JP2008306801A - Controller of permanent magnet motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、モータのロータ部に永久磁石を用いた永久磁石モータのトルクリップルを抑制する制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for suppressing torque ripple of a permanent magnet motor using a permanent magnet for a rotor portion of a motor.
従来の永久磁石モータのトルクリップル低減手法を図3に示し、図3に基づいて説明する。 A conventional torque ripple reduction method for a permanent magnet motor is shown in FIG. 3 and will be described with reference to FIG.
永久磁石モータ1には電力変換器111により三相の平衡した交流電圧が印加され、三相平衡した電流が流れる。
A three-phase balanced AC voltage is applied to the
各相に流れる電流値は、永久磁石モータ1に取り付けられた位置検出器103のロータ位置情報により三相−dq変換器109にて、回転座標上において直流状態として扱えるd軸電流idとq軸電流iqに変換される。
The current value flowing in each phase is determined by the three-phase-
q軸電流制御器107はq軸電流指令105とq軸電流iqとの偏差を入力として、偏差が0となるようPI調整器を介してq軸電圧指令vqrefを出力する。
The q-axis
d軸電流制御器108はd軸電流指令106とd軸電流idとの偏差を入力として、偏差が0となるようPI調整器を介してd軸電圧指令vdrefを出力する。
The d-axis
d軸電圧指令vdrefとq軸電圧指令vqrefはdq−三相変換器110にて永久磁石モータ1に取り付けられた位置検出器103のロータ位置情報により、平衡した三相交流電圧指令vuref,vvref,vwrefに変換されを電力変換器111に与えられる。
The d-axis voltage command vdref and the q-axis voltage command vqref are balanced three-phase AC voltage commands vref, vvref, based on the rotor position information of the position detector 103 attached to the
なおd軸電流指令106およびq軸電流指令105はトルク指令発生器9からのトルク指令に基づいて電流指令生成器104により生成される。
The d-axis current command 106 and the q-
このように構成して電流制御することでトルク指令が一定の条件では永久磁石モータ1に流れる電流は正弦波状に制御されるが、界磁の磁束が正弦波でない場合には図4に示すように主として回転周波数の6倍の周波数を持つトルクリップルが発生することが知られている。
With this configuration and current control, the current flowing through the
特にステータの巻き線構造を集中巻構造とした場合には、一次側巻き線によって作られる一次磁束にも高調波成分が現れより大きなトルクリップルを発生する。 In particular, when the winding structure of the stator is a concentrated winding structure, a harmonic component appears in the primary magnetic flux generated by the primary winding, and a larger torque ripple is generated.
このようなトルクリップルを抑制する手段として特許文献1においては、トルクリップルと逆位相となるように人為操作によって位相設定された制振信号を発生させ、この制振信号とq軸電流指令値を乗算した値に人為操作で変化する定数を乗じて上記トルクリップルと同振幅となるよう設定された電流指令を脈動抑制電流発生器101により発生させq軸電流指令105に加算することでトルクリップルを打ち消すようにしている。
In
また特許文献2においては、永久磁石モータ1の極数と、位置検出器103のロータ位置情報と、トルクリップルの変動の上限と下限との差の平均値を予めメモリに記憶しておき、位置検出器103のロータ位置情報と永久磁石モータの極数とから、前記トルクリップルの位相データを演算し、前記トルクリップルの変動の上限と下限との差の平均値を振幅とし、且つ前記位相データを用いた正弦波関数によりトルク補正値をトルク指令補正器102にて演算する。
In
脈動抑制電流発生器101に代えてトルク指令補正器102の出力をトルク指令発生器9のトルク指令に加算することでトルクリップルを打ち消すようにしている。 Instead of the pulsation suppression current generator 101, the torque ripple is canceled by adding the output of the torque command corrector 102 to the torque command of the torque command generator 9.
いずれのトルクリップル抑制手段においても、トルクリップルの抑制するための電流指令やトルク指令は発生するトルクリップルを測定し試行錯誤を繰り返しながら決定される。 In any torque ripple suppression means, the current command and torque command for suppressing the torque ripple are determined by measuring the generated torque ripple and repeating trial and error.
また、モータの回転が高速になるほどトルクリップルの周波数もあがり、周波数の高いトルクリップルを抑制するためには電流制御やトルク制御の応答を速くすることが必要であり、演算装置には高速化が要求される。
解決しようとする問題点は、トルクリップルを抑制するための電流指令やトルク指令の決定には、発生するトルクリップルの測定を必要とし、試行錯誤を繰り返さなければならない点とモータが高周波数で駆動される際に演算装置の演算周期の関係からトルクリップルの補正が困難となる点である。 The problem to be solved is that the determination of the current command and torque command to suppress the torque ripple requires measurement of the generated torque ripple, and trial and error must be repeated, and the motor is driven at a high frequency. In this case, it is difficult to correct the torque ripple due to the calculation cycle of the calculation device.
本発明の請求項1では、モータのロータ部分に永久磁石を用いた永久磁石モータのロータを同一のシャフト上に少なくても2台以上連結し、1台のロータにつき1台のステータを有する永久磁石モータをそれぞれ個々に制御アンプでトルク制御する永久磁石モータの制御装置において、前記の各永久磁石モータで発生するトルクリップルを互いに打ち消すように前記の各ロータの取り付け角度をずらして前記シャフト上に取り付けることを特徴とする。 According to the first aspect of the present invention, at least two or more of the rotors of a permanent magnet motor using a permanent magnet for the rotor portion of the motor are connected on the same shaft, and each of the rotors has one stator. In the permanent magnet motor control device that individually controls the torque of the magnet motor with a control amplifier, the mounting angles of the rotors are shifted on the shaft so as to cancel the torque ripples generated in the permanent magnet motors. It is characterized by being attached.
また、請求項2では請求項1において同一シャフトに連結する永久磁石モータの特性は同一の特性とし、前記永久磁石モータの数量は偶数とし、前記永久磁石モータのロータは2台を1組として第1のロータともう一方の第2のロータの前記シャフトへの取り付け角度を電気角で30度だけずらして前記シャフト上に取り付け、個々の制御アンプに与えられるトルク指令はすべて均等に分配とすることを特徴とする。
Further, in
トルクリップルを抑制するための電流指令やトルク指令を生成する必要がなく、モータを高周波で駆動している際にもトルクリップルを抑制するために演算装置の高速化を必要としないで、シャフトから外部へ出力されるトルクリップルを効果的に抑制することができ、安定したトルクを出力するように永久磁石モータを制御することができる。 There is no need to generate a current command or torque command to suppress torque ripple, and there is no need to increase the speed of the arithmetic unit to suppress torque ripple even when the motor is driven at high frequency. Torque ripple output to the outside can be effectively suppressed, and the permanent magnet motor can be controlled to output stable torque.
トルクリップルを抑制し安定したトルクを、シャフトを通して外部へ出力するという目的をトルクリップルを抑制するための電流指令やトルク指令の生成を必要とせず、また演算装置への負荷を増すことなしに実現した。 Achieves the purpose of suppressing torque ripple and outputting stable torque to the outside through the shaft without the need to generate a current command or torque command to suppress torque ripple, and without increasing the load on the arithmetic unit did.
図1に本発明の請求項2の実施例を示し、図1に基づいて本発明の詳細な説明をする。
FIG. 1 shows an embodiment of
図1は同一シャフト上に連結する永久磁石モータの数量は2台とした例である。 FIG. 1 shows an example in which the number of permanent magnet motors connected on the same shaft is two.
永久磁石モータ1のロータ3と永久磁石モータ1と同特性を持つ永久磁石モータ2のロータ4はシャフト5を介して連結される。
The
この際、ロータ4の永久磁石61〜64の位置は、ロータ3の永久磁石61〜64の位置よりθだけずらして取り付け、永久磁石モータ1のステータ7と永久磁石モータ2のステータ8は同一の角度となるように取り付ける。
At this time, the positions of the
トルク指令発生器9のトルク指令はトルク指令分配器10により制御アンプ11と制御アンプ12分配され、永久磁石モータ1は制御アンプ11により、また永久磁石モータ2は制御アンプ12により各々トルク制御される。
The torque command of the torque command generator 9 is distributed to the control amplifier 11 and the control amplifier 12 by the
永久磁石モータ1を一定のトルク指令で運転した場合、図2(a)のような電気角1周期の6倍の周期を持つトルクリップルが発生するので、永久磁石モータ2にて永久磁石モータ1で発生するトルクリップルと振幅が同じで逆位相となるトルクリップルを発生することができれば永久磁石モータ1が発生するトルクリップルを打ち消すことができる。
When the
トルクリップルの1周期は電気角で60度であるので永久磁石モータ2にて逆位相のトルクリップルを発生させるには、ロータ3の永久磁石61〜64の位置に対してロータ4の永久磁石61〜64の位置は電気角で30度ずれた位置に配置されていればよい。
Since one cycle of torque ripple is 60 degrees in electrical angle, the
すなわち永久磁石モータの極数をPとするとロータ4はロータ3に対して機械角で(1)式で表されるθだけずらしてシャフト5に取り付ければよい。
That is, if the number of poles of the permanent magnet motor is P, the
トルクリップルの振幅を同一にするためには制御アンプ11と制御アンプ12に同一のトルク指令が入力されるようにトルク指令分配器10にてトルク指令発生器9のトルク指令を均等に分配すればよい。
In order to make the amplitudes of the torque ripples equal, the
図2は本発明の請求項2を適用し、ロータ4の永久磁石61〜64の位置をロータ3の永久磁石61〜64の位置に対して電気角で30度ずらした位置に取り付け、制御アンプ11および制御アンプ12へのトルク指令を均等に分配した場合の永久磁石モータ1と永久磁石モータ2が発生するトルクリップルおよび永久磁石モータ1のトルクリップルと永久磁石モータ2のトルクリップルを合成したシャフト5に伝わるトルクを示している。
FIG. 2 applies the second aspect of the present invention, and the position of the
図2(a)の永久磁石モータ1が発生するトルクリップルに対して、図2(b)の永久磁石モータ2が発生するトルクリップルは振幅が同じで逆位相となっているため、トルクリップは打ち消され、シャフト5に伝わるトルクは図2(c)に示すようにトルクリップルは生じなくなる。
Since the torque ripple generated by the
トルク指令や電流指令にトルクリップルの抑制値を重畳して制御する方式でなく、機械的な永久磁石の配置によりトルクリップルを打ち消すことにより、トルクリップルの周期が短くなる高周波数での駆動の場合においてもトルクリップルの発生を抑制することができる。 In the case of driving at a high frequency where the torque ripple period is shortened by canceling the torque ripple by arranging mechanical permanent magnets instead of the control method by superimposing the torque ripple suppression value on the torque command or current command. Also, the occurrence of torque ripple can be suppressed.
永久磁石モータ1台あたりで発生するトルクリップルやコギングトルクを相殺し、永久磁石モータのシャフトを通して安定したトルク出力を提供することができるので産業上の利用の可能性は大いにある。 Since the torque ripple and cogging torque generated per one permanent magnet motor can be offset and a stable torque output can be provided through the shaft of the permanent magnet motor, there is a great industrial applicability.
1 永久磁石モータ
2 永久磁石モータ
3 ロータ
4 ロータ
5 シャフト
61 永久磁石
62 永久磁石
63 永久磁石
64 永久磁石
7 ステータ
8 ステータ
9 トルク指令発生器
10 トルク指令分配器
11 制御アンプ
12 制御アンプ
101 脈動抑制電流発生器
102 トルク指令補正器
103 位置検出器
104 電流指令生成器
105 q軸電流指令
106 d軸電流指令
107 q軸電流制御器
108 d軸電流制御器
109 三相−dq変換器
110 dq−三相変換器
111 電力変換器
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Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2007149838A JP2008306801A (en) | 2007-06-06 | 2007-06-06 | Controller of permanent magnet motor |
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