JP5985912B2 - モータ励磁装置、モータ励磁方法、モータ制御装置およびモータ制御方法 - Google Patents
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Description
(1)−π≦β<β0の範囲内のとき
トルクは負なので、回転子は右回転のトルクを発生する。すると、図1の電流ベクトルの向きは不変の状態でdq軸が右回転するので、電流位相角βは増加する。やがては、β=β0となり、この点Aでトルク0となり停止する。
(2)β=β0またはβ=β1のとき
トルクは0なので、停止したままである。
(3)β0<β<β1の範囲内のとき
トルクは正なので、回転子は左回転のトルクを発生する。すると、図1の電流ベクトルの向きは不変の状態でdq軸が左回転するので、電流位相角βは減少する。やがては、β=β0の点で左回転が止まり停止する。
(4)β1<β≦πの範囲内のとき
トルクは負なので、(1)と同様にβ=β0となる点で停止する。
τ=p[ke×iq+(Ld−Lq)×id×iq] (式1)
Id=id/√3=―Ia×sinβ (式2)
Iq=iq/√3= Ia×cosβ (式3)
式1、式2、式3より、モータ発生トルクτは
τ=p[ke×iq+(Ld−Lq)×id×iq]
=p[ke×Ia×cosβ×√3−(3/2)×(Ld−Lq)×Ia2×sin 2β]
=A×Ia×[cosβ+B×Ia×sin2β] (−π≦β≦π) (式4)
のように表すことができる。ここで、
A、B:定数、Ia:電流ベクトルの大きさ(電流実効値)、Ia>0、A>0である。
(1)−1/2≦B×Ia≦1/2の場合
これは、リラクタンストルクの割合が小さい、通常のPMSMの場合である。横軸に電流位相β、縦軸にトルクτをとったとき、式4で表されるグラフは、図3のようになる。図3より、−π≦β≦πで安定停止点β0(βが増加していくとき、トルクが負から正になる点)は1つだけ存在し、その値はモータ定数によらず、安定停止点β0=−π/2であることがわかる。特に、B=0(すなわちLd=Lq)の場合は、マグネットトルク項のみとなり、図2に示したような正弦波のβ−トルク特性となる。
このときは、リラクタンストルクの割合が大きいモータであり、先に述べたPRMは、これに含まれる。式4で表されるグラフは、「B×Ia=0.8」の場合を一例として挙げると、図4のようになる。図4より、−π≦β≦πで安定停止点は2つ存在する(図のA点、B点)。よって、モータを直流励磁したとき、どちらの電流位相角βで安定するかは、そのときのモータがどの位相で停止していたかによって決まる。
このように、安定停止点が2点あるので、どちらの点か特定できず、停止点からはd軸位相(β=−π/2)を特定することができず、このままでは、磁極位置が定まらない。しかも、この安定停止点は、モータ定数の影響を受け、一意に定まらない。
上記(2)のB×Ia>1/2の場合と同じく、このときも、リラクタンストルクの割合が大きいモータである。式4で表されるグラフは、図5のようになる。図5より、−π≦β≦πで安定停止点β0は2つだけ存在するが、B×Ia>1/2の場合と異なるのは、その値はモータ定数によらず、安定停止点β0=−π/2またはπ/2であることであるが、B×Ia>1/2の場合と同様に、モータを直流励磁したとき、どちらの電流位相角βで安定するかは、そのときのモータがどの位相で停止していたかによって決まる。このように、安定停止点が2点あるので、どちらの点か特定できず、停止点からはd軸位相(β=−π/2)を特定することができず、このままでは、磁極位置が定まらない。
選択された複数軸をK組(K≦N)とし、励磁電流指令を発生する位置合わせ励磁電流指令部と、前記励磁電流指令を受けて前記K組の各軸巻線に直流の励磁電流を供給する各軸励磁装置と、エンコーダの値を記憶する記憶部を備え、
前記各軸励磁装置は、前記励磁電流指令に基いて、各軸巻線の起磁力が電気的に互いにπ/Kの位相差となるようにK組の各軸巻線を直流励磁し、前記記憶部はこの直流励磁によりモータが安定停止したときのエンコーダの値を初期位置として記憶することを特徴とする。
選択された複数軸をK組(K≦N)とし、励磁電流指令を発生する位置合わせ励磁電流指令部と、前記励磁電流指令を受けて前記K組の各軸巻線に直流の励磁電流を供給する各軸励磁装置と、エンコーダの値を記憶する記憶部を備え、
前記励磁電流指令に基いて、前記各軸励磁装置により、各軸巻線の起磁力が電気的に互いにπ/Kの位相差となるようにK組の各軸巻線を直流励磁し、この直流励磁によりモータが安定停止したときのエンコーダの値を初期位置として前記記憶部に記憶することを特徴とする。
(実施例1)
図6は本実施例で対象とするモータ11の内部構造の断面図である。モータ11は、モータ内部から引き出されている3相巻線が複数ある、複数軸巻線モータである。この複数軸3相巻線のそれぞれを1軸巻線111、2軸巻線112…、N軸巻線11N(N≧2)と呼ぶ。また複数軸巻線の数を軸数と呼ぶ。尚、本実施例では、モータ11は3相モータで説明するが、多相モータでも本願の意図するところは実現できる。
iu1*=iu2*=…=iuK* (式5)
iv1*=iv2*=…=ivK* (式6)
iw1*=iw2*=…=iwK* (式7)
τ=K×A×Ia×[cosβ+B×Ia×sin2β] (−π≦β≦π) (式8)
式8の括弧内は、式4と等しいので、課題でも述べたように、B×Ia>1/2または、B×Ia<−1/2のときのモータ(リラクタンストルクの割合が大きいモータ。PRMも含む)では、直流励磁時の安定停止点β0が2点あるので、どちらの点か特定できず、停止点からはd軸位相(β=−π/2)を特定することができず、このままでは、磁極位置が定まらない。しかも、B×Ia>1/2の場合、この安定停止点β0は、モータ定数の影響を受け、一意に定まらないことも先述の通りである。
iu1*=√2×Ia×sin(φ) (式9)
iv1*=√2×Ia×sin(φ−2π/3) (式10)
iw1*=√2×Ia×sin(φ+2π/3) (式11)
と励磁し、2軸巻線112を、
iu2*=√2×Ia×sin(φ−π/K) (式12)
iv2*=√2×Ia×sin(φ−π/K−2π/3) (式13)
iw2*=√2×Ia×sin(φ−π/K+2π/3) (式14)
と各巻線を励磁し、K軸巻線11Kを、
iuK*=√2×Ia×sin(φ−(K−1)π/K) (式15)
ivK*=√2×Ia×sin(φ−(K−1)π/K−2π/3) (式16)
iwK*=√2×Ia×sin(φ−(K−1)π/K+2π/3) (式17)
と励磁すれば、1軸、2軸、…、K軸とで互いに大きさが等しく、電気的にπ/Kの位相差をもつ起磁力が得られる。
τ=Σ A×Ia×[cos(β−mπ/K)+B×Ia×sin(2(β−mπ/K))]
(−π≦β≦π、K≧2) (式18)
式18で、Σは、m=0からK−1までΣ内を足し合わせることを表す。
τ=A×Ia×sin[β+π/(2K)]/sin[π/(2K)]
(−π≦β≦π、K≧2) (式19)
式19を図示すると図9となる。リラクタンストルク項が0となるので、合計トルクτは電流位相角βに関する単純な正弦関数となり、−π≦β≦πの範囲で安定停止点β0がただ一つとなる。
また、その安定停止点は式19より、次式で表され、PMSMの等価回路定数の影響を受けない。
β0=−π/(2K) (式20)
以上のように各軸巻線のそれぞれをπ/Kの位相差で励磁すると、安定停止点β0はβ0=―π/(2K)の一点のみに定まり、一意的に直流励磁時の初期位置を確定することができる。
βe=−π/2+π/(2K) (式21)
式21のβeを、エンコーダカウント値Ceに換算し、先に記憶した、直流励磁したときの安定停止点の回転位置C0に足し合わせることにより、エンコーダ自体の原点からのモータのd軸位置(磁極位置)のカウント値Cdを得る。
Cd=C0+Ce (式22)
式22のカウント値Cdを原点にリセットする補正を行い、磁極位置合わせを完了する。このようにして最初の磁極位置合わせを行えば、以後は通常の運転を行うことができる。
B×Ia=0.8 (式23)
2軸目を、
B×Ia=0.8×1.05 (式24)
とする。これより、電流位相角βに対する、1軸巻線と2軸巻線により発生するトルクの合計トルクを図13に示す。安定停止点はただ一つで、その値はβ0≒−47°となり、最適な電流位相に対してその前後±3°以内である。図13で中太線は1軸β−トルク特性、細線は2軸β−トルク特性、太線は1軸と2軸の合成トルクを表す。
111 1軸巻線
112 2軸巻線
113 3軸巻線
11N N軸巻線
11a ステータ
11b ロータ
11c 永久磁石
011 実施例1に記載の複数軸巻線モータ11の励磁装置
12 エンコーダ
100 位置合わせ励磁電流指令部
211 1軸励磁装置
212 2軸励磁装置
21K K軸励磁装置
11K 実施例1のモータ11の第K軸巻線
11NK 実施例1のモータ11のその他の巻線
221 電流制御部(ACR)
231 PWM制御部
241 インバータ
251 電流検出器
101 位置記憶部
021 実施例1に記載の他の複数軸巻線モータ11の励磁装置
108 電流変更指令
108a 電流変更指令の一つの例
108b 電流変更指令の他の一つの例
108c 電流変更指令の他の一つの例
108d 電流変更指令の他の一つの例
012 通常運転時の複数軸巻線モータ11の制御装置
102 位置記憶部101に記憶される初期位置を用いて補正する補正部
103 速度演算部
104 速度制御部
105 Id*、Iq*演算部
321 Id/Iq電流制御部
361 直交2軸座標系から三相交流座標系への座標変換部
371 三相交流座標系から直交2軸座標系への座標変換部
311 通常運転時の1軸制御装置
312 通常運転時の2軸制御装置
31N 通常運転時のN軸制御装置
105a、105b、105c、105d、105e 可変直流電源
106a、106b、106c、106d、106e シャント抵抗
107a、107b、107c、107d、107e 電圧/電流変換表示装置
Claims (10)
- 多相巻線をN軸(N≧2)もつ永久磁石同期モータの任意の複数軸を選択して、この複数軸の各軸巻線を独立に励磁してエンコーダとモータの磁極位置の合わせを行うモータ励磁装置において、
選択された複数軸をK組(K≦N)とし、励磁電流指令を発生する位置合わせ励磁電流指令部と、前記励磁電流指令を受けて前記K組の各軸巻線に直流の励磁電流を供給する各軸励磁装置と、エンコーダの値を記憶する記憶部を備え、
前記各軸励磁装置は、前記励磁電流指令に基いて、モータ安定停止点の電流位相β0が−π/(2K) またはπ/(2K) となるように、各軸巻線の起磁力が電気的に互いにπ/Kの位相差となるようにK組の各軸巻線を直流励磁し、前記記憶部はこの直流励磁によりモータが安定停止したときのエンコーダの値を初期位置として記憶し、該初期位置がモータ安定停止点の電流位相β0= −π/(2K) またはβ0=π/(2K)に対応するものとしたことを特徴とするモータ励磁装置。 - 請求項1に記載のモータ励磁装置において、
前記各軸励磁装置は、前記励磁電流指令に基いて、各軸巻線の起磁力の大きさが等しくなるようにK組の各軸巻線に励磁電流を供給することを特徴とするモータ励磁装置。 - 請求項1または2に記載のモータ励磁装置において、
永久磁石同期モータの直流励磁の際、前記各軸励磁装置は電流を徐々に所定値まで立ち上げるように供給することを特徴とするモータ励磁装置。 - 請求項1または2に記載のモータ励磁装置において、
永久磁石同期モータの直流励磁の際、前記各軸励磁装置は電流を所定値で供給し、回転子が停止または回転移動量がゼロになるとき、より大きな電流を流すことを特徴とするモータ励磁装置。 - 請求項1から4のいずれかに記載のモータの励磁装置で記憶部に記憶された初期位置によって、エンコーダの回転位置を補正する補正部を有し、前記補正部から出力される回転位置信号によりモータの制御を行うことを特徴とするモータ制御装置。
- 多相巻線をN軸(N≧2)もつ永久磁石同期モータの任意の複数軸を選択して、この複数軸の各軸巻線を独立に励磁してエンコーダとモータの磁極位置の合わせを行うモータ励磁方法において、
選択された複数軸をK組(K≦N)とし、励磁電流指令を発生する位置合わせ励磁電流指令部と、前記励磁電流指令を受けて前記K組の各軸巻線に直流の励磁電流を供給する各軸励磁装置と、エンコーダの値を記憶する記憶部を備え、
前記励磁電流指令に基いて、前記各軸励磁装置により、モータ安定停止点の電流位相β0が−π/(2K) またはπ/(2K) となるように、各軸巻線の起磁力が電気的に互いにπ/Kの位相差となるようにK組の各軸巻線を直流励磁し、この直流励磁によりモータが安定停止したときのエンコーダの値を初期位置として前記記憶部に記憶し、該初期位置がモータ安定停止点の電流位相β0= −π/(2K) またはβ0=π/(2K)に対応するものとしたことを特徴とするモータ励磁方法。 - 請求項6に記載のモータ励磁方法において、
前記各軸励磁装置は、前記励磁電流指令に基いて、各軸巻線の起磁力の大きさが等しくなるようにK組の各軸巻線に励磁電流を供給することを特徴とするモータ励磁方法。 - 請求項6または7に記載のモータ励磁方法において、
永久磁石同期モータの直流励磁の際、前記各軸励磁装置は電流を徐々に所定値まで立ち上げるように供給することを特徴とするモータ励磁方法。 - 請求項6または7に記載のモータ励磁方法において、
永久磁石同期モータの直流励磁の際、前記各軸励磁装置は電流を所定値で供給し、回転子が停止または回転移動量がゼロになるとき、より大きな電流を流すことを特徴とするモータ励磁方法。 - 請求項6から9のいずれかに記載のモータの励磁方法により記憶された初期位置によって、エンコーダの回転位置を補正してモータの制御を行うことを特徴とするモータ制御方法。
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