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JP4043741B2 - Electric motor control device - Google Patents
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JP4043741B2 - Electric motor control device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械等に利用されるリラクタンストルクのみ、もしくはリラクタンストルクおよびマグネットトルクを利用した電動機の制御装置に関するものであり、特に界磁電流の制御方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図10に一般的な工作機械の送り軸制御や主軸制御用に適用される電動機の制御装置のブロック図を示す。なお、説明の便宜上トルク指令値を発生する上位制御装置や、界磁(以下d軸と記述する)電流指令値と電機子(以下q軸と記述する)電流指令値を回転子位置に従って位相分配する位相分配部およびベクトル演算部、そして電力変換部は省略する。
q軸電流演算部1とd軸電流演算部2とを備え、それぞれq軸電流指令値SIQCとd軸電流指令値SIDCを演算する。
q軸電流演算部1はトルク指令制限部13とトルク/q軸電流変換部14とで構成され、上位制御装置よりトルク指令値STCがトルク指令制限部13に与えられ、回転子速度SPDに応じてトルク指令制限値が演算され、トルク指令値STCとトルク指令制限値を比較し制限値以下にクランプ処理を行うことで、補正後トルク指令値STCCが出力される。
補正後トルク指令値STCCはトルク/q軸電流変換部14にて次元変換され、q軸電流指令値SIQCが出力される。
d軸電流演算部2は、磁束指令発生部91と磁束低減率演算部6と磁束/d軸電流変換部12にて構成され、磁束指令発生部91は通常固定値である磁束指令値SIDを発生し、磁束低減率演算部6では回転子速度SPDを参照して磁束低減係数SKIDを演算し、前記磁束指令値SIDと乗ずることで磁束指令値SIDC0とする。
磁束指令SIDC0は磁束/d軸電流指令変換部12で次元変換されd軸電流指令値SIDCが出力される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
一般的にリラクタンス型電動機(RM)やリラクタンストルクとマグネットトルクを利用する永久磁石内装型電動機(IPM)は動作原理上、一般の永久磁石型電動機の永久磁石の界磁に相当するd軸電流の制御が必要である。
特に数千回転以上の高速回転用途に用いる場合、回転子内の界磁をd軸電流の制御によって弱めなくては電源電圧に対して飽和現象を起こしてしまい、電流の指令に対して振幅、位相共に追従性の悪いものとなってしまい所望のトルクが得られず、安定した制御が行えないという課題が発生する。
【0004】
また、上記電動機において後述する回転子構造により、印加する電流が小さい場合にトルクが発生しない、もしくは印加電流の変化が僅かであった場合にはトルクの不感領域が生じてしまい、制御上応答性が悪くなってしまい加減速時間が延びるばかりか、不感領域と定常領域の境界領域でトルクリップルが大きくなり回転ムラが発生するといった不具合が発生する。
リラクタンス力の発生原理は公知のように回転子内のd軸とq軸の磁気抵抗差(インダクタンス差)によるものである。
そのため磁気抵抗差を設けるために回転子内にスリット状の空隙を設けたり非磁性材料を挟み込んだりする工夫が必要であるが、そのような構造にすることで回転子自体が遠心力に対して弱くなるといったデメリットもある。よって回転子強度を上げるために回転子外部やスリット状の空隙部に機械的な橋絡部を設けることで強度を増す方法をとることになるが同時に磁気的な橋絡部もできてしまう。
また、橋絡部による磁気的な短絡を防ぐように回転子構造を工夫して回転子全体をモールドしたり円環状の非磁性材による外部補強を行ったとしても固定子と回転子の間には常に空隙が存在しており、磁気抵抗差を利用してトルクを得るタイプの電動機では回転子の外周部における磁気橋絡部および固定子−回転子間空隙の磁気エネルギー伝達時の損失は常に存在することになる。
その上、磁路を形成する軟磁性体のH−B(磁化力−磁束密度)特性は電流が小さい(=Hが小さい)領域では電流の変化に対する磁束密度の変化率が大きく、安定な磁束を得ることができないという性質がある。
以上のような要因でトルクの不感帯が存在し、安定した制御が行えないという課題が発生する。
【0005】
本発明は上述した事情から為されたものであり、電圧飽和や回転子構造および軟磁性材の磁気特性に起因する制御の不安定さを回避し、安定した制御が行える電動機の制御装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、軟磁性体を有し回転方向に固定子巻線から見てインダクタンス変化を持つ回転子を備える電動機の制御装置であって、回転子速度を検出する速度検出手段と、上位制御装置から指令されるトルク指令値からq軸電流指令値を演算するq軸電流演算部と、前記回転子速度に応じてd軸電流指令値が演算されるd軸電流演算部と、電動機のd軸電流及びq軸電流を検出する電流検出手段と、を備える電動機の制御装置において、前記d軸電流演算部は、前記q軸電流指令値を参照して磁束指令値を演算する磁束指令演算部と、前記電流検出手段によるd軸電流検出値及びq軸電流検出値と前記回転子速度を参照して電動機の端子間電圧値を推定する電圧推定器、を備え、該端子間電圧値から電圧バイアス値を演算し、前記磁束指令値を該電圧バイアス値で補正して前記d軸電流指令値を演算する
【0007】
本発明においては、さらに、前記d軸電流演算部は、前記回転子速度を参照して演算された磁束低減係数を前記電圧バイアス値で修正し、前記磁束指令値をこの修正された磁束低減係数で補正して前記d軸電流指令値を演算する。
【0008】
また、本発明においては、軟磁性体を有し回転方向に固定子巻線から見てインダクタンス変化を持つ回転子を備える電動機に対して、上位制御装置から指令されるトルク指令値からq軸電流指令値を演算するq軸電流演算部と、前記回転子速度に応じてd軸電流指令値が演算されるd軸電流演算部と、を備える電動機の制御装置において、前記d軸電流演算部は、演算された補正前d軸電流指令値の符号を判断し、この補正前d軸電流指令値の正負の場合それぞれに対応した磁気抵抗バイアス値を決定し、前記補正前d軸電流指令値をこの磁気抵抗バイアス値で補正して前記d軸電流指令値を演算するものであり、さらに、前記d軸電流演算部は、前記補正前d軸電流指令値の符号が正の場合に該補正前d軸電流指令値を正の磁気抵抗バイアス値で補正し、前記補正前d軸電流指令値の符号が負の場合に該補正前d軸電流指令値を負の磁気抵抗バイアス値で補正する。
【0009】
本発明においては、さらに、前記d軸電流演算部は、電動機のd軸電流−d軸インダクタンス特性に基づいて前記磁気抵抗バイアス値を決定する。
【0010】
本発明においては、さらに、前記d軸電流演算部は、前記回転子の磁化力−磁束密度特性に基づいて前記磁気抵抗バイアス値を決定することで前記目的を達成できる。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態(以下実施形態という)を、図面に従って説明する。特に断らない限り同一要素、同一機能には従来技術を示す図10と同一符号を付す。
【0012】
図1は本発明の実施の形態を示す電動機の制御装置のブロック図である。q軸電流演算部1は従来技術と同等なので説明を省略する。d軸電流演算部2にはq軸電流指令値SIQCとd軸電流検出値SIDD、q軸電流検出値SIQD、回転子速度SPDが入力される。
d軸電流演算部2内には大きく分けて、従来技術と同等の機能を持つ磁束低減率演算部6と磁束/d軸電流変換部12があり、さらに本発明の磁束指令演算部4、界磁電流補正値演算部としての電圧バイアス演算部15、界磁電流バイアス演算部としての磁気抵抗バイアス演算部16があり、電圧バイアス演算部15と磁気抵抗バイアス演算部16はさらに詳細な制御ブロックに分けることが可能であるが、詳細な説明は後述する。
【0013】
以下、d軸電流演算部2内の動作を制御ブロック図のフローに従って説明する。
【0014】
q軸電流演算部1からq軸電流指令値SIQCが磁束指令演算部4に入力され、磁束指令演算部4内ではq軸電流指令値SIQCを参照する関数に従い磁束指令SIDを出力する。
特に図示しないが、この磁束指令SIDはq軸電流指令値SIQCに対して1次式や2次式の関数を適用し、電動機の用途によっては一定値をとることもある。また、q軸電流指令値SIQCに対して任意のしきい値を設定し、しきい値を境にして関数を変えても良い。例としてq軸電流指令値SIQCがしきい値以下なら2次式、しきい値以上なら1次式、またはしきい値以下が1次式、しきい値以上は一定値という具合に設定可能である。
【0015】
次に、電圧バイアス演算部15内には電圧推定器3と電圧バイアス演算器5が備えられ、q軸電流検出値SIQD、d軸電流検出値SIDD、そして回転子速度SPDが電圧推定器3に入力される。図示はしていないが電動機には回転子の位置を検出する位置検出器が設けられており、回転子速度SPDは例えば回転子位置の信号を微分して求められる。また、q軸電流検出値SIQD及びd軸電流検出値SIDDは、例えば図示していないが電動機に供給される3相交流電流値を検出し、回転子位置信号を用いてd−q軸に座標変換を行うことで算出される。
【0016】
電圧推定器3内では、q軸電流検出値SIQD、d軸電流検出値SIDD、回転子速度SPDと予め設定してあるd軸、およびq軸インダクタンスの値を参照して公知の電圧方程式に従ってd軸電圧、およびq軸電圧を算出し、その合成電圧として電動機の端子間電圧値SVDを出力する。
【0017】
そして電動機の端子間電圧値SVDを参照して電圧バイアス演算器5により演算される界磁電流補正値としての電圧バイアス値SIDC1は、磁束低減率演算部6により演算された磁束低減係数SKIDと加算器11により加算され、その出力であるバイアス後低減係数SKIDCは、磁束指令値SIDと乗算器9により乗算され、補正前界磁電流指令値としての補正前磁束指令値SID1となる。
【0018】
磁気抵抗バイアス演算部16内では、補正前磁束指令値SID1の極性を符号判定器8により判別して符号値SPNが磁気抵抗バイアス演算器7に入力され、磁気抵抗バイアス演算器7では符号値SPNの極性に応じて決定された界磁電流バイアス値としての磁気抵抗バイアス値SIDC2を出力する。
この磁気抵抗バイアス値SIDC2は補正前磁束指令SID1と加算器10により加算され補正後磁束指令SID2として磁束/d軸電流変換部12を介してd軸電流指令値SIDCを出力する。
【0019】
演算されたd軸電流指令値SIDCとq軸電流指令値SIQCは、例えば図示はしていないが、回転子位置に従って座標変換されることで3相交流の電流指令値に変換され、3相交流の電流指令値がインバータに供給されてPWM信号で電動機に供給される。
【0020】
図2に本発明が適用される電動機の回転子のモデル例を示す。なお説明の便宜上2極電動機を説明するが、2n極(nは整数)も同様の原理である。
【0021】
回転子28は珪素鋼板等の軟磁性材で構成され、その中に磁気抵抗の高低差を設けるために非磁性材もしくはスリット状の空隙29を設ける構造をとる。
通常、回転子28の外側に軟磁性材で構成される固定子があり、その固定子に巻回された巻線に電流を印加することで磁束を発生し、回転子内をその磁束を通過させることで回転力を得ている。
【0022】
電流を印加する巻線から見て磁束が通り易い電流位相をd軸、磁束が通りにくい電流位相をq軸と設定し、d軸上にある巻線CDP、CDNとq軸上にある巻線CQPとCQNに図で示すような方向(○内に●は手前方向の電流、○内に×は奥方向の電流)に電流を印加すると磁束CMFが発生し、回転子28内をその磁束が通過するため、より磁束が通りやすい方向へと回転子28が動くため回転力RDを得ることになる。
よって、各d軸、q軸上の電流の大きさを制御することで回転トルクを制御することが可能になる。
【0023】
なお、図2では回転子28内には永久磁石がないリラクタンス型電動機(RM)についてモデル化したが、特に図示はしないが空隙29内に永久磁石を挿入した永久磁石内装型(IPM)電動機についても同様の制御が適用できる。ただし、その場合は永久磁石の磁束成分をd軸上で制御することが必要になる。
【0024】
図3は本発明が適用される電動機の回転子の構造例を示す図である。
回転子28を構成する軟磁性材と空隙29の位置関係は(a)に示すように回転子28の外周と空隙29の間隔FB1が狭いと固定子から印加される磁束CMFは各磁路に干渉しないで通過することが可能であるが、間隔FB1が狭いため回転子28自体の強度を確保できない上、製造上補強が必要になるという工数の増加につながるため、強度を確保し、製造上の工数も増加しない(b)に示すような回転子構造になる。
【0025】
この場合、回転子28の外周部と空隙29との間隔FB2は大きくなり磁気的に橋絡部分となってしまうため、固定子からの磁束CMFの回転子28内での自由度は増し、橋絡部分ばかりか各磁路を通過しようとして磁束が干渉する結果となってしまう。
【0026】
図4に図3に示した回転子28構造の電気的特性例を示す。
(a)はd軸インダクタンスLdのd軸電流Id(図1の制御ブロック上のSIDDと同等)による特性を示す。特性曲線LD1は図3(a)の回転子構造の場合のインダクタンス変化を示したものであり、特性曲線LD2は図3(b)の回転子構造の場合のインダクタンス変化を示したものである。
同様に(b)はq軸インダクタンスLqのq軸電流Iq(図1の制御ブロック上のSIQDと同等)による特性を示し、特性曲線LQ1は図3(a)の回転子構造の場合のインダクタンス変化を示したものであり、特性曲線LD2は図3(b)の回転子構造の場合のインダクタンス変化を示したものである。
【0027】
図4(a)からわかるように回転子外周部に磁気的な橋絡部が存在する回転子(図3(b))の場合、d軸電流Idが小さい領域でインダクタンスLdの変化がピーク値に対して下回っていることが確認でき、また図4(b)ではq軸電流が小さい場合に逆に大きくなることが確認できる。これは、回転子構造、特に回転子外周部の磁気的な橋絡部によってd軸インダクタンスLdとq軸インダクタンスLqの特性が左右されることを意味している。
【0028】
通常、リラクタンストルクを利用する電動機のトルクは、d軸インダクタンスをLd、q軸インダクタンスをLq、d軸電流をId、q軸電流をIqとすると、(Ld―Lq)×Id×Iqに比例することが知られており、図4の(a)、(b)の特性から、d軸電流Idとq軸電流Iqが小さい場合、d軸とq軸のインダクタンス差が小さくなることが説明でき、よってトルクも小さくなることが言える。
【0029】
また、図5に回転子28を構成する軟磁性材のH−B(磁化力−磁束密度)特性図を示すが、磁化力Hが小さい場合、特性曲線BHCが急峻に変化する領域REG1が存在し、印加した電流に対して安定した磁束が得られる領域REG2と比較すると制御的にも不安定になりやすく、トルクも発生しにくいといった領域である。
参考までに、領域REG1内で制御する場合は印加する電流に対して磁束の変化率が大きくトルクリップルの原因となったり、回転ムラとなって不具合を起こす場合がある。
【0030】
なお、図3(a)に示すような磁気的な橋絡部がない回転子構造の場合においても、回転子28を構成する軟磁性材の磁気的な上記特性により、印加電流が低い場合にトルクを発生しない、もしくは印加電流に対するトルクが小さいなどの現象が確認される。
【0031】
よって、本実施形態はd軸電流Idに対してバイアスをかけることで、上述のようなトルク低減領域や制御不安定領域を回避するのが目的であり、図4(a)内でのd軸電流バイアス値IDBIASや図5の領域REG1とREG2との境の磁化力値から演算される電流値は、図1の制御ブロック図の磁気抵抗バイアス演算部16で演算される磁気抵抗バイアス値SIDC2に相当しており、これにより安定したd軸電流制御が得られることになる。
d軸電流バイアス値IDBIASは、例えば、Idを減少させていった場合に、d軸電流Id−d軸インダクタンスLd特性の傾きが閾値以上となるIdに基づいて設定される。また、領域REG1とREG2との境の磁化力値は、例えば、Hを減少させていった場合に、H−B(磁化力−磁束密度)特性の傾きが閾値以上となるHあるいはH−B(磁化力−磁束密度)特性の傾きの変化量が閾値以上となるHの値に設定し、このHの値と、固定子巻線と回転子の磁束通過部との距離に基づいて磁気抵抗バイアス値SIDC2が設定される。
【0032】
図6はこうした本実施形態の効果の一例を示したものであり、本実施形態を適用した場合と適用していない場合の電流−トルク特性曲線はそれぞれTQ1とTQ2となり、q軸電流Iqが低い場合、特にδIqの大きさの不感帯を回避することが可能になった。また定常的にもバイアス分だけd軸電流を余分に流すためトルクが増加することになった。
【0033】
図7(a)〜(c)は図1に示す電圧バイアス演算部15の機能を説明するものであり、各ブロック図内での関数例を示し動作説明をする。
図7(a)は磁束低減率演算部6内での関数例を示しており、回転子速度SPDを参照して磁束低減係数SKIDを演算する。図7(a)ではしきい値SPDBを境に一定値と回転子速度SPDに対して反比例になるような関数に設定してある。
【0034】
次に図7(b)では電圧バイアス演算部5内での関数例を示しており、電動機の端子間電圧値SVDを参照して電圧バイアス値SIDC1を出力する。図7(b)ではしきい値SVDBを境に傾きが変わる1次式で設定してある。
【0035】
こうして図1の加算器11により磁束低減係数SKIDと電圧バイアス値SIDC1が加算されるが、加算器11は本実施形態においては負加算を行い、実際には減算器として機能する。したがって磁束低減係数SKIDから電圧バイアス値SIDC1が減算されることになる。
【0036】
図7(c)にはその演算結果の一例を示してあり、電動機端子間電圧が大きい場合に電圧バイアス値SIDC1は大きくなるので図示するようにバイアス後低減係数SKIDCは負の値になる場合もある。
この現象は動作的に誤りではなく、特に永久磁石内装(IPM)型電動機のように予め回転子内に永久磁石等の界磁成分を持つ場合に、d軸電流が弱め界磁として機能することを意味するものである。
【0037】
図8(a)、(b)は図1に示す磁気抵抗バイアス演算部16の内部関数を示し動作説明をするものである。
なお説明の便宜上、磁束指令値SID=1の場合に、図7(c)のバイアス後低減係数SKIDCが乗算器9により乗算されることで補正前磁束指令SID1とし、加算器10に入力されたものとする。
【0038】
図8(a)は磁気抵抗バイアス演算器16内での処理を説明したものである。磁気抵抗バイアス演算器16へは補正前磁束指令SID1が符号判定器8により符号判定された符号値SPNが入力され、その符号極性により正の場合、磁気抵抗バイアス値SIDC2=正のバイアス値BIASPとして、負の場合は磁気抵抗バイアス値SIDC2=負のバイアス値BIASNとして加算器10に出力される。
【0039】
なお、必ずしも各バイアス値の絶対値が等しい必要はなく、すなわち|正のバイアス値BIASP|=|負のバイアス値BIASN|である必要はなく、電動機の特性、回転子28を構成する軟磁性材の特性に応じて数値を変更することができる。
【0040】
図8(b)は図7(c)の曲線63に対して、磁気抵抗バイアス値SIDC2が補正された結果である。曲線63と比較して曲線73は正負それぞれに正の磁気抵抗バイアス値BIASP、負の磁気抵抗バイアス値BIASNが補正されている。
以上のようにd軸電流を磁気抵抗バイアス値で補正することで図4〜6を用いて説明した効果が得られる。
【0041】
図9(a)、(b)は図1の電圧バイアス演算部15の効果について説明した図であり、なお、処理については図7で説明した通りである。
図9(a)は1相分の電流指令波形、電流応答波形を表示したものであり、本実施形態を適用しない場合、電流指令波形81に対し電流応答波形82は位相が遅れ、振幅も応答していない。
本実施形態を適用した場合、電流指令波形83に対し電流応答波形84は、振幅、位相ともに追従できている。なお、電流応答波形82、84に重畳しているリップルはPWM周波数と電流を印加する巻線インダクタンスに依存するものであり、PWM周波数が高く、巻線インダクタンスが高い(巻回数が大きい)電動機では気にならなくなる。
【0042】
図9(b)は電圧をd−q軸ベクトルで示したものであり、電源の電圧制限円85内で制御できていない場合(ベクトルVO)、図9(a)で示したように電流指令波形81に対して電流応答波形82が追従しない結果となってしまう。本実施形態ではd軸電流に負のバイアスをかける、すなわち電圧方程式ではd軸電流Idが関係する項に着目し、巻線抵抗をRとしてd軸電圧成分内でのR×Idの項、回転子の角速度をω、d軸インダクタンスをLdとしてq軸電圧成分内でのω×Ld×Idの項に対して低減を行う(ベクトルVOD)。特にq軸電圧の項に含まれるd軸インダクタンスLdが大きなリラクタンス型電動機においては、d軸電流Idの低減は電動機端子間電圧を低減するのに大きな効果が得られる。
【0043】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、q軸電流演算部により演算されるq軸電流指令値を参照して磁束指令値を演算し、さらに電流検出手段によるd軸電流検出値及びq軸電流検出値と回転子速度を参照して電動機の端子間電圧値を推定する電圧推定器によって得られる電圧値から電圧バイアス値を演算して、磁束指令値を電圧バイアス値で補正してd軸電流指令値を演算することで、電圧飽和による制御の不安定さを回避することが可能になる。また、d軸電流演算部で補正前d軸電流指令値の符号を判断し、補正前d軸電流指令値の正負の場合の場合それぞれに対応した磁気抵抗バイアス値を演算し、補正前d軸電流指令値を磁気抵抗バイアス値で補正してd軸電流指令値を演算することで、電動機回転子の磁気的な構造および材質の磁気特性に起因する電流−トルクの非線形領域を回避することが可能になる。したがって上記いずれかの構成をとることにより、安定した制御性を持つ電動機の制御装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態を示す電動機の制御装置のブロック図である。
【図2】 本発明の実施の形態を示す電動機の制御装置が適用される電動機のモデル図である。
【図3】 本発明の実施の形態を示す電動機の制御装置が適用される電動機のモデルの詳細図である。
【図4】 本発明の実施の形態を示す電動機の制御装置に適用される電動機のインダクタンス特性を示す図である((a)d軸、(b)q軸)。
【図5】 本発明の実施の形態を示す電動機の制御装置に適用される電動機を構成する軟磁性材のH−B(磁化力−磁束密度)特性を示す図である。
【図6】 本発明の実施の形態を示す電動機の制御装置の適用効果を説明する図である。
【図7】 本発明の実施の形態を示す電動機の制御装置の制御ブロック内の関数例を示す図である。
【図8】 本発明の実施の形態を示す電動機の制御装置の制御ブロック内の関数例を示す図である。
【図9】 本発明の実施の形態を示す電動機の制御装置の適用効果を説明する図である。
【図10】 従来の電動機の制御装置を示すブロック図である。
【符号の説明】
1 q軸電流演算部、2 d軸電流演算部、3 電圧推定器、4 磁束指令演算部、5 電圧バイアス演算器、6 磁束低減率演算部、7 磁気抵抗バイアス演算器、8 符号判定器、9 乗算器、10、11 加算器、12 磁束/d軸電流変換部、13 トルク指令制限部、14 トルク/q軸電流変換部、15 電圧バイアス演算部、16 磁気抵抗バイアス演算部、28 回転子(軟磁性材)、29 空隙(非磁性材)、61、62、63 関数、81、83 電流指令波形、82、84 電流検出波形、91 磁束指令発生部、STC トルク指令値、STCC 補正後トルク指令値、SIQC q軸電流指令値、SIDC d軸電流指令値、SIQD q軸電流検出値、SIDD d軸電流検出値、SPD回転子速度、SID 磁束指令、SID1 補正前磁束指令、SID2 補正後磁束指令、SKIDC バイアス後低減係数、SIDC1 電圧バイアス値、SIDC2 磁気抵抗バイアス値、SKID 磁束低減係数、SPN 符号値、SVD 端子間電圧値、CDP、CDN d軸巻線、CQP、CQN q軸巻線、CMF 巻線磁界、RD 回転力、FB1、FB2 回転子外周−スリット間距離(橋絡部)、LD1、LD2 d軸インダクタンス特性、LQ1、LQ2 q軸インダクタンス特性、BHC、H−B(磁化力−磁束密度)特性、REG1、REG2 制御領域、TQ1、TQ2 発生トルク、BIASP、BIASNバイアス値、VO 補正前電圧ベクトル、VOD 補正後電圧ベクトル。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a control device for an electric motor that uses only reluctance torque used in a machine tool or the like, or uses reluctance torque and magnet torque, and more particularly, to a field current control method.
[0002]
[Prior art]
FIG. 10 shows a block diagram of a motor control device applied for feed axis control and spindle control of a general machine tool. For convenience of explanation, a host controller that generates a torque command value, a phase distribution of a field (hereinafter referred to as d-axis) current command value and an armature (hereinafter referred to as q-axis) current command value according to the rotor position. The phase distribution unit, the vector calculation unit, and the power conversion unit are omitted.
A q-axis current calculation unit 1 and a d-axis current calculation unit 2 are provided to calculate a q-axis current command value SIQC and a d-axis current command value SIDC, respectively.
The q-axis current calculation unit 1 includes a torque command limiting unit 13 and a torque / q-axis current conversion unit 14, and a torque command value STC is given to the torque command limiting unit 13 from the host controller, depending on the rotor speed SPD. The torque command limit value is calculated, the torque command value STC is compared with the torque command limit value, and clamp processing is performed below the limit value, whereby the corrected torque command value STCC is output.
The corrected torque command value STCC is dimension-converted by the torque / q-axis current converter 14 and a q-axis current command value SIQC is output.
The d-axis current calculation unit 2 includes a magnetic flux command generation unit 91, a magnetic flux reduction rate calculation unit 6, and a magnetic flux / d-axis current conversion unit 12. The magnetic flux command generation unit 91 generates a magnetic flux command value SID that is normally a fixed value. The magnetic flux reduction rate calculation unit 6 calculates a magnetic flux reduction coefficient SKID with reference to the rotor speed SPD, and multiplies the magnetic flux command value SID to obtain a magnetic flux command value SIDC0.
The magnetic flux command SIDC0 is dimension-converted by the magnetic flux / d-axis current command converter 12 to output a d-axis current command value SIDC.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In general, a reluctance type motor (RM) or a permanent magnet internal type motor (IPM) that uses reluctance torque and magnet torque has a d-axis current corresponding to the field of a permanent magnet of a general permanent magnet type motor on the principle of operation. Control is needed.
In particular, when used for high-speed rotation applications of several thousand revolutions or more, a saturation phenomenon occurs with respect to the power supply voltage unless the field in the rotor is weakened by control of the d-axis current, There is a problem that both the phase and the followability are poor, a desired torque cannot be obtained, and stable control cannot be performed.
[0004]
In addition, due to the rotor structure described later in the above motor, torque is not generated when the applied current is small, or when the applied current changes little, a torque insensitive region occurs, and control response As a result, the acceleration / deceleration time is prolonged and the torque ripple becomes large in the boundary region between the dead region and the steady region, resulting in the occurrence of rotation unevenness.
As is well known, the principle of generating the reluctance force is based on the magnetoresistance difference (inductance difference) between the d axis and the q axis in the rotor.
For this reason, in order to provide a magnetoresistive difference, it is necessary to devise a method of providing a slit-like gap in the rotor or sandwiching a non-magnetic material. There is also a disadvantage that it becomes weaker. Therefore, in order to increase the rotor strength, a mechanical bridging portion is provided by providing a mechanical bridging portion outside the rotor or in a slit-like gap, but at the same time, a magnetic bridging portion is also formed.
Even if the rotor structure is devised so as to prevent a magnetic short circuit due to the bridging part, the entire rotor is molded, or external reinforcement with an annular non-magnetic material is performed between the stator and the rotor. There is always a gap, and in the type of motor that obtains torque using the magnetoresistive difference, the loss at the time of magnetic energy transfer of the magnetic bridge part at the outer periphery of the rotor and the gap between the stator and the rotor is always Will exist.
In addition, the H-B (magnetizing force-magnetic flux density) characteristics of the soft magnetic material forming the magnetic path have a large rate of change of the magnetic flux density with respect to the current change in a region where the current is small (= H is small), and the stable magnetic flux. There is a property that cannot be obtained.
Due to the above factors, a torque dead zone exists and a problem arises that stable control cannot be performed.
[0005]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides an electric motor control device that can perform stable control while avoiding voltage instability, instability of control due to the rotor structure and the magnetic characteristics of the soft magnetic material. The purpose is to do.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In the present invention, there is provided a control unit for an electric motor comprising a rotor having an inductance change when viewed from the stator winding in the direction of rotation has a soft magnetic material, a speed detecting means for detecting a rotor speed, the upper position and the q-axis current calculating unit for calculating a q-axis current command value from the torque command value commanded from the controller, and the d-axis current calculating portion d-axis current command value is calculated according to the rotor speed, the electric motor and a current detection means for detecting a d-axis current and a q-axis current , wherein the d-axis current calculation unit calculates a magnetic flux command value by referring to the q-axis current command value. comprising a part, and a voltage estimator for estimating the inter-terminal voltage value of the motor with reference to the d-axis current detection value and a q-axis current detection value by the current detecting means and the rotor speed, the terminal voltage value calculating a voltage bias value from the magnetic The command value corrected by the voltage bias value calculates the d-axis current command value.
[0007]
In the present invention, the d-axis current calculation unit further corrects the magnetic flux reduction coefficient calculated with reference to the rotor speed by the voltage bias value , and the magnetic flux command value is corrected by the corrected magnetic flux reduction coefficient. And the d-axis current command value is calculated.
[0008]
In the present invention, a q-axis current is obtained from a torque command value commanded by a host controller for an electric motor having a rotor having a soft magnetic material and having an inductance change as viewed from the stator winding in the rotation direction. In a motor control device comprising: a q-axis current calculation unit that calculates a command value; and a d-axis current calculation unit that calculates a d-axis current command value according to the rotor speed, the d-axis current calculation unit includes: The sign of the calculated pre-correction d-axis current command value is determined, and when the pre-correction d-axis current command value is positive or negative, the corresponding magnetoresistive bias value is determined, and the pre-correction d-axis current command value is determined. The d-axis current command value is calculated by correcting with the magnetoresistive bias value , and the d-axis current calculation unit further calculates the pre-correction when the sign of the pre-correction d-axis current command value is positive. d-axis current command value is positive magnetoresistive via Is corrected by a value, the sign of the uncorrected d-axis current command value is corrected by the negative magnetoresistance bias value the uncorrected d-axis current command value in the case of negative.
[0009]
In the present invention, the d-axis current calculation unit further determines the magnetoresistive bias value based on a d-axis current- d-axis inductance characteristic of the electric motor.
[0010]
In the present invention, the d-axis current calculation unit can achieve the object by determining the magnetoresistive bias value based on the magnetizing force-magnetic flux density characteristics of the rotor.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention (hereinafter referred to as embodiments) will be described with reference to the drawings. Unless otherwise noted, the same elements and functions are denoted by the same reference numerals as in FIG.
[0012]
FIG. 1 is a block diagram of a motor control apparatus showing an embodiment of the present invention. Since the q-axis current calculation unit 1 is equivalent to the prior art, description thereof is omitted. The d-axis current calculation unit 2 receives the q-axis current command value SIQC, the d-axis current detection value SIDD, the q-axis current detection value SIQD, and the rotor speed SPD.
The d-axis current calculation unit 2 is roughly divided into a magnetic flux reduction rate calculation unit 6 and a magnetic flux / d-axis current conversion unit 12 having functions equivalent to those of the prior art, and further includes a magnetic flux command calculation unit 4 and a field of the present invention. There are a voltage bias calculation unit 15 as a magnetic current correction value calculation unit and a magnetoresistive bias calculation unit 16 as a field current bias calculation unit. The voltage bias calculation unit 15 and the magnetoresistance bias calculation unit 16 are provided in more detailed control blocks. Although detailed description is possible, a detailed description will be given later.
[0013]
Hereinafter, the operation in the d-axis current calculation unit 2 will be described according to the flow of the control block diagram.
[0014]
A q-axis current command value SIQC is input from the q-axis current calculation unit 1 to the magnetic flux command calculation unit 4, and the magnetic flux command SID is output in the magnetic flux command calculation unit 4 according to a function that refers to the q-axis current command value SIQC.
Although not particularly illustrated, the magnetic flux command SID applies a function of a linear equation or a quadratic equation to the q-axis current command value SIQC, and may take a constant value depending on the use of the motor. Also, an arbitrary threshold value may be set for the q-axis current command value SIQC, and the function may be changed with the threshold value as a boundary. For example, the q-axis current command value SIQC can be set to a quadratic expression if it is below the threshold, a primary expression if it is above the threshold, or a primary expression below the threshold, or a constant value above the threshold is there.
[0015]
Next, a voltage estimator 3 and a voltage bias calculator 5 are provided in the voltage bias calculator 15, and the q-axis current detection value SIQD, the d-axis current detection value SIDD, and the rotor speed SPD are supplied to the voltage estimator 3. Entered. Although not shown, the electric motor is provided with a position detector for detecting the position of the rotor, and the rotor speed SPD is obtained, for example, by differentiating the rotor position signal. Further, the q-axis current detection value SIQD and the d-axis current detection value SIDD are detected by, for example, a three-phase AC current value supplied to the electric motor (not shown), and coordinated on the dq axis using the rotor position signal. Calculated by performing conversion.
[0016]
In the voltage estimator 3, the d-axis current detection value SIQD, the d-axis current detection value SIDD, the rotor speed SPD and the preset d-axis and q-axis inductance values are referred to according to a known voltage equation. The shaft voltage and the q-axis voltage are calculated, and the voltage value SVD between the terminals of the motor is output as the combined voltage.
[0017]
The voltage bias value SIDC1 as the field current correction value calculated by the voltage bias calculator 5 with reference to the voltage value SVD between the terminals of the motor is added to the magnetic flux reduction coefficient SKID calculated by the magnetic flux reduction rate calculation unit 6 The post-bias reduction coefficient SKIDC, which is added by the unit 11 and is the output thereof, is multiplied by the magnetic flux command value SID and the multiplier 9, and becomes the pre-correction magnetic flux command value SID1 as the pre-correction field current command value.
[0018]
In the magnetoresistive bias calculator 16, the polarity of the pre-correction magnetic flux command value SID 1 is determined by the sign determiner 8 and the sign value SPN is input to the magnetoresistive bias calculator 7, and the magnetoresistive bias calculator 7 receives the sign value SPN. The magnetoresistive bias value SIDC2 is output as the field current bias value determined according to the polarity.
This magnetoresistive bias value SIDC2 is added by the adder 10 with the pre-correction magnetic flux command SID1 and outputs the d-axis current command value SIDC via the magnetic flux / d-axis current conversion unit 12 as the post-correction magnetic flux command SID2.
[0019]
The calculated d-axis current command value SIDC and q-axis current command value SIQC are, for example, not shown, but are converted into a three-phase AC current command value by coordinate conversion according to the rotor position. Current command value is supplied to the inverter and supplied to the electric motor as a PWM signal.
[0020]
FIG. 2 shows an example of a motor rotor model to which the present invention is applied. For convenience of explanation, a two-pole motor will be described, but 2n poles (n is an integer) has the same principle.
[0021]
The rotor 28 is made of a soft magnetic material such as a silicon steel plate, and has a structure in which a nonmagnetic material or a slit-like gap 29 is provided in order to provide a difference in magnetic resistance.
Usually, there is a stator made of a soft magnetic material outside the rotor 28, and a magnetic flux is generated by applying a current to a winding wound around the stator, and the magnetic flux passes through the rotor. Rotating force is obtained by doing.
[0022]
The current phase in which the magnetic flux easily passes through the winding to which the current is applied is set as the d axis, and the current phase in which the magnetic flux does not easily pass is set as the q axis, and the windings CDP and CDN on the d axis and the winding on the q axis are set. When a current is applied in the direction shown in the figure to CQP and CQN (circles indicate current in the front direction and currents in circle indicate a current in the back direction), magnetic flux CMF is generated, and the magnetic flux is generated in the rotor 28. Since it passes, the rotor 28 moves in a direction in which the magnetic flux easily passes, so that a rotational force RD is obtained.
Therefore, it is possible to control the rotational torque by controlling the magnitude of the current on each d-axis and q-axis.
[0023]
In FIG. 2, a reluctance type motor (RM) having no permanent magnet in the rotor 28 is modeled. However, although not shown in the drawing, a permanent magnet interior type (IPM) motor in which a permanent magnet is inserted in the air gap 29 is shown. The same control can be applied. However, in that case, it is necessary to control the magnetic flux component of the permanent magnet on the d-axis.
[0024]
FIG. 3 is a view showing a structural example of a rotor of an electric motor to which the present invention is applied.
The positional relationship between the soft magnetic material constituting the rotor 28 and the air gap 29 is as shown in FIG. 4A. When the interval FB1 between the outer periphery of the rotor 28 and the air gap 29 is narrow, the magnetic flux CMF applied from the stator is in each magnetic path. Although it is possible to pass without interference, since the distance FB1 is narrow, the strength of the rotor 28 itself cannot be secured, and this leads to an increase in the number of man-hours required for reinforcement in production. Thus, the rotor structure as shown in FIG.
[0025]
In this case, since the distance FB2 between the outer peripheral portion of the rotor 28 and the air gap 29 becomes large and magnetically becomes a bridging portion, the degree of freedom in the rotor 28 of the magnetic flux CMF from the stator increases, and the bridge As a result, magnetic fluxes interfere with each other in order to pass through each magnetic path as well as the entangled portion.
[0026]
FIG. 4 shows an example of electrical characteristics of the rotor 28 structure shown in FIG.
(A) shows the characteristic by d-axis current Id of d-axis inductance Ld (equivalent to SIDD on the control block of FIG. 1). The characteristic curve LD1 shows the inductance change in the case of the rotor structure of FIG. 3 (a), and the characteristic curve LD2 shows the inductance change in the case of the rotor structure of FIG. 3 (b).
Similarly, (b) shows the characteristic of the q-axis inductance Lq due to the q-axis current Iq (equivalent to SIQD on the control block of FIG. 1), and the characteristic curve LQ1 shows the inductance change in the case of the rotor structure of FIG. The characteristic curve LD2 shows the inductance change in the case of the rotor structure of FIG.
[0027]
As can be seen from FIG. 4 (a), in the case of a rotor (FIG. 3 (b)) having a magnetic bridging portion on the outer periphery of the rotor, the change in inductance Ld has a peak value in a region where the d-axis current Id is small. In FIG. 4B, it can be confirmed that the current increases when the q-axis current is small. This means that the characteristics of the d-axis inductance Ld and the q-axis inductance Lq are influenced by the rotor structure, in particular, the magnetic bridge portion on the outer periphery of the rotor.
[0028]
Normally, the torque of a motor that uses reluctance torque is proportional to (Ld−Lq) × Id × Iq, where d-axis inductance is Ld, q-axis inductance is Lq, d-axis current is Id, and q-axis current is Iq. From the characteristics of FIGS. 4A and 4B, it can be explained that when the d-axis current Id and the q-axis current Iq are small, the inductance difference between the d-axis and the q-axis is small. Therefore, it can be said that the torque is also reduced.
[0029]
FIG. 5 shows an H-B (magnetizing force-magnetic flux density) characteristic diagram of the soft magnetic material constituting the rotor 28. When the magnetizing force H is small, there is a region REG1 where the characteristic curve BHC changes sharply. In comparison with the region REG2 where a stable magnetic flux can be obtained with respect to the applied current, the region tends to be unstable in terms of control and hardly generates torque.
For reference, when the control is performed within the region REG1, the rate of change of the magnetic flux with respect to the applied current is large, which may cause torque ripples or cause irregularities due to uneven rotation.
[0030]
Even in the case of a rotor structure without a magnetic bridge as shown in FIG. 3 (a), when the applied current is low due to the magnetic properties of the soft magnetic material constituting the rotor 28. It is confirmed that the torque is not generated or the torque with respect to the applied current is small.
[0031]
Therefore, the purpose of this embodiment is to avoid the torque reduction region and the unstable control region as described above by applying a bias to the d-axis current Id. The d-axis in FIG. The current value calculated from the current bias value IDBIAS and the magnetizing force value at the boundary between the regions REG1 and REG2 in FIG. 5 becomes the magnetoresistive bias value SIDC2 calculated by the magnetoresistive bias calculating unit 16 in the control block diagram of FIG. Accordingly, stable d-axis current control can be obtained.
For example, the d-axis current bias value IDBIAS is set based on Id where the slope of the d-axis current Id-d-axis inductance Ld characteristic is equal to or greater than a threshold when Id is decreased. In addition, the magnetization force value at the boundary between the regions REG1 and REG2 is, for example, H or HB when the slope of the HB (magnetization force-magnetic flux density) characteristic is equal to or greater than a threshold when H is decreased. The magnetic resistance is set based on the value of H at which the amount of change in the slope of the (magnetizing force-magnetic flux density) characteristic is greater than or equal to the threshold, and the distance between the stator winding and the magnetic flux passage portion of the rotor. A bias value SIDC2 is set.
[0032]
FIG. 6 shows an example of the effect of this embodiment. The current-torque characteristic curves when the present embodiment is applied and not applied are TQ1 and TQ2, respectively, and the q-axis current Iq is low. In this case, in particular, it became possible to avoid a dead zone having a size of δIq. In addition, since the d-axis current is excessively supplied by the amount corresponding to the bias, the torque is increased.
[0033]
FIGS. 7A to 7C illustrate the function of the voltage bias calculation unit 15 shown in FIG. 1, and the operation will be described by showing examples of functions in each block diagram.
FIG. 7A shows an example of a function in the magnetic flux reduction rate calculation unit 6, and calculates the magnetic flux reduction coefficient SKID with reference to the rotor speed SPD. In FIG. 7A, the function is set to be inversely proportional to the constant value and the rotor speed SPD with the threshold value SPDB as a boundary.
[0034]
Next, FIG. 7B shows a function example in the voltage bias calculation unit 5, and outputs the voltage bias value SIDC 1 with reference to the voltage value SVD between terminals of the electric motor. In FIG. 7 (b), a linear expression is set that changes the slope at the threshold value SVDB.
[0035]
In this way, the magnetic flux reduction coefficient SKID and the voltage bias value SIDC1 are added by the adder 11 of FIG. 1, but the adder 11 performs a negative addition in this embodiment and actually functions as a subtracter. Therefore, the voltage bias value SIDC1 is subtracted from the magnetic flux reduction coefficient SKID.
[0036]
FIG. 7C shows an example of the calculation result. Since the voltage bias value SIDC1 increases when the voltage between the motor terminals is large, the post-bias reduction coefficient SKIDC may be a negative value as illustrated. is there.
This phenomenon is not an operational error, and the d-axis current functions as a field weakening field, especially when the rotor has a field component such as a permanent magnet in advance, as in a permanent magnet interior (IPM) type motor. Means.
[0037]
FIGS. 8A and 8B show the internal function of the magnetoresistive bias calculator 16 shown in FIG.
For convenience of explanation, when the magnetic flux command value SID = 1, the post-bias reduction coefficient SKIDC in FIG. 7C is multiplied by the multiplier 9 to obtain a pre-correction magnetic flux command SID1, which is input to the adder 10. Shall.
[0038]
FIG. 8A illustrates the processing in the magnetoresistive bias calculator 16. The magnetoresistive bias calculator 16 receives the sign value SPN in which the pre-correction magnetic flux command SID1 is sign-determined by the sign determiner 8, and when the sign polarity is positive, the magnetoresistive bias value SIDC2 = positive bias value BIASP. If negative, the magnetoresistive bias value SIDC2 is output to the adder 10 as a negative bias value BIASN.
[0039]
Note that the absolute values of the bias values do not necessarily have to be equal, that is, it is not necessary to be | positive bias value BIASP | = | negative bias value BIASN |. The characteristics of the motor, the soft magnetic material constituting the rotor 28 The numerical value can be changed according to the characteristics of
[0040]
FIG. 8B shows the result of correcting the magnetoresistive bias value SIDC2 with respect to the curve 63 of FIG. 7C. Compared with the curve 63, the curve 73 has a positive magnetoresistive bias value BIASP and a negative magnetoresistive bias value BIASN corrected for positive and negative, respectively.
As described above, the effects described with reference to FIGS. 4 to 6 can be obtained by correcting the d-axis current with the magnetoresistive bias value.
[0041]
9A and 9B are diagrams for explaining the effect of the voltage bias calculation unit 15 of FIG. 1, and the processing is as described in FIG.
FIG. 9A shows a current command waveform and a current response waveform for one phase. When this embodiment is not applied, the current response waveform 82 is delayed in phase with respect to the current command waveform 81, and the amplitude also responds. Not done.
When this embodiment is applied, the current response waveform 84 can follow the current command waveform 83 in both amplitude and phase. The ripple superimposed on the current response waveforms 82 and 84 depends on the PWM frequency and the winding inductance to which the current is applied. In an electric motor having a high PWM frequency and a high winding inductance (the number of windings is large). I don't care.
[0042]
FIG. 9B shows the voltage as a dq axis vector. When the voltage cannot be controlled within the voltage limit circle 85 of the power supply (vector VO), the current command is shown as shown in FIG. 9A. As a result, the current response waveform 82 does not follow the waveform 81. In this embodiment, a negative bias is applied to the d-axis current. That is, in the voltage equation, attention is paid to a term related to the d-axis current Id. The angular velocity of the child is ω, the d-axis inductance is Ld, and the term of ω × Ld × Id in the q-axis voltage component is reduced (vector VOD). In particular, in a reluctance motor having a large d-axis inductance Ld included in the term of q-axis voltage, the reduction of the d-axis current Id has a great effect on reducing the voltage between the motor terminals.
[0043]
【The invention's effect】
According to the present invention as described above, calculates a magnetic flux command value with reference to the q-axis current command value calculated by the q-axis current calculation portion, d-axis current detection value by more current detecting means and the q-axis current detection The voltage bias value is calculated from the voltage value obtained by the voltage estimator that estimates the voltage value between the terminals of the electric motor with reference to the value and the rotor speed, and the magnetic flux command value is corrected with the voltage bias value to obtain the d-axis current command. By calculating the value, it becomes possible to avoid instability of control due to voltage saturation. Further, to determine the sign of the uncorrected d-axis current command value in the d-axis current calculation portion calculates a magnetoresistive bias value corresponding to the respective cases of positive and negative pre-correction d-axis current command value before correction d-axis By correcting the current command value with the magnetoresistive bias value and calculating the d-axis current command value, it is possible to avoid a current-torque non-linear region due to the magnetic structure of the motor rotor and the magnetic characteristics of the material. It becomes possible. Therefore, by adopting one of the above configurations, an electric motor control device having stable controllability can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of a motor control device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a model diagram of an electric motor to which the electric motor control device according to the embodiment of the present invention is applied.
FIG. 3 is a detailed view of an electric motor model to which the electric motor control device according to the embodiment of the present invention is applied.
FIGS. 4A and 4B are diagrams showing inductance characteristics of a motor applied to the motor control apparatus according to the embodiment of the present invention ((a) d axis, (b) q axis).
FIG. 5 is a diagram showing HB (magnetizing force-magnetic flux density) characteristics of a soft magnetic material constituting the electric motor applied to the electric motor control apparatus according to the embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram for explaining the application effect of the motor control device according to the embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of functions in a control block of the motor control device according to the embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram illustrating a function example in a control block of the motor control device according to the embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram for explaining an application effect of the motor control device according to the embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a block diagram showing a conventional motor control device.
[Explanation of symbols]
1 q-axis current calculation unit, 2 d-axis current calculation unit, 3 voltage estimator, 4 magnetic flux command calculation unit, 5 voltage bias calculation unit, 6 magnetic flux reduction rate calculation unit, 7 magnetoresistive bias calculation unit, 8 sign determination unit, 9 multiplier, 10, 11 adder, 12 magnetic flux / d-axis current converter, 13 torque command limiter, 14 torque / q-axis current converter, 15 voltage bias calculator, 16 magnetoresistive bias calculator, 28 rotor (Soft magnetic material), 29 air gap (non-magnetic material), 61, 62, 63 function, 81, 83 current command waveform, 82, 84 current detection waveform, 91 magnetic flux command generator, STC torque command value, STCC corrected torque Command value, SIQC q-axis current command value, SIDC d-axis current command value, SIQD q-axis current detection value, SIDD d-axis current detection value, SPD rotor speed, SID magnetic flux command, SID1 magnetic flux command before correction, S D2 Corrected magnetic flux command, SKIDC Post bias reduction coefficient, SIDC1 voltage bias value, SIDC2 magnetoresistive bias value, SKID magnetic flux reduction coefficient, SPN sign value, SVD terminal voltage value, CDP, CDN d-axis winding, CQP, CQN q Axis winding, CMF winding magnetic field, RD rotational force, FB1, FB2 Rotor outer circumference-slit distance (bridge), LD1, LD2 d-axis inductance characteristics, LQ1, LQ2 q-axis inductance characteristics, BHC, H-B (Magnetizing force-magnetic flux density) characteristics, REG1, REG2 control region, TQ1, TQ2 generated torque, BIASP, BIASN bias value, VO pre-correction voltage vector, VOD post-correction voltage vector.

Claims (5)

軟磁性体を有し回転方向に固定子巻線から見てインダクタンス変化を持つ回転子を備える電動機の制御装置であって、
回転子速度を検出する速度検出手段と
位制御装置から指令されるトルク指令値からq軸電流指令値を演算するq軸電流演算部と、
前記回転子速度に応じてd軸電流指令値が演算されるd軸電流演算部と、
電動機のd軸電流及びq軸電流を検出する電流検出手段と、
を備える電動機の制御装置において、
前記d軸電流演算部は、
前記q軸電流指令値を参照して磁束指令値を演算する磁束指令演算部と、
前記電流検出手段によるd軸電流検出値及びq軸電流検出値と前記回転子速度を参照して電動機の端子間電圧値を推定する電圧推定器
を備え、
該端子間電圧値から電圧バイアス値を演算し、前記磁束指令値を該電圧バイアス値で補正して前記d軸電流指令値を演算することを特徴とする電動機の制御装置。
A control device for an electric motor comprising a rotor having a soft magnetic material and having an inductance change as seen from the stator winding in the rotation direction,
Speed detecting means for detecting the rotor speed ;
And the q-axis current calculating unit for calculating a q-axis current command value from the torque command value commanded from the top level control device,
A d-axis current calculation unit for calculating a d-axis current command value according to the rotor speed;
Current detection means for detecting d-axis current and q-axis current of the motor;
In an electric motor control device comprising:
The d-axis current calculator is
A magnetic flux command calculation unit for calculating a magnetic flux command value with reference to the q-axis current command value;
A voltage estimator for estimating the inter-terminal voltage value of the motor with reference to the rotor speed and the d-axis current detection value and a q-axis current detection value by the current detecting means,
With
Calculating a voltage bias value from the voltage value between the terminals, the magnetic flux command value control unit for an electric motor, wherein the benzalkonium to calculate the d-axis current command value corrected by the voltage bias value.
請求項1に記載の電動機の制御装置において、
前記d軸電流演算部は、前記回転子速度を参照して演算された磁束低減係数を前記電圧バイアス値で修正し、前記磁束指令値をこの修正された磁束低減係数で補正して前記d軸電流指令値を演算することを特徴とする電動機の制御装置。
The motor control device according to claim 1,
The d-axis current calculation unit corrects the magnetic flux reduction coefficient calculated with reference to the rotor speed with the voltage bias value , and corrects the magnetic flux command value with the corrected magnetic flux reduction coefficient, thereby correcting the d-axis current. An electric motor control device that calculates a current command value.
軟磁性体を有し回転方向に固定子巻線から見てインダクタンス変化を持つ回転子を備える電動機に対して、
上位制御装置から指令されるトルク指令値からq軸電流指令値を演算するq軸電流演算部と、
前記回転子速度に応じてd軸電流指令値が演算されるd軸電流演算部と、
を備える電動機の制御装置において、
前記d軸電流演算部は、演算された補正前d軸電流指令値の符号を判断し、この補正前d軸電流指令値の正負の場合それぞれに対応した磁気抵抗バイアス値を決定し、前記補正前d軸電流指令値をこの磁気抵抗バイアス値で補正して前記d軸電流指令値を演算するものであり、
さらに、前記d軸電流演算部は、前記補正前d軸電流指令値の符号が正の場合に該補正前d軸電流指令値を正の磁気抵抗バイアス値で補正し、前記補正前d軸電流指令値の符号が負の場合に該補正前d軸電流指令値を負の磁気抵抗バイアス値で補正することを特徴とする電動機の制御装置。
For an electric motor including a rotor having a soft magnetic body and having an inductance change as seen from the stator winding in the rotation direction,
And the q-axis current calculating unit for calculating a q-axis current command value from the torque command value commanded from the host controller,
A d-axis current calculation unit for calculating a d-axis current command value according to the rotor speed;
In an electric motor control device comprising:
The d-axis current calculation unit determines the sign of the calculated d-axis current command value before correction, determines a magnetoresistive bias value corresponding to each of the positive and negative d-axis current command values, and the correction The d-axis current command value is calculated by correcting the previous d-axis current command value with the magnetoresistive bias value ,
Further, the d-axis current calculation unit corrects the d-axis current command value before correction with a positive magnetoresistive bias value when the sign of the d-axis current command value before correction is positive, and the d-axis current before correction. When the sign of the command value is negative, the d-axis current command value before correction is corrected with a negative magnetoresistive bias value .
請求項3に記載の電動機の制御装置において、
前記d軸電流演算部は、電動機のd軸電流−d軸インダクタンス特性に基づいて前記磁気抵抗バイアス値を決定することを特徴とする電動機の制御装置。
In the motor control device according to claim 3,
The d-axis current calculation unit determines the magnetoresistive bias value based on a d-axis current- d-axis inductance characteristic of the motor.
請求項3に記載の電動機の制御装置において、
前記d軸電流演算部は、前記回転子の磁化力−磁束密度特性に基づいて前記磁気抵抗バイアス値を決定することを特徴とする電動機の制御装置。
In the motor control device according to claim 3,
The d-axis current calculation unit determines the magnetoresistive bias value based on a magnetizing force-magnetic flux density characteristic of the rotor.
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