WO2018203387A1 - 電動機制御装置 - Google Patents
電動機制御装置 Download PDFInfo
- Publication number
- WO2018203387A1 WO2018203387A1 PCT/JP2017/017258 JP2017017258W WO2018203387A1 WO 2018203387 A1 WO2018203387 A1 WO 2018203387A1 JP 2017017258 W JP2017017258 W JP 2017017258W WO 2018203387 A1 WO2018203387 A1 WO 2018203387A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- axis
- command value
- induced voltage
- control unit
- current
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
- H02P25/02—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
- H02P25/022—Synchronous motors
- H02P25/03—Synchronous motors with brushless excitation
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
- H02P21/14—Estimation or adaptation of machine parameters, e.g. flux, current or voltage
- H02P21/18—Estimation of position or speed
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
- H02P21/22—Current control, e.g. using a current control loop
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
- H02P21/24—Vector control not involving the use of rotor position or rotor speed sensors
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
- H02P21/34—Arrangements for starting
Definitions
- This invention relates to an electric motor control device for controlling the operation of a permanent magnet synchronous motor.
- a permanent magnet synchronous motor having a permanent magnet on a rotor is generally equipped with an angle sensor that detects the rotation angle of the rotor for energization control.
- an angle sensor that detects the rotation angle of the rotor for energization control.
- a method of controlling the energization to the winding by estimating the rotation angle of the rotor from the induced voltage has been put into practical use.
- One of the methods is a sensorless vector control method in which u-phase, v-phase and w-phase voltages and currents are converted into d-axis and q-axis voltages and currents, and an induced voltage on the d-axis and q-axis is used to generate a rotor.
- Energization control is performed by estimating the rotation angle.
- This sensorless vector control method is an excellent energization control method that maximizes the efficiency of the permanent magnet synchronous motor.
- the electric motor control device energizes the windings at the time of starting to position the rotor in a DC excitation state and detects the shake, and the direction of the shake and the rotation direction for forced commutation are determined. If they match, forced commutation is started to accelerate the rotor according to a predetermined acceleration pattern.
- the conventional motor control device is configured to perform forced commutation so as to accelerate the rotor according to a predetermined acceleration pattern when starting the permanent magnet synchronous motor. There is no guarantee. Thus, the conventional motor control device has a problem that it is difficult to stably start the permanent magnet synchronous motor.
- the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to enable a stable start of a permanent magnet synchronous motor.
- the motor control device includes a current detection unit that detects a current of a three-axis winding of a permanent magnet synchronous motor having a permanent magnet in a rotor, and a current of the three-axis winding that is detected by the current detection unit.
- a start control unit that calculates the ⁇ -axis induced voltage and the ⁇ -axis induced voltage based on the ⁇ -axis current and the ⁇ -axis induced voltage, and switches the ⁇ -axis command value and the ⁇ -axis command value according to the ⁇ -axis induced voltage and the ⁇ -axis induced voltage; And an energization switching unit that switches energization to the three-axis windings in accordance with the ⁇ -axis command value and the ⁇ -axis command value from the unit.
- the ⁇ -axis induced voltage and the ⁇ -axis induced voltage are calculated based on the ⁇ -axis current and the ⁇ -axis current during the period from the start to the completion of the start of the permanent magnet synchronous motor. Since the ⁇ -axis command value and the ⁇ -axis command value are switched according to the induced voltage, the permanent magnet synchronous motor can be stably started.
- Embodiment 1 of this invention It is a block diagram which shows the structural example of the electric motor control apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention. It is a figure explaining the coordinate system used in Embodiment 1 of this invention. It is a figure which shows the equivalent circuit of a permanent magnet synchronous motor at the time of using the coordinate system of (alpha) (beta) axis
- FIG. 4 is a diagram showing a correspondence relationship of 1-4. It is a figure which shows the correspondence of the energization phase numbers 1-4 of the energization phase pattern 1 in Embodiment 1 of this invention, an alpha-axis current command value, and a beta-axis current command value.
- FIG. 9 is a graph showing ⁇ -axis induced voltage E ⁇ , ⁇ -axis induced voltage E ⁇ , switching of energized phase numbers 1 to 4 and the like for a portion of time Ti1 to Ti2 in FIG. 10 is an enlarged graph of a portion of time Ti1 to Ti1-1 in FIG. FIG.
- 11A is a graph showing an ⁇ -axis current I ⁇ and a ⁇ -axis current I ⁇ output from the 3-axis / 2-axis converter when simulating the operation of the motor control device according to Embodiment 1 of the present invention. It is a graph which shows (alpha) axis voltage command value V (alpha) * and (beta) axis voltage command value V (beta) * which an electric current FB part outputs. It is a block diagram which shows the structural example of the electric motor control apparatus which concerns on Embodiment 2 of this invention. It is a block diagram which shows the internal structural example of the starting control part in the electric motor control apparatus which concerns on Embodiment 2 of this invention.
- FIG. 17 is a graph showing switching of ⁇ -axis induced voltage E ⁇ , ⁇ -axis induced voltage E ⁇ , and energized phase numbers 1 to 4 and the like for a portion of time Tv1 to Tv2 in FIG.
- FIG. 18A is a graph showing the ⁇ -axis current I ⁇ and the ⁇ -axis current I ⁇ output from the 3-axis / 2-axis converter when simulating the operation of the motor control device according to Embodiment 2 of the present invention
- FIG. It is a graph which shows (alpha) axis voltage command value V (alpha) * and (beta) axis voltage command value V (beta) * which a command vector determination part outputs.
- FIG. 20A and 20B are diagrams showing a hardware configuration example of the motor control device according to each embodiment of the present invention. It is a flowchart which shows the operation example at the time of the permanent magnet synchronous motor starting by the electric motor control apparatus which concerns on each embodiment of this invention.
- FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of an electric motor control device 1 according to Embodiment 1 of the present invention.
- a permanent magnet synchronous motor 4 which is a control target of the motor control device 1 includes a rotor 4a including a permanent magnet and a stator 4b including uvw three-phase windings 4u, 4v and 4w.
- This permanent magnet synchronous motor 4 is used, for example, for driving a low-pressure fuel pump 6.
- the low pressure fuel pump 6 supplies fuel from the fuel tank 5 to a vehicle engine (not shown).
- the relief valve 7 is opened when the fuel pressure rises to avoid the fuel pressure from becoming abnormally high.
- the electric motor control device 1 drives the permanent magnet synchronous motor 4 through the inverter 2 by sensorless vector control.
- the inverter 2 is a three-phase inverter in which six switches such as an FET (Field Effect Transistor) are connected in a three-phase bridge. Between the inverter 2 and the permanent magnet synchronous motor 4, current sensors 3u, 3v, 3w for detecting currents Iu, Iv, Iw of the windings 4u, 4v, 4w are provided.
- FIG. 2 is a diagram for explaining the coordinate system used in the first embodiment of the present invention, and shows the relationship between the uvw 3-phase fixed coordinates, the ⁇ 2-phase rotational coordinates, and the ⁇ 2-phase fixed coordinates.
- the permanent magnet synchronous motor 4 an equivalent motor for one pole pair of permanent magnets provided in the rotor 4a is considered.
- Each of the windings 4u, 4v, 4w arranged on the stator 4b is 2 / 3 ⁇ each as shown in FIG. 2 with respect to the period of one pole pair of the permanent magnet arranged on the surface of the opposing rotor 4a. The positions are shifted.
- a coordinate rotated by a virtual angle ⁇ with respect to the u axis is taken as a ⁇ axis, and a coordinate further rotated by ⁇ / 2 from the ⁇ axis is taken as a ⁇ axis.
- FIG. 3 is a diagram showing an equivalent circuit of the permanent magnet synchronous motor 4 when ⁇ 2 phase fixed coordinates are used in the first embodiment of the present invention.
- the voltage-current equation of the permanent magnet synchronous motor 4 when the ⁇ 2 phase fixed coordinate is used is expressed by the equation (1).
- V ⁇ a and V ⁇ a are ⁇ and ⁇ -axis armature voltages
- I ⁇ a and I ⁇ a are ⁇ and ⁇ -axis armature currents
- E ⁇ a and E ⁇ a are ⁇ and induced voltages induced in the ⁇ -axis armature winding
- Ra winding resistance
- La is a self-inductance of the winding
- P is a differential operator.
- Equation (1) is a simple equation in which Ra remains only in the diagonal term.
- the motor control device 1 includes a current detection unit 11, a 3-axis / 2-axis conversion unit 12, a sensorless vector control unit 13, a current FB (Feedback) unit 14, a 2-axis / 3-axis conversion unit 15, and PWM (Pulse Width Modulation) control. Part 16, start control part 17, control switching part 18, and control changeover switches 19 and 20.
- the current FB unit 14, the 2-axis / 3-axis conversion unit 15, and the PWM control unit 16 correspond to an “energization switching unit”.
- the current detector 11 is an A / D converter that converts analog values detected by the current sensors 3u, 3v, and 3w into digital values.
- the current detection unit 11 outputs currents Iu, Iv, and Iw that are digital values to the 3-axis / 2-axis conversion unit 12.
- the 3-axis / 2-axis converter 12 converts the currents Iu, Iv, Iw of the uvw three-phase fixed coordinates into the currents I ⁇ , I ⁇ of the ⁇ two-phase fixed coordinates or the currents I ⁇ , I ⁇ of the two-phase rotational coordinates based on the equation (2). Convert to Hereinafter, the currents I ⁇ and I ⁇ in the ⁇ two-phase fixed coordinates are referred to as “ ⁇ -axis current I ⁇ ” and “ ⁇ -axis current I ⁇ ”, and the currents I ⁇ and I ⁇ in the ⁇ two-phase rotational coordinates are referred to as “ ⁇ -axis current I ⁇ ” and “ ⁇ -axis current I ⁇ ”. " The combination of ⁇ -axis current I ⁇ and ⁇ -axis current I ⁇ is called “current vector I ⁇ ”, and the combination of ⁇ -axis current I ⁇ and ⁇ -axis current I ⁇ is called “current vector I ⁇ ”.
- the 3-axis / 2-axis conversion unit 12 sets the value of “0 rad” to the expression (2). Substituting into ⁇ , currents Iu, Iv, and Iw are converted into ⁇ -axis current I ⁇ and ⁇ -axis current I ⁇ .
- the 3-axis / 2-axis conversion unit 12 Is substituted for ⁇ in equation (2) to convert the currents Iu, Iv, and Iw into a ⁇ -axis current I ⁇ and a ⁇ -axis current I ⁇ .
- the 3-axis / 2-axis conversion unit 12 outputs the ⁇ -axis current I ⁇ and ⁇ -axis current I ⁇ or the ⁇ -axis current I ⁇ and ⁇ -axis current I ⁇ to the sensorless vector control unit 13, the current FB unit 14, and the start control unit 17.
- the sensorless vector control unit 13 performs sensorless vector control of the permanent magnet synchronous motor 4 after the permanent magnet synchronous motor 4 has been started.
- the sensorless vector control unit 13 starts sensorless vector control upon receiving an instruction from the control switching unit 18 after the permanent magnet synchronous motor 4 has been started.
- the sensorless vector control unit 13 uses the ⁇ -axis current I ⁇ and the ⁇ -axis current I ⁇ from the 3-axis / 2-axis conversion unit 12 and the ⁇ -axis voltage command value V ⁇ * and the ⁇ -axis voltage command value V ⁇ * from the current FB unit 14.
- an angle ⁇ of the rotor 4a, a ⁇ -axis current command value I ⁇ *, and a ⁇ -axis current command value I ⁇ * are output.
- the start control unit 17 is for starting the permanent magnet synchronous motor 4.
- the start control unit 17 performs start control from the start of starting the permanent magnet synchronous motor 4 until receiving an instruction from the control switching unit 18.
- the start control unit 17 directly outputs a command for setting the output voltage to the permanent magnet synchronous motor 4 to 0 V and a constant voltage command vector V ⁇ * to the 2-axis / 3-axis conversion unit 15 to perform an initial operation.
- the start control unit 17 performs the ⁇ -axis current I ⁇ and ⁇ -axis current I ⁇ from the 3-axis / 2-axis conversion unit 12 and the ⁇ -axis voltage command value V ⁇ * and ⁇ -axis voltage command value from the current FB unit 14.
- an ⁇ -axis current command value I ⁇ * and a ⁇ -axis current command value I ⁇ * are output.
- the combination of ⁇ -axis current command value I ⁇ * and ⁇ -axis current command value I ⁇ * is called “current command vector I ⁇ *”, and the combination of ⁇ -axis voltage command value V ⁇ * and ⁇ -axis voltage command value V ⁇ * is called “voltage command vector”. It is called “V ⁇ *”.
- the ⁇ -axis current command value I ⁇ * and the ⁇ -axis current command value I ⁇ * are an “ ⁇ -axis command value” and a “ ⁇ -axis command value”. Details of the start control unit 17 will be described later.
- the current FB unit 14 is a current command vector I ⁇ * from the start control unit 17. And the voltage command vector V ⁇ * is manipulated so that the difference between the current vector I ⁇ from the three-axis / 2-axis converter 12 becomes zero.
- the current FB unit 14 is supplied from the sensorless vector control unit 13. The voltage command vector V ⁇ * is manipulated so that the difference between the current command vector I ⁇ * and the current vector I ⁇ from the 3-axis / 2-axis converter 12 becomes zero.
- the current FB unit 14 outputs the operated voltage command vector V ⁇ * or voltage command vector V ⁇ * to the sensorless vector control unit 13, the 2-axis / 3-axis conversion unit 15, and the start control unit 17. Further, the current FB unit 14 changes the feedback gain according to an instruction from the control switching unit 18 when the permanent magnet synchronous motor 4 is started and after the start is completed.
- the current FB unit 14 operates the voltage command vector to match the current command vector with the current command vector by proportional-integral control (PI control) based on a speed-type algorithm and feedforward control.
- PI control proportional-integral control
- the current FB unit 14 uses relatively large values of proportional term gain, integral term gain, and feedforward term gain when starting the permanent magnet synchronous motor 4, and relatively after the permanent magnet synchronous motor 4 has been started. Use small proportional, integral, and feedforward gains.
- the current command vector is changed stepwise according to the energized phase pattern on the ⁇ axis, which is a two-phase fixed coordinate, and therefore the ⁇ -axis current I ⁇ and the ⁇ -axis current I ⁇ must be changed abruptly. There is.
- the 2-axis / 3-axis converter 15 is configured to calculate the ⁇ -axis voltage command value V ⁇ * and the ⁇ -axis voltage command value V ⁇ * or the ⁇ -axis voltage command value V ⁇ * and the ⁇ -axis voltage command value V ⁇ * based on the equation (2). Is converted into uvw three-phase voltage command values Vu *, Vv *, and Vw *.
- the 2-axis / 3-axis converter 15 outputs the voltage command values Vu *, Vv *, Vw * to the PWM controller 16.
- the PWM control unit 16 compares the voltage command values Vu *, Vv *, and Vw * with a triangular wave or a sawtooth wave and converts them into a duty ratio, and outputs six pulse signals that drive the six switches that constitute the inverter 2. Generate and output.
- the control switching unit 18 instructs the start control unit 17 and the sensorless vector control unit 13 to switch between the start control by the start control unit 17 and the sensorless vector control by the sensorless vector control unit 13. Further, when the permanent magnet synchronous motor 4 is started, the control switching unit 18 switches the control switching switch 19 to the output “I ⁇ *” side of the starting control unit 17 and switches the control switching switch 20 to the “0 rad” side. When the control switching unit 18 determines that the permanent magnet synchronous motor 4 has been started, the control switching unit 19 switches the control switching switch 19 to the output “I ⁇ *” side of the sensorless vector control unit 13 and the control switching switch 20 to the sensorless vector control unit. 13 to the output “ ⁇ ” side. The control switching unit 18 instructs the current FB unit 14 to switch the feedback gain after the permanent magnet synchronous motor 4 has been started.
- the control switching unit 18 acquires the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ and the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ from the start control unit 17. Subsequently, when the acquired ⁇ -axis induced voltage E ⁇ and ⁇ -axis induced voltage E ⁇ are larger than predetermined values, the control switching unit 18 determines that the start of the permanent magnet synchronous motor 4 is completed, and the start control unit 17 In order to switch from the start control to the sensorless vector control by the sensorless vector control unit 13, the sensorless vector control unit 13, the current FB unit 14, the start control unit 17, and the control changeover switches 19 and 20 are controlled. In the above example, the start completion is determined based on the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ and the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ . However, the present invention is not limited to this determination method.
- FIG. 4 is a block diagram showing an example of the internal configuration of the start control unit 17 according to Embodiment 1 of the present invention.
- the start control unit 17 includes a parameter measurement unit 171, an induced voltage calculation unit 172, a phase determination unit 173, a step-out determination unit 174, an energized phase control unit 175, a command vector determination unit 176, and a timing control unit 177.
- the parameter measurement unit 171 receives the current vector I ⁇ from the 3-axis / 2-axis conversion unit 12 and the voltage command vector V ⁇ * from the timing control unit 177, and is a winding resistance that is a parameter indicating the characteristics of the permanent magnet synchronous motor 4 And winding inductance is output.
- the parameter measurement unit 171 measures the winding resistance and the winding inductance.
- the present invention is not limited to this, and information indicating the winding resistance and the winding inductance of the permanent magnet synchronous motor 4 is described. May be held in advance by the parameter measurement unit 171.
- the parameter measurement unit 171 When the parameter measurement unit 171 receives a resistance measurement instruction from the timing control unit 177, the parameter measurement unit 171 similarly receives a constant voltage command vector V ⁇ * received from the timing control unit 177 and a current vector detected when the voltage command vector V ⁇ * is constant.
- the winding resistance R is obtained by calculating Expression (3) using I ⁇ as an input.
- the timing control unit 177 instructs the 2-axis / 3-axis conversion unit 15 to a constant voltage command vector V ⁇ *.
- the parameter measurement unit 171 uses the current vector I ⁇ detected when the voltage command vector V ⁇ * is constant to obtain the winding resistance R from Equation (3), but this method is limited. It is not something.
- the parameter measuring unit 171 may obtain the winding resistance R from the equation (3a) using the voltage command vector V ⁇ * operated by the current FB unit 14 when the current command vector I ⁇ * is constant. In that case, the timing control unit 177 instructs the current FB unit 14 to have a constant current command vector I ⁇ *.
- the parameter measuring unit 171 receives an inductance measurement instruction from the timing control unit 177, the parameter measuring unit 171 has a difference ⁇ I ( i) is obtained, and the difference ⁇ I (i) is used as an input to calculate equation (4) to obtain the damping ratio ri (i). Subsequently, the parameter measurement unit 171 calculates the equation (5) to obtain the time constant ⁇ (i) of the current change. Subsequently, the parameter measurement unit 171 calculates the expression (6) to obtain the winding inductance L (i). At the time of inductance measurement, the timing control unit 177 instructs the 2-axis / 3-axis conversion unit 15 to a voltage command vector V ⁇ * of 0V.
- the parameter measuring unit 171 uses the current vector I ⁇ detected during the period in which the voltage command vector V ⁇ * changes from a constant value to zero, and the winding inductance from the equations (4) to (6).
- L (i) is calculated
- the parameter measurement unit 171 obtains a difference ⁇ V (i) for each constant time interval ⁇ t of the voltage command vector V ⁇ * operated by the current FB unit 14 during a period in which the current command vector I ⁇ * changes from a constant value to zero. Then, using this difference ⁇ V (i) as an input, the equation (4a) is calculated to obtain the damping ratio rv (i).
- the parameter measuring unit 171 calculates the equation (5a) to obtain the time constant ⁇ (i) of the current change. Subsequently, the parameter measuring unit 171 calculates the above equation (6) to obtain the winding inductance L (i). In that case, the timing control unit 177 instructs the current FB unit 14 to supply a current command vector I ⁇ * of 0 A.
- the induced voltage calculation unit 172 includes an ⁇ -axis current command value I ⁇ * and a ⁇ -axis current command value I ⁇ * from the current FB unit 14, an ⁇ -axis current I ⁇ , a ⁇ -axis current I ⁇ , and winding resistance from the parameter measurement unit 171. With the winding inductance as an input, an ⁇ -axis induced voltage E ⁇ and a ⁇ -axis induced voltage E ⁇ are output. Specifically, the induced voltage calculation unit 172 performs an inverse calculation of the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ and the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ from Equation (1).
- the induced voltage calculation unit 172 stops calculating the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ and the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ while receiving an induced voltage calculation mask instruction from the energized phase control unit 175 when the energized phase number to be described later is switched. . This is to remove noise generated when the energized phase is switched. This noise is a spike described in FIG. 11B.
- the phase determination unit 173 determines a phase number representing the phase angle of the rotor 4a based on the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ and the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ from the induced voltage calculation unit 172.
- the phase determination unit 173 outputs the determined phase number to the step-out determination unit 174.
- FIG. 5 shows ⁇ -axis induced voltage E ⁇ , ⁇ -axis induced voltage E ⁇ , ⁇ E ⁇ , phase numbers 1 to 8, energized phase numbers 1 to 4 of energized phase pattern 1, and energized phase pattern 2 according to Embodiment 1 of the present invention.
- FIG. 6 is a diagram showing a correspondence relationship between energized phase numbers 1 to 4; In FIG. 5, “T” is true and “F” is false.
- FIG. 5 shows an example in which the rotor 4a is rotated from the ⁇ axis to the ⁇ axis. When the rotor 4a is rotated from the ⁇ -axis to the ⁇ -axis, the phase number shifts in the reverse order of FIG. 5, that is, from “8” to “1”. It is assumed that an instruction is given to each part of the start control unit 17 from the outside regarding the rotation direction.
- the phase determination unit 173 has a magnitude relationship between the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ and the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ , a magnitude relationship between the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ and the ⁇ -axis induced voltage ⁇ E ⁇ , and a relationship between the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ and zero.
- the magnitude relation and the magnitude relation between the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ and zero are compared, and the phase number corresponding to the four comparison results is determined. For example, when “E ⁇ > E ⁇ ”, “E ⁇ ⁇ ⁇ E ⁇ ”, “E ⁇ > 0”, and “E ⁇ ⁇ 0”, the phase determination unit 173 determines that the phase number is “1”.
- the step-out determination unit 174 compares the transition of the phase number output from the phase determination unit 173 with a predetermined phase pattern, and the phase number output from the phase determination unit 173 is different from the predetermined phase pattern. It is determined to be out of step.
- the predetermined phase pattern is a pattern in which the phase numbers 1 to 8 are repeated in this order. For example, when the previous phase number is “1” and the current phase number is “2”, the step-out determination unit 174 moves out of phase according to a predetermined phase pattern. Judge that it is not. On the other hand, when the previous phase number is “1” and the current phase number is “3” or “8”, the step-out determination unit 174 does not change according to a predetermined phase pattern.
- the step-out determination unit 174 can determine the step-out of eight times while the rotor 4a rotates once.
- step-out determination unit 174 may determine step-out once and immediately notify the timing control unit 177 that the step-out has occurred, or may perform step-out continuously for a predetermined number of times (for example, 10 times). When it is determined, the timing control unit 177 may be notified of the step-out.
- the energized phase control unit 175 determines the energized phase number based on the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ and the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ from the induced voltage calculation unit 172.
- the energized phase control unit 175 may be configured to use only one of the energized phase pattern 1 and the energized phase pattern 2, or the energized phase pattern 1 and the energized phase pattern 2 are changed according to an instruction given from the outside. It may be configured to switch.
- the energized phase control unit 175 determines the magnitude relationship between the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ and the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ and the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ and the ⁇ -axis induced voltage ⁇ E ⁇ shown in FIG. And the energized phase number corresponding to the two comparison results are determined. For example, the energized phase control unit 175 determines that the energized phase number is “1” when “E ⁇ > E ⁇ ” and “E ⁇ > ⁇ E ⁇ ”. As is apparent from FIG. 5, in the case of the energized phase pattern 1, the energized phase number is switched at every timing when the absolute value of the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ and the absolute value of the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ are equal.
- the energized phase control unit 175 compares the magnitude relationship between the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ and zero and the magnitude relationship between the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ and zero shown in FIG. The energized phase number corresponding to the comparison result is determined. For example, when “E ⁇ > 0” and “E ⁇ ⁇ 0”, the energized phase control unit 175 determines that the energized phase number is “1”. As is clear from FIG. 5, in the energized phase pattern 2, the energized phase number is switched every time the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ becomes zero and every time the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ becomes zero.
- the energized phase control unit 175 starts to output the energized phase number to the command vector determination unit 176 when receiving an instruction to start the energized phase number switching from the timing control unit 177.
- the energized phase control unit 175 outputs an induced voltage calculation mask instruction to the induced voltage calculation unit 172 when switching the energized phase number, and notifies the timing control unit 177 that the energized phase number has been switched.
- the energized phase control unit 175 does not switch the energized phase number when the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ and the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ from the induced voltage calculation unit 172 are equal to or lower than a threshold (for example, 0.1 V), and is larger than the threshold. Switch the energized phase number.
- a threshold for example, 0.1 V
- the energized phase control unit 175 switches the energized phase number when a forced switching instruction is received from the timing control unit 177.
- the command vector determination unit 176 outputs an ⁇ -axis current command value I ⁇ * and a ⁇ -axis current command value I ⁇ * corresponding to the energized phase number of the energized phase pattern indicated by the energized phase control unit 175.
- FIG. 6 is a diagram showing a correspondence relationship between the energized phase numbers 1 to 4 of the energized phase pattern 1 in the first embodiment of the present invention, the ⁇ -axis current command value I ⁇ *, and the ⁇ -axis current command value I ⁇ *.
- FIG. 7 is a diagram showing a correspondence relationship between energized phase numbers 1 to 4 of the energized phase pattern 2, the ⁇ -axis current command value I ⁇ *, and the ⁇ -axis current command value I ⁇ * in the first embodiment of the present invention.
- “i0” is a predetermined positive current value (for example, 20 A)
- ⁇ i0” is a predetermined negative current value (for example, ⁇ 20 A).
- 6 and 7 show an example in which the rotor 4a is rotated from the ⁇ axis to the ⁇ axis.
- command vector determining unit 176 When command vector determining unit 176 receives energized phase numbers 1 to 4 of energized phase pattern 1 from energized phase control unit 175 in this order, current command vector composed of ⁇ -axis current command value I ⁇ * and ⁇ -axis current command value I ⁇ *. As shown in FIG. 6, (I ⁇ *, I ⁇ *) is switched in the order of (i0, 0), (0, i0), ( ⁇ i0, 0), (0, ⁇ i0) to the current FB section 14. Output.
- the command vector determination unit 176 converts the current command vectors (I ⁇ *, I ⁇ *) to (0, i0), (i0, 0), (0, ⁇ i0) and ( ⁇ 0i, 0) are switched in this order and output to the current FB section 14.
- command vector determining unit 176 When command vector determining unit 176 receives energized phase numbers 1 to 4 of energized phase pattern 2 from energized phase control unit 175 in this order, current command vectors (I ⁇ *, I ⁇ *) are as shown in FIG. (i0, -i0), (i0, i0), (-i0, i0), (-i0, -i0) are switched in this order and output to the current FB section 14.
- the command vector determination unit 176 converts the current command vectors (I ⁇ *, I ⁇ *) to ( ⁇ i0, i0), ( ⁇ i0, ⁇ i0), ( i0, -i0) and (i0, i0) are switched in this order and output to the current FB section 14.
- the current FB unit 14 can change the ⁇ -axis current I ⁇ and ⁇ -axis.
- the ⁇ -axis voltage command value V ⁇ * and the ⁇ -axis voltage command value V ⁇ * are manipulated so that the current I ⁇ matches the ⁇ -axis current command value I ⁇ * and the ⁇ -axis current command value I ⁇ *.
- the induced voltage calculation unit 172 uses the ⁇ -axis voltage command value V ⁇ *, the ⁇ -axis voltage command value V ⁇ *, the ⁇ -axis current I ⁇ , and the ⁇ -axis current I ⁇ at this time to generate an ⁇ -axis induced voltage E ⁇ and a ⁇ -axis induced voltage. E ⁇ is calculated.
- the timing control unit 177 controls the operation timing of the parameter measurement unit 171, the induced voltage calculation unit 172, the energized phase control unit 175, and the like when the permanent magnet synchronous motor 4 is started and when the step-out determination unit 174 is out of step. Specifically, the timing control unit 177 starts counting when the permanent magnet synchronous motor 4 starts, and counts 1 every 0.5 milliseconds. Further, when the timing control unit 177 receives a notification of step-out from the step-out determination unit 174, the timing control unit 177 resets the count value to zero.
- FIG. 8 is a graph showing a result of simulating the operation of the electric motor control device 1 according to the first embodiment of the present invention.
- the top graph in FIG. 8 is the angle of the rotor 4 a, and the second graph from the top is the count value of the timing control unit 177.
- the bottom graph shows the timing of the step-out determination notification by the step-out determination unit 174 from the top, the feedback control of the current FB unit 14 is stopped, and the voltage command vector is sent from the timing control unit 177 to the 2-axis / 3-axis conversion unit 15.
- Timing to notify directly timing to directly notify the command of the output voltage 0V from the timing controller 177 to the 2-axis / 3-axis converter 15, timing to notify the winding inductance measurement instruction from the timing controller 177 to the parameter measuring unit 171, This is the timing at which the winding resistance measurement instruction is notified from the timing control unit 177 to the parameter measurement unit 171.
- the high value side of each graph is the notification timing.
- the step-out determination unit 174 notifies the timing control unit 177 when the step-out determination is continuously performed ten times.
- the timing control unit 177 outputs a voltage command vector for setting the output voltage to the permanent magnet synchronous motor 4 to “0V” to the 2-axis / 3-axis conversion unit 15 until the count value changes from zero to 100.
- This period is a period for the current detector 11 to calibrate the A / D converter. Further, this period is a period for braking the rotor 4a immediately after stepping out and resetting.
- the timing control unit 177 issues a command so that the output voltage to the permanent magnet synchronous motor 4 becomes “0 V”
- the inverter 2 turns on all three high voltage side switches of u phase, v phase and w phase. To brake the rotation of the rotor 4a.
- the inverter 2 may be braked by turning on all three low-voltage side switches of the u phase, the v phase, and the w phase.
- the timing control unit 177 instructs the parameter measurement unit 171 to measure resistance during the period from the count value 101 to 500. Further, the timing control unit 177 applies a constant voltage command vector V ⁇ * to 2 in order to apply a voltage to the permanent magnet synchronous motor 4 and measure the winding resistance during the period from the count value 101 to 500. Directly output to the axis / 3-axis converter 15.
- the timing control unit 177 instructs the parameter measurement unit 171 to measure inductance during the period from the count value 501 to 1000. In addition, the timing control unit 177 stops the voltage application to the permanent magnet synchronous motor 4 and decreases the current to measure the winding inductance during the period from the count value 501 to 1000. A voltage command vector for setting the output voltage to the synchronous motor 4 to “0 V” is output to the 2-axis / 3-axis converter 15. The initialization operation ends in a period until the count value reaches 1000. When the count value reaches 1001, the timing control unit 177 outputs an instruction to start energized phase number switching to the energized phase control unit 175.
- the timing control unit 177 returns the count value to 1001 and restarts counting when the notification of energized phase number switching is received from the energized phase control unit 175 or when the count value reaches 1500. Note that the timing control unit 177 outputs a forced switching instruction to the energized phase control unit 175 when the energized phase number does not switch during the period from the count value 1001 to 1500. Therefore, even if the state where the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ and the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ are below the threshold value continues, the energized phase number is forcibly switched, and the rotor 4a is accelerated from time Ti1 in FIG.
- the angle of the rotor 4a increases as shown in the graph. However, at time Ti2, the rotor 4a collides with the stopper, and the rotation direction of the rotor 4a is reversed.
- the step-out determination unit 174 determines step-out and notifies the timing control unit 177. Receiving this notification, the timing control unit 177 resets the count value to zero and restarts counting. The timing control unit 177 repeats the initialization operation between the count value zero and 1000 after resetting the time Ti3. At this time, the rotation direction of the rotor 4a is reversed even when the initialization is completed.
- the rotor 4a collides with the stopper again, the step-out determination unit 174 determines step-out, and the timing control unit 177 starts initialization again.
- FIG. 9 is a graph showing the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ , the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ , the switching of the energized phase numbers 1 to 4 and the like for the time period Ti1 to Ti2 in FIG.
- FIG. 10 is an enlarged graph of the portion of time Ti1 to Ti1-1 in FIG.
- the graphs of FIGS. 9 and 10 are graphs showing the results of simulation similar to FIG. 9 and 10 are the angles of the rotor 4a, the second graph from the top is the count value of the timing controller 177, and the third graph from the top is calculated by the induced voltage calculator 172.
- the upper side of the fourth graph from the top shows the timing of notifying the induced voltage calculation mask instruction from the energized phase control unit 175 to the induced voltage calculation unit 172.
- the high price side is the notification timing.
- the lower side of the fourth graph from the top shows timing when the energized phase control unit 175 determines that the induced voltage is not more than the threshold value and the energized phase is not switched. This is the timing when the low value side determines not to switch.
- the bottom graph shows the energized phase number determination value determined by the energized phase control unit 175 according to the combination of the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ and the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ , and the energized phase control unit 175 to the command vector determining unit 176. Indicates the output current phase number output value.
- the energized phase number is appropriately switched by the energized phase control unit 175 during the times Ti1 and Ti2 in FIG. 9 and the rotor 4a is normally accelerated.
- the energized phase number is switched at every timing when the absolute value of the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ and the absolute value of the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ are equal. I understand.
- FIG. 11A is a graph showing an ⁇ -axis current I ⁇ and a ⁇ -axis current I ⁇ output from the 3-axis / 2-axis converter 12 when simulating the operation of the electric motor control device 1 according to Embodiment 1 of the present invention.
- FIG. 11B is a graph showing the ⁇ -axis voltage command value V ⁇ * and the ⁇ -axis voltage command value V ⁇ * output from the current FB section 14.
- the ⁇ -axis voltage command value V ⁇ * and the ⁇ -axis voltage are switched when the energized phase number is switched.
- a large spike occurs in the command value V ⁇ *. Since this spike makes it difficult for the induced voltage calculation unit 172 to calculate the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ and the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ , the energized phase control unit 175 causes the induced voltage calculation unit 172 when the energized phase number where the spike occurs is switched.
- the induced voltage calculation mask instruction is output for the induced voltage, and the induced voltage calculation unit 172 stops calculating the induced voltage for the period of this instruction.
- the current FB unit 14 performs feedback control so that the ⁇ -axis current I ⁇ and the ⁇ -axis current I ⁇ become 20A that is an ⁇ -axis current command value I ⁇ * and a ⁇ -axis current command value I ⁇ *. Therefore, the magnitudes of the ⁇ -axis current I ⁇ and the ⁇ -axis current I ⁇ do not change over time.
- the current FB section 14 outputs an ⁇ -axis voltage command value V ⁇ * and a ⁇ -axis voltage command value V ⁇ * of about 1.5 V immediately after starting.
- the electric motor control device 1 includes the current detection unit 11, the 3-axis / 2-axis conversion unit 12, and the start control unit 17.
- the current detector 11 detects the currents Iu, Iv, Iw of the windings 4u, 4v, 4w of the permanent magnet synchronous motor 4 having a permanent magnet in the rotor 4a.
- the 3-axis / 2-axis converter 12 converts the currents Iu, Iv, Iw of the windings 4u, 4v, 4w detected by the current detector 11 into an ⁇ -axis current I ⁇ and a ⁇ -axis current I ⁇ in fixed coordinates.
- the start control unit 17 determines the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ based on the ⁇ -axis current I ⁇ and the ⁇ -axis current I ⁇ converted by the 3-axis / 2-axis conversion unit 12 during the period from the start of the permanent magnet synchronous motor 4 to the completion of the start.
- the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ is calculated, and the ⁇ -axis current command value I ⁇ * and the ⁇ -axis current command value I ⁇ * are switched according to the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ and the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ .
- the start control unit 17 has three axes / axis already mounted for this sensorless vector control.
- the biaxial conversion unit 12, the current FB unit 14, the 2-axis / 3-axis conversion unit 15, and the PWM control unit 16 can be used.
- control method of the permanent magnet synchronous motor 4 after the start is completed is not limited to the sensorless vector control.
- the start control unit 17 of the first embodiment calculates the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ and the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ at every timing when the absolute value of the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ and the absolute value of the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ are equal. Switching to the combination of the ⁇ -axis current command value I ⁇ * and the ⁇ -axis current command value I ⁇ * corresponding to the combination. That is, the start control unit 17 switches between the ⁇ -axis current command value I ⁇ * and the ⁇ -axis current command value I ⁇ * according to the energized phase numbers 1 to 4 of the energized phase pattern 1.
- the start control unit 17 combines the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ and the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ at every timing when the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ becomes zero and every time when the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ becomes zero. May be switched to an ⁇ -axis current command value I ⁇ * and a ⁇ -axis current command value I ⁇ * corresponding to. That is, the start control unit 17 switches between the ⁇ -axis current command value I ⁇ * and the ⁇ -axis current command value I ⁇ * according to the energized phase numbers 1 to 4 of the energized phase pattern 2.
- the electric current larger than the energization phase pattern 1 can be supplied with the permanent magnet synchronous motor 4, and the torque at the time of starting will become large.
- the drive since it can be energized in the same direction as the induced voltage generated on the energized shaft, the drive is optimal. Even if parameters such as winding resistance and winding inductance of the permanent magnet synchronous motor 4 are unknown, or even if the parameter value changes due to a temperature rise or the like, the temperature distribution in the permanent magnet synchronous motor 4 is uniform.
- the change rate of the parameter is the same between the ⁇ axis and the ⁇ axis. Therefore, the timing at which the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ and the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ cross zero is not changed. Therefore, stable energization switching becomes possible.
- the start control unit 17 of the first embodiment switches the ⁇ -axis current command value I ⁇ * and the ⁇ -axis current command value I ⁇ * to zero, a positive constant value, or a negative constant value.
- the start control unit 17 of the first embodiment does not switch between the ⁇ -axis current command value I ⁇ * and the ⁇ -axis current command value I ⁇ * when the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ and the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ are equal to or less than the threshold values. Thereby, it is possible to prevent erroneous determination of energization switching when the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ and the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ are small.
- the start control unit 17 of the first embodiment performs the ⁇ -axis current command value I ⁇ * and the ⁇ -axis The current command value I ⁇ * is forcibly switched.
- the motor control device 1 includes a sensorless vector control unit that outputs a ⁇ -axis current command value I ⁇ * and a ⁇ -axis current command value I ⁇ * based on the ⁇ -axis current I ⁇ and the ⁇ -axis current I ⁇ of the rotational coordinates. 13 and the ⁇ -axis current command value I ⁇ * and ⁇ -axis current command value I ⁇ * output from the start control unit 17 or the ⁇ -axis current command value I ⁇ * and ⁇ -axis current command value I ⁇ * output from the sensorless vector control unit 13.
- the current FB section 14 that performs current feedback control and the period from the start of the permanent magnet synchronous motor 4 to the start completion are switched to the control by the start control section 17, and after the permanent magnet synchronous motor 4 is started, the sensorless vector And a control switching unit 18 for switching to control by the control unit 13.
- the current FB unit 14 makes the feedback gain at the time of control by the start control unit 17 larger than the feedback gain at the time of control by the sensorless vector control unit 13.
- the ⁇ -axis current I ⁇ and the ⁇ -axis current I ⁇ can be suddenly changed when the permanent magnet synchronous motor 4 is started, and the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ and the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ can be calculated more reliably.
- the start control unit 17 of the first embodiment determines in advance a combination of an ⁇ -axis voltage command value V ⁇ * and a ⁇ -axis voltage command value V ⁇ * corresponding to a combination of the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ and the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ .
- the step-out of the permanent magnet synchronous motor 4 is determined by comparing the phase pattern in which the combination of the ⁇ -axis voltage command value V ⁇ * and the ⁇ -axis voltage command value V ⁇ * appears. Since step-out can be determined using the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ and the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ , it is not necessary to add a function for step-out determination. Therefore, step-out can be easily determined.
- the current drive according to the first embodiment can apply a higher voltage than the voltage drive described in the second embodiment, the rotation of the rotor 4a becomes faster and the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ and the ⁇ -axis induced voltage are increased. E ⁇ becomes large, and the determination of step-out becomes easy.
- the start control unit 17 performs the timing when the absolute value of the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ and the absolute value of the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ are equal, the timing when the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ becomes zero, and the ⁇ -axis A step-out is determined every time the induced voltage E ⁇ becomes zero. Thereby, it can be determined immediately when a step-out occurs.
- Embodiment 2 The motor control device 1 of the first embodiment employs a current drive system that feedback-controls the energization current to the permanent magnet synchronous motor 4.
- the motor control device 1 of the second embodiment employs a voltage drive system that controls the voltage applied to the permanent magnet synchronous motor 4.
- FIG. 12 is a block diagram showing a configuration example of the electric motor control device 1 according to the second embodiment of the present invention.
- the motor control device 1 according to the second embodiment includes a current detection unit 11, a 3-axis / 2-axis conversion unit 12, a sensorless vector control unit 23, a 2-axis / 3-axis conversion unit 15, a PWM control unit 16, and a start control unit 27.
- the control changeover unit 18 and the control changeover switches 19 and 20 are included.
- the 2-axis / 3-axis converter 15 and the PWM controller 16 correspond to an “energization switching unit”. 12 that are the same as or correspond to those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
- the sensorless vector control unit 23 performs sensorless vector control of the permanent magnet synchronous motor 4 after the permanent magnet synchronous motor 4 has been started.
- the sensorless vector control unit 23 of the second embodiment receives the ⁇ -axis current I ⁇ and the ⁇ -axis current I ⁇ from the 3-axis / 2-axis conversion unit 12 as input, and the angle ⁇ of the rotor 4a and the ⁇ -axis voltage command value V ⁇ . * And ⁇ -axis voltage command value V ⁇ * are output. Since sensorless vector control is a well-known technique, description thereof is omitted.
- the start control unit 27 is for starting the permanent magnet synchronous motor 4 in the same manner as the start control unit 17 of the first embodiment. However, the start control unit 27 of the second embodiment receives the ⁇ -axis current I ⁇ and the ⁇ -axis current I ⁇ from the 3-axis / 2-axis conversion unit 12 as inputs, and receives the ⁇ -axis voltage command value V ⁇ * and the ⁇ -axis voltage command value V ⁇ . * Is output.
- the ⁇ -axis voltage command value V ⁇ * and the ⁇ -axis voltage command value V ⁇ * are “ ⁇ -axis command value” and “ ⁇ -axis command value”.
- FIG. 13 is a block diagram showing an example of the internal configuration of the start control unit 27 in Embodiment 2 of the present invention.
- the start control unit 27 includes a parameter measurement unit 171, an induced voltage calculation unit 172, a phase determination unit 173, a step-out determination unit 174, an energized phase control unit 175, a command vector determination unit 276, and a timing control unit 177. 13 that are the same as or correspond to those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
- the command vector determining unit 276 generates the ⁇ -axis voltage command value V ⁇ * and the ⁇ -axis voltage command value V ⁇ * corresponding to the energized phase number of the energized phase pattern indicated by the energized phase control unit 175, and the induced voltage calculating unit 172 and the biaxial / 3-axis conversion unit 15 for output.
- FIG. 14 is a diagram showing a correspondence relationship between the energized phase numbers 1 to 4 of the energized phase pattern 1, the ⁇ -axis voltage command value V ⁇ *, and the ⁇ -axis voltage command value V ⁇ * in the second embodiment of the present invention.
- FIG. 15 is a diagram showing a correspondence relationship between energized phase numbers 1 to 4 of the energized phase pattern 2, the ⁇ -axis voltage command value V ⁇ *, and the ⁇ -axis voltage command value V ⁇ * in the second embodiment of the present invention.
- “v0” is a predetermined positive voltage value (for example, 1.5V)
- ⁇ v0” is a predetermined negative voltage value (for example, ⁇ 1.5V). is there.
- 14 and 15 show an example in which the rotor 4a is rotated from the ⁇ axis to the ⁇ axis.
- command vector determining unit 276 When command vector determining unit 276 receives energized phase numbers 1 to 4 of energized phase pattern 1 from energized phase control unit 175 in this order, voltage command vector composed of ⁇ -axis voltage command value V ⁇ * and ⁇ -axis voltage command value V ⁇ *. (V ⁇ *, V ⁇ *) are switched in the order of (v0, 0), (0, v0), ( ⁇ v0, 0), (0, ⁇ v0) as shown in FIG.
- the command vector determination unit 276 converts the voltage command vectors (V ⁇ *, V ⁇ *) to (0, v0), (v0, 0), (0, ⁇ v0) and ( ⁇ v0, 0) are switched in this order.
- command vector determining unit 276 When command vector determining unit 276 receives energized phase numbers 1 to 4 of energized phase pattern 2 from energized phase control unit 175 in this order, voltage command vectors (V ⁇ *, V ⁇ *) are as shown in FIG. (v0, -v0), (v0, v0), (-v0, v0), (-v0, -v0) are switched in this order.
- the command vector determination unit 276 converts the voltage command vectors (V ⁇ *, V ⁇ *) to ( ⁇ v0, v0), ( ⁇ v0, ⁇ v0), ( v0, -v0) and (v0, v0) are switched in this order.
- the command vector determination unit 276 switches between the ⁇ -axis voltage command value V ⁇ * and the ⁇ -axis voltage command value V ⁇ * every time the energized phase number is switched, so that a current corresponding to these command values is supplied to the winding 4u. , 4v, 4w.
- the induced voltage calculation unit 172 uses the ⁇ -axis voltage command value V ⁇ *, the ⁇ -axis voltage command value V ⁇ *, the ⁇ -axis current I ⁇ , and the ⁇ -axis current I ⁇ at this time to generate an ⁇ -axis induced voltage E ⁇ and a ⁇ -axis induced voltage. E ⁇ is calculated.
- FIG. 16 is a graph showing a result of simulating the operation of the electric motor control device 1 according to the second embodiment of the present invention.
- the top graph in FIG. 16 is the angle of the rotor 4 a, and the second graph from the top is the count value of the timing control unit 177.
- the bottom graph shows the timing of the step-out determination notification by the step-out determination unit 174 from the top, the timing at which the voltage control vector is directly notified from the timing control unit 177 to the 2-axis / 3-axis conversion unit 15, and the timing control unit 177-2.
- the timing at which the command for the output voltage 0 V is directly notified to the axis / 3-axis converter 15, the timing at which the winding inductance measurement instruction is notified from the timing controller 177 to the parameter measuring unit 171, and the winding from the timing controller 177 to the parameter measuring unit 171 This is the timing to notify the line resistance measurement instruction.
- the high value side of each graph is the notification timing.
- the step-out determination unit 174 notifies the timing control unit 177 when the step-out determination is continuously performed ten times.
- the start control unit 27 performs the initialization operation as in the first embodiment, and then accelerates the rotor 4a at “acceleration 1” from time Tv1 to Tv2.
- the rotor 4a collides with the stopper, and the rotation direction of the rotor 4a is reversed.
- the step-out determination unit 174 determines step-out and notifies the timing control unit 177. Receiving this notification, the timing control unit 177 performs reinitialization.
- the step-out determination unit 174 determines step-out at time Tv4, and the timing control unit 177 starts initialization again, and re-accelerates from time Tv5.
- the rotor 4a collides with the stopper again, and the step-out determination unit 174 determines step-out.
- the start control unit 27 is braked and restarted at the time of step out determination, but recovery from step out may be achieved by other methods.
- the timing control unit 177 temporarily stops the switching of the energized phase number, and the ⁇ -axis voltage command value V ⁇ * and ⁇ -axis It instructs the energized phase control unit 175 to maintain the voltage command value V ⁇ *.
- the step-out determination unit 174 determines that the phase number has recovered from the step-out when the phase number starts to change along the predetermined phase pattern, and the timing control unit 177 determines the current-carrying phase to the current-carrying phase control unit 175. Instructs switching of the number to resume.
- FIG. 17 is a graph showing the switching of the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ , the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ , and the energized phase numbers 1 to 4 for the time Tv1 to Tv2 portion of FIG.
- the top graph in FIG. 17 is the angle of the rotor 4a
- the second graph from the top is the count value of the timing control unit 177
- the third graph from the top is the ⁇ -axis induction calculated by the induced voltage calculation unit 172.
- the voltage E ⁇ and the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ The upper side of the fourth graph from the top shows the timing of notifying the induced voltage calculation mask instruction from the energized phase control unit 175 to the induced voltage calculation unit 172.
- the high price side is the notification timing.
- the lower side of the fourth graph from the top shows timing when the energized phase control unit 175 determines that the induced voltage is not more than the threshold value and the energized phase is not switched. This is the timing when the low value side determines not to switch.
- the bottom graph shows the energized phase number determination value determined according to the combination of the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ and the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ in the energized phase control unit 175, and the energized phase control unit 175 to the command vector determining unit 276. Indicates the output current phase number output value. It can be seen that the energized phase number is appropriately switched by the energized phase control unit 175 during the times Tv1 to Tv2 in FIG. 17 and the rotor 4a is normally accelerated.
- FIG. 18A is a graph showing an ⁇ -axis current I ⁇ and a ⁇ -axis current I ⁇ output by the 3-axis / 2-axis converter 12 when simulating the operation of the electric motor control device 1 according to Embodiment 2 of the present invention.
- FIG. 18B is a graph showing the ⁇ -axis voltage command value V ⁇ * and the ⁇ -axis voltage command value V ⁇ * output from the command vector determination unit 276.
- spikes generated in the ⁇ -axis current I ⁇ and the ⁇ -axis current I ⁇ in FIG. 18A are smaller than spikes generated in the ⁇ -axis current I ⁇ and the ⁇ -axis current I ⁇ in FIG. 11A. Therefore, the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ and the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ can be calculated more easily in the voltage drive in the second embodiment than in the current drive in the first embodiment.
- the magnitudes of the ⁇ -axis current I ⁇ and the ⁇ -axis current I ⁇ are constant regardless of the increase in the rotational speed of the rotor 4a.
- the ⁇ -axis voltage command value V ⁇ * and the ⁇ -axis voltage command value V ⁇ * are constant, so that the rotation speed increases and the ⁇ -axis induced voltage is increased.
- E ⁇ and ⁇ -axis induced voltage E ⁇ increase, ⁇ -axis current I ⁇ and ⁇ -axis current I ⁇ decrease as shown in FIG. 18A. Therefore, the acceleration of the rotor 4a is gentler in the voltage driving in the second embodiment than in the current driving in the first embodiment.
- FIG. 19 is a graph comparing the rotor angle at the time of current driving by the motor control device 1 according to the first embodiment of the present invention and the rotor angle at the time of voltage driving by the motor control device 1 according to the second embodiment. is there. That is, the graph of FIG. 19 is obtained by superimposing the graph shown at the top of FIG. 8 and the graph shown at the top of FIG. At the first acceleration, the current driven rotor angle is no longer higher than the voltage driven rotor angle. This difference in tendency is expected to be further increased due to factors such as a large induced voltage constant of the permanent magnet synchronous motor 4, a low voltage for driving the permanent magnet synchronous motor 4, and a large change in the rotational speed.
- the electric motor control device 1 includes the current detection unit 11, the 3-axis / 2-axis conversion unit 12, and the start control unit 27.
- the current detector 11 detects the currents Iu, Iv, Iw of the windings 4u, 4v, 4w of the permanent magnet synchronous motor 4 having a permanent magnet in the rotor 4a.
- the 3-axis / 2-axis converter 12 converts the currents Iu, Iv, Iw of the windings 4u, 4v, 4w detected by the current detector 11 into an ⁇ -axis current I ⁇ and a ⁇ -axis current I ⁇ in fixed coordinates.
- the start control unit 27 calculates the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ based on the ⁇ -axis current I ⁇ and the ⁇ -axis current I ⁇ converted by the 3-axis / 2-axis conversion unit 12 during the period from the start of the permanent magnet synchronous motor 4 to the completion of the start.
- the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ is calculated, and the ⁇ -axis voltage command value V ⁇ * and the ⁇ -axis voltage command value V ⁇ * are switched according to the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ and the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ .
- the ⁇ -axis voltage command value V ⁇ * and the ⁇ -axis voltage command value V ⁇ * are switched according to the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ and the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ , it is difficult to step out and a stable start is possible. Since the sensorless vector control is adopted in the second embodiment as in the first embodiment, the 3-axis / 2-axis converter 12, the 2-axis / 3-axis converter 15 and the PWM controller 16 are used. Thus, the calculation of the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ and the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ and the switching of energization can be easily performed.
- the start control unit 27 of the second embodiment calculates the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ and the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ at every timing when the absolute value of the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ and the absolute value of the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ are equal. Switching to the combination of ⁇ -axis voltage command value V ⁇ * and ⁇ -axis voltage command value V ⁇ * corresponding to the combination. That is, the start control unit 27 switches between the ⁇ -axis voltage command value V ⁇ * and the ⁇ -axis voltage command value V ⁇ * according to the energized phase numbers 1 to 4 of the energized phase pattern 1.
- the start control unit 27 of the second embodiment combines the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ and the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ every time the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ becomes zero and every time the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ becomes zero. May be switched between the ⁇ -axis voltage command value V ⁇ * and the ⁇ -axis voltage command value V ⁇ * corresponding to. That is, the start control unit 27 switches between the ⁇ -axis voltage command value V ⁇ * and the ⁇ -axis voltage command value V ⁇ * according to the energized phase numbers 1 to 4 of the energized phase pattern 2.
- the electric current larger than the energization phase pattern 1 can be supplied with the permanent magnet synchronous motor 4, and the torque at the time of starting will become large.
- the drive since it can be energized in the same direction as the induced voltage generated on the energized shaft, the drive is optimal. Even if parameters such as winding resistance and winding inductance of the permanent magnet synchronous motor 4 are unknown, or even if the parameter value changes due to a temperature rise or the like, the temperature distribution in the permanent magnet synchronous motor 4 is uniform.
- the change rate of the parameter is the same between the ⁇ axis and the ⁇ axis. Therefore, the timing at which the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ and the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ cross zero is not changed. Therefore, stable energization switching becomes possible.
- the start control unit 27 of the second embodiment switches the ⁇ -axis voltage command value V ⁇ * and the ⁇ -axis voltage command value V ⁇ * to zero, a positive constant value, or a negative constant value.
- the voltage command value constant, the induced voltage can be absorbed, and the vibration of the rotor 4a generated after the energization switching can be suppressed.
- start control unit 27 of the second embodiment temporarily switches between the ⁇ -axis voltage command value V ⁇ * and the ⁇ -axis voltage command value V ⁇ * when it is determined that the permanent magnet synchronous motor 4 has stepped out. You may cancel and maintain these command values. Thereby, the permanent-magnet synchronous motor 4 can recover from a step-out early.
- 20A and 20B are diagrams showing a hardware configuration example of the electric motor control device 1 according to each embodiment of the present invention.
- the current detection unit 11 in the electric motor control device 1 is an A / D converter 101.
- Each function of the control changeover switches 19 and 20 is realized by a processing circuit. That is, the electric motor control device 1 includes a processing circuit for realizing the above functions.
- the processing circuit may be the processing circuit 100 as dedicated hardware, or may be the processor 102 that executes a program stored in the memory 103.
- the processing circuit 100 when the processing circuit 100 is dedicated hardware, the processing circuit 100 may be, for example, a single circuit, a composite circuit, a programmed processor, a parallel programmed processor, an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), or the like. ), FPGA (Field Programmable Gate Array), or a combination thereof.
- the functions 19 and 20 may be realized by a plurality of processing circuits 100, or the functions of the respective units may be realized by a single processing circuit 100. Further, the processing circuit 100 may incorporate the A / D converter 101.
- the processing circuit is the processor 102
- the 3-axis / 2-axis conversion unit 12 the sensorless vector control unit 13, the current FB unit 14, the 2-axis / 3-axis conversion unit 15, the PWM control unit 16
- the functions of the start control units 17 and 27, the control switching unit 18, and the control switching switches 19 and 20 are realized by software, firmware, or a combination of software and firmware.
- Software or firmware is described as a program and stored in the memory 103.
- the processor 102 reads out and executes the program stored in the memory 103, thereby realizing the functions of the respective units. That is, the electric motor control device 1 includes a memory 103 for storing a program that, when executed by the processor 102, results in the steps shown in the flowchart of FIG.
- This program includes a 3-axis / 2-axis conversion unit 12, a sensorless vector control unit 13, a current FB unit 14, a 2-axis / 3-axis conversion unit 15, a PWM control unit 16, start control units 17, 27, and a control switching unit. 18 and the procedure or method of the control changeover switches 19 and 20 can be said to be executed by a computer.
- the processor 102 is a CPU (Central Processing Unit), a processing device, an arithmetic device, a microprocessor, a microcomputer, or the like.
- the memory 103 may be a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), an EPROM (Erasable Programmable ROM), or a nonvolatile or volatile semiconductor memory such as a flash memory, a hard disk, a flexible disk, or the like.
- the magnetic disk may be an optical disk such as a CD (Compact Disc) or a DVD (Digital Versatile Disc).
- the memory 103 stores information on the phase pattern as shown in FIG. 5 and information on the energized phase pattern as shown in FIGS. 6, 7, 14, and 15.
- the 3-axis / 2-axis conversion unit 12, the sensorless vector control unit 13, the current FB unit 14, the 2-axis / 3-axis conversion unit 15, the PWM control unit 16, the start control units 17, 27, the control switching unit 18, and the control A part of the functions of the changeover switches 19 and 20 may be realized by dedicated hardware and partly realized by software or firmware.
- the processing circuit in the electric motor control device 1 can realize the above-described functions by hardware, software, firmware, or a combination thereof.
- FIG. 21 is a flowchart showing an operation example when the permanent magnet synchronous motor 4 is started by the motor control device 1 according to each embodiment of the present invention.
- the current detector 11 detects the currents Iu, Iv, Iw of the windings 4u, 4v, 4w.
- the 3-axis / 2-axis converter 12 converts the currents Iu, Iv, Iw of the windings 4u, 4v, 4w detected by the current detector 11 into ⁇ -axis current I ⁇ and ⁇ -axis current I ⁇ in fixed coordinates. Convert.
- step ST3 the start controller 17 calculates the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ and the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ based on the ⁇ -axis current I ⁇ and the ⁇ -axis current I ⁇ converted by the 3-axis / 2-axis converter 12, and the ⁇ -axis
- the ⁇ -axis current command value I ⁇ * and the ⁇ -axis current command value I ⁇ * are switched according to the induced voltage E ⁇ and the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ .
- step ST4 the current FB section 14, the 2-axis / 3-axis conversion section 15 and the PWM control section 16 perform the windings 4u, 4u, 4b according to the ⁇ -axis current command value I ⁇ * and the ⁇ -axis current command value I ⁇ * from the start control section 17. It operates to switch the energization to 4v and 4w.
- step ST5 the control switching unit 18 determines whether or not the permanent magnet synchronous motor 4 has been started. When the permanent magnet synchronous motor 4 has been started (step ST5 “YES”), the control switching unit 18 is shown in the flowchart of FIG. Then, the operation is switched to sensorless vector control by the sensorless vector control unit 13. On the other hand, if the permanent magnet synchronous motor 4 has not been started (step ST5 “NO”), the control switching unit 18 returns to step ST1.
- step ST3 the start control unit 27 determines the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ and the ⁇ -axis induced based on the ⁇ -axis current I ⁇ and the ⁇ -axis current I ⁇ converted by the 3-axis / 2-axis conversion unit 12.
- the voltage E ⁇ is calculated, and the ⁇ -axis voltage command value V ⁇ * and the ⁇ -axis voltage command value V ⁇ * are switched according to the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ and the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ .
- step ST4 the 2-axis / 3-axis converter 15 and the PWM controller 16 determine the windings 4u, 4v, 4w according to the ⁇ -axis voltage command value V ⁇ * and the ⁇ -axis voltage command value V ⁇ * from the start control unit 27. Operates to switch energization to.
- the ⁇ -axis command value and the ⁇ -axis command value are switched according to the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ and the ⁇ -axis induced voltage E ⁇ when the permanent magnet synchronous motor is started. It is suitable for use in an electric motor for a fuel pump in which it is difficult to mount an angle sensor.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
Abstract
始動制御部(17)は、永久磁石同期電動機(4)の始動開始から始動完了までの期間、3軸/2軸変換部(12)が3相の巻線(4u,4v,4w)の電流(Iu,Iv,Iw)から変換したα軸電流(Iα)およびβ軸電流(Iβ)に基づいて、α軸誘起電圧(Eα)およびβ軸誘起電圧(Eβ)を算出し、α軸誘起電圧(Eα)およびβ軸誘起電圧(Eβ)に応じてα軸指令値(Iα*)およびβ軸指令値(Iβ*)を切り替える。
Description
この発明は、永久磁石同期電動機の動作を制御する電動機制御装置に関するものである。
回転子に永久磁石を備えた永久磁石同期電動機は、一般に、通電制御のために回転子の回転角度を検出する角度センサが装着されている。他方、自動車エンジン用の燃料ポンプを駆動する永久磁石同期電動機は、燃料ポンプと共に燃料タンク内に設置されるため、回転子の近傍に角度センサを装着することが困難である。また、低価格化のために角度センサが廃止される場合もある。
角度センサを有さない永久磁石同期電動機において、誘起電圧から回転子の回転角度を推定して巻線への通電を制御する方法が実用化されている。その方法の1つであるセンサレスベクトル制御方法は、u相、v相およびw相の電圧および電流をd軸およびq軸の電圧および電流に変換し、d軸およびq軸の誘起電圧から回転子の回転角度を推定して通電制御を行う。このセンサレスベクトル制御方法は、永久磁石同期電動機の効率を最大化する優れた通電制御方法である。
しかしながら、永久磁石同期電動機の始動開始時は回転子の回転速度が遅く誘起電圧が小さいため、誘起電圧から回転子の回転角度を推定することが困難である。そこで、例えば特許文献1に係る電動機制御装置は、始動時に巻線に通電することによって直流励磁状態にして回転子を位置決めすると共に振れを検出し、振れた方向と強制転流用の回転方向とが一致する場合に、所定の加速パターンに従って回転子を加速させる強制転流を開始する。
従来の電動機制御装置は、永久磁石同期電動機の始動時に所定の加速パターンに従って回転子を加速させるように強制転流を行う構成であるので、脱調等が考慮されておらず、回転子が加速している保証はない。このように、従来の電動機制御装置は、永久磁石同期電動機の安定した始動が困難であるという課題があった。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、永久磁石同期電動機の安定した始動を可能とすることを目的とする。
この発明に係る電動機制御装置は、回転子に永久磁石を備えた永久磁石同期電動機の3軸の巻線の電流を検出する電流検出部と、電流検出部が検出する3軸の巻線の電流を固定座標のα軸電流およびβ軸電流に変換する3軸/2軸変換部と、永久磁石同期電動機の始動開始から始動完了までの期間、3軸/2軸変換部が変換したα軸電流およびβ軸電流に基づいてα軸誘起電圧およびβ軸誘起電圧を算出し、α軸誘起電圧およびβ軸誘起電圧に応じてα軸指令値およびβ軸指令値を切り替える始動制御部と、始動制御部からのα軸指令値およびβ軸指令値に従い3軸の巻線への通電を切り替える通電切替部とを備えるものである。
この発明によれば、永久磁石同期電動機の始動開始から始動完了までの期間、α軸電流およびβ軸電流に基づいてα軸誘起電圧およびβ軸誘起電圧を算出し、α軸誘起電圧およびβ軸誘起電圧に応じてα軸指令値およびβ軸指令値を切り替えるようにしたので、永久磁石同期電動機の安定した始動が可能になる。
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1に係る電動機制御装置1の構成例を示すブロック図である。電動機制御装置1の制御対象である永久磁石同期電動機4は、永久磁石を備える回転子4aと、uvw3相の巻線4u,4v,4wを備える固定子4bとを含む。この永久磁石同期電動機4は、例えば、低圧燃料ポンプ6を駆動する用途に用いられる。低圧燃料ポンプ6は、燃料タンク5から不図示の車両エンジンへ燃料を供給する。リリーフ弁7は、燃料圧力が上昇した場合に開弁し、燃料圧力が異常に高圧になることを回避する。
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1に係る電動機制御装置1の構成例を示すブロック図である。電動機制御装置1の制御対象である永久磁石同期電動機4は、永久磁石を備える回転子4aと、uvw3相の巻線4u,4v,4wを備える固定子4bとを含む。この永久磁石同期電動機4は、例えば、低圧燃料ポンプ6を駆動する用途に用いられる。低圧燃料ポンプ6は、燃料タンク5から不図示の車両エンジンへ燃料を供給する。リリーフ弁7は、燃料圧力が上昇した場合に開弁し、燃料圧力が異常に高圧になることを回避する。
電動機制御装置1は、インバータ2を介して永久磁石同期電動機4をセンサレスベクトル制御により駆動する。インバータ2は、FET(Field Effect Transistor)等の6個のスイッチが3相ブリッジ接続された3相インバータである。インバータ2と永久磁石同期電動機4との間には、巻線4u,4v,4wの電流Iu,Iv,Iwを検出する電流センサ3u,3v,3wが設けられている。
ここで、実施の形態1で使用する座標系について説明する。
図2は、この発明の実施の形態1で使用する座標系を説明する図であり、uvw3相固定座標、γδ2相回転座標、およびαβ2相固定座標の関係を示す。永久磁石同期電動機4として、回転子4aが備える永久磁石1極対分の等価電動機を考える。固定子4bに配置された巻線4u,4v,4wのそれぞれは、対向する回転子4aの表面に配置された永久磁石の1極対の周期に対して、図2のように2/3πずつ位置をずらして配置されている。u軸に対して仮想角度θだけ回転させた座標をγ軸とし、γ軸からさらにπ/2回転させた座標をδ軸とする。θ=0の場合におけるγδ軸を、特にαβ軸と呼ぶ。
図2は、この発明の実施の形態1で使用する座標系を説明する図であり、uvw3相固定座標、γδ2相回転座標、およびαβ2相固定座標の関係を示す。永久磁石同期電動機4として、回転子4aが備える永久磁石1極対分の等価電動機を考える。固定子4bに配置された巻線4u,4v,4wのそれぞれは、対向する回転子4aの表面に配置された永久磁石の1極対の周期に対して、図2のように2/3πずつ位置をずらして配置されている。u軸に対して仮想角度θだけ回転させた座標をγ軸とし、γ軸からさらにπ/2回転させた座標をδ軸とする。θ=0の場合におけるγδ軸を、特にαβ軸と呼ぶ。
図3は、この発明の実施の形態1においてαβ2相固定座標を用いた場合の永久磁石同期電動機4の等価回路を示す図である。また、αβ2相固定座標を用いた場合の永久磁石同期電動機4の電圧電流方程式は式(1)で表される。ここで、Vαa,Vβaはα,β軸電機子電圧、Iαa,Iβaはα,β軸電機子電流、Eαa,Eβaはα,β軸電機子巻線に誘起する誘起電圧、Raは巻線抵抗、Laは巻線の自己インダクタンス、Pは微分演算子である。ここでIαaとIβaが一定である場合、Laも一定であるためPがゼロとなり、式(1)は対角項のみにRaが残る単純な式になる。
電動機制御装置1は、電流検出部11、3軸/2軸変換部12、センサレスベクトル制御部13、電流FB(Feedback)部14、2軸/3軸変換部15、PWM(Pulse Width Modulation)制御部16、始動制御部17、制御切替部18および制御切替スイッチ19,20を含む。
電流FB部14、2軸/3軸変換部15およびPWM制御部16は、「通電切替部」に相当する。
電流FB部14、2軸/3軸変換部15およびPWM制御部16は、「通電切替部」に相当する。
電流検出部11は、電流センサ3u,3v,3wが検出するアナログ値をデジタル値に変換するA/D変換器である。電流検出部11は、デジタル値である電流Iu,Iv,Iwを3軸/2軸変換部12へ出力する。
3軸/2軸変換部12は、式(2)に基づいて、uvw3相固定座標の電流Iu,Iv,Iwを、αβ2相固定座標の電流Iα,Iβまたはγδ2相回転座標の電流Iγ,Iδへ変換する。以下、αβ2相固定座標の電流Iα,Iβを「α軸電流Iα」および「β軸電流Iβ」と呼び、γδ2相回転座標の電流Iγ,Iδを「γ軸電流Iγ」および「δ軸電流Iδ」と呼ぶ。α軸電流Iαとβ軸電流Iβの組み合わせを「電流ベクトルIαβ」と呼び、γ軸電流Iγとδ軸電流Iδの組み合わせを「電流ベクトルIγδ」と呼ぶ。
3軸/2軸変換部12は、永久磁石同期電動機4の始動時であって制御切替スイッチ20が「0rad」出力部に接続されている場合、この「0rad」の値を式(2)のθに代入して電流Iu,Iv,Iwをα軸電流Iαとβ軸電流Iβへ変換する。一方、3軸/2軸変換部12は、永久磁石同期電動機4が始動完了した後であって制御切替スイッチ20がセンサレスベクトル制御部13の出力「θ」に接続されている場合、この「θ」の値を式(2)のθに代入して電流Iu,Iv,Iwをγ軸電流Iγとδ軸電流Iδへ変換する。3軸/2軸変換部12は、α軸電流Iαとβ軸電流Iβ、またはγ軸電流Iγとδ軸電流Iδをセンサレスベクトル制御部13、電流FB部14および始動制御部17へ出力する。
センサレスベクトル制御部13は、永久磁石同期電動機4が始動完了した後にこの永久磁石同期電動機4をセンサレスベクトル制御するものである。センサレスベクトル制御部13は、永久磁石同期電動機4が始動完了した後、制御切替部18の指示を受けるとセンサレスベクトル制御を開始する。このセンサレスベクトル制御部13は、3軸/2軸変換部12からのγ軸電流Iγとδ軸電流Iδおよび電流FB部14からのγ軸電圧指令値Vγ*とδ軸電圧指令値Vδ*を入力として、回転子4aの角度θとγ軸電流指令値Iγ*とδ軸電流指令値Iδ*を出力する。「*」は指令値であることを示す。γ軸電流指令値Iγ*とδ軸電流指令値Iδ*の組み合わせを「電流指令ベクトルIγδ*」と呼び、γ軸電圧指令値Vγ*とδ軸電圧指令値Vδ*の組み合わせを「電圧指令ベクトルVγδ*」と呼ぶ。
センサレスベクトル制御は周知の技術であるため、説明を省略する。
センサレスベクトル制御は周知の技術であるため、説明を省略する。
一方、始動制御部17は、永久磁石同期電動機4を始動するためのものである。始動制御部17は、永久磁石同期電動機4の始動開始から制御切替部18の指示を受けるまで、始動制御を行う。始動制御部17は、始動開始時、永久磁石同期電動機4への出力電圧を0Vにする指令および一定の電圧指令ベクトルVαβ*を、2軸/3軸変換部15へ直接出力して初期動作を行う。また、始動制御部17は初期動作後、3軸/2軸変換部12からのα軸電流Iαとβ軸電流Iβおよび電流FB部14からのα軸電圧指令値Vα*とβ軸電圧指令値Vβ*を入力として、α軸電流指令値Iα*とβ軸電流指令値Iβ*を出力する。α軸電流指令値Iα*とβ軸電流指令値Iβ*の組み合わせを「電流指令ベクトルIαβ*」と呼び、α軸電圧指令値Vα*とβ軸電圧指令値Vβ*の組み合わせを「電圧指令ベクトルVαβ*」と呼ぶ。また、実施の形態1においてα軸電流指令値Iα*およびβ軸電流指令値Iβ*は「α軸指令値」および「β軸指令値」である。
始動制御部17の詳細は後述する。
始動制御部17の詳細は後述する。
電流FB部14は、永久磁石同期電動機4の始動時であって制御切替スイッチ19が始動制御部17の出力「Iαβ*」に接続されている場合、始動制御部17からの電流指令ベクトルIαβ*と3軸/2軸変換部12からの電流ベクトルIαβとの差がゼロになるように、電圧指令ベクトルVαβ*を操作する。一方、電流FB部14は、永久磁石同期電動機4が始動完了した後であって制御切替スイッチ19がセンサレスベクトル制御部13の出力「Iγδ*」に接続されている場合、センサレスベクトル制御部13からの電流指令ベクトルIγδ*と3軸/2軸変換部12からの電流ベクトルIγδとの差がゼロになるように、電圧指令ベクトルVγδ*を操作する。電流FB部14は、操作した電圧指令ベクトルVαβ*または電圧指令ベクトルVγδ*を、センサレスベクトル制御部13、2軸/3軸変換部15および始動制御部17へ出力する。また、電流FB部14は、制御切替部18の指示に従い、永久磁石同期電動機4の始動時と始動完了した後とでフィードバックゲインを変更する。
例えば、電流FB部14は、速度型アルゴリズムによる比例積分制御(PI制御)と、フィードフォワード制御とにより、電圧指令ベクトルを操作して電流ベクトルを電流指令ベクトルに一致させる。電流FB部14は、永久磁石同期電動機4の始動時には相対的に大きい値の比例項ゲイン、積分項ゲインおよびフィードフォワード項ゲインを使用し、永久磁石同期電動機4が始動完了した後には相対的に小さい値の比例項ゲイン、積分項ゲインおよびフィードフォワード項ゲインを使用する。永久磁石同期電動機4の始動時は、2相固定座標であるαβ軸上で電流指令ベクトルを通電相パターンに従いステップ状に変化させるので、急激にα軸電流Iαとβ軸電流Iβを変化させる必要がある。この激しい動きに追従するにはゲインは大きいほうが望ましい。一方、始動完了後は2相回転座標であるγδ軸上でセンサレスベクトル制御による通電制御が行われる。このときの電流指令ベクトルの変化は始動時より穏やかであるため、より小さいゲインを用いて安定性を向上させることが望ましい。なお、永久磁石同期電動機4の始動完了直後は、電流指令ベクトルと電流ベクトルの差がまだ大きいので、この差が小さくなってからゲインを切り替えることがより望ましい。
2軸/3軸変換部15は、式(2)に基づいて、α軸電圧指令値Vα*とβ軸電圧指令値Vβ*、またはγ軸電圧指令値Vγ*とδ軸電圧指令値Vδ*を、uvw3相の電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*へ変換する。2軸/3軸変換部15は、電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*をPWM制御部16へ出力する。
PWM制御部16は、電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*を三角波またはのこぎり波などと比較してデューティ比に変換し、インバータ2を構成する6個のスイッチを駆動する6つのパルス信号を生成して出力する。
制御切替部18は、始動制御部17およびセンサレスベクトル制御部13に指示して、始動制御部17による始動制御とセンサレスベクトル制御部13によるセンサレスベクトル制御とを切り替えるものである。また、制御切替部18は、永久磁石同期電動機4の始動時、制御切替スイッチ19を始動制御部17の出力「Iαβ*」側に切り替えるとともに、制御切替スイッチ20を「0rad」側に切り替える。制御切替部18は、永久磁石同期電動機4が始動完了したことを判定すると、制御切替スイッチ19をセンサレスベクトル制御部13の出力「Iγδ*」側に切り替えるとともに、制御切替スイッチ20をセンサレスベクトル制御部13の出力「θ」側に切り替える。また、制御切替部18は、永久磁石同期電動機4が始動完了した後、電流FB部14に対してフィードバックゲインを切り替えるよう指示する。
例えば、制御切替部18は、始動制御部17からα軸誘起電圧Eαとβ軸誘起電圧Eβを取得する。続いて制御切替部18は、取得したα軸誘起電圧Eαとβ軸誘起電圧Eβが予め定められた値より大きい場合、永久磁石同期電動機4の始動が完了したと判定し、始動制御部17による始動制御からセンサレスベクトル制御部13によるセンサレスベクトル制御に切り替えるべくセンサレスベクトル制御部13、電流FB部14、始動制御部17、および制御切替スイッチ19,20を制御する。
なお、上記例ではα軸誘起電圧Eαとβ軸誘起電圧Eβに基づいて始動完了を判定するが、この判定方法に限定されるものではない。
なお、上記例ではα軸誘起電圧Eαとβ軸誘起電圧Eβに基づいて始動完了を判定するが、この判定方法に限定されるものではない。
次に、始動制御部17の詳細を説明する。
図4は、この発明の実施の形態1における始動制御部17の内部構成例を示すブロック図である。始動制御部17は、パラメータ測定部171、誘起電圧算出部172、位相判定部173、脱調判定部174、通電相制御部175、指令ベクトル決定部176およびタイミング制御部177を備える。
図4は、この発明の実施の形態1における始動制御部17の内部構成例を示すブロック図である。始動制御部17は、パラメータ測定部171、誘起電圧算出部172、位相判定部173、脱調判定部174、通電相制御部175、指令ベクトル決定部176およびタイミング制御部177を備える。
パラメータ測定部171は、3軸/2軸変換部12からの電流ベクトルIαβおよびタイミング制御部177からの電圧指令ベクトルVαβ*を入力とし、永久磁石同期電動機4の特性を示すパラメータである巻線抵抗および巻線インダクタンスを出力する。
なお、以下ではパラメータ測定部171が巻線抵抗および巻線インダクタンスを測定する例を説明するが、これに限定されるものではなく、永久磁石同期電動機4の巻線抵抗および巻線インダクタンスを示す情報をパラメータ測定部171が予め保持してもよい。
なお、以下ではパラメータ測定部171が巻線抵抗および巻線インダクタンスを測定する例を説明するが、これに限定されるものではなく、永久磁石同期電動機4の巻線抵抗および巻線インダクタンスを示す情報をパラメータ測定部171が予め保持してもよい。
パラメータ測定部171は、タイミング制御部177から抵抗測定の指示を受けると、同じくタイミング制御部177から受け取る一定の電圧指令ベクトルVαβ*と、電圧指令ベクトルVαβ*が一定のときに検出される電流ベクトルIαβとを入力として、式(3)を計算して巻線抵抗Rを求める。詳細は後述するが、巻線抵抗測定時、タイミング制御部177は、2軸/3軸変換部15に対して一定の電圧指令ベクトルVαβ*を指示する。
なお、上記例では、パラメータ測定部171は、電圧指令ベクトルVαβ*が一定のときに検出される電流ベクトルIαβを用いて、式(3)より巻線抵抗Rを求めるが、この方法に限定されるものではない。例えば、パラメータ測定部171は、電流指令ベクトルIαβ*が一定のときに電流FB部14により操作される電圧指令ベクトルVαβ*を用いて、式(3a)より巻線抵抗Rを求めてもよい。その場合、タイミング制御部177は、電流FB部14に対して一定の電流指令ベクトルIαβ*を指示する。
また、パラメータ測定部171は、タイミング制御部177からインダクタンス測定指示を受けると、電圧指令ベクトルVαβ*が一定値からゼロに切り替わる期間において検出される電流ベクトルIαβの一定時間間隔Δtごとの差分ΔI(i)を求め、この差分ΔI(i)を入力として式(4)を計算して減衰比ri(i)を求める。続いて、パラメータ測定部171は、式(5)を計算して、電流変化の時定数τ(i)を求める。続いて、パラメータ測定部171は、式(6)を計算して巻線インダクタンスL(i)を求める。インダクタンス測定時、タイミング制御部177は、2軸/3軸変換部15に対して0Vの電圧指令ベクトルVαβ*を指示する。
なお、上記例では、パラメータ測定部171は、電圧指令ベクトルVαβ*が一定値からゼロに変化する期間において検出される電流ベクトルIαβを用いて、式(4)~式(6)より巻線インダクタンスL(i)を求めるが、この方法に限定されるものではない。例えば、パラメータ測定部171は、電流指令ベクトルIαβ*が一定値からゼロに変化する期間において電流FB部14により操作される電圧指令ベクトルVαβ*の一定時間間隔Δtごとの差分ΔV(i)を求め、この差分ΔV(i)を入力として式(4a)を計算して減衰比rv(i)を求める。続いて、パラメータ測定部171は、式(5a)を計算して、電流変化の時定数τ(i)を求める。続いて、パラメータ測定部171は、上式(6)を計算して巻線インダクタンスL(i)を求める。その場合、タイミング制御部177は、電流FB部14に対して0Aの電流指令ベクトルIαβ*を指示する。
誘起電圧算出部172は、電流FB部14からのα軸電流指令値Iα*とβ軸電流指令値Iβ*、およびパラメータ測定部171からのα軸電流Iαとβ軸電流Iβと巻線抵抗と巻線インダクタンスを入力として、α軸誘起電圧Eαとβ軸誘起電圧Eβを出力する。具体的には、誘起電圧算出部172は、α軸誘起電圧Eαとβ軸誘起電圧Eβを式(1)より逆算する。
なお、誘起電圧算出部172は、後述する通電相番号の切り替わり時に通電相制御部175から誘起電圧算出マスク指示を受け付けている間、α軸誘起電圧Eαとβ軸誘起電圧Eβの算出を停止する。これは、通電相の切り替わり時に発生するノイズを除去するためである。このノイズは、図11Bで説明するスパイクのことである。
なお、誘起電圧算出部172は、後述する通電相番号の切り替わり時に通電相制御部175から誘起電圧算出マスク指示を受け付けている間、α軸誘起電圧Eαとβ軸誘起電圧Eβの算出を停止する。これは、通電相の切り替わり時に発生するノイズを除去するためである。このノイズは、図11Bで説明するスパイクのことである。
位相判定部173は、誘起電圧算出部172からのα軸誘起電圧Eαとβ軸誘起電圧Eβに基づいて、回転子4aの位相角を表す位相番号を判定する。位相判定部173は、判定した位相番号を脱調判定部174へ出力する。
図5は、この発明の実施の形態1におけるα軸誘起電圧Eα、β軸誘起電圧Eβ,-Eβ、位相番号1~8、通電相パターン1の通電相番号1~4、および通電相パターン2の通電相番号1~4の対応関係を示す図である。図5において「T」は真、「F」は偽である。また、図5では回転子4aをα軸からβ軸へ回転させる場合の例を示す。回転子4aをβ軸からα軸へ回転させる場合、位相番号は図5とは逆順、つまり「8」から「1」へ推移する。回転方向は、外部から始動制御部17の各部に対して指示が与えられるものとする。
位相判定部173は、図5のようにα軸誘起電圧Eαとβ軸誘起電圧Eβの大小関係、α軸誘起電圧Eαとβ軸誘起電圧-Eβの大小関係、α軸誘起電圧Eαとゼロの大小関係、およびβ軸誘起電圧Eβとゼロの大小関係を比較し、4つの比較結果に応じた位相番号を判定する。例えば、位相判定部173は、「Eα>Eβ」かつ「Eα≦-Eβ」かつ「Eα>0」かつ「Eβ≦0」である場合、位相番号を「1」と判定する。
脱調判定部174は、位相判定部173が出力する位相番号の推移と予め定められた位相パターンとを比較して、位相判定部173が出力する位相番号が予め定められた位相パターンと異なる場合に脱調と判定する。予め定められた位相パターンとは、位相番号1~8をこの順に繰り返すパターンである。例えば、脱調判定部174は、前回の位相番号が「1」で今回の位相番号が「2」である場合には位相番号が予め定められた位相パターン通りに推移しているため、脱調していないと判定する。一方、脱調判定部174は、前回の位相番号が「1」で今回の位相番号が「3」または「8」である場合には位相番号が予め定められた位相パターン通りに推移していないため、脱調していると判定し、判定結果をタイミング制御部177へ通知する。図5から明らかなように、脱調しているか否かの判定は、α軸誘起電圧Eαの絶対値とβ軸誘起電圧Eβの絶対値とが等しくなるタイミング、α軸誘起電圧Eαがゼロになるタイミング、およびβ軸誘起電圧Eβがゼロになるタイミングごとに行われる。そのため、脱調判定部174は、回転子4aが一回転する間に8回脱調の判定を行うことができる。
なお、脱調判定部174は、脱調を1回判定してすぐにタイミング制御部177へ脱調したことを通知してもよいし、脱調を所定回数(例えば、10回)連続して判定した場合にタイミング制御部177へ脱調したことを通知してもよい。
通電相制御部175は、誘起電圧算出部172からのα軸誘起電圧Eαとβ軸誘起電圧Eβに基づいて通電相番号を判定する。通電相制御部175は、通電相パターン1または通電相パターン2のいずれか一方のみを使用する構成であってもよいし、外部から与えられる指示に応じて通電相パターン1と通電相パターン2を切り替える構成であってもよい。
通電相制御部175は、通電相パターン1を使用する場合、図5に示されたα軸誘起電圧Eαとβ軸誘起電圧Eβの大小関係、およびα軸誘起電圧Eαとβ軸誘起電圧-Eβの大小関係を比較し、2つの比較結果に応じた通電相番号を決定する。例えば、通電相制御部175は、「Eα>Eβ」かつ「Eα>-Eβ」である場合、通電相番号を「1」と判定する。図5から明らかなように、通電相パターン1の場合、α軸誘起電圧Eαの絶対値とβ軸誘起電圧Eβの絶対値とが等しくなるタイミングごとに、通電相番号が切り替わる。
通電相制御部175は、通電相パターン2を使用する場合、図5に示されたα軸誘起電圧Eαとゼロの大小関係、およびβ軸誘起電圧Eβとゼロの大小関係を比較し、2つの比較結果に応じた通電相番号を決定する。例えば、通電相制御部175は、「Eα>0」かつ「Eβ≦0」である場合、通電相番号を「1」と判定する。図5から明らかなように、通電相パターン2の場合、α軸誘起電圧Eαがゼロになるタイミングおよびβ軸誘起電圧Eβがゼロになるタイミングごとに、通電相番号が切り替わる。
なお、通電相制御部175は、タイミング制御部177から通電相番号切り替え開始の指示を受け付けると、通電相番号の指令ベクトル決定部176への出力を開始する。また、通電相制御部175は、通電相番号を切り替えるときに誘起電圧算出部172へ誘起電圧算出マスク指示を出力すると共に、タイミング制御部177へ通電相番号を切り替えたことを通知する。また、通電相制御部175は、誘起電圧算出部172からのα軸誘起電圧Eαとβ軸誘起電圧Eβが閾値(例えば、0.1V)以下の場合に通電相番号を切り替えず、閾値より大きい場合に通電相番号を切り替える。ただし、通電相制御部175は、α軸誘起電圧Eαとβ軸誘起電圧Eβが閾値以下であっても、タイミング制御部177から強制切替指示を受け付けた場合には通電相番号を切り替える。
指令ベクトル決定部176は、通電相制御部175が指示する通電相パターンの通電相番号に対応するα軸電流指令値Iα*とβ軸電流指令値Iβ*を出力する。
図6は、この発明の実施の形態1における通電相パターン1の通電相番号1~4と、α軸電流指令値Iα*と、β軸電流指令値Iβ*の対応関係を示す図である。図7は、この発明の実施の形態1における通電相パターン2の通電相番号1~4と、α軸電流指令値Iα*と、β軸電流指令値Iβ*の対応関係を示す図である。図6および図7において「i0」は予め定められた正の電流値(例えば、20A)であり、「-i0」は予め定められた負の電流値(例えば、-20A)である。図6および図7では回転子4aをα軸からβ軸の方向へ回転させる場合の例を示す。
指令ベクトル決定部176は、通電相制御部175から通電相パターン1の通電相番号1~4をこの順に受け付けると、α軸電流指令値Iα*とβ軸電流指令値Iβ*からなる電流指令ベクトル(Iα*,Iβ*)を、図6に示されるように(i0,0)、(0,i0)、(-i0,0)、(0,-i0)の順に切り替えて電流FB部14へ出力する。回転子4aがβ軸からα軸の方向へ回転する場合、指令ベクトル決定部176は、電流指令ベクトル(Iα*,Iβ*)を(0,i0)、(i0,0)、(0,-i0)、(-0i,0)の順に切り替えて電流FB部14へ出力する。
指令ベクトル決定部176は、通電相制御部175から通電相パターン2の通電相番号1~4をこの順に受け付けると、電流指令ベクトル(Iα*,Iβ*)を、図7に示されるように(i0,-i0)、(i0,i0)、(-i0,i0)、(-i0,-i0)の順に切り替えて電流FB部14へ出力する。回転子4aがβ軸からα軸の方向へ回転する場合、指令ベクトル決定部176は、電流指令ベクトル(Iα*,Iβ*)を(-i0,i0)、(-i0,-i0)、(i0,-i0)、(i0,i0)の順に切り替えて電流FB部14へ出力する。
上述のように、指令ベクトル決定部176が通電相番号の切り替わりごとにα軸電流指令値Iα*とβ軸電流指令値Iβ*を切り替えることで、電流FB部14はα軸電流Iαとβ軸電流Iβがα軸電流指令値Iα*とβ軸電流指令値Iβ*に一致するようにα軸電圧指令値Vα*とβ軸電圧指令値Vβ*を操作する。誘起電圧算出部172は、このときのα軸電圧指令値Vα*とβ軸電圧指令値Vβ*とα軸電流Iαとβ軸電流Iβとを用いて、α軸誘起電圧Eαとβ軸誘起電圧Eβを算出することになる。
タイミング制御部177は、永久磁石同期電動機4の始動時および脱調判定部174の脱調判定時に、パラメータ測定部171、誘起電圧算出部172および通電相制御部175等の動作タイミングを制御する。
具体的には、タイミング制御部177は、永久磁石同期電動機4の始動開始とともにカウントを開始し、0.5ミリ秒が経過するごとに1カウントする。また、タイミング制御部177は、脱調判定部174から脱調の通知を受け付けると、カウント値をゼロにリセットする。
具体的には、タイミング制御部177は、永久磁石同期電動機4の始動開始とともにカウントを開始し、0.5ミリ秒が経過するごとに1カウントする。また、タイミング制御部177は、脱調判定部174から脱調の通知を受け付けると、カウント値をゼロにリセットする。
図8は、この発明の実施の形態1に係る電動機制御装置1の動作をシミュレーションした結果を示すグラフである。図8のグラフは始動制御部17による動作をシミュレーションしたものであり、始動が完了していないためセンサレスベクトル制御部13は動作していない。25πrad(=78.5rad)に回転子4aの回転を制限するストッパが存在するものと仮定してシミュレーションしている。このストッパは、低圧燃料ポンプ6の異物噛み込みまたは故障等により回転子4aが回転できない現象を模擬するためのものである。
図8の一番上のグラフは回転子4aの角度、上から二番目のグラフはタイミング制御部177のカウント値である。
一番下のグラフは上から脱調判定部174による脱調判定通知のタイミング、電流FB部14のフィードバック制御を中止してタイミング制御部177から2軸/3軸変換部15へ電圧指令ベクトルを直接通知するタイミング、タイミング制御部177から2軸/3軸変換部15へ出力電圧0Vの指令を直接通知するタイミング、タイミング制御部177からパラメータ測定部171へ巻線インダクタンス測定指示を通知するタイミング、タイミング制御部177からパラメータ測定部171へ巻線抵抗測定指示を通知するタイミングである。各グラフの高値側が通知のタイミングである。なお、図8のグラフにおいて、脱調判定部174は脱調したことを10回連続して判定した場合に、タイミング制御部177へ通知することとする。
図8の一番上のグラフは回転子4aの角度、上から二番目のグラフはタイミング制御部177のカウント値である。
一番下のグラフは上から脱調判定部174による脱調判定通知のタイミング、電流FB部14のフィードバック制御を中止してタイミング制御部177から2軸/3軸変換部15へ電圧指令ベクトルを直接通知するタイミング、タイミング制御部177から2軸/3軸変換部15へ出力電圧0Vの指令を直接通知するタイミング、タイミング制御部177からパラメータ測定部171へ巻線インダクタンス測定指示を通知するタイミング、タイミング制御部177からパラメータ測定部171へ巻線抵抗測定指示を通知するタイミングである。各グラフの高値側が通知のタイミングである。なお、図8のグラフにおいて、脱調判定部174は脱調したことを10回連続して判定した場合に、タイミング制御部177へ通知することとする。
タイミング制御部177は、カウント値がゼロから100になるまでの期間、永久磁石同期電動機4への出力電圧を「0V」にする電圧指令ベクトルを2軸/3軸変換部15へ出力する。この期間は、電流検出部11がA/D変換器をキャリブレーションしたりするための期間である。
また、この期間は、脱調してリセットした直後に回転子4aにブレーキをかけるための期間である。永久磁石同期電動機4への出力電圧が「0V」になるようにタイミング制御部177が指令を出すことで、インバータ2はu相、v相およびw相の3つの高電圧側スイッチすべてをオンして回転子4aの回転にブレーキをかける。または、インバータ2はu相、v相およびw相の3つの低電圧側スイッチすべてをオンすることによってブレーキをかけてもよい。
また、この期間は、脱調してリセットした直後に回転子4aにブレーキをかけるための期間である。永久磁石同期電動機4への出力電圧が「0V」になるようにタイミング制御部177が指令を出すことで、インバータ2はu相、v相およびw相の3つの高電圧側スイッチすべてをオンして回転子4aの回転にブレーキをかける。または、インバータ2はu相、v相およびw相の3つの低電圧側スイッチすべてをオンすることによってブレーキをかけてもよい。
タイミング制御部177は、カウント値が101から500になるまでの期間、パラメータ測定部171に抵抗測定を指示する。また、タイミング制御部177は、カウント値が101から500になるまでの期間、永久磁石同期電動機4に電圧を印加して巻線抵抗の測定を行うために、一定の電圧指令ベクトルVαβ*を2軸/3軸変換部15へ直接出力する。
タイミング制御部177は、カウント値が501から1000になるまでの期間、パラメータ測定部171にインダクタンス測定を指示する。また、タイミング制御部177は、カウント値が501から1000になるまでの期間、永久磁石同期電動機4への電圧印加を停止して電流を降下させて巻線インダクタンスの測定を行うために、永久磁石同期電動機4への出力電圧を「0V」にする電圧指令ベクトルを2軸/3軸変換部15へ出力する。カウント値が1000になるまでの期間に初期化動作が終了する。タイミング制御部177は、カウント値が1001になると、通電相制御部175に対して通電相番号切り替え開始の指示を出力する。
タイミング制御部177は、通電相制御部175から通電相番号切り替えの通知を受け付けた場合またはカウント値が1500になった場合、カウント値を1001に戻してカウントを再開する。なお、タイミング制御部177は、カウント値が1001から1500になるまでの期間に通電相番号が切り替わらない場合、通電相制御部175に対して強制切替指示を出力する。よって、α軸誘起電圧Eαとβ軸誘起電圧Eβが閾値以下になった状態が継続していたとしても強制的に通電相番号が切り替わり、図8の時間Ti1から回転子4aが加速する。
図8の時間Ti1~Ti2の「加速1」において、回転子4aの角度がグラフのように上昇する。しかし、時間Ti2では回転子4aがストッパに衝突し、回転子4aの回転方向が逆向きになる。この直後の時間Ti3において、脱調判定部174が脱調を判定してタイミング制御部177に通知する。この通知を受けたタイミング制御部177はカウント値をゼロにリセットし、カウントを再開する。
タイミング制御部177は、時間Ti3のリセット後、カウント値ゼロから1000までの間に初期化動作を繰り返すが、この時期は初期化が終了しても回転子4aの回転方向が逆向きになっているのですぐには加速できず、時間Ti4から再加速する。時間Ti5では回転子4aが再びストッパに衝突し、脱調判定部174において脱調が判定され、タイミング制御部177により再々初期化が始まる。
タイミング制御部177は、時間Ti3のリセット後、カウント値ゼロから1000までの間に初期化動作を繰り返すが、この時期は初期化が終了しても回転子4aの回転方向が逆向きになっているのですぐには加速できず、時間Ti4から再加速する。時間Ti5では回転子4aが再びストッパに衝突し、脱調判定部174において脱調が判定され、タイミング制御部177により再々初期化が始まる。
図9は、図8の時間Ti1~Ti2の部分についてα軸誘起電圧Eα、β軸誘起電圧Eβ、および通電相番号1~4の切り替わり等を示すグラフである。図10は、図9の時間Ti1~Ti1-1の部分について拡大したグラフである。図9および図10のグラフは、図8と同様にシミュレーションした結果を示すグラフである。
図9および図10の一番上のグラフは回転子4aの角度、上から二番目のグラフはタイミング制御部177のカウント値であり、上から三番目のグラフは誘起電圧算出部172が算出したα軸誘起電圧Eαとβ軸誘起電圧Eβである。
上から四番目のグラフの上側は、通電相制御部175から誘起電圧算出部172へ誘起電圧算出マスク指示を通知するタイミングを示す。高値側が通知のタイミングである。上から四番目のグラフの下側は、通電相制御部175において誘起電圧が閾値以下であって通電相の切り替えを行わないと判定したタイミングを示す。低値側が切り替えを行わないと判定したタイミングである。
一番下のグラフは、通電相制御部175においてα軸誘起電圧Eαとβ軸誘起電圧Eβの組み合わせに応じて判定した通電相番号判定値と、通電相制御部175から指令ベクトル決定部176へ出力した通電相番号出力値を示す。
図9および図10の一番上のグラフは回転子4aの角度、上から二番目のグラフはタイミング制御部177のカウント値であり、上から三番目のグラフは誘起電圧算出部172が算出したα軸誘起電圧Eαとβ軸誘起電圧Eβである。
上から四番目のグラフの上側は、通電相制御部175から誘起電圧算出部172へ誘起電圧算出マスク指示を通知するタイミングを示す。高値側が通知のタイミングである。上から四番目のグラフの下側は、通電相制御部175において誘起電圧が閾値以下であって通電相の切り替えを行わないと判定したタイミングを示す。低値側が切り替えを行わないと判定したタイミングである。
一番下のグラフは、通電相制御部175においてα軸誘起電圧Eαとβ軸誘起電圧Eβの組み合わせに応じて判定した通電相番号判定値と、通電相制御部175から指令ベクトル決定部176へ出力した通電相番号出力値を示す。
図9の時間Ti1~Ti2において、通電相制御部175により通電相番号が適切に切り替えられ、回転子4aが正常に加速されているのが分かる。
図10の時間Ti1~Ti1-1において、通電相パターン1の場合、α軸誘起電圧Eαの絶対値とβ軸誘起電圧Eβの絶対値とが等しくなるタイミングごとに、通電相番号が切り替わるのが分かる。
図10の時間Ti1~Ti1-1において、通電相パターン1の場合、α軸誘起電圧Eαの絶対値とβ軸誘起電圧Eβの絶対値とが等しくなるタイミングごとに、通電相番号が切り替わるのが分かる。
図11Aは、この発明の実施の形態1に係る電動機制御装置1の動作をシミュレーションしたときに3軸/2軸変換部12が出力するα軸電流Iαとβ軸電流Iβを示すグラフであり、図11Bは電流FB部14が出力するα軸電圧指令値Vα*とβ軸電圧指令値Vβ*を示すグラフである。
図11Aおよび図11Bのように永久磁石同期電動機4の始動時に始動制御部17がα軸電流指令値Iα*とβ軸電流指令値Iβ*による電流駆動を行う場合、通電相番号の切り替わり時に電流FB部14の電流フィードバックが過渡状態になり、α軸電流指令値Iα*およびβ軸電流指令値Iβ*と、α軸電流Iαおよびβ軸電流Iβとの差が大きくなる。電流FB部14は過渡状態から回復するために大きなα軸電圧指令値Vα*とβ軸電圧指令値Vβ*を発生させるので、通電相番号の切り替わり時にα軸電圧指令値Vα*とβ軸電圧指令値Vβ*に大きなスパイクが発生する。このスパイクは、誘起電圧算出部172によるα軸誘起電圧Eαとβ軸誘起電圧Eβの算出を困難にするので、スパイクが発生する通電相番号の切り替わり時には通電相制御部175から誘起電圧算出部172に対して誘起電圧算出マスク指示が出力され、誘起電圧算出部172はこの指示の期間誘起電圧の算出を停止する。
図11Aにおいて、電流FB部14は、α軸電流Iαとβ軸電流Iβがα軸電流指令値Iα*とβ軸電流指令値Iβ*である20Aになるようフィードバック制御している。そのため、α軸電流Iαとβ軸電流Iβの大きさは、時間が経過しても変化しない。
一方、図11Bにおいて、電流FB部14は、始動直後には1.5V程度のα軸電圧指令値Vα*とβ軸電圧指令値Vβ*を出力する。その後、回転子4aの回転速度が上昇するとα軸誘起電圧Eαとβ軸誘起電圧Eβが大きくなるため、その分α軸電圧指令値Vα*とβ軸電圧指令値Vβ*も増加していく。
一方、図11Bにおいて、電流FB部14は、始動直後には1.5V程度のα軸電圧指令値Vα*とβ軸電圧指令値Vβ*を出力する。その後、回転子4aの回転速度が上昇するとα軸誘起電圧Eαとβ軸誘起電圧Eβが大きくなるため、その分α軸電圧指令値Vα*とβ軸電圧指令値Vβ*も増加していく。
以上のように、実施の形態1に係る電動機制御装置1は、電流検出部11、3軸/2軸変換部12、および始動制御部17を備える。電流検出部11は、回転子4aに永久磁石を備えた永久磁石同期電動機4の巻線4u,4v,4wの電流Iu,Iv,Iwを検出する。3軸/2軸変換部12は、電流検出部11が検出する巻線4u,4v,4wの電流Iu,Iv,Iwを固定座標のα軸電流Iαとβ軸電流Iβに変換する。始動制御部17は、永久磁石同期電動機4の始動開始から始動完了までの期間、3軸/2軸変換部12が変換したα軸電流Iαとβ軸電流Iβに基づいてα軸誘起電圧Eαとβ軸誘起電圧Eβを算出し、α軸誘起電圧Eαとβ軸誘起電圧Eβに応じてα軸電流指令値Iα*とβ軸電流指令値Iβ*を切り替える。α軸誘起電圧Eαとβ軸誘起電圧Eβに応じてα軸電流指令値Iα*とβ軸電流指令値Iβ*を切り替えるため、脱調しにくく、安定した始動が可能になる。
また、実施の形態1では始動完了後の永久磁石同期電動機4の制御にセンサレスベクトル制御を採用しているため、始動制御部17は、このセンサレスベクトル制御のためにすでに実装されている3軸/2軸変換部12、電流FB部14、2軸/3軸変換部15およびPWM制御部16を利用できる。よって、α軸誘起電圧Eαとβ軸誘起電圧Eβの算出および通電切り替えを容易に行うことができる。なお、始動完了後の永久磁石同期電動機4の制御方法は、センサレスベクトル制御に限定されるものではない。
また、実施の形態1では始動完了後の永久磁石同期電動機4の制御にセンサレスベクトル制御を採用しているため、始動制御部17は、このセンサレスベクトル制御のためにすでに実装されている3軸/2軸変換部12、電流FB部14、2軸/3軸変換部15およびPWM制御部16を利用できる。よって、α軸誘起電圧Eαとβ軸誘起電圧Eβの算出および通電切り替えを容易に行うことができる。なお、始動完了後の永久磁石同期電動機4の制御方法は、センサレスベクトル制御に限定されるものではない。
また、実施の形態1の始動制御部17は、α軸誘起電圧Eαの絶対値とβ軸誘起電圧Eβの絶対値とが等しくなるタイミングごとに、α軸誘起電圧Eαとβ軸誘起電圧Eβの組み合わせに対応するα軸電流指令値Iα*とβ軸電流指令値Iβ*の組み合わせに切り替える。つまり、始動制御部17は、通電相パターン1の通電相番号1~4に従ってα軸電流指令値Iα*とβ軸電流指令値Iβ*を切り替える。このようにすると、軸に発生している誘起電圧が大きくなるタイミングで通電できるので最適な駆動になる。
また、永久磁石同期電動機4の巻線抵抗および巻線インダクタンス等のパラメータが不明であっても、また温度上昇等によりパラメータ値が変化しても、永久磁石同期電動機4の内部が均一な温度分布になっていればパラメータの変化率はα軸とβ軸とで同一と考えらえる。そのため、α軸誘起電圧Eαとβ軸誘起電圧Eβの大小関係も変化しない。よって、安定した通電切り替えが可能になる。
また、永久磁石同期電動機4の巻線抵抗および巻線インダクタンス等のパラメータが不明であっても、また温度上昇等によりパラメータ値が変化しても、永久磁石同期電動機4の内部が均一な温度分布になっていればパラメータの変化率はα軸とβ軸とで同一と考えらえる。そのため、α軸誘起電圧Eαとβ軸誘起電圧Eβの大小関係も変化しない。よって、安定した通電切り替えが可能になる。
また、実施の形態1の始動制御部17は、α軸誘起電圧Eαがゼロになるタイミングおよびβ軸誘起電圧Eβがゼロになるタイミングごとに、α軸誘起電圧Eαとβ軸誘起電圧Eβの組み合わせに対応するα軸電流指令値Iα*とβ軸電流指令値Iβ*に切り替えてもよい。つまり、始動制御部17は、通電相パターン2の通電相番号1~4に従ってα軸電流指令値Iα*とβ軸電流指令値Iβ*を切り替える。このようにすると、α軸とβ軸の両方に通電できるため、通電相パターン1よりも大きな電流を永久磁石同期電動機4に通電でき始動時のトルクが大きくなる。また、通電している軸に発生している誘起電圧と同じ方向に通電できるので最適な駆動になる。
また、永久磁石同期電動機4の巻線抵抗および巻線インダクタンス等のパラメータが不明であっても、また温度上昇等によりパラメータ値が変化しても、永久磁石同期電動機4の内部が均一な温度分布になっていればパラメータの変化率はα軸とβ軸とで同一と考えらえる。そのため、α軸誘起電圧Eαとβ軸誘起電圧Eβがゼロをまたぐタイミングは変化しない。よって、安定した通電切り替えが可能になる。
また、永久磁石同期電動機4の巻線抵抗および巻線インダクタンス等のパラメータが不明であっても、また温度上昇等によりパラメータ値が変化しても、永久磁石同期電動機4の内部が均一な温度分布になっていればパラメータの変化率はα軸とβ軸とで同一と考えらえる。そのため、α軸誘起電圧Eαとβ軸誘起電圧Eβがゼロをまたぐタイミングは変化しない。よって、安定した通電切り替えが可能になる。
また、実施の形態1の始動制御部17は、α軸電流指令値Iα*とβ軸電流指令値Iβ*をゼロ、正の一定値、または負の一定値に切り替える。電流指令値を一定にすることで、巻線インダクタンスのばらつきの影響が排除でき、巻線インダクタンスを用いた誘起電圧の算出が容易になる。
また、実施の形態1の始動制御部17は、α軸誘起電圧Eαとβ軸誘起電圧Eβが閾値以下である場合にα軸電流指令値Iα*とβ軸電流指令値Iβ*を切り替えない。これにより、α軸誘起電圧Eαとβ軸誘起電圧Eβが小さい場合の通電切り替えの誤判定を防止できる。
また、実施の形態1の始動制御部17は、α軸誘起電圧Eαとβ軸誘起電圧Eβが閾値以下である状態が予め定められた時間継続した場合、α軸電流指令値Iα*とβ軸電流指令値Iβ*を強制的に切り替える。これにより、α軸誘起電圧Eαとβ軸誘起電圧Eβが小さく通電切り替えのタイミングを判定できなくなっても、強制的に次の通電相番号の通電に切り替えることができ、永久磁石同期電動機4を始動できる。
また、実施の形態1に係る電動機制御装置1は、回転座標のγ軸電流Iγおよびδ軸電流Iδに基づくγ軸電流指令値Iγ*とδ軸電流指令値Iδ*を出力するセンサレスベクトル制御部13と、始動制御部17が出力するα軸電流指令値Iα*とβ軸電流指令値Iβ*またはセンサレスベクトル制御部13が出力するγ軸電流指令値Iγ*とδ軸電流指令値Iδ*に対して電流フィードバック制御を行う電流FB部14と、永久磁石同期電動機4の始動開始から始動完了までの期間は始動制御部17による制御に切り替え、永久磁石同期電動機4が始動完了した後はセンサレスベクトル制御部13による制御に切り替える制御切替部18とを備える。この電流FB部14は、始動制御部17による制御時のフィードバックゲインを、センサレスベクトル制御部13による制御時のフィードバックゲインより大きくする。これにより、永久磁石同期電動機4の始動時に急激にα軸電流Iαとβ軸電流Iβを変化させることができ、より確実にα軸誘起電圧Eαとβ軸誘起電圧Eβを算出できるようになる。
また、実施の形態1の始動制御部17は、α軸誘起電圧Eαとβ軸誘起電圧Eβの組み合わせに対応するα軸電圧指令値Vα*とβ軸電圧指令値Vβ*の組み合わせと、予め定められたα軸電圧指令値Vα*とβ軸電圧指令値Vβ*の組み合わせが出現する位相パターンとを比較して永久磁石同期電動機4の脱調を判定する。α軸誘起電圧Eαとβ軸誘起電圧Eβを用いて脱調を判定できるので、脱調判定のために機能を追加する必要がない。よって、容易に脱調を判定できる。
また、α軸電流指令値Iα*とβ軸電流指令値Iβ*を一定にすることで、電流変化による電圧の変化が抑制され脱調判定が容易になる。また、実施の形態2で説明する電圧駆動に比較して、実施の形態1の電流駆動のほうが高い電圧を印加できるので、回転子4aの回転が速くなりα軸誘起電圧Eαとβ軸誘起電圧Eβが大きくなり、脱調の判定が容易になる。
また、α軸電流指令値Iα*とβ軸電流指令値Iβ*を一定にすることで、電流変化による電圧の変化が抑制され脱調判定が容易になる。また、実施の形態2で説明する電圧駆動に比較して、実施の形態1の電流駆動のほうが高い電圧を印加できるので、回転子4aの回転が速くなりα軸誘起電圧Eαとβ軸誘起電圧Eβが大きくなり、脱調の判定が容易になる。
また、実施の形態1の始動制御部17は、α軸誘起電圧Eαの絶対値とβ軸誘起電圧Eβの絶対値とが等しくなるタイミング、α軸誘起電圧Eαがゼロになるタイミング、およびβ軸誘起電圧Eβがゼロになるタイミングごとに脱調を判定する。これにより、脱調が生じた場合にすぐ判定できる。
また、電動機制御装置1の始動制御部17は、永久磁石同期電動機4が脱調したことを判定した場合、インバータ2の3個の高電圧側スイッチのすべて、またはインバータ2の3個の低電圧側スイッチのすべてをオンさせる。これにより、回転子4aの回転を早期に止めて再始動することができる。
実施の形態2.
上位実施の形態1の電動機制御装置1は永久磁石同期電動機4への通電電流をフィードバック制御する電流駆動方式を採用した。これに対し、実施の形態2の電動機制御装置1は永久磁石同期電動機4への印加電圧を制御する電圧駆動方式を採用する。
上位実施の形態1の電動機制御装置1は永久磁石同期電動機4への通電電流をフィードバック制御する電流駆動方式を採用した。これに対し、実施の形態2の電動機制御装置1は永久磁石同期電動機4への印加電圧を制御する電圧駆動方式を採用する。
図12は、この発明の実施の形態2に係る電動機制御装置1の構成例を示すブロック図である。実施の形態2に係る電動機制御装置1は、電流検出部11、3軸/2軸変換部12、センサレスベクトル制御部23、2軸/3軸変換部15、PWM制御部16、始動制御部27、制御切替部18および制御切替スイッチ19,20を含む。2軸/3軸変換部15およびPWM制御部16は、「通電切替部」に相当する。なお、図12において図1と同一または相当する部分は、同一の符号を付し説明を省略する。
センサレスベクトル制御部23は、実施の形態1のセンサレスベクトル制御部13と同様に、永久磁石同期電動機4が始動完了した後にこの永久磁石同期電動機4をセンサレスベクトル制御するものである。ただし、実施の形態2のセンサレスベクトル制御部23は、3軸/2軸変換部12からのγ軸電流Iγとδ軸電流Iδを入力として、回転子4aの角度θとγ軸電圧指令値Vγ*とδ軸電圧指令値Vδ*を出力する。
センサレスベクトル制御は周知の技術であるため、説明を省略する。
センサレスベクトル制御は周知の技術であるため、説明を省略する。
始動制御部27は、実施の形態1の始動制御部17と同様に、永久磁石同期電動機4を始動するためのものである。ただし、実施の形態2の始動制御部27は、3軸/2軸変換部12からのα軸電流Iαとβ軸電流Iβを入力として、α軸電圧指令値Vα*とβ軸電圧指令値Vβ*を出力する。
実施の形態2においてα軸電圧指令値Vα*およびβ軸電圧指令値Vβ*は「α軸指令値」および「β軸指令値」である。
実施の形態2においてα軸電圧指令値Vα*およびβ軸電圧指令値Vβ*は「α軸指令値」および「β軸指令値」である。
図13は、この発明の実施の形態2における始動制御部27の内部構成例を示すブロック図である。始動制御部27は、パラメータ測定部171、誘起電圧算出部172、位相判定部173、脱調判定部174、通電相制御部175、指令ベクトル決定部276、およびタイミング制御部177を備える。なお、図13において図4と同一または相当する部分は、同一の符号を付し説明を省略する。
指令ベクトル決定部276は、通電相制御部175が指示する通電相パターンの通電相番号に対応するα軸電圧指令値Vα*とβ軸電圧指令値Vβ*を、誘起電圧算出部172および2軸/3軸変換部15へ出力する。
図14は、この発明の実施の形態2における通電相パターン1の通電相番号1~4と、α軸電圧指令値Vα*と、β軸電圧指令値Vβ*の対応関係を示す図である。図15は、この発明の実施の形態2における通電相パターン2の通電相番号1~4と、α軸電圧指令値Vα*と、β軸電圧指令値Vβ*の対応関係を示す図である。図14および図15において「v0」は予め定められた正の電圧値(例えば、1.5V)であり、「-v0」は予め定められた負の電圧値(例えば、-1.5V)である。図14および図15では回転子4aをα軸からβ軸の方向へ回転させる場合の例を示す。
指令ベクトル決定部276は、通電相制御部175から通電相パターン1の通電相番号1~4をこの順に受け取ると、α軸電圧指令値Vα*とβ軸電圧指令値Vβ*からなる電圧指令ベクトル(Vα*,Vβ*)を、図14に示されるように(v0,0)、(0,v0)、(-v0,0)、(0,-v0)の順に切り替える。回転子4aがβ軸からα軸の方向へ回転する場合、指令ベクトル決定部276は、電圧指令ベクトル(Vα*,Vβ*)を(0,v0)、(v0,0)、(0,-v0)、(-v0,0)の順に切り替える。
指令ベクトル決定部276は、通電相制御部175から通電相パターン2の通電相番号1~4をこの順に受け取ると、電圧指令ベクトル(Vα*,Vβ*)を、図15に示されるように(v0,-v0)、(v0,v0)、(-v0,v0)、(-v0,-v0)の順に切り替える。回転子4aがβ軸からα軸の方向へ回転する場合、指令ベクトル決定部276は、電圧指令ベクトル(Vα*,Vβ*)を(-v0,v0)、(-v0,-v0)、(v0,-v0)、(v0,v0)の順に切り替える。
上述のように、指令ベクトル決定部276が通電相番号の切り替わりごとにα軸電圧指令値Vα*とβ軸電圧指令値Vβ*を切り替えることで、これらの指令値に応じた電流が巻線4u,4v,4wに流れる。誘起電圧算出部172は、このときのα軸電圧指令値Vα*とβ軸電圧指令値Vβ*とα軸電流Iαとβ軸電流Iβとを用いて、α軸誘起電圧Eαとβ軸誘起電圧Eβを算出する。
図16は、この発明の実施の形態2に係る電動機制御装置1の動作をシミュレーションした結果を示すグラフである。図16のグラフは始動制御部27による動作をシミュレーションしたものであり、始動が完了していないためセンサレスベクトル制御部23は動作していない。また、実施の形態1と同様に、25πrad(=78.5rad)に回転子4aの回転を制限するストッパが存在するものと仮定してシミュレーションしている。
図16の一番上のグラフは回転子4aの角度、上から二番目のグラフはタイミング制御部177のカウント値である。
一番下のグラフは上から脱調判定部174による脱調判定通知のタイミング、タイミング制御部177から2軸/3軸変換部15へ電圧指令ベクトルを直接通知するタイミング、タイミング制御部177から2軸/3軸変換部15へ出力電圧0Vの指令を直接通知するタイミング、タイミング制御部177からパラメータ測定部171へ巻線インダクタンス測定指示を通知するタイミング、タイミング制御部177からパラメータ測定部171へ巻線抵抗測定指示を通知するタイミングである。各グラフの高値側が通知のタイミングである。なお、図16のグラフにおいて、脱調判定部174は脱調したことを10回連続して判定した場合に、タイミング制御部177へ通知することとする。
図16の一番上のグラフは回転子4aの角度、上から二番目のグラフはタイミング制御部177のカウント値である。
一番下のグラフは上から脱調判定部174による脱調判定通知のタイミング、タイミング制御部177から2軸/3軸変換部15へ電圧指令ベクトルを直接通知するタイミング、タイミング制御部177から2軸/3軸変換部15へ出力電圧0Vの指令を直接通知するタイミング、タイミング制御部177からパラメータ測定部171へ巻線インダクタンス測定指示を通知するタイミング、タイミング制御部177からパラメータ測定部171へ巻線抵抗測定指示を通知するタイミングである。各グラフの高値側が通知のタイミングである。なお、図16のグラフにおいて、脱調判定部174は脱調したことを10回連続して判定した場合に、タイミング制御部177へ通知することとする。
図16において、始動制御部27は実施の形態1と同様に初期化動作を行った後、時間Tv1~Tv2の「加速1」において回転子4aを加速させる。時間Tv2では回転子4aがストッパに衝突し、回転子4aの回転方向が逆向きになる。この直後の時間Tv3において、脱調判定部174が脱調を判定してタイミング制御部177に通知する。この通知を受けたタイミング制御部177は再初期化を行う。しかし、回転子4aの回転方向を逆向きになっているので、時間Tv4で脱調判定部174において脱調が判定されてタイミング制御部177により再々初期化が始まり、時間Tv5から再加速する。その後、時間Tv6で回転子4aが再びストッパに衝突し、脱調判定部174において脱調が判定される。
なお、図16のグラフにおいて始動制御部27は脱調判定時にブレーキをかけて再始動するが、これ以外の方法により脱調からの回復を図ってもよい。例えば、タイミング制御部177は、脱調判定部174が永久磁石同期電動機4の脱調を判定した場合に、通電相番号の切り替えを一時的に中止してα軸電圧指令値Vα*とβ軸電圧指令値Vβ*を維持するよう通電相制御部175に指示する。これにより、永久磁石同期電動機4が脱調から早期に回復できる可能性がある。この場合、脱調判定部174は、位相番号が予め定められた位相パターンにそって推移し始めると脱調から回復したと判定し、タイミング制御部177は通電相制御部175に対して通電相番号の切り替え再開を指示する。
図17は、図16の時間Tv1~Tv2の部分についてα軸誘起電圧Eα、β軸誘起電圧Eβ、および通電相番号1~4の切り替わり等を示すグラフである。
図17の一番上のグラフは回転子4aの角度、上から二番目のグラフはタイミング制御部177のカウント値であり、上から三番目のグラフは誘起電圧算出部172が算出したα軸誘起電圧Eαとβ軸誘起電圧Eβである。
上から四番目のグラフの上側は、通電相制御部175から誘起電圧算出部172へ誘起電圧算出マスク指示を通知するタイミングを示す。高値側が通知のタイミングである。上から四番目のグラフの下側は、通電相制御部175において誘起電圧が閾値以下であって通電相の切り替えを行わないと判定したタイミングを示す。低値側が切り替えを行わないと判定したタイミングである。
一番下のグラフは、通電相制御部175においてα軸誘起電圧Eαとβ軸誘起電圧Eβの組み合わせに応じて判定した通電相番号判定値と、通電相制御部175から指令ベクトル決定部276へ出力した通電相番号出力値を示す。
図17の時間Tv1~Tv2において、通電相制御部175により通電相番号が適切に切り替えられ、回転子4aが正常に加速されているのが分かる。
図17の一番上のグラフは回転子4aの角度、上から二番目のグラフはタイミング制御部177のカウント値であり、上から三番目のグラフは誘起電圧算出部172が算出したα軸誘起電圧Eαとβ軸誘起電圧Eβである。
上から四番目のグラフの上側は、通電相制御部175から誘起電圧算出部172へ誘起電圧算出マスク指示を通知するタイミングを示す。高値側が通知のタイミングである。上から四番目のグラフの下側は、通電相制御部175において誘起電圧が閾値以下であって通電相の切り替えを行わないと判定したタイミングを示す。低値側が切り替えを行わないと判定したタイミングである。
一番下のグラフは、通電相制御部175においてα軸誘起電圧Eαとβ軸誘起電圧Eβの組み合わせに応じて判定した通電相番号判定値と、通電相制御部175から指令ベクトル決定部276へ出力した通電相番号出力値を示す。
図17の時間Tv1~Tv2において、通電相制御部175により通電相番号が適切に切り替えられ、回転子4aが正常に加速されているのが分かる。
図18Aは、この発明の実施の形態2に係る電動機制御装置1の動作をシミュレーションしたときに3軸/2軸変換部12が出力するα軸電流Iαとβ軸電流Iβを示すグラフであり、図18Bは指令ベクトル決定部276が出力するα軸電圧指令値Vα*とβ軸電圧指令値Vβ*を示すグラフである。
実施の形態2の電圧駆動時における図18Bのグラフと実施の形態1の電流駆動時における図11Bのグラフとを比較すると、電圧駆動では通電相番号の切り替わり時にα軸電圧指令値Vα*とβ軸電圧指令値Vβ*にスパイクが発生しない。また、図18Aのα軸電流Iαとβ軸電流Iβに発生するスパイクは、図11Aのα軸電流Iαとβ軸電流Iβに発生するスパイクに比べて小さい。従って、実施の形態1の電流駆動に比べて、実施の形態2の電圧駆動の方がα軸誘起電圧Eαとβ軸誘起電圧Eβの算出が容易である。
また、実施の形態1の電流駆動では図11Aに示されるようにα軸電流Iαとβ軸電流Iβの大きさが回転子4aの回転速度の上昇によらず一定であった。これに対し、実施の形態2の電圧駆動では図18Bに示されるようにα軸電圧指令値Vα*とβ軸電圧指令値Vβ*が一定であるため、回転速度が上昇してα軸誘起電圧Eαとβ軸誘起電圧Eβが大きくなると、図18Aに示されるようにα軸電流Iαとβ軸電流Iβが小さくなる。従って、実施の形態1の電流駆動に比べて、実施の形態2の電圧駆動の方が回転子4aの加速が穏やかである。
図19は、この発明の実施の形態1に係る電動機制御装置1による電流駆動時の回転子角度と実施の形態2に係る電動機制御装置1による電圧駆動時の回転子角度とを比較するグラフである。つまり、図19のグラフは、図8の一番上に示されたグラフと図16の一番上に示されたグラフとを重ね描きしたものである。
最初の加速において、電流駆動の回転子角度は電圧駆動の回転子角度よりもはやく立ち上がっている。この傾向の差は、永久磁石同期電動機4の誘起電圧定数が大きい、永久磁石同期電動機4を駆動する電圧が低い、および回転数の変化が大きいなどの要因により、さらに大きくなると予想される。
最初の加速において、電流駆動の回転子角度は電圧駆動の回転子角度よりもはやく立ち上がっている。この傾向の差は、永久磁石同期電動機4の誘起電圧定数が大きい、永久磁石同期電動機4を駆動する電圧が低い、および回転数の変化が大きいなどの要因により、さらに大きくなると予想される。
以上のように、実施の形態2に係る電動機制御装置1は、電流検出部11、3軸/2軸変換部12、および始動制御部27を備える。電流検出部11は、回転子4aに永久磁石を備えた永久磁石同期電動機4の巻線4u,4v,4wの電流Iu,Iv,Iwを検出する。3軸/2軸変換部12は、電流検出部11が検出する巻線4u,4v,4wの電流Iu,Iv,Iwを固定座標のα軸電流Iαとβ軸電流Iβに変換する。始動制御部27は、永久磁石同期電動機4の始動開始から始動完了までの期間、3軸/2軸変換部12が変換したα軸電流Iαとβ軸電流Iβに基づいてα軸誘起電圧Eαとβ軸誘起電圧Eβを算出し、α軸誘起電圧Eαとβ軸誘起電圧Eβに応じてα軸電圧指令値Vα*とβ軸電圧指令値Vβ*切り替える。α軸誘起電圧Eαとβ軸誘起電圧Eβに応じてα軸電圧指令値Vα*とβ軸電圧指令値Vβ*を切り替えるため、脱調しにくく、安定した始動が可能になる。
なお、実施の形態1と同様に実施の形態2でもセンサレスベクトル制御を採用しているため、3軸/2軸変換部12、2軸/3軸変換部15およびPWM制御部16を利用して、α軸誘起電圧Eαとβ軸誘起電圧Eβの算出および通電切り替えを容易に行うことができる。
なお、実施の形態1と同様に実施の形態2でもセンサレスベクトル制御を採用しているため、3軸/2軸変換部12、2軸/3軸変換部15およびPWM制御部16を利用して、α軸誘起電圧Eαとβ軸誘起電圧Eβの算出および通電切り替えを容易に行うことができる。
また、実施の形態2の始動制御部27は、α軸誘起電圧Eαの絶対値とβ軸誘起電圧Eβの絶対値とが等しくなるタイミングごとに、α軸誘起電圧Eαとβ軸誘起電圧Eβの組み合わせに対応するα軸電圧指令値Vα*とβ軸電圧指令値Vβ*の組み合わせに切り替える。つまり、始動制御部27は、通電相パターン1の通電相番号1~4に従ってα軸電圧指令値Vα*とβ軸電圧指令値Vβ*を切り替える。このようにすると、軸に発生している誘起電圧が大きくなるタイミングで通電できるので最適な駆動になる。
また、永久磁石同期電動機4の巻線抵抗および巻線インダクタンス等のパラメータが不明であっても、また温度上昇等によりパラメータ値が変化しても、永久磁石同期電動機4の内部が均一な温度分布になっていればパラメータの変化率はα軸とβ軸とで同一と考えらえる。そのため、α軸誘起電圧Eαとβ軸誘起電圧Eβの大小関係も変化しない。よって、安定した通電切り替えが可能になる。
また、永久磁石同期電動機4の巻線抵抗および巻線インダクタンス等のパラメータが不明であっても、また温度上昇等によりパラメータ値が変化しても、永久磁石同期電動機4の内部が均一な温度分布になっていればパラメータの変化率はα軸とβ軸とで同一と考えらえる。そのため、α軸誘起電圧Eαとβ軸誘起電圧Eβの大小関係も変化しない。よって、安定した通電切り替えが可能になる。
また、実施の形態2の始動制御部27は、α軸誘起電圧Eαがゼロになるタイミングおよびβ軸誘起電圧Eβがゼロになるタイミングごとに、α軸誘起電圧Eαとβ軸誘起電圧Eβの組み合わせに対応するα軸電圧指令値Vα*とβ軸電圧指令値Vβ*に切り替えてもよい。つまり、始動制御部27は、通電相パターン2の通電相番号1~4に従ってα軸電圧指令値Vα*とβ軸電圧指令値Vβ*を切り替える。このようにすると、α軸とβ軸の両方に通電できるため、通電相パターン1よりも大きな電流を永久磁石同期電動機4に通電でき始動時のトルクが大きくなる。また、通電している軸に発生している誘起電圧と同じ方向に通電できるので最適な駆動になる。
また、永久磁石同期電動機4の巻線抵抗および巻線インダクタンス等のパラメータが不明であっても、また温度上昇等によりパラメータ値が変化しても、永久磁石同期電動機4の内部が均一な温度分布になっていればパラメータの変化率はα軸とβ軸とで同一と考えらえる。そのため、α軸誘起電圧Eαとβ軸誘起電圧Eβがゼロをまたぐタイミングは変化しない。よって、安定した通電切り替えが可能になる。
また、永久磁石同期電動機4の巻線抵抗および巻線インダクタンス等のパラメータが不明であっても、また温度上昇等によりパラメータ値が変化しても、永久磁石同期電動機4の内部が均一な温度分布になっていればパラメータの変化率はα軸とβ軸とで同一と考えらえる。そのため、α軸誘起電圧Eαとβ軸誘起電圧Eβがゼロをまたぐタイミングは変化しない。よって、安定した通電切り替えが可能になる。
また、実施の形態2の始動制御部27は、α軸電圧指令値Vα*とβ軸電圧指令値Vβ*をゼロ、正の一定値、または負の一定値に切り替える。電圧指令値を一定にすることで誘起電圧を吸収でき、通電切り替え後に発生する回転子4aの振動を抑制できる。
また、実施の形態2の始動制御部27は、永久磁石同期電動機4が脱調したことを判定した場合に、α軸電圧指令値Vα*とβ軸電圧指令値Vβ*の切り替えを一時的に中止し、これらの指令値を維持してもよい。これにより、永久磁石同期電動機4が脱調から早期に回復できる。
次に、この発明の各実施の形態に係る電動機制御装置1のハードウェア構成例を説明する。
図20Aおよび図20Bは、この発明の各実施の形態に係る電動機制御装置1のハードウェア構成例を示す図である。
電動機制御装置1における電流検出部11は、A/D変換器101である。電動機制御装置1における3軸/2軸変換部12、センサレスベクトル制御部13、電流FB部14、2軸/3軸変換部15、PWM制御部16、始動制御部17,27、制御切替部18、および制御切替スイッチ19,20の各機能は、処理回路により実現される。即ち、電動機制御装置1は、上記各機能を実現するための処理回路を備える。処理回路は、専用のハードウェアとしての処理回路100であってもよいし、メモリ103に格納されるプログラムを実行するプロセッサ102であってもよい。
図20Aおよび図20Bは、この発明の各実施の形態に係る電動機制御装置1のハードウェア構成例を示す図である。
電動機制御装置1における電流検出部11は、A/D変換器101である。電動機制御装置1における3軸/2軸変換部12、センサレスベクトル制御部13、電流FB部14、2軸/3軸変換部15、PWM制御部16、始動制御部17,27、制御切替部18、および制御切替スイッチ19,20の各機能は、処理回路により実現される。即ち、電動機制御装置1は、上記各機能を実現するための処理回路を備える。処理回路は、専用のハードウェアとしての処理回路100であってもよいし、メモリ103に格納されるプログラムを実行するプロセッサ102であってもよい。
図20Aに示すように、処理回路100が専用のハードウェアである場合、処理回路100は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field Programmable Gate Array)、またはこれらを組み合わせたものが該当する。3軸/2軸変換部12、センサレスベクトル制御部13、電流FB部14、2軸/3軸変換部15、PWM制御部16、始動制御部17,27、制御切替部18、および制御切替スイッチ19,20の機能を複数の処理回路100で実現してもよいし、各部の機能をまとめて1つの処理回路100で実現してもよい。また、処理回路100がA/D変換器101を内蔵してもよい。
図20Bに示すように、処理回路がプロセッサ102である場合、3軸/2軸変換部12、センサレスベクトル制御部13、電流FB部14、2軸/3軸変換部15、PWM制御部16、始動制御部17,27、制御切替部18、および制御切替スイッチ19,20の各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアまたはファームウェアはプログラムとして記述され、メモリ103に格納される。プロセッサ102は、メモリ103に格納されたプログラムを読みだして実行することにより、各部の機能を実現する。即ち、電動機制御装置1は、プロセッサ102により実行されるときに、後述する図21のフローチャートで示されるステップが結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリ103を備える。また、このプログラムは、3軸/2軸変換部12、センサレスベクトル制御部13、電流FB部14、2軸/3軸変換部15、PWM制御部16、始動制御部17,27、制御切替部18、および制御切替スイッチ19,20の手順または方法をコンピュータに実行させるものであるとも言える。
ここで、プロセッサ102とは、CPU(Central Processing Unit)、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、またはマイクロコンピュータ等のことである。
メモリ103は、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、EPROM(Erasable Programmable ROM)、またはフラッシュメモリ等の不揮発性もしくは揮発性の半導体メモリであってもよいし、ハードディスクまたはフレキシブルディスク等の磁気ディスクであってもよいし、CD(Compact Disc)またはDVD(Digital Versatile Disc)等の光ディスクであってもよい。
また、メモリ103には、図5に示されたような位相パターンの情報、ならびに図6、図7、図14および図15に示されたように通電相パターンの情報等が格納される。
メモリ103は、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、EPROM(Erasable Programmable ROM)、またはフラッシュメモリ等の不揮発性もしくは揮発性の半導体メモリであってもよいし、ハードディスクまたはフレキシブルディスク等の磁気ディスクであってもよいし、CD(Compact Disc)またはDVD(Digital Versatile Disc)等の光ディスクであってもよい。
また、メモリ103には、図5に示されたような位相パターンの情報、ならびに図6、図7、図14および図15に示されたように通電相パターンの情報等が格納される。
なお、3軸/2軸変換部12、センサレスベクトル制御部13、電流FB部14、2軸/3軸変換部15、PWM制御部16、始動制御部17,27、制御切替部18、および制御切替スイッチ19,20の各機能について、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現するようにしてもよい。このように、電動機制御装置1における処理回路は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせによって、上述の各機能を実現することができる。
図21は、この発明の各実施の形態に係る電動機制御装置1による永久磁石同期電動機4始動時の動作例を示すフローチャートである。
永久磁石同期電動機4の始動開始時、ステップST1において、電流検出部11は巻線4u,4v,4wの電流Iu,Iv,Iwを検出する。
ステップST2において、3軸/2軸変換部12は、電流検出部11が検出する巻線4u,4v,4wの電流Iu,Iv,Iwを、固定座標のα軸電流Iαとβ軸電流Iβに変換する。
ステップST3において、始動制御部17は、3軸/2軸変換部12が変換したα軸電流Iαとβ軸電流Iβに基づいてα軸誘起電圧Eαとβ軸誘起電圧Eβを算出し、α軸誘起電圧Eαとβ軸誘起電圧Eβに応じてα軸電流指令値Iα*とβ軸電流指令値Iβ*を切り替える。
ステップST4において、電流FB部14、2軸/3軸変換部15およびPWM制御部16は、始動制御部17からのα軸電流指令値Iα*とβ軸電流指令値Iβ*に従い巻線4u,4v,4wへの通電を切り替えるように動作する。
ステップST5において、制御切替部18は、永久磁石同期電動機4が始動完了したか否かを判定し、永久磁石同期電動機4が始動完了した場合(ステップST5“YES”)、図21のフローチャートに示される動作を完了してセンサレスベクトル制御部13によるセンサレスベクトル制御に切り替える。一方、制御切替部18は、永久磁石同期電動機4が始動完了していなければ(ステップST5“NO”)、ステップST1に戻る。
永久磁石同期電動機4の始動開始時、ステップST1において、電流検出部11は巻線4u,4v,4wの電流Iu,Iv,Iwを検出する。
ステップST2において、3軸/2軸変換部12は、電流検出部11が検出する巻線4u,4v,4wの電流Iu,Iv,Iwを、固定座標のα軸電流Iαとβ軸電流Iβに変換する。
ステップST3において、始動制御部17は、3軸/2軸変換部12が変換したα軸電流Iαとβ軸電流Iβに基づいてα軸誘起電圧Eαとβ軸誘起電圧Eβを算出し、α軸誘起電圧Eαとβ軸誘起電圧Eβに応じてα軸電流指令値Iα*とβ軸電流指令値Iβ*を切り替える。
ステップST4において、電流FB部14、2軸/3軸変換部15およびPWM制御部16は、始動制御部17からのα軸電流指令値Iα*とβ軸電流指令値Iβ*に従い巻線4u,4v,4wへの通電を切り替えるように動作する。
ステップST5において、制御切替部18は、永久磁石同期電動機4が始動完了したか否かを判定し、永久磁石同期電動機4が始動完了した場合(ステップST5“YES”)、図21のフローチャートに示される動作を完了してセンサレスベクトル制御部13によるセンサレスベクトル制御に切り替える。一方、制御切替部18は、永久磁石同期電動機4が始動完了していなければ(ステップST5“NO”)、ステップST1に戻る。
なお、実施の形態2の場合、ステップST3において、始動制御部27は3軸/2軸変換部12が変換したα軸電流Iαとβ軸電流Iβに基づいてα軸誘起電圧Eαとβ軸誘起電圧Eβを算出し、α軸誘起電圧Eαとβ軸誘起電圧Eβに応じてα軸電圧指令値Vα*とβ軸電圧指令値Vβ*を切り替える。
また、ステップST4において、2軸/3軸変換部15およびPWM制御部16は、始動制御部27からのα軸電圧指令値Vα*とβ軸電圧指令値Vβ*に従い巻線4u,4v,4wへの通電を切り替えるように動作する。
また、ステップST4において、2軸/3軸変換部15およびPWM制御部16は、始動制御部27からのα軸電圧指令値Vα*とβ軸電圧指令値Vβ*に従い巻線4u,4v,4wへの通電を切り替えるように動作する。
なお、本発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、各実施の形態の任意の構成要素の変形、または各実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。
この発明に係る電動機制御装置は、永久磁石同期電動機の始動時にα軸誘起電圧Eαとβ軸誘起電圧Eβに応じてα軸指令値とβ軸指令値を切り替えるようにしたので、回転子の近傍に角度センサを装着することが困難な燃料ポンプ用の電動機などに用いるのに適している。
1 電動機制御装置、2 インバータ、3u,3v,3w 電流センサ、4 永久磁石同期電動機、4a 回転子、4b 固定子、4u,4v,4w 巻線、5 燃料タンク、6 低圧燃料ポンプ、7 リリーフ弁、11 電流検出部、12 3軸/2軸変換部、13,23 センサレスベクトル制御部、14 電流FB部、15 2軸/3軸変換部、16 PWM制御部、17,27 始動制御部、18 制御切替部、19,20 制御切替スイッチ、100 処理回路、101 A/D変換器、102 プロセッサ、103 メモリ、171 パラメータ測定部、172 誘起電圧算出部、173 位相判定部、174 脱調判定部、175 通電相制御部、176,276 指令ベクトル決定部、177 タイミング制御部。
Claims (15)
- 回転子に永久磁石を備えた永久磁石同期電動機の3軸の巻線の電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部が検出する前記3軸の巻線の電流を固定座標のα軸電流およびβ軸電流に変換する3軸/2軸変換部と、
前記永久磁石同期電動機の始動開始から始動完了までの期間、前記3軸/2軸変換部が変換した前記α軸電流および前記β軸電流に基づいてα軸誘起電圧およびβ軸誘起電圧を算出し、前記α軸誘起電圧および前記β軸誘起電圧に応じてα軸指令値およびβ軸指令値を切り替える始動制御部と、
前記始動制御部からの前記α軸指令値および前記β軸指令値に従い前記3軸の巻線への通電を切り替える通電切替部とを備える電動機制御装置。 - 前記始動制御部は、前記α軸誘起電圧の絶対値と前記β軸誘起電圧の絶対値とが等しくなるタイミングごとに、前記α軸誘起電圧および前記β軸誘起電圧の組み合わせに対応する前記α軸指令値および前記β軸指令値の組み合わせに切り替えることを特徴とする請求項1記載の電動機制御装置。
- 前記始動制御部は、前記α軸誘起電圧がゼロになるタイミングおよび前記β軸誘起電圧がゼロになるタイミングごとに、前記α軸誘起電圧および前記β軸誘起電圧の組み合わせに対応する前記α軸指令値および前記β軸指令値の組み合わせに切り替えることを特徴とする請求項1記載の電動機制御装置。
- 前記α軸指令値および前記β軸指令値は電流指令値であることを特徴とする請求項1記載の電動機制御装置。
- 前記始動制御部は、電流指令値である前記α軸指令値および前記β軸指令値を、ゼロ、正の一定値、または負の一定値に切り替えることを特徴とする請求項4記載の電動機制御装置。
- 前記α軸指令値および前記β軸指令値は電圧指令値であることを特徴とする請求項1記載の電動機制御装置。
- 前記始動制御部は、電圧指令値である前記α軸指令値および前記β軸指令値を、ゼロ、正の一定値、または負の一定値に切り替えることを特徴とする請求項6記載の電動機制御装置。
- 前記始動制御部は、前記α軸誘起電圧および前記β軸誘起電圧が閾値以下である場合に前記α軸指令値および前記β軸指令値を切り替えないことを特徴とする請求項1記載の電動機制御装置。
- 前記始動制御部は、前記α軸誘起電圧および前記β軸誘起電圧が閾値以下である状態が予め定められた時間継続した場合、前記α軸指令値および前記β軸指令値を強制的に切り替えることを特徴とする請求項8記載の電動機制御装置。
- 回転座標のγ軸電流およびδ軸電流に基づく電流指令値を出力するセンサレスベクトル制御部と、
前記始動制御部が出力する電流指令値または前記センサレスベクトル制御部が出力する電流指令値に対して電流フィードバック制御を行う電流フィードバック制御部と、
前記永久磁石同期電動機の始動開始から始動完了までの期間は前記始動制御部による制御に切り替え、前記永久磁石同期電動機が始動完了した後は前記センサレスベクトル制御部による制御に切り替える切替制御部とを備え、
前記電流フィードバック制御部は、前記始動制御部による制御時のフィードバックゲインを、前記センサレスベクトル制御部による制御時のフィードバックゲインより大きくすることを特徴とする請求項4記載の電動機制御装置。 - 前記始動制御部は、前記α軸誘起電圧および前記β軸誘起電圧の組み合わせに対応する前記α軸指令値および前記β軸指令値の組み合わせと、予め定められたα軸指令値およびβ軸指令値の組み合わせが出現するパターンとを比較して前記永久磁石同期電動機の脱調を判定することを特徴とする請求項1記載の電動機制御装置。
- 前記始動制御部は、前記α軸誘起電圧の絶対値と前記β軸誘起電圧の絶対値とが等しくなるタイミング、前記α軸誘起電圧がゼロになるタイミング、および前記β軸誘起電圧がゼロになるタイミングごとに脱調を判定することを特徴とする請求項11記載の電動機制御装置。
- 3個の高電圧側スイッチおよび3個の低電圧側スイッチを有するインバータにより前記3軸の巻線への通電が切り替わる場合、
前記始動制御部は、前記永久磁石同期電動機が脱調したことを判定した場合、前記3個の高電圧側スイッチのすべて、または前記3個の低電圧側スイッチのすべてをオンさせることを特徴とする請求項12記載の電動機制御装置。 - 前記α軸指令値および前記β軸指令値は電圧指令値であり、
前記始動制御部は、前記永久磁石同期電動機が脱調したことを判定した場合、電圧指令値である前記α軸指令値および前記β軸指令値を切り替えないことを特徴とする請求項11記載の電動機制御装置。 - 前記永久磁石同期電動機は、燃料タンク内に設置されるポンプを駆動するものであることを特徴とする請求項1記載の電動機制御装置。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019516325A JP6541926B2 (ja) | 2017-05-02 | 2017-05-02 | 電動機制御装置 |
PCT/JP2017/017258 WO2018203387A1 (ja) | 2017-05-02 | 2017-05-02 | 電動機制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/JP2017/017258 WO2018203387A1 (ja) | 2017-05-02 | 2017-05-02 | 電動機制御装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
WO2018203387A1 true WO2018203387A1 (ja) | 2018-11-08 |
Family
ID=64016021
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PCT/JP2017/017258 WO2018203387A1 (ja) | 2017-05-02 | 2017-05-02 | 電動機制御装置 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6541926B2 (ja) |
WO (1) | WO2018203387A1 (ja) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009201284A (ja) * | 2008-02-22 | 2009-09-03 | Meidensha Corp | Pmモータの可変速駆動装置 |
JP2010029029A (ja) * | 2008-07-23 | 2010-02-04 | Jtekt Corp | モータ制御装置 |
JP2017077122A (ja) * | 2015-10-16 | 2017-04-20 | 三菱電機株式会社 | モータ制御装置 |
-
2017
- 2017-05-02 JP JP2019516325A patent/JP6541926B2/ja active Active
- 2017-05-02 WO PCT/JP2017/017258 patent/WO2018203387A1/ja active Application Filing
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009201284A (ja) * | 2008-02-22 | 2009-09-03 | Meidensha Corp | Pmモータの可変速駆動装置 |
JP2010029029A (ja) * | 2008-07-23 | 2010-02-04 | Jtekt Corp | モータ制御装置 |
JP2017077122A (ja) * | 2015-10-16 | 2017-04-20 | 三菱電機株式会社 | モータ制御装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPWO2018203387A1 (ja) | 2019-07-25 |
JP6541926B2 (ja) | 2019-07-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4928850B2 (ja) | 回転機制御装置 | |
TWI587622B (zh) | Drive system and inverter device | |
JP4067949B2 (ja) | モータ制御装置 | |
JP2019533409A (ja) | 同期モータを始動させるためのシステム及び方法 | |
JP5960008B2 (ja) | ブラシレスモータの駆動装置 | |
WO2011145334A1 (ja) | 回転センサレス制御装置 | |
WO2012144276A1 (ja) | モータ制御装置 | |
CN104221274A (zh) | 三相同步电动机驱动装置 | |
WO2016035298A1 (ja) | モータ駆動装置およびブラシレスモータ | |
JP4926492B2 (ja) | モータ制御装置 | |
JP2008220096A (ja) | 同期電動機のセンサレス制御装置 | |
JP6637185B2 (ja) | インバータ制御装置およびドライブシステム | |
JP2010029030A (ja) | モータ制御装置 | |
US11637518B2 (en) | Motor drive control device and motor drive control method | |
JP4367279B2 (ja) | 同期モータの制御装置 | |
JP2009153347A (ja) | 同期電動機の制御装置 | |
JP5250603B2 (ja) | モータ制御装置 | |
JP6829149B2 (ja) | オイルポンプ用モータ駆動装置及びオイルポンプ用モータの駆動制御方法 | |
JP2019068586A (ja) | モータ制御装置及びモータ制御方法 | |
JP7159704B2 (ja) | モータ制御装置 | |
US20230142956A1 (en) | Motor controller, motor system and method for controlling motor | |
WO2018203387A1 (ja) | 電動機制御装置 | |
JP7318392B2 (ja) | モータ制御装置 | |
JP5798513B2 (ja) | 永久磁石同期電動機の初期磁極位置の検出方法および装置、並びに永久磁石同期電動機の制御装置 | |
JP2009100544A (ja) | モータ制御装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 17908752 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
WWE | Wipo information: entry into national phase |
Ref document number: 2019516325 Country of ref document: JP |
|
NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 17908752 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |