JP2008005646A - 永久磁石式同期電動機の初期磁極位置推定装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】位相計測制御部100は、電気角位相の大きさを順次段階的に増加していく。また指令出力期間においてパルス状に出力されるd軸電流指令Id*と、d軸電流検出値Id(θ)との偏差に応じて、電流制御部7によりPMモータ2がベクトル制御される。位相計測制御部100では、指令出力期間の終了時点から電流検出期間が経過した時点でのd軸電流検出値Id(θ)の値である判定検出値を求める。そして、各電気角位相θと、各電気角位相θでの各判定検出値とを対応させた対照データを求める。そして対照データから、判定検出値が最大となる第1の電気角と、判定検出値が2番目に大きくなる第2の電気角とを求め、第1と第2の電気角での判定検出値差が予め決めた設定値よりも大きいときに、第1の電気角を初期磁極位置とする。
【選択図】図1
Description
また、絶対値エンコーダを取り付けない場合には、ロータの停止中に、高調波電流や高調波電圧を用いて初期磁極位置推定を行い、モータ回転中はオブザーバや誘起電圧を利用して磁極位置を推定して運転する方式が取られている。
なお、判定検出値Idhは、本願の実施例で用いているものと同じ意味合いのものである。この判定検出値Idhを簡単に説明すると、パルス状の電流指令をベクトル制御装置に入力したときに、PMモータに流れるd軸電流の値を示すものである。また、インダクタンスLは、判定検出値を逆比例演算したものとなる。
値が初期値から順次段階的に増加していく電気角位相を出力する位相発生部と、
指令出力期間と休止期間とが交互に設定されており、指令出力期間ではd軸電流指令を出力する電流指令設定部と、
三相の電圧指令を基に永久磁石式電動機を駆動するインバータと、
前記インバータから永久磁石式同期電動機に供給される三相の電流の電流検出値を、前記電気角位相を用いて三相/二相変換してd軸電流検出値を出力する三相/二相変換部と、
前記d軸電流指令と前記d軸電流検出値との偏差を基に、q軸電圧指令及びd軸電圧指令を出力する電流制御部と、
前記電気角位相を用いて前記q軸電圧指令及びd軸電圧指令を二相/三相変換して、前記インバータを駆動するための三相の電圧指令を求める二相/三相変換部と、
前記指令出力期間の終了時点から予め決めた電流検出期間が経過した時点での、前記d軸電流検出値の値である判定検出値を取り込む判定検出値取り込み手段と、
値の異なる各電気角位相と、値の異なる各電気角位相にした時の各判定検出値とを対にして対照データとして記憶する蓄積部と、
前記対照データから、判定検出値が最大となる、即ちインダクタンスが最小となる第1の電気角位相を求めると共に、この第1の電気角位相のときの判定検出値を第1ピーク判定検出値とする第1の電気角位相検出部と、
前記対照データから、判定検出値が2番目に大きくなる、即ちインダクタンスが2番目に小さくなる第2の電気角位相を求めると共に、この第2の電気角位相のときの判定検出値を第2ピーク判定検出値とする第2の電気角位相検出部と、
第1ピーク判定検出値と第2ピーク判定検出値との差の絶対値が、予め決めた設定値よりも大きいときに、第1の電気角位相を初期磁極位置として出力する初期磁極位置出力手段と、
を有することを特徴とする。
値が初期値から順次段階的に増加していく電気角位相を出力する位相発生部と、
指令出力期間と休止期間とが交互に設定されており、指令出力期間ではd軸電流指令を出力する電流指令設定部と、
三相の電圧指令を基に永久磁石式電動機を駆動するインバータと、
前記インバータから永久磁石式同期電動機に供給される三相の電流の電流検出値を、前記電気角位相を用いて三相/二相変換してd軸電流検出値を出力する三相/二相変換部と、
前記d軸電流指令と前記d軸電流検出値との偏差を基に、q軸電圧指令及びd軸電圧指令を出力する電流制御部と、
前記電気角位相を用いて前記q軸電圧指令及びd軸電圧指令を二相/三相変換して、前記インバータを駆動するための三相の電圧指令を求める二相/三相変換部と、
前記指令出力期間の終了時点から予め決めた電流検出期間が経過した時点での、前記d軸電流検出値の値である判定検出値を取り込む判定検出値取り込み手段と、
値の異なる各電気角位相と、値の異なる各電気角位相にした時の各判定検出値とを対にして対照データとして記憶する蓄積部と、
前記対照データから、判定検出値が最大となる、即ちインダクタンスが最小となる第1の電気角位相を求めると共に、この第1の電気角位相のときの判定検出値を第1ピーク判定検出値とする第1の電気角位相検出部と、
第1の電気角位相から180°位相がずれた電気角位相を第2の電気角位相とし、前記対照データを参照して第2の電気角位相のときの判定検出値を第2ピーク判定検出値とする第2の電気角位相検出部と、
第1ピーク判定検出値と第2ピーク判定検出値との差の絶対値が、予め決めた設定値よりも大きいときに、第1の電気角位相を初期磁極位置として出力する初期磁極位置出力手段と、
を有することを特徴とする。
前記初期磁極位置出力手段は、
第1ピーク判定検出値と第2ピーク判定検出値との差の絶対値が、予め決めた設定値以下であるときには、前記電流指令設定部により設定するd軸電流指令の値を増加させ、値を増加させたd軸電流指令の下で得た第1ピーク判定検出値と第2ピーク判定検出値との差の絶対値が、予め決めた設定値よりも大きくなったら、このときの第1の電気角位相を初期磁極位置として出力することを特徴とする。
このように正確な磁極位置が推定できるため、トルク指令と逆のトルクが発生して逆方向に回転する異常の発生を防止できる。
ここで、本発明の説明に先立ち、ベクトル制御を利用してPMモータをインバータ駆動する制御装置を図11を参照して説明する。
次に、図1を参照しつつ、本発明の実施例1に係る永久磁石式同期電動機の磁極位置推定装置による初期磁極位置推定動作を、構成と共に説明する。この初期磁極位置を推定する動作を行う時には、PMモータ2のロータが回転しないようブレーキ等で固定する。
この位相計測制御部100の360°位相発生部102は、計測制御部101により制御されて、まず、電気角位相θの値を初期値である0°に設定する。値が0°に設定された電気角位相θは、電流指令設定部200,三相/二相変換部5及び二相/三相変換部8に送られる。また電気角位相θは蓄積部103にも転送される。
(1)休止期間ではd軸電流指令Id*を出力せず、
(2)指令出力期間では、d軸電流指令設定部104にて設定された値となっているd軸電流指令Id*を出力する。
なお、休止期間と指令出力期間は交互に設定している。また、休止期間と指令期間の長さは予め設定しており、例えば、休止期間は2.5〜3.0msに設定し、指令期間は7.0〜10msに設定してある。
三相/二相変換部5は、電流検出値Iu,Iwからv相の電流検出値Ivを求め、更に三相の電流検出値Iu,Iv,Iwを三相/二相変換し、電気角位相θ(=0°)を用いて、電気角位相θが0°のときの回転座標系のd軸電流検出値Id(θ=0°)を求める。
この判定検出値Idhは、蓄積部103に送られる。
これにより蓄積部103には、各電気角位相(θ=0°〜359°)と、各電気角位相とした場合における判定検出値Idh(θ=0°)〜Idh(θ=359°)とを対にした対照データが蓄積される(図5のステップS2)。
PMモータ2のインダクタンスは、判定検出値Idhを逆比例演算したものである。即ち、インダクタンスL∝(1/Idh)の関係がある。したがって、インダクタンスLと電気角位相θとの関係は、図4(b)のようになる。
そして、電気角位相検出部107は、図4(a)(b)に示すデータから、インダクタンスLが最も最小となる電気角位相θ1と、この電気角位相θ1のときの判定検出値Idhの値である第1ピーク判定検出値Idh1を求める(図5のステップS3)。
そして、電気角位相検出部108は、図4(a)(b)に示すデータから、インダクタンスLが、次に最小となる(2番目に最小となる)電気角位相θ2と、この電気角位相θ2のときの判定検出値Idhの値である第2ピーク判定検出値Idh2を求める(図5のステップS4)。
この場合には、計測差検出・判定部109は、計測制御部101に対して再計測指令を出力すると共に、d軸電流指令設定部104に対してd軸電流指令の値を増加補正する指令を出力する(図5のステップS8)。
つまり、360°位相発生部102にて発生する電気角位相θの値を0°から1°づづ順次増加しつつ、各電気角位相θにおける判定検出値Idh(θ)を求め、各電気角位相(θ=0°〜359°)と、各電気角位相とした場合における判定検出値Idh(θ=0°)〜Idh(θ=359°)とを対にした対照データを作成する。
更に、電気角位相検出部107,108にてピーク判定検出値Idh1,Idh2を求め、判定検出値差Idh3が設定値αよりも大きくなっていたら、計測差検出・判定部109は、スイッチング手段110を投入し、このときの電気角位相θ1を初期磁極位置として出力する。
このように正確な磁極位置が推定できるため、トルク指令と逆のトルクが発生して逆方向に回転する異常の発生を防止できる。
次に、図6を参照しつつ、本発明の実施例2に係る永久磁石式同期電動機の磁極位置推定装置による初期磁極位置推定動作を、構成と共に説明する。この初期磁極位置を推定する動作を行う時には、PMモータ2のロータが回転しないようブレーキ等で固定する。
この位相計測制御部300の360°位相発生部302は、計測制御部301により制御されて、まず、電気角位相θの値を初期値である0°に設定する。値が0°に設定された電気角位相θは、電流指令設定部200,三相/二相変換部5及び二相/三相変換部8に送られる。また電気角位相θは蓄積部303にも転送される。
(1)休止期間ではd軸電流指令Id*を出力せず、
(2)指令出力期間では、d軸電流指令設定部104にて設定された値となっているd軸電流指令Id*を出力する。
なお、休止期間と指令出力期間は交互に設定している。また、休止期間と指令期間の長さは予め設定しており、例えば、休止期間は2.5〜3.0msに設定し、指令期間は7.0〜10msに設定してある。
三相/二相変換部5は、電流検出値Iu,Iwからv相の電流検出値Ivを求め、更に三相の電流検出値Iu,Iv,Iwを三相/二相変換し、電気角位相θ(=0°)を用いて、電気角位相θが0°のときの回転座標系のd軸電流検出値Id(θ=0°)を求める。
この判定検出値Idhは、蓄積部303に送られる。
これにより蓄積部303には、各電気角位相(θ=0°〜359°)と、各電気角位相とした場合における判定検出値Idh(θ=0°)〜Idh(θ=359°)とを対にした対照データが蓄積される(図8のステップS12)。
PMモータ2のインダクタンスは、判定検出値Idhを逆比例演算したものである。即ち、インダクタンスL∝(1/Idh)の関係がある。したがって、インダクタンスLと電気角位相θとの関係は、図7(b)のようになる。
そして、電気角位相検出部307は、図7(a)(b)に示すデータから、インダクタンスLが最も最小となる電気角位相θ1と、この電気角位相θ1のときの判定検出値Idhの値である第1ピーク判定検出値Idh1を求める(図8のステップS13)。
そこで実施例2では、電気角位相検出部307により求めた、インダクタンスLが最も最小となる電気角位相θ1に対して対極にある(θ1から180°位相がずれた位置にある)電気角位相θ2を、電気角位相算出部311により演算して求める。
また、ステップS14の演算をして得たθ2が360°を越える場合には(ステップS15)、ステップS16にて、θ2=360°−θ2の演算をして、このステップS16で演算して得たθ2をθ1の対極の電気角とする。
そして、電気角位相検出部308は、電気角位相算出部311にて演算した電気角位相θ2を取り込み、この電気角位相θ2のときの判定検出値Idhの値を第2ピーク判定検出値Idh2として求める。
つまり電気角位相θ2のときには、図7(a)に示すように、判定検出値Idhにピーク特性は存在しないが、電気角位相θ2のときに判定検出値Idhが第2のピークになったとみなして、第2ピーク判定検出値Idh2を求めているのである。
この場合には、計測差検出・判定部309は、計測制御部301に対して再計測指令を出力すると共に、d軸電流指令設定部304に対してd軸電流指令の値を増加補正する指令を出力する(図8のステップS21)。
つまり、360°位相発生部302にて発生する電気角位相θの値を0°から1°づづ順次増加しつつ、各電気角位相θにおける判定検出値Idh(θ)を求め、各電気角位相(θ=0°〜359°)と、各電気角位相とした場合における判定検出値Idh(θ=0°)〜Idh(θ=359°)とを対にした対照データを作成する。
更に、電気角位相検出部307,308にてピーク判定検出値Idh1,Idh2を求め、判定検出値差Idh3が設定値αよりも大きくなっていたら、計測差検出・判定部309は、スイッチング手段310を投入し、このときの電気角位相θ1を初期磁極位置として出力する。
このように正確な磁極位置が推定できるため、トルク指令と逆のトルクが発生して逆方向に回転する異常の発生を防止できる。
2 PMモータ
3,4 電流検出部
5 三相/二相変換部
6 トルク制御部
7 電流制御部
8 二相/三相変換部
9 PWM制御部
100,300 位相計測制御部
200 電流指令設定部
Claims (3)
- 値が初期値から順次段階的に増加していく電気角位相を出力する位相発生部と、
指令出力期間と休止期間とが交互に設定されており、指令出力期間ではd軸電流指令を出力する電流指令設定部と、
三相の電圧指令を基に永久磁石式電動機を駆動するインバータと、
前記インバータから永久磁石式同期電動機に供給される三相の電流の電流検出値を、前記電気角位相を用いて三相/二相変換してd軸電流検出値を出力する三相/二相変換部と、
前記d軸電流指令と前記d軸電流検出値との偏差を基に、q軸電圧指令及びd軸電圧指令を出力する電流制御部と、
前記電気角位相を用いて前記q軸電圧指令及びd軸電圧指令を二相/三相変換して、前記インバータを駆動するための三相の電圧指令を求める二相/三相変換部と、
前記指令出力期間の終了時点から予め決めた電流検出期間が経過した時点での、前記d軸電流検出値の値である判定検出値を取り込む判定検出値取り込み手段と、
値の異なる各電気角位相と、値の異なる各電気角位相にした時の各判定検出値とを対にして対照データとして記憶する蓄積部と、
前記対照データから、判定検出値が最大となる、即ちインダクタンスが最小となる第1の電気角位相を求めると共に、この第1の電気角位相のときの判定検出値を第1ピーク判定検出値とする第1の電気角位相検出部と、
前記対照データから、判定検出値が2番目に大きくなる、即ちインダクタンスが2番目に小さくなる第2の電気角位相を求めると共に、この第2の電気角位相のときの判定検出値を第2ピーク判定検出値とする第2の電気角位相検出部と、
第1ピーク判定検出値と第2ピーク判定検出値との差の絶対値が、予め決めた設定値よりも大きいときに、第1の電気角位相を初期磁極位置として出力する初期磁極位置出力手段と、
を有することを特徴とする永久磁石式同期電動機の初期磁極位置推定装置。 - 値が初期値から順次段階的に増加していく電気角位相を出力する位相発生部と、
指令出力期間と休止期間とが交互に設定されており、指令出力期間ではd軸電流指令を出力する電流指令設定部と、
三相の電圧指令を基に永久磁石式電動機を駆動するインバータと、
前記インバータから永久磁石式同期電動機に供給される三相の電流の電流検出値を、前記電気角位相を用いて三相/二相変換してd軸電流検出値を出力する三相/二相変換部と、
前記d軸電流指令と前記d軸電流検出値との偏差を基に、q軸電圧指令及びd軸電圧指令を出力する電流制御部と、
前記電気角位相を用いて前記q軸電圧指令及びd軸電圧指令を二相/三相変換して、前記インバータを駆動するための三相の電圧指令を求める二相/三相変換部と、
前記指令出力期間の終了時点から予め決めた電流検出期間が経過した時点での、前記d軸電流検出値の値である判定検出値を取り込む判定検出値取り込み手段と、
値の異なる各電気角位相と、値の異なる各電気角位相にした時の各判定検出値とを対にして対照データとして記憶する蓄積部と、
前記対照データから、判定検出値が最大となる、即ちインダクタンスが最小となる第1の電気角位相を求めると共に、この第1の電気角位相のときの判定検出値を第1ピーク判定検出値とする第1の電気角位相検出部と、
第1の電気角位相から180°位相がずれた電気角位相を第2の電気角位相とし、前記対照データを参照して第2の電気角位相のときの判定検出値を第2ピーク判定検出値とする第2の電気角位相検出部と、
第1ピーク判定検出値と第2ピーク判定検出値との差の絶対値が、予め決めた設定値よりも大きいときに、第1の電気角位相を初期磁極位置として出力する初期磁極位置出力手段と、
を有することを特徴とする永久磁石式同期電動機の初期磁極位置推定装置。 - 請求項1または請求項2において、前記初期磁極位置出力手段は、
第1ピーク判定検出値と第2ピーク判定検出値との差の絶対値が、予め決めた設定値以下であるときには、前記電流指令設定部により設定するd軸電流指令の値を増加させ、値を増加させたd軸電流指令の下で得た第1ピーク判定検出値と第2ピーク判定検出値との差の絶対値が、予め決めた設定値よりも大きくなったら、このときの第1の電気角位相を初期磁極位置として出力することを特徴とする永久磁石式同期電動機の初期磁極位置推定装置。
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