JP2018057161A - 誘導電動機の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転速度が低い領域から極めて高い領域にわたり、ベクトル制御方式に比べて簡易な制御で、誘導電動機の応答性や電力効率を向上させることが可能な誘導電動機の制御装置を提供する。【解決手段】誘導電動機１０の制御装置５０であって、電源装置２０ａ，２０ｂは、バッテリ３０から供給される電力を変換し、所定の出力電流を出力するＤＣＤＣコンバータ回路２１と、直流電力を交流電力に変換するインバータ回路２２と、を有しており、ＤＣＤＣコンバータ回路２１の出力電流の検出値に基づいて、磁化電流を取得し、その磁化電流、及び、磁化電流とすべり周波数の目標値である目標すべり周波数とを対応付けるマップを用いて、目標すべり周波数を設定し、誘導電動機１０の回転速度と、前記設定部により設定される前記目標すべり周波数と、に基づいて、インバータ回路２２の駆動周波数を設定し、設定された駆動周波数でインバータ回路２２を駆動する。【選択図】 図１

Description

本発明は、誘導電動機の制御装置に関する。

電動機に過電流が流れることを抑制するために、電動機に対し電力を供給する電源装置について、定電流制御を実施する降圧チョッパ回路（ＤＣＤＣコンバータ回路）と、電圧形インバータ回路とを組み合わせる構成が知られている（例えば、特許文献１）。

特許３２７８１８８号公報

電圧形インバータ回路を誘導電動機に適用する構成において、誘導電動機の応答性や電力効率を向上させる制御方式としてベクトル制御方式が知られている。ここで、ベクトル制御方式は、座標変換を要する。このため、制御が複雑であり、また、回転子の回転角度を検出する必要がある。特に、回転速度が極めて高い領域では、制御装置（マイクロコンピュータ）は、その回転速度に応じた速度で演算を実施することが必要とされる。このため、高性能な制御装置が必要となり、コストが増加する。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、回転速度が低い領域から極めて高い領域にわたり、ベクトル制御方式に比べて簡易な制御で、誘導電動機の応答性や電力効率を向上させることが可能な誘導電動機の制御装置を提供することを主たる目的とする。

本構成は、誘導電動機（１０）の制御装置（５０）であって、前記誘導電動機に電力を供給する電源装置（１００）は、直流電源（３０）から供給される電力を変換し、所定の出力電流を出力するＤＣＤＣコンバータ回路（２１）と、前記ＤＣＤＣコンバータ回路から出力される直流電力を交流電力に変換する電圧形インバータ回路（２２）と、を有しており、前記ＤＣＤＣコンバータ回路の出力電流の検出値に基づいて、前記誘導電動機に流れる磁化電流を取得し、その磁化電流、及び、前記磁化電流と前記誘導電動機のすべり周波数の目標値である目標すべり周波数とを対応付けるマップを用いて、前記目標すべり周波数を設定する設定部（５９）を備え、前記誘導電動機の回転子（１２）の回転速度と、前記設定部により設定される前記目標すべり周波数と、に基づいて、前記電圧形インバータ回路の転流周波数を設定し、その設定された前記転流周波数で前記電圧形インバータ回路を駆動する。

本構成によれば、ベクトル制御を行うことなく、最大トルク制御や最大効率制御を行うことが可能となる。本構成では、及びＤＣＤＣコンバータ回路の出力電流の検出値に基づいて、誘導電動機に流れる磁化電流を取得し、その磁化電流、及び、回転子の回転速度に基づいて、誘導電動機のすべり周波数を目標すべり周波数とすることができる。ここで、目標すべり周波数を好適に設定すれば、誘導電動機の応答性や電力効率を向上させることができる。即ち、回転速度が低い領域から極めて高い領域にわたり、ベクトル制御方式に比べて簡易な制御で、誘導電動機の応答性や電力効率を向上させることができる。

第１実施形態の誘導電動機を含む電気的構成図。 第１実施形態の制御装置を表す機能ブロック図。 磁化電流と、すべり周波数と、最大出力トルクとの関係を表す図。 最大トルク出力時における磁化電流と、すべり周波数とを対応付けるマップの一例を表す図。 第１実施形態の誘導電動機の応答特性を表す図。 第１実施形態の誘導電動機の相電流の時間変化を表す図。 磁化電流と、すべり周波数と、誘導電動機における電力効率との関係を表す図。 第４実施形態の制御装置を表す機能ブロック図。

（第１実施形態）
図１に本実施形態の誘導電動機１０の電気的構成図を示す。本実施形態の誘導電動機１０は、多相誘導電動機であり、より具体的には、６相の電機子巻線を有する６相誘導電動機である。誘導電動機１０は、固定子１１と回転子１２とから構成されている。誘導電動機１０は、例えば、車両に搭載される車載誘導電動機である。

固定子１１は、電機子巻線群１３ａ，１３ｂを備えている。電機子巻線群１３ａには、電源回路２０ａから電力が供給され、電機子巻線群１３ｂには、電源回路２０ｂから電力が供給される。電機子巻線群１３ａは、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の電機子巻線から構成されており、電機子巻線群１３ｂは、Ｘ，Ｙ，Ｚ相の電機子巻線から構成されている。Ｕ，Ｖ，Ｗ相の電機子巻線は、互いに１２０度をなし、Ｘ，Ｙ，Ｚ相の電機子巻線は、互いに１２０度をなしている。また、Ｕ相の電気巻線とＸ相の電機子巻線とは３０度をなしている。

回転子１２は、電気伝導体を備えて構成されている。回転子１２は、巻線型回転子であってもよく、かご形回転子であってもよい。

電源回路２０ａ，２０ｂは、ＤＣＤＣコンバータ回路２１と、インバータ回路２２とを備えている。電源回路２０ａ，２０ｂは、それぞれバッテリ３０から供給される直流電力を交流電力に変換して電機子巻線群１３ａ，１３ｂに供給する。バッテリ３０と電源回路２０ａ，２０ｂとの間には平滑コンデンサＣ１が設けられている。「直流電源」としてのバッテリ３０は、ＤＣＤＣコンバータ回路などであってもよい。

制御装置５０は、電源回路２０ａ，２０ｂの出力を調整することで、誘導電動機１０の制御を実施する。電源回路２０ａ，２０ｂと制御装置５０とで１つの電源装置１００を構成する。

ＤＣＤＣコンバータ回路２１は、同期整流方式の降圧チョッパ回路である。ＤＣＤＣコンバータ回路２１は、スイッチＳＷ１，ＳＷ２と、リアクトルＬと、平滑コンデンサＣ２と、回生ダイオードＤＦとを備えている。スイッチＳＷ１，ＳＷ２は、それぞれ半導体スイッチング素子であり、具体的には、ＮチャネルＭＯＳ−ＦＥＴである。スイッチＳＷ１，ＳＷ２は、それぞれボディダイオードを備えている。なお、スイッチＳＷ１，ＳＷ２は、それぞれＩＧＢＴであってもよい。

スイッチＳＷ１のドレインは、バッテリ３０の正極（平滑コンデンサＣ１の高電圧側端子）に接続されており、スイッチＳＷ１のソースは、リアクトルＬの第１端子に接続されている。リアクトルＬの第２端子は、平滑コンデンサＣ２の高電圧側端子（ＤＣＤＣコンバータ回路２１の出力端子のうち高電圧側のもの）、及びインバータ回路２２の入力端子のうち高電圧側のものに接続されている。スイッチＳＷ２のドレインは、スイッチＳＷ１のソース、及びリアクトルＬの第１端子に接続されており、スイッチＳＷ２のソースは、バッテリ３０の負極（平滑コンデンサＣ１の低電圧側端子）に接続されている。

平滑コンデンサＣ２の低電圧側端子（ＤＣＤＣコンバータ回路２１の出力端子のうち低電圧側のもの）は、バッテリ３０の負極（平滑コンデンサＣ１の低電圧側端子）、及びインバータ回路２２の入力端子のうち低電圧側のものに接続されている。スイッチＳＷ１，ＳＷ２が交互にオンオフされることで、バッテリ３０の出力電圧が降圧されてインバータ回路２２に出力される。

回生ダイオードＤＦは、リアクトルＬ２の第２端子（ＤＣＤＣコンバータ回路２１の出力端子のうち高電圧側のもの）にアノードが接続されており、スイッチＳＷ１のドレイン（ＤＣＤＣコンバータ回路２１の入力端子のうち高電圧側のもの）にカソードが接続されている。回生ダイオードＤＦは、インバータ回路２２側（電機子巻線群１３ａ，１３ｂ側）からＤＣＤＣコンバータ回路２１に流れる電流をバッテリ３０に回生させる。

インバータ回路２２は、入力電圧をそのまま交流に変換して出力する電圧形インバータ回路である。インバータ回路２２は、上アームスイッチＳＷｐ１〜ＳＷｐ３と、下アームスイッチＳＷｎ１〜ＳＷｎ３とを備えている。スイッチＳＷｐ１〜ＳＷｐ３，ＳＷｎ１〜ＳＷｎ３は、それぞれ半導体スイッチング素子であり、具体的には、ＮチャネルＭＯＳ−ＦＥＴである。スイッチＳＷｐ１〜ＳＷｐ３，ＳＷｎ１〜ＳＷｎ３は、それぞれボディダイオードＤｐ１〜Ｄｐ３，Ｄｎ１〜Ｄｎ３を備えている。なお、スイッチＳＷｐ１〜ＳＷｐ３，ＳＷｎ１〜ＳＷｎ３は、それぞれＩＧＢＴであってもよい。

上アームスイッチＳＷｐ１と下アームスイッチＳＷｎ１と、上アームスイッチＳＷｐ２と下アームスイッチＳＷｎ２と、及び、上アームスイッチＳＷｐ３と下アームスイッチＳＷｎ３とは、それぞれ直列接続されている。より具体的には、上アームスイッチＳＷｐ１〜ＳＷｐ３のドレインは、ＤＣＤＣコンバータ回路２１の出力端子のうち高電圧側のものにそれぞれ接続されている。上アームスイッチＳＷｐ１〜ＳＷｐ３のソースは、それぞれ下アームスイッチＳＷｎ１〜ＳＷｎ３のドレインに接続されている。下アームスイッチＳＷｎ１〜ＳＷｎ３のソースは、ＤＣＤＣコンバータ回路２１の出力端子のうち低電圧側のものにそれぞれ接続されている。

電源回路２０ａの上アームスイッチＳＷｐ１と下アームスイッチＳＷｎ１との接続点は、Ｕ相の電機子巻線に接続されており、電源回路２０ａの上アームスイッチＳＷｐ２と下アームスイッチＳＷｎ２との接続点は、Ｖ相の電機子巻線に接続されており、電源回路２０ａの上アームスイッチＳＷｐ３と下アームスイッチＳＷｎ３との接続点は、Ｗ相の電機子巻線に接続されている。

電源回路２０ｂの上アームスイッチＳＷｐ１と下アームスイッチＳＷｎ１との接続点は、Ｘ相の電機子巻線に接続されており、電源回路２０ｂの上アームスイッチＳＷｐ２と下アームスイッチＳＷｎ２との接続点は、Ｙ相の電機子巻線に接続されており、電源回路２０ｂの上アームスイッチＳＷｐ３と下アームスイッチＳＷｎ３との接続点は、Ｚ相の電機子巻線に接続されている。

電源回路２０ａのインバータ回路２２によって、電機子巻線群１３ａに三相交流が供給され、電源回路２０ｂのインバータ回路２２によって、電機子巻線群１３ｂに三相交流が供給される。

制御装置５０は、電源回路２０ａ，２０ｂのＤＣＤＣコンバータ回路２１の出力電流Ｉｏｕｔの検出値を電源回路２０ａ，２０ｂの電流センサ５１からそれぞれ取得する。また、制御装置５０は、回転子１２の回転角の検出値を回転角センサ５２から取得する。また、制御装置５０は、誘導電動機１０の温度の検出値を温度センサ５３から取得する。また、制御装置５０は、上位の制御装置４０（ECU: Electronic Control Unit）から、誘導電動機１０の目標回転速度を取得する。

制御装置５０は、取得した検出値及び目標回転速度に基づいて、ゲート駆動回路２３，２４に指令を行い、電源回路２０ａ，２０ｂのＤＣＤＣコンバータ回路２１及びインバータ回路２２を構成するスイッチＳＷを駆動し、誘導電動機１０の制御を実施する。制御装置５０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ及びＲＡＭなどから構成される周知のマイクロコンピュータである。

図２に示す制御装置５０の機能ブロック図を用いて、制御装置５０による誘導電動機１０の制御を説明する。なお、電源回路２０ａの制御に関する機能ブロックと、電源回路２０ａの制御に関する機能ブロックとは同等であるため、図２では、電源回路２０ａの制御に関する機能ブロックのみを示しており、電源回路２０ｂの制御に関する機能ブロックを省略している。

速度演算部６２は、回転角センサ５２から取得した回転子１２の回転角の検出値に基づいて、回転子１２の回転速度（実際値）を演算する。偏差算出部５４は、上位の制御装置４０から取得した目標回転速度と回転速度の実際値との偏差を算出する。ＰＩ演算部５５は、偏差算出部５４が算出した偏差に対して、比例・積分演算（ＰＩ演算）を実施することで、ＤＣＤＣコンバータ回路２１の出力電流Ｉｏｕｔの目標値である目標電流Ｉｒｅｆを算出する。電流制限部５６は、ＰＩ演算部５５の演算結果である目標電流Ｉｒｅｆが、所定範囲となるように制限を行う。これにより、ＤＣＤＣコンバータ回路２１から過大な電流が出力されることを抑制する。

偏差算出部５７は、目標電流Ｉｒｅｆと、電流センサ５１によるＤＣＤＣコンバータ回路２１の出力電流Ｉｏｕｔの検出値との偏差を算出する。ＰＩ演算部５８は、偏差算出部５７が算出した偏差に対して、比例・積分演算（ＰＩ演算）を実施することで、ＤＣＤＣコンバータ回路２１のデューティを設定する。そして、ゲート駆動回路２３は、設定されたデューティに応じて、ＤＣＤＣコンバータ回路２１のスイッチＳＷを駆動する。つまり、制御装置５０は、ＤＣＤＣコンバータ回路２１の出力電流Ｉｏｕｔが目標電流Ｉｒｅｆとなるように定電流制御を実施する。

ここで、本実施形態の制御装置５０は、誘導電動機１０（電機子巻線群１３ａ）に流れる磁化電流Ｉと、誘導電動機１０のすべり周波数の目標値である目標すべり周波数と、を対応付けるマップに基づいて、目標すべり周波数を設定するすべり周波数設定部５９を有する。

図３に、すべり周波数と、誘導電動機１０の出力トルクＴと、誘導電動機１０に流れる磁化電流Ｉ（電機子巻線群１３ａが形成する磁束に寄与する電流であり、電機子巻線群１３ａに流れる励磁電流から鉄損電流を分離した電流）との関係を表す図を示す。電機子巻線群１３ａに流れる励磁電流の大きさは、ＤＣＤＣコンバータ回路２１の出力電流Ｉｏｕｔの大きさと等しい。誘導電動機１０の磁化電流Ｉを固定した場合、所定のすべり周波数において、誘導電動機１０の出力トルクＴが最大となる。

そこで、図４に示す誘導電動機１０に流れる磁化電流Ｉと、誘導電動機１０の出力トルクＴが最大となるすべり周波数と、を対応付けるマップを予め作成する。そして、当該マップを制御装置５０（すべり周波数設定部５９）のＲＯＭに記憶させておく。当該マップは、シミュレーションや実験などに基づいて作成することが可能である。

すべり周波数設定部５９（図２）は当該マップと、誘導電動機１０に流れる磁化電流Ｉとに基づいて、目標すべり周波数を設定する。これにより、誘導電動機１０の出力トルクＴを磁化電流Ｉ（ＤＣＤＣコンバータ回路２１の出力電流Ｉｏｕｔ）に対して最大化させることができる。

また、すべり周波数と、誘導電動機１０の出力トルクＴと、磁化電流Ｉとの関係は、誘導電動機１０の温度に応じて変化する。そこで、すべり周波数設定部５９は、温度センサ５３から誘導電動機１０の温度の検出値を取得し、その検出値に基づいて、マップを切り替える。

また、本実施形態の制御装置５０は、ＤＣＤＣコンバータ回路２１の出力電流Ｉｏｕｔから誘導電動機１０における鉄損電流を分離した電流を磁化電流Ｉとして取得する電流分離部６３を備えている。電流分離部６３は、ＤＣＤＣコンバータ回路２１の出力電流Ｉｏｕｔと誘導電動機１０の回転速度とに基づいて、誘導電動機１０における鉄損電流を算出する。そして、電流分離部６３は、ＤＣＤＣコンバータ回路２１の出力電流Ｉｏｕｔ（励磁電流）から鉄損電流を減算することで、磁化電流Ｉを算出する。すべり周波数設定部５９は、電流分離部６３から磁化電流Ｉの算出値を取得して、その磁化電流Ｉの算出値に基づいて、目標すべり周波数を設定する。

ここで、誘導電動機１０の回転速度が低い領域では、誘導電動機１０における鉄損電流が相対的に小さいため、電機子巻線群１３ａに流れる励磁電流を誘導電動機１０の磁化電流Ｉとみなすことができる。つまり、誘導電動機１０の回転速度が低い場合は、電流分離部６３を省略し、ＤＣＤＣコンバータ回路２１の出力電流Ｉｏｕｔを誘導電動機１０に流れる磁化電流Ｉとみなして取得する構成としてもよい。

図２の説明に戻り、加算部６０は、速度演算部６２から取得した回転子１２の回転速度に対し、目標すべり周波数の回転速度換算値を加算することで、電機子巻線群１３ａによって生じる磁界の回転速度（誘導電動機１０の同期速度）を設定する。

転流周波数演算部６１は、誘導電動機１０の同期速度を転流周波数（誘導電動機１０の同期速度×誘導電動機１０の極数）に変換する。ゲート駆動回路２４は、転流周波数に応じて、インバータ回路２２のスイッチＳＷｐ１〜ＳＷｐ３，ＳＷｎ１〜ＳＷｎ３を駆動する。つまり、制御装置５０は、インバータ回路２２が出力する三相交流電流の周波数（回転速度）が、現在の誘導電動機１０の回転速度と、目標すべり周波数の回転速度換算値との和となるようにインバータ回路２２を制御する。

以下、本実施形態の効果を述べる。

すべり周波数を調整する本実施形態の構成によれば、ベクトル制御を行うことなく、最大トルク制御や最大効率制御を行うことが可能となる。本実施形態の構成では、回転子１２の回転速度、電機子巻線群１３ａに流れる磁化電流Ｉに基づいて、誘導電動機１０のすべり周波数を目標すべり周波数とすることができる。ここで、目標すべり周波数を好適に設定すれば、誘導電動機１０の応答性や電力効率を向上させることができる。即ち、ベクトル制御方式に比べて、簡易な制御で誘導電動機１０の応答性や電力効率を向上させることができる。

電流分離部６３は、ＤＣＤＣコンバータ回路２１の出力電流Ｉｏｕｔ（電機子巻線１３ａ，１３ｂに流れる励磁電流）の検出値から誘導電動機１０における鉄損電流を分離した電流を磁化電流Ｉとして算出する。特に回転速度が高い領域では、誘導電動機１０における損失である鉄損が増加し、励磁電流において鉄損電流の占める割合が増加する。そこで、電流分離部６３が、ＤＣＤＣコンバータ回路２１の出力電流Ｉｏｕｔ及び誘導電動機１０の回転速度に基づいて、鉄損電流を算出し、ＤＣＤＣコンバータ回路２１の出力電流Ｉｏｕｔから鉄損電流を分離することで、磁化電流Ｉを算出する構成とした。当該構成により、誘導電動機１０の回転速度が高い領域において、すべり周波数設定部５９による目標すべり周波数の設定精度を向上させることができ、誘導電動機１０の応答性や電力効率をより向上させることができる。

回転速度の検出値と、回転速度の目標値である目標回転速度との差に基づいて、ＤＣＤＣコンバータ回路２１の出力電流Ｉｏｕｔを調整する本実施形態の構成によれば、誘導電動機１０の回転速度を目標回転速度に近づけることができる。また、出力電流Ｉｏｕｔを調整する制御を行うことで、ＤＣＤＣコンバータ回路２１に対して電力を供給する電源であるバッテリ３０の電圧が変動した場合であってもＤＣＤＣコンバータ回路２１の出力電流Ｉｏｕｔ、即ち、誘導電動機１０に対して供給される電流が略一定となる。このため、誘導電動機１０に過電流が流れることを抑制できる。また、バッテリ３０の電圧が変動した場合であっても、誘導電動機１０の回転速度が変動することを抑制することができる。

図６に本実施形態の制御を実施した場合の各電機子巻線に流れる電流の波形と、インバータ回路においてＰＷＭ制御（従来制御）を実施した場合の各電機子巻線に流れる電流の波形とを示す。低インピーダンスの誘導電動機１０において、ＰＷＭ制御を実施すると、電機子巻線に流れる電流のオーバーシュートが顕著に発生する。本実施形態の制御を実施することで、電機子巻線に流れる電流のオーバーシュートを抑制し、電機子巻線に過電流が流れることを抑制することができる。

特に、本実施形態のＤＣＤＣコンバータ回路２１のリアクトルＬは、電機子巻線に対して直列接続されている。このため、電機子巻線のインダクタンス成分が小さい場合であっても、ＤＣＤＣコンバータ回路２１のリアクトルＬのインダクタンス成分によって、ＤＣＤＣコンバータ回路２１から電機子巻線に対して出力される出力電流Ｉｏｕｔにおけるオーバーシュートを抑制することができる。

磁化電流Ｉと目標すべり周波数とを、誘導電動機１０の出力トルクＴが最大となるように対応付けるマップを用いて、目標すべり周波数を設定する本実施形態の構成によれば、磁化電流Ｉ（出力電流Ｉｏｕｔ）に対し、誘導電動機１０の出力トルクＴが最大となるように制御することができる。図５に本実施形態の制御を実施した場合の誘導電動機１０の回転速度の時間変化と、インバータ回路においてＰＷＭ制御を実施した場合の誘導電動機１０の回転速度の時間変化とを示す。本実施形態の制御によって出力トルクＴを最大化させることで、回転速度の応答性を向上させることができる。

本実施形態のすべり周波数設定部５９は、誘導電動機１０の温度に基づいて、マップを切り替える。誘導電動機１０の励磁電流（電源装置１００の出力電流）に対する出力トルク特性や、電力効率特性は、誘導電動機１０の温度（誘導電動機１０の電機子巻線の温度や伝導体の温度）によって変化する。そこで、誘導電動機１０の温度に基づいて、ＤＣＤＣコンバータ回路２１（電源装置１００）の磁化電流Ｉとすべり周波数とを対応付けるマップを切り替える構成とする。これにより、誘導電動機１０の回転速度を目標回転速度により応答性良く近づけることができる。

本実施形態の誘導電動機１０は、電機子巻線として３ｎ相（ｎは２以上の自然数）の電機子巻線を有する。誘導電動機１０が多相電機子巻線を有する構成とすることで、電機子巻線が形成する磁束を正弦波に近づけることができ、これにより、誘導電動機１０の電力効率及び出力応答性を向上させることができる。

（第２実施形態）
第１実施形態におけるすべり周波数設定部５９（図２）は、磁化電流Ｉと、誘導電動機１０の出力トルクＴが最大となるすべり周波数と、を対応付けるマップを用いて、誘導電動機１０の目標すべり周波数を設定する構成とした。これを変更し、第２実施形態におけるすべり周波数設定部５９は、磁化電流Ｉと、誘導電動機１０の電力効率が最高となるすべり周波数とを対応付けるマップを用いて、目標すべり周波数を設定する構成とする。本構成によれば、ＤＣＤＣコンバータ回路２１の出力電流Ｉｏｕｔに対し、誘導電動機１０の電力効率が向上するように制御することができる。

図７に、すべり周波数と、誘導電動機１０の出力トルクＴと、磁化電流Ｉ（電機子巻線群１３ａに流れる電流）との関係を表す図を示す。磁化電流Ｉを所定値とした場合、所定のすべり周波数において、誘導電動機１０の電力効率が最高となる。ここで、磁化電流Ｉを所定値とした場合に誘導電動機１０の電力効率が最高となるすべり周波数は、一般的には、誘導電動機１０の同期周波数の５％程度の値となる。また、磁化電流Ｉを所定値とした場合に誘導電動機１０の電力効率が最高となるすべり周波数は、シミュレーションや実験によって得ることができる。

（第３実施形態）
第３実施形態におけるすべり周波数設定部５９は、回転子１２の回転速度に基づいて、異なるマップを用いて目標すべり周波数を設定する。具体的には、すべり周波数設定部５９は、目標回転速度が増加方向に変化した場合、回転子１２の回転速度が目標回転速度に達するまでの間、磁化電流Ｉと目標すべり周波数とを、誘導電動機１０の出力トルクＴが最大となるように対応付けるマップを用いて、目標すべり周波数を設定する。ここで、目標回転速度が増加方向に変化した場合とは、例えば、誘導電動機１０の駆動開始時のことである。

さらに、すべり周波数設定部５９は、回転子１２の回転速度が目標回転速度に達した後、磁化電流Ｉと目標すべり周波数とを、誘導電動機１０の電力効率が最高となるように対応けるマップを用いて、目標すべり周波数を設定する。

本実施形態の構成によれば、誘導電動機１０の回転速度が目標回転速度に達するまでは、誘導電動機１０の出力トルクＴが最大となるように制御することで、誘導電動機１０の回転速度を目標回転速度に応答性良く近づけることできる。さらに、誘導電動機１０の回転速度が目標回転速度に達した後は、誘導電動機１０の電力効率が最高となるように制御することで、電力効率を向上させることができる。即ち、誘導電動機１０の応答性を向上させつつ、電力効率を向上させることができる。

（第４実施形態）
第１実施形態の制御装置５０は、誘導電動機１０の回転速度の検出値と、誘導電動機１０の回転速度の目標値である目標回転速度との差に基づいて、ＤＣＤＣコンバータ回路２１の出力電流Ｉｏｕｔを調整する。これを変更し、本実施形態では、誘導電動機１０の出力トルクＴを検出するトルクセンサ６４を設ける構成とする。さらに、本実施形態の制御装置５０は、上位の制御装置４０から入力される誘導電動機１０の出力トルクＴの目標値である目標トルクと、トルクセンサ６４による誘導電動機１０の出力トルクＴの検出値とに基づいて、ＤＣＤＣコンバータ回路２１の出力電流Ｉｏｕｔを調整する。なお、上位の制御装置４０は、トルクセンサ６４による誘導電動機１０の出力トルクＴの検出値を取得する。

より具体的には、図８に示すように、偏差算出部６５が、トルクセンサ６４による誘導電動機１０の出力トルクＴの検出値と、目標トルクとの偏差を算出する。そして、偏差算出部６５が算出した出力トルクＴの目標値と検出値との偏差に基づいて、ＰＩ制御を実施する。なお、目標トルクに基づいて、目標電流Ｉｒｅｆを算出し、その目標電流Ｉｒｅｆと出力電流Ｉｏｕｔとの偏差に基づくＰＩ制御を実施する構成としてもよい。なお、図８に示す構成では、図２に示す構成と比較して、電流分離部６３を省略している。これを変更し、電流分離部６３を備える構成としてもよい。

本実施形態の構成によれば、誘導電動機１０の出力トルクＴを任意の目標値に近づけることができる。つまり、定トルク制御を実施することが可能になる。

（他の実施形態）
・第１実施形態における回転速度に対するＰＩ制御、及び、出力電流Ｉｏｕｔに対するＰＩ制御に代えて、Ｐ制御（比例制御）又はＰＩＤ制御（比例・積分・微分制御）を実施してもよい。

・ＤＣＤＣコンバータ回路２１について、上記実施形態では、降圧チョッパ回路としたが、これを変更してもよい。例えば、昇圧回路でもあってもよいし、昇降圧回路でもあってもよい。また、絶縁型ＤＣＤＣコンバータ回路であってもよい。

・第１実施形態では、電機子巻線として２組×３相の電機子巻線を有する構成としたが、これを変更し、３相の電機子巻線を有する構成としてもよい。また、単相誘導電動機であってもよい。

・第１実施形態の制御装置５０（電流分離部６３）は、電源回路２０ａ，２０ｂのそれぞれに設けられた電流センサ５１の検出値の平均値に基づいて、磁化電流Ｉを取得する構成としてもよい。また、電源回路２０ａ，２０ｂの一方にのみ電流センサ５１を設ける構成とし、その電流センサ５１の検出値に基づいて、電源回路２０ａ，２０ｂの両方の制御を実施する構成としてもよい。

１０…誘導電動機、固定子…１２、２１…ＤＣＤＣコンバータ回路、２２…インバータ回路、３０…バッテリ、５０…制御装置、５９…すべり周波数設定部、１００…電源装置。

Claims (9)

1. 誘導電動機（１０）の制御装置（５０）であって、
   前記誘導電動機に電力を供給する電源装置（１００）は、直流電源（３０）から供給される電力を変換し、所定の出力電流を出力するＤＣＤＣコンバータ回路（２１）と、前記ＤＣＤＣコンバータ回路から出力される直流電力を交流電力に変換する電圧形インバータ回路（２２）と、を有しており、
   前記ＤＣＤＣコンバータ回路の出力電流の検出値に基づいて、前記誘導電動機に流れる磁化電流を取得し、その磁化電流、及び、前記磁化電流と前記誘導電動機のすべり周波数の目標値である目標すべり周波数とを対応付けるマップを用いて、前記目標すべり周波数を設定する設定部（５９）を備え、
   前記誘導電動機の回転子（１２）の回転速度と、前記設定部により設定される前記目標すべり周波数と、に基づいて、前記電圧形インバータ回路の転流周波数を設定し、その設定された前記転流周波数で前記電圧形インバータ回路を駆動する制御装置。
2. 前記ＤＣＤＣコンバータ回路の出力電流の検出値から前記誘導電動機における鉄損電流を分離した電流を前記磁化電流として算出する電流分離部（６３）を備え、
   前記設定部は、前記電流分離部による前記磁化電流の算出値を用いて、前記目標すべり周波数を設定する請求項１に記載の制御装置。
3. 前記誘導電動機の回転速度の検出値と、前記誘導電動機の回転速度の目標値である目標回転速度との差に基づいて、前記ＤＣＤＣコンバータ回路の前記出力電流を調整する請求項１又は２に記載の制御装置。
4. 前記誘導電動機の出力トルクの検出値と、前記誘導電動機の出力トルクの目標値である目標トルクとの差に基づいて、前記ＤＣＤＣコンバータ回路の前記出力電流を調整する請求項１又は２に記載の制御装置。
5. 前記設定部は、前記磁化電流と前記目標すべり周波数とを、前記誘導電動機の出力トルクが最大となるように対応付けるマップを用いて、前記目標すべり周波数を設定する請求項１乃至４のいずれか１項に記載の制御装置。
6. 前記設定部は、前記磁化電流と前記目標すべり周波数とを、前記誘導電動機の電力効率が最高となるように対応付けるマップを用いて、前記目標すべり周波数を設定する請求項１乃至５のいずれか１項に記載の制御装置。
7. 前記設定部は、
   前記目標回転速度が増加方向に変化した場合に、前記回転子の回転速度が前記目標回転速度に達するまでの間、前記磁化電流と前記目標すべり周波数とを、前記誘導電動機の出力トルクが最大となるように対応付けるマップを用いて、前記目標すべり周波数を設定し、
   前記回転子の回転速度が前記目標回転速度に達した後、前記磁化電流と前記目標すべり周波数とを、前記誘導電動機の電力効率が最高となるように対応付けるマップを用いて、前記目標すべり周波数を設定する請求項３に記載の制御装置。
8. 前記設定部は、前記誘導電動機の温度に基づいて、前記マップを切り替える請求項５乃至７のいずれか１項に記載の制御装置。
9. 前記誘導電動機は、電機子巻線（１３ａ，１３ｂ）として３相以上の電機子巻線を有する請求項１乃至８のいずれか１項に記載の制御装置。

Images