JP2023124890A - Motor device, motor control method, program, and recording medium - Google Patents

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JP2023124890A JP2022028743A JP2022028743A JP2023124890A JP 2023124890 A JP2023124890 A JP 2023124890A JP 2022028743 A JP2022028743 A JP 2022028743A JP 2022028743 A JP2022028743 A JP 2022028743A JP 2023124890 A JP2023124890 A JP 2023124890A
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昇 新口
Noboru Niiguchi
勝弘 平田
Katsuhiro Hirata
寛典 鈴木
Hironori Suzuki
純子 大石
Junko Oishi
望 竹村
Nozomi Takemura
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Abstract

To provide a motor device capable of accurately controlling the phase current of each phase to improve the torque in a switched reluctance motor including six-phase windings, a motor control method, a program, and a recording medium.SOLUTION: A motor control device (100) includes a switch inverter unit (20) that supplies power to each of the phases of six-phase windings and a control unit (30) that controls each switch included in the switch inverter unit. The control unit (30) detects a phase current supplied to each phase from the switch inverter unit (20), derives from the phase currents a d-axis component, a q-axis component, and a DC component in a rotary shaft coordinate system of a rotor (11), and vector controls the phase currents supplied to the six-phase windings on the basis of the d-axis component, the q-axis component, and the DC component.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、モータ装置、モータ制御方法、プログラムおよび記録媒体に関し、特に、回転子に強磁性体を用いるスイッチトリラクタンスモータのモータ装置、モータ制御方法、プログラムおよび記録媒体に関する。 The present invention relates to a motor device, a motor control method, a program, and a recording medium, and particularly relates to a motor device, a motor control method, a program, and a recording medium for a switched reluctance motor using a ferromagnetic material in its rotor.

従来から様々な技術分野において、交流の周波数を変化させることで回転数を制御でき、安定した回転数を得られる三相モータが動力源として用いられている。また、回転子に強磁性体を用いるスイッチトリラクタンスモータも提案されている(例えば特許文献1を参照)。また、複数の相を備えた多相巻線を複数系統備えたモータ装置も提案されている。 BACKGROUND ART Conventionally, three-phase motors have been used as power sources in various technical fields because they can control the number of rotations by changing the frequency of alternating current and can obtain a stable number of rotations. Furthermore, a switched reluctance motor using a ferromagnetic material in the rotor has also been proposed (see, for example, Patent Document 1). Further, a motor device including a plurality of systems of polyphase windings each having a plurality of phases has also been proposed.

従来の三相巻線を2系統備えたモータ装置では、第1系統の三相巻線としてA相コイル、E相コイル、C相コイルを有し、第2系統の三相巻線としてD相コイル、B相コイル、F相コイルを有している。このような従来のモータ装置では、各相に対応したスイッチを用いて、各相の巻線に電流が流れるタイミングを交互に切替えることで、各相のコイルに適切に電流が流れて、スイッチトリラクタンスモータを回転させることができる。 A conventional motor device with two systems of three-phase windings has an A-phase coil, an E-phase coil, and a C-phase coil as the three-phase windings of the first system, and a D-phase coil as the three-phase winding of the second system. It has a coil, a B-phase coil, and an F-phase coil. In such conventional motor devices, a switch corresponding to each phase is used to alternately switch the timing at which current flows through the windings of each phase, so that current flows appropriately to the coils of each phase and the switch is activated. A reluctance motor can be rotated.

特開2016-103957号公報Japanese Patent Application Publication No. 2016-103957

このような従来のモータ装置およびモータ制御方法では、各コイルに流れる相電流を検知してスイッチインバータ部の各スイッチをベクトル制御で切り替えている。また、ベクトル制御では、コイルの相座標系(ABCDEF)における電流成分と、回転子の回転座標系(d軸q軸)における電流成分とを変換行列および逆変換行列で変換して、回転子の突極に作用する磁界の変化を制御している。この際に用いられる変換行列と逆変換行列では、6相の各コイルに流れる相電流を回転座標系であるd軸成分とq軸成分に変換している。 In such conventional motor devices and motor control methods, phase currents flowing through each coil are detected and each switch of the switch inverter section is switched by vector control. In addition, in vector control, the current component in the coil's phase coordinate system (ABCDEF) and the current component in the rotor's rotating coordinate system (d axis, q axis) are transformed using a transformation matrix and an inverse transformation matrix, and the rotor's current component is transformed using a transformation matrix and an inverse transformation matrix. It controls the changes in the magnetic field that acts on the salient poles. The transformation matrix and inverse transformation matrix used at this time transform the phase currents flowing through the six-phase coils into d-axis and q-axis components of a rotating coordinate system.

しかし従来のモータ制御装置およびモータ制御方法における変換では、A,C,Eの3相におけるd軸成分とq軸成分、およびB,D,Fの3相におけるd軸成分とq軸成分を算出しているため、A,C,Eの3相とB,D,Fの3相との間を流れる直流成分は制御対象とならず、6相全体での相電流を正確に制御することが困難であることを本願発明者は見出した。 However, in the conversion in conventional motor control devices and motor control methods, the d-axis and q-axis components of the three phases A, C, and E, and the d-axis and q-axis components of the three phases B, D, and F are calculated. Therefore, the DC component flowing between the three phases A, C, and E and the three phases B, D, and F is not subject to control, making it impossible to accurately control the phase current in all six phases. The inventor of the present application has found that this is difficult.

そこで本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであり、6相巻線を備えたスイッチトリラクタンスモータにおいて、各相の相電流を正確に制御してトルクを向上させることが可能なモータ装置、モータ制御方法、プログラムおよび記録媒体を提供することを目的とする。 The present invention was made in view of the above-mentioned conventional problems, and it is possible to accurately control the phase current of each phase to improve torque in a switched reluctance motor equipped with a six-phase winding. The purpose of the present invention is to provide a motor device, a motor control method, a program, and a recording medium.

上記課題を解決するために、本発明のモータ装置は、回転軸を中心に回転可能に配置された回転子と、内周に複数のティース部が形成された固定子を有し、前記複数のティース部には、A相、B相、C相、D相、E相およびF相からなる6相巻線が巻回され、前記回転子が強磁性体で構成されたスイッチトリラクタンスモータであるモータ装置であって、前記6相巻線の各相に電力を供給するスイッチインバータ部と、前記スイッチインバータ部に含まれる各スイッチを制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記スイッチインバータ部から前記各相に供給される前記相電流を検知し、前記相電流から前記回転子の回転座標系におけるd軸成分と、q軸成分と、直流成分を導出し、前記d軸成分と前記q軸成分と前記直流成分に基づいて、前記6相巻線に供給する前記相電流をベクトル制御することを特徴とする。 In order to solve the above problems, a motor device of the present invention includes a rotor arranged to be rotatable around a rotating shaft, and a stator having a plurality of teeth portions formed on the inner periphery thereof. The tooth part is a switched reluctance motor in which six-phase windings consisting of A phase, B phase, C phase, D phase, E phase, and F phase are wound, and the rotor is made of a ferromagnetic material. The motor device includes a switch inverter unit that supplies power to each phase of the six-phase winding, and a control unit that controls each switch included in the switch inverter unit, and the control unit controls the switch inverter unit. detects the phase current supplied to each phase from the phase current, derives a d-axis component, a q-axis component, and a DC component in the rotational coordinate system of the rotor from the phase current, and calculates the d-axis component and the The phase current supplied to the six-phase winding is vector-controlled based on the q-axis component and the DC component.

このような本発明のモータ装置では、制御部が前記相電流から前記回転子の回転座標系におけるd軸成分とq軸成分と直流成分を導出し、d軸成分とq軸成分と直流成分に基づいて、6相巻線に供給する相電流をベクトル制御することで、各相の相電流を正確に制御してトルクを向上させることが可能となる。 In such a motor device of the present invention, the control unit derives the d-axis component, the q-axis component, and the DC component in the rotational coordinate system of the rotor from the phase current, and converts the phase current into the d-axis component, the q-axis component, and the DC component. Based on this, vector control of the phase currents supplied to the six-phase windings makes it possible to accurately control the phase currents of each phase and improve torque.

また、本発明の一態様では、前記制御部は、前記直流成分を含めた6行6列の変換行列を用いて相座標系から前記回転座標系への変換を行い、前記直流成分を含めた6行6列の逆変換行列を用いて前記回転座標系から前記相座標系への逆変換を行う。 Further, in one aspect of the present invention, the control unit converts the phase coordinate system to the rotating coordinate system using a 6-by-6 transformation matrix that includes the DC component, and An inverse transformation matrix of 6 rows and 6 columns is used to perform inverse transformation from the rotational coordinate system to the phase coordinate system.

また、本発明の一態様では、前記固定子に対する前記回転子の角度を検出する角度センサを備え、前記制御部は、前記角度センサの検出結果から前記回転子の角速度を算出し、前記角度および前記角速度に基づいて前記q軸成分を導出する。 Further, one aspect of the present invention includes an angle sensor that detects an angle of the rotor with respect to the stator, and the control unit calculates the angular velocity of the rotor from the detection result of the angle sensor, and calculates the angle and the angle of the rotor. The q-axis component is derived based on the angular velocity.

また、本発明の一態様では、前記制御部は、前記回転座標系における誘起電圧を算出し、前記誘起電圧に基づいて前記回転子の推定角速度および推定角度を算出し、前記推定角度および前記推定角速度に基づいて電圧指令値のδ軸成分およびγ軸成分を導出し、前記δ軸成分および前記γ軸成分をそれぞれ前記d軸成分および前記q軸成分として用いる。 Further, in one aspect of the present invention, the control unit calculates an induced voltage in the rotating coordinate system, calculates an estimated angular velocity and an estimated angle of the rotor based on the induced voltage, and calculates the estimated angular velocity and the estimated angle of the rotor. A δ-axis component and a γ-axis component of the voltage command value are derived based on the angular velocity, and the δ-axis component and the γ-axis component are used as the d-axis component and the q-axis component, respectively.

また、上記課題を解決するために、本発明のモータ制御方法は、回転軸を中心に回転可能に配置された回転子と、内周に複数のティース部が形成された固定子を有し、前記複数のティース部には、A相、B相、C相、D相、E相およびF相からなる6相巻線が巻回され、前記回転子が強磁性体で構成されたスイッチトリラクタンスモータであるモータ装置の制御方法であって、前記6相巻線の各相に供給される相電流を検知し、前記相電流から、前記回転子の回転座標系におけるd軸成分と、q軸成分と、直流成分を導出し、前記d軸成分と前記q軸成分と前記直流成分に基づいて、前記6相巻線に供給する前記相電流をベクトル制御することを特徴とする。 Moreover, in order to solve the above-mentioned problem, the motor control method of the present invention includes a rotor rotatably arranged around a rotating shaft, and a stator in which a plurality of teeth portions are formed on the inner periphery, Six-phase windings consisting of A phase, B phase, C phase, D phase, E phase, and F phase are wound around the plurality of teeth, and the rotor is a switched reluctance composed of a ferromagnetic material. A method for controlling a motor device, which is a motor, wherein phase currents supplied to each phase of the six-phase winding are detected, and from the phase currents, a d-axis component and a q-axis component in a rotational coordinate system of the rotor are determined. The phase current supplied to the six-phase winding is vector-controlled based on the d-axis component, the q-axis component, and the DC component.

また、上記課題を解決するために、本発明のプログラムは、回転軸を中心に回転可能に配置された回転子と、内周に複数のティース部が形成された固定子を有し、前記複数のティース部には、A相、B相、C相、D相、E相およびF相からなる6相巻線が巻回され、前記回転子が強磁性体で構成されたスイッチトリラクタンスモータであるモータ装置を制御するプログラムであって、コンピュータに、前記6相巻線の各相に供給される相電流を検知する手順と、前記相電流から、前記回転子の回転座標系におけるd軸成分と、q軸成分と、直流成分を導出する手順と、前記d軸成分と前記q軸成分と前記直流成分に基づいて、前記6相巻線に供給する前記相電流をベクトル制御する手順を実行させることを特徴とする。 Moreover, in order to solve the above-mentioned problem, the program of the present invention has a rotor arranged rotatably around a rotation axis, and a stator in which a plurality of teeth parts are formed on the inner periphery, Six-phase windings consisting of A phase, B phase, C phase, D phase, E phase, and F phase are wound around the teeth of the motor, and the rotor is a switched reluctance motor made of ferromagnetic material. A program for controlling a certain motor device, the program having a computer detect a phase current supplied to each phase of the six-phase winding, and detecting a d-axis component in a rotating coordinate system of the rotor from the phase current. and a procedure for deriving a q-axis component and a DC component, and a procedure for vector-controlling the phase current supplied to the six-phase winding based on the d-axis component, the q-axis component, and the DC component. It is characterized by causing

また、上記課題を解決するために、本発明の記録媒体は、回転軸を中心に回転可能に配置された回転子と、内周に複数のティース部が形成された固定子を有し、前記複数のティース部には、A相、B相、C相、D相、E相およびF相からなる6相巻線が巻回され、前記回転子が強磁性体で構成されたスイッチトリラクタンスモータであるモータ装置を制御するプログラムを記録した記録媒体であって、コンピュータに、前記6相巻線の各相に供給される相電流を検知する手順と、前記相電流から、前記回転子の回転座標系におけるd軸成分と、q軸成分と、直流成分を導出する手順と、前記d軸成分と前記q軸成分と前記直流成分に基づいて、前記6相巻線に供給する前記相電流をベクトル制御する手順を実行させることを特徴とするプログラムを記録する。 Moreover, in order to solve the above-mentioned problem, the recording medium of the present invention has a rotor arranged rotatably around a rotation axis, and a stator in which a plurality of teeth parts are formed on the inner periphery. A switched reluctance motor in which six-phase windings consisting of A phase, B phase, C phase, D phase, E phase, and F phase are wound around the plurality of teeth, and the rotor is made of a ferromagnetic material. A recording medium storing a program for controlling a motor device, the computer having a procedure for detecting a phase current supplied to each phase of the six-phase winding, and detecting the rotation of the rotor from the phase current. A procedure for deriving the d-axis component, the q-axis component, and the DC component in the coordinate system, and the phase current to be supplied to the six-phase winding based on the d-axis component, the q-axis component, and the DC component. A program is recorded that causes the vector control procedure to be executed.

本発明では、6相巻線を備えたスイッチトリラクタンスモータにおいて、各相の相電流を正確に制御してトルクを向上させることが可能なモータ装置、モータ制御方法、プログラムおよび記録媒体を提供することができる。 The present invention provides a motor device, a motor control method, a program, and a recording medium that can accurately control the phase current of each phase to improve torque in a switched reluctance motor equipped with six-phase windings. be able to.

第1実施形態に係るモータ装置100の構造例を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a structural example of a motor device 100 according to a first embodiment. モータ装置100におけるスイッチインバータ部20の制御を示すタイミングチャートであり、スイッチインバータ部20の各相スイッチに印加される信号を示している。2 is a timing chart showing control of the switch inverter unit 20 in the motor device 100, and shows signals applied to each phase switch of the switch inverter unit 20. モータ部10のコイルに流れる相電流を模式的に示すグラフである。3 is a graph schematically showing phase currents flowing through coils of the motor section 10. FIG. モータ部10における座標系の関係を示す模式図であり、図4(a)は静止座標系であるαβ座標系とABCDEF相の相座標系の関係を示し、図4(b)は静止座標系であるαβ座標系と回転子11の回転座標系であるdq座標系の関係を示している。4(a) is a schematic diagram showing the relationship between the coordinate systems in the motor section 10, FIG. 4(a) shows the relationship between the αβ coordinate system which is the stationary coordinate system and the phase coordinate system of the ABCDEF phase, and FIG. 4(b) is the stationary coordinate system. The relationship between the αβ coordinate system, which is the rotational coordinate system of the rotor 11, and the dq coordinate system, which is the rotational coordinate system of the rotor 11, is shown. モータ部10における回転座標系について模式的に示す図であり、図5(a)は回転子11および固定子12におけるd軸とq軸を示し、図5(b)は推定座標系であるγδ座標系と回転座標系であるdq座標系の関係を示している。FIG. 5A is a diagram schematically showing a rotational coordinate system in the motor unit 10. FIG. 5A shows the d-axis and q-axis in the rotor 11 and stator 12, and FIG. It shows the relationship between the coordinate system and the dq coordinate system, which is a rotating coordinate system. 第1実施形態の制御部30におけるベクトル制御について説明する制御フロー図である。It is a control flow diagram explaining vector control in control part 30 of a 1st embodiment. 第2実施形態の制御部30におけるベクトル制御について説明する制御フロー図である。It is a control flow diagram explaining vector control in control part 30 of a 2nd embodiment. 推定座標系であるγδ座標系における誘起電圧オブザーバを模式的に示す制御ブロック図である。FIG. 2 is a control block diagram schematically showing an induced voltage observer in a γδ coordinate system that is an estimated coordinate system. 第2実施形態におけるセンサレス制御での推定角速度ωと推定角度θの算出について説明するブロック図である。FIG. 7 is a block diagram illustrating calculation of an estimated angular velocity ω M and an estimated angle θ M in sensorless control in the second embodiment.

(第1実施形態)
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付すものとし、適宜重複した説明は省略する。図1は、本実施形態に係るモータ装置100の構造例を示す模式図である。図1に示すようにモータ装置100は、モータ部10とスイッチインバータ部20と制御部30を備えている。
(First embodiment)
Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. Identical or equivalent constituent elements, members, and processes shown in each drawing are denoted by the same reference numerals, and redundant explanations will be omitted as appropriate. FIG. 1 is a schematic diagram showing a structural example of a motor device 100 according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the motor device 100 includes a motor section 10, a switch inverter section 20, and a control section 30.

図1に示すように本実施形態のモータ部10は、回転子(ロータ)11と、回転子11の周囲に配置された固定子(ステータ)12を備えている。また、回転子11には、外周に沿って強磁性体からなるロータティース(突極)が配置されている。また固定子12は、コアバック部とその内周に突出して形成された複数のティース部13を備えている。また、各ティース部13に巻線(コイル)14が、A1相巻線~F1相巻線、A2相巻線~F2相巻線として順に巻回されている。図1に示した例では、モータ装置100は10突極12スロットのスイッチトリラクタンスモータを構成している。モータ部10の突極数Pとスロット数Sは、10極12スロットには限定されないが、P:S=5:6の比率となっている。また、ティース部13への各相の巻回方法も集中巻きに限定されず分布巻きであってもよい。 As shown in FIG. 1, the motor section 10 of this embodiment includes a rotor 11 and a stator 12 arranged around the rotor 11. Furthermore, rotor teeth (salient poles) made of ferromagnetic material are arranged along the outer periphery of the rotor 11 . The stator 12 also includes a core back portion and a plurality of teeth portions 13 formed to protrude from the inner periphery of the core back portion. Further, a winding (coil) 14 is wound around each tooth portion 13 in order as an A1 phase winding to an F1 phase winding, and an A2 phase winding to an F2 phase winding. In the example shown in FIG. 1, the motor device 100 constitutes a switched reluctance motor with 10 salient poles and 12 slots. The number P of salient poles and the number S of slots of the motor section 10 are not limited to 10 poles and 12 slots, but have a ratio of P:S=5:6. Furthermore, the method of winding each phase around the teeth portion 13 is not limited to concentrated winding, but may also be distributed winding.

コアバック部は、回転子11の外側に回転子11の外周を円周状に取り囲むように配置された部分であり、内周に複数のティース部13が等間隔に突出して形成されている。コアバック部には公知のものを用いることができ、構成する材料や構造は限定されない。また、コアバック部よりも外周には別途モータハウジング等の部材が設けられている。 The core back portion is a portion disposed on the outside of the rotor 11 so as to circumferentially surround the outer periphery of the rotor 11, and a plurality of teeth portions 13 are formed protruding from the inner periphery at equal intervals. Known materials can be used for the core back portion, and the constituent material and structure are not limited. Furthermore, a separate member such as a motor housing is provided on the outer periphery of the core back portion.

ティース部13は、コアバック部の内周面から回転子11に向かって突出して形成された突起状部分であり、各ティース部13は同じ長さと形状で形成されると共に等間隔に配置されており、各ティース部13の間には間隔が設けられてスロットを構成している。各ティース部13およびスロットには、巻線14が巻回されており、巻線14に電流が流れることでティース部13に磁界が発生する。 The teeth portions 13 are protruding portions formed to protrude toward the rotor 11 from the inner circumferential surface of the core back portion, and each tooth portion 13 is formed with the same length and shape and is arranged at equal intervals. A gap is provided between each tooth portion 13 to form a slot. A winding 14 is wound around each tooth portion 13 and the slot, and a magnetic field is generated in the tooth portion 13 when current flows through the winding 14 .

図1に示したように、各巻線14は固定子12の円周に沿って順にA1相、B1相、C1相、D1相、E1相、F1相、A2相、B2相、C2相、D2相、E2相、F2相として12スロットが配置されており、6相巻線が2周期で合計12スロットが構成されている。ここで、A1相巻線~F1相巻線とA2相巻線~F2相巻線は、対応する相を合わせてA相巻線~F相巻線を構成している。換言すると、A相巻線~F相巻線のうち第1部分巻線がA1相巻線~F1相巻線であり、第2部分巻線がA2相巻線~F2相巻線である。6相巻線であるA相巻線~F相巻線の相互の接続例としては、各巻線の一端が共通の中性点に接続され、他端がスイッチインバータ部20の各相に接続されたスター結線を用いることができる。 As shown in FIG. 1, each winding 14 is arranged in order along the circumference of the stator 12: A1 phase, B1 phase, C1 phase, D1 phase, E1 phase, F1 phase, A2 phase, B2 phase, C2 phase, D2 phase. Twelve slots are arranged for the phase, E2 phase, and F2 phase, and the six-phase winding has two periods, making up a total of 12 slots. Here, the A1 phase winding to F1 phase winding and the A2 phase winding to F2 phase winding constitute the A phase winding to F phase winding by combining the corresponding phases. In other words, among the A-phase winding to F-phase winding, the first partial winding is the A1-phase winding to F1-phase winding, and the second partial winding is the A2-phase winding to F2-phase winding. As an example of mutual connection of the A-phase winding to F-phase winding, which are 6-phase windings, one end of each winding is connected to a common neutral point, and the other end is connected to each phase of the switch inverter section 20. A star connection can be used.

上述したようにA相巻線~F相巻線が1周期6スロットを構成しており、電気角においては1周期が360度であるため、各相の間は電気角で60度の位相差とされている。また、A相とC相、C相とE相、B相とD相、D相とF相は、それぞれ電気角で120度の位相差で配置されている。したがって6相のうち、A相とE相とC相の3相の組み合わせ、およびD相とB相とF相の3相の組み合わせは、それぞれ電気角の位相差が120度の3相交流を構成している。 As mentioned above, the A-phase winding to F-phase winding constitutes 6 slots in one period, and one period is 360 degrees in electrical angle, so there is a phase difference of 60 degrees in electrical angle between each phase. It is said that Further, the A phase and the C phase, the C phase and the E phase, the B phase and the D phase, and the D phase and the F phase are arranged with a phase difference of 120 degrees in electrical angle. Therefore, among the six phases, the three-phase combination of A phase, E phase, and C phase, and the three-phase combination of D phase, B phase, and F phase are three-phase alternating current with a phase difference of 120 degrees in electrical angle. It consists of

スイッチインバータ部20は、電源電圧(+V)と接地電圧(0V)の間に6つのスイッチ群(A群~F群)が並列に接続されている。各スイッチ群には、2つのスイッチが直列接続されており、合計12個のスイッチによって、モータ部10のA相巻線~F相巻線に対応した6相スイッチインバータのスイッチA相~スイッチF相が構成されている。ここではスイッチインバータ部20として6相スイッチインバータを用いたが、9個のスイッチを用いた改良型9スイッチインバータを用いるとしてもよい。 The switch inverter section 20 has six switch groups (groups A to F) connected in parallel between a power supply voltage (+V) and a ground voltage (0V). Two switches are connected in series in each switch group, and a total of 12 switches are used to control the switch A phase to switch F of the 6-phase switch inverter corresponding to the A phase winding to F phase winding of the motor section 10. The phase is composed of Although a six-phase switched inverter is used here as the switched inverter section 20, an improved nine-switch inverter using nine switches may also be used.

各スイッチは、それぞれドレインが電源電圧側(上流側)に接続され、ソースが接地電圧側(下流側)に接続されている。また、各スイッチとしてMOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor)を用いる場合には、ソースとドレインの間に寄生ダイオードが並列に逆接続された等価回路となる。また、各スイッチは制御部30によって動作が制御される。 Each switch has a drain connected to the power supply voltage side (upstream side) and a source connected to the ground voltage side (downstream side). Further, when a MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor) is used as each switch, an equivalent circuit is formed in which a parasitic diode is connected in parallel and reversely between the source and the drain. Further, the operation of each switch is controlled by the control section 30.

制御部30は、予め定められたプログラムに従って情報処理を行い、モータ装置100の各部を制御する演算部であり、CPU(中央演算処理装置:Central Processing Unit)等で実現される。また、制御部30はモータ装置100の各部から情報を取得してプログラムに従って演算処理を行う。制御部30には、メモリー装置や入出力装置、表示装置などが接続され、プログラムやデータの記録、演算結果の出力や表示等を行うこととしてもよい。また制御部30は、記録媒体に記録されたプログラムを読み込み、当該プログラムを実行することで本発明におけるモータ装置100の制御方法を実行する。 The control section 30 is a calculation section that performs information processing according to a predetermined program and controls each section of the motor device 100, and is realized by a CPU (Central Processing Unit) or the like. Further, the control section 30 acquires information from each section of the motor device 100 and performs arithmetic processing according to a program. The control unit 30 may be connected to a memory device, an input/output device, a display device, etc., and may record programs and data, output and display calculation results, etc. Further, the control unit 30 executes the method for controlling the motor device 100 according to the present invention by reading a program recorded on a recording medium and executing the program.

制御部30は、スイッチインバータ部20からモータ部10の各相に供給される電流値と、モータ部10に設けられた角度センサの出力を検出し、検出した電流値と角度に基づいてベクトル制御を行い、スイッチインバータ部20の各スイッチに対してオン信号またはオフ信号を供給する部分である。制御部30の構成及び動作についての詳細は後述する。 The control unit 30 detects the current value supplied from the switch inverter unit 20 to each phase of the motor unit 10 and the output of the angle sensor provided in the motor unit 10, and performs vector control based on the detected current value and angle. This section performs the following steps and supplies an on signal or an off signal to each switch of the switch inverter section 20. Details regarding the configuration and operation of the control unit 30 will be described later.

図2は、モータ装置100におけるスイッチインバータ部20の制御を示すタイミングチャートであり、スイッチインバータ部20の各相スイッチに印加される信号を示している。図2の横軸は電気角(度)を示し、縦軸は各スイッチに印加されるオン信号とオフ信号を示している。図2に示したように、A相~F相の各スイッチには、オン信号とオフ信号が180度(π)ずつ交互に印加される。また、A相~F相のオン信号とオフ信号は、それぞれ60度(π/3)ずつ位相がずれている。また、A相とD相、B相とE相、C相とF相は位相が180度(π)異なって互いに反転した信号が印加されている。換言すると、A相~F相の各スイッチには、A相、C相、E相と、B相、D相、F相の2つの三相交流信号が印加されている。したがって、巻線A1~巻線F1と巻線A2~巻線F2は、スイッチA相~F相で制御されることで、それぞれ2つの三相モータを備えた合計6相を有するモータとして機能する。 FIG. 2 is a timing chart showing control of the switch inverter unit 20 in the motor device 100, and shows signals applied to each phase switch of the switch inverter unit 20. The horizontal axis in FIG. 2 indicates electrical angle (degrees), and the vertical axis indicates on and off signals applied to each switch. As shown in FIG. 2, an on signal and an off signal are applied alternately by 180 degrees (π) to each of the A-phase to F-phase switches. Furthermore, the phases of the A-phase to F-phase ON signals and OFF signals are shifted by 60 degrees (π/3). Furthermore, signals that are inverted with respect to each other and have a phase difference of 180 degrees (π) are applied to the A phase and the D phase, the B phase and the E phase, and the C phase and the F phase. In other words, two three-phase alternating current signals of A phase, C phase, E phase and B phase, D phase, F phase are applied to each switch of A phase to F phase. Therefore, the winding A1 to winding F1 and the winding A2 to winding F2 are controlled by the switches A phase to F phase, and function as a motor having a total of six phases, each having two three-phase motors. .

図3は、モータ部10のコイルに流れる相電流を模式的に示すグラフである。図3に示したように、A相巻線に流れる電流とD相巻線に流れる電流は、位相が同じ正弦波であり、A相は正方向に直流成分(+DC)だけオフセットされ、D相は負方向に直流成分(-DC)だけオフセットされている。したがって、A相とD相の電流値の合計は常に0となる。ここではA相とD相のみを示したが、C相とF相、E相とB相も同様である。 FIG. 3 is a graph schematically showing the phase current flowing through the coils of the motor section 10. As shown in FIG. As shown in Fig. 3, the current flowing in the A-phase winding and the current flowing in the D-phase winding are sine waves with the same phase, and the A-phase is offset by the DC component (+DC) in the positive direction, and the D-phase is offset by a direct current component (-DC) in the negative direction. Therefore, the sum of the current values of the A phase and D phase is always zero. Although only the A phase and the D phase are shown here, the same applies to the C phase and the F phase, and the E phase and the B phase.

次に、制御部30によるベクトル制御を説明するための座標系について、図4、図5を用いて説明する。図4は、モータ部10における座標系の関係を示す模式図であり、図4(a)は静止座標系であるαβ座標系とABCDEF相の相座標系の関係を示し、図4(b)は静止座標系であるαβ座標系と回転子11の回転座標系であるdq座標系の関係を示している。図5は、モータ部10における回転座標系について模式的に示す図であり、図5(a)は回転子11および固定子12におけるd軸とq軸を示し、図5(b)は推定座標系であるγδ座標系と回転座標系であるdq座標系の関係を示している。図4、図5に示したように、回転座標系のdq軸は静止座標系のαβ軸から電気角θだけ回転したものであり、推定座標系のγδ軸はdq軸とΔθだけ遅れており、その際のγ軸とα軸の差が推定角度θである。 Next, a coordinate system for explaining vector control by the control unit 30 will be explained using FIGS. 4 and 5. FIG. 4 is a schematic diagram showing the relationship between the coordinate systems in the motor unit 10. FIG. 4(a) shows the relationship between the αβ coordinate system, which is a stationary coordinate system, and the phase coordinate system of the ABCDEF phase, and FIG. shows the relationship between the αβ coordinate system, which is a stationary coordinate system, and the dq coordinate system, which is a rotating coordinate system of the rotor 11. FIG. 5 is a diagram schematically showing the rotational coordinate system in the motor section 10. FIG. 5(a) shows the d-axis and the q-axis in the rotor 11 and the stator 12, and FIG. 5(b) shows the estimated coordinates. The relationship between the γδ coordinate system, which is a system, and the dq coordinate system, which is a rotating coordinate system, is shown. As shown in Figures 4 and 5, the dq axis of the rotating coordinate system is rotated by an electrical angle θ from the αβ axis of the stationary coordinate system, and the γδ axis of the estimated coordinate system lags behind the dq axis by Δθ. , the difference between the γ-axis and the α-axis at that time is the estimated angle θ M.

図6は、本実施形態の制御部30におけるベクトル制御について説明する制御フロー図である。制御部30は、モータ部10の角度と電流を検知しながら、スイッチインバータ部20を制御してモータ部10に対して電流を供給する。図6に示すように制御部30は、変換部31と、速度PI制御部32と、電流制御部33と、逆変換部34を備えている。 FIG. 6 is a control flow diagram illustrating vector control in the control unit 30 of this embodiment. The control section 30 controls the switch inverter section 20 to supply current to the motor section 10 while detecting the angle and current of the motor section 10 . As shown in FIG. 6, the control section 30 includes a conversion section 31, a speed PI control section 32, a current control section 33, and an inverse conversion section 34.

仮に、6相のスイッチトリラクタンスモータのベクトル制御を行う際に、A相とD相、B相とE相、C相とF相の2相ずつを組み合わせた後に3相ベクトル制御を行うとする。この場合には、図2および図3に示したように、2相の電流値は互いに正負の方向にオフセットされているため、合計電流での制御では直流成分である+DCと-DCが打ち消しあって制御対象から外れてしまうため6相全体での相電流を正確に制御することが困難になる。そこで本発明のモータ装置100および制御方法では、A相とC相とE相の3相と、B相とD相とF相の3相のそれぞれにベクトル制御を適用し、直流成分DCについても導出および制御の対象とする。 Suppose that when performing vector control of a 6-phase switched reluctance motor, 3-phase vector control is performed after combining two phases: A phase and D phase, B phase and E phase, and C phase and F phase. . In this case, as shown in Figures 2 and 3, the current values of the two phases are offset from each other in the positive and negative directions, so when controlling using the total current, the DC components +DC and -DC cancel each other out. Therefore, it becomes difficult to accurately control the phase currents of all six phases. Therefore, in the motor device 100 and the control method of the present invention, vector control is applied to each of the three phases A, C, and E, and the three phases B, D, and F, and the DC component DC is also controlled. Subject to derivation and control.

スイッチトリラクタンスモータの回路方程式は、次の一般式で表される。ここで、vは電圧、Rは抵抗、Lはインダクタンス、iは電流、θは回転子11の角度、ωは回転子11の角速度を示している。d軸インダクタンスとq軸インダクタンスを求めるためにはdq座標系での回路方程式を求める必要がある。
各相を流れる相電流は、直流成分をIdcとし、振幅をIac1とすると、以下の電流行列で表される。電流行列には直流成分であるIdcを含んでいるため、交流成分が同じでも直流成分が異なる相を別の電流として取り扱い、直流成分を考慮したベクトル制御を行うことができる。ここで、θ=ωtである。
The circuit equation of a switched reluctance motor is expressed by the following general formula. Here, v is voltage, R is resistance, L is inductance, i is current, θ is the angle of the rotor 11, and ω is the angular velocity of the rotor 11. In order to find the d-axis inductance and the q-axis inductance, it is necessary to find a circuit equation in the dq coordinate system.
The phase current flowing through each phase is expressed by the following current matrix, where the DC component is I dc and the amplitude is I ac1 . Since the current matrix includes I dc , which is a DC component, phases having the same AC component but different DC components can be handled as different currents, and vector control can be performed in consideration of the DC component. Here, θ=ωt.

また、相座標系から静止座標系への座標系変換と、静止座標系から回転座標系への座標系変換を行う変換行列は、次に示すものとなる。
また、回転座標系から静止座標系への座標系変換を行い、静止座標系から相座標系への座標系変換を行う逆変換行列は、次に示すものとなる。
上述したように、変換行列および逆変換行列は、ともに直流成分を含めた6行6列で表される。これにより、上述した6相の電流行列を変換行列と逆変換行列で演算して、直流成分を含めた正確な6相ベクトル制御を行うことができる。
Further, a transformation matrix for performing coordinate system transformation from a phase coordinate system to a stationary coordinate system and a coordinate system transformation from a stationary coordinate system to a rotating coordinate system is as shown below.
Further, an inverse transformation matrix for performing coordinate system transformation from a rotating coordinate system to a stationary coordinate system and from a stationary coordinate system to a phase coordinate system is as shown below.
As described above, both the transformation matrix and the inverse transformation matrix are represented by 6 rows and 6 columns including DC components. Thereby, the six-phase current matrix described above can be calculated using a transformation matrix and an inverse transformation matrix, and accurate six-phase vector control including DC components can be performed.

また、
とおくと、dq座標系での回路方程式は以下の式で表される。
ここでvは電圧のd軸成分であり、vは電圧のq軸成分であり、vdcは電圧の直流成分であり、iは電流のd軸成分であり、iは電流のq軸成分であり、idcは電流の直流成分である。
Also,
Then, the circuit equation in the dq coordinate system is expressed by the following formula.
where v d is the d-axis component of the voltage, v q is the q-axis component of the voltage, v dc is the DC component of the voltage, i d is the d-axis component of the current, and i q is the d-axis component of the current. is the q-axis component, and i dc is the DC component of the current.

図6に示したように制御部30では、モータ部10を流れる相電流i,i,i,i,i,iと、モータ部10の角度センサが検出した回転子11の角度θを取得する。変換部31は、取得した相電流i,i,i,i,i,iと角度θに基づいて、電流のd軸成分iとq軸成分iと直流成分idcを導出する。電流の各成分の導出には、上述した電流行列および変換行列が用いられる。変換部31で導出された電流のd軸成分iとq軸成分iと直流成分idcは、電流制御部33に伝達される。 As shown in FIG. 6, in the control unit 30, the phase currents i a , i b , ic , i d , i e , if flowing through the motor unit 10 and the rotor 11 detected by the angle sensor of the motor unit 10 Obtain the angle θ. The conversion unit 31 converts the d-axis component i d, the q-axis component i q , and the DC component i of the current based on the acquired phase currents i a , i b , i c , i d , i e , if and the angle θ. Derive dc . The above-described current matrix and transformation matrix are used to derive each component of the current. The d-axis component i d , the q-axis component i q , and the DC component i dc of the current derived by the converter 31 are transmitted to the current controller 33 .

速度PI制御部32は、角度センサから得られた角度θの変化量から角速度ωを算出し、目標角速度ωとの比較によって目標q軸成分i を導出する。速度PI制御部32で導出された目標q軸成分i は、電流制御部33に伝達される。 The speed PI control unit 32 calculates the angular speed ω from the amount of change in the angle θ obtained from the angle sensor, and derives the target q-axis component i q * by comparing it with the target angular speed ω * . The target q-axis component i q * derived by the speed PI control section 32 is transmitted to the current control section 33 .

電流制御部33は、変換部31から供給された電流のd軸成分iとq軸成分iと直流成分idcと、目標d軸成分i と目標直流成分idc と目標q軸成分i を用いて、A相C相E相の3相とD相F相B相の3相にそれぞれベクトル制御を行う。電流制御部33によるベクトル制御によって、A相C相E相およびD相F相B相に対するdq座標軸における目標電圧のd軸成分vd1、q軸成分vq1、直流成分vdc1およびd軸成分vd2、q軸成分vq2、直流成分vdc2が決定される。電流制御部33で決定された目標電圧のd軸成分vd1、q軸成分vq1、直流成分vdc1およびd軸成分vd2、q軸成分vq2、直流成分vdc2は、逆変換部34に伝達される。 The current control unit 33 controls the d-axis component i d , the q-axis component i q , the DC component i dc , the target d-axis component i d * , the target DC component i dc * , and the target q of the current supplied from the conversion unit 31 . Using the axis component i q * , vector control is performed for each of the three phases: A phase, C phase, E phase, D phase, F phase, and B phase. Through vector control by the current control unit 33, the d-axis component v d1 , the q-axis component v q1 , the DC component v dc1 and the d-axis component v of the target voltage in the dq coordinate axes for the A phase C phase E phase and the D phase F phase B phase are controlled. d2 , the q-axis component v q2 , and the DC component v dc2 are determined. The d-axis component v d1 , the q-axis component v q1 , the DC component v dc1 and the d-axis component v d2 , the q-axis component v q2 , and the DC component v dc2 of the target voltage determined by the current control unit 33 are converted to the inverse converter 34 transmitted to.

逆変換部34は、dq座標軸における目標電圧のd軸成分vd1、q軸成分vq1、直流成分vdc1およびd軸成分vd2、q軸成分vq2、直流成分vdc2と角度θに基づいて、スイッチインバータ部20の各相スイッチの制御信号であるオン信号/オフ信号を決定する。各相スイッチに対する制御信号の決定には、上述した電流行列および逆変換行列が用いられる。逆変換部34で決定された制御信号は、スイッチインバータ部20の各相スイッチに入力される。 The inverse conversion unit 34 converts the target voltage on the dq coordinate axes based on the d-axis component v d1 , the q-axis component v q1 , the DC component v dc1 and the d-axis component v d2 , the q-axis component v q2 , the DC component v dc2 and the angle θ. Then, the on signal/off signal, which is the control signal for each phase switch of the switch inverter section 20, is determined. The above-described current matrix and inverse transformation matrix are used to determine the control signal for each phase switch. The control signal determined by the inverse conversion section 34 is input to each phase switch of the switch inverter section 20.

上述したように、本実施形態のモータ装置100および制御方法では、制御部30がモータ部10の相電流から回転子11の回転座標系における電流のd軸成分とq軸成分と直流成分を導出し、d軸成分とq軸成分と直流成分に基づいて、6相巻線に供給する相電流をベクトル制御している。これにより、6相スイッチトリラクタンスモータにおいて、モータ部10の各相における相電流を正確に制御してトルクを向上させることが可能となる。 As described above, in the motor device 100 and the control method of the present embodiment, the control unit 30 derives the d-axis component, the q-axis component, and the DC component of the current in the rotational coordinate system of the rotor 11 from the phase current of the motor unit 10. The phase current supplied to the six-phase winding is vector-controlled based on the d-axis component, q-axis component, and DC component. Thereby, in the six-phase switched reluctance motor, it becomes possible to accurately control the phase current in each phase of the motor section 10 and improve the torque.

(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について図7を用いて説明する。第1実施形態と重複する内容は説明を省略する。図7は、本実施形態の制御部30におけるベクトル制御について説明する制御フロー図である。本実施形態では、モータ部10における回転子11の角度θを角度センサを用いずに推定してセンサレス制御を行う点が第1実施形態とは異なっている。図7に示すように制御部30は、変換部31と、速度PI制御部32と、電流制御部33と、逆変換部34と、オブザーバ35を備えている。
(Second embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described using FIG. 7. Description of contents that overlap with those of the first embodiment will be omitted. FIG. 7 is a control flow diagram illustrating vector control in the control unit 30 of this embodiment. This embodiment differs from the first embodiment in that sensorless control is performed by estimating the angle θ of the rotor 11 in the motor section 10 without using an angle sensor. As shown in FIG. 7, the control section 30 includes a conversion section 31, a speed PI control section 32, a current control section 33, an inverse conversion section 34, and an observer 35.

図7に示したように制御部30では、モータ部10を流れる相電流i,i,i,i,i,iを取得する。変換部31は、取得した相電流i,i,i,i,i,iと、オブザーバ35が導出した推定角度θに基づいて、電流の推定δ軸成分iδと推定γ軸成分iγと直流成分idcを導出する。電流の各成分の導出には、上述した電流行列および変換行列が用いられる。変換部31で導出された電流のγ軸成分iγとδ軸成分iδと直流成分idcは、オブザーバ35に伝達される。 As shown in FIG. 7, the control unit 30 obtains phase currents i a , i b , ic , i d , i e , if flowing through the motor unit 10 . The conversion unit 31 calculates the estimated δ-axis component i δ of the current based on the acquired phase currents i a , i b , ic , i d , i e , if and the estimated angle θ M derived by the observer 35. An estimated γ-axis component i γ and a DC component i dc are derived. The above-described current matrix and transformation matrix are used to derive each component of the current. The γ-axis component i γ , the δ-axis component i δ , and the DC component i dc of the current derived by the converter 31 are transmitted to the observer 35 .

オブザーバ35は、図5(b)に示したように回転座標系のdq軸と推定座標系のγδ軸の差をΔθとして、回転座標系における誘起電圧を算出する。また、推定座標系のγδ軸における推定電圧vγ、vδと、推定電流iγ、iδおよび誘起電圧に基づいて、回転子11の推定角度θおよび推定角速度ωを算出する。オブザーバ35で算出された推定角度θは変換部31および逆変換部34に伝達され、推定角速度ωは速度PI制御部32に伝達される。 The observer 35 calculates the induced voltage in the rotating coordinate system by setting the difference between the dq axis of the rotating coordinate system and the γδ axis of the estimated coordinate system as Δθ, as shown in FIG. 5(b). Further, an estimated angle θ M and an estimated angular velocity ω M of the rotor 11 are calculated based on the estimated voltages v γ and v δ in the γδ axis of the estimated coordinate system, the estimated currents i γ and i δ , and the induced voltage. The estimated angle θ M calculated by the observer 35 is transmitted to the converter 31 and the inverse transformer 34 , and the estimated angular velocity ω M is transmitted to the speed PI controller 32 .

速度PI制御部32は、オブザーバ35で算出された推定角度θの変化量から角速度ωを算出し、目標角速度ωとの比較によって目標γ軸成分iγ を導出する。速度PI制御部32で導出された目標γ軸成分iγ は、電流制御部33に伝達される。 The speed PI control unit 32 calculates the angular speed ω M from the amount of change in the estimated angle θ M calculated by the observer 35, and derives the target γ-axis component i γ * by comparing it with the target angular speed ω * . The target γ-axis component i γ * derived by the speed PI control unit 32 is transmitted to the current control unit 33.

電流制御部33は、変換部31から供給された電流のγ軸成分iγとδ軸成分iδと直流成分idcと、目標γ軸成分iγ と目標直流成分idc と目標δ軸成分iδ を用いて、A相C相E相の3相とD相F相B相の3相にそれぞれベクトル制御を行う。電流制御部33によるベクトル制御によって、A相C相E相およびD相F相B相に対するγδ座標軸における目標電圧のγ軸成分vdγ1、δ軸成分vδ1、直流成分vdc1およびγ軸成分vγ2、δ軸成分vδ2、直流成分vdc2が決定される。電流制御部33で決定された目標電圧のγ軸成分vγ1、δ軸成分vδ1、直流成分vdc1およびγ軸成分vγ2、δ軸成分vδ2、直流成分vdc2は、逆変換部34に伝達される。 The current control unit 33 controls the γ-axis component i γ and δ-axis component i δ of the current supplied from the conversion unit 31, the DC component i dc , the target γ-axis component i γ * , the target DC component i dc * , and the target δ. Using the axis component i δ * , vector control is performed for each of the three phases A, C, and E, and the D, F, and B phases. Through vector control by the current control unit 33, the γ-axis component v dγ1 , the δ-axis component v δ1 , the DC component v dc1 and the γ-axis component v of the target voltage on the γδ coordinate axis for the A phase C phase E phase and the D phase F phase B phase are controlled. γ2 , δ-axis component v δ2 , and DC component v dc2 are determined. The γ-axis component v γ1 , the δ-axis component v δ1 , the DC component v dc1 and the γ-axis component v γ2 , the δ-axis component v δ2 , and the DC component v dc2 of the target voltage determined by the current control unit 33 are converted to the inverse converter 34 transmitted to.

逆変換部34は、γδ座標軸における目標電圧のγ軸成分vγ1、δ軸成分vδ1、直流成分vdc1およびγ軸成分vγ2、δ軸成分vδ2、直流成分vdc2と推定角度θに基づいて、スイッチインバータ部20の各相スイッチの制御信号であるオン信号/オフ信号を決定する。各相スイッチに対する制御信号の決定には、上述した電流行列および逆変換行列が用いられる。逆変換部34で決定された制御信号は、スイッチインバータ部20の各相スイッチに入力される。 The inverse conversion unit 34 converts the γ-axis component v γ1 , the δ-axis component v δ1 , the DC component v dc1 , the γ-axis component v γ2 , the δ-axis component v δ2 , the DC component v dc2 and the estimated angle θ M of the target voltage on the γδ coordinate axis. Based on this, on/off signals, which are control signals for each phase switch of the switch inverter section 20, are determined. The above-described current matrix and inverse transformation matrix are used to determine the control signal for each phase switch. The control signal determined by the inverse conversion section 34 is input to each phase switch of the switch inverter section 20.

次に、オブザーバ35における推定座標系での推定角度θおよび推定角速度ωの算出について説明する。本実施形態のモータ装置100をセンサレス制御するために、オブザーバ35では、[数7]に示した回路方程式を拡張誘起電圧項を含む次の形に変形して用いる。ここで、第1項から第3項までは通常の3相モータをセンサレス制御する際の拡張誘起電圧項を生成する際と同じ内容となっている。また、第4項および第5項が拡張誘起電圧項となっている。
Next, calculation of the estimated angle θ M and the estimated angular velocity ω M in the estimated coordinate system in the observer 35 will be explained. In order to perform sensorless control of the motor device 100 of this embodiment, the observer 35 uses the circuit equation shown in [Equation 7] after transforming it into the following form including an extended induced voltage term. Here, the first to third terms have the same content as when generating an extended induced voltage term when controlling a normal three-phase motor without a sensor. Further, the fourth term and the fifth term are extended induced voltage terms.

図5(b)に示したように、推定座標系であるγδ軸は、回転座標系であるdq軸からΔθだけ異なるものであるため、dq座標系をΔθだけ回転させる座標変換によって、dq座標系をγδ座標系に変換する。このとき、直流成分については回転させない行列と逆行列を用いる。また、突極数をpとする。最終的に得られる推定座標系における回路方程式は以下のものとなる。得られた回路方程式における第3項および第4項は、外乱に相当している。
As shown in FIG. 5(b), the γδ axis, which is the estimated coordinate system, differs from the dq axis, which is the rotating coordinate system, by Δθ. Therefore, by coordinate transformation that rotates the dq coordinate system by Δθ, the dq coordinates Convert the system to the γδ coordinate system. At this time, a non-rotated matrix and an inverse matrix are used for the DC component. Further, the number of salient poles is assumed to be p. The circuit equation in the estimated coordinate system finally obtained is as follows. The third and fourth terms in the obtained circuit equation correspond to disturbances.

図8は、推定座標系であるγδ座標系における誘起電圧オブザーバを模式的に示す制御ブロック図である。図8では回転座標系であるdq軸成分と、推定座標系であるγδ軸成分についての添え字は省略している。図8に示すようにオブザーバ35は、推定電圧vγ、vδと外乱e、eに基づいたモータモデルによって推定電流iγ、iδが導出される。また、導出された推定電流iγ、iδは、逆モータモデルに入力され、推定電圧vγ、vδと逆モータモデルの算出結果との差がローパスフィルタ(K/TLS+1)に入力される。ローパスフィルタの出力が推定外乱e^、e^となる。dq座標系でのd軸の誘起電圧はゼロであるため、γδ推定座標系とdq回転座標系の角度誤差Δθは次式で求めることができる。
FIG. 8 is a control block diagram schematically showing the induced voltage observer in the γδ coordinate system, which is the estimated coordinate system. In FIG. 8, subscripts for the dq-axis components, which are the rotating coordinate system, and the γδ-axis components, which are the estimated coordinate system, are omitted. As shown in FIG. 8, the observer 35 derives estimated currents i γ and i δ using a motor model based on estimated voltages v γ and v δ and disturbances ed and e q . Furthermore, the derived estimated currents i γ and i δ are input to the inverse motor model, and the difference between the estimated voltages v γ and v δ and the calculation results of the inverse motor model is applied to a low-pass filter (K L /T LS +1). is input. The outputs of the low-pass filter become estimated disturbances e^ d and e^ q . Since the induced voltage on the d-axis in the dq coordinate system is zero, the angular error Δθ between the γδ estimated coordinate system and the dq rotating coordinate system can be determined by the following equation.

さらにオブザーバ35は、上述した[数10]で導出された角度誤差Δθを用いてPI制御を行う。図9は、本実施形態におけるセンサレス制御での推定角速度ωと推定角度θの算出について説明する制御ブロック図である。角度誤差Δθから推定角速度ωと推定角度θを算出するためには、図9(a)に示すような制御ブロックを用いればよい。しかし本実施形態のモータ装置100では、目標角度θrefが不明なため、図9(a)の制御ブロックは成立しない。 Furthermore, the observer 35 performs PI control using the angular error Δθ derived from [Equation 10] described above. FIG. 9 is a control block diagram illustrating calculation of estimated angular velocity ω M and estimated angle θ M in sensorless control in this embodiment. In order to calculate the estimated angular velocity ω M and the estimated angle θ M from the angular error Δθ, a control block as shown in FIG. 9(a) may be used. However, in the motor device 100 of this embodiment, since the target angle θ ref is unknown, the control block of FIG. 9(a) is not established.

ところが、角度誤差Δθは目標角度θrefと推定角度θの差であり、Δθ=θref-θであり、Δθを0にする制御を実行するため、図9(a)は図9(b)に書き換えることができる。さらに、図9(b)のブロック図を展開すると、図9(c)のブロック図となる。したがって、[数10]で求めた角度誤差Δθを用いることで、オブザーバ35では推定角速度ωと推定角度θを算出することができる。また図7に示したように、オブザーバ35が算出した推定角速度ωと推定角度θを用いることで、制御部30は推定座標系における演算のみで6相スイッチトリラクタンスモータをベクトル制御により回転させることができる。 However, the angular error Δθ is the difference between the target angle θ ref and the estimated angle θ M , and Δθ = θ ref - θ M. In order to execute control to set Δθ to 0, FIG. It can be rewritten as b). Furthermore, when the block diagram of FIG. 9(b) is expanded, it becomes the block diagram of FIG. 9(c). Therefore, by using the angular error Δθ obtained by [Equation 10], the observer 35 can calculate the estimated angular velocity ω M and the estimated angle θ M. Further, as shown in FIG. 7, by using the estimated angular velocity ω M and estimated angle θ M calculated by the observer 35, the control unit 30 rotates the 6-phase switched reluctance motor by vector control only by calculation in the estimated coordinate system. can be done.

上述したように、本実施形態のモータ装置100および制御方法では、制御部30がモータ部10の相電流から回転座標系における誘起電圧を算出し、誘起電圧に基づいて回転子11の推定角速度ωおよび推定角度θを算出している。また、推定角速度ωおよび推定角度θに基づいて、回転子11の回転座標系における電圧指令値のγ軸成分とδ軸成分と直流成分を導出し、γ軸成分とδ軸成分と直流成分に基づいて、6相巻線に供給する相電流をベクトル制御している。これにより、6相スイッチトリラクタンスモータにおいて、モータ部10が角度センサを備えていなくても、センサレス制御によって各相における相電流を制御して回転駆動させることが可能となる。 As described above, in the motor device 100 and the control method of the present embodiment, the control unit 30 calculates the induced voltage in the rotational coordinate system from the phase current of the motor unit 10, and calculates the estimated angular velocity ω of the rotor 11 based on the induced voltage. M and estimated angle θ M are calculated. Furthermore, based on the estimated angular velocity ω M and estimated angle θ M , the γ-axis component, δ-axis component, and DC component of the voltage command value in the rotational coordinate system of the rotor 11 are derived, and the γ-axis component, δ-axis component, and DC component are calculated. Based on the components, the phase currents supplied to the six-phase windings are vector-controlled. Thereby, in the six-phase switched reluctance motor, even if the motor unit 10 is not equipped with an angle sensor, it is possible to control the phase current in each phase and drive the motor to rotate by sensorless control.

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications can be made within the scope of the claims, and embodiments obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. are also included within the technical scope of the present invention.

100…モータ装置
10…モータ部
20…スイッチインバータ部
30…制御部
11…回転子
12…固定子
13…ティース部
14…巻線
31…変換部
32…速度PI制御部
33…電流制御部
34…逆変換部
35…オブザーバ
100...Motor device 10...Motor section 20...Switch inverter section 30...Control section 11...Rotor 12...Stator 13...Teeth section 14...Winding 31...Converting section 32...Speed PI control section 33...Current control section 34... Inverse conversion unit 35...observer

Claims (7)

回転軸を中心に回転可能に配置された回転子と、内周に複数のティース部が形成された固定子を有し、前記複数のティース部には、A相、B相、C相、D相、E相およびF相からなる6相巻線が巻回され、前記回転子が強磁性体で構成されたスイッチトリラクタンスモータであるモータ装置であって、
前記6相巻線の各相に電力を供給するスイッチインバータ部と、
前記スイッチインバータ部に含まれる各スイッチを制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記スイッチインバータ部から前記各相に供給される前記相電流を検知し、
前記相電流から前記回転子の回転座標系におけるd軸成分と、q軸成分と、直流成分を導出し、
前記d軸成分と前記q軸成分と前記直流成分に基づいて、前記6相巻線に供給する前記相電流をベクトル制御することを特徴とするモータ装置。
It has a rotor that is rotatably arranged around a rotating shaft, and a stator that has a plurality of teeth formed on its inner periphery. A motor device which is a switched reluctance motor in which six-phase windings consisting of phase, E phase and F phase are wound, and the rotor is made of a ferromagnetic material,
a switch inverter section that supplies power to each phase of the six-phase winding;
and a control unit that controls each switch included in the switch inverter unit,
The control unit detects the phase current supplied to each phase from the switch inverter unit,
Deriving a d-axis component, a q-axis component, and a DC component in a rotating coordinate system of the rotor from the phase current,
A motor device characterized in that the phase current supplied to the six-phase winding is vector-controlled based on the d-axis component, the q-axis component, and the DC component.
請求項1に記載のモータ装置であって、
前記制御部は、前記直流成分を含めた6行6列の変換行列を用いて相座標系から前記回転座標系への変換を行い、前記直流成分を含めた6行6列の逆変換行列を用いて前記回転座標系から前記相座標系への逆変換を行うことを特徴とするモータ装置。
The motor device according to claim 1,
The control unit converts the phase coordinate system to the rotating coordinate system using a 6-by-6 transformation matrix including the DC component, and converts a 6-by-6 inverse transformation matrix including the DC component. A motor device characterized in that the rotational coordinate system is used to perform inverse transformation from the rotational coordinate system to the phase coordinate system.
請求項1または2に記載のモータ装置であって、
前記固定子に対する前記回転子の角度を検出する角度センサを備え、
前記制御部は、前記角度センサの検出結果から前記回転子の角速度を算出し、前記角度および前記角速度に基づいて前記q軸成分を導出することを特徴とするモータ装置。
The motor device according to claim 1 or 2,
comprising an angle sensor that detects the angle of the rotor with respect to the stator,
The motor device is characterized in that the control unit calculates the angular velocity of the rotor from the detection result of the angle sensor, and derives the q-axis component based on the angle and the angular velocity.
請求項1または2に記載のモータ装置であって、
前記制御部は、前記回転座標系における誘起電圧を算出し、前記誘起電圧に基づいて前記回転子の推定角速度および推定角度を算出し、前記推定角度および前記推定角速度に基づいて電圧指令値のδ軸成分およびγ軸成分を導出し、前記δ軸成分および前記γ軸成分をそれぞれ前記d軸成分および前記q軸成分として用いることを特徴とするモータ装置。
The motor device according to claim 1 or 2,
The control unit calculates an induced voltage in the rotating coordinate system, calculates an estimated angular velocity and an estimated angle of the rotor based on the induced voltage, and calculates δ of a voltage command value based on the estimated angle and the estimated angular velocity. A motor device characterized in that an axis component and a γ-axis component are derived, and the δ-axis component and the γ-axis component are used as the d-axis component and the q-axis component, respectively.
回転軸を中心に回転可能に配置された回転子と、内周に複数のティース部が形成された固定子を有し、前記複数のティース部には、A相、B相、C相、D相、E相およびF相からなる6相巻線が巻回され、前記回転子が強磁性体で構成されたスイッチトリラクタンスモータであるモータ装置の制御方法であって、
前記6相巻線の各相に供給される相電流を検知し、
前記相電流から、前記回転子の回転座標系におけるd軸成分と、q軸成分と、直流成分を導出し、
前記d軸成分と前記q軸成分と前記直流成分に基づいて、前記6相巻線に供給する前記相電流をベクトル制御することを特徴とするモータ装置の制御方法。
It has a rotor that is rotatably arranged around a rotating shaft, and a stator that has a plurality of teeth formed on its inner periphery. A method for controlling a motor device which is a switched reluctance motor in which a six-phase winding consisting of phase, E phase and F phase is wound, and the rotor is made of a ferromagnetic material, the method comprising:
detecting a phase current supplied to each phase of the six-phase winding;
Deriving a d-axis component, a q-axis component, and a DC component in a rotating coordinate system of the rotor from the phase current,
A method for controlling a motor device, characterized in that the phase current supplied to the six-phase winding is vector-controlled based on the d-axis component, the q-axis component, and the DC component.
回転軸を中心に回転可能に配置された回転子と、内周に複数のティース部が形成された固定子を有し、前記複数のティース部には、A相、B相、C相、D相、E相およびF相からなる6相巻線が巻回され、前記回転子が強磁性体で構成されたスイッチトリラクタンスモータであるモータ装置を制御するプログラムであって、
コンピュータに、
前記6相巻線の各相に供給される相電流を検知する手順と、
前記相電流から、前記回転子の回転座標系におけるd軸成分と、q軸成分と、直流成分を導出する手順と、
前記d軸成分と前記q軸成分と前記直流成分に基づいて、前記6相巻線に供給する前記相電流をベクトル制御する手順を実行させることを特徴とするプログラム。
It has a rotor that is rotatably arranged around a rotating shaft, and a stator that has a plurality of teeth formed on its inner periphery. A program for controlling a motor device that is a switched reluctance motor in which six-phase windings consisting of phase, E phase, and F phase are wound, and the rotor is made of a ferromagnetic material, the program comprising:
to the computer,
a step of detecting a phase current supplied to each phase of the six-phase winding;
a procedure for deriving a d-axis component, a q-axis component, and a DC component in a rotating coordinate system of the rotor from the phase current;
A program for causing vector control of the phase current supplied to the six-phase winding based on the d-axis component, the q-axis component, and the DC component.
回転軸を中心に回転可能に配置された回転子と、内周に複数のティース部が形成された固定子を有し、前記複数のティース部には、A相、B相、C相、D相、E相およびF相からなる6相巻線が巻回され、前記回転子が強磁性体で構成されたスイッチトリラクタンスモータであるモータ装置を制御するプログラムを記録した記録媒体であって、
コンピュータに、
前記6相巻線の各相に供給される相電流を検知する手順と、
前記相電流から、前記回転子の回転座標系におけるd軸成分と、q軸成分と、直流成分を導出する手順と、
前記d軸成分と前記q軸成分と前記直流成分に基づいて、前記6相巻線に供給する前記相電流をベクトル制御する手順を実行させることを特徴とするプログラムを記録するコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
It has a rotor that is rotatably arranged around a rotating shaft, and a stator that has a plurality of teeth formed on its inner periphery. A recording medium that records a program for controlling a motor device that is a switched reluctance motor in which six-phase windings consisting of phase, E phase, and F phase are wound, and the rotor is made of a ferromagnetic material,
to the computer,
a step of detecting a phase current supplied to each phase of the six-phase winding;
a procedure for deriving a d-axis component, a q-axis component, and a DC component in a rotating coordinate system of the rotor from the phase current;
A computer-readable record that records a program for executing a procedure for vector-controlling the phase current supplied to the six-phase winding based on the d-axis component, the q-axis component, and the DC component. Medium.
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