CN119497959A 无轴承电动机的控制装置、电动机系统及无轴承电动机的控制方法 （三菱电机株式会社）

2024.12.31PCT/JP2022/0277122022.07.14WO2024/013935JA2024.01.18对具备转子和具有产生转矩的电动机绕组轴承电动机进行控制的无轴承电动机的控制装对在无轴承电动机中流动的电流的推定值即推定电流和通过转子而在电动机绕组中产生的转子磁通的推定值即推定转子磁通之中的至少一机绕组的电流的值即电流检测值之差即电流误转子的轴向速度的推定值即推定轴向速度进行21.一种无轴承电动机的控制装置，其对具备转子和具有产生转矩的电动机绕组的定观测器，其基于所述电动机绕组的电压指令值、或者对所述述转子而在所述电动机绕组中产生的转子磁通的推定值即推定转子磁通之中的至少一者速度推定器，其将所述推定电流和所述电动机绕组的电所述推定电流及所述电流检测值是变换为旋转二轴坐标即d－q所述速度推定器基于使所述d轴的电流误差乘以规定的第1系数而得到的值和使所述q所述速度推定器将所述转子的轴向位置的坐标中心作为与所述定子磁性相对的中心位置，输出与对所述轴向位置的绝对值进行时间微分而得到的值相当的所述推定轴向速还具有电流指令值生成器，该电流指令值生成器将所述推定轴向所述电流指令值生成器在所述推定轴向速度为正值的情况下输出正的所述d轴的电流所述观测器设为所述无轴承电动机的所述转子在轴向不移动而所述速度推定器根据由所述观测器求出的推定电流和包含轴向速度的影响的成套设所述速度推定器将所述电流误差及所述推定转子磁通之中的至少一所述推定轴向速度，同时将所述电流误差和所述推定转子磁通之中的至少一者作为输入，输出所述转子的旋转角速度的推定值即推定旋转8.一种无轴承电动机的控制装置，其对具备转子和具有产生转矩的电动机绕组的定观测器，其基于所述电动机绕组的电压指令值、或者对所述述转子而在所述电动机绕组中产生的转子磁通的推定值即推定转子磁通之中的至少一者3轴向位置控制器，其将所述推定电流和所述电动机绕组的电流的无轴承电动机，其具备转子和具有产生转矩的电动机绕组的定子，观测器，其基于所述电动机绕组的电压指令值、或者对所述述转子而在所述电动机绕组中产生的转子磁通的推定值即推定转子磁通之中的至少一者速度推定器，其将所述推定电流和所述电动机绕组的电11.一种无轴承电动机的控制方法，其对具备转子和具有产生转矩的电动机绕组的定观测步骤，基于所述电动机绕组的电压指令值、或者对所述述转子而在所述电动机绕组中产生的转子磁通的推定值即推定转子磁通之中的至少一者速度推定步骤，将所述推定电流和所述电动机绕组的电4以外的5个自由度全部主动地进行控制，或者一部分不主动地进行控制而是被动地设为稳生了位移的方向的相反朝向产生复原力。作用于永磁铁和铁心之间的吸引力与距离成正[0004]在2轴控制型的无轴承电动机的轴向上，仅利用通过径向的间隙部产生的上述复[0005]在专利文献1中提出了下述方法，即，关于在径向隔开间隙部而与转子相对的定5由温度的变化等引起的传感器特性的变动或者误差的增即推定电流和通过转子而在电动机绕组中产生的转子磁通的推定值即推定转子磁通之中[0013]图2是表示实施方式1所涉及的无轴承电动机的控制装置的结构的一个例子的框[0014]图3是表示将电流误差作为输入而输出推定轴向速度的速度推定器的结构的一个[0015]图4是表示将电流误差作为输入而输出推定轴向速度的速度推定器的结构的一个[0016]图5是表示将电流误差作为输入而输出推定轴向速度的速度推定器的结构的一个[0017]图6是表示将电流误差作为输入而输出推定轴向速度的速度推定器的结构的一个[0018]图7是表示将电流误差作为输入而输出推定轴向速度的速度推定器的结构的一个[0019]图8是表示实施方式2所涉及的无轴承电动机的控制装置的结构的一个例子的框6[0020]图9是表示实施方式3所涉及的无轴承电动机的控制装置中的d轴电流指令值生成[0021]图10是表示实施方式3所涉及的无轴承电动机的控制装置中的d轴电流指令值生[0022]图11是表示实施方式4所涉及的无轴承电动机的控制装置的速度推定器的结构的[0023]图12是表示实施方式4所涉及的无轴承电动机的控制装置的结构的一个例子的框[0024]图13是表示实施方式4所涉及的无轴承电动机的控制装置所使用的速度推定器的[0025]图14是表示实施方式4所涉及的无轴承电动机的控制装置所使用的速度推定器的[0026]图15是表示实施方式5所涉及的无轴承电动机的控制装置的结构的一个例子的框[0027]图16是表示实施方式6所涉及的无轴承电动机的控制装置的结构的一个例子的框[0028]图17是表示实现实施方式1至6所涉及的无轴承电动机的控制装置的硬件结构的[0031]实施方式1.[0032]图1是示意地表示实施方式1所涉及的无轴承电动机的结构的一个例子的剖视动机1的中心轴CA包围的大致圆筒状。中心轴CA是无轴承电动机1中的转子20的旋转中心，[0034]转子20具有轴21和永磁铁22。轴21在一个例子中是由磁体构成的圆柱状的部7定部件进行固定。此外，在图1中，示出了在轴21的表面嵌入有永磁铁22的表面磁铁型在定子10的支撑绕组13流动电流，从而生成极数p±2或者2的磁通，产生半径方向的支撑[0036]用于产生转矩的极数p的磁通的磁路和用于产生支撑力的极数p±2或者2的磁通[0040]图2是表示实施方式1所涉及的无轴承电动机的控制装置的结构的一个例子的框[0041]图1所示的无轴承电动机1由图2所示的控制装置30进行控制。控制装置30具有电[0042]电流控制器31以对在作为成套设备40的无轴承电动机1的电动机绕组12中流动的电流is(矢量)进行检测的未图示的电流检测器所检测的电流检测值与向定子10的电动机在图2的例子中，以d轴方向的电流指令值即d轴电流指令值id*和作为成轴电流指令值i*和作为成套设备40的输出的q轴方向的电流的值即q轴电流8状态变量的推定值进行运算，对在无轴承电动机1的电动机绕组12中流动的电流进行推定[0049]复原力相对于位移之比为刚性。刚性是在不对电流进行控制的情况下为恒定值[0051]另外，位于成套设备40的输入和输出的中间而表示状态的变量被称为状态变Φqr]T9quvw通过推定旋转角度θ^变换为d轴电流id和q轴qq]T电流指令值id*的偏差由电流值偏差运算部34d执行，q轴电流iq和q轴电流指令值iq*的偏差速度d|z|/dt的影响在内的成套设备40的电流is(矢量)之差即电流误差Δis(矢量)与轴向的计算的详细内容进行说明。成套设备40的状态方程式及输出方程式分别成为下式(7)、4行4列单位矩阵[0124]在进行控制的dq轴之中的d轴与转子20的永磁铁22的N极的朝向大致一致时，q轴量)对轴向速度d|z|/dt进行推定的增益的系数进行设[0131]对具备如上所述的转子20和具有产生转矩的电动机绕组12的定子10的无轴承电承电动机1中流动的电流的推定值即推定电流is＾(矢量)和通过转子10在电动机绕组12中测出的电流的值即电流检测值id、iq与电流指令值idvq**于将d轴电流误差Δid乘以规定的第1系数而得到的值和将q轴电流误差Δiq乘以规定的第2[0134]图3至图7是表示将电流误差作为输入而输出推定轴向速度的速度推定器的结构轴电流误差Δid的情况下的速度推定器33。该情况下的速度推定器33具有运算部331a和P磁通ΦdrP控制器332a使运算部331a中的运算结果乘以作为第1系数的P增益KP1，输出推运算部331b从q轴电流误差Δiq除以d轴方向的推定转子磁通ΦdrP控制器332b使运算部的速度推定器33。该情况下的速度推定器33具有运算部331c和P控制器332c。即，运算部331c从电流误差Δis(矢量)除以d轴方向的推定运算结果和P增益矩阵的内积按照下式(1去除的高通滤波器。在图6中，示出了高通滤波器是DC(DirectCurrent)截止HPF(High_PassFilter)333的情况。电流误差Δis(矢量)的频率成通Φdr＾的情况下的速度推定器33。该情况下的速度推定器33具有P控制器332d。P控制器放大，因此存在会对包含比所需的信号的频率成分高的频率在内的噪声进行放大这一问含比所需的信号的频率成分高的频率在内的噪声进行放[0144]实施方式2.[0146]图8是表示实施方式2所涉及的无轴承电动机的控制装置的结构的一个例子的框[0147]实施方式2所涉及的无轴承电动机1的控制装置30A，具有电流控制器31、观测器[0153]在这里，Δθ是推定旋转角度θ^的从旋转角度θ起的偏差即旋转角度误差，通过θ22[0175]在(29)式的左边的电流误差Δis(矢量)中包含与右边的第1项的d|z|/dt存在关[0176]在实施方式2中，将表示成套设备40的状态的状态变量仅作为在定子10的电动机[0177]实施方式3.[0179]图9是表示实施方式3所涉及的无轴承电动机的控制装置中的d轴电流指令值生成器的结构的一个例子的框线图。d轴电流指令值生成器35将来自速度推定器33的推定轴向控制器而存在P控制器。图10是表示实施方式3所涉及的无轴承电动机的控制装置中的d轴[0181]另外，轴向位置控制器351并不限于使输出相对于输入单纯地成比例的P控制器351a，也可以使用针对输入的值，如果为正则输出1，如果为负则输出－1的函数即sgnz)＞0成立。而生成d轴电流指令值id*，由此转子20在轴向振动的情况下，能够产生使振动衰减的阻尼[0192]实施方式4.[0193]图11是表示实施方式4所涉及的无轴承电动机的控制装置的速度推定器的结构的s[0194]图12是表示实施方式4所涉及的无轴承电动机的控制装置的结构的一个例子的框方式4所涉及的无轴承电动机的控制装置所使用的速度推定器的结构的一个例子的框线[0196]PI控制器334对运算部331c中的运算结果和PI增益矩阵[KP3+KI3/sKP4+速度d|z|/dt的变动相对应的轴向的接近固有角振动频率的中频成分至高频成分重要。因[0198]图14是表示实施方式4所涉及的无轴承电动机的控制装置所使用的速度推定器的14所示的速度推定器33在图13的P控制器332c的后级，还具有仅将直流及低频成分去除的ωr和轴向速度d|z|/dt高精度地分离而进行推定。决在具有角度传感器的无轴承电动机1的运转中产生的角度传感器的噪声对控制造成影响[0200]实施方式5.在实[0202]图15是表示实施方式5所涉及的无轴承电动机的控制装置的结构的一个例子的框T误差Δωr=ωr^-ωr的值。[0223]在实施方式5中，将表示成套设备40的状态的状态变量仅设为转子磁通Φr(矢[0224]实施方式6.[0225]在实施方式1至5中，举例出无轴承电动机1的控制装置30具有速度推定器33的情[0226]图16是表示实施方式6所涉及的无轴承电动机的控制装置的结构的一个例子的框过由观测器32运算出的值而得到的值，对控制转子20的轴向位置的d轴电流指令值id*进行运算并输出。轴向位置控制器