(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石型同期電動機の入力電流を該永久磁石型同期電動機の永久磁石に平行な方向と垂直な方向に分けて制御するＰＭモータ制御装置において，前記永久磁石型同期電動機に直流電流を流してその時の入力電圧と入力電流から前記永久磁石型同期電動機の巻線抵抗Ｒを求める直流試験手段と，前記永久磁石型同期電動機の停止した任意の方向のａ軸に直流成分を含む交流電流を流すと同時に前記ａ軸に対して垂直方向のｂ軸に前記交流電流と位相が９０度異なる交流電流を流して，前記ａ軸の入力電流と入力電圧を検出して前記永久磁石型同期電動機の永久磁石の方向のインダクタンスＬｄを求め，同様に前記ｂ軸の入力電流と入力電圧を検出して前記永久磁石型同期電動機の永久磁石に対して垂直の方向のインダクタンスＬｑを求める交流試験手段と，前記永久磁石型同期電動機の任意のａ軸に所定の大きさの直流電流を流し前記ａ軸と直交するｂ軸の電流は０として，前記ａ軸とｂ軸から成る座標を回転させ，該回転の周波数を０から徐々に所定の値ｆｒまで増加させて前記永久磁石型同期電動機を所定の回転速度まで上昇させた状態で，前記ａ軸の入力電流Ｉａと入力電圧Ｖａおよび前記ｂ軸の入力電流Ｉｂと入力電圧Ｖｂを検出して，前記直流試験手段の出力の巻線抵抗Ｒと前記交流試験手段の出力のインダクタンスＬｄおよびＬｑを用いて，
【数２】
0003566578.tif 000005
により前記永久磁石型同期電動機の永久磁石の磁束φを求める回転試験手段と，前記直流試験手段の出力の巻線抵抗Ｒと前記交流試験手段の出力のインダクタンスＬｄおよびＬｑと前記回転試験手段の出力の磁束φとを入力して前記ＰＭモータ制御装置内のメモリに記憶する設定記憶手段とを具備することを特徴とする定数測定設定機能付きＰＭモータ制御装置。
【請求項２】
前記永久磁石型同期電動機の停止した任意の方向のａ軸に直流成分を含む交流電流を流すと同時に前記ａ軸に対して垂直方向のｂ軸に前記交流電流と位相が９０度異なる交流電流を流して，前記ａ軸の入力電流と入力電圧を基本波でフーリエ変換することで基本波の位相差とそれぞれの大きさを検出して前記永久磁石型同期電動機の永久磁石の方向のインダクタンスＬｄを求め，同様に前記ｂ軸の入力電流と入力電圧の基本波の位相差とそれぞれの大きさを検出して前記永久磁石型同期電動機の永久磁石に対して垂直の方向のインダクタンスＬｑを求める交流試験手段を具備することを特徴とする請求項１記載の定数測定設定機能付きＰＭモータ制御装置。
【請求項３】
前記永久磁石型同期電動機の回転子の位置を検出する位置検出手段と，前記直流試験手段の実行時または前記交流試験手段の実行時に前記位置検出手段の出力をメモリに記憶する設定記憶手段とを具備することを特徴とする請求項１記載の定数測定設定機能付きＰＭモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，永久磁石型同期電動機を駆動するインバータ装置に係わり，電動機の電気的定数を自動的に計測し設定するＰＭモータ制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
永久磁石型同期電動機（以下ＰＭモータ）を高性能に制御するには，ＰＭモータの電気的定数の正確な把握が必要である。しかし，それらの定数は，ＰＭモータには記載されておらず，何らかの方法で計測し，ＰＭモータ制御装置に設定しなければならない。例えば巻線抵抗Ｒを計測する場合は，直流電源を用意してＰＭモータに直流電圧を印加して電流計や電圧計で電流と電圧を計測して，巻線抵抗を計算してＰＭモータ制御装置に手動で設定しなければならない。
また位置センサ付きのＰＭモータの場合は，永久磁石の方向と位置センサの出力との関係が分からないと，位置センサの情報を使ってのＰＭモータの制御ができない。上記関係を得るために，例えば無負荷状態のＰＭモータのＶ相とＷ相を短絡してＵ相からＶ，Ｗ相に直流電流を流す。すると永久磁石の方向がＵ相の方向と一致するように回転子が回転して停止するので，この時の位置センサの値を読み取ることで永久磁石の方向と位置センサとの関係が判明する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術でも述べたように，ＰＭモータを高性能に制御するためにはＰＭモータの正確な電気的定数が必要であるが，それらの値を得るためには多大な手間と時間と各種電源及び計測器が必要となる。本発明は，ＰＭモータ制御装置に前記電気的定数を自動的に計測し設定する機能を設けることで，上記問題点を解決するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために，前記永久磁石型同期電動機に直流電流を流してその時の入力電圧と入力電流から前記永久磁石型同期電動機の巻線抵抗Ｒを求める直流試験手段と，前記永久磁石型同期電動機の停止した任意の方向のａ軸に直流成分を含む交流電流を流すと同時に前記ａ軸に対して垂直方向のｂ軸に前記交流電流と位相が９０度異なる交流電流を流して，前記ａ軸の入力電流と入力電圧を検出して前記永久磁石型同期電動機の永久磁石の方向のインダクタンスＬｄを求め，同様に前記ｂ軸の入力電流と入力電圧を検出して前記永久磁石型同期電動機の永久磁石に対して垂直の方向のインダクタンスＬｑを求める交流試験手段と，前記永久磁石型同期電動機の任意のａ軸に所定の大きさの直流電流を流し前記ａ軸と直交するｂ軸の電流は０として，前記ａ軸とｂ軸から成る座標を回転させ，該回転の周波数を０から徐々に所定の値ｆｒまで増加させて前記永久磁石型同期電動機を所定の回転速度まで上昇させた状態で，前記ａ軸の入力電流Ｉａと入力電圧Ｖａおよび前記ｂ軸の入力電流Ｉｂと入力電圧Ｖｂを検出して，前記直流試験手段の出力の巻線抵抗Ｒと前記交流試験手段の出力のインダクタンスＬｄおよびＬｑを用いて，
【数２】
0003566578.tif 000002
により前記永久磁石型同期電動機の永久磁石の磁束φを求める回転試験手段と，前記直流試験手段の出力の巻線抵抗Ｒと前記交流試験手段の出力のインダクタンスＬｄおよびＬｑと前記回転試験手段の出力の磁束φとを入力して前記ＰＭモータ制御装置内のメモリに記憶する設定記憶手段とを具備する。
【０００５】
また前記交流試験手段を，前記永久磁石型同期電動機の停止した任意の方向のａ軸に直流成分を含む交流電流を流すと同時に前記ａ軸に対して垂直方向のｂ軸に前記交流電流と位相が９０度異なる交流電流を流して，前記ａ軸の入力電流と入力電圧を基本波でフーリエ変換することで基本波の位相差とそれぞれの大きさを検出して前記永久磁石型同期電動機の永久磁石の方向のインダクタンスＬｄを求め，同様に前記ｂ軸の入力電流と入力電圧の基本波の位相差とそれぞれの大きさを検出して前記永久磁石型同期電動機の永久磁石に対して垂直の方向のインダクタンスＬｑを求める交流試験手段とする。
【０００７】
請求項３では，前記永久磁石型同期電動機の回転子の位置検出手段と，前記直流試験手段の実行時または前記交流試験手段の実行時に前記位置検出手段の出力をメモリに記憶する設定記憶手段とを具備する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１に本発明の実施例を示し，この図に基づいて説明する。
スイッチング信号選択器１０は，通常運転においてＰＭモータ制御器１の出力のスイッチング信号を選択して電力変換器２に出力する。操作人がＰＭモータ５の電気的定数を設定記憶手段１２へ記憶させたい場合，ＰＭモータ制御装置は通常運転でない自動計測運転へ手動で切り換えられる。するとスイッチング信号選択器１０は，自動的に直流試験手段７と交流試験手段８と回転試験手段９の出力のスイッチング信号を順番に切り換えて電力変換器２へ出力する。
【０００９】
スイッチング信号選択器１０が直流試験手段７の出力のスイッチング信号を選択してる時，直流試験手段７の出力のスイッチング信号によって電力変換器２がＰＭモータ５に出力する印加電圧を制御し，ＰＭモータ５の入力電流が直流となるようにする。また直流試験手段７は，ＰＭモータ５の入力電流を検出する入力電流検出器３とＰＭモータ５の入力電圧を検出する入力電圧検出器４との出力を入力して，ＰＭモータ５の巻線抵抗Ｒを求めて設定記憶手段１２へ出力する。
【００１０】
スイッチング信号選択器１０が交流試験手段８の出力のスイッチング信号を選択してる時，交流試験手段８の出力のスイッチング信号によって電力変換器２がＰＭモータ５に出力する印加電圧を制御し，例えばＰＭモータのＵ相と同じ方向をａ軸とした場合，ａ軸に直流成分を含む交流電流を流す。同時にａ軸に対して垂直方向のｂ軸に前記交流電流と位相が９０度異なる交流電流を流す。また交流試験手段８は，入力電流検出器３と入力電圧検出器４との出力の入力電流と入力電圧を入力して，それらをそれぞれａ軸成分とｂ軸成分に分けて，ａ軸成分の入力電流と入力電圧を基本波でフーリエ変換して，ａ軸成分の入力電流の基本波の大きさＩａ０と，ａ軸成分の入力電圧の基本波の大きさＶａ０と，ａ軸成分の入力電流と入力電圧との基本波の位相差θａを求め，ａ軸方向のインダクタンスＬａを
Ｌａ＝Ｖａ０・ｓｉｎ（θａ）／（Ｉａ０・２・π・ｆ０）      ▲１▼
で求める。ここでｆ０は，前記交流電流の周波数である。同様にｂ軸方向のインダクタンスＬｂを
Ｌｂ＝Ｖｂ０・ｓｉｎ（θｂ）／（Ｉｂ０・２・π・ｆ０）      ▲２▼
で求める。ここでＶｂ０は，ｂ軸成分の入力電圧の基本波の大きさであり，Ｉｂ０はｂ軸成分の入力電流の基本波の大きさであり，θｂはｂ軸成分の入力電流と入力電圧との基本波の位相差である。
【００１１】
前述したようにａ軸には直流成分の電流が含まれているために，ＰＭモータ５の回転子には永久磁石が付いているので，ａ軸と前記永久磁石の方向が異なっているとトルクを発生して，ａ軸と前記永久磁石の方向が一致するように前記回転子が回転する。よってａ軸と前記永久磁石の方向は一致するので，前記Ｌａは永久磁石の方向のインダクタンスＬｄであり，前記Ｌｂは永久磁石に対して垂直の方向のインダクタンスＬｑとなので，交流試験手段８はＬａをＬｄとしてＬｂをＬｑとして出力する。
【００１２】
スイッチング信号選択器１０が交流試験手段８の出力のスイッチング信号を選択してる時，スイッチ１１は位置検出手段６の出力を設定記憶手段１２へ出力し，設定記憶手段１２は位置検出手段６の出力を記憶する。
【００１３】
スイッチング信号選択器１０が回転試験手段９の出力のスイッチング信号を選択してる時，回転試験手段９の出力のスイッチング信号によって電力変換器２がＰＭモータ５に出力する印加電圧を制御し，ＰＭモータ５の任意のａ軸に所定の大きさの直流電流を流し，前記ａ軸と直交するｂ軸の電流は０とする。前記ａ軸とｂ軸から成る座標を回転させ，該回転の周波数を０から徐々に所定の値ｆｒまで増加させることで，静止座標から見たＰＭモータ５の入力電流を回転させることができるので，ＰＭモータ５をｆｒに相当する速度で回転させることができる。また回転試験手段９は，その回転状態での，入力電流検出器３と入力電圧検出器４との出力の入力電流と入力電圧を入力して，それらをそれぞれ回転しているａ軸成分とｂ軸成分に分けて，前記ａ軸の入力電流Ｉａと入力電圧Ｖａおよび前記ｂ軸の入力電流Ｉｂと入力電圧Ｖｂを得る。これらＩａ，Ｖａ，Ｉｂ，Ｖｂは直流量となる。またＩｂ＝０のはずである。
【００１４】
ところで，ＰＭモータの特性方程式は，
Ｖｄ＝（Ｒ＋Ｌｄ・ｐ）・ｉｄ−ω・Ｌｑ・ｉｑ            ▲３▼
Ｖｑ＝ω・Ｌｄ・ｉｄ＋（Ｒ＋Ｌｑ・ｐ）・ｉｑ＋ω・φ    ▲４▼
Ｔ＝φ・ｉｑ＋（Ｌｄ−Ｌｑ）・ｉｄ・ｉｑ                ▲５▼
で表される。ここで，Ｖｄは永久磁石の方向の入力電圧成分であり，Ｖｑはそれと直交する入力電圧成分である。同様にｉｄは永久磁石の方向の入力電流成分であり，ｉｑはそれと直交する入力電流成分である。ωは永久磁石の回転角周波数であり，φは永久磁石の磁束であり，Ｔは出力トルクであり，ｐは時間での微分演算子を意味する。
【００１５】
回転試験手段９において，ＰＭモータ５が無負荷の状態であれば，トルクＴ＝０なので▲５▼式よりｉｑ＝０となる。するとｉｄ＝Ｉａとなる。ω＝２・π・ｆｒなので▲４▼式をφで解いた
【数１】
0003566578.tif 000003
により永久磁石の磁束φを求めて出力する。
【００１６】
もしＰＭモータが無負荷状態とは限らないならば，
ｉｄ＝Ｉａ・ｃｏｓ（θ）−Ｉｂ・ｓｉｎ（θ）      ▲６▼
ｉｑ＝Ｉａ・ｓｉｎ（θ）＋Ｉｂ・ｃｏｓ（θ）      ▲７▼
と表すことができる。ここでθは，永久磁石の方向と回転試験手段９におけるａ軸との位相差である。▲６▼，▲７▼式を▲３▼，▲４▼式に代入して，θを削除してφで解くと
【数２】
0003566578.tif 000004
が得られ，この式で永久磁石の磁束φを求める事もできる。この式の方が負荷状態に関係なく磁束φを求めることができる。なおＩｂ＝０のはずなので，Ｉｂが係る項を削除した式を用いてもよい。
【００１７】
設定記憶手段１２は，直流試験手段７出力の巻線抵抗Ｒと交流試験手段８出力のインダクタンスＬｄおよびＬｑと回転試験手段９出力の磁束φとスイッチ１１出力の位置Ｐ０を入力して記憶する。
【００１８】
通常運転の場合，ＰＭモータ制御器は，設定記憶手段１２の出力の巻線抵抗ＲとインダクタンスＬｄおよびＬｑと磁束φと位置Ｐ０と位置検出手段６の出力の回転位置Ｐを用いて，ＰＭモータ５が所望の動作をするようなスイッチング信号を出力して，電力変換器２を介してＰＭモータ５に印加する電圧を制御する。ここで回転位置Ｐと位置Ｐ０からＰＭモータ５の永久磁石の方向を得て，制御に用いている。
【００１９】
【発明の効果】
本発明により，ＰＭモータを高性能に制御するために必要なＰＭモータの電気的定数の正確な設定が，操作人がＰＭモータ制御装置を自動計測運転へ切り換えるだけで自動的に行えることになり，従来の技術での電気的定数の設定のための
多大な手間と時間と各種電源及び計測器が不必要となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を表す定数測定設定機能付きＰＭモータ制御装置のブロック線図である。
【符号の説明】
１・・ＰＭモータ制御器
２・・電力変換器
３・・入力電流検出器
４・・入力電圧検出器
５・・ＰＭモータ
６・・位置検出手段
７・・直流試験手段
８・・交流試験手段
９・・回転試験手段
１０・・スイッチング信号選択器
１１・・スイッチ
１２・・設定記憶手段
【図１】
0003566578.tif 000006