JP2002320397A - Motor rotor position estimating apparatus, position estimating method and program thereof - Google Patents

Motor rotor position estimating apparatus, position estimating method and program thereof

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JP2002320397A
JP2002320397A JP2001121676A JP2001121676A JP2002320397A JP 2002320397 A JP2002320397 A JP 2002320397A JP 2001121676 A JP2001121676 A JP 2001121676A JP 2001121676 A JP2001121676 A JP 2001121676A JP 2002320397 A JP2002320397 A JP 2002320397A
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motor
current
rotor
estimated
electromotive force
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Mitsugi Nakamura
貢 中村
Takao Sakurai
貴夫 桜井
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a motor rotor position estimating apparatus for operating a low voltage IPM motor up to a high speed rotation. SOLUTION: This motor rotor position estimating apparatus comprises a position estimating part (30) for estimating the position (θM) of a rotor of motor. The position estimating part (30) estimates the position (θM) of rotor based on a speed electromotive force constant (KE) of the motor and the speed electromotive force constant (KE) is KEM (n) obtained by the formula [1/ KE]M(n)=[1/KE]M(n-1)+KKΔiγ +αsgn(Δiγ(n)). Here, KEM(n-1) is the speed electromotive force constant before the position (θM) of rotor is estimated, Kk is the electromotive force constant estimating gain, Δiγ is a difference between the estimated current (iγ) estimated to be detected from the motor and a real current (id) flowing actually into the motor, and α is a sufficiently small value.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、モータ回転子の位
置推定装置、位置推定方法およびプログラムに関し、特
に、低電圧のIPMモータを高回転まで運転することの
可能なセンサレス制御に用いられるモータ回転子の位置
推定装置、位置推定方法およびプログラムに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a motor rotor position estimating apparatus, position estimating method and program, and more particularly to motor rotation used for sensorless control capable of operating a low-voltage IPM motor up to high rotation. The present invention relates to a child position estimation device, a position estimation method, and a program.

【0002】[0002]

【従来の技術】世界的に省エネ化・低公害化の要求が高
まる中、排ガス・騒音等の問題から、エンジン駆動に代
わって、バッテリ駆動車は市場が拡大する傾向がある。
現在のバッテリ車は、DCモータ駆動が主流であるが、
DCモータはブラシの交換が必要であり、また回生能力
も低いため一充電での走行可能距離が少ない。それに対
して、高いメンテナンス性・高効率・小型化等の優位性
を持つACモータ駆動のニーズが高い。
2. Description of the Related Art As demands for energy saving and low pollution increase worldwide, due to problems such as exhaust gas and noise, the market for battery-powered vehicles tends to expand in place of engine driving.
Current battery cars are mainly driven by DC motors,
The DC motor requires replacement of the brush and has a low regenerative ability, so that the travelable distance per charge is small. On the other hand, there is a strong need for an AC motor drive having advantages such as high maintainability, high efficiency, and downsizing.

【0003】ブラシの少ないACモータには、大きく分
けてかご形誘導電動機と永久磁石式同期電動機(PMモ
ータ)がある。この内、PMモータは近年の磁石性能の
急速な向上により、小型化が可能となった。回転子に永
久磁石を埋め込むIPMモータは、永久磁石によるマグ
ネットトルクのほかに、磁気的な突極性によって生じる
リラクタンストルクも有効に利用できるため効率が高
い。さらに、弱め界磁制御を併用することにより、モー
タ供給電圧、電流の制限のもとでも運転範囲を大幅に拡
大することができる。このような特徴を有するIPMモ
ータは、電気自動車やエアコン用モータ等のように、広
範囲な可変速領域が要求される用途で広く適用されてい
る。このことに関して、第1文献(森本・松井・武田:
「リラクタンストルク応用電動機の現状と報告」電学論
D,119巻10号,1145(1999)),第2文
献(電気学会技術報告第719号「リラクタンストルク
応用電動機と制御システム」(1999)),第3文献
(磯部・星野・森本:「低電圧用埋込磁石型モータの設
計手法」電気学会回転機研資RM−00−26)が知ら
れている。
[0003] AC motors with a small number of brushes are roughly classified into a cage induction motor and a permanent magnet synchronous motor (PM motor). Among them, the PM motor has recently been able to be downsized due to the rapid improvement in magnet performance. An IPM motor in which a permanent magnet is embedded in a rotor has high efficiency because reluctance torque generated by magnetic saliency can be effectively used in addition to the magnet torque by the permanent magnet. Further, by using the field weakening control together, the operating range can be significantly expanded even under the limitation of the motor supply voltage and the current. IPM motors having such characteristics are widely used in applications requiring a wide range of variable speeds, such as electric vehicles and motors for air conditioners. Regarding this, the first document (Morimoto, Matsui, Takeda:
"Current Status and Report of Reluctance Torque Applied Motors", IEEJ, Vol. 119, No. 10, 1145 (1999), Second Document (IEEJ Technical Report No. 719, "Reluctance Torque Applied Motors and Control Systems" (1999)) And the third document (Isobe / Hoshino / Morimoto: "Design method of embedded magnet type motor for low voltage", Rotary Machinery Research Fund RM-00-26 of the Institute of Electrical Engineers of Japan).

【0004】また、IPMモータの性能は、マグネット
トルクとリラクタンストルクを最適に引き出す制御方法
に大きく依存しており、機器定数を考慮に入れた適切な
電流制御が必要である。そのためには、回転子位置に応
じて電流位相を制御する必要がある。一方、耐環境性向
上・コスト削減のため、回転子位置センサを付けずに、
IPMモータを制御するセンサレス制御もまた同時に要
求される。このIPMモータのセンサレス制御法は、様
々な提案がなされている。このことに関して、第4文献
(竹下・市川・李・松井:「速度起電力推定に基づくセ
ンサレス突極形ブラシレスDCモータ制御」電気論D,
117巻1号,p.99−104(1997)),第5
文献(市川・竹下・松井:「センサレス突極形ブラシレ
スDCモータの始動法と安定性」電気学会半導体電力変
換研資SPC−95−95,p.129(199
5)),第6文献(渡辺・竹下・松井:「センサレス突
極形ブラシレスDCモータの零速制御」電気学会半導体
電力変換研資SPC−97−7,(1997)),第7
文献(竹下・市川・松井・山田・水谷:「センサレス突
極形ブラシレスDCモータの初期位置角推定法」電気論
D,116巻7号,(1996)),第8文献(角谷・
臼井・竹下・松井:「突極形PMSMのパラメータ推定
法」平成11年電気学会全国大会4−472,(199
9))が知られている。
The performance of an IPM motor largely depends on a control method for optimally extracting a magnet torque and a reluctance torque, and it is necessary to perform an appropriate current control in consideration of a device constant. For that purpose, it is necessary to control the current phase according to the rotor position. On the other hand, in order to improve environmental resistance and reduce costs, without attaching a rotor position sensor,
Sensorless control for controlling the IPM motor is also required at the same time. Various proposals have been made for the sensorless control method of the IPM motor. Regarding this, in the fourth document (Takeshita, Ichikawa, Lee, Matsui: "Sensorless salient-pole brushless DC motor control based on speed electromotive force estimation""
117 volume 1, p. 99-104 (1997)), the fifth
Literature (Ichikawa, Takeshita, Matsui: "Starting method and stability of sensorless salient-pole type brushless DC motor" SPC-95-95, 129 (1992)
5)), 6th document (Watanabe, Takeshita, Matsui: "Zero-speed control of sensorless salient-pole type brushless DC motor", Institute of Electrical Engineers of Japan, SPC-97-7, SPC-97-7, (1997)), No. 7.
References (Takeshita, Ichikawa, Matsui, Yamada, and Mizutani: "Estimation method of initial position and angle of sensorless salient-pole type brushless DC motor", Electricity D, Vol. 116, No. 7, (1996));
Usui / Takeshita / Matsui: "Parameter Estimation Method for Salient-Pole PMSM", 1999 IEEJ National Convention 4-472, (199
9)) is known.

【0005】上記のように、IPMモータのトルクを十
分引き出すためには、回転子の磁極の位置情報(=角度
情報)が必要である。この位置情報を得るために、従来
は回転子位置検出センサを用いていた。高信頼性・低コ
スト・小型化などのニーズから、位置センサレスで制御
する方法が様々に考案されていた。
As described above, in order to sufficiently extract the torque of the IPM motor, position information (= angle information) of the magnetic poles of the rotor is required. Conventionally, a rotor position detection sensor has been used to obtain this position information. Various control methods without a position sensor have been devised due to needs such as high reliability, low cost, and miniaturization.

【0006】大トルクIPMモータは、速度起電力定数
が大きいので、高回転時は大起電力を発生する。このた
め、極端な弱め界磁制御を行う。すなわち、トルク電流
(=q軸電流)に対し、弱め界磁電流(=d軸電流)が
極端に大きい。このため、僅かなdq軸位置推定誤差が
発生トルクに影響を及ぼす。
[0006] The large torque IPM motor has a large speed electromotive force constant, and thus generates a large electromotive force during high rotation. Therefore, extremely weak field control is performed. That is, the field-weakening current (= d-axis current) is extremely large with respect to the torque current (= q-axis current). For this reason, a slight dq-axis position estimation error affects the generated torque.

【0007】低速時の位置推定が不可能であるため、低
速時大トルクが出なかった。
Since it is impossible to estimate the position at low speed, no large torque is generated at low speed.

【0008】静止状態及び低速時の位置推定に関して
は、特開平9−238495号公報に記載された次の技
術が知られている。回転子が静止状態もしくは低速回転
中であっても、センサレスで回転子の回転位置(電気
角)を検出する。回転子の角度による各相間のインダク
タンスの相違を利用して、電気角を求める。所定の相間
に電圧を印加し、そのときの回転子の角度により異なる
インダクタンスに応じてUVWの各相に流れる電流I
u、Iv、Iwを同時に検出し、予め記憶しておいた三
者の関係から電気角を求める。また、第1のステップ
で、電気角φを0〜πもしくはπ〜2πのいずれかの範
囲で近似計算により求めておき、相間に印加した電圧に
対する最大電流の非対称性を利用して、第2のステップ
で電気角の属する範囲を特定する。これにより、電気角
θを一義的に決定する。
With respect to position estimation in a stationary state and at a low speed, the following technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-238495 is known. Even when the rotor is stationary or rotating at a low speed, the rotational position (electrical angle) of the rotor is detected without a sensor. The electrical angle is obtained by utilizing the difference in inductance between the phases depending on the angle of the rotor. A voltage I is applied between predetermined phases, and a current I flowing in each phase of UVW according to an inductance which varies depending on the angle of the rotor at that time.
u, Iv, and Iw are detected at the same time, and the electrical angle is determined from the previously stored relationship between the three. Also, in the first step, the electrical angle φ is determined by an approximate calculation in any range of 0 to π or π to 2π, and the second angle is obtained by utilizing the asymmetry of the maximum current with respect to the voltage applied between the phases. In the step, the range to which the electric angle belongs is specified. As a result, the electrical angle θ is uniquely determined.

【0009】通常回転時の位置推定に関しては、特開平
8−308286号公報に記載された次の技術が知られ
ている。突極を有する同期電動機において、センサレス
で、回転子の回転角度を検出し、これを用いて同期電動
機を制御する。固定子コイルに流れる電流Iu、Ivを
検出し、これから回転角度推定部により回転角度を検出
する。この推定は、同期モータ制御装置の内部に同期モ
ータのモデルを持ち、モデルの回転角度と実回転角度と
の偏差Δθが、モータの実際のId電流とモデルの電流
Iγとの偏差に比例し、モータの回転角速度の偏差が、
モータの実電流Iqとモデルの電流Iδとの差に比例す
ることを利用して行う。また、回転角速度は、実際には
大きく変動しないとして、移動平均として求めることも
でき、この場合には、サンプリングタイムを小さくして
演算速度を向上することができる。
With respect to position estimation during normal rotation, the following technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-308286 is known. In a synchronous motor having salient poles, a rotation angle of a rotor is detected without using a sensor, and the detected rotation angle is used to control the synchronous motor. The currents Iu and Iv flowing through the stator coil are detected, and the rotation angle is detected by the rotation angle estimating unit therefrom. This estimation has a synchronous motor model inside the synchronous motor control device, and the deviation Δθ between the rotation angle of the model and the actual rotation angle is proportional to the deviation between the actual Id current of the motor and the current Iγ of the model, The deviation of the motor angular velocity is
This is performed using the fact that it is proportional to the difference between the actual current Iq of the motor and the current Iδ of the model. Further, the rotational angular velocity can be obtained as a moving average, assuming that it does not actually fluctuate greatly. In this case, the sampling time can be reduced to improve the calculation speed.

【0010】また、通常回転時の位置推定に関しては、
特開平10−174499号公報に記載された次の技術
も知られている。全速度域で磁軸を指定でき、速度指令
に関わりなく連続的に速度制御可能な制御方法である。
永久磁石型同期電動機の零速から高速度域までを連続的
に制御するためのセンサレス制御方法において、電動機
の磁軸をd、d軸から90°進んだ軸をqとし、真の電
動機回転速度ωで回転する座標d−q軸と電動機の指
定磁軸をγ、γ軸から90°進んだ軸をδとするγ−δ
軸を設定し、γ−δ軸の回転速度ωγを決定する際
に、回転速度指令ωRREFの絶対値が大きくなるに従
って小さくなるように設定される分配ゲインK1と回転
速度指令ωRREFの絶対値が大きくなるに従って大き
くなるように設定される分配ゲインK2を用意し、回転
速度指令ωRREFにK1を、同期電動機の誘起電圧も
しくは誘起電圧推定値より求めた速度推定値ωRPにK
2をそれぞれ乗じたものを加算することにより指定磁軸
のγ−δ軸の回転速度ωγを決定する。
In addition, regarding the position estimation during normal rotation,
The following technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-174499 is also known. This is a control method in which the magnetic axis can be specified in the entire speed range and the speed can be controlled continuously regardless of the speed command.
In a sensorless control method for continuously controlling a permanent magnet type synchronous motor from a zero speed to a high speed range, a real motor rotation speed is defined by d as a magnetic axis of the motor, q as an axis advanced by 90 ° from the d axis. γ-δ, where γ is the coordinate dq axis rotating at ω R and the designated magnetic axis of the motor, and δ is the axis advanced by 90 ° from the γ axis.
When the axis is set and the rotation speed ω R γ of the γ-δ axis is determined, the distribution gain K1 and the rotation speed command ω RREF are set so as to decrease as the absolute value of the rotation speed command ω RREF increases. A distribution gain K2 that is set to increase as the absolute value increases is prepared, K1 is set to the rotational speed command ω RREF, and K is set to the speed estimation value ω RP obtained from the induced voltage of the synchronous motor or the estimated value of the induced voltage.
The rotational speed ω R γ of the γ-δ axis of the designated magnetic axis is determined by adding the products each multiplied by 2.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】従来、IPMモータを
高回転まで運転する方法は確立されていなかった。特
に、低電圧のIPMモータを高回転まで運転する方法は
確立されていなかった。
Conventionally, no method has been established for operating an IPM motor up to a high rotation. In particular, a method of operating a low-voltage IPM motor up to a high rotation has not been established.

【0012】モータを高精度に制御しつつ運転する方法
が望まれている。モータの回転子の位置情報を高精度に
制御しつつ高回転まで運転する方法が望まれている。特
に、低電圧のIPMモータを高回転まで運転する方法が
望まれている。IPMモータの静止状態での大トルクと
高速運転を両立させることが望まれている。バッテリフ
ォークリフト等に適用され、バッテリ電圧という限られ
た低電圧で、要求トルクを実現できることが望まれてい
る。
There is a need for a method of operating a motor while controlling it with high precision. There is a demand for a method of operating up to high rotation while controlling the position information of the rotor of the motor with high accuracy. In particular, a method for operating a low-voltage IPM motor up to a high rotation is desired. It is desired that the IPM motor achieve both high torque in a stationary state and high-speed operation. It is applied to a battery forklift and the like, and it is desired that the required torque can be realized with a limited low voltage such as a battery voltage.

【0013】本発明の目的は、モータを高精度に制御し
つつ運転するためのモータ回転子の位置推定装置、位置
推定方法およびプログラムを提供することである。本発
明の他の目的は、モータを高回転まで運転するためのモ
ータ回転子の位置推定装置、位置推定方法およびプログ
ラムを提供することである。本発明の更に他の目的は、
低電圧のモータを高回転まで運転するためのモータ回転
子の位置推定装置、位置推定方法およびプログラムを提
供することである。本発明の更に他の目的は、低電圧の
IPMモータを高回転まで運転するためのモータ回転子
の位置推定装置、位置推定方法およびプログラムを提供
することである。本発明の更に他の目的は、IPMモー
タの静止状態での大トルクと高速運転を両立させるため
のモータ回転子の位置推定装置、位置推定方法およびプ
ログラムを提供することである。本発明の更に他の目的
は、バッテリフォークリフト等の電気自動車のモータに
適用され、バッテリ電圧という限られた低電圧で、要求
トルクを実現するためのモータ回転子の位置推定装置、
位置推定方法およびプログラムを提供することである。
An object of the present invention is to provide a motor rotor position estimating device, a position estimating method, and a program for operating a motor while controlling the motor with high accuracy. It is another object of the present invention to provide a motor rotor position estimating device, a position estimating method, and a program for driving a motor to high rotation. Still another object of the present invention is to provide
An object of the present invention is to provide a motor rotor position estimating device, a position estimating method, and a program for driving a low-voltage motor to high rotation. Still another object of the present invention is to provide a motor rotor position estimating device, a position estimating method, and a program for operating a low-voltage IPM motor up to high rotation. It is still another object of the present invention to provide a motor rotor position estimating device, a position estimating method, and a program for achieving both high torque and high-speed operation of an IPM motor in a stationary state. Still another object of the present invention is applied to a motor of an electric vehicle such as a battery forklift, and a position estimating device of a motor rotor for realizing a required torque at a limited low voltage such as a battery voltage.
A position estimation method and a program are provided.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】その課題を解決するため
の手段が、下記のように表現される。その表現中の請求
項対応の技術的事項には、括弧()つき、番号、記号等
が添記されている。その番号、記号等は、請求項対応の
技術的事項と実施の複数・形態のうちの少なくとも一つ
の形態の技術的事項との一致・対応関係を明白にしてい
るが、その請求項対応の技術的事項が実施の形態の技術
的事項に限定されることを示されるためのものではな
い。
Means for solving the problem are expressed as follows. The technical matters corresponding to the claims in the expression are appended with parentheses (), numbers, symbols, and the like. The numbers, symbols, etc. clearly indicate the correspondence / correspondence between the technical matter corresponding to the claim and the technical matter of at least one of the plural forms of implementation. It is not intended to indicate that the technical matter is limited to the technical matter of the embodiment.

【0015】本発明のモータ回転子の位置推定装置は、
モータの回転子の位置(θ)を推定する位置推定部
(30)を備えたモータ回転子の位置推定装置であっ
て、前記位置推定部(30)は、前記モータの速度起電
力定数(K)に基づいて、前記回転子の位置(θ
を推定し、前記速度起電力定数(K)は、下記式によ
り求められるKEM(n)である
The motor rotor position estimating apparatus of the present invention
A motor rotor position estimating device including a position estimating unit (30) for estimating a position (θ M ) of a motor rotor, wherein the position estimating unit (30) includes a speed electromotive force constant ( Based on K E ), the position of the rotor (θ M )
And the speed electromotive force constant (K E ) is K EM (n) obtained by the following equation.

【数8】 ここで、前記KEM(n−1)は、前記回転子の位置
(θ)が推定される前の前記速度起電力定数であり、
前記Kは、起電力定数推定ゲインであり、前記Δiγ
は、前記モータから検出されると推定される推定電流
(iγ)と前記モータに実際に流れた実電流(id)の
差であり、前記αは、十分に小さい値である。
(Equation 8) Here, the K EM (n−1) is the speed electromotive force constant before the position (θ M ) of the rotor is estimated,
The K k is an electromotive force constant estimation gain, and the Δiγ
Is the difference between the estimated current (i γ ) estimated to be detected from the motor and the actual current (id) actually flowing through the motor, and the α is a sufficiently small value.

【0016】本発明のモータ回転子の位置推定装置は、
モータの回転子の位置(θ)を推定する位置推定部
(30)を備えたモータ回転子の位置推定装置であっ
て、前記位置推定部(30)は、前記モータの速度起電
力(e(n))を推定し、前記推定された速度起電力
(e(n))および前記モータの速度起電力定数(K
)に基づいて、前記回転子の位置(θ)を推定し、
前記速度起電力定数(K)は、下記式により求められ
るKEM(n)である
A motor rotor position estimating apparatus according to the present invention comprises:
A motor rotor position estimating device including a position estimating unit (30) for estimating a position (θ M ) of a motor rotor, wherein the position estimating unit (30) includes a speed electromotive force (e) of the motor. M (n)) and the estimated speed electromotive force (e M (n)) and the speed electromotive force constant (K
E ), the position of the rotor (θ M ) is estimated,
The speed electromotive force constant (K E ) is K EM (n) obtained by the following equation.

【数9】 ここで、前記KEM(n−1)は、前記回転子の位置
(θ)が推定される前の前記速度起電力定数であり、
前記Kは、起電力定数推定ゲインであり、前記Δiγ
は、前記モータから検出されると推定される推定電流
(iγ)と前記モータに実際に流れた実電流(id)の
差であり、前記αは、前記シグモイド関数のゲインであ
り、十分に小さい値である。
(Equation 9) Here, the K EM (n−1) is the speed electromotive force constant before the position (θ M ) of the rotor is estimated,
The K k is an electromotive force constant estimation gain, and the Δiγ
Is the difference between the estimated current (i γ ) estimated to be detected from the motor and the actual current (id) actually flowing through the motor, and α is the gain of the sigmoid function. It is a small value.

【0017】本発明のモータ回転子の位置推定装置にお
いて、前記式における前記KΔiγの項は、速い応答
性を持ち、前記αsgn(Δiγ)の項は、遅い応答性
を持つ。
In the motor rotor position estimating device of the present invention, the term K k Δiγ in the above equation has a fast response, and the term αsgn (Δiγ) has a slow response.

【0018】本発明のモータ回転子の位置推定装置にお
いて、前記αsgn(Δiγ)の項は、10秒以上の時
定数を有している。
In the motor rotor position estimating apparatus of the present invention, the term αsgn (Δiγ) has a time constant of 10 seconds or more.

【0019】本発明のモータ回転子の位置推定装置にお
いて、前記モータは、IPMモータである。
In the motor rotor position estimating device according to the present invention, the motor is an IPM motor.

【0020】本発明のモータ回転子の位置推定装置にお
いて、前記モータの(最大トルク時速度:最高速度)は
(1:8)以上である。
In the motor rotor position estimating apparatus according to the present invention, the (maximum torque speed: maximum speed) of the motor is (1: 8) or more.

【0021】本発明のモータ回転子の位置推定装置は、
モータの回転子の位置(θ)を推定するモータ回転子
の位置推定装置であって、前記モータに対して印加され
た印加電圧(v)に基づいて、前記モータから検出さ
れる電流を推定電流(iγ)として推定する電流推定部
(25)と、前記推定電流(iγ)が推定される前(n
−1)に前記印加電圧(v)によって前記モータに実
際に流れた実電流(id)を検出する電流検出部と、前
記推定電流(iγ)と前記実電流(id)に基づいて、
前記回転子の位置(θ)を推定する位置推定部(3
0)とを備え、前記位置推定部(30)は、下記式によ
り前記回転子の位置(θ)を推定し、
According to the motor rotor position estimating apparatus of the present invention,
A motor rotor position estimating device for estimating a position (θ M ) of a rotor of a motor, wherein a current detected from the motor is determined based on an applied voltage (v * ) applied to the motor. current estimating unit for estimating a estimated current (i gamma) and (25), the estimated current (i gamma) before is estimated (n
And the applied voltage (v *) current detector for detecting the actual current (id) which actually flows in the motor by -1), on the basis of the actual current (id) and the estimated current (i gamma),
A position estimating unit (3) for estimating the position (θ M ) of the rotor
0), and the position estimating unit (30) estimates the position (θ M ) of the rotor by the following equation,

【数10】 ここで、前記θ(n)は、前記推定される前記回転子
の位置(θ)であり、前記θ(n−1)は、前記推
定される前の前記回転子の位置であり、前記Tは、前記
電流が制御されるときの周期であり、前記Kは、前記
モータの速度起電力定数であり、前記e(n)は、推
定された速度起電力であり、前記Zは、位置推定誤差の
補正量であり、前記式の前記Kには、下記式により求
められるKEM(n)が代入される
(Equation 10) Here, the θ M (n) is the estimated position (θ M ) of the rotor, and the θ M (n−1) is the position of the rotor before the estimation. , T is the cycle when the current is controlled, K E is the speed electromotive force constant of the motor, e M (n) is the estimated speed electromotive force, Z is a correction amount of the position estimation error, and K EM (n) obtained by the following equation is substituted for the K E in the above equation.

【数11】 ここで、前記KEM(n−1)は、前記推定される前の
前記速度起電力定数であり、前記Kは、起電力定数推
定ゲインであり、前記Δiγは、前記推定電流(iγ
と前記実電流(id)の差であり、前記αは、十分に小
さい値である。
(Equation 11) Here, the K EM (n−1) is the speed electromotive force constant before the estimation, the K k is an electromotive force constant estimation gain, and the Δiγ is the estimated current (i γ). )
And the actual current (id), and α is a sufficiently small value.

【0022】本発明のモータ回転子の位置推定装置にお
いて、前記Zは、下記式により求められる
In the motor rotor position estimating apparatus of the present invention, the Z is obtained by the following equation.

【数12】 ここで、前記Kθは位置推定ゲインであり、前記ωM0
(n−1)は、前記推定される前の前記回転子の速度で
あり、前記Δiγ(n)は、前記推定電流(i γ)と前
記実電流(id)の差である。
(Equation 12)Where KθIs a position estimation gain, and the ωM0
(N-1) is the speed of the rotor before the estimation.
Yes, the Δiγ(N) is the estimated current (i γ) And before
This is the difference between the actual currents (id).

【0023】本発明のモータ回転子の位置推定装置にお
いて、前記Δiγ(n)は、前記実電流であるd軸電流
(id)と前記推定電流であるγ軸電流(iγ)の差で
ある。
In the motor rotor position estimating device of the present invention, Δi γ (n) is the difference between the d-axis current (id) as the actual current and the γ-axis current (i γ ) as the estimated current. is there.

【0024】本発明のモータ回転子の位置推定装置にお
いて、前記Δiγは、前記実電流であるd軸電流(i
d)と前記推定電流であるγ軸電流(iγ)の差であ
る。
In the motor rotor position estimating apparatus of the present invention, Δi γ is the d-axis current (i
d) and the difference between the estimated current and the γ-axis current (i γ ).

【0025】本発明のモータ回転子の位置推定装置にお
いて、前記推定された速度起電力e (n)は、下記式
により求められる
The motor rotor position estimating apparatus of the present invention
And the estimated speed electromotive force e M(N) is the following formula
Required by

【数13】 ここで、前記e(n−1)は、前記推定される前の速
度起電力であり、前記Keは、速度起電力推定ゲインで
あり、前記Δiδ(n)は、前記推定電流(i )と前
記実電流(i)の差である。
(Equation 13)Here, the eM(N-1) is the speed before the estimation.
Ke is a speed electromotive force estimation gain.
Yes, the Δiδ(N) is the estimated current (i M) And before
This is the difference between the actual currents (i).

【0026】本発明のモータ回転子の位置推定装置にお
いて、前記Δiδ(n)は、前記実電流であるq軸電流
(iq)と前記推定電流であるδ軸電流(iδ)の差で
ある。
In the motor rotor position estimating apparatus of the present invention, Δi δ (n) is a difference between the q-axis current (iq) as the actual current and the δ-axis current (iδ) as the estimated current. .

【0027】本発明のモータ回転子の位置推定装置にお
いて、前記位置推定部(30)は、前記モータの運転中
は前記モータの回転数に関わらず前記回転子の位置(θ
)を推定する。
In the motor rotor position estimating apparatus according to the present invention, the position estimating section (30) is configured to determine the position (θ) of the rotor during operation of the motor regardless of the number of rotations of the motor.
M ).

【0028】本発明のモータ回転子の位置推定装置にお
いて、前記位置推定部(30)は、前記モータの静止時
には、前記モータのU、V、W相巻線に同じ大きさのパ
ルス電圧を印加し、前記U、V、W相巻線のそれぞれに
流れる電流の大きさを比較し、前記比較の結果に基づい
て、前記回転子の位置を推定する。
In the motor rotor position estimating device according to the present invention, the position estimating unit (30) applies a pulse voltage of the same magnitude to the U, V, and W phase windings of the motor when the motor is stationary. Then, the magnitudes of the currents flowing through the U, V, and W phase windings are compared, and the position of the rotor is estimated based on the result of the comparison.

【0029】本発明のモータ回転子の位置推定装置にお
いて、前記位置推定部(30)は、前記モータの低速時
には、d軸指令電圧にパルス電圧(Vγ)を重畳し、そ
のときの電流変化量に基づいて、前記推定された回転子
の位置(θ)と実際の回転子の位置との差を推定す
る。
In the motor rotor position estimating apparatus according to the present invention, the position estimating section (30) superimposes a pulse voltage (Vγ) on the d-axis command voltage when the motor is running at a low speed, and changes the current change amount at that time. , The difference between the estimated rotor position (θ M ) and the actual rotor position is estimated.

【0030】本発明のモータ回転子の位置推定装置にお
いて、前記モータの最大トルクは、125[Nm]であ
り、前記モータの最大回転数は4350[rpm]であ
る。
In the motor rotor position estimating device according to the present invention, the maximum torque of the motor is 125 [Nm], and the maximum rotation speed of the motor is 4350 [rpm].

【0031】本発明のモータは、本発明のモータ回転子
の位置推定装置が適用されたモータである。
The motor of the present invention is a motor to which the motor rotor position estimating device of the present invention is applied.

【0032】本発明の電気自動車は、本発明のモータが
適用された電気自動車であって、前記モータの電源に
は、前記電気自動車に搭載されるバッテリの限られた低
電圧が用いられる。
An electric vehicle according to the present invention is an electric vehicle to which the motor according to the present invention is applied, and a low voltage of a battery mounted on the electric vehicle is used as a power source for the motor.

【0033】本発明のエアコンは、本発明のモータが適
用されたエアコンである。
The air conditioner of the present invention is an air conditioner to which the motor of the present invention is applied.

【0034】本発明のモータ回転子の位置推定方法は、
モータの回転子の位置(θ)を推定するモータ回転子
の位置推定方法であって、(a) 前記モータの速度起
電力定数(K)に基づいて、前記回転子の位置
(θ)を推定するステップと、(b) 前記速度起電
力定数(K)は、下記式により求められるK
EM(n)であるとして前記(a)を実行するステップ
とを備え、
The method for estimating the position of the motor rotor according to the present invention is as follows.
A position estimation method of the motor rotor for estimating the position of the motor rotor (θ M), (a) on the basis of the motor speed electromotive force constant (K E), the position of the rotor (theta M ), And (b) the speed electromotive force constant ( KE ) is calculated by the following equation.
Performing (a) as EM (n);

【数14】 ここで、前記KEM(n−1)は、前記回転子の位置
(θ)が推定される前の前記速度起電力定数であり、
前記Kは、起電力定数推定ゲインであり、前記Δiγ
は、前記モータから検出されると推定される推定電流
(iγ)と前記モータに実際に流れた実電流(id)の
差であり、前記αは、十分に小さい値である。
[Equation 14] Here, the K EM (n−1) is the speed electromotive force constant before the position (θ M ) of the rotor is estimated,
The K k is an electromotive force constant estimation gain, and the Δiγ
Is the difference between the estimated current (i γ ) estimated to be detected from the motor and the actual current (id) actually flowing through the motor, and the α is a sufficiently small value.

【0035】本発明のプログラムは、本発明のモータ回
転子の位置推定方法の各ステップをコンピュータに実行
させるプログラムである。
The program of the present invention is a program for causing a computer to execute each step of the motor rotor position estimating method of the present invention.

【0036】[0036]

【発明の実施の形態】添付図面を参照して、本発明のモ
ータ回転子の位置推定装置の一実施形態として、IPM
モータの全速度域センサレス制御方法について説明す
る。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Referring to the accompanying drawings, an embodiment of a motor rotor position estimating apparatus according to the present invention is an IPM.
A method of sensorless control over the entire speed range of the motor will be described.

【0037】大トルクIPMモータは、速度起電力定数
が大きいので、高回転時は大起電力を発生する。このた
め、極端な弱め界磁制御を行う。すなわち、トルク電流
(=q軸電流)に対し、弱め界磁電流(=d軸電流)が
極端に大きい。このため、僅かなdq軸位置推定誤差が
発生トルクに影響を及ぼす。モータパラメータ誤差が、
僅かな位置推定誤差を生じさせる。高回転時には、この
僅かな誤差が無視できなくなるため、低電圧のIPMモ
ータを高回転まで運転するには、モータパラメータ補正
を併用する必要がある。モータパラメータのうち、速度
起電力定数は、通常回転時の位置推定に使用する。以下
に、本実施形態を詳述する。
Since the large torque IPM motor has a large speed electromotive force constant, it generates a large electromotive force during high rotation. Therefore, extremely weak field control is performed. That is, the field-weakening current (= d-axis current) is extremely large with respect to the torque current (= q-axis current). For this reason, a slight dq-axis position estimation error affects the generated torque. Motor parameter error is
This causes a slight position estimation error. At the time of high rotation, since this slight error cannot be ignored, it is necessary to use motor parameter correction together to operate the low-voltage IPM motor to high rotation. Among the motor parameters, the speed electromotive force constant is used for position estimation during normal rotation. Hereinafter, the present embodiment will be described in detail.

【0038】1.はじめに 本実施形態では、低電圧の電源条件で、低速大トルクか
つ高速運転(最大トルク時速度:最高速度=1:8)を
実現するIPMモータを、センサレス制御で運転する方
法、及びセンサレス制御法を適用した結果について述べ
る。
1. In the present embodiment, a method of operating an IPM motor that realizes low-speed, large-torque and high-speed operation (speed at maximum torque: maximum speed = 1: 8) under low-voltage power supply conditions by sensorless control, and a sensorless control method The result of applying is described.

【0039】本実施形態では、静止時における位置推定
には、パルス電圧印加による方法を、極低速時の位置推
定には、パルス電圧重畳による方法を、通常回転時に
は、速度起電力推定に基づく回転子位置推定法を用いて
いる。
In the present embodiment, a method based on pulse voltage application is used for position estimation at rest, a method based on pulse voltage superposition is used for position estimation at extremely low speed, and a rotation based on speed electromotive force estimation is performed during normal rotation. The child position estimation method is used.

【0040】本実施形態では、低電圧という電源条件で
高速運転を実現するため、より精度の高い位置推定を行
うことが求められる。そこで、本実施形態では、上記の
静止状態及び低速時の位置推定(後述の<2.1>、<
2.2>項)、通常回転時の位置推定(<2.3>項)
に加え、速度起電力定数補正を組み込んで、より精度良
く位置推定を行うことを可能としている(図13)。
In the present embodiment, in order to realize high-speed operation under a low-voltage power supply condition, it is required to perform more accurate position estimation. Therefore, in the present embodiment, the position estimation in the stationary state and the low-speed state described above (<2.1>, <
2.2>), position estimation during normal rotation (<2.3>)
In addition to this, a speed electromotive force constant correction is incorporated to enable more accurate position estimation (FIG. 13).

【0041】図13に示すように、静止時に「静止時位
置推定」を行い()、回転開始後はその回転数を問わ
ず「通常回転時位置推定」を行う()。このの「通
常回転時位置推定」が行われるに際しては、速度起電力
定数の補正が行われた後の値が用いられる()。ま
た、モータ回転数が100rpmまでの低速時には、
の「通常回転時位置推定」に加えて、「低速時位置推定
(誤差推定)」が行われる()。
As shown in FIG. 13, "stationary position estimation" is performed at rest (), and "normal rotation position estimation" is performed after rotation starts regardless of the number of rotations (). When the “position estimation during normal rotation” is performed, the value after the correction of the speed electromotive force constant is used (). Also, when the motor speed is as low as 100 rpm,
In addition to the "position estimation at normal rotation", the "position estimation at low speed (error estimation)" is performed ().

【0042】上記通常回転時の位置推定では、d軸電流
とγ軸電流の誤差から、角度(位置)推定誤差を計算し
ている(後述の式(5)、(6))。本実施形態では、
時定数のより大きなフィードバックループ(図12の符
号FBL)を用いて、速度起電力定数を補正し(式
(8))、補正後の速度起電力定数を用いて、通常回転
時の位置・速度推定を行う(図6および図12)。
In the position estimation during the normal rotation, an angle (position) estimation error is calculated from an error between the d-axis current and the γ-axis current (Equations (5) and (6) described later). In the present embodiment,
The speed electromotive force constant is corrected using a feedback loop (FBL in FIG. 12) having a larger time constant (Equation (8)), and the position and speed during normal rotation are calculated using the corrected speed electromotive force constant. The estimation is performed (FIGS. 6 and 12).

【0043】2.回転子位置推定理論 <2.1>静止時の回転子位置推定 静止時の回転子位置推定には、IPMモータの突極性を
利用する。すなわち、図1に示すように、U、V、W相
巻線に同じ大きさのパルス電圧を印加して、各相に流れ
る電流の大きさを比較し、回転子位置を推定する。N
極、S極の極性判定には、磁気飽和を起こす程度の大き
いパルス電圧を印加する。
2. Rotor Position Estimation Theory <2.1> Estimation of Rotor Position at Standstill To estimate the rotor position at standstill, the saliency of the IPM motor is used. That is, as shown in FIG. 1, the same magnitude of the pulse voltage is applied to the U, V, and W phase windings, the magnitude of the current flowing in each phase is compared, and the rotor position is estimated. N
To determine the polarity of the pole and the S pole, a pulse voltage large enough to cause magnetic saturation is applied.

【0044】なお、<2.1>の静止時の回転子位置推
定では、上記の第5文献、第7文献および特開平9−2
38495号公報に記載された方法を採用することがで
きる。
In the estimation of the rotor position at rest in <2.1>, the above-mentioned fifth document, seventh document and Japanese Patent Application Laid-Open No.
The method described in Japanese Patent No. 38495 can be employed.

【0045】<2.2>極低速時の回転子位置推定 回転に伴う誘起電圧が小さい極低速時の回転子位置推定
に関しても、IPMモータの突極性を利用する。
<2.2> Estimation of Rotor Position at Very Low Speed The salient polarity of the IPM motor is also used for estimating the rotor position at very low speed where the induced voltage due to rotation is small.

【0046】dq軸及びγδ軸の定義 IPMモータのdq軸及びγδ軸を図2のように定義す
る。コントローラが認識しているdq軸のことをγδ軸
と呼ぶ。
Definition of dq axis and γδ axis The dq axis and γδ axis of the IPM motor are defined as shown in FIG. The dq axis recognized by the controller is called the γδ axis.

【0047】IPMモータにおいて、永久磁石により形
成される磁束が回転子を径方向に貫く軸をd軸と呼び、
固定子の固定子コイルにより形成される磁束が回転子を
径方向に貫く軸をq軸と呼ぶ。例えば、極数4の場合、
dq両軸は電気的には、90度の角度をなしている。換
言するならば、IPMモータの無負荷誘導起電力E0と
同相の軸がq軸、これとベクトル的に直交する軸がd軸
であり、これらのdq軸に各相電流Iをベクトル分解す
ることでIPMモータの動作を簡易に把握し制御するこ
とができる。
In the IPM motor, the axis through which the magnetic flux formed by the permanent magnet passes through the rotor in the radial direction is called the d axis,
The axis through which the magnetic flux formed by the stator coil of the stator passes through the rotor in the radial direction is called the q-axis. For example, if the number of poles is 4,
Both dq axes are electrically at an angle of 90 degrees. In other words, the axis in phase with the no-load induced electromotive force E0 of the IPM motor is the q-axis, and the axis orthogonal to the vector is the d-axis, and vector decomposition of each phase current I is performed on these dq axes. Thus, the operation of the IPM motor can be easily grasped and controlled.

【0048】電圧方程式 IPMモータのdq軸等価回路及び電圧方程式は、図3
及び(1)式のようになる。
Voltage Equation The dq-axis equivalent circuit and voltage equation of the IPM motor are shown in FIG.
And (1).

【数15】 (Equation 15)

【0049】IPMモータのトルク発生式は、(2)
式である。
The torque generation formula of the IPM motor is given by (2)
It is an expression.

【数16】 dq軸とγδ軸とが一致していれば、Vγを印加して
も、トルクに影響が少ないはずである。そこで、d軸指
令電圧にパルス成分Vγを重畳し、この時の電流変化量
から、推定位置と実際の回転子位置との差を推定する
(図4)。モータに突極性があるため、位置推定誤差が
あると、dq軸に与える影響は位置推定誤差に応じて変
化する。
(Equation 16) If the dq axis and the γδ axis match, even if Vγ is applied, the torque should have little effect. Therefore, the pulse component Vγ is superimposed on the d-axis command voltage, and the difference between the estimated position and the actual rotor position is estimated from the current change amount at this time (FIG. 4). Since the motor has saliency, if there is a position estimation error, the influence on the dq axes changes according to the position estimation error.

【0050】位置推定誤差を表す式 推定誤差Δθは図14で表される。但し、Iは直流量を
表し、(3)式で表される。
Equation representing position estimation error The estimation error Δθ is shown in FIG. Here, I represents a direct current amount, and is represented by equation (3).

【数17】 Tはパルス電圧印加時間である。[Equation 17] T is a pulse voltage application time.

【0051】なお、<2.2>の極低速時の回転子位置
推定は、上記の第6文献および特開平9−238495
号公報に記載された方法で行うことができる。
The rotor position estimation at <2.2> at extremely low speed is described in the above-mentioned sixth document and Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-238495.
The method can be performed by the method described in Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. H10-26095.

【0052】<2.3>通常回転時の回転子位置推定 誘起電圧が発生する回転数においては、図5のように速
度起電力推定に基づく回転子位置推定法を用いる。すな
わち、コントローラ内には、前もって実測済みのモータ
定数を持つ、(4)式に示すような仮想モータモデルが
構築されている。
<2.3> Estimation of Rotor Position During Normal Rotation For the number of rotations at which an induced voltage is generated, a rotor position estimation method based on speed electromotive force estimation is used as shown in FIG. That is, in the controller, a virtual motor model as shown in Expression (4) having a motor constant that has been measured in advance is constructed.

【数18】 (Equation 18)

【0053】通常回転時の位置推定は次のように行われ
る。 コントローラ内仮想モータモデル(4)式におい
て、前回(=(n−1)回)の印加電圧から、今回(=
(n)回)の検出電流を推定する(図5の)。その推
定電流がiγ(n)、iδ(n)である。なお、id
=iMγ=iγであり、iq=iMδ=iδである。
また、本明細書および図面において、文字が下付きであ
るか否かのみの違いは、その内容の違いを示すものでは
ない。 前回の印加電圧によって、実際に流れた電流を検出
する(図5の)。 の推定電流との実電流との差から、(5)式に
て速度起電力を推定し、(6)式から位置を計算する
(図5の)。なお、処理が離散的に行われる関係で、
処理している現在を今回(=(n)回)とし、その処理
直前を前回(=(n−1)回)とする。
The position estimation during normal rotation is performed as follows. In the virtual motor model (4) in the controller, from the applied voltage of the previous time (= (n-1) times),
(N) times of the detected current is estimated (FIG. 5). The estimated currents are i γ (n) and i δ (n). Note that id M
= I = i γ and iq M = i = i δ .
Further, in the present specification and the drawings, a difference only in whether or not a character is subscripted does not indicate a difference in the content. The current that actually flows is detected based on the previously applied voltage (FIG. 5). From the difference between the estimated current and the actual current, the speed electromotive force is estimated by equation (5), and the position is calculated from equation (6) (FIG. 5). In addition, because the processing is performed discretely,
The current processing is set to the current time (= (n) times), and the immediately preceding processing is set to the previous time (= (n-1) times).

【0054】回転数が変化すると、速度起電力が変化
し、δ軸電流にその影響が出る。推定位置がずれている
とγ軸電流に影響を与えるので、式(6)に示すよう
に、γ軸電流誤差Δiγから位置補正ができ、式(5)
に示すように、δ軸電流誤差Δi δから速度起電力を補
正できる。但し、回転子位置に関しては、回転方向によ
り正負が変わるので、sgn関数を入れる。
When the rotational speed changes, the speed electromotive force changes.
However, the influence is exerted on the δ-axis current. Estimated position is off
And γ-axis current, so as shown in equation (6)
Γ-axis current error ΔiγCan be corrected from equation (5)
Δ-axis current error Δi δSpeed electromotive force
I can correct it. However, the rotor position depends on the direction of rotation.
Since the sign changes, an sgn function is inserted.

【数19】 [Equation 19]

【数20】 ここで、(6)式右辺第2項は、1電流制御周期(T)
間の位置の移動量を表している。Kは速度起電力推定
ゲイン、Kθは位置推定ゲインである。 Δiδ=iq−iδ. Δiγ=id−iγ. Kは電流推定誤差に掛けて速度起電力を補正する速度
起電力推定ゲインである。Kθは電流推定誤差に掛けて
推定位置を補正する位置推定ゲインである。Kはモー
タの速度起電力定数である。
(Equation 20) Here, the second term on the right side of the equation (6) is one current control cycle (T).
It represents the amount of movement between positions. Ke is a speed electromotive force estimation gain, and is a position estimation gain. Δi δ = iq−i δ . Δi γ = id-i γ . Ke is a speed electromotive force estimation gain for correcting the speed electromotive force by multiplying the current estimation error. K θ is a position estimation gain for correcting the estimated position by multiplying the current estimation error. KE is a speed electromotive force constant of the motor.

【0055】なお、<2.3>の通常回転時の回転子位
置推定は、上記の第4文献、特開平8−308286号
公報および特開平10−174499号公報に記載され
た方法で行うことができる。
The estimation of the rotor position during normal rotation in <2.3> is performed by the method described in the above-mentioned fourth document, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 8-308286 and 10-174499. Can be.

【0056】<2.4>速度起電力定数の補正 (6)式から、速度起電力推定に基づく位置推定におい
ては、IPMモータのパラメータ誤差、特に速度起電力
定数Kが大きく影響することがうかがえる。(7)式
で速度起電力定数を推定する。
[0056] From <2.4> velocity correction electromotive force constant (6), in the position estimation based on the estimated speed electromotive force, that parameter error of IPM motor, in particular the speed electromotive force constant K E greatly affects I can see. The speed electromotive force constant is estimated by the equation (7).

【数21】 (Equation 21)

【0057】なお、<2.4>の速度起電力定数の補正
に関しては、上記の第8文献に関連する記載がある。
The correction of the speed electromotive force constant in <2.4> is described in connection with the eighth document.

【0058】ここで、本実施形態の<2.4>では、速
度起電力定数の補正は、(8)式で行う。
Here, in <2.4> of the present embodiment, the correction of the speed electromotive force constant is performed by equation (8).

【数22】 ここで、(8)式の右辺第2項は、速い応答性を持ち、
αは十分に小さい値なので(8)式の右辺第3項は、結
果として、遅い応答性を持つ。(8)式の右辺第3項
は、10秒以上の大きな時定数(反応が緩やかである)
を有している。ここで、「速い応答性」とは、時定数数
秒以下の応答であり、制御開始直後の速度起電力定数補
正を行う。また、「遅い応答性」とは、時定数10秒以
上の緩やかな応答であり、通電中巻線温度の上下によっ
て変化する速度起電力定数に応答する。(8)式の右辺
第3項の時定数はシグモイド(sgn)関数で表され、
時定数の値は、10秒以上が好ましい。その数値が好ま
しい理由は、モータの速度起電力定数が巻線温度によっ
て緩やかに変わる変化に追従するための項だからであ
る。(8)式の右辺第3項のαの値は、上記時定数を決
めるシグモイド関数のゲインであり、10−3(rpm
/V)以下が好ましい。その数値が好ましい理由は、モ
ータの速度起電力定数が巻線温度によって緩やかに変わ
る変化に追従するための項だからである。
(Equation 22) Here, the second term on the right side of the equation (8) has a fast response,
Since α is a sufficiently small value, the third term on the right side of the equation (8) has a slow response as a result. The third term on the right side of equation (8) is a large time constant of 10 seconds or more (the response is slow)
have. Here, the “fast response” is a response with a time constant of several seconds or less, and corrects the speed electromotive force constant immediately after the start of control. The “slow response” is a gradual response having a time constant of 10 seconds or more, and responds to a speed electromotive force constant that changes depending on the winding temperature during energization. The time constant of the third term on the right side of the equation (8) is represented by a sigmoid (sgn) function,
The value of the time constant is preferably 10 seconds or more. The reason why the numerical value is preferable is that it is a term for following a change in which the speed electromotive force constant of the motor changes gradually with the winding temperature. The value of α in the third term on the right side of the equation (8) is the gain of the sigmoid function that determines the time constant, and is 10 −3 (rpm
/ V) is preferred. The reason why the numerical value is preferable is that it is a term for following a change in which the speed electromotive force constant of the motor changes gradually with the winding temperature.

【0059】従来の速度起電力定数補正では、式(8)
の右辺第3項に対応する遅い応答性については、考慮さ
れていなかった。本実施形態では、これを考慮に入れた
補正を行うことにより、高精度な位置推定を行うことが
できる。ここまでの高精度な位置推定を行う必要が生じ
るのは、低電圧のIPMモータを高回転まで運転する必
要があるためである。
In conventional speed electromotive force constant correction, equation (8)
The slow responsiveness corresponding to the third term on the right side of was not considered. In the present embodiment, highly accurate position estimation can be performed by performing correction in consideration of this. The reason why it is necessary to perform the above-described highly accurate position estimation is that it is necessary to operate the low-voltage IPM motor up to high rotation.

【0060】次に、図6および図12を参照して、本実
施形態のIPMモータの電流制御について説明する。
Next, the current control of the IPM motor of this embodiment will be described with reference to FIGS.

【0061】なお、以下に説明する本実施形態のIPM
モータの電流制御に関連する技術が、特開平8−308
286号公報に記載されている。本実施形態と、同公報
記載の技術とでは、「突極を有する回転子を備えた同期
電動機の回転角速度を検出し、この回転角速度を利用し
て回転子の角度を推定し、その角度に基づいて3相コイ
ルへの通電を制御して同期電動機を制御する」という点
で共通するため、本実施形態においても、その共通技術
については、同公報記載の技術が適用可能である。
The IPM of the present embodiment described below
A technique related to motor current control is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-308.
No. 286. According to the present embodiment and the technology described in the publication, `` the rotational angular velocity of a synchronous motor having a rotor having salient poles is detected, the rotational angular velocity is used to estimate the angle of the rotor, and The synchronous motor is controlled by controlling the energization of the three-phase coil based on the control of the three-phase coil. "

【0062】特開平8−308286号公報には、次の
事項が示されている。回転子の実際の回転角速度とモデ
ルに基づいて推定した回転角速度との偏差が、q軸電流
とδ軸電流との電流偏差に比例するとして、回転子の推
定回転角速度を、前回の推定回転角速度と電流偏差とか
ら求める。回転子の実際の回転角度と前記モデルに基づ
いて推定した回転角度との偏差が、d軸電流とγ軸電流
との電流偏差に比例するとして、回転子の推定角度を、
前回の推定角度と推定回転角速度と電流偏差とから求め
る。実際の同期モータの回転角度とモデルを用いて推定
した回転角度との偏差Δθは、実際のモータ電流iγ
(d軸電流idに相当する電流)とモデルの電流iγと
の差に比例し、実際の同期モータの回転角速度とモデル
を用いて推定した回転角速度との偏差Δαは、実際のモ
ータ電流iδ(q軸電流iqに相当する電流)とモデル
の電流iδとの差に比例する。実際の回転角度とモデル
を用いて推定した角度とが良く一致していれば、Δθ≒
0となるので、Δiγ≒Δid,Δiδ≒Δiqと置き
換えをすることができる。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-308286 discloses the following matters. Assuming that the deviation between the actual rotational angular velocity of the rotor and the rotational angular velocity estimated based on the model is proportional to the current deviation between the q-axis current and the δ-axis current, the estimated rotational angular velocity of the rotor is calculated from the previous estimated rotational angular velocity. And the current deviation. Assuming that the deviation between the actual rotation angle of the rotor and the rotation angle estimated based on the model is proportional to the current deviation between the d-axis current and the γ-axis current, the estimated angle of the rotor is
It is determined from the previous estimated angle, the estimated rotational angular velocity, and the current deviation. The deviation Δθ between the actual rotation angle of the synchronous motor and the rotation angle estimated using the model is the actual motor current iγ
(Current corresponding to the d-axis current id) and the current iγ of the model, and the deviation Δα between the actual angular velocity of the synchronous motor and the rotational angular velocity estimated using the model is the actual motor current iδ ( (a current corresponding to the q-axis current iq) and the current iδ of the model. If the actual rotation angle and the angle estimated using the model match well, Δθ ≒
Since it is 0, it can be replaced with Δiγ ≒ Δid, Δiδ ≒ Δiq.

【0063】図6は、本実施形態の電流制御を行うため
の全体の構成を示している。図6に示すように、外部よ
りトルク指令Tがアナログ電圧入力で入ってくる。ト
ルク指令Tは最適電流テーブル21にて電流指令id
、iqへ変換され、検出電流id、iqとの差でP
I制御22を行なう。
FIG. 6 shows the overall configuration for performing the current control of the present embodiment. As shown in FIG. 6, a torque command T * is input from the outside by analog voltage input. The torque command T * is the current command id in the optimum current table 21.
* , Iq * and the difference between the detected currents id, iq
I control 22 is performed.

【0064】符号23は、電圧指令演算部を示してお
り、IPMモータ14の負荷状況などに基づいて与えら
れる電流指令Id、Iqと、電流id、iqとの偏
差に基づいて、dq座標軸上の目標電圧vd、vq
を算出する。ここで、上記電流id、iqは、実際にI
PMモータ14に流れている3相電流iu、iv、iw
を、3相/2相変換部24にてdq座標軸上の電流i
d、iqとして変換された値である。
Reference numeral 23 denotes a voltage command calculation unit, which is based on the deviation between the current commands Id * and Iq * given based on the load condition of the IPM motor 14 and the like and the current id and iq, and is based on the dq coordinate axis. Upper target voltages vd * , vq *
Is calculated. Here, the currents id and iq are actually I
Three-phase currents iu, iv, iw flowing through PM motor 14
Is converted by the three-phase / two-phase converter 24 into a current i on the dq coordinate axis.
These values are converted as d and iq.

【0065】2相/3相変換部26は、電圧指令演算部
23から指令される目標電圧vd、vqを実際の3
相の目標電圧vu、vv、vwに変換する。インバータ
13の前段には、図示せぬPWM制御部が設けられてい
る。PWM制御部は、3相の目標電圧vu、vv、vw
を、図示しない直流電源のオンオフにより実現するため
に、デューティに変換する。PWM制御部からのオンオ
フ信号に基づいて、インバータ13に設けられた6個の
スイッチング素子を制御して、IPMモータ14の3相
コイルのそれぞれに印加する電圧が制御される。
The two-phase / three-phase converter 26 converts the target voltages vd * and vq * commanded by the voltage command calculator 23
The target voltages vu, vv, vw of the phase are converted. A PWM control unit (not shown) is provided at a stage preceding the inverter 13. The PWM control unit includes three-phase target voltages vu, vv, vw
Is converted into a duty in order to realize by turning on and off a DC power supply (not shown). Voltages applied to each of the three-phase coils of the IPM motor 14 are controlled by controlling six switching elements provided in the inverter 13 based on an on / off signal from the PWM control unit.

【0066】3相/2相変換部24は、IPMモータ1
4の検出されたU相電流iu、V相電流iv、W相電流
iwと、回転子の推定位置θ(センサレスの場合)と
に基づいて、dq座標軸上の電流id、iqを算出す
る。
The three-phase / two-phase converter 24 is provided for the IPM motor 1
Based on the detected U-phase current iu, V-phase current iv, W-phase current iw, and the estimated rotor position θ M (in the case of no sensor), the currents id and iq on the dq coordinate axes are calculated.

【0067】図6において、破線はセンサ付の場合を示
しており、その際はレゾルバ信号から位置・速度を算出
している。センサレス運転の場合は速度・位置推定部4
1において、指令電圧vd、vq、フィードバック
電流id、iqなどから、回転子位置・速度を推定す
る。その推定位置をθで示し、推定速度をωMOで示
す。
In FIG. 6, the broken line shows the case with a sensor, and in this case, the position and speed are calculated from the resolver signal. Speed / position estimation unit 4 for sensorless operation
In step 1, the rotor position / speed is estimated from the command voltages vd * , vq * , the feedback currents id, iq, and the like. The estimated position indicated by theta M, indicating an estimated speed omega MO.

【0068】なお、図6のインバータ13は、図5のイ
ンバータに対応し、図6のIPMモータ14は、図5の
IPMモータ14に対応している。
The inverter 13 in FIG. 6 corresponds to the inverter in FIG. 5, and the IPM motor 14 in FIG. 6 corresponds to the IPM motor 14 in FIG.

【0069】図12は、図6の速度・位置推定部41の
詳細な構成を示している。
FIG. 12 shows a detailed configuration of the speed / position estimating section 41 of FIG.

【0070】図12に示すように、速度・位置推定部4
1は、指令電圧vd、vqとフィードバック電流i
d、iq(コントローラ内モータモデル25の入力)に
基づいて、推定位置θと推定速度ωMOを出力する。
As shown in FIG. 12, the speed / position estimating section 4
1 is the command voltage vd * , vq * and the feedback current i
d, based on iq (input of the controller in the motor model 25), and outputs the estimated position theta M and the estimated velocity omega MO.

【0071】図12の符号25は、図5のコントローラ
内仮想モデル25に対応し、図12の符号30は、図5
の位置・速度推定アルゴリズム部30に対応している。
図12の符号29の低速位置推定部が、<2.2>項で
述べた「極低速時の回転子位置推定」を行う。
Reference numeral 25 in FIG. 12 corresponds to the virtual model 25 in the controller in FIG. 5, and reference numeral 30 in FIG.
Corresponds to the position / velocity estimation algorithm unit 30 of FIG.
The low-speed position estimating unit 29 in FIG. 12 performs “rotor position estimation at extremely low speed” described in section <2.2>.

【0072】図12に示すように、コントローラ内モー
タモデル25は、前回(n−1)の印加電圧vd、v
から、今回(n)の検出電流を推定する。この推定
電流iγ(n)、iδ(n)と、前回の印加電圧によっ
て実際に流れた電流id、iqとの差であるΔiγ、Δ
δが位置・速度推定アルゴリズム部30に入力され
る。
As shown in FIG. 12, the motor model 25 in the controller uses the previous (n-1) applied voltages vd * , vd
The current detected (n) is estimated from q * . Δi γ , Δ which are differences between the estimated currents i γ (n), i δ (n) and the currents id, iq actually flowing by the previous applied voltage
i δ is input to the position / velocity estimation algorithm unit 30.

【0073】位置・速度推定アルゴリズム部30は、速
度起電力推定部31と、速度誤差推定部32と、LPF
(ローパスフィルタ)33と、速度推定部34と、位置
推定部35とを有している。
The position / speed estimation algorithm unit 30 includes a speed electromotive force estimation unit 31, a speed error estimation unit 32, an LPF
(Low-pass filter) 33, speed estimating unit 34, and position estimating unit 35.

【0074】速度起電力推定部31は、上記式(5)に
も示すように、δ軸電流誤差(Δiδ(n))を入力
し、前回の速度起電力e(n−1)を補正して、今回
の速度起電力e(n)を推定する。
The speed electromotive force estimator 31 receives the δ-axis current error (Δiδ (n)) and corrects the previous speed electromotive force e M (n−1), as shown in the above equation (5). Then, the current speed electromotive force e M (n) is estimated.

【0075】図12の符号51の起電力定数補正部が<
2.4>の式(8)で述べた「速度起電力定数の補正」
を行う。速度・位置推定部41に起電力定数補正部51
が設けられている点が、本実施形態の特徴の一つであ
る。
The electromotive force constant correction unit denoted by reference numeral 51 in FIG.
2.4> “correction of speed electromotive force constant” described in equation (8)
I do. The electromotive force constant correction unit 51 is added to the speed / position estimation unit 41.
Is one of the features of the present embodiment.

【0076】起電力定数補正部51は、式(8)にも示
すように、Δiγ(=id−iγ)を入力し、前回の速
度起電力定数K(n−1)を補正して、補正後の速度
起電力定数KEM(n)を出力する。
The electromotive force constant correction unit 51 receives Δi γ (= id−i γ ) and corrects the previous speed electromotive force constant K E (n−1), as shown in equation (8). Then, the corrected speed electromotive force constant K EM (n) is output.

【0077】速度推定部34および位置推定部35で
は、式(6)にも示すように、補正された速度起電力定
数Kと、速度起電力推定部31から出力された速度起
電力の推定値e(n)とを入力し、位置の推定値θ
(n)を出力する。
The speed estimating unit 34 and the position estimating unit 35 estimate the corrected speed electromotive force constant KE and the speed electromotive force output from the speed electromotive force estimating unit 31 as shown in equation (6). The value e M (n) is input and the estimated position value θ M
(N) is output.

【0078】図6に示すように、速度・位置推定部41
は、位置の推定値θ(n)を出力する。3相/2相変
換部24は、その位置の推定値θ(n)を入力し、I
PMモータ14からの検出電流iu、iv、iwからd
軸、q軸の電流id、iqに変換する。
As shown in FIG. 6, the speed / position estimating section 41
Outputs an estimated position value θ M (n). The three-phase / two-phase conversion unit 24 receives the estimated value θ M (n) of the position,
From the detected currents iu, iv, iw from the PM motor 14, d
The current is converted into currents id and iq on the axis and the q axis.

【0079】3.試験装置 <3.1>概略 試験装置概略図を図7に示す。電源はバッテリ電圧(D
C48V)である。主回路スイッチング素子はIGBT
モジュール(600A)を用いている。デバック用の位
置センサとしてレゾルバを備えており、推定で得られた
回転子の位置とレゾルバ読み値との比較が可能となって
いる。
3. Test Apparatus <3.1> Outline FIG. 7 shows a schematic view of the test apparatus. Power supply is battery voltage (D
C48V). Main circuit switching element is IGBT
A module (600A) is used. A resolver is provided as a position sensor for debugging, and it is possible to compare a rotor position obtained by estimation with a resolver reading value.

【0080】<3.2>IPMモータ モータに要求される運転特性及び供給される電源仕様を
以下に示す。図8に要求運転特性を示す。弱め界磁領域
が広く、最大トルクの要求される回転数:最高回転数=
1:8である。
<3.2> IPM Motor The operating characteristics required for the motor and the specifications of the supplied power are shown below. FIG. 8 shows the required operation characteristics. Rotational speed where the field of weakness is wide and maximum torque is required: Maximum rotational speed =
1: 8.

【0081】(モータに要求される運転特性及び供給さ
れる電源仕様) 最大出力:8.8kW 最大トルク:154.2Nm(at540rpm) 最高回転数:4,350rpm(at14.0Nm) 定格出力:8.8kW 定格トルク:47.7Nm 定格回転数:1,760rpm 端子間モータ入力最大電圧実効値:31.6V モータ入力最大電流実効値226A 電流位相:0°〜85°
(Operating characteristics required for the motor and power supply specifications) Maximum output: 8.8 kW Maximum torque: 154.2 Nm (at 540 rpm) Maximum rotation speed: 4,350 rpm (at 14.0 Nm) Rated output: 8. 8 kW Rated torque: 47.7 Nm Rated speed: 1,760 rpm Maximum effective motor input voltage between terminals: 31.6 V Maximum effective motor current value 226 A Current phase: 0 ° to 85 °

【0082】モータの定数を図15に示す。図15は、
モータ定数の測定値を示している。巻線抵抗Rは、0.
00947[Ω]である。速度起電力定数Kは、0.
0264[Vrms/rpm]である。d軸インダクタ
ンスLは、0.346[mH]である。q軸インダク
タンスLは、0.462[mH]である。突極比ρ
は、1.34である。
FIG. 15 shows the constants of the motor. FIG.
9 shows a measured value of a motor constant. The winding resistance R is 0.
00947 [Ω]. The speed electromotive force constant KE is set to 0.
0264 [Vrms / rpm]. d-axis inductance L d is a 0.346 [mH]. q-axis inductance L q is a 0.462 [mH]. Salient pole ratio ρ
Is 1.34.

【0083】<3.3>コントローラ IPMモータのコントローラ仕様を以下に示す。 CPU:HD6477034F20(SH7034) CPU動作周波数:20MHz 電流制御周期:200μsec<3.3> Controller The controller specifications of the IPM motor are shown below. CPU: HD6477034F20 (SH7034) CPU operating frequency: 20 MHz Current control cycle: 200 μsec

【0084】4.試験結果 <4.1>位置推定結果 センサレス運転時の位置推定結果を図9に示す。静止時
から約1,000rpmまでの推定結果である。細線が
推定結果、太線がレゾルバ読み値である。静止時の位置
推定(<2.1>)はサーボオン直後の0.3secで
完了し、100rpmより低速時は、極低速時の位置推
定(12.8msec毎に電圧16.3Vを1.6ms
ec間印加)(<2.2>)と、速度起電力推定に基づ
く位置推定(200μsec毎)(<2.4>)とを合
わせて行なっている。100rpm以上は、速度起電力
推定に基づく位置推定(<2.4>)のみを行なってい
る。ただし、減速時は、80rpm以上は速度起電力推
定に基づく位置推定(<2.4>)のみを行なう。
4. Test results <4.1> Position estimation results Figure 9 shows the position estimation results during sensorless operation. It is an estimation result from a standstill to about 1,000 rpm. The thin line is the estimation result, and the thick line is the resolver reading. Position estimation at rest (<2.1>) is completed in 0.3 seconds immediately after servo-on, and when the speed is lower than 100 rpm, position estimation at extremely low speed (voltage of 16.3 V every 12.8 msec is applied for 1.6 ms).
ec) (<2.2>) and position estimation based on speed electromotive force estimation (every 200 μsec) (<2.4>). At 100 rpm or more, only position estimation (<2.4>) based on speed electromotive force estimation is performed. However, at the time of deceleration, only position estimation (<2.4>) based on speed electromotive force estimation is performed at 80 rpm or more.

【0085】<4.2>運転領域測定結果 センサレス運転時の運転領域測定結果を図10に示す。
図8の要求運転領域よりややトルクが小さい。
<4.2> Operating Area Measurement Results FIG. 10 shows the operating area measurement results during sensorless operation.
The torque is slightly smaller than the required operation region in FIG.

【0086】<4.3>ステップ応答 ステップ上のトルク指令を与えた時の実測トルク応答を
計測した。その結果を図11に示す。ただし、トルク指
令には、ランプリミット処理がなされており、最大トル
ク指令まで1.64secかかる。
<4.3> Step Response An actually measured torque response when a torque command on a step was given was measured. The result is shown in FIG. However, a ramp limit process is performed on the torque command, and it takes 1.64 seconds to reach the maximum torque command.

【0087】5.考察 センサレス運転でトルクが低下する原因は、位置推定誤
差と考えられる。高速回転時では、誘起電圧を打ち消す
ために、弱め界磁電流Idを大量に流している。例え
ば、4350rpm回転時、トルク電流Iq=27Aに
対して約11倍ものId=300Aの弱め界磁電流を流
している。このような電流位相の場合、位置推定誤差が
少しでもあると、弱め界磁電流成分が、トルク電流成分
となってしまうために、大きなトルク変動を生じる。す
なわち、高速になればなるほど、位置推定誤差が及ぼす
トルク誤差は大きくなる。
5. Consideration The cause of the decrease in torque in sensorless operation is considered to be a position estimation error. During high-speed rotation, a large amount of field weakening current Id flows to cancel the induced voltage. For example, when rotating at 4350 rpm, a field-weakening current of Id = 300 A, which is about 11 times the torque current Iq = 27 A, is flowing. In the case of such a current phase, if the position estimation error is small, the field-weakening current component becomes a torque current component, causing a large torque fluctuation. That is, the higher the speed, the larger the torque error caused by the position estimation error.

【0088】また、回転時の位置推定には、前回の印加
電圧から流れる電流を推定しているが、コントローラの
持つ非線形性によって、指令通りの電圧が印加されない
ケースがある。デッドタイム、バッテリ電圧低下、IG
BTのON電圧などがその原因として考えられる。
In the position estimation during rotation, the current flowing from the previously applied voltage is estimated. However, there is a case where the voltage is not applied as instructed due to the nonlinearity of the controller. Dead time, low battery voltage, IG
The ON voltage of the BT may be considered as the cause.

【0089】[0089]

【発明の効果】本発明のモータ回転子の位置推定装置に
よれば、低電圧のIPMを高回転まで運転することがで
きる。
According to the motor rotor position estimating apparatus of the present invention, a low-voltage IPM can be operated up to a high rotation.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】図1は、本発明のモータ回転子の位置推定装置
の一実施形態の静止時の回転子位置を推定する動作を示
すフローチャートである。
FIG. 1 is a flowchart showing an operation of estimating a stationary rotor position of a motor rotor position estimating apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】図2は、本発明のモータ回転子の位置推定装置
の一実施形態が適用されるIPMモータのモデルを示す
図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating a model of an IPM motor to which an embodiment of the motor rotor position estimating apparatus according to the present invention is applied;

【図3】図3は、本発明のモータ回転子の位置推定装置
の一実施形態が適用されるIPMモータのdq軸等価回
路を示す回路図である。
FIG. 3 is a circuit diagram showing a dq-axis equivalent circuit of an IPM motor to which an embodiment of the motor rotor position estimating apparatus according to the present invention is applied;

【図4】図4は、本発明のモータ回転子の位置推定装置
の一実施形態の極低速時の回転子位置推定において、パ
ルス電圧印加時の電流応答を示すタイミングチャートで
ある。
FIG. 4 is a timing chart showing a current response when a pulse voltage is applied in estimating the rotor position at an extremely low speed in one embodiment of the motor rotor position estimating device of the present invention.

【図5】図5は、本発明のモータ回転子の位置推定装置
の一実施形態の通常回転時の回転子位置推定において、
速度起電力推定に回転子位置推定を行うため構成を示す
ブロック図である。
FIG. 5 is a diagram illustrating a rotor position estimation during normal rotation of the motor rotor position estimation device according to one embodiment of the present invention;
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration for performing rotor position estimation for speed electromotive force estimation.

【図6】図6は、本発明のモータ回転子の位置推定装置
の一実施形態において、IPMモータの電流制御を行う
ための構成を示すブロックである。
FIG. 6 is a block diagram showing a configuration for performing current control of an IPM motor in one embodiment of the motor rotor position estimating apparatus of the present invention.

【図7】図7は、本発明のモータ回転子の位置推定装置
の一実施形態において、試験を行うための試験装置の概
略を示す図である。
FIG. 7 is a diagram schematically showing a test device for performing a test in one embodiment of the motor rotor position estimating device of the present invention.

【図8】図8は、本発明のモータ回転子の位置推定装置
の一実施形態が適用されたモータの要求運転特性を示す
図である。
FIG. 8 is a diagram showing required driving characteristics of a motor to which an embodiment of the motor rotor position estimating device of the present invention is applied.

【図9】図9は、本発明のモータ回転子の位置推定装置
の一実施形態において、センサレス運転時の位置推定試
験結果を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing a position estimation test result during sensorless operation in one embodiment of the motor rotor position estimation device of the present invention.

【図10】図10は、本発明のモータ回転子の位置推定
装置の一実施形態において、センサレス運転時の運転領
域測定結果を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing an operation area measurement result during sensorless operation in one embodiment of the motor rotor position estimating device of the present invention.

【図11】図11は、本発明のモータ回転子の位置推定
装置の一実施形態において、ステップ上のトルク指令を
与えたときの実測トルク応答を計測した結果を示す図で
ある。
FIG. 11 is a diagram showing a result of measuring an actually measured torque response when a torque command on a step is given in one embodiment of the motor rotor position estimating device of the present invention.

【図12】図12は、本発明のモータ回転子の位置推定
装置の一実施形態において、速度・位置推定部の詳細な
構成を示すブロック図である。
FIG. 12 is a block diagram showing a detailed configuration of a speed / position estimating unit in one embodiment of the motor rotor position estimating device of the present invention.

【図13】図13は、本発明のモータ回転子の位置推定
装置の一実施形態において、モータの回転数に応じて実
施される位置推定を示す図である。
FIG. 13 is a diagram showing position estimation performed according to the number of rotations of the motor in one embodiment of the motor rotor position estimation device of the present invention.

【図14】図14は、本発明のモータ回転子の位置推定
装置の一実施形態において、極低速時の位置推定誤差を
示す図である。
FIG. 14 is a diagram showing a position estimation error at an extremely low speed in one embodiment of the motor rotor position estimation device of the present invention.

【図15】図15は、本発明のモータ回転子の位置推定
装置の一実施形態が適用されたモータの定数を示す図で
ある。
FIG. 15 is a diagram showing constants of a motor to which an embodiment of the motor rotor position estimating apparatus according to the present invention is applied;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

13 インバータ 14 IPMモータ 21 最適電流テーブル 23 電圧指令演算部 24 3相/2相変換部 25 コントローラ内仮想モデル 26 2相/3相変換部 29 低速位置推定部 30 位置・速度推定アルゴリズム部 31 速度起電力推定部 32 速度誤差推定部 33 LPF 34 速度推定部 35 位置推定部 41 速度・位置推定部 51 起電力定数補正部 T トルク指令13 Inverter 14 IPM Motor 21 Optimum Current Table 23 Voltage Command Calculator 24 3-Phase / 2-Phase Converter 25 Virtual Model in Controller 26 2-Phase / 3-Phase Converter 29 Low-Speed Position Estimator 30 Position / Speed Estimation Algorithm 31 Speed Start Power estimation unit 32 Speed error estimation unit 33 LPF 34 Speed estimation unit 35 Position estimation unit 41 Speed / position estimation unit 51 Electromotive force constant correction unit T * Torque command

フロントページの続き Fターム(参考) 3L061 BE02 5H560 AA02 AA08 BB04 BB17 DA10 DA14 DB14 DC12 EB01 EC01 GG04 HC02 RR05 SS01 TT12 TT15 UA02 XA02 XA04 XA08 XA13 5H576 AA10 AA15 BB10 CC01 DD02 DD07 EE01 EE11 FF05 FF07 FF08 GG02 GG04 GG07 HA04 HB02 JJ03 JJ06 JJ23 JJ24 KK06 LL14 LL22 LL40 LL41Continued on the front page F-term (reference) 3L061 BE02 5H560 AA02 AA08 BB04 BB17 DA10 DA14 DB14 DC12 EB01 EC01 GG04 HC02 RR05 SS01 TT12 TT15 UA02 XA02 XA04 XA08 XA13 5H576 AA10 AA15 BB10 CC01 DD02 DD07 FF01 GG02 JJ03 JJ06 JJ23 JJ24 KK06 LL14 LL22 LL40 LL41

Claims (21)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 モータの回転子の位置を推定する位置推
定部を備えたモータ回転子の位置推定装置であって、 前記位置推定部は、前記モータの速度起電力定数K
基づいて、前記回転子の位置を推定し、 前記速度起電力定数Kは、下記式により求められるK
EM(n)である 【数1】 ここで、前記KEM(n−1)は、前記回転子の位置が
推定される前の前記速度起電力定数であり、前記K
は、起電力定数推定ゲインであり、前記Δiγは、前
記モータから検出されると推定される推定電流と前記モ
ータに実際に流れた実電流の差であり、前記αは、十分
に小さい値であるモータ回転子の位置推定装置。
1. A position estimation device of a motor rotor provided with a position estimation unit for estimating the position of the rotor of the motor, the position estimating unit, based on the speed electromotive force constant K E of the motor, The position of the rotor is estimated, and the speed electromotive force constant K E is calculated by the following equation.
EM (n) Here, the K EM (n-1) is the speed electromotive force constant before the position of the rotor is estimated.
k is an electromotive force constant estimation gain, Δiγ is a difference between an estimated current estimated to be detected from the motor and an actual current actually flowing in the motor, and α is a sufficiently small value. A motor rotor position estimating device.
【請求項2】 モータの回転子の位置を推定する位置推
定部を備えたモータ回転子の位置推定装置であって、 前記位置推定部は、前記モータの速度起電力を推定し、
前記推定された速度起電力および前記モータの速度起電
力定数Kに基づいて、前記回転子の位置を推定し、 前記速度起電力定数Kは、下記式により求められるK
EM(n)である 【数2】 ここで、前記KEM(n−1)は、前記回転子の位置が
推定される前の前記速度起電力定数であり、前記K
は、起電力定数推定ゲインであり、前記Δiγは、前
記モータから検出されると推定される推定電流と前記モ
ータに実際に流れた実電流の差であり、前記αは、前記
シグモイド関数のゲインであり、十分に小さい値である
モータ回転子の位置推定装置。
2. A motor rotor position estimating device including a position estimating unit for estimating a position of a motor rotor, wherein the position estimating unit estimates a speed electromotive force of the motor,
Based on the estimated speed electromotive force and the speed electromotive force constant K E of the motor to estimate the position of the rotor, the speed electromotive force constant K E is obtained by the following equation K
EM (n) Here, the K EM (n-1) is the speed electromotive force constant before the position of the rotor is estimated.
k is an electromotive force constant estimation gain, Δiγ is the difference between the estimated current estimated to be detected from the motor and the actual current actually flowing through the motor, and α is the sigmoid function. A motor rotor position estimating device that is a gain and a sufficiently small value.
【請求項3】 請求項1または2に記載のモータ回転子
の位置推定装置において、 前記式における前記KΔiγの項は、速い応答性を持
ち、前記αsgn(Δiγ)の項は、遅い応答性を持つ
モータ回転子の位置推定装置。
3. The motor rotor position estimating device according to claim 1, wherein the term K k Δiγ in the equation has a fast response, and the term αsgn (Δiγ) has a slow response. Estimating device for motor rotor.
【請求項4】 請求項1から3のいずれか1項に記載の
モータ回転子の位置推定装置において、 前記αsgn(Δiγ)の項は、10秒以上の時定数を
有しているモータ回転子の位置推定装置。
4. The motor rotor position estimating device according to claim 1, wherein the term αsgn (Δiγ) has a time constant of 10 seconds or more. Position estimation device.
【請求項5】 請求項1から4のいずれか1項に記載の
モータ回転子の位置推定装置において、 前記モータは、IPMモータであるモータ回転子の位置
推定装置。
5. The motor rotor position estimating device according to claim 1, wherein the motor is an IPM motor.
【請求項6】 請求項1から5のいずれか1項に記載の
モータ回転子の位置推定装置において、 前記モータの(最大トルク時速度:最高速度)は(1:
8)以上であるモータ回転子の位置推定装置。
6. The motor rotor position estimating device according to claim 1, wherein (maximum torque speed: maximum speed) of the motor is (1:
8) The apparatus for estimating the position of the motor rotor as described above.
【請求項7】 モータの回転子の位置θを推定するモ
ータ回転子の位置推定装置であって、 前記モータに対して印加された印加電圧に基づいて、前
記モータから検出される電流を推定電流として推定する
電流推定部と、 前記推定電流が推定される前に前記印加電圧によって前
記モータに実際に流れた実電流を検出する電流検出部
と、 前記推定電流と前記実電流に基づいて、前記回転子の位
置θを推定する位置推定部とを備え、 前記位置推定部は、下記式により前記回転子の位置θ
を推定し、 【数3】 ここで、前記θ(n)は、前記推定される前記回転子
の位置θであり、前記θ(n−1)は、前記推定さ
れる前の前記回転子の位置であり、前記Tは、前記電流
が制御されるときの周期であり、前記Kは、前記モー
タの速度起電力定数であり、前記e(n)は、推定さ
れた速度起電力であり、前記Zは、位置推定誤差の補正
量であり、 前記式の前記Kには、下記式により求められるKEM
(n)が代入される 【数4】 ここで、前記KEM(n−1)は、前記推定される前の
前記速度起電力定数であり、前記Kは、起電力定数推
定ゲインであり、前記Δiγは、前記推定電流と前記実
電流の差であり、前記αは、十分に小さい値であるモー
タ回転子の位置推定装置。
7. A motor rotor position estimating device for estimating a rotor position θ M of a motor, wherein a current detected from the motor is estimated based on an applied voltage applied to the motor. A current estimating unit for estimating as a current, a current detecting unit for detecting an actual current actually flowing to the motor by the applied voltage before the estimated current is estimated, based on the estimated current and the actual current, A position estimating unit for estimating the position θ M of the rotor, wherein the position estimating unit calculates the position θ M of the rotor by the following equation.
, And Here, the θ M (n) is the estimated position of the rotor θ M , the θ M (n−1) is the position of the rotor before the estimation, T is the cycle when the current is controlled, K E is the speed electromotive force constant of the motor, e M (n) is the estimated speed electromotive force, and Z is , A correction amount of the position estimation error, and the K E in the above equation is K EM obtained by the following equation.
(N) is substituted. Here, the K EM (n−1) is the speed electromotive force constant before the estimation, the K k is an electromotive force constant estimation gain, and the Δiγ is the estimated current and the actual current. The motor rotor position estimating apparatus, wherein the difference is a current, and the α is a sufficiently small value.
【請求項8】 請求項7に記載のモータ回転子の位置推
定装置において、 前記Zは、下記式により求められる 【数5】 ここで、前記Kθは位置推定ゲインであり、前記ωM0
(n−1)は、前記推定される前の前記回転子の速度で
あり、前記Δiγ(n)は、前記推定電流と前記実電流
の差であるモータ回転子の位置推定装置。
8. The motor rotor position estimating apparatus according to claim 7, wherein said Z is obtained by the following equation. Here, the K θ is a position estimation gain, and the ω M0
(N−1) is the speed of the rotor before the estimation, and the Δi γ (n) is the difference between the estimated current and the actual current.
【請求項9】 請求項8に記載のモータ回転子の位置推
定装置において、 前記Δiγ(n)は、前記実電流であるd軸電流と前記
推定電流であるγ軸電流の差であるモータ回転子の位置
推定装置。
9. The motor rotor position estimating apparatus according to claim 8, wherein the Δi γ (n) is a difference between the d-axis current as the actual current and the γ-axis current as the estimated current. Rotor position estimation device.
【請求項10】 請求項1から7のいずれか1項に記載
のモータ回転子の位置推定装置において、 前記Δiγは、前記実電流であるd軸電流と前記推定電
流であるγ軸電流の差であるモータ回転子の位置推定装
置。
10. The motor rotor position estimating apparatus according to claim 1, wherein Δiγ is a difference between the d-axis current as the actual current and the γ-axis current as the estimated current. A motor rotor position estimating device.
【請求項11】 請求項2から10のいずれか1項に記
載のモータ回転子の位置推定装置において、 前記推定された速度起電力e(n)は、下記式により
求められる 【数6】 ここで、前記e(n−1)は、前記推定される前の速
度起電力であり、前記Kは、速度起電力推定ゲインで
あり、前記Δiδ(n)は、前記推定電流と前記実電流
の差であるモータ回転子の位置推定装置。
11. The motor rotor position estimating apparatus according to claim 2, wherein the estimated speed electromotive force e M (n) is obtained by the following equation. Here, the e M (n-1) is a speed electromotive force prior to the estimated, the K e is the estimated speed electromotive force gain, the Δi δ (n), the estimated current and An apparatus for estimating a position of the motor rotor, which is a difference between the actual currents.
【請求項12】 請求項11記載のモータ回転子の位置
推定装置において、 前記Δiδ(n)は、前記実電流であるq軸電流と前記
推定電流であるδ軸電流の差であるモータ回転子の位置
推定装置。
12. The motor rotor position estimating apparatus according to claim 11, wherein Δi δ (n) is a difference between the q-axis current as the actual current and the δ-axis current as the estimated current. Child position estimation device.
【請求項13】 請求項1から12のいずれか1項に記
載のモータ回転子の位置推定装置において、 前記位置推定部は、前記モータの運転中は前記モータの
回転数に関わらず前記回転子の位置を推定するモータ回
転子の位置推定装置。
13. The motor rotor position estimating device according to claim 1, wherein the position estimating unit is configured to control the rotation of the rotor regardless of the number of rotations of the motor during operation of the motor. Position estimating device for estimating the position of the motor rotor.
【請求項14】 請求項1から13のいずれか1項に記
載のモータ回転子の位置推定装置において、 前記位置推定部は、前記モータの静止時には、前記モー
タのU、V、W相巻線に同じ大きさのパルス電圧を印加
し、前記U、V、W相巻線のそれぞれに流れる電流の大
きさを比較し、前記比較の結果に基づいて、前記回転子
の位置を推定するモータ回転子の位置推定装置。
14. The motor rotor position estimating device according to claim 1, wherein the position estimating unit includes a U, V, and W-phase winding of the motor when the motor is stationary. And applying a pulse voltage of the same magnitude to each of the U, V, and W phase windings, comparing the magnitudes of currents flowing through the respective windings, and estimating the position of the rotor based on the result of the comparison. Child position estimation device.
【請求項15】 請求項1から14のいずれか1項に記
載のモータ回転子の位置推定装置において、 前記位置推定部は、前記モータの低速時には、d軸指令
電圧にパルス電圧を重畳し、そのときの電流変化量に基
づいて、前記推定された回転子の位置と実際の回転子の
位置との差を推定するモータ回転子の位置推定装置。
15. The motor rotor position estimating device according to claim 1, wherein the position estimating unit superimposes a pulse voltage on a d-axis command voltage when the motor is at a low speed, A motor rotor position estimating device for estimating a difference between the estimated rotor position and an actual rotor position based on a current change amount at that time.
【請求項16】 請求項1から15のいずれか1記載の
モータ回転子の位置推定装置において、 前記モータの最大トルクは、125[Nm]であり、前
記モータの最大回転数は4350[rpm]であるモー
タ回転子の位置推定装置。
16. The motor rotor position estimating device according to claim 1, wherein the maximum torque of the motor is 125 [Nm], and the maximum rotation speed of the motor is 4350 [rpm]. A motor rotor position estimating device.
【請求項17】 請求項1から16のいずれか1項に記
載のモータ回転子の位置推定装置が適用されたモータ。
17. A motor to which the motor rotor position estimating device according to claim 1 is applied.
【請求項18】 請求項17に記載のモータが適用され
た電気自動車であって、 前記モータの電源には、前記電気自動車に搭載されるバ
ッテリの限られた低電圧が用いられる電気自動車。
18. An electric vehicle to which the motor according to claim 17 is applied, wherein a limited low voltage of a battery mounted on the electric vehicle is used as a power source of the motor.
【請求項19】 請求項17に記載のモータが適用され
たエアコン。
19. An air conditioner to which the motor according to claim 17 is applied.
【請求項20】 モータの回転子の位置を推定するモー
タ回転子の位置推定方法であって、(a) 前記モータ
の速度起電力定数Kに基づいて、前記回転子の位置を
推定するステップと、(b) 前記速度起電力定数K
は、下記式により求められるKEM(n)であるとして
前記(a)を実行するステップとを備え、 【数7】 ここで、前記KEM(n−1)は、前記回転子の位置が
推定される前の前記速度起電力定数であり、前記K
は、起電力定数推定ゲインであり、前記Δiγは、前
記モータから検出されると推定される推定電流と前記モ
ータに実際に流れた実電流の差であり、前記αは、十分
に小さい値であるモータ回転子の位置推定方法。
20. A motor rotor position estimating method for estimating a position of a rotor of a motor, the method comprising: (a) estimating a position of the rotor based on a speed electromotive force constant K E of the motor; And (b) the speed electromotive force constant K E
Comprises the step of executing (a) assuming that K EM (n) is determined by the following equation: Here, the K EM (n-1) is the speed electromotive force constant before the position of the rotor is estimated.
k is an electromotive force constant estimation gain, Δiγ is a difference between an estimated current estimated to be detected from the motor and an actual current actually flowing in the motor, and α is a sufficiently small value. Is a method for estimating the position of the motor rotor.
【請求項21】 請求項20記載のモータ回転子の位置
推定方法の各ステップをコンピュータに実行させるプロ
グラム。
21. A program for causing a computer to execute each step of the motor rotor position estimating method according to claim 20.
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