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JP5854057B2 - Step-out detection device and motor drive system - Google Patents

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JP5854057B2 JP2014003098A JP2014003098A JP5854057B2 JP 5854057 B2 JP5854057 B2 JP 5854057B2 JP 2014003098 A JP2014003098 A JP 2014003098A JP 2014003098 A JP2014003098 A JP 2014003098A JP 5854057 B2 JP5854057 B2 JP 5854057B2
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寛 日比野
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  • Control Of Ac Motors In General (AREA)
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Description

本発明は、脱調検出装置および電動機駆動システムに関する。   The present invention relates to a step-out detection device and an electric motor drive system.

非特許文献1,2には、同期電動機の制御方法について記載されている。同期電動機は巻線を有する電機子と、界磁とを有している。非特許文献1,2では同期電動機の一次磁束が制御される。より詳細には、制御軸として、互いに直交するγ軸及びδ軸を採用し、一次磁束のγ軸成分を零に制御する。   Non-Patent Documents 1 and 2 describe a method for controlling a synchronous motor. The synchronous motor has an armature having windings and a field. In Non-Patent Documents 1 and 2, the primary magnetic flux of the synchronous motor is controlled. More specifically, the γ-axis and δ-axis that are orthogonal to each other are adopted as the control axes, and the γ-axis component of the primary magnetic flux is controlled to zero.

また本願に関連する技術として特許文献1〜3が提示される。   Patent documents 1 to 3 are presented as techniques related to the present application.

特開2000−197397号公報JP 2000-197397 A 特開2008−125264号公報JP 2008-125264 A 特開平9−294390号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-294390

角、山村、常広、「DCブラシレスモータの位置センサレス制御方法」、電気学会論文誌D、1991年、第111巻、第8号、p.639―644Kaku, Yamamura, Tsunehiro, “Position Sensorless Control Method for DC Brushless Motor”, IEEJ Transactions D, 1991, Vol. 111, No. 8, p.639-644 瓜田、山村、常広、「同期機駆動用汎用インバータについて」、電気学会論文誌D、1999年、第119巻、第5号、p.707―712Hamada, Yamamura, Tsunehiro, "General-purpose inverter for driving synchronous machines", IEEJ Transactions D, 1999, Vol.119, No.5, p.707-712

電動機が脱調したことを検出することが望まれている。そこで、δ軸とγ軸とを有するδ−γ回転座標系と、電動機の界磁による鎖交磁束と同相のd軸を有するd−q回転座標系との位相角を算出することが考えられる。そして、電動機が脱調せずに回転する位相角の範囲を予め設定し、当該位相角がその範囲を超えたことを以って、脱調を検出する。   It is desired to detect that the motor has stepped out. Therefore, it is conceivable to calculate the phase angle between the δ-γ rotating coordinate system having the δ axis and the γ axis and the dq rotating coordinate system having the d axis in phase with the flux linkage caused by the field of the electric motor. . Then, a phase angle range in which the motor rotates without stepping out is set in advance, and stepping out is detected when the phase angle exceeds the range.

しかしながら、位相角の算出には後に詳述するように、逆三角関数が必要となる。そのような逆三角関数は演算が複雑である。   However, the calculation of the phase angle requires an inverse trigonometric function, as will be described in detail later. Such inverse trigonometric functions are complex to compute.

そこで、本発明は位相角を算出する必要なしに脱調を検出する脱調検出装置を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a step-out detection device that detects step-out without the need to calculate a phase angle.

本発明にかかる脱調検出装置の第1の態様は、界磁(23)と、電機子巻線(22)を含む電機子(21)とを有する電動機(2)と、前記電動機へと電圧を出力する駆動装置(1)とを有する電動機駆動装置において、前記電動機の脱調を検出する装置であって、前記界磁による前記電機子への鎖交磁束と同相のd軸に対して位相角(φc)をなすδc軸と、前記δc軸に対して第1方向に位相が90度進むγc軸とを有する回転座標において、前記電機子巻線に流れる電流([iδγc])を取得する電流取得部(5,34)と、前記δc軸と前記γc軸とを有する回転座標の回転速度(ω1)を演算する回転速度演算部(32)と、前記回転座標において、前記電機子巻線に印加される電圧もしくはその指令である取得電圧([V])を取得する交流電圧取得部(35)と、前記回転座標での前記電動機の電圧方程式において、前記電動機が脱調せずに回転するときの前記位相角の範囲を用いて導かれ、前記位相角を含まず、前記電流、前記回転速度および前記電圧を変数として含む脱調判別不等式を満たすか否かを判定し、前記脱調判別不等式を満たさないときに、前記電動機の脱調を検出する判定部(4)とを備える。 A step-out detection apparatus according to a first aspect of the present invention includes a motor (2) having a field (23) and an armature (21) including an armature winding (22), and a voltage applied to the motor. In the electric motor drive device having a drive device (1) that outputs a phase difference with respect to the d-axis in phase with the interlinkage magnetic flux to the armature by the field. Obtains the current ([i δγc ]) that flows through the armature winding in a rotational coordinate system having a δc axis that forms an angle (φc) and a γc axis whose phase is 90 degrees in the first direction with respect to the δc axis . A current acquisition unit (5, 34) that performs, a rotation speed calculation unit (32) that calculates a rotation speed (ω1) of a rotation coordinate having the δc axis and the γc axis, and the armature winding in the rotation coordinate lines applied voltage or command a is acquired voltage thereof ([V *]) AC voltage acquiring unit for acquiring (35), the rotating seat In the voltage equation of the electric motor in FIG. 1, the range of the phase angle when the electric motor rotates without being out of step is derived, does not include the phase angle, and the current, the rotational speed, and the voltage are variables. And a determination unit (4) for determining whether or not the out-of-step determination inequality included as follows is satisfied, and detecting the out-of-step determination of the electric motor when the out-of-step determination inequality is not satisfied.

本発明にかかる脱調検出装置の第2の態様は、第1の態様にかかる脱調検出装置であって、前記位相角(φc)の前記範囲は、−x(xは0度以上180度未満)度以上x度以下の範囲であり、前記電圧方程式のうち、前記電圧の([Vδγc])前記γc軸の成分(Vγc)についての電圧方程式には、前記位相角の余弦値(cosφc)が項として含まれており、前記判定部(4)は、前記電圧の前記γc軸の成分についての前記電圧方程式を変形して導出されて前記余弦値を示し、前記電流([iδγc])、前記回転速度(ω1)、前記電圧の前記γc軸の成分を変数として含み、前記抵抗値および前記インダクタンスを機器定数として含む等価式が、前記位相角の前記範囲に応じて決められる基準値より小さいときに、前記脱調を検出する。 A second aspect of the step-out detection apparatus according to the present invention is the step-out detection apparatus according to the first aspect, wherein the range of the phase angle (φc) is −x (x is 0 degree or more and 180 degrees). a range of not less than x degrees degrees below), among the voltage equation, the voltage ([V δγc]) to the voltage equation for component (V [gamma] c) of the [gamma] c-axis, the cosine value of the phase angle ( cosφc) is included as a term, and the determination unit (4) is derived by modifying the voltage equation for the γc-axis component of the voltage to indicate the cosine value, and the current ([i δγc )), The rotational speed (ω1), the γc-axis component of the voltage as a variable, and an equivalent expression including the resistance value and the inductance as device constants is determined according to the range of the phase angle When the value is smaller than the value, the step-out is detected.

本発明にかかる脱調検出装置の第3の態様は、第2の態様にかかる脱調検出装置であって、位相角(φc)の前記範囲の上限値および下限値は、それぞれ−90度および90度であり、前記電機子巻線の抵抗値およびインダクタンス、前記回転速度、前記電圧の前記γc軸の成分、前記電流の前記γc軸の成分および前記δc軸の成分を、それぞれR,Lq,ω1,Vγc,iγcおよびiδcとし、前記電動機の回転方向が前記第1方向であるときに前記回転速度が正となり、前記回転方向が前記第1方向とは反対であるときに前記回転速度が負となるものとすると、前記判定部(4)は、式Vγc−R・iγc−ω1・Lq・iδcの正負の極性が前記回転速度の正負の極性と異なるときに、前記脱調を検出する。 A third aspect of the step-out detection apparatus according to the present invention is the step-out detection apparatus according to the second aspect, wherein the upper limit value and the lower limit value of the range of the phase angle (φc) are −90 degrees and 90 degrees, and the resistance value and inductance of the armature winding, the rotation speed, the γc-axis component of the voltage, the γc-axis component and the δc-axis component of the current are R, Lq, ω1, V γc , i γc and i δc , the rotation speed is positive when the rotation direction of the electric motor is the first direction, and the rotation when the rotation direction is opposite to the first direction. assuming that the speed is negative, the determination unit (4), when the positive and negative polarities of formula V γc -R · i γc -ω1 · Lq · i δc is different from the positive and negative polarities of the rotational speed, the Detect step-out.

本発明にかかる脱調検出装置の第4の態様は、第3の態様にかかる脱調検出装置であって、前記判定部(4)は、前記回転方向が前記第1方向であるときに、前記抵抗値の値として、前記電動機の製造公差及び動作温度の保証範囲で前記抵抗値が変動する範囲の上限値および下限値のうち、値R・iγcがより大きくなる方を採用し、前記回転方向が前記第1方向とは反対であるときに、前記値R・iγcがより小さくなるほうを採用し、前記インダクタンスの値として、前記電動機の製造公差及び動作温度の保証範囲で前記インダクタンスが変動する範囲の上限値および下限値うち、値Lq・iδcがより大きくなる方を採用する。 A fourth aspect of the step-out detection device according to the present invention is the step-out detection device according to the third aspect, wherein the determination unit (4) is configured such that when the rotation direction is the first direction, As the value of the resistance value, among the upper limit value and the lower limit value of the range in which the resistance value fluctuates in the manufacturing tolerance and operating temperature guaranteed range of the electric motor, the one having the larger value R · i γc is adopted, When the rotation direction is opposite to the first direction, the smaller value R · i γc is adopted, and the inductance value is within the guaranteed range of manufacturing tolerance and operating temperature of the motor. Of the upper limit value and the lower limit value of the range in which the value fluctuates, the one with the larger value Lq · i δc is adopted.

本発明にかかる脱調検出装置の第5の態様は、第2の態様にかかる脱調検出装置であって、前記界磁(23)は、逆突極性を有する界磁であり、前記電機子巻線の抵抗値が前記電動機の製造公差及び動作温度の保証範囲で変動する範囲の上限値および下限値、前記電機子巻線のインダクタンスの前記d軸の成分および前記d軸に対して前記第1方向に位相90度進むq軸の成分が、前記電動機の製造公差及び動作温度の保証範囲で変動する範囲の上限値および下限値、前記回転速度、前記電圧の前記γc軸の成分、前記電流の前記γc軸の成分および前記δc軸の成分をそれぞれ、Rmin,Rmax,Ldmin,Ldmax,Lqmin,Lqmax,ω1,Vγc,iγcおよびiδcとし、前記電動機の回転方向が前記第1方向であるときに前記回転速度が正となり、前記回転方向が前記第1方向とは反対であるときに前記回転速度が負となるものとし、x>0のときsgn(x)=1,x<0のときsgn(x)=−1とし、a>bのときmax[a,b]=a,a<bのときmax[a,b]=bとすると、前記判定部(4)は、式Vγc・sgn(ω1)−max[Rmin・iγc・sgn(ω1),Rmax・iγc・sgn(ω1)]−|ω1|・max[Ldmin・iδc,Lqmax・iδc]−|ω1|・(Lqmin−Ldmax)/2・max[iγc,−iγc]が負であるときに、前記脱調を検出する。 A fifth aspect of the step-out detection device according to the present invention is the step-out detection device according to the second aspect, wherein the field (23) is a field having a reverse saliency, and the armature The upper and lower limits of the range in which the resistance value of the winding fluctuates within the manufacturing tolerance and operating temperature guaranteed range of the motor, the d-axis component of the inductance of the armature winding, and the d-axis with respect to the d-axis The q-axis component advanced by 90 degrees in one direction is the upper and lower limits of the range that fluctuates within the guaranteed range of manufacturing tolerance and operating temperature of the motor, the rotational speed, the γc-axis component of the voltage, the current each components and components of the .delta.c axis of the [gamma] c axis, R min, R max, Ld min, Ld max, Lq min, Lq max, ω1, and V [gamma] c, i [gamma] c and i .delta.c, the rotational direction of the electric motor Is the first direction The rotation speed is positive when the rotation direction is negative, and the rotation speed is negative when the rotation direction is opposite to the first direction. When x> 0, sgn (x) = 1, x <0 When sgn (x) = − 1, max [a, b] = a when a> b, and max [a, b] = b when a <b, the determination unit (4) V γc · sgn (ω1) -max [R min · i γc · sgn (ω1), R max · i γc · sgn (ω1)] - | ω1 | · max [Ld min · i δc, Lq max · i δc ] - | ω1 | · (Lq min -Ld max) / 2 · max [i γc, when -i [gamma] c] is negative, detects the step-out.

本発明にかかる電動機駆動システムの態様は、第1から第5のいずれか一つの態様にかかる脱調検出装置と、前記電動機と、前記駆動装置とを備える。   An aspect of an electric motor drive system according to the present invention includes a step-out detection device according to any one of the first to fifth aspects, the electric motor, and the drive device.

本発明にかかる脱調検出装置の第1の態様、ならびに、電動機駆動システムの態様によれば、脱調判別不等式には位相角を含まないので、演算が複雑な逆三角関数を用いて位相角を算出する必要がない。よって位相角を算出して、当該位相角が範囲内にあるか否かを判定して脱調を検出する場合に比して、演算を容易にできる。   According to the first aspect of the step-out detection apparatus and the aspect of the motor drive system according to the present invention, the step-out discrimination inequality does not include the phase angle. Need not be calculated. Therefore, the calculation can be facilitated as compared with the case where the phase angle is calculated and it is determined whether or not the phase angle is within the range and the step-out is detected.

本発明にかかる脱調検出装置の第2の態様によれば、実施の形態で詳述するように、位相角(φc)の正弦値(sin(φc)))を用いた脱調判別式を用いる場合に比して、判別を容易にできる。   According to the second aspect of the step-out detection device of the present invention, as described in detail in the embodiment, the step-out discriminant using the sine value (sin (φc)) of the phase angle (φc) is calculated. Compared with the case of using, discrimination can be made easily.

本発明にかかる脱調検出装置の第3の態様によれば、位相角の余弦値は、(Vγc−R・iγc−ω1・Lq・iδc)/(ω1・Λ0)(Λ0は鎖交磁束の大きさ)で表されるところ、請求項3によれば、(ω1・Λ0)を分母とした除算を用いる必要がない。よって演算を容易にできる。 According to a third aspect of the out-detecting apparatus according to the present invention, the cosine value of the phase angle, (V γc -R · i γc -ω1 · Lq · i δc) / (ω1 · Λ0) (Λ0 the chain According to claim 3, it is not necessary to use division with (ω1 · Λ0) as the denominator. Therefore, calculation can be facilitated.

本発明にかかる脱調検出装置の第4の態様によれば、脱調のおそれがある場合にも脱調であると検出できる。   According to the fourth aspect of the step-out detection device of the present invention, even when there is a risk of step-out, it can be detected that step-out is present.

本発明にかかる脱調検出装置の第5の態様によれば、抵抗値の製造上または物性上のばらつき、インダクタンスの製造上または物性上のばらつきに依存する変動量と電動機の回転方向とを考慮して、式の値が最も小さくなるように、抵抗値およびインダクタンスが採用されている。よって、製造上または物性上のばらつきがあっても、脱調を検出できる。   According to the fifth aspect of the step-out detection device of the present invention, the variation in resistance value in manufacturing or physical properties, the variation amount depending on the variation in inductance manufacturing or physical properties, and the rotation direction of the motor are taken into consideration. Thus, the resistance value and the inductance are adopted so that the value of the equation becomes the smallest. Therefore, even if there are variations in manufacturing or physical properties, step-out can be detected.

回転座標と磁束との一例を模式的に示す図である。It is a figure which shows an example of a rotation coordinate and a magnetic flux typically. インダクタンスの変動の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the fluctuation | variation of an inductance. 電力変換装置の概念的な構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a notional structure of a power converter device.

実施の形態の詳細な説明に入る前に、この発明の基本的思想について説明する。もちろん、この基本的思想も本発明の範疇にある。   Prior to the detailed description of the embodiments, the basic idea of the present invention will be described. Of course, this basic idea is also within the scope of the present invention.

<1.基本思想>
図1は同期電動機(以下、単に「電動機」と称す。なお同期電動機の特殊なものとして、スイッチトリラクタンスモータのように界磁を有しないものもある。しかしここでは同期電動機とは界磁を有しているものを指す。)における空隙磁束[λ](記号[]はベクトル量を表す:以下同様)と、界磁による電機子への鎖交磁束[Λ0](以下、単に「鎖交磁束」と称す)との関係を示すベクトル図である。鎖交磁束[Λ0]は例えば電動機が永久磁石を有している場合には当該永久磁石によって発生するし、電動機が界磁巻線を有している場合には当該界磁巻線に電流が流れることによって発生する。
<1. Basic Thought>
FIG. 1 shows a synchronous motor (hereinafter, simply referred to as “motor”. As a special type of synchronous motor, there is a motor that does not have a field such as a switched reluctance motor. Air gap magnetic flux [λ] (symbol [] represents a vector quantity; the same applies hereinafter) and interlinkage magnetic flux [Λ0] (hereinafter referred to simply as “linkage”) to the armature by the field. It is a vector diagram showing the relationship with "magnetic flux". For example, when the motor has a permanent magnet, the linkage flux [Λ0] is generated by the permanent magnet, and when the motor has a field winding, a current flows through the field winding. Generated by flowing.

電動機の回転と同期する回転座標系としてd−q回転座標系を導入する。ここではd軸を鎖交磁束[Λ0]と同相に設定し、q軸はd軸に対して、所定の進み方向に向かって位相が90度進む。   A dq rotating coordinate system is introduced as a rotating coordinate system synchronized with the rotation of the electric motor. Here, the d-axis is set in phase with the flux linkage [Λ0], and the q-axis advances 90 degrees with respect to the d-axis in a predetermined advance direction.

また回転座標系としてδ−γ回転座標系とδc−γc回転座標系とを導入する。δ軸はd軸に対して、γ軸はq軸に対して、それぞれ当該進み方向に向かって位相角φで位相が進む。δc軸はd軸に対して、γc軸はq軸に対して、それぞれ当該進み方向に向かって位相角φcで位相が進む。以下、説明の便宜上、δ軸のd軸に対する位相角φを実位相角φと称し、δc軸のq軸に対する位相角φを推定位相角φcと称する。   Further, a δ-γ rotating coordinate system and a δc-γc rotating coordinate system are introduced as rotating coordinate systems. The phase advances at a phase angle φ in the advance direction with respect to the δ axis with respect to the d axis and the γ axis with respect to the q axis, respectively. The phase advances at a phase angle φc in the advance direction with respect to the d axis and the γc axis with respect to the q axis, respectively. Hereinafter, for convenience of explanation, the phase angle φ of the δ axis with respect to the d axis is referred to as an actual phase angle φ, and the phase angle φ of the δc axis with respect to the q axis is referred to as an estimated phase angle φc.

例えば、「一次磁束制御」として知られている電動機の制御方法では、空隙磁束[λ]と同相にδ軸を設定する。この場合、実位相角φは負荷角(鎖交磁束[Λ0]と空隙磁束[λ]との間の位相角)として把握される。なお空隙磁束[λ]は一次磁束とも称され、鎖交磁束[Λ0]と、電機子に流れる電機子電流(これは三相電流[i]でもある)によって発生する電機子反作用の磁束との合成である。 For example, in a motor control method known as “primary magnetic flux control”, the δ axis is set in phase with the gap magnetic flux [λ]. In this case, the actual phase angle φ is grasped as a load angle (phase angle between the interlinkage magnetic flux [Λ0] and the gap magnetic flux [λ]). The gap magnetic flux [λ] is also referred to as a primary magnetic flux, and the flux of the armature reaction generated by the interlinkage magnetic flux [Λ0] and the armature current (this is also the three-phase current [i x ]) flowing through the armature. Is a synthesis of

さて、空隙磁束[λ]は周知のように、電動機(より詳細には電動機が備える電機子が有する電機子巻線)に供給される電圧及び電流と、電動機の機器定数(例えばインダクタンス、電機子巻線の抵抗成分の抵抗値、鎖交磁束)と、電動機の回転速度とで決定される。よって空隙磁束[λ]の推定値[λ^]は、上記の電圧及び電流、機器定数、回転速度の実測値(あるいは指令値、推定値)から得られる。よって電動機を制御する制御装置は、推定値[λ^]が空隙磁束[λ]の指令値[λ]と等しくなるように制御を行う。上述の「一次磁束制御」では、指令値[λ]のγ軸成分は0である。 As is well known, the gap magnetic flux [λ] is a voltage and current supplied to an electric motor (more specifically, an armature winding included in an armature included in the electric motor) and device constants (for example, inductance, armature) of the electric motor. The resistance value of the resistance component of the winding, the flux linkage) and the rotational speed of the motor. Therefore, the estimated value [λ ^] of the air gap magnetic flux [λ] is obtained from the measured values (or command values, estimated values) of the voltage and current, the device constants, and the rotation speed. Therefore, the control device that controls the electric motor performs control so that the estimated value [λ ^] is equal to the command value [λ * ] of the air gap magnetic flux [λ]. In the “primary magnetic flux control” described above, the γ-axis component of the command value [λ * ] is zero.

かかる制御においてδc−γc回転座標系を採用すると、推定位相角φcが実位相角φと一致することで、電動機の回転を適切に制御することができる。機器定数、回転速度、電動機に与えられる電圧及び電流が完全に把握されていれば、これらに基づいて得られる推定値[λ^]を指令値[λ]と等しくなるように制御することにより、空隙磁束[λ]が指令値[λ]と一致するからである。 When the δc-γc rotational coordinate system is employed in such control, the estimated phase angle φc matches the actual phase angle φ, so that the rotation of the motor can be appropriately controlled. If the device constant, rotational speed, voltage and current applied to the motor are fully understood, the estimated value [λ ^] obtained based on these is controlled to be equal to the command value [λ * ]. This is because the gap magnetic flux [λ] matches the command value [λ * ].

また例えば一次磁束制御では、発生トルクが実位相角φに対して単調増加する実位相角φの範囲において、速度制御が行われる。例えば表面磁石同期電動機では、実位相角φが−90度から90度の範囲において制御が行なわれる。しかしながら負荷の変動、外乱等により、電動機が適切に回転できず、脱調する場合がある。このとき、例えば表面磁石同期電動機では、推定位相角φcは−90度から90度の範囲内に収まらない。   For example, in the primary magnetic flux control, the speed control is performed in the range of the actual phase angle φ where the generated torque monotonously increases with respect to the actual phase angle φ. For example, in a surface magnet synchronous motor, control is performed in the range where the actual phase angle φ is in the range of −90 degrees to 90 degrees. However, due to load fluctuations, disturbances, etc., the motor may not rotate properly and may step out. At this time, for example, in the surface magnet synchronous motor, the estimated phase angle φc does not fall within the range of −90 degrees to 90 degrees.

本発明はこの点に着目し、電動機が脱調せずに適切に回転する推定位相角の範囲を考慮して、脱調の有無を判別するための脱調判別不等式を導出する。そして、これを用いて脱調を検出することを企図する。   The present invention pays attention to this point, and derives a step-out determination inequality for determining the presence or absence of step-out in consideration of the range of the estimated phase angle in which the electric motor rotates appropriately without step-out. And it intends to detect a step-out using this.

ここでは、δc−γc回転座標系において制御を行なうので、脱調判別不等式の導出にあたり、δc−γc回転座標系における電圧方程式を考慮する。この電圧方程式は以下の式で表される。   Here, since the control is performed in the δc-γc rotating coordinate system, the voltage equation in the δc-γc rotating coordinate system is considered in deriving the step-out discrimination inequality. This voltage equation is expressed by the following equation.

Figure 0005854057
Figure 0005854057

ここで、[Vδγc]は、電動機に印加される電圧のδc軸成分(以下、電圧Vδcとも呼ぶ)およびγc軸成分(以下、電圧Vγcとも呼ぶ)を有する電圧ベクトルであり、[Vδcγc(上付きの”t”は行列の転置を示す)と表すことができる。Rは電機子巻線の抵抗成分の抵抗値である。[iδγc]は、電機子巻線に流れる電流のδc軸成分(以下、電流iδcとも呼ぶ)およびγc軸成分(以下、電流iγcとも呼ぶ)を有する電流ベクトルであり、[iδcγcと表すことができる。pは微分演算子を示し、ω1は回転速度を示す。この回転速度ω1は、電動機が上記進み方向(正転方向)に回転するときに正となり、上記進み方向とは反対方向に回転するときに負となる。[λδγc]は、空隙磁束[λ]のδc軸成分λδcおよびγc軸成分λγcを有する磁束ベクトルであり、[λδc λγcと表すことができる。Ld,Lqは、それぞれ電機子巻線のインダクタンスのd軸成分(以下、d軸インダクタンスとも呼ぶ)およびq軸成分(以下、q軸インダクタンスとも呼ぶ)である。鎖交磁束Λ0は鎖交磁束[Λ0]の大きさ(スカラー量)である。但し、[I],[J]及びそれらの要素を囲む記号[]は行列を示す。 Here, [V δγc] is, .delta.c-axis component of the voltage applied to the motor (hereinafter, also referred to as a voltage V .delta.c) and [gamma] c-axis component (hereinafter, also referred to as a voltage V [gamma] c) a voltage vector having, [V δc V γc ] t (the superscript “t” indicates transposition of the matrix). R is the resistance value of the resistance component of the armature winding. [I δγc] is, .delta.c-axis component of the current flowing in the armature winding (hereinafter, current i .delta.c also called) and [gamma] c-axis component (hereinafter, also referred to as a current i [gamma] c) a current vector having, [i .delta.c i [gamma ] c ] t . p represents a differential operator, and ω1 represents a rotation speed. The rotational speed ω1 is positive when the electric motor rotates in the advance direction (forward rotation direction), and is negative when the electric motor rotates in the direction opposite to the advance direction. δγc] is a magnetic flux vector with .delta.c axis component lambda .delta.c and [gamma] c-axis component lambda [gamma] c of the air-gap flux [lambda], can be expressed as [λ δc λ γc] t. Ld and Lq are a d-axis component (hereinafter also referred to as d-axis inductance) and a q-axis component (hereinafter also referred to as q-axis inductance) of the inductance of the armature winding, respectively. The linkage flux Λ0 is the magnitude (scalar amount) of the linkage flux [Λ0]. However, [I], [J] and the symbol [] surrounding these elements indicate a matrix.

上記で示した電圧方程式は、周知のd−q回転座標系における電圧方程式に対して、推定位相角φcの回転変換を行なうことで導かれる。   The voltage equation shown above is derived by performing rotational conversion of the estimated phase angle φc with respect to the voltage equation in the well-known dq rotation coordinate system.

この電圧方程式は、電圧[Vδγc],電流[iδγc],回転速度ω1および推定位相角φcを変数として含み、抵抗値R、d軸インダクタンスLd、q軸インダクタンスLqおよび鎖交磁束Λ0を、電動機の機器定数として含む。機器定数の値は、適宜に実測値、推定値または予め決められた設定値として取得され、変数は、適宜に実測値、推定値または指令値として取得される(詳細な一例は後述)。これらの情報を取得することで、電圧方程式において未知数は推定位相角φcのみとなるので、電圧方程式に基づいて推定位相角φcを算出することができる。しかしながら、本実施の形態では、脱調検出のためには、推定位相角φcの算出を行なわない。 This voltage equation includes a voltage [V δγc ], a current [i δγc ], a rotational speed ω1 and an estimated phase angle φc as variables, and includes a resistance value R, a d-axis inductance Ld, a q-axis inductance Lq, and an interlinkage flux Λ0. Included as a motor constant. The value of the device constant is appropriately acquired as an actually measured value, an estimated value, or a predetermined set value, and the variable is appropriately acquired as an actually measured value, an estimated value, or a command value (a detailed example will be described later). By acquiring these pieces of information, the only unknown in the voltage equation is the estimated phase angle φc, so that the estimated phase angle φc can be calculated based on the voltage equation. However, in the present embodiment, the estimated phase angle φc is not calculated for step-out detection.

さて、電動機が脱調せずに回転するときの推定位相角φcの範囲は、例えば以下の式で表すことができる(但しφcの表現は−180°<φc<180°において行った)。   Now, the range of the estimated phase angle φc when the electric motor rotates without being out of step can be expressed by, for example, the following expression (however, the expression of φc was made at −180 ° <φc <180 °).

Figure 0005854057
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推定位相角φcを含む電圧方程式(式(1)、(2))と、推定位相角φcの範囲を示す不等式(式(3))とが存在するので、これらの式に基づいて、以下に詳述するように、推定位相角φcを含まない不等式(脱調判別不等式)を導くことができる。そして、本実施の形態では、上記機器定数と上記変数とを取得して、脱調判別不等式を満足するか否かを判別し、その脱調判別不等式を満足しないときに、脱調を検出するのである。以下に詳細な一例について説明する。   Since there exist voltage equations (equations (1) and (2)) including the estimated phase angle φc and an inequality (equation (3)) indicating the range of the estimated phase angle φc, based on these equations, As will be described in detail, an inequality (step-out discrimination inequality) that does not include the estimated phase angle φc can be derived. In this embodiment, the device constant and the variable are acquired to determine whether or not the out-of-step determination inequality is satisfied. When the out-of-step determination inequality is not satisfied, the out-of-step is detected. It is. A detailed example will be described below.

<2.非突極性の電動機>
<2−1.脱調判別不等式を用いた脱調検出>
まず突極性を有しない(換言すれば非突極性を有する)電動機について説明する。非突極性を有する電動機においては、その定義上、インダクタンスは等方的であるので、d軸インダクタンスLdとq軸インダクタンスLqとが互いに等しい。よってここでは、非突極性を有する電動機の電機子巻線のインダクタンスの表記として符号Lqを採用する。このような電動機としては、コアと、コアの外周全周に亘って設けられる永久磁石とを有する界磁を採用した電動機(表面磁石同期電動機)を例示できる。
<2. Non-salience motor>
<2-1. Step-out detection using step-out discrimination inequality>
First, an electric motor having no saliency (in other words, having non-saliency) will be described. In the motor having non-saliency, the inductance is isotropic by definition, so that the d-axis inductance Ld and the q-axis inductance Lq are equal to each other. Therefore, here, the symbol Lq is used as a notation of the inductance of the armature winding of the motor having non-saliency. As such an electric motor, the electric motor (surface magnet synchronous motor) which employ | adopted the field which has a core and the permanent magnet provided over the outer periphery of a core can be illustrated.

Ld=Lqを考慮するとL0=Ld=Lq、L1=0となる。また簡単のために、定常状態を想定して微分演算子pで示される項を零に近似すると、電圧方程式は以下の式で表現される。式(5)および式(6)は、式(4)を電圧Vδc,Vγc毎に表現したものである。 Considering Ld = Lq, L0 = Ld = Lq and L1 = 0. For the sake of simplicity, the voltage equation is expressed by the following equation when the term indicated by the differential operator p is approximated to zero assuming a steady state. Expressions (5) and (6) express Expression (4) for each of the voltages V δc and V γc .

Figure 0005854057
Figure 0005854057

電動機が脱調していなければ、推定位相角φcの範囲は−90度以上90度以下である(式(3))。よって、推定位相角φcの余弦値(cosφc)は零以上である。式(6)を参照すると、電圧Vγcについての電圧方程式には余弦値(cosφc)が存在する。よってこの電圧Vγcについての電圧方程式を変形し、余弦値(cosφc)を示す等価式を以下のように導く。 If the motor has not stepped out, the estimated phase angle φc is in the range of −90 degrees to 90 degrees (formula (3)). Therefore, the cosine value (cos φc) of the estimated phase angle φc is zero or more. Referring to equation (6), the voltage equation for the voltage V [gamma] c present cosine value (Cosfaishi) is. Thus by modifying the voltage equation for the voltage V [gamma] c, leads to equivalent expression indicating the cosine value (cosφc) as follows.

Figure 0005854057
Figure 0005854057

余弦値(cosφc)が零以上であるので、以下の不等式が導かれる。   Since the cosine value (cosφc) is greater than or equal to zero, the following inequality is derived.

Figure 0005854057
Figure 0005854057

この式(8)を脱調判別不等式として採用する。式(8)において、各機器定数(抵抗値R、インダクタンスLq、鎖交磁束Λ0)の値は例えば予め決められる。よって、各変数(電圧Vγc,電流iδc,iγc、回転速度ω1)の値(実測値、指令値又は推測値)を取得して、この脱調判別不等式が満足するか否かを判別する。そして脱調判別不等式を満足しないと判別したときに、脱調が生じていると判断する。換言すれば、余弦値(cosφc)を示す等価式(式(8)の左辺)が零より小さいときに、脱調が生じていると判断するのである。 This equation (8) is adopted as a step-out discrimination inequality. In equation (8), the values of the device constants (resistance value R, inductance Lq, linkage flux Λ0) are determined in advance, for example. Therefore, the values (measured values, command values, or estimated values) of the variables (voltage V γc , current i δc , i γc , rotation speed ω 1) are acquired, and it is determined whether or not this step-out determination inequality is satisfied. To do. When it is determined that the step-out determination inequality is not satisfied, it is determined that step-out has occurred. In other words, it is determined that the step-out has occurred when the equivalent expression (the left side of Expression (8)) indicating the cosine value (cos φc) is smaller than zero.

なお上述の変数を所定のタイミング毎に繰り返し取得し、その都度、脱調判別不等式を満足するか否かの判別を行なうと良い。これにより、電動機の全運転中において、脱調を検出できる。   It should be noted that the above-described variables are repeatedly acquired at predetermined timings, and each time it is determined whether or not the step-out determination inequality is satisfied. Thereby, step-out can be detected during the entire operation of the electric motor.

以上のように、本実施の形態によれば、推定位相角φcを含まない脱調判別不等式(例えば式(8))を用いて脱調を検出する。したがって、推定位相角φcを算出するための逆三角関数の演算(例えばアークコサインなど)を行なう必要がない。よって、演算処理を容易にできる。   As described above, according to the present embodiment, step-out is detected using a step-out discrimination inequality (for example, Equation (8)) that does not include the estimated phase angle φc. Therefore, it is not necessary to perform an inverse trigonometric function calculation (for example, arc cosine) for calculating the estimated phase angle φc. Therefore, the arithmetic processing can be facilitated.

なお式(8)においては、(ω1・Λ0)を分母とした除算が含まれている。除算の演算処理は他の四則演算に比して複雑である。そこで、(ω1・Λ0)を分母とした除算を用いない脱調判別不等式を以下で導出する。   Equation (8) includes division with (ω1 · Λ0) as the denominator. Division processing is more complicated than the other four arithmetic operations. Therefore, a step-out discrimination inequality that does not use division with (ω1 · Λ0) as the denominator is derived below.

x>0のとき1を採り、x<0のときに−1を採るsgn(x)を、式(8)に導入すると、以下の式が導かれる。   When sgn (x), which takes 1 when x> 0 and -1 when x <0, is introduced into equation (8), the following equation is derived.

Figure 0005854057
Figure 0005854057

式(9)における分母の(|ω1|・Λ0)は正であるので、式(9)の両辺に(|ω1|・Λ0)を乗算すると、以下の式を導くことができる。   Since (| ω1 | · Λ0) of the denominator in Equation (9) is positive, multiplying both sides of Equation (9) by (| ω1 | · Λ0), the following equation can be derived.

Figure 0005854057
Figure 0005854057

式(10)を脱調判別不等式として採用すれば、(ω1・Λ0)を分母とした除算を行なう必要がない。よって、演算処理を更に容易にできる。   If Expression (10) is adopted as a step-out discrimination inequality, there is no need to perform division with (ω1 · Λ0) as the denominator. Therefore, the arithmetic processing can be further facilitated.

なお式(10)を用いた脱調検出は、次のようにも説明できる。即ち、式(Vγc−R・iγc−ω1・Lq・iδc)の正負の極性が回転速度ω1の正負の極性と異なるときに、脱調を検出する、とも説明できる。 Note that step-out detection using equation (10) can also be explained as follows. That is, when the positive and negative polarities of the formula (V γc -R · i γc -ω1 · Lq · i δc) is different from the polarities of positive and negative rotational speed .omega.1, detects the step-out can Tomo explained.

なお推定位相角φcが−90度から90度の範囲内であっても、±90度近傍の値を採るときには、脱調が生じる可能性がある。例えば推定位相角φcが実位相角φと常に一致するとは限らないからである。そこで推定位相角φcの範囲として、より狭い範囲(例えば−80度から80度の範囲)を採用しても良い。   Even if the estimated phase angle φc is in the range of −90 degrees to 90 degrees, step-out may occur when taking a value in the vicinity of ± 90 degrees. This is because, for example, the estimated phase angle φc does not always coincide with the actual phase angle φ. Therefore, a narrower range (for example, a range of −80 degrees to 80 degrees) may be adopted as the range of the estimated phase angle φc.

このように推定位相角φcの範囲として−80度から80度の範囲を採用した場合、脱調判別式は以下の式で表される。   Thus, when the range of -80 degrees to 80 degrees is adopted as the range of the estimated phase angle φc, the step-out discriminant is expressed by the following expression.

Figure 0005854057
Figure 0005854057

この場合、式(11)から理解できるように、(|ω1|・Λ0)を算出する必要がある。よって、式(10)を採用するほうが(つまり推定位相角φcの範囲の上限値および下限値としてそれぞれ90度および−90度を採用するほうが)、演算を容易にできる。   In this case, it is necessary to calculate (| ω1 | · Λ0) as can be understood from the equation (11). Therefore, the calculation can be facilitated by adopting the formula (10) (that is, adopting 90 degrees and −90 degrees as the upper limit value and the lower limit value of the estimated phase angle φc, respectively).

また推定位相角φcが−80度から80度の範囲を採用すれば、sinφcは−0.9848以上0.9848以下を満足する。よって式(5)を変形して、sinφcの等価式を求め、これがsin(−80°)以上sin(80°)以下を満足する不等式を、脱調判別式として採用することが考えられる。   If the estimated phase angle φc is in the range of −80 degrees to 80 degrees, sin φc satisfies −0.9848 or more and 0.9848 or less. Therefore, it is conceivable that the equivalent equation of sin φc is obtained by modifying equation (5), and an inequality that satisfies sin (−80 °) or more and sin (80 °) or less is adopted as the step-out discriminant.

脱調が生じる際には、推定位相角φcが90度よりも小さい正の値から増大して90度を超え、或いは、推定位相角φcが−90度よりも大きい負の値から低減して、−90度を下回る。よって、脱調が生じるときには、sinφcの等価式がsin(−80°)を下回る期間またはsinφcの等価式がsin(80°)を上回る期間が存在する。これらの期間では、sinφcの等価式がsin(−80°)以上sin(80°)以下となる脱調判別式を満足しない。よって、この脱調判別式を用いても、脱調を検出することができる。   When step-out occurs, the estimated phase angle φc increases from a positive value smaller than 90 degrees and exceeds 90 degrees, or the estimated phase angle φc decreases from a negative value larger than −90 degrees. , Below -90 degrees. Therefore, when step-out occurs, there is a period in which the equivalent expression of sin φc is less than sin (−80 °) or a period in which the equivalent expression of sin φc is more than sin (80 °). In these periods, the step-out discriminant in which the equivalent expression of sin φc is not less than sin (−80 °) and not more than sin (80 °) is not satisfied. Therefore, even if this step-out discriminant is used, step-out can be detected.

しかるに、この脱調不等式では、sinφcの等価式がsin(−80°)を下回るかどうかの判別、および、sinφcの等価式がsin(80°)を超えるかどうかの判別の両方を行なうか、或いは、sinφの絶対値を算出し、これがsin(80°)を超えるかどうかの判別を行なう必要がある。一方、式(9)〜式(11)のように、cosφcの等価式を用いれば、絶対値を算出することなく、1回の判別で済む。よって、判別を簡易にできる。より一般的に説明すると、(i)推定位相角φcの範囲として、−x(xは0度以上180度未満)度以上、かつ、x度以下の範囲内の範囲を採用し、(ii)cosφcの等価式を用いて算出した値が、推定位相角φcの範囲に応じて決められる基準値よりも小さいときに、脱調を検出すればよい。これにより、判別を容易にできるのである。   However, in this step-out inequality, whether to determine whether the equivalent expression of sin φc falls below sin (−80 °) and whether to determine whether the equivalent expression of sin φc exceeds sin (80 °), Alternatively, it is necessary to calculate the absolute value of sin φ and determine whether or not it exceeds sin (80 °). On the other hand, if the equivalent expression of cos φc is used as in the expressions (9) to (11), the determination is performed once without calculating the absolute value. Therefore, discrimination can be simplified. More generally, (i) as a range of the estimated phase angle φc, a range in the range of −x (x is 0 degree or more and less than 180 degrees) degrees or more and x degrees or less is adopted, and (ii) When the value calculated using the equivalent equation of cos φc is smaller than the reference value determined according to the range of the estimated phase angle φc, the step-out may be detected. Thereby, discrimination can be made easily.

なお、同期電動機2の負荷によっては、同期電動機2は、負荷角φが例えば0度以上90度の範囲で運転される場合がある。つまり、負荷角φの上限値と下限値の絶対値とが相違する場合がある。この場合であれば次のように判定を行なってもよい。まず負荷角推定値φcの範囲として、例えばa(例えば0)度以上b(例えば90)度以下を採用する。そして、cosφcの等価式たる式(11)の左辺が、cos(b)を超えるかどうかの第1判定を行なう。さらに、式(5)を用いて導かれるsinφcの等価式が、sin(a)を超えるかどうかの第2判定も行なう。そして、第1判定および第2判定の少なくともいずれか一方において、否定的な判定がなされたときに、同期電動機2に異常が生じたと判定してもよい。   Depending on the load of the synchronous motor 2, the synchronous motor 2 may be operated in a range where the load angle φ is, for example, 0 degrees or more and 90 degrees. That is, the upper limit value of the load angle φ and the absolute value of the lower limit value may be different. In this case, the determination may be performed as follows. First, as the range of the estimated load angle φc, for example, a (for example, 0) degree or more and b (for example, 90) degree or less is adopted. Then, a first determination is made as to whether or not the left side of equation (11), which is an equivalent equation of cos φc, exceeds cos (b). Further, a second determination is made as to whether or not the equivalent expression of sin φc derived using Expression (5) exceeds sin (a). Then, it may be determined that an abnormality has occurred in the synchronous motor 2 when a negative determination is made in at least one of the first determination and the second determination.

<2−2.機器定数>
一例として、抵抗値RおよびインダクタンスLqの値として実測値または推定値を採用せずに、予め決められる設定値を採用することができる。しかるに、抵抗値RおよびインダクタンスLqには、製造上または物性上のばらつきが存在する。例えば各製品の温度が互いに等しくても、製造ばらつき(製造公差)によって、これらの値が相違し、また同一の製品であっても、温度によって値が変動する。つまり抵抗値RおよびインダクタンスLqは同期電動機2の製造公差及び動作温度の保証範囲で変動する。よって、もし、抵抗値RおよびインダクタンスLqの値として、実際の値(実測値)よりも式(10)の左辺が大きくなるような値を採用すると、脱調が生じているにもかかわらず、脱調判別不等式を満足する場合がありえる。このような場合は望ましくない。
<2-2. Device constant>
As an example, a predetermined set value can be adopted as the resistance value R and the inductance Lq without using an actual measurement value or an estimated value. However, the resistance value R and the inductance Lq have variations in manufacturing or physical properties. For example, even if the temperature of each product is equal to each other, these values are different due to manufacturing variation (manufacturing tolerance), and even for the same product, the value varies depending on the temperature. That is, the resistance value R and the inductance Lq vary within the guaranteed range of manufacturing tolerance and operating temperature of the synchronous motor 2. Therefore, if a value such that the left side of Equation (10) is larger than the actual value (actually measured value) is adopted as the resistance value R and the inductance Lq, the step-out occurs. The step-out discrimination inequality may be satisfied. Such a case is not desirable.

そこで、抵抗値RおよびインダクタンスLqのばらつきの範囲のうち、式(10)の左辺が最も小さくなるような値を採用する。これにより、ばらつきに起因する脱調検出の精度低下を抑制あるいは回避するのである。   Therefore, a value that minimizes the left side of Equation (10) in the range of variations in the resistance value R and the inductance Lq is employed. This suppresses or avoids a decrease in the accuracy of step-out detection caused by variations.

まず抵抗値Rについて詳述する。式(10)の左辺を展開して考慮すれば、抵抗値Rは式(10)の左辺の第2項{−R・iγc・sgn(ω1)}のみに含まれる。他の項の値を固定して考慮すると、当該第2項が最も小さいときに、式(10)の左辺は最も小さくなる。 First, the resistance value R will be described in detail. If the left side of Expression (10) is expanded and considered, the resistance value R is included only in the second term {−R · i γc · sgn (ω1)} on the left side of Expression (10). When the values of other terms are fixed and considered, the left side of Equation (10) is the smallest when the second term is the smallest.

回転速度ω1が正である場合には、sgn(ω1)は1であるので、当該第2項は値(−iγc・R)で表される。値(−iγc・R)は値(−iγc)を比例係数として抵抗値Rに比例する。よって、電流iγcが正である場合には、値(−iγc・R)は、抵抗値Rとして上限値Rmaxを採用するときに最も小さくなり、電流iγcが負である場合には、抵抗値Rとして下限値Rminを採用するときに最も小さくなる。これらの上限値Rmaxおよび下限値Rminは、抵抗値Rのばらつきの範囲を考慮して予め設定される。 When the rotational speed ω1 is positive, sgn (ω1) is 1, and therefore the second term is represented by a value (−i γc · R). The value (−i γc · R) is proportional to the resistance value R with the value (−i γc ) as a proportional coefficient. Therefore, when the current i γc is positive, the value (−i γc · R) is the smallest when the upper limit value R max is adopted as the resistance value R, and when the current i γc is negative. When the lower limit value R min is adopted as the resistance value R, the resistance value R becomes the smallest. These upper limit value R max and lower limit value R min are set in advance in consideration of the range of variation of the resistance value R.

以上のように、回転速度ω1が正である場合には、上限値Rmaxおよび下限値Rminのうち値(−iγc・R)が小さくなる方を、抵抗値Rとして採用すればよい。このとき、当該第2項を最も小さくできるからである。言い換えれば、上限値Rmaxおよび下限値Rminのうち、値(R・iγc)が大きくなる方を、抵抗値Rとして採用すればよい。 As described above, when the rotational speed ω1 is positive, the smaller value (−i γc · R) of the upper limit value R max and the lower limit value R min may be adopted as the resistance value R. This is because the second term can be minimized. In other words, the higher value (R · i γc ) of the upper limit value R max and the lower limit value R min may be adopted as the resistance value R.

他方、回転速度ω1が負である場合には、sgn(ω1)は−1であるので、当該第2項は値(iγc・R)で表される。したがって、この場合には、上限値Rmaxおよび下限値Rminのうち値(R・iγc)が小さくなる方を、抵抗値Rとして採用する。これにより、回転速度ω1が負である場合に当該第2項は最も小さくなる。 On the other hand, when the rotational speed ω1 is negative, since sgn (ω1) is −1, the second term is represented by a value (i γc · R). Therefore, in this case, the smaller value (R · i γc ) between the upper limit value R max and the lower limit value R min is adopted as the resistance value R. Thereby, when the rotational speed ω1 is negative, the second term becomes the smallest.

次にインダクタンスLqについて説明する。式(10)の左辺を展開して考慮すれば、インダクタンスLqは式(10)の左辺の第3項{−ω1・Lq・iδc・sgn(ω1)}のみに含まれる。ω1・sgn(ω1)=|ω1|が成立することを考慮すると、この第3項は、値{−|ω1|・Lq・iδc}と表すことができる。よって、他の項の値および回転速度ω1の絶対値を固定して考慮すれば、当該第3項は、回転速度ω1の正負に依らず、値(Lq・iδc)が最も大きいときに最も小さくなり、ひいては式(10)の左辺が最も小さくなる。 Next, the inductance Lq will be described. Considering expand the left-hand side of equation (10), the inductance Lq is contained only in the third term of the left side {-ω1 · Lq · i δc · sgn (ω1)} of formula (10). Considering that ω1 · sgn (ω1) = | ω1 | is established, the third term can be expressed as a value {− | ω1 | · Lq · i δc }. Therefore, if the value of the other term and the absolute value of the rotational speed ω1 are fixed and considered, the third term is the most when the value (Lq · i δc ) is the largest regardless of the sign of the rotational speed ω1. As a result, the left side of Expression (10) becomes the smallest.

したがって、インダクタンスLqとしては、その上限値Lqmaxおよび下限値Lqminのうち値(Lq・iδc)が大きくなる方を、採用すればよい。このとき当該第3項を最も小さくできるからである。これらの上限値Lqmaxおよび下限値Lqminは、インダクタンスLqのばらつきの範囲を考慮して予め設定される。 Therefore, as the inductance Lq, the one having the larger value (Lq · i δc ) among the upper limit value Lq max and the lower limit value Lq min may be adopted. This is because the third term can be minimized at this time. These upper limit value Lq max and lower limit value Lq min are set in advance in consideration of the range of variation in inductance Lq.

ここで、max[a,b]を導入して上述の内容を定式化して、脱調判別不等式を表現する。このmax[a,b]は、aがbよりも大きいときにaを採り、aがbよりも小さいときにbを採る関数である。   Here, max [a, b] is introduced to formulate the above contents to express the step-out discrimination inequality. This max [a, b] is a function that takes a when a is larger than b and takes b when a is smaller than b.

Figure 0005854057
Figure 0005854057

これにより、製造上または物性上のばらつきに起因して脱調しているのも拘わらず脱調を検出できない事態を、回避することができる。   As a result, it is possible to avoid a situation in which step-out cannot be detected despite step-out due to variations in manufacturing or physical properties.

なお上述の例では、抵抗値RおよびインダクタンスLqの両方のばらつきを考慮したが、いずれか一方のみを考慮しても良い。   In the above-described example, variation in both the resistance value R and the inductance Lq is considered, but only one of them may be considered.

また、式(10)の代わりに式(11)を採用する場合には、鎖交磁束Λ0のばらつきを考慮しても良い。鎖交磁束Λ0についても、抵抗値RおよびインダクタンスLqと同様に、同期電動機2の製造公差及び動作温度の保証範囲で変動する。そこで、鎖交磁束Λ0のばらつきの範囲のうち、式(11)の左辺が最も小さくなるような値を採用する。   In addition, when formula (11) is adopted instead of formula (10), the variation in the linkage flux Λ0 may be taken into consideration. The flux linkage Λ0 also varies within the guaranteed range of the manufacturing tolerance and the operating temperature of the synchronous motor 2, similarly to the resistance value R and the inductance Lq. Therefore, a value that minimizes the left side of Equation (11) in the range of variation of the linkage flux Λ0 is employed.

式(11)の左辺を考慮すれば、鎖交磁束Λ0は式(11)の分母(|ω1|・Λ0)のみに含まれる。式(11)の左辺の分子が正である場合には、左辺は、鎖交磁束Λ0として上限値Λ0maxを採用するときに最も小さくなり、左辺の分子が負である場合には、鎖交磁束Λ0として下限値Λ0minを採用するときに最も小さくなる。これらの上限値Λ0maxおよび下限値Λ0minは、鎖交磁束Λ0のばらつきの範囲を考慮して予め設定される。 Considering the left side of the equation (11), the flux linkage Λ0 is included only in the denominator (| ω1 | · Λ0) of the equation (11). When the numerator on the left side of Equation (11) is positive, the left side is the smallest when the upper limit value Λ0 max is adopted as the linkage flux Λ0, and when the numerator on the left side is negative, the linkage is It becomes the smallest when the lower limit Λ0 min is adopted as the magnetic flux Λ0. The upper limit value Λ0 max and the lower limit value Λ0 min are set in advance in consideration of the range of variation of the linkage flux Λ0.

但し、式(11)の右辺は正である。よって、式(11)の左辺が負である場合には、鎖交磁束Λ0の値によらず、式(11)は成立しない。したがって左辺が負である場合には、鎖交磁束Λ0によらず脱調と判定される。よって左辺が負である場合に鎖交磁束Λ0の値を考慮する必要はなく、左辺が正である場合のみを考慮してもよい。よって、鎖交磁束Λ0としては、左辺の分子の正負によらず、常に上限値Λ0maxを採用してもよい。つまり式(11)の右辺が正である場合には、左辺が負であれば不等式は成り立たないので、左辺が正の場合のみに着目して上限値Λ0maxを採用してもよいのである。 However, the right side of Expression (11) is positive. Therefore, when the left side of Expression (11) is negative, Expression (11) does not hold regardless of the value of the linkage flux Λ0. Therefore, when the left side is negative, it is determined that the step is out of step regardless of the flux linkage Λ0. Therefore, it is not necessary to consider the value of the flux linkage Λ0 when the left side is negative, and only the case where the left side is positive may be considered. Therefore, as the interlinkage magnetic flux Λ0, the upper limit value Λ0 max may always be adopted regardless of the sign of the numerator on the left side. In other words, when the right side of Expression (11) is positive, the inequality does not hold if the left side is negative. Therefore, the upper limit value Λ0 max may be adopted focusing only on the case where the left side is positive.

その一方で、推定位相角φcの範囲によっては、式(11)の右辺が負になる場合もある。この場合には、左辺が正であれば不等式は成り立つ。よって、左辺が負の場合のみに着目して下限値Λ0minを採用しても良い。つまり、左辺の分子の正負によらずに、常に下限値Λ0minを採用してもよい。 On the other hand, depending on the range of the estimated phase angle φc, the right side of Equation (11) may be negative. In this case, the inequality holds if the left side is positive. Therefore, the lower limit value Λ0 min may be adopted by paying attention only to the case where the left side is negative. That is, the lower limit value Λ0 min may always be adopted regardless of whether the numerator on the left side is positive or negative.

これにより、製造上または物性上のばらつきに起因して脱調しているのも拘わらず脱調を検出できない事態を、回避することができる。   As a result, it is possible to avoid a situation in which step-out cannot be detected despite step-out due to variations in manufacturing or physical properties.

なお、式(10)を採用する場合には、式(10)は鎖交磁束Λ0を有さないので、鎖交磁束Λ0のばらつきを考慮しなくて良い。   In addition, when employ | adopting Formula (10), since Formula (10) does not have linkage flux Λ0, it is not necessary to consider the dispersion | variation in linkage flux Λ0.

<3.逆突極性の電動機>
<3−1.脱調判別不等式を用いた脱調検出1>
次に、逆突極性の電動機について説明する。逆突極性の電動機においては、その定義上、d軸インダクタンスLdがq軸インダクタンスLqよりも小さい。このような電動機としては、例えば周方向における永久磁石の相互間(より詳細には極間)においてコアの一部が介在する界磁を採用した電動機がある。例えば永久磁石がコアに埋設される埋込磁石同期電動機を例示できる。
<3. Reverse saliency electric motor>
<3-1. Step-out detection using step-out discrimination inequality 1>
Next, a reverse saliency electric motor will be described. In a motor having a reverse saliency, by definition, the d-axis inductance Ld is smaller than the q-axis inductance Lq. As such an electric motor, for example, there is an electric motor adopting a field in which a part of a core is interposed between permanent magnets in the circumferential direction (more specifically, between poles). For example, an embedded magnet synchronous motor in which a permanent magnet is embedded in the core can be exemplified.

ここで、以下に示すインダクタンス行列[L(φc)]を導入する。   Here, an inductance matrix [L (φc)] shown below is introduced.

Figure 0005854057
Figure 0005854057

このインダクタンス行列[L(φc)]は、式(2)の右辺において丸括弧()で囲まれる部分と同じであり、2行2列の行列である。以下では、インダクタンス行列[L(φc)}の各要素を式(14)に示すように、値Lδδ,Lδγ,Lγδ,Lγγとも表現する。 This inductance matrix [L (φc)] is the same as the portion surrounded by the parentheses () on the right side of Equation (2), and is a matrix of 2 rows and 2 columns. In the following, each element of the inductance matrix [L (.phi.c)} as shown in equation (14), the value L δδ, L δγ, L γδ , also expressed as L γγ.

また簡単のために、式(1)において定常状態を想定して微分演算子pで示される項を零に近似し、さらにインダクタンス行列[L(φc)]も用いると、電圧方程式は以下の式で表される。   For simplicity, assuming that a steady state is assumed in Equation (1), the term indicated by the differential operator p is approximated to zero, and the inductance matrix [L (φc)] is also used. It is represented by

Figure 0005854057
Figure 0005854057

式(15)を参照して、電圧Vγcについての電圧方程式には余弦値(cosφc)が存在することが分かる。よって、電圧Vγcについての電圧方程式を変形し、余弦値(cosφc)を示す等価式を以下のように導く。 Referring to equation (15), the voltage equation for the voltage V [gamma] c it can be seen that the cosine value (Cosfaishi) is present. Thus, by modifying the voltage equation of the voltage V [gamma] c, derived as follows equivalent expression indicating the cosine value (cosφc).

Figure 0005854057
Figure 0005854057

推定位相角φcの範囲は例えば−90度以上90度以下であるので、推定位相角φcの余弦値(cosφc)は零以上である。したがって、以下の不等式が導かれる。   Since the range of the estimated phase angle φc is, for example, not less than −90 degrees and not more than 90 degrees, the cosine value (cos φc) of the estimated phase angle φc is not less than zero. Therefore, the following inequality is derived.

Figure 0005854057
Figure 0005854057

式(17)において、値Lδδ,Lδγは、推定位相角φcに依存する(式(14)も参照)。図2は、値Lδδ,Lδγの一例を示す図である。しかしながら、ここでは、脱調検出のための推定位相角φcの算出を行なわないので、以下のように値Lδδ,Lδγを決定する。 In equation (17), the values L δδ and L δγ depend on the estimated phase angle φc (see also equation (14)). FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the values L δδ and L δγ . However, since the estimated phase angle φc for step-out detection is not calculated here , the values L δδ and L δγ are determined as follows.

第1の決定方法として、推定位相角φcを±90度に近似して、値Lδδ,Lδγを決定する。その妥当性について次に説明する。推定位相角φcが−90度以上90度以下の範囲を超えるときに、式(17)の左辺が零より小さい。したがって、脱調検出としては、推定位相角φcが90度近傍または−90度近傍にある場合を考慮すればよい。よって、ここでは、推定位相角φcを±90度に近似しているのである。 As a first determination method, the estimated phase angle φc is approximated to ± 90 degrees, and the values L δδ and L δγ are determined. The validity will be described next. When the estimated phase angle φc exceeds the range of −90 degrees or more and 90 degrees or less, the left side of Expression (17) is smaller than zero. Therefore, as the step-out detection, a case where the estimated phase angle φc is in the vicinity of 90 degrees or in the vicinity of −90 degrees may be considered. Therefore, here, the estimated phase angle φc is approximated to ± 90 degrees.

式(14)においてφc=±90を代入すると、値Lδδはq軸インダクタンスLq(=L0−L1)と一致し、値Lδγは零と一致するので、以下の不等式が導かれる。 When φc = ± 90 is substituted in the equation (14), the value L δδ matches the q-axis inductance Lq (= L0−L1), and the value L δγ matches zero, so the following inequality is derived.

Figure 0005854057
Figure 0005854057

これは、式(10)と同じである。   This is the same as equation (10).

また、簡易的な脱調検出として、式(18)においてq軸インダクタンスLqの替わりに、d軸インダクタンスLd、または、d軸インダクタンスLdとq軸インダクタンスLqとの平均値(=L0)等を採用しても良い。   As simple step-out detection, d-axis inductance Ld or an average value (= L0) of d-axis inductance Ld and q-axis inductance Lq is used instead of q-axis inductance Lq in equation (18). You may do it.

<3−2.脱調判別不等式を用いた脱調検出2>
第2の決定方法として、式(17)の左辺が最も小さくなるように、値Lδδ,Lδγを決定する。つまり、脱調判別不等式を満足しにくい値を採用するのである。これにより、脱調しているにも拘わらず、脱調していないと判別することを抑制する。
<3-2. Step-out detection using step-out discrimination inequality 2>
As a second determination method, the values L δδ and L δγ are determined so that the left side of Expression (17) is minimized . That is, a value that does not easily satisfy the step-out discrimination inequality is adopted. Thereby, it is suppressed that it is determined that there is no step out even though it is out of step.

まず、値Lδδについて考慮する。式(17)の左辺を展開して考慮すれば、値Lδδは式(17)の左辺の第3項{−ω1・Lδδ・iδc・sgn(ω1)}のみに含まれる。ω1・sgn(ω1)=|ω1|が成立することを考慮すると、この第3項は、値(−|ω1|・Lδδ・iδc)で表される。よって、他の項の値および回転速度ω1を固定して考慮すると、当該第3項は、回転速度ω1の正負に依らずに、値(Lδδ・iδc)が最も大きいときに最も小さくなり、ひいては式(17)の左辺が最も小さくなる。 First, consider the value L δδ . Considering expand the left-hand side of equation (17), the value L .DELTA..delta is included only in the equation the third term of the left side of (17) {-ω1 · L δδ · i δc · sgn (ω1)}. When considering that holds, the third term, the value ω1 · sgn (ω1) = | | ω1 - represented by (| · L δδ · i δc | ω1). Thus, when considered in fixing the value and the rotational speed .omega.1 of other terms, the third term, regardless of the sign of the rotational speed .omega.1, the value (L δδ · i δc) is smallest becomes when the largest As a result, the left side of the equation (17) becomes the smallest.

値(Lδδ・iδc)は電流iδcを比例係数として値Lδδに比例する。よって、電流iδcが負であるときには、値(Lδδ・iδc)は、値Lδδが最小値を採るときに最も大きくなる。値L1が負である(なぜならLd<Lq)ことに注意すると、式(14)および図2から理解できるように、値Lδδは、cos(2φc)が1を採るときに最小値(=Ld)を採る。よって、電流iδcが負であるときには、値Lδδとしてd軸インダクタンスLdを採用する。 Value (L δδ · i δc) is proportional to the value L .DELTA..delta current i .delta.c as a proportional coefficient. Therefore, when the current i .delta.c is negative, the value (L δδ · i δc), most increased when the value L .DELTA..delta takes a minimum value. Note that the value L1 is negative (because Ld <Lq), as can be seen from equation (14) and FIG. 2, the value L δδ is the minimum value when cos (2φc) takes 1 (= Ld ). Therefore, when the current i δc is negative, the d-axis inductance Ld is adopted as the value L δδ .

一方で、電流iδcが正である場合には、値(Lδδ・iδc)は、値Lδδが最大値を採るときに最も大きくなる。値L1が負であることに注意すると、式(14)および図2から理解できるように、値Lδδは、cos(2φc)が−1を採るときに最大値(=Lq)を採る。よって、電流iδcが正であるときには、値Lδδとしてq軸インダクタンスLqを採用する。 On the other hand, when the current i .delta.c is positive, the value (L δδ · i δc), the value L .DELTA..delta is largest when the maximum value. When it is noted that the value L1 is negative, as can be understood from the equation (14) and FIG. 2, the value L δδ takes the maximum value (= Lq) when cos (2φc) takes -1. Therefore, when the current i δc is positive, the q-axis inductance Lq is adopted as the value L δδ .

言い換えれば、d軸インダクタンスLdおよびq軸インダクタンスLqのうち、値(Lδδ・iδc)が大きくなる方を、値Lδδとして採用すればよい。これにより、式(17)の第3項を最も小さくできる。 In other words, among the d-axis inductance Ld and q-axis inductance Lq, whichever value (L δδ · i δc) is increased, it may be adopted as the value L .DELTA..delta. Thereby, the 3rd term of a formula (17) can be made the smallest.

次に、値Lδγについて考慮する。式(17)の左辺を展開して考慮すれば、値Lδγは式(17)の左辺の第4項{−ω1・Lδγ・iγc・sgn(ω1)}のみに含まれる。ω1・sgn(ω1)=|ω1|が成立することを考慮すると、この第4項は、値(−|ω1|・Lδγ・iγc)で表される。よって、他の項の値および回転速度ω1を固定して考慮すると、当該第4項は、値(Lδγ・iγc)が最も大きいときに最も小さくなり、ひいては式(17)の左辺が最も小さくなる。 Next, the value L δγ is considered. Considering expand the left-hand side of equation (17), the value L [Delta] [gamma] are included only in the equation the fourth term of the left side of (17) {-ω1 · L δγ · i γc · sgn (ω1)}. When considering that holds, the fourth term, the value ω1 · sgn (ω1) = | | ω1 - represented by (| · L δγ · i γc | ω1). Thus, when considered in fixing the value and the rotational speed ω1 of the other terms, the fourth term is most reduced when the value (L [Delta] [gamma] · i [gamma] c) is the largest, and thus the left-hand side of equation (17) is most Get smaller.

値L1が負であることに注意すると、式(14)および図2から理解できるように、値Lδγは、sin(2φc)が1を採るときに最大値(=−L1)を採り、sin(2φc)が1を採るときに最大値(=−L0)を採る。したがって、値(−L1){=−(Ld−Lq)/2},L1{=(Ld−Lq)/2}のうち、値(Lδγ・iγc)が大きくなる方を、値Lδγとして採用すればよい。これにより、式(17)の第4項を最も小さくできる。 When it is noted that the value L1 is negative, as can be understood from the equation (14) and FIG. 2, the value L δγ takes the maximum value (= −L1) when sin (2φc) takes 1, and sin When (2φc) takes 1, the maximum value (= −L0) is taken. Thus, the value (-L1) {= - (Ld -Lq) / 2}, L1 {= (Ld-Lq) / 2} of the person who values (L δγ · i γc) increases, the value L [Delta] [gamma] It may be adopted as. Thereby, the 4th term of a formula (17) can be made the smallest.

また値Lδγは正弦波(−L1・sin(2φc))に沿って変動するので、その最大値と最小値の絶対値とは互いに等しく、−L1=(Lq−Ld)/2を採る。よって値(Lδγ・iγc)の最大値は、(Lq−Ld)・max[iγc,−iγc]/2とも表すことができる。 Since the value L δγ varies along a sine wave (−L1 · sin (2φc)), the maximum value and the absolute value of the minimum value are equal to each other, and −L1 = (Lq−Ld) / 2. Thus the maximum value of the value (L δγ · i γc) can be expressed (Lq-Ld) · max [ i γc, -i γc] also / 2.

以上の内容に基づいて、脱調判別不等式は以下の式で表すことができる。   Based on the above contents, the step-out discrimination inequality can be expressed by the following formula.

Figure 0005854057
Figure 0005854057

また上述のように値Lδγを採用すれば、電流iγcの正負によらず、値(Lδγ・iγc)は値{(Lq−Ld)・|iγc|/2}を採る。よって式(19)において、max[iγc,−iγc]を|iγc|で表してもよい。 Also by adopting the value L [Delta] [gamma] as described above, regardless of the polarity of the current i [gamma] c, the value (L δγ · i γc) value take {(Lq-Ld) · | / 2 | i γc}. Therefore, in the formula (19), max [i γc , −i γc ] may be represented by | i γc |.

<3−3.機器定数>
抵抗値R、d軸インダクタンスLdおよびq軸インダクタンスLqには、製造上または物性上のばらつきが存在するので、<2−2.機器定数>において述べたように、当該ばらつきを考慮しても良い。
<3-3. Device constant>
Since the resistance value R, the d-axis inductance Ld, and the q-axis inductance Lq have variations in manufacturing or physical properties, <2-2. As described in “Device constant>, the variation may be taken into consideration.

例えば式(18)を用いる場合には、ばらつきの範囲内のうち、式(18)の左辺が最も小さくなる値を、抵抗値RおよびインダクタンスLqの値として採用すればよい。より詳細には、式(11)を用いればよい。   For example, when Expression (18) is used, a value that minimizes the left side of Expression (18) within a variation range may be employed as the resistance value R and the inductance Lq. More specifically, equation (11) may be used.

また式(19)を用いる場合にも、ばらつきの範囲内のうち、式(19)の左辺が最も小さくなる値を、抵抗値R、d軸インダクタンスLdおよびq軸インダクタンスLqの値として採用すればよい。   Also when using equation (19), if the value with the smallest left side of equation (19) is adopted as the value of resistance value R, d-axis inductance Ld, and q-axis inductance Lq within the range of variation. Good.

まず抵抗値Rについて考慮する。この抵抗値Rは式(19)の左辺の第2項のみに含まれている。この第2項は、式(10)の第2項と同じであるので、式(11)の第2項と同様にして、抵抗値Rを決定すればよい。   First, the resistance value R is considered. This resistance value R is included only in the second term on the left side of equation (19). Since this second term is the same as the second term of Equation (10), the resistance value R may be determined in the same manner as the second term of Equation (11).

次に式(19)の左辺の第3項について考慮する。第3項のうち値(Ld・iδc)は、上述したように、電流iδcが負である場合に値(Lδδ・iδc)の最大値として採用される値である。よって、d軸インダクタンスLdのばらつきを考慮する場合にも、値(Ld・iδc)が最も大きくなるように、d軸インダクタンスLdの値を決定する必要がある。電流iδcは負であるので、d軸インダクタンスLdの下限値Ldminが採用されるときに、値(Ld・iδc)が最も大きくなる。よってこのとき、値Lδδとしてd軸インダクタンスLdの下限値Ldminを採用する。 Next, the third term on the left side of Equation (19) is considered. Out value of the third term (Ld · i δc), as described above, a value current i .delta.c is adopted as the maximum value of the value (L δδ · i δc) in the case of negative. Therefore, even when the variation of the d-axis inductance Ld is taken into consideration, it is necessary to determine the value of the d-axis inductance Ld so that the value (Ld · i δc ) becomes the largest. Since the current i δc is negative, the value (Ld · i δc ) becomes the largest when the lower limit value Ld min of the d-axis inductance Ld is adopted. Therefore, at this time, the lower limit Ld min of the d-axis inductance Ld is adopted as the value L δδ .

また第3項のうち値(Lq・iδc)は、上述したように、電流iδcが正である場合に値(Lδδ・iδc)の最大値として採用される値である。よって、q軸インダクタンスLqのばらつきを考慮する場合にも、値(Lq・iδc)が最も大きくなるように、q軸インダクタンスLqの値を決定する。電流iδcが正であるので、q軸インダクタンスLqの上限値Lqmaxが採用されるときに、値(Lq・iδc)が最も大きくなる。よってこのとき、値Lδδとしてq軸インダクタンスLqの上限値Lqmaxを採用する。 The value out of the third term (Lq · i δc), as described above, a value current i .delta.c is adopted as the maximum value of the value (L δδ · i δc) in the case is positive. Therefore, the value of the q-axis inductance Lq is determined so that the value (Lq · i δc ) becomes the largest even when the variation of the q-axis inductance Lq is taken into consideration. Since the current i δc is positive, the value (Lq · i δc ) becomes the largest when the upper limit value Lq max of the q-axis inductance Lq is adopted. Therefore, at this time, the upper limit value Lq max of the q-axis inductance Lq is adopted as the value L δδ .

言い換えれば、d軸インダクタンスLdの上限値Ldmaxおよびq軸インダクタンスLqの下限値Ldminのうち、値(Lδδ・iδc)が大きくなる方を、値Lδδとして採用すればよい。 In other words, among the upper limit value Ld max and q-axis inductance Lq of the lower limit Ld min of d-axis inductance Ld, whichever value (L δδ · i δc) is increased, it may be adopted as the value L .DELTA..delta.

次に式(19)の左辺の第4項について説明する。第4項は、電流iγcの正負によらず、{−|ω1|・(Lq−Ld)・max[iγc,−iγc]/2}で表される。よって、d軸インダクタンスLdおよびq軸インダクタンスのばらつきを考慮すると、値(Lq−Ld)が最も大きくなるときに、第4項は最も小さくなる。よって、値(Lq−Ld)としては値(Lqmax−Ldmin)を採用する。 Next, the fourth term on the left side of Equation (19) will be described. The fourth term is represented by {− | ω1 | · (Lq−Ld) · max [i γc , −i γc ] / 2} regardless of whether the current i γc is positive or negative. Therefore, in consideration of variations in the d-axis inductance Ld and the q-axis inductance, the fourth term is the smallest when the value (Lq−Ld) is the largest. Therefore, the value (Lq max −Ld min ) is adopted as the value (Lq−Ld).

上述の内容を定式化すると、以下の式が導かれる。   When the above content is formulated, the following equation is derived.

Figure 0005854057
Figure 0005854057

これにより、製造上または物性上のばらつきに起因して脱調しているのも拘わらず脱調を検出できない事態を、回避することができる。   As a result, it is possible to avoid a situation in which step-out cannot be detected despite step-out due to variations in manufacturing or physical properties.

なお式(20)の左辺の第3項および第4項を、式(19)の左辺の第3項および第4項を用いて説明すると、次のようにも説明できる。即ち、式(19)の第3項および第4項において、d軸インダクタンスLdとして下限値Ldminを採用し、q軸インダクタンスLqとして上限値Lqmaxを採用したものが、式(20)の左辺の第3項および第4項となる。 If the third and fourth terms on the left side of Equation (20) are described using the third and fourth terms on the left side of Equation (19), they can also be explained as follows. That is, in the third and fourth terms of the equation (19), the lower limit Ld min is adopted as the d-axis inductance Ld and the upper limit Lq max is adopted as the q-axis inductance Lq. These are the third and fourth terms.

また上述の例では、抵抗値Rおよびインダクタンスの両方のばらつきを考慮したが、いずれか一方のみを考慮しても良い。   Further, in the above-described example, variation in both the resistance value R and the inductance is considered, but only one of them may be considered.

<4.電動機駆動装置の構成>
図3を参照して、脱調検出装置を備えた電動機駆動システムについて説明する。電動機駆動システムは、駆動装置1と電動機2と制御部3と判定部4と電流検出部5とを備えている。駆動装置1は電動機2へと交流電圧を印加して交流電流を出力する。これにより電動機2が駆動される。電動機2は電機子21と界磁23とを備えている。電機子21は電機子巻線22を有する。図3の例示では、3つの電機子巻線22の一端の各々が駆動装置1に接続され、他端同士が接続される。かかる接続はいわゆるスター接続と呼ばれる。これらの電機子巻線22に三相交流電圧が印加されることによって、電機子巻線22は回転磁界を界磁23へと印加する。界磁23は電機子21へと鎖交磁束(界磁23による電機子21への鎖交磁束)を供給し、電機子21に対して回転磁界と同期して回転する。
<4. Configuration of Electric Motor Drive Device>
With reference to FIG. 3, the electric motor drive system provided with the step-out detection device will be described. The electric motor drive system includes a drive device 1, an electric motor 2, a control unit 3, a determination unit 4, and a current detection unit 5. The drive device 1 applies an alternating voltage to the electric motor 2 and outputs an alternating current. Thereby, the electric motor 2 is driven. The electric motor 2 includes an armature 21 and a field 23. The armature 21 has an armature winding 22. In the illustration of FIG. 3, one end of each of the three armature windings 22 is connected to the driving device 1 and the other ends are connected to each other. Such a connection is called a so-called star connection. When a three-phase AC voltage is applied to these armature windings 22, the armature windings 22 apply a rotating magnetic field to the field magnets 23. The field magnet 23 supplies linkage flux (linkage flux to the armature 21 by the field magnet 23) to the armature 21, and rotates with respect to the armature 21 in synchronization with the rotating magnetic field.

図3の例示では、駆動装置1はインバータであって、正極の直流電源線LHと負極の直流電源線LLとの間の直流電圧Vdcを入力し、この直流電圧Vdcを交流電圧に変換する。例えば駆動装置1は一対のスイッチング素子を三相分備えている。各相の一対のスイッチング素子は、直流電源線LH,LLの間で互いに直列に接続される。一対のスイッチング素子を接続する接続点は、相毎に対応する電機子巻線22の一端に接続される。各スイッチング素子には、ダイオードが並列に接続されていても良い。このダイオードの順方向は、直流電源線LLから直流電源線LHへと向かう方向である。   In the illustration of FIG. 3, the driving device 1 is an inverter, and inputs a DC voltage Vdc between the positive DC power supply line LH and the negative DC power supply line LL, and converts the DC voltage Vdc into an AC voltage. For example, the driving device 1 includes a pair of switching elements for three phases. A pair of switching elements of each phase are connected in series between the DC power supply lines LH and LL. A connection point connecting the pair of switching elements is connected to one end of the armature winding 22 corresponding to each phase. A diode may be connected in parallel to each switching element. The forward direction of the diode is a direction from the DC power supply line LL to the DC power supply line LH.

駆動装置1は制御部3から制御信号Sを受け取る。かかる制御信号は、駆動装置1による交流電圧の印加を制御するための信号である。言い換えれば、駆動装置1は制御部3によって制御される。例えば制御部3は駆動装置1に属するスイッチング素子へと制御信号(スイッチング信号)Sを与える。スイッチング素子は当該制御信号Sに基づいて導通/非導通する。適切な制御信号Sがスイッチング素子に与えられることで、駆動装置1は直流電圧Vdcを交流電圧に変換して電動機2に印加することができる。   The driving device 1 receives a control signal S from the control unit 3. Such a control signal is a signal for controlling application of an alternating voltage by the driving device 1. In other words, the driving device 1 is controlled by the control unit 3. For example, the control unit 3 gives a control signal (switching signal) S to the switching elements belonging to the driving device 1. The switching element is turned on / off based on the control signal S. By supplying an appropriate control signal S to the switching element, the driving device 1 can convert the DC voltage Vdc into an AC voltage and apply it to the electric motor 2.

なお駆動装置1および電動機2は必ずしも三相に限らず、単相であっても三相以上であってもよい。   The drive device 1 and the electric motor 2 are not necessarily limited to three phases, and may be a single phase or three or more phases.

<5.制御>
<5−1.電動機に印加する電圧についての指令値の具体例>
制御を行なうための電圧指令(電機に印加する電圧についての指令)[Vδ ,Vγ ]は、例えば、電動機のδc−γc座標系における電圧方程式(式(1)参照)において、空隙磁束[λδγc]を[λδ λγ と置き、回転速度ω1についての回転速度指令ω1を導入することで、以下の式で簡易的に求めることができる。ここでは、一例として、定常状態を想定することで、微分演算子の項を零に近似する。ただし、本実施の形態はこれに限らず、微分演算子も考慮しても構わない。
<5. Control>
<5-1. Specific example of command value for voltage applied to motor>
The voltage command (command about the voltage applied to the electric machine) [V δ * , V γ * ] for performing the control is, for example, the gap in the voltage equation (see equation (1)) in the δc-γc coordinate system of the motor. By setting the magnetic flux [λ δγc ] as [λ δ * λ γ * ] t and introducing the rotational speed command ω1 * for the rotational speed ω1, it can be easily obtained by the following equation. Here, as an example, the term of the differential operator is approximated to zero by assuming a steady state. However, this embodiment is not limited to this, and a differential operator may be considered.

Figure 0005854057
Figure 0005854057

式(21)において、電流iδc,iγcは検出値である。この電流iδc,iγcは電流検出部5に用いて検出される。電流検出部5は、電動機2(より詳細には電機子巻線22)を流れる交流電流を検出する。図3の例示では、三相の交流電流iu,iv,iwが検出されているものの、二相のみの交流電流が検出されても良い。理想的には三相の交流電流iu,iv,iwの総和は零であるので、二相の交流電流から残りの一相の交流電流を算出できるからである。そして、周知の座標変換を用いて、この交流電流から電流iδc,iγcを算出することで、電流iδc,iγcが検出される。回転速度ω1は例えば後述するようにして算出される。一次磁束制御では、空隙磁束指令λγ は零に設定される。 In Expression (21), currents i δc and i γc are detected values. The currents i δc and i γc are detected by the current detector 5. The current detection unit 5 detects an alternating current flowing through the electric motor 2 (more specifically, the armature winding 22). In the illustration of FIG. 3, three-phase alternating currents iu, iv, and iw are detected, but only two-phase alternating currents may be detected. Ideally, the sum of the three-phase alternating currents iu, iv, and iw is zero, so that the remaining one-phase alternating current can be calculated from the two-phase alternating current. Then, the currents i δc and i γc are detected by calculating the currents i δc and i γc from the alternating current using a known coordinate transformation. The rotational speed ω1 is calculated as will be described later, for example. In the primary magnetic flux control, the air gap magnetic flux command λ γ * is set to zero.

式(21)では、いわゆるフィードフォワード制御のみを行なうことになる。よって電圧Vδcと電圧指令Vδ との間には偏差(以下、誤差とも呼ぶ)が生じ、電圧Vγcと電圧指令Vγ との間にも誤差が生じ得る。ひいては、空隙磁束[λδγc]と空隙磁束指令値[λ]との間にも、誤差[Δλ]が生じ得る。またこの誤差[Δλ]に伴って、推定位相角φcと負荷角φとの間にも誤差Δφが生じる。 In equation (21), only so-called feedforward control is performed. Therefore, a deviation (hereinafter also referred to as an error) occurs between the voltage V δc and the voltage command V δ *, and an error can also occur between the voltage V γc and the voltage command V γ * . As a result, an error [Δλ] may also occur between the air gap magnetic flux [λ δγc ] and the air gap magnetic flux command value [λ * ]. Further, with this error [Δλ], an error Δφ also occurs between the estimated phase angle φc and the load angle φ.

よって、このような誤差を低減すべく、フィードバック制御を行なってもよい。例えば空隙磁束指令値[λ]と空隙磁束[λδγc]との偏差にフィードバックゲインGλを乗じた値を、フィードバック量[B]として、式(21)の右辺に加算する。なお以下では、式(21)の右辺をフィードフォワード量[F]とも規定する。このときの電圧指令が、以下に示される。 Therefore, feedback control may be performed to reduce such an error. For example, a value obtained by multiplying the deviation between the gap magnetic flux command value [λ * ] and the gap magnetic flux [λ δγc ] by the feedback gain Gλ is added to the right side of the equation (21) as a feedback amount [B]. In the following, the right side of equation (21) is also defined as the feedforward amount [F]. The voltage command at this time is shown below.

Figure 0005854057
Figure 0005854057

フィードバックゲインGλはスカラー量として示したが、空隙磁束の偏差に対して作用する2行2列の非零行列であってもよい。   Although the feedback gain Gλ is shown as a scalar quantity, it may be a non-zero matrix of 2 rows and 2 columns that acts on the deviation of the air gap magnetic flux.

理想的には、フィードバック量[B]が0となれば、空隙磁束[λδγc]が空隙磁束指令値[λ]と一致することになり、式(4)で示される定常状態が、δc−γc回転座標系における制御で実現できていることになる。また、これにより、δ−γ回転座標系がδc−γc回転座標系に一致することになる。 Ideally, when the feedback amount [B] becomes 0, the air gap magnetic flux [λ δγc ] coincides with the air gap magnetic flux command value [λ * ], and the steady state represented by the equation (4) becomes δc . This is realized by control in the -γc rotating coordinate system. As a result, the δ-γ rotational coordinate system coincides with the δc-γc rotational coordinate system.

或いは、フィードバック量[B]を電流の偏差から求めてもよい。具体的には式(23)に従ってフィードバック量[B]を求めてもよい。但しフィードバックゲインGi(≠0)及び電流[iδγc]の指令値[i]=[iδ γ を導入した。フィードバックゲインGiは電流の偏差に対して作用する2行2列の非零行列であってもよい。 Or you may obtain | require feedback amount [B] from the deviation of an electric current. Specifically, the feedback amount [B] may be obtained according to the equation (23). However, the feedback gain Gi (≠ 0) and the command value [i * ] = [i δ * i γ * ] t of the current [i δγc ] were introduced. The feedback gain Gi may be a non-zero matrix of 2 rows and 2 columns that acts on the current deviation.

Figure 0005854057
Figure 0005854057

これにより誤差を低減することができる。ひいては、より精度よく制御を行なうことができる。   Thereby, an error can be reduced. As a result, control can be performed with higher accuracy.

なおフィードバック制御においては、比例制御に替えて、或いはこれと共に積分制御などを行なってもよい。或いは、フィードフォワード量[F]を用いずに、フィードバック量[B]のみで、電圧指令[V]を算出しても良い。 In feedback control, integral control or the like may be performed instead of or in combination with proportional control. Alternatively, the voltage command [V * ] may be calculated using only the feedback amount [B] without using the feedforward amount [F].

<5−2.制御部の内部構成の一例>
制御部3は、回転速度算出部32と位相演算部33と座標変換部34,36と電圧指令演算部35と制御信号生成部37とを有している。
<5-2. Example of internal configuration of control unit>
The control unit 3 includes a rotation speed calculation unit 32, a phase calculation unit 33, coordinate conversion units 34 and 36, a voltage command calculation unit 35, and a control signal generation unit 37.

回転速度算出部32は回転速度ω1を算出する。例えば回転速度算出部32は、速度指令補正部321と速度補償部322と減算器323とを有する。速度指令補正部321は、例えば外部から、電動機2についての回転速度指令(機械)ωrmを入力し、これに電動機の極対数を乗算して回転速度指令(電気)ω1を生成する。速度補償部322は例えば電流iγcを入力し、この電流iγcの直流分を除去し、これを定数倍して、補償量として減算器323へと出力する。減算器323は、回転速度指令ω1から補償量を減算して、回転速度ω1を算出する。このような回転速度ω1の算出は非特許文献2に記載されているとおりである。なお、非特許文献1に記載されているように、回転速度ω1を算出しても構わない。 The rotation speed calculation unit 32 calculates the rotation speed ω1. For example, the rotation speed calculation unit 32 includes a speed command correction unit 321, a speed compensation unit 322, and a subtracter 323. The speed command correction unit 321 inputs, for example, a rotational speed command (machine) ωrm * for the electric motor 2 from the outside, and multiplies this by the number of pole pairs of the motor to generate a rotational speed command (electrical) ω1 * . The speed compensation unit 322 receives, for example, the current i γc , removes the direct current component of the current i γc , multiplies it by a constant, and outputs it as a compensation amount to the subtracter 323. The subtracter 323 calculates the rotational speed ω1 by subtracting the compensation amount from the rotational speed command ω1 * . Such calculation of the rotational speed ω1 is as described in Non-Patent Document 2. Note that the rotational speed ω1 may be calculated as described in Non-Patent Document 1.

位相演算部33は回転速度ω1を入力し、これを積分して位相角θを算出する。この位相角θは、固定座標系(UVW相の固定座標系)と、δc−γc回転座標系との間の位相角に相当する。   The phase calculator 33 receives the rotational speed ω1 and integrates it to calculate the phase angle θ. This phase angle θ corresponds to the phase angle between the fixed coordinate system (fixed coordinate system of the UVW phase) and the δc-γc rotating coordinate system.

座標変換部34は、電流検出部5から交流電流iu,iv,iwと、位相演算部33からの位相角θを入力し、周知の座標変換を用いて電流iδc,iγcを算出する。 The coordinate conversion unit 34 receives the alternating currents iu, iv, iw from the current detection unit 5 and the phase angle θ from the phase calculation unit 33, and calculates the currents i δc , i γc using well-known coordinate conversion.

電圧指令演算部35は、回転速度ω1と電流iδc,iγcと空隙磁束指令値[λ]を入力し、上述したように、電圧指令Vδ ,Vγ を算出する。機器定数(抵抗値R、インダクタンスLd,Lqおよび鎖交磁束Λ0)を要する場合には、これらを制御部3内に予め格納しておく。 The voltage command calculation unit 35 receives the rotational speed ω1, the currents i δc and i γc and the air gap magnetic flux command value [λ * ], and calculates the voltage commands V δ * and V γ * as described above. When device constants (resistance value R, inductances Ld, Lq, and flux linkage Λ0) are required, these are stored in the control unit 3 in advance.

座標変換部36は、電圧指令Vδ ,Vγ と位相角θとを入力し、周知の座標変換を用いて、駆動装置1が出力する交流電圧についての、三相の固定座標系における電圧指令Vu,Vv,Vwを算出する。 The coordinate conversion unit 36 receives the voltage commands V δ * and V γ * and the phase angle θ, and uses a known coordinate conversion in the three-phase fixed coordinate system for the AC voltage output from the driving device 1. Voltage commands Vu * , Vv * , Vw * are calculated.

制御信号生成部37は、電圧指令Vu,Vv,Vwを入力し、周知のようにして駆動装置1を制御する制御信号(インバータに属するスイッチング素子のスイッチ信号)を生成する。例えばキャリアと電圧指令Vu,Vv,Vwとの比較に基づいて、制御信号を生成する。 The control signal generator 37 receives the voltage commands Vu * , Vv * , Vw * , and generates a control signal (switch signal of the switching element belonging to the inverter) for controlling the driving device 1 in a known manner. For example, the control signal is generated based on a comparison between the carrier and the voltage commands Vu * , Vv * , Vw * .

<5−3.判定部>
判定部4は、座標変換部34から電流iδc,iγcを入力し、電圧指令演算部35から電圧指令Vδ ,Vγ を入力し、回転速度算出部32から回転速度ω1を入力する。制御部3(あるいは判定部4)内には、機器定数(或いは更にその上限値、下限値)が適宜に格納される。
<5-3. Judgment part>
The determination unit 4 inputs currents i δc and i γc from the coordinate conversion unit 34, inputs voltage commands V δ * and V γ * from the voltage command calculation unit 35, and inputs a rotation speed ω 1 from the rotation speed calculation unit 32. To do. In the control unit 3 (or determination unit 4), device constants (or further upper limit values and lower limit values thereof) are appropriately stored.

判定部4は、電流iδc,iγc、電圧指令Vδ ,Vγ および回転速度ω1を適宜に用いて、脱調判別不等式(例えば式(9)〜式(12)および式(17)〜式(20)のいずれか)を満足するか否かを判別する。このとき、脱調判定不等式の電圧Vγc、回転速度ω1,電流iδc,iγcとして、それぞれ、電圧指令Vγ 、回転速度算出部32によって算出された回転速度ω1、および、電流検出部5と座標変換部34との一組によって検出された電流iδc,iγcを用いる。 The determination unit 4 appropriately uses the currents i δc , i γc , the voltage commands V δ * , V γ *, and the rotation speed ω 1 to appropriately determine the step-out determination inequality (for example, the expressions (9) to (12) and (17) ) To any one of the expressions (20)). At this time, the voltage V γc , the rotation speed ω 1, the current i δc , i γc of the step-out determination inequality equation, respectively, the voltage command V γ * , the rotation speed ω 1 calculated by the rotation speed calculation unit 32, and the current detection unit 5 and the current i δc , i γc detected by a pair of the coordinate converter 34 are used.

そして判定部4は、脱調判別不等式を満足しないと判定したときに、例えば脱調信号Jを出力して脱調を検出する。これにより、逆三角関数が不要となるので、より簡易な演算で脱調を検出することができる。脱調信号Jは、例えば制御信号生成部37に入力されても良い。例えば制御信号生成部37は、脱調信号Jに基づいて脱調の発生を認識したときに、駆動装置1を停止させる制御信号Sを駆動装置1へと出力する。これにより、脱調状態で電動機2を運転することを回避できる。   When the determination unit 4 determines that the step-out determination inequality is not satisfied, for example, the step-out signal J is output to detect step-out. As a result, the inverse trigonometric function is not necessary, and the step-out can be detected with a simpler calculation. The step-out signal J may be input to the control signal generator 37, for example. For example, when the occurrence of the step-out is recognized based on the step-out signal J, the control signal generation unit 37 outputs a control signal S for stopping the drive unit 1 to the drive unit 1. Thereby, it can avoid operating the electric motor 2 in a step-out state.

なお、電圧指令演算部35、および、電流検出部5と座標変換部34との一組は、それぞれ、電圧指令Vδc を取得する電圧取得部、電流iδc,iγcを取得する電流取得部と把握できる。ただし、電圧Vδcとしては、電圧指令Vδc のみならず、検出部(或いは推定部)を設けて検出値(或いは推定値)を採用しても良い。一方で、電流iδc,iγcとしては、指令生成部(或いは推定部)を設けて指令値(或いは推定値)を採用しても良い。 Note that the voltage command calculation unit 35 and the pair of the current detection unit 5 and the coordinate conversion unit 34 are a voltage acquisition unit that acquires the voltage command V δc *, and a current acquisition that acquires the currents i δc and i γc , respectively. You can grasp the department. However, as the voltage V δc , not only the voltage command V δc * but also a detection value (or estimation value) may be adopted by providing a detection unit (or estimation unit). On the other hand, as the currents i δc and i γc , a command generation unit (or estimation unit) may be provided and command values (or estimation values) may be adopted.

なお上述の例では、主として一次磁束制御が行なわれる場合を例示して説明した。しかしながら、次のようにδc−γc回転座標系を設定して制御しても良い。例えばδ−γ回転座標系を、電圧方程式において変数として表現される物理ベクトル(電圧または電流など)と同相に設定する。そして、δc−γc回転座標系をδ−γ回転座標系と一致させる制御を行なってもよい。この制御は、例えば物理ベクトル(例えば電圧[Vδγc])のγ軸の成分(例えば電圧V)についての指令(例えば電圧指令Vγ )を零に設定することで、行なわれる。この場合であっても、電動機が脱調しない推定位相角φcの範囲を適宜に設定し、δ−γ回転座標系における電圧方程式と、当該範囲とを用いて、上述した説明と同様の技術思想を用いて、推定位相角φcを用いない脱調判別不等式を導出すればよい。 In the above example, the case where primary magnetic flux control is mainly performed has been described as an example. However, the control may be performed by setting the δc-γc rotating coordinate system as follows. For example, the δ-γ rotating coordinate system is set in phase with a physical vector (such as voltage or current) expressed as a variable in the voltage equation. And you may perform control which makes (delta) c-gamma rotational coordinate system correspond with (delta) -gamma rotational coordinate system. This control is performed, for example, by setting a command (eg, voltage command V γ * ) for a γ-axis component (eg, voltage V) of a physical vector (eg, voltage [V δγc ]) to zero. Even in this case, the range of the estimated phase angle φc at which the motor does not step out is appropriately set, and the technical idea similar to that described above is used by using the voltage equation in the δ-γ rotating coordinate system and the range. Is used to derive a step-out discrimination inequality that does not use the estimated phase angle φc.

なお、回転速度ω1が大きい範囲では、脱調判別式の抵抗値Rを含む項が、回転速度ω1を含む項に比して小さいので、抵抗値Rを含む項を零に近似しても良い。これにより、脱調判別式を簡易にすることができる。つまり、回転速度ω1が所定の基準値よりも大きいかどうかを判定し、肯定的に判定したときに、抵抗値Rを零に近似しても良い。   In the range where the rotational speed ω1 is large, the term including the resistance value R of the step-out discriminant is smaller than the term including the rotational speed ω1, and therefore the term including the resistance value R may be approximated to zero. . Thereby, the step-out discriminant can be simplified. That is, when it is determined whether or not the rotational speed ω1 is greater than the predetermined reference value, and the determination is positive, the resistance value R may be approximated to zero.

上記の種々の実施の形態は、互いの機能を損なわない限り、適宜に組み合わせることができる。   The various embodiments described above can be appropriately combined as long as the functions of each other are not impaired.

上記のブロック図は模式的であり、各部はハードウェアで構成することもできるし、ソフトウェアによって機能が実現されるマイクロコンピュータ(記憶装置を含む)で構成してもよい。各部で実行される各種手順、あるいは実現される各種手段又は各種機能の一部又は全部をハードウェアで実現しても構わない。   The above block diagram is schematic, and each unit may be configured by hardware, or may be configured by a microcomputer (including a storage device) whose function is realized by software. Various procedures executed by each unit or various means or various functions implemented may be realized by hardware.

マイクロコンピュータは、プログラムに記述された各処理ステップ(換言すれば手順)を実行する。上記記憶装置は、例えばROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、書き換え可能な不揮発性メモリ(EPROM(Erasable Programmable ROM)等)、ハードディスク装置などの各種記憶装置の1つ又は複数で構成可能である。当該記憶装置は、各種の情報やデータ等を格納し、またマイクロコンピュータが実行するプログラムを格納し、また、プログラムを実行するための作業領域を提供する。なお、マイクロコンピュータは、プログラムに記述された各処理ステップに対応する各種手段として機能するとも把握でき、あるいは、各処理ステップに対応する各種機能を実現するとも把握できる。   The microcomputer executes each processing step (in other words, a procedure) described in the program. The storage device is composed of one or more of various storage devices such as a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), a rewritable nonvolatile memory (EPROM (Erasable Programmable ROM), etc.), and a hard disk device, for example. Is possible. The storage device stores various information, data, and the like, stores a program executed by the microcomputer, and provides a work area for executing the program. It can be understood that the microcomputer functions as various means corresponding to each processing step described in the program, or can realize that various functions corresponding to each processing step are realized.

1 駆動装置
2 電動機
4 判定部
5 電流検出部
21 電機子
22 電機子巻線
23 界磁
32 回転速度算出部
34 座標変換部
35 電圧指令演算部
δc ,Vγc 電圧指令
δc,iγc 電流
ω1 回転速度指令
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Drive apparatus 2 Electric motor 4 Judgment part 5 Current detection part 21 Armature 22 Armature winding 23 Field 32 Rotational speed calculation part 34 Coordinate conversion part 35 Voltage command calculating part V ( delta ) c * , V ( gamma ) c * Voltage instruction i ( delta) c , i γc current ω1 * Rotation speed command

Claims (6)

界磁(23)と、電機子巻線(22)を含む電機子(21)とを有する電動機(2)と、前記電動機へと電圧を出力する駆動装置(1)とを有する電動機駆動装置において、前記電動機の脱調を検出する装置であって、
前記界磁による鎖交磁束と同相のd軸に対して位相角(φc)をなすδc軸と、前記δc軸に対して第1方向に位相が90度進むγc軸とを有する回転座標において、前記電機子巻線に流れる電流([iδγc])を取得する電流取得部(5,34)と、
前記δc軸と前記γc軸とを有する回転座標の回転速度(ω1)を演算する回転速度演算部(32)と、
前記回転座標において、前記電機子巻線に印加される電圧もしくはその指令である取得電圧([V])を取得する交流電圧取得部(35)と、
前記回転座標での前記電動機の電圧方程式において、前記電動機が脱調せずに回転するときの前記位相角の範囲を用いて導かれ、前記位相角を含まず、前記電流、前記回転速度および前記電圧を変数として含む脱調判別不等式を満たすか否かを判定し、前記脱調判別不等式を満たさないときに、前記電動機が脱調したと判定する判定部(4)と
を備える、脱調検出装置。
In an electric motor drive device having an electric motor (2) having a field (23) and an armature (21) including an armature winding (22), and a drive device (1) for outputting a voltage to the electric motor. , A device for detecting step-out of the electric motor,
In a rotating coordinate system having a δc axis that forms a phase angle (φc) with respect to the d axis in phase with the interlinkage magnetic flux by the field, and a γc axis whose phase advances 90 degrees in the first direction with respect to the δc axis, A current acquisition unit (5, 34) for acquiring a current ([i δγc ]) flowing through the armature winding;
A rotation speed calculation unit (32) for calculating a rotation speed (ω1) of a rotation coordinate having the δc axis and the γc axis;
An AC voltage acquisition unit (35) for acquiring an applied voltage ([V * ]) that is a voltage applied to the armature winding or an instruction thereof in the rotational coordinate;
In the voltage equation of the electric motor at the rotational coordinates, the electric motor is derived using the range of the phase angle when the electric motor rotates without being out of step, does not include the phase angle, the current, the rotational speed, and the A step-out detection comprising: a step-out detection inequality that determines whether or not a step-out determination inequality including a voltage as a variable is satisfied, and that determines that the motor has stepped out when the step-out determination inequality is not satisfied. apparatus.
前記位相角(φc)の前記範囲は、−x(xは0度以上180度未満)度以上x度以下の範囲であり、
前記電圧方程式のうち、前記電圧の([Vδγc])前記γc軸の成分(Vγc)についての電圧方程式には、前記位相角の余弦値(cosφc)が項として含まれており、
前記判定部(4)は、前記電圧の前記γc軸の成分についての前記電圧方程式を変形して導出されて前記余弦値を示し、前記電流([iδγc])、前記回転速度(ω1)、前記電圧の前記γc軸の成分を変数として含む等価式が、前記位相角の前記範囲に応じて決められる基準値より小さいときに、前記脱調を検出する、請求項1に記載の脱調検出装置。
The range of the phase angle (φc) is a range of −x (x is 0 degree or more and less than 180 degrees) degree or more and x degree or less,
Among the voltage equation, the voltage ([V δγc]) to the voltage equation for component (V [gamma] c) of the [gamma] c-axis, the cosine value of the phase angle (cosφc) is included as a term,
The determination unit (4) is derived by transforming the voltage equation for the γc-axis component of the voltage to indicate the cosine value, the current ([i δγc ]), the rotation speed (ω1), The step-out detection according to claim 1, wherein the step-out detection is detected when an equivalent expression including the γc-axis component of the voltage as a variable is smaller than a reference value determined in accordance with the range of the phase angle. apparatus.
前記位相角(φc)の前記範囲の上限値および下限値は、それぞれ−90度および90度であり、
前記電機子巻線の抵抗値およびインダクタンス、前記回転速度、前記取得電圧の前記γc軸の成分、前記電流の前記γc軸の成分および前記δc軸の成分を、それぞれR,Lq,ω1,Vγc,iγcおよびiδcとし、前記電動機の回転方向が前記第1方向であるときに前記回転速度が正となり、前記回転方向が前記第1方向とは反対であるときに前記回転速度が負となるものとすると、
前記判定部(4)は、式Vγc−R・iγc−ω1・Lq・iδcの正負の極性が前記回転速度の正負の極性と異なるときに、前記脱調を検出する、請求項2に記載の脱調検出装置。
The upper limit value and the lower limit value of the range of the phase angle (φc) are −90 degrees and 90 degrees, respectively.
The resistance value and inductance of the armature winding, the rotation speed, the γc-axis component of the acquired voltage, the γc-axis component and the δc-axis component of the current are R, Lq, ω1, and V γc , respectively. , I γc and i δc , the rotation speed is positive when the rotation direction of the motor is the first direction, and the rotation speed is negative when the rotation direction is opposite to the first direction. Assuming
The determination unit (4), when the positive and negative polarities of formula V γc -R · i γc -ω1 · Lq · it δc is different from the positive and negative polarities of the rotational speed, to detect the out-of claim 2 The step-out detection device described in 1.
前記判定部(4)は、
前記回転方向が前記第1方向であるときに、前記抵抗値の値として、前記電動機の製造公差及び動作温度の保証範囲で前記抵抗値が変動する範囲の上限値および下限値のうち、値R・iγcがより大きくなる方を採用し、前記回転方向が前記第1方向とは反対であるときに、前記値R・iγcがより小さくなるほうを採用し、
前記インダクタンスの値として、前記電動機の製造公差及び動作温度の保証範囲で前記インダクタンスが変動する範囲の上限値および下限値うち、値Lq・iδcがより大きくなる方を採用する、請求項3に記載の脱調検出装置。
The determination unit (4)
When the rotation direction is the first direction, the resistance value is a value R out of an upper limit value and a lower limit value of a range in which the resistance value varies within a guaranteed range of manufacturing tolerance and operating temperature of the motor. Adopting the one in which i γc becomes larger, and adopting the one in which the value R · i γc becomes smaller when the rotational direction is opposite to the first direction,
4. The value of Lq · i δc that is larger among the upper limit value and the lower limit value of the range in which the inductance varies within the guaranteed range of the manufacturing tolerance and operating temperature of the motor is adopted as the inductance value. Step-out detection device.
前記界磁(23)は、逆突極性を有する界磁であり、
前記電機子巻線の抵抗値が前記電動機の製造公差及び動作温度の保証範囲で変動する範囲の上限値および下限値、前記電機子巻線のインダクタンスの前記d軸の成分および前記d軸に対して前記第1方向に位相90度進むq軸の成分が、前記電動機の製造公差及び動作温度の保証範囲で変動する範囲の上限値および下限値、前記回転速度、前記電圧の前記γc軸の成分、前記電流の前記γc軸の成分および前記δc軸の成分をそれぞれ、Rmin,Rmax,Ldmin,Ldmax,Lqmin,Lqmax,ω1,Vγc,iγcおよびiδcとし、前記電動機の回転方向が前記第1方向であるときに前記回転速度が正となり、前記回転方向が前記第1方向とは反対であるときに前記回転速度が負となるものとし、x>0のときsgn(x)=1,x<0のときsgn(x)=−1とし、a>bのときmax[a,b]=a,a<bのときmax[a,b]=bとすると、
前記判定部(4)は、式Vγc・sgn(ω1)−max[Rmin・iγc・sgn(ω1),Rmax・iγc・sgn(ω1)]−|ω1|・max[Ldmin・iδc,Lqmax・iδc]−|ω1|・(Lqmin−Ldmax)/2・max[iγc,−iγc]が負であるときに、前記脱調を検出する、請求項2に記載の脱調検出装置。
The field (23) is a field having a reverse saliency,
The upper and lower limits of the range in which the resistance value of the armature winding fluctuates within the guaranteed range of manufacturing tolerance and operating temperature of the motor, the d-axis component of the inductance of the armature winding, and the d-axis The q-axis component that advances by 90 degrees in the first direction is the upper and lower limits of the range that fluctuates within the guaranteed manufacturing tolerance and operating temperature of the motor, the rotational speed, and the γc-axis component of the voltage. each components and components of the .delta.c axis of the [gamma] c-axis of the current, R min, R max, Ld min, Ld max, Lq min, Lq max, ω1, V γc, and i [gamma] c and i .delta.c, the electric motor The rotational speed is positive when the rotational direction is the first direction, the rotational speed is negative when the rotational direction is opposite to the first direction, and s when x> 0. n (x) = 1, x <0 sgn when (x) = - 1 and then, a> when b max [a, b] = a, a < time b max [a, b] = When b ,
The determination unit (4) has the formula V γc · sgn (ω1) -max [R min · i γc · sgn (ω1), R max · i γc · sgn (ω1)] - | ω1 | · max [Ld min · i δc, Lq max · i δc] - | ω1 | when · (Lq min -Ld max) / 2 · max [i γc, -i γc] is negative, detects the step-out, claim The step-out detection apparatus according to 2.
請求項1から5のいずれか一つに記載の脱調検出装置と、
前記電動機と、
前記駆動装置と
を備える、電動機駆動システム。
A step-out detection device according to any one of claims 1 to 5,
The electric motor;
An electric motor drive system comprising the drive device.
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