WO2006090774A1

WO2006090774A1 - Ｉｐｍモータシステムとその制御方法

Info

Publication number: WO2006090774A1
Application number: PCT/JP2006/303259
Authority: WO
Inventors: Mitsugu Nakamura; Shinichi Isobe; Takao Sakurai; Takaya Shirasu
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2005-02-24
Filing date: 2006-02-23
Publication date: 2006-08-31
Anticipated expiration: 2007-08-24
Also published as: EP1852966A1; JP2006238601A

Abstract

　ＩＰＭモータシステムは、スロットを備えた固定子と、極を備えた回転子とを有するＩＰＭ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ　Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ　Ｍａｇｎｅｔ）モータと、固定子に対する回転子の駆動制御を行う制御装置とを備えている。固定子に対する回転子の初期角度位置の推定精度を、極の数およびスロットの数の組合わせにより生じる、固定子に対する回転子の安定位置の角度刻み精度と概ね等しくなるように選択する。こうして、安価で駆動効率の高いＩＰＭモータシステム、およびＩＰＭモータシステムの制御方法が提供される。

Description

明細書

IPMモータシステムとその制御方法

技術分野

[0001] 本発明は、 IPMモータシステムとその制御方法に関する。

背景技術

[0002] 油圧ポンプや車輪駆動方式の電動化が進み、 DCモータよりも高効率ィ匕を目指して ACモータが盛んに使用されるようになってきている。 ACモータの中でも、特に IP M (Interior Permanent Magnet)モータの駆動効率は高ぐまた応答性に優れている。このため、近年 IPMモータが盛んに使用されるようになってきている。 IPMモータの駆動制御には、従来の DCモータや ACモータ (誘導モータ）とは異なり、回転子の正確な位置情報が必要となる。

[0003] モータにおける回転子の位置情報を得るための従来技術として以下の位置検出装置が知られている。

(a)レゾノレバ、エンコーダ

位置情報を得るためのレゾルバや Z相有りのエンコーダは、高価である上、種類が限られ、軸径によっては合うものがない。

(b)位置情報を得るためのホール素子 +ェンコーダパルス

2つの検出部が必要となり、ホール素子のための入力点数が増える。

(c)低分解能パルスェンコーダ +速度推定

低分解能パルスエンコーダの低分解能を補うために、速度を推定するアルゴリズムを組込む。このため計算量が多くなり、実用化が難しい。

(d)センサレス制御

計算量が多ぐ応答性、信頼性の点で実用化が難しい。

[0004] 上記した位置検出装置における回転子位置検出誤差は、モータにトルク誤差を生じさせる。回転子位置検出誤差の発生する要因としては、

(1)回転子初期位置の推定誤差

(2)パルス分解能の不足 (3)ハード的な検出の遅れ、ソフト的な速度計算の遅れ

などが挙げられる。

[0005] 従来の誘導モータでは、速度情報を得るために、主としてエンコーダやベアリングセンサが用いられてきた。一方、 IPMモータでは、正確な位置情報を得るために、主としてレゾルバが用いられている力価格が高価である。

このため、油圧ポンプや車輪駆動方式の高効率な電動化を安価に実現するためには、安価な位置検出装置を用いて、且つ、回転子の位置制御を精度良く行うことの出来る IPMモータなどの ACモータの実現が求められている。

[0006] 上記の説明と関連して、特開平 5— 146188号公報には「電動機の速度制御装置」が開示されている。この第 1従来例の電動機の速度制御装置では、速度検出器は電動機の速度をパルス出力として送出する。速度推定オブザーバは、最小次元の負荷トルク推定値オブザーバを速度制御周期と速度検出周期とにおける離散系モデルに変換し、速度検出器力出力されるパルス間隔での速度を推定する。特に、速度推定オブザーバでは、第 1演算部は、トルク指令と負荷トルク推定値との偏差をォブザーバモデル機械時定数で積分したモデル出力推定値を計算し、第 2演算部は、第 1 演算部で得られたモデル出力推定値力もパルス間隔における平均値を計算する。第 1偏差部は、第 2演算部の出力と速度検出器力出力されるパルス変化時に求まる平均値速度との偏差を算出する。オブザーバゲイン部は、第 1偏差部で得られる偏差値をオブザーバゲイン倍して負荷トルク推定値を計算する。第 2偏差部は、第 1演算部のモデル出力推定値と第 1偏差部の偏差値との偏差を計算し、第 3偏差部は、第 2偏差部で求められた速度推定値と速度設定値との偏差を計算する。速度アンプには第 3偏差部で求められた偏差値が供給され、加算部は、速度アンプの出力とォブザーバゲイン部の負荷トルク推定値とを加算してトルク指令を得て、る。電動機の速度制御装置では、予測速度演算部は、速度検出器力出力されるパルスが入力されるまで速度制御周期毎に予測速度を演算し、コンパレータは、演算部で演算された予測速度と第 2偏差部で求められた速度推定値が供給され、第 2偏差部から出力される速度推定値が予測速度より大きくなつたとき、オン出力を送出し、予測速度が速度推定値より大きいか等しくなつたとき、オフ出力を送出する。切換接点は、このコンパレータがオン出力を送出したときは、予測速度を第 3偏差部に供給し、コンパレータがオフ出力を送出したときは、速度推定値を第 3偏差部に供給する。

[0007] また、特開平 8— 54205号公報には、「回転電機の回転位置検出装置」が開示されている。この従来例の回転電機の回転位置検出装置では、円板は、電気角で 180 ° 毎に 1つの状態とこれと異なる他の状態とが円周方向に隣接して交互に繰返すように構成され、回転電機の回転軸に固着されている。 3個のセンサは、円周方向に機械角で相互に 120° 隔てた位置にそれぞれ配設され、円板の回転に伴なう 1つの状態と他の状態とを検出し、各状態に対応する 2値信号をそれぞれ送出する。ロータリエンコーダは、回転軸の正転，逆転を表わす情報とともに絶対位置間を細分割する回転角度に応じた数のパルスを発生するようにこの回転軸に取付けた円板部及びこの円板部に近接して配設したセンサ部を有する。演算部は、 3個のセンサが送出する 2値信号の組合せにより電気角で 60° 毎の回転軸の絶対位置を検出するとともに、この絶対位置を表わす信号とロータリエンコーダのセンサ部の出力信号である隣接する絶対位置間の相対位置を表わす信号とを処理して回転軸の回転位置を計算する。

[0008] また、特開 2002— 44910号公報には、「モータの回転検出機構」が開示されている。この従来例のモータの回転検出機構は、モータの回転数を検出するセンサ部とモータ軸を支持するベアリング部とがー体ィ匕されたベアリングセンサを備えている。ベアリングセンサがプレート部材によってモータのエンドカバーに取り付けられている。ベアリング部は、モータのエンドカバーに形成された第 1凹部に嵌合しているとともに、エンドカバーより内側へ突出している。プレート部材に、突出したベアリング部のコーナーと嵌合する第 2凹部が形成されている。

[0009] また、特開平 9— 238495号公報には、「電気角検出装置および同期モータの駆動装置」が開示されている。この従来例の同期モータの電気角検出装置では、多相交流を卷線に流し、該卷線による磁界と永久磁石による磁界との相互作用により回転子が回転させられる。記憶部は、多相の各卷線に電流が流れる組合わせに対して所定の電圧が印加されるときの、印加された電圧に応じて多相の各卷線に流れる電流の挙動と電気角との関係を予め格納している。電圧印加部は、組合わせに対して電圧を印加し、検出部は、電圧印加部により印加された電圧によって多相の各卷線に流れる電流の挙動を各々検出する。電気角演算部は、検出部により検出された各卷線の電流の挙動に基づいて、記憶部に記憶された関係を参照し、モータの電気角を 0〜2 πの間で求める。

[0010] また、特開 2004— 018190号公報には、「揚高検出装置およびそれを備えるリフトトラック」が開示されている。この従来例の揚高検出装置では、回転検出部は、昇降体に設けられた回転自在な昇降案内ローラの回転数を検出する。移動量導出部は、昇降案内ローラの回転数に基づいて演算により昇降体の昇降移動量を導出する。揚高導出部は、昇降移動量を累算して昇降体の現在の揚高を導出する。

発明の開示

[0011] 本発明の目的は、安価で駆動効率の高い IPM (Interior Permanent Magnet )モータシステム、および IPMモータの制御方法を提供することである。

[0012] 本発明の観点では、 IPMモータシステムは、スロットを有する固定子と、極を有する回転子とを備えて IPM (Interior Permanent Magnet)モータと、前記 IPMモータの駆動制御を行う制御装置とを具備する。前記制御装置における、前記固定子に対する前記回転子の初期位置の角度推定読み込み精度と、前記極の数および前記スロットの数の組合わせによる前記固定子に対する前記回転子の安定位置の角度刻み精度とが概ね等しい。

ここで、前記固定子のスロット数は、 m (3以上の正整数)であり、前記回転子の極数は n (n<mである 2以上の正整数）であり、前記安定位置の角度刻みは、 360/2m であり、好ましくは、前記固定子は 15個のスロットを備え、前記回転子は 10個の極を備える。

また、 IPMモータシステムは、前記回転子に接続された回転軸に設けられ、前記固定子に対する前記回転子の前記初期位置からの移動量を検出するベアリングセンサーを更に具備することが好まし、。

前記制御装置は、前記ベアリングセンサー力の出力から回転数と測定位相角を出力する計算部と、前記回転数とトルク指令とに基づいて d軸電流指令と q軸電流指令を生成する電流指令生成部と、前記 IPMモータの 3相モータ電流から測定 d軸電流と測定 q電流とを生成する測定部と、前記 d軸電流指令、前記 q軸電流指令、前記測定 d軸電流、および前記測定 q電流から 2相電圧指令を生成する電圧指令生成部と、補正後位相角と前記 2相電圧指令とから 3相電圧指令を生成する指令変換部と、前記 3相電圧指令に基づ、て前記 IPMモータを駆動する駆動部と、前記 d軸電流指令、前記 q軸電流指令、前記測定 d軸電流、前記測定 q電流、及び測定位相角とから前記補正後位相角を生成する補正部とを具備する。

前記補正部は、前記 d軸電流指令、前記 q軸電流指令、前記測定 d軸電流、及び前記測定 q電流から補正値を計算し、前記補正値と測定位相角とから前記補正後位相角を生成する。特に、前記補正部は、以下の式に基づいて、補正値 Δ Θを計算する。

Δ Θ = k∑ (i * -i )

d d_fb

ここで、 k ;ゲイン

i * ;前記 d軸電流指令

d

i ；前記測定 d軸電流

d_fb

IPMモータシステム。

前記 kの値は、前記 IPMモータのトルク負荷に基づいて決定され、前記 kの値は、前記トルク負荷が増大するに連れて、小さい値に設定される。前記回転子が低速回転のときには、前記 kの値は小さい値に設定され、前記回転子が高速回転のときには、前記 kの値は大きい値に設定される。

本発明の他の観点では、 IPMモータシステムの制御方法は、スロットを有する固定子と、極を有する回転子とを備えて IPM (Interior Permanent Magnet)モータと、前記 IPMモータの駆動制御を行う制御装置とを提供することと、前記固定子に対する前記回転子の初期位置の角度推定読み込み精度と、前記極の数および前記スロットの数の組合わせによる前記固定子に対する前記回転子の安定位置の角度刻み精度とが概ね等しい状態で、前記制御装置により前記 IPMモータを制御することとにより達成される。

ここで、前記固定子のスロット数は、 m (3以上の正整数)であり、前記回転子の極数は n (n< mである 2以上の正整数）であり、前記安定位置の角度刻みは、 360/2m である。 mた、前記固定子は 15個のスロットを備え、前記回転子は 10個の極を備えることが好ましい。

IPMモータシステムの制御方法は、更に、前記回転子に接続された回転軸に設けられたベアリングセンサーにより、前記固定子に対する前記回転子の前記初期位置からの移動量を検出することにより達成されてもょ、。

前記制御するステップは、前記ベアリングセンサー力の出力から回転数と測定位相角を出力し、前記回転数とトルク指令とに基づいて d軸電流指令と q軸電流指令を生成し、前記 IPMモータの 3相モータ電流から測定 d軸電流と測定 q電流とを生成し、前記 d軸電流指令、前記 q軸電流指令、前記測定 d軸電流、および前記測定 q電流から 2相電圧指令を生成し、補正後位相角と前記 2相電圧指令とから 3相電圧指令を生成し、前記 3相電圧指令に基づいて前記 IPMモータを駆動し、前記 d軸電流指令、前記 q軸電流指令、前記測定 d軸電流、前記測定 q電流、及び測定位相角とから前記補正後位相角を生成することにより達成されてもよい。

また、前記補正後位相角を生成するステップは、前記 d軸電流指令、前記 q軸電流指令、前記測定 d軸電流、及び前記測定 q電流から補正値を計算し、前記補正値と測定位相角とから前記補正後位相角を生成することにより達成されてもょ、。

前記補正後位相角を生成するステップは、以下の式に基づいて、補正値 Δ Θを計算するステップを具備してもよ、。

Δ Θ =k∑ (i * -i )

d d_fb

ここで、 k;ゲイン

i * ;前記 d軸電流指令

d

i ；前記測定 d軸電流

d_fb

前記補正後位相角を生成するステップは、前記 IPMモータのトルク負荷に基づいて前記 kの値を決定することにより達成されてもよい。ここで、前記 kの値は、前記トルク負荷が増大するに連れて、小さい値に設定され、前記回転子が低速回転のときには、前記 kの値は小さい値に設定され、前記回転子が高速回転のときには、前記 kの値は大きい値に設定される。

図面の簡単な説明 [0014] [図 1]図 1は、本発明の実施例による IPMモータシステムの構成を示す図である。

[図 2]図 2は、本発明の実施例で使用される IPMモータの断面を示す図である。

[図 3]本発明の実施例による IPMモータにおける回転子の安定点を示す図である。発明を実施するための最良の形態

[0015] 以下に、添付図面を参照して、本発明による IPMモータシステムを詳細に説明する

[0016] 本発明の IPMモータシステムは、スロットを備えた固定子と、極を有する回転子とを備える IPMモータと、固定子に対する回転子の駆動制御を行うモータ制御装置とを備えている。回転子の角度位置の検出には、安価なベアリングセンサが用いられる。固定子に対する回転子の初期角度位置の推定精度を、極の数およびスロットの数の組合わせにより生じる、固定子に対する回転子の安定位置の角度刻み精度と概ね等しくなるように選択する。これにより、モータ制御装置は、精度良く回転子の角度位置情報を取得し、回転子の位置制御を実施することができる。さらに、回転子に外部トルクが負荷されるときには、モータ制御装置により外部トルクの大きさに基づいた回転子の角度位置の補正量が求められ、この補正量に基づいて回転子の角度位置が補正される。これにより、安価で高効率の IPMモータシステムを実現することが出来る

[0017] 図 1は、本発明の実施例による 3相 IPMモータシステムの構成を示すブロック図である。図 1を参照して、実施例の IPMモータシステム 100は、 IPMモータ 2と、 IPMモータ 2の制御を行うためのモータ制御装置 200と、 IPMモータ 2の回転軸に設けられた辺リングセンサ 3、 IPMモータ 2の回転軸に連結された結合部 50を介して車輪 (一方は図示せず） 52に結合されている。車輪 52がシャフトに結合されているとき、結合部 50は、シャフトに設けられたギアとモータの回転軸に設けられたギアとを備えていてもよい。また、結合部 50はトランスミッションであってもよい。また、上記では、シャフトの両側に車輪 52が結合されていると説明した力車輪 52ごとに IPMモータ 2がもうけられていてもよい。その場合、結合部 52を省略して、 IPMモータ 2の回転軸が直接車輪 52に結合されて、てもよ、。

[0018] IPMモータ 2は、 IPMモータ 2と、ベアリングセンサ 3とを備えている。ベアリングセンサ 3は、 IPMモータ 2と、 IPMモータ 2により駆動される駆動伝達用結合部 50との間に配設される。ベアリングセンサ 3により、 IPMモータ 2の回転子 103の初期位置からの移動量が検出される。モータ制御装置 200は、速度'位置計算部 1、 AZD変換部 4、 3相 Z2相変換部 5、 AZD変換器 6、トルク指令ランプ処理部 7、電流指令作成部 8、 PI制御部 9、電圧指令リミッタ 10、 2相 Z3相変換部 11、 3次高調波注入部 12、デユーティ計算部 13、およびインバータ 14を備えている。

[0019] 次に、本発明の実施例で使用される IPMモータについて説明する。図 2は、実施例の IPMモータ 2の断面を示す断面図である。図 2に示されるように、 IPMモータ 2は、 15個のスロット 102を有する固定子 101と、 10個の極 104を有する回転子 103とを備えている。各極 104に対応する回転子 103の内部には、磁石 105が埋め込まれている。 15個のスロット 102と 10個の極 104との組み合わせにより、回転子 103には、固定子 101との位置関係において、安定に滞留することのできる安定点が生じる。

[0020] 図 3は、本実施例における固定子 101の任意点に対する回転子 103の任意点の準安定点を含めた安定点を機械角で示す図である。本実施例の IPMモータ 2では、固定子 101の有するスロット 102の数と、回転子 103の有する極 104の数との組み合わせから、比較的大きなコギングトルクが生じ、回転子 103の安定点は、図 3に示されるように複数通りに決まる。安定点は、回転子 103が 1回転する間にスロット数分存在する。本実施例においては、 24° ( = 360° Z15)刻みに 15点存在する。また、スロット 102同士のちょうど中間地点に極 104が位置する時には、両サイドのスロット 102の方向に極 104が同時に引かれる事により、回転子 103は、準安定点としてその場に滞留する。本実施例においては、スロット 102同士の中間地点として、 15の準安定点が存在する。この結果、本実施例の IPMモータ 2においては、準安定点を含めた安定点が、おおよそ機械角で 12° 毎に 30点存在している。

[0021] 本実施例の IPMモータシステム 100においては、回転子 103の初期角度位置の推定のために電気角で 60° 刻み (機械角で 12° 刻み）に回転子位置を推定する初期位置推定アルゴリズムを備えている。こうして、本発明の IPMモータシステムでは、上記 12° 刻みに存在する安定点に基づく回転子 103の 12° 刻みの回転角情報を、精度良く推定することができる。回転子の回転角情報をモータ制御装置 200にフィードバックすることにより、本実施例の IPMモータシステム 100の駆動効率を向上させることができる。

[0022] 図 1に示される、 IPMモータ 2をトルク制御について説明する。実施例のモータ制御装置 200は、 3相 IPMモータの制御に適用している力他のモータ（3相よりも相数の多い IPMモータ、多相誘導モータ、多相シンクロナス 'リラクタンスモータ等）の制御にも適用可能である。

[0023] 図 1において、速度 ·位置計算部 1は、 IPMモータ 2の AB相パルス信号あるいはべァリングセンサ 3の出力に基づいて、 IPMモータ 2の回転数 Nおよび電流位相（回転位置） Θ 'を計算する。 AZD変換部 4は、 IPMモータ 2を流れる電流 iu, iv, iwを A ZD変換して、 3相 Z2相変換部 5に出力する。 3相 Z2相変換部 5は、 IPMモータ 2 の補正後角度位置値 0と周知の 3相 Z2相変換式とに基づいて、 3相のモータ電流 i u, iv, iwを 2相の電流 id、 iq、に変換する。言い換えると、ベクトル制御のための d軸電流 idと q軸電流 iqに変換する。

[0024] このモータ制御装置 200では、アナログトルク指令 T* *が AZD変換器 6によってデジタルトルク指令 T*に変換される。トルク指令ランプ処理部 7は、このデジタルトルク指令をランプ関数に基づ!/、てランプ処理し、そのランプ処理後のデジタルトルク指令 T*を電流指令作成部 8に出力する。電流指令作成部 8は、与えられるデジタルトルク指令 T*とモータ回転数 Nに基づいてモータ 2の全損失を最小にするように電流指令 id*、iq*を設定する。

[0025] PI制御部 9は、電流指令作成部 8から出力される d軸電流指令 id*と q軸電流指令 i q*と 3相 Z2相変換部 5から出力される IPMモータ 2からの実 d軸電流 idと実 q軸電流 iqとの偏差に PI (比例 ·積分)処理を施して、偏差に対応する電圧指令 V*d、 V*qを出力する。 PI制御部 9から出力される電圧指令 V*d、 V*qは、電圧指令リミッタ 10を介して 2相 Z3相変換部 11に入力される。

[0026] 2相 Z3相変換部 11は、 IPMモータ 2の補正後の電流位相 Θと周知の 2相 Z3相変換式とに基づいて、上記電圧指令 Vd*、 Vq*を 3相の電圧指令 Vu*， Vv*， Vw*に変換する。 2相 /3相変換部 11力も出力される電圧指令 Vu*， Vv* , Vw*〖こは、 3次高調波注入部 12で 3次高調波が注入され、 3相電圧 Vu * , Vv * , Vw *が決定される。デューティ計算部 13は、 3相電圧指令 Vx^ , Vv^, Vw^に基づいて PWM制御のためのデューティ比を設定して 3相電圧指令 Vu *, Vv *, Vw *を生成した後、

2 2 2

インバータ 14に出力する。インバータ 14は、ノッテリ（図示せず)からの直流出力電力を 3相電圧指令 Vu * , Vv * , Vw *に対応する電力に変換して、この電力で IPM

2 2 2

モータ 2を駆動する。このように、実施例のモータ制御装置 200により、上記デジタルトルク指令 T*に対応したトルクを発生するように IPMモータ 2が駆動される。

[0027] 実施例のモータ制御装置 200は、さらに、位置補正部を備えて、る。位置補正部は、 IPMモータ 2に課される外部トルクに起因する IPMモータ 2の回転子の角度位置の誤差をゼロにすることを目的とし、外部トルク負荷時の IPMモータ 2の回転子の角度位置の誤差に相当する位置補正量 (電気角）を演算し、出力する。位置補正部は、加算器 21, 22と位置補正器 15を備えている。

加算器 21は、電流指令作成部 8から出力される d、 q軸電流指令 i*d、 i*qと 3相 Z2 相変換部 5から出力される IPMモータ 2の実電流 id、 iqとの偏差 A idを計算する。位置補正器 15は、偏差 A idからトルク負荷時の IPMモータ 2の回転子の初期位置推定誤差に相当する位置補正量 (電気角） Δ Θを以下に示される関係式によって求める。

[0028] Δ Θ =k∑ (i * -i )

d d_fb

Δ Θ；補正量 [° ]

k;ゲイン

i * ;d軸電流指令値

d

i ；変 5からフィードバックされる d軸電流値

d_fb

位置補正器 15は、上記式から位置補正量 Δ Θを決定し、加算器 22に号を出力する。加算器 22は、位置補正量 Δ Θと、速度'位置計算部 1から出力される IPMモータ 2の電流位相（回転位置） Θ '信号との和である補正後角度位置値 Θを計算し、 2相 Z3相変換部 11および 3相 Z2相変換部 5とに供給する。

[0029] IPMモータ 2に課される外部トルクの大きさに応じて、角度位置誤差をゼロにするように k (ゲイン)の値が決定される。外部トルクが増大するに連れて、 kの値は次第に小さい値に設定される。また、回転子の低速回転時には、 IPMモータ 2中に埋め込まれている永久磁石に対する弱め磁界の程度が小さぐ角度位置誤差がトルク誤差に与える影響が小さいので kの値は小さく設定される。一方、回転子の高速回転時には、 I PMモータ 2中に埋め込まれている永久磁石に対する弱め磁界の程度が大きぐ角度位置誤差がトルク誤差に与える影響が大き、ので、 kの値は低速回転時に比較して相対的に大きく設定される。これにより、 IPMモータ 2に外部トルクが負荷された際の回転子の角度位置誤差が補正され、純粋にデジタルトルク指令 T*に対応したトルクを発生するように IPMモータ 2が駆動される。

[0030] 実施例における IPMモータシステム 100の IPMモータ 2の駆動制御においては、スロット 102を備えた固定子 101と、極 104を備えた回転子 103と、回転子 103の駆動制御を行うモータ制御装置 200とを備えている。固定子 101に対する回転子 103 の初期位置の角度推定読み込み精度と、極 104の数およびスロット 102の数の組合わせにより生じる固定子 101に対する回転子 103の安定位置の角度刻み精度とが概ね等しくなるように、極 104の数およびスロット 102の数の組合わせが選択されている

[0031] 本実施例により、安価なベアリングセンサーと従来の回転子初期角度位置の推定アルゴリズムのみで、 IPMモータを低速大トルク力高速回転まで高効率に制御することが可能となる。また、これにより、誘導モータと部品の共通化が実現し、生産コストの低減が実現する。

[0032] 本発明による IPMモータシステム 100は、走行用駆動モータとして備えたバッテリ一式フォークリフトである。走行用駆動モータとして実施例の IPMモータシステム 100 を使用することにより、安価で、低速大トルク力高速回転まで高効率に制御することができ、コンパクトな走行用駆動部を備えたバッテリー式フォークリフトを実現することができる。また、本発明の IPMモータシステムを荷役用駆動モータのために適用可能である。この場合、図 1における車輪 52は省略されている。この例では、コンパクトな荷役部を備えたバッテリー式フォークリフトを実現することができる。

また、本発明の実施例の IPMモータシステム 100は、走行用駆動モータを備えた電気自動車にも適用可能である。この例では、コンパクトな走行用駆動部を備えた電気自動車を実現することができる。また、同様に、ハイブリッド式電気自動車にも適用可能である。

また、本発明の実施例の IPMモータシステム 100は、昇降用駆動モータを備えたエレベータにも適用可能である。この例では、コンパクトな昇降用駆動部を備えたェレベータを実現することができる。

更に、本発明の実施例の IPMモータシステム 100は、走行用駆動モータを備えた鉄道用車両にも適用可能である。コンパタトな走行用駆動部を備えた鉄道用車両を実現することができる。

以上のように、本発明によれば、安価で駆動効率の高、IPM (Interior Permane nt Magnet)モータシステム、および IPMモータの制御方法を提供することができる

Claims

請求の範囲

[1] スロットを有する固定子と、極を有する回転子とを備えた IPM (Interior Permane nt Magnet)モータと、

前記 IPMモータの駆動制御を行う制御装置と

を具備し、

前記制御装置における、前記固定子に対する前記回転子の初期位置の角度推定読み込み精度と、前記極の数および前記スロットの数の組合わせによる前記固定子に対する前記回転子の安定位置の角度刻み精度とが概ね等しい

IPMモータシステム。

[2] 請求の範囲 1に記載の IPMモータシステムにお!/、て、

前記固定子のスロット数は、 m (3以上の正整数)であり、前記回転子の極数は n(n <mである 2以上の正整数)であり、前記安定位置の角度刻みは、 360Z2mである IPMモータシステム。

[3] 請求の範囲 2に記載の IPMモータシステムにおいて、

前記固定子は 15個のスロットを備え、

前記回転子は 10個の極を備える

IPMモータシステム。

[4] 請求の範囲 1乃至 3の!、ずれかに記載の IPMモータにお!、て、

前記回転子に接続された回転軸に設けられ、前記固定子に対する前記回転子の前記初期位置からの移動量を検出するベアリングセンサーを

更に具備する IPMモータシステム。

[5] 請求の範囲 4に記載の IPMモータシステムにおいて、

前記制御装置は、

前記ベアリングセンサーからの出力から回転数と測定位相角を出力する計算部と、前記回転数とトルク指令とに基づいて d軸電流指令と q軸電流指令を生成する電流指令生成部と、

前記 IPMモータの 3相モータ電流から測定 d軸電流と測定 q電流とを生成する測定部と、前記 d軸電流指令、前記 q軸電流指令、前記測定 d軸電流、および前記測定 q電流から 2相電圧指令を生成する電圧指令生成部と、

補正後位相角と前記 2相電圧指令とから 3相電圧指令を生成する指令変換部と、前記 3相電圧指令に基づいて前記 IPMモータを駆動する駆動部と、

前記 d軸電流指令、前記 q軸電流指令、前記測定 d軸電流、前記測定 q電流、及び測定位相角とから前記補正後位相角を生成する補正部と

を具備する IPMモータシステム。

[6] 請求の範囲 5に記載の IPMモータシステムにおいて、

前記補正部は、

前記 d軸電流指令、前記 q軸電流指令、前記測定 d軸電流、及び前記測定 q電流から補正値を計算し、前記補正値と測定位相角とから前記補正後位相角を生成する IPMモータシステム。

[7] 請求の範囲 6に記載の IPMモータシステムにおいて、

前記補正部は、以下の式に基づいて、補正値 Δ Θを計算する

Δ Θ = k∑ (i * -i )

d d_fb

ここで、 k ;ゲイン

i * ;前記 d軸電流指令

d

i ；前記測定 d軸電流

d_fb

IPMモータシステム。

[8] 請求の範囲 7に記載の IPMモータシステムにおいて、

前記 kの値は、前記 IPMモータのトルク負荷に基づ、て決定される

IPMモータシステム。

[9] 請求の範囲 8に記載の IPMモータシステムにおいて、

前記 kの値は、前記トルク負荷が増大するに連れて、小さい値に設定される IPMモータシステム。

[10] 請求の範囲 9に記載の IPMモータシステムにおいて、

前記回転子が低速回転のときには、前記 kの値は小さい値に設定され、前記回転子が高速回転のときには、前記 kの値は大きい値に設定される IPMモータシステム。

[11] スロットを有する固定子と、極を有する回転子とを備えて IPM (Interior Permane nt Magnet)モータと、前記 IPMモータの駆動制御を行う制御装置とを提供するステツプと、

前記固定子に対する前記回転子の初期位置の角度推定読み込み精度と、前記極の数および前記スロットの数の組合わせによる前記固定子に対する前記回転子の安定位置の角度刻み精度とが概ね等しい状態で、前記制御装置により前記 IPMモータを制御するステップと

を具備する IPMモータシステムの制御方法。

[12] 請求の範囲 11に記載の IPMモータシステムの制御方法にお!、て、

前記固定子のスロット数は、 m (3以上の正整数)であり、前記回転子の極数は n(n <mである 2以上の正整数)であり、前記安定位置の角度刻みは、 360Z2mである IPMモータシステムの制御方法。

[13] 請求の範囲 12に記載の IPMモータシステムの制御方法において、

前記固定子は 15個のスロットを備え、

前記回転子は 10個の極を備える

IPMモータシステムの制御方法。

[14] 請求の範囲 11乃至 13の!、ずれかに記載の IPMモータにお!、て、

前記回転子に接続された回転軸に設けられたベアリングセンサーにより、前記固定子に対する前記回転子の前記初期位置からの移動量を検出するステップ更に具備する IPMモータシステムの制御方法。

[15] 請求の範囲 14に記載の IPMモータシステムの制御方法において、

前記制御するステップは、

前記ベアリングセンサーからの出力から回転数と測定位相角を出力するステップと前記回転数とトルク指令とに基づいて d軸電流指令と q軸電流指令を生成するステップと、

前記 IPMモータの 3相モータ電流から測定 d軸電流と測定 q電流とを生成するステップと、

前記 d軸電流指令、前記 q軸電流指令、前記測定 d軸電流、および前記測定 q電流力 2相電圧指令を生成するステップと、

補正後位相角と前記 2相電圧指令とから 3相電圧指令を生成するステップと、前記 3相電圧指令に基づいて前記 IPMモータを駆動するステップと、

前記 d軸電流指令、前記 q軸電流指令、前記測定 d軸電流、前記測定 q電流、及び測定位相角とから前記補正後位相角を生成するステップと

を具備する IPMモータシステムの制御方法。

[16] 請求の範囲 15に記載の IPMモータシステムの制御方法において、

前記補正後位相角を生成するステップは、

前記 d軸電流指令、前記 q軸電流指令、前記測定 d軸電流、及び前記測定 q電流から補正値を計算し、前記補正値と測定位相角とから前記補正後位相角を生成するステツプを

具備する IPMモータシステムの制御方法。

[17] 請求の範囲 16に記載の IPMモータシステムの制御方法において、

前記補正後位相角を生成するステップは、以下の式に基づいて、補正値 Δ Θを計算するステップを具備する

Δ Θ =k∑ (i * -i )

d d_fb

ここで、 k;ゲイン

i * ;前記 d軸電流指令

d

i ；前記測定 d軸電流

d_fb

IPMモータシステムの制御方法。

[18] 請求の範囲 17に記載の IPMモータシステムの制御方法において、

前記補正後位相角を生成するステップは、

前記 IPMモータのトルク負荷に基づいて前記 kの値を決定するステップを具備する IPMモータシステムの制御方法。

[19] 請求の範囲 18に記載の IPMモータシステムの制御方法において、

前記 kの値は、前記トルク負荷が増大するに連れて、小さい値に設定される IPMモータシステムの制御方法。

請求の範囲 19に記載の IPMモータシステムの制御方法にお!、て、

前記回転子が低速回転のときには、前記 kの値は小さい値に設定され、前記回転子が高速回転のときには、前記 kの値は大きい値に設定される

IPMモータシステムの制御方法。