(57)【要約】【課題】位置センサレスで同期電動機のトルク制御をする。【解決手段】入力電流、電圧を座標成分に分ける電流電圧変換手段と、入力電圧に高周波電圧を重畳する手段と、前記変換手段出力の各電流成分の時刻ｔ０から所定期間Ｔまでの変化量から、前記時刻ｔ０とは異なる時刻ｔ１から前記所定期間Ｔまでの変化量を差出力する電流変化量差演算手段と、前記変換手段出力の各電圧成分を前記時刻ｔ０から前記所定期間Ｔまで時間積分した値から、前記各電圧成分を前記時刻ｔ１から前記所定期間Ｔまで時間積分した値を差出力する電圧積分差演算手段と、前記電流変化量差演算手段出力と前記電圧積分差演算手段出力から座標軸と回転子の突極軸との角度差を求める角度誤差演算手段と、前記角度誤差演算手段出力の角度差が零となるように座標回転させる軸推定手段とを具備する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気的突極性を有する回転子をもつ同期電動機を駆動する制御装置において、直交する２軸の座標を前記回転子上に想定し、前記同期電動機の入力電流と入力電圧をそれぞれ前記座標成分に分ける電流電圧変換手段と、前記同期電動機の入力電圧に高周波の電圧を重畳する高周波重畳手段と、前記電流電圧変換手段出力の各電流成分の時刻ｔ０から所定期間Ｔまでの変化量から前記時刻ｔ０とは異なる時刻ｔ１から前記所定期間Ｔまでの変化量を引いたものを出力する電流変化量差演算手段と、前記電流電圧変換手段出力の各電圧成分を前記時刻ｔ０から前記所定期間Ｔまで時間積分した値から、前記各電圧成分を前記時刻ｔ１から前記所定期間Ｔまで時間積分した値を引いたものを出力する電圧積分差演算手段と、前記電流変化量差演算手段の出力と前記電圧積分差演算手段の出力から前記座標の軸と前記回転子の突極の軸との角度差を求める角度誤差演算手段と、前記角度誤差演算手段の出力の前記角度差が零となるように前記座標を回転させる軸推定手段とを具備することを特徴とする同期電動機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、同期電動機の制御装置において、同期電動機の回転子位置を検出する位置センサを用いないで同期電動機の入力電流と電圧から回転子の位置を推定する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば永久磁石を回転子内部にもつ永久磁石型同期電動機においては、永久磁石のＮ極の方向をｄ軸としそれと直交する軸をｑ軸とした２軸の座標を想定し、その各軸の電流を制御することで永久磁石型同期電動機のトルクが制御される。従って、前記座標軸の方向を知るために回転子の回転角度を検知する位置センサが必要になる。（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−１６０１０１号公報（第２図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前述した従来の技術においては、同期電動機のトルクを制御する際に同期電動機の回転子の回転角度を検知する位置センサが必要である。位置センサは精密機器であるために各種環境に対する耐性が電動機より弱い。よって位置センサを付けることで電動機システムの適用範囲が狭く制限され、寿命も短くなり、コストアップとなる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述した問題点を解決するために本発明の同期電動機の制御装置では、直交する２軸の座標を前記回転子上に想定し、前記同期電動機の入力電流と入力電圧をそれぞれ前記座標成分に分ける電流電圧変換手段と、前記同期電動機の入力電圧に高周波の電圧を重畳する高周波重畳手段と、前記電流電圧変換手段出力の各電流成分の時刻ｔ０から所定期間Ｔまでの変化量から前記時刻ｔ０とは異なる時刻ｔ１から前記所定期間Ｔまでの変化量を引いたものを出力する電流変化量差演算手段と、前記電流電圧変換手段出力の各電圧成分を前記時刻ｔ０から前記所定期間Ｔまで時間積分した値から、前記各電圧成分を前記時刻ｔ１から前記所定期間Ｔまで時間積分した値を引いたものを出力する電圧積分差演算手段と、前記電流変化量差演算手段の出力と前記電圧積分差演算手段の出力から前記座標の軸と前記回転子の突極の軸との角度差を求める角度誤差演算手段と、前記角度誤差演算手段の出力の前記角度差が零となるように前記座標を回転させる軸推定手段とを具備する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を図１に示し、図１に基づいて詳細に説明する。
永久磁石型同期電動機１は、電力変換器２から電力を供給される。電力変換器２は入力された電圧指令ｖ２通りの電圧を出力する。トルク制御器３は、入力したθを前記ｄ軸とｑ軸からなる座標軸の角度と一致しているとして、永久磁石型同期電動機１のｄ−ｑ軸の電流成分がトルク指令τ相当の値となるような電圧指令ｖ１を出力する。高周波重畳器４は、電圧指令ｖ１に高周波電圧を重畳して新たな電圧指令ｖ２として出力する。そこで重畳される電圧は、交番するものでも回転するものでもいいし、その波形も正弦波に限らず、矩形波や三角波でもよい。電流電圧変換器５は、永久磁石型同期電動機１の入力電流ｉや入力電圧ｖを角度θだけ回転した直交するγ軸とδ軸からなる座標軸の各成分に分けて、それぞれをｉγ、ｉδ、ｖγ、ｖδとして出力する。
【０００７】
電流変化量差演算器６は、ｉγやｉδの時刻ｔ０から所定期間Ｔまでの変化量から時刻ｔ０とは異なる時刻ｔ１からＴまでの変化量を引いたものΔｉγ、Δｉδを出力する。例えば、時刻ｔ０のｉγ、ｉδをそれぞれｉγ００、ｉδ００とし、時刻ｔ０＋Ｔのｉγ、ｉδをそれぞれｉγ０１、ｉδ０１とし、時刻ｔ１のｉγ、ｉδをそれぞれｉγ１０、ｉδ１０とし、時刻ｔ１＋Ｔのｉγ、ｉδをそれぞれｉγ１１、ｉδ１１とすると、
Δｉγ＝（ｉγ０１−ｉγ００）−（ｉγ１１−ｉγ１０）
Δｉδ＝（ｉδ０１−ｉδ００）−（ｉδ１１−ｉδ１０）
を出力することになる。
【０００８】
電圧積分差演算器７は、ｖγやｖδを時刻ｔ０からｔ０＋Ｔまで時間積分した値から、時刻ｔ１からｔ１＋Ｔまで時間積分した値を引いたものをΔｖγ、Δｖδとして出力する。つまり、
【０００９】
2004180453.tif 000003
【００１０】
となる。
【００１１】
角度誤差演算器８は、
【００１２】
2004180453.tif 000004
【００１３】
でｄｑ軸からなる座標軸とγδ軸からなる座標軸との角度差Δθを求める。ここで、Ｌｄは永久磁石型同期電動機１のｄ軸のインダクタンスであり、Ｌｑはｑ軸のインダクタンスである。（２）式が成り立つ理由を以下に説明する。
【００１４】
永久磁石型同期電動機の特性式は、
【００１５】
2004180453.tif 000005
【００１６】
で表すことができる。ここで、ωは回転子の回転角速度であり、Ｒは巻線抵抗値であり、φは永久磁石が巻線に鎖交する磁束であり、Δθ＝θｒ−θであり、θｒはｄｑ軸の座標軸の回転角度である。（３）式はγδの回転する座標上の式なので電流や電圧の基本波成分は直流となるため、電圧に高周波電圧が重畳されると（３）式の高周波成分のみは、
【００１７】
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【００１８】
で近似できる。ここでｖｈγ、ｖｈδ、ｉｈγ、ｉｈδは高周波成分の電圧と電流である。（４）式から電流の微分項を求めると、
【００１９】
2004180453.tif 000007
【００２０】
となる。電圧の高周波成分は、
【００２１】
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【００２２】
と表される。ここで、ｖｍγ、ｖｍδは電圧の定常成分である。（６）式を代入した（５）式を時刻ｔ０からｔ０＋Ｔの間とｔ１からｔ１＋Ｔの間で積分すると
【００２３】
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【００２４】
となり、（７）式から（８）式を引いて（１）式を代入すると、
【００２５】
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【００２６】
となる。（９）式より、
【００２７】
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【００２８】
となり、ｓｉｎ２Δθ＝２Δθと近似すると（２）式が導き出される。
【００２９】
軸推定器９は、角度誤差演算器８の出力の角度差Δθが零となるようにθを調節する。例えば、Δθを比例積分増幅してωを推定し、それを時間積分してθを得る構成とする。そうするとΔθが零に収束するだけでなく回転子の回転角速度ωも得ることができる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明により、位置センサを用いることなく同期電動機のトルク制御が可能となり位置センサを用いることによるさまざまな問題点を解決できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を表すブロック図である。
【符号の説明】
１・・・永久磁石型同期電動機
２・・・電力変換器
３・・・トルク制御器
４・・・高周波重畳器
５・・・電流電圧変換器
６・・・電流変化量差演算器
７・・・電圧積分差演算器
８・・・角度誤差演算器
９・・・軸推定器
【図１】
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