JP2005328635A - スイッチトリラクタンスモータの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】位置センサを用いることなく、巻き線抵抗の変動にロバストなスイッチトリラクタンスモータの制御装置を提供する。
【解決手段】隣り合った期間Ｔ１とＴ２を想定し、スイッチトリラクタンスモータ１の１相の巻き線の電流の前記Ｔ１期間の時間に対する平均変化率ＤＩ１と前記Ｔ２期間の時間に対する平均変化率ＤＩ２とを出力する電流微分検出器７と、前記巻き線に印加された電圧の前記Ｔ１期間の平均値Ｖ１と前記Ｔ２期間の平均値Ｖ２と出力する平均電圧検出器６と、前記Ｖ１と前記Ｖ２との差を前記ＤＩ１と前記ＤＩ２との差で除することで前記巻き線のインダクタンスを求めるインダクタンス演算器８と、該インダクタンス演算器の出力と前記巻き線の電流値を入力して前記スイッチトリラクタンスモータの回転子位置を推定する位置推定器９を具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、スイッチトリラクタンスモータの制御装置に関するものであり、位置センサを使用しないで回転子位置を推定する技術に関するものである。

スイッチトリラクタンスモータを制御する場合、固定子の突極部と固定子の突極部との位置関係によってトルク方向が変わるので、回転子の位置を検出する位置センサが必要となる。しかし、位置センサは、システムの大型化、信頼性の低下を招き、悪い設置環境には適用できなくなる。そこで、特許文献１や特許文献２などには、位置センサを用いないでスイッチトリラクタンスモータを制御する技術が提示されている。これらの文献においてどちらも、相電圧から巻き線抵抗による電圧降下を引いたものを時間積分することで相磁束鎖交数を求め、相磁束鎖交数と相電流から位置を推定するものである。
特開平５−１９９７９４号公報 特開２００１−５７７９１号公報

特許文献１や特許文献２などで提示された方法では、相磁束鎖交数を正確に求めることが不可欠であるが、それには巻き線抵抗が正確に把握されている必要がある。つまり、前述したように相磁束鎖交数は、相電圧から巻き線抵抗による電圧降下を引いたものを時間積分することで得られるため、モータの温度変動などで相磁束鎖交数演算に用いる巻き線抵抗値に誤差が現れると相磁束鎖交数の演算値には時間経過とともに誤差が積算されてしまう。その相磁束鎖交数の誤差は、位置推定の誤差を引き起こし、正常な運転ができなくなる恐れがある。

そこで本発明は、スイッチトリラクタンスモータの制御装置において、隣り合った期間Ｔ１とＴ２を想定し、前記スイッチトリラクタンスモータの１相の巻き線の電流の前記Ｔ１期間の時間に対する平均変化率ＤＩ１と前記Ｔ２期間の時間に対する平均変化率ＤＩ２とを出力する電流微分検出器と、前記巻き線に印加された電圧の前記Ｔ１期間の平均値Ｖ１と前記Ｔ２期間の平均値Ｖ２と出力する平均電圧検出器と、前記Ｖ１と前記Ｖ２との差を前記ＤＩ１と前記ＤＩ２との差で除することで前記巻き線のインダクタンスを求めるインダクタンス演算器と、該インダクタンス演算器の出力と前記巻き線の電流値を入力して前記スイッチトリラクタンスモータの回転子位置を推定する位置推定器を具備することを特徴とする。

本発明では、相磁束鎖交数を求める必要が無く、検出した電流と電圧よりインダクタンスを求め、電流と前記インダクタンスより位置を推定するため、巻き線抵抗値を用いないので、巻き線抵抗値が温度で変動しても、位置推定には全く影響を及ぼさず、前述の問題点を解決できる。

位置センサなしで、巻き線の抵抗値を用いないで、スイッチトリラクタンスモータの運転が実現した。

図１は、本発明の１実施例のブロック図である。駆動回路４は、トルク制御器１０の出力のスイッチング信号に従って直流電源５をスイッチトリラクタンスモータ１の３相巻き線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗに印加する。電流検出器３は、所定のサンプル時点の各相の電流を検出する。例えば図２に示されるように、ｔ１，ｔ２，ｔ３の時点で電流を検出し、それぞれの時点の電流値がＩ１，Ｉ２，Ｉ３となる。電流微分検出器７は、電流検出器３の出力を入力し、ｔ１からｔ２時点までの電流の時間に対する平均変化率ＤＩ１とｔ２からｔ３時点までの電流の時間に対する平均変化率ＤＩ２を例えば
ＤＩ１＝（Ｉ２−Ｉ１）／Ｔ１ （１）
ＤＩ１＝（Ｉ３−Ｉ２）／Ｔ２ （２）
で求めて出力する。ここでＴ１＝ｔ２−ｔ１、Ｔ２＝ｔ３−ｔ２である。

電圧検出器２は、巻き線に印加された電圧を検出し出力する。または、駆動回路４に入力されたスイッチング信号と直流電源５の電圧から推定して出力しても良い。平均電圧検出器６は、前記ｔ１からｔ２間における電圧の平均値と、前記ｔ２からｔ３間における電圧の平均値を求めて、それぞれＶ１、Ｖ２として出力する。インダクタンス演算器８は、電流微分検出器７の出力と平均電圧検出器６の出力から
Ｌ＝（Ｖ２−Ｖ１）／（ＤＩ２−ＤＩ１） （３）
の演算により、巻き線のインダクタンスを求めて出力する。

位置推定器９は、インダクタンス演算器８の出力のインダクタンスＬと、電流検出器３の出力の電流値の平均値（例えばＩ＝（Ｉ２＋Ｉ３）／２）を用いて、テーブルまたは近似式を用いて回転子の位置を推定して出力する。例えば、インダクタンスと電流と位置の関係は、図３に示されるグラフで示される。このグラフをテーブル化して記憶しておけばインダクタンスと電流値からテーブルを参照することで位置を得ることができる。また図３のグラフを一次または２次関数で近似し、またその係数を電流値を用いる関数で近似することで、近似式で位置を求めることができる。

トルク制御器１０は、位置推定器９出力の位置情報に基づいて励磁する相を決定し、その相にトルク指令Ｔｒｅｆに応じた電流を流すべくスイッチング信号を出力する。

以下は（３）式によってインダクタンスが求められる理由について述べる。
励磁相の電圧方程式は
ｖ＝Ｒ・ｉ＋ω・ｉ・ｄＬ／ｄθ＋Ｌ・ｄｉ／ｄｔ （４）
で表される。前記のｔ１からｔ３の期間において、その期間は１ミリ秒以下の非常に短い時間なので、（４）式の第１項と第２項とＬは変化しないと仮定できる。そこでＴ１期間とＴ２期間に分けて（４）式を記述し直すと
Ｖ１＝Ｒ・ｉ＋ω・ｉ・ｄＬ／ｄθ＋Ｌ・ＤＩ１ （５）
Ｖ２＝Ｒ・ｉ＋ω・ｉ・ｄＬ／ｄθ＋Ｌ・ＤＩ２ （６）
となり、（５）（６）式の両辺の差から（３）式が導き出される。

位置センサ無しで、温度によって変動する巻き線抵抗値を用いないで位置推定してスイッチトリラクタンスモータを運転できることから、劣悪な環境にモータをおくことも可能となり、産業上の利用の可能性は大いにある。

本発明の実施例を示した説明図である。 相の電圧波形と電流波形とサンプルポイントの一例である。 インダクタンスと電流と位置との関係グラフである。

符号の説明

１ スイッチトリラクタンスモータ
２ 電圧検出器
３ 電流検出器
４ 駆動回路
５ 直流電源
６ 平均電圧検出器
７ 電流微分検出器
８ インダクタンス演算器
９ 位置推定器
１０ トルク制御器

Claims (1)

1. スイッチトリラクタンスモータの制御装置において、隣り合った期間Ｔ１とＴ２を想定し、前記スイッチトリラクタンスモータの１相の巻き線の電流の前記Ｔ１期間の時間に対する平均変化率ＤＩ１と前記Ｔ２期間の時間に対する平均変化率ＤＩ２とを出力する電流微分検出器と、前記巻き線に印加された電圧の前記Ｔ１期間の平均値Ｖ１と前記Ｔ２期間の平均値Ｖ２と出力する平均電圧検出器と、前記Ｖ１と前記Ｖ２との差を前記ＤＩ１と前記ＤＩ２との差で除することで前記巻き線のインダクタンスを求めるインダクタンス演算器と、該インダクタンス演算器の出力と前記巻き線の電流値を入力して前記スイッチトリラクタンスモータの回転子位置を推定する位置推定器を具備することを特徴とするスイッチトリラクタンスモータの制御装置。

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