JP2013507097A - 永久励磁型モータにおいて、センサレスでロータの位置を検出かつ修正するための方法及び装置。 - Google Patents

Abstract

本発明は、永久励磁型モータにおいて、制御装置と電流形インバータを用いて、センサレスでロータの位置検出を監視かつ修正するための方法及び装置に関する。これは、特に、モータのインダクタンス比から決定されるモータ位置の曖昧さが、永久励磁型モータの場合に簡単にセンサレスで解決可能であり、誤差がり算出された角度が必要な場合に修正可能であるということを示している。それゆえ、モータの駆動の間、インダクタンスに基づく検知装置を用いて、ロータ位置が検出される。更に、監視/修正装置を介して、ロータ位置がインダクタンスに基づく信号の曖昧さに関して監視され、必要な場合に、生じた角度誤差が修正され、この場合、モータの電流が変更される。

Description

本発明は、永久励磁型モータにおいて、制御装置と電流形インバータを用いて、センサレスでロータの位置検出を監視かつ修正するための方法及び装置に関する。

永久励磁型同期電動機（ＰＭＳＭ）及びブレシレス直流モータは、ステータと、永久磁石を備えたロータとからなる。ステータの各相は、星型又は三角形型で相互接続されている。モータは、電流形インバータを用いて駆動される。これらのモータは、ロータ位置を算出し、各相に電流を流すドライブエレクロトロニクスを必要とする。

ロータ位置は、センサによって検出される。それゆえ、異なるホールセンサが用いられる。センサは、構成空間を必要とし、高いシステムコストを引き起こす。

その欠点を回避するために、センサレスのドライブ方法が用いられる。この方法は、大まかに２つのグループに分類される。１つ目のグループは、駆動することによって相に誘導される電圧を用いる方法である。システムに生じる欠点は、静止状態の場合に、位置情報を検出できないことにある。

２つ目のグループは、静止インダクタンスの変化に基づいている。静止インダクタンスの飽和は、永久磁石のロータ領域と、電流が誘導されたステータ領域とによって影響が及ぼされる。

コイルのインダクタンスは、無電流状態では、相対的な透磁率に比例している。鉄で生じる飽和状況に基づいて、上昇する磁場とともに、相対的な透磁率は減少し、又は、言い換えると、磁気抵抗は上昇している。その際、値のみで、方向なしに決定される。それから、ＢＬＤＣモータ用のロータ位置―インダクタンス依存関数が類推される。モータは、３つの相を有しているので、関数は、６０電気角互いにずれている。無通電状態で、ロータの磁石のＮ極とＳ極は、同じ効果を有している。それゆえ、インダクタンスの関数は、電気的な周期のために、２倍の周波数を備えている。このあいまいさが完全な位置情報のために解明されなければならない。それは、ステータ領域に電流励磁領域が重なりあっている。それゆえ、モータにおける飽和が上昇するか減少し、対応するインダクタンスが減少するか又は増加する。この効果は、同様に、モータの実際の通電がある場合に角の決定に影響が及び、かつ、誤差があって決定されるロータ位置を導く。

請求項１及び８に記載された発明は、モータのインダクタンス比から決定されるロータ位置のあいまいさが、永久磁石励磁モータの場合に、簡単にセンサなしに解決でき、かつ、誤差があって決定される角度を必要な場合に修正することを課題としている。

この課題は、請求項１及び８に記載された特徴によって解決される。

方法及び装置は、特に、永久励磁モータの場合に、モータのインダクタンス比から決定されるロータ位置の曖昧さは、簡単なセンサレスで解決され、誤差のある算出された角度は、必要な場合に修正可能である。

さらに、モータが駆動している間、ロータ位置は、インダクタンスに基づく検出装置を用いて検出される。さらに、監視/修正装置を介して、ロータの位置が、インダクタンスに基づく信号の曖昧さについて監視され、必要な場合に、生じた角度誤差が修正され、この場合、モータの電流は変化する。

さらに、装置において、駆動モータのロータの位置の検出装置は、監視/修正装置を介して、ロータの位置を監視するために、かつ、必要な場合にロータの位置を修正するために用いられ、制御装置と電流形インバータがモータと接続されていることによって、モータの電流が変更され、それによって、ステータのインダクタンスの電流依存が、修正するために用いられる。

永久励磁同期電動機（ＰＭＳＭ）及びブラシレス直流モータ（ＢＬＤＣ）は、ステータと、磁石を備えたロータからなる。ステータの各位相は、星型又は三角形型で設けられる。モータは、インバータを用いて駆動される。モータは、ロータ位置を算出し、各位相に電流を流す、ドライブエレクトロニクスを必要としている。とりわけ、センサレスのドライブ方法が用いられ、この場合、各相に印可される電圧の動作によって、又は、自身が変化するステータインダクタンスによって評価される。第１の場合、システムによって引き起こされる欠点が静止状態の誤った位置情報にある。第２の場合、ロータ位置を決定するために、ステータインダクタンスの飽和が、永久磁石のロータ領域及び電流によって引き起こされるステータ領域を通じて用いられる。

インダクタンスに基づく方法及び装置は、とりわけ、インダクタンスの変化であるロータ位置に依存する関数の曖昧さを解決する。この曖昧さは、モータ駆動の開始でたいてい起きる。モータが回転する間、これらの情報は通常記憶されている。位置検出がロータの位置を間違って算出した場合、又は、記憶されたデータが誤っている又は失いさえした場合、極端な場合、ロータが誤った方向に回転してしまう。

他方、ロータ位置は、通電によって影響を受ける。この通電によって、モータは、最適でない領域で駆動される。

方法及び装置は、好ましくは、電流変化の影響が、角度算出の上で、ステータのインダクタンスにおいて分析され、かつ、磁石の磁束の干渉は分析評価されることによって、観測/監視され、同様に修正される。そのため、ロータ位置又はインダクタンスに基づく信号のいずれかが検出される。

これより、この装置は、システムにおいて配置されるため、
―モータ電圧
―通電の位相角
―各相の電流
がそれぞれ目的通りに変更される。

この３つの変更の場合、ステータインダクタンスの電流依存、及び、それによって生じるインダクタンスに基づく信号又はロータ位置の変化が用いられる。装置の測定周期は、選択されるため、モータ駆動には、邪魔にならない。言い換えると、２つの測定の間の時間が明らかにモータ及びアプリケーションの動特性の下にある。

加えて、更に好ましい方法では、時間は速度に依存して最適化可能である。

本発明のされに好ましい実施形態は、請求項２乃至７及び請求項９乃至１２に記載されている。

有利な方法では、請求項２の更なる形態によれば、モータの駆動の間、監視又は修正するために、インダクタンス又はインダクタンス間の関係を用いて、ロータ位置が計算される。

請求項３の更なる形態によれば、監視及び修正するために、ステータインダクタンスの電流依存が、好ましい方法で用いられる。

請求項４の更なる形態によれば、監視及び修正するために、監視/修正装置を用いて、モータ電圧及びそれによって流れるモータ電流を変更させ、その結果、平均値で所定のモータ電圧が生じる。それにより、監視装置/修正装置は、ロータ位置の検出装置の応答を検知する。

請求項１０の更なる形態によれば、ロータ位置を監視するためのロータ位置の検出装置は、監視装置/修正装置と制御装置と接続される。この場合、監視/修正装置を用いて、モータ電圧を増加減少させ、その結果、平均値で所定の電圧が生じる。監視/修正装置は、更に、修正されたロータ位置を伝達するために、検出装置と相互接続され、その結果、監視/修正装置は、ロータ位置の検出装置の応答を検出する。

それゆえ、モータ電圧は変更される。このモータ電圧が増加減少することによって、平均値で所定のモータ電圧が生じる。モータの高い機械的な時定数により、回転モーメントの変更によって生成された角速度の変化は、ごくわずかである。検出装置は、ロータ位置検出の応答を検出する。

請求項５の更なる形態によれば、監視/修正するために、監視/修正装置を用いて、通電の位相位置がずらされる。そして、インダクタンスに基づく信号の振幅が検出される。

請求項１１の更なる形態によれば、ロータ位置の検出装置は、インダクタンスに基づく信号やロータ位置を伝達するために、監視/修正装置と接続され、この場合、監視及び修正するために、監視装置及び修正装置を用いて、位相位置がずらされ、それにより推測されるロータ位置がずらされる。更に、請求項１１の更なる形態によれば、監視/修正装置は、修正されたロータ位置を伝達するために、検出装置と相互接続されている。その上さらに、監視/修正装置は、変更されたロータ位置を伝達するために、制御装置と接続され、その結果、インダクタンスに基づく信号が検出される。

この場合、ロータ位置は変更され、又は言い換えると、通電の位相位置がずらされる。そして、インダクタンスに基づく信号の振幅が検出される。

請求項６の更なる形態によれば、監視/制御装置を用いて、インダクタンスに基づく信号が検出され、ＰＷＭが修正される。それと同時に、各位相の電流が目的通りに変化され、インダクタンスに基づく信号の応答が検出される。

それに加えて、請求項１２の更なる形態によれば、ロータ位置の検出装置は、インダクタンスに基づく信号を伝達するために、監視/修正装置と接続され、この場合、監視及び修正するために、インダクタンスに基づく信号が検出される。さらに、検出装置は、ロータ位置を伝達するために制御装置と相互接続されている。その上、監視/修正装置は制御装置と接続されているため、各位相の電流は、目的通りに変更され、この場合、制御装置の実際のスイッチング状態及びそれから導かれる変更された監視/修正装置のスイッチング状態が伝達される。更に、監視/修正装置は、修正値の伝達のために、検出装置と接続され、この場合、監視/修正装置において、インダクタンスに基づく信号と、独自に算出されたＰＷＭ（パルス幅変調）とから、目的に適った通電が、ＰＷＭパターンに統合される。

監視/修正装置は、その位置におけるＰＷＭを独自に算出しなければならない。それは、インダクタンスに基づく信号を検出する。このシステムは、位置において、目的に適った電流を各相に導かなければならない。

請求項７の更なる形態によれば、理想方法は、継続する電流を各相で変化させ、この各位相は、ロータの磁石の極と真向いに向かいあっている。通常のモータ駆動の場合、これらの各位相を通る電流が流れる。各位相で、電流を変更した場合、それぞれのインダクタンスにおいて最も大きい影響を生じさせる。電流によって生じる回転モーメントは、非常に小さい。目的に適った通電は、ＰＷＭパターンにわずかに加えられる。

インダクタンスの応答が検出され、かつ、評価される。ロータ位置の検出は、ＰＷＭパターンの変更によって変化する。それゆえ、修正装置は、無効電流の影響を補償するだろう。

本発明の実施例は、図で原理的に描かれ、以下、詳細に説明する。

永久励磁型モータの場合に、センサレスのロータ位置検出の監視と修正するための装置を示し、この場合、モータ電圧は変更される。 永久励磁モータの場合に、センサレスのロータ位置検出を監視及び修正するための装置を示し、この場合、通電の位相角は変更される。 永久励磁モータの場合に、センサレスのロータ位置検出を監視及び修正するための装置を示し、この場合、それぞれ１つの相電流は、目的通りに変更可能である。

以下の実施例において、永久励磁モータの場合に、センサレスのロータ位置検出の監視及び修正するための装置及び方法をより詳細に説明する。

永久励磁モータの場合に、センサレスのロータ位置検出を監視及び修正するための装置は、本質的に、駆動モータ３のロータ位置の検出装置４、５と、ロータ位置検出の曖昧さの解決のための監視/修正装置６と、算出されたロータ位置を修正するために必要な場合に、制御装置１と、モータ３を備えた電流形インバータ２とからなる。

永久励磁モータ３の場合に、センサレスのロータ位置検出を監視及び修正するための装置の場合に、駆動モータ３のロータ位置の検出装置４、５は、ロータ位置検出の曖昧さを解決するためであり、必要な場合にロータ位置を修正する監視/修正装置６を介して、制御装置１、電流形インバータ２、モータ３と相互接続され、この場合、モータ３の電流は変更され、それと同時に、修正するために、ステータのインダクタンスの電流依存が用いられる。

永久磁石モータの場合、モータの駆動の間、センサレスロータ位置検出の監視および修正するために、検出装置４、５を用いて、ロータの位置が検出され、ロータ位置検出の曖昧さが、監視/修正ユニット６を介して解決され、必要であれば修正される。この場合、モータの電流は変化する。

モータ３の駆動の間、ロータ位置は、インダクタンス又はインダクタンス間の関係の測定結果を用いて計算される。この場合、モータ３は、検知装置４、５の構成要素としてインダクタンスを決定する装置４と相互接続される。

インダクタンスに基づく信号から、この装置４は、ロータ位置を検出する装置５で、ロータ位置を識別する。この装置５は、同様に、検出装置４、５の構成要素である。

装置は、システム内に配置されると、
―第１の実施例では、モータ電圧が
―第２の実施例では、通電位相角が、又は、
―第３の実施例では、個々のそれぞれの位相電流が目的通りに変更可能である。

モータ電圧の変化を用いる第１の実施例の装置の場合、ロータ位置を監視するロータ位置検出装置４、５は、監視/修正装置６及び制御装置１と接続され、この場合、監視/修正装置６を用いて、モータ電圧が増大したり減少したりし、その結果、平均値で、所定のモータ電圧が生じる。監視/修正装置６は、修正されたロータ位置を伝達するために、検出装置４、５と相互接続され、監視/修正装置６は、ロータ位置の検出装置４、５の応答が検出される。

図１は、永久励磁型モータ３の場合に、センサレスのモータ位置検出を監視及び修正するための装置を、電流形インバータ２を備えた原理図で示し、この場合、モータ電圧は変更される。

監視及び修正するために、監視及び修正装置６を用いて、モータ電圧が増加及び減少し、その結果、平均値で所定のモータ電圧が生じる。更に、監視/修正装置６を用いて、ロータ位置の検出装置４、５の応答が検出される。

通電の位相角の変化を用いた第２の実施例の装置の場合、インダクタンスに基づく信号及びロータ位置を伝達するために、ロータ位置の検出装置４、５は、監視/修正装置６と接続されており、この場合、監視/修正装置６を用いて、監視及び修正するために、位相位置とそれから推定されるロータ位置がずらされる。更に、修正されたロータ位置を伝達するために、監視/修正装置６は、検知装置４、５と相互接続されている。監視/修正装置６は、それだけでなく、修正されるロータ位置の伝達のために、制御装置１と接続され、この場合、インダクタンスに基づく信号の振幅が検出される。

図２は、永久励磁型モータ３の場合に、センサレスのロータ位置の検出を監視及び修正するために、電流インバータ２を用いた原理図をしめし、この場合、通電の位相角は変更される。

監視及び修正するために、監視/修正装置６は、通電の位相位置及びそれから推定されるロータ位置をずらし、インダクタンスに基づく信号の振幅が検知される。

位相電流の目的にかなった変更を備えた第三の実施例の装置の場合、ロータ位置の検出装置４、５は、インダクタンスに基づく信号を伝達するために、監視/修正装置６と接続され、この場合、監視又は修正するために、インダクタンスに基づく信号が検知される。検出装置４、５は、ロータ位置を伝達するために、制御装置１と相互接続されている。監視/修正装置６は、制御装置と接続されているため、位相の電流が目的にかなって変更され、この場合、制御装置１の実際のスイッチング状態と、監視/修正装置６の変更されたスイッチング状態とが伝達される。監視/修正装置６は、修正値の伝達のために、検出装置４、５と接続され、この場合、インダクタンスに基づく信号と独自に算出されたＰＷＭからなる監視―修正装置６において、ＰＷＭパターンの目的に適った通電が合算される。

図３は、永久励磁型モータ３の場合に、センサレスのロータ位置の検出を監視及び修正するために、電流インバータ２を用いた原理図をしめし、この場合、個々の位相電流は変更される。

監視/制御装置６を用いて、インダクタンスに基づく信号が検出され、ＰＷＭが修正される。それによって、位相の電流が目的通りに変更され、インダクタンスに基づく信号の応答が検出される。

これらの実施例の場合、各相の電流が目的通りに変更され、その各相に、ロータの磁極は直接向かいあっている。

Claims (12)

1. 制御装置と電流形インバータを備えた永久励磁型モータの場合に、センサレスのロータ位置検出を監視及び修正するための方法において、
   モータ（３）駆動の間に、ロータ位置が、インダクタンスに基づく検出装置（４、５）を用いて検出され、かつ
   監視/修正装置（６）を介して、ロータ位置が、インダクタンスに基づく信号の曖昧さが監視され、生じる角度誤差が修正されるのが必要な場合に、モータ（３）の電流が変更されることを特徴とする方法。
2. モータ（３）の駆動の間、ロータ位置は、インダクタンス又はインダクタンス間の関係の測定によって算出されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. ステータのインダクタンスの電流依存は、監視及び修正するために用いられることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 監視/修正装置（６）を用いて、監視又は修正を行うために、モータ電圧及びモータ電流が変更され、その結果、平均値で所定のモータ電圧が生じ、かつ、
   監視/修正装置（６）は、ロータ位置の検知装置（４、５）の応答を検出することを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 監視/修正装置（６）を用いて監視及び修正を行うために、通電の位相位置がずらされ、かつ、
   インダクタンスに基づく信号の振幅が検出されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 監視/修正装置（６）を用いて、インダクタンスに基づく信号が検出され、かつ、ＰＷＭ（パルス幅変調）が修正され、及び、
   各相の電流が目的に通りに変更され、かつ、それによって、インダクタンスに基づく信号の応答が検出されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 各相で目的通りの電流が、変更され、その各相に、ロータの磁石は向かい合っていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
8. 永久励磁型モータの場合に、センサレスのロータ位置検出を監視及び修正するための装置において、
   駆動されるモータ（３）のロータ位置の検出装置（４、５）は、ロータ位置検出の曖昧さを監視し、かつ、必要な場合にロータ位置を修正する監視/修正装置（６）を介して、制御装置（１）、電流形インバータ（２）、及び、モータ（３）と相互接続され、
   モータ（３）の電流は変更され、ステータのインダクタンスの電流依存は、変更するために用いられることを特徴とする装置。
9. ロータ位置の検出装置（４、５）は、インダクタンス決定のための装置（４）と、インダクタンスに基づく信号からロータ位置を決定する装置（５）とからなることを特徴とする請求項８に記載の装置。
10. ロータ位置を伝達するためのロータ位置の検出装置（４、５）は、監視/修正装置（６）及び制御装置（１）と接続され、
    監視/修正装置（６）を用いて、モータ電圧が増加したり減少したりし、その結果、平均値で所定のモータ電圧が生じ、かつ、
    監視/修正装置（６）は、修正されたロータ位置を伝達するために、検知装置（４、５）と相互接続され、その結果、監視/修正装置（６）は、ロータ位置の検知装置（４、５）の応答を検出し、かつ、分析評価することを特徴とする請求項８に記載の装置。
11. ロータ位置の検出装置（４、５）は、インダクタンスに基づく信号及びロータ位置を伝達するために、監視/修正装置（６）と接続され、
    監視/修正装置（６）を用いて、監視及び修正するために、通電位相位置がずらされ、かつ、
    監視/修正装置（６）は、修正されたロータ位置を伝達するために、検知装置（４、５）と相互接続され、かつ、
    監視/修正装置（６）は、変更されたロータ位置を伝達するために、制御装置と接続され、その結果、インダクタンスに基づく信号の振幅が検出されることを特徴とする請求項８又は９に記載の装置。
12. ロータ位置の検知装置（４、５）は、インダクタンスに基づく信号を伝達するために、監視/修正装置（６）と接続され、この場合、監視かつ修正するために、インダクタンスに基づく信号が検出され、かつ
    ロータ位置の検知装置（４、５）は、ロータ位置を伝達するために、制御装置（１）と相互接続され、監視/修正装置（６）が制御装置（１）と接続されることによって、各相の電流が目的通りに変更され、制御装置（１）の実際のスイッチング状態及び監視/修正装置（６）の変更されたスイッチング状態が伝達され、かつ、
    監視/修正装置（６）は、修正値の伝達のために、検知装置（４、５）と接続され、監視/修正装置（６）において、インダクタンスに基づく信号と、独自に算出されたＰＷＭ（パルス幅変調）とから、目的に適った通電が、ＰＷＭパターンに統合されることを特徴とする請求項８又は９に記載の装置。

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