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JP2009284694A - Controller for permanent magnet type synchronous motor - Google Patents

Controller for permanent magnet type synchronous motor Download PDF

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JP2009284694A JP2008135302A JP2008135302A JP2009284694A JP 2009284694 A JP2009284694 A JP 2009284694A JP 2008135302 A JP2008135302 A JP 2008135302A JP 2008135302 A JP2008135302 A JP 2008135302A JP 2009284694 A JP2009284694 A JP 2009284694A
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尚史 野村
Yasushi Matsumoto
康 松本
Takashi Kuroda
岳志 黒田
Nobuo Itoigawa
信夫 糸魚川
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Abstract

【課題】永久磁石形同期電動機の制御方式を切り換えるときのショックを低減する。
【解決手段】電動機の電流、端子電圧、磁束をベクトルとしてとらえ、電流指令値の角速度を速度指令値に制御する第1運転モードと、電動機電流及び端子電圧から演算した回転子の磁極位置推定値及び速度推定値を用いて電動機速度を速度指令値に制御する第2運転モードと、を有し、第1→第2運転モードへの切換時に、電動機電流、端子電圧、電流指令値の角速度から拡張誘起電圧を演算する手段と、拡張誘起電圧の角度から磁極位置推定誤差を演算する手段と、磁極位置推定誤差を用いて磁極位置推定値を初期化する手段と、電流指令値の角速度を用いて速度推定値を初期化する手段と、磁極位置推定誤差を用いて端子電圧、電流が急変しないように端子電圧指令値、電流指令値を初期化する手段とを備える。
【選択図】図1
A shock is reduced when switching a control method of a permanent magnet type synchronous motor.
A first operation mode in which an electric current, a terminal voltage, and a magnetic flux of a motor are regarded as vectors and an angular velocity of a current command value is controlled to a speed command value, and a magnetic pole position estimated value calculated from the motor current and the terminal voltage And a second operation mode for controlling the motor speed to a speed command value using the estimated speed value, and from the angular speed of the motor current, the terminal voltage, and the current command value when switching from the first to the second operation mode. Means for calculating the expansion induced voltage, means for calculating the magnetic pole position estimation error from the angle of the expansion induced voltage, means for initializing the magnetic pole position estimation value using the magnetic pole position estimation error, and using the angular velocity of the current command value And a means for initializing the terminal voltage command value and the current command value so that the terminal voltage and current do not change suddenly using the magnetic pole position estimation error.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、磁極位置検出器を持たない永久磁石形同期電動機の制御装置に関し、詳しくは、電動機の速度範囲に応じて各種の制御方式を切り換える際のショックを低減して電動機をスムースに加減速運転するための制御装置に関するものである。   The present invention relates to a control device for a permanent magnet type synchronous motor that does not have a magnetic pole position detector. More specifically, the present invention relates to a motor that smoothly accelerates and decelerates by reducing a shock when switching various control methods according to the speed range of the motor. The present invention relates to a control device for driving.

永久磁石形同期電動機の制御装置をコストダウンするため、回転子の磁極位置検出器を使用しないで運転する、いわゆるセンサレスベクトル制御が実用化されている。
センサレスベクトル制御は、電動機の端子電圧や電流の情報から回転子の磁極位置と速度とを演算し、これらに基づいて電流制御を行うことで高精度なトルク制御や速度制御を実現するものである。センサレスベクトル制御の例は、非特許文献1や特許文献1に開示されている。
In order to reduce the cost of a control device for a permanent magnet type synchronous motor, so-called sensorless vector control that operates without using a magnetic pole position detector of a rotor has been put into practical use.
Sensorless vector control realizes high-accuracy torque control and speed control by calculating the magnetic pole position and speed of the rotor from the terminal voltage and current information of the motor, and performing current control based on these. . Examples of sensorless vector control are disclosed in Non-Patent Document 1 and Patent Document 1.

しかしながら、センサレスベクトル制御は、低速時の安定性に課題がある。このため、低速域では、特許文献2に記載されているように、電流の振幅を一定、電流の角速度を速度指令値に制御することで、永久磁石形同期電動機の回転子を電流に引き込んで運転する技術が適用されることがある。このような運転方式を以下、「電流引き込み制御」と呼ぶ。   However, sensorless vector control has a problem in stability at low speed. For this reason, in the low speed range, as described in Patent Document 2, the rotor of the permanent magnet synchronous motor is drawn into the current by controlling the current amplitude to be constant and the current angular velocity to the speed command value. Driving techniques may be applied. Such an operation method is hereinafter referred to as “current draw control”.

一方、突極性のない永久磁石形同期電動機を停止状態から加速して中高速域における安定した速度制御を行う際に、前記電流引き込み制御からセンサレスベクトル制御へショックレスで切り換える技術が、特許文献3に開示されている。
この従来技術では、電流引き込み制御からセンサレスベクトル制御へ切り換えるときに磁束ベクトルの位相を演算し、これを利用して磁極位置推定値を初期化してからセンサレスベクトル制御を開始している。
On the other hand, Patent Document 3 discloses a technique for switching from current pull-in control to sensorless vector control in a shockless manner when a permanent magnet type synchronous motor having no saliency is accelerated from a stopped state to perform stable speed control in a medium to high speed range. Is disclosed.
In this prior art, the phase of the magnetic flux vector is calculated when switching from current drawing control to sensorless vector control, and the sensorless vector control is started after initializing the estimated magnetic pole position using this.

ところで、端子電圧の振幅を速度指令値にほぼ比例して制御し、端子電圧の角速度を速度指令値に制御する、いわゆる、V/f制御は、センサレスベクトル制御よりも演算が簡単であるため、最高速度を高くすることができる。
特許文献4に記載されている従来技術によると、速度に応じてV/f制御とセンサレスベクトル制御とを切り換えることで速度範囲を拡大し、制御方式を切り換えるときに、端子電圧及び電流が急変しないように電圧指令値と電流指令値とを補償することで切り換え時のショックを低減している。
By the way, since the so-called V / f control, which controls the amplitude of the terminal voltage substantially in proportion to the speed command value and controls the angular speed of the terminal voltage to the speed command value, is easier to calculate than the sensorless vector control, The maximum speed can be increased.
According to the prior art described in Patent Document 4, the terminal voltage and current do not change suddenly when the speed range is expanded by switching between V / f control and sensorless vector control according to speed, and the control method is switched. Thus, the shock at the time of switching is reduced by compensating the voltage command value and the current command value.

特許第3411878号公報(段落[0112]〜[0159]、図1等)Japanese Patent No. 3411878 (paragraphs [0112] to [0159], FIG. 1 and the like) 特開2001−190093号公報(段落[0002]〜[0006]、図7等)JP 2001-190093 (paragraphs [0002] to [0006], FIG. 7 and the like) 特開2005−110473号公報(段落[0008]〜[0011]、図1等)Japanese Patent Laying-Open No. 2005-110473 (paragraphs [0008] to [0011], FIG. 1 and the like) 特許第3786018号公報(段落[0052]〜[0070]、図4等)Japanese Patent No. 3778618 (paragraphs [0052] to [0070], FIG. 4 etc.) Takashi Aihara, Akio Toba, Takao Yanase, Akihide Mashimo, Kenji Endo, 「Sensorless Torque Control of Salient-Pole Synchronous Motor at Zero-Speed Operation」, IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS, VOL. 14, NO.1, JANUARY 1999Takashi Aihara, Akio Toba, Takao Yanase, Akihide Mashimo, Kenji Endo, “Sensorless Torque Control of Salient-Pole Synchronous Motor at Zero-Speed Operation”, IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS, VOL. 14, NO.1, JANUARY 1999

特許文献3に記載された従来技術では、その[数式2]において、磁束の演算式に用いるインダクタンス値をd,q軸インダクタンスの平均値により近似しており、回転子に突極性のある埋込磁石構造永久磁石形同期電動機に適用する場合、磁束演算値に誤差が発生する。また、特許文献3では電流引き込み制御からセンサレスベクトル制御への切り換え方法については言及しているが、センサレスベクトル制御から電流引き込み制御への切り換え方法については言及していない。
更に、特許文献4の段落[0052]〜[0069]に記載されている、V/f制御からセンサレスベクトル制御へ切り換える際の演算は、トルクと負荷角との関係に着目したものであり、その処理内容は複雑である。
In the prior art described in Patent Document 3, in [Formula 2], the inductance value used in the calculation formula of the magnetic flux is approximated by the average value of the d and q axis inductances, and the rotor is embedded with saliency. When applied to a permanent magnet synchronous motor having a magnet structure, an error occurs in the magnetic flux calculation value. Patent Document 3 refers to a switching method from current pull-in control to sensorless vector control, but does not refer to a switching method from sensorless vector control to current pull-in control.
Furthermore, the calculation when switching from V / f control to sensorless vector control described in paragraphs [0052] to [0069] of Patent Document 4 focuses on the relationship between torque and load angle. The processing content is complicated.

そこで、本発明の解決課題は、比較的簡単な演算処理により、各種の制御方式をショックレスにて切り換え可能として広い速度範囲における電動機のスムースな加減速運転を実現した永久磁石形同期電動機の制御装置を提供することにある。   Therefore, the problem to be solved by the present invention is to control a permanent magnet type synchronous motor that realizes smooth acceleration / deceleration operation of a motor in a wide speed range by enabling various control methods to be switched without shock by relatively simple arithmetic processing. To provide an apparatus.

上記課題を解決するため、請求項1に係る発明は、磁極位置検出器を持たない永久磁石形同期電動機の制御装置において、
前記電動機の電流、端子電圧、磁束をベクトルとしてとらえ、
前記電動機の電流指令値の角速度を速度指令値に制御する第1の運転モードと、
前記電動機の電流及び端子電圧から演算した回転子の磁極位置推定値及び速度推定値を用いて前記電動機の速度を速度指令値に制御する第2の運転モードと、を有し、
第1の運転モードから第2の運転モードへ切り換えるときに、
前記電動機の電流、端子電圧、前記電流指令値の角速度から拡張誘起電圧を演算する手段と、
前記拡張誘起電圧の演算値の角度から磁極位置推定誤差を演算する手段と、
前記磁極位置推定誤差の演算値を用いて前記磁極位置推定値を初期化する手段と、
前記電流指令値の角速度を用いて前記速度推定値を初期化する手段と、
前記磁極位置推定誤差の演算値を用いて前記電動機の端子電圧が急変しないように端子電圧指令値を初期化する手段と、
前記磁極位置推定誤差の演算値を用いて前記電動機の電流が急変しないように前記電流指令値を初期化する手段と、を備えたものである。
この発明によれば、第1の運転モードである電流引き込み制御から第2の運転モードであるセンサレスベクトル制御へ、ショックレスで切り換えることができる。
In order to solve the above-described problem, the invention according to claim 1 is directed to a control device for a permanent magnet synchronous motor that does not have a magnetic pole position detector.
Taking the current, terminal voltage, and magnetic flux of the motor as vectors,
A first operation mode for controlling an angular velocity of a current command value of the electric motor to a speed command value;
A second operation mode for controlling the speed of the motor to a speed command value using a rotor magnetic pole position estimated value and a speed estimated value calculated from the current and terminal voltage of the motor;
When switching from the first operation mode to the second operation mode,
Means for calculating an expansion induced voltage from the current of the electric motor, the terminal voltage, and the angular velocity of the current command value;
Means for calculating a magnetic pole position estimation error from the angle of the calculated value of the expansion induced voltage;
Means for initializing the magnetic pole position estimation value using the calculated value of the magnetic pole position estimation error;
Means for initializing the speed estimate using an angular velocity of the current command value;
Means for initializing a terminal voltage command value so that the terminal voltage of the motor does not change suddenly using the calculated value of the magnetic pole position estimation error;
Means for initializing the current command value so that the electric current of the motor does not change suddenly using the calculated value of the magnetic pole position estimation error.
According to this invention, it is possible to switch from the current drawing control as the first operation mode to the sensorless vector control as the second operation mode without shock.

請求項2に係る発明は、上述した第1の運転モードから第2の運転モードへ切り換えるときに、
前記電動機の電流、端子電圧、前記電流指令値の角速度から拡張磁束を演算する手段と、
前記拡張磁束の演算値の角度から磁極位置推定誤差を演算する手段と、
前記磁極位置推定誤差の演算値を用いて前記磁極位置推定値を初期化する手段と、
前記電流指令値の角速度を用いて前記速度推定値を初期化する手段と、
前記磁極位置推定誤差の演算値を用いて前記電動機の端子電圧が急変しないように端子電圧指令値を初期化する手段と、
前記磁極位置推定誤差の演算値を用いて前記電動機の電流が急変しないように前記電流指令値を初期化する手段と、を備えたものである。
請求項1における拡張誘起電圧の大きさは回転子の角速度に比例するのに対し、請求項2における拡張磁束の大きさは角速度によらず一定であるため、低速時にも演算を高精度化でき、電流引き込み制御からセンサレスベクトル制御へショックレスで切り換えることができる。
When the invention according to claim 2 is switched from the first operation mode described above to the second operation mode,
Means for calculating an expanded magnetic flux from the electric motor current, terminal voltage, angular velocity of the current command value;
Means for calculating a magnetic pole position estimation error from the angle of the calculated value of the expanded magnetic flux;
Means for initializing the magnetic pole position estimation value using the calculated value of the magnetic pole position estimation error;
Means for initializing the speed estimate using an angular velocity of the current command value;
Means for initializing a terminal voltage command value so that the terminal voltage of the motor does not change suddenly using the calculated value of the magnetic pole position estimation error;
Means for initializing the current command value so that the electric current of the motor does not change suddenly using the calculated value of the magnetic pole position estimation error.
While the magnitude of the expansion induced voltage in claim 1 is proportional to the angular velocity of the rotor, the magnitude of the expansion magnetic flux in claim 2 is constant regardless of the angular velocity, so that the calculation can be made highly accurate even at low speeds. In addition, it is possible to switch from current drawing control to sensorless vector control without shock.

請求項3に係る発明は、前記電動機の電圧指令値の振幅を速度指令値にほぼ比例して制御し、前記電圧指令値の角速度を前記速度指令値に制御する第3の運転モードと、
前記電動機の電流及び端子電圧から演算した回転子の磁極位置推定値及び速度推定値を用いて前記電動機の速度を速度指令値に制御する第2の運転モードと、を有し、
第3の運転モードから第2の運転モードへ切り換えるときに、
前記電動機の電流、端子電圧、前記電圧指令値の角速度から拡張誘起電圧を演算する手段と、
前記拡張誘起電圧の演算値の角度から磁極位置推定誤差を演算する手段と、
前記磁極位置推定誤差の演算値を用いて前記磁極位置推定値を初期化する手段と、
前記電圧指令値の角速度を用いて前記速度推定値を初期化する手段と、
前記磁極位置推定誤差の演算値を用いて前記電動機の端子電圧が急変しないように端子電圧指令値を初期化する手段と、
前記磁極位置推定誤差演算値を用いて前記電動機の電流が急変しないように前記電流指令値を初期化する手段と、を備えたものである。
この発明によれば、第3の運転モードであるV/f制御から第2の運転モードであるセンサレスベクトル制御へ、ショックレスで切り換えることができる。
The invention according to claim 3 is a third operation mode in which the amplitude of the voltage command value of the electric motor is controlled substantially in proportion to the speed command value, and the angular velocity of the voltage command value is controlled to the speed command value;
A second operation mode for controlling the speed of the motor to a speed command value using a rotor magnetic pole position estimated value and a speed estimated value calculated from the current and terminal voltage of the motor;
When switching from the third operation mode to the second operation mode,
Means for calculating the expansion induced voltage from the electric current of the motor, the terminal voltage, and the angular velocity of the voltage command value;
Means for calculating a magnetic pole position estimation error from the angle of the calculated value of the expansion induced voltage;
Means for initializing the magnetic pole position estimation value using the calculated value of the magnetic pole position estimation error;
Means for initializing the speed estimate using an angular speed of the voltage command value;
Means for initializing a terminal voltage command value so that the terminal voltage of the motor does not change suddenly using the calculated value of the magnetic pole position estimation error;
Means for initializing the current command value so that the electric current of the motor does not change suddenly using the magnetic pole position estimation error calculation value.
According to the present invention, it is possible to switch from V / f control as the third operation mode to sensorless vector control as the second operation mode without shock.

請求項4に係る発明は、上述した第3の運転モードから第2の運転モードへ切り換えるときに、
前記電動機の電流、端子電圧、前記電圧指令値の角速度から拡張磁束を演算する手段と、
前記拡張磁束の演算値の角度から磁極位置推定誤差を演算する手段と、
前記磁極位置推定誤差の演算値を用いて前記磁極位置推定値を初期化する手段と、
前記電圧指令値の角速度を用いて前記速度推定値を初期化する手段と、
前記磁極位置推定誤差の演算値を用いて前記電動機の端子電圧が急変しないように端子電圧指令値を初期化する手段と、
前記磁極位置推定誤差の演算値を用いて前記電動機の電流が急変しないように前記電流指令値を初期化する手段と、を備えたものである。
この発明によれば、請求項3に係る発明と比べると、低速時にも演算を高精度化でき、V/f制御からセンサレスベクトル制御へショックレスで切り換えることができる。
When the invention according to claim 4 is switched from the third operation mode described above to the second operation mode,
Means for calculating an expanded magnetic flux from the electric current of the motor, the terminal voltage, and the angular velocity of the voltage command value;
Means for calculating a magnetic pole position estimation error from the angle of the calculated value of the expanded magnetic flux;
Means for initializing the magnetic pole position estimation value using the calculated value of the magnetic pole position estimation error;
Means for initializing the speed estimate using an angular speed of the voltage command value;
Means for initializing a terminal voltage command value so that the terminal voltage of the motor does not change suddenly using the calculated value of the magnetic pole position estimation error;
Means for initializing the current command value so that the electric current of the motor does not change suddenly using the calculated value of the magnetic pole position estimation error.
According to the present invention, compared with the invention according to claim 3, the calculation can be performed with high accuracy even at low speed, and the V / f control can be switched to the sensorless vector control without shock.

請求項5に係る発明は、請求項2または請求項4の第2の運転モードにおいて、
前記電動機の電流、端子電圧、前記速度推定値から前記拡張磁束を演算する手段と、
前記拡張磁束の演算値から前記速度推定値及び前記磁極位置推定値を演算する手段と、
を備え、
第1または第3の運転モードから第2の運転モードへ切り換えるときに、前記磁極位置推定誤差の演算値を用いて前記拡張磁束の演算値が急変しないようにこの拡張磁束の演算値を初期化する手段を備えたものである。
この発明では、第2の運転モードとしてのセンサレスベクトル制御における位置・速度推定演算を、磁束オブザーバにより推定した拡張磁束推定値に基づいて実現した場合にも、ショックレスで切り換えることができる。
The invention according to claim 5 is the second operation mode of claim 2 or claim 4, wherein
Means for calculating the expansion magnetic flux from the electric current of the motor, the terminal voltage, and the speed estimation value;
Means for calculating the speed estimated value and the magnetic pole position estimated value from the calculated value of the expanded magnetic flux;
With
When switching from the first or third operation mode to the second operation mode, the calculated value of the expanded magnetic flux is initialized so that the calculated value of the expanded magnetic flux does not change suddenly using the calculated value of the magnetic pole position estimation error. It has a means to do.
In the present invention, even when the position / speed estimation calculation in the sensorless vector control as the second operation mode is realized based on the expanded magnetic flux estimated value estimated by the magnetic flux observer, switching can be performed without shock.

請求項6に係る発明は、請求項2または請求項4の第2の運転モードにおいて、
前記電動機の電流、端子電圧、前記速度推定値から第2の拡張磁束を演算する手段と、
第2の拡張磁束演算値から前記速度推定値及び前記磁極位置推定値を演算する手段と、を備え、
第1または第3の運転モードから第2の運転モードへ切り換えるときに、請求項2または請求項4において求めた拡張磁束演算値を用いて第2の拡張磁束演算値を初期化する手段を備えたものである。
この発明によれば、請求項5に係る発明よりも運転モード切り換え時の演算処理を簡略化することができる。
According to a sixth aspect of the present invention, in the second operation mode of the second or fourth aspect,
Means for calculating a second expanded magnetic flux from the current of the motor, the terminal voltage, and the estimated speed value;
Means for calculating the speed estimated value and the magnetic pole position estimated value from a second expanded magnetic flux calculated value,
When switching from the first or third operation mode to the second operation mode, there is provided means for initializing the second expansion magnetic flux calculation value using the expansion magnetic flux calculation value obtained in claim 2 or claim 4. It is a thing.
According to the present invention, the arithmetic processing at the time of switching the operation mode can be simplified as compared with the invention according to claim 5.

請求項7に係る発明は、請求項1〜6の何れか1項に記載した制御装置において、
第1または第3の運転モードから第2の運転モードへ切り換えるときに、
少なくとも、前記電動機の電流及び端子電圧からトルクを演算する手段と、前記トルクの演算値を用いてトルク指令値を初期化する手段と、を備えたものである。
この発明によれば、請求項1〜6に係る発明に比べて運転モード切り換え時のショックを低減することができる。
The invention according to claim 7 is the control device according to any one of claims 1 to 6,
When switching from the first or third operation mode to the second operation mode,
At least means for calculating a torque from the current and terminal voltage of the electric motor and means for initializing a torque command value using the calculated value of the torque.
According to this invention, the shock at the time of operation mode switching can be reduced compared with the invention which concerns on Claims 1-6.

請求項8に係る発明は、請求項7記載の制御装置におけるトルク演算を具体化したものである。
すなわち、請求項8に係る発明は、請求項1〜6の何れか1項に記載した制御装置において、
第1または第3の運転モードから第2の運転モードへ切り換えるときに、
少なくとも、前記電動機の電流及び前記拡張誘起電圧の演算値からトルクを演算する手段と、前記トルクの演算値を用いてトルク指令値を初期化する手段と、を備えたものである。
The invention according to claim 8 embodies the torque calculation in the control device according to claim 7.
That is, the invention according to claim 8 is the control device according to any one of claims 1 to 6,
When switching from the first or third operation mode to the second operation mode,
At least means for calculating a torque from the calculated value of the electric current of the electric motor and the expansion induced voltage, and means for initializing a torque command value using the calculated value of the torque.

請求項9に係る発明は、請求項7記載の制御装置におけるトルク演算を、請求項8記載の制御装置とは別の形態で具体化したものである。
すなわち、請求項9に係る発明は、請求項2,4,5または6の何れか1項に記載した制御装置において、
第1または第3の運転モードから第2の運転モードへ切り換えるときに、
少なくとも、前記電動機の電流、前記拡張磁束の演算値からトルクを演算する手段と、前記トルクの演算値を用いてトルク指令値を初期化する手段と、を備えたものである。
According to a ninth aspect of the invention, the torque calculation in the control device according to the seventh aspect is embodied in a form different from that of the control device according to the eighth aspect.
That is, the invention according to claim 9 is the control device according to any one of claims 2, 4, 5 or 6,
When switching from the first or third operation mode to the second operation mode,
At least means for calculating a torque from the electric current of the motor and the calculated value of the expansion magnetic flux, and means for initializing a torque command value using the calculated value of the torque.

請求項10に係る発明は、前述した第2の運転モードから第1の運転モードへ切り換えるときに、
前記電動機のトルク指令値から前記電流指令値を演算する手段と、
前記電流指令値と前記磁極位置推定値との角度差を演算する手段と、
前記電流指令値と前記磁極位置推定値との角度差を用いて前記電流指令値の角度を初期化する手段と、
前記速度推定値を用いて前記電流指令値の角速度が急変しないように前記電流指令値の角速度を補正する手段と、
前記電流指令値と前記磁極位置推定値との角度差を用いて前記電動機の端子電圧が急変しないように端子電圧指令値を初期化する手段と、
前記電流指令値と前記磁極位置推定値との角度差を用いて前記電動機の電流が急変しないように前記電流指令値を初期化する手段と、を備えたものである。
この発明によれば、第2の運転モードであるセンサレスベクトル制御から第1の運転モードである電流引き込み制御へ、ショックレスで切り換えることができる。
When the invention according to claim 10 is switched from the second operation mode described above to the first operation mode,
Means for calculating the current command value from the torque command value of the motor;
Means for calculating an angle difference between the current command value and the magnetic pole position estimated value;
Means for initializing an angle of the current command value using an angle difference between the current command value and the magnetic pole position estimation value;
Means for correcting the angular velocity of the current command value so that the angular velocity of the current command value does not change suddenly using the velocity estimation value;
Means for initializing a terminal voltage command value so that the terminal voltage of the motor does not change suddenly using an angular difference between the current command value and the magnetic pole position estimation value;
Means for initializing the current command value so that the current of the motor does not change suddenly using an angular difference between the current command value and the estimated magnetic pole position.
According to this invention, it is possible to switch from sensorless vector control, which is the second operation mode, to current drawing control, which is the first operation mode, without shock.

本発明によれば、電動機の運転速度範囲に応じて各種の制御方式を切り換える際の端子電圧や電流の急変を防止してショックを低減することができる。これにより、速度範囲を拡大して永久磁石形同期電動機のスムースな加減速運転を実現することが可能である。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the sudden change of the terminal voltage or electric current at the time of switching various control systems according to the driving speed range of an electric motor can be prevented, and a shock can be reduced. Thereby, it is possible to realize a smooth acceleration / deceleration operation of the permanent magnet type synchronous motor by expanding the speed range.

以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。まず、図1は請求項1,8に相当する本発明の第1実施形態のブロック図である。
この第1実施形態は、特許文献2の電流引き込み制御から、非特許文献1の拡張誘起電圧を利用したセンサレスベクトル制御へショックレスで切り換えるためのものである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram of a first embodiment of the present invention corresponding to claims 1 and 8.
This first embodiment is for switching from current drawing control of Patent Document 2 to sensorless vector control using the extended induced voltage of Non-Patent Document 1 without shock.

なお、永久磁石形同期電動機は、回転子のd軸(回転子の磁極方向)と、このd軸から90度進んだq軸とに従って電流制御を行うことにより、高精度なトルク制御を実現可能である。しかし、磁極位置検出器を持たない場合にはd,q軸を直接検出できないので、d,q軸に対応して電気角速度ωで回転する直交回転座標系のγ,δ軸を制御装置側に推定して制御演算を行っている。
上記d,q軸及びγ,δ軸の定義を図7に示す。永久磁石形同期電動機の回転子のN極方向をd軸、このd軸から90°進み方向をq軸、前記d軸に対応する推定軸をγ軸、このγ軸から90°進み方向をδ軸と定義する。
ただし、図7において、
ω:d,q軸の電気角速度,ω:γ,δ軸の電気角速度(=速度推定値),θerr:d,q軸に対するγ,δ軸の角度(角度差または磁極位置推定誤差ともいう)
とする。
Permanent magnet type synchronous motors can achieve high-accuracy torque control by performing current control according to the d-axis of the rotor (the direction of the magnetic pole of the rotor) and the q-axis advanced 90 degrees from this d-axis. It is. However, since the d and q axes cannot be directly detected without the magnetic pole position detector, the γ and δ axes of the orthogonal rotation coordinate system that rotates at the electrical angular velocity ω 1 corresponding to the d and q axes are on the controller side. The control calculation is performed by estimating.
The definitions of the d, q axis and the γ, δ axes are shown in FIG. The N-pole direction of the rotor of the permanent magnet synchronous motor is the d-axis, the 90 ° advance direction from the d-axis is the q-axis, the estimated axis corresponding to the d-axis is the γ-axis, and the 90 ° advance direction from the γ-axis is δ Define as axis.
However, in FIG.
ω r : electrical angular velocity of d and q axes, ω 1 : electrical angular velocity of γ and δ axes (= speed estimation value), θ err : angles of γ and δ axes with respect to d and q axes (angle difference or magnetic pole position estimation error) (Also called)
And

始めに、図1における主回路の構成は以下の通りである。
50は三相交流電源であり、整流回路60は電源50の三相交流電圧を整流して直流電圧に変換する。この直流電圧はPWMインバータからなる電力変換器70に供給され、電動機80を駆動するための所定の三相交流電圧に変換される。
First, the configuration of the main circuit in FIG. 1 is as follows.
Reference numeral 50 denotes a three-phase AC power source, and the rectifier circuit 60 rectifies the three-phase AC voltage of the power source 50 and converts it into a DC voltage. This DC voltage is supplied to a power converter 70 composed of a PWM inverter, and is converted into a predetermined three-phase AC voltage for driving the electric motor 80.

次に、図1における電流引き込み制御時の動作を、制御装置の構成と共に説明する。
切換スイッチ23の入力を「S1」に設定し、γ,δ軸の角速度ωを速度指令値ωに制御する。電気角演算器24は、γ,δ軸の角速度ωを積分してγ,δ軸の角度θを演算する。
また、切換スイッチ21a,21bの入力を「S1」に設定し、第1の電流指令演算器41は、γ,δ軸電流指令値iγ ,iδ を数式1のように制御する。
Next, the operation at the time of current drawing control in FIG. 1 will be described together with the configuration of the control device.
Set the input of the changeover switch 23 to the "S1", gamma, controls the angular velocity omega 1 of the δ-axis to the speed command value omega *. The electrical angle calculator 24 integrates the angular velocities ω 1 of the γ and δ axes to calculate the angle θ 1 of the γ and δ axes.
Further, the inputs of the changeover switches 21a and 21b are set to “S1”, and the first current command calculator 41 controls the γ and δ-axis current command values i γ * and i δ * as shown in Equation 1.

Figure 2009284694
Figure 2009284694

ローパスフィルタ22a,22bは、γ,δ軸電流指令値iγ ,iδ の低周波成分iγf ,iδf を演算する。
電流座標変換器14は、u相電流検出器11u、w相電流検出器11wによりそれぞれ検出した相電流検出値i,iを、γ,δ軸の角度θに基づいてγ,δ軸電流検出値iγ,iδに座標変換する。
γ軸電流指令値iγf とγ軸電流検出値iγとの偏差を減算器19aにより演算し、この偏差を電流調節器20により増幅してγ軸電圧指令値vγ を演算する。一方、δ軸電流指令値iδf とδ軸電流検出値iδとの偏差を減算器19bにより演算し、この偏差を電流調節器20により増幅してδ軸電圧指令値vδ を演算する。
これらの電圧指令値vγ ,vδ は、電圧座標変換器15によってγ,δ軸の角度θに基づき相電圧指令値v ,v ,v に変換される。
The low-pass filters 22a and 22b calculate the low-frequency components i γf * and i δf * of the γ and δ-axis current command values i γ * and i δ * .
The current coordinate converter 14 converts the phase current detection values i u and i w detected by the u-phase current detector 11u and the w-phase current detector 11w, respectively, into the γ and δ axes based on the angle θ 1 of the γ and δ axes. Coordinates are converted to current detection values i γ and i δ .
A deviation between the γ-axis current command value i γf * and the detected γ-axis current value i γ is calculated by the subtractor 19a, and the deviation is amplified by the current regulator 20 to calculate the γ-axis voltage command value v γ * . On the other hand, the deviation between the δ-axis current command value i δf * and the δ-axis current detection value i δ is calculated by the subtractor 19b, and this deviation is amplified by the current regulator 20 to calculate the δ-axis voltage command value v δ * . To do.
These voltage command values v γ * and v δ * are converted into phase voltage command values v u * , v v * and v w * based on the angle θ 1 of the γ and δ axes by the voltage coordinate converter 15.

PWM回路13は、相電圧指令値v ,v ,v 、及び、電圧検出器12により検出した電力変換器70の入力電圧Edcからゲート信号を生成する。電力変換器70は、上記ゲート信号に基づいて内部の半導体スイッチング素子を制御することで、永久磁石形同期電動機80の端子電圧を相電圧指令値v ,v ,v に制御する。
これらの制御により、振幅がIγ 、角速度が速度指令値ωに等しい電流ベクトルが発生して回転子が電流ベクトルに引き込まれ、回転子の角速度ωは速度指令値ωに制御される。
The PWM circuit 13 generates a gate signal from the phase voltage command values v u * , v v * , v w * and the input voltage E dc of the power converter 70 detected by the voltage detector 12. The power converter 70 controls the internal semiconductor switching element based on the gate signal, thereby controlling the terminal voltage of the permanent magnet type synchronous motor 80 to the phase voltage command values v u * , v v * , v w * . To do.
By these controls, a current vector having an amplitude equal to I γ * and an angular velocity equal to the speed command value ω * is generated and the rotor is drawn into the current vector, and the rotor angular velocity ω r is controlled to the speed command value ω *. The

次に、センサレスベクトル制御時の動作について説明する。なお、説明は電流引き込み制御と異なる部分を中心に行い、重複する箇所の説明は省略する。
速度指令値ωと速度推定値ωとの偏差を減算器16により演算し、この偏差を速度調節器17により増幅してトルク指令値τを演算する。
切換スイッチ21a,21bの入力を「S2」に設定し、γ,δ軸電流指令値iγ ,iδ に第2の電流指令演算器18の出力を設定する。電流指令演算器18は、トルク指令値τに基づいて、トルク/電流が最大になる条件でγ,δ軸電流指令値iγ ,iδ を演算する。
Next, the operation at the time of sensorless vector control will be described. Note that the description will focus on parts different from the current pull-in control, and a description of the overlapping parts will be omitted.
The deviation between the speed command value ω * and the estimated speed value ω 1 is calculated by the subtractor 16, and the deviation is amplified by the speed regulator 17 to calculate the torque command value τ * .
The inputs of the changeover switches 21a and 21b are set to “S2”, and the output of the second current command calculator 18 is set to the γ and δ axis current command values i γ * and i δ * . Based on the torque command value τ * , the current command calculator 18 calculates the γ and δ-axis current command values i γ * and i δ * under the condition that the torque / current is maximized.

ローパスフィルタ22a,22b、減算器19a,19b、電流調節器20、電流座標変換器14、電圧座標変換器15の動作は、電流引き込み制御の場合と同じであり、これらによってγ,δ軸電流iγ,iδが指令値iγ ,iδ に一致するように相電圧指令値v ,v ,v が制御される。
一方、拡張誘起電圧演算器31には、γ,δ軸電圧指令値vγ ,vδ 、γ,δ軸電流検出値iγ,iδ及び速度推定値ωが入力されており、拡張誘起電圧演算器31は数式2により拡張誘起電圧を演算する。
The operations of the low-pass filters 22a and 22b, the subtractors 19a and 19b, the current adjuster 20, the current coordinate converter 14 and the voltage coordinate converter 15 are the same as those in the case of the current pull-in control. gamma, i [delta] is the command value i γ *, i δ * in the matching manner the phase voltage command values v u *, v v *, v w * is controlled.
On the other hand, the expanded induced voltage calculator 31 receives γ, δ-axis voltage command values v γ * , v δ * , γ, δ-axis current detection values i γ , i δ, and a speed estimation value ω 1 . The expansion induced voltage calculator 31 calculates the expansion induced voltage using Equation 2.

Figure 2009284694
Figure 2009284694

図8は、拡張誘起電圧と角度差との関係を示すベクトル図である。拡張誘起電圧Eexは、回転子と直交方向であるq軸方向に発生する。図8から明らかなように、γ,δ軸で観測した拡張誘起電圧の角度δEexはd,q軸とγ,δ軸との角度差(=磁極位置推定誤差)θerrと等しい。これにより、拡張誘起電圧の角度δEexから角度差θerrを検出することができる。
すなわち、図1における角度演算器32は、拡張誘起電圧の角度δEexを数式3により演算し、この角度δEexを、数式4に示す如く磁極位置推定誤差演算値θerrestとする。
FIG. 8 is a vector diagram showing the relationship between the expansion induced voltage and the angle difference. The expansion induced voltage E ex is generated in the q-axis direction that is orthogonal to the rotor. As is apparent from FIG. 8, the angle δEex of the extended induced voltage observed on the γ and δ axes is equal to the angle difference (= magnetic pole position estimation error) θ err between the d and q axes and the γ and δ axes. Thereby, the angle difference θ err can be detected from the angle δ Eex of the expansion induced voltage.
That is, the angle calculator 32 in FIG. 1, the angle [delta] Eex expansion induced voltage is calculated by Equation 3, the angle [delta] Eex, the magnetic pole position estimation error calculation value theta Errest as shown in Equation 4.

Figure 2009284694
Figure 2009284694

Figure 2009284694
Figure 2009284694

図1における切換スイッチ23は、入力を「S2」に設定し、速度推定器33は、磁極位置推定誤差演算値θerrestを入力とするPI調節器により速度推定値ω(γ,δ軸の角速度に等しい)を数式5により演算する。この速度推定値ωは、電気角演算器24及び拡張誘起電圧演算器31に入力される。 The changeover switch 23 in FIG. 1 sets the input to “S2”, and the speed estimator 33 receives the estimated speed value ω 1 (of the γ and δ axes) by the PI controller that receives the magnetic pole position estimation error calculation value θ errest . (Equal to the angular velocity) is calculated by Equation 5. The estimated speed value ω 1 is input to the electrical angle calculator 24 and the extended induced voltage calculator 31.

Figure 2009284694
Figure 2009284694

電気角演算器24は、速度推定値ωを積分して磁極位置推定値θ(γ,δ軸の角度に等しい)を演算する。
上述した拡張誘起電圧演算器31、角度演算器32、速度推定器33及び電気角演算器24により、γ,δ軸とd,q軸との角度差θerrを零に収束させることができ、これによって磁極位置θ及び速度ωを正確に推定することが可能になる。これにより、電動機80のトルク及び速度を正確に制御することができる。
The electrical angle calculator 24 calculates the magnetic pole position estimated value θ 1 (equal to the angles of the γ and δ axes) by integrating the speed estimated value ω 1 .
The above-described extended induced voltage calculator 31, angle calculator 32, speed estimator 33, and electrical angle calculator 24 can converge the angle difference θ err between the γ and δ axes and the d and q axes to zero, This makes it possible to accurately estimate the magnetic pole position θ 1 and the speed ω 1 . Thereby, the torque and speed of the electric motor 80 can be accurately controlled.

次に、第1の運転モードである電流引き込み制御から第2の運転モードであるセンサレスベクトル制御への切り換え処理の原理について、図9のベクトル図を使って説明する。
図9の左側に示す電流引き込み制御の場合、d,q軸とγ,δ軸との角度差θerrは負荷トルクの増加関数である。一方、図9の右側のセンサレスベクトル制御の場合、d,q軸とγ,δ軸との角度差θerrは、ほぼ零に制御される。
そこで、電流引き込み制御からセンサレスベクトル制御へ切り換える場合には、磁極位置推定値θをd軸の角度に初期化し、この時に電圧指令ベクトルvとローパスフィルタ22a,22bの出力の電流指令ベクトルi とが切り換え前後で連続するように(急変しないように)初期化する。更に、トルク指令値τは切り換え前のトルクによって初期化し、電流指令ベクトルiを、切り換え前のトルクを出力する値に演算する。
Next, the principle of the switching process from the current drawing control as the first operation mode to the sensorless vector control as the second operation mode will be described with reference to the vector diagram of FIG.
In the current drawing control shown on the left side of FIG. 9, the angle difference θ err between the d and q axes and the γ and δ axes is an increasing function of the load torque. On the other hand, in the sensorless vector control on the right side of FIG. 9, the angle difference θ err between the d and q axes and the γ and δ axes is controlled to be substantially zero.
Therefore, the current in the case where the pull-in control switches to the sensorless vector control, initializes the magnetic pole position estimation value theta 1 to the angle of the d-axis, this time in the voltage command vector v * and the low-pass filter 22a, 22b current command vector i of the output of the Initialize so that f * is continuous before and after switching (so as not to change suddenly). Further, the torque command value τ * is initialized with the torque before switching, and the current command vector i * is calculated to a value for outputting the torque before switching.

次に、上記原理に従って電流引き込み制御からセンサレスベクトル制御へ切り換えるときの演算処理について説明する。
電流引き込み制御を行った状態で、図1における拡張誘起電圧演算器31は、拡張誘起電圧演算値Eexγ,Eexδを求め、角度演算器32は拡張誘起電圧の角度δEexを求める。
ここで、トルク演算器111は、上記拡張誘起電圧演算値Eexγ,Eexδとγ,δ軸電流検出値iγ,iδ及び速度推定値ωを用いて、トルク演算値τcalcを数式6により求める。
Next, calculation processing when switching from current drawing control to sensorless vector control according to the above principle will be described.
In the state in which the current drawing control is performed, the expansion induced voltage calculator 31 in FIG. 1 calculates the expansion induced voltage calculation values E exγ and E exδ , and the angle calculator 32 calculates the angle δ Eex of the expansion induced voltage.
Here, the torque calculator 111 calculates the torque calculation value τ calc using the expanded induced voltage calculation values E exγ and E exδ and the γ, δ-axis current detection values i γ and i δ and the estimated speed value ω 1. 6 is obtained.

Figure 2009284694
Figure 2009284694

上記トルク演算値τcalcが入力される速度調節器17では、その出力であるトルク指令値τをトルク演算値τcalcに初期化する。
また、速度推定器33の積分器出力をγ,δ軸速度ωに初期化し、電気角演算器24の出力θを数式7により初期化する。
In the speed regulator 17 to which the torque calculation value τ calc is input, the torque command value τ * as the output is initialized to the torque calculation value τ calc .
Further, the integrator output of the speed estimator 33 is initialized to γ and δ-axis speed ω 1, and the output θ 1 of the electrical angle calculator 24 is initialized by Equation 7.

Figure 2009284694
Figure 2009284694

数式7における電気角補正値δcompには、数式8により拡張誘起電圧の角度δEex(磁極位置推定誤差演算値θerrest)を用いる。 As the electrical angle correction value δ comp in Formula 7, the angle δ Eex (magnetic pole position estimation error calculation value θ errest ) of the extended induced voltage is used according to Formula 8.

Figure 2009284694
Figure 2009284694

数式7によってγ,δ軸の角度θをδcompだけ補正したことに伴い、ローパスフィルタ22a,22bの出力である電流指令値iγf ,iδf 、及び、電流調節器20の出力であるγ,δ軸電圧指令値vγ ,vδ を、磁極位置推定誤差演算値θerrestと、センサレスベクトル制御へ切り換える前のγ,δ軸電流検出値の前回値iγ(n−1),iδ(n−1)、及び、γ,δ軸電圧指令値の前回値vγ(n−1) ,vδ(n−1) を用いて、それぞれ数式9,数式10により初期化する。 As the angle θ 1 of the γ and δ axes is corrected by δ comp by Equation 7, the current command values i γf * and i δf * that are the outputs of the low-pass filters 22 a and 22 b and the output of the current regulator 20 A certain γ, δ-axis voltage command value v γ * , v δ * is converted into a magnetic pole position estimation error calculation value θ errest and a previous value i γ (n−1) of the γ, δ-axis current detection value before switching to sensorless vector control. ) , I δ (n−1) , and previous values v γ (n−1) * and v δ (n−1) * of the γ and δ-axis voltage command values, respectively, by Equations 9 and 10, respectively. initialize.

Figure 2009284694
Figure 2009284694

Figure 2009284694
Figure 2009284694

数式9、数式10により求めた電流指令値iγf ,iδf 及びγ,δ軸電圧指令値vγ ,vδ に従って電力変換器70を制御することにより、センサレスベクトル制御に切り換える際の電動機80の電流及び端子電圧の急変を防止し、ショックをなくすことができる。 When switching to sensorless vector control by controlling the power converter 70 in accordance with the current command values i γf * and i δf * and γ and δ-axis voltage command values v γ * and v δ * obtained by Expressions 9 and 10. A sudden change in the current and terminal voltage of the motor 80 can be prevented, and a shock can be eliminated.

次に、請求項2,9に相当する本発明の第2実施形態を説明する。図2は、第2実施形態を示すブロック図である。
第2実施形態は、第1実施形態における電気角補正値δcompを、拡張磁束を用いて演算することで、低速時にも高精度に演算できるように改良したものであり、以下では、図2のブロック図について、図1と異なる箇所を中心に説明する。
Next, a second embodiment of the present invention corresponding to claims 2 and 9 will be described. FIG. 2 is a block diagram showing the second embodiment.
In the second embodiment, the electrical angle correction value δ comp in the first embodiment is calculated by using an extended magnetic flux so that it can be calculated with high accuracy even at a low speed. This block diagram will be described with a focus on differences from FIG.

まず、第1の運転モードである電流引き込み制御から第2の運転モードであるセンサレスベクトル制御に切り換えるときの動作を説明する。
図2において、拡張磁束演算器34は、γ,δ軸拡張誘起電圧演算値Eexγ,Eexδからγ,δ軸拡張磁束演算値Ψexγ,Ψexδを数式11により演算する。
First, the operation when switching from the current drawing control as the first operation mode to the sensorless vector control as the second operation mode will be described.
2, extended flux calculator 34, gamma, [delta] axis extended induced voltage calculation value E exγ, γ from E exδ, δ-axis expansion flux operation value [psi Exganma, the [psi Exderuta computed using Equation 11.

Figure 2009284694
Figure 2009284694

図10は、拡張磁束と磁極位置推定誤差との関係を示すベクトル図である。図10に示すように、拡張磁束ベクトルΨexと拡張誘起電圧ベクトルEexとは直交関係にあり、拡張磁束ベクトルΨexはd軸方向に発生する。従って、拡張磁束の角度δΨexからd,q軸とγ,δ軸との角度差θerrを演算することができる。
図2における角度演算器35はγ,δ軸拡張磁束演算値Ψexγ,Ψexδから拡張磁束の角度δΨexを数式12により演算し、この角度δΨexから数式13のように電気角補正値δcompを求める。
FIG. 10 is a vector diagram showing the relationship between the expanded magnetic flux and the magnetic pole position estimation error. As shown in FIG. 10, the expanded magnetic flux vector Ψ ex and the expanded induced voltage vector E ex are orthogonal to each other, and the expanded magnetic flux vector Ψ ex is generated in the d-axis direction. Therefore, the angle difference θ err between the d and q axes and the γ and δ axes can be calculated from the angle δΨex of the expanded magnetic flux.
Angle calculator 35 in FIG. 2 gamma, [delta] axis extended flux operation value Ψ exγ, Ψ angles [delta] Pusaiex extended flux calculated by Equation 12 from Exderuta, electrical angle correction value as Equation 13 from this angle δ Ψex δ comp .

Figure 2009284694
Figure 2009284694

Figure 2009284694
Figure 2009284694

数式13に示す電気角補正値δcompを利用して、先の第1実施形態と同様に、電気角演算器24、ローパスフィルタ22a,22b及び電流調節器20を初期化する。
また、トルク演算器112は、γ,δ軸拡張磁束演算値Ψexγ,Ψexδとγ,δ軸電流検出値iγ,iδとを用いて、トルク演算値τcalcを数式14により求める。
Using the electrical angle correction value δ comp shown in Expression 13, the electrical angle calculator 24, the low-pass filters 22a and 22b, and the current regulator 20 are initialized as in the first embodiment.
Further, the torque calculator 112 obtains the torque calculation value τ calc using Equation 14 using the γ and δ-axis expanded magnetic flux calculation values ψ exγ and ψ exδ and the γ and δ-axis current detection values i γ and i δ .

Figure 2009284694
Figure 2009284694

更に、速度調節器17は、その出力であるトルク指令値τを数式14により演算したトルク演算値τcalcに初期化する。
また、速度推定器33の積分器出力をγ,δ軸速度ωに初期化する。以後の動作は、第1実施形態と同様である。
本実施形態においても、電動機80の電流及び端子電圧の急変を防止してセンサレスベクトル制御に切り換える際のショックをなくすことができる。
Furthermore, the speed regulator 17 initializes the torque command value τ * , which is the output thereof, to a torque calculation value τ calc calculated by Equation 14.
Further, the integrator output of the speed estimator 33 is initialized to the γ and δ axis speed ω 1 . Subsequent operations are the same as those in the first embodiment.
Also in this embodiment, it is possible to prevent a shock when switching to sensorless vector control by preventing sudden changes in the current and terminal voltage of the motor 80.

次に、請求項2,5,9に相当する本発明の第3実施形態を説明する。図3は、第3実施形態を示すブロック図であり、この第3実施形態は、第1実施形態における位置・速度推定演算を、磁束オブザーバにより推定した拡張磁束推定値に基づいて行うことで、低速時にも安定に運転できるようにしたものである。
以下、図3において、図1と異なる箇所を中心に説明する。
Next, a third embodiment of the present invention corresponding to claims 2, 5 and 9 will be described. FIG. 3 is a block diagram showing the third embodiment. In the third embodiment, the position / velocity estimation calculation in the first embodiment is performed based on the expanded magnetic flux estimated value estimated by the magnetic flux observer. It is designed to enable stable operation even at low speeds.
Hereinafter, in FIG. 3, a description will be given centering on points different from FIG.

まず、センサレスベクトル制御時の位置・速度推定演算について説明する。
磁束オブザーバ36は、γ,δ軸電圧指令値vγ ,vδ 、γ,δ軸電流検出値iγ,iδ及び速度推定値ωから、拡張磁束推定値Ψexγest,Ψexδestを演算する。
ここで、磁束オブザーバ36は、例えば本出願人による先願である特願2008−130791に記載されているように構成されている。
すなわち、拡張磁束を含むγ,δ軸電流iγ,iδの状態方程式は数式15、数式16によって表される。
First, the position / speed estimation calculation at the time of sensorless vector control will be described.
The magnetic flux observer 36 calculates the expanded magnetic flux estimated values Ψ exγest , Ψ exδest from the γ, δ-axis voltage command values v γ * , v δ * , γ, δ-axis current detection values i γ , i δ and the speed estimated value ω 1. Calculate.
Here, the magnetic flux observer 36 is configured, for example, as described in Japanese Patent Application No. 2008-130791 which is a prior application by the present applicant.
That is, the state equations of γ and δ-axis currents i γ and i δ including the expanded magnetic flux are expressed by Equations 15 and 16.

Figure 2009284694
Figure 2009284694

Figure 2009284694
Figure 2009284694

数式15、数式16において、d,q軸電流微分値pi,piを零に近似すると共に、速度推定値ωが速度実際値ωに一致していると近似し、更に、γ,δ軸端子電圧vγ,vδがそれぞれγ,δ軸電圧指令値vγ ,vδ に制御できていると近似することにより、磁束オブザーバを数式17、数式18により構成する。 In Expressions 15 and 16, d and q-axis current differential values pi d and pi q are approximated to zero, and the estimated speed value ω 1 is approximated to the actual speed value ω r , and γ, By approximating that the δ-axis terminal voltages v γ and v δ can be controlled to γ and δ-axis voltage command values v γ * and v δ * , respectively, the magnetic flux observer is configured by Equations 17 and 18.

Figure 2009284694
Figure 2009284694

Figure 2009284694
Figure 2009284694

なお、数式17の右辺1行目は、物理的にγ,δ軸電流微分値に相当し、このうち、括弧内の演算結果は過渡電圧に相当する。すなわち、数式17の右辺1行目は、具体的には、γ,δ軸電圧指令値(ここでは、γ,δ軸電圧検出値に等しい)から電機子抵抗電圧降下、電機子反作用電圧降下及び拡張誘起電圧を減算して過渡電圧を求め、求めた過渡電圧にd軸インダクタンスLの逆数を乗算してγ,δ軸電流微分値を演算している。
また、数式17の右辺2行目は、電流推定値iγδestと電流検出値iγδとの偏差を増幅して演算される電流補正値に相当しており、数式17の右辺1行目のγ,δ軸電流微分値と前記電流補正値との加算結果に基づいて電流推定値iγδestが演算されると共に、数式18により、電流推定値iγδestと電流検出値iγδとの偏差を増幅することで拡張磁束推定値Ψexγδestが演算されることを示している。
The first line on the right side of Equation 17 physically corresponds to the γ and δ axis current differential values, and among these, the calculation result in parentheses corresponds to the transient voltage. That is, the first line on the right side of Equation 17 specifically includes the armature resistance voltage drop, the armature reaction voltage drop, and the armature resistance voltage drop and the armature reaction voltage drop from the γ and δ axis voltage command values (here, equal to the γ and δ axis voltage detection values). extended electromotive force by subtracting the calculated transient voltage, the transient voltage obtained by multiplying the inverse of d-axis inductance L d gamma, and calculates the δ-axis current differential value.
The second line on the right side of Equation 17 corresponds to a current correction value that is calculated by amplifying the deviation between the current estimated value i γδest and the current detection value i γδ. The current estimated value i γδest is calculated based on the addition result of the δ-axis current differential value and the current correction value, and the deviation between the current estimated value i γδest and the detected current value i γδ is amplified by Equation 18. This indicates that the expanded magnetic flux estimated value Ψ exγδest is calculated.

次に、図3における角度演算器37は、拡張磁束推定値Ψexγest,Ψexδestから拡張磁束推定値の角度δΨexestを数式19により演算する。 Then, the angle calculator 37 in FIG. 3, extend the magnetic flux estimation value [psi Exganmaest, the angle [delta] Pusaiexest extended flux estimate from [psi Exderutaest computed using Equation 19.

Figure 2009284694
Figure 2009284694

速度推定器33の入力である磁極位置推定誤差演算値θerrestは、拡張磁束推定値の角度δΨexestから数式20により求める。 The magnetic pole position estimation error calculation value θ errest which is an input of the speed estimator 33 is obtained from the angle δ Ψexest of the expanded magnetic flux estimation value by Expression 20.

Figure 2009284694
Figure 2009284694

速度推定器33は、磁極位置推定誤差演算値θerrestを入力とするPI調節器により速度推定値ωを演算し、電気角演算器24は速度推定値ωを積分して磁極位置推定値θを演算する。 The speed estimator 33 calculates the speed estimated value ω 1 by a PI controller that receives the magnetic pole position estimation error calculated value θ errest , and the electrical angle calculator 24 integrates the speed estimated value ω 1 to estimate the magnetic pole position estimated value. Calculate θ 1 .

次に、第1の運転モードである電流引き込み制御から第2の運転モードであるセンサレスベクトル制御へ切り換えるときの初期化処理について説明する。
前述した如く、磁束オブザーバ36は、拡張磁束推定値Ψexγest,Ψexδestを演算し、角度演算器37は拡張磁束推定値の角度δΨexestを演算する。
電気角補正値δcompは、拡張磁束推定値の角度δΨexestから数式21により演算する。
Next, an initialization process when switching from the current drawing control as the first operation mode to the sensorless vector control as the second operation mode will be described.
As described above, the magnetic flux observer 36 calculates the expanded magnetic flux estimated values Ψ exγest and Ψ exδest , and the angle calculator 37 calculates the angle δ Ψexest of the expanded magnetic flux estimated value.
The electrical angle correction value δ comp is calculated by Equation 21 from the angle δ ψexist of the expanded magnetic flux estimated value.

Figure 2009284694
Figure 2009284694

電気角演算器24、ローパスフィルタ22a,22b、及び、電流調節器20の初期化処理は、第2実施形態と同じである。
また、磁束オブザーバ36の出力は、数式22により初期化する。
The initialization processing of the electrical angle calculator 24, the low-pass filters 22a and 22b, and the current regulator 20 is the same as in the second embodiment.
Further, the output of the magnetic flux observer 36 is initialized by Equation 22.

Figure 2009284694
Figure 2009284694

トルク演算器112は、γ,δ軸拡張磁束推定値Ψexγest,Ψexδest及びγ,δ軸電流検出値iγ,iδを用いて、数式14に準じた以下の数式によりトルク演算値τcalcを求める。
τcalc=Ψexγestδ−Ψexδestγ
そして、速度調節器17の出力であるトルク指令値τをトルク演算値τcalcに初期化する。また、速度推定器33の積分器出力をγ,δ軸速度ωに初期化する。以後の動作は、第1実施形態と同様である。
本実施形態においても、電動機80の電流及び端子電圧の急変を防止して、センサレスベクトル制御に切り換える際のショックをなくすことができる。
The torque calculator 112 uses the γ and δ-axis expanded magnetic flux estimated values ψ exγest and ψ exδest and the γ and δ-axis current detection values i γ and i δ to calculate a torque calculation value τ calc according to the following equation according to Equation 14: Ask for.
τ calc = Ψ exγest i δ −Ψ exδest i γ
Then, the torque command value τ * , which is the output of the speed regulator 17, is initialized to the torque calculation value τcalc . Further, the integrator output of the speed estimator 33 is initialized to the γ and δ axis speed ω 1 . Subsequent operations are the same as those in the first embodiment.
Also in the present embodiment, it is possible to prevent a sudden change in the current and terminal voltage of the electric motor 80 and eliminate the shock when switching to the sensorless vector control.

次に、請求項2,6,9に相当する本発明の第4実施形態を説明する。図4は、第4実施形態を示すブロック図である。
この第4実施形態は、第3実施形態における各部の初期化処理を、磁束オブザーバを利用せずに、拡張誘起電圧から拡張磁束を直接演算して行うことにより演算量を低減したものである。以下では、図4において図3と異なる箇所を中心に説明する。
Next, a fourth embodiment of the present invention corresponding to claims 2, 6 and 9 will be described. FIG. 4 is a block diagram showing the fourth embodiment.
In the fourth embodiment, the amount of calculation is reduced by performing the initialization process of each unit in the third embodiment by directly calculating the extended magnetic flux from the extended induced voltage without using the magnetic flux observer. In the following, description will be made mainly on the points different from FIG. 3 in FIG.

第1の運転モードである電流引き込み制御から第2の運転モードであるセンサレスベクトル制御への切り換え処理は、以下の通りである。
図4において、第2実施形態と同様に、拡張誘起電圧演算器31は拡張誘起電圧演算値Eexγ,Eexδを求め、拡張磁束演算器34は拡張磁束演算値Ψexγ,Ψexδを求め、角度演算器35は拡張磁束の角度δΨexを演算する。また、拡張磁束の角度δΨexから、数式13により電気角補正値δcompを演算する。
The switching process from the current drawing control that is the first operation mode to the sensorless vector control that is the second operation mode is as follows.
In FIG. 4, as in the second embodiment, the expansion induced voltage calculator 31 calculates the expansion induced voltage calculation values E exγ and E exδ , and the expansion flux calculator 34 calculates the expansion flux calculation values Ψ exγ and Ψ exδ , The angle calculator 35 calculates the expanded magnetic flux angle δ Ψex . Further, the electrical angle correction value δ comp is calculated from the expanded magnetic flux angle δ ψex according to Equation 13.

電流引き込み制御からセンサレスベクトル制御に切り換えるときの、トルク演算器112、電気角演算器24,ローパスフィルタ22a,22b及び電流調節器20の初期化処理は、第2実施形態と同じである。
磁束オブザーバ36の出力Ψexγest,Ψexδestは、第3実施形態と同様に数式22により初期化する。
The initialization process of the torque calculator 112, the electrical angle calculator 24, the low-pass filters 22a and 22b, and the current regulator 20 when switching from the current pull-in control to the sensorless vector control is the same as in the second embodiment.
The outputs Ψ exγest , Ψ exδest of the magnetic flux observer 36 are initialized by Expression 22 as in the third embodiment.

次いで、請求項3,8に相当する本発明の第5実施形態を説明する。この第5実施形態は、第3の運転モードであるV/f制御から、第2の運転モードである拡張誘起電圧を利用したセンサレスベクトル制御へショックレスで切り換えるためのものである。   Next, a fifth embodiment of the present invention corresponding to claims 3 and 8 will be described. In the fifth embodiment, the V / f control as the third operation mode is switched to the sensorless vector control using the extended induced voltage as the second operation mode without shock.

図5は第5実施形態を示すブロック図であり、始めにV/f制御時の動作について説明する。
図5において、切換スイッチ26の入力を「S3」に設定し、γ,δ軸の角速度ωを速度指令値ωに制御する。電気角演算器24は、γ,δ軸の角速度ωを積分してγ,δ軸の角度θを演算する。
また、切換スイッチ25a,25bの入力を「S3」に設定し、f/V変換器42は、γ軸電圧指令値vγ を零、δ軸電圧指令値vδ を速度指令値ωにほぼ比例して制御する。
FIG. 5 is a block diagram showing the fifth embodiment. First, the operation during V / f control will be described.
In FIG. 5, the input of the changeover switch 26 is set to “S3”, and the angular velocity ω 1 of the γ and δ axes is controlled to the velocity command value ω * . The electrical angle calculator 24 integrates the angular velocities ω 1 of the γ and δ axes to calculate the angle θ 1 of the γ and δ axes.
Further, the inputs of the changeover switches 25a and 25b are set to “S3”, and the f / V converter 42 sets the γ-axis voltage command value v γ * to zero and the δ-axis voltage command value v δ * to the speed command value ω *. Is controlled almost in proportion to

一方、センサレスベクトル制御時には、切換スイッチ26の入力を「S2」に設定し、γ,δ軸の角速度ωを速度推定器33により演算し、切換スイッチ25a,25bの入力を「S2」に設定して、電流調節器20によりγ,δ軸電圧指令値vγ ,vδ を制御する。詳細な動作は、図1に示した第1実施形態と同様である。 On the other hand, when the sensor-less vector control, set to set the input of the changeover switch 26 to "S2", gamma, calculated by the angular velocity omega 1 speed estimator 33 of δ-axis, the change-over switch 25a, the input 25b to "S2" Then, the current regulator 20 controls the γ and δ-axis voltage command values v γ * and v δ * . The detailed operation is the same as that of the first embodiment shown in FIG.

次に、V/f制御時からセンサレスベクトル制御への切り換え処理の原理について、図11のベクトル図を用いて説明する。
図11の左側に示すように、V/f制御の場合、電圧指令ベクトルvはδ軸方向に制御され、d,q軸とγ,δ軸との角度差θerrは負荷トルクの増加関数である。一方、図11の右側に示すセンサレスベクトル制御の場合、d,q軸とγ,δ軸との角度差θerrは、ほぼ零に制御される。
そこで、V/f制御からセンサレスベクトル制御へ切り換えるときに、磁極位置推定値θをd軸の角度に初期化し、このときに電圧指令ベクトルvが切り換え前後で連続するように初期化する。更に、トルク指令値τを切り換え前のトルクにより初期化し、電流指令ベクトルiを、切り換え前のトルクを出力する値に演算する。ローパスフィルタ22a,22bから出力される電流指令ベクトルi は、切り換え前の電流値によって初期化する。
Next, the principle of switching processing from V / f control to sensorless vector control will be described with reference to the vector diagram of FIG.
As shown on the left side of FIG. 11, in the case of V / f control, the voltage command vector v * is controlled in the δ-axis direction, and the angle difference θ err between the d, q-axis and the γ, δ-axis is an increase function of the load torque. It is. On the other hand, in the sensorless vector control shown on the right side of FIG. 11, the angle difference θ err between the d and q axes and the γ and δ axes is controlled to be substantially zero.
Therefore, when switching from the V / f control to the sensor-less vector control, it initializes the magnetic pole position estimation value theta 1 to the angle of the d-axis is initialized so as to continue before and after the voltage command vector v * switched at this time. Further, the torque command value τ * is initialized with the torque before switching, and the current command vector i * is calculated to a value for outputting the torque before switching. The current command vector i f * output from the low-pass filters 22a and 22b is initialized with the current value before switching.

次に、V/f制御からセンサレスベクトル制御へ切り換えるときの演算処理について説明する。
図5において、拡張誘起電圧演算器31は拡張誘起電圧演算値Eexγ,Eexδを求め、角度演算器32は、拡張誘起電圧の角度δEexを数式3により演算する。
第1実施形態と同様に、速度調節器17の出力は、トルク演算器111により求めたトルク演算値τcalcによって初期化し、電気角演算器24、ローパスフィルタ22a,22b及び電流調節器20は、拡張誘起電圧の角度δEexから演算した電気角補正値δcompを利用して初期化する。初期化方法は、第1実施形態と同じである。
この第5実施形態においても、電動機80の電流及び端子電圧の急変を防止してセンサレスベクトル制御に切り換える際のショックをなくすことができる。
Next, calculation processing when switching from V / f control to sensorless vector control will be described.
In FIG. 5, the expansion induced voltage calculator 31 calculates the expansion induced voltage calculation values E exγ and E exδ , and the angle calculator 32 calculates the angle δ Eex of the expansion induced voltage using Equation 3.
Similar to the first embodiment, the output of the speed regulator 17 is initialized by the torque computation value τ calc obtained by the torque calculator 111, and the electrical angle calculator 24, the low-pass filters 22a and 22b, and the current regulator 20 are Initialization is performed using the electrical angle correction value δ comp calculated from the angle δ Eex of the extended induced voltage. The initialization method is the same as in the first embodiment.
Also in the fifth embodiment, it is possible to eliminate a shock when switching to sensorless vector control by preventing sudden changes in the current and terminal voltage of the electric motor 80.

なお、図5における拡張誘起電圧演算器31の代わりに、図3に示したように磁束オブザーバ36及び角度演算器37を用いて拡張磁束の角度δΨexest及び位置推定誤差演算値θerrestを求め、これを電気角補正値δcompとして用いて、センサレスベクトル制御への切り換え時に電気角演算器24、ローパスフィルタ22a,22b及び電流調節器20を初期化しても良い。
この着想は、請求項4に係る発明に相当する。
In addition, instead of the expansion induced voltage calculator 31 in FIG. 5, as shown in FIG. 3, the magnetic flux observer 36 and the angle calculator 37 are used to obtain the expanded magnetic flux angle δ Ψexest and the position estimation error calculation value θ errest , This may be used as the electrical angle correction value δ comp to initialize the electrical angle calculator 24, the low-pass filters 22a and 22b, and the current regulator 20 when switching to sensorless vector control.
This idea corresponds to the invention according to claim 4.

最後に、請求項10に相当する本発明の第6実施形態を説明する。図6は、第6実施形態のブロック図を示している。
この第6実施形態は、第2の運転モードである拡張誘起電圧を利用したセンサレスベクトル制御から第1の運転モードである電流引き込み制御へショックレスで切り換えるためのものである。
Finally, a sixth embodiment of the present invention corresponding to claim 10 will be described. FIG. 6 shows a block diagram of the sixth embodiment.
In the sixth embodiment, the sensorless vector control using the extended induced voltage which is the second operation mode is switched to the current drawing control which is the first operation mode without shock.

まず、センサレスベクトル制御から電流引き込み制御への切り換え処理の原理について、図12のベクトル図を使って説明する。
図12の左側に示すセンサレスベクトル制御の場合、トルク/電流が最大になるように電流指令ベクトルiを制御するが、図12の右側の電流引き込み制御の場合には、一般に、電流指令値を一定に制御し、電流指令ベクトルiの方向をγ軸と定義して制御演算を行う。
そこで、センサレスベクトル制御から電流引き込み制御へ切り換えるときに、切り換え前後でトルクが変化しないように電流指令値を演算し、d軸と電流指令ベクトルiとの角度差δを演算し、この角度差δを用いてγ,δ軸の角度θを初期化する。これと同時に、電圧指令ベクトルvとローパスフィルタ22a,22bから出力される電流指令ベクトルi とが切り換え前後で連続するように初期化する。
First, the principle of switching processing from sensorless vector control to current drawing control will be described with reference to the vector diagram of FIG.
In the case of the sensorless vector control shown on the left side of FIG. 12, the current command vector i * is controlled so that the torque / current is maximized. However, in the case of the current pull-in control on the right side of FIG. The control calculation is performed with constant control, defining the direction of the current command vector i * as the γ-axis.
Therefore, when switching from sensorless vector control to current pull-in control, a current command value is calculated so that the torque does not change before and after switching, and an angle difference δ i between the d-axis and the current command vector i * is calculated. Using the difference δ i , the angle θ 1 of the γ and δ axes is initialized. At the same time, the voltage command vector v * and the current command vector if * output from the low-pass filters 22a and 22b are initialized so as to be continuous before and after switching.

次に、センサレスベクトル制御から電流引き込み制御に切り換えるときの演算処理について説明する。
図6における電流指令初期値演算器121は、電流指令値を振幅Iγ に制御したときにトルクを指令値τに制御する。d,q軸におけるq軸電流指令値iq1 を、数式23により近似的に演算する。
Next, calculation processing when switching from sensorless vector control to current drawing control will be described.
The current command initial value calculator 121 in FIG. 6 controls the torque to the command value τ * when the current command value is controlled to the amplitude I γ * . The q-axis current command value i q1 * on the d and q axes is approximately calculated by Equation 23.

Figure 2009284694
Figure 2009284694

一方、d軸電流指令値id1 は、電流指令値振幅Iγ とq軸電流指令値iq1 とから、数式24により演算する。 On the other hand, the d-axis current command value i d1 * is calculated by Equation 24 from the current command value amplitude I γ * and the q-axis current command value i q1 * .

Figure 2009284694
Figure 2009284694

d軸と電流指令ベクトルiとの角度差δは、数式25により演算する。 The angle difference δ i between the d-axis and the current command vector i * is calculated by Equation 25.

Figure 2009284694
Figure 2009284694

電気角補正値δcompは、角度差δを利用して数式26とする。 The electrical angle correction value δ comp is expressed by Equation 26 using the angle difference δ i .

Figure 2009284694
Figure 2009284694

電気角演算器24、ローパスフィルタ22a,22b及び電流調節器20は、電気角補正値δcompを利用して初期化する。この初期化方法は、第1実施形態と同様である。
角速度補償器123は、γ,δ軸の角速度ωが切り換え時に急変しないように、電流引き込み制御開始から角速度補償値ω1compを演算し、加算器124は速度指令値ωと角速度補償値ω1compとを加算してγ,δ軸の角速度ωを演算する。
図13は、角速度補償器123の動作原理を示している。角速度補償値ω1compの初期値は、速度推定値ωと、電流引き込み制御への切り換え直前に減算器122により演算した速度指令値ωとの偏差とし、その後、角速度補償値ω1compを所定の変化率で零に低減させる。
この第6実施形態によれば、電流引き込み制御に切り換える際の電動機80の電流及び端子電圧の急変を防止してショックをなくすことができる。
The electrical angle calculator 24, the low-pass filters 22a and 22b, and the current regulator 20 are initialized using the electrical angle correction value δ comp . This initialization method is the same as in the first embodiment.
The angular velocity compensator 123 calculates the angular velocity compensation value ω 1comp from the start of the current drawing control so that the angular velocity ω 1 of the γ and δ axes does not change suddenly when switching, and the adder 124 calculates the velocity command value ω * and the angular velocity compensation value ω. γ by adding the 1Comp, calculates an angular velocity omega 1 of the δ-axis.
FIG. 13 shows the operating principle of the angular velocity compensator 123. The initial value of the angular velocity compensation value ω 1comp is a deviation between the estimated speed value ω 1 and the speed command value ω * calculated by the subtractor 122 immediately before switching to the current pull-in control, and then the angular velocity compensation value ω 1comp is set to a predetermined value. The rate of change is reduced to zero.
According to the sixth embodiment, it is possible to prevent a shock by preventing a sudden change in the current and terminal voltage of the electric motor 80 when switching to the current drawing control.

本発明の第1実施形態を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a first embodiment of the present invention. 本発明の第2実施形態を示すブロック図である。It is a block diagram which shows 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態を示すブロック図である。It is a block diagram which shows 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4実施形態を示すブロック図である。It is a block diagram which shows 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5実施形態を示すブロック図である。It is a block diagram which shows 5th Embodiment of this invention. 本発明の第6実施形態を示すブロック図である。It is a block diagram which shows 6th Embodiment of this invention. γ,δ軸の定義を示す図である。It is a figure which shows the definition of (gamma) and (delta) axis | shaft. 拡張誘起電圧と角度差(磁極位置推定誤差)との関係を示すベクトル図である。It is a vector diagram which shows the relationship between an expansion induced voltage and an angle difference (magnetic pole position estimation error). 電流引き込み制御からセンサレスベクトル制御への切り換え処理の原理を示すベクトル図である。It is a vector diagram which shows the principle of the switching process from electric current drawing control to sensorless vector control. 拡張磁束と磁極位置推定誤差との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between an extended magnetic flux and a magnetic pole position estimation error. V/f制御からセンサレスベクトル制御への切り換え処理の原理を示すベクトル図である。It is a vector diagram which shows the principle of the switching process from V / f control to sensorless vector control. センサレスベクトル制御から電流引き込み制御への切り換え処理の原理を示すベクトル図である。It is a vector diagram which shows the principle of the switching process from sensorless vector control to electric current drawing control. 角度補償器の動作原理を示す図である。It is a figure which shows the principle of operation of an angle compensator.

符号の説明Explanation of symbols

50 三相交流電源
60 整流回路
70 電力変換器
80 永久磁石形同期電動機
11u u相電流検出器
11w w相電流検出器
12 電圧検出器
13 PWM回路
14 電流座標変換器
15 電圧座標変換器
16 減算器
17 速度指令演算器
18 電流指令演算器
19a,19b 減算器
20 電流調節器
21a,21b 切換スイッチ
22a,22b ローパスフィルタ
23 切換スイッチ
24 電気角演算器
25a,25b 切換スイッチ
26 切換スイッチ
31 拡張誘起電圧演算器
32 角度演算器
33 速度推定器
34 拡張磁束演算器
35 角度演算器
36 磁束オブザーバ
37 角度演算器
41 電流指令演算器
42 f/V変換器
111,112 トルク演算器
121 電流指令初期値演算器
122 減算器
123 角速度補償器
124 加算器
50 three-phase AC power supply 60 rectifier circuit 70 power converter 80 permanent magnet synchronous motor 11u u-phase current detector 11w w-phase current detector 12 voltage detector 13 PWM circuit 14 current coordinate converter 15 voltage coordinate converter 16 subtractor 17 Speed command calculator 18 Current command calculator 19a, 19b Subtractor 20 Current regulator 21a, 21b Changeover switch 22a, 22b Low pass filter 23 Changeover switch 24 Electric angle calculator 25a, 25b Changeover switch 26 Changeover switch 31 Expansion induced voltage calculation Unit 32 Angle calculator 33 Speed estimator 34 Expanded magnetic flux calculator 35 Angle calculator 36 Magnetic flux observer 37 Angle calculator 41 Current command calculator 42 f / V converters 111 and 112 Torque calculator 121 Current command initial value calculator 122 Subtractor 123 Angular velocity compensator 124 Adder

Claims (10)

磁極位置検出器を持たない永久磁石形同期電動機の制御装置において、
前記電動機の電流、端子電圧、磁束をベクトルとしてとらえ、
前記電動機の電流指令値の角速度を速度指令値に制御する第1の運転モードと、
前記電動機の電流及び端子電圧から演算した回転子の磁極位置推定値及び速度推定値を用いて前記電動機の速度を速度指令値に制御する第2の運転モードと、を有し、
第1の運転モードから第2の運転モードへ切り換えるときに、
前記電動機の電流、端子電圧、前記電流指令値の角速度から拡張誘起電圧を演算する手段と、
前記拡張誘起電圧の演算値の角度から磁極位置推定誤差を演算する手段と、
前記磁極位置推定誤差の演算値を用いて前記磁極位置推定値を初期化する手段と、
前記電流指令値の角速度を用いて前記速度推定値を初期化する手段と、
前記磁極位置推定誤差の演算値を用いて前記電動機の端子電圧が急変しないように端子電圧指令値を初期化する手段と、
前記磁極位置推定誤差の演算値を用いて前記電動機の電流が急変しないように前記電流指令値を初期化する手段と、
を備えたことを特徴とする永久磁石形同期電動機の制御装置。
In a control device for a permanent magnet type synchronous motor having no magnetic pole position detector,
Taking the current, terminal voltage, and magnetic flux of the motor as vectors,
A first operation mode for controlling an angular velocity of a current command value of the electric motor to a speed command value;
A second operation mode for controlling the speed of the motor to a speed command value using a rotor magnetic pole position estimated value and a speed estimated value calculated from the current and terminal voltage of the motor;
When switching from the first operation mode to the second operation mode,
Means for calculating the expansion induced voltage from the electric motor current, terminal voltage, angular velocity of the current command value;
Means for calculating a magnetic pole position estimation error from the angle of the calculated value of the expansion induced voltage;
Means for initializing the magnetic pole position estimation value using the calculated value of the magnetic pole position estimation error;
Means for initializing the speed estimate using an angular velocity of the current command value;
Means for initializing a terminal voltage command value so that the terminal voltage of the motor does not change suddenly using the calculated value of the magnetic pole position estimation error;
Means for initializing the current command value so that the electric current of the motor does not change suddenly using the calculated value of the magnetic pole position estimation error;
A control device for a permanent magnet type synchronous motor.
磁極位置検出器を持たない永久磁石形同期電動機の制御装置において、
前記電動機の電流、端子電圧、磁束をベクトルとしてとらえ、
前記電動機の電流指令値の角速度を速度指令値に制御する第1の運転モードと、
前記電動機の電流及び端子電圧から演算した回転子の磁極位置推定値及び速度推定値を用いて前記電動機の速度を速度指令値に制御する第2の運転モードと、を有し、
第1の運転モードから第2の運転モードへ切り換えるときに、
前記電動機の電流、端子電圧、前記電流指令値の角速度から拡張磁束を演算する手段と、
前記拡張磁束の演算値の角度から磁極位置推定誤差を演算する手段と、
前記磁極位置推定誤差の演算値を用いて前記磁極位置推定値を初期化する手段と、
前記電流指令値の角速度を用いて前記速度推定値を初期化する手段と、
前記磁極位置推定誤差の演算値を用いて前記電動機の端子電圧が急変しないように端子電圧指令値を初期化する手段と、
前記磁極位置推定誤差の演算値を用いて前記電動機の電流が急変しないように前記電流指令値を初期化する手段と、
を備えたことを特徴とする永久磁石形同期電動機の制御装置。
In a control device for a permanent magnet type synchronous motor having no magnetic pole position detector,
Taking the current, terminal voltage, and magnetic flux of the motor as vectors,
A first operation mode for controlling an angular velocity of a current command value of the electric motor to a speed command value;
A second operation mode for controlling the speed of the motor to a speed command value using a rotor magnetic pole position estimated value and a speed estimated value calculated from the current and terminal voltage of the motor;
When switching from the first operation mode to the second operation mode,
Means for calculating an expanded magnetic flux from the electric motor current, terminal voltage, angular velocity of the current command value;
Means for calculating a magnetic pole position estimation error from the angle of the calculated value of the expanded magnetic flux;
Means for initializing the magnetic pole position estimation value using the calculated value of the magnetic pole position estimation error;
Means for initializing the speed estimate using an angular velocity of the current command value;
Means for initializing a terminal voltage command value so that the terminal voltage of the motor does not change suddenly using the calculated value of the magnetic pole position estimation error;
Means for initializing the current command value so that the electric current of the motor does not change suddenly using the calculated value of the magnetic pole position estimation error;
A control device for a permanent magnet type synchronous motor.
磁極位置検出器を持たない永久磁石形同期電動機の制御装置において、
前記電動機の電流、端子電圧、磁束をベクトルとしてとらえ、
前記電動機の電圧指令値の振幅を速度指令値にほぼ比例して制御し、前記電圧指令値の角速度を前記速度指令値に制御する第3の運転モードと、
前記電動機の電流及び端子電圧から演算した回転子の磁極位置推定値及び速度推定値を用いて前記電動機の速度を速度指令値に制御する第2の運転モードと、を有し、
第3の運転モードから第2の運転モードへ切り換えるときに、
前記電動機の電流、端子電圧、前記電圧指令値の角速度から拡張誘起電圧を演算する手段と、
前記拡張誘起電圧の演算値の角度から磁極位置推定誤差を演算する手段と、
前記磁極位置推定誤差の演算値を用いて前記磁極位置推定値を初期化する手段と、
前記電圧指令値の角速度を用いて前記速度推定値を初期化する手段と、
前記磁極位置推定誤差の演算値を用いて前記電動機の端子電圧が急変しないように端子電圧指令値を初期化する手段と、
前記磁極位置推定誤差演算値を用いて前記電動機の電流が急変しないように前記電流指令値を初期化する手段と、
を備えたことを特徴とする永久磁石形同期電動機の制御装置。
In a control device for a permanent magnet type synchronous motor having no magnetic pole position detector,
Taking the current, terminal voltage, and magnetic flux of the motor as vectors,
A third operation mode in which the amplitude of the voltage command value of the electric motor is controlled substantially in proportion to the speed command value, and the angular speed of the voltage command value is controlled to the speed command value;
A second operation mode for controlling the speed of the motor to a speed command value using a rotor magnetic pole position estimated value and a speed estimated value calculated from the current and terminal voltage of the motor;
When switching from the third operation mode to the second operation mode,
Means for calculating the expansion induced voltage from the electric current of the motor, the terminal voltage, and the angular velocity of the voltage command value;
Means for calculating a magnetic pole position estimation error from the angle of the calculated value of the expansion induced voltage;
Means for initializing the magnetic pole position estimation value using the calculated value of the magnetic pole position estimation error;
Means for initializing the speed estimate using an angular speed of the voltage command value;
Means for initializing a terminal voltage command value so that the terminal voltage of the motor does not change suddenly using the calculated value of the magnetic pole position estimation error;
Means for initializing the current command value so that the electric current of the motor does not change suddenly using the magnetic pole position estimation error calculation value;
A control device for a permanent magnet type synchronous motor.
磁極位置検出器を持たない永久磁石形同期電動機の制御装置において、
前記電動機の電流、端子電圧、磁束をベクトルとしてとらえ、
前記電動機の電圧指令値の振幅を速度指令値にほぼ比例して制御し、前記電圧指令値の角速度を前記速度指令値に制御する第3の運転モードと、
前記電動機の電流及び端子電圧から演算した回転子の磁極位置推定値及び速度推定値を用いて前記電動機の速度を速度指令値に制御する第2の運転モードと、を有し、
第3の運転モードから第2の運転モードへ切り換えるときに、
前記電動機の電流、端子電圧、前記電圧指令値の角速度から拡張磁束を演算する手段と、
前記拡張磁束の演算値の角度から磁極位置推定誤差を演算する手段と、
前記磁極位置推定誤差の演算値を用いて前記磁極位置推定値を初期化する手段と、
前記電圧指令値の角速度を用いて前記速度推定値を初期化する手段と、
前記磁極位置推定誤差の演算値を用いて前記電動機の端子電圧が急変しないように端子電圧指令値を初期化する手段と、
前記磁極位置推定誤差の演算値を用いて前記電動機の電流が急変しないように前記電流指令値を初期化する手段と、
を備えたことを特徴とする永久磁石形同期電動機の制御装置。
In a control device for a permanent magnet type synchronous motor having no magnetic pole position detector,
Taking the current, terminal voltage, and magnetic flux of the motor as vectors,
A third operation mode in which the amplitude of the voltage command value of the electric motor is controlled substantially in proportion to the speed command value, and the angular speed of the voltage command value is controlled to the speed command value;
A second operation mode for controlling the speed of the motor to a speed command value using a rotor magnetic pole position estimated value and a speed estimated value calculated from the current and terminal voltage of the motor;
When switching from the third operation mode to the second operation mode,
Means for calculating an expanded magnetic flux from the electric current of the motor, the terminal voltage, and the angular velocity of the voltage command value;
Means for calculating a magnetic pole position estimation error from the angle of the calculated value of the expanded magnetic flux;
Means for initializing the magnetic pole position estimation value using the calculated value of the magnetic pole position estimation error;
Means for initializing the speed estimate using an angular speed of the voltage command value;
Means for initializing a terminal voltage command value so that the terminal voltage of the motor does not change suddenly using the calculated value of the magnetic pole position estimation error;
Means for initializing the current command value so that the electric current of the motor does not change suddenly using the calculated value of the magnetic pole position estimation error;
A control device for a permanent magnet type synchronous motor.
請求項2または請求項4に記載した制御装置であって、
第2の運転モードにおいて、
前記電動機の電流、端子電圧、前記速度推定値から前記拡張磁束を演算する手段と、
前記拡張磁束の演算値から前記速度推定値及び前記磁極位置推定値を演算する手段と、
を備え、
第1または第3の運転モードから第2の運転モードへ切り換えるときに、前記磁極位置推定誤差の演算値を用いて前記拡張磁束の演算値が急変しないようにこの拡張磁束の演算値を初期化する手段を備えたことを特徴とする永久磁石形同期電動機の制御装置。
A control device according to claim 2 or claim 4, wherein
In the second operation mode,
Means for calculating the expansion magnetic flux from the electric current of the motor, the terminal voltage, and the speed estimation value;
Means for calculating the speed estimated value and the magnetic pole position estimated value from the calculated value of the expanded magnetic flux;
With
When switching from the first or third operation mode to the second operation mode, the calculated value of the expanded magnetic flux is initialized so that the calculated value of the expanded magnetic flux does not change suddenly using the calculated value of the magnetic pole position estimation error. A control device for a permanent magnet type synchronous motor, characterized by comprising:
請求項2または請求項4に記載した制御装置であって、
第2の運転モードにおいて、
前記電動機の電流、端子電圧、前記速度推定値から第2の拡張磁束を演算する手段と、
第2の拡張磁束演算値から前記速度推定値及び前記磁極位置推定値を演算する手段と、を備え、
第1または第3の運転モードから第2の運転モードへ切り換えるときに、請求項2または請求項4において求めた拡張磁束演算値を用いて第2の拡張磁束演算値を初期化する手段を備えたことを特徴とする永久磁石形同期電動機の制御装置。
A control device according to claim 2 or claim 4, wherein
In the second operation mode,
Means for calculating a second expanded magnetic flux from the current of the motor, the terminal voltage, and the estimated speed value;
Means for calculating the speed estimated value and the magnetic pole position estimated value from a second expanded magnetic flux calculated value,
When switching from the first or third operation mode to the second operation mode, there is provided means for initializing the second expansion magnetic flux calculation value using the expansion magnetic flux calculation value obtained in claim 2 or claim 4. A control device for a permanent magnet type synchronous motor, characterized in that
請求項1〜6の何れか1項に記載した制御装置において、
第1または第3の運転モードから第2の運転モードへ切り換えるときに、
少なくとも、前記電動機の電流及び端子電圧からトルクを演算する手段と、前記トルクの演算値を用いてトルク指令値を初期化する手段と、
を備えたことを特徴とする永久磁石形同期電動機の制御装置。
In the control device according to any one of claims 1 to 6,
When switching from the first or third operation mode to the second operation mode,
Means for calculating torque from at least the current and terminal voltage of the motor, and means for initializing a torque command value using the calculated value of the torque;
A control device for a permanent magnet type synchronous motor.
請求項1〜6の何れか1項に記載した制御装置において、
第1または第3の運転モードから第2の運転モードへ切り換えるときに、
少なくとも、前記電動機の電流及び前記拡張誘起電圧の演算値からトルクを演算する手段と、前記トルクの演算値を用いてトルク指令値を初期化する手段と、
を備えたことを特徴とする永久磁石形同期電動機の制御装置。
In the control device according to any one of claims 1 to 6,
When switching from the first or third operation mode to the second operation mode,
Means for calculating torque from at least the electric current of the motor and the calculated value of the expansion induced voltage, and means for initializing a torque command value using the calculated value of the torque;
A control device for a permanent magnet type synchronous motor.
請求項2,4,5または6の何れか1項に記載した制御装置において、
第1または第3の運転モードから第2の運転モードへ切り換えるときに、
少なくとも、前記電動機の電流、前記拡張磁束の演算値からトルクを演算する手段と、前記トルクの演算値を用いてトルク指令値を初期化する手段と、
を備えたことを特徴とする永久磁石形同期電動機の制御装置。
The control device according to any one of claims 2, 4, 5 and 6,
When switching from the first or third operation mode to the second operation mode,
Means for calculating torque from at least the electric current of the electric motor and the calculated value of the expansion magnetic flux, and means for initializing a torque command value using the calculated value of the torque;
A control device for a permanent magnet type synchronous motor.
磁極位置検出器を持たない永久磁石形同期電動機の制御装置において、
前記電動機の電流、端子電圧、磁束をベクトルとしてとらえ、
前記電動機の電流指令値の角速度を速度指令値に制御する第1の運転モードと、
前記電動機の電流及び端子電圧から演算した回転子の磁極位置推定値及び速度推定値を用いて前記電動機の速度を速度指令値に制御する第2の運転モードと、を有し、
第2の運転モードから第1の運転モードへ切り換えるときに、
前記電動機のトルク指令値から前記電流指令値を演算する手段と、
前記電流指令値と前記磁極位置推定値との角度差を演算する手段と、
前記電流指令値と前記磁極位置推定値との角度差を用いて前記電流指令値の角度を初期化する手段と、
前記速度推定値を用いて前記電流指令値の角速度が急変しないように前記電流指令値の角速度を補正する手段と、
前記電流指令値と前記磁極位置推定値との角度差を用いて前記電動機の端子電圧が急変しないように端子電圧指令値を初期化する手段と、
前記電流指令値と前記磁極位置推定値との角度差を用いて前記電動機の電流が急変しないように前記電流指令値を初期化する手段と、
を備えたことを特徴とする永久磁石形同期電動機の制御装置。
In a control device for a permanent magnet type synchronous motor having no magnetic pole position detector,
Taking the current, terminal voltage, and magnetic flux of the motor as vectors,
A first operation mode for controlling an angular velocity of a current command value of the electric motor to a speed command value;
A second operation mode for controlling the speed of the motor to a speed command value using a rotor magnetic pole position estimated value and a speed estimated value calculated from the current and terminal voltage of the motor;
When switching from the second operation mode to the first operation mode,
Means for calculating the current command value from the torque command value of the motor;
Means for calculating an angle difference between the current command value and the magnetic pole position estimated value;
Means for initializing an angle of the current command value using an angle difference between the current command value and the magnetic pole position estimation value;
Means for correcting the angular velocity of the current command value so that the angular velocity of the current command value does not change suddenly using the velocity estimation value;
Means for initializing a terminal voltage command value so that the terminal voltage of the motor does not change suddenly using an angular difference between the current command value and the magnetic pole position estimation value;
Means for initializing the current command value so that the current of the motor does not change suddenly using an angular difference between the current command value and the magnetic pole position estimation value;
A control device for a permanent magnet type synchronous motor.
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