(57)【要約】      （修正有）【課題】永久磁石同期電動機Ｍを制御するための可変速駆動装置で電動機パラメータを調整する方法を提供する。【解決手段】該方法は、電動機の磁束およびトルク電流の基準値と測定値の差分ΔＩDおよびΔＩQを求める工程、差分ΔＩDおよびΔＩQの積分項に基づいて、電動機の固定子抵抗の補正値ΔＲS、電動機のインダクタンスの補正値ΔＬおよび電動機の磁束定数の補正値ΔＫEを算出する工程、ΔＲS、ΔＬ、ΔＫEに基づいて電動機モデルのパラメータ値を調整する工程、および前記調整済電動機パラメータを使用して、電動機に適用する制御電圧ＵD、ＵQを算出する工程を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石同期電動機Ｍを制御するための可変速駆動装置での電動機パラメータを調整する方法であって、該方法は、
電動機のトルク電流の基準値ＩQrefと電動機のトルク電流の測定値ＩQmとの第一差分ΔＩQおよび電動機の磁束電流の基準値ＩDrefと電動機の磁束電流の測定値ＩDmとの第二差分ΔＩDを求める工程と、
前記第一差分ΔＩQの積分項および前記第二差分ΔＩDの積分項に基づいて、電動機の固定子抵抗の補正値ΔＲS、電動機のインダクタンスの補正値ΔＬおよび電動機の磁束定数の補正値ΔＫEを算出する工程と、
電動機の固定子抵抗、電動機のインダクタンスおよび電動機の磁束定数の前記補正値ΔＲS、ΔＬ、ΔＫEに基づいて電動機モデルのパラメータ値を調整する工程と、
前記調整済電動機パラメータを使用して、電動機に適用する制御電圧ＵD、ＵQを算出する工程と、
を有することを特徴とする方法。
【請求項２】
トルク電流の基準値ＩQrefは電動機の速度基準値Ｗrefおよび電動機の速度測定値Ｗmから得ることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
電動機モデルのパラメータ値の調整は、このパラメータの一つ以上の特性変数の値が所定の閾値を超える場合にのみ行い、またこの値は電動機の速度測定値Ｗmおよび電動機のトルク電流基準値ＩQrefに依存することを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
永久磁石同期電動機Ｍの制御電圧を出力する電流調整ユニット１５を有する処理ユニット１０を備えた電動機Ｍを制御するための可変速駆動装置であって、該電流調整ユニット１５は、
電動機のトルク電流の基準値ＩQrefと電動機のトルク電流の測定値ＩQmとの第一差分ΔＩQおよび電動機の磁束電流の基準値ＩDrefと電動機の磁束電流の測定値ＩDmとの第二差分ΔＩDを求めるための積分ユニット１６と、
前記第一差分ΔＩQの積分項および前記第二差分ΔＩDの積分項に基づいて、電動機の固定子抵抗の補正値ΔＲS、電動機のインダクタンスの補正値ΔＬおよび電動機の磁束定数の補正値ΔＫEを算出し、電動機の固定子抵抗、電動機のインダクタンスおよび電動機の磁束定数の前記補正値ΔＲS、ΔＬ、ΔＫEに基づいて電動機モデルのパラメータ値を調整するアダプターユニット１８と、
前記調整済電動機パラメータを使用して、電動機Ｍに適用する制御電圧ＵD、ＵQを算出する補償ユニット１７と、
を有することを特徴とする可変速駆動装置。
【請求項５】
処理ユニット１０は、電動機のトルク電流の基準値ＩQrefを電動機の速度基準値Ｗrefおよび電動機の速度測定値Ｗmから算出する速度調整ユニット１１を備えることを特徴とする請求項４に記載の可変速駆動装置。
【請求項６】
電動機モデルのパラメータ値の調整は、このパラメータの一つ以上の特性変数の値が所定の閾値を超える場合にのみアダプターユニット１８で行い、またこの値は電動機の速度測定値Ｗmおよび電動機のトルク電流基準値ＩQrefに依存することを特徴とする請求項５に記載の可変速駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＰＭＳＭ（Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  Ｍａｇｎｅｔ  Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ  Ｍｏｔｏｒ）とも呼ばれる回転子に永久磁石を有する同期型の電動機を制御するための周波数変換型の電子可変速駆動装置で電動機パラメータを調整する方法に関する。本発明はまた係る方法を実行する可変速駆動装置にも関する。
【背景技術】
【０００２】
周波数変換型の電子可変速駆動装置は、ＰＭＳＭ型の三相電動機を制御するためのものである。可変速駆動装置は定周波数の交流配電網で給電され、電圧および周波数が速度指示値と適用要件により変化する交流電流を電動機に給電する。このため、可変速駆動装置は制御電子回路を操作可能な処理ユニットを備える。
【０００３】
電動機が優れた性能を発揮できるよう、可変速駆動装置の制御は各物理パラメータを利用しながら電動機の電気モデルの正確な把握に基づいて行う必要がある。従って、このモデルを作成するために、電動機の特性を表す複数の情報が必要となる。
【０００４】
この電動機情報の中には、制御する電動機のメーカーから提供されるものもある。一般に、この情報は例えば電動機の説明書に記載されている。
【０００５】
しかしながら、電動機モデルを製作するために必要な情報はすべて必ずしも信頼できるとは言えず、また電動機の環境にも左右されるので、高信頼性の電動機モデルを実現するために、各種の考えられる方法を利用して計算または測定を行い、一定のパラメータを推定する必要がある。この方法として利用されるのは、例えば予備段階としてモータについて検証または自己学習すること、またはデータ表によって推定すべきパラメータに相当する一連の推定値を可変速駆動装置に記憶させること、あるいは経験式によって所定のパラメータを計算することである。
【０００６】
特に、次の電気パラメータは、動作中に十分に把握し得ないことがある。それは、電動機の固定子抵抗ＲS、電動機の磁束定数ＫE（すなわち起電力定数）およびそれぞれ軸ｄと軸ｑに従う電動機のインダクタンス成分ＬD、ＬQ（直交座標系ｄ、ｑは電動機の回転速度で回転する直交座標系）である。
【０００７】
また、電動機の一部のパラメータは、電動機の動作中に経時的に変化することもあり、特に固定子抵抗ＲSは電動機の温度に伴って変動する。ある時点で、この固定子抵抗ＲSの推定に誤りがあれば、電動機の定格動作中に、可変速駆動装置が電動機へ必要以上の電流を供給してしまうこともあり得る。
【０００８】
同様に、磁束消去領域（定格速度以上）で動作中、電動機の軸ｄのインダクタンス成分ＬDおよび軸ｑのインダクタンス成分ＬQも変動することがある。ここで、電動機の出力トルクの動的精度は、電動機のインダクタンス値の精度に依存する。電動機が軸ｄ（すなわち、磁束電流）のゼロ電流で制御される場合は、軸ｄのインダクタンスＬDの誤りは観察不可能である。しかしながら、均一性のために軸ｑのインダクタンスＬQと同様に調整することが好ましい。
【０００９】
また電動機の磁束定数ＫEの値は、磁束消去領域で動作中、または電動機の温度により変動することもある。ここで、電動機の出力トルクの動的精度は、磁束定数の精度に依存する。
【００１０】
また、可変速駆動装置・電動機のユニットの性能が低下すると、電力消費、過加熱の問題、または電流、速度とトルクの振動などを起こすことがある。したがって、動作中に、予め推定されたパラメータを調整して電動機の制御を最適化することが有利である。
【００１１】
特許文献１は、固定子抵抗ＲS、電動機のインダクタンスＬD、ＬQおよび磁束定数ＫEなどの永久磁石型の電動機パラメータを求める方法を記載する。しかしこの方法では、電動機の温度や電動機の電圧、電動機のトルク、電動機の回転速度などの測定をするために多数のセンサーを使用する必要があるので、可変速駆動装置で適用することは困難かつ高コストになる。
【特許文献１】欧州特許１２２０４３９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
このため、本発明の目的は、可変速駆動装置において電動機速度の測定をする場合（すなわち、閉ループ動作状態）、電流ループの積分項を使用して、電動機の固定子抵抗ＲS、電動機のインダクタンス成分ＬD、ＬQおよび電動機の磁束定数ＫEをリアルタイムで補正することで、電動機での温度、トルクなどの測定を必要とせずに、電動機モデルのパラメータを調整することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
このため、本発明は、ＰＭＳＭ型の同期電動機を制御する可変速駆動装置での電動機パラメータを調整する方法を記載する。この方法は、電動機のトルク電流の基準値と電動機のトルク電流の測定値との第一差分および電動機の磁束電流の基準値と電動機の磁束電流の測定値との第二差分を求める工程、前記第一差分の積分項および前記第二差分の積分項に基づいて、電動機の固定子抵抗の補正値、電動機のインダクタンスの補正値および電動機の磁束定数の補正値を算出する工程、電動機の固定子抵抗、電動機のインダクタンスおよび電動機の磁束定数の前記補正値に基づいて電動機モデルのパラメータ値を調整する工程、および前記調整済電動機パラメータを使用して、電動機に供給する制御電圧を計算する工程を有する。
【００１４】
一つの態様によれば、電動機のトルク電流の基準値は電動機の速度基準値および電動機の速度測定値から得る。
【００１５】
他の態様によれば、電動機モデルのパラメータ値の調整は、このパラメータの一つ以上の特性変数の値が所定の閾値を超える場合にのみ行われ、この値は電動機の速度測定値および電動機のトルク電流基準値に依存する。
【００１６】
本発明はまた、電動機の制御電圧を出力する電流調整部を有する処理ユニットを備えた可変速駆動装置を記載する。電流調整部は、電動機のパラメータ調整方法を実行するために、積分ユニット、アダプターユニットおよび補償ユニットを有する。
【００１７】
また別の特徴と利点については、例として図面に示す実施形態を参照しながら詳細な説明で明らかになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１を参照すると、周波数変換型の可変速駆動装置は、制御電子回路（図１に示さず）の操作などができる処理ユニット１０によってＰＭＳＭ型の三相同期電動機Ｍを指揮・制御するためのものである。速度センサーにより、電動機の実速度Ｗmのフィードバックを可変速駆動装置に供給できる。
【００１９】
以下、軸ｑの電流基準値ＩQrefはトルク電流基準値ＩQrefとし、軸ｄの電流基準値ＩDrefは磁束電流基準値ＩDrefとする。後者に関しては、ＰＭＳＭモータの通常の動作範囲において、磁束電流ＩDrefがたとえゼロであっても、電動機の磁石により磁束は既に存在するので、磁束電流基準値ＩDrefとする。しかし、磁束消去時であっても、磁束電流がゼロでないこともあり得る。前述した通り、座標系ｄ、ｑは電動機の回転速度で回転する直交座標系である。
【００２０】
可変速駆動装置の処理ユニット１０は速度調整ユニット１１を備え、速度調整ユニット１１は電動機の速度基準値Ｗrefおよび電動機の速度測定値Ｗmを入力とし、電動機の電動機のトルク電流基準値ＩQrefを出力とする。この電動機のトルク電流基準値ＩQrefは、実際に測定された電動機の速度値Ｗmによるものなので、正確である。
【００２１】
可変速駆動装置の処理ユニット１０は電流調整ユニット１５を備え、電流調整ユニット１５は電動機の磁束電流基準値ＩDrefおよびユニット１１からの電動機のトルク電流基準値ＩQrefを入力とする。ユニット１５はまた、電動機のトルクと磁束の電流の測定値ＩQm、ＩDmおよび電動機の速度測定値Ｗmを入力とする。ＩQm、ＩDm値は、電動機の電源配線での電流センサーからの測定値を公知の方法で変換する（すなわち、電動機の三相の回転により座標系ｄ、ｑの座標に変換する）コンバータユニット１２から出力されてもよい。
【００２２】
電流調整ユニット１５は、コンバータユニット１３へ磁束制御電圧ＵDとトルク制御電圧ＵQを出力し、コンバータユニット１３はそれを公知の方法で電圧指示値に変換し、電力半導体素子によって、電動機Ｍの各相に給電する制御電子回路へ出力する。
【００２３】
本発明によれば、電流調整ユニット１５は、電動機のトルク電流基準値ＩQrefと電動機のトルク電流測定値ＩQmの第一差分ΔＩQの積分項および電動機の磁束電流基準値ＩDrefと電動機の磁束電流測定値ＩDmの第二差分ΔＩDの積分項を算出する積分ユニット１６を有する。
【００２４】
電動機の平衡運転時には、ベクトルとして表す下記の関係式が成り立ち、
【数１】
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式中、ΔＲSは固定子抵抗ＲSの補正の相対値を示し、ΔＫEは磁束定数ＫEの補正の相対値を示し、またΔＬは電動機のインダクタンスの補正の相対値を示す。ここで、ΔＬDを測定された補正値ΔＬQと同化させて、両方を単純にΔＬと呼ぶ。一つの実施形態によれば、電動機インダクタンスの軸ｑの成分ＬQのみに関連する補正値ΔＬが可能である。しかし、補正値ΔＬは電動機のインダクタンスの軸ｑと軸ｄの両成分ＬQ、ＬDに基づくことが好ましい。
【００２５】
係数ｋは、下記の関係式から得るパラメータと動作点に依存する転送行列として表すことができる。
【数２】
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【００２６】
電動機が安定に動作すると、電流の差分ΔＩD、ΔＩQの積分項を計算することによって、電動機の固定子抵抗ＲS、軸ｄと軸ｑのインダクタンス成分ＬD、ＬQおよび磁束定数ＫEに適用する補正値ΔＲS、ΔＬ、ΔＫEをリアルタイムで求め、固定子抵抗ＲS、インダクタンス成分ＬD、ＬQおよび磁束定数ＫEの実際値で電動機モデルを継続的に精密化できる。
【００２７】
電流調整ユニット１５は、電動機の固定子抵抗ＲS、インダクタンス成分ＬD、ＬQおよび磁束定数ＫEの補正値、また、例えば電気時間定数Ｔｓ等の、こられのパラメータに依存する他の電動機パラメータを得るために、ΔＲS、ΔＬ、ΔＫEを算出するべく、ΔＩDおよびΔＩQの積分項を入力とするパラメータアダプターユニット１８を備える。本発明によれば、ΔＩDおよびΔＩQの積分項がゼロでない限り、パラメータＲS、ＬD、ＬQおよびＫEは調整され、電動機モデルのパラメータを継続的に改良できる。一旦、ＲS、ＬD、ＬQおよびＫEの正確な値を得ると、ΔＩDおよびΔＩQの積分項はゼロに近づく。
【００２８】
新しい補正済パラメータは次に（フィードフォワードとも呼ばれる）補償ユニット１７に入力され、補償ユニット１７は下記の関係式によって、磁束制御電圧オフセットＵDstatおよびトルク制御電圧オフセットＵQstatを計算する。
【数３】
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【００２９】
補償ユニット１７からの電圧オフセットＵDstat、ＵQstatは、積分ユニット１６からのそれぞれΔＩD、ΔＩQの積分項および比例項と加算され、電流調整ユニット１５の出力として、下記の関係式に従って、電動機に適用される磁束制御電圧ＵDおよびトルク制御電圧ＵQの指示値を供給する。
【数４】
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【００３０】
式中、ＫPとＫIはそれぞれ電流調整の比例ゲインと積分ゲインを示す。
【００３１】
従って、調整方法は下記の工程、
積分ユニット１６で第一差分ΔＩQの積分項および第二差分ΔＩDの積分項を求める工程、
アダプターユニット１８で、第一差分ΔＩQの積分項および第二差分ΔＩDの積分項に基づいて、補正値ΔＲS、補正値ΔＬおよび補正値ΔＫEを算出する工程、
アダプターユニット１８で、補正値ΔＲS、ΔＬ、ΔＫEに基づいて電動機モデルのパラメータ値ＲS、ＬD、ＬQ、ＫEを調整する工程、
調整ユニット１５の出力において、電動機パラメータの調整された値を使用して、電動機Ｍにかかる磁束制御電圧ＵDおよびトルク制御電圧ＵQを計算する工程を含む。このＵDとＵQの計算工程は、補償ユニット１７におけるオフセットＵDstatおよびＵQstatの算出工程と、ＵDstatおよびＵQstatとΔＩDおよびΔＩQの積分項と比例項とを加算して、ＵDおよびＵQを供給する工程を含む。
【００３２】
好ましくは、各パラメータＲS、ＬD、ＬQ、ＫEのそれぞれを調整する工程は、本発明記載の方法により所定の条件下で実行する。電動機モデルのパラメータ値の調整は、このパラメータの一つ以上の特性変数の値が所定の閾値を超える場合にのみ行う。ここで、このパラメータの一つ以上の特性変数の値が所定の閾値以下の場合には、電動機の他のパラメータは、この調整すべきパラメータに対して優位になる。したがって、このパラメータを調整することが、上記の方法を正確に実施することを妨げ得る相対誤差を生む可能性がある。
【００３３】
ＲS、ＬD、ＬQ、ＫEパラメータ値の調整は下記のように行い、
特性変数の値｜ＩQref／Ｗm｜および｜ＩQref｜の両方は所定閾値を超える場合にのみ抵抗ＲSを調整する。例えば、｜ＩQref／Ｗm｜の閾値はデフォルトとして記憶された定格磁束定数ＫEとデフォルトとして記憶された固定子抵抗ＲSの比率にほぼ等しく、また｜ＩQref｜の閾値は、電動機の定格電圧の百分の一に相当する値として定義される最低電圧とデフォルトとして記憶された固定子抵抗ＲSの比率に等しい。
【００３４】
｜Ｗm＊ＩQref｜の値が所定の閾値を超える場合にのみインダクタンス成分ＬD、ＬQを調整する。例えば、この閾値は電動機の定格電圧の百分の一に相当する値として定義される最低電圧とデフォルトとして記憶されたインダクタンスＬQの比率にほぼ等しい。
【００３５】
特性変数の値Ｗm／ＩQref｜および｜Ｗm｜の両方が所定閾値を超える場合にのみ磁束定数ＫEを調整する。例えば、｜Ｗm／ＩQref｜の閾値はデフォルトとして記憶された固定子抵抗とデフォルトとして記憶された磁束定数ＫEの比率にほぼ等しいが、｜Ｗm｜の閾値は、電動機の定格電圧の百分の一に相当する値として定義される最低電圧とデフォルトとして記憶された磁束定数ＫEの比率に等しい。
【００３６】
言うまでもなく、本発明の範囲から逸脱することなく、他の変形や細部改良または均等手段の利用を想像することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の同期電動機による制御を示す略図。
【図２】図１に示す電流調整ユニット１５の詳細を示す図。
【図１】
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【図２】
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【外国語明細書】
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