(57)【要約】      （修正有）【課題】  モータの構造に依存せず、極低速から停止まで行える。【解決手段】  軸誤差推定手段５により軸誤差Δθを推定し、それに基いてｄｃ軸の位置を制御し、ベクトル制御器１０から電圧指令を電力変換器１３に与えることにより、電気角位置の検出無しにモータ１を制御する第一の制御モードによるモータ１の運転制御と、つれ止まり制御手段１４から出力されるつれ止まり速度指令値ω0*を磁極位置演算手段８とベクトル制御器１０に入力してモータ１を同期つれ止まり制御する第二の制御モードによるモータ１の運転制御と、全相チョッパ指令手段１７から出力される第２の三相電圧指令ＶUVW2*をＰＷＭ発生器１２に入力し、モータ１をチョッパ回生制御する第三の制御モードによるモータ１の運転制御を備え、減速させ停止させるとき、第三の制御モード運転制御から第二の制御モードに遷移させ、第二の制御モード運転制御において、モータ１を減速させ停止させる。【選択図】  図１
2006020454.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石同期モータを減速する時に、前記永久磁石同期モータの速度の低下に伴い減速レートを漸減させる制御動作を行う事を特徴とする、永久磁石同期モータの制御装置。
【請求項２】
前記制御動作は、前記永久磁石同期モータの電流を、前記減速レートと同時に漸減させる動作であることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石同期モータの制御装置。
【請求項３】
前記制御動作は、予め与えられた減速レートと前記永久磁石同期モータおよび負荷の慣性に基いて算出した、前記永久磁石同期モータの速度および前記永久磁石同期モータの電流の指令値に沿う様に行う動作であることを特徴とする、請求項１または２に記載の永久磁石同期モータの制御装置。
【請求項４】
請求項３に於いて、
前記制御動作は、前記永久磁石同期モータの磁極位置に対して、該永久磁石同期モータの電流の位相が所定の位相角だけずれる様に、該永久磁石同期モータへ電流を与える動作であることを特徴とする、永久磁石同期モータの制御装置。
【請求項５】
請求項４に於いて、
前記所定の位相角が、前記永久磁石同期モータの磁極位置に対して、回転方向を基準に、電気角で３０度から６０度の範囲で遅れた位相角である事を特徴とする、永久磁石同期モータの制御装置。
【請求項６】
前記永久磁石同期モータの磁極位置についての補正情報が得られる時は、前記補正情報に基いて、前記永久磁石同期モータの電流の位相を補正する様に動作する事を特徴とする、
請求項１から５の何れかに記載の永久磁石同期モータの制御装置。
【請求項７】
永久磁石同期モータを減速する時に、前記制御装置が前記永久磁石同期モータへ与える電圧は、各相電圧の位相について、電気角で等間隔にずれて変化する状態を保つ様に、
前記制御装置が制御動作を行う期間を、第一の制御動作期間とすると、
第一の制御動作期間の後で、各相電圧が略同時に、同一極性へ変化する様に、前記制御動作が制御動作を行う期間へと切替えられ、これを全相チョッパ動作期間とすると、
該全相チョッパ動作期間の後で、前記制御装置の制御動作は、
前記第一の制御動作期間と同様の関係で、前記永久磁石同期モータへ与える電圧が変化する制御動作であって、且つ請求項１から６の何れかに記載の制御動作である様に、切替えられる事を特徴とする、永久磁石同期モータの制御装置。
【請求項８】
前記永久磁石同期モータの回転方向を切替える際に、前記永久磁石同期モータの減速を、請求項７に記載の方法で、前記制御装置の制御動作を切替えて行う事を特徴とする、永久磁石同期モータの制御装置。
【請求項９】
前記永久磁石同期モータの回転方向を切替える際に、前記永久磁石同期モータの減速を、請求項１から６の何れかに記載の方法で、前記制御装置の制御動作を切替えて行う事を特徴とする、永久磁石同期モータの制御装置。
【請求項１０】
前記制御装置の制御動作の切替えは、前記モータの速度に基いて行う事を特徴とする、請求項７から９の何れかに記載の、永久磁石同期モータの制御装置。
【請求項１１】
請求項７または８または１０に於いて、
前記全相チョッパ動作による減速運転中は、検出電流に基づいて、モータ速度あるいは磁極位置を推定する事を特徴とする、永久磁石同期モータの制御装置。
【請求項１２】
請求項１１に於いて、
推定したモータ速度から、負荷系の慣性を推定する事を特徴とする、永久磁石同期モータの制御装置。
【請求項１３】
請求項１１に於いて、
推定した速度情報から、前記永久磁石同期モータの負荷状態を推定する事を特徴とする、永久磁石同期モータの制御装置。
【請求項１４】
請求項１３に於いて、
推定した速度情報と、推定したモータ負荷情報から、
所定の減速率を維持する様に、全相チョッパ動作中に前記モータの電流を制御する事を特徴とする、永久磁石同期モータの制御装置。
【請求項１５】
前記制御装置の制御動作は、全相チョッパ動作期間から、前記第一の制御動作期間と同様の関係で、前記永久磁石同期モータへ与える電圧が変化する制御動作であって且つ請求項１から６の何れかに記載の制御動作である様に動作する様に切替えられ、
その切替えの際は、全相チョッパ動作期間の間に推定した速度情報と磁極位置情報を用いて、速度と電流の指令値の、夫々の初期値を設定する事を特徴とする、請求項７、８、１０〜１４に記載の永久磁石同期モータの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、界磁に永久磁石を用いた永久磁石同期モータの制御装置に係り、特に、位置センサを用いないで永久磁石回転界磁形同期モータを制御するようにした永久磁石同期モータの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
同期モータの一種に、ロータ(回転子)に永久磁石を用いた回転界磁形の同期モータがあり、給電用のブラシが不要なことからＤＣＢＬ(直流ブラシレス)モータと呼ばれ、励磁電力が不要なので効率が良く、従って比較的小型のモータとして有利であるため、近年、例えばエアコンなどに多用されるようになっている。
【０００３】
ところで、このＤＣＢＬモータは、ロータの磁極位置を検出して電機子電流を切換えることにより回転磁界を生成させ、ロータにトルクが発生されるようにしているので、磁極位置の検出を要するが、このとき一般的には、磁極位置検出用のセンサを設けている(例えば、非特許文献１参照)。
【０００４】
しかし、この場合、当然のこことしてセンサが必要で、小型化に隘路があり、且つセンサから制御装置まで信号線を設ける必要があるため、信号線の敷設に伴う不便さがある。そこで、この点を解決するものとして、センサを用いないでロータの磁極位置を検出するようにした、いわゆる位置センサレス制御装置が開発されている。
【０００５】
そして、この位置センサレス制御装置の第１の従来技術としては、永久磁石形同期モータ(ＰＭモータ)のロータ(回転子)が回転することにより発生する誘起電圧の発生位置に基づいて磁極位置を検出する方式の装置があり、この場合、制御装置から出力される電圧と永久磁石同期モータに流れる電流の検出値に基づいて、誘起電圧の推定磁極軸(ｄｃ軸)からの位置ずれの大きさを推定演算し、磁極位置を求めるものである(例えば、非特許文献２参照)。
【０００６】
図１９は、この第１の従来技術によるセンサレスモータ制御装置の一例で、制御装置２を備え、これにより永久磁石回転子形の三相交流同期モータ１(以下、単にモータ１と記す)を駆動制御するシステムにおいて、制御装置２に、モータ１の電流を観測(検出)する手段と、該電流の観測値に基づいてモータの制御を行なうモータ制御手段とを設け、このモータ制御手段の指令に従って電力変換手段を動作させ、モータ１に供給する電流を制御するようになっているものである。
【０００７】
具体的に説明すると、この従来技術による制御装置２は、まずモータ１に流れる電流を検出する電流検出手段３と、この電流検出手段３により検出された電流値ＩUVW を制御装置２内部の回転座標軸ｄｃ、ｑｃに座標変換するｄｑ変換器４、ｄｑ変換器４による変換結果を用いモータ１の磁極位置と制御装置内での磁極位置の誤差である軸誤差Δθを演算する軸誤差推定手段５、軸誤差Δθに基いてモータ内部と制御装置内での推定速度誤差Δωc を演算する速度誤差推定手段６、速度誤差Δωc と制御装置に与えられている速度指令値ω1* から、制御装置内の速度推定値ω1c を計算する加算器７とを備えている。
【０００８】
そして、更に上記速度推定値ω1c に基いて制御系内部の磁極位置を決定する磁極位置演算手段８と、モータ１に供給すべき電流の指令値Ｉd*、Ｉq* を与える電流指令作成手段９、該電流の指令値Ｉd*、Ｉq* と速度指令値ω1* に基いてモータ１に供給すべきｄｃ軸上とｑｃ軸上の電圧指令Ｖd*、Ｖq* を作成するベクトル制御器１０、該電圧指令を三相交流の電圧指令ＶUVW*(以下、第１の三相電圧指令という)に座標変換するｄｑ逆変換器１１、該第１の三相電圧指令ＶUVW* に基づいてパルス信号を発生させるＰＷＭ発生器１２、該パルス信号に従って動作するインバータからなる電力変換器１３を備えている。
【０００９】
従って、この第１の従来技術は、軸誤差推定手段５により軸誤差Δθを推定し、それに基いてｄｃ軸の位置を制御し、ベクトル制御器１０から電圧指令を電力変換器１３に与えることにより、電気角位置の検出無しにモータ１の制御、すなわち位置センサレス制御が実現されていることになる。
【００１０】
一方、このような位置センサレス制御装置の第２の従来技術は、永久磁石同期モータの突極性を利用して磁極位置の推定を行うもので、この場合は、永久磁石同期モータのｄｃ軸に交番磁界を発生させ、このｄｃ軸に対して直交するトルク軸(ｑｃ軸)成分の脈動電流或いは脈動電圧を検出し、これに基いてモータ内部の磁極位置を推定演算するようになっている(例えば、特許文献１参照)。
【００１１】
従って、この第２の従来技術は、実際の磁極軸と推定磁束軸に誤差が存在した場合にｄｃ軸からｑｃ軸に対してインダクタンスの干渉項が存在することを利用しているもので、このとき脈動電流(電圧)成分を抽出するためには、フーリエ級数展開や、バンドパスフィルタを使用している。
【非特許文献１】能登原、他著、“低分解能位置センサを用いた正弦波駆動システム”平成１３年電気学会産業応用部門大会、Ｎｏ.８７(2001-8)
【非特許文献２】平成１２年電気学会産業応用部門大会Ｎｏ．９７、「軸誤差の直接推定演算による永久磁石同期モータの位置センサレス制御」
【特許文献１】特開平７−２４５９８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記従来技術による位置センサレス制御装置の場合には、センサが無いことによるメリットがあるが、以下の問題がある。
【００１３】
まず、上記第１の従来技術では、誘起電圧を利用しているが、この誘起電圧は、永久磁石同期モータが回転することにより始めて発生し、しかも、その電圧値は回転速度に依存する。従って、永久磁石同期モータを強制的に停止させる場合、減速に伴って誘起電圧が減少する。
【００１４】
このため、例えば制御装置の電流検出誤差のような誤差要因のため磁極位置の推定誤差が大きくなり、ＤＣＢＬモータの運転状態によっては、特に極低速時などには、誘起電圧がかなり小さくなって磁極位置の推定が困難になり、制御が正しく維持できなくなる虞れがある。
【００１５】
そこで、通常は、ここで制御装置の出力を遮断し、ＤＣＢＬモータの端子を開放し、自然減速させるフリーラン状態にするか、又は直流制動をかけて強制的に停止させるのが一般的である。
【００１６】
しかし、ここでモータ及び負荷の慣性が大きい場合、又はエアベアリングなどが用いられていて、回転抵抗が非常に少ない場合、又はその両方の場合は、フリーラン状態にすると、惰性により回転が長時間継続されてしまうという問題がある。
【００１７】
一方、直流制動をかけたとしても、負荷慣性が大きい場合、短時間の直流制動では負荷の慣性エネルギーが処理できず、結果としては、やはり停止までに長い時間がかかってしまうという問題がある。
【００１８】
また、停止時や、回転方向が、例えば時計方向(ＣＷ)から反時計方向(ＣＣＷ)、又は反対の方向に変化した場合には、ＤＣＢＬモータの回転速度が０Ｈｚ付近の極低回転を通過するので、磁極位置の取得が困難になって制御が維持できなくなってしまうという問題がある。
【００１９】
次に、上記第２の従来技術の場合、インダクタンスの変化は回転速度に依存しないので磁極位置の推定には特に問題がなく、モータが停止するまで制御が維持できる。しかし、交番磁界を発生させる必要があるため、騒音が発生するという問題があり、且つ永久磁石同期モータの回転子の突極性を利用しているので、対象とする永久磁石同期モータの構造によっては、適用できない場合があるという問題がある。
【００２０】
本発明の目的は、回転速度の制御が、対象とするモータの構造に依存せず、極低速から停止まで行えるようにした永久磁石同期モータの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】
【００２１】
上記目的は、永久磁石同期モータの制御装置において、位置センサレス制御方式のモータ制御手段と、チョッパ回生制御方式のモータ制御手段と、同期つれ止まり制御方式のモータ制御手段と、前記位置センサレス制御方式のモータ制御手段による運転制御と、前記チョッパ回生制御方式のモータ制御手段による運転制御と、前記同期つれ止まり制御方式のモータ制御手段による運転制御を切換える切換手段とを設け、前記切換手段により、前記位置センサレス制御方式のモータ制御手段による前記永久磁石同期モータの運転中、当該モータの減速に際して、まず、前記チョッパ回生制御方式のモータ制御手段による運転に遷移させ、この後、前記同期つれ止まり制御方式のモータ制御手段による運転に遷移させることにより達成される。
【００２２】
同じく上記目的は、永久磁石同期モータの制御装置において、位置センサレス制御方式のモータ制御手段と、Ｖ／Ｆ制御方式のモータ制御手段とチョッパ回生制御方式のモータ制御手段と、同期つれ止まり制御方式のモータ制御手段と、前記位置センサレス制御方式のモータ制御手段による運転制御と、Ｖ／Ｆ制御方式のモータ制御手段による運転制御と、前記チョッパ回生制御方式のモータ制御手段による運転制御と、前記同期つれ止まり制御方式のモータ制御手段による運転制御を切換える切換制御手段とを設け、前記切換手段により、前記位置センサレス制御方式のモータ制御手段による前記永久磁石同期モータの運転中、当該モータの減速に際して、まず、前記Ｖ／Ｆ制御方式のモータ制御手段による運転に遷移させ、この後、前記チョッパ回生制御方式のモータ制御手段による運転に遷移させ、更にこの後、前記同期つれ止まり制御方式のモータ制御手段による運転に遷移させることことにより達成される。
【００２３】
同じく上記目的は、永久磁石同期モータの制御装置において、位置センサレス制御方式のモータ制御手段と、同期つれ止まり制御方式のモータ制御手段と、前記位置センサレス制御方式のモータ制御手段による運転制御と、前記同期つれ止まり制御方式のモータ制御手段による運転制御を切換える切換手段とを設け、前記切換手段により、前記位置センサレス制御方式のモータ制御手段による前記永久磁石同期モータの運転中、当該モータの減速に際して、前記同期つれ止まり制御方式のモータ制御手段による運転に遷移させることにより達成される。
【００２４】
同じく上記目的は、永久磁石同期モータの制御装置において、位置センサレス制御方式のモータ制御手段と、チョッパ回生制御方式のモータ制御手段と、同期つれ止まり制御方式のモータ制御手段と、前記位置センサレス制御方式のモータ制御手段による運転制御と、前記チョッパ回生制御方式のモータ制御手段による運転制御と、前記同期つれ止まり制御方式のモータ制御手段による運転制御を切換える切換手段とを設け、前記切換手段により、前記位置センサレス制御方式のモータ制御手段による前記永久磁石同期モータの運転中、当該モータの回転方向の切換えに際して、まず、前記チョッパ回生制御方式のモータ制御手段による運転に遷移させ、この後、前記同期つれ止まり制御方式のモータ制御手段による運転に遷移させることにより達成される。
【００２５】
同じく上記目的は、永久磁石同期モータの制御装置において、位置センサレス制御方式のモータ制御手段と、Ｖ／Ｆ制御方式のモータ制御手段とチョッパ回生制御方式のモータ制御手段と、同期つれ止まり制御方式のモータ制御手段と、前記位置センサレス制御方式のモータ制御手段による運転制御と、Ｖ／Ｆ制御方式のモータ制御手段による運転制御と、前記チョッパ回生制御方式のモータ制御手段による運転制御と、前記同期つれ止まり制御方式のモータ制御手段による運転制御を切換える切換手段とを設け、前記切換手段により、前記位置センサレス制御方式のモータ制御手段による前記永久磁石同期モータの運転中、当該モータの回転方向の切換えに際して、まず、前記Ｖ／Ｆ制御方式のモータ制御手段による運転に遷移させ、この後、前記チョッパ回生制御方式のモータ制御手段による運転に遷移させ、更に、この後、前記同期つれ止まり制御方式のモータ制御手段による運転に遷移させることにより達成される。
【００２６】
同じく上記目的は、永久磁石同期モータの制御装置において、位置センサレス制御方式のモータ制御手段と、同期つれ止まり制御方式のモータ制御手段と、前記位置センサレス制御方式のモータ制御手段による運転制御と、前記同期つれ止まり制御方式のモータ制御手段による運転制御を切換える切換手段とを設け、前記切換手段により、前記位置センサレス制御方式のモータ制御手段による前記永久磁石同期モータの運転中、当該モータの回転方向の切換えに際して、前記同期つれ止まり制御方式のモータ制御手段による運転に遷移させることにより達成される。
【００２７】
このとき、前記切換手段は、前記モータの回転速度に基づいてモータ制御手段の切換を行うようにしても良く、前記チョッパ回生制御方式のモータ制御手段によるモータの減速運転中は、当該モータの検出電流に基づいて、当該モータの回転速度と磁極位置の少なくとも一方の情報を推定するようにしても良い。
【００２８】
同じく、このとき、前記推定した回転速度情報から前記モータの負荷系の慣性情報が推定されるようにしても良く、前記推定した回転速度情報と前記推定した負荷系の慣性情報に基づいて前記モータの負荷情報が推定されるようにしても良い。
【００２９】
同じく、このとき、前記推定した回転速度情報と前記推定した負荷情報に基づいて前記モータの減速率が所定値に維持されるようにしても良く、前記同期つれ止まり制御方式のモータ制御手段は、前記モータの回転速度の低下に伴って減速率が漸減されるようにしても良い。
【００３０】
同じく、このとき、前記同期つれ止まり制御方式のモータ制御手段は、予め与えられた減速率と負荷系慣性に基いて回転速度並びに電流の指令値を作成するようにしても良く、前記電流の指令値は、電流位相が前記モータの磁極位置に対して所定の位相角だけずれた位置になるようにして与えても良い。
【００３１】
同じく、このとき、前記所定の位相角は、前記モータの回転方向を基準にして、電気角で３０度乃至６０度遅れた位相であるようにしても良く、前記電流の指令値は、位置補正情報が得られたとき、当該情報に基づいて補正されるようにしても良い。
【００３２】
同じく、このとき、前記位置センサレス制御方式のモータ制御手段による運転制御から前記同期つれ止まり制御方式のモータ制御手段による運転制御に切換えらるとき、当該同期つれ止まり制御方式のモータ制御手段は、回転速度情報の推定値と磁極位置情報の推定値に基づいて前記回転速度並びに前記電流の指令値の各々の初期値を設定するようにしても良い。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、センサレス永久磁石回転子形同期モータの回転速度制御が、対象とする永久磁石同期モータの構造に依存することなく、極低速から停止まで行えるようになるので、従来技術に比較して良好な制御を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明によるセンサレス永久磁石同期モータの制御装置について、図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００３５】
図１は本発明の第１の実施形態で、図示のように、制御装置２Ａを用い、これにより永久磁石回転子形の三相交流同期モータ１(以下、単にモータ１と記す)を制御するようにしたもので、このため、制御装置２Ａは、モータ１の電機子電流を検出(観測)する手段と、該電流の検出(観測)値に基づいてモータの制御を行なうモータ制御手段、このモータ制御手段の指令に従って動作するインバータなどの電力変換手段を備え、この電力変換手段によりモータ１に電流を供給するようにしたものである。
【００３６】
具体的に説明すると、この制御装置２Ａも、モータ１に流れる電流を検出する電流検出手段３と、この電流検出手段３により検出された電流値ＩUVW を制御装置２内部の回転座標軸ｄｃ、ｑｃに座標変換するｄｑ変換器４、該ｄｑ変換器４による変換結果を用いモータ内部と制御装置内での磁極位置の誤差である軸誤差Δθを演算する軸誤差推定手段５、該軸誤差Δθに基いてモータ内部と制御装置内での推定速度誤差Δωc を演算する速度誤差推定手段６、該速度誤差Δωc と制御装置内の速度指令値ω1* から、制御装置内の速度推定値ω1c を計算する加算器７とを備えている。
【００３７】
そして、更に上記速度推定値ω1c に基いて制御系内部の磁極位置を決定する磁極位置演算手段８と、モータ１に供給すべき電流の指令値Ｉd*、Ｉq* を与える電流指令作成手段９、該電流の指令値Ｉd*、Ｉq* と速度指令値ω1* に基いてモータ１に供給すべきｄｃ軸上とｑｃ軸上の電圧指令Ｖd*、Ｖq* を作成するベクトル制御器１０、該電圧指令を三相交流の電圧指令ＶUVW*(以下、第１の三相電圧指令という)に座標変換するｄｑ逆変換器１１、該第１の三相電圧指令ＶUVW* に基づいてパルス信号を発生させるＰＷＭ発生器１２、該パルス信号に従って動作するインバータからなる電力変換器１３を備えている。
【００３８】
従って、この第１の実施形態でも、図１９で説明した従来技術の制御装置２と同じく、軸誤差推定手段５により軸誤差Δθを推定し、それに基いてｄｃ軸の位置を制御し、ベクトル制御器１０から電圧指令を電力変換器１３に与えることにより、電気角位置の検出無しにモータ１の制御、すなわち位置センサレス制御が実現されていることになる。
【００３９】
しかして、この実施形態に係る制御装置２Ａには、上記した従来技術の制御装置２に対して、更に、つれ止まり制御手段１４と第１の速度切換手段１５、第２の速度切換手段１６、全相チョッパ指令手段１７、電圧出力指令切換手段１８、制御切換指令手段１９、それに磁極位置情報補正手段２０が追加されている。
【００４０】
そして、制御切換指令手段１９から出力される制御系動作指令Ｓ0*により電流指令作成手段９とＰＷＭ発生器１２、つれ止まり制御手段１４、第１の速度切換手段１５、第２の速度切換手段１６、全相チョッパ指令手段１７、それに電圧出力指令切換手段１８の動作を夫々切換え、これにより第一の制御モードによるモータ１の運転制御と第二の制御モードによるモータ１の運転制御、それに第三の制御モードによるモータ１の運転制御の何れかに任意に切換えてモータ１を運転制御することができるようにしてある。
【００４１】
このとき、制御切換指令手段１９は、モータ１の回転速度を監視し、これにより第一の制御モードによるモータ１の運転制御と第二の制御モードによるモータ１の運転制御、それに第三の制御モードによるモータ１の運転制御に切換えるようになっている。
【００４２】
ここで、まず、第一の制御モードによるモータ１の運転制御とは、いわゆる位置センサレス制御方式のことで、制御切換指令手段１９から出力される制御系動作指令Ｓ0*を“１”(Ｓ0*＝１)にしたとき与えられ、次に、第二の制御モードによるモータ１の運転制御とは、いわゆる同期つれ止まり制御方式のことで、制御系動作指令Ｓ0*を“２”(Ｓ0*＝２)にしたとき与えられ、そして、第三の制御モードによるモータ１の運転制御は、いわゆるチョッパ回生制御方式のことで、これは、制御系動作指令Ｓ0*を“３”(Ｓ0*＝３)にしたとき与えられるものである。
【００４３】
そして、まず、第一の制御モードによるモータ１の運転制御では、制御系動作指令Ｓ0*＝１により、第１の速度切換手段１５と第２の速度切換手段１６、それに電圧出力指令切換手段１８を夫々図示の状態に切換える。そうすると、このときは図１９の従来技術による制御装置２と同じ状態になり、既に説明したように、モータ１が位置センサレス制御により駆動されることになる。
【００４４】
次に、第二の制御モードによるモータ１の運転制御では、制御系動作指令Ｓ0*＝２により、今度は第１の速度切換手段１５と第２の速度切換手段１６を図示の状態とは反対に切換え、電圧出力指令切換手段１８については図示の状態のままにされる。そうすると、このときは、つれ止まり制御手段１４から出力されるつれ止まり速度指令値ω0*が磁極位置演算手段８とベクトル制御器１０に入力されるので、後で詳述するように、モータ１が同期つれ止まり制御により駆動されることになる。
【００４５】
そして、第三の制御モードによるモータ１の運転制御では、制御系動作指令Ｓ0*＝３により、今度は電圧出力指令切換手段１８を図示の状態とは反対に切換える。そうすると、このときは、全相チョッパ指令手段１７から出力される第２の三相電圧指令ＶUVW2*がＰＷＭ発生器１２に入力されるので、これも後で詳述するように、モータ１がチョッパ回生制御により駆動されることになる。
【００４６】
次に、この第１の実施形態の動作について説明する。ここで、まず、第一の制御モードによるモータ１の運転制御による動作、すなわち位置センサレス制御方式による動作については、既に図１９の従来技術において説明した通りであるので割愛し、ここでは追加された第二の制御モードによるモータ１の運転制御と第三の制御モードによるモータ１の運転制御について説明する。
【００４７】
まず、第二の制御モードによるモータ１の運転制御(同期つれ止まり制御方式)について説明すると、このときは、つれ止まり制御手段１４による制御が主体になる。そこで、このつれ止まり制御手段１４の詳細について、図２により説明する。このとき、図３には、第一の制御モードによるモータ１の運転制御から第二の制御モードによるモータ１の運転制御に切換えられた場合の、つれ止まり制御手段１４の入出力値の関係を示してあり、図４には、第三の制御モードによるモータ１の運転制御から第二の制御モードによるモータ１の運転制御に切換えられた場合の、つれ止まり制御手段の入出力値の関係を示してある。
【００４８】
図２において、速度指令選択手段１４０は、制御系動作指令Ｓ0*に基づいて切換えられ、第一の制御モードによるモータ１の運転制御のときは速度指令値ω1*を選択し、第三の制御モードによるモータ１の運転制御のときは第２の速度推定値ω1c2 を選択して、夫々つれ止まり速度指令生成手段１４１に供給する。
【００４９】
このとき、第二の制御モードによるモータ１の運転制御では、当初、その直前の制御モードによるモータ１の運転制御による動作になるので、つれ止まり速度指令生成手段１４１は、第二の制御モードによるモータ１の運転制御以外のときは、入力された信号をそのまま出力するようになっている。そして、第二の制御モードによるモータ１の運転制御に切換えられたら、この切換わった時点での入力値に基いて、まず、一定の減速レートにし、次いで、速度低下と共に減速レートを漸減させるようにつれ止まり速度指令値ω0*を新たに生成する。
【００５０】
そして、つれ止まり電流指令生成手段１４２は、このつれ止まり速度指令値ω0*に基づいて、つれ止まりｄ−ｑ軸電流指令値Ｉd0*、Ｉq0*を生成する。このとき、つれ止まり速度指令値ω0*による減速レートの漸減に伴ってモータ１に流れる電流の振幅が減少するように、つれ止まりｄ−ｑ軸電流指令値Ｉd0*、Ｉq0*の値を推移させる。
【００５１】
一方、つれ止まり位相補正手段１４３は、第三の制御モードによるモータ１の運転制御から第二の制御モードによるモータ１の運転制御に切換えられたとき、磁極位置演算手段８に、切換時の初期値として磁極位置更新情報θdc0 を与えるように動作する。
【００５２】
ここで、この第二の制御モードによるモータ１の運転制御、つまり同期つれ止まり制御方式は、主としてモータ１を停止させる段階で用いられるもので、このため、例えば速度誤差があった場合でもモータ１の回転速度が指令値に従って低下して行くことができるよう、速度が低下するに従って減速レートを漸減させ、モータ１の滑らかな停止が実現されるようにする。
【００５３】
次に、つれ止まり電流指令生成手段１４２によるつれ止まりｄ−ｑ軸電流指令値Ｉd0*、Ｉq0*の生成方法について説明すると、ここでまず図５は、第二の制御モードによるモータ１の運転制御に於けるモータ１の回転子とモータ電流(以下、つれ止まり電流)の関係を示したもので、このときモータ１の磁極軸(ｄ軸)とつれ止まり電流の位相差をθI、つれ止まり電流の振幅をＩ10 とすると、つれ止まり電流による発生トルクτM は、次の(1)式で与えられる。なお、以下では、説明を単純化するため、負荷状態は無負荷を想定し、このときリラクタンストルクの影響は無視している。
【００５４】
τM ＝３／２ＫE・Ｉ10・sin(θI) ……  ……(1)
また、負荷系慣性(モータ１単体の慣性と負荷の慣性の合計値)をＪとすると、無負荷時減速レートd/dt(ω)は、次の(2)式で与えられる。
【００５５】
d/dt(ω)＝τM／Ｊ＝１／Ｊ・３／２・ＫE・Ｉ10 ・sin(θI) …………(2)
従って、減速レートを一定に保ちながら減速するに必要なつれ止まりｄ−ｑ軸電流指令値Ｉd0*、Ｉq0*は、つれ止まり電流の振幅指令値Ｉ10*として、次の(3)式で与えられる。
【００５６】
Ｉd0* ＝Ｉ10*・cos(θI*)
Ｉq0* ＝Ｉ10*・sin(θI*) ……  ……(3)
従って、制御装置２Ａの内部に設定されている位相差指令θI*を所要の値にしておくことで、つれ止まり電流による発生トルクの制御、ひいてはモータ１の減速レートの制御が可能となる。例えば、この位相差指令θI*を電気角で−９０度になるように与えておけば、発生トルクτM は最大の減速トルクとなる。
【００５７】
このときの位相差指令θI*は、第二の制御モードによるモータ１の運転制御の間は一定値になるようにしても良く、何らかのパラメータによって変化させるようにしても良いが、このとき一定値にして、電流の振幅を図３と図４に示すように漸減させることで、つれ止まり電流指令生成手段１４２の構成を単純化でき、更に、モータが停止又はほぼ停止している状態、すなわちモータ１の自冷ファンによる冷却が得られないことから電流に制限を受ける状態でも、適用が可能になる。
【００５８】
ここで、制御装置２Ａ内部の位相差指令θI*に対して、誤差ΔθI が発生した場合を想定し、このとき、つれ止まり電流の振幅Ｉ10 は不変であるとすると、実際のつれ止まりｄ−ｑ軸電流Ｉd、Ｉq は、次の(4)式で与えられる。
【００５９】
Ｉd ＝Ｉ10・cos(θI*＋ΔθI)
Ｉq ＝Ｉ10・sin(θI*＋ΔθI) ……  ……(4)
そして、この結果、実際に発生するトルクτM は、次の(5)式により表わされるものになる。
【００６０】
τM ＝３ｋE／２・Ｉq
＝３ｋE／２・Ｉ10・sin(θI*＋ΔθI)
＝τM0*・sin(θI*＋ΔθI) ……    ……(5)
このとき、実際に発生するトルクτM と制御装置内部で仮定されるトルクτM*には、次の(6)式で表される差が発生する。
【００６１】
τM−τM* ＝τM0*・〔sin(θI*＋ΔθI)−sin(θI*)〕
＝τM0*・２sin(ΔθI／２)・cos(θI*＋ΔθI／２) ……(6)
ここで、発生トルクを減速トルクとするには、位相差指令θI*が電気角で負の値になるようにする必要がある。そこで、いま、位相差指令θI*を電気角で−９０度より大きな負の値にしたとすると、誤差ΔθI が負になったとき、実際に発生するトルクが減少する。
【００６２】
しかし、この場合、実際の減速レートが制御装置内部の減速レートよりも小さくなってしまうので、誤差ΔθI が負方向に拡がり、発生するトルクが更に減少してしまうので、意図した通りの減速にならず、モータ１が停止させられなくなってしまう可能性が生じる。また、位相差指令θI*は、−９０度より負に小さな値であっても、例えば−８０度のときでも、誤差ΔθI −２０度を超えて負になれば、やはり誤差ΔθI の拡大と共に、同じく発生トルクが減少する。
【００６３】
従って、例えば第二の制御モードによるモータ１の運転制御に切換えるときのモータ内部と制御装置内での磁極位置の誤差が大きい場合や、何らかの外乱によって第二の制御モードによるモータ１の運転制御に切換後に誤差ΔθI 変動した場合、上記の理由により、モータが停止できなくなってしまう事態の発生を避けるため、制御装置内部の位相差指令θI*については、−３０度から−６０度の範囲に抑えておくのが適当と考えられる。
【００６４】
ここで、磁極位置情報補正手段２０は、モータ１の磁極位置を示す磁極位置補正情報θdc3 を制御装置２Ａに間欠的に入力する働きをするもので、例えばモータ１の特定の機械角位置で信号を発生する手段が用いられている。そして、つれ止まり制御手段１４は、この磁極位置補正情報θdc3 が与えられると、その都度、磁極位置更新情報θdc0 を発生する。そこで、磁極位置演算手段８は、この磁極位置更新情報θdc0 により自らの制御系磁極位置θdc を補正する様に動作し、この結果、誤差ΔθI をゼロに保つ働きが得られることになる。
【００６５】
なお、この第１の実施形態では、この磁極位置情報補正手段２０が、制御装置２Ａの外部にあるものとしているが、これに代え、制御装置２Ａの内部で間欠的に行う磁極位置推定手段であっても良く、例えば特開２００２−７８３９２公報で開示されている磁極位置の推定手段を用いて、間欠的に行うようにしても良い。
【００６６】
次に、第三の制御モードによるモータ１の運転制御(チョッパ回生制御方式)について説明すると、このときは、チョッパ指令手段１７による制御が主体になる。そこで、このチョッパ指令手段１７の詳細について、図７により説明すると、まず、チョッパ電流振幅演算手段１７０は、電流検出手段３で検出された相電流検出値ＩUVW から、次の(7)式により、チョッパ電流振幅Ｉ1ch を演算する。
【００６７】
Ｉ1ch ＝(|Ｉu|＋|Ｉv|＋|Ｉw|)／２ …… ……(7)
次に、チョッパ電流指令手段１７１は、第三の制御モードによるモータ１の運転制御のときのモータ１の電流指令値であるチョッパ電流指令値Ｉ1ch*を生成する。そして、このチョッパ電流指令値Ｉ1ch*に対するチョッパ電流振幅Ｉ1ch の偏差を表わすチョッパ電流振幅偏差ΔＩ1ch を減算器１７２により算出する。そこで、電圧出力指令演算手段１７３は、このチョッパ電流振幅偏差ΔＩ1ch から、第三の制御モードによるモータ１の運転制御における出力電圧指令である第二の三相電圧指令ＶUVW2*を生成するのである。
【００６８】
また、これと並行して、チョッパ中電流位相算出手段１７４は、相電流検出値ＩUVW から、その電流位相を表わすチョッパ電流位相θIch を作成する。そして、チョッパ中速度推定手段１７５とチョッパ中磁極位置推定手段１７６は、チョッパ電流位相θIch と各々相手の出力から、第２の制御系磁極位置θdc2 と第２の速度推定値ω1c2 を夫々作成するのである。
【００６９】
次に、この第三の制御モードによるモータ１の運転制御に於ける電力変換器１３の動作について、図８と図九により説明すると、ここで、まず図８はＰＷＭ発生器１２と電力変換器１３の構成を示したもので、図９はＰＷＭ発生器１２の動作を示したものである。
【００７０】
既に説明したように、この第三の制御モードによるモータ１の運転制御では、電圧出力指令切換手段１８が図示とは反対の位置に切換えられていて、これにより、ＰＷＭ発生器１２には第二の三相電圧指令ＶUVW2*が入力される。このとき、当該指令ＶUVW2*は、各相電圧出力に相当する電圧指令ＶU2*、ＶV2*、ＶW2*が全て等しい値の信号になる。
【００７１】
そこで、ＰＷＭ発生器１２は、この電圧指令ＶU2*、ＶV2*、ＶW2*が全て等しい値の第二の三相電圧指令ＶUVW2*と、制御切換指令手段１９から供給されている制御系動作指令Ｓ0*が第三の制御モードによるモータ１の運転制御(Ｓ0*＝３)になっていることを受けて、図９に示すように、６本の指令信号の内、電力変換器１３の上アーム素子１３２ＵＰ、１３２ＶＰ、１３２ＷＰの指令信号であるＵＰ、ＶＰ、ＷＰは、上アーム素子の全部がスイッチ動作しないようにローレベル信号を保持し、下アーム素子１３２ＵＮ、１３２ＶＮ、１３２ＷＮの指令信号であるＵＮ、ＶＮ、ＷＮは同期してスイッチ変化するように出力する。
【００７２】
従って、このとき電力変換器１３は、下アーム素子１３２ＵＮ、１３２ＶＮ、１３２ＷＮだけが、素子特性のらつきやデッドタイムによるばらつきの範囲内でほぼ同時にスイッチ動作するように制御されることになり、この結果モータ１の巻線をリアクトルとしたチョッパ動作により、電力変換器１３の直流電圧部１３１にモータ１の運動エネルギーが回生される。
【００７３】
なお、このチョッパ動作によるエネルギー回生の原理自体は、既に広く知られた技術であり、従って、これ以上詳しい説明はしないが、この実施形態では、第三の制御モードによるモータ１の運転制御にチョッパ動作を用いることにより、磁極位置や速度の推定を行わずにモータ１の減速が可能になっている。
【００７４】
また、このときのＰＷＭ発生器１２の動作に於いては、上アーム素子への指令信号ＵＰ、ＶＰ、ＷＰと、下アーム素子への指令信号ＵＮ、ＶＮ、ＷＮの関係を入れ代え、上アーム素子への指令信号ＵＰ、ＶＰ、ＷＰが同期して変化するように制御しても、得られる効果は同一である。
【００７５】
このとき、チョッパ指令手段１７では、上記したように、モータ１の速度と磁極位置を推定し、第２の制御系磁極位置θdc2 と第２の速度推定値ω1c2 を夫々出力している。そして、これら第２の制御系磁極位置θdc2 と第２の速度推定値ω1c2 は、図１に示されているように、つれ止まり制御手段１４に供給され、第三の制御モードによるモータ１の運転制御から第二の制御モードによるモータ１の運転制御に切換える際の速度情報と磁極位置情報として、第二の制御モードによるモータ１の運転制御で使用される。
【００７６】
既に説明したように、第三の制御モードによるモータ１の運転制御では、モータ１の回転速度が小さくなると、電力変換器１３の上下アーム素子による電圧降下などの影響で、減速できなくなる速度が存在するが、その様な場合は、これら第２の速度推定値ω1c2 と第２の制御系磁極位置θdc2 を用いて第二の制御モードによるモータ１の運転制御に切換えることで、モータ１の更なる減速ならびに停止が可能になる。
【００７７】
ここで、図７のチョッパ中電流位相算出手段１７４とチョッパ中速度推定手段１７５、それにチョッパ中磁極位置推定手段１７６の詳細について、図１０により説明すると、まず、相電流検出値ＩUVW をαβ変換器１７４１により座標変換し、変換結果Ｉα、Ｉβ を電流位相算出器１７４２に入力し、逆正接演算により電流位相θIchを演算する。
【００７８】
この第二の制御モードによるモータ１の運転制御における電流位相の関係は、図１１に示すようになっていると考えられるので、加算器１７５１により位相を補正し、推定した磁極位置である第２の制御系磁極位置θdc2 を求めることができる。そして、この第２の制御系磁極位置θdc2 を微分器１７５２により処理すれば、同じく推定した速度である第２の速度推定値ω1c2 が求まることになる。
【００７９】
このとき加算器１７５１で補正を行なうため、遅延器１７６１を介して第２の速度推定値ω1c2 を短絡電流位相推定器１７６２に供給し、加算器１７５１による位相の補正に必要な位相補正量Δθ1c を計算するのである。
【００８０】
次に、制御切換指令手段１９による第一から第三までの各制御モードによるモータ１の運転制御の切換動作の遷移について説明する。ここで、図１２はモータの回転速度と制御モードによるモータ１の運転制御の遷移に対応した制御切換指令手段１９の出力信号である制御系動作指令Ｓ0*の推移の関係を示したもので、このとき制御系動作指令Ｓ0*＝１のときが第一の制御モードによるモータ１の運転制御で、Ｓ0*＝２が第三の制御モードによるモータ１の運転制御、そして、Ｓ0*＝３が第二の制御モードによるモータ１の運転制御であることは、既に説明した通りである。
【００８１】
このように、制御モードによるモータ１の運転制御の切換は、モータ１の回転速度に応じて行なわれ、図１３は、このときの制御モードによるモータ１の運転制御の遷移を示すフローチャートで、まず、制御装置２Ａが減速指令を受けると(Ｓ１３１)、始めに第一の制御モードによるモータ１の運転制御による減速に遷移する(Ｓ１３２)。
【００８２】
このとき制御切換指令手段１９は、モータ１の回転速度を速度指令値ω1*により監視し、第一の切換速度ω13 まで減速されたら、制御系動作指令Ｓ0*を２に切換え(Ｓ１３３)、これにより、制御装置２Ａの動作を第三の制御モードによるモータ１の運転制御に遷移させる(Ｓ１３４)。
【００８３】
そして、この第三の制御モードによるモータ１の運転制御による減速中は、第２の速度推定値ω1c2 によりモータ速度を監視していて、第二の切換速度ω12 まで減速されたら(Ｓ１３５)、ここで制御系動作指令Ｓ0*を３に切換え、これにより、制御装置２Ａの動作を第二の制御モードによるモータ１の運転制御による減速に遷移させる(Ｓ１３６)。
【００８４】
そして、この第二の制御モードによるモータ１の運転制御に於いて、速度＝０の停止判定条件に到達したら(Ｓ１３７)、モータ１の運転動作(回転)を停止させるか、或いは回転方向を反転させる動作(Ｓ１３８)に遷移するのである。
【００８５】
ところで、本発明の実施形態としては、モータ１の減速に際して、第三の制御モードによるモータ１の運転制御を用いずに、第一の制御モードによるモータ１の運転制御から第三の制御モードによるモータ１の運転制御に遷移させるようにしても良い。図１４は、この場合のモータの回転速度と制御モードによるモータ１の運転制御の遷移に対応した制御切換指令手段１９の出力信号である制御系動作指令Ｓ0*の推移の関係を示したものである。
【００８６】
そして、図１５は、このように第三の制御モードによるモータ１の運転制御を用いずに減速を行う場合のフローチャートで、こちらの動作の場合、第一の制御モードによるモータ１の運転制御中は第三の制御モードによるモータ１の運転制御のときと同様に、速度指令値ω1*を用いて速度の監視を行う。まず、制御装置２Ａが減速指令を受けると(Ｓ１５１)、第一の制御モードによるモータ１の運転制御による減速(Ｓ１５２)に遷移する。そして、第二の切換速度ω12 まで減速されたら(Ｓ１５３)、制御系動作指令Ｓ0*を３に切換えるのである。
【００８７】
これにより、制御装置２Ａの動作は、第二の制御モードによるモータ１の運転制御に遷移(Ｓ１５４)し、この第二の制御モードによるモータ１の運転制御に於いて、停止判定条件に到達したら(Ｓ１５５)、モータ１の運転動作(回転)を停止させるか、或いは回転方向を反転させる動作(Ｓ１５６)に遷移するのである。
【００８８】
この実施形態によれば、制御装置２Ａの制御モードによるモータ１の運転制御をモータ１の回転速度に基いて切換え、減速開始当初の誘起電圧を利用した位置センサレス制御方式から、それを利用しない各種の制御方式に切換えていくようにしたので、減速時のモータの制御を最終的に完全に停止するまで、同期を維持した状態のまま継続して制御することができる。
【００８９】
また、この実施形態では、第二の制御モードによるモータ１の運転制御のとき、モータの回転速度が低下するに従って減速レートも漸減させるようにしたので、例えば推定回転速度に誤差があった場合でも、モータの回転速度が指令値に近付くように変化され、この結果、滑らかな停止が実現される。
【００９０】
更に、この実施形態では、減速レートの漸減と共に電流値も漸減させるようにしたので、制御装置の構成が単純化できると共に、モータが停止又はほぼ停止していてモータの自冷ファンによる冷却が得られなくなって、モータ電流に制限を受ける場合についても適用を可能にすることができる。
【００９１】
同じく、この実施形態では、モータ電流の位相を略−３０度ないし−６０度の範囲にすることで、例えば第二の制御モードによるモータ１の運転制御に切換えるときのモータ内部と制御装置内での磁極位置の誤差が大きい場合や、何らかの外乱により、第二の制御モードによるモータ１の運転制御に切換後、モータ１の磁極軸(ｄ軸)とつれ止まり電流の位相差θI が変動した場合にも、安定した減速が可能になる。
【００９２】
このとき、外部から間欠的に磁極位置の補正情報が得られる場合は、その情報を利用して位相差θI の変動が補正できるので、より安定させることができる。
【００９３】
次に、この実施形態によれば、第三の制御モードによるモータ１の運転制御として全相チョッパ動作を併用するようになっているので、磁極位置や速度の推定を行わずにモータ２の減速を可能にすることができる。
【００９４】
また、この実施形態では、第三の制御モードによるモータ１の運転制御で動作中のとき、モータの回転速度と磁極位置を推定して第二の制御モードによるモータ１の運転制御に切換えているので、的確な切換が可能になり、第三の制御モードによるモータ１の運転制御と第二の制御モードによるモータ１の運転制御とを組み合わせた場合には、より広範な条件でのモータの減速が可能となる。
【００９５】
また、夫々の制御モードによるモータ１の運転制御の切換については、制御系内部に持つ回転速度で行うことで、非特許文献２の手法に基づく位置センサレス制御での運転が困難な領域になる前に、第三の制御モードによるモータ１の運転制御や第二の制御モードによるモータ１の運転制御に切換えることができる。
【００９６】
ところで、以上に説明した実施形態では、第一の制御モードによるモータ１の運転制御として、磁極位置の推定による位置センサレス制御方式を用いた場合のシステム構成例であるが、本発明の実施形態としては、その他、第一の制御モードによるモータ１の運転制御における制御方式としては、例えば磁極位置の推定によらず、モータの回転速度と誘起電圧の比を略一定に保って運転する、いわゆるＶ／Ｆ制御方式も適用可能であり、これらの何れを用いても良く、或いは減速中に位置センサレス制御方式からＶ／Ｆ制御方式に切換え、この後で第三の制御モードによるモータ１の運転制御に遷移させるようにしても良く、この後で第二の制御モードによるモータ１の運転制御に遷移させるようにしてもよい。
【００９７】
また、上記実施形態では、第二の制御モードによるモータ１の運転制御のとき磁極位置の情報を用いないことを前提としているが、補正情報に限らず、磁極位置の情報を得る手段を使用しても問題が無いことは、言を待たない。
【００９８】
次に、本発明の第２の実施形態について説明すると、ここで、図１６は、この第２の実施形態に於けるシステム構成図で、図１に示した第１の実施形態に対して、この制御装置２Ｂでは、つれ止まり制御手段１４と全相チョッパ指令手段１７の構成が異なり、このとき、まず全相チョッパ指令手段１７からは負荷系慣性(モータ単体と負荷慣性の合計)の推定値ＪMLc が出力され、また、電力変換器１３からは直流電圧部１３１(図８)の電圧であるＶDC が出力され、夫々つれ止まり制御手段１４に入力されるようになっいる点が異なっている。
【００９９】
図１７は、この第二の実施形態に於ける全相チョッパ指令手段１７の構成図で、図７で説明した第一の実施形態の全相チョッパ指令手段１７に対して異なっている点は、負荷系慣性・負荷状態推定手段１７７が追加された点と、チョッパ電流指令手段１７１に負荷系慣性・負荷状態推定手段１７７で演算された負荷系慣性の推定値ＪMLc と負荷トルク推定値τLc が入力されている点である。
【０１００】
次に、この実施形態における負荷系慣性・負荷状態推定手段１７７並びにチョッパ電流指令手段１７１の動作について説明する。なお、他の構成要素については、既に説明した第一の実施形態の場合と同じであるため、割愛する。
【０１０１】
まず、負荷系慣性・負荷状態推定手段１７７について説明すると、減速中の負荷系慣性が持つ慣性エネルギー(以下、負荷系慣性エネルギー)の減少に於いては、次の(8)式〜(12)式の関係が成立する。
【０１０２】
・減速中の、負荷系慣性エネルギーの減少分の関係
d/dt(ＥML)＝d/dt(ＥML)＋d/dt(ＥR-LOS)＋d/dt(Ｅc)
ＪML・ω・d/dt(ω)＝τL・ω＋3/2・1/2・Ｒ1・Ｉ1ch2＋
Ｃ・ＶDC・d/dt(ＶDC) ……(8)
・減速による、負荷系慣性エネルギーＥML の減少分
d/dt(ＥML)＝ＪML・ω・d/dt(ω) ……      ……(9)
・負荷トルクと、負荷による慣性エネルギーＥL の減少分
d/dt(ＥL)＝τL・ω ……      ……(10)
・チョッパ動作中の、モータに流れる電流による抵抗損失Ｅr_loss
(但し、電流値はＩ1ch、Ｒ1 はモータの相巻線抵抗値)
d/dt(ＥR-LOS)＝3/2・1/2・Ｒ1・Ｉ1ch2 ……      ……(11)
・チョッパ動作中の、直流電圧部に回生されるエネルギーＥc
(但し、Ｃは直流電圧部の平滑コンデンサ容量)
d/dt(Ｅc)＝Ｃ・ＶDC・d/dt(ＶDC) ……      ……(12)
従って、例えば減速中に無負荷状態と判っていれば、トルクτL は０だから、次の(13)式の関係から、直流電圧部の電圧ＶDC、チョッパ電流振幅Ｉ1ch と、チョッパ中速度推定手段１７５により推定した速度推定値ω1c2 から、負荷系慣性の推定値ＪMLc を求めることができる。
【０１０３】
ＪML・ω・d/dt(ω)＝3/2・1/2・Ｒ1・Ｉ102＋Ｃ・ＶDC・d/dt(ＶDC)
∴  τL ＝[3/2・1/2・Ｒ1・Ｉ102＋Ｃ・ＶDC・d/dt(ＶDC)]／ω・d/dt(ω)
…………(13)
また、例えば減速中、負荷状態は不明だが負荷系慣性ＪML  が判っていれば、次の(14)式により同様にして負荷トルクτLcを推定可能である。
【０１０４】
τL・ω＝ＪML・ω・d/dt(ω)−
[3/2・1/2・Ｒ1・Ｉ1ch2＋Ｃ・ＶDC・d/dt(ＶDC)]
∴  τLC ＝ＪML・d/dt(ω)−
１/ω・[3/2・1/2・Ｒ1・Ｉ1ch2＋Ｃ・ＶDC・d/dt(ＶDC)]
…………(14)
チョッパ電流指令手段１７１に於いては、(8)式の関係と、負荷系慣性・負荷状態推定手段１７７による負荷系慣性や負荷トルクの推定値、チョッパ中速度推定手段１７５により推定した速度推定値ω1c2 からチョッパ電流指令値Ｉ1ch*によりチョッパ動作による直流電圧部１３１への回生エネルギーと抵抗損失の合計を操作して、別途設定した減速レートを保持する様、動作させることも可能である。
【０１０５】
次に、図１８は、この第二の実施形態におけるつれ止まり制御手段１４の構成図で、図２で説明した第一の実施形態のつれ止まり制御手段１４に対して異なっている点は、つれ止まり速度指令生成手段１４１に、更に負荷系慣性・負荷状態推定手段１７７で演算された負荷系慣性の推定値ＪMLc が追加して入力され、これにより無負荷時の減速レートの関係式である(2)式については、次の(15)式に示すようになっている点にある。
【０１０６】
d/dt(ω)＝τM／ＪMLc＝１／ＪMLc・３／２・ＫEＩ10 ・sin(θI)
…………(15)
従って、この第２の実施形態の場合は、第１の実施形態における(2)式に代えて、以後、この(15)式で与えられる無負荷時減速レートd/dt(ω)に基づいて減速レートと(3)式以降での電流指令値が改めて算出されることになる。
【０１０７】
ここで、この(15)式が意味するところは、制御装置２Ａ内で初期設定された負荷系慣性の値が、負荷系慣性・負荷状態推定手段１７７で求められた負荷系慣性の推定値ＪMLc に基づいて補正される点にある。
【０１０８】
従って、この第２の実施形態によれば、制御装置２Ａ内で初期設定された負荷系慣性の値が、実際の値と異なってしまったときでも、第三の制御モードによるモータ１の運転制御で、前記負荷系慣性・負荷状態推定手段１７７で求めた負荷系慣性の推定値ＪMLc 用いて、減速レートと電流指令値を改めて算出することにより、所要の減速レートを得ることも可能となる。
【０１０９】
よって、この第２の実施形態によれば、第三の制御モードによるモータ１の運転制御に於いて、負荷の慣性や運転中の負荷トルクの推定が可能になる。更に、これらの得られた情報を用いてモータ電流を制御することにより、減速レートを所望値に保持する制御が行えることになる。
【０１１０】
また、この第２の実施形態によれば、第三の制御モードによるモータ１の運転制御に於いて負荷の慣性を推定することで、予め負荷の慣性の情報が得られない場合や、それが実際と著しく異なる場合に、第二の制御モードによるモータ１の運転制御に於ける減速レートや電流指令値を適切に設定することも可能になる。
【０１１１】
以上、説明したように、本発明は、モータを制御する制御装置内で、複数の制御モードを切換えて運転するようにした点を特徴とするものであり、従って、本発明は、例えば位置センサレス制御を行っている永久磁石同期モータについて極低速回転中にロータ位置の同期を維持するためにロータの回転速度に応じて最適な制御方法に切換えて制御することにより完全に停止するまで同期を維持したまま制御するものとして実施することができる。
【０１１２】
例えば、非特許文献２の手法による位置センサレス制御で永久磁石同期モータを駆動する場合、前記した様に、永久磁石同期モータをほぼ停止状態になるまで回転数(回転速度)を落としていくと、ある回転数を下回ったところで磁極位置の推定が困難になって、運転が継続できなくなる。従って、この回転数に到達する前に、誘起電圧を利用した制御から、それを利用しない各種の制御に切換えていくことにより、モータの制御が継続され、最終的に完全に停止するまで同期を維持した制御が得られるようになる。
【０１１３】
従って、本発明の実施形態は、例えば、永久磁石同期電動機を減速する際、
(1) 位置センサレス制御またはＶ／Ｆ制御、若しくはその両者を切換えて用いる第一の制御モードから、
(2) チョッパ回生制御を用いる第二の制御モードに遷移し、その後、制御装置の出力素子のオン電圧より誘起電圧が小さくなり、チョッパ回生制御では回生電流が流せなくなる回転数に到達する前に、
(3) 第三の制御モードとして同期つれ止まり制御へ制御モードを遷移させる事により、電動機を停止又は極低速で運転する様に、永久磁石同期モータの制御を行うようにした永久磁石同期モータの制御装置である。
【０１１４】
または、本発明の実施形態は、前記第一の制御モードから、前記第三の制御モードに、制御モードを切換える様にした永久磁石同期モータの制御装置でも良い。
【０１１５】
同じく本発明の実施形態は、例えば、モータの回転方向を切換える際に、減速を上記に記載した方法で制御モードを切換えて行う永久磁石同期モータの制御装置でも良く、制御モードの切換えをモータ速度に基づいて行ない、永久磁石同期モータの制御を行う制御装置であっても良く、チョッパ回生制御動作による減速制御中に、検出電流に基づいて、モータ速度や磁極位置を推定するようにして永久磁石同期モータの制御を行う制御装置であっても良い。
【０１１６】
同じく本発明の実施形態は、例えば、減速制御中に負荷電流と加速度から推定した推定速度情報から、負荷系の慣性を推定して永久磁石同期モータの制御を行う制御装置でも良く、減速制御中に負荷電流と加速度から推定した推定速度情報と、与えられた負荷系慣性に基づいて、モータの負荷を推定して永久磁石同期モータの制御を行う制御装置であっても良い。
【０１１７】
同じく本発明の実施形態は、減速制御中に負荷電流と加速度から推定した推定速度情報と、推定したモータ負荷情報から、所定の減速率を維持する様に、チョッパ回生時のモータ電流を制御するようにして永久磁石同期モータの制御を行う制御装置であっても良い。
【０１１８】
同じく本発明の実施形態は、同期“つれ止まり”時、モータ速度低下に伴い減速レートを漸減させることにより、永久磁石同期モータの制御を行う制御装置であっても良く、同期“つれ止まり”時、予め与えられた減速レートと負荷系慣性を基に、速度並びに電流の指令値を作成して与えることにより永久磁石同期モータの制御を行う制御装置であっても良い。
【０１１９】
同じく本発明の実施形態は、同期“つれ止まり”時、予め与えられた減速レートと負荷系慣性を基に、速度並びに電流の指令値を作成して与える場合、電流の指令値については、電流位相がモータの磁極位置に対して所定の位相角だけずれた位置になるようにして与え、永久磁石同期モータの制御を行う制御装置であっても良い。
【０１２０】
同じく本発明の実施形態は、同期“つれ止まり”時、予め与えられた減速レートと負荷系慣性を基に、速度並びに電流の指令値を作成して与える場合、電流位相が、モータの磁極位置に対してモータの回転方向を基準にして、電気角で３０〜６０度遅れた位相であるようにして、永久磁石同期モータの制御を行う制御装置であっても良い。
【０１２１】
同じく本発明の実施形態は、同期“つれ止まり”時、位置補正情報が得られる時は、その情報に基づいて電流の指令値を補正するようにして、永久磁石同期モータの制御を行う制御装置であってもよい。
【０１２２】
同じく本発明の実施形態は、チッョパ回生制御から同期“つれ止まり”に切換える時には、推定した速度情報と磁極位置情報を用いて、速度と電流の指令値の夫々の初期値を設定するようにして永久磁石同期モータの制御を行う制御装置であっても良い。
【０１２３】
同じく本発明の実施形態は、位置センサレス制御から同期“つれ止まり”に切換える時には、制御装置の主回路動作を所定の期間停止させるようにして永久磁石同期モータの制御を行う制御装置であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【０１２４】
【図１】本発明による永久磁石同期モータの制御装置の第１の実施形態を示すシステム構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態におけるつれ止まり制御手段のブロック構成図である。
【図３】本発明の第１の実施形態におけるつれ止まり制御手段の第一の制御モードによるモータ１の運転制御から切換えるときの動作説明図である。
【図４】本発明の第１の実施形態におけるつれ止まり制御手段の第三の制御モードによるモータ１の運転制御から切換えるときの動作説明図である。
【図５】つれ止まり制御時のモータ電流と磁極位置の関係を示す説明図である。
【図６】つれ止まり制御時のモータの位相差に誤差が存在したときの電流と磁極位置の関係を示す説明図である。
【図７】本発明の第１の実施形態におけるチョッパ制御手段のブロック構成図である。
【図８】本発明の実施形態における電力変換器のブロック構成図である。
【図９】チョッパ制御時のＰＷＭ発生器出力の波形図である。
【図１０】本発明の第１の実施形態によるチョッパ制御手段における速度推定手段および磁極位置推定手段のブロック構成図である。
【図１１】本発明の実施形態における磁極位置と電流位相の関係を示す説明図である。
【図１２】本発明の第１の実施形態において第三の制御モードによるモータ１の運転制御を経る場合の制御モードによるモータ１の運転制御遷移の説明図である。
【図１３】本発明の第１の実施形態において第三の制御モードによるモータ１の運転制御を経る場合の制御動作を示すフローチャートである。
【図１４】本発明の第１の実施形態において第三の制御モードによるモータ１の運転制御を経ない場合の制御モードによるモータ１の運転制御遷移の説明図である。
【図１５】本発明の第１の実施形態において第三の制御モードによるモータ１の運転制御を経ない場合の制御動作を示すフローチャートである。
【図１６】本発明による永久磁石同期モータの制御装置の第２の実施形態を示すシステム構成図である。
【図１７】本発明の第２の実施形態におけるチョッパ制御手段のブロック構成図である。
【図１８】本発明の第２の実施形態におけるつれ止まり制御手段のブロック構成図である。
【図１９】センサレスモータ制御装置の従来技術の一例を示すシステム構成図である。
【符号の説明】
【０１２５】
１：モータ(永久磁石回転子形の三相交流同期モータ)
２Ａ、２Ｂ：制御装置
３：電流検出手段
４：ｄｑ変換器
５：軸誤差推定手段
６：速度誤差推定手段
７：加算器
８：磁極位置演算手段
９：電流指令作成手段
１０：ベクトル制御器
１１：ｄｑ逆変換器
１２：ＰＷＭ発生器
１３：電力変換器
１４：つれ止まり制御手段
１５：第１の速度切換手段
１６：第２の速度切換手段
１７：全相チョッパ指令手段
１８：電圧出力指令切換手段
１９：制御切換指令手段
２０：磁極位置情報補正手段
１４０：速度指令選択手段
１４１：つれ止まり速度指令生成手段
１４２：つれ止まり電流指令作成手段
１４３：つれ止まり位相補正手段
１７０：チョッパ電流振幅演算手段
１７１：チョッパ電流指令手段
１７２：減算器
１７３：電圧出力指令演算手段
１７４：チョッパ中電流位相算出手段
１７５：チョッパ中速度推定手段
１７６：チョッパ中磁極位置推定手段
１７７：負荷系慣性・負荷状態推定手段
【図１】
2006020454.tif 000003
【図２】
2006020454.tif 000004
【図３】
2006020454.tif 000005
【図４】
2006020454.tif 000006
【図５】
2006020454.tif 000007
【図６】
2006020454.tif 000008
【図７】
2006020454.tif 000009
【図８】
2006020454.tif 000010
【図９】
2006020454.tif 000011
【図１０】
2006020454.tif 000012
【図１１】
2006020454.tif 000013
【図１２】
2006020454.tif 000014
【図１３】
2006020454.tif 000015
【図１４】
2006020454.tif 000016
【図１５】
2006020454.tif 000017
【図１６】
2006020454.tif 000018
【図１７】
2006020454.tif 000019
【図１８】
2006020454.tif 000020
【図１９】
2006020454.tif 000021