JP2014110708A5

JP2014110708A5 -

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Publication number: JP2014110708A5
Application number: JP2012264603A
Authority: JP
Filing date: 2012-12-03
Publication date: 2014-08-14
Anticipated expiration: 2032-12-03

Description

永久磁石を有する同期電動機においては、ロータの磁極位置に応じて各相巻線に電流を流し、所望のトルクを発生させる必要があることから、ロータの磁極位置をエンコーダなどのセンサで検出し、適切な励磁位相（磁極位置）に電流を流すように制御される。図７は、永久磁石を有する同期電動機における磁極位置の検出を説明する模式図である。図７（ａ）に示す同期電動機１００において、ロータには永久磁石１０１が設けられ、ステータには電機子巻線１０２Ｕ、１０２Ｖおよび１０２Ｗが設けられる。なお、図７（ａ）では、電機子巻線の巻数および巻き方については具体的には図示しておらず、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相といった三相の回転磁界を発生させる巻線を代表的に示しており、また、永久磁石の形状および配置位置についても具体的には図示しておらず、単にＮ極およびＳ極を有する永久磁石として表している。図７（ａ）に示す位置にロータがある場合、このロータをｄｑ座標平面上に表すと、図７（ｂ）に示すようになる。例えば、始動時に同期電動機１００のロータ１０１の磁極が図７（ｂ）に示すようにｄ軸から角度δだけずれた位置（以下、「磁極初期位置」と称する。）にある場合、センサで検出されたデータを磁極初期位置を用いて補正し、補正後のデータを用いて電機子巻線１０２Ｕ、１０２Ｖおよび１０２Ｗの電流位相（励磁位相）を制御することでロータの回転を制御する。

センサで検出されたデータを補正するために用いられる磁極初期位置が正確ではない場合、不正確なデータを用いて同期電動機の回転制御を行うことになるため、同期電動機の駆動時におけるトルク定数にバラツキが生じたり、最大トルクを発生できないことがある。特に界磁弱め制御が必要な高速まで回転させる場合には、磁極初期位置にズレがあると適正なｄ相電流を流すことができず、このため同期電動機に印加される駆動電圧が不足し、制御が不安定になる。このような理由から、同期電動機の制御においては、始動時における磁極初期位置を正確に検出することは重要である。そのため、例えば、磁極位置を絶対値として検出できるセンサを使用し、このセンサを取り付ける際に磁極位置合わせの作業を行うことがある。またあるいは、このような作業を不要にするために同期電動機の始動時等にモータ制御装置で磁極位置検出処理を実行することがある。

２相巻線の突極性を持ったロータのαβ座標上での電流をｉ_αおよびｉ_β、発生する磁束をλ_αおよびλ_β、ｄ軸上のインダクタンスをＬ_d、ｑ軸上のインダクタンスをＬ _q、各インダクタンスＬ_dおよびＬ _qの直流分をＬ₀、脈動分をＬ₂、永久磁石の磁束をφとすると、回転座標系であるαβ座標系上の実際のロータ位置θは式１に示される関数で表される。

上述のように、電圧指令手段１１は、ｄｑ座標系上の高周波電圧指令として、高周波のｄ相成分ｖ_dh＝Ｖｓｉｎγｔと振幅ゼロのｑ相成分とからなる電圧指令を生成するが、これを式４に代入する。式４において右辺の第２項は高周波に影響しないので無視でき、また同期電動機２の始動時であることからロータは静止しているのでω＝０とすると式５が得られる。

電圧指令手段１１により生成されたｄｑ座標系上の高周波電圧指令に基づいて電力変換器３を動作させると、電流検出手段１３により３相電流が検出される。検出された３相電流をｄｑ座標変換手段１４によりｄｑ座標上の電流に変換したときのｑ相成分の電流を、推定磁極位置算出手段１５内の微分計算手段２１により微分した値が、式５のｐｉ_qに相当する。推定磁極位置算出手段１５内の積計算手段２２は、微分計算手段２１により得られた式５のｐｉ_qのうちのｉ_qと、ｄｑ座標系上の高周波電圧指令のうちのｄ相成分ｖ_dh＝Ｖｓｉｎγｔとの積を計算し、その後、推定磁極位置算出手段１５内のフィルタ手段２３により高周波キャリア分ｃｏｓ２γｔを除去すると、式６に示すような成分が抽出される。

電圧指令手段１１により高周波電圧指令として生成されるｄ相成分ｖ_dh＝Ｖｓｉｎγｔを、推定磁極位置算出手段１５’内の位相シフト手段２６によりπ／２だけ位相シフトすると、式８が得られる。