(57)【要約】【課題】全方向パルス電流のピーク値の軌跡による磁極位置の推定を確実にする。【解決手段】パルス発生位相指令部１２と電力変換器５によってＰＭモータ６に全方向の位相に切り換えたパルス電圧を順次印加し、電流検出器７とサンプルホールド回路１３とＡ／Ｄ変換器１４とメモリ１５はＰＭモータの巻線に流れる全方向パルス電流のピーク値を求める。  位相推定演算部１６は、全方向パルス電流のピーク値の軌跡が「２山」形となっていること、およびピーク値が異常に大きくなっていないことを判別し、これらの判別が得られたときに全方向パルス電流のピーク値の軌跡から回転位置（位相）を推定する。【選択図】図１
2010016915.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石を界磁源とするＰＭモータの停止時または極低速時に、ＰＭモータの巻線に全方向の位相に切り換えたパルス電圧を順次印加し、これら各パルス電圧に対してＰＭモータの巻線に流れる全方向パルス電流のピーク値の軌跡からＰＭモータの磁極位置を推定するＰＭモータの磁極位置推定方式であって、
全方向パルス電流のピーク値の軌跡が「２山」形となっていること、およびピーク値が異常に大きくなっていないことを判別し、これらの判別が得られたときに全方向パルス電流のピーク値の軌跡から回転位置（位相）を推定する位相推定演算手段を備えたことを特徴とするＰＭモータの磁極位置推定方式。
【請求項２】
前記位相推定演算手段は、前記全方向パルス電流のうち、最も大きな電流の位相から＋９０°進んだ電流値までは単調減少し、さらに＋９０°進んだ電流値までは単調増加し、さらに＋９０°進んだ電流値までは再び単調減少し、さらに＋９０°進んだ電流値までは再び単調増加するときに、前記「２山」形と判別することを特徴とする請求項１に記載のＰＭモータの磁極位置推定方式。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石を界磁源とするＰＭモータの速度やトルクを制御するＰＭモータの制御装置に係り、特にＰＭモータの停止時または極低速時の磁極位置（位相）推定方式に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＰＭモータをインバータによって可変速駆動するためには、始動時の磁極位置の情報が必要である。もし、磁極位置がわからずにベクトル制御等で制御すると脱調してしまう。
【０００３】
ＰＭモータにエンコーダ等の位相検出器が取り付けられていない場合、あるいは、Ａ，Ｂ，Ｚ相信号のみやＡ．Ｂ相信号のみのエンコーダが取り付けられていて電源投入時の磁極位置がわからない場合、あるいは位置・速度検出器を使用しない場合、ＰＭモータの巻線に全方向の位相に切り換えたパルス電圧を順次印加し、これら各パルス電圧に対してＰＭモータの巻線に流れるパルス電流のピーク値の軌跡からＰＭモータの磁極位置を推定する方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
図３は位置センサレスによるＰＭモータの制御装置を示す。同図は、速度制御を行う例を示しており、速度指令と速度検出値（センサレスの場合は速度推定値）との比較により速度制御部１にトルク指令を得る。電流指令演算部２では、トルク指令から界磁の磁束やインダクタンスなどの情報を用いて、電流の指令に変換する。電流制御部３は、電流検出値との比較により電圧指令を得、逆回転座標変換部４による座標変換により電力変換器（インバータ）５に電圧制御信号を与え、ＰＭモータ６に電機子電流を供給する。このときの電流を電流検出器７で検出し、回転座標変換部８による座標変換で電流制御部３へ検出電流信号を与える。
【０００５】
位置推定演算部９はモータの出力電圧または電圧指令と電流検出情報から磁束を推定演算して、磁極の位相を推定する。座標変換部８は、電流検出器７から得られた交流電流を推定位置情報を利用して電流指令と同一の磁極位置を基準とする回転座標に変換する。また、速度検出演算部１０は、位置推定演算部９で検出した磁極位置信号から速度検出信号に変換し、速度制御部１へのフィードバック信号とする。
【０００６】
この特許文献１に示される磁極位置推定方法は、図４の（ａ）に示すように、運転開始時に固定座標上（例えばＵＶＷ座標系）で１２の方向のパルス電圧をＰＭモータの巻線に順次印加する。ＰＭモータは永久磁石による界磁の方向によってインダクタンスが違うことにより、印加したパルス電圧によって発生するパルス電流ベクトルの軌跡は図４の（ｂ）に示すような楕円形になる。このことを利用して、永久磁石の磁極位置を推定する。
【０００７】
すなわち、磁極（Ｎ極）の方向では磁気飽和によりインダクタンスが小さくなるので、その方向のパルス電流値は最も大きくなる。図４の（ｂ）の例では位相１５°のパルス電流が最も大きいので、Ｎ極の位相は１５°付近と推定される。
【０００８】
なお、図４の（ｂ）では１２パルスを３０°間隔で印加している場合を示しているが、パルス数とパルス間隔、バルス出力方法は任意であり、多数のパルスを使用するほど高い精度で磁極位置を検出できる。
【０００９】
また、この磁極位置推定方法はＰＭモータが停止している時、または回転速度が数回転／分の極低速回転時のみに適用可能である。
【００１０】
また、図３は磁極位置を推定する場合を示すが、位置推定演算部９に代えて、モータにＡ，Ｂ，Ｚ相の信号のみを発生するエンコーダを設けて磁極位置を基準にして制御するエレベータ制御装置においても、初期の位置情報が無い場合（例えばインバータの電源投入直後やエンコーダ信号のトラブルにより位置情報を喪失した場合）には、上記のような磁極位置推定により位置情報を取得する手法として利用することができる。
【特許文献１】特開２００３−１８００９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
図４の特性を、横軸に位相、縦軸に電流値としてプロットした全方向パルス電流の位相対電流値のグラフを図５に示す。この電流波形は、図４のＵＶＷ軸上で電流ベクトル軌跡が楕円になるので、図５のようにプロットすると全方向パルス電流のピーク値の軌跡は「２山」形となることがわかる。従来の位相推定方法においても、位相に対する電流のピーク値が「２山」形になる特性を利用している。
【００１２】
この推定方法では、推定する磁極位置の精度は、印加するパルス電圧の数よりも、計測するパルス電流の精度に依存する。すなわち、計測した１２パルス電流のいずれかにおいて、ノイズ等の悪影響を受けた電流を検出して推定位相に誤りが起きることが問題となる。
【００１３】
本発明の目的は、全方向パルス電流のピーク値の軌跡による磁極位置の推定を確実にしたＰＭモータの磁極位置推定方式を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、前記の課題を解決するため、全方向パルス電流のピーク値が連続して減少・増加の関係となっているか否かにより、全方向パルス電流のピーク値の軌跡が「２山」形から崩れているか否かを判別するようにしたもので、以下の方式を特徴とする。
【００１５】
（１）永久磁石を界磁源とするＰＭモータの停止時または極低速時に、ＰＭモータの巻線に全方向の位相に切り換えたパルス電圧を順次印加し、これら各パルス電圧に対してＰＭモータの巻線に流れる全方向パルス電流のピーク値の軌跡からＰＭモータの磁極位置を推定するＰＭモータの磁極位置推定方式であって、
全方向パルス電流のピーク値の軌跡が「２山」形となっていること、およびピーク値が異常に大きくなっていないことを判別し、これらの判別が得られたときに全方向パルス電流のピーク値の軌跡から回転位置（位相）を推定する位相推定演算手段を備えたことを特徴とする。
【００１６】
（２）前記位相推定演算手段は、前記全方向パルス電流のうち、最も大きな電流の位相から＋９０°進んだ電流値までは単調減少し、さらに＋９０°進んだ電流値までは単調増加し、さらに＋９０°進んだ電流値までは再び単調減少し、さらに＋９０°進んだ電流値までは再び単調増加するときに、前記「２山」形と判別することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
以上のとおり、本発明によれば、全方向パルス電流のピーク値が連続して減少・増加の関係となっているか否かにより、全方向パルス電流のピーク値の軌跡が「２山」形から崩れているか否かを判別するため、磁極位置の推定が確実になる。
【００１８】
また、ノイズ等により異常な値の電流値を計測したことを判別でき、この判別で磁極位置推定の結果が異常な値になることを防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は、本発明の実施形態を示す位置推定演算装置の構成図である。位置推定演算は、運転開始時に固定座標上で１２方向のパルス電圧をＰＭモータの巻線に順次印加し、印加したパルス電圧によってＰＭモータの巻線に流れるパルス電流ベクトルの軌跡から磁極位置を推定する。
【００２０】
図１において、電流制御部３、逆回転座標変換部４、電力変換器（インバータ）５、ＰＭモータ６および電流検出器７は、図３に示すＰＭモータの制御装置と同等の構成である。
【００２１】
タイミング制御部１１は、上位になるＰＭモータの制御装置から位相推定の開始信号を受け付け、これを基準タイミングとして位相推定の演算を指示する。パルス発生位相指令部１２は、基準タイミングから、図４の（ａ）のような位相のパルス電圧Ｖ1〜Ｖ12をその番号順に発生し、これらパルスは座標変換部４からの出力電圧制御信号に重畳する。これにより、電力変換器５からパルス電圧Ｖ1〜Ｖ12もＰＭモータ６に印加され、このパルス電圧Ｖ1〜Ｖ12によってＰＭモータ６に図４の（ｂ）のような位相のパルス電流が流れる。
【００２２】
サンプルホールド回路１３はパルス電圧Ｖ1〜Ｖ12によってＰＭモータ６に発生するパルス電流を順次サンプリングとホールドし、このホールド期間にＡ／Ｄ変換器１４でパルス電流をディジタル値に変換し、各パルス電流データがメモリ１５に全方向データとして一時記憶される。位相推定演算部１６は、メモリ１５に記憶される全方向パルス電流のピーク値の軌跡が「２山」形となっていること、およびピーク値が異常に大きくなっていないことを判別し、すなわちパルス電流のピーク値の軌跡がノイズ等の影響でずれていないことを判別し、この判別が得られたときに電流のピーク値の軌跡から回転位置（位相）を推定する。位相推定演算部１６は、パルス電流のピーク値の軌跡がずれているか否かの判別出力を得る。
【００２３】
図２の（ａ）はパルス電流Ｉ1〜Ｉ12が正常に検出された場合の全方向パルス電流の位相対電流値のグラフを示し、図２の（ｂ）には図２の（ａ）中のパルス電流Ｉ5を計測した時にノイズが乗って電流値が異常に大きくなった場合のグラフを示す。
【００２４】
これらグラフの例から、位相推定演算部１６は、位相推定が正常になされるか否かの判定に、電流のピーク値の軌跡が位相に対して「２山」形となることと、ノイズが乗った電流検出値が異常に大きくなること、つまり、１２のパルスのいずれかの電流検出値にノイズが乗った時の軌跡は「２山」形とならないという性質を利用する。
【００２５】
具体的には、最も大きな電流の位相から＋９０°進んだ電流値までは単調減少（図２の（ａ）ではＩ1からＩ4まで）、さらに＋９０°進んだ電流値までは単調増加（図２の（ａ）ではＩ4からＩ7まで）、さらに＋９０°進んだ電流値までは再び単調減少（図２の（ａ）ではＩ7からＩ10まで）、さらに＋９０°進んだ電流値までは再び単調増加（図２の（ｂ）ではＩ11からＩ1まで）する性質を利用する。
【００２６】
ここでは、最も大きな電流から＋方向に位相を進めたが、位相を進める方向を−方向としても問題はない。
【００２７】
以下、「２山」形による位相判定処理手順を説明する。
【００２８】
手順１：パルス電流Ｉ1〜Ｉ12のうち、最も大きな電流値（図２の（ａ）では電流Ｉ1）を求める。
【００２９】
手順２：手順１で求めた最も大きな電流値から３つ目の電流値まで連続して電流値が減少しているか確認する。図２の（ａ）ではＩ1＞Ｉ1＞Ｉ3＞Ｉ4の関係が成立しているかどうかを確認する。
【００３０】
手順３：手順２に続けて、さらに３つ目の電流値まで連続して電流値が増加しているか確認する。図２の（ａ）ではＩ4＜Ｉ5＜Ｉ6＜Ｉ7の関係が成立しているかどうかを確認する。
【００３１】
手順４：手順３に続けて、さらに３つ目の電流値まで連続して電流値が減少しているか確認する。図２ではＩ7＞Ｉ8＞Ｉ9＞Ｉ10の関係が成立しているかどうかを確認する。
【００３２】
手順５：手順４から手順１まで連続して電流値が増加しているか確認する。図２の（ａ）ではＩ10＜Ｉ11＜Ｉ12＜Ｉ1の関係が成立しているかどうかを確認する。
【００３３】
手順６：手順１から手順５までで異常な状態が無ければ正常と判別して位相推定演算を行い、異常があればノイズ等何らかの影響によって正常にパルス電流を計測できなかったと判別する。
【００３４】
図２の（ｂ）の例では、最も大きな電流値はＩ5となる。上記の手順によると、手順３において１つ目の電流Ｉ6から２つ目のＩ7で減少していないので異常と判別できる。
【００３５】
この異常判別では、下記のような手段をとることにより、推定位相が間違った状態でＰＭモータを運転してしまうことを未然に防止する。
【００３６】
・インバータを故障停止させ、異常警報信号を出力する。
【００３７】
・磁極位置推定処理をリトライさせる。
【００３８】
なお、本実施形態では、パルス電圧を単に電圧指令に重畳させ、そのときのパルス電流値（サンプリング値）の軌跡から磁極位置を推定する場合を示すが、パルス電流の計測方式として、前記の特許文献１と同様に、パルス電圧を印加する前に、電流制御の電流を設定値にするための電流制御期間を設け、さらに、パルス電圧を印加する直前と直後に、電流制御の最終電圧値を固定して出力する期間を設け、この電圧を固定した期間に１つ以上の電流サンプルを得て平均化処理を行い、さらにこのパルス電流前後の平均処理電流から電流の変化量を検出する構成とすることができる。
【００３９】
さらに、検出された電流のパルス発生前後の差分を計算し、その電流差ベクトルの位相と振幅成分より、フーリエ係数の一次と二次成分を計算し、これら一次と二次成分から統計的な処理により磁極位置推定を行うこととし、一次と二次成分の演算に離散データの積分を数値演算の近似式を適用する場合に、電流差ベクトルの位相差を基準として離散データの演算を行う構成とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施形態を示す位置推定演算装置の構成図。
【図２】全方向パルス電流の位相対電流値のグラフ。
【図３】位置センサレスによるＰＭモータの制御装置の構成図。
【図４】パルス電圧位相と発生する位相対電流値のベクトル図。
【図５】全方向パルス電流の位相対電流値のグラフ。
【符号の説明】
【００４１】
５  電力変換器（インバータ）
６  ＰＭモータ
７  電流検出器
１１  タイミング制御部
１２  パルス発生位相指令部
１３  サンプルホールド回路
１５  全方向データメモリ
１６  位相推定演算部
【図１】
2010016915.tif 000003
【図２】
2010016915.tif 000004
【図３】
2010016915.tif 000005
【図４】
2010016915.tif 000006
【図５】
2010016915.tif 000007