JP5165545B2 - Electric motor magnetic pole position estimation device - Google Patents

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本発明は、電動機の磁極位置推定装置に関する。   The present invention relates to a magnetic pole position estimation device for an electric motor.

従来、例えばdq座標系に対して位相差を有するγδ座標系でのγ軸電流およびδ軸電流とモータのモデルに基づいて算出した各軸のモデル電流との電流偏差から、モータの回転速度を推定する装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
特開平08−308286号公報
Conventionally, for example, the rotational speed of the motor is calculated from the γ-axis current in the γδ coordinate system having a phase difference with respect to the dq coordinate system and the current deviation between the δ-axis current and the model current of each axis calculated based on the motor model. An estimation device is known (see, for example, Patent Document 1).
Japanese Patent Laid-Open No. 08-308286

ところで、上記従来技術に係る装置においては、モータの各相電流を検出する相電流センサから出力される検出値に基づきγδ座標系でのγ軸電流およびδ軸電流を取得しており、相電流センサによる検出タイミングは、モータのモデルが基準としているタイミングと一致している。
しかしながら、上記従来技術に係る装置において相電流センサを省略し、モータを駆動するインバータの直流側電流を検出する直流側電流センサによってモータの各相電流を推定する場合には、推定される各相電流のタイミングと、モータのモデルが基準としているタイミングとが異なることから、モータの回転速度を適切に推定することが困難になるという問題が生じる。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、直流側電流センサによってモータの各相電流を推定する場合であっても、モータの回転速度および磁極位置を適切に推定することが可能な電動機の磁極位置推定装置を提供することを目的とする。
By the way, in the device according to the above prior art, the γ-axis current and the δ-axis current in the γδ coordinate system are acquired based on the detection value output from the phase current sensor that detects each phase current of the motor. The detection timing by the sensor coincides with the timing based on the motor model.
However, when the phase current sensor is omitted in the apparatus according to the prior art and each phase current of the motor is estimated by the DC side current sensor that detects the DC side current of the inverter that drives the motor, Since the timing of the current is different from the timing based on the motor model, there is a problem that it is difficult to appropriately estimate the rotation speed of the motor.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and even in the case where each phase current of a motor is estimated by a DC-side current sensor, an electric motor capable of appropriately estimating the rotational speed and magnetic pole position of the motor. An object of the present invention is to provide a magnetic pole position estimation device.

上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明の第1態様に係る電動機の磁極位置推定装置は、パルス幅変調信号により3相交流の電動機(例えば、実施の形態でのモータ11)への通電を順次転流させるインバータ(例えば、実施の形態でのインバータ13)と、前記パルス幅変調信号を搬送波信号により生成するパルス幅変調信号生成手段(例えば、実施の形態でのPWM信号生成部25)と、前記インバータの直流側電流を検出する直流側電流センサ(例えば、実施の形態での直流側電流センサ31)と、前記直流側電流センサにより検出された前記直流側電流に基づいて相電流を推定する相電流推定手段(例えば、実施の形態での相電流推定部23)と、dq座標系に対して位相差を有するγδ座標系を設定し、前記相電流推定手段により推定された前記相電流を前記γδ座標系に座標変換して得られる実電流(例えば、実施の形態でのγ軸電流Iγ及びδ軸電流Iδ)と前記電動機の所定モデルの電圧方程式に応じたモデル電流(例えば、実施の形態でのγ軸モデル電流IγM及びδ軸モデル電流IδM)との電流偏差に基づき前記位相差を算出する位相差算出手段(例えば、実施の形態での磁極位置誤差推定部46)と、前記位相差算出手段により算出された前記位相差に基づき前記電動機の磁極位置を演算する磁極位置演算手段(例えば、実施の形態での回転速度−磁極位置演算部47)とを備え、前記相電流推定手段は、前記搬送波信号の1周期中での最大値または最小値のキャリア頂点に対して対称な電圧パターン内のそれぞれにおいて、前記キャリア頂点に対して対称なタイミングで前記相電流の各1点の電流値を推定しており、前記相電流推定手段により推定された前記各1点からなる2点のタイミングでの前記電流値に基づき所定タイミングでの前記相電流の電流値を算出する電流値算出手段(例えば、実施の形態での相電流推定部23が兼ねる)を備え、前記電流値算出手段は、3相の前記相電流毎の前記所定タイミングを同期化しており、前記電圧方程式の変数が得られる複数のタイミングに基づいて前記所定タイミングでの前記変数を算出することによって前記変数のタイミングを前記所定タイミングに同期化させる同期化手段を備え、前記位相差算出手段は、前記電流値算出手段により同期化された前記所定タイミングでの前記実電流と、連続時間での前記電圧方程式を前記所定タイミングで離散化するとともに、前記電圧方程式の前記変数のタイミングを前記同期化手段によって前記所定タイミングに同期化させることによって得られる前記モデル電流と、によって前記電流偏差を算出するIn order to solve the above-described problems and achieve the object, a magnetic pole position estimation device for an electric motor according to a first aspect of the present invention uses a three-phase AC electric motor (for example, the motor 11 in the embodiment) by a pulse width modulation signal. ) In turn (for example, the inverter 13 in the embodiment) and pulse width modulation signal generating means (for example, the PWM signal in the embodiment) for generating the pulse width modulation signal from a carrier wave signal. Generator 25), a DC-side current sensor (for example, DC-side current sensor 31 in the embodiment) that detects a DC-side current of the inverter, and the DC-side current detected by the DC-side current sensor. Phase current estimation means for estimating the phase current (for example, the phase current estimation unit 23 in the embodiment) and a γδ coordinate system having a phase difference with respect to the dq coordinate system are set, and the phase current estimation The actual current (for example, the γ-axis current Iγ and the δ-axis current Iδ in the embodiment) obtained by converting the phase current estimated by the fixing means into the γδ coordinate system, and the voltage of the predetermined model of the motor Phase difference calculating means (for example, in the embodiment, for calculating the phase difference based on the current deviation from the model current corresponding to the equation (for example, the γ-axis model current IγM and the δ-axis model current IδM in the embodiment) Magnetic pole position error estimating unit 46) and magnetic pole position calculating means for calculating the magnetic pole position of the motor based on the phase difference calculated by the phase difference calculating means (for example, rotational speed-magnetic pole position calculating unit in the embodiment) 47), wherein the phase current estimation means is arranged at each of the carrier vertices in a voltage pattern symmetric with respect to the maximum or minimum carrier vertices in one period of the carrier signal. The current value at each one point of the phase current is estimated at symmetrical timings, and the predetermined timing is based on the current values at the two point timings consisting of the one point estimated by the phase current estimation means. Current value calculating means for calculating the current value of the phase current at (for example, also serving as the phase current estimating unit 23 in the embodiment), and the current value calculating means includes the current value calculating means for each of the three phase currents. Synchronization means that synchronizes the timing of the variable to the predetermined timing by synchronizing the timing of the variable by calculating the variable at the predetermined timing based on a plurality of timings at which the variable of the voltage equation is obtained. The phase difference calculation means includes the real current at the predetermined timing synchronized by the current value calculation means and the voltage equation at a continuous time as the predetermined timing . And the current deviation is calculated by the model current obtained by synchronizing the timing of the variable of the voltage equation with the predetermined timing by the synchronization means .

さらに、本発明の第2態様に係る電動機の磁極位置推定装置では、前記電流値算出手段は、前記相電流推定手段により推定された前記各1点からなる2点のタイミングでの前記電流値による平均値を、前記キャリア頂点での前記相電流の電流値として算出しており、前記位相差算出手段は、前記キャリア頂点での前記電圧方程式に基づき前記位相差を算出する。   Furthermore, in the magnetic pole position estimation device for an electric motor according to the second aspect of the present invention, the current value calculation means is based on the current value at the timing of two points each consisting of the one point estimated by the phase current estimation means. An average value is calculated as a current value of the phase current at the carrier apex, and the phase difference calculating means calculates the phase difference based on the voltage equation at the carrier apex.

本発明の第1態様に係る電動機の磁極位置推定装置によれば、相電流推定手段により推定される3相の相電流毎の電流値は所定タイミングに同期化され、さらに、電動機の所定モデルの電圧方程式は所定タイミングを基準とすることから、相電流に応じた実電流と電圧方程式に応じたモデル電流とのタイミングが一致し、位相差および磁極位置を適切に算出することができる。   According to the magnetic pole position estimating apparatus for an electric motor according to the first aspect of the present invention, the current value for each of the three-phase phase currents estimated by the phase current estimating means is synchronized with a predetermined timing. Since the voltage equation is based on a predetermined timing, the timing of the actual current corresponding to the phase current matches the timing of the model current corresponding to the voltage equation, and the phase difference and the magnetic pole position can be calculated appropriately.

さらに、本発明の第2態様に係る電動機の磁極位置推定装置によれば、所定タイミングをキャリア頂点とすることから、雑音に起因する誤差を低減しつつ、3相の相電流毎の電流値の推定精度を向上させることができ、電動機の磁極位置を精度良く推定することができる。   Furthermore, according to the magnetic pole position estimation device of the electric motor according to the second aspect of the present invention, since the predetermined timing is the carrier apex, the current value for each of the three-phase phase currents can be reduced while reducing the error due to noise. The estimation accuracy can be improved, and the magnetic pole position of the electric motor can be estimated with high accuracy.

以下、本発明の電動機の磁極位置推定装置の実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
この実施形態による電動機の磁極位置推定装置10(以下、単に、磁極位置推定装置10と呼ぶ)は、電動機の相電流推定装置10a(以下、単に、相電流推定装置10aと呼ぶ)を具備している。相電流推定装置10aは、例えば3相交流のブラシレスDCモータ11(以下、単に、モータ11と呼ぶ)に通電される各相電流を推定し、このモータ11は、界磁に利用する永久磁石を有する回転子(図示略)と、この回転子を回転させる回転磁界を発生する固定子(図示略)とを備えて構成されている。そして、磁極位置推定装置10は、モータ11の磁極位置(つまり、所定の基準回転位置からの回転子の磁極の回転角度)を推定する。
相電流推定装置10aは、例えば図1に示すように、バッテリ12を直流電源とするインバータ13と、モータ制御装置14とを備えて構成されている。
Embodiments of a magnetic pole position estimating apparatus for an electric motor according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
The magnetic pole position estimating device 10 (hereinafter simply referred to as the magnetic pole position estimating device 10) according to this embodiment includes a motor phase current estimating device 10a (hereinafter simply referred to as the phase current estimating device 10a). Yes. The phase current estimation device 10a estimates each phase current supplied to, for example, a three-phase AC brushless DC motor 11 (hereinafter simply referred to as the motor 11), and the motor 11 uses a permanent magnet used for a field. And a stator (not shown) that generates a rotating magnetic field for rotating the rotor. Then, the magnetic pole position estimation device 10 estimates the magnetic pole position of the motor 11 (that is, the rotation angle of the rotor magnetic pole from a predetermined reference rotation position).
For example, as shown in FIG. 1, the phase current estimation device 10 a includes an inverter 13 that uses a battery 12 as a DC power source and a motor control device 14.

この3相(例えば、U相、V相、W相の3相)交流のモータ11の駆動はモータ制御装置14から出力される制御指令を受けてインバータ13によりおこなわれる。
インバータ13は、スイッチング素子(例えば、MOSFET:Metal Oxide Semi-conductor Field Effect Transistor)を複数用いてブリッジ接続してなるブリッジ回路13aと平滑コンデンサCとを具備し、このブリッジ回路13aがパルス幅変調(PWM)された信号によって駆動される。
The three-phase (for example, U-phase, V-phase, and W-phase) AC motor 11 is driven by the inverter 13 in response to a control command output from the motor control device 14.
The inverter 13 includes a bridge circuit 13a formed by bridge connection using a plurality of switching elements (for example, MOSFETs: Metal Oxide Semi-conductor Field Effect Transistors) and a smoothing capacitor C, and the bridge circuit 13a performs pulse width modulation ( It is driven by the PWM signal.

このブリッジ回路13aでは、例えば各相毎に対をなすハイ側およびロー側U相トランジスタUH,ULと、ハイ側およびロー側V相トランジスタVH,VLと、ハイ側およびロー側W相トランジスタWH,WLとがブリッジ接続されている。そして、各トランジスタUH,VH,WHはドレインがバッテリ12の正極側端子に接続されてハイサイドアームを構成し、各トランジスタUL,VL,WLはソースがバッテリ12の接地された負極側端子に接続されてローサイドアームを構成している。そして、各相毎に、ハイサイドアームの各トランジスタUH,VH,WHのソースはローサイドアームの各トランジスタUL,VL,WLのドレインに接続され、各トランジスタUH,UL,VH,VL,WH,WLのドレイン−ソース間には、ソースからドレインに向けて順方向となるようにして、各ダイオードDUH,DUL,DVH,DVL,DWH,DWLが接続されている。   In this bridge circuit 13a, for example, a high-side and low-side U-phase transistor UH, UL paired for each phase, a high-side and low-side V-phase transistor VH, VL, a high-side and low-side W-phase transistor WH, WL is bridge-connected. Each transistor UH, VH, WH has a drain connected to the positive terminal of the battery 12 to form a high side arm, and each transistor UL, VL, WL has a source connected to the grounded negative terminal of the battery 12. It constitutes the low side arm. For each phase, the sources of the high-side arm transistors UH, VH, WH are connected to the drains of the low-side arm transistors UL, VL, WL, and the transistors UH, UL, VH, VL, WH, WL. Each of the diodes DUH, DUL, DVH, DVL, DWH, DWL is connected between the drain and the source so as to be in the forward direction from the source to the drain.

インバータ13は、例えばモータ11の駆動時等においてモータ制御装置14から出力されて各トランジスタUH,VH,WH,UL,VL,WLのゲートに入力されるスイッチング指令であるゲート信号(つまり、PWM信号)に基づき、各相毎に対をなす各トランジスタのオン(導通)/オフ(遮断)状態を切り替えることによって、バッテリ12から供給される直流電力を3相交流電力に変換し、3相のステータ巻線への通電を順次転流させることで、各相のステータ巻線に交流のU相電流IuおよびV相電流IvおよびW相電流Iwを通電する。   The inverter 13 is, for example, a gate signal (that is, a PWM signal) that is a switching command that is output from the motor control device 14 when driving the motor 11 and is input to the gates of the transistors UH, VH, WH, UL, VL, WL. ), The DC power supplied from the battery 12 is converted into the three-phase AC power by switching the on / off (cut-off) state of each pair of transistors for each phase. By sequentially commutating energization to the windings, AC U-phase current Iu, V-phase current Iv and W-phase current Iw are passed through the stator windings of each phase.

モータ制御装置14は、後述するように、回転直交座標をなすγ−δ座標上で電流のフィードバック制御(ベクトル制御)を行うものであり、指令γ軸電流Iγc及び指令δ軸電流Iδcを演算し、指令γ軸電流Iγc及び指令δ軸電流Iδcに基づいて各相電圧指令Vu,Vv,Vwを算出し、各相電圧指令Vu,Vv,Vwに応じてインバータ13に対するゲート信号であるPWM信号を出力する。そして、実際にインバータ13からモータ11に供給される各相電流Iu,Iv,Iwをγ−δ座標上に変換して得たγ軸電流Iγ及びδ軸電流Iδと、指令γ軸電流Iγc及び指令δ軸電流Iδcとの各偏差がゼロとなるように制御をおこなう。   As will be described later, the motor control device 14 performs feedback control (vector control) of current on the γ-δ coordinates forming the rotation orthogonal coordinates, and calculates the command γ-axis current Iγc and the command δ-axis current Iδc. The phase voltage commands Vu, Vv, and Vw are calculated based on the command γ-axis current Iγc and the command δ-axis current Iδc, and a PWM signal that is a gate signal for the inverter 13 is calculated according to the phase voltage commands Vu, Vv, and Vw. Output. Then, the γ-axis current Iγ and the δ-axis current Iδ obtained by converting the phase currents Iu, Iv, Iw actually supplied from the inverter 13 to the motor 11 on the γ-δ coordinates, the command γ-axis current Iγc, and Control is performed so that each deviation from the command δ-axis current Iδc becomes zero.

モータ制御装置14は、例えば電流センサI/F(インターフェース)21と、過電流保護装置22と、相電流推定部23と、制御装置24と、PWM信号生成部25とを備えて構成されている。
電流センサI/F(インターフェース)21は、インバータ13のブリッジ回路13aとバッテリ12の負極側端子との間において、インバータ13のブリッジ回路13aの直流側電流Idcを検出する直流側電流センサ31に接続され、直流側電流センサ31から出力される検出信号を過電流保護装置22および相電流推定部23に出力する。
なお、直流側電流センサ31はインバータ13のブリッジ回路13aとバッテリ12の正極側端子との間に配置されてもよい。
The motor control device 14 includes, for example, a current sensor I / F (interface) 21, an overcurrent protection device 22, a phase current estimation unit 23, a control device 24, and a PWM signal generation unit 25. .
The current sensor I / F (interface) 21 is connected to a DC side current sensor 31 that detects a DC side current Idc of the bridge circuit 13a of the inverter 13 between the bridge circuit 13a of the inverter 13 and the negative terminal of the battery 12. Then, the detection signal output from the DC side current sensor 31 is output to the overcurrent protection device 22 and the phase current estimation unit 23.
The direct current sensor 31 may be disposed between the bridge circuit 13a of the inverter 13 and the positive terminal of the battery 12.

過電流保護装置22は、直流側電流センサ31により検出される直流側電流Idcに応じて所定の過電流保護の動作をおこなう。
相電流推定部23は、PWM信号生成部25から出力されるゲート信号(つまり、PWM信号)に応じた検出タイミングで直流側電流センサ31により検出される直流側電流Idcに基づき、実際にインバータ13からモータ11に供給される各相電流Iu,Iv,Iwを推定する。なお、この相電流推定部23の動作の詳細は後述する。
The overcurrent protection device 22 performs a predetermined overcurrent protection operation according to the DC side current Idc detected by the DC side current sensor 31.
The phase current estimation unit 23 actually uses the inverter 13 based on the DC side current Idc detected by the DC side current sensor 31 at the detection timing according to the gate signal (that is, PWM signal) output from the PWM signal generation unit 25. The phase currents Iu, Iv, and Iw supplied to the motor 11 are estimated. Details of the operation of the phase current estimation unit 23 will be described later.

制御装置24は、例えば図4に示すように、実際のモータ11が有する回転直交座標のd−q軸に対して、実際の回転角と推定または指定した回転角との差である位相差Δθeおよび回転速度ωeを有する回転直交座標のγ−δ軸を設定し、このγ−δ座標上で電流のフィードバック制御(ベクトル制御)をおこなう。
制御装置24は、指令γ軸電流Iγc及び指令δ軸電流Iδcを生成し、指令γ軸電流Iγc及び指令δ軸電流Iδcに基づいて各相電圧指令Vu,Vv,Vwを算出し、PWM信号生成部25に出力する。
また、制御装置24は、相電流推定部23から出力される各相電流Iu,Iv,Iwをγδ座標上に変換して得たγ軸電流Iγ及びδ軸電流Iδと、指令γ軸電流Iγc及び指令δ軸電流Iδcとの各偏差がゼロとなるように電流のフィードバック制御(ベクトル制御)をおこなう。
なお、この制御装置24の動作の詳細は後述する。
For example, as shown in FIG. 4, the control device 24 has a phase difference Δθe that is a difference between the actual rotation angle and the estimated or designated rotation angle with respect to the dq axes of the rotation orthogonal coordinates of the actual motor 11. Then, a γ-δ axis of rotation orthogonal coordinates having a rotation speed ωe is set, and current feedback control (vector control) is performed on the γ-δ coordinates.
The control device 24 generates a command γ-axis current Iγc and a command δ-axis current Iδc, calculates each phase voltage command Vu, Vv, Vw based on the command γ-axis current Iγc and the command δ-axis current Iδc, and generates a PWM signal. To the unit 25.
Further, the control device 24 converts the phase currents Iu, Iv, and Iw output from the phase current estimation unit 23 onto the γδ coordinates, the γ-axis current Iγ and the δ-axis current Iδ, and the command γ-axis current Iγc. Current feedback control (vector control) is performed so that each deviation from the command δ-axis current Iδc becomes zero.
Details of the operation of the control device 24 will be described later.

PWM信号生成部25は、正弦波状の電流を3相のステータ巻線に通電するために、各相電圧指令Vu,Vv,Vwと、三角波などのキャリア信号とを比較して、インバータ13の各トランジスタUH,VH,WH,UL,VL,WLをオン/オフ駆動させるゲート信号(つまり、PWM信号)を生成する。そして、インバータ13において3相の各相毎に対をなす各トランジスタのオン(導通)/オフ(遮断)状態を切り替えることによって、バッテリ12から供給される直流電力を3相交流電力に変換し、3相のモータ11の各ステータ巻線への通電を順次転流させることで、各ステータ巻線に交流のU相電流IuおよびV相電流IvおよびW相電流Iwを通電する。   The PWM signal generation unit 25 compares each phase voltage command Vu, Vv, Vw with a carrier signal such as a triangular wave in order to pass a sinusoidal current to the three-phase stator winding, and A gate signal (that is, a PWM signal) for driving the transistors UH, VH, WH, UL, VL, WL on / off is generated. Then, the inverter 13 converts the DC power supplied from the battery 12 into three-phase AC power by switching the on (conductive) / off (cut-off) state of each transistor that forms a pair for each of the three phases. By sequentially commutating energization to each stator winding of the three-phase motor 11, AC U-phase current Iu, V-phase current Iv, and W-phase current Iw are energized to each stator winding.

PWM信号生成部25からインバータ13に入力されるゲート信号は、各相毎に対をなす各トランジスタUH,ULおよびVH,VLおよびWH,WLのオン/オフ状態の組み合わせに応じて、例えば下記表1および図2(A)〜(H)に示すように、8通りの各スイッチング状態S1〜S8(つまり、60度ずつ位相が異なる基本電圧ベクトルV0〜V7の状態)に応じたPWM(パルス幅変調)信号となる。なお、下記表1においては、ハイ側(High)およびロー側(Low)の各トランジスタのうちオン状態となるトランジスタを示しており、図2(A)〜(H)においてはオン状態となるトランジスタが網掛け表示されている。
そして、インバータ13のブリッジ回路13aの直流側には各スイッチング状態S1〜S8に応じて断続的に各相電流Iu,Iv,Iwが発生し、直流側電流センサ31により検出される直流側電流Idcは、各相電流Iu,Iv,Iwの何れかひとつ、あるいは、各相電流Iu,Iv,Iwの何れかひとつの符号が反転したもの、あるいは、ゼロとなる。
The gate signal input from the PWM signal generation unit 25 to the inverter 13 is, for example, according to the combination of the on / off states of the transistors UH, UL and VH, VL and WH, WL that are paired for each phase. 1 and FIGS. 2A to 2H, the PWM (pulse width) corresponding to each of the eight switching states S1 to S8 (that is, the states of the basic voltage vectors V0 to V7 having different phases by 60 degrees). Modulation) signal. In Table 1 below, the transistors that are turned on among the high-side (High) and low-side (Low) transistors are shown, and the transistors that are turned on in FIGS. Is shaded.
Then, phase currents Iu, Iv, Iw are intermittently generated on the DC side of the bridge circuit 13a of the inverter 13 according to the switching states S1 to S8, and the DC side current Idc detected by the DC side current sensor 31. Is one of the phase currents Iu, Iv, Iw, or one of the phase currents Iu, Iv, Iw inverted, or zero.

Figure 0005165545
Figure 0005165545

相電流推定部23は、例えば、三角波などのキャリア信号の1周期の期間において、上述した各スイッチング状態S2〜S7(つまり、60度ずつ位相が異なる基本電圧ベクトルV1〜V6の状態)のうちの所定の2組の状態において直流側電流センサ31により検出される直流側電流Idcから3相の相電流のうち2相の相電流を取得する。そして、これらの2相の相電流に基づき、3相の相電流のうち他の1相の相電流を推定する。そして、直流側電流センサ31により検出される直流側電流Idcから推定して得た3相の相電流の各推定値を制御装置24に出力する。   The phase current estimation unit 23, for example, in each of the switching states S2 to S7 (that is, the states of the basic voltage vectors V1 to V6 having different phases by 60 degrees) in one period of a carrier signal such as a triangular wave, for example. The two-phase phase currents of the three-phase phase currents are acquired from the DC-side current Idc detected by the DC-side current sensor 31 in two predetermined sets of states. Then, based on these two-phase phase currents, the other one-phase phase current among the three-phase phase currents is estimated. Then, each estimated value of the three-phase current obtained by estimating from the DC-side current Idc detected by the DC-side current sensor 31 is output to the control device 24.

例えば図3に示すように、三角波のキャリア信号を用いた3相変調時においては、三角波のキャリア(搬送波)信号の谷側の頂点(キャリア頂点)に対して対称な電圧パターンでのキャリア信号の1周期Tsの期間において、2相分の各相電流の検出値を2回取得することができる。
つまり、相電流推定部23は、キャリア頂点に対して対称な2回の基本電圧ベクトルV1の状態において、キャリア頂点に対して対称な時刻tu1,tu2(つまり、谷側のキャリア頂点の時刻tpに対して、同一の時間間隔T1を有する時刻であって、直流側電流検出タイミング)で直流側電流センサ31により検出される直流側電流Idcから、第1U相電流Iu1および第2U相電流Iu2を取得し、さらに、キャリア頂点に対して対称な2回の基本電圧ベクトルV3の状態において、キャリア頂点に対して対称な時刻tw1,tw2(つまり、谷側のキャリア頂点の時刻tpに対して、同一の時間間隔T2を有する時刻であって、直流側電流検出タイミング)で直流側電流センサ31により検出される直流側電流Idcから、第1W相電流Iw1および第2W相電流Iw2を取得する。
For example, as shown in FIG. 3, in the case of three-phase modulation using a triangular carrier signal, the carrier signal with a voltage pattern symmetrical to the peak (carrier vertex) on the valley side of the triangular carrier signal is obtained. In the period of one cycle Ts, the detected value of each phase current for two phases can be acquired twice.
In other words, the phase current estimation unit 23 is symmetric with respect to the carrier vertex at times tu1 and tu2 (that is, at the time tp of the carrier vertex on the valley side) in the state of the two basic voltage vectors V1 symmetrical with respect to the carrier vertex. On the other hand, the first U-phase current Iu1 and the second U-phase current Iu2 are acquired from the DC-side current Idc detected by the DC-side current sensor 31 at the time having the same time interval T1 and at the DC-side current detection timing). In addition, in the state of the two times basic voltage vector V3 that is symmetric with respect to the carrier vertex, times tw1 and tw2 that are symmetric with respect to the carrier vertex (that is, the same for the time tp of the carrier vertex on the valley side) From the DC side current Idc detected by the DC side current sensor 31 at the time having the time interval T2 and at the DC side current detection timing), the first W It acquires current Iw1 and the 2W-phase current Iw2.

そして、相電流推定部23は、各相毎に、各相電流Iu1,Iu2およびIw1,Iw2に基づき平均値を算出し、各平均値を谷側のキャリア頂点の時刻tp(つまり、推定相電流同期化タイミング)での電流値とする。これにより、2相の相電流(つまり、U相電流およびW相電流)の電流値のタイミングが、直流側電流検出タイミング(つまり、各時刻tu1,tu2,tw1,tw2)から谷側のキャリア頂点の時刻tp(推定相電流同期化タイミング)に同期化される。
そして、相電流推定部23は、同一タイミングでの各相電流の電流値の総和はゼロであることを用いて、2相の相電流(例えば、U相電流およびW相電流)の電流値(つまり、谷側のキャリア頂点の時刻tpでの電流値)から、他の1相の相電流(例えば、V相電流)の電流値を算出する。これにより、3相の相電流の電流値のタイミングが谷側のキャリア頂点の時刻tpに同期化される。
なお、相電流推定部23は、各相電流Iu1,Iu2およびIw1,Iw2に基づき平均値を算出して、2相の相電流から他の1相の相電流を推定するとしたが、これに限定されず、他の推定方法によって各相電流を推定してもよい。
Then, the phase current estimation unit 23 calculates an average value for each phase based on the phase currents Iu1, Iu2 and Iw1, Iw2, and calculates each average value at the time tp at the peak of the carrier on the valley side (that is, the estimated phase current). Current value at synchronization timing). Thereby, the timing of the current value of the two-phase phase current (that is, the U-phase current and the W-phase current) is changed from the DC-side current detection timing (that is, each time tu1, tu2, tw1, tw2) to the carrier peak on the valley side. At time tp (estimated phase current synchronization timing).
Then, the phase current estimation unit 23 uses the fact that the sum of the current values of the respective phase currents at the same timing is zero, so that the current values of the two-phase currents (for example, the U-phase current and the W-phase current) ( That is, the current value of the other one-phase phase current (for example, V-phase current) is calculated from the current value at the time tp at the carrier apex on the valley side. Thereby, the timing of the current value of the three-phase phase current is synchronized with the time tp of the carrier peak on the valley side.
The phase current estimation unit 23 calculates the average value based on the phase currents Iu1, Iu2 and Iw1, Iw2, and estimates the phase current of the other one phase from the two-phase phase current. However, the present invention is not limited to this. Instead, each phase current may be estimated by another estimation method.

制御装置24は、例えば図5に示すように、速度制御部41と、指令電流生成部42と、電流制御部43と、γδ−3相変換部44と、3相−γδ変換部45と、磁極位置誤差推定部46と、回転速度−磁極位置演算部47と、電気角−機械角変換部48とを備えて構成されている。   For example, as shown in FIG. 5, the control device 24 includes a speed control unit 41, a command current generation unit 42, a current control unit 43, a γδ-3 phase conversion unit 44, a three phase-γδ conversion unit 45, A magnetic pole position error estimation unit 46, a rotation speed-magnetic pole position calculation unit 47, and an electrical angle-mechanical angle conversion unit 48 are provided.

速度制御部41は、外部から入力される回転速度指令値ωrcに基づき、例えば電気角−機械角変換部48から出力される回転速度ωr(機械角)に応じたクローズループ制御により、トルク指令Tcを演算する。そして、トルク指令Tcを出力する。
なお、制御装置24は、この速度制御部41の代わりにトルク制御部を備え、トルク制御を実行してもよい。
The speed control unit 41 is based on the rotational speed command value ωrc input from the outside, for example, by the closed loop control corresponding to the rotational speed ωr (mechanical angle) output from the electrical angle-mechanical angle conversion unit 48, and the torque command Tc. Is calculated. Then, a torque command Tc is output.
The control device 24 may include a torque control unit instead of the speed control unit 41, and execute torque control.

指令電流生成部42は、速度制御部41から出力されるトルク指令Tcに基づき指令δ軸電流Iδcを演算する。そして、指令δ軸電流Iδcに基づき、指令γ軸電流Iγcを演算し、指令δ軸電流Iδcおよび指令γ軸電流Iγcを出力する。   The command current generator 42 calculates a command δ-axis current Iδc based on the torque command Tc output from the speed controller 41. Based on the command δ-axis current Iδc, the command γ-axis current Iγc is calculated, and the command δ-axis current Iδc and the command γ-axis current Iγc are output.

電流制御部43は、指令電流生成部42から出力される指令γ軸電流Iγcと3相−γδ変換部45から出力されるγ軸電流Iγとの偏差ΔIγを算出し、指令電流生成部42から出力される指令δ軸電流Iδcと3相−γδ変換部45から出力されるδ軸電流Iδとの偏差ΔIδを算出する。そして、例えばPI(比例・積分)動作などにより、偏差ΔIγを制御増幅してγ軸電圧指令値Vγを算出し、偏差ΔIδを制御増幅してδ軸電圧指令値Vδを算出する。そして、γ軸電圧指令値Vγおよびδ軸電圧指令値Vδを出力する。   The current control unit 43 calculates a deviation ΔIγ between the command γ-axis current Iγc output from the command current generation unit 42 and the γ-axis current Iγ output from the three-phase-γδ conversion unit 45, and the command current generation unit 42 A deviation ΔIδ between the output command δ-axis current Iδc and the δ-axis current Iδ output from the three-phase-γδ converter 45 is calculated. Then, for example, by PI (proportional / integral) operation, the deviation ΔIγ is controlled and amplified to calculate the γ-axis voltage command value Vγ, and the deviation ΔIδ is controlled and amplified to calculate the δ-axis voltage command value Vδ. Then, the γ-axis voltage command value Vγ and the δ-axis voltage command value Vδ are output.

γδ−3相変換部44は、回転速度−磁極位置演算部47から出力されるモータ11の磁極位置推定値θeにより、γ−δ座標上でのγ軸電圧指令値Vγおよびδ軸電圧指令値Vδを、静止座標である3相交流座標上での電圧指令値であるU相電圧指令VuおよびV相電圧指令VvおよびW相電圧指令Vwに変換する。
3相−γδ変換部45は、回転速度−磁極位置演算部47から出力されるモータ11の磁極位置推定値θeにより、相電流推定部23から出力される各相電流Iu,Iv,Iwの推定値を、γ−δ座標上でのγ軸電流Iγ及びδ軸電流Iδに変換する。
The γδ-3 phase conversion unit 44 uses the estimated magnetic pole position value θe of the motor 11 output from the rotation speed-magnetic pole position calculation unit 47 to generate a γ-axis voltage command value Vγ and a δ-axis voltage command value on the γ-δ coordinates. Vδ is converted into a U-phase voltage command Vu, a V-phase voltage command Vv, and a W-phase voltage command Vw, which are voltage command values on a three-phase AC coordinate that is a stationary coordinate.
The three-phase-γδ conversion unit 45 estimates each phase current Iu, Iv, Iw output from the phase current estimation unit 23 based on the magnetic pole position estimated value θe of the motor 11 output from the rotation speed-magnetic pole position calculation unit 47. The value is converted into a γ-axis current Iγ and a δ-axis current Iδ on the γ-δ coordinates.

磁極位置誤差推定部46は、例えば、電流制御部43から出力されるγ軸電圧指令値Vγ及びδ軸電圧指令値Vδと、3相−γδ変換部45から出力されるγ軸電流Iγ及びδ軸電流Iδとに基づき、モータ11の回転時にモータ11が発生する誘起電圧が回転速度によって変化することを利用して位相差Δθeを推定する。   The magnetic pole position error estimation unit 46, for example, the γ-axis voltage command value Vγ and δ-axis voltage command value Vδ output from the current control unit 43 and the γ-axis currents Iγ and δ output from the three-phase-γδ conversion unit 45. Based on the shaft current Iδ, the phase difference Δθe is estimated using the fact that the induced voltage generated by the motor 11 when the motor 11 rotates changes with the rotational speed.

磁極位置誤差推定部46は、例えば図6に示すように、モータモデル電流演算部51と、γ軸電流偏差算出部52aおよびδ軸電流偏差算出部52bと、磁極位置誤差演算部53とを備えて構成されている。   As shown in FIG. 6, for example, the magnetic pole position error estimation unit 46 includes a motor model current calculation unit 51, a γ-axis current deviation calculation unit 52a, a δ-axis current deviation calculation unit 52b, and a magnetic pole position error calculation unit 53. Configured.

モータモデル電流演算部51は、電流制御部43から出力されるγ軸電圧指令値Vγ及びδ軸電圧指令値Vδを用いて、モータ11の所定モデルの電圧方程式によりγ軸モデル電流IγM及びδ軸モデル電流IδMを算出し、各モデル電流IγM,IδMを出力する。
先ず、以下に、モータ11の所定モデルの電圧方程式について説明する。
γδ座標系でのモータ11の電圧方程式(つまり、連続時間での電圧方程式)は、例えば、γ軸電圧指令値Vγ及びδ軸電圧指令値Vδと、巻線抵抗Rと、微分演算子pと、d軸インダクタンスLdおよびq軸インダクタンスLqと、位相差Δθeと、回転速度推定値ωeと、d軸電流Id及びq軸電流Iqと、永久磁石の磁束成分(誘起電圧定数)φとにより、例えば下記数式(1)に示すように記述される。
The motor model current calculation unit 51 uses the γ-axis voltage command value Vγ and the δ-axis voltage command value Vδ output from the current control unit 43 to calculate the γ-axis model current IγM and δ-axis according to the voltage equation of a predetermined model of the motor 11. The model current IδM is calculated, and the model currents IγM and IδM are output.
First, the voltage equation of a predetermined model of the motor 11 will be described below.
The voltage equation of the motor 11 in the γδ coordinate system (that is, the voltage equation in continuous time) is, for example, the γ-axis voltage command value Vγ and the δ-axis voltage command value Vδ, the winding resistance R, and the differential operator p. , D-axis inductance Ld and q-axis inductance Lq, phase difference Δθe, rotational speed estimation value ωe, d-axis current Id and q-axis current Iq, and magnetic flux component (induced voltage constant) φ of the permanent magnet, for example, It is described as shown in the following mathematical formula (1).

Figure 0005165545
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上記数式(1)において、磁極位置および回転速度に係る項を外乱として削除すると、モータ11の簡易的な電圧方程式は、下記数式(2)に示すように記述される。   In the above formula (1), if terms relating to the magnetic pole position and the rotational speed are deleted as disturbances, a simple voltage equation of the motor 11 is described as shown in the following formula (2).

Figure 0005165545
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ところで、3相−γδ変換部45から出力されるγ軸電流Iγ及びδ軸電流Iδは、相電流推定部23から出力される各相電流Iu,Iv,Iwの推定値が座標変換されたものであるから、各相電流Iu,Iv,Iwの推定値と同等のタイミング、つまり図3に示す谷側のキャリア頂点の時刻tp(推定相電流同期化タイミング)での値を有している。
これに対して、電流制御部43から出力されるγ軸電圧指令値Vγ及びδ軸電圧指令値Vδは、モータ制御装置14により実行される電流のフィードバック制御の制御周期に応じたタイミング、つまり図3に示す山側のキャリア頂点の時刻ts(例えば、各相電流を直接的に検出する相電流センサを備える比較例において各相電流が検出されるタイミングであって、実相電流検出タイミング)での値を有している。
従って、電流制御部43から出力されるγ軸電圧指令値Vγ及びδ軸電圧指令値Vδのタイミングを、3相−γδ変換部45から出力されるγ軸電流Iγ及びδ軸電流Iδのタイミングに同期化させると、図3に示す谷側のキャリア頂点の時刻tp(推定相電流同期化タイミング)でのγ軸電圧指令値Vγ及びδ軸電圧指令値Vδは、例えば下記数式(3)に示すように記述される。なお、下記数式(3)において、任意の自然数n,mは、それぞれ同一の任意の制御周期での山側のキャリア頂点に対応するインデックスと谷側のキャリア頂点に対応するインデックスである。
Incidentally, the γ-axis current Iγ and the δ-axis current Iδ output from the three-phase-γδ conversion unit 45 are obtained by coordinate conversion of the estimated values of the phase currents Iu, Iv, and Iw output from the phase current estimation unit 23. Therefore, it has a value equivalent to the estimated value of each phase current Iu, Iv, Iw, that is, a value at time tp (estimated phase current synchronization timing) of the carrier peak on the valley side shown in FIG.
On the other hand, the γ-axis voltage command value Vγ and the δ-axis voltage command value Vδ output from the current control unit 43 are timings corresponding to the control cycle of the current feedback control executed by the motor control device 14, that is, The value at the time ts at the peak of the carrier shown in FIG. 3 (for example, the timing at which each phase current is detected in the comparative example including the phase current sensor that directly detects each phase current and the actual phase current detection timing) have.
Therefore, the timing of the γ-axis voltage command value Vγ and the δ-axis voltage command value Vδ output from the current control unit 43 is set to the timing of the γ-axis current Iγ and δ-axis current Iδ output from the three-phase-γδ conversion unit 45. When synchronized, the γ-axis voltage command value Vγ and the δ-axis voltage command value Vδ at the time tp (estimated phase current synchronization timing) of the carrier peak on the valley side shown in FIG. Is described as follows. In the following mathematical formula (3), arbitrary natural numbers n and m are an index corresponding to a peak on the peak side and an index corresponding to a peak on the valley side in the same arbitrary control cycle.

Figure 0005165545
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連続時間での簡易的な電圧方程式である上記数式(2)を、例えばオイラー近似を用いて図3に示す谷側のキャリア頂点の時刻tp(推定相電流同期化タイミング)で離散化し、さらに上記数式(3)を適用すると、離散時間状態方程式は、キャリア信号の1周期Tsにより、例えば下記数式(4)に示すように記述される。   The above equation (2), which is a simple voltage equation in continuous time, is discretized at the time tp (estimated phase current synchronization timing) of the carrier peak on the valley side shown in FIG. 3 using, for example, Euler approximation, and further When the mathematical formula (3) is applied, the discrete time state equation is described by, for example, the following mathematical formula (4) by one period Ts of the carrier signal.

Figure 0005165545
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モータモデル電流演算部51は、電流制御部43から出力されるγ軸電圧指令値Vγ及びδ軸電圧指令値Vδ、つまり図3に示す山側のキャリア頂点の時刻ts(実相電流検出タイミング)での値を有する(n−1)番目,(n−2)番目のγ軸電圧指令値Vγ[n−1],Vγ[n−2]及びδ軸電圧指令値Vδ[n−1],Vδ[n−2]を用いて、上記数式(4)に示すモータ11の所定モデルの電圧方程式により、図3に示す谷側のキャリア頂点の時刻tp(推定相電流同期化タイミング)での値を有する(m)番目のγ軸モデル電流IγM[m]及びδ軸モデル電流IδM[m]を算出し、各モデル電流IγM[m],IδM[m]を出力する。   The motor model current calculation unit 51 outputs the γ-axis voltage command value Vγ and the δ-axis voltage command value Vδ output from the current control unit 43, that is, the time ts (actual phase current detection timing) at the peak of the carrier shown in FIG. (N-1) -th and (n-2) -th γ-axis voltage command values Vγ [n−1], Vγ [n-2] and δ-axis voltage command values Vδ [n−1], Vδ [ n-2], and the voltage equation of the predetermined model of the motor 11 shown in the above equation (4) has a value at the time tp (estimated phase current synchronization timing) of the carrier peak on the valley side shown in FIG. (M) The γ-axis model current IγM [m] and the δ-axis model current IδM [m] are calculated, and the model currents IγM [m] and IδM [m] are output.

γ軸電流偏差算出部52aおよびδ軸電流偏差算出部52bは、例えば下記数式(5)に示すように、図3に示す谷側のキャリア頂点の時刻tp(推定相電流同期化タイミング)の(m)番目で、3相−γδ変換部45から出力されるγ軸電流Iγ[m]及びδ軸電流Iδ[m]と、モータモデル電流演算部51から出力される各モデル電流IγM[m],IδM[m]との各電流偏差ΔIγM[m],ΔIδM[m]を算出し、各電流偏差ΔIγM[m],ΔIδM[m]を出力する。   The γ-axis current deviation calculation unit 52a and the δ-axis current deviation calculation unit 52b, for example, as shown in the following formula (5), at the time tp (estimated phase current synchronization timing) of the valley-side carrier apex shown in FIG. m) The γ-axis current Iγ [m] and δ-axis current Iδ [m] output from the three-phase-γδ converter 45 and the model currents IγM [m] output from the motor model current calculator 51 , IδM [m] and ΔIδM [m] and ΔIδM [m] are calculated, and the current deviations ΔIγM [m] and ΔIδM [m] are output.

Figure 0005165545
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磁極位置誤差演算部53は、例えば、γ軸電流偏差算出部52aおよびδ軸電流偏差算出部52bから出力される(m)番目での各電流偏差ΔIγM[m],ΔIδM[m]と、(m−1)番目での回転速度推定値ωe[m−1]と、3相−γδ変換部45から出力される(m−1)番目でのγ軸電流Iγ[m−1]及びδ軸電流Iδ[m−1]と、予め既知とされるモータ11の電気的回路定数(つまり、各インダクタンスLd,Lqおよびキャリア信号の1周期Ts)とにより、下記数式(6)に基づき、(m)番目での位相差Δθeを算出する。そして、位相差Δθeを出力する。
なお、下記数式(6)は、上記数式(1)に示すモータ11の電圧方程式を離散化して得た離散時間状態方程式と、上記数式(4)に示すモータ11の所定モデルの電圧方程式、つまりモータ11の簡易的な電圧方程式を離散化して得た離散時間状態方程式とに基づき算出される。
For example, the magnetic pole position error calculation unit 53 outputs (m) -th current deviations ΔIγM [m] and ΔIδM [m] output from the γ-axis current deviation calculation unit 52a and the δ-axis current deviation calculation unit 52b, The (m−1) th rotational speed estimation value ωe [m−1], the (m−1) th γ-axis current Iγ [m−1] and the δ-axis output from the three-phase-γδ converter 45. Based on the following formula (6), the current Iδ [m−1] and the electrical circuit constant of the motor 11 that is known in advance (that is, each inductance Ld, Lq and one period Ts of the carrier signal) The first phase difference Δθe is calculated. Then, the phase difference Δθe is output.
The following formula (6) is a discrete time state equation obtained by discretizing the voltage equation of the motor 11 shown in the formula (1), and a voltage equation of a predetermined model of the motor 11 shown in the formula (4). It is calculated based on a discrete time state equation obtained by discretizing a simple voltage equation of the motor 11.

Figure 0005165545
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回転速度−磁極位置演算部47は、磁極位置誤差推定部46から出力される位相差Δθeに基づき、PLL(Phase-locked loop)による位相同期処理をおこなう。   The rotation speed-magnetic pole position calculation unit 47 performs phase synchronization processing by PLL (Phase-locked loop) based on the phase difference Δθe output from the magnetic pole position error estimation unit 46.

位相同期部56は、位相同期処理として、例えばPI(比例・積分)動作を実行し、例えば下記数式(7)に示すように記述される伝達関数Ge(s)に基づき、比例ゲインKpおよび積分ゲインKiにより、例えば下記数式(8)に示すようにして、位相差Δθeから回転速度推定値ωeを演算する。そして、回転速度推定値ωeを出力する。   As the phase synchronization process, the phase synchronization unit 56 performs, for example, a PI (proportional / integral) operation, and, for example, based on the transfer function Ge (s) described as shown in the following formula (7), the proportional gain Kp and the integral Based on the gain Ki, the rotational speed estimated value ωe is calculated from the phase difference Δθe, for example, as shown in the following formula (8). Then, the estimated rotational speed value ωe is output.

Figure 0005165545
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Figure 0005165545
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積分演算部57は、例えば下記数式(9)に示すように、位相同期部56から出力される回転速度推定値ωeを積分して磁極位置推定値θeを演算する。そして、磁極位置推定値θeを出力する。   The integration calculation unit 57 calculates the magnetic pole position estimation value θe by integrating the rotational speed estimation value ωe output from the phase synchronization unit 56, for example, as shown in the following formula (9). Then, the magnetic pole position estimated value θe is output.

Figure 0005165545
Figure 0005165545

なお、回転速度−磁極位置演算部47は、PI動作に限定されず、例えば図8および下記数式(10)に示す変形例のように、位相差Δθeを入力値とする同一次元オブザーバによる追従演算処理を実行して、回転速度推定値ωe及び磁極位置推定値θeを演算してもよい。   Note that the rotation speed-magnetic pole position calculation unit 47 is not limited to the PI operation, and, for example, a follow-up calculation by a one-dimensional observer using the phase difference Δθe as an input value as in the modification shown in FIG. 8 and the following formula (10). Processing may be executed to calculate the rotational speed estimated value ωe and the magnetic pole position estimated value θe.

Figure 0005165545
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電気角−機械角変換部48は、モータ11の極対数qに応じて、回転速度−磁極位置演算部47から出力される回転速度推定値ωeを回転速度ωr(機械角)に変換し、回転速度ωr(機械角)を出力する。   The electrical angle-mechanical angle conversion unit 48 converts the rotational speed estimated value ωe output from the rotational speed-magnetic pole position calculation unit 47 into a rotational speed ωr (mechanical angle) according to the number of pole pairs q of the motor 11 and rotates. The speed ωr (mechanical angle) is output.

上述したように、本実施形態による電動機の磁極位置推定装置10によれば、相電流推定部23により推定される3相の各相電流Iu,Iv,Iwの電流値は同一の所定タイミングに同期化され、さらに、モータ11の所定モデルの電圧方程式は、各相電流Iu,Iv,Iwの電流値と同一の所定タイミングを基準とすることから、各相電流Iu,Iv,Iwに応じたγ軸電流Iγ及びδ軸電流Iδと、電圧方程式に応じた各モデル電流IγM,IδMとのタイミングが一致し、位相差Δθeおよび磁極位置推定値θeを適切に算出することができる。
しかも、同期化される所定タイミングをキャリア頂点とすることから、各相電流Iu,Iv,Iwの推定時において雑音に起因する誤差を低減しつつ、3相の相電流Iu,Iv,Iw毎の推定精度を向上させることができる。これにより、モータ11の磁極位置推定値θeを精度良く推定することができる。
As described above, according to the magnetic pole position estimation apparatus 10 of the motor according to the present embodiment, the current values of the three-phase currents Iu, Iv, Iw estimated by the phase current estimation unit 23 are synchronized with the same predetermined timing. Furthermore, since the voltage equation of the predetermined model of the motor 11 is based on the same predetermined timing as the current value of each phase current Iu, Iv, Iw, γ corresponding to each phase current Iu, Iv, Iw The timings of the shaft current Iγ and the δ-axis current Iδ and the model currents IγM and IδM corresponding to the voltage equation coincide with each other, and the phase difference Δθe and the magnetic pole position estimated value θe can be appropriately calculated.
In addition, since the predetermined timing to be synchronized is set as the carrier apex, each phase current Iu, Iv, Iw is estimated for each of the three-phase phase currents Iu, Iv, Iw while reducing errors caused by noise. The estimation accuracy can be improved. Thereby, the magnetic pole position estimated value θe of the motor 11 can be accurately estimated.

なお、上述した実施の形態において、磁極位置誤差推定部46は、モータ11の回転時にモータ11が発生する誘起電圧が回転速度によって変化することを利用して位相差Δθeを推定するとしたが、これに限定されず、例えば電流制御部43から出力されるγ軸電圧指令値Vγ及びδ軸電圧指令値Vδに高調波電圧を印加し、インダクタンスが磁極位置により変化することを利用して位相差Δθeを推定してもよい。この場合においても、モータ11の所定モデルの電圧方程式が、3相−γδ変換部45から出力されるγ軸電流Iγ及びδ軸電流Iδと同一のタイミングで同期化されていればよい。   In the above-described embodiment, the magnetic pole position error estimation unit 46 estimates the phase difference Δθe by utilizing the fact that the induced voltage generated by the motor 11 changes according to the rotation speed when the motor 11 rotates. For example, the phase difference Δθe is utilized by applying a harmonic voltage to the γ-axis voltage command value Vγ and the δ-axis voltage command value Vδ output from the current control unit 43 and changing the inductance depending on the magnetic pole position. May be estimated. Even in this case, the voltage equation of the predetermined model of the motor 11 only needs to be synchronized at the same timing as the γ-axis current Iγ and the δ-axis current Iδ output from the three-phase-γδ conversion unit 45.

なお、上述した実施の形態において、相電流推定部23は、三角波のキャリア信号を用いた3相変調時に対して、キャリア信号の1周期Tsの期間において2相分の各相電流の検出値から各相毎に平均値を算出し、各平均値を谷側のキャリア頂点の時刻Ts/2での電流値とするとしたが、これに限定されず、例えば2相変調時に対しても、キャリア信号の1周期Tsの期間において2相分の各相電流の検出値から各相毎に平均値を算出し、各平均値を谷側のキャリア頂点の時刻Ts/2での電流値としてもよい。なお、相電流推定部23は、2相分の各相電流の検出値から各相毎に平均値を算出して、2相の相電流から他の1相の相電流を推定するとしたが、これに限定されず、他の推定方法によって各相電流を推定してもよい。   In the above-described embodiment, the phase current estimation unit 23 uses the detected values of the respective phase currents for two phases in the period of one cycle Ts of the carrier signal for three-phase modulation using a triangular wave carrier signal. An average value is calculated for each phase, and each average value is defined as a current value at the time Ts / 2 at the peak of the carrier on the valley side. However, the present invention is not limited to this. The average value may be calculated for each phase from the detected values of the phase currents for two phases in the period of one cycle Ts, and each average value may be used as the current value at the time Ts / 2 of the carrier peak on the valley side. The phase current estimation unit 23 calculates the average value for each phase from the detected values of the phase currents for two phases, and estimates the phase current of the other one phase from the phase currents of the two phases. However, the present invention is not limited to this, and each phase current may be estimated by another estimation method.

本発明の実施形態に係る電動機の磁極位置推定装置の構成図である。It is a block diagram of the magnetic pole position estimation apparatus of the electric motor which concerns on embodiment of this invention. 図1に示すインバータの各スイッチング状態S1〜S8を示す図である。It is a figure which shows each switching state S1-S8 of the inverter shown in FIG. 本発明の実施形態に係る搬送波と各トランジスタUH,ULおよびVH,VLおよびWH,WLのオン/オフのパターンと各相電流の検出タイミングの例を示す図である。It is a figure which shows the example of the detection timing of the on-off pattern and each phase current of the carrier wave and each transistor UH, UL and VH, VL and WH, WL which concern on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る回転直交座標のγ−δ軸およびd−q軸の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the (gamma) -delta axis | shaft of a rotation orthogonal coordinate and dq axis which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る電動機の磁極位置推定装置の構成図である。It is a block diagram of the magnetic pole position estimation apparatus of the electric motor which concerns on embodiment of this invention. 図5に示す磁極位置誤差推定部の構成図である。It is a block diagram of the magnetic pole position error estimation part shown in FIG. 図5に示す回転速度−磁極位置演算部の構成図である。It is a block diagram of the rotational speed-magnetic pole position calculating part shown in FIG. 本発明の実施形態の変形例に係る回転速度−磁極位置演算部の構成図である。It is a block diagram of the rotational speed-magnetic pole position calculating part which concerns on the modification of embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10 電動機の磁極位置推定装置
11 モータ
13 インバータ
23 相電流推定部(相電流推定手段、電流値算出手段)
24 制御装置
25 PWM信号生成部(パルス幅変調信号生成手段)
31 直流側電流センサ
46 磁極位置誤差推定部(位相差算出手段)
47 回転速度−磁極位置演算部(磁極位置演算手段)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Motor magnetic pole position estimation apparatus 11 Motor 13 Inverter 23 Phase current estimation part (Phase current estimation means, Current value calculation means)
24 controller 25 PWM signal generator (pulse width modulation signal generator)
31 DC-side current sensor 46 Magnetic pole position error estimator (phase difference calculation means)
47 Rotational speed-magnetic pole position calculator (magnetic pole position calculator)

Claims (2)

パルス幅変調信号により3相交流の電動機への通電を順次転流させるインバータと、前記パルス幅変調信号を搬送波信号により生成するパルス幅変調信号生成手段と、前記インバータの直流側電流を検出する直流側電流センサと、前記直流側電流センサにより検出された前記直流側電流に基づいて相電流を推定する相電流推定手段と、
dq座標系に対して位相差を有するγδ座標系を設定し、前記相電流推定手段により推定された前記相電流を前記γδ座標系に座標変換して得られる実電流と前記電動機の所定モデルの電圧方程式に応じたモデル電流との電流偏差に基づき前記位相差を算出する位相差算出手段と、前記位相差算出手段により算出された前記位相差に基づき前記電動機の磁極位置を演算する磁極位置演算手段とを備え、
前記相電流推定手段は、前記搬送波信号の1周期中での最大値または最小値のキャリア頂点に対して対称な電圧パターン内のそれぞれにおいて、前記キャリア頂点に対して対称なタイミングで前記相電流の各1点の電流値を推定しており、
前記相電流推定手段により推定された前記各1点からなる2点のタイミングでの前記電流値に基づき所定タイミングでの前記相電流の電流値を算出する電流値算出手段を備え、
前記電流値算出手段は、3相の前記相電流毎の前記所定タイミングを同期化しており、
前記電圧方程式の変数が得られる複数のタイミングに基づいて前記所定タイミングでの前記変数を算出することによって前記変数のタイミングを前記所定タイミングに同期化させる同期化手段を備え、
前記位相差算出手段は、前記電流値算出手段により同期化された前記所定タイミングでの前記実電流と、
連続時間での前記電圧方程式を前記所定タイミングで離散化するとともに、前記電圧方程式の前記変数のタイミングを前記同期化手段によって前記所定タイミングに同期化させることによって得られる前記モデル電流と、によって前記電流偏差を算出することを特徴とする電動機の磁極位置推定装置。
An inverter for sequentially commutating energization of a three-phase AC motor by a pulse width modulation signal, pulse width modulation signal generation means for generating the pulse width modulation signal from a carrier wave signal, and a direct current for detecting a DC side current of the inverter A side current sensor, phase current estimation means for estimating a phase current based on the DC side current detected by the DC side current sensor,
Set the γδ coordinate system having a phase difference with respect to the dq coordinate system, the phase current and the actual current obtained by coordinate converting the phase current estimated in the γδ coordinate system by estimating means, a predetermined model of the motor A phase difference calculating means for calculating the phase difference based on a current deviation from a model current corresponding to the voltage equation of the magnetic field, and a magnetic pole position for calculating the magnetic pole position of the electric motor based on the phase difference calculated by the phase difference calculating means An arithmetic means,
The phase current estimation means is configured to detect the phase current at a timing symmetric with respect to the carrier vertex in each of the voltage patterns symmetric with respect to the maximum or minimum carrier vertex in one period of the carrier signal. Estimate the current value of each one point,
Current value calculating means for calculating a current value of the phase current at a predetermined timing based on the current value at the timing of two points consisting of the one point estimated by the phase current estimating means;
The current value calculation means synchronizes the predetermined timing for each phase current of three phases,
Synchronization means for synchronizing the timing of the variable to the predetermined timing by calculating the variable at the predetermined timing based on a plurality of timings at which the variable of the voltage equation is obtained;
The phase difference calculating means, the actual current at the predetermined timing synchronized by the current value calculating means ,
The voltage equation in continuous time is discretized at the predetermined timing, and the current of the model equation is obtained by synchronizing the timing of the variable of the voltage equation with the predetermined timing by the synchronization means. An apparatus for estimating a magnetic pole position of an electric motor, wherein a deviation is calculated .
前記電流値算出手段は、前記相電流推定手段により推定された前記各1点からなる2点のタイミングでの前記電流値による平均値を、前記キャリア頂点での前記相電流の電流値として算出しており、
前記位相差算出手段は、前記キャリア頂点での前記電圧方程式に基づき前記位相差を算出することを特徴とする請求項1に記載の電動機の磁極位置推定装置。
The current value calculating means calculates an average value of the current values at the timing of two points consisting of the one point estimated by the phase current estimating means as a current value of the phase current at the carrier apex. And
2. The motor magnetic pole position estimation device according to claim 1, wherein the phase difference calculating unit calculates the phase difference based on the voltage equation at the carrier apex. 3.
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