(57)【要約】  モーター駆動装置は、回転変換器（１０）、位置計算器（１１）、速度計算モジュール（１２）、及び速度制御器（１）を備え、さらに、速度制御器出力信号に対して電圧制限を計算して制限電圧を出力する電圧制限計算モジュール（２０）と、直軸電流差を取得するための第１の減算器（２２）と、直軸電圧成分を出力するための電流制御器（４）と、予め設定された横軸電圧成分を出力するための横軸電圧生成モジュール（３）と、直軸電圧成分及び予め設定された横軸電圧成分に対して電圧制限するとともに座標変換して直軸電圧及び横軸電圧を出力するための電圧制限器（５）と、直軸電圧及び横軸電圧を三相交流電圧に変換するためのＰＷＭ制御器（６）を備える。制限電圧を駆動装置の出力電圧の制限とするとともに、横軸電圧成分値を設定することで、横軸電流に対する制限を実現して、モーター電流に対する制御を実現する。
2018520624.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータ電流を座標回転変換して横軸電流成分及び直軸電流成分を出力するための回転変換器と、
モーター・ローターの位置を検出し、前記モーター・ローターの位置に基づいて位置フィードバック信号を出力するための位置計算器と、
前記位置フィードバック信号に基づいてローター電気角速度を出力するための速度計算モジュールと、
前記ローター電気角速度及び入力された速度指令をゼロに近づける速度制御器出力信号を出力するための速度制御器と、を備えるモーター駆動装置において、
前記速度制御器出力信号に対して電圧制限を計算して制限電圧を出力するための電圧制限計算モジュールと、
予め設定された直軸電流を生成するための直軸電流生成モジュールと、
前記予め設定された直軸電流と前記直軸電流成分とを減算して直軸電流差を取得するための第１の減算器と、
前記直軸電流差をゼロに近づける直軸電圧成分を出力するための電流制御器と、
予め設定された横軸電圧成分を生成するための横軸電圧生成モジュールと、
前記制限電圧及び前記位置フィードバック信号に基づいて、前記直軸電圧成分及び前記予め設定された横軸電圧成分に対して電圧制限するとともに座標変換して直軸電圧及び横軸電圧を出力するための電圧制限器と、
前記直軸電圧及び前記横軸電圧を三相交流電圧に変換するためのＰＷＭ制御器と、をさらに備える、ことを特徴とするモーター駆動装置。
【請求項２】
前記横軸電圧生成モジュールが予め設定された横軸電圧成分を生成することは、具体的に、数式
【数１】
2018520624.tif 000013
に基づいて計算して予め設定された横軸電圧成分を出力することであり、
ただし、Ｕｑが予め設定された横軸電圧成分であり、Ｉｄが直軸電流成分であり、ωがローター電気角速度であり、Ｌｄが電子直軸インダクタンス成分であり、Ψｆが永久磁石の磁束鎖交である、ことを特徴とする請求項１に記載のモーター駆動装置。
【請求項３】
前記横軸電圧生成モジュールが予め設定された横軸電圧成分を生成することは、具体的に、数式
【数２】
2018520624.tif 000014
に基づいて計算して予め設定された横軸電圧成分を出力することであり、
ただし、Ｕｑが予め設定された横軸電圧成分であり、Ｋが電圧係数であり、Ｕｄが直軸電圧成分であり、Ｕｓが制限電圧である、ことを特徴とする請求項１に記載のモーター駆動装置。
【請求項４】
前記電圧制限器が前記制限電圧に基づいて前記直軸電圧成分及び前記予め設定された横軸電圧成分に対して電圧制限した後、前記位置フィードバック信号に基づいて座標変換して直軸電圧及び横軸電圧を出力し、又は、
前記電圧制限器が前記位置フィードバック信号に基づいて座標変換した後、前記制限電圧に基づいて前記直軸電圧成分及び前記予め設定された横軸電圧成分に対して電圧制限して直軸電圧及び横軸電圧を出力する、ことを特徴とする請求項１に記載のモーター駆動装置。
【請求項５】
ステータ電流を座標回転変換して横軸電流成分及び直軸電流成分を出力するステップと、
モーター・ローターの位置を検出し、前記モーター・ローターの位置に基づいて位置フィードバック信号を出力するステップと、
前記位置フィードバック信号に基づいてローター電気角速度を出力し、前記ローター電気角速度及び速度指令に基づいて、前記ローター電気角速度及び速度指令をゼロに近づける速度制御器出力信号を出力するステップと、
前記速度制御器出力信号に対して電圧制限を計算して制限電圧を出力するステップと、
予め設定された直軸電流を生成し、前記予め設定された直軸電流と前記直軸電流成分とを減算して直軸電流差を取得し、前記直軸電流差に基づいて、前記直軸電流差をゼロに近づける直軸電圧成分を出力するステップと、
予め設定された横軸電圧成分を生成し、前記制限電圧及び前記位置フィードバック信号に基づいて、前記直軸電圧成分及び前記予め設定された横軸電圧成分に対して電圧制限するとともに座標変換して直軸電圧及び横軸電圧を出力するステップと、
前記直軸電圧及び前記横軸電圧を三相交流電圧に変換するステップと、を含む、ことを特徴とするモーター駆動方法。
【請求項６】
前記予め設定された横軸電圧成分を生成するステップは、具体的に、
数式
【数３】
2018520624.tif 000015
に基づいて計算して予め設定された横軸電圧成分を出力することであり、
ただし、Ｕｑが予め設定された横軸電圧成分であり、Ｉｄが予め設定された直軸電流成分であり、ωがローター電気角速度であり、Ｌｄが電子直軸インダクタンス成分であり、Ψｆが永久磁石の磁束鎖交である、
ことを特徴とする請求項５に記載のモーター駆動方法。
【請求項７】
前記予め設定された横軸電圧成分を生成するステップは、具体的に、
数式
【数４】
2018520624.tif 000016
に基づいて計算して予め設定された横軸電圧成分を出力することであり、
ただし、Ｕｑが予め設定された横軸電圧成分であり、Ｋが電圧係数であり、Ｕｄが直軸電圧成分であり、Ｕｓが制限電圧である、ことを特徴とする請求項５に記載のモーター駆動方法。
【請求項８】
ステータ電流を座標回転変換して横軸電流成分及び直軸電流成分を出力するための回転変換器と、
モーター・ローターの位置を検出し、前記モーター・ローターの位置に基づいて位置フィードバック信号を出力するための位置計算器と、
前記位置フィードバック信号に基づいてローター電気角速度を出力するための速度計算モジュールと、
前記ローター電気角速度及び入力された速度指令をゼロに近づける速度制御器出力信号を出力するための速度制御器と、を備えるモーター駆動装置において、
前記速度制御器出力信号に対して電圧制限を計算して制限電圧を出力するための電圧制限計算モジュールと、
予め設定された直軸電流を生成するための直軸電流生成モジュールと、
予め設定された横軸電流を生成するための横軸電流生成モジュールと、
前記予め設定された直軸電流と前記直軸電流成分とを減算して直軸電流差を取得するための第１の減算器と、
前記予め設定された横軸電流と前記横軸電流成分とを減算して横軸電流差を取得するための第２の減算器と、
前記直軸電流差及び前記横軸電流差をゼロに近づける直軸電圧成分及び横軸電圧成分を出力するための電流制御器と、
前記制限電圧及び前記位置フィードバック信号に基づいて、前記直軸電圧成分及び前記横軸電圧成分に対して電圧制限するとともに座標変換して直軸電圧及び横軸電圧を出力するための電圧制御器と、
前記直軸電圧及び前記横軸電圧を三相交流電圧に変換するためのＰＷＭ制御器と、を備える、ことを特徴とするモーター駆動装置。
【請求項９】
前記予め設定された横軸電流が一定値である、ことを特徴とする請求項８に記載のモーター駆動装置。
【請求項１０】
前記予め設定された横軸電流が前記速度制御器出力信号の大きさに比例する、ことを特徴とする請求項８に記載のモーター駆動装置。
【請求項１１】
前記電圧制限器が前記制限電圧に基づいて前記直軸電圧成分及び前記横軸電圧成分に対して電圧制限した後、前記位置フィードバック信号に基づいて座標変換して直軸電圧及び横軸電圧を出力し、又は、
前記電圧制限器が前記位置フィードバック信号に基づいて座標変換した後、前記制限電圧に基づいて前記直軸電圧成分及び前記横軸電圧成分に対して電圧制限して直軸電圧及び横軸電圧を出力する、ことを特徴とする請求項８に記載のモーター駆動装置。
【請求項１２】
ステータ電流を座標回転変換して横軸電流成分及び直軸電流成分を出力するステップと、
モーター・ローターの位置を検出し、前記モーター・ローターの位置に基づいて位置フィードバック信号を出力するステップと、
前記位置フィードバック信号に基づいてローター電気角速度を出力し、前記ローター電気角速度及び入力された速度指令に基づいて、前記ローター電気角速度及び速度指令をゼロに近づける速度制御器出力信号を出力するステップと、
前記速度制御器出力信号に対して電圧制限を計算して制限電圧を出力するステップと、
予め設定された直軸電流を生成し、前記予め設定された直軸電流と前記直軸電流成分とを減算して直軸電流差を取得するステップと、
予め設定された横軸電流を生成し、前記予め設定された横軸電流と前記横軸電流成分とを減算して横軸電流差を取得するステップと、
前記直軸電流差及び前記横軸電流差に基づいて、前記直軸電流差及び前記横軸電流差をゼロに近づける直軸電圧成分及び横軸電圧成分を出力するステップと、
前記制限電圧及び前記位置フィードバック信号に基づいて、前記直軸電圧成分及び前記予め設定された横軸電圧成分に対して電圧制限するとともに座標変換して直軸電圧及び横軸電圧を出力するステップと、
前記直軸電圧及び前記横軸電圧を三相交流電圧に変換するステップと、を含む、ことを特徴とするモーター駆動方法。
【請求項１３】
前記予め設定された横軸電流を生成するステップは、具体的に、前記予め設定された横軸電流を一定値に設定することである、ことを特徴とする請求項１２に記載のモーター駆動方法。
【請求項１４】
前記予め設定された横軸電流を生成するステップは、具体的に、前記予め設定された横軸電流を、前記速度制御器出力信号の大きさに比例するように設定することである、ことを特徴とする請求項１２に記載のモーター駆動方法。
【請求項１５】
インバータ・モジュール及びモーターモジュールを備えるモーターにおいて、
請求項１乃至４、８乃至１１のうちいずれかに記載のモーター駆動装置をさらに備える、ことを特徴とするモーター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モーター制御の技術分野に関し、特に、モーター駆動装置とその方法、及びモーターに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のブラシレス・モーターは、主に典型的なベクトル制御技術を採用する。モーター駆動制御装置は、図１及び図２に示すように、回転速度の閉ループ制御を実現するためのアッパー・コンピュータ・コントロール・モジュール、及び速度調整機能を実現するためのローワー・コンピュータ・コントロール・モジュールを備え、また、図１に示すように、位置計算モジュール１１が位置フィードバック信号及び速度フィードバック信号を出力し、速度計算モジュール１２が前記位置フィードバック信号に基づいてローター電気角速度を出力し、速度制御器１がローター電気角速度に基づいて横軸（quadrature-axis）電流計算モジュール３に調節指令を出力し、直軸（direct-axis）電流計算モジュール２が指定された直軸電流を出力し、電流制御器４が直軸電圧成分及び横軸電圧成分を出力し、電圧制限器５が直軸電圧及び横軸電圧を出力し、ＰＷＭ制御器６がモーター１０を駆動するための三相交流電圧をインバータ駆動モジュール９に出力する。
【０００３】
図１と比べ、図２は、速度指令モジュール１４がモーター速度指令を変換し、速度制御器が前記モーター速度指令及び速度計算モジュール１２の速度フィードバック指令を受信してモーターの横軸指令を生成し、電流制御器４が直軸電圧成分及び横軸電圧成分を出力することに差異がある。
【０００４】
図１に示された構成は、ベクトル制御の効率が高く、エネルギー消費が小さく、構造が簡単であり、且つ実現し易いことにメリットがあるが、ローワー・コンピュータ・コントロール・モジュールがアイドル速度調整を実現できず、ひいては、アッパー・コンピュータ・コントロール・モジュールを備えても、アッパー・コンピュータ・コントロール・モジュールの調節精度及び応答が足りないので、アイドル速度調整が難しい。
【０００５】
図２に示された構成は、図１に示された構成のメリット以外に、そのローワー・コンピュータ・コントロール・モジュールに単独的に調節指令が付されたときでも、速度調整を行うことができるが、ローワー・コンピュータ・コントロール・モジュールに回転速度指令が用いられるので、ホール・センサー及び位置センサーの回転速度で、低速の時回転速度を調整することが難しくなってしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】本明細書には、先行技術文献は開示されていない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図１及び図２の構成は、エンコーダ精度が低く、特にホール・センサーによる制御において、負荷干渉耐性が低い。
【０００８】
図１及び図２の構成に存在する欠陥を解決するために、図３に示すように、従来技術では、速度制御器１から出力された調節指令を電圧指令生成モジュール１７を介して電圧指令を生成し、ＰＷＭ制御器が電圧指令に基づいて、モーターを駆動するようにインバータ・モジュール９を駆動する構成を提出した。当該構成によれば、アイドル速度調整を実現することができるが、電流波形が悪く、トルク・リップル（torque ripple）が大きく、且つモーターに出力される電流を制御不可能である。以上を纏めると、従来技術に係るモーター駆動装置は、トルク・リップルが大きく、且つモーターに出力される電流を制御不可能である問題が存在するとともに、従来技術には、大きい負荷の場合、特に、負荷が激変する場合、負荷の変化に対する抵抗性が良いことに特徴がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の目的は、従来技術のモーター駆動装置に存在するトルク・リップルが大きく、且つモーターに出力される電流を制御不可能であり、負荷の変化に対する抵抗性が良くない問題を解決することにある。 
【００１０】
本発明の第１の形態によれば、モーター駆動装置が提供され、前記モーター駆動装置は、
ステータ電流を座標回転変換して横軸電流成分及び直軸電流成分を出力するための回転変換器と、
モーター・ローターの位置を検出し、前記モーター・ローターの位置に基づいて位置フィードバック信号を出力するための位置計算器と、
前記位置フィードバック信号に基づいてローター電気角速度を出力するための速度計算モジュールと、
前記ローター電気角速度及び速度指令をゼロに近づける速度制御器出力信号を出力するための速度制御器と、を備えるモーター駆動装置において、
前記速度制御器出力信号に対して電圧制限を計算して制限電圧を出力するための電圧制限計算モジュールと、
予め設定された直軸電流を生成するための直軸電流生成モジュールと、
前記予め設定された直軸電流と前記直軸電流成分とを減算して直軸電流差を取得するための第１の減算器と、
前記直軸電流差をゼロに近づける直軸電圧成分を出力するための電流制御器と、
予め設定された横軸電圧成分を生成するための横軸電圧生成モジュールと、
前記制限電圧及び前記位置フィードバック信号に基づいて、前記直軸電圧成分及び前記予め設定された横軸電圧成分に対して電圧制限するとともに座標変換して直軸電圧及び横軸電圧を出力するための電圧制限器と、
前記直軸電圧及び前記横軸電圧を三相交流電圧に変換するためのＰＷＭ制御器と、をさらに備える。
【００１１】
第１の形態に組み合わせて、第１の形態の第１の実施態様として、前記横軸電圧生成モジュールが予め設定された横軸電圧成分を生成することは、具体的に、数式
【数１】
2018520624.tif 000003
に基づいて計算して予め設定された横軸電圧成分を出力することであり、ただし、Ｕｑが予め設定された横軸電圧成分であり、Ｉｄが直軸電流成分であり、ωがローター電気角速度であり、Ｌｄが電子直軸インダクタンス成分であり、Ψｆが永久磁石の磁束鎖交である。
【００１２】
第１の形態に組み合わせて、第１の形態の第２の実施態様として、前記横軸電圧生成モジュールが予め設定された横軸電圧成分を生成することは、具体的に、数式
【数２】
2018520624.tif 000004
に基づいて計算して予め設定された横軸電圧成分を出力することであり、ただし、Ｕｑが予め設定された横軸電圧成分であり、Ｋが電圧係数であり、Ｕｄが直軸電圧成分であり、Ｕｓが制限電圧である。
【００１３】
第１の形態に組み合わせて、第１の形態の第３の実施態様として、前記電圧制限器が前記制限電圧に基づいて前記直軸電圧成分及び前記予め設定された横軸電圧成分に対して電圧制限した後、前記位置フィードバック信号に基づいて座標変換して直軸電圧及び横軸電圧を出力し、または、
前記電圧制限器が前記位置フィードバック信号に基づいて座標変換した後、前記制限電圧に基づいて前記直軸電圧成分及び前記予め設定された横軸電圧成分に対して電圧制限して直軸電圧及び横軸電圧を出力する。
【００１４】
本発明の第２の形態によれば、モーター駆動方法が提供され、前記モーター駆動方法は、
ステータ電流を座標回転変換して横軸電流成分及び直軸電流成分を出力するステップと、
モーター・ローターの位置を検出し、前記モーター・ローターの位置に基づいて位置フィードバック信号を出力するステップと、
前記位置フィードバック信号に基づいてローター電気角速度を出力し、前記ローター電気角速度及び速度指令に基づいて、前記ローター電気角速度及び速度指令をゼロに近づける速度制御器出力信号を出力するステップと、
前記速度制御器出力信号に対して電圧制限を計算して制限電圧を出力するステップと、
予め設定された直軸電流を生成し、前記予め設定された直軸電流と前記直軸電流成分とを減算して直軸電流差を取得するとともに、前記直軸電流差に基づいて、前記直軸電流差をゼロに近づける直軸電圧成分を出力するステップと、
予め設定された横軸電圧成分を生成し、前記制限電圧及び前記位置フィードバック信号に基づいて、前記直軸電圧成分及び前記予め設定された横軸電圧成分に対して電圧制限するとともに座標変換して直軸電圧及び横軸電圧を出力するステップと、
前記直軸電圧及び前記横軸電圧を三相交流電圧に変換するステップと、を含む。
【００１５】
第２の形態に組み合わせて、第２の形態の第１の実施態様として、前記予め設定された横軸電圧成分を生成するステップは、具体的に、数式
【数３】
2018520624.tif 000005
に基づいて計算して予め設定された横軸電圧成分を出力することであり、ただし、Ｕｑが予め設定された横軸電圧成分であり、Ｉｄが予め設定された直軸電流成分であり、ωがローター電気角速度であり、Ｌｄが電子直軸インダクタンス成分であり、Ψｆが永久磁石の磁束鎖交である。
【００１６】
第２の形態に組み合わせて、第２の形態の第２の実施態様として、前記予め設定された横軸電圧成分を生成するステップは、具体的に、数式
【数４】
2018520624.tif 000006
に基づいて計算して予め設定された横軸電圧成分を出力することであり、ただし、Ｕｑが予め設定された横軸電圧成分であり、Ｋが電圧係数であり、Ｕｄが直軸電圧成分であり、Ｕｓが制限電圧である。
【００１７】
本発明の第３の形態によれば、モーター駆動装置が提供され、前記モーター駆動装置は、
ステータ電流を座標回転変換して横軸電流成分及び直軸電流成分を出力するための回転変換器と、
モーター・ローターの位置を検出し、前記モーター・ローターの位置に基づいて位置フィードバック信号を出力するための位置計算器と、
前記位置フィードバック信号に基づいてローター電気角速度を出力するための速度計算モジュールと、
前記ローター電気角速度及び入力された速度指令をゼロに近づける速度制御器出力信号を出力するための速度制御器と、を備えるモーター駆動装置において、
前記速度制御器出力信号に対して電圧制限を計算して制限電圧を出力するための電圧制限計算モジュールと、
予め設定された直軸電流を生成するための直軸電流生成モジュールと、
予め設定された横軸電流を生成するための横軸電流生成モジュールと、
前記予め設定された直軸電流と前記直軸電流成分とを減算して直軸電流差を取得するための第１の減算器と、
前記予め設定された横軸電流と前記横軸電流成分とを減算して横軸電流差を取得するための第２の減算器と、
前記直軸電流差及び前記横軸電流差をゼロに近づける直軸電圧成分及び横軸電圧成分を出力するための電流制御器と、
前記制限電圧及び前記位置フィードバック信号に基づいて、前記直軸電圧成分及び前記横軸電圧成分に対して電圧制限するとともに座標変換して直軸電圧及び横軸電圧を出力するための電圧制御器と、
前記直軸電圧及び前記横軸電圧を三相交流電圧に変換するためのＰＷＭ制御器と、を備える。
【００１８】
第３の形態に組み合わせて、第３の形態の第１の実施態様として、前記予め設定された横軸電流が一定値である。
【００１９】
第３の形態に組み合わせて、第３の形態の第２の実施態様として、前記予め設定された横軸電流が前記速度制御器出力信号の大きさに比例する。
【００２０】
第３の形態に組み合わせて、第３の形態の第３の実施態様として、前記電圧制限器が前記制限電圧に基づいて前記直軸電圧成分及び前記予め設定された横軸電圧成分に対して電圧制限した後、前記位置フィードバック信号に基づいて座標変換して直軸電圧及び横軸電圧を出力し、または、
前記電圧制限器が前記位置フィードバック信号に基づいて座標変換した後、前記制限電圧に基づいて前記直軸電圧成分及び前記予め設定された横軸電圧成分に対して電圧制限して直軸電圧及び横軸電圧を出力する。
【００２１】
本発明の第４の形態によれば、モーター駆動方法が提供され、前記モーター駆動方法は、
ステータ電流を座標回転変換して横軸電流成分及び直軸電流成分を出力するステップと、
モーター・ローターの位置を検出し、前記モーター・ローターの位置に基づいて位置フィードバック信号を出力するステップと、
前記位置フィードバック信号に基づいてローター電気角速度を出力し、前記ローター電気角速度及び前記入力された速度指令に基づいて、前記ローター電気角速度及び速度指令をゼロに近づける速度制御器出力信号を出力するステップと、
前記速度制御器出力信号に対して電圧制限を計算して制限電圧を出力するステップと、
予め設定された直軸電流を生成し、前記予め設定された直軸電流と前記直軸電流成分とを減算して直軸電流差を取得するステップと、
予め設定された横軸電流を生成し、前記予め設定された横軸電流と前記横軸電流成分とを減算して横軸電流差を取得するステップと、
前記直軸電流差及び前記横軸電流差に基づいて、前記直軸電流差及び前記横軸電流差をゼロに近づける直軸電圧成分及び横軸電圧成分を出力するステップと、
前記制限電圧及び前記位置フィードバック信号に基づいて、前記直軸電圧成分及び前記予め設定された横軸電圧成分に対して電圧制限するとともに座標変換して直軸電圧及び横軸電圧を出力するステップと、
前記直軸電圧及び前記横軸電圧を三相交流電圧に変換するステップと、を含む。
【００２２】
第４の形態に組み合わせて、第４の形態の第１の実施態様として、前記予め設定された横軸電流を生成するステップは、具体的に、前記予め設定された横軸電流を一定値に設定することである。
【００２３】
第４の形態に組み合わせて、第４の形態の第２の実施態様として、前記予め設定された横軸電流を生成するステップは、具体的に、前記予め設定された横軸電流を、前記速度制御器出力信号の大きさに比例するように設定することである。
【００２４】
本発明の第５の形態によれば、インバータ・モジュール及びモーターモジュールを備えるモーターが提供され、前記モーターは、第１の形態及び第４の形態によるモーター駆動装置をさらに備える。
【発明の効果】
【００２５】
本発明により提供されるモーター駆動装置、方法、及びモーターによれば、制限電圧を駆動装置の出力電圧の制限とするとともに、横軸電圧成分値を設定することで、横軸電流に対する制限を実現してモーター電流に対する制御を実現できる。これにより、単独トルク制御のアイドル速度調整問題を解決するとともに、単独回転速度制御負荷の干渉耐性の強さの問題や、単独回転速度制御の始動トルクが小さい問題、及び始動速度の応答が遅い問題を解決する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
以下、本発明の実施例に係る技術手段をさらに明瞭に説明するために、実施例の説明に必要な図面に対して簡単に説明する。当然ながら、以下の説明における図面は単に本発明の一部の実施例に過ぎず、当業者は創造的な活動を付しない前提でこれらの図面から他の図面も獲得できる。
【図１】従来技術に係るモーター駆動装置の概略構成図である。
【図２】従来技術に係る他のモーター駆動装置の概略構成図である。
【図３】従来技術に係る他のモーター駆動装置の概略構成図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るモーター駆動装置の概略構成図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るモーター駆動装置における電圧制限器の作動方法を示す模式図である。
【図６】本発明の一実施形態に係るモーター駆動方法のフローチャートである。
【図７】本発明の他の実施形態に係るモーター駆動装置の概略構成図である。
【図８】本発明の他の実施形態に係るモーター駆動装置の概略構成図である。
【図９】本発明の他の実施形態に係るモーター駆動方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の目的、その技術思想、及びそのメリットをより明瞭にするために、図面及び実施形態を組み合わせて、本発明についてさらに詳細に説明する。なお、ここに記載された具体的実施形態は単に本発明を説明するものに過ぎず、本発明を限定するものではない。
【００２８】
以下、本発明の技術案を説明するために、具体的実施形態を介して説明する。
【００２９】
本発明の一実施形態はモーター駆動装置を提供する。図４に示すように、モーター駆動装置は、
検出されたステータ電流を座標回転変換して横軸電流成分及び直軸電流成分を出力するように構成された回転変換器（rotating converter）１０と、
モーター・ローターの位置を検出し、モーター・ローターの位置に基づいて位置フィードバック信号を出力するように構成された位置計算器１１と、
位置フィードバック信号に基づいてローター電気角速度を出力するように構成された速度計算モジュール１２と、
ローター電気角速度出力及び回転速度指令出力に基づいてローター電気角速度及び入力された速度指令をゼロに近づける速度制御器出力信号を出力するように構成された速度制御器１と、を備え、
モーター駆動装置は、
速度制御器出力信号に対して電圧制限を計算して制限電圧を出力するように構成された電圧制限計算モジュール２０と、
予め設定された直軸電流を生成するための直軸電流生成モジュール２と、
予め設定された直軸電流と直軸電流成分とを減算して直軸電流差を取得するように構成された第１の減算器２２と、
直軸電流差をゼロに近づける直軸電圧成分を出力するように構成された電流制御器４と、
予め設定された横軸電圧成分を生成するための横軸電圧生成モジュール３と、
制限電圧及び位置フィードバック信号に基づいて、直軸電圧成分及び予め設定された横軸電圧成分に対して電圧制限するとともに座標変換して直軸電圧及び横軸電圧を出力するように構成された電圧制限器５と、
直軸電圧及び横軸電圧を三相交流電圧に変換するように構成されたＰＷＭ制御器６と、をさらに備える。
【００３０】
具体的に、速度制御器出力信号は、速度制御器１が出力した調節指令であり、電圧値又は電圧範囲値の形態で存在し、又は当該速度制御器出力信号は、ソフトフェアにデジタルの形態で存在できる。また、電圧制限計算モジュールは、速度制御器出力信号に対して電圧制限を計算して制限電圧を出力し、当該電圧制限計算モジュールの計算方式は人為的に設定されてもよい。例えば、速度制御器出力信号を電圧信号とすることを例として、速度制御器出力信号の範囲が０〜６Ｖであり、電圧制限計算モジュールに対する設定を介して出力する制限電圧が０〜２２０Ｖであってもよい。なお、これは例示に過ぎず、本発明に対する限定ではない。
【００３１】
具体的に、横軸電圧生成モジュール３は、予め設定された横軸電圧成分を出力する。当該横軸電圧生成モジュール３は人為的に設定した計算方式に基づいて予め設定された横軸電圧成分を取得する。
【００３２】
具体的に、電圧制限器５は、制限電圧に基づいて、直軸電圧成分及び予め設定された横軸電圧成分に対して電圧制限して、出力電流に対する制御を実現する。
【００３３】
本発明の実施形態に係る予め設定された横軸電圧成分計算方式の１つの実施例として、横軸電圧生成モジュール３が予め設定された横軸電圧成分を生成することは、具体的に、数式
【数５】
2018520624.tif 000007
に基づいて計算して予め設定された横軸電圧成分を出力することであり、ただし、Ｕｑが予め設定された横軸電圧成分であり、Ｉｄが直軸電流成分であり、ωがローター電気角速度であり、Ｌｄが電子直軸インダクタンス成分であり、Ψｆが永久磁石の磁束鎖交である。
【００３４】
本発明の実施形態に係る予め設定された横軸電圧成分計算方式のもう一つの実施例として、横軸電圧生成モジュール３が予め設定された横軸電圧成分を生成することは、具体的に、数式
【数６】
2018520624.tif 000008
に基づいて計算して予め設定された横軸電圧成分を出力することであり、ただし、Ｕｑが予め設定された横軸電圧成分であり、Ｋが電圧係数であり、Ｕｄが直軸電圧成分であり、Ｕｓが制限電圧である。
【００３５】
以上の２つの実施例により提供された数式に基づいて、予め設定された横軸電圧成分を取得することができる。
【００３６】
本発明の実施例は、制限電圧を駆動装置の出力電圧の制限とするとともに、横軸電圧成分値を設定することで、横軸電流に対する制限を実現してモーター電流に対する制御を実現できる。これにより、単独トルク制御のアイドル速度調整問題を解決するとともに、単独回転速度制御負荷の干渉耐性の強さの問題や、単独回転速度制御の始動トルクが小さい問題、及び始動速度の応答が遅い問題を解決する。
【００３７】
さらに、図５に示すように、電圧制限器５が電圧制限を行った後、直軸電圧及び横軸電圧を出力する一実施例は、
電圧制限器５が制限電圧に基づいて直軸電圧成分及び予め設定された横軸電圧成分に対して電圧制限してから、位置フィードバック信号に基づいて座標変換して、ｄ軸電圧及び横軸電圧を出力する。
【００３８】
電圧制限器５が電圧制限して直軸電圧及び横軸電圧を出力するもう一つの実施例は、
電圧制限器５が位置フィードバック信号に基づいて座標変換した後、制限電圧に基づいて、ｄ軸電圧成分及び予め設定された横軸電圧成分に対して電圧制限して直軸電圧及び横軸電圧を出力する。
【００３９】
以上の２つの実施例において、以下の数式によって取得することができる。
【００４０】
【数７】
2018520624.tif 000009
ただし、Ｕｓが制限電圧であり、Ｕｄ及びＵｑがそれぞれ回転座標系での直軸電圧成分及び横軸電圧成分であり、Ｕα及びＵβが静止座標系での直軸電圧成分及び横軸電圧成分であり、Ｋが電圧係数である。
【００４１】
本発明の他の実施形態はモーター駆動方法を提供する。図６に示すように、モーター駆動方法は、
ステータ電流を座標回転変換して横軸電流成分及び直軸電流成分を出力するステップＳ１０１と、
モーター・ローターの位置を検出し、モーター・ローターの位置に基づいて位置フィードバック信号を出力するステップＳ１０２と、
位置フィードバック信号に基づいてローター電気角速度を出力し、ローター電気角速度及び速度指令に基づいて、前記ローター電気角速度及び速度指令をゼロに近づける速度制御器出力信号を出力するステップＳ１０３と、
速度制御器出力信号に対して電圧制限を計算して制限電圧を出力するステップＳ１０４と、
予め設定された直軸電流を生成し、予め設定された直軸電流と直軸電流成分とを減算して直軸電流差を取得するとともに、直軸電流差に基づいて、前記直軸電流差をゼロに近づける直軸電圧成分を出力するステップＳ１０５と、
予め設定された横軸電圧成分を生成し、制限電圧及び位置フィードバック信号に基づいて、直軸電圧成分及び予め設定された横軸電圧成分に対して電圧制限するとともに座標変換して直軸電圧及び横軸電圧を出力するステップＳ１０６と、
直軸電圧及び横軸電圧を三相交流電圧に変換するステップＳ１０７と、を含む。
【００４２】
また、１つの実施例として、ステップＳ１０６において、予め設定された横軸電圧成分を生成するステップは、具体的に、数式
【数８】
2018520624.tif 000010
に基づいて計算して予め設定された横軸電圧成分を出力することであり、ただし、Ｕｑが予め設定された横軸電圧成分であり、Ｉｄが予め設定された直軸電流成分であり、ωがローター電気角速度であり、Ｌｄが電子直軸インダクタンス成分であり、Ψｆが永久磁石の磁束鎖交である。
【００４３】
また、もう一つの実施例として、ステップＳ１０６において、予め設定された横軸電圧成分を生成するステップは、具体的に、数式
【数９】
2018520624.tif 000011
に基づいて計算して予め設定された横軸電圧成分を出力することであり、ただし、Ｕｑが予め設定された横軸電圧成分であり、Ｋが電圧係数であり、Ｕｄが直軸電圧成分であり、Ｕｓが制限電圧である。
【００４４】
本発明の他の実施形態はモーター駆動装置を提供する。当該モーター駆動装置は、
ステータ電流を座標回転変換して横軸電流成分及び直軸電流成分を出力するように構成された回転変換器１０と、
モーター・ローターの位置を検出し、モーター・ローターの位置に基づいて位置フィードバック信号を出力するように構成された位置計算器１１と、
位置フィードバック信号に基づいてローター電気角速度を出力するように構成された速度計算モジュール１２と、
ローター電気角速度及び速度指令をゼロに近づける速度制御器出力信号を出力するように構成された速度制御器１と、を備え、
モーター駆動装置は、
速度制御器出力信号に対して電圧制限を計算して制限電圧を出力するように構成された電圧制限計算モジュール２０と、
予め設定された直軸電流を生成するように構成された直軸電流生成モジュール２と、
予め設定された横軸電流を生成するように構成された横軸電流生成モジュール８と、
予め設定された直軸電流と直軸電流成分とを減算して直軸電流差を取得するように構成された第１の減算器２２と、
予め設定された横軸電流と横軸電流成分とを減算して横軸電流差を取得するように構成された第２の減算器２３と、
直軸電流差及び横軸電流差をゼロに近づける直軸電圧成分及び横軸電圧成分を出力するように構成された電流制御器４と、
制限電圧及び位置フィードバック信号に基づいて、直軸電圧成分及び横軸電圧成分に対して電圧制限するとともに座標変換して直軸電圧及び横軸電圧を出力するように構成された電圧制御器５と、
直軸電圧及び横軸電圧を三相交流電圧に変換するように構成されたＰＷＭ制御器６と、を備える。
【００４５】
具体的に、速度制御器出力信号は、速度制御器１が出力した調節指令であり、電圧値又は電圧範囲値の形態で存在し、又は当該速度制御器出力信号は、ソフトフェアにデジタルの形態で存在できる。また、電圧制限計算モジュール２０は、速度制御器出力信号に対して電圧制限を計算して制限電圧を出力し、当該電圧制限計算モジュールの計算方式は人為的に設定されてもよい。例えば、速度制御器出力信号を電圧信号とすることを例として、速度制御器出力信号の範囲が０〜６Ｖであり、電圧制限計算モジュールに対する設定を介して出力する制限電圧が０〜２２０Ｖであってもよい。なお、これは例示に過ぎず、本発明に対する限定ではない。
【００４６】
さらに、図７に示すように、横軸電流生成モジュール８が速度制御器出力信号に基づいて予め設定された横軸電流を出力する１つの実施例として、予め設定された横軸電流が一定値である。
【００４７】
具体的に、横軸電流をある一定値に設定することにより、最大出力電流値を制限する。
【００４８】
さらに、図８に示すように、横軸電流生成モジュール８が速度制御器出力信号に基づいて予め設定された横軸電流を出力する１つの実施例として、予め設定された横軸電流が速度制御器出力信号の大きさに比例する。
【００４９】
具体的に、予め設定された横軸電流は、速度制御器出力信号を変換して得られる電流値であり、その１つの実施例として、速度制御器出力信号における電圧の最大値と最小値をそれぞれ予め設定された横軸電流値の最大値と最小値に対応させることであり、線形補間関係により対応することができる。
【００５０】
さらに、電圧制限器５が電圧制限した後、直軸電圧及び横軸電圧を出力する１つの実施例では、電圧制限器５が制限電圧に基づいて直軸電圧成分及び横軸電圧成分に対して電圧制限した後、位置フィードバック信号に基づいて座標変換して、ｄ軸電圧及び横軸電圧を出力する。
【００５１】
さらに、電圧制限器５が電圧制限して直軸電圧及び横軸電圧を出力する１つの実施例では、電圧制限器５が位置フィードバック信号に基づいて座標変換した後、制限電圧に基づいて、ｄ軸電圧成分及び横軸電圧成分に対して電圧制限して直軸電圧及び横軸電圧を出力する。
【００５２】
以上の２つの実施例において、以下の数式によって取得することができる。
【００５３】
【数１０】
2018520624.tif 000012
ただし、Ｕｓが制限電圧であり、Ｕｄ及びＵｑがそれぞれ回転座標系での直軸電圧成分及び横軸電圧成分であり、Ｕα及びＵβが静止座標系での直軸電圧成分及び横軸電圧成分であり、Ｋが電圧係数である。
【００５４】
本発明の他の実施形態はモーター駆動方法を提供する。図９に示すように、モーター駆動方法は、
ステータ電流を座標回転変換して横軸電流成分及び直軸電流成分を出力するステップＳ２０１と、
モーター・ローターの位置を検出し、モーター・ローターの位置に基づいて位置フィードバック信号を出力するステップＳ２０２と、
位置フィードバック信号に基づいてローター電気角速度を出力し、ローター電気角速度及び入力された速度指令に基づいて、ローター電気角速度及び速度指令をゼロに近づける速度制御器出力信号を出力するステップＳ２０３と、
速度制御器出力信号に対して電圧制限を計算して制限電圧を出力するステップＳ２０４と、
予め設定された直軸電流を生成し、予め設定された直軸電流と直軸電流成分とを減算して直軸電流差を取得するステップＳ２０５と、
予め設定された横軸電流を生成し、予め設定された横軸電流と横軸電流成分とを減算して横軸電流差を取得するステップＳ２０６と、
前記直軸電流差及び前記横軸電流差に基づいて、前記直軸電流差及び前記横軸電流差をゼロに近づける直軸電圧成分及び横軸電圧成分を出力するステップＳ２０７と、
制限電圧及び位置フィードバック信号に基づいて、直軸電圧成分及び横軸電圧成分に対して電圧制限するとともに座標変換して直軸電圧及び横軸電圧を出力するステップＳ２０８と、
直軸電圧及び横軸電圧を三相交流電圧に変換するステップＳ２０９と、を含む。
【００５５】
１つの実施例として、ステップＳ２０６において、予め設定された横軸電流成分を生成するステップは、具体的に、予め設定された横軸電流を一定値に設定することである。
【００５６】
もう一つの実施例として、ステップＳ２０６において、予め設定された横軸電流を生成するステップは、具体的に、予め設定された横軸電流を、速度制御器出力信号の大きさに比例するように設定することである。
【００５７】
本発明のもう一つ実施形態は、インバータ・モジュール９とモーターモジュール１０とを含むモーターであって、上記モーター駆動装置をさらに備える。
【００５８】
本発明により提供されたモーター駆動装置、その方法、及びモーターは、制限電圧を駆動装置の出力電圧の制限とするとともに、横軸電圧成分値を設定することで、横軸電流に対する制限を実現してモーター電流に対する制御を実現できる。これにより、単独トルク制御のアイドル速度調整問題を解決するとともに、単独回転速度制御負荷の干渉耐性の強さの問題や、単独回転速度制御の始動トルクが小さい問題、及び始動速度の応答が遅い問題を解決する。
【００５９】
以上は、具体的な好ましい実施形態による本発明に対する詳細な説明であるが、本発明の具体的実施形態がこれらの説明に限定されると理解してはいけない。本発明が属する技術分野の通常の技術者であれば、本発明の構成から逸脱しない範囲で実施した若干の均等的な取り換え、変形、又は、性能もしくは用途が同じであるもののすべてが本発明の特許請求の範囲に基づいて確定され保護範囲に属すると見なされる。
【符号の説明】
【００６０】
１  速度制御器
２  直軸電流指令モジュール
３  横軸電流計算モジュール
４  電流制御器
５  電圧制限器
６  ＰＷＭ制御器
９  インバータ駆動モジュール
１０  モーター・モジュール
１１  位置計算モジュール
１２  速度計算モジュール
１３  回転変換モジュール
１４  速度指令モジュール
【図１】
2018520624.tif 000017
【図２】
2018520624.tif 000018
【図３】
2018520624.tif 000019
【図４】
2018520624.tif 000020
【図５】
2018520624.tif 000021
【図６】
2018520624.tif 000022
【図７】
2018520624.tif 000023
【図８】
2018520624.tif 000024
【図９】
2018520624.tif 000025
【国際調査報告】
2018520624.tif 000026
2018520624.tif 000027
2018520624.tif 000028
2018520624.tif 000029