JP2010539873A - 電気駆動装置とその制御方法 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図1
Description
Ψ=arctan(ωLs/Rs)
es=νs−(Rsis+Ls・dis/dt)
図5を参照し、例えば、
Vt=図5の端子10、11すなわち誘導−抵抗素子9の端子での電圧
VR=抵抗Ri1での電圧降下
Vt1=第1のインダクタ(Li1)での電圧降下
Vt2=第2のインダクタ(Li2)での電圧降下
M=Li1とLi2との間の相互インダクタンス
とするとき、以下の関係となる。
Vt=VR+Vt1+Vt2
Vt=Ri1is+Li1・dis/dt+M・dis/dt
Vt=Ri1is+(Li1+M)・dis/dt
Ri1is+(Li1+M)・dis/dt=α(Rsis+Ls・dis/dt)
ここで、α=Ri1/Rsは、減衰係数である。
N2=N1(αLs/Li1−1)
α・es=α・νs−α・Rs・is−α・Ls・dis/dt
Rα=R α/(3−2α)
ここで、Rは、抵抗14および15の一般的な抵抗値を意味します。
A)所定位置に停止、または位置合わせするステップ、
B)所定のランプ定数V/fに従って、加速するステップ、
C)逆起電力「c.e.m.f.」のゼロ交差に「従う」ステップであって、「従う」とは、最適動作状態に到達させることを意味する、ステップ、
D)最適化駆動のステップ。
Claims (24)
- 固定子および回転子を有するブラシレスモーター(2)と、
モーター(2)への給電用ブリッジ(3)と、
前記回転子の角度位置を検出するための手段と、
前記モーター(2)内の各位相電流を検出するための手段と、
回転子位置および各位相電流に従い、前記給電用ブリッジ(3)を制御するための回路と、を含む電気駆動装置であって、
前記回転子の角度位置を検出するための前記手段は、前記回転子の回転によって前記固定子巻線内に誘導される逆起電力(Es)のゼロ交差を検出するための回路(6)を含むこと、および、前記各位相電流を検出するための前記手段が、前記各位相電流を包絡することで前記各位相電流を間接的に検出するための回路(25)を含むことを特徴とする、電気駆動装置。 - 前記逆起電力(Es)のゼロ交差を検出するための前記回路(6)は、誘導−抵抗要素(9)を含み、前記誘導−抵抗要素は、前記モーター(2)の個別の相に流れる電流による抵抗−誘導低下を測定するために、前記モーター(2)の前記個別の相に直列に接続されることを特徴とする、請求項1に記載の電気駆動装置。
- 前記逆起電力(Es)のゼロ交差を検出するための前記回路(6)は、誘導−抵抗要素(9)を含み、前記誘導−抵抗要素は、前記モーター(2)の各巻線内に流れる電流による抵抗−誘導低下を測定するために、前記モーター(2)の各相に直列に接続されることを特徴とする、請求項1または2に記載の電気駆動装置。
- 前記誘導−抵抗要素(9)は、相互に結合する第1および第2のインダクタ(Li1、Li2)を含み、前記第1のインダクタ(Li1)は、前記位相電流(Is)によって特に交差されることを特徴とする、請求項2または3に記載の電気駆動装置。
- 前記第1および第2のインダクタ(Li1、Li2)は、単巻変圧器(9a)を形成するために交互に結合され、前記第1および第2のインダクタ(Li1、Li2)は、磁気コア(30)の周囲に特に巻かれることを特徴とする、請求項4に記載の電気駆動装置。
- 前記第2のインダクタ(Li2)は、前記第1のインダクタ(Li1)の巻数(N1)よりも多い巻数(N2)を有することを特徴とする、請求項4または5に記載の電気駆動装置。
- 前記第2のインダクタ(Li2)の巻数(N2)は、
前記第1のインダクタ(Li1)の巻数(N1)と、
前記モーター(2)の同期インダクタンス(Ls)に減衰係数(α)を乗算した値の、前記第1のインダクタ(Li1)のインダクタンス値(Li1)に対する比から数値1を引いた値との積であること、すなわち下式
N2=N1(α・Ls/Li1−1)
であることを特徴とする、請求項4〜6のいずれか1項に記載の電気駆動装置。 - 上記減衰係数(α)は、前記第1のインダクタ(Li1)の抵抗値(Ri1)のモーター(2)の位相抵抗(Rs)に対する比として計算され、すなわち下式
α=Ri1/Rs
で計算されることを特徴とする、請求項7に記載の電気駆動装置。 - 前記制御回路は、前記逆起電力のゼロ交差を検出する前記回路(6)と、前記各位相電流(Is)を間接的に検出する回路(25)と、連通しているコントローラ(26)を含み、
前記コントローラ(26)は、前記逆起電力のゼロ交差に従い、および前記各位相電流(Is)を間接的に検出する回路(25)からの出力電圧に従い、前記給電用ブリッジ(3)を制御することを特徴とする、請求項1〜8のいずれか1項に記載の電気駆動装置。 - 各位相電流(Is)の関数として、供給電圧(Vs)および前記逆起電力の間の進み角(δ)の曲線は、前記コントローラ(26)に格納され、前記曲線は、進み角の正接(tgδ)を進み角(δ)自体で近似することで前記コントローラ(26)において、とりわけ線形で得ることができることを特徴とする、請求項9に記載の電気駆動装置。
- 前記逆起電力(Es)のゼロ交差を検出する前記回路(6)は、第1の比較器(16)を順に含む第1のステージ(7)を有することを特徴とする、請求項1〜10のいずれか1項に記載の電気駆動装置。
- 前記逆起電力(Es)のゼロ交差を検出するための前記回路(6)は、誤ったスイッチングを最小化するために、前記第1のステージ(7)に従続して接続される第2のステージ(8)を含むことを特徴とする、請求項11に記載の電気駆動装置。
- 前記第2のステージ(8)がヒステリシス特性の比較器(17)を含むことを特徴とする、請求項12に記載の電気駆動装置。
- 前記各位相電流(Is)を間接的に検出する前記回路(25)は、前記給電用ブリッジ(3)の出力側にシャント抵抗(3a)を含み、前記各位相電流(Is)が検出されたとき、前記包絡線を前記出力側から検出し、前記各位相電流(Is)を間接的に検出する回路(25)は、前記シャント抵抗(3a)上の電流フロー用の包絡線検出器(27)を含むことを特徴とする、請求項1〜13のいずれか1項に記載の電気駆動装置。
- 請求項1〜14のいずれか1項に記載の特徴を有する電気駆動装置を制御する方法であって、前記制御方法は、
オープンループ・モード、すなわち前記逆起電力(Es)のゼロ交差を検出する前記回路(6)からの信号、および前記各位相電流を間接的に検出する前記回路(25)からの信号を使用すること無く、前記給電用ブリッジ(3)を制御することで前記モーター(2)をスタートさせるステップ、
供給電圧と供給周波数との所定の比率に従って、前記モーター(2)を加速させるステップと、
前記モーター(2)の回転を維持するのに必要な最小位相引き込み電流値に到達するまで、前記供給電圧を低減するステップと、
前記供給電圧の振幅だけを設定することで、前記駆動装置を最適化するステップと、を有する制御方法。 - 前記スタートさせるステップの間、3つの一定電圧を前記モーター(2)に給電し、前記モーター(2)が特に3相のモーターのときに、前記回転子が既知の位置になるまで、前記回転子を回転させるように給電することを特徴とする、請求項15に記載の制御方法。
- 前記既知の位置において、前記回転子の磁界および前記固定子の磁界が整列することを特徴とする、請求項16に記載の制御方法。
- 特に前記一定電圧を給電した後に前記モーター(2)に給電するステップであって、周波数と共に線形的に変化する振幅の周波数を増加させて、固定子磁界および回転子磁界を生成するために、3つの正弦波の電圧の位相は、互いに電気角度を120°シフトした状態で給電するステップを、さらに含み、
前記固定子巻線は、同一形状および同一巻数の3つの巻線を特に有し、空間的には120°の位相シフトし、中央部がアクセス不可能なY結合によって接続されていることを特徴とする、請求項16または17に記載の制御方法。 - 前記供給電圧(Vs)と前記供給周波数との所定の比率に従って、前記モーター(2)を加速させる前記ステップの間、前記モーターに給電する平均電圧の振幅を前記供給周波数(freq)と共に線形的に変化させることを特徴とする、請求項15〜18のいずれか1項に記載の制御方法。
- 前記供給周波数(freq)は、ゼロからスタートし、前記コントローラ(26)内に設定された値の所定の周波数(fset)に到達するまで増加していくことを特徴とする、請求項19に記載の制御方法。
- 前記所定の周波数(fset)は、前記逆起電力(Es)のゼロ交差を検出する回路(6)によって検出可能な前記逆起電力(Es)のゼロ交差信号の最小の電気的周波数よりも大きいことを特徴とする、請求項19に記載の制御方法。
- 前記最適化ステップの間、前記マイクロコントローラ(26)は、前記供給電圧の前記振幅を設定することで、連続して前記電気的周波数(freq)を検出し、前記逆起電力(Es)のゼロ交差を検出する回路(6)からの出力信号が、インバーター(3)の基本出力電圧の周波数が対応して一致するかまたは不一致かに拘らず、連続する2つの信号の端部間の時間間隔を得ることを特徴とする、請求項15〜21のいずれか1項に記載の制御方法。
- 前記駆動装置の最適動作を得るための反復手順をさらに含み、前記反復手順は、
シャント電流の包絡線検出器(27)を使用して、位相電流(Is)のピーク値を測定するステップと、
前記逆起電力(Es)のゼロ交差を検出する前記回路(6)を使用して、前記逆起電力(Es)のゼロ交差を検出するステップと、
前記供給電圧(Vs)と誘導された前記逆起電力(Es)との間に、特に進み角(δ)と前記位相電流(Is)のピーク値との間の関係に対応して、前記進み角(δ)を適用するステップと、含むことを特徴とする、請求項15〜21のいずれか1項に記載の制御方法。 - 前記所定関係は、パイ(π)に前記モーター(2)の同期インダクタンス(Ls)と極数(p)とを掛けた積の、数値60に逆起電力係数(KE)を掛けた積に対する比に、さらに前記位相電流(Is)の実効値を掛けたものを設定し、すなわち、下式で設定し、
δ=π・Ls・p・Is/60・KE
前記逆起電力係数(KE)は、特に電圧を分当りの回転数で割ったもので測定され、すなわちV/rpmであり、前記同期インダクタンス(Ls)は、ヘンリーで表現され、前記位相電流(Is)は、アンペアで表現されることを特徴とする、請求項23に記載の制御方法。
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