CN114600367A - 电动机电感测定装置、电动机驱动系统及电动机电感测定方法 - Google Patents
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Abstract
电动机电感测定装置(50)对包含与在电动机(1)中流动的交流电流(iqsAC)的瞬时值对应的交流磁通(ΦqsAC)的瞬时值的特性(56a、56b)在内的电感信息(InfL)进行测定。测定装置(50)具有:通电控制部(2),其以对电动机(1)的2轴正交旋转坐标上的至少1个轴施加交流电压(vqAC)而流动交流电流(iqsAC)的方式进行通电控制;以及电感运算部(3),其通过对从交流电压(vqAC)减去由基于从电动机(1)检测出的检测电流(94)的交流电流(iqsAC)和电动机(1)的电阻(Rs、Rr)产生的电阻电压所得到的残存电压进行积分而对交流磁通(ΦqsAC)的瞬时值进行运算,作为电感信息(InfL)而生成与交流电流(iqsAC)的瞬时值对应的交流磁通(ΦqsAC)的瞬时值的特性(56a、56b)。
Description
技术领域
本申请涉及一种电动机电感测定装置。
背景技术
在对电动机(电动机)进行驱动的电动机驱动系统中,对电动机进行控制的电动机控制方式提出了各种方式。在大多情况下,在控制系统的构建时需要电动机的参数。特别是电动机的电感的值成为使用频度高的参数。在构建电动机的电流控制系统的情况下,电动机的电感的值在电流控制增益的运算中被使用。其原因在于,电流控制增益是考虑通过电动机的绕组电阻值和电感的值确定的电气时间常数而设定的。此外,电动机的参数标记为适当电动机参数。
电动机的电感的值为重要的参数,但有时在电动机设计时估计的值和实际的值存在差异。另外在电动机运转时,通过通电而发生磁通的饱和,由此电感的值有时会变化。通常,在电动机驱动系统中,设置有电感测定模式,在电感的值变化的情况下,通过预先确定的电压施加图案在电动机流动电流,对电动机电压、电动机电流的信息进行检测,对它们进行运算而测定出电感的值。该电动机的电感的测定方法已知许多技术,例如在专利文献1中公开了对漏电感进行测定的技术。
专利文献1:日本专利第5332667号公报(0023段~0035段,图1)
发明内容
在专利文献1的感应电动机的控制装置中记载的对漏电感进行测定的技术中,对电动机进行交流通电,对此时的电动机电压交流成分的有效值、电动机电流交流成分的有效值、有效电力进行运算。然后,通过使用了两个有效值及有效电力的运算而测定出漏电感。向电动机实际上流动电流而进行测定,因此能够对高精度的漏电感的值进行测定。
但是,在使用专利文献1的对漏电感进行测定的技术的情况下,存在接下来所示的问题。在专利文献1的对漏电感进行测定的技术中,对2轴正交旋转坐标上的任意的轴上施加交流电压而通电交流电流。通过此时的2轴正交旋转坐标上的电动机电压及电动机电流而取出交流成分,对其有效值进行运算。在专利文献1没有示出该有效值运算的具体的运算顺序,但在有效值运算时针对交流通电时的电压及电流必须进行历时交流通电的1个周期的积分处理。因此,电流的瞬时值或与其对应的电压瞬时值的信息丧失。在根据有效值运算的结果进行运算的漏电感中也同样地,在专利文献1的对漏电感进行测定的技术中,存在无法对与电流的瞬间的变动对应的漏电感进行测定的问题。
在这里,设想在使电动机实际上驱动的情况下经常出现的在旋转坐标上流过一定的直流电流和与该直流电流叠加流过交流电流那样的状况。具体地说,考虑使稳定的负载扭矩从电动机产生,并且以高的速度控制响应使负载装置驱动那样的状况。为了提高速度控制响应而成为小环路的电流控制处理也高响应化即高速化,因此在承担稳定的负载扭矩的直流电流的基础上,叠加承担速度控制响应的高速地变化的交流电流。在如上所述的运转状况的情况下,在专利文献1的对漏电感进行测定的技术中,无法对相对于高速地变化的交流电流的漏电感进行测定。
从电动机控制模型的观点出发,电感成为将电动机电流和电动机磁通之间关联的系数。本申请说明书的撰写人(发明人)发现相对于交流电流的电动机磁通还受到饱和或迟滞特性的影响,与电流的瞬时的变化相应而复杂地变化,由此电感也复杂地变化(现象1)。因此,在专利文献1的对漏电感进行测定的技术中,由于现象1,相对于相当于交流的电流瞬时值的电感的值的测定精度低,因此有时难以使电流控制响应提高。在无法使电流控制响应提高的情况下,无法提高速度响应,使负载装置以高的速度控制响应驱动也变得困难。因此,高精度地对电动机的电感或者相当于电感的电动机电流和电动机磁通之间的特性进行测定是重要的。在这里,将电动机电流和电动机磁通之间的特性称为电动机电感信息。
在本申请说明书中公开的技术的目的在于,得到高精度地对相当于电动机的电感的电动机电感信息进行测定的电动机电感测定装置。
本申请说明书中公开的一个例子的电动机电感测定装置对包含与在电动机中流动的交流电流的瞬时值对应的交流磁通的瞬时值的特性在内的电感信息进行测定。电动机电感测定装置具有:通电控制部,其以对电动机的2轴正交旋转坐标上的至少1个轴施加交流电压而流动交流电流的方式进行电动机的通电控制;以及电感运算部,其通过对从交流电压减去由基于从电动机检测出的检测电流的电动机的交流电流和电动机的电阻产生的电阻电压所得到的残存电压进行积分而对交流磁通的瞬时值进行运算,作为电感信息而生成与交流电流的瞬时值对应的交流磁通的瞬时值的特性。
发明的效果
在本申请说明书中公开的一个例子的电动机电感测定装置,根据由基于检测电流的电动机的交流电流和电动机的电阻产生的电阻电压及交流电压对交流磁通进行运算,生成与交流电流的瞬时值对应的交流磁通的瞬时值的特性而作为电感信息,因此能够高精度地对相当于电动机的电感的电动机电感信息进行测定。
附图说明
图1是表示实施方式1所涉及的电动机电感测定装置的结构的图。
图2是表示图1的q轴电压指令vq*中的交流成分vqAC*的测定波形的图。
图3是表示图1的q轴电流iqs中的交流成分iqsAC的测定波形的图。
图4是表示通过图1的磁通运算部进行运算的q轴磁通Φqs的交流成分ΦqsAC的测定波形的图。
图5是表示图1的环状磁通数据data1的图。
图6是表示图1的定序设定部的动作流程的图。
图7是表示实施方式2所涉及的电动机电感测定装置的结构的图。
图8是表示图7的非环状磁通数据data2的图。
图9是表示图7的定序设定部的动作流程的图。
图10是表示实施方式3所涉及的电动机电感测定装置的结构的图。
图11是表示实施方式4所涉及的电动机电感测定装置的结构的图。
图12是表示在图11的服务器中构建的电路块的第一例的图。
图13是表示在图11的服务器中构建的电路块的第二例的图。
图14是表示在图11的服务器中构建的电路块的第三例的图。
图15是表示在图11的服务器中构建的电路块的第四例的图。
图16是表示将电动机电感信息集成得到的集成数据的第一例的图。
图17是表示将电动机电感信息集成得到的集成数据的第二例的图。
图18是表示实施方式5所涉及的电动机驱动系统的结构的图。
图19是表示图18的电流控制部的结构的图。
图20是表示图19的电压指令补偿部的结构的图。
图21是表示实施方式6所涉及的电压指令补偿部的结构的图。
图22是表示实施方式7所涉及的观测器的一部分的结构的图。
图23是表示图22的第一运算部的结构的图。
图24是表示实施方式7所涉及的电动机驱动系统的结构的图。
图25是表示实施方式8所涉及的电动机驱动系统的结构的图。
具体实施方式
实施方式1.
参照附图对实施方式1的电动机电感测定装置50进行说明。对相同或对应的结构要素标注相同标号,有时省略重复说明。在其他实施方式中,也对相同或对应的结构要素标注相同标号,有时省略重复说明。图1是表示实施方式1所涉及的电动机电感测定装置的结构的图。图2是表示图1的q轴电压指令vq*中的交流成分vqAC*的测定波形的图。图3是表示图1的q轴电流iqs中的交流成分iqsAC的测定波形的图。图4是表示通过图1的磁通运算部进行运算的q轴磁通Φqs的交流成分ΦqsAC的测定波形的图。图5是表示图1的环状磁通数据data1的图,图6是表示图1的定序设定部的动作流程的图。电动机电感测定装置50不是直接测定电感的值,而是将电动机电流和与其相对应的电动机磁通的关系或特性作为相当于电感的信息即电动机电感信息InfL进行测定。通过利用电动机电感信息InfL,从而能够使电动机控制性能提高。
电动机电感测定装置50具有通电控制部2和电感运算部3。此外,在图1中,为了对测定电动机电感信息InfL的方法进行说明,将电动机1、逆变器装置4、电流传感器5连接而记载。逆变器装置4具有逆变器41和对逆变器41进行控制的控制信号生成器42。在控制信号生成器42中输入电压指令(vu*、vv*、vw*)而进行PWM(Pulse Width Modulation)处理,生成对逆变器41进行控制的指令,详细内容记载于“AC伺服系统的理论和设计的实际”(综合电子出版,1997)(文献A),因此在这里省略说明。将电动机1记载为感应电动机,但对于同步电动机也同样地能够进行电动机电感信息InfL的测定。此外,在本实施方式中,构成为逆变器装置4输入电压指令92进行PWM而进行说明,但也可以构成为在电动机电感测定装置50侧进行PWM而输出通断指令,对逆变器装置4进行驱动。电压指令92包含有交流电压的振幅指令值及直流电压的大小的指令值。直流电压是被叠加交流电压的偏置电压。此外,后面记述的其他电压指令也包含有交流电压的振幅指令值及直流电压的大小的指令值。
通电控制部2以在电动机1流动预先设定的电流的方式进行通电控制处理。通电控制部2具有坐标变换部21、电流控制部22、电流指令输出部23、坐标变换部24。通电控制部2构建于dq轴的2轴正交旋转坐标上,且以与从电流指令输出部23输出的电流指令90相对应的电流流动的方式对逆变器装置4进行控制。电流指令90具有2个成分即d轴电流指令ids*、q轴电流指令iqs*。电流指令90的矢量标记为(ids*,iqs*)。电流指令90是相对于2轴正交旋转坐标上的2轴(d轴,q轴)的电流指令,因此也能够表现为2轴电流指令。电流指令(ids*,iqs*)适当地标记为dq轴电流指令(ids*,iqs*)。电流指令90包含有交流电流的振幅指令值及直流电流的大小的指令值。直流电流是被叠加交流电流的偏置电流。此外,后面记述的其他电流指令也包含有交流电流的振幅指令值及直流电流的大小的指令值。在逆变器装置4中将与电流指令90相对应的驱动电压93施加于电动机1而进行电力供给。驱动电压93具有3个成分即u相驱动电压vu、v相驱动电压vv、w相驱动电压vw。驱动电压93的矢量标记为(vu,vv,vw)。逆变器装置4的控制需要PWM处理等,但由于是公知技术,因此省略说明。电流传感器5对在电动机1中流动的电流即检测电流94进行检测。检测电流94具有3个成分即u相检测电流iu、v相检测电流iv、w相检测电流iw。检测电流94的矢量标记为(iu,iv,iw)。
坐标变换部24将检测电流94变换为dq轴的2轴正交旋转坐标上的检测电流即dq轴电流95。dq轴电流95具有2个成分即d轴电流ids、q轴电流iqs。dq轴电流95的矢量标记为(ids,iqs)。dq轴电流95是在2轴正交旋转坐标上的2轴(d轴,q轴)中流动的电流,因此也能够表现为2轴电流。电流控制部22输入电流指令90及dq轴电流95,进行PI(ProportionalIntegral)控制、非干涉控制等处理,输出电压指令91。电压指令91具有2个成分即d轴电压指令vd*,q轴电压指令vq*。电压指令91的矢量标记为(vd*,vq*)。电流控制部22以由电流指令90指定出的交流电流及直流电流流过电动机1的方式,生成交流电压的振幅指令值及直流电压的大小的指令值。在电动机1中流动的直流电流通过直流电压进行控制。该电流控制部22中的处理及详细的结构为公知技术。例如在对感应电动机通电而进行电感测定的情况下,只要实施面向感应电动机的电流控制即可,详细内容记载于文献A。
坐标变换部21将电压指令91变换为3相的电压指令92,输出至逆变器装置4。电压指令92具有3个成分即u相电压指令vu*、v相电压指令vv*、w相电压指令vw*。电压指令92的矢量标记为(vu*,vv*,vw*)。
通电控制部2反复进行坐标变换部21、电流控制部22、电流指令输出部23、坐标变换部24的处理,进行动作以使得在电动机1流动期望的电流。此外,关于坐标变换部21及坐标变换部24所使用的坐标变换相位θ,与电动机控制方式相应地计算方法不同,但成为电动机转子磁极位置或者转子磁通的相位的推定值等。另外,实施方式1的电动机电感测定方法不依赖于电动机1的旋转速度而能够实施,因此省略了速度控制等其他处理的记载。
接下来,对电感运算部3进行说明。将电动机1设为感应电动机,对测定该电动机1的q轴电路中的电动机电感信息InfL的情况下的电感运算部3的结构及动作进行说明。此时进行测定的电动机电感信息InfL成为与感应电动机即电动机1的漏电感相对应的信息。因此,实施方式1的电动机电感测定装置50在2轴正交旋转坐标上的d轴侧流动恒定的电流,在q轴侧流动交流电流而进行电动机电感信息InfL的测定。因此,通电控制部2的电流指令输出部23将直流值作为电流指令90而输出至d轴电流指令ids*,将交流值与直流值的和作为电流指令90而输出至q轴电流指令iqs*。
电感运算部3具有高通滤波器31a、31b、磁通运算部32、数据记录部33、定序设定部34。高通滤波器31b将电压指令91设为输入,将其中所包含的交流成分即电压指令交流成分96进行输出。电压指令交流成分96具有2个成分即d轴电压指令交流成分vdAC*、q轴电压指令交流成分vqAC*。电压指令交流成分96的矢量标记为(vdAC*,vqAC*)。高通滤波器31a将dq轴电流95设为输入,将其中所包含的交流成分即dq轴电流交流成分97进行输出。dq轴电流交流成分97具有2个成分即d轴电流交流成分idsAC、q轴电流交流成分iqsAC。dq轴电流交流成分97的矢量标记为(idsAC,iqsAC)。在这里在q轴侧进行交流通电,因此利用vqAC*和iqsAC。
磁通运算部32基于电压指令交流成分96、dq轴电流交流成分97对后面记述的q轴磁通交流成分ΦqsAC进行运算,生成电动机电感信息InfL。数据记录部33对电动机电感信息InfL进行记录。定序设定部34将测定执行信号sig1输出至电流指令输出部23,将记录执行信号sig2输出至数据记录部33。电动机电感信息InfL例如为图5所示的特性56a、56b等的环状磁通数据data1。接下来,对由磁通运算部32运算q轴磁通交流成分ΦqsAC的方法进行说明。
在这里电动机1为感应电动机,根据文献A,q轴电流iqs的状态方程式成为式(1)。在式(1)中,测定对象成为漏电感σLs。滑动频率ωse成为式(2)。此外,式(1)是将d轴设为感应电动机的转子磁通的方向的情况下的算式,q轴方向的转子磁通成为零。
【式1】
【式2】
电源频率ω、滑动频率ωse和电角频率ωre的关系成为式(3)。另外,泄漏系数σ通过式(4)得到。d轴转子磁通Φdr成为式(5)。
【式3】
ω=ωre+ωse…(3)
【式4】
【式5】
Φdr=M·ids…(5)
在这里,vq为q轴电压,Rs为定子电阻,Rr为转子电阻。Ls为定子电感,Lr为转子电感,M为互感。此外,电角频率ωre是电动机旋转速度的极对数倍的值。
如果将式(1)~式(5)综合而变形,则得到式(6)。
【式6】
与q轴电流iqs成正比而产生电动机扭矩,因此在q轴电流iqs包含交流成分即q轴电流交流成分iqsAC的情况下,电动机扭矩也与其相应地变化,并且电动机1的旋转速度也变动。在式(6)中,电动机1的旋转速度相当于电角速度即电角频率ωre。但是,在q轴电流交流成分iqsAC的频率充分高的情况下,由于电动机转子的惯量,感应电动机的旋转速度无法与由交流电流即q轴电流交流成分iqsAC产生的扭矩反应。因此,相当于电动机旋转速度的电角速度(电角频率ωre)变得恒定。因此在向q轴电流iqs的交流通电的频率充分高的情况下,如果仅取出交流成分,则得到式(7)。在这里,假设定子电感Ls和转子电感Lr大致相等。vqAC是q轴电压vq的q轴电压交流成分。
【式7】
q轴磁通交流成分ΦqsAC通过式(8)表示,如果使用该式(8)将式(7)变形,则得到式(9)。
【式8】
ΦqsAC=σLs·iqsAC…(8)
【式9】
ΦqsAC=∫{vqAC-(Rs+Rr)·iqsAC}·dt…(9)
在这里,定子电阻Rs和转子电阻Rr是已知的。q轴电压交流成分vqAC由q轴电压指令交流成分vqAC*代替,q轴电流交流成分iqsAC通过由电流传感器5检测出的检测电流94而得到。因此式(9)的右边能够运算。在磁通运算部32中进行式(9)的运算,生成q轴磁通交流成分ΦqsAC。并且只要通过式(8)提取q轴磁通交流成分ΦqsAC和q轴电流交流成分iqsAC之间的关系即q轴磁通交流成分ΦqsAC和q轴电流交流成分iqsAC的特性,对测定对象的漏电感σLs进行运算即可。
式(9)示出了通过对从施加的交流电压即q轴电压交流成分vqAC减去由交流电流即q轴电流交流成分iqsAC产生的电阻电压即(Rs+Rr)·iqsAC而得到的残存电压进行积分,从而能够对交流磁通进行运算。图5所示的特性56a、56b是表示与某感应电动机的交流电流的瞬时值对应的交流磁通的瞬时值的特性的一个例子。特性56a、56b成为环状,各自为环状磁通数据data1即电动机电感信息InfL。电动机电感信息InfL也能够称为表示与交流电流的瞬时值对应的交流磁通的瞬时值的特性。
对电动机电感信息InfL的具体例进行说明。将某感应电动机中的测定结果在图2~图5示出。在图2中示出了q轴电压指令交流成分vqAC*的波形53a、53b,在图3中示出了q轴电流交流成分iqsAC的波形54a、54b,在图4中示出了q轴磁通交流成分ΦqsAC的波形55a、55b。在图2~图4中横轴为时间[sec]。在图2~图4中纵轴各自为q轴电压指令交流成分vqAC*的电压[V]、q轴电流交流成分iqsAC的电流[A]、q轴磁通交流成分ΦqsAC的磁通[Wb]。图2~图4的T为交流成分的周期。在图5中,示出了电动机电感信息InfL的一个例子即环状磁通数据data1的特性56a、56b。在图5中,横轴为q轴电流交流成分iqsAC的电流[A],纵轴为q轴磁通交流成分ΦqsAC的磁通[Wb]。
图2的q轴电压指令交流成分vqAC*、图3的q轴电流交流成分iqsAC各自是与式(9)的右边的参数即vqAC、iqsAC相对应的信号的测定结果。图4的q轴磁通交流成分ΦqsAC是使用式(9)进行运算的结果。在这里,在式(9)的运算中作为vqAC的代替而使用vqAC*。在图2~图4中,示出了交流成分的振幅小的情况和大的情况,是波形53a、54a、55a包含于q轴电流指令iqs*的交流成分的振幅小的情况,是波形53b、54b、55b的交流成分的振幅大的情况。图5的特性56a是q轴电流指令iqs*所包含的交流成分的振幅小的情况,是q轴电流交流成分iqsAC的波形54a和q轴磁通交流成分ΦqsAC的波形55a所涉及的特性。图5的特性56b是交流成分的振幅大的情况,是q轴电流交流成分iqsAC的波形54b和q轴磁通交流成分ΦqsAC的波形55b所涉及的特性。
按照式(8),在对漏电感σLs进行运算时,只要对q轴磁通交流成分ΦqsAC相对于q轴电流交流成分iqsAC的倾斜度(比例系数)进行运算即可。但是,如果将q轴电流交流成分iqsAC、q轴磁通交流成分ΦqsAC的各信号在轴进行绘制,则如图5所示那样成为相对于q轴电流交流成分iqsAC伴有迟滞特性而变化的畸变后的环状的特性(现象1),在作为单纯的比例系数处理的情况下漏电感σLs的精度降低。此外,该现象1的说明与前述的现象1的说明不同,为相同的现象。在专利文献1的对漏电感进行测定的技术中,进行了基于电压及电流的有效值的电感的值的运算。但是,如图3及图4所示,q轴磁通交流成分相对于q轴电流交流成分iqsAC瞬时地变化,在专利文献1的对漏电感进行测定的技术中可以说成为无法对具有充分的精度的电感信息进行运算的结果。
与此相对,实施方式1的电动机电感测定装置50的数据记录部33不是将作为式(8)所示的单纯的倾斜度的系数的漏电感σLs,而是将q轴磁通交流成分ΦqsAC相对于q轴电流交流成分iqsAC的变化特性(特性56a、56b)即环状磁通数据data1直接作为电动机电感信息InfL进行记录。由此,实施方式1的电动机电感测定装置50能够非常高精度地对漏电感所能够运算的电动机电感信息InfL进行测定且能够保存。另外,实施方式1的电动机电感测定装置50能够利用反映有漏电感的影响的q轴磁通交流成分ΦqsAC等的磁通,对适于控制电动机1的电动机驱动装置的电动机电感信息InfL进行测定且能够保存。此外,在本实施方式1中对在q轴侧进行交流通电而测定电动机电感信息InfL的情况进行了说明,但在d轴侧进行交流通电而测定相同的电动机电感信息InfL的情况下,也能够同样地进行。另外,在将电动机1设为同步电动机的情况下,也能够通过相同的顺序对电感信息进行测定。
在图5中,记载有q轴磁通交流成分ΦqsAC相对于2种大小的振幅的q轴电流交流成分iqsAC的测定结果。如根据图5所知那样,伴随q轴电流交流成分iqsAC的振幅的变化,q轴磁通交流成分ΦqsAC相对于q轴电流交流成分iqsAC的环的形状也变化。因此,如果通过与电动机1的实际的运转条件即通电条件相同的条件进行测定,针对每个运转条件对电动机电感信息InfL即环形状的数据也就是环状磁通数据data1进行记录,则能够使用与实际的电动机运转时相符的电动机电感信息InfL进行电动机1的控制。因此,通过使用电动机电感信息InfL进行电动机1的控制,从而具有使电动机控制性能提高的效果。关于电动机控制性能的提高的详细内容,在实施方式5~8的电动机驱动系统70中进行说明。
在图5中,作为例子而记载有仅将q轴电流交流成分iqsAC的振幅变更后的测定结果,但成为直流的d轴电流ids的大小、q轴电流iqs所包含的直流电流(直流成分)等也使电动机电感信息InfL即环形状的数据(环状磁通数据data1)变化。因此,定序设定部34进行动作以使得对与电动机1的运转状况相符的高精度的电动机电感信息InfL进行测定。具体地说,定序设定部34设定通电定序而对电流指令输出部23赋予指示,同时对数据记录部33也赋予电动机电感信息InfL的记录的指示。定序设定部34向电流指令输出部23输出测定执行信号sig1,向数据记录部33输出记录执行信号sig2。
图6是定序设定部34的动作流程的一个例子,是在q轴侧进行交流通电的情况下的流程图。为了无残留地覆盖电动机1的运转条件而进行测定,定序设定部34将电流指令条件适当变更,以进行检测电流94的测定及电动机电感信息InfL的测定的方式向电流指令输出部23、数据记录部33输出指示。在这里,说明对由电动机1的运转条件预先确定的q轴电流指令iqs*中的交流成分的值即交流信号振幅值Iac1、直流成分的值即直流信号值Idc1、并且由电动机1的运转条件预先确定的d轴电流指令ids*的直流成分的值即直流信号值Idc2进行变更的例子。
在感应电动机中,有时d轴电流指令ids*设为固定的恒定值。或者相对于d轴转子磁通Φdr,通过磁通控制进行微弱的控制等而使d轴电流指令ids*变化。在该情况下感应电动机的转子磁通的响应低,因此使磁通指令急剧地变化的情况少,d轴电流指令ids*也不会急剧地变化。因此d轴电流指令ids*设定为恒定值的直流信号值Idc2。
另一方面,q轴电流指令iqs*成为扭矩电流指令。为了使与电动机1连接的负载装置驱动,有时需要一定的负载扭矩,并且与电动机1的速度控制相应地需要高响应地变化的扭矩。为了与其相对应,q轴电流指令iqs*通过恒定值的直流信号值Idc1与变化的交流信号振幅值Iac1之和进行设定。此外q轴电流指令iqs*所包含的交流信号的频率越高,则由q轴磁通交流成分ΦqsAC的时间变化引起的电压越变大,改善相对于噪声的S/N比而能够测定。但是,能够由逆变器装置4输出的电压存在上限,因此需要考虑该上限。另外,考虑与电动机1连接的负载装置的特性而对电动机旋转速度视作恒定即式(9)成立的程度的频率进行设定。
对图6所示的定序设定部34的流程及实施方式1的电动机电感测定方法进行说明。在步骤ST01中,定序设定部34对反映于q轴电流指令iqs*的直流信号值Idc1进行设定。在步骤ST02中,定序设定部34对反映于q轴电流指令iqs*的交流信号振幅值Iac1进行设定。在步骤ST03中,定序设定部34对反映于d轴电流指令ids*的直流信号值Idc2进行设定。步骤ST01、ST02、ST03是电流指令设定顺序。在步骤ST04中,定序设定部34执行对电动机电感信息InfL进行测定的定序(电动机电感信息测定顺序)。具体地说,定序设定部34将包含直流信号值Idc1、交流信号振幅值Iac1、直流信号值Idc2在内的测定执行信号sig1输出至电流指令输出部23。定序设定部34以相对于施加交流电压的q轴进一步施加直流电压而使直流电流叠加流动的方式,将包含交流电流的振幅指令值(交流信号振幅值Iac1)及直流电流的大小的指令值(直流信号值Idc1)在内的测定执行信号sig1输出至通电控制部2的电流指令输出部23。磁通运算部32基于以测定执行信号sig1为触发而生成的电压指令交流成分96、及通过从由测定执行信号sig1驱动的电动机1检测出的检测电流94而生成的dq轴电流交流成分97,生成电动机电感信息InfL即环状磁通数据data1(测定执行顺序)。此外,基于通过电流指令设定顺序所设定的电流指令90从电动机1对检测电流94进行检测的顺序为电流检测顺序。测定执行顺序生成电动机电感信息InfL即环状磁通数据data1,因此也能够称为电感信息生成顺序。通过测定执行顺序,电动机电感测定装置50对电动机电感信息InfL即环状磁通数据data1进行测定。另外,定序设定部34以将由磁通运算部32生成的环状磁通数据data1作为电动机电感信息InfL进行记录的方式,将记录执行信号sig2输出至数据记录部33(数据记录执行顺序)。
如果执行步骤ST04,则与1组q轴电流指令iqs*、d轴电流指令ids*相对应的环状磁通数据data1由磁通运算部32生成,环状磁通数据data1记录于数据记录部33。将记录执行信号sig2进行输出的定时,例如是在将测定执行信号sig1输出后磁通运算部32的处理结束的设想时间后输出的。另外,定序设定部34可以从磁通运算部32接收表示环状磁通数据data1的生成结束的生成结束信号,向数据记录部33输出记录执行信号sig2。
在步骤ST05中,定序设定部34对直流信号值Idc1、直流信号值Idc2、交流信号振幅值Iac1进行变更(电流指令变更顺序)。在步骤ST06中,定序设定部34判定是否通过直流信号值Idc1、直流信号值Idc2、交流信号振幅值Iac1的全部条件进行了通电(测定结束判定顺序)。定序设定部34在判定为通过直流信号值Idc1、直流信号值Idc2、交流信号振幅值Iac1的全部条件进行了通电的情况下结束。另外,定序设定部34在判定为没有通过直流信号值Idc1、直流信号值Idc2、交流信号振幅值Iac1的全部条件进行通电的情况下,返回步骤ST01。例如,定序设定部34在最后的直流信号值Idc1、直流信号值Idc2、交流信号振幅值Iac1的设定值中设定有表示结束的值的情况下,通过步骤ST06而判定为在全部条件进行了通电。表示结束的值例如为空值(null)、负值等。
通过反复执行步骤ST01~步骤ST06,从而能够对包含与多个电流指令条件相对应的多个特性56a、56b在内的环状磁通数据data1的组进行测定。通过将步骤ST01~步骤ST06反复执行n次,从而能够取得与n个电流指令条件相对应的环状磁通数据data1的组,即与n个电流指令条件相对应的电动机电感信息InfL的组。因此,在数据记录部33对包含多个环状磁通数据data1的环状磁通数据组,即包含多个电动机电感信息InfL的电动机电感信息组进行记录。此外,在图6中对步骤ST05的电流指令变更顺序在步骤ST06的测定结束判定顺序前执行的例子进行了说明,但步骤ST05的电流指令变更顺序也可以在步骤ST06的测定结束判定顺序中判定为No后执行。在该情况下,在有效的直流信号值Idc1、直流信号值Idc2、交流信号振幅值Iac1的设定值结束之后,不对直流信号值Idc1、直流信号值Idc2、交流信号振幅值Iac1进行变更而结束。
在图6所示的定序设定部34的流程图中,示出了使dq轴电流指令(ids*,iqs*)即电流指令90变化,执行对各条件的电动机电感信息InfL即环状磁通数据data1进行测定的定序的例子。实施方式1的电动机电感测定装置50通过图6所示的定序设定部34的动作,能够对与电动机1的实际的运转条件相对应的电动机电感信息InfL进行测定。此外,在图6的流程图中,对在q轴侧进行交流通电的情况进行了说明,但只要与成为测定对象的电动机1的种类及通电图案相应地,以将电流指令90的条件覆盖的方式设定用于对多个电动机电感信息InfL进行测定的通电定序即可。
实施方式1的电动机电感测定装置50作为电动机电感信息InfL,不是将电动机电流和磁通关联的系数,而是生成如图5那样的环状磁通数据data1进行记录。实施方式1的电动机电感测定装置50能够利用从环状磁通数据data1反映有漏电感的影响的q轴磁通交流成分ΦqsAC等的磁通而对电动机1进行控制,因此可以说能够对与电动机电流的瞬时值相对应的精度良好的电动机电感信息InfL进行测定。换言之,实施方式1的电动机电感测定装置50能够高精度地对适于电动机电流高响应地变化的情况的电动机电感信息InfL进行测定。
此外,作为电动机电感信息InfL的一个例子,对环形状的数据即环状磁通数据data1进行了说明。但是,由电感运算部3的磁通运算部32生成的磁通数据的形状依赖于电动机的特性,因此并不限定于环形状。因此,电动机电感信息InfL可以是第一形状的数据即第一磁通数据。环状磁通数据data1也能够称为第一磁通数据data1。
如以上所述,实施方式1的电动机电感测定装置50是对电感信息(电动机电感信息InfL)进行测定的电动机电感测定装置,该电感信息包含与在电动机1中流动的交流电流(q轴电流交流成分iqsAC)的瞬时值对应的交流磁通(q轴磁通交流成分ΦqsAC)的瞬时值的特性56a、56b。实施方式1的电动机电感测定装置50具有:通电控制部2,其以对电动机1的2轴正交旋转坐标上的至少1个轴(q轴)施加交流电压(q轴电压交流成分vqAC)而流动交流电流(q轴电流交流成分iqsAC)的方式进行电动机1的通电控制;以及电感运算部3,其通过对从交流电压(q轴电压交流成分vqAC)减去由基于从电动机1检测出的检测电流94的电动机1的交流电流(q轴电流交流成分iqsAC)和电动机1的电阻(定子电阻Rs、转子电阻Rr)产生的电阻电压((Rs+Rr)·iqsAC)所得到的残存电压进行积分而对交流磁通(q轴磁通交流成分ΦqsAC)的瞬时值进行运算,作为电感信息(电动机电感信息InfL)而生成与交流电流(q轴电流交流成分iqsAC)的瞬时值对应的交流磁通(q轴磁通交流成分ΦqsAC)的瞬时值的特性56a、56b。实施方式1的电动机电感测定装置50通过该结构,根据由基于检测电流94的电动机1的交流电流(q轴电流交流成分iqsAC)和电动机1的电阻(定子电阻Rs、转子电阻Rr)产生的电阻电压((Rs+Rr)·iqsAC)及交流电压对交流磁通(q轴磁通交流成分ΦqsAC)进行运算,作为电感信息(电动机电感信息InfL)而生成与交流电流(q轴电流交流成分iqsAC)的瞬时值对应的交流磁通(q轴磁通交流成分ΦqsAC)的瞬时值的特性56a、56b,因此能够高精度地对相当于电动机1的电感的电动机电感信息InfL进行测定。
实施方式1的电动机电感测定方法是对电感信息(电动机电感信息InfL)进行测定的电动机电感测定方法,该电感信息包含与在电动机1中流动的交流电流(q轴电流交流成分iqsAC)的瞬时值对应的交流磁通(q轴磁通交流成分ΦqsAC)的瞬时值的特性56a、56b。实施方式1的电动机电感测定方法包含:电流指令设定顺序,以对电动机1的2轴正交旋转坐标上的至少1个轴(q轴)施加交流电压(q轴电压交流成分vqAC)而流动交流电流(q轴电流交流成分iqsAC)的方式,针对电动机1的2轴正交旋转坐标上的2轴(d轴,q轴)设定对流动的电流(dq轴电流95)进行控制的电流指令90的电流值(直流信号值Idc2、直流信号值Idc1、交流信号振幅值Iac1);以及电流检测顺序,基于通过电流指令设定顺序设定的电流指令90从电动机1对检测电流94进行检测。并且,实施方式1的电动机电感测定方法包含电感信息生成顺序,其通过对从交流电压(q轴电压交流成分vqAC)减去由基于电流检测顺序所检测出的检测电流94的电动机1的交流电流(q轴电流交流成分iqsAC)和电动机1的电阻(定子电阻Rs、转子电阻Rr)产生的电阻电压((Rs+Rr)·iqsAC)所得到的残存电压进行积分而对交流磁通(q轴磁通交流成分ΦqsAC)的瞬时值进行运算,作为电感信息(电动机电感信息InfL)而生成与交流电流(q轴电流交流成分iqsAC)的瞬时值对应的交流磁通(q轴磁通交流成分ΦqsAC)的瞬时值的特性56a、56b。实施方式1的电动机电感测定装置50,通过该结构,根据由基于检测电流94的电动机1的交流电流(q轴电流交流成分iqsAC)和电动机1的电阻(定子电阻Rs、转子电阻Rr)产生的电阻电压((Rs+Rr)·iqsAC)及交流电压对交流磁通(q轴磁通交流成分ΦqsAC)进行运算,作为电感信息(电动机电感信息InfL)而生成与交流电流(q轴电流交流成分iqsAC)的瞬时值对应的交流磁通(q轴磁通交流成分ΦqsAC)的瞬时值的特性56a、56b,因此能够高精度地对相当于电动机1的电感的电动机电感信息InfL进行测定。
实施方式2.
图7是表示实施方式2所涉及的电动机电感测定装置的结构的图。图8是表示图7的非环状磁通数据data2的图,图9是表示图7的定序设定部的动作流程的图。实施方式2的电动机电感测定装置50与实施方式1的电动机电感测定装置50的不同点在于,在电感运算部3中追加有信息变换部35,从由磁通运算部32生成的环状磁通数据data1由信息变换部35变换为非环状磁通数据data2及负性电阻Rn,将它们作为电动机电感信息InfL而记录于数据记录部33。主要对与实施方式1的电动机电感测定装置50不同的部分进行说明。
磁通运算部32生成图5所示的畸变后的环形状的环状磁通数据data1。与实施方式1同样地,举出将电动机1作为感应电动机,在q轴侧进行交流通电,对与漏电感相对应的电动机电感信息InfL进行测定的情况的例子而进行说明。在实施方式2的电动机电感测定装置50中,取代式(9)而使用式(10)进行q轴磁通ΦqsAC的运算。
【式10】
ΦqsAC=∫{vqAC-(Rs+Rr-Rn)·iqsAC}·dt…(10)
式(10)中的Rn为负的电阻值即负性电阻。在式(10)中记载为“-Rn”,在式(10)中通过负记号清楚记载负性电阻Rn为负值的情况。示出了负的电阻值即Rn所产生的电阻电压(-Rn·iqsAC)与正的电阻值即定子电阻Rs及转子电阻Rr的电阻电压(Rs·iqsAC、Rr·iqsAC)相同地使q轴电压交流成分vqAC下降的动作。此外,在图7中,对负性电阻Rn标注“-”而记载为“-Rn”。即,以表示正值的方式记载为“-Rn”。对负性电阻Rn的特征及其值的选择方法进行说明。
本申请说明书的撰写人(发明人)考虑负性电阻Rn,发现如果对该值适当地选择而按照式(10)对q轴磁通交流成分ΦqsAC进行运算,则环状磁通数据data1(参照图5)如图8那样以曲线状变化,得到非环状磁通数据data2即得到相对于q轴电流交流成分iqsAC不成为环形状的q轴磁通交流成分ΦqsAC。在图8中,横轴为q轴电流交流成分iqsAC的电流[A],纵轴为q轴磁通交流成分ΦqsAC的磁通[Wb]。图8的特性57a是q轴电流和q轴磁通的交流成分的振幅小的情况,图8的特性57b是该交流成分的振幅大的情况下。
另外,如图8所示,发现即使使q轴电流交流成分iqsAC的振幅变化,电动机电感信息InfL即非环状磁通数据data2的特性57a也与特性57b重叠。另外,关于负性电阻Rn,也发现即使使q轴电流交流成分iqsAC的振幅变化,也成为相同值(现象2)。
如果利用该现象2,则能够将成为实施方式1的电动机电感信息InfL的环状磁通数据data1(参照图5)设为图8的非环状磁通数据data2和使电阻电压(Rn·iqsAC)产生的负性电阻Rn的组合。即,能够将非环状磁通数据data2和负性电阻Rn的组合设为电动机电感信息InfL。因此,将非环状磁通数据data2和负性电阻Rn设为实施方式2的电动机电感信息InfL。在该情况下,在数据记录部33中记录的实施方式2的电动机电感信息InfL具有下述效果,即,即使q轴电流交流成分iqsAC的振幅变化,也能够通过1个曲线特性(特性57b)和负性电阻Rn记录,因此能够将在数据记录部33应该保存的信息大幅地压缩而削减记录容量。因此,实施方式2的电动机电感测定装置50与实施方式1的电动机电感测定装置50相比能够减少电动机电感信息InfL的记录容量。实施方式2的电动机电感测定装置50与实施方式1的电动机电感测定装置50相比能够减少包含多个电动机电感信息InfL的电动机电感信息组的记录容量。
式(10)示出了对从施加的交流电压即q轴电压交流成分vqAC减去由交流电流即q轴电流交流成分iqsAC产生的电阻电压即(Rs+Rr-Rn)·iqsAC所得到的残存电压进行积分而能够对交流磁通进行运算。在这里,残存电压为vqAC-(Rs+Rr-Rn)·iqsAC。图8所示的特性57a、57b是表示与交流电流的瞬时值对应的交流磁通的瞬时值的特性。特性57a、57b成为非环状,各自为非环状磁通数据data2。非环状磁通数据data2是将负性电阻Rn适当地选择而得到的特性,因此非环状磁通数据data2和负性电阻Rn的组合为电动机电感信息InfL。电动机电感信息InfL也能够称为表示与交流电流的瞬时值对应的交流磁通的瞬时值的特性。负性电阻Rn也能够称为将环状磁通数据data1变换为非环状磁通数据data2的电阻型参数。
对信息变换部35的动作进行说明。信息变换部35从由磁通运算部32生成的环状磁通数据data1按照以下方式变换为非环状磁通数据data2及负性电阻Rn。由磁通运算部32生成环状磁通数据data1的顺序是磁通数据生成顺序。信息变换部35将负性电阻Rn的初始值代入式(10)而对q轴磁通交流成分ΦqsAC进行运算(磁通交流成分运算顺序)。然后,信息变换部35判定运算出的q轴磁通交流成分ΦqsAC是否成为非环状(非环判定顺序)。在非环判定顺序中判定为q轴磁通交流成分ΦqsAC成为非环状的情况下,作为电动机电感信息InfL而生成选择出的负性电阻Rn和非环状磁通数据data2(信息生成顺序)。在非环判定顺序中判定为q轴磁通交流成分ΦqsAC没有成为非环状的情况下,对负性电阻Rn的值进行变更,执行磁通交流成分运算顺序。信息变换部35通过磁通交流成分运算顺序及非环判定顺序,将通过磁通数据生成顺序生成的环状磁通数据data1使用电阻型参数即负性电阻Rn而变换为非环形状的非环状磁通数据data2(磁通数据变换顺序)。
生成上述的非环状磁通数据data2及负性电阻Rn的方法是下述方法,即,以通过式(10)运算出的q轴磁通交流成分ΦqsAC的形状成为非环状的方式将负性电阻Rn的值适当改变而进行式(10)的运算,对与非环状最接近的负性电阻Rn的值进行选择。
另外,非环状磁通数据data2如根据图8明确可知那样,相对于q轴电流交流成分iqsAC平缓的变化。因此,信息变换部35可以对针对数点的电流的数据进行保存,以使用补全等处理能够将特性57b再现的方式削减数据点而将生成的非环状磁通数据data2输出至数据记录部33。由此,实施方式2的电动机电感测定装置50能够进一步削减电动机电感信息InfL的记录容量。
实施方式2的电动机电感测定装置50将由磁通运算部32生成的环状磁通数据data1通过信息变换部35而变换为非环状磁通数据data2及负性电阻Rn,将它们作为电动机电感信息InfL而记录于数据记录部33。非环状磁通数据data2可以是q轴电流交流成分iqsAC成为最大的振幅的情况下的1个曲线特性,因此实施方式2的电动机电感测定装置50如果仅针对成为最大的振幅的q轴电流交流成分iqsAC实施电动机电感信息InfL的测定,则能够省略针对其他振幅的q轴电流交流成分iqsAC的测定。即,实施方式2的电动机电感测定装置50在电动机电感信息InfL的测定定序中,仅将q轴电流指令ids*的交流信号振幅值Iac1设为最大值,对其他通电条件进行操作即可。因此,实施方式2的电动机电感测定装置50与实施方式1的电动机电感测定装置50相比能够削减操作的通电条件,能够将多个电动机电感信息InfL的测定所需的时间,即取得包含多个电动机电感信息InfL在内的电动机电感信息组的时间大幅地缩短。实施方式2的电动机电感测定装置50在定序设定部34中反映如上所述的动作而进行电动机电感信息InfL的测定。
对图9所示的定序设定部34的流程及实施方式2的电动机电感测定方法进行说明。在步骤ST11中,定序设定部34对反映于q轴电流指令iqs*的交流信号振幅值Iac1的最大值即交流信号振幅的最大值Iacm进行设定。在步骤ST12中,定序设定部34对反映于q轴电流指令iqs*的直流信号值Idc1进行设定。在步骤ST13中,定序设定部34对反映于d轴电流指令ids*的直流信号值Idc2进行设定。步骤ST11、ST12、ST13是电流指令设定顺序。另外,步骤ST11为交流电流指令设定顺序,ST12、ST13为直流电流指令设定顺序。
在步骤ST14中,定序设定部34执行对电动机电感信息InfL进行测定的定序(电动机电感信息测定顺序)。具体地说,定序设定部34将包含直流信号值Idc1、交流信号振幅的最大值Iacm、直流信号值Idc2在内的测定执行信号sig1输出至电流指令输出部23。定序设定部34以针对施加交流电压的q轴进一步施加直流电压而将直流电流叠加流动的方式,将包含交流电流的振幅指令值(交流信号振幅的最大值Iacm)及直流电流的大小的指令值(直流信号值Idc1)在内的测定执行信号sig1输出至通电控制部2的电流指令输出部23。磁通运算部32基于以测定执行信号sig1为触发而生成的电压指令交流成分96及通过从由测定执行信号sig1驱动的电动机1检测出的检测电流94而生成的dq轴电流交流成分97,生成环状磁通数据data1。信息变换部35基于环状磁通数据data1,生成电动机电感信息InfL即非环状磁通数据data2及负性电阻Rn(测定执行顺序)。通过测定执行顺序,电动机电感测定装置50对电动机电感信息InfL即非环状磁通数据data2及负性电阻Rn进行测定。另外,定序设定部34以对从由磁通运算部32生成的环状磁通数据data1由信息变换部35通过变换而生成的非环状磁通数据data2及负性电阻Rn进行记录的方式,将记录执行信号sig2输出至数据记录部33(数据记录执行顺序)。
如果步骤ST14被执行,则与1组q轴电流指令iqs*、d轴电流指令ids*相对应的环状磁通数据data1由磁通运算部32生成,将由信息变换部35从环状磁通数据data1通过变换而生成的非环状磁通数据data2及负性电阻Rn记录于数据记录部33。将记录执行信号sig2进行输出的定时例如是在将测定执行信号sig1输出后在磁通运算部32及信息变换部35的处理结束的设想时间后输出的。另外,定序设定部34可以从信息变换部35接收表示非环状磁通数据data2的生成结束的生成结束信号,向数据记录部33输出记录执行信号sig2。
在步骤ST15中,定序设定部34对直流信号值Idc1、直流信号值Idc2进行变更(电流指令变更顺序)。在步骤ST16中,定序设定部34判定是否通过直流信号值Idc1、直流信号值Idc2的全部条件进行了通电(测定结束判定顺序)。定序设定部34在判定为通过直流信号值Idc1、直流信号值Idc2的全部条件进行了通电的情况下,结束。另外,定序设定部34在判定为没有通过直流信号值Idc1、直流信号值Idc2的全部条件进行通电的情况下,返回步骤ST12。例如,定序设定部34在最后的直流信号值Idc1、直流信号值Idc2的设定值中设定有表示结束的值的情况下,通过步骤ST16而判定为在全部条件进行了通电。表示结束的值例如为空值(null)、负值等。
在步骤ST11的执行后反复执行步骤ST12~步骤ST16,由此能够对与多个电流指令条件相对应的多个非环状磁通数据data2及负性电阻Rn的组进行测定。在步骤ST11的执行后将步骤ST12~步骤ST16反复执行n次,由此能够取得与n个电流指令条件相对应的非环状磁通数据data2及负性电阻Rn的组即与n个电流指令条件相对应的电动机电感信息InfL的组。因此,在数据记录部33对包含多个非环状磁通数据data2及负性电阻Rn在内的磁通数据及负性电阻组,即包含多个电动机电感信息InfL的电动机电感信息组进行记录。此外,对图9中步骤ST15的电流指令变更顺序在步骤ST16的测定结束判定顺序前执行的例子进行了说明,但步骤ST15的电流指令变更顺序也可以在步骤ST16的测定结束判定顺序中判定为No后执行。在该情况下,在有效的直流信号值Idc1、直流信号值Idc2的设定值结束之后,不对直流信号值Idc1、直流信号值Idc2进行变更而结束。
实施方式2的电动机电感测定装置50具有信息变换部35,该信息变换部35从由磁通运算部32生成的环状磁通数据data1变换为数据量被削减后即被压缩后的非环状磁通数据data2及负性电阻Rn。信息变换部35将与交流电流的瞬时值相对应的q轴电流交流成分iqsAC和与交流磁通的瞬时值相对应的q轴磁通交流成分ΦqsAC的关系,即环状磁通数据data1变换为产生交流电流的瞬时值所涉及的电阻电压的电阻型的参数即负性电阻Rn和参照交流电流的瞬时值的非环状磁通数据data2,作为电动机电感信息InfL而生成非环状磁通数据data2及负性电阻Rn的组合信息。
此外,作为电动机电感信息InfL的一个例子,对从环形状的数据即环状磁通数据data1变换后的非环形状的数据,即非环状磁通数据data2和负性电阻Rn的组合信息进行了说明。但是,如在实施方式1中说明所述,由电感运算部3的磁通运算部32生成的磁通数据的形状依赖于电动机的特性,因此并不限定于环形状。因此,由磁通运算部32生成的磁通数据可以为第一形状的数据即第一磁通数据,由信息变换部35生成的磁通数据可以为第二形状的数据即第二磁通数据。环状磁通数据data1也能够称为第一磁通数据data1,非环状磁通数据data2也能够称为第二磁通数据data2。
实施方式2的电动机电感测定装置50作为电动机电感信息InfL,不是对将电动机电流和磁通关联的系数,而是生成如图8的特性57b那样的非环状磁通数据data2及负性电阻Rn而进行记录。实施方式2的电动机电感测定装置50由此能够对与电动机电流的瞬时值相对应的精度良好的电动机电感信息InfL进行测定。换言之,实施方式2的电动机电感测定装置50能够高精度地对适于电动机电流高响应地变化的情况的电动机电感信息InfL进行测定。
如以上所述,实施方式2的电动机电感测定装置50是对电感信息(电动机电感信息InfL)进行测定的电动机电感测定装置,该电感信息包含与在电动机1中流动的交流电流(q轴电流交流成分iqsAC)的瞬时值对应的交流磁通(q轴磁通交流成分ΦqsAC)的瞬时值的特性57b。实施方式2的电动机电感测定装置50具有:通电控制部2,其以对电动机1的2轴正交旋转坐标上的至少1个轴(q轴)施加交流电压(q轴电压交流成分vqAC)而流动交流电流(q轴电流交流成分iqsAC)的方式进行电动机1的通电控制;以及电感运算部3,其通过对从交流电压(q轴电压交流成分vqAC)减去由基于从电动机1检测出的检测电流94的电动机1的交流电流(q轴电流交流成分iqsAC)和电动机1的电阻(定子电阻Rs、转子电阻Rr、负性电阻Rn)产生的电阻电压((Rs+Rr-Rn)·iqsAC)所得到的残存电压进行积分而对交流磁通(q轴磁通交流成分ΦqsAC)的瞬时值进行运算,作为电感信息(电动机电感信息InfL)而生成与交流电流(q轴电流交流成分iqsAC)的瞬时值对应的交流磁通(q轴磁通交流成分ΦqsAC)的瞬时值的特性57b。实施方式2的电动机电感测定装置50通过该结构,根据由基于检测电流94的电动机1的交流电流(q轴电流交流成分iqsAC)和电动机1的电阻(定子电阻Rs、转子电阻Rr、负性电阻Rn)产生的电阻电压((Rs+Rr-Rn)·iqsAC)及交流电压对交流磁通(q轴磁通交流成分ΦqsAC)进行运算,作为电感信息(电动机电感信息InfL)而生成与交流电流(q轴电流交流成分iqsAC)的瞬时值对应的交流磁通(q轴磁通交流成分ΦqsAC)的瞬时值的特性57b,因此能够高精度地对相当于电动机1的电感的电动机电感信息InfL进行测定。
实施方式2的电动机电感测定方法是对包含与在电动机1中流动的交流电流(q轴电流交流成分iqsAC)的瞬时值对应的交流磁通(q轴磁通交流成分ΦqsAC)的瞬时值的特性57b在内的电感信息(电动机电感信息InfL)进行测定的电动机电感测定方法。实施方式2的电动机电感测定方法包含有:电流指令设定顺序,以对电动机1的2轴正交旋转坐标上的至少1个轴(q轴)施加交流电压(q轴电压交流成分vqAC)而流动交流电流(q轴电流交流成分iqsAC)的方式,针对电动机1的2轴正交旋转坐标上的2轴(d轴,q轴)而设定对流动的电流(dq轴电流95)进行控制的电流指令90的电流值(直流信号值Idc2、直流信号值Idc1、交流信号振幅的最大值Iacm);以及电流检测顺序,基于通过电流指令设定顺序所设定的电流指令90从电动机1对检测电流94进行检测。并且,实施方式2的电动机电感测定方法包含有电感信息生成顺序,其通过对从交流电压(q轴电压交流成分vqAC)减去由基于电流检测顺序所检测出的检测电流94的电动机1的交流电流(q轴电流交流成分iqsAC)和电动机1的电阻(定子电阻Rs、转子电阻Rr、负性电阻Rn)产生的电阻电压((Rs+Rr-Rn)·iqsAC)所得到的残存电压进行积分而对交流磁通(q轴磁通交流成分ΦqsAC)的瞬时值进行运算,作为电感信息(电动机电感信息InfL)而生成与交流电流(q轴电流交流成分iqsAC)的瞬时值对应的交流磁通(q轴磁通交流成分ΦqsAC)的瞬时值的特性57b。实施方式2的电动机电感测定装置50通过该结构,根据由基于检测电流94的电动机1的交流电流(q轴电流交流成分iqsAC)和电动机1的电阻(定子电阻Rs、转子电阻Rr、负性电阻Rn)产生的(Rs+Rr-Rn)·iqsAC)及交流电压对交流磁通(q轴磁通交流成分ΦqsAC)进行运算,作为电感信息(电动机电感信息InfL)而生成与交流电流(q轴电流交流成分iqsAC)的瞬时值对应的交流磁通(q轴磁通交流成分ΦqsAC)的瞬时值的特性57b,因此能够高精度地对相当于电动机1的电感的电动机电感信息InfL进行测定。
实施方式3.
图10是表示实施方式3所涉及的电动机电感测定装置的结构的图。在实施方式1及实施方式2中说明的电动机电感测定装置50设为具有特定的功能的各结构要素协同地动作,将课题解决而进行了说明。但是,电动机电感测定装置50也可以构成为根据在处理器上执行的程序的信号处理和设置于处理器上的逻辑电路中的信号处理的结果而实现功能。图10是将电动机电感测定装置50的动作通过处理器51和在其上运行的程序的处理而实施的情况下的结构。处理器51从存储装置52读取程序而执行程序。另外,处理器51进行在该处理的过程中应该暂时地存储的信息的写入及读出。例如在实施方式1及实施方式2的电动机电感测定装置50中,使处理器51执行程序而实现的处理是通电控制部2及电感运算部3的处理。此外,也可以是多个处理器51协同地实现通电控制部2及电感运算部3的功能。
在实施方式1及实施方式2的电动机电感测定装置50中在各处理部之间传送的信号即电流指令90、电压指令91、电压指令92、dq轴电流95、电压指令交流成分96、dq轴电流交流成分97、测定执行信号sig1、记录执行信号sig2等信号,作为在存储装置52中暂时地存储的信息而实现。即使构成为通过在处理器51上执行的程序的信号处理和设置于处理器51上的逻辑电路中的信号处理的结果而实现功能,也会得到与实施方式1及实施方式2中的说明相同的效果。实施方式3的电动机电感测定装置50具有与实施方式1及实施方式2的电动机电感测定装置50相同的效果。
实施方式4.
图11是表示实施方式4所涉及的电动机电感测定装置的结构的图。图12是表示在图11的服务器中构建的电路块的第一例的图,图13是表示在图11的服务器中构建的电路块的第二例的图。图14是表示在图11的服务器中构建的电路块的第三例的图,图15是表示在图11的服务器中构建的电路块的第四例的图。图16是表示将电动机电感信息集成得到的集成数据的第一例的图,图17是表示将电动机电感信息集成得到的集成数据的第二例的图。电动机电感测定装置50可以将通电控制部2和电感运算部3内置于相同的框体,但也可以经由通信网络7将电感运算部3的全部或一部分构建于外部的服务器8上。
实施方式4的电动机电感测定装置50具有:计算机60,其具有处理器51、存储装置52;以及服务器8,其具有处理器58、存储装置59。在经由通信网络7将电感运算部3的全部或一部分构建于外部的服务器8上的情况下,通过将电感测定所需的处理在外部进行,从而能够削减在对通电控制部2进行搭载的装置中应该设置的处理资源。在服务器8上实现的电感运算部3考虑许多结构。在图12示出了具有将电感运算部3的功能通过服务器8实现的结构的第一例的电动机电感测定装置50。在图13示出了具有将电感运算部3中的高通滤波器31a、31b通过服务器8实现的结构的第二例的电动机电感测定装置50。在图13的情况下,高通滤波器31a、31b各自经由通信网络7对dq轴电流95、电压指令91进行接收。另外,高通滤波器31a、31b将处理结果即dq轴电流交流成分97、电压指令交流成分96的信号经由通信网络7输出至电感运算部3的磁通运算部32。
在图14中示出了具有将电感运算部3中的高通滤波器31a、31b、磁通运算部32由服务器8实现的结构的第三例的电动机电感测定装置50。在图14的情况下,高通滤波器31a、31b各自经由通信网络7对dq轴电流95、电压指令91进行接收。另外,高通滤波器31a、31b将处理结果即dq轴电流交流成分97、电压指令交流成分96的信号输出至磁通运算部32。磁通运算部32将处理结果即电动机电感信息InfL经由通信网络7而输出至电感运算部3的数据记录部33。此外,在图12~图14中,电感运算部3的结构例记载有实施方式1的电感运算部3,但在实施方式2的电感运算部3中也能够将电感运算部3的全部或一部分通过服务器8实现。
在图15中示出了具有将电感运算部3中的高通滤波器31a、31b、磁通运算部32、信息变换部35由服务器8实现的结构的第四例的电动机电感测定装置50。在图15的情况下,高通滤波器31a、31b各自经由通信网络7对dq轴电流95、电压指令91进行接收。另外,高通滤波器31a、31b将处理结果即dq轴电流交流成分97、电压指令交流成分96的信号输出至磁通运算部32。磁通运算部32将处理结果即环状磁通数据data1输出至信息变换部35。信息变换部35将处理结果即电动机电感信息InfL经由通信网络7而输出至电感运算部3的数据记录部33。
实施方式4的电动机电感测定装置50能够适当考虑通信网络7的通信速度及容量、对通电控制部2进行搭载的装置的资源而设定。因此,实施方式4的电动机电感测定装置50得到能够将在实施方式1或实施方式2中说明的电动机电感测定方法通过更多的结构实施的效果。
另外,实施方式4的电动机电感测定装置50具有服务器8和对计算机60等通电控制部2进行搭载的装置,因此可以构成为在服务器8上对电动机型号或者电动机规格和与其相对应的电动机电感信息InfL的组即电动机电感信息组InfLs进行集成。在这里附加字母s示出了将针对某电动机通过多个通电条件测定出的电动机电感信息InfL对应于通电条件集成多个得到的组。在图16、图17示出了将各自电动机电感信息InfL的组集成得到的集成数据data3的第一例、第二例。图16所示的集成数据data3是电动机电感信息InfL的组为在实施方式1中说明的环状磁通数据data1的组即环状磁通数据组data1s,与电动机信息InfM相关联而集成的。在图16中集成有n个电动机的数据,第n个电动机的电动机信息、电动机电感信息组的标号各自记载为InfMn、InfLsn。针对第n个电动机的环状磁通数据组data1s的标号记载为data1s-n。针对第1~3个电动机,将n变为1、2、3而进行标记。
图17所示的集成数据data3是电动机电感信息InfL的组为在实施方式2中说明的非环状磁通数据data2及负性电阻Rn的组即磁通数据及负性电阻组data2&Rns,与电动机信息InfM相关联而集成的。在图17中集成有n个电动机的数据,第n个电动机的电动机信息、电动机电感信息组的标号各自记载为InfMn、InfLsn。针对第n个电动机的磁通数据及负性电阻组data2&Rns的标号记载为data2&Rns-n。针对第1~3个电动机,将n变为1、2、3而进行标记。
如果如集成数据data3那样进行电动机电感信息InfL的组即电动机电感信息组InfLs的集成,则将电动机规格或者电动机型号名称发送至服务器8,由此能够由服务器8接收该相应的电动机的电动机电感信息InfL。即使没有相应的电动机,也能够对类似的规格的电动机的电动机电感信息组InfLs进行接收。其结果,通过利用类似规格的电动机的电动机电感信息InfL,从而也能够将通电等测定动作所需的时间设为零。
实施方式5.
图18是表示实施方式5所涉及的电动机驱动系统的结构的图。图19是表示图18的电流控制部的结构的图,图20是表示图19的电压指令补偿部的结构的图。实施方式5的电动机驱动系统70由通电控制装置71构成,该通电控制装置71进行使得在电动机1流动期望的电流的通电控制处理。实施方式5的电动机驱动系统70将在实施方式1中说明的电动机电感信息InfL利用于电动机控制。在这里,特别对利用于电动机的电流控制的高响应化的情况下的结构进行说明。
通电控制装置71具有电动机控制部73、电流控制部9、坐标变换部21、坐标变换部24。电动机控制部73将用于电动机控制的电流指令90进行输出。电动机控制部73相当于实施方式1的电流指令输出部23。电流控制部9输入电流指令90及dq轴电流95,进行PI控制、非干涉控制等处理,将电压指令91进行输出。电流控制部9相当于实施方式1的电流控制部22。
对电流控制部9进行说明。电流控制部9具有电压指令生成部10、电压指令补偿部11、减法器64a、64b、加法器63a。电流控制部9基于由电压指令补偿部11输出的补偿电压指令vqcmp*对由电压指令生成部10输出的初始的dq轴电压指令(2轴电压指令)进行校正而生成dq轴电压指令即电压指令91。减法器64a从d轴电流指令ids*减去d轴电流ids而输出d轴电流控制偏差65。减法器64b从q轴电流指令iqs*减去q轴电流iqs而输出q轴电流控制偏差66。电压指令生成部10具有PI控制器61a、61b、非干涉控制部62、加法器63b、63c。电压指令生成部10将dq轴电流的控制偏差即d轴电流控制偏差65及q轴电流控制偏差66和d轴电流ids及q轴电流iqs输入而进行PI控制处理及非干涉化控制,将dq轴的电压指令91中的d轴电压指令vd*和q轴电压指令vq*的补偿处理前的信号69进行输出。此外,信号69也能够称为q轴电压指令vq*的初始指令。非干涉化控制是抑制dq轴间的电磁干涉项的处理。
加法器63b将由PI控制器61a输出的信号67a和由非干涉控制部62输出的信号68a相加,将电压指令91的d轴电压指令vd*进行输出。加法器63c将来自PI控制器61b的信号67b和来自非干涉控制部62的信号68b相加而将信号69进行输出。信号68a是d轴侧的信号,信号68b是q轴侧的信号。电压指令补偿部11是对电动机1的电感的复杂动作进行模拟而对电压指令进行补偿的电路。电压指令补偿部11输入d轴电流指令ids*及q轴电流指令iqs*,将补偿电压指令vqcmp*进行输出。加法器63a将信号69和补偿电压指令vqcmp*相加而将电压指令91的q轴电压指令vq*进行输出。
该电压指令生成部10为公知技术,在文献A记载有详细内容,因此省略说明。在电压指令生成部10中,该电流控制响应是通过PI控制器61a、61b的反馈增益进行设定的。如图5所示,电动机1的q轴磁通交流成分ΦqsAC与q轴电流交流成分iqsAC相应地进行复杂的变化。即,可以说电动机1的磁通与该电流相应地进行复杂的变化,电感也进行复杂的变化。包含图2所示的q轴电压指令交流成分vqAC*的q轴电压指令vq*是用于对电动机电感信息InfL进行测定的通电指令。因此,图1的电流控制部22的结构不需要电压指令补偿处理,成为由电压指令生成部10和减法器64a、64b构成的结构。
在对电动机电感信息InfL进行测定时赋予正弦波电流指令而进行测定。但是,如图5那样电动机1的磁通复杂地变化,与磁通的变化相伴,由于电感的复杂的变化而响应(处理速度)降低。因此,在对电动机电感信息InfL进行测定时,也如图3所示,q轴电流交流成分iqsAC成为畸变后的电流波形。另外,如图2所示,q轴电压指令交流成分vqAC*也成为无法说是正弦波的形状。此时,仅通过电流控制部22内的PI控制器61a、61b中的反馈增益进行设计,难以说能够实现电动机1的电流控制所需的高响应性能。
实施方式5的电流控制部9在实施方式1的电流控制部22的结构的基础上还具有电压指令补偿部11,该电压指令补偿部11对电动机1的电感的复杂动作进行模拟而对电压指令进行补偿。电压指令补偿部11利用了实施方式1的电动机电感信息InfL。电压指令补偿部11将包含与q轴电流交流成分iqsAC的变化相对应的电感的影响在内的q轴磁通交流成分ΦqsAC进行输出,将对该q轴磁通交流成分ΦqsAC进行时间微分得到的信号作为补偿电压指令vqcmp*进行输出。实施方式5的电流控制部9对电压指令生成部10的q轴侧的信号69加上补偿电压指令vqcmp*的信号,由此将与电动机1的电感的复杂的变化相伴的电压量被补偿后的q轴电压指令vq*进行输出。实施方式5的电动机驱动系统70使用与电动机1的电感的复杂的变化相伴的电压量被补偿后的q轴电压指令vq*对电动机1进行控制,由此能够将没有复杂的噪声的净PI控制及非干涉化控制所涉及的电压指令输出。与该电压指令相对应电流线性地反应而流动,因此实施方式5的电动机驱动系统70能够改善电流控制响应即实现高响应性能。另外,实施方式5的电动机驱动系统70伴随电流控制响应的改善,还能够改善电流的控制精度。
电压指令补偿部11的结构的一个例子成为图20。电压指令补偿部11具有高通滤波器12、数据判定部13、选择部14a、14b、信息存储装置72、微分器15。在信息存储装置72中,存储有与q轴电流指令iqs*的直流成分的大小、交流成分的振幅、d轴电流指令ids*的直流成分的大小相应地测定出的,即针对每个通电条件测定出的成为电动机电感信息InfL的环状磁通数据data1。针对每个通电条件测定出的环状磁通数据data1成为电感信息对应图。在信息存储装置72中存储有多个电感信息对应图。电感信息对应图例如是记载有图5中的1个特性的图形。在图20中,记载有通电条件不同的3个电感信息对应图LM1、LM2、LM3。电压指令补偿部11与通电条件相应地将在信息存储装置72中记录的对应图选择1个,将q轴电流指令iqs*的交流成分即轴电流指令交流成分iqsAC*输入至选择出的对应图而生成q轴磁通交流成分ΦqsAC。此外,在图20中设为与dq轴的电流指令相应地对电感信息对应图进行选择,但当然也可以参照dq轴电流。
对电压指令补偿部11的动作详细地进行说明。数据判定部13根据d轴电流指令ids*、q轴电流指令iqs*对通电条件进行判定,输出对电感信息对应图LM1、LM2、LM3进行选择的选择信号sig3。高通滤波器12从q轴电流指令iqs*将成为交流成分的q轴电流指令交流成分iqsAC*进行输出。选择部14a及选择部14b以将由数据判定部13选择出的电感信息对应图LM1、LM2、LM3的数据读出的方式对信号的路径进行切换。电压指令补偿部11将参照选择出的电感信息对应图而生成的q轴磁通交流成分ΦqsAC进一步通过微分器15进行微分,变换为对q轴电压指令vq*的初始指令即信号69进行补偿的补偿电压指令vqcmp*而输出。
实施方式5的电动机驱动系统70使用电压指令补偿部11,由此能够改善电流控制响应即实现高响应性能。特别是在压缩机等负载扭矩周期性地变动的电动机1中,q轴电流指令iqs*也周期性地变化,因此实施方式5的电动机驱动系统70通过使用电压指令补偿部11,从而能够改善电流控制响应,其结果,能够抑制由负载扭矩的脉动引起的速度脉动或压缩机框体的振动。
实施方式5的电流控制部9在电压指令补偿部11利用实施方式1的电动机电感信息InfL,由此能够提高电流控制部9的电流控制响应。实施方式5的电动机驱动系统70具有电流控制部9,该电流控制部9利用了实施方式1的电动机电感信息InfL,因此能够提高电动机1的电流控制响应,能够提高电动机1的控制的响应速度及精度。
信息存储装置72存储有针对每个通电条件测定出的成为电动机电感信息InfL的环状磁通数据data1。即,存储有多个电动机电感信息InfL即多个环状磁通数据data1。电动机电感信息InfL包含基于对2轴正交旋转坐标上的至少1个轴(例如q轴)施加的交流电压及通过该交流电压而流动的交流电流(例如q轴电流iqs)而运算出的、与交流电流的瞬时值相对应的q轴电流交流成分iqsAC和与交流磁通的瞬时值相对应的q轴磁通交流成分ΦqsAC之间的关系。即,电动机电感信息InfL包含有与交流电流的瞬时值相对应的q轴电流交流成分iqsAC、与交流磁通的瞬时值相对应的q轴磁通交流成分ΦqsAC。
因此,信息存储装置72也能够称为将与电动机1中的2轴正交旋转坐标上的dq轴电流的瞬时值相对应的q轴电流交流成分iqsAC和与电动机1的磁通的瞬时值相对应的q轴磁通交流成分ΦqsAC之间的关系,即环状磁通数据data1作为电动机电感信息InfL进行保存,并且将电动机电感信息InfL进行输出的电感输出部。实施方式5的电动机驱动系统70也能够称为使用从电感输出部输出的电动机电感信息InfL对电动机进行控制。
实施方式5的通电控制装置71与实施方式3同样地,可以构成为通过在处理器51上执行的程序的信号处理和设置于处理器上的逻辑电路中的信号处理的结果而实现功能。在该情况下,实施方式5的电动机驱动系统70还具有利用了实施方式1的电动机电感信息InfL的电流控制部9,因此能够提高电动机1的电流控制响应,能够提高电动机1的控制的响应速度及精度。
如以上所述,实施方式5的电动机驱动系统70是对电动机1进行控制的电动机驱动系统。实施方式5的电动机驱动系统70具有对由实施方式1、3、4的任意电动机电感测定装置50生成的电感信息(电动机电感信息InfL)进行存储的信息存储装置72,基于电感信息(电动机电感信息InfL)对电动机1进行控制。实施方式5的电动机驱动系统70通过该结构,基于电感信息(电动机电感信息InfL)对电动机1进行控制,因此能够提高电动机1的电流控制响应,能够提高电动机1的控制的响应速度及精度。
实施方式6.
图21是表示实施方式6所涉及的电压指令补偿部的结构的图。图21所示的实施方式6的电压指令补偿部11将在实施方式2中说明的电动机电感信息InfL利用于电动机控制。具有实施方式6的电压指令补偿部11的电流控制部9是与图19相同的结构,具有实施方式6的电压指令补偿部11的电动机驱动系统70成为与图18相同的结构。实施方式2的电动机电感信息InfL包含有非环状磁通数据data2及负性电阻Rn,实施方式6的电压指令补偿部11将与电动机电流的交流成分对应的非环状磁通数据data2及负性电阻Rn的组合存储于内部。
实施方式6的电压指令补偿部11与实施方式5的电压指令补偿部11的不同点在于,具有对针对每个通电条件测定出的非环状磁通数据data2进行存储的信息存储装置72a和对针对每个通电条件测定出的负性电阻Rn进行存储的信息存储装置72b,具有对负性电阻Rn进行切换的选择部14c、14d和将非环状磁通数据data2侧的信号与负性电阻Rn侧的信号相加的加法器43。
在实施方式5的电压指令补偿部11中,如图20所示,补偿电压指令vqcmp*是将q轴磁通交流成分ΦqsAC进行时间微分而生成的。在实施方式6的电压指令补偿部11中,将通过实施方式2表示的式(10)进行时间微分而生成补偿电压指令vqcmp*。在这里,式(10)中的定子电阻Rs、转子电阻Rr中的电阻电压如果与电压指令生成部10对应而省略,则通过将式(10)变形得到的式(11)对补偿电压指令vqcmp*进行运算。此外,在式(11)中,将补偿电压指令vqcmp*中的“*”在vq后上附而记载。
【式11】
此外,在图21的电压指令补偿部11中,为了提高电流控制响应,构成为取代式(11)的第2项的q轴电流交流成分iqsAC,而是将q轴电流指令交流成分iqsAC*输入。在图21的电压指令补偿部11中,即使将q轴电流指令交流成分iqsAC*取代q轴电流交流成分iqsAC而输入,也能够生成补偿电压指令vqcmp*。关于实施方式6的电压指令补偿部11的动作,主要对与实施方式5不同的部分进行说明。
在信息存储装置72a中存储有与q轴电流指令iqs*的直流成分的大小、交流成分的振幅、d轴电流指令ids*的直流成分的大小相应地测定出的,即针对每个通电条件测定出的电动机电感信息InfL中的非环状磁通数据data2。即,存储有多个电动机电感信息InfL中的多个非环状磁通数据data2。针对每个通电条件测定出的非环状磁通数据data2成为电感信息对应图。在信息存储装置72a存储有多个电感信息对应图。电感信息对应图例如是记载有图8中的1个特性57b的图形。在图21中,记载有通电条件不同的2个电感信息对应图LM4、LM5。另外,在信息存储装置72b中存储有对非环状磁通数据data2进行测定得到的针对每个通电条件的负性电阻Rn即多个负性电阻Rn。在这里负性电阻Rn通过与q轴电流指令交流成分iqsAC*对应的增益gain1、增益gain2表现。电压指令补偿部11将与通电条件相应地在信息存储装置72a中记录的对应图和与记录于信息存储装置72b的负性电阻Rn相对应的增益各自选择1个。电压指令补偿部11将q轴电流指令iqs*的交流成分即轴电流指令交流成分iqsAC*输入至选择出的对应图而生成q轴磁通交流成分ΦqsAC,且生成通过选择出的增益对轴电流指令交流成分iqsAC*进行运算得到的Rn·iqsAC。
选择部14a及选择部14b以将由数据判定部13选择出的电感信息对应图LM4、LM5的数据读出的方式对信号的路径进行切换。选择部14c及选择部14d与选择部14a、14b同样地,以将由数据判定部13选择出的增益的数据读出的方式,与选择信号sig3相应地对适当的信号路径进行切换。参照选择出的电感信息对应图而生成的q轴磁通交流成分ΦqsAC进一步通过微分器15进行微分,成为第一信号,q轴电流指令交流成分iqsAC*乘以与选择出的负性电阻Rn相对应的增益,运算为电压而成为第二信号。电压指令补偿部11将第一信号和第二信号相加而生成对q轴电压指令vq*的初始指令即信号69进行补偿的补偿电压指令vqcmp*。
通过将电压指令补偿部11设为图21的结构,从而实施方式6的电动机驱动系统70能够在电流控制部9中如实施方式2所说明那样将电动机电感信息InfL压缩而保存,能够削减数据的记录容量。另外,实施方式6的电流控制部9不需要对q轴电流指令交流成分iqsAC*的振幅的大小进行判定,能够参照q轴电流指令交流成分iqsAC*的瞬时值而立即生成q轴磁通交流成分ΦqsAC。即,实施方式6的电流控制部9与实施方式5的电流控制部9相比能够将处理简化,能够高速地生成补偿电压指令vqcmp*。实施方式6的电流控制部9不需要q轴电流指令交流成分iqsAC*的振幅计算,因此能够与非周期性的q轴电流指令交流成分iqsAC*相应地立即生成补偿电压指令vqcmp*。即,实施方式6的电流控制部9即使q轴电流指令iqs*不包含周期性的电流波形,也能够提高电流控制响应。例如,在对利用了实施方式6的电压指令补偿部11的定位用的电动机即伺服电动机进行驱动的情况下,得到定位精度提高、建立时间缩短的效果。
实施方式6的电流控制部9通过在电压指令补偿部11中利用实施方式2的电动机电感信息InfL,从而能够提高电流控制部9的电流控制响应。实施方式6的电动机驱动系统70具有利用了实施方式2的电动机电感信息InfL的电流控制部9,因此能够提高电动机1的电流控制响应,能够提高电动机1的控制的响应速度及精度。
信息存储装置72a、72b各自存储有针对每个通电条件而测定出的成为电动机电感信息InfL的非环状磁通数据data2及负性电阻Rn即成为多个电动机电感信息InfL的多个非环状磁通数据data2及负性电阻Rn。非环状磁通数据data2包含有基于对2轴正交旋转坐标上的至少1个轴(例如q轴)施加的交流电压及通过该交流电压而流动的交流电流(例如q轴电流iqs)而运算出的、与交流电流的瞬时值相对应的q轴电流交流成分iqsAC和与交流磁通的瞬时值相对应的q轴磁通交流成分ΦqsAC之间的关系。即,非环状磁通数据data2包含有与交流电流的瞬时值相对应的q轴电流交流成分iqsAC、与交流磁通的瞬时值相对应的q轴磁通交流成分ΦqsAC。
因此,信息存储装置72a、72b也能够称为将与电动机1中的2轴正交旋转坐标上的dq轴电流的瞬时值相对应的q轴电流交流成分iqsAC和与电动机1的磁通的瞬时值相对应的q轴磁通交流成分ΦqsAC之间的关系,即非环状磁通数据data2及负性电阻Rn作为电动机电感信息InfL进行保存,并且将电动机电感信息InfL进行输出的电感输出部。实施方式6的电动机驱动系统70也能够称为使用从电感输出部输出的电动机电感信息InfL对电动机进行控制。
实施方式6的通电控制装置71与实施方式3同样地,可以构成为通过在处理器51上执行的程序的信号处理和设置于处理器上的逻辑电路中的信号处理的结果而实现功能。在该情况下,实施方式6的电动机驱动系统70也具有利用了实施方式2的电动机电感信息InfL的电流控制部9,因此能够提高电动机1的电流控制响应,能够提高电动机1的控制的响应速度及精度。
如以上所述,实施方式6的电动机驱动系统70是对电动机1进行控制的电动机驱动系统。实施方式6的电动机驱动系统70具有对由实施方式2、3、4的任意电动机电感测定装置50生成的电感信息(电动机电感信息InfL)进行存储的信息存储装置72a、72b,基于电感信息(电动机电感信息InfL)对电动机1进行控制。实施方式6的电动机驱动系统70通过该结构,基于电感信息(电动机电感信息InfL)对电动机1进行控制,因此能够提高电动机1的电流控制响应,能够提高电动机1的控制的响应速度及精度。
实施方式7.
在实施方式7中,在实施方式1或实施方式2所说明的将电动机电感信息InfL利用于电动机控制的情况下,特别是对利用于电动机1的观测器(状态推定器)79的情况下的结构进行说明。图22是表示实施方式7所涉及的观测器的一部分的结构的图,图23是表示图22的第一运算部的结构的图。图24是表示实施方式7所涉及的电动机驱动系统的结构的图。此外,在图24示出了观测器79和观测器79的一部分的结构即观测器要部80。图22所示的观测器要部80是q轴定子侧电路部的结构。此外,该图22记载的观测器要部80是使用在q轴进行交流通电而得到的q轴侧的电动机电感信息InfL的情况下的结构。观测器构成为对电动机1的电气电路动作进行模拟,输入对电动机1施加的电流信息、电压信息,对电动机1的状态(例如,电动机电流等)进行推定。并且,在对电动机电流进行推定的情况下,构成为将电动机1的检测电流和由观测器推定出的推定电流的差异经由规定的增益进行反馈。通过对该增益的结构进行改进,从而不对电动机1的磁极位置及速度进行检测,构建进行电动机控制的无传感器控制系统。
在不通过传感器对电动机1的磁极位置及速度进行检测而进行电动机控制的无传感器控制方式中,在电流控制系统内部使用对电动机1的电气电路动作进行模拟的观测器,进行观测对象的状态值的运算即观测对象的推定值的运算。该观测器使用电动机参数,在其电动机参数中包含电感。
通过将实施方式1或实施方式2的电动机电感信息InfL应用于观测器,从而在对电动机电流进行推定的情况下电动机电流的推定精度极其提高。在使用了观测器的无传感器控制中,检测电流和推定电流的差异即电流推定误差认为是由观测器所包含的电动机的电角速度推定值的误差引起的,由此进行针对电流推定误差使用自适应同定处理对电角速度推定值进行修正的处理。电角速度推定值为电动机旋转速度的极对数倍的值,因此能够将电角速度推定值除以极对数而对电动机旋转速度进行推定。另外,在无传感器控制的原理上,在观测器中使用的电角速度推定值以外的电动机参数等也需要高精度地掌握。通过使用实施方式1或实施方式2的电动机电感信息InfL,从而实施方式7的观测器要部80及观测器79能够提高电流推定精度,并且能够提高电角速度推定值的推定精度。
图22所示的观测器要部80具有第一运算部81、第二运算部82。观测器要部80是对q轴电流推定值i^qs进行运算的q轴定子侧电路部的例子。i^qs表示q轴电流iqs的推定值。第一运算部81输入d轴电流指令ids*、q轴电流指令iqs*、q轴电流iqs、由第二运算部82输出的q轴电流中间推定值i^qs2,将由q轴电流推定值i^qs和负性电阻Rn引起的压降的项vn进行输出。第二运算部82输入d轴电流ids、q轴电流iqs、d轴电流推定值i^ds、d轴磁通推定值Φ^dr、q轴电压vq和由第一运算部81所输出的q轴电流推定值i^qs及负性电阻Rn引起的压降的项vn,对q轴电流中间推定值i^qs2进行运算。i^qs2表示用于对q轴电流iqs进行推定的(推定用的)中间变量即q轴电流中间推定值。i^ds、Φ^dr各自表示d轴电流ids、d轴转子磁通Φdr的推定值。
例如,在通过无传感器对电动机1进行速度控制的情况下,对电动机1实施与向电动机1的速度指令相对应的dq轴电流指令(ids*,iqs*)的通电。dq轴电流指令(ids*,iqs*)为图18的电流指令90。电动机1的磁通如根据图5所示的q轴电流交流成分iqsAC和q轴磁通交流成分ΦqsAC之间的关系所知那样,磁通的交流成分与q轴电流相应地复杂地变化。同样地电动机磁通和电动机电流之间的电感也复杂地变化。进行与速度控制相应地瞬间变化的q轴通电(向q轴侧的通电),发生电动机1的电感变化,与此相伴而产生电流推定误差,电角速度推定值的推定精度降低。与包含该误差的电角速度推定值相应地,以执行速度控制的方式进行q轴通电,因此在电角速度推定值的推定精度降低的情况下,发生恶循环。因此,在通过无传感器对电动机1进行速度控制的情况下,有时速度控制响应降低。另外,在电角速度推定值的推定精度降低的情况下,如果通过无传感器对电动机1进行速度控制,则有时速度控制精度降低。
与此相对,在通过无传感器对电动机1进行速度控制的情况下,通过使用实施方式1或实施方式2的电动机电感信息InfL,从而与推定精度降低相伴的恶循环被切断,能够改善无传感器速度控制的响应及速度控制精度。作为进一步的应用,将q轴电流指令(iqs*)设为交流,使电动机1产生测试用的交流扭矩,对与其对应的交流机械速度进行推定,通过两信号(交流扭矩及交流机械速度推定值)的振幅及相位关系对与电动机1连接的负载装置的机械传递特性进行测定的伺服分析仪功能的精度能够提高或测定频带能够扩大。通过将实施方式1或实施方式2的电动机电感信息InfL应用于观测器,从而速度推定精度改善,因此得到负载装置的机械传递特性的测定精度提高的效果,可测定的频带扩大等效果。
电动机1的观测器的构成方法存在各种方法,但作为一个例子,对将文献A中记载的感应电动机设为对象,将2轴正交旋转坐标上的电流及磁通设定为状态变量的观测器为例进行说明。在这里,观测器通过式(12)~式(15)表示。
【式12】
【式13】
【式14】
【式15】
在这里,g11、g12、g21、g22、g31、g32、g41、g42是观测器反馈增益。如实施方式1、实施方式2中说明所述,通过向q轴侧的交流通电而得到相当于漏电感σLs的信息即电动机电感信息InfL,对将电动机电感信息InfL装入观测器的情况进行说明。如果通过由该式(12)~式(15)表示的观测器79提取q轴定子侧电流的记述,则成为式(16)。与式(1)同样地,在通过该式(12)~式(15)表示的观测器79的运算中,也以推定的q轴磁通的值即q轴推定磁通值Φ^qr成为零的方式对滑动频率进行调整。将其反映于式(16),q轴推定磁通值Φ^qr成为零。
【式16】
在这里,g21、g22为观测器反馈增益。ω^re为电角频率ωre的推定值即电角频率推定值。vq为q轴电压。该q轴电压vq经常由q轴电压指令vq*代替。式(16)中的漏电感σLs与实施方式1或实施方式2的电动机电感信息InfL不同,成为通过已有的方法测定或者设计的值。因此,漏电感σLs成为固定的恒定值,或者与q轴电流iqs的直流成分的大小或d轴电流ids相应地变化的值。
在该式(16)代入实施方式1或实施方式2的电动机电感信息InfL。在这里,对作为电动机电感信息InfL而利用实施方式2所说明的电动机电感信息InfL的例子进行说明。实施方式2的电动机电感信息InfL为q轴磁通交流成分ΦqsAC相对于q轴电流交流成分iqsAC的关系即非环状磁通数据data2和负性电阻Rn的组合。记载有图22的观测器要部80基于式(16)的运算,利用电动机电感信息InfL的情况下的结构。观测器要部80大致由第一运算部81、第二运算部82构成。第二运算部82代入由通过第一运算部81运算出的q轴电流推定值i^qs及负性电阻Rn引起的压降的项即电压vn,进行式(17)的运算,将q轴电流中间推定值i^qs2进行输出。此外将电压vn适当地标记为由负性电阻Rn引起的压降vn。
【式17】
在图23中记载的第一运算部81具有比例运算器16、高通滤波器12a、12b、数据判定部13、选择部14a、14b、14c、14d、信息存储装置72a、72b、低通滤波器17、加法器18。比例运算器16向高通滤波器12a输出将q轴电流中间推定值i^qs2设为σLs倍后的信号。高通滤波器12a将从比例运算器16输出的信号的高频成分即交流成分的信号86输出至选择部14a。信号86为将q轴电流中间推定值i^qs2设为σLs倍后的信号的交流成分,标记为σLs·i^qs2H。信号86也能够称为与磁通相当的信号即磁通相当信号交流成分。此外,在图23中,为了将由选择部14b输出的信号88即q轴电流推定值交流成分i^qsH简洁地标记,将σLs·i^qs2H使用磁通推定值Φ^a进行了标记。此外,函数fΦ及函数fΦ的反函数fΦ-1在后面记述。低通滤波器17将q轴电流中间推定值i^qs2的直流成分或者与其接近的低频成分即q轴电流中间推定值低频成分i^qs2L即信号89输出至加法器18。高通滤波器12a和低通滤波器17具有互补的传递特性。数据判定部13、选择部14a、14b、14c、14d的动作与图21相同,因此省略说明。加法器18从由高通滤波器12a输出的信号86使用电感信息对应图LM4、LM5进行运算,将从选择部14b输出的信号88和从低通滤波器17输出的信号89相加而输出q轴电流推定值i^qs。
高通滤波器12b将q轴电流iqs的高频成分即交流成分也就是q轴电流交流成分iqsH输出至选择部14c。图23的信号87为q轴电流交流成分iqsH。使用表示负性电阻Rn的增益gain1、gain2而运算的信号84成为由负性电阻Rn引起的压降vn。
通常,q轴电流推定值i^qs将q轴电流iqs的推定值低频成分i^qsL和q轴电流iqs的推定值高频成分(交流成分)i^qsH相加。但是,在这里使用图23的结构而得到q轴电流推定值i^qs。经由低通滤波器17的q轴电流中间推定值i^qs2的直流成分或者与其接近的低频成分即q轴电流中间推定值低频成分i^qs2L直接作为q轴电流推定值的直流成分或者与其接近的低频成分i^qsL使用。
另一方面,q轴电流iqs的推定值的高频成分(交流成分)即由选择部14b输出的信号88即q轴电流推定值交流成分i^qsH是从与q轴磁通相当的信号参照函数fΦ的反函数fΦ-1而得到的。此外,函数fΦ是从电流i变换为磁通Φ的函数,反函数fΦ-1是从磁通Φ变换为电流i的函数。对q轴电流推定值交流成分i^qsH的运算更具体地进行说明。首先,在q轴电流中间推定值i^qs2乘以漏电感σLs,通过高通滤波器12b进行处理,对与q轴磁通相当的信号86进行运算。并且从与q轴磁通相当的信号86参照函数fΦ的反函数fΦ-1而得到q轴电流推定值交流成分i^qsH。得到q轴电流推定值交流成分i^qsH的结构是使q轴电流推定值i^qs的交流成分反映于实施方式2的电动机电感信息InfL而得到的。
实施方式7的观测器要部80在电动机的q轴电流iqs高速地变化,电感与其相应地变化的情况下,与电动机电感的变化相应地,观测器中的q轴定子电路侧的电感也能够变化,能够提高观测器中的q轴电流推定精度。实施方式7的观测器要部80进一步在无速度传感器控制中能够提高电动机速度的推定精度。另外,实施方式7的观测器要部80在q轴电流iqs没有高速地变化的情况下,成为与记载于式(16)的已有的观测器中的q轴定子电路侧相同的动作。因此具有能够直接继续利用已有的观测器增益设计等的技术诀窍的优点。
在实施方式6的图21中参照电感信息对应图LM4、LM5以使得输入电流而生成磁通,但在实施方式7中使用下述结构,即,与实施方式6的图21相反地输入与磁通相当的信号即磁通相当信号交流成分σLs·i^qs2H,生成与电流相当的信号即信号88。此外,在图23中,为了示出使用在信息存储装置72a中存储的电感信息对应图LM4、LM5从磁通反向参照电流,通过带有标号func1、func2的框线分别将电感信息对应图LM4、LM5覆盖,并且在电感信息对应图LM4、LM5的示意图中记载有图21的纵轴横轴彼此相反的图像。带有标号func1、func2的框线示出了与从电流变换为磁通的函数fΦ对应的从磁通变换为电流的反函数fΦ-1。反函数func1是对电感信息对应图LM4进行逆参照的函数,反函数func2是对电感信息对应图LM5进行逆参照的函数。从第一运算部81的选择部14b输出的信号88成为将磁通相当信号交流成分σLs·i^qs2H作为自变量而通过反函数fΦ-1运算出的信号。即,信号88为fΦ-1(σLs·i^qs2H)。从第一运算部81的选择部14d输出的信号84成为负性电阻Rn和q轴电流交流成分iqsH相乘得到的信号。即,信号84为由负性电阻Rn引起的压降vn,为Rn·iqsH。此外,在图23中,如前述所示,磁通相当信号交流成分σLs·i^qs2H使用磁通推定值Φ^a进行了标记。
在图23中说明的由负性电阻Rn引起的压降vn、轴电流推定值i^qs、q轴电流推定值交流成分i^qsH各自通过式(18)、式(19)、式(20)表示。此外,式(18)的Rn的值为正,在式(17)中通过相加而附加,从而表现为负性电阻。
【式18】
vn=Rn·iqsH…(18)
【式19】
【式20】
此外,在本实施方式7中,对在观测器要部80应用了实施方式2的电动机电感信息InfL的例子进行了说明,但也可以应用实施方式1的电动机电感信息InfL。在该情况下,式(16)~式(20)改变,但应用了实施方式1的电动机电感信息InfL的观测器要部80也与应用了实施方式2的电动机电感信息InfL的观测器要部80同样地,能够提高观测器79的电流推定精度提高,并且提高电角速度推定值的推定精度。另外,不仅是通过q轴交流通电得到的电动机电感信息InfL,通过d轴侧交流通电得到的电动机电感信息InfL也能够同样地应用,能够改善观测器79中的电流推定精度。
将使用了具有以上说明的观测器要部80的观测器79的电动机1的无传感器控制系统结构的一个例子在图25示出。图24所示的电动机控制部73是执行无传感器控制的具体的结构例。实施方式7的电动机驱动系统70具有执行无传感器控制的电动机控制部73、电流控制部9、坐标变换部21、坐标变换部24。电动机控制部73具有观测器79、滑动频率运算部26、自适应同定部27、速度控制部28、减法器44a、44b、加法器45、积分器46、指令生成部78。在前述的观测器79的式(12)代入观测器要部80的式(17)、式(18),并且如果变形为适于无传感器控制的形式,则得到式(21)。
【式21】
在图24所示的无传感器控制用的观测器79中,进行该式(21)的运算。在式(21)及后面记述的式(22)中,将互感M和转子电阻Rr的积标记为MRr。MRr与式(12)的M·Rr相同。该式(21)的d轴侧的定子电流推定值即d轴电流推定值i^ds和转子的d轴磁通推定值Φ^dr的运算与式(12)大致相同。定子的q轴电流推定值i^qs的运算如前述那样,暂时按照观测器要部80的式(17)及式(18)进行q轴电流中间推定值i^qs2的运算,使用由观测器要部80的第一运算部81执行的式(19)及式(20)进行。观测器79将2轴电流推定值83进行输出。2轴电流推定值83具有2个成分即d轴电流推定值i^ds、q轴电流推定值i^qs。2轴电流推定值83的矢量标记为(i^ds,i^qs)。
在图24那样的dq轴旋转坐标上构成控制器的情况下,进行控制以使得d轴与电动机1的2次磁通矢量一致,因此进行控制以使得转子的q轴磁通推定值Φ^qr成为零。因此以q轴磁通推定值Φ^qr成为零的方式,通过式(22)对滑动频率的推定值即滑动频率推定值ω^s进行运算。滑动频率推定值ω^s的运算由滑动频率运算部26执行。
【式22】
式(22)中的i^qs-iqs、i^ds-ids各自为q轴电流推定误差47a、d轴电流推定误差47b。q轴电流推定误差47a为q轴电流推定值i^qs和q轴电流iqs的值的误差,d轴电流推定误差47b为d轴电流推定值i^ds和d轴电流ids的值的误差。减法器44a通过对q轴电流推定值i^qs和q轴电流iqs的值的误差进行运算而将q轴电流推定误差47a进行输出,d轴电流推定误差47b通过对d轴电流推定值i^ds和d轴电流ids的值的误差进行运算而将d轴电流推定误差47b进行输出。
另外,通过式(23)所示的自适应同定处理,对推定速度ω^r进行运算。自适应同定部27进行式(23)的运算,将推定速度ω^r进行输出。减法器44b从由指令生成部78生成的速度指令ωr*减去由自适应同定部27输出的推定速度ω^r而将校正速度指令48进行输出。速度控制部28基于校正速度指令48对q轴电流指令iqs*进行运算。由速度控制部28运算出的q轴电流指令iqs*经由指令生成部78输出至电流控制部9。指令生成部78生成d轴电流指令ids*而输出至电流控制部9。如上所述实施方式7的电动机控制部73通过无传感器进行速度控制处理,对q轴电流指令iqs*进行运算。此外,指令生成部78在不执行无传感器控制的情况下,生成预先确定的控制的d轴电流指令ids*、q轴电流指令iqs*。指令生成部78在执行无传感器控制所涉及的速度控制的情况下,生成速度指令ωr*,将由速度控制部28输出的q轴电流指令iqs*输出至电流控制部9。
自适应同定处理研究了各种方式,但大多如式(23)那样进行针对q轴电流推定误差47a的PI控制处理。
【式23】
Kp、Ki为比例系数。
d轴电流指令ids*存在各种生成法。如前述所示,在感应电动机中,d轴电流指令ids*几乎都是设为固定的恒定值的情况或不使d轴电流指令ids*急剧地变化的情况。d轴电流指令ids*不急剧地变化,因此省略d轴电流指令ids*的说明。加法器45将由自适应同定部27运算出的推定速度ω^r和由滑动频率运算部26运算出的频率推定值ω^s相加,将电源频率ω进行输出。电源频率ω通过积分器46进行积分,将坐标变换相位θ输出。通过该坐标变换相位θ实施旋转坐标变换,由此能够使前述的d轴和电动机1的2次磁通矢量一致。
如以上所述,实施方式7的观测器要部80通过装入实施方式1或实施方式2的电动机电感信息InfL,从而提高电流推定精度,在无改善传感器控制时改善速度推定精度。并且,搭载有实施方式7的观测器要部80的电动机驱动系统70能够高速地进行电动机1的速度控制,即能够改善速度控制响应,且还能够改善电动机1的速度控制精度。图24是使用装入了观测器要部80的观测器79的无传感器控制系统的一个例子,即是电动机控制部73的一个例子。以上说明的观测器要部80的处理是电动机1的电气电路中的电感的本质处理的例子,应用范围并不限定于图24所示的电动机控制部73。观测器要部80的处理在使用其他结构的观测器、自适应同定处理的无传感器控制系统中也能够充分应用,具有电流推定精度提高、在无传感器控制时速度推定精度改善的效果。
将实施方式1或实施方式2的电动机电感信息InfL代入至观测器要部80的情况下的效果并不限定于式(16)~式(20)所记载的结构,在其他结构也会得到。例如,在进行观测器反馈增益g11、g12、g21、g22、g31、g32、g41、g42的变更、观测器的状态变量的变更、电动机1的种类的变更等的状态方程式中,也能够装入实施方式1或实施方式2的电动机电感信息InfL。在该情况下,也具有观测器电流推定精度能够提高,由其引起的前述的效果。
实施方式7的观测器要部80与实施方式3同样地,可以根据在处理器51上执行的程序的信号处理和设置于处理器上的逻辑电路中的信号处理的结果而实现功能。在该情况下,实施方式7的观测器要部80通过使用实施方式1或实施方式2的电动机电感信息InfL,从而也能够提高观测器的电流推定精度,并且提高电角速度推定值的推定精度。此外,示出了观测器79包含于电动机控制部73的例子,但并不限定于该例,观测器79也可以在电动机控制部73的外部包含于电动机驱动系统70。
如以上所述,实施方式7的电动机驱动系统70是对电动机1进行控制的电动机驱动系统。实施方式7的电动机驱动系统70具有:信息存储装置72、72a、72b,它们对由实施方式1~4的任意电动机电感测定装置50生成的电感信息(电动机电感信息InfL)进行存储;以及状态推定器(观测器79),其对使用了在电动机1的2轴正交旋转坐标上构成的数学模型的电动机1的状态进行推定,基于电感信息(电动机电感信息InfL)对电动机1进行控制。状态推定器(观测器79)使用与2轴电流指令(电流指令90)或者2轴电流(dq轴电流95)相对应的电感信息(电动机电感信息InfL)而进行状态推定运算。实施方式7的电动机驱动系统70通过该结构,基于使用电感信息(电动机电感信息InfL)而运算出的2轴电流推定值(2轴电流推定值83)对电动机1进行控制,因此能够改善电流推定精度及速度推定精度,提高电动机1的电流控制响应,能够提高电动机1的控制的响应速度及精度。
实施方式8.
图25是表示实施方式8所涉及的电动机驱动系统的结构的图。实施方式8的电动机驱动系统70是具有电动机电感测定装置50的电动机驱动系统。在实施方式5中示出了由通电控制装置71构成的电动机驱动系统70。实施方式5的通电控制装置71还具有与实施方式1或实施方式2的电动机电感测定装置50共通的电路块。因此,实施方式8的电动机驱动系统70以共通的电路块不重复的方式构成电动机驱动系统。实施方式8的电动机驱动系统70具有:电动机电感测定模式,其对电动机1的电动机电感信息InfL进行测定;以及电动机控制模式,其对电动机1进行控制而进行通常的运转。实施方式8的电动机驱动系统70对通过电动机电感测定模式测定出的电动机电感信息InfL进行记录,在电动机控制模式中利用该电动机电感信息InfL而进行电动机1的控制。实施方式8的电动机驱动系统70利用实施方式1或实施方式2的电动机电感信息InfL对电动机1进行控制,因此具有与实施方式5或实施方式6的电动机驱动系统70相同的效果。即,实施方式8的电动机驱动系统70能够使电动机1的控制的响应速度及精度提高。
在图25示出了实施方式8的电动机驱动系统70的一个例子。在图25中,示出了将实施方式2所说明的电动机电感测定装置50的结构和实施方式6所说明的电流控制部9及电动机控制部73组合的情况下的例子。实施方式8的电动机驱动系统70具有通电控制部2、电感运算部3、电动机控制部73、模式切换部75。通电控制部2、电感运算部3构成了电动机电感测定装置50。通电控制部2、电动机控制部73、模式切换部75构成了图18所说明的通电控制装置71。图25所示的实施方式8的通电控制部2与图7所示的实施方式2的通电控制部2的不同点在于,追加有选择部25,电流控制部22变更为电流控制部9,从电感运算部3的数据记录部33将电动机电感信息InfL转发至电流控制部9。图25所示的实施方式8的电感运算部3除了追加有从数据记录部33将电动机电感信息InfL转发至电流控制部9的路径以外,与图7所示的实施方式2的电感运算部3相同。关于实施方式8的电动机驱动系统70,主要对与实施方式2的电动机电感测定装置50、实施方式6的电动机驱动系统70不同的部分进行说明。
模式切换部75输出对电动机电感测定模式和电动机控制模式的切换进行指示的模式切换信号sig4。模式切换部75也可以说输出对电动机电感测定模式和电动机控制模式的任意者进行设定的模式切换信号sig4。此外,电动机控制模式也能够称为非测定模式。实施方式8的电动机驱动系统70构成为在电动机1的实际运转之前,对电动机电感信息InfL进行测定。具体地说,模式切换部75通过基于作业者的指示的模式变更指令(未图示),将表示电动机电感测定模式的模式切换信号sig4进行输出。例如,在模式切换信号sig4为高电平的电位的情况下表示电动机电感测定模式,在模式切换信号sig4为低电平的电位的情况下表示电动机控制模式。如果从模式切换部75输出表示电动机控制模式的模式切换信号sig4,则电感运算部3不动作。
如果从模式切换部75输出表示电动机电感测定模式的模式切换信号sig4,则电感运算部3进行对电动机电感信息InfL进行测定的动作。电感运算部3在电动机电感测定模式的情况下,将测定执行信号sig1输出至电流指令输出部23而使电流指令输出部23动作,对电动机电感信息InfL进行测定,并且将电动机电感信息InfL记录于数据记录部33。如果从模式切换部75将表示电动机控制模式的模式切换信号sig4输出至电感运算部3,则电感运算部3停止动作,将电动机电感信息InfL从数据记录部33转发至电流控制部9的信息存储装置72a、72b。此外,在信息存储装置72、72a、72b中没有存储数据的电动机电感测定模式中,电流控制部9生成补偿电压指令vqcmp*的值成为零的q轴电压指令vq*,因此能够生成与实施方式1或实施方式2的电流控制部22相同的电压指令91。更具体地说,在信息存储装置72、72a、72b没有存储数据的电动机电感测定模式中,从图20、图21的选择部14b、14d输出的信号值成为零,因此补偿电压指令vqcmp*的值成为零。通过加法器63a,将信号69的值和零即补偿电压指令vqcmp*的值相加而生成q轴电压指令vq*。因此,电流控制部9生成补偿电压指令vqcmp*的值成为零的q轴电压指令vq*。电动机电感测定模式的电流控制部9能够实现实施方式1或实施方式2的电流控制部22的动作。
通电控制部2在电动机电感测定模式、电动机控制模式的任意情况下都动作。选择部25在模式切换信号sig4表示电动机电感测定模式的情况下,将由电流指令输出部23输出的电流指令98作为电流指令90而输出至电流控制部9。另外,选择部25在模式切换信号sig4表示电动机控制模式的情况下,将由电动机控制部73输出的电流指令99作为电流指令90而输出至电流控制部9。此外,电流指令98的矢量标记为(ids1*,iqs1*),电流指令99的矢量标记为(ids2*,iqs2*)。在这里,使用来自构成为对电动机1的扭矩进行控制的电动机控制部73的电流指令。
此外,通过在电流控制部9搭载有信息存储装置72a、72b的例子进行了说明,但在电流控制部9没有搭载信息存储装置72a、72b,在电流控制部9动作时,也可以从数据记录部33读出电动机电感信息InfL。在该情况下,能够删除信息存储装置72a、72b,能够不需要预先将电动机电感信息InfL从数据记录部33转发至电流控制部9的信息存储装置72a、72b的作业。
实施方式8的电动机驱动系统70可以构成为将电动机电感测定装置50与实施方式4所说明的服务器8分担而进行动作。另外,如实施方式4中说明所述,可以利用集成于服务器8的集成数据data3的电动机电感信息InfL的组即电动机电感信息组InfLs。实施方式8的电动机驱动系统70将电感运算部3的一部分的结构或全部结构构成于服务器8上,由此能够在外部进行电感运算所需的处理,能够在对通电控制部2进行搭载的装置即通电控制装置71中削减应该设置的处理资源。另外,实施方式8的电动机驱动系统70可以构成为将电感运算部3的全部结构构成于服务器8上,且将预先集成的集成数据data3的电动机电感信息组InfLs经由通信网络7进行利用。在该结构的情况下,在执行电动机控制模式前不执行电动机电感测定模式,能够通过电动机控制模式对电动机1进行控制。即,实施方式8的电动机驱动系统70将电感运算部3的全部结构构成于服务器8上,且将预先集成的集成数据data3的电动机电感信息组InfLs经由通信网络7进行利用,由此能够迅速地通过电动机控制模式对电动机1进行控制。
实施方式1或实施方式2所说明的电动机电感信息InfL的测定实施dq轴旋转坐标上的交流通电。如果实施dq轴旋转坐标上的交流通电,则产生交流扭矩,因此还设想到由于通过电动机1进行动作的负载装置而对电流的大小存在限制或无法交流通电的情况。在该情况下,实施方式8的电动机驱动系统70构成为利用预先集成于服务器8的集成数据data3的电动机电感信息组InfLs。并且,实施方式8的电动机驱动系统70构成为具有数据转发部,该数据转发部将电动机规格或者型号名称发送至服务器8,从服务器8的集成数据data3取得类似的规格的电动机的电动机电感信息组InfLs而转发至电流控制部9的信息存储装置72a、72b。通过设为该结构,从而实施方式8的电动机驱动系统70即使在电流的大小存在限制或使无法交流通电的负载装置动作的情况下,也能够利用实施方式1或实施方式2的电动机电感信息InfL。
如以上所述,实施方式8的电动机驱动系统70利用实施方式1或实施方式2的电动机电感信息InfL对电动机1进行控制,因此具有与实施方式5或实施方式6的电动机驱动系统70相同的效果。
实施方式8的电动机驱动系统70是对电动机1进行控制的电动机驱动系统。实施方式8的电动机驱动系统70具有:模式切换部75,其对电动机控制模式和电动机电感测定模式的任意者进行设定,该电动机控制模式对电动机1进行控制,该电动机电感测定模式对包含与在电动机1中流动的交流电流(q轴电流交流成分iqsAC)的瞬时值对应的交流磁通(q轴磁通交流成分ΦqsAC)的瞬时值的特性56a、56b(或57b)在内的电感信息(电动机电感信息InfL)进行测定;通电控制部2,其在电动机电感测定模式中,以对电动机1的2轴正交旋转坐标上的至少1个轴(q轴)施加交流电压(q轴电压交流成分vqAC)而流动交流电流(q轴电流交流成分iqsAC)的方式进行电动机1的通电控制,且在电动机控制模式中,针对电动机1的2轴正交旋转坐标上的2轴(d轴,q轴)以使得流动电流(dq轴电流95)的方式进行电动机1的通电控制;以及电感运算部3,其在电动机电感测定模式中,通过对从交流电压(q轴电压交流成分vqAC)减去由基于从电动机1检测出的检测电流94的电动机1的交流电流(q轴电流交流成分iqsAC)和电动机1的电阻((定子电阻Rs、转子电阻Rr)或(定子电阻Rs、转子电阻Rr、负性电阻Rn))产生的电阻电压((Rs+Rr)·iqsAC或(Rs+Rr-Rn)·iqsAC)所得到的残存电压进行积分而对交流磁通(q轴磁通交流成分ΦqsAC)的瞬时值进行运算,作为电感信息(电动机电感信息InfL)而生成与交流电流(q轴电流交流成分iqsAC)的瞬时值对应的交流磁通(q轴磁通交流成分ΦqsAC)的瞬时值的特性。实施方式8的电动机驱动系统70是通电控制部2在电动机控制模式中,基于针对电动机1的2轴正交旋转坐标上的2轴(d轴,q轴)对流动的电流(dq轴电流95)进行控制的2轴电流指令(电流指令90)和电感信息(电动机电感信息InfL)对电动机1进行控制。实施方式8的电动机驱动系统70通过该结构,基于2轴电流指令(电流指令90)和电感信息(电动机电感信息InfL)对电动机1进行控制,因此能够提高电动机1的电流控制响应,能够提高电动机1的控制的响应速度及精度。
此外,本申请记载了各种例示的实施方式及实施例,但在1个或者多个实施方式中记载的各种特征、方式及功能并不限定于特定的实施方式的应用,也能够单独地或者以各种组合应用于实施方式。因此,没有例示的无数变形例在本申请说明书中公开的技术范围内被设想。例如包含将至少1个结构要素变形的情况、追加的情况或者省略的情况、以及提取至少1个结构要素而与其他实施方式的结构要素组合的情况。
标号的说明
1…电动机,2…通电控制部,3…电感运算部,7…通信网络,8…服务器,9…电流控制部,10…电压指令生成部,11…电压指令补偿部,22…电流控制部,32…磁通运算部,33…数据记录部,34…定序设定部,35…信息变换部,50…电动机电感测定装置,56a、56b、57a、57b…特性,58…处理器,59…存储装置,70…电动机驱动系统,72、72a、72b…信息存储装置,73…电动机控制部,75…模式切换部,79…观测器(状态推定器),83…2轴电流推定值,90…电流指令(2轴电流指令),91…电压指令(2轴电压指令),94…检测电流,95…dq轴电流(2轴电流),Iac1…交流信号振幅值,Idc1…直流信号值,Idc2…直流信号值,Iacm…交流信号振幅的最大值,InfL…电动机电感信息(电感信息),data1…环状磁通数据(第一磁通数据),data2…非环状磁通数据(第二磁通数据),sig1…测定执行信号,Rs…定子电阻,Rr…转子电阻,Rn…负性电阻(电阻型参数),vqAC…q轴电压交流成分(交流电压),iqsAC…q轴电流交流成分(交流电流),ΦqsAC…q轴磁通交流成分(交流磁通),vqcmp*…补偿电压指令
Claims (19)
1.一种电动机电感测定装置,其对包含与在电动机中流动的交流电流的瞬时值对应的交流磁通的瞬时值的特性在内的电感信息进行测定,
该电动机电感测定装置具有:
通电控制部,其以对所述电动机的2轴正交旋转坐标上的至少1个轴施加交流电压而流动所述交流电流的方式,进行所述电动机的通电控制;以及
电感运算部,其通过对从所述交流电压减去由基于从所述电动机检测出的检测电流的所述电动机的所述交流电流和所述电动机的电阻产生的电阻电压所得到的残存电压进行积分,从而对所述交流磁通的瞬时值进行运算,作为所述电感信息而生成与所述交流电流的瞬时值对应的所述交流磁通的瞬时值的特性。
2.根据权利要求1所述的电动机电感测定装置,其中,
所述电感运算部具有磁通运算部,该磁通运算部对与所述交流电流的特性为第一形状的所述交流磁通进行运算,生成与所述交流磁通的瞬时值对应的所述交流电流的瞬时值的特性即第一磁通数据,
所述电感运算部生成所述第一磁通数据而作为所述电感信息。
3.根据权利要求1所述的电动机电感测定装置,其中,
所述电感运算部具有:
磁通运算部,其对与所述交流电流的特性为第一形状的所述交流磁通进行运算,生成与所述交流磁通的瞬时值对应的所述交流电流的瞬时值的特性即第一磁通数据;以及
信息变换部,其使用电阻型参数将所述第一磁通数据变换为第二形状的第二磁通数据,
所述电感运算部生成所述第二磁通数据和该第二磁通数据被生成时的所述电阻型参数而作为所述电感信息。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电动机电感测定装置,其中,
所述电感运算部具有定序设定部,该定序设定部以对施加所述交流电压的轴还施加直流电压而将直流电流叠加流动的方式,将包含所述交流电流的振幅指令值及所述直流电流的大小的指令值在内的测定执行信号输出至所述通电控制部,
所述通电控制部以基于所述测定执行信号在施加所述电动机的所述交流电压的轴流动所述交流电流及所述直流电流的方式,进行所述电动机的通电控制。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的电动机电感测定装置,其中,
所述电感运算部具有定序设定部,该定序设定部将测定执行信号输出至所述通电控制部,该测定执行信号包含相对于施加所述交流电压的轴即第一轴而流动的所述交流电流的振幅指令值及直流电流即第一轴直流电流的大小的指令值,且包含相对于与所述第一轴不同的轴且施加直流电压的第二轴而流动的直流电流即第二轴直流电流的大小的指令值,
所述通电控制部以基于所述测定执行信号在所述电动机的2轴正交旋转坐标上的所述第一轴流动所述交流电流及所述第一轴直流电流的方式,进行所述电动机的通电控制,并且以在所述第二轴流动所述第二轴直流电流的方式进行所述电动机的通电控制。
6.根据权利要求4所述的电动机电感测定装置,其中,
所述电感运算部是所述定序设定部将所述交流电流的所述振幅指令值及所述直流电流的大小的指令值被变更后的多个所述测定执行信号输出至所述通电控制部,
基于分别通过所述测定执行信号运转的前电动机的所述检测电流而生成多个所述电感信息。
7.根据权利要求5所述的电动机电感测定装置,其中,
所述电感运算部是所述定序设定部将对所述第一轴通电的所述交流电流的所述振幅指令值及所述第一轴直流电流的大小的指令值、对所述第二轴通电的所述第二轴直流电流的大小的指令值被变更后的多个所述测定执行信号输出至所述通电控制部,
基于分别通过所述测定执行信号运转的前电动机的所述检测电流而生成多个所述电感信息。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的电动机电感测定装置,其中,
所述电感运算部具有对所述电感信息进行记录的数据记录部。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的电动机电感测定装置,其中,
所述电感运算部由在服务器的存储装置中存储的程序及执行所述程序的处理器实现功能,
所述服务器经由通信网络与所述通电控制部连接。
10.一种电动机驱动系统,其对电动机进行控制,
该电动机驱动系统具有信息存储装置,该信息存储装置对由权利要求1至9中任一项所述的电动机电感测定装置生成的所述电感信息进行存储,
该电动机驱动系统基于所述电感信息对所述电动机进行控制。
11.根据权利要求10所述的电动机驱动系统,其中,
具有:电流控制部,其输出对施加于所述电动机的2轴正交旋转坐标上的2轴的电压进行控制的2轴电压指令;以及电动机控制部,其输出对相对于所述电动机的2轴正交旋转坐标上的2轴而流动的电流进行控制的2轴电流指令,
所述电流控制部具有:
电压指令生成部,其根据从所述电动机控制部输出的所述2轴电流指令而生成初始的2轴电压指令;以及
电压指令补偿部,其根据与所述2轴电流指令或者2轴电流相对应的所述电感信息,对与该交流电流的瞬时值对应的所述交流磁通的瞬时值进行运算,基于该交流磁通的瞬时值而生成补偿电压指令,
基于所述补偿电压指令对所述初始的2轴电压指令进行校正而生成所述2轴电压指令。
12.根据权利要求10所述的电动机驱动系统,其中,
具有状态推定器,该状态推定器使用在所述电动机的2轴正交旋转坐标上构成的数学模型对所述电动机的状态进行推定,
所述状态推定器使用与2轴电流指令或者2轴电流相对应的所述电感信息而进行状态推定运算。
13.一种电动机驱动系统,其对电动机进行控制,
该电动机驱动系统具有:
模式切换部,其对电动机控制模式和电动机电感测定模式的任意者进行设定,该电动机控制模式对所述电动机进行控制,该电动机电感测定模式对包含与在所述电动机中流动的交流电流的瞬时值对应的交流磁通的瞬时值的特性在内的电感信息进行测定;
通电控制部,其在所述电动机电感测定模式中,以对所述电动机的2轴正交旋转坐标上的至少1个轴施加交流电压而流动所述交流电流的方式,进行所述电动机的通电控制,且在电动机控制模式中,以相对于所述电动机的2轴正交旋转坐标上的2轴而流动电流的方式进行所述电动机的通电控制;以及
电感运算部,其在所述电动机电感测定模式中,通过对从所述交流电压减去由基于从所述电动机检测出的检测电流的所述电动机的所述交流电流和所述电动机的电阻产生的电阻电压所得到的残存电压进行积分,从而对所述交流磁通的瞬时值进行运算,作为所述电感信息而生成与所述交流电流的瞬时值对应的所述交流磁通的瞬时值的特性,
所述通电控制部在电动机控制模式中,基于对相对于所述电动机的2轴正交旋转坐标上的2轴而流动的电流进行控制的2轴电流指令和所述电感信息,对所述电动机进行控制。
14.根据权利要求13所述的电动机驱动系统,其中,
所述电感运算部具有磁通运算部,该磁通运算部对与所述交流电流的特性为第一形状的所述交流磁通进行运算,生成与所述交流磁通的瞬时值对应的所述交流电流的瞬时值的特性即第一磁通数据,
所述电感运算部生成所述第一磁通数据而作为所述电感信息。
15.根据权利要求13所述的电动机驱动系统,其中,
所述电感运算部具有:
磁通运算部,其对与所述交流电流的特性为第一形状的所述交流磁通进行运算,生成与所述交流磁通的瞬时值对应的所述交流电流的瞬时值的特性即第一磁通数据;以及
信息变换部,其使用电阻型参数将所述第一磁通数据变换为第二形状的第二磁通数据,
所述电感运算部生成所述第二磁通数据和该第二磁通数据被生成时的所述电阻型参数而作为所述电感信息。
16.一种电动机电感测定方法,其对包含与在电动机中流动的交流电流的瞬时值对应的交流磁通的瞬时值的特性在内的电感信息进行测定,
该电动机电感测定方法包含:
电流指令设定顺序,以对所述电动机的2轴正交旋转坐标上的至少1个轴施加交流电压而流动所述交流电流的方式,设定对相对于所述电动机的2轴正交旋转坐标上的2轴而流动的电流进行控制的电流指令的电流值;
电流检测顺序,基于通过所述电流指令设定顺序所设定的所述电流指令从所述电动机对检测电流进行检测;以及
电感信息生成顺序,通过对从所述交流电压减去由基于通过所述电流检测顺序检测出的所述检测电流的所述电动机的所述交流电流和所述电动机的电阻产生的电阻电压所得到的残存电压进行积分,从而对所述交流磁通的瞬时值进行运算,作为所述电感信息而生成与所述交流电流的瞬时值对应的所述交流磁通的瞬时值的特性。
17.根据权利要求16所述的电动机电感测定方法,其中,
在所述电感信息生成顺序中,
对与所述交流电流的特性为第一形状的所述交流磁通进行运算,作为所述电感信息而生成与所述交流磁通的瞬时值对应的所述交流电流的瞬时值的特性即第一磁通数据。
18.根据权利要求16所述的电动机电感测定方法,其中,
所述电感信息生成顺序具有:
磁通数据生成顺序,对与所述交流电流的特性为第一形状的所述交流磁通进行运算,生成与所述交流磁通的瞬时值对应的所述交流电流的瞬时值的特性即第一磁通数据;
磁通数据变换顺序,使用电阻型参数将通过所述磁通数据生成顺序生成的所述第一磁通数据变换为第二形状的第二磁通数据;以及
信息生成顺序,生成通过所述磁通数据变换顺序生成的所述第二磁通数据和该第二磁通数据被生成时的所述电阻型参数而作为所述电感信息。
19.根据权利要求16至18中任一项所述的电动机电感测定方法,其中,
包含:电流指令变更顺序,对所述电流指令的电流值进行变更;以及测定结束判定顺序,判定是否通过预先确定的多个所述电流指令对所述电动机通电,
所述电流指令变更顺序在1个通电条件所涉及的所述电流指令设定顺序、所述电流检测顺序、所述电感信息生成顺序被执行后,对所述电流指令的电流值进行变更,
根据通过以所述电流指令变更顺序变更后的其他所述电流指令所设定的其他通电条件,直至在所述测定结束判定顺序中通过全部所述电流指令而判定为对所述电动机进行通电为止执行所述电流指令设定顺序、所述电流检测顺序、所述电感信息生成顺序。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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