JPH08308286A - Angular velocity of rotation detector for synchronous motor, angle velocity of rotation and controller and controlling method for the motor - Google Patents
Angular velocity of rotation detector for synchronous motor, angle velocity of rotation and controller and controlling method for the motorInfo
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- JPH08308286A JPH08308286A JP7137395A JP13739595A JPH08308286A JP H08308286 A JPH08308286 A JP H08308286A JP 7137395 A JP7137395 A JP 7137395A JP 13739595 A JP13739595 A JP 13739595A JP H08308286 A JPH08308286 A JP H08308286A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、同期電動機の回転角速
度検出装置、回転角度検出装置ならびに同期電動機の制
御装置及び制御方法に関し、詳しくはセンサレスで同期
電動機の回転角速度や回転速度を検出する技術、および
これを用いて同期電動機を制御する技術に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a rotational angular velocity detection device for a synchronous motor, a rotational angle detection device, and a synchronous motor control device and control method. More specifically, the present invention relates to a technique for detecting the rotational angular velocity and rotational speed of a synchronous motor without a sensor. , And a technique for controlling a synchronous motor using the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】同期電動機において、回転子の回転位置
をセンサを用いて検出するのではなく、三相コイルに流
れる電流に基づいて演算しようとする技術が提案されて
いる。例えば、平成５年電気学会産業応用部門全国大会
発表資料「電流制御誤差に基づくセンサレスブラシレス
ＤＣモータ制御の過渡特性」（野村尚史他）には、ベク
トル演算により、コイル電流の実電流とモデルにおける
推定電流との偏差△Ｉに基づいて、回転子の位置を推定
して各相電流を制御するものが開示されている。2. Description of the Related Art In a synchronous motor, a technique has been proposed in which the rotational position of a rotor is not detected by a sensor but is calculated based on the current flowing in a three-phase coil. For example, "Transient characteristics of sensorless brushless DC motor control based on current control error" (Naofumi Nomura et al.) Presented by the 1993 National Conference of Industrial Applications of the Institute of Electrical Engineers of Japan, the actual current of coil current and estimation in model It is disclosed that the position of the rotor is estimated and the current of each phase is controlled based on the deviation ΔI from the current.
【０００３】かかる制御装置では、回転子の回転位置を
検出するレゾルバなどのセンサが必要ないので、構成が
簡略となり、信頼性が向上する。Since such a control device does not require a sensor such as a resolver for detecting the rotational position of the rotor, the structure is simplified and the reliability is improved.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記技
術は、円筒型の同期モータをモデルとしており、回転子
の外周に設けられた永久磁石の間に突極を設け、リラク
タンストルクを積極的に利用したモータでは、回路のイ
ンダクタンスが回転子の位置により変動するため、こう
したセンサレス制御を用いることができない。However, the above-described technique is modeled on a cylindrical synchronous motor, and salient poles are provided between permanent magnets provided on the outer circumference of the rotor to positively utilize the reluctance torque. In such a motor, such a sensorless control cannot be used because the circuit inductance varies depending on the position of the rotor.
【０００５】本発明は、突極を有する回転子を備えた同
期電動機の回転角速度を検出し、この回転角速度を利用
して回転子の角度を推定する事を一つの目的とし、更に
この回転子の角度に基づいて三相コイルへの通電を制御
して同期電動機を制御することを目的としてなされた。One object of the present invention is to detect the rotational angular velocity of a synchronous motor equipped with a rotor having salient poles and estimate the rotor angle by utilizing this rotational angular velocity. The purpose was to control the energization to the three-phase coil based on the angle of the control of the synchronous motor.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】本願の請求項１の同期電
動機の回転角速度検出装置は、複数個の永久磁石の間に
突極を供えた回転子と、三相コイルを備えた固定子とを
有する同期電動機の回転子の角速度を検出する回転角速
度検出装置であって、前記三相コイルに流れる電流に基
づいて、同期電動機のｑ軸電流を演算するｑ軸電流演算
手段と、前記回転子の回転のモデルを記憶するモデル記
憶手段と、前記回転子の回転角から、直交二軸変換によ
り、実際の回転子のｄ−ｑ変換に対応したγ−δ変換し
て得られた平面上のδ軸の電流を、前記モデルに基づい
て演算するδ軸電流演算手段と、前記回転子の実際の回
転角速度と前記モデルに基づいて推定した回転角速度と
の偏差が、前記ｑ軸電流と前記δ軸電流との電流偏差に
比例するとして、前記回転子の推定回転角速度を、前回
の推定回転角速度と該電流偏差とから求める角速度演算
手段とを備えたことを要旨とする。According to a first aspect of the present invention, there is provided a synchronous motor rotational angular velocity detecting device comprising: a rotor having salient poles between a plurality of permanent magnets; and a stator having a three-phase coil. A rotational angular velocity detecting device for detecting an angular velocity of a rotor of a synchronous motor, comprising: q-axis current calculating means for calculating a q-axis current of the synchronous motor based on a current flowing through the three-phase coil; On a plane obtained by γ-δ conversion corresponding to the dq conversion of the actual rotor by the orthogonal biaxial conversion from the rotation angle of the rotor and the model storage means for storing the rotation model of The deviation between the δ-axis current calculation means for calculating the δ-axis current based on the model and the actual rotation angular velocity of the rotor and the rotation angular velocity estimated based on the model is the q-axis current and the δ As proportional to the current deviation from the shaft current, The gist of the present invention is to have an angular velocity calculation means for obtaining the estimated rotational angular velocity of the rotor from the previous estimated rotational angular velocity and the current deviation.
【０００７】また、本願の第２請求項の同期電動機の回
転角度検出装置は、複数個の永久磁石の間に突極を供え
た回転子と、三相コイルを備えた固定子とを有する同期
電動機の回転子の角速度を検出する回転角度検出装置で
あって、前記推定回転角速度を求める請求項１記載の回
転角速度検出装置と、前記三相コイルに流れる電流に基
づいて、同期電動機のｄ軸電流を演算するｄ軸電流演算
手段と、前記回転子の回転のモデルを記憶するモデル記
憶手段と、前記回転子の回転角から、直交二軸変換によ
り、実際の回転子のｄ−ｑ変換に対応したγ−δ変換し
て得られた平面上のγ軸の電流を、前記モデルに基づい
て演算するγ軸電流演算手段と、前記回転子の実際の回
転角度と前記モデルに基づいて推定した回転角度との偏
差が、前記ｄ軸電流と前記γ軸電流との電流偏差に比例
するとして、前記回転子の推定角度を、前回の推定角度
と前記推定回転角速度と該電流偏差とから求める角度演
算手段とを備えたことを要旨とする。Further, a rotation angle detecting device for a synchronous motor according to a second aspect of the present invention is a synchronous motor having a rotor having salient poles between a plurality of permanent magnets and a stator having a three-phase coil. A rotation angle detecting device for detecting an angular velocity of a rotor of an electric motor, wherein the rotation angular velocity detecting device according to claim 1 for obtaining the estimated rotation angular velocity, and a d-axis of a synchronous motor based on a current flowing through the three-phase coil. The d-axis current calculation means for calculating the current, the model storage means for storing the model of the rotation of the rotor, and the rotation angle of the rotor are subjected to orthogonal two-axis conversion to d-q conversion of the actual rotor. The γ-axis current on the plane obtained by the corresponding γ-δ conversion was estimated based on the γ-axis current calculation means for calculating based on the model, the actual rotation angle of the rotor and the model. The deviation from the rotation angle is the d-axis current As is proportional to the current deviation between the γ-axis current, the estimated angle of the rotor, and the gist that a angle calculating means for calculating from the previous estimated angle the estimated rotational angular velocity and said current deviation.
【０００８】更に、本願の請求項３の同期電動機の回転
角度検出装置は、請求項２記載の同期電動機の回転角度
検出装置であって、前記角速度演算手段に代えて、回転
子の現在位置に先立つ複数回の位置の所定時間当たりの
変化の移動平均として、前記回転子の推定回転角速度を
求める手段を備えたことを要旨とする。Further, a rotation angle detecting device for a synchronous motor according to claim 3 of the present application is the rotation angle detecting device for a synchronous motor according to claim 2, wherein the angular velocity calculating means is replaced by a current position of the rotor. The gist of the present invention is to provide means for obtaining an estimated rotational angular velocity of the rotor as a moving average of a plurality of preceding changes in position per predetermined time.
【０００９】本願第４請求項の同期電動機の制御装置
は、同期電動機の回転子の推定角度を求める請求項２ま
たは３記載の回転角度検出装置と、該求めた推定角度を
用いて、前記三相コイルへの通電を制御する制御手段と
を備えたことを要旨とする。A control device for a synchronous motor according to a fourth aspect of the present invention uses the rotation angle detecting device according to claim 2 or 3 for obtaining an estimated angle of a rotor of the synchronous motor, and the estimated angle thus obtained to use the three angles. The gist of the present invention is to include a control means for controlling energization to the phase coil.
【００１０】本願の第５請求項の同期電動機の制御方法
は、複数個の永久磁石の間に突極を供えた回転子と、三
相コイルを備えた固定子とを有する同期電動機の回転子
の角度と回転角速度とを検出し、該同期電動機の回転を
制御する方法であって、前記三相コイルに流れる電流に
基づいて、同期電動機のｄ軸電流を演算し、前記三相コ
イルに流れる電流に基づいて、同期電動機のｑ軸電流を
演算し、前記回転子の回転角から、直交二軸変換によ
り、実際の回転子のｄ−ｑ変換に対応したγ−δ変換し
て得られた平面上のγ軸の電流を、前記回転子の回転の
モデルに基づいて演算し、前記回転子の回転角から、直
交二軸変換により、実際の回転子のｄ−ｑ変換に対応し
たγ−δ変換して得られた平面上のδ軸の電流を、前記
モデルに基づいて演算し、前記回転子の実際の回転角度
と前記モデルに基づいて推定した回転角度との偏差が、
前記ｄ軸電流と前記γ軸電流との偏差に比例するとし
て、前記回転子の推定回転角速度を、前回の推定回転角
速度と該電流偏差とから求め、前記回転子の実際の回転
角速度と前記モデルに基づいて推定した回転角速度との
偏差が、前記ｑ軸電流と前記δ軸電流との偏差に比例す
るとして、前記回転子の推定角度を、前回の推定角度と
前記推定回転角速度と該電流偏差とから求め、該求めた
推定回転角速度に基づいて、前記三相コイルへの通電を
制御することを要旨とする。According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a synchronous motor control method including a rotor having salient poles between a plurality of permanent magnets and a stator having a three-phase coil. Is to detect the angle and the rotational angular velocity of the synchronous motor, and control the rotation of the synchronous motor. The d-axis current of the synchronous motor is calculated based on the current flowing through the three-phase coil, and the d-axis current flows through the three-phase coil. The q-axis current of the synchronous motor is calculated on the basis of the current, and is obtained by γ-δ conversion corresponding to the actual dq conversion of the actual rotor by orthogonal biaxial conversion from the rotation angle of the rotor. The current of the γ-axis on the plane is calculated based on the model of the rotation of the rotor, and from the rotation angle of the rotor, the γ-corresponding to the actual d-q conversion of the rotor by orthogonal biaxial conversion. The δ-axis current on the plane obtained by δ conversion is calculated based on the model. Deviation between the rotational angle estimated based on the actual rotation angle and the model of the rotor,
Assuming that it is proportional to the deviation between the d-axis current and the γ-axis current, the estimated rotational angular velocity of the rotor is obtained from the previous estimated rotational angular velocity and the current deviation, and the actual rotational angular velocity of the rotor and the model are calculated. Assuming that the deviation from the rotational angular velocity estimated on the basis of is proportional to the deviation between the q-axis current and the δ-axis current, the estimated angle of the rotor is calculated as the previous estimated angle, the estimated rotational angular velocity and the current deviation. From the above, the gist is to control the energization to the three-phase coil based on the obtained estimated angular velocity of rotation.
【００１１】[0011]
【作用】以上のように構成された請求項１の同期電動機
の回転角速度検出装置では、ｑ軸電流演算手段が、同期
電動機の三相コイルに流れる電流に基づいて、同期電動
機のｑ軸電流を演算する。また、δ軸電流演算手段が、
モデル記憶手段に記憶した回転子の回転のモデルに基づ
いて、回転子の回転角から、直交二軸変換により、実際
の回転子のｄ−ｑ変換に対応したγ−δ変換して得られ
た平面上のδ軸の電流を、演算する。これらの結果を利
用して、角速度演算手段が、回転子の回転角速度を次の
ようにして求める。即ち、回転子の実際の回転角速度と
モデルに基づいて推定した回転角速度との偏差が、ｑ軸
電流とδ軸電流との電流偏差に比例するとして、回転子
の推定回転角速度を、前回の推定回転角速度と電流偏差
とから求めるのである。In the rotational angular velocity detecting device for a synchronous motor according to claim 1 configured as described above, the q-axis current calculating means determines the q-axis current of the synchronous motor based on the current flowing through the three-phase coil of the synchronous motor. Calculate Further, the δ-axis current calculation means is
Based on the model of rotation of the rotor stored in the model storage means, the rotation angle of the rotor was obtained by γ-δ conversion corresponding to dq conversion of the actual rotor by orthogonal biaxial conversion. The δ-axis current on the plane is calculated. Utilizing these results, the angular velocity calculation means obtains the rotational angular velocity of the rotor as follows. That is, assuming that the deviation between the actual rotation angular velocity of the rotor and the rotation angular velocity estimated based on the model is proportional to the current deviation between the q-axis current and the δ-axis current, the estimated rotation angular velocity of the rotor is It is obtained from the rotational angular velocity and the current deviation.
【００１２】また、請求項２記載の回転角度検出装置
は、推定回転角速度を求める請求項１記載の回転角速度
検出装置を備え、この装置が求めた回転角速度を用い
る。また、ｄ軸電流演算手段が、三相コイルに流れる電
流に基づいて、同期電動機のｄ軸電流を演算する。γ軸
電流演算手段は、モデル記憶手段に記憶された回転子の
回転のモデルをに基づいて、回転子の回転角から直交二
軸変換により、実際の回転子のｄ−ｑ変換に対応したγ
−δ変換して得られた平面上のγ軸の電流を演算する。
そして、角度演算手段が、回転子の実際の回転角度と前
記モデルに基づいて推定した回転角度との偏差が、ｄ軸
電流と前記γ軸電流との電流偏差に比例するとして、回
転子の推定角度を、前回の推定角度と、回転角速度検出
装置が検出した推定回転角速度と電流偏差とから求め
る。A rotation angle detecting device according to a second aspect includes the rotation angular velocity detecting device according to the first aspect for obtaining an estimated rotation angular velocity, and uses the rotation angular velocity obtained by this device. The d-axis current calculation means calculates the d-axis current of the synchronous motor based on the current flowing through the three-phase coil. The γ-axis current calculation means corresponds to the actual dq conversion of the rotor by the orthogonal biaxial conversion from the rotation angle of the rotor based on the model of the rotation of the rotor stored in the model storage means.
The γ-axis current on the plane obtained by the −δ conversion is calculated.
Then, the angle calculation means assumes that the deviation between the actual rotation angle of the rotor and the rotation angle estimated based on the model is proportional to the current deviation between the d-axis current and the γ-axis current, and estimates the rotor. The angle is obtained from the previous estimated angle, the estimated rotational angular velocity detected by the rotational angular velocity detection device, and the current deviation.
【００１３】請求項３の回転角度検出装置は、請求項２
の角速度演算手段による複雑な演算に代えて、回転子の
現在位置に先立つ複数回の位置の所定時間当たりの変化
の移動平均として、回転子の推定回転角速度を求める。
従って、演算が簡略化される。A rotation angle detecting device according to a third aspect is the second aspect.
Instead of the complicated calculation by the angular velocity calculation means, the estimated rotational angular velocity of the rotor is obtained as a moving average of changes in the position of the rotor a plurality of times preceding the current position per predetermined time.
Therefore, the calculation is simplified.
【００１４】請求項４の同期電動機の制御装置および請
求項５の制御方法によれば、請求項２または３記載の回
転角度検出装置により回転子の回転角度を推定し、この
回転角度を用いて三相コイルへの通電を、制御手段が制
御する。従って、回転子の回転角度を検出するセンサな
どを用いることなく、同期電動機の回転を制御すること
ができる。According to the synchronous motor control device of the fourth aspect and the control method of the fifth aspect, the rotation angle of the rotor is estimated by the rotation angle detection device of the second or third aspect, and this rotation angle is used. The control means controls the energization of the three-phase coil. Therefore, the rotation of the synchronous motor can be controlled without using a sensor for detecting the rotation angle of the rotor.
【００１５】[0015]
【実施例】以上説明した本発明の構成・作用を一層明ら
かにするために、以下本発明の好適な実施例について説
明する。図１は、本発明の一実施例である同期モータ制
御装置２０及び回転制御される同期モータ４０の全体ブ
ロック図、図２は、同期モータ４０の構造を示す断面
図、図３は同じくそのＡ−Ａ′断面図である。Preferred embodiments of the present invention will be described below in order to further clarify the structure and operation of the present invention described above. FIG. 1 is an overall block diagram of a synchronous motor control device 20 and a rotation-controlled synchronous motor 40 according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a sectional view showing the structure of the synchronous motor 40, and FIG. It is a -A 'sectional view.
【００１６】まず、説明の都合上、図２，図３を用い
て、同期モータ４０の全体構造について説明する。この
同期モータ４０は、固定子３０と回転子５０とこれらを
収納するケース６０とからなる。回転子５０は、外周に
永久磁石５１ないし５４が貼付されており、その軸中心
に設けられた中空の回転軸５５を、ケース６０に設けら
れた軸受６１，６２により回転自在に軸支している。First, for convenience of description, the overall structure of the synchronous motor 40 will be described with reference to FIGS. The synchronous motor 40 includes a stator 30, a rotor 50, and a case 60 that houses them. The rotor 50 has permanent magnets 51 to 54 attached to its outer periphery, and a hollow rotating shaft 55 provided at the center of the rotor is rotatably supported by bearings 61 and 62 provided in a case 60. There is.
【００１７】回転子５０は、無方向性電磁鋼板を打ち抜
いて成形したロータ５７を複数枚積層したものである。
このロータ５７は、図２に示すように、その外周の４箇
所に、９０度ずつ隔たって突極７１ないし７４が設けら
れている。突極７１ないし７４は、ロータ５７に一体に
構成しても別部材により構成しても差し支えない。ロー
タ５７には、４箇所、組立用のピン５９を挿入する孔が
設けられており、このピン５９により位置決めしつつ積
層した後、積層体の前後にエンドプレート５７Ａ，５７
Ｂを配置する。この状態でピン５９の端部をエンドプレ
ート５７Ａ，５７Ｂに溶接またはかしめることで、積層
したロータ５７を固定する。ロータ５７の中心部は回転
軸５５が圧入されるように抜かれており、更に周り止め
用のキー溝５８が設けられているので、回転軸５５のキ
ー溝にキー５６を打ち込んだ状態で回転軸５５を、積層
されたロータ５７に挿入する。こうして回転子５０が組
み立てられる。The rotor 50 is formed by laminating a plurality of rotors 57 formed by punching non-oriented electrical steel sheets.
As shown in FIG. 2, the rotor 57 is provided with salient poles 71 to 74 at four positions on the outer circumference thereof at intervals of 90 degrees. The salient poles 71 to 74 may be formed integrally with the rotor 57 or may be formed by separate members. The rotor 57 is provided with holes for inserting the assembly pins 59 at four locations. After the pins 57 are positioned while being stacked by the pins 59, the end plates 57A, 57 are provided before and after the stack.
Place B. In this state, the ends of the pins 59 are welded or caulked to the end plates 57A and 57B to fix the laminated rotor 57. The center portion of the rotor 57 is removed so that the rotating shaft 55 is press-fitted, and a key groove 58 for preventing rotation is further provided. Therefore, the rotating shaft 55 is driven in a state where the key 56 is driven. 55 is inserted into the laminated rotor 57. Thus, the rotor 50 is assembled.
【００１８】回転子５０を形成した後、回転子５０の外
周面に、所定厚さの永久磁石５１ないし５４を軸方向に
亘って貼付する。この永久磁石５１ないし５４は、厚み
方向に磁化されている。この永久磁石５１ないし５４
は、回転子５０を固定子３０に組み付けると、隣接する
永久磁石およびロータ５７，ステータ２０を貫く磁路Ｍ
ｇを形成する（図２参照）。After forming the rotor 50, permanent magnets 51 to 54 having a predetermined thickness are attached to the outer peripheral surface of the rotor 50 in the axial direction. The permanent magnets 51 to 54 are magnetized in the thickness direction. These permanent magnets 51 to 54
When the rotor 50 is assembled to the stator 30, the magnetic path M penetrating the adjacent permanent magnet, rotor 57, and stator 20.
g (see FIG. 2).
【００１９】固定子３０を構成するステータ２０は、ロ
ータ５７と同じく無方向性電磁鋼板の薄板を打ち抜くこ
とで形成されており、図２に示すように、計１２個のテ
ィース２２を備える。また、ステータ２０の外周には、
固定用の溶接を行なうための切欠３４が８箇所、回り止
めのキーを挿入するキー溝３６が４箇所、各々設けられ
ている。固定子３０は、板状のステータ２０を、治具を
利用して位置決めしつつ積層し、その状態で外周に設け
られた切欠３４を溶接することで固定される。この状態
で、ティース２２間に形成されたスロット２４に、固定
子３０に回転磁界を発生させるコイル３２を巻回する。The stator 20, which constitutes the stator 30, is formed by punching out a thin sheet of non-oriented electrical steel sheet like the rotor 57, and has a total of 12 teeth 22 as shown in FIG. Also, on the outer periphery of the stator 20,
Eight cutouts 34 are provided for welding for fixing, and four key grooves 36 are provided for inserting a locking key. The stator 30 is fixed by stacking the plate-shaped stators 20 while positioning them using a jig, and welding the notches 34 provided on the outer periphery in this state. In this state, the coil 32 for generating the rotating magnetic field in the stator 30 is wound around the slot 24 formed between the teeth 22.
【００２０】こうして固定子３０を組み立てた後、ケー
ス６０に設けられたキー溝と、固定子３０の外周のキー
溝とを一致させ、ここに回り止めのキーを介装させつ
つ、ケース６０に固定子３０を組み付ける。更に回転子
５０をケース６０の軸受６１，６２により回転自在に組
み付けることにより、この同期モータ４０は完成する。After assembling the stator 30 in this manner, the key groove provided on the case 60 and the key groove on the outer periphery of the stator 30 are aligned with each other, and a key for preventing rotation is interposed therein, and the key groove is provided on the case 60. Assemble the stator 30. The synchronous motor 40 is completed by further rotatably assembling the rotor 50 with the bearings 61 and 62 of the case 60.
【００２１】固定子３０の固定子コイル３２に回転磁界
を発生するよう励磁電流を流すと、これにより隣接する
突極およびロータ５７，ステータ２０を貫く磁路Ｍｑが
形成される。尚、このモータ４０において、上述した永
久磁石５２により形成される磁束が回転子５０を径方向
に貫く軸をｄ軸と呼び、固定子３０の固定子コイル３２
により形成される磁束が回転子５０を径方向に貫く軸を
ｑ軸と呼ぶ。この実施例（極数４）では、両軸は電気的
には、９０度の角度をなしている。換言するならば、同
期モータ４０の無負荷誘導起電力Ｅ０と同相の軸がｑ
軸、これとベクトル的に直交する軸がｄ軸であり、これ
らのｄｑ軸に各相電流Ｉをベクトル分解することで同期
モータ４０の動作を簡易に把握し制御することができ
る。When an exciting current is supplied to the stator coil 32 of the stator 30 so as to generate a rotating magnetic field, a magnetic path Mq penetrating the adjacent salient pole, rotor 57 and stator 20 is thereby formed. In this motor 40, the axis through which the magnetic flux formed by the above-mentioned permanent magnet 52 penetrates the rotor 50 in the radial direction is called the d-axis, and the stator coil 32 of the stator 30 is called.
The axis through which the magnetic flux formed by pierces the rotor 50 in the radial direction is called the q axis. In this embodiment (four poles), both axes electrically form an angle of 90 degrees. In other words, the axis in phase with the no-load induced electromotive force E0 of the synchronous motor 40 is q
The axis and the axis orthogonal to this in the vector are d-axes, and by vector-dividing each phase current I into these dq-axes, the operation of the synchronous motor 40 can be easily grasped and controlled.
【００２２】図示するように実施例の同期モータ制御装
置１０は、電圧指令演算部１１，２相／３相変換部１
３，ＰＷＭ制御部１４，インバータ部１５，回転角度推
定部１６，３相／２相変換部１８から構成されている。
電圧指令演算部１１は、同期モータ４０の負荷状況など
に基づいて外部から与えられる電流指令Ｉｑ＊と、実際
に同期モータ４０に流れている３相電流をｄｑ座標軸上
の電流Ｉｄ，Ｉｑに変換した値との偏差に基づいて、ｄ
ｑ座標軸上の目標電圧Ｖｄ，Ｖｑを演算する。２相／３
相変換部１３は、電圧指令演算部１１から指令される目
標電圧Ｖｄ，Ｖｑを実際の３相の目標電圧Ｖｕ，Ｖｖ，
Ｖｗに変換する回路である。ＰＷＭ制御部１４は、こう
して得られた３相の目標電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを、図示
しない直流電源のオンオフにより実現するために、デュ
ーティに変換する。ＰＷＭ制御部１４からのオンオフ信
号に基づいて、インバータ部１５に設けられた６個のス
イッチング素子を制御して、同期モータ４０の三相コイ
ルの各々に印加する電圧が制御される。なお、インバー
タ部１５には、Ｕ相およびＶ相の電流を検出する電流セ
ンサが設けられており、Ｕ相電流Ｉｕ，Ｖ相電流Ｉｖを
検出している。As shown in the figure, the synchronous motor control device 10 of the embodiment includes a voltage command calculation unit 11, a two-phase / three-phase conversion unit 1.
3, PWM control unit 14, inverter unit 15, rotation angle estimation unit 16, and three-phase / two-phase conversion unit 18.
The voltage command calculator 11 converts a current command Iq * given from the outside based on the load condition of the synchronous motor 40 and the three-phase current actually flowing in the synchronous motor 40 into currents Id and Iq on the dq coordinate axes. Based on the deviation from the
The target voltages Vd and Vq on the q coordinate axis are calculated. 2 phase / 3
The phase conversion unit 13 converts the target voltages Vd and Vq commanded by the voltage command calculation unit 11 into the actual target voltages Vu and Vv of the three phases.
This is a circuit for converting to Vw. The PWM control unit 14 converts the thus obtained three-phase target voltages Vu, Vv, Vw into duty in order to realize by turning on / off a DC power supply (not shown). Based on the ON / OFF signal from the PWM control unit 14, the six switching elements provided in the inverter unit 15 are controlled to control the voltage applied to each of the three-phase coils of the synchronous motor 40. The inverter unit 15 is provided with a current sensor that detects the U-phase and V-phase currents, and detects the U-phase current Iu and the V-phase current Iv.
【００２３】回転角度推定部１６は、このＵ相電流Ｉｕ
およびＶ相電流Ｉｖに基づいて、同期モータ４０の回転
子の回転角度を推定する回路である。回転角度推定部１
６の詳細な構成については後述する。３相／２相変換部
１８は、この回転角度推定部１６にて推定された回転角
度θとインバータ部１５で検出した各相電流Ｉｕ，Ｉｖ
からｄｑ座標軸上の電流Ｉｄ，Ｉｑを算出する。The rotation angle estimator 16 detects the U-phase current Iu.
And a circuit for estimating the rotation angle of the rotor of the synchronous motor 40 based on the V-phase current Iv. Rotation angle estimation unit 1
The detailed configuration of 6 will be described later. The three-phase / two-phase converter 18 has the rotation angle θ estimated by the rotation angle estimator 16 and the phase currents Iu and Iv detected by the inverter 15.
Then, the currents Id and Iq on the dq coordinate axes are calculated.
【００２４】回転角度推定部１６とは、電流角速度計算
部１６１，電流推定部１６２，比較部１６３，電気角推
定部１６４から構成されている。電流角速度計算部１６
１は、回転角度推定部１６の内部に記憶している同期モ
ータ４０のモデルの電流ＩｄＭ，ＩｑＭを演算すると共
に、回転子の角速度αを演算するものである。実際に
は、Ｕ相，Ｖ相の相電流Ｉｕ，Ｉｖとｄｑ座標軸上の目
標電圧Ｖｄ，Ｖｑとから、電流ＩｄＭ，ＩｑＭおよび回
転子の角速度αを演算する。演算の詳細については、後
述する。また、電流推定部１６２は、各相電流Ｉｕ，Ｉ
ｖからｄｑ座標に変換した電流Ｉｄ，Ｉｑを推定する。
更に比較部１６３は、電流角速度計算部１６１と電流推
定部１６２とで算出あるいは推定された電流Ｉを比較す
る。そして、電気角推定部１６４は、この比較部１６３
の比較結果ΔＩと電流角速度計算部１６１にて算出され
た角速度αとから回転子の回転角度θ（即ち電気角）を
推定し、前記３相／２相変換部１８に出力するのであ
る。The rotation angle estimation unit 16 is composed of a current angular velocity calculation unit 161, a current estimation unit 162, a comparison unit 163, and an electrical angle estimation unit 164. Current angular velocity calculation unit 16
1 calculates the currents IdM and IqM of the model of the synchronous motor 40 stored inside the rotation angle estimation unit 16 and also calculates the angular velocity α of the rotor. Actually, the currents IdM and IqM and the angular velocity α of the rotor are calculated from the phase currents Iu and Iv of the U and V phases and the target voltages Vd and Vq on the dq coordinate axes. Details of the calculation will be described later. Further, the current estimation unit 162 uses the phase currents Iu and Iu.
The currents Id and Iq converted from v to dq coordinates are estimated.
Further, the comparison unit 163 compares the current I calculated or estimated by the current angular velocity calculation unit 161 and the current estimation unit 162. Then, the electrical angle estimation unit 164 uses the comparison unit 163.
The rotation angle θ (that is, the electrical angle) of the rotor is estimated from the comparison result ΔI and the angular velocity α calculated by the current angular velocity calculation unit 161, and is output to the three-phase / two-phase conversion unit 18.
【００２５】上記のごとく構成される同期モータ制御装
置１０は、回転子５０の回転角速度を求める回転角速度
検出装置，回転子５０の回転角度（電気角）を検出する
回転角度検出装置を内蔵し、検出した回転角度を用い
て、公知のｄｑ変換法により３相／２相変換した２軸の
電流Ｉｄ，Ｉｑを制御することで、同期モータ４０の入
力電気エネルギを直流値に変換した制御を行なう制御装
置として働く。The synchronous motor control device 10 constructed as described above has a built-in rotation angular velocity detection device for obtaining the rotation angular velocity of the rotor 50 and a rotation angle detection device for detecting the rotation angle (electrical angle) of the rotor 50. By controlling the two-axis currents Id and Iq that have been subjected to three-phase / two-phase conversion by the known dq conversion method using the detected rotation angle, control is performed by converting the input electric energy of the synchronous motor 40 into a DC value. Acts as a control device.
【００２６】本実施例の同期モータ制御装置１０は、実
際には、その電圧指令値演算部１１，２相／３相変換部
１３，回転角度推定部１６及び３相／２相変換部１８を
論理回路により構成している。図４は、その論理回路の
ブロック図であり、図示するようにＣＰＵ２０２，その
主記憶となるＲＡＭ２０３，後述するプログラムを不揮
発的に記憶しているＲＯＭ２０４，入力インタフェイス
２０６，出力インタフェイス２０８から構成されてい
る。このＲＯＭ２０４には図５にフローチャートを示す
電流制御プログラムが記憶されており、ＣＰＵ２０２は
この電流制御プログラムを適宜処理してＰＷＭ制御部１
４に出力する３相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを決定してい
る。この処理を実行することで、図１に示す各ブロック
の機能が実現されているのである。The synchronous motor control device 10 of the present embodiment actually includes the voltage command value calculation unit 11, the two-phase / 3-phase conversion unit 13, the rotation angle estimation unit 16 and the three-phase / 2-phase conversion unit 18. It is composed of logic circuits. FIG. 4 is a block diagram of the logic circuit, which includes a CPU 202, a RAM 203 serving as a main memory thereof, a ROM 204 which stores a program described later in a nonvolatile manner, an input interface 206, and an output interface 208 as shown in the figure. Has been done. A current control program whose flow chart is shown in FIG. 5 is stored in the ROM 204, and the CPU 202 appropriately processes the current control program to execute the PWM control unit 1.
The three-phase voltages Vu, Vv, Vw to be output to 4 are determined. By executing this process, the function of each block shown in FIG. 1 is realized.
【００２７】そこで、図５のフローチャートに沿って、
本実施例の電流制御について説明する。図５に示した角
度演算，モータ制御ルーチンが開始されると、ＣＰＵ２
０２は、入力インタフェイス２０６を介して、まずイン
バータ部１５の図示しない電流センサから、Ｕ相，Ｖ相
電流Ｉｕ，Ｉｖを読み込む処理を行なう（ステップＳ３
００）。なお、処理が離散的に行なわれる関係で、現在
の値を示す場合には、各変数名の後にサフィックス（ｎ
＋１）を付けて表示する。従って、Ｉｕ（ｎ＋１）であ
れば、処理している時点でのＵ相電流の値を示し、Ｉｕ
（ｎ）であれば前回値を示すことになる。なお、処理の
時点を問題にしない場合には、サフィックスを付けずに
表示することがある。Therefore, according to the flow chart of FIG.
The current control of this embodiment will be described. When the angle calculation and motor control routines shown in FIG. 5 are started, the CPU 2
02 performs processing of reading U-phase and V-phase currents Iu and Iv from a current sensor (not shown) of the inverter unit 15 via the input interface 206 (step S3).
00). Since the processing is performed discretely, when the current value is shown, the suffix (n
Display with +1). Therefore, if Iu (n + 1), the value of the U-phase current at the time of processing is indicated, and Iu (n + 1)
In the case of (n), the previous value is shown. If the time of processing is not a problem, it may be displayed without a suffix.
【００２８】Ｉｕ，Ｉｖを読み込んだ後、この電流値Ｉ
ｕ，Ｉｖと電圧指令値Ｖｄ，Ｖｑとから、同期モータ制
御装置１０の内部に用意されたモータのモデルにおける
回転角速度αと電流推定値ＩｄＭ，ＩｑＭを演算する処
理、およびモデルにおける回転角度θＭを推定する演算
処理を行なう（ステップＳ３１０）。この演算は、次式
（１）に従って行なわれる。After reading Iu and Iv, this current value I
From u, Iv and the voltage command values Vd, Vq, the process of calculating the rotational angular velocity α and the current estimated values IdM, IqM in the model of the motor prepared inside the synchronous motor control device 10, and the rotational angle θM in the model are calculated. A calculation process for estimating is performed (step S310). This calculation is performed according to the following equation (1).
【００２９】[0029]
【数１】 [Equation 1]
【００３０】なお、上記式（１）において、Ｌｄは同期
モータ４０のｄ軸インダクタンス、Ｌｑはｑ軸インダク
タンスであり、これらは電気角によって変動するから、
サフィックス（ｎ）が異なれば、本来異なる値となる
が、本実施例ではＬｑ，Ｌｄは三相コイル３２に流れる
電流から求められるインダクタンスのうち、最高インダ
クタンスをＬｑとし、最低インダクタンスをＬｄとして
計算に用いた。In the above formula (1), Ld is the d-axis inductance of the synchronous motor 40, Lq is the q-axis inductance, and these vary depending on the electrical angle.
If the suffix (n) is different, the values are originally different. However, in the present embodiment, Lq and Ld are calculated by setting the maximum inductance as Lq and the minimum inductance as Ld among the inductances obtained from the currents flowing in the three-phase coil 32. Using.
【００３１】式（１）の根拠を示す。図６は、同期モー
タ４０における回転子５０の位置を模式的に示す説明図
である。図示するように、同期モータ４０の回転子５０
の回転角度をθ、、同期モータ制御装置１０が内部のモ
デルとして推定している回転角度をθＭとする。即ち、
実際の回転角度θに対して推定している角度θＭが、△
θだけずれているとする。回転子５０の実際の回転角度
θに対応した直交二軸（ｄ−ｑ軸）変換と同様に、モデ
ルにより推定した角度θＭによってこれを直交二軸変換
した平面をγ−δ平面とする。両角度のずれ△θが十分
に小さければ、 ｓｉｎ△θ≒△θ ｃｏｓ△θ≒１ と近似できるから、突極を備えた同期モータ４０の電圧
方程式は、次式（２）により表わすことができる。The basis of the equation (1) will be shown. FIG. 6 is an explanatory diagram schematically showing the position of the rotor 50 in the synchronous motor 40. As shown, the rotor 50 of the synchronous motor 40
Is θ, and the rotation angle estimated by the synchronous motor control device 10 as an internal model is θM. That is,
The estimated angle θM with respect to the actual rotation angle θ is Δ
It is assumed that there is a deviation of θ. Similarly to the orthogonal biaxial (dq axis) conversion corresponding to the actual rotation angle θ of the rotor 50, a plane obtained by orthogonally biaxially converting this by the angle θM estimated by the model is defined as a γ-δ plane. If the deviation Δθ between both angles is sufficiently small, it can be approximated as sin Δθ≈Δθ cos Δθ≈1, and therefore the voltage equation of the synchronous motor 40 having salient poles can be expressed by the following equation (2). it can.
【００３２】[0032]
【数２】 [Equation 2]
【００３３】上式（２）をオイラー近似を用いて離散系
にして整理すると、次式（３）を得る。なお、Ｔはサン
プリングタイムであり、本実施例では２００マイクロセ
カンドである。When the above equation (2) is arranged into a discrete system using Euler approximation, the following equation (3) is obtained. Note that T is a sampling time, which is 200 microseconds in this embodiment.
【００３４】[0034]
【数３】 (Equation 3)
【００３５】これを電流について解くと、次式（４Ａ）
を得る。また、モデルに関してモデル電流ＩｄＭ、Ｉｑ
Ｍを考えて、これについて解くと、△θ（ｎ）＝０とな
るため、次式（４Ｂ）を得る。Solving this for the current, the following equation (4A)
Get. Also, regarding the model, the model currents IdM and Iq
Considering M and solving for this, Δθ (n) = 0, so the following equation (4B) is obtained.
【００３６】[0036]
【数４】 [Equation 4]
【００３７】両電流の偏差△Ｉγ（ｎ＋１），△Ｉδ
（ｎ＋１）を、 △Ｉγ（ｎ＋１）＝Ｉγ（ｎ＋１）−ＩγＭ（ｎ＋１） △Ｉδ（ｎ＋１）＝Ｉδ（ｎ＋１）−ＩδＭ（ｎ＋１） と定義すると、上式（４Ａ），（４Ｂ）から、次式
（５）を得る。Deviations of both currents ΔIγ (n + 1), ΔIδ
If (n + 1) is defined as ΔIγ (n + 1) = Iγ (n + 1) −IγM (n + 1) ΔIδ (n + 1) = Iδ (n + 1) −IδM (n + 1), then from the above equations (4A) and (4B), The following expression (5) is obtained.
【００３８】[0038]
【数５】 (Equation 5)
【００３９】式（５）を用いて、△θ（ｎ）と△α
（ｎ）についてまとめると、次式（６）を得る。Using equation (5), Δθ (n) and Δα
Summarizing about (n), the following equation (6) is obtained.
【００４０】[0040]
【数６】 (Equation 6)
【００４１】以上の計算の結果、実際の同期モータ４０
の回転角度とモデルを用いて推定した回転角度との偏差
△θは、実際のモータ電流Ｉγ（ｄ軸電流Ｉｄに相当す
る電流）とモデルの電流Ｉγとの差に比例し、実際の同
期モータ４０の回転角速度とモデルを用いて推定した回
転角速度との偏差△αは、実際のモータ電流Ｉδ（ｑ軸
電流Ｉｑに相当する電流）とモデルの電流Ｉδとの差に
比例することが分かる。As a result of the above calculation, the actual synchronous motor 40
The deviation Δθ between the rotation angle estimated by using the model and the rotation angle estimated using the model is proportional to the difference between the actual motor current Iγ (current corresponding to the d-axis current Id) and the model current Iγ, and the actual synchronous motor It can be seen that the deviation Δα between the rotational angular velocity of 40 and the rotational angular velocity estimated using the model is proportional to the difference between the actual motor current Iδ (current corresponding to the q-axis current Iq) and the model current Iδ.
【００４２】次に、式（６）を、前回値に差分を加えて
現在値を求めると考えて変形し回転角度の推定値θＭと
角速度の推定値αＭとを求める次式（７Ａ）を導き、更
にここから回転角速度αＭおよび回転角度θＭを推定す
る処理を施して、次式（７Ｂ）を得た。Next, the equation (6) is modified by considering that the previous value is added to the difference to obtain the current value, and the following equation (7A) for obtaining the estimated value θM of the rotation angle and the estimated value αM of the angular velocity is derived. Further, the processing for estimating the rotational angular velocity αM and the rotational angle θM was further performed from here to obtain the following expression (7B).
【００４３】[0043]
【数７】 (Equation 7)
【００４４】実際の回転角度とモデルを用いて推定した
角度とが良く一致していれば、△θ≒０となるので、△
Ｉγ≒△Ｉｄ、△Ｉδ≒△Ｉｑと置き換えることができ
る。この置き換えをすることで、ステップＳ３１０での
演算用いた式（１）が得られる。なお、ステップＳ３１
０での処理が、図１の回転角度推定部１６に相当する。If the actual rotation angle and the angle estimated using the model are in good agreement, then Δθ≈0, so Δ
It can be replaced with Iγ≈ΔId and ΔIδ≈ΔIq. By performing this replacement, the equation (1) used in the calculation in step S310 is obtained. Note that step S31
The process of 0 corresponds to the rotation angle estimation unit 16 of FIG.
【００４５】こうして回転子５０の回転角度θＭを推定
した後、この角度θＭを用いて、同期モータ４０の固定
子コイル３２の電流Ｉｕ，Ｉｖから、ｄ軸，ｑ軸の電流
に変換する処理を行なう（ステップＳ３３０）。電流は
Ｕ，Ｖ，Ｗの三相に流れているが、その総和はゼロなの
で、二つの相に流れる電流Ｉｕ，ｉｖを測定すれば、電
流Ｉｗについては測定する必要はない。同期モータ４０
のｄ軸，ｑ軸の電流値への変換は、次式（８）に示す演
算により行なわれる。なお、この処理が、図１の３相／
２相変換部１８に相当する。After the rotation angle θM of the rotor 50 is estimated in this way, a process of converting the currents Iu and Iv of the stator coil 32 of the synchronous motor 40 into the d-axis and q-axis currents using this angle θM is performed. Perform (step S330). The currents flow in the three phases U, V, W, but the sum of them is zero. Therefore, if the currents Iu, iv flowing in the two phases are measured, it is not necessary to measure the current Iw. Synchronous motor 40
Is converted into the current values of the d-axis and the q-axis by the calculation shown in the following equation (8). In addition, this process is the three phases of FIG.
It corresponds to the two-phase conversion unit 18.
【００４６】[0046]
【数８】 (Equation 8)
【００４７】ここで座標変換を行なうのは、永久磁石型
の同期電動機においては、ｄ軸およびｑ軸の電流が、ト
ルクを制御する上で本質的な量だからである。もとよ
り、三相のまま制御することも可能である。２軸の電流
値に変換した後、電流指令値Ｉｑ＊を読み込み（ステッ
プＳ３４０）、読み込んだ電流指令値Ｉｑ＊とステップ
Ｓ３３０で変換した電流Ｉｑと偏差を求め、各軸の電圧
指令値Ｖｄ，Ｖｑを求める処理を行なう（ステップＳ３
５０）。The coordinate conversion is performed here because, in the permanent magnet type synchronous motor, the d-axis and q-axis currents are essential amounts for controlling the torque. Of course, it is also possible to control the three phases as they are. After converting into the current value of two axes, the current command value Iq * is read (step S340), the read current command value Iq * and the current Iq converted in step S330 are obtained, and the voltage command value Vd of each axis is calculated. A process for obtaining Vq is performed (step S3).
50).
【００４８】こうして求めた電圧指令値をステップＳ３
３０で行なった変換の逆変換に相当する座標変換（二相
−三相変換）を行ない（ステップＳ３６０）、実際に三
相コイル３２に印加する電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを求める
処理を行なう。各電圧は、次式（９）により求める。こ
の処理が、２相／３相変換部１３に相当する。The voltage command value thus obtained is set in step S3.
Coordinate conversion (two-phase to three-phase conversion) corresponding to the inverse conversion of the conversion performed in 30 is performed (step S360), and the process of actually obtaining the voltages Vu, Vv, Vw applied to the three-phase coil 32 is performed. Each voltage is obtained by the following equation (9). This processing corresponds to the 2-phase / 3-phase conversion unit 13.
【００４９】[0049]
【数９】 [Equation 9]
【００５０】こうして各相に印加すべき電圧を求めた
後、更にこの電圧をＰＷＭにより実現すべく、パルス幅
に変換する処理を行なう（ステップＳ３７０）。この処
理がＰＷＭ制御部１４に相当する。以上の処理の後、
「ＥＮＤ」に抜けて本処理ルーチンを終了する。After the voltage to be applied to each phase is obtained in this way, a process of converting the voltage into a pulse width is performed to realize this voltage by PWM (step S370). This process corresponds to the PWM control unit 14. After the above processing,
This processing routine is ended by exiting to "END".
【００５１】以上説明した処理を繰り返すことにより、
同期モータ４０の回転子５０の回転に伴って、回転角度
推定部１６は、内部的には回転角速度の推定を伴いつ
つ、回転子５０の回転角度をモデルを用いて次々と推定
して行く。この回転角度の推定を受けて、同期モータ制
御装置１０は同期モータ４０の固定子コイル３２に流れ
る電流を制御し、必要なトルクで同期モータ４０を運転
する。By repeating the processing described above,
With the rotation of the rotor 50 of the synchronous motor 40, the rotation angle estimation unit 16 estimates the rotation angle of the rotor 50 one after another using a model while internally estimating the rotation angular velocity. In response to the estimation of the rotation angle, the synchronous motor control device 10 controls the current flowing through the stator coil 32 of the synchronous motor 40 and operates the synchronous motor 40 with a required torque.
【００５２】本実施例において回転子５０の回転角度を
推定した一例を図７に示す。この例では同期モータ４０
の回転軸５５にレゾルバを設けて実際の回転角度を計測
した。これが図７の実線Ｊである。これに対して、同期
モータ制御装置１０の回転角度推定部１６により推定し
た回転角度を破線ＢＢとして示した。図示するように、
中高速で回転する回転子５０の回転角度を精度良く推定
できることが分かる。実際、推定した回転角度を用いて
固定子コイル３２の電流を制御することができ、その場
合の効率は、回転角度を検出するセンサを設けた場合と
較べてほとんど変わらなかった。FIG. 7 shows an example of estimating the rotation angle of the rotor 50 in this embodiment. In this example, the synchronous motor 40
An actual rotation angle was measured by providing a resolver on the rotation shaft 55 of. This is the solid line J in FIG. On the other hand, the rotation angle estimated by the rotation angle estimation unit 16 of the synchronous motor control device 10 is shown by a broken line BB. As shown
It is understood that the rotation angle of the rotor 50 rotating at medium and high speeds can be accurately estimated. In fact, the estimated rotation angle can be used to control the current of the stator coil 32, and the efficiency in that case was almost the same as that when the sensor for detecting the rotation angle was provided.
【００５３】以上説明したように、本実施例の同期モー
タ制御装置１０によれば、同期モータ４０の回転角度を
検出するセンサを設けることなく、固定子コイル３２に
流れる電流のみから、突極７１を有する同期モータ４０
の回転角度を精度良く検出することができる。また、検
出した回転角度に基づいて、同期モータ４０の運転を高
効率で制御することができる。As described above, according to the synchronous motor control device 10 of the present embodiment, the salient pole 71 is generated only from the current flowing through the stator coil 32 without providing a sensor for detecting the rotation angle of the synchronous motor 40. Motor 40 having
It is possible to accurately detect the rotation angle of the. Further, the operation of the synchronous motor 40 can be controlled with high efficiency based on the detected rotation angle.
【００５４】次に、本発明の第２実施例について説明す
る。第２実施例の同期モータ制御装置１０は、第１実施
例で示した式（１）における回転角速度αの演算を、次
式により行なうものである。即ち、式（１）におけるα
Ｍ（ｎ＋１），αＭ（ｎ）を、それぞれ式（１０Ａ）
（１０Ｂ）により演算するのである。それ以外のハード
ウェア、ソフトウェア上の構成は、第１実施例と同一で
ある。Next, a second embodiment of the present invention will be described. The synchronous motor control device 10 of the second embodiment performs the calculation of the rotational angular velocity α in the equation (1) shown in the first embodiment by the following equation. That is, α in equation (1)
M (n + 1) and αM (n) are respectively expressed by formula (10A).
It is calculated by (10B). The other hardware and software configurations are the same as in the first embodiment.
【００５５】[0055]
【数１０】 [Equation 10]
【００５６】上記第２実施例によれば、角速度の推定を
行なう演算が簡略になり、計算を求めるまでの時間を大
幅に短縮することができる。もとより演算速度は、ＣＰ
Ｕ２０２の能力やバスの能力等によっても相違するが、
本実施例では、同一のＣＰＵ２０２を用いた第１実施例
と較べて、演算時間を約半分に短縮することができた。
この結果、図５に示した同期モータ４０の制御の１サイ
クルに要する時間も短縮でき、サンプリングタイムＴを
１００マイクロセカンドに短縮することができた。According to the second embodiment, the calculation for estimating the angular velocity is simplified, and the time required to obtain the calculation can be greatly shortened. The calculation speed is CP
It depends on the ability of U202 and the ability of the bus.
In this embodiment, as compared with the first embodiment using the same CPU 202, the calculation time could be reduced to about half.
As a result, the time required for one cycle of control of the synchronous motor 40 shown in FIG. 5 can be shortened, and the sampling time T can be shortened to 100 microseconds.
【００５７】第２実施例で用いた式（１０Ａ）（１０
Ｂ）は、回転子５０の回転速度の急激な変動がないとの
前提での近似を行なっており、回転角速度の演算精度は
本来僅かに低下する（特に過渡時）。しかし、サンプリ
ングタイムＴを短くできることにより精度は改善される
から、全体としては第１実施例と第２実施例とで、回転
角度検出上の精度の差は認められず、定常運転時には、
第２実施例のによる検出の方が高い精度を示した。Equations (10A) and (10) used in the second embodiment.
In B), the approximation is performed on the assumption that there is no sudden change in the rotation speed of the rotor 50, and the calculation accuracy of the rotation angular speed is slightly reduced in nature (especially during transition). However, since the accuracy can be improved by shortening the sampling time T, there is no difference in accuracy in detecting the rotation angle between the first embodiment and the second embodiment as a whole, and during steady operation,
The detection according to the second embodiment showed higher accuracy.
【００５８】以上本発明の実施例について説明したが、
本発明はこうした実施例に何等限定されるものではな
く、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々な
る態様で実施し得ることは勿論である。The embodiments of the present invention have been described above.
The present invention is not limited to these examples, and it goes without saying that the present invention can be implemented in various modes without departing from the scope of the present invention.
【００５９】[0059]
【発明の効果】以上説明したように請求項１に記載した
同期電動機の回転角速度検出装置では、特別なセンサを
設けることなく、突極を有する同期電動機の回転角速度
を検出することができるという優れた効果を奏する。As described above, in the rotational angular velocity detecting device for a synchronous motor according to the first aspect, it is possible to detect the rotational angular velocity of a synchronous motor having salient poles without providing a special sensor. Produce the effect.
【００６０】また、請求項２または３記載の同期電動機
の回転角度検出装置によれば、特別センサを設けること
なく、突極を有する同期電動機の回転角度、延いては電
気角を検出することができるという優れた効果を奏す
る。Further, according to the rotation angle detecting device of the synchronous motor of the second or third aspect, it is possible to detect the rotation angle of the synchronous motor having salient poles, and further the electrical angle, without providing a special sensor. It has an excellent effect that it can be done.
【００６１】請求項４記載の同期電動機の制御装置およ
び請求項５記載の制御方法によれば、回転子の回転角度
を検出するセンサなどを用いることなく、同期電動機の
回転を精度良く制御することができるという優れた効果
を奏する。According to the synchronous motor control device of the fourth aspect and the control method of the fifth aspect, the rotation of the synchronous motor can be accurately controlled without using a sensor or the like for detecting the rotation angle of the rotor. It has an excellent effect that
【図１】本発明の一実施例である同期モータ制御装置１
０の機能上の構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a synchronous motor control device 1 according to an embodiment of the present invention.
It is a block diagram which shows the functional structure of 0.
【図２】同期モータ４０の構成を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a configuration of a synchronous motor 40.
【図３】同じく図２のＡ−Ａ′断面図である。FIG. 3 is a sectional view taken along line AA ′ of FIG.
【図４】同期モータ制御装置１０の一部のハードウェア
構成を示すブロック図である。FIG. 4 is a block diagram showing a partial hardware configuration of the synchronous motor control device 10.
【図５】ＣＰＵ２０２が実行する角度演算モータ制御ル
ーチンを示すフローチャートである。FIG. 5 is a flowchart showing an angle calculation motor control routine executed by a CPU 202.
【図６】同期モータ４０を制御する上でのモデルを説明
する説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating a model for controlling the synchronous motor 40.
【図７】実施例における回転角度の推定の様子を示すグ
ラフである。FIG. 7 is a graph showing how the rotation angle is estimated in the example.
１０…同期モータ制御装置 １１…電圧指令演算部 １３…２相／３相変換部 １４…ＰＷＭ制御部 １５…インバータ部 １６…回転角度推定部 １８…３相／２相変換部 ２０…ステータ ２０…同期モータ制御装置 ２２…ティース ２４…スロット ３０…固定子 ３２…三相コイル ３４…切欠 ３６…キー溝 ４０…モータ ４０…同期モータ ５０…回転子 ５１〜５４…永久磁石 ５５…回転軸 ５６…キー ５７…ロータ ５７Ａ，５７Ｂ…エンドプレート ５８…キー溝 ５９…ピン ６０…ケース ６１，６２…軸受 ７１〜７４…突極 １６１…電流角速度計算部 １６２…電流推定部 １６３…比較部 １６４…電気角推定部 ２０２…ＣＰＵ ２０３…ＲＡＭ ２０４…ＲＯＭ ２０６…入力インタフェイス ２０８…出力インタフェイス DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Synchronous motor control device 11 ... Voltage command calculation part 13 ... 2 phase / 3 phase conversion part 14 ... PWM control part 15 ... Inverter part 16 ... Rotation angle estimation part 18 ... 3 phase / 2 phase conversion part 20 ... Stator 20 ... Synchronous motor control device 22 ... Teeth 24 ... Slot 30 ... Stator 32 ... Three-phase coil 34 ... Notch 36 ... Key groove 40 ... Motor 40 ... Synchronous motor 50 ... Rotor 51-54 ... Permanent magnet 55 ... Rotation shaft 56 ... Key 57 ... Rotor 57A, 57B ... End plate 58 ... Key groove 59 ... Pin 60 ... Case 61, 62 ... Bearings 71-74 ... Salient pole 161 ... Current angular velocity calculation part 162 ... Current estimation part 163 ... Comparison part 164 ... Electrical angle estimation Part 202 ... CPU 203 ... RAM 204 ... ROM 206 ... Input interface 208 ... Output interface
Claims (5)
転子と、三相コイルを備えた固定子とを有する同期電動
機の回転子の角度を検出する回転角速度検出装置であっ
て、 前記三相コイルに流れる電流に基づいて、同期電動機の
ｑ軸電流を演算するｑ軸電流演算手段と、 前記回転子の回転のモデルを記憶するモデル記憶手段
と、 前記回転子の回転角から、直交二軸変換により、実際の
回転子のｄ−ｑ変換に対応したγ−δ変換して得られた
平面上のδ軸の電流を、前記モデルに基づいて演算する
δ軸電流演算手段と、 前記回転子の実際の回転角速度と前記モデルに基づいて
推定した回転角速度との偏差が、前記ｑ軸電流と前記δ
軸電流との電流偏差に比例するとして、前記回転子の推
定回転角速度を、前回の推定回転角速度と該電流偏差と
から求める角速度演算手段とを備えた同期電動機の回転
角速度検出装置。1. A rotational angular velocity detecting device for detecting an angle of a rotor of a synchronous motor, comprising: a rotor having salient poles provided between a plurality of permanent magnets; and a stator having a three-phase coil. A q-axis current calculation means for calculating a q-axis current of the synchronous motor based on a current flowing through the three-phase coil; a model storage means for storing a model of rotation of the rotor; and a rotation angle of the rotor. , Δ-axis current calculation means for calculating the δ-axis current on the plane obtained by the γ-δ conversion corresponding to the dq conversion of the actual rotor by the orthogonal biaxial conversion, based on the model. , The deviation between the actual rotational angular velocity of the rotor and the rotational angular velocity estimated based on the model is calculated by the q-axis current and the δ
A rotational angular velocity detection device for a synchronous motor, comprising: an angular velocity calculation means for obtaining the estimated rotational angular velocity of the rotor from the previous estimated rotational angular velocity and the current deviation as being proportional to the current deviation from the shaft current.
転子と、三相コイルを備えた固定子とを有する同期電動
機の回転子の角速度を検出する回転角度検出装置であっ
て、 前記推定回転角速度を求める請求項１記載の回転角速度
検出装置と、 前記三相コイルに流れる電流に基づいて、同期電動機の
ｄ軸電流を演算するｄ軸電流演算手段と、 前記回転子の回転のモデルを記憶するモデル記憶手段
と、 前記回転子の回転角から、直交二軸変換により、実際の
回転子のｄ−ｑ変換に対応したγ−δ変換して得られた
平面上のγ軸の電流を、前記モデルに基づいて演算する
γ軸電流演算手段と、 前記回転子の実際の回転角度と前記モデルに基づいて推
定した回転角度との偏差が、前記ｄ軸電流と前記γ軸電
流との電流偏差に比例するとして、前記回転子の推定角
度を、前回の推定角度と前記推定回転角速度と該電流偏
差とから求める角度演算手段とを備えた同期電動機の回
転角度検出装置。2. A rotation angle detecting device for detecting an angular velocity of a rotor of a synchronous motor, comprising: a rotor having salient poles between a plurality of permanent magnets; and a stator having a three-phase coil. The rotation angular velocity detecting device according to claim 1, wherein the estimated rotation angular velocity is obtained, a d-axis current calculation unit that calculates a d-axis current of the synchronous motor based on a current flowing through the three-phase coil, and a rotation of the rotor. And a γ-axis on a plane obtained by γ-δ conversion corresponding to dq conversion of an actual rotor by orthogonal biaxial conversion from a rotation angle of the rotor. The deviation of the actual rotation angle of the rotor from the rotation angle estimated on the basis of the model, the d-axis current and the γ-axis current The rotor as proportional to the current deviation from The rotation angle detecting device for a synchronous motor, comprising: an angle calculating unit that calculates the estimated angle from the previous estimated angle, the estimated rotational angular velocity, and the current deviation.
出装置であって、 前記角速度演算手段に代えて、回転子の現在位置に先立
つ複数回の位置の所定時間当たりの変化の移動平均とし
て、前記回転子の推定回転角速度を求める手段を備えた
同期電動機の回転角度検出装置。3. The rotation angle detecting device for a synchronous motor according to claim 2, wherein, instead of the angular velocity calculating means, a moving average of changes in a plurality of positions preceding the current position of the rotor per predetermined time period is used. A rotation angle detection device for a synchronous motor, comprising a means for obtaining an estimated rotation angular velocity of the rotor.
求項２または３記載の回転角度検出装置と、 該求めた推定角度を用いて、前記三相コイルへの通電を
制御する制御手段とを備えた同期電動機の制御装置。4. A rotation angle detecting device according to claim 2 or 3 for obtaining an estimated angle of a synchronous electric rotor, and control means for controlling energization to the three-phase coil using the obtained estimated angle. A control device for a synchronous motor equipped with.
転子と、三相コイルを備えた固定子とを有する同期電動
機の回転子の角度と回転角速度とを検出し、該同期電動
機の回転を制御する方法であって、 前記三相コイルに流れる電流に基づいて、同期電動機の
ｄ軸電流を演算し、 前記三相コイルに流れる電流に基づいて、同期電動機の
ｑ軸電流を演算し、 前記回転子の回転角から、直交二軸変換により、実際の
回転子のｄ−ｑ変換に対応したγ−δ変換して得られた
平面上のγ軸の電流を、前記回転子の回転のモデルに基
づいて演算し、 前記回転子の回転角から、直交二軸変換により、実際の
回転子のｄ−ｑ変換に対応したγ−δ変換して得られた
平面上のδ軸の電流を、前記モデルに基づいて演算し、 前記回転子の実際の回転角度と前記モデルに基づいて推
定した回転角度との偏差が、前記ｄ軸電流と前記γ軸電
流との偏差に比例するとして、前記回転子の推定回転角
速度を、前回の推定回転角速度と該電流偏差とから求
め、 前記回転子の実際の回転角速度と前記モデルに基づいて
推定した回転角速度との偏差が、前記ｑ軸電流と前記δ
軸電流との偏差に比例するとして、前記回転子の推定角
度を、前回の推定角度と前記推定回転角速度と該電流偏
差とから求め、 該求めた推定回転角速度に基づいて、前記三相コイルへ
の通電を制御する同期電動機の制御方法。5. A synchronous motor having a rotor having salient poles between a plurality of permanent magnets and a stator having a three-phase coil, detects an angle and a rotational angular velocity of the rotor, and synchronizes the same. A method of controlling rotation of an electric motor, comprising: calculating a d-axis current of a synchronous motor based on a current flowing through the three-phase coil; and calculating a q-axis current of the synchronous motor based on a current flowing through the three-phase coil. The γ-axis current on a plane obtained by performing a γ-δ conversion corresponding to the actual dq conversion of the rotor by orthogonal biaxial conversion from the rotation angle of the rotor is calculated. Is calculated based on the rotation model of the rotor, and from the rotation angle of the rotor, by the orthogonal biaxial conversion, the δ axis on the plane obtained by γ-δ conversion corresponding to the dq conversion of the actual rotor. Current is calculated based on the model, and the actual rotation angle of the rotor and the model are calculated. Assuming that the deviation from the rotation angle estimated based on the above is proportional to the deviation between the d-axis current and the γ-axis current, the estimated rotation angular velocity of the rotor is calculated from the previous estimated rotation angular velocity and the current deviation. , The deviation between the actual rotational angular velocity of the rotor and the rotational angular velocity estimated based on the model is calculated by the q-axis current and the δ
Assuming that it is proportional to the deviation from the shaft current, the estimated angle of the rotor is obtained from the previous estimated angle, the estimated rotational angular velocity and the current deviation, and based on the obtained estimated rotational angular velocity, the three-phase coil Method of controlling a synchronous motor for controlling energization of a motor.
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