JP2022159064A - 埋込磁石形同期モータ制御のためのシステム及び方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本開示の一態様は、動的直接磁束制御(「DDFC」)と呼ぶことができて、概して、推定固定子磁束と目標固定子磁束又は基準固定子磁束との比較に基づいてd軸成分指令電圧が算出され、一方で推定されるq軸固定子電流とq軸目標電流又はq軸基準電流との比較に基づいてq軸成分指令電圧が算出されるシステム及び方法を対象としている。
本開示の本実施形態は、部分的には図6に示される静止基準座標系(α-β)31でのモータの電流モデル(一般的には磁気モデル又は磁気モータモデルとも呼ばれる)に依存する。埋込磁石形(「IPM」)モータでは、静止基準座標系(α-β)31における電圧方程式及び電磁トルクの式は、
・固定子磁束の大きさはds軸電圧成分により直接調整される。つまり、DDFC方式で作り出される目標電圧v* dのds軸成分(目標電圧v* qのqs軸成分と共に固定子への電力供給を制御するために使用される)を固定子磁束の大きさの誤差に基づいて算出することができる。ds軸32は、図6で示される磁束軸
・トルクはqs軸電流成分により調整される。つまり、DDFC方式で作り出される目標電圧v* dのqs軸成分(目標電圧v* qのds軸成分と共に固定子への電力供給を制御するために使用される)をトルク誤差(例えば、q軸目標固定子電流i* qsと実際のq軸固定子電流成分の推定値(回転子電流センサにより供給されるリアルタイム電流
DDFC制御ブロック82は、トルク及び磁束を調整する内部モータ制御方式を表す。基準トルクT*は、比例積分(PI)制御器81を用いて実装される外部又は外側の速度調整ループにより生成され、DDFC制御ブロック82への入力である。DDFC制御ブロック82の出力は、図6の静止基準座標系31における指令電圧ベクトル
・推定される大きさ
固定子磁束オブザーバ160により与えられる固定子鎖交磁束ベクトル
固定子磁束オブザーバ160により与えられる、静止基準座標系(α-β)31における固定子鎖交磁束の大きさ
DDFCでは、トルクは2つの変数、すなわち、固定子磁束の大きさλとqs軸電流成分iqsを制御することで制御される(式(9)を参照)。いずれも、ハードウェア検出回路のリアルタイムフィードバックに基づいて算出された計数器変数である。したがって、磁束計算の精度は、非線形性が存在するものの、磁気モデル又は実際の電圧の積分のいずれかから得ることができる。高いトルク制御性能を、全速度範囲で精度と動的応答の両方に関して実現することができる。それゆえ、DDFCはトルク及び速度を直接制御する。
磁束オブザーバの電圧モデル部分における電圧積分は、電圧検出ハードウェア回路(例えば電圧再構成器86)に基づいているため、基本的に直接磁束の計算である。それゆえ、変数としての電圧は、高速時にはリアルタイム制御の制御ループ内にある。これにより、DDFCはMTPV制御を含む制限された電圧動作条件下でも利用可能な電圧を充分に利用することができる。このため制限された電圧でも優れたトルク創出能力が提供される。FOCとは対照的に、FOC電流制御は、高速時にはインバータ飽和に対処するために電圧限界を調整することができない。
(1)オブザーバが停止された始動の場合(ObserverMode=0)
d制御器は電流制御器として構成され、q制御器は電流制御器として構成され、それぞれの入力は、(d,q)基準電流と実際の電流との比較から得られる誤差値127及び128である。制御器の利得は、kp,crt及びki,crt(122)である。すべての回転変換に使用される位置θeは、次の2つの異なる値126となりうる:
(a)ゼロ-電流制御は,id=iα及びiq=iβであるため、静止(α,β)電流制御方式となる。
(b)基準電気速度の積分から得られる基準位置θ*。
(2)オブザーバが使用された始動の場合(ObserverMode=1)
d制御器は利得kp,flux及びki,flux(121)を用いた磁束制御器として構成され、入力は基準固定子磁束と実際の固定子磁束(例えば、固定子磁束オブザーバにより与えられる推定固定子磁束)の間の誤差値へと変更される。すべての回転変換で使用される位置は、磁束オブザーバにより与えられる推定固定子磁束位置である。
・電流モデル:g(rad/s)に等しい周波数より下では、磁束推定値は磁気モデル手法165、167、168により決定づけられる。
・電圧モデル:g(rad/s)に等しい周波数より上では、磁束推定値は電圧積分手法162、163、164により決定づけられる。
(1)EnableHF=0:HFI動作は無効化される
この状態では、HFI機能は無効化される。システムは基本的に、HFIのない、図7に示される簡略化されたシステム図のように振る舞う。典型的な動作環境は低い速度ω2より上、あるいはゼロ又は静止状態での始動動作における極性検出の開始時である。
(2)EnableHF=1:HFI動作は有効化される
この状態では、HFI機能は有効化される。HFI電圧がモータ制御ループへ注入されて、推定される回転子位置角
この状態では、HFI動作は、速度が速度閾値ω2より高いために無効化される。DHFI固定子磁束オブザーバ内で、システムは磁束オブザーバの出力を速度及び位置の推定値として扱い、実際の電圧
ωg<ωh (25)
ωg<ωh<ω2 (26)
上述の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載され得るが、以下には限られない。
[付記1]
固定子、回転子、及びマルチモデル磁束オブザーバを含むモータ制御システムを有するセンサレス埋込磁石形同期モータ(「IPMSM」)を過酷な動作条件においてロバスト制御する方法であって、
前記センサレスIPMSMの前記マルチモデル固定子磁束オブザーバの電圧モータモデルを用いて、前記過酷な動作条件において電圧モータモデルベースで推定される前記固定子と前記回転子の間のモータ鎖交磁束を推定することと、
前記センサレスIPMSMの前記マルチモデル固定子磁束オブザーバのモータ磁気モデルを用いて、前記過酷な動作条件においてモータ磁気モデルベースで推定される前記固定子と前記回転子の間のモータ鎖交磁束を推定することと、
前記モータ制御システムを用いて、前記過酷な動作条件において前記センサレスIPMSMの回転子過渡特性を推定することと、
前記マルチモデル固定子磁束オブザーバから、前記過酷な動作条件において前記センサレスIPMSMを制御するために複数の推定されるモータ特性を出力することと、
メモリに記憶される遷移閾値で、前記マルチモデル固定子磁束オブザーバの出力を前記推定される回転子過渡特性に基づいて遷移させることであって、前記遷移は、前記センサレスIPMSMを制御するための、前記モータ磁気モデルで推定されるモータ鎖交磁束の関数として推定される前記複数の推定されるモータ特性と、前記電圧モータモデルで推定されるモータ鎖交磁束の関数として推定される前記複数の推定されるモータ特性の間で行われる、遷移させることと、
前記モータ制御システムで前記複数の推定されるモータ特性を受信することと、
前記モータ制御システムで動的直接磁束制御を用いて、前記過酷な動作条件において前記複数の推定されるモータ特性に基づいて前記センサレスIPMSMを制御することと、
を含む、方法。
[付記2]
モータモデルベースで推定されるモータ鎖交磁束から得られる前記電圧モータモデルベースで推定されるモータ鎖交磁束は、動的高周波注入(「DHFI」)フィルタ処理された電流から得られ、
前記推定される回転子過渡特性がメモリに記憶されるオブザーバモード閾値に到達するのに応答して、高周波で観測される回転子位置から得られる前記磁気モータモデルで推定されるモータ鎖交磁束から前記動的高周波注入(「DHFI」)フィルタ処理された電流に基づいて前記電圧モータモデルの回転子位置から得られる前記磁気モータモデルで推定されるモータ鎖交磁束へ切り替えることと、
前記推定される回転子過渡特性が高周波モード無効化閾値に到達するのに応答して、前記動的高周波注入(「DHFI」)フィルタ処理された高周波注入された電流から得られる前記電圧モータモデルで推定されるモータ鎖交磁束から高周波注入の影響を受けていない電流から得られる前記電圧モータモデルで推定されるモータ鎖交磁束へ切り替えることと、
を含む、付記1に記載の過酷な動作条件においてセンサレスIPMSMをロバスト制御する方法。
[付記3]
前記遷移閾値は前記オブザーバモード閾値より小さく、かつ前記高周波モード無効化閾値より小さく、前記オブザーバモード閾値は前記高周波モード無効化閾値より小さい、付記2に記載の過酷な動作条件においてセンサレスIPMSMをロバスト制御する方法。
[付記4]
前記推定される回転子過渡特性は推定回転子速度であり、
前記モータ電圧モデルは、1つ又は複数の経験的に求められるモータパラメータに基づいており、前記モータ電圧モデルは動作条件の範囲で有効であり、
前記モータ磁気モデルは、1つ又は複数の経験的に求められるモータパラメータに基づいており、前記モータ磁気モデルは動作条件の範囲で有効であり、
前記過酷な動作条件は、前記モータ電圧モデルと前記モータ電流モデルの少なくとも一つが有効な動作条件の範囲内に入る、
付記1に記載の過酷な動作条件においてセンサレスIPMSMをロバスト制御する方法。
[付記5]
前記過酷な動作条件は、極端な周囲温度、温度の変動、電圧の変動、インバータの飽和の少なくとも一つを含む、付記4に記載の過酷な動作条件においてセンサレスIPMSMをロバスト制御する方法。
[付記6]
高周波電流を前記IPMSMの前記固定子へ注入することと、
基本周波数部分及び高周波注入部分を含む固定子電流を検出することと、
前記検出された固定子電流を、動的高周波注入(「DHFI」)フィルタを用いてフィルタ処理して、DHFIフィルタ処理された電流にすることと、
前記センサレスIPMSMの回転子位置を前記DHFIフィルタ処理された電流に基づいて高周波オブザーバを用いて推定することと、
を含み、
前記モータ磁気モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束の推定は、前記DHFIフィルタ処理された電流と、前記推定される回転子位置と、前記モータ磁気モデルとに基づいて前記モータ磁気モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束を推定することを含み、
前記電圧モータモデルベースで推定されるモータ鎖交磁束の推定は、前記DHFIフィルタ処理された電流に基づいて前記モータ電圧モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束を推定することを含み、
前記センサレスIPMSMの回転子位置を前記モータ電圧モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束に基づいて推定することと、
を含む、付記1に記載の過酷な動作条件においてセンサレスIPMSMをロバスト制御する方法。
[付記7]
前記遷移閾値はフィルタのカットオフ周波数に対応する過渡回転子速度であり、前記過渡回転子速度はメモリに記憶されるオブザーバモードスイッチ回転子速度より小さく、かつメモリに記憶される高周波モード無効化回転子速度より小さく、前記オブザーバモードスイッチ回転子速度は前記高周波モード無効化回転子速度より小さく、前記推定される回転子過渡特性は推定回転子速度であり、前記過渡回転子速度を下回る推定回転子速度において、前記電圧モータモデルベースで推定されるモータ鎖交磁束は前記DHFIフィルタ処理された電流から得られ、前記方法はさらに、
前記推定回転子速度が前記オブザーバモードスイッチ回転子速度を超えるのに応答して、前記DHFIフィルタ処理された電流に基づいて前記高周波オブザーバから得られる、前記回転子位置から得られる前記モータ磁気モデルで推定されるモータ鎖交磁束から、前記モータ電圧モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束に基づいて前記回転子位置から得られる、前記モータ磁気モデルで推定されるモータ鎖交磁束へ切り替えることと、
前記DHFIフィルタ処理された高周波注入された固定子電流から得られる、前記モータ電圧モデルで推定されるモータ鎖交磁束が前記高周波注入なしに前記固定子電流から得られるように、前記推定回転子速度が前記高周波モード無効化回転子速度を超えるのに応答して、前記IPMSMの前記固定子への前記高周波電流の前記注入を無効化することと、
を含む、付記6に記載の過酷な動作条件においてセンサレスIPMSMをロバスト制御する方法。
[付記8]
過酷な動作条件において動作するセンサレス埋込磁石形同期モータ(「IPMSM」)システムであって、
モータハウジングと、
前記モータハウジング内に取り付けられて空間を画定する固定子であって三相固定子巻線構成を有する固定子と、
磁気的突極性を示すように円周方向に分散された複数の埋込磁石を含む回転子であって、前記固定子の前記三相固定子巻線構成の励磁により前記空間内で速度範囲を超えて回転可能な回転子と、
前記モータハウジング内に取り付けられたモータ制御システムであって、
電源と、
前記固定子の1つ又は複数の電気特性を検出するよう構成されている検出回路と、
複数のモータ特性値を記憶するメモリと、
マルチモデル磁束オブザーバであって、
モータ電圧モデルを用いて、前記過酷な動作条件においてモータ電圧モデルベースで推定される前記固定子と前記回転子の間のモータ鎖交磁束を推定し、
モータ磁気モデルを用いて、前記過酷な動作条件においてモータ磁気モデルベースで推定される前記固定子と前記回転子の間のモータ鎖交磁束を推定し、
前記モータ電圧モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束と前記モータ磁気モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束の少なくとも一つに基づいて回転子速度を推定し、
前記過酷な動作条件において、前記推定回転子速度に基づいて前記センサレスIPMSMを制御するために、前記モータ磁気モデルで推定されるモータ鎖交磁束と前記モータ電圧モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束の少なくとも一つの関数として推定される前記複数のモータ特性値を出力する、
よう構成されているマルチモデル磁束オブザーバと、
前記過酷な動作条件において、推定される前記複数のモータ特性に基づいて駆動コマンドを生成するよう構成されている動的直接磁束制御器と、
前記制御器により与えられた前記駆動コマンドに従って前記固定子の前記三相固定子巻線構成に対する励磁信号を生成する駆動回路と、
を含むモータ制御システムと、
を備える、過酷な動作条件において動作するセンサレスIPMSMシステム。
[付記9]
前記マルチモデル固定子磁束オブザーバは、前記推定回転子速度がモータ磁気モデル閾値を下回る間は推定される前記複数のモータ特性値を前記モータ磁気モデルで推定されるモータ鎖交磁束の関数として出力するよう構成され、前記推定回転子速度が電圧モデル閾値を上回る間は推定される前記複数のモータ特性値を前記電圧モデルで推定されるモータ鎖交磁束の関数として出力するよう構成される、付記8に記載のセンサレスIPMSM。
[付記10]
前記電圧モデルは1つ又は複数の経験的に求められるモータパラメータに基づいており、前記電圧モデルは動作条件の範囲で有効であり、前記電圧モデル閾値を下回る推定回転子速度において、前記過酷な動作条件は前記電圧モデルが有効な動作条件の範囲外となり、前記電圧モデル閾値を上回る推定回転子速度において、前記過酷な動作条件は前記電圧モデルが有効な動作条件の範囲内に入り、
前記モータ磁気モデルは1つ又は複数の経験的に求められるモータパラメータに基づいており、前記磁気モデルは動作条件の範囲で有効であり、前記電流モデル閾値を上回る推定回転子速度において、前記過酷な動作条件は前記磁気モデルが有効な動作条件の範囲外となり、前記電流モデル閾値を下回る推定回転子速度において、前記過酷な動作条件は前記磁気モデルが有効な動作条件の範囲内に入る、
付記8に記載のセンサレスIPMSM。
[付記11]
前記過酷な動作条件は、極端な周囲温度、温度の変動、電圧の変動、インバータの飽和の少なくとも一つを含む、付記8に記載のセンサレスIPMSM。
[付記12]
高周波信号を前記IPMSMの前記固定子へ注入するよう構成されている高周波注入回路、
を含み、
前記検出回路は、基本周波数部分及び高周波注入部分を含む固定子電流を検出するよう構成されており、
動的高周波注入(「DHFI」)フィルタであって、前記検出された固定子電流をフィルタしてDHFIフィルタ処理された電流にするよう構成されているDHFIフィルタと、
前記DHFIフィルタ処理された電流に基づいて前記センサレスIPMSMの回転子位置を推定するよう構成されている高周波角度オブザーバと、
を含み、
前記マルチモデル磁束オブザーバは、前記DHFIフィルタ処理された電流と、前記推定される回転子位置と、前記モータ磁気モデルとに基づいて前記モータ磁気モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束を推定するよう構成される、
付記8に記載のセンサレスIPMSM。
[付記13]
前記マルチモデル固定子磁束オブザーバは、前記推定回転子速度が前記電流モデル閾値を下回る間は、前記DHFIフィルタ処理された電流と前記高周波角度オブザーバで推定される回転子位置とに基づいて、前記推定される複数のモータ特性を前記モータ磁気モデルで推定されるモータ鎖交磁束の関数として出力するよう構成され、
前記マルチモデル固定子磁束オブザーバは、前記推定回転子速度が前記電圧モデル閾値を上回る間は、前記推定される複数のモータ特性を前記電圧モデルで推定されるモータ鎖交磁束の関数として出力するよう構成され、
前記モータ電圧モデル及び前記モータ磁気モータモデルは、それぞれ1つ又は複数の経験的に求められるモータパラメータに基づいており、前記電圧モデル及び前記モータ磁気モデルは、それぞれ対応する動作条件の範囲で有効である、
ことを含む、付記12に記載のセンサレスIPMSM。
[付記14]
前記マルチモデル固定子磁束オブザーバは、前記推定回転子速度が前記電圧モデル閾値を上回り、かつ高周波オブザーバ無効化閾値を下回る間は、前記推定される複数のモータ特性を前記電圧モデルで推定される回転子位置及び前記DHFIフィルタ処理された電流の関数として出力するよう構成され、
前記マルチモデル固定子磁束オブザーバは、前記推定回転子速度が前記高周波注入無効化閾値を上回る間は、前記推定される複数のモータ特性を前記電圧モータモデルで推定される回転子位置及び前記固定子電流の前記基本周波数部分の関数として出力するよう構成される、
ことを含む、付記13に記載のセンサレスIPMSM。
[付記15]
固定子及び回転子を有するセンサレス埋込磁石形同期モータ(「IPMSM」)の回転子特性値を、IPMSM制御システムのマルチモデル固定子磁束オブザーバを用いて、過酷な動作条件において推定する方法であって、
前記IPMSM制御システムの前記マルチモデル固定子磁束オブザーバのモータ電圧モデルを用いて、逆起電力電圧及び不感時間電圧に基づいてモータ電圧モデルベースで推定される前記固定子と前記回転子の間のモータ鎖交磁束を推定することと、
前記IPMSM制御システムの前記マルチモデル固定子磁束オブザーバのモータ磁気モデルを用いて、固定子電流及び回転子位置に基づいてモータ磁気モデルベースで推定される前記固定子と前記回転子の間のモータ鎖交磁束を推定することと、
前記センサレスIPMSMの前記回転子特性値を前記モータ磁気モデルで推定されるモータ鎖交磁束の関数として推定することと、
前記センサレスIPMSMの前記回転子特性値を前記モータ電圧モデルで推定されるモータ鎖交磁束の関数として推定することと、
メモリに記憶される遷移閾値で、前記マルチモデル固定子磁束オブザーバの出力を、前記モータ磁気モデルで推定されるモータ鎖交磁束の関数として推定される前記センサレスIPMSMの前記回転子特性値と、前記モータ電圧モデルで推定されるモータ鎖交磁束の関数として推定される前記センサレスIPMSMの前記回転子特性値を出力することの間で遷移させることと、
を含み、
前記過酷な動作条件における前記マルチモデル固定子磁束オブザーバからの前記センサレスIPMSMの前記推定される回転子特性の出力の精度が、前記IPMSM制御の全動作範囲で前記過酷な動作条件における実際の回転子特性値のあらかじめ規定された許容範囲内に入る、
方法。
[付記16]
回転子速度値を推定することと、
前記推定回転子速度値を前記遷移閾値と比較することと、
前記マルチモデル固定子磁束オブザーバから、前記推定回転子速度値が前記遷移閾値を下回ることに応答して、前記モータ磁気モデルで推定されるモータ鎖交磁束の関数として推定される前記センサレスIPMSMの前記回転子特性値を出力することと、
前記マルチモデル固定子磁束オブザーバから、前記推定回転子速度値が前記遷移閾値を上回ることに応答して、前記モータ電圧モデルで推定されるモータ鎖交磁束の関数として推定される前記センサレスIPMSMの前記回転子特性値を出力することと、
を含む、付記15に記載のセンサレスIPMSMの回転子特性を推定する方法。
[付記17]
高周波信号を前記IPMSMの前記固定子へ注入することと、
基本周波数部分及び高周波注入部分を含む、注入されたHFI固定子電流を検出することと、
前記検出されたHFI固定子電流を、動的高周波注入(「DHFI」)フィルタを用いてフィルタ処理してDHFIフィルタ処理された基本周波数電流とDHFIフィルタ処理された高周波電流にすることと、
高周波角度オブザーバを用いて、前記DHFIフィルタ処理された高周波電流に基づいて前記センサレスIPMSMの高周波オブザーバベースの回転子位置を推定することであって、前記推定は、前記高周波信号を前記IPMSMの前記固定子へ注入するのに応答して前記IPMSMの磁気的突極性に基づく、推定することと、
を含み、
前記モータ磁気モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束を推定することは、前記DHFIフィルタ処理された基本周波数電流と、前記高周波オブザーバベースで推定される回転子位置と、前記モータ磁気モデルとに基づいて前記モータ磁気モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束を推定することを含み、前記モータ磁気モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束を推定することは前記遷移閾値を下回る回転子速度においてモータパラメータ変動の影響を受けず、
前記モータ電圧モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束を推定することは、前記DHFIフィルタ処理された基本周波数電流と、注入前目標電圧と、DHFIフィルタ処理された電流から得られる逆起電力電圧と、不感時間電圧とに基づいて前記モータ電圧モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束を推定することを含む、
付記15に記載のセンサレスIPMSMの回転子特性を推定する方法。
[付記18]
前記固定子磁束オブザーバを用いて、前記モータ電圧モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束と、前記DHFIフィルタ処理された基本周波数電流と、前記モータ電圧モデルとに基づいて前記センサレスIPMSMの固定子磁束オブザーバベースの回転子位置を推定することと、
オブザーバモード回転子速度以上において、前記モータ磁気モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束の前記推定を、前記DHFIフィルタ処理された電流と、前記固定子磁束オブザーバベースの回転子位置と、前記モータ磁気モデルとに基づいて前記モータ磁気モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束を推定することに変更することと、
を含む、付記17に記載のセンサレスIPMSMの回転子特性を推定する方法。
[付記19]
高周波注入(「HFI」)停止回転子速度以上において、前記IPMSMの前記固定子への前記高周波信号の前記注入を停止することと、
前記HFI停止回転子速度以上において、前記固定子磁束オブザーバ回転子位置の前記推定を、前記モータ電圧モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束と、前記固定子電流と、前記モータ電圧モデルとに基づいて前記固定子磁束オブザーバ回転子位置を推定することに自動的に変更することと、
前記HFI停止回転子速度以上において、前記モータ磁気モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束の前記推定を、前記固定子電流と、前記固定子磁束オブザーバベースで推定される回転子位置と、前記モータ磁気モデルとに基づいて前記モータ磁気モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束を推定することに自動的に変更することと、
前記HFI停止回転子速度以上において、前記モータ電圧モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束の推定を、再構成された固定子電圧と、前記固定子電流から得られる逆起電力電圧と、不感時間電圧と、前記モータ電圧モデルとに基づいて前記モータ電圧モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束を推定することに自動的に変更することと、
を含む、付記18に記載のセンサレスIPMSMの回転子特性を推定する方法。
[付記20]
前記遷移閾値を上回り、かつ前記HFI停止回転子速度を下回る速度において、前記DHFIフィルタ処理された基本周波数電流に基づいて基本DHFI回転子位置を推定すること、
を含み、
前記センサレスIPMSMの前記回転子特性値の前記推定は、前記マルチモデル固定子磁束オブザーバにおいて、前記基本DHFI回転子位置と、前記DHFIフィルタ処理された基本周波数電流と、前記モータ磁気モデルとに基づいて推定することを含む、
付記19に記載のセンサレスIPMSMの回転子特性を推定する方法。
[付記21]
前記センサレスIPMSMの前記回転子特性値は、
前記遷移閾値を下回る回転子速度において、前記高周波オブザーバで推定される回転子位置の関数として推定され、
前記遷移閾値を上回り、かつオブザーバモード閾値を下回る回転子速度において、前記固定子磁束オブザーバで推定される回転子位置の関数として推定され、
前記オブザーバモード閾値を上回り、かつ高周波注入無効化閾値を下回る回転子速度において、前記固定子磁束オブザーバで推定される回転子位置とフィルタ処理された高周波注入電流の関数として推定され、
前記高周波注入無効化閾値を上回る回転子速度において、前記固定子磁束オブザーバで推定される回転子位置と高周波注入の影響を受けない固定子電流の関数として推定される、
付記15に記載のセンサレスIPMSMの回転子特性を推定する方法。
[付記22]
前記遷移閾値を、前記オブザーバモード閾値、前記高周波注入無効化閾値、及び前記遷移閾値と前記オブザーバモード閾値と前記高周波注入無効化閾値の相対値の少なくとも一つの関数として調整することを含む、付記21に記載のセンサレスIPMSMの回転子特性を推定する方法。
[付記23]
前記遷移閾値を、想定されるIPMSM動作速度範囲、想定されるIPMSM始動トルク、想定されるIPMSM最大動作速度、又はそれらの任意の組み合わせの少なくとも一つに基づいて選択することを含む、付記15に記載のセンサレスIPMSMの回転子特性を推定する方法。
[付記24]
前記モータ磁気モデルベースの磁束推定値又は前記モータ電圧モデルの推定値がフィードバックを決定づけるかを示す利得関数に対する遷移閾値を選択することを含み、前記選択することは、少なくとも部分的には、オブザーバモードの変更に対応する回転子速度値と高周波注入無効化に対応する回転子速度値に基づいており、
前記過酷な動作条件は、極端な周囲温度、温度の変動、電圧の変動、インバータの飽和の1つ又は複数を含む、
付記15に記載のセンサレスIPMSMの回転子特性を推定する方法。
[付記25]
モータハウジングと、
前記モータハウジング内に取り付けられて円筒空間を画定する固定子であって三相固定子巻線構成を有する固定子と、
磁気的突極性を示すように円周方向に分散された複数の埋込磁石を含む回転子であって、前記固定子の前記三相固定子巻線構成の励磁により前記円筒空間内で速度範囲を超えて回転可能な回転子と
前記モータハウジング内に取り付けられたモータ制御システムであって、
電源と、
固定子電流を検出するよう構成されている検出回路と、
動的高周波注入(「DHFI」)フィルタ回路であって、前記固定子電流をDHFIフィルタ処理された基本周波数固定子電流とDHFIフィルタ処理された高周波固定子電流へフィルタ処理するよう構成されているDHFIフィルタ回路と、
回転子位置情報、モータ電圧モデルの情報、モータ電流モデルの情報、及び複数のモータ特性値を記憶するメモリと、
1つ又は複数の制御器を含む磁束オブザーバシステムであって、
前記固定子電流と、前記DHFIフィルタ処理された高周波固定子電流と、前記DHFIフィルタ処理された基本周波数固定子電流の少なくとも一つに基づいて回転子位置推定値を求め、
前記電圧モータモデルの情報に基づいて電圧モデルベースの前記固定子と前記回転子の間の鎖交磁束を推定し、
前記電流モータモデルの情報に基づいて電流モデルベースの前記固定子と前記回転子の間の鎖交磁束を推定し、
前記電圧モデルベースの鎖交磁束と前記電流モデルベースの鎖交磁束の少なくとも一つに基づいてメモリ内の前記複数のモータ特性値を更新する、
よう構成されている、磁束オブザーバシステムと、
閉ループ制御を用いて、更新された前記複数のモータ特性値を含むフィードバックに基づいて駆動コマンドを生成するよう構成されている動的直接磁束制御器と、
前記駆動コマンドに従って前記固定子の前記三相固定子巻線構成に対する励磁信号を生成する駆動回路と、
を含み、
モータパラメータの非線形変動にも関わらず全速度範囲でロバストな速度制御が提供される、モータ制御システムと、
を備える、センサレス埋込磁石形同期モータ(「IPMSM」)。
[付記26]
前記磁束オブザーバシステムは、カットオフ周波数に対応する回転子速度推定値に基づいて、前記電圧モデルベースの鎖交磁束及び前記電流モデルベースの鎖交磁束をフィルタ処理するフィルタアルゴリズムを含み、前記磁束オブザーバシステムは、モータモデル閾値を下回る推定回転子速度では前記電流モデルベースの鎖交磁束が優勢となり、モータモデル閾値を上回る推定回転子速度では前記電圧モデルベースの鎖交磁束が優勢となるよう構成されるローパスフィルタ及びハイパスフィルタを含む、付記25に記載のセンサレスIPMSM。
[付記27]
オブザーバモード閾値を下回る回転子速度において、前記電流モデルベースの鎖交磁束は、前記DHFIフィルタ処理された高周波固定子電流に基づいて前記回転子位置推定値の関数として求められ、
前記オブザーバモード閾値を上回り、かつ高周波注入無効化閾値を下回る回転子速度において、前記電流モデルベースの鎖交磁束は、前記DHFIフィルタ処理された基本周波数固定子電流に基づいて前記回転子位置推定値の関数として求められ、
高周波注入無効化閾値を上回る回転子速度において、前記電流モデルベースの鎖交磁束及び前記電圧モデルベースの鎖交磁束は、高周波注入の影響を受けていない前記固定子電流に基づいて前記回転子位置推定値の関数として求められる、
ことを含む、付記26に記載のセンサレスIPMSM。
[付記28]
前記複数のモータ特性値の一つは固定子磁束オブザーバ磁束推定値であり、前記動的直接磁束制御システムは、最大トルク/電流(「MTPA」)ルックアップテーブルからMTPA磁束目標値を取得し、前記回転子速度推定値から得られる弱め磁束限界に基づき、前記回転子速度推定値がインバータ飽和回転子速度を下回るのに応答して前記MTPA磁束目標値を制限し、制限された前記MTPA磁束目標値及び前記固定子磁束オブザーバ磁束推定値に基づいて駆動コマンドを生成するよう構成され、前記固定子磁束オブザーバ磁束推定値が前記MTPA磁束目標値を下回るのに応答して、電流駆動回路指令を増やして過酷な作動条件での磁束不足を補償することでトルク創出能力が高められる、付記26に記載のセンサレスIPMSM。
[付記29]
前記複数のモータ特性値のうちの一つは固定子磁束オブザーバ負荷角であり、前記動的直接磁束制御システムは、最大トルク/電圧(「MTPV」)制御器を用いて前記固定子磁束オブザーバ負荷角に基づいてトルクベースの固定子電流目標値を制限し、制限された前記トルクベースの固定子電流目標値と前記固定子電流の間の誤差に基づいて駆動コマンドを生成するよう構成される、付記26に記載のセンサレスIPMSM。
[付記30]
前記モータパラメータの非線形変動は、温度の変動、電圧の変動、極端な周囲温度、インバータの飽和の少なくとも一つにより起こる、付記25に記載のセンサレスIPMSM。
Claims (30)
- 固定子、回転子、及びマルチモデル磁束オブザーバを含むモータ制御システムを有するセンサレス埋込磁石形同期モータ(「IPMSM」)を過酷な動作条件においてロバスト制御する方法であって、
前記センサレスIPMSMの前記マルチモデル固定子磁束オブザーバの電圧モータモデルを用いて、前記過酷な動作条件において電圧モータモデルベースで推定される前記固定子と前記回転子の間のモータ鎖交磁束を推定することと、
前記センサレスIPMSMの前記マルチモデル固定子磁束オブザーバのモータ磁気モデルを用いて、前記過酷な動作条件においてモータ磁気モデルベースで推定される前記固定子と前記回転子の間のモータ鎖交磁束を推定することと、
前記モータ制御システムを用いて、前記過酷な動作条件において前記センサレスIPMSMの回転子過渡特性を推定することと、
前記マルチモデル固定子磁束オブザーバから、前記過酷な動作条件において前記センサレスIPMSMを制御するために複数の推定されるモータ特性を出力することと、
メモリに記憶される遷移閾値で、前記マルチモデル固定子磁束オブザーバの出力を前記推定される回転子過渡特性に基づいて遷移させることであって、前記遷移は、前記センサレスIPMSMを制御するための、前記モータ磁気モデルで推定されるモータ鎖交磁束の関数として推定される前記複数の推定されるモータ特性と、前記電圧モータモデルで推定されるモータ鎖交磁束の関数として推定される前記複数の推定されるモータ特性の間で行われる、遷移させることと、
前記モータ制御システムで前記複数の推定されるモータ特性を受信することと、
前記モータ制御システムで動的直接磁束制御を用いて、前記過酷な動作条件において前記複数の推定されるモータ特性に基づいて前記センサレスIPMSMを制御することと、
を含む、方法。 - モータモデルベースで推定されるモータ鎖交磁束から得られる前記電圧モータモデルベースで推定されるモータ鎖交磁束は、動的高周波注入(「DHFI」)フィルタ処理された電流から得られ、
前記推定される回転子過渡特性がメモリに記憶されるオブザーバモード閾値に到達するのに応答して、高周波で観測される回転子位置から得られる前記磁気モータモデルで推定されるモータ鎖交磁束から前記動的高周波注入(「DHFI」)フィルタ処理された電流に基づいて前記電圧モータモデルの回転子位置から得られる前記磁気モータモデルで推定されるモータ鎖交磁束へ切り替えることと、
前記推定される回転子過渡特性が高周波モード無効化閾値に到達するのに応答して、前記動的高周波注入(「DHFI」)フィルタ処理された高周波注入された電流から得られる前記電圧モータモデルで推定されるモータ鎖交磁束から高周波注入の影響を受けていない電流から得られる前記電圧モータモデルで推定されるモータ鎖交磁束へ切り替えることと、
を含む、請求項1に記載の過酷な動作条件においてセンサレスIPMSMをロバスト制御する方法。 - 前記遷移閾値は前記オブザーバモード閾値より小さく、かつ前記高周波モード無効化閾値より小さく、前記オブザーバモード閾値は前記高周波モード無効化閾値より小さい、請求項2に記載の過酷な動作条件においてセンサレスIPMSMをロバスト制御する方法。
- 前記推定される回転子過渡特性は推定回転子速度であり、
前記モータ電圧モデルは、1つ又は複数の経験的に求められるモータパラメータに基づいており、前記モータ電圧モデルは動作条件の範囲で有効であり、
前記モータ磁気モデルは、1つ又は複数の経験的に求められるモータパラメータに基づいており、前記モータ磁気モデルは動作条件の範囲で有効であり、
前記過酷な動作条件は、前記モータ電圧モデルと前記モータ電流モデルの少なくとも一つが有効な動作条件の範囲内に入る、
請求項1に記載の過酷な動作条件においてセンサレスIPMSMをロバスト制御する方法。 - 前記過酷な動作条件は、極端な周囲温度、温度の変動、電圧の変動、インバータの飽和の少なくとも一つを含む、請求項4に記載の過酷な動作条件においてセンサレスIPMSMをロバスト制御する方法。
- 高周波電流を前記IPMSMの前記固定子へ注入することと、
基本周波数部分及び高周波注入部分を含む固定子電流を検出することと、
前記検出された固定子電流を、動的高周波注入(「DHFI」)フィルタを用いてフィルタ処理して、DHFIフィルタ処理された電流にすることと、
前記センサレスIPMSMの回転子位置を前記DHFIフィルタ処理された電流に基づいて高周波オブザーバを用いて推定することと、
を含み、
前記モータ磁気モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束の推定は、前記DHFIフィルタ処理された電流と、前記推定される回転子位置と、前記モータ磁気モデルとに基づいて前記モータ磁気モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束を推定することを含み、
前記電圧モータモデルベースで推定されるモータ鎖交磁束の推定は、前記DHFIフィルタ処理された電流に基づいて前記モータ電圧モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束を推定することを含み、
前記センサレスIPMSMの回転子位置を前記モータ電圧モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束に基づいて推定することと、
を含む、請求項1に記載の過酷な動作条件においてセンサレスIPMSMをロバスト制御する方法。 - 前記遷移閾値はフィルタのカットオフ周波数に対応する過渡回転子速度であり、前記過渡回転子速度はメモリに記憶されるオブザーバモードスイッチ回転子速度より小さく、かつメモリに記憶される高周波モード無効化回転子速度より小さく、前記オブザーバモードスイッチ回転子速度は前記高周波モード無効化回転子速度より小さく、前記推定される回転子過渡特性は推定回転子速度であり、前記過渡回転子速度を下回る推定回転子速度において、前記電圧モータモデルベースで推定されるモータ鎖交磁束は前記DHFIフィルタ処理された電流から得られ、前記方法はさらに、
前記推定回転子速度が前記オブザーバモードスイッチ回転子速度を超えるのに応答して、前記DHFIフィルタ処理された電流に基づいて前記高周波オブザーバから得られる、前記回転子位置から得られる前記モータ磁気モデルで推定されるモータ鎖交磁束から、前記モータ電圧モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束に基づいて前記回転子位置から得られる、前記モータ磁気モデルで推定されるモータ鎖交磁束へ切り替えることと、
前記DHFIフィルタ処理された高周波注入された固定子電流から得られる、前記モータ電圧モデルで推定されるモータ鎖交磁束が前記高周波注入なしに前記固定子電流から得られるように、前記推定回転子速度が前記高周波モード無効化回転子速度を超えるのに応答して、前記IPMSMの前記固定子への前記高周波電流の前記注入を無効化することと、
を含む、請求項6に記載の過酷な動作条件においてセンサレスIPMSMをロバスト制御する方法。 - 過酷な動作条件において動作するセンサレス埋込磁石形同期モータ(「IPMSM」)システムであって、
モータハウジングと、
前記モータハウジング内に取り付けられて空間を画定する固定子であって三相固定子巻線構成を有する固定子と、
磁気的突極性を示すように円周方向に分散された複数の埋込磁石を含む回転子であって、前記固定子の前記三相固定子巻線構成の励磁により前記空間内で速度範囲を超えて回転可能な回転子と、
前記モータハウジング内に取り付けられたモータ制御システムであって、
電源と、
前記固定子の1つ又は複数の電気特性を検出するよう構成されている検出回路と、
複数のモータ特性値を記憶するメモリと、
マルチモデル磁束オブザーバであって、
モータ電圧モデルを用いて、前記過酷な動作条件においてモータ電圧モデルベースで推定される前記固定子と前記回転子の間のモータ鎖交磁束を推定し、
モータ磁気モデルを用いて、前記過酷な動作条件においてモータ磁気モデルベースで推定される前記固定子と前記回転子の間のモータ鎖交磁束を推定し、
前記モータ電圧モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束と前記モータ磁気モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束の少なくとも一つに基づいて回転子速度を推定し、
前記過酷な動作条件において、前記推定回転子速度に基づいて前記センサレスIPMSMを制御するために、前記モータ磁気モデルで推定されるモータ鎖交磁束と前記モータ電圧モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束の少なくとも一つの関数として推定される前記複数のモータ特性値を出力する、
よう構成されているマルチモデル磁束オブザーバと、
前記過酷な動作条件において、推定される前記複数のモータ特性に基づいて駆動コマンドを生成するよう構成されている動的直接磁束制御器と、
前記制御器により与えられた前記駆動コマンドに従って前記固定子の前記三相固定子巻線構成に対する励磁信号を生成する駆動回路と、
を含むモータ制御システムと、
を備える、過酷な動作条件において動作するセンサレスIPMSMシステム。 - 前記マルチモデル固定子磁束オブザーバは、前記推定回転子速度がモータ磁気モデル閾値を下回る間は推定される前記複数のモータ特性値を前記モータ磁気モデルで推定されるモータ鎖交磁束の関数として出力するよう構成され、前記推定回転子速度が電圧モデル閾値を上回る間は推定される前記複数のモータ特性値を前記電圧モデルで推定されるモータ鎖交磁束の関数として出力するよう構成される、請求項8に記載のセンサレスIPMSM。
- 前記電圧モデルは1つ又は複数の経験的に求められるモータパラメータに基づいており、前記電圧モデルは動作条件の範囲で有効であり、前記電圧モデル閾値を下回る推定回転子速度において、前記過酷な動作条件は前記電圧モデルが有効な動作条件の範囲外となり、前記電圧モデル閾値を上回る推定回転子速度において、前記過酷な動作条件は前記電圧モデルが有効な動作条件の範囲内に入り、
前記モータ磁気モデルは1つ又は複数の経験的に求められるモータパラメータに基づいており、前記磁気モデルは動作条件の範囲で有効であり、前記電流モデル閾値を上回る推定回転子速度において、前記過酷な動作条件は前記磁気モデルが有効な動作条件の範囲外となり、前記電流モデル閾値を下回る推定回転子速度において、前記過酷な動作条件は前記磁気モデルが有効な動作条件の範囲内に入る、
請求項8に記載のセンサレスIPMSM。 - 前記過酷な動作条件は、極端な周囲温度、温度の変動、電圧の変動、インバータの飽和の少なくとも一つを含む、請求項8に記載のセンサレスIPMSM。
- 高周波信号を前記IPMSMの前記固定子へ注入するよう構成されている高周波注入回路、
を含み、
前記検出回路は、基本周波数部分及び高周波注入部分を含む固定子電流を検出するよう構成されており、
動的高周波注入(「DHFI」)フィルタであって、前記検出された固定子電流をフィルタしてDHFIフィルタ処理された電流にするよう構成されているDHFIフィルタと、
前記DHFIフィルタ処理された電流に基づいて前記センサレスIPMSMの回転子位置を推定するよう構成されている高周波角度オブザーバと、
を含み、
前記マルチモデル磁束オブザーバは、前記DHFIフィルタ処理された電流と、前記推定される回転子位置と、前記モータ磁気モデルとに基づいて前記モータ磁気モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束を推定するよう構成される、
請求項8に記載のセンサレスIPMSM。 - 前記マルチモデル固定子磁束オブザーバは、前記推定回転子速度が前記電流モデル閾値を下回る間は、前記DHFIフィルタ処理された電流と前記高周波角度オブザーバで推定される回転子位置とに基づいて、前記推定される複数のモータ特性を前記モータ磁気モデルで推定されるモータ鎖交磁束の関数として出力するよう構成され、
前記マルチモデル固定子磁束オブザーバは、前記推定回転子速度が前記電圧モデル閾値を上回る間は、前記推定される複数のモータ特性を前記電圧モデルで推定されるモータ鎖交磁束の関数として出力するよう構成され、
前記モータ電圧モデル及び前記モータ磁気モータモデルは、それぞれ1つ又は複数の経験的に求められるモータパラメータに基づいており、前記電圧モデル及び前記モータ磁気モデルは、それぞれ対応する動作条件の範囲で有効である、
ことを含む、請求項12に記載のセンサレスIPMSM。 - 前記マルチモデル固定子磁束オブザーバは、前記推定回転子速度が前記電圧モデル閾値を上回り、かつ高周波オブザーバ無効化閾値を下回る間は、前記推定される複数のモータ特性を前記電圧モデルで推定される回転子位置及び前記DHFIフィルタ処理された電流の関数として出力するよう構成され、
前記マルチモデル固定子磁束オブザーバは、前記推定回転子速度が前記高周波注入無効化閾値を上回る間は、前記推定される複数のモータ特性を前記電圧モータモデルで推定される回転子位置及び前記固定子電流の前記基本周波数部分の関数として出力するよう構成される、
ことを含む、請求項13に記載のセンサレスIPMSM。 - 固定子及び回転子を有するセンサレス埋込磁石形同期モータ(「IPMSM」)の回転子特性値を、IPMSM制御システムのマルチモデル固定子磁束オブザーバを用いて、過酷な動作条件において推定する方法であって、
前記IPMSM制御システムの前記マルチモデル固定子磁束オブザーバのモータ電圧モデルを用いて、逆起電力電圧及び不感時間電圧に基づいてモータ電圧モデルベースで推定される前記固定子と前記回転子の間のモータ鎖交磁束を推定することと、
前記IPMSM制御システムの前記マルチモデル固定子磁束オブザーバのモータ磁気モデルを用いて、固定子電流及び回転子位置に基づいてモータ磁気モデルベースで推定される前記固定子と前記回転子の間のモータ鎖交磁束を推定することと、
前記センサレスIPMSMの前記回転子特性値を前記モータ磁気モデルで推定されるモータ鎖交磁束の関数として推定することと、
前記センサレスIPMSMの前記回転子特性値を前記モータ電圧モデルで推定されるモータ鎖交磁束の関数として推定することと、
メモリに記憶される遷移閾値で、前記マルチモデル固定子磁束オブザーバの出力を、前記モータ磁気モデルで推定されるモータ鎖交磁束の関数として推定される前記センサレスIPMSMの前記回転子特性値と、前記モータ電圧モデルで推定されるモータ鎖交磁束の関数として推定される前記センサレスIPMSMの前記回転子特性値を出力することの間で遷移させることと、
を含み、
前記過酷な動作条件における前記マルチモデル固定子磁束オブザーバからの前記センサレスIPMSMの前記推定される回転子特性の出力の精度が、前記IPMSM制御の全動作範囲で前記過酷な動作条件における実際の回転子特性値のあらかじめ規定された許容範囲内に入る、
方法。 - 回転子速度値を推定することと、
前記推定回転子速度値を前記遷移閾値と比較することと、
前記マルチモデル固定子磁束オブザーバから、前記推定回転子速度値が前記遷移閾値を下回ることに応答して、前記モータ磁気モデルで推定されるモータ鎖交磁束の関数として推定される前記センサレスIPMSMの前記回転子特性値を出力することと、
前記マルチモデル固定子磁束オブザーバから、前記推定回転子速度値が前記遷移閾値を上回ることに応答して、前記モータ電圧モデルで推定されるモータ鎖交磁束の関数として推定される前記センサレスIPMSMの前記回転子特性値を出力することと、
を含む、請求項15に記載のセンサレスIPMSMの回転子特性を推定する方法。 - 高周波信号を前記IPMSMの前記固定子へ注入することと、
基本周波数部分及び高周波注入部分を含む、注入されたHFI固定子電流を検出することと、
前記検出されたHFI固定子電流を、動的高周波注入(「DHFI」)フィルタを用いてフィルタ処理してDHFIフィルタ処理された基本周波数電流とDHFIフィルタ処理された高周波電流にすることと、
高周波角度オブザーバを用いて、前記DHFIフィルタ処理された高周波電流に基づいて前記センサレスIPMSMの高周波オブザーバベースの回転子位置を推定することであって、前記推定は、前記高周波信号を前記IPMSMの前記固定子へ注入するのに応答して前記IPMSMの磁気的突極性に基づく、推定することと、
を含み、
前記モータ磁気モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束を推定することは、前記DHFIフィルタ処理された基本周波数電流と、前記高周波オブザーバベースで推定される回転子位置と、前記モータ磁気モデルとに基づいて前記モータ磁気モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束を推定することを含み、前記モータ磁気モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束を推定することは前記遷移閾値を下回る回転子速度においてモータパラメータ変動の影響を受けず、
前記モータ電圧モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束を推定することは、前記DHFIフィルタ処理された基本周波数電流と、注入前目標電圧と、DHFIフィルタ処理された電流から得られる逆起電力電圧と、不感時間電圧とに基づいて前記モータ電圧モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束を推定することを含む、
請求項15に記載のセンサレスIPMSMの回転子特性を推定する方法。 - 前記固定子磁束オブザーバを用いて、前記モータ電圧モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束と、前記DHFIフィルタ処理された基本周波数電流と、前記モータ電圧モデルとに基づいて前記センサレスIPMSMの固定子磁束オブザーバベースの回転子位置を推定することと、
オブザーバモード回転子速度以上において、前記モータ磁気モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束の前記推定を、前記DHFIフィルタ処理された電流と、前記固定子磁束オブザーバベースの回転子位置と、前記モータ磁気モデルとに基づいて前記モータ磁気モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束を推定することに変更することと、
を含む、請求項17に記載のセンサレスIPMSMの回転子特性を推定する方法。 - 高周波注入(「HFI」)停止回転子速度以上において、前記IPMSMの前記固定子への前記高周波信号の前記注入を停止することと、
前記HFI停止回転子速度以上において、前記固定子磁束オブザーバ回転子位置の前記推定を、前記モータ電圧モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束と、前記固定子電流と、前記モータ電圧モデルとに基づいて前記固定子磁束オブザーバ回転子位置を推定することに自動的に変更することと、
前記HFI停止回転子速度以上において、前記モータ磁気モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束の前記推定を、前記固定子電流と、前記固定子磁束オブザーバベースで推定される回転子位置と、前記モータ磁気モデルとに基づいて前記モータ磁気モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束を推定することに自動的に変更することと、
前記HFI停止回転子速度以上において、前記モータ電圧モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束の推定を、再構成された固定子電圧と、前記固定子電流から得られる逆起電力電圧と、不感時間電圧と、前記モータ電圧モデルとに基づいて前記モータ電圧モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束を推定することに自動的に変更することと、
を含む、請求項18に記載のセンサレスIPMSMの回転子特性を推定する方法。 - 前記遷移閾値を上回り、かつ前記HFI停止回転子速度を下回る速度において、前記DHFIフィルタ処理された基本周波数電流に基づいて基本DHFI回転子位置を推定すること、
を含み、
前記センサレスIPMSMの前記回転子特性値の前記推定は、前記マルチモデル固定子磁束オブザーバにおいて、前記基本DHFI回転子位置と、前記DHFIフィルタ処理された基本周波数電流と、前記モータ磁気モデルとに基づいて推定することを含む、
請求項19に記載のセンサレスIPMSMの回転子特性を推定する方法。 - 前記センサレスIPMSMの前記回転子特性値は、
前記遷移閾値を下回る回転子速度において、前記高周波オブザーバで推定される回転子位置の関数として推定され、
前記遷移閾値を上回り、かつオブザーバモード閾値を下回る回転子速度において、前記固定子磁束オブザーバで推定される回転子位置の関数として推定され、
前記オブザーバモード閾値を上回り、かつ高周波注入無効化閾値を下回る回転子速度において、前記固定子磁束オブザーバで推定される回転子位置とフィルタ処理された高周波注入電流の関数として推定され、
前記高周波注入無効化閾値を上回る回転子速度において、前記固定子磁束オブザーバで推定される回転子位置と高周波注入の影響を受けない固定子電流の関数として推定される、
請求項15に記載のセンサレスIPMSMの回転子特性を推定する方法。 - 前記遷移閾値を、前記オブザーバモード閾値、前記高周波注入無効化閾値、及び前記遷移閾値と前記オブザーバモード閾値と前記高周波注入無効化閾値の相対値の少なくとも一つの関数として調整することを含む、請求項21に記載のセンサレスIPMSMの回転子特性を推定する方法。
- 前記遷移閾値を、想定されるIPMSM動作速度範囲、想定されるIPMSM始動トルク、想定されるIPMSM最大動作速度、又はそれらの任意の組み合わせの少なくとも一つに基づいて選択することを含む、請求項15に記載のセンサレスIPMSMの回転子特性を推定する方法。
- 前記モータ磁気モデルベースの磁束推定値又は前記モータ電圧モデルの推定値がフィードバックを決定づけるかを示す利得関数に対する遷移閾値を選択することを含み、前記選択することは、少なくとも部分的には、オブザーバモードの変更に対応する回転子速度値と高周波注入無効化に対応する回転子速度値に基づいており、
前記過酷な動作条件は、極端な周囲温度、温度の変動、電圧の変動、インバータの飽和の1つ又は複数を含む、
請求項15に記載のセンサレスIPMSMの回転子特性を推定する方法。 - モータハウジングと、
前記モータハウジング内に取り付けられて円筒空間を画定する固定子であって三相固定子巻線構成を有する固定子と、
磁気的突極性を示すように円周方向に分散された複数の埋込磁石を含む回転子であって、前記固定子の前記三相固定子巻線構成の励磁により前記円筒空間内で速度範囲を超えて回転可能な回転子と
前記モータハウジング内に取り付けられたモータ制御システムであって、
電源と、
固定子電流を検出するよう構成されている検出回路と、
動的高周波注入(「DHFI」)フィルタ回路であって、前記固定子電流をDHFIフィルタ処理された基本周波数固定子電流とDHFIフィルタ処理された高周波固定子電流へフィルタ処理するよう構成されているDHFIフィルタ回路と、
回転子位置情報、モータ電圧モデルの情報、モータ電流モデルの情報、及び複数のモータ特性値を記憶するメモリと、
1つ又は複数の制御器を含む磁束オブザーバシステムであって、
前記固定子電流と、前記DHFIフィルタ処理された高周波固定子電流と、前記DHFIフィルタ処理された基本周波数固定子電流の少なくとも一つに基づいて回転子位置推定値を求め、
前記電圧モータモデルの情報に基づいて電圧モデルベースの前記固定子と前記回転子の間の鎖交磁束を推定し、
前記電流モータモデルの情報に基づいて電流モデルベースの前記固定子と前記回転子の間の鎖交磁束を推定し、
前記電圧モデルベースの鎖交磁束と前記電流モデルベースの鎖交磁束の少なくとも一つに基づいてメモリ内の前記複数のモータ特性値を更新する、
よう構成されている、磁束オブザーバシステムと、
閉ループ制御を用いて、更新された前記複数のモータ特性値を含むフィードバックに基づいて駆動コマンドを生成するよう構成されている動的直接磁束制御器と、
前記駆動コマンドに従って前記固定子の前記三相固定子巻線構成に対する励磁信号を生成する駆動回路と、
を含み、
モータパラメータの非線形変動にも関わらず全速度範囲でロバストな速度制御が提供される、モータ制御システムと、
を備える、センサレス埋込磁石形同期モータ(「IPMSM」)。 - 前記磁束オブザーバシステムは、カットオフ周波数に対応する回転子速度推定値に基づいて、前記電圧モデルベースの鎖交磁束及び前記電流モデルベースの鎖交磁束をフィルタ処理するフィルタアルゴリズムを含み、前記磁束オブザーバシステムは、モータモデル閾値を下回る推定回転子速度では前記電流モデルベースの鎖交磁束が優勢となり、モータモデル閾値を上回る推定回転子速度では前記電圧モデルベースの鎖交磁束が優勢となるよう構成されるローパスフィルタ及びハイパスフィルタを含む、請求項25に記載のセンサレスIPMSM。
- オブザーバモード閾値を下回る回転子速度において、前記電流モデルベースの鎖交磁束は、前記DHFIフィルタ処理された高周波固定子電流に基づいて前記回転子位置推定値の関数として求められ、
前記オブザーバモード閾値を上回り、かつ高周波注入無効化閾値を下回る回転子速度において、前記電流モデルベースの鎖交磁束は、前記DHFIフィルタ処理された基本周波数固定子電流に基づいて前記回転子位置推定値の関数として求められ、
高周波注入無効化閾値を上回る回転子速度において、前記電流モデルベースの鎖交磁束及び前記電圧モデルベースの鎖交磁束は、高周波注入の影響を受けていない前記固定子電流に基づいて前記回転子位置推定値の関数として求められる、
ことを含む、請求項26に記載のセンサレスIPMSM。 - 前記複数のモータ特性値の一つは固定子磁束オブザーバ磁束推定値であり、前記動的直接磁束制御システムは、最大トルク/電流(「MTPA」)ルックアップテーブルからMTPA磁束目標値を取得し、前記回転子速度推定値から得られる弱め磁束限界に基づき、前記回転子速度推定値がインバータ飽和回転子速度を下回るのに応答して前記MTPA磁束目標値を制限し、制限された前記MTPA磁束目標値及び前記固定子磁束オブザーバ磁束推定値に基づいて駆動コマンドを生成するよう構成され、前記固定子磁束オブザーバ磁束推定値が前記MTPA磁束目標値を下回るのに応答して、電流駆動回路指令を増やして過酷な作動条件での磁束不足を補償することでトルク創出能力が高められる、請求項26に記載のセンサレスIPMSM。
- 前記複数のモータ特性値のうちの一つは固定子磁束オブザーバ負荷角であり、前記動的直接磁束制御システムは、最大トルク/電圧(「MTPV」)制御器を用いて前記固定子磁束オブザーバ負荷角に基づいてトルクベースの固定子電流目標値を制限し、制限された前記トルクベースの固定子電流目標値と前記固定子電流の間の誤差に基づいて駆動コマンドを生成するよう構成される、請求項26に記載のセンサレスIPMSM。
- 前記モータパラメータの非線形変動は、温度の変動、電圧の変動、極端な周囲温度、インバータの飽和の少なくとも一つにより起こる、請求項25に記載のセンサレスIPMSM。
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