(57)【要約】【課題】トルクリプルによる影響を低減して電動機を制御する。【解決手段】電動機２に取り付けたエンコーダ１の原点位置を自動計測しておき、電力変換装置３により電動機を制御するにおいて、電力変換装置は、エンコーダの原点位置を計測する際、電動機のＵ相巻線上の制御軸に電流を流して引き込んだ状態から位相指令により電動機を回転させ、機械角３６０°間の位相指令と検出位相との差分値の平均化処理により求めた検出位相から、トルクリプルの影響を受けないエンコーダの原点位置を計測する。計測した検出位相を用いたＵ相巻線−Ｚ相間の位相から、エンコーダの原点位置を求める。電動機電流の位相オフセットや電流値の違いで発生する１ｆ，２ｆのトルクリプルを位相指令と検出位相との差分から抽出してトルクリプルを低減することも含む。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石同期電動機に取り付けたエンコーダの原点位置を自動計測しておき、前記エンコーダで検出する電動機の電気角を基に半導体電力変換装置により電動機の回転速度または位置を制御する制御装置において、
前記電力変換装置は、
前記エンコーダの原点位置を計測する際、電動機のＵ相巻線上の制御軸に電流を流して引き込んだ状態から、位相指令により電動機を回転させる手段と、
電動機の回転における前記エンコーダからの一回目ののＺ相信号の検出から二回目のＺ相信号の検出までの間、前記位相指令θｃｍｄと検出位相θｄｅｔの差分を取る手段と、
前記位相指令θｃｍｄとθｄｅｔの差分値を平均化処理して求めた平均値を位相指令に加算することにより、トルクリプルの影響をキャンセルした検出位相を計測する手段と、
前記計測した検出位相を用いたＵ相巻線−Ｚ相間の位相から、前記エンコーダの原点位置を求める手段とを備えたことを特徴とする電動機の制御装置。
【請求項２】
電動機に流れる電流を電流センサにより検出し、この検出電流を基に半導体電力変換装置により電動機の電流を制御する制御装置において、
前記電力変換装置は、
電動機の電流位相指令θｃｍｄと電流センサからの検出位相θｄｅｔとの差分を取ることにより電動機の電気角の１倍のトルクリプルを抽出し、このトルクリプルの発生位相θ０と最大位相差θ１を計測する手段と、
前記発生位相θ０からオフセットを調整する相を決め、最大位相差θ１からオフセット量を調整することで電気角の１倍のトルクリプルを低減させる手段とを備えたことを特徴とする電動機の制御装置。
【請求項３】
電動機に流れる電流を電流センサにより検出し、この検出電流を基に半導体電力変換装置により電動機の電流を制御する制御装置において、
前記電力変換装置は、
電動機の電流位相指令θｃｍｄと電流センサからの検出位相θｄｅｔとの差分を取ることにより電動機の機械角の２倍のトルクリプルを抽出し、このトルクリプルの発生位相θ０と最大位相差θ１を計測する手段と、
前記発生位相θ０からゲインを調整する相を決め、最大位相差θ１からゲインを調整することで機械角の２倍のトルクリプルを低減させる手段とを備えたことを特徴とする電動機の制御装置。
【請求項４】
電動機に流れる電流を電流センサにより検出し、この検出電流を基に半導体電力変換装置により電動機の電流を制御する制御装置において、
前記電力変換装置は、
電動機の電流位相指令θｃｍｄと電流センサからの検出位相θｄｅｔとの差分を取ることにより電動機の電気角の１倍のトルクリプルと電動機の機械角の２倍のトルクリプルが重畳した振動分を抽出し、この振動分から両トルクリプルの発生位相θ０１、θ０２と最大位相差θ１１、θ１２を計測する手段と、
前記発生位相θ０１からオフセットを調整する相を決め、最大位相差θ１１からオフセット量を調整することで電気角の１倍のトルクリプルを低減させる手段と、前記発生位相θ０２からゲインを調整する相を決め、最大位相差θ１２からゲインを調整することで機械角の２倍のトルクリプルを低減させる手段とを備えたことを特徴とする電動機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体電力変換装置で電動機の回転速度や位置を制御する電動機の制御装置に係り、特にトルクリップルの影響を低減した制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、永久磁石同期電動機を半導体電力変換装置（インバータ）により駆動する場合、図１に示すように、速度センサとしてのエンコーダ１を電動機２に取り付け、この検出速度のフィードバックした電力変換装置３による電動機２の速度制御や位置制御を行うシステム構成とする場合がある。
【０００３】
このシステム構成の場合、電動機２のロータ電気角にエンコーダ１のそれを合わせた取り付け作業での調整手間の削減や、電力変換装置の制御性能の向上のため、エンコーダの原点位置を自動で計測する機能を持つものもある。この機能は、ある１相の巻線上の制御軸に電流を流して引き込んだ状態から、位相指令により電動機を回転させてエンコーダのＺ相信号を検出するまでの位相を計測することでエンコーダの原点位置を自動計測する。
【０００４】
また、電動機を電力変換装置により駆動する場合、電動機に出力する電流を検出して電流制御を行う制御系を備えたシステム構成のものがある。この例として、図３には、速度制御系のマイナループとして電流制御系を設けた場合を示す。速度制御系は、速度制御アンプ４と電動機５に取り付けた速度センサ６および速度検出回路７により速度制御を行う。また、電流制御系は、電流制御アンプ８と電動機を流れる電流を検出する変流器９および座標変換回路１０、１１によりＰＷＭインバータ１２の出力電流制御を行う。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
（１）永久磁石同期電動機に取り付けられたエンコーダの原点位置を自動で計測する機能を持つ電力変換装置においては、電動機を回転させてエンコーダのＺ相信号を検出するまでの位相を自動計測する際、電動機のトルクリプルの影響により正確な巻線位置−Ｚ相間の位相を計測することが出来ない。
【０００６】
（２）電動機を流れる電流を検出することにより電流制御を行う電力変換装置において、ある１相の電流検出に直流成分が存在する場合やある１相の電流検出ゲインの違いがある場合、電動機の電気角の１倍（１ｆ）、２倍（２ｆ）のトルクリプルが発生し、電動機の不安定動作などの原因となる。
【０００７】
なお、これら１ｆ，２ｆのトルクリプルが発生した場合には、電流検出ゲイン・オフセットの調整により不安定の抑制が可能な場合があるが、計測器等を準備して人が調整する必要がある。
【０００８】
本発明の目的は、トルクリプルによる影響を低減した電動機の制御装置、詳細には電動機のトルクリプルによる影響を低減した自動位相計測および原点位置計測、またはトルクリプルを低減した電流制御ができるようにした電動機の制御装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、永久磁石同期電動機に取り付けたエンコーダの原点位置を自動計測して電動機の回転速度または位置を制御する装置において、エンコーダによる位相検出に対するトルクリプルの影響はモータの機械角３６０°間でキャンセルされることに着目し、機械角３６０°間の位相指令と検出位相との差分値の平均化処理により求めた検出位相から、トルクリプルの影響を受けないエンコーダの原点位置を計測するようにしたものである。
【００１０】
また、本発明は、電動機に流れる電流を電流センサにより検出して電動機の電流を制御する装置において、電動機電流の位相オフセットや電流値の違いで発生する１ｆ，２ｆのトルクリプルおよびそれらが重畳した振動分が電流センサの検出電流に現れることに着目し、電流位相指令と検出位相の差分から１ｆ，２ｆのトルクリプルを検出し、これらトルクリプルから検出電流の位相オフセットやゲインを調整することでトルクリプルを低減させるようにしたものである。
【００１１】
以上のことから、本発明は、以下の構成を特徴とする。
【００１２】
（１）永久磁石同期電動機に取り付けたエンコーダの原点位置を自動計測しておき、前記エンコーダで検出する電動機の電気角を基に半導体電力変換装置により電動機の回転速度または位置を制御する制御装置において、
前記電力変換装置は、
前記エンコーダの原点位置を計測する際、電動機のＵ相巻線上の制御軸に電流を流して引き込んだ状態から、位相指令により電動機を回転させる手段と、
電動機の回転における前記エンコーダからの一回目ののＺ相信号の検出から二回目のＺ相信号の検出までの間、前記位相指令θｃｍｄと検出位相θｄｅｔの差分を取る手段と、
前記位相指令θｃｍｄとθｄｅｔの差分値を平均化処理して求めた平均値を位相指令に加算することにより、トルクリプルの影響をキャンセルした検出位相を計測する手段と、
前記計測した検出位相を用いたＵ相巻線−Ｚ相間の位相から、前記エンコーダの原点位置を求める手段とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
（２）電動機に流れる電流を電流センサにより検出し、この検出電流を基に半導体電力変換装置により電動機の電流を制御する制御装置において、
前記電力変換装置は、
電動機の電流位相指令θｃｍｄと電流センサからの検出位相θｄｅｔとの差分を取ることにより電動機の電気角の１倍のトルクリプルを抽出し、このトルクリプルの発生位相θ０と最大位相差θ１を計測する手段と、
前記発生位相θ０からオフセットを調整する相を決め、最大位相差θ１からオフセット量を調整することで電気角の１倍のトルクリプルを低減させる手段とを備えたことを特徴とする。
【００１４】
（３）電動機に流れる電流を電流センサにより検出し、この検出電流を基に半導体電力変換装置により電動機の電流を制御する制御装置において、
前記電力変換装置は、
電動機の電流位相指令θｃｍｄと電流センサからの検出位相θｄｅｔとの差分を取ることにより電動機の機械角の２倍のトルクリプルを抽出し、このトルクリプルの発生位相θ０と最大位相差θ１を計測する手段と、
前記発生位相θ０からゲインを調整する相を決め、最大位相差θ１からゲインを調整することで機械角の２倍のトルクリプルを低減させる手段とを備えたことを特徴とする。
【００１５】
（４）電動機に流れる電流を電流センサにより検出し、この検出電流を基に半導体電力変換装置により電動機の電流を制御する制御装置において、
前記電力変換装置は、
電動機の電流位相指令θｃｍｄと電流センサからの検出位相θｄｅｔとの差分を取ることにより電動機の電気角の１倍のトルクリプルと電動機の機械角の２倍のトルクリプルが重畳した振動分を抽出し、この振動分から両トルクリプルの発生位相θ０１、θ０２と最大位相差θ１１、θ１２を計測する手段と、
前記発生位相θ０１からオフセットを調整する相を決め、最大位相差θ１１からオフセット量を調整することで電気角の１倍のトルクリプルを低減させる手段と、前記発生位相θ０２からゲインを調整する相を決め、最大位相差θ１２からゲインを調整することで機械角の２倍のトルクリプルを低減させる手段とを備えたことを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
図１に示す、永久磁石同期電動機２を電力変換装置３により駆動するシステムにおいて、永久磁石同期電動機２に取り付けられたエンコーダ１の原点位置を計測する場合に、ある１相の巻線上の制御軸に電流を流して引き込んだ状態から、位相指令により電動機を回転させる。
【００１７】
この際、本実施形態では、図２に示すように、一回目のエンコーダのＺ相信号の検出Ｚ１から二回目のＺ信号の検出Ｚ２までの間、位相指令θｃｍｄと検出位相θｄｅｔの差分を取る。この機械角で３６０°間のθｃｍｄとθｄｅｔとの差分値を平均化処理して求めた平均値を位相指令に加算することにより、トルクリプルの影響をキャンセルした検出位相を計測する。
【００１８】
このトルクリプルの影響をキャンセルした検出位相を用いて巻線位置−Ｚ相間の位相を求めることにより、トルクリプルの影響を受けないエンコーダの原点位置の計測ができる。
【００１９】
（実施形態２）
図３に示すように、電動機５に取り付けた速度センサ６により速度制御を行い、電動機を流れる電流を変流器９で検出することにより電流制御を行う電力変換装置において、ある１相の電流に直流成分が存在すると、一定量の磁界が発生するため、図４に示すように、電動機の機械角の一倍の周波数の振動（１ｆのトルクリプル）が発生する。
【００２０】
本実施形態では、上記の１ｆのトルクリプルを、図５に示すように、検出位相θｄｅｔと位相指令θｃｍｄとの差分を取ることにより抽出し、その発生位相θ０と最大位相差θ１を計測する。
【００２１】
そして、図６に示すように、何相かの電流（図示ではｕ，ｗ相電流）をフィードバックする電流制御系で、各相の検出電流のオフセット調整を可能にしたオフセット調整回路１３、１４を設け、１ｆ抽出回路１５で求めた発生位相θ０からオフセットを調整する相を決め、最大位相差θ１からオフセットの調整量を決め、オフセット調整を行う。
【００２２】
これにより、１ｆのトルクリプルによる影響を低減した電流制御を行うことができる。
【００２３】
（実施形態３）
図３に示すように、電動機５に取り付けた速度センサ６により速度制御を行い、電動機を流れる電流を変流器９で検出することにより電流制御を行う電力変換装置において、ある１相の電流ゲインが正常値より小さい場合には、電流制御アンプ８がその相方向に電流を多く流そうとするため、図７に示すように、電動機の機械角の二倍の周波数の振動（２ｆのトルクリプル）が発生する。
【００２４】
本実施形態では、上記の２ｆのトルクリプルを、図８に示すように、検出位相θｄｅｔと位相指令θｃｍｄとの差分を取ることにより抽出し、その発生位相θ０と最大位相差θ１を計測する。
【００２５】
そして、図９に示すように、何相かの電流（図示ではｕ，ｗ相電流）をフィードバックする電流制御系で、各相の電流検出のゲイン調整が可能なゲイン調整回路１６、１７を設け、２ｆ抽出回路１８で求めた発生位相θ０からゲインを調整する相を決め、最大位相差θ１からゲインの調整量を決め、ゲイン調整を行う。
【００２６】
これにより、２ｆのトルクリプルによる影響を低減した電流制御を行うことができる。
【００２７】
（実施形態４）
図３に示すように、電動機５に取り付けた速度センサ６により速度制御を行い、電動機を流れる電流を変流器９で検出することにより電流制御を行う電力変換装置において、ある１相の電流に直流成分が存在すると、一定の磁界が発生するため、電動機の機械角の一倍の周波数の振動（１ｆのトルクリプル）が発生する。また、ある１相の電流ゲインが正常値より小さい場合には、電流制御アンプ８がその相方向に電流を多く流そうとするため、電動機の機械角の二倍の周波数の振動（２ｆのトルクリプル）が発生する。この１ｆ，２ｆの両方のトルクリプルが存在する場合、図１０に示すように、１ｆ，２ｆのトルクリプルが重畳した振動が発生する。
【００２８】
本実施形態では、上記の１ｆ，２ｆのトルクリプルが重畳した振動を、図１１に示すように、検出位相θｄｅｔと位相指令θｃｍｄとの差分を取ることにより振動分を抽出し、この一次、二次の合成波形からフーリエ積分等の手法により一次、二次の成分のそれぞれの発生位相θ０１、θ０２と最大位相差θ１１、θ１２を計測する。
【００２９】
そして、図１２に示すように、何相かの電流（図示ではｕ，ｗ相電流）をフィードバックする電流制御系で、各相の電流オフセットと電流ゲインの調整が可能なオフセット調整回路１３、１４とゲイン調整回路１６、１７を設け、１ｆ抽出回路１５で一次成分より求めた発生位相θ０１からオフセットを調整する相を決め、最大位相差θ１１からオフセットの調整量を決め、オフセット調整を行う。これに並行して、２ｆ抽出回路１８で求めた発生位相θ０２からゲインを調整する相を、最大位相差θ１２からゲインの調整量を決め、ゲイン調整を行う。
【００３０】
これにより、１ｆと２ｆのトルクリプルが重畳した振動の影響を低減した電流制御を行うことができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によれば、永久磁石同期電動機に取り付けられたエンコーダの原点位置を自動で計測する制御装置において、機械角３６０°間の位相指令と検出位相との差分値の平均化処理により求めた検出位相から、トルクリプルの影響を受けないエンコーダの原点位置を計測するようにしたため、電動機のトルクリプルによる影響を低減した自動位相計測および原点位置計測ができる。
【００３２】
また、本発明は、電動機を流れる電流を検出することにより電流制御を行う制御装置において、電流位相指令と検出位相の差分から１ｆ，２ｆのトルクリプルを検出し、これらトルクリプルから検出電流の位相オフセットやゲインを調整するようにしたため、トルクリプルを低減した電流制御ができる。
【００３３】
また、上記の自動位相計測および原点位置計測やトルクリプル低減のための調整には、計測器等の準備を不要で、電動機と電力変換装置のみで可能であり、人の調整手間の削減が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１を適用するシステム構成図。
【図２】本発明の実施形態１における検出位相の計測説明図。
【図３】本発明の実施形態２を適用するシステム構成図。
【図４】電動機の機械角の一倍の周波数の振動（１ｆのトルクリプル）の説明図。
【図５】実施形態２における１ｆのトルクリプル検出の説明図。
【図６】実施形態２による１ｆのトルクリプルの低減回路図。
【図７】電動機の電気角の二倍の周波数の振動（２ｆのトルクリプル）の説明図。
【図８】実施形態３における２ｆのトルクリプル検出の説明図。
【図９】実施形態３による２ｆのトルクリプルの低減回路図。
【図１０】１ｆと２ｆのトルクリプルが重畳した振動の説明図。
【図１１】実施形態４における１ｆと２ｆのトルクリプル検出の説明図。
【図１２】実施形態４による１ｆと２ｆのトルクリプルの低減回路図。
【符号の説明】
１…エンコーダ
２…永久磁石同期電動機
３…電力変換装置
４…速度制御アンプ
５…電動機
６…速度センサ
８…電流制御アンプ
１０、１１…座標変換回路
１２…ＰＷＭインバータ
１３、１４…オフセット調整回路
１５…１ｆ抽出回路
１６、１７…ゲイン調整回路
１８…２ｆ抽出回路
【図１】
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【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2004048839.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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