(57)【要約】      （修正有）【課題】位置センサの使用も、モータの抵抗またはモータに印加される電圧の正確な知識も必要としない、可変リラクタンス同期モータのインダクタンス値を決定するために実施される制御プロセスを提供する。【解決手段】電気モータＭの磁束インダクタンス値を識別するため、識別モジュールＭ７は、インダクタンス値2017085879.tif 000105を、入力基準電流2017085879.tif 000106と、出力電流値（ｉｄ）、および所定のまたは可変のインダクタンス値2017085879.tif 000107の関数として決定するステップを備える。【選択図】図１
2017085879.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理ユニットにおいて実施される、可変リラクタンス同期電気モータ（Ｍ）を制御するためのプロセスにおいて、前記処理ユニットは、前記電気モータ（Ｍ）に出力相（ａ、ｂ、ｃ）によって接続される電力変換器に結合され、前記電気モータに可変電圧を印加する目的で制御方式を実行するように設計され、前記プロセスが、前記電気モータの磁束インダクタンス値を識別する相を含むこと、ならびにこの識別相が、
−  前記制御方式の初めに基準電流
2017085879.tif 000082
を生成するステップであって、前記基準電流
2017085879.tif 000083
が、所定のプロファイルに従っていくつかの値を連続して取る、ステップと、
−  各基準電流値
2017085879.tif 000084
について、前記モータの前記出力相において測定される電流に対応する電流値（ｉｄ）を決定するステップと、
−  各基準電流値
2017085879.tif 000085
について、識別モジュール（Ｍ７）によって、インダクタンス値
2017085879.tif 000086
を、入力に印加される基準電流値、前記出力相において測定される前記電流に基づいて決定された前記対応する電流値、および所定のまたは可変のインダクタンス値
2017085879.tif 000087
の関数として決定するステップと、
−  前記３つの出力相において測定される前記電流に基づいて決定された各電流値（ｉｄ）について、前記決定するステップの過程において決定された前記対応するインダクタンス値
2017085879.tif 000088
を保存するステップとを備えることを特徴とする、プロセス。
【請求項２】
前記基準電流
2017085879.tif 000089
が、定義された初期の最小または最大値
2017085879.tif 000090
からそれぞれ最大または最小の最終値
2017085879.tif 000091
までに及ぶ可変プロファイルをたどることを特徴とする、請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】
前記基準電流
2017085879.tif 000092
が、線形プロファイルをたどることによっていくつかの連続する値を取ることを特徴とする、請求項２に記載のプロセス。
【請求項４】
前記基準電流が、いくつかの段を有する階段プロファイルをたどることによっていくつかの連続する値を取り、前記基準電流の各値は、前記プロファイルの段に従うことを特徴とする、請求項２に記載のプロセス。
【請求項５】
前記プロセスが、前記識別相に続く動作相を含むこと、ならびに前記動作相が、前記モータに印加されるべき基準磁束を決定するために、前記識別相の過程において保存された各インダクタンス値
2017085879.tif 000093
を利用することにあることを特徴とする、請求項１から４の一項に記載のプロセス。
【請求項６】
処理ユニットを含む、可変リラクタンス同期電気モータ（Ｍ）を制御するためのシステムにおいて、前記処理ユニットは、前記電気モータ（Ｍ）に出力相（ａ、ｂ、ｃ）によって接続される電力変換器に結合され、制御方式を実行することによって前記電気モータに可変電圧を印加するように設計され、前記制御方式が、
−  基準電流
2017085879.tif 000094
の経路を生成するためのモジュール（Ｍ８）と、
−  前記基準電流の各値について、前記出力相において測定される電流に基づいて決定される電流値（ｉｄ）を決定するためのモジュールと、
−  前記電気モータの各インダクタンス値
2017085879.tif 000095
を、基準電流値
2017085879.tif 000096
前記出力相において測定される前記電流に基づいて決定された前記対応する電流値
2017085879.tif 000097
および所定のまたは可変のインダクタンス値
2017085879.tif 000098
に基づいて識別するためのモジュール（Ｍ７）と、
−  前記３つの出力相において測定される前記電流に基づいて決定された各電流値（ｉｄ）について、前記決定された対応するインダクタンス値
2017085879.tif 000099
を保存するためのモジュール（Ｍ９）とを備えることを特徴とする、システム。
【請求項７】
前記基準電流
2017085879.tif 000100
を生成するための前記モジュールが、前記電流に、最初に最小または最大の定義された値
2017085879.tif 000101
からそれぞれ最大または最小の最終値
2017085879.tif 000102
までに及ぶ可変プロファイルをたどらせるように設計されることを特徴とする、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記基準電流
2017085879.tif 000103
が、線形プロファイルをたどることによっていくつかの連続する値を取ることを特徴とする、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記基準電流
2017085879.tif 000104
が、いくつかの段を有する階段プロファイルをたどることによっていくつかの連続する値を取り、前記基準電流の各値が、前記プロファイルの段に従うことを特徴とする、請求項７に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同期電気モータを制御するために用いられる電圧変換器に結合される処理ユニットにおいて実施される制御プロセスに関する。この制御プロセスは、特に前記電気モータのインダクタンス値を決定することを目指す。
【０００２】
本発明は、可変リラクタンス同期電気モータに適用可能である。
【背景技術】
【０００３】
電気モータは、可変速駆動部によって速度を制御される。可変速駆動部は、電力供給ネットワークに接続するために、入力相を含み、電気モータに接続するために、出力相を含む。前記可変速駆動部は通常、入力に印加されるネットワークの電圧を整流するために、整流器段を含み、電気モータに向かうことになっている出力相に可変電圧を生成するために、インバータ段を含む。
【０００４】
磁気飽和のために、可変リラクタンス同期モータのインダクタンス値は、固定子電流と呼ばれる、固定子に注入される電流の関数として変化する。
【０００５】
ほとんどの場合、しかしながら、モータのインダクタンス値は、一定であるように選択され、用いられるモータの監視の性能に制限を生じさせる。
【０００６】
それでも、モータのインダクタンス値を決定するための方法は、存在する。特許出願ＥＰ１６４１１１４Ａ１は、モータ内に位置決めされる位置センサを用いるそのような方法を提案する。
【０００７】
特許出願ＥＰ２４５３２４８Ａ１は、モータのインダクタンスを識別するための別の方法を提案する。この方法は、停止しているモータへの電圧パルスの注入に基づいている。固定子における磁束は、固定子の端子での全電圧とモータの抵抗領域での電圧との差を積分することによって得られる。モータの各インダクタンス値は、磁束を電流に関して微分することによって得られる。この方法は、特にモータの抵抗の完全な知識を必要とし、モータに印加される電圧の正確な測定結果を得るという、いくつかの欠点を提示する。
【０００８】
米国特許出願第２００７／２４１７１５Ａ１号、特許出願ＷＯ２０１２／０００５０７Ａ１および米国特許出願第２０１３／１７３１９３Ａ１号は、様々な電流値の関数としてインダクタンス値を決定するための他の解決法を述べる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】ＥＰ１６４１１１４Ａ１
【特許文献２】ＥＰ２４５３２４８Ａ１
【特許文献３】米国特許出願第２００７／２４１７１５Ａ１号
【特許文献４】ＷＯ２０１２／０００５０７Ａ１
【特許文献５】米国特許出願第２０１３／１７３１９３Ａ１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、可変リラクタンス同期モータのインダクタンス値を決定するために実施される制御プロセスを提案することであり、前記プロセスは、簡単でかつ信頼性があり、位置センサの使用も、モータの抵抗またはモータに印加される電圧の正確な知識も必要としない。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この目的は、処理ユニットにおいて実施される、可変リラクタンス同期電気モータを制御するためのプロセスによって達成され、前記処理ユニットは、前記電気モータに出力相によって接続される電力変換器に結合され、前記電気モータに可変電圧を印加する目的で制御方式を実行するように設計され、本プロセスは、前記電気モータの磁束インダクタンス値を識別する相を含み、この識別相は、
−  前記制御方式の初めに基準電流を生成するステップであって、前記基準電流は、所定のプロファイルに従っていくつかの値を連続して取る、ステップと、
−  各基準電流値について、モータの出力相において測定される電流に対応する電流値を決定するステップと、
−  各基準電流値について、識別モジュールによって、インダクタンス値を、入力に印加される基準電流値、出力相において測定される電流に基づいて決定された対応する電流値、および所定のまたは可変のインダクタンス値の関数として決定するステップと、
−  ３つの出力相において測定される電流に基づいて決定された各電流値について、決定するステップの過程において決定された対応するインダクタンス値を保存するステップとを備える。
【００１２】
顕著な特徴によると、基準電流は、最小または最大の定義された初期値からそれぞれ最大または最小の最終値までに及ぶ可変プロファイルをたどる。
【００１３】
第１の実施形態によると、基準電流は、線形プロファイルをたどることによっていくつかの連続する値を取る。
【００１４】
第２の実施形態によると、基準電流は、いくつかの段を有する階段プロファイルをたどることによっていくつかの連続する値を取り、基準電流の各値は、前記プロファイルの段に従う。
【００１５】
別の顕著な特徴によると、本プロセスは、識別相に続く動作相を含み、前記動作相は、モータに印加されるべき基準磁束を決定するために、識別相の過程において保存された各インダクタンス値を利用することにある。
【００１６】
本発明はまた、処理ユニットを含む、可変リラクタンス同期電気モータを制御するためのシステムにも関し、前記処理ユニットは、前記電気モータに出力相によって接続される電力変換器に結合され、制御方式を実行することによって前記電気モータに可変電圧を印加するように設計され、制御方式が、
−  基準電流の経路を生成するためのモジュールと、
−  基準電流の各値について、出力相において測定される電流に基づいて決定される電流値を決定するためのモジュールと、
−  電気モータの各インダクタンス値を、基準電流値、出力相において測定される電流に基づいて決定された対応する電流値、および所定のまたは可変のインダクタンス値に基づいて識別するためのモジュールと、
−  ３つの出力相において測定される電流に基づいて決定された各電流値について、決定された対応するインダクタンス値を保存するためのモジュールとを備えることを特徴とする。
【００１７】
本システムの顕著な特徴によると、基準電流を生成するためのモジュールは、前記電流に、最初に最小または最大の定義された値からそれぞれ最大または最小の最終値までに及ぶ可変プロファイルをたどらせるように設計される。
【００１８】
一実施形態によると、基準電流は、線形プロファイルをたどることによっていくつかの連続する値を取る。
【００１９】
別の顕著な特徴によると、基準電流は、いくつかの段を有する階段プロファイルをたどることによっていくつかの連続する値を取り、基準電流の各値は、前記プロファイルの段に従う。
【００２０】
他の特徴および利点は、添付の図面に関して作成された、次に来る詳細な説明において明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の動作原理を概略的に例示する図である。
【図２】図２Ａおよび図２Ｂは、電流ｉｄの関数としてインダクタンスＬｄおよび磁束Φｄの進展の曲線を示す図である。
【図３】図３Ａおよび図３Ｂは、本発明の制御プロセスの実施のために基準電流によってたどられる２つの異なるプロファイルを表す図である。
【図４】モータの制御方式に用いられるインダクタンスの実時間での適応の原理を例示するタイミング図を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明は、電力変換器に結合される処理ユニットにおいて実施される制御プロセスに関する。本制御プロセスは、特に可変リラクタンス同期電気モータＭの制御に適している。処理ユニットおよび電圧変換器は、例えば、前記電気モータＭを制御することを意図されている可変速駆動部に組み合わされる。処理ユニットは、少なくとも１つのマイクロプロセッサおよびメモリを含む。
【００２３】
電力変換器は、既知の方法では、いくつかの出力相（図１では、３つの相ａ、ｂ、ｃ）によって電気モータＭに接続される少なくとも１つのインバータ段ＩＮＶを含む。インバータ段は、可変電圧を出力相に印加するように制御されるいくつかのトランジスタを備える。トランジスタの制御は、処理ユニットにおける制御方式の実行によって実現される。
【００２４】
既知の方法では、速度制御のための方式は、次の要素を備える。
【００２５】
−  モータの回転子に連結される基準座標系ｄ、ｑの軸ｄ上の基準電流
2017085879.tif 000003
は、モジュールＭ１の入力に印加される。
【００２６】
−  基準電流およびインダクタンス値
2017085879.tif 000004
に基づいて、モジュールＭ１は、軸ｄ上の基準磁束
2017085879.tif 000005
を決定する。
【００２７】
−  基準速度
2017085879.tif 000006
およびモータの実際の速度の推定に基づいて、モジュールＭ２は、軸ｑ上の基準電流
2017085879.tif 000007
を決定する。
【００２８】
−  基準電流
2017085879.tif 000008
基準磁束
2017085879.tif 000009
各出力相において測定される電流を代表する電流ｉｄおよび電流ｉｑに基づいて、モジュールＭ３は、モータＭに印加されるべき電圧ｕｄ、ｕｑを決定する。
【００２９】
−  電圧ｕｄ、ｕｑに基づいて、モジュールＭ４は、各出力相に印加されるべき電圧ｕａ、ｕｂ、ｕｃを決定するために、パーク（Ｐａｒｋ）変換を適用する。
【００３０】
−  モジュールＭ５は、モジュールＭ２に注入されるモータの速度
2017085879.tif 000010
を推定するように設計される。
【００３１】
−  モジュールＭ６は、各出力相において測定される電流ｉａ、ｉｂ、ｉｃをモジュールＭ３およびモジュールＭ５の入力に注入されるべき電流ｉｄ、ｉｑに変換するためにパーク変換を実行する。
【００３２】
本発明のプロセスは、電流ｉｄの関数として電気モータのインダクタンス値を表す曲線を得ることにある。次の実証は、モータのインダクタンスが、この電流ｉｄの関数としてどのように変化するかを説明する。
【００３３】
モータの回転子に連結される基準座標系ｄ、ｑにおける可変リラクタンス同期電気モータの一般的モデルは、次の関係
2017085879.tif 000011
によって表され、ただし、
2017085879.tif 000012
は、電束（ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｆｌｕｘ）に対応し、
2017085879.tif 000013
は、モータの電流に対応し、
2017085879.tif 000014
は、モータの電圧に対応し、
・Ｒは、モータの固定子抵抗に対応し、
・ＪＭおよびｎｐは、モータの機械的パラメータであり、
・ＴＬは、負荷トルクであり、
・ωは、モータの速度である。
【００３４】
軸ｄ上の磁気飽和は、磁束と電流との間の関係
2017085879.tif 000015
によって表され、ただし
2017085879.tif 000016
は、電流ｉｄの関数である。
【００３５】
線形モデルとの類似により、一般性を失うことなく、関数
2017085879.tif 000017
は、軸ｄの電流の関数として次の形
2017085879.tif 000018
に書かれ、ただしＬｄは、軸ｄの電流の関数としてモータのインダクタンスを表す（線形モデルとの類推によって）。
【００３６】
図２Ａおよび図２Ｂは、電流ｉｄの関数としてインダクタンスＬｄおよび磁束Φｄの進展を示す。
【００３７】
本発明の制御プロセスは、駆動部の通常動作の間に決定されるインダクタンス値を用いることができるように、図２Ａおよび図２Ｂに表される曲線を再構成することを目指す。
【００３８】
本発明の制御プロセスは、これらのインダクタンス値を識別するために実施される識別相を含む。
【００３９】
図１は、この識別相が実施されることを可能にするブロックを含む、モータの制御方式を表す。いったん識別相が、完了されると、モータの制御方式は、もはやこの識別相に必要なモジュールを実行しない。
【００４０】
識別相
識別相は、本制御方式においてモータの通常動作の外側で実施され、上で述べられた飽和曲線が決定されることを可能にする。この識別相は、モータの動作相および監視相の前に最初に、例えば可変速駆動部の開始時に実施される。
【００４１】
本説明の残りでは、我々は、様々なインダクタンスを識別するために、次の表記、
−  モータの実際のインダクタンス：Ｌｄ（ｉｄ）
−  モータの制御方式において使用されるインダクタンス：
2017085879.tif 000019
−  識別関数によって推定されるインダクタンス：
2017085879.tif 000020
−  識別関数を初期化するために使用されるインダクタンス：
2017085879.tif 000021
を用いるものとする。
【００４２】
識別相は、制御方式に挿入される特定のモジュールＭ７の助けを借りて実施される。図１を参照すると、このモジュールＭ７は、基準電流
2017085879.tif 000022
測定された電流ｉｄ、識別関数
2017085879.tif 000023
を初期化するために使用されるインダクタンスをその入力に取り、制御方式においてモジュールＭ１によって使用されるインダクタンス
2017085879.tif 000024
および推定インダクタンス
2017085879.tif 000025
をその出力に生じさせる。
【００４３】
上で述べられた全飽和曲線を走査するために、基準磁束
2017085879.tif 000026
を変えることが、必要である。このようにして、
2017085879.tif 000027
の各値について、飽和曲線上の一点が、得られる。
【００４４】
制御方式によって提供される電圧ｕｑは、モータ量に従って次の通りに書かれる。
【００４５】
ｕｑ＝Ｒｉｑ＋ωΦｄ
抵抗項を減算し、速度の知識を使用することによって、我々は、次の関係
2017085879.tif 000028
を得、ここで基準磁束は、
2017085879.tif 000029
であり、モジュールＭ１の出力において得られる。
【００４６】
最後に、次式が、得られる。
【００４７】
2017085879.tif 000030
それで、上記の方程式（３）から、測定された電流ｉｄの各値について、実際のインダクタンス値Ｌｄ（ｉｄ）が、得られることが理解されよう。
【００４８】
モジュールＭ８は、基準電流
2017085879.tif 000031
の経路を生成するために用いられ、このようにして生成される基準電流
2017085879.tif 000032
は、上で述べられたモジュールＭ１に注入される。
【００４９】
全飽和曲線をカバーするために、基準電流経路
2017085879.tif 000033
は、次の特性を有する。
【００５０】
・基準電流
2017085879.tif 000034
の値は、速度が安定化されることを可能にする値
2017085879.tif 000035
に初期化される。
【００５１】
・速度の安定化の後、基準電流
2017085879.tif 000036
は、最小値
2017085879.tif 000037
にリセットされる。
【００５２】
・飽和曲線をカバーするために、基準電流
2017085879.tif 000038
は、最小値
2017085879.tif 000039
から最大値
2017085879.tif 000040
に及ぶ経路をたどる。
【００５３】
最小値
2017085879.tif 000041
から最大値
2017085879.tif 000042
への移行は、いくつかの可能な方法によって行われてもよい。しかしながら、監視が、識別相の間安定した状態を保つためには、ｉｄと
2017085879.tif 000043
との間の差が、監視されるシステムの安定性と適合する状態を保つことが、必要である。このようにして、差
2017085879.tif 000044
が、モータの安定動作に対応するしきい値を下回る状態に保たれることを可能にする、任意の種類の経路が、用いられてもよい。例えば、基準電流は、次の２つの経路、
−  わずかな傾斜を有する線形経路（図３Ａ）、または
−  階段経路（図３Ｂ）の１つをたどってもよい。
【００５４】
本発明によると、モジュールＭ７によって実行されるインダクタンスの決定は、２つの異なる方法、
−  直接計算によって、または
−  実時間での適応によって実現されてもよい。
【００５５】
−  直接計算によって
基準電流
2017085879.tif 000045
の変化は、飽和曲線がカバーされることを可能にする。基準電流
2017085879.tif 000046
の各値について、測定された電流値ｉｄが、得られる。このようにして、この電流ｉｄに対応するモータの推定インダクタンス
2017085879.tif 000047
は、上で定義された方程式（３）から次の通りに得られ、
2017085879.tif 000048
ただし、
2017085879.tif 000049
は、監視に使用されるインダクタンスであり、それは、この場合一定であり、値
2017085879.tif 000050
を有する。
【００５６】
基準電流の各レベルについて、直接計算によって得られるインダクタンス
2017085879.tif 000051
は、モータの動作相および監視相の過程において後で再び用いられるために、メモリに記録される。
【００５７】
−  実時間での適応によって
この場合、インダクタンス
2017085879.tif 000052
は、もはや一定であると考えられず、電流差
2017085879.tif 000053
の関数として可変であると考えられる。このようにして、インダクタンスは、Δｉｄを入力として取り、
2017085879.tif 000054
を出力として生じさせる推定アルゴリズムを使用することによってモジュールＭ７において実時間で得られる。識別相の過程においてモータの制御方式に使用されるインダクタンスの適応は、測定される電流の偏差Δｉｄの関数として実時間で行われる。
【００５８】
2017085879.tif 000055
の進展の公式は、下記の通りである。
【００５９】
2017085879.tif 000056
電流差
2017085879.tif 000057
が、ゼロになるとき、インダクタンス
2017085879.tif 000058
は、収束して、一定であることが、この進展公式から理解されることになり、推定インダクタンス
2017085879.tif 000059
は、収束の終わりに得られる
2017085879.tif 000060
の値とともに記録される。次いで我々は、
2017085879.tif 000061
を有する。
【００６０】
図４は、実時間でのインダクタンスの適応の原理を例示する。この図では、測定される電流ｉｄが、基準電流
2017085879.tif 000062
に向かって収束し、従ってこれらの２つの電流間の差が、ゼロであるたびに、モータの制御方式に用いられるインダクタンス
2017085879.tif 000063
は、確定値に向かって収束したことが分かる。収束後に得られる各インダクタンス値は、次いでインダクタンスの推定値に割り当てられ、それ故に記憶モジュールＭ９によってメモリに記録される。図４では、３つの異なる値
2017085879.tif 000064
2017085879.tif 000065
および
2017085879.tif 000066
が、保存される。
【００６１】
次の実証は、電流差
2017085879.tif 000067
が、固定基準電流
2017085879.tif 000068
についてゼロに向かって収束するとき、インダクタンス
2017085879.tif 000069
の値が、実際のインダクタンスＬｄ（ｉｄ）に向かってよく収束するということを示すことを可能にする。
【００６２】
方程式（３）は、次の通りに再配置される。
【００６３】
2017085879.tif 000070
我々は、
2017085879.tif 000071
が一定であると考え、我々は、方程式（５）を時間に関して微分する。
【００６４】
2017085879.tif 000072
一次までで、
2017085879.tif 000073
は、次の通りに近似される。
【００６５】
2017085879.tif 000074
方程式（６）において方程式（４）を置き換えることによって、我々は、一次までで、
2017085879.tif 000075
を得る。
【００６６】
最後に、我々は、
2017085879.tif 000076
を得る。
【００６７】
ｋｐ＞０、ｋｉ＞０および
2017085879.tif 000077
を選択し、
2017085879.tif 000078
であることを知ることによって、上記のシステムは、安定である。それ故に、Δｉｄは、０に向かって収束し、
2017085879.tif 000079
は、Ｌｄに向かって収束する。例えば、利得ｋｐおよびｋｉは、次の通りに選択される。
【００６８】
2017085879.tif 000080
ここでξｌは、減衰係数であり、ωｌ＝2πｆｌであり、ただしｆｌは、インダクタンスの推定器（ｅｓｔｉｍａｔｏｒ）の通過帯域であり、
2017085879.tif 000081
は、識別関数を初期化するために使用されるインダクタンスである。
【００６９】
インダクタンスの推定のための提案される手順はそれ故に、電流ｉｄの関数としてインダクタンスＬｄの飽和曲線を有することを可能にし、それは、モータの全作動範囲をカバーする（図２）。
【００７０】
この曲線は、電流ｉｄの関数として駆動部において実施され、前記曲線は、モータの監視の間実時間で考慮される。
【００７１】
加えて、本発明の解決法は、モータの性能データが改善されることを可能にし、特に、
・最大トルクが、増加されてもよく、
・電気エネルギーの消費量が、低減されてもよく、
・モータの監視の安定性が、改善されてもよい。
【符号の説明】
【００７２】
Ｍ  モータ
Ｍ１〜９  モジュール
ＩＮＶ  インバータ
【図１】
2017085879.tif 000108
【図２】
2017085879.tif 000109
【図３】
2017085879.tif 000110
【図４】
2017085879.tif 000111
【外国語明細書】
2017085879000001.pdf