(57)【要約】      （修正有）【課題】簡単な演算により磁極位置合わせを可能にした同期電動機の磁極位置調整方法及び磁極位置調整装置を提供する。【解決手段】同期電動機の固定子巻線を直流励磁し、レゾルバによる磁極位置検出値の変化率が正から負へ変化する第１変曲点と負から正へ変化する第２変曲点とをそれぞれ複数検出すると共に、複数の第１変曲点を通る第１漸近線ｆ１と複数の第２変曲点を通る第２漸近線ｆ２とをそれぞれ直線近似により求め、第１漸近線ｆ１及び第２漸近線ｆ２の交点の時間を、複数の第１変曲点及び第２変曲点にそれぞれ対応する磁極位置検出値と、第１漸近線ｆ１及び第２漸近線ｆ２の傾きと、から算出し、算出した交点の時間ｔｘを第１漸近線ｆ１または第２漸近線ｆ２に代入して交点に対応するオフセット値θｏｆｆｓｅｔを算出する。このオフセット値θｏｆｆｓｅｔを磁極位置検出値θ０に加算することにより、制御演算に用いる磁極位置を演算する。【選択図】図３
2015107015.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同期電動機の位置検出器による磁極位置検出値をオフセット値にて補正することにより、前記磁極位置検出値と実際の磁極位置との誤差をなくした磁極位置を算出して前記同期電動機の制御演算を行うための磁極位置調整方法において、
前記同期電動機の固定子巻線を直流励磁し、前記磁極位置検出値の変化率が正から負へ変化する第１変曲点を複数検出し、かつ、前記変化率が負から正へ変化する第２変曲点を複数検出すると共に、複数の前記第１変曲点を通る第１漸近線と複数の前記第２変曲点を通る第２漸近線とをそれぞれ直線近似により求め、
前記第１漸近線及び前記第２漸近線の交点の時間を、複数の前記第１変曲点及び前記第２変曲点にそれぞれ対応する前記磁極位置検出値と、前記第１漸近線及び前記第２漸近線の傾きと、から算出し、
算出した前記交点の時間を前記第１漸近線または前記第２漸近線に代入して前記交点に対応する前記オフセット値を算出することを特徴とする同期電動機の磁極位置調整方法。
【請求項２】
同期電動機の位置検出器による磁極位置検出値をオフセット値にて補正することにより、前記磁極位置検出値と実際の磁極位置との誤差をなくした磁極位置を算出して前記同期電動機の制御演算を行うための磁極位置調整装置において、
前記同期電動機の固定子巻線を直流励磁する直流励磁部と、
前記磁極位置検出値の変化率が正から負へ変化する複数の第１変曲点を通る第１漸近線と、前記変化率が負から正へ変化する複数の第２変曲点を通る第２漸近線とを、それぞれ直線近似により算出する漸近線演算部と、
前記第１漸近線及び前記第２漸近線の交点の時間を、複数の前記第１変曲点及び前記第２変曲点にそれぞれ対応する前記磁極位置検出値と、前記第１漸近線及び前記第２漸近線の傾きと、から算出し、算出した前記交点の時間を前記第１漸近線または前記第２漸近線に代入して前記交点に対応する前記オフセット値を算出するオフセット演算部と、
を備えたことを特徴とする同期電動機の磁極位置調整装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同期電動機の磁極位置検出値を実際の磁極位置との誤差を解消する、いわゆる磁極位置合わせを行うための磁極位置調整方法及び磁極位置調整装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レゾルバ等の位置検出器を備えた同期電動機では、位置検出器から出力される磁極位置検出値に基づき、インバータ等の電力変換器から所定の位相の電流を同期電動機の固定子巻線に通流させて回転磁界を発生させている。ここで、通常の位置検出器は磁極の相対位置のみを検出しているので、磁極位置を正確に検出して同期電動機を制御するためには、磁極位置合わせによって磁極位置の初期値を調整する必要がある。
【０００３】
従来の磁極位置合わせの方法としては、電動機の固定子巻線を直流励磁して回転子の位置を固定し、その回転子位置を初期値（磁極位置が０°）として位置検出器による磁極位置検出値を調整する方法が知られている。
しかし、この方法では、静止摩擦等によって回転子が一定の位置で停止しないおそれがあり、その結果、磁極位置合わせを正確に行えないという問題があった。
【０００４】
このため、電動機を単に直流励磁する方法によらずに磁極位置合わせを行う方法が、特許文献１，２等によって提案されている。
例えば、特許文献１では、図４に示すように、インバータ１１の直流入力電力演算値ＰＤＣと同期電動機ＳＭの機械出力演算値Ｐｍとの間の誤差電力ΔＰが磁極位置誤差に応じた値になることに着目し、誤差電力ΔＰと回転速度ｎ等に基づく補正量Δθｆを磁極位置検出値θｆに加算して補正することにより、真の磁極位置θｆ’を算出してトルク制御精度等を向上させている。なお、図４において、１２は直流電源、１３は速度検出器、１４は位置検出器、１５はウィンドウコンパレータである。
【０００５】
また、特許文献２では、図５，図６に示す処理によって磁極位置合わせを行うことが開示されている。
図５の例では、磁極位置検出値と実際の磁極位置との相対的なズレを調整するための補正角度を予め仮設定し（ステップＳ１）、磁極位置検出値を微分して得た速度帰還を制御装置に取り込んで過速度設定値以上か否かを判断する（Ｓ２，Ｓ３）。この速度帰還が過速度設定値未満である間は（Ｓ３Ｎｏ）、所定の速度基準に従って速度制御を実行する処理（Ｓ４，Ｓ５）を、ステップＳ１の補正角度を少しずつシフトさせながら繰り返す。また、速度帰還が過速度設定値以上になったら、電動機をフリーラン状態とし、仮設定した補正角度を一次的に記憶しておく（Ｓ３Ｙｅｓ，Ｓ６）。次に、仮設定した補正角度を逆方向に向けて所定値ずつシフトさせながら一連の処理を繰り返し（Ｓ７Ｎｏ，Ｓ１〜Ｓ５）、速度帰還が過速度設定値以上になったときの補正角度を再び記憶する（Ｓ３Ｙｅｓ，Ｓ６）。
こうして得た二つの補正角度の中間点を計算して最終的な補正角度を求め（Ｓ７Ｙｅｓ，Ｓ８）、この補正角度を用いて磁極位置を調整する。
【０００６】
更に、図６に示す例では、仮設定した補正角度のもとで生成した速度基準に従って速度制御を行い（ステップＳ１１〜Ｓ１４）、更に、速度制御特性を数値化するための評価関数を演算する処理を、補正角度を少しずつシフトさせながら所定回数繰り返す（Ｓ１５，Ｓ１６）。その後、速度基準に対する速度追従性の評価値が最も良くなるような補正角度を決定し（Ｓ１７）、この補正角度を用いて磁極位置を調整する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平８−３０８２９２号公報（段落［００１７］〜［００２２］、図３等）
【特許文献２】特開２００９−７２０３３号公報（段落［００１４］〜［００１９］，［００２１］〜［００２７］、図２，図５等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に係る従来技術では、誤差電力ΔＰを求めるための演算処理や回路が必要であり、また、特許文献２に係る従来技術では、補正角度をシフトさせつつ速度制御を行う処理を補正角度の正逆両方向について行わなくてはならず、磁極位置合わせに多くの時間と手間を必要としていた。
そこで、本発明の解決課題は、簡単な演算により磁極位置合わせを可能にした同期電動機の磁極位置調整方法及び磁極位置調整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】
上記課題を解決するため、請求項１に係る磁極位置調整方法は、同期電動機の位置検出器による磁極位置検出値をオフセット値にて補正することにより、前記磁極位置検出値と実際の磁極位置との誤差をなくした磁極位置を算出して前記同期電動機の制御演算を行うための磁極位置調整方法において、
前記同期電動機の固定子巻線を直流励磁し、前記磁極位置検出値の変化率が正から負へ変化する第１変曲点を複数検出し、かつ、前記変化率が負から正へ変化する第２変曲点を複数検出すると共に、複数の前記第１変曲点を通る第１漸近線と複数の前記第２変曲点を通る第２漸近線とをそれぞれ直線近似により求め、
前記第１漸近線及び前記第２漸近線の交点の時間を、複数の前記第１変曲点及び前記第２変曲点にそれぞれ対応する前記磁極位置検出値と、前記第１漸近線及び前記第２漸近線の傾きと、から算出し、
算出した前記交点の時間を前記第１漸近線または前記第２漸近線に代入して前記交点に対応する前記オフセット値を算出するものである。
【００１０】
請求項２に係る磁極位置調整装置は、同期電動機の位置検出器による磁極位置検出値をオフセット値にて補正することにより、前記磁極位置検出値と実際の磁極位置との誤差をなくした磁極位置を算出して前記同期電動機の制御演算を行うための磁極位置調整装置において、
前記同期電動機の固定子巻線を直流励磁する直流励磁部と、
前記磁極位置検出値の変化率が正から負へ変化する複数の第１変曲点を通る第１漸近線と、前記変化率が負から正へ変化する複数の第２変曲点を通る第２漸近線とを、それぞれ直線近似により算出する漸近線演算部と、
前記第１漸近線及び前記第２漸近線の交点の時間を、複数の前記第１変曲点及び前記第２変曲点にそれぞれ対応する前記磁極位置検出値と、前記第１漸近線及び前記第２漸近線の傾きと、から算出し、算出した前記交点の時間を前記第１漸近線または前記第２漸近線に代入して前記交点に対応する前記オフセット値を算出するオフセット演算部と、を備えたものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、同期電動機を直流励磁して回転子が停止した位置から初期値を求める方法に比べ、静止摩擦等の影響を受けずに高精度に磁極位置合わせを行うことができる。
また、特許文献１のように誤差電力を求めるための演算処理や回路が不要であり、特許文献２のように補正角度をシフトさせながら速度制御する処理を補正角度の正逆両方向について行う等の煩雑な処理が不要であるため、磁極位置合わせに伴うコストの低減、迅速化、簡略化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態が適用される同期電動機の駆動システムの構成図である。
【図２】図１における初期値演算部の構成図である。
【図３】図２における初期値演算部の動作を示す波形図である。
【図４】特許文献１に記載された従来技術の構成図である。
【図５】特許文献２に記載された従来技術の動作を示すフローチャートである。
【図６】特許文献２に記載された従来技術の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の実施形態が適用される同期電動機の駆動システムの構成図である。
図１において、直流電源１には三相のインバータ２が接続され、その出力側には電流検出器３を介して同期電動機４が接続されている。同期電動機４の回転子には磁極位置（角度）を検出する位置検出器としてのレゾルバ５が取り付けられ、その出力信号は制御装置６に入力されている。なお、７は同期電動機４により駆動される負荷である。
【００１４】
次に、制御装置６の構成及び作用を説明する。
制御装置６において、トルク指令部６１には、運転指令、回転速度指令ω＊及び回転速度検出値ωが入力されており、これらに基づいて生成されたトルク指令Ｔ＊がインバータ制御部６２に入力されている。
一方、前記レゾルバ５の出力信号に基づいて位置検出部６３により算出された磁極位置検出値θ０が、加算器６４により初期磁極位置θ１に加算されてその加算値θ２（＝θ１＋θ０）が出力される。なお、θ０，θ１，θ２はいずれも電気角である。ここで、上記の初期磁極位置θ１（オフセット値θｏｆｆｓｅｔ）は、レゾルバ５による磁極位置検出値θ０と実際の磁極位置との間の誤差に相当し、初期値演算部６６によって求められる。
【００１５】
この実施形態では、後述する図２，図３に示す方法により初期値演算部６６がオフセット値θｏｆｆｓｅｔを求め、このオフセット値θｏｆｆｓｅｔにより磁極位置検出値θ０を補正して制御演算上の磁極位置θ２を生成し、トルク制御等に用いることを特徴としている。
【００１６】
加算器６４から出力された磁極位置θ２は、微分回路６５により微分されて回転速度検出値ωが演算され、この速度検出値ωは前述したようにトルク指令部６１に入力される。また、速度検出値ωは、前記トルク指令Ｔ＊、インバータ２の出力電流及び磁極位置θ２と共にインバータ制御部６２に入力される。インバータ制御部６２では、これらの入力情報に基づいて、インバータ２の半導体スイッチング素子（図示せず）をオンオフさせるゲート信号を生成し、出力する。
【００１７】
次に、図２は初期値演算部６６の構成を示しており、例えばマイクロコンピュータのソフトウェアによって実現されるものである。
図２において、直流励磁部６６ａは、磁極位置合わせ指令に基づきインバータ制御部６２を介してインバータ２を起動し、同期電動機４の固定子巻線を直流励磁する。
位置・時間検出部６６ｂは、図１の位置検出部６３による磁極位置検出値θ０から、その変化率が正から負へ、または、負から正へ反転した時（いわゆる変曲点）の値θ１１，θ２１，θ１２，θ２２，……を時間軸に沿って検出し、それぞれに対応する時間ｔ１１，ｔ２１，ｔ１２，ｔ２２，……と共に記憶する。漸近線演算部６６ｃは、上記の磁極位置検出値θ１１，θ２１，θ１２，θ２２，……及び時間ｔ１１，ｔ２１，ｔ１２，ｔ２２，……を用いて直線近似による二つの漸近線を求め、オフセット演算部６６ｄは、漸近線演算部６６ｃが求めた二つの漸近線の交点からオフセット値θｏｆｆｓｅｔを演算する。
【００１８】
図３は、上述した初期値演算部６６の動作を示す波形図である。
従来では、同期電動機４を直流励磁することにより磁極位置検出値θ０が図３のように変化して時刻ｔｓｔｏｐにて回転子が停止した場合、その時の磁極位置検出値θｓｔｏｐを初期値として位置検出器の出力を補正しているが、静止摩擦等に起因して、この検出値θｓｔｏｐが常に一定値となる保証はない。このため、θｓｔｏｐを求める動作を複数回行って平均値を求める等の方法により初期値の信頼性を高めているが、この方法によると磁極位置合わせに多くの時間がかかる。
そこで、本実施形態では、以下のような方法でオフセット値θｏｆｆｓｅｔを求め、初期磁極位置を決定することとした。
【００１９】
すなわち、図３において、時刻ｔ００で磁極位置合わせ指令が図２の直流励磁部６６ａに入力され、同期電動機４の直流励磁により回転子が回転して位置検出部６３から磁極位置検出値θ０が出力される。位置・時間検出部６６ｂは、磁極位置検出値θ０の変化率の極性が変化する最初の変曲点における値をθ１１とし、これに対応する時刻をｔ１１として記憶する。ここで、時刻ｔ１１を、後述する漸近線ｆ１，ｆ２の基点の時刻ｔ０とおく。
以後、同様にして、各変曲点における磁極位置検出値θ２１，θ１２，θ２２，……と、それぞれに対応する時間ｔ２１，ｔ１２，ｔ２２，……とを検出し、記憶していく。ここでは、磁極位置検出値θ０の変化率が正から負へ反転した時のデータθ１１，ｔ１１，θ１２，ｔ１２と、負から正へ反転した時のデータθ２１，ｔ２１，θ２２，ｔ２２と、を用いて漸近線ｆ１，ｆ２を求めることとする。
【００２０】
次に、漸近線演算部６６ｃは、上記の２組のデータθ１１，ｔ１１，θ１２，ｔ１２、及びθ２１，ｔ２１，θ２２，ｔ２２を用いて、直線近似により漸近線ｆ１，ｆ２を求める。
ここで、磁極位置検出値θ１１，θ１２，……は請求項における第１変曲点、磁極位置検出値θ２１，θ２２，……は同じく第２変曲点、漸近線ｆ１は第１漸近線、漸近線ｆ２は第２漸近線に、それぞれ相当する。
【００２１】
図３から明らかなように、漸近線ｆ１の傾きｋ１は数式１により、漸近線ｆ２の傾きｋ２は数式２により、それぞれ求められる。
［数式１］
（θ１２−θ１１）／（ｔ１２−ｔ１１）＝ｋ１
［数式２］
（θ２２−θ２１）／（ｔ２２−ｔ２１）＝ｋ２
【００２２】
また、起点の時刻ｔ０における漸近線ｆ１，ｆ２のオフセット値を、それぞれ数式３，数式４とおく。
［数式３］
θ１０＝θ１１
［数式４］
θ２０＝θ２２−ｋ２×（ｔ２１−ｔ０）
【００２３】
これにより、漸近線ｆ１は数式５により、また、漸近線ｆ２は数式６により、それぞれ表すことができる。
［数式５］
ｆ１＝ｋ１×ｔ＋θ１０
［数式６］
ｆ２＝ｋ２×ｔ＋θ２０
よって、ｆ１＝ｆ２とおき、以下の数式７が成り立つときの時間ｔ（図３におけるｔｘ）を数式８により求め、この時間ｔｘを数式５または数式６に代入すれば、漸近線ｆ１，ｆ２の交点における磁極位置検出値θ０をオフセット値θｏｆｆｓｅｔとして算出することができる。
［数式７］
ｋ１×ｔ＋θ１０＝ｋ２×ｔ＋θ２０
［数式８］
ｔ＝（θ２０−θ１０）／（ｋ１−ｋ２）
【００２４】
図２の初期値演算部６６内の漸近線演算部６６ｃは数式１〜６により漸近線ｆ１，ｆ２を演算し、オフセット演算部６６ｄは数式７，８により時間ｔｘを求めて数式５または数式６によりオフセット値θｏｆｆｓｅｔを算出する。このオフセット値θｏｆｆｓｅｔを加算器６４にて磁極位置検出値θ０に加算することにより、磁極位置誤差が補正された制御演算上の磁極位置θ２を求めることができる。
【００２５】
すなわち、従来のように、直流励磁により回転子が停止した時刻ｔｓｔｏｐにおける磁極位置検出値θｓｔｏｐを初期値とみなす場合には、静止摩擦等によって磁極位置検出値θｓｔｏｐに誤差が生じる。しかし、この実施形態によれば、静止摩擦等の影響を受けない複数の第１，第２変曲点からそれぞれ求めた第１，第２の漸近線の交点に基づいてオフセット値θｏｆｆｓｅｔを一義的に求めることが可能であるため、磁極位置合わせを高精度に行うことができる。
【００２６】
なお、漸近線として３点以上の変曲点データ、例えばθ１１，ｔ１１，θ２１，ｔ２１，θ１２，ｔ１２が得られた場合に、２次関数近似による漸近線を用いてオフセット値θｏｆｆｓｅｔを求めても良い。この場合、オフセット値θｏｆｆｓｅｔを演算するための時間ｔｘは、２次方程式の解｛−ｂ±√（ｂ２−４ａｃ）／２｝から求めることができる。あるいは、最小２乗法により漸近線ｆ１，ｆ２を求めて時間ｔｘ及びオフセット値θｏｆｆｓｅｔを求めても良い。
【符号の説明】
【００２７】
１：直流電源
２：インバータ
３：電流検出器
４：同期電動機
５：レゾルバ（位置検出器）
６：制御装置
６１：トルク指令部
６２：インバータ制御部
６３： 位置検出部
６４：加算器
６５：微分回路
６６：初期値演算部
６６ａ：直流励磁部
６６ｂ：位置・時間検出部
６６ｃ：漸近線演算部
６６ｄ：オフセット演算部
７：負荷
【図１】
2015107015.tif 000003
【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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