JP2005278389A - 電動機の磁極位置推定方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 u相31uについて、u相31uに対応する三角波Cuの山及び谷の時点で測定した直流電流idcをiu-,iu+とし、これらの差を高調波成分Iuとする。同様に、v相について、v相に対応する三角波Cvの山及び谷の時点で測定した直流電流idcをiv-,iv+とし、これらの差を高調波成分Ivとする。同様に、w相について、w相に対応する三角波Cwの山及び谷の時点で測定した直流電流idcをiw-,iw+とし、これらの差を高調波成分Iwとする。最後に、磁極位置θを演算式によって求める。
【選択図】 図1
Description
gate bipolar transistor)であり、三相ブリッジ回路を構成する。制御部11は、磁極位置推定装置40の一部としての機能の他に、IPMSM30の一般的な制御機能を有する。その一般的な制御機能については、周知であるので説明を省略する。
∴iαh=(Vh/ωhΔ){(L0−L1cos2θ)sinωht+L1sin2θ・cosωht} ・・・<6>
iuh=(Vh1/ωhΔ)(±L1sin2θ) ・・・<7>
となる。ただし、+:ωht=0、−:ωht=π、Vh1は相電圧の搬送波周波数成分である。
2Iuh=(2Vh1/ωhΔ)L1sin2θ ・・・<8>
が得られる。v相、w相についても同様に考えると、測定点↓の位置での測定値により、
2Ivh=(2Vh1/ωhΔ)L1sin2(θ−2π/3) ・・・<9>
2Iwh=(2Vh1/ωhΔ)L1sin2(θ+2π/3) ・・・<10>
が得られる。
Iuh+(−1/2+j√3/2)Ivh+(−1/2−j√3/2)Iwh=(3/2)(Vh1/ωhΔ)(sinδ+jcosδ) ・・・<11>
が得られる。ただし、δ=2θとする。
δ=2θ=tan-1(実部)/(虚部) ・・・<12>
として磁極位置θが求められる。
ただし、式<A>では、添え字hを省略して簡潔に表記している。
|vuh|=(2E/π)cos(πvu/2E) ・・・<13>
|vvh|=(2E/π)cos(πvv/2E) ・・・<14>
|vwh|=(2E/π)cos(πvw/2E) ・・・<15>
となる。ただしE:Edc/2である。vu,vv,vwは、瞬時値であり、符号も考慮する。よって、5%の誤差範囲は、
|vu/E|≦0.202 ・・・<16>
となる。10%の誤差範囲は、
|vu/E|≦0.287 ・・・<17>
となる。
|vu|<E/3=0.333E ・・・<18>
である。又は、図3に示す三相三角波の振幅は、三相正弦波の振幅の三倍よりも大きくする。
定格電力[kW] 1.5
定格電圧[V] 180
定格電流[A] 6.1
定格周波数[Hz] 90
定格速度[rpm] 1800
磁極数 6
電機子巻線抵抗[Ω] 1.566
d軸インダクタンス[mH] 9.77
q軸インダクタンス[mH] 22.4
図7……周波数5.0Hz 無負荷運転 [1]実位置 [2]推定位置
図8……周波数0.1Hz 無負荷運転 [1]実位置 [2]推定位置
図9……周波数5.0Hz 定格負荷運転 [1]実位置 [2]推定位置
図10…周波数0.1Hz 定格負荷運転 [1]実位置 [2]推定位置
11,11’ 制御部
12 スイッチ部
12u+,12u-,12v+,12v-,12w+,12w- スイッチ素子
20 直流電圧電源
21 商用交流電源
22 整流回路
23 平滑コンデンサ
30 IPMSM
31u u相
31v v相
31w w相
32 回転子
40,40’ 磁極位置推定装置
41 シャント抵抗器(電流センサ)
42,42’ 演算手段
θ 磁極位置
Claims (19)
- 三相の三角波からなる搬送波を用いてPWM信号を得るとともに、直流電圧電源から直流電圧を入力し、前記PWM信号に応じてスイッチ素子をオンオフすることにより、突極性を有する電動機の三相巻線に前記直流電圧を三相交流電圧として出力する三相PWMインバータに併用され、前記電動機の磁極の位置を推定する方法であって、
前記三相巻線の各相ごとに、前記三角波の山及び谷の時点で前記直流電圧を入力する際の直流電流を測定し、これらの測定値の差を高調波成分とし、
これらの各相ごとの高調波成分に基づき前記電動機の磁極位置を推定する、
ことを特徴とする電動機の磁極位置推定方法。 - 前記三相巻線をu相、v相、w相としたとき、
前記u相について、当該u相に対応する前記三角波の山及び谷の時点で測定した前記直流電流をiu-,iu+とし、これらの差を高調波成分Iuとし、
前記v相について、当該v相に対応する前記三角波の山及び谷の時点で測定した前記直流電流をiv-,iv+とし、これらの差を高調波成分Ivとし、
前記w相について、当該w相に対応する前記三角波の山及び谷の時点で測定した前記直流電流をiw-,iw+とし、これらの差を高調波成分Iwとし、
前記Iu、前記Iv及び前記Iwを所定の演算式に代入して磁極位置θを求める、
請求項1記載の電動機の磁極位置推定方法。 - 単相の三角波からなる搬送波を用いてPWM信号を得るとともに、直流電圧電源から直流電圧を入力し、前記PWM信号に応じてスイッチ素子をオンオフすることにより、突極性を有する電動機の三相巻線に前記直流電圧を三相交流電圧として出力する三相PWMインバータに併用され、前記電動機の磁極の位置を推定する方法であって、
前記PWM信号を得る際に、前記三相巻線の各相ごとに、前記搬送波の連続する三周期の期間のうち、1/3の期間で本来の指令値を三倍し、1/3の期間で変調率を1とし、1/3の期間で変調率を−1とする機能を有する前記三相PWMインバータに併用され、
前記三周期の各周期ごとに、前記三角波の山及び谷の時点で前記直流電圧を入力する際の直流電流を測定し、これらの測定値の差を高調波成分とし、
これらの各周期ごとの高調波成分に基づき前記電動機の磁極位置を推定する、
ことを特徴とする電動機の磁極位置推定方法。 - 前記三相巻線をu相、v相、w相とし、
前記三周期のうち、最初の周期を第一周期、次の周期を第二周期、最後の周期を第三周期としたとき、
前記u相について、前記第一周期の山及び前記第二周期の谷の時点で測定した前記直流電流をiu-,iu+とし、これらの差を高調波成分Iuとし、
前記v相について、前記第二周期の山及び前記第三周期の谷の時点で測定した前記直流電流をiv-,iv+とし、これらの差を高調波成分Ivとし、
前記w相について、前記第三周期の山及び前記第一周期の谷の時点で測定した前記直流電流をiw-,iw+とし、これらの差を高調波成分Iwとし、
前記Iu、前記Iv及び前記Iwを所定の演算式に代入して磁極位置θを求める、
請求項3記載の電動機の磁極位置推定方法。 - 前記所定の演算式が次式<A>である、
θ=(1/2)tan-1[{Iu−(1/2)(Iv+Iw)}/{(√3/2)(Iv−Iw)}] ・・・<A>
請求項2又は4記載の電動機の磁極位置推定方法。 - 前記三角波の山及び谷の時点とは、当該三角波の周期をTとすると、当該山及び谷を中心とするT/6の範囲内のいずれかの時である、
請求項1又は2記載の電動機の磁極位置推定方法。 - 前記三角波の山及び谷の時点とは、当該三角波の周期をTとすると、当該山及び谷を中心とするT/2の範囲内のいずれかの時である、
請求項3又は4記載の電動機の磁極位置推定方法。 - 前記三角波に代えて鋸歯状波とした、
請求項1乃至7のいずれかに記載の電動機の磁極位置推定方法。 - 前記電動機が埋め込み型永久磁石同期電動機である、
請求項1乃至8のいずれかに記載の電動機の磁極位置推定方法。
- 三相の三角波からなる搬送波を用いてPWM信号を得るとともに、直流電圧電源から直流電圧を入力し、前記PWM信号に応じてスイッチ素子をオンオフすることにより、突極性を有する電動機の三相巻線に前記直流電圧を三相交流電圧として出力する三相PWMインバータに併用され、前記電動機の磁極の位置を推定する装置であって、
前記直流電圧を入力する際の直流電流を測定する電流センサと、
前記三相巻線の各相ごとに、前記三角波の山及び谷の時点で前記電流センサを介して前記直流電流を測定し、これらの測定値の差を高調波成分とし、これらの各相ごとの高調波成分に基づき前記電動機の磁極位置を推定する演算手段と、
を備えたことを特徴とする電動機の磁極位置推定装置。 - 前記演算手段は、
前記三相巻線をu相、v相、w相としたとき、
前記u相について、当該u相に対応する前記三角波の山及び谷の時点で測定した前記直流電流をiu-,iu+とし、これらの差を高調波成分Iuとし、
前記v相について、当該v相に対応する前記三角波の山及び谷の時点で測定した前記直流電流をiv-,iv+とし、これらの差を高調波成分Ivとし、
前記w相について、当該w相に対応する前記三角波の山及び谷の時点で測定した前記直流電流をiw-,iw+とし、これらの差を高調波成分Iwとし、
前記Iu、前記Iv及び前記Iwを所定の演算式に代入して磁極位置θを求める、
請求項10記載の電動機の磁極位置推定装置。 - 単相の三角波からなる搬送波を用いてPWM信号を得るとともに、直流電圧電源から直流電圧を入力し、前記PWM信号に応じてスイッチ素子をオンオフすることにより、突極性を有する電動機の三相巻線に前記直流電圧を三相交流電圧として出力する三相PWMインバータに併用され、前記電動機の磁極の位置を推定する装置であって、
前記PWM信号を得る際に、前記三相巻線の各相ごとに、前記搬送波の連続する三周期の期間のうち、1/3の期間で本来の指令値を三倍し、1/3の期間で変調率を1とし、1/3の期間で変調率を−1とする機能を有する前記三相PWMインバータに併用され、
前記直流電圧を入力する際の直流電流を測定する電流センサと、
前記三周期の各周期ごとに、前記三角波の山及び谷の時点で前記電流センサを介して前記直流電流を測定し、これらの測定値の差を高調波成分とし、これらの各周期ごとの高調波成分に基づき前記電動機の磁極位置を推定する演算手段と、
を備えたことを特徴とする電動機の磁極位置推定装置。 - 前記演算手段は、
前記三相巻線をu相、v相、w相とし、
前記三周期のうち、最初の周期を第一周期、次の周期を第二周期、最後の周期を第三周期としたとき、
前記u相について、前記第一周期の山及び前記第二周期の谷の時点で測定した前記直流電流をiu-,iu+とし、これらの差を高調波成分Iuとし、
前記v相について、前記第二周期の山及び前記第三周期の谷の時点で測定した前記直流電流をiv-,iv+とし、これらの差を高調波成分Ivとし、
前記w相について、前記第三周期の山及び前記第一周期の谷の時点で測定した前記直流電流をiw-,iw+とし、これらの差を高調波成分Iwとし、
前記Iu、前記Iv及び前記Iwを所定の演算式に代入して磁極位置θを求める、
請求項12記載の電動機の磁極位置推定装置。 - 前記所定の演算式が次式<A>である、
θ=(1/2)tan-1[{Iu−(1/2)(Iv+Iw)}/{(√3/2)(Iv−Iw)}] ・・・<A>
請求項11又は13記載の電動機の磁極位置推定装置。 - 前記三角波の山及び谷の時点とは、当該三角波の周期をTとすると、当該山及び谷を中心とするT/6の範囲内のいずれかの時である、
請求項10又は11のいずれかに記載の電動機の磁極位置推定装置。 - 前記三角波の山及び谷の時点とは、当該三角波の周期をTとすると、当該山及び谷を中心とするT/2の範囲内のいずれかの時である、
請求項12又は13記載の電動機の磁極位置推定方法。 - 前記三角波に代えて鋸歯状波とした、
請求項10乃至16のいずれかに記載の電動機の磁極位置推定装置。 - 前記電動機が埋め込み型永久磁石同期電動機である、
請求項10乃至17のいずれかに記載の電動機の磁極位置推定装置。 - 前記電流センサがシャント抵抗器である、
請求項10乃至18のいずれかに記載の電動機の磁極位置推定装置。
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JP2006230056A (ja) * | 2005-02-15 | 2006-08-31 | Meiji Univ | 電動機の磁極位置推定方法及び装置 |
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