(57)【要約】【課題】永久磁石同期電動機のｄ軸のインダクタンスＬｄとｑ軸のインダクタンスＬｑとの差がない場合でも位相検出器の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流す電流位相を前記永久磁石同期電動機の回転子の回転方向に応じて求め、前記電流位相を前記ｄ軸位相に近づける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
2011024337.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該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、該位相補正器の出力である該ｄ軸位相に基づいて該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該永久磁石同期電動機の制御装置において、該電力変換器が前記永久磁石同期電動機に流す電流位相を前記永久磁石同期電動機の回転子の回転方向に応じて前記ｄ軸位相に近づけることで位相補正値を求める位相補正値検出器と、該位相補正値を記憶する位相補正値記憶器を装備し、前記位相補正値を更新する必要がある場合に該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２００２−１１２５９７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のｄ軸のインダクタンスＬｄとｑ軸のインダクタンスＬｑとの差を利用して前記永久磁石位置であるｄ軸位相と前記位相検出器の位相出力との誤差を補正する位相補正値を得ている。よって前記永久磁石位置であるｄ軸位相を得るためには前記ｄ軸のインダクタンスＬｄおよび前記ｑ軸のインダクタンスＬｑとの差がなければ永久磁石同期電動機の回転子の永久磁石位置であるｄ軸位相の位相補正値を求めることができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１１２５９７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永久磁石同期電動機のｄ軸のインダクタンスＬｄとｑ軸のインダクタンスＬｑとの差がない場合に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該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、該位相補正器の出力である該ｄ軸位相に基づいて該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、該電力変換器が前記永久磁石同期電動機に流す電流位相を前記永久磁石同期電動機の回転子の回転方向に応じて前記ｄ軸位相に近づけることで位相補正値を求める位相補正値検出器と、該位相補正値を記憶する位相補正値記憶器を装備し、前記位相補正値を更新する必要がある場合に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。
【０００７】
すなわち、本発明は永久磁石同期電動機のｄ軸のインダクタンスＬｄとｑ軸のインダクタンスＬｑに依存することなく、電力変換器が永久磁石同期電動機に流す電流位相を前記永久磁石同期電動機の回転子の回転方向に応じて求め、前記電流位相を前記永久磁石電動機の回転子の永久磁石位置であるｄ軸位相に近づけることで前記位相検出器の位相出力の位相補正値を求めるものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は永久磁石同期電動機の回転子の回転方向に応じて電流位相を求め、前記電流位相を永久磁石同期電動機の回転子の永久磁石位置であるｄ軸位相に近づけることで位相補正値を求めるため、永久磁石同期電動機のｄ軸のインダクタンスＬｄとｑ軸のインダクタンスＬｑの差がない場合でも永久磁石同期電動機の回転子の永久磁石位置であるｄ軸位相の位相補正値を求めることができ、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回転子の永久磁石位置であるｄ軸位相θｄ、位相検出        器の位相出力θｒ、電流を流す電流位相θｉを示した説明図である。
【図３】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４】本発明を歯車装置に適用した実施方法を示した説明図である。（実施例２）
【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。電流成分変換器４において前記ｄ軸位相θｄに基づいて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５はトルク指令Ｔ＊を入力して永久磁石同期電動機２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６は電流成分変換器４出力の各軸電流ｉｄ、ｉｑがそれらの指令値ｉｄ＊、ｉｑ＊に追従するような制御信号Ｓを出力する。永久磁石同期電動機２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９は電流制御器６の出力Ｓを選択し、電流制御器６によって電力変換器１は制御される。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に位相補正器３２によって位相補正値記憶器７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７の内容を更新しなければならない場合、スイッチ９が位相補正値検出器８の出力Ｓ１を選択し、位相補正値検出器８によって電力変換器１は制御される。位相補正値検出器８は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を検出する原理を以下に示す。図２は原点Ｏを中心として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と位相差△θを持つ位相に永久磁石同期電動機２に流す電流位相θｉとし、前記位相検出器３１で検出された永久磁石同期電動機２の回転子位相θｒの関係を示したものである。前記電流位相θｉと前記回転子位相θｒとの差をθｘ´とする。前記電流位相θｉに電流を流し、該電流位相θｉを前記ｄ軸位相θｄに近づけるように移動させ位相差△θを非常に小さくするようにした時点のθｘ´が位相補正値θｘとなる。
【００１４】
図３を用いて本発明の永久磁石同期電動機２の位相補正値検出手順を説明する。
（１）  永久磁石同期電動機２の位相補正値検出手順を行った回数ｋ（但し、ｋ＝０，１
，２，３，・・・・）および永久磁石同期電動機２に電流を流して回転子が回転しなか
った回数Ｇと定義し、ｋとＧの初期値を０として位相補正値を求める。
（２）  まず前記位相検出器３１の位相出力θｒ（ｋ）とし、任意の電流位相θｉ（ｋ）
に電流を徐々に増加させる。
（３）  永久磁石同期電動機２の回転子が回転したかどうか判別する。
（４）  永久磁石同期電動機２の回転子が回転した場合には回転した直後に電流位相θｉ
に流した電流を０とする。
（５）  永久磁石同期電動機２の回転子の回転方向の判別を行う。
（６）  回転方向に応じて回転方向判別Ｄ（ｋ）を前記回転子位相θｒが増加する方向（
図２に示す永久磁石同期電動機２の回転子が原点Ｏを中心に左回り）へ回転した場合に
は回転方向判別Ｄ（ｋ）を１とし、前記回転子位相θｒが減少する方向（図２に示す永
久磁石同期電動機２の回転子が原点Ｏを中心に右回り）へ回転した場合には回転方向判
別Ｄ（ｋ）を−１とする。
（７）  電流位相θｉ（ｋ）に電流を流した電流を０にして永久磁石同期電動機２の回転
子の回転が停止した時の位相検出器の位相出力をθｒ（ｋ＋１）とし、次回（ｋ＋１時
点）の位相補正値検出を行う際に電流を流す電流位相θｉ（ｋ＋１）を式１を用いて予
測する。
【００１５】
〔数１〕
θｉ（ｋ＋１）＝（θｉ（ｋ）―（９０／２ｋ）×Ｄ（ｋ））
＋θｒ（ｋ＋１）−θｒ（ｋ）―（９０／２ｋ）Ｇ  …式１
【００１６】
式１は電流位相θｉ（ｋ）に流した電流によって永久磁石同期電動機２の回転子が回転した角度を位相検出器３１の出力位相差θｒ（ｋ＋１）−θｒ（ｋ）より求め、次回（ｋ＋１時点）の位相補正値検出を行う際に電流を流す電流位相θｉ（ｋ＋１）を予測するものである。初めて位相補正値検出手順を行う際（ｋ＝０の時点）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と電流位相θｉとの位相差が９０度あると仮定し、位相補正値検出手順１回目の電流位相θｉ（１）を初めて位相補正値検出手順を行う電流位相θｉ（０）から９０度ずらす。永久磁石同期電動機２の位相補正値検出手順を行った回数ｋが１以上であれば次回（ｋ＋１時点）での電流を流す電流位相θｉ（ｋ＋１）の予測値は電流位相θｉ（ｋ）から±９０／２ｋ度に予測範囲を狭めていき、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に電流位相θｉを近づけていく。
（８）  永久磁石同期電動機２の位相補正値検出手順を行った回数ｋに１を加え、（２）
〜（８）を永久磁石同期電動機２に電流位相θｉ（ｋ）に電流を流しても回転しなくなる
まで繰り返す。
【００１７】
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（ｋ）と電流位相θｉ（ｋ）の位相差が僅かな場合には永久磁石同期電動機２が回転しないことが考えられる。その場合には図３の（３）から（９）へ移行する。
【００１８】
（９）  永久磁石同期電動機２の回転子が回転しなかった回数Ｇが０かどうか判別する。
（10）  永久磁石同期電動機２の回転子が回転しなかった回数Ｇが０の場合には次回（ｋ＋１時点）での電流を流す電流位相θｉ（ｋ＋１）を式２を用いて予測する。
【００１９】
〔数２〕
θｉ（ｋ＋１）＝θｉ（ｋ）＋（９０／２ｋ）  …式２
【００２０】
永久磁石同期電動機２の回転子が回転しなかった場合、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と電流位相θｉが近くにある可能性があるが、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の推定精度を上げるためおよびｋが０で推定を終了するのを防ぐために電流位相θｉ（ｋ）と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との位相差に９０／２ｋ度を設けて、次回（ｋ＋１時点）の位相補正値検出を行う際に電流を流す電流位相θｉ（ｋ＋１）を電流位相θｉ（ｋ）に（９０／２ｋ）を加えたものとする。
（１１）  永久磁石同期電動機２の回転子が回転しなかった回数Ｇを１として図３の（８）を通って（２）へ戻り、再び推定を行う。
【００２１】
図３の（９）で永久磁石同期電動機２の回転子が回転しなかった回数Ｇが１の場合には図３の（１２）へ移行する。
（１２）  永久磁石同期電動機２の回転子が回転しなかった回数Ｇが１の場合には回転子
が回転しなかった回数が２回あることになり電流位相θｉが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に近づいたと考え、次回（ｋ＋１時点）の位相
補正値検出を行う際に電流を流す電流位相θｉ（ｋ＋１）の予測を終了し、式３を用い
て位相補正値θｘを求める。
【００２２】
〔数３〕
θｘ＝θｒ（ｋ）−θｉ（ｋ）−（９０／２ｋ）  …式３
【００２３】
ここで（９０／２ｋ）を引いているのは式２において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の推定精度を上げるために（９０／２ｋ）を加えたものを補正するためである。
（１３）  図３の（１２）で求めた位相補正値θｘを位相補正値検出器８から位相補正値
記憶器７に出力して位相補正値記憶器７は位相補正値θｘを記憶する。
【００２４】
図４に示す実施例は永久磁石同期電動機２に歯車装置１０を利用して運転される機械装置１１を取り付けたものである。本発明は永久磁石同期電動機２の回転子の回転方向を利用して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を求めるため、永久磁石同期電動機２の回転子の回転が僅かでもｄ軸位相θｄを求めることが可能になる。従って、歯車装置１０の歯と歯の間にある隙間（バックラッシ）内に収まる僅かな回転であれば歯車装置１０を取り付けたまま歯車装置１０および機械装置１１を動かすことなくｄ軸位相θｄを求めることが可能になり、位相補正値θｘを求めることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
永久磁石同期電動機のｄ軸のインダクタンスＬｄとｑ軸のインダクタンスＬｑに依存することなく、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を計測でき、位相補正値θｘは位相検出器が示す位相出力θｒと位相補正値検出で求めた電流位相θｉとの差を計算することで求めることができ、ｄ軸のインダクタンスＬｄとｑ軸のインダクタンスＬｑに差がない永久磁石同期電動機にも利用可能である。
【００２６】
また、永久磁石同期電動機の回転子の回転方向を利用して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を求めるため、永久磁石同期電動機の回転子の回転が僅かでも前記ｄ軸位相θｄを求めることができ、前記位相補正値θｘを求めることが可能であるため永久磁石同期電動機に負荷装置を取り付けたままでも利用可能である。
【符号の説明】
【００２７】
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    電流成分変換器
５    指令変換器
６    電流制御器
７    位相補正値記憶器
８    位相補正値検出器
９    スイッチ
１０  歯車装置
１１  機械装置
【図１】
2011024337.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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