JP2013240200A - Srモータの駆動方法および装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】複数の突極を有する固定子と、固定子の突極とは位相が異なる配置の複数の突極を有する回転子とを有し、固定子の各突極に巻かれた複数相のコイルを回転子の位置に応じて順次励磁して回転子を回転させるSRモータの制御方法において、低負荷時、中負荷時、高負荷時の各制御モードで励磁開始角θonおよび励磁終了角θoffを切り替える。すなわち、SRモータのトルク発生原理に基づいて、静磁場解析で算出したインダクタンス曲線から運転効率を高める励磁開始角と励磁終了角を導き、運転条件に応じて最適に制御を行う。
【選択図】 図11
Description
低負荷時には、励磁開始角を、回転数と負荷に応じて設定された角度θon_modeIに設定し、励磁終了角を、回転子位置45°で電流が0になる回転子位置θ45を上限として設定された角度θoff_modeIに制御し(制御モードI)、
中負荷時には、励磁開始角を前記θon_modeIから回転数と負荷に応じて設定された角度θon_minまでの範囲で進めたθon_modeIIに設定し、励磁終了角を前記θ45に固定し(制御モードII)、
高負荷時には、励磁開始角を回転数と負荷に応じて設定された角度θon_modeIIIに固定し、励磁終了角を、トルク増加が望める転流角θoff maxまでの範囲で遅らせたθoff_modeIIIに設定する(制御モードIII)こと
を特徴とする。
制御モードIIでは、無効領域の電流が増加するので、制御モードIと比較するとトルク増加は僅かであるが、逆トルクによる効率低下はない。
制御モードIIIは、効率を犠牲にしてもトルクを増加させる必要があるときに用いることができる。
低負荷時には、励磁開始角を、回転数と負荷に応じて設定された角度θon_modeIに設定し、励磁終了角を、回転子位置45°で電流が0になる回転子位置θ45を上限として設定された角度θoff_modeIに制御し、
中負荷時には、励磁開始角を前記θon_modeIから回転数と負荷に応じて設定された角度θon_minまでの範囲で進めたθon_modeIIに設定し、励磁終了角を前記θ45に固定し、
高負荷時には、励磁開始角を回転数と負荷に応じて設定された角度θon_modeIIIに固定し、励磁終了角を、トルク増加が望める転流角θoff maxまでの範囲で遅らせたθoff_modeIIIに設定する手段を設けたこと
を特徴とするSRモータの制御装置である。
このように負荷の状況により励磁開始角と励磁終了角を切り替えることにより、運転条件で必要とされる回転数とトルクを維持するために最適な励磁開始角と励磁終了角に制御される。
本発明による構成をSRモータ駆動システムに適用すると、運転条件で必要とされる回転数とトルクを維持するために最適な励磁開始角と励磁終了角に制御され、結果として運転効率が向上する。また運転効率に配慮しつつ高エネルギー密度化を達成できる。
本発明は、パルス幅変調により発生トルクを制御する従来技術と比較して、ワンパルスで発生トルクを制御できるので、パワー素子でのスイッチング損失が減少し、電力変換装置の効率も改善する。
まず、励磁区間可変制御法について説明する。
図7にインダクタンス空間微分係数とθ45の関係を示す。インダクタンスは回転子位置と電流で決まる。負荷が大きくなり電流が増加すると、磁気飽和の影響でインダクタンスが減少し逆起電力が小さくなるため、転流後の回生に時間を要さないためθ45は増加していく。逆に負荷が小さくなり電流が減少すると、磁気飽和の影響がなくなりインダクタンスが増加し逆起電力が大きくなるため、転流後の回生に時間を要するためθ45は減少していく。つまりインダクタンスの増減とθ45には何らかの相関関係がある。電流と回転数が一定であればインダクタンスの値とθ45の相関関係が取れるが、電流は速度起電力の影響で変化するため相関関係が取れない。そこで、運転中の電流と速度起電力の状態を把握する指標として、θdL/dθ_max付近のインダクタンス空間微分係数を用いる。インダクタンスは電圧電流の検出値より演算できるので、その空間微分係数は回転子位置の微小偏差で除することで得られる。またインダクタンス空間微分係数とθ45の相関関係は、θonを変化させると電流波形が変化するためθonにも依存する。そこで、各θonに対してインダクタンス空間微分係数とθ45をシミュレーションまたは測定により予め求めておき、θonをパラメータとしたテーブルを作成しておけば、θonとインダクタンス空間微分係数からθ45を推定することが可能となる。
有限要素法による磁場解析結果を基に、起磁力テーブルi(Ψ,θ)と静止トルクテーブルT(i,θ)からなるSRモータモデルを構築し、シミュレーションにおいて励磁区間可変制御による効率改善の効果を確認する。
図18に電圧制御器の構成を示す。角速度の偏差を入力とした速度PI制御器によりパルス幅変調(PWM)で使用するデューティ比を調整し、時間平均的に電圧を制御する。積分器には過度の積分を避けるためにアンチリセットワインドアップを設けている。アンチリセットワインドアップは、角速度の偏差が大きい初期状態においてPI出力が飽和してPI出力通りの出力が出せず、目標値に達するまでの時間が長くなるときの積分動作を停止し、過度の積分を防止することでオーバーシュートを小さくして目標値に達する時間を短縮する。
2 変速器
3 トルク検出器
4 ブラシレスDCモータ
5 ロータリエンコーダ
6 ラインレシーバ
7 FPGA
8 ゲート駆動回路
9 非対称ハーフブリッジコンバータ
10 電源
11 A/D・D/A
12 オシロスコープ
13 トルクコンバータ
14 ロータリエンコーダ
15 ブラシレスDCモータサーボドライブ
Claims (5)
- 複数の突極を有する固定子と、前記固定子の突極とは位相が異なる配置の複数の突極を有する回転子とを有し、前記固定子の各突極に巻かれた複数相のコイルを前記回転子の位置に応じて順次励磁して前記回転子を回転させるSRモータの制御方法において、
低負荷時、中負荷時、高負荷時の各制御モードで励磁開始角および励磁終了角を切り替えることを特徴とするSRモータの制御方法。 - 低負荷時には、励磁開始角を、回転数と負荷に応じて設定された角度θon_modeIに設定し、励磁終了角を、回転子位置45°で電流が0になる回転子位置θ45を上限として設定された角度θoff_modeIに制御し、
中負荷時には、励磁開始角を前記θon_modeIから回転数と負荷に応じて設定された角度θon_minまでの範囲で進めたθon_modeIIに設定し、励磁終了角を前記θ45に固定し、
高負荷時には、励磁開始角を回転数と負荷に応じて設定された角度θon_modeIIIに固定し、励磁終了角を、トルク増加が望める転流角θoff maxまでの範囲で遅らせたθoff_modeIIIに設定すること
を特徴とする請求項1記載のSRモータの制御方法。 - 励磁開始角に対して負荷を変化させながらインダクタンス空間微分係数と前記θ45の相関関係を求め、励磁開始角をパラメータとしたインダクタンス空間微分係数から前記θ45を推定することを特徴とする請求項2記載のSRモータの制御方法。
- 回転子位置変化とインダクタンス変化より演算されたインダクタンス勾配に基づいて前記θ45を運動中に自動的に演算することを特徴とする請求項2記載のSRモータの制御方法。
- 複数の突極を有する固定子と、前記固定子の突極とは位相が異なる配置の複数の突極を有する回転子とを有し、前記固定子の各突極に巻かれた複数相のコイルを前記回転子の位置に応じて順次励磁して前記回転子を回転させるSRモータの制御装置において、
低負荷時には、励磁開始角を、回転数と負荷に応じて設定された角度θon_modeIに設定し、励磁終了角を、回転子位置45°で電流が0になる回転子位置θ45を上限として設定された角度θoff_modeIに制御し、
中負荷時には、励磁開始角を前記θon_modeIから回転数と負荷に応じて設定された角度θon_minまでの範囲で進めたθon_modeIIに設定し、励磁終了角を前記θ45に固定し、
高負荷時には、励磁開始角を回転数と負荷に応じて設定された角度θon_modeIIIに固定し、励磁終了角を、トルク増加が望める転流角θoff maxまでの範囲で遅らせたθoff_modeIIIに設定する手段を設けたこと
を特徴とするSRモータの制御装置。
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