JP2009044935A - モータ制御装置及び圧縮機 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】モータ駆動システムは、周期的に負荷トルクが変動する負荷を駆動するモータ(1)と、モータ制御装置(3a)と、を備える。モータ制御装置は、推定されたモータ速度(ωe)とモータ速度指令値(ω*)との差からトルク電流指令値(iδ*)を算出する一方で、共振型フィルタ(30)を用いてその差から負荷トルク変動に由来する変動成分を抽出し、抽出値をトルク電流補正値(iδC)としてトルク電流指令値(iδ*)に重畳する。そして、モータ制御装置は、この重畳がなされたトルク電流指令値に基づいて、共振型フィルタを制御することによりトルク電流補正値の位相を調整する位相制御部(32)を備える。
【選択図】図3
Description
まず、本発明の第1実施例について説明する。図3は、第1実施例に係るモータ駆動システムの詳細ブロック図である。図3のモータ駆動システムは、図1に示されるモータ1及びインバータ2と、図1のモータ制御装置3として機能するモータ制御装置3aと、相電流センサ11と、を備えている。モータ制御装置3aは、符号12〜20及び30〜32で参照される各部位を含んで構成される。モータ制御装置3a内に相電流センサ11が含まれている、と考えることもできる。モータ制御装置3a内の各部位は、モータ制御装置3a内で生成された各値を自由に利用可能となっている。
次に、本発明の第2実施例について説明する。図11は、第2実施例に係るモータ駆動システムの詳細ブロック図である。図11のモータ駆動システムは、図1に示されるモータ1及びインバータ2と、図1のモータ制御装置3として機能するモータ制御装置3bと、相電流センサ11と、を備えている。モータ制御装置3bは、符号12〜20及び30〜32で参照される各部位を含んで構成される。モータ制御装置3b内に相電流センサ11が含まれている、と考えることもできる。モータ制御装置3b内の各部位は、モータ制御装置3b内で生成された各値を自由に利用可能となっている。
次に、本発明の第3実施例について説明する。図12は、第3実施例に係るモータ駆動システムの詳細ブロック図である。図12のモータ駆動システムは、図1に示されるモータ1及びインバータ2と、図1のモータ制御装置3として機能するモータ制御装置3cと、相電流センサ11と、を備えている。モータ制御装置3cは、符号12〜20並びに31及び32で参照される各部位と、共振型フィルタ30cと、を含んで構成される。モータ制御装置3c内に相電流センサ11が含まれている、と考えることもできる。モータ制御装置3c内の各部位は、モータ制御装置3c内で生成された各値を自由に利用可能となっている。
第1〜第3実施例に係るモータ駆動システムでは、d軸とγ軸との間の軸誤差Δθをゼロに収束させるベクトル制御、即ち、γ軸をd軸に追従させるベクトル制御を実施しているが、γ軸をd軸と異なる軸に追従させるベクトル制御を実施するようにしてもよい。第1〜第3実施例に対するこの変形例を、第4実施例とする。例えば、上記非特許文献2に記載されているようなdm軸を定義し、γ軸をdm軸に追従させるベクトル制御を実施するようにしてもよい。
第1〜第4実施例に係るモータ駆動システムは、回転子位置を検出するための位置センサを用いない位置センサレスベクトル制御を行っている。しかしながら、第1〜第4実施例に記載された技術は、位置センサを設けた場合にも有益である。位置センサを設けたモータ駆動システムを本発明の第5実施例とする。第1〜第4実施例に記載した事項は、矛盾なき限り、第5実施例にも適用可能である。
第1〜第5実施例で例示した各モータ駆動システムが適用される機器として、圧縮機300を図13に示す。図13は、圧縮機300の外観図である。第1〜第5実施例に係る何れかのモータ駆動システムが、圧縮機300に設けられる。圧縮機300は、モータ1の回転力を駆動源として冷媒ガス(不図示)の圧縮を行う。
実験結果、理論式の導出及びシミュレーション結果の説明を交えながら、上述してきた消費電力の挙動を考察する。この考察に関する説明を、便宜上、第7実施例の説明とする。
図14及び図15を参照すると共に、図7を再度参照する。図14及び図15は、図3のモータ駆動システムに対して行った実験の結果を表す。
消費電力と共振型フィルタ30におけるゲイン及び位相進み量との関係を、理論式の導出を介して考察する。
図3や図11のモータ制御システムをモデル化し、消費電力と共振型フィルタ30におけるゲイン及び位相進み量との関係を調べるためのシミュレーションを行った。
図7及び図15から分かるように、共振型フィルタにおける位相進み量の増加は、基本的に消費電力低減に寄与するもののモータ駆動システムが組み込まれた機器(圧縮機など)の振動抑制にとっては好ましくない。つまり、位相進み量を決定するに当たり、消費電力低減と振動抑制はトレードオフの関係にある。一方において、消費電力に対する要求及び振動抑制に対する要求はユーザによって異なり、消費電力低減を優先するユーザも、振動抑制を優先するユーザも存在する。
或る実施例にて説明した事項は、矛盾なき限り、他の実施例に対しても適用することができる。この適用の際、適宜、同一名称の部位についての符号の相違(3a、3b及び3cの相違など)はないものとして解釈される。上述の実施形態の変形例または注釈事項として、以下に、注釈1〜注釈6を記す。各注釈に記載した内容は、矛盾なき限り、任意に組み合わせることが可能である。
上述の実施形態では、iδCの位相の調整手法を説明してきたが、この位相の調整と同時に共振型フィルタ(30又は30c)のゲインに対する調整も行うようにしてもよい。
上述の各種の指令値(iγ*、iδ*、vγ*及びvδ*など)や状態量(iγ、iδなど)を含む、導出されるべき全ての値の導出手法は任意である。即ち、例えば、それらを、モータ制御装置(3a、3b又は3c)内での演算によって導出するようにしてもよいし、予め設定しておいたテーブルデータから導出するようにしてもよい。
上述の実施形態では、相電流センサ11を用いてU相電流iu及びV相電流ivを直接検出するようにしているが、インバータ2の電源側の直流電流に基づいて、それらを検出するようにしてもよい。
モータ制御装置(3a、3b又は3c)の機能の一部または全部は、例えば汎用マイクロコンピュータ等に組み込まれたソフトウェア(プログラム)を用いて実現される。ソフトウェアを用いてモータ制御装置を実現する場合、モータ制御装置の各部の構成を示すブロック図は機能ブロック図を表すこととなる。勿論、ソフトウェア(プログラム)ではなく、ハードウェアのみによって、或いは、ソフトウェアとハードウェアの組み合わせによって、モータ制御装置を形成することも可能である。
例えば、以下のように考えることができる。上述の実施形態において、図3等に示される位置・速度推定器20は、モータ速度ωeを推定によって導出するモータ速度導出手段として機能する。但し、第5実施例においては、上記の速度算出用微分器(不図示)がモータ速度導出手段として機能し、この速度算出用微分器が位置センサと協働して、モータ速度ωeを検出する(尚、モータ速度導出手段に位置センサが含まれていると考えても構わない)。
本明細書等において下記の点に留意すべきである。上記の数j(jは1以上の整数)と表記した墨付きかっこ内の式(式(1)等)の記述又は図面において、所謂下付き文字として表記されているギリシャ文字(γ及びδ等)は、それらの墨付きかっこ外において、下付き文字でない標準文字として表記されうる。このギリシャ文字の下付き文字と標準文字との相違は無視されるべきである。
2 インバータ
3、3a、3b、3c モータ制御装置
15 電流制御部
17 速度制御部
20 位置・速度推定器
30、30c 共振型フィルタ
32 位相制御部
Claims (8)
- 周期的に負荷トルクが変動する負荷を駆動するモータに対して、ベクトル制御を実行するモータ制御装置において、
モータ速度を推定又は検出するモータ速度導出手段と、
前記モータ速度が外部から与えられたモータ速度指令値に追従するようにトルク電流指令値を生成する速度制御手段と、
前記負荷トルクの変動に対応して変動する制御値を受け、前記制御値の周期的な変動成分を強調することによってトルク電流補正値を生成する共振型フィルタと、
前記トルク電流補正値を前記トルク電流指令値に重畳することによって重畳トルク電流指令値を生成するトルク電流補正手段と、
前記重畳トルク電流指令値に基づいて、前記共振型フィルタを制御することによって前記トルク電流補正値の位相を調整する調整手段と、を備え、
前記重畳トルク電流指令値に従って前記ベクトル制御を実行する
ことを特徴とするモータ制御装置。 - 前記制御値は、前記モータ速度と前記モータ速度指令値との差、又は、前記トルク電流指令値である
ことを特徴とする請求項1に記載のモータ制御装置。 - 前記モータの回転子に設けられた永久磁石が作る磁束の向きに平行な軸をd軸とし、d軸に対応する制御上の推定軸をγ軸とした場合、
当該モータ制御装置は、
前記モータに供給されるモータ電流に基づいて、前記d軸と前記γ軸との軸誤差及び前記モータ速度を推定する推定手段を備え、
前記制御値は、前記軸誤差、又は、前記軸誤差の変動に同期して変動する値である
ことを特徴とする請求項1に記載のモータ制御装置。 - 前記調整手段は、前記重畳トルク電流指令値の変動幅に基づいて、前記トルク電流補正値の位相を調整する
ことを特徴とする請求項1〜請求項3の何れかに記載のモータ制御装置。 - 前記調整手段は、前記重畳トルク電流指令値から前記負荷トルクの変動の周波数成分を抽出し、その周波数成分の振幅に基づいて前記トルク電流補正値の位相を調整する
ことを特徴とする請求項1〜請求項3の何れかに記載のモータ制御装置。 - 周期的に負荷トルクが変動する負荷を駆動するモータに対して、ベクトル制御を実行するモータ制御装置において、
モータ速度を推定又は検出するモータ速度導出手段と、
前記モータ速度が外部から与えられたモータ速度指令値に追従するようにトルク電流指令値を生成する速度制御手段と、
前記負荷トルクの変動に対応して変動する制御値を受け、前記制御値の周期的な変動成分を強調することによってトルク電流補正値を生成する共振型フィルタと、
前記トルク電流補正値を前記トルク電流指令値に重畳することによって重畳トルク電流指令値を生成するトルク電流補正手段と、
複数の制御モードの内の何れの制御モードにて前記モータを制御するかを表すモード選択情報に応じて、前記共振型フィルタを制御することによって前記トルク電流補正値の位相を調整する調整手段と、を備え、
前記重畳トルク電流指令値に従って前記ベクトル制御を実行する
ことを特徴とするモータ制御装置。 - モータと、
前記モータを駆動するインバータと、
前記インバータを介して前記モータに対するベクトル制御を実行する請求項1〜請求項6の何れかに記載のモータ制御装置と、を備えた
ことを特徴とするモータ駆動システム。 - 請求項7に記載のモータ駆動システムに備えられたモータの回転力を駆動源とする
ことを特徴とする圧縮機。
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