WO2021065954A1 - モータ駆動方法及びモータ駆動装置 - Google Patents
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Definitions
- the present disclosure relates to a motor driving method and a motor driving device.
- the present disclosure proposes a motor driving method and a motor driving device capable of stably operating a motor.
- the motor driving method in one aspect of the present disclosure is described.
- the speed region in which the motor can be operated at a substantially constant speed is defined as the first speed region, and the speed region including zero speed, which is lower than the first speed region, is defined as the second speed region.
- the speed of the motor is changed from the second speed region to the first speed region before step-out.
- the speed of the motor is changed from the second speed region to the first speed. Transition to the region before step-out. As a result, the rotation stability of the motor is ensured, so that the motor can be operated stably.
- the motor drives a pump and The discharge pressure of the pump is detected and
- the first speed region includes at least a normal rotation region in which the motor rotates in the normal direction.
- the threshold value equal to or lower than the first threshold value is set as the second threshold value
- the speed of the motor is set to the normal rotation region before step-out. It may be transitioned to.
- the speed of the motor rapidly transitions from the second speed region to the first speed region before step-out. Therefore, the rotation stability of the motor is ensured, and the motor can be operated stably.
- the speed of the motor may be changed from the second speed region to the first speed region within the time from the transition of the speed of the motor to the second speed region to the step-out of the motor.
- the speed of the motor transitions to the first speed region after the transition to the second speed region and before the step-out of the motor. Therefore, the rotation stability of the motor is ensured, and the motor can be operated stably.
- the time may be 1 second.
- the speed of the motor transitions to the first speed region within 1 second before the step-out of the motor after the transition to the second speed region. Therefore, the rotation stability of the motor is ensured, and the motor can be operated stably.
- the original command speed that brings the discharge pressure of the pump closer to the target pressure may be generated, and the original command speed may be shifted to the first speed region while the original command speed is in the second speed region.
- the original command speed transitions to the first speed region while the original command speed is in the second speed region, so that the speed of the motor becomes the second speed. It can prevent you from staying in the area. Therefore, the speed of the motor rapidly transitions from the second speed region to the first speed region before step-out, so that the rotation stability of the motor is ensured and the motor can be operated stably.
- the first speed region includes the normal rotation region and the reverse rotation region in which the motor reverses.
- the original command speed may be shifted to the reverse rotation region.
- the original command speed transitions to the reverse rotation region, so that the deviation is quickly reduced.
- the motor can be reversed.
- the first speed region includes the normal rotation region and the reverse rotation region in which the motor reverses.
- the speed of the motor is in the second speed region or the reversing region and the deviation obtained by subtracting the target pressure from the discharge pressure of the pump becomes lower than the second threshold value, the original command speed is transferred to the normal rotation region. You may let me.
- the maximum output torque is determined by the equipment constant of the motor, the control constant of the controller, the current capacity of the motor, and the like. Generally, due to factors such as changes over time, temperature characteristics, and individual variations (for example, in position sensorless control, position estimation errors occur due to these factors), the motor is substantially constant with the maximum output torque output. It is difficult to drive stably at the speed of. Further, when the output torque of the motor decreases, the rotational stability of the motor increases. According to the above motor driving method, when the speed of the motor is in the second speed region, the output torque of the motor does not stay at the maximum output torque (does not stick), and the output torque of the motor is the maximum output. It is lower than the torque. Therefore, since the rotational stability of the motor is increased, the motor can be stably operated in the low speed region.
- the frequencies that do not depend on the rotation of the motor may be substantially the same in the first speed region and the second speed region.
- the motor can be operated more stably.
- the torque constant of the motor may be controlled.
- the motor can be operated more stably.
- the motor may be controlled without using a position sensor that detects the rotational position of the motor.
- the motor can be operated stably even in a method of controlling the motor without using a position sensor.
- the motor drive device in one aspect of the present disclosure is An inverter that adjusts the power supply to the motor, which is a synchronous machine, A controller for controlling the inverter is provided.
- the speed region in which the motor can be operated at a substantially constant speed is defined as the first speed region, and the speed region including zero speed, which is lower than the first speed region, is defined as the second speed region.
- the controller shifts the speed of the motor from the second speed region to the first speed region before step-out.
- the speed of the motor is changed from the second speed region to the first speed. Transition to the region before step-out. As a result, the rotation stability of the motor is ensured, so that the motor can be operated stably.
- the motor may be controlled without using a position sensor that detects the rotational position of the motor.
- the motor can be operated stably even in a method of controlling the motor without using a position sensor.
- FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a fluid pressure unit including a motor drive device according to the first embodiment.
- the fluid pressure unit 200 shown in FIG. 1 drives the pump 11 by a motor 10 controlled by an inverter 17, and supplies the fluid in the tank 12 to an actuator 13 such as a cylinder.
- the fluid is oil
- the fluid pressure unit is also referred to as a hydraulic unit.
- the fluid is not limited to a liquid such as oil, but may be a gas.
- the motor drive device and the motor drive method of the present disclosure are not limited to the case of driving the motor mounted on the fluid pressure unit, and are applied to devices other than the fluid pressure unit (for example, a compressor that compresses gas by the motor). It can also be applied when driving the mounted motor.
- the fluid pressure unit 200 shown in FIG. 1 includes a pump 11, a tank 12, an actuator 13, a motor 10, and a motor drive device 100.
- the pump 11 sucks the fluid from the tank 12 through the suction passage 14 and compresses it, and discharges the compressed fluid to the actuator 13 via the discharge passage 15.
- the motor 10 is inverter-controlled by the motor drive device 100 to drive the pump 11.
- the motor drive device 100 drives the motor 10 without using a position sensor that detects the position of the rotor of the motor 10 (rotational position of the motor 10).
- the motor 10 is a position sensorless synchronous machine.
- the motor drive device 100 includes a pressure sensor 16, an inverter 17, and a controller 20. Since the position sensorless motor drive technology is known, it will not be described in particular here.
- the pressure sensor 16 detects the fluid pressure (discharge pressure) discharged from the pump 11 and supplies the detected discharge pressure (hereinafter, also referred to as pressure Pd) to the controller 20.
- the pressure sensor 16 is an example of a load detection unit that detects a load received by a device (pump 11 in this example) operated by driving a motor.
- the discharge pressure is an example of the load received by the device.
- the motor drive device 100 may include a torque sensor that detects the load torque received by the motor 10 and supplies the detected load torque to the controller 20.
- the torque sensor is an example of a load detection unit that detects the load received by the motor.
- the inverter 17 is a circuit that adjusts the power supplied to the motor 10, and has, for example, a three-phase bridge circuit.
- the controller 20 outputs a control signal for controlling the inverter 17.
- the controller 20 controls the motor 10 by operating the inverter 17 so that the discharge pressure of the pump 11 becomes the target pressure or the rotation speed of the motor becomes a speed corresponding to the target flow rate.
- the controller 20 is based on the pressure Pd detected by the pressure sensor 16, the flow rate Qd calculated based on the command speed ⁇ * , and the map (also referred to as PQ map) 21 consisting of the target pressure-target flow rate-horsepower limit.
- the operation of the inverter 17 that drives the motor 10 is controlled.
- the flow rate Qd calculated by the controller 20 represents an estimated value of the flow rate Q of the fluid discharged from the pump 11 to the discharge path 15.
- the controller 20 calculates the old speed ⁇ ⁇ before the unit time (for example, the control cycle) by delaying the command speed ⁇ * by the delay element 28.
- the delay element 28 is a delay device that delays the command speed ⁇ * for a unit time.
- the controller 20 calculates the flow rate Qd [m 3 / s] by multiplying the old velocity ⁇ ⁇ [1 / s] by the volume q [m 3] of the pump 11 with the multiplier 31. Since the volume q of the pump 11 is invariant, it is a fixed value.
- the controller 20 derives the target horsepower Rr from the PQ map 21 based on the target pressure Pr supplied from the outside and the flow rate Qd calculated by the multiplier 31.
- the controller 20 has a PID control unit 24 that derives the original command speed ⁇ ** that brings the error Re close to zero by PID control (in PID, P represents proportionality, I represents integral, and D represents derivative).
- the original command speed ⁇ ** may be derived by PI control.
- the original command speed ⁇ ** is an example of the original command speed that brings the discharge pressure of the pump 11 closer to the target pressure Pr.
- the controller 20 has a speed command correction unit 30.
- the acceleration ⁇ ⁇ is calculated by differentiating.
- the speed command correction unit 30 outputs the acceleration ⁇ ⁇ (output from the limiter 26) limited by the limiter 26 to or less than the upper limit set according to the actual load state (for example, the rotation speed ( ⁇ flow rate Q) and the pressure P).
- the acceleration ⁇ ⁇ is derived (referred to as "acceleration ⁇ *").
- Acceleration ⁇ ⁇ and ⁇ * represent the amount of change in velocity per unit time (for example, control cycle).
- the speed command correction unit 30 calculates the command speed ⁇ * of the motor 10 by adding the acceleration ⁇ * , which is the amount of speed change per unit time, to the old speed ⁇ ⁇ by the adder 27.
- the controller 20 has a voltage setting unit 29 that sets a command voltage Vr for operating the inverter 17 that drives the motor 10 based on the command speed ⁇ *.
- each part such as the PID control unit 24 included in the controller 20 are realized by operating a processor (for example, a CPU (Central Processing Unit)) by a program readable and stored in a memory.
- a processor for example, a CPU (Central Processing Unit)
- FIG. 2 is a diagram showing an example of a pressure-flow rate map.
- the PQ map 21 is composed of a maximum flow rate straight line corresponding to the maximum set flow rate Q0, a maximum horsepower curve including a curve corresponding to the maximum horsepower limit L0, and a maximum pressure straight line corresponding to the maximum set pressure P0.
- the predetermined pressure P1 is a pressure higher than zero and lower than the maximum set pressure P0.
- the predetermined flow rate Q1 is more than zero and less than the maximum set flow rate Q0. Since the flow rate Q corresponds to the product of the rotation speed ⁇ (rotation speed) of the motor 10 and the volume q of the pump 11, it is equivalent to the rotation speed ⁇ .
- the pressure Pd detected by the pressure sensor 16 and the flow rate Qd calculated based on the command speed ⁇ * are a line composed of the set pressure Pn-the set flow rate Qn-the set horsepower curve Ln in the PQ map 21.
- the inverter 17 that drives the motor 10 is operated so as to operate above. In particular, when the controller 20 accelerates / decelerates the motor 10 in an operating region (shaded region in FIG. 2) in which the flow rate Qd is smaller than the predetermined flow rate Q1 and the pressure Pd is larger than the predetermined pressure P1. By reducing the output torque of the motor 10, the operation of the motor 10 is stabilized.
- p1 is an operating point where the flow rate is slightly larger than the predetermined flow rate Q1
- p2 is the operating point where the pressure is the same as p1 but the flow rate is smaller than the predetermined flow rate Q1.
- p3 is an operating point that has the same flow rate as p2 but a higher pressure than p2.
- the operating points p1, p2, and p3 shown in FIG. 2 correspond to the operating points shown in FIG. 3 in terms of motor characteristics representing the relationship between the rotation speed N of the motor and the output torque T.
- the maximum output torque Tm represents the maximum torque that can be output from the motor 10 when the motor driving device 100 drives the motor 10.
- the output torque Ts represents a torque limited from the maximum output torque Tm in order to perform stable operation at low speed and high load.
- the torque obtained by subtracting the load torque Tb received by the motor 10 from the output torque Ts corresponds to the acceleration torque Ta that can be used for acceleration / deceleration of the motor 10.
- the output torque Ts is not limited from the maximum output torque Tm.
- the flow rate becomes smaller than the predetermined flow rate Q1, and the torque limit amount Tc is increased according to the magnitude below the predetermined flow rate Q1, and the output torque Ts is the maximum output torque Tm.
- the torque is obtained by subtracting the torque limit amount Tc from. Since the pressure does not change between the operating point p1 and the operating point p2, there is no difference in the magnitude of the load torque Tb, and the acceleration torque Ta is reduced by the torque limit amount Tc.
- the reactive current can be increased by the amount corresponding to this current value to increase the stability of rotation control. ..
- the load torque Tb also increases due to the increase in the pressure P (see FIG. 2) (see FIG. 3), so that the acceleration torque Ta cannot be used by the increase.
- the torque limit amount Tc increases as the load increases, the amount that can be used for the acceleration torque Ta is further reduced (see FIG. 3).
- the motor 10 becomes slower or the load received by the motor 10 or the pump 11 (in this example, the load torque Tb or the pressure P) becomes heavier, the amount that can be used for the acceleration torque Ta decreases.
- the output torque of the motor 10 decreases.
- the rotation speed ⁇ (rotation speed) of the motor 10 is N [1 / s]
- the load torque of the motor 10 is Tb [Nm]
- the discharge pressure of the pump 11 is P [N / m 2 ]
- the flow rate to be generated is Q [m 3 / s]
- the volume of the pump 11 is q [m 3 ]
- the output torque Ts at the rotation speed N at a certain time point is a value obtained by subtracting the torque limit amount Tc from the maximum output torque Tm determined by the motor characteristics shown in FIG. 3, and the acceleration torque Ta that can be used for acceleration / deceleration at the rotation speed N at a certain time point.
- Is Ta Ts-Tb ⁇ ⁇ ⁇ Equation 3 Can be derived from.
- the speed command correction unit 30 (see FIG. 1) can calculate the maximum value of the torque that can be used for acceleration / deceleration by calculating the acceleration torque Ta based on the equations 2 and 3.
- the speed command correction unit 30 limits the acceleration ⁇ ⁇ by the limiter 26 with an upper limit value set according to the acceleration torque Ta calculated based on the equations 2 and 3.
- the output torque of the motor 10 is controlled so as not to stay at the maximum output torque Tm (not sticking) but to decrease the output torque of the motor 10. Increased stability.
- FIG. 4 is a diagram showing an example of a control waveform of a motor drive device in a comparative mode that does not use the control of the present disclosure, and shows a case where the limiter 26 of FIG. 1 does not have a function.
- the motor 10 In a state where the actual pressure P and the target pressure are substantially the same, the motor 10 is in a constant speed state without acceleration / deceleration.
- a state in which the actual pressure P and the target pressure substantially match is a steady state (a state in which the controller operates the motor in a steady state). In this state, when a load disturbance that moves the actuator 13 enters, the pressure P rises and the load torque Tb increases.
- the controller of the motor drive device controls to reduce the output torque in the direction of reversing the motor 10 to decelerate the motor 10 and converge the pressure P to the target pressure in response to the increase in the pressure P.
- the controller outputs a torque for accelerating the motor 10 and tries to pull back the pressure P.
- the motor torque output torque
- the control system becomes unstable, and the motor 10 may eventually step out.
- FIG. 5 is a diagram showing an example of a control waveform of the motor drive device according to the first embodiment using the control of the present disclosure, and shows a case where the limiter 26 of FIG. 1 has a function.
- the controller 20 starts decelerating the motor 10 from a state in which the speed of the motor 10 is controlled to be substantially constant in the first speed region equal to or higher than the first speed (normal rotation speed "+ A" corresponding to the flow rate Q1)
- the motor The waveform of FIG. 5 is the same as that of FIG. 4 until the velocity of 10 is in the second velocity region, which is slower than the first velocity.
- the first speed region is a speed region in which the motor 10 can be operated at a substantially constant speed (for example, ⁇ 5 rpm).
- the second velocity region is a velocity region including zero velocity, which is lower than the first velocity region.
- the controller 20 decelerates the motor 10 while limiting the motor torque (output torque) by the limiter 26. After that, the controller 20 determines that the speed of the motor 10 is from the second speed region (the speed range from the forward speed "+ A" corresponding to the flow rate "Q1" to the reverse speed "-B" corresponding to the flow rate "-Q1"). When it comes off, the restriction by the limiter 26 is released. When the pressure P undershoots with respect to the target pressure, the controller 20 outputs a torque for accelerating the motor 10 and tries to pull back the pressure P.
- the controller 20 accelerates the motor 10 while limiting the motor torque (output torque) by the limiter 26, so that the control system is not good. It is difficult to stabilize, and the risk of step-out of the motor 10 can be reduced. Further, when the motor 10 is accelerating or decelerating in the first speed region where the rotation of the motor 10 is equal to or higher than the first speed (normal rotation speed "+ A" corresponding to the flow rate Q1), the controller 20 limits the motor torque (output torque). It may or may not be limited by 26. In FIG. 5, the controller 20 reduces the output torque in a state where the target pressure is likely to be stable. That is, the acceleration torque is lowered.
- the motor 10 can be stably operated in the low speed region.
- the rotational stability of the motor 10 increases.
- the rotation of the motor 10 is in the second speed region in which the rotation of the motor 10 is slower than the first speed (normal rotation speed "+ A" corresponding to the flow rate Q1), and the motor 10
- the output torque of the motor 10 is lower than the maximum output torque Tm at least during acceleration or deceleration.
- the rotational stability of the motor 10 is increased and the motor 10 is placed in the low speed region. Can be operated stably.
- the motor driving method or the controller 20 of the motor driving device 100 of the present disclosure maximizes the output torque of the motor 10 when the rotation of the motor 10 is a substantially constant speed in the second speed region where the rotation of the motor 10 is slower than the first speed.
- the output torque may be lower than Tm. According to this, the output torque of the motor 10 does not stay at the maximum output torque Tm (does not stick), and the output torque of the motor 10 is lower than the maximum output torque Tm, so that the rotation stability of the motor 10 is increased.
- the motor 10 can be stably operated in a low speed region.
- harmonic superimposition method in which a harmonic component is superposed on the current or voltage of the motor 10.
- the frequency of this harmonic is a frequency that does not depend on the rotation of the motor 10. If the control system is switched when superimposing harmonics, the responsiveness and stability of rotation control may deteriorate.
- the frequency of the harmonic component of the current or voltage of the motor 10 that does not depend on the rotation of the motor 10 is the first speed.
- the second speed region slower than (normal rotation speed "+ A" corresponding to the flow rate Q1) and the first speed region equal to or higher than the first speed substantially coincide with each other.
- the controller 20 does not switch the control system for each speed region in order to deal with harmonics, it is possible to suppress a decrease in the responsiveness and stability of the rotation control.
- the "frequency independent of the rotation of the motor 10" includes a carrier frequency, a power supply frequency, a resonance frequency of a circuit, and the like. Further, “substantially matching” means within 10% of the frequency that does not depend on the rotation of the motor 10.
- synchronous pull-in operation As a sensorless control in which the torque constant is not controlled, synchronous pull-in operation can be mentioned.
- a current is passed based on an appropriate rotational phase angular velocity, and the rotational phase angular velocity is controlled so as not to cause the motor to step out. Therefore, the current does not always flow in the optimum phase, that is, the torque constant fluctuates and becomes an uncontrolled state.
- the torque constant of the motor 10 is controlled in the second speed region which is slower than the first speed (the speed corresponding to the flow rate Q1). Since the controller 20 does not perform the synchronous pull-in operation, the torque constant of the motor 10 is in a controlled state. Since the synchronous pull-in operation is not performed, the controller 20 can control the motor 10 without switching the control system, so that it is possible to suppress a decrease in the stability of the rotation control at a low speed.
- the controller 20 controls the reactive current flowing through the motor 10 in the second speed region, so that the torque constant of the motor 10 is controlled.
- the torque output from the motor 10 changes according to the difference in the phase of the current flowing through the motor 10 even if the current value of the current flowing through the motor 10 is the same. For example, the larger the ratio of the reactive current flowing through the motor 10, the smaller the torque output from the motor 10, so that the torque constant becomes smaller. That is, the controller 20 controls the reactive current flowing through the motor 10 to control the phase of the current flowing through the motor 10, and as a result, the torque constant of the motor 10 is controlled. become.
- the controller 20 has a second speed including a zero speed, which is slower than the second speed, where the speed slower than the first speed is the second speed. In the region, the motor 10 is not operated constantly. Therefore, the possibility of step-out of the motor 10 can be reduced, and a decrease in the efficiency of the device can be suppressed.
- the controller 20 has a predetermined pressure P detected by the pressure sensor 16 in a second speed region in which the rotation of the motor 10 is slower than the first speed (normal rotation speed "+ A" corresponding to the flow rate Q1). In a load region heavier than the pressure P1, the slower the rotation of the motor 10, the greater the decrease in the output torque of the motor 10 (see FIGS. 2 and 3).
- the controller 20 has a second speed region in which the rotation of the motor 10 is slower than the first speed (normal rotation speed "+ A" corresponding to the flow rate Q1), and the pressure P detected by the pressure sensor 16 is a predetermined pressure. In a load region heavier than P1, the higher the pressure P detected by the pressure sensor 16, the greater the decrease in the output torque of the motor 10 (see FIGS. 2 and 3). Therefore, in the shaded area of FIG. 2, the stability of rotation of the motor 10 is increased, so that the motor 10 can be operated stably in the low speed region.
- the pump 11 can be stably operated in the low speed region.
- the motor drive device 100 by limiting the acceleration of the motor 10 by the limiter 26, the output torque of the motor 10 is suppressed, so that the stability of the rotation of the motor 10 is increased and the motor 10 is stabilized in the low speed region. You can drive.
- the upper limit value of the acceleration of the motor 10 is lowered by the limiter 26 to limit the acceleration of the motor 10, so that the output torque of the motor 10 is suppressed. Therefore, the rotation stability of the motor 10 is increased, and the motor 10 can be operated stably in the low speed region.
- the controller 20 may suppress the output torque of the motor 10 by limiting the jerk of the motor 10 by the limiter 26. As a result, the rotational stability of the motor 10 is increased, and the motor 10 can be operated stably in the low speed region.
- the controller 20 may limit the jerk of the motor 10 by lowering the upper limit value of the jerk of the motor 10 by the limiter 26. As a result, the output torque of the motor 10 is suppressed, so that the stability of rotation of the motor 10 is increased, and the motor 10 can be operated stably in a low speed region.
- the controller 20 may suppress the output torque of the motor 10 by generating a speed command ⁇ * that limits the current flowing through the motor 10. As a result, the rotational stability of the motor 10 is increased, and the motor 10 can be operated stably in the low speed region.
- the controller 20 may suppress the output torque of the motor 10 by generating a speed command ⁇ * that lowers the upper limit value of the current flowing through the motor 10. As a result, the rotational stability of the motor 10 is increased, and the motor 10 can be operated stably in the low speed region.
- FIG. 6 is a diagram showing a configuration example of a fluid pressure unit including a motor drive device according to the second embodiment.
- the description of the configuration and effect similar to that of the first embodiment will be omitted or simplified by referring to the above description.
- the configuration of the controller 20 is different from that of the first embodiment.
- the controller 20 in the second embodiment has a speed command correction unit 32.
- the controller 20 has a PID control unit 24 that derives the original command speed ⁇ ** that brings the error Re close to zero by PID control.
- the original command speed ⁇ ** may be derived by PI control.
- the original command speed ⁇ ** is an example of the original speed command that brings the discharge pressure of the pump 11 closer to the target pressure Pr.
- Speed command correcting unit 32 includes a speed limiter 33 to transition the original command velocity omega ** While the original command speed omega ** generated by the PID controller 24 is in the second speed range to the first speed region.
- the first speed region is a speed region in which the motor 10 can be operated at a substantially constant speed (for example, ⁇ 5 rpm).
- the second velocity region is a velocity region including zero velocity, which is lower than the first velocity region.
- the acceleration ⁇ ⁇ is calculated by differentiating the difference ⁇ with the differentiator 25.
- the speed command correction unit 32 outputs the acceleration ⁇ ⁇ (output from the limiter 26) limited by the limiter 26 to or less than the upper limit set according to the actual load state (for example, the rotation speed ( ⁇ flow rate Q) and the pressure P).
- the acceleration ⁇ ⁇ is derived (referred to as "acceleration ⁇ *").
- Speed limiter 33 transitions the original command velocity omega ** While the original command speed omega ** generated by the PID controller 24 is in the second speed range to the first speed region.
- the original command speed ⁇ ** generated by the PID control unit 24 is in the second speed region
- the original command speed ⁇ ** transitions to the first speed region by the speed limiter 33, so that the speed of the motor 10 is increased. It is possible to prevent the vehicle from staying in the second speed region. Therefore, the speed of the motor 10 rapidly transitions from the second speed region to the first speed region before step-out, so that the rotation stability of the motor 10 is ensured and the motor 10 can be operated stably.
- the speed limiter 33 since the PID control unit the original command velocity omega ** produced by 24 transitions the original command velocity omega ** during being in the second speed range to the first speed region, the motor 10 is second It is possible to prohibit driving at a substantially constant speed in the speed range. As a result, the speed of the motor 10 rapidly shifts from the second speed region to the first speed region before step-out. Therefore, the rotation stability of the motor 10 is ensured, and the motor 10 can be operated stably.
- the speed limiter 33 is set within the time (for example, 1 second) from the transition of the original command speed ⁇ ** generated by the PID control unit 24 to the second speed region until the motor 10 is stepped out.
- the command speed ⁇ ** is shifted to the first speed region.
- FIG. 7 is a diagram showing an example of a control waveform of the motor drive device according to the second embodiment using the control of the present disclosure, and when the target pressure Pr decreases in the case where the speed limiter 33 of FIG. 6 has a function. An example of the movement of is shown.
- the first speed region includes a normal rotation region in which the motor 10 rotates in the normal direction and a reverse rotation region in which the motor 10 reverses.
- the normal rotation region in the first speed region is a region of the normal rotation speed "+ A” or more, in other words, the minimum speed of the normal rotation region in the first speed region is the normal rotation speed "+ A”.
- the reversing region in the first speed region is a region having a reversing speed "-B" or more, in other words, the minimum speed of the reversing region in the first speed region is a reversing speed "-B" (speed in the reversing region).
- the height of is defined by the absolute value of velocity).
- the second speed region is a speed range from the forward speed "+ A" to the reverse speed "-B".
- the speed limiter 33 shifts the original command speed ⁇ ** generated by the PID control unit 24 from the second speed region to the forward rotation region or the reverse rotation region in the first speed region before step-out.
- the rotation stability of the motor 10 is ensured, and the motor 10 can be operated stably.
- the transition to the reversal region in the first speed region is caused by, for example, when the pump 11 is subjected to external pressure or vacuum operation, the motor 10 does not depressurize even if the motor 10 reverses for a certain period of time, so that the motor 10 reverses. This is because there are situations in which it continues to do so.
- the speed limiter 33 sets the minimum speed limit of the motor 10 to the reverse speed in the second speed region. Set to B ".
- the speed limiter 33 sets the minimum speed limit of the motor 10 to the normal rotation speed "+ A" when the deviation obtained by subtracting the target pressure Pr from the discharge pressure (pressure Pd) of the pump 11 is smaller than the second threshold value.
- the second threshold value is smaller than the first threshold value due to the formation of hysteresis, but may be the same as the first threshold value.
- the controller 20 sets the original command speed ⁇ ** to the first speed. Transition to the reversal region in the region.
- the pressure Pd of the PID control unit 24 is increased.
- the original command speed ⁇ ** is reduced so as to approach the target pressure Pr.
- the speed limiter 33 outputs the original command speed ⁇ ** generated by the PID control unit 24 as it is while the original command speed ⁇ ** generated by the PID control unit 24 is in the normal rotation region in the first speed region. ..
- the speed limiter 33 sets the original speed command ⁇ ** in the first speed region.
- the transition is made to a variable or fixed speed of the reverse rotation region (for example, reverse speed "-B").
- the motor 10 can be reversed so that the pressure Pd quickly approaches the target pressure Pr.
- the speed of the motor 10 transitions to the second speed region, the speed of the motor 10 transitions from the second speed region to the reversal region in the first speed region before step-out. Therefore, the rotation stability of the motor 10 is ensured, and the motor 10 can be operated stably.
- the speed limiter 33 sets the original command speed ⁇ ** to a variable or fixed speed in the reversal region in the first speed region while the original speed command ⁇ ** generated by the PID control unit 24 is in the second speed region. For example, the reverse speed is maintained at "-B").
- the speed limiter 33 causes the original speed command ⁇ ** generated by the PID control unit 24. Is output as it is.
- the speed limiter 33 shifts the original command speed ⁇ ** to a variable or fixed speed (for example, normal rotation speed "+ A") of the normal rotation region in the first speed region.
- a variable or fixed speed for example, normal rotation speed "+ A"
- the speed of the motor 10 can be quickly increased and returned to the normal rotation region in the first speed region.
- the stability of rotation of the motor 10 is ensured and the motor 10 can be operated stably.
- the motor driving method of the present disclosure is A method in which a motor drive device including an inverter for adjusting the power supply to a motor, which is a position sensorless synchronous machine, and a controller for outputting a control signal for controlling the inverter drives the motor. Assuming that the maximum torque that can be output from the motor when the motor drive device drives the motor is the maximum output torque, In the speed region where the rotation of the motor is slower than the first speed, the output torque of the motor is lowered to be lower than the maximum output torque.
- the motor drive device of the present disclosure is A motor drive device including an inverter that adjusts the power supplied to a motor, which is a position sensorless synchronous machine, and a controller that outputs a control signal for controlling the inverter. Assuming that the maximum torque that can be output from the motor when the motor drive device drives the motor is the maximum output torque, The controller reduces the output torque of the motor below the maximum output torque in a speed region in which the rotation of the motor is slower than the first speed.
- the maximum output torque is determined by the equipment constant of the motor, the control constant of the controller, the current capacity of the motor, and the like.
- a position estimation error occurs due to factors such as changes over time, temperature characteristics, and individual variations. Therefore, the motor must be stably operated at a substantially constant speed while the maximum output torque is output. Is difficult.
- the rotational stability of the motor increases. According to the motor driving method or the motor driving device of the present disclosure, the output torque of the motor does not stay at the maximum output torque (does not stick) in the speed region where the rotation of the motor is slower than the first speed. The output torque of the motor is lower than the maximum output torque. Therefore, since the rotational stability of the motor is increased, the motor can be stably operated in the low speed region.
- the controller of the motor driving method and the motor driving device of the present disclosure outputs the motor in a speed region in which the rotation of the motor is slower than the first speed, and at least during acceleration or deceleration of the motor.
- the torque may be lower than the maximum output torque.
- the controller of the motor driving method and the motor driving device of the present disclosure sets the output torque of the motor to the maximum output torque when the rotation of the motor is a substantially constant speed in a speed region slower than the first speed. May be lower than. According to this, the output torque of the motor does not stay at the maximum output torque (does not stick), and the output torque of the motor is lower than the maximum output torque, so that the rotational stability of the motor is increased.
- the motor can be operated stably in a low speed region.
- the motor driving method and the motor driving device of the present disclosure are Of the harmonic components of the current or voltage of the motor, the frequencies that do not depend on the rotation of the motor substantially coincide with the speed region slower than the first speed and the speed region above the first speed.
- the motor can be operated more stably in the low speed region.
- the motor driving method and the motor driving device of the present disclosure are In the speed region slower than the first speed, the torque constant of the motor is in a controlled state.
- the motor can be operated more stably in the low speed region.
- the motor driving method and the motor driving device of the present disclosure are Assuming that a speed lower than the first speed is the second speed, In the speed region including zero speed, which is slower than the second speed, the motor is not constantly operated.
- the motor can be operated more stably in the low speed region.
- the motor driving method of the present disclosure is
- the motor drive device includes a device operated by driving the motor or a load detection unit that detects a load received by the motor. In a speed region in which the rotation of the motor is slower than the first speed and in a load region in which the load detected by the load detection unit is heavier than a predetermined magnitude, the slower the rotation of the motor, the more the output. The torque is greatly reduced, and the heavier the load detected by the load detection unit, the greater the reduction in the output torque.
- the motor drive device of the present disclosure is A device that operates by driving the motor or a load detection unit that detects the load received by the motor is provided.
- the rotation of the motor is slow in a speed region in which the rotation of the motor is slower than the first speed and in a load region in which the load detected by the load detection unit is heavier than a predetermined magnitude. The more the output torque is reduced, and the heavier the load detected by the load detection unit is, the greater the reduction in the output torque is.
- the rotation of the motor is in a speed region slower than the first speed, and the load detected by the load detecting unit is heavier than a predetermined magnitude.
- the slower the rotation of the motor the larger the decrease in the output torque, and the heavier the load detected by the load detection unit, the greater the decrease in the output torque. Therefore, in a speed region in which the rotation of the motor is slower than the first speed and in a load region in which the load detected by the load detection unit is heavier than a predetermined magnitude, the rotation stability of the motor is stable. Since the number of motors is increased, the motor can be stably operated in a low speed region.
- the motor drives a pump and
- the load is the discharge pressure of the pump or the load torque of the motor.
- the motor for driving the pump can be stably operated in the low speed region, so that the pump can be stably operated in the low speed region.
- the motor driving method of the present disclosure is By limiting the acceleration of the motor, the output torque is suppressed.
- the motor drive device of the present disclosure is The controller suppresses the output torque by limiting the acceleration of the motor.
- the output torque of the motor is suppressed, so that the rotational stability of the motor is increased.
- the output torque is suppressed by limiting the acceleration of the motor, so that the rotational stability of the motor is increased and the motor is stabilized in a low speed region. Can be driven.
- the motor driving method of the present disclosure is By lowering the upper limit of the acceleration of the motor, the acceleration of the motor is limited.
- the motor drive device of the present disclosure is The controller limits the acceleration of the motor by lowering the upper limit of the acceleration of the motor.
- the acceleration of the motor is limited, so that the output torque of the motor is suppressed and the rotational stability of the motor is increased.
- the output torque is suppressed because the acceleration of the motor is limited by lowering the upper limit value of the acceleration of the motor. Therefore, the rotational stability of the motor is increased, and the motor can be stably operated in the low speed region.
- the motor driving method of the present disclosure is By limiting the jerk of the motor, the output torque is suppressed.
- the motor drive device of the present disclosure is The controller suppresses the output torque by limiting the jerk of the motor.
- the output torque of the motor is suppressed, so that the rotational stability of the motor is increased.
- the output torque is suppressed by limiting the jerk of the motor, so that the rotational stability of the motor is increased and the motor is stabilized in the low speed region. You can drive.
- the motor driving method of the present disclosure is By lowering the upper limit of the jerk of the motor, the jerk of the motor is limited.
- the motor drive device of the present disclosure is The controller limits the jerk of the motor by lowering the upper limit of the jerk of the motor.
- the jerk of the motor is limited, so that the output torque of the motor is suppressed and the rotational stability of the motor is increased.
- the jerk of the motor is limited by lowering the upper limit value of the jerk of the motor, so that the output torque is suppressed. Therefore, the rotational stability of the motor is increased, and the motor can be stably operated in the low speed region.
- the motor driving method of the present disclosure is By limiting the current of the motor, the output torque is suppressed.
- the motor drive device of the present disclosure is The controller suppresses the output torque by limiting the current of the motor.
- the output torque of the motor is suppressed, so that the rotational stability of the motor is increased.
- the output torque is suppressed by limiting the current of the motor, so that the rotational stability of the motor is increased and the motor is stabilized in the low speed region. Can be driven.
- the motor driving method of the present disclosure is By lowering the upper limit of the current of the motor, the output torque is suppressed.
- the motor drive device of the present disclosure is The controller suppresses the output torque by lowering the upper limit value of the current of the motor.
- the output torque of the motor is suppressed and the rotational stability of the motor is increased.
- the output torque is suppressed by lowering the upper limit value of the current of the motor, so that the rotational stability of the motor is increased and the motor is operated in the low speed region. It can be operated stably.
- the technique of the present disclosure is not limited to application to position sensorless control, but is also applicable to a method of controlling a motor using position information detected by a position sensor.
- the motor is not limited to the one that drives the pump, and may be the one that drives a device (for example, a compressor) different from the pump.
- a device for example, a compressor
- the discharge pressure of the pump can be read as the discharge pressure of the compressor.
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Abstract
同期機であるモータへの供給電力を調整するインバータと、前記インバータを制御するコントローラとを備えるモータ駆動装置が前記モータを駆動する方法であって、前記モータを略一定の速度で運転可能な速度領域を、第1速度領域とし、前記第1速度領域よりも低い、ゼロ速度を含む速度領域を、第2速度領域とするとき、前記モータの速度を前記第2速度領域から前記第1速度領域に脱調前に遷移させる、モータ駆動方法。
Description
本開示は、モータ駆動方法及びモータ駆動装置に関する。
従来、モータの制御方式として、モータの回転位置を検出する位置センサを使用せずにモータを制御する位置センサレス制御が知られている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、モータの制御方式によっては、モータを低速領域で運転すると、モータを安定して運転することが難しい場合がある。
本開示は、モータを安定して運転可能なモータ駆動方法及びモータ駆動装置を提案する。
本開示の一態様におけるモータ駆動方法は、
同期機であるモータへの供給電力を調整するインバータと、前記インバータを制御するコントローラとを備えるモータ駆動装置が前記モータを駆動する方法であって、
前記モータを略一定の速度で運転可能な速度領域を、第1速度領域とし、前記第1速度領域よりも低い、ゼロ速度を含む速度領域を、第2速度領域とするとき、
前記モータの速度を前記第2速度領域から前記第1速度領域に脱調前に遷移させる。
同期機であるモータへの供給電力を調整するインバータと、前記インバータを制御するコントローラとを備えるモータ駆動装置が前記モータを駆動する方法であって、
前記モータを略一定の速度で運転可能な速度領域を、第1速度領域とし、前記第1速度領域よりも低い、ゼロ速度を含む速度領域を、第2速度領域とするとき、
前記モータの速度を前記第2速度領域から前記第1速度領域に脱調前に遷移させる。
上記の一態様におけるモータ駆動方法によれば、前記第1速度領域よりも低い前記第2速度領域で前記モータを運転しても、前記モータの速度は、前記第2速度領域から前記第1速度領域に脱調前に遷移する。これにより、前記モータの回転の安定性が確保されるので、前記モータを安定して運転できる。
上記のモータ駆動方法において、
前記モータは、ポンプを駆動するものであり、
前記ポンプの吐出圧力を検出し、
前記第1速度領域は、少なくとも、前記モータが正転する正転領域を含み、
前記モータの速度が前記正転領域のときに前記ポンプの吐出圧力から目標圧力を減じた偏差が第1閾値を超えると、前記モータの速度を前記第2速度領域に遷移させてもよい。
前記モータは、ポンプを駆動するものであり、
前記ポンプの吐出圧力を検出し、
前記第1速度領域は、少なくとも、前記モータが正転する正転領域を含み、
前記モータの速度が前記正転領域のときに前記ポンプの吐出圧力から目標圧力を減じた偏差が第1閾値を超えると、前記モータの速度を前記第2速度領域に遷移させてもよい。
これにより、前記偏差が前記第1閾値を超えることに伴って、前記モータの速度が前記第2速度領域に遷移しても、前記モータの速度は、前記第2速度領域から前記第1速度領域に脱調前に遷移する。よって、前記モータの回転の安定性が確保され、前記モータを安定して運転できる。
上記のモータ駆動方法において、
前記第1閾値以下の閾値を第2閾値とするとき、
前記モータの速度が前記第2速度領域に遷移したのちに前記ポンプの吐出圧力から目標圧力を減じた偏差が前記第2閾値よりも低くなると、前記モータの速度を前記正転領域に脱調前に遷移させてもよい。
前記第1閾値以下の閾値を第2閾値とするとき、
前記モータの速度が前記第2速度領域に遷移したのちに前記ポンプの吐出圧力から目標圧力を減じた偏差が前記第2閾値よりも低くなると、前記モータの速度を前記正転領域に脱調前に遷移させてもよい。
これにより、前記モータの速度が前記第2速度領域に遷移したのちに前記偏差が前記第2閾値よりも低くなると、前記モータの速度は、前記正転領域に脱調前に遷移する。よって、前記モータの回転の安定性は確保され、前記モータを安定して運転できる。
上記のモータ駆動方法において、
前記モータが前記第2速度領域において略一定の速度で運転することを禁止してもよい。
前記モータが前記第2速度領域において略一定の速度で運転することを禁止してもよい。
これにより、前記モータの速度は、前記第2速度領域から前記第1速度領域に脱調前に速やかに遷移する。よって、前記モータの回転の安定性が確保され、前記モータを安定して運転できる。
上記のモータ駆動方法において、
前記モータの速度が前記第2速度領域に遷移してから前記モータが脱調するまでの時間以内に、前記モータの速度を前記第2速度領域から前記第1速度領域に遷移させてもよい。
前記モータの速度が前記第2速度領域に遷移してから前記モータが脱調するまでの時間以内に、前記モータの速度を前記第2速度領域から前記第1速度領域に遷移させてもよい。
これにより、前記モータの速度は、前記第2速度領域に遷移してから前記モータの脱調前に前記第1速度領域に遷移する。よって、前記モータの回転の安定性が確保され、前記モータを安定して運転できる。
上記のモータ駆動方法において、
前記時間は、1秒であってよい。
前記時間は、1秒であってよい。
これにより、前記モータの速度は、前記第2速度領域に遷移してから前記モータの脱調前の1秒以内に前記第1速度領域に遷移する。よって、前記モータの回転の安定性が確保され、前記モータを安定して運転できる。
上記のモータ駆動方法において、
前記ポンプの吐出圧力を目標圧力に近づける原指令速度を生成し、前記原指令速度が前記第2速度領域にいるあいだ前記原指令速度を前記第1速度領域に遷移させてもよい。
前記ポンプの吐出圧力を目標圧力に近づける原指令速度を生成し、前記原指令速度が前記第2速度領域にいるあいだ前記原指令速度を前記第1速度領域に遷移させてもよい。
これにより、前記原指令速度が生成されても、前記原指令速度が前記第2速度領域にいるあいだ前記原指令速度は前記第1速度領域に遷移するので、前記モータの速度が前記第2速度領域に留まることを抑止できる。よって、前記モータの速度は、前記第2速度領域から前記第1速度領域に脱調前に速やかに遷移するので、前記モータの回転の安定性が確保され、前記モータを安定して運転できる。
上記のモータ駆動方法において、
前記ポンプの吐出圧力を目標圧力に近づける原指令速度を生成し、
前記第1速度領域は、前記正転領域と、前記モータが逆転する逆転領域と、を含み、
前記モータの速度が前記正転領域のときに前記ポンプの吐出圧力から目標圧力を減じた偏差が前記第1閾値を超えると、前記原指令速度を前記逆転領域に遷移させてもよい。
前記ポンプの吐出圧力を目標圧力に近づける原指令速度を生成し、
前記第1速度領域は、前記正転領域と、前記モータが逆転する逆転領域と、を含み、
前記モータの速度が前記正転領域のときに前記ポンプの吐出圧力から目標圧力を減じた偏差が前記第1閾値を超えると、前記原指令速度を前記逆転領域に遷移させてもよい。
これにより、前記モータの速度が前記正転領域のときに前記偏差が前記第1閾値を超えると、前記原指令速度は前記逆転領域に遷移するので、前記偏差が速やかに小さくなるように、前記モータを逆転させることができる。
上記のモータ駆動方法において、
前記ポンプの吐出圧力を目標圧力に近づける原指令速度を生成し、
前記第1速度領域は、前記正転領域と、前記モータが逆転する逆転領域と、を含み、
前記モータの速度が前記第2速度領域あるいは前記逆転領域のときに前記ポンプの吐出圧力から目標圧力を減じた偏差が前記第2閾値よりも低くなると、前記原指令速度を前記正転領域に遷移させてもよい。
前記ポンプの吐出圧力を目標圧力に近づける原指令速度を生成し、
前記第1速度領域は、前記正転領域と、前記モータが逆転する逆転領域と、を含み、
前記モータの速度が前記第2速度領域あるいは前記逆転領域のときに前記ポンプの吐出圧力から目標圧力を減じた偏差が前記第2閾値よりも低くなると、前記原指令速度を前記正転領域に遷移させてもよい。
これにより、前記モータの速度が前記第2速度領域あるいは前記逆転領域のときに前記偏差が前記第2閾値よりも低くなると、前記原指令速度は前記正転領域に遷移するので、前記モータの速度を前記正転領域に速やかに上昇させることができる。
上記のモータ駆動方法において、
前記モータ駆動装置が前記モータを駆動する際に前記モータから出力できる最大のトルクを最大出力トルクとすると、
前記モータの速度が前記第2速度領域において、前記モータの出力トルクを前記最大出力トルクよりも低下させてもよい。
前記モータ駆動装置が前記モータを駆動する際に前記モータから出力できる最大のトルクを最大出力トルクとすると、
前記モータの速度が前記第2速度領域において、前記モータの出力トルクを前記最大出力トルクよりも低下させてもよい。
前記最大出力トルクは、前記モータの機器定数、前記コントローラの制御定数、前記モータの電流容量などによって定まる。一般に、経時変化や温度特性や個体ばらつきなどの要因のため(例えば、位置センサレス制御では、それらの要因によって位置推定誤差が発生するため)、前記最大出力トルクを出力した状態で前記モータを略一定の速度で安定して運転することは難しい。また、前記モータの出力トルクが低下すると、前記モータの回転の安定性が増す。上記のモータ駆動方法によれば、前記モータの速度が前記第2速度領域において、前記モータの出力トルクが前記最大出力トルクに留まらず(張り付かず)に、前記モータの出力トルクが前記最大出力トルクよりも下がる。したがって、前記モータの回転の安定性が増すので、前記モータを低速領域で安定して運転できる。
上記のモータ駆動方法において、
前記モータの電流あるいは電圧の高調波成分のうち、前記モータの回転に依存しない周波数は、前記第1速度領域と前記第2速度領域とで略一致してもよい。
前記モータの電流あるいは電圧の高調波成分のうち、前記モータの回転に依存しない周波数は、前記第1速度領域と前記第2速度領域とで略一致してもよい。
これにより、前記モータを更に安定して運転できる。
上記のモータ駆動方法において、
前記モータの速度が前記第2速度領域において、前記モータのトルク定数は制御されている状態であってもよい。
前記モータの速度が前記第2速度領域において、前記モータのトルク定数は制御されている状態であってもよい。
これにより、前記モータを更に安定して運転できる。
上記のモータ駆動方法において、
前記モータの回転位置を検出する位置センサを使用せずに前記モータを制御してもよい。
前記モータの回転位置を検出する位置センサを使用せずに前記モータを制御してもよい。
これにより、位置センサを使用しないで前記モータを制御する方式でも、前記モータを安定して運転できる。
本開示の一態様におけるモータ駆動装置は、
同期機であるモータへの供給電力を調整するインバータと、
前記インバータを制御するコントローラと、を備え、
前記モータを略一定の速度で運転可能な速度領域を、第1速度領域とし、前記第1速度領域よりも低い、ゼロ速度を含む速度領域を、第2速度領域とするとき、
前記コントローラは、前記モータの速度を前記第2速度領域から前記第1速度領域に脱調前に遷移させる。
同期機であるモータへの供給電力を調整するインバータと、
前記インバータを制御するコントローラと、を備え、
前記モータを略一定の速度で運転可能な速度領域を、第1速度領域とし、前記第1速度領域よりも低い、ゼロ速度を含む速度領域を、第2速度領域とするとき、
前記コントローラは、前記モータの速度を前記第2速度領域から前記第1速度領域に脱調前に遷移させる。
上記の一態様におけるモータ駆動装置によれば、前記第1速度領域よりも低い前記第2速度領域で前記モータを運転しても、前記モータの速度は、前記第2速度領域から前記第1速度領域に脱調前に遷移する。これにより、前記モータの回転の安定性が確保されるので、前記モータを安定して運転できる。
上記のモータ駆動装置において、
前記モータの回転位置を検出する位置センサを使用せずに前記モータを制御してもよい。
前記モータの回転位置を検出する位置センサを使用せずに前記モータを制御してもよい。
これにより、位置センサを使用しないで前記モータを制御する方式でも、前記モータを安定して運転できる。
以下、実施形態を説明する。
図1は、第1実施形態におけるモータ駆動装置を備える流体圧ユニットの構成例を示す図である。図1に示す流体圧ユニット200は、インバータ17によって制御されるモータ10によりポンプ11を駆動し、タンク12内の流体をシリンダなどのアクチュエータ13に供給する。流体が油の場合、流体圧ユニットは、油圧ユニットとも称される。流体は、油などの液体に限られず、気体でもよい。
なお、本開示のモータ駆動装置及びモータ駆動方法は、流体圧ユニットに搭載されるモータを駆動する場合に限られず、流体圧ユニット以外の機器(例えば、モータによって気体を圧縮する圧縮機など)に搭載されるモータを駆動する場合にも適用できる。
図1に示す流体圧ユニット200は、ポンプ11、タンク12、アクチュエータ13、モータ10及びモータ駆動装置100を備える。
ポンプ11は、タンク12から吸入路14を介して流体を吸い出して圧縮し、圧縮した流体を吐出路15を介してアクチュエータ13に吐出する。モータ10は、モータ駆動装置100によりインバータ制御され、ポンプ11を駆動する。
モータ駆動装置100は、モータ10のロータの位置(モータ10の回転位置)を検出する位置センサを使用せずに、モータ10を駆動する。モータ10は、位置センサレスの同期機である。モータ駆動装置100は、圧力センサ16、インバータ17及びコントローラ20を備える。位置センサレスモータ駆動技術については公知であるため、ここでは特に述べない。
圧力センサ16は、ポンプ11から吐出された流体圧(吐出圧力)を検出し、その検出された吐出圧力(以下、圧力Pdとも称する)をコントローラ20に供給する。圧力センサ16は、モータの駆動によって動作する機器(この例では、ポンプ11)が受ける負荷を検出する負荷検出部の一例である。吐出圧力は、当該機器が受ける負荷の一例である。
モータ駆動装置100は、モータ10が受ける負荷トルクを検出し、その検出された負荷トルクをコントローラ20に供給するトルクセンサを備えてもよい。トルクセンサは、モータが受ける負荷を検出する負荷検出部の一例である。
インバータ17は、モータ10への供給電力を調整する回路であり、例えば、三相ブリッジ回路を有する。
コントローラ20は、インバータ17を制御する制御信号を出力する。コントローラ20は、ポンプ11の吐出圧力が目標圧力になるように、又は、モータの回転速度が目標流量に応じた速度になるように、インバータ17を動作させて、モータ10を制御する。
コントローラ20は、圧力センサ16で検出された圧力Pdと、指令速度ω*に基づいて算出された流量Qdと、目標圧力-目標流量-馬力制限からなるマップ(PQマップともいう)21とに基づいて、モータ10を駆動するインバータ17の動作を制御する。コントローラ20により算出される流量Qdは、ポンプ11から吐出路15に吐出された流体の流量Qの推定値を表す。
コントローラ20は、指令速度ω*を遅延素子28により遅延させることによって、単位時間(例えば、制御周期)前の旧速度ω^を算出する。遅延素子28は、指令速度ω*を単位時間遅延させる遅延器である。コントローラ20は、旧速度ω^[1/s]とポンプ11の容積q[m3]とを乗算器31により乗算することで、流量Qd[m3/s]を算出する。ポンプ11の容積qは、不変なので、固定値である。コントローラ20は、外部から供給される目標圧力Prと乗算器31で算出された流量Qdとに基づいてPQマップ21から目標馬力Rrを導出する。一方、コントローラ20は、圧力センサ16で検出された圧力Pdと乗算器31で算出された流量Qdとを乗算器23により乗算することによって、検出馬力Rd(=Pd×Qd)を導出する。コントローラ20は、減算器22によって、目標馬力Rrと検出馬力Rdとの誤差Re(=Rr-Rd)を導出する。コントローラ20は、誤差Reをゼロに近づける原指令速度ω**をPID制御により導出するPID制御部24を有する(PIDにおいて、Pは、比例、Iは、積分、Dは、微分を表す)。原指令速度ω**は、PI制御により導出されてもよい。原指令速度ω**は、ポンプ11の吐出圧力を目標圧力Prに近づける原指令速度の一例である。
コントローラ20は、速度指令補正部30を有する。速度指令補正部30は、原指令速度ω**から旧速度ω^を減算器34により減じることで速度差Δ(=ω**-ω^)を算出し、速度差Δを微分器25によって微分することによって、加速度Δω^を算出する。速度指令補正部30は、実負荷状態(例えば、回転数(≒流量Q)と圧力P)に応じて設定された上限値以下にリミッタ26により制限された加速度Δω^(リミッタ26から出力された加速度Δω^を"加速度Δω*"と称する)を導出する。加速度Δω^,Δω*は、単位時間(例えば、制御周期)当たりの速度変化量を表す。速度指令補正部30は、旧速度ω^に、単位時間当たりの速度変化量である加速度Δω*を加算器27により加算することによって、モータ10の指令速度ω*を算出する。コントローラ20は、指令速度ω*に基づいて、モータ10を駆動するインバータ17を動作させる指令電圧Vrを設定する電圧設定部29を有する。
コントローラ20が備えるPID制御部24などの各部の機能は、メモリに読み出し可能に記憶されたプログラムによって、プロセッサ(例えば、CPU(Central Processing Unit))が動作することにより実現される。
図2は、圧力-流量マップの一例を示す図である。PQマップ21は、最大設定流量Q0に対応する最大流量直線と、最大馬力制限L0に対応する曲線からなる最大馬力曲線と、最高設定圧力P0に対応する最高圧力直線とから構成される。所定の圧力P1は、ゼロよりも高く最高設定圧力P0よりも低い圧力である。所定の流量Q1は、ゼロよりも多く最大設定流量Q0よりも少ない流量である。流量Qは、モータ10の回転速度ω(回転数)とポンプ11の容積qとの積に相当するので、回転速度ωと等価である。
コントローラ20は、圧力センサ16で検出された圧力Pdと、指令速度ω*に基づいて算出された流量Qdとが、PQマップ21内の設定圧力Pn-設定流量Qn-設定馬力曲線Lnからなるライン上で動作するように、モータ10を駆動するインバータ17を動作させる。特に、コントローラ20は、流量Qdが所定の流量Q1よりも少なく、且つ、圧力Pdが所定の圧力P1よりも大きな動作領域(図2における斜線領域)でモータ10を加減速動作させる場合、モータ10の出力トルクを低下させることで、モータ10の運転の安定化を図る。
図2に示す動作点p1,p2,p3において、p1は流量が所定の流量Q1よりわずかに大きい動作点であり、p2はp1と同じ圧力であるが流量が所定の流量Q1より小さい動作点であり、p3はp2と同じ流量であるがp2より大きな圧力である動作点である。図2に示す動作点p1,p2,p3は、モータの回転数Nと出力トルクTとの関係を表すモータ特性上では、図3に示す動作点に対応する。図3に示すモータ特性において、最大出力トルクTmは、モータ駆動装置100がモータ10を駆動する際にモータ10から出力できる最大のトルクを表す。出力トルクTsは、低速時・高負荷時に安定して運転を行うために最大出力トルクTmから制限されたトルクを表す。出力トルクTsから、モータ10が受ける負荷トルクTbを差し引いたトルクが、モータ10の加減速に使える加速トルクTaに相当する。
動作点p1においては、流量が所定の流量Q1より少なくないため、出力トルクTsについては最大出力トルクTmからの制限が行われない。動作点p1から動作点p2に遷移すると、流量が所定の流量Q1より小さくなり、所定の流量Q1より下回った大きさに応じてトルク制限量Tcを大きくし、出力トルクTsは、最大出力トルクTmからトルク制限量Tcを減じたトルクとなる。動作点p1と動作点p2では、圧力が変化していないため、負荷トルクTbの大きさに差異はなく、加速トルクTaはトルク制限量Tcだけ小さくなる。この時、少なくともこのトルク制限量Tcに相当する電流値をモータ10に流すことができるため、この電流値に相当する分、無効電流を増加させ、回転制御の安定性を増すことも可能である。動作点p2から動作点p3に遷移すると、圧力Pの増加により(図2参照)、負荷トルクTbも増加するので(図3参照)、その増加分、加速トルクTaが使えなくなる。この時、トルク制限量Tcは負荷が大きくなるにつれて大きくなるため、加速トルクTaに使える分は更に少なくなる(図3参照)。このように、モータ10が低速になるにつれて、あるいは、モータ10又はポンプ11が受ける負荷(この例では、負荷トルクTb又は圧力P)が重くなるにつれて、加速トルクTaに使える分は少なくなるので、モータ10の出力トルクが低下する。
ここで、モータ10の回転速度ω(回転数)をN[1/s]、モータ10の負荷トルクをTb[Nm]、ポンプ11の吐出圧力をP[N/m2]、ポンプ11から吐出される流量をQ[m3/s]、ポンプ11の容積をq[m3]とすると、ポンプ11の圧力Pとモータ10が受ける負荷トルクTbとの関係は、
2π×N×Tb=P×Q=P×N×q ・・・式1
となる。よって、式1を変形すると、
Tb=P×q/(2π) ・・・式2
が得られる。
2π×N×Tb=P×Q=P×N×q ・・・式1
となる。よって、式1を変形すると、
Tb=P×q/(2π) ・・・式2
が得られる。
ある時点の回転数Nにおける出力トルクTsは、図3に示すモータ特性によって決まる最大出力トルクTmよりトルク制限量Tcを減じた値であり、ある時点の回転数Nにおいて加減速に使える加速トルクTaは、
Ta=Ts-Tb ・・・式3
から導出できる。
Ta=Ts-Tb ・・・式3
から導出できる。
したがって、速度指令補正部30(図1参照)は、式2及び式3に基づいて加速トルクTaを算出することによって、加減速に使えるトルクの最大値を算出できる。速度指令補正部30は、式2及び式3に基づいて算出された加速トルクTaに応じて設定した上限値で、加速度Δω^をリミッタ26により制限する。これにより、図2における斜線領域において、モータ10の出力トルクが最大出力トルクTmに留まらず(張り付かず)に、モータ10の出力トルクが低下するように制御されるので、モータ10の回転の安定性が増す。
図4は、本開示の制御を使用しない一比較形態におけるモータ駆動装置の制御波形の一例を示す図であり、図1のリミッタ26の機能がない場合を示す。実際の圧力Pと目標圧力とが略一致している状態では、モータ10は、加減速なしの一定速の状態である。実際の圧力Pと目標圧力とが略一致している状態が、定常状態(コントローラがモータを定常運転する状態)である。この状態で、アクチュエータ13が動く負荷外乱が入ると、圧力Pが上昇して、負荷トルクTbが大きくなる。モータ駆動装置のコントローラは、圧力Pの上昇に対して、モータ10を逆転させる方向に出力トルクを低下させて、モータ10を減速させて、圧力Pを目標圧力に収束させる制御を行う。圧力Pが目標圧力に対してアンダーシュートすると、コントローラは、モータ10を加速させるトルクを出力して、圧力Pを引き戻そうとする。モータトルク(出力トルク)が急増して、モータ10が急加速すると、制御系が不安定になり、最終的にはモータ10が脱調する場合がある。
一方、図5は、本開示の制御を使用する第1実施形態におけるモータ駆動装置の制御波形の一例を示す図であり、図1のリミッタ26の機能がある場合を示す。コントローラ20が第1の速度(流量Q1に対応する正転速度"+A")以上の第1速度領域でモータ10の速度を略一定に制御している状態からモータ10の減速を始めてから、モータ10の速度が第1の速度よりも遅い第2速度領域になるまでは、図5の波形は、図4と同じである。第1速度領域は、モータ10を略一定(例えば、±5rpm)の速度で運転可能な速度領域である。第2速度領域は、第1速度領域よりも低い、ゼロ速度を含む速度領域である。モータ10の速度が第1の速度よりも遅い第2速度領域に遷移すると、コントローラ20は、モータトルク(出力トルク)をリミッタ26により制限しながらモータ10を減速させる。その後、コントローラ20は、モータ10の速度が第2速度領域(流量"Q1"に対応する正転速度"+A"から流量"-Q1"に対応する逆転速度"-B"までの速度範囲)から外れると、リミッタ26による制限を解除する。圧力Pが目標圧力に対してアンダーシュートすると、コントローラ20は、モータ10を加速させるトルクを出力して、圧力Pを引き戻そうとする。この時、モータ10の回転が第1の速度よりも遅い第2速度領域になると、コントローラ20は、モータトルク(出力トルク)をリミッタ26により制限しながらモータ10を加速させるので、制御系が不安定になりにくく、モータ10の脱調するおそれを低減できる。また、モータ10の回転が第1の速度(流量Q1に対応する正転速度"+A")以上の第1速度領域における加速時や減速時において、コントローラ20は、モータトルク(出力トルク)をリミッタ26により制限しても制限しなくてもよい。図5では、コントローラ20は、目標圧力に安定しそうな状態では、出力トルクを下げている。つまり、加速トルクを下げている。
このように、本開示のモータ駆動方法又はモータ駆動装置100によれば、モータ10を低速領域で安定して運転できる。モータ10の出力トルクが低下すると、モータ10の回転の安定性が増す。本開示のモータ駆動方法又はモータ駆動装置100の場合、モータ10の回転が第1の速度(流量Q1に対応する正転速度"+A")よりも遅い第2速度領域で、且つ、モータ10の加速時あるいは減速時の少なくとも一方において、モータ10の出力トルクが最大出力トルクTmよりも下がる。モータ10の出力トルクが最大出力トルクTmに留まらず(張り付かず)に、モータ10の出力トルクが最大出力トルクTmよりも下がるので、モータ10の回転の安定性が増し、モータ10を低速領域で安定して運転できる。
なお、本開示のモータ駆動方法又はモータ駆動装置100のコントローラ20は、モータ10の回転が第1の速度よりも遅い第2速度領域で略一定の速度の場合において、モータ10の出力トルクを最大出力トルクTmよりも低下させてもよい。これによれば、モータ10の出力トルクが最大出力トルクTmに留まらず(張り付かず)に、モータ10の出力トルクが最大出力トルクTmよりも下がるので、モータ10の回転の安定性が増し、モータ10を低速領域で安定して運転できる。
また、モータ10を低速度領域で安定して運転する技術として、モータ10の電流あるいは電圧に高調波成分を重畳する高調波重畳法がある。この高調波の周波数は、モータ10の回転に依存しない周波数である。高調波を重畳させる際に制御系を切り替えると、回転制御の応答性や安定性が低下するおそれがある。本開示のモータ駆動方法又はモータ駆動装置100によれば、高調波重畳を行わないため、モータ10の電流あるいは電圧の高調波成分のうち、モータ10の回転に依存しない周波数は、第1の速度(流量Q1に対応する正転速度"+A")よりも遅い第2速度領域と当該第1の速度以上の第1速度領域とで略一致する。したがって、コントローラ20は、高調波対応のために、速度領域ごとに制御系を切り替えないので、回転制御の応答性や安定性の低下を抑制できる。なお、「モータ10の回転に依存しない周波数」には、キャリア周波数、電源周波数、回路の共振周波数などがある。また、「略一致」とは、モータ10の回転に依存しない周波数の10%以内を表す。
また、トルク定数が制御されないセンサレス制御としては、同期引き込み運転が挙げられる。同期引き込み運転は、適当な回転位相角速度に基づいて電流を流し、モータを脱調させないように、この回転位相角速度を制御するものである。このため、必ずしも最適な位相で電流が流れるわけでなく、即ちトルク定数は変動し、制御されていない状態となる。トルク定数(=トルク/電流)は、モータに流す電流に対してモータから出力されるトルクを表す。低速時に同期引き込み運転を行う場合、制御系の切り替えが必要となり、回転制御の安定性が低下するおそれがある。本開示のモータ駆動方法又はモータ駆動装置100によれば、第1の速度(流量Q1に対応する速度)よりも遅い第2速度領域において、モータ10のトルク定数は制御されている状態である。コントローラ20は、同期引き込み運転を行わないため、モータ10のトルク定数は制御されている状態になる。同期引き込み運転を行わないため、コントローラ20は、制御系を切り替えなくても、モータ10を制御できるので、低速時での回転制御の安定性の低下を抑制できる。
また、コントローラ20は、第2速度領域において、モータ10に流す無効電流を制御することで、モータ10のトルク定数は制御されている状態になる。モータ10から出力されるトルクは、モータ10に流れる電流の電流値が同じでも、モータ10に流れる電流の位相の違いに応じて変化する。例えば、モータ10に流す無効電流の割合が大きいほど、モータ10から出力されるトルクは小さくなるので、トルク定数は、小さくなる。つまり、コントローラ20は、モータ10に流す無効電流を制御することで、モータ10に流れる電流の位相が制御されている状態になるので、結果的に、モータ10のトルク定数は制御されている状態になる。
また、モータ10の回転が、正転からゼロ速度を超えて逆転になった後に再び正転に戻る過渡的な動作になる場合、ゼロ速度付近では、モータ10は脱調しやすい。また、ゼロ速度を含む極低速域(この例では、第2速度領域)では、モータ10の駆動によって動作する機器の効率は一般的に急激に悪化する。本開示のモータ駆動方法又はモータ駆動装置100によれば、コントローラ20は、第1の速度よりも遅い速度を第2の速度とすると、第2の速度よりも遅い、ゼロ速度を含む第2速度領域では、モータ10を定常運転しない。よって、モータ10が脱調するおそれを低減し、機器の効率の低下を抑制できる。
また、コントローラ20は、モータ10の回転が第1の速度(流量Q1に対応する正転速度"+A")よりも遅い第2速度領域で、且つ、圧力センサ16により検出された圧力Pが所定の圧力P1よりも重い負荷領域では、モータ10の回転が遅いほど、モータ10の出力トルクを大きく低下させる(図2,3参照)。コントローラ20は、モータ10の回転が第1の速度(流量Q1に対応する正転速度"+A")よりも遅い第2速度領域で、且つ、圧力センサ16により検出された圧力Pが所定の圧力P1よりも重い負荷領域では、圧力センサ16により検出された圧力Pが高いほど、モータ10の出力トルクを大きく低下させる(図2,3参照)。したがって、図2の斜線領域では、モータ10の回転の安定性が増すので、モータ10を低速領域で安定して運転できる。
また、モータ駆動装置100によれば、ポンプ11を駆動するモータ10を低速領域で安定して運転できるので、ポンプ11を低速領域で安定して運転できる。
また、モータ駆動装置100によれば、モータ10の加速度をリミッタ26により制限することで、モータ10の出力トルクを抑制するので、モータ10の回転の安定性が増し、モータ10を低速領域で安定して運転できる。
また、モータ駆動装置100によれば、モータ10の加速度の上限値をリミッタ26により下げることで、モータ10の加速度を制限するので、モータ10の出力トルクが抑制される。よって、モータ10の回転の安定性が増し、モータ10を低速領域で安定して運転できる。
また、モータ駆動装置100において、コントローラ20は、モータ10の加加速度(ジャーク)をリミッタ26により制限することで、モータ10の出力トルクを抑制してもよい。これにより、モータ10の回転の安定性が増し、モータ10を低速領域で安定して運転できる。
また、モータ駆動装置100において、コントローラ20は、モータ10の加加速度の上限値をリミッタ26により下げることで、モータ10の加加速度を制限してもよい。これにより、モータ10出力トルクが抑制されるので、モータ10の回転の安定性が増し、モータ10を低速領域で安定して運転できる。
また、モータ駆動装置100において、コントローラ20は、モータ10に流れる電流を制限した速度指令ω*を生成することで、モータ10の出力トルクを抑制してもよい。これにより、モータ10の回転の安定性が増し、モータ10を低速領域で安定して運転できる。
また、モータ駆動装置100において、コントローラ20は、モータ10に流れる電流の上限値を下げる速度指令ω*を生成することで、モータ10の出力トルクを抑制してもよい。これにより、モータ10の回転の安定性が増し、モータ10を低速領域で安定して運転できる。
図6は、第2実施形態におけるモータ駆動装置を備える流体圧ユニットの構成例を示す図である。第1実施形態と同様の構成及び効果についての説明は、上述の説明を援用することで、省略又は簡略する。第2実施形態におけるモータ駆動装置101では、コントローラ20の構成が第1実施形態と異なる。第2実施形態におけるコントローラ20は、速度指令補正部32を有する。
コントローラ20は、誤差Reをゼロに近づける原指令速度ω**をPID制御により導出するPID制御部24を有する。原指令速度ω**は、PI制御により導出されてもよい。原指令速度ω**は、ポンプ11の吐出圧力を目標圧力Prに近づける原速度指令の一例である。
速度指令補正部32は、PID制御部24により生成された原指令速度ω**が第2速度領域にいるあいだ原指令速度ω**を第1速度領域に遷移させる速度リミッタ33を有する。第1速度領域は、モータ10を略一定(例えば、±5rpm)の速度で運転可能な速度領域である。第2速度領域は、第1速度領域よりも低い、ゼロ速度を含む速度領域である。速度指令補正部32は、速度リミッタ33から出力された原速度指令ω**から旧速度ω^を減算器34により減じることで速度差Δ(=ω**-ω^)を算出し、速度差Δを微分器25によって微分することで、加速度Δω^を算出する。速度指令補正部32は、実負荷状態(例えば、回転数(≒流量Q)と圧力P)に応じて設定された上限値以下にリミッタ26により制限された加速度Δω^(リミッタ26から出力された加速度Δω^を"加速度Δω*"と称する)を導出する。
速度リミッタ33は、PID制御部24により生成された原指令速度ω**が第2速度領域にいるあいだ原指令速度ω**を第1速度領域に遷移させる。これにより、PID制御部24により生成された原指令速度ω**が第2速度領域にいるあいだ原指令速度ω**は速度リミッタ33により第1速度領域に遷移するので、モータ10の速度が第2速度領域に留まることを抑止できる。よって、モータ10の速度は、第2速度領域から第1速度領域に脱調前に速やかに遷移するので、モータ10の回転の安定性が確保され、モータ10を安定して運転できる。
また、速度リミッタ33は、PID制御部24により生成された原指令速度ω**が第2速度領域にいるあいだ原指令速度ω**を第1速度領域に遷移させるので、モータ10が第2速度領域において略一定の速度で運転することを禁止できる。これにより、モータ10の速度は、第2速度領域から第1速度領域に脱調前に速やかに遷移する。よって、モータ10の回転の安定性が確保され、モータ10を安定して運転できる。
例えば、速度リミッタ33は、PID制御部24により生成された原指令速度ω**が第2速度領域に遷移してからモータ10が脱調するまでの時間(例えば、1秒)以内に、原指令速度ω**を第1速度領域に遷移させる。これにより、モータ10の速度は、第2速度領域に遷移してからモータ10の脱調前の1秒以内に第1速度領域に遷移するので、モータ10の回転の安定性が確保され、モータ10を安定して運転できる。
図7は、本開示の制御を使用する第2実施形態におけるモータ駆動装置の制御波形の一例を示す図であり、図6の速度リミッタ33の機能がある場合において、目標圧力Prが低下したときの動きの一例を示す。
第1速度領域は、モータ10が正転する正転領域と、モータ10が逆転する逆転領域とを含む。第1速度領域における正転領域は、正転速度"+A"以上の領域であり、言い換えれば、第1速度領域における正転領域の最低速度は、正転速度"+A"である。第1速度領域における逆転領域は、逆転速度"-B"以上の領域であり、言い換えれば、第1速度領域における逆転領域の最低速度は、逆転速度"-B"である(逆転領域での速度の高低は、速度の絶対値によって規定される)。一方、第2速度領域は、正転速度"+A"から逆転速度"-B"までの速度範囲である。
例えば、速度リミッタ33は、PID制御部24により生成された原指令速度ω**を第2速度領域から第1速度領域における正転領域又は逆転領域に脱調前に遷移させる。これにより、モータ10の回転の安定性が確保され、モータ10を安定して運転できる。第1速度領域における逆転領域に遷移させるのは、例えば、ポンプ11が外部から圧力を加えられたりバキューム運転したりする場合、モータ10が多少の時間逆転しても減圧しないため、モータ10が逆転し続ける状況があるからである。
例えば、速度リミッタ33は、ポンプ11の吐出圧力(圧力Pd)から目標圧力Prを減じた偏差が第1閾値よりも大きい場合、モータ10の最低制限速度を、第2速度領域における逆転速度"-B"に設定する。これにより、当該偏差が増大すると、モータ10を逆転させることを許容できるので、実際の吐出圧力を目標圧力Prに速やかに近づけることができる。一方、速度リミッタ33は、ポンプ11の吐出圧力(圧力Pd)から目標圧力Prを減じた偏差が第2閾値よりも小さい場合、モータ10の最低制限速度を正転速度"+A"に設定する。これにより、実際の吐出圧力が目標圧力Prに比較的近づいた収束状態では、モータ10の逆転を禁止できる。なお、第2閾値は、ヒステリシスの形成のため、第1閾値よりも小さいが、第1閾値と同じでもよい。
次に、図7に示す挙動をより詳細に説明する。
モータ10の速度が正転領域のときにポンプ11の吐出圧力(圧力Pd)から目標圧力Prを減じた偏差が第1閾値を超えると、コントローラ20は、原指令速度ω**を第1速度領域における逆転領域に遷移させる。
例えば、モータ10の速度が正転領域のときにポンプ11の吐出圧力(圧力Pd)から目標圧力Prを減じた偏差が第1閾値を時刻t1で超えると、PID制御部24は、圧力Pdが目標圧力Prに近づくように、原指令速度ω**を低下させる。速度リミッタ33は、PID制御部24により生成された原指令速度ω**が第1速度領域における正転領域にいるあいだ、PID制御部24により生成された原指令速度ω**をそのまま出力する。
PID制御部24により生成された原速度指令ω**が第1速度領域における正転領域から第2速度領域に低下すると、速度リミッタ33は、原指令速度ω**を、第1速度領域における逆転領域の可変もしくは固定の速度(例えば、逆転速度"-B")に遷移させる。これにより、圧力Pdが目標圧力Prに速やかに近づくように、モータ10を逆転させることができる。また、モータ10の速度が第2速度領域に遷移しても、モータ10の速度は、第2速度領域から第1速度領域における逆転領域に脱調前に遷移する。よって、モータ10の回転の安定性が確保され、モータ10を安定して運転できる。速度リミッタ33は、PID制御部24により生成された原速度指令ω**が第2速度領域にいるあいだ、原指令速度ω**を、第1速度領域における逆転領域の可変もしくは固定の速度(例えば、逆転速度"-B")に維持する。
PID制御部24により生成された原速度指令ω**が第2速度領域から第1速度領域における逆転領域に遷移すると、速度リミッタ33は、PID制御部24により生成された原速度指令ω**をそのまま出力する。
モータ10の速度が第2速度領域あるいは第1速度領域における逆転領域のときにポンプ11の吐出圧力(Pd)から目標圧力Prを減じた偏差が時刻t2で第2閾値よりも低くなると、速度リミッタ33は、原指令速度ω**を、第1速度領域における正転領域の可変もしくは固定の速度(例えば、正転速度"+A")に遷移させる。これにより、モータ10の速度を第1速度領域における正転領域に速やかに上昇させて戻すことができる。また、モータ10の速度は、第1速度領域における正転領域に脱調前に遷移するので、モータ10の回転の安定性は確保され、モータ10を安定して運転できる。
以上の実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
本開示のモータ駆動方法は、
位置センサレスの同期機であるモータへの供給電力を調整するインバータと、前記インバータを制御する制御信号を出力するコントローラとを備えるモータ駆動装置が前記モータを駆動する方法であって、
前記モータ駆動装置が前記モータを駆動する際に前記モータから出力できる最大のトルクを最大出力トルクとすると、
前記モータの回転が第1の速度よりも遅い速度領域で、前記モータの出力トルクを前記最大出力トルクよりも低下させる。
位置センサレスの同期機であるモータへの供給電力を調整するインバータと、前記インバータを制御する制御信号を出力するコントローラとを備えるモータ駆動装置が前記モータを駆動する方法であって、
前記モータ駆動装置が前記モータを駆動する際に前記モータから出力できる最大のトルクを最大出力トルクとすると、
前記モータの回転が第1の速度よりも遅い速度領域で、前記モータの出力トルクを前記最大出力トルクよりも低下させる。
本開示のモータ駆動装置は、
位置センサレスの同期機であるモータへの供給電力を調整するインバータと、前記インバータを制御する制御信号を出力するコントローラとを備えるモータ駆動装置であって、
前記モータ駆動装置が前記モータを駆動する際に前記モータから出力できる最大のトルクを最大出力トルクとすると、
前記コントローラは、前記モータの回転が第1の速度よりも遅い速度領域で、前記モータの出力トルクを前記最大出力トルクよりも低下させる。
位置センサレスの同期機であるモータへの供給電力を調整するインバータと、前記インバータを制御する制御信号を出力するコントローラとを備えるモータ駆動装置であって、
前記モータ駆動装置が前記モータを駆動する際に前記モータから出力できる最大のトルクを最大出力トルクとすると、
前記コントローラは、前記モータの回転が第1の速度よりも遅い速度領域で、前記モータの出力トルクを前記最大出力トルクよりも低下させる。
前記最大出力トルクは、前記モータの機器定数、前記コントローラの制御定数、前記モータの電流容量などによって定まる。一般に、位置センサレス制御では、経時変化や温度特性や個体ばらつきなどの要因によって位置推定誤差が発生するため、前記最大出力トルクを出力した状態で前記モータを略一定の速度で安定して運転することは難しい。また、前記モータの出力トルクが低下すると、前記モータの回転の安定性が増す。本開示のモータ駆動方法又はモータ駆動装置によれば、前記モータの回転が第1の速度よりも遅い速度領域で、前記モータの出力トルクが前記最大出力トルクに留まらず(張り付かず)に、前記モータの出力トルクが前記最大出力トルクよりも下がる。したがって、前記モータの回転の安定性が増すので、前記モータを低速領域で安定して運転できる。
本開示のモータ駆動方法及びモータ駆動装置の前記コントローラは、前記モータの回転が第1の速度よりも遅い速度領域で、且つ、前記モータの加速時あるいは減速時の少なくとも一方において、前記モータの出力トルクを前記最大出力トルクよりも低下させてもよい。又は、本開示のモータ駆動方法及びモータ駆動装置の前記コントローラは、前記モータの回転が第1の速度よりも遅い速度領域で略一定の速度の場合において、前記モータの出力トルクを前記最大出力トルクよりも低下させてもよい。これによれば、前記モータの出力トルクが前記最大出力トルクに留まらず(張り付かず)に、前記モータの出力トルクが前記最大出力トルクよりも下がるので、前記モータの回転の安定性が増し、前記モータを低速領域で安定して運転できる。
本開示のモータ駆動方法及びモータ駆動装置は、
前記モータの電流あるいは電圧の高調波成分のうち、前記モータの回転に依存しない周波数は、前記第1の速度よりも遅い速度領域と前記第1の速度以上の速度領域とで略一致する。
前記モータの電流あるいは電圧の高調波成分のうち、前記モータの回転に依存しない周波数は、前記第1の速度よりも遅い速度領域と前記第1の速度以上の速度領域とで略一致する。
本開示のモータ駆動方法又はモータ駆動装置によれば、モータを低速領域で更に安定して運転できる。
本開示のモータ駆動方法及びモータ駆動装置は、
前記第1の速度よりも遅い速度領域において、前記モータのトルク定数は制御されている状態である。
前記第1の速度よりも遅い速度領域において、前記モータのトルク定数は制御されている状態である。
本開示のモータ駆動方法又はモータ駆動装置によれば、モータを低速領域で更に安定して運転できる。
本開示のモータ駆動方法及びモータ駆動装置は、
前記第1の速度よりも低い速度を第2の速度とすると、
前記第2の速度よりも遅い、ゼロ速度を含む速度領域では、前記モータを定常運転しない。
前記第1の速度よりも低い速度を第2の速度とすると、
前記第2の速度よりも遅い、ゼロ速度を含む速度領域では、前記モータを定常運転しない。
本開示のモータ駆動方法又はモータ駆動装置によれば、モータを低速領域で更に安定して運転できる。
本開示のモータ駆動方法は、
前記モータ駆動装置は、前記モータの駆動によって動作する機器または前記モータが受ける負荷を検出する負荷検出部を備え、
前記モータの回転が前記第1の速度よりも遅い速度領域で、且つ、前記負荷検出部により検出された前記負荷が所定の大きさよりも重い負荷領域では、前記モータの回転が遅いほど、前記出力トルクを大きく低下させ、前記負荷検出部により検出された前記負荷が重いほど、前記出力トルクを大きく低下させる。
前記モータ駆動装置は、前記モータの駆動によって動作する機器または前記モータが受ける負荷を検出する負荷検出部を備え、
前記モータの回転が前記第1の速度よりも遅い速度領域で、且つ、前記負荷検出部により検出された前記負荷が所定の大きさよりも重い負荷領域では、前記モータの回転が遅いほど、前記出力トルクを大きく低下させ、前記負荷検出部により検出された前記負荷が重いほど、前記出力トルクを大きく低下させる。
本開示のモータ駆動装置は、
前記モータの駆動によって動作する機器または前記モータが受ける負荷を検出する負荷検出部を備え、
前記コントローラは、前記モータの回転が前記第1の速度よりも遅い速度領域で、且つ、前記負荷検出部により検出された前記負荷が所定の大きさよりも重い負荷領域では、前記モータの回転が遅いほど、前記出力トルクを大きく低下させ、前記負荷検出部により検出された前記負荷が重いほど、前記出力トルクを大きく低下させる。
前記モータの駆動によって動作する機器または前記モータが受ける負荷を検出する負荷検出部を備え、
前記コントローラは、前記モータの回転が前記第1の速度よりも遅い速度領域で、且つ、前記負荷検出部により検出された前記負荷が所定の大きさよりも重い負荷領域では、前記モータの回転が遅いほど、前記出力トルクを大きく低下させ、前記負荷検出部により検出された前記負荷が重いほど、前記出力トルクを大きく低下させる。
前記モータの回転が遅いほど、前記モータの回転の安定性は低下する。前記負荷が重いほど、前記モータの回転の安定性は低下する。本開示のモータ駆動方法又はモータ駆動装置によれば、前記モータの回転が前記第1の速度よりも遅い速度領域で、且つ、前記負荷検出部により検出された前記負荷が所定の大きさよりも重い負荷領域では、前記モータの回転が遅いほど、前記出力トルクの低下量は大きくなり、前記負荷検出部により検出された前記負荷が重いほど、前記出力トルクの低下量は大きくなる。したがって、前記モータの回転が前記第1の速度よりも遅い速度領域で、且つ、前記負荷検出部により検出された前記負荷が所定の大きさよりも重い負荷領域では、前記モータの回転の安定性が増すので、前記モータを低速領域で安定して運転できる。
本開示のモータ駆動方法及びモータ駆動装置において、
前記モータは、ポンプを駆動するものであり、
前記負荷は、前記ポンプの吐出圧力あるいは前記モータの負荷トルクである。
前記モータは、ポンプを駆動するものであり、
前記負荷は、前記ポンプの吐出圧力あるいは前記モータの負荷トルクである。
本開示のモータ駆動方法又はモータ駆動装置によれば、前記ポンプを駆動する前記モータを低速領域で安定して運転できるので、前記ポンプを低速領域で安定して運転できる。
本開示のモータ駆動方法は、
前記モータの加速度を制限することで、前記出力トルクを抑制する。
前記モータの加速度を制限することで、前記出力トルクを抑制する。
本開示のモータ駆動装置は、
前記コントローラは、前記モータの加速度を制限することで、前記出力トルクを抑制する。
前記コントローラは、前記モータの加速度を制限することで、前記出力トルクを抑制する。
前記モータの加速度が制限されると、前記モータの出力トルクが抑制されるので、前記モータの回転の安定性が増す。本開示のモータ駆動方法又はモータ駆動装置によれば、前記モータの加速度を制限することで、前記出力トルクを抑制するので、前記モータの回転の安定性が増し、前記モータを低速領域で安定して運転できる。
本開示のモータ駆動方法は、
前記モータの加速度の上限値を下げることで、前記モータの加速度を制限する。
前記モータの加速度の上限値を下げることで、前記モータの加速度を制限する。
本開示のモータ駆動装置は、
前記コントローラは、前記モータの加速度の上限値を下げることで、前記モータの加速度を制限する。
前記コントローラは、前記モータの加速度の上限値を下げることで、前記モータの加速度を制限する。
前記モータの加速度の上限値が下がると、前記モータの加速度が制限されるので、前記モータの出力トルクが抑制され、前記モータの回転の安定性が増す。本開示のモータ駆動方法又はモータ駆動装置によれば、前記モータの加速度の上限値を下げることで、前記モータの加速度を制限するので、前記出力トルクが抑制される。よって、前記モータの回転の安定性が増し、前記モータを低速領域で安定して運転できる。
本開示のモータ駆動方法は、
前記モータの加加速度を制限することで、前記出力トルクを抑制する。
前記モータの加加速度を制限することで、前記出力トルクを抑制する。
本開示のモータ駆動装置は、
前記コントローラは、前記モータの加加速度を制限することで、前記出力トルクを抑制する。
前記コントローラは、前記モータの加加速度を制限することで、前記出力トルクを抑制する。
前記モータの加加速度が制限されると、前記モータの出力トルクが抑制されるので、前記モータの回転の安定性が増す。本開示のモータ駆動方法又はモータ駆動装置によれば、前記モータの加加速度を制限することで、前記出力トルクを抑制するので、前記モータの回転の安定性が増し、前記モータを低速領域で安定して運転できる。
本開示のモータ駆動方法は、
前記モータの加加速度の上限値を下げることで、前記モータの加加速度を制限する。
前記モータの加加速度の上限値を下げることで、前記モータの加加速度を制限する。
本開示のモータ駆動装置は、
前記コントローラは、前記モータの加加速度の上限値を下げることで、前記モータの加加速度を制限する。
前記コントローラは、前記モータの加加速度の上限値を下げることで、前記モータの加加速度を制限する。
前記モータの加加速度の上限値が下がると、前記モータの加加速度が制限されるので、前記モータの出力トルクが抑制され、前記モータの回転の安定性が増す。本開示のモータ駆動方法又はモータ駆動装置によれば、前記モータの加加速度の上限値を下げることで、前記モータの加加速度を制限するので、前記出力トルクが抑制される。よって、前記モータの回転の安定性が増し、前記モータを低速領域で安定して運転できる。
本開示のモータ駆動方法は、
前記モータの電流を制限することで、前記出力トルクを抑制する。
前記モータの電流を制限することで、前記出力トルクを抑制する。
本開示のモータ駆動装置は、
前記コントローラは、前記モータの電流を制限することで、前記出力トルクを抑制する。
前記コントローラは、前記モータの電流を制限することで、前記出力トルクを抑制する。
前記モータの電流が制限されると、前記モータの出力トルクが抑制されるので、前記モータの回転の安定性が増す。本開示のモータ駆動方法又はモータ駆動装置によれば、前記モータの電流を制限することで、前記出力トルクを抑制するので、前記モータの回転の安定性が増し、前記モータを低速領域で安定して運転できる。
本開示のモータ駆動方法は、
前記モータの電流の上限値を下げることで、前記出力トルクを抑制する。
前記モータの電流の上限値を下げることで、前記出力トルクを抑制する。
本開示のモータ駆動装置は、
前記コントローラは、前記モータの電流の上限値を下げることで、前記出力トルクを抑制する。
前記コントローラは、前記モータの電流の上限値を下げることで、前記出力トルクを抑制する。
前記モータの電流の上限値が下がると、前記モータの出力トルクが抑制され、前記モータの回転の安定性が増す。本開示のモータ駆動方法又はモータ駆動装置によれば、前記モータの電流の上限値を下げることで、前記出力トルクを抑制するので、前記モータの回転の安定性が増し、前記モータを低速領域で安定して運転できる。
以上、実施形態を説明したが、特許請求の範囲の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。他の実施形態の一部又は全部との組み合わせや置換などの種々の変形及び改良が可能である。
例えば、本開示の技術は、位置センサレス制御への適用に限られず、位置センサにより検出された位置情報を用いてモータを制御する方式にも、適用可能である。
また、モータは、ポンプを駆動するものに限られず、ポンプとは異なる機器(例えば、コンプレッサー)を駆動するものでもよい。モータがコンプレッサーを駆動する場合、上述の実施形態において、ポンプの吐出圧力は、コンプレッサーの吐出圧力に読み替え可能である。
本国際出願は、2019年9月30日に出願した日本国特許出願第2019-180997号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願第2019-180997号の全内容を本国際出願に援用する。
10 モータ
16 圧力センサ
17 インバータ
20 コントローラ
30,32 速度指令補正部
100,101 モータ駆動装置
200 流体圧ユニット
16 圧力センサ
17 インバータ
20 コントローラ
30,32 速度指令補正部
100,101 モータ駆動装置
200 流体圧ユニット
Claims (15)
- 同期機であるモータへの供給電力を調整するインバータと、前記インバータを制御するコントローラとを備えるモータ駆動装置が前記モータを駆動する方法であって、
前記モータを略一定の速度で運転可能な速度領域を、第1速度領域とし、前記第1速度領域よりも低い、ゼロ速度を含む速度領域を、第2速度領域とするとき、
前記モータの速度を前記第2速度領域から前記第1速度領域に脱調前に遷移させる、
モータ駆動方法。 - 前記モータは、ポンプを駆動するものであり、
前記ポンプの吐出圧力を検出し、
前記第1速度領域は、少なくとも、前記モータが正転する正転領域を含み、
前記モータの速度が前記正転領域のときに前記ポンプの吐出圧力から目標圧力を減じた偏差が第1閾値を超えると、前記モータの速度を前記第2速度領域に遷移させる、
請求項1に記載のモータ駆動方法。 - 前記第1閾値以下の閾値を第2閾値とするとき、
前記モータの速度が前記第2速度領域に遷移したのちに前記ポンプの吐出圧力から目標圧力を減じた偏差が前記第2閾値よりも低くなると、前記モータの速度を前記正転領域に脱調前に遷移させる、
請求項2に記載のモータ駆動方法。 - 前記モータが前記第2速度領域において略一定の速度で運転することを禁止する、
請求項3に記載のモータ駆動方法。 - 前記モータの速度が前記第2速度領域に遷移してから前記モータが脱調するまでの時間以内に、前記モータの速度を前記第2速度領域から前記第1速度領域に遷移させる、
請求項4に記載のモータ駆動方法。 - 前記時間は、1秒である、
請求項5に記載のモータ駆動方法。 - 前記ポンプの吐出圧力を目標圧力に近づける原指令速度を生成し、前記原指令速度が前記第2速度領域にいるあいだ前記原指令速度を前記第1速度領域に遷移させる、請求項3から6のいずれか一項に記載のモータ駆動方法。
- 前記ポンプの吐出圧力を目標圧力に近づける原指令速度を生成し、
前記第1速度領域は、前記正転領域と、前記モータが逆転する逆転領域と、を含み、
前記モータの速度が前記正転領域のときに前記ポンプの吐出圧力から目標圧力を減じた偏差が前記第1閾値を超えると、前記原指令速度を前記逆転領域に遷移させる、請求項3から7のいずれか一項に記載のモータ駆動方法。 - 前記ポンプの吐出圧力を目標圧力に近づける原指令速度を生成し、
前記第1速度領域は、前記正転領域と、前記モータが逆転する逆転領域と、を含み、
前記モータの速度が前記第2速度領域あるいは前記逆転領域のときに前記ポンプの吐出圧力から目標圧力を減じた偏差が前記第2閾値よりも低くなると、前記原指令速度を前記正転領域に遷移させる、請求項3から7のいずれか一項に記載のモータ駆動方法。 - 前記モータ駆動装置が前記モータを駆動する際に前記モータから出力できる最大のトルクを最大出力トルクとすると、
前記モータの速度が前記第2速度領域において、前記モータの出力トルクを前記最大出力トルクよりも低下させる、
請求項1から9のいずれか一項に記載のモータ駆動方法。 - 前記モータの電流あるいは電圧の高調波成分のうち、前記モータの回転に依存しない周波数は、前記第1速度領域と前記第2速度領域とで略一致する、
請求項10に記載のモータ駆動方法。 - 前記モータの速度が前記第2速度領域において、前記モータのトルク定数は制御されている状態である、
請求項10又は11に記載のモータ駆動方法。 - 前記モータの回転位置を検出する位置センサを使用せずに前記モータを制御する、請求項1から12のいずれか一項に記載のモータ駆動方法。
- 同期機であるモータへの供給電力を調整するインバータと、
前記インバータを制御するコントローラと、を備え、
前記モータを略一定の速度で運転可能な速度領域を、第1速度領域とし、前記第1速度領域よりも低い、ゼロ速度を含む速度領域を、第2速度領域とするとき、
前記コントローラは、前記モータの速度を前記第2速度領域から前記第1速度領域に脱調前に遷移させる、モータ駆動装置。 - 前記モータの回転位置を検出する位置センサを使用せずに前記モータを制御する、請求項14に記載のモータ駆動装置。
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