JP6069953B2 - スイッチトリラクタンスモータの制御装置 - Google Patents
スイッチトリラクタンスモータの制御装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6069953B2 JP6069953B2 JP2012185300A JP2012185300A JP6069953B2 JP 6069953 B2 JP6069953 B2 JP 6069953B2 JP 2012185300 A JP2012185300 A JP 2012185300A JP 2012185300 A JP2012185300 A JP 2012185300A JP 6069953 B2 JP6069953 B2 JP 6069953B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- current
- voltage
- control
- motor
- command value
- 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.)
- Active
Links
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 24
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 23
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 17
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 17
- 238000000034 method Methods 0.000 description 16
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 7
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 5
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 2
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 2
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 2
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000010992 reflux Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Control Of Electric Motors In General (AREA)
Description
図8はSRMの概略的な断面図であり、10は固定子、11は固定子鉄心、12は巻線、20は回転子、21は回転子鉄心、22は突極(ティース)、23は回転軸である。図示例では、固定子10が8極、回転子20が6極であり、固定子10の互いに向かい合う巻線同士が直列接続されて4相(A,B,C,D相)の励磁巻線が形成されている。
このSRMでは、回転子20の突極22が近付いた相の巻線12を励磁して突極22を引き付ける方向にトルクを発生させ、当該突極22及び巻線12が完全に対向する直前で次の相の巻線12に励磁を切り替える動作を繰り返すことにより、回転子20を連続的に回転させる。なお、図示するように回転子20を歯車形状とすることにより、隣り合う突極22間の磁気抵抗の差を大きくしている。
図9(a)は、一般的な永久磁石同期モータ41を駆動する汎用インバータ30の回路構成図、図9(b)は、SRM42を駆動する専用インバータ35の回路構成図であり、モータ41,42は何れも3相である。これらの図において、31は直流電源、32はインバータ32,35を構成する半導体スイッチング素子としてのIGBT、33は還流ダイオード、30U,35Uは1相(U相)分のスイッチングユニットを示す。
ここで、SRM42の制御では原理的に、1相あたりIGBT32を2個、還流ダイオード33を2個使用すれば済むため(図9(b)において、不使用の素子を破線にて囲んである)、必要となるIGBT32及び還流ダイオード33の数は3相全体で各6個となり、スイッチ素子の数は、専用インバータ35の場合も汎用インバータ30と同じ6個分になる。
専用インバータ35による巻線への通電制御は、汎用インバータ30と同様に各スイッチングユニットの上下アームのIGBT32のゲート信号を制御することにより行われる。
パルス電流制御方法では、電流立上げ開始のための順電圧印加開始角θ0、電流立下げ開始のための逆電圧印加開始角θc、及び、角度θ1以降の定電流区間(電流値は変動しているが、便宜的に定電流区間という)に対応する電流波高値指令I* maxの3つを制御パラメータとして与える。このような電流波形制御をSRMの各相個別に実行し、励磁相を順次切り替えることによってパルス電流制御を実現している。
なお、図10における(突極完全非対向),(突極完全対向)は、回転子20の突極22と固定子10側の突極(巻線12が巻かれた磁極)との位置関係を表している。
これらの要求が満たされない場合には、電流指令波形に対する実電流波形の追従性が悪くなり、トルク管理精度の低下、運転音や振動の増大、モータ効率の低下などを生じる。更に、高周波のON/OFF制御、すなわち、スイッチング周波数が高くなることはインバータの損失増大を招き、熱設計を困難にする。
この従来技術では、パワー・スイッチング回路54のスイッチング素子をオン・オフ制御する駆動回路を各相(A,B,C相)の電流ループにより構成し、各電流ループに設けた電流波形発生器50により任意の波形の電流指令信号を発生させて出力電流減衰時の電流波形を上記電流指令信号に追従させることにより、ステータコアの振動による騒音の発生を抑制している。
前記モータに流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記モータに対するトルク指令値、及び、前記位置・回転速度検出手段により検出した回転速度から、テーブルを参照することにより、前記モータに対する電流波高値指令と、前記モータの電流検出値が前記電流指令値に到達する回転子位置としての電流指令値到達角と、前記モータへの逆電圧印加を開始する回転子位置としての逆電圧印加開始角と、を算出する指令値演算手段と、
前記位置・回転速度検出手段により検出した回転子位置及び回転速度、前記電流検出値、前記電流波高値指令、前記電流指令値到達角、前記逆電圧印加開始角を用いて、スイッチトリラクタンスモータの電圧方程式に基づく要求電圧演算により等間隔の制御周期の間に電圧指令値を推定演算する電圧制御手段と、
前記電圧指令値と三角波キャリアとを比較するPWM制御により、前記電力変換器の出力電圧が前記推定された電圧指令値に一致するように前記電力変換器のスイッチング素子を制御するスイッチ制御手段と、を備え、
前記回転子位置に対する前記モータのインダクタンスの変化勾配が正となる区間に前記モータの巻線にパルス状電流を通流させるパルス電流制御を行う制御装置において、
前記電圧制御手段は、前記制御周期を前記キャリアに同期させて管理し、前記モータの相ごとに、前記回転子位置に応じて、前記電流立ち上げ区間、定電流区間、電流立ち下げ区間のそれぞれについて前記制御周期ごとに前記電圧指令値の推定演算を行うものである。
前記指令値演算手段は、前記モータへの順電圧印加を開始する回転子位置としての順電圧印加開始角を、前記モータのインダクタンスの変化勾配が前記回転子位置に対して正になり始める前記電流指令値到達角で前記実電流が前記電流波高値指令に到達するように算出し、前記モータへの順電圧印加を終了する回転子位置としての順電圧印加終了角を、前記電流指令値到達角から2制御周期先のサンプル点までの区間において前記実電流を前記電流波高値指令に追従させるために必要な要求電圧から算出するものである。
まず、この実施形態では、SRM駆動用の専用インバータのスイッチング周波数を管理するために、三角波比較PWM制御方式によりインバータに対する電圧指令値を生成する。この電圧指令値は、磁化特性モデルによるSRMの電圧方程式に基づき、サンプル点nにおける電流値i(n)を次のサンプル点(n+1)において電流値i*(n+1)に変化させるために必要な電圧を、要求電圧演算により決定する。そして、速度補間演算により順電圧印加開始角θ0及び逆電圧印加開始角θcを制御する。
まず、磁化特性モデルによるSRMの電圧方程式は、SRMの巻線抵抗R及び鎖交磁束数λを用いて、数式1により表される。数式1において、vは巻線への印加電圧、iは巻線の電流、θは回転子位置である。
ここで、図2は、連続系から離散系への変換作用を示す概念図であり、図中のa,bは数式3におけるa,bに等しい。なお、電流値i及び回転子位置θの変化量には平均値を用い、角速度ωは一定とする。
図3は、電流立ち上げ区間における印加電圧の制御概念を説明するための波形図であり、回転子位置に対する巻線の電流、要求電圧、インバータのキャリア、ゲート信号及び出力電圧を示している。
順電圧印加開始角θ0は、電源電圧の大きさの制約の下で電流を速やかに立ち上げるための制御角パラメータであり、インダクタンスLが回転子位置に対して正勾配を取り始める電流指令値到達角θ1で実電流iが電流波高値指令Imax *に到達するように決定する。SRMの巻線抵抗は小さいため、この巻線抵抗による電圧降下を無視し、突極非対向近傍では回転子位置の変化に対するインダクタンスの変化がないものとすると、順電圧印加開始角θ0は数式5により決定される。ここで、Vdcはインバータの直流母線電圧、Lminは突極非対向時のインダクタンスである。
図4は、電流立ち下げ区間における印加電圧の制御概念を説明するためのもので、回転子位置に対する巻線の電流、要求電圧、インバータのキャリア、ゲート信号及び出力電圧を示す波形図である。
順電圧印加終了角θdは、現在のサンプル点θnより1制御周期先のサンプル点θ’n+1から逆電圧印加開始角θcまでの区間Δθdownにおいて、実電流iを電流波高値指令Imax *に追従させるために必要な要求電圧v’(Δθdown)から数式11により決定する。
そこで、図4に「特殊SW(1)」として示す特殊パターンを採用することで、サンプル点でのIGBTのON/OFFを回避している。なお、上記の特殊スイッチングは一例であり、ノイズ等の影響を考えない場合は、区間Δθdownのみ特殊スイッチングを行っても良い。
図5は、同一のSRMに対し、従来のPWM制御方式(電圧推定なし)と本実施形態により回転子位置に応じて電圧指令を推定演算する制御方式を用いた場合の、電流指令波形への実電流の追従性を示すシミュレーション結果である。図5によれば、本発明の適用により、電流指令波形に対して実電流が良く追従できていることがわかる。
また、図6は、同じく従来のPWM制御方式(電圧推定なし)と本実施形態による制御方式を用いた場合のSRMの振動測定結果を示しており、本発明の適用によって振動レベルが低減されていることがわかる。
図7は、この実施例に係る制御装置を主回路と共に示した構成図である。同図の主回路において、3相のSRM101とインバータ102との間には、ホール素子やシャント抵抗を利用した電流検出器104が取り付けられている。また、SRM101には、エンコーダやレゾルバ等の位置・回転速度検出器103が取り付けられている。
以下、各手段の機能と共に制御装置の動作を説明する。
電流検出手段202は、電流検出器104から出力されるアナログ信号の電流検出値iをディジタル信号に変換し、この電流検出値iは電圧制御手段204に入力される。
11:固定子鉄心
12:コイル
20:回転子
21:回転子鉄心
22:ティース
23:回転軸
31:直流電源
32:IGBT
33:還流ダイオード
30U,35U:スイッチングユニット
101:SRM
102:インバータ
103:位置・回転速度検出器
104:電流検出器
201:位置・回転速度検出手段
202:電流検出手段
203:指令値演算手段
204:電圧制御手段
205:キャリア発生手段
206:スイッチ制御手段
Claims (3)
- 電力変換器により駆動されるスイッチトリラクタンスモータの回転子位置及び回転速度を検出する位置・回転速度検出手段と、
前記モータに流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記モータに対するトルク指令値、及び、前記位置・回転速度検出手段により検出した回転速度から、テーブルを参照することにより、前記モータに対する電流波高値指令と、前記モータの電流検出値が前記電流指令値に到達する回転子位置としての電流指令値到達角と、前記モータへの逆電圧印加を開始する回転子位置としての逆電圧印加開始角と、を算出する指令値演算手段と、
前記位置・回転速度検出手段により検出した回転子位置及び回転速度、前記電流検出値、前記電流波高値指令、前記電流指令値到達角、前記逆電圧印加開始角を用いて、スイッチトリラクタンスモータの電圧方程式に基づく要求電圧演算により等間隔の制御周期の間に電圧指令値を推定演算する電圧制御手段と、
前記電圧指令値と三角波キャリアとを比較するPWM制御により、前記電力変換器の出力電圧が前記推定された電圧指令値に一致するように前記電力変換器のスイッチング素子を制御するスイッチ制御手段と、を備え、
前記回転子位置に対する前記モータのインダクタンスの変化勾配が正となる区間に前記モータの巻線にパルス状電流を通流させるパルス電流制御を行う制御装置において、
前記電圧制御手段は、前記制御周期を前記キャリアに同期させて管理し、前記モータの相ごとに、前記回転子位置に応じて、前記電流立ち上げ区間、定電流区間、電流立ち下げ区間のそれぞれについて前記制御周期ごとに前記電圧指令値の推定演算を行うことを特徴とするスイッチトリラクタンスモータの制御装置。 - 請求項1に記載したスイッチトリラクタンスモータの制御装置において、
前記指令値演算手段は、
前記モータへの順電圧印加を開始する回転子位置としての順電圧印加開始角を、前記モータのインダクタンスの変化勾配が前記回転子位置に対して正になり始める前記電流指令値到達角で前記実電流が前記電流波高値指令に到達するように算出し、前記モータへの順電圧印加を終了する回転子位置としての順電圧印加終了角を、前記電流指令値到達角から2制御周期先のサンプル点までの区間において前記実電流を前記電流波高値指令に追従させるために必要な要求電圧から算出することを特徴とするスイッチトリラクタンスモータの制御装置。 - 請求項1または2に記載したスイッチトリラクタンスモータの制御装置において、
前記電流立ち上げ区間及び電流立ち下げ区間では、前記PWM制御とは別に、前記電圧指令値、前記電流指令値到達角及び前記逆電圧印加開始角に応じて前記スイッチング素子を特殊なパターンにより制御する特殊スイッチング制御期間を設けたことを特徴とするスイッチトリラクタンスモータの制御装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012185300A JP6069953B2 (ja) | 2012-08-24 | 2012-08-24 | スイッチトリラクタンスモータの制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012185300A JP6069953B2 (ja) | 2012-08-24 | 2012-08-24 | スイッチトリラクタンスモータの制御装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2014045542A JP2014045542A (ja) | 2014-03-13 |
JP6069953B2 true JP6069953B2 (ja) | 2017-02-01 |
Family
ID=50396445
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012185300A Active JP6069953B2 (ja) | 2012-08-24 | 2012-08-24 | スイッチトリラクタンスモータの制御装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6069953B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6380785B2 (ja) * | 2014-04-01 | 2018-08-29 | 富士電機株式会社 | スイッチトリラクタンスモータの駆動システム |
JP6250888B2 (ja) * | 2014-08-11 | 2017-12-20 | トヨタ自動車株式会社 | スイッチトリラクタンスモータ |
JP5907320B1 (ja) | 2015-07-02 | 2016-04-26 | Jfeスチール株式会社 | ステンレス冷延鋼板用素材およびその製造方法 |
CN108336928B (zh) * | 2018-01-03 | 2020-05-19 | 广东美芝制冷设备有限公司 | 永磁同步电机定子绕组的切换方法、装置及计算机设备 |
CN109256999B (zh) * | 2018-10-10 | 2020-06-23 | 深圳拓邦股份有限公司 | 一种提高电机效率的控制方法、系统及厨师机 |
CN110336513B (zh) * | 2019-06-19 | 2020-12-11 | 大连理工大学 | 一种无位置传感器开关磁阻电机初始定位方法 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5188723B2 (ja) * | 2007-02-02 | 2013-04-24 | 株式会社ミツバ | スイッチトリラクタンスモータの制御装置 |
-
2012
- 2012-08-24 JP JP2012185300A patent/JP6069953B2/ja active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2014045542A (ja) | 2014-03-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6069953B2 (ja) | スイッチトリラクタンスモータの制御装置 | |
EP2232695B1 (en) | Control of electrical machines | |
JP4866216B2 (ja) | 電力変換装置 | |
JP6050339B2 (ja) | 電気駆動ユニット | |
MadhusudhanaRao et al. | Speed control of BLDC motor using DSP | |
JP6284207B1 (ja) | 電動機の界磁位置検出方法 | |
KR101090510B1 (ko) | 영구자석 동기 전동기의 제어 및 위치 추정 오차 보정 방법 | |
JP5411278B2 (ja) | オープンデルタhブリッジ駆動高効率無鉄永久磁石機のための予測パルス幅変調 | |
JP5920714B2 (ja) | Srモータの駆動方法および装置 | |
Tsotoulidis et al. | A sensorless commutation technique of a brushless DC motor drive system using two terminal voltages in respect to a virtual neutral potential | |
US10637378B2 (en) | Control device for a polyphase motor and method for driving a polyphase motor | |
JP5511923B2 (ja) | 電動機制御装置 | |
US8912743B2 (en) | Apparatus and method of determining rotor position in a salient-type motor | |
JP2012186911A (ja) | モータ制御装置 | |
CN114270695B (zh) | 推测装置以及交流电动机的驱动装置 | |
JP6380785B2 (ja) | スイッチトリラクタンスモータの駆動システム | |
Das et al. | Speed control of BLDC Motor using soft computing Technique and its stability analysis | |
Ratcliffe et al. | BLDC motor power control techniques appraisal: Novel current control technique | |
JP4312993B2 (ja) | インバータ制御方法およびその装置 | |
JP3402322B2 (ja) | ブラシレスモータ | |
JP6951008B1 (ja) | センサレスモータの回転子位置検出方法及びセンサレスモータ駆動方法 | |
Gorbounov | Digital Control of Switched Reluctance Motors Based on Programmable Logic | |
JP6337786B2 (ja) | 回転電機の制御装置 | |
JP3402328B2 (ja) | ブラシレスモータ | |
Lee et al. | Comparison of Characteristics Using two Hall-ICs and one Hall-IC for 3 phase Slotless PM Brushless DC Motor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20150713 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20160526 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20160530 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20160715 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20161206 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20161219 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6069953 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R3D02 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |