(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
同期電動機に対するセンサレスベクトル制御のための電動機の回転角推定装置であって、
静止座標系の電流Ｉsα、Ｉsβと回転角θとに基づいて、回転磁束λsd、λsqと静止磁束指令λsα*、λsβ*とを算出する静止磁束指令推定部と、
静止座標系の電圧Ｖsα、Ｖsβ、静止座標系の電流Ｉsα、Ｉsβ、及び静止磁束誤差△λsα、△λsβに基づいて、静止磁束λsα、λsβを算出する静止磁束推定部と、
前記静止磁束指令λsα*、λsβ*と、静止磁束λsα、λsβとの差を利用して静止磁束誤差△λsα、△λsβを算出し、これを前記静止磁束推定部にフィードバックする静止磁束誤差推定部と、
前記回転磁束λsd、λsqと前記静止磁束λsα、λsβとに基づいて、回転子の移動距離である回転角θを算出する三角関数演算部と、
を備える同期電動機の回転角推定装置。
【請求項２】
前記三角関数演算部は、
前記回転角θを最終算出して、前記静止磁束指令推定部にフィードバックする、請求項１に記載の同期電動機の回転角推定装置。
【請求項３】
前記静止磁束指令推定部は、
前記静止座標系電流Ｉsα、Ｉsβ、前記回転角θ、回転座標系インダクタンスＬd、Ｌq及び永久磁石による磁束λPMに基づいて、前記回転磁束λsd、λsqを演算する、請求項１に記載の同期電動機の回転角推定装置。
【請求項４】
前記静止磁束指令推定部は、
前記回転磁束λsd、λsqに回転角θを補償して、静止磁束指令λsα*、λsβ*を算出する、請求項３に記載の同期電動機の回転角推定装置。
【請求項５】
前記静止磁束推定部は、
静止座標系α軸電圧Ｖsα、静止座標系α軸電流Ｉsα、及び静止座標系α軸磁束誤差△λsαを受け取って、式ｄλsα／ｄｔ＝Ｖsα−ＲsＩsα＋△λsα（Ｒｓ：固定子抵抗）を利用して静止座標系α軸磁束変化比（ｄλsα／ｄt）を算出し、
静止座標系β軸電圧Ｖsβ、静止座標系β軸電流Ｉsβ、及び静止座標系β軸磁束誤差△λsβを受け取って、式ｄλsβ／ｄｔ＝Ｖsβ−ＲsＩsβ＋△λsβ（Ｒｓ：固定子抵抗）を利用して、静止座標系β軸磁束変化比（ｄλsβ／ｄｔ）を算出し、
前記静止座標系α軸磁束変化比（ｄλsα／ｄｔ）を積分して、静止座標系α軸磁束λsαを出力し、
前記静止座標系β軸磁束変化比（ｄλsβ／ｄｔ）の出力を積分して、静止座標系β軸磁束λsβを出力する、
請求項１に記載の同期電動機の回転角推定装置。
【請求項６】
前記静止磁束誤差推定部は、
前記静止磁束指令推定部から入力される静止座標系α軸磁束指令値λsα*と、前記静止磁束推定部から入力されるα軸磁束λsαとの差を算出し、
前記静止磁束指令推定部から入力される静止座標系β軸磁束指令値λsβ*と、前記静止磁束推定部から入力されるβ軸磁束λsβとの差を算出し、
前記α軸磁束λsαの差を受け取って利得を調整して、静止座標系α軸磁束誤差△λsαを算出し、
前記β軸磁束λsβの差を受け取って利得を調整して、静止座標系β軸磁束誤差△λsβを算出する、請求項１に記載の同期電動機の回転角推定装置。
【請求項７】
前記三角関数演算部は、
前記回転磁束λsd、λsqと前記静止磁束λsα、λsβのそれぞれに三角関数を適用して角θdq及び角θαβを求め、
前記角θdq及び前記角θαβに基づいて、前記回転角θを出力する、請求項１に記載の同期電動機の回転角推定装置
【請求項８】
前記三角関数演算部は、
前記静止磁束指令推定部１０から回転座標系ｄ軸磁束λsdと回転座標系ｑ軸磁束λsqとを受け取って、三角関数アークタンジェントを利用してｄ軸を基準にしたλdqの角θdqを出力し、
前記静止磁束推定部から静止座標系α軸磁束λsαと静止座標系β軸磁束λsβとを受け取って、三角関数アークタンジェントを利用してα軸を基準にλαβの角θαβを出力し、
前記角θαβと角θdqとの差を求めて回転角θを出力する、請求項７に記載の同期電動機の回転角推定装置。
【請求項９】
同期電動機に対するセンサレスベクトル制御のための電動機の回転角推定装置の動作方法であって、
静止磁束指令推定部において、静止座標系の電流Ｉsα、Ｉsβと回転角θとに基づいて、回転磁束λsd、λsqと静止磁束指令λsα*、λsβ*とを算出するステップと、
静止磁束推定部を介して静止座標系の電圧Ｖsα、Ｖsβ、静止座標系の電流Ｉsα、Ｉsβ、及び静止磁束誤差△λsα、△λsβに基づいて、静止磁束λsα、λsβを算出するステップと、
前記静止磁束指令λsα*、λsβ*と、静止磁束λsα、λｓβとの差を利用して静止磁束誤差△λsα、△λsβを算出し、これを前記静止磁束推定部にフィードバックするステップと、
前記回転磁束λsd、λsqと前記静止磁束λsα、λsβとに基づいて、回転子の移動距離である回転角θを算出するステップと、
を含む同期電動機の回転角推定装置の動作方法。
【請求項１０】
前記回転角θを最終算出して、前記静止磁束指令推定部にフィードバックするステップをさらに含む、請求項９に記載の同期電動機の回転角推定装置の動作方法。
【請求項１１】
前記回転磁束λsd、λsqと前記静止磁束指令λsα*、λsβ*とを算出するステップは、
前記静止座標系電流Ｉsα、Ｉsβ、前記回転角θ、回転座標系インダクタンスＬd、Ｌq及び永久磁石による磁束λPMに基づいて、前記回転磁束λsd、λsqを演算するステップを含む、請求項９に記載の同期電動機の回転角推定装置の動作方法。
【請求項１２】
前記回転磁束λsd、λsqと前記静止磁束指令λsα*、λsβ*とを算出するステップは、
前記回転磁束λsd、λsqに回転角θを補償して、静止磁束指令λsα*、λsβ*を算出するステップを含む、請求項１１に記載の同期電動機の回転角推定装置の動作方法。
【請求項１３】
前記静止磁束λsα、λsβを算出するステップは、
静止座標系α軸電圧Ｖsα、静止座標系α軸電流Ｉsα、及び静止座標系α軸磁束誤差△λsαを受け取って、式ｄλsα／ｄｔ＝Ｖsα−ＲsＩsα＋△λsα（Ｒｓ：固定子抵抗）を利用して、静止座標系α軸磁束変化比（ｄλsα／ｄｔ）を算出するステップと、
静止座標系β軸電圧Ｖsβ、静止座標系β軸電流Ｉsβ、及び静止座標系β軸磁束誤差△λsβを受け取って、式ｄλsβ／ｄｔ＝Ｖsβ−ＲsＩsβ＋△λsβ（Ｒｓ：固定子抵抗）を利用して、静止座標系β軸磁束変化比（ｄλsβ／ｄｔ）を算出するステップと、
前記静止座標系α軸磁束変化比（ｄλsα／ｄｔ）を積分して、静止座標系α軸磁束λsαを出力するステップと、
前記静止座標系β軸磁束変化比（ｄλsβ／ｄｔ）の出力を積分して、静止座標系β軸磁束λsβを出力するステップと、
を含む、請求項９に記載の同期電動機の回転角推定装置の動作方法。
【請求項１４】
前記静止磁束誤差△λsα、△λsβを算出するステップは、
前記静止磁束指令推定部から入力される静止座標系α軸磁束指令値λsα*と、前記静止磁束推定部から入力されるα軸磁束λsαとの差を算出するステップと、
前記静止磁束指令推定部から入力される静止座標系β軸磁束指令値λsβ*と、前記静止磁束推定部から入力されるβ軸磁束λsβとの差を算出するステップと、
前記α軸磁束λsαの差を受け取って利得を調整して、静止座標系α軸磁束誤差△λsαを算出するステップと、
前記β軸磁束λsβの差を受け取って利得を調整して、静止座標系β軸磁束誤差△λsβを算出するステップと、
を含む、請求項９に記載の同期電動機の回転角推定装置の動作方法。
【請求項１５】
前記回転角θを算出するステップは、
前記回転磁束λsd、λsqと前記静止磁束λsα、λsβのそれぞれに三角関数を適用して、角θdq及び角θαβを獲得するステップと、
前記角θdq及び前記角θαβに基づいて、前記回転角θを出力するステップと、を含む、請求項９に記載の同期電動機の回転角推定装置の動作方法
【請求項１６】
前記角θdq及び前記角θαβに基づいて、前記回転角θを出力するステップは、
回転座標系ｄ軸磁束λsdと回転座標系ｑ軸磁束λsqとを受け取って、三角関数アークタンジェントを利用してｄ軸を基準にしたλdqの角θdqを出力するステップと、
静止座標系α軸磁束λsαと静止座標系β軸磁束λsβとを受け取って、三角関数アークタンジェントを利用してα軸を基準にλαβの角θαβを出力するステップと、
前記角θαβと角θdqとの差を求めて、回転角θを出力するステップと、
を含む、請求項１５に記載の同期電動機の回転角推定装置の動作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同期電動機のセンサレスベクトル制御システムに関し、さらに詳細には、同期電動機のセンサレスベクトル制御のための回転角を推定する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、同期電動機を駆動及び制御するためには、回転子の速度と位置情報を必要し、これを検出するために、エンコーダ（Ｅｎｃｏｄｅｒ）またはレゾルバ（Ｒｅｓｏｌｖｅｒ）のような別の位置センサが使用される。
【０００３】
しかしながら、センサを利用した速度及び位置検出方式は、ハードウェアの複雑性、価格上昇、低い信頼性、電気的雑音などの問題点があるから、経済性及び技術性において十分でないという側面が多い。
【０００４】
このような問題点を解決するために、多様なセンサレスベクトル制御方法が提案されており、センサレス制御方法は、別の位置センサ装着無しで回転子の速度と位置情報を推定できる。
【０００５】
従来の同期電動機のセンサレスベクトル制御方法には、逆起電力を利用する方法、電圧モデルを利用する方法、モデル基準制御器を利用する方法、状態推定器を利用する方法、カルマンフィルタ、非線形制御、知能制御などがあるが、計算しなければならない演算量が多いのみならず、低速領域において推定誤差が発生して実際の使用には制限されるという問題があった。
【０００６】
そのため、演算量を画期的に減らし、かつ推定誤差を最小化できる同期電動機のセンサレスベクトル制御方法が求められる。
【０００７】
電動機に対するセンサレスベクトル制御と関連した先行技術は、特許文献１（韓国登録特許第１０２５６４０号）、特許文献２（韓国登録特許第０８４５１１０号）、及び特許文献３（韓国公開特許２０１０−００５８９０５号）等、多数検索されるが、これらは、同期電動機に対する制御方法でなく、演算量を減らし、正確度を上げようとする本発明の技術とは関連性がない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】韓国登録特許第１０２５６４０号
【特許文献２】韓国登録特許第０８４５１１０号
【特許文献３】韓国公開特許２０１０−００５８９０５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、同期電動機のセンサレスベクトル制御において、同期電動機の回転角を推定するための演算量が少なく、かつ推定誤差が最小になる回転角推定装置及びこれを採用した同期電動機のセンサレスベクトル制御システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一実施の形態による同期電動機に対するセンサレスベクトル制御のための電動機の回転角推定装置であって、静止座標系の電流Ｉsα、Ｉsβと回転角θとに基づいて、回転磁束λsd、λsqと静止磁束指令λsα*、λsβ*とを算出する静止磁束指令推定部と、静止座標系の電圧Ｖsα、Ｖsβ、静止座標系の電流Ｉsα、Ｉsβ、及び静止磁束誤差△λsα、△λsβに基づいて、静止磁束λsα、λsβを算出する静止磁束推定部と、前記静止磁束指令λsα*、λsβ*と、静止磁束λsα、λsβとの差を利用して静止磁束誤差△λsα、△λsβを算出し、これを前記静止磁束推定部にフィードバックする静止磁束誤差推定部と、前記回転磁束λsd、λsqと前記静止磁束λsα、λsβとに基づいて、回転子の移動距離である回転角θを算出する三角関数演算部とを備える。
【００１１】
前記三角関数演算部は、前記回転角θを最終算出して、前記静止磁束指令推定部にフィードバックすることができる。
【００１２】
前記静止磁束指令推定部は、前記静止座標系電流Ｉsα、Ｉsβ、前記回転角θ、回転座標系インダクタンスＬd、Ｌq及び永久磁石による磁束λPMに基づいて、前記回転磁束λsd、λsqを演算することができる。
【００１３】
前記静止磁束指令推定部は、前記回転磁束λsd、λsqに回転角θを補償して、静止磁束指令λsα*、λsβ*を算出することができる。
【００１４】
前記静止磁束推定部は、静止座標系α軸電圧Ｖsα、静止座標系α軸電流Ｉsα、及び静止座標系α軸磁束誤差△λsαを受け取って、式ｄλsα／ｄｔ＝Ｖsα−ＲsＩsα＋△λsα（Ｒｓ：固定子抵抗）を利用して静止座標系α軸磁束変化比（ｄλsα／ｄt）を算出し、静止座標系β軸電圧Ｖsβ、静止座標系β軸電流Ｉsβ、及び静止座標系β軸磁束誤差△λsβを受け取って、式ｄλsβ／ｄｔ＝Ｖsβ−ＲsＩsβ＋△λsβ（Ｒｓ：固定子抵抗）を利用して、静止座標系β軸磁束変化比（ｄλsβ／ｄｔ）を算出し、前記静止座標系α軸磁束変化比（ｄλsα／ｄｔ）を積分して、静止座標系α軸磁束λsαを出力し、前記静止座標系β軸磁束変化比（ｄλsβ／ｄｔ）の出力を積分して、静止座標系β軸磁束λsβを出力することができる。
【００１５】
前記静止磁束誤差推定部は、前記静止磁束指令推定部から入力される静止座標系α軸磁束指令値λsα*と、前記静止磁束推定部から入力されるα軸磁束λsαとの差を算出し、前記静止磁束指令推定部から入力される静止座標系β軸磁束指令値λsβ*と、前記静止磁束推定部から入力されるβ軸磁束λsβとの差を算出し、前記α軸磁束λsαの差を受け取って利得を調整して、静止座標系α軸磁束誤差△λsαを算出し、前記β軸磁束λsβの差を受け取って利得を調整して、静止座標系β軸磁束誤差△λsβを算出することができる。
【００１６】
前記三角関数演算部は、前記回転磁束λsd、λsqと前記静止磁束λsα、λsβのそれぞれに三角関数を適用して角θdq及び角θαβを求め、前記角θdq及び前記角θαβに基づいて、前記回転角θを出力することができる。
【００１７】
前記三角関数演算部は、前記静止磁束指令推定部から回転座標系ｄ軸磁束λsdと回転座標系ｑ軸磁束λsqとを受け取って、三角関数アークタンジェントを利用してｄ軸を基準にしたλdqの角θdqを出力し、前記静止磁束推定部から静止座標系α軸磁束λsαと静止座標系β軸磁束λsβとを受け取って、三角関数アークタンジェントを利用してα軸を基準にλαβの角θαβを出力し、前記角θαβと角θdqとの差を求めて回転角θを出力することができる。
【００１８】
本発明の一実施の形態による同期電動機に対するセンサレスベクトル制御のための電動機の回転角推定装置の動作方法は、静止座標系の電流Ｉsα、Ｉsβと回転角θとに基づいて、回転磁束λsd、λsqと静止磁束指令λsα*、λsβ*とを算出するステップと、静止磁束推定部を介して静止座標系の電圧Ｖsα、Ｖsβ、静止座標系の電流Ｉsα、Ｉsβ、及び静止磁束誤差△λsα、△λsβに基づいて、静止磁束λsα、λsβを算出するステップと、前記静止磁束指令λsα*、λsβ*と、静止磁束λsα、λｓβとの差を利用して静止磁束誤差△λsα、△λsβを算出し、これを前記静止磁束推定部にフィードバックするステップと、前記回転磁束λsd、λsqと前記静止磁束λsα、λsβとに基づいて、回転子の移動距離である回転角θを算出するステップとを含む。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、固定子電圧方程式と回転子方程式を同時に使用するから、低速及び高速でも速くかつ正確に回転子の回転角を推定することができ、これを適用して同期電動機のセンサレスベクトル制御を行うことによって、信頼性あり、かつ経済的な同期電動機のセンサレスベクトル制御システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る回転角推定装置の構成要素間の概略的な関係を示すブロック図である。
【図２】本発明の回転角推定装置の静止座標系と回転座標系との間のベクトル説明図である。
【図３】本発明に係る回転角推定装置の回路図に基づいた構成ブロック図である。
【図４】本発明に係る回転角推定装置が従来の同期電動機のセンサレスベクトル制御システムに採用された状態を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の技術的特徴を図面を参照して詳細に説明する。
【００２２】
本発明に係る同期電動機のセンサレスベクトル制御方法の原理について、ベクトル図の観点から説明すると、図１のとおりである。
【００２３】
ベクトル制御方法は、電動機に印加される電流を回転座標系を基準として磁束分電流（Ｉｄse）とトルク分電流（Ｉｑse）とに分離して制御する方法である。
【００２４】
同期電動機のベクトル制御方法は、磁束分電流（Ｉｄse）を回転子位置θと一致するように固定し、これと同期電動機のセンサレスベクトル制御にトルク分電流（Ｉｑse）を印加して制御する。
【００２５】
そのため、磁束分電流（Ｉｄse）を回転子位置θと一致するように制御するためには、回転子位置θを位置センサから獲得しなければならない。
【００２６】
図１は、同期電動機のベクトル制御時に磁束の静止座標系（αβ）及び回転座標系（ｄｑ）に応じる関係を示したもので、ベクトル制御システムに用いられる軸は、静止座標系と回転座標系とに大別され、静止座標系は、座標軸が回転しなくて静止した座標系のことを意味し、回転座標系は、ある角速度ωで回転する座標系のことを意味する。
【００２７】
静止座標系（αβ）基準の磁束値λα、λβと回転座標系（ｄｑ）基準の磁束値λd、λqを利用して、α軸を基準にλαβの角θαβにおいて、ｄ軸を基準にしたλdqの角θdqを減算して、回転子位置θを推定できる。
【００２８】
本発明は、静止座標系（αβ）を基準にした固定子磁束ベクトルλαβと回転座標系（ｄｑ）を基準にした回転子磁束ベクトルλdqをアークタンジェント（ｔａｎ-1）三角関数を利用して最終回転子の位置を推定し、推定された回転子位置情報は、実際の電動機の位置と一致する。
【００２９】
図２は、図１のベクトル図に基づいて回転子の移動距離である回転角θを推定する回転角推定部１００を開示し、静止磁束指令推定部１０、静止磁束推定部２０、静止磁束誤差推定部３０、及び三角関数演算部４０を備える。
【００３０】
静止磁束指令推定部１０は、静止座標系（αβ）の電流Ｉsα、Ｉsβと回転角θに基づいて回転磁束λsd、λsqと静止磁束指令λsα*、λsβ*とを算出する。具体的に、静止磁束指令推定部１０は、静止座標系（αβ）の電流Ｉsα、Ｉsβと回転角θとを受け取り、回転子磁束方程式を利用して、静止磁束指令λsα*、λsβ*を算出する。
【００３１】
前記回転子磁束方程式は、一次的に回転磁束λsd、λsqを算出する式であり、この算出結果を利用して最終的に静止磁束指令λsα*、λsβ*を算出する。
【００３２】
静止磁束推定部２０は、静止座標系（αβ）の静止座標系の電圧Ｖsα、Ｖsβ及び静止座標系の電流Ｉsα、Ｉsβ、及び静止磁束誤差△λsα、△λsβに基づいて静止磁束λsα、λsβを算出する。具体的に説明すると、静止磁束推定部２０は、静止座標系（αβ）の電圧Ｖsα、Ｖsβ、静止座標系（αβ）の電流Ｉsα、Ｉsβ、及び静止磁束誤差△λsα、△λsβを受け取り、固定子電圧方程式を利用して、α軸とβ軸の静止磁束λsα、λsβを算出する。
【００３３】
静止磁束誤差推定部３０は、前記静止磁束指令λsα*、λsβ*と、静止磁束λsα、λsβとの差を利用して静止磁束誤差△λsα、△λsβを算出し、これを前記静止磁束推定部にフィードバックする。具体的に説明すると、静止磁束誤差推定部３０は、前記静止磁束指令推定部１０が出力する静止磁束指令λsα*、λsβ*と、前記静止磁束推定部２０が出力する静止磁束λsα、λsβとの差を利用してα軸とβ軸との静止磁束誤差△λsα、△λsβを算出し、これを前記静止磁束推定部２０にフィードバックする。
【００３４】
三角関数演算部４０は、前記回転磁束λsd、λsqと前記静止磁束λsα、λsβとに基づいて、回転子の移動距離である回転角θを算出する。具体的に説明すると、三角関数演算部４０は、前記静止磁束指令推定部１０の回転子磁束方程式により、一次的に算出される回転磁束λsd、λsqと前記静止磁束推定部２０が出力する静止磁束λsα、λsβに対して、それぞれ三角関数を利用して、角θdq及び角θαβを求める。
【００３５】
最終的に、前記角θαβから角θdqを引くと、回転子の移動距離である回転角θを算出することができ、算出された回転角は、前記静止磁束指令推定部１０にフィードバックされる。
【００３６】
回転角推定部１００は、静止磁束誤差推定部３０から静止磁束推定部２０、静止磁束推定部２０から三角関数演算部４０、及び静止磁束指令推定部１０と三角関数演算部４０との間のフィードバックにより、回転角θを算出し続ける回路である。
【００３７】
回転角推定部１００の各構成要素は、回転角推定部１００に対した具体的な回路構成を示すブロック図である図３を利用して具体的に説明される。
【００３８】
＜静止磁束指令推定部１０＞
静止磁束指令推定部１０は、第１回転座標変換部１０１、第２回転座標変換部１０２、第１回転磁束演算部１０３、第２回転磁束演算部１０４、第１静止座標変換部１０５、及び第２静止座標変換部１０６を備える。
【００３９】
第１回転座標変換部１０１は、回転子磁束方程式を利用するために、静止座標系α軸電流Ｉsαと回転角θとを受け取って、回転座標系ｄ軸電流値Ｉsdに座標変換する。
【００４０】
第２回転座標変換部１０２は、静止座標系β軸電流Ｉsβと回転角θとを受け取って、回転座標系ｑ軸電流値Ｉsqに座標変換する。
【００４１】
第１回転磁束演算部１０３は、第１回転座標変換部１０１のｄ軸電流Ｉsdを受け取って、回転子磁束方程式である式λsd＝ＬdＩsd＋λPM（Ｌd：回転座標系ｄ軸インダクタンス、λPM：永久磁石による磁束）を利用して、回転座標系ｄ軸磁束λsdを算出する。
【００４２】
第２回転磁束演算部１０４は、第２回転座標変換部１０２のｑ軸電流Ｉsqを受け取って、回転子磁束方程式である式λsq＝ＬqＩsq（Ｌq：回転座標系ｑ軸インダクタンス）を利用して、回転座標系ｑ軸磁束λsqを算出する。
【００４３】
前記回転座標系ｄ軸磁束λsdとｑ軸磁束λsqは、三角関数演算部４０に入力される。
【００４４】
第１静止座標変換部１０５は、回転子磁束方程式を利用するために座標変換された値を補償する補償器で、第１回転磁束演算部１０３の出力に回転角θを補償して静止座標系に座標変換し、静止座標系α軸磁束指令値λsα*を出力する。
【００４５】
第２静止座標変換部１０６は、第２回転磁束演算部１０４の出力に回転角θを補償して静止座標系に座標変換し、静止座標系β軸磁束指令値λsβ*を出力する。
【００４６】
＜静止磁束推定部２０＞
静止磁束推定部２０は、第１静止磁束変化比演算部２０１、第２静止磁束変化比演算部２０２、第１積分器２０３、及び第２積分器２０４を備える。
【００４７】
第１静止磁束変化比演算部２０１は、静止座標系α軸電圧Ｖsα、静止座標系α軸電流Ｉsα、及び静止座標系α軸磁束誤差△λsαを受け取って、固定子電圧方程式Ｖsα＝ＲsＩSα＋ｄλsα／ｄｔ（Ｒｓ：固定子抵抗）を式ｄλsα／ｄｔ＝Ｖsα−ＲsＩsα＋△λsα（Ｒs：固定子抵抗）に項変換し、静止座標系α軸磁束変化比（ｄλsα／ｄｔ）を算出する。
【００４８】
第２静止磁束変化比演算部２０２は、静止座標系β軸電圧Ｖsβ、静止座標系β軸電流Ｉsβ、及び静止座標系β軸磁束誤差△λsβを受け取って、固定子電圧方程式Ｖsβ＝ＲsＩSβ＋ｄλsβ／ｄｔ（Ｒｓ：固定子抵抗）を式ｄλsβ／ｄｔ＝Ｖsβ−ＲsＩsβ＋△λsβ（Ｒs：固定子抵抗）に項変換し、静止座標系β軸磁束変化比（ｄλsβ／ｄｔ）を算出する。
【００４９】
第１積分器２０３は、前記第１静止磁束変化比演算部２０１の出力を積分して、静止座標系α軸磁束λsαを出力する。
【００５０】
第２積分器２０４は、前記第２静止磁束変化比演算部２０２の出力を積分して、静止座標系β軸磁束λsβを出力する。
【００５１】
第１積分器２０３と第２積分器２０４とから出力するα軸磁束λsαとβ軸磁束λsβは、三角関数演算部４０に入力される。
【００５２】
＜静止磁束誤差推定部３０＞
静止磁束誤差推定部３０は、第１減算器３０１、第２減算器３０２、第１制御器３０３、及び第２制御器３０４を備え、推定された静止座標系α−β軸磁束を補償する機能を果たし、誤差分をＰＩ制御器で補償して静止磁束推定部２０に入力する。
【００５３】
第１減算器３０１は、前記静止磁束指令推定部１０から入力される静止座標系α軸磁束指令値λsα*と、前記静止磁束推定部２０から入力されるα軸磁束λsαとの差を算出する。
【００５４】
第２減算器３０２は、前記静止磁束指令推定部１０から入力される静止座標系β軸磁束指令値λsβ*と、前記静止磁束推定部２０から入力されるβ軸磁束λsβとの差を算出する。
【００５５】
第１制御器３０３は、前記第１減算器３０１の差を受け取って、式ＫPα＋ＫIα／Ｓ（ＫPα：比例利得、ＫIα：積分利得、Ｓ：複素変数）により比例−積分（ＰＩ）制御を行って利得を調整し、静止座標系α軸磁束誤差△λsαを算出する。
【００５６】
第２制御器３０４は、前記第２減算器３０２の差を受け取って式ＫＰβ＋ＫＩβ／Ｓ（ＫＰβ：比例利得、ＫＩβ：積分利得、Ｓ：複素変数）により比例−積分（ＰＩ）制御を行って利得を調整し、静止座標系β軸磁束誤差△λsβを算出する。
【００５７】
前記α軸磁束誤差△λsαとβ軸磁束誤差△λsβは、静止磁束推定部２０にフィードバック入力される。
【００５８】
＜三角関数演算部４０＞
三角関数演算部４０は、第１アークタンジェント部４０１、第２アークタンジェント部４０２、及び回転角減算部４０３を備える。
【００５９】
第１アークタンジェント部４０１は、前記静止磁束指令推定部１０から回転座標系ｄ軸磁束λsdと回転座標系ｑ軸磁束λsqとを受け取って、三角関数アークタンジェントを利用してｄ軸を基準にしたλdqの角θdqを出力する。
【００６０】
第２アークタンジェント部４０２は、前記静止磁束推定部２０から静止座標系α軸磁束λsαと静止座標系β軸磁束λsβとを受け取って、三角関数アークタンジェントを利用してα軸を基準にしたλαβの角θαβを出力する。
【００６１】
回転角減算部４０３は、前記角θαβと角θdqとの差を求めて回転角θを出力し、前記回転角θは、静止磁束指令推定部１０にフィードバック入力される。
【００６２】
回転角θが求められると、回転子の速度Ｗeを求めることができるので、本発明に係る同期電動機のセンサレスベクトル制御システムは、回転角推定部１００から回転角θと速度Ｗe値を受け取って、同期電動機を制御する。
【００６３】
図４は、本発明に係る回転角推定部１００が従来の同期電動機（ＰＭＳＭ）をインバータ制御するセンサレスベクトル制御システムに採用された状態を示すブロック図であって、回転角推定部１００の出力である回転角θと速度Ｗeが同期電動機制御部１に入力される関係を理解することができる。
【００６４】
本発明の技術的範囲は、回転角推定部１００が採用された同期電動機のセンサレスベクトル制御システムを含む。
【００６５】
本発明は、固定子磁束ベクトル及び回転子磁束ベクトルを求める方法を説明しており、固定子回路の電圧方程式と回転子回路の磁束方程式を適用して、回転子回路の磁束方程式を固定子磁束方程式に座標変換した後、この固定子磁束ベクトルを補償して、最終的に固定子磁束ベクトル及び回転子磁束ベクトルを求める。
【００６６】
このように求めた、最終固定子磁束ベクトルと回転子磁束ベクトルとを三角関数ｔａｎ-1を利用して、θαβとθdqを求め、θ＝θαβ−θdqを利用して同期電動機の位置θ情報を推定する。
【００６７】
このような方法は、具現化が容易であるから、実際の製品適用が容易であり、かつ固定子電圧方程式と回転子方程式を同時に使用するから、低速及び高速でも位置情報推定誤差が最小になる。
【００６８】
また、本発明の回転角推定部１００は、同期電動機のセンサレスベクトル制御システムの他にも、位置及び速度センサの装着されたベクトル制御システムにもバックアップ用として採用できる。
【符号の説明】
【００６９】
１０    静止磁束指令推定部
２０    静止磁束推定部
３０    静止磁束誤差推定部
４０    三角関数演算部
１０１    第１回転座標変換部
１０２    第２回転座標変換部
１０３    第１回転磁束変換部
１０４    第２回転磁束変換部
１０５    第１静止座標変換部
１０６    第２静止座標変換部
２０１    第１静止磁束変化比演算部
２０２    第２静止磁束変化比演算部
２０３    第１積分器
２０４    第２積分器
３０１    第１減算器
３０２    第２減算器
３０３    第１制御器
３０４    第２制御器
４０１    第１アークタンジェント部
４０２    第２アークタンジェント部
４０３    回転角減算器
【図１】
0006027176.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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