TOP特許意匠商標
特許ウォッチ DM通知 Twitter
10個以上の画像は省略されています。
公開番号2021166447
公報種別公開特許公報(A)
公開日20211014
出願番号2020069453
出願日20200408
発明の名称界磁巻線同期電動機の制御装置及び制御方法
出願人株式会社明電舎
代理人個人,個人,個人,個人
主分類H02P 21/12 20160101AFI20210917BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】界磁巻線同期電動機の制御装置において、トルクリプルを抑制する。
【解決手段】電機子巻線2aが巻かれた固定子と、界磁巻線2bが巻かれた回転子と、電力変換を行い、電機子巻線2aに交流電力を供給する電力変換器1と、回転子の回転位置に対応した回転磁界を形成する同期電流に界磁巻線2bの励磁電流を重畳させた電機子電流を電機子巻線2aに流すように電力変換器1を制御する制御部と、を備えた界磁巻線同期電動機の制御装置において、界磁巻線電流推定部9は、電機子巻線2aに流れる電流から界磁巻線電流推定値ifd_estを推定する。q軸電流指令変換部11は、界磁巻線電流推定値ifd_estを用いて、トルク変動を抑制するようにq軸電流指令値iq_cmdを生成する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
電機子巻線が巻かれた固定子と、
界磁巻線が巻かれた回転子と、
電力変換を行い、前記電機子巻線に交流電力を供給する電力変換器と、
前記回転子の回転位置に対応した回転磁界を形成する同期電流に前記界磁巻線の励磁電流を重畳させた電機子電流を前記電機子巻線に流すように前記電力変換器を制御する制御部と、を備えた界磁巻線同期電動機の制御装置であって、
前記制御部は、
前記電機子巻線に流れる電流から界磁巻線電流推定値を推定する界磁巻線電流推定部と、
前記界磁巻線電流推定値を用いて、トルク変動を抑制するようにq軸電流指令値を生成するq軸電流指令変換部と、
を備えたことを特徴とする界磁巻線同期電動機の制御装置。
続きを表示(約 1,700 文字)【請求項2】
前記界磁巻線電流推定部は前記界磁巻線電流推定値を、以下の(10)式により算出することを特徴とする請求項1記載の界磁巻線同期電動機の制御装置。

fd_est
:界磁巻線電流推定値

fd
:界磁巻線インダクタンス

fd
:相互インダクタンス

d_max
:d軸電流の最大値

d
:d軸電流
【請求項3】
前記界磁巻線電流推定部は前記界磁巻線電流推定値を、以下の(19)式により算出することを特徴とする請求項1記載の界磁巻線同期電動機の制御装置。

fd_est
:界磁巻線電流推定値

fd
:界磁巻線インダクタンス

fd
:相互インダクタンス

d
:d軸電流

d_lpf
:d軸電流をローパスフィルタにかけたd軸ローパスフィルタ電流(ローパスフィルタは,i
d
がi
d_lpf
以上であればゲイン1、i
d
がi
d_lpf
より小さければ界磁巻線の時定数となるようなゲインにローパスフィルタゲインを切り替える構成)
【請求項4】
前記q軸電流指令変換部は前記q軸電流指令値を、以下の(11)式により算出することを特徴とする請求項2または3記載の界磁巻線同期電動機の制御装置。

q_cmd
:q軸電流指令値

n
:モータの極対数

d
:d軸インダクタンス

q
:q軸インダクタンス

d
:d軸電流

fd
:相互インダクタンス

fd_est
:界磁巻線電流推定値
T:トルク
【請求項5】
前記回転子に磁石が組み込まれたことを特徴とする請求項1〜3のうち何れかに記載の界磁巻線同期電動機の制御装置。
【請求項6】
前記q軸電流指令変換部は前記q軸電流指令値を、以下の(18)式により算出することを特徴とする請求項5記載の界磁巻線同期電動機の制御装置。

q_cmd
:q軸電流指令値

n
:モータの極対数

d
:d軸インダクタンス

q
:q軸インダクタンス

d
:d軸電流

fd
:相互インダクタンス

fd_est
:界磁巻線電流推定値
T:トルク

fd
:界磁巻線インダクタンス
λ
PM
:磁石の鎖交磁束
【請求項7】
前記界磁巻線と直列接続され、前記電機子巻線に流れる電機子電流によって前記界磁巻線に誘導される誘導交流電流を一方向に規制する整流素子を備えたことを特徴とする請求項1〜6のうち何れかに記載の界磁巻線同期電動機の制御装置。
【請求項8】
電機子巻線が巻かれた固定子と、
界磁巻線が巻かれた回転子と、を備えた界磁巻線同期電動機の制御方法であって、
電力変換器が電力変換を行い、前記電機子巻線に交流電力を供給し、
制御部が、前記回転子の回転位置に対応した回転磁界を形成する同期電流に前記界磁巻線の励磁電流を重畳させた電機子電流を前記電機子巻線に流すように前記電力変換器を制御し、
界磁巻線電流推定部が、前記電機子巻線に流れる電流から界磁巻線電流推定値を推定し、
q軸電流指令変換部が、前記界磁巻線電流推定値を用いて、トルク変動を抑制するようにq軸電流指令値を生成する
ことを特徴とする界磁巻線同期電動機の制御方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、界磁巻線同期電動機の制御方法に関する。
続きを表示(約 4,200 文字)【背景技術】
【0002】
界磁巻線同期電動機は界磁巻線に流れる電流によりトルクや誘起電圧を制御できるため、電動機の運転範囲を拡大でき、可変速駆動に適している。通常、界磁電流の制御はブラシなどを用いて外部から直流電圧を印加して行われるが、ブラシを用いない構成の界磁巻線同期電動機が開示されている(非特許文献1,特許文献1)。また、このブラシを用いない界磁巻線同期電動機の回転子に磁石を併用したものも開示されている(非特許文献2)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開平7−95790号公報
特開2008−109823号公報
特開2010−252452号公報
【非特許文献】
【0004】
小山純,鳥羽俊介,樋口剛,山田英二,「半波整流ブラシなし同期電動機の原理と基礎特性」,電気学会論文誌D,107巻,10号,pp.1257−1264(1987−10)
小山純,阿部貴志,樋口剛,山田英二,「永久磁石を併用した半波整流ブラシなし同期電動機の定常特性」,電気学会論文誌D,109巻,7号,pp.507−514(1989−7)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
図9は従来における界磁巻線同期電動機の制御装置を示すブロック図である。これらの界磁巻線同期電動機は、回転子位置に同期してバイアス周波数で脈動する交番起磁力をつくり、この起磁力によって回転子界磁巻線に誘導する起磁力を、ダイオードにより半波整流することによって励磁を得る構成となっている。そのため、一次側の固定子巻線に重畳する脈動電流とこの脈動電流により励磁される界磁巻線電流の脈動により、トルクリプルが生じるという問題がある。
【0006】
このトルクリプルの問題に対して、特許文献2,3が開示されている。特許文献2は重畳する励磁用電流の重畳周期に関するものであり、特許文献3は回転子励磁用電流を磁極方向から所定角度進んだ方向に重畳することで、トルクリプルを抑制するものである。
【0007】
以上示したようなことから、界磁巻線同期電動機の制御装置において、トルクリプルを抑制することが課題となる。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明は、前記従来の問題に鑑み、案出されたもので、その一態様は、電機子巻線が巻かれた固定子と、界磁巻線が巻かれた回転子と、電力変換を行い、前記電機子巻線に交流電力を供給する電力変換器と、前記回転子の回転位置に対応した回転磁界を形成する同期電流に前記界磁巻線の励磁電流を重畳させた電機子電流を前記電機子巻線に流すように前記電力変換器を制御する制御部と、を備えた界磁巻線同期電動機の制御装置であって、前記制御部は、前記電機子巻線に流れる電流から界磁巻線電流推定値を推定する界磁巻線電流推定部と、前記界磁巻線電流推定値を用いて、トルク変動を抑制するようにq軸電流指令値を生成するq軸電流指令変換部と、を備えたことを特徴とする。
【0009】
また、その一態様として、前記界磁巻線電流推定部は前記界磁巻線電流推定値を、以下の(10)式により算出することを特徴とする。
【0010】
【0011】

fd_est
:界磁巻線電流推定値

fd
:界磁巻線インダクタンス

fd
:相互インダクタンス

d_max
:d軸電流の最大値

d
:d軸電流。
【0012】
また、他の態様として、前記界磁巻線電流推定部は前記界磁巻線電流推定値を、以下の(19)式により算出することを特徴とする。
【0013】
【0014】

fd_est
:界磁巻線電流推定値

fd
:界磁巻線インダクタンス

fd
:相互インダクタンス

d
:d軸電流

d_lpf
:d軸電流をローパスフィルタにかけたd軸ローパスフィルタ電流(ローパスフィルタは,i
d
がi
d_lpf
以上であればゲイン1、i
d
がi
d_lpf
より小さければ界磁巻線の時定数となるようなゲインにローパスフィルタゲインを切り替える構成)。
【0015】
また、その一態様として、前記q軸電流指令変換部は前記q軸電流指令値を、以下の(11)式により算出することを特徴とする。
【0016】
【0017】

q_cmd
:q軸電流指令値

n
:モータの極対数

d
:d軸インダクタンス

q
:q軸インダクタンス

d
:d軸電流

fd
:相互インダクタンス

fd_est
:界磁巻線電流推定値
T:トルク。
【0018】
また、他の態様として、前記回転子に磁石が組み込まれたことを特徴とする。
【0019】
また、その一態様として、前記q軸電流指令変換部は前記q軸電流指令値を、以下の(18)式により算出することを特徴とする。
【0020】
【0021】

q_cmd
:q軸電流指令値

n
:モータの極対数

d
:d軸インダクタンス

q
:q軸インダクタンス

d
:d軸電流

fd
:相互インダクタンス

fd_est
:界磁巻線電流推定値
T:トルク

fd
:界磁巻線インダクタンス
λ
PM
:磁石の鎖交磁束。
【0022】
また、その一態様として、前記界磁巻線と直列接続され、前記電機子巻線に流れる電機子電流によって前記界磁巻線に誘導される誘導交流電流を一方向に規制する整流素子を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【0023】
本発明によれば、界磁巻線同期電動機の制御装置において、トルクリプルを抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0024】
実施形態1における界磁巻線同期電動機の制御装置を示すブロック図。
界磁巻線鎖交磁束を示す図。
実施形態2における界磁巻線同期電動機の制御装置を示すブロック図。
実施形態3における界磁巻線電流推定部を示すブロック図。
q軸電流一定の場合のシミュレーション結果を示す図。
q軸電流に補正をかけた場合のシミュレーション結果を示す図。
実施形態3を適用していない場合のシミュレーション結果を示す図。
実施形態3を適用した場合のシミュレーション結果を示す図。
従来における界磁巻線同期電動機の制御装置を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【0025】
以下、本願発明における界磁巻線同期電動機の制御装置の実施形態1〜3を図1〜図8に基づいて詳述する。
【0026】
[実施形態1]
図1は、本実施形態1における界磁巻線同期電動機の制御装置を示すブロック図である。本実施形態1は、電機子電流から界磁巻線の励磁電流を推定し、この推定した界磁巻線の励磁電流及び電機子電流からトルクが一定となるような電流指令値を求め、この電流指令値に追従するように電機子電流を制御することで、トルクリプルを抑制するものである。
【0027】
電力変換器(インバータ)1は、直流を交流に変換し、電機子巻線2aに交流電力を供給する。ブラシレスの界磁巻線同期電動機2は、電機子巻線2aが巻かれた固定子と、界磁巻線2bが巻かれた回転子と、界磁巻線2bと直列接続された整流素子(ダイオード)2cと、を備える。整流素子2cは、電機子巻線2aに流れる電機子電流によって界磁巻線2bに誘導される誘導交流電流を一方向に規制する。
【0028】
制御部は、回転子の回転位置に対応した回転磁界を形成する同期電流に界磁巻線2bの励磁電流を重畳させた電機子電流を電機子巻線2aに流すように電力変換器(インバータ)1を制御する。具体的に、回転位置センサ3は、界磁巻線同期電動機2の回転子の位置を検出する。電流検出器4は、ホールセンサ等であり、電力変換器(インバータ)1出力の三相の電流検出値i
u
,i
v
,i
w
を検出する。
【0029】
dq変換器5は、電流検出器4で検出した三相の電流検出値i
u
,i
v
,i
w
を回転位置センサ3で検出した回転子位置に同期した回転座標のd軸,q軸電流(検出値)i
d
,i
q
に変換する。
【0030】
電流振幅設定部7は、界磁巻線励磁用の電流振幅を出力する。重畳電流指令生成部10は、電流振幅設定部7が出力した電流振幅に基づいて界磁巻線励磁用の重畳電流指令を出力する。d軸電流指令生成部8は、界磁巻線励磁用の重畳電流指令とリラクタンストルクを利用するためのd軸電流を加算,演算してd軸電流指令値i
d_cmd
を出力する。
(【0031】以降は省略されています)

この特許をJ-PlatPatで参照する

関連特許

株式会社明電舎
巻上機
株式会社明電舎
回転機
株式会社明電舎
回転機
株式会社明電舎
回転機
株式会社明電舎
回転機
株式会社明電舎
回転機
株式会社明電舎
回転電機
株式会社明電舎
給電装置
株式会社明電舎
モータ組立体
株式会社明電舎
酸化亜鉛素子
株式会社明電舎
盤の冷却構造
株式会社明電舎
モータ組立体
株式会社明電舎
水質判定装置
株式会社明電舎
電力変換装置
株式会社明電舎
監視システム
株式会社明電舎
盤の冷却構造
株式会社明電舎
回転機システム
株式会社明電舎
冷媒の排出構造
株式会社明電舎
給電制御システム
株式会社明電舎
絶縁劣化診断方法
株式会社明電舎
異常予兆検出方法
株式会社明電舎
絶縁劣化診断装置
株式会社明電舎
回転機及び巻上機
株式会社明電舎
電力変換システム
株式会社明電舎
電力変換システム
株式会社明電舎
車両自動運転装置
株式会社明電舎
車両自動運転装置
株式会社明電舎
信号伝送システム
株式会社明電舎
ロータ及び回転機
株式会社明電舎
電気機器及びモータ
株式会社明電舎
回転電機の軸受構造
株式会社明電舎
回転機の軸接地装置
株式会社明電舎
身体状態把握システム
株式会社明電舎
ステータ、及び回転電機
株式会社明電舎
相間絶縁紙および回転電機
株式会社明電舎
場予測装置装置の学習方法
続きを見る