KR20030059239A - 동기 모터 제어 방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

동기 모터의 공급 전류를 검출하는 전류 검출부와, 단자 전압을 검출하는 전압 검출 수단과, 모터 모델이 설정되어 모터 전류 및 전압으로부터 로터의 회전 속도 및 회전 위치를 연산하는 위치 ·속도 검출부와, 검출 속도와 외부로부터 주어지는 속도 지령의 차를 산출하는 속도차 산출부와, 속도차로부터 평균적 속도가 지령 속도가 되도록 전류 지령을 연산하는 속도 제어부와, 속도차로부터 전류 지령을 보정하도록 전류 진폭 변조 신호를 연산하는 토크 제어부와, 전류 지령과 전류 진폭 변조 신호를 곱셈하여 토크 제어 전류 지령을 산출하는 곱셈부와, 토크 제어 전류 지령과 외부로부터 주어지는 위상 지령으로부터 전류 지령을 연산하는 위상 제어부와, 검출된 로터 위치, 모터 전류, 및 최종 전류 지령으로부터 전압 지령을 연산하여 인버터에 공급하는 전류 제어부를 갖는다.

Description

동기 모터 제어 방법 및 그 장치{SYNCHRONOUS MOTOR CONTROL METHOD AND DEVICE}

종래부터, 각종 기기의 구동원으로서 동기 모터가 채용되고 있지만, 이 동기 모터에 대해서는 전압 이용률의 향상{(과변조)에 의한 운전 범위 확대나 고효율화, 제어성 향상, 저소음화}가 요구되고 있는 동시에, 로터의 회전 위치를 검출하기 위한 센서를 불필요하게 하는 것에 의한 신뢰성 향상, 비용 저감, 및 센서리스(sensorless) 제어 시에는 그 치밀화가 요구되고 있다.

그리고, 이러한 요구를 만족시키기 위한 동기 모터 제어 방법으로서,

(1)「IPM 모터의 센서리스 제어」, 모터 기술 심포지엄 B-5, 1999/3에 개시하는 바와 같이, 유기 전압을 외란으로서 고려하는 외란 옵저버를 이용한 센서리스 벡터 제어가 제안되어 있다. 이 센서리스 벡터 제어는 외란 옵저버 및 과변조를 수반하지 않는 전류 제어를 이용하는 제어 방법이다.

또한, (2) 동기 모터의 고정자 권선에 통전하는 기간을 120°로 설정함으로써 모터의 무통전 상(相)의 유기 전압을 관측하여, 모터 유기 전압으로부터 로터 회전 위치를 검출함과 동시에, 전압 위상 제어를 행하여 동기 모터를 제어하는 방법도 제안되어 있다.

그러나, (1)의 방법을 채용한 경우에는, 전류 제어를 이용하고 있는 관계상, 전압 이용률을 올릴 수 없기 때문에, 모터 권선을 적게 하여 유기 전압을 내리는 것이 필요하게 되고, 나아가서는 효율이 저하한다는 문제점이 있다. 또한, 모터의 운전 상태에서 위치가 어긋나기 때문에, 1회전 중의 속도 변동을 억제하는 토크 제어를 행하더라도 충분한 제진(制振) 효과를 얻을 수 없다.

(2)의 방법을 채용한 경우에는, 무통전 상에서 유기 전압을 관측하는 관계상, 통전 폭을 확대할 수 없어서, 전압 이용률을 올릴 수 없다는 문제점이 있다. 또한, 전압 위상의 제어 범위가 작고, IPM(매립 자석 구조의 로터를 갖는 브러시리스 DC 모터)를 효율적으로 운전할 수 없다는 문제점도 있다. 또한, 60°마다 회전 위치 검출만을 할 수 있으므로, 제어를 치밀화하는 것이 곤란하다는 문제점도 있다.

본 발명은 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 모터 특성의 영향을 거의 받지 않고서, 제어성의 향상, 전압 이용률의 향상, 소음 저감, 충분한 제진, 효율 향상을 달성할 수 있는 동기 모터 제어 방법 및 그 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

본 발명은 동기 모터 제어 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 모터 모델을 이용하여 로터의 회전 위치를 검출하여, 부하 변동, 속도 지령 값, 토크 지령이 변동하는 경우에도 동기 모터를 양호한 정밀도로 제어할 수 있는 신규한 동기 모터 제어 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 동기 모터 제어 장치의 일 실시형태를 도시하는 블록도이다.

도 2는 위치 ·속도 검출부의 구성의 일례를 도시하는 블록도이다.

도 3은 위치 ·속도 검출부의 구성의 다른 예를 도시하는 블록도이다.

도 4는 토크 제어의 유무에 따른 속도 변동 개선 효과의 시뮬레이션 결과를 도시하는 도면이다.

도 5는 본 발명의 동기 모터 제어 장치의 다른 실시형태를 도시하는 블록도이다.

도 6은 본 발명의 동기 모터 제어 장치의 또한 다른 실시형태를 도시하는 블록도이다.

도 7은 회전 좌표 모터 모델에 기초하는 위치 검출기의 구성을 도시하는 블록도이다.

도 8은 도 7의 위치 검출기를 선형 근사한 위치 검출기의 구성을 도시하는 블록도이다.

도 9는 고정 좌표 모터 모델에 기초하는 위치 검출기의 구성을 도시하는 블록도이다.

도 10은 d축을 기준으로 한 전류 위상과 2상 변환 후의 전류치에 대한 (L_d-L_q)i_d+φ를 도시하는 도면이다.

도 11은 토크 제어기를 이용한 제어계를 도시하는 블록도이다.

도 12는 토크 제어기의 게인 특성을 도시하는 도면이다.

도 13은 본 발명의 동기 모터 제어 장치의 또한 다른 실시형태를 도시하는 블록도이다.

도 14는 본 발명의 동기 모터 제어 장치의 또한 다른 실시형태를 도시하는 블록도이다.

도 15는 매립 자석 구조 동기 모터의 전류 위상 특성을 도시하는 도면이다.

도 16은 공기 조화기용 압축기의 토크 패턴을 도시하는 도면이다.

도 17은 본 발명의 동기 모터 제어 장치의 또한 다른 실시형태를 도시하는 블록도이다.

도 18은 도 17의 동기 모터 제어 장치에 의한 부하 토크의 경시변화의 시뮬레이션 결과를 도시하는 도면이다.

도 19는 도 17의 동기 모터 제어 장치에 의한 회전 속도의 경시변화의 시뮬레이션 결과를 도시하는 도면이다.

도 20은 도 17의 동기 모터 제어 장치에 의한 추정 각도 오차의 경시변화의시뮬레이션 결과를 도시하는 도면이다.

도 21은 도 17의 동기 모터 제어 장치에 의한 전류 위상의 경시변화의 시뮬레이션 결과를 도시하는 도면이다.

도 22는 도 17의 동기 모터 제어 장치에 의한 제어기 내부의 전류 위상 추정치의 경시변화의 시뮬레이션 결과를 도시하는 도면이다.

도 23은 캔슬 수단을 갖지 않는 동기 모터 제어 장치에 의한 부하 토크의 경시변화의 시뮬레이션 결과를 도시하는 도면이다.

도 24는 캔슬 수단을 갖지 않는 동기 모터 제어 장치에 의한 회전 속도의 경시변화의 시뮬레이션 결과를 도시하는 도면이다.

도 25는 캔슬 수단을 갖지 않는 동기 모터 제어 장치에 의한 추정 각도 오차의 경시변화의 시뮬레이션 결과를 도시하는 도면이다.

도 26은 캔슬 수단을 갖지 않는 동기 모터 제어 장치에 의한 전류 위상의 경시변화의 시뮬레이션 결과를 도시하는 도면이다.

도 27은 캔슬 수단을 갖지 않는 동기 모터 제어 장치에 의한 제어기 내부의 전류 위상 추정치의 경시변화의 시뮬레이션 결과를 도시하는 도면이다.

도 28은 필터링된 위치 정보로부터 속도 급변에 의한 위치 이탈을 보상하기 위한 구성을 도시하는 블록도이다.

청구항 1의 동기 모터 제어 방법은 주기적 토크 변동을 갖는 부하를 구동하는 동기 모터의 입력 단자 전압, 전류 및 이 동기 모터의 기기 정수를 사용하여 로터의 회전 위치를 검출하고, 회전 위치 검출 결과에 기초하여, 인버터의 출력 전류 또는 출력 전압을, 주기적 토크 변동에 기인하는 동기 모터(4)의 속도 변동을 없애도록 제어하고, 인버터의 출력 전압 또는 출력 전류를 동기 모터에 공급하는 방법이다.

청구항 2의 동기 모터 제어 방법은 주기적 토크 변동을 갖는 부하를 구동하는 동기 모터의 입력 단자 전압 고조파, 전류 고조파 및 이 동기 모터의 인덕턴스 분포를 사용하여 로터의 회전 위치를 검출하고, 회전 위치 검출 결과에 기초하여, 인버터의 출력 전류 또는 출력 전압을, 주기적 토크 변동에 기인하는 동기 모터의 속도 변동을 없애도록 제어하고, 인버터의 출력 전압 또는 출력 전류를 동기 모터에 공급하는 방법이다.

청구항 3의 동기 모터 제어 방법은 (L_d- L_q) i_d+ Φ 〉0((L_d는 d축 인덕턴스, L_q는 q축 인덕턴스, i_d는 d축 전류, Φ는 전기자 쇄교 자속)이 되는 전류 위상의 범위에서 동기 모터를 제어하는 방법이다.

청구항 4의 동기 모터 제어 방법은 회전 좌표 모터 모델을 사용하여 회전 위치를 검출하는 방법이다.

청구항 5의 동기 모터 제어 방법은 ｜L_d- L_q｜가 작은 모터를 제어하는 방법이다.

청구항 6의 동기 모터 제어 방법은 고정 좌표 모터 모델을 사용하여 회전 위치를 검출하는 방법이다.

청구항 7의 동기 모터 제어 방법은 ｜L_d- L_q｜가 큰 모터를 제어하는 방법이다.

청구항 8의 동기 모터 제어 방법은 회전 속도 변동의 주파수 성분에 대한 피드백 게인을 무한대로 설정하여 토크 제어를 행하는 방법이다.

청구항 9의 동기 모터 제어 방법은 부하 변동에 따른 전류 또는 전압 패턴을 미리 기억해 두고, 회전 위치 검출 결과에 따라 해당하는 전류 또는 전압 패턴을 출력하여, 부하 변동에 기인하는 속도 변동을 저감하는 방법이다.

청구항 10의 동기 모터 제어 방법은 전류 위상과 전류 진폭을 관련지어 토크제어를 행하는 방법이다.

청구항 11의 동기 모터 제어 방법은 전류 위상을 일정하게 유지하고, 전류 진폭을 변화시킴으로써 토크 제어를 행하는 방법이다.

청구항 12의 동기 모터 제어 방법은 동기 모터에 의해 공기 조화기용 압축기를 구동하는 방법이다.

청구항 13의 동기 모터 제어 방법은 속도 지령 값, 토크 지령, 또는 부하가 시시각각 변화하는 조건 하에서 동기 모터를 제어함에 있어서, 동기 모터의 입력 단자 전압, 전류 및 이 동기 모터의 기기 정수를 이용하여 로터의 회전 위치를 검출하고, 회전 위치 검출 결과에 기초하여 필터에 의해 회전 위치 보정 결과를 얻어, 회전 위치 검출 결과를 입력으로 하는 필터의 지연 또는 회전 위치 검출의 반응 속도에 의한 지연을 캔슬하고, 회전 위치 보정 결과 또는 지연이 캔슬된 값에 기초하여, 인버터의 출력 전류 또는 출력 전압을 제어하고, 인버터의 출력 전압 또는 출력 전류를 동기 모터에 공급하는 방법이다.

청구항 14의 동기 모터 제어 방법은 속도 지령 값, 토크 지령, 또는 부하가 시시각각 변화하는 조건 하에서 동기 모터를 제어함에 있어서, 동기 모터의 입력 단자 전압, 전류 및 이 동기 모터의 기기 정수를 사용하여 로터의 회전 위치를 산출하고, 회전 위치 산출 결과에 기초하여, 인버터의 출력 전류 또는 출력 전압을 제어하고, 인버터의 출력 전압 또는 출력 전류를 동기 모터에 공급하는 방법이다.

청구항 15의 동기 모터 제어 방법은 고정 좌표 모터 모델을 이용하여, 모터 전압을 적분하여 자속을 구하고, 자속에 포함되는 로터의 회전 위치 정보로부터 회전 위치를 산출하는 방법이다.

청구항 16의 동기 모터 제어 방법은 동기 모터로서 자기 돌극성(突極性)이 있는 모터를 채용하여, 입력 전압 고조파 및 전류 고조파를 사용하여 회전 위치를 산출하는 방법이다.

청구항 17의 동기 모터 제어 방법은 동기 모터에 의해 공기 조화기용 압축기를 구동하는 방법이다.

청구항 18의 동기 모터 제어 장치는 주기적 토크 변동을 갖는 부하를 구동하는 동기 모터의 입력 단자 전압, 전류 및 이 동기 모터의 기기 정수를 사용하여 로터의 회전 위치를 검출하는 회전 위치 검출 수단과, 회전 위치 검출 결과에 기초하여, 인버터의 출력 전류 또는 출력 전압을, 주기적 토크 변동에 기인하는 동기 모터의 속도 변동을 없애도록 제어하는 인버터 제어 수단을 포함하는 것이다.

청구항 19의 동기 모터 제어 장치는 주기적 토크 변동을 갖는 부하를 구동하는 동기 모터의 입력 단자 전압 고조파, 전류 고조파 및 이 동기 모터의 인덕턴스 분포를 사용하여 로터의 회전 위치를 검출하는 회전 위치 검출 수단과, 회전 위치 검출 결과에 기초하여, 인버터의 출력 전류 또는 출력 전압을, 주기적 토크 변동에 기인하는 동기 모터의 속도 변동을 없애도록 제어하는 인버터 제어 수단을 포함하는 것이다.

청구항 20의 동기 모터 제어 장치는 상기 인버터 제어 수단으로서, (L_d- L_q) i_d+ Φ 〉0(L_d는 d축 인덕턴스, L_q는 q축 인덕턴스, i_d는 d축 전류, Φ는 전기자 쇄교 자속)이 되는 전류 위상의 범위에서 동기 모터를 제어하는 것을 채용하는 것이다.

청구항 21의 동기 모터 제어 장치는 상기 회전 위치 검출 수단으로서, 회전 좌표 모터 모델을 이용하여 회전 위치를 검출하는 것을 채용하는 것이다.

청구항 22의 동기 모터 제어 장치는 동기 모터로서, ｜L_d- L_q｜가 작은 모터를 채용하는 것이다.

청구항 23의 동기 모터 제어 장치는 상기 회전 위치 검출 수단으로서, 고정 좌표 모터 모델을 이용하여 회전 위치를 검출하는 것을 채용하는 것이다.

청구항 24의 동기 모터 제어 장치는 동기 모터로서, ｜L_d- L_q｜가 큰 모터를채용하는 것이다.

청구항 25의 동기 모터 제어 장치는 상기 인버터 제어 수단으로서, 회전 속도 변동의 주파수 성분에 대한 피드백 게인을 무한대로 설정하여 토크 제어를 행하는 것을 채용하는 것이다.

청구항 26의 동기 모터 제어 장치는 상기 인버터 제어 수단으로서, 부하 변동에 따른 전류 또는 전압 패턴을 미리 기억해 두고, 회전 위치 검출 결과에 따라서 해당하는 전류 또는 전압 패턴을 출력하여, 부하 변동에 기인하는 속도 변동을 저감하는 것을 채용하는 것이다.

청구항 27의 동기 모터 제어 장치는 상기 인버터 제어 수단으로서, 전류 위상과 전류 진폭을 관련지어 토크 제어를 행하는 것을 채용하는 것이다.

청구항 28의 동기 모터 제어 장치는 상기 인버터 제어 수단으로서, 전류 위상을 일정하게 유지하고, 전류 진폭을 변화시킴으로써 토크 제어를 행하는 것을 채용하는 것이다.

청구항 29의 동기 모터 제어 장치는 상기 동기 모터로서 공기 조화기용 압축기를 구동하는 것을 채용하는 것이다.

청구항 30의 동기 모터 제어 장치는 속도 지령 값, 토크 지령, 또는 부하가 시시각각 변화하는 조건 하에서 동기 모터를 제어하는 것으로, 동기 모터의 입력 단자 전압, 전류 및 이 동기 모터의 기기 정수를 사용하여 로터의 회전 위치를 검출하는 회전 위치 검출 수단과, 회전 위치 검출 결과에 기초하여 필터에 의해 회전 위치 보정 결과를 얻는 필터 수단과, 회전 위치 검출 결과를 입력으로 하는 필터의지연 또는 회전 위치 검출의 반응 속도에 의한 지연을 캔슬하는 캔슬 수단과, 회전 위치 보정 결과 또는 지연이 캔슬된 값에 기초하여, 인버터의 출력 전류 또는 출력 전압을 제어하는 인버터 제어 수단을 포함하는 것이다.

청구항 31의 동기 모터 제어 장치는 속도 지령 값, 토크 지령, 또는 부하가 시시각각 변화하는 조건 하에서 동기 모터를 제어하는 것으로, 동기 모터의 입력 단자 전압, 전류 및 이 동기 모터의 기기 정수를 이용하여 로터의 회전 위치를 산출하는 회전 위치 산출 수단과, 회전 위치 산출 결과에 기초하여, 인버터의 출력 전류 또는 출력 전압을 제어하는 인버터 제어 수단을 포함하는 것이다.

청구항 32의 동기 모터 제어 장치는 상기 회전 위치 산출 수단으로서, 고정 좌표 모터 모델을 사용하여, 모터 전압을 적분하여 자속을 구하고, 자속에 포함되는 로터의 회전 위치 정보로부터 회전 위치를 산출하는 것을 채용하는 것이다.

청구항 33의 동기 모터 제어 장치는 상기 동기 모터로서 자기 돌극성이 있는 모터를 채용하여, 상기 회전 위치 산출 수단으로서, 입력 전압 고조파 및 전류 고조파를 이용하여 회전 위치를 산출하는 것을 채용하는 것이다.

청구항 34의 동기 모터 제어 장치는 상기 동기 모터로서 공기조화기용 압축기를 구동하는 것을 채용하는 것이다.

청구항 1의 동기 모터 제어 방법이면, 주기적 토크 변동을 갖는 부하를 구동하는 동기 모터의 입력 단자 전압, 전류 및 이 동기 모터의 기기 수를 이용하여 로터의 회전 위치를 검출하고, 회전 위치 검출 결과에 따라, 인버터의 출력 전류 또는 출력 전압을, 주기적 토크 변동에 기인하는 동기 모터의 속도 변동을 없애도록제어하여, 인버터의 출력 전압 또는 출력 전류를 동기 모터에 공급하는 것이므로, 부하가 주기적 토크 변동을 갖고 있어도, 동기 모터의 속도 변동을 방지하고, 혹은 대폭적으로 억제하는 것이 가능하다. 이 결과, 모터 특성의 영향을 거의 받지 않고, 제어성의 향상, 전압 이용률의 향상, 소음 저감, 충분한 제진, 효율 향상을 달성하는 것이 가능하다.

청구항 2의 동기 모터 제어 방법에 의하면, 주기적 토크 변동을 갖는 부하를 구동하는 동기 모터의 입력 단자 전압 고조파, 전류 고조파 및 이 동기 모터의 인덕턴스 분포를 이용하여 로터의 회전 위치를 검출하고, 회전위치 검출결과에 기초하여, 인버터의 출력전류 또는 출력전압을, 주기적 토크 변동에 기인하는 동기 모터의 속도 변동을 제거하도록 제어하고, 인버터의 출력 전압 또는 출력 전류를 동기 모터에 공급하기 때문에, 부하가 주기적 토크 변동을 갖고 있어도, 오차를 저감하여 동기 모터의 속도변동을 충분히 방지하고, 혹은 대폭적으로 억제하는 것이 가능하다. 이 결과, 모터 특성의 영향을 거의 받지 않고, 제어성의 향상, 전압 이용률의 향상, 소음 저감, 충분한 제진, 효율 향상을 달성하는 것이 가능하다.

청구항 3의 동기 모터 제어 방법에 의하면, (L_d-L_q)i_d+Φ > 0(L_d는 d축 인덕턴스, L_q는 q축 인덕턴스, i_d는 d축 전류, Φ는 전기자 쇄교자속)으로 하는 전류 위상의 범위에서 동기 모터를 제어하기 때문에, 청구항 1의 작용에 부가하여, 로터의 회전 위치를 확실하게 검출하는 것이 가능하다.

청구항 4의 동기 모터 제어 방법에 의하면, 회전 좌표 모터 모델을 이용하여회전 위치를 검출하기 때문에, 청구항 1 또는 청구항 3과 동일 작용을 달성하는 것이 가능하다.

청구항 5의 동기 모터 제어 방법에 의하면, | L_d-L_q|가 작은 모터를 제어하기 때문에, 청구항 4의 작용에 부가하여, 회전 위치 검출 오차의 발생을 방지하는 것이 가능하다.

청구항 6의 동기 모터 제어 방법에 의하면, 고정 좌표 모터 모델을 이용하여 회전 위치를 검출하기 때문에, 간단한 처리에서 청구항 1 또는 청구항 3과 동일 작용을 달성하는 것이 가능하다.

청구항 7의 동기 모터 제어 방법에 의하면, | L_d-L_q|가 큰 모터를 제어하기 때문에, 회전 좌표 모터 모델을 이용한 경우에는 적용할 수 없었던 돌극 비가 큰 모터에 적용하는 것에 의해, 청구항 6과 동일 작용을 달성하는 것이 가능하다.

청구항 8의 동기 모터 제어 방법에 의하면, 회전속도 변동의 주파수 성분에 대한 피드백 게인을 무한대로 설정하여 토크 제어를 행하기 때문에, 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 하나의 작용에 부가하여, 회전속도 변동을 확실하게 제어하는 것이 가능하다.

청구항 9의 동기 모터 제어 방법에 의하면, 부하 변동에 따른 전류 또는 전압 패턴을 미리 기억하여 두고, 회전 위치 검출 결과에 따라 해당하는 전류 또는 전압 패턴을 출력하여, 부하변동에 기인하는 속도변동을 저감하기 때문에, 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 하나의 동일한 작용을 달성하는 것이 가능하다.

청구항 10의 동기 모터 제어 방법에 의하면, 전류위치와 전류진폭을 관련하여 토크 제어를 행하기 때문에, 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 하나의 작용에 부가하여, 효율의 향상을 실현하는 것이 가능하다.

청구항 11의 동기 모터 제어 방법에 의하면, 전류 위상을 일정하게 유지하고, 전류 진폭을 변화시키는 것에 의해 토크 제어를 행하기 때문에, 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 하나의 작용에 부가하여, 제어를 간단화할 수 있다.

청구항 12의 동기 모터 제어 방법에 의하면, 동기 모터에 의해 공기 조화기용 압축기를 구동하기 때문에, 청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 하나의 작용에 부가하여, 부하 변동이 크고, 또 고속 동작시키는 필요가 있는 공기 조화기용 압축기를 안정적으로 구동하는 것이 가능하다.

청구항 13의 동기 모터 제어 방법에 의하면, 속도 지령 값, 토크 지령, 또는 부하가 시시각각 변화하는 조건 하에 있어서 동기 모터를 제어하는 것에 대응하여, 동기 모터의 입력 단자 전압, 전류 및 이 동기 모터의 기기 정수를 이용하여 로터의 회전위치를 검출하고, 회전위치 검출결과에 기초하여 필터에 의해 회전위치 보정결과를 얻어, 회전위치 검출결과를 입력으로 하는 필터의 지연 또는 회전 위치 검출의 반응 속도에 의한 지연을 상쇄하고, 회전 위치 보정 결과 또는 지연이 상쇄된 값을 기초로, 인버터의 출력 전류 또는 출력 전압을 제어하고, 인버터의 출력 전압 또는 출력 전류를 동기 모터에 공급하기 때문에, 지연이 작은 경우, 큰 경우 어느 것에도 대처할 수 있고, 동기 모터의 속도 변동을 방지하고, 혹은 대폭적으로 억제하는 것이 가능하다. 이 결과, 모터 특성의 영향을 거의 받지 않고, 제어성의향상, 전압이용률의 향상, 소음저감, 충분한 제진, 효율 향상을 달성하는 것이 가능하다.

청구항 14의 동기 모터 제어 방법에 의하면, 속도 지령 값, 토크 지령, 또는 부하가 시시각각 변화하는 조건 하에서 동기 모터를 제어하는 것에 대응하여, 동기 모터의 입력단자전압, 전류 및 이 동기 모터의 기기 정수를 이용하여 로터의 회전위치를 산출하고, 회전위치산출결과에 기초로, 인버터의 출력전류 또는 출력전압을 제어하고, 인버터의 출력전압 또는 출력전류를 동기 모터에 공급하기 때문에, 고속 변화에 충분히 추종할 수 있고, 동기 모터의 속도 변동을 방지하고, 혹은 대폭적으로 억제하는 것이 가능하다. 이 결과, 모터 특성의 영향을 거의 받지 않고, 제어성의 향상, 전압 이용률의 향상, 소음 저감, 충분한 제진, 효율 향상을 달성하는 것이 가능하다.

청구항 15의 동기 모터 제어 방법에 의하면, 고정 좌표 모터 모델을 이용하여, 모터 전압을 적분하여 자속을 구하고, 자속에 포함되는 로터의 회전 위치 정보에서 회전 위치를 산출하기 때문에, 고속 변화에 충분히 추종하는 것이 가능하고, 동기 모터의 속도변동을 방지하고, 혹은 대폭적으로 억제하는 것이 가능하다. 이 결과, 모터 특성의 영향을 거의 받지 않고, 제어성의 향상, 전압 이용률의 향상, 소음 저감, 충분한 제진, 효율 향상을 달성하는 것이 가능하다.

청구항 16의 동기 모터 제어 방법에 의하면, 동기 모터로서 자기 돌극성이 있는 모터를 채용하고, 입력 전압 고조파 및 전류 고조파를 이용하여 회전 위치를 산출하기 때문에, 청구항 13 내지 청구항 15 중 어느 작용에 부가하여, 급격한 부하 변동에 대해서도 오차 없는 회전 위치 검출을 행하는 것이 가능하다.

청구항 17의 동기 모터 제어 방법에 의하면, 동기 모터에 의해 공기 조화기용 압축기를 구동하기 때문에, 청구항 13 내지 청구항 16 중 어느 작용에 부가하여, 부하 변동이 크고, 또 고속 동작시킬 필요가 있는 공기 조화기용 압축기를 안정적으로 구동하는 것이 가능하다.

청구항 18의 동기 모터 제어 장치에 의하면, 회전위치 검출수단에 의해, 주기적 토크 변동을 갖는 부하를 구동하는 동기 모터의 입력 단자 전압, 전류 및 이 동기 모터의 기기 정수를 이용하여 로터의 회전 위치를 검출하고, 인버터 제어수단에 의해, 회전위치 검출결과에 기초하여, 인버터의 출력전류 또는 출력전압을, 주기적 토크 변동에 기인하는 동기 모터의 속도 변동을 제거하도록 제어하는 것이 가능하다.

따라서, 부하가 주기적 토크 변동을 갖고 있어도, 동기 모터의 속도 변동을 방지하고, 혹은 대폭적으로 억제하는 것이 가능하다. 이 결과, 모터 특성의 영향을 거의 받지 않고, 제어성의 향상, 전압 이용률의 향상, 소음저감, 충분한 제진, 효율향상을 달성하는 것이 가능하다.

청구항 19의 동기 모터 제어 장치에 의하면, 회전 위치 검출수단에 의해, 주기적 토크 변동을 갖는 부하를 구동하는 동기 모터의 입력 단자 전압 고조파, 전류 고조파 및 이 동기 모터의 인덕턴스 분포를 이용하여 로터의 회전 위치를 검출하고, 인버터 제어수단에 의해, 회전위치 검출결과에 기초하여, 인버터의 출력전류 또는 출력전압을, 주기적 토크 변동에 기인하는 동기 모터의 속도 변동을 제거하도록 제어하는 것이 가능하다.

따라서, 부하가 주기적 토크 변동을 갖고 있어도, 오차를 저감하여 동기 모터의 속도 변동을 충분히 방지하고, 혹은 대폭적으로 제어하는 것이 가능하다. 이 결과, 모터 특성의 영향을 거의 받지 않고, 제어성의 향상, 전압이용률의 향상, 소음 저감, 충분한 제진, 효율향상을 달성하는 것이 가능하다.

청구항 20의 동기 모터 제어 장치에 의하면, 상기 인버터 제어수단으로서, (L_d- L_q) i_d+ Φ > 0(L_d는 d축 인덕턴스, L_q는 q축 인덕턴스, i_d는 d축 전류, Φ는 전기자 쇄교자속)으로 하는 전류 위상의 범위에서 동기 모터를 제어하기 때문에, 청구항 18의 작용에 부가하여, 로터의 회전 위치를 확실하게 검출하는 것이 가능하다.

청구항 21의 동기 모터 제어 장치에 의하면, 상기 회전 위치 검출수단으로서, 회전 좌표 모터 모델을 이용하여 회전 위치를 검출하는 것을 채용하기 때문에, 청구항 18 또는 청구항 20과 동일 작용을 달성하는 것이 가능하다.

청구항 22의 동기 모터 제어 장치에 의하면, 동기 모터로서, | L_d-L_q|가 작은 모터를 채용하기 때문에, 청구항 21의 작용에 부가하여, 회전 위치 검출 오차의 발생을 방지하는 것이 가능하다.

청구항 23의 동기 모터 제어 장치에 의하면, 상기 회전 위치 검출수단으로서, 고정 좌표 모터 모델을 이용하여 회전 위치를 검출하는 것을 채용하기 때문에, 간단한 처리로 청구항 18 또는 청구항 20과 동일 작용을 달성하는 것이 가능하다.

청구항 24의 동기 모터 제어 장치에 의하면, 동기 모터로서, | L_d-L_q|가 큰 모터를 채용하기 때문에, 회전 좌표 모터 모델을 이용한 경우에는 적용할 수 없었던 돌극 비가 큰 모터에 적용하는 것에 의해, 청구항 23과 동일 작용을 달성하는 것이 가능하다.

청구항 25의 동기 모터 제어 장치에 의하면, 상기 인버터 제어수단으로서, 회전속도변동의 주파수 성분에 대한 피드백 게인을 무한대로 설정하여 토크 제어를 행하는 것을 채용하기 때문에, 청구항 18 내지 청구항 24 중 어느 하나의 작용에 부가하여, 회전속도변동을 확실하게 제어하는 것이 가능하다.

청구항 26의 동기 모터 제어 장치에 의하면, 상기 인버터 제어수단으로서, 부하 변동에 따른 전류 또는 전압 패턴을 미리 기억하여 두고, 회전위치 검출결과에 따라 해당하는 전류 또는 전압 패턴을 출력하여, 부하변동에 기인하는 속도변동을 저감하는 것을 채용하기 때문에, 청구항 18 내지 청구항 24 중 어느 하나와 동일한 작용을 달성하는 것이 가능하다.

청구항 27의 동기 모터 제어 장치에 의하면, 상기 인버터 제어수단으로서, 전류위상과 전류진폭을 관련하여 토크 제어를 행하는 것을 채용하기 때문에, 청구항 18 내지 청구항 26 중 어느 하나의 작용에 부가하여, 효율의 향상을 실현하는 것이 가능하다.

청구항 28의 동기 모터 제어 장치에 의하면, 상기 인버터 제어수단으로서, 전류 위상을 일정하게 유지하고, 전류 진폭을 변화시키는 것에 의해 토크 제어를행하는 것을 채용하기 때문에, 청구항 18 내지 청구항 26 중 어느 하나의 작용에 부가하여, 제어를 간단화할 수 있다.

청구항 29의 동기 모터 제어 장치에 의하면, 상기 동기 모터로서 공기 조화기용 압축기를 구동하는 것을 채용하기 때문에, 청구항 18 내지 청구항 28 중 어느 하나의 작용에 부가하여, 부하 변동이 크고, 또 고속 동작시킬 필요가 있는 공기 조화기용 압축기를 안정적으로 구동하는 것이 가능하다.

청구항 30의 동기 모터 제어 장치에 의하면, 속도 지령 값, 토크 지령, 또는 부하가 시시각각 변화하는 조건 하에 있어서 동기 모터를 제어하는 것에 대응하여, 회전위치 검출수단에 의해, 동기 모터의 입력 단자 전압, 전류 및 이 동기 모터의 기기 정수를 이용하여 로터의 회전위치를 검출하고, 필터수단에 의해, 회전위치 검출결과에 기초로 필터에 의해 회전 위치 보정 결과를 얻어, 상쇄수단에 의해, 회전위치 검출결과를 입력으로 하는 필터의 지연 또는 회전 위치 검출의 반응 속도에 의한 지연이 상쇄되고, 인버터 제어수단에 의해, 회전위치 보정결과 또는 지연이 상쇄된 값에 기초하여, 인버터의 출력 전류 또는 출력 전압을 제어하는 것이 가능하다.

따라서, 지연이 작은 경우, 큰 경우 어느 것에도 대처할 수 있고, 동기 모터의 속도 변동을 방지하고, 혹은 대폭적으로 억제하는 것이 가능하다. 이 결과, 모터 특성의 영향을 거의 받지 않고, 제어성의 향상, 전압 이용률의 향상, 소음 저감, 충분한 제진, 효율 향상을 달성하는 것이 가능하다.

청구항 31의 동기 모터 제어 장치에 의하면, 속도 지령 값, 토크 지령, 또는부하가 시시각각 변화하는 조건 하에서 동기 모터를 제어하는 것에 대응하여, 회전위치 산출수단에 의해, 동기 모터의 입력 단자 전압, 전류 및 이 동기 모터의 기기 정수를 이용하여 로터의 회전위치를 산출하고, 인버터 제어수단에 의해, 회전 위치 산출 결과에 기초하여, 인버터의 출력전류 또는 출력전압을 제어하는 것이 가능하다.

따라서, 고속 변화에 충분히 추종하는 것이 가능하고, 동기 모터의 속도 변동을 방지하고, 혹은 대폭적으로 억제하는 것이 가능하다. 이 결과, 모터 특성의 영향을 거의 받지 않고, 제어성의 향상, 전압 이용률의 향상, 소음 저감, 충분한 제진, 효율 향상을 달성하는 것이 가능하다.

청구항 32의 동기 모터 제어 장치에 의하면, 상기 회전 위치 산출수단으로서, 고정 좌표 모터 모델을 이용하고, 모터 전압을 적분해서 자속을 구하고, 자속에 포함되는 로터의 회전 위치 정보로부터 회전 위치를 산출하는 것을 채용하는 것이기 때문에, 고속 변화에 충분히 추종할 수 있고, 동기 모터의 속도 변동을 방지하고, 혹은 대폭으로 억제할 수 있다. 이 결과, 모터 특성의 영향을 거의 받는 일 없이, 제어성 향상, 전압 이용률의 향상, 소음 저감, 충분한 제진, 효율 향상을 달성할 수 있다.

청구항 33의 동기 모터 제어 장치이면, 상기 동기 모터로서 자기 돌극성이 있는 모터를 채용하고, 상기 회전 위치 산출 수단으로서, 입력 전압 고조파 및 전류 고조파를 이용해서 회전 위치를 산출하는 것을 채용하는 것이기 때문에, 청구항 30 내지 청구항 32의 어느 작용에 덧붙여, 급격한 부하 변동에 대하여도 오차가 없는 회전 위치 검출을 행할 수 있다.

청구항 34의 동기 모터 제어 장치이면, 상기 동기 모터로서 공기 조화기용 압축기를 구동하는 것을 채용하는 것이기 때문에, 청구항 30 내지 청구항 33의 어느 작용에 덧붙여, 부하 변동이 크고, 또한 고속 동작시킬 필요가 있는 공기 조화기용 압축기를 안정하게 구동할 수 있다.

이하, 첨부 도면을 참조하여, 본 발명의 동기 모터 제어 방법 및 그 장치의 실시의 형태를 상세하게 설명한다. 한편, 이하의 각 실시형태에 있어서는, 인버터의 출력 전압을 제어하는 경우에 대해서 설명하고 있지만, 인버터의 출력 전류를 제어하는 것도 가능하다.

도 1은 본 발명의 동기 모터 제어 장치의 일 실시형태를 도시하는 블록도이다.

이 동기 모터 제어 장치는 교류 전원(1)을 입력으로 해서 직류 전력을 얻는 컨버터(2)와, 이 직류 전력을 입력으로 해서 교류 전력을 얻어서 동기 모터의 일종인 동기 모터(4)에 공급하는 인버터(3)와, 동기 모터(4)에 공급되는 모터 전류를 검출하는 전류 검출부(5a)와, 동기 모터(4)의 단자에서의 전압을 검출하는 전압 검출 수단(5b)과, 모터 모델이 설정되어 있음과 더불어, 모터 전류 및 전압을 입력으로 해서 소정 연산을 행하고, 로터의 회전 속도(이하, 간단히 속도라 칭한다) 및 로터의 회전 위치(이하, 로터 위치라 칭한다)를 검출하는 위치 ·속도 검출부(6)와, 검출된 속도와 외부로부터 부여되는 속도 지령과의 차이를 산출하는 속도차 산출부(7a)와, 속도차를 입력으로 해서 속도 제어 연산을 행하여, 평균적 속도가 지령 속도로 되도록 전류 지령을 출력하는 속도 제어부(7b)와, 속도차를 입력으로 해서 토크 제어 연산을 행해서 전류 지령을 보정하기 위해 전류 진폭 변조 신호를 출력하는 토크 제어부(7c)와, 전류 지령과 전류 진폭 변조 신호를 곱셈하여 토크 제어 전류 지령을 산출하는 곱셈부(7d)와, 토크 제어 전류 지령과 외부로부터 부여되는 위상 지령을 입력으로 해서 위상 제어 연산을 행해서 최종 전류 지령을 출력하는 위상 제어부(8)와, 검출된 로터 위치, 모터 전류, 및 최종 전류 지령을 입력으로 해서 전류 제어 연산을 행해서 전압 지령을 출력하고, 인버터(3)에 공급하는 전류 제어부(9)를 갖고 있다.

도 2는 상기 위치 ·속도 검출부(6)의 구성의 일례를 도시하는 블록도이다.

이 위치 ·속도 검출부(6)는 로터 위치(^θ)에 따라서 3상 전압을 입력으로 해서 γδ변환(3상 전압으로부터 d-q축 전압으로의 변환을 행함과 더불어, d-q축 전압에 대하여 (1)식을 곱셈하여, d-q축으로부터 회전 방향으로 전기각으로 -(θ_e)만큼 편차가 있는 추정축 γ-δ축 전압으로의 변환을 행한다)을 행해서 γδ전압 벡터를 출력하는 3상→γδ변환부(61)와, 로터 위치(^θ)에 따라서 3상 전류를 입력으로 해서 γδ변환을 행해서 γδ전류 벡터를 출력하는 3상→γδ변환부(62)와, γδ 전류 벡터를 입력으로 해서 전압 벡터를 출력하는 모터 역모델부(63)와, 모터 역모델부(63)로부터 출력되는 전압 벡터와 3상→γδ변환부(61)로부터 출력되는 전압 벡터와의 차이를 산출하는 차 산출부(64)와, 차 산출부(64)로부터 출력되는 차를 입력으로 하는 필터(65)와, 필터로부터의 출력을 입력으로 해서 로터 위치(θ)의 검출을 행하는 위치 검출부(66)와, 로터 위치(^θ)를 입력으로 해서 미분 처리를 행해서 속도를 출력하는 미분부(67)를 갖고 있다.

한편, 도 2에서, 모든 양은 (2)식에 나타내는 바와 같이 정의된다.

이 경우에는, 회전 좌표 모터 모델을 이용해서 로터 위치(^θ)를 검출할 수 있다.

또, 이 경우에는, 동기 모터(4)로서 ｜L_d-L_q｜가 작은 것(로터의 표면에 영구 자석을 장착해서 이루어지는 소위 표면 자석 구조 동기 모터)을 채용하는 것이 바람직하고, 오차의 발생을 방지할 수 있다. 이 점을 설명한다.

도 8에 도시하는 바와 같이 회전 좌표 모터 모델을 이용하는 경우에는, 트루 로터 각도(로터 위치)(θ)와 추정 로터 각도(추정 로터 위치)(θ)와의 차(θ_e)가 있고, 또한 돌극 비가 큰(｜L_q-L_d｜가 큰) 경우에, 차(θ_e)가 I_dq, ω와 곱해져 후단계에 전달된다. 따라서, 부하 변동 등으로 차(θ_e)가 항상 발생하고, 이것을 피드백해서 오차를 없애면서 운전하는 용도의 경우에, I_dq의 변동(회전 좌표로 변환되어 있기 때문에 기본파 성분은 직류로 되어 있다)에 의해, 모터 역모델의 출력에 오차를 발생시키고, 나가서는 추정 결과 자체에 오차를 발생시킨다.

상기 토크 제어부(7c)는 속도차를 기초로 해서 주기적 속도 변동을 억제하도록 주기적 토크 변동 파형(전류 진폭 변조 신호)을 작성한다. 이 주기적 토크 변동 파형은 전류 지령에 중첩됨으로써, 토크 제어 전류 지령을 얻기 위해서 이용된다.

상기 위상 지령은 최고 효율, 최대 토크, 약 계자 제어 등, 제어 목적에 따라 시시각각 부여되는 것이다.

상기 구성의 동기 모터 제어 장치의 작용은 다음과 같다.

모터 전류 및 전압을 검출해서 위치 ·속도 검출부(6)에 공급함으로써 로터 위치(θ) 및 속도를 검출할 수 있다.

그리고, 검출된 속도와 속도 지령과의 속도차를 속도 제어부(7)에 공급함으로써 전류 지령을 얻을 수 있다.

또, 속도차를 토크 제어부(7c)에 공급함으로써, 주기적 토크 변동 파형을 발생한다.

이렇게 하여 얻어진 전류 지령과 파형 신호를 중첩해서 위상 제어부(8)에 공급함으로써, 위상 제어가 실시된 전류 지령(최종 전류 지령)을 얻고, 이 최종 전류 지령을 전류 제어부(10)에 공급함과 더불어, 모터 전류 및 로터 위치(θ)도 전류 제어부(10)에 공급하여 전압 지령을 얻어서 인버터(3)를 제어하고, 인버터(3)로부터의 출력을 공급함으로써 동기 모터(4)를 제어한다.

따라서, 전압 이용률을 향상시킬 수 있고, 모터 특성의 영향을 대폭으로 저감할 수 있고, 회전 위치 검출을 치밀화 하는 동시에, 고정밀도화해서 제어성을 향상시킬 수 있고, 게다가 소음의 저감, 효율의 향상을 달성할 수 있다. 또, 토크 제어도 행함으로써, 부하가 주기적 토크 변동을 가지고 있어도, 동기 모터(4)를 속도 변동 없이 구동할 수 있고, 충분한 제진 효과를 달성할 수 있다.

한편, 이 실시형태에 있어서는, 전압을 직접 검출하도록 하고 있지만, 인버터(3)를 구동하기 위한 PWM 패턴 등으로부터 검출하도록 해도 된다.

또, 토크 제어부(7c)로서, 미리 정해진 토크 변동 패턴을 로터 위치(θ)에 따라서 읽어 내는 것을 채용하는 것이 가능하다.

또한, 전류 제어부(9)를 생략하고, 속도 제어계가 직접 전압 지령을 작성하도록 구성하는 것이 가능하다.

도 3은 위치 ·속도 검출부(6) 구성의 다른 예를 도시하는 블록도이다.

이 위치 ·속도 검출부(6)가 도 2의 위치 ·속도 검출부(6)와 크게 다른 점은 회전 좌표 모터 모델 대신에 고정 좌표 모터 모델을 채용한 점이다.

이 위치 ·속도 검출부(6)는 3상 전압을 입력으로 해서 (3)식을 곱셈함으로써 2상 직교 고정자 좌표에서의 αβ 전압 벡터를 출력하는 3상→2상 변환부(71)와, 3상 전류를 입력으로 해서 αβ 전류 벡터를 출력하는 3상→2상 변환부(72)와, αβ 전류 벡터를 입력으로 해서 전압 벡터를 얻어서 3상→2상 변환부(71)로부터 출력되는 전압 벡터와의 차를 산출하고, 적분한 후에, αβ 전류 벡터 및 q축 인덕턴스(Lq)에 기초하는 처리 결과와의 차를 산출하는 모터 역모델부(73)와, 모터 역모델부(73)로부터 출력에 대하여 tan^-1처리를 행해서 로터 위치(^θ)를 출력하는로터 위치 산출부(74)와, 로터 위치(^θ)를 입력으로서 미분처리를 하여 속도를 출력하는 미분부(75)를 갖고 있다.

(3)식

또, 도 3에 있어서, 모든 양은 (4)식에서 부여된다.

v_α’v_β:αβ축전압 v_αβ≡(v_α’v_β)^T

i_α’i_β:αβ축전류 i_αβ≡(i_α’i_β)^T(4)식

이 경우에도 도 2의 위치 ·속도 검출부(6)와 같이 로터위치(^θ) 및 속도를 검출할 수 있다. 그리고, 회전 좌표 변환 등이 불필요하므로, 도 2와 비교하여, 구성, 처리를 간단화 할 수 있다.

또한, 이 경우에는, 도 8과 같은 오차 전반(傳搬)의 경로가 존재하지 않기 때문에, 동기 모터(4)로서 돌극 비가 큰 것(로터의 내부에 영구 자석을 장착하는, 이른바 매립 자석 구조 동기 모터)을 채용하는 것이 가능하게 된다.

도 4는 토크 제어의 유무에 의한 속도 변동 개선 효과의 시뮬레이션 결과를 도시하는 도면이다. 또, 모터 정수는, R=0.2992(Ω), Ld=5.5(mH), Lq= 12.7(mH), ø= 0.1746(wb)이다. 그리고, 도 4에서, (A)는 토크 제어가 없는 경우의 속도(rps)의 경시변화를, (B)는 토크 제어가 있는 경우의 속도(rps)의 경시변화를 각각 나타내고 있다. 또한, 도 4에서, (C)는 토크 제어가 있는 경우의 모터 토크(Nm)를, (D)는 부하 토크(Nm)를, 각각 도시하고 있다.

도 4로부터 알 수 있듯이, 토크 제어를 함으로써 속도 변동이 대폭 억제되고 있다.

도 2의 위치 ·속도 검출부(6) 등과 대비하여, 도 3의 위치 ·속도 검출부(6)를 계속 설명한다.

도 2의 위치 ·속도 검출부(6)에 있어서는, 추정 로터 위치의 피드백을 갖고 있기 때문에, 추정 로터 위치에 의한 좌표 변환에 의해, 돌극 비가 큰 동기 모터에서는 오차가 생기는 문제가 있다. 또한, 「돌극형 브러시리스 DC 모터의 센서리스 제어를 위한 확장 유기 전압 옵저버」, 지퀴안 첸 외, 평성 11년 전기 학회 전국 대회에 개시된 바와 같이 추정 속도의 피드백을 갖는 것에서는, 위치 추정 결과가 추정 속도에 의해서 변화하기 때문에, 추정 속도가 변화하는 경우에는 오차가 생긴다.

이와 같이 추정 로터 위치나 추정 속도를 로터 위치를 구한 후에 이용하는 피드백을 이용하는 경우에는, 지령 값, 토크 지령, 부하 등의 고속인 변화에 대응할 수 없게 된다.

그러나, 동기 모터의 입력 단자 전압, 전류와 동기 모터의 기기 정수에 의해 직접 로터 위치를 구함으로써, 지령 값, 토크 지령, 부하 등이 고속인 변화에 대하여도 오차를 생기게 하지 않게 된다.

구체적으로는, 도 3의 위치 ·속도 검출부(6)를 채용함으로써, 추정 로터 위치를 모터 모델과 무관계로 할 수 있어, 자속의 차원에서는 추정 속도를 모터 모델과 무관계로 할 수 있다. 즉, 모터 입력 전류, 전압을 직교 좌표로 변환하고,전압을 적분하여 자속의 차원으로 고친 후, 추정 로터 위치를 산출할 수가 있다. 따라서, 추정 로터 위치나 추정 속도에 의한 피드백이 불필요하고, 추정 로터 위치, 추정 속도를 직접 이용하지 않는 연산에서 모터 입력으로부터 직접 로터 위치를 구할 수 있다. 이 결과, 속도, 전압, 전류, 토크 등의 급변에 대하여 지연되지 않고 추종할 수가 있다.

도 1의 동기 모터 제어 장치를 설명한다.

입력 단자 전압과 전류와 동기 모터의 기기 정수로부터 로터의 회전 위치를 검출하는 종래 방법은, 치밀한 위치검출이 가능하기 때문에, 제어 정밀도의 향상 등을 기대할 수 있지만, 모터 역 모델 및 필터를 포함하는 구성이므로, 변동 부하에 대하여는 지연이 생겨, 반드시 충분하게 제어 정밀도를 향상시킬 수 없었다.

이에 대하여, 주기성 부하 변동의 경우에는, 토크 제어에 의해서, 속도 변동이 억제되어, 이에 의해 지연의 영향이 억제된다.

따라서, 주기적 부하 변동에 입력 단자 전압과 전류와 동기 모터의 기기 정수로부터 로터의 회전 위치를 검출하는 방법을 적용하는 경우에, 토크 제어를 병용하는 것으로(이러한 병용은 당업자일지라도 전혀 생각해 낼 수 없다), 지연 등에 의한 위치 검출 오차를 삭제할 수 있기 때문에, 위치 검출 정밀도를 향상시킬 수 있다. 또한, 정밀한 위치 검출에 의해, 보다 정밀한 토크 제어가 실현되기 때문에, 더욱 검출 정밀도를 향상시킬 수 있다고 하는 바람직한 순환을 실현할 수 있다.

도 5는 이 발명의 동기 모터 제어 장치의 다른 실시형태를 도시한 블록도이다.

이 동기 모터 제어 장치가 도 1의 동기 모터 제어 장치와 다른 점은, 위치 ·속도 검출부(6) 대신, 모터 전류 및 전류 제어부(9)로부터 출력되는 PWM 벡터를 입력함으로서 회전 위치 및 속도를 검출하는 위치 ·속도 검출부(6')를 채용한 점, 전압 검출부(5b)를 생략한 점, 산출된 회전 위치 및 속도로부터 노이즈를 제거하는 필터(10)를 더 설치한 점뿐이다.

상기 위치 ·속도 검출부(6')는, 예컨대, 「돌극성에 근거하는 위치 추정법을 이용한 위치 센서리스 IPM 모터 구동 시스템」, 오가사와라 마츠자와, 아카기, T.IEE Japan, Vo1. 118-D, No.5,’98의 적용에 의해, 동기 모터(4)의 입력 단자 전압 고조파와 전류 고조파와 동기 모터(4)의 인덕턴스 분포로부터 로터의 회전 위치를 검출할 수 있는 동시에, 속도도 검출할 수 있다.

따라서, 이 구성의 동기 모터 제어 장치를 채용한 경우에는, 필터(10)에 의해 노이즈가 제거되는 것에 따라 회전 위치 및 속도의 정밀도를 높일 수 있다. 그리고, 전압 이용률을 향상시킬 수 있어, 모터 특성의 영향을 대폭으로 저감시킬 수 있어, 회전 위치 검출을 치밀화 하는 동시에 고정밀도화 하여 제어성을 향상시킬 수 있다. 더구나 소음의 저감, 효율의 향상을 달성할 수 있다. 또한, 토크 제어를 함으로써, 부하가 주기적 토크 변동을 갖고 있더라도, 동기 모터(4)를 속도 변동 없이 구동할 수 있어, 충분한 제어 효과를 달성할 수 있다.

도 6은 이 발명의 동기 모터 제어 장치의 또 다른 실시형태를 도시한 블록도이다.

이 동기 모터 제어 장치가 도 1의 동기 모터 제어 장치와 다른 점은, 위치 ·속도 검출부(6)로부터 로터 위치, 속도에 더하여 자속 T=(L_d-L_q)i_d+ø를 출력하도록 한 점, 검출된 자속 Ψ을 입력으로 하여 자속Ψ≒0인 것을 검출하여 진상(進相) 지령을 출력하는 Ψ≒0 검출부(11)를 더 설치한 점, 위상 제어부(8)로서 위상지령, 토크 제어 전류 지령뿐 아니고 진상 지령을 입력으로 하여 최종 전류 지령을 출력하는 것을 채용한 점이다.

이 구성의 동기 모터 제어 장치를 채용한 경우에는, 도 1의 동기 모터 제어 장치의 작용에 더하여, 자속 Ψ≒0을 피할 수 있다.

이하 설명한다.

「IPM 모터의 센서리스 제어」, 모터 기술 심포지엄 B-5, 99/3월에 기재된 수식, (5)식, (6)식, (7)식, (8)식, (9)식에 좌표 변환의 식(10)식을 대입하여, dq 축 상의 전압 V_dq, 전류 i_dq및 트루 로터 각도 θ를 이용하여 모터 역모델과 피드백을 이용한 계에 고쳐 쓰면 도 7에 도시하는 바와 같이 된다.

또, 도 7에서, θ는 전기각, ω은 전기각 속도, v_γ, v_δ는 γδ축 전압, i_γ, I_δ는γδ전류, ε_γ, ε_δ는 γδ축 유기 전압, ø는 영구 자석에 의한 전기자 쇄교자속, R은 전기자 저항, L_d, L_q는 dq축 인덕턴스, s는 미분 연산자, ^는 추정치를, 각각 나타내고 있다. 또한, 도 7의 I, v_γδ, i_γδ, ε_γδ, L_I, L_J, θ_e, T(θ_e), α_I,β_I, i_dq, v_dq는 (11)식에 나타낸 것과 같다.

또한, 피드백 루프 중의 비선형 요소를 선형화하면 (cosθ_e→1, sinθ_e→θ_e, ^ω→ω로 하면), 도 8에 도시한 블록 구성이 얻어진다.

도 8의 블록 구성을 이용하여, i_dq가 주기적인 경우의 수렴성을 고찰한다. 선형 근사 블록선도로부터 x_γ는 (12)식으로 주어진다.

X_y={Φω+( L_d­L_q) [ω₁­s] i_dq}θ_e(12)식

여기서, (l2)식의 {} 안을 a₀+ a_1ssinθ₁+ a_1ccosθ₁,

θ_e= e_o+ e_1ssinθ₁+ e_1ccosθ₁+ e_2ssin2θ₁+ e_2ccos2θ₁의 경우를 고찰한다. x_γ는 (13)식이 된다.

θ_e는 검출할 수 없기 때문에, 대신에 x_γ의 DC 성분과 1차 성분을 0으로 제어(k_θ→∞가 필요)하면, (12)식 중의 점선부가 0이 되도록 e₀, e_1s, e_1c가 조정된다. (12)식으로부터 목적(e₀=e_1s=e_1c=0)을 달성하기 위해서는 a₀≠0, 또한 a_1s=a_1c=0이면 좋다. 그리고 전자는 {φ+(L_d-L_q)i_d}ω의 평균치가 0이 아닌 것과 등가이고, 후자는 {φω+(L_d-L_q)[ω_s-s]i_dq}의 1차 성분, 2차 성분이 0인 것과 등가이다. 이것은 ω가 일정하고, 또한 L_d=L_q또는 i_d, i_q가 일정한 것과 등가이다.

이 결과, ^θ→θ가 되기 위한 충분한 조건은, 안정하고, 또한 (1) θ_e는 작고 (cosθ_e→1, sinθ_e→θ_e), (2) φ이외의 기기 정수(R, L_d, L_q)의 편차가 없고, (3) k_θ=∞이고, (4) ^ω=ω=일정이고, (5) L_d=L_q또는 i_d, i_q가 일정하고, (6) {φ+(L_d-L_q)i_d}ω의 평균치가 0이 아닌 것, 을 만족하는 것이다. 이 때, 특히 (L_d-L_q)i_d+φ≠0, 및 안정성 확보는 위치 검출을 위한 절대 조건이지만, 그 외에는 오차축소를 위한 조건이다.

또, 모터 역모델을 이용하고, 또한 센서를 이용하지 않고 위치 검출을 행하기 위한 다른 블록 구성을 도 9에 도시한다.

또한, 도 9에서, θ는 전기각, ω는 전기각속도, γδ 좌표는 ^θ 회전 좌표, αβ 좌표는 2상 직교 고정자 좌표, v_γ, v_δ는 γδ축 전압, v_α, v_β는 αβ축 전압, i_α, i_β는 αβ축 전류, φ는 전기자 쇄교 자속, R은 전기자 저항, L_d, L_q는 dq축 인덕턴스, s는 미분 연산자, ^는 추정치를 각각 나타내고 있다. 또, 도 9 중, v_γδ, v_αβ, i_αβ, Φ_αβ, f(θ)는 (14)식에 나타낸 바와 같다.

그리고, 이 블록 구성을 채용한 경우에도 {(L_d-L_q)Φ_αβ ^Ti_αβ+φ}=(L_d-L_q)i_d+φ≠0이 위치 검출을 위한 조건인 것을 알 수 있다.

도 10에 d축을 기준으로 한 전류 위상과 2상 교환 후의 전류치(I_a)에 대한 Ψ=(L_d-L_q)i_d+φ의 그래프를 도시한다.

전류 위상이 -50°에서 -130°, I_a>7A의 영역에서 Ψ=0이 확인되고, 이 영역에서는 위치 검출이 불가능하게 될 가능성이 있는 것을 알 수 있다. 또한, I_a는 3상 모터에 있어서의 상 전류의 피크치의 (3/2)^1/2이다.

또한, 도 6의 동기 모터 제어 장치에서는, 위치 ·속도 검출부(6)에서 자속(Ψ)을 검출하도록 하고 있지만, 전류 위상과 전류치로부터 자속(Ψ≒0)을 추정하는 것이 가능한 것 외에, 별도 자속(Ψ)을 산출하는 자속 산출부를 설치하는 것도 가능하다.

또, 이상의 각 실시형태에서, 회전 속도 변동의 주파수 성분에 대해서 피드백 게인을 무한대로 하여 토크 제어를 실현하는 것이 가능하다.

계속 설명한다.

라플라스 변환의 복소 변수를 s, 속도를 ω, 속도 지령을 ω*, 외란을 TL, 토크 제어기를 K(s), 토크 제어기의 출력으로부터 입력까지의 전달 함수를 G(s), K(s)의 구성 요소인 유리 함수를 C(s), 억제하고자 하는 주파수를 ω1로 나타내면, 토크 제어기를 이용한 제어 시스템의 블록선도가 도 11에 도시하는 바와 같이 되고, 토크 제어기의 게인 특성(출력/입력)은 도 12에 도시하는 바와 같이 된다.

도 12로부터 알 수 있는 바와 같이, 주파수(ω1)에 있어서의 게인은 ∞이다. 따라서,

K(jω1)=∞(15)식

이 된다.

또, 도 11의 블록선도로부터 속도(ω)는 다음 식으로 나타내어진다.

ω=[{G(s)K(s)}/{1+G(s)K(s)}]ω*+[G(s)/{1+G(s)K(s)}]TL(16)식

일반적으로, 상기 식이 안정하기 위한 조건은, 유리 함수{1+G(s)K(s)}의 분모 다항식의 실근이 전부 음이 되는 것이다. 또, K(s)는 자유롭게 설계 가능한 유리 함수(C(s))를 포함하고 있다. 따라서, {1+G(s)K(s)}의 분모 다항식의 실근이 모두 음이 되도록 C(s)를 설계하면, 안정화를 달성할 수 있다.

그리고, 제어 시스템이 안정할 때, 주파수(ω1)에서의 속도를 고찰한다.

(16)식에 (15)식을 대입하여 (17)식을 얻는다.

ω=[{G(jω1)K(jω1)}/{1+G(jω1)K(jω1)}]ω*[G(jω1)/{1+G(jω1)K(jω1)}]TL

=[G(jω1)/{1/K(jω1)+G(jω1)}]ω*+[{G(jω1)/K(jω1)}/{1/K(jω1)+G(jω1)}]TL

=[G(jω1)/{1/∞+G(jω1)}]ω*+[{G(jω1)/∞}/{1/∞+G(jω1)}]TL

=[G(jω1)/{0+G(jω1)}]ω*+[0/{0+G(jω1)}]TL

=1×ω*+0×TL=ω* (17)식

(17)식으로부터, 외란(TL)의 주파수(ω1)는 성분은 속도(ω)에 전달되지 않고, 속도 지령(ω*)의 주파수(ω1)의 성분은 속도(ω)와 일치하는 것을 알 수 있다.

도 13은 이 발명의 동기 모터 제어 장치의 또 다른 실시형태를 도시하는 블록도이다.

이 동기 모터 제어 장치가 도 1의 동기 모터 제어 장치와 다른 점은, 토크 제어부(7c)로서, 속도 제어부(7b)로부터의 전류 지령 및 로터 위치를 입력으로 하여 전류 진폭 변조 신호를 출력하는 것을 채용한 점뿐이다.

이 토크 제어부(7b)는 부하 변동에 따른 전류 패턴을 미리 기억 유지하고 있고, 전류 지령 및 로터 위치를 입력으로 하여 해당하는 전류 패턴을 전류 진폭 변조 신호로서 출력한다. 단, 간략화를 위해서, 로터 위치만을 입력으로 하고, 로터 위치만에 따른 일정한 패턴의 파형을 출력하도록 구성하는 것이 가능하다.

따라서, 이 경우에도, 도 1의 실시형태와 동일한 작용을 달성할 수 있다.

도 14는 이 발명의 동기 모터 제어 장치의 또 다른 실시형태를 도시하는 블록도이다.

이 동기 모터 제어 장치가 도 13의 동기 모터 제어 장치와 다른 점은 토크 제어부(7c)로서, 검출 속도, 속도 제어부(7b)로부터의 전류 지령 및 로터 위치를 입력으로 하여 전류 진폭 변조 신호뿐만 아니라 전류 위상 지령을 출력하는 것을 채용한 점뿐이다.

이 구성의 동기 모터 제어 장치를 채용한 경우에는, 예를 들면, 도 15에 도시하는 효율 최고점의 전류 위상을 나타내는 선{도 15 중, (A) (B) 참조}에 올라가도록 전류 위상 지령을 출력함으로써, 최대 효율에서의 토크 제어를 실현할 수 있다.

단, 출력되는 전류 위상 지령은 최고 효율, 최대 토크, 약 계자 제어 등, 동작 모드에 따라서 다수의 패턴을 갖고 있어도 좋지만, 외부로부터의 지령에 의해전류 위상 지령의 출력을 제어할 수 있도록 해도 좋다.

또, 도 14의 동기 모터 제어 장치에 있어서, 토크 제어부(7c)로부터 출력하는 전류 위상 지령을 일정치로 하는 것이 가능하고, 이 경우에는 제어를 간소화할 수 있다.

이 구성을 채용한 경우에도 도 15에서의 효율 최대점의 전류 위상을 나타내는 선은 거의 30도 전후가 되어 있기 때문에, 예를 들면 전류 위상 지령을 30도(일정치)로 함으로써, 거의 최고 효율에서의 토크 제어를 실현할 수 있다.

도 16은 공기 조화기용 압축기의 토크 패턴 및 평균 토크의 일례를 도시하는 도면이다.

도 16으로부터 알 수 있는 바와 같이, 공기 조화기용 압축기에서는 평균 토크의 3배 가까운 순간 토크나 마이너스 토크가 출력되는 것이기 때문에, 동기 모터의 토크 제어를 행하지 않고 공기 조화기용 압축기를 구동하면, 큰 진동이 발생하는 등의 문제점이 발생한다. 또한, 공기 조화기용 압축기에서는 극도로 에너지 절약이 요구된다.

따라서, 공기 조화기용 압축기를 구동하기 위한 동기 모터를 제어하는 동기 모터 제어 장치로서 상기의 어느 하나의 동기 모터 제어 장치를 채용하는 것이 바람직하고, 부하 변동이 크고, 또한 속도 동작시킬 필요가 있는 공기 조화기용 압축기를 안정하게 구동할 수 있다.

도 17은 이 발명의 동기 모터 제어 장치의 또 다른 실시형태를 도시하는 블록도이다.

이 동기 모터 제어 장치는 교류 전원(1)을 입력으로 하여 직류 전력을 얻는 컨버터(2)와, 이 직류 전력을 입력으로 하여 교류 전력을 얻어서 동기 모터의 일종인 동기 모터(4)에 공급하는 인버터(3)와, 동기 모터(4)에 공급되는 모터 전류를 검출하는 전류 검출부(5a)와, 동기 모터(4)의 단자의 전압을 검출하는 전압 검출 수단(5b)과, 모터 모델이 설정되어 있는 동시에, 모터 전류 및 전압을 입력으로 하여 소정의 연산을 행하고, 로터의 속도 및 로터 위치를 검출하는 위치 ·속도 검출부(6)와, 검출된 속도와 외부로부터 부여되는 속도 지령을 입력으로 하여 속도 제어 연산을 행하여, 평균적 속도가 지령 속도가 되도록 전류 지령을 출력하는 속도 제어부(7b)와, 전류 지령을 입력으로 하여 위상 제어 연산을 행하여 최종 전류 지령을 출력하는 위상 제어부(8)와, 검출된 로터 위치로부터 노이지를 제거하는 노이즈 필터(12)와, 검출된 로터 위치 또는 노이즈 제거 후의 로터 위치를 선택하는 선택부(13)와, 검출된 로터 위치와 노이즈 제거 후의 로터 위치와의 차이를 임계치와 비교하여, 비교 결과에 따라서 선택부(13)를 제어하는 전환기(14)와, 선택된 로터 위치, 모터 전류 및 최종 전류 지령을 입력으로 하여 전류 제어 연산을 행하여 전압 지령을 출력하고, 인버터(3)에 공급하는 전류 제어부(9)를 갖고 있다. 그리고, 선택부(13) 및 전환기(14)에 의해서 캔슬 수단이 구성된다.

이 구성의 동기 모터 제어 장치를 채용한 경우에는, 노이즈 제거 후의 로터 위치의 편차가 커진 경우에, 노이즈 제거 전의 로터 위치를 채용함으로써, 과전류나 토크 저하를 방지할 수 있다.

계속 설명한다.

노이즈 필터(12)는 검출된 로터 위치 신호에 포함되는 노이즈의 영향을 배제하기 위해서 장착되어 있다. 그리고, 노이즈 필터(12)에는 필연적으로 지연이 있으므로, 고속의 속도 변동이 생긴 경우에는 로터 위치에 어긋남이 발생한다. 그러나, 이 실시형태에서는 검출된 로터 위치와 노이즈 제거 후의 로터 위치와의 차가 임계치보다 큰 것을 조건으로 하여, 검출된 로터 위치를 선택하는 전환기(14)에 의해 선택부(13)를 제어하여, 로터 위치 지연에 기인하는 과전류나 토크 저하를 방지할 수 있다.

이어서, 도 17의 실시형태의 동기 모터 제어장치와, 캔슬 수단을 포함하지 않는 동기 모터 제어장치에 의한 시뮬레이션 결과를, 각각 도 18 내지 도 22, 도 23 내지 도 27에 도시한다. 또한, 도 18, 도 23은 부하 토크(TL)의 경시변화를, 도 19, 도 24는 회전속도(W)의 경시변화를, 도 20, 도 25는 추정 각도 오차(THe)의 경시변화를, 도 21, 도 26은 전류 위상 beta의 경시변화를, 도 22, 도 27은 제어기 내부의 전류위상 추정치 betahat의 경시변화를, 각각 도시하고 있다.

캔슬 수단을 포함하지 않는 동기 모터 제어장치를 채용한 경우에는 부하 토크의 증대에 따라 회전 속도 변동이 일어나, 이 결과, 추정각도에 큰 편차가 생기고, 이로 인해 전류위상이 크게 어긋나고, 최종적으로 토크가 나오지 않게 되어, 속도를 잃어 정지되어 버린다. 이에 대해, 도 17의 동기 모터 제어장치를 채용한 경우에는, 부하 토크의 증대에 따라 속도변동이 발생하지만, 적절히 처리되어, 속도 상실에 의한 정지를 미연에 방지할 수 있다.

도 17은 노이즈 필터(12)가 위치 ·속도 검출부(6)와 분리되어 있는 상태를도시하고 있다. 따라서, 노이즈 필터가 위치 ·속도 검출부에 분리 불가능하게 조합되어 있는 경우에는 도 17의 구성을 채용할 수 없다.

이러한 경우에는, 도 28에 도시하는 바와 같이, 검출된 로터 위치를 미분 요소(s)에 공급하여 속도를 검출하고, 이 속도를 지연요소(△t)에 공급하여 지연시키고, 검출된 속도와 지연된 속도를 변동량 검출부(15)에 공급하여 속도의 변동량을 검출하고, 이 변동량을 보정량 산출부(16)에 공급하여 로터 위치를 보정하기 위한 보정량을 산출하며, 검출된 로터 위치와 보정량을 가산부(17)에 공급하여 보정후의 로터 위치를 얻도록 함으로써, 속도 급변에 기인하는 위치 어긋남을 보상할 수 있다.

청구항 1의 발명은 부하가 주기적 토크 변동을 갖고 있더라도, 동기 모터의 속도변동을 방지하고, 또는 대폭 억제할 수 있으며, 나아가, 모터특성의 영향을 거의 받지 않고, 제어성의 향상, 전압 이용률의 향상, 소음 저감, 충분한 진동 제어, 효율 향상을 달성할 수 있다는 특유의 효과를 발휘한다.

청구항 2의 발명은 부하가 주기적 토크 변동을 갖고 있더라도, 오차를 저감하여 동기 모터의 속도 변동을 충분히 방지하고, 또는 대폭 억제할 수 있으며, 나아가, 모터 특성의 영향을 거의 받지 않고, 제어성의 향상, 전압 이용률의 향상, 소음 저감, 충분한 진동 제어, 효율 향상을 달성할 수 있다는 특유의 효과를 발휘한다.

청구항 3의 발명은 청구항 1의 효과에 추가하여, 로터의 회전위치를 확실하게 검출할 수 있다는 특유의 효과를 발휘한다.

청구항 4의 발명은 청구항 1 또는 청구항 3과 동일한 효과를 발휘한다.

청구항 5의 발명은 청구항 4의 효과에 추가하여, 회전위치 검출오차의 발생을 방지할 수 있다는 특유의 효과를 발휘한다.

청구항 6의 발명은 간단한 처리로 청구항 1 또는 청구항 3과 동일한 효과를 발휘한다.

청구항 7의 발명은 회전 좌표 모터 모델을 이용하는 경우에는 적용할 수 없었던 돌극 비가 큰 모터에 적용함으로써, 청구항 6과 동일한 효과를 발휘한다.

청구항 8의 발명은 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 하나의 효과에 추가하여, 회전 속도 변동을 확실히 억제할 수 있다는 특유의 효과를 발휘한다.

청구항 9의 발명은 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 하나와 동일한 효과를 발휘한다.

청구항 10의 발명은 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 하나의 효과에 추가하여, 효율의 향상을 실현할 수 있다는 특유의 효과를 발휘한다.

청구항 11의 발명은 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 하나의 효과에 추가하여, 제어를 간단화할 수 있다는 특유의 효과를 발휘한다.

청구항 12의 발명은 청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 하나의 효과에 추가하여, 부하 변동이 크고, 또한 고속 동작시킬 필요가 있는 공기 조화기용 압축기를 안정되게 구동할 수 있다는 특유의 효과를 발휘한다.

청구항 13의 발명은 지연이 작은 경우, 큰 경우의 어느 쪽에도 대처할 수 있어, 동기 모터의 속도 변동을 방지하고, 또는 대폭 억제할 수 있으며, 나아가, 모터 특성의 영향을 거의 받지 않고, 제어성의 향상, 전압 이용률의 향상, 소음저감, 충분한 진동 제어, 효율 향상을 달성할 수 있다는 특유의 효과를 발휘한다.

청구항 14의 발명은, 고속의 변화에 충분히 추종할 수 있어, 동기 모터의 속도 변동을 방지하고, 또는 대폭 억제할 수 있으며, 나아가, 모터 특성의 영향을 거의 받지 않고, 제어성의 향상, 전압 이용률의 향상, 소음 저감, 충분한 진동 제어, 효율 향상을 달성할 수 있다는 특유의 효과를 발휘한다.

청구항 15의 발명은 고속인 변화에 충분히 추종할 수 있고, 동기 모터의 속도 변동을 방지하고, 또는 대폭 억제할 수 있으며, 나아가, 모터 특성의 영향을 거의 받지 않고, 제어성의 향상, 전압 이용률의 향상, 소음 저감, 충분한 진동 제어, 효율 향상을 달성할 수 있다는 특유의 효과를 발휘한다.

청구항 16의 발명은 청구항 13 내지 청구항 15 중 어느 하나의 효과에 추가하여, 급격한 부하 변동에 대해서도 오차가 없는 회전 위치 검출을 할 수 있다는 특유의 효과를 발휘한다.

청구항 17의 발명은 청구항 13 내지 청구항 16 중 어느 하나의 효과에 추가하여, 부하 변동이 크고, 또한 고속 동작시킬 필요가 있는 공기 조화기용 압축기를 안정되게 구동할 수 있다는 특유의 효과를 발휘한다.

청구항 18의 발명은 부하가 주기적 토크 변동을 갖고 있더라도, 동기 모터의 속도변동을 방지하고, 또는 대폭 억제할 수 있으며, 나아가, 모터특성의 영향을 거의 받지 않고, 제어성의 향상, 전압 이용률의 향상, 소음저감, 충분한 진동 제어, 효율향상을 달성할 수 있다는 특유의 효과를 발휘한다.

청구항 19의 발명은 부하가 주기적 토크 변동을 갖고 있더라도, 오차를 저감하여 동기 모터의 속도 변동을 충분히 방지하고, 또는 대폭 억제할 수 있으며, 나아가, 모터 특성의 영향을 거의 받지 않고, 제어성의 향상, 전압 이용률의 향상, 소음저감, 충분한 진동 제어, 효율 향상을 달성할 수 있다는 특유의 효과를 발휘한다.

청구항 20의 발명은 청구항 18의 효과에 추가하여, 로터의 회전위치를 확실히 검출할 수 있다는 특유의 효과를 발휘한다.

청구항 21의 발명은 청구항 18 또는 청구항 20과 동일한 효과를 발휘한다.

청구항 22의 발명은 청구항 21의 효과에 추가하여, 회전위치 검출오차의 발생을 방지할 수 있다는 특유의 효과를 발휘한다.

청구항 23의 발명은 간단한 처리로 청구항 18 또는 청구항 20과 동일한 효과를 발휘한다.

청구항 24의 발명은 회전 좌표 모터 모델을 이용하는 경우에는 적용할 수 없던 돌극 비가 큰 모터에 적용함으로써, 청구항 23과 동일한 효과를 발휘한다.

청구항 25의 발명은 청구항 18 내지 청구항 24 중 어느 하나의 효과에 추가하여, 회전 속도 변동을 확실히 억제할 수 있는 특유의 효과를 발휘한다.

청구항 26의 발명은 청구항 18 내지 청구항 24 중 어느 하나와 동일한 효과를 발휘한다.

청구항 27의 발명은 청구항 18 내지 청구항 26 중 어느 하나의 효과에 추가하여, 효율의 향상을 실현할 수 있다는 특유의 효과를 발휘한다.

청구항 28의 발명은 청구항 18 내지 청구항 26 중 어느 하나의 효과에 추가하여, 제어를 간단화할 수 있다는 특유의 효과를 발휘한다.

청구항 29의 발명은 청구항 18 내지 청구항 28 중 어느 하나의 효과에 추가하여, 부하 변동이 크고, 또한 고속 동작시킬 필요가 있는 공기 조화기용 압축기를 안정되게 구동할 수 있다는 특유의 효과를 발휘한다.

청구항 30의 발명은 지연이 작은 경우, 큰 경우의 어디에도 대처할 수 있어, 동기 모터의 속도 변동을 방지하고, 또는 대폭 억제할 수 있으며, 나아가, 모터 특성의 영향을 거의 받지 않고, 제어성의 향상, 전압 이용률의 향상, 소음 저감, 충분한 진동 제어, 효율 향상을 달성할 수 있다는 특유의 효과를 발휘한다.

청구항 31의 발명은 고속의 변화에 충분히 추종할 수 있고, 동기 모터의 속도 변동을 방지하고, 또는 대폭 억제할 수 있으며, 나아가, 모터 특성의 영향을 거의 받지 않고, 제어성의 향상, 전압 이용률의 향상, 소음 저감, 충분한 진동 제어, 효율 향상을 달성할 수 있다는 특유의 효과를 발휘한다.

청구항 32의 발명은 고속의 변화에 충분히 추종할 수 있고, 동기 모터의 속도 변동을 방지하고, 또는 대폭 억제할 수 있으며, 나아가, 모터 특성의 영향을 거의 받지 않고, 제어성의 향상, 전압 이용률의 향상, 소음 저감, 충분한 진동 제어, 효율 향상을 달성할 수 있다는 특유의 효과를 발휘한다.

청구항 33의 발명은 청구항 30 내지 청구항 32 중 어느 하나의 효과에 추가하여, 급격한 부하 변동에 대해서도 오차가 없는 회전위치검출을 행할 수 있는 특유의 효과를 발휘한다.

청구항 34의 발명은 청구항 30 내지 청구항 33 중 어느 하나의 효과에 추가하여, 부하 변동이 크고, 또한 고속 동작시킬 필요가 있는 공기 조화기용 압축기를 안정되게 구동할 수 있다는 특유의 효과를 발휘한다.

동기 모터를 구동원으로서 채용하는 다양한 분야에 적용할 수 있고, 모터 특성의 영향을 거의 받지 않고, 제어성의 향상, 전압 이용률의 향상, 소음 저감, 충분한 진동 제어, 효율 향상을 달성할 수 있다.

Claims (34)

1. 주기적 토크 변동을 갖는 부하를 구동하는 동기 모터(4)의 입력 단자 전압, 전류 및 이 동기 모터(4)의 기기 정수를 사용하여 로터의 회전 위치를 검출하고,

   회전 위치 검출 결과에 기초하여, 인버터(3)의 출력 전류 또는 출력 전압을, 주기적 토크 변동에 기인하는 동기 모터(4)의 속도 변동을 없애도록 제어하고,

   인버터(3)의 출력 전압 또는 출력 전류를 동기 모터(4)에 공급하는 것을 특징으로 하는 동기 모터 제어 방법.
2. 주기적 토크 변동을 갖는 부하를 구동하는 동기 모터(4)의 입력 단자 전압 고조파, 전류 고조파 및 이 동기 모터(4)의 인덕턴스 분포를 사용하여 로터의 회전 위치를 검출하고,

   회전 위치 검출 결과에 기초하여, 인버터(3)의 출력 전류 또는 출력 전압을, 주기적 토크 변동에 기인하는 동기 모터(4)의 속도 변동을 없애도록 제어하고,

   인버터(3)의 출력 전압 또는 출력 전류를 동기 모터(4)에 공급하는 것을 특징으로 하는 동기 모터 제어 방법.
3. 제1항에 있어서, (L_d- L_q) i_d+ Φ 〉0 ((L_d는 d축 인덕턴스, L_q는 q축 인덕턴스, i_d는 d축 전류, Φ는 전기자 쇄교 자속)이 되는 전류 위상의 범위에서 동기모터(4)를 제어하는 것을 특징으로 하는 동기 모터 제어 방법.
4. 제1항 또는 제3항에 있어서, 회전 좌표 모터 모델을 사용하여 회전 위치를 검출하는 것을 특징으로 하는 동기 모터 제어 방법.
5. 제4항에 있어서, 동기 모터(4)는, ｜L_d- L_q｜가 작은 모터인 것을 특징으로 하는 동기 모터 제어 방법.
6. 제1항 또는 제3항에 있어서, 고정 좌표 모터 모델을 사용하여 회전 위치를 검출하는 것을 특징으로 하는 동기 모터 제어 방법.
7. 제6항에 있어서, 동기 모터(4)는, ｜L_d- L_q｜가 큰 모터인 것을 특징으로 하는 동기 모터 제어 방법.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 회전 속도 변동의 주파수 성분에 대한 피드백 게인을 무한대로 설정하여 토크 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 동기 모터 제어 방법.
9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 부하 변동에 따른 전류 또는 전압 패턴을 미리 기억해 두고, 회전 위치 검출 결과에 따라 해당하는 전류 또는 전압 패턴을 출력하여, 부하 변동에 기인하는 속도 변동을 저감하는 것을 특징으로 하는 동기 모터 제어 방법.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 전류 위상과 전류 진폭을 관련지어 토크 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 동기 모터 제어 방법.
11. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 전류 위상을 일정하게 유지하고, 전류 진폭을 변화시킴으로써 토크 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 동기 모터 제어 방법.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 동기 모터(4)에 의해 공기 조화기용 압축기를 구동하는 것을 특징으로 하는 동기 모터 제어 방법.
13. 속도 지령 값, 토크 지령, 또는 부하가 시시각각 변화하는 조건 하에서 동기 모터(4)를 제어하는 방법에 있어서,

    동기 모터(4)의 입력 단자 전압, 전류 및 이 동기 모터(4)의 기기 정수를 사용하여 로터의 회전 위치를 검출하고,

    회전 위치 검출 결과에 기초하여 필터에 의해 회전 위치 검출 결과를 얻어,

    회전 위치 검출 결과를 입력으로 하는 필터의 지연 또는 회전 위치 검출의반응 속도에 의한 지연을 캔슬하고,

    회전 위치 보정 결과 또는 지연이 캔슬된 값에 기초하여, 인버터(3)의 출력 전류 또는 출력 전압을 제어하고,

    인버터(3)의 출력 전압 또는 출력 전류를 동기 모터(4)에 공급하는 것을 특징으로 하는 동기 모터 제어 방법.
14. 속도 지령 값, 토크 지령, 또는 부하가 시시각각 변화하는 조건 하에서 동기 모터(4)를 제어하는 방법에 있어서,

    동기 모터(4)의 입력 단자 전압, 전류 및 이 동기 모터(4)의 기기 정수를 사용하여 로터의 회전 위치를 산출하고,

    회전 위치 산출 결과에 기초하여, 인버터(3)의 출력 전류 또는 출력 전압을 제어하고,

    인버터(3)의 출력 전압 또는 출력 전류를 동기 모터(4)에 공급하는 것을 특징으로 하는 동기 모터 제어 방법.
15. 제13항 또는 제14항에 있어서, 고정 좌표 모터 모델을 사용하여, 모터 전압을 적분하여 자속을 구하고, 자속에 포함되는 로터의 회전 위치 정보로부터 회전 위치를 산출하는 것을 특징으로 하는 동기 모터 제어 방법.
16. 제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 동기 모터(4)는 자기 돌극성이있는 모터이며, 입력 전압 고조파 및 전류 고조파를 사용하여 회전 위치를 산출하는 것을 특징으로 하는 동기 모터 제어 방법.
17. 제13항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 동기 모터(4)에 의해 공기 조화기용 압축기를 구동하는 것을 특징으로 하는 동기 모터 제어 방법.
18. 주기적 토크 변동을 갖는 부하를 구동하는 동기 모터(4)의 입력 단자 전압, 전류 및 이 동기 모터(4)의 기기 정수를 사용하여 로터의 회전 위치를 검출하는 회전 위치 검출 수단(6, 6′)과,

    회전 위치 검출 결과에 기초하여, 인버터(3)의 출력 전류 또는 출력 전압을, 주기적 토크 변동에 기인하는 동기 모터(4)의 속도 변동을 없애도록 제어하는 인버터 제어 수단(7b, 7c, 8, 9, 11)을 포함하는 것을 특징으로 하는 동기 모터 제어 장치.
19. 주기적 토크 변동을 갖는 부하를 구동하는 동기 모터(4)의 입력 단자 전압 고조파, 전류 고조파 및 이 동기 모터(4)의 인덕턴스 분포를 사용하여 로터의 회전 위치를 검출하는 회전 위치 검출 수단(6, 6′)과,

    회전 위치 검출 결과에 기초하여, 인버터(3)의 출력 전류 또는 출력 전압을, 주기적 토크 변동에 기인하는 동기 모터(4)의 속도 변동을 없애도록 제어하는 인버터 제어 수단(7b, 7c, 8, 9)을 포함하는 것을 특징으로 하는 동기 모터 제어 장치.
20. 제18항에 있어서, 상기 인버터 제어 수단(7b, 7c, 8, 9, 11)은, (L_d- L_q) i_d+ Φ 〉0(L_d는 d축 인덕턴스, L_q는 q축 인덕턴스, i_d는 d축 전류, Φ는 전기자 쇄교 자속)이 되는 전류 위상의 범위에서 동기 모터(4)를 제어하는 것을 특징으로 하는 동기 모터 제어 장치.
21. 제18항 또는 제20항에 있어서, 상기 회전 위치 검출 수단(6, 6′)은, 회전 좌표 모터 모델을 사용하여 회전 위치를 검출하는 것을 특징으로 하는 동기 모터 제어 장치.
22. 제21항에 있어서, 동기 모터(4)는, ｜L_d- L_q｜가 작은 모터인 것을 특징으로 하는 동기 모터 제어 장치.
23. 제18항 또는 제20항에 있어서, 상기 회전 위치 검출 수단(6, 6′)은, 고정 좌표 모터 모델을 사용하여 회전 위치를 검출하는 것을 특징으로 하는 동기 모터 제어 장치.
24. 제23항에 있어서, 동기 모터(4)는, ｜L_d- L_q｜가 큰 모터인 것을 특징으로 하는 동기 모터 제어 장치.
25. 제18항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 인버터 제어 수단(7b, 7c, 8, 9)은, 회전 속도 변동의 주파수 성분에 대한 피드백 게인을 무한대로 설정하여 토크 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 동기 모터 제어 장치.
26. 제18항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 인버터 제어 수단(7b, 7c, 8, 9)은, 부하 변동에 따른 전류 또는 전압 패턴을 미리 기억해 두고, 회전 위치 검출 결과에 따라 해당하는 전류 또는 전압 패턴을 출력하여, 부하 변동에 기인하는 속도 변동을 저감하는 것을 특징으로 하는 동기 모터 제어 장치.
27. 제18항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 인버터 제어 수단(7b, 7c, 8, 9)은, 전류 위상과 전류 진폭을 관련지어 토크 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 동기 모터 제어 장치.
28. 제18항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 인버터 제어 수단(7b, 7c, 8, 9)은, 전류 위상을 일정하게 유지하고, 전류 진폭을 변화시킴으로써 토크 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 동기 모터 제어 장치.
29. 제18항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 동기 모터(4)는 공기 조화기용 압축기를 구동하는 것을 특징으로 하는 동기 모터 제어 장치.
30. 속도 지령 값, 토크 지령, 또는 부하가 시시각각 변화하는 조건 하에서 동기 모터(4)를 제어하는 장치에 있어서,

    동기 모터(4)의 입력 단자 전압, 전류 및 이 동기 모터(4)의 기기 정수를 사용하여 로터의 회전 위치를 검출하는 회전 위치 검출 수단(6, 6′)과,

    회전 위치 검출 결과에 기초하여 회전 위치 보정 결과를 얻는 필터 수단(12)과,

    회전 위치 검출 결과를 입력으로 하는 필터의 지연 또는 회전 위치 검출의 반응 속도에 의한 지연을 캔슬하는 캔슬 수단(13, 14)과,

    회전 위치 보정 결과 또는 지연이 캔슬된 값에 기초하여, 인버터(3)의 출력 전류 또는 출력 전압을 제어하는 인버터 제어 수단(7b, 8, 9)을 포함하는 것을 특징으로 하는 동기 모터 제어 장치.
31. 속도 지령 값, 토크 지령, 또는 부하가 시시각각 변화하는 조건 하에서 동기 모터를 제어하는 장치에 있어서,

    동기 모터(4)의 입력 단자 전압, 전류 및 이 동기 모터(4)의 기기 정수를 사용하여 로터의 회전 위치를 산출하는 회전 위치 산출 수단(6, 6′)과,

    회전 위치 산출 결과에 기초하여, 인버터(3)의 출력 전류 또는 출력 전압을 제어하는 인버터 제어 수단(7b, 8, 9)을 포함하는 것을 특징으로 하는 동기 모터 제어 장치.
32. 제31항에 있어서, 상기 회전 위치 산출 수단(6, 6′)은, 고정 좌표 모터 모델을 사용하여, 모터 전압을 적분하여 자속을 구하고, 자속에 포함되는 로터의 회전 위치 정보로부터 회전 위치를 산출하는 것을 특징으로 하는 동기 모터 제어 장치.
33. 제30항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 동기 모터(4)는 자기 돌극성이 있는 모터이며, 상기 회전 위치 산출 수단(6, 6′)은, 입력 전압 및 고조파 및 전류 고조파를 사용하여 회전 위치를 산출하는 것을 특징으로 하는 동기 모터 제어 장치.
34. 제30항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 동기 모터(4)는, 공기 조화기용 압축기를 구동하는 것을 특징으로 하는 동기 모터 제어 장치.