(57)【要約】  モータ制御装置（１）は、複数の周波数指令を出力する周波数指令設定部（６）と、周波数指令に基づいて交流電圧指令を生成し出力する交流電圧指令生成部（５）と、交流電圧指令に基づいてモータに電圧を印加する電圧印加部（４）と、モータ（２）に流れるモータ電流を検出する電流検出部（３）と、モータ電流と交流電圧指令と周波数指令とから演算したモータ（２）の伝達特性に基づいてモータ種別を判別する種別判別部（７）とを備えたものである。
2012101753.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の周波数指令を出力する周波数指令設定部と、前記周波数指令に基づいて交流電圧指令を生成し出力する交流電圧指令生成部と、前記交流電圧指令に基づいてモータに電圧を印加する電圧印加部と、前記モータに流れるモータ電流を検出する電流検出部と、前記モータ電流と前記交流電圧指令と前記周波数指令とから演算した前記モータの伝達特性に基づいてモータ種別を判別する種別判別部とを備えたモータ制御装置。
【請求項２】
前記種別判別部が演算する前記モータの前記伝達特性は、前記周波数指令に対する前記交流電圧指令と前記モータ電流の大きさの比とする請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記種別判別部が演算する前記モータの前記伝達特性は、前記モータ電流と前記交流電圧指令と前記周波数指令とから演算した前記モータのモータ定数とする請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記モータ定数は、前記モータが二次回路を有すると仮定して伝達関数を同定して演算した前記二次回路の二次抵抗と相互インダクタンスとする請求項３記載のモータ制御装置。    
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、モータの種別を判別する手段を備えたモータの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
誘導モータや同期モータなどのモータを駆動するためには、モータの種別によって駆動方法が異なるため、駆動する前に予めモータの種別を知る必要がある。そのため、従来は、ユーザーが予めモータの種別を把握し、モータ種別に応じた制御装置、制御方法を選択していた。しかし、モータは外観から種別を知ることが困難なものもあり、必ずしもユーザーがモータ種別を把握できるとは限らない。【０００３】
この問題を解決するために、特許文献１の方法が提案されている。特許文献１の方法では、モータ種別によって、モータの飽和度が異なることを利用してモータ種別を判別する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−０９５２８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の方法では、モータの飽和度によってモータ種別を判別している。例えば、誘導モータはモータの回転子位置にかかわらず飽和度が一定であり、同期モータ（埋込磁石同期モータ、表面磁石同期モータ、シンクロナスリラクタンスモータ）は回転子位置により飽和度が変化することを利用して判別している。しかし、同期モータにおいて磁気飽和が生じにくいように設計した場合、回転子位置による飽和度の変化が小さく、誘導モータとの判別が困難になる場合がある。すなわち、飽和度はモータ種別以外にモータ構造にも影響されるため、飽和度からモータ種別を判別する方法では、モータ種別の判別が困難になる場合がある。  【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するため、モータの構造などのモータの種別以外の要素の影響を受けにくい方法でモータ種別を判別することで、判別精度を向上させることが可能なモータ制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係るモータ制御装置は、複数の周波数指令を出力する周波数指令設定部と、周波数指令に基づいて交流電圧指令を生成し出力する交流電圧指令生成部と、交流電圧指令に基づいてモータに電圧を印加する電圧印加部と、モータに流れるモータ電流を検出する電流検出部と、モータ電流と交流電圧指令と周波数指令とから演算したモータの伝達特性に基づいてモータの種別を判別する種別判別部を備えたものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明に係るモータ制御装置は、複数の周波数指令を出力する周波数指令設定部と、周波数指令に基づいて交流電圧指令を生成し出力する交流電圧指令生成部と、交流電圧指令に基づいてモータに電圧を印加する電圧印加部と、モータに流れるモータ電流を検出する電流検出部と、モータ電流と交流電圧指令と周波数指令とから演算したモータの伝達特性に基づいてモータの種別を判別する種別判別部を備えたものであるため、モータの構造などのモータの種別以外の要素の影響が少ない伝達特性に基づいてモータ種別を判別でき、モータ種別の判別精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１のモータ制御装置に係る構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１のモータ制御装置に係る詳細構成図である。
【図３】この発明の実施の形態１のモータ制御装置に係る機能説明図である。
【図４】この発明の実施の形態１のモータ制御装置に係る機能説明図である。
【図５】この発明の実施の形態１のモータ制御装置に係る処理を説明するフローチャートである。
【図６】この発明の実施の形態１のモータ制御装置に係る詳細構成図である。
【図７】この発明の実施の形態１のモータ制御装置に係る機能説明図である。
【図８】この発明の実施の形態１のモータ制御装置に係る機能説明図である。
【図９】この発明の実施の形態１のモータ制御装置に係る他の構成図である。
【図１０】この発明の実施の形態１のモータ制御装置に係る他の詳細構成図である。
【図１１】この発明の実施の形態２のモータ制御装置に係る構成図である。
【図１２】この発明の実施の形態２のモータ制御装置に係る処理を説明するフローチャートである。
【図１３】この発明の実施の形態２のモータ制御装置に係る構成図である。
【図１４】この発明の実施の形態２のモータ制御装置に係るモータ等価回路である。
【図１５】この発明の実施の形態２のモータ制御装置に係る詳細構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
以下、本願発明の実施の形態１について、図に基づいて説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係るモータ制御装置１のハードウエア構成を示す図であり、図２は詳細構成図、図３、４は機能説明図、図５は処理を説明するフローチャート、図６は詳細構成図、図７、８は機能説明図である。また、図９、１０は本願発明の実施の形態１に係る変形例の構成図である。
【００１１】
以下、この発明の実施の形態１に係るモータ制御装置１の構成を、図１に基づいて説明する。
モータ制御装置１が駆動するモータ２は、この実施の形態１において交流モータである。モータ制御装置１は、モータ２に電圧を印加する電圧印加部４と、電圧印加部４とモータ２との間を流れるモータ電流を検出する電流検出部３と、電圧印加部４に交流電圧指令を与える交流電圧指令生成部５と、交流電圧指令生成部５に周波数指令ｆを与える周波数指令設定部６と、交流電圧指令と周波数指令とモータ電流とからモータの伝達特性を演算してモータ種別を判別する種別判別部７から構成されている。
【００１２】
図１において、電流検出部３はｕ相電流とｖ相電流を検出しているが、ｕ相とｖ相以外の他の二相の組合せでも構わない。また、ｕ相、ｖ相、ｗ相すべてを検出してもよい。
電圧印加部４は半導体電力変換器であり、交流電圧指令生成部５の出力である交流電圧指令に基づいてモータ２に交流電圧を印加する。
【００１３】
図２は交流電圧指令生成部５の詳細構成図である。
乗算器５１は、周波数指令ｆ（ｎ）に２πを乗じて角周波数指令ωｎを求める。三角関数演算器５２は、角周波数指令ωｎに基づいて余弦関数ｃｏｓ（ωｎ・ｔ）を出力する。ここで、三角関数演算器５２が出力する三角関数は余弦関数ｃｏｓ（ωｎ・ｔ）および正弦関数ｓｉｎ（ωｎ・ｔ）のどちらでもよい。本実施の形態１では余弦関数ｃｏｓ（ωｎ・ｔ）を出力することとして、以下説明する。
乗算器５３は、三角関数演算器５２の出力である余弦関数ｃｏｓ（ωｎ・ｔ）に任意の一定値である電圧指令振幅Ｖｒｅｆを乗じたＶｒｅｆ・ｃｏｓ（ωｎ・ｔ）を出力する。二相／三相変換器５４は、静止二軸の電圧指令であるα軸電圧指令Ｖαとβ軸電圧指令Ｖβを（１）式に従って二相／三相変換を行い、交流電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊を出力する。
【００１４】
【数１】
2012101753.tif 000003
【００１５】
本実施の形態１では、Ｖαを乗算器５３の出力であるＶｒｅｆ・ｃｏｓ（ωｎ・ｔ）とし、Ｖβ＝０と与えるので、交流電圧指令生成部５が出力する交流電圧指令は、電圧のベクトルの方向が２方向で変化する交番電圧となる。
なお、Ｖβ＝Ｖｒｅｆ・ｃｏｓ（ωｎ・ｔ）、Ｖα＝０として（１）式で求めた交流電圧指令で与えてもよい。
また、電圧ベクトルの方向が３方向以上で変化する回転電圧となるようにＶα、Ｖβを設定してもよいが、本実施の形態１では交番電圧になるようにＶα、Ｖβを与えた場合について説明する。
以下、本発明では交番電圧（電流）とは、電圧（電流）ベクトルが２方向に変化する、例えば０°と１８０°の２方向に変化する電圧（電流）であるとの定義で使用する。
【００１６】
図３の機能説明図を用いて、周波数指令設定部６の機能を説明する。
周波数指令設定部６は、複数の異なる周波数指令を設定し出力するものであり、本実施の形態１では図３に示すように、周波数指令ｆ（ｎ）として、ｆ（１）〜ｆ（ｎ）までのｎ個の異なる周波数指令を設定し、カウント値ｎに応じて順次出力する。
【００１７】
次に図４の機能説明図を用いて種別判別部７の動作について詳細に説明する。
種別判別部７は、モータ電流ｉｕ、ｉｖと交流電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊と周波数指令ｆ（ｎ）とを用いて、モータ２の交番電圧からモータ電流までの伝達特性を演算し、その伝達特性によりモータ種別を判別する。
具体的には誘導モータや誘導同期モータのように回転子に電流が流れる回路（以下、二次回路と呼ぶ）を有するモータと、永久磁石同期モータやシンクロナスリラクタンスモータのように二次回路がないモータの種別を判別する。
【００１８】
図４（ａ）に誘導モータの伝達特性の一例を、図４（ｂ）に永久磁石同期モータの伝達特性の一例を示す。なお、図４の横軸の角周波数は角周波数を常用対数に換算したものである。
本実施の形態１では伝達特性として、図４に示すように、モータ電流の大きさを交番電圧の大きさで除算することで得た交番電圧の大きさとモータ電流の大きさ比（ゲイン）の周波数特性（以下、ゲイン線図という）を用いる。
図４に示すように、二次回路を有するモータ（誘導モータ）と二次回路がないモータ（永久磁石モータ）はゲイン線図が異なる。
【００１９】
具体的には図４（ａ）の二次回路を有するモータでは、二次回路を有するためモータの伝達関数は２次系となる。そのため、ゲイン線図上にゲインの傾きが変化する点が３箇所（丸点線部分）存在する。これに対し、図４（ｂ）の二次回路がないモータでは、その伝達関数が１次系であるため、ゲインの傾きが変化する点が１箇所のみ存在する。
このような特徴があるので、ゲイン線図上のゲインの傾きが変化する点の数が１つであれば二次回路がないモータ、ゲインの傾きが変化する点が１より多ければ二次回路を有するモータと判別することができる。
そこで、本実施の形態１では、ゲインの傾きを演算し、このゲインの傾きに基づいてモータ種別の判別を行う。
以下に、その具体的な判別方法を示す。
【００２０】
図５は、本実施の形態１のモータ制御装置に係るモータ種別判別処理を説明するフローチャートである。
処理が開始されると（Ｓ５１）、初期値ｎ＝１および後述する判定フラグＦ＝０を設定する（Ｓ５２）。次に、カウント値ｎ（初期値＝１）に応じて周波数指令ｆ（ｎ）を設定する（Ｓ５３）。
なお、カウント値ｎの時の周波数指令ｆをｆ（ｎ）と称し、周波数指令はカウント値に応じてあらかじめ設定しておく。
次に、周波数指令ｆ（ｎ）の交番電圧をモータに印加する（Ｓ５４）。交番電圧は、前述したように、交流電圧指令生成部５からの交流電圧指令に基づいて電圧印加部４により生成され、モータ２に印加される。交番電圧が印加されるとモータ２に交番電流が流れ、この交番電流を電流検出部３により検出する（Ｓ５５）。
次に、交番電流の大きさＩａｍｐを演算し（Ｓ５６）、カウント値ｎの時の交番電流と交番電圧の大きさの比であるゲインＧ（ｎ）を演算する（Ｓ５７）。次に、ゲインの傾きＧｇｄ（ｎ）の演算を行う（Ｓ５８）。
次に、後で詳細を説明する判定フラグＦの演算を行う（Ｓ５９）。
【００２１】
カウント値ｎが予め設定したカウント最大値Ｎ＿ｅｎｄ以下であれば（Ｓ６０）、カウント値ｎに１を加算したカウント値ｎ＋１を設定し（Ｓ６１）、以降ステップＳ５３〜Ｓ６０をカウント値ｎがカウント最大値Ｎ＿ｅｎｄよりも大きくなるまで繰返す。
カウント値ｎがカウント最大値よりも大きくなれば、判定フラグＦの値に基づき、二次回路を有するモータか二次回路がないモータかを判別し（Ｓ６２〜Ｓ６４）、処理を終了する（Ｓ６５）。
【００２２】
図６は種別判別部７の詳細構成図であり、前述した交番電流の大きさＩａｍｐの演算、交番電圧の大きさＶｒｅｆの演算、ゲインＧの演算、ゲインの傾きＧｇｄの演算およびモータ種別判別を行う。
電流振幅演算器７１は、電流検出部３の出力であるモータ電流ｉｕ、ｉｖを用いて、（２）式により交番電流振幅Ｉａｍｐを演算し出力する。
【００２３】
【数２】
2012101753.tif 000004
【００２４】
電圧振幅演算器７２は、交流電圧指令生成部５の出力であるＶｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊を用いて（３）式により交流電圧指令の大きさＶｒｅｆを演算する。
【００２５】
【数３】
2012101753.tif 000005
【００２６】
除算器７３は、交番電流振幅Ｉａｍｐを交流電圧指令の大きさＶｒｅｆで除算して、ゲインＧを演算し出力する。遅延器７５は、現在のカウント値の１カウント前であるカウント値ｎ−１の時のゲインＧ（ｎ−１）を出力する。
加減算器７４は、除算器７３の出力であるゲインＧ（ｎ）から、遅延器７５の出力である１カウント値前のゲインＧ（ｎ−１）を減算したゲインの差分ΔＧ（ｎ）を出力する。乗算器７６は、周波数指令設定部６の出力である周波数指令ｆ（ｎ）に２πを乗算した角周波数ωｎを出力する。常用対数換算器７７は、乗算器７６の出力である角周波数ωｎを（４）式により角周波数の常用対数値ωｎ´に換算する。
【００２７】
【数４】
2012101753.tif 000006
【００２８】
遅延器７９は、現在のカウント値の１カウント前であるカウント値ｎ−１の時の角周波数の常用対数値ωｎ−１´を出力する。加減算器７８は、常用対数換算器７７の出力である角周波数の常用対数値ωｎ´から、遅延器７９の出力である１カウント値前の角周波数の常用対数値ωｎ−１´を減算した角周波数の常用対数値の差分Δωｎ´を出力する。
除算器８０は、加減算器７４の出力であるゲインの差分ΔＧ（ｎ）を加減算器７８の出力である角周波数の常用対数値の差分Δωｎ´で除算して、ゲインの傾きＧｇｄ（ｎ）を演算する。
【００２９】
次に、図７、図８の機能説明図を用いて、図６の判定フラグ演算器８１すなわち図５のフローチャートの判定フラグＦ演算（Ｓ５９）の動作を説明する。
判定フラグ演算器８１は、除算器８０の出力であるゲインの傾きＧｇｄ（ｎ）より判定フラグＦを設定し出力する。
図７は、二次回路がないモータに周波数をｆ（１）からｆ（ｎ）までの交番電圧を順次印加したときの角周波数ωｎに対するゲインＧ（ｎ）とゲインの傾きＧｇｄ（ｎ）の一例を示す。
図８は、二次回路を有するモータに周波数ｆ（１）からｆ（ｎ）までの交番電圧を順次印加したときの角周波数ωｎに対するゲインＧ（ｎ）とゲインの傾きＧｇｄ（ｎ）の一例である。
【００３０】
図７のように、二次回路がないモータでは、伝達関数が一次系でありゲイン線図のゲインの傾きが変化する点は１つである。角周波数が低い時（図７のω１〜ω６）は、ゲインの傾きＧｇｄはゼロ近傍になる。ゲインの傾きが変化する点付近よりも高い角周波数（図７のω７〜ω１５）では、角周波数が高くなればなるほどゲインの傾きＧｇｄは小さくなる。
【００３１】
一方、図８の二次回路を有するモータでは、伝達関数が二次系でありゲイン線図のゲインの傾きが変化する点は３つである。角周波数が低い時（図８のω１〜ω４）は、ゲインの傾きＧｇｄはゼロ近傍になる。
角周波数が低いほうから数えて１つ目のゲインの傾きが変化する点付近から、２つ目のゲインの傾きが変化する点付近（図８のω５〜ω８）では、ゲインの傾きＧｇｄは小さくなる。そして、２つ目のゲインの傾きが変化する点から３つ目のゲインの傾きが変化する点付近（図８のω９〜ω１２）では、再びゲインの傾きＧｇｄは大きくなりゼロ近傍になる。３つ目のゲインの傾きが変化する点付近よりも高い角周波数（図８のω１３〜ω１５）では、角周波数が高くなればなるほどゲインの傾きＧｇｄは小さくなる。
【００３２】
ゲインの傾きＧｇｄの変化を整理すると、二次回路がないモータの場合、周波数が高くなればなるほどゲインの傾きＧｇｄが小さくなる。これに対し、二次回路を有するモータの場合、周波数が高くなるに従い、最初ゲインの傾きＧｇｄが小さくなるが、その後ゲインの傾きＧｇｄは大きくなり、ゲインの傾きＧｇｄがゼロ近傍になる。その後、再びゲインの傾きＧｇｄが小さくなる。
判定フラグ演算器８１は、この伝達特性の違いを利用して判定フラグＦを設定し出力する。
【００３３】
以下、図５の判定フラグＦ演算（Ｓ５９）の処理を具体的に説明する。
全体の処理開始時に、判定フラグ演算器８１が出力する判定フラグＦの初期値は０に設定されている（Ｓ５２）。
カウント値を１からｎまで順次変化させて、除算器８０の出力であるゲインの傾きＧｇｄ（ｎ）が、１カウント値前のゲインの傾きＧｇｄ（ｎ−１）よりも小さければ、ゲインの傾きの最小値Ｇｇｄ＿ｍｉｎとしてＧｇｄ（ｎ）の値を記憶し、小さくなければＧｇｄ＿ｍｉｎは現在の値を保持する。また、Ｇｇｄ＿ｍｉｎの設定と同時に、ゲインの傾き閾値Ｇｌｅｖを設定する。
Ｇｌｅｖは、Ｇｇｄ＿ｍｉｎのＫｇ倍（Ｋｇは、０＜Ｋｇ＜１の任意の値）に設定する。そして、次のカウント値ｎ＋１のゲインの傾きＧｇｄ（ｎ＋１）とゲインの傾き閾値Ｇｌｅｖを比較し、ゲインの傾きＧｇｄ（ｎ＋１）がゲインの傾き閾値Ｇｌｅｖよりも大きくなったら判定フラグＦに１を加算する。
【００３４】
二次回路がないモータの場合、図７に示すように角周波数が高くなればなるほどゲインの傾きが小さくなる。このため、ゲインの傾きＧｇｄ（ｎ＋１）がゲインの傾き閾値Ｇｌｅｖよりも大きくなることはなく、判定フラグＦに１が加算されることはない。すなわち、二次回路がないモータの判定フラグＦは０となる。
ここで、図７中のＧｇｄのＧｇｄ＿ｍｉｎおよびＧｌｅｖの値は、Ｇｇｄ（２）からＧｇｄ（１５）まで毎回変化しており、図では最後の状態のＧｇｄ＿ｍｉｎおよびＧｌｅｖを記載している。
【００３５】
一方、二次回路を有するモータは、図８に示すように、ゲインの傾きＧｇｄ（ｎ＋１）がゲインの傾き閾値Ｇｌｅｖよりも大きくなるため、判定フラグＦに１が加算される。すなわち、二次回路を有するモータの判定フラグＦは１となる。
ここで、図８中のＧｇｄのＧｇｄ＿ｍｉｎおよびＧｌｅｖの値は、Ｇｇｄ（２）からＧｇｄ（８）まで毎回変化しており、Ｇｇｄ（９）以降は変化しない。図では最後の状態のＧｇｄ＿ｍｉｎおよびＧｌｅｖを記載している。
【００３６】
モータ種別判別器８２は判定フラグ演算器８１が出力する判定フラグＦの値に基づいて、判定フラグＦが０ならば二次回路がないモータ、判定フラグＦが１ならば二次回路を有するモータと判別し、モータ種別を出力する。
判別対象のモータが誘導モータと永久磁石同期モータである場合、モータ種別判別器８２は、判定フラグＦが０ならば永久磁石同期モータ、判定フラグＦが１ならば誘導モータと判別し、モータ種別を出力する。
【００３７】
以上、本実施の形態１においては、図６の電圧振幅演算器７２は、交流電圧指令生成部５の出力であるＶｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊から（３）式により交流電圧指令の大きさＶｒｅｆを演算した。しかし、交番電圧の大きさは、（３）式で求める以外に、図１の交流電圧指令生成部５から直接Ｖｒｅｆを得てもよい。この場合、電圧振幅演算器７２は不要となる。
交流電圧指令生成部５から直接Ｖｒｅｆを得る場合のモータ制御装置の構成図を図９に示す。
【００３８】
また、本実施の形態１においては、カウント値ｎの時の周波数指令ｆ（ｎ）をカウント値に応じてあらかじめ設定した。しかし、カウント値に応じて角周波数の常用対数値を等間隔で変化させてもよい。この場合は、Δωｎ´が一定であるため、ゲインの傾きＧｇｄ（ｎ）は単純にゲインの差分ΔＧ（ｎ）のみに比例する。
モータ種別の判別は、ゲインの傾きＧｇｄ（ｎ）の絶対値は必要なく、ゲインの傾きが変化する点さえ分かればよいので、図１０に示すように、ゲインの差分ΔＧ（ｎ）をゲインの傾きＧｇｄ（ｎ）として与えることで、角周波数の常用対数値の差分の演算を省くことができ、モータ制御装置の図６で示した種別判別部７の構成を図１０の種別判別部１０７の構成ように簡素化することができる。
なお、この種別判別部１０７においては、交流電圧指令生成部５から直接Ｖｒｅｆを得る構成としている。
【００３９】
このように、本実施の形態１によれば、モータ制御装置１はモータ２の伝達特性に基づいてモータ種別を判別する。モータ制御装置１は、このモータ２の伝達特性として、交番電圧の大きさとモータ電流の大きさ比の周波数特性であるゲインＧを演算し、演算したゲインＧよりゲインの傾きＧｇｄを求める。
したがって、本実施の形態１に係るモータ制御装置１は、モータの磁気飽和を用いないで二次回路がないモータか二次回路を有するモータかを判別するため、判別精度を向上できる効果がある。
【００４０】
実施の形態２．
以下、本願発明の実施の形態２について、図に基づいて説明する。図１１は、この発明の実施の形態２に係るモータ制御装置２０１のハードウエア構成を示す図であり、図１２は処理を説明するフローチャート、図１３は構成図、図１４はモータ等価回路、図１５は詳細構成図である。図１１において、図１と同一あるいは相当部分には、同一符号を付している。
この実施の形態２においては、モータの伝達特性としてモータ定数を演算し、このモータ定数に基づいて二次回路を有するモータか二次回路がないモータかどうかのモータ種別の判別を行う。
【００４１】
この発明の実施の形態２に係るモータ制御装置２０１の構成を、図１１に示すが、実施の形態１の構成図である図１とは種別判別部２０７が異なるのみで、その他は同一である。したがって、以下種別判別部２０７の構成と動作についてのみ説明する。
【００４２】
種別判別部２０７は、モータ２が二次回路を有するモータであると仮定してモータ２のモータ定数の演算を行う。
モータ定数の演算を行った結果、二次回路を有するモータである場合、演算したモータ定数はすべて正の実数となる。しかし、二次回路がないモータの場合は、二次回路がないために、二次回路に関連するモータ定数、例えば二次抵抗や二次インダクタンス、そして、一次インダクタンスと二次インダクタンスとの相互インダクタンスの値が、正の実数以外（負や虚数）となる。この特性を利用して、二次回路を有するモータか二次回路がないモータかを判別する。
【００４３】
図１２は本実施の形態２のモータ種別を判別するフローチャートである。
処理が開始されると（Ｓ１０１）、初期値ｎ＝１を設定する（Ｓ１０２）。次に、カウント値ｎ（初期値＝１）に応じて周波数指令ｆ（ｎ）を設定する（Ｓ１０３）。
次に、周波数ｆ（ｎ）の交番電圧を印加し（Ｓ１０４）、モータ２に流れるモータ電流から交番電圧と同一周波数の交番電流を検出する（Ｓ１０５）。
モータ２が二次回路を有するモータであると仮定して、二次回路を有するモータのモータ定数を求めるために、交番電流のうち、交番電圧と同位相方向の同位相電流と、交番電圧と直交位相方向の直交位相電流とを抽出し、記憶する（Ｓ１０６）。
カウント値ｎが予め設定したカウント最大値Ｎ＿ｅｎｄ以下であれば（Ｓ１０７）、カウント値ｎに１を加算したカウント値ｎ＋１を設定し（Ｓ１０８）、以降ステップＳ１０３〜Ｓ１０６をカウント値ｎがカウント最大値Ｎ＿ｅｎｄよりも大きくなるまで繰返す。
【００４４】
カウント値ｎがカウント最大値よりも大きくなれば、記憶した同位相電流、直交位相電流よりモータ２が二次回路を有するモータであると仮定して、伝達関数Ｇｉｍ（ｓ）を同定する（Ｓ１０９）。
次に、同定した伝達関数Ｇｉｍ（ｓ）からモータ定数である一次抵抗Ｒｓ、二次抵抗Ｒｒ、一次インダクタンスＬｓ、二次インダクタンスＬｒおよび相互インダクタンスＭを演算する（Ｓ１１０）。
モータ２が二次回路のないモータである場合、演算したモータ定数のうち、二次回路に関連するモータ定数である二次抵抗Ｒｒ、相互インダクタンスＭは、正の実数以外となる。このため、二次抵抗Ｒｒ、相互インダクタンスＭが正の実数であれば、二次回路を有するモータ、正の実数でなければ二次回路がないモータとの判別を行う。
【００４５】
なお、二次インダクタンスＬｒも二次回路に関係するモータ定数であるが、一次インダクタンスＬｓ＝二次インダクタンスＬｒとして演算するため、二次インダクタンスＬｒは、二次回路がないモータにおいてもモータ定数演算結果が正の実数となる。このため、モータ種別の判別では、二次抵抗Ｒｒ、相互インダクタンスＭのみを用いる。
【００４６】
以下、図１２のフローチャートについて、さらに説明する。
図１２の周波数指令ｆ（ｎ）の設定（Ｓ１０３）から交番電流の検出（Ｓ１０５）までは、実施の形態１と同様に周波数指令設定部６はカウント値ｎ（初期値＝１）に応じて周波数指令ｆｎを設定する。交流電圧指令生成部５は、静止二軸上のα軸電圧指令Ｖα＝Ｖｒｅｆ・ｃｏｓ（ωｎ・ｔ）およびβ軸電圧指令Ｖβ＝０を（１）式により二相／三相変換しての交流電圧指令を生成する。この交流電圧指令に基づいて電圧印加部４は、モータ２に交番電圧を印加する。そして、電流検出部３は、モータ電流ｉｕ、ｉｖを検出する。
【００４７】
図１２のフローチャートの交番電流検出（Ｓ１０５）以降が、本実施の形態２の図１１の種別判別部２０７の処理に相当部分である。
図１３は、種別判別部２０７の構成図であり、種別判別部２０７のモータ定数演算部２７０の詳細構成図を図１５に示す。
図１２のフローチャートの交番電流検出（Ｓ１０５）からモータ定数演算（Ｓ１１０）までは、モータ２が二次回路を有するモータであると仮定してモータ定数を演算する処理であり、図１３のモータ定数演算部２７０に相当する。ステップ１１１で二次抵抗Ｒｒ、相互インダクタンスＭが正の実数かどうかの判断を行う。
【００４８】
まず、種別判別部２０７のうちモータ定数演算部２７０について説明する。
図１４は、二次回路を有するモータである誘導モータの停止時における１相分の等価回路である。入力電圧Ｖｓから出力電流ｉｓまでの伝達関数Ｇｉｍ（ｓ）は、図１４より（５）式となり、係数ａ１、ａ２、ｂ０、ｂ１を用いれば（５）式は、（６）式で表すことができる。
【００４９】
【数５】
2012101753.tif 000007
【００５０】
【数６】
2012101753.tif 000008
【００５１】
なお、図中および（５）、（６）式中の記号の意味は下記のとおりである。
Ｍ：相互インダクタンス、lｓ：一次漏れインダクタンス、lｒ：二次漏れインダクタンス
Ｒｓ：一次抵抗、Ｌｓ：一次インダクタンス（＝lｓ＋Ｍ）
Ｒｒ：二次抵抗、Ｌｒ：二次インダクタンス（＝lｒ＋Ｍ）
ｓ：ラプラス演算子
【００５２】
モータ定数演算部２７０は、モータ２が二次回路を有するモータであると仮定してモータ定数を演算するため、（６）式で表される二次回路を有するモータの伝達関数Ｇｉｍ（ｓ）を同定して、係数ａ１、ａ２、ｂ０、ｂ１を求める。この求めた係数ａ１、ａ２、ｂ０、ｂ１から（７）〜（１０）式によりモータ定数を演算する。
なお、通常、一次インダクタンスＬｓと二次インダクタンスＬｒは近い値となるため、係数ａ１、ａ２、ｂ０、ｂ１からモータ定数を計算する場合はＬｓ＝Ｌｒとする。
【００５３】
【数７】
2012101753.tif 000009
【００５４】
【数８】
2012101753.tif 000010
【００５５】
【数９】
2012101753.tif 000011
【００５６】
【数１０】
2012101753.tif 000012
【００５７】
図１５はモータ定数演算部２７０の詳細構成図であり、同位相電流、直交位相電流を演算・記憶する部分と、伝達関数を同定する部分から構成されている。
前述したＶα＝Ｖｒｅｆ・ｃｏｓ（ωｎ・ｔ）、Ｖβ＝０の交番電圧を印加し、電流検出部３で検出する。この検出したモータ電流ｉｕ、ｉｖを（１１）式により静止二軸のα軸とβ軸に換算する。このα軸に換算した電流をｉα、β軸に換算した電流をｉβとすると、ｉαとｉβは（１２）式で表すことができる。なお、（１２）式のＩαはα軸電流の大きさ、φはＶαとｉαの位相差である。
【００５８】
【数１１】
2012101753.tif 000013
【００５９】
【数１２】
2012101753.tif 000014
【００６０】
Ｖαからｉαまでの伝達関数をＧα（ｊωｎ）とすると、Ｖα＝Ｖｒｅｆ・ｃｏｓ（ωｎ・ｔ）の交番電圧を与えた場合の伝達関数Ｇα（ｊωｎ）は（１３）式で表すことができる。
【００６１】
【数１３】
2012101753.tif 000015
【００６２】
（１３）式の｜Ｉα／Ｖｒｅｆ｜ｃｏｓφを同位相電流、｜Ｉα／Ｖｒｅｆ｜ｓｉｎφを直交位相電流と称する。図１５の同位相電流と直交位相電流を演算・記憶する部分では、この同位相電流と直交位相電流を演算する。
（１３）式のうち、Ｖｒｅｆは既知の値であるため、同位相電流｜Ｉα｜ｃｏｓφと直交位相電流｜Ｉα｜ｓｉｎφを求めることで、伝達関数Ｇα（ｊωｎ）を求めることができる。
【００６３】
次に同位相電流｜Ｉα｜ｃｏｓφと直交位相電流｜Ｉα｜ｓｉｎφを求める方法について説明する。余弦関数２ｃｏｓ（ωｎ・ｔ）と正弦関数２ｓｉｎ（ωｎ・ｔ）を用意し、ｉαに余弦関数と正弦関数を乗じたものをそれぞれξｒ、ξｉとすると、ξｒ、ξｉは（１４）、（１５）式となる。
【００６４】
【数１４】
2012101753.tif 000016
【００６５】
【数１５】
2012101753.tif 000017
【００６６】
（１４）、（１５）式から明らかなように、ξｒ、ξｉは２ωｎの角周波数の交流成分と、｜Ｉα｜・ｃｏｓφまたは｜Ｉα｜・ｓｉｎφの直流成分から成っている。したがって、ξｒ、ξｉから２ωｎの角周波数成分を除去すれば、同位相電流｜Ｉα｜ｃｏｓφと直交位相電流｜Ｉα｜ｓｉｎφを求めることができる。
本実施の形態２では、ξｒ、ξｉから２ωｎの角周波数成分を除去するために（１６）式で表されるノッチフィルタを適用し、（１７）、（１８）式のように同位相電流｜Ｉα｜ｃｏｓφと直交位相電流｜Ｉα｜ｓｉｎφを得る。
ここで、ノッチフィルタとは、必要な信号のみを取り出すために使用され、狭帯域信号の周波数のゲインを０にし、それ以外の周波数に対してはゲインを１にするフィルタである。
なお、カウント値がｎの時の同位相電流｜Ｉα｜ｃｏｓφと、直交位相電流｜Ｉα｜ｓｉｎφをそれぞれＩｒｅ（ｎ）、Ｉｉｍ（ｎ）と表す。
【００６７】
【数１６】
2012101753.tif 000018
【００６８】
【数１７】
2012101753.tif 000019
【００６９】
【数１８】
2012101753.tif 000020
【００７０】
このようにＩｒｅ（ｎ）、Ｉｉｍ（ｎ）を求めるために、図１５の同位相電流、直交位相電流を演算・記憶する部分では、電流検出部３で検出したｉｕ、ｉｖを三相／二相変換器７１１でｉα、ｉβに変換する。
乗算器７１２は、周波数指令設定部６の出力であるカウント値ｎのときの周波数指令ｆ（ｎ）に、２πを乗じた角周波数指令ωｎを出力する。余弦関数演算器７１３は、角周波数ωｎの余弦関数ｃｏｓωｎｔを出力し、また、正弦関数演算器７１４は、角周波数ωｎの正弦関数ｓｉｎωｎｔを出力する。
比例器７１５、７１６は、余弦関数演算器７１３の出力である余弦関数ｃｏｓωｎｔと正弦関数演算器７１４の出力である正弦関数ｓｉｎωｎｔをそれぞれ２倍にした２ｃｏｓωｎｔと２ｓｉｎωｎｔを出力する。乗算器７１７、７１８は、比例器７１５、７１６の出力である２ｃｏｓωｎｔと２ｓｉｎωｎｔに三相／二相変換器７１１の出力であるｉαを乗じて（１４）、（１５）式のξｒ、ξｉを出力する。
ノッチフィルタ７１９、７２０は、乗算器７１７、７１８の出力であるξｒ、ξｉそれぞれにノッチフィルタを施して、（１７）、（１８）式のカウント値ｎにおける同位相電流Ｉｒｅ（ｎ）と直交位相電流Ｉｉｍ（ｎ）を出力する。
【００７１】
また、同位相電流記憶器７２１は、カウント値ｎがＮ＿ｅｎｄ以下の場合、同位相電流Ｉｒｅ（ｎ）を記憶する。カウント値がＮ＿ｅｎｄより大きくなった場合は、記憶した同位相電流Ｉｒｅ（１）〜Ｉｒｅ（Ｎ＿ｅｎｄ）を同位相電流記憶値として出力する。
直交位相電流記憶器７２２は、カウント値ｎがＮ＿ｅｎｄ以下の場合、直交位相電流Ｉｉｍ（ｎ）を記憶する。カウント値がＮ＿ｅｎｄより大きくなった場合は、記憶した直交位相電流Ｉｉｍ（１）〜Ｉｉｍ（Ｎ＿ｅｎｄ）を直交位相電流記憶値として出力する。
角周波数記憶器７２３は、カウント値ｎがＮ＿ｅｎｄ以下の時にカウント値ｎのときの角周波数ωｎを記憶し、カウント値ｎがＮ＿ｅｎｄより大きくなった場合、周波数ω１〜ωＮ＿ｅｎｄまでの角周波数を角周波数記憶値として出力する。
【００７２】
次に、伝達関数同定器７２５について説明する。Ｖαに角周波数ωｎの交番電圧Ｖα＝Ｖｒｅｆ・ｃｏｓ（ωｎ・ｔ）を印加したときのＶαからｉαまでの伝達関数は、前述した同位相電流Ｉｒｅ（ｎ）と直交位相電流Ｉｉｍ（ｎ）を用いると、（１９）式で表すことができる。ここで、（１９）式の伝達関数をＨ（ｊωｎ）とする。
【００７３】
【数１９】
2012101753.tif 000021
【００７４】
また、（５）式の二次回路を有するモータの伝達関数Ｇｉｍ（ｓ）の分母、分子をそれぞれＡ（ｓ）、Ｂ（ｓ）とし、（２０）、（２１）式で定義すると、Ｇｉｍ（ｓ）は（２２）式となる。また、（２２）式のラプラス演算子ｓをｊωｎで置き換えた場合、（２２）式は（２３）式で表すことができる。
【００７５】
【数２０】
2012101753.tif 000022
【００７６】
【数２１】
2012101753.tif 000023
【００７７】
【数２２】
2012101753.tif 000024
【００７８】
【数２３】
2012101753.tif 000025
【００７９】
前述したように、本実施の形態２では、モータ２は二次回路を有するモータであると仮定してモータ定数を演算するので、（１９）式の伝達関数Ｈ（ｊωｎ）は（２３）式の二次回路を有するモータの伝達関数Ｇｉｍ（ｊωｎ）になると仮定される。すなわち、（２４）式の関係が成立する。
【００８０】
【数２４】
2012101753.tif 000026
【００８１】
ここで、ε（ｎ）は（２５）式で定義する。（２４）式より、（２５）式のε（ｎ）は理想的にはゼロになる。そこで、最小二乗法を適用して（２６）式が最小になるように、未知の係数ａ１、ａ２、ｂ０、ｂ１を求める。
【００８２】
【数２５】
2012101753.tif 000027
【００８３】
【数２６】
2012101753.tif 000028
【００８４】
次に、（２６）式を求める方法について説明する。
εを（２７）式で定義すると、εとεの転置行列であるεＴとは（２８）式の関係が成り立つ。
【００８５】
【数２７】
2012101753.tif 000029
【００８６】
【数２８】
2012101753.tif 000030
【００８７】
ここで、ε´を（２９）式で定義すれば、（２８）と（２９）式により（３０）式のように（２６）式の関数を求めることができる。
【００８８】
【数２９】
2012101753.tif 000031
【００８９】
【数３０】
2012101753.tif 000032
【００９０】
Ｎ＿ｅｎｄ＞２のとき、（３０）式を最小にする係数ａ１、ａ２、ｂ０、ｂ１は最小二乗法を適用して（３１）式で求めることができる。
【００９１】
【数３１】
2012101753.tif 000033
【００９２】
図１５の伝達関数同定器７２５は、上記のようにカウント値がＮ＿ｅｎｄよりも大きくなれば、同位相電流記憶器７２１の出力である同位相電流記憶値と直交位相電流記憶値および角周波数記憶器７２３の出力である角周波数記憶値を用いて（１９）、（２９）〜（３１）式の演算を行い係数ａ１、ａ２、ｂ０、ｂ１を求める。
【００９３】
なお、（１９）式中のＶｒｅｆは、電圧振幅演算器７２４で（３）式により演算したＶｒｅｆを用いる。
また、実施の形態１で説明したように、図１１の交流電圧指令生成部５から直接Ｖｒｅｆを得てもよい。その場合、電圧振幅演算器７２４は不要となる。
【００９４】
モータ定数換算器７２６は、伝達関数同定器７２５の出力である係数ａ１、ａ２、ｂ０、ｂ１から、（７）〜（１０）式を用いてモータ定数である一次抵抗Ｒｓ、二次抵抗Ｒｒ、一次インダクタンスＬｓ（＝二次インダクタンスＬｒ）および相互インダクタンスＭを演算する。モータ定数換算器７２６は、このうち、モータ種別判別に利用する二次抵抗Ｒｒと相互インダクタンスＭを出力する。
図１３のモータ定数演算部２７０は、モータ定数換算器７２６の出力である二次抵抗Ｒｒと相互インダクタンスＭをモータ種別判別器２７１へ出力する。
【００９５】
図１３のモータ種別判別器２７１は、モータ定数演算部２７０の出力である二次抵抗Ｒｒと相互インダクタンスＭからモータ種別を判別する。
二次抵抗Ｒｒと相互インダクタンスＭの両方が正の実数ならば、二次回路を有するモータ、両方が正の実数でなければ二次回路がないモータと判別してモータ種別を出力する。
なお、モータ２が誘導モータか永久磁石同期モータのいずれかであれば、二次抵抗Ｒｒと相互インダクタンスＭの両方が正の実数ならば誘導モータ、そうでなければ永久磁石同期モータと判別することができる。
【００９６】
以上説明したように、本実施の形態２に係るモータ制御装置２０１は、モータ２の伝達特性としてモータ定数を演算し、このモータ定数からモータの種別を判別する。
モータ制御装置２０１は、複数の異なる周波数指令に基づいて設定した交番電圧をモータ２に印加し、そのときモータ２に流れる交番電流と交番電圧より、モータ２が二次回路を有するモータと仮定してモータ２の伝達関数を同定する。この同定した伝達関数よりモータ２の伝達特性としてモータ定数を演算する。演算したモータ定数のうち二次回路に関連する二次抵抗Ｒｒと相互インダクタンスＭの両方が正の実数であれば二次回路を有するモータ、それ以外であれば二次回路がないモータと判別する。このため、本実施の形態２に係るモータ制御装置２０１は、モータの磁気飽和を用いないで二次回路を有するモータか二次回路がないモータかを判別するため、判別精度を向上できる効果がある。
【産業上の利用可能性】
【００９７】
この発明は、モータの制御装置、特に制御対象のモータの種別をモータの伝達特性を用いて判別することができる手段を備えたモータの制御装置に関するものであり、交流モータの制御装置に広く適用できる。    
【図１】
2012101753.tif 000034
【図２】
2012101753.tif 000035
【図３】
2012101753.tif 000036
【図４】
2012101753.tif 000037
【図５】
2012101753.tif 000038
【図６】
2012101753.tif 000039
【図７】
2012101753.tif 000040
【図８】
2012101753.tif 000041
【図９】
2012101753.tif 000042
【図１０】
2012101753.tif 000043
【図１１】
2012101753.tif 000044
【図１２】
2012101753.tif 000045
【図１３】
2012101753.tif 000046
【図１４】
2012101753.tif 000047
【図１５】
2012101753.tif 000048
【手続補正書】
【提出日】平成25年3月26日(2013.3.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数の異なるｎ個の周波数指令を順次出力する周波数指令設定部と、
前記ｎ個の周波数指令に基づいてｎ個の交流電圧指令を生成し、出力する交流電圧指令生成部と、
前記ｎ個の交流電圧指令に基づいてモータに交流電圧を印加する電圧印加部と、
前記ｎ個の交流電圧指令に対応して前記モータに流れるｎ個のモータ電流を検出する電流検出部と、
前記モータの種別を判別する種別判別部とを備え、
前記種別判別部は、前記ｎ個の周波数指令に対応する前記モータ電流の大きさと前記交流電圧指令の大きさの比をそれぞれ演算し、前記ｎ個の周波数指令に対する前記比の変化に基づいてモータ種別を判別するモータ制御装置。
【請求項２】
前記種別判別部は、前記周波数指令設定部が順次出力するｋ番目（２≦ｋ≦ｎ）の周波数指令値ｆ（ｋ）と、前記周波数指令値ｆ（ｋ）を設定したときに得られる前記モータ電流の大きさと前記交流電圧指令の大きさの比と、前記周波数指令設定部が順次出力するｋ−１番目の周波数指令値ｆ（ｋ−１）と、前記周波数指令値ｆ（ｋ−１）を設定したときに得られる前記モータ電流の大きさと前記交流電圧指令の大きさの比とに基づいてゲインの傾きを演算するとともに、前記ゲインの傾きが変化する点を求め、前記ゲインの傾きが変化する点の個数に基づいて前記モータ種別を判別する請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記種別判別部は、前記ｎ個の周波数指令に対応する前記ｎ個のモータ電流の大きさと前記ｎ個の交流電圧指令の大きさとから前記モータの伝達関数を同定し、前記伝達関数から演算したモータ定数に基づいて前記モータ種別を判別する請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記伝達関数は前記モータが二次回路を有すると仮定して同定し、前記種別判別部は前記伝達関数から演算した前記モータ定数の二次抵抗と相互インダクタンスとから前記モータ種別を判別する請求項３に記載のモータ制御装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
この発明に係るモータ制御装置は、周波数の異なるｎ個の周波数指令を順次出力する周波数指令設定部と、ｎ個の周波数指令に基づいてｎ個の交流電圧指令を生成し、出力する交流電圧指令生成部と、ｎ個の交流電圧指令に基づいてモータに交流電圧を印加する電圧印加部と、ｎ個の交流電圧指令に対応してモータに流れるｎ個のモータ電流を検出する電流検出部と、モータの種別を判別する種別判別部とを備え、種別判別部は、ｎ個の周波数指令に対応するモータ電流の大きさと交流電圧指令の大きさの比をそれぞれ演算し、ｎ個の周波数指令に対する比の変化に基づいてモータ種別を判別するものである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
この発明に係るモータ制御装置は、周波数の異なるｎ個の周波数指令を順次出力する周波数指令設定部と、ｎ個の周波数指令に基づいてｎ個の交流電圧指令を生成し、出力する交流電圧指令生成部と、ｎ個の交流電圧指令に基づいてモータに交流電圧を印加する電圧印加部と、ｎ個の交流電圧指令に対応してモータに流れるｎ個のモータ電流を検出する電流検出部と、モータの種別を判別する種別判別部とを備え、種別判別部は、ｎ個の周波数指令に対応するモータ電流の大きさと交流電圧指令の大きさの比をそれぞれ演算し、ｎ個の周波数指令に対する比の変化に基づいてモータ種別を判別するものであるため、モータの構造などのモータの種別以外の要素の影響が少ない伝達特性に基づいてモータ種別を判別でき、モータ種別の判別精度を向上することができる。
【国際調査報告】
2012101753.tif 000049
2012101753.tif 000050
2012101753.tif 000051
2012101753.tif 000052