(57)【要約】【課題】  本発明の課題は、ロータの初期磁極位置が一義的に決まっている同期電動機駆動装置において、ロータの初期磁極位置を予めパラメータ設定することにより、磁極位置センサを使用せず、かつ初期動作を行わずに、磁極ズレの無いサーボ動作を実現する装置を提供することにある。【解決手段】本発明によれば、ロータの初期磁極位置が一義的に決まっている同期電動機駆動装置において、ロータの初期磁極位置を予めパラメータ設定することにより、磁極位置センサを使用せず、かつ初期動作を行わずに、磁極ズレの無いサーボ動作を実現することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同期電動機と、該電動機に３相指令電圧どおりの３相電圧を印加する電力変換器と、前記電動機に流れる３相電流を検出する手段と、前記電動機の位置を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段による検出位置を用いて前記電動機の検出電気角θeを演算する電気角演算手段と、前記検出電気角θeを基に３相検出電流から２相検出電流への３相／２相座標変換を行うｄｑ変換手段と、前記検出位置から検出速度を演算する検出速度演算手段と、ｑ軸電流指令値およびｄ軸電流指令値に前記ｄｑ変換手段の出力値であるｑ軸電流検出値およびにｄ軸電流検出値をそれぞれ一致させるべく比例積分演算を行う電流制御手段と、前記電流制御手段の入力値となるｑ軸電流指令値を速度指令値と前記検出速度との偏差より演算する速度制御手段と、前記検出電気角θｅを用いて前記電流制御手段の出力する２相指令電圧を前記３相指令電圧へと変換する３相変換手段とを備えた同期電動機の速度制御を行う同期電動機駆動装置において、
初期磁極位置プリセットデータθｓｅｔと前記検出電気角θｅを加算した電気角補正値θｐを用いて前記３相／２相座標変換および３相変換を行うことを特徴とする同期電動機駆動装置。
【請求項２】
速度制御計が機能しているサーボオン状態においても初期磁極位置プリセットデータθｓｅｔを任意の値に再設定できることを特徴とする請求項１記載の同期電動機駆動装置。
【請求項３】
同期電動機と、該電動機に３相指令電圧どおりの３相電圧を印加する電力変換器と、前記電動機に流れる３相電流を検出する手段と、前記電動機の位置を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段による検出位置を用いて前記電動機の検出電気角θeを演算する電気角演算手段と、前記検出電気角θeを基に３相検出電流から２相検出電流への３相／２相座標変換を行うｄｑ変換手段と、前記検出位置から検出速度を演算する検出速度演算手段と、ｑ軸電流指令値およびｄ軸電流指令値に前記ｄｑ変換手段の出力値であるｑ軸電流検出値およびにｄ軸電流検出値をそれぞれ一致させるべく比例積分演算を行う電流制御手段と、前記電流制御手段の入力値となるｑ軸電流指令値を速度指令値と前記検出速度との偏差より演算する速度制御手段と、前記速度制御手段の入力値となる速度指令値を位置指令値と前記検出位置との偏差より演算する位置制御手段と、前記検出電気角θｅを用いて前記電流制御手段の出力する２相指令電圧を前記３相指令電圧へと変換する３相変換手段とを備えた同期電動機の位置制御を行う同期電動機駆動装置において、
初期磁極位置プリセットデータθｓｅｔと前記検出電気角θｅを加算した電気角補正値θｐを用いて前記３相／２相座標変換および３相変換を行うことを特徴とする同期電動機駆動装置。
【請求項４】
位置制御系が機能しているサーボオン状態においても初期磁極位置プリセットデータθｓｅｔを任意の値に再設定できることを特徴とする請求項３記載の同期電動機駆動装置。
【請求項５】
直動型の同期電動機と、該直動型の同期電動機に３相指令電圧どおりの３相電圧を印加する電力変換器と、前記直動型の同期電動機に流れる３相電流を検出する手段と、前記直動型の同期電動機の位置を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段による検出位置を用いて前記直動型の同期電動機の検出電気角θeを演算する電気角演算手段と、前記検出電気角θeを基に３相検出電流から２相検出電流への３相／２相座標変換を行うｄｑ変換手段と、前記検出位置から検出速度を演算する検出速度演算手段と、ｑ軸電流指令値およびｄ軸電流指令値に前記ｄｑ変換手段の出力値であるｑ軸電流検出値およびにｄ軸電流検出値をそれぞれ一致させるべく比例積分演算を行う電流制御手段と、前記電流制御手段の入力値となるｑ軸電流指令値を指令速度と前記検出速度との偏差より演算する速度制御手段と、前記検出電気角θｅを用いて前記電流制御手段の出力する２相指令電圧を前記３相指令電圧へと変換する３相変換手段とを備えた直動型の同期電動機の速度制御を行う同期電動機駆動装置において、
初期磁極位置プリセットデータθｓｅｔと前記検出電気角θｅを加算した電気角補正値θｐを用いて前記３相／２相座標変換および３相変換を行うことを特徴とする直動型の同期電動機駆動装置。
【請求項６】
上記直動型の同期電動機と接続した負荷の影響で、上記直動型の同期電動機起動の際に上記直動型の同期電動機の可動部が一義的な位置から起動する、上記直動型の同期電動機の速度制御を行う同期電動機駆動装置において、
上記直動型の同期電動機起動時の一義的な位置における磁極位置を、上記直動型の同期電動機起動前に予め初期磁極位置プリセットデータθｓｅｔへ設定し、前記初期磁極位置プリセットデータθｓｅｔと検出電気角θｅを加算した電気角補正値θｐを用いて３相／２相座標変換および３相変換を行うことを特徴とする請求項５記載の直動型の同期電動機駆動装置。
【請求項７】
上記直動型の同期電動機を垂直方向に設置することにより、上記直動型の同期電動機起動の際に重力の影響で、上記直動型の同期電動機の可動部が一義的な位置から起動する、上記直動型の同期電動機の速度制御を行う同期電動機駆動装置において、
上記直動型の同期電動機最下部のストッパ位置における磁極位置を、上記直動型の同期電動機起動前に予め初期磁極位置プリセットデータθｓｅｔへ設定し、前記初期磁極位置プリセットデータθｓｅｔと検出電気角θｅを加算した電気角補正値θｐを用いて３相／２相座標変換および３相変換を行うことを特徴とする請求項５記載の直動型の同期電動機駆動装置。
【請求項８】
上記同期電動機駆動装置において、
速度制御系が機能しているサーボオン状態においても初期磁極位置プリセットデータθｓｅｔを任意の値に再設定できることを特徴とする請求項５乃至７記載の直動型の同期電動機駆動装置。
【請求項９】
直動型の同期電動機と、該直動型の同期電動機に３相指令電圧どおりの３相電圧を印加する電力変換器と、前記直動型の同期電動機に流れる３相電流を検出する手段と、前記直動型の同期電動機の位置を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段による検出位置を用いて前記直動型の同期電動機の検出電気角θeを演算する電気角演算手段と、前記検出電気角θeを基に３相検出電流から２相検出電流への３相／２相座標変換を行うｄｑ変換手段と、前記検出位置から検出速度を演算する検出速度演算手段と、ｑ軸指令電流およびｄ軸指令電流に前記ｄｑ変換手段の出力値であるｑ軸電流検出値およびにｄ軸電流検出値をそれぞれ一致させるべく比例積分演算を行う電流制御手段と、前記電流制御手段の入力値となるｑ軸指令電流を指令速度と前記検出速度との偏差より演算する速度制御手段と、前記速度制御手段の入力値となる指令速度を指令位置と前記検出位置との偏差より演算する位置制御手段と、前記検出電気角θｅを用いて前記電流制御手段の出力する２相指令電圧を前記３相指令電圧へと変換する３相変換手段とを備えた直動型の同期電動機の位置制御を行う同期電動機駆動装置において、
初期磁極位置プリセットデータθｓｅｔと前記検出電気角θｅを加算した電気角補正値θｐを用いて前記３相／２相座標変換および３相変換を行うことを特徴とする直動型の同期電動機駆動装置。
【請求項１０】
上記直動型の同期電動機と接続した負荷の影響で、上記直動型の同期電動機起動の際に上記直動型の同期電動機の可動部が一義的な位置から起動する、上記直動型の同期電動機の位置制御を行う同期電動機駆動装置において、
上記直動型の同期電動機起動時の一義的な位置における磁極位置を、上記直動型の同期電動機起動前に予め初期磁極位置プリセットデータθｓｅｔへ設定し、前記初期磁極位置プリセットデータθｓｅｔと検出電気角θｅを加算した電気角補正値θｐを用いて３相／２相座標変換および３相変換を行うことを特徴とする請求項９記載の直動型の同期電動機駆動装置。
【請求項１１】
上記直動型の同期電動機を垂直方向に設置することにより、上記直動型の同期電動機起動の際に重力の影響で、上記直動型の同期電動機の可動部が一義的な位置から起動する、上記直動型の同期電動機の位置制御を行う同期電動機駆動装置において、
上記直動型の同期電動機最下部のストッパ位置における磁極位置を、上記直動型の同期電動機起動前に予め初期磁極位置プリセットデータθｓｅｔへ設定し、前記初期磁極位置プリセットデータθｓｅｔと検出電気角θｅを加算した電気角補正値θｐを用いて３相／２相座標変換および３相変換を行うことを特徴とする請求項９記載の直動型の同期電動機駆動装置。
【請求項１２】
上記同期電動機駆動装置において、
位置制御系が機能しているサーボオン状態においても初期磁極位置プリセットデータθｓｅｔを任意の値に再設定できることを特徴とする請求項９乃至１１記載の直動型の同期電動機駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同期電動機を駆動する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、同期電動機を駆動する装置として、特許文献１に開示がある。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１６６３００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の技術では、「電動機を起動するのに先だって、一旦、ある一定の振幅・位相の電流を電機子に流して磁極位置を固定し、磁極位置を明確にしてから電動機に起動を行うものである。」
しかしながら、電動機によっては、駆動対象である負荷と駆動軸などがつながっているものがある。この場合、上記「電機子に流して磁極位置を固定し、磁極位置を明確に」する動作によって、回転子が移動することがある。従って、負荷の状態によっては、負荷も駆動されることがあり、負荷が移動することが許容されない場合も有り得る。よって、この場合における電動機の起動では、回転子を移動などさせることによって、起動制御を可能とするようにする磁極位置を得る、若しくは、起動制御を可能とするようにする磁極位置を特定出来るようにすることが許されないこともある。言い換えれば、この場合は、回転子、ロータのある所定の位置にあるものとして起動制御することが要求されるものと言える。または、この場合は、回転子、またはロータの初期磁極位置が一義的に決まっているものとも言える。
【０００５】
本発明の課題は、ロータの初期磁極位置が一義的に決まっている同期電動機駆動装置において、従来よりも起動動作を改善することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を達成するために、本発明ではロータの初期磁極位置が一義的に決まっている同期電動機駆動装置において、ロータの初期磁極位置を予めパラメータ設定することにある。そして、予め設定されたパラメータによる初期磁極位置に基づいて、電動機の起動、若しくは駆動制御するものである。
【０００７】
また、上述のパラメータの設定は、電動機を駆動制御している状態(サーボオン状態)においても、設定可能とするものである。こうすることによって電動機を動作させながら、パラメータの設定などの作業が実施可能となり、パラメータ設定作業の利便性を図ることも可能となるものである。勿論、上述の電動機、当該電動機によって駆動される負荷を含む装置において、経年変化等の諸事情によって、例えば、回転子、ロータの初期磁極位置が変化した場合においても、パラメータを設定変更可能であるので、従来よりも良好なる起動、駆動制御を実施する事を可能とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ロータの初期磁極位置が一義的に決まっている同期電動機駆動装置において、従来よりも起動動作を改善する駆動装置を提供し得ることとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。なお、以下では、本発明に基づく実施例の同期電動機駆動装置は、速度制御、若しくは位置制御も行うものであり、その制御において関係する部分である磁極位置プリセット装置について説明する。
【００１０】
図１は、本発明の実施例である同期電動機の駆動装置の構成例を示す。
【００１１】
１は同期電動機、２は同期電動機１に対して３相指令電圧Ｖ１＊どおりの３相電圧を印加する電力変換器、３は同期電動機１に流れる３相電流Ｉ１を検出する電流検出器、４は同期電動機１の回転子位置θｍを検出する位置検出器、５は位置検出器４の出力する回転子位置θｍから同期電動機１の検出電気角θｅを演算する電気角演算部、６は検出電気角θｅと初期磁極位置プリセットデータθｓｅｔを基に電気角補正値θｐを出力する磁極位置プリセット部、７は磁極位置プリセット部６が出力する電気角補正値θｐを基に３相検出電流Ｉ１を２相検出電流ｉｑおよびｉｄへ変換するｄｑ変換部、８は前述の回転子位置θｍから速度検出値Ｎｍを演算する速度演算器、９はｑ軸電流指令値ｉｑ＊およびｄ軸電流指令ｉｄ＊に対して前記のｄｑ変換部７の出力値であるｑ軸電流検出値ｉｑおよびｄ軸電流検出値ｉｄをそれぞれ一致させるべくｉｑ＊−ｉｑおよびｉｄ＊−ｉｄについて比例積分演算を行う電流制御器、１０は速度指令値Ｎｍ＊と前記速度検出値Ｎｍとの偏差を演算する減算器、１１は前記電流制御器９の入力値となるｑ軸電流指令値ｉｑ＊を減算器１０の出力を基に演算する速度制御器、１２は前記電気角補正値θｐを用いて電流制御器９の出力する２相指令電圧ｖｑ＊およびｖｄ＊を前記３相指令値Ｖ１＊へと変換する３相変換部、１３は同期電動機１により駆動される負荷、１４は同期電動機１と負荷１３を結合する駆動軸もしくは結合部材である。
【００１２】
図１の構成において、前記電気角演算部５の出力する検出電気角θｅの初期値はゼロとする。すなわち、本発明の実施例となる磁極位置プリセット装置を含む同期電動機駆動装置の電源がオンとなった直後の検出電気角θｅはゼロであり、その後は同期電動機１の回転角Δθｍに応じて同期電動機１の極対数がＰであるならば、θｅ＝Ｐ×Δθｍなる値を電気角演算部５は出力する。
【００１３】
次に、本発明の実施例である磁極位置プリセット部６について、図２を用いて詳細に説明する。
【００１４】
磁極位置プリセット部６では、初期磁極位置プリセットデータθｓｅｔと前記電気角演算部５の出力する検出電気角θｅを加算器６１へ入力し、加算器６１はその加算結果である電気角補正値θｐを出力する。
【００１５】
ここで、初期磁極位置プリセットデータθｓｅｔには、同期電動機１の初期磁極位置θｅｒを予め設定しておく必要がある。初期磁極位置θｅｒの導出方法の例としては、同期電動機１に磁極位置センサを取付け、同期電動機１の初期磁極位置θｅｒを直接的に計測する方法がある。また、初期磁極位置プリセットデータθｓｅｔは、サーボオン中においても再設定が可能であり、磁極ズレ量を調整することができる。
【００１６】
図３に、加算器６１において初期磁極位置プリセットデータθｓｅｔと前記電気角演算部５の出力する検出電気角θｅが加算される様子を示す。初期磁極位置プリセットデータθｓｅｔと検出電気角θｅを加算することにより、電気角補正値θｐは同期電動機の実際の電気角と同等となることがわかる。
【００１７】
つまり、ロータの初期磁極位置が一義的に決まっている同期電動機駆動装置においては、本発明の実施例を用いることにより、磁極ズレが従来よりも改善された同期電動機のサーボ動作を行うことが可能となる。
【００１８】
次に、本発明の第２の実施例を図４に示す構成図を用いて説明する。第２の実施例では、第１の実施例とは異なり、位置制御を行う同期電動機駆動装置における同期電動機の磁極位置プリセット装置である。図４において、16は位置制御器であり、減算器15で求めた位置指令値θｍ＊と位置検出値θｍとの偏差を入力し、速度指令値Ｎｍ＊を出力する機能をもつ。
【００１９】
また、初期磁極位置プリセットデータθｓｅｔは、サーボオン中においても再設定が可能であり、磁極ズレ量を調整することができる。本実施例においても、磁極位置プリセット部６により、ロータの初期磁極位置が一義的に決まっている同期電動機駆動装置においては、磁極ズレが従来よりも改善された同期電動機のサーボ動作を行うことが可能となる。
【００２０】
次に、本発明の第３の実施例を図５に示す構成図を用いて説明する。第３の実施例では、第１の実施例とは異なり、速度制御を行う同期電動機駆動装置における直動型の同期電動機(以下、リニアモータと称す)の磁極位置プリセット装置である。
【００２１】
図５において、17はリニアモータ全体であり、172はリニアモータの可動部、171はリニアモータの可動部172の位置θｍを検出するためのリニアスケール、173は安全のために取付けたストッパである。また、初期磁極位置プリセットデータθｓｅｔは、サーボオン中においても再設定が可能であり、磁極ズレ量を調整することができる。
【００２２】
本実施例においても、磁極位置プリセット部６により、可動部172の初期磁極位置が一義的に決まっている同期電動機駆動装置においては、磁極ズレが従来よりも改善されたリニアモータのサーボ動作を行うことが可能となる。
【００２３】
次に、本発明の第４の実施例を図５と図６に示す構成図を用いて説明する。第４の実施例は、第３の実施例におけるリニアモータ17に対し、起動時に外力Ｆがかかっている場合のものである。
【００２４】
図５の構成において、リニアモータ17の起動時の状態が必ず図６に示す状態となっている場合を考える。図６において、負荷4にかかる外力Ｆのために可動部172は、ストッパ173の位置に押し付けられている。このとき、リニアモータ17の起動時は、必ず可動部172がストッパ173の位置となる。これは、リニアモータ起動時の初期磁極位置が一義的に決まることを示す。
【００２５】
つまり、このリニアモータ起動時の初期磁極位置を初期磁極位置プリセットデータθｓｅｔに設定することで、磁極位置プリセット部６により、磁極ズレが従来よりも改善されたリニアモータのサーボ動作を行うことが可能となる。また、初期磁極位置プリセットデータθｓｅｔは、サーボオン中においても再設定が可能であり、磁極ズレ量を調整することができる。
【００２６】
次に、本発明の第５の実施例を図５と図７に示す構成図を用いて説明する。第５の実施例は、第３の実施例におけるリニアモータ17に対し、起動時に重力Ｇがかかっている場合のものである。
【００２７】
図５の構成において、リニアモータ17の起動時の状態が必ず図７に示す状態となっている場合を考える。図７において、負荷4と可動部172にかかる重力Ｇのために可動部172は、ストッパ173の位置に押し付けられている。このとき、リニアモータ17の起動時は、必ず可動部172がストッパ173の位置となる。これは、リニアモータ起動時の初期磁極位置が一義的に決まることを示す。
【００２８】
つまり、このリニアモータ起動時の初期磁極位置を初期磁極位置プリセットデータθｓｅｔに設定することで、磁極位置プリセット部６により、磁極ズレが従来よりも改善されたリニアモータのサーボ動作を行うことが可能となる。また、初期磁極位置プリセットデータθｓｅｔは、サーボオン中においても再設定が可能であり、磁極ズレ量を調整することができる。
【００２９】
次に、本発明の第６の実施例を図８に示す構成図を用いて説明する。第６の実施例では、第２の実施例とは異なり、位置制御を行う同期電動機駆動装置におけるリニアモータの磁極位置プリセット装置である。
【００３０】
図８において、17はリニアモータ全体であり、172はリニアモータの可動部、171はリニアモータの可動部172の位置θｍを検出するためのリニアスケール、173は安全のために取付けたストッパである。また、初期磁極位置プリセットデータθｓｅｔは、サーボオン中においても再設定が可能であり、磁極ズレ量を調整することができる。
【００３１】
本実施例においても、磁極位置プリセット部６により、可動部172の初期磁極位置が一義的に決まっている同期電動機駆動装置においては、磁極ズレが従来よりも改善されたリニアモータのサーボ動作を行うことが可能となる。
【００３２】
次に、本発明の第７の実施例を図８と図６に示す構成図を用いて説明する。第７の実施例は、第６の実施例におけるリニアモータ17に対し、起動時に外力Ｆがかかっている場合のものである。
【００３３】
図８の構成において、リニアモータ17の起動時の状態が必ず図６に示す状態となっている場合を考える。図６において、負荷4にかかる外力Ｆのために可動部172は、ストッパ173の位置に押し付けられている。このとき、リニアモータ17の起動時は、必ず可動部172がストッパ173の位置となる。これは、リニアモータ起動時の初期磁極位置が一義的に決まることを示す。
【００３４】
つまり、このリニアモータ起動時の初期磁極位置を初期磁極位置プリセットデータθｓｅｔに設定することで、磁極位置プリセット部６により、磁極ズレが従来よりも改善されたリニアモータのサーボ動作を行うことが可能となる。また、初期磁極位置プリセットデータθｓｅｔは、サーボオン中においても再設定が可能であり、磁極ズレ量を調整することができる。
【００３５】
次に、本発明の第８の実施例を図８と図７に示す構成図を用いて説明する。第８の実施例は、第６の実施例におけるリニアモータ17に対し、起動時に重力Ｇがかかっている場合のものである。
【００３６】
図８の構成において、リニアモータ17の起動時の状態が必ず図７に示す状態となっている場合を考える。図７において、負荷4と可動部172にかかる重力Ｇのために可動部172は、ストッパ173の位置に押し付けられている。このとき、リニアモータ17の起動時は、必ず可動部172がストッパ173の位置となる。これは、リニアモータ起動時の初期磁極位置が一義的に決まることを示す。
【００３７】
つまり、このリニアモータ起動時の初期磁極位置を初期磁極位置プリセットデータθｓｅｔに設定することで、磁極位置プリセット部６により、磁極ズレが従来よりも改善されたリニアモータのサーボ動作を行うことが可能となる。また、初期磁極位置プリセットデータθｓｅｔは、サーボオン中においても再設定が可能であり、磁極ズレ量を調整することができる。
【００３８】
以上説明したように本発明による実施例によれば、ロータの初期磁極位置が一義的に決まっている同期電動機駆動装置において、ロータの初期磁極位置を予めパラメータ設定することにより、磁極位置センサを使用せず、また初期動作を行わずに、磁極ズレが従来よりも改善されたサーボ動作を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施例である同期電動機駆動装置の磁極位置プリセット装置の構成図である。
【図２】図１の装置における磁極位置プリセット部の構成図である。
【図３】図２の加算器６１における各信号の動作波形を示す。
【図４】本発明の第２の実施例である位置制御を行う同期電動機駆動装置における同期電動機の磁極位置プリセット装置の構成図である。
【図５】本発明の第３、第４、第５の実施例である速度制御を行う同期電動機駆動装置におけるリニアモータの磁極位置プリセット装置の構成図である。
【図６】本発明の第４、第７の実施例におけるリニアモータの起動時の状態を示す。
【図７】本発明の第５、第８の実施例におけるリニアモータの起動時の状態を示す。
【図８】本発明の第６、第７、第８の実施例である位置制御を行う同期電動機駆動装置におけるリニアモータの磁極位置プリセット装置の構成図である。
【符号の説明】
【００４０】
１…同期電動機、２…電力変換器、３…電流検出器、４…位置検出器、５…電気角演算部、６…磁極位置プリセット部、６１…加算器、７…ｄｑ変換部、８…速度検出器、９…電流制御器、１０…加算器、１１…速度制御器、１２…３相変換部、
１３…負荷、１４…駆動軸、１５…減算器、１６…位置制御器、１７…リニアモータ、１７１…リニアスケール、１７２…可動部、１７３…ストッパ。
【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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【図８】
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