JP7183740B2 - インバータ装置 - Google Patents

Description

本発明は、永久磁石型同期電動機（ＰＭＳＭ）等の交流モータを駆動するインバータ装置に関するものである。

インバータにより、交流モータの電流、電圧を磁束方向に沿ったｄ軸成分とこれに直交するｑ軸成分とに分離して制御するベクトル制御において、ｄ軸電流を負方向に制御することにより、高速運転領域におけるモータの端子電圧を飽和させずに最高速度の向上を可能にした弱め磁束制御が知られている。

ここで、特許文献１には、上記の弱め磁束制御を行うモータ駆動システムが記載されている。図５は、この従来技術を示すブロック図である。
図５において、通常領域ｄ軸電流指令設定部１３は、電圧飽和が生じない運転領域のｄ軸電流指令値ｉ_ｄｕ ^＊をトルク指令値τ^＊から生成する。弱め磁束電流指令値生成部１２は、出力電圧演算部１２ａ、積分器１２ｂ及び比例器１２ｃの動作により、弱め磁束制御を行うためのｄ軸電流指令値ｉ_ｄｓ ^＊を生成し、このｉ_ｄｓ ^＊と前記ｉ_ｄｕ ^＊とを加算して得たｄ軸電流指令値ｉ_ｄ０ ^＊がｄ軸電流指令リミッタ１４に入力される。

ｄ軸電流上限値演算部１１は、モータ１９の回転速度ωとモータ駆動部１８の供給可能電圧Ｖ_ｃとから負のｄ軸電流上限値ｉ_ｄｌｍｔを演算し、ｄ軸電流指令リミッタ１４に出力する。ｄ軸電流指令リミッタ１４は、ｄ軸電流指令値ｉ_ｄ０ ^＊を負のｄ軸電流上限値ｉ_ｄｌｍと零との間に制限し、ｉ_ｄ ^＊として電流ベクトル制御部１７に出力すると共に、制限前後の差分値Δｉ_ｄｌｍｔ ^＊をｑ軸電流指令リミッタ１６に出力する。
また、ｑ軸電流指令生成部１５は、トルク指令値τ^＊とｄ軸電流指令値ｉ_ｄ ^＊とからｑ軸電流指令値ｉ_ｑ０ ^＊を生成し、ｑ軸電流指令リミッタ１６は、前記差分値Δｉ_ｄｌｍｔ ^＊によりｉ_ｑ０ ^＊を制限してｑ軸電流指令値ｉ_ｑ ^＊を生成する。電流ベクトル制御部１７は、ｄ軸，ｑ軸電流指令値ｉ_ｄ ^＊，ｉ_ｑ ^＊に基づいて生成したｄ軸，ｑ軸電圧指令値ｖ_ｑ ^＊ｖ_ｑ ^＊をモータ駆動部１８に送り、モータ駆動部１８は指令通りの電圧を出力してモータ１９を駆動する。

上記のように、特許文献１に係る駆動装置では、所望のトルク指令値τ^＊に基づいて生成したｑ軸電流指令値ｉ_ｑ ^＊を、ｄ軸電流指令値ｉ_ｄ ^＊の制限前後の差分値Δｉ_ｄｌｍｔ ^＊を用いて制限し、これらのｄ軸，ｑ軸電流指令値ｉ_ｄ ^＊，ｉ_ｑ ^＊からｄ軸，ｑ軸電圧指令ｖ_ｑ ^＊ｖ_ｑ ^＊を生成している。

また、他の従来技術として、特許文献２に記載されたモータ駆動システムが知られている。
図６は、この従来技術を示すブロック図であり、ブラシレスモータ４０を駆動する電子制御ユニット（ＥＣＵ）２４は、位相補償器２５、マイコン３８、ＰＷＭ演算部３２、三相電圧形インバータ３３、及び電流センサ３４を備えている。

ハンドル２１からトルクセンサ２２を介して入力された操舵トルクＴは位相補償器２５により位相補償され、車速センサ２３からの車速Ｓと共に目標電流算出部２６に入力される。弱め磁束制御を行うための目標値補正部２９は、目標電流算出部２６により算出されたｑ軸電流目標値ｉ_ｑ ^＊と、ｄ軸電流目標値ｉ_ｄ ^＊（＝“０”）と、制限値設定部２７からの電圧制限値Ｖ_ｌｉｍ及び電流制限値Ｉ_ｌｉｍと、Φ算出部３７による鎖交磁束数Φと、角速度算出部３６による角速度ω_ｅと、必要に応じて定数設定部２８により設定されるｄ軸電流定数Ｇ_ｄ（電流マージン定数Ｋ_ｄ）とに基づいて、ｄ軸，ｑ軸電流指令値ｉ_ｄｃ，ｉ_ｑｃを演算し、これらの電流指令値ｉ_ｄｃ，ｉ_ｑｃがオープンループ制御部３０に入力される。

オープンループ制御部３０は、モータの回路方程式に基づき、ｉ_ｄｃ，ｉ_ｑｃ，Φ，ω_ｅを用いてｄ軸，ｑ軸電圧指令値ｖ_ｄｃ，ｖ_ｑｃを演算する。これらの電圧指令値ｖ_ｄｃ，ｖ_ｑｃはｄｑ軸／三相変換部３１により三相量に変換され、各相の電圧指令値Ｖ_ｕ，Ｖ_ｖ，Ｖ_ｗとしてＰＷＭ演算部３２に入力される。
ＰＷＭ演算部３２は、電圧指令値Ｖ_ｕ，Ｖ_ｖ，Ｖ_ｗに基づいてパルスを生成し、インバータ３３は上記パルスにより半導体スイッチング素子をオン・オフさせてブラシレスモータ４０に所定の電圧を供給し、当該モータ４０を駆動する。なお、３４はモータ４０の電機子電流ｉ_ａを検出する電流センサ、３５は回転子の回転角度θを検出する角度算出部である。

図７は、この従来技術におけるモータトルクの低下補償処理を示すフローチャートである。
まず、弱め磁束制御を行うためのｄ軸電流目標値ｉ_ｄ ^＃を変えずに、電圧制限の範囲内で第１の最大ｑ軸電流値ｉ_{ｑｍａｘ１}を求め、同じく、ｄ軸電流目標値ｉ_ｄ ^＃を変えずに、電流制限の範囲内で第２の最大ｑ軸電流値ｉ_{ｑｍａｘ２}を求める（ステップＳ１，Ｓ２）。そして、ｉ_{ｑｍａｘ１}，ｉ_{ｑｍａｘ２}のうち小さい方をｉ_ｑｍａｘとし（Ｓ３）、ｄ軸電流目標値ｉ_ｄ ^＃に従ってｄ軸電流を流したときのモータトルクの低下を補償するべく、ｑ軸電流目標値ｉ_ｑ ^＃を補正してトルク補償用のｑ軸電流値ｉ_ｑｔを求める（Ｓ４）。なお、ステップＳ４において、Ｋ_ｉｑはトルク低下補償係数である。
次に、ｉ_ｑｔとｉ_ｑｍａｘとの大小関係を判断し（Ｓ５）、ｉ_ｑｔ＞ｉ_ｑｍａｘであれば、ｄ軸電流目標値ｉ_ｄ ^＃をｄ軸電流指令値ｉ_ｄｃとしてｉ_ｑｍａｘをｑ軸電流指令値ｉ_ｑｃとし（Ｓ６）、ｉ_ｑｔ≦ｉ_ｑｍａｘであれば、ｄ軸電流目標値ｉ_ｄ ^＃をｄ軸電流指令値ｉ_ｄｃとしてトルク補償用のｑ軸電流値ｉ_ｑｔをｑ軸電流指令値ｉ_ｑｃとする（Ｓ７）。

このモータ駆動システムは、従来の弱め磁束制御ではｄ軸電流の減少によって結果的にモータの出力トルクが低下する点に鑑み、ｄ軸，ｑ軸電流目標値を決定した後に、所定の電圧制限及び電流制限の範囲内でｑ軸電流目標値を修正してモータトルクの低下を補償するものである。この従来技術によれば、弱め磁束制御を導入した場合でも高回転領域まで安定したモータ出力を得ることができる。

特許第５９４８６１３号公報（請求項３、段落［００２０］～［００６６］、図１～図３等） 特許第５２００６２８号公報（段落［００８１］～［００９０］、図２，図１０等）

さて、一般的なモータでは、図８（ａ）に示すように、トルクが最大になるポイントよりも高速側で端子電圧（インバータの入力電圧によって決まる出力可能な電圧）が最高になる。端子電圧が一定の領域では、速度に比例して上昇する誘起電圧に対して磁束を弱めるために弱め磁束電流（負のｄ軸電流）を増加させる必要があり、この弱め磁束電流と所定のトルクを実現するために必要な電流とが加算されるので、弱め磁束領域における電流はｉ_{ｔｏｔａｌ}のように増加する。

ところが、図８（ｂ）や（ｃ）のように、端子電圧が最高になるポイントが、トルクが最大になる領域と重なるケースがある。ここで、図８（ｂ）のケースは、車載用途のモータのように、バッテリーの電圧変動範囲が広く、バッテリー電圧が著しく低下してインバータが出力可能な最高電圧が低下した場合に生じ易い。また、図８（ｃ）のケースは、同じく車載用途において、出力密度の向上を図るために誘起電圧が高いモータを設計したような場合に起こり得る。
何れの場合も、最大トルクを実現するために必要な電流と弱め磁束電流とを加えた電流ｉ_{ｔｏｔａｌ}が過電流レベルに近くなり、電流指令の段階で過電流レベルを超過することもある。

図８（ｂ），（ｃ）のような事態を回避するには、モータの速度を低下させて弱め磁束電流を減少させることが考えられるが、モータがエンジンに連れ回されるハイブリッド自動車では、そのような速度制御は困難である。
また、前述した特許文献１，２のように、トルク指令を実現するためのｑ軸電流を制限すれば、トータルの電流を減少させることが可能である。しかし、突極比や磁気飽和の大きいＰＭＳＭの場合には、ｄ軸電流とｑ軸電流との干渉や非線形な特性によってトルクや端子電圧が決まるため、ｑ軸電流を低減するだけでは端子電圧一定制御及びトルク制御を効果的に両立できない恐れがある。

更に、ｑ軸電流を低減したことにより実現されるトルクを把握するには、ｄ軸電流及びｑ軸電流や非線形パラメータを用いた複雑な演算が必要であり、ＣＰＵ等の演算負荷が増大する。
加えて、過電流レベルを超えないように電流を制限したとしても、過電流レベル付近における動作を長期にわたって継続していると、スイッチング素子やモータの温度が上昇し、熱的破損や永久磁石の減磁等の問題が発生する。

そこで、本発明の解決課題は、ｄ軸電流及びｑ軸電流に応じて、または、上記電流情報に加えてスイッチング素子温度及びモータ温度に応じてトルク指令値を適切に抑制することにより、スイッチング素子やモータを過電流から保護するようにしたインバータ装置を提供することにある。

請求項１に係る発明は、交流モータを駆動するインバータと、前記交流モータの磁束方向に沿ったｄ軸電流とこれに直交する方向のｑ軸電流とをフィードバック制御して生成した出力電圧指令値に基づいて前記インバータの複数のスイッチング素子をオン・オフ制御する制御装置と、を備えたインバータ装置において、
前記制御装置内に設けられた電流指令演算器が、
トルク指令値に応じたトルクを前記交流モータから出力させるための最小電流を演算する最大トルク制御と、前記インバータの入力電圧に応じた最大電圧を出力させるために前記交流モータの速度に応じてｄ軸電流を負に制御する弱め磁束制御と、を行ってｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値を演算する最大トルク制御／弱め磁束制御部と、
前記スイッチング素子の温度検出値と第１の過熱保護温度設定値との偏差に応じて１．０以下の第１の最大電流補正係数を求める第１調節手段と、
前記交流モータの温度検出値と第２の過熱保護温度設定値との偏差に応じて１．０以下の第２の最大電流補正係数を求める第２調節手段と、
前記インバータの出力電流最大値を前記第１の最大電流補正係数及び前記第２の最大電流補正係数により補正する手段と、
前記インバータの出力電流指令値または出力電流検出値と、補正後の前記出力電流最大値との偏差に応じて１．０以下のトルク補正係数を積分演算によって求めるトルク調節手段と、
前記トルク調節手段における積分ゲインを、前記第１の最大電流補正係数及び前記第２の最大電流補正係数に応じて、複数の積分ゲインの中から選択するゲイン選択部と、
前記トルク補正係数を前記トルク指令値に乗算して第２のトルク指令値を演算する乗算手段と、を有し、
前記第２のトルク指令値を前記最大トルク制御／弱め磁束制御部に与えることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載したインバータ装置において、前記トルク補正係数が零より大きい下限値にまで到達したら、アラームを発生することを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載したインバータ装置において、前記トルク補正係数が零になったら、前記インバータを構成する全てのスイッチング素子をオフさせることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項１に記載したインバータ装置において、前記第１の最大電流補正係数が１．０よりも小さい場合に、前記スイッチング素子が過熱状態である旨のアラームを発生することを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項１に記載したインバータ装置において、前記第２の最大電流補正係数が１．０よりも小さい場合に、前記交流モータが過熱状態である旨のアラームを発生することを特徴とする。

請求項６に係る発明は、請求項１に記載したインバータ装置において、前記トルク調節手段における複数の積分ゲインを、前記交流モータの出力トルク，電流，端子電圧，温度、または、前記スイッチング素子の温度のうちの何れかの挙動に基づいて予め設定したことを特徴とする。

本発明によれば、インバータの出力電流の振幅に応じて補正したトルク指令値に従って最大トルク制御／弱め磁束制御を行い、更に、スイッチング素子やモータの温度に応じてトルク補正係数を調整することにより、過電流によるスイッチング素子の熱的破損、モータの永久磁石の減磁等を防止することができる。
また、トルク補正係数や第１，第２の最大電流補正係数の低下時にアラームを発生させ、必要に応じてインバータを全相遮断することにより、インバータ及びモータを保護することが可能である。

本発明の実施形態に係るモータ駆動システムのブロック図である。 図１における電流指令演算器の第１実施例を示す構成図である。 本発明の実施形態における交流モータの動作を示す特性図である。 図１における電流指令演算器の第２実施例を示す構成図である。 特許文献１に記載されたモータ駆動システムのブロック図である。 特許文献２に記載されたモータ駆動システムのブロック図である。 特許文献２におけるトルク低下補償処理を示すフローチャートである。 本発明の課題を説明するための交流モータの動作を示す特性図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。
図１は、この実施形態に係るインバータ装置を備えたモータ駆動システムのブロック図である。図１において、２００は、直流電源２０１の電力を交流電力に変換する三相電圧形のインバータであり、その出力側には、ＰＭＳＭや誘導モータ等の交流モータ３００が接続されている。
なお、２０２は直流電源２０１の電圧を検出する電圧検出器、２０３はインバータ２００の出力電流を検出する電流検出器、３０１は交流モータ３００の回転子位置及び回転速度を検出する位置・速度センサである。

インバータ２００の半導体スイッチング素子を制御する制御装置５００は、交流モータ３００の磁束方向をｄ軸とし、このｄ軸から９０°進んだ方向をｑ軸と定義した回転座標軸を用いてインバータ２００の電流、電圧を制御することにより、交流モータ３００の出力トルクをトルク指令値τ^＊に制御する。
この制御装置５００において、電流指令演算器１００には、トルク指令値τ^＊と、角度・速度検出部１２６から出力される速度検出値ωと、電圧検出部１２９による直流電圧検出値Ｖ_ｄｃと、ｄ軸電圧指令値Ｖ_ｄ ^＊及びｑ軸電圧指令値Ｖ_ｑ ^＊とが入力され、ｄ軸電流指令値Ｉ_ｄ ^＊及びｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ ^＊が演算される。これらのｄ軸，ｑ軸電流指令値Ｉ_ｄ ^＊，Ｉ_ｑ ^＊は、ｄ軸，ｑ軸電流演算値Ｉ_ｄ，Ｉ_ｑと共に、減算器１２１ｄ，１２１ｑにそれぞれ入力されている。なお、ｄ軸，ｑ軸電流演算値Ｉ_ｄ，Ｉ_ｑは、電流検出器２０３及び電流検出部１２７により検出した三相電流Ｉ_ｕ，Ｉ_ｖ，Ｉ_ｗを電流座標変換器１２８により座標変換して求められる。

ｄ軸電流調節器１２２ｄは、ｄ軸電流指令値Ｉ_ｄ ^＊とｄ軸電流演算値Ｉ_ｄとの偏差がゼロになるように動作してｄ軸電圧指令値Ｖ_ｄ ^＊を演算し、ｑ軸電流調節器１２２ｑは、ｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ ^＊とｑ軸電流演算値Ｉ_ｑとの偏差がゼロになるように動作してｑ軸電圧指令値Ｖ_ｑ ^＊を演算する。
ｄ軸電圧指令値Ｖ_ｄ ^＊及びｑ軸電圧指令値Ｖ_ｑ ^＊は、電圧座標変換器１２３において角度・速度検出部１２６からの角度θを用いて座標変換することにより、三相の電圧指令値Ｖ_ｕ ^＊，Ｖ_ｖ ^＊，Ｖ_ｗ ^＊に変換される。

電圧指令値Ｖ_ｕ ^＊，Ｖ_ｖ ^＊，Ｖ_ｗ ^＊は直流電圧検出値Ｖ_ｄｃと共に変調率指令値演算器１２４に入力され、三相の変調率指令値λ_ｕ ^＊，λ_ｖ ^＊，λ_ｗ ^＊に変換される。変調率指令値λ_ｕ ^＊，λ_ｖ ^＊，λ_ｗ ^＊はＰＷＭ演算部１２５に入力されており、これらの変調率指令値λ_ｕ ^＊，λ_ｖ ^＊，λ_ｗ ^＊を三角波等のキャリアとそれぞれ比較することにより、インバータ２００のスイッチング素子に対する駆動パルスが生成される。

次に、電流指令演算器１００の実施例について、図２～図４に基づいて説明する。
この電流指令演算器１００は、トルク指令値τ^＊に応じたトルクを交流モータ３００から出力させるための最小の電流をインバータ２００から流すように、ｄ軸，ｑ軸電流指令値Ｉ_ｄ ^＊，Ｉ_ｑ ^＊を演算する（最大トルク制御）。また、インバータ２００の出力電圧の振幅が入力電圧に応じた最大値を超える場合には、交流モータ３００の速度検出値ωに応じて磁束が制限されるようにｄ軸電流を負方向に増加させる制御（弱め磁束制御）を行い、インバータ２００の出力電圧が最大値以下に収まるように制御する。
弱め磁束制御を行うためのｄ軸，ｑ軸電流指令値Ｉ_ｄ ^＊，Ｉ_ｑ ^＊の求め方としては、モータ定数（ｄ軸，ｑ軸インダクタンス、電機子抵抗、磁束）を用いて数式により演算する方法や、予め作成した電流テーブルを用いて、トルク指令値τ^＊に対応するｄ軸，ｑ軸電流指令値Ｉ_ｄ ^＊，Ｉ_ｑ ^＊を線形補間により決定する方法等がある。

図２は、電流指令演算器１００の第１実施例としての電流指令演算器１００Ａを示している。
図２において、上位コントローラ（図示せず）から入力されたトルク指令値τ^＊は、乗算器１０１によりトルク補正係数Ｋ_ｔｌｉｍと乗算されて第２のトルク指令値τ^＊＊となり、このトルク指令値τ^＊＊は最大トルク制御／弱め磁束制御部１０２に入力されている。最大トルク制御／弱め磁束制御部１０２は、第２のトルク指令値τ^＊＊，速度検出値ω，直流電圧検出値Ｖ_ｄｃ，ｄ軸，ｑ軸電圧指令値Ｖ_ｄ ^＊，Ｖ_ｑ ^＊に基づいて、ｄ軸，ｑ軸電流指令値Ｉ_ｄ ^＊，Ｉ_ｑ ^＊を演算する。

振幅演算器１０３は、ｄ軸，ｑ軸電流指令値Ｉ_ｄ ^＊，Ｉ_ｑ ^＊の二乗和の平方根からインバータ２００の出力電流の振幅指令値Ｉ_１ ^＊を演算し、この振幅指令値Ｉ_１ ^＊は、予め設定した出力電流最大値Ｉ_１ｍａｘと共に減算器１０４に入力される。なお、上記振幅指令値Ｉ_１ ^＊は、図１の電流座標変換器１２８から出力されるｄ軸，ｑ軸電流演算値Ｉ_ｄ，Ｉ_ｑを用いて求めて良い。また、インバータ２００の出力電流最大値Ｉ_１ｍａｘは、過電流保護レベル以下の値に設定されている。

図２に戻って、トルク調節器１０５は積分調節器からなり、振幅指令値Ｉ_１ ^＊と出力電流最大値Ｉ_１ｍａｘとの偏差を積分してトルク補正係数Ｋ_ｔｌｉｍを演算する。ここで、トルク調節器１０５の積分ゲインＫＩ_ｔｌｉｍは、交流モータ３００の出力トルク，電流，端子電圧，速度の何れかの挙動に基づいて予め調整された値とする。
トルク調節器１０５により演算されたトルク補正係数Ｋ_ｔｌｉｍは、リミッタ１０６を介して前記乗算器１０１に入力されている。このリミッタ１０６は、下限値Ｋ_{ｔｌｉｍＬ}が０以上で１．０より小さい値であり、上限値が１．０（ｐｕ値換算）に設定されている。
なお、トルク調節器１０５及びリミッタ１０６は、請求項におけるトルク調節手段を構成している。

上記トルク調節器１０５及びリミッタ１０６の動作により、減算器１０４から出力される偏差が零以上（Ｉ_１ ^＊≦Ｉ_１ｍａｘ）である場合にはトルク補正係数Ｋ_ｔｌｉｍを１．０とし、乗算器１０１を介してトルク指令値τ^＊をそのまま第２のトルク指令値τ^＊＊として出力する。
これに対し、上記の偏差が負（Ｉ_１ ^＊＞Ｉ_１ｍａｘ）である場合には、トルク補正係数Ｋ_ｔｌｉｍを１．０より小さい値にして乗算器１０１に入力し、トルク指令値τ^＊より小さい第２のトルク指令値τ^＊＊を得る。

このように図２の電流指令演算器１００Ａは、振幅指令値Ｉ_１ ^＊が出力電流最大値Ｉ_１ｍａｘより大きい領域では第２のトルク指令値τ^＊＊を元のトルク指令値τ^＊より小さく調整してトルクを制限し、振幅指令値Ｉ_１ ^＊が出力電流最大値Ｉ_１ｍａｘに等しくなった時点で第２のトルク指令値τ^＊＊の減少を停止させるように動作する。これにより、出力トルクの制限を、限られた電流振幅の中で必要最小限に留めることができる。
ここで、制限後のトルク、すなわち第２のトルク指令値τ^＊＊は元のトルク指令値τ^＊にトルク補正係数Ｋ_ｔｌｉｍを乗算するだけの簡単な演算によって求められるので、演算負荷が増加する心配もない。また、実際に制御可能な第２のトルク指令値τ^＊＊を上位コントローラに通知することにより、システムとして意図した動作通りに制御することができる。

トルク補正係数Ｋ_ｔｌｉｍが下限値Ｋ_{ｔｌｉｍＬ}にまで低下するのは、直流電源電圧が異常に低下したケースや、モータの電気特性上、最大電流以下で実現不可能なトルク指令値が入力されたようなケースであり、このような異常事態の発生時には上位コントローラにアラームを通知して保護動作を行うことが望ましい。
更に、トルク補正係数Ｋ_ｔｌｉｍが零まで低下すると、第２のトルク指令値τ^＊＊が零になって弱め磁束電流のみを通流する状態となり、これ以上、電流を低減するとモータ制御が破綻して暴走する恐れがある。従って、トルク補正係数Ｋ_ｔｌｉｍが零まで低下した場合には、インバータ２００の全てのスイッチング素子をオフさせてシステムの安全性を確保することが望ましい。

図３（ａ），（ｂ）は、この実施例による交流モータの動作を示す特性図である。図３（ａ）の運転状態は前述した図８（ｂ）に対応し、図３（ｂ）の運転状態は図８（ｃ）に対応している。
本実施例では、図３（ａ），（ｂ）の速度領域Δωにおいてトルクがτ’のように制限されるので、トルク指令を実現するための電流と弱め磁束電流とを合計した電流ｉ_{ｔｏｔａｌ}が一点鎖線のように制限され、過電流レベルを超える恐れがない。

次に、図４は、第２実施例に係る電流指令演算器１００Ｂの構成を示している。図４において、図２と同一の部分については同一の符号を付して説明を省略し、以下では異なる部分を中心に説明する。

第２実施例の電流指令演算器１００Ｂでは、図２の電流指令演算器１００Ａに比べて、第１調節器１０８、第２調節器１１２、リミッタ１０９，１１３、ゲイン選択部１１５、減算器１０７，１１１、乗算器１１０，１１４が追加されると共に、トルク調節器１１６の積分ゲインを複数の積分ゲインの中から選択可能に構成されている。
ここで、第１調節器１０８及びリミッタ１０９は、請求項における第１調節手段を構成し、第２調節器１１２及びリミッタ１１３は、請求項における第２調節手段を構成している。また、トルク調節器１１６及びリミッタ１０６は、請求項におけるトルク調節手段を構成している。

上記構成において、インバータ２００を構成するスイッチング素子の温度検出値Ｔ_ｓｗと、予め設定されたスイッチング素子温度の過熱保護レベルである第１の過熱保護温度設定値Ｔ_{ｓｗｍａｘ}との偏差が減算器１０７により求められ、第１調節器１０８は上記偏差を積分する。第１調節器１０８の出力は、上限値が１．０（ｐｕ値換算）のリミッタ１０９を介して第１の最大電流補正係数Ｋ_{ｉｌｉｍ１}となり、この最大電流補正係数Ｋ_{ｉｌｉｍ１}はゲイン選択部１１５に入力されている。
第１調節器１０８及びリミッタ１０９の動作により、減算器１０７から出力される偏差が零以上（Ｔ_ｓｗ≦Ｔ_{ｓｗｍａｘ}）である場合には、第１の最大電流補正係数Ｋ_{ｉｌｉｍ１}が１．０となってゲイン選択部１１５に入力される。また、上記偏差が負（Ｔ_ｓｗ＞Ｔ_{ｓｗｍａｘ}）である場合には、第１の最大電流補正係数Ｋ_{ｉｌｉｍ１}が１．０より小さい値となってゲイン選択部１１５に入力される。

また、交流モータ３００の温度検出値Ｔ_{ｍｏｔｏｒ}と予め設定されたモータ温度の過熱保護レベルである第２の過熱保護温度設定値Ｔ_{ｍｏｔｏｒｍａｘ}との偏差が減算器１１１により求められ、第２調節器１１２は上記偏差を積分する。第２調節器１１２の出力は、上限値が１．０（ｐｕ値換算）のリミッタ１１３を介して第２の最大電流補正係数Ｋ_{ｉｌｉｍ２}となり、この最大電流補正係数Ｋ_{ｉｌｉｍ２}もゲイン選択部１１５に入力されている。
第２調節器１１２及びリミッタ１１３の動作により、減算器１１１から出力される偏差が零以上（Ｔ_{ｍｏｔｏｒ}≦Ｔ_{ｍｏｔｏｒｍａｘ}）である場合には、第２の最大電流補正係数Ｋ_{ｉｌｉｍ２}が１．０となってゲイン選択部１１５に入力される。また、上記偏差が負（Ｔ_{ｍｏｔｏｒ}＞Ｔ_{ｍｏｔｏｒｍａｘ}）である場合には、第２の最大電流補正係数Ｋ_{ｉｌｉｍ２}が１．０より小さい値となってゲイン選択部１１５に入力される。

次に、乗算器１１４，１１０を用いて、インバータ２００の出力電流最大値Ｉ_１ｍａｘに第１，第２の最大電流補正係数Ｋ_{ｉｌｉｍ１}，Ｋ_{ｉｌｉｍ２}を乗算することにより、モータ温度及びスイッチング素子温度に応じて補正した出力電流最大値Ｉ_{１ｍａｘ２}が求められる。このＩ_{１ｍａｘ２}は、Ｉ_{１ｍａｘ２}≦Ｉ_１ｍａｘの関係にあるため、過電流保護レベル以下の値である。
減算器１０４は、電流の振幅指令値Ｉ_１ ^＊と温度補正後の出力電流最大値Ｉ_{１ｍａｘ２}との偏差を求め、トルク調節器１１６はこの偏差を積分してトルク補正係数Ｋ_ｔｌｉｍを演算する。
トルク調節器１１６の積分ゲインは、以下に述べるように、第１，第２の最大電流補正係数Ｋ_{ｉｌｉｍ１}，Ｋ_{ｉｌｉｍ２}が入力されるゲイン選択部１１５の出力によって切り替えられる。

すなわち、第１の最大電流補正係数Ｋ_{ｉｌｉｍ１}が１．０よりも小さくなった場合（Ｔ_ｓｗ＞Ｔ_{ｓｗｍａｘ}の場合）、ゲイン選択部１１５の出力により、トルク調節器１１６の積分ゲインを第１の積分ゲインＫＩ_{ｔｌｉｍ１}から第２の積分ゲインＫＩ_{ｔｌｉｍ２}に切り替える。また、第２の最大電流補正係数Ｋ_{ｉｌｉｍ２}が１．０よりも小さくなった場合（Ｔ_{ｍｏｔｏｒ}＞Ｔ_{ｍｏｔｏｒｍａｘ}の場合）、ゲイン選択部１１５の出力により、トルク調節器１１６の積分ゲインを第１の積分ゲインＫＩ_{ｔｌｉｍ１}から第３の積分ゲインＫＩ_{ｔｌｉｍ３}に切り替える。
更に、第１，第２の最大電流補正係数Ｋ_{ｉｌｉｍ１}，Ｋ_{ｉｌｉｍ２}が何れも１．０より小さくなった場合には、ゲイン選択部１１５の出力により、トルク調節器１１６の積分ゲインを３つの積分ゲインＫＩ_{ｔｌｉｍ１}，ＫＩ_{ｔｌｉｍ２}，ＫＩ_{ｔｌｉｍ３}のうち最も大きい値に切り替える。
これらの積分ゲインＫＩ_{ｔｌｉｍ１}，ＫＩ_{ｔｌｉｍ２}，ＫＩ_{ｔｌｉｍ３}は、交流モータ３００の出力トルク，電流，端子電圧，温度、または、前記スイッチング素子の温度のうちの何れかの挙動に基づいて予め設定しておけば良い。

トルク調節器１１６及びリミッタ１０６の動作は、第１実施例におけるトルク調節器１０５及びリミッタ１０６の動作と基本的に同一である。
すなわち、図４の減算器１０４から出力される偏差が零以上（Ｉ_１ ^＊≦Ｉ_{１ｍａｘ２}）である場合にはトルク補正係数Ｋ_ｔｌｉｍを１．０とし、乗算器１０１を介してトルク指令値τ^＊をそのまま第２のトルク指令値τ^＊＊として出力する。これに対し、上記の偏差が負（Ｉ_１ ^＊＞Ｉ_{１ｍａｘ２}）である場合には、トルク補正係数Ｋ_ｔｌｉｍを１．０より小さい値にして乗算器１０１に入力し、トルク指令値τ^＊を補正してτ^＊より小さい第２のトルク指令値τ^＊＊を得る。
なお、第１の最大電流補正係数Ｋ_{ｉｌｉｍ１}が１．０よりも小さい場合には、上位コントローラにインバータ２００のスイッチング素子の温度が上昇している旨のアラームを通知し、また、第２の最大電流補正係数Ｋ_{ｉｌｉｍ２}が１．０よりも小さい場合には、上位コントローラに交流モータ３００の温度が上昇している旨のアラームを通知することが望ましい。 これらのアラームを受けた上位コントローラは、例えば、スイッチング素子やモータの冷却温度を低下させる等の保護動作を行う。

この第２実施例によれば、インバータ２００の電流を出力電流最大値Ｉ_{１ｍａｘ２}によって制限している場合に、スイッチング素子温度やモータ温度が上昇してもそれぞれの過熱保護温度設定値Ｔ_{ｓｗｍａｘ}，Ｔ_{ｍｏｔｏｒｍａｘ}を超えないように電流を低減することができる。このため、スイッチング素子の熱的破損やモータの永久磁石の減磁を防止することが可能である。
また、交流モータの駆動システムにおいて、安全性を保つための監視対象となる電流振幅や、スイッチング素子温度、モータ温度は、それぞれトルクの低減量に対する挙動や応答が異なっている。従って、トルク調節器１１６に設定される積分ゲインを、監視対象に応じて順位付けした複数の積分ゲインの中から選択することにより、不必要なトルク制限を行わずにスイッチング素子やモータを効果的に保護することができる。

１００，１００Ａ，１００Ｂ：電流指令演算器
１０１，１１０，１１４：乗算器
１０２：最大トルク制御／弱め磁束制御部
１０３：振幅演算器
１０４，１０７，１１１：減算器
１０５，１１６：トルク調節器
１０６，１０９，１１３：リミッタ
１０８：第１調節器
１１２：第２調節器
１１５：ゲイン選択部
１２１ｄ，１２１ｑ：減算器
１２２ｄ：ｄ軸電流調節器
１２２ｑ：ｑ軸電流調節器
１２３：電圧座標変換器
１２４：変調率指令値演算器
１２５：ＰＷＭ演算部
１２６：角度・速度検出部
１２７：電流検出部
１２８:電流座標変換器
１２９：電圧検出部
２００：インバータ
２０１：直流電源
２０２:電圧検出器
２０３:電流検出器
３００：交流モータ
３０１：位置・速度センサ
５００：制御装置

Claims (6)

1. 交流モータを駆動するインバータと、前記交流モータの磁束方向に沿ったｄ軸電流とこれに直交する方向のｑ軸電流とをフィードバック制御して生成した出力電圧指令値に基づいて前記インバータの複数のスイッチング素子をオン・オフ制御する制御装置と、を備えたインバータ装置において、
   前記制御装置内に設けられた電流指令演算器が、
   トルク指令値に応じたトルクを前記交流モータから出力させるための最小電流を演算する最大トルク制御と、前記インバータの入力電圧に応じた最大電圧を出力させるために前記交流モータの速度に応じてｄ軸電流を負に制御する弱め磁束制御と、を行ってｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値を演算する最大トルク制御／弱め磁束制御部と、
   前記スイッチング素子の温度検出値と第１の過熱保護温度設定値との偏差に応じて１．０以下の第１の最大電流補正係数を求める第１調節手段と、
   前記交流モータの温度検出値と第２の過熱保護温度設定値との偏差に応じて１．０以下の第２の最大電流補正係数を求める第２調節手段と、
   前記インバータの出力電流最大値を前記第１の最大電流補正係数及び前記第２の最大電流補正係数により補正する手段と、
   前記インバータの出力電流指令値または出力電流検出値と、補正後の前記出力電流最大値との偏差に応じて１．０以下のトルク補正係数を積分演算によって求めるトルク調節手段と、
   前記トルク調節手段における積分ゲインを、前記第１の最大電流補正係数及び前記第２の最大電流補正係数に応じて、複数の積分ゲインの中から選択するゲイン選択部と、
   前記トルク補正係数を前記トルク指令値に乗算して第２のトルク指令値を演算する乗算手段と、を有し、
   前記第２のトルク指令値を前記最大トルク制御／弱め磁束制御部に与えることを特徴とするインバータ装置。
2. 請求項１に記載したインバータ装置において、
   前記トルク補正係数が零より大きい下限値にまで到達したら、アラームを発生することを特徴とするインバータ装置。
3. 請求項１または２に記載したインバータ装置において、
   前記トルク補正係数が零になったら、前記インバータを構成する全てのスイッチング素子をオフさせることを特徴とするインバータ装置。
4. 請求項１に記載したインバータ装置において、
   前記第１の最大電流補正係数が１．０よりも小さい場合に、前記スイッチング素子が過熱状態である旨のアラームを発生することを特徴とするインバータ装置。
5. 請求項１に記載したインバータ装置において、
   前記第２の最大電流補正係数が１．０よりも小さい場合に、前記交流モータが過熱状態である旨のアラームを発生することを特徴とするインバータ装置。
6. 請求項１に記載したインバータ装置において、
   前記トルク調節手段における複数の積分ゲインを、前記交流モータの出力トルク，電流，端子電圧，温度、または、前記スイッチング素子の温度のうちの何れかの挙動に基づいて予め設定したことを特徴とするインバータ装置。

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