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公開番号2025025869
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-02-21
出願番号2023131073
出願日2023-08-10
発明の名称電動機の駆動装置
出願人株式会社荏原製作所,学校法人東京電機大学
代理人個人,個人,個人,個人
主分類H02P 21/26 20160101AFI20250214BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】電動機に依存する定数を不要とし、電動機の制御性を向上させた駆動装置を提供する。
【解決手段】駆動装置のベクトル制御部11は、インバータ10への電圧指令値を成分に含む電圧指令ベクトルと同方向の単位ベクトルを生成する単位ベクトル生成部35と、ベクトル制御部11の1制御周期あたりの単位ベクトルの回転角Δθuを算定するベクトル回転角算定部50と、単位ベクトルの回転角Δθuからノイズを除去することで推定ロータ回転角Δθrを生成するローパスフィルタ52と、単位ベクトルをサンプリングし、推定ロータ回転角Δθrに基づいて出力ベクトル(<u_α>,<u_β>)を生成するサンプリング処理部55を備えている。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
インバータと、該インバータの出力電流を検出する電流検出器と、該インバータへの電圧指令値を決定するベクトル制御部とを備えた電動機の駆動装置であって、
前記ベクトル制御部は、
前記インバータへの電圧指令値を成分に含む電圧指令ベクトルと同方向の単位ベクトルを生成する単位ベクトル生成部と、
前記ベクトル制御部の１制御周期あたりの前記単位ベクトルの回転角を算定するベクトル回転角算定部と、
前記単位ベクトルの前記回転角からノイズを除去することで推定ロータ回転角を生成するローパスフィルタと、
前記単位ベクトルをサンプリングし、前記推定ロータ回転角に基づいて出力ベクトルを生成するサンプリング処理部を備えている、駆動装置。
続きを表示（約 570 文字）【請求項２】
前記サンプリング処理部は、
前記単位ベクトルが更新範囲外にあるときに前記単位ベクトルの更新を停止する更新停止部と、
前記更新停止部から出力された前記単位ベクトルの移動量を制限範囲内に制限する推移制限部を備え、
前記更新範囲および前記制限範囲は、前記推定ロータ回転角に基づいて決定される、請求項１に記載の駆動装置。
【請求項３】
前記サンプリング処理部は、前記推定ロータ回転角を用いて、過去の出力ベクトルを１制御周期だけ進めた１次ホールドベクトルを算定するように構成されたベクトルスタビライザを備えている、請求項１に記載の駆動装置。
【請求項４】
前記ベクトルスタビライザは、
前記推定ロータ回転角の絶対値に所定の係数を乗算して得られた値が、前記単位ベクトルの前記回転角の絶対値よりも小さい場合は、前記１次ホールドベクトルを現在の出力ベクトルとして出力し、
前記推定ロータ回転角の絶対値に所定の係数を乗算して得られた値が、前記単位ベクトルの前記回転角の絶対値以上である場合は、前記単位ベクトルと前記１次ホールドベクトルとを所定の比で組み合わせたハイブリッド出力ベクトルを現在の出力ベクトルとして出力するように構成されている、請求項３に記載の駆動装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、同期モータや誘導モータなどの電動機を駆動する駆動装置に関し、特にインバータの出力電流に基づいてベクトル制御を行なう駆動装置に関する。
続きを表示（約 2,300 文字）【背景技術】
【０００２】
従来から一般に用いられているモータの制御方法としては、指令周波数に対応する電圧を出力することにより、電動機磁束を一定に保つＶ／Ｆ制御や、インバータの出力電流を励磁電流とトルク電流に分解し、負荷に見合ったモータ電流を流せるように励磁電圧とトルク電圧を制御するベクトル制御が挙げられる。
【０００３】
Ｖ／Ｆ制御は高速な演算を必要とせず、簡易な構成でモータを制御することが出来る。しかし、このＶ／Ｆ制御では、フィードバック情報が乏しいため、個々のモータの特性に合わせた高効率な制御は期待出来ない。また、モータロータの位置を検出しないため、同期機の場合はモータロータが脱調する可能性もある。
【０００４】
一方、同期機の脱調を防止し、且つ、高価な位置センサを使用することなく同期機を制御することが出来る制御方式として、センサレスベクトル制御がある。このセンサレスベクトル制御は、位置センサを用いずに、フィードバックされたモータ電流からロータの位置を推定する制御方式である。
【０００５】
特許文献１には、ロータ用の位置センサを使用することなくモータを制御することが出来るセンサレスベクトル制御が開示されている。図７は、従来のセンサベクトル制御を示すブロック図である。図７に示すように、ベクトル制御部５１１は、電流検出器５１２により検出された三相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを静止座標系上の二相電流Ｉα，Ｉβに変換する３／２相変換部５１７と、静止座標系上の二相電流Ｉα，Ｉβを回転座標系上の二相電流Ｉγ，Ｉδに変換する静止／回転座標変換部５１８を備えている。δ軸はモータ端子電圧（インバータ出力電圧）のベクトル方向の軸であり、γ軸はδ軸に直交する軸である。
【０００６】
ベクトル制御部５１１は、さらに、電流Ｉγとγ軸電流指令値Ｉγ*（＝０）との偏差を最小とするための回転座標系上の電圧指令値ｅ
INV
-γ*を生成するγ軸電流制御部５２１と、電流Ｉδとδ軸電流指令値Ｉδ*との偏差を最小とするための回転座標系上の電圧指令値ｅ
INV
-δ*を生成するδ軸電流制御部５２２と、回転座標系上の電圧指令値ｅ
INV
-γ*，ｅ
INV
-δ*を静止座標系上の電圧指令値ｅ
INV
-α*，ｅ
INV
-β*に変換する回転／静止座標変換部５２４と、二相の電圧指令値ｅ
INV
-α*，ｅ
INV
-β*を三相の電圧指令値Ｖｕ*，Ｖｖ*，Ｖｗ*に変換する２／３相変換部５２５を備えている。γ軸電流制御部５２１およびδ軸電流制御部５２２は、ＰＩ制御器である。
【０００７】
ベクトル制御部５１１は、さらに、静止座標系上の電圧指令値ｅ
INV
-α*，ｅ
INV
-β*を成分に持つベクトルｅ
→
INV
*の長さ｜ｅ
→
INV
*｜を算定するベクトル長さ算定部５２９と、１制御周期あたりの回転角［rad］の推定値Δθe*を算定する回転角推定器５３１と、静止座標系上の電圧指令値ｅ
INV
-α*，ｅ
INV
-β*を成分に含む電圧指令ベクトルと同方向の単位ベクトル（ｕ
α
，ｕ
β
）を生成する単位ベクトル生成部５３５と、単位ベクトル（ｕ
α
，ｕ
β
）が、予め設定された更新範囲外にあるときに単位ベクトル（ｕ
α
，ｕ
β
）の更新を停止する更新停止部５３７と、単位ベクトル（ｕ
α
，ｕ
β
）の移動を、予め設定された制限範囲内に制限する推移制限部５３８を備えている。推移制限部５３８の出力<ｕ
α
>，<ｕ
β
>は、静止／回転座標変換部５１８および回転／静止座標変換部５２４に送られる。
【０００８】
回転角推定器５３１は、ベクトル制御部１１の制御周期Ｔｃ［s］、逆起電力定数Ke［Vs/rad］(電気角速度当たりの一相起電力)、およびベクトル長さ｜ｅ
→
INV
*｜から、１制御周期あたりの回転角［rad］の推定値Δθe*を算定するように構成される。
【０００９】
単位ベクトル生成部５３５は、電圧指令値ｅ
INV
-α*，ｅ
INV
-β*を成分に含む電圧指令ベクトルｅ
→
INV
*をその長さ｜ｅ
→
INV
*｜で割り算することで、単位ベクトル（ｕ
α
，ｕ
β
）を生成するように構成される。単位ベクトル生成部５３５は、制御周期Ｔｃごとに単位ベクトルを生成する。
【００１０】
更新停止部５３７は、単位ベクトル生成部５３５によって生成された単位ベクトルが更新範囲内にあるときは、前回生成された単位ベクトルを、新たに生成された単位ベクトルに置き換え（すなわち単位ベクトルを更新し）、その一方で、単位ベクトル生成部５３５によって生成された単位ベクトルが更新範囲外にあるときは、単位ベクトルを更新せず、前回の単位ベクトルを出力する。このような機能を持つ更新停止部５３７の例としては、サンプル・ホールド回路が挙げられる。
（【００１１】以降は省略されています）

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