(57)【要約】【課題】電動機の速度やトルクを広範囲な速度領域で高精度かつ安定に制御する手法として、特に低速での高精度制御には、パルス数の多い検出器が必要であるが、この場合、高速域では,検出器の出力信号が高周波になり、検出が困難となる。【解決手段】電動機の回転子の位置と回転速度の内で少なくとも回転速度を電動機の電流から推定する推定器と、電動機の回転子の位置と回転速度の内で少なくとも回転速度を検出する検出器と、推定器または検出器の出力の回転速度が所定値よりも大きい場合は推定器の出力を選択し、小さい場合は検出器の出力を選択して出力する選択器とを具備する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機の回転子の位置と回転子の回転速度の少なくともどちらか一つを用いて前記電動機の回転速度またはトルクを指令値通りに追従させる電動機の制御装置において、
前記電動機の回転子の位置と回転速度の内で少なくとも回転速度を前記電動機の電流から推定する推定器と、前記電動機の回転子の位置と回転速度の内で少なくとも回転速度を検出する検出器と、前記推定器または前記検出器の出力の回転速度が所定値よりも大きい場合は前記推定器の出力を選択し、小さい場合は前記検出器の出力を選択して出力する選択器とを具備することを特徴とし、前記選択器の出力を用いて前記電動機の回転速度またはトルクを指令値通りに追従させる電動機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電動機の回転速度やトルクの制御に関するもので、広範囲な速度領域で高精度かつ安定に制御する手法を提案するものである。
【背景技術】
【０００２】
図２に一例として永久磁石形同期電動機の位置検出器レス及び速度検出器レス制御装置を示し、この図に基づいて従来技術を説明する。
電力変換器２は永久磁石形同期電動機１に電力を供給する。永久磁石形同期電動機１の電機子電流ｉは、永久磁石形同期電動機１の回転子の永久磁石の推定された位置であるγ軸の位置θに基づいて電流成分変換器３において回転座標変換されて、γ軸成分電流ｉγとδ軸成分電流ｉδとに分けて出力される。同様に永久磁石形同期電動機１の入力電圧ｖは、推定されたγ軸の位置θに基づいて電圧成分変換器４において回転座標変換されて、γ軸成分電圧ｖγとδ軸成分電圧ｖδとに分けて出力される。
位置誤差演算器５では、ｉγ、ｉδ、ｖγ、ｖδと永久磁石形同期電動機１の回転子の推定された回転角周波数ωとを入力して、
【０００３】
【数１】
2006060897.tif 000003
【０００４】
により、永久磁石形同期電動機１の回転子の永久磁石の位置であるｄ軸の位相θＲからγ軸の位相θを引いた位置誤差ΔθＬを演算して出力する。ここでＲは、永久磁石形同期電動機１の電機子巻線抵抗であり、Ｌｄはｄ軸のインダクタンス、Ｌｑはｑ軸のインダクタンスであり、φは永久磁石形同期電動機１の回転子の永久磁石による磁束であり、ｐ（）は（）内の時間微分を意味する。高速域位置誤差演算器６では、ｉγ、ｉδ、ｖγ、ｖδと永久磁石形同期電動機１の回転子の推定された回転角周波数ωとを入力して
【０００５】
【数２】
2006060897.tif 000004
【０００６】
により、永久磁石形同期電動機１の回転子の永久磁石の位置であるｄ軸の位相θＲから前記γ軸の位相θを引いた位置誤差ΔθＨを演算して出力する。スイッチ７は、例えば永久磁石形同期電動機１の回転子の推定された回転角周波数ωが所定値よりも大きいときはΔθＨを選択し、小さいときはΔθＬを選択してΔθとして出力する。推定器８は、スイッチ７で選択された位置誤差ΔθＨまたはΔθＬを比例積分増幅して永久磁石形同期電動機１の回転子の推定された回転角周波数ωとして出力し、さらに推定された回転角周波数ωを時間積分して永久磁石形同期電動機１の回転子の永久磁石の推定された位置つまりγ軸の位相θを出力する。詳細な原理については省略するが、推定器８の構成により位置誤差Δθを０に近づけることができるので、γ軸がｄ軸に一致するようになり、推定器８出力のωは永久磁石形同期電動機１の回転子の回転角周波数ωＲと一致することになる。なお、（１）式の分母が０にならないようにするために、ｐ（ｉγ）の値を０にしないようにする必要がある。そのため、高周波発生器１４で発生した三角波状の高周波信号はスイッチ１２を介して加算器１３によってγ軸の電流指令ｉγ＊＊に加算されて、ｉγ＊を得る。（２）式の分母は高速域では０にはならないのでスイッチ１２により０を選択してｉγ＊に高周波信号を重畳させないようにする。
トルク変換器１０は、トルク指令Ｔ＊のトルクを出力するためのδ軸電流指令ｉδ＊を出力し、電流制御器９は、ｉδ、ｉγがそれらの指令ｉδ＊、ｉγ＊に追従するような制御信号Ｓを電力変換器２に出力することにより、トルク制御が達成できる。また、速度制御をする場合は、速度指令ω＊に推定された回転角周波数ωが追従するように速度制御器１１においてトルク指令を出力することにより達成できる。（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特許第３５０９０１６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述のような従来技術において、（１）式を用いる低速域では三角波状の高周波信号を重畳している。この高周波信号は、速度制御やトルク制御自体には関係がないので無駄である。さらに、高周波信号は磁気騒音を引き起こす要因ともなる。また、Ｌｄ＝Ｌｑのような表面磁石構造の永久磁石形同期電動機や、運転条件により磁気飽和によってＬｄ＝Ｌｑとなる埋め込み磁石構造の永久磁石形同期電動機では、（１）式の分母が０となるために位置誤差を演算できない。
永久磁石形同期電動機に限らず、誘導電動機においても速度検出器レスで零周波数領域を安定に制御するのは困難である。
一方、位置検出器や速度検出器を用いて電動機を制御する際、低速で高精度で安定な制御を行うには、パルス数の多い位置検出器や速度検出器が必要となる。このような、パルス数の多い位置検出器や速度検出器を用いて電動機を高速域で運転すると、位置検出器や速度検出器の信号が高周波になり検出が困難となる。
【０００８】
上記問題点を解決するために、電動機の回転子の位置や回転速度の信号を、低速域では位置検出器や速度検出器から検出し、高速域では推定する電動機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】
【０００９】
前述した問題点を解決するために、前記電動機の回転子の位置と回転速度の内で少なくとも回転速度を前記電動機の電流から推定する推定器と、前記電動機の回転子の位置と回転速度の内で少なくとも回転速度を検出する検出器と、前記推定器または前記検出器の出力の回転速度が所定値よりも大きい場合は前記推定器の出力を選択し、小さい場合は前記検出器の出力を選択して出力する選択器とを具備することを特徴とし、前記選択器の出力を用いて前記電動機の回転速度またはトルクを指令値通りに追従させる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、電動機において、低速域では位置検出器や速度検出器によって高精度な位置、速度信号が得られ、位置検出器や速度検出器によって位置、速度信号が得ることが困難な高速域では位置や速度を推定することにより得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
電動機の速度やトルクを、広範囲な速度領域で高精度かつ安定に制御することができた。
【実施例１】
【００１２】
図１は、本発明の１実施例のブロック図である。図１は、低速域では位置検出器と速度検出器の信号を用いるため、図２の位置誤差演算器５とスイッチ７とスイッチ１２と加算器１３と高周波発生器１４とが削除され、位置検出器１５と検出器１６と選択器１７と位置選択器１８とが追加されており、追加部分のみの説明をする。
位置検出器１５は、永久磁石形同期電動機１の回転子の永久磁石の位置であるｄ軸の位相θＲを出力する。検出器１６は、永久磁石同期電動機１の回転子の回転角周波数ωＲを出力する。選択器１７は、永久磁石形同期電動機１の回転子の回転角周波数が所定値よりも小さければ検出器１６出力ωＲを選択し、回転角周波数が所定値よりも大きければ推定器８出力ωを選択し、永久磁石形同期電動機１の回転子の回転角周波数として出力する。位置選択器１８も同様に、永久磁石形同期電動機１の回転子の回転角周波数が所定値よりも小さければ位置検出器１５出力θＲを選択し、回転角周波数が所定値よりも大きければ推定器８出力θを選択し、永久磁石形同期電動機１の回転子の永久磁石の位置であるｄ軸の位相として出力する。
【００１３】
なお、図１には記していないが、選択器１７が検出器１６出力ωＲから推定器８出力ωに選択を切り替える際、推定器８が位置誤差を比例積分増幅している積分成分をωＲにプリセットすることで、正確でスムーズな選択器１７の選択切り替え動作が行える。同様に、位置選択器１８が位置検出器１５出力θＲから推定器８出力θに選択を切り替える際、推定器８が推定された回転角周波数ωを時間積分している積分値をθＲにプリセットすることで、正確でスムーズな位置選択器１８の選択切り替え動作が行える。
【産業上の利用可能性】
【００１４】
本発明により、電動機の速度やトルクを、広範囲な速度領域で高精度かつ安定に制御することができることから、産業上の利用の可能性は大いにある。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例を示した説明図である。
【図２】永久磁石形同期電動機の制御装置の従来の技術を示した説明図である。
【符号の説明】
【００１６】
１      永久磁石形同期電動機
２      電力変換器
３      電流成分変換器
４      電圧成分変換器
５      位置誤差演算器
６      高速域位置誤差演算器
７      スイッチ
８      推定器
９      電流制御器
１０    トルク変換器
１１    速度制御器
１２    スイッチ
１３    加算器
１４    高周波発生器
１５    位置検出器
１６    検出器
１７    選択器
１８    位置選択器
【図１】
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【図２】
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