(57)【要約】【課題】制御異常を速やかに検出して保護を行うことができるセンサレス交流電動機制御装置を提供することにある。【解決手段】  速度指令からゲイン値ＫＧの閾値を算出する閾値算出部１３と、比較部１４とからなるセンサレス制御異常検出部１２を備えている。センサレス制御異常検出部１２は、周波数演算部４で用いるゲイン値ＫＧと閾値ＲＶとを比較部１４で比較し、ゲイン値ＫＧが閾値ＲＶを予め定めた時間超えると、制御異常と判定してアラーム信号を出力する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流回路と交流電動機との間に接続され、スイッチ素子を有して直流−交流電力変換を行う電力変換器と、
前記電力変換器から出力される電流を検出する電流検出器と、
前記電力変換器の運転周波数を決定して運転周波数信号を出力する周波数演算部と、
前記周波数演算部の出力から積分により位相角信号を求めて出力する積分演算部と、
前記電流検出器の検出信号及び前記積分演算部の位相角信号に基づいて、直交二軸変換により有効成分及び無効成分の二軸電流を演算して出力する直交二軸変換部と、
速度指令と前記電力変換器の運転周波数から推定した推定速度とに基づいて決定した前記二軸電流の有効成分の指令値と無効成分の指令値とを出力する二軸電流設定部と、
前記直交二軸変換部の出力と前記二軸電流設定部の出力との差から誤差量を演算して二軸成分ごとに誤差量に応じた振幅指令値を出力する二軸電流調節部と、
前記二軸電流調節部の出力及び積分演算部の位相角信号に基づいて前記電力変換器を制御する制御信号を出力する制御信号発生部と、
前記制御指令をＰＷＭ変調して前記電力変換器に駆動信号を出力するＰＷＭ制御器とを備え、
前記周波数演算部が、前記二軸電流調節部の出力である振幅指令値のうち無効成分電流に対応する振幅指令値を零に導くように前記電力変換器の運転周波数を決定するために、前記二軸電流調節部の出力である振幅指令値のうち、有効成分電流に対応する振幅指令値を、前記無効成分電流に対応する振幅指令値から求めた誘起電圧定数の逆数からなるゲイン値でゲイン倍した値を前記電力変換器の運転周波数とするセンサレス交流電動機の制御装置であって、
前記速度指令から前記ゲイン値の閾値を算出する閾値算出部と、
前記周波数演算部で用いる前記ゲイン値と前記閾値とを比較し、前記ゲイン値が前記閾値を予め定めた時間超えると、制御異常と判定してアラーム信号を出力する比較部とを備えたセンサレス制御異常検出部を備えていることを特徴とするセンサレス交流電動機の制御装置。
【請求項２】
前記ＰＷＭ制御器は、前記アラーム信号により制御動作を停止する請求項１に記載のセンサレス交流電動機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電動機の速度及び磁極位置を検出するセンサを用いることなく交流電動機を制御するセンサレス交流電動機の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の電動機のセンサレス交流電動機の制御装置としては、オブザーバ方式や、電動機パラメータを用いる方式などがある。また最近、特許第４０２２６３０号公報（特許文献１）に、交流電動機を含めて各種の交流駆動機器の制御に必要なパラメータが少ないセンサレス制御装置が開示されている。特許文献１の図２−１及び図２−２に示された制御装置では、電力変換器と、電流検出器と、電力変換器の運転周波数を決定する周波数演算部と、周波数演算部の出力から積分により位相角信号を求めて出力する積分演算部と、直交二軸変換部と、二軸電流調節部と、ＰＷＭ信号発生部と、ＰＷＭ信号により電力変換器を制御するＰＷＭ制御器とを備えている。直交二軸変換部は、電流検出器の検出信号及び積分演算部の位相角信号に基づいて、直交二軸変換により有効成分及び無効成分の二軸電流を演算して出力する。二軸電流設定部は、二軸電流の有効成分の指令値と無効成分の指令値とを出力する。二軸電流調節部は、直交二軸変換部の出力と二軸電流設定部の出力との差から誤差量を演算して二軸成分ごとに誤差量に応じた振幅指令値を出力する。ＰＷＭ信号発生部は、二軸電流調節部の出力及び積分演算部の位相角信号に基づいて、電力変換器を制御するＰＷＭ信号を生成する。そして特許文献１に示された制御装置では、センサレス化のために、周波数演算部が、二軸電流調節部の出力である振幅指令値のうち無効成分電流に対応する振幅指令値を零に導くように電力変換器の運転周波数を決定する。具体的に、交流電動機（同期電動機、誘導電動機等）の制御のためには、二軸電流調節部の出力である振幅指令値のうち、有効成分電流に対応する振幅指令値を、無効成分電流に対応する振幅指令値から求めた誘起電圧定数の逆数からなるゲイン値ＫＧでゲイン倍した値を電力変換器の運転周波数として決定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４０２２６３０号公報  図２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に示されたセンサレス交流電動機の制御装置において、何らかの要因で制御装置の積分演算部から出力される磁極位置θと実際の電動機の磁極位置θとが大きくずれると、脱調してトルクが出なくなり、電動機が停止してしまう。そして、電動機が脱調したことを速やかに検出しないと、使用している機械システムに影響を及ぼし、機械部品を破損させてしまう恐れがある。しかし、特許文献１に示された制御装置には、このような保護機能がなかった。
【０００５】
本発明の目的は、制御異常を速やかに検出して保護を行うことができるセンサレス交流電動機制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のセンサレス交流電動機制御装置では、電力変換器と、電流検出器と、周波数演算部と、積分演算部と、直交二軸変換部と、二軸電流設定部と、二軸電流調節部と、制御信号発生部と、ＰＷＭ制御器とを備えている。電力変換器は、直流回路と交流電動機との間に接続され、スイッチ素子を有して直流−交流電力変換を行う。電流検出器は、電力変換器から出力される電流を検出する。周波数演算部は、電力変換器の運転周波数を決定して運転周波数信号を出力する。積分演算部は、周波数演算部の出力から積分により位相角信号を求めて出力する。直交二軸変換部は、電流検出器の検出信号及び積分演算部の位相角信号に基づいて、直交二軸変換により有効成分及び無効成分の二軸電流を演算して出力する。二軸電流設定部は、速度指令と電力変換器の運転周波数から推定した推定速度とに基づいて決定した二軸電流の有効成分の指令値と無効成分の指令値とを出力する。二軸電流調節部は、直交二軸変換部の出力と二軸電流設定部の出力との差から誤差量を演算して二軸成分ごとに誤差量に応じた振幅指令値を出力する。制御信号発生部は、二軸電流調節部の出力及び積分演算部の位相角信号に基づいて電力変換器を制御するための制御信号を生成する。ＰＷＭ制御器は、制御信号をＰＷＭ変調して電力変換器に駆動信号を出力する。周波数演算部は、二軸電流調節部の出力である振幅指令値のうち無効成分電流に対応する振幅指令値を零に導くように電力変換器の運転周波数を決定するために、二軸電流調節部の出力である振幅指令値のうち、有効成分電流に対応する振幅指令値を、無効成分電流に対応する振幅指令値から求めた誘起電圧定数の逆数からなるゲイン値ＫＧでゲイン倍した値を電力変換器の運転周波数とする。
【０００７】
特に、本発明においては、制御装置が、速度指令からゲイン値ＫＧの閾値を算出する閾値算出部と、センサレス制御異常検出部とを備えている。センサレス制御異常検出部は、周波数演算部で用いるゲイン値ＫＧと閾値とを比較し、ゲイン値ＫＧが閾値を予め定めた時間超えると、制御異常と判定してアラーム信号を出力する。本発明は、センサレス化のために、ゲイン値ＫＧが調整される（変わる）ことに着目し、ゲイン値ＫＧが異常な値を示す場合には、アラーム信号を出力し、ＰＷＭ制御器を停止させることにより、保護機能を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】交流電動機の一種である同期電動機をセンサレスで制御する本発明のセンサレス交流電動機制御装置の一実施の形態の構成を示す図である。
【図２】閾値とゲイン値との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下図面を参照して、本発明のセンサレス交流電動機制御装置の実施の形態を詳細に説明する。図１は、交流電動機の一種である同期電動機１をセンサレスで制御する本発明のセンサレス交流電動機制御装置の一実施の形態の構成を示す図である。同期電動機（モータ）１は、永久磁石が回転子コアの表面に固定されて回転子磁極（移動子磁極）が形成されている回転子と、固定子コアに三相の電機子巻線が巻装されて構成された固定子磁極を有する固定子とを備えている。同期電動機１の回転子磁極の位置θ［同期電動機１の回転子（移動子）の固定子に対する相対的な位置］は、前述の特許文献１に記載の公知技術によりセンサレスで決定される。
【００１０】
本実施の形態の制御装置では、二軸電流設定部２、二軸電流調節部３と、周波数演算部４と、積分演算部５と、制御信号発生部を構成する座標変換器６と、電流検出部７と、直交二軸変換部としての座標変換部８と、ＰＷＭ制御器９と、電力変換部１０と、発振器１１と、センサレス制御異常検出部１２とを備えている。電力変換器１０は、図示しない直流回路と同期電動機（交流電動機）１との間に接続され、スイッチ素子を有して直流−交流電力変換を行う。電流検出器７は、電力変換器１０から出力される三相交流電流から２相分の交流電流ＩＵ及びＩＶを検出する。直交二軸変換部８は、電流検出器７の検出信号ＩＵ及びＩＶ及び積分演算部５の位相角信号に基づいた位相角を有する正弦波信号sin及び余弦波信号cosを入力として、直交二軸変換により有効成分及び無効成分の二軸電流ＩδF及びＩγFを演算して出力する。二軸電流設定部２は、図示しない速度指令発生部から出力される速度指令と周波数演算部４から出力された推定周波数（推定速度）との差を入力として、二軸電流の有効成分の指令値Ｉδｃを生成する速度制御器２１と、二軸電流の無効成分の指令値Ｉγcを出力する指令発生器２２とから構成される。
【００１１】
二軸電流調節部３は、直交二軸変換部として座標変換部８の出力（ＩδF及びＩγF）と二軸電流設定部２の出力（二軸電流の有効成分の指令値Ｉδｃと二軸電流の無効成分の指令値Ｉγc）との差から誤差量を演算して電流制御器３１及び３２を通して二軸成分ごとに誤差量に応じた電圧指令としての振幅指令値（Ｖδｃ及びＶδｃ）を出力する。座標変換器６は、二軸電流調節部３の出力（Ｖδｃ及びＶδｃ）及び積分演算部５から出力される位相角信号に基づいて発振器１１が出力する正弦波信号sin及び余弦波信号cosとを入力して、三相分の制御信号（ＶＵＣ，ＶＶＣ，ＶＷＣ）を座標変換により生成する。本実施の形態では、座標変換器６が制御信号発生部を構成している。ＰＷＭ制御器９は、三相分の制御信号をＰＷＭ変調し、電力変換器１０の駆動信号を出力し、電力変換器１０によりモータ１に電圧が印加される。
【００１２】
周波数演算部４は、二軸電流調節部３の出力である振幅指令値のうち無効成分電流に対応する振幅指令値Ｖγｃを零に導くように電力変換器１０の運転周波数ωを決定する。具体的には、速度推定制御器４１が、無効成分電流に対応する振幅指令値Ｖγｃから求めた誘起電圧定数の逆数からなるゲイン値ＫＧを出力する。そして周波数演算部４は、二軸電流調節部３の出力である振幅指令値のうち、有効成分電流に対応する振幅指令値Ｖδｃを、ゲイン値ＫＧでゲイン倍した値を電力変換器１０の運転周波数（電動機の推定速度）ωとして出力する。なお有効成分電流に対応する振幅指令値Ｖδｃを、ゲイン値ＫＧでゲイン倍した値が電力変換器１０の運転周波数（電動機の推定速度）ωとなること（センサレスで運転周波数を推定できること）に関しては、特許文献１に詳しく説明されているので説明を省略する。積分演算部５は、周波数演算部４の出力ωを積分して位相角信号（磁極位置を示す信号）θを演算して出力する。ゲイン（パラメータ）ＫＧは、誘起電圧定数の逆数を示しているため、電動機回転速度に比例した値が現れるδ軸電圧指令となる振幅指令値Ｖδｃにゲイン値ＫＧを乗算すれば電動機１の速度が推定される。
【００１３】
本実施の形態では、速度指令からゲイン値ＫＧの閾値を算出する閾値算出部１３と、比較部１４とからなるセンサレス制御異常検出部１２を備えている。センサレス制御異常検出部１２は、周波数演算部４で用いるゲイン値ＫＧと閾値ＲＶとを比較部１４で比較し、ゲイン値ＫＧが閾値ＲＶを予め定めた時間超えると、制御異常と判定してアラーム信号を出力する。ここで閾値算出部１３は、事前に速度指令と正常なゲイン値ＫＧとの関係を試験により測定しておき、その結果に許容範囲分を加えたをものを演算式化するかまたはデータとして保存しておき、速度指令が変わるたびに、対応した閾値を出力するように構成されている。また前述の「予め定めた時間」も事前の試験により、決定される。ちなみ本実施の形態では、３０ｍｓを「予め定めた時間」としている。
【００１４】
本実施の形態では、周波数演算の際に、ゲイン値ＫＧが調整される（変わる）ことに着目し、ゲイン値ＫＧが異常な値を示す場合には、アラーム信号を出す。保護機能として、例えば、ＰＷＭ制御器９は、アラーム信号が出力されると制御動作を停止する。その結果、同期電動機は回転を停止する。速度推定制御器４１はある程度の大きさのゲインを有しているため、センサレス制御異常時は電動機速度が低下してδ軸電圧指令となる振幅指令値Ｖδｃが減少する。そこでこの減少を補正するように、速度推定制御器４１は速やかにゲイン値ＫＧの値をその上限側に変更する。この変更幅が大きくなったことを、比較部１４が検出することにより、センサレス制御異常を速やかに検出することができる。
【産業上の利用可能性】
【００１５】
本発明によれば、センサレス制御のパラメータであるゲイン値ＫＧが閾値以上に予め定めた時間以上になったことに基づいて、センサレス制御異常を検出している。これにより、センサレス制御に異常を生じた場合も、速やかにセンサレス制御異常を検出でき、使用している機械システムに影響を及ぼさない安全なセンサレス制御装置を実現できる。
【符号の説明】
【００１６】
１  同期電動機
２  二軸電流設定部
３  二軸電流調節部
４  周波数演算部
５  積分演算部
６  座標変換器（制御信号発生部）
７  電流検出部
８  直交二軸変換部としての座標変換部
９  ＰＷＭ制御器
１０  電力変換部
１１  発振器
１２  センサレス制御異常検出部
【図１】
2010213396.tif 000003
【図２】
2010213396.tif 000004