(57)【要約】【課題】  誘起電圧定数が予め与えられていない場合であっても同期電動機を駆動させる。【解決手段】  同期電動機８の駆動開始時における、誘起電圧推定値及び誘起電圧定数に基づかない同期電動機８の始動期間中に同期電動機８に供給される電力によって算出される誘起電圧推定値と速度指令値とを用いて誘起電圧定数を算出する誘起電圧定数測定演算器７を設ける。【選択図】図１
2006087263.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
与えられた速度指令値に応じてベクトル制御に基づく電力を同期電動機に供給するとともに前記電力に基づいて前記同期電動機の誘起電圧推定値を算出し、該誘起電圧推定値及び誘起電圧定数を用いて前記同期電動機の回転速度推定値及び磁軸位相推定値を算出し、前記速度指令値、並びに前記回転速度推定値及び前記磁軸位相推定値に基づいた電力を前記同期電動機に供給することにより前記同期電動機を駆動させ、かつ、前記同期電動機の駆動開始時は、前記誘起電圧推定値及び前記誘起電圧定数に基づかずに前記同期電動機を駆動させる同期電動機の制御方法であって、
前記誘起電圧推定値及び前記誘起電圧定数に基づかずに前記同期電動機を始動させている期間中に、前記同期電動機を駆動させるために該同期電動機に供給される電力によって算出される誘起電圧推定値と前記速度指令値とを用いて前記誘起電圧定数を算出する、同期電動機の制御方法。
【請求項２】
同期電動機の磁束軸方向に一致するように定めた指令系の座標軸をγ軸とし、該γ軸から９０度位相が進んだ軸をδ軸として定義し、
前記誘起電圧推定値及び前記誘起電圧定数に基づかずに前記同期電動機を始動させている期間中に、
前記速度指令値に基づくトルク電流指令を出力する処理と、
前記トルク電流指令及びγ軸の電流を指定するためのγ軸電流指令に基づいてγ軸の電圧を指定するためのγ軸電圧指令及びδ軸の電圧を指定するためのδ軸電圧指令を出力する処理と、
前記γ軸電圧指令及びδ軸電圧指令に基づいた電力を前記同期電動機に供給するとともに、前記同期電動機に供給される２相電流値、並びに前記γ軸電圧指令及びδ軸電圧指令に基づいて前記同期電動機の誘起電圧推定値を算出し、該誘起電圧推定値と前記速度指令値とを用いて前記誘起電圧定数を算出する処理とを行うことを特徴とする請求項１に記載の同期電動機の制御方法。
【請求項３】
前記誘起電圧推定値を用いて算出される回転速度推定値と前記速度指令値とが一致するように前記誘起電圧定数を算出することを特徴とする請求項２記載の同期電動機の制御方法。
【請求項４】
同期電動機の磁束軸方向に一致するように定めた指令系の座標軸をγ軸とし、γ軸から９０度位相が進んだ軸をδ軸として定義し、
入力された速度指令値と前記同期電動機の回転速度とが一致するようにトルク電流指令を出力する速度制御器と、
前記トルク電流指令及びγ軸の電流を指定するためのγ軸電流指令と、γ軸及びδ軸の電流推定値とがそれぞれ一致するように、γ軸の電圧を指定するためのγ軸電圧指令及びδ軸の電圧を指定するためのδ軸電圧指令を出力するγ軸電流、δ軸電流制御器と、
前記γ軸電圧指令及びδ軸電圧指令に基づいた電力を前記同期電動機に供給するベクトル制御・インバータ回路と、
前記同期電動機に供給される２相電流値、並びに前記γ軸電圧指令及びδ軸電圧指令に基づいて前記同期電動機の誘起電圧推定値を算出し、該誘起電圧推定値、誘起電圧定数及び前記速度指令値を用いて前記同期電動機の回転速度推定値、磁軸位相推定値、前記γ軸及びδ軸の電流推定値を算出する速度、位相、検出電流推定・演算器とを有し、
前記同期電動機の駆動開始時は、前記誘起電圧推定値及び前記誘起電圧定数に基づかずに前記同期電動機を駆動させ、それ以外の時は、前記速度指令値、並びに前記回転速度推定値及び前記磁軸位相推定値に基づいた電力を前記同期電動機に供給することにより前記同期電動機を駆動させる同期電動機制御装置において、
前記速度、位相、検出電流推定・演算器は、前記誘起電圧推定値及び前記誘起電圧定数に基づかずに前記同期電動機を始動させている期間中に、前記同期電動機を駆動させるために該同期電動機に供給される電力によって算出される誘起電圧推定値と前記速度指令値とを用いて前記誘起電圧定数を算出する誘起電圧定数測定演算器を具備する同期電動機制御装置。
【請求項５】
前記誘起電圧定数測定演算器は、前記誘起電圧推定値を用いて算出される前記回転速度推定値と前記速度指令値とが一致するように前記誘起電圧定数を算出することを特徴とする請求項４記載の同期電動機制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置を用いて同期電動機を駆動させる同期電動機の制御方法及び同期電動機制御装置に関し、特に、位置センサ及び速度センサを用いることなく同期電動機を駆動させる同期電動機の制御方法及び同期電動機制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図３は、位置センサ及び速度センサを用いることなく、電力変換装置を用いて同期電動機を駆動させる従来の同期電動機制御装置の一構成例を示すブロック図である。
【０００３】
本従来例は図３に示すように、分配ゲイン発生器１と、速度制御器２と、γ軸電流指令発生器３と、δ軸電流制御器４ａと、γ軸電流制御器４ｂと、ベクトル制御回路５ａと、インバータ回路５ｂと、３相２相変換回路９と、γ−δ軸電流、誘起電圧推定器１０と、比例制御用速度演算器１１と、積分、磁軸回転用速度演算器１３と、磁軸演算器１２とから構成されており、インバータ回路５ｂから出力された三相交流電圧によって同期電動機８が駆動する。
【０００４】
以下に、上記のように構成された同期電動機制御装置における同期電動機８の制御方法について説明する。
【０００５】
図４は、図３に示した同期電動機制御装置における同期電動機８の制御方法を説明するためのフローチャートである。
【０００６】
運転指令が入力された後（ステップＳ１０１）、まず、同期電動機８の回転速度を指定するために与えられる速度指令値ωr_refが“０”から所望の回転速度を指定する値まで徐々に上げられていく（ステップＳ１０２）。すると、速度制御器２において、与えられた速度指令値ωr_refに応じたトルク電流指令ｉδ_refが出力される。
【０００７】
また、γ軸電流指令発生器３から、同期電動機８に引き込み電流を流すために、所定の値のγ軸電流指令値ｉγ_refが出力される（ステップＳ１０３）。
【０００８】
次に、分配ゲイン発生器１において、入力された速度指令値ωr_refによって指定される回転速度に応じて、指令成分の重み係数Ｋ１と推定成分の重み係数Ｋ２（Ｋ１＋Ｋ２＝１）とが決定される（ステップＳ１０４）。この重み係数Ｋ１，Ｋ２においては、速度指令値ωr_refによって同期電動機８の回転速度を制御する場合は、重み係数Ｋ１が“１”とされ、また、誘起電圧情報を用いた推定値によって同期電動機８の回転速度を制御する場合は、重み係数Ｋ２が“１”とされる。ここで、運転指令が入力され、同期電動機８の運転開始時、すなわち、同期電動機８の回転速度が零速あるいは低速の状態においては、同期電動機８の回転による誘起電圧値が小さいため、後述する演算誤差が大きくなってしまい、同期電動機８の回転を維持することが困難である。そのため、同期電動機８の運転開始時においては、重み係数Ｋ１を“１”とし、速度指令値ωr_refによって同期電動機８の回転速度を制御することになる。
【０００９】
分配ゲイン発生器１にて決定された重み係数Ｋ１，Ｋ２はγ軸電流指令発生器３に入力され、γ軸電流指令発生器３において、入力された重み係数Ｋ１，Ｋ２、並びに高速時指令ｉγ_refH及び低速時指令ｉγ_refLに基づいたγ軸電流指令値ｉγ_refが出力される。なお、上述したように重み係数Ｋ１が“１”とされた場合は、同期電動機８に引き込み電流を流すために発生したγ軸電流指令値ｉγ_refが出力されることになる。
【００１０】
速度制御器２から出力されたトルク電流指令ｉδ_refはδ軸電流制御器４ａに入力され、δ軸電流制御器４ａから、入力されたトルク電流指令ｉδ_refに基づいたδ軸電圧指令ｖδ_refが出力される。ここで、δ軸電流制御器４ａに、γ−δ軸電流、誘起電圧推定器１０から出力されたδ軸電流推定値ｉδ_estが入力された場合は、トルク電流指令ｉδ_refとδ軸電流推定値ｉδ_estとが等しくなるようなδ軸電圧指令ｖδ_refが出力されることになる。
【００１１】
また、γ軸電流指令発生器３から出力されたγ軸電流指令ｉγ_refはγ軸電流制御器４ｂに入力され、γ軸電流制御器４ｂから、入力されたγ軸電流指令ｉγ_refに基づいたγ軸電圧指令ｖγ_refが出力される。ここで、γ軸電流制御器４ｂに、γ−δ軸電流、誘起電圧推定器１０から出力されたγ軸電流推定値ｉγ_estが入力された場合は、γ軸電流指令ｉγ_refとγ軸電流推定値ｉγ_estとが等しくなるようなγ軸電圧指令ｖγ_refが出力されることになる。
【００１２】
δ軸電流制御器４ａから出力されたδ軸電圧指令ｖδ_ref及びγ軸電流制御器４ｂから出力されたγ軸電圧指令ｖγ_refはベクトル制御回路５ａに入力され、ベクトル制御回路５ａから、入力されたδ軸電圧指令ｖδ_ref及びγ軸電圧指令ｖγ_ref、並びに磁軸演算器１２から出力された同期電動機８の磁軸位相推定値θ_estに基づいて、同期電動機８に印加する電圧の大きさを示す電圧指令ｖ_ref及びその位相を示す位相角θｖが出力される。
【００１３】
ベクトル制御回路５ａから出力された電圧指令ｖ_ref及び位相角θｖはインバータ回路５ｂに入力され、インバータ回路５ｂにおいて、入力された電圧指令ｖ_ref及び位相角θｖに基づく三相交流電圧が同期電動機８に供給される。
【００１４】
また、３相２相変換回路９において、インバータ回路５ｂから出力された三相交流電圧によって流れる三相電流が２相電流ｉα，ｉβに変換されてγ−δ軸電流、誘起電圧推定器１０に入力される。
【００１５】
その後、誘起電圧推定器１０において、３相２相変換回路９から入力された２相電流ｉα，ｉβ、並びにδ軸電流制御器４ａから出力されたδ軸電圧指令ｖδ_ref及びγ軸電流制御器４ｂから出力されたγ軸電圧指令ｖγ_refに基づいて、誘起電圧推定値が出力され、比例制御用速度演算器１１及び積分、磁軸回転用速度演算器１３において、この誘起電圧推定値及び誘起電圧定数、並びに重み計数Ｋ１，Ｋ２を用いて同期電動機８の回転速度推定値ω_estが出力され、また、磁軸演算器１２において、磁軸回転用速度演算器１３から出力された回転速度推定値ω_estに基づいて同期電動機８の磁軸位相推定値θ_estが出力される（ステップＳ１０５）。積分、磁軸回転用速度演算器１３からは、重み係数Ｋ１が“１”である場合は、速度指令値ωr_refが回転速度推定値ω_estとして出力され、また、重み係数Ｋ２が“１”である場合は、誘起電圧推定値と誘起電圧定数とに基づいた回転速度推定値ω_estが出力されることになる。また、磁軸演算器１２からは、重み係数Ｋ１が“１”である場合は、速度指令値ωr_refを積分したものが磁軸位相推定値θ_estとして出力され、また、重み係数Ｋ２が“１”である場合は、誘起電圧推定値と誘起電圧定数とに基づいた回転速度推定値ω_estを積分したものが磁軸位相推定値θ_estとして出力されることになる。
【００１６】
このように、本構成例は、同期電動機８に供給される電流に基づいて推定される誘起電圧推定値を利用して制御する方式であるため、同期電動機８の停止時（零速度）では誘起電圧推定値を得ることができない。そのため、所定の磁束軸電流（引き込み電流）を流し、この電流に回転子の磁束を引きつけることで同期電動機８を駆動させている。そして、同期電動機８の回転速度が上昇するに伴い、同期電動機８に供給される電流に基づいて推定される誘起電圧推定値と予め与えられた誘起電圧定数とを用いて、回転速度、磁束軸の位置を推定による駆動に次第に切り替えるようにしている（例えば、特許文献１参照。）。このような同期電動機８の制御方法においては、同期電動機８の抵抗、インダクタンス及び誘起電圧定数といった同期電動機８の電気的定数が予め与えられている必要がある。
【００１７】
そこで、同期電動機８の電気的定数を、電力変換装置を用いて自動的に測定する方法が考えられている。
【００１８】
例えば、同期電動機の電気的定数を高精度に測定するために、電動機を回転させた状態で、それぞれの測定定数に応じた制御指令を与えて、そのときの指令値と推定値との誤差が零となるように電気的定数を調整する方法が考えられている（例えば、特許文献２参照。）。
【００１９】
また、電動機を回転させずに、インダクタンスを測定する技術で、電流指令をステップで与え、電圧＝インダクタンス×（電流変化量／経過時間）の過渡応答からインダクタンスを求める方法も考えられている（例えば、特許文献３参照。）。
【００２０】
このように、位置センサ及び速度センサを用いることなく、電力変換装置を用いて同期電動機を駆動させる従来の同期電動機の制御方法においては、まず、同期電動機の電気的定数を測定する工程を行い、そこで得られた情報を用いて同期電動機を駆動させるという手順がとられている。
【特許文献１】特許第２８５８６９２号公報
【特許文献２】特開２０００−３４１９９９号公報
【特許文献３】特開２００１−３５２８００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
しかしながら、上述したような従来の同期電動機の制御方法においては、同期電動機の正確な電気的定数が予め与えられている必要があるため、これを測定するための知識や設備が必要になり、そのための手間やコストがかかってしまうという問題点がある。
【００２２】
また、上述した特許文献２に記載された技術を用いた場合においても、電気的定数を高精度に測定することができるものの、同期電動機が回転している状態で電気的定数を測定するため、同期電動機を回転させるには事前にある程度の値を別の手段で測定しておかなければならない。
【００２３】
また、上述した特許文献３に記載された技術を用いた場合においても、抵抗値及びインダクタンス値については同期電動機が回転していない状態で測定可能であるものの、誘起電圧については、同期電動機が回転しないと発生しないため、誘起電圧定数が予め与えられていないと同期電動機を駆動させることはできない。
【００２４】
本発明は、上述したような従来の技術が有する問題点に鑑みてなされたものであって、誘起電圧定数が予め与えられていない場合であっても誘起電圧定数を予め測定することなしに、同期電動機を駆動させることができる同期電動機の制御方法及び同期電動機制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
上記目的を達成するために本発明は、
与えられた速度指令値に応じてベクトル制御に基づく電力を同期電動機に供給するとともに前記電力に基づいて前記同期電動機の誘起電圧推定値を算出し、該誘起電圧推定値及び誘起電圧定数を用いて前記同期電動機の回転速度推定値及び磁軸位相推定値を算出し、前記速度指令値、並びに前記回転速度推定値及び前記磁軸位相推定値に基づいた電力を前記同期電動機に供給することにより前記同期電動機を駆動させ、かつ、前記同期電動機の駆動開始時は、前記誘起電圧推定値及び前記誘起電圧定数に基づかずに前記同期電動機を駆動させる同期電動機の制御方法であって、
前記誘起電圧推定値及び前記誘起電圧定数に基づかずに前記同期電動機を始動させている期間中に、前記同期電動機を駆動させるために該同期電動機に供給される電力によって算出される誘起電圧推定値と前記速度指令値とを用いて前記誘起電圧定数を算出する。
【００２６】
また、同期電動機の磁束軸方向に一致するように定めた指令系の座標軸をγ軸とし、該γ軸から９０度位相が進んだ軸をδ軸として定義し、
前記誘起電圧推定値及び前記誘起電圧定数に基づかずに前記同期電動機を始動させている期間中に、
前記速度指令値に基づくトルク電流指令を出力する処理と、
前記トルク電流指令及びγ軸の電流を指定するためのγ軸電流指令に基づいてγ軸の電圧を指定するためのγ軸電圧指令及びδ軸の電圧を指定するためのδ軸電圧指令を出力する処理と、
前記γ軸電圧指令及びδ軸電圧指令に基づいた電力を前記同期電動機に供給するとともに、前記同期電動機に供給される２相電流値、並びに前記γ軸電圧指令及びδ軸電圧指令に基づいて前記同期電動機の誘起電圧推定値を算出し、該誘起電圧推定値と前記速度指令値とを用いて前記誘起電圧定数を算出する処理とを行うことを特徴とする。
【００２７】
また、前記誘起電圧推定値を用いて算出される回転速度推定値と前記速度指令値とが一致するように前記誘起電圧定数を算出することを特徴とする。
【００２８】
また、同期電動機の磁束軸方向に一致するように定めた指令系の座標軸をγ軸とし、γ軸から９０度位相が進んだ軸をδ軸として定義し、
入力された速度指令値と前記同期電動機の回転速度とが一致するようにトルク電流指令を出力する速度制御器と、
前記トルク電流指令及びγ軸の電流を指定するためのγ軸電流指令と、γ軸及びδ軸の電流推定値とがそれぞれ一致するように、γ軸の電圧を指定するためのγ軸電圧指令及びδ軸の電圧を指定するためのδ軸電圧指令を出力するγ軸電流、δ軸電流制御器と、
前記γ軸電圧指令及びδ軸電圧指令に基づいた電力を前記同期電動機に供給するベクトル制御・インバータ回路と、
前記同期電動機に供給される２相電流値、並びに前記γ軸電圧指令及びδ軸電圧指令に基づいて前記同期電動機の誘起電圧推定値を算出し、該誘起電圧推定値、誘起電圧定数及び前記速度指令値を用いて前記同期電動機の回転速度推定値、磁軸位相推定値、前記γ軸及びδ軸の電流推定値を算出する速度、位相、検出電流推定・演算器とを有し、
前記同期電動機の駆動開始時は、前記誘起電圧推定値及び前記誘起電圧定数に基づかずに前記同期電動機を駆動させ、それ以外の時は、前記速度指令値、並びに前記回転速度推定値及び前記磁軸位相推定値に基づいた電力を前記同期電動機に供給することにより前記同期電動機を駆動させる同期電動機制御装置において、
前記速度、位相、検出電流推定・演算器は、前記誘起電圧推定値及び前記誘起電圧定数に基づかずに前記同期電動機を始動させている期間中に、前記同期電動機を駆動させるために該同期電動機に供給される電力によって算出される誘起電圧推定値と前記速度指令値とを用いて前記誘起電圧定数を算出する誘起電圧定数測定演算器を具備する。
【００２９】
また、前記誘起電圧定数測定演算器は、前記誘起電圧推定値を用いて算出される前記回転速度推定値と前記速度指令値とが一致するように前記誘起電圧定数を算出することを特徴とする。
【００３０】
上記のように構成された本発明においては、同期電動機を駆動させるための速度指令値が与えられると、この速度指令値に応じてベクトル制御に基づく電力が同期電動機に供給されて同期電動機が駆動するが、その際、同期電動機に供給された電力に基づいて同期電動機の誘起電圧推定値が算出され、この誘起電圧推定値及び誘起電圧定数を用いて同期電動機の回転速度推定値及び磁軸位相推定値が算出され、速度指令値、並びに回転速度推定値及び磁軸位相推定値に基づいた電力が同期電動機に供給されることになる。ここで、同期電動機の駆動開始時は、誘起電圧推定値及び誘起電圧定数に基づかずに同期電動機を駆動させることになるが、この誘起電圧推定値及び誘起電圧定数に基づかずに同期電動機を駆動させている期間中において、同期電動機を駆動させるために同期電動機に供給される電力によって算出される誘起電圧推定値と速度指令値とを用いて誘起電圧定数が算出される。
【発明の効果】
【００３１】
以上説明したように本発明においては、同期電動機の駆動開始時における、誘起電圧推定値及び誘起電圧定数に基づかない同期電動機の駆動時に、同期電動機を駆動させるために同期電動機に供給される電力によって算出される誘起電圧推定値と速度指令値とを用いて誘起電圧定数が算出されるため、誘起電圧定数が予め与えられていない場合であっても同期電動機を駆動させることができる。また、誘起電圧定数を予め測定することなく同期電動機を駆動させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００３３】
図１は、本発明の同期電動機制御装置の実施の一形態を示すブロック図である。なお、本形態においては、同期電動機の磁束軸方向に一致するように定めた指令系の座標軸をγ軸、γ軸から９０度位相が進んだ軸をδ軸として定義する。
【００３４】
本形態は図１に示すように、分配ゲイン発生器１と、速度制御器２と、γ軸電流指令発生器３と、γ軸電流、δ軸電流制御器４と、ベクトル制御・インバータ回路５と、速度、位相、検出電流推定・演算器６とから構成されており、ベクトル制御・インバータ回路５から出力された三相交流電圧によって同期電動機８が駆動する。また、速度、位相、検出電流推定・演算器６には、誘起電圧定数測定演算器７が設けられている。
【００３５】
速度制御器２は、速度指令値ωr_refと同期電動機８の回転速度（ここでは速度推定値ω_est）とが一致するようにトルク電流指令iδ_refを出力する制御器で比例積分制御等の方式で構成されている。
【００３６】
γ軸電流、δ軸電流制御器４は、γ軸電流指令値iγ_refとγ軸電流検出値（ここではγ軸電流推定値iγ_est）、並びにトルク電流指令値iδ_refとδ軸電流検出値（ここではδ軸電流推定値iδ_est）とがそれぞれ一致するようにδ軸電圧指令値vδ_ref及びγ軸電圧指令値ｖγ_refを出力する制御器で比例積分制御等の方式で構成されている。
【００３７】
ベクトル制御・インバータ回路５は、γ軸電圧指令値ｖγ_ref、δ軸電圧指令値vδ_refに基づいて、同期電動機８に三相交流電圧を出力するために三相出力電圧値を演算するベクトル制御回路と、三相出力電圧値に基づいて実際に交流電圧を出力するインバータ回路とから構成されている。
【００３８】
速度、位相、検出電流推定・演算器６は、γ軸電圧指令値vγ_ref及びδ軸電圧指令値vδ_ref、並びに相電流検出値ｉｕ，ｉｗに基づいて、同期電動機８の誘起電圧推定値を算出し、この誘起電圧推定値、速度指令値ωr_ref及び同期電動機８の電気的定数に基づいて、同期電動機８の回転速度推定値ω_est、磁軸位相推定値θ_est及びγ-δ軸電流推定値iγ_est，iδ_estを算出する演算器であり、誘起電圧推定値と速度指令値ωr_refを用いて同期電動機８の誘起電圧定数を算出する誘起電圧定数測定演算器７が設けられている。
【００３９】
なお、同期電動機８に印加する電圧は三相平衡交流としているので、三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）成分の代数和は零となる。そのため、Ｕ相電流ｉｕ、Ｗ相電流ｉｗのように任意の２相の電流値を検出すれば残りの１相の電流値を求めることが可能である。
【００４０】
以下に、上記のように構成された同期電動機制御装置における同期電動機８の制御方法について説明する。なお、以下の説明において、“所定の”という表現をしている箇所については、対象とする同期電動機の特性等（例えば、誘起電圧定数の大きさ等）によってその値が変わるものであり、それぞれの場合において適切な値を設定する。
【００４１】
図２は、図１に示した同期電動機制御装置における同期電動機８の制御方法を説明するためのフローチャートである。
【００４２】
運転指令が入力された後（ステップＳ１）、まず、同期電動機８の回転速度を指定するために与えられる速度指令値ωr_refが“０”から所望の回転速度を指定する値まで徐々に上げられていく（ステップＳ２）。すると、速度制御器２において、与えられた速度指令値ωr_refに応じたトルク電流指令ｉδ_refが出力される。
【００４３】
また、γ軸電流指令発生器３から、同期電動機８に引き込み電流を流すために、所定の値のγ軸電流指令値ｉγ_refが出力される（ステップＳ３）。
【００４４】
次に、分配ゲイン発生器１において、入力された速度指令値ωr_refによって指定される回転速度に応じて、指令成分の重み係数Ｋ１と推定成分の重み係数Ｋ２（Ｋ１＋Ｋ２＝１）とが決定される（ステップＳ４）。この重み係数Ｋ１，Ｋ２においては、速度指令値ωr_refによって同期電動機８の回転速度を制御する場合は、重み係数Ｋ１が“１”とされ、また、誘起電圧情報を用いた推定値によって同期電動機８の回転速度を制御する場合は、重み係数Ｋ２が“１”とされる。ここで、運転指令が入力され、同期電動機８の運転開始時、すなわち、同期電動機８の回転速度が零速あるいは低速の状態においては、同期電動機８の回転による誘起電圧値が小さいため、後述する演算誤差が大きくなってしまい、同期電動機８の回転を維持することが困難である。そのため、同期電動機８の運転開始時においては、重み係数Ｋ１を“１”とし、速度指令値ωr_refによって同期電動機８の回転速度を制御することになる。そして、演算に必要な大きさの誘起電圧が得られるところまで同期電動機８の回転速度が上昇したら、重み係数Ｋ１の値を“１”から“０”までの速度の関数として所定の割合で次第に減少させるとともに、重み係数Ｋ２を（Ｋ２＝１−Ｋ１）の関係で増加させ、誘起電圧情報を用いた推定値によって同期電動機８の回転速度を制御するセンサレス制御に切り替えて運転を行う。
【００４５】
分配ゲイン発生器１にて決定された重み係数Ｋ１，Ｋ２はγ軸電流指令発生器３に入力され、γ軸電流指令発生器３において、入力された重み係数Ｋ１，Ｋ２に基づいたγ軸電流指令値ｉγ_refが出力される。なお、上述したように重み係数Ｋ１が“１”とされた場合は、同期電動機８に引き込み電流を流すために発生したγ軸電流指令値ｉγ_refが出力されることになる。
【００４６】
速度制御器２から出力されたトルク電流指令ｉδ_refはγ軸電流、δ軸電流制御器４に入力され、γ軸電流、δ軸電流制御器４から、入力されたトルク電流指令ｉδ_refに基づいたδ軸電圧指令ｖδ_refが出力される。ここで、γ軸電流、δ軸電流制御器４に、速度、位相、検出電流推定・演算器６から出力されたδ軸電流推定値ｉδ_estが入力された場合は、トルク電流指令ｉδ_refとδ軸電流推定値ｉδ_estとが等しくなるようなδ軸電圧指令ｖδ_refが出力されることになる。
【００４７】
また、γ軸電流指令発生器３から出力されたγ軸電流指令ｉγ_refにおいても、γ軸電流、δ軸電流制御器４に入力され、γ軸電流、δ軸電流制御器４から、入力されたγ軸電流指令ｉγ_refに基づいたγ軸電圧指令ｖγ_refが出力される。ここで、γ軸電流、δ軸電流制御器４に、速度、位相、検出電流推定・演算器６から出力されたγ軸電流推定値ｉγ_estが入力された場合は、γ軸電流指令ｉγ_refとγ軸電流推定値ｉγ_estとが等しくなるようなγ軸電圧指令ｖγ_refが出力されることになる。
【００４８】
γ軸電流、δ軸電流制御器４から出力されたδ軸電圧指令ｖδ_ref及びγ軸電圧指令ｖγ_refはベクトル制御・インバータ回路５に入力され、ベクトル制御・インバータ回路５において、入力されたδ軸電圧指令ｖδ_ref及びγ軸電圧指令ｖγ_ref、並びに速度、位相、検出電流推定・演算器６から出力された同期電動機８の磁軸位相推定値θ_estに基づいて、同期電動機８に印加する電圧の大きさを示す電圧指令ｖ_ref及びその位相を示す位相角θｖが算出され、その後、この電圧指令ｖ_ref及び位相角θｖに基づく三相交流電圧が同期電動機８に供給される。
【００４９】
また、同期電動機８に供給された三相交流電圧による２相電流が、速度、位相、検出電流推定・演算器６に入力される。また、速度、位相、検出電流推定・演算器６には、速度指令値ωr_ref、並びにδ軸電圧指令ｖδ_ref及びγ軸電圧指令ｖγ_refが入力される。
【００５０】
ここで、速度、位相、検出電流推定・演算器６の処理について詳細に説明する。
【００５１】
まず、速度、位相、検出電流推定・演算器６における誘起電圧情報に基づく位置・速度センサレス制御方式について説明する。制御対象の同期電動機をモデル化してサンプリング時間Ｔｓで離散化して状態方程式で表すと（数式１）のようになる。
【００５２】
【数１】
2006087263.tif 000003
なお、Ｒｓ：ステータ側抵抗、Ｌｑ：ｑ軸インダクタンス、Ｌｄ：ｄ軸インダクタンス、Ｔｓ：サンプリング時間、ωrm：回転子角速度、ｋ１〜ｋ６：推定用ゲインとする。また、ここで扱う角度及び速度は全て電気角で示している。
【００５３】
上述した（数式１）からεδ_estの行を抜き出すと、
【００５４】
【数２】
2006087263.tif 000004
となり、｛ｉδ（ｋ）−ｉδ_est（ｋ）｝が“０”となるように制御することで、誘起電圧推定値εδ_estが算出される。
【００５５】
また、（誘起電圧ε＝誘起電圧定数Ｋｅ×電動機回転速度ωrm）の関係から、回転速度推定値が、
【００５６】
【数３】
2006087263.tif 000005
として算出され、また、位相推定値が、
【００５７】
【数４】
2006087263.tif 000006
として算出される。このように算出された回転速度推定値と位相推定値を位置・速度センサの信号に換えて用いることで位置・速度センサレス制御が実現されている。
【００５８】
また、（数式１），（数式２）に示すｉγ，ｉδは、相電流検出値から次の座標変換によって算出することができる。
【００５９】
【数５】
2006087263.tif 000007
【００６０】
【数６】
2006087263.tif 000008
【００６１】
【数７】
2006087263.tif 000009
速度、位相、検出電流推定・演算器６においては、まず、分配ゲイン発生器１にて重み係数Ｋ１が“１”に決定されているかどうかが認識される（ステップＳ５）。
【００６２】
速度・位置センサレス制御時においては、重み係数Ｋ１＜１であるため、速度、位相、検出電流推定・演算器６においては、誘起電圧推定値及び誘起電圧定数、並びに重み計数Ｋ１，Ｋ２を用いて同期電動機８の回転速度推定値ω_estが算出され、また、この回転速度推定値ω_estに基づいて同期電動機８の磁軸位相推定値θ_estが出力される（ステップＳ６）。
【００６３】
その後、この回転速度推定値ω_estが速度制御器２に入力され、速度制御器２において、速度指令値ωr_refと回転速度推定値ω_estとが等しくなるようなトルク電流指令δ_refが出力されることになる。また、速度、位相、検出電流推定・演算器６から出力された磁軸位相推定値θ_estはベクトル制御・インバータ回路５に入力され、ベクトル制御・インバータ回路５において上述した処理が行われる。
【００６４】
このようにして、速度・位置センサレス制御が行われることになる。
【００６５】
一方、本発明の特徴となる同期電動機８の運転開始時においては、上述したように重み係数Ｋ１が“１”に設定されているため、上述した速度・センサレス制御によらずに同期電動機８が駆動している。
【００６６】
その際、誘起電圧定数測定・演算器７において、同期電動機８に供給される電力によって算出される誘起電圧推定値と速度指令値ωr_refとを用いて誘起電圧定数が算出される（ステップＳ７）。具体的には、まず、上述した数式によって、２相電流ｉα，ｉβ、並びにγ軸電流、δ軸電流制御器４から出力されたδ軸電圧指令ｖδ_ref及びγ軸電圧指令ｖγ_refに基づいて、誘起電圧推定値が算出され、次に、上述した（数式３）によってこの誘起電圧推定値を用いて算出される回転速度推定値が速度指令値ωr_refと一致するような誘起電圧定数が算出される。これは、重み係数Ｋ１が“１”に決定されている場合は、速度指令ωr_refに基づいた回転速度を実現する交流電圧が同期電動機８に供給されており、同期電動機８が脱調せずに回転している限り、同期電動機８の回転速度ωrは速度指令ωr_refに一致していることに基づいている。
【００６７】
そして、同期電動機８の回転速度が上昇し、重み係数Ｋ１がＫ１＜１となった時点で、誘起電圧定数の算出処理を終了し、上述した位置・速度センサレス制御に移行する。なお、その際、重み係数Ｋ１が“１”であった期間にて最後に算出された誘起電圧定数を以降の推定に用いることになる。
【００６８】
このように本形態においては、同期電動機８の運転開始時における、速度・センサレス制御によらない同期電動機８の駆動時に、入力された速度指令値ωr_refに基づくトルク電流指令ｉδ_refを出力する処理と、このトルク電流指令ｉδ_ref及び引き込み電流を流すためのγ軸電流指令ｉγ_refに基づいて、γ軸の電圧を指定するためのγ軸電圧指令ｖγ_ref及びδ軸の電圧を指定するためのδ軸電圧指令ｖδ_refを出力する処理と、γ軸電圧指令ｖγ_ref及びδ軸電圧指令ｖδ_refに基づいた電力を同期電動機８に供給するとともに、同期電動機８に供給される２相電流値、並びにγ軸電圧指令ｖγ_ref及びδ軸電圧指令ｖδ_refに基づいて同期電動機８の誘起電圧推定値εδ_estを算出し、この誘起電圧推定値εδ_estと速度指令値ωr_refとを用いて誘起電圧定数を算出する処理とを行うことによって誘起電圧定数を予め算出しておき、その後、同期電動機８の回転速度が上昇し、速度・センサレス制御に移行した際に、算出された誘起電圧定数を用いた制御が行われることになる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の同期電動機制御装置の実施の一形態を示すブロック図である。
【図２】図１に示した同期電動機制御装置における同期電動機の制御方法を説明するためのフローチャートである。
【図３】位置センサ及び速度センサを用いることなく、電力変換装置を用いて同期電動機を駆動させる従来の同期電動機制御装置の一構成例を示すブロック図である。
【図４】図３に示した同期電動機制御装置における同期電動機の制御方法を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００７０】
１    分配ゲイン発生器
２    速度制御器
３    γ軸電流指令発生器
４    γ軸電流、δ軸電流制御器
５    ベクトル制御・インバータ回路
６    速度、位相、検出電流 推定・演算器
７    誘起電圧定数測定演算器
８    同期電動機
【図１】
2006087263.tif 000010
【図２】
2006087263.tif 000011
【図３】
2006087263.tif 000012
【図４】
2006087263.tif 000013