JP2002078390A - 電動機の制御装置 - Google Patents
電動機の制御装置Info
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- JP2002078390A JP2002078390A JP2000263297A JP2000263297A JP2002078390A JP 2002078390 A JP2002078390 A JP 2002078390A JP 2000263297 A JP2000263297 A JP 2000263297A JP 2000263297 A JP2000263297 A JP 2000263297A JP 2002078390 A JP2002078390 A JP 2002078390A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 温度による電動機トルク変動を抑制し、電動
機の温度が整定するまでの時間を待つこと無く、高精度
のトルクを得られるようにする。 【解決手段】 同期電動機４の発生損失演算値と電動機
の熱抵抗と熱容量モデルとから電動機の温度を求め、こ
の求めた温度にもとづき電動機の磁束を推定演算する鎖
交磁束演算器１０と、この推定演算した鎖交磁束から電
動機のトルクを発生させる電流に対して所定の補正を加
える電流指令補正器８とを設け、この補正器８からの出
力を新しい電流指令値として電動機４を制御することに
より、温度の変動に対して影響を受けず、電動機の温度
が整定するまでの時間を待つことの無い電動機トルクを
出せるようにする。
機の温度が整定するまでの時間を待つこと無く、高精度
のトルクを得られるようにする。 【解決手段】 同期電動機４の発生損失演算値と電動機
の熱抵抗と熱容量モデルとから電動機の温度を求め、こ
の求めた温度にもとづき電動機の磁束を推定演算する鎖
交磁束演算器１０と、この推定演算した鎖交磁束から電
動機のトルクを発生させる電流に対して所定の補正を加
える電流指令補正器８とを設け、この補正器８からの出
力を新しい電流指令値として電動機４を制御することに
より、温度の変動に対して影響を受けず、電動機の温度
が整定するまでの時間を待つことの無い電動機トルクを
出せるようにする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、電動機トルクを
制御するための電動機の制御装置に関する。
制御するための電動機の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図４に電動機として表面磁石構造の永久
磁石形同期電動機（以下、単に同期電動機とも言う）を
用いた場合の、出力トルクを制御する制御装置の例を示
す。図４において、１はトルク指令τ* から電流指令値
ｉd * ，ｉq * を演算する電流指令演算器、２はその電
流指令値通りの電流を流すための電圧指令値を求める電
流制御部、３は電圧指令値通りの電圧を出力するインバ
ータ、４は同期電動機、５はこの同期電動機に内蔵され
ている位置検出器、６は同期電動機に供給されている電
流を検出する電流検出器、７は位置検出器の出力と電流
検出器の出力とから直交２軸の座標に分解した電流を求
める３相／２相変換器を示す（以下、直交２軸の座標系
をｄｑ軸という）
磁石形同期電動機（以下、単に同期電動機とも言う）を
用いた場合の、出力トルクを制御する制御装置の例を示
す。図４において、１はトルク指令τ* から電流指令値
ｉd * ，ｉq * を演算する電流指令演算器、２はその電
流指令値通りの電流を流すための電圧指令値を求める電
流制御部、３は電圧指令値通りの電圧を出力するインバ
ータ、４は同期電動機、５はこの同期電動機に内蔵され
ている位置検出器、６は同期電動機に供給されている電
流を検出する電流検出器、７は位置検出器の出力と電流
検出器の出力とから直交２軸の座標に分解した電流を求
める３相／２相変換器を示す（以下、直交２軸の座標系
をｄｑ軸という）
【０００３】動作について説明する。２反作用理論にお
いて、回転子のＮ極方向にｄ軸をとり、ｄ軸から電気角
で９０度の方向にｑ軸をとったｄ，ｑ軸座標上での同期
電動機のトルクτを下記（１）式に示す（２反作用につ
いては、例えば「大学講義 電気・機械エネルギー変換
工学」宮入 庄太著 丸善発行の“１１．同期機の動力
学”の項を参照されたい。）。 τ＝ＰF ｛Ψm ｉq ＋（Ｌd −Ｌq ）ｉd ｉq ｝ …（１） τ：トルク、ＰF ：極対数、Ψm ：基準温度（Ｔm0）で
の永久磁石が作る鎖交磁束、ｉd ，ｉq ：ｄ軸，ｑ軸電
流、Ｌd ，Ｌq ：ｄ軸，ｑ軸インダクタンス表面磁石構
造の場合は、ｄ軸インダクタンスＬd とｑ軸インダクタ
ンスＬq が等しいため（Ｌd ＝Ｌq ）、上記（１）式は
次の（２）式となる。 τ＝ＰF Ψm ｉq …（２）
いて、回転子のＮ極方向にｄ軸をとり、ｄ軸から電気角
で９０度の方向にｑ軸をとったｄ，ｑ軸座標上での同期
電動機のトルクτを下記（１）式に示す（２反作用につ
いては、例えば「大学講義 電気・機械エネルギー変換
工学」宮入 庄太著 丸善発行の“１１．同期機の動力
学”の項を参照されたい。）。 τ＝ＰF ｛Ψm ｉq ＋（Ｌd −Ｌq ）ｉd ｉq ｝ …（１） τ：トルク、ＰF ：極対数、Ψm ：基準温度（Ｔm0）で
の永久磁石が作る鎖交磁束、ｉd ，ｉq ：ｄ軸，ｑ軸電
流、Ｌd ，Ｌq ：ｄ軸，ｑ軸インダクタンス表面磁石構
造の場合は、ｄ軸インダクタンスＬd とｑ軸インダクタ
ンスＬq が等しいため（Ｌd ＝Ｌq ）、上記（１）式は
次の（２）式となる。 τ＝ＰF Ψm ｉq …（２）
【０００４】外部からトルク指令τ* が与えられたとき
は、電流指令演算器１により次の（３）式からｄ，ｑ軸
座標上の電流指令（ｉd * ，ｉq * ）（以下、これを従
来の電流指令という）が演算される。 ｉd * ＝０，ｉq * ＝τ* ／ＰF Ψm …（３） 位置検出器５，電流検出器６の各出力からｄ，ｑ軸座標
上の電流検出値を３相／２相変換器７で求め、電流制御
部２において従来の電流指令値に上記電流検出値が追従
するように電圧指令値を演算し、インバータ３にてこの
電圧指令値通りの電圧を出力することにより、同期電動
機４において所望のトルクを得ることが可能となる。
は、電流指令演算器１により次の（３）式からｄ，ｑ軸
座標上の電流指令（ｉd * ，ｉq * ）（以下、これを従
来の電流指令という）が演算される。 ｉd * ＝０，ｉq * ＝τ* ／ＰF Ψm …（３） 位置検出器５，電流検出器６の各出力からｄ，ｑ軸座標
上の電流検出値を３相／２相変換器７で求め、電流制御
部２において従来の電流指令値に上記電流検出値が追従
するように電圧指令値を演算し、インバータ３にてこの
電圧指令値通りの電圧を出力することにより、同期電動
機４において所望のトルクを得ることが可能となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】永久磁石が作る鎖交磁
束Ψm は、永久磁石の残留磁束密度Ｂr に比例する。し
かし、この残留磁束密度には永久磁石の基準温度Ｔm0と
現在の磁石温度Ｔm1とによる、図５のような温度係数Ｋ
Brがあることが知られている。例えば、希土類磁石であ
るＮｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石での残留磁束密度の温度係数は約
−０．１〔％／Ｋ〕である。そのため、磁石温度の変動
により永久磁石が作る鎖交磁束も変動し、電流指令演算
器１が（３）式で求めた電流指令値通りに電流を流して
も、所望のトルクを得られないという問題が発生する。
束Ψm は、永久磁石の残留磁束密度Ｂr に比例する。し
かし、この残留磁束密度には永久磁石の基準温度Ｔm0と
現在の磁石温度Ｔm1とによる、図５のような温度係数Ｋ
Brがあることが知られている。例えば、希土類磁石であ
るＮｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石での残留磁束密度の温度係数は約
−０．１〔％／Ｋ〕である。そのため、磁石温度の変動
により永久磁石が作る鎖交磁束も変動し、電流指令演算
器１が（３）式で求めた電流指令値通りに電流を流して
も、所望のトルクを得られないという問題が発生する。
【０００６】このような問題に対し、磁石温度を直接測
定しその値を用いて補正する方法、例えば、磁石温度を
直接測定するために赤外線を用いる方法や、磁石表面に
熱電対を取り付け、スリップリングを介してその出力を
電動機の外部に取り出す方法などがあるが、測定機器の
取り付けのために電動機の構造が複雑となりコストが増
加するなどの問題がある。また、出願人は先に電動機の
発生損失演算値と熱抵抗モデルとから電動機の温度を推
定し、この推定温度をもとに所望のトルクを得るための
電流指令に補正を加える方式を提案しているが（特願平
１２−２３２６８１号）、これは電動機の熱容量が考慮
されていないため、電動機始動直後などの過渡的な温度
変化を推定することが困難であり、未だ十分なものとは
言い難い。したがって、この発明の課題は、構造を複雑
化しコストを増加させることなく、また、電動機の温度
が或る温度に整定するまでの時間を待つこともなく、ト
ルクの温度変動による影響を受け難くすることにある。
定しその値を用いて補正する方法、例えば、磁石温度を
直接測定するために赤外線を用いる方法や、磁石表面に
熱電対を取り付け、スリップリングを介してその出力を
電動機の外部に取り出す方法などがあるが、測定機器の
取り付けのために電動機の構造が複雑となりコストが増
加するなどの問題がある。また、出願人は先に電動機の
発生損失演算値と熱抵抗モデルとから電動機の温度を推
定し、この推定温度をもとに所望のトルクを得るための
電流指令に補正を加える方式を提案しているが（特願平
１２−２３２６８１号）、これは電動機の熱容量が考慮
されていないため、電動機始動直後などの過渡的な温度
変化を推定することが困難であり、未だ十分なものとは
言い難い。したがって、この発明の課題は、構造を複雑
化しコストを増加させることなく、また、電動機の温度
が或る温度に整定するまでの時間を待つこともなく、ト
ルクの温度変動による影響を受け難くすることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るため、請求項１の発明では、電動機を制御するための
電動機の制御装置において、前記電動機の発生損失演算
値と電動機の熱抵抗と熱容量モデルとから電動機温度を
求め、この求めた温度に基づき前記電動機の磁束を推定
演算する磁束演算手段と、この磁束演算手段による磁束
演算値から電動機のトルクを発生させるための電流に所
定の補正を加える電流補正手段とを設け、電動機トルク
の温度による変動を抑制することを特徴とする。
るため、請求項１の発明では、電動機を制御するための
電動機の制御装置において、前記電動機の発生損失演算
値と電動機の熱抵抗と熱容量モデルとから電動機温度を
求め、この求めた温度に基づき前記電動機の磁束を推定
演算する磁束演算手段と、この磁束演算手段による磁束
演算値から電動機のトルクを発生させるための電流に所
定の補正を加える電流補正手段とを設け、電動機トルク
の温度による変動を抑制することを特徴とする。
【０００８】請求項２の発明では、温度検出手段および
位置検出手段をセンサとして組み込んだ電動機を制御す
る電動機の制御装置において、前記電動機の発生損失演
算値と電動機の熱抵抗と熱容量モデルとから電動機温度
を求め、この求めた温度と前記センサの温度検出手段か
らの温度検出値とに基づき前記電動機の磁束を推定演算
する磁束演算手段と、この磁束演算手段による磁束演算
値から電動機のトルクを発生させるための電流に所定の
補正を加える電流補正手段とを設け、電動機トルクの温
度による変動を抑制することを特徴とする。
位置検出手段をセンサとして組み込んだ電動機を制御す
る電動機の制御装置において、前記電動機の発生損失演
算値と電動機の熱抵抗と熱容量モデルとから電動機温度
を求め、この求めた温度と前記センサの温度検出手段か
らの温度検出値とに基づき前記電動機の磁束を推定演算
する磁束演算手段と、この磁束演算手段による磁束演算
値から電動機のトルクを発生させるための電流に所定の
補正を加える電流補正手段とを設け、電動機トルクの温
度による変動を抑制することを特徴とする。
【０００９】請求項３の発明では、温度検出手段および
位置検出手段をセンサとして組み込んだ電動機を制御す
る電動機の制御装置において、前記電動機の発生損失演
算値と電動機の熱抵抗と熱容量モデルとから電動機温度
を求め、この求めた温度と前記センサの温度検出手段か
らの温度検出値と前記センサ部の損失とに基づき前記電
動機の磁束を推定演算する磁束演算手段と、この磁束演
算手段による磁束演算値から電動機のトルクを発生させ
るための電流に所定の補正を加える電流補正手段とを設
け、電動機トルクの温度による変動を抑制することを特
徴とする。
位置検出手段をセンサとして組み込んだ電動機を制御す
る電動機の制御装置において、前記電動機の発生損失演
算値と電動機の熱抵抗と熱容量モデルとから電動機温度
を求め、この求めた温度と前記センサの温度検出手段か
らの温度検出値と前記センサ部の損失とに基づき前記電
動機の磁束を推定演算する磁束演算手段と、この磁束演
算手段による磁束演算値から電動機のトルクを発生させ
るための電流に所定の補正を加える電流補正手段とを設
け、電動機トルクの温度による変動を抑制することを特
徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】実施の形態について説明する前
に、この発明の原理について説明する。図６は同期電動
機の熱抵抗と熱容量モデルを示す。ただし、図６の各符
号の意味は次の通りである。Ｗ0 ：同期電動機の発熱量
〔Ｗ〕，Ｒ1 ：同期電動機発熱部から固定子までの熱抵
抗〔Ｋ／Ｗ〕，Ｒ2 ：磁石から周囲までの熱抵抗〔Ｋ／
Ｗ〕，Ｒ3 ：同期電動機発熱部から磁石までの熱抵抗
〔Ｋ／Ｗ〕，Ｃ1 ：固定子から周囲までの熱容量〔Ｊ／
Ｋ〕，Ｃ2 ：磁石から周囲までの熱容量〔Ｊ／Ｋ〕とこ
ろで、同期電動機で発生する損失には、相電流の２乗に
比例する銅損や、回転速度に比例するヒステリシス損，
回転速度の２乗に比例する渦電流損等の鉄損があり、こ
れらは次の（４）式で示すことができる。ただし、ｒ：
巻線抵抗〔Ω〕，Ｉ：相電流〔Ａ〕，ω：回転速度〔ｒ
／ｍｉｎ〕，ｋ1 ，ｋ2 ，ｋ3 ：比例係数を示す。 Ｗ0 ＝ｋ1 ｒＩ2 ＋ｋ2 ω＋ｋ3 ω2 …（４）
に、この発明の原理について説明する。図６は同期電動
機の熱抵抗と熱容量モデルを示す。ただし、図６の各符
号の意味は次の通りである。Ｗ0 ：同期電動機の発熱量
〔Ｗ〕，Ｒ1 ：同期電動機発熱部から固定子までの熱抵
抗〔Ｋ／Ｗ〕，Ｒ2 ：磁石から周囲までの熱抵抗〔Ｋ／
Ｗ〕，Ｒ3 ：同期電動機発熱部から磁石までの熱抵抗
〔Ｋ／Ｗ〕，Ｃ1 ：固定子から周囲までの熱容量〔Ｊ／
Ｋ〕，Ｃ2 ：磁石から周囲までの熱容量〔Ｊ／Ｋ〕とこ
ろで、同期電動機で発生する損失には、相電流の２乗に
比例する銅損や、回転速度に比例するヒステリシス損，
回転速度の２乗に比例する渦電流損等の鉄損があり、こ
れらは次の（４）式で示すことができる。ただし、ｒ：
巻線抵抗〔Ω〕，Ｉ：相電流〔Ａ〕，ω：回転速度〔ｒ
／ｍｉｎ〕，ｋ1 ，ｋ2 ，ｋ3 ：比例係数を示す。 Ｗ0 ＝ｋ1 ｒＩ2 ＋ｋ2 ω＋ｋ3 ω2 …（４）
【００１１】同期電動機の回転子には電流が流れないた
め、この同期電動機の発生損失は固定子分の銅損と鉄損
となる。そのため、同期電動機の発熱は、固定子部分に
あるとして以下説明する。いま、周囲温度をＴ0 ，同期
電動機の発生損失をＷ0 とすると、或る時間ｔの固定子
温度Ｔf(t)，磁石温度Ｔm(t)は次の（５）式で表わされ
る。 Ｔf(t)＝Ｔ0 ＋ΔＴf ，Ｔm(t)＝Ｔ0 ＋ΔＴm …（５） ただし、ΔＴf ，ΔＴm は固定子温度，磁石温度の周囲
温度からの温度変化を示している。
め、この同期電動機の発生損失は固定子分の銅損と鉄損
となる。そのため、同期電動機の発熱は、固定子部分に
あるとして以下説明する。いま、周囲温度をＴ0 ，同期
電動機の発生損失をＷ0 とすると、或る時間ｔの固定子
温度Ｔf(t)，磁石温度Ｔm(t)は次の（５）式で表わされ
る。 Ｔf(t)＝Ｔ0 ＋ΔＴf ，Ｔm(t)＝Ｔ0 ＋ΔＴm …（５） ただし、ΔＴf ，ΔＴm は固定子温度，磁石温度の周囲
温度からの温度変化を示している。
【００１２】その温度変化は、ラプラス演算子をｓとお
くと、次の（６）式から、また、磁石温度の周囲温度か
らの温度変化ΔＴm は（７）式のように、同期電動機の
損失の関数の形で求められる。 Ｃ1 ｓΔＴf(s)＋ΔＴf(s)／Ｒ1 ＋（ΔＴf(s)−ΔＴm(s)）／Ｒ3 ＝Ｗ0(s) ，Ｃ2 ｓΔＴm(s)＋ΔＴf(s)／Ｒ2 −（ΔＴf(s)−ΔＴm(s)）／Ｒ3 ＝０ …（６） ΔＴm(s)＝（Ｗ0(s)／Ｒ3 ）／｛（Ｃ1 ｓ＋１／Ｒ1 ＋１／Ｒ3 ）（Ｃ2 ｓ ＋１／Ｒ2 ＋１／Ｒ3 ）−（１／Ｒ3 ）2 ｝ …（７）
くと、次の（６）式から、また、磁石温度の周囲温度か
らの温度変化ΔＴm は（７）式のように、同期電動機の
損失の関数の形で求められる。 Ｃ1 ｓΔＴf(s)＋ΔＴf(s)／Ｒ1 ＋（ΔＴf(s)−ΔＴm(s)）／Ｒ3 ＝Ｗ0(s) ，Ｃ2 ｓΔＴm(s)＋ΔＴf(s)／Ｒ2 −（ΔＴf(s)−ΔＴm(s)）／Ｒ3 ＝０ …（６） ΔＴm(s)＝（Ｗ0(s)／Ｒ3 ）／｛（Ｃ1 ｓ＋１／Ｒ1 ＋１／Ｒ3 ）（Ｃ2 ｓ ＋１／Ｒ2 ＋１／Ｒ3 ）−（１／Ｒ3 ）2 ｝ …（７）
【００１３】現在の磁石温度Ｔm1で永久磁石のつくる鎖
交磁束Ψm1（現在の鎖交磁束ともいう）は、残留磁束密
度の温度係数を考慮すると次の（８）式となり、また、
外部からトルク指令が与えられたときのｄ，ｑ座標上の
電流指令を、現在の鎖交磁束を考慮して（９）式で求め
る。この新しいｄ，ｑ座標上の電流指令値（ｉd1 * ，ｉ
q1 * ：新しい電流指令値という）を用いることで、温度
により磁石の鎖交磁束が変化しても所望のトルクを得る
ことが可能となる。 Ψm1＝Ψm0｛１−ｋBr（Ｔm0−Ｔm1）｝＝Ψm0（１＋ｋBrΔＴm ）…（８） ｉd1 * ＝ｉd0 * ＝０ ，ｉq1 * ＝τ* ／ＰF Ψm1＝Ψm0ｉq0 * ／Ψm1＝ｉq0 * ／（１＋ｋBrΔＴm ） ≒（１−ｋBrΔＴm ）ｉq0 * …（９） 以上のことから、請求項１の発明では、上記（４）式よ
り同期電動機の発生損失を求め、（７）式を用いて磁石
の温度変化を演算し、（８）式を用いて現在の鎖交磁束
を求め、さらに（９）式を用いて従来の電流指令に補正
を加えて求めた新しい電流指令値により電動機を制御す
る。
交磁束Ψm1（現在の鎖交磁束ともいう）は、残留磁束密
度の温度係数を考慮すると次の（８）式となり、また、
外部からトルク指令が与えられたときのｄ，ｑ座標上の
電流指令を、現在の鎖交磁束を考慮して（９）式で求め
る。この新しいｄ，ｑ座標上の電流指令値（ｉd1 * ，ｉ
q1 * ：新しい電流指令値という）を用いることで、温度
により磁石の鎖交磁束が変化しても所望のトルクを得る
ことが可能となる。 Ψm1＝Ψm0｛１−ｋBr（Ｔm0−Ｔm1）｝＝Ψm0（１＋ｋBrΔＴm ）…（８） ｉd1 * ＝ｉd0 * ＝０ ，ｉq1 * ＝τ* ／ＰF Ψm1＝Ψm0ｉq0 * ／Ψm1＝ｉq0 * ／（１＋ｋBrΔＴm ） ≒（１−ｋBrΔＴm ）ｉq0 * …（９） 以上のことから、請求項１の発明では、上記（４）式よ
り同期電動機の発生損失を求め、（７）式を用いて磁石
の温度変化を演算し、（８）式を用いて現在の鎖交磁束
を求め、さらに（９）式を用いて従来の電流指令に補正
を加えて求めた新しい電流指令値により電動機を制御す
る。
【００１４】温度検出手段と位置検出手段とをもつセン
サを組み込んだ同期電動機の、熱抵抗と熱容量モデルを
図７に示す。図６との相違点は、Ｒ4 ：センサから周囲
までの熱抵抗〔Ｋ／Ｗ〕，Ｒ5 ：同期電動機発熱部から
センサまでの熱抵抗〔Ｋ／Ｗ〕，Ｃ3 ：センサから周囲
までの熱容量〔Ｊ／Ｋ〕が増えた点である。或る時間ｔ
のセンサ温度Ｔs(t)は、周囲温度Ｔ0 からの温度変化を
ΔＴs とすると、次の（１０）式で与えられる。 Ｔs(t)＝Ｔ0 ＋ΔＴs …（１０） このときの周囲温度からの各温度変化は、次の（１１）
式から求めることができる。 Ｃ1 ｓΔＴf(s)＋ΔＴf(s)／Ｒ1 ＋（ΔＴf(s)−ΔＴm(s)）／Ｒ3 ＝Ｗ0(s) ，Ｃ2 ｓΔＴm(s)＋ΔＴf(s)／Ｒ2 −（ΔＴf(s)−ΔＴm(s)）／Ｒ3 ＝０ ，Ｃ3 ｓΔＴs(s)＋ΔＴs(s)／Ｒ4 −（ΔＴf(s)−ΔＴs(s)）／Ｒ5 ＝０ …（１１）
サを組み込んだ同期電動機の、熱抵抗と熱容量モデルを
図７に示す。図６との相違点は、Ｒ4 ：センサから周囲
までの熱抵抗〔Ｋ／Ｗ〕，Ｒ5 ：同期電動機発熱部から
センサまでの熱抵抗〔Ｋ／Ｗ〕，Ｃ3 ：センサから周囲
までの熱容量〔Ｊ／Ｋ〕が増えた点である。或る時間ｔ
のセンサ温度Ｔs(t)は、周囲温度Ｔ0 からの温度変化を
ΔＴs とすると、次の（１０）式で与えられる。 Ｔs(t)＝Ｔ0 ＋ΔＴs …（１０） このときの周囲温度からの各温度変化は、次の（１１）
式から求めることができる。 Ｃ1 ｓΔＴf(s)＋ΔＴf(s)／Ｒ1 ＋（ΔＴf(s)−ΔＴm(s)）／Ｒ3 ＝Ｗ0(s) ，Ｃ2 ｓΔＴm(s)＋ΔＴf(s)／Ｒ2 −（ΔＴf(s)−ΔＴm(s)）／Ｒ3 ＝０ ，Ｃ3 ｓΔＴs(s)＋ΔＴs(s)／Ｒ4 −（ΔＴf(s)−ΔＴs(s)）／Ｒ5 ＝０ …（１１）
【００１５】（１１）式より、磁石の温度変化ΔＴm と
センサの温度変化ΔＴs は次の（１２）式に示す関係が
あり、センサの温度変化を用いて磁石の温度変化を求め
ることができることを示す。 ΔＴm ＝Ｒ5 （Ｃ3 ｓ＋１／Ｒ4 ＋１／Ｒ5 ）ΔＴs(s)／Ｒ3 （Ｃ2 ｓ＋１／ Ｒ2 ＋１／Ｒ3 ） …（１２） このことから、請求項２の発明では、磁石の温度変化を
求めるにあたり、同期電動機の発生損失を求める方式
と、センサの温度検出値の変化より（１２）式を用いて
求める方式とを併用することで、磁石の温度変化をより
精度良く求め、制御性能を向上させるようにする。
センサの温度変化ΔＴs は次の（１２）式に示す関係が
あり、センサの温度変化を用いて磁石の温度変化を求め
ることができることを示す。 ΔＴm ＝Ｒ5 （Ｃ3 ｓ＋１／Ｒ4 ＋１／Ｒ5 ）ΔＴs(s)／Ｒ3 （Ｃ2 ｓ＋１／ Ｒ2 ＋１／Ｒ3 ） …（１２） このことから、請求項２の発明では、磁石の温度変化を
求めるにあたり、同期電動機の発生損失を求める方式
と、センサの温度検出値の変化より（１２）式を用いて
求める方式とを併用することで、磁石の温度変化をより
精度良く求め、制御性能を向上させるようにする。
【００１６】センサ部の損失を考慮した熱抵抗と熱容量
モデルを図８に示す。センサ部の損失は、同期電動機の
運転によらず一定値で、これをＷs0〔Ｗ〕とする。この
ときの周囲温度からの各温度変化は、次の（１３）式か
ら求めることができる。 Ｃ1 ｓΔＴf(s)＋ΔＴf(s)／Ｒ1 ＋（ΔＴf(s)−ΔＴm(s)）／Ｒ3 ＝Ｗ0(s) ，Ｃ2 ｓΔＴm(s)＋ΔＴf(s)／Ｒ2 −（ΔＴf(s)−ΔＴm(s)）／Ｒ3 ＝０ ，Ｃ3 ｓΔＴs(s)＋ΔＴs(s)／Ｒ4 −（ΔＴf(s)−ΔＴs(s)）／Ｒ5 ＝Ｗs0(s) …（１３）
モデルを図８に示す。センサ部の損失は、同期電動機の
運転によらず一定値で、これをＷs0〔Ｗ〕とする。この
ときの周囲温度からの各温度変化は、次の（１３）式か
ら求めることができる。 Ｃ1 ｓΔＴf(s)＋ΔＴf(s)／Ｒ1 ＋（ΔＴf(s)−ΔＴm(s)）／Ｒ3 ＝Ｗ0(s) ，Ｃ2 ｓΔＴm(s)＋ΔＴf(s)／Ｒ2 −（ΔＴf(s)−ΔＴm(s)）／Ｒ3 ＝０ ，Ｃ3 ｓΔＴs(s)＋ΔＴs(s)／Ｒ4 −（ΔＴf(s)−ΔＴs(s)）／Ｒ5 ＝Ｗs0(s) …（１３）
【００１７】（１３）式より、磁石の温度変化ΔＴm は
次の（１４）式に示す関係があり、センサの温度変化と
センサ部の損失とを用いて磁石の温度変化が求められる
ことを示す。 ΔＴm(s)＝｛Ｒ5 （Ｃ3 ｓ＋１／Ｒ4 ＋１／Ｒ5 ）ΔＴs(s)−Ｒ5 Ｗs0(s) ｝ ／｛Ｒ3 （Ｃ2 ｓ＋１／Ｒ2 ＋１／Ｒ3 ）｝ …（１４） このことから、請求項３の発明では、磁石の温度変化を
求めるにあたり、同期電動機の発生損失を求める方式
と、センサの温度検出値とセンサ部の損失を用いて（１
４）式より求める方式とを併用することで、磁石の温度
変化をより精度良く求め、制御性能を向上させる。
次の（１４）式に示す関係があり、センサの温度変化と
センサ部の損失とを用いて磁石の温度変化が求められる
ことを示す。 ΔＴm(s)＝｛Ｒ5 （Ｃ3 ｓ＋１／Ｒ4 ＋１／Ｒ5 ）ΔＴs(s)−Ｒ5 Ｗs0(s) ｝ ／｛Ｒ3 （Ｃ2 ｓ＋１／Ｒ2 ＋１／Ｒ3 ）｝ …（１４） このことから、請求項３の発明では、磁石の温度変化を
求めるにあたり、同期電動機の発生損失を求める方式
と、センサの温度検出値とセンサ部の損失を用いて（１
４）式より求める方式とを併用することで、磁石の温度
変化をより精度良く求め、制御性能を向上させる。
【００１８】図１はこの発明の第１の実施の形態を示す
構成図である。同図から明らかなように、図４に示す従
来例に対し、位置検出器５の出力から同期電動機４の回
転速度を検出する速度検出器９と、その速度検出値と電
動機の熱抵抗と熱容量モデルとから現在の鎖交磁束を演
算する鎖交磁束演算器１０と、この演算器１０の出力で
ある現在の鎖交磁束を用いて電流指令演算器１からの電
流指令の補正を行なう電流指令補正器８とが付加されて
構成される。つまり、鎖交磁束演算器１０では電流指令
値と回転速度から求めた電動機の発生損失と、電動機の
熱抵抗と熱容量モデルとを用いて現在の鎖交磁束を求め
る。電流指令補正器８では、この現在の鎖交磁束と電流
指令演算器１によって求めた従来の電流指令値ｉd * ，
ｉq * とから、新しい電流指令値ｉd1 * ，ｉq1 * を求め
る。以下は従来と同じく、電流制御部２において新しい
電流指令値に電流検出値が追従するように電圧指令値を
演算し、インバータ３にてこの電圧指令値通りの電圧を
出力することにより、同期電動機４の磁石温度の影響を
受けず、電動機の温度が整定するまでの時間を待つこと
のないトルクを精度良く得られるようにしている。
構成図である。同図から明らかなように、図４に示す従
来例に対し、位置検出器５の出力から同期電動機４の回
転速度を検出する速度検出器９と、その速度検出値と電
動機の熱抵抗と熱容量モデルとから現在の鎖交磁束を演
算する鎖交磁束演算器１０と、この演算器１０の出力で
ある現在の鎖交磁束を用いて電流指令演算器１からの電
流指令の補正を行なう電流指令補正器８とが付加されて
構成される。つまり、鎖交磁束演算器１０では電流指令
値と回転速度から求めた電動機の発生損失と、電動機の
熱抵抗と熱容量モデルとを用いて現在の鎖交磁束を求め
る。電流指令補正器８では、この現在の鎖交磁束と電流
指令演算器１によって求めた従来の電流指令値ｉd * ，
ｉq * とから、新しい電流指令値ｉd1 * ，ｉq1 * を求め
る。以下は従来と同じく、電流制御部２において新しい
電流指令値に電流検出値が追従するように電圧指令値を
演算し、インバータ３にてこの電圧指令値通りの電圧を
出力することにより、同期電動機４の磁石温度の影響を
受けず、電動機の温度が整定するまでの時間を待つこと
のないトルクを精度良く得られるようにしている。
【００１９】図２はこの発明の第２の実施の形態を示す
構成図である。図４に示す従来例に対し、位置検出器５
の出力から同期電動機４の回転速度を検出する速度検出
器９と、その速度検出値と電動機の熱抵抗と熱容量モデ
ルとから現在の鎖交磁束を演算する鎖交磁束演算器１２
と、この演算器１２の出力である現在の鎖交磁束を用い
て電流指令演算器１からの電流指令の補正を行なう電流
指令補正器８と、電動機に組み込まれた温度検出器１１
とが付加されて構成される。そして、鎖交磁束演算器１
２では温度検出器１１からの温度検出値と、電流指令値
と回転速度から求めた電動機の発生損失と、電動機の熱
抵抗と熱容量モデルとを用いて現在の鎖交磁束を求め、
この現在の鎖交磁束と電流指令演算器１によって求めた
従来の電流指令値ｉd * ，ｉq * とから、新しい電流指
令値ｉd1 * ，ｉq1 * を電流指令補正器８により求める。
この新しい電流指令値を用いることで、上記と同じく同
期電動機４の磁石温度の影響を受けず、電動機の温度が
整定するまでの時間を待つことのないトルクを精度良く
得ることができる。
構成図である。図４に示す従来例に対し、位置検出器５
の出力から同期電動機４の回転速度を検出する速度検出
器９と、その速度検出値と電動機の熱抵抗と熱容量モデ
ルとから現在の鎖交磁束を演算する鎖交磁束演算器１２
と、この演算器１２の出力である現在の鎖交磁束を用い
て電流指令演算器１からの電流指令の補正を行なう電流
指令補正器８と、電動機に組み込まれた温度検出器１１
とが付加されて構成される。そして、鎖交磁束演算器１
２では温度検出器１１からの温度検出値と、電流指令値
と回転速度から求めた電動機の発生損失と、電動機の熱
抵抗と熱容量モデルとを用いて現在の鎖交磁束を求め、
この現在の鎖交磁束と電流指令演算器１によって求めた
従来の電流指令値ｉd * ，ｉq * とから、新しい電流指
令値ｉd1 * ，ｉq1 * を電流指令補正器８により求める。
この新しい電流指令値を用いることで、上記と同じく同
期電動機４の磁石温度の影響を受けず、電動機の温度が
整定するまでの時間を待つことのないトルクを精度良く
得ることができる。
【００２０】図３はこの発明の第３の実施の形態を示す
構成図である。図３からも明らかなように、図２の鎖交
磁束演算器１２を鎖交磁束演算器１３とした点が異なる
だけである。すなわち、図２の鎖交磁束演算器１２では
温度検出器１１からの温度検出値と、電流指令値と回転
速度から求めた電動機の発生損失と、電動機の熱抵抗と
熱容量モデルとを用いて現在の鎖交磁束を求めるように
しているのに対し、図３の鎖交磁束演算器１３では上記
に加えてセンサ部の損失を考慮して現在の鎖交磁束を求
めるようにした点で異なり、他は図２と同様なので詳細
は省略する。
構成図である。図３からも明らかなように、図２の鎖交
磁束演算器１２を鎖交磁束演算器１３とした点が異なる
だけである。すなわち、図２の鎖交磁束演算器１２では
温度検出器１１からの温度検出値と、電流指令値と回転
速度から求めた電動機の発生損失と、電動機の熱抵抗と
熱容量モデルとを用いて現在の鎖交磁束を求めるように
しているのに対し、図３の鎖交磁束演算器１３では上記
に加えてセンサ部の損失を考慮して現在の鎖交磁束を求
めるようにした点で異なり、他は図２と同様なので詳細
は省略する。
【００２１】
【発明の効果】この発明によれば、温度によるトルク変
動を抑制し、電動機の温度が或る程度整定するまでの時
間を待つ必要の無い、高精度の電動機制御を行なうこと
が可能となる。さらに、磁石の温度変化を、同期電動機
の発生損失から求める方式とセンサの温度検出値から求
める方式とを併用するもの、または、同期電動機の発生
損失から求める方式とセンサの温度検出値とセンサ部の
損失から求める方式とを併用するものでは、磁石の温度
変化をより高精度に求めることが可能となる。
動を抑制し、電動機の温度が或る程度整定するまでの時
間を待つ必要の無い、高精度の電動機制御を行なうこと
が可能となる。さらに、磁石の温度変化を、同期電動機
の発生損失から求める方式とセンサの温度検出値から求
める方式とを併用するもの、または、同期電動機の発生
損失から求める方式とセンサの温度検出値とセンサ部の
損失から求める方式とを併用するものでは、磁石の温度
変化をより高精度に求めることが可能となる。
【図１】この発明の第１の実施の形態を示すブロック図
である。
である。
【図２】この発明の第２の実施の形態を示すブロック図
である。
である。
【図３】この発明の第３の実施の形態を示すブロック図
である。
である。
【図４】従来例を示すブロック図である。
【図５】磁石の残留磁束密度の温度依存特性を示す特性
図である。
図である。
【図６】同期電動機の熱抵抗と熱容量モデルを説明する
ための説明図である。
ための説明図である。
【図７】センサを組み込んだ同期電動機の熱抵抗と熱容
量モデル説明図である。
量モデル説明図である。
【図８】センサ部の損失を考慮した同期電動機の熱抵抗
と熱容量モデル説明図である。
と熱容量モデル説明図である。
１…電流指令演算器、２…電流制御部、３…インバー
タ、４…同期電動機、５…位置検出器、６…電流検出
器、７…３相／２相変換器、８…電流指令補正器、９…
速度検出器、１０，１２，１３…鎖交磁束演算器、１１
…温度検出器。
タ、４…同期電動機、５…位置検出器、６…電流検出
器、７…３相／２相変換器、８…電流指令補正器、９…
速度検出器、１０，１２，１３…鎖交磁束演算器、１１
…温度検出器。
フロントページの続き (72)発明者 尾崎 覚 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5H550 BB07 BB10 DD04 DD08 GG05 HB07 HB08 JJ04 JJ25 LL01 LL22 LL29 LL39 5H560 BB04 BB12 DA07 DB20 DC12 EB01 JJ16 RR10 XA02 XA13 5H575 BB10 DD03 DD06 GG04 HB20 JJ04 JJ25 LL12 LL22 LL27 LL31 LL35 MM13 5H576 DD02 DD07 EE01 GG01 HB01 JJ04 JJ25 LL12 LL22 LL34 LL41 LL45 MM12
Claims (3)
- 【請求項１】 電動機を制御するための電動機の制御装
置において、 前記電動機の発生損失演算値と電動機の熱抵抗と熱容量
モデルとから電動機温度を求め、この求めた温度に基づ
き前記電動機の磁束を推定演算する磁束演算手段と、こ
の磁束演算手段による磁束演算値から電動機のトルクを
発生させるための電流に所定の補正を加える電流補正手
段とを設け、電動機トルクの温度による変動を抑制する
ことを特徴とする電動機の制御装置。 - 【請求項２】 温度検出手段および位置検出手段をセン
サとして組み込んだ電動機を制御する電動機の制御装置
において、 前記電動機の発生損失演算値と電動機の熱抵抗と熱容量
モデルとから電動機温度を求め、この求めた温度と前記
センサの温度検出手段からの温度検出値とに基づき前記
電動機の磁束を推定演算する磁束演算手段と、この磁束
演算手段による磁束演算値から電動機のトルクを発生さ
せるための電流に所定の補正を加える電流補正手段とを
設け、電動機トルクの温度による変動を抑制することを
特徴とする電動機の制御装置。 - 【請求項３】 温度検出手段および位置検出手段をセン
サとして組み込んだ電動機を制御する電動機の制御装置
において、 前記電動機の発生損失演算値と電動機の熱抵抗と熱容量
モデルとから電動機温度を求め、この求めた温度と前記
センサの温度検出手段からの温度検出値と前記センサ部
の損失とに基づき前記電動機の磁束を推定演算する磁束
演算手段と、この磁束演算手段による磁束演算値から電
動機のトルクを発生させるための電流に所定の補正を加
える電流補正手段とを設け、電動機トルクの温度による
変動を抑制することを特徴とする電動機の制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000263297A JP4622068B2 (ja) | 2000-08-31 | 2000-08-31 | 電動機の制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000263297A JP4622068B2 (ja) | 2000-08-31 | 2000-08-31 | 電動機の制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002078390A true JP2002078390A (ja) | 2002-03-15 |
| JP4622068B2 JP4622068B2 (ja) | 2011-02-02 |
Family
ID=18750860
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000263297A Expired - Lifetime JP4622068B2 (ja) | 2000-08-31 | 2000-08-31 | 電動機の制御装置 |
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| Country | Link |
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Cited By (8)
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|---|---|---|---|---|
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| JP2011004483A (ja) * | 2009-06-17 | 2011-01-06 | Fuji Electric Systems Co Ltd | 永久磁石形同期電動機の制御装置 |
| CN103023415A (zh) * | 2012-12-27 | 2013-04-03 | 黑龙江大学 | 克服转矩不稳的自动补偿调幅式空间矢量方法 |
| JP2015116021A (ja) * | 2013-12-11 | 2015-06-22 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 永久磁石同期モータの制御装置 |
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| US9469302B2 (en) | 2014-10-28 | 2016-10-18 | Hyundai Motor Company | Torque control apparatus and method and motor controller |
| JP2017055552A (ja) * | 2015-09-09 | 2017-03-16 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | モータ制御装置 |
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-
2000
- 2000-08-31 JP JP2000263297A patent/JP4622068B2/ja not_active Expired - Lifetime
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