JP7267398B2 - 電気機械のための位置監視 - Google Patents
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Description
(a)永久磁石の磁束の回転によって、または巻線内に電流が流れる間における相巻線インダクタンス内における変動によって作り出されて、ステータ巻線内に誘導される逆起電力を使用する方法と;
(b)ステータ巻線のインダクタンス内の位置依存変化を検出する方法、である。
したがって、方法(b)から生じる誤差は、モータの速度および負荷が増加するに従って有意になる。
テータ電流のベクトル量であり;Xsは、ステータ相巻線のリアクタンスであり、Rsは、ステータ相巻線の抵抗である。直軸インダクタンスLdと直交軸インダクタンスLqの間に相違がある場合には、Xsが同相および異相成分を伴う複素ベクトルになる。これは、異なるロータの向きにおいてリラクタンス(したがって、ステータのインダクタンス)内に有意の変動を伴うモータに共通する。その種の、リアクタンスXsが異なる直交成分を有し得るモータの例は、IPM(永久磁石埋め込み型)同期モータまたは同期リラクタンス・モータである得る。しかしながら、回転座標系がロータとともに回転することから、
しない。回転起電力は、モータのトルク生成に寄与するすべての起電力の項を含む拡張された起電力である。
および、
したがって、di/dt(U)-1*(di/dt(V)+di/dt(W))=2*di/dt(U)となる。
となり、これにおいてMは、導体とロゴスキー・コイルの間の相互インダクタンスである。
これらの信号からの位置の計算は、2つの相の信号アルファおよびベータへの変換のベクトル演算を伴って進められる:
ロータ角度は、その後、ベータ/アルファのアークタンジェントによって計算される。
これにおいて、Vs_imagおよびIs_imagは、回転座標系の実軸と直交する虚軸上における、印加されるインバータ電圧の成分およびインバータ電流であり、Rsは、初期ステップにおいて獲得されるストア済みデータから得ることができる抵抗であり、ωは、測定の時点における回転座標系の角速度である。
であり、これにおいて、a、b、およびnは、少なくとも3つの測定ポイントから計算されるデータを当て嵌めるべく決定されることになる定数である。定数nは、一般に、0.5と1.5の間になり、飽和曲線の形状を決定する。nが1より大きい場合には、飽和がS字形に倣い、低電流において低い勾配で始まり、その後増加し、再び高電流においてそれが低くなる。n<=1のときは、急峻な勾配で始まり、磁性材料の飽和が始まるに従ってそれが減少する。当て嵌められたヒルの式の例を図12に示す。ヒルの式が本質的に飽和磁気特性に従っていることから、全体の特性を作り出すためにわずかなデータ・ポイントしか必要とされない。これは、事実上、モータが起電力推定を使用するセンサレス・コントロールのために較正されることを、最初に、di/dtセンシング方法の同期された閉ループ・コントロールの下に低速で運転しつつ、その一方で、いくつかの電流レベルにおいて測定を行い、そのモータの全トルク範囲にわたってデータを提供し、したがって磁気特性を決定するための複雑な計算の必要性を取り除く飽和非線形関数に鎖交磁束データ・ポイントを当て嵌めることによって可能にする。
222 ロータ
223 極
224 歯群
225 コイル
226 歯
231 ステータ
232 スロット
233 ロータ
241 ステータ
242 スロット
243 鋼心
244 永久磁石の層
251 ステータ
252 ステータ・スロット
253 永久磁石
254 磁石
401 センサ
402 センサ
511 演算増幅器
512 演算増幅器
513 演算増幅器
550 中心ノード
551 ロゴスキー・コイル
552 ロゴスキー・コイル
553 ロゴスキー・コイル
555 オプションの電圧
Claims (13)
- ロータと、複数の相巻線を有するステータと、個別の相巻線を第1または第2の電圧レベルに接続することによって前記複数の相巻線に電圧を印加するためのインバータとを包含する電気モータのためのコントロール・システムであって、
a)前記第1の電圧レベルに接続された前記複数の相巻線のうちの第1の相巻線内の第1の電流変化率を測定し、
b)前記第1の電圧レベルに接続された、異なる第2の相巻線内の第2の電流変化率を測定し、
c)第一信号Aを得るために、前記第1と第2の電流変化率の間における差を計算し、
d)第二信号Bと第三信号Cを得るために、前記第1および第3の相巻線と前記第2および第3の相巻線とについて、前記同じ第1または第2の電圧レベルに接続されているとき、ステップa)~c)を繰り返し、
e)前記第一信号A、前記第二信号B、および、前記第三信号Cを使用して、前記ロータの位置に関係するデータを獲得するべく構成された、
前記電気モータのためのコントロール・システム。 - さらに、前記ロータの前記位置に関係する前記データを使用して、前記ステータと相対的な前記ロータの前記位置を決定し、かつ前記決定した位置を使用して前記電気モータの動作をコントロールするべく構成される、請求項1に記載のコントロール・システム。
- 前記第1および第2の電流変化率を実質的に同時に測定するべく構成される、請求項1または2に記載のコントロール・システム。
- 前記第1および第2の相巻線の近傍に配置される少なくとも1つのセンサ・コイルを包含し、それにおいて前記システムは、前記センサ・コイル内の電圧を測定して前記第1および第2の電流変化率を決定するべく構成される、請求項1から3のいずれか一項に記載のコントロール・システム。
- 前記センサ・コイルは、ロゴスキー・コイルであり、前記第1と第2の電流変化率の間における前記差を計算するために、前記第1の相巻線内の電流が前記ロゴスキー・コイルを第1の方向に通過し、前記第2の相巻線内の電流が前記ロゴスキー・コイルを前記第1の方向とは反対の第2の方向に通過するように配される、請求項4に記載のコントロール
・システム。 - 第1のロゴスキー・コイルであって、前記第1の相巻線内の前記電流が通過するように配された第1のロゴスキー・コイルと、
第2のロゴスキー・コイルであって、前記第2の相巻線内の前記電流が通過するように配された第2のロゴスキー・コイルと、
前記第1と第2の電流変化率の間における前記差を計算するために、前記第1および第2のロゴスキー・コイルに接続された差動増幅器と、
を包含する、請求項1または2に記載のコントロール・システム。 - さらに、
第3のロゴスキー・コイルであって、第3の電流変化率を測定するために前記第3の相巻線内の前記電流が通過するように配された第3のロゴスキー・コイルと、
前記第1と第3の電流変化率の間における前記差を計算するために、前記第1および第3のロゴスキー・コイルに接続された第2の差動増幅器と、を包含する、
請求項6に記載のコントロール・システム。 - 前記第3の相巻線が前記第1の電圧レベルに接続されるとき、前記第3の電流変化率を測定するべく構成される、請求項7に記載のコントロール・システム。
- 前記第2と第3の電流変化率の間における前記差を計算するために、前記第2および第3のロゴスキー・コイルに接続される第3の差動増幅器を包含する、請求項7または8に記載のコントロール・システム。
- 前記または各差動増幅器は、演算増幅器である、請求項6から9のいずれか一項に記載のコントロール・システム。
- さらに、前記決定した位置に基づいて前記複数の相巻線内の前記電流を同期することによって前記電気モータをコントロールするべく構成される、請求項2に記載のコントロール・システム。
- 前記第1の電圧レベルに接続された前記第1の相巻線内の第1の電流変化率を測定し、
前記第2の電圧レベルに接続された前記第2の相巻線内の第2の電流変化率を測定し、
前記第2の電圧レベルに接続された前記第3の相巻線内の第3の電流変化率を測定し、
前記第1の電流変化率の改良された測定を得るために、前記第1の電流変化率と前記第2および第3の電流変化率の和の間における差を計算し、かつ、
前記改良された測定を使用して、前記ロータの位置に関係するデータを獲得するべく構成された、請求項1に記載のコントロール・システム。 - 請求項1から12のいずれか一項に記載のコントロール・システムを包含する電気モータ。
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