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公開番号2025012218
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-24
出願番号2023114911
出願日2023-07-13
発明の名称交流モータ制御装置および電気車
出願人日立Astemo株式会社
代理人弁理士法人開知
主分類H02P 21/06 20160101AFI20250117BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】電圧位相制御において、トルク指令が変化した際に、電流(または磁束)とその指令値の乖離を無くすことが可能な交流モータ制御装置を提供する。
【解決手段】交流モータ制御装置100は、交流モータ1のトルクまたは電流がトルク指令値T^*または電流指令値Id^*、Iq^*と一致するように電圧位相角θvを制御する第一のゲート信号を出力する矩形波電圧位相制御部8、13と、電流指令値Id^*、Iq^*から磁束指令値φd^*、φq^*を演算する磁束指令演算部15と、磁束指令値φd^*、φq^*の磁束指令角度∠φ^*を演算する磁束指令角度演算部41bを有し、磁束指令角度∠φ^*に矩形波電圧位相制御部8の応答に相当する遅れ処理を行い、磁束フィルタ指令値φdf^*、φqf^*を出力するローパスフィルタ19と、を備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
交流モータのトルクまたは電流がトルク指令値または電流指令値と一致するように電圧位相角を制御する第一のゲート信号を出力する矩形波電圧位相制御部と、
前記電流指令値から磁束指令値を演算する磁束指令演算部と、
前記磁束指令値の磁束指令角度を演算する磁束指令角度演算部を有し、前記磁束指令角度に前記矩形波電圧位相制御部の応答に相当する遅れ処理を行い、磁束フィルタ指令値を出力するローパスフィルタと、
を備えることを特徴とする交流モータ制御装置。
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
請求項１に記載の交流モータ制御装置において、
前記ローパスフィルタは、前記磁束指令値の磁束指令振幅を演算する磁束振幅演算部を有し、前記磁束指令振幅に前記矩形波電圧位相制御部の応答に相当する遅れ処理を行うことを特徴とする交流モータ制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載の交流モータ制御装置において、
前記ローパスフィルタは、前記遅れ処理を行った前記磁束指令振幅と、前記磁束指令角度とから、磁束指令フィルタ指令値を演算する磁束フィルタ演算部を有することを特徴とする交流モータ制御装置。
【請求項４】
請求項１に記載の交流モータ制御装置において、
前記矩形波電圧位相制御部は、前記電圧位相角に基づいて、矩形波パルス信号を生成する矩形波発生部を有し、
前記矩形波パルス信号に基づいて直流電力を交流電力に変更する電力変換部を、さらに備え、前記交流電力により前記交流モータを駆動することを特徴とする交流モータ制御装置。
【請求項５】
請求項１に記載の交流モータ制御装置において、
交流モータのトルクまたは電流が前記トルク指令値または前記電流指令値と一致するように電圧振幅および電圧位相を制御し、第二のゲート信号を出力する過変調制御部と、
前記ローパスフィルタから出力された磁束フィルタ指令値と前記トルク指令値とに基づいて、前記第一のゲート信号と前記第二のゲート信号とを切り替えて、前記交流モータに供給する電力を変換する電力変換器に出力するモード切替判定部と、
を備えることを特徴とする交流モータ制御装置。
【請求項６】
請求項１に記載の交流モータ制御装置において、
交流モータのトルクまたは電流が前記トルク指令値または前記電流指令値と一致するように電圧振幅および電圧位相を制御し、第二のゲート信号を出力する過変調制御部と、
前記ローパスフィルタから出力されたｄ軸磁束フィルタ指令値と、前記トルク指令値に基づいて演算されたＭＰＴＡにおけるｄ軸磁束指令値と、の差分に基づいて、前記第一のゲート信号と前記第二のゲート信号とを切り替えて、前記交流モータに供給する電力を変換する電力変換器に出力するモード切替判定部と、
を備えることを特徴とする交流モータ制御装置。
【請求項７】
請求項５に記載の交流モータ制御装置において、
前記ローパスフィルタは、
前記磁束指令角度に前記矩形波電圧位相制御部の応答に相当する遅れ処理を行う第一のローパスフィルタと、
前記磁束指令演算部の出力である磁束指令値に前記過変調制御部の応答に相当する一次遅れ処理を行う第二のローパスフィルタと、
前記第一のローパスフィルタと、第二のローパスフィルタと、を切り替えるモード切替スイッチと、
を有し、
前記モード切替スイッチは、
前記矩形波電圧位相制御部が動作しているときには、前記第一のローパスフィルタから出力された前記磁束フィルタ指令値を出力し、
前記過変調制御部が動作しているときには、前記第二のローパスフィルタから出力された前記磁束フィルタ指令値を出力する
ことを特徴とする交流モータ制御装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７のうちのいずれか一項に記載の交流モータ制御装置を備えることを特徴とする電気車。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流モータを駆動するための制御装置および電気車に関する。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
電圧利用率を向上するため、矩形波駆動等の省パルス制御が用いられている。インバータの出力電圧制限に近い電圧を実現するために、特許文献１ではトルクが指令値と一致するように電圧位相角を制御する電圧位相制御が開示されている。さらに、特許文献１では速度・トルク指令、電流指令値、電圧位相から演算した必要電圧振幅を基に電圧位相制御と２軸のベクトル制御の切り替えを行う手段が提案されている。
特許文献２では電流指令値から磁束指令値を演算し、電流検出値からの磁束値を推定し、磁束指令値と磁束値が一致するように電圧指令値を作成する電圧演算部と、磁束値の振動成分に基づいて、振動成分が減衰するように、電圧指令値の補正量を作成する減衰比制御部と、を備える装置が開示されている。
特許文献１および特許文献２において、制御に用いる電流指令値および磁束指令値は電流（または磁束）制御の制御遅れを考慮してローパスフィルタで遅れ処理を行うことが一般的である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特許第４９３９１２７号公報
特開２０２２－１４４０６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電圧位相制御では電圧が一定になるように制御するため、上記先行技術文献に記載されているｄｑ軸電流（または磁束）指令値に制御遅れを考慮した遅れ処理を行う場合、電圧位相制御では実際の電流（または磁束）と遅れ処理を行った電流指令値の軌跡に乖離が生じる。例えば、図１３はトルクが正から負にステップ状に変化した際の電流の軌跡２０５と電流指令値の軌跡２０３を示している。電圧位相制御時には基本的に電圧が一定であるため、定電圧楕円２０１上を動作する。一方、図１４にはトルクが正から負にステップ状に変化した際の磁束の軌跡２１５と磁束指令値の軌跡２１３を示している。磁束の場合も同様に定電圧楕円上を動作する。
【０００５】
このように、いずれの文献もトルクが変化した際に電流（または磁束）が指令値と乖離しており、電流や磁束が指令値と一致していることを前提としている減衰比制御が安定して動作しない、二軸制御に切り替わる際に乖離によって切り替わり後の制御が不安定になるといった問題が生じる。
【０００６】
本課題を鑑み、本特許の目的は、電圧位相制御において、トルク指令が変化した際に、電流（または磁束）とその指令値の乖離を無くすことが可能な交流モータ制御装置および電気車を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明は次のように構成される。
【０００８】
交流モータ制御装置は、交流モータのトルクまたは電流がトルク指令値または電流指令値と一致するように電圧位相角を制御する第一のゲート信号を出力する矩形波電圧位相制御部と、前記電流指令値から磁束指令値を演算する磁束指令演算部と、前記磁束指令値の磁束指令角度を演算する磁束指令角度演算部を有し、前記磁束指令角度に前記矩形波電圧位相制御部の応答に相当する遅れ処理を行い、磁束フィルタ指令値を出力するローパスフィルタと、を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、電圧位相制御において、トルク指令が変化した際に、電流（または磁束）とその指令値の乖離を無くすことが可能な交流モータ制御装置および電気車を提供することができる。
【００１０】
電圧位相制御において、電流または磁束が指令値と乖離しなくなり、電流指令値（または磁束指令値）を用いる制御の動作を安定させることが出来る。また、２軸のベクトル制御と切り替わる際のトルク変動を抑制することができる。これにより、電気車としては高速域での乗り心地の向上が期待できる。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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