高速モータ駆動技術とその開発動向

高速モーター高出力密度、小型軽量、高い作業効率といった明らかな利点から、ますます注目を集めています。その優れた性能を最大限に引き出すには、効率的で安定した駆動システムが鍵となります。高速モーターこの記事は主に、高速モーター制御戦略、コーナー推定、電力トポロジー設計の観点から駆動技術を概観し、国内外の最新の研究成果をまとめ、今後の開発動向を概観する。高速モータードライブテクノロジー。

パート02 研究内容

高速モーター高速モータは、高出力密度、小型・軽量、作業効率の高さなど、多くの利点を有し、航空宇宙、国防・安全、生産・日常生活などの分野で広く利用されており、今日の必須の研究内容と開発方向となっています。電動スピンドル、ターボ機械、マイクロガスタービン、フライホイールエネルギー貯蔵などの高速負荷アプリケーションでは、高速モータを適用することで、ダイレクトドライブ構造を実現し、可変速装置を不要にし、体積、重量、メンテナンスコストを大幅に削減するとともに、信頼性を大幅に向上させることができ、非常に幅広い応用展望を持っています。高速モーター通常、10kr/minを超える速度、または難易度（速度と電力の平方根の積）が1×105を超えるモータを指します。図1は、国内外の代表的な高速モータのプロトタイプの関連データを比較したものです。図1の破線は1×105の難易度レベルなどです。

1、高速モータ駆動技術の難しさ

1. 高い基本周波数におけるシステムの安定性の問題

モータが高動作基本周波数状態にある場合、アナログ/デジタル変換時間、デジタルコントローラアルゴリズム実行時間、インバータスイッチング周波数などの制限により、高速モータ駆動システムのキャリア周波数が比較的低くなり、モータの動作性能が大幅に低下します。

2. 基本周波数における高精度な回転子位置推定の問題

高速運転中、ロータ位置の精度はモータの動作性能にとって極めて重要です。機械式位置センサは信頼性が低く、サイズが大きく、コストが高いため、高速モータ制御システムではセンサレスアルゴリズムがしばしば用いられます。しかし、動作基本周波数が高い条件下では、位置センサレスアルゴリズムはインバータの非線形性、空間高調波、ループフィルタ、インダクタンスパラメータの偏差といった非理想的な要因の影響を受けやすく、ロータ位置推定に大きな誤差が生じます。

3. 高速モータ駆動システムにおけるリップル抑制

高速モータのインダクタンスが小さいと、必然的に大きな電流リップルの問題が発生します。高電流リップルによって引き起こされる追加の銅損、鉄損、トルクリップル、振動ノイズは、高速モータシステムの損失を大幅に増加させ、モータ性能を低下させる可能性があり、また、高振動ノイズによって引き起こされる電磁干渉は、ドライバの老化を加速させる可能性があります。上記の問題は、高速モータ駆動システムの性能に大きな影響を与え、低損失ハードウェア回路の最適化設計は、高速モータ駆動システムにとって非常に重要です。要約すると、高速モータ駆動システムの設計には、電流ループ結合、システム遅延、パラメータ誤差、電流リップル抑制などの技術的な困難など、複数の要素を総合的に考慮する必要があります。これは、制御戦略、ローター位置推定精度、および電源トポロジ設計に高い要求を課す非常に複雑なプロセスです。

2、高速モータ駆動システムの制御戦略

1. 高速モータ制御システムのモデリング

高速モータ駆動システムにおける高い動作基本周波数と低いキャリア周波数比の特性、そしてモータのカップリングと遅延がシステムに与える影響は無視できません。したがって、上記の2つの主要な要因を考慮し、高速モータ駆動システムの再構築をモデル化および分析することが、高速モータの駆動性能をさらに向上させる鍵となります。

2. 高速モータのデカップリング制御技術

高性能モータ駆動システムで最も広く使用されている技術はFOC制御です。高い動作基本周波数によって引き起こされる深刻なカップリング問題に対応するため、現在、主な研究方向はデカップリング制御戦略です。現在研究されているデカップリング制御戦略は、主にモデルベースのデカップリング制御戦略、外乱補償ベースのデカップリング制御戦略、および複雑なベクトルレギュレータベースのデカップリング制御戦略に分けられます。モデルベースのデカップリング制御戦略には、主にフィードフォワードデカップリングとフィードバックデカップリングが含まれますが、この戦略はモータパラメータの影響を受けやすく、パラメータ誤差が大きい場合はシステムが不安定になる可能性があり、完全なデカップリングを実現できません。動的デカップリング性能が低いため、その適用範囲が制限されます。後者の2つのデカップリング制御戦略は現在、研究のホットスポットです。

3. 高速モータシステムの遅延補償技術

デカップリング制御技術は高速モータ駆動システムのカップリング問題を効果的に解決できますが、遅延によって生じる遅延リンクは依然として存在するため、システム遅延に対する効果的なアクティブ補償が必要です。現在、システム遅延に対するアクティブ補償戦略には、主にモデルベース補償戦略とモデル非依存補償戦略の2つがあります。

パート03 研究の結論

現在の研究成果に基づいて高速モーター学界における駆動技術の既存の問題と相まって、高速モーターの開発と研究の方向は主に次のとおりです。1)高基本周波数電流の正確な予測とアクティブ補償遅延関連の問題の研究。3)高速モーターの高動的性能制御アルゴリズムの研究。4)超高速モーターのコーナー位置の正確な推定と全速度領域ローター位置推定モデルの研究。5)高速モーター位置推定モデルの誤差に対する完全補償技術の研究。6)高速モーター電源トポロジの高周波および高損失の研究。