JP2003018875A - モータの回転速度制御装置 - Google Patents
モータの回転速度制御装置Info
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- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
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- H02P25/02—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
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- Control Of Electric Motors In General (AREA)
- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 モータに印加される電圧および電流を検出し
て回転速度およびトルクを制御できるモータの回転速度
制御装置を実現する。 【解決手段】 モータの基準速度と推定速度とを比較し
て誤差値を補償するための基準磁束成分電流および基準
トルク成分電流を固定座標系のα軸基準電圧およびβ軸
基準電圧として出力する回転／静止座標変換部37と、3
相電流の入力を受けてα軸電流およびβ軸電流を出力す
る2相電流発生部40と、α軸基準電圧、β軸基準電圧、
α軸電流、β軸電流および基準速度に基づいてモータ内
の回転子の位置および回転速度を推定して、モータの回
転速度およびトルクを制御する速度／位置推定演算部42
と、を備えてモータの回転速度制御装置を構成する。
て回転速度およびトルクを制御できるモータの回転速度
制御装置を実現する。 【解決手段】 モータの基準速度と推定速度とを比較し
て誤差値を補償するための基準磁束成分電流および基準
トルク成分電流を固定座標系のα軸基準電圧およびβ軸
基準電圧として出力する回転／静止座標変換部37と、3
相電流の入力を受けてα軸電流およびβ軸電流を出力す
る2相電流発生部40と、α軸基準電圧、β軸基準電圧、
α軸電流、β軸電流および基準速度に基づいてモータ内
の回転子の位置および回転速度を推定して、モータの回
転速度およびトルクを制御する速度／位置推定演算部42
と、を備えてモータの回転速度制御装置を構成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、モータの回転速度
を制御する装置に関し、詳しくは、モータに印加される
電圧および電流を検出して回転速度およびトルクを制御
できる、モータの回転速度制御装置に関する。
を制御する装置に関し、詳しくは、モータに印加される
電圧および電流を検出して回転速度およびトルクを制御
できる、モータの回転速度制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、モータ、特に、同期リラクタン
スモータ（Synchronous ReluctanceMotor、SynRM）の
速度制御装置は、瞬時トルク制御において、モータの速
度情報または磁束情報が必須であるため、ホールセンサ
（Hall Sensor）またはレゾルバ（Resolver）もしくは
パルスエンコーダのようなモータの回転速度情報センサ
や磁束センサが必要である。これらのセンサは、設置が
難しく、設置環境に敏感であり、ノイズ環境に脆弱であ
るだけでなく、コスト上昇の原因にもなる。
スモータ（Synchronous ReluctanceMotor、SynRM）の
速度制御装置は、瞬時トルク制御において、モータの速
度情報または磁束情報が必須であるため、ホールセンサ
（Hall Sensor）またはレゾルバ（Resolver）もしくは
パルスエンコーダのようなモータの回転速度情報センサ
や磁束センサが必要である。これらのセンサは、設置が
難しく、設置環境に敏感であり、ノイズ環境に脆弱であ
るだけでなく、コスト上昇の原因にもなる。
【０００３】一方、速度センサを使用しないベクトル制
御方式は、モータの回転子抵抗の変化に対する速度誤差
補正を行わずに速度およびトルクを制御する。
御方式は、モータの回転子抵抗の変化に対する速度誤差
補正を行わずに速度およびトルクを制御する。
【０００４】ここで、従来の同期リラクタンスモータの
各軸を説明する。図2に示したように、固定子側の3相の
軸（U、V、W 軸）はそれぞれ120°の位相差を有する。
α軸およびβ軸は静止座標系の軸、d軸およびq軸は回転
座標系の軸、をそれぞれ意味する。図中の回転子の磁束
角（θｅ）は、U軸を基準にしてd軸との位相差を示した
角度である。
各軸を説明する。図2に示したように、固定子側の3相の
軸（U、V、W 軸）はそれぞれ120°の位相差を有する。
α軸およびβ軸は静止座標系の軸、d軸およびq軸は回転
座標系の軸、をそれぞれ意味する。図中の回転子の磁束
角（θｅ）は、U軸を基準にしてd軸との位相差を示した
角度である。
【０００５】従来の同期リラクタンスモータの回転速度
制御装置においては、図3に示したように、基準速度（w
ｍ *）と推定速度（wｍ）とが比較されて得られた誤差値
の入力を受け、この誤差値を補償するための基準トルク
成分電流（iｑ *）を出力する第1比例積分（PI）制御部1
2と、基準磁束成分電流（iｄ *）と実際の磁束成分電流
（iｄ）とが比較されて得られた誤差値の入力を受け、
この誤差値を補償するための基準磁束成分電流を基準磁
束成分電圧（vｄ *）として出力する第2比例積分制御部1
5と、基準トルク成分電流（iｑ *）と実際のトルク成分
電流（iｑ）との誤差値の入力を受け、この誤差値を補
償するための基準トルク成分電流を基準トルク成分電圧
（vｑ *）として出力する第3比例積分制御部16と、基準
磁束成分電圧（vｄ *）および基準トルク成分電圧
（vｑ *）を実際の磁束角（θ）におけるサイン値および
コサイン値（sinθ、cosθ）に従って回転座標系から固
定座標系に変換して出力する回転／静止座標変換部17
と、固定座標系の基準磁束成分電圧（vｄ *）およびトル
ク成分電圧（vｑ *）を3相電圧（Vas, Vbs, Vcs）に変換
して出力する3相電圧発生部18と、3相電圧発生部18から
発生された3相電圧（Vas, Vbs, Vcs）を同期リラクタン
スモータ（SynRM）に印加するインバータ部19と、同期
リラクタンスモータ（SynRM）の回転子の位置を検出す
る回転子位置検出部22と、検出された回転子の位置から
推定速度（Wｍ）を出力する速度演算部24と、検出され
た回転子の位置から実際の磁束角（θ）におけるサイン
値およびコサイン値（sinθ、cosθ）を発生して出力す
る信号発生部23と、同期リラクタンスモータ（SynRM）
が回転する時に検出される3相電流を2相電流（iα,
iβ）に変換して出力する2相電流発生部20と、2相電流
（iα, iβ）を回転座標系に変換して実際のトルク成分
電流（iｑ）および磁束成分電流（iｄ）として出力する
静止／回転座標変換部21と、を備えて構成される。
制御装置においては、図3に示したように、基準速度（w
ｍ *）と推定速度（wｍ）とが比較されて得られた誤差値
の入力を受け、この誤差値を補償するための基準トルク
成分電流（iｑ *）を出力する第1比例積分（PI）制御部1
2と、基準磁束成分電流（iｄ *）と実際の磁束成分電流
（iｄ）とが比較されて得られた誤差値の入力を受け、
この誤差値を補償するための基準磁束成分電流を基準磁
束成分電圧（vｄ *）として出力する第2比例積分制御部1
5と、基準トルク成分電流（iｑ *）と実際のトルク成分
電流（iｑ）との誤差値の入力を受け、この誤差値を補
償するための基準トルク成分電流を基準トルク成分電圧
（vｑ *）として出力する第3比例積分制御部16と、基準
磁束成分電圧（vｄ *）および基準トルク成分電圧
（vｑ *）を実際の磁束角（θ）におけるサイン値および
コサイン値（sinθ、cosθ）に従って回転座標系から固
定座標系に変換して出力する回転／静止座標変換部17
と、固定座標系の基準磁束成分電圧（vｄ *）およびトル
ク成分電圧（vｑ *）を3相電圧（Vas, Vbs, Vcs）に変換
して出力する3相電圧発生部18と、3相電圧発生部18から
発生された3相電圧（Vas, Vbs, Vcs）を同期リラクタン
スモータ（SynRM）に印加するインバータ部19と、同期
リラクタンスモータ（SynRM）の回転子の位置を検出す
る回転子位置検出部22と、検出された回転子の位置から
推定速度（Wｍ）を出力する速度演算部24と、検出され
た回転子の位置から実際の磁束角（θ）におけるサイン
値およびコサイン値（sinθ、cosθ）を発生して出力す
る信号発生部23と、同期リラクタンスモータ（SynRM）
が回転する時に検出される3相電流を2相電流（iα,
iβ）に変換して出力する2相電流発生部20と、2相電流
（iα, iβ）を回転座標系に変換して実際のトルク成分
電流（iｑ）および磁束成分電流（iｄ）として出力する
静止／回転座標変換部21と、を備えて構成される。
【０００６】以下、このように構成された従来の同期リ
ラクタンスモータの回転速度制御装置の動作について、
図面を参照して説明する。
ラクタンスモータの回転速度制御装置の動作について、
図面を参照して説明する。
【０００７】まず、第1減算部11は、基準速度（Wｅ *）
と、同期リラクタンスモータ（SynRM）が回転するとき
回転子位置検出部22により検出された推定速度（Wｅ）
と、の間の誤差値を求めて第1比例積分制御部12に出力
する。
と、同期リラクタンスモータ（SynRM）が回転するとき
回転子位置検出部22により検出された推定速度（Wｅ）
と、の間の誤差値を求めて第1比例積分制御部12に出力
する。
【０００８】一方、第2減算部14は、基準磁束成分電流
（iｄ *）と静止／回転座標変換部21から出力される実際
の磁束成分電流（iｄ）とを比較して誤差値を第2比例積
分制御部15に出力する。
（iｄ *）と静止／回転座標変換部21から出力される実際
の磁束成分電流（iｄ）とを比較して誤差値を第2比例積
分制御部15に出力する。
【０００９】次いで、第2比例積分制御部15は、第2減算
部14により比較された誤差値を補償するための基準磁束
成分電流（iｄ *）の基準磁束成分電圧（vｄ *）を回転／
静止座標変換部17に出力する。この時、第3減算部13
は、第1比例積分制御部12から出力される基準トルク成
分電流（iｑ *）と静止／同期座標変換部21から出力され
る実際のトルク成分電流（iｑ）とを比較する。
部14により比較された誤差値を補償するための基準磁束
成分電流（iｄ *）の基準磁束成分電圧（vｄ *）を回転／
静止座標変換部17に出力する。この時、第3減算部13
は、第1比例積分制御部12から出力される基準トルク成
分電流（iｑ *）と静止／同期座標変換部21から出力され
る実際のトルク成分電流（iｑ）とを比較する。
【００１０】次いで、第3比例積分制御部16は、第3減算
部13により比較された誤差値を補償するための基準トル
ク成分電流（iｑ *）の基準トルク成分電圧（vｄ *）を同
期／静止座標変換部17に出力する。この時、第2比例積
分制御部15から出力される基準磁束成分電圧（vｄ *）は
回転／静止座標変換部17に出力される。
部13により比較された誤差値を補償するための基準トル
ク成分電流（iｑ *）の基準トルク成分電圧（vｄ *）を同
期／静止座標変換部17に出力する。この時、第2比例積
分制御部15から出力される基準磁束成分電圧（vｄ *）は
回転／静止座標変換部17に出力される。
【００１１】次いで、回転／静止座標変換部17は、基準
磁束成分電圧（vｄ *）、基準トルク成分電圧（vｑ *）お
よび信号発生部23から出力される実際の磁束角（θ）に
おけるサイン値およびコサイン値（sinθ、cosθ）の入
力を受けて、固定座標系上の基準電圧（vα *，vβ *）を
発生して3相電圧発生部18に出力する。
磁束成分電圧（vｄ *）、基準トルク成分電圧（vｑ *）お
よび信号発生部23から出力される実際の磁束角（θ）に
おけるサイン値およびコサイン値（sinθ、cosθ）の入
力を受けて、固定座標系上の基準電圧（vα *，vβ *）を
発生して3相電圧発生部18に出力する。
【００１２】次いで、3相電圧発生部18は、固定座標系
上の基準電圧（vα *，vβ *）を固定座標系の3相電圧（V
as, Vbs, Vcs）に変換してインバータ部19に出力する。
上の基準電圧（vα *，vβ *）を固定座標系の3相電圧（V
as, Vbs, Vcs）に変換してインバータ部19に出力する。
【００１３】次いで、インバータ部19は、3相電圧発生
部18から出力される3相電圧（Vas, V bs, Vcs）を同期リ
ラクタンスモータ（SynRM）に印加する。この時、該同
期リラクタンスモータ（SynRM）の回転子の位置を検出
する回転子位置検出部22は、速度演算部24により推定さ
れた速度（Wｍ）を第1減算部11に出力する。
部18から出力される3相電圧（Vas, V bs, Vcs）を同期リ
ラクタンスモータ（SynRM）に印加する。この時、該同
期リラクタンスモータ（SynRM）の回転子の位置を検出
する回転子位置検出部22は、速度演算部24により推定さ
れた速度（Wｍ）を第1減算部11に出力する。
【００１４】一方、2相電流発生部20は、同期リラクタ
ンスモータ（SynRM）が回転する時に検出された3相電流
の入力を受けて、静止座標系の磁束成分電流（iα）お
よびトルク成分電流（iβ）を発生し、それらを静止／
同期座標変換部21に出力する。
ンスモータ（SynRM）が回転する時に検出された3相電流
の入力を受けて、静止座標系の磁束成分電流（iα）お
よびトルク成分電流（iβ）を発生し、それらを静止／
同期座標変換部21に出力する。
【００１５】ここで、正常状態における同期リラクタン
スモータ（SynRM）のd軸およびq軸電圧は、図4に示した
ようになり、リラクタンスモータ（SynRM）の電圧方程
式を回転軸のd軸およびq軸上に表現すると、式（1）の
ようになる。
スモータ（SynRM）のd軸およびq軸電圧は、図4に示した
ようになり、リラクタンスモータ（SynRM）の電圧方程
式を回転軸のd軸およびq軸上に表現すると、式（1）の
ようになる。
【００１６】
【数１１】
【００１７】上式中、vｄ, vｑは電圧のd軸およびq軸成
分、iｄ, iｑは電流のd軸およびq軸成分、Rｓは同期リ
ラクタンスモータ（SynRM）の固定子側抵抗、Lｄ, Lｑ
はd軸およびq軸のインダクタンス、をそれぞれ意味する
ものである。
分、iｄ, iｑは電流のd軸およびq軸成分、Rｓは同期リ
ラクタンスモータ（SynRM）の固定子側抵抗、Lｄ, Lｑ
はd軸およびq軸のインダクタンス、をそれぞれ意味する
ものである。
【００１８】そして、同期リラクタンスモータ（SynR
M）が正常状態であると、式（1）の電流微分項は「0」
になるので式（2）のように表現され、また、トルク方
程式は式（3）のように表現することができる。
M）が正常状態であると、式（1）の電流微分項は「0」
になるので式（2）のように表現され、また、トルク方
程式は式（3）のように表現することができる。
【００１９】
【数１２】
【００２０】上式中、WeLq=Xd, WeLq=Xqで、それぞれd
軸およびq軸のリアクタンスを示したものである。従っ
て、式（2）をベクトル図で示すと図4に示すようにな
る。また、トルク方程式は式（3）のように表現するこ
とができる。
軸およびq軸のリアクタンスを示したものである。従っ
て、式（2）をベクトル図で示すと図4に示すようにな
る。また、トルク方程式は式（3）のように表現するこ
とができる。
【００２１】
【数１３】
【００２２】上式中、Lｄ，Lｑはそれぞれd軸、q軸のイ
ンダクタンス、δは相電圧Vsとq軸電流との位相差を示
した角、Pは同期リラクタンスモータ（SynRM）内の回転
子の極数、をそれぞれ示したものである。
ンダクタンス、δは相電圧Vsとq軸電流との位相差を示
した角、Pは同期リラクタンスモータ（SynRM）内の回転
子の極数、をそれぞれ示したものである。
【００２３】ここで、トルクはVｓ／Wｅおよびｓｉｎ２
δに比例する。また、トルクは、V ｓ／Wｅが一定である
場合、δが45°であるとき最大になる。
δに比例する。また、トルクは、V ｓ／Wｅが一定である
場合、δが45°であるとき最大になる。
【００２４】併し、過度状態にあるとき、電流には高調
波成分および直流オフセット電圧が含まれるので、電流
の微分項が「0」にならない。従って、高調波成分およ
び直流オフセット電圧が包含された状態で同期リラクタ
ンスモータの回転子速度および位置を検出するようにな
る。
波成分および直流オフセット電圧が含まれるので、電流
の微分項が「0」にならない。従って、高調波成分およ
び直流オフセット電圧が包含された状態で同期リラクタ
ンスモータの回転子速度および位置を検出するようにな
る。
【００２５】
【発明が解決しようとする課題】然るに、このような従
来の同期リラクタンスモータの回転速度制御装置におい
ては、トルクリップルおよびスイッチングデッドタイム
（Dead time）等により、検出された電流に基本波だけ
でなく高調波成分も含まれるため、誘起電圧に高調波成
分が包含される。結果的に、推定して演算された回転速
度にリップルが発生して精密な速度制御を行うことがで
きず、また、回転子位置検出部にエンコーダおよびホー
ルセンサを使用するため、設置が困難であるという不都
合な点があった。
来の同期リラクタンスモータの回転速度制御装置におい
ては、トルクリップルおよびスイッチングデッドタイム
（Dead time）等により、検出された電流に基本波だけ
でなく高調波成分も含まれるため、誘起電圧に高調波成
分が包含される。結果的に、推定して演算された回転速
度にリップルが発生して精密な速度制御を行うことがで
きず、また、回転子位置検出部にエンコーダおよびホー
ルセンサを使用するため、設置が困難であるという不都
合な点があった。
【００２６】本発明は、このような従来の課題に鑑みて
なされたもので、同期リラクタンスモータの速度および
位置を推定するためのホールセンサやエンコーダを使用
せずに、冷蔵庫もしくはエアコンの圧縮機のような回転
子の位置を検出し難い装置から速度および位置を検出
し、基本波成分の誘起電圧だけを抽出して回転速度を推
定演算することで、モータの回転速度を精密に制御でき
る、モータの回転速度制御装置を提供することを目的と
する。
なされたもので、同期リラクタンスモータの速度および
位置を推定するためのホールセンサやエンコーダを使用
せずに、冷蔵庫もしくはエアコンの圧縮機のような回転
子の位置を検出し難い装置から速度および位置を検出
し、基本波成分の誘起電圧だけを抽出して回転速度を推
定演算することで、モータの回転速度を精密に制御でき
る、モータの回転速度制御装置を提供することを目的と
する。
【００２７】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るため、本発明に係るモータの回転速度制御装置におい
ては、モータの基準速度と推定速度とを比較し、その比
較結果による誤差値を補償するための基準磁束成分電流
および基準トルク成分電流を固定座標系のα軸基準電圧
およびβ軸基準電圧として出力する回転／静止座標変換
部と、モータが回転する時検出される3相電流の入力を
受けてα軸電流およびβ軸電流を出力する2相電流発生
部と、α軸基準電圧、β軸基準電圧、α軸電流、β軸電
流および基準速度に基づいてモータ内の回転子の位置お
よび回転速度を推定して、モータの回転速度およびトル
クを制御する速度／位置推定演算部と、を包含して構成
されることを特徴とする。
るため、本発明に係るモータの回転速度制御装置におい
ては、モータの基準速度と推定速度とを比較し、その比
較結果による誤差値を補償するための基準磁束成分電流
および基準トルク成分電流を固定座標系のα軸基準電圧
およびβ軸基準電圧として出力する回転／静止座標変換
部と、モータが回転する時検出される3相電流の入力を
受けてα軸電流およびβ軸電流を出力する2相電流発生
部と、α軸基準電圧、β軸基準電圧、α軸電流、β軸電
流および基準速度に基づいてモータ内の回転子の位置お
よび回転速度を推定して、モータの回転速度およびトル
クを制御する速度／位置推定演算部と、を包含して構成
されることを特徴とする。
【００２８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態に対
し、図面を用いて説明する。
し、図面を用いて説明する。
【００２９】本発明に係る同期リラクタンスモータの回
転速度制御装置の構成においては、図１に示すように、
同期リラクタンスモータ（SynRM）の基準速度（Wｍ *）
と推定速度（Wｍ）とを比較して誤差値を出力する第1減
算部31と、第1減算部31から出力される誤差値を補償す
るための基準トルク成分電流（iｑ *）を出力する第1比
例積分制御部32と、基準トルク成分電流（iｑ *）と実際
のトルク成分電流（iｑ）とを比較して誤差値を出力す
る第2減算部33と、第3減算部33から出力される誤差値を
補償するための基準トルク成分電流（iｑ *）の基準トル
ク成分電圧（vｑ *）を出力する第3比例積分制御部36
と、基準磁束成分電流（iｄ *）と実際の磁束成分電流
（iｄ）とを比較して誤差値を出力する第2減算部34と、
第2減算部34から出力される誤差値を補償するための基
準磁束成分電流（iｄ *）の基準磁束成分電圧（vｄ *）を
出力する第2比例積分制御部35と、第2比例積分制御部35
から出力される基準磁束成分電圧（vｄ *）および第3比
例積分制御部36から出力される基準トルク成分電圧（v
ｑ *）の入力を受けて、固定座標系のα軸基準電圧（vα
*）およびβ軸基準電圧（vβ *）を出力する回転／静止
座標変換部37と、回転／静止座標変換部37から出力され
るα軸基準電圧（vα *）およびβ軸基準電圧（vβ *）を
3相電圧（Vas, Vbs, Vcs）に変換して出力する3相電圧
発生部38と、3相電圧発生部38から発生した3相電圧（V
as, Vbs, Vcs）を同期リラクタンスモータ（SynRM）に
印加するインバータ部39と、同期リラクタンスモータ
（SynRM）に印加される3相電流を2相電流に変換して出
力する2相電流発生部40と、α軸基準電圧（vα *）、β
軸基準電圧（vβ *）、2相電流および基準速度（Wｍ *）
の入力を受けて回転子の位置および速度を推定して、同
期リラクタンスモータの推定速度（Wｍ）と回転子の磁
束角（θ）に対するサイン値およびコサイン値（sin
θ、cosθ）とを出力する速度／位置推定演算部42と、2
相電流と前記サイン値およびコサイン値（sinθ、cos
θ）との入力を受け、それらを回転座標系に変換して実
際のトルク成分電流（iｑ）および実際の磁束成分電流
（iｄ）を出力する静止／回転座標変換部41と、を備え
て構成される。
転速度制御装置の構成においては、図１に示すように、
同期リラクタンスモータ（SynRM）の基準速度（Wｍ *）
と推定速度（Wｍ）とを比較して誤差値を出力する第1減
算部31と、第1減算部31から出力される誤差値を補償す
るための基準トルク成分電流（iｑ *）を出力する第1比
例積分制御部32と、基準トルク成分電流（iｑ *）と実際
のトルク成分電流（iｑ）とを比較して誤差値を出力す
る第2減算部33と、第3減算部33から出力される誤差値を
補償するための基準トルク成分電流（iｑ *）の基準トル
ク成分電圧（vｑ *）を出力する第3比例積分制御部36
と、基準磁束成分電流（iｄ *）と実際の磁束成分電流
（iｄ）とを比較して誤差値を出力する第2減算部34と、
第2減算部34から出力される誤差値を補償するための基
準磁束成分電流（iｄ *）の基準磁束成分電圧（vｄ *）を
出力する第2比例積分制御部35と、第2比例積分制御部35
から出力される基準磁束成分電圧（vｄ *）および第3比
例積分制御部36から出力される基準トルク成分電圧（v
ｑ *）の入力を受けて、固定座標系のα軸基準電圧（vα
*）およびβ軸基準電圧（vβ *）を出力する回転／静止
座標変換部37と、回転／静止座標変換部37から出力され
るα軸基準電圧（vα *）およびβ軸基準電圧（vβ *）を
3相電圧（Vas, Vbs, Vcs）に変換して出力する3相電圧
発生部38と、3相電圧発生部38から発生した3相電圧（V
as, Vbs, Vcs）を同期リラクタンスモータ（SynRM）に
印加するインバータ部39と、同期リラクタンスモータ
（SynRM）に印加される3相電流を2相電流に変換して出
力する2相電流発生部40と、α軸基準電圧（vα *）、β
軸基準電圧（vβ *）、2相電流および基準速度（Wｍ *）
の入力を受けて回転子の位置および速度を推定して、同
期リラクタンスモータの推定速度（Wｍ）と回転子の磁
束角（θ）に対するサイン値およびコサイン値（sin
θ、cosθ）とを出力する速度／位置推定演算部42と、2
相電流と前記サイン値およびコサイン値（sinθ、cos
θ）との入力を受け、それらを回転座標系に変換して実
際のトルク成分電流（iｑ）および実際の磁束成分電流
（iｄ）を出力する静止／回転座標変換部41と、を備え
て構成される。
【００３０】以下、このように構成された本発明に係る
同期リラクタンスモータの回転速度制御装置の動作に対
して説明する。
同期リラクタンスモータの回転速度制御装置の動作に対
して説明する。
【００３１】まず、第1減算部31は、速度／位置推定演
算部42から出力された同期リラクタンスモータ（SynR
M）の回転子の推定速度（Wｍ）と基準速度（Wｍ *）とを
比較し、この比較結果による誤差値を第1比例積分制御
部32に出力する。この時、第1減算部31の反転端子
（−）には回転子の推定速度（Wｍ）値が入力され、第1
減算部31の非反転端子（＋）には基準速度（Wｍ *）値が
入力される。
算部42から出力された同期リラクタンスモータ（SynR
M）の回転子の推定速度（Wｍ）と基準速度（Wｍ *）とを
比較し、この比較結果による誤差値を第1比例積分制御
部32に出力する。この時、第1減算部31の反転端子
（−）には回転子の推定速度（Wｍ）値が入力され、第1
減算部31の非反転端子（＋）には基準速度（Wｍ *）値が
入力される。
【００３２】次いで、第1比例積分制御部32は、第1減算
部31から出力される誤差値が入力されて、誤差値を補償
して基準トルク成分電流（iｑ *）を第3減算部33に出力
する。
部31から出力される誤差値が入力されて、誤差値を補償
して基準トルク成分電流（iｑ *）を第3減算部33に出力
する。
【００３３】次いで、第3減算部33は、第1比例積分制御
部32から出力される基準トルク成分電流（iｑ *）と静止
／同期座標変換部41から出力される実際のトルク成分電
流（iｑ）とを比較し、この比較結果による誤差値を第3
比例積分制御部36に出力する。
部32から出力される基準トルク成分電流（iｑ *）と静止
／同期座標変換部41から出力される実際のトルク成分電
流（iｑ）とを比較し、この比較結果による誤差値を第3
比例積分制御部36に出力する。
【００３４】次いで、第3比例積分制御部36は、第3減算
部33から出力される誤差値を補償するための基準トルク
成分電流（iｑ *）に対する基準トルク成分電圧（vｑ *）
を回転／静止座標変換部37に出力する。
部33から出力される誤差値を補償するための基準トルク
成分電流（iｑ *）に対する基準トルク成分電圧（vｑ *）
を回転／静止座標変換部37に出力する。
【００３５】一方、第2減算部34は、基準磁束成分電流
（iｄ *）と静止／回転座標変換部41から出力される実際
の磁束成分電流（iｄ）とを比較し、この比較結果によ
る誤差値を第2比例積分制御部35に出力する。
（iｄ *）と静止／回転座標変換部41から出力される実際
の磁束成分電流（iｄ）とを比較し、この比較結果によ
る誤差値を第2比例積分制御部35に出力する。
【００３６】次いで、第2比例積分制御部35は、第2減算
部34から出力される誤差値を補償するための基準磁束成
分電流（iｄ *）の基準磁束成分電圧（vｄ *）を回転／静
止座標変換部37に出力する。
部34から出力される誤差値を補償するための基準磁束成
分電流（iｄ *）の基準磁束成分電圧（vｄ *）を回転／静
止座標変換部37に出力する。
【００３７】次いで、回転／静止座標変換部37は、第2
比例積分制御部35から出力される基準磁束成分電圧（v
ｄ *）、第3比例積分制御部36から出力される基準トルク
成分電圧（vｑ *）と速度／位置推定演算部42から出力さ
れるサイン値およびコサイン値（sinθ、cosθ）との入
力をそれぞれ受けて、固定座標系のα軸基準電圧
（v α *）およびβ軸基準電圧（vβ *）を生成して3相電
圧発生部38に出力する。
比例積分制御部35から出力される基準磁束成分電圧（v
ｄ *）、第3比例積分制御部36から出力される基準トルク
成分電圧（vｑ *）と速度／位置推定演算部42から出力さ
れるサイン値およびコサイン値（sinθ、cosθ）との入
力をそれぞれ受けて、固定座標系のα軸基準電圧
（v α *）およびβ軸基準電圧（vβ *）を生成して3相電
圧発生部38に出力する。
【００３８】次いで、3相電圧発生部38は、回転／静止
座標変換部37から出力されるα軸基準電圧（vα *）およ
びβ軸基準電圧（vβ *）の入力を受けて3相電圧（Vas,
Vbs,Vcs）に変換してインバータ部39に出力する。
座標変換部37から出力されるα軸基準電圧（vα *）およ
びβ軸基準電圧（vβ *）の入力を受けて3相電圧（Vas,
Vbs,Vcs）に変換してインバータ部39に出力する。
【００３９】次いで、インバータ部39は、3相電圧発生
部38から発生した3相電圧（Vas, Vbs, Vcs）の入力を受
けて同期リラクタンスモータ（SynRM）に印加する。こ
の時、2相電流発生部40は、同期リラクタンスモータ（S
ynRM）に印加される3相電流を2相電流に変換して固定座
標系のα軸電流（iα）およびβ軸電流（iβ）を発生し
て、それらを静止／回転座標変換部41および速度／位置
推定演算部42にそれぞれ出力する。
部38から発生した3相電圧（Vas, Vbs, Vcs）の入力を受
けて同期リラクタンスモータ（SynRM）に印加する。こ
の時、2相電流発生部40は、同期リラクタンスモータ（S
ynRM）に印加される3相電流を2相電流に変換して固定座
標系のα軸電流（iα）およびβ軸電流（iβ）を発生し
て、それらを静止／回転座標変換部41および速度／位置
推定演算部42にそれぞれ出力する。
【００４０】次いで、速度／位置推定演算部42は、α軸
基準電圧（vα *）、β軸基準電圧（vβ *）、α軸電流
（iα）、β軸電流（iβ）および基準速度（Wｍ *）の入
力を受けて、同期リラクタンスモータの回転子の磁束角
（θ）に対するサイン値およびコサイン値（sinθ、cos
θ）および同期リラクタンスモータの回転子の推定速度
（Wｍ）を出力する。
基準電圧（vα *）、β軸基準電圧（vβ *）、α軸電流
（iα）、β軸電流（iβ）および基準速度（Wｍ *）の入
力を受けて、同期リラクタンスモータの回転子の磁束角
（θ）に対するサイン値およびコサイン値（sinθ、cos
θ）および同期リラクタンスモータの回転子の推定速度
（Wｍ）を出力する。
【００４１】ここで、静止座標系のα軸、β軸における
鎖交磁束（Ψα，Ψβ）および誘起電圧（ｅα，ｅβ）
方程式をそれぞれ示すと式（4）のようである。
鎖交磁束（Ψα，Ψβ）および誘起電圧（ｅα，ｅβ）
方程式をそれぞれ示すと式（4）のようである。
【００４２】
【数１４】
【００４３】上式中、Ψは鎖交磁束であって、（Lｄ−L
ｑ）iｄを示し、Ψα，Ψβはα軸、β軸の鎖交磁束、O
ｅは磁束の電気角、をそれぞれ示したものである。
ｑ）iｄを示し、Ψα，Ψβはα軸、β軸の鎖交磁束、O
ｅは磁束の電気角、をそれぞれ示したものである。
【００４４】また、同期リラクタンスモータにおける電
流状態方程式は式（5）のように表現することができ
る。
流状態方程式は式（5）のように表現することができ
る。
【００４５】
【数１５】
【００４６】上式中、vα，vβはα軸およびβ軸の電
圧、iα，iβはα軸およびβ軸の電流、Lｑはq軸インダ
クタンス、をそれぞれ示したものである。
圧、iα，iβはα軸およびβ軸の電流、Lｑはq軸インダ
クタンス、をそれぞれ示したものである。
【００４７】一方、式（4）において、誘起電圧
（ｅα，ｅβ）は基本波成分だけで形成されてあるが、
実際には式（6）に示したように高調波成分および直流
オフセット電圧が包含されてある。
（ｅα，ｅβ）は基本波成分だけで形成されてあるが、
実際には式（6）に示したように高調波成分および直流
オフセット電圧が包含されてある。
【００４８】
【数１６】
【００４９】上式中、ｅabcは誘起電圧の直流オフセッ
ト電圧を示す。すなわち、同期リラクタンスモータ（Sy
nRM）が回転する時検出される電流（2相電流）は、高調
波成分および直流オフセット電圧を包含するため、α軸
およびβ軸における鎖交磁束（Ψα，Ψβ）に高調波成
分および直流オフセット電圧が包含されて、結果的に、
α軸およびβ軸における誘起電圧（ｅα，ｅβ）にも高
調波成分および直流オフセット電圧が含まれるようにな
る。
ト電圧を示す。すなわち、同期リラクタンスモータ（Sy
nRM）が回転する時検出される電流（2相電流）は、高調
波成分および直流オフセット電圧を包含するため、α軸
およびβ軸における鎖交磁束（Ψα，Ψβ）に高調波成
分および直流オフセット電圧が包含されて、結果的に、
α軸およびβ軸における誘起電圧（ｅα，ｅβ）にも高
調波成分および直流オフセット電圧が含まれるようにな
る。
【００５０】従って、速度／位置推定演算部42は、α軸
およびβ軸における鎖交磁束（Ψα，Ψβ）の高調波成
分および直流オフセット電圧によるリップルを減少さ
せ、かつ、基本波成分の誘起電圧だけを利用して同期リ
ラクタンスモータ（SynRM）の位置および速度を精密に
制御することができる。すなわち、式（7）に示したよ
うに、誘起電圧を求める式に直流成分を追加すること
で、基本波成分の誘起電圧だけを抽出することができ
る。
およびβ軸における鎖交磁束（Ψα，Ψβ）の高調波成
分および直流オフセット電圧によるリップルを減少さ
せ、かつ、基本波成分の誘起電圧だけを利用して同期リ
ラクタンスモータ（SynRM）の位置および速度を精密に
制御することができる。すなわち、式（7）に示したよ
うに、誘起電圧を求める式に直流成分を追加すること
で、基本波成分の誘起電圧だけを抽出することができ
る。
【００５１】
【数１７】
【００５２】また、高調波成分および直流オフセット電
圧を除去するためのユーザ定義された鎖交磁束
（Ψα′，Ψβ′）および誘起電圧の基本波成分は、式
（8）により求めることができる。
圧を除去するためのユーザ定義された鎖交磁束
（Ψα′，Ψβ′）および誘起電圧の基本波成分は、式
（8）により求めることができる。
【００５３】
【数１８】
【００５４】上式中、Ψα′およびΨβ′はα軸および
β軸のユーザ定義鎖交磁束、iｑはq軸成分電流、iｄはd
軸成分電流、Lｑはq軸インダクタンス、Wｅは角速度、
ｅα1，ｅβ1は誘起電圧の基本波成分、をそれぞれ示し
たものである。
β軸のユーザ定義鎖交磁束、iｑはq軸成分電流、iｄはd
軸成分電流、Lｑはq軸インダクタンス、Wｅは角速度、
ｅα1，ｅβ1は誘起電圧の基本波成分、をそれぞれ示し
たものである。
【００５５】従って、式（5）および式（8）に基づいて
α軸およびβ軸の電圧方程式を定義すると、式（9）に
示したようになる。
α軸およびβ軸の電圧方程式を定義すると、式（9）に
示したようになる。
【００５６】
【数１９】
【００５７】従って、速度／位置推定演算部42は、同期
リラクタンスモータ（SynRM）の回転子速度および回転
子位置を制御できるように推定された速度（Wｍ）およ
び同期リラクタンスモータの回転子の磁束角（θ）に対
するサイン値およびコサイン値（sinθ、cosθ）を式
（10）のように出力する。
リラクタンスモータ（SynRM）の回転子速度および回転
子位置を制御できるように推定された速度（Wｍ）およ
び同期リラクタンスモータの回転子の磁束角（θ）に対
するサイン値およびコサイン値（sinθ、cosθ）を式
（10）のように出力する。
【００５８】
【数２０】
【００５９】上式中、vα，vβ，iα，iβはα軸、β軸
の電圧および電流を示し、Ψα′，Ψβ′はユーザ定義
鎖交磁束、ｅα1，ｅβ1は誘起電圧の基本波成分、ｅ
αd，ｅβdは誘起電圧の直流成分、Wｅ, Wｍは電気およ
び機械角速度、Rｓは固定子側抵抗、Lｑはq軸インダク
タンス、Pは極数、をそれぞれ示したものである。
の電圧および電流を示し、Ψα′，Ψβ′はユーザ定義
鎖交磁束、ｅα1，ｅβ1は誘起電圧の基本波成分、ｅ
αd，ｅβdは誘起電圧の直流成分、Wｅ, Wｍは電気およ
び機械角速度、Rｓは固定子側抵抗、Lｑはq軸インダク
タンス、Pは極数、をそれぞれ示したものである。
【００６０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るモー
タの回転速度制御装置においては、同期リラクタンスモ
ータの速度および位置を推定するためのホールセンサや
エンコーダを使用せずに、例えば冷蔵庫およびエアコン
の圧縮機をその適用の例として、回転子の速度および位
置を推定して同期リラクタンスモータを制御できるの
で、製造が簡単でコストを節減できるという効果があ
る。
タの回転速度制御装置においては、同期リラクタンスモ
ータの速度および位置を推定するためのホールセンサや
エンコーダを使用せずに、例えば冷蔵庫およびエアコン
の圧縮機をその適用の例として、回転子の速度および位
置を推定して同期リラクタンスモータを制御できるの
で、製造が簡単でコストを節減できるという効果があ
る。
【００６１】また、基本波成分の誘起電圧を抽出してモ
ータの回転速度を推定し、この推定された回転速度を演
算して電流の高調波成分によって発生するリップルを低
減させるので、モータの回転速度およびトルクを精密に
制御できるという効果がある。
ータの回転速度を推定し、この推定された回転速度を演
算して電流の高調波成分によって発生するリップルを低
減させるので、モータの回転速度およびトルクを精密に
制御できるという効果がある。
【図１】本発明に係る同期リラクタンスモータの回転速
度制御装置の構成を示したブロック図である。
度制御装置の構成を示したブロック図である。
【図２】従来の同期リラクタンスモータの各軸を示した
図である。
図である。
【図３】従来の同期リラクタンスモータの回転速度制御
装置の構成を示したブロッ図である。
装置の構成を示したブロッ図である。
【図４】正常状態における同期リラクタンスモータのd
軸およびq軸電圧を示したベクトル図である。
軸およびq軸電圧を示したベクトル図である。
31…第1減算部
32…第1比例積分制御部
33…第3減算部
34…第2減算部
35…第2比例積分制御部
36…第3比例積分制御部
37…同期／静止座標変換部
38…3相電圧発生部
39…インバータ部
40…2相電流発生部
41…静止／同期座標変換部
42…速度／位置推定演算部
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 チョン ダル ホ
大韓民国，ソウル，マポ−グ，ドホワ １
−ドン，357，ヒュンダイ アパートメン
ト 104−408
(72)発明者 オー ジェ ヨーン
大韓民国，ソウル，ヨンデウンポ−グ，ダ
ンサン ２−ドン，68
(72)発明者 リー キュン ホーン
大韓民国，ソウル，ドンジャク−グ，シン
ダエバン−ドン，364−91
Ｆターム(参考） 5H550 BB07 BB08 DD09 HA08 HB08
HB16 JJ04 LL14 LL15 LL22
LL23 LL35
5H576 BB06 DD09 EE01 EE11 GG02
HB01 JJ04 LL14 LL15 LL22
LL24 LL34
Claims (17)
- 【請求項１】 モータの基準速度と推定速度とを比較
し、その比較結果による誤差値を補償するための基準磁
束成分電流および基準トルク成分電流を固定座標系のα
軸基準電圧およびβ軸基準電圧として出力する回転／静
止座標変換部と、 前記モータが回転する時検出される3相電流の入力を受
けてα軸電流およびβ軸電流を出力する2相電流発生部
と、 前記α軸基準電圧、前記β軸基準電圧、前記α軸電流、
前記β軸電流および基準速度に基づいて前記モータ内の
回転子の位置および回転速度を推定して、前記モータの
回転速度およびトルクを制御する速度／位置推定演算部
と、 を包含して構成されることを特徴とするモータの回転速
度制御装置。 - 【請求項２】 前記2相電流発生部は、前記モータに印
加される3相電流を2相電流に変換して固定座標系の前記
α軸電流および前記β軸電流として出力することを特徴
とする請求項1記載のモータの回転速度制御装置。 - 【請求項３】 前記モータは、同期リラクタンスモータ
であることを特徴とする請求項1記載のモータの回転速
度制御装置。 - 【請求項４】 前記速度／位置推定演算部は、前記モー
タの回転子の磁束角（θ）に対するサイン値およびコサ
イン値（sinθ、cosθ）ならびに前記モータの回転子の
推定速度を出力することを特徴とする請求項1記載のモ
ータの回転速度制御装置。 - 【請求項５】 前記速度／位置推定演算部は、前記α軸
電流および前記β軸電流から基本波成分の誘起電圧だけ
を抽出することを特徴とする請求項1記載のモータの回
転速度制御装置。 - 【請求項６】 前記速度／位置推定演算部は、 【数１】 を利用して前記基本波成分の誘起電圧だけを抽出するこ
とを特徴とする請求項5記載のモータの回転速度制御装
置。 - 【請求項７】 前記速度／位置推定演算部は、前記モー
タの回転速度のリップルを減少させる磁束成分を除去す
ることを特徴とする請求項1記載のモータの回転速度制
御装置。 - 【請求項８】 前記速度／位置推定演算部は、 【数２】 を利用して前記モータの回転速度のリップルを減少させ
る磁束成分を除去して基本波成分の誘起電圧を抽出する
ことを特徴とする請求項7記載のモータの回転速度制御
装置。 - 【請求項９】 前記速度／位置推定演算部は、 【数３】 固定座標系のα軸およびβ軸の電圧を 【数４】 により求め、 【数５】 に示した値を出力して前記回転子の位置および回転速度
を推定することを特徴とする請求項1記載の同期リラク
タンスモータの回転速度制御装置。 - 【請求項１０】 モータの基準速度と推定速度との間の
誤差値を補償するための基準トルク成分電流を出力する
第1比例積分制御部と、 前記基準トルク成分電流と実際のトルク成分電流との間
の誤差値を補償するための前記基準トルク成分電流を基
準トルク成分電圧として出力する第3比例積分制御部
と、 基準磁束成分電流と実際の磁束成分電流との間の誤差値
を補償するための前記基準磁束成分電流を基準磁束成分
電圧として出力する第2比例積分制御部と、 前記第2比例積分制御部から出力される前記基準磁束成
分電圧と前記第3比例積分制御部から出力される前記基
準トルク成分電圧との入力を受けて、固定座標系のα軸
基準電圧およびβ軸基準電圧をそれぞれ出力する回転／
静止座標変換部と、 前記回転／静止座標変換部から出力される前記α軸基準
電圧および前記β軸基準電圧を3相電圧に変換する3相電
圧発生部と、 前記3相電圧を前記モータに印加するインバータ部と、 前記モータに印加される3相電流を2相電流に変換する2
相電流発生部と、 前記α軸基準電圧、前記β軸基準電圧、前記2相電流お
よび前記基準速度に基づいて前記モータの推定速度と前
記モータの回転子の磁束角（θ）に対するサイン値およ
びコサイン値（sinθ、cosθ）とをそれぞれ出力する速
度／位置推定演算部と、 前記2相電流と前記サイン値および前記コサイン値（sin
θ、cosθ）との入力を受け、それらを回転座標系に変
換して前記実際のトルク成分電流および前記実際の磁束
成分電流をそれぞれ出力する静止／回転座標変換部と、 を包含して構成されることを特徴とするモータの回転速
度制御装置。 - 【請求項１１】 前記モータは、同期リラクタンスモー
タであることを特徴とする請求項10記載のモータの回転
速度制御装置。 - 【請求項１２】 前記速度／位置推定演算部は、 【数６】 を利用して前記基本波成分の誘起電圧だけを抽出するこ
とを特徴とする請求項10記載のモータの回転速度制御装
置。 - 【請求項１３】 前記速度／位置推定演算部は、 【数７】 を利用して前記モータの回転速度のリップルを減少させ
る磁束成分を除去して基本波成分の誘起電圧を抽出する
ことを特徴とする請求項10記載のモータの回転速度制御
装置。 - 【請求項１４】 前記速度／位置推定演算部は、 【数８】 固定座標系のα軸およびβ軸の電圧を 【数９】 により求め、 【数１０】 に示した値を出力して前記回転子の位置および回転速度
を推定することを特徴とする請求項10記載の同期リラク
タンスモータの回転速度制御装置。 - 【請求項１５】 モータの基準速度と推定速度とを比較
し、この比較結果による第１の誤差値を出力する第1減
算部と、 前記第１の誤差値を補償するための基準トルク成分電流
を出力する第1比例積分制御部と、 前記第１の基準トルク成分電流と実際のトルク成分電流
とを比較し、この比較結果による第３の誤差値を出力す
る第3減算部と、 前記第3減算部から出力される前記第３の誤差値を補償
するための前記基準トルク成分電流を基準トルク成分電
圧として出力する第3比例積分制御部と、 基準磁束成分電流と実際の磁束成分電流とを比較し、こ
の比較結果による第２の誤差値を出力する第2減算部
と、 前記第2減算部から出力される前記第２の誤差値を補償
するための前記基準磁束成分電流を基準磁束成分電圧と
して出力する第2比例積分制御部と、 前記第2比例積分制御部から出力される前記基準磁束成
分電圧および前記第3比例積分制御部から出力される前
記基準トルク成分電圧の入力を受けて固定座標系のα軸
基準電圧およびβ軸基準電圧をそれぞれ出力する回転／
静止座標変換部と、 前記回転／静止座標変換部から出力される前記α軸基準
電圧および前記β軸基準電圧を3相電圧に変換して出力
する3相電圧発生部と、 前記3相電圧発生部から発生された前記3相電圧をモータ
に印加するインバータ部と、 前記モータに印加される3相電流を2相電流に変換して出
力する2相電流発生部と、 前記α軸基準電圧、前記β軸基準電圧、前記2相電流お
よび前記基準速度の入力を受けて回転子の位置および速
度を推定して、前記モータの推定速度と前記モータの回
転子の磁束角（θ）に対するサイン値およびコサイン値
（sinθ、cosθ）とをそれぞれ出力する速度／位置推定
演算部と、 前記2相電流と前記サイン値および前記コサイン値（sin
θ、cosθ）との入力を受け、それらを回転座標系に変
換して前記実際のトルク成分電流および前記実際の磁束
成分電流をそれぞれ出力する静止／同期座標変換部と、 を包含して構成されることを特徴とするモータの回転速
度制御装置。 - 【請求項１６】 前記モータは、同期リラクタンスモー
タであることを特徴とする請求項15記載のモータの回転
速度制御装置。 - 【請求項１７】 前記速度／位置推定演算部は、前記２
相電流のα軸電流およびβ軸電流から基本波成分の誘起
電圧だけを抽出することを特徴とする請求項15記載のモ
ータの回転速度制御装置。
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