JP2024022931A - Driving device of permanent magnet synchronous motor of medical apparatus for dental use and control method - Google Patents

Driving device of permanent magnet synchronous motor of medical apparatus for dental use and control method Download PDF

Info

Publication number
JP2024022931A
JP2024022931A JP2022126386A JP2022126386A JP2024022931A JP 2024022931 A JP2024022931 A JP 2024022931A JP 2022126386 A JP2022126386 A JP 2022126386A JP 2022126386 A JP2022126386 A JP 2022126386A JP 2024022931 A JP2024022931 A JP 2024022931A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
permanent magnet
magnet synchronous
synchronous motor
phase
rotor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2022126386A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
善尚 岩路
Yoshitaka Iwaji
好太 佐藤
Kota Sato
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NAKANISHI KK
Original Assignee
NAKANISHI KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NAKANISHI KK filed Critical NAKANISHI KK
Priority to JP2022126386A priority Critical patent/JP2024022931A/en
Publication of JP2024022931A publication Critical patent/JP2024022931A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a PM motor that realizes position sensorless control capable of estimating a position at a low-speed range regardless of a saliency structure of a rotor.
SOLUTION: A driving device of a permanent magnet synchronous motor of a medical apparatus for dental use comprises an inverter that drives the permanent magnet synchronous motor, detection means that detects a current flowing through the permanent magnet synchronous motor, and control means that controls the permanent magnet synchronous motor via the inverter using a current value detected by the detection means. The control means performs estimation calculation of a position of a rotor of the permanent magnet synchronous motor based on a current generated by applying a second polyphase alternate current having a higher frequency than a first polyphase alternate current for rotationally driving the permanent magnet synchronous motor to the permanent magnet synchronous motor at a predetermined phase interval.
SELECTED DRAWING: Figure 3
COPYRIGHT: (C)2024,JPO&INPIT

Description

本発明は、歯科用医療機器の永久磁石同期電動機の駆動装置、および制御方法に関する。 The present invention relates to a drive device and a control method for a permanent magnet synchronous motor of a dental medical device.

永久磁石同期電動機(以下、PM(Permanent Magnet)モータとも称する)は、産業、家電、医療機器、電気自動車、鉄道などに幅広く利用されている。PMモータは、原理上、回転子の位置角度に基づいて回転駆動のための電流位相を制御する必要があるため、回転子に対する位置センサを設ける構成が用いられている。 Permanent magnet synchronous motors (hereinafter also referred to as PM (Permanent Magnet) motors) are widely used in industries, home appliances, medical equipment, electric vehicles, railways, and the like. In a PM motor, in principle, it is necessary to control the current phase for rotational drive based on the position angle of the rotor, so a configuration in which a position sensor for the rotor is provided is used.

一方、回転子の位置を直接検出しない位置センサレス制御も実用化されてきている。位置センサレス制御の多くは、PMモータの回転に伴って内部で発生する誘起電圧を利用している。例えば、鉄道車両のように起動時から高トルクが必要な用途では、回転子の突極性構造を利用した位置センサレス制御が検討され、すでに実用化されている。位置センサレス制御を実現することで、精密な位置センサを用いる必要が無くなり、過酷な環境下でのモータ駆動が実現でき、また、位置センサが無くなることで装置全体の小型化や、センサ故障のリスクを回避できるなどのメリットもある。 On the other hand, position sensorless control, which does not directly detect the rotor position, has also been put into practical use. Most position sensorless controls utilize the induced voltage generated internally as the PM motor rotates. For example, in applications such as railway vehicles that require high torque from start-up, position sensorless control using a rotor's salient pole structure has been studied and has already been put into practical use. By realizing position sensorless control, there is no need to use a precise position sensor, making it possible to drive the motor in harsh environments. Also, by eliminating the position sensor, the entire device can be made smaller and the risk of sensor failure can be reduced. There are also benefits such as being able to avoid this.

例えば、特許文献1には、PMモータの回転子の磁気突極性を利用した位置センサレス方式が記載されている。特許文献1の手法では、回転子の推定位相軸に、回転子の位置を推定するための高調波電圧を印加し続け、それと直交する軸に生じる高調波電流から、推定位置と実際の回転子位相との誤差を演算し、その誤差を修正することでセンサレス駆動を実現する。 For example, Patent Document 1 describes a position sensorless method that utilizes the magnetic salient polarity of a rotor of a PM motor. In the method of Patent Document 1, a harmonic voltage for estimating the position of the rotor is continuously applied to the estimated phase axis of the rotor, and the estimated position and the actual rotor are determined from the harmonic current generated on the axis orthogonal to the harmonic voltage. Sensorless drive is achieved by calculating the error with the phase and correcting that error.

特許文献2は、PMモータの回転子の磁気突極性を利用するものであり、回転子の位置を推定するための高調波電圧として、インバータで発生するパルス状の電圧を利用している。特許文献3は、PMモータの回転子の磁気突極性を利用するものであり、印加した高調波によって生じる電流変化率を利用して、回転子の位置推定を行っている。 Patent Document 2 utilizes the magnetic saliency of the rotor of a PM motor, and uses a pulsed voltage generated by an inverter as a harmonic voltage for estimating the position of the rotor. Patent Document 3 utilizes the magnetic saliency of the rotor of a PM motor, and estimates the position of the rotor using the current change rate caused by applied harmonics.

特開平7-245981号公報Japanese Patent Application Publication No. 7-245981 特開平8-205578号公報Japanese Patent Application Publication No. 8-205578 特開2002-78391号公報Japanese Patent Application Publication No. 2002-78391

特許文献1~3の手法においては、回転子に磁気突極性が必要であり、一般的には磁気突極性が顕著な埋込磁石構造の回転子にのみ適用可能であるという課題があった。例えば、小型で安価なPMモータでは、安価な磁石を回転子表面に張り付けた表面磁石構造のものも多く、この場合には磁気突極性がほとんど無いため、上記の特許文献のような方式のセンサレス駆動が適用できない。 The methods of Patent Documents 1 to 3 require the rotor to have magnetic saliency, and are generally applicable only to rotors with an embedded magnet structure in which the magnetic saliency is significant. For example, many small and inexpensive PM motors have a surface magnet structure in which inexpensive magnets are attached to the rotor surface. Drive cannot be applied.

例えば、特許文献1、3では、回転子の推定位相軸上で高調波を印加しており、この推定軸の回転(すなわち、回転子の回転)に伴って、高調波の印加軸も同時に回転する。この場合、発生する高調波電流は、回転子の突極性による成分だけでなく、固定子の磁気回路の影響も強く受けることになる。結果として、突極性の少ない回転子を用いるモータでは、固定子側の磁気回路の変化の影響により、回転子の位置の推定が困難になる。このような状況下において位置推定を行おうとした場合、印加する高調波電圧を増やす必要が生じ、結果的に高調波の損失を増大化させてしまう。 For example, in Patent Documents 1 and 3, harmonics are applied on the estimated phase axis of the rotor, and as the estimated axis rotates (i.e., the rotation of the rotor), the harmonic application axis also rotates at the same time. do. In this case, the generated harmonic current is not only affected by the saliency of the rotor, but is also strongly influenced by the magnetic circuit of the stator. As a result, in a motor using a rotor with less saliency, it becomes difficult to estimate the position of the rotor due to changes in the magnetic circuit on the stator side. When attempting to perform position estimation under such circumstances, it becomes necessary to increase the applied harmonic voltage, resulting in an increase in harmonic loss.

また、特許文献2では、位置推定のための高調波として、インバータのスイッチ動作によって発生する高調波を利用している。インバータが発生する高調波は、インバータの出力する電圧の位相や、変調率によって大きく変化し、一義的には定まらない。そのため、特許文献1、3と同様、条件によっては固定子側の磁気回路の影響を受け、回転子の位置の推定が困難になる。 Further, in Patent Document 2, harmonics generated by switching operations of an inverter are used as harmonics for position estimation. The harmonics generated by the inverter vary greatly depending on the phase of the voltage output by the inverter and the modulation rate, and are not uniquely determined. Therefore, as in Patent Documents 1 and 3, depending on the conditions, it is affected by the magnetic circuit on the stator side, making it difficult to estimate the rotor position.

上記のような理由から、特許文献1~3の手法では、磁気突極性の少ない構造や、固定子鉄芯に空間高調波が伴う構造(例えば、集中巻き構造)のPMモータでは、回転子の位置の推定は困難であり、位置センサレス制御ができなかった。特に、突極性構造を有しないPMモータにおいて、低速域での位置推定には上記手法を用いることができず、このような場合には位置センサを別途用意する必要があった。 For the above-mentioned reasons, the methods of Patent Documents 1 to 3 do not allow the rotation of the rotor in a PM motor that has a structure with little magnetic saliency or a structure with spatial harmonics in the stator core (for example, a concentrated winding structure). Estimating the position was difficult, and position sensorless control was not possible. In particular, in a PM motor that does not have a salient pole structure, the above method cannot be used for position estimation in a low speed range, and in such a case, it is necessary to separately prepare a position sensor.

例えば、歯科用の医療機器については、一般に、口腔内の細やかな作業を目的としている。このようなPMモータを備えた装置では、装置全体の更なる省サイズ化が求められている。図15に示されるような歯科用医療機器においては、術者はPMモータを接続したハンドピースにより治療を行うが、操作性の点からPMモータは小型であることが望ましい。PMモータを小型化するために、突極性構造を使用していない場合がある。また、歯科用の医療機器では、その用途上、停止、低速~高速の幅広い範囲で、回転速度の加減速を頻繁に切り替える必要がある。このような特性を有する装置のモータ制御については、上述の理由により低速域についてはセンサによる回転子位置検出により回転制御を行う。一方、高速域についてはセンサの検出誤差が大きくなるため、センサを使用せず誘起電圧検出による回転子位置を推定する方法により回転制御を行っている。このような構成では、やはり位置センサが必要となってしまう。 For example, dental medical equipment is generally intended for delicate work inside the oral cavity. In devices equipped with such PM motors, there is a demand for further size reduction of the entire device. In a dental medical device such as that shown in FIG. 15, an operator performs treatment using a handpiece connected to a PM motor, but from the viewpoint of operability, it is desirable that the PM motor be small. In order to downsize the PM motor, the salient pole structure may not be used. Further, due to the use of dental medical equipment, it is necessary to frequently change the acceleration/deceleration of the rotational speed in a wide range from stop to low speed to high speed. Regarding the motor control of a device having such characteristics, rotation control is performed in a low speed range by detecting the rotor position using a sensor for the above-mentioned reasons. On the other hand, in high-speed ranges, the detection error of the sensor increases, so rotation control is performed by estimating the rotor position by detecting the induced voltage without using a sensor. Such a configuration still requires a position sensor.

上記課題を鑑み、本発明は、PMモータにおいて、回転子の突極性に係る構造に関わらず、低速域での位置推定も可能な位置センサレス制御を実現することを目的とする。 In view of the above problems, it is an object of the present invention to realize position sensorless control in a PM motor that allows position estimation in a low speed range, regardless of the structure related to the saliency of the rotor.

上記課題を解決するために本発明は以下の構成を有する。すなわち、歯科用医療機器の永久磁石同期電動機の駆動装置であって、
前記永久磁石同期電動機を駆動するインバータと、
前記永久磁石同期電動機に流れる電流を検出する検出手段と、
前記検出手段によって検出した電流値を用いて、前記インバータを介して前記永久磁石同期電動機を制御する制御手段と、
を有し、
前記制御手段は、前記永久磁石同期電動機を回転駆動させるための第1の多相交流よりも高い周波数の第2の多相交流を、所定の位相間隔にて前記永久磁石同期電動機に印加することにより生じる電流に基づいて、前記永久磁石同期電動機の回転子の位置の推定演算を行う。
In order to solve the above problems, the present invention has the following configuration. That is, a drive device for a permanent magnet synchronous motor of a dental medical device,
an inverter that drives the permanent magnet synchronous motor;
detection means for detecting a current flowing through the permanent magnet synchronous motor;
Control means for controlling the permanent magnet synchronous motor via the inverter using the current value detected by the detection means;
has
The control means applies a second multiphase alternating current having a higher frequency than the first multiphase alternating current to the permanent magnet synchronous motor at a predetermined phase interval for rotationally driving the permanent magnet synchronous motor. Estimating the position of the rotor of the permanent magnet synchronous motor is performed based on the current generated.

また、本発明の別の形態は以下の構成を有する。すなわち、永久磁石同期電動機を駆動するインバータと、前記永久磁石同期電動機に流れる電流を検出する検出手段と、を備える歯科用医療機器の永久磁石同期電動機の制御方法であって、
前記検出手段によって検出した電流値を用いて、前記インバータを介して前記永久磁石同期電動機を制御する制御工程を有し、
前記制御工程において、前記永久磁石同期電動機を回転駆動させるための第1の多相交流よりも高い周波数の第2の多相交流を、所定の位相間隔にて前記永久磁石同期電動機に印加することにより生じる電流に基づいて、前記永久磁石同期電動機の回転子の位置の推定演算を行う。
Further, another embodiment of the present invention has the following configuration. That is, a method for controlling a permanent magnet synchronous motor of a dental medical device, comprising: an inverter that drives a permanent magnet synchronous motor; and a detection means that detects a current flowing through the permanent magnet synchronous motor.
a control step of controlling the permanent magnet synchronous motor via the inverter using the current value detected by the detection means;
In the control step, applying a second polyphase AC having a higher frequency than the first polyphase AC for rotationally driving the permanent magnet synchronous motor to the permanent magnet synchronous motor at a predetermined phase interval. Estimating the position of the rotor of the permanent magnet synchronous motor is performed based on the current generated.

本発明により、PMモータにおいて、回転子の突極性に係る構造に関わらず、低速域での位置推定も可能な位置センサレス制御が可能となる。 According to the present invention, in a PM motor, regardless of the structure related to the saliency of the rotor, it is possible to perform position sensorless control that allows position estimation in a low speed range.

PMモータの構成例およびその突極性を説明するための図。FIG. 3 is a diagram for explaining a configuration example of a PM motor and its saliency. 高調波重畳方法による回転子の位置検出の方式を説明するための図。FIG. 3 is a diagram for explaining a rotor position detection method using a harmonic superimposition method. 本発明の一実施形態に係る回路構成の例を示す図。FIG. 1 is a diagram showing an example of a circuit configuration according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る位置推定部の回路構成の例を示す図。FIG. 2 is a diagram showing an example of a circuit configuration of a position estimating section according to an embodiment of the present invention. 従来の方式による回路構成の例を示す図。FIG. 2 is a diagram showing an example of a circuit configuration according to a conventional method. 本発明の一実施形態に係る位相を説明するためのグラフ図。FIG. 3 is a graph diagram for explaining the phase according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る検出結果の例を示す図。FIG. 3 is a diagram showing an example of detection results according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る位置推定の例を示す図。FIG. 3 is a diagram showing an example of position estimation according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る位置推定の例を示す図。FIG. 3 is a diagram showing an example of position estimation according to an embodiment of the present invention. PMモータにおける通電方式を説明するための図。FIG. 3 is a diagram for explaining a current supply method in a PM motor. PMモータにおけるインダクタンスの変化を説明するための図。FIG. 3 is a diagram for explaining changes in inductance in a PM motor. 本発明の一実施形態に係る波形パターンの例を示す図。FIG. 3 is a diagram showing an example of a waveform pattern according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る波形パターンの例を示す図。FIG. 3 is a diagram showing an example of a waveform pattern according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る波形パターンの例を示す図。FIG. 3 is a diagram showing an example of a waveform pattern according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係るセンサレス制御を適用可能な歯科用医療機器の構成例を示す概略構成図。1 is a schematic configuration diagram showing a configuration example of a dental medical device to which sensorless control according to an embodiment of the present invention can be applied.

以下、本発明を実施するための形態について図面などを参照して説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本願発明を説明するための一実施形態であり、本発明を限定して解釈されることを意図するものではなく、また、各実施形態で説明されている全ての構成が本発明の課題を解決するために必須の構成であるとは限らない。また、各図面において、同じ構成要素については、同じ参照番号を付すことにより対応関係を示す。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings and the like. The embodiment described below is one embodiment for explaining the present invention, and is not intended to be interpreted as limiting the present invention, and the embodiments described in each embodiment Not all configurations are essential for solving the problems of the present invention. Furthermore, in each drawing, correspondence is indicated by assigning the same reference numerals to the same components.

<第1の実施形態>
[PMモータ概略]
まず、本発明を適用可能なPMモータ100の構成概略について説明する。図1(a)は、本実施形態に係るPMモータ100の構成概略を示す。PMモータ100は、回転子101と固定子102を含んで構成される。固定子102は、突極を備えた固定子鉄芯に銅線などによるコイルを巻いた集中巻による構成を有する。ここでは、固定子102が6つの固定子鉄芯を備える例を示しているが、固定子鉄心の数はこれに限定するものではない。また、コイルは集中巻に限定するものではなく、分布巻の構成であってもよい。回転子101は永久磁石を含んで構成される。回転子101は、図1(b)に示すような回転子鉄心の周りの表面に永久磁石が張り付けられた表面磁石形回転子と、図1(c)に示すような回転子鉄心に永久磁石が埋め込まれた埋込磁石形回転子とが挙げられる。図1の例では、4極の回転子の例を示している。
<First embodiment>
[PM motor overview]
First, a schematic configuration of a PM motor 100 to which the present invention can be applied will be described. FIG. 1(a) shows a schematic configuration of a PM motor 100 according to this embodiment. PM motor 100 includes a rotor 101 and a stator 102. The stator 102 has a concentrated winding structure in which a coil of copper wire or the like is wound around a stator iron core having salient poles. Although an example in which the stator 102 includes six stator cores is shown here, the number of stator cores is not limited to this. Further, the coil is not limited to concentrated winding, and may have a distributed winding configuration. The rotor 101 includes permanent magnets. The rotor 101 includes a surface magnet rotor with permanent magnets attached to the surface around the rotor core as shown in FIG. 1(b), and a surface magnet type rotor with permanent magnets attached to the rotor core as shown in FIG. 1(c). An example of this is an embedded magnet type rotor. The example in FIG. 1 shows an example of a four-pole rotor.

図1(b)に示す表面磁石形回転子と、図1(c)に示す埋込磁石形回転子の突極性について説明する。表面磁石形回転子では、磁極がつくる磁束の方向(主磁束方向)であるd軸、および、d軸に磁気的に直交するq軸の両方に永久磁石が位置するため、d軸方向のインダクタンスLdとq軸方向のインダクタンスLqが一致し(Ld=Lq)、非突極性を有する。一方、埋込磁石形回転子では、d軸にしか永久磁石が存在しないため、q軸方向のインダクタンスが大きくなり(Ld<Lq)、突極性を有する。つまり、回転子の構造によって、d軸とq軸のインダクタンスに差が生じる。 The saliency of the surface magnet type rotor shown in FIG. 1(b) and the embedded magnet type rotor shown in FIG. 1(c) will be explained. In a surface magnet type rotor, permanent magnets are located on both the d-axis, which is the direction of magnetic flux created by the magnetic poles (main magnetic flux direction), and the q-axis, which is magnetically orthogonal to the d-axis, so the inductance in the d-axis direction Ld and inductance Lq in the q-axis direction match (Ld=Lq) and have non-saliency. On the other hand, in an embedded magnet type rotor, since a permanent magnet exists only on the d-axis, the inductance in the q-axis direction becomes large (Ld<Lq), and the rotor has saliency. In other words, the structure of the rotor causes a difference in inductance between the d-axis and the q-axis.

上記のような回転子の突極性の違いにより、特許文献1~3などに示されている突極性を利用する従来の高調波重畳方法による位置センサレス制御は、表面磁石形回転子を用いるPMモータ、すなわち、SPMモータには適用できない。また、固定子のコイルが集中巻の場合、空間高調波の影響が大きいため、従来の高調波重畳方法によるセンサレス制御が適用しにくいという側面がある。 Due to the difference in the saliency of the rotor as described above, position sensorless control using the conventional harmonic superimposition method using the saliency shown in Patent Documents 1 to 3 is difficult for PM motors using surface magnet rotors. That is, it cannot be applied to SPM motors. Further, when the stator coil has concentrated winding, the influence of spatial harmonics is large, so that it is difficult to apply sensorless control using the conventional harmonic superimposition method.

ここで、本出願人は、上述したような表面磁石形回転子の構成であっても、永久磁石の角度によって弱い突極性が現れることを確認した。しかしながら、図1(a)に示すような固定子のスロット構造による磁気回路の変化が相対的に大きく、回転子の弱い突極性が検出できない。その結果、表面磁石形回転子の構成では、従来の高調波重畳方法による位置センサレス制御の適用は困難である。 Here, the applicant has confirmed that even with the above-described surface magnet type rotor configuration, weak saliency appears depending on the angle of the permanent magnets. However, the change in the magnetic circuit due to the slot structure of the stator as shown in FIG. 1(a) is relatively large, and the weak saliency of the rotor cannot be detected. As a result, with the surface magnet rotor configuration, it is difficult to apply position sensorless control using the conventional harmonic superposition method.

そこで、本実施形態に係る方法では、図1(c)に示すような突極性を有する埋込磁石形回転子の構成に加え、図1(b)に示すような表面磁石形回転子での弱い突極性(弱突極)を有する構成であっても適用可能な構成を示す。なお、本明細書にて説明する構成において、表面磁石形回転子における非突極性(弱突極)は、埋込磁石形回転子の構成の突極性と比較して極めて小さいものとして説明する。詳細については、後述する。 Therefore, in the method according to the present embodiment, in addition to the structure of a built-in magnet type rotor having salient poles as shown in FIG. 1(c), a surface magnet type rotor as shown in FIG. 1(b) is used. This shows a configuration that can be applied even to a configuration having weak saliency (weak salient poles). In the configuration described in this specification, the non-saliency (weakly salient pole) of the surface magnet rotor will be explained as being extremely small compared to the saliency of the embedded magnet rotor. Details will be described later.

[位置推定方式]
図2は、特許文献1などに記載されている従来の回転子の位置推定方式と、本実施形態に係る回転子の位置推定方式の差異を説明するための図である。
[Position estimation method]
FIG. 2 is a diagram for explaining the difference between the conventional rotor position estimation method described in Patent Document 1 and the like and the rotor position estimation method according to the present embodiment.

図2(a)は、PMモータである3相交流モータのU相、V相、W相の軸を示す。また、d軸は、磁石磁束Φの向きを示す。θdは、U相の固定巻線の位置を基準として、U相の軸とd軸との差分を示す。θdが、回転子の位置(角度)に対応する。なお、センサ付きのモータであればθdを直接検出することができるが、センサレス制御の場合はθdを直接検出することができない。 FIG. 2(a) shows the U-phase, V-phase, and W-phase axes of a three-phase AC motor that is a PM motor. Further, the d-axis indicates the direction of the magnet magnetic flux Φ. θd indicates the difference between the U-phase axis and the d-axis with reference to the position of the U-phase fixed winding. θd corresponds to the position (angle) of the rotor. Note that if the motor is equipped with a sensor, θd can be directly detected, but in the case of sensorless control, θd cannot be directly detected.

図2(b)は、従来の方式における回転子の位置推定および制御の概略を示す。例えば、特許文献2では、突極性に基づいて、制御上の軸であるdc―qc軸上にて任意の高調波の電圧変化を重畳させ、その結果として得られる電流から、回転子の実位相であるθdと推定位相であるθdcの誤差Δθdを演算する。そして、Δθdが0になるように角速度ω1を修正することでdq軸とdc-qc軸を一致させるように制御することで、センサレス制御を実現している。このとき、従来の手法では、高調波の重畳位相を回転させている。 FIG. 2(b) shows an outline of rotor position estimation and control in the conventional method. For example, in Patent Document 2, voltage changes of arbitrary harmonics are superimposed on the dc-qc axis, which is the control axis, based on saliency, and the actual phase of the rotor is calculated from the resulting current. An error Δθd between θd, which is the estimated phase, and θdc, which is the estimated phase, is calculated. Sensorless control is realized by controlling the dq axis and the dc-qc axis to match by correcting the angular velocity ω1 so that Δθd becomes 0. At this time, in the conventional method, the superimposed phase of the harmonics is rotated.

図2(c)は、本実施形態に係る回転子の位置の推定の概略を示す。本実施形態に係る方式では、回転子の位置とは無関係に、所定のパターンに基づいて位相θdhの高調波電圧をdh軸上に印加し、その検出結果に基づいて回転子の位置を推定する。本実施形態では、従来の手法とは異なり、高調波の重畳位相の軸を固定して回転させない方式により、回転子の位置推定を可能とする。パターン等の詳細については後述する。 FIG. 2C shows an outline of estimation of the rotor position according to this embodiment. In the method according to this embodiment, a harmonic voltage of phase θdh is applied on the dh axis based on a predetermined pattern, regardless of the rotor position, and the rotor position is estimated based on the detection result. . In this embodiment, unlike conventional methods, the position of the rotor can be estimated using a method in which the axis of the harmonic superimposed phase is fixed and not rotated. Details of the pattern etc. will be described later.

[回路構成]
本実施形態の回路構成の例について、図3、図4を用いて説明する。また、比較対象として従来の手法における回路構成の例を図5に示す。図3は、本実施形態に係るPMモータの制御装置を含んで構成されるシステムの構成例を示す図である。システムは、永久磁石同期電動機(PMモータ1)、インバータ2、電流検出器3、制御装置4、および機械負荷5を含んで構成される。本実施形態に係るPMモータ1は、図1(b)、(c)のいずれの構成の回転子でも利用可能であるが、ここでは、図1(b)のように非突極性を有する回転子を備えた3相のPMモータとして説明する。
[Circuit configuration]
An example of the circuit configuration of this embodiment will be explained using FIGS. 3 and 4. Furthermore, an example of a circuit configuration in a conventional method is shown in FIG. 5 for comparison. FIG. 3 is a diagram showing an example of the configuration of a system including the PM motor control device according to the present embodiment. The system includes a permanent magnet synchronous motor (PM motor 1), an inverter 2, a current detector 3, a control device 4, and a mechanical load 5. The PM motor 1 according to the present embodiment can be used with a rotor having either of the configurations shown in FIGS. 1(b) and 1(c), but here, as shown in FIG. The explanation will be given as a three-phase PM motor equipped with a motor.

インバータ2は、制御装置4からのPWM(Pulse Width Modulation)制御信号に基づいてスイッチング動作を行い、不図示の交流電源からの電流を3相の電圧に変換してPMモータ1に印加する。 The inverter 2 performs a switching operation based on a PWM (Pulse Width Modulation) control signal from the control device 4, converts current from an AC power source (not shown) into three-phase voltage, and applies the voltage to the PM motor 1.

機械負荷5は、PMモータ1によって駆動される負荷装置である。本実施形態では、歯科用医療機器の動作部分が相当する。歯科用医療機器の例については、図15を用いて後述する。しかし、これに限定するものではなく、産業機器、家電機器、鉄道、電気自動車などにおいて、本発明に係るPMモータの制御方式が用いられてもよい。 The mechanical load 5 is a load device driven by the PM motor 1. In this embodiment, the operating portion of a dental medical device corresponds. An example of the dental medical device will be described later using FIG. 15. However, the present invention is not limited thereto, and the PM motor control method according to the present invention may be used in industrial equipment, home appliances, railways, electric vehicles, and the like.

電流検出器3は、インバータ2からPMモータ1に対して印加される電圧により流れる3相の電流を検出し、制御装置4へフィードバックする。ここでは、3相の電流のうち、U相に対応する電流値Iuと、W相に対応する電流値Iwを検出する例を示す。 The current detector 3 detects the three-phase current flowing due to the voltage applied to the PM motor 1 from the inverter 2 and feeds it back to the control device 4 . Here, an example will be shown in which a current value Iu corresponding to the U phase and a current value Iw corresponding to the W phase among the three phase currents are detected.

制御装置4は、PMモータ1を、位置センサ(回転角度センサ)を用いずに駆動させるセンサレス・ベクトル制御を行う。制御装置4は、指令発生器6、電流制御器(ACR)7a、7b、逆座標変換器8a、座標変換器9a、PWM制御器10、加減算器11、KPLL制御器12、積分器13、2倍ゲイン14、および位置推定器15を含んで構成される。 The control device 4 performs sensorless vector control to drive the PM motor 1 without using a position sensor (rotation angle sensor). The control device 4 includes a command generator 6, current controllers (ACR) 7a and 7b, an inverse coordinate converter 8a, a coordinate converter 9a, a PWM controller 10, an adder/subtractor 11, a KPLL controller 12, and an integrator 13, 2. It is configured to include a multiplication gain 14 and a position estimator 15.

指令発生器6は、モータ電流に対応する励磁電流指令Idrおよびトルク電流指令Iqrを発生させる。励磁電流指令Idrは、加減算器11aを介して電流制御器7aに入力される。このとき、加減算器11aは、励磁電流指令Idrから、座標変換器9aから出力されるフィードバック電流値IdFBの分を減算し、電流制御器7aに出力する。トルク電流指令Iqrは、加減算器11bを介して電流制御器7bに入力される。このとき、加減算器11bは、トルク電流指令Iqrから、座標変換器9aから出力されるフィードバック電流値IqFBの分を減算し、電流制御器7bに出力する。電流制御器7aは、入力された励磁電流指令Ibrに基づいて、d軸に対する電圧指令Vdを制御する。電流制御器7bは、入力されたトルク電流指令Iqrに基づいて、q軸に対する電圧指令Vqを制御する。 The command generator 6 generates an excitation current command Idr and a torque current command Iqr corresponding to the motor current. The excitation current command Idr is input to the current controller 7a via the adder/subtractor 11a. At this time, the adder/subtractor 11a subtracts the feedback current value IdFB output from the coordinate converter 9a from the excitation current command Idr, and outputs the result to the current controller 7a. Torque current command Iqr is input to current controller 7b via adder/subtractor 11b. At this time, the adder/subtractor 11b subtracts the feedback current value IqFB output from the coordinate converter 9a from the torque current command Iqr, and outputs the result to the current controller 7b. The current controller 7a controls the voltage command Vd for the d-axis based on the input excitation current command Ibr. The current controller 7b controls the voltage command Vq for the q-axis based on the input torque current command Iqr.

電流制御器7aからの電圧指令Vdと、電流制御器7bからの電圧指令Vqは、逆座標変換器8aに入力される。逆座標変換器8aは、積分器13から入力されるθdcに基づいて、入力された電圧指令Vd、Vqを2相から、PMモータ1に対応する3相の電圧指令Vu0、Vv0、Vw0に変換して出力する。つまり、逆座標変換器8aは、2相の座標系から3相の座標系への座標変換を行う。 Voltage command Vd from current controller 7a and voltage command Vq from current controller 7b are input to inverse coordinate converter 8a. The inverse coordinate converter 8a converts the input voltage commands Vd and Vq from two phases to three-phase voltage commands Vu0, Vv0, and Vw0 corresponding to the PM motor 1 based on θdc input from the integrator 13. and output. In other words, the inverse coordinate transformer 8a performs coordinate transformation from a two-phase coordinate system to a three-phase coordinate system.

加減算器11dは、U相に対応する電圧指令Vu0と、位置推定器15から出力されるU相の電圧指令Vuhとを加算し、電圧指令Vu1としてPWM制御器10へ出力する。加減算器11eは、V相に対応する電圧指令Vv0と、位置推定器15から出力されるV相の電圧指令Vvhとを加算し、電圧指令Vv1としてPWM制御器10へ出力する。加減算器11fは、W相に対応する電圧指令Vw0と、位置推定器15から出力されるW相の電圧指令Vwhとを加算し、電圧指令Vw1としてPWM制御器10へ出力する。つまり、位置推定器15から出力される電圧指令Vuh、Vvh、Vwhが、PMモータ1の回転制御を行うためのVu0、Vv0、Vw0に重畳される。位置推定器15から出力される電圧指令Vuh、Vvh、Vwhの詳細については後述する。 The adder/subtractor 11d adds the voltage command Vu0 corresponding to the U phase and the voltage command Vuh of the U phase output from the position estimator 15, and outputs the result to the PWM controller 10 as a voltage command Vu1. Adder/subtractor 11e adds voltage command Vv0 corresponding to the V phase and voltage command Vvh of V phase output from position estimator 15, and outputs the result to PWM controller 10 as voltage command Vv1. Adder/subtractor 11f adds voltage command Vw0 corresponding to the W phase and voltage command Vwh of W phase output from position estimator 15, and outputs the result to PWM controller 10 as voltage command Vw1. That is, the voltage commands Vuh, Vvh, and Vwh output from the position estimator 15 are superimposed on Vu0, Vv0, and Vw0 for controlling the rotation of the PM motor 1. Details of the voltage commands Vuh, Vvh, and Vwh output from the position estimator 15 will be described later.

座標変換器9aは、積分器13から入力されるθdcに基づいて、電流検出器3にて検出したU相の電流値IuとW相の電流値Iwを3相から、2相のフィードバック電流値IdFB、IqFBに変換する。つまり、座標変換器9aは、3相の座標系から2相の座標系への座標変換を行う。変換されたフィードバック電流値IdFB、IqFBはそれぞれ、加減算器11a、11bに出力される。 Based on θdc input from the integrator 13, the coordinate converter 9a converts the U-phase current value Iu and W-phase current value Iw detected by the current detector 3 from the 3-phase feedback current value to the 2-phase feedback current value. Convert to IdFB, IqFB. That is, the coordinate converter 9a performs coordinate conversion from a three-phase coordinate system to a two-phase coordinate system. The converted feedback current values IdFB and IqFB are output to adders and subtracters 11a and 11b, respectively.

PWM制御器10は、入力された電圧指令Vu1、Vv1、Vw1に基づいて、インバータ2に対してPWM制御信号を出力する。 The PWM controller 10 outputs a PWM control signal to the inverter 2 based on the input voltage commands Vu1, Vv1, and Vw1.

位置推定器15は、PMモータ1の回転子の位置を推定するために予め規定されたパターン信号に対応する3相の電圧指令Vuh、Vvh、Vwhを出力し、これに対応して電流検出器3にて検出したU相の電流値IuとW相の電流値Iwから、PMモータ1の回転子の位置を推定する。本実施形態に係る位置推定の具体的な方法は、後述する。位置推定器15は、3相の電圧指令Vuh、Vvh、Vwhをそれぞれ、加減算器11d、11e、11fに出力する。位置推定器15は、PMモータ1の回転子の位置の推定結果として、位相θdc2rを加減算器11cに出力する。 The position estimator 15 outputs three-phase voltage commands Vuh, Vvh, and Vwh corresponding to a predefined pattern signal in order to estimate the position of the rotor of the PM motor 1, and correspondingly outputs a current detector. The position of the rotor of the PM motor 1 is estimated from the U-phase current value Iu and the W-phase current value Iw detected in step 3. A specific method of position estimation according to this embodiment will be described later. The position estimator 15 outputs three-phase voltage commands Vuh, Vvh, and Vwh to adders/subtractors 11d, 11e, and 11f, respectively. The position estimator 15 outputs the phase θdc2r to the adder/subtractor 11c as a result of estimating the position of the rotor of the PM motor 1.

加減算器11cは、位置推定器15からの位相θdc2rから、2倍ゲイン14からの位相を減算し、KPLL制御器12へ出力する。KPLL制御器12は、加減算器11cからの回転角に基づいて、回転子の位置を調整するための角周波数ω1を算出し、積分器13へ出力する。積分器13は、KPLL制御器12からの角周波数ω1を用いて位相θdcを導出する。位相θdcは、逆座標変換器8a、座標変換器9a、および2倍ゲイン14それぞれへ出力される。2倍ゲイン14は、位相θdcを2倍する増幅器であり、増幅した値を加減算器11cへ出力する。 The adder/subtractor 11c subtracts the phase from the double gain 14 from the phase θdc2r from the position estimator 15, and outputs the result to the KPLL controller 12. The KPLL controller 12 calculates an angular frequency ω1 for adjusting the position of the rotor based on the rotation angle from the adder/subtractor 11c, and outputs it to the integrator 13. The integrator 13 derives the phase θdc using the angular frequency ω1 from the KPLL controller 12. The phase θdc is output to each of the inverse coordinate converter 8a, the coordinate converter 9a, and the double gain 14. The double gain 14 is an amplifier that doubles the phase θdc, and outputs the amplified value to the adder/subtractor 11c.

(位置推定器)
図4は、本実施形態に係る位置推定器15の回路構成の例を示す図である。図3を用いて示したように、位置推定器15は、電流検出器3にて検出されたPMモータ1の電流値Iu、Iwを入力とし、3相の高調波電圧に対応する電圧指令Vuh、Vvh、Vwh、および位相θdc2rを出力とする。
(position estimator)
FIG. 4 is a diagram showing an example of the circuit configuration of the position estimator 15 according to this embodiment. As shown using FIG. 3, the position estimator 15 inputs the current values Iu and Iw of the PM motor 1 detected by the current detector 3, and receives a voltage command Vuh corresponding to the harmonic voltage of the three phases. , Vvh, Vwh, and phase θdc2r are output.

位置推定器15において、高調波位相発生器16が、高調波位相θdhを発生させ、逆座標変換器8b、座標変換器9b、サイン信号発生器19、およびコサイン信号発生器20にそれぞれ出力する。高調波電圧設定器17は、印加する高調波電圧の大きさを示す電圧値Vhを設定する。ここで設定される電圧値が、dh軸の電圧指令であるVhdとして用いられる。ゼロ設定器18は、ゼロの電圧値を設定する。ここで設定される電圧値が、qh軸の電圧指令であるVhqとして用いられる。 In the position estimator 15, a harmonic phase generator 16 generates a harmonic phase θdh and outputs it to an inverse coordinate transformer 8b, a coordinate transformer 9b, a sine signal generator 19, and a cosine signal generator 20, respectively. The harmonic voltage setter 17 sets a voltage value Vh indicating the magnitude of the harmonic voltage to be applied. The voltage value set here is used as Vhd, which is the voltage command for the dh axis. The zero setter 18 sets a voltage value of zero. The voltage value set here is used as the qh-axis voltage command Vhq.

逆座標変換器8bは、高調波電圧設定器17からの電圧指令Vhdと、ゼロ設定器18からの電圧指令Vhqとを、高調波位相発生器16からの高調波位相θdhに基づいて、3相の高調波の電圧指令Vuh、Vvh、Vwhに変換し、出力する。つまり、逆座標変換器8bは、2相の座標系から3相の座標系への座標変換を行う。 The inverse coordinate converter 8b converts the voltage command Vhd from the harmonic voltage setter 17 and the voltage command Vhq from the zero setter 18 into three-phase converters based on the harmonic phase θdh from the harmonic phase generator 16. is converted into harmonic voltage commands Vuh, Vvh, and Vwh and output. That is, the inverse coordinate transformer 8b performs coordinate transformation from a two-phase coordinate system to a three-phase coordinate system.

座標変換器9bは、電流検出器3にて検出したU相の電流値IuとW相の電流値Iwを、高調波位相発生器16からの高調波位相θdhに基づいて、dh-qh軸の2相の電流値に変換する。つまり、座標変換器9bは、3相の座標系から2相の座標系への座標変換を行う。このうち、qh軸における高調波電流値Iqhが、積算器21a、21bそれぞれに入力される。 The coordinate converter 9b converts the U-phase current value Iu and the W-phase current value Iw detected by the current detector 3 into the dh-qh axis based on the harmonic phase θdh from the harmonic phase generator 16. Convert to two-phase current value. That is, the coordinate converter 9b performs coordinate conversion from a three-phase coordinate system to a two-phase coordinate system. Among these, the harmonic current value Iqh on the qh axis is input to each of integrator 21a and 21b.

サイン信号発生器19は、高調波位相発生器16からの高調波位相θdhに基づき、sin(2×θdh)を求め、積算器21aへ出力する。コサイン信号発生器20は、高調波位相発生器16からの高調波位相θdhに基づき、cos(2×θdh)を求め、積算器21bへ出力する。 The sine signal generator 19 calculates sin (2×θdh) based on the harmonic phase θdh from the harmonic phase generator 16, and outputs it to the integrator 21a. The cosine signal generator 20 calculates cos(2×θdh) based on the harmonic phase θdh from the harmonic phase generator 16, and outputs it to the integrator 21b.

積算器21aは、サイン信号発生器19と、座標変換器9bからの高調波電流値Iqhとを積算し、平均値演算器22aへ出力する。平均値演算器22aは、積算器21aからの出力値の平均値を算出し、電流値Iqhsinとしてアークタンジェント演算器23へ出力する。積算器21bは、コサイン信号発生器20と、座標変換器9bからの高調波電流値Iqhとを積算し、平均値演算器22bへ出力する。平均値演算器22bは、積算器21bからの出力値の平均値を算出し、電流値Iqhcosとしてアークタンジェント演算器23へ出力する。 The integrator 21a integrates the harmonic current value Iqh from the sine signal generator 19 and the coordinate converter 9b, and outputs it to the average value calculator 22a. The average value calculator 22a calculates the average value of the output values from the integrator 21a, and outputs it to the arctangent calculator 23 as a current value Iqhsin. The integrator 21b integrates the harmonic current value Iqh from the cosine signal generator 20 and the coordinate converter 9b, and outputs the result to the average value calculator 22b. The average value calculator 22b calculates the average value of the output values from the integrator 21b, and outputs it to the arctangent calculator 23 as a current value Iqhcos.

アークタンジェント演算器23は、平均値演算器22a、22bから入力される電流値Iqhsinと電流値Iqhcosとを用いてアークタンジェント(tan-1)を演算し、θdc2rとして出力する。 The arctangent calculator 23 calculates an arctangent (tan −1 ) using the current value Iqhsin and the current value Iqhcos inputted from the average value calculators 22a and 22b, and outputs it as θdc2r.

(従来構成例)
図5は、比較例としての回路構成の例を示す図である。図3に示す本実施形態の構成と重複する構成については、同じ参照番号を付し、説明を省略する。制御装置4Zは、図3に示した本実施形態の制御装置4の2倍ゲイン14、および位置推定器15に代えて、電圧設定器95、変化量抽出器96、軸誤差推定器97、およびゼロ設定器98が設けられる。
(Conventional configuration example)
FIG. 5 is a diagram showing an example of a circuit configuration as a comparative example. Components that overlap with the configuration of the present embodiment shown in FIG. 3 are given the same reference numerals, and description thereof will be omitted. The control device 4Z includes a voltage setting device 95, a change amount extractor 96, an axis error estimator 97, and a voltage setting device 95, a change amount extractor 96, an axis error estimator 97, and A zero setter 98 is provided.

電流制御器7aからの電圧指令と、電圧設定器95からの電圧指令Vhとが、加減算器11dにて加算され、逆座標変換器8aにd軸に対する電圧指令として入力される。電圧設定器95からの電圧指令Vhが、従来の手法にて重畳される高調波に相当する。 The voltage command from the current controller 7a and the voltage command Vh from the voltage setting device 95 are added by an adder/subtractor 11d, and inputted to the inverse coordinate converter 8a as a voltage command for the d-axis. The voltage command Vh from the voltage setting device 95 corresponds to harmonics that are superimposed using the conventional method.

座標変換器9aからのフィードバック電流値IqFBが変化量抽出器96へ入力される。変化量抽出器96は、フィードバック電流値IqFBに基づいて、qc軸上の誤差電流であるΔIqcを算出し、軸誤差推定器97へ出力する。軸誤差推定器97は、ΔIqcを用いて、図2(b)に示すΔθdcを算出する。そして、加減算器11cが、ゼロ設定器98からの値から、Δθdcの値を減算することで、マイナスの値の差分値を算出し、KPLL制御器12へ出力する。従来の手法では、この差分値が0になるように角速度ω1を修正することでdq軸とdc-qc軸を一致させる。 Feedback current value IqFB from coordinate converter 9a is input to change amount extractor 96. The change amount extractor 96 calculates ΔIqc, which is an error current on the qc axis, based on the feedback current value IqFB, and outputs it to the axis error estimator 97. The axis error estimator 97 uses ΔIqc to calculate Δθdc shown in FIG. 2(b). Then, the adder/subtractor 11c subtracts the value of Δθdc from the value from the zero setter 98 to calculate a negative difference value and outputs it to the KPLL controller 12. In the conventional method, the dq axis and the dc-qc axis are made to coincide by correcting the angular velocity ω1 so that this difference value becomes 0.

[位相]
図6は、本実施形態に係るPMモータ1の制御装置4における位相θdc、θdc2r、θdhの関係を示す。図6において、横軸は時間tを示し、縦軸は位相[deg]を示す。図6(a)と図6(b)に示すように、位相θdc2rは、位相θdcの2倍の周波数となっている。また、θdhは、θdcやθdc2rと比べて、極めて高い周波数(高調波)である。
[phase]
FIG. 6 shows the relationship among the phases θdc, θdc2r, and θdh in the control device 4 of the PM motor 1 according to the present embodiment. In FIG. 6, the horizontal axis indicates time t, and the vertical axis indicates phase [deg]. As shown in FIGS. 6(a) and 6(b), the phase θdc2r has a frequency twice that of the phase θdc. Further, θdh is an extremely high frequency (harmonic) compared to θdc and θdc2r.

本実施形態では、位相θdcに対応した制御信号としてインバータ2から出力される多相交流(本例では、三相交流)を「第1の多相交流」とも称する。一方、位相θdhに対応した位置推定のための多相交流(本例では、三相交流)を「第2の多相交流」とも称する。なお、PMモータの回転子を停止させた状態で位置推定を行う場合には、インバータ2からは第2の多相交流のみが出力されるが、回転子を回転させた状態(例えば、低速回転など)で回転子の位置推定を行う場合には、第1の多相交流に第2の多相交流が重畳した状態で出力される。 In this embodiment, the multiphase AC (in this example, three-phase AC) output from the inverter 2 as a control signal corresponding to the phase θdc is also referred to as "first polyphase AC." On the other hand, the polyphase AC (three-phase AC in this example) for position estimation corresponding to the phase θdh is also referred to as "second polyphase AC". Note that when position estimation is performed with the rotor of the PM motor stopped, only the second multiphase AC is output from the inverter 2, but when the rotor is rotated (for example, low-speed rotation etc.), when estimating the position of the rotor, the second polyphase alternating current is output in a superimposed state on the first polyphase alternating current.

図6(a)と図6(c)との周波数の関係によると、図3に示す逆座標変換器8からの電圧指令Vu0、Vv0、Vw0の出力頻度に比べ、位置推定器15からの電圧指令Vuh、Vvh、Vwhの出力頻度の方が大きくなる。言い換えると、回転駆動に係る処理よりも、位置推定のための処理がより短い周期にて実行される。 According to the frequency relationship between FIGS. 6(a) and 6(c), the output frequency of the voltage commands Vu0, Vv0, and Vw0 from the inverse coordinate converter 8 shown in FIG. The output frequency of the commands Vuh, Vvh, and Vwh becomes higher. In other words, the process for position estimation is executed at a shorter cycle than the process related to rotational drive.

図7は、位置推定器15における検出波形の例を示す。図7において、横軸は時間tを示し、図7(a)~(d)において対応している。また、Tsは、位置推定のための制御周期を示し、予め規定されている。Tsは、例えば、制御装置4の演算処理周期程度が設定される。したがって、制御装置4の処理速度が高い場合には、Tsをより短く設定できる。 FIG. 7 shows an example of a detected waveform in the position estimator 15. In FIG. 7, the horizontal axis indicates time t, which corresponds to FIGS. 7(a) to (d). Further, Ts indicates a control period for position estimation, and is defined in advance. For example, Ts is set to approximately the calculation processing cycle of the control device 4. Therefore, when the processing speed of the control device 4 is high, Ts can be set shorter.

図7(a)において、縦軸は高調波電圧の位相θdhを示し、ここでは60°刻みのステップ幅が設定されている。従って、θdhは、0°、60°、120°、180°、240°、300°の値が繰り返される。これらの高調波電圧が、PMモータ1に対して印加される制御用の電圧に重畳される。図4に示す高調波電圧設定器17およびゼロ設定器18によって、dh軸に対してのみ電圧指令Vhが設定される。そして、設定された電圧が高調波位相発生器16からのθdhに基づいて、高調波の電圧指令Vuh、Vvh、Vwhに変換される。図3に示すように、高調波の電圧指令Vuh、Vvh、Vwhはそれぞれ、三相電圧指令Vu0、Vv0、Vw0に加算(重畳)され、Vu1、Vv1、Vw1としてPWM制御器10に入力される。 In FIG. 7(a), the vertical axis indicates the phase θdh of the harmonic voltage, and here the step width is set at 60° increments. Therefore, θdh repeats the values of 0°, 60°, 120°, 180°, 240°, and 300°. These harmonic voltages are superimposed on the control voltage applied to the PM motor 1. A voltage command Vh is set only for the dh axis by the harmonic voltage setter 17 and zero setter 18 shown in FIG. Then, the set voltage is converted into harmonic voltage commands Vuh, Vvh, and Vwh based on θdh from the harmonic phase generator 16. As shown in FIG. 3, harmonic voltage commands Vuh, Vvh, and Vwh are added (superimposed) to three-phase voltage commands Vu0, Vv0, and Vw0, respectively, and are input to the PWM controller 10 as Vu1, Vv1, and Vw1. .

図7(b)は、PMモータ1の回転子の位置がθd=0°である場合に電流検出器3で得られる電流値Iu、Iwに基づいて、位置推定器15の座標変換器9bにて得られる高調波電流値Iqhを示す波形である。図7(b)において、黒丸(●)でプロットした値は、Tsの各区間におけるフーリエ積分の算出結果に相当する。 FIG. 7(b) shows how the coordinate converter 9b of the position estimator 15 is calculated based on the current values Iu and Iw obtained by the current detector 3 when the position of the rotor of the PM motor 1 is θd=0°. This is a waveform showing the harmonic current value Iqh obtained by In FIG. 7B, the values plotted with black circles (●) correspond to the calculation results of the Fourier integral in each section of Ts.

図7(c)は、PMモータ1の回転子の位置がθd=45°である場合に電流検出器3で得られる電流値Iu、Iwに基づいて、位置推定器15の座標変換器9bにて得られる高調波電流値Iqhの値を示す波形である。図7(b)と図7(c)に示すように回転子の位置に応じて波形の位相が異なる。また、図7(b)と図7(c)に示すように、高調波電流値Iqhは、θdhの2倍の周期で発生する。このように、高調波電流値Iqhを観測し、その位相を求めることで、回転子の位相θd、すなわち位置の推定演算が可能となる。 FIG. 7(c) shows the coordinate converter 9b of the position estimator 15 based on the current values Iu and Iw obtained by the current detector 3 when the position of the rotor of the PM motor 1 is θd=45°. This is a waveform showing the value of the harmonic current value Iqh obtained by As shown in FIGS. 7(b) and 7(c), the phase of the waveform differs depending on the position of the rotor. Furthermore, as shown in FIGS. 7(b) and 7(c), the harmonic current value Iqh is generated at a period twice as long as θdh. In this way, by observing the harmonic current value Iqh and determining its phase, it is possible to estimate the phase θd of the rotor, that is, the position.

図7(d)は、図7(a)に示す高調波位相θdhに基づいて、サイン信号発生器19およびコサイン信号発生器20それぞれにて出力される信号波形を示す。 FIG. 7(d) shows signal waveforms output by the sine signal generator 19 and the cosine signal generator 20, respectively, based on the harmonic phase θdh shown in FIG. 7(a).

図8、図9を用いて、図7(b)、図7(c)の波形の発生原理についてより詳細に説明する。まず、図8を用いて、回転子の位置がθd=0°の場合(図7(b))の波形について説明する。図7(a)に示したようにθd=0、60、120、180、240、300[deg]の6つの位置それぞれに対し、回転子における重畳電圧Vh、高調波電流Ih、および磁石磁束Φの関係を示す。磁石磁束Φの向きがd軸の向きに対応し、これに直交する向きがq軸の向きに対応する。また、重畳電圧Vhは、上述した高調波の電圧指令Vuh、Vvh、Vwhに基づいてPMモータに印加される電圧を示す。 The principle of generation of the waveforms shown in FIGS. 7(b) and 7(c) will be explained in more detail with reference to FIGS. 8 and 9. First, using FIG. 8, the waveform when the rotor position is θd=0° (FIG. 7(b)) will be described. As shown in FIG. 7(a), for each of the six positions of θd=0, 60, 120, 180, 240, and 300 [deg], the superimposed voltage Vh, harmonic current Ih, and magnet magnetic flux Φ in the rotor shows the relationship between The direction of the magnet magnetic flux Φ corresponds to the direction of the d-axis, and the direction perpendicular thereto corresponds to the direction of the q-axis. Further, the superimposed voltage Vh indicates the voltage applied to the PM motor based on the harmonic voltage commands Vuh, Vvh, and Vwh described above.

ここでは、PMモータ1の回転子の回転速度は低速であるものとし、θdhの変化に比べてθdは止まっているものとみなせるものとして説明する。つまり、回転子がある回転角(位置)において止まっている状態において、θdhを順に切り替えた場合を想定して説明する。これは、図6(a)と図6(c)にて示した関係に基づく。 Here, the explanation will be given assuming that the rotational speed of the rotor of the PM motor 1 is low, and that θd can be considered to be stationary compared to the change in θdh. That is, the description will be made assuming a case where θdh is sequentially switched while the rotor is stopped at a certain rotation angle (position). This is based on the relationship shown in FIGS. 6(a) and 6(c).

図8(a)は、θdh=0°の場合の状態を示す。この場合、高調波の重畳電圧Vhがd軸上の正の向きで印加されるため、高調波電流Ihは、dh軸上でのみ観測され、qh軸上には発生しない。つまり、qh軸上の高調波電流値Iqhは0となる。 FIG. 8(a) shows the state when θdh=0°. In this case, since the harmonic superimposed voltage Vh is applied in a positive direction on the d-axis, the harmonic current Ih is observed only on the dh-axis and is not generated on the qh-axis. That is, the harmonic current value Iqh on the qh axis becomes 0.

図8(b)は、θdh=60°の場合の状態を示す。この場合、高調波電流Ihがdh軸に対してdh軸の負の方向に傾く。そのため、qh軸上における高調波電流値Iqhが負の値として観測される。ここでの値は、図7(b)において、負の値がプロットされた位置に対応する(θdh=60°)。このときの高調波電流Ihの傾きは、図1(b)、図1(c)に示すような突極性の異なる表面磁石形回転子と埋込磁石形回転子のいずれの構成のPMモータでも生じ得る現象である。本発明では、この現象を応用して回転子の位置推定を行う。 FIG. 8(b) shows the state when θdh=60°. In this case, the harmonic current Ih is tilted in the negative direction of the dh axis with respect to the dh axis. Therefore, the harmonic current value Iqh on the qh axis is observed as a negative value. The value here corresponds to the position where the negative value is plotted in FIG. 7(b) (θdh=60°). The slope of the harmonic current Ih at this time is the same for both PM motors with surface magnet rotors and embedded magnet rotors with different salient poles, as shown in FIGS. 1(b) and 1(c). This is a phenomenon that can occur. In the present invention, this phenomenon is applied to estimate the rotor position.

図8(c)は、θdh=120°の場合の状態を示す。この場合、高調波電流Ihがdh軸に対してqh軸の正の方向に傾く。そのため、qh軸上における高調波電流値Iqhが正の値として観測される。ここでの値は、図7(b)において、正の値がプロットされた位置に対応する(θdh=120°)。 FIG. 8(c) shows the state when θdh=120°. In this case, the harmonic current Ih is tilted in the positive direction of the qh axis with respect to the dh axis. Therefore, the harmonic current value Iqh on the qh axis is observed as a positive value. The value here corresponds to the position where a positive value is plotted in FIG. 7(b) (θdh=120°).

図8(d)は、θdh=180°の場合の状態を示す。この場合、高調波の重畳電圧Vhがd軸上の負の向きにて印加されるため、高調波電流Ihは、dh軸上でのみ観測され、qh軸上には発生しない。つまり、図8(a)と同様、qh軸上の高調波電流値Iqhは0となる。ここでの値は、図7(b)において、0がプロットされた位置に対応する(θdh=180°)。 FIG. 8(d) shows the state when θdh=180°. In this case, since the harmonic superimposed voltage Vh is applied in the negative direction on the d-axis, the harmonic current Ih is observed only on the dh-axis and is not generated on the qh-axis. In other words, the harmonic current value Iqh on the qh axis is 0, as in FIG. 8(a). The value here corresponds to the position where 0 is plotted in FIG. 7(b) (θdh=180°).

図8(e)は、θdh=240°の場合の状態を示す。この場合、高調波電流Ihがdh軸に対してqh軸の負の方向に傾く。そのため、qh軸上におけるIqhが負の値として観測される。ここでの値は、図7(b)において、負の値がプロットされた位置に対応する(θdh=240°)。また、これは、θdh=60°の場合と同等の値が観測される。 FIG. 8(e) shows the state when θdh=240°. In this case, the harmonic current Ih tilts in the negative direction of the qh axis with respect to the dh axis. Therefore, Iqh on the qh axis is observed as a negative value. The value here corresponds to the position where the negative value is plotted in FIG. 7(b) (θdh=240°). Moreover, this value is observed to be equivalent to the case where θdh=60°.

図8(f)は、θdh=300°の場合の状態を示す。この場合、高調波電流Ihがdh軸に対してqh軸の正の方向に傾く。そのため、qh軸上におけるIqhが正の値として観測される。ここでの値は、図7(b)において、正の値がプロットされた位置に対応する(θdh=300°)。また、これは、θdh=120°の場合と同等の値が観測される。このように、θdhの値と、回転子の位置との関係により、Iqhが周期的な値にて観測することができ、観測結果に基づいて、回転子の位置を推定することができる。 FIG. 8(f) shows the state when θdh=300°. In this case, the harmonic current Ih is tilted in the positive direction of the qh axis with respect to the dh axis. Therefore, Iqh on the qh axis is observed as a positive value. The value here corresponds to the position where a positive value is plotted in FIG. 7(b) (θdh=300°). Moreover, this value is observed to be equivalent to the case where θdh=120°. In this way, Iqh can be observed as a periodic value due to the relationship between the value of θdh and the position of the rotor, and the position of the rotor can be estimated based on the observation results.

同様に、図9は、回転子の位置がθd=45°の場合(図7(c))の波形を検出する際の原理を示す。θd=45°であるため、磁石磁束Φの向き(すなわち、d軸の向き)が図8とは異なる。 Similarly, FIG. 9 shows the principle of detecting the waveform when the rotor position is θd=45° (FIG. 7(c)). Since θd=45°, the direction of the magnet magnetic flux Φ (that is, the direction of the d-axis) is different from that in FIG.

図9(a)は、θdh=0°の場合の状態を示す。この場合、高調波電流Ihがdh軸に対してqh軸の正の方向に傾く。そのため、qh軸上におけるIqhが正の値として観測される。ここでの値は、図7(c)において、正の値がプロットされた位置に対応する(θdh=0°)。 FIG. 9(a) shows the state when θdh=0°. In this case, the harmonic current Ih is tilted in the positive direction of the qh axis with respect to the dh axis. Therefore, Iqh on the qh axis is observed as a positive value. The value here corresponds to the position where a positive value is plotted in FIG. 7(c) (θdh=0°).

図9(b)は、θdh=60°の場合の状態を示す。この場合、高調波電流Ihがdh軸に対してqh軸の負の方向に傾く。そのため、qh軸上における高調波電流値Iqhが負の値として観測される。ここでの値は、図7(c)において、負の値がプロットされた位置に対応する(θdh=60°)。 FIG. 9(b) shows the state when θdh=60°. In this case, the harmonic current Ih tilts in the negative direction of the qh axis with respect to the dh axis. Therefore, the harmonic current value Iqh on the qh axis is observed as a negative value. The value here corresponds to the position where the negative value is plotted in FIG. 7(c) (θdh=60°).

図9(c)は、θdh=120°の場合の状態を示す。この場合、高調波電流Ihがdh軸に対してqh軸の負の方向に傾く。そのため、qh軸上における高調波電流値Iqhが負の値として観測される。ここでの負の方向の傾きは、θdh=60°よりも大きくなり、その結果、観測される値もθdh=60°の場合よりも小さくなる。ここでの値は、図7(c)において、負の値がプロットされた位置に対応する(θdh=120°)。 FIG. 9(c) shows the state when θdh=120°. In this case, the harmonic current Ih tilts in the negative direction of the qh axis with respect to the dh axis. Therefore, the harmonic current value Iqh on the qh axis is observed as a negative value. The slope in the negative direction here is larger than θdh=60°, and as a result, the observed value is also smaller than when θdh=60°. The value here corresponds to the position where the negative value is plotted in FIG. 7(c) (θdh=120°).

図9(d)は、θdh=180°の場合の状態を示す。この場合、高調波電流Ihがdh軸に対してqh軸の正の方向に傾く。そのため、qh軸上における高調波電流値Iqhが正の値として観測される。ここでの値は、図7(c)において、正の値がプロットされた位置に対応する(θdh=180°)。また、これは、θdh=0°の場合と同等の値が観測される。 FIG. 9(d) shows the state when θdh=180°. In this case, the harmonic current Ih is tilted in the positive direction of the qh axis with respect to the dh axis. Therefore, the harmonic current value Iqh on the qh axis is observed as a positive value. The value here corresponds to the position where a positive value is plotted in FIG. 7(c) (θdh=180°). Moreover, this value is observed to be equivalent to the case where θdh=0°.

図9(e)は、θdh=240°の場合の状態を示す。この場合、高調波電流Ihがdh軸に対してqh軸の負の方向に傾く。そのため、qh軸上における高調波電流値Iqhが負の値として観測される。ここでの値は、図7(c)において、負の値がプロットされた位置に対応する(θdh=240°)。また、これは、θdh=60°の場合と同等の値が観測される。 FIG. 9(e) shows the state when θdh=240°. In this case, the harmonic current Ih tilts in the negative direction of the qh axis with respect to the dh axis. Therefore, the harmonic current value Iqh on the qh axis is observed as a negative value. The value here corresponds to the position where the negative value is plotted in FIG. 7(c) (θdh=240°). Moreover, this value is observed to be equivalent to the case where θdh=60°.

図9(f)は、θdh=300°の場合の状態を示す。この場合、高調波電流Ihがdh軸に対してqh軸の負の方向に傾く。そのため、qh軸上における高調波電流値Iqhが負の値として観測される。ここでの負の方向の傾きは、θdh=240°よりも大きくなり、その結果、観測される値もθdh=240°の場合よりも小さくなる。ここでの値は、図7(c)において、負の値がプロットされた位置に対応する(θdh=300°)。また、これは、θdh=120°の場合と同等の値が観測される。 FIG. 9(f) shows the state when θdh=300°. In this case, the harmonic current Ih tilts in the negative direction of the qh axis with respect to the dh axis. Therefore, the harmonic current value Iqh on the qh axis is observed as a negative value. The slope in the negative direction here is larger than θdh=240°, and as a result, the observed value is also smaller than when θdh=240°. The value here corresponds to the position where the negative value is plotted in FIG. 7(c) (θdh=300°). Moreover, this value is observed to be equivalent to the case where θdh=120°.

なお、θdhが60°刻みで1周分(360°分)の観測を行った場合、高調波電流値Iqhは、2周期分の値を観測することができる。このとき、2周期分の値を観測する必要はなく、高調波電流値Iqhの1周期分の観測ができた時点で回転子の位置推定を行ってもよい。また、推定精度を向上させるために、高調波電流値Iqhの観測周期をより長くした上で(例えば、3周期以上)、回転子の位置推定を行ってもよい。 Note that when θdh is observed for one revolution (360°) in 60° increments, the harmonic current value Iqh can be observed for two periods. At this time, it is not necessary to observe values for two periods, and the position of the rotor may be estimated when one period of harmonic current value Iqh has been observed. Furthermore, in order to improve the estimation accuracy, the position estimation of the rotor may be performed after making the observation period of the harmonic current value Iqh longer (for example, 3 periods or more).

上記のθdhに応じた高調波電流値Iqhの観測結果を位相情報として、PMモータ1の回転子の実位相θdを算出する。本実施形態では、高調波電流値Iqhに基づいて回転子の位相θdを推定するために、フーリエ積分を用いる。フーリエ積分は、図4に示した位置推定器15の構成のうち、サイン信号発生器19、コサイン信号発生器20、積算器21a、21b、平均値演算器22a、22bにて実現する。これらによる一連の処理はフーリエ積分に相当し、結果として、高調波電流値Iqhに含まれるsin成分、cos成分の大きさが得られる。そして、これらのsin成分、cos成分からアークタンジェント演算器23により位相θdc2rが得られ、これが回転子の実位相に相当する値となる。 The actual phase θd of the rotor of the PM motor 1 is calculated using the observation result of the harmonic current value Iqh according to the above θdh as phase information. In this embodiment, Fourier integral is used to estimate the phase θd of the rotor based on the harmonic current value Iqh. Fourier integration is realized by the sine signal generator 19, cosine signal generator 20, integrator 21a, 21b, and average value calculators 22a, 22b of the configuration of the position estimator 15 shown in FIG. A series of these processes corresponds to Fourier integration, and as a result, the magnitudes of the sine component and cosine component included in the harmonic current value Iqh are obtained. Then, the phase θdc2r is obtained from these sine and cosine components by the arctangent calculator 23, and this becomes a value corresponding to the actual phase of the rotor.

位置推定器15にて推定した回転子の推定位置である位相θdc2rに関し、高調波電流によって推定を行っているため、ノイズ成分が含まれていることが想定される。そこで、本実施形態では、ノイズの影響を抑制するために、KPLL制御器12によるPLL(Phase Locked Loop)制御を用いて、応答に一定の帯域を持たせることでノイズ成分を除去する。ここで、KPLL制御器12の出力がPMモータ1への駆動のための角周波数ω1になるため、PMモータ1の回転子の位置推定と併せて、回転子の回転速度の推定も可能である。 Regarding the phase θdc2r, which is the estimated position of the rotor estimated by the position estimator 15, since the estimation is performed using harmonic current, it is assumed that noise components are included. Therefore, in this embodiment, in order to suppress the influence of noise, PLL (Phase Locked Loop) control by the KPLL controller 12 is used to provide a constant band to the response, thereby removing the noise component. Here, since the output of the KPLL controller 12 becomes the angular frequency ω1 for driving the PM motor 1, it is possible to estimate the rotational speed of the rotor in addition to estimating the position of the rotor of the PM motor 1. .

また、高調波の印加によって得られる位相θdc2rは、図8を用いて上述したようにθdの2倍の周波数で変化する。回転子の突極性は、回転子に備えられる永久磁石のN極、S極の両方に等価に作用するため、必ず2倍の周波数の変化となる。そこで、本実施形態では、図3に示すように、2倍ゲイン14を設け、推定位相θdcを予め2倍にしておき、これとθdc2rとの偏差を加減算器11cにて求める。そして、その偏差に対してKPLL制御器12によるPLL制御を行う。 Further, the phase θdc2r obtained by applying the harmonic changes at a frequency twice as high as θd, as described above with reference to FIG. Since the saliency of the rotor acts equally on both the north and south poles of the permanent magnets provided in the rotor, the frequency always changes by twice. Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 3, a double gain 14 is provided, the estimated phase θdc is doubled in advance, and the deviation between this and θdc2r is determined by the adder/subtractor 11c. Then, the KPLL controller 12 performs PLL control on the deviation.

[効果]
以下、本実施形態に係る方式による位置センサレス駆動の効果について説明する。図10は、本実施形態に係る方式を適用可能なPMモータの構成例を示し、ここでは、2極3相のPMモータを示す。PMモータは、U相、V相、W相の三相の巻線が固定子スロットに巻かれた構造とする。また、ここで示すPMモータは、図1を用いて説明したように、表面磁石形回転子のように突極性が無い(すなわち、従来の手法では変化を検出できないほどに突極性が弱い)構成である。
[effect]
The effects of the position sensorless drive using the method according to this embodiment will be described below. FIG. 10 shows a configuration example of a PM motor to which the method according to the present embodiment can be applied, and here a two-pole three-phase PM motor is shown. The PM motor has a structure in which three-phase windings of U-phase, V-phase, and W-phase are wound around stator slots. Furthermore, as explained using FIG. 1, the PM motor shown here has a structure that does not have saliency like a surface magnet rotor (that is, the saliency is so weak that changes cannot be detected using conventional methods). It is.

図10において、白矢印は各相に通電した際の磁束の向きを示し、黒矢印は各相に通電した際の磁力線の向きを示す。また、図11は、PMモータを構成する固定子および回転子のインダクタンスの変化を説明するためのグラフ図である。図11において、横軸は時間の経過に従って回転する回転子の回転角(実位相)を示し、縦軸はインダクタンスを示す。 In FIG. 10, white arrows indicate the direction of magnetic flux when each phase is energized, and black arrows indicate the direction of magnetic lines of force when each phase is energized. Further, FIG. 11 is a graph diagram for explaining changes in inductance of the stator and rotor that constitute the PM motor. In FIG. 11, the horizontal axis shows the rotation angle (actual phase) of the rotor that rotates over time, and the vertical axis shows the inductance.

巻線に高調波を印加した場合、例えば、V相とW相からU相へ通電した場合(図10(a))と、W相からU相に通電し、V相には通電しない場合(図10(b))とでは、電流による磁束の磁気回路が異なる。図10(b)のパターンの場合、V相が空きコイルとなっている。このような各相の通電状態に応じて、PMモータ内の磁束の磁気回路が変化する。その結果、PMモータでの回路において固定子のインダクタンスが変動して見えることとなる。 When harmonics are applied to the windings, for example, when current is applied from the V phase and W phase to the U phase (Fig. 10 (a)), and when the current is applied from the W phase to the U phase but not the V phase ( The magnetic circuit of the magnetic flux caused by the current is different from FIG. 10(b)). In the case of the pattern shown in FIG. 10(b), the V phase is an empty coil. The magnetic circuit of the magnetic flux within the PM motor changes depending on the energization state of each phase. As a result, the inductance of the stator appears to fluctuate in the circuit of the PM motor.

固定子のインダクタンスが通電位相に応じて変化した場合、図11(a)に示すように、60°ごとの周期性を有する。一方、回転子のインダクタンスは、突極性によりd軸、q軸のインダクタンスが図11(b)のように変換する。ここでは、180°ごとの周期性を有する。また、図10(a)、(b)に示すように、インダクタンスの変化の幅は、固定子に比べて回転子の方が小さい。つまり、固定子と回転子ではそのインダクタンスの変化に差異が生じる。従来の手法のように突極性を利用する回転子の位置の推定では、回転子のインダクタンスの変化のみを抽出する必要がある。しかし、回転子のインダクタンスの変化幅が小さい場合には、固定子のインダクタンスの変化に埋もれてしまい、回転子のインダクタンスの変化のみを検出することが困難となる。 When the inductance of the stator changes according to the energization phase, it has periodicity of every 60°, as shown in FIG. 11(a). On the other hand, due to the saliency of the rotor, the inductance of the d-axis and the q-axis changes as shown in FIG. 11(b). Here, it has periodicity of every 180°. Furthermore, as shown in FIGS. 10(a) and 10(b), the range of change in inductance is smaller in the rotor than in the stator. In other words, there is a difference in the change in inductance between the stator and rotor. In estimating the rotor position using saliency as in the conventional method, it is necessary to extract only the change in rotor inductance. However, when the variation width of the rotor inductance is small, the variation is buried in the variation of the stator inductance, making it difficult to detect only the variation of the rotor inductance.

すなわち、従来の方式のように、任意の位相に高調波を重畳した場合、固定子側のインダクタンスの変化の影響により、回転子のインダクタンスの変換を検出できなくなり、回転子の位置推定が不可能となる。 In other words, when harmonics are superimposed on an arbitrary phase as in the conventional method, changes in rotor inductance cannot be detected due to changes in inductance on the stator side, making rotor position estimation impossible. becomes.

一方、本実施形態に係る方法では、高調波重畳位相θdhを、図7(a)に示したように所定の間隔、すなわち、60°周期とすることで、固定子のインダクタンスの値を固定させる。つまり、図11(a)の黒丸(●)にてプロットした位置に位相を固定する。図11(a)の例の場合、インダクタンスが最も高い位置にて検出を行うように固定する。その結果、回転子のインダクタンスの変化のみを抽出して検出することが可能となり、回転子の位置推定精度を向上させることができる。 On the other hand, in the method according to the present embodiment, the value of the inductance of the stator is fixed by setting the harmonic superposition phase θdh at a predetermined interval, that is, at a period of 60°, as shown in FIG. 7(a). . That is, the phase is fixed at the position plotted by the black circle (●) in FIG. 11(a). In the case of the example shown in FIG. 11(a), it is fixed so that detection is performed at a position where the inductance is highest. As a result, it becomes possible to extract and detect only the change in the inductance of the rotor, and the accuracy of estimating the rotor position can be improved.

固定子が集中巻きのような空間高調波の大きなPMモータや、回転子が表面磁石形のような非突極性(すなわち、弱い突極性)のPMモータであっても回転子の位置の推定演算が可能となる。また、固定子がスロットレス構造では巻線の配置によって磁束密度分布に差が生じて、わずかな空間高調波を伴う場合があるが、このような構成でも本実施形態に係る方法を適用可能である。 Even if the stator is a concentrated winding PM motor with large spatial harmonics, or the rotor is a surface magnet type PM motor with non-salient poles (that is, weak saliency), the rotor position can be estimated. becomes possible. Furthermore, if the stator has a slotless structure, the magnetic flux density distribution may differ depending on the arrangement of the windings, resulting in slight spatial harmonics, but the method according to this embodiment can also be applied to such a structure. be.

また、図7(a)に示した例などでは、θdhを0、60、120・・・として設定したが、これに限定するものではない。図11(a)を用いて説明したように、固定子のインダクタンスの変化を固定できれば、他の角度を用いてもよい。また、図8や図9の例では、6つのパターンを用いて回転子の位置推定を行ったが、その粒度や精度を向上させるために、より多くのパターンを用いてもよい。また、θdhの設定間隔についても、PMモータの固定子および回転子の構造に応じて、変動してよい。 Further, in the example shown in FIG. 7(a), θdh is set as 0, 60, 120, etc., but it is not limited to this. As explained using FIG. 11(a), other angles may be used as long as the change in the inductance of the stator can be fixed. Further, in the examples of FIGS. 8 and 9, the position of the rotor is estimated using six patterns, but more patterns may be used to improve the granularity and accuracy. Further, the setting interval of θdh may also vary depending on the structure of the stator and rotor of the PM motor.

また、PMモータに重畳電圧を印加する場合において、図10(a)のような電流のパターン(すなわち、空きコイルが無いパターン)を用いてもよいし、図10(b)のような電流のパターン(すなわち、空きコイルが有るパターン)を用いてもよい。いずれであっても、図11に示したように固定子側のインダクタンスの変化を固定させ、回転子側のインダクタンスのみを抽出できるような構成であればよい。 Furthermore, when applying a superimposed voltage to the PM motor, a current pattern as shown in FIG. 10(a) (that is, a pattern with no vacant coils) may be used, or a current pattern as shown in FIG. A pattern (that is, a pattern with empty coils) may also be used. In either case, any configuration may be used as long as the change in inductance on the stator side is fixed and only the inductance on the rotor side can be extracted as shown in FIG. 11.

以上、本実施形態により、これまで高調波重畳によるセンサレス駆動が困難とされてきた、非突極性(すなわち、突極性が弱い)PMモータにおいて、位置センサレス駆動が可能になる。また、PMモータが低速域で動作している場合でも、回転子の位置推定が可能となる。 As described above, according to the present embodiment, position sensorless driving becomes possible in a non-salient pole (that is, weak saliency) PM motor, which has been difficult to drive sensorless due to harmonic superposition. Further, even when the PM motor is operating in a low speed range, the position of the rotor can be estimated.

[波形]
本発明に係る回転子の位置推定の際に用いる高調波の印加パターンの例を、図12~図14に示す。ここでは、2相3極のPMモータを対象とした例について説明する。なお、PMモータの相数や極数が異なった場合には、その構成に応じて印加パターンを定義すればよい。以下に示す印加パターンでは、3つの固定子コイルV、U、Wの全てを用い、空きコイルは生じない例を示している。
[Waveform]
Examples of harmonic application patterns used in rotor position estimation according to the present invention are shown in FIGS. 12 to 14. Here, an example targeting a two-phase three-pole PM motor will be described. Note that when the number of phases and the number of poles of the PM motor are different, the application pattern may be defined according to the configuration. The application pattern shown below shows an example in which all three stator coils V, U, and W are used and there are no empty coils.

図12は、本実施形態に係る高調波の重畳波形の例を示す図である。ここでの波形は、180度矩形波による例を示す。図12の横軸は時間を示し、各グラフにおいて対応している。図12において、破線はTsの間隔に相当し、図中に両向きで示すように6つの区間が1周期分の波形を示す。また、図12において、上からの3つは順に固定子コイルU相、V相、W相に対する高調波の電圧指令Vuh、Vvh、Vwhを示し、ここでは、三角波による搬送波に対応して示す。また、Pu、Pv、Pwは、U相、V相、W相それぞれに対応する、位置推定用の高調波に対応するPWM制御器10からのパルス信号を示す。Vuvは、三相回路における線間電圧を示す。Vunは、U相の相電圧を示す。 FIG. 12 is a diagram showing an example of a harmonic superimposed waveform according to the present embodiment. The waveform here shows an example of a 180 degree rectangular wave. The horizontal axis in FIG. 12 indicates time, which corresponds to each graph. In FIG. 12, the broken lines correspond to the intervals of Ts, and six sections indicate one period of the waveform, as shown in both directions in the figure. Further, in FIG. 12, the three from the top indicate harmonic voltage commands Vuh, Vvh, and Vwh for the stator coils U-phase, V-phase, and W-phase in order, and are shown here corresponding to the triangular carrier wave. Moreover, Pu, Pv, and Pw indicate pulse signals from the PWM controller 10 corresponding to harmonics for position estimation, respectively corresponding to the U phase, V phase, and W phase. Vuv indicates line voltage in a three-phase circuit. Vun indicates the phase voltage of the U phase.

高調波の電圧指令Vuh、Vvh、Vwhは、位相が120°ずつ、ずれている。つまり、各相の電圧の大きさが等しく、相差が120°となる対称三相交流電圧の構成を有する。また、電圧指令Vuh、Vvh、Vwhは、三角波の搬送波の正負のピークの位置において、立ち上がりおよび立ち下りを行うように構成される。 The harmonic voltage commands Vuh, Vvh, and Vwh are shifted in phase by 120°. In other words, it has a symmetrical three-phase AC voltage configuration in which the voltages of each phase are equal in magnitude and the phase difference is 120°. Further, the voltage commands Vuh, Vvh, and Vwh are configured to rise and fall at the positive and negative peak positions of the triangular carrier wave.

固定子コイルUに対する高調波のパルス信号Pu、固定子コイルVに対する高調波のパルス信号Pv、固定子コイルWに対する高調波のパルス信号Pwは、回転子の位置推定を行う際に、PWM制御器10からインバータ2に出力される信号波形を示し、これらパルス信号は、位置推定の際の重畳電圧が一定となるように規定される。 A harmonic pulse signal Pu to the stator coil U, a harmonic pulse signal Pv to the stator coil V, and a harmonic pulse signal Pw to the stator coil W are transmitted to the PWM controller when estimating the rotor position. 10 shows a signal waveform output from the inverter 2, and these pulse signals are defined so that the superimposed voltage during position estimation is constant.

図12の例において、1周期分の6つの区間は右から順に、θdh=300°、0°、60°、120°、180°、240°に対応しており、これは、図8の(f)、(a)、(b)、(c)、(d)、(e)に相当する。 In the example of FIG. 12, the six sections for one period correspond to θdh=300°, 0°, 60°, 120°, 180°, and 240° from the right, which corresponds to ( Corresponds to f), (a), (b), (c), (d), and (e).

図13、図14は、本実施形態に係る高調波の重畳波形の別の例を示す図である。図13での波形は、120度矩形波による例を示す。図14での波形は、正弦波による例を示す。図13、図14においても相間が対称となった構成を有する。また、図13、図14においても搬送波は三角波の例を示し、電圧指令Vuh、Vvh、Vwhは、三角波の搬送波の正負のピークの位置において、立ち上がりおよび立ち下りを行うように構成される。 13 and 14 are diagrams showing other examples of harmonic superimposed waveforms according to this embodiment. The waveform in FIG. 13 shows an example of a 120 degree rectangular wave. The waveform in FIG. 14 shows an example of a sine wave. 13 and 14 also have a configuration in which the phases are symmetrical. 13 and 14 also show examples in which the carrier wave is a triangular wave, and the voltage commands Vuh, Vvh, and Vwh are configured to rise and fall at the positive and negative peak positions of the triangular carrier wave.

なお、本実施形態に係る制御装置4において、位置推定器15による回転子の位置推定に関し、電流検出(電流値Iu、Iwの検出)、電圧更新(電圧指令Vuh、Vvh、Vwhの更新)、フーリエ積分の処理が行われる。これらの位置推定のための処理は、指令発生器6からの電流制御や速度制御など、回転子の回転動作の制御よりも優先的に行われてよい。つまり、位置推定のための制御に係る信号を優先的に割り込ませて実行してもよい。 In addition, in the control device 4 according to the present embodiment, regarding rotor position estimation by the position estimator 15, current detection (detection of current values Iu and Iw), voltage update (update of voltage commands Vuh, Vvh, and Vwh), Fourier integral processing is performed. These processes for estimating the position may be performed with priority over control of the rotational operation of the rotor, such as current control and speed control from the command generator 6. In other words, signals related to control for position estimation may be preferentially interrupted and executed.

[装置例]
図15は、本実施形態に係るPMモータのセンサレス制御を適用可能な装置の一例である歯科用医療機器の構成例を示す図である。歯科用医療機器1500は、モータ部1502と、コントローラ1505とがコネクタ1503およびケーブル1504を介して接続される。モータ部1502内に図3に示したPMモータ1が設けられ、例えば、モータ部1502に接続されるハンドピース1501(または、その先端に位置する歯科用のバー)が機械負荷5に相当する。
[Device example]
FIG. 15 is a diagram illustrating a configuration example of a dental medical device, which is an example of a device to which sensorless control of a PM motor according to the present embodiment can be applied. In the dental medical device 1500, a motor section 1502 and a controller 1505 are connected via a connector 1503 and a cable 1504. The PM motor 1 shown in FIG. 3 is provided in the motor section 1502, and, for example, the hand piece 1501 (or a dental bar located at the tip thereof) connected to the motor section 1502 corresponds to the mechanical load 5.

図3に示したインバータ2、電流検出器3、および制御装置4は、コントローラ1505に設けられる。なお、図15の例では、モータ部1502とコントローラ1505が別個に設けられた構成を示しているが、これらが一体となった構成であってもよい。その場合には、図3に示す回路構成が1の装置内に備えられることとなる。 Inverter 2, current detector 3, and control device 4 shown in FIG. 3 are provided in controller 1505. Note that although the example in FIG. 15 shows a configuration in which the motor section 1502 and the controller 1505 are provided separately, they may be integrated. In that case, the circuit configuration shown in FIG. 3 will be provided in one device.

上述したように、歯科用医療機器は、その利用目的により、必然的に小さいサイズを実現することが求められる。例えば、PMモータ1が備えられるモータ部1502を省サイズ化するために、PMモータ1の位置センサを省略したセンサレスの構成が求められる。また、歯科用医療機器の利用に際し、停止や低速回転などの回転動作や、その回転速度が高頻度にて加減速するような制御も必要であり、このような動作状況下でもPMモータの位置を適切に検出できる方法が求められる。 As mentioned above, dental medical equipment is necessarily required to be small in size depending on its purpose of use. For example, in order to reduce the size of the motor unit 1502 in which the PM motor 1 is provided, a sensorless configuration in which the position sensor of the PM motor 1 is omitted is required. Furthermore, when using dental medical equipment, it is necessary to perform rotational operations such as stopping and rotating at low speeds, and to control the rotational speed to frequently accelerate and decelerate.Even under such operating conditions, it is necessary to control the position of the PM motor. There is a need for a method that can appropriately detect this.

上記のような装置を想定して、本実施形態に係るPMモータの回転子の位置推定方法は適用可能であり、その有用性は明らかである。 The method for estimating the position of the rotor of a PM motor according to the present embodiment is applicable to the above-mentioned device, and its usefulness is obvious.

以上、本実施形態により、PMモータにおいて、回転子の突極性に係る構造に関わらず、低速域での位置推定も可能な位置センサレス制御を実現することが可能となる。 As described above, according to this embodiment, it is possible to realize position sensorless control in which the position can be estimated in a low speed range in the PM motor, regardless of the structure related to the saliency of the rotor.

<その他の実施形態>
上記の実施形態では、非突極性を有するPMモータを例に挙げて説明した。本発明の適用対象は、上記の実施形態に示したモータ構成に限定するものではない。例えば、スロットレスモータ、ステッピングモータなどにも適用可能である。また、固定子のコイルの構成として、集中巻/分布巻のコイル構成、単層巻/多層巻のコイル構成、全節巻/短節巻のコイル構成などのPMモータであっても適用可能である。
<Other embodiments>
In the above embodiment, a PM motor having non-saliency was taken as an example. The application of the present invention is not limited to the motor configuration shown in the above embodiment. For example, it is applicable to slotless motors, stepping motors, etc. In addition, the stator coil configuration can be applied to PM motors such as concentrated winding/distributed winding coil configuration, single-layer winding/multilayer winding coil configuration, and full-pitch winding/short-pitch winding coil configuration. be.

また、本発明が適用可能な装置は、歯科用の医療機器に限定するものではない。例えば、低速域での動作を要する機器や、省サイズ化を目的とする機器などのPMモータ制御にて用いられてよい。なお、ここでの低速域とは、例えば、モータの定格回転速度に対して、10%以下の速度の範囲であってよい。 Moreover, the apparatus to which the present invention is applicable is not limited to dental medical equipment. For example, it may be used in PM motor control of equipment that requires operation in a low speed range, equipment that aims to reduce size, and the like. Note that the low speed range here may be, for example, a speed range of 10% or less of the rated rotational speed of the motor.

また、1の装置にて、本実施形態に係るモータ制御の方式と、他のセンサレス制御の方式を組み合わせてもよい。例えば、モータ制御において、低速域では本発明に係る方式を用い、高速域では従来のセンサレス制御を用いるように切り替えてもよい。 Furthermore, the motor control method according to this embodiment and other sensorless control methods may be combined in one device. For example, in motor control, the method according to the present invention may be used in a low speed range, and the conventional sensorless control may be used in a high speed range.

また、本発明において、上述した1以上の実施形態の機能を実現するためのプログラムやアプリケーションを、ネットワーク又は記憶媒体等を用いてシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。 In addition, in the present invention, a program or application for realizing the functions of one or more embodiments described above is supplied to a system or device using a network or a storage medium, and one or more computers of the system or device are provided with a program or an application. This can also be realized by a process in which a processor reads and executes a program.

また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)やFPGA(Field Programmable Gate Array))によって実現してもよい。 Further, it may be realized by a circuit (for example, an ASIC (Application Specific Integrated Circuit) or an FPGA (Field Programmable Gate Array)) that realizes one or more functions.

このように、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、実施形態の各構成を相互に組み合わせることや、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。 As described above, the present invention is not limited to the embodiments described above, and those skilled in the art can combine the configurations of the embodiments with each other, modify and apply them based on the description of the specification and well-known techniques. It is also contemplated by the present invention to do so, and is within the scope for which protection is sought.

以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
(1) 歯科用医療機器の永久磁石同期電動機の駆動装置であって、
前記永久磁石同期電動機を駆動するインバータと、
前記永久磁石同期電動機に流れる電流を検出する検出手段と、
前記検出手段によって検出した電流値を用いて、前記インバータを介して前記永久磁石同期電動機を制御する制御手段と、
を有し、
前記制御手段は、前記永久磁石同期電動機を回転駆動させるための第1の多相交流よりも高い周波数の第2の多相交流を、所定の位相間隔にて前記永久磁石同期電動機に印加することにより生じる電流に基づいて、前記永久磁石同期電動機の回転子の位置の推定演算を行う、
ことを特徴とする駆動装置。
この構成によれば、PMモータを備えた歯科用医療機器において、回転子の突極性に係る構造に関わらず、低速域での位置推定も可能な位置センサレス制御を実現することが可能となる。
As mentioned above, the following matters are disclosed in this specification.
(1) A drive device for a permanent magnet synchronous motor of a dental medical device,
an inverter that drives the permanent magnet synchronous motor;
detection means for detecting a current flowing through the permanent magnet synchronous motor;
Control means for controlling the permanent magnet synchronous motor via the inverter using the current value detected by the detection means;
has
The control means applies a second multiphase alternating current having a higher frequency than the first multiphase alternating current to the permanent magnet synchronous motor at a predetermined phase interval for rotationally driving the permanent magnet synchronous motor. performing an estimation calculation of the position of the rotor of the permanent magnet synchronous motor based on the current generated by the
A drive device characterized by:
According to this configuration, in a dental medical device equipped with a PM motor, regardless of the structure related to the saliency of the rotor, it is possible to realize position sensorless control that allows position estimation in a low speed range.

(2) 前記第2の多相交流は、相間において対称である、ことを特徴とする(1)に記載の駆動装置。
この構成によれば、より精度良く多相交流の印加を制御することが可能となる。
(2) The drive device according to (1), wherein the second multiphase alternating current is symmetrical between phases.
According to this configuration, it becomes possible to control the application of multiphase alternating current with higher accuracy.

(3) 前記第2の多相交流は、前記インバータでスイッチング動作を行うための搬送波に同期した波形である、ことを特徴とする(1)に記載の駆動装置。
この構成によれば、より精度良く多相交流の印加を制御することが可能となる。
(3) The drive device according to (1), wherein the second multiphase alternating current has a waveform synchronized with a carrier wave for performing a switching operation in the inverter.
According to this configuration, it becomes possible to control the application of multiphase alternating current with higher accuracy.

(4) 前記インバータから出力される多相交流は、3相交流であり、
前記第2の多相交流は、前記インバータによりスイッチング動作を行うための搬送波の周波数の3分の1の整数倍である、ことを特徴とする(1)に記載の駆動装置。
この構成によれば、3相構成のPMモータを対象として、低速域での位置推定も可能な位置センサレス制御を実現することが可能となる。
(4) The multiphase alternating current output from the inverter is three-phase alternating current,
The drive device according to (1), wherein the second polyphase alternating current has an integral multiple of one-third of the frequency of a carrier wave for performing a switching operation by the inverter.
According to this configuration, it is possible to realize position sensorless control that can also perform position estimation in a low speed range for a PM motor with a three-phase configuration.

(5) 前記第2の多相交流の波形パターンは、前記永久磁石同期電動機の相の構成に基づいて予め規定される、ことを特徴とする(1)に記載の駆動装置。
この構成によれば、PMモータの相構成に応じて、回転子の位置推定のためのパターンを規定することが可能となる。
(5) The drive device according to (1), wherein the second polyphase AC waveform pattern is defined in advance based on a phase configuration of the permanent magnet synchronous motor.
According to this configuration, it is possible to define a pattern for estimating the rotor position according to the phase configuration of the PM motor.

(6) 前記第2の多相交流の波形パターンは、180°の矩形波、120°の矩形波、正弦波、のいずれかに基づく、ことを特徴とする(1)に記載の駆動装置。
この構成によれば、回転子の位置推定のためのパターンとして、様々な波形にて規定することができる。
(6) The drive device according to (1), wherein the second polyphase AC waveform pattern is based on any one of a 180° rectangular wave, a 120° rectangular wave, and a sine wave.
According to this configuration, various waveforms can be defined as patterns for estimating the rotor position.

(7) 前記永久磁石同期電動機は、2極3相の構成を有し、
前記第2の多相交流は、60°ごとの高調波のパターンから構成される、(1)に記載の駆動装置。
この構成によれば、2極3相の構成を有するPMモータを対象として、低速域での位置推定も可能な位置センサレス制御を実現することが可能となる。
(7) The permanent magnet synchronous motor has a two-pole three-phase configuration,
The drive device according to (1), wherein the second multiphase alternating current includes a pattern of harmonics every 60 degrees.
According to this configuration, it is possible to realize position sensorless control that can also perform position estimation in a low speed range for a PM motor having a two-pole three-phase configuration.

(8) 前記制御手段は、前記所定の位相間隔にて前記永久磁石同期電動機に印加することにより生じる電流の位相に基づいて、前記回転子の位置を推定する、(1)に記載の駆動装置。
この構成によれば、固定子側の影響を抑制し、回転子側の変化のみを抽出して、回転子の位置を推定することが可能となる。
(8) The drive device according to (1), wherein the control means estimates the position of the rotor based on the phase of the current generated by applying it to the permanent magnet synchronous motor at the predetermined phase interval. .
According to this configuration, it is possible to estimate the position of the rotor by suppressing the influence on the stator side and extracting only changes on the rotor side.

(9) 前記制御手段は、
前記永久磁石同期電動機の回転駆動のための前記第1の多相交流を制御するための第1の処理と、
前記永久磁石同期電動機の位置推定のための前記第2の多相交流を制御するための第2の第2の処理と、
を実行し、
前記第2の処理は、前記第1の処理よりも短い周期で実行され、かつ、前記第1の処理よりも優先的に実行される、ことを特徴とする(1)に記載の駆動装置。
この構成によれば、PMモータにおいて、回転制御よりも回転子の位置推定を短い周期にて優先して実行することが可能となる。
(9) The control means:
a first process for controlling the first multiphase alternating current for rotationally driving the permanent magnet synchronous motor;
a second second process for controlling the second polyphase alternating current for estimating the position of the permanent magnet synchronous motor;
Run
The drive device according to (1), wherein the second process is executed at a shorter cycle than the first process, and is executed with priority over the first process.
According to this configuration, in the PM motor, it becomes possible to perform rotor position estimation with priority over rotation control in a shorter cycle.

(10) 前記第2の処理は、前記第2の多相交流に対応する電圧指令の更新処理、前記第2の多相交流に対応して前記永久磁石同期電動機に印加されている電流値の検出処理、および、前記検出処理により得られた電流値に基づく前記回転子の位置の演算、のうちの少なくとも1つを含むことを特徴とする(9)に記載の駆動装置。
この構成によれば、PMモータにおいて、回転子の位置推定のための制御として、電圧指令の更新、電流値の検出、回転子の演算を短い周期にて優先して実行することが可能となる。
(10) The second process includes updating a voltage command corresponding to the second multiphase alternating current, and updating a current value applied to the permanent magnet synchronous motor corresponding to the second multiphase alternating current. The drive device according to (9), characterized in that the drive device includes at least one of detection processing and calculation of the position of the rotor based on the current value obtained by the detection processing.
According to this configuration, in the PM motor, as control for estimating the rotor position, it is possible to prioritize updating of the voltage command, detection of the current value, and calculation of the rotor in a short cycle. .

(11) 永久磁石同期電動機を駆動するインバータと、前記永久磁石同期電動機に流れる電流を検出する検出手段と、を備える歯科用医療機器の永久磁石同期電動機の制御方法であって、
前記検出手段によって検出した電流値を用いて、前記インバータを介して前記永久磁石同期電動機を制御する制御工程を有し、
前記制御工程において、前記永久磁石同期電動機を回転駆動させるための第1の多相交流よりも高い周波数の第2の多相交流を、所定の位相間隔にて前記永久磁石同期電動機に印加することにより生じる電流に基づいて、前記永久磁石同期電動機の回転子の位置の推定演算を行う。
この構成によれば、PMモータを備えた歯科用医療機器において、回転子の突極性に係る構造に関わらず、低速域での位置推定も可能な位置センサレス制御を実現することが可能となる。
(11) A method for controlling a permanent magnet synchronous motor of a dental medical device, comprising: an inverter that drives a permanent magnet synchronous motor; and a detection means that detects a current flowing through the permanent magnet synchronous motor;
a control step of controlling the permanent magnet synchronous motor via the inverter using the current value detected by the detection means;
In the control step, applying a second polyphase AC having a higher frequency than the first polyphase AC for rotationally driving the permanent magnet synchronous motor to the permanent magnet synchronous motor at a predetermined phase interval. Estimating the position of the rotor of the permanent magnet synchronous motor is performed based on the current generated.
According to this configuration, in a dental medical device equipped with a PM motor, regardless of the structure related to the saliency of the rotor, it is possible to realize position sensorless control that allows position estimation in a low speed range.

以上、図面を参照しながら各種の実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。 Although various embodiments have been described above with reference to the drawings, it goes without saying that the present invention is not limited to such examples. It is clear that those skilled in the art can come up with various changes or modifications within the scope of the claims, and these naturally fall within the technical scope of the present invention. Understood. Further, each of the constituent elements in the above embodiments may be arbitrarily combined without departing from the spirit of the invention.

1 PMモータ
2 インバータ
3 電流検出器
4 制御装置
5 機械負荷
6 指令発生器
7a,7b 電流制御器
8a,8b 逆座標変換器
9a,9b 座標変換器
10 PWM制御器
11a~11f 加減算器
12 KPLL制御器
13 積分器
14 2倍ゲイン
15 位置推定器
16 高調波位相発生器
17 高調波電圧設定器
18 ゼロ設定器
19 サイン信号発生器
20 コサイン信号発生器
21a,21b 積算器
22a,22b 平均値演算器
23 アークタンジェント演算器
95 電圧設定器
96 変化量抽出器
97 軸誤差推定器
98 ゼロ設定器
100 PMモータ
101 回転子
102 固定子
1 PM motor 2 Inverter 3 Current detector 4 Control device 5 Mechanical load 6 Command generator 7a, 7b Current controller 8a, 8b Inverse coordinate converter 9a, 9b Coordinate converter 10 PWM controller 11a to 11f Adder/subtractor 12 KPLL control 13 Integrator 14 Double gain 15 Position estimator 16 Harmonic phase generator 17 Harmonic voltage setter 18 Zero setter 19 Sine signal generator 20 Cosine signal generator 21a, 21b Integrator 22a, 22b Average value calculator 23 Arctangent calculator 95 Voltage setter 96 Variation amount extractor 97 Axial error estimator 98 Zero setter 100 PM motor 101 Rotor 102 Stator

Claims (11)

歯科用医療機器の永久磁石同期電動機の駆動装置であって、
前記永久磁石同期電動機を駆動するインバータと、
前記永久磁石同期電動機に流れる電流を検出する検出手段と、
前記検出手段によって検出した電流値を用いて、前記インバータを介して前記永久磁石同期電動機を制御する制御手段と、
を有し、
前記制御手段は、前記永久磁石同期電動機を回転駆動させるための第1の多相交流よりも高い周波数の第2の多相交流を、所定の位相間隔にて前記永久磁石同期電動機に印加することにより生じる電流に基づいて、前記永久磁石同期電動機の回転子の位置の推定演算を行う、
ことを特徴とする駆動装置。
A drive device for a permanent magnet synchronous motor for dental medical equipment,
an inverter that drives the permanent magnet synchronous motor;
detection means for detecting a current flowing through the permanent magnet synchronous motor;
Control means for controlling the permanent magnet synchronous motor via the inverter using the current value detected by the detection means;
has
The control means applies a second multiphase alternating current having a higher frequency than the first multiphase alternating current to the permanent magnet synchronous motor at a predetermined phase interval for rotationally driving the permanent magnet synchronous motor. performing an estimation calculation of the position of the rotor of the permanent magnet synchronous motor based on the current generated by the
A drive device characterized by:
前記第2の多相交流は、相間において対称である、ことを特徴とする請求項1に記載の駆動装置。 The drive device according to claim 1, wherein the second multiphase alternating current is symmetrical between phases. 前記第2の多相交流は、前記インバータでスイッチング動作を行うための搬送波に同期した波形である、ことを特徴とする請求項1に記載の駆動装置。 The drive device according to claim 1, wherein the second polyphase alternating current has a waveform synchronized with a carrier wave for performing a switching operation in the inverter. 前記インバータから出力される多相交流は、3相交流であり、
前記第2の多相交流は、前記インバータによりスイッチング動作を行うための搬送波の周波数の3分の1の整数倍である、ことを特徴とする請求項1に記載の駆動装置。
The multiphase alternating current output from the inverter is three-phase alternating current,
2. The drive device according to claim 1, wherein the second polyphase alternating current has an integral multiple of one third of the frequency of a carrier wave for performing a switching operation by the inverter.
前記第2の多相交流の波形パターンは、前記永久磁石同期電動機の相の構成に基づいて予め規定される、ことを特徴とする請求項1に記載の駆動装置。 The drive device according to claim 1, wherein the second polyphase AC waveform pattern is predefined based on a phase configuration of the permanent magnet synchronous motor. 前記第2の多相交流の波形パターンは、180°の矩形波、120°の矩形波、正弦波、のいずれかに基づく、ことを特徴とする請求項1に記載の駆動装置。 The drive device according to claim 1, wherein the waveform pattern of the second polyphase alternating current is based on any one of a 180° rectangular wave, a 120° rectangular wave, and a sine wave. 前記永久磁石同期電動機は、2極3相の構成を有し、
前記第2の多相交流は、60°ごとの高調波のパターンから構成される、請求項1に記載の駆動装置。
The permanent magnet synchronous motor has a two-pole three-phase configuration,
The drive device according to claim 1, wherein the second multiphase alternating current is composed of a pattern of harmonics every 60°.
前記制御手段は、前記所定の位相間隔にて前記永久磁石同期電動機に印加することにより生じる電流の位相に基づいて、前記回転子の位置を推定する、請求項1に記載の駆動装置。 The drive device according to claim 1, wherein the control means estimates the position of the rotor based on the phase of the current generated by applying it to the permanent magnet synchronous motor at the predetermined phase interval. 前記制御手段は、
前記永久磁石同期電動機の回転駆動のための前記第1の多相交流を制御するための第1の処理と、
前記永久磁石同期電動機の位置推定のための前記第2の多相交流を制御するための第2の第2の処理と、
を実行し、
前記第2の処理は、前記第1の処理よりも短い周期で実行され、かつ、前記第1の処理よりも優先的に実行される、ことを特徴とする請求項1に記載の駆動装置。
The control means includes:
a first process for controlling the first multiphase alternating current for rotationally driving the permanent magnet synchronous motor;
a second second process for controlling the second polyphase alternating current for estimating the position of the permanent magnet synchronous motor;
Run
The drive device according to claim 1, wherein the second process is executed at a shorter cycle than the first process, and is executed with priority over the first process.
前記第2の処理は、前記第2の多相交流に対応する電圧指令の更新処理、前記第2の多相交流に対応して前記永久磁石同期電動機に印加されている電流値の検出処理、および、前記検出処理により得られた電流値に基づく前記回転子の位置の演算、のうちの少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項9に記載の駆動装置。 The second process includes updating a voltage command corresponding to the second multi-phase alternating current, detecting a current value being applied to the permanent magnet synchronous motor corresponding to the second multi-phase alternating current, The drive device according to claim 9, further comprising at least one of: and calculating the position of the rotor based on the current value obtained by the detection process. 永久磁石同期電動機を駆動するインバータと、前記永久磁石同期電動機に流れる電流を検出する検出手段と、を備える歯科用医療機器の永久磁石同期電動機の制御方法であって、
前記検出手段によって検出した電流値を用いて、前記インバータを介して前記永久磁石同期電動機を制御する制御工程を有し、
前記制御工程において、前記永久磁石同期電動機を回転駆動させるための第1の多相交流よりも高い周波数の第2の多相交流を、所定の位相間隔にて前記永久磁石同期電動機に印加することにより生じる電流に基づいて、前記永久磁石同期電動機の回転子の位置の推定演算を行う、
ことを特徴とする制御方法。
A method for controlling a permanent magnet synchronous motor of a dental medical device, comprising: an inverter that drives a permanent magnet synchronous motor; and a detection means that detects a current flowing through the permanent magnet synchronous motor.
a control step of controlling the permanent magnet synchronous motor via the inverter using the current value detected by the detection means;
In the control step, applying a second polyphase AC having a higher frequency than the first polyphase AC for rotationally driving the permanent magnet synchronous motor to the permanent magnet synchronous motor at a predetermined phase interval. performing an estimation calculation of the position of the rotor of the permanent magnet synchronous motor based on the current generated by the
A control method characterized by:
JP2022126386A 2022-08-08 2022-08-08 Driving device of permanent magnet synchronous motor of medical apparatus for dental use and control method Pending JP2024022931A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022126386A JP2024022931A (en) 2022-08-08 2022-08-08 Driving device of permanent magnet synchronous motor of medical apparatus for dental use and control method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022126386A JP2024022931A (en) 2022-08-08 2022-08-08 Driving device of permanent magnet synchronous motor of medical apparatus for dental use and control method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2024022931A true JP2024022931A (en) 2024-02-21

Family

ID=89930639

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2022126386A Pending JP2024022931A (en) 2022-08-08 2022-08-08 Driving device of permanent magnet synchronous motor of medical apparatus for dental use and control method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2024022931A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Murakami et al. Encoderless servo drive with adequately designed IPMSM for pulse-voltage-injection-based position detection
JP4989075B2 (en) Electric motor drive control device and electric motor drive system
JP4067949B2 (en) Motor control device
JP4928855B2 (en) Sensorless control device for synchronous machine
JP6015486B2 (en) Variable speed controller for synchronous motor
JP2017046456A (en) Drive system and inverter device
JP2007151344A (en) Magnetic pole position estimating method, motor speed estimating method, and motor controller
JP2010063208A (en) Drive system for synchronous motor, and controller used for this
JP6536473B2 (en) Control device of rotating electric machine
JP5618854B2 (en) Synchronous motor drive system
Tejan et al. Rotor position sensorless technique using high-speed sliding mode observer for pmsm drive
JP6156162B2 (en) Motor control device
JP6541092B2 (en) Control device of permanent magnet synchronous motor
JP4826550B2 (en) Turbocharger control system with electric motor
JP4924115B2 (en) Permanent magnet synchronous motor drive control device
JP2007330074A (en) Motor controller and motor control method
WO2024034501A1 (en) Drive device for permanent magnet synchronous motor, and control device
JP3551911B2 (en) Brushless DC motor control method and device
JP2024022931A (en) Driving device of permanent magnet synchronous motor of medical apparatus for dental use and control method
WO2017199334A1 (en) Control device for synchronous rotary machine and control method for synchronous rotary machine
JPH09252588A (en) Compressor driving control method, double salient pole reluctance motor driving control method and their controllers
JP2007089336A (en) Revolution detection device and revolution detection method of turbocharger with electric motor
JPH06225595A (en) Controller for stepping motor
JP2017055637A (en) Motor control apparatus for controlling motor on the basis of counter-electromotive voltage generated in winding of motor
JP5798513B2 (en) Method and apparatus for detecting initial magnetic pole position of permanent magnet synchronous motor, and control apparatus for permanent magnet synchronous motor