(57)【要約】【課題】永久磁石型同期電動機の位置検出器の取り付け位置ずれによるオフセット値を補正し、かつ、位置検出器の動作確認等を可能にした制御装置を提供する。【解決手段】位置検出器２から出力される位置検出値に存在する位置オフセット値を補正するための補正開始指令、補正電圧指令値及び補正角度指令値を出力する位置補正指令手段１５と、位置検出値と補正角度指令値とを用いて位置オフセット値を演算する演算手段１６と、位置オフセット値を用いて位置検出値を補正するオフセット補正手段１７と、補正開始指令の発生時に、補正電圧指令値及び補正角度指令値を電力変換手段１４に入力し、補正開始指令の解除時に、速度調節手段１２から出力される電圧指令値と補正後の位置検出値とを電力変換手段１４に入力する補正用切換手段１３とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置検出器から出力される永久磁石型同期電動機の磁極位置検出値を用いて前記電動機の速度を演算する速度演算手段と、この速度演算手段により演算した速度検出値を速度指令値に追従させるような電圧指令値を演算する速度調節手段と、を備え、前記電圧指令値に応じた交流電圧を電力変換手段から前記電動機に供給するようにした永久磁石型同期電動機の制御装置において、
前記位置検出器から出力される位置検出値に存在する位置オフセット値を補正するための補正開始指令、補正電圧指令値及び補正角度指令値を出力する位置補正指令手段と、
前記位置検出値と前記補正角度指令値とを用いて前記位置オフセット値を演算するオフセット演算手段と、
前記位置オフセット値を用いて前記位置検出値を補正するオフセット補正手段と、
前記補正開始指令の発生時に、前記補正電圧指令値及び補正角度指令値を前記電力変換手段に入力し、前記補正開始指令の解除時に、前記速度調節手段から出力される電圧指令値と前記オフセット補正手段から出力される補正後の位置検出値とを前記電力変換手段に入力する補正用切換手段と、
を備えたことを特徴とする永久磁石型同期電動機の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載した永久磁石型同期電動機の制御装置において、
前記位置補正指令手段から値の異なる補正角度指令値を２回以上出力し、
前記オフセット演算手段は、前記位置検出値の前回値と今回値との変化分である位置検出差が、補正角度指令値の前回値と今回値との変化分である補正角度指令差に対して許容範囲内である時は、位置検出値の今回値と補正角度指令値の今回値とを用いて位置オフセット値を演算し、前記許容範囲を逸脱する時は、前記位置補正指令手段が、設定回数に達するまで前回と異なる前記補正角度指令値を出力することを特徴とする永久磁石型同期電動機の制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載した永久磁石型同期電動機の制御装置において、
前記制御装置は、前記設定回数に達しても前記許容範囲内にならない時に、前記位置オフセット値の補正が不可能な異常状態であると判断することを特徴とする永久磁石型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、永久磁石型同期電動機に取り付けられた磁極位置検出器の位置ずれによるオフセット値を補正するようにした制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石型同期電動機を駆動する場合には、永久磁石回転子の磁極位置情報を正しく把握する必要がある。この磁極位置情報に誤差があると、電力変換器により永久磁石型同期電動機を駆動する際にトルク誤差が発生し、最悪の場合には推力を発生させたい方向とは逆方向に推力が発生して各種の負荷機器を損傷するおそれがある。
このため、磁極位置検出器の取り付けや交換によって発生する位置検出器の位置ずれを解消することを目的として、以下に示すような従来技術が提供されている。
【０００３】
まず、特許文献１には、位置検出器を交換する前後の電動機の可動部の角度を比較して位置検出器の位置ずれを確認し、この位置ずれに応じて位置検出器の取付位置を調整するようにしたドア駆動制御装置が記載されている。
【０００４】
また、特許文献２には、組み立て取付時における磁極の原点位置とエンコーダ（位置検出器）の原点とのずれ角を計算してメモリに記憶させておき、エンコーダの取り付け後にエンコーダの位置情報を前記メモリ内のずれ角により補正して正確な位置情報を得るようにしたＡＣ同期モータの磁極位置調整装置が記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３４１６９７号公報（段落［００１３］，［００１４］、図１，図２等）
【特許文献２】特開２００４−７２９０２号公報（段落［０００５］〜［０００７］、図１〜図４等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した特許文献１，２に開示された従来技術は、位置検出器の取り付け時や交換時には対応可能であるが、位置検出器を既に永久磁石型同期電動機に取り付けた後に、外部からの衝撃等、何らかの理由によって位置検出器の取り付け位置がずれて誤差が生じた場合には対応することができない。すなわち、位置検出器の取り付け後や交換後に、位置検出器の位置ずれによるオフセット値が生じていたとしても、そのオフセット値を補正することができないと共に、位置検出器自体の動作が正常であるか否かの確認もできないため、別に位置検出器の出力確認や補正作業を行う必要があった。
【０００７】
そこで、本発明の解決課題は、位置検出器の位置ずれに起因したオフセット値を自動的に補正可能とし、更に位置検出器自体の動作確認を可能にした永久磁石型同期電動機の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、位置検出器から出力される永久磁石型同期電動機の磁極位置検出値を用いて前記電動機の速度を演算する速度演算手段と、この速度演算手段により演算した速度検出値を速度指令値に追従させるような電圧指令値を演算する速度調節手段と、を備え、前記電圧指令値に応じた交流電圧を電力変換手段から前記電動機に供給するようにした永久磁石型同期電動機の制御装置において、
前記位置検出器から出力される位置検出値に存在する位置オフセット値を補正するための補正開始指令、補正電圧指令値及び補正角度指令値を出力する位置補正指令手段と、
前記位置検出値と前記補正角度指令値とを用いて前記位置オフセット値を演算するオフセット演算手段と、
前記位置オフセット値を用いて前記位置検出値を補正するオフセット補正手段と、
前記補正開始指令の発生時に、前記補正電圧指令値及び補正角度指令値を前記電力変換手段に入力し、前記補正開始指令の解除時に、前記速度調節手段から出力される電圧指令値と前記オフセット補正手段から出力される補正後の位置検出値とを前記電力変換手段に入力する補正用切換手段と、を備えたものである。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１において、前記位置補正指令手段から値の異なる補正角度指令値を２回以上出力し、
前記オフセット演算手段は、前記位置検出値の前回値と今回値との変化分である位置検出差が、補正角度指令値の前回値と今回値との変化分である補正角度指令差に対して許容範囲内である時は、位置検出値の今回値と補正角度指令値の今回値とを用いて位置オフセット値を演算し、前記許容範囲を逸脱する時は、前記位置補正指令手段が、設定回数に達するまで前回と異なる前記補正角度指令値を出力するものである。
【００１０】
請求項３に係る発明は、請求項２において、前記制御装置は、前記設定回数に達しても前記許容範囲内にならない時に、前記位置オフセット値の補正が不可能な異常状態であると判断するものである。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１記載の発明によれば、位置検出器の取り付け後や交換後に位置検出器の位置ずれによるオフセット値が生じた場合でも、このオフセット値を自動的に補正することができる。
また、請求項２記載の発明によれば、位置補正指令手段が値の異なる補正角度指令値を２回以上出力することにより、位置検出器の動作を確認できると共に、実際に永久磁石型同期電動機の磁極位置が上記補正角度指令値と一致するか否かを確認することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。図１は、この実施形態の構成を示すブロック図である。
図１において、１は永久磁石型同期電動機であり、その永久磁石回転子の磁極位置（角度）を検出する位置検出器２が取り付けられている。この位置検出器２から出力される位置検出値θｄｅｔは、本実施形態に係る制御装置１０に入力されている。
【００１３】
制御装置１０の構成及び動作は、以下の通りである。
上記位置検出値θｄｅｔは速度演算手段１１に入力され、電動機１の速度検出値が演算される。この速度検出値は速度指令値と共に速度調節手段１２に入力されており、速度検出値を速度指令値に追従させるような電圧指令値Ｖａｓｒが演算される。
上記電圧指令値Ｖａｓｒは、補正用切換手段１３内の第１のスイッチ１３１を介してインバータ等の電力変換手段１４に与えられており、電力変換手段１４は電圧指令値Ｖａｓｒ通りの三相交流電圧を生成して電動機１に供給する。
【００１４】
一方、位置検出器２のオフセット補正を行うために、補正開始指令フラグａと補正電圧指令値Ｖｒｅｆと補正角度指令値θｒｅｆとを出力する位置補正指令手段１５が設けられている。
また、位置検出器２から出力された位置検出値θｄｅｔと前記補正角度指令値θｒｅｆとから、位置検出器２の取付位置ずれ等に起因する位置オフセット値θｅｒｒを演算するオフセット演算手段１６が設けられており、上記位置オフセット値θｅｒｒは位置検出値θｄｅｔと共にオフセット補正手段１７に入力されている。
【００１５】
オフセット補正手段１７では、位置検出値θｄｅｔ及び位置オフセット値θｅｒｒを用いて、数式１により位置検出補正値θｃｏｍｐを演算する。
［数式１］
θｃｏｍｐ＝θｄｅｔ−θｅｒｒ
この位置検出補正値θｃｏｍｐは、前記補正用切換手段１３内の第２のスイッチ１３２に与えられている。
【００１６】
ここで、補正用切換手段１３内の第１のスイッチ１３１は、補正開始指令フラグａがない時は、図示する接続状態により速度調節手段１２からの電圧指令値Ｖａｓｒを電力変換手段１４に出力し、補正開始指令フラグａがある時は、位置補正指令手段１５側に切り換えられて補正電圧指令値Ｖｒｅｆを電力変換手段１４に出力する。
また、第２のスイッチ１３２は、補正開始指令フラグａがない時は、図示する接続状態によりオフセット補正手段１７からの位置検出補正値θｃｏｍｐを電力変換手段１４に出力し、補正開始指令フラグａがある時は、位置補正指令手段１５側に切り換えられて補正角度指令値θｒｅｆを電力変換手段１４に出力するように構成されている。
【００１７】
なお、位置補正指令手段１５では、少なくとも２回以上の値の異なる補正角度指令値θｒｅｆをその都度、今回値θｒｅｆ１として出力する。
これは、補正角度指令値θｒｅｆとして同じ角度を出力した場合には、位置検出器２の出力が変化しないため位置検出器２が正常に動作しているのか否かを判断できないためと、位置検出器２が正常に動作していても、位置補正指令手段１５の出力である補正角度指令値θｒｅｆに対応して永久磁石型同期電動機１の磁極位置が変化しているのか否かを確認できないためである。
【００１８】
次に、図２はオフセット演算手段１６のアルゴリズムの一例を示すフローチャートである。
前述した位置補正指令手段１５は、オフセット補正を行う場合に補正開始指令フラグａをセットし、オフセット演算手段１６では、補正開始指令フラグａがセットされている時（ステップＳ１ Ｙｅｓ）に以下の演算を行う。
なお、前述したように、補正開始指令フラグａがセットされている状態では、補正用切換手段１３の各スイッチ１３１，１３２には補正電圧指令値Ｖｒｅｆ及び補正角度指令値θｒｅｆが入力されることになる。
【００１９】
図２において、オフセット演算手段１６は、位置補正指令手段１５から出力された補正角度指令今回値θｒｅｆ１での位置検出器２の出力である位置検出値θｄｅｔを取得し、これを位置検出今回値θｄｅｔ１とする（Ｓ２）。次に、回数カウンタのカウンタ値がゼロの場合（Ｓ３ Ｙｅｓ）には、位置検出今回値θｄｅｔ１を位置検出前回値θｄｅｔ０に代入すると共に（Ｓ４）、補正角度指令今回値θｒｅｆ１を補正角度指令前回値θｒｅｆ０に代入し（Ｓ５）、カウンタ値を加算する（Ｓ６）。
これにより、位置検出前回値θｄｅｔ０及び補正角度指令前回値θｒｅｆ０が決定される。
【００２０】
また、カウンタ値がゼロでない場合（Ｓ３ Ｎｏ）には、位置検出差θｄｅｔｄｉｆｆとして、数式２により、位置検出今回値θｄｅｔ１と既に存在する位置検出前回値θｄｅｔ０との差を求める（Ｓ７）。
［数式２］
θｄｅｔｄｉｆｆ＝θｄｅｔ１−θｄｅｔ０
【００２１】
更に、補正角度指令差θｒｅｆｄｉｆｆとして、数式３により、補正角度指令今回値θｒｅｆ１と既に存在する補正角度指令前回値θｒｅｆ０との差を求める（Ｓ８）。
［数式３］
θｒｅｆｄｉｆｆ＝θｒｅｆ１−θｒｅｆ０
【００２２】
次に、数式４に示す如く、位置検出差θｄｅｔｄｉｆｆと補正角度指令差θｒｅｆｄｉｆｆとの差がΔθｐ以下であって許容範囲内のときには（Ｓ９ Ｙｅｓ）、位置オフセット値θｅｒｒとして、数式５に示すように、位置検出今回値θｄｅｔ１から補正角度指令今回値θｒｅｆ１を減算した値を代入する（Ｓ１０）。
［数式４］
｜θｄｅｔｄｉｆｆ−θｒｅｆｄｉｆｆ｜≦Δθｐ
［数式５］
θｅｒｒ＝θｄｅｔ１−θｒｅｆ１
【００２３】
上記のステップＳ１０における数式５の演算によって位置オフセット値θｅｒｒが確定し、この位置オフセット値θｅｒｒは図１のオフセット補正手段１７に入力される。
オフセット補正手段１７では、この位置オフセット値θｅｒｒを用いて位置検出値θｄｅｔを補正し、位置検出補正値θｃｏｍｐとして補正用切換手段１３のスイッチ１３２に出力する。
その後、補正開始指令フラグａをリセットし（Ｓ１１）、カウンタ値をクリアする（Ｓ１２）。これにより、上記スイッチ１３２はオフセット補正手段１７側に切り換えられるので、オフセット補正の終了後は、電力変換手段１４には常に位置検出補正値θｃｏｍｐが入力されることになる。
【００２４】
ステップＳ９において、前述した数式４を満たさないとき（Ｓ９ Ｎｏ）、すなわち、補正角度指令差θｒｅｆｄｉｆｆに対して位置検出差θｄｅｔｄｉｆｆが許容範囲を逸脱している場合には、前記ステップＳ４と同様に、位置検出今回値θｄｅｔ１を位置検出前回値θｄｅｔ０に代入する（Ｓ１３）。また、前記ステップＳ５と同様に、補正角度指令今回値θｒｅｆ１を補正角度指令前回値θｒｅｆ０に代入する（Ｓ１４）。
これにより、カウンタ値がゼロでない場合（Ｓ３ Ｎｏ）において、位置検出前回値θｄｅｔ０及び補正角度指令前回値θｒｅｆ０が決定される。
【００２５】
続いて、カウンタ値が設定回数以上の場合（Ｓ１５ Ｙｅｓ）、位置検出差θｄｅｔｄｉｆｆが許容範囲を逸脱しているためにオフセット補正が正しく行えない異常状態であることを示すために、位置検出器２の補正失敗フラグをセットして補正指令開始フラグをリセットし（Ｓ１６，Ｓ１７）、カウンタ値をクリアする（Ｓ１８）。その際、必要に応じて異常状態であることを示す警報を出力する。
また、カウンタ値が設定回数に達していなければカウンタ値を加算し（Ｓ１５ Ｎｏ，Ｓ１９）、再び前記ステップＳ１ Ｙｅｓ，Ｓ２，Ｓ３ Ｎｏを経てステップＳ７以降の処理を繰り返す。
【００２６】
図３は、電動機１の位置（回転子の位置）と位置検出器２による位置検出値θｄｅｔとの関係を示す図である。
同図において、実線は、電動機１の位置に対して位置検出器２の取り付け位置にずれがない場合であり、この場合には、電動機１の位置と位置検出値θｄｅｔとは一致する。
また、一点鎖線は、電動機１の位置に対して位置検出器２の取り付け位置にずれｘがある場合であり、この場合には、位置検出値θｄｅｔに位置オフセット値θｅｒｒが生じている。
【００２７】
図４は、位置検出器２の取り付け位置にずれがある場合の補正角度指令値θｒｅｆと位置検出値θｄｅｔとの関係を示す図である。
取り付け位置にずれがあるため、補正角度指令値θｒｅｆに対する位置検出値θｄｅｔには位置オフセット値θｅｒｒが加算されてオフセット補正が行われ、位置検出今回値θｄｅｔ１としてθｄｅｔ１＝θｒｅｆ１＋θｅｒｒが求められる。
なお、位置オフセット値θｅｒｒを求めるためには、数式６のように、位置検出前回値θｄｅｔ０から補正角度指令前回値θｒｅｆ０を減算してもよい。
［数式６］
θｅｒｒ＝θｄｅｔ０−θｒｅｆ０
【００２８】
従って、オフセット補正手段１７では、位置検出値θｄｅｔから位置オフセット値θｅｒｒを差し引いた値を位置検出補正値θｃｏｍｐとして補正用切換手段１３のスイッチ１３２を介し電力変換手段１４に与えることにより、位置ずれによる位置オフセット値の影響を受けずに永久磁石型同期電動機１を駆動することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】図１におけるオフセット演算手段のアルゴリズムの一例を示すフローチャートである。
【図３】電動機の位置と位置検出値θｄｅｔとの関係を示す図である。
【図４】位置検出器の取り付け位置にずれがある場合の、補正角度指令値θｒｅｆと位置検出値θｄｅｔとの関係を示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１：永久磁石型同期電動機
２：位置検出器
１０：制御装置
１１：速度演算手段
１２：速度調節手段
１３：補正用切換手段
１３１，１３２：スイッチ
１４：電力変換手段
１５：位置補正指令手段
１６：オフセット演算手段
１７：オフセット補正手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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