <0. This is shown in Fig. Fig. 7 is a diagram showing an example of the d-axis voltage Vd and the q-axis voltage Vq in the electrostatic and retrograde operation of the embedded magnet type motor.

도 7에는 기재하고 있지 않지만, 다른 운전 모드에 대해서도, 마찬가지라고 말할 수 있다. 이러한 경우, 전압 포화량을 전압 지령값의 절대값-전압 리미터값의 뺄셈으로 구하는 방법을 사용할 수 없게 된다. 그것은, 예를 들면, 도 7의 A로 나타낸 전압 지령값과 B로 나타낸 전압 지령값은, 절대값을 취한 단계에서 같은 값으로 되어 버리기 때문에, 전압 지령값의 절대값-전압 리미터값의 뺄셈으로는 정확한 전압 포화량을 도출할 수 없기 때문이다. 물론, 조건 분기 등을 사용하면서, 정확한 전압 포화량을 도출하는 것이 불가능하지는 않지만, 단순한 뺄셈기만으로는 되지 않아, 계산이 복잡하게 되는 것이 상정된다. Although not shown in Fig. 7, the same can be said of other operation modes. In this case, the method of obtaining the voltage saturation amount by subtracting the absolute value-voltage limit value of the voltage command value can not be used. This is because, for example, the voltage command value indicated by A in Fig. 7 and the voltage command value indicated by B become the same value at the step of taking the absolute value, so that the subtraction of the absolute value-voltage limit value of the voltage command value Is not able to derive an accurate voltage saturation. Of course, it is not impossible to derive an accurate voltage saturation amount while using a conditional branch or the like, but it is assumed that calculation is complicated because it is not a simple subtractor.

이와 같이, 매입 자석형 모터에서는, 같은 운전 모드 내에서도 전압 지령의 극성이 바뀔 가능성이 있어, 전압 지령값의 절대값-전압 리미터값의 뺄셈에 의해 전압 포화량을 구할 수 없다. 이 때문에, 복잡한 처리가 필요하게 된다고 하는 문제가 있다. 본 실시 형태에서는, 매입 자석형 모터를 이용하는 경우에도, 뺄셈기만으로, 전압 포화량을 구할 수 있는 영구 자석형 모터의 제어 장치에 대해 설명한다. Thus, in the embedded magnet type motor, the polarity of the voltage command may be changed even in the same operation mode, and the voltage saturation amount can not be obtained by subtracting the absolute value-voltage limit value of the voltage command value. For this reason, a complicated process is required. In this embodiment, a control device of a permanent magnet type motor capable of obtaining the amount of saturation of voltage by only a subtracter, even in the case of using an embedded magnet type motor, will be described.

이하, 본 실시 형태의 전압 포화량을 검출 동작과 검출된 전압 포화량에 기초하여 전류 지령을 수정하는 동작에 대해 설명한다. Hereinafter, the operation of correcting the current command based on the detection operation of the voltage saturation amount and the detected voltage saturation amount of the present embodiment will be described.

본 실시 형태에서는, 절대값 연산기(13), 절대값 연산기(23), 뺄셈기(14) 및 뺄셈기(24)에 의해, 전압 지령값의 절대값-전압 리미터값의 뺄셈을 행함으로써, 전압 포화량을 구한다. 다만, 이때, 매입 자석형 모터 등과 같이, 같은 운전 모드 내에서도 전압 지령의 극성이 바뀔 가능성이 있는 경우에는, 전압 지령값, 전압 리미터값을 그대로 이용할 수 없기 때문에, 본 실시 형태에서는, 후술하는 것처럼 전압 벡터를 회전시킨 후에, 전압 지령값의 절대값-전압 리미터값의 뺄셈을 행한다. In the present embodiment, by subtracting the absolute value-voltage limit value of the voltage command value by the absolute value calculator 13, the absolute value calculator 23, the subtracter 14 and the subtracter 24, The saturation amount is obtained. However, at this time, when there is a possibility that the polarity of the voltage command may change even in the same operation mode, such as a built-in magnet type motor, the voltage command value and the voltage limiter value can not be used as they are. After the vector is rotated, the absolute value-voltage limiter value of the voltage command value is subtracted.

전압 포화량을 구한 후, q축 전류 지령 보정기(15), d축 전류 지령 보정기(25)가, 전압 포화량에 기초하여 전류 지령 수정량(q축 전류 지령 보정량 Δiq, d축 전류 지령 보정량 Δid)을 구한다. 전압 포화량에 기초하여 전류 지령 수정량을 도출하는 방법은 다양한 방법을 생각할 수 있고, 어떠한 방법을 이용해도 좋지만, 예를 들어, 전술한 특허 문헌 1의 방법을 이용할 수 있다. 뺄셈기(16) 및 뺄셈기(26)는 전류 지령(d축 전류 지령값 id*, q축 전류 지령값 iq*)과 전류 지령 수정량의 차분을 산출함으로써 전류 지령을 수정하고, 산출한 차분을 전류 보정 지령(d축 전류 보정 지령 id*cmd, q축 전류 보정 지령 iq*cmd)으로서 출력한다. 그리고 전류 보정 지령을 이용하여 PI 제어에 의한 영구 자석 모터(34)의 벡터 제어가 실시된다. The q-axis current command compensator 15 and the d-axis current command compensator 25 calculate the current command correction amount (q-axis current command correction amount? Iq, d-axis current command correction amount? Id ). The method of deriving the current command correction amount based on the amount of saturation of voltage may be various methods, and any method may be used. For example, the method of Patent Document 1 described above can be used. The subtracter 16 and the subtractor 26 modify the current command by calculating the difference between the current command (d-axis current command value id *, q-axis current command value iq *) and the current command correction amount, As a current correction command (d-axis current correction command id * cmd, q-axis current correction command iq * cmd). Then, vector control of the permanent magnet motor 34 by the PI control is performed using the current correction command.

또한, d축 전류 지령값 id*로서는, 임의의 값을 주어도 좋고, 상위에 자속 제어기를 마련하여, 이 자속 제어기의 출력치를 이용해도 좋다. 또 q축 전류 지령값 iq*는 임의의 값을 주어도 좋고, 상위에 속도 제어기를 마련하여, 이 속도 제어기의 출력치를 이용해도 좋다. The d-axis current command value id * may be an arbitrary value, or a magnetic flux controller may be provided at an upper portion of the d-axis current command value id *, and the output value of the magnetic flux controller may be used. Further, the q-axis current command value iq * may be given an arbitrary value, or a speed controller may be provided at an upper portion of the q-axis current command value iq *, and the output value of the speed controller may be used.

도 8은 전압 지령값과 전압 리미터값, 및 그 양자로부터 구해지는 전압 포화량의 관계를 나타내는 도면이다. 이 도면은, 영구 자석형 모터(34)를 표면 자석형 모터로 하고, 정전·역행의 모드로 운전하고 있는 경우를 나타내고 있다. 사선(斜線) 부분은, 전압 포화를 발생시키는 일 없이 전압 지령값이 동작할 수 있는 영역을 나타낸다. 전압 리미터값 Vd＿limit 및 Vq＿limit는, 이 사선 영역 내로 설정되게 된다. 8 is a diagram showing the relationship between the voltage command value, the voltage limiter value, and the voltage saturation amount obtained from both of them. This figure shows a case where the permanent magnet type motor 34 is a surface magnet type motor and is operated in a forward / reverse mode. The diagonal line indicates an area where the voltage command value can be operated without generating voltage saturation. The voltage limiter values Vd_limit and Vq_limit are set in this diagonal area.

전압 지령값은 모터 속도나 q축 전류(토크 전류)에 의해서, 그 크기가 바뀐다(식 (3) 및 식 (4) 참조). 전압 지령값은 부하 토크가 작은 경우는, q축 전압이 ＋측에서, d축 전압은 -측에서 작은 영역에 위치하지만, 부하 토크가 커짐에 따라, d축 전압 -측의 영역으로 내려가고, 추가로 그 크기도 커져, 전압 포화를 일으키기 쉬워진다. 도 2에 도시하는 것처럼, 표면 자석형 모터의 경우는, 전술한 것처럼, 같은 운전 모드 내이면, 모터 속도나 부하 토크의 크기가 바뀌어도, 전압 지령값이나 전압 리미터값의 극성이 바뀌는 일이 없다. 이 때문에, 전압 지령값의 절대값-전압 리미터값의 뺄셈을 행함으로써, 항상 간단하게 전압 포화량을 구할 수 있다. The voltage command value changes in size by the motor speed or the q-axis current (torque current) (see equations (3) and (4)). When the load torque is low, the q-axis voltage is on the positive side and the d-axis voltage is on the minus side on the minus side. However, as the load torque increases, the voltage command value falls to the d- In addition, the size becomes large, and voltage saturation is likely to occur. As shown in Fig. 2, in the case of the surface magnet type motor, the polarity of the voltage command value or the voltage limit value does not change even if the motor speed or the magnitude of the load torque changes in the same operation mode as described above. Therefore, by subtracting the absolute value-voltage limit value of the voltage command value, the voltage saturation amount can always be obtained simply.

도 9는 매입 자석형 모터를 이용한 경우의 전압 지령값과 전압 리미터값, 및 그 양자로부터 구해지는 전압 포화량의 관계를 나타내는 도면이다. 이 도면은 영구 자석형 모터(34)를 매입 자석형 모터로 하고, 정전·역행의 모드로 운전하고 있는 경우를 나타내고 있다. 사선 부분은 전압 포화를 발생시키는 일 없이 전압 지령값이 동작할 수 있는 영역을 나타낸다. 전압 리미터값 Vd＿limit 및 Vq＿limit는, 이 사선 영역 내로 설정되게 된다. 9 is a diagram showing the relationship between the voltage command value and the voltage limiter value when the embedded magnet type motor is used, and the voltage saturation amount obtained from both. This figure shows the case where the permanent magnet type motor 34 is a bare magnet type motor and is operated in the forward / reverse mode. The shaded area represents an area where the voltage command value can operate without generating voltage saturation. The voltage limiter values Vd_limit and Vq_limit are set in this diagonal area.

전압 지령값은 모터 속도나 q축 전류(토크 전류)에 의해서, 그 크기가 바뀐다(식 (3) 및 식 (4) 참조). 부하 토크가 작은 경우는, 전압 지령값은 q축 전압이 ＋측에서 d축 전압은 -측에서, 작은 영역에 위치하지만, 부하 토크가 커짐에 따라, 전압 지령값은 d축 전압 -측의 영역으로 내려가고, 추가로 그 크기도 커져, 전압 포화를 일으키기 쉬워진다. 매입 자석형 모터의 경우는, 도 9에 도시하는 것처럼, 같은 운전 모드 내여도, 전압 지령값이나 전압 리미터값의 극성이 바뀔 가능성이 있다. 이 때문에, 전압 지령값의 절대값-전압 리미터값의 뺄셈으로 전압 포화량을 구할 수 없는 경우가 나온다. The voltage command value changes in size by the motor speed or the q-axis current (torque current) (see equations (3) and (4)). When the load torque is small, the voltage command value is located in a small area on the minus side of the q-axis voltage and on the minus side of the d-axis voltage. However, as the load torque increases, And furthermore, the size thereof becomes large, so that the voltage saturation is likely to occur. In the case of the embedded magnet type motor, the polarity of the voltage command value or the voltage limiter value may be changed even in the same operation mode as shown in Fig. For this reason, there is a case where the voltage saturation amount can not be obtained by subtracting the absolute value-voltage limit value of the voltage command value.

이에, 본 실시 형태에서는 전압 포화량을 구하는 단계에서, 전압 벡터를 회전시켜서 생각하는 것으로 한다. 도 9에 있어서, 최대 토크점에서의 전압 지령값이 q축 전압의 음방향으로 들어가 있는 각도(최대 토크점에서의 전압 지령값과 d축이 이루는 각도)를 β라고 했을 때, 전압 지령값 및 전압 리미터값을 각도 β로 회전 좌표 변환시킨다. 도 10은 각도 β로 회전 좌표 변환시킨 후의 전압 지령값과 전압 리미터값 및 그 양자로부터 구해지는 전압 포화량의 관계를 나타내는 도면이다. 이러한 회전 좌표 변환을 행함으로써, 중부하 운전시에, 전압 지령값이나 전압 리미터값의 극성이 바뀌는 일이 없어지기 때문에, 전압 지령값의 절대값-전압 리미터값의 뺄셈을 행함으로써, 간단하게 전압 포화량을 구할 수 있다. Therefore, in this embodiment, it is assumed that the voltage vector is rotated in the step of obtaining the saturation amount of voltage. 9, when the angle at which the voltage command value at the maximum torque point enters the negative direction of the q-axis voltage (the angle formed by the voltage command value at the maximum torque point and the d-axis) is?, The voltage command value and? And rotates the voltage limiter value to the angle beta. 10 is a graph showing a relationship between a voltage command value after rotational coordinate conversion at an angle?, A voltage limiter value, and a voltage saturation amount obtained from both of them. By performing such rotational coordinate conversion, the polarity of the voltage command value or the voltage limiter value does not change during the heavy load operation. Therefore, by subtracting the absolute value-voltage limiter value of the voltage command value, The saturation amount can be obtained.

또한, 전압 벡터를 회전시킴으로써, 경부하 운전시의 부분이 d축 전압의 ＋방향으로 들어가 버린다. 그러나 전압 포화에서 크게 문제가 되는 것은, 중부하 운전시인 전압 지령이 d축 전압의 -방향 부근에 발생해 있을 때, 전압 포화의 발생에 의해서 모터 토크가 충분히 발생할 수 없게 되는 것이다. 특히, 전압 지령값이 사선 영역의 맨 밑으로 내려간 곳에, 모터의 최대 토크점이 존재하기 때문에, 본 실시 형태의 동작에 의해, 모터 토크를 최대한까지 인출(引出)하는 것이 가능하게 된다. 따라서 경부하 운전시의 부분이 d축 전압의 ＋방향으로 들어간 경부하시의 전압 포화량이, 본 실시 형태의 절대값의 연산에 의해, 어느 정도의 오차를 가진다고 하더라도, 실용상 큰 문제는 되지 않는다. Further, by rotating the voltage vector, the part under light load operation enters the + direction of the d-axis voltage. However, a significant problem in voltage saturation is that when the voltage command during heavy load operation occurs near the d-axis voltage in the negative direction, motor torque can not be sufficiently generated due to the occurrence of voltage saturation. In particular, since the maximum torque point of the motor exists at a position where the voltage command value descends to the bottom of the oblique line area, the motor torque can be drawn out to the maximum extent by the operation of the present embodiment. Therefore, even if the voltage saturation amount at the light load when the portion under light load operation enters the + direction of the d-axis voltage has a certain error due to the calculation of the absolute value in this embodiment, there is no great problem in practical use.

또, 도 9와 도 10을 비교하면 알 수 있는 것처럼, 회전 좌표 변환의 전후에서 전압 포화량 ΔVd, ΔVq의 값은, 정확하게는 같게 되지 않는다. 그러나 그 후에, 전압 포화량에 기초하여 전류 지령을 피드백에 의해 수정하는 제어를 행하고 있기 때문에, 미소한 응답성의 차이는 나올 가능성은 있지만, 동작 그 자체에 큰 문제는 발생하지 않아, 전압 포화의 발생을 억제할 수 있다. 9 and 10, the values of the voltage saturation amounts? Vd and? Vq before and after the rotation coordinate conversion do not become exactly equal to each other. However, since thereafter, the current command is corrected by feedback based on the amount of voltage saturation, there is a possibility that a small difference in responsiveness may occur, but there is no big problem in the operation itself, Can be suppressed.

도 1을 이용하여, 회전 좌표 변환에 대해 구체적으로 설명한다. 회전 좌표 변환기(1)는, 이하의 식 (10)에 기초하여, d축 전압 지령 Vd*와 q축 전압 지령 Vq*를 각도 β만큼 회전시킨다. 회전 좌표 변환기(2)는, 이하의 식 (11)에 기초하여, d축 전압 리미터값 Vd＿limit과 q축 전압 리미터값 Vq＿limit을 각도 β만큼 회전시킨다. The rotation coordinate conversion will be described in detail with reference to Fig. The rotation coordinate converter 1 rotates the d-axis voltage command Vd * and the q-axis voltage command Vq * by an angle? Based on the following equation (10). The rotation coordinate converter 2 rotates the d-axis voltage limit value Vd_limit and the q-axis voltage limit value Vq_limit by an angle? Based on the following equation (11).

[수 1][Number 1]

[수 2][Number 2]

또한, d축 전압 리미터값 Vd＿limit, q축 전압 리미터값 Vq＿limit는, 고정값이어도 좋고, PWM 인버터(32)의 모선 전압 Vdc 등의 값으로부터 계산된 가변값이어도 상관없다. 또, 회전 좌표 변환의 각도 β는 최대 토크점에 있어서의 전압 지령값이 q축 전압의 음방향으로 들어가 있는 각도이며, 이 각도는 모터의 기본 파라미터(권선 저항 R, d축 인덕턴스 Ld, q축 인덕턴스 Lq, 영구 자석 자속 φ, 극쌍수 Pm 등)에 의해서 고유하게 결정되어, 사전에 계산으로 구해 둘 수 있는 값이다. 따라서 d축 전압 리미터값 Vd＿limit 및 q축 전압 리미터값 Vq＿limit가 고정값인 경우는, 식 (11)의 우변은 모두 고정의 값이 되기 때문에, d축 전압 보정 리미터값 Vd＿limit＇와 q축 전압 보정 리미터값 Vq＿limit＇에 대해서는, 회전 좌표 변환기(2)에 의한 회전 좌표 변환을 행하지 않고, 사전에 계산으로 구해 유지해 두고, 유지하고 있는 값을 이용하는 것도 가능하다. The d-axis voltage limit value Vd_limit and the q-axis voltage limit value Vq_limit may be a fixed value or a variable value calculated from values such as the bus voltage Vdc of the PWM inverter 32. [ The angle? Of the rotation coordinate conversion is the angle at which the voltage command value at the maximum torque point falls in the negative direction of the q-axis voltage. This angle is the basic parameter of the motor (winding resistance R, d-axis inductance Ld, The inductance Lq, the permanent magnet magnetic flux?, The pole pair number Pm, and the like), and can be calculated in advance. Therefore, when the d-axis voltage limiter value Vd_limit and the q-axis voltage limiter value Vq_limit are fixed values, since the right side of Equation (11) is a fixed value, the d-axis voltage correction limiter value Vd_limit ' As for the value Vq_limit ', it is also possible to use a value held in advance and computed, without carrying out rotation coordinate conversion by the rotation coordinate converter 2, and holding it.

또한, 여기까지는 정전·역행의 운전 모드에 대해 설명했지만, 다른 운전 모드에 대해서도, 마찬가지로 본 실시 형태의 전압 포화량의 산출 방법을 문제없이 적용할 수 있다. 다만, 모터 속도에 따라 회전 좌표 변환의 각도의 부호를 바꿀 필요는 있다. 구체적으로는, 모터 속도가 양(ω>0)인 경우에 각도 β로 회전 좌표 변환을 행하면, 모터 속도가 음(ω<0)인 경우는 각도 -β로 회전 좌표 변환을 행한다. In addition, although the operation mode of the forward and backward operation has been described up to this point, the method of calculating the saturation amount of the voltage in this embodiment can be applied to other operation modes without any problem. However, it is necessary to change the sign of the angle of rotation conversion according to the motor speed. More specifically, when the motor speed is positive (?> 0), the rotational coordinate conversion is performed at the angle?, And when the motor speed is negative (? <0), the rotational coordinate conversion is performed at the angle?

또, 영구 자석형 모터(34)를 표면 자석형 모터로 하는 경우는, β=0으로 하면 좋다. β를 변경함으로써, 표면 자석형 모터에도 매입 자석형 모터에도 대응할 수 있다. 또, 기본 파라미터가 다른 매입 자석형 모터를 이용하는 경우에는 β를 변경하면 좋다. When the permanent magnet type motor 34 is a surface magnet type motor, it is preferable that? = 0. By changing?, the surface magnet type motor can be also applied to the embedded magnet type motor. When a built-in magnet type motor having a different basic parameter is used, it is preferable to change?.

이상 설명한 것처럼, d축 전압 지령 Vd*와 q축 전압 지령 Vq*를 각도 β만큼 회전시키도록 하고, d축 전압 리미터값 Vd＿limit과 q축 전압 리미터값 Vq＿limit을 각도 β만큼 회전시키도록 했다. 이 때문에, 표면 자석형 모터, 매입 자석형 모터를 불문하고, 전압 포화량을 단순하게 전압 지령값의 절대값-전압 리미터값의 뺄셈만으로 구할 수 있게 된다. As described above, the d-axis voltage command Vd * and the q-axis voltage command Vq * are rotated by the angle?, And the d-axis voltage limit value Vd_limit and the q-axis voltage limit value Vq_limit are rotated by the angle?. Therefore, the voltage saturation amount can be simply obtained by subtracting the absolute value-voltage limit value of the voltage command value, irrespective of the surface magnet type motor and the embedded magnet type motor.

[산업상의 이용 가능성][Industrial Availability]

이상과 같이, 본 발명에 따른 영구 자석형 모터의 제어 장치는, 전압 포화량을 검출하는 영구 자석형 모터의 제어 장치에 유용하고, 특히, 영구 자석형 모터로서 매입 자석형 모터를 이용하는 경우에 적합하다. As described above, the control apparatus of the permanent magnet type motor according to the present invention is useful for a control apparatus for a permanent magnet type motor that detects a saturation amount of voltage, and is particularly suitable when a burying magnet type motor is used as a permanent magnet type motor Do.

1, 2: 회전 좌표 변환기, 11, 14, 16, 21, 24, 26: 뺄셈기,
12: d축 전류 제어기, 13, 23: 절대값 연산기,
15: q축 전류 지령 보정기, 22: q축 전류 제어기,
25: d축 전류 지령 보정기, 31: 2상3상 좌표 변환기,
32: PWM 인버터, 33a, 33b, 33c: 전류 검출기,
34: 영구 자석형 모터, 35: 속도 검출기,
36: 3상2상 좌표 변환기, 37: 계수기,
38: 적분기.1, 2: rotation coordinate converter 11, 14, 16, 21, 24, 26: subtractor,
12: d-axis current controller, 13, 23: absolute value calculator,
15: q-axis current command compensator, 22: q-axis current controller,
25: d-axis current command compensator, 31: two-phase three-phase coordinate converter,
32: PWM inverter, 33a, 33b, 33c: current detector,
34: permanent magnet motor, 35: speed detector,
36: three-phase two-phase coordinate converter, 37: counter,
38: Integrator.

Claims

1. A control device for a permanent magnet type motor having a PI current controller for proportionally integrating and controlling a current applied to a permanent magnet type motor to a d-axis current and a q-axis current, which are two components in a rotating dq axis coordinate system,
A d-axis voltage command outputted from the PI current controller to control the d-axis current, and a q-axis voltage command outputted from the PI current controller to control the q-axis current, A voltage command rotation coordinate converter for outputting the result of the rotation coordinate conversion as a d-axis voltage correction command and a q-axis voltage correction command,
A first absolute value calculator for calculating an absolute value of the d-axis voltage correction command,
A second absolute value calculator for calculating an absolute value of the q-axis voltage correction command,
A d-axis voltage saturation amount based on the absolute value of the d-axis voltage correction command and the d-axis voltage rotation limiter value obtained by rotational coordinate conversion of the d-axis voltage limiter value for limiting the d-axis voltage command to the predetermined angle A first subtracter for obtaining the first subtractor,
The q-axis voltage saturation amount is calculated based on the absolute value of the q-axis voltage correction command and the q-axis voltage rotation limiter value obtained by rotational coordinate conversion of the q-axis voltage limiter value for limiting the q-axis voltage command to the predetermined angle And a second subtracter for obtaining a second subtracter for subtracting the second subtractor from the second subtracter.

The method according to claim 1,
A q-axis current command corrector for obtaining a q-axis current command correction amount for avoiding voltage saturation based on the d-axis voltage saturation amount,
And a d-axis current command compensator for obtaining a d-axis current command compensation amount for avoiding voltage saturation based on the q-axis voltage saturation amount,
Axis current command based on the q-axis current command correction amount, and corrects the d-axis current command based on the d-axis current command correction amount.

The method according to claim 1 or 2,
Wherein the d-axis voltage rotation limiter value and the q-axis voltage rotation limiter value are calculated and held in advance.

The method according to claim 1 or 2,
Axis voltage limiter value and the q-axis voltage limiter value to the predetermined angle, and outputs the result of the rotation coordinate conversion as the d-axis voltage rotation limiter value and the q-axis voltage rotation limiter value And a limiter value rotation coordinate converter is additionally provided to the control unit of the permanent magnet type motor.

The method of claim 3,
Axis voltage limiter value and the q-axis voltage limiter value to the predetermined angle, and outputs the result of the rotation coordinate conversion as the d-axis voltage rotation limiter value and the q-axis voltage rotation limiter value And a limiter value rotation coordinate converter is additionally provided to the control unit of the permanent magnet type motor.

The method according to claim 1 or 2,
Wherein said predetermined angle is an angle formed by a d-axis and a voltage command value at a maximum torque point in a dq coordinate system.

The method of claim 3,
Wherein said predetermined angle is an angle formed by a d-axis and a voltage command value at a maximum torque point in a dq coordinate system.

The method of claim 4,
Wherein said predetermined angle is an angle formed by a d-axis and a voltage command value at a maximum torque point in a dq coordinate system.