(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
同期電動機の電機子電流及び端子電圧をベクトルとしてとらえ、
同期電動機に対する電圧指令値として任意の周波数で回転する回転座標軸（以下、ｄc軸という）に平行な方向の交流電圧を印加する手段と、
前記ｄc軸に平行な方向のｄc軸電流を検出する手段と、
前記ｄc軸電流から前記交流電圧と同じ周波数の交流電流を検出する手段と、
前記ｄc軸が電気角で１８０°以上回転した期間における前記交流電流の最大値及び最小値を検出する手段と、
前記交流電圧の振幅及び周期と前記交流電流の最大値とを用いて直軸インダクタンスを演算する手段と、
前記交流電圧の振幅及び周期と前記交流電流の最小値とを用いて横軸インダクタンスを演算する手段と、
を備えた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関し、詳しくは、エンコーダやレゾルバなどの磁極位置検出器によって電動機の磁極位置を検出しないで同期電動機等の速度やトルクを制御する、いわゆる位置センサレス同期電動機の制御装置において、電動機のインダクタンスを自動測定する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
永久磁石同期電動機の速度やトルクを高性能に制御するには、一般には電動機の磁極位置を検出する位置検出器を電動機に取り付ける必要がある。しかるに、上記位置検出器は一般に高価であり、また、電動機の構造や設置環境の点から位置検出器を取り付けられない場合がある。
この問題を解決するため、磁極位置を電動機の電圧や電流などから電気的に演算で求める方法、いわゆるセンサレス制御が研究されている。センサレス制御の方法としては、例えば、同期電動機の電機子巻線のインダクタンスが回転子の磁極位置によって相対的に変化することに基づき、インダクタンスを演算により求めて磁極位置を推定する方法や、電動機の電圧方程式から誘起電圧を求めて磁極位置を推定する方法があり、何れもインダクタンスの情報が必要である。
【０００３】
一方、同期電動機の電動機定数のうちインダクタンスを自動測定する方法として、例えば、特開２０００−５０７００号公報に記載された従来技術が知られている。
上記公報に記載された方法は、回転子の直軸方向に交流電流を通流したときの直軸交流電圧から直軸インダクタンスを演算し、横軸方向に交流電流を通流したときの横軸交流電圧から横軸インダクタンスを演算するものであり、回転子に突極性がある埋込磁石形永久磁石同期電動機（ＩＰＭモータ）やリラクタンスモータのインダクタンス測定に適している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特開２０００−５０７００号公報によるインダクタンス測定方法をセンサレス制御時のように位置検出器を持たない場合に適用すると、インダクタンス測定前にセンサレス制御による磁極位置の演算を行う必要があったり、もしくは、任意方向に直流電流を流して磁極位置が前記任意方向に一致するまで回転子を回転させて固定するといった、同期引き込みによる磁極位置合わせを行うことが必要である。
インダクタンスが不明の状態でセンサレス制御を行う場合、安定性に問題があり、制御系が不安定化する恐れがある。また、同期引き込みを行う場合には、回転子が逆転することがあるので、用途によっては適用できない場合もある。
そこで本発明は、センサレス制御に支障なく適用してインダクタンスを測定することができる同期電動機の制御装置を提供しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、同期電動機の電機子電流及び端子電圧をベクトルとしてとらえ、制御装置内部に任意の角周波数ωｃで回転する回転座標軸ｄｃ−ｑｃ軸を定義する。
【０００６】
まず、図２に座標軸の定義を示す。
同期電動機のｕ相巻線方向をα軸と定義し、これと直交する方向をβ軸と定義する。また、ｄｃ軸のα軸からの角度（ｄｃ軸位置）をθｃと定義する。回転子の直軸方向をｄ軸、これと直交する方向をｑ軸と定義し、ｄ軸のα軸からの角度をθとする。更に、ｄｃ軸とｄ軸との角度差をΔθとする。
【０００７】
制御装置によりｄｃ軸方向に交流電圧を印加して、このときのｄｃ軸電流を検出する。このｄｃ軸電流を前記交流電圧により同期整流することにより、交流電圧と同じ周波数の交流電流の振幅ｉｄｈを検出する。
【０００８】
図３に、Δθとｄｃ軸方向のインダクタンス及びｄｃ軸電流の関係を示す。
図３に示すように、ｄｃ軸インダクタンスはΔθの２倍周期で変化する関数であり、最小値が直軸インダクタンスＬｄ、最大値が横軸インダクタンスＬｑとなる。
一方、ｄｃ軸電流ｉｄｃは振幅ｉｄｈがΔθの２倍周期で変化する交流電流となり、ｉｄｈの最大値ｉｄｈｍａｘと最小値ｉｄｈｍｉｎから直軸インダクタンスＬｄ及び横軸インダクタンスＬｑをそれぞれ計算することができる。
【０００９】
ｉｄｈはΔθの２倍周期で変化する関数であることから、Δθが電気角で１８０°以上動いた期間、すなわち、回転子が静止している状態でｄｃ軸を電気角で１８０°以上動かした期間内でｄｃ軸電流の最大値ｉｄｈｍａｘ及び最小値ｉｄｈｍｉｎを検出し、これらの値とｄｃ軸電圧の周期及び振幅を用いて、後述する数式１，数式２により直軸インダクタンスＬｄ及び横軸インダクタンスＬｑを演算する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施形態を示す制御ブロック図である。
図において２０はインバータ等の電力変換器、３０は埋込磁石形永久磁石同期電動機（ＩＰＭモータ）、１は矩形波状の高周波交流電圧を出力する発振器、２はｄｃ軸電圧指令値ｖｄ＊及びｑｃ軸電圧指令値ｖｑ＊を三相の電圧指令値ｖｕ＊，ｖｖ＊，ｖｗ＊に変換する座標変換器、３は電圧指令値ｖｕ＊，ｖｖ＊，ｖｗ＊をキャリア波形と比較して電力変換器２０の各相のスイッチング素子に対するＰＷＭ信号（ゲート信号）を生成するＰＷＭ変調器、４は電動機３０の電機子に流れるｕ相電流ｉｕ，ｗ相電流ｉｗを検出する電流検出器、５はこれらの電流を図５に示したｄｃ−ｑｃ直交座標軸上のｄｃ軸電流ｉｄｃに変換する座標変換器、６はｄｃ軸の角周波数設定値ωｃを積分してｄｃ軸位置θｃを演算する積分器、７はｄｃ軸電流ｉｄｃの振幅ｉｄｈを検出する高周波検出フィルタ、８はｉｄｈの最大値を検出する最大値検出器、９はｉｄｈの最小値を検出する最小値検出器、１０はｄｃ軸電圧指令値ｖｄ＊とｉｄｈの最大値ｉｄｈｍａｘとから直軸インダクタンスＬｄを演算する直軸インダクタンス演算器、１１はｄｃ軸電圧指令値ｖｄ＊とｉｄｈの最小値ｉｄｈｍｉｎとから横軸インダクタンスＬｑを演算する横軸インダクタンス演算器である。
【００１１】
以下、本実施形態の動作を説明する。
まず、積分器６はｄｃ軸の角周波数設定値ωｃを積分してｄｃ軸位置θｃを演算し、このｄｃ軸位置θｃは座標変換器２，５に入力される。
また、発振器１は矩形波状の交流信号を出力する。座標変換器２には、発振器１の出力信号がｄｃ軸電圧指令値ｖｄ＊として入力されており、ｑｃ軸電圧指令値ｖｑ＊には零が設定されている。
【００１２】
座標変換器２は、ｖｄ＊，ｖｑ＊をｄｃ軸位置θｃにより三相電圧指令値ｖｕ＊，ｖｖ＊，ｖｗ＊に変換する。ＰＷＭ変調器３は、ｖｕ＊，ｖｖ＊，ｖｗ＊から電力変換器２０に対するゲート信号を演算し、これにより電動機３０の端子電圧を所望の値に制御する。
【００１３】
電流検出器４は、電動機３０のｕ相電流ｉｕ及びｗ相電流ｉｗを検出し、座標変換器５は、これらのｉｕ，ｉｗ及びｄｃ軸位置θｃからｄｃ軸電流ｉｄｃを演算する。
高周波検出フィルタ７はｉｄｃをｖｄ＊により同期整流して、ｖｄ＊と同じ周波数成分の交流電流ｉｄｈを検出する。図３に示したように、ｉｄｈの最大値ｉｄｈｍａｘ及び最小値ｉｄｈｍｉｎはｄｃ軸位置θｃを電気角で１８０°以上動かした期間内に必ず存在するので、最大値検出器８及び最小値検出器９は、この１８０°の期間内でｉｄｈの最大値ｉｄｈｍａｘ、最小値ｉｄｈｍｉｎをそれぞれ検出する。
【００１４】
直軸インダクタンス演算器１０は、上記最大値ｉｄｈｍａｘ及び後述するＴｖｈ，Ｖｈを用いて数式１により直軸インダクタンスＬｄを演算し、横軸インダクタンス演算器１１は上記最小値ｉｄｈｍｉｎ及びＴｖｈ，Ｖｈを用いて数式２により横軸インダクタンスＬｑを演算する。
【００１５】
【数１】
Ｌｄ＝（１／ｉｄｈｍａｘ）×（Ｔｖｈ／２）×（Ｖｈ／２）
【００１６】
【数２】
Ｌｑ＝（１／ｉｄｈｍｉｎ）×（Ｔｖｈ／２）×（Ｖｈ／２）
【００１７】
なお、数式１，２において、
Ｔｖｈ：発振器１の出力電圧（ｄｃ軸電圧指令値ｖｄ＊）の周期
Ｖｈ：ｖｄ＊の振幅（０−peak）
ｉｄｈｍａｘ：ｉｄｈの最大値（０−peak）
ｉｄｈｍｉｎ：ｉｄｈの最小値（０−peak）
である。
【００１８】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、センサレス制御時のように回転子の磁極位置が分からなくても、回転子に突極性のある埋込磁石構造の永久同期電動機やリラクタンスモータの直軸インダクタンス及び横軸インダクタンスを自動的に測定することができる。これにより、制御装置の調整を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示す制御ブロック図である。
【図２】座標軸の定義を説明する図である。
【図３】ｄｃ軸位置とｄｃインダクタンス及びｄｃ軸電流の関係を示す図である。
【符号の説明】
１  発振器
２，５  座標変換器
３  ＰＷＭ変調器
４  電流検出器
６  積分器
７  高周波検出フィルタ
８  最大値検出器
９  最小値検出器
１０  直軸インダクタンス演算器
１１  横軸インダクタンス演算器
２０  電力変換器
３０  埋込磁石形永久磁石同期電動機（ＩＰＭモータ）
【図１】
0004670162.tif 000002
【図２】
0004670162.tif 000003
【図３】
0004670162.tif 000004