KR20110119825A - 회전 전기 기기의 제어 장치 - Google Patents

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Abstract

회전 전기 기기(1)에 구동 제어용 전압 지령을 출력하는 제어 수단(5)은, 회전 전기 기기(1)를 구동하기 위한 구동 전압 지령을 연산하는 구동 전압 지령 연산부(6)와, 회전 전기 기기(1)의 위치 추정용의 위치 추정용 전압 지령을 발생하는 위치 추정용 전압 발생기(7)와, 상기 위치 추정용 전압 지령을 회전 전기 기기(1)에 주입하는 데 따라 회전 전기 기기(1)로부터 발생하는 소음을 저감하기 위한 소음 저감용 전압 지령을 발생하는 소음 저감용 전압 발생기(8)와, 이들 구동 전압 지령, 위치 추정용 전압 지령, 소음 저감용 전압 지령을 가산한 전압 지령을 전압 인가 수단(3)에 출력하는 가산기(20u, 20v, 20w)를 구비하고 있다.

Description

회전 전기 기기의 제어 장치{ROTARY ELECTRIC MACHINE CONTROLLER}
본 발명은 유도기나 동기기(a synchronous machine) 등의 회전 전기 기기(an electric rotating machine)에 대해, 회전 위치 센서를 이용하지 않고 회전자 위치 정보를 얻어서 회전 제어를 행하는 회전 전기 기기의 제어 장치에 관한 것이다.
회전 전기 기기의 회전 동작을 정밀도 좋게 제어하기 위해서는, 회전 전기 기기의 회전자 위치 정보와, 회전 전기 기기에 흐르는 전류 정보가 필요한다. 여기서, 회전자 위치 정보는, 종래 회전 위치 센서를 회전 전기 기기에 별도로 부착함으로써 회전자 위치 정보를 얻고 있었다. 그러나, 회전 위치 센서를 별도로 마련하는 것은 비용 절감, 공간 절약, 신뢰성 향상 등의 관점에서 단점이 크기 때문에, 회전 위치 센서의 센서리스(sensorless)화가 요구되어 있다.
회전 전기 기기에 있어서의 위치 센서의 센서리스화를 위한 제어 방법으로서, 주로 회전 전기 기기의 유기 전압으로부터 회전 전기 기기의 회전자 위치를 추정하는 방법과, 회전 전기 기기의 돌극성(saliency)(인덕턴스의 위치 의존성)을 이용해서 회전 전기 기기의 회전자 위치를 추정하는 방법이 있다.
전자의 방법에서 이용하는 유기 전압의 크기는 회전 전기 기기의 속도에 비례한다고 하는 특징이 있기 때문에, 제로 속도나 저속 영역에서는 유기 전압이 작아져서 S/N비가 열화되어, 회전 전기 기기의 회전자 위치를 정밀도 좋게 추정하기 어렵게 된다.
한편, 후자의 돌극성을 이용한 방법은 회전 전기 기기의 구동 주파수와는 다른 고주파의 위치 추정 전압 지령을 회전 전기 기기에 인가하고, 이에 따라 회전 전기 기기에 흐르는 고주파의 회전 전기 기기 전류를 검출하며, 이 회전 전기 기기 전류의 크기가 상기 돌극성에 의해 회전자 위치에 의존하여 변화되는 것을 이용하여 위치 추정하는 것이다.
이와 같이, 돌극성을 이용하는 경우에는, 회전 전기 기기의 회전자 위치를 추정하기 위한 위치 추정용 전압 지령을 회전 전기 기기에 주입해야 하지만, 회전 전기 기기의 회전 속도에 의존하지 않고 회전자 위치를 추정할 수 있다는 장점이 있기 때문에, 특히 제로 속도나 저속 영역에 있어서는 돌극성을 이용한 위치 센서리스 제어법이 이용된다.
그런데, 이러한 돌극성을 이용한 위치 센서리스 제어법은 회전 전기 기기에 고주파의 위치 추정용 전압 지령을 인가할 필요가 있기 때문에, 이에 따라 소음이 발생하여, 인간에게 불쾌감을 준다.
그래서, 이러한 회전 전기 기기에 위치 추정용 전압을 인가하는 데 따라 발생하는 소음에 의한 불쾌감을 저감하기 위한 대책으로서, 종래 회전 전기 기기에 인가하는 위치 추정용 전압의 진폭을 줄임으로써 회전 전기 기기로부터 발생하는 소음의 크기 자체를 저감하는 방법이나, 소음의 음질을 개선하는 방법 등이 제안되어 있다.
전자의 회전 전기 기기에 인가하는 위치 추정용 전압 지령의 진폭을 줄임으로써, 회전 전기 기기로부터 발생하는 소음의 크기 자체를 줄이는 방법은 위치 추정용 전압 지령의 진폭이 줄어들기 때문에, 회전 전기 기기의 회전자 위치를 정밀도 좋게 추정하는 것이 어렵게 된다.
한편, 후자의 소음의 음질을 개선하는 방법으로서는, 예컨대 하기의 특허 문헌 1에 기재되어 있는 종래 기술과 같이, 인간에게 들리는 소리 중 특정 주파수 성분이 두드러지면, 인간은 그 소리를 불쾌하게 느낀다고 하는 특징이 있기 때문에, 회전 전기 기기에 인가하는 위치 추정용 전압 지령의 주파수를 고의적으로 랜덤하게 변화시켜서 특정 주파수 성분의 소리가 두드러지지 않도록 하고, 이로써 인간이 느끼는 불쾌감을 저감하는 것이다.
특허 문헌 1 : 일본 특허 공개 제 2004-343833호 공보
그러나 특허 문헌 1에 기재된 바와 같이, 특정 주파수 성분의 소리가 두드러지지 않도록, 위치 추정용 전압 지령의 주파수 성분을 랜덤하게 변화시키면, 이에 따라 회전 전기 기기의 회전자 위치를 추정하는데 필요한 전류의 주파수도 랜덤하게 된다. 이 때문에, 회전 전기 기기 전류로부터 회전자 위치의 추정에 필요한 전류를 검출하기 어렵게 되고, 그 결과 위치 추정 정밀도가 악화되며, 경우에 따라서는 위치 추정을 행할 수 없게 될 가능성이 있다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 정밀도 좋게 회전자 위치를 추정할 수 있음과 아울러, 위치 추정용 전압 지령을 회전 전기 기기에 인가하는 데 따르는 소음 발생에 의해 생기는 불쾌감을 유효하게 저감하는 것이 가능한 회전 전기 기기의 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 회전 전기 기기의 제어 장치는, 회전 전기 기기의 구동 제어를 행하는 것으로, 상기 회전 전기 기기에 흐르는 회전 전기 기기 전류를 검출하는 전류 검출 수단과, 상기 전류 검출 수단에 의해 검출된 상기 회전 전기 기기 전류에 기초해서 회전자 위치를 추정하는 위치 추정 수단과, 상기 전류 검출 수단에 의해 검출된 회전 전기 기기 전류와 상기 위치 추정 수단에서 추정된 회전자 위치의 정보에 기초해서 전압 지령을 출력하는 제어 수단과, 상기 제어 수단으로부터의 전압 지령에 기초해서 상기 회전 전기 기기에 대해 구동 제어용 전압을 인가하는 전압 인가 수단을 구비하고, 상기 제어 수단은 상기 회전 전기 기기를 구동하기 위한 구동 전압 지령을 연산하는 구동 전압 지령 연산부와, 상기 회전 전기 기기의 회전자 위치를 추정하기 위한 위치 추정용 전압 지령을 출력하는 위치 추정용 전압 발생기와, 상기 회전 전기 기기의 구동 제어 및 위치 추정에는 기여하지 않는 소음 저감용 전압 지령을 출력하는 소음 저감용 전압 발생기와, 상기 구동 전압 지령, 상기 위치 추정용 전압 지령 및 상기 소음 저감용 전압 지령을 가산하여 전압 지령으로서 상기 전압 인가 수단에 출력하는 가산기를 갖는 것이다.
본 발명에 의하면, 회전 전기 기기의 구동 제어용 구동 전압 지령에, 회전자 위치 추정용의 위치 추정용 전압 지령을 가산하여 전압 인가 수단에 대해 출력할 때, 소음 저감용 전압 발생기로부터 출력되는 소음 저감용 전압 지령을 더 가산하기 때문에, 회전 전기 기기로부터는 복수의 주파수 성분의 소음이 발생하게 되어, 위치 추정용 전압 지령을 회전 전기 기기에 인가함으로써 발생하는 소음이 두드러지는 것을 억제할 수 있고, 그 결과, 소음에 의해서 인간이 느끼는 불쾌감을 저감하는 것이 가능해진다.
이 때, 위치 추정용 전압 지령에 대해서는, 그 주파수를 랜덤하게 변화시키는 것이 아니고 항상 일정하기 때문에, 종래와 같이 위치 추정용 전압 지령 자체의 주파수를 랜덤하게 변화시키는 경우에 비해서, 회전 전기 기기의 회전자 위치의 추정에 필요한 전류를 검출하는 것이 용이하게 되고, 그 결과, 높은 위치 추정 정밀도를 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 있어서의 회전 전기 기기의 제어 장치의 구성도,
도 2는 동 장치의 위치 추정 수단의 구체예를 나타내는 구성도,
도 3은 동 장치의 전류 진폭 연산기에서 얻어지는 위치 추정용 전류 진폭의 파형도,
도 4는 동 장치의 위치 연산기의 동작을 설명하기 위한 도면,
도 5는 동 장치의 위치 추정용 전압 발생기에서 발생되는 위치 추정용 전압 지령의 파형도,
도 6은 본 발명의 실시예 1에 있어서의 회전 전기 기기의 제어 장치의 변형예를 나타내는 구성도,
도 7은 본 발명의 실시예 2에 있어서의 회전 전기 기기의 제어 장치의 구성도,
도 8은 동 장치의 소음 저감용 전압 발생기에서 발생되는 소음 저감용 전압 지령의 일례를 나타내는 파형도,
도 9는 동 장치의 전압 인가 수단의 구체예를 나타내는 구성도,
도 10은 동 장치의 전압 인가 수단에 대해, 소음 저감용 전압 지령을 가산한 전압 지령을 인가한 경우의 동작을 설명하기 위한 도면,
도 11은 동 장치의 전압 인가 수단에 대해, 소음 저감용 전압 지령을 가산하지 않은 전압 지령을 인가한 경우의 동작을 설명하기 위한 도면,
도 12는 본 발명의 실시예 3에 있어서의 회전 전기 기기의 제어 장치의 구성도,
도 13은 본 발명의 실시예 4에 있어서의 회전 전기 기기의 제어 장치의 구성도이다.
(실시예 1)
도 1은 본 발명의 실시예 1에 있어서의 회전 전기 기기의 제어 장치의 구성도이다.
이 실시예 1에 있어서, 회전 전기 기기(1)는 예컨대 매립 자석형의 동기기로, 이 회전 전기 기기(1)에는, 소정의 제어 전압을 인가하는 전압 인가 수단(3)이 접속되어 있다. 또한, 전압 인가 수단(3)과 회전 전기 기기(1) 사이를 흐르는 회전 전기 기기 전류(여기서는 2상분)(iu, iw)를 검출하는 전류 검출 수단(2)과, 이 전류 검출 수단(2)에서 검출된 회전 전기 기기 전류(iu, iw)에 기초해서 회전 전기 기기(1)의 회전자 위치(θL)를 추정하는 위치 추정 수단(4)과, 전압 인가 수단(3)에 대해 구동 제어용 전압 지령(Vup*, Vvp*, Vwp*)을 출력하는 제어 수단(5)이 마련되어 있다.
전류 검출 수단(2)은 예컨대 변류기 등으로 이루어지고, 회전 전기 기기(1)와 전압 인가 수단(3)을 연결하는 3상분의 회전 전기 기기 전류 중, 본 예에서는 U상과 W상의 2상분의 회전 전기 기기 전류(iu, iw)를 검출한다. 한편, V상의 회전 전기 기기 전류(iv)는 회전 전기 기기 전류가 3상 평형인 점을 이용해서 연산에 의해 구한다. 또한, 여기서는 U상과 W상의 회전 전기 기기 전류(iu, iw)를 검출하고 있지만, 이에 한하지 않고, 임의의 2상분의 전류를 검출하면 되고, 또한, U상, V상, W상의 모든 회전 전기 기기 전류(iu, iv, iw)를 동시에 검출해도 된다. 또는, 전류 검출 수단(2)으로서, 전압 인가 수단(3)의 입력인 직류 모선 전류를 검출하고, 그 직류 모선 전류로부터 회전 전기 기기 전류를 연산하는 방법이어도 된다.
전압 인가 수단(3)은 예컨대 삼각파 비교 PWM 인버터 등의 전력 변환 장치가 적용되고, 제어 수단(5)으로부터 출력되는 각 전압 지령(Vup*, Vvp*, Vwp*)에 기초해서 전력 변환을 행하여 회전 전기 기기(1)에 대해 구동 제어용 전압을 인가한다.
여기서, 회전 전기 기기(1)에는 회전자 위치에 따라서 인덕턴스가 변화되는, 이른바 돌극성이 있기 때문에, 이후에 상세하게 설명하는 바와 같이, 제어 수단(5) 내의 위치 추정용 전압 발생기(7)로부터 출력되는 3상 교류의 위치 추정용 지령(Vuh, Vvh, Vwh)가 중첩된 전압 지령(Vup*, Vvp*, Vwp*)에 기초해서 전압 인가 수단(3)으로부터 회전 전기 기기(1)에 전압이 인가되면, 전류 검출 수단(2)에서 검출되는 회전 전기 기기 전류(iu, iv, iw)에는, 상기 위치 추정용 전압 지령(Vuh, Vvh, Vwh)과 같은 주파수 성분의 전류(이하, 위치 추정용 전류라 함)(iuh, ivh, iwh)가 포함되게 되고, 이들 위치 추정용 전류(iuh, ivh, iwh)의 진폭은 회전 전기 기기(1)의 회전자 위치에 따라서 변화된다.
그래서, 위치 추정 수단(4)은 상기 돌극성을 이용해서, 전류 검출 수단(2)에 의해 검출된 회전 전기 기기 전류(iu, iw)로부터, 위치 추정용 전압 지령(Vuh, Vvh, Vwh)과 동일한 주파수 성분의 위치 추정용 전류(iuh, ivh, iwh)를 우선 추출하고, 이어서 이 추출한 위치 추정용 전류(iu, iv, iw)의 진폭에 기초해서 회전 전기 기기(1)의 추정되는 회전자 위치(이하, 추정 위치라고도 함)(θL)을 구하여 출력한다.
도 2는 위치 추정 수단(4)의 구체적인 구성의 일례를 나타내는 구성도이다.
이 위치 추정 수단(4)은 가산기(16), 위치 추정용 전류 추출기(17u, 17v, 17w), 전류 진폭 연산기(18u, 18v, 18w) 및 위치 연산기(19)를 구비한다.
3상의 회전 전기 기기 전류(iu, iv, iw) 중, 전류 검출 수단(2)에 의해 검출한 U상과 W상의 각 회전 전기 기기 전류(iu, iw)와, 전류 검출 수단(2)에서는 검출하지 않는 V상의 회전 전기 기기 전류(iv)와의 사이에는, 하기의 (1)식의 관계가 있기 때문에, 가산기(16)에서 U상, W상의 각 회전 전기 기기 전류(iu, iw)를 가산함으로써 V상 회전 전기 기기 전류(iv)를 구한다. 한편, 당연한 바이지만, 전류 검출 수단(2)이 3상분의 회전 전기 기기 전류(iu, iv, iw)를 모두 동시에 검출하는 경우에는, V상 회전 전기 기기 전류(iv)를 구할 필요는 없다.
Figure pct00001
그리고, 상술한 바와 같이 해서 검출되는 각 회전 전기 기기 전류(iu, iv, iw)를, 각각 개별적으로 마련된 위치 추정용 전류 추출기(17u, 17v, 17w)에 입력하여 위치 추정용 전압 지령(Vuh, Vvh, Vwh)과 동일한 주파수 성분의 위치 추정용 전류(iuh, ivh, iwh)를 추출한다. 이 경우의 각 위치 추정용 전류(iuh, ivh, iwh)의 추출은 바이패스 필터나 노치 필터 등을 이용하여 행한다. 한편, 각 회전 전기 기기 전류(iu, iv, iw)에는, 후술하는 바와 같은 소음 저감용 전압 지령(Vum, Vvm, Vwm)과 동일한 주파수 성분의 신호도 포함되어 있지만, 이 신호는 위치 추정용 전압 지령(Vuh, Vvh, Vwh)과는 주파수가 다르기 때문에 각 위치 추정용 전류 추출기(17u, 17v, 17w)에서 제거되어, 위치 추정용 전류(iuh, ivh, iwh)를 추출할 때에 전혀 문제는 생기지 않는다.
이렇게 해서 각 위치 추정용 전류 추출기(17u, 17v, 17w)에서 추출된 각 위치 추정용 전류(iuh, ivh, iwh)를, 각각 개별적으로 마련된 각 전류 진폭 연산기(18u, 18v, 18w)에 입력하여 위치 추정용 전류(iuh, ivh, iwh)의 진폭값인 각 위치 추정용 전류 진폭(Iuh, Ivh, Iwh)을 연산한다.
이 경우의 각 위치 추정용 전류 진폭(Iuh, Ivh, Iwh)의 연산 수법에는 각별한 제약은 없지만, 예컨대 푸리에 변환을 행하거나, 또는 하기의 (2) 식에 기초해서 위치 추정용 전류(iuh, ivh, iwh)를 자승한 자기상관값에 기초해서 진폭을 구할 수 있다.
Figure pct00002
(단, Tn은 위치 추정용 전류의 주기)
이어서, 위치 연산기(19)는, 각각의 전류 진폭 연산기(18u, 18v, 18w)에 의해 구한 위치 추정용 전류 진폭(Iuh, Ivh, Iwh)에 기초해서 회전 전기 기기(1)의 추정 위치(θL)을 연산한다. 이하, 그 수법에 대해서 상세하게 설명한다. 한편, 위치 연산기(19)는, 이하에 기술하는 수법으로 한정되는 것이 아니라, 위치 추정용 전류 진폭(Iuh, Ivh, Iwh)에 기초해서 추정 위치(θL)을 연산하는 것이라면, 그 이외의 어떠한 수법을 적용해도 된다.
각 전류 진폭 연산기(18u, 18v, 18w)에서 얻어지는 위치 추정용 전류 진폭(Iuh, Ivh, Iwh)은, 도 3에 나타낸 바와 같이 오프셋(Ih)이 중첩되어 있어, 회전 전기 기기(1)의 위치(전기각)의 1/2의 주기로 변화된다.
그래서, 위치 연산기(19)에 있어서, 우선 하기의 (3) 식과 같이, 각 위치 추정용 전류 진폭(Iuh, Ivh, Iwh)으로부터 오프셋(Ih)을 감산하여 각 위치 연산 신호(dIu, dIv, dIw)를 산출한다. 여기서, 오프셋(Ih)은 각 위치 추정용 전류 진폭(Iuh, Ivh, Iwh)이 3상평형이 된다는 점으로부터 (4) 식에 의해 구할 수 있다.
Figure pct00003
Figure pct00004
여기서, 회전 전기 기기(1)의 추정 위치(θL)는 (3) 식으로 표시되는 각 위치 연산 신호(dIu, dIv, dIw) 중 어느 하나의 신호를 아크코사인 연산함으로써 산출 가능하지만, 아크코사인 연산하기 위한 연산이나, 아크코사인 함수를 미리 기억해 둘 필요가 있어서, 연산량이나 기억 용량의 증가로 이어지기 때문에 득책이 아니다. 그래서, 이 실시예 1에서는, 아크코사인 함수를 이용하지 않고, 직선 근사를 이용해서 회전 전기 기기(1)의 추정 위치(θL)을 연산하는 수법을 채용하고 있다. 이하, 이 수법에 대해서 설명한다.
위치 연산기(19)에 있어서, (3) 식에 의해 획득되는 각 위치 연산 신호(dIu, dIv, dIw)의 상대 관계로부터, 도 4에 나타낸 바와 같이 각 구간의 중심 위치(θM)가 다음 (5) 식으로 주어지는 값이 되는, 6개의 구간(I~VI)으로 나눈다.
Figure pct00005
각 구간(I~VI)에 있어서, 각 위치 연산 신호(dIu, dIv, dIw) 중, 각 구간의 중심에서 제로 크로스하는 것은 sin, -sin의 함수가 되지만, 이들 sin, -sin의 함수를 직선이라고 간주해서 직선 근사하여, 다음 (6) 식에 기초해서 각 구간(I~VI)의 중심 위치(θM)와 회전 전기 기기(1)의 추정 위치(θL)(≒회전 전기 기기(1)의 위치θ)의 편차(ΔθML)을 구한다. 여기서, (6) 식의 dI_uvw는, 각 위치 연산 신호(dIu, dIv, dIw) 중, 각 구간(I~VI)의 중심 위치(θM)에서 제로 크로스할 때의 세로축의 값이다. 또한, Iha는 위치 추정용 전류(iuh, ivh, iwh)의 회전 전기 기기 위치에 의한 변화량이기 때문에, (Iha/2)는 위치 연산 신호(dIu, dIv, dIw)의 진폭이 된다.
Figure pct00006
한편, (Iha/2)는 다음 (7) 식과 같이 dIu, dIv, dIw의 자승의 합의 제곱근으로부터 구해도 된다.
Figure pct00007
그리고, 다음 (8) 식에 나타낸 바와 같이, (6) 식으로부터 구한 ΔθML과 중심 위치(θM)를 가산하여 회전 전기 기기(1)의 추정 위치(θL)를 구한다.
Figure pct00008
한편, 제어 수단(5)은 구동 전압 지령 연산부(6), 위치 추정용 전압 발생기(7), 소음 저감용 전압 발생기(8), 필터(9), 및 가산기(20u, 20v, 20w)를 갖는다.
그리고, 구동 전압 지령 연산부(6)로부터 출력되는 구동 전압 지령(Vu*, Vv*, Vw*)과, 위치 추정용 전압 발생기(7)로부터 출력되는 위치 추정용 전압 지령(Vuh, Vvh, Vwh)과, 소음 저감용 전압 발생기(8)로부터 필터(9)를 경유하여 출력되는 소음 저감용 전압 지령(Vum, Vvm, Vwm)이 가산기(20u, 20v, 20w)에서 각각 가산되어, 전압 지령(Vup*, Vvp*, Vwp*)으로서 전압 인가 수단(3)에 출력된다.
따라서, 전압 인가 수단(3)에 인가되는 전압 지령(Vup*, Vvp*, Vwp*)에는, 원래의 구동 전압 지령(Vu*, Vv*, Vw*)에 대해, 위치 추정용 전압 지령(Vuh, Vvh, Vwh)과 함께 소음 저감용 전압 지령(Vum, Vvm, Vwm)이 중첩된다. 한편, 위치 추정용 전압 지령(Vuh, Vvh, Vwh)과, 소음 저감용 전압 지령(Vum, Vvm, Vwm)에 대해서는 이후 상세하게 설명한다.
상기 구동 전압 지령 연산부(6)는 2개의 감산기(10d, 10q), d축 전류 제어기(11d), q축 전류 제어기(11q), 제 1 좌표 변환기(12), 2상·3상 변환기(13), 제 2 좌표 변환기(14) 및 3상·2상 변환기(15)를 갖는다.
여기서, 한쪽 감산기(10d)는 회전 전기 기기(1)를 구동하기 위해서 제어 수단(5)의 외부로부터 인가되는 d축 전류 지령(id*)과 제 2 좌표 변환기(14)의 출력인 전류(id)의 편차(Δid)를 구한다. d축 전류 제어기(11d)는 상기 편차(Δid)가 제로가 되도록 비례 적분 제어(PI 제어)함으로써 d축 전압 지령(Vd*)을 연산한다.
다른쪽 감산기(10q)는, 회전 전기 기기(1)를 구동하기 위해서 제어 수단(5)의 외부로부터 인가되는 q축 전류 지령(iq*)과 제 2 좌표 변환기(14)의 출력인 전류(iq)의 편차(Δiq)를 구한다. q축 전류 제어기(11q)는 상기 편차(Δiq)가 제로가 되도록 비례 적분 제어(PI 제어)함으로써 q축 전압 지령(Vq*)을 연산한다.
제 1 좌표 변환기(12)는, d축 전류 제어기(11d)와 q축 전류 제어기(11q)로부터 각각 출력되는 d축 전류 지령(Vd*) 및 q축 전류 지령(Vq*)을 정지 2축(α-β축) 상의 전압 지령(Vα*, Vβ*)으로 각각 변환한다. 2상·3상 변환기(13)는 제 1 좌표 변환기(12)로부터 출력되는 전압 지령(Vα*, Vβ*)을 3상 교류 좌표의 구동 전압 지령(Vu*, Vv*, Vw*)으로 변환한다.
3상·2상 변환기(15)는 전류 검출 수단(2)에서 검출되어 회전 전기 기기 전류(iu, iw)를 정지 2축(α-β축) 상의 전류(iα, iβ)로 변환한다. 제 2 좌표 변환기(14)는 3상·2상 변환기(15)로부터 출력되는 전류(iα, iβ)를, 전술한 위치 추정 수단(4)의 출력인 추정 위치(θL)과 동기하여 회전하는 회전 2축(d-q축) 상의 전류(id, iq)로 변환하여, 상기 각 감산기(10d, 10q)에 출력한다.
위치 추정용 전압 발생기(7)는, 회전 전기 기기(1)의 회전자 위치를 추정하기 위해서, 구동 전압 지령 연산부(6)가 출력하는 구동 전압 지령(Vu*, Vv*, Vw*)과는 주파수가 다른 위치 추정용 전압 지령(Vuh, Vvh, Vwh)을 발생한다. 이들 각 위치 추정용 전압 지령(Vuh, Vvh, Vwh)는, 구동 전압 지령(Vu*, Vv*, Vw*)과 주파수가 다른 것이면 어떠한 것이어도 되지만, 본 실시예 1에서는 3상 교류의 위치 추정용 전압 지령이다.
이들 3상 교류의 위치 추정용 전압 지령(Vuh, Vvh, Vwh)은 예컨대, 도 5에 도시되어 있다. 각 3상 교류 위치 추정용 전압 지령의 신호는, 전압 인가 수단(3)이 삼각파 비교 PWM 인버터인 경우, 이 삼각파 비교 PWM 인버터로 PWM 변조할 때에 사용되는 삼각파 캐리어의 반주기 Tc를 1구간으로 했을 때, 6구간(=6·Tc)으로 1주기가 되는 주기 Th를 갖는 신호이다. 또한, 이들 각 위치 추정용 전압 지령(Vuh, Vvh, Vwh)을 3상 평형으로 하기 위해서, 각 상이 서로 2구간(=2·Tc) 어긋나게 해서 설정된다. 이와 같이, 위치 추정용 전압 지령(Vuh, Vvh, Vwh)을 3상 교류 전압으로 함으로써, 도 5에 도시된 바와 같은 패턴화가 용이하게 되어, 위치 추정용 전압 발생기(7)의 구성을 간소화할 수 있다.
위치 추정용 전압 발생기(7)로부터 위치 추정용 전압 지령(Vuh, Vvh, Vwh)을 전압 인가 수단(3)에 의해 회전 전기 기기(1)에 인가하면, 이에 따라 회전 전기 기기(1)로부터 소음이 발생하고, 이 소음에 의해서 인간이 불쾌감을 느끼기 때문에, 소음 저감용 전압 발생기(8)는, 이와 같은 불쾌감을 저감하기 위해서, 3상분의 소음 저감용 전압 지령(Vum, Vvm, Vwm)을 출력한다. 이하, 이 소음 저감용 전압 지령(Vum, Vvm, Vwm)의 세부 사항에 대해서 설명한다.
인간에게 들리는 소음 중, 소음의 주파수가 단일 주파수인 경우와, 복수의 주파수 성분을 포함하는 경우에는, 단일 주파수의 소음쪽이 인간에게 있어서 불쾌하게 느낀다는 특징이 있다. 그래서, 본 실시예 1에서는, 구동 전압 지령(Vu*, Vv*, Vw*)이나 위치 추정용 전압 지령(Vuh, Vvh, Vwh)과는 다른 주파수를 갖는 3상분의 소음 저감용 전압 지령(Vum, Vvm, Vwm)을 소음 저감용 전압 발생기(8)에서 발생하고, 이들 각 소음 저감용 전압 지령(Vum, Vvm, Vwm)을 가산기(20u, 20v, 20w)에 의해 구동 전압 지령(Vu*, Vv*, Vw*)과 위치 추정용 전압 지령(Vuh, Vvh, Vwh)에 개별적으로 가산한다. 그리고, 가산하여 얻어지는 전압 지령(Vup*, Vvp*, Vwp*)에 기초하는 구동 제어용 전압을 전압 인가 수단(3)이 회전 전기 기기(1)에 인가한다.
이로써, 회전 전기 기기(1)로부터 발생하는 소음에는, 위치 추정용 전압 지령(Vuh, Vvh, Vwh)에 기초하는 주파수 성분의 소음과 함께, 소음 저감용 전압 지령(Vum, Vvm, Vwm)에 기초하는 주파수 성분의 소음이 혼재하게 되기 때문에, 소음의 주파수 성분이 단일인 경우보다 인간이 느끼는 불쾌감을 저감할 수 있다.
특히, 각각의 소음 저감용 전압 지령(Vum, Vvm, Vwm)은 주파수를 각각 일정하게 하는 것은 아니고, 주파수를 시간적으로 변화시키도록 하면, 소음 저감용 전압 지령(Vum, Vvm, Vwm)에는 다양한 주파수 성분이 포함되게 되어, 회전 전기 기기(1)로부터 발생하는 소음의 불쾌감을 한층 더 저감할 수 있기 때문에 바람직하다.
예컨대, 각 소음 저감용 전압 지령(Vum, Vvm, Vwm)을, 다음 (9) 식에 나타낸 바와 같이, 진폭이 Af, 중심 주파수가 ωn, 위상이 mf·sin(ωm·t)로 변화되는 FM 변조파라고 하면, 소음 저감용 전압 지령(Vum, Vvm, Vwm)의 주파수가 시간적으로 변화된다. 그 결과, 회전 전기 기기(1)로부터 발생하는 소음도 시간적으로 주파수가 변화되어 다양한 주파수 성분을 포함하게 되기 때문에, 소음에 의해 인간이 느끼는 불쾌감을 한층 더 저감할 수 있다.
Figure pct00009
소음 저감용 전압 발생기(8)와 가산기(20u, 20v, 20w) 사이에 마련되어 있는 필터(9)는, 소음 저감용 전압 지령(Vum, Vvm, Vwm) 중에 위치 추정용 전압 지령(Vuh, Vvh, Vwh)과 같은 주파수 성분이나 그 근방의 주파수 성분이 포함되지 않도록, 이들 주파수 성분을 제외하기 위한 것으로, 예컨대 노치 필터 등이 적용된다.
예컨대, 소음 저감용 전압 지령(Vum, Vvm, Vwm)을 상술한 (9) 식에 나타낸 바와 같은 FM 변조파로 하는 경우, 이 FM 변조파의 주파수 대역과, 위치 추정용 전압 지령(Vuh, Vvh, Vwh)의 주파수가 일부 중복되면, 소음 저감용 전압 지령(Vum, Vvm, Vwm)이 위치 추정용 전압 지령(Vuh, Vvh, Vwh)에 악영향을 미쳐서 위치 추정 정밀도가 악화될 염려가 있다. 특히, 소음 저감용 전압 지령(Vum, Vvm, Vwm)에 포함되는 주파수 성분이, 위치 추정용 전압 지령(Vuh, Vvh, Vwh)과 같고, 또한 역위상이면, 소음 저감용 전압 지령(Vum, Vvm, Vwm)이 위치 추정용 전압 지령(Vuh, Vvh, Vwh)을 상쇄시키게 되어, 위치 추정용 전압 지령(Vuh, Vvh, Vwh)의 신호 레벨이 작아지거나 제로가 되어, 위치 추정 정밀도가 악화되는 문제를 발생시킨다.
그래서, 필터(9)에 의해서, 소음 저감용 전압 지령(Vum, Vvm, Vwm) 중에, 위치 추정용 전압 지령(Vuh, Vvh, Vwh)과 같은 주파수 성분이나 그 근방 주파수 성분이 포함되지 않도록 제외시킴으로써 위치 추정 정밀도의 악화를 방지하고 있다.
한편, 소음 저감용 전압 지령(Vum, Vvm, Vwm)에 위치 추정용 전압 지령(Vuh, Vvh, Vwh)과 같은 주파수 성분이나 그 근방의 주파수 성분이 포함될 염려가 없는 경우에는, 도 6에 나타낸 바와 같이 필터(9)를 생략하는 것이 가능하다.
이상과 같이, 본 실시예 1에서는 회전 위치 센서의 센서리스화를 위해 위치 추정용 전압 지령(Vuh, Vvh, Vwh)을 회전 전기 기기(1)에 인가할 때, 동시에, 이 위치 추정용 전압 지령(Vuh, Vvh, Vwh)의 주파수와는 다른 주파수 성분을 갖는 소음 저감용 전압 지령(Vum, Vvm, Vwm)을 가산하고 있기 때문에, 회전 전기 기기(1)로부터 발생하는 소음은 위치 추정용 전압 지령(Vuh, Vvh, Vwh)의 주파수와 다른 주파수 성분을 포함하게 되어, 소음의 주파수 성분이 단일인 경우보다 인간이 느끼는 불쾌감을 저감할 수 있다.
또한, 소음에 포함되는 주파수 성분이 복수 혼재하게 되지만, 위치 추정용 전압(Vuh, Vvh, Vwh)에 대해서는, 그 주파수가 항상 일정하기 때문에, 종래와 같이 위치 추정용 전압(Vuh, Vvh, Vwh)의 주파수를 랜덤하게 변화시키는 경우에 비해서, 회전 전기 기기 전류로부터 위치 추정용 전류(iuh, ivh, iwh)를 정밀도 좋게 추출할 수 있고, 그 결과, 높은 위치 추정 정밀도를 확보할 수 있다.
또한, 소음 저감용 전압 지령(Vum, Vvm, Vwm)에 위치 추정용 전압 지령(Vuh, Vvh, Vwh)과 같은 주파수 성분이나 그 근방의 주파수 성분이 포함되지 않도록 필터(9)로 미리 제거하고 있기 때문에, 소음 저감용 전압 지령(Vum, Vvm, Vwm)이 위치 추정용 전압 지령(Vuh, Vvh, Vwh)에 악영향을 미치는 것을 미연에 방치할 수 있다.
(실시예 2)
도 7은 본 발명의 실시예 2에 있어서의 회전 전기 기기의 제어 장치의 구성도로, 도 1에 나타낸 실시예 1과 대응 또는 상당하는 구성 부분에는 동일한 부호를 붙이고 있다. 또한, 도 7에 있어서, 제어 수단(5) 내의 소음 저감용 전압 발생기(8)의 구성 이외의 부분은 실시예 1의 경우와 마찬가지이므로, 여기서는 소음 저감용 전압 발생기(8)의 구성 이외의 부분의 설명은 생략한다.
상기 실시예 1에서는, 소음 저감용 전압 발생기(8)로부터는 3상분의 소음 저감용 전압 지령(Vum, Vvm, Vwm)이 각각 발생되는 것으로 하고 있지만, 이 실시예 2에서는 소음 저감용 전압 발생기(8)로부터는 시간적으로 주파수가 변화되는 FM 변조파나, 진폭이 시간적으로 변화되는 AM 변조파를 갖는 단일의 소음 저감용 전압 지령(Vm)을 발생하고, 이 소음 저감용 전압 지령(Vm)을 필터(9)를 통과시킨 후 3개로 분기시켜서 각 가산기(20u, 20v, 20w)에 인가하도록 하고 있다.
즉, 이 실시예 2에서는, 소음 저감용 전압 발생기(8)에서 발생되는 소음 저감용 전압 지령(Vm)은 예컨대, 전술한 (9) 식에 나타낸 바와 같이 시간적으로 주파수가 변화되는 FM 변조파나, 다음 (10) 식에 나타낸 바와 같이, 각 주파수가 ωb이고, 진폭이 시간적으로 (Aa1+Aa2·sinωat)로 변화되는 AM 변조파, 또는 도 8에 나타낸 바와 같이, 진폭이 계단형으로 주기적으로 변화되는 AM 변조파로 한다.
Figure pct00010
여기서, U, V, W상의 각 전압 지령(Vup*, Vvp*, Vwp*)에 같은 소음 저감용 전압 지령(Vm)이 중첩되어 있는 경우, U, V, W상의 각 전압 지령(Vup*, Vvp*, Vwp*)의 선간 전압이 변화하지 않기 때문에, 언듯 보기에는 회전 전기 기기(1)로부터는 소음 저감용 전압 지령(Vm)과 동일 주파수 성분의 소리는 발생하지 않을 것으로도 생각된다.
그러나, 전압 인가 수단(3)이 캐리어 비교 PWM 인버터로 구성되어 있는 경우, 삼각파 형상 혹은 톱니파 형상의 캐리어파와 전압 인가 수단(3)에 입력되는 전압 지령(Vup*, Vvp*, Vwp*)을 비교한 값에 기초해서 PWM 변조된 구동 제어 전압을 회전 전기 기기(1)에 출력하기 때문에, 상술한 바와 같이, 전압 지령(Vup*, Vvp*, Vwp*)에 시간적으로 주파수가 변화되는 FM 변조파나, 진폭이 시간적으로 변화되는 AM 변조파를 갖는 소음 저감용 전압 지령(Vum)이 중첩되어 있으면, 캐리어 비교 PWM 인버터를 구성하는 각 스위칭 소자를 온/오프하는 스위칭 타이밍이 변화된다. 그리고,이 스위칭 타이밍의 변화에 기인해서, 회전 전기 기기(1)로부터는 복수의 주파수 성분을 포함하는 소음이 발생한다. 이로써, 위치 추정용 전압 지령(Vuh, Vvh, Vwh)을 인가함에 따라서 발생하는 소음이 두드러지는 것을 억제할 수 있어, 결과적으로 소음에 의해 인간이 느끼는 불쾌감을 저감할 수 있다. 이하, 그 세부 사항에 대해서 설명한다.
도 9는 캐리어 비교 PWM 인버터로서의 전압 인가 수단(3)의 구성도이다.
이 전압 인가 수단(3)은 스위칭 신호 연산부(23), 전력 변환부(24) 및 평활 콘덴서(25)를 구비하여 구성되어 있다.
여기에, 스위칭 신호 연산부(23)는, 하나의 캐리어 신호 발생기(27)와, 3상분의 비교기(28u, 28v, 28w)를 갖고 있고, 캐리어 신호 발생기(27)는 삼각파나, 톱 파 등의 캐리어 신호(Sc)를 발생한다.
또한, 각 비교기(28u, 28v, 28w)는, 캐리어 신호 발생기(27)로부터 출력되는 캐리어 신호(Sc)와 제어 수단(5)으로부터 출력되는 전압 지령(Vup*, Vvp*, Vwp*)을 각각 비교하여, 전력 변환부(24)를 구성하는 각 스위칭 소자(26)를 온/오프시키기 위한 스위칭 신호(Sup, Sun, Svp, Svn, Swp, Swn)을 출력한다. 예컨대, 각 비교기(28u, 28v, 28w)는, 삼각파의 캐리어 신호(Sc)와 전압 지령(Vup*, Vvp*, Vwp*)을 각각 비교하여, 캐리어 신호(Sc)보다 전압 지령(Vup*, Vvp*, Vwp*)의 레벨이 큰 경우에는 스위칭 소자(26)를 온, 작은 경우에는 스위칭 소자(26)를 오프하는 스위칭 신호를 출력한다.
전력 변환부(24)는, 예컨대 IGBT 등의 반도체 스위치로 구성된 6개의 스위칭 소자(26)(UP, UN, VP, VN, WP, WN)의 갖고 있고, 스위칭 신호 연산부(23)로부터 인가되는 각 스위칭 신호(Sup, Sun, Svp, Svn, Swp, Swn)에 의해서 6개의 스위칭 소자(26)를 온/오프시킴으로써, 전압 인가 수단(3)의 외부의 직류 전압원으로부터 인가되는 직류 전압(Vdc)을 교류 전압로 변환하여 회전 전기 기기(1)에 인가한다.
도 10은 도 8에 나타낸 바와 같은 진폭이 주기적으로 계단형으로 변화되는 AM 변조파의 소음 저감용 전압 지령(Vm)을 가산하여 이루어지는 전압 지령(Vup*, Vvp*, Vwp*)을, 또한 도 11은 도 8에 나타낸 바와 같은 소음 저감용 전압 지령(Vm)을 가산하지 않는 경우의 전압 지령(Vup*, Vvp*, Vwp*)을, 각각 삼각파의 캐리어 신호(Sc) 및 3개의 스위칭 신호(Sup, Svp, Swp)와의 관계에 있어서 모식적으로 나타낸 파형도이다.
한편, 도 10, 도 11에 있어서, 전압 지령(Vup*, Vvp*, Vwp*)은 실제로는 정현파 신호이지만, 캐리어 신호(Sc)나 소음 저감용 전압 지령(Vm)에 비해서 주파수가 낮기 때문에 직선 형상으로 나타내고 있다. 또한, 전압 지령(Vup*, Vvp*, Vwp*)에는, 위치 추정용 전압 지령(Vuh, Vvh, Vwh)이 중첩되어 있지만, 여기서는 주로 각 스위칭 소자(26)의 스위칭 타이밍 동작을 설명하기 때문에, 도시 생략하고 있다.
소음 저감용 전압(Vm)을 가산하지 않은 전압 지령(Vup*, Vvp*, Vwp*)이 각 스위칭 소자(26)에 인가된 경우, 각 스위칭 소자(26)의 스위칭 타이밍은 도 11에 나타낸 바와 같이, 구간 A와 구간 B에서 모두 같아진다.
이에 비해서, 소음 저감용 전압 지령(Vm)을 가산한 전압 지령(Vup*, Vvp*, Vwp*)이 각 스위칭 소자(26)에 인가된 경우, 선간 전압은 일정하지만, 각 스위칭 소자(26)의 스위칭 타이밍은 도 10으로부터 분명한 바와 같이, 구간 A와 구간 B에서는 타이밍이 다르다.
이와 같이, 진폭이 시간적으로 변화되는 AM 변조파, 또는 진폭이 시간적으로 계단형으로 변화되는 AM 변조파의 소음 저감용 전압 지령(Vm)을 가산한 경우에는, 각 스위칭 소자(26)를 온/오프하는 스위칭 타이밍이 변화된다. 그리고, 이 스위칭 타이밍의 변화에 기인해서, 회전 전기 기기(1)로부터 복수의 주파수 성분을 포함하는 소음이 발생하고, 이에 의해서, 위치 추정용 전압 지령(Vuh, Vvh, Vwh)을 인가하는 데 따라 발생하는 소음이 두드러지는 것이 억제되고, 결과적으로 소음에 의해 인간이 느끼는 불쾌감을 저감할 수 있다.
또한, 실시예 1에서 설명한 바와 같이 소음 저감용 전압 지령(Vm)에 위치 추정용 전압 지령(Vuh, Vvh, Vwh)과 같은 주파수 성분이나 그 근방의 주파수 성분이 포함되지 않도록 필터(9)로 미리 제거하고 있기 때문에, 소음 저감용 전압 지령(Vm)이 위치 추정용 전압 지령(Vuh, Vvh, Vwh)에 악영향을 미치는 것을 방지할 수 있다. 한편, 소음 저감용 전압 지령(Vm)에 위치 추정용 전압 지령(Vuh, Vvh, Vwh)과 동일한 주파수 성분이나 그 근방의 주파수 성분이 포함되지 않는 경우에는, 필터(9)를 생략하는 것이 가능하다.
이상과 같이, 이 실시예 2에서는, 진폭이 시간적으로 변화되는 AM 변조파, 또는 진폭이 시간적으로 계단형으로 변화되는 AM 변조파 중 하나의 소음 저감용 전압 지령(Vm)을 가산한 전압 지령(Vup*, Vvp*, Vwp*)에 의해서 회전 전기 기기(1)를 구동하기 때문에, 전압 인가 수단(3)을 구성하는 각 스위칭 소자(26)의 스위칭 타이밍이 변화되고, 이에 따라 회전 전기 기기(1)로부터 복수의 주파수 성분을 포함하는 소음이 발생한다. 이 때문에, 위치 추정용 전압 지령(Vuh, Vvh, Vwh)을 인가함으로써 발생하는 소음이 두드러지는 것이 억제되고, 결과적으로 소음에 의해 인간이 느끼는 불쾌감을 저감할 수 있다.
또한, 상술한 실시예 1에서는 3상분의 각 소음 저감용 전압 지령(Vum, Vvm, Vwm)을 가산하고 있기 때문에, 회전 전기 기기(1)에는 각 소음 저감용 전압 지령(Vum, Vvm, Vwm)과 각각 동일 주파수 성분의 회전 전기 기기 전류가 흐르고, 이 회전 전기 기기 전류가 손실이 된다. 이에 비해서, 이 실시예 2에서는 하나의 소음 저감용 전압 지령(Vm)을 각 상에 공통으로 인가하고 있기 때문에, 소음 저감용 전압 지령(Vm)을 가산해도 선간 전압은 변화하지 않는다. 이 때문에, 회전 전기 기기(1)에는 소음 저감용 전압 지령(Vm)과 동일 주파수 성분의 회전 전기 기기 전류가 흐르는 일이 없다. 따라서, 소음 저감용 전압 발생기(8)의 구성을 간소화할 수 있음과 아울러, 소음 저감용 전압 지령(Vm)을 가산하는 것에 의한 손실의 발생을 방지할 수 있다.
(실시예 3)
도 12는 본 발명의 실시예 3에 있어서의 회전 전기 기기의 제어 장치의 구성도로, 도 1에 도시한 실시예 1와 대응 또는 상당하는 구성 부분에는 동일한 부호를 붙인다. 또한, 도 12에 있어서, 위치 추정 수단(4)과 제어 수단(5)의 구성 이외의 부분은 실시예 1의 경우와 마찬가지이므로, 여기서는 위치 추정 수단(4) 및 제어 수단(5)의 구성 이외의 부분의 설명은 생략한다.
제어 수단(5)은 구동 전압 지령 연산부(6), 위치 추정용 전압 발생기(7), 소음 저감용 전압 발생기(8), 필터(9), 제 1 좌표 변환기(12) 및 2상·3상 변환기(13)를 갖는다.
그리고, 구동 전압 지령 연산부(6)는 2개의 감산기(10d, 10q), d축 전류 제어기(11d), q축 전류 제어기(11q), 제 2 좌표 변환기(14), 및 3상·2상 변환기(15)로 이루어진다. 이 경우의 구동 전압 지령 연산부(6)는 2개의 감산기(10d, 10q), d축 전류 제어기(11d), q축 전류 제어기(11q), 제 2 좌표 변환기(14), 및 3상·2상 변환기(15)의 각 구성은 실시예 1의 경우와 마찬가지이므로, 여기서는 자세한 설명은 생략한다.
상기 실시예 1, 2에서는, 회전 전기 기기(1)의 회전자 위치를 추정하기 위해서, 위치 추정용 전압 발생기(7)로부터 3상 교류의 위치 추정용 전압 지령(Vuh, Vvh, Vwh)이 발생하도록 했지만, 이 실시예 3에서는, 위치 추정용 전압 발생기(7)로부터, 구동 전압 지령 연산부(6)가 출력하는 구동 전압 지령(Vd*)과 주파수가 다른 교번 전압의 위치 추정용 전압 지령(Vdh)이 발생되도록 하고 있다.
이 경우의 위치 추정용 전압 지령(Vdh)은, 구동 전압 지령(Vd*)과 주파수가 다른 것이라면 어떠한 것이어도 되지만, 이 실시예 3에서는, d축 전압 지령(Vd*)과 q축 전압 지령(Vq*) 중, d축 전압 지령(Vd*)에 대해서만 교번 전압의 위치 추정용 전압 지령(Vdh)을 가산한다. 이로써, 위치 추정용 전압 지령(Vdh)을 회전 전기 기기(1)에 인가했을 때에 발생하는 토크 맥동을 억제할 수 있기 때문에 바람직하다.
소음 저감용 전압 발생기(8)는, 실시예 1의 소음 저감용 전압 발생기(8)와 마찬가지로, 예컨대 전술한 (9) 식의 FM 변조파와 같은 2상분의 소음 저감용 전압 지령(Vdm, Vqm)을 각각 출력한다. 그리고, 이들 각 소음 저감용 전압 지령(Vdm, Vqm)에 포함되는 위치 추정용 전압 지령(Vdh)과 동일한 주파수 성분이나 그 근방의 주파수 성분이 필터(9)에 의해서 미리 제거된 후, 각각 가산기(20d, 20q)에 인가된다. 한편, 소음 저감용 전압 발생기(8)로부터 출력되는 각 소음 저감용 전압 지령(Vdm, Vqm)에 위치 추정용 전압 지령(Vdh)과 동일한 주파수 성분이나 그 근방의 주파수 성분이 포함되지 않는 경우에는, 필터(9)를 생략하는 것이 가능하다.
한쪽 가산기(20d)는, 구동 전압 지령 연산부(6)가 출력하는 d축 전압 지령(Vd*)에 위치 추정용 전압 지령(Vdh)과 필터(9) 통과 후의 위치 추정용 전압 지령(Vmd)을 함께 가산하고, 이 가산한 지령을 전압 지령(Vdp*)으로서 제 1 좌표 변환기(12)에 출력한다. 또한, 다른쪽 가산기(20q)는, 구동 전압 지령 연산부(6)가 출력하는 q축 전압 지령(Vq*)에 필터(9) 통과 후의 소음 저감용 전압 지령(Vmq)을 가산하고, 이 가산한 지령을 전압 지령(Vqp*)으로서 제 1 좌표 변환기(12)에 출력한다.
제 1 좌표 변환기(12)는, 양쪽 가산기(20d, 20q)로부터의 전압 지령(Vdp*, Vqp*)을 정지 2축(α-β축) 상의 전압 지령(Vα*, Vβ*)으로 변환한다. 이어서, 2상·3상 변환기(13)는 제 1 좌표 변환기(12)로부터 출력되는 전압 지령(Vα*, Vβ*)을 3상 교류 좌표의 전압 지령(Vup*, Vvp*, Vwp*)으로 변환한다. 그리고, 각 전압 지령(Vup*, Vvp*, Vwp*)에 기초하는 구동 제어용 전압을 전압 인가 수단(3)이 회전 전기 기기(1)에 인가한다.
이로써, 회전 전기 기기(1)로부터 발생하는 소음에는, 위치 추정용 전압 지령(Vdh)에 기초하는 주파수 성분과 함께, 소음 저감용 전압 지령(Vdm, Vqm)에 기초하는 주파수 성분이 혼재하게 되기 때문에, 소음에 포함되는 주파수 성분이 단일인 경우보다 인간이 느끼는 불쾌감을 저감할 수 있다.
한편, 위치 추정 수단(4)은 전류 검출 수단(2)에서 검출되는 회전 전기 기기 전류(iu, iw)로부터, 위치 추정용 전압 발생기(7)가 출력하는 교번의 위치 추정용 전압 지령(Vdh)과 동일한 주파수 성분의 전류를 추출하고, 추출한 전류에 기초해서, 예컨대 일본 특허 제 3312472호 공보, 또는 일본 특허 제 3707528호 공보에 기재된 공지 기술을 이용해서 추정 위치(θL)을 출력한다.
이 경우, 교번 전압의 위치 추정용 전압 지령(Vdh)은, d축 전압 지령(Vd*)과는 주파수가 다르고, 또한 가산기(20d, 20q)에서 가산되는 소음 저감용 전압 지령(Vdm, Vqm)은 필터(9)에 의해서 위치 추정용 전압 지령(Vdh)과 동일한 주파수 성분이나 그 근방의 주파수 성분이 미리 제외되어 있기 때문에, 위치 추정 수단(4)의 출력인 추정 위치(θL)의 정밀도가 악화되는 일이 없다.
이상과 같이, 본 실시예 3에서는, 위치 추정용 전압 발생기(7)로부터 교번 전압의 위치 추정 전압 지령(Vdh)을 출력하는 경우에 있어서, 실시예 1, 2와 같이, 소음 저감용 전압 발생기(8)로부터 소음 저감용 전압 지령(Vdm, Vqm)을 동시에 출력하고, 가산기(20d, 20q)에서 소음 저감용 전압 지령(Vdm, Vqm)을 가산한 전압 지령(Vdp*, Vqp*)을 생성하도록 하고 있기 때문에, 회전 전기 기기(1)로부터 발생하는 소음에는, 위치 추정용 전압 지령(Vdh)을 인가함으로써 발생하는 소음 이외에, 소음 저감용 전압 지령(Vdm, Vqm)을 가산함으로써 발생하는 소음도 포함되게 되고, 그 결과, 위치 추정용 전압 지령(Vdh)의 소음이 두드러지는 일이 없게 되어, 소음에 의해 인간이 느끼는 불쾌감을 저감할 수 있다.
(실시예 4)
도 13은 본 발명의 실시예 4에 있어서의 회전 전기 기기의 제어 장치의 구성도로, 도 12에 나타낸 실시예 3과 대응 또는 상당하는 구성 부분에는 동일한 부호를 붙인다. 한편, 도 13에 있어서, 제어 수단(5) 내의 소음 저감용 전압 발생기(8)의 구성 이외의 부분은 실시예 3의 경우와 마찬가지이므로, 여기서는 소음 저감용 전압 발생기(8)의 구성 이외의 부분의 설명은 생략한다.
상기한 실시예 3에서는, 소음 저감용 전압 발생기(8)로부터는 2상분의 소음 저감용 전압 지령(Vdm, Vqm)이 각각 발생되는 것으로 하고 있지만, 이 실시예 4에서는, 실시예 2와 같이, 소음 저감용 전압 발생기(8)로부터는, (9) 식에 나타낸 것과 같은 시간적으로 주파수가 변화되는 FM 변조파나, (10) 식에 나타낸 것과 같은 진폭이 시간적으로 변화되는 AM 변조파를 갖는 단일의 소음 저감용 전압 지령(Vmdq)을 발생한다.
그리고, 이 소음 저감용 전압 지령(Vmdq)을 필터(9)를 통과시켜 위치 추정용 전압 지령(Vdh)과 동일한 주파수 성분이나 그 근방의 주파수 성분을 미리 제거한 후, 2개로 분기해서 각 가산기(20d, 20q)에 인가해서 각 가산기(20d, 20q)에서 각 구동 전압 지령(Vd*, Vq*)에 가산하고, 이 가산한 신호를 전압 지령(Vdp*, Vqp*)으로서 출력한다. 한편, 이 경우에도, 소음 저감용 전압 발생기(8)로부터 출력되는 소음 저감용 전압 지령(Vdqm)에 위치 추정용 전압 지령(Vdh)과 동일한 주파수 성분이나 그 근방의 주파수 성분이 포함되지 않는 경우에는, 필터(9)를 생략하는 것이 가능하다.
이로써, 소음 저감용 전압 지령(Vmdq)이 위치 추정용 전압 지령(Vdh)에 악영향을 미치는 일없이, 전압 인가 수단(3)을 구성하는 스위칭 소자의 스위칭 타이밍이 시간적으로 변화되기 때문에, 회전 전기 기기(1)로부터는, 스위칭 타이밍에 따라 복수의 주파수 성분을 포함하는 소음이 발생하게 된다. 그 결과, 위치 추정용 전압(Vdh)을 회전 전기 기기(1)에 인가함으로써 발생하는 소음이 두드러지는 일이 없어져서, 인간이 느끼는 불쾌감을 저감할 수 있다.
이상과 같이, 이 실시예 4에서는, 위치 추정용 전압 발생기(7)로부터 교번 전압의 위치 추정 전압 지령(Vdh)를 발생하여 d축 전압 지령(Vd*)에 가산할 때, 소음 저감용 전압 발생기(8)로부터 진폭이 시간적으로 변화되는 AM 변조파, 또는 진폭이 시간적으로 계단형으로 변화되는 AM 변조파의 하나의 소음 저감용 전압 지령(Vdqm)을 출력하도록 하고 있기 때문에, 실시예 2의 경우와 같이 전압 인가 수단(3)을 구성하는 각 스위칭 소자의 스위칭 타이밍이 변화되어 회전 전기 기기(1)로부터는 복수의 주파수 성분을 포함하는 소음이 발생한다. 이로써, 위치 추정용 전압 지령(Vdh)을 인가하는 데 따라 회전 전기 기기(1)에서 발생하는 소음이 두드러지는 것이 억제되고, 결과적으로 소음에 의해 인간이 느끼는 불쾌감을 저감할 수 있다. 또한, 본 실시예 4에서는, 하나의 소음 저감용 전압 지령(Vm)을 인가하고 있기 때문에, 실시예 3에 비해서 소음 저감용 전압 발생기(8)의 구성을 간소화할 수 있음과 아울러, 소음 저감용 전압 지령(Vm)을 가산하는 것에 의한 손실의 발생을 막을 수 있다.
(산업상의 이용 분야)
상기 각 실시예 1~4에 있어서, 회전 전기 기기(1)는 매립 자석형의 동기기로 했지만, 싱크로너스 리럭턴스형의 동기기 등 다른 동기기에 있어서도 본 발명의 회전 전기 기기의 제어 장치를 적용할 수 있다.

Claims (8)

  1. 회전 전기 기기(an electric rotating machine)의 구동 제어를 행하는 회전 전기 기기의 제어 장치로서,
    상기 회전 전기 기기에 흐르는 회전 전기 기기 전류를 검출하는 전류 검출 수단과, 상기 전류 검출 수단에 의해 검출된 상기 회전 전기 기기 전류에 기초해서 회전자 위치를 추정하는 위치 추정 수단과, 상기 전류 검출 수단에 의해 검출된 회전 전기 기기 전류와 상기 위치 추정 수단에서 추정된 회전자 위치의 정보에 기초해서 전압 지령을 출력하는 제어 수단과, 상기 제어 수단으로부터의 전압 지령에 기초해서 상기 회전 전기 기기에 대해 구동 제어용 전압을 인가하는 전압 인가 수단을 구비하고,
    상기 제어 수단은, 상기 회전 전기 기기를 구동하기 위한 구동 전압 지령을 연산하는 구동 전압 지령 연산부와, 상기 회전 전기 기기의 회전자 위치를 추정하기 위한 위치 추정용 전압 지령을 출력하는 위치 추정용 전압 발생기와, 상기 회전 전기 기기의 구동 제어 및 위치 추정에는 기여하지 않는 소음 저감용 전압 지령을 출력하는 소음 저감용 전압 발생기와, 상기 구동 전압 지령, 상기 위치 추정용 전압 지령 및 상기 소음 저감용 전압 지령을 가산하여 전압 지령으로서 상기 전압 인가 수단에 출력하는 가산기를 갖는
    회전 전기 기기의 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 소음 저감용 전압 발생기는 단일의 소음 저감용 전압 지령을 출력하는 것이고,
    상기 가산기는 상기 단일의 소음 저감용 전압 지령을 복수로 분기해서 각 상(phase)의 구동 전압 지령에 가산하는 것인
    회전 전기 기기의 제어 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 소음 저감용 전압 발생기와 상기 가산기 사이에는, 상기 소음 저감용 전압 지령으로부터 상기 위치 추정용 전압 지령과 동일한 주파수 성분을 제거하는 필터가 마련되어 있는 회전 전기 기기의 제어 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 소음 저감용 전압 발생기는, 시간적으로 주파수가 변화되는 소음 저감용 전압 지령을 출력하는 것인 회전 전기 기기의 제어 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 소음 저감용 전압 발생기는, 시간적으로 진폭이 변화되는 소음 저감용 전압 지령을 출력하는 것인 회전 전기 기기의 제어 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 위치 추정용 전압 발생기는, 회전 전기 기기의 위치를 추정하기 위한 위치 추정용 전압 지령으로서 3상 교류의 위치 추정용 전압 지령을 출력하는 것인 회전 전기 기기의 제어 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 위치 추정용 전압 발생기는, 회전 전기 기기의 위치를 추정하기 위한 위치 추정용 전압 지령으로서 교번 전압의 위치 추정용 전압 지령을 출력하는 것인 회전 전기 기기의 제어 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 위치 추정 수단은 상기 회전 전기 기기 전류에 포함되는 상기 위치 추정용 전압 지령과 동일한 주파수 성분의 전류에 기초해서 상기 회전 전기 기기의 회전자 위치를 추정하는 것인 회전 전기 기기의 제어 장치.
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