JP4967375B2

JP4967375B2 - 同期機の電流制御装置及び電流制御方法

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Publication number: JP4967375B2
Application number: JP2006052798A
Authority: JP
Inventors: 春樹屋代
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2006-02-28
Filing date: 2006-02-28
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2026-02-28
Also published as: JP2007236070A

Description

本発明は、同期機の電流制御装置及び電流制御方法に関し、特に、同期機の振動の主要因であるトルク変動と騒音の主要因である半径方向節点力を共に低減可能な同期機の電流制御装置及び電流制御方法に関する。

従来、同期電動機の印加電流を制御して同期電動機のトルク変動を低減するようにした同期電動機の制御装置及び電流制御方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
このものは、ｎ相交流により駆動する同期電動機の各相に印加する印加電流として、基本電流（１次周波数電流）をＫ＝１＋Σ_i=1ｋ_2in・cos{2in(ωt＋χ_2in)}の式で得られる補正係数Ｋで補正した電流を与えて駆動する。この際、係数ｋ_2inに関して、同期電動機を正弦波電流で制御したときのトルク変動波形をフーリエ変換することにより算出される２ｉｎ次成分の平均トルクに対する割合の極性を反転したものとしている。言い換えれば、この電流制御は、各相の基本電流をＩ＝Ａcos（ωt）＋Ｂsin（ωt）としたときに、２ｉｎ次成分を低減する高次周波数電流を重畳した電流Ｉ′を、Ｉ′＝｛Ａcos（ωt）＋Ｂsin（ωt）｝*｛１＋ｑcos（2inωt）＋ｒsin（2inωt）｝として与え、ｑを同期電動機を正弦波電流で制御したときのトルク変動波形をフーリエ変換することにより算出される２ｉｎ次成分実部の平均トルクに対する割合の極性を反転したものとし、ｒを同期電動機を正弦波電流で制御したときのトルク変動波形をフーリエ変換することにより算出される２ｉｎ次成分虚部の平均トルクに対する割合の極性を反転したものとすることと等価であり、基本電流を印加したときに発生するトルク変動の大きい高次周波数電流成分を打ち消すような高次周波数電流を基本電流に重畳してトルク変動を低減しようとするものである。
特開２００１−３５２７９１号公報

しかしながら、トルク変動を低減する高次周波数電流成分と半径方向節点力を低減する高次周波数電流成分は異なるため、従来の上述した特許文献１のように、トルク変動を低減対象とした高次周波数電流成分に基づいて設定された補正係数で基本電流を補正する電流制御では、トルク変動の低減には効果があっても半径方向節点力を低減することはできないという問題がある。

本発明は、この問題に着目してなされたもので、トルク変動と半径方向節点力の両方の低減効果を有し、同期機の振動及び騒音を低減可能な同期機の電流制御装置及び電流制御方法を提供することを目的とする。

このため、本発明の同期機の電流制御装置は、同期機の各相コイルに基本電流を印加したときに現れるトルク変動及び半径方向節点力のｐ次成分を低減するために、前記基本電流を前記ｐ次の高次周波数電流成分に基づいて設定した補正係数を乗算して補正するようにした同期機の電流制御装置であって、Ｋ＝［１＋ｑcos(pωt)＋ｒsin(pωt)］の式により得られるＫを前記補正係数として与え、前記ｐ次の高次周波数電流成分の振幅値に関連する前記補正係数Ｋ内の係数ｑ、ｒを、トルク変動低減用の第１の係数と半径方向節点力低減用の第２の係数に基づいて設定して補正係数Ｋを設定する補正係数設定手段と、該補正係数設定手段で設定された補正係数Ｋを基本電流に乗算して得られる印加電流を前記各相コイルに印加制御して同期機を駆動制御する駆動制御手段とを備えて構成したことを特徴とする。

また、本発明の同期機の電流制御方法は、同期機の各相コイルに基本電流を印加したときに現れるトルク変動及び半径方向節点力のｐ次成分を低減するために、前記基本電流を前記ｐ次の高次周波数電流成分に基づいて設定した補正係数を乗算して補正するようにした同期機の電流制御方法であって、Ｋ＝［１＋ｑcos(pωt)＋ｒsin(pωt)］の式により得られるＫを前記補正係数として与え、前記ｐ次の高次周波数電流成分の振幅値に関連する前記補正係数Ｋ内の係数ｑ、ｒを、トルク変動低減用の第１の係数と半径方向節点力低減用の第２の係数に基づいて設定して補正係数Ｋを設定し、該設定された補正係数Ｋを基本電流に乗算して得られる印加電流を各相コイルに印加制御して同期機を駆動制御することを特徴とする。

本発明の同期機の電流制御装置及び電流制御方法によれば、同期機のトルク変動を低減したいときはトルク変動低減用の第１の係数による補正係数を選択し、半径方向節点力を低減したいときは半径方向節点力低減用の第２の係数による補正係数を選択して、基本電流を補正できるので、同期機の振動の主要因であるトルク変動と騒音の主要因である半径方向節点力を共に低減でき、同期機の振動及び騒音を低減できる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る同期機の電流制御装置の一実施形態を示す構成図で、３相同期モータの駆動システムに適用した例を示す。
図１において、本実施形態の電流制御装置１０は、図示しないコントローラからのトルク指令値と回転センサ１で検出されるモータ３０の回転速度に基づいて各相の正弦波基本電流の電流値と位相を演算すると共に、基本電流（１次周波数電流）を印加したときに現れるトルク変動や半径方向節点力を低減するための補正係数Ｋを後述するようにして設定し、この設定した補正係数Ｋを前記基本電流に乗じて基本電流を補正する補正係数設定手段としての電流補正係数設定部１１と、該電流補正係数設定部１１から出力される補正電流値と電流センサ２で検出された各相の実際の電流値との比較結果が３相／２相変換部１２を介して入力し比較結果に基づいたフィードバック制御による電圧指令値を２相／３相変換部１４を介してモータドライバ２０に出力する駆動制御手段としてのＰＩ制御部１３を備える。

前記モータドライバ２０は、入力する電圧指令値に基づいてＰＷＭ制御部２１とインバータ２２を介して各相のコイルに対して位相が１２０度ずつ異なる所定周波数の交流電圧を印加し、これにより、モータ３０がその周波数に対応した回転数で駆動する。
図２及び図３に、前記モータ３０として、高出力と低振動性という特性を備えるために多用される傾向にある４極対４８ティースの分布巻きによる３相同期モータの構造を示す。

このモータ３０は、固定子４０と、回転子５０と、これらを収納するモータケース６０とを備える。
前記回転子５０は、その軸中心に設けた回転軸７０がモータケース６０に設けられた軸受６１，６２により回転可能に支持されている。また、回転軸７０に対し圧入により固定された積層鋼鈑等をベース材とし、該ベース材の外周部に８個の永久磁石５１〜５８が図３に示すように周方向に略等間隔に且つ図２に示すように軸方向に貫通して固定されている。前記永久磁石５１〜５８は、厚み方向に磁化されており、図３のように隣接する磁石のＮ極とＳ極が逆向きとなるよう配置されている。この永久磁石５１〜５８は、回転子５０をモータケース６０に組み付けると、回転子５０の永久磁石５１〜５８と固定子４０の電磁石との関係により磁路を形成する。

前記固定子４０は、モータケース６０に対し圧入やボルト止め等により固定された積層鋼鈑をベース材とし、該ベース材の回転子５０と対向する内周部に、計４８個のティース(1)〜(48)を備える。各ティース(1)〜(48)間に形成されたスロットには、前記モータドライバ２０に接続されたコイル４２が巻き付けられている。前記コイル４２は、図３に示すように、Ｕ相のコイルとＶ相のコイルとＷ相のコイルの３相に分けられており、前記モータドライバ２０からの位相が１２０度ずつ異なる所定周波数の交流電圧の印加により固定子４０に回転磁界を発生させる。

前記電流補正係数設定部１１では、補正係数Ｋを下記の（１）式により与え、補正係数Ｋ内の係数ｑ、ｒの値として、トルク変動低減用の第１の係数ｑ１、ｒ１と半径方向節点力低減用の第２の係数ｑ２、ｒ２のいずれかを選択して補正係数Ｋを設定する。
Ｋ＝［１+ｑcos(ｐωt)+ｒsin(ｐωt)］・・・（１）
尚、ｐは、トルク変動や半径方向節点力を低減するために１次周波数電流に重畳する高次周波数電流の次数を示す。

補正係数Ｋ内の係数ｑ、ｒは、前記重畳するｐ次の高次周波数電流成分の振幅値に関連して定まる値であり、Ｆ¹ ₀、Ｆ² ₀、Ｆ³ ₀を、各相電流の直流（ＤＣ）成分のトルク変動（又は半径方向節点力）とし、低減したいトルク変動（又は半径方向節点力）のｐ次成分の実部をＦ_p ^real、虚部をＦ_p ^imagとしたときに、前記係数ｑ、ｒは、例えば、次の（２）式により与えられる。

ｑ＝−Ｆ_p ^real/(Ｆ¹ ₀+２Ｆ² ₀+３Ｆ³ ₀)、ｒ＝−Ｆ_p ^imag/(Ｆ¹ ₀+２Ｆ² ₀+３Ｆ³ ₀) ・・・（２）
ここで、トルク及び半径方向節点力がモータの回転速度によらず印加電流値のみに依存することを示し、また、トルク変動を低減する高次周波数電流と半径方向節点力を低減する高次周波数電流が異なることを示す。言い換えれば、トルク変動及び半径方向節点力を低減するために重畳する高次周波数電流成分が電流値に依存し、また、この重畳する高次周波数電流成分の振幅値に関連する補正係数Ｋ内の係数ｑ、ｒが、トルク変動低減用の第１の係数ｑ１、ｒ１と半径方向節点力低減用の第２の係数ｑ２、ｒ２で異なることを示す。

トルクと半径方向節点力に関して、前述の４極対４８ティースの分布巻きによる３相同期モータについて電磁界解析ソフト（ＪＭＡＧ：株式会社日本総合研究所製）を用いて計算した。図４は計算の際の２次元モデルの１／４を表示したものである。印加電流を９００Ａとして、回転子５０の回転速度が１５００ｒｐｍ、３０００ｒｐｍの場合のトルク波形を図５に、ティ−ス(1)の半径方向節点力波形を図６に示す（固定子４０の外向きを正とした）。図５、図６からわかるように、トルク波形も半径方向節点力波形も１５００ｒｐｍ、３０００ｒｐｍの結果は一致しており、トルク及び半径方向節点力が略印加電流値に依存していることがわかる。

また、図５、図６の３０００ｒｐｍの各波形のフ−リエ変換した結果をデシベル表示したものを図７、図８に示す。図７からトルク変動は偶数次数、特に６の倍数次数が大きく、図８から半径方向節点力は偶数次数が大きいことがそれぞれわかる。図９は、トルク変動及び半径方向節点力の１２次成分を複素平面にプロットしたものである。図９からトルク変動の１２次成分と半径方向節点力の１２次成分は、位相が約９０°異なり、その結果、同一の高次周波数電流ではトルク変動の１２次成分と半径方向節点力の１２次成分を低減することができないことがわかる。

図１０に、基本電流値９００ＡにおけるＵ相電流値について、半径方向節点力の１２次成分を低減対象とした高次周波数電流値に基づいて（２）式から計算した係数ｑ、ｒを用いた補正係数Ｋで補正した電流値（図中破線）とオリジナル（補正なし）の電流値（図中実線）を示す。オリジナルのＵ相電流に対して、その山、谷で補正係数Ｋによる高次周波数電流成分を認識できる。

図１１に、図１０の高次周波数電流成分を重畳して補正した電流をモータ３０の各相に印加した場合のティース(1)における半径方向節点力（図中破線）を示し、図１２に、そのフ−リエ変換した結果をデシベルで表示したもの（図中破線）を示す。尚、図１１の実線は、図６に示すオリジナル（補正なし）の波形を示し、図１２の実線は、図６のオリジナル（補正なし）のフ−リエ変換した結果をデシベルで表示した図８に示すものである。図１２には補正による１２次成分の低減効果が１０ｄB強であることが示されている。

一方、図１３に、同じ補正係数Ｋで補正した場合のトルク波形（図中破線）を示し、図１４に、そのフ−リエ変換した結果をデシベル表示したもの（図中破線）を示す。尚、図１３の実線は、図５に示すオリジナル（補正なし）の波形を示し、図１４の実線は、図５のオリジナル（補正なし）のフ−リエ変換した結果をデシベルで表示した図７に示すものである。図１４から半径方向節点力について低減効果があった１２次成分は若干悪化している。このことから、トルク変動を低減する高次周波数電流値と半径方向節点力を低減する高次周波数電流値が異なり、重畳する高次周波数電流成分の振幅値に関連する補正係数Ｋ内の係数ｑ、ｒは、トルク変動低減用の第１の係数ｑ１、ｒ１と半径方向節点力低減用の第２の係数ｑ２、ｒ２で異なることがわかる。

図１５に、ｐ次のトルク変動を低減するｐ次周波数電流成分に基づいて計算されたトルク低減用の第１の係数ｑ１、ｒ１（図中実線）の値及びｐ次の半径方向節点力を低減するｐ次周波数電流成分に基づいて計算された半径方向低減用の第２の係数ｑ２、ｒ２（図中破線）の値と、基本電流値との関係を示し、これら第１の係数ｑ１、ｒ１と第２の係数ｑ２、ｒ２が、基本電流値に対応して変化することがわかる。

以下に、図１に示す電流制御装置１０の電流補正係数設定部１１による補正係数Ｋの設定例について説明する。
入力するトルク指令値やモータ３０の回転速度に基づいて、第１の係数ｑ１、ｒ１と第２の係数ｑ２、ｒ２を選択して補正係数Ｋを設定する。
まず、トルク指令値の場合について説明する。

例えば、入力するトルク指令値に比例する基本電流値に応じて第１の係数ｑ１、ｒ１と第２の係数ｑ２、ｒ２を切替えて補正係数Ｋを設定する。この場合、図１６に示すように、
切替え電流値として予め所定の基本電流値（例えば１６００Ａ）を定め、この電流値以下で負荷が低い領域では、トルク変動の低減を重視して第１の係数ｑ１、ｒ１を選択し、Ｋａ＝［１+ｑ１cos(pωt)+ｒ１sin(pωt)］としてトルク変動低減用の補正係数Ｋａを設定し、この補正係数Ｋａを基本電流に乗じて補正した電流値をモータ３０に印加するようにする。また、トルク指令値が大きく電流値が前記切替え電流値より大きく負荷が高い領域では、半径方向節点力の低減を重視して第２の係数ｑ２、ｒ２を選択し、Ｋｂ＝［１+ｑ１cos(pωt)+ｒ１sin(pωt)］として半径方向節点力低減用の補正係数Ｋｂを設定し、この補正係数Ｋｂを基本電流に乗じて補正した印加電流をモータ３０に印加するようにする。尚、図１６に、低電流側から高電流側へ負荷が増大した場合に、選択する係数ｑ、ｒが第１の係数ｑ１、ｒ１から第２の係数ｑ２、ｒ２へ切替わる様子を矢印で示してある。

また、補正係数Ｋの切替え時にモータ３０の振動、騒音上の不連続が問題となる場合、補正係数Ｋの切替えをスムーズに行うようにするとよい。
例えば、第１の係数ｑ１、ｒ１と第２の係数ｑ２、ｒ２を切替える場合に、前記切替え電流値近傍の予め定めた所定の切替え領域において、係数ｑ、ｒを下記の（３）式の線形和で表すようにする。

ｑ＝ｓ*ｑ１＋ｔ*ｑ２
ｒ＝ｓ*ｒ１＋ｔ*ｒ２・・・（３）
（ただし、係数ｓ、ｔはｓ＋ｔ＝１）
そして、係数ｓ、ｔの一方を漸増し、他方を漸減させて、補正係数Ｋ内の係数ｑ、ｒの値を設定し補正係数Ｋを決定する。

例えば、図１７の矢印で示すように、低電流側から高電流側に移行する場合、１６００Ａ〜２０００Ａを切替え領域とし、（３）式において、係数ｓを漸減し係数ｔを漸増することにより、係数ｑ、ｒの値を、切替え前の第１の係数ｑ１、ｒ１の値（図中実線）から切替え後の第２の係数ｑ２、ｒ２の値（図中破線）へ徐々に変化させる。これにより、補正係数Ｋの切替えがスムーズに行え、モータ３０の振動、騒音上の不連続を抑制できる。

図１７では、１６００Ａ〜２０００Ａを切替え領域とし所定電流値（１６００Ａ）を係数ｑ、ｒの切替え開始点としたが、所定電流値以前の電流値で切替えを開始し所定電流値（１６００Ａ）で切替えが終了するよう切替え領域を設定してもよく、また、所定電流値を跨いで切替え領域を設定し所定電流値の前後で切替えを開始し終了するようにしてもよい。

尚、高負荷域でモータ３０の磁束が略飽和状態になると、基本電流に対する高次周波数電流重畳分で引き起こすべき磁束のプラス分の発生量が少なく補正による低減効果が大きく下がる。このため、モータ３０の磁束が略飽和状態となる電流値以上では、係数ｑ、ｒをｑ＝ｒ＝０として基本電流を補正せず、高次周波数電流を重畳しないようにするとよい。これにより、高次周波数電流重畳による電力消費を抑制できる。

次に、モータ回転速度の場合について説明する。
上述した電流値の場合と同様に、予め所定の回転速度を定め、この回転速度以下の低回転領域では、トルク変動の低減を重視して第１の係数ｑ１、ｒ１を選択してトルク変動低減用の上述した補正係数Ｋａを設定し、この補正係数Ｋａを基本電流に乗じて補正する。また、回転速度が前記所定回転速度より高回転領域では、半径方向節点力の低減を重視して第２の係数ｑ２、ｒ２を選択して半径方向節点力低減用の補正係数Ｋｂを設定し、この補正係数Ｋｂを基本電流に乗じて補正する。ここで、前記所定回転速度が第１の所定回転速度に相当する。

補正係数Ｋの切替えをスムーズに行うためには、前記所定回転速度を含んで予め定めた切替え領域で係数ｑ、ｒを（３）式の線形和で表すようにし、係数ｓ、ｔの一方を漸増し、他方を漸減させて、補正係数Ｋ内の係数ｑ、ｒの値を設定して補正係数Ｋを決定する。例えば、図１８に破線で示す切替え領域で、係数ｑ、ｒを（３）式のようにしたとき、言い換えれば、補正係数Ｋを、Ｋ＝ｓ*Ｋａ＋ｔ*Ｋｂとしたときに、低回転速度側で係数ｓ、ｔをｓ＝１、ｔ＝０としてトルク変動の低減を重視し、高回転速度側でｓ＝０、ｔ＝１として半径方向節点力の低減を重視し、低回転側から高回転側に移行する場合に図中点線で示す切替え領域で、係数ｓを漸減し、係数ｔを漸増して補正係数Ｋの切替えをスムーズに行う。高回転側から低回転側に移行する場合には切替え領域で、係数ｓを漸増し、係数ｔを漸減して補正係数Ｋの切替えをスムーズに行う。

尚、図１８は、所定回転速度を跨いで切替えを開始し終了する例を示すが、所定回転速度を補正係数Ｋの切替え開始点や終了点としてもよいことは言うまでもない。
上述の例では、低回転側でトルク変動の低減を重視し、高回転側で半径方向節点力の低減を重視する例を説明したが、これに限るものではなく、低回転側で半径方向節点力の低減を重視し、高回転側でトルク変動の低減を重視するような設定でもよい。

また、第２の所定回転速度を略中心とした予め定めた所定回転速度領域で、トルク変動と半径方向節点力のいずれか一方を低減し、前記所定回転速度領域以外では他方を低減するように補正係数Ｋを切替えて設定するようにしてもよい。
例えば、図１９に示すように、第２の所定回転速度としての所定回転速度Ｎを略中心として予め定めた図中点線で示す所定回転速度領域Ａで、Ｋ＝ｓ*Ｋａ＋ｔ*Ｋｂにおいて係数ｓ＝１、ｔ＝０として補正係数ＫをＫ＝Ｋａに設定してトルク変動を低減し、所定回転速度領域Ａ以外の回転速度領域では係数ｓ＝０、ｔ＝１として補正係数ＫをＫ＝Ｋｂに設定して半径方向節点力を低減する。

補正係数Ｋの切替えは、回転速度が所定回転速度領域外から所定回転速度領域Ａに入った時に係数ｓ、ｔをｓ＝０→１、ｔ＝１→０に切替えるようにしてもよし、補正係数Ｋの切替えをスムーズに行うため、所定回転速度領域Ａの端（図中点線）から所定回転速度Ｎへ近づく場合は係数ｓを漸増し係数ｔを漸減し、所定回転速度Ｎから所定回転速度領域Ａの端（図中点線）へ近づく場合は逆に係数ｓを漸減し係数ｔを漸増し、補正係数ＫのＫａからＫｂへ、ＫｂからＫａへの各切替えを徐々に行うようにしてもよい。

この場合の前記第２の所定回転速度としては、モータ３０の駆動系の回転方向（ねじり）共振周波数から決定する。例えば、４極対モータの場合、駆動系共振周波数をｆｎとすると、前記所定回転速度ＮはＮ＝（６０*ｆｎ）／（４*ｐ）＝（１５*ｆｎ）／ｐとなる。
また、所定回転速度領域Ａで、Ｋ＝ｓ*Ｋａ＋ｔ*Ｋｂにおいて係数ｓ＝０、ｔ＝１として補正係数Ｋｂで半径方向節点力を低減し、所定回転速度領域Ａ以外で係数ｓ＝１、ｔ＝０として補正係数Ｋａでトルク変動を低減するようにしてもよい。補正係数Ｋの切替えは、前述した所定回転速度領域Ａでトルク変動を低減する場合と同様に行うことができる。この場合の第２の所定回転速度Ｎ′としては、モータのケ−スを含めて構造体の共振周波数から決定する。例えば、４極対モータの場合、構造体共振周波数をｆｍとすると、所定回転速度Ｎ′はＮ′＝（６０*ｆｍ）／（４*ｐ）＝（１５*ｆｍ）／ｐとなる。

駆動系共振と構造体共振が混在している場合は、それぞれの共振周波数により決まる各所定回転速度ＮやＮ′を含むそれぞれの所定回転速度領域で、上述のように補正係数ＫとしてＫ＝Ｋａ或いはＫ＝Ｋｂを用いて電流補正を行えばよい。
上述したような、駆動系共振や構造体共振に基づいて設定された所定回転速度領域Ａでトルク変動や半径方向節点力を低減するような場合に、所定回転速度領域Ａ以外では補正係数Ｋによる電流補正を行わないようにしてもよい。これにより、不必要に電力を消費することを避けることができる。

また、モータの回転速度が高くなると、ｐ次に関するＰＷＭ制御部２１のインバ−タ２２への指令信号を形成することが困難になる。このため、ＰＷＭ制御に支障をきたす回転速度以上では高次周波数電流の重畳による電流補正を行わないようにするとよい。これにより、無駄な電力消費を減らすことができる。
尚、基本電流値に応じて第１の係数と第２の係数を切替えて補正係数Ｋを設定する上述の実施形態では、補正係数Ｋ内の係数ｑ、ｒに関して、図１５に示すような、基本電流値と第１の係数ｑ１、ｒ１と第２の係数ｑ２、ｒ２の対応関係を示すマップから、基本電流値に応じて第１の係数ｑ１、ｒ１と第２の係数ｑ２、ｒ２のいずれかを選択するようにしたが、第１の係数ｑ１、ｒ１と第２の係数ｑ２、ｒ２の選択されない領域のデータは不要である。従って、第１の係数ｑ１、ｒ１と第２の係数ｑ２、ｒ２のそれぞれ選択される必要領域のデータのみを互いに結合し、１つの係数ｑ′、ｒ′データを基本電流値と対応させてマップ化して記憶させるとよい。

例えば、図１６を例にとれば、切替え電流（１６００Ａ）以下の低負荷領域では第１の係数ｑ１、ｒ１を選択し、切替え電流（１６００Ａ）より大きい高負荷領域では第２の係数ｑ１、ｒ１を選択するような場合、図１６の切替え電流（１６００Ａ）を境に図中右側の高電流領域では、第１の係数ｑ１、ｒ１データは不要であり、図中左側の低電流領域では、第２の係数ｑ２、ｒ２データは不要である。従って、前記各不要領域のデータは削除し、図１６の切替え電流（１６００Ａ）を境に図中左側の低電流領域において選択される第１の係数ｑ１、ｒ１データと図中右側の高電流領域において選択される第２の係数ｑ２、ｒ２データの係数ｑ１とｑ２及び係数ｒ１とｒ２をそれぞれ互いに結合し、結合したものを係数ｑ′、ｒ′とし、図２０に示すような、ｑ′（図中破線）とｒ′（図中実線）の係数データを基本電流値に対応させたマップを作成するようにする。

これにより、第１の係数ｑ１、ｒ１と第２の係数ｑ２、ｒ２を選択する必要がなくなり、基本電流値に対応して係数ｑ′、ｒ′の値を直接読み出せばよく、補正係数Ｋの設定処理が容易且つ素早くできるようになる。
上述の実施形態では、高次周波数成分のｐ次を１つに絞って説明したが、低減対象の次数が複数ある場合には、補正係数Ｋを、
Ｋ＝［１+｛ｑ₁cos(ｐ₁ωt)+ｒ₁sin(ｐ₁ωt)｝＋｛ｑ₂cos(ｐ₂ωt)+ｒ₂sin(ｐ₂ωt)｝
＋｛ｑ₃cos(ｐ₃ωt)+ｒ₃sin(ｐ₃ωt)｝＋・・・］
と考え、ｐ₁、ｐ₂、ｐ₃、・・・ぞれぞれに対してトルク変動低減用の第１の係数ｑ１、ｒ２値と、半径方向低減用の第２の係数ｑ２、ｒ２を持たせて重畳するようにすればよい。

尚、本実施形態は、同期機の一例として４極対４８ティースの分布巻き３相同期モータの例を示したが、極対数やティース数が異なる同期モータにも同様に適用することができる。更に、同期ジェネレータや同期モータジェネレータにも適用することができる。
また、本実施形態は、回転子と固定子とが径方向に対向配置されるラジアルタイプの同期機への適用例を示したが、例えば、回転子と固定子とが軸方向に対向配置されるアキシャルタイプの同期機にも適用することができる。

本発明の同期機の電流制御装置の一実施形態を適用した同期モータの駆動システムの概略を示す構成図同期型３相モータの構造を示す断面図図２に示すモータの回転子と固定子を示す全体図電磁解析ソフトによる計算モデル図同一電流値で回転速度を異ならせたときのトルク波形図同一電流値で回転速度を異ならせたときの半径方向節点力波形図図５のトルク波形のフーリエ変換結果を示す図図６の半径方向節点力波形のフーリエ変換結果を示す図複素平面上にトルクと半径方向節点力の各１２次成分をプロットした図半径方向節点力低減のための高次周波数電流を重畳した場合と重畳しない場合のＵ相電流波形図半径方向節点力低減のための高次周波数電流を重畳した場合と重畳しない場合の各半径方向節点力波形図図１１の各半径方向節点力波形のフーリエ変換結果を示す図半径方向節点力低減のための高次周波数電流を重畳した場合と重畳しない場合の各トルク波形図図１３の各トルク波形のフーリエ変換結果を示す図第１及び第２の係数と基本電流値との対応関係を示すマップ図基本電流値により第１の係数と第２の係数を切替える場合の例示図基本電流値により第１の係数と第２の係数を切替える場合の別の例示図回転速度により第１の係数と第２の係数を切替える場合の例示図回転速度により第１の係数と第２の係数を切替える場合の別の例示図第１の係数と第２の係数の選択される必要領域のデータだけを結合した係数データのマップ図

符号の説明

１０電流制御装置
１１電流補正係数設定部
１３ＰＩ制御部
２０モータドライバ
２１ＰＷＭ制御部
２２インバータ
３０三相同期モータ
４０固定子
４２コイル
５０回転子
６０モータケース
７０回転軸

Claims

同期機の各相コイルに基本電流を印加したときに現れるトルク変動及び半径方向節点力のｐ次成分を低減するために、前記基本電流を前記ｐ次の高次周波数電流成分に基づいて設定した補正係数を乗算して補正するようにした同期機の電流制御装置であって、
Ｋ＝［１＋ｑcos(pωt)＋ｒsin(pωt)］の式により得られるＫを前記補正係数として与え、前記ｐ次の高次周波数電流成分の振幅値に関連する前記補正係数Ｋ内の係数ｑ、ｒを、トルク変動低減用の第１の係数と半径方向節点力低減用の第２の係数に基づいて設定して補正係数Ｋを設定する補正係数設定手段と、
該補正係数設定手段で設定された補正係数Ｋを基本電流に乗算して得られる印加電流を前記各相コイルに印加制御して同期機を駆動制御する駆動制御手段と、
を備えて構成したことを特徴とする同期機の電流制御装置。
前記補正係数設定手段は、同期機の動作に関する状態量に応じて、前記第１の係数と前記第２の係数とを切替える構成とした請求項１に記載の同期機の電流制御装置。
前記補正係数設定手段は、予め定めた所定の基本電流値で前記第１の係数と第２の係数を切替える構成とした請求項１または２に記載の同期機の電流制御装置。
基本電流値に対応して変化する前記第１及び第２の各係数データのそれぞれ選択される各必要領域のデータのみを互いに結合し、該結合した１つの係数ｑ、ｒのデータを前記基本電流値に対応させて記憶する構成とした請求項３に記載の同期機の電流制御装置。
前記補正係数設定手段は、前記同期機の予め定めた第１の所定回転速度で前記第１の係数と第２の係数を切替える構成とした請求項１または２に記載の同期機の電流制御装置。
前記補正係数設定手段は、前記第１の係数をｑ１、ｒ１とし、前記第２の係数をｑ２、ｒ２としたときに、第１の係数と第２の係数の予め定めた切替え領域において、
ｑ＝ｓ*ｑ１＋ｔ*ｑ２
ｒ＝ｓ*ｒ１＋ｔ*ｒ２
（ただし、係数ｓ、ｔはｓ＋ｔ＝１）
の式を用い、係数ｓ、ｔのいずれか一方を漸増し、他方を漸減させて、前記補正係数Ｋ内の係数ｑ、ｒを設定する構成とした請求項１に記載の同期機の電流制御装置。
前記補正係数設定手段は、前記第１の係数をｑ１、ｒ１とし、前記第２の係数をｑ２、ｒ２としたときに、予め定めた第２の所定回転速度を略中心とした所定回転速度領域において、
ｑ＝ｓ*ｑ１＋ｔ*ｑ２
ｒ＝ｓ*ｒ１＋ｔ*ｒ２
（ただし、係数ｓ、ｔはｓ＋ｔ＝１）
の式を用い、前記所定回転速度領域端から前記第２の所定回転速度までの間で、係数ｓ、ｔのいずれか一方を漸増し、他方を漸減させて前記補正係数Ｋ内の係数ｑ、ｒを設定する構成とした請求項１に記載の同期機の電流制御装置。
前記第２の所定回転速度は、駆動系の回転方向共振周波数に基づいて決定する構成とした請求項７に記載の同期機の電流制御装置。
前記第２の所定回転速度は、前記同期機の構造体の共振周波数に基づいて決定する構成とした請求項７に記載の同期機の電流制御装置。
前記補正係数設定手段は、前記第２の所定回転速度を略中心とした前記所定回転速度領域以外の回転速度領域で、前記係数ｓ、ｔを、ｓ＝０、ｔ＝０として基本電流を補正しない構成とした請求項７〜９のいずれか１つに記載の同期機の電流制御装置。
同期機の各相コイルに基本電流を印加したときに現れるトルク変動及び半径方向節点力のｐ次成分を低減するために、前記基本電流を前記ｐ次の高次周波数電流成分に基づいて設定した補正係数を乗算して補正するようにした同期機の電流制御方法であって、
Ｋ＝［１＋ｑcos(pωt)＋ｒsin(pωt)］の式により得られるＫを前記補正係数として与え、前記ｐ次の高次周波数電流成分の振幅値に関連する前記補正係数Ｋ内の係数ｑ、ｒを、トルク変動低減用の第１の係数と半径方向節点力低減用の第２の係数に基づいて設定して補正係数Ｋを設定し、
該設定された補正係数Ｋを基本電流に乗算して得られる印加電流を各相コイルに印加制御して同期機を駆動制御することを特徴とする同期機の電流制御方法。