電動圧縮機向け永久磁石同期モータ駆動システムにおける高効率駆動制御に関する研究

• Material Type: 博士論文
• Title: 電動圧縮機向け永久磁石同期モータ駆動システムにおける高効率駆動制御に関する研究
• Author/Editor: 鈴木, 尚礼
• Author Heading: 鈴木, 尚礼
• Publication, Distribution, etc.: Hokkaido University
• Publication Date: 2022-03-24
• Publication Date (W3CDTF): 2022-03-24
• Contributor: 小笠原, 悟司; 五十嵐, 一; 北, 裕幸; 竹本, 真紹
• Degree grantor/type: 北海道大学
• Date Granted: 2022-03-24
• Date Granted (W3CDTF): 2022-03-24
• Dissertation Number: 甲第15089号
• Degree Type: 博士(工学)
• Conferring No. (Dissertation): 甲第15089号
• Text Language Code: jpn
• Subject Heading: 永久磁石同期モータ; ドライブ制御; 位置センサレス; 振動抑制; 脈動トルク 制御; 省エネ; 共振周波数; リニアモータ制御; Permanent-magnet motors; motor drives; sensorless control; vibration suppression; pulsating torque control; energy efficiency; resonant frequency; linear motor drives
• NDC: 500
• Target Audience: 一般
• Note (General): 近年，脱炭素社会の実現に向けた各方面での取り組みが活発化している。1997 年に定められた京都議定書に代わり，2015 年にパリ協定が合意され，その後も継続的に会議が開催されて議論されている。日本においては，2050 年までに温室効果ガスの排出を全体としてゼロにする，すなわち 2050 年カーボンニュートラル，脱炭素社会の実現を目指すことが宣言された。併せて策定されたグリーン成長戦略の複数分野において，電動化がキーワードとして多数あることから，モータ駆動制御に関してより重要性が高まっている。本研究の対象は，冷凍空調機器で用いられる冷媒用圧縮機や，産業機器で広く使われている空気圧縮機等，電動機を動力源とする容積型圧縮機の駆動制御とし，これまで以上に広い速度範囲や広い容量においての高効率化に加え，低振動，低騒音，高応答，といった様々な観点も同時に満たすことができるモータ駆動制御に関する研究である。本研究の目的の一つは，ゼロ速を含む極低速から位置検出が可能な位置センサレス制御を適用し，省エネに貢献する起動方式を実現することである。永久磁石同期モータの性能を最大限に活用するためには回転角度位置情報が必要不可欠であるが，電動圧縮機は構造や使用環境的に回転角度度位置センサの取り付けが難しく，回転角度位置の推定が必須となる。また，これらの機器は位置依存性の高い周期的な負荷特性を有するため，振動や騒音の要因となる。本研究では，共に高調波重畳を必要としない方式である２つの位置センサレス制御を組合せ，全速度域において磁極位置が得られるようにすることで必要最小限の電流値での起動を実現する起動法を提案した。さらに，周期的に変動する負荷特性を有するアプリケーションへ提案起動法を適用する際に問題となり得る，制御方式の切替タイミングについても検討を行い，位置センサレス制御方式切替に最適なタイミングをシンプルな構成かつ効果的に実現する方法を提案した。二つ目の目的として，広い速度範囲で低振動化と高効率を両立させる駆動制御を実現することを掲げ，電気的および機械的な制限の中で，バランスを取るインバータ駆動制御を検討し，省エネ効果の実証を踏まえて本研究の有効性を示した。さらに，容積型圧縮機向け電動機駆動システムの高効率化のため，回転モータに加え，共振バネを付加したリニアモータ向けの駆動制御についても研究を行った。印可電圧と可動子位置の位相差を計算する新しい共振周波数推定制御を構築した。実機検証により，駆動条件が変わっても提案制御は動的に共振周波数に追従できることが分かった。; Recently, various fields have been actively working towards the realization of a carbon-free society.Instead of the Kyoto Protocol established in 1997, the Paris Agreement was agreed in 2015, and the conferences have been held continuously. In Japan, it was declared that the aim would be to reduce greenhouse gas emissions to zero as a whole by 2050, that is, to realize a carbon-neutral, carbon-free society in 2050. At the same time, a Green Growth Strategy was formulated, and motor drive control is becoming more important because electrification is a key word in multiple fields in the strategy. The subject of this research is the drive control of positive displacement type compressors powered by motors, such as refrigerant commpressor used in refrigerating and air-conditioning equipment and air compressors widely used in industrial equipment. This research is related to motor drive control that can simultaneously satisfy various viewpoints such as low vibration, low noise, and high response, in addition to high efficiency in a wider speed range and wider capacity than ever before.One on the main purposes of this research is to realize a start-up method that contributes to energy saving by applying position sensorless control that can detect the position from very low speed including zero speed. Rotational position is indispensable for maximizing the performance of the permanent magnet synchronous motor (PMSM), but it is structurally difficult to install a rotational position sensor in an electric compressor, and rotational position estimation is essential. In addition, these components have periodic load characteristics that are highly position dependent, which causes vibration and noise. In this research, a start-up method for reducing the start-up current of a PMSM is proposed. Minimum current start-up is achieved by combining two position-sensorless control methods that require no harmonic injection. Moreover, the control method switching timing was also examined, and a method is proposed that effectively relizes the optimum timing for switching the position sensorless control with a simple configuration.The second purpose is to realize drive control that achieves both low vibration and high efficiency over a wide speed range, and inverter drive control that balances within electrical and mechanical restrictions is studied. The effectiveness of this research is validated in energy saving effect tests. Furtheremore,in order to improve the efficiency of the motor drive system, drive control for linear motors with resonant springs is also researched. A novel resonant frequency estimation method is developed that calculates the phase difference between a suppled voltage and a mover position.Experimental results show that the proposed method can successfully track to the resonant frequency dynamically even if the mechanical condition is changed.; (主査) 教授 小笠原 悟司, 教授 五十嵐 一, 教授 北 裕幸, 教授 竹本 真紹 (岡山大学・自然科学研究科); 情報科学研究科(システム情報科学専攻)
• DOI: 10.14943/doctoral.k15089; https://doi.org/10.14943/doctoral.k15089
• Persistent ID (NDL): info:ndljp/pid/12304489; https://dl.ndl.go.jp/pid/12304489
• Collection: 障害者向け資料
• Collection (Materials For Handicapped People:1): テキストデータ
• Collection (particular): 国立国会図書館デジタルコレクション > デジタル化資料 > 博士論文; https://dl.ndl.go.jp/collections/A00014
• Acquisition Basis: 博士論文（自動収集）
• Date Accepted (W3CDTF): 2022-07-05T02:30:21+09:00
• Date Created (W3CDTF): 2022-03
• Format (IMT): PDF
• Access Restrictions: 国立国会図書館内限定公開
• Service for the Digitized Contents Transmission Service: 図書館・個人送信対象外
• Availability of remote photoduplication service: 可
• Periodical Title (URI): http://dx.doi.org/10.14943/doctoral.k15089; http://hdl.handle.net/2115/85616
• Is Referenced By (URI): http://hdl.handle.net/2115/85613
• Data Provider (Database): 国立国会図書館 : 国立国会図書館デジタルコレクション; https://dl.ndl.go.jp