JP7302140B2 - Drive for synchronous reluctance motor - Google Patents
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Description
本発明は、回転子の機械的構造により定められる順(「正」とも呼ばれる)機械突極または逆(「負」とも呼ばれる)機械突極の位相を軸位相とするd軸と、d軸に直交するq軸とで構成されるdq同期座標系の上において、d軸とq軸の間で軸間磁束干渉(以下、「dq軸間磁束干渉」と略記)を有する同期リラクタンス電動機のための駆動装置、特に、同電動機を最も簡単かつ合理的に駆動することを可能とした駆動装置に関するものである。なお、「軸間磁束干渉」は、「軸間磁気干渉」、「軸間干渉」とも呼ばれる。これら3用語は同義である。 The present invention provides a d-axis whose axial phase is the phase of the salient mechanical poles in the order (also called "positive") or the salient mechanical poles in reverse (also called "negative") determined by the mechanical structure of the rotor, and For a synchronous reluctance motor having inter-axis magnetic flux interference (hereinafter abbreviated as "d-q inter-axis magnetic flux interference") between the d-axis and the q-axis on a dq synchronous coordinate system composed of orthogonal q-axes The present invention relates to a driving device, and more particularly to a driving device that enables the motor to be driven most simply and rationally. Note that "interaxial magnetic flux interference" is also called "interaxial magnetic interference" and "interaxial interference". These three terms are synonymous.
本発明では、2次元平面を極座標的に捉え、「角度」、空間的「位置」、空間的「位相」の3用語を同義で使用する。これらの単位は「ラジアン(rad)」または「度(degree)」である。本発明における角度、空間的位置、空間的位相の正方向は、左周り(反時計周り)、右周り(時計周り)のいずれに定義してもよい。ただし、本明細書では、説明の簡明性を維持すべく、角度、空間的位置、空間的位相の正方向は左周り(反時計周り)と定義し、本発明を説明する。これにより、本発明の一般性を失うことはない。In the present invention, a two-dimensional plane is grasped in terms of polar coordinates, and the three terms "angle", spatial "position" and spatial "phase" are used synonymously. These units are "rads" or "degrees". The positive direction of angle, spatial position, and spatial phase in the present invention may be defined as left (counterclockwise) or right (clockwise). However, in this specification, in order to maintain the simplicity of explanation, the positive direction of the angle, spatial position, and spatial phase is defined as left rotation (counterclockwise rotation) to describe the present invention. This does not lose the generality of the invention.
同期リラクタンス電動機の固定子電流により発生する磁束の名称として、「固定子磁束」、「固定子鎖交磁束」、「固定子反作用磁束」の3用語が同義で使用されている。本発明では、原則として、簡単な用語である固定子磁束を用いる。As the name of the magnetic flux generated by the stator current of a synchronous reluctance motor, the three terms "stator magnetic flux", "stator interlinkage magnetic flux" and "stator reaction magnetic flux" are used synonymously. In principle, the present invention uses the simple term stator flux.
本発明では、固定子電圧、固定子電流等の信号に関し「相当値」なる用語を使用している。相当値は当該信号の真値、近似値、推定値、指令値等の総称である。In the present invention, the term "equivalent value" is used with respect to signals such as stator voltage and stator current. The equivalent value is a general term for the true value, approximate value, estimated value, command value, etc. of the signal.
同期リラクタンス電動機をして高い制御性能を発揮せしめるには、固定子電流の制御が不可欠であり、従来このための制御法としてベクトル制御法が知られている。従前のベクトル制御法は、回転子の機械的構造により定まる順機械突極の位相、あるいは逆機械突極の位相の情報が必要である。これら回転子の機械的位相は、簡単には「回転子位相」と呼ばれ、回転子に装着したエンコーダなどの位置・速度センサにより容易に検出される。In order for a synchronous reluctance motor to exhibit high control performance, it is essential to control the stator current, and a vector control method is conventionally known as a control method for this purpose. Conventional vector control methods require information on the phase of forward mechanical salient poles or the phase of reverse mechanical salient poles determined by the mechanical structure of the rotor. These mechanical phases of the rotor are simply called "rotor phases" and are easily detected by a position/speed sensor such as an encoder attached to the rotor.
図1を考える。回転子位相として、同図(a)は順機械突極位相を採用し、同図(b)は逆機械突極位相を採用している。両図には、同期リラクタンス電動機の駆動制御に有用な代表的な2軸直交座標系として、dq同期座標系、αβ固定座標系の2座標系を描画している。dq同期座標系は、主軸たるd軸の位相を、回転子の順機械突極の位相あるいは逆機械突極の位相に位相差なく同期した座標系を意味する。一方、αβ固定座標系は、主軸たるα軸の位相を固定子の基準位置(一般には、三相のu相巻線の中心位置)に合わせた座標系を意味する。各座標系の副軸は、基軸に対して、π/2[rad]の位相進みの位置に配置されている。回転子の順機械突極あるいは逆機械突極に位相差なく同期したdq同期座標系の速度は、回転子の電気速度ω2nと同一である。α軸を基準とした回転子位相は「θα」と表現している。従前の同期リラクタンス電動機のベクトル制御には、基本的に、α軸を基準とした回転子位相「θα」が必要とされる。なお、以下の説明では、説明の簡明性を維持すべく、すべての座標系の基軸と副軸の位相関係は、図1と同様とする。Consider FIG. As the rotor phase, the forward mechanical salient pole phase is adopted in FIG. 1(a), and the reverse mechanical salient pole phase is adopted in FIG. 1(b). Both figures depict two coordinate systems, a dq synchronous coordinate system and an αβ fixed coordinate system, as representative two-axis orthogonal coordinate systems useful for drive control of a synchronous reluctance motor. The dq synchronous coordinate system means a coordinate system in which the phase of the d-axis, which is the main axis, is synchronized with the phase of the salient forward mechanical poles or the salient reverse mechanical poles of the rotor without a phase difference. On the other hand, the αβ fixed coordinate system means a coordinate system in which the phase of the α axis, which is the main axis, is aligned with the reference position of the stator (generally, the center position of the three-phase u-phase winding). The sub-axis of each coordinate system is arranged at a position leading the phase by π/2 [rad] with respect to the base axis. The speed of the dq synchronous coordinate system synchronized with the forward mechanical salient poles or reverse mechanical salient poles of the rotor without phase difference is the same as the electric speed ω2n of the rotor. The rotor phase with respect to the α-axis is expressed as "θα". Vector control of a conventional synchronous reluctance motor basically requires a rotor phase “θα” with respect to the α axis. In the following description, the phase relationship between the base axis and sub-axis of all coordinate systems is the same as in FIG. 1 in order to maintain the simplicity of the description.
本発明では、基軸であるγ軸と副軸であるδ軸とからなる新たな2軸直交座標系として、γδ磁気突極座標系を定義している。γδ磁気突極座標系は、回転子の順磁気突極の位相あるいは逆磁気突極の位相を直交2軸の基軸であるγ軸の位相に選定した座標系である。図2を考える。図2は、dq同期座標系とγδ磁気突極座標系の関係を概略的に示したものである。図2(a)は、両座標系とも順突極位相を基軸位相に選定した1例を、図2(b)は、両座標系とも逆突極位相を基軸位相に選定した1例を示している。dq同期座標系に対するγδ磁気突極座標系の位相進み、位相遅れは、固定子電流によって変化することを指摘しておく。図2は、両座標系の関係を示した1例に過ぎない。本発明では、γδ磁気突極座標系への収斂を目指した2軸直交座標系も「γδ磁気突極座標系」と呼称する。
なお、γδ磁気突極座標系上では、γ軸とδ軸の間の軸間磁束干渉は、理論上は消滅する。実際的には、消滅に準じた状態で低減する。なお、γδ磁気突極座標系上における本特性は、本発明が新規に解明したものであり、本明細書の「発明の効果」の欄で、数式(具体的には後掲の(9)式)を用いて疑義のない形で解析し説明する。In the present invention, a γδ magnetic salient polar coordinate system is defined as a new two-axis orthogonal coordinate system consisting of a γ axis as a base axis and a δ axis as a secondary axis. The γδ magnetic salient pole coordinate system is a coordinate system in which the phase of the salient forward magnetic poles or the phase of the salient reverse magnetic poles of the rotor is selected as the phase of the γ axis, which is the basic axis of the orthogonal two axes. Consider FIG. FIG. 2 schematically shows the relationship between the dq synchronous coordinate system and the γδ magnetic salient pole coordinate system. FIG. 2(a) shows an example in which the forward salient pole phase is selected as the basic axis phase in both coordinate systems, and FIG. 2(b) shows an example in which the reverse salient pole phase is selected as the basic axis phase in both coordinate systems. ing. It should be pointed out that the phase lead and phase lag of the γδ magnetic salient pole coordinate system with respect to the dq synchronous coordinate system change with the stator current. FIG. 2 is just one example showing the relationship between the two coordinate systems. In the present invention, the two-axis orthogonal coordinate system aiming at convergence to the γδ magnetic salient polar coordinate system is also referred to as the “γδ magnetic salient polar coordinate system”.
Note that inter-axis magnetic flux interference between the γ-axis and the δ-axis theoretically disappears on the γδ magnetic salient polar coordinate system. In practice, it is reduced in a state corresponding to extinction. This characteristic on the γδ magnetic salient polar coordinate system was newly clarified by the present invention. ) to analyze and explain without any doubt.
dq軸間磁束干渉を有する同期リラクタンス電動機では、dq同期座標系とγδ磁気突極座標系とは、図2の例のように、互いに異なる。しかし、dq軸間磁束干渉を有しない(すなわち理想的な)同期リラクタンス電動機では、両座標系は同一となる。本発明が対象としている電動機は、dq軸間磁束干渉を有する同期リラクタンス電動機である。In a synchronous reluctance motor with dq inter-axis flux interference, the dq synchronous coordinate system and the γδ magnetic salient pole coordinate system are different from each other, as in the example of FIG. However, in a synchronous reluctance motor with no dq inter-axis flux interference (ie ideal), both coordinate systems will be identical. The motor to which the present invention is directed is a synchronous reluctance motor having dq inter-axis magnetic flux interference.
同期リラクタンス電動機は、高速回転に適する、頑健で耐環境性に優れる、廉価である、リサイクル性が高いといった特長を備える。一方、概して、強いdq軸間磁束干渉特性をもつといった欠点も有する。同期リラクタンス電動機の特性を活かした所期の性能を得るには、この駆動は、固定子電流制御を中核としたベクトル制御によることになる。従前のベクトル制御法はdq同期座標系上で電流制御を遂行するものであり、この遂行には、回転子位相が不可欠である。同期リラクタンス電動機のベクトル制御法は、位置・速度センサを用い回転子位相を検出的に得る「センサ利用ベクトル制御法」と、位置・速度センサを用いることなく回転子位相を推定的に得る「センサレスベクトル制御法」とに大別される。Synchronous reluctance motors have features such as being suitable for high-speed rotation, robustness, excellent environmental resistance, low cost, and high recyclability. On the other hand, they generally have the drawback of having strong dq inter-axis magnetic flux interference characteristics. In order to obtain the desired performance that takes advantage of the characteristics of the synchronous reluctance motor, this drive is based on vector control centered on stator current control. Conventional vector control methods perform current control on a dq synchronous coordinate system, and rotor phase is essential for this performance. Vector control methods for synchronous reluctance motors include the sensor-based vector control method, which detects the rotor phase using position/speed sensors, and the sensorless vector control method, which presumably obtains the rotor phase without using position/speed sensors. vector control method”.
センサ利用ベクトル制御法を基準とする場合、センサレスベクトル制御法における最重要技術課題は回転子位相推定である。回転子位相推定法は、駆動用の電圧・電流を利用する方法「駆動用電圧電流利用法」と位相探査用の高周波電圧を印加する方法「高周波電圧印加法」とに大別される。同期リラクタンス電動機のセンサレスベクトル制御において高い回転子位相推定性能を得るには、一般に、同期リラクタンス電動機の欠点であるdq軸間磁束干渉特性への考慮が必要である。本認識に立ち、例えば非特許文献1は、「dq軸間磁束干渉が高周波電圧印加法による位相推定性能に与える影響」を排除した回転子位相推定法を検討・提示している。同文献における推定対象回転子位相は、回転子の機械的位相である。より具体的には、回転子の機械的構造により定められた順機械突極あるいは逆機械突極の位相である。When the sensor-based vector control method is used as the standard, the most important technical problem in the sensorless vector control method is the rotor phase estimation. Rotor phase estimation methods are broadly classified into a "driving voltage/current utilization method" that uses driving voltage and current and a "high-frequency voltage application method" that applies a high-frequency voltage for phase search. In order to obtain high rotor phase estimation performance in sensorless vector control of a synchronous reluctance motor, it is generally necessary to consider the dq inter-axis magnetic flux interference characteristic, which is a drawback of the synchronous reluctance motor. Based on this recognition, for example, Non-Patent
dq軸間磁束干渉を有する同期リラクタンス電動機のための従前のベクトル制御法は、dq同期座標系上で電流制御系を構成するものであり、以下の問題・課題を抱えていた(後掲の(3)式、(4)式を参照)。
(a) 高い電流制御性能を得るには、dq軸間磁束干渉を考慮した特別の制御器を採用する必要がある。標準的なPI形電流制御器を利用する場合、dq軸間磁束干渉の影響により、電流制御性能の低下を招いた。
(b) トルク指令値に応じた、かつ効率駆動をもたらす電流指令値の決定には、dq軸間磁束干渉を考慮した特別な指令変換器を用意する必要がある。特別な指令変換器の構成は、単純な解析的最適解が利用できるdq軸間磁束干渉がない場合に比較し、各段に煩雑となる。
(c) 回転子位相推定において、精度よく機械的な回転子位相(d軸位相)を推定するには、dq軸間磁束干渉を考慮した位相推定器を新たに用意する必要がある。これを無視する場合、dq軸間磁束干渉の強さに応じた位相推定誤差が発生する。The conventional vector control method for a synchronous reluctance motor with dq inter-axis magnetic flux interference configures a current control system on a dq synchronous coordinate system, and has the following problems and problems (see ( 3) and (4)).
(a) In order to obtain high current control performance, it is necessary to adopt a special controller that considers dq inter-axis magnetic flux interference. When using a standard PI-type current controller, the influence of the dq inter-axis magnetic flux interference caused the deterioration of the current control performance.
(b) In order to determine the current command value corresponding to the torque command value and to bring about efficient driving, it is necessary to prepare a special command converter considering the dq inter-axis magnetic flux interference. The configuration of a special command converter is considerably complicated compared to the case where there is no dq inter-axis magnetic flux interference for which a simple analytical optimum solution can be used.
(c) In rotor phase estimation, in order to accurately estimate the mechanical rotor phase (d-axis phase), it is necessary to newly prepare a phase estimator that considers dq inter-axis magnetic flux interference. If this is ignored, a phase estimation error occurs depending on the strength of the dq inter-axis magnetic flux interference.
本発明は上記背景の下になされたものであり、その目的は、dq軸間磁束干渉を有する同期リラクタンス電動機の駆動おける上記の問題・課題を解決した駆動装置を提供することにある。The present invention has been made under the above background, and its object is to provide a driving apparatus which solves the above-mentioned problems and problems in driving a synchronous reluctance motor having dq inter-axis magnetic flux interference.
上記目的を達成するために、請求項1の発明は、回転子の機械的構造により定められる順機械突極または逆機械突極の位相を軸位相とするd軸(基軸)と、d軸に直交するq軸(副軸)との2直交軸で構成されるdq同期座標系の上において、d軸とq軸の間で軸間磁束干渉を有する同期リラクタンス電動機のための駆動装置であって、γ軸(基軸)とδ軸(副軸)の直交2軸からなり、かつγ軸とδ軸の間では軸間磁束干渉が消滅に準じた状態で低減する座標系をγδ磁気突極座標系と定義し、γδ磁気突極座標系の固定子基準位置から評価した位相をθαγとするとき、γδ磁気突極座標系の位相θαγを決定する座標系位相決定手段とγδ磁気突極座標系上で固定子電流制御の少なくとも一部を遂行する固定子電流制御手段とを備えることを特徴とする。In order to achieve the above object, the invention of
請求項2の発明は、請求項1記載の駆動装置であって、該同期リラクタンス電動機の該dq同期座標系上におけるd軸インダクタンス、q軸インダクタンスを各々Ld、Lqとし、d軸とq軸の間の軸間磁束干渉を示す干渉インダクタンスをLcとし、さらには、γ軸を基準にしたd軸とγ軸との位相差をθγとするとき、位相差θγが次式
請求項3の発明は、請求項1記載の駆動装置であって、該同期リラクタンス電動機の固定子電圧、固定子電流の少なくともいずれかの相当値を用いて、該γδ磁気突極座標系の位相θαγを推定的に決定するように該座標系位相決定手段を構成したことを特徴とする。According to a third aspect of the present invention, there is provided a driving apparatus according to the first aspect, wherein the phase θαγ The coordinate system phase determining means is configured to presumptively determine .
請求項4の発明は、請求項1記載の駆動装置であって、該同期リラクタンス電動機の該dq同期座標系上におけるd軸インダクタンス、q軸インダクタンスを各々Ld、Lqとし、d軸とq軸の間の軸間磁束干渉を示す干渉インダクタンスをLcとし、さらには、該駆動装置の手段の設計または構成に用いるγ軸インダクタンス、δ軸インダクタンスを各々Lγ、Lδとするとき、次式
なお、(2b)式に定義したインダクタンスはLi、Lmは、各々同相インダクタンス、鏡相インダクタンスと呼ばれる。また、(2c)式の関数sgnは、同式の定義より明白なように、符号関数(シグナム関数)を意味する。The inductances Li and Lm defined in equation (2b) are called common-phase inductance and mirror-phase inductance, respectively. Also, the function sgn in the formula (2c) means a sign function (signum function), as is clear from the definition of the formula.
請求項1の発明の効果を説明する。dq軸間磁束干渉を有する同期リラクタンス電動機の数学モデルは、次の(3)式(回路方程式)、(4)式(トルク発生式)で記述される。
(3)式に用いた2×2行列Dは、D因子と呼ばれ、以下のように定義されている。
当業者には、(3)式(回路方程式)、(4)式(トルク発生式)より容易に理解されるように、dq軸間磁束干渉を有する同期リラクタンス電動機を、dq同期座標系上の電流制御を中心としたベクトル制御系により駆動制御する場合には、「背景技術」の欄で説明した問題・課題(a)~(c)を抱えることになる。As those skilled in the art can easily understand from equation (3) (circuit equation) and equation (4) (torque generation equation), a synchronous reluctance motor having dq inter-axis magnetic flux interference is defined as When drive control is performed by a vector control system centering on current control, problems and problems (a) to (c) described in the section "Background Art" are encountered.
ここで、干渉インダクタンスLcと鏡相インダクタンスLm(この定義は(2b)式を参照)との相対比の逆正接値θcを以下のように定義する。
ベクトル回転器Rを(3a)式の両辺に作用させると、新たな回路方程式を次のように得る。
回路方程式を構成する(9d)式は、「γδ磁気突極座標系上では、dq軸間磁束干渉を有する同期リラクタンス電動機といえども、γ軸とδ軸の間では軸間磁束干渉を発生しない」ことを示している。また、(9)式の回路方程式、(10)式のトルク発生式は、「γδ磁気突極座標系上のdq軸間磁束干渉を有する同期リラクタンス電動機の回路方程式、トルク発生式は、dq軸間磁束干渉を有しない(換言するならば、理想的な)同期リラクタンス電動機のdq同期座標系上での回路方程式、トルク発生式と、各々、形式的に同一である」ことを示している。より具体的には、「両数学モデルにおいては、次の固定子インダクタスの形式置換が成立している」ことを示している。
請求項1の発明に従えば、軸間磁束干渉が発生しないγδ磁気突極座標系上で固定子電流制御を遂行できるようになる。このとき、γδ磁気突極座標系上では、「dq軸間磁束干渉を有する同期リラクタンス電動機といえども、dq軸間磁束干渉を有しない(換言するならば、理想的な)同期リラクタンス電動機と同様に扱える」と言う特性が確保できる。本事実は、請求項1の発明に従えば、「dq軸間磁束干渉を有する同期リラクタンス電動機に対しても、dq軸間磁束干渉を有しない(換言するならば、理想的な)同期リラクタンス電動機に対する場合と同様な電流制御、効率駆動、座標系位相の推定が可能となり、ひいては、背景技術欄で指摘した問題・課題を直ちに解決できる」と言う効果を得ることができるようになる。According to the first aspect of the invention, stator current control can be performed on a γδ magnetic salient pole coordinate system in which interaxial magnetic flux interference does not occur. At this time, on the γδ magnetic salient pole coordinate system, even a synchronous reluctance motor having dq inter-axis magnetic flux interference is equivalent to a synchronous reluctance motor having no dq inter-axis magnetic flux interference (in other words, an ideal) synchronous reluctance motor It is possible to secure the characteristic that it can be handled. According to the invention of
つづいて、請求項2の発明の効果を説明する。請求項2の発明に従えば、γ軸を基準にしたd軸とγ軸との位相差をθγとするとき、(1)式を実質満足するように位相差θγを定めることになる。請求項2の発明に用いた(1)式は、(6)式、(7)式を集約したものと同一である。本事実より明らかなように、請求項2の発明に従えば、「dq同期座標系のd軸位相θαが位置・速度センサなどにより正確に把握できる場合には、γδ磁気突極座標系の位相θαγを直ちに決定でき、γδ磁気突極座標系を直ちに構成できるようになる」と言う効果が得られる。ひいては、「請求項1の発明の効果を高めることができる」と言う効果も得られる。なお、上記の位相関係は、次式により記述される(図2参照)。
つづいて、請求項3の発明の効果を説明する。ベクトル制御法は、センサ利用ベクトル制御法とセンサレスベクトル制御法に大別される。請求項1の発明より、「γδ磁気突極座標系上のdq軸間磁束干渉を有する同期リラクタンス電動機は、dq同期座標系上のdq軸間磁束干渉を有しない(換言するならば、理想的な)同期リラクタンス電動機と同様に扱える」との特性が得られた。請求項3の発明は、請求項1の発明により得られたこの特性を利用して、dq軸間磁束干渉を有する同期リラクタンス電動機をセンサレス駆動するものである。すなわち、請求項3の発明によれば、「dq軸間磁束干渉を有する同期リラクタンス電動機に対し、dq軸間磁束干渉を有しない同期リラクタンス電動機と同様な性能を保証するセンサレス駆動が可能となる」という効果が得られる。ひいては、「請求項1の発明の効果を高めることができる」と言う効果も得られる。Next, the effect of the invention of
つづいて、請求項4の発明の効果を説明する。請求項1の発明より、「γδ磁気突極座標系上のdq軸間磁束干渉を有する同期リラクタンス電動機は、dq同期座標系上のdq軸間磁束干渉を有しない(換言するならば、理想的な)同期リラクタンス電動機と同様に扱える」との特性が得られた。請求項4の発明は、請求項1の発明により得られたこの特性を利用して、dq軸間磁束干渉を有する同期リラクタンス電動機のための座標系位相決定手段、γδ磁気突極座標系上の固定子電流制御手段を設計・実現しようとするものである。請求項4の発明での「手段の設計または構成に用いるγ軸インダクタンス、δ軸インダクタンス((2a)式参照)」は、解析式である(9e)式が示すように、「γδ磁気突極座標系上の軸間磁束干渉を排したときの実際のγ軸インダクタンス、δ軸インダクタンス」と同一である。この結果、請求項4の発明に従うならば、「dq軸間磁束千渉を有しない(換言するならば、理想的な)同期リラクタンス電動機のために開発された従前の座標系位相決定手段の設計・実現法、同じく従前の固定子電流制御手段の設計・実現法が、直ちに利用できようになる」と言う効果が得られるようになる。ひいては、「請求項1の発明の効果を高めることができる」と言う効果も得られる。Next, the effects of the invention of claim 4 will be described. According to the invention of
以下、図面を用いて、本発明の好適な態様を具体的に説明する。Preferred embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings.
dq軸間磁束干渉を有する同期リラクタンス電動機に対し、特に請求項1、請求項2、請求項4の発明を用いた駆動装置による駆動システムの1基本的構造を図3に示す。1は同期リラクタンス電動機を、2は電力変換器を、3は電流検出器を、4a、4bは夫々3相2相変換器、2相3相変換器を、5a、5bは共にベクトル回転器を、6は電流制御器を、7は指令変換器を、8は位置・速度センサを、9は位相決定器を示している。図3では、同期リラクタンス電動機1を除く、2から9までの諸機器が駆動装置を構成している。特に、8、9の2種の機器が座標系位相決定手段を構成し、2、3、4a、4b、5a、5b、6、7の6種の機器が固定子電流制御手段を構成している。本発明では、トルク指令値τ*をγδ磁気突極座標系上の電流指令値i1*へ変換する役割を担う指令変換器7も、固定子電流制御手段の一部と捉えている。なお、本図では、簡明性を確保すべく、2×1ベクトル信号、3×1ベクトル信号を1本の太い信号線で表現している。以下のブロック図表現もこれを踏襲する。FIG. 3 shows one basic structure of a drive system for a synchronous reluctance motor having dq inter-axis magnetic flux interference, especially by a drive device using the inventions of
電流検出器3で検出された3相の固定子電流は、3相2相変換器4aでαβ固定座標系上の2軸電流(2相電流)に変換された後、ベクトル回転器5aでγδ磁気突極座標系のγ軸電流、δ軸電流に変換され、電流制御器6へ送られる。電流制御器6は、γδ磁気突極座標系上の2軸電流が、各軸の電流指令値に追随すべくγδ磁気突極座標系上の2軸電圧指令値を生成しベクトル回転器5bへ送る。5bでは、γδ磁気突極座標系上の2軸電圧指令値をαβ固定座標系の2軸電圧指令値に変換し、2相3相変換器4bへ送る。4bでは、2軸電圧指令値(2相電圧指令値)を3相電圧指令値に変換し、電力変換器2への指令値として出力する。電力変換器2は、指令値に応じた電力を発生し、同期リタクタンス電動機1へ印加しこれを駆動する。なお、図3においては、電圧、電流が定義された座標系を明示すべく、これらを示す脚符r(γδ磁気突極座標系)、s(αβ固定座標系)、t(uvw座標系)を付している。The three-phase stator currents detected by the
図4は、座標系位相決定手段を構成する主要機器である位相決定器9の内部を示したものである。図4の位相決定器9は、請求項2の発明に従い構成されている。より具体的には、(1)式と(13)式に従い構成されている。(1)式に利用した干渉インダクタンス等のインダクタンスが、固定子電流に応じて変化しうることを考慮し、図3、図4の位相決定器9には、同器に入力される固定子電流の信号線を破線で示した。位相決定器9では、座標系位相θαγは、余弦正弦信号発生器9aによりこの余弦値、正弦値に変換され、出力されている。FIG. 4 shows the inside of the
図3における指令変換器7、電流制御器6は、請求項4の発明に従い構成すればよい。すなわち、先ず、請求項4の発明に従った(2)式に基づき、これら機器の設計・構成に用いるγ軸インダクタンスLγ、δ軸インダクタンスLδを定める。次に、従前の指令変換器、電流制御器の設計・構成法(dq軸間磁束干渉を有しない(換言するならば、理想的な)同期リラクタンス電動機のための設計・構成法)に(11)式の形式置換を適用すれば、指令変換器7、電流制御器6の設計・構成が完了する。dq軸間磁束干渉を有しない同期リラクタンス電動機のための従前の設計・構成法は、非特許文献2に詳しく解説されているので、これ以上の説明は差し控える。The
つづいて、dq軸間磁束干渉を有する同期リラクタンス電動機に対し、特に、請求項1、請求項3、請求項4の発明を用いた駆動装置による駆動システムの1基本的構造を図5に示す。図3に対する図5の大きな違いは、図5では、位置・速度センサ8が撤去されている点にある。図5は、本発明をセンサレスベクトル制御へ適用した例を示している。センサレスベクトル制御法は、「駆動用電圧電流利用法」と「高周波電圧印加法」とに大別されるが、駆動用電圧電流利用法に基づくセンサレスベクトル制御系では、位相決定器は、γδ磁気突極座標系、αβ固定座標系のいずれの座標系上でも構成可能である。図5は駆動用電圧電流利用法に基づき、γδ磁気突極座標系上で位相決定器を構成したセンサレスベクトル制御系を示している。Next, FIG. 5 shows one basic structure of a drive system using a drive device using the inventions of
図5における位相決定器9の内部構造を、図6に示した。本器は、余弦正弦信号発生器9a、位相偏差推定器9b、位相同期器9cから構成されている。図5における位相偏差推定器9b、位相同期器9cは、請求項4の発明に従い構成すればよい。すなわち、先ず、請求項4の発明に従った(2)式に基づき、これら機器の設計・構成に用いるγ軸インダクタンスLγ、δ軸インダクタンスLδを定める。次に、従前の位相偏差推定器、位相同期器の設計・構成法(dq軸間磁束干渉を有しない(換言するならば、理想的な)同期リラクタンス電動機のための設計・構成法)に(11)式の形式置換を適用すれば、位相偏差推定器9b、位相同期器9cの設計・構成が完了する。dq軸間磁束干渉を有しない同期リラクタンス電動機のための従前の設計・構成法は、非特許文献2に詳しく解説されているので、これ以上の説明は差し控える。なお、図6におけるωγはγδ磁気突極座標系の速度であり、ω2n^は回転子電気速度の推定値である。請求項2の発明に従い、γδ磁気突極座標系の位相θαγを推定的に決定する場合には、γδ磁気突極座標系の速度が回転子電気速度と等しくなるとは限らない。また、センサレス駆動の場合には、回転子電気速度の真値は未知であるので、同真値ω2nに代わって同推定値ω2n^を利用することになる。FIG. 6 shows the internal structure of the
つづいて、dq軸間磁束干渉を有する同期リラクタンス電動機に対し、特に、請求項1、請求項3、請求項4の発明を用いた駆動装置による駆動システムの1基本的構造を図7に示す。図7は、図5と同様に、駆動用電圧電流利用法に基づき、位相決定器9を構成したセンサレスベクトル制御系を示している。ただし図5と異なり、αβ固定座標系上で位相決定器9を構成している。Next, FIG. 7 shows one basic structure of a drive system using a drive device using the inventions of
図7における位相決定器9の内部構造を、図8に示した。本器は、余弦正弦信号発生器9a、位相推定器9d、速度推定器9eから構成されている。図8における位相推定器9d、速度推定器9eは、請求項4の発明に従い構成すればよい。すなわち、先ず、請求項4の発明に従った(2)式に基づき、これら機器の設計・構成に用いるγ軸インダクタンスLγ、δ軸インダクタンスLδを定める。次に、従前の位相偏差推定器、速度推定器の設計・構成法(dq軸間磁束干渉を有しない(換言するならば、理想的な)同期リラクタンス電動機のための設計・構成法)に(11)式の形式置換を適用すれば、位相推定器9d、速度推定器9eの設計・構成が完了する。dq軸間磁束干渉を有しない同期リラクタンス電動機のための従前の設計・構成法は、非特許文献2に詳しく解説されているので、これ以上の説明は差し控える。FIG. 8 shows the internal structure of the
図5~図8を用いて示した実施例は、請求項1、請求項3、請求項4の発明を駆動用電圧電流利用法に基づくセンサレスベクトル制御系に適用した例であった。請求項1、請求項3、請求項4の発明は、高周波電圧印加法に基づくセンサレスベクトル制御系にも適用可能であることを指摘しておく。この場合の位相決定器の設計・構成に関する従前方法の利用手順は、図5~図8を用いて示した実施例における利用手順と同様である。なお、高周波電圧印加法は、固定子インダクタンスの変化に不感なものも少なくない。このような高周波電圧印加法は、特別な改変なく、dq軸間磁束干渉をもつ同期リラクタンス電動機に適用される。この場合、推定的に決定される位相は、γδ磁気突極座標系の位相θαγである。請求項1、請求項3の発明は、このような高周波電圧印加法を利用した実施例を排除するものではない。The embodiments shown using FIGS. 5 to 8 are examples in which the inventions of
請求項1~請求項4の本発明は、dq軸間磁束干渉を有する同期リラクタンス電動機のための駆動装置に広く適用可能であり、本発明の適用範囲は実施例1~4に限定されるものではないことを指摘しておく。The present invention of
本発明は、dq軸間磁束干渉を有する同期リラクタンス電動機のための駆動装置に、特に好適である。The invention is particularly suitable for drives for synchronous reluctance motors with dq inter-axis flux interference.
1 同期リラクタンス電動機
2 電力変換器
3 電流検出器
4a 3相2相変換器
4b 2相3相変換器
5a ベクトル回転器
5b ベクトル回転器
6 電流制御器
7 指令変換器
8 位置・速度センサ
9 位相決定器
9a 余弦正弦信号発生器
9b 位相偏差推定器
9c 位相同期器
9d 位相推定器
9e 速度推定器1
Claims (4)
γ軸(基軸)とδ軸(副軸)の直交2軸からなり、かつγ軸とδ軸の間では軸間磁束干渉が消滅に準じた状態で低減する座標系をγδ磁気突極座標系と定義し、γδ磁気突極座標系の固定子基準位置から評価した位相をθαγとするとき、
γδ磁気突極座標系の位相θαγを決定する座標系位相決定手段と
γδ磁気突極座標系上で固定子電流制御の少なくとも一部を遂行する固定子電流制御手段と
を備えることを特徴とする同期リラクタンス電動機のための駆動装置。Consists of two orthogonal axes: the d-axis (basic axis) whose axis phase is the phase of forward mechanical salient poles or reverse mechanical salient poles determined by the mechanical structure of the rotor, and the q-axis (secondary axis) orthogonal to the d-axis. A drive for a synchronous reluctance motor having inter-axis flux interference between the d-axis and the q-axis on a dq synchronous coordinate system defined by
The γδ magnetic salient polar coordinate system is a coordinate system consisting of two orthogonal axes, the γ axis (basic axis) and the δ axis (secondary axis), in which the interaxial magnetic flux interference is reduced in a state similar to extinction between the γ axis and the δ axis. defined, and the phase evaluated from the stator reference position in the γδ magnetic salient pole coordinate system is θαγ,
A synchronous reluctance characterized by comprising coordinate system phase determining means for determining a phase θαγ of a γδ magnetic salient polar coordinate system and stator current control means for performing at least a part of stator current control on the γδ magnetic salient polar coordinate system. Drive for electric motors.
位相差θγが次式
を実質満足するように、該座標系位相決定手段を構成したことを特徴とする請求項1記載の同期リラクタンス電動機のための駆動装置The d-axis inductance and the q-axis inductance of the synchronous reluctance motor on the dq synchronous coordinate system are Ld and Lq, respectively. When the phase difference between the d-axis and the γ-axis with respect to the axis is θγ,
The phase difference θγ is given by the following formula
2. A driving device for a synchronous reluctance motor according to claim 1, wherein said coordinate system phase determining means is constructed so as to substantially satisfy
次式
を実質満足するようにLγ、Lδを定め、定めたLγ、Lδあるいはこの処理値を用いて、該座標系位相決定手段、該γδ磁気突極座標系上の該固定子電流制御手段の少なくともいずれかの手段を設計または構成したことを特徴とする請求項1記載の同期リラクタンス電動機のための駆動装置。The d-axis inductance and the q-axis inductance of the synchronous reluctance motor on the dq synchronous coordinate system are Ld and Lq, respectively. When the γ-axis inductance and the δ-axis inductance used for the design or configuration of the means of the driving device are Lγ and Lδ, respectively,
the following formula
Lγ and Lδ are determined so as to substantially satisfy the above, and using the determined Lγ and Lδ or the processed values, at least one of the coordinate system phase determination means and the stator current control means on the γδ magnetic salient pole coordinate system 2. A drive for a synchronous reluctance motor according to claim 1, characterized in that it is designed or constructed with means for:
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