家電用モータのベクトル制御と高効率運転法 設計技術シリーズ

[著者紹介]
●前川佐理（まえかわ　さり）2003年法政大学大学院工学研究科修士課程修了。
同年、（株）東芝入社。現在、電力・社会システム技術開発センターに所属、主務。
パワーエレクトロニクスの研究に従事。平成21年度、電気関係事業従業員功績者表彰考案表彰、最優秀賞。
電気学会会員。
●長谷川幸久（はせがわ　ゆきひさ）
1988年岐阜大学大学院工学研究科修士課程修了。同年、 （株） 東芝入社。
現在、生産技術センター制御技術研究センター研究主幹。モータ関連技術開発に従事。
2000年ロボット学会論文賞。日本能率協会　モータ技術展　企画委員。

【目次】
第1章　家電機器とモータ
第2章　モータとインバータ
1．永久磁石同期モータの特徴 1-1　埋込磁石型と表面磁石型
1-2　分布巻方式と集中巻方式
1-3　極数による違い
2．永久磁石同期モータのトルク発生メカニズム 2-1　マグネットトルクの発生原理
2-2　リラクタンストルクの発生原理
3．家電用インバータの構成 3-1　整流回路
3-2　スイッチング回路
3-3　ゲートドライブ回路 3-3-1　ドライブ回路の構成
3-3-2　ハイサイドスイッチ駆動電源
3-3-3　スイッチング時間
3-3-4　スイッチング素子の損失
3-3-5　スイッチング素子のミラー容量による誤オン（誤点弧）
3-3-6　ミラー容量による誤オン対策
3-4　電流検出回路
3-5　位置センサ
3-6　MCU（演算器）
4．モータ制御用MCU
第3章　高効率運転のための電流ベクトル制御
1．ベクトル制御の概要 1-1　3相座標→αβ軸変換（clark変換）
1-2　絶対変換時の3相→2相変換のエネルギーの等価性について
1-3　αβ軸→dq軸変換（park変換）
1-4　3相座標系とαβ軸、dq軸の電気・磁気的関係
1-5　3相→dq軸の変換例
1-6　dq軸座標系のトルク・電力式
2．最大トルク／電流制御 2-1　同一トルクを出力する電流パターン
3．弱め界磁制御・最大トルク／電圧制御 3-1　モータ回転数と直流リンク電圧による電流通電範囲の制限
3-2　最大トルク／電圧制御 3-2-1　最大出力型弱め界磁制御（電流リミット有り）
3-2-2　トルク指令型弱め界磁制御（電流リミット有り）
3-2-3　速度制御型弱め界磁制御（電流リミット有り）
3-3　弱め界磁制御の構成
4．電流制御の構成 4-1　dq軸の非干渉制御
4-2　電流制御 PIゲインの設計方法
4-3　離散時間系の制御構成
5．速度制御
第4章　PWMインバータによる電力変換法
1．PWMによる電圧の形成方法
2．相電圧・線間電圧・dq軸電圧の関係
3．電圧利用率向上法 3-1　方式1．3次高調波電圧法
3-2　方式2．空間ベクトル法
4．2相変調 4-1　3次高調波電圧法による 2相変調
4-2　空間ベクトル法による 2相変調
5．過変調制御 5-1　過変調制御による可変速運転範囲の拡大
5-2　過変調率と線間電圧の高調波成分
5-3　過変調制御の構成
6．デッドタイム補償 6-1　デッドタイムによる電圧指令値と実電圧値の差異
6-2　デッドタイムの補償方法
第5章　センサレス駆動技術
1．位置センサレスの要望
2．誘起電圧を利用するセンサレス駆動法 2-1　位置推定原理
2-2　dq軸（磁極位置）と推定dcqc軸（コントローラの認識軸）
2-3　突極性の推定性能への影響
2-4　位置誤差推定値Δθcを用いた位置推定法
2-5　推定に用いるモータパラメータの誤差影響
2-6　ΔLqと推定誤差による脱調現象
2-7　モータパラメータの誤差要因
2-8　巻線抵抗Rの変動要因
2-9　q軸インダクタンスLqの変動要因
3．突極性を利用するセンサレス駆動法 3-1　高周波電圧印加法
3-2　突極性を利用する位置センサレス駆動の構成
3-3　極性判別
3-4　主磁束インダクタンスと局所インダクタンス
3-5　dq軸間干渉のセンサレス特性への影響
3-6　磁気飽和、軸間干渉を考慮したインダクタンスの測定方法
4．位置決めと強制同期駆動法 4-1　位置推定方式の長所と短所
4-2　駆動原理と制御方法
4-3　強制同期駆動によるモータ回転動作
4-4　強制同期駆動の運転限界
第6章　モータ電流検出技術
1．電流センサとシャント抵抗
2．3シャント電流検出技術 2-1　3シャント電流検出回路の構成
2-2　スイッチングによる検出値の変化
3．1シャント電流検出技術 3-1　電流検出の制約
3-2　電流の検出タイミング
3-3　電流検出率の拡大
第7章　家電機器への応用事例
1．洗濯機への適用 1-1　洗い運転
1-2　脱水・ブレーキ運転 1-2-1　短絡ブレーキ
1-2-2　回生ブレーキ
2．ヒートポンプ用コンプレッサへの適用 2-1　最大トルク／電流特性
2-2　過変調制御時の特性
第8章　可変磁力モータ
1．永久磁石同期モータの利点と問題点
2．可変磁力モータとは 2-1　磁力の可変方法
2-2　磁力の可変原理 2-2-1　減磁作用
2-2-2　増磁作用
2-3　可変磁力モータの構成
2-4　磁化特性
3．可変磁力モータの制御

付録　デジタルフィルタの設計法
1．モータ制御に用いる各種フィルタの設計手法 1-1　ローパス、ハイパス、バンドパスの種類決定
1-2　周波数毎の減衰特性の目標決定
1-3　フィルタ次数の決定
1-4　連続時間系におけるフィルタ用定数算出 1-4-1　1次ローパス→n次ローパスへの変換
1-4-2　ローパス→ハイパスフィルタへの変換
1-4-3　ローパス→バンドパスフィルタへの変換
1-5　サンプリング時間決定
1-6　離散時間系におけるフィルタ定数算出

【著者紹介】
前川佐理 : ２００３年法政大学大学院電気工学専攻修士課程修了。同年４月（株）東芝入社。現在、電力・社会システム技術開発センターに所属、主務。２０１４年３月明治大学大学院理工学研究科博士後期課程（社会人課程）修了。主として、パワーエレクトロニクス、ＥＭＩ、モータドライブの研究開発に従事。平成２１年度、電気関係事業従業員功績者表彰考案表彰、最優秀賞受賞。２０１３年電気学会優秀論文発表賞受賞。博士（工学）。電気学会会員。ＩＥＥＥ会員

長谷川幸久 : １９８８年岐阜大学大学院工学研究科修士課程修了。同年、（株）東芝入社。現在、生産技術センター制御技術研究センター研究主幹。モータ関連技術開発に従事。２０００年ロボット学会論文賞。日本能率協会モータ技術展企画委員（本データはこの書籍が刊行された当時に掲載されていたものです）