特表2024-513139 | 知財ポータル「IP Force」

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特表2024-513139三相モータを制御する方法及びデバイス

書誌要約請求の範囲詳細な説明課題実施例実施するための形態図面の説明

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-03-21

(54)【発明の名称】三相モータを制御する方法及びデバイス

(51)【国際特許分類】

H02P 21/26 20160101AFI20240313BHJP

【ＦＩ】

H02P21/26

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024502792

(86)(22)【出願日】2022-06-01

(85)【翻訳文提出日】2023-09-27

(86)【国際出願番号】 JP2022023030

(87)【国際公開番号】W WO2023286498

(87)【国際公開日】2023-01-19

(31)【優先権主張番号】21305974.4

(32)【優先日】2021-07-13

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】503163527

【氏名又は名称】ミツビシ・エレクトリック・アールアンドディー・センター・ヨーロッパ・ビーヴィ

【氏名又は名称原語表記】ＭＩＴＳＵＢＩＳＨＩＥＬＥＣＴＲＩＣＲ＆ＤＣＥＮＴＲＥＥＵＲＯＰＥＢ．Ｖ．

【住所又は居所原語表記】Ｃａｐｒｏｎｉｌａａｎ４６，１１１９ＮＳＳｃｈｉｐｈｏｌＲｉｊｋ，ＴｈｅＮｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ

(74)【代理人】

【識別番号】100110423

【弁理士】

【氏名又は名称】曾我道治

(74)【代理人】

【識別番号】100111648

【弁理士】

【氏名又は名称】梶並順

(74)【代理人】

【識別番号】100122437

【弁理士】

【氏名又は名称】大宅一宏

(74)【代理人】

【識別番号】100147566

【弁理士】

【氏名又は名称】上田俊一

(74)【代理人】

【識別番号】100188514

【弁理士】

【氏名又は名称】松岡隆裕

(72)【発明者】

【氏名】ブエノ・マリアーニ、ギリェルメ

(72)【発明者】

【氏名】ボワイエ、ニコラ

(72)【発明者】

【氏名】ペレグリノ、ジャンマリオ

(72)【発明者】

【氏名】バラサラジャン、アナンタラム

【テーマコード（参考）】

5H505

【Ｆターム（参考）】

5H505DD06

5H505EE41

5H505GG04

5H505JJ04

5H505JJ06

5H505JJ30

5H505LL14

5H505LL22

5H505LL32

(57)【要約】

本発明は、最大トルク／電流フィールドモジュール及び直接磁束ベクトル制御モジュールを使用してモータを制御するデバイス及び方法に関する。本発明は、直接磁束ベクトル制御モジュールによってｆτフレームワークにおける基準電圧を求め、加算された電圧を用いてモータを駆動し、モータ電流ベクトルを測定し、高周波注入電圧に対するモータの高周波電流応答が測定されたモータ電流ベクトルに対して垂直となるように高周波注入電圧を求め、測定されたモータ電流及び基準電圧から、推定された磁束を求め、注入された電圧に対する高周波磁束応答が測定された電流ベクトルと整列されるように、推定された磁束及び高周波正弦波信号から基準磁束を求める。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

最大トルク／電流フィールドモジュール及び直接磁束ベクトル制御モジュールを使用してモータを制御する方法であって、
前記直接磁束ベクトル制御モジュールによって、推定された磁束ノルムと、基準磁束と、推定された負荷角を使用するｆτフレームワークにおける測定されたモータ電流ベクトルと、基準トルク及び前記基準磁束から得られるτ軸における基準電流とから、ｆτフレームワークにおける基準電圧を求めるステップと、
固定子のαβフレームワークにおいて変換された前記基準電圧を高周波注入電圧と加算するステップと、
加算された電圧を用いて前記モータを駆動するステップと、
モータ電流ベクトルを測定するステップと、
前記高周波注入電圧に対する前記モータの高周波電流応答が、測定されたモータ電流ベクトルに対して垂直となるように、前記測定されたモータ電流ベクトル及び高周波正弦波電流信号から前記高周波注入電圧を求めるステップと、
前記測定されたモータ電流ベクトル及び前記基準電圧から、推定された磁束を求めるステップと、
注入された電圧に対する高周波磁束応答が前記測定されたモータ電流ベクトルと整列されるように、前記最大トルク／電流フィールドモジュールによって、前記推定された磁束及び高周波正弦波信号から、前記直接磁束ベクトル制御モジュールに提供される前記基準磁束を求めるステップと、
を含むことを特徴とする、方法。

【請求項2】

最大トルク／電流フィールドモジュール及び直接磁束ベクトル制御モジュールを使用して三相モータを制御するデバイスであって、
前記直接磁束ベクトル制御モジュールによって、推定された磁束ノルムと、基準磁束と、推定された負荷角を使用するｆτフレームワークにおける測定されたモータ電流ベクトルと、基準トルク及び前記基準磁束から得られるτ軸における基準電流とから、ｆτフレームワークにおける基準電圧を求める手段と、
固定子のαβフレームワークにおいて変換された前記基準電圧を高周波注入電圧と加算する手段と、
加算された電圧を用いて前記三相モータを駆動する手段と、
前記三相モータのモータ電流ベクトルを測定する手段と、
前記高周波注入電圧に対する前記三相モータの高周波電流応答が、測定されたモータ電流ベクトルに対して垂直となるように、前記測定されたモータ電流ベクトル及び高周波正弦波信号から前記高周波注入電圧を求める手段と、
前記測定されたモータ電流ベクトル及び前記基準電圧から、推定された磁束を求める手段と、
注入された電圧に対する高周波磁束応答が前記測定された電流ベクトルと整列されるように、前記最大トルク／電流フィールドモジュールによって、前記推定された磁束及び前記高周波正弦波信号から、前記直接磁束ベクトル制御モジュールに提供される前記基準磁束を求める手段と、
を備えることを特徴とする、デバイス。

【請求項3】

前記高周波注入電圧を求める手段は、
基本電流ベクトルを求める手段と、
固定子フレームワークにおいて測定された前記モータ電流ベクトルを、求められた基本電流ベクトルと整列された電流フレームワークにおける電流ベクトルに変換する手段と、
前記電流ベクトルの高周波フィルタリングによって、フィルタリングされた電流ベクトルを求める手段と、
前記電流フレームワークのｊ軸における高周波正弦波信号を前記フィルタリングされた電流ベクトルから減算し、比例積分調整を行い、前記電流フレームワークにおける電圧注入信号を得る手段と、
前記電流フレームワークにおける前記電圧注入信号を、前記固定子フレームワークにおける前記高周波注入電圧に変換する手段と、
を備えることを特徴とする、請求項２に記載のデバイス。

【請求項4】

前記最大トルク／電流フィールドモジュールは、
ｊ軸において前記推定された磁束のヘテロダイン変調を行い、ヘテロダイン復調の結果の比例積分調整を行い、前記基準磁束を提供する手段、
を備えることを特徴とする、請求項２又は３に記載のデバイス。

【請求項5】

前記直接磁束ベクトル制御モジュールは、
前記τ軸における前記基準電流から前記τ軸における前記測定された電流ｉ_τを減算し、前記減算の結果の第１の比例積分調整を行う手段と、
前記基準磁束から前記推定された磁束ノルムを減算し、前記減算の結果の第２の比例積分調整を行う手段と、
前記第1の比例積分調整の結果に前記第２の比例積分調整の結果を加算する、第１の加算を実行する手段と、
前記第１の加算の結果を、前記三相モータの固定子抵抗と、推定されたモータ速度と、前記τ軸における前記基準電流とに依存する第１の値に加算する手段と、
前記第２の比例積分調整の結果を、前記三相モータの固定子抵抗とｆ軸における前記基準電流とに依存する第２の値に加算する第２の加算を実行する手段と、
を備えることを特徴とする、請求項２又は３に記載のデバイス。

【請求項6】

前記推定された磁束を求める手段は、
α軸における基準電圧から、前記α軸におけるモータ電流に前記三相モータの固定子抵抗を乗算したものを減算する手段と、
推定された前記α軸における磁束を得るために、前記α軸における基準電圧から前記α軸におけるモータ電流に前記固定子抵抗を乗算したものを減算した結果から、前記推定されたα軸における磁束に係数を乗算したものを減算し、その減算の結果の第３の比例積分調整を行う手段と、
β軸における基準電圧から、前記β軸におけるモータ電流に前記固定子抵抗を乗算したものを減算する手段と、
推定された前記β軸における磁束を得るために、前記β軸における基準電圧から前記β軸におけるモータ電流に前記固定子抵抗を乗算したものを減算した結果から、前記推定されたβ軸における磁束に前記係数を乗算したものを減算し、その減算の結果の第４の比例積分調整を行う手段と、
を備えることを特徴とする、請求項２又は３に記載のデバイス。

【請求項7】

前記推定された磁束を求める手段である磁束推定モジュールは、
前記β軸における推定された磁束を推定された前記α軸における磁束によって除算し、前記負荷角の推定されたタンジェントを提供する手段、
を更に備えることを特徴とする、請求項６に記載のデバイス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、包括的には、三相モータを制御する方法及びデバイスに関する。

【背景技術】

【0002】

電気機械は、ファクトリーオートメーション又は輸送のいずれの産業においても広く使用されている。永久磁石同期機（ＰＭＳＭ）、同期リラクタンス機（ＳｙｎｃＲＭ）、巻線回転子同期機（ＷＲＳＭ）などの機械の多くの制御技術では、多くの場合に、ロータリーエンコーダを使用して、機械の速度及び位置をフィードバックとして得ている。

【0003】

低コストでロバストなモータドライブの需要により、センサレス制御の開発が増加している。それらのセンサがないことで、機械ドライブは、より安価になり、塵埃の多い過酷な環境に対してよりロバストになっている。

【0004】

センサレス制御には、多くの技術が提案されている。これらの技術は、機械の位置及び速度の推定に基づいているが、センサレスコントローラに関して多くの場合に無視される１つの側面は、所与の所望のトルク基準からＦＯＣ（フィールド指向制御）コントローラの基準電流を選ぶ戦略である。ＣＶＣ（電流ベクトル制御）コントローラでは、基準量は、その位置を推定しなければならない回転子基準系内のｄｑ軸における電流レベルである。ＤＦＶＣ（直接磁束ベクトル制御）では、基準量は、磁束のノルム及び１つの電流成分である。後者の技術は、位置推定を必要としない固定子磁束基準系にも適用されるので魅力的である。

【0005】

最良の電流軌跡は、所与の電流レベル（及び所与の銅損）のトルクを最大にするために基準の組み合わせを選ぶＭＴＰＡ（最大トルク／電流（電流当たりの最大トルク））である。文献では、ＭＴＰＡを追跡する技術として１つ以上のルックアップテーブル（ＬＵＴ）又は注入ベースを使用する種々の技術が提案されている。ルックアップテーブルの場合には、理想的なＭＴＰＡ軌跡を導出するために、トルクはＩｄｑ電流の関数として測定される。この軌跡は、変化するトルクレベルとともに記憶することができ、動的に使用することができる。しかしながら、ＭＴＰＡモードを動作させる前には特定の測定が必要である。これは、ＭＴＰＡ軌跡を追跡する最も一般的な方法である。

【0006】

これらの方法には、重大な制限がある。汎用インバータ（ＧＰＩ）が、未知のモータについてＭＴＰＡのルックアップテーブルを確立することは一般に困難である。ＭＴＰＡＬＵＴの直接測定に代わるものは、磁束鎖交又はインダクタンスマップＬＵＴを操作することであるが、これについても、専用のテスト又は自己コミッショニングセッションが必要である。ＣＶＣコントローラの場合、ＭＴＰＡ表現は、ｄ軸及びｑ軸の双方において増分インダクタンス及びコードインダクタンスの知識を必要とする。一般に、ＭＴＰＡ制御は、インダクタンスＬＵＴの知識が必要になる傾向がある。インダクタンスに不確実であると、その結果、位置誤差並びに不安定性及びＭＴＰＡからのずれのリスクが生じ、これによって、制御不能の可能性に加えてエネルギーの濫用が発生する。

【0007】

ＤＦＶＣコントローラのＭＴＰＡ及びＭＴＰＶを追跡する技術が文献に提案されている。しかしながら、それらの技術は、ＭＴＰＡ追跡用に測定されたインダクタンスＬＵＴに依存する。

【0008】

ＭＴＰＡをオンラインで追跡する注入方法が、文献に既に提案されているが、それらの方法は、ＣＶＣコントローラに一般に使用されるものであり、ＤＦＶＣコントローラに適用することはできない。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

本発明は、ＤＦＶＣ制御技術を使用するセンサレス制御方法及びデバイスを提供することを目的とし、制御されるモータに関する事前情報なしでＭＴＰＡ最適動作状態に達するものである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

この目的のため、本発明は、最大トルク／電流フィールドモジュール及び直接磁束ベクトル制御モジュールを使用してモータを制御する方法であって、
直接磁束ベクトル制御モジュールによって、推定された磁束

【数1】

ノルムと、基準磁束λ^＊ _ＭＴＰＡと、推定された負荷角

【数2】

を使用するｆτフレームワークにおける測定されたモータ電流ベクトルｉ_ｆτと、基準トルクＴ^＊及び基準磁束λ^＊ _ＭＴＰＡから得られるτ軸における基準電流ｉ^＊ _τとから、ｆτフレームワークにおける基準電圧を求めるステップと、
αβ固定子フレームワークにおいて変換された基準電圧ｖ^＊ _αβを高周波注入電圧

【数3】

と加算するステップと、
加算された電圧を用いてモータを駆動するステップと、
モータ電流ベクトルｉ_αβを測定するステップと、
高周波注入電圧に対するモータの高周波電流応答が、測定されたモータ電流ベクトルに対して垂直となるように、測定されたモータ電流ベクトルｉ_αβ及び高周波正弦波信号ｉ_δｓｉｎ（ω_ｈｔ）から高周波注入電圧

【数4】

を求めるステップと、
測定されたモータ電流ベクトルｉ_αβ及び基準電圧ｖ^＊ _αβから、推定された磁束

【数5】

を求めるステップと、
注入された電圧に対する高周波磁束応答が測定されたモータ電流ベクトルと整列されるように、最大トルク／電流フィールドモジュールによって、推定された磁束

【数6】

及び高周波正弦波信号ｓｉｎ（ω_ｈｔ）から、直接磁束ベクトル制御モジュールに提供される基準磁束λ^＊ _ＭＴＰＡを求めるステップと、
を含むことを特徴とする、方法に関する。

【0011】

本発明はまた、最大トルク／電流フィールドモジュール及び直接磁束ベクトル制御モジュールを使用してモータを制御するデバイスであって、
直接磁束ベクトル制御モジュールによって、推定された磁束

【数7】

ノルムと、基準磁束λ^＊ _ＭＴＰＡと、推定された負荷角

【数8】

を使用するｆτフレームワークにおける測定されたモータ電流ベクトルｉ_ｆｒと、基準トルクＴ^＊及び基準磁束λ^＊ _ＭＴＰＡから得られるτ軸における基準電流ｉ^＊ _τとから、基準電圧を求める手段と、
固定子のαβフレームワークにおいて変換された基準電圧ｖ^＊ _αβを高周波注入電圧

【数9】

と加算する手段と、
加算された電圧を用いてモータを駆動する手段と、
モータ電流ベクトルｉ_αβを測定する手段と、
高周波注入電圧に対するモータの高周波電流応答が測定されたモータ電流ベクトルに対して垂直となるように、測定されたモータ電流ベクトルｉ_αβ及び高周波正弦波信号ｉ_δｓｉｎ（ω_ｈｔ）から高周波注入電圧

【数10】

を求める手段と、
測定されたモータ電流ｉ_αβ及び基準電圧ｖ^＊ _αβから、推定された磁束

【数11】

を求める手段と、
注入された電圧に対する高周波磁束応答が測定されたモータ電流ベクトルと整列されるように、最大トルク／電流フィールドモジュールによって、推定された磁束

【数12】

及び高周波正弦波信号ｓｉｎ（ω_ｈｔ）から、直接磁束ベクトル制御モジュールに提供される基準磁束λ^＊ _ＭＴＰＡを求める手段と、
を備えることを特徴とする、デバイスに関する。

【0012】

したがって、モータは、ルックアップテーブルを必要とすることなく、ＭＴＰＡ軌跡上で制御される。ＬＵＴレスＭＴＰＡは、直接磁束ベクトル制御に適用される。回転子の位置を推定する必要がなく、ＭＴＰＡ基準がいずれの飽和状態においても満たされるので、センサレス制御の全体的な安定性が改善される。

【0013】

特定の特徴によれば、高周波注入電圧

【数13】

を求める手段は、
基本電流ベクトルｉ_{αβ＿ＬＦ}を求める手段と、
固定子フレームワークαβにおいて測定された電流ベクトルｉ_αβを、求められた基本電流ベクトルｉ_{αβ＿ＬＦ}に整列された電流フレームワークｉｊにおける電流ベクトルｉ_ｉｊに変換する手段と、
電流ベクトルｉ_ｉｊの高周波フィルタリングによって、フィルタリングされた電流ベクトルｉ_ｉｊＨＦを求める手段と、
電流フレームワークｉｊにおける電圧注入信号を得るために、電流フレームワークのｊ軸における高周波正弦波信号ｉ_δｓｉｎ（ω_ｈｔ）をフィルタリングされた電流ベクトルｉ_ｉｊＨＦから減算し、比例積分調整を行う手段と、
電流フレームワークｉｊにおける電圧注入信号を固定子フレームワークαβにおける高周波電圧

【数14】

に変換する手段と、
を備える。

【0014】

したがって、ＨＦ（高周波）注入電圧は、電流係数のＨＦ変化を０にするように設定される。ＨＦ注入電圧に対する機械のＨＦ応答は、その場合に、測定された基本電流ベクトルに直交する。

【0015】

特定の特徴によれば、最大トルク／電流モジュールは、
基準磁束を提供するために、ｊ軸において推定された磁束

【数15】

のヘテロダイン変調を行い、ヘテロダイン復調の結果の比例積分調整を行う手段、
を備えることを特徴とする。

【0016】

したがって、電流に対して垂直である推定された磁束のＨＦ成分を推定することができる。比例積分は、このＨＦ成分を０にすることができる基準磁束を生成する。電流振幅のＨＦ変化がない場合には、結果の基準磁束は、ＭＴＰＡ基準を必然的に満たす。

【0017】

特定の特徴によれば、直接磁束ベクトル制御モジュールは、
τ軸における基準電流ｉ^＊ _τからτ軸における測定された電流ｉ_τを減算し、減算の結果の第１の比例積分調整を行う手段と、
基準磁束λ^＊ _ＭＴＰＡから推定された磁束ノルムを減算し、減算の結果の第２の比例積分調整を行う手段と、
第１の比例積分調整の結果に第２の比例積分調整の結果を加算する、第１の加算を実行する手段と、
第１の加算の結果を、モータの固定子抵抗と、推定されたモータ速度と、τ軸における基準電流とに依存する第１の値に加算する手段と、
第２の比例積分調整の結果を、モータの固定子抵抗とｆ軸における基準電流とに依存する第２の値に加算する第２の加算を実行する手段と、
を備える。

【0018】

したがって、推定された磁束及び測定されたモータの電流によって機械を直接制御することができる。この制御は、機械回転子の位置に関しても、トルク状態とともに変化するモータの飽和状態についても事前知識を必要としない。

【0019】

特定の特徴によれば、磁束推定モジュールは、
負荷角

【数16】

の推定されたタンジェントを提供するために、推定されたβ軸における磁束

【数17】

を推定されたα軸における磁束

【数18】

によって除算する手段、
を更に備える。

【0020】

したがって、位置センサを必要とすることなく、推定された負荷角

【数19】

をＤＦＶＣコントローラ及び速度推定器に供給することができる。

【0021】

本発明の特徴は、例示の実施形態の以下の説明を読むことによってより明らかになる。この説明は、添付図面に関して作成されたものである。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本発明による最大トルク／電流を使用するモータの直接磁束ベクトル制御の第１の例を表す図である。

【図2】本発明による直接磁束ベクトル制御モジュールのブロック図の一例を表す図である。

【図3】本発明による磁束推定モジュールのブロック図の一例を表す図である。

【図4】本発明による最大トルク／電流モジュールのブロック図の一例を表す図である。

【図5】本発明による注入ブロックモジュールのブロック図の一例を表す図である。

【図6】本発明による最大トルク／電流を使用するモータの直接磁束ベクトル制御の第２の例を表す図である。

【図7】本発明によって使用されるモータフレームワークを表す図である。

【図8】本発明によるモータを制御するアルゴリズムの一例を表す図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

図１は、本発明による最大トルク／電流を使用するモータの直接磁束ベクトル制御の第１の例を表している。

【0024】

図１に示すシステムでは、基準トルクＴ^＊が、ＭＴＰＡ追跡モジュール１５５によって提供される基準磁束λ^＊ _ＭＴＰＡ及びモータ１３５の極対数を３／２倍したものとともに除算器１００に供給され、ＤＦＶＣモジュール１１０に提供されるτ軸における基準電流ｉ^＊ _τを得る。

【数20】

【0025】

ＤＦＶＣモジュール１１０は、τ軸における基準電流ｉ^＊ _τと、推定された磁束

【数21】

ノルムと、ｆτフレームワークにおける測定された電流ｉ_ｆτと、ＭＴＰＡ追跡モジュール１５５からの基準磁束λ^＊ _ＭＴＰＡとから、ｆτフレームワークにおける基準電圧ｖ^＊ _ｆτを求める。

【0026】

ｆτフレームワークにおける基準電圧ｖ^＊ _ｆτは、フレームワーク変換モジュール１１５に提供され、フレームワーク変換モジュール１１５は、推定された負荷角

【数22】

を使用して、ｆτフレームワークにおける基準電圧ｖ^＊ _ｆτをαβフレームワークにおける基準電圧ｖ^＊ _αβに変換する。

【0027】

αβフレームワークにおける基準電圧ｖ^＊ _αβは、加算モジュール１２０に提供される。加算モジュール１２０は、基準電圧ｖ^＊ _αβをαβフレームワークにおける高周波注入電圧

【数23】

と加算して、変更されたαβフレームワークにおける基準電圧ｖ^＊＊ _αβを得る。

【0028】

変更されたαβフレームワークにおける基準電圧ｖ^＊＊ _αβは、モータ１３５に接続された電圧源インバータＶＳＩ１３０に提供される。三相ａｂｃにおいて測定されたモータ電流ベクトルｉ_ａｂｃは、フレームワーク変換モジュール１４０に提供される。

【0029】

フレームワーク変換モジュール１４０は、三相ａｂｃにおいて測定されたモータ電流ｉ_ａｂｃをαβフレームワークにおける測定されたモータ電流ベクトルｉ_αβに変換する。

【0030】

αβフレームワークにおける測定されたモータ電流ベクトルｉ_αβは、磁束推定モジュール１５０、ｊ軸注入モジュール１２５及びフレームワーク変換モジュール１４５に提供される。

【0031】

フレームワーク変換モジュール１４５は、推定された負荷角

【数24】

を使用して、αβフレームワークにおける測定されたモータ電流ベクトルｉ_αβをｆτフレームワークにおける測定されたモータ電流ベクトルｉ_ｆτに変換する。

【0032】

ｆτ軸における測定された電流ベクトルｉ_ｆτは、ＤＦＶＣモジュール１１０に提供される。

【0033】

ｊ軸注入モジュール１２５は、αβフレームワークにおける測定されたモータ電流ベクトルｉ_αβ及び高周波正弦波信号ｉ_δｓｉｎ（ω_ｈｔ）からαβフレームワークにおける注入電圧

【数25】

を求める。

【0034】

高周波注入電圧

【数26】

は、測定されたモータ電流ベクトルに対して垂直である、注入された電圧に対するモータの高周波電流応答を提供するために求められる。

【0035】

高周波注入電圧

【数27】

は、１００Ｈｚと電圧源インバータＶＳＩ１３０のスイッチング周波数との間の周波数レンジにある。

【0036】

磁束推定モジュール１５０は、αβフレームワークにおける測定されたモータ電流ベクトルｉ_αβ及び基準電圧ｖ^＊ _αβから、推定されたαβフレームワークにおける磁束

【数28】

及び推定された負荷角

【数29】

を求める。

【0037】

速度推定モジュール１５２は、推定された負荷角からモータ１３５の速度を求める。

【0038】

例えば、速度

【数30】

は、位相ロックループと、この位相ロックループの出力のローパスフィルタリングとを使用して推定される。

【0039】

推定されたαβフレームワークにおける磁束

【数31】

は、ＭＴＰＡ追跡モジュール１５５及びＤＦＶＣモジュール１１０に提供される。

【0040】

ＭＴＰＡ追跡モジュール１５５は、推定されたαβフレームワークにおける磁束

【数32】

及び高周波正弦波信号ｓｉｎ（ω_ｈｔ）から基準磁束λ^＊ _ＭＴＰＡを求める。

【0041】

本発明によれば、システムは、
直接磁束ベクトル制御モジュールによって、推定された磁束

【数33】

ノルムと、基準磁束λ^＊ _ＭＴＰＡと、推定された負荷角

【数34】

を使用するｆτフレームワークにおける測定されたモータ電流ベクトルｉ_ｆτと、基準トルクＴ^＊及び基準磁束λ^＊ _ＭＴＰＡから得られるτ軸における基準電流ｉ^＊ _τとから、基準電圧ｖ^＊ _αβを求める手段と、
基準電圧ｖ^＊ _αβを高周波注入電圧

【数35】

と加算する手段と、
加算された電圧を用いてモータを駆動する手段と、
モータ電流ベクトルｉ_αβを測定する手段と、
高周波電圧に対するモータの高周波電流応答が測定されたモータ電流ベクトルに対して垂直になるように、測定されたモータ電流ベクトルｉ_αβ及び高周波正弦波信号ｉ_δｓｉｎ（ω_ｈｔ）から高周波注入電圧

【数36】

を求める手段と、
測定されたモータ電流ｉ_αβ及び基準電圧ｖ^＊ _αβから、推定された磁束

【数37】

【数38】

及び高周波正弦波信号ｓｉｎ（ω_ｈｔ）から、直接磁束ベクトル制御モジュールに提供される基準磁束λ^＊ _ＭＴＰＡを求める手段と、
を備える。

【0042】

トルクは、Ｔ＝ｉ_ｄｑ ^ＴＪλ_ｄｑによって与えられる。ここで、Ｊは行列

【数39】

であり、ｉ_ｄｑはｄｑフレームワークにおける測定された電流であり、^Ｔは転置行列であり、λ_ｄｑは磁束である。

【0043】

ＭＴＰＡ則は、

【数40】

であるときに満たされる。ここで、γ＝∠ｉ_ｄｑは、ｄｑフレームワークにおける電流シュート角を示す。また、

【数41】

である。ここで、ｌは増分インダクタンス行列を表し、Ｌはコードインダクタンス行列を表す。

【0044】

ＭＴＰＡ、（ｉ_ｄｑ ^ａ）^ＴＪｉ_ｄｑ＝０において、補助磁束λ_ｄｑ ^ａ＝ＪＬｉ_ｄｑ－ｌＪｉ_ｄｑは、測定された電流ベクトルと整列される。

【0045】

ｉ軸がｉ_ｄｑと整列されているｉｊフレームワークにおいて表すと、補助磁束の関数として表される磁束λ_ｉｊ＝ｅ^－ＪγＬｅ^Ｊγｉ_ｉｊの導関数は、以下の式となる。

【数42】

定電流振幅（ｄｉ_ｉｊ＝０）の仮定の下では、上記微分方程式は、dλ_ｉｊ＝－λ_ｉｊ ^ａdγに縮約される。

【0046】

ＭＴＰＡ条件は、λ_ｊ ^ａ＝０であるときに満たされるので、この条件は、ｄλ_ｊ＝０であるときに満たされる。

【0047】

したがって、本発明は、ｄｉ_ｉｊ＝０を満たし、ｊ軸におけるゼロＨＦ磁束応答ｄλ_ｊ＝０を得るために、ｊ軸に小さなＨＦ電流励起を注入することで構成される。このλ_ｊ ^ａ＝０が達成されると、その結果、磁束摂動ベクトルは電流ベクトルと整列し、ＭＴＰＡ条件が満たされる。

【0048】

一変形形態では、ＭＴＰＡ則が取得されると、高周波注入がオフになる。磁束は、その後、ちょうど取得されたＭＴＰＡ則に従ってトルク条件に適合する。

【0049】

更に別の変形形態では、経時的な機械の変化を評価し、ＭＴＰＡ則をリセットするために、注入を散発的にオンにすることができる。

【0050】

図２は、本発明による直接磁束ベクトル制御モジュールのブロック図の一例を表している。

【0051】

直接磁束ベクトル制御モジュール１１０は、τ軸における基準電流ｉ^＊ _τからτ軸における測定された電流ｉ_τを減算する減算モジュール２２０を備える。

【0052】

減算モジュール２２０の出力は、ＰＩレギュレータ２２５に提供される。ＰＩレギュレータ２２５の出力は、乗算モジュール２３０に提供される。乗算モジュール２３０は、ＰＩレギュレータ２２５の出力にデカップリング定数値１／ｂを乗算する。

【0053】

直接磁束ベクトル制御モジュール１１０は、推定された磁束ノルム

【数43】

を基準磁束λ^＊ _ＭＴＰＡから減算する減算モジュール２００を備える。減算モジュール２００の出力は、ＰＩレギュレータ２０５に提供される。ＰＩレギュレータ２０５の出力は、乗算モジュール２１０に提供される。乗算モジュール２１０は、ＰＩレギュレータ２０５の出力に、モータネームプレート定格において較正されたデカップリング定数値－ａ／ｂを乗算する。例として、ａ及びｂの値はａ＝４及びｂ＝１３である。

【0054】

乗算モジュール２３０及び２１０の出力は、加算モジュール２３５によって加算される。

【0055】

加算モジュール２３５の出力は、加算モジュール２４０に提供される。加算モジュール２４０は、加算モジュール２３５によって行われた加算の結果を

【数44】

に加算して、τ軸における基準電圧ｖ^＊ _τを提供する。ここで、Ｒ_ｓは固定子抵抗であり、

【数45】

は推定されたモータ速度である。

【0056】

固定子抵抗Ｒ_ｓは、例えば自己コミッショニング手順から得られる。モータ速度は、推定された磁束ベクトルの負荷角

【数46】

を追跡して推定される。

【0057】

ＰＩレギュレータ２０５の出力は、加算モジュール２１５に提供される。加算モジュール２１５は、ＰＩレギュレータ２０５の出力の結果をＲ_ｓｉ_ｆに加算して、ｆ軸における基準電圧ｖ^＊ _ｆを提供する。

【0058】

図３は、本発明による磁束推定モジュールのブロック図の一例を表している。

【0059】

磁束推定モジュール１５０は、α軸における電流ｉ_αに抵抗Ｒ_ｓを乗算したものをα軸における基準電圧ｖ^＊ _αから減算する減算モジュール３００を備える。

【0060】

減算モジュール３００の結果は、減算モジュール３０５に提供される。

【0061】

減算モジュール３０５は、乗算モジュール３１５によって提供される結果を減算モジュール３００の結果から減算する。

【0062】

減算モジュール３０５の出力は、積分器３１０に提供され、積分器３１０は、推定されたα軸における磁束

【数47】

を提供する。

【0063】

推定されたα軸における磁束

【数48】

は、除算器３２０及び乗算モジュール３１５に提供される。乗算モジュール３１５は、推定されたα軸における磁束

【数49】

に、観測利得である係数ｋ_ｏｂｓを乗算する。

【0064】

磁束推定モジュール１５０は、β軸における電流ｉ_βにモータ１３５の抵抗Ｒ_ｓを乗算したものを、β軸における基準電圧ｖ^＊ _βから減算する減算モジュール３３０を備える。

【0065】

減算モジュール３３０の結果は、減算モジュール３３５に提供される。

【0066】

減算モジュール３３５は、乗算モジュール３４５によって提供される結果を減算モジュール３３０の結果から減算する。

【0067】

減算モジュール３３５の出力は、積分器３４０に提供され、積分器３４０は、推定されたβ軸における磁束

【数50】

を提供する。

【0068】

推定されたβ軸における磁束

【数51】

は、除算器３２０及び乗算モジュール３４５に提供される。乗算モジュール３４５は、推定されたβ軸における磁束

【数52】

に係数ｋ_ｏｂｓを乗算する。

【0069】

除算モジュール３２０は、推定されたβ軸における磁束

【数53】

を推定されたα軸における磁束

【数54】

によって除算する。

【0070】

除算モジュール３２０の結果は、推定された負荷角

【数55】

を提供するために、モジュール３５０によるアークタンジェントによって変換される。

【0071】

図４は、本発明による最大トルク／電流モジュールのブロック図の一例を表している。

【0072】

最大トルク／電流モジュール１５５は、測定された電流とαβフレームワークのα軸との間の測定された角度γ_ｓを使用して、推定されたαβフレームワークにおける磁束

【数56】

を推定されたｉｊフレームワークにおける磁束

【数57】

に変換するフレームワーク変換モジュール４００を備える。

【0073】

推定されたｊ軸における磁束

【数58】

は、乗算器４１５に提供される。乗算器４１５は、推定されたｊ軸における磁束

【数59】

に高周波正弦波信号ｓｉｎ（ω_ｈｔ）を乗算する。

【0074】

乗算モジュール４１５の出力は、ローパスフィルタ４２０によって処理される。

【0075】

モジュール４１５及び４２０は、ヘテロダイン復調４１０を形成する。

【0076】

ヘテロダイン変調４１０の出力は、積分利得ｋ_λ及び比例利得０を有するＰＩレギュレータ４２５に提供される。ＰＩレギュレータ４２５は、基準磁束λ^＊ _ＭＴＰＡを提供する。

【0077】

基準磁束λ^＊ _ＭＴＰＡは、したがって、高周波注入電圧に対する磁束応答がｊ軸上でヌル（null）であり、ｉ軸上にのみあることを保証するように制御される。注入された電圧に対する高周波磁束応答は、測定された電流ベクトルと整列される。

【0078】

図５は、本発明による注入ブロックモジュールのブロック図の一例を表している。

【0079】

注入モジュール１２５は、基本電流ベクトルｉ_{αβ＿ＬＦ}を求める手段５００を備える。例として、基本電流ベクトルｉ_{αβ＿ＬＦ}は、測定された電流ベクトルｉ_αβのローパスフィルタリングによって求められる。別の例として、基本電流ベクトルｉ_{αβ＿ＬＦ}は、過去の記憶された電流ベクトルである。

【0080】

注入モジュール１２５は、αβフレームワークにおける測定されたモータ電流ベクトルｉ_αβをｉｊフレームワークにおける測定されたモータ電流ベクトルｉ_ｉｊに変換するフレームワーク変換モジュール５０１を備える。ｉｊフレームワークは、求められた基本電流ベクトルから導出される角度γ_ｓ、すなわち、

【数60】

を使用してαβフレームワークから回転される。

【0081】

フレームワーク変換モジュール５０１の出力は、ハイパスフィルタＨＰＦ５１０に提供される。ハイパスフィルタ５１０の出力は、減算モジュール５１５に提供される。減算モジュール５１５は、ｊ軸における高周波正弦波信号ｉ_δｓｉｎ（ω_ｈｔ）をハイパスフィルタ５１０の出力から減算する。

【0082】

減算モジュール５１５の出力は、ｉｊフレームワークにおける電圧注入信号を得るために、ＰＩレギュレータ５２０に提供される。ｉｊフレームワークにおける電圧注入信号は、フレームワーク変換モジュール５２５に提供される。フレームワーク変換モジュール５２５は、ｉｊフレームワークにおける電圧注入信号をαβフレームワークにおける電圧注入信号

【数61】

に変換する。

【0083】

高周波注入電圧に対する高周波電流応答は、したがって、ｊ軸のみにある基準に従うように制御される。高周波注入電圧に対するモータの高周波電流応答は、測定されたモータ電流ベクトルに対して垂直である。

【0084】

図６は、本発明による最大トルク／電流を使用するモータの直接磁束ベクトル制御の第２の例を表している。

【0085】

最大トルク／電流を使用するモータデバイス６０の直接磁束ベクトル制御は、例えば、バス６０１によって接続された構成要素と、図８に開示されるようなプログラムによって制御されるプロセッサ６００とに基づくアーキテクチャを有する。

【0086】

バス６０１は、プロセッサ６００を、リードオンリーメモリＲＯＭ６０２、ランダムアクセスメモリＲＡＭ６０３、及び入出力インターフェースＩ／ＯＩＦ６０５にリンクさせる。

【0087】

入出力インターフェースＩ／ＯＩＦ６０５は、モータ１３５の状態を監視するデバイスが、モータ１３５を流れる電流を表す信号を検知することを可能にする。

【0088】

メモリ６０３は、図８に開示されるようなアルゴリズムに関連したプログラムの変数及び命令を受信するように意図されたレジスタを含む。

【0089】

リードオンリーメモリＲＯＭ６０２、又は場合によっては、フラッシュメモリは、デバイス６０の電源が投入されると、ランダムアクセスメモリＲＡＭ６０３にロードされる、図８に開示されるようなアルゴリズムに関連したプログラムの命令を含む。代替的に、プログラムは、ＲＯＭ６０２から直接実行することもできる。

【0090】

デバイス６０によって行われる計算は、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）、ＤＳＰ（デジタル信号プロセッサ）又はマイクロコントローラ等のプログラマブルコンピューティングマシンによる命令又はプログラムのセットの実行によってソフトウェアにおいて実現することもできるし、マシン、又は、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）若しくはＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）等の専用構成要素によってハードウェアにおいて実現することもできる。

【0091】

換言すれば、デバイス６０は、デバイス６０に、図８に開示されるようなアルゴリズムに関連したプログラムを実行させる回路部、又は回路部を備える装置を備える。

【0092】

図７は、本発明によって使用されるモータフレームワークを表している。

【0093】

図７には、αβ二相固定子フレームワークが表されている。αβフレームワークは、モータの固定子に対して静的である。

【0094】

図7には、ｄｑ二相回転子フレームワークが表されている。ｄｑフレームワークは動的であり、回転子位置θに追従する。

【0095】

図７には、ｉｊ二相電流フレームワークが表されている。ｉ軸は電流ベクトルに追従し、α軸と角度γ_ｓを形成する一方、ｊ軸は電流ベクトルに対して垂直である。

【0096】

図７には、ｆτ二相磁束フレームワークが表されている。ｆ軸は、推定された磁束ベクトルに追従し、α軸と角度δ_ｓを形成する一方、τ軸は推定された磁束ベクトルに対して垂直である。