(57)【要約】      （修正有）【課題】モータ制御装置において、パラメータ同定信号に影響することなく、かつ、高速の演算装置を必要とせずに、モータ運転中に発生する６倍空間高調波を低減する。【解決手段】ｄ軸及び／又はｑ軸電流信号に含まれる６倍空間高調波成分とは逆位相の空間高調波低減信号を制御信号に重畳してモータＭに出力することによって、モータパラメータ同定信号に悪影響を及ぼすローパスフィルタ等を用いた処理、及び、高速演算装置を必要とするアクティブフィル等を用いた処理をすることなく、モータ運転中に発生する６倍空間高調波を低減する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータを流れるｄ軸及び／又はｑ軸電流信号を用いてロータの位置を推定し、推定されたロータの位置に応じてモータに制御信号を出力してセンサレスベクトル制御を実施するモータ制御装置において、
前記ｄ軸及び／又はｑ軸電流信号に含まれる６倍空間高調波成分とは逆位相の空間高調波低減信号を前記制御信号に重畳して前記モータに出力することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記ｄ軸又はｑ軸電流信号の少なくとも一方に含まれる前記６倍空間高調波成分に対して、前記空間高調波低減信号の振幅及び位相を交互に変化させながら前記モータに出力することを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記空間高調波低減信号の振幅のみを変化させ、前記６倍空間高調波成分が最小値となる前記空間高調波低減信号の振幅を検出する適応振幅作成ステップと、
前記空間高調波低減信号の位相のみを変化させ、前記６倍空間高調波成分が最小値となる前記空間高調波低減信号の位相を検出する適応位相作成ステップと、を備え、
前記適応振幅作成ステップにおける前記空間高調波低減信号の位相を、直前の前記適応位相作成ステップにおいて前記６倍空間高調波成分が最小値となる位相に固定し、
前記適応位相作成ステップにおける前記空間高調波低減信号の振幅を、直前の前記適応振幅作成ステップにおいて前記６倍空間高調波成分が最小値となる振幅に固定することを特徴とする請求項２記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記モータが、ＩＰＭモータである請求項１、２又は３記載のモータ制御装置。
【請求項５】
モータを流れるｄ軸及び／又はｑ軸電流信号を用いてロータの位置を推定し、推定されたロータの位置に応じてモータに制御信号を出力してセンサレスベクトル制御を実施するモータ制御装置に用いられるものであって、
前記ｄ軸及び／又はｑ軸電流信号に含まれる６倍空間高調波成分と逆位相の空間高調波低減信号を前記制御信号に重畳する機能をモータ制御装置に発揮させる制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサレスベクトル制御を用いてモータを制御するモータ制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に示すように、位置センサや速度センサを用いることなく、モータに流れるｄ軸及び／又はｑ軸電流信号と磁束方向からモータの回転位置や回転速度を演算して推定し、推定された値と設定値との比較結果からモータを制御（センサレスベクトル制御）するモータ制御装置が知られている。
【０００３】
センサレスベクトル制御でモータを制御する場合、運転中におけるモータの回転位置や回転速度を推定するために、前記モータの特性を表すモータパラメータを含む、モータ電圧方程式を用いることが多い。そして、運転中の温度変化や電流値の変化によって変動するモータパラメータを同定するために、モータ制御信号にモータパラメータ同定用の同定信号を注入し、モータパラメータを同定する構成を備えたものがある。
【０００４】
ただし、このモータ電圧方程式を用いた推定方法は、電圧方程式内の空間高調波の影響を無視できることが前提の技術である。したがって、運転中のモータから発生する空間高調波の影響を排除できなければ、推定結果に誤差が生じる。特に、高効率のモータとして知られている集中巻ＩＰＭモータは、その構造的要因から６倍空間高調波による誘起電圧ひずみが大きいことが知られている。
【０００５】
このような問題を解決する方法として、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）の組み合わせによる空間高調波キャンセル技術があるが、ＬＰＦを用いることによりモータパラメータ同定信号もＬＰＦによる影響を受け、推定結果に誤差が生じるという問題があった。また、アクティブフィルタを用いて空間高調波をキャンセルする方法では、高速の演算装置が必要になり、コストが増大するという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−８６６９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで本発明は、上記問題点を一挙に解決すべくなされたものであり、モータ制御装置において、パラメータ同定信号に影響することなく、かつ、高速の演算装置を必要とせずに、モータ運転中に発生する６倍空間高調波を低減することを所期課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
すなわち本発明に係るモータ制御装置は、モータを流れるｄ軸及び／又はｑ軸電流信号を用いてロータの位置を推定し、推定されたロータの位置に応じてモータに制御信号を出力してセンサレスベクトル制御を実施するモータ制御装置において、前記ｄ軸及び／又はｑ軸電流信号に含まれる６倍空間高調波成分とは逆位相の空間高調波低減信号を前記制御信号に重畳して前記モータに出力することを特徴とする。
【０００９】
このようなものであれば、前記ｄ軸及び／又はｑ軸電流信号に含まれる６倍空間高調波成分とは逆位相の前記空間高調波低減信号を前記制御信号に重畳して前記モータに出力することによって、モータパラメータ同定信号に悪影響を及ぼすＬＰＦ等を用いた処理、及び、高速演算装置を必要とするアクティブフィル等を用いた処理をすることなく、モータ運転中に発生する６倍空間高調波を低減することができる。
【００１０】
前記ｄ軸又はｑ軸電流信号の少なくとも一方に含まれる前記６倍空間高調波成分に対して、前記空間高調波低減信号の振幅及び位相を交互に変化させながら前記モータに出力することによって、振幅及び位相のいずれかを変化させる場合に、他方の値を固定することによって、他方の影響を受けずにそれぞれの最適値を検出することができる。
【００１１】
前記空間高調波低減信号の振幅のみを変化させ、前記６倍空間高調波成分が最小値となる前記空間高調波低減信号の振幅を検出する適応振幅作成ステップと、前記空間高調波低減信号の位相のみを変化させ、前記６倍空間高調波成分が最小値となる前記空間高調波低減信号の位相を検出する適応位相作成ステップと、を備え、前記適応振幅作成ステップにおける前記空間高調波低減信号の位相を、直前の前記適応位相作成ステップにおいて前記６倍空間高調波成分が最小値となる位相に固定し、前記適応位相作成ステップにおける前記空間高調波低減信号の振幅を、直前の前記適応振幅作成ステップにおいて前記６倍空間高調波成分が最小値となる振幅に固定することが望ましい。これならば、振幅及び位相のいずれかを変化させる場合に、他方の値を最適値に固定した上で変化させることになり、その上で振幅及び位相のいずれかの最適値を検出し、これを繰り返すことで６倍空間高調波を最小値に近づけることができる。
【００１２】
前記モータが、例えばＩＰＭモータ等の６倍空間高調波による誘起電圧ひずみが大きいモータである場合であっても、発生する高調波の主成分は６倍空間高調波成分であるため、上記の構成にすれば６倍空間高調波を低減することができる。
【００１３】
本発明に係る制御プログラムは、モータを流れるｄ軸及び／又はｑ軸電流信号を用いてロータの位置を推定し、推定されたロータの位置に応じてモータに制御信号を出力してセンサレスベクトル制御を実施するモータ制御装置に用いられるものであって、前記ｄ軸及び／又はｑ軸電流信号に含まれる６倍空間高調波成分と逆位相の空間高調波低減信号を前記制御信号に重畳する機能をモータ制御装置に発揮させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
このように構成した本発明によれば、前記ｄ軸及び／又はｑ軸電流信号に含まれる６倍空間高調波成分とは逆位相の空間高調波低減信号を前記制御信号に重畳して前記モータに出力することによって、モータパラメータ同定信号に悪影響を及ぼすＬＰＦ等を用いた処理、及び、高速演算装置を必要とするアクティブフィル等を用いた処理をすることなく、モータ運転中に発生する６倍空間高調波を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係るモータ制御装置を模式的に示すブロック図。
【図２】同実施形態に係る高調波低減制御を示すフロー図。
【図３】同実施形態に係る６倍空間高調波低減前のｄ軸及びｑ軸電流波形。
【図４】同実施形態に係る６倍空間高調波低減後のｄ軸及びｑ軸電流波形。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に本発明に係る衣類乾燥機の一実施形態について図面を参照して説明する。
【００１７】
図１に本発明に係るモータ制御装置１００を示す。なお、同図では制御対象である電動モータＭも記載してある。なお、モータＭは、電動車やコンプレッサに用いられる集中巻きＩＰＭモータであり、空間高調波による誘起電圧歪みの影響を受けやすいものである。
【００１８】
このモータ制御装置１００は、位置センサレスベクトル制御を利用して、ロータ（図示しない）の回転速度を予め与えられた設定速度に制御するものであり、物理的にはＣＰＵ、メモリ等を含む電気回路によって構成されている。そして、前記メモリに記憶されたプログラムにしたがってＣＰＵやその周辺機器が作動することにより、図１に示すように、インバータ１、電流検出部２、出力座標変換部３、位相推定部４、速度推定部５、速度制御部６、電流制御部７、入力座標変換部８等としての機能を発揮する。
【００１９】
さらに、モータ制御装置１００は、位相推定部４で用いられる各種モータパラメータを同定するモータパラメータ同定部９と、モータＭから発生する空間高調波の影響を低減するための空間高調波低減部２０とを備える。
【００２０】
次に、モータ制御装置１００の各部の説明を兼ねて、ここでの位置センサレスベクトル制御の概要を説明する。
【００２１】
インバータ１により駆動するモータＭに流れる各相（３相）の電流は、電流検出部２によって検出され、出力座標変換部３（３相／２相変換部）で仮想の制御軸、すなわちｄ軸及びｑ軸にそれぞれ流れる２相の電流id及びiqに変換される。
【００２２】
そして、このｄ軸電流id及びｑ軸電流iqに基づいて、位相推定部４が、制御軸基準でのロータの推定位相（位置、回転角度）を後述するモータ電圧方程式により推定する。
【００２３】
さらに、位置誤差推定部（不図示）が、位相推定部４が推定した推定位相と実際のロータ位相との誤差である位相誤差Δθを算出して推定する。ここで、位置センサレスのため本実施形態のモータＭには回転角度を測定するためのエンコーダ等は設けられていない。従って、実際のロータ位相はエンコーダ等により直接測定されたものではなく、例えば後述する目標回転速度にことにより算出される値である。その後、速度推定部５がＰＬＬ演算を施して前記位相誤差Δθを零にするようなロータの回転速度ω^を算出して推定する。
【００２４】
そして、速度制御部６が、前記推定回転速度ω^と予め定めた設定回転速度との偏差に基づいてｑ軸電流指令値を算出し、さらに電流制御部７が、前記ｑ軸電流指令値と前記ｑ軸電流Iqとの偏差に基づいて、モータＭに付与すべきｑ軸電圧Vqを算出し、同様に算出されたｄ軸電圧Vdと合わせて制御信号として入力座標変換部８に出力する。
【００２５】
さらに、入力座標変換部８（２相／３相変換部）が、前記ｄ軸電圧Vd及びｑ軸電圧Vqに基づいて、モータＭに印加すべき３相の電圧値に変換するものである。
【００２６】
以上が位置センサレスベクトル制御の概要であるが、この実施形態では、さらに前記モータパラメータ同定部９が、モータパラメータの同定を行い、逐次更新していくことにより温度変化等によるモータパラメータの変化を反映して、位相推定部４での推定精度を向上させるように構成してある。
【００２７】
以下では、位相推定部４及びモータパラメータ同定部９の構成及び動作について詳述する。
【００２８】
位相推定部４は、以下に示すモータ電圧方程式に基づいて推定位相θ_estを推定するように構成してある。
【００２９】
【数１】
2013255314.tif 000003
ここで、Vd：ｄ軸電圧、Vq：ｑ軸電圧、id：ｄ軸電流、iq：ｑ軸電流、Ld：ｄ軸インダクタンス、Lq：ｑ軸インダクタンス、Ｒ：インピーダンス、φ：鎖交磁束、ΔＶ：電圧降下、ω：電気角速度、ｐ：微分演算子、Dd：電圧降下成分ｄ軸変換値、Dq：電圧降下成分ｑ軸変換値、Ｌ＊：インピーダンスによる空間高調波成分、φ＊：磁束による空間高調波成分である。これらの値のうち、前記モータパラメータ同定部９での同定対象となるモータパラメータは、ｑ軸インダクタンスLq、電圧降下ΔＶ、インピーダンスＲ、鎖交磁束φであり、最初はこれらの値は設計値等を初期値として使用している。
【００３０】
さらに、数１のモータ電圧方程式中のインピーダンスによる空間高調波成分、及び、磁束による空間高調波成分については以下のように記述される。
【数２】
2013255314.tif 000004
【数３】
2013255314.tif 000005
【数４】
2013255314.tif 000006
【数５】
2013255314.tif 000007
【数６】
2013255314.tif 000008
【数７】
2013255314.tif 000009
【数８】
2013255314.tif 000010
【数９】
2013255314.tif 000011
【数１０】
2013255314.tif 000012
【数１１】
2013255314.tif 000013
【数１２】
2013255314.tif 000014
【００３１】
さらに、数１のモータ電圧方程式中の各軸への電圧降下成分変換値については以下のように記述される。
【数１３】
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【数１４】
2013255314.tif 000016
【００３２】
モータパラメータ同定部９は、モータＭに印加されている電圧値、又は、当該モータＭに流れる電流値に基づいて、位相推定部４で使用されるモータパラメータを同定するように構成してある。より具体的には、このモータパラメータ同定部９は、モータＭの制御回転軸の位相が所定位相となった時にモータＭに印加されている電圧値である同定用電圧値、又は、モータＭの制御回転軸の位相が所定位相となった時にモータＭに流れている電流値である同定用電流値に基づいてモータパラメータを同定するように構成してある。また、当該モータパラメータ同定部９は、出力座標変換部３から出力される電流値を取得するとともに、電流制御部７でモータＭに印加するように指令される電圧値についても取得するようにしてある。そして、位相推定部４で推定される位相が所定位相となる、又は、前記目標回転速度を時間積分して求められる位相が所定位相となった場合に、その時点での電圧値、電流値を用いて各モータパラメータの同定を行う。そして、モータパラメータ同定部９は、位相推定部４で位相推定のために用いられているモータパラメータを同定された値に逐次更新するようにしてある。
【００３３】
ここで、従来のモータパラメータ同定方法においては、数１のモータ電圧方程式における右辺第３項、第４項の空間高調波の影響を無視している、あるいは、空間高調波抑制技術により空間高調波自体がモータＭに作用しないようにした状態で同定できることを前提にしている。しかしながら、図３に示すように、実際はモータＭの運転中には計算上無視できない６倍空間高調波成分を主とした空間高調波が発生しており、空間高調波の影響項である第３項、第４項の値が零、又は、計算上無視できる程度まで空間高調波を低減させる必要がある。
【００３４】
次に、空間高調波低減部２０の説明を兼ねて、空間高調波を低減させる方法について説明する。この方法は、ｄ軸又はｑ軸電流信号に含まれる空間高調波の主成分である６倍空間高調波成分とは逆位相の空間高調波低減信号ＩＳを制御信号に重畳してモータＭに出力し、モータＭの運転中に発生する６倍空間高調波成分を低減させるものである。
【００３５】
一般的に電動モータの場合は、電流波形に含まれる高調波成分において、基本波の６倍高調波成分が主であり、高調波成分全体の振幅は６倍高調波成分の振幅とほぼ同値である場合が多い。したがって、６倍高調波成分を低減させれば、全ての高調波成分を低減させることができる。
【００３６】
空間高調波低減部２０は、６倍高調波振幅検出部２１及び位相／振幅制御部２２から構成される。
【００３７】
まず、６倍高調波振幅検出部２１は、出力座標変換部３で変換された２相のｄ軸電流id及びｑ軸電流iqより６倍空間高調波成分の振幅を検出する。検出された６倍空間高調波成分の振幅は、６倍高調波振幅検出部２１から位相／振幅制御部２２に出力される。
【００３８】
次に、空間高調波低減信号ＩＳの基となるベース信号ＢＳを作成する。目標となる６倍空間高調波成分の周波数はモータＭに印加される電流の６倍であることは既知であることから、速度推定部５が推定したモータＭに印加される基本波の６倍の周波数であって、逆位相であるベース信号ＢＳを作成する。この作成されたベース信号ＢＳは、位相／振幅制御部２２に入力される。
【００３９】
そして、位相／振幅制御部２２において、取得したベース信号ＢＳを基に、振幅及び位相を交互に変化させて、空間高調波低減信号ＩＳを作成する。この空間高調波低減信号ＩＳを電流制御部７から入力座標変換部８に出力される制御信号に重畳することによって、６倍空間高調波成分の振幅が変化する。このとき、６倍高調波振幅検出部２１において検出される６倍空間高調波成分の振幅が変化するため、当該振幅が最小値に近づくような空間高調波低減信号ＩＳになるように制御する。
【００４０】
位相／振幅制御部２２の制御を具体的に説明する。まず、ベース信号ＢＳのうち、位相を固定し、振幅のみを所定の範囲内において変化させて空間高調波低減信号ＩＳを作成する適応振幅作成ステップＳａを行う。このとき、６倍空間高調波成分と空間高調波低減信号ＩＳとが、振幅の大きさが同一で位相が真逆に近い場合は、６倍空間高調波成分は重畳前と比較して小さくなり、位相が同一に近い場合は、６倍空間高調波成分は重畳前と比較して大きくなる。
【００４１】
そして、空間高調波低減信号ＩＳの振幅のみを変化させた範囲内において、最も６倍空間高調波成分の振幅が小さくなる適応振幅を検出する。次に、空間高調波低減信号ＩＳの振幅を適応振幅に固定し、位相のみを所定の範囲内において変化させて空間高調波低減信号ＩＳを作成する適応位相作成ステップＳｐを行う。このとき、６倍空間高調波成分と空間高調波低減信号ＩＳとが、互いの位相が真逆に近い場合は、６倍空間高調波成分は重畳前と比較して小さくなり、位相が同一に近い場合は、６倍空間高調波成分は重畳前と比較して大きくなる。
【００４２】
そして、空間高調波低減信号ＩＳの位相のみを変化させた範囲内において、最も６倍空間高調波成分の振幅が小さくなる適応位相を検出する。そして、適応位相が検出された際の空間高調波低減信号ＩＳの位相を適応位相として固定し、適応振幅作成ステップＳａに移る。
【００４３】
以降、モータＭの回転数の変化等によって６倍空間高調波成分の振幅及び位相は変化するため、適応振幅作成ステップＳａと適応位相作成ステップＳｐとを交互に継続して行い、モータＭの状況に合わせた空間高調波低減信号ＩＳの作成を継続する。このような処理を行うことで、図４に示すように、モータパラメータ同定方法において悪影響を及ぼす空間高調波を低減させることができる。
【００４４】
なお、ベース信号ＢＳの初期振幅は、ある程度の大きさとしておく必要がある。これは、空間高調波低減信号ＩＳの振幅が小さすぎると、制御信号に空間高調波低減信号ＩＳを重畳した場合に、検出された６倍空間高調波成分が変化せず、前述した制御ができなくなることを防ぐためである。同様に、適応振幅作成ステップＳａにおいて振幅を変化させる場合の振幅最小値についても、６倍高調波振幅検出部２１の分解能よりも小さい振幅にしてしまうと、６倍空間高調波成分の変化を検出できなくなるため、６倍高調波振幅検出部２１の分解能を考慮して振幅最小値を設定する必要がある。
【００４５】
＜その他の変形実施形態＞
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。例えば、前記実施形態では先に位相を固定して適応振幅作成ステップＳａを行ったが、先に振幅を固定して適応位相作成ステップＳｐを行っても良い。
【００４６】
その他、弱め界磁制御等のモータＭに流れる電流の位相を大きく変化させる制御を行う場合、同様にベース信号ＢＳの位相も大きく変化する。したがって、モータＭに流れる電流の位相が変化した場合には、変化した位相を算出し、ベース信号ＢＳの位相成分を補正するようにしておくことで、６倍空間高調波成分の急激な変化に対応することができ、異常騒音や異常振動の防止が可能となる。
【００４７】
また、モータパラメータ同定信号が印加されている状態では、空間高調波振幅の検出に前記モータパラメータ同定信号の影響を受けることから、モータＭに流れる電流が前記モータパラメータ同定信号の影響を受けている間は空間高調波振幅の検出を行わない。
【００４８】
また、モータＭの回転数が急激に変化した際に、６倍空間高調波成分と空間高調波低減信号ＩＳとの条件が合わない場合には、空間高調波低減信号ＩＳを制御信号に重畳させることにより６倍空間高調波成分の急激な増加を招く恐れがある。したがって、モータＭの回転数が急激に変化した場合には、ベース信号ＢＳの振幅を限りなく小さくし、少なくとも６倍空間高調波成分を増大させないことが考えられる。
【００４９】
さらに、モータＭから発生する空間高調波は、ｄ軸及びｑ軸電流の双方に発生するため、空間高調波低減信号ＩＳはそれぞれに重畳するのが望ましいが、必要とされる空間高調波の低減目標にあわせて、ｄ軸及びｑ軸電流のいずれか一方のみに重畳するものであってもよい。
【００５０】
また、本発明の空間高調波低減方法は、６倍空間高調波成分に限ることはない。例えば、あらかじめ発生する空間高調波の主成分が基本波の何倍（ｎ倍）の高調波成分であるかが既知であれば、ベース信号ＢＳを基本波のｎ倍とすることで、それぞれのｎ倍高調波成分に対応することができる。
【００５１】
その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。
【符号の説明】
【００５２】
１００・・・モータ制御装置
１    ・・・インバータ
２    ・・・電流検出部
３    ・・・出力座標変換部
４    ・・・位相推定部
５    ・・・速度推定部
６    ・・・速度制御部
７    ・・・電流制御部
８    ・・・入力座標変換部
９    ・・・モータパラメータ同定部
２０  ・・・空間高調波低減部
２１  ・・・６倍高調波振幅検出部
２２  ・・・位相／振幅制御部
ＢＳ  ・・・ベース信号
ＩＳ  ・・・空間高調波低減信号
Ｓａ  ・・・適応振幅作成ステップ
Ｓｐ  ・・・適応位相作成ステップ
Ｍ    ・・・モータ
【図１】
2013255314.tif 000017
【図２】
2013255314.tif 000018
【図３】
2013255314.tif 000019
【図４】
2013255314.tif 000020