JP7205306B2 - Rotating machine system and magnetic flux linkage estimation method - Google Patents
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Description
本発明は、回転機システム及び鎖交磁束推定方法に関する。 The present invention relates to a rotating machine system and a magnetic flux linkage estimation method.
永久磁石同期電動機（ＰＭＳＭ：Permanent Magnet Synchronous Motor）等の回転機は、永久磁石を有する回転子と複数相のコイルを有する固定子とを備える。このような回転機が用いられる回転機システムでは、例えば、位置センサレス制御を行うため、回転子に設けられた永久磁石の温度を推定するため、或いは直接トルク制御を行うために、永久磁石の鎖交磁束がリアルタイムに推定されることがある。 A rotating machine such as a permanent magnet synchronous motor (PMSM) includes a rotor having permanent magnets and a stator having multi-phase coils. In a rotating machine system using such a rotating machine, for example, in order to perform position sensorless control, to estimate the temperature of the permanent magnets provided in the rotor, or to perform direct torque control, a chain of permanent magnets is used. The alternating magnetic flux may be estimated in real time.
以下の特許文献１には、従来の鎖交磁束の推定方法の一例が開示されている。具体的に、以下の特許文献１には、回転子の位置を検出する位置検出器が設けられた回転機において、回転子位置の検出結果に基づいて演算した回転子の回転速度と、ｄ－ｑ軸上の電圧指令及びｄ－ｑ軸上の電流指令とに基づいて、電機子鎖交磁束に係る状態量を推定する方法が開示されている。 Patent Literature 1 below discloses an example of a conventional method for estimating a magnetic flux linkage. Specifically, in Patent Document 1 below, in a rotating machine provided with a position detector for detecting the position of the rotor, the rotation speed of the rotor calculated based on the detection result of the rotor position and d− A method of estimating the state quantity related to the armature flux linkage based on the voltage command on the q axis and the current command on the dq axis is disclosed.
ところで、上述した特許文献１に開示された方法を用いれば、回転機が駆動されている状態で永久磁石の鎖交磁束をリアルタイムに推定することができる。しかしながら、上述した特許文献１に開示された方法は、各種演算（例えば、回転子位置の検出結果に基づいた回転子の回転速度の演算）を行って永久磁石の鎖交磁束を推定するものであるため、誤差が大きいという問題がある。また、演算に要する時間を短縮するには、演算能力の高い演算装置が必要になるという問題もある。 By the way, if the method disclosed in the above-mentioned Patent Document 1 is used, the interlinkage magnetic flux of the permanent magnet can be estimated in real time while the rotating machine is being driven. However, the method disclosed in the above-mentioned Patent Document 1 estimates the interlinkage magnetic flux of the permanent magnet by performing various calculations (for example, calculating the rotation speed of the rotor based on the detection result of the rotor position). Therefore, there is a problem that the error is large. Moreover, in order to shorten the time required for calculation, there is also the problem that a calculation device with high calculation capability is required.
尚、永久磁石の鎖交磁束は、回転機が駆動されていない状態（回転機に対して駆動電流が供給されていない状態）で、回転子を回転させて得られた回転機の電圧（線間電圧）から求めることもできる。この方法で求められる鎖交磁束は、コイルの誘起電圧から求められるものであり、上述の各種演算を必要としないため、高い精度を有する。しかしながら、この方法は、回転機が駆動されている状態（回転機に対して駆動電流が供給されている状態）で用いることはできない。 The interlinkage magnetic flux of the permanent magnet is the voltage (line It can also be obtained from the voltage between The interlinkage magnetic flux obtained by this method is obtained from the induced voltage of the coil, and does not require the various calculations described above, and therefore has high accuracy. However, this method cannot be used in a state in which the rotating machine is being driven (a state in which a driving current is being supplied to the rotating machine).
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、演算能力の高い演算装置を必要とせずに、回転機が駆動されている状態で永久磁石の鎖交磁束を高い精度で推定することができる回転機システム及び鎖交磁束推定方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and is capable of estimating the interlinkage magnetic flux of a permanent magnet with high accuracy while a rotating machine is being driven without requiring an arithmetic device with high arithmetic performance. It is an object of the present invention to provide a rotating machine system and an interlinkage magnetic flux estimation method.
上記課題を解決するために、本発明の一態様による回転機システム（１）は、永久磁石を有する回転子と複数相のコイルを有する固定子とを備える回転機（２０）と、前記回転機の複数相のコイルに駆動電力を供給する駆動回路（３０）と、前記回転機の線間電圧を検出する検出器（４１）と、前記駆動回路を制御して前記回転機の複数相のコイルに対する前記駆動電力の供給を予め規定された一定期間停止させ、前記一定期間内に前記検出器で検出される前記線間電圧を取得し、取得した前記線間電圧を用いて前記回転機における鎖交磁束（φｍ）を推定する制御部（４２）と、を備える。 In order to solve the above problems, a rotating machine system (1) according to one aspect of the present invention includes a rotating machine (20) including a rotor having permanent magnets and a stator having multi-phase coils; a drive circuit (30) for supplying drive power to the multi-phase coils of the rotating machine, a detector (41) for detecting the line-to-line voltage of the rotating machine, and controlling the drive circuit to control the multi-phase coils of the rotating machine stop the supply of the driving power for a predetermined period of time, acquire the line voltage detected by the detector within the certain period of time, and use the acquired line voltage to chain in the rotating machine and a control unit (42) for estimating the alternating magnetic flux (φm).
また、本発明の一態様による回転機システムは、前記制御部が、前記一定期間経過後に、前記駆動回路を制御して前記回転子の回転に合わせた前記駆動電力の供給を再開させる。 Further, in the rotating machine system according to one aspect of the present invention, the control unit controls the drive circuit to restart the supply of the drive power in accordance with the rotation of the rotor after the certain period of time has elapsed.
また、本発明の一態様による回転機システムは、前記制御部が、前記回転機に対する前記駆動電力の供給停止、前記線間電圧の取得、及び前記回転機における鎖交磁束の推定を、人間の可聴域における最も長い波長よりも長い時間間隔で繰り返し行う。 Further, in the rotating machine system according to one aspect of the present invention, the control unit can stop the supply of the driving power to the rotating machine, acquire the line voltage, and estimate the interlinkage magnetic flux in the rotating machine by a human. Repeat at intervals longer than the longest wavelength in the audible range.
また、本発明の一態様による回転機システムは、前記制御部が、前記線間電圧の最大値又は最小値を取得し、取得した前記線間電圧の最大値又は最小値を用いて前記回転機における鎖交磁束を推定する。 Further, in the rotating machine system according to an aspect of the present invention, the control unit acquires the maximum or minimum value of the line voltage, and uses the acquired maximum or minimum value of the line voltage to Estimate the flux linkage at
或いは、本発明の一態様による回転機システムは、前記制御部が、前記線間電圧の最大値及び最小値を取得し、取得した前記線間電圧の最大値と最小値との差分を用いて前記回転機における鎖交磁束を推定する。 Alternatively, in the rotating machine system according to an aspect of the present invention, the control unit acquires the maximum and minimum values of the line voltage, and uses the difference between the acquired maximum and minimum values of the line voltage to A magnetic flux linkage in the rotating machine is estimated.
或いは、本発明の一態様による回転機システムは、前記制御部が、前記線間電圧の絶対値を、前記線間電圧の一周期に亘って積分することによって前記回転機における鎖交磁束を推定する。 Alternatively, in the rotating machine system according to an aspect of the present invention, the control unit estimates the interlinkage magnetic flux in the rotating machine by integrating the absolute value of the line voltage over one cycle of the line voltage. do.
また、本発明の一態様による回転機システムは、前記駆動回路が、複数のスイッチング素子（ＳＷ１～ＳＷ６）を備えるインバータであり、前記制御部が、前記スイッチング素子のスイッチング周波数（ｆＳＷ）に対する前記線間電圧の周波数（ｆＬＶ）の割合が、前記回転機における鎖交磁束の許容誤差（Ｅｒｒ）以下である場合には、前記線間電圧を１周期内において取得し、前記回転機における鎖交磁束の許容誤差よりも大である場合には、前記線間電圧を複数周期に亘って取得する。 Further, in the rotating machine system according to one aspect of the present invention, the drive circuit is an inverter including a plurality of switching elements (SW1 to SW6), and the control unit controls the switching frequency (f SW ) of the switching elements. When the ratio of the frequency (f LV ) of the line voltage is equal to or less than the allowable error (Err) of the interlinkage magnetic flux in the rotating machine, the line voltage is obtained within one cycle, and the chain in the rotating machine is obtained. If it is greater than the permissible error of the alternating magnetic flux, the line voltage is acquired over a plurality of cycles.
本発明の一態様による鎖交磁束測定方法は、永久磁石を有する回転子と複数相のコイルを有する固定子とを備える回転機（２０）の前記複数相のコイルに対する駆動電力の供給を予め規定された一定期間停止させるステップ（Ｓ１１）と、前記一定期間内に前記回転機の線間電圧を検出する検出器（４１）で検出される前記線間電圧を取得するステップと（Ｓ１２）、取得した前記線間電圧を用いて前記回転機における鎖交磁束（φｍ）を推定するステップ（Ｓ１３）と、を含む。 A magnetic flux linkage measurement method according to an aspect of the present invention specifies in advance the supply of drive power to the multi-phase coils of a rotating machine (20) that includes a rotor having permanent magnets and a stator having multi-phase coils. a step (S11) of stopping the rotating machine for a certain period of time; a step of acquiring the line voltage detected by a detector (41) for detecting the line voltage of the rotating machine within the certain period of time (S12); and a step (S13) of estimating the interlinkage magnetic flux (φm) in the rotating machine using the obtained line voltage.
本発明によれば、演算能力の高い演算装置を必要とせずに、回転機が駆動されている状態で永久磁石の鎖交磁束を高い精度で推定することができるという効果がある。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, there exists an effect that the magnetic flux linkage of a permanent magnet can be estimated with high precision in the state in which the rotating machine is driving, without requiring the arithmetic unit with high arithmetic performance.
以下、図面を参照して本発明の一実施形態による回転機システム及び鎖交磁束推定方法について詳細に説明する。 Hereinafter, a rotating machine system and a magnetic flux linkage estimation method according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
〈回転機システム〉
図１は、本発明の一実施形態による回転機システムの要部構成を示すブロック図である。図１に示す通り、本実施形態の回転機システム１は、電源装置１０、モータ２０（回転機）、インバータ３０（駆動回路）、及びインバータ制御部４０を備える。このような回転機システム１は、インバータ制御部４０の制御の下で、電源装置１０から供給される電力をインバータ３０で駆動電力に変換してモータ２０に供給することで、モータ２０を駆動するシステムである。
<Rotating machine system>
FIG. 1 is a block diagram showing the essential configuration of a rotating machine system according to one embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1 , a rotating machine system 1 of this embodiment includes a
電源装置１０は、モータ２０の駆動に必要な電力（直流電力）を供給する装置である。この電源装置１０として、例えばニッケル水素電池やリチウムイオン電池といった二次電池を用いることができる。また、電源装置１０は、二次電池に代えて、電気二重層キャパシタ（コンデンサ）を用いることもできる。更に、電源装置１０は、交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換する装置であっても良い。
The
モータ２０は、インバータ制御部４０の制御の下でインバータ３０から供給される駆動電力によって駆動される電動モータである。本実施形態において、モータ２０は、三相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）のブラシレスモータである。具体的に、モータ２０は、永久磁石を有するロータ（回転子）と、三相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）それぞれに対応するコイルがロータの回転方向に順に巻装されているステータ（固定子）とを備える。モータ２０に設けられる各相のコイルはインバータ３０に接続されており、これら各相のコイルには、三相交流電力の各相の電力が駆動電力としてそれぞれ供給される。
インバータ３０は、インバータ制御部４０の制御の下で、電源装置１０から供給される直流電力を駆動電力（三相交流電力）に変換してモータ２０に供給する。インバータ３０は、入力端子Ｔ１１，Ｔ１２及び出力端子Ｔ２１，Ｔ２２，Ｔ２３を備える。入力端子Ｔ１１は、電源装置１０の正極端子に接続されており、入力端子Ｔ１２は、電源装置１０の負極端子に接続されている。出力端子Ｔ２１は、モータ２０のＵ相のコイルに接続されており、出力端子Ｔ２２は、モータ２０のＶ相のコイルに接続されており、出力端子Ｔ２３は、モータ２０のＷ相のコイルに接続されている。従って、インバータ３０は、入力端子Ｔ１１，Ｔ１２から入力される直流電力を、三相交流電力に変換して出力端子Ｔ２１～Ｔ２３から出力する。
インバータ３０は、複数のスイッチング素子を備える。具体的には、図１に示す通り、６つのスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６を備える。これらスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６のオン状態とオフ状態とがインバータ制御部４０によりスイッチング制御されることで、電源装置１０から供給される直流電力が三相交流電力に変換されてモータ２０に供給される。
尚、本実施形態では、インバータ３０に設けられるスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６がＦＥＴ（Field Effective Transistor）である場合について説明するが、これに限定されることはない。インバータ３０に設けられるスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６は、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated gate bipolar transistor）又はＢＪＴ（bipolar junction transistor）であってもよい。また、インバータ３０に設けられるスイッチング素子の数は、６個に限定される訳ではない。
In this embodiment, a case where the switching elements SW1 to SW6 provided in the
スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２は、入力端子Ｔ１１，Ｔ１２間において直列接続されている。スイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４は、入力端子Ｔ１１，Ｔ１２間において直列接続されている。スイッチング素子ＳＷ５，ＳＷ６は、入力端子Ｔ１１，Ｔ１２間において直列接続されている。言い換えると、直列に接続されたスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２、直列に接続されたスイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４、直列に接続されたスイッチング素子ＳＷ５，ＳＷ６が、入力端子Ｔ１１，Ｔ１２間において並列接続されている。 The switching elements SW1 and SW2 are connected in series between the input terminals T11 and T12. The switching elements SW3 and SW4 are connected in series between the input terminals T11 and T12. The switching elements SW5 and SW6 are connected in series between the input terminals T11 and T12. In other words, the switching elements SW1 and SW2 connected in series, the switching elements SW3 and SW4 connected in series, and the switching elements SW5 and SW6 connected in series are connected in parallel between the input terminals T11 and T12.
スイッチング素子ＳＷ１のドレイン端子は、入力端子Ｔ１１に接続されている。スイッチング素子ＳＷ２のソース端子は、入力端子Ｔ１２に接続されている。スイッチング素子ＳＷ１のソース端子とスイッチング素子ＳＷ２のドレイン端子との接続点は、出力端子Ｔ２１に接続されている。尚、出力端子Ｔ２１には、モータ２０のＵ相のコイルが接続されている。
A drain terminal of the switching element SW1 is connected to the input terminal T11. A source terminal of the switching element SW2 is connected to the input terminal T12. A connection point between the source terminal of the switching element SW1 and the drain terminal of the switching element SW2 is connected to the output terminal T21. A U-phase coil of the
スイッチング素子ＳＷ３のドレイン端子は、入力端子Ｔ１１に接続されている。スイッチング素子ＳＷ４のソース端子は、入力端子Ｔ１２に接続されている。スイッチング素子ＳＷ３のソース端子とスイッチング素子ＳＷ４のドレイン端子との接続点は、出力端子Ｔ２２に接続されている。尚、出力端子Ｔ２２には、モータ２０のＶ相のコイルが接続されている。
A drain terminal of the switching element SW3 is connected to the input terminal T11. A source terminal of the switching element SW4 is connected to the input terminal T12. A connection point between the source terminal of the switching element SW3 and the drain terminal of the switching element SW4 is connected to the output terminal T22. A V-phase coil of the
スイッチング素子ＳＷ５のドレイン端子は、入力端子Ｔ１１に接続されている。スイッチング素子ＳＷ６のソース端子は、入力端子Ｔ１２に接続されている。スイッチング素子ＳＷ５のソース端子とスイッチング素子ＳＷ６のドレイン端子との接続点は、出力端子Ｔ２３に接続されている。尚、出力端子Ｔ２３には、モータ２０のＷ相のコイルが接続されている。
A drain terminal of the switching element SW5 is connected to the input terminal T11. A source terminal of the switching element SW6 is connected to the input terminal T12. A connection point between the source terminal of the switching element SW5 and the drain terminal of the switching element SW6 is connected to the output terminal T23. A W-phase coil of the
スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６のゲート端子は、インバータ制御部４０に接続されている。
Gate terminals of the switching elements SW1 to SW6 are connected to the
インバータ制御部４０は、インバータ３０の駆動を制御する。具体的に、インバータ制御部４０は、線間電圧検出部４１及び制御部４２を備えており、線間電圧検出部４１の検出結果を参照しつつ、スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６をスイッチング制御する。線間電圧検出部４１は、モータ２０のＵ相－Ｖ相間の電圧（線間電圧ＶＵＶ）、Ｖ相－Ｗ相間の電圧（線間電圧ＶＶＷ）、及びＷ相－Ｕ相間の電圧（線間電圧ＶＷＵ）の少なくとも１つを検出する。尚、本実施形態では、理解を容易にするために、線間電圧検出部４１は、線間電圧ＶＵＶを検出するものとする。
The
制御部４２は、スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６を任意のスイッチング周波数でスイッチング制御する。例えば、制御部４２は、スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６のゲート端子に制御信号を出力することで、スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６をオン状態又はオフ状態に制御するスイッチング制御を行う。この制御信号は、例えば、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）信号である。
The
制御部４２は、モータ２０の駆動中に一時的にモータ２０に対する駆動電力の供給を停止させ、得られる線間電圧検出部４１の検出結果に基づいて、モータ２０における鎖交磁束（永久磁石の鎖交磁束）を推定する。具体的に、制御部４２は、インバータ３０を制御して、モータ２０の各相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）のコイルに対する駆動電力の供給を予め規定された一定期間（例えば、１～５ｍｓｅｃ程度）だけ停止させて、線間電圧検出部４１で検出される線間電圧（線間電圧ＶＵＶ）を取得する。そして、制御部４２は、取得した線間電圧を用いてモータ２０における鎖交磁束を推定する。尚、制御部４２は、上記の一定期間経過後に、インバータ３０を制御してモータ２０の回転子の回転に合わせた駆動電力の供給を再開させる。
The
〈鎖交磁束を推定する方法〉
次に、鎖交磁束を推定する具体的方法について説明する。制御部４２は、例えば、以下の（Ａ１）～（Ａ３）に示す３つの方法の何れかによってモータ２０における鎖交磁束φｍを推定する。尚、以下に方法はあくまでも例示であって、以外に示す方法以外の方法を用いて鎖交磁束φｍを推定することも可能である。以下では、線間電圧の周波数をｆ［Ｈｚ］とする。図２は、本発明の一実施形態における鎖交磁束の推定方法を説明するための図である。
<Method for estimating magnetic flux linkage>
Next, a specific method for estimating the interlinkage magnetic flux will be described. The
（Ａ１）線間電圧の最大値又は最小値を用いる方法
図２（ａ）に示す通り、線間電圧の最大値Ｖｐ［Ｖ］（又は、最小値Ｖｐ［Ｖ］）を取得し、以下の（１）式を用いて鎖交磁束φｍを推定する方法である。本方法では、線間電圧の最大値及び最小値の一方のみを用いるため、短時間で鎖交磁束φｍを推定することができる。
（Ａ２）線間電圧の最大値と最小値との差分を用いる方法
線間電圧の最大値及び最小値を取得し、図２（ｂ）に示す通り、取得した線間電圧の最大値と最小値との差分Ｖｐｐ［Ｖ］を求め、以下の（２）式を用いて鎖交磁束φｍを推定する方法である。本方法では、線間電圧の最大値と最小値との双方を用いるため、線間電圧のオフセットの影響を排除することができる。
（Ａ３）線間電圧を積分する方法
一周期分の線間電圧Ｖ［Ｖ］を取得し、以下の（３）式を用いて線間電圧Ｖを積分する（線間電圧Ｖの絶対値を、線間電圧の一周期に亘って積分する）ことによって鎖交磁束φｍを推定する方法である。本方法では、線間電圧Ｖの絶対値を、線間電圧の一周期に亘って積分しているため、線間電圧のオフセットの影響を排除することができる。
〈線間電圧の取得方法〉
次に、線間電圧を取得する具体的方法について説明する。モータ２０の線間電圧は、モータ２０の回転数及び極対数によって変化する。このため、モータ２０の回転数及び極対数に応じて、線間電圧を取得する方法を変える必要がある。図３は、本発明の一実施形態における線間電圧の取得方法を説明するための図である。尚、ここで説明する取得方法は、線間電圧の最大値又は最小値を取得する方法である。
<How to obtain the line voltage>
Next, a specific method for acquiring the line voltage will be described. The line voltage of the
いま、制御部４２により行われるスイッチング制御のスイッチング周波数をｆＳＷとし、線間電圧の周波数をｆＬＶとし、鎖交磁束φｍの許容誤差をＥｒｒ［％］とする。制御部４２は、スイッチング周波数ｆＳＷに対する線間電圧の周波数ｆＬＶの割合（ｆＬＶ／ｆＳＷ）と鎖交磁束φｍの許容誤差Ｅｒｒとの大小関係に応じて、以下の（Ｂ１），（Ｂ２）通り、線間電圧を取得する方法を変える。
Let f SW be the switching frequency of the switching control performed by the
（Ｂ１）ｆＬＶ／ｆＳＷ≦Ｅｒｒの場合
スイッチング周波数ｆＳＷに対して線間電圧の周波数ｆＬＶが低く、ｆＬＶ／ｆＳＷ≦Ｅｒｒなる関係式が成立する場合には、制御部４２は、図３（ａ）に示す通り、線間電圧を１周期内において取得する。具体的に、制御部４２は、線間電圧の最大値又は最小値が得られる位相角（π／４又は３π／４）付近で一時的にモータ２０に対する駆動電流の供給を停止させて（ＰＷＭ ｏｆｆ）、線間電圧の最大値Ｖｐ［Ｖ］（又は、最小値Ｖｐ［Ｖ］）を取得する。尚、制御部４２は、線間電圧検出部４１の検出結果を用いてモータ２０の回転子の位相角及び速度を求めて制御に用いている。
(B1) When f LV /f SW ≤ Err When the frequency f LV of the line voltage is lower than the switching frequency f SW and the relational expression f LV /f SW ≤ Err holds, the
（Ｂ２）ｆＬＶ／ｆＳＷ＞Ｅｒｒの場合
スイッチング周波数ｆＳＷに対して線間電圧の周波数ｆＬＶが高く、ｆＬＶ／ｆＳＷ＞Ｅｒｒなる関係式が成立する場合には、制御部４２は、図３（ｂ）に示す通り、線間電圧を複数周期に亘って取得する。スイッチング周波数ｆＳＷに対して線間電圧の周波数ｆＬＶが高い場合には、上記（Ｂ１）のように、特定の位相角で一時的にモータ２０に対する駆動電流の供給を停止させることが困難なことがあり、１周期のみでは線間電圧の最大値Ｖｐ［Ｖ］（又は、最小値Ｖｐ［Ｖ］）を取得できないことが考えられる。このため、図２（ｂ）に示す通り、線間電圧の周期よりも短い所定の周期でモータ２０に対する駆動電流の供給を停止させて線間電圧を取得する動作を複数周期に亘って繰り返し行う。このようにして取得された線間電圧の最も大きなものを線間電圧の最大値Ｖｐ［Ｖ］とする（又は、最も小さなものを線間電圧の最小値Ｖｐ［Ｖ］とする）。
(B2) When f LV /f SW >Err When the frequency f LV of the line voltage is higher than the switching frequency f SW and the relational expression f LV /f SW >Err holds, the
〈実施間隔〉
次に、鎖交磁束φｍを推定するための一連動作（モータ２０に対する駆動電力の供給停止、線間電圧の取得、モータ２０における鎖交磁束φｍの推定）の実施間隔について説明する。図４は、本発明の一実施形態において、鎖交磁束を推定するための一連動作の実施間隔を説明するための図である。
<Implementation interval>
Next, the interval between operations for estimating the interlinkage magnetic flux φm (supply of drive power to the
制御部４２は、鎖交磁束φｍを推定するための一連動作を、人間の可聴域における最も長い波長よりも長い時間間隔で繰り返し行う。このような時間間隔で一連動作を行うのは異音が生じないようにするためである。前述の通り、本実施形態では、鎖交磁束φｍを推定するために、モータ２０の駆動中に一時的にモータ２０に対する駆動電力の供給を停止させている。駆動電力の供給を停止する時間間隔が、人間の可聴域に含まれる波長と同程度になると、異音と感じてしまう。このような異音を避けるため、人間の可聴域における最も長い波長よりも長い時間間隔で一連動作を繰り返し行うようにしている。
The
ここで、人間の可聴域は、個人差はあるものの、２０［Ｈｚ］～２０［ｋＨｚ］程度といわれている。人間の可聴域における最も短い波長は、最も高い周波数の逆数で求められ、５０［μｓｅｃ］程度である。また、人間の可聴域における最も長い波長は、最も低い周波数の逆数で求められ、５０［ｍｓｅｃ］程度である。よって、制御部４２は、図４に示す通り、人間の可聴域における最も長い波長（５０［ｍｓｅｃ］）よりも長い時間間隔ΔＴで、鎖交磁束φｍを推定するための一連動作を繰り返し行う。
Here, the human audible range is said to be about 20 [Hz] to 20 [kHz] although there are individual differences. The shortest wavelength in the human audible range is obtained by the reciprocal of the highest frequency, and is approximately 50 [μsec]. Also, the longest wavelength in the human audible range is obtained by the reciprocal of the lowest frequency, which is about 50 [msec]. Therefore, as shown in FIG. 4, the
〈回転機システムの動作〉
図５は、本発明の一実施形態による回転機システムの動作例を示すフローチャートである。図５に示すフローチャートは、例えば、モータ２０の駆動開始によって開始され、モータ２０の駆動中において、人間の可聴域における最も長い波長（５０［ｍｓｅｃ］）よりも長い時間間隔ΔＴをもって繰り返し行われる。
<Operation of rotating machine system>
FIG. 5 is a flow chart showing an operation example of the rotating machine system according to one embodiment of the present invention. The flowchart shown in FIG. 5 is started, for example, when the
図５に示すフローチャートの処理が開始されると、まず、モータ２０に対する駆動電力の供給を一定期間停止させる制御が制御部４２によって行われる（ステップＳ１１）。具体的には、制御部４２によってインバータ３０が制御され、モータ２０の各相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）のコイルに対する駆動電力の供給を予め規定された一定期間（例えば、１～５ｍｓｅｃ程度）だけ停止させる制御が行われる。
When the process of the flowchart shown in FIG. 5 is started, first, the
次に、駆動電力の供給が停止されている間に、線間電圧を取得する処理が制御部４２によって行われる（ステップＳ１２）。具体的には、上記の一定期間の間に、線間電圧検出部４１で検出される線間電圧（線間電圧ＶＵＶ）を取得する処理が制御部４２によって行われる。例えば、スイッチング周波数ｆＳＷに対する線間電圧の周波数ｆＬＶの割合（ｆＬＶ／ｆＳＷ）と鎖交磁束φｍの許容誤差Ｅｒｒとの大小関係に応じて、制御部４２は、前述した（Ｂ１）の取得方法、又は（Ｂ２）の取得方法で線間電圧を取得する。
Next, while the supply of driving power is stopped, the
そして、取得した線間電圧を用いてモータ２０における鎖交磁束φｍを推定する処理が制御部４２によって行われる（ステップＳ１３）。例えば、前述した（Ａ１）～（Ａ３）に示す３つの方法の何れかによってモータ２０における鎖交磁束φｍを推定する処理が、制御部４２で行われる。尚、前述した（Ｂ１）の取得方法、又は（Ｂ２）の取得方法によって線間電圧が取得された場合には、取得された線間電圧は最大値Ｖｐ［Ｖ］（又は、最小値Ｖｐ［Ｖ］）であるため、前述した前述した（Ａ１）又は（Ａ２）の方法によってモータ２０における鎖交磁束φｍを推定する処理が行われる。
Then, the
尚、モータ２０に対する駆動電力の供給が停止される上記の一定期間が経過した後に、制御部４２によってインバータ３０が制御され、モータ２０の回転子の回転に合わせた駆動電力の供給が再開される。具体的に、制御部４２は、線間電圧検出部４１の検出結果を用いて求められるモータ２０の回転子の位相角及び速度を利用して、回転同期させる回転磁界を発生させるようにしている。
After the predetermined period of time during which the supply of the driving power to the
以上の通り、本実施形態では、モータ２０の各相のコイルに対する駆動電力の供給を予め規定された一定期間停止させ、この一定期間内にモータ２０の線間電圧を検出し、取得した線間電圧を用いて回転機における鎖交磁束φｍを推定している。これにより、モータ２０の永久磁石によりコイルに誘起された誘起電圧を直接検出して鎖交磁束φｍを推定していることから、モータ２０が駆動されている状態で、永久磁石の鎖交磁束を高い精度で推定することができる。また、モータ２０における鎖交磁束φｍは、前述した（１）～（３）式を用いて推定することができ、複雑な演算は不用であるから、演算能力の高い演算装置は必要としない。
As described above, in the present embodiment, the supply of drive power to each phase coil of the
以上、本発明の一実施形態による回転機システム及び鎖交磁束推定方法について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されず、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記実施形態では、線間電圧検出部４１が、線間電圧ＶＵＶのみを検出する例について説明したが、線間電圧ＶＵＶ，ＶＶＷ，ＶＷＵのうちの任意の２以上の線間電圧を検出するようにしても良い。また、モータ２０は、ロータの位置を検出する位置検出センサを備えるモータ、位置検出センサを備えないモータの何れのモータであっても良い。
Although the rotating machine system and the magnetic flux linkage estimation method according to one embodiment of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be freely modified within the scope of the present invention. For example, in the above-described embodiment, the line voltage detection unit 41 detects only the line voltage VUV . You may make it detect the voltage between. Further, the
１…回転機システム、２０…モータ、３０…インバータ、４１…線間電圧検出部、４２…制御部、Ｅｒｒ…鎖交磁束の許容誤差、ｆＳＷ…スイッチング周波数、ｆＬＶ…線間電圧の周波数、ＳＷ１～ＳＷ６…スイッチング素子、φｍ…鎖交磁束
REFERENCE SIGNS LIST 1
Claims (7)
前記回転機の複数相のコイルに駆動電力を供給する駆動回路と、
前記回転機の線間電圧を検出する検出器と、
前記駆動回路を制御して前記回転機の複数相のコイルに対する前記駆動電力の供給を予め規定された一定期間停止させ、前記一定期間内に前記検出器で検出される前記線間電圧を取得し、取得した前記線間電圧を用いて前記回転機における鎖交磁束を推定する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記回転機に対する前記駆動電力の供給停止、前記線間電圧の取得、及び前記回転機における鎖交磁束の推定を、人間の可聴域における最も長い周期よりも長い時間間隔で繰り返し行う、
回転機システム。 A rotating machine comprising a rotor having permanent magnets and a stator having multi-phase coils;
a drive circuit that supplies drive power to the multi-phase coils of the rotating machine;
a detector that detects the line voltage of the rotating machine;
controlling the drive circuit to stop the supply of the drive power to the coils of the multiple phases of the rotating machine for a predetermined period of time, and acquiring the line voltage detected by the detector within the period of time; , a control unit that estimates a magnetic flux linkage in the rotating machine using the acquired line voltage;
with
The control unit repeats stopping the supply of the driving power to the rotating machine, acquiring the line voltage, and estimating the magnetic flux linkage in the rotating machine at time intervals longer than the longest period in the human audible range. conduct,
rotating machine system.
前記制御部は、前記スイッチング素子のスイッチング周波数に対する前記線間電圧の周波数の割合が、前記回転機における鎖交磁束の許容誤差以下である場合には、前記線間電圧を１周期内において取得し、前記回転機における鎖交磁束の許容誤差よりも大である場合には、前記線間電圧を複数周期に亘って取得する、
請求項１から請求項４の何れか一項に記載の回転機システム。 The drive circuit is an inverter comprising a plurality of switching elements,
The control unit acquires the line voltage within one cycle when the ratio of the frequency of the line voltage to the switching frequency of the switching element is equal to or less than the allowable error of the interlinkage magnetic flux in the rotating machine. , if it is larger than the allowable error of the interlinkage magnetic flux in the rotating machine, the line voltage is obtained over a plurality of cycles;
The rotating machine system according to any one of claims 1 to 4 .
前記一定期間内に前記回転機の線間電圧を検出する検出器で検出される前記線間電圧を取得する第２ステップと、
取得した前記線間電圧を用いて前記回転機における鎖交磁束を推定する第３ステップと、
を含み、
前記第１ステップ、前記第２ステップ、及び前記第３ステップは、人間の可聴域における最も長い周期よりも長い時間間隔で繰り返し行われる、
鎖交磁束推定方法。 a first step of stopping supply of drive power to the multi-phase coils of a rotating machine comprising a rotor having permanent magnets and a stator having multi-phase coils for a predetermined period of time;
a second step of acquiring the line voltage detected by a detector that detects the line voltage of the rotating machine within the fixed period;
a third step of estimating a magnetic flux linkage in the rotating machine using the obtained line voltage;
including
The first step, the second step, and the third step are repeated at time intervals longer than the longest period in the human audible range,
Magnetic flux linkage estimation method.
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