(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石式同期モータと、前記モータの磁極絶対位置を検出する磁極位置検出器と、前記モータに流れる電流を検出する電流検出器と、前記モータの電流制御および速度制御を行う制御装置を備えた永久磁石式同期モータ制御システムにおいて、負荷トルクよりも大きなモータトルクに相当する電流指令を印加した上で、モータ発生トルクが負荷トルクに一致するよう制御位相を変化させることにより磁極位相を補正し、
制御位相を変化させるにあたっては、増磁方向に変化させ、モータ発生トルクが負荷トルクに一致する制御位相変化量を求め、減磁方向に変化させ、モータ発生トルクが負荷トルクに一致する制御位相変化量を求め、それぞれの方向における制御位相変化量の平均値をもって磁極位相の補正値とする、永久磁石式同期モータの制御方式。
【請求項２】
永久磁石式同期モータと、前記モータの磁極絶対位置を検出する磁極位置検出器と、前記モータに流れる電流を検出する電流検出器と、前記モータの電流制御および速度制御を行う制御装置を備えた永久磁石式同期モータ制御システムにおいて、負荷トルクよりも大きなモータトルクに相当する電流指令を印加した上で、モータ発生トルクが負荷トルクに一致するよう制御位相を変化させることにより磁極位相を補正し、
磁極位相誤差とモータ電流との関係を事前に測定したテーブルを持ち、増磁方向または減磁方向のどちらか一方向に制御位相を変化させ、前記テーブルを参照することにより磁極位相を補正する、永久磁石式同期モータの制御方式。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の永久磁石式同期モータの制御方式であって、前記制御方式によりエレべータを駆動し、エレべータ停止中または一定速度での走行中に磁極位相を補正する、永久磁石式同期モータの制御方式。
【請求項４】
請求項３記載の永久磁石式同期モータの制御方式であって、一定速度での走行にあたっては、上昇方向または下降方向のどちらか一方向に走行させ、磁極位相を補正する、永久磁石式同期モータの制御方式。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁極位置を検出して制御を行う永久磁石式同期モータ制御系における、磁極位置検出器の補正方式に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
永久磁石式同期モータのベクトル制御を行うには、モータ回転子の磁極位置に基づいた座標変換が必要であり、一般に磁極位置検出器により検出した磁極の絶対位置を利用する。この磁極位置検出器が製作誤差や取り付け誤差を持つ場合、制御性能が劣化する。
【０００３】
磁極位相誤差とモータ電流の関係を図２に示す。図２において、ｄ−ｑ座標は磁極位相の真値に基づいたモータ座標を表す。またｄ＾−ｑ＾座標は制御座標を表し、Δθは磁極位置検出器の取り付け誤差や製作誤差に起因する、磁極位相誤差である。
【０００４】
永久磁石式同期モータの発生トルクτは次式で表される。
【０００５】
【数１】
τ＝ΦＩｑ＋（Ｌｄ−Ｌｑ）Ｉｄ Ｉｑ
ここでΦはモータ磁石が作る磁束、Ｌｄ、Ｌｑはｄ軸、ｑ軸インダクタンスであり、円筒型の永久磁石式同期モータではＬｄ＝Ｌｑとなる。またＩｄ、Ｉｑはｄ軸、ｑ軸電流であり、励磁分電流、トルク分電流と呼ばれる。このときモータに流れる電流ＩはＩｄとＩｑのベクトル和となる。永久磁石式同期モータのベクトル制御ではモータ磁石による磁束が確立しているため、一般に励磁分電流Ｉｄの指令値をゼロとしてＩｑの指令値のみを変化させ、Ｉｑに比例したトルクτを発生させるよう制御を行うが、モータ端子電圧の抑制や力率の改善を目的として、励磁分電流Ｉｄをｄ軸の負方向に流す弱め界減制御を行うこともできる。
【０００６】
制御座標であるｄ＾−ｑ＾座標が磁極位置検出器の誤差に起因する位相誤差Δθを持つとすると、ｄ＾−ｑ＾座標に基づいてトルク分電流指令Ｉｑ＾を与えた場合、実際にモータに印加される電流は励磁分電流Ｉｄ＝Ｉｑ＾sinΔθ、トルク分電流Ｉｑ＝Ｉｑ＾cosΔθとなる。このようにトルク分電流Ｉｑだけでなく、モータトルクの発生に寄与しない励磁分電流Ｉｄも流れ、モータトルクが減少するため、制御性能が劣化することが分かる。
【０００７】
磁極位置検出器をモータに取り付ける際に、モータ軸と検出器軸を完全に一致させることは困難であり、また磁極位置検出器の製作誤差を事前に知ることはできないため、特開平10−80188号公報に記載されている手法等により磁極位相を補正することが有効である。この例では、永久磁石式同期モータの電圧、電流、速度およびモータ定数を用いて位相補正値を算出している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来例では、電圧検出器により検出したモータ電圧、またはモータ定数を利用して位相補正演算を行っている。モータ電圧を利用する場合は、電圧検出器の追加が必要となり、コストが上昇する。またモータ定数を利用する場合にはモータ定数の正確な測定が必要となるが、温度変化や経年変化などによってモータ定数は変動する。この変動により位相補正値が誤差を生じ、制御性能が劣化する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
負荷トルク一定の条件下では、磁極位相誤差とモータ電流との関係は次式で表される（図３）。
【００１０】
【数２】
Ｉ＝Ｉｑ／cos（θ−Δθ）
ここでＩはモータ電流、Ｉｑは磁極位相誤差がゼロである場合に必要となるトルク分電流、θは制御位相、Δθは磁極位置検出器の誤差に起因する制御位相の誤差である。
【００１１】
制御位相のゼロ方向にトルク分電流を印加することとすると、図３から分かるように、磁極位相誤差Δθが増加するに従ってモータ電流Ｉも増加する。
【００１２】
ここでモータ電流Ｉは磁極位相誤差Δθに対して、増磁方向、減磁方向に対称性を持ち、磁極位相誤差Δθの絶対値が等しければモータ電流値Ｉも等しくなる。
【００１３】
そこで制御位相を増磁方向、減磁方向にそれぞれ変化させ、本来必要なＩｑよりも大きな電流目標値Ｉｑ１＾（＝Ｉｑ２＾）にモータ電流が一致する位相θ１とθ２を求めれば、これらの平均値である磁極位相誤差Δθを算出することができる。
【００１４】
本手法によれば、電圧検出器等を追加したりモータ定数変動の影響を受けることなく、磁極位置検出器の補正が可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明をエレべータへ適用した例を図１に示す。６は永久磁石式同期モータで、その回転軸には永久磁石式同期モータ６の速度を検出する速度検出器７、永久磁石式同期モータ６の磁極位置を検出する磁極位置検出器８と巻上機１３が接続されている。巻上機１３にはロープ１５が巻かれており、ロープ１５の両端にはかご１６とカウンタウェイト１４が接続されている。巻上機１３が回転するとロープ１５を介してかご１６、カウンタウェイト１４が昇降路内を昇降する。
【００１６】
速度検出器７は、モータ６の回転速度を検出する。速度検出器には、回転角度に比例する数のパルスを生成する光学式エンコーダやタコジェネレータ等が用いられる。速度演算器１０は単位時間あたりのパルス個数をカウントすることによりモータ速度ωｍを演算する。
【００１７】
位置検出器８は、モータ６の回転に伴い、モータ回転子の絶対位置を検出する。
【００１８】
位置検出器８には、絶対位置パルスを生成する光学式エンコーダやレゾルバ、ホール素子等が用いられる。位相演算器１１は位置検出器８の出力から磁極位相θを演算する。
【００１９】
位相補正器１２は、後述する方法により磁極位相θを補正し、制御位相θ’として出力する。
【００２０】
速度制御器１は、速度指令ωｍ＊と、速度演算器１０が出力する速度演算値ωｍからトルク分電流指令Ｉｑ＊を演算する。
【００２１】
電流検出器５は、永久磁石式同期モータ６に流れる交流電流Ｉｕ、Ｉｖを検出する。
【００２２】
３相／２相変換器９は、位相補正器１２が出力する制御位相θ’を用いて、電流検出値Ｉｕ、Ｉｖから励磁分電流検出値Ｉｄ、トルク分電流検出値Ｉｑを演算する。
【００２３】
電流制御器２は、励磁分電流指令Ｉｄ＊、トルク分電流指令Ｉｑ＊と、励磁分電流検出値Ｉｄ、トルク分電流検出値Ｉｑから、電圧指令Ｖｄ＊、Ｖｑ＊を演算する。
【００２４】
２相／３相変換器３は、電圧指令Ｖｄ＊、Ｖｑ＊を三相電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊に変換し、電力変換器４に出力する。
【００２５】
電力変換器４は、電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊に従って可変電圧、可変周波数の交流電圧を発生し、モータ６に供給する。
【００２６】
以上のようにしてモータ６がトルクを発生し、かご１６を昇降させる。
【００２７】
なお図１の実施例では速度検出器７と位置検出器８をモータ６の軸端に接続しているが、モータの回転角度に比例した信号を生成できる構造であれば軸端に配置する必要はない。例えば速度検出器の外周と巻上機１３の外周とが密着するよう配置し、巻上機１３の回転に伴って信号を得たり、かご１６やカウンタウェイト１４に装着し、その昇降に併せて信号を得ることもできる。また速度検出器７と位置検出器８を機能別に分けているが、一体構造のものを使用することもできる。
【００２８】
次に位相補正器１２の動作について説明する。まず第一の構成例として、図４に位相補正器の構成を、図５に位相補正処理のフローチャートを示す。
【００２９】
磁極位置検出器の取り付け時や交換時等、磁極位相の補正が必要な場合には、外部から指令を与えて位相補正モードに移行する（ステップ３１）。
【００３０】
エレべータ走行中は負荷の変動、つまり乗客の乗降がないため、エレべータが一定速度で走行している間は負荷トルクも一定と見倣すことができる。そこでモード切換器２１は、速度検出器１１が算出したモータ速度ωｍが予め定めた期間一定である場合にスイッチ２２を２２ｂに切り換え、位相演算器１１が算出した位相θへの補正位相θｅの加算を開始する。加算結果は制御位相θ’として出力される（ステップ３２）。
【００３１】
目標電流演算器２３は、モード切換時のトルク分電流指令Ｉｑ＊に１以上の適当な係数を掛けた目標電流Ｉｑ’を演算する（ステップ３３）。
【００３２】
次に、制御位相を増磁方向に変更する。増磁方向に位相を変更する場合、電流指令Ｉｑ＊が目標電流Ｉｑ’より小さい時には位相補正値θｅを増加させるよう制御を行う。θｅが増加するとモータ発生トルクが減少し、モータ速度ω１が低下するため、速度制御器１はトルク分電流指令Ｉｑ＊を増加させ、モータ発生トルクの低下分を補おうとする。このようにしてトルク分電流指令Ｉｑ＊は目標電流Ｉｑ’に収束する。前記の制御は、例えばＩｑ’とＩｑの偏差をＰＩ補償器に入力し、その出力をθｅとすることで実現できる。電流指令と目標電流の誤差が所定の範囲に収束した場合、または予め定めた時間が経過した場合に、モード切換器２１はスイッチ２２を２２ａに切り換え、補正位相θｅの加算を終了する。また補正位相記憶器２５は、このときの位相補正値θｅを増磁方向の収束位相θ１として記憶する（ステップ３４）。
【００３３】
次に、同様の手順で制御位相を減磁方向に変更する。モード切換器２１はスイッチ２２を２２ｂに切り換え、補正位相θｅの加算を開始する。減磁方向に位相を変更する場合は位相補正値θｅの符号を反転させ、電流指令Ｉｑ＊が目標電流Ｉｑ’より小さい場合には位相補正値θｅを減少させるような制御を行う。電流指令と目標電流の誤差が所定の範囲に収束した場合、または予め定めた時間が経過した場合に、モード切換器２１はスイッチ２２を２２ａに切り換え、補正位相θｅの加算を終了する。
【００３４】
また補正位相記憶器２５は、電流収束時の位相補正値θｅを減磁方向の収束位相θ２として記憶する（ステップ３５）。
【００３５】
減磁方向の位相補正処理が終了したら、増磁方向の収束位相θ１と減磁方向の収束位相θ２の平均値を求め、これを位相補正値Δθとして記憶し（ステップ３６）、位相補正処理を終了する。
【００３６】
本実施例では、増磁方向、減磁方向の順に制御位相を変更しているが、減磁方向、増磁方向の順に変更してもよい。
【００３７】
また必ずしも一度の定常走行中に増磁方向、減磁方向両方の収束位相を求める必要はなく、例えば一度目の走行で増時方向の収束位相を求め、二度目の走行で減磁方向の収束位相を求めるなど、複数回の走行データに基づいて位相補正値Δθを算出することもできる。
【００３８】
位相補正処理終了後はスイッチ２２を２２ｃに切り換え、位相補正値Δθを位相演算器１１の出力θに加算し、通常の運転に移行する。加算結果である制御位相θ’に基づいて制御を行うことにより、磁極位相誤差に起因する制御性能の劣化を防ぐことができる。
【００３９】
次に位相補正器１２の第二の構成例を示す。図６は位相補正器の構成、図７は位相補正処理のフローチャートである。本実施例の適用にあたっては、磁極位相誤差とモータ電流との関係を表すテーブルを作成しておく。
【００４０】
ステップ５１からステップ５までの動作は第一の実施例と同様である。
【００４１】
まず外部から指令を与えて位相補正モードに移行する（ステップ５１）。
【００４２】
モード切換器５１は、速度検出器１１が算出したモータ速度ωｍが予め定めた期間一定である場合にスイッチ５２を５２ｂに切り換え、位相演算器１１が算出した位相θへの補正位相θｅの加算を開始する。加算結果は制御位相θ’として出力される（ステップ５２）。
【００４３】
目標電流演算器５３は、モード切換時のトルク分電流指令Ｉｑ＊に１以上の適当な係数を掛けた目標電流Ｉｑ’を演算する（ステップ５３）。
【００４４】
次に、制御位相を増磁方向に変更し、収束位相θ１として記憶する（ステップ５４）。本構成例では制御位相を増磁方向に変更しているが、減磁方向に対応したテーブルを作成してあれば、制御位相を減磁方向へ変更してもよい。
【００４５】
増磁方向の位相補正処理が終了したら、モード切換時のトルク分電流指令Ｉｑ＊、目標電流Ｉｑ’、収束位相θ１から位相誤差テーブル４５を参照し、位相補正値Δθとして記憶し（ステップ５５）、位相補正処理を終了する。
【００４６】
位相補正処理終了後はスイッチ５２を５２ｃに切り換え、位相補正値Δθを位相演算器１１の出力６に加算し、通常の運転に移行する。
【００４７】
【発明の効果】
本発明により、電圧検出器や複雑な演算を追加することなく、またモータ定数変動の影響を受けることなく磁極位相を補正することができ、制御性能の劣化を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のエレべータへの適用例を表すブロック図。
【図２】磁極位相誤差と電流の関係を表すベクトル図。
【図３】本発明による位相補正原理を表す図。
【図４】位相補正器の第一の構成例を示す図。
【図５】第一の構成例に基づく位相補正手順を表すフローチャート。
【図６】位相補正器の第二の構成例を示す図。
【図７】第二の構成例に基づく位相補正手順を表すフローチャート。
【符号の説明】
１…速度制御器、２…電流制御器、３…２相／３相変換器、４…電力変換器、６…永久磁石式同期モータ、７…速度検出器、８…磁極位置検出器、９…３相／２相変換器、１０…速度演算器、１１…位相演算器、１２…位相補正器、１３…巻上機、１４…カウンタウェイト、１５…ロープ、１６…かご、２１…モード切換器、２２…モード切換スイッチ、２３…目標電流演算器、２４…補正位相演算器、２５…補正位相記憶器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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