(57)【要約】【課題】電流値の変化に対応したモータのインダクタンス値を算出することができる、インダクタンス算出システム及びインダクタンス算出方法を提供する。【解決手段】インダクタンス算出システム１０は、トルク指令部１１と、モータ制御部１２と、インバータ１３と、電圧計測部１４と、電流計測部１５と、モータ出力計測部１６と、三相二相変換部１７・１８と、インダクタンス算出部１９と、を備え、インダクタンス算出部１９は、三相二相変換部１７・１８で変換されたｄｑ軸電圧値（Ｖｄ、Ｖｑ）及びｄｑ軸電流値（Ｉｄ、Ｉｑ）と、モータ出力計測部１６で計測したモータＭの回転速度ωに基づいて、モータＭにおけるｄｑ軸電流値（Ｉｄ、Ｉｑ）に対応するインダクタンス値（図１中のＬｄ、Ｌｑ）を算出する。【選択図】図１
2014072999.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータに対してトルクを指令するトルク指令部と、
該トルク指令部からの信号に基づいて前記モータの駆動を制御するモータ制御部と、
前記モータと前記モータ制御部との間に接続されるインバータと、
前記モータ制御部より出力される指令電圧を計測する電圧計測部と、
前記インバータと前記モータとの間に流れる電流を計測する電流計測部と、
前記モータの回転角及び回転速度を計測する、モータ出力計測部と、
前記モータ出力計測部で計測した前記モータの回転角を用いて、前記電圧計測部及び電流計測部で計測した電圧値及び電流値を、前記モータの回転子の座標軸であるｄｑ軸におけるｄｑ軸電圧値及びｄｑ軸電流値に変換する三相二相変換部と、
前記三相二相変換部で変換されたｄｑ軸電圧値及びｄｑ軸電流値と、前記モータ出力計測部で計測した前記モータの回転速度に基づいて、前記モータにおける前記ｄｑ軸電流値に対応するインダクタンス値を算出する、インダクタンス算出部と、を備えることを特徴とする、インダクタンス算出システム。
【請求項２】
モータに対してトルクを指令するトルク指令工程と、
前記トルクの指令に基づいて、インバータを介して前記モータの駆動を制御するモータ制御工程と、
前記モータ制御部より出力される指令電圧を計測する電圧計測工程と、
前記モータに流れる電流を計測する電流計測工程と、
前記モータの回転角及び回転速度を計測する、モータ出力計測工程と、
前記モータ出力計測工程で計測した前記モータの回転角を用いて、前記電圧計測工程及び電流計測工程で計測した電圧値及び電流値を、前記モータの回転子の座標軸であるｄｑ軸におけるｄｑ軸電圧値及びｄｑ軸電流値に変換する三相二相変換工程と、
前記三相二相変換工程で変換されたｄｑ軸電圧値及びｄｑ軸電流値と、前記モータ出力計測工程で計測した前記モータの回転速度に基づいて、前記モータにおける前記ｄｑ軸電流値に対応するインダクタンス値を算出する、インダクタンス算出工程と、を備えることを特徴とする、インダクタンス算出方法。
【請求項３】
モータモデルと、
前記モータモデルに対してトルクを指令するトルク指令モデルと、
該トルク指令モデルからの信号に基づいて前記モータモデルの駆動を制御するモータ制御モデルと、
前記モータモデルと前記モータ制御モデルとの間に配置されるインバータモデルと、
前記モータ制御モデルより出力される指令電圧を計測する電圧計測部と、
前記インバータモデルと前記モータモデルとの間に流れる電流を計測する電流計測部と、
前記モータモデルの回転角及び回転速度を計測する、モータ出力計測部と、
前記モータ出力計測部で計測した前記モータモデルの回転角を用いて、前記電圧計測部及び電流計測部で計測した電圧値及び電流値を、前記モータモデルの回転子の座標軸であるｄｑ軸におけるｄｑ軸電圧値及びｄｑ軸電流値に変換する三相二相変換部と、
前記三相二相変換部で変換されたｄｑ軸電圧値及びｄｑ軸電流値と、前記モータ出力計測部で計測した前記モータモデルの回転速度に基づいて、前記モータモデルにおける前記ｄｑ軸電流値に対応するインダクタンス値を算出する、インダクタンス算出部と、を備えることを特徴とする、インダクタンス算出システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インダクタンス算出システム及びインダクタンス算出方法に関し、特に、モータのインダクタンス値を算出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、モータ等のインダクタンス値を算出する技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
特許文献１には、モータに特定の電圧パターンを印加して、その際の電流変化（具体的には、電圧をステップ的に変化させた際の電流の応答時間）からモータのインダクタンス値を測定する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２３２５７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、本来モータのインダクタンス値はモータに流れる電流値に応じて変化するが、特許文献１に記載の技術によれば、測定するインダクタンス値は固定値となるため、電流値の変化に対応したインダクタンス値を測定することができなかった。
【０００６】
本発明は、上記の状況を鑑み、電流値の変化に対応したモータのインダクタンス値を算出することができる、インダクタンス算出システム及びインダクタンス算出方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００８】
即ち、本願発明においては、モータに対してトルクを指令するトルク指令部と、該トルク指令部からの信号に基づいて前記モータの駆動を制御するモータ制御部と、前記モータと前記モータ制御部との間に接続されるインバータと、前記モータ制御部より出力される指令電圧を計測する電圧計測部と、前記インバータと前記モータとの間に流れる電流を計測する電流計測部と、前記モータの回転角及び回転速度を計測する、モータ出力計測部と、前記モータ出力計測部で計測した前記モータの回転角を用いて、前記電圧計測部及び電流計測部で計測した電圧値及び電流値を、前記モータの回転子の座標軸であるｄｑ軸におけるｄｑ軸電圧値及びｄｑ軸電流値に変換する三相二相変換部と、前記三相二相変換部で変換されたｄｑ軸電圧値及びｄｑ軸電流値と、前記モータ出力計測部で計測した前記モータの回転速度に基づいて、前記モータにおける前記ｄｑ軸電流値に対応するインダクタンス値を算出する、インダクタンス算出部と、を備えるものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、電流値の変化に対応したモータのインダクタンス値を算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第一実施形態に係るインダクタンス算出システムの概略構成を示した図。
【図２】（ａ）、（ｂ）はそれぞれｄｑ軸電流値とインダクタンス値との関係を示した図。
【図３】第二実施形態に係るインダクタンス算出システムの概略構成を示した図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、発明の実施の形態を説明する。
なお、本発明の技術的範囲は以下の実施例に限定されるものではなく、本明細書及び図面に記載した事項から明らかになる本発明が真に意図する技術的思想の範囲全体に、広く及ぶものである。
【００１２】
［インダクタンス算出システム１０］
図１を参照して、本発明に係るインダクタンス算出システムの第一実施形態であるインダクタンス算出システム１０の概略構成について説明する。
本実施形態に係るインダクタンス算出システム１０は、その内部に磁石、コイル、シャフト、ロータコア、及び、ステータコア等を備えたモータＭのインダクタンス値を算出する。そして、インダクタンス算出システム１０は図１に示す如く、トルク指令部１１と、モータ制御部１２と、インバータ１３と、電圧計測部１４と、電流計測部１５と、モータ出力計測部１６と、三相二相変換部１７・１８と、インダクタンス算出部１９と、を備える。
【００１３】
トルク指令部１１はモータＭに対するトルクを指令するプログラム等が格納された記憶部や、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等のマイクロコンピュータが前記プログラムに基づいてモータＭに対してトルクを指令する演算部などを備えたワークコントローラである。換言すれば、トルク指令部１１は、モータ制御部１２に対して信号を出力することにより、モータＭのトルクを指令するのである。
【００１４】
なお、以下に説明する、モータ制御部１２、三相二相変換部１７・１８、インダクタンス算出部１９等についても、それぞれで実行するプログラム等が格納された記憶部や、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等のマイクロコンピュータが前記プログラムに基づいて処理を行う演算部を備えている。本実施形態において、これらの構成要素はトルク指令部１１とは別に配設される構成としているが、トルク指令部１１と同じコントローラに格納する構成とすることも可能である。
【００１５】
モータ制御部１２はトルク指令部１１からの信号に基づいて、インバータ１３を介してモータＭに対して電圧を印加する。インバータ１３はモータＭとモータ制御部１２との間に接続されている。つまり、モータ制御部１２はインバータ１３を介してモータＭの駆動を制御する。このように、モータＭはトルク指令部１１が出力する信号に従って、指令された所定のトルクでシャフトを回転させ、モータＭの通常運転を行うのである。
【００１６】
本実施形態に係るインダクタンス算出システム１０は、モータＭの通常運転中に、モータ制御部１２より出力される指令電圧（図１中のＶｕ−ｒｅｆ、Ｖｖ−ｒｅｆ、Ｖｗ−ｒｅｆ）を計測する電圧計測部１４と、インバータ１３とモータＭとの間に流れる電流（図１中のＩｕ、Ｉｖ、Ｉｗ）を計測する電流計測部１５と、モータＭの回転角θ及び回転速度ωを計測する、モータ出力計測部１６と、を備える。具体的には、モータ出力計測部１６がモータＭにおけるシャフトの回転角θを計測し、回転角θから回転速度ωを算出するのである。
【００１７】
三相二相変換部１７・１８は、モータ出力計測部１６で計測したモータＭの回転角θを用いて、電圧計測部１４及び電流計測部１５で計測した電圧値及び電流値を、モータＭの回転子の座標軸であるｄｑ軸におけるｄｑ軸電圧値（図１中のＶｄ、Ｖｑ）及びｄｑ軸電流値（図１中のＩｄ、Ｉｑ）に変換する。具体的には図１に示す如く、三相二相変換部１７において、電圧計測部１４で計測した電圧値をｄｑ軸におけるｄｑ軸電圧値に変換し、三相二相変換部１８において、電流計測部１５で計測した電流値をｄｑ軸におけるｄｑ軸電流値に変換するのである。
【００１８】
インダクタンス算出部１９は、三相二相変換部１７・１８で変換されたｄｑ軸電圧値（Ｖｄ、Ｖｑ）及びｄｑ軸電流値（Ｉｄ、Ｉｑ）と、モータ出力計測部１６で計測したモータＭの回転速度ωに基づいて、モータＭにおけるｄｑ軸電流値（Ｉｄ、Ｉｑ）に対応するインダクタンス値（図１中のＬｄ、Ｌｑ）を算出する。
【００１９】
インダクタンス算出部１９で算出するインダクタンス値（Ｌｄ、Ｌｑ）は、それぞれ以下の数式１及び数式２によって表される電圧方程式を用いて算出する。
【００２０】
【数１】
2014072999.tif 000003
【００２１】
【数２】
2014072999.tif 000004
【００２２】
上記数式１及び数式２において、ＲはモータＭにおける抵抗値を、φはモータＭにおける逆起電力定数を示している。
【００２３】
本実施形態に係るインダクタンス算出システム１０は、電圧計測部１４による指令電圧の計測、電流計測部１５による電流の計測、モータ出力計測部１６によるモータＭの回転角θ及び回転速度ωの計測、三相二相変換部１７・１８によるｄｑ軸電圧値（Ｖｄ、Ｖｑ）及びｄｑ軸電流値（Ｉｄ、Ｉｑ）への変換、及び、インダクタンス算出部１９によるインダクタンス値（Ｌｄ、Ｌｑ）の算出を繰り返す。そして、図２（ａ）及び（ｂ）に示す如く、各時刻のインダクタンス値（Ｌｄ、Ｌｑ）及びｄｑ軸電流値（Ｉｄ、Ｉｑ）を対応させたＬｄマップ及びＬｑマップを生成するのである。
【００２４】
上記の如く、本実施形態に係るインダクタンス算出方法は、モータＭに対してトルクを指令するトルク指令工程と、トルクの指令に基づいて、インバータ１３を介してモータＭの駆動を制御するモータ制御工程と、モータ制御部より出力される指令電圧（Ｖｕ−ｒｅｆ、Ｖｖ−ｒｅｆ、Ｖｗ−ｒｅｆ）を計測する電圧計測工程と、モータＭに流れる電流（Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ）を計測する電流計測工程と、モータＭの回転角θ及び回転速度ωを計測する、モータ出力計測工程と、モータ出力計測工程で計測したモータＭの回転角θを用いて、電圧計測工程及び電流計測工程で計測した電圧値及び電流値を、モータＭの回転子の座標軸であるｄｑ軸におけるｄｑ軸電圧値（Ｖｄ、Ｖｑ）及びｄｑ軸電流値（Ｉｄ、Ｉｑ）に変換する三相二相変換工程と、三相二相変換工程で変換されたｄｑ軸電圧値及びｄｑ軸電流値と、モータ出力計測工程で計測したモータＭの回転速度ωに基づいて、モータＭにおけるｄｑ軸電流値に対応するインダクタンス値（Ｌｄ、Ｌｑ）を算出する、インダクタンス算出工程と、を備える。
【００２５】
本実施形態に係るインダクタンス算出システム１０によれば、上記の如く構成することにより、モータＭのインダクタンス値（Ｌｄ、Ｌｑ）を、モータＭに流れるｄｑ軸電流値（Ｉｄ、Ｉｑ）の変化に対応して測定することが可能となる。換言すれば、モータＭに特定の電圧パターンを印加したり、モータＭを破壊したりすることなく、ｄｑ軸電流値（Ｉｄ、Ｉｑ）の変化に対応したモータＭのインダクタンス値（Ｌｄ、Ｌｑ）を算出することが可能となるのである。
【００２６】
［インダクタンス算出システム１１０］
次に、図３を参照して、第二実施形態に係るインダクタンス算出システム１１０の概略構成について説明する。
本実施形態に係るインダクタンス算出システム１１０は、前記実施形態におけるインダクタンス算出システム１０を、ＣＡＥ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ａｉｄｅｄ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）におけるインダクタンス値の算出に応用したものである。つまり、本実施形態に係るインダクタンス算出システム１１０は、コンピュータ等の電子計算機において、モータモデル１２０のインダクタンス値を算出する数値解析を実行する装置である。
【００２７】
本実施形態に係るインダクタンス算出システム１１０は、図３に示す如く、磁石、コイル、シャフト、ロータコア、及び、ステータコア等を備えるモータのモデルであるモータモデル１２０と、トルク指令モデル１１１と、モータ制御モデル１１２と、インバータモデル１１３と、電圧計測部１１４と、電流計測部１１５と、モータ出力計測部１１６と、三相二相変換部１１７・１１８と、インダクタンス算出部１１９と、を備える。
【００２８】
トルク指令モデル１１１、モータ制御モデル１１２、及び、インバータモデル１１３は、前記第一実施形態におけるトルク指令部１１、モータ制御部１２、及び、インバータ１３をそれぞれＣＡＥで計算可能にモデル化したものである。その他、電圧計測部１１４、電流計測部１１５、モータ出力計測部１１６、三相二相変換部１１７・１１８、及び、インダクタンス算出部１１９についても、前記第一実施形態における構成及び作用をＣＡＥで再現したものである。
【００２９】
つまり、本実施形態に係るインダクタンス算出システム１１０は、モータモデル１２０と、モータモデル１２０に対してトルクを指令するトルク指令モデル１１１と、トルク指令モデル１１１からの信号に基づいてモータモデル１２０の駆動を制御するモータ制御モデル１１２と、モータモデル１２０とモータ制御モデル１１２との間に配置されるインバータモデル１１３と、モータ制御モデル１１２より出力される指令電圧（図３中のＶｕ−ｒｅｆ、Ｖｖ−ｒｅｆ、Ｖｗ−ｒｅｆ）を計測する電圧計測部１１４と、インバータモデル１１３とモータモデル１２０との間に流れる電流（図３中のＩｕ、Ｉｖ、Ｉｗ）を計測する電流計測部１１５と、モータモデル１２０の回転角θ及び回転速度ωを計測する、モータ出力計測部１１６と、モータ出力計測部１１６で計測したモータモデル１２０の回転角θを用いて、電圧計測部１１４及び電流計測部１１５で計測した電圧値及び電流値を、モータモデル１２０の回転子の座標軸であるｄｑ軸におけるｄｑ軸電圧値（図３中のＶｄ、Ｖｑ）及びｄｑ軸電流値（図３中のＩｄ、Ｉｑ）に変換する三相二相変換部１１７・１１８と、三相二相変換部１１７・１１８で変換されたｄｑ軸電圧値及びｄｑ軸電流値と、モータ出力計測部１１６で計測したモータモデル１２０の回転速度ωに基づいて、モータモデル１２０における前記ｄｑ軸電流値に対応するインダクタンス値（図３中のＬｄ、Ｌｑ）を、前記第一実施形態と同様に、前記数式１及び数式２によって表される電圧方程式を用いて算出する、インダクタンス算出部１１９と、を備えるのである。
【００３０】
本実施形態に係るインダクタンス算出システム１１０においても、電圧計測部１１４による指令電圧の計測、電流計測部１１５による電流の計測、モータ出力計測部１１６によるモータモデル１２０の回転角θ及び回転速度ωの計測、三相二相変換部１１７・１１８によるｄｑ軸電圧値（Ｖｄ、Ｖｑ）及びｄｑ軸電流値（Ｉｄ、Ｉｑ）への変換、及び、インダクタンス算出部１１９によるインダクタンス値（Ｌｄ、Ｌｑ）の算出を繰り返す。そして、前記第一実施形態と同様に、各時刻のインダクタンス値（Ｌｄ、Ｌｑ）及びｄｑ軸電流値（Ｉｄ、Ｉｑ）を対応させたＬｄマップ及びＬｑマップを生成するのである。
【００３１】
本実施形態に係るインダクタンス算出システム１１０によれば、上記の如く構成することにより、モータモデル１２０のインダクタンス値（Ｌｄ、Ｌｑ）を、モータモデル１２０に流れるｄｑ軸電流値（Ｉｄ、Ｉｑ）の変化に対応して測定し、測定したインダクタンス値（Ｌｄ、Ｌｑ）をモータモデル１２０に反映させることができる。つまり、モータモデル１２０において電流値の変化に対応するインダクタンス値の変化を表現できるようになり、モータモデル１２０のシミュレーション精度を向上させることが可能となる。
【００３２】
加えて、電流値の変化に対応するインダクタンス値の変化を反映させたモータモデル１２０を、インバータベンチの擬似負荷装置に用いることにより、インバータベンチの過渡電流の再現精度を向上させ、インバータの熱耐久性等、性能評価の精度を向上させることが可能となるのである。
【符号の説明】
【００３３】
１０    インダクタンス算出システム
１１    トルク指令部
１２    モータ制御部
１３    インバータ
１４    電圧計測部
１５    電流計測部
１６    モータ出力計測部
１７    三相二相変換部
１８    三相二相変換部
１９    インダクタンス算出部
Ｍ    モータ
【図１】
2014072999.tif 000005
【図２】
2014072999.tif 000006
【図３】
2014072999.tif 000007