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公開番号2024072014
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-05-27
出願番号2022182582
出願日2022-11-15
発明の名称電動機
出願人株式会社豊田自動織機
代理人個人,個人
主分類H02P 21/18 20160101AFI20240520BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】モータの損失が大きくなることを抑制すること。
【解決手段】電動機は、制御部を備える。制御部は、位置推定部を備える。制御部は、インバータへの入力電圧が予め定められた電圧閾値以下、又は、相電流が予め定められた電流閾値以上の場合、位置推定部に誘起電圧方式によって回転子の位置を推定させる。制御部は、インバータへの入力電圧が予め定められた電圧閾値よりも高く、且つ、相電流が予め定められた電流閾値よりも低い場合、位置推定部に高調波重畳方式によって回転子の位置を推定させる。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
回転子及び３相のコイルが巻回された固定子を有するモータと、
ドライバーと、前記ドライバーによって駆動されるスイッチング素子と、を有し、前記スイッチング素子によって前記モータを駆動するインバータと、
前記モータに流れる相電流を検出する相電流検出部と、
前記インバータへの入力電圧を検出する入力電圧検出部と、
前記スイッチング素子の制御に用いられる複数の指令値を算出し、前記スイッチング素子を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記回転子の位置を推定する位置推定部を備え、
前記位置推定部は、
前記３相のコイルに発生する誘起電圧に基づき、前記回転子の位置を推定する誘起電圧方式と、
前記指令値に高調波を重畳させ、前記回転子の位置を推定する高調波重畳方式と、を有する電動機であって、
前記制御部は、
前記入力電圧が予め定められた電圧閾値以下、又は、前記相電流が予め定められた電流閾値以上の場合、前記位置推定部に前記誘起電圧方式によって前記回転子の位置を推定させ、
前記入力電圧が予め定められた前記電圧閾値よりも高く、且つ、前記相電流が予め定められた前記電流閾値よりも低い場合、前記位置推定部に前記高調波重畳方式によって前記回転子の位置を推定させるように切り替えることを特徴とする電動機。
続きを表示（約 940 文字）【請求項２】
前記制御部は、
前記回転子の位置の他に、前記回転子の回転速度を推定する前記位置推定部と、
前記相電流を前記回転子の位置に基づいてｄ軸電流及びｑ軸電流に変換する電流座標変換部と、
前記回転速度と、外部から入力される回転速度指令値との差分に基づいて、ｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値を算出する速度制御部と、
前記ｄ軸電流と前記ｄ軸電流指令値との差分に基づいてｄ軸電圧指令値を算出し、前記ｑ軸電流と前記ｑ軸電流指令値との差分に基づいてｑ軸電圧指令値を算出する電流制御部と、
前記ｄ軸電圧指令値及び前記ｑ軸電圧指令値に基づいて、３相分の３相電圧指令値を算出するＰＷＭ制御部と、を備え、
前記制御部は、前記高調波重畳方式において、前記ｄ軸電圧指令値のみ、前記ｄ軸電圧指令値及び前記ｑ軸電圧指令値の両方、前記ｄ軸電流指令値及び前記ｑ軸電流指令値の両方、並びに、前記３相電圧指令値のみのうちのいずれかの指令値で定義される所定の指令値に、高調波を重畳させ、前記位置推定部に前記回転子の位置を推定させる請求項１に記載の電動機。
【請求項３】
前記電圧閾値は、第１電圧閾値と、前記第１電圧閾値よりも低い第２電圧閾値とを有し、
前記制御部は、前記第１電圧閾値を、前記誘起電圧方式から前記高調波重畳方式への切り替えに用い、前記第２電圧閾値を、前記高調波重畳方式から前記誘起電圧方式への切り替えに用いる、請求項１又は請求項２に記載の電動機。
【請求項４】
前記電流閾値は、第１電流閾値と、前記第１電流閾値よりも低い第２電流閾値とを有し、
前記制御部は、前記第１電流閾値を、前記高調波重畳方式から前記誘起電圧方式への切り替えに用い、前記第２電流閾値を、前記誘起電圧方式から前記高調波重畳方式への切り替えに用いる、請求項１又は請求項２に記載の電動機。
【請求項５】
前記制御部は、前記モータの温度が予め定められた温度閾値よりも低く、且つ前記モータの回転数が予め定められた回転数閾値よりも低い場合、前記相電流が前記電流閾値よりも低いと判定する、請求項１又は請求項２に記載の電動機。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、電動機に関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
インバータをセンサレス制御することによってモータを駆動する場合、モータの回転子の位置を推定する必要がある。センサレス制御は、回転子の位置をソフトウェアで推定することによってハードウェアの位置センサを用いずにモータを駆動する制御方式である。
【０００３】
特許文献１に開示のインバータ制御装置は、誘起電圧方式によって回転子の位置を推定している。誘起電圧方式を用いる場合、インバータへの入力電圧が高電圧であり、且つ電流が低電流の場合に、回転子の位置の推定精度が低下する。このため、インバータ制御装置は、入力電圧が閾値よりも高い場合には、電流が下限値を下回らないように電流制限を行うことによって電流が低電流になることを抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０１７－１８４５９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では、電流が下限値を下回らないように電流制限されるため、銅損の大きいモータでは効率が低下する虞がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決する電動機は、回転子及び３相のコイルが巻回された固定子を有するモータと、ドライバーと、前記ドライバーによって駆動されるスイッチング素子と、を有し、前記スイッチング素子によって前記モータを駆動するインバータと、前記モータに流れる相電流を検出する相電流検出部と、前記インバータへの入力電圧を検出する入力電圧検出部と、前記スイッチング素子の制御に用いられる複数の指令値を算出し、前記スイッチング素子を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記回転子の位置を推定する位置推定部を備え、前記位置推定部は、前記３相のコイルに発生する誘起電圧に基づき、前記回転子の位置を推定する誘起電圧方式と、前記指令値に高調波を重畳させ、前記回転子の位置を推定する高調波重畳方式と、を有する電動機であって、前記制御部は、前記入力電圧が予め定められた電圧閾値以下、又は、前記相電流が予め定められた電流閾値以上の場合、前記位置推定部に前記誘起電圧方式によって前記回転子の位置を推定させ、前記入力電圧が予め定められた前記電圧閾値よりも高く、且つ、前記相電流が予め定められた前記電流閾値よりも低い場合、前記位置推定部に前記高調波重畳方式によって前記回転子の位置を推定させるように切り替えることを要旨とする。
【０００７】
制御部は、インバータへの入力電圧が予め定められた電圧閾値よりも高く、且つ、相電流が予め定められた電流閾値よりも低い場合、高調波重畳方式によって位置推定部に回転子の位置を推定させる。高調波重畳方式は、誘起電圧方式に比べてインバータへの入力電圧が予め定められた電圧閾値よりも高く、且つ、相電流が予め定められた電流閾値よりも低い場合でも回転子の位置の推定精度が低下しにくい。モータ電流が低くなることを制限する必要がないため、モータの損失が大きくなることを抑制できる。
【０００８】
上記電動機について、前記制御部は、前記回転子の位置の他に、前記回転子の回転速度を推定する前記位置推定部と、前記相電流を前記回転子の位置に基づいてｄ軸電流及びｑ軸電流に変換する電流座標変換部と、前記回転速度と、外部から入力される回転速度指令値との差分に基づいて、ｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値を算出する速度制御部と、前記ｄ軸電流と前記ｄ軸電流指令値との差分に基づいてｄ軸電圧指令値を算出し、前記ｑ軸電流と前記ｑ軸電流指令値との差分に基づいてｑ軸電圧指令値を算出する電流制御部と、前記ｄ軸電圧指令値及び前記ｑ軸電圧指令値に基づいて、３相分の３相電圧指令値を算出するＰＷＭ制御部と、を備え、前記制御部は、前記高調波重畳方式において、前記ｄ軸電圧指令値のみ、前記ｄ軸電圧指令値及び前記ｑ軸電圧指令値の両方、前記ｄ軸電流指令値及び前記ｑ軸電流指令値の両方、並びに、前記３相電圧指令値のみのうちのいずれかの指令値で定義される所定の指令値に、高調波を重畳させ、前記位置推定部に前記回転子の位置を推定させてもよい。
【０００９】
上記電動機について、前記電圧閾値は、第１電圧閾値と、前記第１電圧閾値よりも低い第２電圧閾値とを有し、前記制御部は、前記第１電圧閾値を、前記誘起電圧方式から前記高調波重畳方式への切り替えに用い、前記第２電圧閾値を、前記高調波重畳方式から前記誘起電圧方式への切り替えに用いてもよい。
【００１０】
上記電動機について、前記電流閾値は、第１電流閾値と、前記第１電流閾値よりも低い第２電流閾値とを有し、前記制御部は、前記第１電流閾値を、前記高調波重畳方式から前記誘起電圧方式への切り替えに用い、前記第２電流閾値を、前記誘起電圧方式から前記高調波重畳方式への切り替えに用いてもよい。
（【００１１】以降は省略されています）

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