(57)【要約】【課題】電力変換器と永久磁石同期電動機との間に電磁接触器を取り付けずに永久磁石同期電動機の回転子の永久磁石位置であるｄ軸位相を得るための位相補正値を求めることを可能にする。【解決手段】電力変換器が永久磁石同期電動機に電力を供給して永久磁石同期電動機を所定の回転数で回転させた後、回転させた状態を維持して電流を零またはそれに近い微小の大きさの電流に制御し、永久磁石同期電動機の端子間電圧を時間積分することで永久磁石同期電動機の回転子にある永久磁石の磁束を求め、該磁束の位相を求めると、その磁束位相は永久磁石電動機の永久磁石位置であるｄ軸位相と一致するので、前記磁束位相を前記位相検出器の位相出力から引くことで前記位相補正値を求める位相補正値検出器と、前記位相補正値を記憶する位相補正値記憶器を装備するよう構成したものである。【選択図】図１
2011125100.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石同期電動機の回転子の回転位相を検出する位相検出器と、該位相検出器の出力から位相補正値を引くことで前記回転子の永久磁石位置であるｄ軸位相を求める位相補正器と、前記位相補正器の出力である前記ｄ軸位相に基づいて前記永久磁石同期電動機に電力を供給する電力変換器からなる永久磁石同期電動機の制御装置において、前記永久磁石同期電動機に電力を供給して前記永久磁石同期電動機を所定の回転数で回転させた後、回転させた状態を維持した状態で前記永久磁石同期電動機の入力電流を零またはそれに近い値となるように前記電力変換器を制御し、前記永久磁石同期電動機の電圧を積分して磁束を求め、該磁束の位相が前記ｄ軸位相と一致するため前記位相検出器の出力から前記磁束の位相を引くことで前記位相補正値を求める位相補正値検出器と、該位相補正値検出器が求めた前記位相補正値を記憶する位相補正値記憶器を装備し、該位相補正値を更新する必要がある場合に前記位相補正値検出器を動作させることを特徴とする永久磁石同期電動機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位相検出器出力から永久磁石同期電動機の回転子の永久磁石位置であるｄ軸位相を求める際に用いる位相補正値を自動的に計測して装置に記憶する機能に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石同期電動機は回転子に永久磁石を取り付け、励磁を永久磁石から得るので励磁を電源から供給する誘導電動機に比べ小型・高効率であるため近年多く利用されている。永久磁石同期電動機を制御するには、回転子の永久磁石位置であるｄ軸位相を知る必要がある。そのために、図１に示すように該永久磁石位置であるｄ軸位相を検出するための位相検出器を取り付けて検出する方法がある。
【０００３】
しかし、前記位相検出器は永久磁石同期電動機の回転子の永久磁石位置であるｄ軸位相に関係なく任意の位相に取り付けられることがあるために前記永久磁石位置であるｄ軸位相と位相検出器が示す位相出力には誤差が生じることがある。従って、位相検出器の出力から所定値（以下、位相補正値）を引くことによって正しい位相を知る必要がある。この位相補正値を計測する従来技術が特開平９−４７０６６号公報に開示されている。本号公報によれば永久磁石同期電動機と該永久磁石同期電動機を駆動させる電力変換器との間に電磁接触器を取り付け、該永久磁石同期電動機を駆動させる場合には該電磁接触器を閉じて駆動させる。位相補正値を計測する場合には該電磁接触器を閉じた状態で前記電力変換器が永久磁石同期電動機に電力を供給して前記永久磁石同期電動機を所定の回転数で回転させた後、該電磁接触器を開放させて前記永久磁石同期電動機の端子間電圧を測定し、該端子間電圧を方形波に変換した電圧の位相と、前記永久磁石同期電動機の回転軸に回転角の絶対値を出力する位相検出器を取り付け、該位相検出器の位相出力との位相差を検出して位相補正値を得ている。よって前記電力変換器と前記永久磁石同期電動機との間に前記電磁接触器を取り付けなければ前記永久磁石同期電動機の端子間電圧を方形波に変換した電圧を測定することができず、位相補正値を検出することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−４７０６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
解決しようとする問題点は電力変換器と永久磁石同期電動機との間に電磁接触器を取り付けなければ永久磁石同期電動機の永久磁石位置であるｄ軸位相の位相補正値を求めることができない点である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の発明によれば、永久磁石同期電動機の回転子の回転位相を検出する位相検出器と、該位相検出器の出力から位相補正値を引くことで前記回転子の永久磁石位置であるｄ軸位相を求める位相補正器と、前記位相補正器の出力である前記ｄ軸位相に基づいて前記永久磁石同期電動機に電力を供給する電力変換器からなる永久磁石同期電動機の制御装置において、前記永久磁石同期電動機に電力を供給して前記永久磁石同期電動機を所定の回転数で回転させた後、回転させた状態を維持した状態で前記永久磁石同期電動機の入力電流を零またはそれに近い値となるように前記電力変換器を制御し、前記永久磁石同期電動機の電圧を積分して磁束を求め、該磁束の位相が前記ｄ軸位相と一致するため前記位相検出器の出力から前記磁束の位相を引くことで前記位相補正値を求める位相補正値検出器と、該位相補正値検出器が求めた前記位相補正値を記憶する位相補正値記憶器を装備し、該位相補正値を更新する必要がある場合に前記位相補正値検出器を動作させることを特徴とする永久磁石同期電動機の制御装置である。
【０００７】
本発明は電力変換器と永久磁石同期電動機との間に電磁接触器を取り付けることなく、電力変換器が永久磁石同期電動機に電力を供給して前記永久磁石同期電動機を所定の回転数で回転させた後、回転させた状態を維持して電流を零またはそれに近い微小の大きさの電流に制御し、前記永久磁石同期電動機の端子間電圧を時間積分することで前記永久磁石同期電動機の回転子にある永久磁石の磁束を求め、該磁束の位相を求めると、その磁束位相は永久磁石電動機の永久磁石位置であるｄ軸位相と一致するので、前記磁束位相を前記位相検出器の位相出力から引くことで前記位相補正値を求めるものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、電力変換器が永久磁石同期電動機に電力を供給して前記永久磁石同期電動機を所定の回転数で回転させた後、回転させた状態を維持して電流を零またはそれに近い微小の大きさの電流に制御するため前記電力変換器と前記永久磁石同期電動機との間に電磁接触器を取り付けることなく、前記永久磁石同期電動機の端子間電圧を検出でき、該端子間電圧を時間積分することで前記永久磁石同期電動機の回転子にある永久磁石の磁束を求め、該磁束の位相を求めると、その磁束位相は永久磁石電動機の永久磁石位置であるｄ軸位相と一致するので、前記磁束位相を前記位相検出器の位相出力から引くことで位相補正値が求められ、前記位相検出器の位相出力から前記位相補正値を引くことで永久磁石同期電動機の回転子の永久磁石位置であるｄ軸位相が検出できる点である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明による実施方法を示した説明図である。（実施例１）
【図２】永久磁石同期電動機の位相補正値検出手順を示した説明図である。
【図３】永久磁石同期電動機の電圧ベクトルを時間積分したものを複素数を用いて表        した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【実施例１】
【００１１】
図１は本発明の１実施例を示す図である。電力変換器１は永久磁石同期電動機２に電力を供給する。ｄ軸位相検出器３は、永久磁石同期電動機２の回転子の永久磁石位置であるｄ軸位相θｄを出力する。電流検出器４は電力変換器１が出力する電流を検出ものであり、電圧検出器５は電力変換器１が出力する電圧を検出するものである。電流成分変換器６において前記ｄ軸位相θｄに基づいて電流検出器４から永久磁石同期電動機２の入力電流ｉをｄ軸成分電流ｉｄと直交するｑ軸成分電流ｉｑに分けて出力する。指令変換器７はトルク指令Ｔ＊を入力して永久磁石同期電動機の出力トルクがトルク指令Ｔ＊に追従するような各軸の電流指令ｉｄ＊、ｉｑ＊を出力する。電流制御器８は電流成分変換器６出力の各軸電流ｉｄ、ｉｑがそれらの指令値ｉｄ＊、ｉｑ＊に追従するような電圧指令ｖ＊を出力する。永久磁石同期電動機の出力トルクが前記トルク指令Ｔ＊に追従するようにする場合にはスイッチ１１は電流制御器８の電圧指令ｖ＊を選択し、電流制御器８によって電力変換器１は電圧指令ｖ＊通りの電力を出力するように制御される。ｄ軸位相検出器３では位相検出器３１で検出された永久磁石同期電動機２の回転子位相θｒから位相補正器３２によって位相補正値記憶器９に記憶されている位相補正値θｘを引くことによってｄ軸位相θｄを求めている。
【００１２】
例えば位相検出器３１を交換した場合等で位相補正値記憶器９の内容を更新しなければならない場合、スイッチ１１が位相補正値検出器１０の電圧指令ｖ１＊を選択し、位相補正値検出器１０によって電力変換器１は電圧指令ｖ１＊通りの電力を出力するように制御される。位相補正値検出器１０は電流検出器４からの電流ｉおよび電圧検出器５からの電圧ｖを用いて永久磁石同期電動機２に所定の電流を流すように電力変換器１を制御して位相補正値θｘを求める。
【００１３】
位相補正値θｘを検出する方法を以下に示す。図２は前記位相補正値検出器１０の内部を示したものである。位相補正値検出電流制御器１０１は前記スイッチ１１が前記位相補正値検出器１０の出力ｖ１＊を選択した場合、前記永久磁石同期電動機２を回転角周波数ω０まで回転させた後、回転角周波数ω０で回転した状態を維持して電流を零またはそれに近い微小の大きさの電流を流すように前記電力変換器１を制御するものである。電圧積分器１０２は前記位相補正値検出電流制御器１０１が前記電力変換器１に電流を零またはそれに近い微小の大きさの電流を流すように制御した際に検出された端子間電圧ｖを時間積分した積分値Ｓ（ｖ）を位相変換器１０３へ出力するものである。位相変換器１０３は前記電圧積分器１０２の出力である前記積分値Ｓ（ｖ）を位相に変換するもので位相補正値演算器１０４へ積分位相値θｓを出力する。該位相補正値演算器１０４は前記位相検出器３１の出力である位相θｒから前記積分位相値θｓを引くことによって位相補正値θｘを演算し、前記位相補正値記憶器９へ出力する。前記位相補正値記憶器９は入力した前記位相補正値θｘを前記スイッチ１１が電圧指令ｖ＊を選択し、前記電流制御器８によって前記電力変換器１が制御される直前に記憶する。
【００１４】
位相補正値θｘを検出する方法を以下に説明する。一般的に永久磁石同期電動機の電圧ｖは式１のように表わされる。
【００１５】
（数１）
ｖ＝Ｒ１・ｉ＋Ｌ・Ｄ（ｉ）＋Ｄ（φ２）                              …式１
【００１６】
ここでＲ１は一次の巻線抵抗、Ｌはインダクタンス、ｖは入力電圧ベクトル、ｉは入力電流ベクトル、φ２は二次磁束ベクトル、Ｄ（）は時間微分を表す。前記位相補正値検出電流制御器１０１は前記スイッチ１１を前記位相補正値検出器１０の出力ｖ１＊を選択した場合、前記永久磁石同期電動機２を回転させた後、回転させた状態を維持した状態で電流を零またはそれに近い微小の大きさの電流を流すように前記電力変換器１を制御するため式１の右辺第１項と第２項は無視できるため入力電圧ベクトルｖは式２のようになる。
【００１７】
（数２）
ｖ＝Ｄ（φ２）                                                      …式２
【００１８】
ここで二次磁束ベクトルφ２がω０の回転角周波数で回転しているとすると二次磁束ベクトルφ２は式３のように表すことができる。
【００１９】
（数３）
φ２＝φ０・ＥＸＰ｛ｊ・（ω０・ｔ＋α）｝                          …式３
【００２０】
ここでφ０は二次磁束ベクトルφ２の大きさ、ＥＸＰ（）は指数関数を表し、ｔは時間、ｊは虚数単位を表す。またαはω０の回転角周波数で回転している二次磁束ベクトルの回転位相の初期値を表し、任意の値である。式３に示すようにベクトルを以後複素数を用いて表す。次に式３の二次磁束ベクトルφ２を式２に代入すると式４のようになる。
（数４）
ｖ＝ｊ・ω０・φ０・ＥＸＰ｛ｊ・（ω０・ｔ＋α）｝                  …式４
【００２１】
式４より入力電圧ベクトルｖは二次磁束ベクトルφ２より位相が９０度進み、回転角周波数ω０であることがわかる。次に式４を積分すると式５のようになる。
【００２２】
（数５）
Ｓ（ｖ）＝φ０・ＥＸＰ｛ｊ・（ω０・ｔ＋α）｝＋Ｓ０                …式５
【００２３】
ここでＳ（）は時間積分、Ｓ０は時間積分における積分定数ベクトルを表す。式５より電圧を時間積分した積分値Ｓ（ｖ）は中心Ｓ０で大きさφ０、回転角周波数ω０で回転しているベクトルである。図３は縦軸に複素数の虚軸、横軸に複素数の実軸とし、実軸と虚軸が交差する点を０とする座標において式５を表したものである。座標上の任意の点に前記中心Ｓ０を置くと前記積分値Ｓ（ｖ）は前記中心Ｓ０から大きさφ０で点線に示すような円軌跡を描きながら回転角周波数ω０で回転している。前記実軸を基準軸として定義すると、前記積分値Ｓ（ｖ）の積分位相値θｓは前記基準軸との位相差になる。前記積分値Ｓ（ｖ）は永久磁石同期電動機の電圧ｖを時間積分したものであるから永久磁石同期電動機の二次磁束ベクトルを平行移動したものと一致する。よって前記積分位相値θｓは永久磁石同期電動機の回転子の永久磁石位置であるｄ軸位相θｄに一致するので、前記位相検出器３１の出力である位相θｒから積分位相値θｓを引くことで位相補正値θｘが求められる。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明は、電力変換器が永久磁石同期電動機に電力を供給して永久磁石同期電動機を回転させた後、回転させた状態を維持して電流を零またはそれに近い微小の大きさの電流に制御し、永久磁石同期電動機の端子間電圧を電圧検出器から検出し、時間積分することで永久磁石同期電動機の回転子にある永久磁石の磁束を求め、磁束の位相から位相検出器の位相出力の位相補正値を求めるため、電力変換器と永久磁石同期電動機の間に電磁接触器を取り付ける必要がなくなる。さらに、永久磁石同期電動機の端子間電圧を電圧検出器から検出しているが、電力変換器は電圧指令によって電圧指令通りの電力を出力するように制御されているので電圧指令と電圧検出器から検出された電圧は等しくなり、電圧検出器も省くことが可能になる。よってコストダウンにつながる。
【符号の説明】
【００２５】
１      電力変換器
２      永久磁石同期電動機
３      ｄ軸位相検出器
３１    位相検出器
３２    位相補正器
４      電流検出器
５      電圧検出器
６      電流成分変換器
７      指令変換器
８      電流制御器
９      位相補正値記憶器
１０    位相補正値検出器
１０１  位相補正値検出電流制御器
１０２  電圧積分器
１０３  位相変換器
１０４  位相補正値演算器
１１    スイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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