JP2005130582A - 磁極位置検出装置及び方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 振幅の小さい高周波電圧をd相指令電圧として入力し、励磁位相を所定周期毎、所定量変化させて電動機を駆動する(S1,S2)。電圧が小さく高周波であることからロータは回転しない。d相のフィードバック電流を検出し、その微分値と高周波電圧指令の積を求め、この積から高周波成分を除去する。この高周波成分を除去した積がピーク値をとる磁束位置と励磁位相とのずれ量が0又はπでの励磁位相(磁束方向)を求める(S3〜S6)。複数求め平均し磁束方向を確定する(S7〜S9)。2つのピーク値の内、一方のピーク値の励磁位相に固定し(S10)磁気飽和が生じる大きさの電圧を有する+及び−の矩形波をd相電圧指令とする。d相フィードバック電流の+、−の大きさにより磁極極性を求める(S11,S19)。磁束方向、極性を別々に検出するので正確で確実に磁極位置を検出できる。
【選択図】 図3
Description
電動機に交番電圧を印加し、検出した電動機電流を印加している交番電圧に対する平行成分及び直交成分に分離し、この平行成分か直交成分のいずれか一方に基いて磁極位置を検出する方法(特許文献2参照)。
直軸(d軸)基本波電圧指令に高周波電圧を重畳し、直軸(d軸)電圧指令を入力し、電機子電流を直軸(d軸)電流と横軸(q軸)電流に分解し、横軸(q軸)電流から前記高周波と同じ周波数の高周波電流を抽出し、この電流から回転子の速度推定値と第1位置推定値を算出し、この速度推定値及び第1の位置推定値の演算を行いながら、正極性及び負極性を有するパルス電圧を高周波電圧に重畳し、正極性のパルスを重畳したときと負極性のパルスを重畳したときの直軸(d軸)電流の変化率より、第2の位置推定値、即ち磁極位置を得るようにしたものも知られている(特許文献3参照)。
本願請求項2に係わる発明においては、突極性を有する電動機の磁極位置検出装置であって、前記電動機に対して高周波電圧を印加する高周波電圧印加手段と、励磁位相を変化させながら前記高周波電圧印加手段によって高周波電圧を印加し前記電動機の駆動電流フィードバック値を求める駆動電流検出手段と、前記駆動電流検出手段で求められた駆動電流フィードバック値の微分値と前記高周波電圧の積を求める手段と、前記駆動電流フィードバック値の微分値と前記高周波電圧の積から高周波成分を除去するフィルタ手段と、前記フィルタ手段の出力より前記駆動電流フィードバック値の微分値と前記高周波電圧の積のピーク値を求めて磁極方向を検出する磁極方向検出手段と、前記磁極方向検出手段により検出された磁極方向に励磁位相を固定した状態で、磁気飽和が生じる程度の大きさで正及び負の矩形波電圧を指令して電動機を駆動する矩形波電圧印加手段と、前記正及び負の矩形波電圧指令して電動機を駆動したときの各駆動電流フィードバック値のピーク値をそれぞれ求めるピーク電流検出手段と、正及び負の駆動電流フィードバック値の大きさに基いて、磁極極性を求める磁極極性取得手段とを具備したことを特徴とするものである。
λq=−L2sin2Δθ・id+(L0−L2cos2Δθ)・iq−φsinΔθ …(1-2)
なお、L0は励磁位相に依存しない平均インダクタンス、L2は励磁位相に依存した変動分インダクタンスであり、1相分のd軸インダクタンスをLd、1相分のq軸インダクタンスをLqとすると、Ld=L0+L2,Lq=L0−L2である。又、IPM電動機の場合、逆突極性であるから、L2<0で、Lq>Ldである。また、(1−1)式、(1−2)式において、φは磁石の磁束を表す。
vdq=Rs・idq+d/dt(λdq)+ωπλdq …(2)
なお、Rsは電動機巻線抵抗で、λdqはdq軸合成磁束、idqはdq軸合成電流、ωは電動機角速度である。
Lqc=L0−L2cos2Δθ
Ldqc=L2sin2Δθ
p=d/dt
(3)式より電流idqを求めると次の(4)式となる。
ローパスフィルタを通して高周波成分cos2γtを取り除くと
fd=pid・vdh
=(V2/4・Ld・Lq)・(Ld+Lq−(Ld−Lq)・cos2Δθ) …(7)
上記(7)式より、
Δθ=0又はπのとき、 fd=V2/(2Ld)
Δθ=π/2又は3π/2のとき、 fd=V2/(2Lq)
となる。
Ld=Ld・(1−k・cosΔθ) …(8)
Δθ=0のとき fd=V2/2Ld・(1−k)
Δθ=π/2のとき fd=V2/2Lq
Δθ=πのとき fd=V2/2Ld・(1+k)
Δθ=3π/2のとき fd=V2/2Lq
となり、Lq>LdよりfdはΔθ=0で最大値となりここが真の磁極位置を示すことになる。
電動機始動時においては、スイッチ9はb側に接続され、通常の制御系から切り離される。そして、電圧指令発生器2よりd相電圧指令として比較的振幅の小さい高周波(正弦波)電圧(q相電圧指令は0)を出力して電動機を駆動する。d相電圧指令が高周波で小さな電圧指令であるから流れる電流は小さいので、電動機5のロータは回転しない。この状態で、磁極位置検出器8は、電気角360度内を所定周期毎、所定の変化率で変化させずれ量Δθと励磁位相ψが一致する点を検出する。即ち上述としたdq座標系を回転させてずれ量Δθと一致する電気角の検出を行う。そのために、所定周期で、d相フィードバック電流idを求めてその微分値と電圧指令発生器から出力した電圧指令との積を求め振幅変調を行い、高周波成分を除去して最大値となる励磁位相ψを求める。複数求められる最大値を平均して遅れ分を補正して、磁束の方向の励磁位相ψを求める。即ち、位置検出器6で検出されるロータ位置におけるΔθ=0となる励磁位相ψを求める。
図3は、電動機を制御する制御装置が磁極位置検出器8として作用する制御装置の処理のアルゴリズムである。
まず、ステップS9で求めた励磁位相ψに固定し(ステップS10)、磁気飽和が生じる程度の電流を電動機に流すため、d相電圧指令として比較的大きな電圧で所定幅のプラスの矩形波電圧をd相電圧指令し電動機を駆動する(ステップS11)。この場合、励磁位相がd軸方向であることから、大きな電流が流れても電動機のロータは動かない。このときのd相のフィードバック電流のピーク値(最大値)を求め記憶する(ステップS12)。次に、所定時間経過後(所定時間、電圧指令を0)に電圧の大きさは同一で、逆符号(マイナス)の矩形波電圧をd相電圧指令とし電動機を駆動する(ステップS13)。この場合も電動機のロータは回転しない。そしてd相のフィードバック電流のピーク値(最小値)を求め記憶する(ステップS14)。
2 電圧指令発生器
3 dq相から3相への変換器
4 アンプ
5 電動機
6 位置検出器
7 3相からdq相への変換器
8 磁極位置検出器
Claims (7)
- 突極性を有する電動機の始動時の磁極位置検出装置において、
前記電動機に対して高周波電圧を印加する高周波電圧印加手段と、
任意の位相に励磁位相を変化させる励磁位相変化手段と、
前記任意の位相に、前記高周波電圧印加手段によって高周波電圧を印加し、前記電動機の駆動電流フィードバック値を求める駆動電流検出手段と、
前記高周波電圧印加手段で印加した高周波電圧と、前記任意の励磁位相と、前記駆動電流検出手段で求められた駆動電流フィードバック値から磁極方向を検出する磁極方向検出手段と、
前記磁極方向検出手段により検出された磁極方向に励磁位相を固定した状態で、正及び負の矩形波電圧を印加する矩形波電圧印加手段と、
前記正及び負の矩形波電圧を印加して前記電動機の駆動電流フィードバック値のピーク値をそれぞれ求めるピーク電流検出手段と、
前記正及び負の駆動電流フィードバック値の大きさに基いて、磁極極性を求める磁極極性取得手段とを具備したことを特徴とする前記磁極位置検出装置。 - 突極性を有する電動機の磁極位置検出装置であって、
前記電動機に対して高周波電圧を印加する高周波電圧印加手段と、
励磁位相を変化させながら前記高周波電圧印加手段によって高周波電圧を印加し前記電動機の駆動電流フィードバック値を求める駆動電流検出手段と、
前記駆動電流検出手段で求められた駆動電流フィードバック値の微分値と前記高周波電圧の積を求める手段と、
前記駆動電流フィードバック値の微分値と前記高周波電圧の積から高周波成分を除去するフィルタ手段と、
前記フィルタ手段の出力より前記駆動電流フィードバック値の微分値と前記高周波電圧の積のピーク値を求めて磁極方向を検出する磁極方向検出手段と、
前記磁極方向検出手段により検出された磁極方向に励磁位相を固定した状態で、磁気飽和が生じる程度の大きさで正及び負の矩形波電圧を指令して電動機を駆動する矩形波電圧印加手段と、
前記正及び負の矩形波電圧指令して電動機を駆動したときの各駆動電流フィードバック値のピーク値をそれぞれ求めるピーク電流検出手段と、
正及び負の駆動電流フィードバック値の大きさに基いて、磁極極性を求める磁極極性取得手段とを具備したことを特徴とする前記磁極位置検出装置。 - 矩形波電圧印加手段は矩形波をd相電圧指令として加えることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の磁極位置検出装置。
- 前記駆動電流検出手段は、励磁位相を所定電気角分変化させながら求めた電流フィードバック値をdq変換し、該dq変換された電流フィードバック値のd相電流を検出し、前記ピーク電流検出手段は電流フィードバック値をdq変換し、該dq変換された電流フィードバック値のd相電流のピーク値を検出することを特徴とする請求項1乃至3の内いずれか1項に記載の磁極位置検出装置。
- 磁極方向検出手段は、前記駆動電流フィードバック値の微分値と前記高周波電圧の積のピーク値を複数求め、平均化することで前記磁極位置を特定することを特徴とする請求項1乃至4の内いずれか1項に記載の磁極位置検出装置。
- 前記磁極極性取得手段は、前記ピーク電流検出手段により正、負の各ピーク値をそれぞれ複数求め、それぞれ積算してその積算値の大きさに基いて磁極極性を求めることを特徴とする請求項1乃至5の内いずれか1項に記載の磁極位置検出装置。
- 突極性を有する電動機の磁極位置検出方法であって、
前記電動機に対して励磁位相を変化させながら高周波電圧を印加し、かつ前記電動機の駆動電流フィードバック値を求め、
求めた駆動電流フィードバック値の微分値と前記高周波電圧の積を算出し、
該積からフィルタにより高周波成分を除去し、
高周波成分を除去して得られた駆動電流フィードバック値の微分値と前記高周波電圧の積のピーク値より磁極方向を検出し、
該検出された磁極方向に励磁位相を固定した状態で、磁気飽和が生じる程度の大きさで正及び負の矩形波電圧を指令して電動機を駆動して、駆動電流フィードバック値のピーク値をそれぞれ求め、
正及び負の駆動電流フィードバック値のピーク値の大きさに基いて、磁極極性を求めることを特徴とする磁極位置検出方法。
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