(57)【要約】【課題】  電圧、電流の精度及び電動機の電気定数の設定誤差に対し、ロバストに電動機の回転位置角を推定することが可能な電動機制御装置及びその制御方法を提供する。【解決手段】  電動機（２４）への電圧指令に交流電圧指令を重畳する電圧重畳器（２５）と、電動機電流を位相指令と同位相成分（γ軸電流）と９０度進んだ位相成分（δ軸電流）に座標変換する電流座標変換器（２６）と、δ軸電流から交流電圧指令と同じ周波数成分の電流を抽出する電流抽出器（２７）と、抽出された電流を用いて位相補正量を演算し位相指令に補正する位相補正器（２８）を備える。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機への速度指令に応じた電圧指令を出力する電圧指令器と、前記速度指令を用いて位相指令を生成する積分器と、前記電動機に流れる電動機電流を検出する電流検出器と、前記電動機に前記電圧指令と前記位相指令に基づく電圧を供給する電力変換器とを備えた電動機制御装置において、
前記電動機への電圧指令に交流電圧指令を重畳する電圧重畳器と、
前記電動機電流を前記位相指令と同位相成分（γ軸電流）と９０度進んだ位相成分（δ軸電流）に座標変換する電流座標変換器と、
前記δ軸電流から前記交流電圧指令と同じ周波数成分の電流を抽出する電流抽出器と、
前記抽出された電流を用いて位相補正量を演算し前記位相指令に補正する位相補正器を備えたことを特徴とする電動機制御装置。
【請求項２】
前記電圧重畳器が重畳する交流電圧指令は、高周波信号であることを特徴とする請求項１に記載の電動機制御装置。
【請求項３】
前記電力変換器は、前記交流電圧指令を前記位相指令と同位相成分（γ軸電圧）の指令とし、前記電圧指令器の出力を９０度進んだ位相成分（δ軸電圧）の指令として、前記電動機に供給する電圧指令を生成することを特徴とする請求項１に記載の電動機制御装置。
【請求項４】
電動機への速度指令に応じた電圧指令を出力する電圧指令器と、前記速度指令を用いて位相指令を生成する積分器と、前記電動機に流れる電動機電流を検出する電流検出器と、前記電動機に前記電圧指令と前記位相指令に基づく電圧を供給する電力変換器とを備えた電動機制御装置の制御方法において、
前記電動機電流を前記位相指令と同位相成分電流（γ軸電流）と９０度進んだ位相成分電流（δ軸電流）に座標変換し、
前記電動機への電圧指令に交流電圧指令を重畳し、
前記δ軸電流から前記交流電圧指令と同じ周波数成分の電流を抽出し、
前記抽出された電流を用いて位相補正量を演算し、
前記位相補正量を用いて前記位相指令を補正し、
前記電圧指令、前記交流電圧指令及び前記補正された位相指令に基づいて前記電動機に電圧を供給する手順で処理することを特徴とする電動機制御装置の制御方法。
【請求項５】
前記電動機への電圧指令に重畳される交流電圧指令は、高周波信号であることを特徴とする請求項４に記載の電動機制御装置の制御方法。
【請求項６】
前記交流電圧指令を前記位相指令と同位相成分（γ軸電圧）の指令とし、前記電圧指令器の出力を９０度進んだ位相成分（δ軸電圧）の指令として、前記電動機に供給する電圧指令を生成することを特徴とする請求項４に記載の電動機制御装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、速度センサレスで速度制御する電動機制御装置及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の速度センサレスで速度制御する電動機制御装置は、交流電圧信号を重畳し、重畳した交流電圧信号とその際に流れる出力電流を用いて推定した位置推定値と、電動機の電圧電流方程式より推定した位置推定値の２つの推定値を駆動情況に応じて切り換えている（特許文献１参照）。
図３は、従来の電動機制御装置の概略ブロック図で、５はインバータであり、電圧指令値ｖ*１，α，ｖ*１，βに高周波電圧指令値ｖ*ｈ，α，ｖ*ｈ，βを重畳した電圧が入力される。６は３／２相変換部であり、インバータ５から検出される電圧ｖu，ｖv，ｖw及び電流ｉu，ｉv，ｉwを相変換して電圧ｖα，ｖβ及び電流ｉα，ｉβを求める。１１はλｄ演算部であり、電圧ｖα，ｖβと電流ｉα，ｉβ、突極モータ２のｑ軸インダクタンスＬｑとに基づいて磁束鎖交数λｄ，α，λｄ，βを求める。１２はＢＰＦ部であり、前記磁束鎖交数を角周波数ωｈ近傍で濾波して高周波成分λｄ，ｈ，α，λｄ，ｈ，βを求める。１５は識別信号発生部であり、ｄ軸電流の高周波成分ｉｄｈを求める。１３は位置角演算部であり、高周波成分λｄ，ｈ，α，λｄ，ｈ，β，ｉｄｈから突極モータ２の回転位置角θｒｅを推定して求める。
このように、従来の電動機制御装置は、インバータに高周波電圧を重畳し、その際の電圧、電流と突極モータのインダクタンスから磁束鎖交数を求め、この磁束鎖交数を重畳信号の角周波数の近傍で濾波して第１の高周波成分を求め、さらにこの角周波数近傍の角周波数を有する第２の高周波成分を求め、第１の高周波成分と前記第２の高周波成分とから突極モータの回転位置角を推定するのである。
【特許文献１】特開２００５−１６０２８７号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の電動機制御装置は、高周波電圧を重畳し、その際の電圧、電流と突極モータのインダクタンスの設定値を用いて磁束鎖交数を求めて回転位置角を推定するため、電圧、電流及び設定される電動機電気定数は精度のよい正確な値が要求されるので、それら値の誤差の程度によっては正常な駆動ができなくなるという問題があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、電圧、電流の精度及び電動機の電気定数の設定誤差に対し、ロバストに電動機の回転位置角を推定することが可能な電動機制御装置及びその制御方法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】
【０００４】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、電動機への速度指令に応じた電圧指令を出力する電圧指令器と、前記速度指令を用いて位相指令を生成する積分器と、前記電動機に流れる電動機電流を検出する電流検出器と、前記電動機に前記電圧指令と前記位相指令に基づく電圧を供給する電力変換器とを備えた電動機制御装置において、前記電動機への電圧指令に交流電圧指令を重畳する電圧重畳器と、前記電動機電流を前記位相指令と同位相成分（γ軸電流）と９０度進んだ位相成分（δ軸電流）に座標変換する電流座標変換器と、前記δ軸電流から前記交流電圧指令と同じ周波数成分の電流を抽出する電流抽出器と、前記抽出された電流を用いて位相補正量を演算し前記位相指令に補正する位相補正器を備えたことを特徴とするものである。
【０００５】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記電圧重畳器が重畳する交流電圧指令は、高周波信号であることを特徴とするものである。
また、請求項３に記載の発明は、前記電力変換器は、前記交流電圧指令を前記位相指令と同位相成分（γ軸電圧）の指令とし、前記電圧指令器の出力を９０度進んだ位相成分（δ軸電圧）の指令として、前記電動機に供給する電圧指令を生成することを特徴とするものである。
【０００６】
上記問題を解決するため、本発明は、次のようにしたのである。
請求項４に記載の発明は、電動機への速度指令に応じた電圧指令を出力する電圧指令器と、前記速度指令を用いて位相指令を生成する積分器と、前記電動機に流れる電動機電流を検出する電流検出器と、前記電動機に前記電圧指令と前記位相指令に基づく電圧を供給する電力変換器とを備えた電動機制御装置の制御方法において、前記電動機電流を前記位相指令と同位相成分電流（γ軸電流）と９０度進んだ位相成分電流（δ軸電流）に座標変換し、前記電動機への電圧指令に交流電圧指令を重畳し、前記δ軸電流から前記交流電圧指令と同じ周波数成分の電流を抽出し、前記抽出された電流を用いて位相補正量を演算し、  前記位相補正量を用いて前記位相指令を補正し、前記電圧指令、前記交流電圧指令及び前記補正された位相指令に基づいて前記電動機に電圧を供給するという手順をとったのである。
【０００７】
また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、前記電動機への電圧指令に重畳される交流電圧指令は、高周波信号としたものである。
また、請求項６に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、前記交流電圧指令を前記位相指令と同位相成分（γ軸電圧）の指令とし、前記電圧指令器の出力を９０度進んだ位相成分（δ軸電圧）の指令として、前記電動機に供給する電圧指令を生成するという手順をとったのである。
【発明の効果】
【０００８】
請求項に記載の発明によると、電圧、電流の精度及び電動機の電気定数の設定誤差に対しロバストに電動機の回転位置角を推定することができ、位置センサ及び速度センサを用いなくても非常にロバストに電動機の速度制御を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の方法の具体的実施例について、図に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１０】
図１は、本発明の電動機制御装置の概略ブロック図である。図において、電圧指令器２１は、ＦＶ変換を行い、電動機２４への速度指令ωｒｅｆに比例した誘起電圧指令をδ軸電圧指令Ｖδｒｅｆとして出力する。積分器２２は、速度指令ωｒｅｆを積分して位相指令θｒｅｆを生成する。電流検出器３０は、電動機２４に流れる電動機電流Ｉｕ、Ｉｗを検出し、電力変換器２３は、δ軸電圧指令がＶδｒｅｆ、後述のγ軸電圧指令がＶγｒｅｆの電圧指令を与えられた位相指令で３相電圧指令に変換し、さらに図示していないが搬送波信号を用いてパルス幅変調した３相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを発生し、負荷である電動機２４に供給する。
【００１１】
また、電圧重畳器２５は、交流電圧指令をγ軸の電圧指令に重畳し、γ軸電圧指令Ｖγｒｅｆとして出力する。電流座標変換器２６は、電流検出器３０で検出した電動機電流Ｉｕ、Ｉｗを入力して与えられた位相指令と同位相成分電流（γ軸電流）と９０度進んだ位相成分電流（δ軸電流）に座標変換して、それぞれＩγ、Iδとして出力する。電流抽出器２７は、δ軸電流Iδからγ軸電圧指令に重畳したγ軸電圧指令Ｖγｒｅｆと同じ周波数成分の電流Ｉδｉｎｊを抽出する。位相補正器２８は、抽出されたδ軸電流Ｉδｉｎｊを用いて位相補正量Δθを演算する。加算器２９は、積分器２２で生成された位相指令θｒｅｆと位相補正器２８で演算された位相補正量Δθを加算する。このようにして、電動機２４の速度制御は行われる。
【００１２】
本発明が従来技術と異なる部分は、重畳した交流電圧信号とその際の電動機電流に基づき推定した位置推定値と、電動機の電圧電流方程式に基づき推定した位置推定値の２つの推定値を駆動情況に応じて切り換えていた処理を削除していること、及び位相指令を速度指令の積分値θｒｅｆと重畳した交流電圧指令と同じ周波数成分の電流値を用いて演算した補正値Δθの加算値として求めている部分である。
【００１３】
以下、位相補正値Δθの演算処理を中心に、従来技術と異なる部分について説明する。
電流座標変換器２６は、電流検出器３０で検出した電動機電流Ｉｕ、Ｉｗを（１）式に示す座標変換により、γ軸電流Ｉγ、δ軸電流Iδを求めるが、この際、キルヒホッフの法則を利用し、電動機電流（Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ）の1相分の検出をＩｖ = -(Ｉｕ+Ｉｗ)のように置き換えてもよい。なお、（１）式に示すθは、後述する加算器１９が出力する補正された位相指令θｒｅｆ’を示すものとする。
【００１４】
【数１】
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【００１５】
次に、電流抽出器２７は、図２に示す構成となっていて、電流座標変換器２６が出力するδ軸電流Iδとｓｉｎωｔ信号、ｃｏｓωｔ信号（ω：重畳した交流電圧指令の周波数）との積を乗算器４１、４２を用いて乗算し、その乗算結果をそれぞれローパスフィルタ４３、４４に入力し、さらにその振幅を振幅演算器４５で求め、抽出δ軸電流Ｉδｉｎｊとし、このようにして、重畳したγ軸電圧指令Ｖγｒｅｆと同じ周波数成分ωの電流を抽出δ軸電流Ｉδｉｎｊとして求めている。
この処理は、ローパスフィルタ４３、４４の時定数をＴ、時間をｔ、ラプラス変換演算子をｓとして、（２）式のように表すことができる。なお、ローパスフィルタ４３、４４の時定数Ｔは重畳した交流電圧指令の周波数ωに対して１０／ω以下に設定するのが望ましい。
【００１６】
【数２】
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【００１７】
次に、位相補正器２８は、抽出δ軸電流Ｉδｉｎｊが零になるようにＰＩ（比例・積分）制御して位相補正量Δθを出力している。抽出δ軸電流Ｉδｉｎｊの大きさは制御位相と電動機位相の誤差に比例するという知見に基づく。この処理は、（３）式のように表すことができる。
【００１８】
【数３】
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【００１９】
加算器２９は、（３）式で求めた位相補正量Δθと速度指令ωｒｅｆを積分して求めた位相指令θｒｅｆとを加算する。この加算値を位相指令θｒｅｆ’として電力変換器２３、電流座標変換器２６と入力している。
なお、電流抽出器２７で重畳した交流電圧指令Ｖγｒｅｆの周波数ω近傍の電流成分だけを容易に取り出すためには、速度指令の周波数と周波数ωにできるだけ大きな差があることが望ましい。つまり、重畳する電圧指令の周波数ωは、高周波であることが望ましい。
また、上記説明では、電圧指令器２１の出力をδ軸電圧指令Ｖδｒｅｆ、電圧重畳器２５の出力である交流電圧指令をγ軸電圧指令Ｖγｒｅｆとしたが、電動機電気定数、電動機電流、速度指令のいくつかを用いてγ軸成分の電圧指令を作成し、電圧重畳器２５の出力である交流電圧指令に加算して、新たにγ軸電圧指令Ｖγｒｅｆとする構成であっても本発明は同様に実施できる。
【００２０】
このように、位相指令を電動機電気定数、電流、電圧情報の影響を受けない速度指令値の積分値を主な位相情報とし、この位相指令と電動機位置の補正量のみを電圧重畳方式で抽出した情報で演算するような構成をしているので、電圧、電流の精度及び電動機の電気定数の設定誤差に対し、非常にロバストに電動機の速度制御を行うことができる。
なお、上述した実施の形態においては、磁石を有する突極性のあるモータや磁石を有さない例えばリラクタンスモータへも適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施例を示す電動機制御装置の概略ブロック図
【図２】本発明の電流抽出器２７の構成図
【図３】従来の電動機制御装置の概略ブロック図
【符号の説明】
【００２２】
２  突極モータ
５  インバータ
６  ３／２相変換部
１１  λｄ演算部
１２  ＢＰＦ部
１３  位置角演算部
１５  識別信号発生部
２１  電圧指令器
２２  積分器
２３  電力変換器
２４  電動機
２５  電圧重畳器
２６  電流座標変換器
２７  電流抽出器
２８  位相補正器
２９  加算器
３０  電流検出器
４１、４２  乗算器
４３、４４  ローパスフィルタ
４５  振幅演算器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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