(57)【要約】  可変速機（２）のロータ初期値角の自動検出方法及び装置。本方法は以下のステップからなる。参照電圧角θｇｉｖｅｎを提供する、所与の参照電圧振幅Ｖｒｅｆと組み合わせて参照電圧ベクトルを生成する、空間ベクトル幅変換器ＳＶＰＷＭによって参照電圧ベクトルを駆動信号に変換し、ロータ側ＰＷＭ変換器（５）を駆動して交流電圧信号を生成し、それを可変速機（２）のロータ巻線に印加する、可変速機（２）のロータ機械角ｎ＊θｒｏｔｏｒを取得する、ステータ電圧ベクトル角θ１を取得する、ロータ機械角ｎ＊θｒｏｔｏｒおよび所与の参照電圧角θｇｉｖｅｎをステータ電圧ベクトル角θ１から減算し、ロータ初期位置角θｉｎｉｔａｌを取得する。ここで、ｎは可変速機（２）の極対の数である。可変速機（２）のロータ初期位置角の自動検出は本方法および装置を導入することによって実現される。【選択図】図５
2012514444.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所与の参照電圧角θｇｉｖｅｎおよび所与の参照電圧振幅Ｖｒｅｆから参照電圧ベクトルを生成することと、
前記参照電圧ベクトルを空間ベクトルパルス幅変更器（ＳＶＰＷＭ）を介して駆動信号に変換し、ロータ側のパルス幅変更（ＰＷＭ）変圧器を駆動して交流（ＡＣ）電圧信号を生成し、前記ＡＣ電圧信号を前記可変速電気機械のロータ巻線に印加することと、
前記可変速電気機械のロータ機械角ｎ×θｒｏｔｏｒを取得することと、
ステータ電圧ベクトル角θ１を取得することと、
前記ロータ機械角ｎ×θｒｏｔｏｒおよび前記所与の参照電圧角θｇｉｖｅｎを前記ステータ電圧ベクトル角θ１から減算して初期ロータ位置角θｉｎｉｔａｌを取得することと、を含み、
ｎが前記可変速電気機械の極対の数である、
可変速電気機械の初期ロータ位置角の自動検出方法。
【請求項２】
前記初期ロータ位置角θｉｎｉｔａｌを得た後、
ロータ電圧ベクトル角θＳ１を提供し、ロータ電流ベクトル角θＳ２を獲得し、
前記ロータ電圧ベクトル角θＳ１および前記ロータ電流ベクトル角θＳ２から数式θｅｒｒ＝π／２−（θＳ１−θＳ２）によって誤差角θｅｒｒを計算し、
計算された前記初期ロータ位置角θｉｎｉｔａｌを計算された前記誤差角θｅｒｒを用いて数式θ’ｉｎｉｔａｌ＝θｉｎｉｔａｌ＋（π／２−θｅｒｒ）によって調整し、調整された初期ロータ位置角θ’ｉｎｉｔａｌを取得することと、をさらに含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記可変速電気機械のロータは動作中であるか、少なくとも１回回転する、
請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
参照電圧角提供ユニット、参照電圧振幅提供ユニット、第１の増倍器、ＳＶＰＷＭ、ロータ機械角取得ユニット、ステータ電圧ベクトル角取得ユニット、および第１の比較器を含み、
前記参照電圧角提供ユニットは、参照電圧角θｇｉｖｅｎを提供し、それを第１の増倍器の入力および第１の比較器の負の入力へと出力するように構成され、
前記参照電圧振幅提供ユニットは、参照電圧振幅Ｖｒｅｆを提供し、それを第１の増倍器の入力へと出力するように構成され、
前記第１の増倍器は、所与の前記参照電圧角θｇｉｖｅｎに所与の前記参照電圧振幅Ｖｒｅｆを乗算して、参照電圧ベクトルを前記ＳＶＰＷＭへと出力するように構成され、
前記ＳＶＰＷＭは、前記参照電圧ベクトルを駆動信号に変換し、それをロータ側のＰＷＭ変圧器に送信するように構成され、
前記ロータ機械角取得ユニットは、ロータ機械角速度ｎ×θｒｏｔｏｒを取得し、それを第１の比較器の負の入力へと出力するように構成され、
前記ステータ電圧ベクトル角取得ユニットは、ステータ電圧ベクトル角θ１を取得し、それを前記第１の比較器の正の入力へと出力するように構成され、
前記第１の比較器は、ロータ機械角速度ｎ×θｒｏｔｏｒおよび所与の参照電圧角θｇｉｖｅｎをステータ電圧ベクトル角θ１から減算して初期ロータ位置角θｉｎｉｔａｌを出力するように構成され、
ｎが前記可変速電気機械の極対の数である、
可変速電気機械の初期ロータ位置角の自動検出装置。
【請求項５】
ロータ電圧ベクトル角提供ユニット、ロータ電流ベクトル角取得ユニット、定数提供ユニット、第２の比較器および第３の比較器をさらに含み、
前記ロータ電圧ベクトル角提供ユニットは、ロータ電圧ベクトル角θＳ１を提供し、それを第２の比較器の負の入力に出力するように構成され、
前記ロータ電流ベクトル角取得ユニットは、ロータ電流ベクトル角θＳ２を取得し、それを第２の比較器の正の入力に出力するように構成され、
前記定数提供ユニットは、定数π／２を提供し、それを第２の比較器の正の入力および第３の比較器の正の入力に出力するように構成され、
前記第２の比較器は、前記ロータ電圧ベクトル角θＳ１をπ／２から減算し、その差に前記ロータ電流ベクトル角θＳ２を加算し、前記第３の比較器の負の入力に誤差角θｅｒｒを出力するように構成され、
前記第３の比較器の前記正の入力は、前記初期ロータ位置角θｉｎｉｔａｌを受信する前記第１の比較器の出力に接続され、
前記第３の比較器は、所与の定数π／２を前記初期ロータ位置角θｉｎｉｔａｌに加算し、その和から前記誤差角θｅｒｒを減算し、調整された初期ロータ位置角θ’ｉｎｉｔａｌを出力するように構成され、
ｎが前記可変速電気機械の極対の数である、
請求項４に記載の装置。
【請求項６】
可変速電気機械のロータ機械角ｎ×θｒｏｔｏｒを取得することと、
グリッド電圧ベクトル角θ２およびグリッド電圧ベクトル振幅ＶＲを取得することと、
数式θｇｉｖｅｎ＝θ２−θｉｎｉｔａｌ−ｎ×θｒｏｔｏｒによって所与の参照電圧角θｇｉｖｅｎを計算することと、
前記グリッド電圧ベクトル振幅ＶＲを振幅とし、前記所与の参照電圧角θｇｉｖｅｎを位相角として、参照電圧ベクトルを生成することと、
前記参照電圧ベクトルをＳＶＰＷＭを介して駆動信号に変換し、ロータ側のＰＷＭ変圧器を駆動してＡＣ電圧信号を生成し、前記ＡＣ電圧信号を前記可変速電気機械のロータ巻線に印加することと、
ステータ電圧ベクトル角θ１を取得することと、
前記グリッド電圧ベクトル角θ２から前記ステータ電圧ベクトル角θ１を減算することによって、前記グリッド電圧と前記ステータ電圧の位相角度差Δθを取得することと、
前記グリッド電圧と前記ステータ電圧の位相角度差Δθを、比例積分アルゴリズムによって初期ロータ位置角θｉｎｉｔａｌに変換することと、を含み、
ｎが前記可変速電気機械の極対の数である、
可変速電気機械の初期ロータ位置角の自動検出方法。
【請求項７】
前記初期ロータ位置角θｉｎｉｔａｌを取得した後に、
ロータ電圧ベクトル角θＳ１を提供し、ロータ電流ベクトル角θＳ２を取得することと、
前記ロータ電圧ベクトル角θＳ１および前記ロータ電流ベクトル角θＳ２から数式θｅｒｒ＝π／２−（θＳ１−θＳ２）によって誤差角θｅｒｒを計算し、
前記計算された初期ロータ位置角θｉｎｉｔａｌを前記計算された誤差角θｅｒｒを用いて数式θ’ｉｎｉｔａｌ＝θｉｎｉｔａｌ＋（π／２−θｅｒｒ）によって調整し、調整された初期ロータ位置角θ’ｉｎｉｔａｌを取得することと、をさらに含む、
請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記可変速電気機械の前記ロータが固定されているか動作中である、  
請求項６または７に記載の方法。
【請求項９】
ロータ機械角取得ユニット、グリッド電圧ベクトル角取得ユニット、グリッド電圧ベクトル振幅取得ユニット、ステータ電圧ベクトル角取得ユニット、第５の比較器、ＰＩコントローラ、第４の比較器、第２の増倍器、およびＳＶＰＷＭを含み、
前記ロータ機械角取得ユニットは、ロータ機械角速度ｎ×θｒｏｔｏｒを取得し、それを前記第４の比較器の負の入力へと出力するように構成され、
前記グリッド電圧ベクトル角取得ユニットは、グリッド電圧ベクトル角θ２を取得し、それを前記第４の比較器の正の入力および第５の比較器の正の入力に出力するように構成され、
前記グリッド電圧ベクトル振幅取得ユニットは、グリッド電圧ベクトル振幅ＶＲを取得し、それを第２の増倍器に出力するように構成され、
前記ステータ電圧ベクトル角取得ユニットは、ステータ電圧ベクトル角θ１を取得し、それを前記第５の増倍器の負の入力に出力するように構成され、
前記第５の増倍器は、前記ステータ電圧ベクトル角θ１を前記グリッド電圧ベクトル角θ２から減算し、前記グリッド電圧と前記ステータ電圧の間の位相角度差Δθを前記ＰＩコントローラに出力するように構成され、
前記ＰＩコントローラは、前記グリッド電圧と前記ステータ電圧の間の前記位相角度差Δθに比例積分アルゴリズムを適用し、初期ロータ位置角θｉｎｉｔａｌを取得し、それを第４の比較器の負の入力に出力するように構成され、
前記第４の比較器は、前記初期ロータ位置角θｉｎｉｔａｌと前記ロータ機械角速度ｎ×θｒｏｔｏｒを前記グリッド電圧ベクトル角θ２から減算し、所与の参照電圧角θｇｉｖｅｎを前記第２の増倍器に出力するように構成され、
前記第２の増倍器は、受信された前記所与の参照電圧角θｇｉｖｅｎに前記グリッド電圧振幅ＶＲを乗算して、参照電圧ベクトルを前記ＳＶＰＷＭに出力するように構成され、
前記ＳＶＰＷＭは、前記参照電圧ベクトルを駆動信号に変換し、それをロータ側のＰＷＭ変圧器に送信するように構成される。
可変速電気機械の初期ロータ位置角の自動検出装置。
【請求項１０】
ロータ電圧ベクトル角提供ユニット、ロータ電流ベクトル角取得ユニット、定数提供ユニット、第２の比較器および第３の比較器をさらに含み、
前記ロータ電圧ベクトル角提供ユニットは、ロータ電圧ベクトル角θＳ１を提供し、それを第２の比較器の負の入力に出力するように構成され、
前記ロータ電流ベクトル角取得ユニットは、ロータ電流ベクトル角θＳ２を取得し、それを第２の比較器の正の入力に出力するように構成され、
前記定数提供ユニットは、定数π／２を提供し、それを第２の比較器の正の入力および第３の比較器の正の入力に出力するように構成され、
前記第２の比較器は、前記ロータ電圧ベクトル角θＳ１をπ／２から減算し、その差に前記ロータ電流ベクトル角θＳ２を加算し、前記第３の比較器の負の入力に誤差角θｅｒｒを出力するように構成され、
前記第３の比較器の前記正の入力は、前記初期ロータ位置角θｉｎｉｔａｌを受信する前記第５の比較器の出力に接続され、
前記第３の比較器は、所与の定数π／２を前記初期ロータ位置角θｉｎｉｔａｌに加算し、その和から前記誤差角θｅｒｒを減算し、調整された初期ロータ位置角θ’ｉｎｉｔａｌを出力するように構成される、
請求項９に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気機械制御の分野に関し、特に、可変速電気機械のロータ初期位置角の自動検出のための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
交流（ＡＣ）非同期または同期電気機械のトルクを正確に制御するために、通常は、ベクトル制御が用いられる。正確なベクトル制御を確実にするために、電気機械のロータ巻線の的確な位置決めを取得する必要がある。
【０００３】
図１を参照すると、可変速電気機械のロータ巻線の位置角が記載されている。
【０００４】
可変速電気機械はステータ巻線１ａ、ロータ巻線１ｂ、および電気機械シャフト１ｃを含む。Ａ、ＢおよびＣはステータの３つの位相を表し、ａ、ｂおよびｃはロータの３つの位相を表す。可変速電気機械が作動する際に、ステータ位相Ａ、Ｂ、Ｃの位置が固定され、ロータ位相ａ、ｂ、ｃの位置が電気機械の作動と共に移動する。
【０００５】
いかなる時にも、可変速電気機械のロータ巻線の位置角はステータ位相Ａ軸とロータ位相ａ軸との間の角度である。
【０００６】
ロータ巻線の位置角は、初期ロータ位置角と、ロータが回転する相対角からなる。
【０００７】
図２Ａおよび図２Ｂを参照すると、可変速電気機械のロータ巻線の位置角を決定する従来技術の装置の構造図および回路図が記載されている。
【０００８】
装置は以下を含む。可変速電気機械２ａ、シャフト結合器２ｂ、インクリメンタル光電気エンコーダ２ｃ。インクリメンタル光電気エンコーダ２ｃはシャフト結合器２ｂを介して可変速電気機械２ａのロータに同軸で接続される。
【０００９】
インクリメンタル光電気エンコーダ２ｃは３つのパルス、Ａ、ＢおよびＺを出力する。シャフトが時計回りに回転するとき、ＡパルスはＢパルスより９０°進んでいる。シャフトが反時計回りに回転するとき、ＢパルスはＡパルスより９０°進んでいる。その間、インクリメンタル光電気エンコーダ２ｃは回転ごとに一定の位置でＺパルス（すなわちゼロ位置パルス）を出力する。
【００１０】
従来の方法はカウンタを用いてＡパルスの数を数え、Ｚパルスが検出されたときにカウンタをリセットする。例えば、単極対（ｓｉｎｇｌｅ−ｐｏｌｅ−ｐａｉｒ）電気機械において、ロータ巻線の位置角は以下のように与えられる。
【数１】
2012514444.tif 000003
【００１１】
ロータ巻線の正確な位置角を取得するために、ステータ軸とロータ軸が互いに一致する位置から始まりＺパルスの位置までのカウンタの値が決定されなければならない。したがって、初期ロータ位置角が決定され、ロータがゼロ位置のときのカウンタの値を取得して、したがってロータ巻線の位置角が決定されるべきである。
【００１２】
図３を参照すると、可変速電気機械の初期ロータ位置角が記載されている。
【００１３】
初期ロータ位置角はロータ位相ａとＺパルス位置の間の角度である。
【００１４】
初期ロータ位相角を決定する従来の方法によれば、例えば、単極対電気機械において、エンコーダが電気機械のロータのシャフトに取り付けられて、そしてロータおよびロータと同軸で接続されたエンコーダが回転され、エンコーダがＺパルスを出力する位置（位置１）が記録される。そして、図２Ｂに示されるように、直流（ＤＣ）電圧がロータ位相ａおよびｂの間とステータ位相ＡおよびＢの間に印加される。そして、ロータの磁場はステータの磁場と相互作用して、ロータは位相Ａ軸と位相ａ軸が互いに一致する位置（位置２）へと自動的に回転する。位置１と位置２の間の角度はステータとロータの間の初期位置角である。
【００１５】
不幸にして、従来の方法は、手動操作、追加の設備および電源を必要とし、手順が複雑で、したがって操作ミスに対して弱い。
【００１６】
加えて、エンコーダが変更された場合は、初期ロータ位相角は再度決定されなければならず、プログラムの対応する値も変更されなければならない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明によって解決される技術的課題は、可変速電気機械の初期ロータ位置角の自動検出の方法および装置を提供し、それによって初期ロータ位置角の自動検出を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記技術的課題を解決するために、本発明は可変速電気機械の初期ロータ位置角の自動検出方法を提供し、方法は、
所与の参照電圧角θｇｉｖｅｎおよび所与の参照電圧振幅Ｖｒｅｆから参照電圧ベクトルを生成することと、
前記参照電圧ベクトルを空間ベクトルパルス幅変更器（ＳＶＰＷＭ）を介して駆動信号に変換し、ロータ側のパルス幅変更（ＰＷＭ）変圧器を駆動して交流（ＡＣ）電圧信号を生成し、前記ＡＣ電圧信号を前記可変速電気機械のロータ巻線に印加することと、
前記可変速電気機械のロータ機械角ｎ×θｒｏｔｏｒを取得することと、
ステータ電圧ベクトル角θ１を取得することと、
前記ロータ機械角ｎ×θｒｏｔｏｒおよび前記所与の参照電圧角θｇｉｖｅｎを前記ステータ電圧ベクトル角θ１から減算して初期ロータ位置角θｉｎｉｔａｌを取得することと、を含み、
ｎが前記可変速電気機械の極対の数である。
【００１９】
好ましくは、前記初期ロータ位置角θｉｎｉｔａｌを得た後、方法がさらに、
ロータ電圧ベクトル角θＳ１を提供し、ロータ電流ベクトル角θＳ２を獲得し、
前記ロータ電圧ベクトル角θＳ１および前記ロータ電流ベクトル角θＳ２から数式θｅｒｒ＝π／２−（θＳ１−θＳ２）によって誤差角θｅｒｒを計算し、
計算された前記初期ロータ位置角θｉｎｉｔａｌを計算された前記誤差角θｅｒｒを用いて数式θ’ｉｎｉｔａｌ＝θｉｎｉｔａｌ＋（π／２−θｅｒｒ）によって調整し、調整された初期ロータ位置角θ’ｉｎｉｔａｌを取得することと、を含む。
【００２０】
好ましくは、前記可変速電気機械のロータは動作中であるか、少なくとも１回回転する。
【００２１】
本発明はまた、可変速電気機械の初期ロータ位置角の自動検出装置を提供し、装置は、参照電圧角提供ユニット、参照電圧振幅提供ユニット、第１の増倍器、ＳＶＰＷＭ、ロータ機械角取得ユニット、ステータ電圧ベクトル角取得ユニット、および第１の比較器を含み、
前記参照電圧角提供ユニットは、参照電圧角θｇｉｖｅｎを提供し、それを第１の増倍器の入力および第１の比較器の負の入力へと出力するように構成され、
前記参照電圧振幅提供ユニットは、参照電圧振幅Ｖｒｅｆを提供し、それを第１の増倍器の入力へと出力するように構成され、
前記第１の増倍器は、所与の前記参照電圧角θｇｉｖｅｎに所与の前記参照電圧振幅Ｖｒｅｆを乗算して、参照電圧ベクトルを前記ＳＶＰＷＭへと出力するように構成され、
前記ＳＶＰＷＭは、前記参照電圧ベクトルを駆動信号に変換し、それをロータ側のＰＷＭ変圧器に送信するように構成され、
前記ロータ機械角取得ユニットは、ロータ機械角速度ｎ×θｒｏｔｏｒを取得し、それを第１の比較器の負の入力へと出力するように構成され、
前記ステータ電圧ベクトル角取得ユニットは、ステータ電圧ベクトル角θ１を取得し、それを前記第１の比較器の正の入力へと出力するように構成され、
前記第１の比較器は、ロータ機械角速度ｎ×θｒｏｔｏｒおよび所与の参照電圧角θｇｉｖｅｎをステータ電圧ベクトル角θ１から減算して初期ロータ位置角θｉｎｉｔａｌを出力するように構成され、
ｎが前記可変速電気機械の極対の数である。
【００２２】
好ましくは、装置はさらに、ロータ電圧ベクトル角提供ユニット、ロータ電流ベクトル角取得ユニット、定数提供ユニット、第２の比較器および第３の比較器を含み、
前記ロータ電圧ベクトル角提供ユニットは、ロータ電圧ベクトル角θＳ１を提供し、それを第２の比較器の負の入力に出力するように構成され、
前記ロータ電流ベクトル角取得ユニットは、ロータ電流ベクトル角θＳ２を取得し、それを第２の比較器の正の入力に出力するように構成され、
前記定数提供ユニットは、定数π／２を提供し、それを第２の比較器の正の入力および第３の比較器の正の入力に出力するように構成され、
前記第２の比較器は、前記ロータ電圧ベクトル角θＳ１をπ／２から減算し、その差に前記ロータ電流ベクトル角θＳ２を加算し、前記第３の比較器の負の入力に誤差角θｅｒｒを出力するように構成され、
前記第３の比較器の前記正の入力は、前記初期ロータ位置角θｉｎｉｔａｌを受信する前記第１の比較器の出力に接続され、
前記第３の比較器は、所与の定数π／２を前記初期ロータ位置角θｉｎｉｔａｌに加算し、その和から前記誤差角θｅｒｒを減算し、調整された初期ロータ位置角θ’ｉｎｉｔａｌを出力するように構成され、
ｎが前記可変速電気機械の極対の数である。
【００２３】
本発明はまた、可変速電気機械の初期ロータ位置角の自動検出方法を提供し、方法は、
可変速電気機械のロータ機械角ｎ×θｒｏｔｏｒを取得することと、
グリッド電圧ベクトル角θ２およびグリッド電圧ベクトル振幅ＶＲを取得することと、
数式θｇｉｖｅｎ＝θ２−θｉｎｉｔａｌ−ｎ×θｒｏｔｏｒによって所与の参照電圧角θｇｉｖｅｎを計算することと、
前記グリッド電圧ベクトル振幅ＶＲを振幅とし、前記所与の参照電圧角θｇｉｖｅｎを位相角として、参照電圧ベクトルを生成することと、
前記参照電圧ベクトルをＳＶＰＷＭを介して駆動信号に変換し、ロータ側のＰＷＭ変圧器を駆動してＡＣ電圧信号を生成し、前記ＡＣ電圧信号を前記可変速電気機械のロータ巻線に印加することと、
ステータ電圧ベクトル角θ１を取得することと、
前記グリッド電圧ベクトル角θ２から前記ステータ電圧ベクトル角θ１を減算することによって、前記グリッド電圧と前記ステータ電圧の位相角度差Δθを取得することと、
前記グリッド電圧と前記ステータ電圧の位相角度差Δθを、比例積分アルゴリズムによって初期ロータ位置角θｉｎｉｔａｌに変換することと、を含み、
ｎが極対の数であり、初期ロータ位置角θｉｎｉｔａｌの初期値が０である。
【００２４】
好ましくは、前記初期ロータ位置角θｉｎｉｔａｌを取得した後に、方法はさらに、
ロータ電圧ベクトル角θＳ１を提供し、ロータ電流ベクトル角θＳ２を取得することと、
前記ロータ電圧ベクトル角θＳ１および前記ロータ電流ベクトル角θＳ２から数式θｅｒｒ＝π／２−（θＳ１−θＳ２）によって誤差角θｅｒｒを計算し、
前記計算された初期ロータ位置角θｉｎｉｔａｌを前記計算された誤差角θｅｒｒを用いて数式θ’ｉｎｉｔａｌ＝θｉｎｉｔａｌ＋（π／２−θｅｒｒ）によって調整し、調整された初期ロータ位置角θ’ｉｎｉｔａｌを取得することと、を含む。
【００２５】
好ましくは、前記可変速電気機械の前記ロータが固定されているか動作中である。
【００２６】
本発明はまた、可変速電気機械の初期ロータ位置角の自動検出装置を提供し、装置は、ロータ機械角取得ユニット、グリッド電圧ベクトル角取得ユニット、グリッド電圧ベクトル振幅取得ユニット、ステータ電圧ベクトル角取得ユニット、第５の比較器、ＰＩコントローラ、第４の比較器、第２の増倍器、およびＳＶＰＷＭを含み、
前記ロータ機械角取得ユニットは、ロータ機械角速度ｎ×θｒｏｔｏｒを取得し、それを前記第４の比較器の負の入力へと出力するように構成され、
前記グリッド電圧ベクトル角取得ユニットは、グリッド電圧ベクトル角θ２を取得し、それを前記第４の比較器の正の入力および第５の比較器の正の入力に出力するように構成され、
前記グリッド電圧ベクトル振幅取得ユニットは、グリッド電圧ベクトル振幅ＶＲを取得し、それを第２の増倍器に出力するように構成され、
前記ステータ電圧ベクトル角取得ユニットは、ステータ電圧ベクトル角θ１を取得し、それを前記第５の増倍器の負の入力に出力するように構成され、
前記第５の増倍器は、前記ステータ電圧ベクトル角θ１を前記グリッド電圧ベクトル角θ２から減算し、前記グリッド電圧と前記ステータ電圧の間の位相角度差Δθを前記ＰＩコントローラに出力するように構成され、
前記ＰＩコントローラは、前記グリッド電圧と前記ステータ電圧の間の前記位相角度差Δθに比例積分アルゴリズムを適用し、初期ロータ位置角θｉｎｉｔａｌを取得し、それを第４の比較器の負の入力に出力するように構成され、
前記第４の比較器は、前記初期ロータ位置角θｉｎｉｔａｌと前記ロータ機械角速度ｎ×θｒｏｔｏｒを前記グリッド電圧ベクトル角θ２から減算し、所与の参照電圧角θｇｉｖｅｎを前記第２の増倍器に出力するように構成され、
前記第２の増倍器は、受信された前記所与の参照電圧角θｇｉｖｅｎに前記グリッド電圧振幅ＶＲを乗算して、参照電圧ベクトルを前記ＳＶＰＷＭに出力するように構成され、
前記ＳＶＰＷＭは、前記参照電圧ベクトルを駆動信号に変換し、それをロータ側のＰＷＭ変圧器に送信するように構成される。
【００２７】
好ましくは、装置はさらに、ロータ電圧ベクトル角提供ユニット、ロータ電流ベクトル角取得ユニット、定数提供ユニット、第２の比較器および第３の比較器を含み、
前記ロータ電圧ベクトル角提供ユニットは、ロータ電圧ベクトル角θＳ１を提供し、それを第２の比較器の負の入力に出力するように構成され、
前記ロータ電流ベクトル角取得ユニットは、ロータ電流ベクトル角θＳ２を取得し、それを第２の比較器の正の入力に出力するように構成され、
前記定数提供ユニットは、定数π／２を提供し、それを第２の比較器の正の入力および第３の比較器の正の入力に出力するように構成され、
前記第２の比較器は、前記ロータ電圧ベクトル角θＳ１をπ／２から減算し、その差に前記ロータ電流ベクトル角θＳ２を加算し、前記第３の比較器の負の入力に誤差角θｅｒｒを出力するように構成され、
前記第３の比較器の前記正の入力は、前記初期ロータ位置角θｉｎｉｔａｌを受信する前記第５の比較器の出力に接続され、
前記第３の比較器は、所与の定数π／２を前記初期ロータ位置角θｉｎｉｔａｌに加算し、その和から前記誤差角θｅｒｒを減算し、調整された初期ロータ位置角θ’ｉｎｉｔａｌを出力するように構成される。
【００２８】
本発明の実施形態は先行技術と比べて以下のような利点を有する。
【００２９】
本発明の実施形態による、可変速電気機械の初期ロータ位置角の自動検出のための第１の方法および装置において、参照電圧ベクトルは所与の参照電圧角θｇｉｖｅｎおよび所与の参照電圧振幅Ｖｒｅｆから生成され、ＳＶＰＷＭを介してロータ側のＰＷＭ変圧器を駆動してＡＣ電圧信号を生成し、ＡＣ電気信号は可変速電気機械のロータ巻線に印加されて該電気機械の回転を制御し、初期ロータ位置角θｉｎｉｔａｌは、取得されたロータ機械角ｎ×θｒｏｔｏｒおよび所与の参照電圧角θｇｉｖｅｎをステータ電圧ベクトル角θ１から減算することによって、取得されたロータ機械角ｎ×θｒｏｔｏｒおよびステータ電圧ベクトル角θ１から導き出される。
【００３０】
本発明の実施形態による方法および装置を用いれば、さらなる操作を実行する必要はもはやなくなり、初期ロータ位置角は電流変換器によって自動的に検出されうる。
【００３１】
本発明の実施形態による可変速電気機械の初期ロータ位置角の自動検出のための第２の方法および装置において、初期ロータ位置角θｉｎｉｔａｌが初期時刻には０に設定され、ロータ機械角ｎ×θｒｏｔｏｒ、グリッド電圧ベクトル角θ２およびグリッド電圧ベクトル振幅ＶＲが得られる。所与の参照電圧角θｇｉｖｅｎはθｇｉｖｅｎ＝θ２−θｉｎｉｔａｌ−ｎ×θｒｏｔｏｒから計算され、参照電圧ベクトルは、グリッド電圧ベクトル振幅ＶＲをその振幅として、所与の参照電圧角θｇｉｖｅｎをその位相角として生成される。ＳＶＰＷＭを介して、参照電圧ベクトルはロータ側のＰＷＭ変圧器を駆動してＡＣ電圧信号を生成し、該ＡＣ電圧信号は可変速電気機械のロータ巻線に印加される。ステータ電圧ベクトル角θ１が取得され、ステータ電圧ベクトル角θ１からグリッド電圧ベクトル角θ２を減算することによって、グリッド電圧とステータ電圧の位相角度差Δθが導かれ、そしてグリッド電圧とステータ電圧の位相角度差Δθは、比例積分アルゴリズムによって初期ロータ位置角θｉｎｉｔａｌに変換される。
【００３２】
本発明の実施形態による方法および装置を用いれば、さらなる操作を実行する必要はもはやなくなり、初期ロータ位置角は電流変換器によって自動的に検出されうる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】可変速電気機械のロータ巻線の位置角を示す図である。
【図２Ａ】可変速電気機械のロータ巻線の位置角を決定する従来技術の装置の構造図である。
【図２Ｂ】可変速電気機械のロータ巻線の位置角を決定する従来技術の装置の回路図である。
【図３】可変速電気機械の初期ロータ位相角を示す図である。
【図４】位相Ａ軸、位相ａ軸、およびＺパルス位置の間の関係を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施形態による可変速電気機械の初期ロータ位置角の自動検出方法のフロー図である。
【図６】ロータ電圧、ロータ磁束鎖交、およびステータ電圧の間の角度を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施形態による可変速電気機械の初期ロータ位置角の自動検出方法のフロー図である。
【図８】本発明の第１の実施形態による可変速電気機械の初期ロータ位置角の自動検出装置の構造図である。
【図９】本発明の第２の実施形態による可変速電気機械の初期ロータ位置角の自動検出装置の構造図である。
【図１０】ステータ電圧のベクトル図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態による可変速電気機械の初期ロータ位置角の自動検出方法のフロー図である。
【図１２】本発明の第４の実施形態による可変速電気機械の初期ロータ位置角の自動検出方法のフロー図である。
【図１３】本発明の第３の実施形態による可変速電気機械の初期ロータ位置角の自動検出装置の構造図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
本発明の目的、特徴および利点のよりよい理解のために、添付の図面および実施形態を参照して、本発明は以下に詳細に説明される。
【００３５】
本発明の第１の実施形態による可変速電気機械の初期ロータ位置角の自動検出方法において、参照電圧ベクトルが所与の参照電圧角θｇｉｖｅｎおよび所与の参照電圧振幅Ｖｒｅｆから生成され、ＳＶＰＷＭを介してロータ側のＰＷＭ変圧器を駆動してＡＣ電圧信号を生成し、ＡＣ電気信号は可変速電気機械のロータ巻線に印加されて該電気機械の回転を制御し、初期ロータ位置角θｉｎｉｔａｌは、取得されたロータ機械角ｎ×θｒｏｔｏｒおよび所与の参照電圧角θｇｉｖｅｎをステータ電圧ベクトル角θ１から減算することによって、取得されたロータ機械角ｎ×θｒｏｔｏｒおよびステータ電圧ベクトル角θ１から導き出される。
【００３６】
ステータ電圧（または電流）周波数ｆｓｔａｔｏｒ、ロータ電圧（または電流）周波数ｆｒｏｔｏｒ１、非同期電気機械のスリップ周波数ｆｓｌｉｐの間の関係は
ｆｓｔａｔｏｒ＝ｆｒｏｔｏｒ１＋ｆｓｌｉｐ  （２）
である。
【００３７】
したがって、
ωｓｔａｔｏｒ＝ωｒｏｔｏｒ１＋ωｓｌｉｐ  （３）
である。
【００３８】
図４を参照すると、位相Ａ軸、位相ａ軸、およびＺパルス位置の間の関係が記載される。
【００３９】
ｎ個の極対を有する電気機械において、ステータ位相Ａ軸は静止しており、ロータ位相ａ軸が回転する。正弦波電圧励起ｕａ（ｔ）＝Ｓｉｎ（ω・ｔ）がロータに印加されるとき、ロータ電圧角はｕａ（ｔ）＝Ｓｉｎ（ω・ｔ）である。したがって、ステータ側の誘導電圧はｕＡ（ｔ）＝Ｓｉｎ（ω・ｔ＋θＳｌｉｐ）であり、ステータ電圧ベクトル角θ１は
θ１＝ω・ｔ＋θＳｌｉｐ＝θｇｉｖｅｎ＋θＳｌｉｐ  （４）
である。
【００４０】
θ１は位相Ａ軸の位置に関するステータ電圧ベクトルの角度であり、θｇｉｖｅｎは位相ａ軸の位置に関するロータ電圧ベクトルの角度であり、θＳｌｉｐは位相ａ軸の位置に関する位相Ａ軸の位置の角度である。
【００４１】
増分エンコーダが用いられる場合、θｒｏｔｏｒはロータが回転する機械角である。電気機械の極対の数をｎとした場合、ベクトル図の対応する電気角はｎ・θｒｏｔｏｒであり、すなわち、Ｚパルス位置に関する角度である。
【００４２】
位相ａ軸がＺパルス位置まで回転したときθｒｏｔｏｒは０であり、位相ａ軸が位相Ａ軸の位置まで回転したときθｒｏｔｏｒはθＡ−Ｚである。したがって、
θＳｌｉｐ＝ｎ・θｒｏｔｏｒ−θＡ−Ｚ  （５）
である。
【００４３】
位置２・πと０のθＳｌｉｐが同じであるとした場合、θｉｎｉｔａｌ＝２・π−θＡ−Ｚと定義すると、
θＳｌｉｐ＝ｎ・θｒｏｔｏｒ＋θｉｎｉｔａｌ  （６）
である。
【００４４】
数式（４）および（６）を組み合わせると、
θｉｎｉｔａｌ＝θ１−ｎ・θｒｏｔｏｒ−θｇｉｖｅｎ  （７）
となる。
【００４５】
図５を参照すると、本発明の第１の実施形態による可変速電気機械の初期ロータ位置角の自動検出のための方法のフロー図が示さる。
【００４６】
ステップＳ５０１では、参照電圧ベクトル
【数２】
2012514444.tif 000004
が、所与の参照電圧角θｇｉｖｅｎおよび所与の参照電圧振幅Ｖｒｅｆから生成される。
【００４７】
ステップＳ５０２では、参照電圧ベクトル
【数３】
2012514444.tif 000005
は、空間ベクトルパルス幅変調（ＳＶＰＷＭ）によって駆動信号に変換され、それはロータ側パルス幅変調（ＰＷＭ）変圧器に送信される。
【００４８】
ステップＳ５０３では、ロータ側ＰＷＭ変圧器は直流（ＤＣ）信号を駆動信号に基づいて交流（ＡＣ）電圧信号に変換し、ＡＣ電圧信号は可変速電気機械のロータ巻線に印加される。
【００４９】
ステップＳ５０４では、ロータ機械角ｎ×θｒｏｔｏｒが取得される。
【００５０】
可変速電気機械のロータが回転する速度Ｎは、可変速電気機械のロータと同軸に接続されたロータリエンコーダによって取得され、速度Ｎの積分が行われて、可変速電気機械が初期の状態から現在の状態まで回転したロータ機械角が取得される。
【００５１】
ｎは可変速電気機械の極対の数である。
【００５２】
ステップＳ５０５では、ステータ電圧ベクトル角θ１が取得される。
【００５３】
ステータ側電圧センサは可変速電気機械のステータ側誘導電圧信号
【数４】
2012514444.tif 000006
を検出し、ステータ側誘導電圧信号
【数５】
2012514444.tif 000007
のステータ電圧ベクトル角θ１が位相計算から導かれる。
【００５４】
ステップＳ５０６では、初期ロータ位置角θｉｎｉｔａｌが所与の参照電圧角θｇｉｖｅｎ、ロータ機械角ｎ×θｒｏｔｏｒ、およびステータ電圧ベクトル角θ１から計算される。
θｉｎｉｔａｌ＝θ１−ｎ・θｒｏｔｏｒ−θｇｉｖｅｎ  （７）
【００５５】
本発明の第１の実施形態による検出方法によれば、追加の操作を行う必要がもはやなくなり、初期ロータ位置角は電流変換器によって自動的に検出されうる。
【００５６】
図６を参照すると、可変速電気機械の誘導電圧と磁束ベクトルの間の角度のベクトル図が示される。
【００５７】
図６に示されるように、
【数６】
2012514444.tif 000008
はロータ側電流ベクトルであり、
【数７】
2012514444.tif 000009
は磁束ベクトルであり、
【数８】
2012514444.tif 000010
および
【数９】
2012514444.tif 000011
はそれぞれ、可変速電気機械のロータ電圧ベクトル角およびステータ電圧ベクトル角である。
【００５８】
ロータ側電流ベクトル
【数１０】
2012514444.tif 000012
は磁束ベクトル
【数１１】
2012514444.tif 000013
と一致する。ロータ電圧ベクトル角
【数１２】
2012514444.tif 000014
およびステータ電圧ベクトル角
【数１３】
2012514444.tif 000015
は磁束ベクトル
【数１４】
2012514444.tif 000016
と９０°の角を成す。
【００５９】
電気機械が作動し、電流が電気機械のコイルを介して流れ、磁場を生成する。理想的には、磁気コア損失はなく、ロータ電圧ベクトル角
【数１５】
2012514444.tif 000017
と磁束ベクトル
【数１６】
2012514444.tif 000018
の間の角度９０°は変わらないままである。
【００６０】
しかしながら、実際には、可変速電気機械のワイヤ巻線のヒステリシス損失のために、ロータ側の励起と共に、ロータ側電流ベクトル
【数１７】
2012514444.tif 000019
（磁気ポテンシャル）とロータ電圧ベクトル角
【数１８】
2012514444.tif 000020
の間の角度は９０度より小さい。ステータ側は負荷がかからず、したがってロータ電圧ベクトル角
【数１９】
2012514444.tif 000021
と磁束ベクトル
【数２０】
2012514444.tif 000022
の間の角度は９０°である。したがって、ロータ電圧ベクトル角
【数２１】
2012514444.tif 000023
およびステータ電圧ベクトル角
【数２２】
2012514444.tif 000024
は同じ軸上にはなく、その間には角θｅｒｒがある。
【００６１】
誤差角θｅｒｒに対処するために、本発明の第２の実施形態による方法はさらに以下を含む。誤差角θｅｒｒを計算すること、および第１の実施形態によって計算された初期ロータ位置角θｉｎｉｔａｌを調整すること。
【００６２】
図７を参照すると、本発明の第２の実施形態による可変速電気機械の初期ロータ位置角の自動検知方法のフロー図が示される。
【００６３】
ステップＳ７０１からＳ７０６まではステップＳ５０１からＳ５０６までと同じであるが、ステップＳ７０６の後に以下のステップが実行される。
【００６４】
ステップＳ７０７において、ロータ電圧ベクトル角θＳ１が提供され、ロータ電流ベクトル角θＳ２が取得される。
【００６５】
ロータ電圧ベクトル角θＳ１は所与の参照電圧角θｇｉｖｅｎと等しくてもよい。
【００６６】
ロータ電流センサは可変速電気機械のロータ電流信号
【数２３】
2012514444.tif 000025
を検出する。そして電流信号
【数２４】
2012514444.tif 000026
のθＳ２は位相計算から導かれる。
【００６７】
ステップＳ７０８において、誤差角θｅｒｒがロータ電圧ベクトル角θＳ１およびロータ電流ベクトル角θＳ２から以下の式によって計算される。
θｅｒｒ＝π／２−（θＳ１−θＳ２）  （８）
【００６８】
ステップＳ７０９において、ステップＳ７０６で取得された初期ロータ位置角θｉｎｉｔａｌが、計算された誤差角θｅｒｒによって、調整された初期ロータ位置角θ’ｉｎｉｔａｌへと調整される。
θ’ｉｎｉｔａｌ＝θｉｎｉｔａｌ＋（π／２−θｅｒｒ）  （９）
【００６９】
第１の実施形態に基づいて、本発明の第２の実施形態による検出方法は、初期ロータ位置角を調整し、それによって可変速電気機械の動作中の可変速電気機械のワイヤ巻線のヒステリシス損失による誤差角を効率的に除去し、初期ロータ位置角の検出の正確さをさらに向上させる過程を、さらに含む。
【００７０】
本発明の実施形態は、可変速電気機械の初期ロータ位置角の自動検出装置をさらに含む。
【００７１】
図８を参照すると、本発明の第１の実施形態による可変速電気機械の初期ロータ位置角の自動検出装置の構造図が示される。
【００７２】
可変速電気機械２のステータ側にはグリッド接続スイッチ３を介してパワーグリッドが接続される。パワーグリッドはＡＣ信号をグリッド側ＰＷＭ変圧器４に送信し、該変圧器４はＡＣ信号をＤＣ信号に変換する。グリッド側ＰＷＭ変圧器４と並列に接続されたキャパシタＣ５によってフィルタリングされた後、ＤＣ信号はロータ側ＰＷＭ変圧器５に入力される。初期ロータ位置角の自動検査装置１によって出力された駆動信号に基づいてロータ側ＰＷＭ変圧器５は入力ＤＣ信号をＡＣ信号に反転し、それを可変速電気機械２のロータ巻線に印加する。
【００７３】
初期ロータ位置角の自動検出装置１は、参照電圧角提供ユニット１１、参照電圧振幅提供ユニット１２、増倍器１３、ＳＶＰＷＭ１４、ロータ機械角取得ユニット１５、ステータ電圧ベクトル角取得ユニット１６、および比較器１７を含む。
【００７４】
参照電圧角提供ユニット１１は、参照電圧角を提供し、それを増倍器１３の入力および比較器１７の負の入力に出力するように構成される。
【００７５】
参照電圧振幅提供ユニット１２は、参照電圧振幅Ｖｒｅｆを提供し、それを増倍器１３の入力に出力するように構成される。
【００７６】
増倍器１３は、受信された所与の参照電圧角θｇｉｖｅｎを所与の参照電圧振幅Ｖｒｅｆによって乗算し、参照電圧ベクトルをＳＶＰＷＭ１４に出力するように構成される。
【００７７】
ＳＶＰＷＭ１４は参照電圧ベクトルを駆動信号に変換し、それをロータ側ＰＷＭ変圧器５に送信するように構成される。
【００７８】
ロータ機械角取得ユニット１５は、ロータ機械角速度ｎ×θｒｏｔｏｒを取得して、それを比較器１７の負の入力に出力するように、可変速電気機械２のロータに接続される。
【００７９】
好ましくは、ロータ機械角取得ユニット１５は、可変速電気機械２のロータと同軸に接続されたロータリエンコーダ、および積算器を含む。
【００８０】
ロータリエンコーダは可変速電気機械２のロータが回転する速度Ｎを検出するように構成される。
【００８１】
積算器は、ロータが回転する速度Ｎを積算して、ロータ機械角速度ｎ×θｒｏｔｏｒを取得して、それを比較器１７の負の入力に出力するように構成される。
【００８２】
ｎは可変速電気機械２の対極の数である。
【００８３】
ステータ電圧ベクトル角取得ユニット１６は、ステータ電圧ベクトル角θ１を取得して、それを比較器１７の正の入力に出力するように、可変速電気機械２のステータ側に接続される。
【００８４】
好ましくは、ステータ電圧ベクトル角取得ユニット１６は、ステータ側にステータ電圧センサを含み、位相角抽出ユニットを含んでもよい。
【００８５】
ステータ電圧センサは、可変速電気機械２のステータ側誘導電圧信号
【数２５】
2012514444.tif 000027
を検出するように構成される。
【００８６】
位相角抽出ユニットはステータ側誘導電圧信号
【数２６】
2012514444.tif 000028
の位相を抽出してステータ電圧ベクトル角θ１を取得し、それを比較器１７の正の入力に出力する。
【００８７】
比較器１７はロータ機械角速度ｎ×θｒｏｔｏｒおよび所与の参照電圧角θｇｉｖｅｎをステータ電圧ベクトル角θ１から減算し、初期ロータ位置角θｉｎｉｔａｌを出力するように構成される。
【００８８】
本発明の第１の実施形態による検出装置によれば、追加の操作を行う必要はもはやなく、初期ロータ位置角は電流変換器によって自動的に検出されうる。可変速電気機械のロータ機械角を取得するためにエンコーダが用いられる場合、エンコーダの設置のために初期ロータ位置角の手動設定はもはや不要であり、追加の電源またはハードウェア設備もまた不要である。エンコーダを変更するためには、プログラムの変更の必要はない。
【００８９】
ロータ電圧ベクトル角
【数２７】
2012514444.tif 000029
と、ステータ電圧ベクトル角
【数２８】
2012514444.tif 000030
の間の誤差角θｅｒｒに対処するために、本発明の第２の実施形態による方法は第１の実施形態と以下の点で異なる。それは、誤差角θｅｒｒを計算するように構成された誤差角計算ユニットと、第１の実施形態の比較器１８によって出力された初期ロータ位置角θｉｎｉｔａｌを調整するように構成された初期ロータ位置角調整ユニットと、をさらに含む。
【００９０】
図９を参照すると、第２の実施形態による可変速電気機械の初期ロータ位置角の自動検出装置の構造図が示される。
【００９１】
本発明の第２の実施形態による装置は、第１の実施形態による装置と異なり、ロータ電圧ベクトル角提供ユニット１８、ロータ電流ベクトル角取得ユニット１９、定数提供ユニット２０、第２の比較器２１および第３の比較器２２をさらに含む。
【００９２】
ロータ電圧ベクトル角提供ユニット１８は、ロータ電圧ベクトル角θＳ１を提供し、それを第２の比較器２１の負の入力に出力するように構成される。
【００９３】
ロータ電圧ベクトル角提供ユニット１８によって提供されたロータ電圧ベクトル角θＳ１は、所与の参照電圧角θｇｉｖｅｎと等しくてもよい。
【００９４】
ロータ電流ベクトル角取得ユニット１９は、可変速電気機械２のロータ側に接続され、ロータ電流ベクトル角θＳ２を取得して、それを第２の比較器２１の正の入力に出力する。
【００９５】
好ましくは、ロータ電流ベクトル角取得ユニット１９は、可変速電気機械２のロータ側にロータ電流センサおよび位相角抽出ユニットを含んでもよい。
【００９６】
ロータ電流センサは可変速電気機械２のロータ側誘導電流信号
【数２９】
2012514444.tif 000031
を検出するように構成される。
【００９７】
位相角抽出ユニットはロータ側誘導電流信号
【数３０】
2012514444.tif 000032
の位相角を抽出してロータ電圧ベクトル角θＳ１を取得して、それを第２の比較器２１の正の入力に出力するように構成される。
【００９８】
定数提供ユニット２０は定数π／２を提供し、それを第２の比較器２１の正の入力および第３の比較器２２の正の入力に出力するように構成される。
【００９９】
第２の比較器２１はπ／２からロータ電圧ベクトル角θＳ１を減算し、その差にロータ電流ベクトル角θＳ２を加え、第３の比較器２２に負の入力に誤差角θｅｒｒを出力するように構成される。
【０１００】
第３の比較器２２の正の入力は第１の比較器１７の出力に接続され、初期ロータ位置角θｉｎｉｔａｌを受信する。
【０１０１】
第３の比較器２２は所与の定数π／２に初期ロータ位置角θｉｎｉｔａｌを加算し、その和から誤差角θｅｒｒを減算し、調整された初期ロータ位置角θ’ｉｎｉｔａｌを出力するように構成される。
【０１０２】
図１０を参照すると、ステータ電圧のベクトル図が示される。
【０１０３】
ＶＡはステータ位相Ａ電圧ベクトルであり、Ｖａはロータ位相ａ電圧ベクトルであり、θｒｏｔｏｒはステータとロータの間の角度である。θｒｏｔｏｒはロータ巻線の位置角を表すこともでき、これはステータが静止しているためである。θ１は電圧ベクトル角であり、θｓｌｉｐはスリップ角である。
【０１０４】
可変速電気機械のベクトル制御において、θｒｏｔｏｒはθｓｌｉｐを介してθ１と一致するように保たれる。したがって、ベクトル制御の正確さを保証するように、θｒｏｔｏｒの正確な位置を取得する必要がある。
【０１０５】
可変速電気機械のベクトル制御において、ロータ機械角ｎ×θｒｏｔｏｒはスリップ角θｓｌｉｐを介してステータ電圧ベクトル角θ１と一致するように保たれるべきである。したがって、初期ロータ位置角θｉｎｉｔａｌが本発明の第１の実施形態による方法で計算された場合、ロータ機械角ｎ×θｒｏｔｏｒによってロータ巻線の正確な位置角を取得するためには、ロータ巻線の位置角がステータ電圧ベクトル角θ１と一致して、可変速電気機械のステータ側がパワーグリッドに接続されて、グリッド接続を実現できるように、ロータ巻線の位置角は補償されなければならない。
【０１０６】
上記問題に対応するために、本発明の実施形態はまた、可変速電気機械の初期ロータ位置角の自動検出方法を提供する。本発明の第３の実施形態による本方法は、初期ロータ位置角θｉｎｉｔａｌを取得し、したがって、グリッド接続が直接行われる間に、ステータ電圧をパワーグリッド電圧と、その位相および振幅の両方で一致するように保つことができる。比例積分アルゴリズムが理由で、この方法は角測定の妨害信号をフィルタリングして取り除くことができる。
【０１０７】
図１１を参照すると、本発明の第３の実施形態による可変速電気機械の初期ロータ位置角の自動検出方法のフロー図が示される。
【０１０８】
ステップＳ１１０１において、可変速電気機械のロータ機械角ｎ×θｒｏｔｏｒが取得される。
【０１０９】
可変速電気機械のロータと同軸に接続されたロータリエンコーダは、可変速電気機械のロータが回転する速さＮを取得する。ロータが回転する速さＮは積算されて、可変速電気機械のロータ機械角ｎ×θｒｏｔｏｒが取得される。
【０１１０】
ｎは可変速電気機械の極対の数である。
【０１１１】
ステップＳ１１０２において、グリッド電圧ベクトル角θ２およびグリッド電圧ベクトル振幅ＶＲが取得される。
【０１１２】
グリッド側の電圧センサはグリッド電圧信号
【数３１】
2012514444.tif 000033
を検出する。グリッド電圧信号
【数３２】
2012514444.tif 000034
のグリッド電圧ベクトル角θ２およびグリッド電圧ベクトル振幅ＶＲは、それぞれ位相および振幅の計算から得られる。
【０１１３】
ステップＳ１１０３において、所与の参照電圧角θｇｉｖｅｎがグリッド電圧ベクトル角θ２、初期ロータ位置角θｉｎｉｔａｌ、およびロータ機械角ｎ×θｒｏｔｏｒから計算される。
θｇｉｖｅｎ＝θ２−θｉｎｉｔａｌ−ｎ×θｒｏｔｏｒ  （１０）
【０１１４】
初期ロータ位置角θｉｎｉｔａｌは初期時に０であるとする。
【０１１５】
ステップＳ１１０４において、参照電圧ベクトルが、その振幅であるグリッド電圧ベクトル振幅ＶＲと、その位相角である所与の参照電圧角θｇｉｖｅｎによって生成される。
【０１１６】
ステップＳ１１０５において、参照電圧ベクトル
【数３３】
2012514444.tif 000035
がＳＶＰＷＭを介して駆動信号に変換され、該駆動信号はロータ側のＰＷＭ変圧器に送信される。
【０１１７】
ステップＳ１１０６において、ロータ側のＰＷＭ変圧器は駆動信号によってＤＣ信号をＡＣ電圧信号に変換し、該ＡＣ電圧信号は可変速電気機械のロータ巻線に印加される。
【０１１８】
ステップＳ１１０７において、ステータ電圧ベクトル角θ１が取得される。
【０１１９】
ステータ側の電圧センサは、可変速電気機械のステータ側誘導電圧信号
【数３４】
2012514444.tif 000036
を検出する。ステータ側誘導電圧信号
【数３５】
2012514444.tif 000037
のステータ電圧ベクトル角θ１は、位相計算から導き出される。
【０１２０】
ステップＳ１１０８において、グリッド電圧とステータ電圧の間の位相角度差Δθが、グリッド電圧ベクトル角θ２とステータ電圧ベクトル角θ１から計算される。
Δθ＝θ２−θ１  （１１）
【０１２１】
ステップＳ１１０９において、グリッド電圧とステータ電圧の間の位相角度差Δθに、ＰＩコントローラによって比例積分アルゴリズムが適用されて、初期ロータ位置角θｉｎｉｔａｌが取得される。
【０１２２】
本発明の第３の実施形態による検出方法によれば、さらなる操作を行う必要はもはやなく、初期ロータ位置角は電流変換器によって自動的に検出されうる。また、第３の実施形態による方法は、初期ロータ位置角θｉｎｉｔａｌを計算することができ、そして同様に、ロータ巻線の位置角がステータ電圧ベクトル角θ１と一致するように、したがって、グリッド接続が直接行われることが可能なように、該ロータ巻線の位置角を補償することができる。エンコーダが可変速電気機械のロータ機械角を取得するように用いられる場合、初期ロータ位置角の手動の設定はエンコーダの設置のためにもはや不要であり、追加の電源またはハードウェア設備もまた不要である。エンコーダを変更するためには、プログラムの変更は必要ない。方法はＡおよびＢパルスのみを生成するエンコーダによって、Ｚパルスなしで用いられることさえでき、その場合は初期位置は電源が入れられたときのロータの位置となりうる。
【０１２３】
ロータ電圧ベクトル角
【数３６】
2012514444.tif 000038
とステータ電圧ベクトル角
【数３７】
2012514444.tif 000039
の間の誤差角に対応するために、本発明の第３の実施形態とは異なる第４の実施形態による方法は、誤差角θｅｒｒを計算し、第３の実施形態によって計算した初期ロータ位置角θｉｎｉｔａｌを調整することをさらに含む。
【０１２４】
図１２を参照すると、本発明の第４の実施形態による可変速電気機械の初期ロータ位置角の自動検出方法が示される。
【０１２５】
ステップＳ１２０１からＳ１２０９まではステップＳ１１０１からＳ１１０９までと同一であり、以下のステップがＳ１２０９の後に行われる。
【０１２６】
ステップＳ１２１０において、ロータ電圧ベクトル角θＳ１が提供され、ロータ電流ベクトル角θＳ２が取得される。
【０１２７】
ロータ側の電流センサは可変速電気機械のロータ側誘導電流信号
【数３８】
2012514444.tif 000040
を検出する。そしてロータ側のロータ電流ベクトル角θＳ２は位相計算から導き出される。
【０１２８】
ステップＳ１２１１において、ロータ電圧ベクトル角θＳ１およびロータ電流ベクトル角θＳ２から誤差角θｅｒｒが計算される。
θｅｒｒ＝π／２−（θＳ１−θＳ２）  （８）
【０１２９】
ステップＳ１２１２において、ステップＳ１２０９で計算されたロータの初期位置角θｉｎｉｔａｌが誤差角θｅｒｒによって調整され、調整された初期ロータ位置角θ’ｉｎｉｔａｌが取得される。
θ’ｉｎｉｔａｌ＝θｉｎｉｔａｌ＋（π／２−θｅｒｒ）  （９）
【０１３０】
第３の実施形態に基づく、本発明の第４の実施形態による検出方法は、初期ロータ位置角を調整し、可変速電気機械の作動時の可変速電気機械のワイヤ巻線のヒステリシス損失による誤差角を効果的に取り除き、さらに、初期ロータ位置角の検出の正確さを向上させる過程をさらに含む。
【０１３１】
スリップ角θｓｌｉｐに対処するために、本発明の実施形態はまた、可変速電気機械の初期のロータ位置角の自動検出装置を提供する。本発明のの第３の実施形態による装置は、初期ロータ位置角θｉｎｉｔａｌを計算でき、同様に、ロータ巻線の位置角がステータ電圧ベクトル角θ１と一致して、したがってグリッド接続が直接行われることが可能となるように、ロータ巻線の位置角を補償することができる。
【０１３２】
図１３を参照すると、本発明の第３の実施形態による可変速電気機械の初期ロータ位置角の自動検出装置の構造図が示される。
【０１３３】
可変速電気機械２のステータ側はグリッド接続スイッチ３を介してパワーグリッドで接続される。パワーグリッドはＡＣ信号をグリッド側のＰＷＭ変圧器４に送信し、該変圧器はＡＣ信号をＤＣ信号に変換する。ＤＣ信号は、グリッド側のＰＷＭ変圧器４と並列に接続されたキャパシタＣ５によってフィルタリングされた後、ロータ側ＰＷＭ変圧器５に入力される。初期ロータ位置角の自動検出装置１によって出力された駆動信号によって、ロータ側ＰＷＭ変圧器５は入力ＤＣ信号をＡＣ信号に反転し、それを可変速電気機械２のロータ巻線に印加する。
【０１３４】
初期ロータ位置角の自動検出装置１は以下を含む。ロータ機械角取得ユニット１５、グリッド電圧ベクトル角取得ユニット２３、グリッド電圧ベクトル振幅取得ユニット２４、ステータ電圧ベクトル角取得ユニット１６、第５の比較器２６、ＰＩコントローラ２７、第４の比較器２５、増倍器２８およびＳＶＰＷＭ１４である。
【０１３５】
ロータ機械角取得ユニット１５は可変速電気機械２のロータに接続され、ロータ機械角速度ｎ×θｒｏｔｏｒを取得して、それを第４の比較器２５の負の入力に出力する。
【０１３６】
グリッド電圧ベクトル角取得ユニット２３はグリッド側に接続されてグリッド電圧ベクトル角θ２を取得し、それを第４の比較器２５の正の入力および第５の比較器２６の正の入力に出力する。
【０１３７】
好ましくは、グリッド電圧ベクトル角取得ユニット２３は、グリッド側にグリッド電圧センサを、そして位相角抽出ユニットを含んでもよい。
【０１３８】
グリッド電圧センサはグリッド電圧信号
【数３９】
2012514444.tif 000041
を検出するように構成される。
【０１３９】
位相角抽出ユニットはグリッド電圧信号
【数４０】
2012514444.tif 000042
の位相角を抽出してグリッド電圧ベクトル角θ２を取得するように構成される。
【０１４０】
グリッド電圧振幅取得ユニット２４はグリッド電圧振幅ＶＲを取得するようにグリッド側に接続され、それを第２の増倍器２８に出力する。
【０１４１】
好ましくは、グリッド電圧振幅取得ユニット２４は位相角抽出ユニットとして用いられることができる。
【０１４２】
グリッド電圧センサはグリッド電圧信号
【数４１】
2012514444.tif 000043
を検出するように構成される。
【０１４３】
振幅抽出ユニットはグリッド電圧信号
【数４２】
2012514444.tif 000044
の振幅を抽出し、グリッド電圧振幅ＶＲを取得するように構成される。
【０１４４】
ステータ電圧ベクトル角取得ユニット１６は可変速電気機械２のステータ側に接続され、ステータ電圧ベクトル角θ１を取得し、それを第５の比較器２６の正の入力に出力する。
【０１４５】
第５の比較器２６はグリッド電圧ベクトル角θ２からステータ電圧ベクトル角θ１を減算し、グリッド電圧とステータ電圧の位相角度差ΔθをＰＩコントローラ２７に出力するように構成される。
【０１４６】
ＰＩコントローラ２７は、グリッド電圧とステータ電圧の位相角度差Δθに比例積分アルゴリズムを適用し、初期ロータ位置角θｉｎｉｔａｌを取得し、それを第４の比較器２５の負の入力に出力するように構成される。
【０１４７】
第４の比較器２５は、初期ロータ位置角θｉｎｉｔａｌおよびロータ機械角速度ｎ×θｒｏｔｏｒをグリッド電圧ベクトル角θ２から減算し、所与の参照電圧角θｇｉｖｅｎを第２の増倍器２８に出力するように構成される。
【０１４８】
増倍器２８は受信された所与の参照電圧角θｇｉｖｅｎをグリッド電圧振幅ＶＲによって乗算し、参照電圧ベクトルをＳＶＰＷＭ１４に出力するように構成される。
【０１４９】
ＳＶＰＷＭ１４は参照電圧ベクトルを駆動信号に変換し、それをロータ側のＰＷＭ変圧器５に送信するように構成される。
【０１５０】
ロータ電圧ベクトル角
【数４３】
2012514444.tif 000045
とステータ電圧ベクトル角
【数４４】
2012514444.tif 000046
の間の誤差角θｅｒｒに対処するように、本発明の第４の実施形態による装置は第３の実施形態と異なり、誤差角θｅｒｒを計算するように構成された誤差角計算ユニットと、第３の実施形態においてＰＩコントローラ２７によって出力された初期ロータ位置角θｉｎｉｔａｌを調整するために構成されたロータ初期位置角調整ユニットと、をさらに含む。
【０１５１】
本発明の第４の実施形態による装置は第３の実施形態と異なり、ロータ電圧ベクトル角提供ユニット、ロータ電流ベクトル角取得ユニット、定数提供ユニット、第２の比較器、および第３の比較器をさらに含む。
【０１５２】
ロータ電圧ベクトル角提供ユニットは、ロータ電圧ベクトル角θＳ１を提供し、それを第２の比較器の負の入力に出力するように構成される。
【０１５３】
ロータ電流ベクトル角取得ユニットは、可変速電気機械のロータ側に接続され、ロータ電流ベクトル角θＳ２を取得し、それを第２の比較器の正の入力に出力する。
【０１５４】
定数提供ユニットは定数π／２を提供し、それを第２の比較器の正の入力および第３の比較器の正の入力に出力するように構成される。
【０１５５】
第２の比較器はロータ電圧ベクトル角θＳ１をπ／２から減算し、その差にロータ電流ベクトル角θＳ２を加算し、第３の比較器の負の入力に誤差角θｅｒｒを出力するように構成される。
【０１５６】
第３の比較器の正の入力は第５の比較器の出力に接続され、初期ロータ位置角θｉｎｉｔａｌを受信する。
【０１５７】
第３の比較器は、所与の定数π／２を初期ロータ位置角θｉｎｉｔａｌに加算し、その和から誤差角θｅｒｒを減算し、調整された初期ロータ位置角θ’ｉｎｉｔａｌを出力するように構成される。
【０１５８】
該検出方法および装置によれば、追加の操作を行う必要はもはやなく、初期ロータ位置角は電流変換器によって自動的に検出されうる。
【０１５９】
本発明の実施形態による可変速電気機械の初期ロータ位置角の自動検出装置および方法が上に記載される。本発明の原理および実施形態は例として明細書に記載され、実施形態の記載は本願発明の方法およびその本質的な考えのよりよい理解のためのみのものである。当業者は本発明の範囲から離れることなく本発明の実施形態および応用例の代替を作ることができる。それゆえ、本明細書での開示は本発明の範囲を限定するものと解釈されるべきではない。
【０１６０】
本出願は、発明の名称が「可変速機のロータ初期位置角の自動検出のための方法および装置」である、中国特許庁に２００８年１２月２５日に出願された中国特許出願第２００８１０２０８０６１．１号の優先権を主張し、その内容の全体が本明細書に参照によって組み込まれる。
【図１】
2012514444.tif 000047
【図２Ａ】
2012514444.tif 000048
【図２Ｂ】
2012514444.tif 000049
【図３】
2012514444.tif 000050
【図４】
2012514444.tif 000051
【図５】
2012514444.tif 000052
【図６】
2012514444.tif 000053
【図７】
2012514444.tif 000054
【図８】
2012514444.tif 000055
【図９】
2012514444.tif 000056
【図１０】
2012514444.tif 000057
【図１１】
2012514444.tif 000058
【図１２】
2012514444.tif 000059
【図１３】
2012514444.tif 000060
【国際調査報告】
2012514444.tif 000061
2012514444.tif 000062
2012514444.tif 000063
2012514444.tif 000064
2012514444.tif 000065
2012514444.tif 000066